TW201001495A - Double patterning lithography method - Google Patents

Description

201001495 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於-種微影方法，特別是指一種可減少疊 對誤差的雙圖樣微影方法。 【先前技術】 由於電子產業的蓬勃發展’電子產品持續往輕薄短小的 要求下，相關的半導體工業製程亦隨著相關產品的需求而 迅速發展，而這些發展對人類社會整體而言具有深遠的

影響。 ,而主導半導體積體電路製程的整合技術之一是微 影技術，目前三種先進的微影技術策略分別是：高數值 孔授（NA)值的潤浸式微影、超紫外線（膽)微影，及雙 圖樣微影（D0uble patterning mh〇gr物，DpL)技術高 數值孔L (ΝΑ)值的浸潤式微影被視為是延續^州生命 的重要過度性技術，但是面臨摩爾定律進入U奈米製 程’浸潤式微影技術已達極限，而超紫外線（euv)微影 =源電能等問題則讓其生產力很難提升，因此雙圖樣 U衫技*則為目前縮減半導體線路有效節距的主要方 式。 首先參閱圖卜圖i為—半導體晶片i，具有一介 電層广及複數分別形成在該介電層u並彼此間隔排 一凹槽12、13,且該等相鄰的第一、二凹样 12、13的間距—致（di=d2)。 曰 而般以雙圖樣微影技術形成上述該等凹槽12、13 3 201001495 之製程步驟為：首先準備一具有一介電層11的半導體 晶片1’接著在該介電層^表面以第一光罩（圖未示）進 打第一次钱刻’於該介電層H形成複數個第一凹槽12, 接著再於該具有複數個第一凹槽12的介電層11上形成 光阻層（圖未示）後，再進行第二光罩（圖未示）的曝光及 緊接著的第二次蝕刻’於該介電層Π形成複數個與該 等第一凹槽12交錯排列且與相鄰之任一第一凹槽12間 距相同的第二凹槽〗3,再將該剩餘的光阻層移除後，即 可开》成如圖1所示的最終圖樣。 參閱圖2,然而於實際操作上，不同的曝光次數會 造成該等第一、二凹槽12、13間關鍵尺寸（CD)的差異， 且該等相鄰之第一、二凹槽12、13間的距離也會因顯 影蝕刻過程中光罩的對位誤差而會產生相鄰之第―、二 凹槽12、13間的距離誤差（疊對誤差，〇verlay， OLE)及/或相對位置的誤差，導致該等第一、二凹枰η、 13的位置無法對應或是距離不一致（d，^d，2)的對位問 題產生，且同時因為該等第一、二凹槽12、13是經由 單次曝光形成，亦容易因為曝光顯影解析度的影響，而 使製得之凹槽形狀產生變形。 由於在密集圖案區OLE會造成交錯發生的線寬太 大或太小而造成後續製程良率的降低， _ 田上述雙圖樣 微影製程所製得的凹槽、孔洞或溝槽，在銘 你即距及凹槽尺 寸要求越來越小（pitch<140nm)的條件下，★ i1文传製程條 件越來越嚴苛。由於疊對與關鍵尺寸間的相互影 201001495 雙圖樣微影技術對疊對誤差的敏感度提高了三倍，因 此’如何改善疊對修正、減小疊對誤差、提高精確度則 為發展雙圖樣微影技術的一重要方向。 【發明内容】 因此，本發明之目的，即在提供一種可增強關鍵尺寸製 程微縮（CD shrinkage function)的能力，增加疊對誤差 (Overlay error)的容忍度，並可減少疊對誤差及對位誤差的雙 圖樣微影方法。 於是，本發明一種雙圖樣微影方法包含下列三個步驟。 首先在一具有第一層體的半導體晶片表面形成一第一 圖案，該第一圖案包括複數沿該第一方向延伸且沿一實質與 該第二方向交錯的第二方向間隔排列之第—遮罩，及複數與 該等第一遮罩交錯排列的第一槽區。

再於該帛目案上开> 成一第二圖案，該第二圖案包括複 數沿該第二方向延伸且沿該第—方向間隔排列的第二遮 罩，及複數與該等第二遮罩交錯排列的第二槽區，該等第 一、二槽區共同定義出複數重疊區域。 自該等重疊區域向該第—層體方向進行㈣以於該第一 層體形成多數凹槽。本發明之功效在於··藉由上下疊置的該 第一f第二圖案之第―、二槽區界定形成多數重疊區域，由 :該等重疊區域會隨著該第一及/或第二圖案顯影對位時的 誤差％朝5亥第一或第二方向同時位移，使得自該等重疊區 域位置彼此相對應形成的凹槽位置也料等向位移，而令任 相鄰兩凹槽的位置及距離不會有因兩次㈣之對位問題而 5 201001495 產生疊對誤差’且由於本發明雙圖樣微影技術方法形成之凹 槽比一般藉由單次曝光形成之孔洞具有較強的關鍵尺寸製 程微縮（CD shrinkage function)的能力，因此可在固定的重疊 區域面積下，藉由調整該等第一、二槽區的寬度，令由該等 第一、二槽區界定形成之多數重疊區域向第一或第二方向延 展，而可增加疊對誤差的容忍度。 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在以 下配s參考圖式之一個較佳實施例及兩個具體例的詳細說 明中，將可清楚的呈現。 —在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明 内谷中，類似的元件是以相同的編號來表示。 本發明的雙圖樣微影方法是可用來製作複數彼此無相 對誤差之凹槽。 參閱圖3，本發明雙圖樣微影方法的較佳實施例是包含 下列三個步驟。 面开H订步驟101 ’在一具有第一層體的半導體晶片表 面开:成-弟-圖案，該第一圖案包括複數沿該第一方向延伸 且-實質與該第一方向交錯的第二方向間隔排 — 遮罩，及複數與該等第—遮罩交錯排列的第一槽區。 由於自氧切、氮切等介電材料構成， 為本發明之技術重點材料及製作方式非 可選自二氧切、氮化=不夕加以說明;該第1軍 I化石夕4介電材料構成，較佳地，該第— 201001495 遮罩可選自與該第—層體具有不同姓刻選擇比之介電材 料，而可藉以控制蝕刻位置。 接著進行步驟1〇2,再於該第一圖案上形成一第二圖 案’該第二圖案包括複數沿該第二方向延伸且沿該第一方向 間_列的第二遮罩，及複數分別與該等第三遮罩交錯排列 的第—槽區’ 4等第〜、二槽區共同定義出複數重疊區域。 該等第二遮罩可選自正型光阻材料或負型光阻材料所 構成。 …最後進行步驟103,自該等重疊區域向該第一層體方向 進打蝕刻以於該第一層體形成多數凹槽。 %又’要說明的是，當該每-第-遮罩及該每-第一槽區 =該第二方向的寬度和大於14Qnm，及該每—第二遮罩及該 每-第二槽區沿該第二方向的寬度和大於丄4 〇腿時，即表示 几件要求的線寬/線距較A，則可不必使賴雙微影圖樣方 法，於本實施财，該每—第—槽區及該每—第—遮罩沿該 第=方向的寬度和不大於14()nm，及該每—第二遮罩及該每 一第二槽區沿該第二方向的寬度和不大於14〇nm。 一藉由形成上下疊置的該第一及第二槽區，並經由該第 一 ^槽區的重疊區域界定出多數凹槽，由於該等重疊區域 會隨著β第-及/或第二圖案顯影對位時的誤差，而朝該第 一或第二方向同時位移’也使得與該重疊區域形狀位置彼此 相對應的凹槽也同時等向位移，而使任相鄰兩凹槽於位移 前、後的距離不會有相對誤差產生，因此可避免因—般雙圖 樣微影製程因第一次及/或第二次 7 201001495 致的相鄰凹㈣距離㈣對誤差，且本發明雙圖樣微影技術 方法形成之凹槽比-般藉由單次曝光形成之孔洞具有較強 的關鍵尺寸製程微縮（CD shrinkage functi〇n)的能力，因此可 在固定的重疊區域面積下，藉由調整該等第―、二槽區的寬 度而令由該等第…二槽區界㈣成之多數重疊區域向第一 或第二方向延展，而可增加製程過程中之疊對誤差的容忍 度。 上述本發明雙圖樣微影方法的較佳實施例，在配合以下 具體例的說明後，當可更加清楚的明白。 <具體例1 > 、圖4，首先進行該步驟1〇1，於具有第 參閱圖 層 體21尸的半導體曰曰片2表面，以化學氣相沉積方式形成 -由氮化⑪為材料呈且厚度為1()_的第二層體（圖未示）， 接著於該第二層體表面形成一光阻層(圖未示)後，以第一光 罩（圖未示）經光微影製程讓該光阻層形成—與該第—光罩相 對應之預疋圖案’接著沿該預定圖案向該第—層體h方向 進行㈣至該第—層體21表面裸露出，最後再將該由光阻 形成的預定圖案移除後，即可得到該第一圖案3。 。亥第11案3包括複數沿—第—方向X延伸成長條形且 沿一垂直相交於該篦_ 士 a _ 方向X之弟二方向y間隔排列的第一 遮罩3卜及複數由相鄰兩第—遮罩31及位於該相鄰兩第一 遮罩31間裸露的該第-層體21表面所界定形成的第一槽區 32 〇 參閲圖 接著進行該步驟1〇2，於該第一圖案3 201001495 表；塗：：由正形光阻材料構成的第三層體(圖未示)，接著 :;:::?。未示)將該第三層體進行一後，形成 7 =案4包括複數沿該第二方向#伸成長條形且 =二向\間隔排列的第二遮罩41，及複數分別與該等 第一遮罩1交錯排列的第二槽區42,且該等第一、二槽區 32、42共同定義出複數重疊區域。 ° 參閱圖3、圖6，異推;劫止 等重聶區域订該步驟如，利用蝕刻方式自該 且》域，>。者界^出該等重疊區域之相鄰兩第 Π:設::兩邊與相鄰兩第二遮…對面設置之兩邊 Π】: 向㈣’於該第-層體21形成複數圍繞 ⑬數分別對應連接該每1繞面51底緣的底面52, 該母-圍繞面51及底面52共同界定出一凹槽5。 :得一提的是，由於該每一凹槽5是經由兩次微影钱刻 規則Γ界定製得’與習知經由單次曝光方式所得之較不具 製=孔洞或凹槽形狀相較，利用本發明該雙圖樣微影方法 凹槽5其圍繞面51之頂緣的四個夾角會實質成直角。 料，要說明的是，參_ 7，圖7中之斜線標示區域 1 一重疊區域，本發明可藉由調整該第-圖案3之任一第 —=罩31與該相鄰之第—槽區32及該第二圖案*之任一第 該\與該相鄰之第二槽區42彼此間的相對寬度，而使 4豐區域在不改變整體面積的條件下向該第一方向X 所示(如圖θ7之(a)所示)或向該第二方向y延展(如W 7之⑻ 而传以讓經由該重疊區域界定形成之凹槽5的闕鍵尺 9 201001495 寸（CD)沿第二或第一方& 提升該等沿第-或第二方/、X微縮（Shdnkage)，而可適度 总杜六刃痒m D x、y形成之凹槽5的疊對製程 ==rlay Wlnd°w)，且由於該等第―遮罩31與第 槽Q 32及第一遮罩4i版皆 LV W ^ 、弟二槽區42的製程條件較一般 以單-人微影製付的凹槽劁户炊μ a μ 件為寬鬆，因此亦可同時擴大 該羊凹槽衣私的操作條件限制。 又’值得—提的是，亦可於該步驟⑽實施後，以電聚、 蝕刻，或化學機械研磨其中任— 隹方式將该4第二遮罩42及 第一遮罩31移除，形成最 〈具體例2> 、如圖8所不的態樣。 本發明雙圖樣微影方法 ^ ^ 昇體例2，與該具體例1大Μ 相同，不同處在於實施該步體例1大致 ·>主工 1時，是先在該第一層體21 之表面以化學氣相沉積（CVD)方式得到— 第一層膜及一第1s 、有依序形成之一 弟一層膜的第二層體（圖未示 臈分別為由氮切及二氧切 膜厚 接著於該第二層膜表面形成 膜圖:貫= 經光微影製程將該光阻層 （圖未不）後，再 索Θ呤筮a 預疋圖案，接著沿該預定圖 案向該第一層體21方向 圍 德爯膝兮+·, 孩第—層膜裸露出’最 後再將該由光阻形成的預定圖案移除後取 所示的第一圖案。 了侍到一如圖9 该第-圖案3具有一連接於該第一層 33 > if Jfe· ri, ^ * 騷21表面的基部 星數由遠基部33表面向上沿該第 形且沿該第-太A yj, ° X延伸成長條 飞弟一方向y彼此間隔排列的第— 相鄰兩第一逆+# ”’ 及複數由 遮罩3!及央置於該兩第一遮^間裸露的該基 10 201001495 部33表面所界定出之 -層膜，該算黛一诚g 』32，該基部33即為上述該第 μ等第遮罩3〗即由該第二層膜所形成。 提的是，該第二層膜分別與該第—層膜及該第一 之㈣選擇比，藉由膜相⑽比的選擇 而可控制蝕刻的位置。 伴 又值仔一提的是，當上述兮·其部w & 呔μ基邛33為由低介電常數材 ^斤構成時，可於該步驟1〇3實施#，或於該步驟 施 或化學機械研財切該等第二遮罩 移罩31移除，形成最終如圖1〇所示的態樣，該未 移除的基部33可視為該第一層體21 時用以保護該等凹槽5。㈣1的延伸，而在後續製程 的凹^上Γ述’經由形成多數與該重疊區域形狀彼此相對應 2凹槽，由㈣等重疊區域會隨著顯影對位時的誤差，而同 t朝該第—或第二方向偏移，也使得與該等重疊區域位置彼 此相對應的凹槽也㈣進行等向位移，而使任相鄰兩凹槽於 位移前、後距離無相對誤差產生，因此可避免因—般雙圖樣 微影製程圖樣的定位誤差所導致的疊對誤差及對位誤 差’且由於本發明雙圖樣微影技術方㈣叙凹槽比一般藉 由單次曝光形成之孔洞具有較強的關鍵尺寸製程微邮D 咖nkage Wtion)的能力，因此可在固定的重疊區域面積 下，藉由調整該等第一、二槽區的寬度而令由該等第一、一 槽區界定形成之多數重疊區域向第一或第二方向延展，而； 增加疊對誤差的容忍度；另外，因該等第—及第二圖案的製 程條件較-般經由單次曝光製作而得的凹槽製程條件為寬 201001495 為該等第一及第二槽區共同界定 凹槽製程的操作條件。故碎實能 鬆，而本發明的凹槽為藉由 出，因此亦可同時擴大該等 達成本發明之目的。 惟以上所述者，僅為本發日狀較佳實施例而已 以此限定本㈣實狀_，即大膽本發对請專利^

及=明說_容所作之簡單料效變化與㈣，皆仍屬本: 明專利涵蓋之範圍内。 X 【圖式簡單說明】 圖1是一俯視示意圖，今 圖β兒明一間化的習知雙圖樣微影的 成形凹槽分佈態樣； 〜的 輔助說明圖1凹槽位置的相對關 圖2是一俯視示意圖 係； 圖3是一流程圖，輔助句 助°兒明本發明該較佳實施例； 圖4是一立體示意圖，鍤 稍助說明該具體例1，實施步 101 ’於該第一層體表面形成的第一圖案； 貫施步驟 實施步驟 圖5是—立體示意圖，輔助說明該具體例 102，於該第一圖案上形成的第二圖案； 圖6是—立體示意圖，辅助說明該具體例 103,於該第一層體形成多數凹槽； _ 7是一俯視示 刑屻說明實施本發明該較佳實施 例時調整該第一遮罩與該相鄰 ^ ^ 4之第一槽區的寬度及該第二 圖案之任一第二遮罩與該相鄰 u <第一槽區的寬度後，重疊區 域沿該第一或第二方向延展的態樣丨 匚 圖8是一立體示意圖，輔助 令 祠助說明將圖7中之第二遮罩及 12 201001495 第一遮罩移除後的態樣； ' 圖9是一立體示意圖，輔助說明該具體例2於實施該步 驟102形成的第一圖案之態樣； 圖10是一立體示意圖，辅助說明該具體例2的第一、 二遮罩移除後的態樣。 13 201001495 【主要元件符號說明】 X 第一方向 32 第一槽區 y 第二方向 4 第二圖案 101 步驟 41 第二遮罩 102 步驟 42 第二槽區 103 步驟 5 凹槽 2 半導體晶片 51 圍繞面 21 第一層體 52 底面 3 第一圖案 31 第一遮罩 14

Claims (1)

1. 201001495 七、申請專利範圍： 1. 一種雙圖樣微影方法，包含： (a)在一具有—第一層體的半導體晶片上形成一第一 圖案，該第一圖案包括複數沿一第一方向延伸且沿一實 質與該第一方向交錯的第二方向間隔排列之第一遮罩， 及複數與該等第一遮罩交錯排列的第一槽區； ⑻於該第-圖案上形成一第二圖案，該第二圖案包 括複數沿該第二方向延伸且沿該第一方向間隔排列的第 :料及複數與該等第二遮罩交錯排列之第二槽區，該 等第一、二槽區共同定義出複數重疊區域；及 (C)自該等重疊區域向該第—層體方向_以於該第 一層體形成多數凹槽。 2·=據中請專利範圍第1項所述的雙圖樣微影方法，更包 =實施在該步驟⑷之後的步驟⑷，是將該等第二遮罩 3.:據第2項所述的雙圖樣微影方法，更包 ㈣實施在該步驟⑷之後的步驟⑷’是將該等第-遮軍 依據申。月專利範圍第】項所述的 該每-第-遮罩是由該第一層體表面=，:方:，其中， 延伸成長條形且沿該第：方方向 為由相鄰兩第—遮罩及位於該相〜亥母-弟一 該第—層體表面所界定出。 円邛間裸露的 5 ·依據申請專利篇囹 項所述的雙圖樣微影方法，其卜 15 201001495 該第一圖案更具有一基部，該基部是連接於該第一層體表 面’該等第一遮罩是由該基部表面向上，沿該第一方白延 伸成長條形且沿該第二方向彼此間隔排列，該每一第—槽 區為由相鄰兩第一遮罩及夾置於該兩第—硬遮罩間裸露 的該基部表面所界定出’且該基部分別與該等第一遮罩及 該第一層體具有不同的蝕刻比。 6. 依據申請專利範圍第3項所述的雙圖樣微影方法，其中， 該步驟（c)是沿著界定出該等重疊區域之任相鄰兩第一遮 罩面對面設置之兩邊與相鄰兩第二遮罩面對面設置之兩 邊向該第一層體方向蝕刻形成該每一凹槽。 7. 依據申請專利範圍第1項所述的雙圖樣微影方法，其中， 該每-第-遮罩與該相鄰之-第一槽區沿該第二方向的 寬度相加不大於14〇nm。 8. 依據巾請專利範圍第丨項或第7項所述的雙圖樣微影方 其中，該每一第二遮罩與該相鄰之一第二槽區沿該第 方向的足度相加不大於140nm。 9. 依據申請專利範圍帛1項所述的雙圖樣微影方法，其中， 該第一層體與該等第一遮罩為具不同蝕刻選擇比。” 1〇_依據申請專利範圍第1項所述的雙圖樣微影方法，其中， 該第二遮罩為光阻材料。 /、 16