CN1420391A - 双层光刻过程 - Google Patents
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Abstract
一种双层光刻过程，是在基底的待图形化材料层上依序形成非感光的高分子层和上光阻层，对上光阻层进行曝光显影，以形成具有图形的上光阻层，并暴露部分非感光的光阻层。接着，利用具有图形的光阻层作为蚀刻掩模，并以含有O2/HBr气体为干蚀刻剂进行蚀刻，去除暴露的非感光性光阻层，而暴露出部分待图形化材料层。
Description
技术领域
本发明涉及一种光刻过程，特别是涉及一种双层(Bilayer)光刻过程。
背景技术
在要求电路积集化越来越高的情况下，整个电路组件大小的设计也应不断地向尺寸缩小的方向前进。而整个半导体过程中最重要的是光刻(Photolithography)过程，凡是与金属氧化物半导体(Metal-Oxide-Semiconductor；MOS)组件结构相关的，例如：各层薄膜的图形(Pattern)，和掺有杂质(Dopants)的区域，都是由光刻这个步骤来决定的。此外，整个半导体工业的组件集成度，是否能继续的向0.18μm以下更窄的线宽进行，也决定于光刻过程技术的发展。
另外为了提高组件的集成度，而降低曝光时所使用的光源波长，在光源波长低于193μm时，公知所使用的单一光阻中的高分子会产生裂解，而导致显影后的光阻图形变得更为模糊，并使组件的集成度无法继续提高。
为解决上述问题，在公知技术中，有一种使用双层的光刻方法。该公知方法是先在表面具有待图形化材料层的晶圆上连续涂布一层较厚的非感光的高分子层和一层较薄的上光阻层，然后先图形化上光阻层，再借助上光阻层与非感光的高分子层的蚀刻速率的差异来蚀刻非感光的高分子层，接着借助非感光的高分子层与基底待图形化材料层的蚀刻速率的差异来蚀刻基底上待图形化材料层。
由于该双层的上光阻层厚度相当薄，因此，可以使用波长低于193μm的曝光光源进行曝光显影，而得到清晰的图形。在光阻图形形成之后，再利用该上光阻作为掩模，去除未受掩模的非感光的高分子层，该非感光的高分子层则是作为后续蚀刻基底的掩模层，由于需有一定厚度的掩模层才能避免位于掩模层底部的基底，因此该非感光的高分子层需具有一定的厚度。
然而，双层在公知的应用上仍有诸多问题，例如是双层在显影的过程中，会在光阻侧壁上附着大量的残留物(residue)。因而，传统上在光源波长大于193μm的曝光显影过程中，使用单一光阻而不使用双层。
发明内容
本发明的目的是提出一种双层光刻过程，以在显影过程中，有效地防止在双层的侧壁上附着残留物。
本发明提出一种双层光刻过程，是在基底的待图形化材料层上，依序形成非感光的高分子层和上光阻层，对上光阻层进行曝光显影，以形成具有图形的上光阻层，并暴露部分非感光的光阻层。接着，利用具有图形的光阻层为蚀刻掩模，并以含有O2/HBr气体作为干蚀刻剂进行蚀刻，去除暴露的非感光的光阻层，而暴露出部分待图形化材料层。
本发明的含有O2/HBr气体的蚀刻剂，可直接在高温的环境下进行显影，且其在蚀刻非感光的高分子的过程中不会产生易附着于侧壁的产物，因此可以有效地避免在双层侧壁上附着残留物。
附图说明
图1至图5是表示本发明的一较佳实施例的双层光刻过程的示意图。
图中标记说明
100：基底
101：待图形化材料层
102a，102b：非感光的高分子层
104a，104b，104c：上光阻层
106：干蚀刻剂
108：双层
具体实施方式
为使本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下面特举一较佳实施例，并结合附图进行详细说明。
图1至图5所示为本发明的一较佳实施例的双层光刻过程的示意图。参照图1，首先在基底100上的待图形化材料层101上形成非感光的高分子层(un-photo sensitivity polymer)102a，其中非感光的高分子层102a的形成方法包括旋转涂布法(spin coating)。待图形化材料层101例如是一种介电层或是一层金属层。
接着，对非感光的高分子层102a进行软烤(soft bake)过程，以去除非感光的高分子层102a中的溶剂，使非感光的高分子层102a由液态涂膜转变为固态的薄膜，并增加非感光的高分子层102a与待图形化材料层101的附着力，以继续进行后续的过程。其中软烤的方法例如是利用热对流(convection)法、红外线辐射(IR radiation)法或热传导(conduction)法进行溶剂的去除。
接着，参照图2，在非感光的高分子层102a之上形成一层薄的上光阻层104a，其中上光阻层104a系为负光阻或正光阻，上光阻层104a的形成方法包括旋转涂布法。
接着，对上光阻层104a进行软烤过程，以去除上光阻层104a中的溶剂，使上光阻层104a由液态涂膜转变为固态的薄膜，以增加上光阻层104a对非感光的高分子层102a的附着力，并继续进行后续的过程。其中软烤的方法例如是利用热对流法、红外线辐射法或热传导法进行溶剂的去除。
接着，参照图3，首先对上光阻层104a进行曝光，以进行图形转移，使上光阻层104a区分成受光照射的部位与未受光照射的部位等两部位。当上光阻层104a为负光阻时，则在图3中所示的上光阻层104b是表示受光照射的部位，上光阻层104c则为表示未受光照射的部位；当上光阻层104a为正光阻时，则在图3中所示的上光阻层104c是表示受光照射的部位，上光阻层104b则表示未受光照射的部位。
接着，参照图4，进行显影步骤，去除上光阻层104c，以暴露出部分非感光的高分子层102a。其中去除上光阻层104c的方法包括湿式显影(wetdeveloping)法。当上光阻层104a为负光阻时，使用显影剂进行显影的过程中，会保留受光照射而强化的上光阻层104b，而将未受光照射的上光阻层104c溶解去除；当上光阻层104a为正光阻时，使用显影剂进行显影的过程中，会将受光照射而解离形成易溶于显影液的结构的上光阻层104c溶解去除，而保留未受光照的上光阻层104b。
接着，参照图5，利用上光阻层104b作为掩模，以含有O2/HBr气体的干蚀刻剂106对暴露的非感光的高分子层102a进行蚀刻，以去除暴露的非感光的高分子层102a，并暴露出部分待图形化材料层101，其中去除非感光的高分子层102a的方法例如是利用反应性离子蚀刻法(reactive ion etching)。又，位于待图形化材料层101之上的双层110是由上光阻层104b与非感光的高分子层102b所构成。又，为了处理上的需要，而在含有O2/HBr气体的干蚀刻剂106中添加惰性气体，其中惰性气包括氦气。
另外，在所使用的含有O2/HBr气体的干蚀刻剂106中，O2气体流量高于HBr气体流量，且干蚀刻剂106的气体流率会随着过程中的蚀刻装置或环境的需求而有所不同，例如当使用的O2气体流率为100sccm时，HBr气体流率约为40sccm左右。
在公知的双层光刻过程中，是采用O2/SO2气体作为干蚀刻剂，由于利用O2/SO2气体进行双层的蚀刻的过程中，会产生大量易附着于侧壁的副产物，因此当完成蚀刻步骤之后，会在光阻侧壁上附着大量的残留物，且残留物的量随着温度的变化而有显著的增加，而对后续的过程产生不良的影响，因而目前上无法有效地应用于工业过程。
然而，本发明是利用含有O2/HBr气体的干蚀刻剂，在高温的环境下对非感光的高分子层进行蚀刻时的过程中，不会产生会附着于双层侧壁上的副产物，因此，在完成蚀刻过程之后，可有效地避免在光阻侧壁上附着残留物，且可以提高光刻过程的分辨率和组件的集成度。
虽然本发明已以一较佳实施例公开如上，但它并非用以限定本发明，任何本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动和润饰。
Claims (18)
1.一种双层光刻过程，包括：
提供一基底，在该基底上形成一待图形化材料层；
在该待图形化材料层上形成一非感光的高分子层；
在该非感光的高分子层形成一上光阻层；
进行一曝光步骤，以进行图形转移，使该上光阻层区分为一受光照射的部分和一未受光照射的部分；
进行一显影步骤，去除该上光阻层的该未受光照射的部分，留下该上光阻层的该受光照射的部分；和
利用该上光阻层的该受光照射的部分作为掩模，并以含有O2和HBr的气体为干蚀刻剂，去除部分该非感光的高分子层，暴露出该待图形化材料层。
2.如权利要求1所述的双层光刻过程，其特征在于：去除部分该非感光的高分子层的方法包括反应性离子蚀刻法。
3.如权利要求1所述的双层光刻过程，其特征在于：在去除部分该非感光的高分子层的含有O2和HBr的气体中还包括一惰性气体。
4.如权利要求3所述的双层光刻过程，其特征在于：该惰性气体是氦气。
5.如权利要求1所述的双层光刻过程，其特征在于：在去除部分该非感光的高分子层的含有O2和HBr的气体中，其中O2气体流率高于HBr气体流率。
6.如权利要求1所述的双层光刻过程，其特征在于：该显影步骤是采用湿式显影法。
7.如权利要求1所述的双层光刻过程，其特征在于：该上光阻层为负光阻。
8.如权利要求1所述的双层光刻过程，其特征在于：形成该非感光的高分子层的步骤包括：
在该基底上涂布该非感光的高分子层；和
进行一软烤过程，以去除该非感光的高分子层中的溶剂。
9.如权利要求1所述的双层光刻过程，其特征在于：形成该上光阻层的步骤包括：
在该基底上涂布该上光阻层；和
进行一软烤过程，以去除该上光阻层中的溶剂。
10.一种双层光刻过程，包括：
提供一基底，在该基底上形成一待图形化材料层；
在该待图形化材料层上形成一非感光的高分子层；
在该非感光的高分子层形成一上光阻层；
进行一曝光步骤，以进行图形转移，使该上光阻层区分为一受光照射的部分和一未受光照射的部分；
进行一显影步骤，去除该上光阻层的该受光照射的部分，留下该上光阻层的该未受光照射的部分；和
利用该上光阻层的该未受光照射的部分作为掩模，并以含有O2和HBr的气体为干蚀刻剂，去除部分该非感光的高分子层，暴露出该待图形化材料层。
11.如权利要求10所述的双层光刻过程，其特征在于：去除部分该非感光的高分子层的方法包括反应性离子蚀刻法。
12.如权利要求10所述的双层光刻过程，其特征在于：在去除部分该非感光的高分子层的含有O2和HBr的气体中还包括一惰性气体。
13.如权利要求12所述的双层光刻过程，其特征在于：该惰性气体是氦气。
14.如权利要求10所述的双层光刻过程，其特征在于：在去除部分该非感光的高分子层的含有O2和HBr的气体中，其中O2气体流率高于HBr气体流率。
15.如权利要求10所述的双层光刻过程，其特征在于：该显影步骤是采用湿式显影法。
16.如权利要求10所述的双层光刻过程，其特征在于：该上光阻层为正光阻。
17.如权利要求10所述的双层光刻过程，其特征在于：形成该非感光的高分子层的步骤包括：
在该基底上涂布该非感光的高分子层；和
进行一软烤过程，以去除该非感光的高分子层中的溶剂。
18.如权利要求10所述的双层光刻过程，其特征在于：形成该上光阻层的步骤包括：
在该基底上涂布该上光阻层；和
进行一软烤过程，以去除该上光阻层中的溶剂。
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2002
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