TW202013078A - 半導體裝置的製造方法 - Google Patents

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Abstract

本案中提供一種半導體裝置的製造方法，其包括提供基板；於基板上形成底層；於底層上形成中間層，其上表面包括光敏單元，光敏單元具有錨定在該中間層中的第一端以及遠離中間層的上表面延伸之第二端；於中間層上形成光阻層；將光阻層在輻射源中曝光；以及顯影光阻層以形成圖案。光敏單元，包括光酸產生劑、光鹼產生劑、光分解淬滅劑、或光分解鹼，可藉由一個或多個連接基團，錨定至形成中間層之聚合物主鏈。光敏單元延伸進光阻層之距離，可藉由連接基團的長度來決定。

Description

半導體裝置的製造方法
本案係關於一種半導體裝置的製造方法，且特別是關於其中之中間層的製造方法。
半導體積體電路（integrated circuit, IC）產業歷經了快速的成長。IC材料和設計上之技術改良已產生許多IC世代，而每一世代比起前一世代又具有更小以及更複雜之電路。然而，此些進展增加了處理以及製造IC時的的複雜度。為了使這些進展得以實現，於IC處理與製造領域中，相似的發展是需要的。在IC的演進過程中，功能密度（即每單位晶片面積具有之內連接裝置數目）逐漸成長，而幾何大小（即以製程可生成之最小元件或配線）逐漸減小。隨著微影元件的尺寸逐漸縮小，將需要更高的數值孔徑（numerical aperture）製程以克服解析度的限制。
具有形成在中間層和底層上之光敏頂層的微影三層結構已被用於改善與微影圖案化製程相關的問題。雖然三層結構通常已可有效地改良圖案化製程，但它們並非完全令人滿意。例如，因光敏頂層的厚度所產生的非均勻光吸收，可能導致在顯影過程後產生非預期的圖案輪廓。因此，在使用三層結構時的圖案輪廓控制改良仍是需要的。
本案的一些實施例提供一種半導體裝置的製造方法，包括提供基板；形成底層在基板上；形成中間層在底層上，其中中間層的上表面包含光敏單元，其具有錨定在中間層中的第一端以及遠離中間層的上表面延伸之第二端；形成光阻層在中間層上；將光阻層在輻射源中曝光；以及顯影光阻層以形成圖案。
本案的一些實施例提供一種半導體裝置的製造方法，包括形成底層在基板上；形成中間層在底層上，其中中間層的上表面包含聚合物主鏈，其附接有第一光敏單元；形成光阻層在中間層上，其中光阻層包含第二光敏單元，且其中一部分的第一光敏單元延伸進光阻層的底部部分；以及將光阻層在輻射源中曝光。
本案的一些實施例提供一種半導體裝置的製造方法，其包括形成底層在基板上；形成中間層在底層上，其中中間層的上表面包含第一光敏單元和第二光敏單元；形成光阻層在中間層上，其中第一光敏單元以第一距離延伸進光阻層且第二光敏單元以第二距離延伸進光阻層，第一距離和第二距離不同；以及將光阻層在輻射源中曝光。
以下公開的內容提供了多種不同實施例或實例，用於實現本案的不同部件。以下將描述元件和佈置的具體實例以簡化本案。當然，這些僅是例示而並非用以限制本案。例如，後文若描述第一部件形成在第二部件上，則可包括這些部件以直接接觸方式形成，也可以包括額外部件形成於這兩部件之間使得它們之間並無直接接觸的實施例。另外，本案可在各種實例中可能重複使用元件符號及/或字母。這種重複僅是為了簡化和清楚表示，其自身並不表示所討論的各種實施例及/或構造之間的關係。
此外，本案可能於多個實例中重複使用元件符號及/或字母。該重複之目的是為了簡化及清楚表示，而該重複本身並不限定所討論之各種實施例與/或配置之間的關係。再者，若本案於下文中有一部件位於另一部件之上，且連接至該另一部件及/或耦接至另一部件，則部件之構造可能包括該等部件為直接接觸、亦可能為有其他部件介於該等部件之間，使得該等部件之間可能並無直接接觸。此外，本案中所使用之與空間方位相關的用語，例如「下」、「上」、「水平」、「垂直」、「以上」、「超過」、「以下」、「之下」、「上方」、「下方」、「頂部」、「底部」等，以及該等術語之衍生詞（例如，「水平地」、「向下」、「向上」等）以便於在本案中說明某一部件與另一部件之關係。空間方位相關之用語旨在涵蓋包括該等部件之裝置的不同方位。此外，當用「約」、「近似」等類似用語描述數值或數值範圍時，此類用語旨在包括在合理範圍內的數字，包括所描述的數字，例如在所描述的數值的+/-10％、或本領域具有通常知識者所理解的其他值。例如，「約5nm」包括4.5nm至5.5nm的數值範圍。
本案大致上係關於IC裝置的製造，更具體而言，是關於使用微影三層結構進行裝置圖案化之製程。三層結構包括在基板上形成的光敏頂層（例如，光阻）、中間層（例如，硬遮罩層）和底層（例如，底部抗反射塗層，或bottom anti-reflective coating （BARC））。在微影製程中使用三層結構已證明其在最小化基板對於輻射源（例如光源）的反射率和改善各種襯層之間的蝕刻選擇性具有優勢。然而，為了可應用於更精細的圖案化製程，三層結構之改良仍是有其需求的。例如，已經觀察到光阻層的頂部通常比光阻層的底部吸收更多的光，導致在曝光過程中光阻層內產生不均勻的光化學變化（例如，阻劑材料的溶解度及/或極性的變化）。因而可能導致於最終圖案中產生諸如基腳（footing）（即，圖案之線寬度在底部部分比在頂部部分寬）或底切（即，圖案之線寬度在底部部分比在頂部部分窄）的異常形狀，並且此些異常形狀可能會對後續處理步驟產生不利影響。如後方的實施例所示，使用固著於中間層頂面之光敏組成物（photo-responsive compositions，PRCs）可在光阻層中提供額外的光化學反應位置，因而保留了最終圖案的適當輪廓（例如，均勻的線寬）。
第1圖係根據本案一些實施例所繪製的工作件200之製造流程圖。方法100僅是一示例，並非用以限制本案已經明確揭露於請求項的範圍。在方法100之前、期間、及之後可有額外的操作，所描述的部分步驟可被替換、省略、或是移動以用於其他製程實施例。方法100的中間步驟將配合第2-8B圖以及第12A-13B圖之工作件200的局部剖面圖、以及第9-11圖中所示的例示化學結構進行描述。為了清楚和易於解釋，圖式中的部分元件已被簡化表示。
請參閱第1圖及第2圖。方法100於步驟102中提供（或被提供）基板202。基板202可以包括元素（單元素）半導體（例如結晶矽及/或結晶鍺）、化合物半導體（例如碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦及/或銻化銦）、合金半導體（例如SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP及/或GaInAsP）、非半導體材料（例如鈉鈣玻璃、合成石英（fused silica）、熔融石英（fused quartz）及/或氟化鈣（CaF2 ））、及/或前述之組合。
基板202可以是具有均勻組成的單層材料。或者，基板202可包括具有適合於IC裝置製造的相似或不同組成的多個材料層。在一些實施例中，基板202可以是絕緣體上矽（silicon-on-insulator，SOI）基板，其具有在氧化矽層上形成的半導體矽層。在一些實施例中，基板202可以包括導電層、半導體層、介電層、其他層及/或前述之組合。
基板202可以包括在其上或其中形成的各種電路部件，例如包括場效應電晶體（field effect transistor，FET）、金屬氧化物半導體場效應電晶體（metal-oxide semiconductor field effect transistor，MOSFET）、互補式金屬氧化物半導體（complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS）電晶體、高壓電晶體、高頻電晶體、雙極性電晶體、二極體、電阻器、電容器、電感器、變容二極體、其他合適的裝置及/或前述的組合。
在基板202包括FET的一些實施例中，各種摻雜區域（例如源極/汲極區域）形成在基板202中或基板202上。摻雜區域可以摻雜有p型摻雜劑，例如磷或砷，及/或n型摻雜劑，如硼或BF2 ，其取決於設計需求。摻雜區域可以是平面的或非平面的（例如，在鰭狀FET元件中）並且可以直接形成在基板202上、在p阱結構中、在n阱結構中、在雙阱結構中、或使用凸起的結構。摻雜區域可以藉由植入摻雜劑原子、原位摻雜、磊晶生長、及/或其他合適的技術來形成。
請繼續參考第1圖及第2圖。在步驟104中，方法100於基板202上形成底層204（或第一層）。在多個實施例中，底層204為底部抗反射塗層（BARC），其組成被選擇以最小化在後續形成之光阻層（例如第4圖中之光阻層208）進行曝光時所使用的光源之反射率。底層204可藉由旋轉塗佈BARC材料（例如，非晶碳材料）至基板202的頂面（或是多層基板的最上層之頂面）的方式形成，並可選擇性地進行烘烤以固化BARC。
請參考第1圖以及第3圖。在步驟106中，方法100在底層204上形成中間層206（或第二層）。中間層206可以是單層結構，或者可以包括多個層，每個層具有不同的組成。 在多個實施例中，中間層206具有為後續微影製程提供抗反射特性及/或硬遮罩特性的組成。 在一些實施例中，例如第9圖所示，中間層206包括具有聚合物主鏈320的聚合物鏈300，例如具有如下結構所示的矽氧烷基聚合物主鏈，其中「m」是大於1的任何整數。在一些實施例中，聚合物主鏈320之分子量範圍為約2,000道爾頓至約1,000,000道爾頓。在一實施例中，聚合物主鏈320配置成藉由一種或多種矽烷醇縮合反應進行聚合。
Figure 02_image003
在一些實施例中，聚合物鏈300可以包括官能基團R和R'，它們可以相同或不同，並且可各自包括具有1至30個碳原子的烷基（直鏈或環狀）、羥基、羧基、胺基、降冰片烷基、苯基、金剛烷基、內酯基、內醯胺基及/或其他合適的基團。官能基團R和R'可各自另外包括雜原子，例如氧、氮及/或硫。在這樣的實施例中，添加烷基可用於化學性地調整中間層206和水基溶劑之間的親和力，並反映在中間層206之親水性（或疏水性）的度量中。此外，可調整烷基的濃度以獲得所需的親水性。通常，中間層206中較高濃度的烷基可以增加中間層206的疏水性（即，更為「油狀」）。
請參考第9圖。在一些實施例中，中間層206包括光敏單元304，作為與聚合物主鏈320鍵結的官能基團R和R'中之一個或兩個。光敏單元304可包括一個或多個在施加之輻射源（例如，極紫外線，或EUV、KrF、ArF等）的存在下，其化學性質將發生變化的官能基團。光敏單元304的可包括光酸產生劑（photo-acid generator，PAG）、光鹼產生劑（photo-base generator，PBG）、光分解鹼（photo-decomposable base，PDB）、光分解猝滅劑（photo-decomposable quencher，PDQ）、及/或其他合適的部分，但並不限於此 。在PAG的實施例中，當PAG暴露於施加的輻射源（例如EUV）時，將產生酸性部分（例如，質子H+ ）。在PBG的實施例中，當PBG暴露於施加的輻射源時將產生鹼性部分（例如，羥基OH- 或胺），所述輻射源可與用於產生PAG中之酸性部分的輻射源具有相同或不同的波長。在一些實施例中，光敏單元304的對數酸解離常數（logarithmic acid dissociation constant，pKa）為約-10至約20。
在一些實施例中，PAG可包括具有磺酸鹽的鋶陽離子鹽、具有磺酸鹽的碘鎓陽離子鹽、磺醯基重氮甲烷化合物（sulfonyldiazomethane compound）、N-磺醯氧基醯亞胺PAG（N-sulfonyloxyimide PAG）、苯甲酸磺酸鹽PAG（benzoinsulfonate PAG）、鄰苯三酚三磺酸鹽PAG（pyrogallol trisulfonate PAG）、氮芐基磺酸鹽PAG（nitrogenzyl sulfonate PAG）、碸PAG（sulfone PAG）、乙二肟衍生物（glyoxime derivative），三苯基鋶九氟磺酸鹽（triphenylsulfonium nonaflate）和其他合適的PAG、及現在已知 或將開發之PAG，但不限於此。在一些實施例中，PAG可包括具有陽離子部分和陰離子部分的離子化合物（例如，前述之含磺酸鹽）。
一些例示的PBG結構如下方所示：
Figure 02_image005
Figure 02_image007
一例示的PDB結構如下方所示：
Figure 02_image009
此外，一些非限制性的PDQ例示結構如下方所示：
Figure 02_image011
在一些實施例中，請參閱第9圖與第12A圖，光敏單元304直接地連接至聚合物主鏈320。在其他的或是可替代的實施例中，光敏單元304藉由連接基團（例如連接基團306）連接至聚合物主鏈320，使得光敏單元304和連接基團306形成分子錯合物302，其一端302a因連接到聚合物主鏈320上，故可固定至中間層206中，而另一端302b則延伸進之後形成於中間層206上的光阻層208的底部。值得注意的是，如果光敏單元304在其化學結構中帶有陽離子部分或陰離子部分中任一部分或兩者皆有，則連接基團可以連接至光敏單元304的陽離子部分或陰離子部分。
為了形成中間層206，可以將多個聚合物鏈300混合及/或共混，以讓聚合物鏈300之間發生聚合及/或交聯反應。在一些實施例中，首先讓聚合物鏈在約攝氏40度至約攝氏120度的溫度下溶解在溶劑中（例如，1-乙氧基-2-吡喃（1-ethoxy-2-pranol，PGEE），丙二醇甲醚乙酸酯（propylene glycol methyl ether acetate ，PGMEA），水及/或其它合適的溶劑），形成聚合及/或交聯反應進行前的聚合物溶液。值得注意的是，如果用於混合及/或共混聚合物鏈300的溫度高於約攝氏120度，則聚合及/或交聯反應可能過早發生，且在隨後的旋轉塗佈製程期間，干擾中間層206的形成。接著，中間層206可藉由在底層204上旋轉塗佈聚合物溶液來形成。旋轉塗佈製程可使用離心力來分散聚合物溶液，以在底部基板（例如，底層204）的表面上形成具有均勻厚度的中間層206。然後，可在約攝氏100度至約攝氏300度的溫度下，烘烤中間層206，以讓聚合物鏈之間形成完全的交聯反應。
請參閱第1圖和第4圖。方法100在中間層206上形成光阻層208。光阻層208可為一可經由曝光製程而被圖案化的光敏感層，曝光製程可在光阻層208中引發一系列光化學反應。光阻層208可包括任何合適的光阻劑材料，並且在許多實施例中，光阻層208包括對輻射源（例如，UV光，深紫外（DUV）輻射及/或EUV輻射）敏感的光阻劑材料。然而，本案的原理同樣適用於電子束阻劑和其他直接寫入方式的阻劑材料。光阻層208可具有單層結構或多層結構。在許多實施例中，光阻層208暴露於輻射源的區域產生化學反應，使其分解並變得可溶於顯影溶液中。在替代的實施例中，光阻層208的曝光區域產生化學反應，使其聚合及/或交聯並變得不溶於顯影溶液中。
在許多實施例中，光阻層208包括具有主鏈（未繪示）的聚合物，主鏈上具有多個連接到其上的官能團（未繪示）。 聚合物主鏈可包括丙烯酸酯聚合物、聚（降冰片烯） - 馬來酸酐聚合物（poly（norbornene）-co-maleic anhydride polymer，COMA）、聚（羥基苯乙烯）聚合物（poly（hydroxystyrene）-based polymer）、其他合適的聚合物、或其具有任意數量、可幫助後續一個或多個曝光與顯影製程之官能基團的前述組合。 在一實施例中，官能基團可包括光微影敏感基團（例如，敏化劑），如苯酚、苯乙烯、氟化物及/或其他合適的基團。 在另一個實例中，官能基團可包括酸不穩定基團（acid-labile groups ，ALG），其被配置成可藉由酸性部分從聚合物主鏈上裂解出來。
此外，可藉由使材料組成中含有光敏單元，來實現具有化學增強光阻材料的光阻層208。例如，光阻層208包括一個或多個光酸產生劑（photo-acid generator，PAG），其曝光於輻射源後將產生酸性部分。 合適的PAG的非限制性例示包括具有锍陽離子鹽的磺酸酯 （salts of sulfonium cations with sulfonates）、具有碘鎓陽離子的磺酸酯鹽 （salts of iodonium cations with sulfonates）、磺酰基重氮甲烷化合物（sulfonyldiazomethane compound）、N-磺酰氧基酰亞胺PAG（N-sulfonyloxyimide PAG）、苯偶姻磺酸鹽PAG（benzoinsulfonate PAG）、鄰苯三酚三磺酸鹽PAG（pyrogallol trisulfonate PAG）、硝基芐基磺酸鹽PAG（nitrobenzyl sulfonate PAG）、砜PAG（sulfone PAG）、乙二肟衍生物（glyoxime derivative）、三苯基锍九氟磺酸鹽（triphenylsulfonium nonaflate）、及/或現在已知或以後將開發之其他合適PAG。
光阻層208可以額外地或替代地包括光可分解鹼（photo-decomposable base ，PDB），而正如其名，其受到輻射源後將分解鹼性部分。在一些實施例中，與PAG相比，PDB具有不同的光敏性（例如，對不同波長範圍的輻射源產生反應）。光阻層208還可包括光鹼產生劑（photo-base generator ，PBG），其受到輻射源後將產生鹼性部分。光阻層208可以進一步包括光可分解猝滅劑（photo-decomposable quencher ，PDQ），其被配置成在化學變化（例如，溶解度變化）不依預期的區域中，降低酸性部分的濃度。在許多實施例中，光阻層208包括與在中間層206中的光敏單元304類似的光敏單元（例如，PAG、PBG、PDQ或PDB）。光阻層208還可包括許多添加劑。例如交聯劑（例如，四羥甲基甘脲連接基團（tetramethylol glycoluril linker）或環氧連接基團（epoxy linker））、表面活性劑、發色團及/或溶劑。
在許多實施例中，在中間層206上形成光阻層208將產生界面230（如第12A圖所示），其包括連接到先前所述之中間層206中的聚合物主鏈之光敏部分304的一部分。舉例而言，請參考回第12A圖，分子錯合物302具有固定至中間層206中的一個端部302a和延伸到光阻層208底部部分中的另一個端部302b。因此，具有光敏部分304的分子錯合物302係跨界面230地設置。在所述的實施例中，端部302b延伸到光阻層208底部部分的距離取決於光敏部分304是否經由連接基團連接到聚合物主鏈320，且如果是，則進一步取決於例如每個連接基團的長度、構型及/或化學結構。在許多實施例中，光敏部分304的存在不限於在界面230附近及/或其上方。例如，光敏部分304可以存在於整個中間層206的厚度中。
舉例而言，如第12B圖所示，連接基團306和308具有不同的分子鏈長度，使得連接到每個連接基團的光敏部分304分別以不同的距離，即距離316和318，延伸到光阻層中。在許多實施例中，請參見第10A圖和第10B圖所示，連接基團306和308具有相同的化學結構（即，單體322和323是相同的）但具有以整數「n1」和「n2」表示之不同的單元數量，其中n1≠n2且n1和n2是大於或等於1的整數。在所述的實施例中，n2大於n1，但是本案實施例並不限於此。在其他實施例中，連接基團306和308具有不同的化學結構（即，單體322和323是不同的）以及不同的分子鏈長度（即，n1≠n2）。單體322和323可各自包括以下結構中的任何一種，其中「n」表示多個單體單元，且是大於或等於1的整數。
Figure 02_image013
Figure 108130952-A0304-0001
 此外，請參閱第10C圖，連接基團亦可包括具有支鏈的組態，例如連接基團310所示。在所述的實施例中，連接基團310包括三個連接至Y部分的片段，其中各片段分別包括至少一單元的單體328。亦即，「m」、「n」、以及「p」分別表示大於或等於1的整數。因此，每一連接基團310皆被配置成可連接一個以上的光敏單元304。一例示的連接基團310如下所示，其中在括弧內各個部分表示單體328的化學結構。
請參閱回第1圖和第5圖。方法100在步驟110將光阻層208暴露於輻射源216中。在許多實施例中，輻射源216可為I-line（波長約為365nm）、DUV輻射（例如KrF准分子雷射，波長約為248nm、或是ArF準分子雷射，波長約為193nm）、EUV輻射（波長約為1nm至約100nm）、X光、電子束、離子束、及/或其他合適的輻射源。曝光製程110可於空氣中、液體中（浸潤式微影）、或於真空中（例如，於EUV微影以及電子束微影）進行。在所述的實施例中，在步驟110的曝光製程使用具有圖案218的光罩220實施微影。光罩220可為穿透光罩或是反射光罩，兩者中任一皆可進一步實施解析度增強技術，例如相位移（phase-shifting）、離軸照明（off-axis illumination，OAI）、及/或光學接近修正（optical proximity correction，OPC）。在一些替代實施例中，輻射源216以預設好之圖案（例如IC佈局）直接進行調整，而不使用光罩220（例如使用電子束直接寫入器）。在一實施例中，輻射源216是EUV輻射，步驟110中的曝光製程係在EUV微影系統中進行。相應地，反射光罩220可用於圖案化光阻層208。
接著，請參閱第6圖。光阻層208的曝光區域212中之材料已經過光化學反應，而光阻層208的未曝光區域214中之材料則與曝光之前的抗蝕劑材料，保持大致相同。在一些實施例中，於曝光區域212中的材料將會分解且變得可溶於顯影溶液中。在替代的一些實施例中，光阻層208的曝光區域212中之材料將會聚合及/或交聯且變得不溶於顯影溶液中。在所述的實施例中，曝光前的阻劑材料被化學增強，以讓由曝光製程所產生的化學反應係由一個或多個光敏單元所引發，此化學反應後續將觸發曝光區域中之材料間進一步的反應。
請參閱第13A圖以及第13B圖。將光阻層208曝光亦可將錨定至中間層206的光敏單元304進行曝光。於此，第13A圖係對應於第12A圖之實施例，並進一步經過步驟110的曝光製程；而第13B圖則對應於第12B圖之實施例，並進一步經過相似的曝光製程。在曝光於輻射源216後，於光阻層208曝光區域中的光敏單元304將進行化學反應，而光阻層208的未曝光區域中之光敏單元304，則保持大致不變。在一實施例中，請參閱第11圖，光敏單元304可發生一化學反應，產生連接至聚合物主鏈320的第一產物326（可藉由/或不藉由連接基團），以及產生被配置成可自由地擴散進光阻層208的其他部分之第二產物324。在許多實施例中，第二產物324可為酸性部分（例如H＋ 離子）或是鹼性部分（例如OH- 離子），其係取決於衍生出該部分之光敏單元304的化學結構。若光敏單元304藉由較短的連接基團（或甚至是不經由連接基團）連接至聚合物主鏈320，相較於光敏單元304藉由較長的連接基團連接至聚合物主鏈320，第二產物324可保持較為接近界面230。
除了額外的或可選擇的連接基團（連接基團306、308、或310）之長度外，其他因素例如像是在光敏單元304與連接基團之間的連接位置（例如，在陽離子部分或陰離子部分處）、連接基團的分子剛性（rigidity）、連接基團的分子量、及/或光敏單元的極性，皆可影響第二產物324的擴散距離。在光敏單元304是PAG的實施例中，若連接基團306與光敏單元304的陽離子部分鍵結，則由PAG經曝光產生之第二產物324（例如，酸性部分）的擴散距離，可藉由調整陰離子部分的分子量及/或其極性官能團來控制。較高的分子量及/或陰離子部分的極性可以減少第二產物324的擴散距離。另一方面，如果連接基團306鍵結到光敏部分304的陰離子部分，則第二產物的擴散距離可藉由調整連接基團306的長度和剛性來控制。
請參閱第1圖和第7圖，方法100在步驟112對工作件200實施顯影製程。顯影製程以溶解或其他方式，去除曝光區域212中之材料（參考第8B圖）或未曝光區域214中之材料（參考第8A圖），其取決於在步驟110的曝光製程期間所發生的特定化學變化和所用顯影劑的性質。步驟112的顯影製程可從曝光後烘烤製程開始，其取決於光阻層208中包含的聚合物，曝光後烘烤製程可以催化反應後之光敏部分與光阻層208中的聚合物之間的反應。例如，曝光後烘烤製程可加速曝光區域中聚合物的分解。在選擇性的曝光後烘烤製程後，將顯影劑222施加到工作件200上，以去除光阻層208的特定區域（曝光或未曝光）。合適的水性顯影劑包括四甲基氫氧化銨（tetramethyl ammonium hydroxide，TMAH），KOH，NaOH及/或其他合適的溶劑，而合適的有機溶劑性顯影劑則包括例如乙酸正丁酯、乙醇、己烷、苯、甲苯及/或其他合適的溶劑。施加顯影劑222可包括藉由旋轉塗佈將顯影劑222噴塗在於光阻層208上。在許多實施例中，於步驟112的顯影製程後，進行曝光後烘烤製程於工作件200上，以進一步穩定於光阻層208中所形成的圖案。
如先前所述，光阻層208中的光敏單元可包括一個或多個如下部分：PAG、PBG、PDB、PDQ、或其他合適的部分。以PAG為例，在經過曝光後，於光阻層208中的的PAG吸收輻射源，並經化學反應產生酸性部分（例如H+ 離子）。而酸性部分隨後將切斷鍵結於阻劑材料中聚合物主鏈上的保護基團（例如ALG），並使聚合物主鏈分解。當之後使用合適的顯影劑時，阻劑材料中之曝光區域212（在一些情況下，可為未曝光區域214）將被去除（例如藉由溶解），並於光阻層208中形成所欲圖案。因此，如此所形成的圖案品質，取決於光阻層208中的PAG其所受的曝光程度等各種因素。
請參閱第12A-13B圖，本案提供了一些關於額外的光敏部分（即，光敏部分304）可被包含於下方的中間層206中之實施例，光敏部分的其中一端302a固定於中間層206中，而另一端302b則以合適的距離（例如距離316或距離318）延伸至光阻層中，以確保曝光和溶解的程度在光阻層208的整個厚度上相似。在一個實例中，若因酸產量不足而可能在光阻層208的底部導致基腳（footing）出現，光敏部分304可包括額外的PAG。相反，若因產生過量的酸而可能在光阻層208的底部產生底切（undercut）時，則光敏部分304可包括額外的PBG。此外，可以藉由選擇具有各種長度、化學結構及/或配置的連接基團（例如，連接基團306、308或310）來微調由光敏部分304所提供的酸（或鹼）之產生程度。例如，如果可能產生基腳，則可以使用較短的連接基團（例如，連接基團308）將額外的PAG固定在更靠近中間層206的位置（例如，在距離界面230更短的距離316處），或根本不使用連接基團。在另一個實例中，如果在光阻層208的中間部分中可能會有酸產生不足的狀況，則可以使用較長的連接基團（例如，連接基團308），將PAG固定得更遠離中間層206（例如，在距離界面230更遠的距離318處）。
請參閱第1圖。方法100於步驟114進行額外的製程，例如包括於一個或多個蝕刻製程中，將光阻層208中的圖案轉移至下方的中間層206以及底層204。蝕刻製程可藉由任何合適的方法實施，例如包括乾式蝕刻、濕式蝕刻、反應離子蝕刻（reactive ion etching，RIE）、或前述的組合。之後，可以使用圖案化的底層204作為遮罩來處理基底202。可以使用任何合適的方法來處理基底202，包括沉積製程、植入製程、磊晶生長製程、及/或其他製造程序。在例示的實施例中，係使用圖案化的底層204作為蝕刻遮罩來蝕刻基底202。然而，本案的實施例適用於在基底202上執行的任何製造程序。在多種範例中，圖案化的底層204作為遮罩以製造閘極堆疊、製造互連結構、藉由蝕刻以暴露出鰭或藉由磊晶成長形成鰭以製造非平面裝置、及/或在基底202中之其他合適的應用。在使用圖案化的光阻層208處理完基底202後，圖案化的中間層206及/或圖案化的底層204、層208、206和204，將從基底202移除。
在許多實施例中，在步驟114之後，工作件200可用於製造積體電路晶片、系統單晶片（system-on-a-chip，SOC）及/或前述之一部分，因此後續製程可以形成各種被動或主動微電子裝置，如電阻、電容、電感、二極體、金屬氧化物半導體場效電晶體（metal-oxide semiconductor field effect transistors ，MOSFET）、互補金屬氧化物半導體（complementary metal-oxide semiconductor ，CMOS）電晶體、雙極性電晶體（bipolar junction transistors，BJT）、橫向擴散MOS（laterally diffused MOS ，LDMOS）電晶體、高功率MOS電晶體、其他類型的電晶體及/或其他電路元件。
本案實施例所提供之方法、裝置、和組合物可具有多種優點。本案提供一種微影三層結構，其包括化學修飾的中間材料。具體而言，中間層材料可包括矽氧烷基聚合物主鏈，其上鍵結有光敏單元（例如PAG、PBG、PDB、以及PDQ）。本案所提供之許多實施例中，其光敏單元可藉由具有各種長度、構型和化學結構的一個或多個連接基團與聚合物主鏈鍵結。因此，光敏單元可以延伸穿過中間層和其與之後形成的光阻層之間的界面，使得每個光敏單元的一端固定於中間層中，而另一端以所欲的距離延伸到光阻層底部中。當光敏單元暴露於輻射源時，配置成可改變阻劑材料化學性質的反應產物（例如，酸性或鹼性部分）將被釋放到光阻層中。如此，本案實施例可確保曝光以及之後的顯影過程在整個光阻層的厚度上具有相似的程度，藉此可用以修補圖案之不規則性，例如基腳和底切。
根據一些實施例，本案提供一種方法，包括提供基板；於基板上形成底層；於底層上形成中間層；於中間層上形成光阻層；將光阻層在輻射源中曝光；以及顯影光阻層以形成圖案。在一些實施例中，中間層的上表面包括光敏單元，其具有錨定在該中間層中的第一端，以及遠離中間層的上表面延伸之第二端。
在一些實施例中，光敏單元包括光酸產生劑、光鹼產生劑、光分解淬滅劑、或光分解鹼中的其中之一。在進一步的實施例中，中間層包括矽基聚合物，此矽基聚合物和光敏單元的第一端鍵結。在進一步的實施例中，光敏單元透過連接基團和矽基聚合物鍵結。在進一步的實施例中，連接基團被配置成能和複數個光敏單元鍵結。
在一些實施例中，其中之光敏單元為第一光敏單元且連接基團為第一連接基團，中間層更包含透過第二連接基團和矽基聚合物鍵結之第二光敏單元，其中第一連接基團和第二連接基團具有遠離該中間層的上表面延伸的不同長度。在進一步的實施例中，第一光敏單元和第二光敏單元具有相異的化學結構。在進一步的實施例中，第一連接基團包含多個第一單體且第二連接基團包含多個第二單體，第一單體和第二單體具有相異的化學結構。
根據一些實施例，本案提供一種方法，包括於基板上形成底層；於底層上形成中間層；於中間層上形成光阻層；以及將光阻層於輻射源中曝光。在一些實施例中，中間層的上表面包含聚合物主鏈，其上附接有第一光敏單元。在一些實施例中，光阻層包含第二光敏單元，且一部分的第一光敏單元延伸進光阻層的底部部分。
在一些實施例中，聚合物主鏈包含矽氧烷基聚合物，且聚合物主鏈更包含具有1至10個碳原子的烷基、羥基、羧酸基、胺基、降冰片烷基、苯基、或金剛烷基。
在一些實施例中，第一光敏單元透過直鏈或支鏈的連接基團附接至聚合物主鏈。
在一些實施例中，曝光使第一光敏單元和第二光敏單元皆產生酸性部分。在一些實施例中，曝光使第一光敏單元產生鹼性部分，而第二光敏單元產生酸性部分。
根據另一些實施例，本案提供一種方法，包括於基板上形成底層；於底層上形成中間層；於中間層上形成光阻層；以及將光阻層於輻射源中曝光。在一些實施例中，中間層的上表面包含第一光敏單元和第二光敏單元。在一些實施例中，第一光敏單元以第一距離延伸進光阻層，第二光敏單元以第二距離延伸進光阻層，且第一距離不同於第二距離。
在一些實施例中，第一光敏單元和第二光敏單元各包含光酸產生劑、光鹼產生劑、光分解淬滅劑、或光分解鹼。在進一步的實施例中，第一光敏單元和第二光敏單元具有相異的化學結構。
在一些實施例中，形成中間層的步驟包括形成矽基聚合物，其中第一光敏單元和第二光敏單元附接至矽基聚合物。在進一步的實施例中，第一光敏單元透過第一連接基團附接至矽基聚合物，第二光敏單元透過第二連接基團附接至矽基聚合物。在進一步的實施例中，第一連接基團之長度等於第一距離且第二連接基團之長度等於第二距離。
以上概略說明了本案數個實施例的特徵，使所屬技術領域內具有通常知識者對於本案可更為容易理解。任何所屬技術領域內具有通常知識者應瞭解到本說明書可輕易作為其他結構或製程的變更或設計基礎，以進行相同於本案實施例的目的及/或獲得相同的優點。任何所屬技術領域內具有通常知識者亦可理解與上述等同的結構或製程並未脫離本案之精神及保護範圍內，且可在不脫離本案之精神及範圍內，當可作更動、替代與潤飾。
100:方法 102、104、106、108、110、112、114:步驟 200:工作件 202:基板 204:底層 206:中間層 208:光阻層 216:輻射源 218:圖案 220:光罩 212:曝光區域 214:未曝光區域 222:顯影劑 230:界面 300:聚合物鏈 302:分子錯合物 302a:一端 302b:一端 304:光敏單元 306、308:連接基團 316、318:距離 322、323、328:單體 324:第二產物 326:第一產物 n1、n2、m、n、p:整數 Y:部分
以下將配合所附圖式詳述本案之實施例。應注意的是，依據在業界的標準做法，各種特徵並未按照比例繪製且僅用以說明例示。事實上，可能任意地放大或縮小元件的尺寸，以清楚地表現出本案的特徵。 第1圖係根據本案一些實施例所繪製之例示半導體裝置之製造流程圖。 第2、3、4、5、6、7、8A以及8B圖為根據本案一些實施例所繪製的一例示半導體裝置在第1圖的不同步驟中，其部分剖面側視圖。 第9、10A、10B、10C以及11圖為根據本案一些實施例所繪製的例示化學結構。 第12A、12B、13A以及13B為根據本案一些實施例所繪製之第2至8B圖的例示半導體裝置之部分。
Figure 108130952-A0101-11-0002-1
100:方法
102、104、106、108、110、112、114:步驟

Claims (20)

  1. 一種半導體裝置的製造方法，包括： 提供一基板； 形成一底層在該基板上； 形成一中間層在該底層上，其中該中間層的一上表面包含一光敏單元，其具有一錨定（anchored）在該中間層中之第一端以及一遠離該中間層的該上表面而延伸之第二端； 形成一光阻層在該中間層上； 將該光阻層在一輻射源中曝光；以及 顯影該光阻層以形成一圖案。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置的製造方法，其中該光敏單元包含一光酸產生劑（photo-acid generator）、一光鹼產生劑（photo-base generator）、一光分解淬滅劑（photo-decomposable quencher）、或一光分解鹼（photo-decomposable base）。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之半導體裝置的製造方法，其中該中間層包含一矽基聚合物（silicon-based polymer），該矽基聚合物和該光敏單元的該第一端鍵結。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之半導體裝置的製造方法，其中該光敏單元透過一連接基團（linker group）和該矽基聚合物鍵結。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之半導體裝置的製造方法，其中該連接基團被配置成能和複數個光敏單元鍵結。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之半導體裝置的製造方法，其中該光敏單元為一第一光敏單元且該連接基團為一第一連接基團，該中間層更包含透過一第二連接基團和該矽基聚合物鍵結之一第二光敏單元，其中該第一連接基團和第二連接基團具有遠離該中間層的該上表面延伸的不同長度。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之半導體裝置的製造方法，其中該第一光敏單元和該第二光敏單元具有相異的化學結構。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之半導體裝置的製造方法，其中該第一連接基團包含多個第一單體且該第二連接基團包含多個第二單體，該第一單體和該第二單體具有相異的化學結構。
  9. 一種半導體裝置的製造方法，包括： 形成一底層在一基板上； 形成一中間層在該底層上，其中該中間層的一上表面包含一聚合物主鏈，其附接有一第一光敏單元； 形成一光阻層在該中間層上，其中該光阻層包含一第二光敏單元，且其中一部分的該第一光敏單元延伸進該光阻層的一底部部分；以及 將該光阻層在一輻射源中曝光。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之半導體裝置的製造方法，其中該聚合物主鏈包含一矽氧烷基聚合物（siloxane-based polymer）。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之半導體裝置的製造方法，其中該聚合物主鏈更包含一具有1至10個碳原子的烷基、羥基、羧酸基、胺基、降冰片烷基、苯基、或金剛烷基（adamantine group）。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之半導體裝置的製造方法，其中該第一光敏單元透過一直鏈或支鏈的連接基團附接至該聚合物主鏈。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之半導體裝置的製造方法，其中該曝光使該第一光敏單元和該第二光敏單元都產生酸性部分。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之半導體裝置的製造方法，其中該曝光使該第一光敏單元產生一鹼性部分且該第二光敏單元產生一酸性部分。
  15. 一種半導體裝置的製造方法，包括： 形成一底層在一基板上； 形成一中間層在該底層上，其中該中間層的一上表面包含一第一光敏單元和一第二光敏單元； 形成一光阻層在該中間層上，其中該第一光敏單元以一第一距離延伸進該光阻層且該第二光敏單元以一第二距離延伸進該光阻層，該第一距離和該第二距離不同；以及 將該光阻層在一輻射源中曝光。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之半導體裝置的製造方法，其中該第一光敏單元和該第二光敏單元各包含一光酸產生劑、一光鹼產生劑、一光分解淬滅劑、或一光分解鹼。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之半導體裝置的製造方法，其中該第一光敏單元和該第二光敏單元具有相異的化學結構。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之半導體裝置的製造方法，其中形成該中間層包括:形成一矽基聚合物，其中該第一光敏單元和該第二光敏單元附接至該矽基聚合物。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之半導體裝置的製造方法，其中該第一光敏單元透過一第一連接基團附接至該矽基聚合物且該第二光敏單元透過一第二連接基團附接至該矽基聚合物。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之半導體裝置的製造方法，其中該第一連接基團之長度等於該第一距離且該第二連接基團之長度等於該第二距離。
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