專利名稱：圖案化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體工藝方法，特別是涉及一種可以在兼顧抗蝕刻 能力的情況下提升解析度，并且可以避免光刻工藝中光反射效應(yīng)的圖案化 的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體元件的關(guān)鍵尺寸(critical dimension; CD)日漸縮小，對(duì)光 刻工藝的解析度(re s o 1 u t i on)的要求也愈來愈高。光刻工藝的解析度跟光 刻膠的厚度有關(guān)， 一般而言，解析度會(huì)隨著光刻膠厚度的減少而增加。然 而，由于光刻膠的厚度必須足夠厚才具有足夠的抗蝕刻能力，因此無法直接 利用降低光刻膠的厚度的方式來達(dá)到元件縮小化的目的。另外，光穿過光刻膠后，自襯底反射回光刻膠，而干擾入射光，造成光 刻膠不均勻的曝光，因而導(dǎo)致關(guān)鍵尺寸的變異。舉例來說，反射和入射的 曝光輻射會(huì)造成駐波效應(yīng)，而造成在光刻膠的圖案的扭曲，導(dǎo)致不被期望 的線寬變化，例如頸縮(necking)或連接(briding)的現(xiàn)象，甚至?xí)泄饪?月交倒塌(photoresist col lapse)的問題出J見。由于上述的兩個(gè)問題，所以制作線寬小于80奈米(nm)以下的金屬線特 別困難。因此，在圖案化的過程中，如何在兼顧抗蝕刻能力的情況下提升解 析度，以及避免光刻工藝中的光反射效應(yīng)，已經(jīng)成為目前業(yè)界相當(dāng)重視的 課題之一。因此如何能創(chuàng)設(shè)一種新的圖案化的方法，實(shí)屬當(dāng)前重要研發(fā)課 題，亦成為當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供一種新的圖案化的方法，所要解決的技術(shù)問題 是使其可以在兼顧抗蝕刻能力的情況下提升解析度，并可避免光刻工藝中 的光反射效應(yīng)，以用來制作線寬小于80奈米以下的金屬線，非常適于實(shí)用。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù) 本發(fā)明提出的一種圖案化的方法，其包括以下步驟提供一襯底，該襯底 具有一目標(biāo)材料層；在該目標(biāo)材料層上形成一掩膜層；在該掩膜層上形成 一圖案層，其中該圖案層的材料包括一含金屬材料；對(duì)該掩膜層進(jìn)行圖案 化以形成一圖案化掩膜層；以及以該圖案化掩膜層為掩膜，對(duì)該目標(biāo)材料 層進(jìn)行圖案化。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一 步實(shí)現(xiàn)。前述的圖案化的方法，其中所述的含金屬材料是選自由Ti、 TiN、 Ti/TiN、 Ta、 TaN、 Ta/TaN、 W、 WN和W/麗所組成的族群。前述的圖案化的方法，其中所述的掩膜層對(duì)該圖案層的蝕刻選擇比大于3。前述的圖案化的方法，其中所述的掩膜層對(duì)該圖案層的蝕刻選擇比大 于10。前述的圖案化的方法，其中所述的掩膜層對(duì)該圖案層的蝕刻選擇比大 于15。前述的圖案化的方法，其中所述的形成該圖案層的步驟包括在該掩膜 層上形成一阻擋層；在該阻擋層上形成一圖案化光刻膠；以該圖案化光刻 膠為掩膜，蝕刻該阻擋層，以形成該圖案層；以及移除該圖案化光刻膠。前述的圖案化的方法，其中所述的形成該圖案層的步驟更包括在蝕刻 該阻擋層之前，對(duì)該圖案化光刻膠進(jìn)行一削減工藝，以進(jìn)一步縮減其線寬。前述的圖案化的方法，其中所述的阻擋層的厚度介于200埃至400埃 之間。前述的圖案化的方法，其中所述的目標(biāo)材料層的材料包括金屬、多晶 硅、多晶硅化金屬或金屬硅化物。前述的圖案化的方法，其中所述的掩膜層的材料包括四乙氧基硅氧烷 形成的二氧化硅(TEOS-SiO》、硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)、氫化硅 倍半氧化物(HSQ)、氟硅玻璃(FSG)、無摻雜硅玻璃(USG)、氮化硅(SiN)或 氮氧化義圭(SiON)。前述的圖案化的方法，其中所述的掩膜層的厚度介于1000埃至4000埃 之間。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本 發(fā)明提出的一種圖案化的方法，其包括以下步驟提供一疊層結(jié)構(gòu)在一村 底上，其中該疊層結(jié)構(gòu)包括依序形成在該襯底上的一目標(biāo)材料層、 一介電材 料層以及至少一含金屬材料層；圖案化該含金屬材料層以形成一圖案層；以 該圖案層為掩膜，蝕刻該介電材料層，以形成一圖案化介電層；以及以該圖 案化介電層為掩膜，蝕刻該目標(biāo)材料層。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的圖案化的方法，其中所述的含金屬材料層的材料是選自由Ti、 TiN、 Ti/TiN、 Ta、 TaN、 Ta/TaN、 W、 WN和W/WN所組成的族群。前述的圖案化的方法，其中所述圖案化該含金屬材料層的步驟包括在 該含金屬材料層上形成一圖案化光刻膠；以該圖案化光刻膠為掩膜，蝕刻該 含金屬材料層，以形成該圖案層；以及移除該圖案化光刻膠。前述的圖案化的方法，其中所述的圖案化該含金屬材料層的步驟更包 括在蝕刻該含金屬材料層之前，對(duì)該圖案化光刻膠進(jìn)行一削減工藝，以進(jìn) 一步縮減其線寬。前述的圖案化的方法，其中所述的目標(biāo)材料層的材料包括銅、鋁銅合金 或鋁硅銅合金。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題另外還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種圖案化的方法，其包括以下步驟提供一襯底，該襯 底具有一導(dǎo)體層；在該導(dǎo)體層上形成一掩膜層；在該掩膜層上形成一圖案 層；進(jìn)行一蝕刻程式以圖案化該掩膜層，其中該掩膜層對(duì)該圖案層的蝕刻選 擇比大于3;以及以該圖案化掩膜層為掩膜，對(duì)該導(dǎo)體層進(jìn)行圖案化。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的圖案化的方法，其中所述的形成該圖案層的步驟包括在該掩膜 層上形成一阻擋層；在該阻擋層上形成一圖案化光刻膠；以該圖案化光刻 膠為掩膜，蝕刻該阻擋層，以形成該圖案層；以及移除該圖案化光刻膠。前述的圖案化的方法，其中所述的形成該圖案層的步驟更包括在蝕刻 該阻擋層之前，對(duì)該圖案化光刻膠進(jìn)行一削減工藝，以進(jìn)一步縮減其線寬。前述的圖案化的方法，其中所述的掩膜層的材料包括四乙氧基硅氧烷 形成的二氧化珪(TEOS-Si02)、硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)、氬化珪 倍半氧化物(HSQ)、氟硅玻璃(FSG)、無摻雜硅玻璃(USG)、氮化硅(SiN)或 氮氧化硅(SiON)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。由以上技術(shù)方案 可知，本發(fā)明的主要技術(shù)內(nèi)容如下為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種圖案化的方法。首先，提供一襯底，此 襯底具有目標(biāo)材料層。然后，在目標(biāo)材料層上形成掩膜層。接著，在掩膜 層上形成圖案層，其中圖案層的材料包括含金屬材料。之后，對(duì)掩膜層進(jìn) 行圖案化以形成圖案化掩膜層。繼之，以圖案化掩膜層為掩膜，蝕刻目標(biāo) 材料層。依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的含金屬材料例如是選自由Ti、 TiN、 Ti/TiN、 Ta、 TaN、 Ta/TaN、 W、 WN和W/WN所組成的族群。依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的掩膜層對(duì)圖案層的蝕刻選擇比例如 是大于3。依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的掩膜層對(duì)圖案層的蝕刻選擇比例如 是大于10。依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的掩膜層對(duì)圖案層的蝕刻選擇比例如 是大于15。依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的形成圖案層的步驟如下。首先，在掩膜層形成阻擋層。然后，在阻擋層上形成圖案化光刻膠。接著，以圖案化光 刻膠為掩膜，蝕刻阻擋層，以形成圖案層。之后，移除該圖案化光刻膠。依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的形成圖案層的步驟更包括在蝕刻阻 擋層之前，對(duì)圖案化光刻膠進(jìn)行一削減工藝，以進(jìn)一步縮減其線寬。依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的阻擋層的厚度例如是介于約200埃至 楊埃之間。依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的目標(biāo)材料層的材料包括金屬、多晶 硅、多晶硅化金屬或金屬硅化物。依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的掩膜層的材料包括四乙氧基硅氧烷 形成的二氧化硅(TEOS-Si(W 、硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)、氫化硅 倍半氧化物(HSQ)、氟硅玻璃(FSG)、無摻雜硅玻璃(USG)、氮化硅(SiN)或 氮氧化硅(SiON)。依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的掩膜層的厚度例如是介于約1000埃 至4000埃之間。此外，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供一種圖案化的方法。首先，提供一 疊層結(jié)構(gòu)在襯底上，其中疊層結(jié)構(gòu)包括依序形成在村底上的目標(biāo)材料層、介 電材料層以及至少一含金屬材料層。然后，圖案化含金屬材料層以形成圖 案層。接著，以圖案層為掩膜，蝕刻介電材料層，以形成圖案化介電層。之 后，以該圖案化介電層為掩膜，對(duì)目標(biāo)材料層進(jìn)行圖案化。依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的含金屬材料層的材料例如是選自由 Ti、 TiN、 Ti/TiN、 Ta、 TaN、 Ta/TaN、 W、 WN和W/WN所組成的族群。依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的圖案化含金屬材料層的步驟如下首 先，在含金屬材料層上形成圖案化光刻膠。然后，以圖案化光刻膠為掩膜，蝕 刻含金屬材料層，以形成該圖案層。接著，移除圖案化光刻膠。依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的圖案化含金屬材料層的步驟更包括 在蝕刻含金屬材料層之前，對(duì)圖案化光刻膠進(jìn)行一削減工藝，以進(jìn)一步縮減 其線寬。依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的目標(biāo)材料層的材料包括銅、鋁銅合金 或鋁硅銅合金。另夕卜，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明另還提供一種圖案化的方法。首先，提 供一襯底，此襯底具有導(dǎo)體層。然后，在導(dǎo)體層上形成掩膜層。接著，在掩 膜層上形成圖案層。之后，進(jìn)行一蝕刻程式以圖案化掩膜層，其中掩膜層 對(duì)圖案層的蝕刻選擇比例如是大于3。繼之，以圖案化掩膜層為掩膜，對(duì)導(dǎo) 體層進(jìn)行圖案化。依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的形成圖案層的步驟如下。首先，在掩 膜層形成阻擋層。然后，在阻擋層上形成圖案化光刻膠。接著，以圖案化光刻膠為掩膜，蝕刻阻擋層，以形成圖案層。之后，移除該圖案化光刻膠。依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的形成圖案層的步驟更包括在蝕刻阻擋層之前，對(duì)圖案化光刻膠進(jìn)行一削減工藝，以進(jìn)一步縮減其線寬。依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，上述的掩膜層的材料包括四乙氧基硅氧烷形成的二氧化硅(TE0S-Si02)、硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)、氫化硅 倍半氧化物(HSQ)、氟硅玻璃(FSG)、無摻雜硅玻璃(USG)、氮化硅(SiN)或 氮氧化硅(SiON)。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明圖案化的方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有益效 果本發(fā)明提供的圖案化的方法，在掩膜層及圖案化光刻膠之間夾一阻擋 層，可用以提升光刻工藝的解析度及蝕刻工藝的抗蝕刻度，以利于制作線寬 小于80奈米(nm)以下的工藝，甚至縮小半導(dǎo)體元件的關(guān)鍵尺寸。綜上所述，本發(fā)明是有關(guān)一種圖案化的方法。首先，提供一襯底，此村 底具有目標(biāo)材料層。然后，在目標(biāo)材料層上形成掩膜層。接著，在掩膜層上形成圖案層，其中圖案層的材料包括含金屬材料。之后，對(duì)掩膜層進(jìn)行 圖案化以形成圖案化掩膜層。繼之，以圖案化掩膜層為掩膜，對(duì)目標(biāo)材料 層進(jìn)行圖案化。本發(fā)明可在兼顧抗蝕刻能力的情況下提升解析度，并可避免 光刻工藝中的光反射效應(yīng)，以用來制作線寬小于80奈米以下的金屬線，非 常適于實(shí)用。本發(fā)明具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用價(jià)值，其不論在方法或功能 上皆有較大改進(jìn)，在技術(shù)上有顯著的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實(shí)用的效果,從 而更加適于實(shí)用，誠為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的 技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和 其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附 圖，詳細(xì)說明如下。


圖1A到圖1D是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例所繪示的圖案化的方法的流程 剖面圖。圖1C，到圖1D，是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例所繪示的圖案化的方法的 流程剖面圖。100:襯底102目標(biāo)材料層102a:圖案化目標(biāo)材料層104掩膜層104a:圖案化掩膜層106阻擋層106a:圖案層108圖案化光刻月交110:阻擋層112金屬層114:抗反射層具體實(shí)施方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功 效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的圖案化的方法其具體 實(shí)施方式、方法、步驟、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。請(qǐng)參閱圖1A到1D所示，是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例所繪示的圖案化的方 法的流程剖面圖。首先，請(qǐng)參閱圖1A所示，提供一襯底IOO。襯底100例如是半導(dǎo)體襯 底如硅村底，且村底100上具有目標(biāo)材料層102。目標(biāo)材料層102例如是導(dǎo) 體層，其材料可以包括金屬(metal)、多晶硅(polysi licon)、多晶硅化金 屬(polycide)或金屬硅化物(metal silicide)。接著，在目標(biāo)材料層102上形成掩膜層104。掩膜層104例如是介電材 料層或絕緣層，其材料包括四乙氧基硅氧烷形成的二氧化硅(tetraethyl orthosilicate-Si02; TEOS- Si02)、硼磷義圭JE皮璃(borophosphosilicate glass; BPSG)、磷娃玻璃(phosphosi 1 icate glass; PSG)、氫化硅倍半氧化 物 (hydrogen si1sesquioxane; HSQ)、 氟珪玻璃 (fluorosi1icate glass;FSG)、無才參雜硅玻璃(undoped s i licate glass; USG)、氮化珪(SiN) 或氮氧化硅(SiON)。掩膜層104的形成方法例如為旋涂法(spin coating) 或化學(xué)氣相沉積法(CVD)。此外，掩膜層104的厚度例如是介于大約1000 埃至4000埃之間。在一實(shí)施例中，掩膜層104的厚度為1800埃左右。然后，在掩膜層104上形成至少一阻擋層106 (stop layer)。上述的目 標(biāo)材料層102、掩膜層104與阻擋層106形成一疊層結(jié)構(gòu)。阻擋層106的材 料包括含金屬材料(metal-containing substance)。詳而言之，阻擋層106 的材料包括耐熱金屬(refractory metal)、耐熱金屬氮化物(refractory metal nitride)或其組合，例如是選自Ti、 TiN、 Ti/TiN、 Ta、 TaN、 Ta/TaN、 W、 WN和W/WN所組成的族群。此處的Ti/TiN、 Ta/TaN或W/WN分別表示Ti 與TiN所組成的復(fù)合層、Ta與TaN所組成的復(fù)合層或W與WN所組成的復(fù) 合層。阻擋層106的厚度例如是介于約200埃至400埃之間。在一實(shí)施例 中，阻擋層106的厚度為400埃左右。之后，在阻擋層106上形成圖案化光刻膠108。該圖案化光刻膠108的 形成方法例如是在阻擋層106上形成一光刻膠(未繪示)，之后再經(jīng)曝光顯 影形成圖案化光刻膠108。在一實(shí)施例中，本發(fā)明也可以對(duì)圖案化光刻膠 108進(jìn)行削減工藝(trimming process)(未繪示)，以進(jìn)一步縮減線寬。此 夕卜，圖案化光刻膠108的厚度例如是介于約200埃至4000埃之間。在一實(shí) 施例中，圖案化光刻膠108的厚度為1200埃左右。繼之，請(qǐng)參閱圖IB所示，以圖案化光刻膠108為掩膜，蝕刻阻擋層106，以形成圖案層106a。之后，移除圖案化光刻膠108。接下來，請(qǐng)參閱圖1C所示，以圖案層106a為掩膜，蝕刻掩膜層104，以形 成圖案化掩膜層104a。然后，請(qǐng)參閱圖1D所示，以圖案層106a與圖案化掩膜層104a為掩 膜，蝕刻目標(biāo)材料層102，以形成圖案化目標(biāo)材料層102a。在一實(shí)施例中，在 蝕刻目標(biāo)材料層102的過程中，圖案層106a也會(huì)同時(shí)被移除，如圖ID所 示。在另一實(shí)施例中，在蝕刻目標(biāo)材料層102的過程中，并未移除圖案層106a 與圖案化掩膜層104a(未繪示)。特別要說明的是，本發(fā)明提供的圖案化方法，在掩膜層及圖案化光刻 膠之間，插入一 阻擋層，可用以提升光刻工藝的解析度及蝕刻工藝的抗蝕 刻度。詳而言之，阻擋層106對(duì)位于其上的圖案化光刻膠108具有高的蝕 刻選擇比(etch selectivity)，因此可以減少圖案化光刻膠108的厚度，不 但可以避免光刻膠倒塌，而且也可以在兼顧抗蝕刻能力的情況下提升解析 度。另一方面，阻擋層同樣對(duì)為位于其下的掩膜層104具有高的蝕刻選擇 比，因此阻擋層106的厚度也不用太厚，就可以輕易地完成掩膜層104的圖 案化過程。接下來,將列舉多個(gè)實(shí)施例來進(jìn)一步來說明本發(fā)明的應(yīng)用。 第一實(shí)施例本發(fā)明可以應(yīng)用在制作線寬小于80奈米(nm)以下的工藝，例如65奈米 或45奈米的金屬線。在此實(shí)施例中，首先，先形成如圖1A的結(jié)構(gòu)，其中目標(biāo)材料層102例 如是三明治結(jié)構(gòu)，且此三明治結(jié)構(gòu)包括依序形成在村底100上的阻擋層 (barrier layer)110、金屬層112以及抗反射層(anti-ref lect ion 1 ayer) 114 。阻擋層110及抗反射層114的材料可以和阻擋層106的材料相 同，其包括耐熱金屬、耐熱金屬氮化物或其組合，例如是選自Ti、 TiN、 Ti/TiN、 Ta、 TaN、 Ta/TaN、 W、 TO和W/WN的族群。金屬層112的材料例 如是銅、鋁銅合金或鋁硅銅合金。阻擋層110、金屬層112以及抗反射層 114的形成方法，例如是濺渡法(sputtering)或化學(xué)氣相沉積法(CVD)。另 外，掩膜層104的材料例如是選自由四乙氧基硅氧烷形成的二氧化硅 (TEOS-Si02)、硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)、氫化硅倍半氧化物 (HSQ)、氟硅玻璃(FSG)和無摻雜硅玻璃(USG)所組成的族群。阻擋層106與 圖案化光刻膠108的材料與形成方法如前文所述，在此不再贅述。之后，先對(duì)圖案化光刻膠108進(jìn)行削減工藝。削減工藝的條件比如壓 力為約12~18毫托(mT),頂電極的電功率(top plate power)為約640 - 960 W，底電極的電功率(bottom plate power)為0 W左右，反應(yīng)氣體包才舌約64 - 96 sccm的Clz與約8 ~ 12 sccm的CHF3,時(shí)間為約12 18秒。圖案化 光刻膠108的線寬由80奈米縮減為50~60奈米，厚度由1200埃減少為 900 ~ 1000埃。
接下來，請(qǐng)參閱圖1B所示，以圖案化光刻膠108為掩膜，蝕刻阻擋層 106，以形成圖案層106a。形成圖案層106a的蝕刻工藝包括。坡蝕刻(break through etching)和過度燭刻(over etching)。在——實(shí)施例中，該阻擋層 106例如為厚度300埃的Ti/TiN層。破蝕刻的條件比如壓力為約8 ~ 12毫 托，頂電極的電功率為約400 - 600 W，底電極的電功率為約32~48 W，反應(yīng) 氣體包括約64 96 sccm的Ch與約8 ~ 12 sccm的CHF3,時(shí)間為約16-24 秒。過度過蝕的條件比如壓力為約8~12毫托，頂電極的電功率為約 400 ~ 600 W,底電極的電功率為約32~48 W,反應(yīng)氣體包括約64 - 96 sccm 的Ch與約8 ~ 12 sccm的CHF3,時(shí)間為約10 14秒。在此實(shí)施例中，圖案 化光刻膠108對(duì)阻擋層106的蝕刻選擇比(蝕刻選擇比=圖案化光刻膠/阻 擋層)例如是0. 5，足夠好的蝕刻選擇比使得圖案化光刻膠108的厚度可以 降低，不但可以在兼顧抗蝕刻能力的情況下提升解析度，同時(shí)位于圖案化 光刻膠108下的阻擋層106能夠避免光刻工藝中的光反射效應(yīng)而造成的光 刻膠倒塌。
然后，請(qǐng)參閱圖1C所示，以圖案層106a為掩膜，蝕刻掩膜層104,以 形成圖案化掩膜層104a。形成圖案化掩膜層104a的蝕刻工藝包括主蝕刻 (main etch)和過度蝕刻。在一實(shí)施例中，掩膜層104例如為厚度為1400 埃的氧化硅層。主蝕刻的條件比如包括壓力為約120 - 180 mT，電功率為 約120 - 180 W,反應(yīng)氣體包括約48 - 72 sccm的CF4、約16-24 sccm的 Nz以及約120~ 180 sccm的Ar,時(shí)間為約120 ~ 180秒。過度過蝕的條件比 如包括壓力為約120 - 180 mT，電功率為約120 - 180 W，反應(yīng)氣體包括-約32 ~ 48 sccm的CHF3、約16 ~ 24 sccm的CF4、約16 ~ 24 sccm的化以及 約120 ~ 180 sccm的Ar，時(shí)間為約24 - 36秒。掩膜層104對(duì)圖案層106a 的蝕刻選擇比(蝕刻選擇比=掩膜層/圖案層)例如是大于10。在此實(shí)施例 中，掩膜層104對(duì)圖案層106a的蝕刻選擇比例如是大于13，足夠高的蝕刻 選擇比使得阻擋層106的厚度不用太厚，就可以輕易地完成掩膜層104的 圖案化過程。在另一實(shí)施例中，掩膜層104對(duì)圖案層106a的蝕刻選擇比甚 至可以大于15。
之后，請(qǐng)參閱圖ID所示，以圖案層106a與圖案化掩膜層104a為掩 膜，蝕刻目標(biāo)材料層102,以形成圖案化目標(biāo)材料層102a。形成圖案化目標(biāo) 材料層102a的蝕刻工藝包括破蝕刻、主蝕刻和過度蝕刻。破蝕刻是用來蝕 刻抗反射層114，主蝕刻是用來蝕刻金屬層112，過度蝕刻是用來蝕刻阻擋 層IIO。在一實(shí)施例中，抗反射層114例如為厚度700埃的Ti/TiN層，金屬層112例如為厚度1500埃的鋁銅合金層，阻擋層110例如為厚度40埃的 Ti/TiN層。破蝕刻的條件比如包括壓力為約10~ 14 mT，頂電極的電功率 為約400 600 W,底電極的電功率為約32~48 W,反應(yīng)氣體包括約32 48 sccm的Cl2、約8 ~ 12 sccm的BCh、約4 ~ 6 sccm的CHF;以及約8 ~ 12 sccm 的N2，時(shí)間為約14 ~ 22秒。主蝕刻的條件比如包括壓力為約8 ~ 12 mT,頂 電極的電功率為約400 ~ 600 W，底電極的電功率為約72 ~ 108 W,反應(yīng)氣體 包4舌約56 — 84 sccm的Cl2、約40~60 sccm的BC13、約4~8 sccm的CHF3 以及約4 ~ 8 sccm的N2，時(shí)間約12 ~ 20秒。過度蝕刻的條件比如包括壓 力為約8~12 mT,頂電才及的電功率為約320 - 480 W， 底電才及的電功率為 約120 - 180 W,反應(yīng)氣體包括約24 ~ 36 sccm的Cl2、約40 60sccm的 BC13、約12-18 sccm的CHF3以及約8~10 sccm的N2,時(shí)間為約16 ~ 24 秒。
在此步驟中，與習(xí)知單一層蝕刻掩膜(掩膜層)相比，本發(fā)明藉由雙層 蝕刻掩膜(圖案層106a和圖案化掩膜層104a)的方式所形成的圖案化目標(biāo)材 料層102a,其側(cè)面輪廓(profile)較為陡峭。另一方面，因?yàn)榭狗瓷鋵?14 的材料和阻擋層106的材料相同，例如均為Ti/TiN，因此在蝕刻目標(biāo)材料 層102a的過程中，圖案層106a也會(huì)同時(shí)被移除。
本發(fā)明提供的圖案化的方法，可以用來制作線寬小于80奈米的后段金 屬化(metallization)工藝。當(dāng)然，在工藝控制得宜且沒有金屬前后段污 染的情況下，本發(fā)明也可以應(yīng)用在前段工藝，也就是說，目標(biāo)材料層102 的材料可以是多晶硅、多晶硅化金屬或金屬硅化物等等。
第二實(shí)施例
第二實(shí)施例與第一實(shí)施例類似，同樣可以應(yīng)用在制作線寬小于80奈米 (nm)以下的工藝，尤其是在縮小間距的圖案化方法上。請(qǐng)參閱圖1C，到圖 1D，所示，是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例所繪示的圖案化的方法的流程剖面圖。
在此實(shí)施例中，首先，先形成如圖1B的結(jié)構(gòu)，其中目標(biāo)材料層102(包 括阻擋層110、金屬層112以及抗反射層114)、圖案層106a以及圖案化光 刻膠108的材料與形成方法如前文所述，在此不再贅述。特別需要注意的 是，此實(shí)施例的掩膜層104的材料與第一實(shí)施例不同。舉例來說，掩膜層104 的材料例如是包括氮化硅(SiN)或氮氧化硅(SiON)。
然后，請(qǐng)參閱圖1C，所示，以圖案層106a為掩膜，蝕刻掩膜層104，以 形成圖案化掩膜層104a，。在一實(shí)施例中，主蝕刻的條件比如包括壓力為 約120 - 150 mT,電功率為約480 ~ 720 W，反應(yīng)氣體包括約48 ~ 72 sccm的 CF4、約16~24 sccm的N2、約120 — 180 sccm的Ar，時(shí)間約28 ~ 42秒。過度蝕刻的條件比如包括壓力為約120 ~ 180 mT,電功率為約120 180W，反 應(yīng)氣體包括約32 ~ 48 sccm的CHF3、約16 ~ 24 sccm的CF,、約16 ~ 24 sccm 的N3以及約120 - 180 sccm的Ar，時(shí)間為約24 ~ 36秒。掩膜層104對(duì)圖 案層106a的蝕刻選擇比(蝕刻選擇比=掩膜層/圖案層)例如是大于3。在此 實(shí)施例中，掩膜層104對(duì)圖案層106a的蝕刻選擇比例如是5左右。在此步 驟中，由于第二實(shí)施例的蝕刻選擇比(~ 5)較上述的第一實(shí)施例的蝕刻選擇 比(~ 13)來得低，因此第二實(shí)施例會(huì)較第一實(shí)施例制造更多的含金屬聚合 物(metallic polymer),如此一來，第二實(shí)施例所形成的圖案化掩膜層 104a，的剖面會(huì)呈現(xiàn)梯形，與第一實(shí)施例的矩形(如圖1C的104a所示)不 同。也就是說，由于蝕刻選擇比的差異，所形成的圖案化掩膜層104a'的 間距為W2(如圖1C，所示)，較第一實(shí)施例的圖案化掩膜層104a的間距Wl (如圖1C所示)來得小。
之后，請(qǐng)參閱圖1D，所示，以圖案層106a和圖案化掩膜層l(Ma，為蝕 刻掩膜，蝕刻目標(biāo)材料層102，以形成圖案化目標(biāo)材料層102a，。在此實(shí) 施例中，因?yàn)閳D案化掩膜層104a'的剖面為梯形，因此所形成的圖案化目 標(biāo)材料層102a，的間距W2 (如圖1D，所示)，4交第一實(shí)施例的圖案化目標(biāo)材 料層102a的間距W1 (如圖1D所示)來得小，而能夠達(dá)到縮小間距的目的。
綜上所述，本發(fā)明提供的圖案化的方法，可以在不需更動(dòng)廠房任何硬 件9設(shè)備下，制作線寬小于80奈米(nm)以下的工藝，甚至縮小半導(dǎo)體元件 的關(guān)鍵尺寸。如此一來，將可大量節(jié)省成本，提升竟?fàn)幜Α?br> 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式 上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā) 明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利 用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但 凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所 作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種圖案化的方法，其特征在于其包括以下步驟提供一襯底，該襯底具有一目標(biāo)材料層；在該目標(biāo)材料層上形成一掩膜層；在該掩膜層上形成一圖案層，其中該圖案層的材料包括一含金屬材料；對(duì)該掩膜層進(jìn)行圖案化以形成一圖案化掩膜層；以及以該圖案化掩膜層為掩膜，對(duì)該目標(biāo)材料層進(jìn)行圖案化。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案化的方法，其特征在于其中所述的含金 屬材料是選自由Ti、 TiN、 Ti/TiN、 Ta、 TaN、 Ta/TaN、 W、 WN和W/麗所組 成的族群。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案化的方法，其特征在于其中所述的掩膜 層對(duì)該圖案層的蝕刻選擇比大于3。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案化的方法，其特征在于其中所述的形成 該圖案層的步驟包括在該掩膜層上形成一阻擋層；在該阻擋層上形成一 圖案化光刻膠；以該圖案化光刻膠為掩膜，蝕刻該阻擋層，以形成該圖案層；以及 移除該圖案化光刻膠。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖案化的方法，其特征在于其中所述的形成 該圖案層的步驟更包括在蝕刻該阻擋層之前，對(duì)該圖案化光刻膠進(jìn)行一削 減工藝，以進(jìn)一步縮減其線寬。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖案化的方法，其特征在于其中所述的阻擋 層的厚度介于200埃至400埃之間。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案化的方法，其特征在于其中所述的目標(biāo) 材料層的材料包括金屬、多晶硅、多晶硅化金屬或金屬硅化物。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案化的方法，其特征在于其中所述掩膜層 的材料包括四乙氧基硅氧烷形成的二氧化硅、硼磷硅玻璃、磷硅玻璃、氫 化硅倍半氧化物、氟硅玻璃、無摻雜硅玻璃、氮化硅或氮氧化硅。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案化的方法，其特征在于其中所述的掩膜 層的厚度介于1000埃至4000埃之間。
10、 一種圖案化的方法，其特征在于其包括以下步驟 提供一疊層結(jié)構(gòu)在一襯底上，其中該疊層結(jié)構(gòu)包括依序形成在該襯底上的一 目標(biāo)材料層、 一介電材料層以及至少一含金屬材料層； 圖案化該含金屬材料層以形成一 圖案層；以該圖案層為掩膜，蝕刻該介電材料層，以形成一圖案化介電層；以及以該圖案化介電層為掩膜，蝕刻該目標(biāo)材料層。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖案化的方法，其特征在于其中所述的含 金屬材料層的材料是選自由Ti、 TiN、 Ti/TiN、 Ta、 TaN、 Ta/TaN、 W、 WN 和W/WN所組成的族群。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖案化的方法，其特征在于其中所述的圖 案化該含金屬材料層的步驟包括在該含金屬材料層上形成一圖案化光刻膠；以該圖案化光刻膠為掩膜，蝕刻該含金屬材料層，以形成該圖案層；以及移除該圖案化光刻膠。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的圖案化的方法，其特征在于其中所述的圖 案化該含金屬材料層的步驟更包括在蝕刻該含金屬材料層之前，對(duì)該圖案 化光刻膠進(jìn)行一削減工藝，以進(jìn)一步縮減其線寬。
14、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖案化的方法，其特征在于其中所述的目 標(biāo)材料層的材料包括銅、鋁銅合金或鋁硅銅合金。
15、 一種圖案化的方法，其特征在于其包括以下步驟 提供一襯底，該襯底具有一導(dǎo)體層； 在該導(dǎo)體層上形成一掩膜層； 在該掩膜層上形成一圖案層；進(jìn)行一蝕刻程式以圖案化該掩膜層，其中該掩膜層對(duì)該圖案層的蝕刻 選沖奪比大于3;以及以該圖案化掩膜層為掩膜，對(duì)該導(dǎo)體層進(jìn)行圖案化。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的圖案化的方法，其特征在于其中所述的形 成該圖案層的步驟包括在該掩膜層上形成一阻擋層；在該阻擋層上形成一 圖案化光刻膠；以該圖案化光刻膠為掩膜，蝕刻該阻擋層，以形成該圖案層；以及 移除該圖案化光刻膠。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的圖案化的方法，其特征在于其中所述的形 成該圖案層的步驟更包括在蝕刻該阻擋層之前，對(duì)該圖案化光刻膠進(jìn)行一 削減工藝，以進(jìn)一步縮減其線寬。
18、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的圖案化的方法，其特征在于其中所述的掩 膜層的材料包括四乙氧基硅氧烷形成的二氧化硅、硼磷硅玻璃、磷硅玻璃、 氫化硅倍半氧化物、氟硅玻璃、無摻雜硅玻璃、氮化硅或氮氧化硅。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種圖案化的方法。首先，提供一襯底，此襯底具有目標(biāo)材料層。然后，在目標(biāo)材料層上形成掩膜層。接著，在掩膜層上形成圖案層，其中圖案層的材料包括含金屬材料。之后，對(duì)掩膜層進(jìn)行圖案化以形成圖案化掩膜層。繼之，以圖案化掩膜層為掩膜，對(duì)目標(biāo)材料層進(jìn)行圖案化。本發(fā)明提供的圖案化的方法，在掩膜層及圖案化光刻膠之間夾一阻擋層，可用以提升光刻工藝的解析度及蝕刻工藝的抗蝕刻度，以利于制作線寬小于80奈米(nm)以下的工藝，甚至可以縮小半導(dǎo)體元件的關(guān)鍵尺寸。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101625960SQ200810161369
公開日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2008年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月7日
發(fā)明者吳明宗, 洪士平, 許漢輝, 魏安祺 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司