CN1302338C

CN1302338C - 防止产生光阻残渣的方法

Info

Publication number: CN1302338C
Application number: CNB031194354A
Authority: CN
Inventors: 包天一; 李连忠; 郑双铭; 章勋明
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2023-03-12
Also published as: CN1530744A

Abstract

本发明涉及一种防止产生光阻残渣的方法。至少包括：提供一基底，在基底上形成有一介电层；接着，在介电层上形成一无氮类抗反射层；最后，在无氮类抗反射层上形成一光阻图案层，确保期间无氮类抗反射层不与光阻图案层交互作用因此不会形成光阻残渣(scum)，从而防止了光阻残渣造成后续蚀刻轮廓(profile)不佳及图形临界尺寸(critical dimension，CD)改变等问题。其中，无氮类抗反射层为富含硅的氧化硅(SiOx)或含碳氢的富含硅之氧化硅(SiOxCy:H)。

Description

防止产生光阻残渣的方法

技术领域

本发明涉及一种半导体制程，特别是关于一种防止产生光阻残渣(scum)的方法，从而改善蚀刻轮廓和避免由于残渣堵塞介层洞而不利于后续金属化制程。

背景技术

在如今的半导体集成电路制程中，光学微影(photolithography)程序可说是极为关键的步骤，其能否将所设计的线路图案精确地转移到半导体基底上，是决定产品性质的重要因素之一。通常，微影程序包括：涂布(coating)光阻材料(photoresist)、曝光(exposure)、显影(development)、和去除光阻等几个主要步骤。近年来，随着组件尺寸持续缩小化的发展，改进微影技术将面临更严峻的挑战，其对于组件的品质、优良率及成本具有关键性的影响。

在双镶嵌的微影制程中，由于定义图案的光阻在制程中会与氮交互作用，从而产生光阻毒化(poison)致使在进行显影步骤时余留胺类(NH_x)光阻残渣(scum)，进而使定义出的图案失真，严重影响组件的电性。其中，氮来自使用氮氧化硅(SiON)的抗反射层(anti-reflection layer，ARL)及使用氮化硅或氮碳化硅(SiCN)的蚀刻终止层。

为了进一步说明本发明的背景，以下配合图1a到1e说明公知技术形成双镶嵌结构的方法。首先，请参照图1a，在一基底100上依序形成一蚀刻终止层102，例如氮化硅或氮碳化硅、介电层104、一抗反射层106，例如氮氧化硅，及一光阻层108。

接着，参照图1b，藉由曝光及湿显影步骤之后，形成光阻图案层108a。由于光阻层108在制程中受到氮污染，使得曝光时的光化学反应不完全，而在湿显影时，在光阻图案层108a的侧壁余留有光阻残渣108b。因此，在进行蚀刻过程形成介层洞104a时，会造成蚀刻轮廓(profile)不佳及关键图案尺寸(critical dimension，CD)的改变而严重影响组件的电特性，如图1c所示。

接着，参照图1d，去除光阻图案层108a之后，在抗反射层106上和在介层洞104a内形成一光阻层110。

然后，参照图1e，藉由曝光显影步骤以形成光阻图案层110a。然后，进行蚀刻制程以形成沟槽104b从而构成双镶嵌结构。同样地，因在曝光显影制程中会受到氮污染，使得光阻残渣110b堵塞住介层洞104a，即使进行光阻剥除也难以完全去除光阻残渣110b，不利于后续保护层的去除及金属化的制程，导致组件失效。

为了解决上述问题，传统上采用氧电浆的干蚀刻方式，对形成有光阻残渣的光阻图案层进行电浆除渣(plasma desumming)。然而，经过电浆除渣之后，光阻图案层厚度变薄使其抗蚀能力降低，且图案尺寸会大于原先设计，而使组件的电特性改变，不符合组件原先的设计需求。

另外，有人研发出特殊的光阻或显影剂来避免光阻残渣的产生，如此虽可改善前述问题，成本的增加问题也是必须考虑的。

发明内容

由此，本发明的目的在于提供防止产生光阻残渣的方法，藉由使用无氮类抗反射层以防止光阻在微影制程期间受到氮的污染而产生光阻残渣。

本发明的另一目的在于提供一种防止产生光阻残渣的方法，藉由在抗反射层上下方及蚀刻终止层上方各形成一阻障层以防止氮扩散至介电层。

根据上述目的，本发明提供一种防止产生光阻残渣的方法。首先，提供一基底，其上形成有一介电层。接着，在介电层上形成一无氮类抗反射层。最后，在无氮类抗反射层上形成一光阻图案层，由于形成期间无氮类抗反射层不与光阻图案层交互作用因而不会形成光阻残渣。

其中，无氮类抗反射层为富含硅氧化硅(即硅的氧化物)(SiO_x)及含碳氢的富含硅氧化硅(SiO_xC_y:H)的任意一种，式中，x小于2(x＜2)。

根据上述目的，本发明提供一种防止产生光阻残渣的方法，适用于双镶嵌制程。首先，提供一基底，其上形成有一蚀刻终止层、一介电层、一第一阻障层及一抗反射层，其中藉由第一阻障层来阻止抗反射层的第一杂质扩散至介电层。接着，定义蚀刻抗反射层、第一阻障层、及介电层以形成一介层洞。之后，在介层洞内形成一保护层及在抗反射层上形成一光阻图案层，其中藉由第一阻障层来阻隔抗反射层的第一杂质以防止光阻残渣形成于介层洞内。藉由光阻图案层及保护层作为罩幕来蚀刻抗反射层、第一阻障层及介电层，以在介层洞上方形成一沟槽而构成一双镶嵌结构。

本发明的方法还包括在蚀刻终止层及介电层之间形成一第二阻障层，以藉由第二阻障层来阻隔蚀刻终止层的第二杂质扩散至介电层。优选地，还包括在抗反射层上形成一第三阻障层。

其中，第一、第二及第三阻障层优选为富含硅氧化硅(SiO_x)及含碳氢的富含硅氧化硅(SiO_xC_y:H)中任意一种(x＜2)，而且第一、第二及第三阻障层的厚度在50到1000埃的范围。所述第一及第二杂质为氮。

本发明还提供了一种防止产生光阻残渣的方法，适用于双镶嵌制程，包括下列步骤：

(1)提供一基底，在该基底上形成有一蚀刻终止层、一介电层、一第一阻障层及一抗反射层，其中藉由该第一阻障层来阻止该抗反射层的第一杂质扩散至介电层；该第一阻障层为富含硅的氧化硅或含碳氢的富含硅的氧化硅；

(2)定义蚀刻该抗反射层、第一阻障层、及介电层以形成一介层洞；

(3)在该抗反射层上形成一光阻图案层，其中藉由该第一阻障层来阻隔该第一杂质以防止光阻残渣形成于该介层洞内；以及

(4)藉由该光阻图案层作为罩幕来蚀刻该抗反射层、第一阻障层、及介电层，在所述介层洞上方形成一沟槽从而构成一双镶嵌结构。

(1)提供一基底，在该基底上形成有一蚀刻终止层、一介电层、及一无氮类抗反射层，该无氮类抗反射层为富含硅的氧化硅或含碳氢的富含硅的氧化硅；

(2)定义蚀刻该无氮类抗反射层及该介电层以形成一介层洞；

(3)在该无氮类抗反射层上形成一光阻图案层，其中藉由该无氮类抗反射层来阻隔该第一杂质以防止光阻残渣形成于该介层洞内；以及

(4)藉由该光阻图案层作为罩幕来蚀刻该无氮类抗反射层及该介电层，用以在该介层洞上方形成一沟槽从而构成一双镶嵌结构。

附图说明

图1a到1e为公知技术形成双镶嵌结构的方法示意图；

图2a到2e为根据本发明实施例1的方法形成双镶嵌结构的示意图；

图3a到3e为根据本发明实施例2的方法形成双镶嵌结构的示意图；

图4为根据本发明实施例2的方法形成另一双镶嵌结构的剖面示意图。

附图中的标记说明

100、200、300——基底

102、202、302——蚀刻终止层

104、204、304——介电层

104a、204a、304a——介层洞

104b、204b、304b——沟槽

106、206、306——抗反射层

108、110、208、210、308、310——光阻层

108a、110a、208a、210a、308a、310a——光阻图案层

108b、110b——光阻残渣

209、309——保护层；

203——阻障层

206——无氮类抗反射层

303——阻障层

305——阻障层；

307——阻障层。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例详细说明本发明，但不限定本发明的实施范围。详细说明如下：

实施例1：

首先，参照图2a，提供一基底200，例如一硅晶圆，其上形成有半导体组件，此处(及其它附图中)为简化图示，仅绘示出一平整基底。接着，在基底200上形成一蚀刻终止层202，例如氮化硅或氮碳化硅、一阻障层203及介电层204，其中，阻障层203的材质为富含硅的氧化硅(SiO_x)及含碳氢的富含硅氧化硅(SiO_xC_y:H)中任意一种(x＜2)，其厚度为50到1000埃的范围，用以阻隔蚀刻终止层202的杂质，例如氮，扩散至介电层204。随后，在介电层204上形成一无氮类抗反射层206，例如富含硅氧化硅(SiO_x)或含碳氢的富含硅氧化硅(SiO_xC_y:H)(x＜2)。随后，在其上涂覆一光阻层208。

另外在本实施例中，蚀刻终止层202亦可使用不含氮的材质，例如富含硅氧化硅(SiO_x)或含碳氢的富含硅氧化硅(SiO_xC_y:H)，x＜2。如此则无需形成上述阻障层203。

然后，参照图2b，藉由公知的曝光和显影步骤形成光阻图案层208a。因无氮类抗反射层206不含氮，所以光阻层208在微影制程中不会与氮发生交互作用而产生污染。显影时，光阻图案层208a侧壁也不会留有光阻残渣。

接下来，参照图2c，以光阻图案层208a作为蚀刻罩幕，依序蚀刻无氮类抗反射层206、介电层204及阻障层203以露出蚀刻终止层202表面并形成介层洞204a。由于没有产生光阻残渣，因此介层洞204a可获得较佳的轮廓(profile)。另一方面，由于无需实施电浆除渣的步骤，所以关键图形尺寸(CD)不会改变。

然后，参照图2d，在去除光阻图案层208a而露出无氮类抗反射层206表面之后，在介层洞204a内形成一保护层209，例如i线光阻(适用于波长为365nm的曝光光源的光阻)，用以防止在后续制程步骤中蚀穿蚀刻终止层202而露出基底200。接着，在无氮类抗反射层206上形成光阻层210并填入形成保护层209的介层洞204a内。

最后，参照图2e，藉由曝光及显影步骤来形成光阻图案层210a。同样地，微影制程期间，光阻图案层210a不会与无氮类抗反射层206交互作用而产生余留残渣。另一方面，虽然蚀刻终止层202含有氮，然而受到阻障层203的阻隔，氮无法扩散至介电层204来毒化介层洞204a内的光阻层210，因此在介层洞204a内同样不会产生光阻残渣。接着，藉由光阻图案层210a及保护层209作为罩幕来依序蚀刻无氮类抗反射层206、介电层204以形成沟槽204b从而构成双镶嵌结构。

实施例2：

首先，参照图3a，提供一基底300，例如一硅晶圆，接着，在基底300上形成一蚀刻终止层302，例如氮化硅或氮碳化硅，一阻障层303、一介电层304、一阻障层305、一抗反射层306，例如氮氧化硅，及一光阻层308。其中，阻障层303、305的材质为富含硅氧化硅(SiO_x)或含碳氢的富含硅氧化硅(SiO_xC_y:H)，x＜2，且厚度为50到1000埃的范围，用以分别阻隔蚀刻终止层302以及抗反射层306的杂质，例如氮，扩散至介电层304。

与实施例1同样情况，蚀刻终止层302亦可使用不含氮的材质，例如富含硅氧化硅(SiO_x)或含碳氢的富含硅氧化硅(SiO_xC_y:H)，x＜2。如此则无需形成上述阻障层303。

接下来，参照图3b，藉由已知曝光及显影步骤形成光阻图案层308a。然后参照图3c，以光阻图案层308a作为蚀刻罩幕，依序蚀刻抗反射层306、阻障层305、介电层304及阻障层303以露出蚀刻终止层302表面并形成介层洞304a。

然后，参照图3d，在去除光阻图案层308a而露出抗反射层306表面之后，接着在介层洞304a内形成一保护层309，例如i线光阻，用以防止后续制程步骤中蚀穿蚀刻终止层302而露出基底300。接着，在抗反射层306上形成光阻层310并填入形成有保护层309的介层洞304a内。

最后，参照图3e，再次藉由曝光及显影步骤来形成光阻图案层310a。同样地，微影制程期间，虽然抗反射层306及蚀刻终止层302含有氮，但其分别受到阻障层305及303的阻隔，氮无法扩散至介电层304以毒化介层洞304a内的光阻层310，因此在介层洞304a内不会有光阻残渣堵塞住介层洞304a使之不利于后续金属化制程的进行。接着，藉由光阻图案层310a及保护层309作为罩幕来依序蚀刻抗反射层306、介电层304以形成沟槽304b从而构成双镶嵌结构。

另外，需要说明的是，在图3a中，可选择性地在抗反射层306与光阻层308之间再形成一阻障层307，如图4所示，其材质及厚度如同阻障层303、305，藉以进一步阻隔抗反射层306的杂质扩散至光阻层308。其后续步骤同图3b到3e的过程，在此不再加以赘述。

从以上描述及优选实施例可以看出，根据本发明的方法，藉由使用无氮类材料作为抗反射层、蚀刻终止层或设置阻障层，可有效防止产生光阻残渣。另外，由于无需进行电浆除渣或使用特殊的光阻及显影剂，可避免关键图形尺寸改变及降低制造成本。

以上描述了本发明的优选实施例，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员对在此公开的实施方案可进行并不偏离本发明范畴和精神的改进和变化。

Claims

1、一种防止产生光阻残渣的方法，包括下列步骤：

(1)提供一基底，其上形成有一介电层；

(2)在该介电层上形成一无氮类抗反射层，该无氮类抗反射层为富含硅的氧化硅或含碳氢的富含硅的氧化硅；以及

(3)在该无氮类抗反射层上形成第一光阻图案层，使形成期间该无氮类抗反射层不与该第一光阻图案层交互作用因而不会形成光阻残渣。

2、如权利要求1所述的防止产生光阻残渣的方法，还包括下列步骤：

(1)藉由该第一光阻图案层作为罩幕来蚀刻该无氮类抗反射层及该介电层以形成一介层洞；

(2)去除该第一光阻图案层以露出该无氮类抗反射层表面；以及

(3)在该无氮类抗反射层上形成第二光阻图案层，于形成期间该无氮类抗反射层不与该第二光阻层交互作用因而不会形成光阻残渣。

3、如权利要求2所述的防止产生光阻残渣的方法，还包括在该基底及该介电层之间形成一蚀刻终止层，且该蚀刻终止层为富含硅的氧化硅或含碳氢的富含硅的氧化硅。

4、如权利要求1所述的防止产生光阻残渣的方法，包括在该基底及该介电层之间形成一蚀刻终止层及一阻障层以阻隔该蚀刻终止层的杂质扩散至该介电层，其中该阻障层为富含硅氧化硅或含碳氢的富含硅氧化硅，该杂质为氮。

5、一种防止产生光阻残渣的方法，适用于双镶嵌制程，包括下列步骤：

6、权利要求5所述的防止产生光阻残渣的方法，其中该第一杂质为氮。

7、如权利要求5所述的防止产生光阻残渣的方法，包括在该蚀刻终止层及该介电层之间形成一第二阻障层，以藉由该第二阻障层来阻隔蚀刻终止层的第二杂质扩散至介电层，其中该第二阻障层为富含硅的氧化硅或含碳氢的富含硅的氧化硅，该第二杂质为氮。

8、如权利要求7所述的防止产生光阻残渣的方法，包括在该抗反射层上形成一第三阻障层，其中该第三阻障层为富含硅的氧化硅或含碳氢的富含硅的氧化硅。

9、如权利要求5所述的防止产生光阻残渣的方法，其中该蚀刻终止层为富含硅的氧化硅或含碳氢的富含硅的氧化硅。

10、如权利要求9所述的防止产生光阻残渣的方法，包括在该抗反射层上形成一第二阻障层，其中该第二阻障层为富含硅氧化硅或含碳氢的富含硅氧化硅。

11、如权利要求5所述的防止产生光阻残渣的方法，还包括在该介层洞内形成一保护层。

12、如权利要求11所述的防止产生光阻残渣的方法，其中该保护层为一i线光阻。

13、如权利要求11所述的防止产生光阻残渣的方法，包括在该抗反射层上形成一第三阻障层，其中该第三阻障层为富含硅氧化硅或含碳氢的富含硅氧化硅。

14、一种防止产生光阻残渣的方法，适用于双镶嵌制程，包括下列步骤：

(2)定义蚀刻该无氮类抗反射层及该介电层以形成一介层洞；

15、如权利要求14所述的防止产生光阻残渣的方法，包括在该蚀刻终止层及该介电层之间形成一阻障层以阻隔该蚀刻终止层的杂质扩散至该介电层，其中该阻障层为富含硅的氧化硅或含碳氢的富含硅的氧化硅，该杂质为氮。

16、如权利要求14所述的防止产生光阻残渣的方法，包括在该介层洞内形成一保护层。

17、如权利要求16所述的防止产生光阻残渣的方法，其中该保护层为一i线光阻。

18、如权利要求14所述的防止产生光阻残渣的方法，其中该蚀刻终止层为富含硅的氧化硅或含碳氢的富含硅的氧化硅。