TW202332718A - 光阻劑、半導體裝置之製造方法及極紫外線微影術方法 - Google Patents

光阻劑、半導體裝置之製造方法及極紫外線微影術方法 Download PDF

Info

Publication number
TW202332718A
TW202332718A TW111113542A TW111113542A TW202332718A TW 202332718 A TW202332718 A TW 202332718A TW 111113542 A TW111113542 A TW 111113542A TW 111113542 A TW111113542 A TW 111113542A TW 202332718 A TW202332718 A TW 202332718A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
photoresist
solvent
compound
layer
photoresist layer
Prior art date
Application number
TW111113542A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI843085B (zh
Inventor
劉瑞雄
李柏璇
呂安云
陳冠廷
陳柏熊
林本堅
Original Assignee
台灣積體電路製造股份有限公司
國立清華大學
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 台灣積體電路製造股份有限公司, 國立清華大學 filed Critical 台灣積體電路製造股份有限公司
Publication of TW202332718A publication Critical patent/TW202332718A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI843085B publication Critical patent/TWI843085B/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004—Photosensitive materials
    • G03F7/0042—Photosensitive materials with inorganic or organometallic light-sensitive compounds not otherwise provided for, e.g. inorganic resists
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70008—Production of exposure light, i.e. light sources
    • G03F7/70033—Production of exposure light, i.e. light sources by plasma extreme ultraviolet [EUV] sources
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004—Photosensitive materials
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/2002—Exposure; Apparatus therefor with visible light or UV light, through an original having an opaque pattern on a transparent support, e.g. film printing, projection printing; by reflection of visible or UV light from an original such as a printed image
    • G03F7/2004—Exposure; Apparatus therefor with visible light or UV light, through an original having an opaque pattern on a transparent support, e.g. film printing, projection printing; by reflection of visible or UV light from an original such as a printed image characterised by the use of a particular light source, e.g. fluorescent lamps or deep UV light
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/702—Reflective illumination, i.e. reflective optical elements other than folding mirrors, e.g. extreme ultraviolet [EUV] illumination systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
    • H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers
    • H01L21/0274—Photolithographic processes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

一種製造半導體裝置的方法，包括以下步驟：在基板上形成光阻劑層，將光阻劑層選擇性地曝露於EUV輻射，及顯影選擇性地曝光的光阻劑層。光阻劑層的組成物包括溶劑及光敏化合物，該光敏化合物溶解於溶劑且由結合六聚體錫及兩個氯配體的分子簇化合物組成。

Description

光阻劑、半導體裝置之製造方法及極紫外線微影術方法
隨著現代積體電路尺寸縮小，相關特徵的尺寸亦縮小。微影術為一種將罩幕上的圖案投影至諸如半導體晶圓的基板上的機制。在半導體微影術等領域，有必要在半導體晶圓上創建影像，該些影像在解析極限或臨界尺寸(critical dimension，CD)下含有最小特徵尺寸。半導體微影術通常包括在半導體晶圓的頂表面(例如，薄膜堆疊)上施加光阻劑(亦稱為抗蝕劑)塗層及將光阻劑曝露於圖案的步驟。然後將半導體晶圓轉移至顯影室以移除曝露的抗蝕劑，該抗蝕劑可溶於顯影劑水溶液。因此，在晶圓的頂表面上存在圖案化的光阻劑層。
以下揭示內容提供了用於實現提供之標的的不同特徵的許多不同的實施例或實例。以下描述元件及佈置的特定實例用以簡化本揭示內容。當然，該些僅為實例，並不旨在進行限制。例如，在下面的描述中在第二特徵上方或之上形成第一特徵可包括其中第一特徵及第二特徵直接接觸形成的實施例，並且亦可包括其中在第一特徵與第二特徵之間形成附加特徵的實施例，以使得第一特徵及第二特徵可以不直接接觸。此外，本揭示內容可以在各個實例中重複元件符號或字母。此重複係出於簡單及清楚的目的，其本身並不指定所討論之各種實施例或組態之間的關係。
此外，為了便於描述，本文中可使用諸如「在……下方」、「在……下」、「下方」、「在……上方」、「上方」之類的空間相對術語，來描述如圖中所示的一個元件或特徵與另一元件或特徵的關係。除了在附圖中示出的取向之外，空間相對術語意在涵蓋裝置在使用或操作中的不同取向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或以其他取向)，並且在此使用的空間相對描述語亦可被相應地解釋。
第1A圖為根據一些實施例構造的EUV微影術系統10的示意圖。EUV微影術系統10亦可統稱為掃描器，該掃描器用以利用相應的輻射源及曝光模式來執行微影術曝光製程。EUV微影術系統10設計成藉由EUV光或EUV輻射來曝光光阻劑層。光阻劑層為對EUV光敏感的材料。EUV微影術系統10採用輻射源100來產生EUV光，諸如波長在約1 nm與約100 nm之間的範圍內的EUV光。在一個特定實例中，輻射源100產生波長集中在約13.5 nm的EUV光。因此，輻射源100亦稱為EUV輻射源100。
極紫外線(extreme ultraviolet，EUV)微影術由於能夠實現小的半導體裝置尺寸而廣泛例如用於20奈米(nanometer，nm)技術節點。基於金屬氧化物的光阻劑，諸如基於錫的塗層材料，對波長為193 nm的遠紫外光及波長為13.5 nm的極紫外光表現出良好的吸收，對EUV吸收比有機聚合物更有效。雖然金屬氧化物光阻劑具有良好的微影術圖案，但對空氣及水分敏感且容易形成微晶顆粒，導致表面缺陷增加，對整體塗層品質產生不利影響。
本揭示內容提供了一種具有六聚體錫簇及兩個氯配體的新型光阻劑。這兩種氯配體可以破壞光阻劑的分子對稱性，避免形成微晶顆粒。特別地，氯原子可以吸收EUV光，從而增強光阻劑的光敏性。因此，光阻劑可在大面積上形成薄而光滑的膜，表面缺陷減少。本揭示內容的各個態樣將在下文參看第1A圖至第10圖更詳細地討論。首先，下面將參看第1A圖、第1B圖及第2圖討論EUV微影術系統。接著，將參照第3圖至第10圖討論新型光阻劑及採用光阻劑的微影術製程的細節。
本揭示內容中描述的先進微影術製程、方法及材料可用於許多應用，包括鰭式場效電晶體(fin-type field effect transistor，FinFET)、閘極全環(gate-all-around，GAA) FET。例如，鰭可經圖案化以在特徵之間產生相對緊密的間距，上述揭示內容非常適合於此。此外，用於形成FinFET的鰭的間隔物可以根據上述揭示內容進行處理。
為解決摩爾定律對晶片元件尺寸減小的趨勢，以及對具有計算功能、多任務能力甚至具有工作站能力的智慧型手機等移動電子裝置的更高計算能力晶片的需求，較小波長的微影術曝光系統為合乎需要的。極紫外線(extreme ultraviolet，EUV)微影術技術利用EUV輻射源發射波長為約13.5 nm的EUV光線。由於該波長亦在X射線輻射波長範圍內，故EUV輻射源亦稱為軟X射線輻射源。由雷射產生電漿(laser-produced plasma，LPP)發出的EUV光線由收集器反射鏡收集且反射至圖案化罩幕。
第1A圖為根據本揭示內容的一些實施例的具有基於LPP的EUV輻射源的EUV微影術工具的示意圖。EUV微影術系統包括用於產生EUV輻射的EUV輻射源100、諸如掃描器的曝光裝置200及激發雷射源300。如第1A圖所示，在一些實施例中，EUV輻射源100及曝光裝置200安裝在潔淨室的基準層MF上，而激發雷射源300安裝在位於基準層MF下方的底層BF中。EUV輻射源100及曝光裝置200中的每一者分別經由阻尼器DP1及DP2置放於底座板PP1及PP2上方。EUV輻射源100及曝光裝置200藉由耦合機構彼此耦合，該耦合機構可包括聚焦單元。
EUV微影術系統設計成將抗蝕劑層曝露於EUV光(在本文中亦可互換地稱為EUV輻射)。抗蝕劑層為對EUV光敏感的材料。EUV微影術系統採用EUV輻射源100產生EUV光，諸如波長在約1 nm與約100 nm之間的範圍內的EUV光。在一個特定實例中，EUV輻射源100產生波長集中為約13.5 nm的EUV光。在本實施例中，EUV輻射源100利用雷射產生電漿(laser-produced plasma，LPP)機制來產生EUV輻射。
曝光裝置200包括各種反射光學元件，諸如凸/凹/平面鏡、包括罩幕台的罩幕保持機構及晶圓保持機構。由EUV輻射源100產生的EUV輻射EUV由反射光學元件引導至固定在罩幕台上的罩幕上。在一些實施例中，罩幕台包括用於固定罩幕的靜電卡盤。
第1B圖為根據本揭示內容的實施例的極紫外線微影術工具的細節的簡化示意圖，示出了利用圖案化的EUV光束曝光固定在曝光裝置200的基板台208上的光阻劑塗覆基板210。曝光裝置200為設置有一或多個光學器件205a、205b的積體電路微影術工具，諸如步進器、掃描器、步進及掃描系統、直接寫入系統、使用接觸型及/或接近罩幕的裝置等，例如，以利用EUV光束照射諸如罩幕版的圖案化光學器件205c，以產生圖案化光束，及一或多個縮小投影光學器件205d、205e，用於將圖案化光束投影至光阻劑塗覆基板210上。可提供機械組件(未示出)以在光阻劑塗覆基板210及圖案化光學器件205c之間產生受控的相對運動。如第2圖進一步所示，EUVL工具包括EUV輻射源100，EUV輻射源100包括在腔室105中發射EUV光的EUV光輻射器ZE，該EUV光由收集器110沿著路徑反射至曝光裝置200中，以照射光阻劑塗覆基板210。
如本文所用，術語「光學器件」旨在廣義地解釋為包括但不一定限於反射及/或透射及/或作用於入射光的一或多個元件，且包括但不限於一或多個透鏡、視窗、濾波器、楔形物、稜鏡、棱柵、光柵、傳輸光纖、標準具、漫射器、均質器、偵測器及其他儀器元件、光圈、旋轉三稜鏡及包括多層反射鏡、近法向入射鏡、掠入射鏡、鏡面反射鏡、漫反射鏡及其組合的反射鏡。此外，除非另有說明，本文中使用的術語「光學器件」係指但不限於在一或多個特定波長範圍內(諸如，在EUV輸出光波長、照射雷射波長、適用於計量的波長或任何其他特定波長)單獨或有利地工作的元件。
在本揭示內容的各種實施例中，光阻劑塗覆基板210為半導體晶圓，諸如矽晶圓或其他類型的待圖案化晶圓。
在一些實施例中，EUVL工具進一步包括其他模組或與其他模組整合(或耦合)。
如第1A圖所示，EUV輻射源100包括由腔室105包圍的靶液滴產生器115及收集器110。例如，收集器110為雷射產生電漿(laser-produced plasma，LPP)收集器。在各種實施例中，靶液滴產生器115包括用於保持源材料的儲存器及噴嘴120，源材料的靶液滴DP經由該噴嘴120供應至腔室105中。
在一些實施例中，靶液滴DP為錫(Sn)、鋰(Li)或Sn及Li的合金的金屬液滴。在一些實施例中，靶液滴DP各自具有約10微米(µm)至約100 µm範圍內的直徑。例如，在一個實施例中，靶液滴DP為錫液滴，具有約10 µm至約100 µm的直徑。在其他實施例中，靶液滴DP為具有約25 µm至約50 µm直徑的錫液滴。在一些實施例中，靶液滴DP經由噴嘴120以約50滴/秒(即，約50 Hz的噴射頻率)至約50,000滴/秒(即，約50 kHz的噴射頻率)供應。
返回參看第1A圖，由激發雷射源300產生的激發雷射LR2為脈衝雷射。雷射脈衝LR2由激發雷射源300產生。激發雷射源300可包括雷射產生器310、雷射引導光學器件320及聚焦設備330。在一些實施例中，雷射產生器310包括二氧化碳(CO 2)或波長在電磁光譜紅外區域的摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)雷射源。例如，在實施例中，雷射產生器310具有約9.4 µm或約10.6 µm的波長。由雷射產生器310產生的雷射LR1由雷射引導光學器件320引導且藉由聚焦設備330聚焦至激發雷射LR2中，然後引入EUV輻射源100中。
在一些實施例中，激發雷射LR2包括預熱雷射及主雷射。在這些實施例中，預熱雷射脈衝(在本文中可互換地稱為「預脈衝」)用於加熱(或預熱)給定的靶液滴，以產生具有複數個較小液滴的低密度靶羽流，該低密度靶羽流隨後由主雷射的脈衝加熱(或重新加熱)，從而產生更多的EUV光發射。
在各種實施例中，預熱雷射脈衝具有約100 µm或更小的光斑尺寸，且主雷射脈衝具有約150 µm至約300 µm範圍內的光斑尺寸。在一些實施例中，預熱雷射脈衝及主雷射脈衝具有約10 ns至約50 ns範圍內的脈衝持續時間及約1 kHz至約100 kHz範圍內的脈衝頻率。在各種實施例中，預熱雷射及主雷射具有在約1千瓦(kW)至約50 kW範圍內的平均功率。在實施例中，激發雷射LR2的脈衝頻率與靶液滴DP的噴射頻率相匹配(例如同步)。
引導雷射光LR2穿過視窗(或透鏡)進入收集器110前面的激發區ZE。視窗採用對雷射束基本透明的合適材料。脈衝雷射的產生與靶液滴DP經由噴嘴120的噴射同步。當靶液滴穿過激發區時，預脈衝加熱靶液滴且將該些靶液滴轉化為低密度的靶羽流。控制預脈衝與主脈衝之間的延遲以允許靶羽流形成且擴展至最佳尺寸及幾何形狀。在各種實施例中，預脈衝及主脈衝具有相同的脈衝持續時間及峰值功率。當主脈衝加熱靶羽流時，產生高溫電漿。電漿發射由收集器110收集的EUV輻射EUV。收集器110進一步反射且聚焦EUV輻射以用於由曝光裝置200執行的微影術曝光製程。液滴捕集器125用於捕集多餘的靶液滴。例如，某些靶液滴可能會由雷射脈衝故意遺漏。
在一些實施例中，收集器110設計為具有適當的塗層材料及形狀以用作用於EUV收集、反射及聚焦的反射鏡。在一些實施例中，收集器110設計為具有橢圓幾何形狀。在一些實施例中，收集器110的塗層材料類似於EUV罩幕的反射多層。在一些實例中，收集器110的塗層材料包括ML (諸如，複數個Mo/Si膜對)且可進一步包括塗覆在ML上以基本上反射EUV光的覆蓋層(諸如，Ru)。在一些實施例中，收集器110可進一步包括光柵結構，該光柵結構設計成有效地散射引導至收集器110上的雷射束。例如，氮化矽層塗覆在收集器110上且經圖案化以具有光柵圖案。
在本揭示內容中，術語罩幕、光罩及罩幕版可互換使用。在本實施例中，圖案化光學器件205c為反射罩幕205c。反射罩幕205c亦包括沈積在基板上的反射ML。ML包括複數個膜對，例如鉬-矽(Mo/Si)膜對(例如，在每一膜對中的矽層之上或之下的鉬層)。或者，ML可包括鉬-鈹(Mo/Be)膜對，或可用以高度反射EUV光的其他合適材料。
罩幕205c可進一步包括設置在ML上用於保護的覆蓋層，例如釕(Ru)。罩幕205c進一步包括沈積在ML上的吸收層。圖案化吸收層以界定積體電路(integrated circuit，IC)的層，下文根據本揭示內容的各個態樣更詳細地討論吸收層。或者，另一反射層可沈積在ML上方且經圖案化以界定積體電路層，從而形成EUV相轉移罩幕。
根據一些實施例進一步描述罩幕205c及其製造方法。在一些實施例中，罩幕製造製程包括兩個操作： 空白罩幕製造製程及罩幕圖案化製程。在空白罩幕製造製程中，藉由在合適的基板上沈積合適的層(例如，反射多層)形成空白罩幕。然後在罩幕圖案化製程期間對空白罩幕進行圖案化以實現積體電路(integrated circuit，IC)層的期望設計。然後使用圖案化罩幕將電路圖案(例如，IC層的設計)轉移至半導體晶圓上。圖案可以經由各種微影術製程一遍又一遍地轉移至複數個晶圓上。一組罩幕用於構建完整的IC。
反射罩幕205c的一個實例在第2圖中示出。所示實施例中的反射罩幕205c為EUV罩幕，且包括由LTEM製成的基板30。LTEM材料可包括摻雜TiO 2的SiO 2及/或本領域已知的其他低熱膨脹材料。在一些實施例中，導電層32附加地設置在LTEM基板30的背面下方，用於靜電夾持目的。在一個實例中，導電層32包括氮化鉻(CrN)，儘管其他合適組成物為可能的。
反射罩幕205c包括設置在LTEM基板30上方的反射多層(multilayer，ML)結構34。可選擇ML結構34，使得為選定的輻射類型/波長提供高反射率。ML結構34包括複數個膜對，諸如Mo/Si膜對(例如，在每一膜對中的矽層之上或之下的鉬層)。或者，ML結構34可包括Mo/Be膜對，或具有在EUV波長處高度反射的折射率差的任何材料。
仍參看第2圖，EUV罩幕205c亦包括設置在ML結構34上方以防止ML氧化的覆蓋層36。EUV罩幕205c可進一步包括設置在覆蓋層36上方的緩衝層38，以在吸收層的圖案化或修復製程中用作蝕刻終止層，將在後文描述。緩衝層38具有與其上方的吸收層不同的蝕刻特性。在各種實例中，緩衝層38包括釕(Ru)、Ru化合物諸如RuB、RuSi、鉻(Cr)、氧化鉻及氮化鉻。
EUV罩幕205c亦包括形成在緩衝層38上方的吸收層40 (亦稱為吸收層)。在一些實施例中，吸收層40吸收引導至罩幕上的EUV輻射。在各種實施例中，吸收層可由鉭硼氮化物(TaBN)、鉭硼氧化物(TaBO)或鉻(Cr)、鐳(Ra)或一或多種下列材料的合適氧化物或氮化物(或合金)製成： 錒、鐳、碲、鋅、銅及鋁。
第3圖、第4圖、第5圖及第10圖為根據本揭示內容的各個態樣的半導體裝置45在各個製造階段的示意性局部橫剖面側視圖。半導體裝置45可包括積體電路(integrated circuit，IC)晶片、系統晶片(system on chip，SoC)或其一部分，且可包括各種被動及主動微電子裝置，諸如電阻器、電容器、電感器、二極體、金氧半導體場效電晶體(metal-oxide semiconductor field effect transistor，MOSFET)、互補金氧半導體(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)電晶體、雙極性接面電晶體(bipolar junction transistor，BJT)、橫向擴散MOS (laterally diffused MOS，LDMOS)電晶體、大功率MOS電晶體或其他類型的電晶體。
參看第3圖，半導體裝置45包括基板48。在一些實施例中，基板48為摻雜有諸如硼的p型摻雜劑的矽基板(例如p型基板)。或者，基板48可為另一種合適的半導體材料。例如，基板48可為摻雜有諸如磷或砷的n型摻雜劑的矽基板(n型基板)。基板48可包括其他元素半導體，諸如鍺及金剛石。基板48可以可選地包括化合物半導體及/或合金半導體。此外，基板48可以包括磊晶層，可以應變以提高性能，且可包括絕緣體上矽(silicon-on-insulator，SOI)結構。
在一些實施例中，基板48實質上為導電的或半導電的。電阻可小於約10 3歐姆-米。在一些實施例中，基板48含有金屬、金屬合金或金屬氮化物/硫化物/硒化物/氧化物/矽化物，具有式MX a，其中M為金屬，且X為N、S、Se、O、Si，且其中「a」在約0.4至2.5的範圍內。例如，基板48可含有Ti、Al、Co、Ru、TiN、WN 2或TaN。
在一些其他實施例中，基板48含有介電常數在約1至約40範圍內的介電材料。在一些其他實施例中，基板48包含Si、金屬氧化物或金屬氮化物，其中式為MX b，其中M為金屬或Si，且X為N或O，且其中「b」在約0.4至2.5的範圍內。例如，基板48可含有SiO 2、氮化矽、氧化鋁、氧化鉿或氧化鑭。
材料層50形成在基板48上方。材料層50可以經由微影術製程圖案化且因此亦可稱為可圖案化層。在實施例中，材料層50包括介電材料，諸如氧化矽或氮化矽。在另一實施例中，材料層50包括金屬。在又一實施例中，材料層50包括半導體材料。
在一些實施例中，材料層50具有與光阻劑不同的光學特性。例如，材料層50具有與光阻劑不同的n、k或T值。在一些實施例中，材料層50及上覆光阻劑層具有不同的抗蝕刻性。在一些實施例中，材料層50含有抗蝕刻分子。應理解，在其他實施例中，基板48及材料層50可各自包括附加的合適材料組成物。
在材料層50上方形成光阻劑層60。光阻劑層60可藉由旋塗製程形成。例如，可以將光阻劑層60旋塗在4吋的矽晶圓上。將幾毫升光阻劑層60的組成物置放(分配)在矽晶圓上，使矽晶圓達到數1000±10 rpm (例如1500 rpm)的旋轉速度，持續10至20秒，例如10秒，然後以2000±10 rpm的旋轉速度持續25至35秒，例如25秒。然後將光阻劑層60在60℃至100℃烘烤60至70秒，例如60秒。在一些實施例中，光阻劑層60的厚度在20 nm至25 nm的範圍內。
光阻劑層60包括溶劑62及溶解於溶劑62的光敏化合物64。溶劑62包括用於調節黏度的適當有機溶劑。這些有機溶劑包括但不限於4-甲基-2-戊醇。相對於光阻劑層60，光敏化合物64在4-甲基-2-戊醇中的含量為1.2 wt%至1.5 wt%。
光敏化合物64可為含金屬氧化物的化合物。例如，光敏化合物64為含氧化錫化合物，且具有如下通式(I)： (RSn) 6O 4(R'CO 2) 4(R''CO 2) 4X 2(I)。
此處，上式(I)中的X為具有鹵素陰離子的陰離子，例如氟(F)陰離子、氯(Cl)陰離子、溴(Br)陰離子或碘(I)陰離子。R、R'及R''中的每一者為如下所示的烷基之一： 。
在一些實施例中，光敏化合物64具有如下式(I)： (RSn) 6O 4(R'CO 2) 4(R''CO 2) 4Cl 2，且可以為以下結構： 。
光敏化合物64具有兩個氯配體。氯配體可以破壞分子對稱性，從而避免形成微晶顆粒。特別地，氯原子可以吸收EUV光，從而提高光阻劑層60的光敏性。光敏化合物64具有至少一種梯型結構。例如，光敏化合物64包括多個六錫梯型簇。藉由將此梯型結構引入光敏化合物64中，光阻劑層60可以在大面積上形成薄而光滑的膜。在材料層50為介電層(例如，氧化矽層)的一些實施例中，光阻劑層60可以牢固地結合至材料層50。
在一個實例中，式(I)可以為(n-BuSn) 6O 4(CH 3CO 2) 8Cl 2。術語「Bu」係指丁基。藉由單晶X射線衍射研究判定的(n-BuSn) 6O 4(CH 3CO 2) 8Cl 2的分子結構如下所示： 。
在一些實施例中，藉由使RSnCl 3與化合物MC-1及化合物MC-2反應來合成光敏化合物64，如以下一般反應方案1所示： 。
化合物MC-1及化合物MC-2為羧酸銀鹽。在一些實施例中，在方案1中，化合物MC-1的R'及化合物MC-2的R''相同且由如下所示的化合物之一表示： 。
在一些實施例中，化合物MC-1的R'及化合物MC-2的R''相同。換言之，化合物MC-1及化合物MC-2具有相同的化學式。在此情況下，RSnCl 3的量相對於方案1中的化合物MC-1及化合物MC-2的總和2.5莫耳為1莫耳。
在一些實施例中，在方案1中，化合物MC-1的R'及化合物MC-2的R''彼此不同且由如下所示的化合物表示： 。
如上所示，化合物MC-1的R'的尺寸與化合物MC-2的R''的尺寸不同。例如，化合物MC-1的R'的尺寸小於化合物MC-2的R''的尺寸。在化合物MC-1的R'及化合物MC-2的R''的尺寸不同的一些實施例中，RSnCl 3的量相對於方案1中的1莫耳的化合物MC-1及1莫耳的化合物MC-2為1莫耳。
在方案1中，RSnCl 3、化合物MC-1及化合物MC-2加入二氯甲烷(DCM)中，且將其混合物在回流下攪拌8至9小時，例如8小時。粗製品藉由再結晶純化，從而獲得固體光敏化合物64。
現參看第4圖，執行曝光製程300以將光阻劑層60選擇性地曝露於EUV輻射。曝光製程300將EUV輻射施加至光阻劑層60的區域。在一些實施例中，可以使用低劑量EUV圖案化光阻劑層，例如在100 mJ/cm 2至200 mJ/cm 2的範圍內，例如100 mJ/cm 2。在光阻劑層60曝光後，將光阻劑層60在80℃至100℃下烘烤1分鐘至2分鐘，例如1分鐘。
現參看第5圖，對選擇性曝光的光阻劑層60進行顯影。例如，可執行隨後的微影術製程(例如，曝光後烘烤、顯影、沖洗等)以形成圖案化的光阻劑，為了簡單起見，在本文中將其圖示為由凹槽分開的光阻劑段60A及60B。使用丙酮將選擇性曝光的光阻劑層60顯影60秒，然後在80℃至100℃下烘烤。
光阻劑段60A及60B在大域(例如，1.0±0.1 mm × 0.7±0.1 mm)上沒有缺陷。12個SEM影像亦支持此功能，其中三個SEM影像如下所示。第6圖示出了根據一些實施例的可使用掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)觀察的具有22±0.1 nm的半夾點(half-pinch，HP)的光阻劑段PR1的頂視圖。第7圖為沿第6圖的A'-A線的剖視圖。參看第6圖及第7圖，這些光阻劑段PR1源自光阻劑層，旋塗在基板SB上方的介電層68上且使用EUV以200±10 mJ/cm 2的劑量進行曝光，且塗有鉑(Pt) 66用於SEM量測。光阻劑段PR1的厚度在6 nm至8 nm的範圍內，例如7 nm。在第6圖及第7圖中沒有觀察到缺陷。光阻劑段PR1具有高品質且在大域上沒有缺陷。例如，光阻劑段PR1保持完整且具有降低的線邊緣粗糙度(Line-Edge Roughness，LER)及降低的線寬粗糙度(Line-Width Roughness，LWR)。
第8圖及第9圖示出了根據一些實施例的在由EUV輻射以200±10 mJ/cm 2的劑量曝光後的光阻劑層的頂視圖，形成了半夾點(half-pinch，HP)分別為16±0.1 nm及18±0.1 nm的光阻劑段PR2及PR3，該些光阻劑段PR2及PR3可使用掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)觀察。參看第8圖及第9圖，光阻劑段PR2及PR3具有高品質且在大域上沒有缺陷。例如，光阻劑段PR2及PR3保持完整且具有降低的線邊緣粗糙度(Line-Edge Roughness，LER)及降低的線寬粗糙度(Line-Width Roughness，LWR)。
使用圖案化的光阻劑作為罩幕，可以執行附加的製造製程，例如蝕刻或佈植。例如，參看第10圖，材料層50蝕刻成由凹槽分開的段50A及50B。此後，可藉由本領域已知的光阻劑移除製程，例如剝離或灰化製程來移除圖案化的光阻劑。
儘管以上討論使用EUV微影術作為實例，但應理解，光阻劑層的各個態樣亦可應用於其他類型的微影術，例如電子束微影術。
基於以上討論，可以看出本揭示內容提供了優於常規方法的優點。然而，應理解，其他實施例可提供附加的優點，且並非所有優點必須在本文中揭示，且不需要所有實施例的特定優點。一個優點為光敏化合物具有兩個氯配體。氯配體可以破壞分子對稱性，從而避免形成微晶顆粒。另一優點為氯原子可以吸收EUV光，從而增強光阻劑層的光敏性。又一優點為，由於光敏化合物包括多個六錫梯型簇，光阻劑層可以在大面積上形成薄而光滑的膜。當相鄰的羧酸鹽由EUV光分解時，氯化物的存在亦可增強光聚合。氯化物將成為兩種錫金屬之間的橋接配體。這種新製程將提供SnO xCl y膜而非SnO 2。
在一些實施例中，一種製造半導體裝置的方法包括以下步驟：在基板上形成光阻劑層；將光阻劑層選擇性地曝露於EUV輻射；及顯影選擇性地曝光的光阻劑層。光阻劑層的組成物包括溶劑及光敏化合物，光敏化合物溶解於溶劑且由結合六聚體錫及兩個氯配體的分子簇化合物組成。在一些實施例中，分子簇化合物為(RSn) 6O 4(R'CO 2) 4(R''CO 2) 4Cl 2。在一些實施例中，R'的尺寸小於R''的尺寸。在一些實施例中，R'及R''具有相同的結構式。在一些實施例中，分子簇化合物為(n-BuSn) 6O 4(CH 3CO 2) 8Cl 2。在一些實施例中，EUV輻射具有100 mJ/cm 2至200 mJ/cm 2範圍內的劑量。在一些實施例中，光敏化合物在溶劑中相對於光阻劑層的含量為1.2 wt%至1.5 wt%。
在一些實施例中，極紫外線微影術(extreme ultraviolet lithography，EUVL)方法包括以下步驟：打開液滴產生器以將金屬液滴噴向收集器前面的激發區；打開雷射源以向激發區發射雷射，使得金屬液滴由雷射加熱以產生EUV輻射；藉由使用一或多個第一光學器件將EUV輻射導向曝光裝置中的反射罩幕；及藉由使用一或多個第二光學器件將由反射罩幕反射的EUV輻射導向曝光裝置中的光阻劑塗覆基板。光阻劑包括溶劑及光敏化合物，光敏化合物溶解於溶劑且含有下式(I)： (RSn) 6O 4(R'CO 2) 4(R''CO 2) 4X 2(I) 其中X為鹵素陰離子，R為烷基，R、R'及R''中的每一者都為如下所示的烷基之一： 。在一些實施例中，式(I)為(RSn) 6O 4(R'CO 2) 4(R''CO 2) 4Cl 2。在一些實施例中，光敏化合物藉由以下步驟形成：在有機溶劑中加入RSnCl 3及第一羧酸銀鹽以形成混合物；及在回流下攪拌混合物，且藉由再結晶純化混合物。在一些實施例中，有機溶劑為二氯甲烷(DCM)。在一些實施例中，第一羧酸銀鹽選自以下化合物： 。在一些實施例中，光敏化合物藉由以下步驟形成： 在有機溶劑中加入RSnCl 3、第一羧酸銀鹽及不同於第一羧酸銀鹽的第二羧酸銀鹽以形成混合物；及在回流下攪拌混合物，且藉由再結晶純化混合物。在一些實施例中，第一羧酸銀鹽的尺寸大於第二羧酸銀鹽的尺寸。在一些實施例中，第一羧酸銀鹽及第二羧酸銀鹽選自以下化合物： 。
在一些實施例中，光阻劑包括溶劑及光敏化合物，光敏化合物溶解於溶劑且含有下式(I)： (RSn) 6O 4(R'CO 2) 4(R''CO 2) 4X 2(I) 其中X為鹵素陰離子，R為烷基，R、R'及R''中的每一者都為如下所示的烷基之一： 。在一些實施例中，式(I)為(RSn) 6O 4(R'CO 2) 4(R''CO 2) 4Cl 2。在一些實施例中，式(I)為(n-BuSn) 6O 4(CH 3CO 2) 8Cl 2。在一些實施例中，光敏化合物具有至少一種梯型結構。在一些實施例中，光敏化合物具有多個六錫梯型簇。
上文概述了數個實施例或實例的特徵，使得熟習此項技術者可以更好地理解本揭示內容的各態樣。熟習此項技術者應理解，熟習此項技術者可以容易地將本揭示內容用作設計或修改其他製程及結構的基礎，以實現與本文介紹的實施例或實例相同的目的及/或實現相同的優點。熟習此項技術者亦應認識到，該些等效構造不脫離本揭示內容的精神及範疇，並且在不脫離本揭示內容的精神及範疇的情況下，該些等效構造可以進行各種改變、替代及變更。
10:EUV微影術系統 30:基板 32:導電層 34:反射多層結構 36:覆蓋層 38:緩衝層 40:吸收層 45:半導體裝置 48:基板 50:材料層 50A、50B:段 60:光阻劑層 60A、60B:光阻劑段 62:溶劑 64:光敏化合物 66:鉑 68:介電層 100:EUV輻射源 105:腔室 110:收集器 115:靶液滴產生器 120:噴嘴 125:液滴捕集器 200:曝光裝置 205a~205e:光學器件 208:基板台 210:光阻劑塗覆基板 300:激發雷射源 310:雷射產生器 320:雷射引導光學器件 330:聚焦設備 A'-A:線 BF:底層 DP:靶液滴 DP1、DP2:阻尼器 EUV:極紫外線 LR1:雷射 LR2:激發雷射 MF:基準層 PP1、PP2:底座板 PR1~PR3:光阻劑段 ZE:EUV光輻射器
結合附圖，根據以下詳細描述可以最好地理解本揭示內容。注意，根據行業中的標準實務，各種特徵未按比例繪製並且僅出於說明目的。實際上，為了討論清楚起見，各種特徵的尺寸可任意增加或減小。 第1A圖為根據本揭示內容的一些實施例的具有基於LPP的EUV輻射源的EUV微影術工具的示意圖。 第1B圖為根據本揭示內容的實施例的極紫外線微影術工具的細節的簡化示意圖，示出了用圖案化的EUV光束曝光光阻劑塗覆基板。 第2圖為根據本揭示內容的一些實施例構造的EUV罩幕的剖視圖。 第3圖、第4圖及第5圖為根據本揭示內容的各個態樣的半導體裝置在各個製造階段的示意性局部橫剖面側視圖。 第6圖示出了根據一些實施例的可使用掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)觀察的具有22 nm的半間距(half-pitch，HP)的光阻劑段的頂視圖。 第7圖為沿第6圖的線A'-A的剖面圖。 第8圖及第9圖示出了根據一些實施例的在由EUV輻射以200±10 mJ/cm 2的劑量曝光後的光阻劑層的頂視圖，形成了半間距(half-pitch，HP)分別為16 nm及18 nm的光阻劑段，該些光阻劑段可使用掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)觀察。 第10圖為根據本揭示內容的各個態樣的半導體裝置在各個製造階段的示意性局部橫剖面側視圖。
45:半導體裝置
48:基板
50:材料層
60:光阻劑層
62:溶劑
64:光敏化合物

Claims (20)

  1. 一種製造半導體裝置的方法，包含以下步驟： 在一基板上形成一光阻劑層； 將該光阻劑層選擇性地曝露於一極紫外線輻射；及 顯影該選擇性曝光的光阻劑層， 其中該光阻劑層具有一組成物，包含： 一溶劑；及 一光敏化合物，溶解於該溶劑且由結合六聚體錫及兩個氯配體的一分子簇化合物組成。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該分子簇化合物為(RSn) 6O 4(R'CO 2) 4(R''CO 2) 4Cl 2。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該R'的尺寸小於該R''的尺寸。
  4. 如請求項2所述之方法，其中該R'及該R''具有相同的結構式。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該分子簇化合物為(n-BuSn) 6O 4(CH 3CO 2) 8Cl 2。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該極紫外線輻射具有在100 mJ/cm 2至200 mJ/cm 2範圍內的一劑量。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該光敏化合物在該溶劑中相對於該光阻劑層的含量為1.2 wt%至1.5 wt%。
  8. 一種極紫外線微影術方法，包含以下步驟： 打開一液滴產生器，將一金屬液滴噴射至一收集器前面的一激發區； 打開一雷射源向該激發區發射一雷射，使得該金屬液滴由該雷射加熱，以產生極紫外線輻射； 藉由使用一或多個第一光學器件將該極紫外線輻射導向一曝光裝置中的一反射罩幕；及 藉由使用一或多個第二光學器件將由該反射罩幕反射的該極紫外線輻射導向該曝光裝置中的一光阻劑塗覆基板， 其中該光阻劑包含： 一溶劑；及 一光敏化合物，溶解於該溶劑且含有下式(I)： (RSn) 6O 4(R'CO 2) 4(R''CO 2) 4X 2(I), 其中X為一鹵素陰離子， R為一烷基，且 R、R'及R''中的每一者為如下所示的該些烷基中之一者： 。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該式(I)為(RSn) 6O 4(R'CO 2) 4(R''CO 2) 4Cl 2。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該光敏化合物藉由以下步驟形成： 在一有機溶劑中加入RSnCl 3及一第一羧酸銀鹽形成一混合物；及 在回流下攪拌該混合物，且藉由再結晶純化該混合物。
  11. 如請求項10所述之方法，其中該有機溶劑為二氯甲烷。
  12. 如請求項10所述之方法，其中該第一羧酸銀鹽選自以下化合物： 。
  13. 如請求項9所述之方法，其中該光敏化合物藉由以下步驟形成： 在一有機溶劑中加入RSnCl 3、一第一羧酸銀鹽及不同於該第一羧酸銀鹽的一第二羧酸銀鹽形成一混合物；及 在回流下攪拌該混合物，且藉由再結晶純化該混合物。
  14. 如請求項13所述之方法，其中該第一羧酸銀鹽的尺寸大於該第二羧酸銀鹽的尺寸。
  15. 如請求項13所述之方法，其中該第一羧酸銀鹽及該第二羧酸銀鹽選自以下化合物： 。
  16. 一種光阻劑，包含： 一溶劑；及 一光敏化合物，溶解於該溶劑且含有下式(I)： (RSn) 6O 4(R'CO 2) 4(R''CO 2) 4X 2(I), 其中X為一鹵素陰離子， R為一烷基，且 R、R'及R''中的每一者為如下所示的該些烷基中之一者： 。
  17. 如請求項16所述之光阻劑，其中該式(I)為(RSn) 6O 4(R'CO 2) 4(R''CO 2) 4Cl 2。
  18. 如請求項16所述之光阻劑，其中該式(I)為(n-BuSn) 6O 4(CH 3CO 2) 8Cl 2。
  19. 如請求項16所述之光阻劑，其中該光敏化合物具有至少一種梯型結構。
  20. 如請求項16所述之光阻劑，其中該光敏化合物具有多個六錫梯型簇。
TW111113542A 2022-02-11 2022-04-08 光阻劑、半導體裝置之製造方法及極紫外線微影術方法 TWI843085B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/669,987 US20230259024A1 (en) 2022-02-11 2022-02-11 Photoresist, method of manufacturing a semiconductor device and method of extreme ultraviolet lithography
US17/669,987 2022-02-11

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202332718A true TW202332718A (zh) 2023-08-16
TWI843085B TWI843085B (zh) 2024-05-21

Family

ID=86572377

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111113542A TWI843085B (zh) 2022-02-11 2022-04-08 光阻劑、半導體裝置之製造方法及極紫外線微影術方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230259024A1 (zh)
CN (1) CN116224715A (zh)
TW (1) TWI843085B (zh)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11579531B2 (en) * 2019-09-25 2023-02-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Organometallic cluster photoresists for EUV lithography

Also Published As

Publication number Publication date
CN116224715A (zh) 2023-06-06
TWI843085B (zh) 2024-05-21
US20230259024A1 (en) 2023-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11415886B2 (en) Lithographic patterning process and resists to use therein
US20210240069A1 (en) Extreme ultraviolet mask and method of manufacturing the same
EP2729844B1 (en) Lithographic patterning process and resists to use therein
TW202001421A (zh) 光阻材料與其形成方法及微影方法
US20220350236A1 (en) Extreme ultraviolet mask and method of manufacturing the same
US11520237B2 (en) Method and apparatus for dynamic lithographic exposure
CN106527046B (zh) 具有键合至产酸剂的感光剂的新光刻胶
US12072633B2 (en) Extreme ultraviolet lithography method, extreme ultraviolet mask and formation method thereof
TWI843085B (zh) 光阻劑、半導體裝置之製造方法及極紫外線微影術方法
US11914301B2 (en) Photoresist, method of manufacturing a semiconductor device and method of extreme ultraviolet lithography
US10678148B2 (en) Lithography system and lithography method
US20230288807A1 (en) Photoresist, method of manufacturing a semiconductor device and method of extreme ultraviolet lithography
US10802405B2 (en) Radiation source for lithography exposure process
US11880140B2 (en) Method and apparatus for dynamic lithographic exposure
TWI741763B (zh) 光阻劑及其使用方法
US20240264525A1 (en) Hybrid photoresist composition for extreme ultraviolet photolithography applications
JP2005302963A (ja) 露光装置
KR20240103707A (ko) 포토레지스트 조성물 및 반도체 장치의 제조 방법