TW201835971A - 用於微影製程之圖案化的方法 - Google Patents
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Abstract
一種用於微影製程之圖案化的方法，包含：在基材上形成材料層；曝光一部分的材料層於照射光；及在顯影液中移除曝光部分的材料層，產生圖案化的材料層。顯影液包含水、有機溶劑、及鹼性溶質。在部分實施例中，鹼性溶質於顯影液中的重量百分濃度小於30%。
Description
本揭露是關於半導體元件與其製作方法。特別是關於用於微影製程之圖案化的方法。
從往至今，半導體積體電路(integrated circuit；IC)工業歷經指數性的成長。積體電路材料及設計的技術發展促使各代積體電路產生，而新一代擁有比先前一代更小和更複雜的電路。在積體電路進化過程中，功能密度(例如每晶圓面積之互連元件的數目)增加通常伴隨幾何尺寸(例如可以使用製程技術產生之最小元件(或線))縮小。一般而言，藉由按比例縮小製程可增加生產效率且降低相關成本。同時，按比例縮小製程也增加處理和製造積體電路的複雜性。
舉例而言，微影製程為轉移積體電路圖案至半導體晶圓的方法。在微影製程中，塗佈光阻薄膜於晶圓之表面上，之後藉由曝光與顯影而形成光阻圖案。隨後，使用光阻圖案以蝕刻晶圓而形成積體電路。光阻圖案之品質直接地影響最終積體電路的品質。隨著按比例縮小製程持續進行，光阻圖案之線邊緣粗糙度(line edge roughness；LER)及線寬度粗糙度(line width roughness；LWR)變得更加重要。影響光阻圖案 之線邊緣粗糙度/線寬度粗糙度具有多個因素，其中之一為顯影液，例如用於顯影曝光的光阻薄膜的化學溶液。目前，使用鹼性之水性顯影液於正型顯影(positive tone development；PTD)製程，而使用含有有機溶劑之顯影液於負型顯影(negative tone development；NTD)製程。前者常常引起光阻膨脹問題及光阻圖案崩塌問題，而後者無法提供足夠之光阻對比。因此，需要新的光阻顯影液。
在部分實施例中，本揭露是關於用於微影製程之圖案化的方法。本方法包含在基材上形成材料層，且暴露一部分的材料層至照射光。方法更包含在顯影液中移除材料層之曝光部分，產生圖案化的材料層，其中顯影液包含水、有機溶劑、及鹼性溶質。
上述已概述數個實施方式的特徵，因此熟習此技藝者可更了解本揭露之態樣。熟悉此技藝者應了解到，其可輕易地利用本揭露做為基礎，來設計或潤飾其他製程與結構，以實現與在此所介紹之實施方式相同之目的和/或達到相同的優點。熟悉此技藝者也應了解到，這類均等架構並未脫離本揭露之精神和範圍，且熟悉此技藝者可在不脫離本揭露之精神和範圍下，進行各種之更動、取代與潤飾。
100‧‧‧方法
102‧‧‧步驟
104‧‧‧步驟
106‧‧‧步驟
108‧‧‧步驟
110‧‧‧步驟
200‧‧‧半導體元件
202‧‧‧基材
204‧‧‧圖案化層/硬遮罩層
204A‧‧‧圖案化硬遮罩層
206‧‧‧材料層
206A‧‧‧未曝光部分/光阻圖案
206B‧‧‧曝光部分
208‧‧‧照射光束
210‧‧‧顯影液
300‧‧‧極紫外線微影製程系統
302‧‧‧照射光源
306‧‧‧聚光型光學元件
308‧‧‧遮罩
310‧‧‧遮罩平臺
312‧‧‧投影光學元件
314‧‧‧基材平臺
400‧‧‧顯影工具
402‧‧‧基材平臺
404‧‧‧運動機構
406‧‧‧噴嘴
408‧‧‧容器
500‧‧‧方法
508‧‧‧步驟
610‧‧‧顯影液
閱讀以下詳細敘述並搭配對應之圖式，可了解本 揭露之多個樣態。需留意的是，圖式中的多個特徵並未依照該業界領域之標準作法繪製實際比例。事實上，所述之特徵的尺寸可以任意的增加或減少以利於討論的清晰性。
第1圖為根據本揭露之多個樣態之微影製程之圖案化的方法流程圖。
第2A圖、第2B圖、第2C圖、第2D圖、第2E圖，和第2F圖為根據本揭露之部分實施例於形成標的圖案的剖面示意圖。
第3圖和第4圖為根據本揭露之部分實施例於使用第1圖之方法的設備。
第5圖為根據本揭露之多個樣態之微影製程之圖案化的另一方法流程圖。
第6圖為根據本揭露之部分實施例於一製程階段中形成標的圖案的剖面示意圖。
以下將以圖式及詳細說明清楚說明本揭露之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本揭露之實施例後，當可由本揭露所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本揭露之精神與範圍。舉例而言，敘述「第一特徵形成於第二特徵上方或上」，於實施例中將包含第一特徵及第二特徵具有直接接觸；且也將包含第一特徵和第二特徵為非直接接觸，具有額外的特徵形成於第一特徵和第二特徵之間。此外，本揭露在多個範例中將重複使用元件標號以和/或文字。重複的目的在於簡化與釐清，而其本身並不會決定多個實施例以和 /或所討論的配置之間的關係。
此外，方位相對詞彙，如「在…之下」、「下面」、「下」、「上方」或「上」或類似詞彙，在本文中為用來便於描述繪示於圖式中的一個元件或特徵至另外的元件或特徵之關係。方位相對詞彙除了用來描述裝置在圖式中的方位外，其包含裝置於使用或操作下之不同的方位。當裝置被另外設置(旋轉90度或者其他面向的方位)，本文所用的方位相對詞彙同樣可以相應地進行解釋。
一般而言，本揭露是關於半導體元件之製造方法，特別是關於一種用於微影製程之顯影曝光的光阻薄膜的組成及其使用方法。在微影製程圖案化中，曝光光阻薄膜於照射光，例如：曝光於深紫外線(deep ultraviolet；DUV)光、極紫外線(extreme ultraviolet；EUV)光，或電子束(e-beam)之照射光之後，在顯影液(化學液體)中顯影光阻薄膜。顯影液移除部分的光阻薄膜，因而形成包含線圖案和/或溝槽圖案之光阻圖案。隨後，以光阻圖案作為後續蝕刻製程中的蝕刻遮罩，將圖案轉移至下層圖案化層。
一般而言，用以顯影曝光的光阻薄膜具有兩種類型的製程：正型顯影(positive tone development；PTD)製程及負型顯影(negative tone development；NTD)製程。正型顯影製程使用正型顯影液。負型顯影製程使用負型顯影液。本揭露於此所使用之術語「正型顯影液」意指選擇性地溶解及移除未低於第一臨界值(例如曝光劑量值)之曝光的光阻薄膜之區域。本揭露於此所使用之術語「負型顯影液」意指選擇性地 溶解及移除未曝光或缺乏曝光之光阻薄膜區域，例如曝光未高於第二臨界值之區域。第一臨界值與第二臨界值可以為相同或不同，取決於光阻材料及顯影液的參數。在以下揭露中，光阻薄膜(或光阻層)之術語「未曝光區域」包含未曝光及缺乏曝光之兩者光阻薄膜區域。
目前，常用之正型顯影及負型顯影液在先進微影製程中各自具有其自身的缺點。舉例而言，常用之正型顯影液常常引起光阻膨脹。在正型顯影製程期間，觀察到光阻薄膜之曝光面積可以膨脹至或超過100%。光阻膨脹增加顯影之光阻圖案之線邊緣粗糙度(line edge roughness；LER)及線寬度粗糙度(line width roughness；LWR)。常用之正型顯影液的另一問題在於顯影的光阻圖案有時會崩塌，歸因於正型顯影液產生過多的表面張力。常用之負型顯影液中，通常沒有發現光阻膨脹問題及光阻圖案崩塌問題。然而，負型顯影液不會產生像正型顯影液一樣好的光阻對比度，導致高線邊緣粗糙度、高線寬度粗糙度，和/或低圖案化保真度。本揭露之標的是提供一種正型顯影液，此正型顯影液之顯影具有低線邊緣粗糙度、低線寬度粗糙度，及高光阻對比度之光阻薄膜。新顯影液將滿足當代進階微影製程，包含極紫外線微影製程及電子束微影製程的要求。
第1圖為根據本揭露之多個態樣於圖案化基材(例如半導體晶圓)之方法100的流程圖。方法100可以整體地或部分地藉由使用深紫外線微影製程、極紫外線微影製程、電子束微影製程、x射線微影製程，及其他微影製程之系統實施。在 部分實施例中，使用極紫外線微影製程為主要示例。並且可以提供額外操作於執行方法100之前、期間及之後；為了執行本方法之額外操作，可以替換、消除，或移動部分所述之操作。方法100僅為示例，不應以此企圖限制本揭露之超出申請專利範圍中所明確敘述之內容。方法100結合第2A圖至第2F圖描述如下，其中使用方法100之實施例製造半導體元件200。此外，在部分實施例中，第3圖及第4圖為繪示方法100所使用之設備的示意圖。
在多個實施例中，半導體元件200為在製造積體電路或部分的積體電路期間之中間階段元件，此元件可以包含靜態隨機存取記憶體和/或邏輯電路；被動元件，例如電阻、電容，及電感；主動元件，例如：p型場效電晶體、n型場效電晶體、鰭式場效電晶體、其他多閘極場效電晶體、金氧半導體場效電晶體、互補金氧半導體電晶體、雙極電晶體、高壓電晶體、高頻電晶體、其他主動元件，及上述之組合。
於方法100之步驟102中(如第1圖)，提供基材202。參照第2A圖，基材202包含一或多層材料或組成。在部分實施例中，基材202為半導體基材(例如晶圓)。在其他實施例中，基材202包含結晶結構之矽。在另一實施例中，基材202包含其他元素半導體，例如鍺；化合物半導體，例如碳化矽、砷化鎵、砷化銦，及磷化銦；或合金半導體，例如碳化矽鍺、磷化鎵砷，及磷化鎵銦。在部分實施例中，基材202可以包含經形變/加壓以增進效能的絕緣層覆矽(silicon on insulator；SOI)，基材202可以包含磊晶區域、摻雜區域、一或多個半導 體元件或部分的半導體元件、導電和/或非導電層、和/或其他適當的特徵及層。
在其他實施例中，基材202為遮罩基材，遮罩基材可以包含低熱膨脹材料，例如：石英、矽、碳化矽，或氧化矽-氧化鈦化合物。更進一步地，基材202可用以製造深紫外線遮罩、極紫外線遮罩，或其他類型之遮罩的遮罩基材。
如第2A圖所示，在部分實施例中，基材202包含圖案化層204。在部分實施例中，圖案化層204為包含像是非晶矽(a-Si)、二氧化矽、氮化矽、氮氧化矽(SiON)、碳氮化矽(SiCN)、碳化矽、氮化鈦、其他適當之材料、或上述組合之材料的硬遮罩層。在多個實施例中，圖案化層204可以包含高介電係數介電層、閘極層、硬遮罩層、介面層、覆蓋層、擴散/阻障層、介電層、導電層、其他適當的層，和/或上述之組合層。
於方法100之步驟104中(如第1圖)，形成材料層206於基材202之上(如第2B圖)。參照第2B圖，在部分實施例中，藉由旋轉塗佈液態聚合材料至基材202上以形成材料層206。在部分實施例中，材料層206更進行軟烘烤製程及硬烘烤製程。在部分實施例中，材料層206為光敏感層，例如：包含i線光阻的光阻劑、包含氟化氪(KrF)光阻及氟化氬(ArF)光阻的深紫外線光阻、極紫外線光阻、電子束光阻，及離子束光阻。在部分實施例中，材料層206為對極紫外線光敏感之光阻，且材料層206用於正型顯影，舉例而言，在極紫外線照射光之下，可以增加材料層206於正型顯影液中的可溶性。為了方便 起見，將在以下討論中簡稱材料層206為光阻薄膜(或光阻)206。在部分實施例中，光阻薄膜206包含光酸產生劑(photo-acid generator；PAG)，光酸產生劑在照射光之後產生酸。酸可以催化來自光阻薄膜之主鏈聚合物的酸不穩定基團(acid labile group；ALG)裂解。當酸不穩定基團離開主鏈聚合物時，聚合物之支鏈單元將變為羧基(carboxylic group)。如此增加了聚合物對正型顯影液之可溶性且允許光阻薄膜之曝光區域得以藉由顯影液移除，而未曝光區域保持不可溶且成為後續製程之遮罩元件。
在部分實施例中，方法100在形成材料層206之前，形成抗反射塗層於圖案化層204之上，且隨後形成材料層206於抗反射塗層之上。舉例而言，抗反射塗層可以為包含無氮抗反射塗(nitrogen-free anti-reflective coating；NFARC)層之材料，例如：二氧化矽、碳化氧化矽(SOC)、電漿增進化學氣相沉積氧化矽(PECVD-SiO2)、其他適當的材料，或上述之組合材料。在其他實施例，於方法100中，在圖案化層204與材料層206之間形成多於一層。
於方法100之步驟106中(如第1圖)，曝光光阻薄膜206於微影製程系統300中的照射光束208(如第2C圖)。參照第2C圖，照射光束208可以為i線(365奈米)、深紫外線照射光，例如氟化氪準分子雷射(248奈米)或氟化氬分子雷射器(193奈米)、極紫外線照射光(例如13.8奈米)、電子束、x射線、離子束，或其他適當之照射光。可以執行步驟106於空氣中、液體(浸入式微影製程)中，或在真空(例如：極紫外線微 影製程及電子束微影製程)中。在部分實施例中，藉由使用照射光束208以圖案化具有積體電路圖案之遮罩，例如透射遮罩或反射遮罩，此些遮罩可以包含像是移相和/或光學鄰近修正(optical proximity correction；OPC)的解析度增強技術。在另一實施例中，在不使用遮罩之情況下，以積體電路圖案直接地調變照射光束208(無遮罩微影製程)。在部分實施例中，照射光束208為極紫外線照射光且微影製程系統300為極紫外線微影製程系統。極紫外線微影製程系統300之實施例如第3圖所示。
參照第3圖，極紫外線微影製程系統300包含產生照射光束208之照射光源302、聚光型光學元件306、固定遮罩308於其上的遮罩平臺310、投影光學元件312，及固定包含基材202及光阻薄膜206之元件200的基材平臺314。在本揭露中，極紫外線微影製程系統300可以為步進曝光機台或掃描曝光機台。
照射光源302提供照射光束208，照射光束208具有極紫外線範圍之波長，像是約1奈米至100奈米。在部分實施例中，照射光束208具有約13.5奈米之波長。聚光型光學元件306包含多層塗佈之集光器和複數個掠角入射鏡。配置聚光型光學元件306以收集及使照射光束208成形，且提供縫隙之照射光束208至遮罩308。遮罩308又稱為光遮罩或光罩(reticle)，包含一或多個積體電路元件之目標圖案。遮罩308提供圖案化光罩影像予照射光束208。在部分實施例中遮罩308為反射性遮罩，且可包含像是移相技術和/或光學鄰近修正 之解析度增強技術。藉由抽真空將遮罩308固定於遮罩平臺310上，以在極紫外線微影製程系統300之對齊、聚焦、校平及曝光操作期間，提供遮罩308準確的位置和移動。
投影光學元件312包含一或多個透鏡及複數個反射鏡。透鏡可具有小於一之放大率，因而縮小遮罩308之圖案化光罩影像至元件200，尤其是至光阻薄膜206。藉由基材平臺314固定元件200，以在極紫外線微影製程系統300之對齊、聚焦、校平及曝光操作期間，提供遮罩308準確的位置和移動，使得遮罩308之圖案化光罩影像以重複方式曝光至光阻薄膜206上(儘管其他微影製程方法亦是可能的)。在正型顯影液中，光阻薄膜206之曝光部分變得可溶。
如第2C圖中所示的實施例，藉由足夠量之照射光208曝光光阻薄膜206之部分206B，使得部分206B可藉由如下所述之正型顯影液移除，而光阻薄膜206之部分206A為未曝光區域。在部分實施例中，光阻薄膜206包含光酸產生劑，半導體元件200可以經歷一或更多個後曝光烘烤製程。後曝光烘烤製程藉由光酸產生劑來加速酸的產生，連帶加速光阻圖案形成之製程。
方法100之步驟108(如第1圖)為根據本揭露之多個態樣建構，在顯影液210中顯影曝光的光阻薄膜206。參照第2D圖，施加顯影液210於光阻薄膜206，包含曝光部分206B及未曝光部分206A兩者。在部分實施例中，顯影液210為正型顯影液，且顯影液溶解和移除曝光部分206B，產生光阻圖案206A(如第2E圖)。如第2E圖所示之實例中，藉由線圖案表示 光阻圖案206A。然而，以下所述同樣地適用於藉由溝槽表示之光阻圖案。
如上文所述，常用之正型顯影及負型顯影液在當今的先進微影製程中各自具有其自身的缺點：前者通常引起光阻膨脹問題及光阻圖案崩塌問題，而後者產生的光阻對比不足。同時，常用之正型顯影液產生高光阻對比，而常用之負型顯影液不會產生光阻膨脹問題。本揭露之發明人已發現一種方法來結合正型顯影液及負型顯影液兩者優點並同時避免顯影液各自的缺點。
常用之正型顯影液使用鹼性(或解離鹼)水溶液，例如以水作為溶劑及鹼作為溶質之溶液。鹼可以為有機或無機的。本揭露之發明人認為水溶劑可能為導致光阻薄膜膨脹的原因。水具有小的分子量(分子量=18)，且水分子可以輕易地穿透光阻薄膜而引起光阻薄膜膨脹。因此，降低正型顯影液中之含水量可以造成較少的光阻膨脹問題。
常用之負型顯影液使用有機材料(而不是水)作為溶劑。有機溶劑具有相對大(與水相比)的分子量。本揭露之發明人認為有機溶劑之大分子量為負型顯影液通常不引起光阻薄膜膨脹的原因。然而，常用之負型顯影液缺乏溶質(特別是鹼性溶質)，而此溶質的缺乏可能為負型顯影液不能產生高光阻對比的原因。
根據本揭露之建構，顯影液210結合常用之正型顯影液的優點與常用之負型顯影液的優點。在部分實施例中，顯影液210包含至少一有機溶劑及至少一鹼性溶質。進一步 地，在實施例中，至少一有機溶劑於顯影液中的重量百分濃度大於50%。下文將提供更多實施例予顯影液210。在多個實驗中，顯影液210之實施例產生具有比常用之正型顯影液更小的線邊緣粗糙度及線寬度粗糙度之光阻圖案，且提供更高於常用之負型顯影液之光阻對比度。
在部分實施例中，顯影液210包含重量百分濃度大於0%但小於30%之範圍的鹼性溶質。舉例而言，顯影液210可包含重量百分濃度從約0%至約20%的鹼性溶質，例如重量百分濃度從約2%至約10%的鹼性溶質。
在部分實施例中，顯影液210更包含於顯影液中的重量百分濃度小於50%的水。在部分示例中，顯影液210包含重量百分濃度約為70%的有機溶劑、重量百分濃度約為10%的鹼性溶質、重量百分濃度約為20%的水、及其他添加劑，例如一或多個表面活性劑。
在部分實施例中，顯影液210之有機溶劑包含以下至少一者：羥基(OH)官能基、氫氮(NH)官能基、二氫化氮(NH2)官能基、氫硫(SH)官能基、甲氧基(OMe)官能基，和乙氧基(OEt)官能基。在部分實施例中，顯影液210之有機溶劑具有小於300之分子量，因為具有太大之分子量可能會降低顯影液210於溶解曝光的光阻薄膜的有效性。然而，有機溶劑之分子量並沒有小到足以導致光阻薄膜膨脹如常用之正型顯影液一般。進一步地，在本實施例中，有機溶劑具有大於水之分子量的分子量。舉例而言，有機溶劑可以具有之分子量大於50。在部分實施例中，顯影液210之有機溶劑為以下至少一 者：乙二醇、二甘醇，及丙二醇。
在部分實施例中，顯影液210之鹼性溶質為鹼離子、非鹼離子，或上述之組合。舉例而言，鹼性溶質可以為包含氫氧離子之鹼離子。在多個實施例中，鹼性溶質為具有小於400之分子量的鹼離子，因為具有過大之分子量可能降低顯影液210於溶解曝光的光阻薄膜之有效性。
在其他實施例中，鹼性溶質可以為非鹼離子，例如包含胺之鹼。舉例而言，鹼性溶質可以包含一級胺、二級胺，或三級胺。進一步地，在本實施例中，如上所述之相同原因，非鹼離子之分子量可以小於300。在部分實施例中，鹼性溶質為乙二胺。在另一實施例中，顯影液210之鹼性溶質未具有金屬，以避免金屬含量遺留在顯影的光阻中。舉例而言，鹼性溶質可以為四甲基銨氫氧化物(tetramethylammonium hydroxide；TMAH)、氫氧化四丁銨(tetrabutylammonium hydroxide；TBAH)、乙二胺(ethylenediamine；EDA)、三乙烯胺、吡啶、胍鹽、呱啶，或另一有機鹼。
在多個實施例中，顯影液210具有之表面張力小於50毫牛頓/公尺。低表面張力降低引起光阻圖案收縮之可能性。此外，在部分實施例中，顯影液210可以包含一些添加劑，例如一或多個表面活性劑。舉例而言，表面活性劑可以為陰離子、非離子，或親水性的離子。表面活性劑幫助降低顯影液210之表面張力。
繼續參照第2D圖，施加顯影液210於光阻薄膜206。藉由顯影液210溶解光阻薄膜206之曝光部分206B，在 基材202上留下未曝光部分206A(包含缺乏曝光部分)。為了方便討論，未曝光部分206A亦稱為光阻圖案206A。歸因於以上所述之顯影液210的性質，光阻圖案206A具有非常光滑之邊緣及側壁(例如低線邊緣粗糙度度及線寬度粗糙)且被良好界定(亦即，高的顯影對比度)。
在部分實施例中，於顯影工具400中施加顯影液210至元件200，部分的顯影工具400之實施例如第4圖所示。參照第4圖，顯影工具400為半導體製程工藝之群集工具的一部分。在曝光光阻薄膜206於極紫外線微影製程系統300(如第2C圖及第3圖)之後，轉移元件200至顯影工具400，以施加顯影液210於光阻薄膜206之上。如第4圖所示之實施例，顯影工具400藉由旋轉塗佈顯影製程施加顯影液210，亦即，顯影工具400將顯影液210噴塗至光阻薄膜206上，同時元件200圍繞垂直軸自旋。
如第4圖所示，顯影工具400包含基材平臺402，設計基材平臺402以固定包含光阻薄膜206之元件200。在旋轉塗佈顯影製程期間，操作基材平臺402使其自旋，促使固定在基材平臺402之元件200相應地自旋。舉例而言，基材平臺402包含真空吸盤、電卡盤或其他適當機構，以固定元件200。顯影工具400更包含整合至基材平臺402的運動機構404，以按各種運動方式操作來驅動基材平臺402和固定於基材平臺上的元件200。在部分實施例中，運動機構404包含用於驅動基材平臺402和元件200之馬達，以在各種操作(例如顯影及清洗)期間，驅動基材平臺402和元件200以特定速度旋轉。
當元件200自旋時，顯影液210藉由噴嘴406噴灑至元件200之上。儲存顯影液210於容器408中且通過包含管道之轉移裝置轉移於噴嘴406。顯影液210可以使用泵、壓縮氣體，或其他機構轉移。
在多個實施例中，顯影液210可以連續地噴灑至元件200上。或者，可以藉由像是膠泥(puddle)顯影製程之其他手段施加顯影液。方法100在步驟108之後可以包含進一步的操作，完成光阻圖案206A。舉例而言，可以藉由去離子(de-ionized；DI)水執行浸洗操作以清洗元件200而移除殘餘物及顆粒，及/或執行後顯影烘烤(post-development baking；PDB))製程以硬化光阻圖案206A，進而增加光阻圖案之結構穩定性。
於方法100之步驟110中(如第1圖)，從光阻圖案206A轉移積體電路圖案至基材202(如第2F圖)。在部分實施例中，步驟110包含使用光阻圖案206A作為蝕刻遮罩蝕刻基材202。在部分實施例中，圖案化層204為硬遮罩層。進一步地，在本實施例中，首先從光阻圖案206A轉移積體電路圖案至硬遮罩層204，隨後轉移至基材202之其他層。舉例而言，可以經由光阻圖案206A之開口使用乾式(電漿)蝕刻、濕式蝕刻，及/或其他蝕刻方法蝕刻硬遮罩層204。舉例而言，乾式蝕刻製程可以包含：含氧氣體、含氟氣體(例如：四氟化碳(CF4)、六氟化硫(SF6)、二氟甲烷(CH2F2)、三氟甲烷(CHF3)和/或六氟乙烷(C2F6))、含氯氣體(例如；氯、氯仿(CHCl3)、四氯化碳(CCl4)和/或三氯化硼(BCl3))、含溴氣體(例如：溴化氫(HBr) 和/或三溴甲烷(CHBR3))、含碘氣體、其他適當之氣體和/或電漿，或上述之組合。舉例而言，濕式蝕刻製程可包含在稀釋之氫氟酸；氫氧化鉀溶液；氨氣；氫氧化四甲銨；含氫氟酸、硝酸，和/或乙酸之溶液；或其他適當濕式蝕刻劑中蝕刻。在硬遮罩層204之蝕刻期間，可以部分地或完全地消耗光阻圖案206A。在部分實施例中，可以剝落光阻圖案206A之任何剩餘部分，留下圖案化硬遮罩層204A於基材202上，如第2F圖中所示。
雖然未顯示於第1圖中，方法100以繼續形成最終圖案或在基材202上形成積體電路元件。在部分實施例中，基材202為半導體基材，而執行方法100為形成鰭式場效電晶體結構。舉例而言，於步驟110中，形成複數個主動鰭片於半導體基材202中。歸因於光阻圖案206A之低線邊緣粗糙度度及線寬度粗糙，主動鰭片具有均勻的臨界尺寸。在另一實施例中，執行方法100以在半導體基材202中形成複數個閘極電極。歸因於光阻圖案206A之光滑側壁，閘極電極具有均勻的閘極長度。在另一實施例中，形成金屬線於多層內連接結構而作為目標圖案。例如，金屬線可以形成於基材202之層間介電層中，藉由步驟110蝕刻介電層以包含複數個溝槽。隨後，執行方法100，使用像是金屬之導電材料填充溝槽；且使用像是化學機械平坦化(chemical mechanical planarization；CMP)之製程研磨導電材料以曝光圖案化層間介電層，從而在層間介電層中形成金屬線。上述內容為根據本揭露之多態樣的方法100及顯影液210製造和/或改良之裝置/結構，不應以此限制本揭露。
第5圖為根據在部分實施例中本揭露之多個態樣於圖案化基材(例如半導體晶圓)的方法500，方法500為示例，不應以此企圖限制本揭露之超出申請專利範圍中所明確敘述之內容，並且可以提供額外操作於執行方法500之前、期間及之後；為了執行本方法之額外操作，可以替換、消除，或移動部分所述之操作。方法500結合第6圖描述如下，第6圖繪示方法500的一製造階段中的半導體元件200的剖面示意圖。
在許多方面上方法500相似於方法100，方法500和方法100的一個相異處在對曝光的光阻薄膜206進行之顯影。參照第5圖，方法500也包含如上述方法100中之步驟102、104、106和110，為求簡化在此不再重複提及。方法500在步驟106之後，繼續操作步驟508以顯影液610來顯影曝光後的光阻薄膜206。參照第6圖，施加顯影液610於光阻薄膜206之上，在部分實施例中，顯影液610包含至少一有機溶劑、水及至少一鹼性溶質。進一步地，在一些實施例中，水於顯影液中的重量百分濃度大於20%，根據本揭露所建構之顯影液610，結合常用之正型顯影液及常用之負型顯影液之優點的原因相似於上述顯影液210中討論的原因。進一步地，由於光阻薄膜通常皆具有疏水部分(例如樹脂聚合物主鏈)和親水部分(例如氫氧官能基)，在顯影液610中的部分水有助於提升曝光光阻的溶解速率，以及減少在顯影過程中未曝光光阻的薄膜流失。顯影液610之更多的實施例如下所述，在多個實驗中，顯影液610之實施例能產生光阻溶解對比度高於常用的正型顯影液及負型顯影液。
在部分實施例中，至少一鹼性溶質於顯影液610中的重量百分濃度大於0%但小於30%。舉例而言，顯影液610可包含重量百分濃度從約0%至約20%的鹼性溶質，例如重量百分濃度從約2%至約10%的鹼性溶質。在部分實施例中，顯影液610包含至少一重量百分濃度大於5%的有機溶劑。舉例而言，顯影液610可包含重量百分濃度大於5%之有機溶劑、重量百分濃度小於30%的鹼性溶質、重量百分濃度大於20%的水、及其他添加劑，例如一或多個表面活性劑。在部分實施例中，顯影液610可包含重量百分濃度大於50%的有機溶劑、重量百分濃度小於30%的鹼性溶質、重量百分濃度大於20%水、及其他添加劑，例如一或多個表面活性劑。
在部分實施例中，顯影液610之有機溶劑包含以下至少一者：羥基(OH)官能基、氫氮(NH)官能基、二氧化氮(NH2)官能基、氫硫(SH)官能基、甲氧基(OMe)官能基、和乙氧基(OEt)官能基。在其他實施例中，顯影液610之有機溶劑包含一酯類(RO(CH2)nOR)官能基，其中n為一大於或等於2的整數。在部分示例中，n等於2或3，各個R可為相同或相異，R可為氫原子或為少於10個碳原子之烷基。在部分實施例中，顯影液610之有機溶劑為以下至少一者：乙二醇、二甘醇、和丙二醇。在部分實施例中，顯影液610之有機溶劑具有小於500之分子量，有機溶劑之分子量大於水之分子量，以減少光阻薄膜膨脹。
在部分實施例中，顯影液610之鹼性溶質為鹼離子、非鹼離子、或上述之組合。舉例而言，鹼性溶質可以為包 含氫氧根離子(OH-)之鹼離子，鹼離子可具有小於400之分子量。在另一實施例中，鹼性溶質可以為非鹼離子，例如包含胺之鹼，舉例而言，鹼性溶質可以包含一級胺、二級胺、或三級胺，非鹼離子之分子量可小於300。舉例而言，鹼性溶質可以為四甲基銨氫氧化物、氫氧化四丁銨、乙二胺、三乙烯胺、吡啶、胍鹽、呱啶，或另一有機鹼。在部分實施例中，顯影液610之鹼性溶質未具有金屬，以避免金屬含量遺留在顯影的光阻中。
在多個實施例中，顯影液610之表面張力小於50毫牛頓/公尺。低表面張力降低引起光阻圖案崩塌之可能性。此外，在部分實施例中，顯影液610可以包含添加劑，例如一或多個表面活性劑，以幫助降低顯影液610之表面張力。舉例而言，表面活性劑可以為陰離子、非離子、或親水性的離子。
繼續參照第6圖，施加顯影液610於光阻薄膜206上，藉由顯影液610溶解光阻薄膜206之曝光部分206B，產生光阻圖案206A(如第2E圖)，如第2E圖所示之實例中，藉由線圖案表示光阻圖案206A，然而，方法500同樣地適用於藉由溝槽表示之光阻圖案。歸因於以上所述之顯影液610的性質，光阻圖案206A具有低線邊緣粗糙度、低線寬度粗糙度、及高光阻對比度。參照第5圖，方法500在步驟508之後，繼續進行步驟110以將積體電路圖案轉從光阻圖案206A轉移至基板202(如第2F圖)，類似於方法100所述，為求簡化在此不再重複。
本揭露之一或多個實施例提供眾多益處予半導體 元件及半導體元件之形成，但不應以此限制本揭露。舉例而言，根據本揭露所建構之光阻顯影液，提供優越的效能於先進微影之正型顯影製程，例如：深紫外線微影製程、極紫外線微影製程，及電子束微影製程。光阻顯影液降低光阻圖案表面粗糙度，例如：線邊緣粗糙度度及線寬度粗糙之降低，且提供高的圖案化保真度。上述之光阻顯影液在奈米半導體製造中尤為有利，其中臨界尺寸的均勻性已成為電路效能的關鍵因素。
Claims (1)
- 一種用於微影製程之圖案化的方法，包含：在一基材上形成一材料層；曝光一部分的該材料層至一照射光；以及在一顯影液中移除該曝光部分的該材料層，產生一圖案化的材料層，其中該顯影液包含一水、一有機溶劑、和一鹼性溶質。
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