TW519690B - Bright field image reversal for contact hole patterning - Google Patents

Description

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消 1 [技術領域] 本發明係廣泛地關於接觸孔圖案化（contact hole patterning)。更具體地，本發明係關於接觸孔圖案化用之 焭域圖像反轉（bright field image reversal) 〇 [背景技藝] 半導體臨界尺寸（CD)變的越來越小以提供更快速，更 小且更強大之半導體裝置。 接觸孔為形成半導體裝置之一項重要要件。典型地， 接觸孔使用一個暗域光罩與一個正性光阻而形成。正性光 阻典型地為三項成分材料，具一個基質成分，一個感光劑 成分’與一個溶劑成分，其特性由光感成分之一個光化學 k化所改變，由一個分解抗化劑至一個分解增強劑。參見 例如 R Wolf，Silicon Processing for the VLSI Era，第 1 冊，418頁。 為形成非常微小之接觸孔特徵，例如尺寸小於1〇〇亳 微米之接觸孔或貫穿孔，暗域圖案化將引起一些問題，因 於這些非常微小尺寸範圍其提供不良之臨界尺寸控制。此 主要由於使用-個暗域光罩與正性光阻之微小接觸孔特 徵解析度將難以控制，由於解析度限制與高光罩誤 感光度。 t

[發明之揭示J 因此，本發明之-般目的係提供一個改進方法 半導體裝置之微小接觸孔。 灰 依照本發明之一個較佳具體實施例，上述目的i 本紙張尺度賴中關家標準（CNS)A4規格以---- 日由 9197a . ^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7

519690 五、發明說明（2 ) 在半導體裝置形成一個接觸孔之方法而達成。該方法包含 形成一層中間層電介質層於基質之步驟，且接著形成一層 正性抗蝕劑於中間層電介質層上。該方法接著包含使用亮 域光罩照射正性抗蝕劑之步驟，具有與正常接觸光罩相反 之極性（暗域與亮域）。亮域光罩之尺寸與欲形成於半導體 裝置裡之接觸孔相同。該方法進一步地包含顯影照射之正 性抗蝕劑之步驟，以便移除照射之正性抗蝕劑，從而僅留 下部分正性抗蝕劑殘餘於中間層電介質層上。該方法更進 一步地包含施加一層負性抗蝕劑以覆蓋中間層電介質層 與部分正性抗蝕劑之步驟，且接著使負性抗蝕劑凹陷使得 部分正性抗蝕劑頂端區域延伸於凹陷之負性抗蝕劑上。本 方法亦包含曝光凹陷負性抗蝕劑與部分正性抗蝕劑於大 量光線之步驟’並接著施加顯影劑至半導體裝置以便移除 部分正性抗蝕劑。結果，一個貫穿孔或接觸孔形成於部分 正性抗蝕劑先前形成之位置。 上述目的亦可藉由一個於半導體裝置形成一個接觸 孔之方法而達成。該方法包含形成第一層於基質，且接著 形成正性抗餘劑層於第一層。該方法亦包含使用一個亮域 光罩照射正性抗蝕劑，其中亮域光罩之尺寸與欲形成於半 導體裝置裡之接觸孔相同。該方法進一步地包含使照射之 正性抗蝕劑與顯影劑接觸，以便移除照射之正性抗餘劑， 從而僅留下部分正性抗蝕劑殘餘於第一層上。該方法更進 一步地包含施加一層負性抗蝕劑以覆蓋第一層與部分正 性抗蝕劑。本方法亦包含使負性抗蝕劑凹陷使得部分正性 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 91978 --j----1--------------訂---------線 (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 519690 五、發明說明（3 抗餘劑之頂端表面不為負性抗蚀劑所覆蓋。該方法進一步 地包含使凹陷負性抗蝕劑與部分正性抗蝕劑曝光於光 線。忒方法更進一步包含施加一個顯影劑至半導體裝 便分解部分正性抗蝕劑。紝 、，口禾，形成接觸孔於部分正性抗

餘劑先前形成之位置。 A

[圖示之簡單說明] 藉由下列詳細說明，本發明之這些與其他目的與優點 將2充分地瞭解’當閱讀時參照伴隨圖示，其中相同參考 數字表示全文相同部分，，其中·· .第1圖為使用-個亮域光罩形成一個柱子之MEF圖 表， 第2圖為使用一個暗域光罩形成-個接點之MEF圖 表； 第3(a)至3⑷圖說明本發明微影製程之橫截面圖示。 [元件符號說明] 100 120 130 150 [實施本發明之較佳模式] 、系見微影製程之一個主要關心為製程於接觸孔形成 到達尺寸極限’尤其形成尺寸為1〇〇毫微米或更小3 接觸孔。如早先所解釋，常見接觸孔形成使用一個暗域》 正性光阻，其導致難以控制，由於解析度限制多

表紙張尺i欄中關家鮮（CNS)A4規格（210 X 29G5J 91978 L 訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 基片 110 中間電介質層 正性光組層 125 亮域光罩正下方 免域光罩 140 小圓柱 負性光阻層 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 519690 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 A7 五、發明說明（4 ) 面 MEF 〇 第1圖顯示-個亮域柱子之MEF，且第2圖顯示一個 暗域光罩之MEF。這兩份圖表顯示晶圓尺寸與光罩尺寸之 感光度。MEF之測量為直線之斜率，其近似於列印於圖表 之直線方程式之第—項。暗域光罩之改變導致晶圓(光阻） 增加4.6倍。亮域光罩改變於晶圓放大"倍。因此，如 第1圖與第2圖所示之圖表可知，使用亮域光罩，晶圓上 接觸孔變動程度將大為減小，與使用暗域光罩比較。第i 圖與第2圖所示之資料乃根據發明者執行之測試。 本發明藉由使用-個亮域（BF)光罩，形成一個微小圓 柱於正性光阻，克服於微小接觸孔形成之問題，藉以解析 度與MEF與常見微影製程比較得以改進。進一步處理以反 轉圖像形成-個良好控制之接觸孔厨案。亮域光罩為―種 光罩，光罩大部分為透明，僅一部份光罩為不透光。 現在將詳細說明該發明，並參照第3⑷至3⑷圖。 第3 (a)圖顯示一個半導體結構之橫截面圖，包含一個基 片1〇〇, 一層中間電介質層110,與一層正性光阻層i2〇a。 中間電介質層110可為任何常見低k電介質且低電 介質常數之電介質，例如SILK，提供一層不傳導防護於 傳導層間。 ' 如第3(a)圖所示，一個亮域（BF)光罩13〇提供於半導 體結構上，且正性光阻層120由位於亮域光罩13〇上之光 源照射光線。結果，大部分正性光阻層12()曝光，除了位 於党域光罩130正I方之部分125。一個典型光罩包含透 w韻欄ί關家鮮 9197a r Aw--------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 519690 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印紫 5 明區域與不透Μ域。純照設整個光罩，並穿越透明區 域至正下方之基質區但不穿越不it光區域至正下方之 基質區域。 、，第3(b)圖顯示正性光阻層12〇與顯影劑溶液接觸後之 半導體構。顯影劑溶液用以分解正性光阻層1 2 G曝光部 分，僅留下一個微小圓柱140殘餘於中間層電介質層110 上。可移除正性抗蝕劑之任何種類常見顯影劑溶液可於該 步驟使用。一般而言，圓柱140不需具環形橫截面，而可 選擇性地具其他橫截面形狀。 第3(C)圖顯示一層負性光阻層ι5〇形成於微小圓柱 140周圍後之半導體結構。負性光阻為一種與正性光阻作 用相反之光阻，當部分負性光阻曝光時，其將變堅硬且當 置於顯影劑時將不會被分解。負性光阻所有未曝光部分將 不會變堅硬，且因此當置於顯影劑時將會被分解。 負性光阻典型地未於微影照相被利用，當超大型積體 電路結構變為越來越小，因負性光阻於顯影時之膨脹使得 其不適合小於3微米之臨界控制。見K Wolf，Silicon

Processing for the VLSI Era，第 1 冊，420 頁。然而，本 發明以創新方式利用負性光阻以提供一個方法以形成具 非常微小尺寸之接觸孔。 參照第3(c)圖，形成負性光阻層150使得其頂端表面 與微小圓柱140(其為正性光阻結構）之頂端表面大體上共 面。於一個配置，負性光阻層1 50旋塗至半導體結構使其 頂端表面正好位於微小圓柱140頂端表面下方（例如，數十 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 91978 j 一---------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 作 社 印 制 埃）從而餘留一段微小圓柱140殘段，由負性光阻層150 之頂端表面向外延伸。於第二種配置，負性光阻層150旋 塗至半v體結構使其頂端表面形成於微小圓柱14〇上且因 此以微里疋全覆蓋（例如，數埃至數十埃）。於該第二配 =，負性光阻層150被回蝕或研磨，使得微小圓柱140頂 知〗邛刀（例如，數埃至數十埃）由負性光阻層1 50頂端 表面向外延伸。 卜其他形成負性光阻層150至半導體結構之方法，除了 疑塗外亦可考慮，只要仍於本發明之範轉内。例如，噴 灑塗佈新月开> 塗佈，或刮墨刀塗佈可用於开》成負性光阻 層 150 〇 如第3(c)圖所示，一層包含負性光阻層15〇，且亦包 含由正性光阻形成之微小圓柱14〇，提供作為一個組合層 於中間層電介質層110上。 3 第3(d)圖顯示結構置於大量曝光後，即，整個頂端 表面皆曝光，並接著置於顯影劑之半導體結構。用以達成 第3(d)圖所示結構之顯影劑可與用以移除大部分正性光阻 層120以達成第3(b)圖所示結構為相同顯影劑。再度參照 第3(d)圖，當顯影劑與負性光阻層15〇接觸時，負性光阻 層並未被分解，因其先前藉由大量曝光置於光線下。微小 圓柱14〇，另一方面，當接觸至顯影劑時將被分解，因大 量曝光改變其特性使其可溶於顯影劑（因微小圓柱14〇由 正性光阻形成）。 ___結果’殘留的為一個圓柱形小洞1 60，形成於微小圓 ^纸張尺度適用中國國家鮮（CNS)A4規格⑵0x297公爱）— 91978 '丨^ 卜 ίΝ 訂---------線·! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 519690 A7 B7 五、發明說明（7 柱140先前所在位詈以丨 小洞刚之光阻層^接著作於為_劑分解前）°環繞於 一個微j接觸孔於中間層電介質们！〇,例如-個至電曰 :閉”!觸孔，將形成於半導體結構裡。根據本發：:a 因一個"域光罩與一個正性光阻用以形成-個微小尺寸 接觸孔之抗蚀劑圖案，可達成絕佳控制，形 尺寸(例如，小於2°〇毫微米)，此類控制不易 由使用暗域光罩形成接觸孔之常見方法達成。 雖然目前所料與說明為本發明—個較佳且體實施 例’為熟知此技藝之技術者所知的是可做各種盘 …相等物可代替其元件，只要不背離本發明之真實範 臀。此外’可做許多修改以適應—個特定情況或材料至本 發明之技術’只要不背離其中心料。_，該發明並不 意圖限制㈣示之特定具體實施例’做為施行本發明之最 好模式’而是本發明將包含所有位於所附申請專利範圍範 疇内之具體實施例。 --^----K--------------訂---------線· (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（210x 297公釐）

Claims (1)

1. H3 第90128791號專利申請案 申請專利範圍修正本 (91年11月6曰 一種形成半導體裝置之接觸孔之方法，包含·· 形成一層中間層電介質層（110)於一個基質（〗⑽）， 且接著形成一層正性抗餘劑（1 20)於中間層電介質層； 使用一個亮域光罩（1 30)照射正性抗蝕劑以形成一 層照射之正性抗蝕劑層，其中該亮域光罩具一個圖案， 對應於欲形成於半導體裝置裡之一個接觸孔； 顯影正性抗蝕劑，以便移除照射之正性抗蝕劑 層，從而僅留下部分正性抗蝕劑殘留於中間層電介質 層上； ' 施加一層負性抗蝕劑（15〇)以覆蓋中間層電介質層 與部分正性抗蝕劑； 使負性抗餘劑凹陷使得部分正性抗蝕劑之一個頂 端區域延伸於凹陷之負性抗蝕劑上； 使凹陷之負性抗蝕劑與部分正性抗蝕劑曝光於大 里光線’並施加顯影劑至半導體裝置以便移除部分正 性抗蝕劑，其中形成接觸

   孔（160)於部分正性抗蝕劑先 1項之方法，其中之該負性抗餘劑 幸几蝕劑形成凹陷。 藉由濕式化學回蝕負

   1項之方法’其中之該負性抗名虫劑 負性抗密4被成凹陷。 1 91978

   4·如申請專利範圍第1項 其中之該負性抗蝕劑 其中之該正性抗蝕劑 其中於凹陷步驟將負 藉由研磨負性抗蝕劑形成凹陷 5·如申晴專利範圍第1項之方法 為一種負性光阻。 6·如申請專利範圍第5項之方法 為一種正性光阻。 7 ·如申睛專利範圍第1項之方法 穴丁 π凹陷步,！ 性抗餘劑凹陷於部分正性抗敍劑之頂端區域下。 8_ 一種形成半導體裝置之接觸孔 』礼又方法，包含下列之步 驟： / 形成第-層⑴0)於基質(1〇〇)，且接著形成一層正 性抗餘劑（120)於第一層； 使用党域光罩（13G)照射正性抗餘劑，其_之該亮 域光罩具一個尺寸。2”與一個欲形成於半導體裝置裡 之接觸孔（1 6 0)尺寸相等； 使照射之正性抗蝕劑於顯影劑接觸，以便移除照 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 射之正性抗餘劑，從而僅留下部分正性抗餘劑殘留於 第一層上； 施加一層負性抗蝕劑（15〇)以覆蓋第一層與部分正 性抗兹劑； 使負性抗餘劑凹陷使得部分正性抗蝕劑其頂端表 面不為負性抗钱劑所覆蓋； 使凹陷之負性抗蝕劑與部分正性抗蝕劑曝光於光 線；且 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公愛） 2 91978 )l%9〇

   經濟部中央標準局員工福利委員會印製 %施加顯影劑至半導體裝置以便分解部分正性抗蝕 劑，其中形成接觸孔（160)於部分正性抗蝕劑先前形成 之位置。 9 ’如申請專利範圍第8項之方法，其中之該負性抗蝕劑 藉由電装回蝕負性抗蝕劑形成凹陷。 1 〇 ·如申請專利範圍第8項之方法，其中之該負性抗餘劑 藉由濕式化學回蝕負性抗蝕劑形成凹陷。

   3 91978 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 X 297公釐） 519690

   (修正圖)

   第 3(a)

   110 100 第 3(b)

   圖 第 3(c) 15V 第3(d)圖

   100