TWI677028B - 蝕刻負載效應的改善方法 - Google Patents

Abstract

一種蝕刻負載效應的改善方法，包括下列步驟。在晶圓上形成材料層，其中晶圓具有中央區與邊緣區。在材料層上形成罩幕層，其中罩幕層在邊緣區中的厚度大於在中央區中的厚度。對罩幕層進行圖案化而形成具有多個罩幕圖案的圖案化罩幕層，其中在邊緣區中的罩幕圖案的關鍵尺寸大於在中央區中的罩幕圖案的關鍵尺寸。以圖案化罩幕層作為罩幕，對材料層進行蝕刻，而形成圖案化材料層。

Description

蝕刻負載效應的改善方法

本發明是有關於一種半導體製程的改善方法，且特別是有關於一種蝕刻負載效應(etch loading effect)的改善方法。

積體電路產業是目前我國最重要的工業之一，積體電路的應用已從電腦相關領域廣泛地進入生活中各式各樣的消費性領域中，因此使得積體電路產業蓬勃發展。

隨著積體電路技術和設計複雜度的日益提升，在積體電路製程中出現一些極待解決的問題。在對晶圓上待圖案化的材料層進行蝕刻製程時，由於受到蝕刻負載效應的影響，在晶圓邊緣區的蝕刻率會高於晶圓中央區的蝕刻率，因此在邊緣區所形成的圖案的關鍵尺寸較小，而使得關鍵尺寸均勻度(critical dimension uniformity，CDU)不佳。

目前發展出一種使用劑量映射器(DoseMapper)的方法，其藉由晶圓資訊的收集、模擬分析與設定，來對圖案化過程中的所有製程進行控制，以解決蝕刻負載效應的問題。然而，使用劑量映射器的方法存在耗時與高成本的問題。

本發明提出一種蝕刻負載效應的改善方法，其可藉由快速、簡易且低成本的方式來提升蝕刻後的關鍵尺寸均勻度。

本發明提供一種蝕刻負載效應的改善方法，包括下列步驟。在晶圓上形成材料層，其中晶圓具有中央區與邊緣區。在材料層上形成罩幕層，其中罩幕層在邊緣區中的厚度大於在中央區中的厚度。對罩幕層進行圖案化而形成具有多個罩幕圖案的圖案化罩幕層，其中在邊緣區中的罩幕圖案的關鍵尺寸大於在中央區中的罩幕圖案的關鍵尺寸。以圖案化罩幕層作為罩幕，對材料層進行蝕刻，而形成圖案化材料層。

依照本發明的一實施例所述，在上述蝕刻負載效應的改善方法中，罩幕層可為單層結構或多層結構。

依照本發明的一實施例所述，在上述蝕刻負載效應的改善方法中，罩幕層可包括光阻層、含矽罩幕層與有機介電層(organic dielectric layer，ODL)中的至少一者。

依照本發明的一實施例所述，在上述蝕刻負載效應的改善方法中，光阻層的材料例如是正型光阻材料或負型光阻材料。

依照本發明的一實施例所述，在上述蝕刻負載效應的改善方法中，含矽罩幕層例如是含矽抗反射塗層(silicon-containing ARC layer)。

依照本發明的一實施例所述，在上述蝕刻負載效應的改善方法中，有機介電層的材料例如是感光性有機聚合物(photo-sensitive organic polymer)或蝕刻型有機化合物(etch type organic compound)。

依照本發明的一實施例所述，在上述蝕刻負載效應的改善方法中，可根據光阻層的搖擺曲線(swing curve)特性來控制光阻層在進行微影製程後的關鍵尺寸。

依照本發明的一實施例所述，在上述蝕刻負載效應的改善方法中，罩幕層的形成方法可包括下列步驟。進行第一旋轉塗佈製程，將第一罩幕材料全面性地塗佈在材料層上。進行第二旋轉塗佈製程，僅將第二罩幕材料塗佈在邊緣區的第一罩幕材料上。

依照本發明的一實施例所述，在上述蝕刻負載效應的改善方法中，第一罩幕材料與第二罩幕材料可具有相同或不同黏度係數。

依照本發明的一實施例所述，在上述蝕刻負載效應的改善方法中，第二旋轉塗佈製程例如是在邊緣區中進行第二罩幕材料的噴塗(dispense)。

基於上述，在本發明所提出的蝕刻負載效應的改善方法中，由於罩幕層在邊緣區中的厚度大於在中央區中的厚度，因此所形成的圖案化罩幕層在邊緣區中的罩幕圖案的關鍵尺寸大於在中央區中的罩幕圖案的關鍵尺寸。因此，在以圖案化罩幕層作為罩幕，對材料層進行蝕刻時，藉由圖案化罩幕層在邊緣區中的罩幕圖案的關鍵尺寸大於在中央區中的罩幕圖案的關鍵尺寸的特性，可有效地改善蝕刻負載效應，所以圖案化材料層的圖案在邊緣區與中央區可具有大致相同的關鍵尺寸。基於上述可知，本發明所提出的蝕刻負載效應的改善方法可藉由快速、簡易且低成本的方式來提升蝕刻後的關鍵尺寸均勻度。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1所繪示為本發明一實施例的蝕刻負載效應的改善方法的流程圖。圖2A至圖2B所繪示為本發明一實施例的罩幕層的塗佈流程圖。圖3所繪示為光阻層的擺盪曲線示意圖。

請參照圖1，進行步驟S100，在晶圓上形成材料層，其中晶圓具有中央區與邊緣區。材料層可為任何待蝕刻的材料層或基材。材料層的材料例如是導體材料(如，金屬等)、半導體材料或介電材料。

進行步驟S110，在材料層上形成罩幕層，其中罩幕層在邊緣區中的厚度大於在中央區中的厚度。罩幕層可為單層結構或多層結構。罩幕層可包括光阻層、含矽罩幕層與有機介電層中的至少一者。光阻層的材料例如是正型光阻材料或負型光阻材料。含矽罩幕層例如是含矽抗反射塗層，如信越化學工業股份有限公司(Shin Etsu Chemical Co., Ltd.)製的Sepr-Shb Aseries SiARC(產品名)。有機介電層的材料例如是感光性有機聚合物或蝕刻型有機化合物。舉例來說，感光性有機聚合物可為聚丙烯酸酯樹脂(polyacrylate resin)、環氧樹脂(epoxy resin)、酚樹脂(phenol resin)、聚醯胺樹脂(polyamide resin)、聚醯亞胺樹脂(polyimide resin)、不飽和聚酯樹脂(unsaturated polyester resin)、聚苯醚樹脂(polyphenylenether resin)、聚苯硫醚樹脂(polyphenylene sulfide resin)或苯并環丁烯(benzocyclobutene，BCB)。

罩幕層的形成方法可包括下列步驟，但本發明並不以此為限。進行步驟S112，進行第一旋轉塗佈製程，將第一罩幕材料全面性地塗佈在材料層上。

舉例來說，請參照圖2A，第一旋轉塗佈製程例如是將晶圓W設置在轉盤100上，再藉由噴嘴102在晶圓W的中央區R1中噴塗第一罩幕材料104a，且藉由轉盤100的旋轉而將第一罩幕材料104a均勻地塗佈在晶圓W的中央區R1與邊緣區R2。

請參照圖1，進行步驟S114，進行第二旋轉塗佈製程，僅將第二罩幕材料塗佈在邊緣區的第一罩幕材料上。第一罩幕材料與第二罩幕材料例如是相同的罩幕材料。第一罩幕材料與第二罩幕材料可具有相同或不同黏度係數，因此可藉由調整第一罩幕材料與第二罩幕材料的黏度係數來控制罩幕層在中央區與邊緣區的膜厚。第二旋轉塗佈製程例如是在邊緣區中進行第二罩幕材料的噴塗。此外，第一旋轉塗佈製程與第二旋轉塗佈製程可連續進行或分成兩階段進行。

舉例來說，請參照圖2B，第二旋轉塗佈製程例如是將噴嘴102移動到邊緣區R2中，再藉由噴嘴102在晶圓W的邊緣區R2中的第一罩幕材料104a上噴塗第二罩幕材料104b，且藉由轉盤100的旋轉而將第二罩幕材料104b均勻地塗佈在晶圓W的邊緣區R2。因此，可藉由第一罩幕材料104a與第二罩幕材料104b形成罩幕層104，且罩幕層104在邊緣區R2中的厚度大於在中央區R1中的厚度。

在此實施例中，罩幕層是以包括依序堆疊於材料層上的有機介電層、含矽罩幕層與光阻層的三層結構來進行說明，但本發明並不以此為限，所屬技術領域具有通常知識者可依照製程需求來選擇罩幕層的層數與種類。此外，當要將有機介電層、含矽罩幕層與光阻層中的任一層在邊緣區中的厚度調整為大於在中央區中的厚度時，可選擇採用上述步驟S112與步驟S114所舉例的方法。

請參照圖1，進行步驟S120，對罩幕層進行圖案化而形成具有多個罩幕圖案的圖案化罩幕層，其中在邊緣區中的罩幕圖案的關鍵尺寸大於在中央區中的罩幕圖案的關鍵尺寸。進一步來說，由於罩幕層在邊緣區中的厚度大於在中央區中的厚度，因此在對罩幕層進行圖案化之後，在邊緣區中形成的罩幕圖案的關鍵尺寸會大於在中央區中所形成的罩幕圖案的關鍵尺寸。

對光阻層而言，可根據光阻層的搖擺曲線特性來控制光阻層在進行微影製程後的關鍵尺寸。請參照圖3，光阻層的搖擺曲線形狀可類似於為趨勢向上的正弦曲線。整體而言，光阻層的厚度與進行微影製程後所形成的光阻圖案的關鍵尺寸是成正比的關係。亦即，光阻層的厚度越厚，則光阻圖案的關鍵尺寸越大。舉例來說，波峰A2的光阻圖案的關鍵尺寸大於波峰A1的光阻圖案的關鍵尺寸。

在光阻層的搖擺曲線中，就波鋒A1與波谷B之間的小區間而言，光阻層的厚度越厚，則光阻圖案的關鍵尺寸越小。此外，就波谷B與波鋒A2之間的小區間而言，光阻層的厚度越厚，則光阻圖案的關鍵尺寸越大。因此，在決定光阻層的厚度等級之後，可藉由上述搖擺曲線特性來對光阻圖案的關鍵尺寸進行微調。

對有機介電層而言，有機介電層的厚度與進行蝕刻製程後所形成的有機介電圖案的關鍵尺寸是成正比的關係。亦即，有機介電層的厚度越厚，則有機介電圖案的關鍵尺寸越大。此外，含矽罩幕層的情況亦是如此。亦即，含矽罩幕層的厚度與進行蝕刻製程後所形成的含矽罩幕圖案的關鍵尺寸是成正比的關係。

請參照圖1，進行步驟S130，以圖案化罩幕層作為罩幕，對材料層進行蝕刻，而形成圖案化材料層。一般而言，受到蝕刻負載效應的影響，在對材料層進行蝕刻時，邊緣區的蝕刻率會高於中央區的蝕刻率。然而，由於本實施例的圖案化罩幕層在邊緣區中的罩幕圖案的關鍵尺寸大於在中央區中的罩幕圖案的關鍵尺寸，藉此可補償蝕刻負載效應所造成的影響，進而使得圖案化材料層的圖案在邊緣區與中央區可具有大致相同的關鍵尺寸。

另外，在此實施例中，由於罩幕層是以包括依序堆疊於材料層上的有機介電層、含矽罩幕層與光阻層的三層結構來進行說明，所以能夠藉由光阻層的厚度分佈方式對圖案化材料層的關鍵尺寸進行主要調整，且可藉由有機介電層的厚度分佈方式及/或含矽罩幕層的厚度分佈方式對圖案化材料層的關鍵尺寸進行微調，但本發明並不以此為限。所屬技術領域具有通常知識者可參照上述實施例的內容並依照製程需求來選擇圖案化材料層的關鍵尺寸的調整方式。

基於上述實施例可知，由於罩幕層在邊緣區中的厚度大於在中央區中的厚度，因此所形成的圖案化罩幕層在邊緣區中的罩幕圖案的關鍵尺寸大於在中央區中的罩幕圖案的關鍵尺寸。因此，在以圖案化罩幕層作為罩幕，對材料層進行蝕刻時，藉由圖案化罩幕層在邊緣區中的罩幕圖案的關鍵尺寸大於在中央區中的罩幕圖案的關鍵尺寸的特性，可有效地改善蝕刻負載效應，所以圖案化材料層的圖案在邊緣區與中央區可具有大致相同的關鍵尺寸。基於上述可知，上述實施例的蝕刻負載效應的改善方法可藉由快速、簡易且低成本的方式來提升蝕刻後的關鍵尺寸均勻度。

綜上所述，在上述實施例的蝕刻負載效應的改善方法中，由於是利用罩幕層的厚度分佈方式來調整圖案化材料層的關鍵尺寸，因此可藉由快速、簡易且低成本的方式來提升蝕刻後的關鍵尺寸均勻度。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧轉盤

102‧‧‧噴嘴

104‧‧‧罩幕層

104a‧‧‧第一罩幕材料

104b‧‧‧第二罩幕材料

A1、A2‧‧‧波峰

B‧‧‧波谷

R1‧‧‧中央區

R2‧‧‧邊緣區

S100、S110、S112、S114、S120、S130‧‧‧步驟

圖1所繪示為本發明一實施例的蝕刻負載效應的改善方法的流程圖。 圖2A至圖2B所繪示為本發明一實施例的罩幕層的塗佈流程圖。 圖3所繪示為光阻層的擺盪曲線示意圖。

Claims (9)

1. 一種蝕刻負載效應的改善方法，包括：在晶圓上形成材料層，其中所述晶圓具有中央區與邊緣區；在所述材料層上形成罩幕層，其中所述罩幕層在所述邊緣區中的厚度大於在所述中央區中的厚度，且所述罩幕層的形成方法包括：進行第一旋轉塗佈製程，將第一罩幕材料全面性地塗佈在所述材料層上；以及進行第二旋轉塗佈製程，僅將第二罩幕材料塗佈在所述邊緣區的所述第一罩幕材料上；對所述罩幕層進行圖案化而形成具有多個罩幕圖案的圖案化罩幕層，其中在所述邊緣區中的所述罩幕圖案的關鍵尺寸大於在所述中央區中的所述罩幕圖案的關鍵尺寸；以及以所述圖案化罩幕層作為罩幕，對所述材料層進行蝕刻，而形成圖案化材料層。
2. 如申請專利範圍第1項所述的蝕刻負載效應的改善方法，其中所述罩幕層為單層結構或多層結構。
3. 如申請專利範圍第1項所述的蝕刻負載效應的改善方法，其中所述罩幕層包括光阻層、含矽罩幕層與有機介電層中的至少一者。
4. 如申請專利範圍第3項所述的蝕刻負載效應的改善方法，其中所述光阻層的材料包括正型光阻材料或負型光阻材料。
5. 如申請專利範圍第3項所述的蝕刻負載效應的改善方法，其中所述含矽罩幕層包括含矽抗反射塗層。
6. 如申請專利範圍第3項所述的蝕刻負載效應的改善方法，其中所述有機介電層的材料包括感光性有機聚合物或蝕刻型有機化合物。
7. 如申請專利範圍第3項所述的蝕刻負載效應的改善方法，其中根據所述光阻層的搖擺曲線特性來控制所述光阻層在進行微影製程後的關鍵尺寸。
8. 如申請專利範圍第1項所述的蝕刻負載效應的改善方法，其中所述第一罩幕材料與所述第二罩幕材料具有相同或不同黏度係數。
9. 如申請專利範圍第1項所述的蝕刻負載效應的改善方法，其中所述第二旋轉塗佈製程在所述邊緣區中進行所述第二罩幕材料的噴塗。