專利名稱：縮小圖案間隙且確保該間隙的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體工藝，且特別涉及一種縮小圖案間隙且確保該間隙的方法。
所以公知技術(shù)通常使用具有較短波長的光源于高解析微影工藝中。此外，高解析微影工藝的聚焦深度(depth of focus)與相對較低解析微影工藝要淺。因此需要較低厚度的罩幕層(masking layer)。然而，較低厚度的罩幕層易受后續(xù)沉積步驟中作為與某些材質(zhì)層反應(yīng)的反應(yīng)氣體影響而被損壞。這種易受影響的情形(susceptibility)會(huì)降低罩幕層圖案化與定義上的精密度(precision)而妨礙罩幕層上圖案在尺寸上的縮小。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種縮小圖案間隙且確保該間隙的方法，以避免發(fā)生公知技術(shù)因降低罩幕層圖案化與定義上的精密度，而妨礙罩幕層上圖案在尺寸上的縮小，進(jìn)而防止引起的后續(xù)沉積工藝的基底損害。
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體工藝，包括定義一基底，再在基底上沉積一第一層。然后在第一層上提供一保護(hù)層，再在保護(hù)層上提供一罩幕層。接著，圖案化并定義這層罩幕層，隨后利用具有至少一反應(yīng)氣體的化學(xué)氣相沉積工藝在圖案化并定義后的罩幕層上沉積一第二層，其中保護(hù)層是與反應(yīng)氣體不反應(yīng)的材質(zhì)，而且在稍后去除時(shí)與基底有相當(dāng)大的選擇比，或是留下來不會(huì)影響組件特性的材質(zhì)。因此保護(hù)層又可以是抗反射層或其它聚硅層。
一方面，無機(jī)材質(zhì)的第二層實(shí)質(zhì)上與其下層是共形(conformal)的。
另一方面，沉積第二層的步驟是在一低于圖案化罩幕層的穩(wěn)定度的溫度下進(jìn)行的。
本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體工藝，包括定義一基底，再在基底上沉積一第一層；然后在第一層上提供一保護(hù)層，再在保護(hù)層上提供一罩幕層；接著，圖案化并定義這層罩幕層，以形成具有至少一大體上為垂直的側(cè)壁與一大體上為水平的頂部的至少一罩幕結(jié)構(gòu)；隨后，利用具有至少一反應(yīng)氣體的化學(xué)氣相沉積工藝，在罩幕結(jié)構(gòu)與保護(hù)層上沉積一遮蓋層(shielding 1ayer)，其中遮蓋層沉積于罩幕結(jié)構(gòu)頂部或側(cè)壁的數(shù)量遠(yuǎn)大于遮蓋層沉積于保護(hù)層的數(shù)量，而且其中保護(hù)層是不與反應(yīng)氣體反應(yīng)的。然后，非等向性蝕刻保護(hù)層以及第一層被蝕刻。
一方面，沉積遮蓋層的步驟包括沉積一聚合層(polymer)的步驟。
另一方面，遮蓋層沉積于罩幕結(jié)構(gòu)頂部或側(cè)壁的數(shù)量遠(yuǎn)大于遮蓋層沉積于保護(hù)層上的數(shù)量。
本發(fā)明再提供一種半導(dǎo)體工藝，包括定義一基底，再在基底上沉積一第一層。然后在第一層上提供一保護(hù)層，再在保護(hù)層上提供一罩幕層。接著，圖案化并定義這層罩幕層以形成至少兩個(gè)罩幕結(jié)構(gòu)，其中每一罩幕結(jié)構(gòu)包括大體上為垂直的側(cè)壁與一大體上為水平的頂部，以及其中罩幕結(jié)構(gòu)分隔一空間。隨后，利用具有至少一反應(yīng)氣體的化學(xué)氣相沉積工藝在罩幕結(jié)構(gòu)頂部與分隔罩幕結(jié)構(gòu)的空間上沉積一聚合層，其中聚合層沉積于罩幕結(jié)構(gòu)頂部或側(cè)壁的數(shù)量遠(yuǎn)大于聚合層沉積于保護(hù)層的數(shù)量，而且其中保護(hù)層是與反應(yīng)氣體不反應(yīng)的。然后，以罩幕結(jié)構(gòu)與聚合層為蝕刻罩幕，非等向性蝕刻保護(hù)層以及第一層。
圖中標(biāo)記分別為10晶圓基底12基層14保護(hù)層
16罩幕結(jié)構(gòu)18第二層162頂部164側(cè)壁然后，在基層12上提供一保護(hù)層14，以保護(hù)基層12不受后續(xù)沉積步驟的影響。保護(hù)層14是不與反應(yīng)氣體反應(yīng)的，例如在沉積步驟期間導(dǎo)入二氟甲烷(difluoromethane，化學(xué)式為CH2F2)、二氟甲烷(CH2F2)與八氟丁烯(octafluorobutene，化學(xué)式為C4F8)的混合物、二氟甲烷(CH2F2)與三氟甲烷(trifluoromethane，化學(xué)式為CHF3)的混合物。保護(hù)層14可以是有機(jī)或無機(jī)的，并且具有大概200埃至800埃之間的厚度。
接著，在保護(hù)層14上提供一罩幕層。然后使用一已知工藝圖案化并定義罩幕層，以形成具有數(shù)個(gè)罩幕結(jié)構(gòu)16的圖案化罩幕層。而罩幕結(jié)構(gòu)16包括大體上垂直的側(cè)壁164與大體上水平的頂部162。
隨后，請參照圖2，通過已知的化學(xué)氣相沉積(chemical vapordeposition，簡稱CVD)工藝，譬如等離子體化學(xué)氣相沉積(plasmaenhanced CVD，簡稱PECVD)與低壓化學(xué)氣相沉積(low pressure CVD，簡稱LPCVD)在罩幕結(jié)構(gòu)16上沉積一第二層18。這些已知的化學(xué)氣相沉積工藝可以導(dǎo)入一或多種反應(yīng)氣體，這些反應(yīng)氣體中至少包含第一部分氟取代烴類，或可再加上另一全氟取代烴類，或是取代比例較高的第二部分氟取代烴類，其中第一部分氟取代烴類是導(dǎo)致高分子產(chǎn)生的最主要成分，而添加全氟取代烴類或第二部分氟取代烴類的目的是使罩幕結(jié)構(gòu)16上的第二層18的厚度大于保護(hù)層14上的第二層18的厚度。上述第一部分氟取代烴類例如是二氟甲烷(CH2F2)，全氟取代烴類例如是八氟丁烯(C4F8)，而第二部分氟取代烴類例如是三氟甲烷(CHF3)。
本實(shí)施例是調(diào)整二氟甲烷與八氟丁烯(或三氟甲烷)的比例，以及此等離子體化學(xué)氣相沉積步驟中的自我偏壓(self-bias)的大小，以使罩幕結(jié)構(gòu)16上的第二層18的厚度大于保護(hù)層14上的第二層18的厚度。雖然本實(shí)施例中形成在罩幕結(jié)構(gòu)16上的第二層18的厚度較大，不過，如欲使各處的第二層18的厚度皆相同，則僅以第一部分氟取代烴類(如二氟甲烷)作為反應(yīng)氣體的主成分即可。舉例來說，等離子體化學(xué)氣相沉積步驟的壓力介于5mTorr至30mTorr之間，功率介于500至1800W之間，自我偏壓介于0～-400V之間，且沉積速率介于600/min至6000/min之間。此外，當(dāng)反應(yīng)氣體的主成分僅有第一部分氟取代烴類(如二氟甲烷)時(shí)，上述條件也同樣適用。
再者，此等離子體化學(xué)氣相沉積步驟的反應(yīng)氣體中尚可加入氬氣(Ar)與一氧化碳(CO)，其中氬氣作為載體，其可增加罩幕結(jié)構(gòu)16上保護(hù)層14上的第二層18厚度的一致性；而一氧化碳可捕捉氟取代烴類所產(chǎn)生的氟自由基(fluorine radical)或氟離子(fluoride ion)，以防止其蝕刻生成的高分子，從而增加第二層18的沉積速率。
再者，此等離子體化學(xué)氣相沉積步驟的反應(yīng)氣體中尚可加入氧氣(O2)與氮?dú)?N2)，其中氧氣具有蝕刻第二層18的功用，故可用來控制第二層18的沉積速率，其功用恰與一氧化碳相反。
除此之外，此等離子體化學(xué)氣相沉積步驟的反應(yīng)氣體中還可加入全氟取代烴類一六氟乙烷(C2F6)或四氟化碳(CF4)，其在電漿中解離后可提供多量的氟原子或氟離子以蝕刻生成的高分子，從而減緩第二層18沉積的速率，其功用與上述的氧氣類似。
而且，因?yàn)楸Ｗo(hù)層14與反應(yīng)氣體二氟甲烷(CH2F2)、二氟甲烷(CH2F2)與八氟丁烯(C4F8)的混合物、二氟甲烷(CH2F2)與三氟甲烷(CHF3)的混合物不會(huì)發(fā)生反應(yīng)的，所以保護(hù)層14可以防止在沉積第二層18的期間反應(yīng)氣體與基層12發(fā)生反應(yīng)。
此外，第二層18可以是有機(jī)或是無機(jī)的，以及非感旋光性的(photo-insensitive)。在一實(shí)施例中，第二層18是一聚合層。在另一實(shí)施例中，第二層18實(shí)質(zhì)上是為順應(yīng)下層外形的，且覆蓋罩幕結(jié)構(gòu)16的頂部162與側(cè)壁164。在一實(shí)施例中，第二層18沉積于罩幕結(jié)構(gòu)16的頂部162的數(shù)量大于沉積于側(cè)壁164的數(shù)量，故具有防止罩幕層受損的功能；此外，在另一實(shí)施例中，第二層18沉積于罩幕結(jié)構(gòu)16的側(cè)壁164的數(shù)量也可大于或等于沉積于頂部162的數(shù)量，所以具有縮小間距的功能。在本實(shí)施例中，罩幕結(jié)構(gòu)16變得對后續(xù)蝕刻步驟更有抵抗力，借以維持微影工藝(photolithographic process)的精密度(precision)。此外，沉積第二層18的步驟是在一低于罩幕結(jié)構(gòu)16的穩(wěn)定度的溫度下進(jìn)行的。換句話說，第二層18是在一個(gè)不會(huì)影響罩幕結(jié)構(gòu)16的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的溫度下進(jìn)行沉積的。在沉積第二層18之后，罩幕結(jié)構(gòu)16之間的空間將可被縮小，舉例來說從0.22微米到0.02微米；抑或是罩幕結(jié)構(gòu)16的高度被增加，以防止罩幕結(jié)構(gòu)16受后續(xù)工藝的損害。
接著，請參照圖3，以第二層18、罩幕結(jié)構(gòu)16作為蝕刻罩幕，利用一應(yīng)用等離子體的干蝕刻(plasma-based dry etching)工藝對包括保護(hù)層14與基層12的結(jié)構(gòu)進(jìn)行非等向性蝕刻。然后，再將第二層18與罩幕結(jié)構(gòu)16完全去除，而留下成為所需圖案的基層12。
雖然本發(fā)明已以一較佳實(shí)施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉該項(xiàng)技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，所作的各種更動(dòng)與潤飾，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種縮小圖案間隙且確保該間隙的方法，其特征在于包括定義一基底；在該基底上沉積一第一層；在該第一層上提供一保護(hù)層；在該保護(hù)層上提供一罩幕層；圖案化并定義該罩幕層；利用具有至少一反應(yīng)氣體的一化學(xué)氣相沉積工藝在圖案化并定義的該罩幕層上沉積一第二層，其中該保護(hù)層是與該至少一反應(yīng)氣體不反應(yīng)的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縮小圖案間隙且確保該間隙的方法，其特征在于該第二層包括一無機(jī)材質(zhì)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的縮小圖案間隙且確保該間隙的方法，其特征在于該無機(jī)材質(zhì)層是與該第一層共形的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縮小圖案間隙且確保該間隙的方法，其特征在于該第二層包括一聚合層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的縮小圖案間隙且確保該間隙的方法，其特征在于該化學(xué)氣相沉積工藝包括一等離子體化學(xué)氣相沉積工藝。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的縮小圖案間隙且確保該間隙的方法，其特征在于該反應(yīng)氣體中至少包含一第一氟取代烴類，且該第一氟取代烴類是一部分氟取代烴類。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的縮小圖案間隙且確保該間隙的方法，其特征在于該第一氟取代烴類包括二氟甲烷(CH2F2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的縮小圖案間隙且確保該間隙的方法，其特征在于該反應(yīng)氣體中還包括一第二氟取代烴類，且該方法還包括調(diào)整該第一氟取代烴類與該第二氟取代烴類的比例以及該等離子體化學(xué)氣相沉積工藝所使用的一自我偏壓的大小，以使該罩幕層上的該第二層的厚度大于該保護(hù)層上的該第二層的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的縮小圖案間隙且確保該間隙的方法，其特征在于該第二氟取代烴類包括三氟甲烷(CHF3)與八氟丁烯(C4F8)其中之一。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的縮小圖案間隙且確保該間隙的方法，其特征在于還包括在該反應(yīng)氣體中添加氬氣與一氧化碳、氬氣(Ar)以及一氧化碳(CO)其中之一。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的縮小圖案間隙且確保該間隙的方法，其特征在于還包括在該反應(yīng)氣體中添加選自包括六氟乙烷(C2F6)與四氟化碳(CF4)的族群與其混合氣體其中之一。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的縮小圖案間隙且確保該間隙的方法，其特征在于還括在該反應(yīng)氣體中添加氧氣(O2)與氮?dú)?N2)其中之一。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的縮小圖案間隙且確保該間隙的方法，其特征在于該等離子體化學(xué)氣相沉積工藝的壓力介于5mTorr至30mTorr之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求5所述的縮小圖案間隙且確保該間隙的方法，其特征在于該等離子體化學(xué)氣相沉積工藝所使用的功率介于500至1800W之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求5所述的縮小圖案間隙且確保該間隙的方法，其特征在于該等離子體化學(xué)氣相沉積步驟所使用的自我偏壓介于0～-400V之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求5所述的縮小圖案間隙且確保該間隙的方法，其特征在于該第二層的沉積速率介于600埃/min至6000埃/min之間。
17.一種半導(dǎo)體工藝，其特征在于包括定義一基底；在該基底上沉積一第一層；在該第一層上提供一保護(hù)層；在該保護(hù)層上提供一罩幕層；圖案化并定義該罩幕層，以形成具有垂直的至少一側(cè)壁以及水平的一頂部的至少一罩幕結(jié)構(gòu)；利用具有至少一反應(yīng)氣體的一化學(xué)氣相沉積工藝在該至少一罩幕結(jié)構(gòu)上沉積一遮蓋層，其中該遮蓋層沉積在該罩幕結(jié)構(gòu)的該側(cè)壁的數(shù)量大于該遮蓋層沉積在該保護(hù)層上的數(shù)量，以及其中該保護(hù)層是與該至少一反應(yīng)氣體不反應(yīng)的；非等向性蝕刻該保護(hù)層以及該第一層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體工藝，其特征在于沉積該遮蓋層的該步驟包括沉積一聚合層的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體工藝，其特征在于該化學(xué)氣相沉積工藝包括一等離子體化學(xué)氣相沉積工藝。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體工藝，其特征在于該反應(yīng)氣體中至少包含一第一氟取代烴類，且該第一氟取代烴類是一部分氟取代烴類。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體工藝，其特征在于該第一氟取代烴類包括二氟甲烷(CH2F2)。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體工藝，其特征在于該反應(yīng)氣體中還包括一第二氟取代烴類，且該半導(dǎo)體工藝還包括調(diào)整該第一氟取代烴類與該第二氟取代烴類的比例，以及該等離子體化學(xué)氣相沉積工藝所使用的自我偏壓的大小，以使該罩幕結(jié)構(gòu)上的該遮蓋層的厚度大于該保護(hù)層上的該遮蓋層的厚度。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體工藝，其特征在于該第二氟取代烴類包括三氟甲烷(CHF3)與八氟丁烯(C4F8)其中之一。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體工藝，其特征在于還包括在該反應(yīng)氣體中添加氬氣與一氧化碳、氬氣(Ar)以及一氧化碳(CO)其中之一。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體工藝，其特征在于還包括在該反應(yīng)氣體中添加選自包括六氟乙烷(C2F6)與四氟化碳(CF4)的族群與其混合氣體其中之一。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體工藝，其特征在于還包括在該反應(yīng)氣體中添加氧氣(O2)與氮?dú)?N2)其中之一。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體工藝，其特征在于該等離子體化學(xué)氣相沉積步驟的壓力介于5mTorr至30mTorr之間。
28.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體工藝，其特征在于該等離子體化學(xué)氣相沉積步驟所使用的功率介于500至1800W之間。
29.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體工藝，其特征在于該等離子體化學(xué)氣相沉積步驟所使用的自我偏壓介于0～-400V之間。
30.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體工藝，其特征在于該遮蓋層的沉積速率介于600埃/min至6000埃/min之間。
31.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體工藝，其特征在于沉積該遮蓋層的該步驟提供不影響該至少一罩幕結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的一溫度。
32.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體工藝，其特征在于該遮蓋層沉積于該罩幕結(jié)構(gòu)的該側(cè)壁的數(shù)量大于該遮蓋層沉積于該罩幕結(jié)構(gòu)的該頂部上的數(shù)量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種縮小圖案間隙且確保該間隙的方法，是一種半導(dǎo)體工藝，先定義一基底，再在基底上沉積一第一層。然后在第一層上提供一保護(hù)層，再在保護(hù)層上提供一罩幕層。接著，圖案化并定義這層罩幕層，以形成具有至少一大體上垂直的側(cè)壁與一大體上水平的頂部的至少一罩幕結(jié)構(gòu)。隨后，利用具有至少一反應(yīng)氣體的化學(xué)氣相沉積工藝在罩幕結(jié)構(gòu)與保護(hù)層上沉積一遮蓋層，其中保護(hù)層是不與該用以形成遮蓋層的反應(yīng)氣體反應(yīng)的。最后，非等向性蝕刻保護(hù)層以及第一層。
文檔編號H01L21/311GK1440051SQ0212648
公開日2003年9月3日 申請日期2002年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月19日
發(fā)明者梁明中, 蔡信誼, 鐘嘉麒 申請人:旺宏電子股份有限公司