CN109427557A - 进行光刻制程的方法 - Google Patents
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Abstract
提供进行光刻制程的方法，进行光刻制程的方法包含在基底上方形成光刻胶层，并将光刻胶层的一部分曝光，以在未曝光部分之间形成曝光部分。进行光刻制程的方法还包含将光刻胶层显影以移除光刻胶层的曝光部分，使得开口形成于未曝光部分之间，并在开口中和光刻胶层的未曝光部分上方形成后处理涂布材料。进行光刻制程的方法还包含通过进行后处理制程，光刻胶层的未曝光部分的一部分与后处理涂布材料反应，以及移除后处理涂布材料。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体技术，且特别涉及进行光刻制程的方法。
背景技术
半导体装置用于各式各样的电子应用中，例如个人电脑、手机、数码相机和其他电子设备。半导体装置一般通过在半导体基底上按序地沉积绝缘层或介电层、导电层和半导体层材料，并使用光刻将各种材料层图案化，以形成电路组件和元件于其上来制造。
增加半导体结构的效能的重要驱动因素之一为较高的电路集成度，这可通过微型化或缩小给定芯片上的装置尺寸来实现。然而，随着装置尺寸缩小，用来形成装置的光刻制程也变得更具挑战性。
发明内容
在一些实施例中，提供进行光刻制程的方法，此方法包含在基底上方形成光刻胶层；将光刻胶层的一部分曝光，以在未曝光部分之间形成曝光部分；将光刻胶层显影，以移除光刻胶层的曝光部分，使得开口形成于未曝光部分之间；在开口中和光刻胶层的未曝光部分上方形成后处理涂布材料；通过进行后处理制程，光刻胶层的未曝光部分的一部分与后处理涂布材料反应；以及移除后处理涂布材料。
在一些其他实施例中，提供进行光刻制程的方法，此方法包含在材料层上方形成光刻胶层；通过进行曝光制程来将光刻胶层的曝光部分曝光；将光刻胶层的曝光部分的第一部分溶解于第一显影剂中，以在光刻胶层中形成开口，而曝光部分的第二部分保留在材料层上方；在开口中和光刻胶层的曝光部分的第二部分上方形成后处理涂布材料；将后处理涂布材料与光刻胶层的曝光部分的第二部分反应；以及移除后处理涂布材料和光刻胶层的曝光部分的第二部分。
在另外一些实施例中，提供进行光刻制程的方法，此方法包含在基底上方形成光刻胶层；将光刻胶层的一部分暴露于辐射，以在光刻胶层的未曝光部分之间形成曝光部分；将光刻胶层的曝光部分溶解于第一显影剂中，以在光刻胶层的未曝光部分之间形成开口；在开口中和光刻胶层的未曝光部分上方形成后处理涂布材料；在后处理涂布材料上进行后处理制程，以释放在后处理涂布材料中的酸；以及移除后处理涂布材料和未曝光部分的周边部分。
附图说明
根据以下的详细说明并配合附图可以更加理解本发明实施例。应注意的是，根据本产业的标准惯例，图示中的各种部件并未必按照比例绘制。事实上，可能任意的放大或缩小各种部件的尺寸，以做清楚的说明。
图1A-图1H显示依据一些实施例的形成半导体结构(包含进行光刻制程)的各种阶段的剖面示意代表图。
图2A显示依据一些实施例的后处理涂布材料中的聚合物，其具有接合至聚合物的光酸产生剂(photo-acid generators，PAG)/热酸产生剂(thermal acid generator，TAG)。
图2B显示依据一些实施例的混合在后处理涂布材料中的聚合物和光酸产生剂/热酸产生剂。
图3A-图3C显示依据一些实施例的进行光刻制程的各种阶段的剖面示意代表图。
图4A-图4C显示依据一些实施例的进行光刻制程的各种阶段的剖面示意代表图。
图5A-图5C显示依据一些实施例的进行光刻制程的各种阶段的剖面示意代表图。
图6A和图6B显示依据一些实施例的在进行后处理制程之前以及在进行后处理制程之后，图案化光刻胶层的未曝光部分的上视图。
其中，附图标记说明如下：
100 半导体结构
102 基底
104 材料层
104’ 图案化材料层
106 光刻胶层
106’、106”、106”’、106a”、106a”’、106b”、106b”’、106c”、106c”’ 图案化光刻胶层
108 曝光制程
110 遮罩结构
112、118、128 开口
114 曝光部分
116、116’、116a、116a’、116b、116b’、116c、116c’、116d、116d’ 未曝光部分
120、120a、120b、120c 后处理涂布材料
122 后处理制程
124 周边部分
126 图案
130 蚀刻制程
306、406 剩余部分
506 聚合物层
20A、20B 聚合物
A 第一官能基
D1、D2 距离
H1、H2 高度
W1、W2 宽度
具体实施方式
要了解的是以下的公开内容提供许多不同的实施例或范例，以实施所提供的主体的不同部件。以下叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以求简化公开内容的说明。当然，这些仅为范例并非用以限定本发明。例如，以下的公开内容叙述了将一第一部件形成于一第二部件之上或上方，即表示其包含了所形成的上述第一部件与上述第二部件是直接接触的实施例，亦包含了尚可将附加的部件形成于上述第一部件与上述第二部件之间，而使上述第一部件与上述第二部件可能未直接接触的实施例。此外，公开内容中不同范例可能使用重复的参考符号及/或用字。这些重复符号或用字是为了简化与清晰的目的，并非用以限定各个实施例及/或所述外观结构之间的关系。
本发明实施例中所描述的先进光刻制程、方法和材料可用于许多应用中，包含鳍式场效晶体管(fin-type field effect transistors，FinFETs)。举例来说，可将鳍图案化以在部件之间产生相对紧密的间隔，对此，本发明实施例非常适合。此外，依据以上实施例，可加工用于形成鳍式场效晶体管的鳍的间隔物。
再者，为了方便描述附图中一元件或部件与另一(多个)元件或(多个)部件的关系，可使用空间相关用语，例如“在...之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”及类似的用语。除了附图所示出的方位之外，空间相关用语也涵盖装置在使用或操作中的不同方位。所述装置也可被另外定位(例如，旋转90度或者位于其他方位)，并对应地解读所使用的空间相关用语的描述。应当理解的是，可提供额外的操作于本发明实施例的方法之前、本发明实施例的方法中和本发明实施例的方法之后，且在本发明实施例的方法的其他实施例中，可取代或消除所述的一些操作。
本发明实施例提供进行光刻制程的方法。光刻制程可包含在基底上方形成光刻胶层，并对光刻胶层进行曝光制程和第一显影制程。接着，后处理涂布材料形成于光刻胶层上方，并进行后处理制程。之后，移除后处理涂布材料。通过形成后处理涂布材料并进行后处理制程，可改善光刻胶层中最终图案的分辨率，并可降低用于光刻制程所需消耗的能量。
第1A-1H图显示依据一些实施例的形成半导体结构100(包含进行光刻制程)的各种阶段的剖面示意代表图。依据一些实施例，如图1A所示，接收基底102。基底102可为半导体晶圆，例如硅晶圆。替代地或另外地，基底102可包含元素半导体材料、化合物半导体材料及/或合金半导体材料。元素半导体材料的范例可包含结晶硅、多晶硅、非晶硅、锗和钻石，但不限于此。化合物半导体材料的范例可包含碳化硅、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟和锑化铟，但不限于此。合金半导体材料的范例可包含SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP和GaInAs，但不限于此。
在一些实施例中，基底102包含结构例如包含井区和源极/漏极区的掺杂区、包含浅沟槽隔离(shallow trench isolation，STI)的隔离部件、层间介电(inter-leveldielectri，ILD)层及/或包含栅极电极、金属线、导通孔和接点的导电部件。
依据一些实施例，如图1A所示，材料层104形成基底102上方。材料层104被配置在后续制造过程中被图案化。材料层104可为一个或多个材料层。在一些实施例中，材料层104为介电层。在一些实施例中，材料层104由金属氧化物、金属氮化物、金属硅化物、金属硅酸盐、过渡金属氧化物、过渡金属氮化物、过渡金属硅酸盐或金属的氮氧化物制成。用于形成材料层104的材料的范例包含氧化钛、氮化钛、氧化铪(HfO2)、氧化硅铪(HfSiO)、氮氧化硅铪(HfSiON)、氧化钽铪(HfTaO)、氧化钛铪(HfTiO)、氧化锆铪(HfZrO)、氮化硅、氮氧化硅、氧化锆、氧化钛、氧化铝、二氧化铪-氧化铝(HfO2-Al2O3)合金或其他可应用的介电材料，但不限于此。在一些实施例中，材料层104由低介电常数(low-k)介电材料制成。在一些实施例中，材料层104由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、磷硅玻璃(phosphosilicate glass，PSG)、硼磷硅玻璃(borophosphosilicate glass，BPSG)及/或其他可应用的低介电常数介电材料制成。在一些实施例中，材料层104通过进行化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)制程、物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)制程、原子层沉积(atomiclayer deposition，ALD)制程、旋涂制程或其他可应用的制程形成。
依据一些实施例，如第图1A所示，在形成材料层104之后，光刻胶层106形成于材料层104上方。在一些实施例中，光刻胶层106通过在材料层104上方涂布光刻胶材料来形成。在一些实施例中，用来形成光刻胶层106的光刻胶材料包含感光性聚合物、光酸产生剂(photo-acid generators，PAG)、抑制剂(quencher)和溶剂。感光性聚合物可在暴露于辐射时释放电子，且电子可促使光酸产生剂释放酸，以形成酸性环境。接着，感光性聚合物上的酸不稳定官能基可接着释放在酸性环境中，且感光性聚合物上的酸不稳定官能基转化为酸基(例如去保护)。因此，在进行曝光制程之前，感光性聚合物可为不溶于显影制程的显影剂，但是在进行曝光制程之后变得可溶于显影剂中。
依据一些实施例，如图1B所示，在形成光刻胶层106之后，在光刻胶层106上进行曝光制程108，以形成图案化光刻胶层106’。更具体来说，在曝光制程108期间，具有开口112的遮罩结构110放置于光刻胶层106上方，以形成曝光部分114和未曝光部分116。在一些实施例中，曝光部分114位于未曝光部分116之间。
在一些实施例中，曝光制程108包含将曝光部分114暴露于辐射。在一些实施例中，此辐射具有波长小于250nm。在一些实施例中，此辐射包含KrF、ArF、极紫外线(extremeultraviolet，EUV)或电子束。更具体来说，图案化光刻胶层106’的曝光部分114中的感光性聚合物将在曝光制程期间暴露于辐射时释放电子，且电子将促使光酸产生剂释放酸，导致酸性环境。因此，感光性聚合物上的酸不稳定官能基将释放于酸性环境中，且因此感光性聚合物将变得可溶于的后使用的显影剂。在进行曝光制程108之后，移除遮罩结构110。
在一些实施例中，在进行曝光制程108之后，烘烤(例如加热)图案化光刻胶层106’。在一些实施例中，在烘烤案化光刻胶层106’之后，图案化光刻胶层106’的曝光部分114中的酸基(例如–COOH基)的数量增加，使得曝光部分114变得比在烘烤之前更易溶解。
接着，依据一些实施例，如图1C所示，在图案化光刻胶层106’上进行第一显影制程来移除曝光部分114，使得开口118形成于未曝光部分116之间。更具体来说，图案化光刻胶层106’的曝光部分114溶解在用于第一显影制程中的第一显影剂中，并与第一显影剂一起移除。如前所述，图案化光刻胶层106’的曝光部分114的酸基在酸性环境中去保护，且因此曝光部分114在用于第一显影制程中的第一显影剂中变得可溶解的。另一方面，未曝光部分116在曝光制程108期间不暴露于辐射，且图案化光刻胶层106’的未曝光部分116在第一显影制程期间保持不溶于第一显影剂中。在一些实施例中，第一显影剂包含氢氧化四甲基铵(tetramethylammonium hydroxide，TMAH)。
依据一些实施例，如图1D所示，在进行第一显影制程之后，后处理涂布材料120形成于开口118中和未曝光部分116上方。此外，依据一些实施例，后处理涂布材料120完全填满开口118。后处理涂布材料120可为用于释放酸的前驱物，使得通过后处理涂布材料120产生的酸可与未曝光部分116的周边部分反应。在一些实施例中，后处理涂布材料120包含光酸产生剂(PAG)和热酸产生剂(thermal acid generator，TAG)。的后将描述后处理涂布材料120的细节。
依据一些实施例，如图1E所示，在形成后处理涂布材料120之后，在后处理涂布材料120上进行后处理制程122。后处理制程122被配置为促使在后处理涂布材料120中形成酸，使得酸可与未曝光部分116的周边部分124反应。在一些实施例中，在后处理制程122期间释放的酸具有pKa值小于约3。此外，后处理制程122可被配置为控制后处理涂布材料120的扩散距离，使得最终未暴光部分的尺寸可按照设计形成(之后将描述细节)。
在一些实施例中，后处理制程122为热烘烤制程。如上所述，后处理涂布材料120可包含热酸产生剂，其当加热后处理涂布材料120时倾向释放酸。因此，后处理制程122可为热烘烤制程，使得热酸产生剂可在后处理制程122期间分解，以在后处理涂布材料120中释放酸。
在一些实施例中，后处理制程122包含加热后处理涂布材料120在温度约60℃至约200℃的范围中。在一些实施例中，加热后处理涂布材料120约5秒至约300秒。将进行后处理制程122的温度和时间控制在足够高/长，以触发后处理涂布材料120与未曝光部分116之间的反应。另一方面，进行后处理制程122的温度和时间不应太高/长，否则后处理涂布材料120与未曝光部分116之间的混合/扩散可能变得太多。
在一些实施例中，后处理制程122为辐射固化制程。在一些实施例中，辐射固化制程包含将后处理涂布材料120暴露于辐射。在一些实施例中，此辐射具有波长小于365nm。在一些实施例中，此辐射包含KrF、ArF、极紫外线或电子束。
如上所述，后处理涂布材料120可包含光酸产生剂，其当后处理涂布材料120与辐射反应时倾向释放酸。因此，后处理制程122可为辐射固化制程，使得光酸产生剂可在后处理制程122期间分解，以在后处理涂布材料120中释放酸。
在一些实施例中，后处理涂布材料120可从未曝光部分116的顶表面和侧壁朝向未曝光部分116的中心扩散，且后处理涂布材料120将释放酸，使得酸在后处理制程122期间将与图案化光刻胶层106”的未曝光部分116反应。举例来说，酸可与图案化光刻胶层106”的未曝光部分116的周边部分124反应。
在一些实施例中，图案化光刻胶层106”的未曝光部分116的周边部分124具有厚度在约1nm至约50nm的范围中。图案化光刻胶层106”的未曝光部分116的周边部分124可被定义为未曝光部分116与从后处理涂布材料120释放的酸反应的部分。
依据一些实施例，如图1F所示，在进行后处理制程122之后，进行第二显影制程来移除后处理涂布材料120。此外，依据一些实施例，通过第二显影制程也移除未曝光部分116的周边部分124。
更具体来说，依据一些实施例，第二显影剂用于第二显影制程中，且后处理涂布材料120和未曝光部分116的周边部分124都溶解于第二显影剂中。在一些实施例中，用于第二显影制程中的第二显影剂相同于上述用于第一显影制程中的第一显影剂。在一些实施例中，第二显影剂包含氢氧化四甲基铵(TMAH)。在一些实施例中，第二显影剂包含氢氧化四甲基铵溶液2.38％或氢氧化四甲基铵溶液小于2.38％。
依据一些实施例，由于未曝光部分116的周边部分124通过第二显影制程移除，因此图1F所示的图案化光刻胶层106”’的未曝光部分116’的尺寸小于图1E所示的图案化光刻胶层106”的未曝光部分116的尺寸。也就是说，图1F所示的在未曝光部分116’之间的距离D2大于图1E所示的在未曝光部分116之间的距离D1。
在一些实施例中，图1E所示的图案化光刻胶层106”的未曝光部分116的宽度W1大于图所示的图案化光刻胶层106”’的未曝光部分116’的宽度W2。在一些实施例中，宽度W1与宽度W2之间的差异在约1nm至约50nm的范围中。由于未曝光部分116的宽度W1可通过进行后处理制程来缩减，因此可降低用于曝光制程108的能量(之后将描述细节)。
在一些实施例中，图1E所示的图案化光刻胶层106”的未曝光部分116的高度H1大于图1F所示的图案化光刻胶层106”’的未曝光部分116’的高度H2。在一些实施例中，高度H1与高度H2之间的差异在约1nm至约50nm的范围中。由于未曝光部分116的高度H1可通过进行后处理制程来缩减，因此也可降低未曝光部分116的深宽比。因此，也可降低由高深宽比(或大的高度)引起的光刻胶层弯曲或断裂的风险。
接着，依据一些实施例，如图1G所示，通过使用未曝光部分116’作为遮罩进行蚀刻制程130来蚀刻材料层104。在一些实施例中，蚀刻制程130为干蚀刻制程，例如等离子体蚀刻制程。在进行蚀刻制程130之后，材料层104被图案化以形成图案化材料层104’的图案126。此外，依据一些实施例，如图1G所示，开口128形成于图案化材料层104’的图案126之间。
依据一些实施例，如图1H所示，在进行蚀刻制程130之后，移除图案化光刻胶层106”’的未曝光部分116’。图案126可具有宽度大致等于图1F所示的未曝光部分116’的宽度W2。此外，图案化材料层104’的图案126之间的距离可大致等于图1F所示的未曝光部分116’之间的距离D2。
如前所述，依据一些实施例，制造半导体结构100的方法包含使用后处理涂布材料120进行光刻制程和进行后处理制程122。更具体来说，后处理涂布材料120形成于图案化光刻胶层106’上方，并在的后进行后处理制程122。此外，后处理涂布材料120被配置为用于释放酸的前驱物，使得通过后处理涂布材料120产生的酸可与未曝光部分116的周边部分124反应。
在一些实施例中，后处理涂布材料120包含聚合物、光酸产生剂(PAG)及/或热酸产生剂(TAG)和溶剂。可选择溶剂，使得溶剂不与光刻胶层106混合。也就是说，光刻胶层106应不溶于后处理涂布材料120的溶剂。在一些实施例中，溶剂为酒精、醚、酯或类似物。在一些实施例中，溶剂为H2O、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、异丙醇(isopropyl alcohol，IPA)、乙二醇、甲基异丁基甲醇(methyl isobutyl carbinol，MIBC)、二异戊基醚(diisopentyl ether，DIAE)、二甲醚、二乙醚、二丙醚、二丁醚、乙酸正丁酯(normal butyl acetate，NBA)或前述的组合。
后处理涂布材料120中的聚合物可包含与其接合的光酸产生剂及/或热酸产生剂，或者可与光酸产生剂及/或热酸产生剂混合。图2A显示依据一些实施例的后处理涂布材料120中的聚合物20A，其具有接合至聚合物的光酸产生剂及/或热酸产生剂(PAG/TAG)。
如图2A所示，聚合物20A具有主链和接合至主链的至少两官能基。第一官能基A被配置为调整聚合物20A的溶解度，而第二官能基被配置为释放后处理涂布材料120中的酸。
特别来说，聚合物被设计为可溶于溶剂中，但是光刻胶层106应不溶于溶剂。在一些实施例中，第一官能基A为有着酸性的单体A的一部分。在一些实施例中，单体A的pKa值小于4.5。在一些实施例中，第一官能基A为甲基丙烯酸(mathacrylic acid，MAA)、甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate，MMA)、乙烯醇、羟基苯乙烯(hydroxystyrene，HS)、4-苯乙烯磺酸、氟-醇取代的烷烃或氟取代的烷烃的一部分。在一些实施例中，第一官能基A为氟-醇取代的烷基或氟取代的烷基。在一些实施例中，第一官能基A为氟取代的C1-C10烷基。
在一些实施例中，第二官能基为光酸产生剂或热酸产生剂的一部分。举例来说，光酸产生剂/热酸产生剂可通过共价键接合至聚合物20A的主链。在一些实施例中，第二官能基为以下化学式(I)的一部分:
在一些实施例中，化学式(I)中的R为C1-C10烷基、C3-C10烯基、C3-C10炔基或C1-C10烷氧基，而化学式(I)中的R1为氢、C1-C10烷基、C3-C10烯基、C3-C10炔基或C1-C10烷氧基。在一些实施例中，化学式(I)中的R为氟取代的烷基，例如氟取代的C1-C10烷基。在一些实施例中，化学式(I)中的R的分子量大于15。在一些实施例中，化学式(I)中的R的分子量在约15至约500的范围中。R基的分子量应足够大来限制聚合物的扩散。在一些实施例中，化学式(I)显示的化合物的R基中的碳通过共价键接合至聚合物20A的主链。
在一些实施例中，第二官能基为以下化学式(II)的一部分:
在一些实施例中，化学式(II)中的R为C1-C10烷基、C3-C10烯基、C3-C10炔基或C1-C10烷氧基。在一些实施例中，化学式(II)中的R为氟取代的烷基，例如氟取代的C1-C10烷基。在一些实施例中，化学式(II)中的R的分子量大于15。在一些实施例中，化学式(II)中的R的分子量在约15至约500的范围中。R基的分子量应足够大来限制聚合物的扩散距离。在一些实施例中，化学式(II)显示的化合物的R基中的碳通过共价键接合至聚合物20A的主链。
在一些实施例中，第二官能基为以下化学式(III)的一部分:
在一些实施例中，化学式(III)中的R为C1-C10烷基、C3-C10烯基、C3-C10炔基或C1-C10烷氧基。在一些实施例中，化学式(III)中的R为氟取代的烷基，例如氟取代的C1-C10烷基。化学式(III)中的R1为氢、C1-C10烷基、C3-C10烯基、C3-C10炔基或C1-C10烷氧基。在一些实施例中，化学式(III)中的R的分子量大于15。在一些实施例中，化学式(III)中的R的分子量在约15至约500的范围中。R基的分子量应足够大来限制聚合物的扩散。在一些实施例中，化学式(III)显示的化合物的R基中的碳通过共价键接合至聚合物20A的主链。
在一些实施例中，聚合物20A具有平均分子量在约2000至约500000之间的范围中。如上所述，可控制聚合物20A的尺寸(即分子量)，使得可容易控制后处理涂布材料120的扩散距离。
在一些实施例中，第一官能基与第二官能基的分子量比值在约1至约100的范围中。如上所述，第一官能基可被视为溶解度控制器，而第二官能基可被视为酸产生剂。更具体来说，第一官能基A被配置为调整聚合物20A的溶解度，而第二官能基被配置为释放在后处理涂布材料120中的酸。因此，可控制第一官能基与第二官能基的比值，使得可从聚合物20A释放适量的酸，且聚合物20A可溶于在后处理涂布材料中的溶剂。
在一些其他实施例中，后处理涂布材料120中的聚合物与光酸产生剂及/或热酸产生剂混合。图2B显示依据一些实施例的混合在后处理涂布材料中的聚合物20B和光酸产生剂及/或热酸产生剂。如图2B所示，聚合物20B具有主链和接合至主链的第一官能基A。第一官能基A被配置为调整聚合物20A的溶解度。图2B所示的第一官能基A的范例可类似于或相同于如上述的图2A所示的第一官能基A，不赘述于此。
依据一些实施例，如图2B所示，光酸产生剂/热酸产生剂不化学接合至聚合物20B，但是与聚合物20B混合。在一些实施例中，光酸产生剂/热酸产生剂具有以下化学式(I)、(II)或(III):
在一些实施例中，化学式(I)、(II)和(III)中的R可独立地选自C1-C10烷基、C3-C10烯基、C3-C10炔基和C1-C10烷氧基。在一些实施例中，化学式(II)中的R为氟取代的烷基，例如氟取代的C1-C10烷基。化学式(I)和(III)中的R1可独立地选自氢、C1-C10烷基、C3-C10烯基、C3-C10炔基或C1-C10烷氧基。在一些实施例中，化学式(I)、(II)和(III)中的R的分子量大于15。在一些实施例中，化学式(I)、(II)和(III)中的R的分子量在约15至约500的范围中。在一些实施例中，光酸产生剂具有分子量在约300至约1000的范围中。在一些实施例中，热酸产生剂具有分子量在约60至约600的范围中。相似于上述图2A所示的光酸产生剂/热酸产生剂，聚合物20B和光酸产生剂/热酸产生剂的混合物中的光酸产生剂/热酸产生剂被配置为释放后处理涂布材料120中的酸。
在一些实施例中，光酸产生剂/热酸产生剂的量大于0.1wt％。在一些实施例中，光酸产生剂/热酸产生剂的量在约1wt％至约30wt％的范围中。在一些实施例中，光酸产生剂/热酸产生剂的量在约1wt％至约70wt％的范围中。
如上所述，后处理涂布材料120覆盖未曝光部分116(例如图1D)的顶表面和侧壁。在形成后处理涂布材料120之后，进行后处理制程122(例如图1E)来产生在后处理涂布材料120中的酸。
在一些实施例中，后处理涂布材料120包含光酸产生剂，且因此当后处理制程122时进行辐射固化制程，使得酸形成于后处理涂布材料120中。在一些其他实施例中，后处理涂布材料120包含热酸产生剂，且因此当处理制程122时进行热烘烤制程，使得酸形成于后处理涂布材料120中。
如前所述，光刻胶层106可由感光性聚合物制成，且感光性聚合物可包含酸不稳定官能基。因此，当酸在后处理制程122期间形成于后处理涂布材料120中时，酸将与图案化光刻胶层106”的未曝光部分116反应，使得在图案化光刻胶层106”的未曝光部分116中的酸不稳定官能基将释放于酸性环境中，并将转化成酸基(例如-COOH)。也就是说，图案化光刻胶层106”的未曝光部分116与通过后处理涂布材料120释放的酸反应的部分可变得溶解于显影剂(例如第二显影剂)中，而未曝光部分116不与酸反应的部分保持不溶于显影剂。
在一些实施例中，后处理涂布材料120扩散进入未曝光部分116的周边部分124，使得未曝光部分116的周边部分124可与释放于后处理涂布材料120中的酸反应，且溶解于第二显影剂中。因此，可在第二显影制程期间移除未曝光部分116的周边部分124。
因此，图1F所示的在未曝光部分116’之间的距离D2大于图1E所示的在未曝光部分116之间的距离D1，未曝光部分116之间的距离D1通过图1C所示的曝光制程108和第一显影制程形成。因此，虽然在图案化材料层104’的图案126之间的最终开口128具有距离D2，用于制造过程的能量(例如辐射)仅需暴露出图1B所示的具有距离D1的曝光部分114，距离D1--小于距离D2。也就是说，可降低用来形成图案126的能量。
应当注意的是，虽然图案化光刻胶层106”’的未曝光部分116’在蚀刻制程130中用作将材料层104图案化的遮罩，在其他的实施例中，图案化光刻胶层106”’的未曝光部分116’可用于不同的目的。举例来说，图案化光刻胶层106”’的未曝光部分116’可用作布植制程的遮罩，布植制程在材料层未被未曝光部分116’覆盖的部分植入掺杂物。
第3A-3C图显示依据一些实施例的进行光刻制程的各种阶段的剖面示意代表图。第3A-3C图显示的光刻制程可相似于第1A-1H图显示的光刻制程，除了在进行第一显影制程之后，光刻胶层的曝光部分的一些部分保留在材料层104上。第3A-3C图所示的光刻制程的材料和制程可相似于或相同于第1A-1C图所示的光刻制程的材料和制程，不赘述于此。
特别来说，依据一些实施例，如图3A所示，可进行相似于第1A和1B图所示的曝光制程，且可进行第一显影制程来移除图案化光刻胶层106a”的曝光部分。然而，不同于图1C所示，通过第一显影制程仅部分地移除图案化光刻胶层106a”的曝光部分。依据一些实施例，如图3A所示，图案化光刻胶层106a”的曝光部分的剩余部分306保留在未曝光部分116a的侧壁的底部上。在一些实施例中，图案化光刻胶层106a”的曝光部分的剩余部分306也覆盖基底102上方的材料层104的一部分。
依据一些实施例，如图3B所示，在进行第一显影制程以至少部分地移除曝光部分之后，形成后处理涂布材料120a来覆盖图案化光刻胶层106a”。在一些实施例中，后处理涂布材料120a直接形成于未曝光部分116a的顶表面和侧壁以及图案化光刻胶层106a”的曝光部分的剩余部分306上。用于形成后处理涂布材料120a的材料可类似于或相同于用于形成前述的后处理涂布材料120的材料，不赘述于此。
依据一些实施例，如图3C所示，在形成后处理涂布材料120a之后，先进行后处理制程，之后进行第二显影制程，以移除后处理涂布材料120a。此外，在第二显影制程中也移除曝光部分的剩余部分306。后处理制程和第二显影制程可相似于或相同于先前图1A-图1H所示的后处理制程122和第二显影制程。
更具体来说，依据一些实施例，后处理涂布材料120在后处理制程期间释放酸，使得图案化光刻胶层106a”的曝光部分的剩余部分306与酸反应，并变得可溶于用于第二显影制程中的第二显影剂中。此外，未曝光部分116a的周边部分也可与酸反应，并变得可溶于用于第二显影制程中的第二显影剂中。也就是说，依据一些实施例，曝光部分的剩余部分306和未曝光部分116a的周边部分皆溶解于用于第二显影制程中的第二显影剂中。
因此，依据一些实施例，图3C所示的图案化光刻胶层106a”’的最终未曝光部分116a’的尺寸小于图3A所示的未曝光部分116a的尺寸。未曝光部分116a’与未曝光部分116a之间的高度和宽度的差异可相似于或相同于之前所述的图1F所示的未曝光部分116’与图1E所示的未曝光部分116之间的高度和宽度的差异，不赘述于此。
如前所述，图案化光刻胶层106a”’可用作用于将下方材料层104图案化的遮罩。因此，如果不移除曝光部分的剩余部分306，可能降低材料层304最终图案的分辨率。因此，通过应用后处理涂布材料120a和后处理制程，可改善光刻制程的分辨率。
第4A-4C图显示依据一些实施例的进行光刻制程的各种阶段的剖面示意代表图。第4A-4C图显示的光刻制程可相似于第3A-3C图显示的光刻制程，除了图案化光刻胶层的曝光部分的剩余部分位于未曝光部分的上部。第4A-4C图所示的光刻制程的材料和制程可相似于或相同于第1A-1H图和第3A-3C图所示的光刻制程的材料和制程，不赘述于此。
特别来说，依据一些实施例，如图4A所示，可进行相似于图1A和图1B所示的曝光制程，且可进行第一显影制程来部分移除图案化光刻胶层106a”的曝光部分，使得图案化光刻胶层106b”的曝光部分的剩余部分406保留在未曝光部分116b的侧壁的上部上。
之后，依据一些实施例，如图4B所示，后处理涂布材料120a形成以覆盖图案化光刻胶层106b”。用于形成后处理涂布材料120b的材料可类似于或相同于用于形成前述的后处理涂布材料120的材料，不赘述于此。
依据一些实施例，如图4C所示，在形成后处理涂布材料120b之后，先进行后处理制程，之后进行第二显影制程，以移除后处理涂布材料120b。此外，依据一些实施例，曝光部分的剩余部分406和未曝光部分116b的周边部分皆溶解于第二显影制程中的第二显影剂中。图4C所示的图案化光刻胶层106b”最终的未曝光部分116b可相似于或相同于图3C所示的未曝光部分116a’，因此其结构的细节不赘述于此。
在一些其他实施例中，曝光部分的剩余部分406可能在未曝光部分之间形成架桥，且这些架桥也可通过应用后处理涂布材料120b和后处理制程移除。因此，可改善光刻制程的分辨率。
图5A-图5C显示依据一些实施例的进行光刻制程的各种阶段的剖面示意代表图。第5A-5C图显示的光刻制程可相似于第1A-1F图显示的光刻制程，除了聚合物层在进行第一显影制程之后形成于材料层上方。图5A-图5C所示的光刻制程的材料和制程可相似于或相同于第1A-1H图所示的光刻制程的材料和制程，不赘述于此。
特别来说，依据一些实施例，如图5A所示，可进行相似于图1A和图1B所示的曝光制程，并进行第一显影制程来移除图案化光刻胶层106c”的曝光部分。此外，依据一些实施例，聚合物层506在第一显影制程期间形成于材料层104的顶表面上方。聚合物层506的形成可由在第一显影制程期间在材料层104与材料层104上方的颗粒/化合物之间的界面粘合性来产生。在一些实施例中，聚合物层506包含图案化光刻胶层106c”的曝光部分和使用于第一显影制程中的第一显影剂的残留物。
之后，依据一些实施例，如图5B所示，后处理涂布材料120c形成以覆盖图案化光刻胶层106c”。在一些实施例中，后处理涂布材料120c直接形成于未曝光部分116c的顶表面和侧壁以及聚合物层506上。用于形成后处理涂布材料120c的材料可类似于或相同于用于形成前述的后处理涂布材料120的材料，不赘述于此。
依据一些实施例，如图5C所示，在形成后处理涂布材料120c之后，先进行后处理制程，之后进行第二显影制程，以移除后处理涂布材料120c和聚合物层506。此外，在第二显影制程中也移除曝光部分的剩余部分306。在一些实施例中，聚合物层506和未曝光部分116c的顶部皆溶解于第二显影制程中的第二显影剂中。图案化光刻胶层106c”’的最终未曝光部分116c’可相似于或相同于图1F所示的未曝光部分116’，因此其结构的细节不赘述于此。
如前所述，图案化光刻胶层的未曝光部分(例如未曝光部分116、116a、116b和116c)在进行后处理制程的前的尺寸大于图案化光刻胶层的未曝光部分(例如未曝光部分116’、116a’、116b’和116c’)在进行后处理制程之后的尺寸。此外，可修整图案化光刻胶层的线/空间轮廓，以具有改善的线宽粗糙度/线边缘粗糙度。图6A和图6B显示依据一些实施例的在进行后处理制程之前以及在进行后处理制程之后，图案化光刻胶层的未曝光部分的上视图。
更具体来说，依据一些实施例，图6A显示在进行后处理制程之前的图案化光刻胶层的未曝光部分116d的上视图，而图6B显示在进行后处理制程之后的图案化光刻胶层的未曝光部分116d’的上视图。当未曝光部分116d在后处理制程(例如后处理制程122)期间与酸反应，未曝光部分116d的聚合物可被重新分布，因此未曝光部分116d的轮廓可变平滑。因此，最终未曝光部分116d’可具有改善的线宽粗糙度/线边缘粗糙度。
图6A所示的未曝光部分116d可相似于之前所述的未曝光部分116、116a、116b和116c，而未曝光部分116d’可相似于之前所述的未曝光部分116’、116a’、116b’和116c’，因此这些结构的细节不赘述于此。
一般来说，包含曝光制程和显影制程的光刻制程常用于半导体制造过程中。然而，当在相对大面积上进行光刻制程时，最终图案的一致性可能变得难以控制。举例来说，当光刻胶层在曝光制程中曝光时，可能有“聚焦”区域和“失焦”区域，而“失焦”区域的分辨率可能比“聚焦”区域更差。因此，在本发明的一些实施例中，在光刻制程中应用后处理涂布材料(例如后处理涂布材料120、120a、120b、120c和120d)和后处理制程，使得可移除光刻胶层的曝光部分的残留物(例如剩余部分306/406及/或聚合物层506)。因此，可改善最终图案的分辨率，且也可改善光刻制程的一致性。
再者，光刻制程所需的能量可通过进行上述的后处理制程来降低。更具体来说，未曝光部分的周边部分(例如周边部分124)可与后处理涂布材料反应，且可通过进行第二显影制程来移除。因此，光刻胶层的未曝光部分(例如未曝光部分116’、116a’、116b’、116c’和116d’)在进行第二显影制程的后的尺寸小于光刻胶层的未曝光部分(例如未曝光部分116、116a、116b、116c和116d)在进行第二显影制程的前的尺寸。由于未曝光部分的周边部分可不须在曝光制程中曝光，因此可降低光刻制程所需的能量，也可降低进行光刻制程的成本。
本发明实施例提供进行光刻制程的方法。此方法可包含在光刻胶层上进行曝光制程和显影制程，以在光刻胶层的未曝光部分之间形成开口。接着，可形成后处理涂布材料来覆盖光刻胶层的未曝光部分，且可在后处理涂布材料上进行后处理制程，使得可移除光刻胶层的未曝光部分的周边部分。因此，可降低光刻制程所需的能量，且可改善光刻制程的一致性。
在一些实施例中，提供进行光刻制程的方法，进行光刻制程的方法包含在基底上方形成光刻胶层，并将光刻胶层的一部分曝光，以在未曝光部分之间形成曝光部分。进行光刻制程的方法还包含将光刻胶层显影以移除光刻胶层的曝光部分，使得开口形成于未曝光部分之间，并在开口中和光刻胶层的未曝光部分上方形成后处理涂布材料。进行光刻制程的方法还包含通过进行后处理制程，光刻胶层的未曝光部分的一部分与后处理涂布材料反应，以及移除后处理涂布材料。
在一些其他实施例中，其中光刻胶层的未暴露部分与后处理涂布材料反应的部分通过后处理涂布材料移除。
在一些其他实施例中，其中在第二显影制程期间移除的光刻胶层的未暴露部分的一部分具有厚度在约1nm至约50nm的范围中。
在一些其他实施例中，其中后处理涂布材料包括光酸产生剂、热酸产生剂或前述之组合。
在一些其他实施例中，其中光酸产生剂具有分子量在约300至约1000之间的范围中，且热酸产生剂具有分子量在约60至约600之间的范围中。
在一些其他实施例中，其中后处理涂布材料包括聚合物，此聚合物包括第一官能基，且第一官能基为甲基丙烯酸(MAA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、乙烯醇、羟基苯乙烯(HS)、4-苯乙烯磺酸、氟-醇取代的烷烃或氟取代的烷烃的一部分。
在一些其他实施例中，其中聚合物还包括第二官能基，且第二官能基为光酸产生剂或热酸产生剂的一部分。
在一些其他实施例中，其中后处理制程为辐射固化制程或热烘烤制程。
在一些其他实施例中，其中在后处理制程期间释放酸，且酸的pKa值小于3。
在一些实施例中，提供进行光刻制程的方法，进行光刻制程的方法包含在材料层上方形成光刻胶层，并通过进行曝光制程来将光刻胶层的曝光部分曝光。进行光刻制程的方法还包含将光刻胶层的曝光部分的第一部分溶解于第一显影剂中，以在光刻胶层中形成开口，而曝光部分的第二部分保留在材料层上。进行光刻制程的方法还包含在开口中和光刻胶层的曝光部分的第二部分上方形成后处理涂布材料，并将后处理涂布材料与光刻胶层的曝光部分的第二部分反应。进行光刻制程的方法还包含移除后处理涂布材料和光刻胶层的曝光部分的第二部分。
在一些其他实施例中，其中后处理涂布材料和光刻胶层的曝光部分的第二部分可通过将后处理涂布材料和光刻胶层的曝光部分的第二部分溶解于第二显影剂中来移除。
在一些其他实施例中，其中加热后处理涂布材料以产生与光刻胶层的曝光部分的第二部分反应的酸。
在一些其他实施例中，其中在后处理涂布材料上进行辐射固化制程，以产生与光刻胶层的曝光部分的第二部分反应的酸。
在一些其他实施例中，其中光刻胶层的曝光部分的第二部分位于光刻胶层的未曝光部分的侧壁的上部上。
在一些其他实施例中，其中后处理涂布材料包括光酸产生剂或热酸产生剂。
在一些其他实施例中，其中光刻胶层中的开口的宽度可通过移除光刻胶层的曝光部分的第二部分来扩大。
在一些实施例中，提供进行光刻制程的方法，进行光刻制程的方法包含在基底上方形成光刻胶层，并将光刻胶层的一部分暴露于辐射，以在光刻胶层的未曝光部分之间形成曝光部分。进行光刻制程的方法还包含将光刻胶层的曝光部分溶解于第一显影剂中，以在光刻胶层的未曝光部分之间形成开口，并在开口中和光刻胶层的未曝光部分上方形成后处理涂布材料。进行光刻制程的方法还包含在后处理涂布材料上进行后处理制程，以释放在后处理涂布材料中的酸，以及移除后处理涂布材料和未曝光部分的周边部分。
在一些其他实施例中，其中后处理制程中的酸与未曝光部分的周边部分反应。
在一些其他实施例中，其中后处理涂布材料和未曝光部分的周边部分可通过将后处理涂布材料和未曝光部分的周边部分溶解于显影剂中来移除。
在一些其他实施例中，上述方法还包含在开口的底表面上方形成聚合物层；以及伴随着后处理涂布材料和未曝光部分的周边部分移除聚合物层。
前述内文概述了许多实施例的特征，使本技术领域中技术人员可以从各个方面更加了解本发明实施例。本技术领域中技术人员应可理解，且可轻易地以本发明实施例为基础来设计或修饰其他制程及结构，并以此达到相同的目的及/或达到与在此介绍的实施例等相同的优点。本技术领域中技术人员也应了解这些相等的结构并未背离本发明的发明构思与范围。在不背离本发明的发明构思与范围的前提下，可对本发明实施例进行各种改变、置换或修改。
Claims (1)
1.一种进行光刻制程的方法，包括:
在一基底上方形成一光刻胶层；
将该光刻胶层的一部分曝光，以在两未曝光部分之间形成一曝光部分；
将该光刻胶层显影，以移除该光刻胶层的该曝光部分，使得一开口形成于该两未曝光部分之间；
在该开口中和该光刻胶层的该两未曝光部分上方形成一后处理涂布材料；
通过进行一后处理制程，该光刻胶层的该两未曝光部分的一部分与该后处理涂布材料反应；以及
移除该后处理涂布材料。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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