CN1240109C - 形成开口图案的方法及其应用 - Google Patents

Abstract

一种形成开口图案的方法及其应用，此方法首先在一衬底上形成一材料层，并且在材料层上形成一图案化的保护层。接着在图案化的保护层上形成一光刻胶层，并且进行一第一曝光工艺，以定义光刻胶层为一线/间距图案，其中第一曝光工艺的曝光能量低于光刻胶层成像的能量。之后进行一第二曝光工艺，以定义出一特定区域，其中第二曝光能量与第一曝光能量的总和为光刻胶层成像的能量。然后进行一显影工艺，以移除特定区域处的光刻胶层，暴露出部分图案化的保护层与部分材料层。之后以光刻胶层与图案化的保护层为一蚀刻掩膜，以于材料层中形成一开口图案。

Description

形成开口图案的方法及其应用

技术领域

本发明是有关于一种形成开口图案的方法及其应用，且特别是有关于一种利用双重曝光步骤以形成开口图案的方法及其应用。

背景技术

随着集成电路集成度的提高，整个电路元件尺寸的设计也必须随之缩小。而在整的半导体工艺中最举足轻重的可说是微影工艺，凡是与金氧半导体元件相关的，例如各层膜的图案(Pattern)及掺有杂质(Dopant)的区域，都是通过微影工艺这个步骤来决定的。由于元件尺寸的缩小，许多问题也油然而生，例如现有微影工艺分辨率不足而使元件缩小化具有相当困难度，以及因元件尺寸的缩小而较容易发生对准失误等等。此外，在进行图案转移的曝光步骤时，由于同一光掩膜上单一(Isolated)图案区与密集(Dense)图案区曝光的光强度的不一致，会使单一图案区与密集图案区因光学邻近效应(Optical ProximityEffect，OPE)，而造成关键尺寸产生偏差。

因此，为了因应元件尺寸的缩小化并解决单一图案区与密集图案区关键尺寸产生偏差的问题，一些提高光掩膜分辨率的方法已被不断地提出来。例如有相转移光掩膜(Phase Shift Mask，PSM)微影技术以及光学邻近校正法(Optical Proximity Correction，OPC)等等。其中，相转移光掩膜技术是利用在光掩膜图案之间的孔隙上加一层相转移层(Shifter Layer)，造成光线讯号角度位移180度。这层相转移层在曝光时会产生正反相的干射，而使投射在芯片上的影像图案具有较佳的分辨率。另外，光学邻近校正法是利用辅助图案的设计以消除邻近效应所造成的关键尺寸偏差现象。然而，上述两种方式都必须设计具有特殊图案的光掩膜。因此，其除了光掩膜制作较为费时之外，更提高了制造光掩膜的困难度与制造成本。此外，在光掩膜制造完成之后，要进行光掩膜图案的缺陷改良(Debug)也极为不易。

另外，特别值得一提的是，通常掩膜式只读存储器的编码注入工艺中用来作为编码掩膜的光掩膜，会因电路设计的需求而在同一光掩膜上形成有单一图案区与密集图案区。而此单一图案区与密集图案区的设计，也会产生上述的问题，即易产生有关键尺寸偏差的问题。如此，将会使掩膜式只读存储器在进行沟道离子注入步骤时，导致离子注入区块的位置发生对准失误(Misalignment)的现象，进而造成只读存储器存储单元内的数据错误，影响存储器的操作性能，使产品的可靠性降低。

发明内容

因此，本发明的目的就是在提供一种形成开口图案的方法，以在不需相转移光掩膜技术与光学邻近校正法的前提下，便可轻易的形成微小的开口图案，且不会产生有关键尺寸偏差的问题。

本发明的另一目的是提供一种将形成开口图案的技术应用于掩膜式只读存储器的编码注入工艺的方法，以解决掩膜式只读存储器的编码注入步骤因关键尺寸的偏差而产生对准失误的问题。

本发明提出一种形成开口图案的方法，此方法首先在一衬底上形成一材料层，并且在材料层上形成一长条状的保护层。接着，在长条状的保护层上形成一光刻胶层。之后，进行一第一曝光工艺，以定义光刻胶层为一线/间距图案，其中此线/间距图案所延伸的方向与长条状的保护层所延伸的方向不相同，且第一曝光工艺的一第一曝光能量低于此光刻胶层成像的能量。在本发明中，此线/间距图案所延伸的方向与长条状的保护层所延伸的方向垂直，且第一曝光能量例如是此光刻胶层成像能量的一半。继之，进行一第二曝光工艺，以于此光刻胶层中定义出一特定区域。其中第二曝光工艺的一第二曝光能量低于此光刻胶层成像的能量，且第一曝光能量与第二曝光能量的总和为此光组层成像的能量。之后，进行一显影工艺，以将特定区域处的光刻胶层移除，而暴露出部分长条状的保护层与部分材料层。然后，以光刻胶层与长条状的保护层为一蚀刻掩膜图案化材料层，而于材料层中形成一开口图案。利用本发明的方法，可轻易的使形成的开口图案为一方正且微小的开口图案。

本发明提出一种将形成开口图案的技术应用于掩膜式只读存储器编码注入工艺的方法，此方法为首先在一衬底中形成一埋入式漏极，并且在衬底之表面形成一栅氧化层。接着，在埋入式漏极的上方形成一长条状的保护层，并且以垂直于埋入式漏极的方向，在衬底上形成一字符线，覆盖住长条状的保护层。之后，在衬底上形成一光刻胶层，覆盖住字符线。继之，进行一第一曝光工艺，以定义光刻胶层为一线/间距图案，其中此线/间距图案所延伸的方向与长条状的保护层所延伸的方向不相同，且第一曝光工艺的一第一曝光能量低于光刻胶层成像的能量。在本发明中，此线/间距图案所延伸的方向与长条状的保护层所延伸的方向垂直，且第一曝光能量例如是此光刻胶层成像能量的一半。接着，进行一第二曝光工艺，以于光刻胶层中定义出一特定区域，其中第二曝光工艺的一第二曝光能量低于此光刻胶层成像的能量，且第一曝光能量与第二曝光能量的总和为此光刻胶层成像的能量。之后，进行一显影工艺，以移除特定区域处的光刻胶层，而暴露出一预定编码注入的沟道区与部分长条状的保护层。接着，以光刻胶层与长条状的保护层为一注入掩膜进行一离子注入步骤，以于预定编码注入的沟道区中注入一编码离子。

本发明的形成开口图案的方法以及将形成开口图案的技术应用于掩膜式只读存储器编码注入工艺的方法，其不需光学邻近校正法或相移式光掩膜技术，即可避免密集图案区与单一图案区的关键尺寸产生偏差。

本发明的形成口图案的方法，其利用两次曝光步骤而使光刻胶层暴露出预定形成开口之处，并且再加上保护层的搭配，便能精确的于材料层中形成微小且方正的开口图案。

本发明的将形成开口图案的技术应用于掩膜式只读存储器编码注入工艺的方法，其为利用两次曝光步骤而使光刻胶层暴露出预定编码注入的沟道区，并且再加上埋入式漏极上方的保护层的搭配，便能使编码离子精准的注入于预定编码注入的沟道区中。

附图说明

图1A至图1H为依照本发明一第一实施例的将形成开口图案的方法应用于掩膜式只读存储器编码注入工艺的流程剖面示意图；

图2A至图2F是依照本发明一第二实施例的形成开口图案的方法流程剖面示意图；

图3是本发明第一实施例的于第一曝光工艺后所定义出的光刻胶层的俯视图；

图4是本发明第一实施例的于第二曝光工艺后所定义出的光刻胶层的俯视图；

图5是本发明第一实施例的于显影工艺后元件的俯视图；

图6是本发明第二实施例的于第一曝光工艺后所定义出光刻胶层的俯视图；

图7是本发明第二实施例的于第二曝光工艺后所定义出的光刻胶层的俯视图；以及

图8是依照本发明第二实施例的于显影工艺后元件的俯视图。

100、200：衬底

102：埋入式漏极(位线)

104：栅氧化层

106、204：保护层

108：字符线

110：沟道区

112、206：光刻胶层

112a、206a：间距图案

112b：线图案

114、208：第二曝光工艺之曝光区(特定区域)

116、210、212：开口

120：离子注入步骤

202：材料层

具体实施方式

第一实施例

图1A至图1H，其为依照本发明一较佳实施例的将形成开口图案的技术应用于掩膜式只读存储器编码注入工艺的流程剖面示意图。

请参照图1A，首先在一衬底100中形成一埋入式漏极102，其作为掩膜式只读存储器的位线之用。之后，利用一热氧化工艺以在衬底100的表面上形成一栅氧化层104。

之后，请参照图1B，在埋入式漏极102的上方形成一长条状的保护层106。其中，长条状的保护层106的材质例如是氧化硅或是氮化硅。且长条状的保护层106例如是先以化学气相沉积法于栅氧化层104上形成一层保护层，之后再以微影蚀刻法图案化保护层而形成。

然后，请参照图1C，以垂直于埋入式漏极102的方向，在衬底100的上方形成一字符线108，覆盖住长条状的保护层106。其中，字符线108的材质例如是多晶硅。而在字符线108下方，两相邻埋入式漏极102之间的区域即为存储单元的沟道区110。紧接着，将对此掩膜式只读存储器元件进行编码注入工艺，其详细的说明如下。

请参照图1D，在衬底100上方涂布一层光刻胶层112，覆盖住字符线108。其中，光刻胶层112可以是一正光刻胶层亦可以是一负光刻胶层，且此光刻胶层例如是一i线(i-line)光刻胶层或是一深紫外光(Deep UV)光刻胶层。在本实施例中，光刻胶层112以一正光刻胶层为例以详细说明之。

之后，请参照图1E，进行一第一曝光工艺，以定义光刻胶层112为一线/间距图案。其中，此线/间距图案所延伸的方向与长条状的保护层106所延伸的方向不相同，且第一曝光工艺的一第一曝光能量低于光刻胶层112成像的能量。在本实施例中，此线/间距图案所延伸的方向是与长条状的保护层106所延伸的方向垂直，且第一曝光工艺的第一曝光能量例如是光刻胶层112成像能量的一半。另外，第一曝光工艺较佳的是使用偏轴式照射(Off Axis Illumination，OAI)曝光技术，借以提高曝光工艺的分辨率。而于第一曝光工艺之后所定义出的光刻胶层112的俯视图如图3所示。光刻胶层112被定义成线112a/间距112b图案。换言之，在本实施例中，光刻胶层112的线图案112a处为一未曝光区，而光刻胶层112的间距图案112b处为一曝光区。

接着，请参照图1F，进行一第二曝光工艺，以于光刻胶层112中定义出一特定区域114。其中，第二曝光工艺的一第二曝光能量低于光刻胶层112成像的能量，且第二曝光能量与第一曝光能量的总和为光刻胶层112成像的能量。在本实施例中，第二曝光能量例如是光刻胶层112成像能量的一半。另外，第二曝光工艺较佳的是使用偏轴式照射曝光技术，借以提高曝光工艺的分辨率。于第二曝光工艺之后所定义出的光刻胶层112的俯视图如图4所示。光刻胶层112上的特定区域114处为一第二曝光工艺的一曝光区。

之后，请参照图1G，进行一显影工艺，以移除特定区域114处的光刻胶层112，而形成一开口116，暴露出掩膜式只读存储器预定的编码注入沟道区110以及部分长条状的保护层106。其中，由于第一曝光工艺与第二曝光工艺的曝光能量皆低于光刻胶层112成像的能量，且特定区域114处为第一曝光工艺与第二曝光工艺共同的曝光区。因此，在显影工艺之后仅有特定区域114处的光刻胶层112才得以移除。于显影工艺后的光刻胶层112的俯视图如图5所示。图5中，开口116暴露出预定编码注入的沟道区110以及部分长条状的保护层106。在本实施例中，光刻胶层112与长条状的保护层106所共同暴露的区域(预定编码注入的沟道区110)为数个方正的开口图案。而且所形成的方正的开口图案的尺寸可小至0.12微米×0.12微米。

然后，请参照图1H，以光刻胶层112与长条状的保护层106为一注入掩膜进行一离子注入步骤120，以在编码注入沟道区110中注入一编码离子，而完成一掩膜式只读存储器元件的编码注入工艺。

本发明的掩膜式只读存储器编码注入工艺，是利用两次曝光步骤而使光刻胶层暴露出预定编码注入的沟道区，并且再加上埋入式漏极上方的保护层的搭配，便能使编码离子精准的注入于预定编码注入的沟道区中。

第二实施例

图2A至图2F是依照本发明另一较佳实施例的形成开口图案的方法流程剖面示意图。

请参照图2A，首先在一衬底200上形成一材料层202，并且在材料层202上形成一图案化的保护层204。其中，图案化的保护层204例如是一长条状的保护层，且材料层202的蚀刻速率大于保护层204的蚀刻速率。在本实施例中，保护层204的材质例如是氮化硅或氧化硅。

之后，请参照图2B，在衬底200的上方涂布层一光刻胶层206，覆盖住保护层204。其中，光刻胶层206可以是一正光刻胶层也可以是一负光刻胶层，且此光刻胶层206例如是一i线(i-1ine)光刻胶层或是一深紫外光(Deep UV)光刻胶层。在本实施例中，光刻胶层206是以一正光刻胶层为例以详细说明之。

继之，请参照图2C，进行一第一曝光工艺，以定义光刻胶层206为一线/间距图案。其中，此线/间距图案所延伸的方向与保护层204的方向不相同，且第一曝光工艺的一第一曝光能量低于光刻胶层206成像的能量。在本实施例中，此线/间距图案所延伸的方向与长条状保护层204所延伸的方向垂直，且第一曝光能量例如是光刻胶层206成像能量的一半。另外，第一曝光工艺较佳的是使用偏轴式照射曝光技术，借以提高曝光工艺的分辨率。于第一曝光工艺之后所定义出的光刻胶层206的俯视图如图6所示。光刻胶层206被定义成线206a/间距206b图案。换言之，在本实施例中，光刻胶层206的线图案206a处为一未曝光区，而光刻胶层206的间距图案206b处为一曝光区。

接着，请参照图2D，进行一第二曝光工艺，以于光刻胶层206中定义出一特定区域208。其中，第二曝光工艺的一第二曝光能量低于光刻胶层206成像的能量，且第二曝光能量与第一曝光能量的总和为光刻胶层206成像的能量。在本实施例中，第二曝光能量例如是光刻胶层206成像能量的一半。另外，第二曝光工艺较佳的是使用偏轴式照射曝光技术，借以提高曝光工艺的分辨率。于第二曝光工艺之后所定义出的光刻胶层206的俯视图如图7所示。光刻胶层206上的特定区域208处为一第二曝光工艺的曝光区。

之后，请参照图2E，进行一显影工艺，以移除特定区域208处的光刻胶层206，而形成一开口210，暴露出材料层204的预定形成开口图案处以及部分长条状的保护层106。其中，由于第一曝光工艺与第二曝光工艺的曝光能量皆低于光刻胶层206成像的能量，且特定区域208处为第一曝光工艺与第二曝光工艺共同的曝光区。因此，在显影工艺之后仅有特定区域208处的光刻胶层206才得以移除。于显影工艺后的光刻胶层206的俯视图如图8所示。图8中，开口210暴露出材料层202的预定形成开口图案处以及部分长条状的保护层204。

然后，请参照图2F，以光刻胶层206与长条状的保护层204为一蚀刻掩膜进行一蚀刻工艺，以图案化材料层202，而于材料层202中形成一开口图案212。利用本发明的方法不需光学邻近校正法以及相转移光掩膜技术，即可轻易的且准确的于材料层202中形成方正且微小的开口。而且所形成的开口图案212的尺寸可小至0.12微米×0.12微米。

本发明的形成开口图案的方法，其利用两次曝光步骤而使光刻胶层暴露出预定形成开口之处，并且再加上保护层的搭配，便能精确的于材料层中形成微小且方正的开口图案。

综合以上所述，本发明具有下列优点：

1.本发明的形成口图案的方法以及将形成开口图案的技术应用于掩膜式只读存储器编码注入工艺的方法，不需光学邻近校正法或相移式光掩膜技术，即可避免密集图案区与单一图案区的关键尺寸产生偏差。

2.由于本发明不需光学邻近校正法或相移式光掩膜技术，即可避免密集图案区与单一图案区的关键尺寸产生偏差。因此，可大幅降低元件的制造成本。

Claims (20)

1.一种形成开口图案的方法，其特征是，该方法包括：

提供一衬底，该衬底上已形成有一材料层；

在该材料层上形成一图案化的保护层；

在该图案化的保护层上形成一光刻胶层；

进行一第一曝光工艺，以定义该光刻胶层为一线/间距图案，其中该第一曝光工艺的一第一曝光能量低于该光刻胶层成像的能量；

进行一第二曝光工艺，以于该光刻胶层中定义出一特定区域，其中该第二曝光工艺的一第二曝光能量低于该光刻胶层成像的能量，且该第一曝光能量与该第二曝光能量的总和至少为该光刻胶层成像的能量；

进行一显影工艺，以移除该特定区域处的该光刻胶层，暴露出部分该图案化的保护层与部分该材料层；以及

以该光刻胶层与该图案化的保护层为一蚀刻掩膜，图案化该材料层，以于该材料层中形成一开口图案。

2.如权利要求1所述的形成开口图案的方法，其特征是，该图案化的保护层为一长条状的保护层。

3.如权利要求2所述的形成开口图案的方法，其特征是，该线/间距图案所延伸的方向与该长条状的保护层所延伸的方向垂直。

4.如权利要求1所述的形成开口图案的方法，其特征是，该材料层的蚀刻速率大于该图案化的保护层的蚀刻速率。

5.如权利要求1所述的形成开口图案的方法，其特征是，该图案化的保护层的材质包括氮化硅或氧化硅。

6.如申请专利范围第1所述的形成开口图案的方法，其特征是，该第一曝光工艺的能量为该光刻胶层成像能量的一半。

7.如权利要求1所述的形成开口图案的方法，其特征是，该第二曝光工艺的能量为该光刻胶层成像能量的一半。

8.如权利要求1所述的形成开口图案的方法，其特征是，该第一曝光工艺为一偏轴式照射曝光工艺。

9.如权利要求1所述的形成开口图案的方法，其特征是，该第二曝光工艺为一偏轴式照射曝光工艺。

10.如权利要求1所述的形成开口图案的方法，其特征是，该光刻胶层为一i线光刻胶层或一深紫外光光刻胶层。

11.如权利要求1所述的形成开口图案的方法，其特征是，该开口图案包括一方正的开口图案。

12.一种掩膜式只读存储器编码注入工艺，其特征是，该方法包括：

在一衬底中形成一埋入式漏极；

在该衬底的表面形成一栅氧化层；

在该埋入式漏极的上方形成一长条状的保护层；

以垂直于该埋入式漏极的方向在该衬底上形成一字符线；

在该衬底上形成一光刻胶层，覆盖该字符线；

进行一第一曝光工艺，以定义该光刻胶层为一线/间距图案，其中该线/间距图案所延伸的方向与长条状的保护层不相同，且该第一曝光工艺的一第一曝光能量低于该光刻胶层成像的能量；

进行一第二曝光工艺，以于该光刻胶层中定义出一特定区域，其中该第二曝光工艺的一第二曝光能量低于该光刻胶层成像的能量，且该第一曝光能量与该第二曝光能量的总和至少为该光刻胶层成像的能量；

进行一显影工艺，以移除该特定区域处的该光刻胶层，暴露出的一预定编码注入的沟道区与部分该长条状的保护层；以及

以该光刻胶层与该长条状的保护层为一注入掩膜，以于该预定编码注入的沟道区中注入一编码离子。

13.如权利要求12所述的掩膜式只读存储器编码注入工艺，其特征是，该第一线/间距图案所延伸的方向与该长条状的保护层所延伸的方向垂直。

14.如权利要求12所述的掩膜式只读存储器编码注入工艺，其特征是，该长条状的保护层的材质包括氮化硅或氧化硅。

15.如权利要求12所述的掩膜式只读存储器编码注入工艺，其特征是，该第一曝光工艺的能量为该光刻胶层成像能量的一半。

16.如权利要求12所述的掩膜式只读存储器编码注入工艺，其特征是，该第二曝光工艺的能量为该光刻胶层成像能量的一半。

17.如权利要求12所述的掩膜式只读存储器编码注入工艺，其特征是，该第一曝光工艺为一偏轴式照射曝光工艺。

18.如权利要求12所述的掩膜式只读存储器编码注入工艺，其特征是，该第二曝光工艺为一偏轴式照射曝光工艺。

19.如权利要求12所述的掩膜式只读存储器编码注入工艺，其特征是，该光刻胶层为一i线光刻胶层或一深紫外光光刻胶层。

20.如权利要求12所述的掩膜式只读存储器编码注入工艺，其特征是，该光刻胶层与该长条状的保护层共同暴露的区域为多个方正的开口图案。

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