專利名稱：一種制造亞光刻尺寸通路的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種制造亞光刻尺寸通路的方法，其中所得到的通路的亞光刻特征尺寸小于光刻系統(tǒng)的光刻極限。更具體地說，本發(fā)明涉及一種利用具有不同蝕刻速率的雙聚合物層制造亞光刻尺寸通路的方法，以形成具有小于光刻系統(tǒng)的光刻極限的亞光刻特征尺寸的通路。
背景技術(shù)：
在微電子工業(yè)中，在襯底上形成圖形特征的標(biāo)準(zhǔn)方法是采用熟知的光刻方法。典型地，光致抗蝕劑層涂覆在襯底材料上，然后用光源通過掩模對光致抗蝕劑層進(jìn)行曝光。掩模包括圖形特征，例如線條和間隔，這些特征被傳遞到光致抗蝕劑。在光致抗蝕劑被曝光后，應(yīng)用溶劑確定傳遞到光致抗蝕劑的圖形。通過這種處理生成的圖形通常被限制為線寬大于光刻準(zhǔn)直工具的最小分辨率λ，這一分辨率最終受用于對光致抗蝕劑進(jìn)行曝光的光源的光波長的限制。目前，光刻準(zhǔn)直工具的技術(shù)現(xiàn)狀是能印制小到100nm的線寬。
通過熟知的半導(dǎo)體處理，例如反應(yīng)離子蝕刻、離子研磨、等離子蝕刻或化學(xué)蝕刻，可將圖形化到光致抗蝕劑中的特征傳遞到襯底材料中。采用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體處理方法，能夠形成線寬λ或者間隔周期為2λ的柵格(也就是線間-隔序列)。
然而，在許多應(yīng)用中，采用盡可能小的線寬或周期是有利的。較小的線寬或周期意味著更高的性能和/或更高密度的電路。因而，微電子工業(yè)不斷尋求減小光刻系統(tǒng)的最小分辨率，進(jìn)而減小已圖形化襯底上的線寬或周期。由于電子工業(yè)受更快和更小電子器件需求的驅(qū)使，性能和/或密度的增加具有可觀的經(jīng)濟(jì)利益。通路僅僅是要求具有小于最小分辨率λ的特征尺寸(即亞光刻特征尺寸)的應(yīng)用的一個(gè)例子。
因而，需要得到一種制造亞光刻尺寸通路的方法，該通路具有小于光刻系統(tǒng)最小分辨率的特征尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的制造亞光刻尺寸通路的方法能滿足前面提及對小于光刻系統(tǒng)最小分辨率的特征尺寸的需求。
由光刻系統(tǒng)的最小分辨率帶來的特征尺寸限制可以通過在底層上淀積第一聚合物層然后在第一聚合物層上淀積第二聚合物層來解決。第一聚合物層不必是光敏的。另一方面，第二聚合物層必須是光敏的，以便能被以一定的圖形曝光。以光刻方式對第二聚合物層進(jìn)行圖形化以在其中形成蝕刻掩模，該蝕刻掩模具有處于用來對第二聚合物層圖形化的光刻系統(tǒng)的光刻極限內(nèi)的特征尺寸。應(yīng)用蝕刻處理去除第一聚合物層的除位于蝕刻掩模下的部分外的所有部分。
第一聚合物層的剩余部分具有第一蝕刻速率，第二聚合物層(即蝕刻掩模)具有第二蝕刻速率。當(dāng)對第一和第二聚合物層進(jìn)行各向同性蝕刻時(shí)，第一蝕刻速率被預(yù)先設(shè)定為快于第二蝕刻速率。對蝕刻掩模和第一聚合物層均進(jìn)行各向同性蝕刻，從而使得第一聚合物層在側(cè)向以比第二聚合物層快的速度溶解。第一聚合物層沿著確定了底層上的暴露表面的底層表面方向后退，且第一聚合物層沿著在確定蝕刻掩模上的底切部分的蝕刻掩模后退。各向同性蝕刻繼續(xù)進(jìn)行直至第一聚合物層已經(jīng)溶解為小于光刻極限的亞光刻特征尺寸。
然后，在暴露部分和除了底切部分以外的蝕刻掩模的所有部分上淀積介電層。介電層在鄰近第一聚合物層的位置形成通路側(cè)壁。通過移除(lift-off)處理，去除蝕刻掩模和第一聚合物層，以確定具有大致等于亞光刻極限的最小特征尺寸的亞光刻尺寸通路。
下面通過舉例方式說明的本發(fā)明的原理，通過下面結(jié)合附圖的的詳細(xì)說明容易了解對本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的底層的剖面圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的淀積在第一聚合物層上的第二聚合物層的剖面圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明對第二聚合物層進(jìn)行圖形化以在其中確定蝕刻掩模的剖面圖；圖4a和圖4b為根據(jù)本發(fā)明的位于蝕刻掩模之下的第一聚合物層的剖面圖；圖5和6為根據(jù)本發(fā)明的第一聚合物層和蝕刻掩模的各向同性蝕刻的剖面圖；圖7a和7b為根據(jù)本發(fā)明的淀積在蝕刻掩模和暴露部分上的介電層的剖面圖；圖8a和8b為根據(jù)本發(fā)明的亞光刻尺寸通路的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
在下面的詳細(xì)說明和幾幅圖中，相似的部分采用相似的標(biāo)號(hào)表示。
如為說明目的附圖中所示，本發(fā)明具體體現(xiàn)為一種制造亞光刻尺寸通路的方法。該方法包括在底層表面上淀積具有第一蝕刻速率的第一聚合物層，然后在第一聚合物層上淀積具有第二蝕刻速率的第二聚合物層。第二聚合物層是通過光刻方式被圖形化以在第二聚合物層上確定一蝕刻掩模。蝕刻掩模包括處于用來對第二聚合物層進(jìn)行圖形化的光刻系統(tǒng)的光刻極限內(nèi)的特征尺寸。如果光刻系統(tǒng)的光刻極限為λL，那么蝕刻掩模的特征尺寸大于或等于λL，對第一聚合物層進(jìn)行各向異性蝕刻以溶解第一聚合物層的沒有被蝕刻掩模覆蓋的部分。結(jié)果，在各向異性蝕刻以后，第一聚合物層和蝕刻掩模形成一延伸到底層以外的雙聚合物疊層。
第一聚合物層和蝕刻掩模被各向同性蝕刻從而使第一聚合物層基本在側(cè)向以比蝕刻掩模更快的速度進(jìn)行溶解。例如，在含氧等離子體中進(jìn)行的等離子體蝕刻可以用來蝕刻聚合物。第一聚合物層沿著底層表面后退，從而在底層表面上形成一個(gè)暴露表面。第一聚合物層還沿著蝕刻掩模后退，進(jìn)而在其上形成一個(gè)底切部分。各向同性蝕刻繼續(xù)進(jìn)行直至第一聚合物層已溶解為具有小于光刻極限的亞光刻特征尺寸。本質(zhì)上說，經(jīng)過各向同性蝕刻之后，蝕刻掩模和第一聚合物層的亞光刻特征尺寸形成一個(gè)似傘狀或蘑菇狀的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在在第一聚合物層和的亞光刻特征尺寸和底層的暴露表面的一部分上方撐開(over-span)。
介電層被淀積在底層的暴露部分和蝕刻掩模的除底切部分以外的幾乎所有部分上，使得蝕刻掩模的頂表面和側(cè)表面基本被介電層所覆蓋。不過，蝕刻掩模的底表面(即底切部分)不被介電層所覆蓋。而且，淀積在暴露部分上的介電層在鄰近第一聚合物層的位置處形成通路側(cè)壁。
將蝕刻掩模和第一聚合物層移除進(jìn)而確定一個(gè)具有大致等于亞光刻特征尺寸的最小特征尺寸的亞光刻尺寸通路。
在圖1中，襯底17中承載著底層15。底層15的表面14被表示成與襯底17的上表面12齊平。不過，底層15和表面14相互之間不必齊平，并且底層15可以具有非平坦表面。襯底17可以是一個(gè)介電材料層，例如二氧化硅(SiO2)或碳化硅(Si3N4)。底層15包含特征尺寸LF，該特征尺寸基本大于或等于用來對底層15進(jìn)行圖形化的光刻系統(tǒng)的光刻極限λL。例如，如果λL＝0.2μm，則LF≥λL且LF≥0.2μm。例如，如果要求底層15和表面14具有大致平的并且齊平的表面，底層15可以通過微電子領(lǐng)域中熟知的各種的方法在襯底17中形成，這些方法包括化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)或波紋(damascene)處理。
底層15可以圖形化成如圖1所示的離散段的形式，或底層15可以是一連續(xù)層(見圖8b中的標(biāo)號(hào)15)。在每一種情況中，底層15均具有基本大于或等于光刻極限λL的特征尺寸LF。
底層15可以導(dǎo)電材料。適于用作底層15的材料包括但不局限于金屬、鋁(Al)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉬(Mo)和銅(Cu)。
圖2中，第一聚合物層11淀積在底層15的表面14上。第一聚合物層不必要是光敏的。當(dāng)對第一聚合物層11進(jìn)行各向同性蝕刻時(shí)，第一聚合物層11具有第一蝕刻速率。
下一步，在第一聚合物層11上淀積第二聚合物層13。第二聚合物層13必須是光敏的，從而能以光刻方式對第二聚合物層13進(jìn)行圖形化。當(dāng)對第二聚合物層13進(jìn)行各向同性蝕刻時(shí)，第二聚合物層13具有第二蝕刻速率。在對第一和第二聚合物層(11、13)進(jìn)行各向同性蝕刻時(shí)，預(yù)先設(shè)置第一蝕刻速率快于第二蝕刻速率。
例如，第一聚合物層11的第一蝕刻速率至少約比第二聚合物層13的第二蝕刻速率快10.0％。另一個(gè)例子，第一聚合物層11的第一蝕刻速率比第二聚合物層13的第二蝕刻速率快約10.0％到20.0％。也就是說，在對第一和第二聚合物層(11、13)進(jìn)行各向同性蝕刻時(shí)，第一聚合物層11的側(cè)向蝕刻速率比第二聚合物層13的側(cè)向蝕刻速率快約10.0％到20.0％。前面提及的數(shù)值僅僅用作例子，第一蝕刻速率和第二蝕刻速率間的相對差值不局限于上述那些值。
第一聚合物層11和第二聚合物層13可以是光敏聚合物，盡管第一聚合物層11不必為光敏材料。相反，第二聚合物層13必須是光敏材料，例如光敏光致抗蝕劑材料。
在圖3中，第二聚合物層13是以光刻方式圖形化的。例如，其上具有特征23的掩模21被光源(未示出)發(fā)出的光(35、37)照射，特征23的掩模特征尺寸LM大于或等于用來對第二聚合物層13進(jìn)行圖形化的光刻系統(tǒng)的光刻極限λL。掩模特征尺寸LM可以基本等于特征尺寸LF。光37的一部分被特征23所阻擋，而光35的另一部分穿過掩模21并對第二聚合物層13曝光。第二聚合物層13的未被光35曝光的部分在第二聚合物層13中確定一蝕刻掩模(參見圖4a中的標(biāo)號(hào)19)。相反，可以對第二聚合物層13的材料進(jìn)行選擇以使被光線35曝光的第二聚合物層13的那些部分確定蝕刻掩模19。蝕刻掩模19具有在用于對蝕刻掩模19進(jìn)行圖形化的光刻系統(tǒng)的光刻極限λL內(nèi)(即LF≥λL)的特征尺寸LF。
在圖4a中，第二聚合物層13被以各向異性方式蝕刻，通常在光致抗蝕劑顯影液中，以溶解第二聚合物層13的除蝕刻掩模19外的所有部分。在圖4b中，蝕刻持續(xù)進(jìn)行直至第一聚合物層11的沒有被蝕刻掩模19所覆蓋的部分完全溶解。結(jié)果，蝕刻掩模19和第一聚合物層11形成延伸到底層15以外的雙聚合物疊層22。例如，顯影劑、溶劑或者反應(yīng)離子蝕刻可以用來對第一和第二聚合物層(11、13)進(jìn)行各向異性蝕刻。
在圖5中，第一聚合物層11和蝕刻掩模19被以各向同性方式進(jìn)行蝕刻。隨著各向同性蝕刻的進(jìn)行，第一聚合物層11基本沿著側(cè)向RL2以比也沿著側(cè)向RL1溶解的蝕刻掩模19更快的速率溶解。而且，隨著第一聚合物層11的溶解，它也沿著底層15的表面14進(jìn)行后退，從而形成不被第一聚合物層11覆蓋的暴露部分E。第一聚合物層11還沿著蝕刻掩模19的后退，從而在其上確定一個(gè)不被第一聚合物層11覆蓋的底切部分U。第一聚合物層11的較快的后退速度相對于蝕刻掩模19的較慢的后退速度，其結(jié)果是使得第一聚合物層11比特征尺寸LF窄。
第一聚合物層11和蝕刻掩模19可以采用各向同性蝕刻處理進(jìn)行蝕刻，各向同性蝕刻包括但不局限于濕蝕刻、等離子蝕刻和在含氧(O2)氣的等離子中進(jìn)行的蝕刻。另外，其他包括但不局限于氬(Ar)氣、氦(He)氣和含氟(F)氣體的氣體可以單獨(dú)或組合的形式加入氧(O2)氣中。含氟氣體包括但不局限于CF4、CHF3、C4F8或SF6。
在圖6中，等離子蝕刻持續(xù)進(jìn)行，直至第一聚合物層11已溶解至小于特征尺寸LF的亞光刻特征尺寸SF。由于第一聚合物層11和蝕刻掩模19的第一蝕刻速率和第二蝕刻速率的不同，蝕刻掩模19后退距離D2，第一聚合物層11后退大于D2的距離D1。為進(jìn)行圖示說明，，相對于表示各向同性蝕刻之前的第一聚合物層11和蝕刻掩模19輪廓的輪廓線19’(以虛線表示)測量距離D1和D2。亞光刻特征尺寸SF的最終值取決于應(yīng)用，并可以由于一些因素而變化，這些因素包括為第一聚合物層和第二聚合物層(11、13)選擇的材料以及為各向同性蝕刻處理選擇的條件和材料。亞光刻特征尺寸SF的最終值應(yīng)選擇成使其不小于由于蝕刻掩模19的質(zhì)量或者蝕刻掩模19和介電層25(參見圖7a和7b)的組合質(zhì)量而會(huì)導(dǎo)致第一聚合物層11破壞或倒塌的最小值。例如，亞光刻特征尺寸SF比特征尺寸LF或光刻極限λL小一定倍數(shù)，所述倍數(shù)的范圍是約0.40至約0.80。例如，如果LF＝λ1＝0.12μm，且倍數(shù)為0.50，則SF＝0.50*0.12μm＝0.060μm。
在圖7a中，介電層25淀積在底層15的暴露部分E和蝕刻掩模19的基本所有部分上；不過，介電層25不覆蓋蝕刻掩模19的底切部分U。介電層25形成位于第一聚合物層11附近位置的通路側(cè)壁27。介電層25可用的材料包括但不局限于例如氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)、氧化釔(Y2O3)、氮化硅(Si3Nx)和氮化鋁(AlN)。
圖7b中，介電層25覆蓋蝕刻掩模19的上表面31和側(cè)表面33，但是介電層25不覆蓋蝕刻掩模19的底表面39。底表面39與底切部分U是一致的。介電層25可以用化學(xué)汽相淀積(CVD)或者物理汽相淀積(PVD)淀積而成。PVD的例子有濺射和熱蒸發(fā)。當(dāng)用與第一和第二聚合物層(11、13)的材料為在高溫淀積處理情況下會(huì)劣化的聚合物時(shí)，淀積處理最好為低溫處理。在高溫情況下會(huì)劣化的聚合物的例子包括光致抗蝕劑材料。因而，選擇用于淀積介電層25的溫度應(yīng)該不超過使第一和第二聚合物層(11、13)發(fā)生損壞或破壞的溫度極限。
在圖8a中，第一聚合物層11和蝕刻掩模19被從底層15的表面14移除，從而確定包含基本等于亞光刻特征尺寸SF的最小特征尺寸的通路31。也就是說，通路31具有亞光刻特征尺寸。例如，第一聚合物層11和蝕刻掩模19的移除可以通過使用能溶解用于第一聚合物層11的材料的溶劑或者使用能溶解第一聚合物層11和蝕刻掩模19的溶劑來實(shí)現(xiàn)。通路31具有與表面14一致的底表面29和延伸到底表面29外的側(cè)壁表面27。
如上所述，底層15可以是如圖8b所示的連續(xù)層，其中具有多個(gè)形成在底層15上的亞光刻尺寸通路31。在圖8a和8b中，底層15包含基本大于或等于光刻極限λL的特征尺寸LF。光刻極限λL的實(shí)際值依賴于應(yīng)用，并依賴于應(yīng)用的光刻系統(tǒng)和使用的光波長等因素。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光刻極限λL可以大于或等于約0.10μm。
如上所述，亞光刻特征尺寸SF的實(shí)際值依賴于應(yīng)用，并依賴第一聚合物層11的材料和各向同性蝕刻處理的蝕刻時(shí)間等因素。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，亞光刻特征尺寸SF可小于約0.06μm。
雖然已經(jīng)公開和圖示說明了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，但是本發(fā)明不局限于所描述和示出的具體形式或部件配置。本發(fā)明僅由權(quán)利要求書的限定。
權(quán)利要求
1.一種制造亞光刻尺寸通路(31)的方法，包括在底層(15)的表面(14)上淀積第一聚合物層(11)，第一聚合物層(11)具有第一蝕刻速率；在第一聚合物層(11)上淀積第二聚合物層(13)，第二聚合物層(13)是光敏的并具有第二蝕刻速率，且其中第一蝕刻速率被預(yù)先設(shè)定成當(dāng)對第一和第二聚合物層(11、13)進(jìn)行各向同性蝕刻時(shí)快于第二蝕刻速率；將第二聚合物層(13)圖形化以在其中確定一蝕刻掩模(19)，蝕刻掩模(19)包含位于用來進(jìn)行圖形化的光刻系統(tǒng)的光刻極限λL范圍內(nèi)的特征尺寸；對第一聚合物層(11)進(jìn)行各向異性蝕刻以去除第一聚合物層(11)的未被蝕刻掩模(19)覆蓋的所有部分；對第一聚合物層(11)和蝕刻掩模(19)進(jìn)行各向同性蝕刻使得第一聚合物層(11)以比蝕刻掩模(19)快的速率基本沿側(cè)向(RL1)溶解，第一聚合物層(11)沿著底層(15)的表面(14)后退從而在其上確定一暴露表面(E)，并沿著蝕刻掩模(19)后退從而在其上確定一底切部分(U)，并繼續(xù)進(jìn)行蝕刻直至第一聚合物層(11)溶解到小于光刻極限λL的亞光刻特征尺寸SF；在底層(15)的暴露部分(E)和除了底切部分(U)以外的蝕刻掩模(19)的基本所有部分上淀積介電層(25)，介電層(25)在鄰近第一聚合物層(11)的位置形成通路側(cè)壁(27)；以及將第一聚合物層(11)和蝕刻掩模(19)移除從而形成具有基本等于亞光刻特征尺寸SF的最小特征尺寸的通路(31)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中底層(15)為一導(dǎo)電材料。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中導(dǎo)電材料是從包含金屬、鋁、鎢、鈦、鉬和銅的一組材料中選擇的材料。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中光刻極限λL大于或等于約0.10μm。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中亞光刻特征尺寸SF小于約0.06μm。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中亞光刻特征尺寸SF比光刻極限λL小一定倍數(shù)，所述倍數(shù)的范圍是約0.40至約0.80。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中介電層(25)由利用從包括化學(xué)汽相淀積、物理汽相淀積、濺射和熱蒸發(fā)的一組方法中選擇的一種方法淀積而成。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中移除步驟包括在溶劑內(nèi)將第一聚合物層(11)和蝕刻掩模(19)溶解。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中各向同性蝕刻步驟包括從由濕蝕刻、等離子蝕刻和在包含氧氣的等離子體中進(jìn)行蝕刻組成的組中選擇的一種處理。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中氧氣包含從氬氣、氦氣和含氟氣體中選擇的一種或多種氣體。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中介電層(25)是從由氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化釔、氮化硅和氮化鋁構(gòu)成的組中選擇的材料。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第一聚合物層(11)包括從由非光敏聚合物材料和光敏聚合物材料組成的組中選擇的材料。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第二聚合物層(13)由光敏光阻材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制造亞光刻尺寸通路(31)的方法。采用雙聚合物方法形成聚合物材料疊層，其中第一聚合物層(11)具有第一蝕刻速率，第二聚合物層(13)具有第二蝕刻速率。第一蝕刻速率被預(yù)先設(shè)定為當(dāng)對第一和第二聚合物層(11、13)進(jìn)行各向同性蝕刻時(shí)快于第二蝕刻速率。第二聚合物層(13)由光敏材料制成，且用作第一聚合物層的蝕刻掩模。蝕刻持續(xù)進(jìn)行直至第一聚合物層(11)具有小于光刻系統(tǒng)的光刻極限λ
文檔編號(hào)H01L21/302GK1453640SQ0312242
公開日2003年11月5日 申請日期2003年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月25日
發(fā)明者H·李, T·C·安東尼, L·T·特蘭 申請人:惠普公司