TW201628059A - 半導體裝置及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

根據一項實施例，一種製造一半導體裝置之方法包含：在含有一半導體基板之一底層區(11)上形成含有用於增大對曝露光之敏感度之一感光劑之一能量射線可固化樹脂層；使用能量射線輻照該能量射線可固化樹脂層以形成含有該感光劑之一下層膜(12b)；在該下層膜上形成一光阻膜(14a)；藉由熱處理將該感光劑自該下層膜擴散至該光阻膜中；使用曝露光輻照該感光劑擴散至其中之該光阻膜；及顯影使用該曝露光輻照之該光阻膜。

Description

半導體裝置及其製造方法
本文中描述之實施例大體上係關於一種半導體裝置及一種製造該半導體裝置之方法。
已提出將極紫外線(EUV)光用作曝露光以實施一半導體裝置之小型化之微影技術。
在EUV微影中，一光阻膜之敏感度增大變得重要，此係由於一EUV光源之一輸出可幾乎不增大。因此，已提出含有增大光阻劑中之曝露光吸收之一物質。然而，若一吸光係數在光阻膜之一厚度方向上恆定，則一吸收光量自光阻劑之一頂部表面朝向一底部表面減小。因此，一充分曝光量難以沿光阻膜之厚度方向固定。
已提出在光阻膜下方安置含有增大對於曝露光之敏感度之一感光劑之一下層膜且將感光劑自下層擴散至光阻膜中作為對此一問題之一解決方案。然而，為防止下層膜與光阻膜混合，下層膜需要在形成光阻膜之前在一高溫下充分固化。換言之，下層膜需要在比感光劑自下層膜擴散至光阻膜中之一溫度高之一溫度下固化。因此，出現一問題，感光劑難以自下層膜擴散至光阻膜中。
因此期望一種推進感光劑以充分包含至光阻膜中之方法。
11‧‧‧底層區
12a‧‧‧能量射線可固化樹脂層
12b‧‧‧下層膜
12c‧‧‧下層膜圖案
13‧‧‧能量射線
14a‧‧‧光阻膜
14b‧‧‧光阻膜
14c‧‧‧光阻劑圖案
15‧‧‧曝露光
(a)‧‧‧吸光係數
(b)‧‧‧吸光光子之數量
圖1係以圖形部分展示製造實施例之一半導體裝置之一方法之一橫截面視圖。
圖2係以圖形部分展示製造實施例之半導體裝置之方法之一橫截面視圖。
圖3係以圖形部分展示製造實施例之半導體裝置之方法之一橫截面視圖。
圖4係以圖形部分展示製造實施例之半導體裝置之方法之一橫截面視圖。
圖5係以圖形部分展示製造實施例之半導體裝置之方法之一橫截面視圖。
圖6係以圖形部分展示製造實施例之半導體裝置之方法之一橫截面視圖。
圖7係以圖形部分展示製造實施例之半導體裝置之方法之一橫截面視圖。
圖8係以圖形部分展示製造實施例之半導體裝置之方法之一橫截面視圖。
圖9係以圖形部分展示製造實施例之半導體裝置之方法之一橫截面視圖。
圖10係展示一光阻膜中之一吸光係數及吸收光子之數量之實例之一圖。
一般言之，根據一項實施例，一種製造一半導體裝置之方法包含：在含有一半導體基板之一底層區上形成含有用於增大對曝露光之敏感度之一感光劑之一能量射線可固化樹脂層；使用能量射線輻照能量射線可固化樹脂層以形成含有感光劑之一下層膜；在下層膜上形成一光阻膜；藉由熱處理將感光劑自下層膜擴散至光阻膜中；使用曝露 光輻照感光劑擴散至其中之光阻膜；及顯影使用曝露光輻照之光阻膜。
在下文中將參考隨附圖式描述實施例。
圖1至圖9係以圖形展示製造實施例之一半導體裝置之一方法之橫截面視圖。將在下文中參考圖1至圖9參考製造實施例之一半導體裝置之方法。
首先，如在圖1中展示，包含一半導體基板(未展示)之一底層區11經塗佈有含有用於增大對曝露光(在實施例中為「EUV光」)之敏感度之一感光劑之一能量射線可固化樹脂溶液以形成一能量射線可固化樹脂層12a。一光子可固化樹脂(諸如一紫外線可固化(UV可固化)樹脂)及一電子束可固化樹脂可用作能量射線可固化樹脂。換言之，變得可藉由使用能量射線(諸如光及電子束)固化之樹脂可用作能量射線可固化樹脂。藉由吸收曝露光產生二次電子之一物質可用作感光劑。
另外，一有機樹脂或一無機樹脂可用作能量射線可固化樹脂。更具體言之，能量射線可固化樹脂可選自下文解釋之一第一樹脂、一第二樹脂或一第三樹脂。
第一樹脂係含有一感光劑及一光陽離子聚合引發劑與含有能夠陽離子聚合之至少一個反應基之一可聚合化合物之一混合物之一有機樹脂。
第二樹脂係含有一感光劑及一光自由基引發劑與含有能夠自由基聚合之至少一個乙烯不飽和鍵之一可聚合化合物之一混合物之一有機樹脂。
第三樹脂係含有一感光劑及一光陽離子聚合引發劑或光自由基聚合引發劑與含有作為一主要組分之氧化物之一能量射線可聚合化合物之一混合物之一無機樹脂。舉例而言，氧化矽(諸如旋轉塗佈玻璃(SOG))及金屬氧化物(諸如氧化鈦及氧化鎢)可用作氧化物。
在本實施例中，含有具有對EUV光之一高光吸收之一高度光吸收感光劑之光固化樹脂可用作能量射線可固化樹脂。舉例而言，碘化合物可用作高度光吸收感光劑。高度光吸收感光劑可係單體或寡聚物。在一室溫下處於一液體狀態之一樹脂液體或藉由將聚合物溶於一溶劑中獲得之一樹脂溶液可用作光可固化樹脂溶液。光可固化樹脂溶液層12之一厚度經設定在(例如)約5nm至100nm之一範圍中。
接著，如在圖2中展示，使用能量射線13輻照能量射線可固化樹脂層12a，且在一室溫下固化能量射線可固化樹脂層12a。藉此，含有感光劑之一下層膜12b形成於底層區11上。UV光用作能量射線13。一高壓水銀燈(波長：250nm至320nm及365nm)、一低壓水銀燈(波長：185nm及254nm)、一準分子燈(波長：126nm、146nm、172nm、222nm及308nm)等等可用作UV光源。在使用能量射線13輻照後，(若需要)下層膜12b可經受低於在光阻塗佈後設定之一烘烤溫度之一溫度之烘烤。
接著，如在圖3中展示，下層膜12b使用光阻劑塗佈以形成一光阻膜14a。在本實施例中，EUV光阻劑用作該光阻劑。塗佈方法係(例如)旋轉塗佈。光阻膜14a之一厚度經設定在(例如)約20nm至100nm之一範圍中。光阻膜14a含有使用二次電子之能量產生酸之一酸產生劑。由於藉由能量射線輻照固化下層膜12b，故防止下層膜12b與光阻膜14a之混合。
接著，如在圖4中展示，光阻膜14a經受約100℃至150℃之一溫度之熱處理(烘烤)。藉由熱處理移除光阻膜14a中剩餘之溶劑。另外，藉由熱處理使感光劑自下層膜12b擴散至光阻膜14a1中。在圖2之步驟中，在形成下層膜12b處藉由能量射線輻照執行固化。因此，在圖2之步驟中，在一高溫下不曝露能量射線可固化樹脂。因此，可藉由此步驟之熱處理(烘烤)使下層膜12b中含有之感光劑自下層膜12b有 效擴散至光阻膜14a中。因此，可獲得含有感光劑之一光阻膜14b。
在下層膜12b中含有之感光劑自一下表面擴散至光阻膜14b之一上表面。因此，擴散至光阻膜14b中之感光劑之濃度自光阻膜14b之下表面朝向上表面減小。換言之，擴散至光阻膜14b中之感光劑之濃度自光阻膜14b之上表面朝向下表面增大。
圖10係展示光阻膜14b中之一吸光係數及吸收光子之數量之實例之一圖。圖10中之(a)指示每單位深度之光阻膜14b之吸光係數，且圖10中之(b)指示每單位深度之光阻膜14b之吸光光子之數量。圖10中之a)(吸光係數)實質上與光阻膜14b中之感光劑濃度成比例。因此，圖10中之(a)對應於光阻膜14b中感光劑之一濃度分佈。
如在圖10中展示，應較佳地控制光阻膜14b中感光劑之濃度，使得每單位深度之光阻膜14b之吸收光子之數量恆定。可藉由恰當控制在圖4中展示之熱處理溫度及熱處理(烘烤)之熱處理時間而獲得如在圖10中展示之屬性。藉由形成具有如在圖10中展示之屬性之光阻膜14b，可使在光阻膜14b之深度方向(厚度方向)上之曝露光之吸收量一致。
因此，可獲得包括能量射線可固化樹脂之下層膜12b(其形成於底層區11上且含有感光劑來增大對曝露光之敏感度)及光阻膜14b(其經安置於下層膜12b上且含有與下層膜12中含有之感光劑相同類型之感光劑)之一結構。
接著，如在圖5中展示，使用曝露光15輻照光阻膜14b(感光劑擴散於其中)，曝露光15係EUV光。換言之，經由具有一所需圖案(電路圖案)之一微影遮罩使用EUV光輻照一光阻膜14b。一所需圖案藉此轉移至光阻膜14b。
自下層膜12b擴散之感光劑包含於光阻膜14b中。光阻膜14b中含有之感光劑吸收曝露光(EUV光)且產生二次電子。接著，藉由二次電 子之能量自光阻膜14b中含有之酸產生劑產生酸。如已解釋，感光劑之濃度自光阻膜14b之上表面朝向下表面增大，且光阻膜14b具有如(例如)在圖10中展示之屬性。因此使在光阻膜14b之深度方向(厚度方向)上之吸收曝露光之量一致。
此外，光阻膜14b(所需圖案轉移至其)經受曝露後烘烤。
接著，如在圖6中展示，使用曝露光(EUV光)輻照且經受曝露後烘烤之光阻膜14b經顯影。藉此，形成一光阻劑圖案14c。若光阻膜14b係一正光阻劑，則一鹼性(諸如具有2.38%濃度之一氫氧化四甲基銨水溶液)可用作顯影之一化學藥品。若光阻膜14b係一負光阻劑，則可使用一有機溶劑(諸如正丁醇)。
在圖5之曝露步驟中，曝露光無法充分到達光阻膜14b之最低部分。因此，若光阻膜14b係一正光阻劑，則光阻膜14b之最低部分可停留在顯影步驟。然而，可藉由在一後續步驟中之乾蝕刻移除光阻膜14b之最低部分之剩餘部分。另外，若光阻膜14b係一負光阻劑，則可溶解光阻膜14b之最低部分。然而，可藉由在下層膜12b中含有一酸性物質而防止光阻膜14b之溶解。
接著，如在圖7中展示，使用光阻劑圖案14c作為一遮罩而使下層膜12b經受乾蝕刻。藉此形成一下層膜圖案12c。氧、氮、氫、水、鹵素基氣體、硫化合物等等之漿可用於乾蝕刻。可根據下層膜12b之類型使用一適當乾蝕刻氣體。
接著，如在圖8中展示，藉由使用光阻劑圖案14c及下層膜圖案12c作為遮罩而蝕刻底層區11。藉此，電路圖案形成於底層區11上。
接著，如在圖9中展示，藉由移除光阻劑圖案14c及下層膜圖案12c而使電路圖案留在底層區11上。
在實施例中，如上文解釋，下層膜12b自能量射線可固化樹脂予以形成且藉由能量射線輻照予以固化。因此，不在一高溫下曝露下層 膜12b，直至執行圖4之擴散步驟。換言之，不在高於圖4之熱處理溫度之一溫度下曝露下層膜12b，直至執行圖4之熱處理。因此，感光劑可藉由圖4之熱處理自下層膜12b輕易擴散至光阻膜14a中。因此，感光劑可充分包含於光阻膜14b中。
另外，在實施例中，可給定光阻膜14b中之感光劑自光阻膜14b之上表面朝向下表面增大之一濃度分佈。因此，在圖5之曝露步驟中，使在光阻膜14b之深度方向(厚度方向)上之吸收曝露光之量一致。因此，可藉由顯影形成一高度精確之光阻劑圖案。
在上文解釋之實施例中，在圖3之步驟中形成光阻膜14a後，一頂塗層膜可經形成於光阻膜14a上。由於光阻膜14b中之感光劑可容易係一排氣組分，故可藉由形成一頂塗層膜而抑制排氣的出現。
雖然已描述特定實施例，但僅藉由實例呈現此等實施例，且不旨在限制本發明之範疇。實際上，本文中描述之新穎實施例可體現為各種其他形式；此外，可在不脫離本發明之精神之情況下在本文中描述之實施例之形式中作出各種省略、替換及改變。隨附申請專利範圍及其等之等效物旨在涵蓋將落於本發明之範疇及精神內之此等形式或修改。
11‧‧‧底層區
12b‧‧‧下層膜
14a‧‧‧光阻膜

Claims (20)

  1. 一種製造一半導體裝置之方法，該方法包括：在含有一半導體基板之一底層區上，形成含有用於增大對曝露光之敏感度之一感光劑之一能量射線可固化樹脂層；使用能量射線輻照該能量射線可固化樹脂層以形成含有該感光劑之一下層膜；在該下層膜上形成一光阻膜；藉由熱處理將該感光劑自該下層膜擴散至該光阻膜中；輻照該光阻膜，其中使用曝露光擴散該感光劑；及顯影使用該曝露光輻照之該光阻膜。
  2. 如請求項1之方法，其中擴散至該光阻膜中之該感光劑之濃度自該光阻膜之一上表面朝向一下表面增大。
  3. 如請求項1之方法，其中藉由擴散該感光劑之該光阻膜吸收之該曝露光之一每單位深度量在一深度方向上一致。
  4. 如請求項1之方法，其中該感光劑藉由吸收該曝露光而產生二次電子，及該光阻膜含有使用該等二次電子之能量產生酸之一酸產生劑。
  5. 如請求項1之方法，其中該能量射線可固化樹脂層係由含有該感光劑及一光陽離子聚合引發劑與含有能夠陽離子聚合之一反應基之一可聚合化合物之一混合物兩者之一樹脂形成。
  6. 如請求項1之方法，其中 該能量射線可固化樹脂層係由含有該感光劑及一光自由基聚合引發劑與含有能夠自由基聚合之一乙烯不飽和鍵之一可聚合化合物之一混合物兩者之一樹脂形成。
  7. 如請求項1之方法，其中該能量射線可固化樹脂層係由含有該感光劑及一光陽離子聚合引發劑或光自由基聚合引發劑與含有作為一主要組分之氧化物之一能量射線可聚合化合物之一混合物兩者之一樹脂形成。
  8. 如請求項1之方法，其中該曝露光係極紫外線(EUV)光。
  9. 如請求項1之方法，其中該等能量射線係光或電子束。
  10. 如請求項1之方法，其中該感光劑係碘化合物。
  11. 一種半導體裝置，其包括：一底層區，其包含一半導體基板；一下層膜，其經提供於該底層區上，該下層膜含有用於增大對曝露光之敏感度之一感光劑且自一能量射線可固化樹脂形成；及一光阻膜，其經提供於該下層膜上且含有與在該下層膜中含有之該感光劑相同類型之一感光劑。
  12. 如請求項11之半導體裝置，其中該光阻膜中含有之該感光劑之濃度自該光阻膜之一上表面朝向一下表面增大。
  13. 如請求項11之半導體裝置，其中給定該光阻膜中之該感光劑之一濃度分佈，使得藉由含有該感光劑之該光阻膜吸收之該曝露光之一每單位深度量在一深度 方向上一致。
  14. 如請求項11之半導體裝置，其中該感光劑藉由吸收該曝露光而產生二次電子，及該光阻膜含有使用該等二次電子之能量產生酸之一酸產生劑。
  15. 如請求項11之半導體裝置，其中該能量射線可固化樹脂含有該感光劑及一光陽離子聚合引發劑與含有能夠陽離子聚合之一反應基之一可聚合化合物之一混合物兩者。
  16. 如請求項11之半導體裝置，其中該能量射線可固化樹脂含有該感光劑及一光自由基聚合引發劑與含有能夠自由基聚合之一乙烯不飽和鍵之一可聚合化合物之一混合物兩者。
  17. 如請求項11之半導體裝置，其中該能量射線可固化樹脂含有該感光劑及一光陽離子聚合引發劑或光自由基聚合引發劑與含有作為一主要組分之氧化物之一能量射線可聚合化合物之一混合物兩者。
  18. 如請求項11之半導體裝置，其中該曝露光係極紫外線(EUV)光。
  19. 如請求項11之半導體裝置，其中該能量射線可固化樹脂係一光可固化樹脂或一電子束可固化樹脂。
  20. 如請求項11之半導體裝置，其中該感光劑係碘化合物。
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