TWI733314B - 一種在半導體製程中形成矽或矽化合物圖案的新方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的目的是提供一種在半導體製程中實現具有大縱橫比的精細矽圖案的製程。本發明涉及一種新穎清洗方法,透過進行清洗程序去除圖案下方殘留之由有機碳膜雜質和霧氣引起的雜質,從而在沒有浮起的情況下形成精細矽圖案。本發明顯示出提供精細圖案形成方法的效果。

Description

一種在半導體製程中形成矽或矽化合物圖案的新方法
本發明涉及一種在半導體製程中用於形成矽或矽化合物圖案的新穎方法,該方法包括在使用有機碳膜形成精細圖案的製程中,透過使用清洗液去除在聚合物的乾式蝕刻時殘留在下方的異物,而防止圖案浮起(Lifting)的清洗方法。
近來,隨著半導體設備的小型化和積體化,需要實現精細圖案,形成這些精細圖案的方法中,透過曝光裝置的開發或導入額外製程,使得光阻劑圖案有效地精細化。
在製造半導體的過程中,過去利用波長365nm的i-line光源在半導體基板上形成圖案,但為了形成更精細的圖案需要更小波長帶的光源。
實際上,從使用KrF(248nm)光源開始,已經開發出包括ArF(198nm)、EUV(extreme ultra violet-極紫外線,13.5nm)光源的微影技術(lithography)、以及開發出ArF微影製程的雙重曝光(雙重圖案化微影製程)的技術,這些目前已經投入商業化或正在準備商業化的階段,使用這些技術可以實現更精細的圖案。
為了實現具有大縱橫比(aspect ratio)的精細圖案,當與以往一樣地使用具有厚的厚度(>500nm)的光阻劑時,光阻劑的圖案縱橫比變高而發生圖案崩塌,因此會成為實現大縱橫比圖案的障礙。因應圖案會崩塌而降低光阻劑的厚度,可能使其無法在後續的乾式蝕刻(Dry etch)程序中對基板(substrate)起到作為遮罩(mask)的充分作用,由於這些原因而無法形成具有實現圖案所需的深度的深圖案。
為了解決這些問題,使用諸如非晶碳膜(ACL,amorphous carbon layer)、旋塗碳(SOC,spin on carbon)或塗佈硬遮罩(SOH,spin on hardmask)等稱為硬遮罩(Hardmask)的有機碳膜材料來實現製程。
形成將要被蝕刻的膜之後,透過使用電漿的選擇性乾式蝕刻來形成圖案。
該製程順序簡述如下,在二氧化矽基板層上塗佈作為有機碳膜的SOC層,用化學氣相蒸鍍法蒸鍍作為無機膜的SiON層,然後透過在SiON層上塗佈光阻劑並對其曝光以進行圖案化。使用圖案化的光阻劑,以鹵素電漿對SiON層進行蝕刻後,以氧電漿對有機碳膜層進行蝕刻,並以鹵素電漿對作為基板層的氧化物(Oxide)層進行蝕刻。使用鹵素電漿對「氧化物層(A膜)」進行蝕刻後,使用化學氣相蒸鍍法在該圖案上蒸鍍「聚合物層(Poly層)或其他化合物層(B膜)」,最後以鹵素電漿對基板層進行蝕刻。
為了實現精細圖案,在導入硬遮罩的製程中,隨著圖案精細化使得圖案的縱橫比變得更高,使得原本能夠透過乾式蝕刻程序實現的圖案出現問題。由於乾式蝕刻程序中產生之有機碳膜聚合物的殘留物和煙氣(
Figure 109102024-A0202-12-0002-2
)引發的異物,後續製程進行時會發生浮起現象。
本發明的發明人為了解決現有製程上發生的問題,對新製程的開發進行了研究,結果開發出在乾式蝕刻(Dry etch)後追加濕式清洗程序,從而形成更加精細的圖案的技術。
本發明涉及一種在半導體製程中用於形成矽或矽化合物圖案的新穎方法,該方法包括在使用有機碳膜形成精細圖案的製程中,使用清洗液去除在聚合物的乾式蝕刻時殘留在下方的異物,而防止圖案浮起的清洗方法。
本發明涉及一種形成圖案的方法,透過使用清洗液的清洗程序,解決在矽或矽化合物層的蝕刻程序後在圖案下方殘留的雜質而發生浮起的問題,以形成所需圖案。
更具體而言,在半導體製程中的氧化物或矽、矽化合物層的蝕刻 程序中,在蝕刻對象物上依次層積適當厚度的有機膜和無機膜,其中,首先塗佈含大量碳的有機碳膜層,然後使用化學氣相蒸鍍法蒸鍍SiON層,之後,在SiON層上塗佈光阻劑並進行圖案化。使用圖案化的光阻劑,以鹵素電漿對SiON層進行蝕刻後,以氧電漿對有機碳膜層進行蝕刻,並以鹵素電漿對作為基板的氧化物層進行蝕刻。在使用鹵素電漿對氧化物層進行蝕刻後,使用化學氣相蒸鍍法在該圖案上蒸鍍聚合物層(Poly層)或其他化合物層,最後以鹵素電漿對基板層進行蝕刻,以得到想要形成的圖案。
為了形成精細圖案,而在塗佈有機碳膜之後蒸鍍氧化物或矽、矽化合物層,然後透過乾式蝕刻形成圖案時,有機碳膜層導致的聚合物異物和霧氣引發的殘留物將殘留在圖案下方,從而在蒸鍍無機膜時發生浮起的問題。
為了解決如上所述的發生浮起的問題,使用新穎的清洗液進行清洗程序,以去除存在於圖案下方的異物,從而形成想要的精細圖案。
此處,有機碳膜是指能夠透過旋塗或化學/物理蒸鍍方法在晶圓上進行塗佈,且碳含量為30%至100%的膜質。
所述有機碳膜層中之能夠旋塗的SOC的旋塗厚度並不受特別限制,但是較佳地,塗佈為100Å至30,000Å的厚度,並以150℃至400℃的溫度進行烘烤程序1分鐘至5分鐘。
所述能夠透過化學或物理蒸鍍方法形成的層,可以在蒸鍍裝置中使用電漿,以0.01至10torr的壓力,形成為100Å至10,000Å的厚度。
所述清洗液由以下組成:1至100重量%之能夠清洗聚合物殘留物的物質、0至99重量%的溶劑、0至3重量%的界面活性劑、以及0至10重量%的鹼性化合物。
可選的能夠清洗聚合物殘留物的物質可以選自醇類溶劑、醯胺類溶劑、酮類溶劑、酯類溶劑及烴類溶劑中的一種以上。
可選的溶劑只要不溶解有機碳膜和無機膜圖案就沒有特別的限制,可以使用包括一般有機溶劑的溶液。
可選的界面活性劑可以選自由陰離子界面活性劑、非離子界面活性劑、陽離子界面活性劑、兩性界面活性劑單獨或它們的組合所組成的群組。
可選的鹼性化合物可以選自胺類或氫氧化銨。
所述清洗液的清洗方法包括:將晶圓以0至1,000rpm的速度旋轉,並以1至200mL/s的速度噴射清洗液1秒或以上,然後靜置0秒或以上,接著進行旋轉乾燥(spin dry)。
所述能夠透過化學或物理蒸鍍方法形成的聚合物層(Poly層)或其他化合物層,在蒸鍍裝置中使用電漿,以0.01至10torr的壓力,形成為100Å至10,000Å的厚度。
根據本發明之透過新穎清洗方法形成精細圖案的方法,在二氧化矽基板層上形成有機碳膜層和SiON層,然後形成透過第一次乾式蝕刻形成的圖案,接著,以化學氣相蒸鍍法蒸鍍聚合物層(Poly層)或其他化合物層,然後形成透過第二次乾式蝕刻形成的圖案。
在蒸鍍聚合物層(Poly層)或其他化合物層時,由於第一次乾式蝕刻時殘留在圖案下方的有機碳膜殘留物和霧氣引發的殘留物,發生浮起而導致不良的圖案。為了解決該問題,在第一次乾式蝕刻後追加清洗程序,以去除殘留在圖案下方層的殘留物。
隨著殘留在圖案下方層的殘留物的去除,解決了蒸鍍聚合物層(Poly層)或其他化合物層時的圖案浮起的問題,從而能夠形成具有所需的高縱橫比(high aspect ratio)的矽或矽化合物圖案。
以下進一步詳細說明本發明。
本發明涉及一種新穎清洗方法,透過在半導體製程中進行清洗程序,去除殘留在圖案下方的有機碳膜殘留物和煙氣導致的殘留物,以形成精細的矽圖案,從而在沒有浮起的情況下形成所需的圖案。
本發明之透過新穎清洗方法形成精細圖案的方法,包含:在基板上形成有機碳膜層,透過化學氣相蒸鍍法蒸鍍SiON層,然後在SiON層上塗佈光阻劑並進行曝光而形成遮罩的步驟;使用所述遮罩進行第一次乾式蝕刻,以蝕刻想要形成的圖案的步驟;使用清洗液對所述基板進行清洗的步驟;以及透過 化學氣相蒸鍍法在所述基板上蒸鍍聚合物層或其他化合物層,並進行二次蝕刻以形成圖案的步驟。
有機碳膜層是指碳含量為30%至100%的膜層,該膜層的形成方法可包括旋塗、化學或物理蒸鍍方法。
能夠旋塗在所述有機碳膜層中的SOC的旋塗厚度不受特別限制,但是較佳地,可以塗佈為100Å至30,000Å厚度,並以150℃至400℃的溫度進行烘烤程序1分鐘至5分鐘。
所述能夠透過化學或物理蒸鍍方法形成的SiON層,可以在蒸鍍裝置中使用電漿,以0.01至10torr的壓力,形成為100Å至10,000Å的厚度。
所述清洗液由以下組成:1至100重量%之能夠去除聚合物雜質的物質、0至99重量%的溶劑、0至3重量%的界面活性劑、以及0至10重量%的鹼性化合物。
可選的能夠去除聚合物雜質的物質可以使用選自醇類溶劑、醯胺類溶劑、酮類溶劑、酯類溶劑及烴類溶劑中的一種以上。
可選的溶劑只要不溶解有機碳膜和無機膜圖案就不受特別的限制,可以使用包括一般有機溶劑的溶液。
可選的界面活性劑可以選自由單獨的陰離子界面活性劑、非離子界面活性劑、陽離子界面活性劑、兩性界面活性劑或它們的混合物所組成的群組。
可選的鹼性化合物可以選自胺類或氫氧化銨。
所述清洗液的清洗方法包括:將晶圓以0至1,000rpm的速度旋轉,並以1至200mL/s的速度噴射清洗液1秒或以上,然後靜置0秒或以上,接著進行旋轉乾燥(spin dry)。
所述能夠透過化學或物理蒸鍍方法形成的聚合物層(Poly層)或其他化合物層,可以在蒸鍍裝置中使用電漿,以0.01至10torr的壓力,形成為100Å至10,000Å的厚度。
與本發明的目的和技術構成及其帶來的作用效果相關的具體事項,可以透過以下參照本發明的較佳實施例的詳細說明,而變得能夠更加明確地理解。
所述有機碳膜層中能夠旋塗的SOC的旋塗厚度不受特別限制,但是較佳地,可以塗佈為100Å至30,000Å厚度,並以150℃至400℃的溫度進行烘烤程序1分鐘至5分鐘。
所述能夠透過化學或物理蒸鍍方法形成的SiON層,可以在蒸鍍裝置中使用電漿,以0.01至10torr的壓力,形成為100Å至10,000Å的厚度。
使用所形成的遮罩形成圖案,以能夠蝕刻所蒸鍍的膜的蝕刻氣體進行第一次乾式蝕刻。
接著,使用清洗液對第一次乾式蝕刻後的基板進行處理。
所述清洗程序中使用的清洗液包括:1至100重量%之能夠清洗聚合物殘留物的物質、0至99重量%的溶劑、0至3重量%的界面活性劑、以及0至10重量%的鹼性化合物。
所述清洗液的清洗方法包括:將晶圓以0至1,000rpm的速度旋轉,並以1至200mL/s的速度噴射清洗液1秒或以上,然後靜置0秒或以上,接著進行旋轉乾燥(spin dry)。
然後,在所述基板上蒸鍍能夠透過化學或物理蒸鍍方法形成的聚合物層(Poly層)或其他化合物層。Poly層可以在蒸鍍裝置中使用電漿,以0.01至10torr的壓力,形成為100Å至10,000Å的厚度。
使用能夠蝕刻所蒸鍍的膜的蝕刻氣體進行第二次乾式蝕刻,以完成膜的圖案。接著使用清洗液進行清洗,防止浮起現象,以完成所需的圖案。
以下具體記載本發明的較佳實施方式。
以下說明本發明的較佳實施例和比較例。但是以下實施例僅僅是本發明的較佳實施例,本發明並不限於這些實施例。
<實施例1~10及比較例1~2>
<實施例1>
在圖案化的基板層上塗佈1,000Å的厚度的有機碳膜SOC(spin on carbon,主要由碳組成的聚合物水溶液)層後,以400℃的溫度進行3分鐘的烘烤程序,然後透過化學氣相蒸鍍法蒸鍍300Å的厚度的無機膜的SiON層後,塗佈2,000Å的厚度之用於KrF的光阻劑,然後使用尼康(
Figure 109102024-A0305-02-0008-1
)204B KrF曝光裝置在24mJ的能量下進行曝光,形成了具有200nm尺寸的圖案的遮罩。使用所形成的 遮罩,以蝕刻氣體對所蒸鍍的膜進行第一次乾式蝕刻至作為基板層的氧化物層,在第一次乾式蝕刻的基板上按照表1中所記載的噴射量塗佈含有異丙醇80%、乙二醇17.9%、四乙基氫氧化銨2%及聚氧乙烯月桂酯0.1%的清洗液進行處理之後,透過化學氣相蒸鍍法蒸鍍300Å的厚度的Poly層,然後進行第二次乾式蝕刻,從而完成了圖案形成的程序。
<實施例2至10>
除了按照表1中所記載的噴射量塗佈進行處理之外,以與實施例1相同的方法進行處理,完成了圖案形成程序。
<比較例1至比較例2>
除了按照表1中所記載的噴射量塗佈進行處理之外,以與實施例1相同的方法進行處理,完成了圖案形成程序。
除了按照表1中所記載的噴射量,不以旋塗方式塗佈清洗液進行處理之外,以與實施例1相同的方法進行處理,完成了圖案形成程序。
<特性的測定>
對上述實施例1至10和比較例1至2進行有無浮起的評估,並將結果表示為「有無浮起評估值」。有無浮起評估值的基準如下。
<有無浮起評估值>
0:100%浮起生成
1:90%浮起生成
2:80%浮起生成
3:70%浮起生成
4:60%浮起生成
5:50%浮起生成
6:40%浮起生成
7:30%浮起生成
8:20%浮起生成
9:10%浮起生成
10:0%浮起生成
【表1】
Figure 109102024-A0202-12-0008-1
如上表1所示,第一,在比較例1~比較例2中,在噴射量為0~10ml的情況下,有無浮起評估值為0~1,顯示出非常不良的結果。
第二,在實施例1至2中,在噴射量為20~30ml的情況下,有無浮起評估值為4~6,顯示出理想的結果。
第三,在實施例3中,在噴射量為40ml的情況下,有無浮起評估值為8,顯示出更加理想的結果。
第四,在實施例4至10中,在噴射量為50~300ml的情況下,有無浮起評估值均為10,顯示出最理想的結果。

Claims (12)

  1. 一種在半導體製程中形成矽或矽化合物圖案的方法,用於在二氧化矽圖案的存在下,在矽或矽化合物層上蒸鍍聚合物層或其他化合物層,該方法包括:
    i)在圖案化的二氧化矽上依次層積有機膜和無機膜,並塗佈用於形成圖案的光阻劑後,經曝光和顯影而形成光阻劑圖案的步驟;
    ii)使用遮罩以能夠進行蝕刻的氣體進行第一次乾式蝕刻的步驟;
    iii)在蒸鍍該聚合物層或該其他化合物層之前,使用清洗液對殘留有該有機膜的圖案晶圓進行清洗,以防止由於該乾式蝕刻產生的雜質而引起的浮起的步驟;以及
    iv)蒸鍍該聚合物層或該其他化合物層,然後進行第二次乾式蝕刻的步驟。
  2. 如請求項1之方法,其中,在步驟iii中,將該圖案晶圓以0至1,000rpm的速度旋轉,並以1至200mL/s的速度對該圖案晶圓進行噴射1~200秒,然後靜置0~180秒,接著進行旋轉乾燥(spin dry)。
  3. 如請求項2之方法,其中,在步驟iii中,以20至300ml的噴射量噴射該清洗液。
  4. 如請求項3之方法,其中,在步驟iii中,以40至300ml的噴射量噴射該清洗液。
  5. 如請求項4之方法,其中,在步驟iii中,以50至300ml的噴射量噴射該清洗液。
  6. 如請求項1之方法,其中,在蝕刻對象物上層積該有機膜和該無機膜的方法包括:塗佈方法、化學蒸鍍方法、或物理蒸鍍方法。
  7. 如請求項6之方法,其中,在該蝕刻對象物上層積的該有機膜的碳含量為30重量%至100重量%。
  8. 如請求項1之方法,其中,用於形成圖案的光源具有13.5nm、198nm、248nm、365nm的波長並包括電子束(E-beam)。
  9. 如請求項1之方法,其中,在步驟ii的乾式蝕刻中,該能夠進行蝕刻的氣體是選自由以下所組成的群組中的一種氣體或兩種以上的混合氣體:惰性氣體,包含氬或氮;含有一個以上的氟原子的分子所形成的氣體;以及氧氣。
  10. 如請求項1之方法,其中,該清洗液由以下組成:1至100重量%之能夠去除聚合物雜質的物質、0至99重量%的溶劑、0至3重量%的界面活性劑、以及0至10重量%的鹼性化合物。
  11. 如請求項10之方法,其中,該能夠去除該聚合物雜質的物質是選自醇類溶劑、醯胺類溶劑、酮類溶劑、酯類溶劑或烴類溶劑中的一種物質或兩種以上的混合物。
  12. 如請求項10之方法,其中,該鹼性化合物是選自胺類或氫氧化銨中的一種化合物或兩種以上的混合物。
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