專利名稱：具有細(xì)微圖案的半導(dǎo)體元件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種具有細(xì)微圖案的半導(dǎo)體元件的制備方法，特別涉及ー種具有細(xì)微圖案的半導(dǎo)體元件的制備方法，其整合ニ層光致抗蝕劑層及一次曝光エ藝。
背景技術(shù)：
隨著元件集成度增加，半導(dǎo)體エ藝的光刻技術(shù)需要更高的解析度方可達(dá)到元件的精密度需求。光刻技術(shù)經(jīng)常應(yīng)用于半導(dǎo)體基板上制備電子元件或光電元件，通過(guò)光刻技術(shù)制備的光致抗蝕劑圖案則作為蝕刻或離子注入的掩模。因此，元件集成度取決于光致抗蝕劑圖案的細(xì)微程度。増加解析度的方法之ー是采用較短波長(zhǎng)的光源，例如采用氟化氪(KrF)激光所產(chǎn)生的深紫外光(波長(zhǎng)248納米)或氟化氬(ArF)激光所產(chǎn)生深紫外光(波長(zhǎng)193納米)做 為光刻曝光的光源。另ー種增加解析度的方法是采用雙重圖案化(double patterning)技術(shù)，其通過(guò)第一曝光/蝕刻エ藝在半導(dǎo)體基板上形成初步圖案，再通過(guò)在初步圖案上進(jìn)行第二曝光/蝕刻エ藝形成最終想要的圖案。然而，雙重圖案化技術(shù)必須進(jìn)行二次曝光エ藝，需要非常精密的對(duì)位技木。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種ー種具有細(xì)微圖案的半導(dǎo)體元件的制備方法，其整合ニ層光致抗蝕劑層及一次曝光エ藝。本發(fā)明的一實(shí)施例提供ー種具有細(xì)微圖案的半導(dǎo)體元件的制備方法，其包含下列步驟提供一半導(dǎo)體基板；形成一第一光致抗蝕劑層于該半導(dǎo)體基板上；形成一第二光致抗蝕劑層于該第一光致抗蝕劑層上；以及進(jìn)行一曝光エ藝以改變?cè)摰谝还庵驴刮g劑層的至少ー第一區(qū)域的狀態(tài)并改變?cè)摰诙庵驴刮g劑層的至少ー第二區(qū)域的狀態(tài)。公知雙重圖案化技術(shù)必須進(jìn)行二次曝光エ藝，需要非常精密的對(duì)位技術(shù)；相對(duì)地，本發(fā)明的實(shí)施例僅需要進(jìn)行一次曝光エ藝即可實(shí)現(xiàn)雙重圖案化技術(shù)，因此不需要精密的對(duì)位技術(shù)。上文已相當(dāng)廣泛地概述本發(fā)明的技術(shù)特征，以使下文的本發(fā)明詳細(xì)描述得以獲得較佳了解。構(gòu)成本發(fā)明的專利保護(hù)范圍標(biāo)的的其它技術(shù)特征將描述于下文。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員應(yīng)了解，可相當(dāng)容易地利用下文掲示的概念與特定實(shí)施例可作為修改或設(shè)計(jì)其它結(jié)構(gòu)或エ藝而實(shí)現(xiàn)與本發(fā)明相同的目的。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員也應(yīng)了解，這類等效建構(gòu)無(wú)法脫離所附的權(quán)利要求所界定的本發(fā)明的精神和范圍。


通過(guò)參照前述說(shuō)明及下列附圖，本發(fā)明的技術(shù)特征得以獲得完全了解。圖I為剖不圖,其例不本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體基板；圖2例不本發(fā)明一實(shí)施例的曝光エ藝；
圖3為剖不圖,其例不本發(fā)明一實(shí)施例的曝光光束的應(yīng)用；圖4為剖示圖，其例示本發(fā)明ー實(shí)施例的第二光致抗蝕劑層的顯影エ藝；圖5及圖6為剖示圖，其例示本發(fā)明ー實(shí)施例的第一光致抗蝕劑層的蝕刻エ藝；以及圖7及圖8為剖示圖，其例示本發(fā)明ー實(shí)施例的目標(biāo)層的蝕刻エ藝。上述附圖中的附圖標(biāo)記說(shuō)明如下11半導(dǎo)體基板13目標(biāo)層
15 孔洞21第一光致抗蝕劑層23第一區(qū)域25其它區(qū)域27 開ロ29 開ロ31第二光致抗蝕劑層33第二區(qū)域35其它區(qū)域37 開ロ43 間距45 間距50光掩模51透光基板53遮光圖案60曝光光束61 波峰63 波谷65臨限強(qiáng)度67臨限強(qiáng)度100半導(dǎo)體元件
具體實(shí)施例方式圖I至圖8例示本發(fā)明ー實(shí)施例的具有細(xì)微圖案的半導(dǎo)體元件100的制備方法。圖I為剖示圖，其例示本發(fā)明ー實(shí)施例的半導(dǎo)體基板U。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，首先在該半導(dǎo)體基板11 (例如硅基板)上形成一目標(biāo)層13 (例如氧化物層)；之后，通過(guò)涂布エ藝以形成一第一光致抗蝕劑層21于該目標(biāo)層13上以及ー第二光致抗蝕劑層31于該第一光致抗蝕劑層21上。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該第二光致抗蝕劑層31直接形成于該第一光致抗蝕劑層21上，也即該第一光致抗蝕劑層21及該第二光致抗蝕劑層31之間沒(méi)有中間層。圖2例示本發(fā)明ー實(shí)施例的曝光エ藝。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該曝光エ藝使用的光掩模50包含一透光基板51及遮光圖案53，且光源的光線通過(guò)該光掩模50時(shí)形成一曝光光束60,其具有一弦波狀的強(qiáng)度分布。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該曝光光束60包含一波峰61,其強(qiáng)度大于該第一光致抗蝕劑層21的臨限強(qiáng)度65。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該曝光光束60包含一波谷63，其強(qiáng)度小于該第二光致抗蝕劑層31的臨限強(qiáng)度67。圖3為剖不圖,其例不本發(fā)明一實(shí)施例的曝光光束60的應(yīng)用。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，使用該曝光光束60對(duì)該第一光致抗蝕劑層21及該第二光致抗蝕劑層31進(jìn)行曝光工藝。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該曝光光束60在該曝光工藝中改變?cè)摰谝还庵驴刮g劑層21的至少一第一區(qū)域23的狀態(tài)并改變?cè)摰诙庵驴刮g劑層31的至少一第二區(qū)域33的狀態(tài)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該第二光致抗蝕劑層31的至少一第二區(qū)域33覆蓋該第一光致抗蝕劑層21的至少一第一區(qū)域23。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該第二光致抗蝕劑層31為負(fù)光致抗蝕劑層，其在該曝光工藝之前對(duì)一預(yù)定顯影液呈可溶狀態(tài)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該曝光光束60在該曝光工藝中將該第二光致抗蝕劑層31的第二區(qū)域33從對(duì)該預(yù)定顯影液呈可溶狀態(tài)轉(zhuǎn)換成不可溶 狀態(tài)，而該第二光致抗蝕劑層31的其它區(qū)域35則仍保持對(duì)該預(yù)定顯影液呈可溶狀態(tài)。特而言之，該第二光致抗蝕劑層31的其它區(qū)域35在該曝光光束60的波谷63下方，其曝露的光劑量(強(qiáng)度)小于該第二光致抗蝕劑層31的臨限強(qiáng)度67，因此該第二光致抗蝕劑層31的其它區(qū)域35仍保持對(duì)該預(yù)定顯影液呈可溶狀態(tài)。相對(duì)地，該第二光致抗蝕劑層31的第二區(qū)域33并非在該曝光光束60的波谷63下方，其曝露的光劑量(強(qiáng)度)大于該第二光致抗蝕劑層31的臨限強(qiáng)度67，因此該第二光致抗蝕劑層31的第二區(qū)域33從對(duì)該預(yù)定顯影液呈可溶狀態(tài)轉(zhuǎn)換成不可溶狀態(tài)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該第一光致抗蝕劑層21為正光致抗蝕劑層，其在該曝光工藝之前對(duì)一預(yù)定顯影液呈不可溶狀態(tài)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該曝光光束60在該曝光工藝中將該第一光致抗蝕劑層21的第一區(qū)域23從對(duì)該預(yù)定顯影液呈不可溶狀態(tài)轉(zhuǎn)換成可溶狀態(tài)，而該第一光致抗蝕劑層21的其它區(qū)域25則仍保持對(duì)該預(yù)定顯影液呈不可溶狀態(tài)。特而言之，該第一光致抗蝕劑層21的第一區(qū)域23在該曝光光束60的波峰61下方,其曝露的光劑量(強(qiáng)度)大于該第一光致抗蝕劑層21的臨限強(qiáng)度65，因此該第一光致抗蝕劑層21的第一區(qū)域23從對(duì)該預(yù)定顯影液呈不可溶狀態(tài)轉(zhuǎn)換成可溶狀態(tài)。相對(duì)地，該第一光致抗蝕劑層21的的其它區(qū)域25并非在該曝光光束60的波峰61下方，其曝露的光劑量(強(qiáng)度)小于該第一光致抗蝕劑層21的臨限強(qiáng)度65，因此該第一光致抗蝕劑層21的其它區(qū)域25仍保持對(duì)該預(yù)定顯影液呈不可溶狀態(tài)。圖4為剖示圖，其例示本發(fā)明一實(shí)施例的第二光致抗蝕劑層31的顯影工藝。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，使用該第二光致抗蝕劑層31的顯影液選擇性地去除該第二光致抗蝕劑層31的可溶區(qū)域35 (設(shè)置于該曝光光束60的波谷63下方)，以便在該第二光致抗蝕劑層31之中形成一開口 37。圖5及圖6為剖示圖，其例示本發(fā)明一實(shí)施例的第一光致抗蝕劑層21的蝕刻工藝。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，使用該第二光致抗蝕劑層31作為蝕刻掩模，進(jìn)行一干蝕刻工藝以局部去除該第一光致抗蝕劑層21而在該開口 37的下方形成一開口 27，且該干蝕刻工藝也一并去除該第二光致抗蝕劑層31，如圖5所示。之后，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，使用該第一光致抗蝕劑層21的顯影液選擇性地去除該第一光致抗蝕劑層21的可溶區(qū)域23 (設(shè)置于該曝光光束60的波峰61下方)，以便在該第一光致抗蝕劑層21之中形成多個(gè)開口 29，如圖6所示。特而言之，該開口 29形成于該第一光致抗蝕劑層21的圖案化工藝，該開口 27則形成于該第二光致抗蝕劑層31的圖案化工藝。此外，該多個(gè)開口 29之間的間距45顯然大于該開口 29與該開口 27之間的間距43 ;換言之，僅僅使用該第一光致抗蝕劑層21的圖案化程序只能形成具有較大間距45的圖案(即開口 29);相對(duì)地，使用該第一光致抗蝕劑層21及該第二光致抗蝕劑層31整合的雙重圖案化工藝則可形成具有較小間距43的圖案(即開口 29及開口 27)。圖7及圖8為剖示圖，其例示本發(fā)明一實(shí)施例的目標(biāo)層13的蝕刻工藝。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，使用該第一光致抗蝕劑層21作為蝕刻掩模，進(jìn)行一干蝕刻工藝以選擇性地局部去除在該開口 27及該開口 29下方的目標(biāo)層13而 形成多個(gè)孔洞15，如圖5所示。之后，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，將該第一光致抗蝕劑層21去除以完成該半導(dǎo)體元件100，如圖
8所示。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該目標(biāo)層13的孔洞15可為該半導(dǎo)體元件100的接觸洞，其曝露該半導(dǎo)體基板11的擴(kuò)散區(qū)(可為晶體管的源/漏極)。公知雙重圖案化技術(shù)必須進(jìn)行二次曝光工藝，需要非常精密的對(duì)位技術(shù)；相對(duì)地，本發(fā)明的實(shí)施例僅需要進(jìn)行一次曝光工藝，因此不需要精密的對(duì)位技術(shù)，即可實(shí)現(xiàn)雙重圖案化技術(shù)。本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)已揭示如上，然而本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員應(yīng)了解，在不背離所附權(quán)利要求所界定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)，本發(fā)明的啟示及揭示可作種種的替換及修飾。例如，上文揭示的許多工藝可以不同的方法實(shí)施或以其它工藝予以取代，或者采用上述二種方式的組合。此外，本發(fā)明的權(quán)利范圍并不局限于上文揭示的特定實(shí)施例的工藝、機(jī)臺(tái)、制造、物質(zhì)的成份、裝置、方法或步驟。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員應(yīng)了解，基于本發(fā)明啟示及揭示工藝、機(jī)臺(tái)、制造、物質(zhì)的成份、裝置、方法或步驟，無(wú)論現(xiàn)在已存在或日后開發(fā)的，其與本發(fā)明實(shí)施例揭示的以實(shí)質(zhì)相同的方式執(zhí)行實(shí)質(zhì)相同的功能，而達(dá)到實(shí)質(zhì)相同的結(jié)果，也可使用于本發(fā)明。因此，所附的權(quán)利要求用以涵蓋用以此類工藝、機(jī)臺(tái)、制造、物質(zhì)的成份、裝置、方法或步驟。
權(quán)利要求
1.ー種具有細(xì)微圖案的半導(dǎo)體元件的制備方法，包含下列步驟 提供一半導(dǎo)體基板； 形成一第一光致抗蝕劑層于該半導(dǎo)體基板上； 形成一第二光致抗蝕劑層于該第一光致抗蝕劑層上；以及 進(jìn)行ー曝光エ藝以改變?cè)摰谝还庵驴刮g劑層的至少ー第一區(qū)域的狀態(tài)并改變?cè)摰诙庵驴刮g劑層的至少ー第二區(qū)域的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體元件的制備方法，其中該第一光致抗蝕劑層為正光致抗蝕劑層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體元件的制備方法，其中該第二光致抗蝕劑層為負(fù)光致抗蝕劑層。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體元件的制備方法，其中該第二光致抗蝕劑層的第二區(qū)域覆蓋該第一光致抗蝕劑層的至少ー第一區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體元件的制備方法，其中該曝光エ藝將該第一光致抗蝕劑層的第一區(qū)域從不可溶狀態(tài)轉(zhuǎn)換成可溶狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體元件的制備方法，其中該曝光エ藝將該第二光致抗蝕劑層的第二區(qū)域從可溶狀態(tài)轉(zhuǎn)換成不可溶狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體元件的制備方法，其中在該曝光エ藝之后，該第一光致抗蝕劑層包含至少ー第一可溶區(qū)域，該第二光致抗蝕劑層包含至少ー第二可溶區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體元件的制備方法，該第二可溶區(qū)域不是設(shè)置于該第一可溶區(qū)域的正上方。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體元件的制備方法，另包含進(jìn)行ー顯影步驟以去除該第ニ可溶區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體元件的制備方法，另包含進(jìn)行ー蝕刻エ藝以局部去除在該第二可溶區(qū)域下方的第第一光致抗蝕劑層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體元件的制備方法，其中該蝕刻エ藝使用該第二光致抗蝕劑層作為蝕刻掩摸。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體元件的制備方法，另包含進(jìn)行ー顯影步驟以去除該第一可溶區(qū)域。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體兀件的制備方法，其中該曝光エ藝施加一曝光光束于該第一光致抗蝕劑層及該第二光致抗蝕劑層，該曝光光束具有一弦波狀的強(qiáng)度分布。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體元件的制備方法，其中該曝光光束包含一波峰，其強(qiáng)度大于該第一光致抗蝕劑層的臨限強(qiáng)度。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體兀件的制備方法,其中該曝光光束包含一波谷,其強(qiáng)度小于該第二光致抗蝕劑層的臨限強(qiáng)度。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體元件的制備方法，其中該至少一第一區(qū)域?yàn)榭扇軈^(qū)域，該至少一第二區(qū)域?yàn)椴豢扇軈^(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體元件的制備方法，其中該第一光致抗蝕劑層及該第ニ光致抗蝕劑層之間沒(méi)有中間層。
全文摘要
本發(fā)明的一實(shí)施例提供一種具有細(xì)微圖案的半導(dǎo)體元件的制備方法，其包含下列步驟提供一半導(dǎo)體基板；形成一第一光致抗蝕劑層于該半導(dǎo)體基板上；形成一第二光致抗蝕劑層于該第一光致抗蝕劑層上；以及進(jìn)行一曝光工藝以改變?cè)摰谝还庵驴刮g劑層的至少一第一區(qū)域的狀態(tài)并改變?cè)摰诙庵驴刮g劑層的至少一第二區(qū)域的狀態(tài)。公知雙重圖案化技術(shù)必須進(jìn)行二次曝光工藝，需要非常精密的對(duì)位技術(shù)；相對(duì)地，本發(fā)明的實(shí)施例僅需要進(jìn)行一次曝光工藝即可實(shí)現(xiàn)雙重圖案化技術(shù)，因此不需要精密的對(duì)位技術(shù)。
文檔編號(hào)G03F7/00GK102646576SQ201110097429
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月18日
發(fā)明者危明康, 曾盈崇, 王逸銘, 黃沛霖 申請(qǐng)人:南亞科技股份有限公司