一种利用重复曝光形成双镶嵌结构的方法技术

本发明专利技术提供一种利用重复曝光形成双镶嵌结构的方法。该方法于一半导体基底上形成一光阻层，其中该感光材料层对于一第一波长光线具有一第一吸收度，而对于一第二波长光线具有一第二吸收度，且该第一吸收度不等于该第二吸收度；接着利用该第一波长光线对该感光材料层进行一第一曝光，以于该感光材料层中形成一第一潜在图案；再利用该第二波长光线对该感光材料层进行一第二曝光，以于该感光材料层中形成一第二潜在图案；最后同时去除该感光材料层中的该第一潜在图案以及该第二潜在图案，以于该感光材料层中形成一双镶嵌结构。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供一种改良的光学微影方法，用来于一介电层中形成一双镶嵌(dual damascene)结构，尤指一种仅需要一次上光阻步骤、两次曝光步骤、一次显影步骤以及一次蚀刻步骤即可以于一介电层中形成一双镶嵌结构的光学微影方法。
技术介绍
双镶嵌(dual damascene)制程是一种能于一介电层中同时形成一金属导线槽以及一接触窗(via)结构的方法。由于铜金属具有低阻值以及抗电致迁(electro-migration resistance)的特性，因此，铜金属双镶嵌内连线技术在多层内连线(multi-layer interconnect)制程中日益重要，而且势必成为下一世代的半导体制程中所采用的导线材料。请参阅图1，图1为一半导体晶片10的部分剖面示意图显示一习知的双镶嵌结构11。如图1所示，一下层铜导线14镶嵌于一第一低介电常数(low-k)材料层12中以及一上层铜导线24镶嵌于一第二低介电常数材料层20中的沟渠结构23中。上层铜导线24以及下层铜导线14经由一接触窗(via)22互相电连结。其中第一低介电常数材料层12以及第二低介电常数材料层20皆由旋转涂布(spin-on-coating)低介电材料，例如HSQ或FLARETM所构成，以降低导线之间的RC延迟(RC delay)效应。然而，习知双镶嵌制程，例如一接触窗优先(via-first)双镶嵌制程，一般而言至少包括两次上光阻(PR coating)步骤、一次底部抗反射层(bottomanti-reflective coating，BARC)涂布步骤、两次曝光(exposure)步骤、两次显影(development)步骤以及两次蚀刻(etch)步骤才能够于一介电层中形成一双镶嵌结构。请参阅图2至图8，图2至图8为习知于一介电层34中形成一接触窗优先双镶嵌结构的方法示意图。首先，如图2所示，提供一半导体晶片30，其包含有一基底32以及一介电层34形成于基底32上。介电层34一般为低介电常数材料所构成，例如HSQ、SiLKTM或FLARETM。接着，如图3所示，于介电层34上涂布一约1微米(μm)厚的正光阻层36。正光阻层36利用旋转涂布方式形成，例如i-line(365nm)光阻、KrF(248nm)光阻、ArF(193nm)光阻或157nm光阻。随后为加强图案转移的准确性，需再进行一次至数次的烘烤步骤，一般称为去水烘烤(dehydration bake)以及软烤(softbake)。接着对正光阻层36进行曝光，利用一具有一接触窗图案的光罩39以及一具特定波长的曝光光线38，以于正光阻层36中形成一接触窗潜在图案(latent pattern or latent image)37。曝光光线38的波长需配合所使用的正光阻层36。正光阻层36经过适当能量的光源曝照后，其结构将会重排(rearrange)，并进一步水解成酸性成分。接着，如图4所示，进行一显影制程，利用一显影剂，一般为硷性溶液，以将正光阻层36中的接触窗潜在图案37洗去。未曝光的正光阻层36则不会受到显影剂的影响。随后为了去除正光阻层36中的溶剂，一般需再进行一次至数次的烘烤，称为硬烤(hard bake)。硬烤可同时加强光阻的附着力并且增强光阻对后续蚀刻的抵抗力。接着，利用显影过的正光阻层36为一蚀刻遮罩，进行一非等向性乾蚀刻制程，将正光阻层36中的接触窗图案37转移至介电层34中，以于介电层34中形成接触窗41。接着，如图5所示，进行一底部抗反射层(BARC)涂布步骤，以于接触窗41旋转涂布形成一底部抗反射层42。底部抗反射层42用来于后续导线槽蚀刻制程中作为蚀刻阻体(etch block)，同时亦可以降低在进行后续导线槽图案化过程中所产生的薄膜干扰效应(thin-film interference effect)。接着涂布一约1微米厚的正光阻层46。随后再进行一去水烘烤以及软烤。如图6所示，接着对正光阻层46进行曝光，利用一具有一导线槽图案的光罩49以及一具特定波长的曝光光线48，以于正光阻层46中形成一导线槽潜在图案47。同样地，曝光光线48的波长需配合所使用的正光阻层46。接着，如图7所示，进行一显影制程，利用一显影剂(developer)，将正光阻层46中的导线槽潜在图案47洗去。未曝光的正光阻层46则不会受到显影剂的影响。随后进行一硬烤步骤。接着，利用显影过的正光阻层46为一蚀刻遮罩，进行一非等向性乾蚀刻制程，将正光阻层46中的导线槽图案47转移至介电层34中，以于介电层34中形成导线槽51。最后如图8所示，利用习知该项技艺者所熟知的方法，例如氧气电浆或清洗剂，将正光阻层46以及底部抗反射层42去除，即完成双镶嵌结构52的制作。双镶嵌结构52包括有导线槽结构51以及接触窗结构41。如前所述，习知双镶嵌制程，以接触窗优先双镶嵌制程为例，需要两次上光阻步骤、一次底部抗反射层涂布步骤、两次曝光步骤、两次显影步骤以及两次蚀刻步骤才能够完成。因此十分费时、耗费成本，同时也造成产能以及图案转移的精确度下降。此外，习知接触窗优先双镶嵌制程需使用底部抗反射层，亦容易产生涂布不均的问题，而影响到产品良率(yield)。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种双镶嵌结构的制作方法，以解决上述问题。本专利技术的另一目的在于提供，仅需要一次上光阻步骤、两次曝光步骤、一次显影步骤以及一次蚀刻步骤即可以于一介电层中形成一双镶嵌结构。本专利技术的另一目的在于提供一种不需要底部抗反射层涂布步骤，于一单一光阻层中形成一双镶嵌结构的方法。依据本专利技术的较佳实施例，本专利技术方法包含有下列步骤提供一半导体基底；于该半导体基底上形成一感光(photo-sensitive)材料层，其中该感光材料层对于一第一波长光线具有一第一吸收度，而对于一第二波长光线具有一第二吸收度，且该第一吸收度不等于该第二吸收度；利用该第一波长光线对该感光材料层进行一第一曝光，以于该感光材料层中形成一第一潜在图案；利用该第二波长光线对该感光材料层进行一第二曝光，以于该感光材料层中形成一第二潜在图案；以及同时去除该感光材料层中的该第一潜在图案以及该第二潜在图案，以于该感光材料层中形成一双镶嵌结构。本专利技术利用该感光材料层对于一第一波长光线具有一第一吸收度，而对于一第二波长光线具有一第二吸收度，且该第一吸收度不等于该第二吸收度的特性，因此仅需要一次上光阻步骤、两次曝光步骤以及一次显影步骤即可以于该感光材料层中形成一双镶嵌结构。附图说明图1为习知双镶嵌结构示意图。图2至图8为习知于一介电层中形成一接触窗优先双镶嵌结构的方法示意图。图9至图10为本专利技术较佳实施例的方法示意图。图11为本专利技术较佳实施例中KrF光阻的吸收度对曝光光线波长的关系示意图。图12至图15为本专利技术较佳实施例的方法示意图。符号说明10半导体晶片 11双镶嵌结构 12第一低介电常数材料层14导电层 18氮化矽层20第二低介电常数材料层21氧化层 22接触窗 23沟渠结构24上层铜导线 30半导体晶片 32基底34介电层 36正光阻层37接触窗潜在图案38曝光光线39光罩41接触窗结构 42底部抗反射层 46正光阻层 47导线槽潜在图案48曝光光线 49光罩 51本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用重复曝光形成双镶嵌结构的方法，该方法包含有下列步骤：提供一半导体基底；于该半导体基底上形成一感光材料层，其中该感光材料层对于一第一波长光线具有一第一吸收度，而对于一第二波长光线具有一第二吸收度，且该第一吸收度不等于该 第二吸收度；利用该第一波长光线对该感光材料层进行一第一曝光，以于该感光材料层中形成一第一潜在图案；利用该第二波长光线对该感光材料层进行一第二曝光，以于该感光材料层中形成一第二潜在图案；以及同时去除该感光材料层中的该第 一潜在图案以及该第二潜在图案，以于该感光材料层中形成一双镶嵌结构。

【技术特征摘要】
1.一种利用重复曝光形成双镶嵌结构的方法，该方法包含有下列步骤提供一半导体基底；于该半导体基底上形成一感光材料层，其中该感光材料层对于一第一波长光线具有一第一吸收度，而对于一第二波长光线具有一第二吸收度，且该第一吸收度不等于该第二吸收度；利用该第一波长光线对该感光材料层进行一第一曝光，以于该感光材料层中形成一第一潜在图案；利用该第二波长光线对该感光材料层进行一第二曝光，以于该感光材料层中形成一第二潜在图案；以及同时去除该感光材料层中的该第一潜在图案以及该第二潜在图案，以于该感光材料层中形成一双镶嵌结构。2.如权利要求1的方法，其特征在于，该感光材料层为一光阻层。3.如权利要求2的方法，其特征在于，该光阻层为i-line光阻所构成。4.如权利要求2的方法，其特征在于，该光阻层为KrF光阻所构成。5.如权利要求2的方法，其特征在于，该光阻层为ArF光阻所构成。6.如权利要求2的方法，其特征在于，该光阻层为157nm光阻所构成。7.如权利要求1的方法，其特征在于，该半导体基底上尚包含有一介电层介于该半导体基底以及该感光材料层之间。8.如权利要求1的方法，其特征在于，去除该感光材料层中该第一潜在图案以及该第二潜在图案的方法利用一显影剂。9.如权利要求1的方法，其特征在于，该第一波长小于该第二波长，且该第一吸收度大于该第二吸收度。10.如权利要求1的方法，其特征在于，该第一潜在图案为一浅沟图案，而该第二潜在图案为一介质窗图案。11.一种双镶嵌内连线制程方法，该制程方法包含有下列步骤提供一半导体基底，其上形成有一介电层；提供一半导体基底，其上形成有一介电层；于该介电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张圣岳，
申请(专利权)人：联华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]