專利名稱：應用多層光致抗蝕劑層結構的光刻工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光刻工藝(Photolithography Process)，且特別涉及一種應用多層光致抗蝕劑層結構(Sandwich Photoresist Structure)的光刻工藝。
背景技術：
隨著集成電路集成度的提高，整個集成電路的元件尺寸也必須隨之縮小。而在半導體工藝中最舉足輕重的可說是光刻工藝，凡是與金屬氧化物半導體(Metal-Oxide-Semiconductor；MOS)元件結構相關的，例如各層薄膜的圖案(Pattem)，及摻有雜質(zhì)(Dopants)的區(qū)域，都是由光刻這個步驟來決定的。由于元件尺寸的縮小，許多問題也油然而生，例如現(xiàn)有光刻工藝分辨率不足而使元件縮小化具有相當困難度，以及因元件尺寸的縮小而較容易發(fā)生對準失誤等等。因此，為了適應元件尺寸的縮小化，一些提高掩模分辨率的方法以及具有自對準功能的工藝已被不斷地提出來。
目前現(xiàn)有技術中，可用來提高分辨率的方法例如有移相掩模(PhaseShift Mask，PSM)光刻技術以及光學近似校正法(Optical Proximity Correction，OPC)等等。然而，這些技術大都是由掩模設計方面進行改良研究。卻鮮少有針對光致抗蝕劑層結構的設計來進行改良，藉以達到提高分辨率的目的。
另外，為了適應元件尺寸的縮小而容易發(fā)生對準失誤的問題。特別是在雙重鑲嵌結構中，由于槽與介層窗開口是以兩道掩模形成的，因此非常容易發(fā)生對準失誤的問題。目前雖已有許多自對準工藝被提出來。然而，在現(xiàn)有技術中，并未有任何文獻提及可利用多層光致抗蝕劑層結構的設計，來形成自對準的雙重鑲嵌結構的方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種可提高光刻工藝的分辨率的方法，其利用多層光致抗蝕劑層結構的設計，而輕易地達到提高光刻工藝的分辨率的目的。
本發(fā)明的另一目的是提供一種形成自對準雙重鑲嵌結構的方法，其利用多層光致抗蝕劑層結構的設計，而形成自對準雙重鑲嵌結構。
本發(fā)明提出一種應用多層光致抗蝕劑層結構的光刻工藝，藉以提高光刻工藝的分辨率。此方法首先在一襯底上形成一第一光致抗蝕劑層，其中第一光致抗蝕劑層為一正光致抗蝕劑層。且第一光致抗蝕劑層的厚度必須足夠厚，以使其在后續(xù)蝕刻工藝中具有足夠的抗蝕刻能力。之后在第一光致抗蝕劑層上形成一抗反射層，其中此抗反射層的材料為一種可溶于顯影液的材料。接著，在抗反射層上形成一第二光致抗蝕劑層。其中，第二光致抗蝕劑層可以是一正光致抗蝕劑層或是一負光致抗蝕劑層，且第二光致抗蝕劑層的厚度必須夠薄，藉以提高光刻工藝的分辨率。緊接著，對第二光致抗蝕劑層進行一第一曝光工藝，并且進行一第一顯影工藝，以構圖第二光致抗蝕劑層以及抗反射層。之后，以第二光致抗蝕劑層與抗反射層為掩模，進行一第二曝光工藝以及一第二顯影工藝，以構圖第一光致抗蝕劑層。之后，利用已構圖的第一光致抗蝕劑層、第二光致抗蝕劑層與抗反射層為一蝕刻掩模進行一蝕刻工藝，以構圖一預定的材料層。
本發(fā)明提出一種形成自對準雙重鑲嵌開口的方法，此方法首先提供一襯底，其中襯底上已形成有一介電層。接著，在介電層上依序形成一第一光致抗蝕劑層、一抗反射層以及一第二光致抗蝕劑層。其中，第一光致抗蝕劑層為一正光致抗蝕劑層，而第二光致抗蝕劑層為一負光致抗蝕劑層，且抗反射層的材料為一可溶于顯影液的材料。之后，對第二光致抗蝕劑層進行一第一曝光工藝，并且進行一第一顯影工藝，以構圖第二光致抗蝕劑層以及該抗反層，而形成一槽圖案。然后，對第一光致抗蝕劑層進行一第二曝光工藝，并且進行一第二顯影工藝，以構圖第一光致抗蝕劑層，而于槽圖案底下形成一介層窗開口圖案，其中槽圖案與介層窗開口圖案構成一雙重鑲嵌開口圖案。接著，進行一蝕刻工藝，以將雙重鑲嵌開口圖案轉移至介電層，而于介電層中形成一雙重鑲嵌開口。
本發(fā)明的應用多層光致抗蝕劑層結構的光刻工藝，由于其第一光致抗蝕劑層的厚度夠薄，因此可提高光刻工藝分辨率，而后續(xù)在第一光致抗蝕劑層底下所形成的圖案化的第二光致抗蝕劑層，才是實際作為后續(xù)欲進行的蝕刻工藝的蝕刻掩模。
本發(fā)明的形成自對準雙重鑲嵌開口的方法，利用在第二光致抗蝕劑層與抗反射層中形成槽圖案，之后利用第二光致抗蝕劑層的掩蔽，而使后續(xù)所形成的介層窗開口圖案，會自對準地形成于槽圖案的下方。


為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一優(yōu)選實施例，并配合附圖，作詳細說明如下，圖中圖1A至圖1D是依照本發(fā)明第一實施例的提高光刻工藝的分辨率的方法流程剖面示意圖；圖2A至圖2E是依照本發(fā)明第二實施例的形成自對準雙重鑲嵌結構的方法流程剖面示意圖；以及圖3是圖2E的上視圖。
附圖中的附圖標記說明如下100、200襯底 102材料層104、108、204、208光致抗蝕劑層106、206抗反射層 202介電層210槽圖案212介層窗開口圖案214雙重鑲嵌開口圖案 216槽218介層窗開口220雙重鑲嵌開口222金屬層具體實施方式
第一實施例圖1A至圖1D所示，其圖示是依照本發(fā)明第一實施例的提高光刻工藝的分辨率的方法流程剖面示意圖。
請參照圖1A，首先提供一襯底100，其中襯底100上已形成有一材料層102。之后，在材料層102上形成一第一光致抗蝕劑層104。其中，第一光致抗蝕劑層104為一正光致抗蝕劑層，且第一光致抗蝕劑層104的厚度必須足夠厚，以使其于后續(xù)蝕刻工藝中具有足夠的抗蝕刻能力。在本實施例中，第一光致抗蝕劑層104的厚度例如介于2000埃至7000埃之間。
接著，在第一光致抗蝕劑層104上形成一抗反射層106。其中，抗反射層106的厚度例如介于300埃至1000埃之間，且抗反射層106的材料為一種能溶于顯影液中的材料?？狗瓷鋵?06的材料例如是一加成聚合型聚合物(addition polymerization polymer)、一縮合聚合型聚合物(condensationpolymerization polymer)或是一開環(huán)聚合型聚合物(ring-openingpolymerization polymer)。其中，加成聚合型聚合物例如是聚丙烯酸(polyacrylic acid)，縮合聚合型聚合物例如是聚酯(polyester)，而開環(huán)聚合型聚合物例如是聚碳酸酯(polycarbonate)。在此，抗反射層106亦可以其他非感光材料取代，而且此非感光材料優(yōu)選的是具有能溶于顯影液的性質(zhì)。
緊接著，在抗反射層106上形成一第二光致抗蝕劑層108。其中，第二光致抗蝕劑層108可以是一正光致抗蝕劑層，亦可以是一負光致抗蝕劑層。在此，第二光致抗蝕劑層108的厚度不能太厚，以提高光刻工藝的分辨率。在本實施例中，第二光致抗蝕劑層108的厚度例如介于1000埃至3000埃之間。
之后，請參照圖1B，對第二光致抗蝕劑層108進行一第一曝光工藝。緊接著，進行一第一顯影工藝，以同時構圖第二光致抗蝕劑層108以及抗反射層106。由于抗反射層106選用能溶于顯影液的材料，因此第一顯影工藝可同時將第二光致抗蝕劑層108與抗反射層106圖案化。另外，由于本實施例的第二光致抗蝕劑層108的厚度僅有1000埃至3000埃左右，因此，此曝光顯影工藝的分辨率可大大提高。
然后，請參照圖1C與圖1D，以第二光致抗蝕劑層108以及抗反射層106為掩模，對第一光致抗蝕劑層104進行一第二曝光工藝。緊接著，進行一第二顯影工藝，以構圖第一光致抗蝕劑層104。之后，利用圖案化的第二光致抗蝕劑層108、抗反射層106以及第一光致抗蝕劑層104為一蝕刻掩模進行一蝕刻步驟，以構圖材料層102。
特別值得一提的是，即使第二光致抗蝕劑層108甚至是抗反射層106在第二顯影工藝過程中被移除，而僅剩下第一光致抗蝕劑層104，但由于第一光致抗蝕劑層104的厚度足夠厚，因此后續(xù)所進行的蝕刻工藝中，第一光致抗蝕劑層104仍有足夠的抗蝕刻能力，而使材料層102能順利地被構圖。
本實施例利用第一光致抗蝕劑層108-抗反射層106-第二光致抗蝕劑層108的多層結構的設計來達到提高分辨率的方法，是利用較薄的第二光致抗蝕劑層108來克服光刻工藝的限制，然后再加上抗反射層106以及實際用來作為蝕刻掩模的第一光致抗蝕劑層104的配合，便能輕易達到提高光刻工藝的分辨率的目的。
第二實施例圖2A至圖2E所示，其圖示是依照本發(fā)明第二實施例的形成自對準雙重鑲嵌結構的方法流程剖面示意圖。
請參照圖2A，首先提供一襯底200，其中襯底200上已形成有一介電層202。之后，在介電層202上形成一第一光致抗蝕劑層204。其中，第一光致抗蝕劑層204為一正光致抗蝕劑層，且第一光致抗蝕劑層204的厚度例如介于2000埃至4000埃之間。
接著，在第一光致抗蝕劑層204上形成一抗反射層206。其中，抗反射層206的厚度例如介于300埃至1000埃之間，且抗反射層206的材料為能溶于顯影液中的材料?？狗瓷鋵?06的材料例如一加成聚合型聚合物(addition polymerization polymer)、一縮合聚合型聚合物(condensationpolymerization polymer)或是一開環(huán)聚合型聚合物(ring-openingpolymerization polymer)。其中，加成聚合型聚合物例如是聚丙烯酸(polyacrylic acid)，縮合聚合型聚合物例如是聚酯(polyester)，而開環(huán)聚合型聚合物例如是聚碳酸酯(polycarbonate)。在此，抗反射層206亦可以其他非感光材料取代，而且此感光材料優(yōu)選的是具有能溶于顯影液的性質(zhì)。
緊接著，在抗反射層206上形成一第二光致抗蝕劑層208。其中，第二光致抗蝕劑層208為一負光致抗蝕劑層。且第二光致抗蝕劑層208的厚度例如介于2000埃至4000埃之間。
之后，請參照圖2B，對第二光致抗蝕劑層208進行一第一曝光工藝。緊接著，進行一第一顯影工藝，以同時構圖第二光致抗蝕劑層208以及抗反射層206，而形成一槽圖案210。由于抗反射層206選用能溶于顯影液的材料，因此，第一顯影工藝可同時將第二光致抗蝕劑層208與抗反射層206圖案化。
然后，請參照圖2C，對第一光致抗蝕劑層204進行一第二曝光工藝。緊接著，進行一第二顯影工藝，以構圖第一光致抗蝕劑層204，而于槽圖案210下方形成一介層窗開口圖案212。其中，槽圖案210與介層窗開口圖案212共同組成一雙重鑲嵌開口圖案214。
在此，由于第二光致抗蝕劑層208為一負光致抗蝕劑層，其在第一曝光工藝中光致抗蝕劑層本身已形成交聯(lián)(cross-link)形式，因此，后續(xù)在進行第二曝光工藝時，便不會對第二光致抗蝕劑層208產(chǎn)生任何反應。而且，當在進行第二曝光工藝以預定在槽圖案210下方形成介層窗開口圖案212時，由于有第二光致抗蝕劑層208的遮蔽，因此在定義介層窗開口212時所使用的掩模的曝光區(qū)可以設計得較大，而使預定形成介層窗開口圖案212處能完全曝光。如此，后續(xù)便能使介層窗開口圖案212自對準地形成在槽圖案210的下方。甚至可將兩相鄰的介層窗開口圖案212制作在相同一大塊的曝光區(qū)中，在后續(xù)進行第二顯影工藝之后，介層窗開口圖案212仍然僅會形成于槽圖案210下方，而達到自對準的功能。
之后，請參照圖2D，利用圖案化的第二光致抗蝕劑層208、抗反射層206以及第一光致抗蝕劑層204為一蝕刻掩模進行一蝕刻步驟，以將雙重鑲嵌開口圖案214轉移至介電層202，而于介電層202中形成一雙重鑲嵌開口220。其中，雙重鑲嵌開口220由一槽216以及一介層窗開口218所構成。
接著，請參照圖2E，在雙重鑲嵌開口220中填入一金屬層222，以形成一雙重鑲嵌結構。其中，于雙重鑲嵌開口220中填入一金屬層222以形成一雙重鑲嵌結構的方法例如是先于介電層202上形成一金屬層222并填滿雙重鑲嵌開口220，之后以化學機械拋光法或回蝕刻法進行一平坦化步驟直到介電層202暴露出來。所形成的雙重鑲嵌結構的上視圖如圖3所示。在圖3中，介層窗開口218將會自對準地形成在槽216的下方。
綜合以上所述，本發(fā)明具有下列優(yōu)點1.本發(fā)明應用多層光致抗蝕劑層結構的光刻工藝，由于其第一光致抗蝕劑層的厚度夠薄，因此可提高光刻工藝分辨率，而后續(xù)于第一光致抗蝕劑層底下所形成的圖案化的第二光致抗蝕劑層，才是實際作為后續(xù)欲進行的蝕刻工藝的蝕刻掩模。
2.本發(fā)明形成自對準雙重鑲嵌開口的方法，是利用在第二光致抗蝕劑層與抗反射層中形成槽圖案，之后利用第二光致抗蝕劑層的遮蔽，而使后續(xù)所形成的介層窗開口圖案會自對準地形成于槽圖案的下方。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例公開如上，但是其并非用以限定本發(fā)明，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領域技術人員可作些許的更改與潤飾，本發(fā)明的保護范圍應當以所附權利要求所確定的為準。
權利要求
1.一種應用多層光致抗蝕劑層結構的光刻工藝，包括在一襯底上形成一第一光致抗蝕劑層；在該第一光致抗蝕劑層上形成一非感光材料層；在該非感光材料層上形成一第二光致抗蝕劑層；對該第二光致抗蝕劑層進行一第一曝光工藝；進行一第一顯影工藝，以構圖該第二光致抗蝕劑層以及該非感光材料層；以及以該第二光致抗蝕劑層與該非感光材料層為掩模，進行一第二曝光工藝以及一第二顯影工藝，以構圖該第一光致抗蝕劑層。
2.如權利要求1所述的應用多層光致抗蝕劑層結構的光刻工藝，其中該非感光材料層可溶于該第一顯影工藝的一顯影液。
3.如權利要求1所述的應用多層光致抗蝕劑層結構的光刻工藝，其中該非感光材料層包括一抗反射層。
4.如權利要求3所述的應用多層光致抗蝕劑層結構的光刻工藝，其中該抗反射層的材料選自一加成聚合型聚合物、一縮合聚合型聚合物與一開環(huán)聚合型聚合物。
5.如權利要求1所述的應用多層光致抗蝕劑層結構的光刻工藝，其中該非感光材料層的厚度介于300埃至1000埃之間。
6.如權利要求1所述的應用多層光致抗蝕劑層結構的光刻工藝，其中該第一光致抗蝕劑層為一正光致抗蝕劑層。
7.如權利要求1所述的應用多層光致抗蝕劑層結構的光刻工藝，其中該第一光致抗蝕劑層的厚度介于2000埃至7000埃之間。
8.如權利要求1所述的應用多層光致抗蝕劑層結構的光刻工藝，其中該第二光致抗蝕劑層為一正光致抗蝕劑層或一負光致抗蝕劑層。
9.如權利要求1所述的應用多層光致抗蝕劑層結構的光刻工藝，其中該第二光致抗蝕劑層的厚度介于1000埃至3000埃之間。
10.一種形成自對準雙重鑲嵌開口的方法，包括提供一襯底，該襯底上已形成有一介電層；在該介電層上形成一第一光致抗蝕劑層；在該第一光致抗蝕劑層上形成一非感光材料層；在該非感光材料層上形成一第二光致抗蝕劑層；對該第二光致抗蝕劑層進行一第一曝光工藝；進行一第一顯影工藝，以構圖該第二光致抗蝕劑層以及該非感光材料層，而形成一槽圖案；對該第一光致抗蝕劑層進行一第二曝光工藝；進行一第二顯影工藝，以構圖該第一光致抗蝕劑層，而在該槽圖案底下形成一介層窗開口圖案，其中該槽圖案與該介層窗開口圖案構成一雙重鑲嵌開口圖案；以及進行一蝕刻工藝，以將該雙重鑲嵌開口圖案轉移至該介電層，而于該介電層中形成一雙重鑲嵌開口。
11.如權利要求10所述的形成自對準雙重鑲嵌開口的方法，其中該非感光材料層可溶于該第一顯影工藝的一顯影液。
12.如權利要求10所述的形成自對準雙重鑲嵌開口的方法，其中該非感光材料層包括一抗反射層。
13.如權利要求12所述的形成自對準雙重鑲嵌開口的方法，其中該抗反射層的材料選自一加成聚合型聚合物、一縮合聚合型聚合物與一開環(huán)聚合型聚合物。
14.如權利要求10所述的形成自對準雙重鑲嵌開口的方法，其中該非感光材料層的厚度介于300埃至1000埃之間。
15.如權利要求10所述的形成自對準雙重鑲嵌開口的方法，其中該第一光致抗蝕劑層為一正光致抗蝕劑層。
16.如權利要求10所述的形成自對準雙重鑲嵌開口的方法，其中該第一光致抗蝕劑層的厚度介于2000埃至4000埃之間。
17.如權利要求10所述的形成自對準雙重鑲嵌開口的方法，其中該第二光致抗蝕劑層為一負光致抗蝕劑層。
18.如權利要求10所述的形成自對準雙重鑲嵌開口的方法，其中該第二光致抗蝕劑層的厚度介于2000埃至4000埃之間。
19.一種光刻工藝，包括在一襯底上形成一正光致抗蝕劑層；在該正光致抗蝕劑層上形成一非感光材料層；在該非感光材料層上形成一負光致抗蝕劑層；對該負光致抗蝕劑層進行一第一曝光工藝；進行一第一顯影工藝，以構圖該負光致抗蝕劑層以及該非感光材料層，而形成一第一圖案；對該正光致抗蝕劑層進行一第二曝光工藝；進行一第二顯影工藝，以構圖該正光致抗蝕劑層，而形成一第二圖案。
20.如權利要求19所述的光刻工藝，其中該非感光材料層可溶于該第一顯影工藝的一顯影液。
21.如權利要求19所述的光刻工藝，其中該非感光材料層包括一抗反射層。
22.如權利要求21所述的光刻工藝，其中該抗反射層的材料選自一加成聚合型聚合物、一縮合聚合型聚合物與一開環(huán)聚合型聚合物。
23.如權利要求19所述的光刻工藝，其中該非感光材料層的厚度介于300埃至1000埃之間。
全文摘要
一種應用多層光致抗蝕劑層結構的光刻工藝，其首先在一襯底上形成一第一光致抗蝕劑層，并且在第一光致抗蝕劑層上形成一抗反射層，在抗反射層上形成一第二光致抗蝕劑層。接著，對第二光致抗蝕劑層進行一第一曝光工藝之后，進行一第一顯影工藝，以構圖第二光致抗蝕劑層以及抗反射層。之后，以第二光致抗蝕劑層與抗反射層為掩模，進行一第二曝光工藝以及一第二顯影工藝，以構圖第一光致抗蝕劑層。
文檔編號G03F7/16GK1472599SQ02156379
公開日2004年2月4日 申請日期2002年12月18日 優(yōu)先權日2002年8月2日
發(fā)明者林思閩, 張尚文, 劉家助, 陳正中 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司