TW498407B - UV-enhanced silylation process to increase etch resistance of ultra thin resists - Google Patents

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[技術領域】 I 本發明係概括有關增加超薄光阻層之蝕刻阻抗。特別 是本發明有關使超薄光阻層矽烷化，而隨之增加其蝕刻阻抗。[背景技藝1 於半導體工業中，朝更高電子充件密度為一持續不斷 之趨勢。為達到此高密度，已不斷朝向縮小半導體晶圓上 的電子元件尺寸而努力。欲達到如此高的電子元件封裝密 度，則需要越來越小的圖形尺寸。此係包含内導線與表面 幾何的寬度及間距，例如各種不同圖形的角和邊。由於在 半導體晶圓表面上其特色為存在著許多的内導線，因此朝 更高電子元件密度的趨勢值得注意。 於相鄰圖形間有緻密間距之細小圖形如金屬線需要高 解析度的石板印刷製程。一般而言，石板印刷係指於不同 介質間圖案轉移的製程。為一種積體電路製造技術，其中 矽薄片一晶圓，均勻塗佈一層輻射感應薄膜一光阻層，並 以一個暴露光源（例如可見光、x射線，或電子束）透過 |中間的原版模板一光罩，照射在表面的選擇區域而得到特 |定的圖案。該石板印刷塗層通常為一種適合作為接受主圖 I 案之投射影像的輻射感應塗層。該影像一經投射，便無法 | 磨滅地在塗層令形成影像。該投射影像可為主圖案的負片 | 或正片。透過光罩曝光會在該塗層的曝光區域引起化學變 ^ 化，藉以使得該影像區域於特定溶劑之顯影液中較為可溶 ^|或較難溶解（視該塗層而定）。於顯影製程中，此較為可 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐）------ ”’、

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498407 五、發明說明（2 ) 溶的區域被移除而在塗層中如較難溶解之聚合物留下圖 案。 就微電子加工而言，投影石板印刷技術為一種強大且 不可或缺的工具。然而，石板印刷孕術並非沒有侷限。欲 以令人滿意的解析度使具有約0.25微米、〇 18微米或更 小尺寸的圖开> 圖案化是困難的。此儀因用於石板印刷技術 的光阻層為典型具有7,000埃或更高等級的厚度者。此等 相對較厚的光阻層無法將細小的圖案化尺寸以好的解析度 加以傳導。 使用相對較薄的光阻層（例如小於約5,〇〇〇埃）可以 將越來越小的尺寸予以圖案化。然而，在半導體加工過程 中’不足的餘刻保護與使用薄的光阻有關。該相對較薄的 圖案化光阻於蝕刻步驟中完全不能保護位於底下的表面。 例如，位於相對較薄的光阻下方層的轉角變圓則歸因於不 足的蝕刻保護所致，並且導致不良的清晰度/解析度。在 許多情況下，該相對薄的圖案化光阻於蝕刻過程間被移 除。結果，當使用薄的光阻層於減層半導體加工技術時， 經常需要使用到硬式罩幕。因此改良的石板印刷程序以提 供改良的解析度及改良的姓刻阻抗是令人希望的。 [發明之揭示】 本發明係概括提供於圖案化的超薄光阻層達到改良的 姓刻阻抗、改良的臨界尺寸控制及/或改良的解析度之方 法。因其可增強超薄光阻的蝕刻阻抗，所以本發明對於在 圖案化超薄光阻下方的蝕刻層包含金屬層提供改良的方 I. I------- I i i ---*----^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、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公爱） 2 91798 498407 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（u 法。本發明的方法可蝕刻尺寸約〇· 1 8微米或更小等級的 溝槽、孔洞和其他開口。當使用超薄光阻時，本發明的方 法也可避免使用磲式罩幕 結果，本發明有效地因應半導 體電子元件小型化趨勢所引起的問題。 本發明於一實施例中係有關一種處理超薄光阻層的方 法，包括在半導體基板（12)上沉積該超薄光阻，該超薄光 阻層具有小於約3,000埃的厚度，·利用具有約25〇毫微米 或更短波長之電磁輻射照射該超薄層光阻層；使該超薄光 阻層顯影；並在紫外光和臭氧至少其中之一的環境下，使 該超薄光阻層與含矽化合物接觸；其令該超薄光阻層與含 矽化合物之接觸係於照射及使該超薄光阻層顯影之間，或 於該超薄光阻層顯影之後進行的步驟。 本發明於另一實施例中係有關一種增加超薄光阻層餘 刻阻抗的方法，包括利用具有約250毫微米或更短波長之 電磁輻射照射該超薄光阻層；該超薄光阻層具有小於約 3，〇〇〇埃的厚度；使該超薄光阻層顯影；並且在紫外光下 及包括至少約5重量％臭氧的氣氛至少其中之一，使該超 薄光阻層與含矽化合物接觸，將矽原子摻雜至該超薄光阻 層中，其中該超薄光阻層與含矽化合物之接觸係於照射及 使該超薄光阻層顯影之間，或於該超薄光阻層顯影之後進 行的步驟。 本發明於又一實施例中係有關一種在半導體基板上將 半導體層圖案化的方法’包括在該半導體層之上沉積超薄 光阻層；該超薄光阻層具有小於約3,000埃的厚度；利用 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

線 >紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格_ (210 X 297公爱） 91798 498407 A7 春 k濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（4 ) 具有約250毫微米或更短波長之電磁輕射照射該超薄光阻 廣；使該超薄光阻層顯影，透過該超薄光阻層的開口使半 導體層的一部分暴露出來；並且在紫外光和臭氧至少兌中 之-的環境下，使該超薄光阻層與含石夕化合物接觸；Μ 該超薄光阻層與切化合物之接觸係☆照射及使該超薄光 阻層顯影之間，或於該超薄光阻層顯影之後進行；並餘刻 該半導體層暴露出來的部分使該半導體層圖案化的步驟。 [圖示簡單說明I 第1圖隸據本發明方法之剖面圖予以說明 第2圖係根據本發明方法之剖面圖予以說明 第3圖係根據本發明方法之剖面圖予以說明 第4圖係根據本發明方法之剖面圖予以說明 第5圖係根據本發明方法之剖面圖予以說明 第6圖係根據本發明方法之剖面圖予以說明 第7圖係根據本發明方法之剖面圖予以說明 第8圖係根據本發明方法之剖面圖予以說明 [元件符號說明】 10 14 18 22 半導體結構 基礎層 石板印刷罩幕 溝槽] 12 16 20 半導體基板 超薄光阻層 矽烷化層 [本發明之實施例 本發明係包含使用具有改良_阻抗之超μ阻^ _姓刻極為細微的圖案。本發明更明確包含使超薄光阻戶 本紙張尺度適用中関家標準（CNS)A4規格⑵G X 297公髮)--- 曰 4 91798 f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} •裝

0 1C· n n I I— iw n J > p —9 Hi 0.0if -n I flnoe I 訂 線. 498407 A7 五、發明說明（5 ) 紫外光的環境或臭氧的氣氛下矽烷化，使下層的高解析度 圖案能具有約〇· 18微米或更小，甚至約〇13微米或更小 等級的圖开>。該圖案化與矽烷化的超薄光阻層使轉角變圓 的問題以冬隨光阻層變薄所共同牽涉之不足的蝕刻保護減 至最少。 由於本發明，因此對濕式、乾武、氣體、電漿及液體 填 寫 本 頁 蝕刻劑至少其中之一的蝕刻阻抗得以改善。改良的蝕刻阻 抗可使用根據本發明所處理之超薄光阻層無須硬式罩幕將 需要腐蝕性蝕刻劑的金屬線及其他結構予以圖案化。藉由 強化過的超薄光阻層也改善解析度及臨界尺寸控制。 將超薄光阻層於一開始即塗在半導體基板上。該半導 體基板可包含任何適合的半導體材料（一層或多層的半導 體材料）例如單晶矽基板。半導體基板可包含一層或多層 包括基板層、擴散區、如氧化物與氮化物的介電層、金屬 層、電子元件、複晶矽層等（其全部統稱為半導體層）。 該半導體基板的頂層上方形成超薄光阻層時即成為基礎層 (underlying layer) ° 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在半導體基板上方形成超薄光阻層。用任何適合的技 術於該半導體基板上沉積該超薄光阻層。例如，使用習知 的旋轉塗佈或旋轉模造技術沉積該超薄光阻層。 根據本發明的超薄光阻層具有約3,〇〇〇埃或是更小的 厚度。該超薄光阻層於一實施例中具有約2〇〇埃至約3,〇〇〇 埃的厚度。該超薄光阻層於另一實施例中具有約5QQ埃至 約2,500埃的厚度（約2,500埃或更小）。該超薄光阻層 ^纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 5 91798 498407 A7 B7 6 五、發明說明（ 於又一實施例中具有約700埃至約2,〇〇〇埃的厚度（約 2,000埃或更小）。 該超薄光阻層具有適合作為蝕刻基礎層（underlying layer)罩幕功能以及作為在約〇 18微米或更薄的顯影超薄 光阻層中形成圖案或開口的厚度。由於該超薄光阻層與工 線光阻層和其他光阻層比較相對更薄，因此使得改良後的 臨界尺寸控制得以實現。 典型處理超薄光阻層係利用短波長輻射。如同此處使 用的短波長輻射意指具有約25〇毫微米或更短波長的電磁 輻射，包含電子束和X射線。短波長輻射於一實施例中 包含具有約200毫微米或更短波長的電磁輻射。短波長 輻射於另一實施例中包含具有約25毫微米或更短波長的 極紫外電磁輻射。短波長輻射於又一實施例中包含具有约 15毫微米或更短波長的極紫外電磁輻射，包含電子束和 X射線。 短波長電磁輻射提昇精確度與改善臨界尺寸控制及/ 或解析度的能力。該超薄光阻層感光（經化學變化能後續 顯影者）波長的特定實例包含約248毫微米、約193毫微 米、約157毫微米、約13毫微米、約j!毫微米、約玉毫 微米及電子束。輻射的特定光源包含具有約248毫微米波 長的氟化氪準分子雷射，具有約200毫微米至約250毫微 米波長的汞化氙蒸氣燈，具有約248毫微米波長的汞_氣 電弧燈，具有約193微米波長的氟化氬準分子雷射，具有 _ 、約157毫微米波長的氟準分子雷射，具有約13.5毫微半 本纸張尺度適i t關家標準(CNS)A4規格石〇 χ 297公釐)_ “ 91798 I . . ^------I I ! 1 -----^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 498407 A7 _ B7 五、發明說明（7 ) 及/或11 ·4毫微米波長的極紫外光，以及具有約丨毫微米 波長的X射線。 於其後顯影之超薄光阻層中形成圖案或開口為〇1微 米至〇· 15微米的實施例，最妤使用157毫微米的感光光 阻或193毫微米的感光光阻。於其後顯影之超薄光阻層 _，形成圖案或開口為〇· 1微米或吏小者的實施例，則最 好使用13毫微米的感光光阻或11毫微米的感光光阻（極 紫外光光阻）為較佳。 於本發明的方法中可使用正型或負型超薄光阻。超薄 光阻的一般實例包括其含有部分經卜丁氧基碳醯氧基取代 的聚-對-羥基苯乙烯、三聚氰胺-甲醛聚合物、聚乙烯基 吼洛烧酮，聚甲基異雙苯丙酮、酚醛清漆、聚乙烯基苯酚、 羥基苯乙烯與丙烯酸酯聚合物、甲基丙烯酸酯聚合物或丙 烯酸酯聚合物及甲基丙烯酸酯聚合物的混合物。進一步的 特定實例還包含聚（對-第三-丁氧基碳醯氧基甲基苯乙 浠）、聚（對-第二-丁氧基碳酿氧基苯乙稀）、聚（第三-丁基 對-苯甲酸乙烯酯）、聚（第三-丁基對-苯氧乙酸異丙烯酯） 以及聚（第二丁基甲基丙烯酸醋）。光阻層可由一些包括 Shipley Company ^ Kodak'Hunt'Arch Chemical^ Aquamer ^ JSR Microelectronics、Hoechst Celanese Corporation 與

Brewer的許多來源購得。 於半導體基板上沉積該超薄光阻層之後，視情形加熱 此包含該半導體基板及超薄光阻層的結構。加熱可促使沉 積超薄光阻層所使用之過多溶劑的去除。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 91798 言 4VV (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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五、發明說明（8 ) _經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 然後使該超薄光阻層選擇性地於光化學輻射中曝光。 特別是使該超薄光阻層對具有相對較短波長（例如小於 25〇毫微米）的圖案曝光；也就是說，該超薄光阻層被選 擇的部分透過光罩對光化學輻射曝光而在該超薄光阻層留 下已曝光與未曝光的部分。光化學輻射包含小於25〇毫微 米的相對短波長及電子束。一些與該超薄光阻層有關的代 表性波長已於上文中說明。 在光化學輻射下以影像方式曝光之後，接著在紫外線 或臭氧的環境下使該超薄光阻層矽烷化。於一實施例中， 矽烷化係在影像式曝光之後與顯影之前進行。於另一實施 例中’使矽烷化在顯影之後進行。當矽烷化在影像式曝光 之後與顯影之前進行時，會使該超薄光阻層於顯影之後所 留下的部分石夕烧化（於正型超薄光阻層為曝光部分而於負 型超薄光阻層為未曝光部分）；因此，使該超薄光阻層以 圖案化方式矽烷化。於又一實施例中，在影像式曝光之後 與顯影之前以及顯影之後再一次進行矽烷化。這樣兩次的 矽烷化進一步提昇該超薄光阻層的蝕刻阻抗。 石夕烧化包含使該超薄光阻層於紫外線或臭氧的環境 下’以任何適合的方式與含矽化合物接觸。該含石夕化合物 為任何含有矽的分子的化合物，矽可以摻雜至超薄光阻層 中。含矽化合物包含矽烷及有機矽化合物。有機石夕化合物 包含單一官能基有機石夕化合物、雙官能基有機矽化合物與 多官能基有機矽化合物。所使用的該含矽化合物係為蒸氣 和液體至少其中之一的形式。 ----— — ill —--I I . I-------- ---! 1 I ! i I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） 8 91798 498407 A7 _ B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（9 ) 含石夕化合物的特定實例包含碎烧、六甲基二碎氨烧 (HMDS)、三甲基矽烷基二乙胺（TMSDEA)、三甲基矽烷 基二甲胺（TMSDMA)、二甲基矽烷基二乙胺（DMSDEA)、 二甲基矽烷基二甲胺（DMSDMA)、四甲基二矽氨烷 (TMDS)、三甲基甲氧基石夕烧（TMMS)、三甲基乙氧基矽烷 (TMES) '三甲基丙氧基石夕燒（TMPS)、三甲基乙酸基矽烷 (TMAS)、雙（二甲胺基）二甲基矽烷（BDMADMS)、雙（二甲 胺基）甲基矽烷（BAMS)、甲基二甲胺基乙氧基矽烷 (MDAES)、甲基二甲氧基矽烷（MDMS)、甲基二乙氧基矽 烷（MDES)、二甲基二甲氧基矽烷（DMDS)、二甲基二乙氧 基矽烷（DMES)及甲基三甲氧基矽烷（MTMS)等。於一實施 例中，使用一種含石夕化合物。於另一實施例中，使用兩種 或更多種含矽化合物。於又一實施例中，使用三種或更多 種含碎化合物。 該早一官能基有機石夕化合物具有一個或更多個碎原子 及一個鍵結至ί夕原子的單一可水解部分體。該化合物可含 有鍵結至早一可水解部分體的单一碎原子。在包含一個目 有兩價或更多價可水解部分體的例子中，該有機矽化合物 可含有兩個或更多個矽原子，係鍵結到一個共同可水解部 分體，其為該化合物中唯一可水解的部分體。即使該有機 石夕化合反應物含有多於一個的石夕原子，而「單一官能基」 一詞用來表示該有機矽烷與該聚合物之間的反應，致使石夕 原子於該聚合物的可反應基位置各自產生唯一的單一鍵锋 至該聚合物。因此’該單一官能基有機矽化合物並未交聯 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁}

訂· ，線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 91798 10 10 Φ -經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該光阻層聚合物鏈β 原子官能基有機石夕化合物具有一個或更多㈣ 丄的可反應=個可水解的部分體。當與該光阻層聚合物 ♦ : 土應時，該有機發化合物會接合兩個或更多 的可反應基，從而交聯該聚人 聊茨聚合物。該有機矽化合物可含有 一個鍵結至兩個或更多可水解 尽解邵分體的早一矽原子，或經 与水解鍵結接合但各自單獨鍵結至分開的可水解部分體 的兩個石夕原子或其他變化。「雙_或多官能基」一詞用來表 不該有機錢與該光阻層聚合物之間的反應使#原子經由 同時鍵結至不同鍵上之兩個或更多個可反應基位置而交聯 該聚合物。 了水解基」一一表示當鍵結至石夕原子時，由於該有 機矽化合物與在該光阻層聚合物上的可反應基反應能從該 矽原子裂解之任何基。彼等可水解基的實例如胺基（_ NH2)、烷胺基（_NHR，此處R為烷基）、二烷胺基（_Nn 此處1^與R2為獨立烷基）、烷基醇胺基（_NHC(0)R，此處 R為烷基）、烷氧基（-OR，此處R為烷基）、烷基醇氧基（_ 0C(0)R ’此處R為烧基）。特定的實例如二甲胺基、二乙 胺基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、乙酸基、丙酸基（_〇C(〇)C2H5)| 及丁酸基（-oc(o)c3h7)。 該含矽化合物與該超薄光阻層接觸的時間要足以促使 適量的矽原子摻雜至該超薄光阻層以提昇其蝕刻阻抗。於 實施例中，該含矽化合物與該超薄光阻層接觸從至少約10 秒鐘，或從約10秒鐘至約1小時的時間。於另一實施例 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 91798 -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---_ 498407 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（u ) 中，該含矽化合物與該超薄光阻層接觸從至少約30秒鐘， 或從約3 0秒鐘至約10分鐘的時間。於又一實施例中，該 含矽化合物與該超薄光阻層接觸從至少約5()秒鐘，或從 約50秒鐘至約3分鐘的時間。 該含矽化合物與該超薄光阻層接觸的溫度要足以促使 適量的矽原子摻雜至該超薄光阻層以提昇其蝕刻阻抗。於 一實施例中，該含矽化合物與該超薄光阻層於約5〇t至 約2 50°C溫度接觸。於另一實施例中，該含矽化合物與該 超薄光阻層於約60°C至約20(TC溫度接觸。於又一實施例 中，該含矽化合物與該超薄光阻層於約7(rc至約18〇。〇溫 度接觸。 於含矽化合物為氣體/蒸氣形式的實施例中，所用的 壓力要足以促使適量的矽原子摻雜至該超薄光阻層以提昇 其蝕刻阻抗。於一實施例中，該含矽化合物與該超薄光阻 層在約10托至800托的壓力下接觸。於另一實施例中， 該含石夕化合物與該超薄光阻層在約25托至5〇〇托的壓力 下接觸。於含矽化合物為液體形式的實施例中，所用壓力 係典型周圍環境，但在100托至1，〇〇〇托的範圍内。 於含矽化合物為氣體/蒸氣形式的實施例中，該氣體 還可含有惰性氣體。惰性氣體包含稀有氣體，例如氦、氖、 氬、氪、氙及氮。於含矽化合物為液體形式的實施例中， 該液體還可含有惰性液體（對於使矽原子摻雜至超薄光阻 層而言為情性者）例如有機溶劑。 該含矽化合物與j超薄光阻層於紫外線或臭氧的環境 L紙错尺適用中國國欠標準·（ΉΝ5Ρ Ad規作（jo 二=) ' 1 11 91798 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

498407 12 A7 B7 五、發明說明（12 ) 中接觸。於一實施例中，該含矽化合物與該超薄光阻層於 紫外光下接觸。於另一實施例中，該含矽化合物與該超薄 光阻層於含有臭氧的氣氛下接觸。於又一實施例中，該含 矽化合物與該超薄光阻層於紫外光及會有臭氧的氣氛下接 於此處所用的紫外光意指具有約5毫微米至約390毫微 米波長的光或電磁輻射。當該含矽化合物與該超薄光阻層 接觸時，將紫外光對準在及/或含有該半導體基板及該超 薄光阻層的結構上方。可使用任何適合的紫外光源照射該 進行矽烷化之容器。而該紫外光可為連續或間斷者。 含有臭氧的氣氛包含至少約5重量％的臭氧（〇〇。於 另一實施例中，該含有臭氧的氣氛含至少約10重量％的 臭=。於又一實施例中，該含有臭氧的氣氛含至少約20 重里％的臭氧。該含有臭氧的氣氛還可包含惰性氣體及/ 或其他乳體，係不影響石夕原子摻雜至該超薄光阻層者。盒 臭氧氣體可由任何適合的臭氧來源衍生而來。例如，可淨 用=氧發生器從氧氣產生臭氧。製造臭氧的方法已知於！| 技藝之中。 " =該超薄光阻層顯影以提供一個圖案化的超薄光阻 :u二適虽的顯影劑接觸，移除該超薄光阻層已曝光或 是未^的部分，使該選擇性曝光後的超薄光阻層顯影一。 :顯❼劑的特性取決於該超薄光阻層之特定化學組成而 疋。例如’典型鹼性水溶液可用於移除該超 光的部分I禾曝 \^種或多種稀酸水溶液、氫氧溶液、水、有搞 本纸張尺度適用有機 91798 t· — i — I — I .1 訂·. I — I I — 丨_^ (請先閲讀背面之注意事項4填寫本頁> 498407 Α7 Β7 13 五、發明說明（ /谷劑溶液可交替使用於移除該超薄光阻層所選擇的部分。 視情形將該顯影後的超薄光阻層於繼續之前予以洗滌。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於顯影之後進行矽烷化，或於影像式曝光外直接顯影 後進订矽烷化的實施例中，使該圖案化的超薄光阻層於紫 外線或臭氧環境中與含矽化合物接觸。在此可應用上面討 論與矽烷化有關的相同條件及成分，並予以重複之。 儘官不希望受到任何理論約束，然而紫外線或臭氧的 環境仍被認為可加速矽原子摻雜至該超薄光阻層中，並隨 之提昇該圖案化超薄光阻層的姓刻阻抗。特別是該紫外線 或臭氧環境可引起該含矽化合物的分解，在某種意義上係 促使矽原子摻雜至該超薄光阻層中。 該半導體基板之基礎層曝光部分的截面積尺寸約〇18 微米或更小’包含約0.15微米或更小約〇 13微米或更小， 及包含0.1微米或更小，視所用的輻射種類而定。是以， 較大的截面積可以容易地獲得。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 茲配合圖示討論本發明。第！圖至第5圖說明本發明 之一實施例，而第！圖、第2圖與第6圖至第8圖說明本 發明之另-實施例。於圖示中所述之程序可使用任何適當 之半導體技術，包含但不限於及三五族半導體。 參考第i圖，於-實施财，製備_個半導體結構ι〇 係包含半㈣基板u’其上方具有基礎層14 (在後述超 12可包含任何適當的半導 體材料（-層或多層的半導體材料），例如單晶碎基板。 —半導體基板還可包含-層或多層，係、包m播μ、 本紙張尺度適用中因因宏德進（CNS)A4播讼X 9Q7八趑、 ------- 13 91798 498407 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（l4 ) 如氧化物與氮化物的介電層、金屬層、電子元件、複晶矽 層等。圖示雖為連續者，但該基礎層14可為連績或間斷 者。也就是說·，基礎層14可覆蓋半導體基板12的全部或 一部份。該基礎層係典型以矽為基礎者，例如複晶矽、介 電層、金屬層或矽化物層。於本實施例中，該基礎層14 為一導電金屬層。特定的金屬包含鋁、鋼、金、鎳、把、 鉑、銀、鈕、鈦、鎢、辞、鋁銅合金、鋁合金、鋼合金、 鈦合金、鎢合金、鈦鎢合金、金合金、鎳合金、鈀合金、 鉑合金、銀合金、鈕合金、辞合金和其他合金中的一種或 多種。 然後使該基礎層14上方形成超薄光阻層16。利用任 何適當的技術，例如習知的旋轉塗佈或旋轉模造技術，在 該基礎層14上方沉積該超薄光阻層。該超薄光阻層具有 約1，〇〇〇埃的厚度。由於該超薄光阻層16與I線光阻和 其他光阻比較相對更薄，因此使得改良後的解析度優於工 線光阻得以實現。於本實施例中，該超薄光阻層丨6為正 型極紫外線光阻層。 參考第2圖，然後使該半導體結構1〇的超薄光阻層 16透過一石板印刷罩幕18選擇性地對光化學輻射（如箭 頭所示）曝光。利用具有相對短波長（例如小於25〇毫微 米）的電磁輻射使該超薄光阻層選擇性地曝光。於本實施 例中，係使用具有約13毫微米或11毫微米波長的電磁輻 射。由於使用相對較短波長，所以使反射問題減至最少， _此乃因較大波長較常伴隨著反射問題所致〇使該超薄光阻 G氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱)一 ----------- 14 91798 ' I, I · I------ ^---------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 498407 A7 五、發明說明（15 ) ^ ^ ^--- 層16選擇性地曝光；亦即伟兮 j P便这超溥光阻層16被選擇的 部分對輻射曝光（對應於在石板印刷罩幕開口正下方的區 域），而該超薄光阻層16的其他部分則未曝光（對應於在 石板印刷罩幕正下方的區域）。 參考第3圖，將該半導體結構1〇的超薄光阻層·^於 紫外線或臭氧的環境中矽烷化；也就是說，在至少其中之 一為紫外光及含有臭氧的氣氛下。特別是在紫外光及/或 臭氧的協助下使矽原子掺雜至該超薄光阻層16的部分 20。部分20的深度可從該超薄光阻層16厚度的2%至該 超薄光阻層16厚度的全部或1〇〇 %分布不等。於另一實 施例中，部分20深度分布從該超薄光阻層丨6厚度的5 % 至該超薄光阻層16厚度的50 %。該矽烷化部分2〇與顯 影之後留在該半導體結構10上超薄光阻層16的部分相 當。 於本實施例中，經由使該半導體結構10與含有約2〇 重量％HMDS及約80重量❶/❶氬的氣體於約i5(rc溫度、4〇〇 托的壓力下接觸11〇秒鐘以進行矽烷化^該接觸於紫外光 | 底下進行。矽烷化使該超薄光阻層16矽烷化部分20的蝕 | 刻阻抗得以提昇。 | 參照第4圖，使該半導體結構1〇的超薄光阻層16經 I 由接觸，與移除該超薄光阻層16曝光的部分而露出該美 消 口 土 I 礎層14的部分之適當的顯影劑而顯影。於本實施例中， % 可使用四甲基鋁水溶液將該超薄光阻層16的曝光部分移 裏 除。由於顯影的結果，所以在該超薄光阻層16中形成溝 ^紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（2〗0 X 297公釐） ------ 15 91798 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

幻： •線· 肇 ，經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 498407 五、發明說明（16 ; =22。在此可能不形成溝槽而可能形成接觸孔或其他圖 〃。該基礎金屬層14曝光部分截面積尺寸（於該圖案化 超薄光阻16的開口 22)'約為0.18微米或更小，而在本 實施例中，約為0 · 1 5微米。 參照第5圖，該圖案化超薄光阻層16作為罩幕以選 擇性姓刻該基礎金屬層14，提供具肴溝槽22之圖案化基 礎金屬層14。任何適合的钱刻技術均可用以姑刻基礎金 屬層14。可利甩乾式或濕式蝕刻技術。濕式蝕刻需要在 升高溫度時與酸性溶液接觸。例如，纟3〇。。左右至5〇。。 左右的溫度’使用磷酸、硝酸、醋酸溶液。乾式蝕刻技術 需要使用以氣為基礎的材料，例如四氣化碳、三氣化刪、 四氣化石夕及氣氣其令的-種或多種。於本實施例中，使用 乾式钱刻利用氣的化性以移除該基礎金屬層14的曝光部 分。由於該超薄光阻層16罩幕部分2Q所增強的㈣阻抗， 所以經由金屬姓刻製程該超薄光阻層16並未顯著地㈣ 或剝姓。 使開口 22截面積的尺寸繼續保持如劃定之相同或大 致相同尺寸則與該基礎金屬層14暴露的部分有關。接著 視情形將圖案化超薄光阻層16從該半導體結構ι〇移除。 於另一實施例中，參照第1圖，製備一個半導體結構 10係包含半導體基板12’其上方具有基礎層Η。半導體 基板U可包含任何適當的半㈣材料，例如單晶梦基板。 半導體基板還可包含一層或多層，係包含基板層、擴散區、 如氧化物與氮化物的介電層、金[層、電子元件、複 :紙張尺度綱令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮―、- 91798 I , · I----------------« I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 16 498407 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（17 層等。圖示雖為連續者，但該基礎層14可為連續或間斷 者。也就是說，基礎層14可覆蓋半導體基板12的全部或 一部份。該基礎層係典型以矽為基礎者，例如複晶矽、介 電層、金屬層或矽化物層。於本實施例中，該基礎層14 為二氧化石夕層。 然後使該基礎層14上方形成超薄光阻層16。利用任 何適當的技術，例如習知的旋轉塗佈或旋轉模造技術，在 該基礎層14上方沉積該超薄光阻層。該超薄光阻層16具 有約1，200埃或更小的厚度。由於該超薄光阻層16與工 線光阻層和其他光阻層比較相對更薄，因此使得改良後的 解析度優於I線光阻層得以實現。於本實施例中，該超薄 光阻層16為正型深紫外線光阻層。 參照第2圖，然後使該半導體結構1〇的超薄光阻層 16透過一石板印刷罩幕18選擇性地對光化學輻射（如箭 頭所示）曝光。利用具有相對短波長（例如小於2 5 〇毫微 米）的電磁輻射使該超薄光阻層選擇性地曝光。於本實施 例中，係使用具有約157毫微米波長的電磁輻射。由於使 用相對較短波長，所以使反射問題減至最少，此乃因較大 波長較常伴隨著反射問題所致。使該超薄光阻層16選擇 性地曝光；亦即，使該超薄光阻層16被選擇的部分對輻 射曝光（對應於在石板印刷罩幕開口正下方的區域），而 該超薄光阻層16的其他部分則未曝光（對應於在石板印 刷罩幕正下方的區域）。 ___參照第6圖，使該半導體結構10的超薄光阻層16經 、紙張尺度制中關家標準（CNS)A4規格⑵Q x 297公爱)- --- 17 9179» (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

498407 A7 五、發明說明（18 0 •經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 由接觸，與移除該超薄光阻層16曝光部分而露出該基礎 層14部分之適當的顯影劑而顯影。於本實施例中可使 用四f基鋁水溶液將該超薄光阻層16的曝光部分移除。 由於顯影的結果’所以在該超薄光阻層16t形成開口 開口包含溝槽及接觸孔等。該基礎金屬層14曝光部分截 面積尺寸（於該圖案化超薄光阻層16的開口 22)約為〇 Μ 微米或更小，而在本實施例中，約為〇17微米。 . 參照第7圖’將該半導體結構1()的超薄光阻層㈣ 紫外線或臭氧的環境中矽烷化；也就是說，在至少其中之 一為紫外光及含有臭氧的氣氛下。特別是在紫外光及/或 臭氧的協助下使矽原子摻雜至該超薄光阻層16的部分 2〇。部分20的深度可從該超薄光阻層16厚度的2 %”至該 超薄光阻層16厚度的全部或100 %分布不等。於本實施 例中’經由使該半導體結構10與含有約15重量％四▼夷 二矽胺烷（TMDS)、約15重量％的矽烷、約2〇重量％的二 氧及約50重量％氬的氣體於約12(rc溫度、3〇〇托的壓力 下接觸95秒鐘以進行矽烷化。矽烷化使該超薄光阻層μ 矽烷化部分20的蝕刻阻抗得以提昇。 參照第8圖，該圖案化超薄光阻層j 6作為罩幕以選 擇性地姓刻該基礎二氧化矽層14，而提供具有開口 22之 圖案化基礎二氧化矽層14。任何適合的蝕刻技術均可用 來蝕刻基礎二氧化矽層14。可利用乾式或濕式蝕刻技術。 濕式餘刻需要使用緩衝過的氫氟酸。乾式蝕刻技術需要使 用氟破化合物’例如六氣化硫、二氟化氮、四氟化碳、丄 請 先 閱 it 背 之 注 意 事 項 再 填 1裝 頁 訂 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 18 91798 498407 A7 五、發明說明（ 19 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 氣乙烧、一氧化碳、八氟環丁燒及三氣甲院其中之一視情形與氫氣或氧氧混合。於本實施例中，採利用氯氣及三氣甲烷的乾式飯刻。由於該超薄光阻们幕部12〇所增強的姓刻阻抗，所p經由二氧化石夕姓刻製程該超薄光阻^ 16並未顯著地破壞或剝姓。使開口 22截面積尺寸維持和定義尺寸相同大小或大 致相同與該基礎二氧化㈣14暴露的部分有關。接著視 情形將圖案化超薄光阻層16從該半導體結構移除。 儘管本發明已就某較佳實施例或實施例予以展示及說 明，但熟知此技藝者根據閱讀及理解本說明書與附圖所做 的同樣變更及修飾係顯而易見。特別是關於經由上述組件 (配件、裝置、電路等）所完成的不同功能，該術語用以 說明彼等组件相當於（包含任何提到的方法），除非以其 他方式表示，任何執行所述組件之特定功能（也就是功能 相當），即使與該揭示結構，其執行功能闡述於本發明實 %例在結構上不相同者亦然。此外，儘管數個實施例中僅| 其中之一有關揭示本發明之獨特性，然彼等特性可與其他 實施例的一個或多個其他特性相結合，其可為所欲且有利 於任何已知或特殊的應用。[產業應用性] 本發明的方法和系統普遍有助於石板印刷及半導體製 程領域並至少可特定使用在微處理器製造及記憶裝置製造 領域其中之一。

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訂i——. -丨線· n又·〒國國家標準（CNS)A4規格⑵心视公爱） 19 91798

Claims (1)

1. 498407 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1· 一種處理超薄光阻層（16)的方法，包括： I ! I . I i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於半導體基板（12)上沉積該超薄光阻層（16)，該超 薄光阻層（16)具有小於約3,000埃的厚度；利用具有约 250毫微米或更短波長的電磁輻射照射該超薄光阻層 (16)，使該超薄光阻層（16)顯影；並在紫外光和臭氧至 少其中之一的環境下，使該超薄光阻層（16)與含矽化 合物接觸；其中該超薄光阻層（16)與含矽化合物之接 觸係於照射及使該超薄光阻層（1 6)顯影之間，或於該 超薄光阻層（1 6)顯影之後進行。 2·如申請專利範圍第丨項之方法，其中該超薄光阻層（1 6) 具有小於約2,000埃的厚度及該電磁輻射包括至少其 中之一具有約248毫微米 '約193毫微米、約157毫 微米 '約13毫微米、約Π毫微米，或j毫微米波長 的光，以及電子束。 --線· 經濟紙智慧財產局員工消費合作社印製 3·如申請專利範圍第1項之方法，其中該含矽化合物為 包括石夕烧、六甲基二石夕氨院、三甲基石夕院基二乙胺、 二甲基矽烷基二甲胺、二甲基矽烷基二乙胺、二甲基 矽烷基二甲胺、四甲基二矽氨烷、三甲基甲氧基矽烷、 二甲基乙氧基石夕娱；、三甲基丙氧基石夕烧、三甲基乙酸 基矽烷、雙（二甲胺基）二甲基矽烷、雙（二甲胺基）甲基 石夕烧、甲基二甲胺基乙氧基石夕烧、甲基二甲氧基石夕燒、 甲基二乙氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷 '二甲基二 乙氧基矽烷及甲基三甲氧基矽烷至少其中之一。 4.如申请專利範圍第1項之方法，其中該含石夕化合物與 本紙張尺度週用T國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） 91798 498407 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 έΐ_____§____六、申請專利範圍 該超薄光阻層（16)於約50°C至約250°C的溫度、約1〇 torr至800 torr的壓力下，接觸約1 〇秒鐘至1小時。 5· —種增加超薄光阻層（16)之蝕刻阻抗的方法，包括： 利用具有約2 5 0毫微米或更短波長的電磁輻射照 射該超薄光阻層（16)，該超薄光阻層（16)具有小於約 3 000埃的厚度，·使該超薄光阻層（16)顯影；並且在紫 外光之下與在包括至少約5重量❶/❶臭氧的氣氛至少其 中之一，使該超薄光阻層（16)與含矽化合物接觸，將 石夕原子摻雜至該超薄光阻層（16)中，其中該超薄光阻 層與含石夕化合物之接觸係於照射及使該超薄光阻層（1 6) 顯景）之間，或於該超薄光阻層（16)顯影之後進行。 6·如申請專利範圍第5項之方法，其中該含矽化合物為 包括石夕烧、六甲基二矽氨烷、三甲基矽烷基二乙胺、 二甲基石夕烧基二甲胺、二甲基石夕燒基二乙胺、二甲基 矽烷基二甲胺、四甲基二矽氨烷、三甲基甲氧基矽烷、 二甲基乙氧基矽烷、三甲基丙氧基矽烷、三甲基乙酸 基碎院、雙（一甲胺基）一曱基石夕烧 '雙（二甲胺基）甲基 矽烷、甲基二甲胺基乙氧基矽烷、甲基二甲氧基矽烷、 甲基二乙氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、二甲基二 乙氧基石夕院及甲基三甲氧基石夕燒至少其中之一。 7.如申請專利範圍第5項之方法，其中在紫外光之下， 使該超薄光阻層（16)與含石夕化合物之接觸係於該超薄 光阻層（16)顯影之後進行。 8·如申請專利範圍第5項之方法，其中在包括至 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0 -裝 訂------« 線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 7T yr/y» 經濟紙智慧財產局員工消費合作社印製 22 91798 498407 六、申請專利範圍 重量％臭氧的氣氛中，使該超薄光阻層（16)與含矽化合 物之接觸係於照射及使該超薄光阻層（16)顯影之間進 行。 9. 一種於半導體基板（12)上使半導體層（14)圖案化的方 法，包括： · 於半導體層（14)上沉積超薄光阻（16)，該超薄光阻 層（16)具有小於約3,〇〇〇埃的厚度； 利用具有約250毫微米或更短波長的電磁輻射照 射該超薄光阻層（16); 使該超薄光阻層（16)顯影，透過該超薄光阻層（16) 的開口（22)使半導體層（i 4)的一部分暴露出來； 並在紫外光和臭氧至少其中之一的環境下，使該 超薄光阻層（16)與含矽化合物接觸；其中該超薄光阻 層（16)與含石夕化合物之接觸係於照射及使該超薄光阻 層（16)顯影之間，或於該超薄光阻層（16)顯影之後進 行；並 #刻該半導體層（14)暴露出來的部分藉以使該半 導體層（14)圖案化。 1〇.如申請專利範圍第9項之方法，其中該含矽化合物包 括石夕燒、六曱基二矽氨烷、三甲基矽烷基二乙胺、三 甲基石夕烧基二甲胺、二甲基矽烷基二乙胺、二甲基矽 燒基二甲胺、四甲基二矽氨烷、三甲基甲氧基矽烷、 二甲基乙氧基石夕烧、三甲基丙氧基矽烷、三甲基乙酸 基矽烷、雙（二甲胺基）二甲基矽烷、雙（二甲胺基）甲基 本#*^^度適用中關家標準（CNS)A4一規格(^TJ97公爱）_ -------------- 裝----------I 訂----i s--線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 498407 A8B8C8D8 六、申請專利範圍 矽烷、甲基二甲胺基乙氧基矽烷、甲基二甲氧基矽烷、 甲基二乙氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、二甲基二 乙氧基矽烷及甲基三甲氧基矽烷至少其中之一。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線· 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） 23 91798