TW432483B - Method for forming anti-reflective layer with double-layer structure - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在 的區間 係都必 嚴格。 的線寬 射性之 屬等， 下層物 的圖刻 影響更 —微小 連結關 越來越 電路中 具有反 及矽金 其中從 光圖刻 的區域 訂 4 3 24 8 3 A7 _________B7 五、發明説明（） 發明頜域： 本發明係關於一種抗反射層的製程方法，特別是關於 —種形成雙層結構之抗反射層的方法。 發明背景： 超大型積體電路元件的製造過程中，由於在 必須植入大量的元件，以及各個元件之間的 須非常精確，故對光圖案的精確度的要求也 當晶片中的元件量遽增之後，在超大型積體 也必須隨之縮小其尺寸》然而，隨著大量的 半導體材料的使用，例如：複晶矽、鋁，以 這些材料將使得微影成像精確度產生問題。 質所產生非預期的反射光，將會嚴重的干擾 結果。尤其在波長範圍在紫外線或深紫外線 明顯。這樣結果將限制積體電路製程發展。 所以，一般會利用一抗反射層來克服此一問題。而影 響此抗反射效果的因素主要有：抗氧化層的厚度，以及其 光學性質（optical character)。而其中光學性質更包含兩 個參數：折射率 n( reflection index)以及阻光率 k (extinction coefficient)。而抗反射層的厚度、光學性質 則受材料種類、配方等的影響。 其次，有關抗反射層的種類包含有：無機抗反射層 (Inorganic anti-reflection layer )，例如：氛氣化石夕 (SiOxNy )，係一般用於抗深紫外線波長範圍的材料。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ------ii.---JI製--- (請先聞讀背氣之注意ψ-l?再填寫本買) A7 B7 43 24 8 3 ------- 五、發明説明（

其形成方法如：利用通入適當的氣體、N2〇 ;並控 制其流速、沈積速率，再加上利用電漿增強的方式來形 成氮氧化梦的抗反射層。但有關氮氧化矽的抗氧化層其 最大的缺點是.在圖刻結束後不易移除，以及不易形成 在有機膜層之上。此外，也有利用有機底層抗反射層來 解決因為光阻材料的反射光線。在西元1992年的gpiE vol，1 674 的 Optical/Laser Microlithography V 期刊之' 中’從第350到361頁，Yurika Suda等人公開—篇論文，

標題為"A New Anti-reflective Layer for Deep UV lithography"。在這篇論文之中，在次微米與波長248微 米的KrF準分子雷射的微影製程之中，使用一抗反射潛 (anti-relfective layer，ARL)，其優點包括具有較佳的臨 界尺寸（critical dimension, C.D.)。在光阻層之下的a_c-H 抗反射層被發現具有較佳的條件，而且此種抗反射層為 有機材料，能夠與光阻層同時被去除。’並且，因為具有 高的曝光與聚焦深度，此種抗反射層常用在'單一光阻之 KrF準分子雷射微影製程之中。有機抗反射層具有平垣 化的效果，非常適於使用於微影製程之中，但是對不同 '厚度的抗反射層，是非常不容易加以蝕刻。 另有其他待解決的問題，例如，抗反射層的化學成份 會與光阻或其上的薄膜層反應，而導致被蝕刻的圖案上 有殘留發生，而影響其絕對尺寸（critical dimension)。 故一種具有可調之光學性質（阻光率k和折射率 的底層抗反射層材料、可均勻的形成在半導體基材< 上，並可使用習知的乾蝕刻製程將底層抗反射塗覆材枓 從半導體基材或膜層表面加以移除，而且與光阻層或其 第3頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐} (請先閏讀背Φ-之注意事項再填寫本頁) :裝- 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 432483 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 五、發明説明（ ) 上的 薄膜層 之間具 有化學穩定性 質，乃是光微影技術宁 不可 或缺的 材料及 技術。 發明 目的及 概述: 本發明 的目的 之一係提供- -種雙層結構之抗反射 層 的製 程方法 〇 本發明 的另一 目的係提供- -種抗反射層的折射率 〔η) 與阻 光率（k)可藉由 改變反應氣體的流速做調整的製程 方 法0 本發明 的再一 目的係提供- -抗反射層之厚度具有 良 好均 一性的 方法。 本發明 的又一 目的係提供一 蝕刻圖案中的不具殘 留 現象 的方法 〇 本發明 關於一 種在半導體製程中形成一雙層結構 之 抗反 射層的 方法，並且更關於一 種形成可調光學性質η 、k 之抗 反射層 的方法 。首先，提供 一具有基材i〇〇，沈積 薄膜 層110 於基材 100之表面上 ’此薄膜層1 1 0可以是 多 晶硬 、氧化 層、金屬層或矽化鎢 °然後，利用化學氣相 沈 積（CVD)高速旋塗技術，於薄膜層11〇上形成一抗反射 層 120 最後， 形成光 阻層Π0於抗反射層120之上。 本發明 的抗反 射層120是雙層結構，其是由具有 厚 度約 為100 至1 000埃的第一層 122與厚度約為100 至 第4頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（21 OX 297公釐） 請 先 聞 讀 背 面- 之 注 意 事 項 再 f 窝 本 頁 432483 A7 ------ B7_ 五、發明説明（） 1 0 00埃的第二層124所絚成，第一層122的反應氣體配 方包括有機齒化物（CxHyXz)、έ化氫（HX)與攜帶氣體。 本發明可藉由改變鹵化氩與有機產化合物的比例，以得 到具有不同光學性質之折射率（η)與阻光率（k)的第一層 122。第二層124的反應氣體配方包括有機鹵化物 (CxHyXz)與攜帶氣體。對光阻層130進行微影製程，並 利用光阻層為罩幕，對抗反射層120與薄膜層11〇進行 非等向性蝕刻，將光阻層丨3 〇之上的圖案轉移至抗反射 層120與薄膜層110中。最後，光阻層130與抗反射層 120抗反射層120藉由電漿移除以完成本發明。 圖式簡箪說明： 第一圖為半導體晶圓的截面圖，圖中顯示本發明中形 成薄膜層、抗反射層與光阻層的情形。 第二圖為半導體晶圓的截面圖，圖中顯示本發明中微 影製程的情形。 第三圖為半導體晶圓的截面圖，圓中顯示本發明中蚀 刻抗反射層與薄膜層的情形。 第四圖為丰導體晶圓的截面圖，圖中顯示本發明中移 除抗反射層與光阻層的情形β 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明詳細說明· 自此，本發明之較佳實施例將與參考的附圖一同敌 述，其中相同的部份將分別以相同的號碼標示。 參考第一圖，首先，提供一具有<1〇〇>結晶面之單晶 _____第5頁_ 本紙張财關家鮮(CNS ) ( 210X297/^ ) ~~~ --- 432483 A7 B7 五、發明説明（） 基材100’並沈積一薄膜層110於基材1〇0之表面上，此 薄膜層110可以是多晶矽、氧化層、金屬層或矽化鎢。然 後’利用化學氣相沈積（c V D )，於薄膜層1 1 〇上形成一抗 反射層120’最後，形成光阻層130_於抗反射廣120之上。 因為抗反射層120位於光阻廣130之下，抗反射層12〇即 是所謂的底部抗反射層。底部抗反射層減少1 2 0減少來自 薄膜層11〇與基材1〇〇的反射光線’微影製程將在光阻層 130之中形成圖案’此圖案具有準直的形狀，而且可以有 效控制薄膜層110上之圖案的絕對尺寸。 本發明的抗反射層120是雙層結構，其是由具有厚度 約為100至1000埃的第一層122與厚度約為100至1〇〇〇 埃的第二層124所組成’第一層122的反應氣體配方包括 有機齒化物（CxHyXz)、i化氩（HX)與攜帶氣體。南化氣 (HX)，如HC卜HBr與HF ’其注入反應室的流速係介於[ 到200 seem之間；有機齒化物（CxHyXz)氣體，如Ch2x2， 其注入反應室的流速為1至200 seem之間，碳原子的原、 子數X約介於1至6之間，氩原子的原子數y約介於〇至 10之間’鹵素原子的原子數z約介於0至1 〇之間。齒化 氫（HX)與有機齒化物（CxHyXz)的反應氣體由攜帶氣體注 入反應室内。 經濟部智慧財產局員工消资合作社印製 此外，本發明之實施例中，藉由改變鹵化氫與有機齒 化合物的比例，可以影響抗反射層1 20之第一層1 22的特 性。例如形成第一層1 2 2的配方_，透過改變注入之齒化 氫與有機函化合物的流速，可以得到具有不同光學性質之 折射率（11)與阻光率（k)的第一層122。例如鹵化氫之流速 在1至300 seem之間，與有機鹵化合物之流速在！至 ___ 第6頁___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公楚) ~ ~~-- 4 3 24 8 3 A7 B7 五、發明説明（） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印" 3〇〇SCCm之間，可以得到第一層122之折射率（^在/ 5和 2.5之間’與阻光率（1〇在〇」和〇·8之間；若齒化氫之流 速在1至300 SCCm之間，與有機鹵化合物之流速在I 〇至 4〇〇sccm之間，可以得到第一層122之折射率（n)在1 6和 2-6之間’阻光率（]〇在0.2和〇.9之間。所以，透過改變 注入之鹵化氫和有機鹵化物的比例可以得到可調光學性 質之折射率（η)與阻光率（k)的第一層122。 第二層124的反應氣體配方包括有機鹵化物（CxHyXz) 與攜帶氣體。有機齒化物（CxHyXz)氣體，以一較佳實施例 而言’如較不與光阻反應的CfibF2 ’其注入反應室的流速 為1至200 seem之間，碳原子的原子數x、氫原子的原子 數y與鹵素原子的原子數z分別約在1至6之間、〇至1〇 之間與0至10之間。有機齒化物（CxHyXz)的反應氣體由 搞帶氣體注入反應室内。抗反射層120之第二j 1· 24的折 射率（η)約在1 · 1和2.0之間’阻光率（k)在〇·〇ι和〇.5之 間= 參考第二圖，對光阻層1 3 〇進行微影製程，以於光阻 層130上形成需要的圖案》參考第三圖，利用光阻層為罩 幕，對抗反射層120與薄膜層Π0進行非等向性蝕刻，將 光阻層130之上的圖案轉移至抗反射層12〇與薄膜層u〇 中。最後’請參考第四圖，光阻層130與抗反射層120抗 反射層120藉由電漿移除以完成本發明。 綜上所述，本發明雙層結構的抗反射層具有下列特 徵：（1)抗反射層的折射率（η)與阻光率（k)可藉由改變反應 氣體的流速做調整’（2)可輕易地利用電漿以移除抗反射 請 先 閱 讀 背 面< 之 注' 意 事， 項 再 i 裝 訂

第7W 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS > A4規格（210X297公爱） 4324 83 A7 B7 五、發明説明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 層’如傳統製程中之有機抗反射層的移除，而不必以濕製 程進行移除’（3)本發明抗反射層的厚度具有良好的均一 性，且其薄膜的厚度差異小於5% (4)抗反射層的形成速 率可控制在4.3A/sec，（5)抗反射層的雙層結構可藉由 選擇不與光阻層反應的上層抗反射層，以減少蝕刻圖 案中的殘留現象。 熟知技藝者可以本發明的基本精神為基礎，將雙層結 構變更為多層結構的抗反射層，多層結構抗反射層的形 成’可藉助於電腦軟體模擬其製程而完成，其電腦軟體如 PR03LITH。以雙層結構為例，若該下層之抗反射層中的物 質（一般多為含溴物質）會與其下之薄膜層反應，則可於該 下層之抗反射薄膜層下先形成另一不與薄膜層反應的抗 反射層’因此’多層結構之抗反射層不僅玎以減少含溴物 質之抗反射層與光阻之間的反應，更可以減少含溴物質之 抗反射層與薄膜層之間的反應。 以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限 定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之 精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請 專利範圍内。 mm 本紙張尺度適财關家料（CNS) A4输（2iQx297公楚） -n - ~1,. V—f— I ~~ 訂 1 (請先閲讀背面'之ίΐ-意ΐ'項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 43 24 8 3 AS B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利fc圍 1. 一種在基材上形成抗反射層的方法，該方法至少包含下 列步驟： 提供一基材’該基材具有一薄膜層於其上； 形成一第一抗反射層於該薄膜層上，其係利用至少包 含樓帶氣體、有機自化物與齒化氫的反應氣體完成；及 形成一第二抗反射層於該第—抗反射層上，其係利用 至少包含攜帶氣體與有機鹵化物的反應氣體完成。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之_化氫係為 溴化氫（HBr)。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之有機函，化物 具有CnHaBrbX2n-a_b + 2的化學形式，其中1。 4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中上述之有機_化物 係選自 CHF3、CH3F、CH2F2、C2F6、C2HF5、C4FS 其中之 一及其任意組合。 5·如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之第—抗反射 層的厚度約為100至1000埃之間。 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之第二抗反 射層的厚度約為100至1 000埃之間。 7. 如申請專利範圍第i項之方法，其中上述之第一抗反 射層的折射率（η)約在1.5至2.5之間，其阻光率（k)約在 〇 -1至〇 8之間。 第9頁 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) V裝 I I n-^OJI n n n I λ^λιγ/ 10 2 格 規 4 A 5 N 平 保 一 ί - 97 432483 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之第二抗反 射層的折射率（n)約在1.1至2.0之間，其阻光率（k)約在 0 - 0 1至0.5之間。 9. 如申請專利範圍第1項之方法’於形成二抗反射層步 驟之後更包含形成一光阻層於第二抗反射層之上。 i〇.—種在基材上形成抗反射層的方法，該方法至少包含下 列步驟： 提供一基材，該基材具有一薄膜層於其上； 形成一第一抗反射層於該薄膜層上，其係利用至少包 含穩帶氣體、有機齒化物與鹵化氫的反應氣體完成，該第 一抗反射層的折射率約在1.5至2.5之間，其阻光率（k) 约在0,1至〇. 8之間；及 形成_第二抗反射層於該第一抗反射層上，其係利用 至少包含攜帶氣體與有機齒化物的反應氣體完成，該第二 抗反射層的折射率（n)約在1 ·丨至2.0之間，其阻光率（k) 約在0,01至0.5之間。 U.如申請專利範圍第〖〇項之方法，其中上述之尚化氫係 為溴化氫（HBr)。 12. 如申請專利範圍第1〇項之方法，其中上述之有機鹵化 物具有CnHaBrbX2n-a-b + 2的化學形式，其中ng 1。 13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中上述之有機鹵化 物係選自 CHF3、CH3F、CH2F2、C2F6、C2HF5、C4F8 其中 第10頁 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂----- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 43 24 8 3 B8 C8 D8 ___ 六、申請專利範圍 之一及其任意組合。 14. 如申請專利範圍第10項之方法，其中上述之第一抗反 射層的厚度約為100至1000埃之間。 15. 如申請專利範圍第10項之方法，其中上述之第二抗 反射層的厚度約為100至1000埃之間。 16. 如申請專利範圍第】0項之方法，於形成第一抗反射 層步騍之前更包含形成一第三抗反射層於該薄膜層之 上，以形成多層結構之抗反射層。 17. 如申請專利範圍第10項之方法，於形成二抗反射層 步驟之後更包含形成一光阻層於第二抗反射層之上。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第11頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）