CN114764214A - 微影的方法 - Google Patents

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Abstract

一种微影的方法包括形成光阻层在基板上、对光阻层进行处理以形成具有第一分子量的光阻层的上部和具有小于第一分子量的第二分子量的光阻层的下部、对光阻层进行曝光制程、以及对光阻层进行显影制程以形成图案化光阻层。

Description

微影的方法
技术领域
本揭示案实施例是关于形成集成电路装置的方法，更特别关于在形成集成电路装置时采用的微影技术及/或微影材料。
背景技术
微影(lithography)制程广泛地使用在集成电路(integrated circuit,IC)的制造中，通过微影技术将各种IC图案转移至工作件上以形成IC装置。一般而言，微影制程包括形成光阻层在工作件上、在图案化辐射中曝光此光阻层、以及显影已曝光的光阻层，借此形成图案化光阻层。图案化光阻层可作为遮罩件，并在后续IC制程中，例如蚀刻制程，图案化光阻层的图案转移至工作件上。图案化光阻层的品质直接影响IC装置的品质。随着IC技术持续地朝向更小节点的方向迈进(例如，14纳米、10纳米、和更小尺寸)，在微影制程中可能会产生缺陷，例如相连开口(bridge)或半开开口(blind)。举例来说，使用高溶解性的聚合物作为光阻层时，未曝光区域的光阻层可能会在显影过程中损失，进而导致相连开口的缺陷。在另一方面，使用低溶解性的聚合物作为光阻层时，产生的浮渣在后续的除渣操作中导致相连开口的缺陷。因此，微影技术亟需改善。
发明内容
根据本揭示案的一些实施例，一种微影的方法包括形成光阻层在基板上、对光阻层进行处理以形成具有第一分子量的光阻层的上部和具有小于第一分子量的第二分子量的光阻层的下部、对光阻层进行曝光制程、以及对光阻层进行显影制程以形成图案化光阻层。
根据本揭示案的一些实施例，一种微影的方法包括形成光阻层在基板上，其中光阻层包括含氟交联剂设置于光阻层的上部。方法还包括对光阻层进行处理，并且交联程度从光阻层的下部到光阻层的上部递增。方法还包括对光阻层进行曝光制程，以及对光阻层进行显影制程以形成图案化光阻层。
根据本揭示案的一些实施例，一种微影的方法包括形成第一光阻层在基板上、形成第二光阻层在第一光阻层上、以及对第二光阻层进行处理以增加第二光阻层的第一分子量。第一光阻层具有的第二分子量小于第一分子量。方法还包括对第一光阻层和第二光阻层进行曝光制程，以及对第一光阻层和第二光阻层进行显影制程以形成图案化第一光阻层和图案化第二光阻层。
附图说明
阅读以下实施方法时搭配附图以清楚理解本揭示案的观点。应注意的是，根据业界的标准做法，各种特征并未按照比例绘制。事实上，为了能清楚地讨论，各种特征的尺寸可能任意地放大或缩小。
图1根据本揭示案的一些实施例绘示用以形成光阻层的光阻材料；
图2A和图2B根据本揭示案的一些实施例绘示光阻材料(如图1所示的光阻材料)中的酸不稳定基团(acid labile group,ALG)的化学结构；
图3A和图3B根据本揭示案的一些实施例绘示光阻材料(如图1所示的光阻材料)中的交联(cross-linking)官能基的化学结构；
图4A至图4D根据本揭示案的一些实施例绘示光阻材料(如图1所示的光阻材料)中的交联剂的化学结构；
图5A至图5D根据本揭示案的一些实施例绘示微影制程的其中一个阶段；
图6A和图6B根据本揭示案的一些实施例绘示光阻材料(如图1所示的光阻材料)中的热自由基起始剂(thermal radical initiator)的化学结构；
图7根据本揭示案的一些实施例绘示微影制程的其中一个阶段；
图8A至图8F根据本揭示案的一些实施例绘示部分或完整工作件在各个制作阶段(例如与微影制程相关的制作阶段)的局部截面图；
图9A至图9C根据本揭示案的另一些实施例绘示部分或完整工作件在各个制作阶段(例如与微影制程相关的制作阶段)的局部截面图。
【符号说明】
10:光阻材料
12:聚合物
14:酸不稳定基团组成
16:光阻组成
18:光酸产生剂组成
20:溶剂
22:可交联官能基
32:交联剂
34:可交联官能基
36:热自由基起始剂
38:羧基组成
200:工作件
210:晶圆
220:材料层
220':图案化材料层
230:光阻层
230A:曝光部分
230B:未曝光部分
230':图案化光阻层
240:开口
245:上部
250:下部
300:光阻层
300':图案化光阻层
300B:未曝光部分
310:第一光阻层
310':图案化第一光阻层
320:第二光阻层
320':图案化第二光阻层
T1:厚度
T2:厚度
具体实施方式
以下的揭示内容提供许多不同的实施例或范例，以展示本揭示案的不同特征。以下将揭示本揭示案各部件及其排列方式的特定范例，用以简化本揭示案叙述。当然，这些特定范例并非用于限定本揭示案。例如，若是本揭示案以下的发明内容叙述了将形成第一结构于第二结构之上或上方，即表示其包括了所形成的第一及第二结构是直接接触的实施例，亦包括了尚可将附加的结构形成于上述第一及第二结构之间，则第一及第二结构为未直接接触的实施例。此外，本揭示案说明中的各式范例可能使用重复的参照符号及/或用字。这些重复符号或用字的目的在于简化与清晰，并非用以限定各式实施例及/或所述外观结构之间的关系。
再者，为了方便描述图示中一元件或特征部件与另一(些)元件或特征部件的关系，可使用空间相关用语，例如“在...之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”及诸如此类用语。除了图示所绘示的方位外，空间相关用语亦涵盖使用或操作中的装置的不同方位。当装置被转向不同方位时(例如，旋转90度或者其他方位)，则其中所使用的空间相关形容词亦将依转向后的方位来解释。
微影制程包括形成光阻层在工作件上，以及以图案化辐射曝光此光阻层，图案化辐射例如深紫外光(deep ultraviolet,DUV)图案化辐射、极紫外光(extremeultraviolet,EUV)图案化辐射、或电子束图案化辐射。对于先进技术的节点(例如，14纳米、10纳米、或更小)，微影制程使用较小波长(例如波长小于255纳米)的辐射源以达到更精细的微影解析度极限。先进微影材料，例如化学放大光阻剂(chemically amplified resist,CAR)，的导入已改善光阻层对辐射的灵敏性，借此最大化辐射的使用度。化学放大光阻剂材料经辐射的照射后即可产生多个化学反应，借此强化材料对辐射的反应。由化学放大光阻剂材料组成的光阻层包括不受IC制程(例如蚀刻制程)影响的聚合物、酸产生组成(例如光酸产生剂(photoacid generator,PAG))、以及溶剂组成。光酸产生剂经辐射的照射后立即产生酸，酸可作为引发化学反应的催化剂，且化学反应可提升(或减少)光阻层中曝光部分的溶解度。举例而言，一些实施例的光酸产生剂产生的酸可催化裂解原本键结(连接)至聚合物的酸不稳定基团(acid labile group,ALG)，借此改变光阻层中曝光部分的溶解度。
光阻层经图案化辐射曝光之后，可在显影剂(developer)(意即，一种化学溶液)中显影光阻层。显影剂移除光阻层的一部分(例如，正型光阻层的曝光部分或是负型光阻层的未曝光部分)，进而形成图案化光阻层。在后续制程中，例如在蚀刻制程或布植制程中，图案化光阻层可作为遮罩件以转移图案化光阻层的图案(在此意指光阻图案)至工作件上。显影制程通常分为两种：正型显影(positive tone development,PTD)制程和负型显影(negative tone development,NTD)制程。正型显影使用正型显影剂，通常是指显影剂选择性溶解并移除光阻层的曝光部分。负型显影使用负型显影剂，通常是指显影剂选择性溶解并移除光阻层的未曝光部分。一般而言，正型显影剂为水溶液碱性显影剂例如氢氧化四甲铵(TMAH)，负型显影剂为有机显影剂例如乙酸正丁酯(n-BA)。
当正型显影制程或负型显影制程试图达到先进技术节点对微影解析度的要求时，正型显影制程和负型显影制程各自具有缺点。负型显影制程经常无法在光阻层上产生足够的曝光部分和未曝光部分之间的对比度(意即，负型显影制程导致较差的光阻对比)，从而导致线边缘粗糙度(line edge roughness,LER)和线宽粗糙度(line width roughness,LWR)高于预期，及/或低图案保真度(patterning fidelity)。虽然正型显影制程可达高光阻显影对比，但可观察到正型显影制程会产生开口相连或半开开口的缺陷。
本揭示案因此提出减少光阻层开口相连和半开开口的缺陷的光阻材料和相关的微影技术。在一些实施例中，本揭示案的光阻材料和相关的微影技术提供一种光阻层，其所含的聚合物的重量平均分子量从光阻层的底部到光阻层的顶部递增。换言之，位于光阻层上部的聚合物具有较大分子量，而位于光阻层下部的聚合物具有较小分子量。在显影过程中，光阻层上部的较大分子量的聚合物具有较低蚀刻速率，因此可降低在未曝光区域中光阻层的损失。在显影过程中，光阻层下部的较小分子量的聚合物具有较高蚀刻速率，因此可减少浮渣(scum)的生成。再者，光阻层上部的聚合物具有较大分子量和较高玻璃转化温度(glass transition temperature,Tg)可抑制酸的扩散。因此，可改善线宽粗糙度和局部临界尺寸均匀度(local critical dimension uniformity,LCDU)。
图1根据本揭示案多种实施例绘示在IC制程中可用于形成光阻层的光阻材料10。用于微影制程的辐射曝光光阻材料10后，光阻材料10的性质(例如溶解度及/或极性)将改变。用于微影制程的辐射可为深紫外光(例如氟化氪(KrF)激光的248纳米辐射或氟化氩(ArF)激光的193纳米辐射)、极紫外光(例如13.5纳米辐射)、电子束辐射、离子束辐射、或其他合适辐射。辐射的波长可小于250纳米。在后续说明中，光阻材料10为用于形成正型光阻层的正型光阻材料，即光阻材料10的曝光部分将溶于显影剂，而光阻材料10的未曝光部分仍不溶于显影剂。图1已简化以利清楚地了解本揭示案的概念。光阻材料10可加入额外特征，且其他实施例的光阻材料10可置换、调整、或省略一些后续描述的特征。
如图1所示，光阻材料10包含不受IC制程影响的聚合物12。举例来说，聚合物12对蚀刻制程具有抗蚀刻性，及/或对布植制程具有抗布植性。在一些实施例中，聚合物12包含任何数目的碳耦接于碳链中，借此形成碳主链。在一些实施例中，聚合物12包含酚醛树脂(phenol formaldehyde resin)、降冰片烯-马来酸酐共聚物(poly(norbornene)-co-malaic anhydride(COMA)polymer)、聚羟基苯乙烯(poly(4-hydroxystyrene)(PHS)polymer)、酚醛(电木)聚合物(phenol-formaldehyde(hakelite)polymer)、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酯、或丙烯酸酯为主的聚合物如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚甲基丙烯酸(PMAA)。
聚合物12具有键结(或连接)至碳主链的一或多个官能基，比如酸不稳定基团组成14(又称作溶解抑制剂)及/或光阻组成16。在曝光制程之后，酸不稳定基团组成14使光阻材料10产生化学变化。举例来说，当酸不稳定基团组成14暴露在酸时，酸不稳定基团组成14将自聚合物12裂解，进而改变光阻材料10的曝光部分的溶解度及/或极性。在一些实施例中，酸不稳定基团组成14包含第三丁氧羰基(tert-butoxycarbonyl,tBOC)。图2A与图2B根据本揭示案的多种实施例绘示光阻材料中的例示性酸不稳定基团的化学结构，其中例示性酸不稳定基团例如酸不稳定基团组成14以及光阻材料例如光阻材料10。图2A所示，酸不稳定基团组成14为甲基环戊基，其经由共价键键结至聚合物12的羧基(特别是羧基的氧)。在图2B中，酸不稳定基团组成14为乙基环戊基，其经由共价键键结至聚合物12的羧基(特别是羧基的氧)。
请再参阅图1，在一些实施例中，酸不稳定基团组成14包括可交联官能基22，可交联官能基22例如烯烃、炔烃、三氮烯、或其他合适的官能基。举例来说，当对包含光阻材料10的光阻层进行处理时，可交联官能基22可相应地和其他可交联官能基产生反应，而使光阻层的上部产生交联反应。对包含光阻材料10的光阻层进行的处理方式将于图5A和图5B描述。图3A和图3B根据本揭示案的一些实施例绘示光阻材料中的例示性可交联官能基的化学结构，其中例示性可交联官能基例如可交联官能基22，以及光阻材料例如光阻材料10。可交联官能基有利于光阻材料的酸不稳定基团组成(例如光阻材料10的酸不稳定基团组成14)进行交联反应。如图3A所示，可交联官能基22包含烯基键结至酸不稳定基团组成14。如图3B所示，可交联官能基22包含炔基键结至酸不稳定基团组成14。
请再参阅图1，在一些实施例中，当对包含光阻材料10的光阻层进行处理时，交联剂32的使用可有助于可交联官能基22相应地和键结至酸不稳定基团组成(未绘出)的其他可交联官能基(未绘出)的交联反应，借此在光阻层的上部产生交联反应。图4A至图4D根据本揭示案的一些实施例绘示光阻材料中的例示性交联剂的化学结构，其中例示性交联剂例如交联剂32，以及光阻材料例如光阻材料10。如图4A所示，交联剂32可能包含至少两个可交联官能基34，例如图4A中四个可交联官能基34，并且每一个可交联官能基34可键结至可交联官能基22(图1)。换句话说，交联剂32可键结至至少两个酸不稳定基团组成14。在一些实施例中，为了使光阻层所含的聚合物的分子量从光阻层的底部到光阻层的顶部顺利地递增，可交联官能基34的数量等于或大于3。可交联官能基34可包括烯烃、炔烃、三氮烯、或其他合适的可交联官能基。如图4B所示，交联剂32可包括四个烯基，这四个烯基可键结至四个可交联官能基22。如图4C所示，交联剂32可包括三个烯基，这三个烯基可键结至三个可交联官能基22。如图4D所示，交联剂32可包括可交联官能基34和氟。含氟交联剂32具有流动性。举例来说，在含有光阻材料10的光阻层的形成过程中，含氟交联剂32流至光阻层的表面。含氟交联剂32的流动性有助于在光阻层的上部发生交联反应，而非在光阻层的下部发生交联反应。在一些实施例中，可通过调整修改图4B和图4C的交联剂32而使其带有氟。例如，对图4A的交联剂32进行氟化，以形成如图4D所示的含氟交联剂32。
请再参阅图1，光阻组成16可化学键结(或连接)至聚合物12。光阻组成16设置以与光阻材料10的其他组成产生反应。在一些实施例中，光阻组成16包含热酸产生剂(thermalacid generator,TAG)组成、(碱性)淬火剂(quencher)组成、发色团(chromophore)组成、界面活性剂(surfactant)组成、及/或其他合适的组成，端视光阻材料10的需求而定。本揭示案的其他实施例中，光阻组成16与光阻材料10的组成产生反应，但光阻组成16并非化学键结(或连接)至如图1所示的聚合物12。
光阻材料10还包括酸产生组成，例如光酸产生剂组成18，光酸产生剂组成18吸收辐射后产生酸。当辐射曝光光酸产生剂组成18时，光酸产生剂组成18从而可催化酸不稳定基团组成14自聚合物12裂解，使得位于光阻材料10的曝光部分中的酸不稳定基团组成14不受到保护，并且改变光阻材料10的曝光部分的特性如极性及/或溶解度。举例来说，当使用达到既定曝光剂量临界值的辐射来曝光光阻材料10时，光阻材料10的曝光部分在显影剂中的溶解度将增加(针对正型光阻材料)。在一些实施方式中，光酸产生剂组成18包含苯环为主的官能基团、杂环为主的官能基团、其他合适的官能基团、或上述的组合。在一些光阻材料10包含淬火剂组成的实施例中，淬火剂可中和酸，因此焠火剂可抑制光酸产生剂组成18产生的酸与酸不稳定基团组成14之间的反应。在一些实施方式中，淬火剂为光可分解碱(photo-decomposable base,PDB)组成。
混合聚合物12、酸不稳定基团组成14、光阻组成16、和光酸产生剂组成18至溶剂20中以形成光阻材料10。在一些实施例中，溶剂20为水相溶剂。在一些实施例中，溶剂20为有机相溶剂，例如丙二醇甲醚醋酸酯(propylene glycol monomethyl ether acetate,PGMEA)、丙二醇甲醚(propylene glycol monomethyl ether,PGME)、丙二醇乙醚(propyleneglycol monoethylether,PGEE)、γ-丁内酯(gamma-butyrolacetone,GML)、环己酮与醋酸正丁酯(cyclohexanone,n-butyl acetate,CHN)、甲基异丁基甲醇(methylisobutyl carbinol,MIBC)、2-庚酮、其他合适的有机溶剂为主的溶剂、或上述的组合。
图5A至图5D根据本揭示案的一些实施例绘示微影制程的其中一个阶段。如图5A所示，对光阻材料10进行处理。光阻材料10包括如图1所描述的聚合物12、酸不稳定基团组成14、可交联官能基22、和其他组成(未绘出于图5A)。对含有光阻材料10的光阻层进行处理之后，光阻层内部形成交联梯度，意即交联程度从光阻层的底部到光阻层的顶部递增。举例来说，在光阻层的下部没有发生交联反应，而在光阻层的上部发生完整的交联反应。在一些实施例中，进行的处理为使用电磁波的处理。例如，电磁波可包含无线电波、微波、红外光、可见光、紫外光、其他合适的电磁波。电磁波的波长可为单一波长或是宽频波长。在一些实施例中，电磁波的波长小于约190纳米或大于约300纳米。举例来说，波长的主峰可为365纳米、172纳米、156纳米、120纳米、或类似者。在一些实施例中，进行的处理为使用紫外光的处理。在一些实施例中，对处理加以控制，使得只在光阻层的上部发生完整的交联反应。通过控制电磁波的能量和处理的时间以形成具有不同交联程度的光阻层。例如，紫外光的能量可少于约500瓦(W)，并且处理的时间可少于约300秒，例如约30秒至约180秒之间。可依据光阻材料10内不同的聚合物12而使用不同的制程条件。
如图5A所示，在进行处理之后，透过交联剂32和可交联官能基22，聚合物12的数个部分发生交联反应。在一些实施例中，交联剂32的每一个可交联官能基34可键结至聚合物12的一部分。因此，通过具有三个或四个可交联官能基34的单个交联剂32，聚合物12的三或四个部分可产生交联反应，进而增加聚合物12的分子量。连接聚合物12的一部分的可交联官能基22可以和连接另一个聚合物12的一部分的可交联官能基22产生键结，如图5A所示。在一些实施例中，透过交联剂32使聚合物12的数个部分交联的分子量大于透过可交联官能基22使聚合物12的数个部分交联的分子量。无论是透过交联剂32或可交联官能基22，位于光阻层的上部的反应聚合物12的数个部分发生交联反应，而位于光阻层的下部的反应聚合物12的数个部分没有发生交联反应。因此，光阻层的上部具有的分子量大于光阻层的下部具有的分子量。
如图5B所示，交联剂32为含氟交联剂32，在光阻层的形成过程中，含氟交联剂32流至光阻层的上部。在一些实施例中，进行处理的制程容许范围(window)较大时，交联反应可能会发生在光阻层的整个厚度内。因为交联剂32(含氟交联剂32)的位置较接近光阻层的上表面，再加上，透过交联剂32使聚合物12的数个部分交联的分子量大于透过可交联官能基22使聚合物12的数个部分交联的分子量，所以光阻层的上部具有的分子量大于光阻层的下部具有的分子量。
如图5C和图5D所示，除了使用电磁波进行处理之外，取而代之，可对光阻材料10进行热处理。光阻材料10包括如图1所描述的聚合物12、酸不稳定基团组成14、可交联官能基22、和其他组成(未绘出)。对含有光阻材料10的光阻层进行热处理之后，在光阻层的上部发生交联反应。在一些实施例中，光阻层内部形成交联梯度，意即交联程度从光阻层的底部到光阻层的顶部递增。举例来说，在光阻层的下部没有发生交联反应，而在光阻层的上部发生完整的交联反应。热处理可包括加热含有光阻材料10的光阻层至低于约150℃的温度并且加热时间少于约150秒，以确保在光阻层的上部发生交联反应。例如，热处理可为加热光阻层至低于约130℃的温度并且加热时间为约10秒至约120秒之间。若温度高于150℃并且加热时间多于150秒，则整个光阻层都会发生交联反应。可依据光阻材料10内不同的聚合物12而使用不同的制程条件。
热自由基起始剂(thermal radical initiator)可启动聚合物12的数个部分的交联反应。图6A和图6B根据本揭示案的一些实施例绘示光阻材料中的例示性热自由基起始剂的化学结构，其中例示性热自由基起始剂例如热自由基起始剂36，以及光阻材料例如光阻材料10。热自由基起始剂36可能会在高温下分解。举例来说，在交联反应开始之后，热自由基起始剂36在热处理的温度下分解。
图7根据本揭示案的一些实施例绘示微影制程的其中一个阶段。如图7所示，在进行电磁波处理或热处理以形成具有上部的分子量大于下部的分子量的光阻层之后，使用辐射曝光此光阻层的数个部分，使得位于曝光部分中的光酸产生剂组成18(图1)吸收辐射后产生酸，并催化酸不稳定基团组成14自聚合物12裂解。在一些实施例中，对光阻层进行曝光后烘烤(post exposure bake,PEB)以使酸不稳定基团组成14自聚合物12裂解，如图7所示。光酸产生剂组成18从而使位于曝光部分中的酸不稳定基团组成14不受到保护，并且使聚合物的支链单元转变成羧基组成38，例如COOH。上述反应让光阻层的曝光部分变得较亲水性，并且增加光阻层的曝光部分对显影剂(例如，正型显影剂)的溶解度。举例来说，当显影剂穿透曝光部分时，显影剂的碱与含羧基组成38发生反应以形成离子对，因此显影剂可溶解曝光部分。以正型显影剂为例，显影剂可为2.38％TMAH。显影剂自光阻层移除裂解的酸不稳定基团组成14和交联剂32。在一些实施例中，交联剂32与二个、三个或四个酸不稳定基团组成14一起键结的分子量少于约1000。
图8A至图8F根据本揭示案的一些实施例绘示部分或完整工作件在各个制作阶段(例如与微影制程相关的制作阶段)的局部截面图。工作件200描述为集成电路装置，如微处理器、记忆体、及/或其他集成电路装置，的制造过程的中间阶段。在一些实施例中，工作件200可为部分的集成电路晶片或单晶片系统(system on chip,SoC)，其中晶片包含多种被动与主动的微电子装置如电阻、电容、电感、二极管、p型场效晶体管、n型场效晶体管、金氧半场效晶体管、互补式金氧半晶体管、双极接面晶体管、横向扩散金氧半晶体管、高压晶体管、高频晶体管、鳍状场效晶体管、其他合适的集成电路构件、或上述的组合。图8A至图8F经简化以利清楚了解本揭示案的概念。工作件200可加入额外特征，且其他实施例的工作件200可置换、调整、或省略一些后续描述的特征。
如图8A所示，工作件200包含晶圆210，其包含基板(例如半导体基板)、遮罩(亦指称光罩或倍缩光罩(reticle))、或任何基体材料，其中可在晶圆210上进行制程以提供用于形成集成电路装置的多种结构的材料层。晶圆210包含多种材料层如介电层、半导体、及/或导电层，其设置以形成集成电路结构如掺杂区/结构、内连线结构、其他结构、或上述的组合，端视集成电路制程的阶段而定。在此实施例中，晶圆210包含半导体基板如硅基板。在其他或额外实施例中，晶圆210包含另一半导体元素如锗；半导体化合物如碳化硅、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟、及/或锑化铟；半导体合金如硅锗、磷砷化镓、砷化铝铟、砷化铝镓、砷化镓铟、磷化镓铟、及/或磷砷化镓铟；或上述的组合。在其他实施例中，晶圆210为绝缘层上半导体基板，比如绝缘层上硅基板、绝缘层上硅锗基板、或绝缘层上锗基板。绝缘层上半导体基板的制作方法可采用隔离布植氧、晶圆接合、及/或其他合适方法。
材料层220(又称作下方层)位于晶圆210上，用以进行后续制程。然而本揭示案其他实施例可省略材料层220，因此直接对晶圆210进行制程。在一些实施例中，材料层220包含导电材料或半导体材料，比如金属或金属合金。在一些实施方式中，金属包含钛、铝、钨、钽、铜、钴、钌、其他合适金属、或上述的组合。在一些实施例中，金属合金包含金属氮化物、金属硫化物、金属硒化物、金属氧化物、金属硅化物、其他合适的金属合金、或上述的组合。在一些实施例中，材料层220为硬遮罩层，图案化硬遮罩层以用于工作件200的后续制程中。在一些实施例中，材料层220为抗反射涂层。在一些实施例中，材料层220为用于形成工作件200中的栅极结构(例如栅极介电层及/或栅极)、源极/漏极结构(例如磊晶的源极/漏极)、及/或接触特征件(例如工作件200的多层内连线的导电或介电结构)的层状物。在一些实施例中，工作件200将制作成用于图案化集成电路装置的光罩，而晶圆210可为光罩基板，且晶圆210包含透明材料如石英或低热膨胀材料如氧化钛硅。在这些实施例中，可对材料层220进行制程以形成集成电路图案于其中，且材料层220可为吸收层。举例来说，材料层220包含铬。
光阻层230形成于晶圆210上的方法可为任何合适制程。光阻层230又称作光敏层、成像层、图案化层、或辐射敏感层。光阻层230对微影曝光制程采用的辐射(如深紫外光、极紫外光、电子束、离子束、及/或其他合适辐射)敏感。在一些实施例中，光阻层230对波长小于约250纳米的辐射敏感。在一些实施例中，光阻层230的形成方法为旋转涂布(spincoating)液态的光阻材料，例如上述的光阻材料10，至待进行制程的材料层(如材料层220)上。举例来说，光阻层230包含聚合物12、键结至可交联官能基22的酸不稳定基团组成14、光阻组成16、光酸产生剂组成18、交联剂32、及/或其他合适的光阻组成混合于溶剂20中。在一些实施例中，光阻层230还包含热自由基起始剂36混合于溶剂20中。在旋转涂布液态的光阻材料之后且在进行曝光制程之前，可对光阻层230进行预烘烤制程以挥发溶剂(如溶剂20)，并使形成于材料层220上的液态光阻材料致密化/固化。在一些实施例中，光阻层230还包括含氟交联剂32，并且在光阻层230的旋转涂布过程中，含氟交联剂32流至上部245(图8B)。在一些实施例中，在形成光阻层230前先形成抗反射涂层于材料层220上，因此光阻层230形成于抗反射涂层上。抗反射涂层可为无氮抗反射涂层，其材料可为氧化硅、碳氧化硅(siliconoxygen carbide,SOC)、电浆增强化学气相沉积的氧化硅(plasma enhanced chemicalvapor deposited silicon oxide,PECVD-SiO2)、其他合适材料、或上述的组合。在一些实施方式中，可在材料层220与光阻层230之间形成超过一层的层状物(包含一或多层的抗反射涂层)。
如图8B所示，对光阻层230进行处理。处理可为电磁波处理或热处理，如图5A至图5D所描述。如图5A至图5C所述，对处理加以控制，使得光阻层230的上部245发生完整的交联反应，光阻层230的下部250发生部分的交联反应或无交联反应。在一些实施例中，交联程度从下部250到上部245递增。因为对处理进行控制，所以电磁波或热能无法抵达下部250而避免下部250发生交联反应。因此，光阻层230的上部245具有第一分子量，而光阻层230的下部250具有小于第一分子量的第二分子量。或者，当使用含氟交联剂32(图5B和图5D)时，交联反应可能会发生在光阻层230的整个厚度内。由于含氟交联剂32的位置较接近光阻层230的上部245，因此上部245具有第一分子量大于下部250具有的第二分子量。在一些实施例中，上部具有厚度T1而光阻层230具有厚度T2。厚度T1可为厚度T2的约5％和约20％之间。如果厚度T1小于厚度T2的约5％，则在显影制程时光阻层230的未曝光部分有损失的风险。如果厚度T1大于厚度T2的约20％，则在显影制程时出现浮渣的缺陷。
如图8C所示，对光阻层230进行曝光制程，即以图案化辐射照射光阻层230。在一些实施例中，以波长小于约250纳米的图案化射线曝光光阻层，且图案化辐射可为深紫外光、极紫外光、X光、电子束、离子束、及/或其他合适辐射。曝光制程可在空气、液体(如浸润式微影)、或真空(例如，当使用极紫外光微影及/或电子束微影)中进行。在一些实施例中，使用具有集成电路图案定义其中的光罩(未绘出)以图案化辐射，因此图案化辐射形成集成电路图案的影像于光阻层230上。依据集成电路图案和光罩的制作技术，光罩可穿透、吸收、及/或反射辐射。光罩或曝光制程可采用多种解析度增进技术如相移、离轴照射(off-axisillumination,OAI)、及/或光学邻近修正(optical proximity correction,OPC)。在一些实施例中，可依据集成电路图案直接调整射线束以图案化射线束，而不需采用光罩(通常称作无光罩微影)。
通过曝光制程，潜图案形成于光阻层230上。潜图案通常为曝光至光阻层上的图案，在对光阻层进行显影制程后将转为物理的光阻图案。潜图案包含曝光部分230A与未曝光部分230B。曝光部分230A与未曝光部分230B各自皆具有上部245和下部250，如图8C所示。在此实施例中，曝光部分230A产生物理及/或化学变化以回应曝光制程。举例来说，光阻层230的曝光部分230A中的光酸产生剂组成18吸收辐射以产生酸，酸作为催化剂以造成化学反应的发生而增加曝光部分230A的溶解度。举例来说，光酸产生剂18(图1)产生的酸可催化光阻层230的曝光部分230A内的酸不稳定基团组成14(图1)自聚合物12(图1)裂解。在一些实施例中，曝光制程后可对光阻层230进行曝光后烘烤制程。曝光后烘烤制程可将光阻层230的温度提高到约80℃至约180℃之间。在一些实施例中，曝光后烘烤制程于热腔室中进行，其可将光阻层230的温度提高到约120℃至约150℃之间。图5C和图5D所描述热处理的温度可能低于曝光后烘烤制程的温度，以避免在热处理过程中使酸不稳定基团组成14裂解。在曝光后烘烤制程中，光阻层230的曝光部分230A内的酸不稳定基团组成14(图1)自聚合物12(图1)裂解，借此化学改变光阻层230的曝光部分230A。曝光部分230A的上部245和下部250皆可因辐射而变化。举例来说，在所述的实施例中，曝光制程及/或曝光后烘烤制程增加了曝光部分230A的亲水性(换言之，图1的聚合物12变得更亲水性)，进而增加光阻层230的曝光部分230A对显影剂的溶解度。曝光制程和曝光后烘烤制程可如图7所描述的曝光制程和曝光后烘烤制程。
如图8D所示，对光阻层230进行显影制程以形成图案化光阻层230'。在所述的实施例中，进行正型显影制程以移除光阻层230的曝光部分230A。举例来说，应用正型显影剂至光阻层230以溶解曝光部分230A，并保留未曝光部分230B，使图案化光阻层230'具有开口240，其中开口240定义为未曝光部分230B(统称为光阻图案)之间。在一些实施方式中，正型显影剂包含水溶液碱性溶剂，例如氢氧化四甲基铵或氢氧化四丁基铵。通过交联图案化光阻层230'的未曝光部分230B的上部245，显影制程无法穿透未曝光部分230B，进而最小化未曝光部分230B的损失。在另一方面，显影制程可移除曝光部分230A的下部250，进而最小化浮渣的形成。
如图8E所示，在工作件200上进行制程，例如以图案化光阻层230'作为遮罩并对材料层220及/或晶圆进行制程。举例来说，制程只施加至图案化光阻层230'的开口240中的部分工作件200，而图案化光阻层230'覆盖的其他部分工作件200将不受制程影响。在一些实施例中，制程包含以图案化光阻层230'作为蚀刻遮罩，并在材料层220上进行蚀刻制程。因此图案化光阻层230'的图案将转移至材料层220，以形成图案化材料层220'。在材料层220为硬遮罩层的实施例中，图案先自图案化光阻层230'转移至材料层220，接着自图案化材料层220'转移至晶圆210的材料层(未绘出)。蚀刻制程包含干式蚀刻制程、湿式蚀刻制程、其他合适的蚀刻制程、或上述的组合。在一些其他实施例中，制程包含采用图案化光阻层230'作为布植遮罩，并在材料层220上进行布植制程以形成多种掺杂结构(区)于材料层220中。之后如图8F所示，自工作件200移除图案化光阻层230'以保留图案化材料层220'于晶圆210上，且移除方法可为任何合适制程如光阻剥除制程。在一些实施例中，制程如蚀刻制程会消耗部分的图案化光阻层230'，因此光阻剥除制程之后将移除残留的图案化光阻层230'。
图9A至图9C根据本揭示案的另一些实施例绘示部分或完整工作件200在各个制作阶段(例如与微影制程相关的制作阶段)的局部截面图。工作件200包括晶圆210、材料层220、和光阻层300。不同于与图8A地光阻层230，光阻层300包括第一光阻层310和第二光阻层320。通过任何合适的制程，例如旋转涂布接着预烘烤制程，形成第一光阻层310在材料层220上。第一光阻层310包括光阻材料10(图1)但不包括交联剂32、可交联官能基22和热自由基起始剂36(图5C)。如此一来，即使电磁波或热能抵达到第一光阻层310，仍不会发生交联反应，并且第一光阻层310的分子量不因这些处理而增加。第二光阻层320包括光阻材料10(图1)，其中光阻材料10具有聚合物12、具有可交联官能基22的酸不稳定基团组成14、光阻组成16、光酸产生剂组成18、交联剂32、及/或其他合适的光阻组成混合于溶剂20中。在一些实施例中，第二光阻层320还包括热自由基起始剂36混合于溶剂20中。在一些实施例中，第二光阻层320包括与光阻层230(图8A)相同的材料，并且第一光阻层310包括与第二光阻层320相同材料但不包含交联剂32、可交联官能基22和热自由基起始剂36。第二光阻层320具有厚度T1而光阻层300具有厚度T2，如图9A所示。厚度T1可为厚度T2的约5％至约20％之间。
对Z300进行处理。处理可包括使用电磁波或热能，并且，相较于对图8B的光阻层230进行的处理，此处进行的处理的制程容许范围较大。这是因为第一光阻层310不具有交联剂32或可交联官能基22，所以即使电磁波或热能抵达到第一光阻层310，第一光阻层310的聚合物仍不会交联。第二光阻层320可能因为进行处理而产生交联。不同于光阻层230仅上部245发生交联反应的情况，交联反应可能会发生在第二光阻层320的整个厚度T1内。第二光阻层320的分子量大于第一光阻层310的分子量。
如图9B所示，对光阻层300进行曝光制程和显影制程以形成图案化光阻层300'。图案化光阻层300'包括图案化第一光阻层310'和图案化第二光阻层320'。曝光制程可与图8C所述的曝光制程相同，而显影制程可与图8D所述的显影制程相同。例如，曝光制程使光阻层300形成曝光部分(未绘出)和未曝光部分300B，其中曝光部分于显影制程中移除。曝光部分和未曝光部分300B皆包括第二光阻层320和第一光阻层310。曝光部分的第二光阻层320和位于第二光阻层320下方的第一光阻层310可能因曝光制程而产生物理及/或化学变化，例如变得更亲水性，如图8C所述。由于显影制程无法穿透交联后的第二光阻层320的未曝光部分300B，因此可降低未曝光部分300B于显影制程中的损失。在另一方面，显影制程可移除第一光阻层310的曝光部分，进而最小化浮渣的形成。
如图9C所示，图案化光阻层300'的图案转移至材料层220上以形成图案化材料层220'，并且，移除图案化光阻层300'。
本揭示案的各种实施例提供减少光阻层开口相连和半开开口的缺陷的光阻材料和相关的微影技术。微影技术包括形成光阻层230，并且对光阻层230进行处理以使光阻层230的上部245具有第一分子量以及光阻层230的下部250具有小于第一分子量的第二分子量。一些实施例可具有优势。举例来说，显影制程无法穿透未曝光部分230B的上部245，进而最小化未曝光部分230B的损失。再者，显影制程可移除曝光部分230A的下部250，进而最小化浮渣的形成。
一种微影的方法的一实施例中，方法包括形成光阻层在基板上、对光阻层进行处理以形成具有第一分子量的光阻层的上部和具有小于第一分子量的第二分子量的光阻层的下部、对光阻层进行曝光制程、以及对光阻层进行显影制程以形成图案化光阻层。
在一些实施例中，在进行显影制程之前，光阻层包括交联剂。在一些实施例中，交联剂包括含氟交联剂。在一些实施例中，处理包括曝光光阻层于电磁波中。在一些实施例中，电磁波包括紫外光。在一些实施例中，光阻层进一步包括热自由基起始剂，以及处理包括加热光阻层。在一些实施例中，加热光阻层至第一温度，第一温度低于约150℃。在一些实施例中，方法进一步包括在曝光制程之后和显影制程之前，进行曝光后烘烤，其中曝光后烘烤包括加热光阻层至第二温度，且第二温度高于该第一温度。
一种微影的方法的另一实施例中，方法包括形成光阻层在基板上，其中光阻层包括含氟交联剂设置于光阻层的上部。方法还包括对光阻层进行处理，并且交联程度从光阻层的下部到光阻层的上部递增。方法还包括对光阻层进行曝光制程，以及对光阻层进行显影制程以形成图案化光阻层。
在一些实施例中，对光阻层进行处理包括曝光光阻层于电磁波中。在一些实施例中，电磁波包括紫外光。在一些实施例中，光阻层进一步包括热自由基起始剂，以及对光阻层进行处理包括加热光阻层。在一些实施例中，加热光阻层至第一温度，第一温度低于约150℃。在一些实施例中，在曝光制程之后，光阻层包括曝光部分和未曝光部分。在一些实施例中，显影制程移除曝光部分。
一种微影的方法的另一实施例中，方法包括形成第一光阻层在基板上、形成第二光阻层在第一光阻层上、以及对第二光阻层进行处理以增加第二光阻层的第一分子量。第一光阻层具有的第二分子量小于第一分子量。方法还包括对第一光阻层和第二光阻层进行曝光制程，以及对第一光阻层和第二光阻层进行显影制程以形成图案化第一光阻层和图案化第二光阻层。
在一些实施例中，在显影制程之前，第二光阻层包括交联剂。在一些实施例中，在曝光制程之后，第一光阻层和第二光阻层包括曝光部分和未曝光部分。在一些实施例中，显影制程移除第一光阻层和第二光阻层的曝光部分。在一些实施例中，第二光阻层进一步包括热自由基起始剂，以及处理包括加热第二光阻层。
以上概略说明了本揭示案数个实施例的特征，使所属技术领域内具有通常知识者对于本揭示案可更为容易理解。任何所属技术领域内具有通常知识者应了解到本揭示案可轻易作为其他结构或制程的变更或设计基础，以进行相同于本揭示案实施例的目的及/或获得相同的优点。任何所属技术领域内具有通常知识者亦可理解与上述等同的结构并未脱离本揭示案的精神及保护范围内，且可在不脱离本揭示案的精神及范围内，可作更动、替代与修改。

Claims (10)

1.一种微影的方法，其特征在于，包括：
形成一光阻层在一基板上；
对该光阻层进行一处理以形成具有一第一分子量的该光阻层的一上部和具有一第二分子量的该光阻层的一下部，其中该第二分子量小于该第一分子量；
对该光阻层进行一曝光制程；以及
对该光阻层进行一显影制程以形成一图案化光阻层。
2.根据权利要求1所述的微影的方法，其特征在于，在进行该显影制程之前，该光阻层包括一交联剂。
3.根据权利要求2所述的微影的方法，其特征在于，该交联剂包括一含氟交联剂。
4.根据权利要求1所述的微影的方法，其特征在于，该处理包括曝光该光阻层于一电磁波中。
5.根据权利要求4所述的微影的方法，其特征在于，该电磁波包括一紫外光。
6.根据权利要求1所述的微影的方法，其特征在于，该光阻层进一步包括一热自由基起始剂，以及该处理包括加热该光阻层。
7.根据权利要求6所述的微影的方法，其特征在于，加热该光阻层至一第一温度，该第一温度低于约150℃。
8.根据权利要求7所述的微影的方法，其特征在于，进一步包括在该曝光制程之后和该显影制程之前，进行一曝光后烘烤，其中该曝光后烘烤包括加热该光阻层至一第二温度，该第二温度高于该第一温度。
9.一种微影的方法，其特征在于，包括：
形成一光阻层在一基板上，其中该光阻层包括一含氟交联剂，该含氟交联剂设置在该光阻层的一上部；
对该光阻层进行处理，其中一交联程度从该光阻层的一下部到该光阻层的一上部递增；
对该光阻层进行一曝光制程；以及
对该光阻层进行一显影制程以形成一图案化光阻层。
10.一种微影的方法，其特征在于，包括：
形成一第一光阻层在一基板上；
形成一第二光阻层在该第一光阻层上；
对该第二光阻层进行一处理以增加该第二光阻层的一第一分子量，其中该第一光阻层的一第二分子量小于该第一分子量；
对该第一光阻层和该第二光阻层进行一曝光制程；以及
对该第一光阻层和该第二光阻层进行一显影制程以形成一图案化第一光阻层和一图案化第二光阻层。
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