專利名稱：用于半導體制造的雙層光阻制造方法
技術領域：
本發明涉及一種制造集成電路和其它電子器件的方法。特別是指一種改良的光阻圖案化制程的雙層光阻制程，可用于制造集成電路和其它電子器件。
就雙層光阻的方法而言，例如涂布一層厚度為1～2微米的有機樹脂做為下層光阻層，其上方為一層厚度為0.1～0.2微米的薄層上層光阻層，然后借助曝光顯影先將上層光阻層圖案化，并用此上層光阻層做為掩膜，來蝕刻下層光阻層，以形成具有高的高寬比的光阻圖案。此雙層光阻的方法可以借助下層光阻層來緩和或避免基底的高度差異的影響以及基底表面的反射，而與單層光阻的方法相比，具有較薄厚度的上層光阻層還可以改善分辨率。因此，在高度差異大的基底上形成復雜精細的圖案，雙層光阻層的方法的優點多于單層光阻層的方法，因此對未來會使用的短波曝光光源而言，其為一種有效的光阻制程。
美國專利6,255,022號中，Young等人提出的雙層光阻中，底層光阻用于平坦化，而頂層光阻為含硅材質。然而，此種方法的缺點為此兩種光阻層會互相混合。而且，若頂層光阻層被蝕刻掉，底層光阻并不能承受蝕刻期間的物理撞擊，特別是對蝕刻鐵電隨機存取內存(ferroelectric random accessmemory；簡稱FeRAM)中所使用的貴重金屬的制程。
美國專利5,922,516號中，Yu等人提出的雙層光阻層中，底層光阻用于平坦化，而頂層光阻則受到硅化反應(silylation)。然而，此方法也具有上述的缺點。
本發明的另一目的在于提供一種雙層光阻制造方法，使光阻層可以在蝕刻期間抵擋物理性撞擊。
根據本發明上述目的，因此提供一種用于半導體制造的雙層光阻制造方法，首先，在基底上提供一層待蝕刻層，之后在該待蝕刻層上面覆蓋一層底部光阻層(此光阻層為含硅材質，故以下稱其為底部含硅光阻層)，并烘烤此底部含硅光阻層。對底部含硅光阻層進行處理，以在其表面形成一氧化硅層。之后，在氧化硅層上覆蓋一頂部光阻層，并烘烤頂部光阻層。接著對頂部光阻層進行曝光和顯影，以在其中形成圖案。之后，將頂部光阻層中的圖案轉移至氧化硅層和底部含硅光阻層中。
本發明的有益效果是，由于本發明的制造方法形成有氧化硅層和兩層光阻層，當借助干蝕刻將圖案轉移至待蝕刻層時，氧化硅層和底部含硅光阻層做為蝕刻掩膜，氧化硅層的功用就如同硬掩膜，因此，可以減少底部含硅光阻層的厚度而不致影響后續的蝕刻效果。
為讓本發明的上述目的、特征及優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。
其中，附圖標記說明如下基底100待蝕刻層102底部含硅光阻層104被部份蝕刻的底部光阻層104a圖案化的底部光阻層104b氧化硅層106圖案化的氧化硅層106a頂部薄光阻層110圖案化的頂部光阻層110a底部電極層102a下阻障層102b絕緣層102c上阻障層102d頂部電極層102e電漿蝕刻步驟112
如

圖1A所示，首先在基底100上提供待蝕刻層102。在此所指的基底100包括一些半導體器件，例如在其中形成的晶體管，為簡化附圖，并未在圖中示出。接著，在待蝕刻層102上覆蓋一層底部光阻層(此光阻層為含硅材質，故以下稱為底部含硅光阻層)104，其厚度約為5000～15000埃()。之后，將底部含硅光阻層104進行硬烤，烘烤的溫度約為120～180℃。
接著如圖1B所示，對底部含硅光阻層104進行處理，以在其表面形成氧化硅層106。此處理方法為利用含氧的電漿108處理底部含硅光阻層104。含氧的電漿所使用的氣體可以是SO2、N2O或CO，使用的壓力約為30～50毫托爾(mtorr)。
接著請參照圖1C，在氧化硅層106上覆蓋一層頂部光阻層110，由于厚度較薄，其厚度約為2000～5000埃，故以下又稱頂部薄光阻層。此頂部薄光阻層1 10具有高分辨率，且使用DUV或EUV光做為曝光光源。之后，軟烤此頂部薄光阻層110。
接著請參照圖1D，對此烘烤后的頂部薄光阻層110進行曝光，并利用顯影劑顯影，以形成具有圖案的圖案化頂部光阻層110a。
之后將圖案化頂部光阻層110a的圖案轉移至氧化硅層106和底部含硅光阻層104，如圖1E和圖1F所示。
如圖1E所示，使用含氟和氧的電漿蝕刻氧化硅層106，并轉為圖案化的氧化硅層106a。此含氟和氧的電漿所使用的含氟氣體可以是CF4、CHF3或CH2F2，所使用的含氧氣體可以是SO2、N2O或CO。
在第一階段的電漿蝕刻步驟112中，底部含硅光阻層104可能會有部份損失，而轉變為被部份蝕刻的底部含硅光阻層104a，如圖1E所示。
如圖1F所示，使用含氧的電漿蝕刻底部光阻層104a，并轉為圖案化的底部含硅光阻層104b。此含氧的電漿中所使用的含氧氣體可以是SO2、N2O或CO。
在第二階段的電漿蝕刻步驟中，為蝕穿底部光阻層，而在此同時頂部光阻層110a可能會有部份損失。不過，位于底部含硅光阻層104b表面的氧化硅層106a可以抵擋光阻蝕刻。
當借助干蝕刻將圖案持續轉移至待蝕刻層102時，氧化硅層106a和底部含硅光阻層104b做為蝕刻掩膜。氧化硅層106a的功用就如同硬掩膜，因此，可以減少底部含硅光阻層104b的厚度而不致影響后續的蝕刻效果。
上述雙層光阻制程可以應用至電容的制造過程中，例如鐵電隨機存取內存電容(FeRAMFerroelectric RAM)。
如圖2所示，當雙層光阻制程應用至電容制造過程時，待蝕刻層102是一堆棧層，此堆棧層包括構成電容的一頂部電極層102e、一絕緣層102c和一底部電極層102a。
如圖3所示，當雙層光阻制程應用至鐵電隨機存取內存(FeRAM)制造過程時，電容為鐵電隨機存取內存電容，上述的堆棧層還包括一上阻障層102d和一下阻障層102b，其中上阻障層102d介于頂部電極層102e和絕緣層102c之間，下阻障層102b介于底部電極層102a和絕緣層102c之間。其中，頂部電極層102e的材質可為Pt、Ir、IrOx、SrRuOx、RuOx或LaNiOx，絕緣層102c的材質可為PZT(PbZrTiOx)或SBT(SrBiTaOx)，底部電極層102a的材質可為Pt、Ir、IrOx、SrRuOx、RuOx或LaNiOx。至于上阻障層102d和下阻障層102b可以是Ti/TiN堆棧層。
對鐵電隨機存取內存(FeRAM)的制造而言，蝕刻鐵電材質的電容為最關鍵的制造程序。此堆棧的電容器中包含貴金屬和鐵電絕緣材質，而這些物質對光阻的蝕刻選擇比非常低。傳統上，需要厚度相當厚的光阻層才能將這些物質圖案化。然而，增加光阻層的厚度不僅會有嚴重的遮蔽物(veil)或柵欄(fence)問題，而且分辨率會變差。在本發明中，將氧化硅層覆蓋于底部含硅光阻層表面做為硬掩膜，因此可以改善蝕刻選擇比。再者，氧化硅層可以抵擋電容蝕刻，因此底部含硅光阻層的厚度可以降低，進而減少上述的遮蔽物或柵欄問題。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，但是其并非用以限定本發明，本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，所作出的等效方法變換，均應包含在本發明的專利范圍內。
權利要求
1.一種用于半導體制造的雙層光阻制造方法，其特征在于，包括在一基底上提供一待蝕刻層；在該待蝕刻層上覆蓋一底部含硅光阻層；烘烤該底部含硅光阻層；處理該底部含硅光阻層，以在該底部含硅光阻層表面形成一氧化硅層；在該氧化硅層上覆蓋一頂部光阻層；烘烤該頂部光阻層；將該頂部光阻層曝光和顯影，以在該頂部光阻層中形成一圖案；以及轉移該圖案至該氧化硅層和該底部含硅光阻層中。
2.如權利要求1所述的雙層光阻制造方法，其特征在于，烘烤該底部含硅光阻層的溫度為120～180℃。
3.如權利要求1所述的雙層光阻制造方法，其特征在于，該底部含硅光阻層的厚度為5000～15000。
4.如權利要求1所述的雙層光阻制造方法，其特征在于，形成該氧化硅的步驟包括將該底部含硅光阻層在一含氧的電漿下處理。
5.如權利要求4所述的雙層光阻制造方法，其特征在于，該含氧的電漿所使用的氣體是選自由SO2、N2O和CO所組成的集合中。
6.如權利要求4所述的雙層光阻制造方法，其特征在于，該含氧的電漿所使用的壓力為30～50毫托爾。
7.如權利要求1所述的雙層光阻制造方法，其特征在于，轉移該圖案至該氧化硅層和該底部含硅光阻層中的步驟包括使用含氟和氧的電漿蝕刻該氧化硅層；以及使用含氧的電漿蝕刻該底部含硅光阻層。
8.如權利要求7所述的雙層光阻制造方法，其特征在于，該含氟和氧的電漿所使用的含氟氣體是選自由CF4、CHF3和CH2F2所組成的集合中。
9.如權利要求7所述的雙層光阻制造方法，其特征在于，該含氟和氧的電漿所使用的含氧氣體以及該含氧的電漿所使用的氣體是選自由SO2、N2O和CO所組成的集合中。
10.如權利要求1所述的雙層光阻制造方法，其特征在于，該待蝕刻層為一堆棧層，該堆棧層包括構成一電容的一頂部電極層、一絕緣層和一底部電極層。
11.如權利要求10所述的雙層光阻制造方法，其特征在于，該電容為一鐵電隨機存取內存電容，該堆棧層還包括一上阻障層和一下阻障層，其中該上阻障層介于該頂部電極層和該絕緣層之間，該下阻障層介于該底部電極層和該絕緣層之間。
12.如權利要求11所述的雙層光阻制造方法，其特征在于，該頂部電極層的材質是選自由Pt、Ir、IrOx、SrRuOx、RuOx和LaNiOx所組成的集合中，該絕緣層的材質是選自由PZT(PbZrTiOx)和SBT(SrBiTaOx)所組成的集合中，該底部電極層的材質是選自由Pt、Ir、IrOx、SrRuOx、RuOx和LaNiOx所組成的集合中。
13.一種用于半導體制造的雙層光阻制造方法，其特征在于，包括提供一待蝕刻層于一基底上；在該待蝕刻層上覆蓋一底部含硅光阻層；烘烤該底部含硅光阻層；處理該底部含硅光阻層，以在該底部含硅光阻層表面形成一氧化硅層；在該氧化硅層上覆蓋一頂部薄光阻層；烘烤該頂部薄光阻層；將該頂部薄光阻層曝光和顯影，以于該頂部薄光阻層中形成一圖案；使用含氟和氧的電漿蝕刻該氧化硅層，以將該圖案轉移至該氧化硅層中；以及使用含氧的電漿蝕刻該底部含硅光阻層，以將該圖案轉移至該底部含硅光阻層中，且移除該頂部薄光阻層。
14.如權利要求13所述的雙層光阻制造方法，其特征在于，烘烤該底部含硅光阻層的溫度為120～180℃。
15.如權利要求13所述的雙層光阻制造方法，其特征在于，該底部含硅光阻層的厚度為5000～15000。
16.如權利要求13所述的雙層光阻制造方法，其特征在于，該含氧的電漿所使用的氣體是選自由SO2、N2O和CO所組成的集合中，且該含氧的電漿在壓力為30～50毫托爾下使用。
17.如權利要求13所述的雙層光阻制造方法，其特征在于，該含氟和氧的電漿所使用的含氟氣體是選自由CF4、CHF3和CH2F2所組成的集合中。
18.如權利要求13所述的雙層光阻制造方法，其特征在于，該含氟和氧的電漿所使用的含氧氣體以及該含氧的電漿所使用的氣體是選自由SO2、N2O和CO所組成的集合中。
19.如權利要求13所述的雙層光阻制造方法，其特征在于，該頂部薄光阻層的厚度為2000～5000。
20.如權利要求13所述的雙層光阻制造方法，其特征在于，該待蝕刻為一堆棧層，該堆棧層包括構成一電容之一頂部電極層、一絕緣層和一底部電極層。
21.如權利要求20所述的雙層光阻制造方法，其特征在于，該電容為一鐵電隨機存取內存電容，該堆棧層還包括一上阻障層和一下阻障層，其中該上阻障層介于該頂部電極層和該絕緣層之間，該下阻障層介于該底部電極層和該絕緣層之間。
全文摘要
本發明公開了一種用于半導體制造的雙層光阻制造方法。首先，在基底上提供一層待蝕刻層，之后在其上覆蓋一層底部含硅的光阻層，并烘烤此底部含硅光阻層。對底部含硅光阻層進行處理，以在其表面形成一氧化硅層。之后，在氧化硅層上覆蓋一層頂部光阻層，并烘烤頂部光阻層。接著對頂部光阻層進行曝光和顯影，以于其中形成圖案；之后，將此圖案轉移至氧化硅層和底部含硅光阻層中。
文檔編號H01L21/02GK1469426SQ0310727
公開日2004年1月21日 申請日期2003年3月19日 優先權日2002年7月17日
發明者丁坤山 申請人:旺宏電子股份有限公司