TWI833573B - 製造半導體元件的方法 - Google Patents
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Abstract
一種製造半導體元件的方法包含形成第一光阻層在堆疊結構上,第一光阻層包含第一光阻單元、形成第一填充層在第一光阻層上、移除第一光阻層且在填充層形成開口、形成第二光阻層在開口中,其中第二光阻層包含第二光阻單元,且第二光阻層的抗蝕刻性高於第一光阻層的抗蝕刻性、移除第一填充層及透過第二光阻層蝕刻堆疊結構。
Description
本揭露是有關於一種製造半導體元件的方法。
隨著先進製程的持續推進,半導體元件的研發致力於微縮元件尺寸。其中,微影製程對於微縮半導體元件尺寸有至關重要的影響。為了提升微影製程的解析能力並製作具有更小臨界尺寸的元件,光阻層的厚度需被薄化。然而,一般採用的光阻材料在厚度減薄的情況下將無法在後續製程中具有足夠的抗蝕刻性。
因此,如何提出一種可解決上述問題的製造半導體元件的方法,是目前業界亟欲投入研發資源解決的問題之一。
有鑑於此,本揭露之一方面在於提出一種可有效解決上述問題的製造半導體元件的方法。
本揭露的一些實施例是有關於一種製造半導體元件的方法包含形成第一光阻層在堆疊結構上,第一光阻層包含第一光阻單元、形成第一填充層在第一光阻層上、移除第一光阻層且在填充層形成開口、形成第二光阻層在開口中,其中第二光阻層包含第二光阻單元,且第二光阻層的抗蝕刻性高於第一光阻層的抗蝕刻性、移除第一填充層及透過第二光阻層蝕刻堆疊結構。
在一些實施方式中,第一光阻單元具有第一寬度,且移除第一光阻層係使得開口具有第一寬度。
在一些實施方式中,製造半導體元件的方法更包含形成第二填充層在開口中使得開口具有第二寬度,且第二寬度小於第一寬度。
在一些實施方式中,第一填充層及第二填充層包含相同材料。
在一些實施方式中,形成第二填充層在開口中的步驟包含保形地沉積第二填充層在第一填充層的頂表面及開口中。
在一些實施方式中,形成第二填充層在開口中的步驟更包含移除第二填充層位於開口的底表面上的部位。
在一些實施方式中,形成第一填充層在第一光阻層上的步驟係使得第一填充層圍繞第一光阻單元的多個側壁。
在一些實施方式中,形成第一填充層在第一光阻層上的步驟包含移除第一填充層的一部位並暴露第一光阻層的頂表面。
在一些實施方式中,移除第一光阻層且在填充層形成開口的步驟係使得開口暴露堆疊結構的表面。
在一些實施方式中,形成第二光阻層在開口中的步驟係使得第二光阻層接觸堆疊結構的頂表面。
綜上所述,於本揭露的一些實施例的製造半導體元件的方法中,具有較高抗蝕刻性的第二光阻層替換具有較低抗蝕刻性的第一光阻層,使光阻層的厚度降低並且光阻層仍具有足夠的抗蝕性,提升微影製程的解析力。此外,在開口中保形地形成第二填充層,能縮小並調整光阻圖案的臨界尺寸製作出更小的電子元件或導線,能使製程具有更高的解析能力。
以下揭露內容提供用於實施所提供標的之不同特徵的許多不同實施例或實例。以下描述部件及佈置之特定實例以簡化本揭露。當然,此些僅為實例,且並不意欲為限制性的。舉例而言,在如下描述中第一特徵在第二特徵之上或在第二特徵上形成可包括其中第一特徵與第二特徵形成為直接接觸之實施例,且亦可包括其中額外特徵可在第一特徵與第二特徵之間形成而使得第一特徵與第二特徵可不直接接觸的實施例。另外,本揭露可在各種實例中重複元件符號及/或字母。此重複係出於簡化及清楚目的,且其自身並不表示所論述之各種實施例及/或配置之間的關係。
另外,為了描述簡單,可在本文中使用諸如「在……下面」、「在……下方」、「下部」、「在……上方」、「上部」及其類似術語之空間相對術語,以描述如諸圖中所示的一個元件或特徵與另一(另外)元件或特徵的關係。除了諸圖中所描繪之定向以外,此些空間相對術語意欲涵蓋元件在使用中或操作中之不同定向。裝置可以其他方式定向(旋轉90度或以其他定向),且可同樣相應地解釋本文中所使用之空間相對描述詞。
本文中使用的「大約」、「約」、「近似」或者「實質上」一般表示落在給定值或範圍的百分之二十之中,或在百分之十之中,或在百分之五之中。本文中所給予的數字量值為近似值,表示使用的術語如「大約」、「約」、「近似」或者「實質上」在未明確說明時可以被推斷。
請參照第1圖。第1圖為根據本揭露之一些實施例繪示的製造半導體元件的方法M1的流程圖。一種製造半導體元件的方法M1包含形成包含多個第一光阻單元的第一光阻層在堆疊結構上(步驟S110)、形成第一填充層在第一光阻層上(步驟S120)、移除第一光阻層且在第一填充層形成至少一個開口(步驟S130)、形成包含多個第二光阻單元的第二光阻層在開口中,且第二光阻層的抗蝕刻性高於第一光阻層的抗蝕刻性(步驟S140)、移除第一填充層(步驟S150)及透過第二光阻層蝕刻堆疊結構(步驟S160)。
第2A圖至第2K圖為根據本揭露之一些實施例繪示的製造半導體元件的方法M1的其中多個階段的剖面示意圖。請參照第1圖及第2A圖。在步驟S110中,第一光阻層130被形成在堆疊結構100上。在一實施例中,堆疊結構100包含基材110及位於基材110上的材料層120。第一光阻層130在圖案化後形成多個第一光阻單元130a,每個第一光阻單元130a具有第一寬度W1。在一實施例中,第一光阻層130藉由光微影製程或其他類似製程被圖案化。在一實施例中,第一寬度W1介於約30 nm至約40 nm的範圍。在一實施例中,第一光阻層130包含有機材料。
請參照第1圖及第2C圖。在步驟S120中,第一填充層140形成在第一光阻層130上。在一實施例中,第一填充層140包含毯覆層140a及塗覆層140b。請返回參照第2B圖。在一實施例中,步驟S120係使得第一填充層140圍繞第一光阻單元130a的多個側壁形成。具體來說,第一填充層140的毯覆層140a藉由原子層沉積(atomic layer deposition, ALD)製程或其他類似製程被沉積在第一光阻層130上。毯覆層140a保形地形成在堆疊結構100的頂表面及多個第一光阻單元130a的側壁及頂表面上。在一實施例中,根據多個第一光阻單元130a的分布數量,堆疊結構100分為具有較密集第一光阻單元130a的密區AR1,及具有較疏離第一光阻單元130a的疏區AR2。密區AR1的多個第一光阻單元130a之間具有間距L1,間距L1的大小約等於第一寬度W1。在一實施例中,間距L1介於約30 nm至約40 nm的範圍。另一方面,疏區AR2的多個第一光阻單元130a之間具有間距L2,間距L2遠大於第一寬度W1。由ALD製程形成的毯覆層140a能深入並填充至密區AR1的多個第一光阻單元130a之間的間距L1中,保留密區AR1中多個第一光阻單元130a構成的光阻圖案。
請接著參照第2C圖。在一實施例中,第一填充層140的塗覆層140b藉由旋轉塗佈(spin coating)製程或其他類似製程被沉積在第一光阻層130上。旋轉塗佈製程能在第一光阻層130上大面積地形成塗覆層140b並使塗覆層140b覆蓋第一光阻層130及堆疊結構100。此外,塗覆層140b能深入並填充至疏區AR2的多個第一光阻單元130a之間的間距L2中。總結來說,配合使用ALD製程及旋轉塗佈製程形成第一填充層140能確保第一光阻層130的光阻圖案完整地被第一填充層140所保存。在其他實施例中,第一填充層140包含多個毯覆層140a及多個塗覆層140b,且多個毯覆層140a及多個塗覆層140b分別藉由執行多次ALD製程及旋轉塗佈製程被形成。在一實施例中,第一填充層140包含相較於第一光阻層130及第二光阻層160(請參照第2H圖)具有高選擇蝕刻率的材料,諸如,氧化物及氮化物。
請參照第2D圖。在一實施例中,步驟S120更包含移除位於多個第一光阻單元上的第一填充層,且暴露多個第一光阻單元的頂表面(步驟S122)。在一實施例中,步驟S122包含化學機械研磨(chemical mechanical polishing, CMP)製程及蝕刻製程的至少一者。在一實施例中,步驟S122包含過度蝕刻多個第一光阻單元130a及第一填充層140並暴露多個第一光阻單元130a的頂表面。在一實施例中,步驟S120係使得多個第一光阻單元130a的頂表面及第一填充層140的頂表面共面。
請參照第1圖及第2E圖。在步驟S130中,第一光阻層130被移除且同時在第一填充層140形成多個開口140c。多個開口140c形成的位置對應多個第一光阻單元130a的位置。在一實施例中,第一光阻單元130a具有第一寬度W1,且移除第一光阻層130係使得開口140c具有第一寬度W1。在一實施例中,步驟S130係使得多個開口140c暴露堆疊結構100的表面,諸如,材料層120的頂表面。在一實施例中,開口140c的深寬比不大於約3。若開口140c的深寬比大於約3,將會導致隨後於步驟S140中藉由開口140c形成的第二光阻單元160a(請參照第2J圖)容易傾倒,降低製程良率。
請參照第2F圖。在一實施例中,方法M1更包含形成第二填充層在開口中使得開口具有第二寬度,且第二寬度小於第一寬度(步驟S170)。在一實施例中,步驟S170包含保形地沉積第二填充層在第一填充層的頂表面及開口中(步驟S172)。第二填充層150藉由執行一次或多次ALD製程被形成,且第二填充層150保形地毯覆於第一填充層140的頂表面及開口140c中。在一實施例中,開口140c暴露材料層120的頂表面,因此,第二填充層150將保形地毯覆於被開口140c所暴露的材料層120的頂表面上。在一實施例中,第二填充層150包含相較於第一光阻層130及第二光阻層160(請參照第2H圖)具有高選擇蝕刻率的材料,諸如,氧化物及氮化物。在一實施例中,第一填充層140及第二填充層150包含相同材料。
請參照第2G圖。在一實施例中,步驟S170更包含移除位於開口底部的第二填充層的一部位(步驟S174)。具體來說,可藉由執行非等向蝕刻製程移除第二填充層150的一部位。非等向蝕刻製程將移除位於開口140c底部及第一填充層140的頂表面的第二填充層150的一部位,並保留位於開口140c側壁上的第二填充層150。在一實施例中,執行步驟S174將暴露位於開口140c處的材料層120的頂表面。步驟S170能藉由縮小並調整開口140c的寬度以改變光阻圖案的臨界尺寸(critical dimension, CD)。具體來說,保留在開口140c側壁上的第二填充層150將會縮減開口140c大小,並使開口140c具有小於第一寬度W1的第二寬度W2,光阻圖案的臨界尺寸因此由第一寬度W1縮減為第二寬度W2。換句話說,臨界尺寸的縮減長度被第二填充層150的厚度所決定。在一實施例中,臨界尺寸的縮減長度介於第一寬度W1的約10%至約20%的範圍。在一實施例中,第二寬度W2介於約20 nm至約30 nm的範圍。
請參照第1圖及第2H圖。在步驟S140中,第二光阻層160被形成在開口140c中,且第二光阻層160的抗蝕刻性高於第一光阻層130的抗蝕刻性。第二光阻層160藉由ALD製程及旋轉塗佈製程中的至少一者被沉積在開口140c中。在一實施例中,第二光阻層160接觸位於開口140c側壁上的第二填充層150及被暴露的堆疊結構100的頂表面。由於第二光阻層160的抗蝕刻性高於第一光阻層130的抗蝕刻性,因此,相較於第一光阻層130,第二光阻層160能以較薄的材料厚度抵抗蝕刻,並提升微影製程的解析力。
請參照第2I圖。在一實施例中,步驟S140更包含移除位於第一填充層140頂表面的第二光阻層160的部位,並暴露第一填充層140(步驟S142)。在一實施例中,步驟S142包含CMP製程及蝕刻製程的至少一者。執行步驟S142係使得第二光阻層160在開口140c中形成多個第二光阻單元160a,且每個第二光阻單元160a分別具有第二寬度W2。由於多個第二光阻單元160a位於開口140c中,因此,第二光阻單元160a的位置與在步驟S110中形成第一光阻單元130a的位置實質上重疊。在一實施例中,步驟S140係使得多個第二光阻單元160a的頂表面、第一填充層140的頂表面及第二填充層150的頂表面共面。在一實施例中,第二光阻層160包含無機材料。在一實施例中,第二光阻層160包含富矽材料或碳的至少一者。
要特別說明的是,在步驟S110至步驟S140中,第一光阻層130的光阻圖案被第一填充層140的開口140c保留,使得形成在第一填充層140的開口140c中的第二光阻層160能被圖案化並完整重現第一光阻層130的光阻圖案。在一實施例中,由於第二光阻層160的圖案化不須經由光微影製程實施,因此,第二光阻層160不包含感光材料。
請參照第1圖及第2J圖。在步驟S150中,第一填充層140及第二填充層150被移除。在一實施例中,步驟S150藉由CMP製程及蝕刻製程的至少一者被執行。在一實施例中,步驟S150包含使用磷酸(phosphoric acid, H
3PO
4)及氫氟酸(hydrofluoric acid, HF)的至少一者執行蝕刻製程。執行步驟S150之後,多個第二光阻單元160a被保留在堆疊結構100上。
請參照第1圖及第2K圖。在步驟S160中,堆疊結構100透過第二光阻層160被蝕刻。在執行步驟S160之後,堆疊結構100中的材料層120形成多個具有臨界尺寸(例如,第二寬度W2)的材料單元120a。在一實施例中,材料單元120a為導線或半導體元件的一部位。在一實施例中,材料單元120a形成之後,第二光阻層160被移除。
以上對於本揭露之具體實施方式之詳述,可以明顯地看出,於本揭露的一些實施例的製造半導體元件的方法中,具有較高抗蝕刻性的第二光阻層替換具有較低抗蝕刻性的第一光阻層,使光阻層的厚度降低並且光阻層仍具有足夠的抗蝕性,提升微影製程的解析力。此外,在開口中保形地形成第二填充層,能縮小並調整光阻圖案的臨界尺寸製作出更小的電子元件或導線,能使製程具有更高的解析能力。
前文概述了若干實施例之特徵,使得熟習此項技術者可較佳地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解,他們可容易地使用本揭露作為設計或修改用於實現相同目的及/或達成本文中所介紹之實施例之相同優勢的其他製程及結構的基礎。熟習此項技術者亦應認識到,此些等效構造不脫離本揭露之精神及範疇,且他們可在不脫離本揭露之精神及範疇的情況下於本文作出各種改變、代替及替換。
100:堆疊結構
110:基材
120:材料層
120a:材料單元
130:第一光阻層
130a:第一光阻單元
140:第一填充層
140a:毯覆層
140b:塗覆層
140c:開口
150:第二填充層
160:第二光阻層
160a:第二光阻單元
AR1:密區
AR2:疏區
L1, L2:間距
M1:方法
S110, S120, S122, S130, S140, S142, S150, S160, S170. S172, S174:步驟
W1:第一寬度
W2:第二寬度
當結合隨附諸圖閱讀時,得以自以下詳細描述最佳地理解本揭露之態樣。應注意,根據行業上之標準實務,各種特徵未按比例繪製。事實上,為了論述清楚,可任意地增大或減小各種特徵之尺寸。
第1圖為根據本揭露之一些實施例繪示的製造半導體元件的方法的流程圖。
第2A圖至第2K圖為根據本揭露之一些實施例繪示的製造半導體元件的方法的其中多個階段的剖面示意圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
M1:方法
S110,S120,S130,S140,S150,S160:步驟
Claims (10)
- 一種製造半導體元件的方法,包含:形成一第一光阻層在一堆疊結構上,該第一光阻層包含至少一第一光阻單元;形成一第一填充層在該第一光阻層上,其中該第一填充層包含氧化物或氮化物;移除該第一光阻層且在該第一填充層形成至少一開口;形成一第二光阻層在該至少一開口中,該第二光阻層包含至少一第二光阻單元,且該第二光阻層的一抗蝕刻性高於該第一光阻層的一抗蝕刻性;移除該第一填充層;及透過該第二光阻層蝕刻該堆疊結構。
- 如請求項1所述之製造半導體元件的方法,其中該至少一第一光阻單元具有一第一寬度,且該移除該第一光阻層係使得該至少一開口具有該第一寬度。
- 如請求項2所述之製造半導體元件的方法,更包含:形成一第二填充層在該至少一開口中,係使得該至少一開口具有一第二寬度,且該第二寬度小於該第一寬度。
- 如請求項3所述之製造半導體元件的方法,其中該第一填充層及該第二填充層包含相同材料。
- 如請求項3所述之製造半導體元件的方法,其中該形成該第二填充層在該至少一開口中的步驟包含:保形地沉積該第二填充層在該第一填充層的一頂表面及該至少一開口中。
- 如請求項5所述之製造半導體元件的方法,其中該形成該第二填充層在該至少一開口中的步驟更包含:移除該第二填充層位於該至少一開口的一底表面上的一部位。
- 如請求項1所述之製造半導體元件的方法,其中該形成該第一填充層在該第一光阻層上的步驟係使得該第一填充層圍繞該至少一第一光阻單元的複數個側壁。
- 如請求項1所述之製造半導體元件的方法,其中該形成該第一填充層在該第一光阻層上的步驟包含:移除該第一填充層的一部位並暴露該第一光阻層的 一頂表面。
- 如請求項1所述之製造半導體元件的方法,其中該移除該第一光阻層且在該第一填充層形成該至少一開口的步驟係使得該至少一開口暴露該堆疊結構的一表面。
- 如請求項1所述之製造半導體元件的方法,其中該形成該第二光阻層在該至少一開口中的步驟係使得該第二光阻層接觸該堆疊結構的一頂表面。
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2023
- 2023-02-08 TW TW112104459A patent/TWI833573B/zh active
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