專利名稱：旋涂、可光致圖案形成的層間介電材料的應(yīng)用以及使用這種材料的中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體處理技術(shù)，更具體地涉及在另外(additional)波長(zhǎng)輻射下使用旋涂(spin-on)、可光致圖案形成的(photopatternable)層間介電材料。
背景在制造計(jì)算機(jī)芯片和集成電路之類的半導(dǎo)體器件時(shí)，使用光刻膠(photoresist)層制造微型電子元件。在制造過程中，通常在半導(dǎo)體基片上施涂薄光刻膠層。然后對(duì)光刻膠層進(jìn)行烘烤以蒸發(fā)光刻膠中的溶劑，并將光刻膠固定在半導(dǎo)體基片上。通過掩模使部分光刻膠層暴露于可見光、紫外(“UV”)光、電子束(“EB”)或X射線輻射能之下，從而在光刻膠層上形成圖案。輻射在光刻膠層暴露于輻射之下的部分中引起了光化學(xué)反應(yīng)，改變了這些部分的溶解度。光刻膠層未曝光部分的溶解度未發(fā)生變化。用顯影劑溶液處理半導(dǎo)體基片，所選的顯影劑溶液能夠溶解并除去光刻膠層暴露于輻射的部分。由于除去光刻膠層的曝光部分，在光刻膠層上形成所需的圖案。通過濕蝕刻或干蝕刻法之類的常規(guī)技術(shù)將圖案轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體器件底層上。一旦將圖案轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體器件的底層上之后，便除去光刻膠層的剩余部分。
隨著對(duì)半導(dǎo)體器件的存儲(chǔ)器要求的增加，半導(dǎo)體器件中電子元件的尺寸減小。為了減小尺寸，開發(fā)出了對(duì)短波長(zhǎng)輻射敏感的新型光刻膠材料，這是由于短波長(zhǎng)能夠在半導(dǎo)體器件上提供更好的部件分辨率。在本文中，術(shù)語“短波長(zhǎng)”表示大約為100-300納米的波長(zhǎng)。通常在需要亞半微米幾何結(jié)構(gòu)的情況下使用對(duì)該波長(zhǎng)范圍敏感的光刻膠材料。例如，目前正在使用對(duì)248納米敏感的光刻膠材料，而對(duì)193納米敏感的光刻膠材料正在研制當(dāng)中。
旋涂、可光致圖案形成的層間介電(“ILD”)材料是本領(lǐng)域已知的，可購(gòu)自Clariant International有限公司(Muttenz，Switzerland)之類的來源。這些ILD材料是當(dāng)暴露于輻射之下時(shí)能夠轉(zhuǎn)化為二氧化硅型陶瓷膜的光刻膠材料。如Nagahara等在EP 1239332中所述，將包含聚硅氮烷(“PSZ”)化合物和光致生酸劑(“PAG”)的光刻膠組合物施涂在半導(dǎo)體芯片上形成光刻膠層。使光刻膠層通過掩模暴露于例如360-430納米的輻射之類的UV輻射或EB輻射之下。在光刻膠層被曝光的或未被掩蓋的部分，輻射引發(fā)了光化學(xué)反應(yīng)，由PAG生成了質(zhì)子。這些質(zhì)子是由光化學(xué)反應(yīng)生成的酸所產(chǎn)生的。在光刻膠層未曝光或未被掩蓋的部分不發(fā)生反應(yīng)，因此在光刻膠層的這些部分不生成質(zhì)子。這些質(zhì)子與空氣中的氧氣(“O2”)和/或水(“H2O”)反應(yīng)，使PSZ中的Si-N鍵發(fā)生斷裂。然后，H2O與斷裂的PSZ反應(yīng)生成包含Si-O鍵的甲基硅倍半氧烷(methylsilsesquioxane)(“MSQ”)。由于僅在光刻膠層的曝光部分生成質(zhì)子，光刻膠層所選的部分轉(zhuǎn)化為二氧化硅型陶瓷膜。用四甲基氫氧化銨(“TMAH”)選擇性地除去二氧化硅型陶瓷膜，留下光刻膠層的未曝光部分，從而在半導(dǎo)體基片上形成所需的圖案。然后使余下的部分暴露于360-430納米的輻射之下，將光刻膠層轉(zhuǎn)化為二氧化硅型陶瓷膜。這種二氧化硅型陶瓷膜具有低介電常數(shù)，良好的絕緣性能、耐熱、耐磨、耐腐蝕，被用于半導(dǎo)體器件、液晶顯示器和印刷電路基片中形成ILD。
Howard在美國(guó)專利第6350706號(hào)中揭示了其它的可以通過暴露于輻射之下而轉(zhuǎn)化為絕緣材料的光刻膠材料。通過暴露于深紫外(“DUV”)輻射之下，將等離子體聚合的甲基硅烷選擇性地轉(zhuǎn)化為絕緣材料——光氧化的硅氧烷。通過將光刻膠材料的曝光部分轉(zhuǎn)化為絕緣材料，形成了半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)。通過將光刻膠材料轉(zhuǎn)化為絕緣材料，形成了永久性結(jié)構(gòu)，這些光刻膠材料不需通過蝕刻法除去。
這些光刻膠材料的一個(gè)缺點(diǎn)是它們對(duì)單一的波長(zhǎng)或窄范圍的波長(zhǎng)敏感。換句話說，PSZ向二氧化硅型陶瓷膜的轉(zhuǎn)化在這一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)(通常為360-430納米)下最有效。在這些波長(zhǎng)下，不可能有高的分辨率，例如目前正在開發(fā)和使用的193納米或243納米光刻膠所達(dá)到的分辨率。然而，后者的這些波長(zhǎng)(193納米或243納米)無法有效地將PSZ轉(zhuǎn)化為二氧化硅型陶瓷膜。因此，當(dāng)主要用短波長(zhǎng)達(dá)到所需分辨率的情況下，這些光刻膠或ILD材料的前端應(yīng)用受到很大的限制。另外，不能同時(shí)使圖案形成過程和轉(zhuǎn)化過程達(dá)到最佳，由此，使用者必須在完成這些過程中的每一個(gè)之間進(jìn)行選擇或折衷。
最好能夠在另外的波長(zhǎng)下、尤其是短波長(zhǎng)下使用ILD材料，使得ILD材料的應(yīng)用范圍更廣。還最好能夠在對(duì)圖案形成過程和轉(zhuǎn)化過程最佳的條件下進(jìn)行這些過程，而不需在達(dá)到最佳的圖案形成和最佳轉(zhuǎn)化之間折衷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括形成中間(intermediate)半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括提供半導(dǎo)體基片，在半導(dǎo)體基片上形成可光致圖案形成的層(photopatternablelayer)。所述可光致圖案形成的層可包含有機(jī)硅光刻膠材料，這種材料配制成在暴露于輻射中時(shí)，能夠選擇性地轉(zhuǎn)化為硅倍半氧烷材料之類的二氧化硅基材料?？稍诳晒庵聢D案形成的層上形成罩(cap)層和光刻膠層。罩層可包含吸收或反射輻射的材料，例如介電增透涂層(“DARC”)、底增透涂層(“BARC”)或金屬涂層。罩層可包含無定形或金剛石型的碳。當(dāng)光刻膠層暴露于第一波長(zhǎng)的輻射之下(用來在光刻膠層中產(chǎn)生高分辨率圖案)時(shí)，罩層保護(hù)可光致圖案形成層不受第一波長(zhǎng)的影響。然而，也可隨后通過光刻法和蝕刻技術(shù)將高分辨率圖案轉(zhuǎn)移到可光致圖案形成的層上?？赏ㄟ^使可光致圖案形成層的暴露部分暴露于第二波長(zhǎng)的輻射之下之下，將曝光部分選擇性地轉(zhuǎn)化為二氧化硅基材料。
本發(fā)明還包括中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)。該中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)可包括半導(dǎo)體基片和形成于該半導(dǎo)體基片上的可光致圖案形成的層。所述可光致圖案形成的層可包含有機(jī)硅烷光刻膠材料，該材料被配制成當(dāng)暴露于輻射時(shí)能夠選擇性地轉(zhuǎn)化為二氧化硅基材料。可在至少部分可光致圖案形成的層之上用能夠吸收或反射輻射的材料形成罩層?？稍谥辽俨糠终謱又闲纬晒饪棠z層。光刻膠層可對(duì)大約100-500納米的波長(zhǎng)敏感，該波長(zhǎng)可以在光刻膠層和罩層中形成高分辨率的圖案。罩層保護(hù)可光致圖案形成的層，使其不受該輻射照射。然后可通過光刻法和蝕刻技術(shù)將此高分辨率圖案轉(zhuǎn)移到可光致圖案形成的層中。通過暴露于不同波長(zhǎng)輻射之下，可將可光致圖案形成的層的曝光部分選擇性地轉(zhuǎn)化為二氧化硅基材料。
附圖簡(jiǎn)述盡管本說明書的后面被認(rèn)為是包括特別指明并明確要求的權(quán)利要求書，但是通過結(jié)合以下附圖閱讀本發(fā)明的以下描述，可以更容易確定本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，在附圖中

圖1A-1G顯示根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的工藝順序；圖2A-2H顯示根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的工藝順序，該工藝順序制得具有自對(duì)準(zhǔn)(self-aligned)接觸的實(shí)施方式。
本發(fā)明最佳實(shí)施方式揭示了可用于其它波長(zhǎng)輻射的可光致圖案形成、旋涂材料。將此可光致圖案形成的旋涂材料以層的形式施用在半導(dǎo)體基片上，并在其上覆蓋能夠吸收或反射輻射的罩層。罩層阻擋進(jìn)入可光致圖案形成的層中的輻射，從而保護(hù)可光致圖案形成的層使其免受輻射。
本文所述的方法和結(jié)構(gòu)并不能形成制造半導(dǎo)體器件的完整工藝流程。該工藝流程余下的步驟是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的。因此，僅描述本發(fā)明需要理解的工藝步驟和結(jié)構(gòu)。
如圖1A所示，可以在半導(dǎo)體基片2上形成可光致圖案形成的層4，所述半導(dǎo)體基片包括半導(dǎo)體芯片或包括半導(dǎo)體材料層的其它基片。在本文中，術(shù)語“半導(dǎo)體基片”包括硅芯片、絕緣體上硅薄膜(“SOI”)、藍(lán)寶石上硅薄膜(“SOS”)、在基本半導(dǎo)體基底(base semiconductor foundation)上的硅和其它半導(dǎo)體材料，例如硅-鍺、鍺、砷化鎵和磷化銦的外延層。
所述可光致圖案形成層4可由配制成能夠在暴露于輻射之下時(shí)選擇性轉(zhuǎn)化為二氧化硅(“SiO2”)基材料的材料形成。所述SiO2基材料可包括SiO2及其衍生物，例如烷基化物或其它改性的衍生物。所述可光致圖案形成層4的材料可包括有機(jī)硅光刻膠材料，例如硅聚合物、聚亞甲硅基化合物(polysilyne)或PSZ化合物，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可根據(jù)所需的可光致圖案形成層4的性質(zhì)對(duì)該材料進(jìn)行選擇。在本文中，術(shù)語“聚硅氮烷”或PSZ表示具有多個(gè)Si-N重復(fù)單元的低聚物、環(huán)狀、多環(huán)、線型聚合物或樹脂狀聚合物。在一實(shí)施方式中，有機(jī)硅光刻膠材料是常規(guī)的PSZ化合物。所述可光致圖案形成層4可包含單獨(dú)的有機(jī)硅光刻膠材料或有機(jī)硅光刻膠材料的混合物。例如，如果使用PSZ化合物，該P(yáng)SZ化合物可為單獨(dú)的PSZ化合物、多種PSZ化合物的混合物或PSZ共聚物。PSZ可具有線型、環(huán)狀或交聯(lián)的結(jié)構(gòu)?？赏ㄟ^任意已知的方法合成本領(lǐng)域已知的PSZ化合物，例如Nakahara等在美國(guó)專利第5905130號(hào)中所揭示的方法。
可光致圖案形成層4的材料能夠選擇性轉(zhuǎn)化成的SiO2基材料是一種具有Si-O鍵的硅倍半氧烷(silesesquioxane)材料(“SSQ”)。本領(lǐng)域已知的SSQ材料包括但不限于氫硅倍半氧烷(“HSQ”)、甲基硅倍半氧烷(“MSQ”)、多氫硅倍半氧烷(“pHSQ”)、氫聚硅倍半氧烷(“H-PSSQ”)、甲基聚硅倍半氧烷(“M-PSSQ”)和苯基聚硅倍半氧烷(“P-PSSQ”)。在一實(shí)施方式中，SiO2基材料為MSQ。
可光致圖案形成層4可包含PAG，用來引發(fā)將可光致圖案形成層4的有機(jī)硅光刻膠材料選擇性轉(zhuǎn)化為SiO2基材料的光化學(xué)反應(yīng)。PAG可為三嗪、噁唑、噁二唑、噻唑、取代的2-吡喃酮、砜化合物、磺酸酯化合物或鎓鹽化合物(例如重氮鎓鹽、碘鎓鹽或硫鎓鹽)、鹵化物或酯。在一實(shí)施方式中，可光致圖案形成層4包含PSZ化合物和PAG。
可通過常規(guī)涂布方法在半導(dǎo)體基片2上形成可光致圖案形成層4，所述常規(guī)涂布技術(shù)包括但不限于浸涂、刮涂、旋涂、輥涂、噴涂和流涂。用來沉積可光致圖案形成層4的涂布技術(shù)可取決于可光致圖案形成層4中所用的材料。在一實(shí)施方式中，將可光致圖案形成層4旋涂在半導(dǎo)體基片2上?？晒庵聢D案形成層4可形成大約0.05微米-4微米的厚度。
如圖1B所示，可在可光致圖案形成層4上形成罩層6。罩層6通過阻擋射入可光致圖案形成層4中的輻射來防止PAG活化。罩層6可由高吸收光或高反射光材料制成，這些材料包括但不限于DARC、BARC和金屬涂層。這些涂層可以是常規(guī)的無機(jī)或有機(jī)涂層。例如，罩層6可包括但不限于無定形碳(“α-碳”)、碳化硅、氮化鈦(“TiN”)、氮化硅(“SiN”)和氮氧化硅(“SiON”)?？赏ㄟ^常規(guī)沉積技術(shù)沉積罩層6。例如，無機(jī)或金屬涂層可通過CVD(“化學(xué)氣相沉積”)、真空沉積或?yàn)R射來沉積。有機(jī)涂層可通過旋涂來沉積。
罩層6應(yīng)形成足夠的厚度以防輻射射入可光致圖案形成層4。然而，罩層6的厚度要受到隨后的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)處理中對(duì)罩層6的蝕刻能力的限制。例如，如果罩層6過厚，便不能根據(jù)需要蝕刻罩層6。僅為了舉例，罩層6的厚度可超過大約10納米(100埃(“?！?)。如果罩層6由α-碳形成，其厚度可約為1000-2000。如果罩層6由SiON形成，其厚度應(yīng)約小于400。如果罩層6由BARC形成，其厚度可大于大約300-3000。
如圖1C所示，可在罩層6上形成光刻膠層8。光刻膠層8可由能夠形成高分辨率圖案的常規(guī)光刻膠材料形成。例如，光刻膠層8可由對(duì)短波長(zhǎng)，例如大約100-500納米的波長(zhǎng)敏感的光刻膠材料形成。例如，光刻膠材料可對(duì)193納米或248納米的波長(zhǎng)敏感。
可以用常規(guī)的光刻法和蝕刻法在光刻膠8和罩層6中形成所需的圖案?？赏ㄟ^掩模(未顯示)使部分光刻膠層8暴露于第一波長(zhǎng)10的輻射之下之下。第一波長(zhǎng)10的輻射可以是UV輻射、DUV輻射或X射線輻射。當(dāng)存在罩層6時(shí)，第一波長(zhǎng)10輻射不射入可光致圖案形成層4。相反地，罩層6可吸收或反射第一波長(zhǎng)10，保護(hù)可光致圖案形成層4以防其發(fā)生不希望有的曝光。因此，可使包括罩層6的中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)暴露于作為第一波長(zhǎng)10的任何波長(zhǎng)的輻射之下。換言之，中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)可暴露于任何波長(zhǎng)的輻射之下，例如使光刻膠層8形成圖案最有效的波長(zhǎng)，不限于對(duì)引發(fā)PAG最有效的波長(zhǎng)。在一實(shí)施方式中，第一波長(zhǎng)的范圍約為100-300納米。
光刻膠層8的曝光部分可使用常規(guī)顯影劑溶液除去，例如以下化合物的水溶液TMAH、膽堿、硅酸鈉、氫氧化鈉或氫氧化鉀。還預(yù)期可使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠選擇的不同顯影劑溶液除去光刻膠層8的未曝光部分，而非除去曝光部分。如圖1D所示，光刻膠層8的圖案可延伸通過罩層6，從而使部分的可光致圖案形成層4的一部分暴露。由于在光刻膠層8中使用高分辨率光刻膠，轉(zhuǎn)移到可光致圖案形成層4的圖案也會(huì)具有高分辨率。
如圖1E所示，在用罩層6和光刻膠層8覆蓋部分的可光致圖案形成層4的(未曝光于第一波長(zhǎng)的輻射的部分)的情況下，可以使中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)暴露于第二波長(zhǎng)14的輻射之下之下。第二波長(zhǎng)14可以是足以活化可光致圖案形成層4曝光部分的PAG、引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)的波長(zhǎng)。例如，第二波長(zhǎng)14可以是最有效活化PAG的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍。第二波長(zhǎng)14的輻射可以是UV輻射、DUV輻射或X射線輻射?；罨腜AG生成質(zhì)子(或酸)，這些質(zhì)子(或酸)與可光致圖案形成層4的有機(jī)硅光刻膠材料反應(yīng)。光化學(xué)反應(yīng)通過使在可光致圖案形成層4的曝光部分中的Si-N鍵斷裂、形成Si-O鍵，將可光致圖案形成層4的曝光部分轉(zhuǎn)化為SiO2基部分12。由于PAG僅在曝光部分被活化，光化學(xué)反應(yīng)僅在這些部分進(jìn)行，使得可光致圖案形成層4選擇性轉(zhuǎn)化為SiO2基部分12。
由于罩層6覆蓋了部分的可光致圖案形成層4，中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)可在任何波長(zhǎng)的輻射下形成圖案，而且該輻射不會(huì)影響可光致圖案形成層4下面的未暴露部分。然而，可以隨后將可光致圖案形成層4的暴露部分選擇性地轉(zhuǎn)化為SiO2基部分12。因此，可以在對(duì)圖案形成和轉(zhuǎn)化過程最優(yōu)化的波長(zhǎng)下進(jìn)行這些過程，而不需要在完成高分辨率圖案和將可光致圖案形成層4有效轉(zhuǎn)化為SiO2基部分12之間進(jìn)行折衷。
如圖1F所示，可通過常規(guī)的濕蝕刻或干蝕刻法將光刻膠8和罩層6從中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)上除去。也可通過蝕刻方法除去光刻膠層8和罩層6，該蝕刻法同時(shí)除去兩層而不蝕刻可光致圖案形成層4。例如，如果罩層6由α-碳形成，可以用氧等離子體同時(shí)除去罩層6和光刻膠層8。也可通過多個(gè)蝕刻處理分別除去罩層6和光刻膠層8。
如圖1G所示，通過暴露在適當(dāng)波長(zhǎng)的輻射之下，可以將可光致圖案形成層4剩余的部分轉(zhuǎn)化為SiO2基部分12’。如果需要，隨后也可通過常規(guī)的技術(shù)，例如在約高于200℃的溫度下在氧氣中灰化(ashing)，然后在氧氣中退火，或者通過蒸汽退火將SiO2基部分12’轉(zhuǎn)化為SiO2。
還預(yù)期在進(jìn)行了所需的光刻法和蝕刻處理之后，罩層6可以保留在半導(dǎo)體基片2上。例如，如果可光致圖案形成的層4的材料足夠穩(wěn)定，可以不需要將可光致圖案形成的層4轉(zhuǎn)化為SiO2基材料來提高其穩(wěn)定性，因此可以不需要除去罩層6的剩余部分。
在一實(shí)施方式中，形成自對(duì)準(zhǔn)接觸(“SAC”)。SAC可以形成于晶體管柵極結(jié)構(gòu)之間，例如在DRAM存儲(chǔ)單元陣列中。如圖2A所示，可以在半導(dǎo)體基片22上形成晶體管柵極結(jié)構(gòu)20。這些晶體管柵極結(jié)構(gòu)20可通過常規(guī)的技術(shù)形成，可包括多層，例如聚硅(polysilicon)層、硅化鎢層和多層絕緣層。也可在晶體管柵極結(jié)構(gòu)20之上沉積可光致圖案形成層24，填充晶體管柵極結(jié)構(gòu)20之間的空隙。盡管圖2A中顯示了兩個(gè)晶體管柵極結(jié)構(gòu)20，應(yīng)當(dāng)理解可以具有任意數(shù)量的晶體管柵極結(jié)構(gòu)20。
如圖2B和2C所示可以在可光致圖案形成層24上沉積罩層26和光刻膠層28，并且如前文所述地形成圖案，從而使部分的可光致圖案形成層24暴露?？墒箍晒庵聢D案形成層24的暴露部分暴露在第一波長(zhǎng)25的輻射之下。如圖2D和2E所示，可將可光致圖案形成層24的曝光部分暴露于第二波長(zhǎng)23(這種波長(zhǎng)是能夠最有效地將這些部分轉(zhuǎn)化為SiO2基材料的波長(zhǎng))的輻射之下從而形成SiO2基部分27?？晒庵聢D案形成層24未暴露的部分受到罩層26的保護(hù)，因此在這些部分未從PAG生成質(zhì)子。如圖2F所示，可以用對(duì)SiO2基材料具有選擇性的蝕刻劑除去SiO2基部分27，使得半導(dǎo)體基片22的部分表面暴露出來。如圖2G和2H所示，可以除去光刻膠層28和罩層26，可光致圖案形成層24剩下的部分通過暴露于輻射之下而轉(zhuǎn)化為SiO2基部分27’。
SAC可以形成于晶體管柵極結(jié)構(gòu)20之間的蝕刻區(qū)域。如本領(lǐng)域所示，SAC的接觸層可由聚硅、銅、鋁、硅化鎢或其它導(dǎo)電接觸材料形成。
還預(yù)期可以將本文所述的罩層用于形成其它半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)包括但不限于自對(duì)準(zhǔn)通路、介電層、溝槽、淺槽隔離、導(dǎo)體、絕緣體、電容器、柵極和源漏結(jié)。這些半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)可用來制造半導(dǎo)體存儲(chǔ)器器件，例如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(“DRAM”)、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(“SRAM”)、同步DRAM(“SDRAM”)、閃存和其它存儲(chǔ)器件。例如，在形成自對(duì)準(zhǔn)通路時(shí)，可如上所述在第一金屬結(jié)構(gòu)上沉積罩層。該罩層可包括DARC或TiN之類的增透涂層?？梢栽诘谝唤饘俳Y(jié)構(gòu)和罩層上形成包含PSZ化合物和PAG的可光致圖案形成的層?？梢栽谧詫?duì)準(zhǔn)通路從第二金屬結(jié)構(gòu)延伸下來的位置除去可光致圖案形成的層和罩層。當(dāng)中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)暴露于輻射之下時(shí)，可以從第一金屬結(jié)構(gòu)反射的輻射來增強(qiáng)PAG的活化。這可通過控制第一金屬結(jié)構(gòu)所反射的輻射量來完成。只有當(dāng)輻射的量足夠時(shí)，才能使PAG有效地活化，從而將可光致圖案形成的層轉(zhuǎn)化為SiO2基材料。然后可除去SiO2基材料以形成自對(duì)準(zhǔn)通路。由于自對(duì)準(zhǔn)通路的形成是取決于從第一金屬結(jié)構(gòu)的反射輻射，所以所得的通路是自對(duì)準(zhǔn)的。
如本文所述，可以用罩層隔離圖案形成過程和轉(zhuǎn)化過程，使得這些過程的條件都能夠最優(yōu)而不影響其它的過程。換言之，可以用圖案形成過程最優(yōu)的波長(zhǎng)使中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)形成圖案，另一方面也可使用能夠最優(yōu)地將有機(jī)硅光刻膠材料轉(zhuǎn)化為SiO2基材料的波長(zhǎng)。罩層防止輻射射入可光致圖案形成的層中，從而使得中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)能夠暴露于此前不能使用的輻射之下。
盡管很容易對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改或替代，在附圖中以實(shí)施例的方式顯示了具體的實(shí)施方式，本文也對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非僅限于所揭示的這些特定形式。相反地，在以下所附權(quán)利要求書所述的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等價(jià)內(nèi)容和替換均包括在本發(fā)明之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種形成中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括以下步驟提供半導(dǎo)體基片；在半導(dǎo)體基片上形成可光致圖案形成的層；在可光致圖案形成的層上形成罩層；在罩層上形成光刻膠層；使至少部分光刻膠層和罩層暴露于第一波長(zhǎng)的輻射之下，從而形成高分辨率圖案；除去至少部分的光刻膠層和罩層，從而暴露出至少部分的可光致圖案形成的層；以及使至少部分的可光致圖案形成層暴露于第二波長(zhǎng)的輻射之下，從而將至少部分的可光致圖案形成層轉(zhuǎn)化為二氧化硅基材料。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使至少部分光刻膠層和罩層暴露于第一波長(zhǎng)的輻射之下，從而提供高分辨率圖案的步驟包括使至少部分光刻膠層和罩層暴露于第一波長(zhǎng)的輻射之下，而不使可光致圖案形成層暴露于第一波長(zhǎng)的輻射之下。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，使至少部分光刻膠層和罩層暴露于第一波長(zhǎng)的輻射之下，從而形成高分辨率圖案的步驟包括使至少部分光刻膠層和罩層暴露于約為100-300納米的波長(zhǎng)輻射之下。
4.如權(quán)利要求1-3的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使至少部分光刻膠層和罩層暴露于第一波長(zhǎng)的輻射之下，從而形成高分辨率圖案的步驟包括使至少部分光刻膠層和罩層暴露于193納米的波長(zhǎng)或248納米的波長(zhǎng)之下。
5.如權(quán)利要求1-4的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使至少部分可光致圖案形成層暴露于第二波長(zhǎng)的輻射之下的步驟包括使至少部分光成圖案層轉(zhuǎn)化為硅倍半氧烷材料。
6.如權(quán)利要求1-5的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使至少部分可光致圖案形成層暴露于第二波長(zhǎng)的輻射之下的步驟包括使至少部分光成圖案層轉(zhuǎn)化為硅倍半氧烷材料，所述硅倍半氧烷材料選自氫硅倍半氧烷、甲基硅倍半氧烷、多氫硅倍半氧烷、氫聚硅倍半氧烷、甲基聚硅倍半氧烷和苯基聚硅倍半氧烷。
7.如權(quán)利要求1-6的任一項(xiàng)所述的方法，還包括除去至少部分轉(zhuǎn)化為硅倍半氧烷材料的可光致圖案形成層的步驟。
8.如權(quán)利要求1-7的任一項(xiàng)所述的方法，還包括將可光致圖案形成層余下的部分轉(zhuǎn)化為硅倍半氧烷材料的步驟。
9.如權(quán)利要求1-8的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在半導(dǎo)體基片上形成可光致圖案形成層的步驟包括用配制成能夠在暴露于輻射時(shí)選擇性轉(zhuǎn)化為硅倍半氧烷材料的材料形成可光致圖案形成層。
10.如權(quán)利要求1-9的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在半導(dǎo)體基片上形成可光致圖案形成層的步驟包括用選自硅聚合物、聚亞甲硅基化合物和聚硅氮烷化合物的有機(jī)硅光刻膠材料形成可光致圖案形成層。
11.如權(quán)利要求1-10的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在半導(dǎo)體基片上形成可光致圖案形成層的步驟包括使用配制成當(dāng)暴露于輻射之下時(shí)能夠選擇性轉(zhuǎn)化為硅倍半氧烷材料的材料，形成光成圖案層，所述硅倍半氧烷材料選自氫硅倍半氧烷、甲基硅倍半氧烷、多氫硅倍半氧烷、氫聚硅倍半氧烷、甲基聚硅倍半氧烷和苯基聚硅倍半氧烷。
12.如權(quán)利要求1-11的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在半導(dǎo)體基片上形成可光致圖案形成層的步驟包括在可光致圖案形成層中包含光致生酸劑。
13.如權(quán)利要求1-12的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在可光致圖案形成的層上形成罩層的步驟包括形成一層材料層，該材料層防止輻射射入可光致圖案形成的層。
14.如權(quán)利要求1-13的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在可光致圖案形成的層上形成罩層的步驟包括在可光致圖案形成的層上形成包含高吸收光或高反射光材料的層。
15.如權(quán)利要求1-14的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在可光致圖案形成的層上形成罩層的步驟包括在可光致圖案形成的層上形成介電增透涂層、底增透涂層或金屬涂層。
16.如權(quán)利要求1-15的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在可光致圖案形成的層上形成罩層的步驟包括用選自無定形碳、碳化硅、氮化鈦、氮化硅和氮氧化硅的材料形成罩層。
17.如權(quán)利要求1-16的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在可光致圖案形成的層上形成罩層的步驟包括使所述罩層形成足以防止輻射射入可光致圖案形成層的厚度。
18.如權(quán)利要求1-17的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在罩層上形成光刻膠層的步驟包括用對(duì)大約100-500納米波長(zhǎng)的輻射敏感的光刻膠材料形成光刻膠層。
19.如權(quán)利要求1-18的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在罩層上形成光刻膠層的步驟包括用對(duì)大約193納米或大約248納米的波長(zhǎng)敏感的光刻膠材料形成光刻膠層。
20.一種中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體基片；在所述半導(dǎo)體基片上形成的可光致圖案形成的層，所述可光致圖案形成的層包含一種材料，該材料被配制成當(dāng)暴露于輻射之下時(shí)轉(zhuǎn)化為二氧化硅基材料；在至少部分的可光致圖案形成的層上形成的罩層；以及在至少部分罩層上形成的光刻膠層。
21.如權(quán)利要求20所述的中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述罩層包含高吸收光或高反射光的材料。
22.如權(quán)利要求20或21所述的中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，除去至少第一部分的光刻膠層，余下至少第二部分的光刻膠層，除去至少第一部分的罩層，余下至少第二部分的罩層。
23.如權(quán)利要求20-22中的任一項(xiàng)所述的中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，使至少部分的可光致圖案形成層轉(zhuǎn)化為二氧化硅基材料。
24.如權(quán)利要求20-23中的任一項(xiàng)所述的中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，轉(zhuǎn)化為二氧化硅基材料的至少部分的可光致圖案形成層包含二氧化硅或其烷基化衍生物。
25.如權(quán)利要求20-24中的任一項(xiàng)所述的中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，轉(zhuǎn)化為二氧化硅基材料的至少部分的可光致圖案形成層包含硅倍半氧烷材料。
26.如權(quán)利要求20-25中的任一項(xiàng)所述的中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述可光致圖案形成層包含選自硅聚合物、聚亞甲硅基化合物和聚硅氮烷化合物的有機(jī)硅光刻膠材料。
27.如權(quán)利要求20-26中的任一項(xiàng)所述的中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述可光致圖案形成層包含光致生酸劑。
28.如權(quán)利要求20-27中的任一項(xiàng)所述的中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述二氧化硅基材料包含二氧化硅或其烷基化衍生物。
29.如權(quán)利要求20-28中的任一項(xiàng)所述的中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述二氧化硅基材料包含硅倍半氧烷材料。
30.如權(quán)利要求20-29中的任一項(xiàng)所述的中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述硅倍半氧烷材料選自氫硅倍半氧烷、甲基硅倍半氧烷、多氫硅倍半氧烷、氫聚硅倍半氧烷、甲基聚硅倍半氧烷和苯基聚硅倍半氧烷。
31.如權(quán)利要求20-30中的任一項(xiàng)所述的中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述罩層包含能夠防止輻射射入可光致圖案形成層中的材料。
32.如權(quán)利要求20-31中的任一項(xiàng)所述的中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述罩層包含介電增透涂層、底增透涂層或金屬涂層。
33.如權(quán)利要求20-32中的任一項(xiàng)所述的中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，用于罩層的材料選自無定形碳、碳化硅、氮化鈦、氮化硅和氮氧化硅。
34.如權(quán)利要求20-33中的任一項(xiàng)所述的中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，罩層具有足以防止輻射射入可光致圖案形成層中的厚度。
35.如權(quán)利要求20-34中的任一項(xiàng)所述的中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述罩層的厚度約大于10納米。
36.如權(quán)利要求20-35中的任一項(xiàng)所述的中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，光刻膠層包含能夠形成高分辨率圖案的光刻膠材料。
37.如權(quán)利要求20-36中的任一項(xiàng)所述的中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述光刻膠層包含對(duì)大約100-500納米波長(zhǎng)的輻射敏感的光刻膠材料。
38.如權(quán)利要求20-37中的任一項(xiàng)所述的中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述光刻膠層包含對(duì)大約193納米或大約248納米的波長(zhǎng)敏感的光刻膠材料。
39.如權(quán)利要求20-38中的任一項(xiàng)所述的中間半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，已從所述可光致圖案形成層上除去二氧化硅基材料。
全文摘要
一種使得可光致圖案形成的旋涂材料能夠在此前不能使用的波長(zhǎng)下用于形成半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的罩層。所述可光致圖案形成的旋涂材料以層的形式施涂在半導(dǎo)體基片上。在可光致圖案形成的層上形成罩層和光刻膠層。罩層吸收或反射輻射，保護(hù)可光致圖案形成的層不受使光刻膠層形成圖案時(shí)所用的第一波長(zhǎng)的輻射。所述可光致圖案形成的旋涂材料當(dāng)暴露于第二波長(zhǎng)的輻射之下時(shí)可以轉(zhuǎn)化為二氧化硅基材料。
文檔編號(hào)H01L21/768GK1809788SQ200480016988
公開日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2004年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月12日
發(fā)明者W·李, G·S·桑德胡 申請(qǐng)人:微米技術(shù)股份有限公司