TWI597578B - 保形中間層的製作方法 - Google Patents

保形中間層的製作方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI597578B
TWI597578B TW104139770A TW104139770A TWI597578B TW I597578 B TWI597578 B TW I597578B TW 104139770 A TW104139770 A TW 104139770A TW 104139770 A TW104139770 A TW 104139770A TW I597578 B TWI597578 B TW I597578B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
partially treated
treated resin
solvent
resin solution
Prior art date
Application number
TW104139770A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201710794A (zh
Inventor
劉朕與
張慶裕
翁明暉
Original Assignee
台灣積體電路製造股份有限公司
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 filed Critical 台灣積體電路製造股份有限公司
Publication of TW201710794A publication Critical patent/TW201710794A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI597578B publication Critical patent/TWI597578B/zh

Links

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
    • G03F7/09—Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers
    • G03F7/11—Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers having cover layers or intermediate layers, e.g. subbing layers
    • 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
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/31058—After-treatment of organic layers
    • 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
    • G03F7/075—Silicon-containing compounds
    • G03F7/0752—Silicon-containing compounds in non photosensitive layers or as additives, e.g. for dry lithography
    • 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
    • G03F7/09—Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers
    • G03F7/091—Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers characterised by antireflection means or light filtering or absorbing means, e.g. anti-halation, contrast enhancement
    • 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
    • G03F7/16—Coating processes; Apparatus therefor
    • 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
    • G03F7/16—Coating processes; Apparatus therefor
    • G03F7/168—Finishing the coated layer, e.g. drying, baking, soaking
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)

Description

保形中間層的製作方法
本揭露是關於一種半導體層的製作方法。
在半導體積體電路(integrated circuit；IC)工業中，IC材料及設計之技術進步已產生數代IC，其中每一代均具有與前一代相比較小且較複雜的電路。在IC演進過程中，功能密度(亦即單位晶片面積之互連裝置數目)已實質上增加，同時幾何尺寸(即可使用製造製程產生的最小元件(或接線))已減小。此尺寸減小的製程可帶來如增加生產效率及降低相關聯之成本等優點。然而，尺寸減小亦增加IC處理及製造之複雜性。
微影製程為用於製造積體電路之常見製程。實質上微影製程涉及讓光源的光穿過圖案化遮罩使光阻層曝光於光源。隨後使光阻層顯影以移除光阻層材料之各部分以使得遮罩中之圖案在光阻層內形成。隨後，可應用各製造製程，如蝕刻。歸因於較小之特徵尺寸，各種技術用於改良微影製程，例如，使用三層光阻層。三層光阻層包含第一層，如底部抗反射塗層(Bottom Anti-Reflective Coating；BARC)層；第二層， 如矽硬遮罩；及第三層，如光阻層。需要改良微影製程技術，包含涉及三層光阻層之微影製程技術。
根據本揭露之多個實施例，保形中間層的製作方法包含對單體溶液執行第一聚合製程以形成經部分處理之樹脂溶液，此經部分處理之樹脂溶液包含溶劑及矽基之樹脂；將經部分處理之樹脂溶液旋塗在基板上；及對經部分處理之樹脂溶液執行第二聚合製程以使經部分處理之樹脂溶液收縮來形成保形的矽基之樹脂層。
根據本揭露之多個實施例，保形中間層的製作方法包含以第一處理溫度對單體溶液執行第一聚合製程以形成經部分處理之樹脂溶液，其中具有四個可交聯側面之單體在單體溶液中之百分比大於50%，且此經部分處理之樹脂溶液包含溶劑及矽基之樹脂層；將此經部分處理之樹脂溶液旋塗在基板上；及以第二處理溫度對經部分處理之樹脂溶液執行第二聚合製程，從而使經部分處理之樹脂溶液收縮以形成矽基之樹脂層。
根據本揭露之多個實施例，保形中間層的製作方法包含在基板上形成第一層，此基板具有變化構形；對單體溶液執行第一聚合製程以形成經部分處理之樹脂溶液，此經部分處理之樹脂溶液包含溶劑及矽基之樹脂，此矽基之樹脂具有小於2000之分子量；將經部分處理之樹脂溶液旋塗在第一層上；對經部分處理之樹脂溶液執行烘烤製程以產生第二層，烘 烤製程使用大於溶劑之沸點的溫度；及在第二層上形成光阻層材料。在烘烤製程之後，第二層之厚度實質上均勻以使得厚度變化小於15%。
102‧‧‧基板
103‧‧‧三層光阻層
104‧‧‧底部層
106‧‧‧中間層
108‧‧‧光阻層
110‧‧‧第一高度
112‧‧‧第二高度
114‧‧‧較大厚度
202‧‧‧部分
204‧‧‧部分
206‧‧‧經部分處理之樹脂溶液
208‧‧‧點
210‧‧‧點
302‧‧‧點
304‧‧‧點
306‧‧‧經部分處理之樹脂溶液
308‧‧‧點
310‧‧‧點
312‧‧‧中間層
402‧‧‧單體
403‧‧‧官能基
404‧‧‧單體
405‧‧‧官能基
406‧‧‧單體
407‧‧‧官能基
409‧‧‧官能基
412‧‧‧單體
414‧‧‧單體
416‧‧‧聚合物
500‧‧‧方法
502‧‧‧步驟
504‧‧‧步驟
506‧‧‧步驟
508‧‧‧步驟
當結合隨附圖式閱讀時，自以下詳細描述將很好地理解本發明之態樣。應注意，根據工業中之標準實務，各特徵並非按比例繪製。事實上，出於論述清晰之目的，可任意增加或減小各特徵之尺寸。
第1A圖為根據本文所描述之原理之一個實施例顯示具有非保形中間層之示例性三層光阻層之示意圖。
第1B圖為根據本文所描述之原理之一個實施例顯示具有保形中間層之示例性三層光阻層之示意圖。
第2A圖及第2B圖為根據本文所描述之原理之一個實施例的示例性製程之示意圖，此示例性製程係用於使用較高沸點溶劑產生較為保形之中間層。
第3A圖及第3B圖為根據本文所描述之原理之一個實施例的示例性製程之示意圖，此示例性製程用於使用在烘烤製程期間收縮較多之樹脂產生較為保形之中間層。
第4A圖為根據本文所描述之原理之一個實施例顯示可用於形成用於中間層之聚合物樹脂之示例性單體的示意圖。
第4B圖為根據本文所描述之原理之一個實施例顯示在兩種單體之間用以產生聚合物之示例性化學反應。
第5圖為根據本文所描述之原理之一個實施例顯示一種示例性方法之流程圖，此示例性方法用於形成具有較為保形之中間層之三層光阻層。
以下揭示內容提供許多不同實施例或實施例，以用於實施所提供目標之不同特徵。下文描述元件及排列之特定實施例以簡化本發明。當然，此等實施例僅為示例且並不意欲為限制性。舉例而言，以下描述中在第二特徵上方或第二特徵上形成第一特徵可包含以直接接觸形成第一特徵及第二特徵的實施例，且亦可包含可在第一特徵與第二特徵之間形成額外特徵以使得第一特徵及第二特徵可不處於直接接觸的實施例。另外，本發明可在各種實施例中重複元件符號及/或字母。此重複係出於簡明性及清晰之目的，且本身並不指示所論述之各實施例及/或配置之間的關係。
進一步地，為了便於描述，本文可使用空間相對性術語(如「之下」、「下方」、「下部」、「上方」、「上部」及類似者)來描述圖式中所說明之一個部件或特徵與另一部件(或多個部件)或特徵(或多個特徵)之關係。除了諸圖所描繪之定向外，空間相對性術語意欲包含在使用或操作中的裝置之不同定向。設備可經其他方式定向(旋轉90度或處於其他定向)且因此可相應地解讀本文所使用之空間相對性描述詞。
如上文所描述，需要改良微影製程技術，包含包含三層光阻層之微影製程技術。在多數情況下，三層光阻層經放置在具有變化構形之基板上。舉例而言，底層基板可包含在先前製造製程期間形成之各種特徵。儘管可向三層光阻層之底部層應用化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing；CMP)製程，但底部層之表面中仍存在一些變化。因此，當應用中間層時，中間層之厚度通常存在變化。此中間層之厚度變化限制在形成電路時可用的臨界尺寸。特定而言，橫向蝕刻偏差導致特徵大小之不良變化。因此，需要厚度較為均勻之中間層。此中間層將對底層底部層較具保形性。
根據本文所描述之原理，各種技術用於製造較具保形性且厚度較為均勻之三層光阻層之中間層。根據一個實施例，中間層係藉由首先產生包含溶劑及多種單體之單體溶液來形成。單體為能夠與其他單體化學鍵結以形成聚合物之分子。隨後向單體溶液應用第一聚合製程以產生經部分處理之樹脂溶液。第一聚合製程導致一些單體交聯以使得平均分子量增加。交聯單體形成被稱為聚合物之分子。經部分處理之樹脂溶液包含聚合物及單體以及溶劑。特定而言，在第一聚合製程之後，樹脂溶液未完全交聯且仍存在可用於進一步交聯之鍵聯位點。在第一聚合製程之後，經部分處理之樹脂溶液塗布至晶圓，特定而言，在三層光阻層之底部層之上表面上。隨後，向已塗布至晶圓之經部分處理之樹脂溶液應用包含烘烤製程之第二聚合製程。第二聚合製程導致額外的交聯發生。根據本文所描述之原理，第一聚合製程之性質及單體溶液之性質使得較 少的交聯在第一聚合製程期間發生，而在第二聚合製程期間發生。此導致經施加的中間層之額外收縮。如將在下文中更詳細地描述，額外收縮導致厚度較為均勻之中間層。
根據本文所描述之原理，單體溶液之特徵可經選擇以導致第二聚合製程期間之額外收縮。舉例而言，溶劑可經選擇以具有高沸點以使得當其經塗布至基板時，溶液中存在更多溶劑。如將在下文中更詳細地描述，在旋塗製程期間(及/或在烘烤製程期間)，較多溶劑將被消耗，從而產生較為保形之中間層。另外，單體之類型可經選擇以具有各種將導致中間層在烘烤製程期間收縮更多的特性。此外，如將在下文中更詳細地描述，此導致較為保形之中間層。
第1A圖為顯示具有非保形中間層之示例性三層光阻層之示意圖。根據本實施例，三層光阻層之前兩個層顯示為沉積在基板102上。前兩個層包含底部層104及中間層106。在一些情況下，底部層104被稱為第一層且中間層106被稱為第二層。
基板102可為使用本文所描述之原理圖案化之任何適宜材料。在一個實施例中，基板102為半導體基板，如半導體晶圓。此基板102有時具有變化的構形。特定而言，基板102之一個部分可具有第一高度110且基板102之另一部分可具有小於第一高度110之第二高度112。此變化構形可能係由對基板102進行之先前製造製程導致。舉例而言，可以積體電路之形成之一部分的形式將各種特徵蝕刻至基板102中。
底部層104為三層光阻層之第一層。在一些情況下，底部層104可被稱為下材料層。底部層104之材料可經選擇以執行多種功能。底部層104之一個功能為提供上面沉積中間層106及光阻層108之較平坦的表面。特定言之，在為底部層104塗布材料之後，執行CMP製程以實質上使底部層之表面平坦化。然而，歸因於基板102之底層構形，底部層104之表面之高度仍可能存在輕微變化。特定言之，底部層104之與基板102之具有第二高度112的部分相對應的部分可能亦稍微較低。
底部層104之材料亦可經選擇以實現其他功能。在一個實施例中，材料可為BARC材料以有助於反射減少之微影製程。BARC材料反射較少的光，且因此允許在光阻層內形成更精確的圖案。在一個實施例中，底部層104包含旋塗式碳(Spin-On Carbon；SOC)材料。在一個實施例中，底部層104包含酚醛樹脂。亦考慮其他材料。
中間層106沉積在底部層104上。中間層106充當硬遮罩。因此，形成至上覆光阻層中之圖案經轉移至中間層106。隨後，執行各種蝕刻製程以將中間層106中之圖案轉移穿過底部層且到達底層基板102。
在一些實施例中，中間層106包含聚合物溶液。根據本實施例，中間層106包含矽基之樹脂。因此，中間層106亦可被稱為矽基之樹脂層。此樹脂係藉由首先向單體溶液應用第一聚合製程以產生經部分處理之樹脂溶液形成。第一聚合製程可包含將單體溶液加熱至約25℃至150℃範圍內之溫度。在 一個實施例中，第一聚合製程可包含將單體溶液加熱至約80℃之溫度。在一個實施例中，第一聚合製程之溫度小於溶劑之沸點。單體溶液包含多種矽基之單體及溶劑。第一聚合製程導致單體鍵聯在一起且形成聚合物。此聚合物形成矽基之樹脂。經部分處理之樹脂溶液因此包含溶劑、聚合物及一些剩餘單體。其後，經部分處理之樹脂溶液經沉積在晶圓之表面上，且具體而言，沉積在底部層104之上表面上。
用於單體溶液之溶劑可為任何適合的溶劑。舉例而言，溶劑可包含醇型溶劑，如丙二醇甲醚(Propylene Glycol Methyl Ether；PGME)、異丙醇或正丁醇。在一個實施例中，溶劑為有機溶劑。在一些實施例中，使用水與有機溶劑之共溶劑。在部分實施例中，水的體積小於總溶劑之體積的30%。
在一個實施例中，使用旋塗製程施加經部分處理之樹脂溶液。對於此製程，當晶圓在晶圓台上旋轉時施加經部分處理之樹脂溶液。在旋塗製程之後，向經部分處理之樹脂溶液施加第二聚合製程。第二聚合製程包含烘烤製程。烘烤製程可移除剩餘溶劑且導致發生額外的交聯反應。因此，在經部分處理之樹脂溶液內的聚合物經進一步交聯以形成分子量大於經部分處理之樹脂溶液之分子量的樹脂。分子量係指對應大分子之重複單元(單體)之平均數目。在一些實施例中，在第二聚合製程之後的經部分處理之樹脂溶液之分子量小於2000，且在第二聚合製程之後的樹脂之分子量大於3000。根據本文所描述之原理，希望第二聚合製程導致中間層之額外收縮。第一聚合製程及第二聚合製程可經調整以使得較多收縮將在第 二聚合製程期間發生。此導致厚度較為均勻且對底層底部層104較具保形性之中間層106。
在此收縮之前，如第1A圖中所示，中間層106厚度之變化較大。特定言之，中間層106之對應於基板102之較低部分的部分將具有較大的厚度114。中間層106之對應於基板102之較高部分的部分將具有較小的厚度116。此產生圖案特徵之不良變化。舉例而言，當在硬遮罩中形成開口時，橫向蝕刻偏差使得硬遮罩頂部上之開口大於硬遮罩底部上之開口。較厚的硬遮罩導致硬遮罩頂部之開口與底部之開口之間的較大差異。因此，需要使中間層106之厚度儘可能地均勻。
如在下文中更詳細的描述，各種技術用於導致中間層106在第二聚合製程期間收縮。此導致厚度較為均勻且因此對底部層104較具保形性之中間層106，如第1B圖中所示。在一個實施例中，在使用本文所描述之原理之後，厚度之變化小於15%。換言之，中間層106之最厚部分的厚度不超過中間層106之最薄部分的厚度的15%。
第1B圖亦說明圖案化光阻層108，其形成於中間層106上以完成三層光阻層103。光阻層108可為任何適宜的光阻層材料，且係藉由適宜的微影製程圖案化。在一些實施例中，光阻層材料為對光子束敏感的光阻層材料，且係藉由微影製程圖案化。光阻層108經設計以使得在穿過圖案化光罩曝光於光源之後，光阻層之部分可溶於顯影溶液。藉由顯影，圖案化光罩內之圖案轉移至光阻層。隨後，藉由適宜的程序(如一個(或多個))蝕刻製程，將圖案進一步轉移至中間層106， 隨後轉移至基板102，如上文所描述。在部分實施例中，光阻層材料對紫外線(ultraviolet；UV)光、深紫外線(deep ultraviolet；DUV)光或遠紫外線(ultraviolet；EUV)光敏感。在一些其他實施例中，光阻層材料對其他輻射束(如電子束或離子束)敏感。在此情況下，微影製程為對於對應的輻射束適宜的微影製程。舉例而言，對電子束敏感之光阻層材料係使用電子束微影製程(如直接電子束寫入)來圖案化。在各種微影製程技術中，微影製程包含多個操作，如旋塗式塗覆、曝光、顯影及一或更多個烘烤步驟。
第2A圖及第2B圖為顯示使用較高沸點溶劑產生較保形之中間層之示例性製程的示意圖。如上文所描述，中間層106包含矽基之樹脂。為形成中間層106，首先產生單體溶液。單體溶液包含多種單體及溶劑。隨後以第一聚合製程之一部分的形式加熱單體溶液以導致交聯反應，此交聯反應導致單體形成聚合物。此產生包含溶劑及部分交聯聚合物(且在一些實施例中為單體)之溶液。此溶液被稱為經部分處理之樹脂溶液。這一階段的聚合物被稱為部分交聯聚合物，因為由此形成之聚合物仍包含用於在後續步驟中進一步交聯之可交聯位點。根據本文所描述之原理，單體溶液內之溶劑具有高沸點。因此，較少溶劑將在第一聚合製程期間蒸發。此導致當經部分處理之樹脂溶液塗布至晶圓時，較多溶劑存在於經部分處理之樹脂溶液中。經部分處理之樹脂溶液內具有較多溶劑可出於多種原因而有助於導致更多收縮。
第2A圖說明經部分處理之樹脂溶液206塗布至晶圓。在經部分處理之樹脂溶液206內存在較多溶劑之情況下，在旋塗製程期間移除更多溶劑。第2A圖說明在旋塗製程期間的經部分處理之樹脂溶液206之流動。經部分處理之樹脂溶液206之流體動力學使得較接近底部層104之表面的流體將比較遠離底部層104之表面的流體流得更慢。此係歸因於經部分處理之樹脂溶液206之黏性及有效的摩擦力。因此，在其中構形使得中間層106較厚之區域中，中間層106之頂表面與底部層104之頂表面之間的距離較大。因此，與其他部分相比，在此部分中的流體將容易地流動且流動得更快。舉例而言，在部分204中流動的流體將比部分202中的流體流得更快。由於經部分處理之樹脂溶液206內存在較多溶劑，因此經部分處理之樹脂溶液206可在中間層106較厚的部分中更容易地被消耗。因此，如第2B圖中所示，在旋塗製程之後，點208與點210之間的高度差異較小。因此，中間層之厚度變化小得多。
第3A圖及第3B圖顯示使用在烘烤製程期間收縮較多的經部分處理之樹脂溶液306以產生較保形之中間層的示例性製程。根據本實施例，經部分處理之樹脂溶液306經設計以在烘烤製程期間收縮較多。達成此目的之一種方法為藉由使用在烘烤製程期間產生較大數目之交聯反應的單體，如具有較多交聯位點。關於此技術之更多細節將在下文中結合本文隨附的第4圖更詳細地描述。另一種導致額外收縮的方法為在第二聚合製程期間增加烘烤溫度以導致發生更多交聯反應。任一種或兩種技術均可用於在烘烤期間導致中間層之額外收縮。
另外，藉由使用高沸點溶劑、使用較低溫度用於第一聚合製程及使用較高溫度用於第二聚合製程，在第二聚合製程期間將存在中間層之更多收縮。特定言之，第一聚合製程之較低溫度將在經部分處理之樹脂溶液塗布至晶圓時允許更多溶劑剩餘在經部分處理之樹脂溶液中。隨後，在第二聚合製程之烘烤製程期間移除額外溶劑。由於在此製程期間移除額外溶劑，因此存在中間層之更多收縮。此外，第一聚合製程之較低溫度將會將經部分處理之樹脂溶液中之交聯反應限制於較低位準。隨後，更多交聯反應在第二聚合製程之烘烤製程期間發生。由於更多交聯反應在烘烤製程期間發生，因此存在中間層之更多收縮。在一些實施例中，與第二聚合製程相關聯之烘烤溫度大於溶劑之沸點。在部分實施例中，第一聚合之較低溫度小於溶劑之沸點。
導致更多收縮有助於藉由減小不同厚度之間的變化來產生較為均勻的中間層。為說明此點，在一個實施例中，點302具有50奈米之厚度且點304具有100奈米之厚度。在一個烘烤製程中，中間層之厚度減少80%。在此烘烤製程之後，點302處之厚度為40奈米且點304處之厚度為80奈米。兩個點302、304之間的差異因此為40奈米。但若發生更多收縮，則兩個點之間的變化減小。舉例而言，若烘烤製程將厚度減小50%，則在此製程之後，點302將具有25奈米之厚度且點304將具有50奈米之厚度。在此情況下，兩個點302、304之間的差異為25奈米，其小於其中收縮僅導致厚度減小80%的前一情況下之40奈米。因此，更多收縮導致中間層厚度之較小變化。 以上實施例係用於論述目的且未必表示本文所描述之原理之可操作情形。
第3B圖說明在烘烤製程發生之後的中間層312。使用本文所描述之原理，發生額外收縮，因此導致較為均勻且較具保形性之中間層。因此，實質上減小自點308至點310之厚度差異。
第4A圖為顯示示例性單體之示意圖，此示例性單體可用於形成用於中間層之聚合物樹脂。第一矽基之單體402在所有四個側面上均包含官能基403。特定言之，各個側面均包含官能基403 OR1。R1可表示多種其他元素或分子，包含(但不限於)C、CH2或CH3。官能基403能夠與另一單體或聚合物交聯。因此，在四個位置處，單體402能夠與其他單體及/或聚合物交聯。
第二矽基之單體404包含不能夠形成交聯之官能基405。剩餘的側面包含官能基OR1，其能夠形成交聯。因此，在三個位置處，單體404能夠與其他單體及/或聚合物形成交聯。
第三矽基之單體406包含不能夠形成交聯之官能基407。剩餘的側面包含官能基OR1，其能夠形成交聯。因此，在兩個位置處，單體406能夠與其他單體及/或聚合物形成交聯。
如上文所描述，需要在第二聚合製程期間存在較多交聯反應以便導致經部分處理之樹脂溶液之更多收縮。因此，單體溶液可包含較多可在所有四個側面上形成交聯之單體 (如單體402)。在一個實施例中，可在所有四個側面上形成交聯之單體(如單體402)與單體溶液中之單體總數的比率大於50%。
可用於單體溶液之單體402、404、406可經組合以形成聚合物，聚合物形成矽基之樹脂。此單體可被稱為矽氧烷，因為其包含矽-氧-矽鍵。矽氧烷可形成用於形成中間層之矽基的樹脂之主鏈。
第4B圖為顯示在兩個單體412、414之間用以產生聚合物416之示例性化學反應之示意圖。單體412可在所有四個側面上形成交聯，因為在各個側面上之官能基均為或OR1。同樣地，單體414可在所有四個側面上形成交聯。儘管單體414在一個側面上具有不同的官能基OH，但此官能基亦能夠形成交聯。聚合物416具有六個可發生交聯之位置。因此，更多單體可經添加至聚合物416中以增加聚合物之尺寸及分子量。
第5圖為顯示示例性方法500之流程圖，此示例性方法500用於形成具有較具保形性之中間層的三層光阻層。根據本實施例，方法500包含步驟502，其用於在基板上形成第一層。第一層可為若干類型材料中之一種。舉例而言，如上文所描述，三層光阻層之第一層可為BARC材料、SOC材料或酚醛樹脂。第一層可塗布至具有變化構形之基板。舉例而言，基板可具有多種形成於其中之特徵，此等特徵導致基板之頂表面具有變化高度。
在塗布第一層之後，執行CMP製程以使第一層之頂表面平坦化。歸因於基板之底層構形變化，第一層之頂表面將不為完全平坦的。特定言之，第一層之對應於基板之高度較低部分的部分將低於第一層之其他部分。因此，第一層之變化表面可導致中間層具有變化厚度。為減小中間層之變化厚度，可使用如本文所描述之不同技術。
方法500進一步包含步驟504，其用於對單體溶液執行第一聚合製程以產生經部分處理之樹脂溶液。經部分處理之樹脂溶液為用於形成中間層之材料。單體溶液包含溶劑及多種矽基之單體。第一聚合製程經設計以導致最小數量之單體交聯反應。舉例而言，如上文所描述，用於單體溶液之溶劑可具有高沸點以使得較少溶劑將在第一聚合製程期間蒸發。第一聚合製程可包含加熱單體溶液以產生一些交聯反應。在本實施例中，加熱溫度小於溶劑之沸點。在一個實施例中，向單體溶液施加在約25℃至150℃範圍內之溫度(如80℃)以產生一些交聯反應且產生經部分處理之樹脂溶液。根據本文所描述之原理，需要此製程不產生完全交聯的聚合物。事實上，需要更多交聯在經部分處理之樹脂溶液塗布至晶圓之後發生。在一個實施例中，聚合物在第一聚合製程之後的分子量小於2000。當在本發明中使用分子量時，其通常係指平均分子量。在一些實施例中，用於形成經部分處理之樹脂溶液的單體包含較多具有較大交聯位點之單體，如412。在部分實施例中，可在所有四個側面上形成交聯之單體(如單體402)與單體溶液中之單體 總數的比率大於50%。另外，已發生之交聯與可用的交聯位置之比率在約15%至40%範圍內。
方法500進一步包含步驟506，其用於將經部分處理之樹脂溶液旋塗在第一層上。如上文所描述，旋塗包含使固定在晶圓台上的晶圓旋轉，同時向晶圓施加材料。在此情況下，經部分處理之樹脂溶液塗布至第一層之頂表面上。經部分處理之樹脂溶液包含溶劑及具有有限分子量之部分交聯聚合物(或另外包含一些單體)。在一些實施例中，聚合物之分子量小於2000。由於用於原始單體溶液之溶劑具有高沸點，因此在經部分處理之樹脂溶液內剩餘較多溶劑。經部分處理之樹脂溶液內存在較多溶劑使得樹脂較容易消耗，且因此導致較為保形且較均勻的中間層。
方法500進一步包含步驟508，其用於對經部分處理之樹脂溶液執行第二聚合製程(包含烘烤製程)以產生三層光阻層之第二層(或中間層)。烘烤製程可為第二聚合製程之用於完成中間層的部分。烘烤製程將導致經部分處理之樹脂溶液收縮。此收縮出於多種原因而發生。首先，由於溶劑具有比正常情況高的沸點，因此在經部分處理之樹脂溶液內存在比正常情況多的溶劑。此溶劑可因此在烘烤製程期間而非在第一聚合製程期間蒸發。在本實施例中，第一聚合製程之加熱溫度小於沸點，且第二聚合製程之烘烤溫度大於沸點。其次，經部分處理之樹脂溶液在單體及已產生之聚合物內具有數個可交聯位置。因此，更多的交聯反應將在烘烤製程期間發生。此產生分子量較大的樹脂分子，且因此導致經部分處理之樹脂溶液之 較多收縮。在一個實施例中，聚合物在烘烤製程期間發生的額外交聯反應之後的分子量大於3000，而在經部分處理之樹脂溶液中之聚合物之分子量小於2000。在一個實施例中，經部分處理之樹脂溶液在烘烤製程之前的厚度可在約150埃至300埃範圍內。在烘烤製程之後，厚度可在約130埃至200埃範圍內。此收縮允許產生較為保形且較均勻的中間層。在一個實施例中，中間層在上文所描述的製程之後的厚度變化可小於15%。
上文概述若干實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更好地理解本發明之態樣。熟習此項技術者應瞭解，可輕易使用本發明作為設計或修改其他製程及結構的基礎，以便實施本文所介紹之實施例的相同目的及/或實現相同優勢。熟習此項技術者亦應認識到，此類等效結構並未脫離本發明之精神及範疇，且可在不脫離本發明之精神及範疇的情況下產生本文的各種變化、替代及更改。
102‧‧‧基板
104‧‧‧底部層
106‧‧‧中間層
110‧‧‧第一高度
112‧‧‧第二高度
114‧‧‧厚度
116‧‧‧厚度

Claims (6)

  1. 一種保形中間層的製作方法，包含：以一第一處理溫度對一單體溶液執行一第一聚合製程以形成一經部分處理之樹脂溶液，其中該單體溶液包含複數個具有四個可交聯側面之單體與一溶劑，該些單體佔該單體溶液中之所有單體的百分比大於50%，且該第一處理溫度小於該溶劑之沸點；將該經部分處理之樹脂溶液旋塗在一基板上；以及以一第二處理溫度對該經部分處理之樹脂溶液執行一第二聚合製程，從而使該經部分處理之樹脂溶液收縮以形成一矽基之樹脂層，其中該第二處理溫度大於該溶劑之沸點。
  2. 如請求項1所述之方法，其中在該經部分處理之樹脂溶液內的聚合物之分子量小於2000。
  3. 如請求項2所述之方法，其中在該第二聚合製程之後，在該矽基之樹脂層內的聚合物之分子量大於3000。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該矽基之樹脂層之厚度變化不超過約15%。
  5. 如請求項1所述之方法，更包含在將該經部分處理之樹脂旋塗在該基板上之前，塗布選自由一底部抗反射塗層(BARC)材料、一旋塗式碳(SOC)材料、一酚醛樹脂及其 組合所組成之群組中的一材料層。
  6. 一種保形中間層的製作方法，包含：在一基板上形成一第一層，該基板具有一變化構形；對一單體溶液執行一第一聚合製程以形成一經部分處理之樹脂溶液，該經部分處理之樹脂溶液包含一溶劑及一矽基之樹脂，該矽基之樹脂具有小於2000之一分子量，其中該第一聚合製程之處理溫度小於該溶劑之沸點；將該經部分處理之樹脂溶液旋塗在該第一層上；對該經部分處理之樹脂溶液執行一烘烤製程以產生一第二層，該烘烤製程使用大於該溶劑之沸點的溫度；以及在該第二層上形成一光阻層材料；其中，在該烘烤製程之後，該第二層之厚度實質上均勻以使得厚度變化小於15%，且該第二層之該分子量大於3000。
TW104139770A 2015-09-04 2015-11-27 保形中間層的製作方法 TWI597578B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/846,308 US10658191B2 (en) 2015-09-04 2015-09-04 Conformal middle layer for a lithography process

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201710794A TW201710794A (zh) 2017-03-16
TWI597578B true TWI597578B (zh) 2017-09-01

Family

ID=58189604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104139770A TWI597578B (zh) 2015-09-04 2015-11-27 保形中間層的製作方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10658191B2 (zh)
CN (1) CN106502053B (zh)
TW (1) TWI597578B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11442364B2 (en) * 2018-06-28 2022-09-13 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Materials and methods for forming resist bottom layer

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK1388545T3 (da) * 1998-03-12 2007-09-24 Lucite Int Uk Ltd Polymersammensætning
US6090902A (en) * 1998-12-21 2000-07-18 Dow Corning Corporation Organopolysiloxane-modified graft copolymers
JP3706496B2 (ja) * 1999-03-25 2005-10-12 京セラ株式会社 光導波路の製造方法
JP3764640B2 (ja) * 2000-09-26 2006-04-12 京セラ株式会社 光モジュール及びその製造方法
JP5038354B2 (ja) 2009-05-11 2012-10-03 信越化学工業株式会社 ケイ素含有反射防止膜形成用組成物、ケイ素含有反射防止膜形成基板及びパターン形成方法
US8587861B1 (en) * 2012-07-17 2013-11-19 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Making a cross-linked polymer network
JP2014019675A (ja) 2012-07-20 2014-02-03 Nippon Kayaku Co Ltd 不飽和アルデヒドおよび／または不飽和カルボン酸の製造方法
JP6114157B2 (ja) 2013-10-02 2017-04-12 信越化学工業株式会社 ケイ素含有レジスト下層膜形成用組成物及びパターン形成方法
US9442377B1 (en) * 2015-06-15 2016-09-13 Rohm And Haas Electronic Materials Llc Wet-strippable silicon-containing antireflectant

Also Published As

Publication number Publication date
US10658191B2 (en) 2020-05-19
CN106502053A (zh) 2017-03-15
CN106502053B (zh) 2019-11-15
US20170069496A1 (en) 2017-03-09
TW201710794A (zh) 2017-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6284925B2 (ja) 誘導自己組織化用のケイ素系ハードマスク層
JP5047728B2 (ja) 半導体素子の微細パターン形成方法
US7709373B1 (en) System and method for imprint lithography to facilitate dual damascene integration in a single imprint act
KR102327570B1 (ko) 유도 자기-조립 및 패턴 경화를 위한 방법
US20100294740A1 (en) Directed self-assembly of block copolymers using segmented prepatterns
US20090023083A1 (en) Method for fabricating dual damascene structures using photo-imprint lithography, methods for fabricating imprint lithography molds for dual damascene structures, Materials for imprintable dielectrics and equipment for photo-imprint lithography used in dual damascene patterning
TWI585822B (zh) 基板上之接觸窗開口的圖案化方法
TWI595556B (zh) 用於基板圖案化之遮罩的形成方法
US20120266810A1 (en) Planarization system for high wafer topography
US20200335349A1 (en) Method Composition and Methods Thereof
JP6470079B2 (ja) パターン形成方法
KR20160083080A (ko) 화학적 폴리싱 및 평탄화를 위한 방법
US20180102282A1 (en) Means to decouple the diffusion and solubility switch mechanisms of photoresists
KR20170120516A (ko) 유기막 형성 방법 및 반도체 장치용 기판의 제조 방법
US8409456B2 (en) Planarization method for high wafer topography
KR20110112727A (ko) 더블 패터닝을 이용한 반도체소자의 패턴형성방법
TWI597578B (zh) 保形中間層的製作方法
US9081274B2 (en) Pattern forming method
CN101154047B (zh) 返工处理方法
TW201830471A (zh) 半導體裝置的製作方法
CN108231547B (zh) 半导体装置的形成方法
TWI467647B (zh) 在旋轉塗佈層中之高深寬比圖案化之方法
US10863630B2 (en) Material composition and methods thereof
US20180275519A1 (en) Pattern Formation Method
KR20110108712A (ko) 반도체 장치의 콘택 홀 제조 방법