TW322599B - Patterning method in semiconductor process - Google Patents

Description

經濟部中央揉準局貝工消費合作社印裂 322599___B7 五、發明説明（/ ) 技術領域： 本發明是有關〜種積體電路的製造方法，特別是有關 —種在定義圖案後以簡易方法去除硬式光罩之半導體製程 中定義圖案的製造方法。 發明背景： %« 桉，微影技術係影響積體電路高積集密度（packing density)發展趨勢的最重要因素，而微影技術的一大瓶頸 就是如何於曝光和對準過程中精確地控制和監測 (monitor)，如此之情況一直是半導體工業界一個非常困擾 的問題。所以各家半導體之廠商，都想盡辦法不断地致力 於微影技術的研發。 在習知的半導體製程中，通常於塗覆光阻之前先於複 晶矽基板與欲圖案化的層次（如：複晶矽層、金屬矽化物層） 表面成長一層硬式光軍（hard mask)，以保護晶片’避免刮 痕及浮渣，同時其可增加聚焦深度並降低反射率，而提供 後續光學微影技術進行時之抗反射作用。 傳統硬式光罩材料係以氮化矽、氧化矽為之，但是然 而，由於移晶圓表面不平整的地勢（rough topography)以 及複晶矽的高反射率（約80% )，會造成微影及蝕刻製程 中的許多問題•於微彩曝光時，平行的入射光東遇到場氧 化層之後，—部分會直接反射到光阻底層或是反射到複晶 矽後再反射到光阻底層，造成光阻圓案匾域非必要的曝 光，因而產生光阻圖案線條變細的凹陷現象或甚至造成断 線，進而於蝕刻過程中彩響到複晶矽的線寬，嚴里影響到 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 裝( II 訂 線4丨 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印装 A7 ____B7_ 五、發明説明（S ) 積體電路元件的品質。 一般解決上述凹陷問題的方法，是在金屬表面塗佈一 廣抗反射層（anti-reflective coating ; ARC)以降低光學 反射作用。傳統上常用的抗反射層物質之一是氧化氮化矽 (oxynitride ; SiNxOyHz) *因其於定義圖案後不易去除，會 造成階段性高度差（step height)以及縱橫比（aspect ratio)增加之問題，影響到後續層次的形成。另一方面， 沈積氧化氮化矽（SiNxOyHz)的反應氣體SiH4含有氫元素，或 多或少地會殘留在氧化氮化矽中，若是保留抗反射層於矽 基板表面的話，於後續高溫製程時氫氣極容易釋放出來 (outgasing)，使得積體電路元件的品質及良率下降 (degrade) ° 因此，本發明提供一種圖案化的新製程，能夠徹底改 善上述之缺點，產生高品質的積體電路。 發明之概述： 本發明之主要目的為提供一種半導體製程中定義圖案 之方法，形成包含有抗反射層和蝕刻脫離層的硬式光罩雙 層結構於欲圖案化層次的表面，於微影製程時*可以獲得 較佳的光阻輪摩（profile)。 本發明之次要目的為提供一種半導體製程中定義圖案 之方法，形成包含有抗反射層和蝕刻脫離層的硬式光罩雙 層結構於欲圇案化層次的表面，於微影製程後，可以輕易 地將軸刻脫離層自基板表面除去*獲得較為平緩的地勢° 本發明之再—目的為提供—種提供—種半導體製程中 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -----^------1T------Ϊ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印裝 322599 五、發明説明（^ ) 定義圖案之方法，於微影製程後，將氧化氣化移的抗反射 層伴隨著蝕刻脫離層一起自基板表面除去，可以有效地消 弭因氧化氮化孩的氫氣釋放出來（outgas ing)所產生的問 題。 本發明之又—目的為提供一種提供—種ΐ導體製程中 定義圖案之方法*可以有效地提升積體電路元件的品質及 良率。 本發明係利用以下的製程方式’而達成上述之各種目 的：首先*依序形成一層圖案層十一層包含抗反射層和蝕 刻脫離層的硬式光罩雙層結構於基板表面’然後塗佈一•層 光阻於所述硬式光罩表面，接著，於黄光下進行—次曝光 和顯影等微影製程（lithography)製定出光阻圖案，然後， 進行第一蝕刻，將未被所述光阻圖案覆蓋的所述硬式光覃 和所述圖案層去除，以使所述圖案層加以圖案化*最後* 以氫氟酸（HF)溶液進行第二蝕刻，將剩餘的所述蝕刻脫離 層制離*進而一起去除其上的所述抗反射層以及所述光阻 圖案，僅留下已圖案化的圖案層。本發明所述之半導通製 程中定義圖案之方法於焉完成。本發明亦可以另—替代實 施例操作之，於進行第二蝕刻之前’先利用氧氣電漿以及 硫酸，將所述光阻圖案除去後，再進行第二蝕刻，將剩餘 的所述勉刻脫離層剝離。 圚式說明： 圖一（A)至圖一（D)為本發明實施例定義圇案的製程剖面 圖。 本纸張尺度逋用中國a家揉準（CNS ) Λ4规格（210X297分釐） JI. ^裝^ I 訂 I-—~ 線 (請先聞讀背面之注意事項再埃寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印策 A7 __B7 五、發明説明（4)

I 圖二為本發明實施例氧化氮化矽的反射率與厚度之關係 圖0 圖號說明： 1-基板 11-圖案層 121 -翻刻脫離層 122-抗反射層 13-光阻 發明之詳細說明： 請參閱圖一（A)，首先，依序形成一層圖案層11和一層 包含抗反射層122和蝕刻脫離層121的硬式光罩12雙層結構 於基板1表面*然後塗佈—層光阻13於所述硬式光罩12表 面。所述基板，通常是成分為矽或是砷化鎵（GaAs)的半導 雅晶圓，亦可為液晶顯示器（LCD)使用之玻璃面板（glass flat panel)或陶磁基板。所述圖案.11通常是複晶孩層3 也可為含有鶴、鉢等金屬的金屬5夕化物層（silicide)。 所述抗反射層122通常是利用化學氣相沈積法（CVD)所 形成的氧化mte(oxynitride ; SiNxOyHz)，其製程條件如 下：在壓力範圍介於2-4 Torr之間，溫度範圍介於350_ 450 °C之間*功率範圍介於100-800瓦特之間，通入SiH4 氣體流量介於30-100 seem之間，N20氣體流量介於800-1600 seem之間和PH3氣體流量介於180-380 seem之間。 所述抗反射層122亦可為其他常用之抗反射層材料’需配合 選用與所述軸刻脫離層121接面特性較佳的材質。所述軸刻 脫離層121的材料通常是利用電漿輔助化學氣相沈積法 (PECVD)所形成的碟揉雜矽玻璃（PE PSG) *其厚度大約介於 本紙張尺度逋用中國國家揉率（CNS ) A4规格（210X297公釐） .^訂------線"ί I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央揉準局負工消费合作社印装 A7 B7 五、發明説明（Γ) 500到3000埃之間。所述蝕刻脫離項丨21的材料也可以是 利用次大氣崔化學氣相沈積法（SACVD)所形成的無揉雜$夕玻 璃(SA USG)。 請參閱圖一（Β) ’於黄光下進行—次曝光和顯影等微影 製程製定出光阻圖案13Α。所述微影製程屬於習知技藝的範 嘍，在此不加以贅述。 請參閱圖一（C)，進行第一蝕刻’將未被所述光阻圖案-13Α覆蓋的所述硬式光罩和所述圖案層去除’以使所述圖案 層11Α加以圖案化。所述第一蝕刻通常是使用電漿蝕刻方 法，如：反應式活性離子蝕刻（RIE)、電子迴旋共振氅漿蝕 刻（ECR)或磁場增強式反應式活性離子蝕刻（MERIE)，但也 可以是其他型態的乾翻刻方式，如準分子雷射（excimer laser)或電子東（E-beam)軸刻等。 請參閱圖一（D) *進行第二軸刻*將剩餘的所述翻刻脫 離層121剝離，進而一起去除其上的所述抗反射層122以及 所述光阻圖案13A，僅留下已圖案化的圖案層11A，如圖一 (D)所示。本發明所述之半導體製程中定義圖案之方法於焉 完成。本發明亦可以另一替代資施例操作之，於進行第二 蝕刻之前，先利用氧氣電漿以及硫酸，將所述光阻圖案13A 除去後，再進行第二軸刻，將剩餘的所述蝕刻脫離層121剝 離。 此步驟為本發明重點之一，所述第二蝕刻通常是利用 濃度介於1到10%之間的氫氟酸（HF)為蝕刻液、的濕蝕刻方 式*因為氫氟酸（HF)對所述勉刻脫難層121的橫向（lateral) 本纸張尺度適用中國國家梂奉（CMS ) A4规格（2丨0x297公兼） J. i. 考 i (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部中央樣準局貝工消費合作杜印裝 A7 __B7___________五、發明説明（/ ) 蝕刻速率較快，可使所述蝕刻脫離層121輕易地剝離，有效 地減少基板表面不必要的高度差及縱橫比，同時消除了因 為氧化氣化$夕（oxynitride ; SiNxOyHz)的抗反射層殘留在基 板表面時，所釋放出多餘的氫氣而影響積體電路產品品質 的機會。 請參閱圖二，為茂矽電子股份有限公司的研發成果。 係以波長為3650埃（I line)入射光*置測氧化氣化移的反 射率與厚度開係之實驗數據，可由圖中看出，適當的選取 氧化氮化矽的厚度，就可以獲得小於—般習用抗反射層的 反射率，配合積體電路製程的要來，本發明利用厚度大約 介於1100到1500埃之間、2300到2700埃之間、3400 到3800埃之間和4750到5100埃之間的氧化氮化矽作為 抗反射層，即可使曝光顯影後的光阻輪廓較為垂直’進而 增加產品之良率。 上述係以最佳實施例來闡述本發明，而非限制本發 明，並且，熟知半導體技藝之人士皆能明瞭，適當而作些 微的改變及調整，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離 本發明之精神和範圍。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本纸張尺度逍用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 322599 8 8 8 8 ABCD

   經濟部中央棵準局負工消費合作社印製 A、申請專利乾圍 丨—種半導體製程中定義圖案之方法，係包含下列步驟： a. 形成一層圖案層於一·基板表面； b. 形成—層硬式光罩於所述圖案層表面，所述硬式光革 係包含抗反射層和蝕刻脫離層雙層結構； c. 形成一層光阻膜於所述硬式光罩表面，並•利用微影技 術定義出光阻圖案； d. 進行第一蝕刻，將未被所述光阻圖案覆蓋的所述硬式 光軍和所述圖案層去除，以使所述圖案層加以圖案 •f匕；以及 e. 進行第二蝕刻，使所述硬式光軍制離。 2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製程中定義圖案之 方法，於所述步驟（e)之前，更包括—步去除所述光阻圖 案的步驟。 3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製程中定義圖案之 方法，其中所述基板是遘自矽和砷化鎵（GaAs)半導體晶 圓之一。 4. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製程中定義圖案之 方法，其中所述基板是選自玻璃面板和陶磁基板之—。 5. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製程中定義圓案之 方法，其中所述圖案層是選自複晶矽和金屬矽化物之 « 〇 6. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製程中宝義圖案之 方法，其中所述抗反射層是氧化氮化矽（oxynitride， SiNxOyHz)。 本纸張尺度適用中國國家揉準（CNS > A4規格（210><297公釐） C请先聞讀背面之法意筆項存填寫本萸'j tr

   A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 7. 如申請專利範圍第β項所述之半導體製程中定義圖案之 方法，其中所述氧化徵化移是利用化學氣相沈積法，在 SiH4氣體流置介於30-100 seem之間，Νζ0氣體流量介於 800-1600 seem之間和ΡΗ3氣體流量介於1別_38〇 sccm 之間的環境下形成。 8. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製程中定義圖案之 方法，其中所述蝕刻脫離層是選自電漿輔助化學氣相沈 積法所形成的碌後雜矽玻璃（PE卩％)#°利用次大氣崔化 學氣相沈積法所形成的無揉雜移玻璃（SA USG)之—。 9. 如申請專利範園第8項所述之半導體製程中定義圖案之 方法，其中所述軸刻脫離層其厚度介於500到3000埃 之間。 10. 如申請專利範圍第1項所述之半導體製程中定義圖茶 之方法，其中所述第二蝕刻係於氫氟酸（册）溶液中進行 之濕飽刻。 11. 如申請專利範圍第10項所述之半導體製程中定義圖案 之方法，其中所述重酸（HF);容液的漢度係介於1至』 之間。 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本莧) 缝 經濟部中央棵隼局貝工消费合作社印装 本纸張尺度逍用中國國家揉準（CNS ) Α4规格（210X297公釐}