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TW201800861A - 微影圖案化方法 - Google Patents

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TW201800861A
TW201800861A TW105142652A TW105142652A TW201800861A TW 201800861 A TW201800861 A TW 201800861A TW 105142652 A TW105142652 A TW 105142652A TW 105142652 A TW105142652 A TW 105142652A TW 201800861 A TW201800861 A TW 201800861A
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photoresist
photoresist layer
layer
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polymer
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TW105142652A
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林立彥
張慶裕
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台灣積體電路製造股份有限公司
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Abstract

本發明實施例揭露光阻組成與採用其之方法。光阻包含聚合物骨架，化學鍵結至聚合物骨架的酸敏基團、光酸產生劑、溶劑、以及化學鍵結至交聯劑或酸敏基團的含矽單元。採用光阻組成的方法包含形成光阻層於基板上，對光阻層進行曝光製程，以及顯影光阻層，以形成圖案化的光阻層。圖案化的光阻層包括含矽單元。

Description

微影圖案化方法
本發明實施例關於半導體裝置的製作方法，更特別關於微影中的光敏層組成及採用其之方法。
半導體積體電路產業已快速成長一段時日。積體電路設計與材料的技術進展，使每一代的積體電路均比前一代的積體電路具有更小且更複雜的電路。然而上述進展增加IC製程的複雜性，因此積體電路製程需要類似發展以實現上述進展。在積體電路進化中，功能密度(如單位晶片所具有的內連線裝置數目)越來越大，而幾何尺寸(如製程所能形成的最小構件或線路)則越來越小。上述尺寸縮小製程通常有利於增加產能與降低相關成本。上述尺寸縮小亦增加積體電路製程的複雜性。
微影已用於圖案化基板如晶圓，以形成積體電路的多種結構。在一般的微影製程中，光阻層形成於基板上，並以射線曝光形成積體電路的潛影像。接著在顯影劑如化學溶液中顯影曝光後之光阻層，以移除部份光阻層並形成光阻圖案。 接著以光阻圖案作為後續蝕刻製程的蝕刻遮罩，將圖案轉移至下方的材料層。為了作為蝕刻遮罩，光阻圖案需對候續之蝕刻製程具有抗蝕刻性。目前亟需新的改良光阻材料，其抗蝕刻性需高於現有的光阻材料。
本發明一實施例提供之微影圖案化方法，包括：形成光阻層於基板上，其中光阻層包含聚合物骨架，化學鍵結至聚合物骨架的酸敏基團、光酸產生劑、溶劑、以及化學鍵結至交聯劑的含矽單元；對光阻層進行曝光製程；以及顯影光阻層，以形成圖案化的光阻層。
100‧‧‧方法
102、104、106、108、110、112‧‧‧步驟
200、400‧‧‧半導體裝置
202、402‧‧‧基板
204、404‧‧‧材料層
204a、404b‧‧‧圖案
206、406‧‧‧光阻層
206a、206b、406a、406b‧‧‧部份
208、408‧‧‧射線束
210、410‧‧‧光罩
212、412‧‧‧顯影劑
300、330、500‧‧‧光阻材料
302、502‧‧‧第一聚合物
302A、302B‧‧‧聚合物
304、304A、304B‧‧‧聚合物骨架
306、506‧‧‧酸敏基團
308、308A、308B、508‧‧‧極性單元
310、310A、310B‧‧‧第一含矽單元
312、512‧‧‧光酸產生劑
314、514‧‧‧溶劑
315‧‧‧抗蝕刻增進單元
316‧‧‧交聯劑
318‧‧‧第二含矽單元
320、520‧‧‧中間鍵結單元
518‧‧‧含矽單元
第1圖係本發明多種實施例中，微影圖案化方法的流程圖。
第2A、2B、2C、2D、2E、與2F圖係一實施例中，依據第1圖之方法形成目標圖案的剖視圖。
第3A與4A圖係本發明多種實施例中，光阻之結構。
第3B與4B圖係一實施例中，在進行第1圖之方法的步驟時，第3A與4A圖的光阻結構。
第5圖係本發明實施例中，光阻中交聯劑組份的結構。
第6A、6B、6C、6D、6E、6F、與6G圖係本發明實施例中，光阻內的含矽組份之結構。
第7A、7B、7C、7D、7E、與7F圖係另一實施例中，依據第1圖之方法形成目標圖案的剖視圖。
第8A圖係本發明實施例中，光阻之結構。
第8B圖係一實施例中，在進行第1圖之方法的步驟時，第8A圖的光阻結構。
下述內容提供的不同實施例或實例可實施本發明 實施例的不同結構。特定構件與排列的實施例係用以簡化本發明實施例而非侷限本發明實施例。舉例來說，形成第一構件於第二構件上的敘述包含兩者直接接觸，或兩者之間隔有其他額外構件而非直接接觸。此外，本發明之多種例子中可重複標號，但這些重複僅用以簡化與清楚說明，不代表不同實施例及/或設置之間具有相同標號之單元之間具有相同的對應關係。
此外，空間性的相對用語如「下方」、「其下」、「較下方」、「上方」、「較上方」、或類似用語可用於簡化說明某一元件與另一元件在圖示中的相對關係。空間性的相對用語可延伸至以其他方向使用之元件，而非侷限於圖示方向。元件亦可轉動90°或其他角度，因此方向性用語僅用以說明圖示中的方向。
本發明實施例關於半導體裝置的製作方法，更特別關於微影中的光敏層組成及採用其之方法。在一般的微影圖案化中，光阻層(或膜)係旋轉塗佈至基板上，接著以射線曝光光阻層。之後以顯影液(化學溶液)顯影光阻層，以移除部份光阻層(比如正型光阻中的曝光部份，或負型光阻中的未曝光部份)，以形成光阻圖案。在後續蝕刻製程中，以光阻圖案作為蝕刻遮罩，並將圖案轉移至下方的材料層。在另一實施例中，後續離子佈植製程以光阻圖案作為離子佈植遮罩，以將離子佈植至下方的材料層(如磊晶半導體層)。
一般而言，作為蝕刻遮罩的光阻圖案具有足夠的抗蝕刻性。當光阻圖案作為蝕刻下方厚層(如具有矽或金屬成份的旋塗(SOC)層)之蝕刻遮罩時，光阻圖案需具有更高的抗蝕 刻性。然而在蝕刻這些下方厚層時所用之現有光阻材料，通常具有不足的抗蝕刻性。為克服此問題，一般的微影形成薄硬遮罩層於光阻圖案與下方層之間。光阻圖案作為蝕刻硬遮罩的蝕刻遮罩，接著再以圖案化之硬遮罩作為蝕刻下方層的蝕刻遮罩。額外硬遮罩層的相關材料與製程將提供整體的製作成本。如此一來，本發明實施例的主題之一為提供新的改良光阻，其抗蝕刻性高於現有光阻，因此此新的改良光阻所形成之光阻圖案可用於直接蝕刻下方厚層。
一般顯影曝光光阻層的製程有兩種：正型顯影製程與負型顯影製程。在正型顯影製程中，顯影劑將溶解移除光阻層的曝光區域。在負型顯影製程中，顯影劑將溶解移除光阻層的未曝光區域。正型顯影與負型顯影製程可採用不同顯影劑。在本發明實施例中，曝光區域即光阻層被射線能量照射的區域，且射線能量高於光阻在曝光後(有時進一步包含曝光後烘烤製程)轉變為不可溶(在負型顯影製程中)或可溶(在正型顯影製程中)的預定臨界值。同樣地，光阻膜的未曝光區即光阻於曝光後，維持可溶(在負型顯影製程中)或不可溶(在正型顯影製程中)的區域。本發明實施例的主題之一為提供新的改良光阻，以用於正型顯影與負型顯影製程。
第1圖係本發明多種實施例中，圖案化基板(如半導體晶圓)之方法100的流程圖。實施全部或部份方法100的系統，可採用深紫外線微影、極紫外線微影、電子束微影、x光微影、離子束微影、或其他微影製程。在方法100之前、之中、與之後可進行額外步驟，且一些實施例之下述一些步驟可置 換、省略、或調換順序。方法100僅用以舉例，並非用以侷限本發明，且本發明的實際範圍端視申請專利範圍而定。
在下述內容中，方法100將先搭配第2A至2F圖說明，其中半導體裝置200的製作方法採用方法100之實施例的負型顯影製程。接著，方法100搭配第7A至7F圖說明，其中半導體裝置400的製作方法採用方法100之實施例的正型顯影製程。半導體裝置200與400可各自為積體電路製程中的中間裝置或其部份，其可包含靜態隨機存取記憶體及/或邏輯電路；被動構件如電阻、電感、或電感；或主動構件如二極體、場效電晶體、p型場效電晶體、n型場效電晶體、鰭狀場效電晶體、其他三維場效電晶體、金氧半場效電晶體、互補式金氧半場效電晶體、雙極電晶體、高電壓電晶體、高頻電晶體、其他記憶單元、或上述之組合。
如第1圖所示，第1圖之方法100的步驟102提供第2A圖的基板202。如第2A圖所示，基板202包含一或多層的材料或組成。在一實施例中，基板202為半導體基板(如晶圓)。在另一實施例中，基板202包含結晶結構的矽。在其他實施例中，基板202包含其他半導體元素如鍺；半導體化合物如碳化矽、砷化鎵、砷化銦、或磷化銦；半導體合金如GaAsP、AlInAs、AlGaAs、InGaAs、GaInP、及/或GaInAsP；或上述之組合。基板202可包含絕緣層上矽基板、增加效能的應變層、磊晶區、隔離區、摻雜區、一或多個半導體裝置或其部份、導電層及/或非導電層、及/或其他合適結構或層狀物。
在其他實施例中，基板202為光罩基板且可包含低 熱膨脹材料如石英、矽、碳化矽、或氧化矽-氧化鈦化合物。在此例中，基板202如光罩基板可用於製作深紫外線光罩、極紫外線光罩、或其他種類的光罩。
第1圖之方法100的步驟104形成第2B圖之材料層204於基板202上。如第2B圖所示之一實施例中，材料層204包含介電材料如非晶矽(α-Si)、氧化矽、氮化矽(SiN)、氮化鈦、氧化鋁、或其他合適材料或組成。在一實施例中，材料層204為抗反射塗層如無氮抗反射塗層，其可包含材料如氧化矽、碳化矽氧、或電漿增強化學氣相沉積氧化矽。在一些實施例中，基板202包含圖案化層作為其頂層，且方法100可省略步驟104而不形成材料層204。
第1圖之方法100的步驟106形成光阻層206於基板202上，且此實施例中的光阻層206特別位於材料層204上。如第2C圖所示之一實施例中，光阻層206之形成方法為旋轉塗佈液態聚合物材料於材料層204上。在一實施例中，進一步以軟烘烤製程與硬烘烤製程處理光阻層206。在一實施例中，光阻層206對射線如I線光、深紫外光(氟化氪準分子雷射之248nm射線，或氟化氬準分子雷射之193nm射線)、極紫外光(如13.5nm射線)、電子束、x光、或離子束敏感。在此實施例中，光阻層206為負型顯影光阻，即射線照射的部份在負型顯影顯影液中的溶解度降低。
在一實施例中，材料層204亦為聚合物材料，且亦旋轉塗佈於基板202上。在此實施例中，材料層204與光阻層206對射線的光學性質不同。舉例來說，材料層204與光阻層206可 具有實質上不同的折射率(n)、消光係數(k)、或光譜穿透率(T)。
在此實施例中，光阻206包含光敏化學品、具有一或多個酸敏基團之聚合物材料、與溶劑。光敏化學品可為光酸產生劑，在照射射線後可產生酸。在化學放大反應中，酸使酸敏基團自聚合物材料斷裂。在此實施例中，光阻層206更包括含矽單元。矽單元在酸敏基團自聚合物斷裂後，可化學鍵結至聚合物材料。含矽單元有利於增加光阻層206於後續蝕刻製程中的抗蝕刻性。
第3A圖係本發明一些實施例中，用於光阻層206的光阻材料300。光阻材料300包含第一聚合物302、光酸產生劑312、與溶劑314。第一聚合物302包含聚合物骨架304，以及化學鍵結至聚合物骨架的酸敏基團306。在此實施例中，第一聚合物302更包含極性單元308與第一含矽單元310，且上述兩者均化學鍵結至聚合物骨架304。極性單元308通常能增加光阻層206與下方層(如材料層204)之間的黏著力。在一些實施例中，極性單元308可為羥基金剛烷、降冰片烷內酯、γ-丁內酯、或上述之衍生物。第一含矽單元310可增加光阻層206的抗蝕刻性。在此實施例中，光阻材料300更包含抗蝕刻增進單元315。抗蝕刻增進單元315包含交聯劑316，以及化學鍵結至交聯劑316的第二含矽單元318。交聯劑316與含矽單元318可直接鍵結，或者經由中間鍵結單元320間接鍵結。在此實施例中，光酸產生劑312與抗蝕刻增進單元315與聚合物302混摻於溶劑314中。溶劑314中多種成份的混摻，可由光阻供應商或半導體廠商的站點完成。抗蝕刻增進單元315，特別是第二含矽單元 318可進一步增加光阻層206的抗蝕刻性。上述內容將於下述步驟108中應證。在一些實施例中，光阻材料300更包含淬息劑，以用於中和光酸產生劑312產生的過量酸及/或抑制光阻除氣。在一些實施例中，淬息劑可為胺衍生物，其包含脂肪族或芳香族的一級胺、二級胺、或三級胺。在一些實施例中，光阻材料300包含界面活性劑以降低光阻層206與材料層204之間的表面張力。在多種實施例中，光阻材料300之分子量介於1000至20000之間。
第1圖之方法100的步驟108以微影系統中的射線束208曝光光阻層206。如第2D圖所示，射線束208曝光光阻206的一些部份206a(陰影部份)，而光阻層206的其他部份206b則維持未曝光。射線束208可為I線光(365nm)、深紫外光射線如氟化氪準分子雷射(248nm)或氟化氬準分子雷射(193nm)、極紫外光射線(13.5nm)、電子束、x光、離子束、或其他合適射線。步驟108可操作於空氣中、液體中(浸潤式微影)、或真空中(如極紫外光微影或電子束微影)。在一實施例中，射線束208經光罩210圖案化。光罩210可為穿透式光罩或反射式光罩，其可包含解析度增進技術如相位移及/或光學鄰近修正。光罩210包含多種圖案，以用於形成積體電路結構於基板202之中或之上。在另一實施例中，射線束208依預定圖案如積體電路佈局直接調整，而不需使用光罩(比如採用電子束的無光罩微影)。
在此實施例中，曝光的部份206a對應射線束208而產生化學變化。舉例來說，光酸產生劑312對應射線束208而釋放酸，如第3A圖所示。酸自聚合物骨架304切斷酸敏基團306， 使聚合物302更親水。如此一來，曝光的部份206a轉變為不溶於有機顯影液如乙酸正丁酯。在一些實施例中，方法100更對曝光的光阻層206進行曝光後烘烤製程。曝光後烘烤製程可加速上述產酸與斷裂反應。在一實施例中，曝光後烘烤製程可在熱腔室中進行，且腔室溫度介於約120℃至約160℃之間。
在此實施例中，可設計第3A圖之抗蝕刻增進單元315，使因上述斷裂反應而失去酸敏基團306之聚合物骨架304與交聯劑316反應。上述設計之淨效應為曝光的步驟108及/或曝光後烘烤製程中，抗蝕刻增進單元315可置換酸敏基團306。第3B圖為上述置換步驟後部份的聚合物302A。如第3B圖所示之此實施例中，聚合物302A包含聚合物骨架304，以及化學鍵結至聚合物骨架的抗蝕刻增進單元315。聚合物302A更包含化學鍵結至聚合物骨架304的極性單元308與第一含矽單元310。酸敏基團306自聚合物304斷裂後，將於後續製程中移除。由於聚合物302A包含第二含矽單元318，因此有利於增加曝光部份206a的抗蝕刻性。
第4A圖係本發明一些實施例中，用於光阻層206的另一光阻材料330。如第4A圖所示，光阻材料330包含第一聚合物302、光酸產生劑312、與溶劑314，如前述之第3A圖。第一聚合物302包含聚合物骨架304，且酸敏基團306、極性單元308、與第一含矽單元310化學鍵結至聚合物骨架304。光阻材料330亦包含抗蝕刻增進單元317。抗蝕刻增進單元317包含兩個交聯劑316化學鍵結至一個第二含矽單元318。兩個交聯劑316可直接鍵結至第二含矽單元318，或者經由兩個中間鍵結單 元320間接鍵結至第二含矽單元318。
第4B圖係曝光的部份206a中，光阻材料330之部份結構。如第4B圖所示，酸敏基團306自兩個聚合物302A與302B斷裂，且聚合物302A與302B各自為第4A圖所示之聚合物302。舉例來說，聚合物302A包含聚合物骨架304A、極性單元308A、與第一含矽單元310A，而聚合物302B包含聚合物骨架304B、極性單元308B、與第一含矽單元310B。此外，在曝光的步驟108及/或後續的曝光後烘烤製程中，抗蝕刻增進單元317交聯兩個聚合物302A與302B以形成更大的聚合物。抗蝕刻增進單元317不只提供額外的矽含量，更增大聚合物於曝光的部份206a，以改善其抗蝕刻性。
在一實施例中，光阻材料300與330的交聯劑316包含胺、氮丙環、氫氧化物、脂肪族環氧化合物、環脂肪族環氧化合物、氧雜環丁烷、或馬來酸酐。交聯劑316之化學結構例亦圖示於第5圖。在第5圖中的每一化學結構中，符號L指的是中間鍵結單元320。
在一實施例中，第二含矽單元318包含矽氧鍵。在一實施例中，第二含矽單元318包含倍半矽氧烷。舉例來說，第二含矽單元318可為籠狀倍半矽氧烷，如第6A、6B、6C、與6D圖所示。第二含矽單元318可為其他種類的倍半矽氧烷。舉例來說，第二含矽單元318可為不完整的籠狀倍半矽氧烷(如第6E圖所示)、梯狀倍半矽氧烷(如第6F圖所示)、或無規倍半矽氧烷(如第6G圖所示)。在第6A至6G圖中，符號R指的是交聯劑316，而符號L指的是中間鍵結結構320。
在一實施例中，中間鍵結單元320具有芳香環結構。在另一實施例中，中間鍵結單元320具有0至6個碳原子的鏈狀結構。舉例來說，鏈狀結構可為線狀或環狀。此外，鏈狀結構可包含烷基、烷氧基、氟化烷基、或氟化烷氧基。
在第1圖之方法100的步驟110中，第2E圖之曝光的光阻層206顯影於顯影劑212中。如第2E圖所示，顯影劑212移除負型成像其未曝光的部份206b，並保留曝光的部份206a於材料層204上以作為光阻圖案。在一些實施例中，前述之步驟108及/或曝光後烘烤製程改變光阻層206的極性，且可採用雙型顯影製程。在一些例子中，曝光部份的光阻層206自非極性狀態(疏水態)轉為極性態(親水態)，接著以有機溶劑如乙酸正丁酯或其衍生物移除未曝光的部份206b。在一些其他例子中，曝光部份的光阻層自極性態轉為非極性態，接著以水性溶劑如具有2.38%之氫氧化四甲基銨的水溶液移除未曝光的部份206b。
在第1圖之方法100之步驟112中，將部份206a的光阻圖案轉移至基板202。如第2F圖所示之此實施例中，步驟112包含以光阻圖案(如部份206a)作為蝕刻遮罩，並蝕刻材料層204以將部份206a的圖案轉移至材料層204。在一實施例中，材料層204係具有金屬或矽成份的旋轉塗佈層。由於光阻圖案(如部份206a)的抗蝕刻性增加，步驟112可完全蝕刻材料層204以形成圖案204a。步驟112可採用乾蝕刻如電漿蝕刻、濕蝕刻、或其他合適的蝕刻方法。舉例來說，乾蝕刻製程可採用含氧氣體、含氟氣體(如CF4、SF6、CH2F2、CHF3、及/或C2F6)、含氯氣體(如Cl2、CHCl3、CCl4、及/或BCl3)、含溴氣體(如HBr及/ 或CHBr3)、含碘氣體、其他合適氣體及/或電漿、及/或上述之組合。在蝕刻材料層204時，可能消耗部份光阻圖案(如部份206a)。在一實施例中，可剝除任何殘留的光阻圖案(如部份206a)，只保留圖案化的材料層(如圖案204a)於基板202上，如第2F圖所示。
第7A至7F圖係一實施例中，正型顯影製程的方法100中多種階段的半導體裝置400之剖視圖。如第1與7A圖所示，方法100之步驟102提供基板402。基板402可與前述之基板202類似。如第1與7B圖所示，方法100之步驟104形成材料層404於基板402上。材料層404可與前述之材料層204類似。然而材料層404之多種性質設計為搭配形成其上之光阻層406。
如第1與7C圖所示，方法100形成光阻層406於基板402上。在此實施例中，光阻層406形成於材料層404上。在一實施例中，光阻層406之形成方法為塗佈液態聚合物材料於材料層404上。在一實施例中，更以軟烘烤製程與硬烘烤製程處理光阻層406。在一實施例中，光阻層406對下述射線敏感：I線光、深紫外光(如氟化氪準分子雷射的248nm射線或氟化氬準分子雷射的193nm射線)、極紫外光(如13.5nm光)、電子束、x光、與離子束。在此實施例中，光阻層406為正型顯影光阻，比如射線曝光後的部份，在正型顯影的顯影液中的溶解度增加。
在一實施例中，材料層404亦為旋轉塗佈至基板402上的聚合物材料。在此實施例中，材料層404與光阻層406對射線具有不同的光學性性質。舉例來說，材料層404與光阻 層406的折射率(n)、消光係數(k)、或光譜穿透率(T)實質上不同。
在此實施例中，光阻層406包含光敏化學品、具有一或多個酸敏基團的聚合物材料、以及溶劑。光敏化學品可為光酸產生劑，其照光後會產生酸。在化學放大反應中，酸使酸敏基團自聚合物材料斷裂。在此實施例中，材料層406更包含化學鍵結至酸敏基團的含矽單元。含矽單元有利於增加光阻層406之未曝光部份在後續蝕刻製程中的抗蝕刻性。
第8A圖係本發明一些實施例中，部份的光阻層406包含的光阻材料500。如第8A圖所示，光阻材料500包含第一聚合物502、光酸產生劑512、與溶劑514。第一聚合物502包含聚合物骨架504，與化學鍵結至聚合物骨架504的酸敏基團506。在此實施例中，第一聚合物502更包含化學鍵結至聚合物骨架504的極性單元508。極性單元508通常可增加光阻層406與其下方層如材料層404之間的黏著性。在一些實施例中，極性單元508可為羥基金剛烷、降冰片烷內酯、γ-丁內酯、或上述之衍生物。在此實施例中，光阻材料500更包含化學鍵結至酸敏基團506的含矽單元518。含矽單元518可直接鍵結至酸敏基團506，或經中間鍵結單元520間接鍵結至酸敏基團506。含矽單元518可增加光阻層406的抗蝕刻性。在此實施例中，光酸產生劑512與第一聚合物502混摻於溶劑514中。溶劑514中多種成份的混摻，可由光阻供應商或半導體廠商的站點完成。在一些實施例中，光阻材料500更包含淬息劑，以用於中和光酸產生劑512產生的過量酸及/或抑制光阻除氣。在一些實施例中，淬息 劑可為胺衍生物，其包含脂肪族或芳香族的一級胺、二級胺、或三級胺。在一些實施例中，光阻材料500包含界面活性劑以降低光阻層406與材料層404之間的表面張力。在多種實施例中，光阻材料500之分子量介於1000至20000之間。
如第1與7D圖所示，方法100以微影系統中的射線束408曝光光阻層406。射線束408曝光光阻406的一些部份406a(陰影部份)，而光阻層406的其他部份406b則維持未曝光。射線束408可為I線光(365nm)、深紫外光射線如氟化氪準分子雷射(248nm)或氟化氬準分子雷射(193nm)、極紫外光射線(13.5nm)、電子束、x光、離子束、或其他合適射線。步驟108可操作於空氣中、液體中(浸潤式微影)、或真空中(如極紫外光微影或電子束微影)。在一實施例中，射線束408經光罩410圖案化。光罩410可為穿透式光罩或反射式光罩，其可包含解析度增進技術如相位移及/或光學鄰近修正。光罩410包含多種圖案，以用於形成積體電路結構於基板402之中或之上。在另一實施例中，射線束408依預定圖案如積體電路佈局直接調整，而不需使用光罩(比如採用電子束的無光罩微影)。
在此實施例中，曝光的部份406a對應射線束408而產生化學變化。舉例來說，光酸產生劑512對應射線束408而釋放酸，如第8A圖所示。酸自聚合物骨架504切斷酸敏基團506，使聚合物402更親水，如第8A圖所示。如此一來，曝光部份406a轉變為溶於水性溶液，比如包含2.38%之氫氧化四甲基銨。在一些實施例中，方法100更對曝光的光阻層406進行曝光後烘烤製程。曝光後烘烤製程可加速上述產酸與斷裂反應。在一實施 例中，曝光後烘烤製程可在熱腔室中進行，且腔室溫度介於約120℃至約160℃之間。
在一實施例中，含矽單元518包含矽氧鍵。在一實施例中，含矽單元518包含倍半矽氧烷。舉例來說，含矽單元518可為籠狀倍半矽氧烷，如第6A、6B、6C、與6D圖所示。含矽單元518可為其他種類的倍半矽氧烷。舉例來說，含矽單元518可為不完整的籠狀倍半矽氧烷(如第6E圖所示)、梯狀倍半矽氧烷(如第6F圖所示)、或無規倍半矽氧烷(如第6G圖所示)。在第6A至6G圖中，而符號L指的是中間鍵結結構520，而符號R指的是酸敏基團506。
在一實施例中，中間鍵結結構520具有芳香環結構。在其他實施例中，中間鍵結結構520具有0至6個碳原子的鏈狀結構。舉例來說，鏈狀結構可為線狀或環狀。此外，鏈狀結構可包含烷基、烷氧基、氟化烷基、或氟化烷氧基。
在一實施例中，酸敏基團506為環戊烷、環己烷、金剛烷、降冰片烷、或上述之衍生物。一般而言，光阻材料500中的酸敏基團506含量高。藉由鍵結至酸敏基團506之含矽單元518，本發明實施例實質上增加未曝光之部份406b的抗蝕刻性。
如第1與7E圖所示，方法100顯影曝光的光阻層406於顯影劑412中。顯影劑412移除正型成像其曝光的部份406a，並保留未曝光的部份406b於材料層404上以作為光阻圖案。在一些實施例中，前述之步驟108及/或曝光後烘烤製程改變光阻層406的極性，且可採用雙型顯影製程。在一些例子中，曝光部份的光阻層406自非極性狀態(疏水態)轉為極性態(親水 態)，接著以水性溶劑(如含2.38%之氫氧化四甲基銨)移除曝光的部份406a。在一些其他例子中，曝光部份的光阻層406自極性態轉為非極性態，接著以有機溶劑如乙酸正丁酯或其衍生物移除曝光的部份406a。
如第1與7F圖所示，方法100將部份406b的光阻圖案轉移至基板402。在此實施例中，步驟112包含以光阻圖案(如部份406b)作為蝕刻遮罩，並蝕刻材料層404以將部份406b的圖案轉移至材料層404。在一實施例中，材料層404係具有金屬或矽成份的旋轉塗佈層。由於光阻圖案(如部份406b)的抗蝕刻性增加，步驟112可完全蝕刻材料層404以形成圖案404b。步驟112可採用乾蝕刻如電漿蝕刻、濕蝕刻、或其他合適的蝕刻方法。在蝕刻材料層404時，可能消耗部份光阻圖案(如部份406b)。在一實施例中，可剝除任何殘留的光阻圖案(如部份406b)，只保留圖案化的材料層(如圖案404b)於基板402上，如第7F圖所示。
雖然未圖示於第1圖中，但方法100可分別以圖案204a或404b作為蝕刻遮罩，蝕刻基板202或402以形成最終圖案(或基板202或402上的積體電路裝置)。舉例來說，方法100可形成用於定義電晶體主動區的淺溝槽隔離結構、用於形成鰭狀場效電晶體之基板中的鰭狀凸起、用於電晶體之源極/汲極/閘極接點的接點孔、以及內連線結構。
基於上述內容，可知本發明之一或多個實施例比習知微影製程具有更多優點，但這些優點並非用以侷限本發明實施例。舉例來說，本發明實施例之光阻材料或組成可用以形成具有較高抗蝕刻性的光阻圖案。在微影製程中，這些光阻圖 案可作為直接蝕刻旋轉塗佈的下方厚層之蝕刻遮罩，可節省製程成本。
本發明一實施例關於微影圖案化方法，包括：形成光阻層於基板上，其中光阻層包含聚合物骨架，化學鍵結至聚合物骨架的酸敏基團、光酸產生劑、溶劑、以及化學鍵結至交聯劑的含矽單元。此方法亦包含對光阻層進行曝光製程；以及顯影光阻層，以形成圖案化的光阻層。
在一實施例中，上述方法之顯影光阻層的步驟，移除曝光製程未曝光的部份光阻層。
在一實施例中，上述方法更包括在顯影該光阻層之前，先烘烤光阻層。
在一實施例中，上述方法之含矽單元經中間鍵結單元化學鍵結至交聯劑。
在一實施例中，上述方法之中間鍵結單元為芳香環，或具有0至6個碳原子的鏈狀結構。
在一實施例中，上述方法之鏈狀結構包含烷基、烷氧基、氟化烷基、或氟化烷氧基。
在一實施例中，上述方法之交聯劑包含胺、氮丙環、氫氧化物、脂肪族環氧化合物、環脂肪族環氧化合物、氧雜環丁烷、或馬來酸酐。
在一實施例中，上述方法之含矽單元包含倍半矽氧烷。
在一實施例中，上述方法之倍半矽氧烷為籠狀倍半矽氧烷、不完整的籠狀倍半矽氧烷、梯狀倍半矽氧烷、或無 規倍半矽氧烷。
在一實施例中，上述方法之含矽單元亦鍵結至另一交聯劑。
在一實施例中，上述方法之光阻層更包含化學鍵結至聚合物骨架的另一含矽單元。
本發明另一實施例關於微影圖案化方法，包括：形成光阻層於基板上，其中光阻層包含聚合物骨架，化學鍵結至聚合物骨架的酸敏基團、光酸產生劑、溶劑、以及化學鍵結至酸敏基團的含矽單元。此方法亦包含對光阻層進行曝光製程；以及顯影光阻層，以形成圖案化的光阻層。
在一實施例中，上述方法之顯影光阻層的步驟，移除曝光製程曝光的部份光阻層。
在一實施例中，上述方法之含矽單元經由一中間鍵結單元化學鍵節至酸敏基團，且中間鍵結單元為芳香環，或具有0至6個碳原子的鏈狀結構。
在一實施例中，上述方法之酸敏基團為環戊烷、環己烷、金剛烷、降冰片烷、或上述之衍生物。
在一實施例中，上述方法之含矽單元包含倍半矽氧烷。
在一實施例中，上述方法之倍半矽氧烷為籠狀倍半矽氧烷、不完整的籠狀倍半矽氧烷、梯狀倍半矽氧烷、或無規倍半矽氧烷。
本發明又一實施例關於光阻，其包含聚合物骨架，化學鍵結至聚合物骨架的酸敏基團、光酸產生劑、溶劑、 以及化學鍵結至酸敏基團或交聯劑的含矽單元。此方法亦包含對光阻層進行曝光製程；以及顯影光阻層，以形成圖案化的光阻層。
在一實施例中，上述光阻之含矽單元經由中間鍵結單元化學鍵結至酸敏基團，中間鍵結單元係芳香環或具有0至6個碳原子的鏈狀結構，酸敏基團係環戊烷、環己烷、金剛烷、降冰片烷、或上述之衍生物，且含矽單元包含倍半矽氧烷。
在一實施例中，上述光阻之含矽單元經由中間鍵結單元化學鍵結至交聯劑，中間鍵結單元係芳香環或具有0至6個碳原子的鏈狀結構，交聯劑包含胺、氮丙環、氫氧化物、脂肪族環氧化合物、環脂肪族環氧化合物、氧雜環丁烷、或馬來酸酐，且含矽單元包含倍半矽氧烷。
上述實施例之特徵有利於本技術領域中具有通常知識者理解本發明實施例。本技術領域中具有通常知識者應理解可採用本發明實施例作基礎，設計並變化其他製程與結構以完成上述實施例之相同目的及/或相同優點。本技術領域中具有通常知識者亦應理解，這些等效置換並未脫離本發明實施例之精神與範疇，並可在未脫離本發明實施例之精神與範疇的前提下進行改變、替換、或更動。
300‧‧‧光阻材料
302‧‧‧第一聚合物
304‧‧‧聚合物骨架
306‧‧‧酸敏基團
308‧‧‧極性單元
310‧‧‧第一含矽單元
312‧‧‧光酸產生劑
314‧‧‧溶劑
315‧‧‧抗蝕刻增進單元
316‧‧‧交聯劑
318‧‧‧第二含矽單元
320‧‧‧中間鍵結單元

Claims (1)

  1. 一種微影圖案化方法，包括：形成一光阻層於一基板上，其中該光阻層包含一聚合物骨架，化學鍵結至該聚合物骨架的一酸敏基團、一光酸產生劑、一溶劑、以及化學鍵結至一交聯劑的一含矽單元；對該光阻層進行一曝光製程；以及顯影該光阻層，以形成一圖案化的光阻層。
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