TW201007817A - Method for patterning material layer - Google Patents

Description

201007817 P970078 29009twf.doc/n 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於一種用於對材料層進行圖案化之方 法。更明確而言，本發明是關於一種用於在材料層中形成 隨機開口圖案（random opening pattern)的雙重圖案化技 # ( double patterning technology ) 〇 本申請案主張2008年8月8曰申請的美國臨時申請 案第61舰7,172號的優先權權益。上述專利申請案的全= 以引用的方式併入本文中’且組成本說明書之一部分。 【先前技術】 由於迫切需要愈來愈高之整合度，因此必須製造尺寸 愈來愈小之積體電路裝置。光微影製程是影響半導體裳置 之尺寸及效能的非常關鍵之步驟。舉例而言，在金屬氧化 物半導體（metal-oxide semiconductor，MOS )裝置中，各 種薄膜及推雜區域之圖案皆由此光微影步驟決定。目前， • 裝置整合已達到〇.〇6微米之線寬。光微影製程之發展因此 決定是否可接近所述線寬。因此，已提出並使用諸如光學 鄰近校正（optical proximity correction，OPC )及相偏移光 罩（phase shift mask，PSM )的方法。 光學鄰近校正用於消除由鄰近效應所導致的臨界尺 寸之偏移。當光束穿透光罩以將光罩上之圖案轉印至晶圓 時’入射於所述晶圓上之光束由於散射而擴散。另一方面， 光束自晶圓之表面反射，以導致入射光之干涉，且因此導 201007817 P970078 29009twf.doc/n 致雙亶曝光，以改變曝尤之貫際體積。 當用於轉印至目標材料上之圖案具有密好圖案及 單-子随（is_l>patten〇料時，有必要設計各 設圖案，以安置於所述密集子圖案及所述單—子圖案木 以便消除密集子圖案與單-子圖案之間的曝光環境=。 =卜，在具有密集子圖案及單—子圖案兩者之圖案的圖 轉印過程期間，鄰近效應較高。因此，所述子圖案^ ❹ 光學限制約束。而且’用於轉印此圖案之 【發明内容】 开本發明提供—觀於對材料層進行圖案化以便 =有#=鄰近效應及高聚焦深度（dept 隨機開口圖案的方法。 ㈠的 法if明亦提供—種用於對材料層進行圖宰化之方 法，其能夠改善製程裕度。 α茱化之方 文所它Γ勢，絲據本發明之目的，如本 圖案化的方法。所述方法材材料層進行 暴露所述開口甲之一部 且圖案化光阻層 及圖案化第二硬疆^ 罩幕相_化光阻層 -罩幕層朗作為罩幕。接著，移除 5 201007817 P970078 29009twf.d〇c/n 案化第-硬罩幕層作 Ιίϊί:明之—實施例，將所述開口佈置成陣列。 在第二硬罩幕ΓίΓ實施例，所述開口均勻且緊密地佈置 個缺ί據之—實施例，所述圖案化光阻層中包括多 個狹槽，且母個狹槽暴露所述開口中之至少一者。夕 層之第一硬罩幕層與第二硬罩幕 第-實ί例’自包括以下各項之群中選擇 石夕、非晶碳:有機材料、氮色矽、氮化鈦、氧氮化 根據本發明之—實j自科、二::以及多晶石夕。 氮化鈦、氧氮化 及多晶砍。…錢材料、轉獅、富碳材料以 ❹ 開口 ’所述__ t形成有 少一密集開口圖案⑺ 括至少一單一開口圖案及至 = 月亦提供一種用於對材料層進行圖案化之方 形成有第》料層的步驟。所述材料層上相、繼 幕層進行硬轉層。接著，對第二硬罩 第-開口以形成二多個第一開口，且佈置所述 成的開口％境。形成圖案化光阻層，以覆 ❿ 參 將第一開口佈置成陣列。 第一硬罩幕層與第二硬罩幕 第-硬罩幕層群中選擇 矽、非晶碳、有機材料、富=石夕、亂化鈦、氧氮化 根據本發明之—實_，自及多晶石夕。 第二硬罩幕層之材料：氧卿、氮=下t項之群中選擇 塗層材料、有機材料、富頻=碳= 開口=本發明之—實施例，所料二開口共同形成隨機 根據本發明之—實施例， 單一開明案及至少—密集開境包括至少- 根據本發明之鲁斤糾 A *° 之—實_，密集開口圖案包括緊密佈置 201007817 P970078 29009twf.doc/n 蓋第二硬罩幕層，且圖案化光阻包括多個狹 f暴露所述第—開口中的至少一者。接著，用圖案 層及圖案彳bk硬罩幕層制料罩幕對第—硬^ 移除圖案化光阻層及圖案化第二硬軍幕層：用 Γ轉印至材料層中，以分別形成多個第- 第二開口以形成非均句開口環境。 ，據本發明之一實施例，第—開口 在均勻開口環境中。 系在地佈置 根據本發明之一實施例 根據本發明之—實施例 層之钱刻選擇性比率大於2。 根據本發明之—實施例 硬星蓋恳-V _LL n . y 201007817 P970078 29009twf.doc/n 的多個第二開口。

在本發明中，圖案化第二硬罩幕層提供具有較低鄰近 效應及高聚焦深度的圖案，且僅所述圖案之所需部分由圖 案化光阻層暴露。因此，在使用圖案化光阻層化二 二硬罩幕層作為罩幕對第一硬罩幕層進行圖案化之圖 案化第一硬罩幕層具有隨機開口圖案，其以較低鄰近效應 及高聚焦深度形成。因此，材料層中之結果圖案亦為在不' 受鄰近效應影響之情況下形成的隨機開口圖案，且材料層 中之開口的形狀亦得以維持而不受損害。因此，用於在二 料層中形成隨機開口圖案之製程裕度得以改善。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯^懂，下文特 舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。 【實施方式】 如圖1A中所示，提供基板勘。材料層1〇2形成方 基板100上。材料層102可（例如但不限於）藉由化學！ 相沈積由氧化矽製成。接著，第 ^ 幕層-形二=二 2第-硬里蓋/川、第—硬罩幕層之侧選擇性比率大灰 。第更罩幕層1〇4之材料可選自氧化石夕、氮化石夕、氮价 鈦、虱氮切、非晶碳、麵 幕層二材: 材料、有機材料' 富辦料、富碳材:：晶=2 201007817 P970078 29009twf.doc/n 群組中。 在本發明之此實施例中，第一硬罩幕層104及第二石更 罩幕層106分別為單層材料層。然而’本發明並非侷限於 第一硬罩幕層104及第二硬草幕層106的每一者的結構。 因此，第一硬罩幕層104可為多層罩幕層，且第二硬罩幕 層106可為多層罩幕層，只要第一硬罩幕層1〇4之蝕刻選 擇性與第二硬罩幕層106之蝕刻選擇性不同。另外，可能 存在插入第一硬罩幕層104與第二硬罩幕層1〇6之間的材 料層，以在稍後的製程步驟中對第二硬罩幕層1〇6進行圖 案化時作為蝕刻終止層。 如圖1B中所示，第二硬罩幕層1〇6經圖案化以形成 弟二硬罩幕層腿。第二硬罩幕層刚a巾形成有多個開 口祕。對第二硬罩幕層·進行圖案化的方法包括以下 步7 : 二硬罩幕層1〇6上形成圖案化光阻層（未圖 不^及執祕刻製程，以將圖案化光阻層中的圖 至第一硬罩幕層1〇6中。库注音，如円 八 在圖案化第二硬罩幕層祕小而且， 經佈置以形成均句問 口此’開口 106b 類型是統-的。此外^兄’二子圖案（開σ 之 行有較低鄰近效應叫也就是執 硬罩幕層106中獲得料微影製程以在第二 案。因此’每一二;、’、在且均β勻佈置之開口 l〇6a的圖 印過程影響。 的形狀仔以維持，而不受圖案轉 201007817 P970078 29009twf.d〇c/n 如圖1C中所示，圖案化光阻層i〇8經形成以覆蓋第 二硬罩幕層106a，且圖案化光阻層108暴露部份開口 106b。將第二硬罩幕層106中之暴露開口 1〇6b重新標記為 開口 106bf。圖案化光阻層1〇8中形成有多個狹槽i〇8a， 且母個狹槽l〇8a暴露只少一開口 l〇6b。換言之，如圖3 中所示’圖案化光阻層1〇8中之狹槽1〇8&分組成至少兩種 類型。一者為諸如狹槽l〇9a的狹槽’其同時暴露緊密地佈 置的數個開口 106b，。另一者為諸如狹槽i〇9b的狹槽，其 ❹ 僅暴露一個開口 l〇6b'。意即，狹槽i〇9a暴露緊密且均勻 佈置的開口 106b1’使得狹槽i〇9a中之暴露的開口 l〇6b， 共同形成一密集圖案《此外，狹槽1〇9b僅暴露一個開口 l〇6b'，且第二硬罩幕層1〇6中在暴露之開口 1〇6bi周圍的 開口 106b被覆蓋，使得狹槽i〇9b中之暴露的開口 i〇6b' 本身為單一圖案。應注意，每一狹槽l〇9a之尺寸大於由狹 槽109a所暴露之開口 l〇6b'的總尺寸，使得狹槽1〇9a可完 王暴路由開口 106b'均勻且緊密地佈置成的密集圖案。類似 Ο 地，每一狹槽10外的尺寸大於開口 l〇6b，之尺寸，使得狹 槽109b完全暴露開口 l〇6b。 如圖1D中所示，藉由使用圖案化光阻層1〇8及圖案 化第二硬罩幕層l〇6a作為罩幕，對第一硬罩幕層1〇4進行 圖案化，以形成具有多個開口 10牝之圖案化第一硬罩幕層 l〇4a。因此開口 104b之配置為一非均勻開口環境。應^ 思，第二硬罩幕層106a中由圖案化光阻層1〇8中之狹槽 l〇8a暴露的開口 106b被轉印至第一硬罩幕層1〇4中。意 201007817 P970078 29009twf.doc/n 硬罩幕層1G4a巾之目帛@時_密集圖案 及早一圖案，以形成一非均勻開口環境。 所示，移除圖案化光阻層108及圖案化第 一硬罩幕層l〇6a。如圖ip中路 ^ 硬罩幕層刚a作為罩幕，對材料層 =〇;〇Γ她開口102b。接著，移除圖案化二 第-硬i嚴/inf 口職可為接觸孔或介層窗開口。由 ST中=中之開口 _組成之圖案被複製至材 2層102a中’作為由開口咖組成之此口 ι〇2^ ® 102a 〇2hmV ^ , m 1U2b構成一隨機開口圖荦。 在柄明中，介紹一種雙重圖案化方法。在第圖=

St ’在最上層硬罩幕層中，以較低鄰近效應及較： ，焦深度形成具有緊密且均勻佈置之開口的圖案; 個子圖案之形狀得以維持而不受才 円吏传母 大小亦不受光微影技術之光學限制戶;限=【案二間距 硬罩幕層中之圖案之每個開π的尺寸可低於％ ’上層 =此，有狹槽之圖案化光阻層覆蓋最上 3目=層硬罩幕層中之所需開口，-4 在第二圖案化製程中，藉由佶 層硬罩幕層作為罩幕，來對底部硬罩幕;進行 11 201007817 P970078 29009twf.doc/n 此’具有較低鄰近效應且由圖案化光阻層之狹槽所暴露的 開口被複製至底部硬罩幕層中，且進一步被複製至底部硬 罩幕層下之目標材料層中。最上層硬罩幕層不僅具有具較 低鄰近效應之圖案，而且在將部分圖案轉印至底部硬罩幕 層過程中作為姓刻罩幕。由於具有較低鄰近效應之圖案先 前在最上層硬罩幕層中形成，且在稍後製程步驟中由圖案 化光阻層部分覆蓋，因此形成於目標材料層中所形成的由 φ 圖案化光阻暴露的部分最上層硬罩幕層中之開口所組成的 結果圖案可為不受鄰近效應及不良聚焦深度影響的一隨機 開口圖案。因此，用於在目標材料層中形成隨機開 之製程裕度得以擴展。 〃 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 ^之= 斤屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離 ^明之精神和範#可作些許之絲與潤飾， t明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 © 【圖式簡單說明】 包含，附圖式以提供對本發明之進一步理解，且 圖式併入本說明書尹並構成本說明書之—部八思寸 說明本發明之實施例，且連同描述内容一起^述圖式 明之原理。 起用於闡釋本發 δ 1A至圖ip為緣示根據本發一 料層進行_化之紐的4例之用於對材 第二硬罩幕層的俯視 圖2為 圖 12 201007817 P970078 29009twf.doc/n 圖3為圖1C中所繪示之圖案化光阻層的俯視圖。 圖4為圖1F中所繪示之圖案化材料層的俯視圖。 【主要元件符號說明】 100 :基板 102 :材料層 102a :圖案化材料層 102b :開口 ❹ 104:第一硬罩幕層 104a :圖案化第一硬罩幕層 104b :開口 106 :第二硬罩幕層 106a :圖案化第二硬罩幕層 106b :開口 106b':開口 108 :光阻層 φ 108a :狹槽 109a :狹槽 109b :狹槽 112a :密集圖案 112b :單一圖案 13

Claims (1)

1. 201007817 P970078 290〇9twf.doc/n 七、申請專利範圍： I -種驗騎料層進行圖案化的方法 置莫ί供—材料層’其中該材料層上相繼形成有-第： 罩幕層及一第二硬罩幕層； 有第硬 多個:案傾第二硬“層’以在該第二硬罩幕層中形成 案化=部罩成:圖案化光阻層，其一 =圖案化光阻層及圖案化之該 作為罩幕圖案化該第-硬罩幕層； 样層共同 及移除該圖案化光阻層及圖案化之該第二硬罩幕層；以 層。用圖案化之該第—硬罩幕層作為罩幕圖案化該材料 圖宰第1賴叙驗騎料層進行 圃茱化的方法’其t該開口佈置成一陣列。 堤订 圖案^㈣之祕騎料層進行 罩幕層中。 令_口均勻且緊密地佈置在該第二硬 圖案化1項㈣之祕騎料層進行 每-該些狹槽暴露:=r中包括多個狹槽，且 八τ遠第一硬罩幕層與該第二硬罩幕層之 14 201007817 P970078 29009twf.doc/n 蝕刻選擇性比率大於2。 6. 如申請專利顧第丨項所叙用於騎料層 圖案化的方法，其中該第一硬罩幕層之材料選自氧化石夕、 氮化石夕' 氮化鈦、氧氮化秒、非晶碳、有機材料、富. 料、富碳材料以及多晶石夕所組成的群組中。 ❹ 7. 如申請專職圍第丨項所述之用於對材料層 圖案化的方法，其中該第二硬罩幕層之材料選自氧化石夕、 士化石夕、IL化鈦、氧氮化砍、抗反射塗層材料、有機材料、 备矽材料、富碳材料以及多晶矽所組成的群組中。 8. 如申請專鄉圍第丨項所述之驗對材料層進 ^化的方法，其中該圖案化材料層中形成有一開 案，且該開口圖案包括至少一單一開口圖案及至少一密隹 開口圖案。 來 =一種用於對材料層進行圖案化的方法，包括： 提供—材料層，其中該材料層上相繼形成有一第〜硬 罩幕層及一第二硬罩幕層； ^案傾第二硬轉層，以在該第二硬罩幕層中形成 夕固：開口’其中該些第一開口佈置成一均勻開口環境； 安π ί該第—硬罩幕層上形成—圖案化練層，其中該圖 木"阻包括多個狹槽，轉—該些狹槽暴露部份該些 —開口； 案化光阻層及圖案化之該第二硬罩幕層共同 作為罩幕，®t化料—硬罩幕層； 移除該圖案化光阻層及圖案化之該第二硬罩幕層；以 15 201007817 P970078 29009twf.doc/n 及 、/用圖案化之該第—硬罩幕層作為罩幕圖案化該材料 層進仃，使得暴露之該些第―開口被轉印至該材料層中， 以刀別形成多個第二開口，其中該些第二開口佈置以形 一非均勻開口環境。 1〇.如申請專利範圍第9項所述之用於對材料層進行 ❹

   =化的T法’其中該些第—開口均勻且f密地佈置在該 ’习開口 3^境中。 11. 如申請專利範圍第9項所述之用於對材料層進 •-化的方法’其中該第—開口佈置成—陣列。 12. 如申請專利範圍第9項所述之用於對材料層進行 化的方法’其中該第—硬罩幕層與該第二硬罩幕層之 虫刻選擇性比率大於2。 13.如申凊專利範圍第9項所述之用於對材料層 ==的方法’其中該第—硬罩幕層之材料選自氧化石夕『 料—2化欽、氧氮化石夕、非晶碳、有機材料、富石夕材 备石反材料以及多晶矽所組成的群組中。 圖案申請專利範圍第9項所述之用於對材料層進行 化石夕’其中該第二硬罩幕層之材料選氧化砍、氮 富矽松ί ΐ、氧氮化矽、抗反射塗層材料、有機材料、 材枓、虽碳材料以及多晶矽所組成的群缸中。 圖案Htt請專利範圍第9項所述之用於對材料層進行 案了的方法’其中該些第二開口共同形成—隨機開口圖 16 201007817 P970078 29009twf.doc/n 16. 如申請專利範圍第9項所述之用於對材料層進行 圖案化的方法，其中該非均勻開口環境包括至少一單一開 口圖案及至少一密集開口圖案。 17. 如申請專利範圍第16項所述之用於對材料層進 行圖案化的方法，其中該密集開口圖案包括緊密佈置的多 個第二開口。

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