图案转移的方法

专利名称：图案转移的方法
技术领域：
本发明有关一种图案转移的方法。
(2)背景技术使用微影程序的图案转移程序的基本流程如图1A至图1C所示，先形成光阻层12在位于底材10上的待处理层11上，再图案光阻层12而形成图案光阻13，然后对待处理层11进行一蚀刻程序，藉以将图案光阻13的图案转移至待处理层11。理想的状况是，图案光阻13完全不会被蚀刻程序所蚀刻，或至少被蚀刻量少到可以忽略，而使得图案光阻13的图案可以地精确地被转移到待处理层11。
实际状况是，图案光阻13的被蚀刻量往往是不能忽略的，特别是当图案光阻13的厚度不够厚时或宽度不够宽时。此时，如图1D所定性显示那样，由于图案光阻13被过度蚀刻而形变，实际转移至待处理层11的图案将与预定要转移的图案光阻13的图案不同。
一个解决此问题的方法是改变光阻层12的材料，增加光阻材料的蚀刻阻值，藉以减少光阻材料被蚀刻移除的数量。但由于光阻材料必须有一定的光感性与附着性等，这样做并不容易，特别是高蚀刻阻值的光阻材料往往也是较昂贵的光阻材料。
另一个解决此问题的方法是增加图案光阻13的厚度，降低被蚀刻移除掉部份所占的比例，藉以减少或消除光阻材料被蚀刻所造成的影响。但由于微影程序的解析能力有限，这样作所能形成的光阻图案的深宽比有一定下限，增加图案光阻13的厚度将无可避免地增加图案光阻13的临界尺寸，进而增加能够转移至待处理层11的图案的临界尺寸。显然地，虽然增加图案光阻13厚度是一种容易且低成本的作法，但也会增大形成图案的临界尺寸，因此并不能适用于需要精细图案的半导体及相关半导体制程。
综上所述，习知技术并不能有效地解决图案转移程序中光阻材料被蚀刻所引起的缺失，特别是不能提供低成本而又适用于精细图案的解决方法。因此，有必要发展新的技术来解决此问题。
(3)发明内容本发明的一目的是提供一种可防止蚀刻程序中因光阻被蚀刻变形导致图案失真的图案转移的方法，。
本发明的另一目的是提供一种可以形成具有细微图案的半导体结构的图案转移方法。
本发明的又一目的是提供一种图案转移分方法，可应用已有的硬化光阻材料的技术来提升图案光阻的蚀刻阻值，藉以避免改变光阻材料或增加光阻厚度所难免的困难。
本发明的基本流程如下所述在图案光阻形成在底材上后，先对图案光阻进行一硬化程序，接着才将硬化处理过的图案光阻的图案转移至底材。在此，常见的硬化程序是硅化程序，并且可以只硬化图案光阻的顶部，也可以硬化图案光阻的顶部与侧壁。并且，可以在执行硬化程序之前，先改变图案光阻高度与缩小图案光阻临界尺寸，藉以抵销硬化程序所引发图案光阻的图案的变化。
本发明的基本机制如下所述由于硬化处理过的图案光阻的蚀刻阻值大于图案光阻材料的蚀刻阻值，因此可以有效地减少图案光阻在图案转移程序所受到的蚀刻，进而改善图案失真的问题，以及改善习知技术为避免光阻被蚀刻耗尽而必需使用较厚的图案光阻时，图案光阻的临界尺寸受限于显影能力而不能进一步降低的问题。
为进一步说明本发明的目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。
(4)


图1A至图1D定性地显示使用微影程序的图案转移程序的基本流程与一种常见的缺陷；
图2A至图2J为本发明一较佳实施例的基本步骤的横截面示意图以及可能变化的横截面示意图；以及图3为本发明的另一较佳实施例的基本流程图。
(5)具体实施方式
针对习知技术分别以改变光阻材料与增加光阻厚度来增加光阻的蚀刻阻值时，所遭遇的种种缺陷，本发明提出下列几个切入点(1)只要某材料的蚀刻阻值够大，就可以在不增加此材料的厚度的前提下，有效地防止蚀刻所造成的损伤。
(2)只要在光阻表面有蚀刻阻值够大的材料，可以抵消蚀刻过程对光阻的作用，就可以不改变光阻的材料。
(3)由于图案转移程序是将位于底材上的结构的图案转移至底材中，因此可以综合使用光阻与高蚀刻阻值材料来形成具有特定图案的结构，而不需要只使用光阻作为具有特定图案的结构。
综合上述各切入点，本发明提出一种新的图案转移方法，以不改变光阻材料也不增加光阻厚度的方式，防止光阻被蚀刻时对图案转移程序的损伤。
本发明的一较佳实施例的一种图案转移的方法，例如一种形成线性结构(如多晶硅闸极与或金属线)的方法，如图2A至图2F所示，至少包括下列基本步骤如图2A所示，形成光阻层22在底材21上。
如图2B所示，使图案光阻层22形成第一图案光阻23。在此第一图案光阻23包含多个第一光阻结构。
如图2C所示那样，以硬化程序处理第一图案光阻23而形成第二图案光阻24。在此经硬化处理过的第二图案光阻24的蚀刻阻值大于未被硬化处理过的第一图案光阻23的蚀刻阻值。
当然，由于硬化程序可能会使得经硬化处理过的第二图案光阻24的图案与未被硬化处理过的第一图案光阻23的图案不相同。因此可以如图2D与图2E所示那样，在进行硬化程序之前，先处理第一图案光阻23以改变其厚度与临界尺寸(图示为修正第一图案光阻235)，藉以抵销随后进行的硬化程序对第一图案光阻23的图案的影响。当然，仅管图2D与图2E所显示的是先减少第一图案光阻的厚度与宽度(或说临界尺寸)，藉以抵销硬化过程所增加的厚度与宽度的例子，但本实施例并不限于此。如果硬化过程会减少厚度与宽度，本实施例也可以先增加第一图案光阻23的厚度与宽度(或说临界尺寸)。
显然地，本实施例可以用干蚀刻或湿蚀刻来改变第一图案光阻23的厚度与宽度(或说临界尺寸)，但是本实施例并不限制或受限于如何改变第一图案光阻23的厚度与宽度(或说临界尺寸)。
如图2F所示那样，使用硬化处理过第二图案光阻24来图案化底材21。
藉由比较图1A至图1C与图2A至图2F，明显可以看出本实施例与习知技术的主要差别，在于图2C与图2E所示的步骤。
图2C显示不改变光阻的材料，但在图案光阻形成后，利用硬化程序改变图案光阻的材料成为高蚀刻阻值材料，再将由高蚀刻阻值材料所形成结构的图案，转移到底材。而图2D显示为了避免高蚀刻阻值材料引起图案变形，可以先形成实际图案与所需图案不同的图案光阻，再形成高蚀刻阻值材料，藉以抵销高蚀刻阻值材料所引起的图案变化。
必须强调的是，由于办转移程序中的蚀刻程序对图案光阻的损坏通常不是均匀的或等向的，不只集中在表面还集中在底部(因为图案转移多使用非等向性蚀刻)。因此硬化程序可以只处理第一图案光阻23的表面，特别是只处理蚀刻过程损害特别大(或说蚀刻移除量特别大)的表面。换句话说，可以只有第二图案光阻24的顶部被硬化，可以只有第二图案光阻24的侧壁被硬化，可以第二图案光阻24的顶部与侧壁皆被硬化，也可以整个第二图案光阻24都被硬化，或者是通过在第一图案光阻23表面形成辅助结构，藉以形成由第一图案光阻23与辅助结构二者组成的第二图案光阻24。
本较佳实施例并不限定硬化程序的细节，只要可以形成蚀刻阻值较第一图案光阻23大的第二图案光阻24即可。举例来说，如图2G所示，硬化程序可以是以紫外线25照射第一图案光阻23，藉以形成第二图案光阻24。又例如，随着近年来可以硬化光阻(至少硬化光阻表面)的硅化程序(silylationprocess)的发展，硬化程序也可以是会形成多个硅化层的硅化程序。
在此，由于不同蚀刻程序对不同图案光阻所引起的光阻被移除问题，可能是图案光阻顶部的被移除量多到使得图案光阻在蚀刻过程中被耗尽，也可能是图案光阻侧壁被移除量多到使得图案光阻在蚀刻过程中发生图案变形。因此，如图2H至图2J所定性地显示那样，本实施例可以在第一图案光阻23厚度很薄时(用以在显影极限下形成精细图案)，让硅化层26位于第一图案光阻23的顶部，藉以避免图案转移过程中第二图案光阻24被耗尽；本实施例也可以在第一图案图案光阻23的宽度很小时(亦即具有精细的图案)，让硅化层26位于第一图案光阻23的侧壁，藉以避免图案转移过程中第二图案光阻24的图案变形；当然，本实施例也可以让硅化层26同时位于第一图案光阻23的顶部与侧壁，藉以确保在图案转移过程，尽可能减少第二图案光阻24的轮廓的变化。
一般而言，硅化层26的硅化温度是低于第一图案光阻23的材料的玻璃转变温度，藉以避免在硅化物层26的形成过程中，因为温度高到使得第一图案光阻23的材料转变为流体，而使得整个图案光阻23/24的图案发生变化。
形成硅化层26的可能方法不只一种。举例来说，当第一图案光阻23的材料为可硅化材料时，可以是用直接用光线照射第一图案光阻23来形成第二图案光阻24。又例如，可以是先覆盖硅化反应剂在第一图案光阻23的表面，再通过加热等方式促发硅化反应剂与第一图案光阻23的反应，以形成第二图案光阻24。在此，第一图案光阻23的可能材料至少有化学放大性光阻材料、树脂基光阻材料和聚酚基光阻材料，而可能的硅化反应剂至少有TMDS、HMDS、ATMS、DMSDMA和硅烷。
当然，由于本实施例只是应用硅化程序来解决图案转移过程中光阻被蚀刻变形的问题，在此并不需要详细解释习知的硅化程序的细节。举例来说，下列几件参考资料已揭示了硅化程序的基本信息U.S.Patent No.5,427,649、U.S.Patent No.6,100,014、U.S.Patent No.6,271,072 B1以及SPIE Vol.771 Advances in Resist Technology and Processing IV(1987)pp.111-117。又例如，下列几件参考资料已揭示了使用HMDS进行硅烷化(silylation)的基本信息U.S.Patent No.6,235,448、U.S.PatentNo.6,168,907、U.S.Patent No.6,156,668、U.S.Patent No.5,935,732、U.S.Patent No.5,838,621、U.S.Patent No.5,320,934、U.S.Patent No.5,142,043以及U.S.Patent No.4,445,572。
本发明的又一较佳实施例为一种图案转移的方法，例如一种形成接触窗的方法。此方法可以获得较原始曝光条件下更小的接触窗，所以可以减少光罩制作困难及曝光条件的限制，增加微影制程的制程空间(process window)。
如图3所示，至少包括下列基本步骤如准备方块31所示，依序形成氮氧化硅层与光阻层在底材上。
如形成图案方块32所示，图案光阻层而形成包含多个第一光阻结构的第一图案光阻。
如处理方块33所示，处理第一图案光阻而形成包含多个第二光阻结构的第二图案光阻。在此第二图案光阻的图案与第一图案光阻的图案相似，但第二图案光阻的厚度小于第一图案光阻的厚度，而且第二图案光阻的临界尺寸也可以小于第一图案光阻的临界尺寸。
如硅化方块34所示，以硅化程序处理第二图案光阻，藉以在这些第二光阻结构的顶部(甚至侧壁)形成多个硅化层。在此，硅化层的蚀刻阻值大于第二图案光阻的蚀刻阻值，而经处理程序处理过的第二图案光阻的临界尺寸通常小于第一图案光阻的临界尺寸。
如转移方块35所示，使用硅化层与第二图案光阻为罩幕，并将此罩幕的图案转移至底材。
如修整方块36所示，移除硅化层、第二图案光阻与氮氧化硅层。
当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种图案转移的方法，其特征在于，包括形成一光阻层在一底材上；图案化该光阻层而形成一第一图案光阻，该第一图案光阻包含多个光阻结构以一硬化程序处理该第一图案光阻而形成一第二图案光阻，在此该第二图案光阻的蚀刻阻值大于该第一图案光阻的蚀刻阻值；和使用该第二图案光阻图案化该底材。
2.如权利要求1所述的图案转移的方法，其特征在于，还包括在进行该硬化程序之前，先处理该第一图案光阻以减小任一该光阻结构的厚度与宽度。
3.如权利要求2所述的图案转移的方法，其特征在于，还包括使用一蚀刻程序处理该第一图案光阻，藉以改变该些光阻结构的宽度与宽度。
4.如权利要求1所述的图案转移的方法，其特征在于，该硬化程序是通过在该第一图案光阻表面形成一辅助结构，藉以形成该第二图案光阻。
5.如权利要求1所述的图案转移的方法，其特征在于，该硬化程序是以紫外线照射该第一图案光阻。
6.如权利要求1所述的图案转移的方法，其特征在于，该硬化程序是为一硅化程序，该硅化程序形成多个硅化层于该第一图案光阻的顶部与侧壁。
7.如权利要求10所述的图案转移的方法，其特征在于，所述硅化层的硅化温度是低于该第一图案光阻的材料的玻璃转变温度。
8.如权利要求7所述的图案转移方法，其特征在于，该硅化程序在该第一图案光阻的材料为可硅化材料时，以光线照射该第一图案光阻。
9.如权利要求7所述的图案转移的方法，其特征在于，该第一图案光阻的材料是采用化学放大性光阻材料、树脂基光阻材料和聚酚基光阻材料之一。
10.如权利要求7所述的图案转移的方法，其特征在于，该硅化程序所使用的硅化反应剂是TMDS、HMDS、ATMS、DMSDMA和硅烷之一。
全文摘要
一种图案转移的方法，在图案光阻形成在底材上后，先对图案光阻进行一硬化程序，接着才将硬化处理过的图案光阻的图案转移至底材。在此，常见的硬化程序是硅化程序，并且可以只硬化图案光阻的顶部，也可以硬化图案光阻的顶部与侧壁。并且，可以在执行硬化程序之前，先改变图案光阻高度与缩小图案光阻临界尺寸。显然地，由于硬化处理过的图案光阻的蚀刻阻值大于图案光阻材料的蚀刻阻值，可以有效地减少图案光阻在图案转移程序所受到的蚀刻，进而克服图案失真的问题，以及克服习知技术为避免光阻被蚀刻耗尽而必需使用较厚的图案光阻时，图案光阻的临界尺寸受限于显影能力而不能进一步降低的问题。
文档编号G03F7/16GK1464341SQ02124620
公开日2003年12月31日 申请日期2002年6月14日 优先权日2002年6月14日
发明者方震宇, 黄志贤, 林嘉祺, 黄瑞祯 申请人:联华电子股份有限公司