專利名稱：雙層光阻的形成方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種雙層光阻的形成方法及其應用，特別是指一種在一圖案化(patterned)的光阻層上形成另一圖案化的光阻層的方法及其應用。
背景技術：
隨著罩幕式(mask)內(nèi)存的記憶單元(memory cell)越來越小，要使用單一的一道光罩與一微影工序，來定義記憶單元中所要被編碼布值(codeimplantation)之處也變的更加困難。因此，制程便發(fā)展出兩道光罩與兩道微影工序。圖1A為內(nèi)存單元中的N溝道金屬氧化物半導體(NMOS)制作完成時的俯視圖；圖1B為圖1A沿著AA’線的剖面圖。埋藏式位線(buried bitlines)10與字符線(word lines)12交錯排列。每兩個埋藏式位線之間的一字符線所在的位置，即為一NMOS。進行編碼相關制程時，先沉積硬光罩層14(譬如氧化硅)(見圖2B)。然后進行一道微影工序(用一所謂編碼前光罩pre-codemask)，大致在埋藏式位線上形成平行的光阻線條16，如同圖2A與圖2B所示。接著，去除光阻線條16未覆蓋的部分硬光罩層14，而后去除掉光阻線條16。然后，以另一道微影工序(用一所謂編碼光罩code mask)來形成另一光阻層18，以定義出要接受編碼布值的記憶單元，如圖3A與圖3B所示。而記憶單元中，沒有被光阻層18與硬光罩層14所覆蓋的區(qū)域?qū)艿胶罄m(xù)離子布值工序而影響其邏輯值。
由以上的工序流程可知，當記憶單元的NMOS完成后，到編碼完成之間，至少需要經(jīng)歷兩次微影工序、一次沉積(deposition)工序、一次蝕刻工序、一次去光阻工序以及一次離子布值工序。不論是對于物料或是管理，這樣的流程將會耗費很多的成本。
需要如此復雜工序的原因，在于后續(xù)的光阻層直接涂布在先前的光阻層上時，后續(xù)的光阻層中的溶劑，將會與先前的光阻層溶解而改變先前的光阻層已經(jīng)定義好的圖案。所以，才需要一個硬光罩層來轉換圖案。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的，在于提供一種雙層光阻的形成方法，能夠在形成一第二層光阻層之時，不會影響到第一層光阻層。
本發(fā)明的另一目的，在于提供雙層光阻的應用，節(jié)省工序步驟并大幅降低制造成本。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明提出一種雙層光阻的形成方法。首先在一基體(substrate)上，形成圖案化(patterned)的一第一光阻層。接著固化該第一光阻層，使該第一光阻層不溶于光阻溶劑(resist solvent)。然后在被固化的該第一光阻層上，形成圖案化的一第二光阻層。
固化的方法可以用離子布值工序或是電漿工序來改變第一光阻層的表面特性，使其不溶于該第二光阻層中的光阻溶劑。如此，可以兩個具有不同圖案的光阻層重迭在一起，可以有效的減少制造成本。
該離子布值的能量是為10至50Kev，該離子布值的摻雜濃度是為1013至1015ion/cm2。
本發(fā)明另提出一種對罩幕式(mask)只讀存儲器(read only memory，ROM)的編碼方法。首先，提供一基體，該基體上具有一罩幕式ROM陣列(array)，由多個記憶單元所構成。接著，在該罩幕式ROM陣列上，形成具有重復性圖案的一第一光阻層，用以遮掩每一記憶單元的部分區(qū)域。然后，固化該第一光阻層，使該第一光阻層不溶于光阻溶劑(resist solvent)。在被固化的該第一光阻層上，形成圖案化的一第二光阻層，用以遮掩該罩幕式ROM陣列的部分區(qū)域。最后，進行一編碼布值工序code implantation)，以改變沒有被該第二光阻層遮掩的記憶單元的邏輯狀態(tài)。
該第一光阻層是大致地遮掩該罩幕式只讀存儲器陣列中的多條位線，每一位線是由一半導體摻雜區(qū)所構成。
固化該第一光阻層的步驟是以氮或是氬對該第一光阻層進行離子布值。
該離子布值的能量是為10至50Kev，該離子布值的摻雜濃度是為1013至1015ion/cm2。
固化該第一光阻層的步驟是為一具有氬氣的電漿工序。
本發(fā)明的另一個應用在于接觸洞(contact hole)或是介層窗(via hole)的形成方法。該形成方法包含有下列步驟1)提供一基體(substrate)，該基體的表面具有一介電層；2)在該介電層上，形成具有大致平行的第一溝圖案的一第一光阻層；3)固化該第一光阻層，使該第一光阻層不溶于光阻溶劑(resistsolvent)；4)在被固化的該第一光阻層上，形成具有大致平行的第二溝圖案的一第二光阻層，該第二溝圖案與該第一溝圖案大致垂直；5)去除該第二溝圖案與該等第一溝圖案交錯處下的該介電層，以形成至少一孔洞。
固化該第一光阻層的步驟是以氮或是氬對該第一光阻層進行離子布值。
該離子布值的能量是為10至50Kev，該離子布值的摻雜濃度是為1013至1015ion/cm2。
固化該第一光阻層的步驟是為一具有氬氣的電漿工序。
該介電層主要是為二氧化硅。
本發(fā)明的另一個應用在于雙鑲嵌(dual damascene)結構的制作方法。該制作方法包含有下列步驟1)提供一基體，該基體的表面具有一介電層；2)在該介電層上，形成具有多個孔洞圖案的一第一光阻層；3)固化該第一光阻層，使該第一光阻層不溶于光阻溶劑(resist solvent)；4)在被固化的該第一光阻層上，形成具有多個溝槽圖案的一第二光阻層；5)以該第一光阻層作為罩幕，蝕刻該介電層以使該等孔洞圖案移轉至該介電層上；以及6)以該第二光阻層作為罩幕，蝕刻該第一光阻層與該介電層，以使該些溝槽圖案移轉至該介電層上。
移轉該些孔洞圖案與移轉該些溝槽圖案的二步驟是在同一制程基臺中處理。
固化該第一光阻層的步驟是以氮對該第一光阻層進行離子布值。
該離子布值的能量是為10至50Kev，該離子布值的摻雜濃度是為1013至1015ion/cm2單位。
固化該第一光阻層的步驟是為一具有氬氣的電漿工序。
該介電層主要是為二氧化硅。
本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明形成兩個圖案化且直接堆棧的光阻層于一基體上，至于圖布一比較上層(upper)的光阻層時，其中的光阻溶劑會對比較下層的光阻層所產(chǎn)生的影響，則靠一個光阻處理步驟，將下層光阻層的表面特性改變，使光阻溶劑不再溶解下層光組層的表面，進而使下層光組層受到保護，從而節(jié)省工序步驟并大幅降低制造成本。本發(fā)明運用于接觸洞或是穿越洞的形成時，可以制作出比先前技術更小的孔洞。運用于雙鑲嵌工序時，可以使原本在兩個蝕刻機臺分別轉移孔洞圖以及溝槽圖案的動作，合并在同一蝕刻機臺進行。
本發(fā)明還將結合附圖對實施例作進一步詳述


圖1A為內(nèi)存單元中之NMOS制作完成時的俯視圖；圖1B為圖1A沿著AA’線的剖面圖；圖2A為圖1A增加編碼前光罩圖案的俯視圖；圖2B為以硬光罩實施時，圖2A沿著AA’線的剖面圖；圖3A為圖2A編碼光罩圖案的俯視圖；圖3B為以硬光罩實施時，圖3A沿著AA’線的剖面圖；圖4A至圖4C為本發(fā)明之雙層光阻形成過程中的基體剖面圖；圖5A為，運用本發(fā)明時，圖2A的AA’線剖面圖；圖5B為，運用本發(fā)明時，圖3A的AA’線剖面圖；圖6A為運用本發(fā)明之一圖案化第一光阻層的俯視圖；圖6B為圖6A沿著BB’線方向的芯片剖面圖；圖7A為運用本發(fā)明之一圖案化第二光阻層的俯視圖；圖7B為圖7A沿著BB’線方向的芯片剖面8為圖7A蝕刻孔洞后的完成圖；圖9A為一具有孔洞的第一光阻層俯視圖；圖9B為圖9A的一種芯片剖面圖；圖10為圖9B的光阻層被固化后的示意圖；圖11A為圖10的第一光阻層上形成一第二光阻層的俯視圖；圖11B為圖11A的一種芯片剖面圖；以及圖12為圖11A與圖11B經(jīng)過蝕刻以及去光阻工序后的完成圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的精神在于形成兩個圖案化且直接堆棧的光阻層于一基體上。至于圖布一比較上層(upper)的光阻層時，其中的光阻溶劑會對比較下層的光阻層所產(chǎn)生的影響，則靠一個光阻處理步驟，將下層光阻層的表面特性改變。使光阻溶劑不再溶解下層光組層的表面，進而使下層光組層受到保護。
圖4A至圖4C為本發(fā)明的雙層光阻形成過程中的基體剖面圖。第一步驟是在基體30上形成圖案化的一第一光阻層32，如圖4A所示。一般的微影工序都可以達到此目的。第二步驟是固化第一光阻層32，使得第一光阻層32的表面產(chǎn)生化學變化，不再溶于光阻溶劑，如第4B圖所示。固化的方法有許多種，譬如用氬(Ar)或氮來對第一光阻層32進行離子布值，離子布值的能量可以為10至50Kev，該離子布值的摻雜濃度可以為1013至1015ion/cm2。另一種固化的方法是將基體30以及第一光阻層32一起放入一氬氣的電漿環(huán)境中，利用電漿工序來改變第一光阻層32的表面特性。接著的步驟，是形成另一個圖案化的光阻層(第二光阻層34)，如圖4C所示。因為第一光阻層32的表面已經(jīng)不再溶于光阻溶劑了，所以第二光阻層34便可以直接在第一光阻層32上圖布、曝光以及顯影。這樣便完成了雙層光阻的結構，后續(xù)可以進行流程要求所需的蝕刻或是離子布值等工序。
這樣雙層光阻結構可以有許多種應用。以下為三個應用的實施例，均可以達到節(jié)省工序步驟與制造成本的目的。
第一實施例本發(fā)明的雙層光阻結構可以用于罩幕式(mask)只讀存儲器(read onlymemory，ROM)的編碼方法。
首先，在一半導體基體11上形成一罩幕式ROM陣列(array)，由多個記憶單元所構成，如圖1A以及圖1B圖所示。罩幕式ROM陣列中具有多條以摻雜區(qū)構成的埋藏式位線10，以及多條以多晶硅構成的字符線(wordlines)12。每兩個埋藏式位線10之間的一字符線12所在的位置，即為一記憶單元。
圖5A為，圖2A運用本發(fā)明時的AA’線剖面圖。接著，如圖2A以及圖5A所示，在罩幕式ROM陣列上，形成具有重復性圖案的一第一光阻層16，用以遮掩每一記憶單元的部分區(qū)域。在圖2A以及圖5A中，顯影后的第一光阻層16為平行的多條線，直接貼在字符線12上，是大致地對應遮掩該罩幕式ROM陣列中的埋藏式位線10，位于埋藏式位線10的正上方。
接著，固化該第一光阻層16的表面，使第一光阻層16不溶于光阻溶劑。而固化的方法已經(jīng)于之前詳述，在此不再多述。
圖5B為，圖3A運用本發(fā)明時的AA’線剖面圖。接著，在被固化的第一光阻層16上，形成圖案化的一第二光阻層18，用以遮掩罩幕式ROM陣列的部分區(qū)域，如第3A圖以及圖5B所示。第二光阻層18的圖案是依據(jù)編碼的需求而設計，對于不同的記憶單元，可能有開口與關閉不同的情形，以表示不同的邏輯值(0或1)。
接著，進行一編碼布值工序(code implantation)，以改變沒有被第二光阻層18遮掩的記憶單元的邏輯狀態(tài)。譬如說，以硼(Boron)離子進行離子布值。如果每個記憶單元是一個NMOS的話，被離子布值處理到的NMOS，或是沒有被第二光阻層18或是第一光阻層16遮蔽到的NMOS，其臨界電壓將被升高。
與公知的硬光罩層的編碼方法相比較，此實施例的編碼方法完全不用形成硬光罩層，同時，在編碼布值工序之后，可以僅僅用一次的去光阻工序，便去除第一光阻層16以及第二光阻層18。本實施例于記憶單元的NMOS完成后，到編碼完成之間，只需要經(jīng)歷兩次微影工序以及一次離子布值工序，大幅的節(jié)省制造上的復雜度以及相對應的成本。
第二實施例本發(fā)明可運用在半導體制程中，孔洞(接觸洞contact hole或是穿越洞viahole)的形成方法。
半導體芯片上的孔洞大多是形成在介電層(譬如氧化硅或是氮化硅)中，因此，形成孔洞的第一步驟便是提供帶有一介電層的一半導體基體。
請參閱圖6A以及圖6B。圖6A為運用本發(fā)明的一圖案化第一光阻層的俯視圖；圖6B為圖6A沿著BB’線方向的芯片剖面圖。如圖6A以及圖6B所示，接著，在介電層40上，形成具有大致平行的第一溝圖案44的一第一光阻層42。
接著，固化第一光阻層42，使第一光阻層42不溶于光阻溶劑。而固化的方法已經(jīng)于之前詳述，在此不再多述。
請參閱圖7A與圖7B。圖7A為運用本發(fā)明的一圖案化第二光阻層的俯視圖；圖7B為圖7A沿著BB’線方向的芯片剖面圖。在被固化的第一光阻層42上，形成有具有大致平行的第二溝圖案46的一第二光阻層48。第二溝圖案46與第一溝圖案44大致垂直。
接著進行一蝕刻工序，以去除第二溝圖案46與第一溝圖案44交錯處下的介電層40，以形成至少一孔洞，如同圖8所示。利用第一光阻層以及第二光阻層作為罩幕，實施非等向性蝕刻，去除部份的介電層40，并停止在一或數(shù)個特定層上。在圖8中，蝕刻制程停止在柵極以及源極漏極的上方，剛好作為下方組件(NMOS)的接觸洞。
公知技術所知道的，如果想要直接形成具有孔洞圖案的一光阻層，當孔洞的直徑接近或是小于曝光臺解析極限(resolution limit)時，要曝開孔洞便會相當?shù)睦щy。但是，相對的，在同一解析極限下，曝開溝圖案便比曝開孔洞容易的多。因此，本實施例運用兩次的微影工序，每一次微影工序曝出一個溝圖案。利用兩個溝圖案的交集，來定義出孔洞的位置。如此的方法，便可以克服公知技術的困難，形成具有小直徑的孔洞。而且，相較于一次微影工序形成一具有孔洞圖案的光阻層，依據(jù)本發(fā)明的工序流程上，僅僅是增加了多一次的微影工序以及一光阻硬化工序，并不會增加太多制造成本。
第三實施例本發(fā)明可運用于半導體制程中，雙鑲嵌(dual damascene)結構的制作方法。
一般的雙鑲嵌結構是用于制作半導體組件的相互連結線(inter-connection line)。雙鑲嵌結構多是制作于一半導體基體50上的一介電層52。介電層52可以是氧化硅、氮化硅或是多層式復合的介電層。
運用本發(fā)明制作雙鑲嵌結構時，先在介電層52上形成多孔洞圖案56的一第一光阻層58，如圖9A以及圖9B所示。圖9A為一具有孔洞圖案56的第一光阻層58俯視圖；圖9B為圖9A的一種芯片剖面圖。此第一光阻層58定義了將于介電層52上形成的穿越洞的位置。
接著，固化第一光阻層58，使第一光阻層58不溶于光阻溶劑，如圖10所示。而固化的方法已經(jīng)于之前詳述，在此不再多述。
接著，在被固化的該第一光阻層58上，形成具有多溝槽圖案60的一第二光阻層62，如圖11A以及圖11B所示。圖11A為圖10的第一光阻層58上形成一第二光阻層62的俯視圖；圖11B為圖11A的一種芯片剖面圖。此第二光阻層62定義了將于介電層52表面形成的金屬線的位置。
接著，以第一光阻層58作為罩幕，蝕刻該介電層52以使該些孔洞圖案56移轉至該介電層52上。蝕刻時，可以以下方的金屬層54作為蝕刻停止層來控制制程機臺。適當?shù)恼{(diào)整蝕刻機臺的參數(shù)，可以盡量不去除第一以及第二光阻層(58、62)，但是，去除裸露的介電層52。
接著，以第二光阻層62作為罩幕，蝕刻第一光阻層58與介電層50，以使等溝槽圖案60移轉至介電層52上。蝕刻時，可以以停止點(end-point)的方式，先去除沒有被第二光阻層62遮蔽的第一光阻層58。此時，因為第一光阻層58與第二光阻層62的材料相同，第二光阻層62也可以同時被去除，但是，第二光阻層62的溝槽圖案60，因為光阻厚度的差異，是依然要保留而存在的。接著，如果介電層52為單一材質(zhì)，則以時間模式(time-mode)，以固定的蝕刻時間，去除沒有被第二層光阻62圖案遮蔽、一定厚度的介電層52，如此，移轉溝槽圖案60至介電層52上。如果介電層52為復合材料(具有多個不同材質(zhì)的層)，則可能可以用停止點的方式，蝕刻停止在介電層52中的某個位置，達成移轉溝槽圖案60至介電層52上的目的。
需注意的是，因為轉移孔洞圖案以及轉移溝槽圖案為連續(xù)的兩個蝕刻動作，所以，在工序流程中，可以在同一蝕刻機臺中進行，以節(jié)省工序流程上的控制。
如圖12所示，光阻去除后，雙鑲嵌結構便完成，其中，介電層的下半部具有孔洞，而上半部具有溝槽。
本發(fā)明的雙層光阻形成方法直接將兩層圖案化的光阻直接重迭在一起，具有簡化工序流程的好處。運用于罩幕式(mask)只讀存儲器(read onlymemory，ROM)的編碼方法時，可以大幅節(jié)省制造成本。運用于接觸洞或是穿越洞的形成時，可以制作出比先前技術更小的孔洞。運用于雙鑲嵌工序時，可以使原本在兩個蝕刻機臺分別轉移孔洞圖以及溝槽圖案的動作，合并在同一蝕刻機臺進行。因此，可明顯看出本發(fā)明的實用與進步性。
本發(fā)明雖以較佳實施例揭示如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此項技術的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當然可以做適當?shù)母鼊优c潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求所確定的范圍為準。
權利要求
1.一種雙層光阻的形成方法，包含有提供一基體；在該基體上，形成圖案化的一第一光阻層；固化該第一光阻層，使該第一光阻層不溶于光阻溶劑；以及在被固化的該第一光阻層上，形成圖案化的一第二光阻層。
2.如權利要求1所述的形成方法，其特征在于固化該第一光阻層的步驟是以氬或是氮對該第一光阻層進行離子布值。
3.如權利要求2所述的形成方法，其特征在于該離子布值的能量是為10至50Kev，該離子布值的摻雜濃度是為1013至1015ion/cm2。
4.如權利要求1所述的形成方法，其特征在于固化該第一光阻層的步驟是為一具有氬氣的電漿工序。
5.一種對罩幕式只讀存儲器的編碼方法，包含有提供一基體，該基體上具有一罩幕式只讀存儲器陣列，由多個記憶單元所構成；在該罩幕式只讀存儲器陣列上，形成具有重復性圖案的一第一光阻層，用以遮掩每一記憶單元的部分區(qū)域并露出離子值入的位置；固化該第一光阻層，使該第一光阻層不溶于光阻溶劑；在被固化的該第一光阻層上，形成圖案化的一第二光阻層，用以遮掩該罩幕式只讀存儲器陣列的部分區(qū)域；以及進行一編碼布值工序，以改變沒有被該第二光阻層遮掩的記憶單元的邏輯狀態(tài)。
6.如權利要求5所述的編碼方法，其特征在于該第一光阻層是大致地遮掩該罩幕式只讀存儲器陣列中的多條位線，每一位線是由一半導體摻雜區(qū)所構成。
7.如權利要求5所述的編碼方法，其特征在于固化該第一光阻層的步驟是以氮或是氬對該第一光阻層進行離子布值。
8.如權利要求5所述的編碼方法，其特征在于該離子布值的能量是為10至50Kev，該離子布值的摻雜濃度是為1013至1015ion/cm2。
9.如權利要求5所述的編碼方法，其特征在于固化該第一光阻層的步驟是為一具有氬氣的電漿工序。
10.一種形成孔洞的方法，包含有提供一基體，該基體的表面具有一介電層；在該介電層上，形成具有大致平行的第一溝圖案的一第一光阻層；固化該第一光阻層，使該第一光阻層不溶于光阻溶劑；在被固化的該第一光阻層上，形成具有大致平行的第二溝圖案的一第二光阻層，該些第二溝圖案與該些第一溝圖案大致垂直；以及去除該第二溝圖案與該第一溝圖案交錯處下的介電層，以形成至少一孔洞。
11.如權利要求10所述的形成孔洞的方法，其特征在于固化該第一光阻層的步驟是以氮或是氬對該第一光阻層進行離子布值。
12.如權利要求10所述的形成孔洞的方法，其特征在于該離子布值的能量是為10至50Kev，該離子布值的摻雜濃度是為1013至1015ion/cm2。
13.如權利要求10所述的形成孔洞的方法，其特征在于固化該第一光阻層的步驟是為一具有氬氣的電漿工序。
14.如權利要求10所述的形成孔洞的方法，其特征在于該介電層主要是為二氧化硅。
15.一種雙鑲嵌結構的制作方法，包含有提供一基體，該基體的表面具有一介電層；在該介電層上，形成具有多個孔洞圖案的一第一光阻層；固化該第一光阻層，使該第一光阻層不溶于光阻溶劑；在被固化的該第一光阻層上，形成具有多個溝槽圖案的一第二光阻層；以該第一光阻層作為罩幕，蝕刻該介電層以使該些孔洞圖案移轉至該介電層上；以及以該第二光阻層作為罩幕，蝕刻該第一光阻層與該介電層，以使該些溝槽圖案移轉至該介電層上。
16.如權利要求15所述的雙鑲嵌結構的制作方法，其特征在于移轉該些孔洞圖案與移轉該些溝槽圖案的二步驟是在同一工序基臺中處理。
17.如權利要求15所述的雙鑲嵌結構的制作方法，其特征在于固化該第一光阻層的步驟是以氮對該第一光阻層進行離子布值。
18.如權利要求15所述的雙鑲嵌結構的制作方法，其特征在于該離子布值的能量是為10至50Kev，該離子布值的摻雜濃度是為1013至1015ion/cm2單位。
19.如權利要求15所述的雙鑲嵌結構的制作方法，其特征在于固化該第一光阻層的步驟是為一具有氬氣的電漿工序。
20.如權利要求15所述的雙鑲嵌結構的制作方法，其特征在于該介電層主要是為二氧化硅。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙層光阻的形成方法及其應用；雙層光阻的形成方法是首先在一基體上，形成圖案化的一第一光阻層；接著，固化該第一光阻層，使該第一光阻層不溶于光阻溶劑；最后，在被固化的該第一光阻層上，形成圖案化的一第二光阻層；此雙層光阻的形成方法還可以應用于罩幕式只讀存儲器的編碼、孔洞的形成、以及雙鑲嵌結構。
文檔編號G03F7/00GK1532632SQ03107298
公開日2004年9月29日 申請日期2003年3月21日 優(yōu)先權日2003年3月21日
發(fā)明者張慶裕 申請人:旺宏電子股份有限公司