TWI530988B - 具有非典型圖案之光阻、使用此光阻蝕刻基材之方法與所得之蝕刻洞 - Google Patents

Description

具有非典型圖案之光阻、使用此光阻蝕刻基材之方法與所得 之蝕刻洞

本發明大致上關於一種使用光阻，輔助蝕刻基材之方法與所得之蝕刻洞。特別是，本發明針對一種具有非典型圖案之光阻、使用此光阻輔助蝕刻基材之方法與所得之蝕刻洞。使用此具有非典型圖案之光阻蝕刻基材之方法所得之蝕刻洞，其開口橫截面圖形會具有扇形或是卵形之幾何特徵。

在半導體的製程中，習知是使用黃光製程來定義基材上電路的佈局圖案。在進行黃光製程時，多是使用曝光的方式將光罩上的圖案轉移至光阻上。光罩上的圖案多是由直線與直角組合所形成的幾何圖案。例如，在光罩上用來界定蝕刻洞的圖案，通常是由直線與直角組合所形成的正方形或是長方形。

但是在曝光的過程中，由於受到了光學近接效應(optical proximity effect)的影響，光罩上由直線與直角組合所形成的幾何圖案，轉移到光阻上時已不在是原始的圖案。另外，如第1圖所繪示，在此圖案化光阻的輔助下進行基(圖未示)材的蝕刻時，原始的幾何圖案1在蝕刻後還可能會更進一步失去直角的特徵，通常稱為轉角圓化(corner rounding)，而得到圓形或是圓角矩形之蝕刻洞2，於是造成位於基材中的蝕刻洞變形，甚至導致後續蝕刻洞的功能失效。

於是需要一種具有特別圖案之光阻。當使用此具有特別圖案之光阻來蝕刻基材時，就可以得到截面有別於傳統圓形或是圓角矩形之蝕刻洞，避免蝕刻洞功能失效的問題。

有鑑於此，本發明提出一種具有特別圖案之光阻。當使用此具有特別圖案之光阻來蝕刻基材時，就可以得到截面有別於傳統圓形或是圓角矩形之蝕刻洞。

本發明首先提出一種具有非典型圖案之光阻。本發明具有非典型圖案之光阻包含光阻、複數個圖案與集合區域。複數個圖案中之第一圖案位於光阻中，並沿著第一方向延伸。第一圖案包含由第一材料與第二材料所界定之曲線。由於第一材料與第二材料交錯排列，所以任何之第一材料係夾至於相鄰之第二材料之間。複數個圖案中之第二圖案位於光阻中，並沿著不平行於第一方向之第二方向延伸。第二圖案包含由第三材料與第四材料所界定之曲線。由於第三材料與第四材料交錯排列，所以任何之第三材料係夾至於相鄰之第四材料之間。第二材料以及第四材料之重疊部分為集合區域，以界定一種非典型圖案。非典型圖案中之任何一邊都是曲線。

在本發明一實施方式中，第一材料以及第三材料為未經曝光之光阻。

在本發明另一實施方式中，第二材料以及第四材料為不完全曝光之光阻。

在本發明另一實施方式中，不完全曝光之光阻為經過曝光但無法顯影之光阻。

在本發明另一實施方式中，集合區域為經充分曝光之光阻。

在本發明另一實施方式中，第一圖案由第一材料、第二材料與集合區域所界定之曲線所組成。

在本發明另一實施方式中，第二圖案由第三材料、第四材料與集合區域所界定之曲線所組成。

在本發明另一實施方式中，集合區域為由兩相臨之凸邊與兩相臨之凹邊所組成之非典型四邊形。

在本發明另一實施方式中，凸邊或是凹邊之至少一者之邊長，接近由非典型圖案所界定之臨界尺寸。

在本發明另一實施方式中，集合區域係顯影後形成之凹穴。

本發明其次提出一種蝕刻基材之方法。首先，在基材上形成具有非典型圖案之光阻。具有非典型圖案之光阻，包含第一圖案、第二圖案與集合區域。第一圖案位於光阻中，並沿著第一方向延伸。第一圖案包含由第一材料與第二材料所界定之曲線。由於第一材料與第二材料交錯排列，所以任何之第一材料係夾至於相鄰之第二材料之間。第二圖案位於光阻中，並沿著不平行於第一方向之第二方向延伸。第二圖案包含由第三材料與第四材料所界定之曲線。由於第三材料與第四材料交錯排列，所以任何之第三材料係夾至於相鄰之第四材料之間。集合區域為凹穴，並位於第二材料以及第四材料之重疊區域中。經由第二材料以及第四材料界定出集合區域之非典型圖案。非典型圖案中之任何一邊都是曲線。其次，以具有非典型圖案之光阻作為蝕刻遮罩，而對基材進行蝕刻步驟。於是，在基材中形成蝕刻洞。特別是，蝕刻洞開口之橫截面圖形只有一個對稱軸。

在本發明一實施方式中，集合區域為由兩相臨之凸邊與兩相臨之凹邊所組成之非典型四邊形。

在本發明另一實施方式中，凸邊與凹邊其中至少一者之邊長，接近非典型圖案所界定之臨界尺寸。

在本發明另一實施方式中，蝕刻洞之橫截面圖形為扇形或是卵形。

本發明又提出一種位於基材中之蝕刻洞。此蝕刻洞經由如前所述之方法所製得，其橫截面圖形具有扇形或是卵形之幾何特徵。

1‧‧‧幾何圖案

2‧‧‧蝕刻洞

100‧‧‧基材

101‧‧‧柱狀結構

102‧‧‧蝕刻洞

103‧‧‧對稱軸

104‧‧‧光阻材料

110‧‧‧光阻

118‧‧‧曝光過光阻

119‧‧‧圖案化光阻

111‧‧‧第一材料

112‧‧‧第二材料

113‧‧‧第三材料

114‧‧‧第四材料

121‧‧‧光罩

122‧‧‧圖案

123‧‧‧第一區域

124‧‧‧第二區域

125‧‧‧第三區域

126‧‧‧第四區域

127‧‧‧光罩

128‧‧‧圖案

130‧‧‧集合區域

131‧‧‧凸邊

132‧‧‧凹邊

140‧‧‧第一圖案

141‧‧‧第一方向

142‧‧‧第二方向

150‧‧‧第二圖案

160‧‧‧島狀光阻柱

161‧‧‧凹穴

第1圖繪示在先前技藝中，圖案化光阻原始的幾何圖案在蝕刻後失去直角的特徵，而成為圓形或是圓角矩形之蝕刻洞。

第2圖至第4圖所繪示，在基材上形成具有非典型圖案之光阻。

第3A圖繪示本發明光阻的第一圖案是彎曲圖案。

第4A圖繪示本發明光阻的第二圖案是非直線型的圖案。

第5圖所繪示本發明集合區域是由兩相臨之凸邊與兩相臨之凹邊所組成之非典型四邊形。

第6圖繪示顯影步驟之後的集合區域，是殘留下具有非典型圖案的島狀光阻柱。

如第6A圖繪示顯影步驟之後的集合區域，是移除光阻材料後殘留下之凹穴。

第7圖繪示本發明以具有非典型圖案之光阻作為蝕刻遮罩，而對基材進行蝕刻步驟。

第7A圖繪示本發明以具有非典型圖案之光阻作為蝕刻遮罩，而對基材進行蝕刻步驟。

有鑑於先前技術所不足之處，本發明提供一種以具有特別圖案之光阻來輔助蝕刻基材之方法。當使用此具有特別圖案之光阻來蝕刻基材時，就可以得到開口截面有別於傳統圓形或是圓角矩形之蝕刻洞，例如所得到之蝕刻洞之截面是具有單一對稱軸之特殊幾何圖案。

請參考第2圖至第4A圖，其繪示形成本發明具有非典型圖案之光阻之方法。首先，如第2圖所繪示，提供覆蓋有未經圖案化光阻110的基材100。光阻110可以是任何光敏性的潛變材料，可以在適當波長與功率的曝光操作下，以化學的方式(chemically)記錄下光罩上的圖案(圖未示)，並在適當的顯影操作後，成為轉移有光罩圖案(圖未示)的圖案化光阻。例如，光阻110可以是正型光阻或是負型光阻，其具有理想之厚度。基材101可以是一種半導體基材，例如矽基底(silicon substrate)、磊晶矽基板(epitaxial silicon substrate)、矽鍺半導體基板(silicon germanium substrate)、碳化矽基板(silicon carbide substrate)或矽覆絕緣(silicon-on-insulator,SOI)基底等等，但並不限於此。

其次，對於覆蓋有未經圖案化光阻的基材進行曝光步驟，使得光阻的光敏性材料，以化學的方式(chemically)記錄下光罩上的圖案。在本發明一較佳實施方式中，對於覆蓋有未經圖案化光阻的基材可以進行不只一次的曝光步驟，而在多次曝光的疊合之後，在光阻中形成組合的曝光圖案。例如，如第3圖所繪示，在光罩121的輔助下，以適當的波長與功率對於覆蓋有未經圖案化光阻的基材先進行第一次曝光步驟，使得光阻的光敏性材料得以化學的方式記錄下光罩121的圖案122。

在本發明一較佳實施方式中，光罩121的圖案122可以是非直線型的圖案，例如是交錯排列的彎曲圖案，較佳為交錯排列的波浪圖案。此等彎曲圖案，可以是由複數個相連的半圓曲線所組成，而界定出交錯排列的第一區域123與第二區域124。如第3A圖所繪示，第一次曝光步驟，便會使得光阻110成為曝光過光阻118。曝光過光阻118具有由第一材料111與第二材料112所界定之曲線，而形成沿著第一方向141延伸的第一圖案140，所以第一材料111與第二材料112即分別對應於第3圖中之第一區域123與第二區域124。由於第一材料111與第二材料112交錯排列，所以任何之第一材料111係夾至於相鄰之第二材料112之間，反之亦同。

請注意，第一材料111與第二材料112是不同的材料，例如其中一者經過曝光之後進行化學變化，因此變性(denature)而成為不同的材料。藉此，曝光過光阻118便記錄下第3圖中光罩121上的圖案122。需要特別注意的是，第一材料111與第二材料112其中一者的曝光，不需要是足以顯影的完全曝光，而可以是不能充分顯影的不足曝光。例如，可以調整第一次曝光的波長與功率，使得第一材料111與第二材料112其中一者為完全未曝光，而另一者為不能充分顯影的不足曝光。無論如何，第一材料111與第二材料112其中一者只要經過曝光之後就會進行化學變化，因此變性而成為不同的材料。調整第一次曝光的波長與功率，而為不足曝光的技術，為本領域一般技藝人士所共知，故不多加贅述。

再來，對於覆蓋有未經圖案化光阻的基材進行另一次的曝光步驟。在本發明一較佳實施方式中，曝光後光阻可以再與先前曝光的圖案疊合，而得到具有組合曝光圖案的圖案化光阻。例如，如第4圖所繪示，在具有圖案128的光罩127的輔助下，以適當的波長與功率對於覆蓋有曝光後光阻的基材再進行第二次曝光步驟，使得曝光後光阻的光敏性材料得以化學的方式記錄下光罩127的圖案128。

在本發明另一較佳實施方式中，光罩127的圖案128也可以是非直線型的圖案，例如是交錯排列的彎曲圖案，較佳為交錯排列的波浪圖案。彎曲圖案，可以是由複數個相連的半圓曲線所組成，而界定出交錯排列的第三區域125與第四區域126。如第4A圖所繪示，第二次曝光步驟，便會使得曝光後光阻118成為圖案化光阻119。圖案化光阻119還具有由第三材料113與第四材料114所界定之曲線，而形成沿著第二方向142延伸的的第二圖案150，所以第三材料113與第四材料114即分別對應於第4圖的第三區域125與第四區域126。由於第三材料113與第四材料114交錯排列，所以任何之第三材料113係夾至於相鄰之第四材料114之間，反之亦同。為了正確表現第一圖案140與第二圖案150重疊的形狀，第4A圖所繪示者為上視圖。

請注意，第三材料113與第四材料114也是不同的材料，例如其中一者經過曝光之後進行化學變化，因此變性而成為不同的材料。藉此，請同時參照第4圖與第4A圖中，圖案化光阻119便記錄下光罩127的圖案128。需要特別注意的是，第三材料113與第四材料114其中一者的曝光，不需要是足以顯影的完全曝光，而可以是不能充分顯影的不足曝光。例如，可以調整第二次曝光的波長與功率，使得第三材料113與第四材料114其中一者為完全未曝光，而另一者為不能充分顯影的不足曝光。無論如何，第三材料113與第四材料114其中一者只要經過曝光之後就會進行化學變化，因此變性而成為不同的材料。視情況需要，還可以對光阻再進行第三次曝光或更多次的曝光。調整曝光的波長與功率，而為不足曝光的技術，為本領域一般技藝人士所共知，故不多加贅述。

在經過以上的步驟之後，就可以得到覆蓋具有非典型圖案光阻119的基材。如第4A圖所繪示，具有非典型圖案之光阻109包含光阻材料104、複數個圖案與集合區域130。複數個圖案可以包含第一圖案140與第二圖案150。第一圖案140與第二圖案150分別均為非典型圖案。所謂非典型圖案是說，第一圖案140與第二圖案150中都沒有直線。

一方面，複數個圖案中之第一圖案140位於光阻109中，並沿著任意指定的第一方向141延伸。第一圖案包含由第一材料111與第二材料112所界定之曲線。第一材料111為未經曝光之光阻104但是第二材料112為不完全曝光之光阻118。不完全曝光之光阻118是代表經過曝光但無法顯影之光阻。由於第一材料111與第二材料112交錯排列，所以任何之第一材料111係夾至於相鄰之第二材料112之間，反之亦同。

另一方面，複數個圖案中之第二圖案150位於光阻109中，並沿著第二方向142延伸，例如第二方向142與第一方向141不平行，較佳者第二方向142與第一方向141垂直。第二圖案150包含由第三材料113與第四材料114所界定之曲線。第三材料113為未經曝光之光阻，而第四材料114 為不完全曝光之光阻118。不完全曝光之光阻118代表經過曝光但無法顯影之光阻。由於第三材料113與第四材料114交錯排列，所以任何之第三材料113係夾至於相鄰之第四材料114之間，反之亦同。

如果第二材料112以及第四材料114分別都代表不充分曝光之光阻時，則成柵格狀排列的第二材料112以及第四材料114一定會產生重疊部分，此重疊部稱為集合區域130，也就是一種經過多次不充分曝光之區域。在本發明一實施方式中，第一圖案140由第一材料111、第二材料112與集合區域130所界定之曲線所組成。類似地，第二圖案150即由第三材料113、第四材料114與集合區域130所界定之曲線所組成。本發明的集合區域130的特徵在於，集合區域130因為經過多次不充分之曝光，而發展成為充分曝光之區域，而是一種經過完全曝光之光阻。

集合區域130在這點上與相鄰的其他第二材料112以及其他第四材料114完全不同。相鄰的其他第二材料112以及其他第四材料114經過不足程度的曝光，無論經過多少次的曝光，因為這樣的第二材料112以及第四材料114的曝光程度不足，即使經過至少一次的曝光仍然是無法顯影的。

集合區域130也是一種非典型圖案。在本發明一實施方式中，集合區域130中之任何一邊都是曲線而沒有直線。在本發明另一實施方式中，如第5圖所繪示，集合區域130為由兩相臨之凸邊131與兩相臨之凹邊132所組成之非典型四邊形，凸邊131與凹邊132可以分別是部分圓的弧線，例如是半圓的弧線。凸邊131或是凹邊132至少一者之邊長，接近由非典型圖案所界定之臨界尺寸D，換句話說圓的直徑接近臨界尺寸D。

繼續，對於覆蓋有經圖案化光阻119的基材100進行適當的顯影步驟，使得圖案化光阻119的圖案得以顯現出來。適當的顯影步驟依據圖案化光阻119的材料而定。此為本領域一般技藝人士所習知，故不多贅述。在顯影步驟之後，圖案化光阻119中的集合區域130於是與其他之第一材料111、第二材料112、第三材料113、第四材料114區分開來。依據圖案化光阻119 的材料而定，在本發明一實施方式中，如第6圖所繪示，顯影步驟之後的集合區域130，可能是殘留下具有非典型圖案的島狀光阻柱160。在本發明另一實施方式中，如第6A圖所繪示，顯影步驟之後的集合區域130，也可能是移除光阻材料後殘留下之凹穴161。在經過以上的步驟之後，就可以得到覆蓋有圖案化光阻119的基材100。此時的圖案化光阻119包含顯現出非典型圖案的集合區域130。

接下來，就可以使用圖案化光阻119對基材100進行蝕刻製程，將光阻119的圖案轉移到基材100上。承上，所以本發明再提出一種蝕刻基材之方法。首先，如第2圖至第6A圖所繪示，在基材110上形成具有非典型圖案之光阻119。具有非典型圖案之光阻119，包含第一圖案140、第二圖案150與集合區域130。第一圖案140係位於光阻119中、並沿著第一方向141延伸、由第一材料111與第二材料112所界定的交錯曲線。第二圖案150是位於光阻中119、並沿著不平行於第一方向141之第二方向142延伸、由第三材料113與第四材料114所界定的交錯曲線。

由第一圖案140與第二圖案150所重疊部分界定了集合區域130，例如位於第二材料112以及第四材料114之重疊區域。由於第一圖案140與第二圖案150是由曲線所組成，所以集合區域130界定出了一種非典型圖案。換言之，非典型圖案中之任何一邊都是由第一圖案140與第二圖案150所形成的曲線。在本發明一實施方式中，集合區域為由兩相臨之凸邊131與兩相臨之凹邊132所組成之非典型四邊形，凸邊131與凹邊132可以分別是部分圓的弧線，例如是半圓的弧線。凸邊131或是凹邊132至少一者之邊長，接近由非典型圖案所界定之臨界尺寸D，換句話說圓的直徑接近臨界尺寸D。依據圖案化光阻119的材料而定，在本發明一實施方式中，集合區域130可能是具有非典型圖案的島狀光阻柱160。在本發明另一實施方式中，集合區域130又可能是移除光阻材料後殘留下具有非典型圖案之凹穴161。

其次，以具有非典型圖案之光阻119作為蝕刻遮罩，而對基材100 進行蝕刻步驟。如第7圖所繪示，如果集合區域130是具有非典型圖案的島狀光阻柱，則會在基材100中形成孤立的柱狀結構101。如第7A圖所繪示，如果集合區域130是移除光阻材料後殘留下之凹穴161，則會在基材中形成蝕刻洞102。由於集合區域130的橫切面是一種非典型的圖案，會造成蝕刻洞102之橫截面幾何圖形只有一個對稱軸103，例如是扇形或是卵形，而不是具有複數個對稱軸的幾何圖形，例如圓形或是圓角矩形。

上述之蝕刻步驟，可以是乾蝕刻及/或濕蝕刻、單次的蝕刻程序或是分成多次的蝕刻程序，視情況需要而定。類似的，上述之蝕刻步驟，也可以使用單次的蝕刻配方或是複合的蝕刻配方，視情況需要而定。在完成蝕刻步驟之後，即可剝除光阻。

剝除圖案化光阻119可以使用一般習知之方式，例如乾式氧化、濕式氧化、濕式化學、或是無氧之條件等。乾式氧化法可以是氣體氧及/或電漿氧。無氧之條件，例如可以使用無氧之氣體，而為低耗損之清除方法(low loss clean,LLC)。無氧之條件不會影響基材100以及基材100中之其他部分。例如，可以使用不含氧氣之氣體混合物，在電漿之輔助下剝除圖案化光阻119。剝除圖案化光阻119的過程可以分為多個階段。例如進行預熱、剝除光阻表皮(crust)、剝除光阻、光阻過灰化(over ashing)等多個階段。

在經過以上的步驟之後，就可以得到具有非典型圖案的基材100。基材100可能是孤立的柱狀結構101，或是具有非典型圖案開口的洞102。非典型圖案的開口呈現只有一個對稱軸103的幾何圖形，例如是扇形或是卵形。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

130‧‧‧集合區域

131‧‧‧凸邊

132‧‧‧凹邊

Claims (15)

1. 一種具有非典型圖案之光阻，包含：一光阻；一第一圖案，位於該光阻中、沿著一第一方向延伸、並包含由一第一材料與一第二材料所界定之曲線，其中任何一該第一材料夾至於相鄰之該第二材料之間；一第二圖案，位於該光阻中、沿著不平行於該第一方向之一第二方向延伸、並包含由一第三材料與一第四材料所界定之曲線，其中任何一該第三材料夾至於相鄰之該第四材料之間；以及一集合區域，為該第二材料以及該第四材料中之重疊部分，而界定一非典型圖案，其中該非典型圖案之任何一邊都是曲線。
2. 如請求項1之具有非典型圖案之光阻，其中該第一材料以及該第三材料為未經曝光之該光阻。
3. 如請求項1之具有非典型圖案之光阻，其中該第二材料以及該第四材料為不完全曝光之該光阻。
4. 如請求項3之具有非典型圖案之光阻，其中不完全曝光之該光阻為經曝光但無法顯影之該光阻。
5. 如請求項1之具有非典型圖案之光阻，其中該集合區域為經完全曝光之該光阻。
6. 如請求項1之具有非典型圖案之光阻，其中該第一圖案由該第一材料、該第二材料與該集合區域所界定之曲線所組成。
7. 如請求項1之具有非典型圖案之光阻，其中該第二圖案由該第三材料、該第四材料與該集合區域所界定之曲線所組成。
8. 如請求項1之具有非典型圖案之光阻，其中該集合區域為由兩相臨之凸邊與兩相臨之凹邊所組成之一非典型四邊形。
9. 如請求項8之具有非典型圖案之光阻，其中該凸邊與該凹邊其中至少一者之邊長，接近該非典型圖案所界定之一臨界尺寸。
10. 如請求項1之具有非典型圖案之光阻，其中該集合區域係顯影後之一凹穴。
11. 一種蝕刻基材之方法，包含：在一基材上形成具有一非典型圖案之一光阻，該光阻包含：一第一圖案，位於該光阻中、沿著一第一方向延伸、並包含由一第一材料與一第二材料所界定之曲線，其中任何一該第一材料夾至於相鄰之該第二材料之間；一第二圖案，位於該光阻中、沿著不平行於該第一方向之一第二方向延伸、並包含由一第三材料與一第四材料所界定之曲線，其中任何一該第三材料夾至於相鄰之該第四材料之間；以及一集合區域，其為一凹穴、位於該第二材料以及該第四材料之一重疊區域並界定該非典型圖案，其中該非典型圖案之任何一邊都是曲線；以具有該非典型圖案之該光阻作為一蝕刻遮罩，對該基材進行一蝕刻步驟；以及在該基材中形成一蝕刻洞，其中該蝕刻洞之橫截面圖形只有一個對稱 軸。
12. 如請求項11蝕刻基材之方法，其中該集合區域為由兩相臨之凸邊與兩相臨之凹邊所組成之一非典型四邊形。
13. 如請求項12蝕刻基材之方法，其中該凸邊與該凹邊其中至少一者之邊長，接近該非典型圖案所界定之一臨界尺寸。
14. 如請求項11蝕刻基材之方法，其中該蝕刻洞之橫截面圖形為扇形與卵形其中之一者。
15. 一種位於一基材中之一蝕刻洞，該蝕刻洞經由如請求項11至請求項13中之任一項之方法所製得，其特徵在於，該蝕刻洞之橫截面圖形為扇形與卵形其中之一者。