TWI828516B - 半導體結構的製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種半導體結構的製造方法包含在半導體基板上塗佈光阻層；對光阻層曝光；以攝氏20度至攝氏25度範圍中的溫度對光阻層進行顯影，使光阻層形成複數個區段，其中區段的底面的寬度在1微米至1.1微米的範圍中。
Description
本揭露是有關一種半導體結構的製造方法。
在微影製程(Photolithography)中，光阻的曝光與顯影會顯著地影響接下來製程的進行。顯影的品質與溫度高度相關，過高的溫度會導致過度顯影，導致光阻鄰近於開口的頂面出現圓角，進而影響其在接下來製程圖案化的能力。此外，過低的顯影溫度則會造成光阻反應不夠快，因此顯影不足，讓光阻過度遮蔽半導體基板。
本揭露之一技術態樣為一種半導體結構的製造方法。
根據本揭露之一實施方式，一種半導體結構的製造方法包含在半導體基板上塗佈光阻層；對光阻層曝光；以攝氏20度至攝氏25度範圍中的溫度對光阻層進行顯影，使光阻層形成複數個區段，其中區段的底面的寬度在1微米至1.1微米的範圍中。
在本揭露之一實施方式中，以攝氏20度至攝氏25度範圍中的溫度對光阻層進行顯影後，光阻層的區段的其中一者的側壁與半導體基板之間有夾角，且夾角落在82度至85度的範圍中。
在本揭露之一實施方式中，以攝氏20度至攝氏25度範圍中的溫度對光阻層進行顯影後，光阻層的頂面呈水平面。
在本揭露之一實施方式中，以攝氏20度至攝氏25度範圍中的溫度對光阻層進行顯影後，光阻層的頂面與半導體基板之間的距離在0.95微米至1微米的範圍中。
在本揭露之一實施方式中，以攝氏20度至攝氏25度範圍中的溫度對光阻層進行顯影後，光阻層的頂面的寬度在0.7微米至0.8微米的範圍中。
在本揭露之一實施方式中，光阻層包含3-乙氧基丙酸乙酯、乳酸乙酯與光酸發生酯。
在本揭露之一實施方式中，3-乙氧基丙酸乙酯佔光阻層15%至35%範圍中的重量百分濃度。
在本揭露之一實施方式中，乳酸乙酯佔光阻層35%至55%範圍中的重量百分濃度。
在本揭露之一實施方式中，光酸發生酯佔光阻層1%至10%範圍中的重量百分濃度。
在本揭露之一實施方式中，對光阻層曝光使得3-乙氧基丙酸乙酯、乳酸乙酯及光酸發生酯反應而產生光酸。
本揭露之另一技術態樣為一種半導體結構的製造方法。
根據本揭露之一實施方式，一種半導體結構的製造方法包含在半導體基板上塗佈光阻層，其中光阻層包含3-乙氧基丙酸乙酯、乳酸乙酯與光酸發生酯；對光阻層曝光；以攝氏20度至攝氏25度範圍中的溫度對光阻層進行顯影，使光阻層形成開口，且光阻層圍繞開口的側壁與半導體基板之間的夾角在82度至85度的範圍中。
在本揭露之一實施方式中，以攝氏20度至攝氏25度範圍中的溫度對光阻層進行顯影後，光阻層的頂面呈一水平面。
在本揭露之一實施方式中，3-乙氧基丙酸乙酯佔光阻層15%至35%範圍中的重量百分濃度，乳酸乙酯佔光阻層35%至55%範圍中的重量百分濃度，光酸發生酯佔光阻層1%至10%範圍中的重量百分濃度。
在本揭露之一實施方式中，對光阻曝光使得3-乙氧基丙酸乙酯、乳酸乙酯及光酸發生酯反應而產生光酸。
在本揭露之一實施方式中，以攝氏20度至攝氏25度範圍中的溫度對光阻層進行顯影是以酸鹼中和的方式沖洗掉光酸。
在本揭露上述實施方式中，由於控制了顯影的溫度，以攝氏20度至攝氏25度範圍中的溫度對光阻層進行顯影，使得光酸發生酯、3-乙氧基丙酸乙酯及乳酸乙酯能在穩定的溫度下發生反應產生光酸，再接著被以鹼性的顯影液沖洗掉，不會因為溫度過高而過度反應造成光阻殘留量不夠，也不會因為溫度過低因此反應過慢而使光阻過度遮蔽半導體基板，讓顯影的穩定度增加，改善製程的良率。
以下揭示之實施方式內容提供了用於實施所提供的標的之不同特徵的許多不同實施方式，或實例。下文描述了元件和佈置之特定實例以簡化本案。當然，該等實例僅為實例且並不意欲作為限制。此外，本案可在各個實例中重複元件符號及/或字母。此重複係用於簡便和清晰的目的，且其本身不指定所論述的各個實施方式及/或配置之間的關係。
諸如「在……下方」、「在……之下」、「下部」、「在……之上」、「上部」等等空間相對術語可在本文中為了便於描述之目的而使用，以描述如附圖中所示之一個元件或特徵與另一元件或特徵之關係。空間相對術語意欲涵蓋除了附圖中所示的定向之外的在使用或操作中的裝置的不同定向。裝置可經其他方式定向(旋轉90度或以其他定向)並且本文所使用的空間相對描述詞可同樣相應地解釋。
第1圖繪示根據本揭露之一實施方式的半導體結構的製造方法的流程圖，參照第1圖，半導體結構的製造方法包含下列步驟：首先在步驟S1中，在半導體基板上塗佈光阻層；接著在步驟S2中，對光阻層曝光；最後在步驟S3中，以攝氏20度至攝氏25度範圍中的溫度對光阻層進行顯影，使光阻層形成複數個區段，其中區段的底面的寬度在1微米至1.1微米的範圍中。
在一些實施方式中，半導體結構的製造方法並不限於上述步驟S1至步驟S3，舉例來說，在一些實施方式中，步驟S1至步驟S3可在兩前後步驟之間進一步包括其他步驟，也可在步驟S1前進一步包括其他步驟，在步驟S3後進一步包括其他步驟。
第2圖繪示根據本揭露之一實施方式的半導體結構的剖面圖。第3圖繪示第2圖之半導體結構的光阻層120的一區段121的局部放大圖。參照第2圖與第3圖，以攝氏20度至攝氏25度範圍中的溫度對光阻層120進行顯影後，使光阻層120形成複數個區段121，其中區段121的底面的寬度W2在1微米至1.1微米的範圍中。這些區段121的每一者的形狀可近似為一梯形，光阻層120的區段121的側壁與半導體基板110之間有夾角θ，且夾角θ落在82度至85度的範圍中。光阻層120的頂面與半導體基板110之間的距離在0.95微米至1微米的範圍中。光阻層120的頂面與半導體基板110之間的距離H在0.95微米至1微米的範圍中。光阻層120的頂面呈水平面，且頂面的寬度W1在0.7微米至0.8微米的範圍中。相較於過度顯影的光阻層，以攝氏20度至攝氏25度範圍中的溫度對光阻層120進行顯影後的光阻層120的頂面接近水平，且光阻層120的區段121的側壁與半導體基板110之間的夾角θ落在82度至85度的範圍中，使得光阻層120作為遮罩的遮蔽效果更好。在一些實施方式中，半導體基板110的材料可包括矽或碳化矽(SiC)。
若是沒有控制好顯影的溫度，當對光阻層的顯影溫度過高(舉例來說，若顯影溫度為攝氏30度以上)時，顯影出來的光阻層的區段的夾角會較第2圖的夾角θ小，並且頂面的寬度也會較第2圖的寬度W1小。這樣的結構，代表著光阻層的區段的邊緣厚度不足，能作為遮罩的部分變小，因而造成光阻作為遮罩的遮蔽效果不佳。當對光阻層的顯影溫度過低(舉例來說，若顯影溫度為攝氏30度以上)時，光阻層因為無法有效反應，因而在預計形成開口的位置仍會有部分殘留的光阻覆蓋住下方的半導體基板，因此無法作為有效的遮罩。
在一些實施方式中，光阻層120的成分包含3-乙氧基丙酸乙酯(Ethyl 3-ethoxypropionate)、乳酸乙酯(Acytol，IUPAC名2-羥基丙酸乙酯)與光酸發生酯，但亦可以包含其他成分。3-乙氧基丙酸乙酯佔光阻層15%至35%範圍中的重量百分濃度。乳酸乙酯佔光阻層35%至55%範圍中的重量百分濃度。光酸發生酯佔光阻層1%至10%範圍中的重量百分濃度。將顯影溫度控制在攝氏20度至攝氏25度範圍中對光阻層120進行顯影，可讓3-乙氧基丙酸乙酯、乳酸乙酯及光酸發生酯反應而產生光酸。光酸產生後，以酸鹼中和的方式沖洗掉光酸。顯影所使用之顯影液包含四甲基氫氧化銨(tetramethylazanium hydroxide，TMAH)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、類似的鹼性溶液或上述之組合。
若是沒有控制好顯影的溫度，當對光阻層的顯影溫度過高(舉例來說，若顯影溫度為攝氏30度以上)時，鹼性的顯影液會與3-乙氧基丙酸乙酯、乳酸乙酯及光酸發生酯反應產生的光酸過度反應，因而造成過度反應，光阻層的頂面便會出現較第2圖曲率更大的圓弧形邊緣，因而造成光阻層作為遮罩的效果變差。相反地，若是對光阻層的顯影溫度過低(舉例來說，若顯影溫度為攝氏15度以下)時，鹼性的顯影液的反應活性會下降，因而無法和光酸產生足夠的反應，進而無法沖洗掉足夠量的光酸，使顯影後的光阻層在預計形成開口的位置仍有部分覆蓋住下方的半導體基板，影響光阻層作為遮罩的效果。
第4圖及第5圖繪示根據本揭露之一實施方式的半導體結構的製造方法在中間過程的剖面圖。參照第4圖與第5圖，半導體結構的製造方法包含在半導體基板110上塗佈光阻層120。光阻層120的塗佈可使用旋轉塗佈法(Spin-on Coating)或類似的方法。接著，使用光罩M對光阻層120曝光。這一步的目的是讓光阻中的主要成分，包含3-乙氧基丙酸乙酯、乳酸乙酯與光酸發生酯在光的催化之下產生反應，製造出光酸。在沒有被光直接照射，亦即被光罩M遮住的地方也可能反應出光酸，但由於有光照射與否，使得反應的速率不同，因此有光照射的地方能產生較多光酸。接著，第5圖的結構會被顯影液沖洗，以將反應出較多光酸的部分沖洗掉。由於顯影液沖洗的是光酸，並且是使用酸鹼中和的方式反應完成之後，再透過去離子水沖洗(DI water rinse)的方式洗掉中和過後的溶液，第2圖的結構即會被製造完成，因此反應溫度的控制非常重要。由於被光罩M遮住的部分依然有可能以極慢的速度產生少量光酸，顯影液依然有可能與這些光酸反應。透過將顯影溫度控制在攝氏20度至攝氏25度範圍中對光阻層120進行顯影，可讓反應順利進行且不會過度反應。
綜上所述，由於控制了顯影的溫度，使得光酸發生酯、3-乙氧基丙酸乙酯及乳酸乙酯能在穩定的溫度下發生反應產生光酸，再接著被以鹼性的顯影液沖洗掉，不會因為溫度過高而過度反應造成光阻殘留量不夠，也不會因為溫度過低因此反應過慢而使光阻過度遮蔽半導體基板，讓顯影的穩定度增加，改善製程的良率。
前述概述了幾個實施方式的特徵，使得本領域技術人員可以更好地理解本揭露的態樣。本領域技術人員應當理解，他們可以容易地將本揭露用作設計或修改其他過程和結構的基礎，以實現與本文介紹的實施方式相同的目的和/或實現相同的優點。本領域技術人員還應該認識到，這樣的等效構造不脫離本揭露的精神和範圍，並且在不脫離本揭露的精神和範圍的情況下，它們可以在這裡進行各種改變，替換和變更。
110:半導體基板
120:光阻層
121:區段
W1,W2:寬度
H:距離
M:光罩
θ:夾角
S1,S2,S3:步驟
當與隨附圖示一起閱讀時，可由後文實施方式最佳地理解本揭露內容的態樣。注意到根據此行業中之標準實務，各種特徵並未按比例繪製。實際上，為論述的清楚性，可任意增加或減少各種特徵的尺寸。
第1圖繪示根據本揭露之一實施方式的半導體結構的製造方法的流程圖。
第2圖繪示根據本揭露之一實施方式的半導體結構的剖面圖。
第3圖繪示第2圖之半導體結構的光阻層的一區段的局部放大圖。
第4圖及第5圖繪示根據本揭露之一實施方式的半導體結構的製造方法在中間過程的剖面圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
S1,S2,S3:步驟
Claims (14)
- 一種半導體結構的製造方法，包含：在一半導體基板上塗佈一光阻層；對該光阻層曝光；以攝氏20度至攝氏25度範圍中的溫度對該光阻層進行顯影，使該光阻層形成複數個區段，其中該些區段的底面的寬度在1微米至1.1微米的範圍中，以攝氏20度至攝氏25度範圍中的溫度對該光阻層進行顯影後，該光阻層的該些區段的其中一者的一側壁與該半導體基板之間有一夾角，且該夾角落在82度至85度的範圍中。
- 如請求項1所述之半導體結構的製造方法，其中以攝氏20度至攝氏25度範圍中的溫度對該光阻層進行顯影後，該光阻層的一頂面呈一水平面。
- 如請求項2所述之半導體結構的製造方法，其中以攝氏20度至攝氏25度範圍中的溫度對該光阻層進行顯影後，該光阻層的該頂面與該半導體基板之間的距離在0.95微米至1微米的範圍中。
- 如請求項2所述之半導體結構的製造方法，其中以攝氏20度至攝氏25度範圍中的溫度對該光阻層進行顯影後，該光阻層的頂面的寬度在0.7微米至0.8 微米的範圍中。
- 如請求項1所述之半導體結構的製造方法，其中該光阻層包含3-乙氧基丙酸乙酯、乳酸乙酯與光酸發生酯。
- 如請求項5所述之半導體結構的製造方法，其中3-乙氧基丙酸乙酯佔該光阻層15%至35%範圍中的重量百分濃度。
- 如請求項5所述之半導體結構的製造方法，其中乳酸乙酯佔該光阻層35%至55%範圍中的重量百分濃度。
- 如請求項5所述之半導體結構的製造方法，其中該光酸發生酯佔該光阻層1%至10%範圍中的重量百分濃度。
- 如請求項5所述之半導體結構的製造方法，其中對該光阻層曝光使得3-乙氧基丙酸乙酯、乳酸乙酯及光酸發生酯反應而產生光酸。
- 一種半導體結構的製造方法，包含：在一半導體基板上塗佈一光阻層，其中該光阻層包 含3-乙氧基丙酸乙酯、乳酸乙酯與光酸發生酯；對該光阻層曝光；以攝氏20度至攝氏25度範圍中的溫度對該光阻層進行顯影，使該光阻層形成一開口，且該光阻層圍繞該開口的側壁與該半導體基板之間的夾角在82度至85度的範圍中。
- 如請求項10所述之半導體結構的製造方法，其中以攝氏20度至攝氏25度範圍中的溫度對該光阻層進行顯影後，該光阻層的頂面呈一水平面。
- 如請求項10所述之半導體結構的製造方法，其中3-乙氧基丙酸乙酯佔該光阻層15%至35%範圍中的重量百分濃度，乳酸乙酯佔該光阻層35%至55%範圍中的重量百分濃度，該光酸發生酯佔該光阻層1%至10%範圍中的重量百分濃度。
- 如請求項10所述之半導體結構的製造方法，其中對該光阻層曝光使得3-乙氧基丙酸乙酯、乳酸乙酯及該光酸發生酯反應而產生一光酸。
- 如請求項13所述之半導體結構的製造方法，其中以攝氏20度至攝氏25度範圍中的溫度對該光阻層進行顯影是以酸鹼中和的方式沖洗掉該光酸。
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