介層窗制作工藝用的溝填處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種介層窗制作工藝用的溝填處理方法，包括提供基底，基底中已形成有多個開口，基底可區(qū)分為圖案密集區(qū)與圖案疏松區(qū)，其中圖案密集區(qū)的開口圖案密度大于圖案疏松區(qū)的開口圖案密度；在基底上形成正型光致抗蝕劑層，以填入該些開口，其中正型光致抗蝕劑層在圖案疏松區(qū)表面的厚度大于圖案密集區(qū)表面的厚度；只對基底表面的正型光致抗蝕劑層進行曝光；對經(jīng)曝光的正型光致抗蝕劑層進行顯影，而在多個開口中形成溝填材料層，其中溝填材料層在圖案密集區(qū)與圖案疏松區(qū)具有相同厚度；在表面涂布反應(yīng)試劑，形成反應(yīng)層；以及利用溶劑清除反應(yīng)層，而在溝填材料層上頂蓋層。
【專利說明】
介層窗制作工藝用的溝填處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件制作工藝，且特別是涉及一種介層窗制作工藝用的溝填處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在集成電路蓬勃發(fā)展的今日，元件縮小化與積成化是必然的趨勢，也是業(yè)界積極發(fā)展的重要課題。而整個半導(dǎo)體制作工藝中影響元件尺寸的關(guān)鍵就在于光刻(photolithography)制作工藝的技術(shù)。而且，隨著半導(dǎo)體元件的高度集成化，集成電路的關(guān)鍵尺寸(critical dimens1n，⑶)愈來愈小，故光刻制作工藝所需的分辨率愈來愈高。
[0003]其中，在進行半導(dǎo)體制作工藝時，常需要對各種開口進行溝填(gap fill)處理。將半導(dǎo)體制作工藝中所形成的開口利用各種的沉積方法填入各種材料而形成溝填材料層，例如是在淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolat1n, STI)結(jié)構(gòu)的溝槽中填入絕緣材料，在內(nèi)層介電層結(jié)構(gòu)(Inter-Layer Dielectric, ILD)的接觸窗中填入導(dǎo)體層，在內(nèi)金屬介電層(Inter-Metal Dielectric, IMD)結(jié)構(gòu)的介層窗中填入導(dǎo)體層，或是在金屬內(nèi)連線的雙重鑲嵌(dual damascene)開口中填入導(dǎo)體層等。
[0004]然而，在溝填處理時，若圖案密集區(qū)與圖案疏松區(qū)的圖案密度相差過大，則會使得圖案密集區(qū)與圖案疏松區(qū)上的光致抗蝕劑層厚度不一致而造成階梯高度差(stepheight)。階梯高度差會使得溝填材料層具有不同的厚度與不平坦的表面，造成后續(xù)的曝光步驟容易產(chǎn)生散焦(de-focus)及造成蝕刻不均勻的缺點，而影響了光刻制作工藝的分辨率。
[0005]因此，現(xiàn)有的溝填處理方法可使用回蝕法(etching back)，使表面能夠趨于平坦化，使得后續(xù)形成于基底與開口表面的底層抗反射層或其他材質(zhì)層能夠保持良好的平坦特性。然而，現(xiàn)有的回蝕法并無法處理因圖案密度所造成各開口的溝填材料層的厚度不均(即階梯高度差)。此外，對于現(xiàn)有的回蝕法，也有溝填材料層易受后續(xù)制作工藝中的溶劑侵蝕的問題，而使得填入開口中的溝填材料層的厚度差異以及圖案表面的不平坦等問題無法被解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供一種介層窗制作工藝用的溝填處理方法，用以消除在不同圖案密度下所造成的填入開口中的溝填材料層的厚度差異的階梯高度差，避免因填入開口中的溝填材料層的厚度差異而造成的散焦。另外，通過本發(fā)明的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，可用以保護溝填材料層，防止在后續(xù)制作工藝中溝填材料層受到溶劑侵蝕。
[0007]本發(fā)明的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，包括:提供一基底，基底中已形成有多個開口，基底可區(qū)分為一圖案密集區(qū)與一圖案疏松區(qū)，其中圖案密集區(qū)的開口圖案密度大于圖案疏松區(qū)的開口圖案密度；在基底上形成一正型光致抗蝕劑層，以填入這些開口，其中正型光致抗蝕劑層在圖案疏松區(qū)表面的厚度大于圖案密集區(qū)表面的厚度；只對基底表面的正型光致抗蝕劑層進行曝光；對經(jīng)曝光的正型光致抗蝕劑層進行顯影，而在多個開口中形成一溝填材料層，其中溝填材料層在圖案密集區(qū)與圖案疏松區(qū)具有相同厚度；在溝填材料層與基底表面涂布一反應(yīng)試劑，形成一反應(yīng)層，其中在溝填材料層該反應(yīng)層之間形成有一頂蓋層；以及利用一溶劑清除反應(yīng)層，而在溝填材料層上留有頂蓋層。
[0008]在本發(fā)明的一實施例中，上述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中多個開口是通過光刻與蝕刻制作工藝來形成。
[0009]在本發(fā)明的一實施例中，上述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中多個開口包括選自于介層窗開口、接觸窗開口、溝槽、雙重鑲嵌開口中的任一種或其所組成的族群。
[0010]在本發(fā)明的一實施例中，上述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中正型光致抗蝕劑層的形成方法包括旋轉(zhuǎn)涂布法。
[0011]在本發(fā)明的一實施例中，上述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中正型光致抗蝕劑層是使用由苯酚甲醛衍生物、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯或聚羥基苯乙烯中的任一種或其所組成的正型光致抗蝕劑。
[0012]在本發(fā)明的一實施例中，上述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中曝光所使用的光線的波長為248nmo
[0013]在本發(fā)明的一實施例中，上述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中顯影是使用顯影劑進行。
[0014]在本發(fā)明的一實施例中，上述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中顯影劑包含氫氧化四甲基錢。
[0015]在本發(fā)明的一實施例中，上述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中反應(yīng)試劑包含水溶性樹脂與交聯(lián)劑。
[0016]在本發(fā)明的一實施例中，上述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中溶劑為去離子水。
[0017]在本發(fā)明的一實施例中，上述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中在清除反應(yīng)層后，還在基底與頂蓋層上形成一底層抗反射層或光致抗蝕劑層。
[0018]在本發(fā)明的一實施例中，上述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中底層抗反射層的材料包括選自于屬于無機型態(tài)的鈦、二氧化鈦、氮化鈦、氧化鉻、碳、α -硅，或者屬于有機型態(tài)的包含一光吸收劑與一聚合物的材料的任一種或其所組成的材料。
[0019]在本發(fā)明的一實施例中，上述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中還可于底層抗反射層或光致抗蝕劑層上形成一平坦層。
[0020]基于上述，依據(jù)本發(fā)明所提出的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，通過于開口中填入正型光致抗蝕劑后，在后續(xù)的曝光制作工藝中，調(diào)整曝光參數(shù)，只對基底表面的正型光致抗蝕劑層進行曝光，僅少部分的光線對于填入多個開口的正型光致抗蝕劑層曝光。如此經(jīng)由顯影而僅移除基底表面的正型光致抗蝕劑層。由此，消除在溝填處理過程中在不同圖案密度下所造成的填入開口中的溝填材料層的厚度差異的階梯高度差，而避免因開口中的溝填材料層的厚度差異所造成的散焦，也可隨需求而調(diào)整曝光參數(shù)，控制不同圖案密度下填入開口中的溝填材料層的厚度。另外，通過本發(fā)明所提出的介層窗制作工藝用的溝填處理方法可用以保護溝填材料層，防止在后續(xù)制作工藝中溝填材料層受到溶劑的侵蝕。
[0021]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附的附圖作詳細說明如下。
【附圖說明】
[0022]圖1A至圖1I為本發(fā)明的一實施例的介層窗制作工藝用的溝填處理方法的制作工藝剖視圖。
[0023]符號說明
[0024]100:基底
[0025]110:多個開口
[0026]120:正型光致抗蝕劑層
[0027]125:經(jīng)曝光的正型光致抗蝕劑層
[0028]130:溝填材料層
[0029]140:反應(yīng)層
[0030]150:頂蓋層
[0031]160:底層抗反射層
[0032]170:平坦層
[0033]a:圖案密集區(qū)
[0034]b:圖案疏L松區(qū)
[0035]E:曝光處理
[0036]h、hl、h2:厚度
[0037]W:溶劑處理
【具體實施方式】
[0038]下文中參照所附的附圖來更充分地描述本發(fā)明實施例。然而，本發(fā)明可以多種不同的形式來實踐，并不限于文中所述的實施例。以下實施例中所提到的方向用語，例如「上」等，僅是參考附加的附圖的方向，因此使用的方向用語是用來詳細說明，而非用來限制本發(fā)明。此外，在附圖中為明確起見可能將各層的尺寸以及相對尺寸作夸張的描繪。
[0039]以下，說明本發(fā)明一實施例的一種介層窗制作工藝用的溝填處理方法。
[0040]首先，請參照圖1A，提供基底100。此基底100例如是硅基底或具有介電層、半導(dǎo)體材料層、或?qū)щ妼痈采w的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。此基底100上已形成有多個開口 110，其中這些多個開口 110例如是介層窗開口、接觸窗開口、溝槽、雙重鑲嵌開口中的任一種或其所組成的族群。這些多個開口是通過光刻與蝕刻制作工藝來形成。
[0041]這些多個開口使基底100可區(qū)分為圖案密集區(qū)a與圖案疏松區(qū)b，其中圖案密集區(qū)a的開口圖案密度大于圖案疏松區(qū)b的開口圖案密度(在此:圖案密度是指每一單位面積的開口數(shù)目)。圖案密集區(qū)a表示存在有兩個以上的開口，且這些開口之間的間隔較小。圖案疏松區(qū)b例如是只具有單一個開口，或者開口之間的間距很大。圖案密集區(qū)a例如是用以形成存儲單元的區(qū)域。圖案疏松區(qū)b例如是存儲器結(jié)構(gòu)中的字符線外接電壓的區(qū)域。
[0042]接著，請參照圖1B，利用旋轉(zhuǎn)涂布法于基底100上形成正型光致抗蝕劑層120，以填入多個開口 110。由于圖案密集區(qū)與圖案疏松區(qū)的密度相差甚大，使得圖案密集區(qū)與圖案疏松區(qū)上的正型光致抗蝕劑層120厚度不一致因而造成階梯高度差。正型光致抗蝕劑層120在該圖案疏松區(qū)b表面的厚度h2大于該圖案密集區(qū)a表面的厚度hi，階梯高度差為h2-hl。正型光致抗蝕劑層120的材料例如是苯酚甲醛衍生物、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯或聚羥基苯乙烯中的任一種或其所組成的正型光致抗蝕劑。
[0043]在此實施例中，正型光致抗蝕劑層120的材料例如是市售的光致抗蝕劑劑(KrF光致抗蝕劑GKR5315D7 (480nm)或者JSR股份有限公司制的AR2772)為例進行說明。
[0044]然后，請參照圖1C，僅對基底100表面的正型光致抗蝕劑層120進行曝光處理E，而得到經(jīng)曝光的正型光致抗蝕劑層125。在此實施例中的曝光僅對于基底表面進行，僅少部分的光線對于填入多個開口 110的正型光致抗蝕劑層120曝光。此外，也可隨需求而調(diào)整曝光參數(shù)，控制不同圖案密度下填入開口中的正型光致抗蝕劑層120的曝光深度。在此實施例中，所使用的光線的波長為248nm。
[0045]接著，請參照圖1D，進行顯影制作工藝，移除經(jīng)曝光的正型光致抗蝕劑層125，在多個開口中形成溝填材料層130，其中溝填材料層130在圖案密集區(qū)a與該圖案疏松區(qū)b具有相同厚度h，不具有階梯高度差。此外，也可通過調(diào)整曝光參數(shù)，而產(chǎn)生在圖案密集區(qū)a與該圖案疏松區(qū)b具有不同厚度的階梯高度的溝填材料層130。在此實施例中，顯影是使用顯影劑進行，顯影劑例如是包含氫氧化四甲基銨。
[0046]在上述實施例中，通過在開口中填入正型光致抗蝕劑后，在后續(xù)的曝光制作工藝中，調(diào)整曝光參數(shù)，只對基底表面的正型光致抗蝕劑層進行曝光，僅少部分的光線對于填入多個開口的正型光致抗蝕劑層曝光，如此在顯影制作工藝中，僅移除基底表面的正型光致抗蝕劑層。由此，消除在溝填處理過程中在不同圖案密度下所造成的填入開口中的溝填材料層的厚度差異的階梯高度差，而避免因開口中的溝填材料層的厚度差異所造成的散焦，也可隨需求而控制不同圖案密度下所造成的填入開口中的溝填材料層的厚度。
[0047]在完成圖1A到圖1D后，得到了在多個開口中形成的溝填材料層130，其中溝填材料層130在圖案密集區(qū)a與該圖案疏松區(qū)b具有相同厚度h。接著，請參照圖1E，在該填材料層130與基底100表面涂布一反應(yīng)試劑，形成一反應(yīng)層140，其中在溝填材料層130與反應(yīng)層140之間形成有一頂蓋層150。
[0048]反應(yīng)試劑的材料例如是包含水溶性樹脂(water soluble resin)與交聯(lián)劑(crosslinker)。在此實施例中，反應(yīng)層140是通過化學(xué)性微縮增強光刻分辨率(Resolut1n Enhance Lithography Assisted by Chemical Shrink，RELACS)制作工藝所形成，反應(yīng)試劑的材料例如是市售的RELACS試劑(AZ R200T，安智電子材料股份有限公司)。反應(yīng)層140的形成方法例如是旋轉(zhuǎn)涂布法。
[0049]頂蓋層150例如是由水溶性樹脂與交聯(lián)劑與光致抗蝕劑通過化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的不溶于水的材料層，用以保護溝填材料層130，避免其在后續(xù)制作工藝中遭受溶劑腐蝕。
[0050]然后，請參照圖1F到圖1G，利用一溶劑進行溶劑處理W而清除反應(yīng)層140，而在溝填材料層130上留有頂蓋層150。溶劑只要是可以溶解反應(yīng)層140，且不會對頂蓋層150有影響者，并沒有特別的限定，其中就成本考慮，溶劑優(yōu)選為去離子水。在此實施例中，頂蓋層150表面的位置高于基底100表面的位置。然而，頂蓋層150表面的位置相對于基底100表面的位置可隨需求任意調(diào)整，并沒有特別的限定。
[0051]請參照圖1H，在本發(fā)明一實施例中，在清除反應(yīng)層140后，還在基底100與頂蓋層150上形成一底層抗反射層160或光致抗蝕劑層。值得注意的是，雖然在此實施例中，是以基底100與頂蓋層150上形成一底層抗反射層160為例進行說明，然而本發(fā)明并不以此為限。在其他實施例中，也可根據(jù)需求在基底100與頂蓋層150上形成不同的薄膜。底層抗反射層160的材料例如是包括選自于屬于無機型態(tài)的鈦、二氧化鈦、氮化鈦、氧化鉻、碳、α -硅，或者屬于有機型態(tài)的包含一光吸收劑與一聚合物的材料的任一種或其所組成的材料。底層抗反射層160的形成方法例如是旋轉(zhuǎn)涂布法。
[0052]接著，請參照圖1I，在本發(fā)明一實施例中，在底層抗反射層160的表面形成平坦層170。平坦層170的材料例如是有機材料或無機材料，平坦層170的材料可視需求而定，并沒有特別的限制。平坦層170的形成方法例如是旋轉(zhuǎn)涂布法。
[0053]上述本發(fā)明的方法可廣泛應(yīng)用于各類制作工藝中，且較現(xiàn)有方法簡易。本發(fā)明可應(yīng)用的實例包括深溝槽式電容器制作工藝與雙金屬鑲嵌制作工藝等。
[0054]綜上所述，本發(fā)明所提出的接觸窗開口的形成方法中，通過于開口中填入正型光致抗蝕劑后，在后續(xù)的曝光制作工藝中，調(diào)整曝光參數(shù)，只對基底表面的正型光致抗蝕劑層進行曝光，僅少部分的光線對于填入多個開口的正型光致抗蝕劑層曝光，如此在顯影制作工藝中，僅移除基底表面的正型光致抗蝕劑層。由此，消除在溝填處理過程中在不同圖案密度下所造成的填入開口中的溝填材料層的厚度差異。
[0055]而且，在多個開口中形成溝填材料層，可使得在不同圖案密度的開口的溝填材料層具有相同厚度h與平坦的表面，消除不同圖案密度下各開口內(nèi)的溝填材料層的階梯高度差，因此可以減低厚度差異所造成的散焦。
[0056]此外，對于頂蓋層表面的位置相對于基底表面的位置可隨需求來調(diào)整，即可隨需求而控制不同圖案密度下所造成的填入開口中的溝填材料層的厚度。頂蓋層表面的位置相對于基底表面的位置例如是頂蓋層表面高于基底表面、頂蓋層表面水平于基底表面或者頂蓋層表面低于基底表面。在本發(fā)明一實施例中，頂蓋層表面高于基底表面。
[0057]另外，通過在形成有溝填材料層的多個開口表面覆蓋一層反應(yīng)層，使反應(yīng)層與溝填材料層，而形成具有保護溝填材料層功能的頂蓋層。通過頂蓋層的保護，可確保溝填材料層在后續(xù)的制作工藝處理中不會受到其他溶劑腐蝕。
[0058]雖然結(jié)合以上實施例公開了本發(fā)明，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動與潤飾，故本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以附上的權(quán)利要求所界定的為準。
【主權(quán)項】
1.一種介層窗制作工藝用的溝填處理方法，包括: 提供一基底，該基底中已形成有多個開口，該基底可區(qū)分為一圖案密集區(qū)與一圖案疏松區(qū)，其中該圖案密集區(qū)的開口圖案密度大于該圖案疏松區(qū)的開口圖案密度； 在該基底上形成一正型光致抗蝕劑層，以填入該些開口，其中該正型光致抗蝕劑層在該圖案疏松區(qū)表面的厚度大于該圖案密集區(qū)表面的厚度； 僅對該基底表面的該正型光致抗蝕劑層進行曝光； 對經(jīng)曝光的該正型光致抗蝕劑層進行顯影，而在多個開口中形成一溝填材料層，其中該溝填材料層在該圖案密集區(qū)與該圖案疏松區(qū)具有相同厚度； 在該溝填材料層與該基底表面涂布一反應(yīng)試劑，形成一反應(yīng)層，其中在該溝填材料層與該反應(yīng)層之間形成有一頂蓋層；以及 利用一溶劑清除該反應(yīng)層，而在該溝填材料層上留有該頂蓋層。2.如權(quán)利要求1所述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中該多個開口是通過光刻與蝕刻制作工藝來形成。3.如權(quán)利要求1所述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中該多個開口包括選自于介層窗開口、接觸窗開口、溝槽、雙重鑲嵌開口中的任一種或其所組成的族群。4.如權(quán)利要求1所述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中該正型光致抗蝕劑層的形成方法包括旋轉(zhuǎn)涂布法。5.如權(quán)利要求1所述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中該正型光致抗蝕劑層是使用由苯酚甲醛衍生物、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯或聚羥基苯乙烯中的任一種或其所組成的正型光致抗蝕劑。6.如權(quán)利要求1所述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中該曝光所使用的光線的波長為248nm。7.如權(quán)利要求1所述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中該顯影是使用顯影劑進行。8.如權(quán)利要求7所述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中該顯影劑包含氫氧化四甲基銨。9.如權(quán)利要求1所述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中該反應(yīng)試劑包含水溶性樹脂與交聯(lián)劑。10.如權(quán)利要求1所述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中該溶劑為去離子水。11.如權(quán)利要求1所述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中在清除該反應(yīng)層后，還在該基底與該頂蓋層上形成一底層抗反射層或光致抗蝕劑層。12.如權(quán)利要求11所述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中該底層抗反射層的材料包括選自于屬于無機型態(tài)的鈦、二氧化鈦、氮化鈦、氧化鉻、碳、α -硅，或者屬于有機型態(tài)的包含一光吸收劑與一聚合物的材料的任一種或其所組成的材料。13.如權(quán)利要求11所述的介層窗制作工藝用的溝填處理方法，其中還可在該底層抗反射層或光致抗蝕劑層上形成一平坦層。
【文檔編號】H01L21/768GK105990214SQ201510049648
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月30日
【發(fā)明人】林曉江, 林冠亨
【申請人】力晶科技股份有限公司