[go: up one dir, main page]

TW201911374A - 半導體結構的形成方法 - Google Patents

半導體結構的形成方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201911374A
TW201911374A TW107126700A TW107126700A TW201911374A TW 201911374 A TW201911374 A TW 201911374A TW 107126700 A TW107126700 A TW 107126700A TW 107126700 A TW107126700 A TW 107126700A TW 201911374 A TW201911374 A TW 201911374A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
polymer
photoresist layer
layer
acid labile
polymers
Prior art date
Application number
TW107126700A
Other languages
English (en)
Inventor
陳建志
鄭雅如
張慶裕
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 TW201911374A publication Critical patent/TW201911374A/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
    • G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • G03F7/38—Treatment before imagewise removal, e.g. prebaking
    • H10P76/2043—
    • 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
    • G03F7/0046—Photosensitive materials with perfluoro compounds, 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
    • G03F7/038—Macromolecular compounds which are rendered insoluble or differentially wettable
    • 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
    • G03F7/039—Macromolecular compounds which are photodegradable, e.g. positive electron 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
    • G03F7/004—Photosensitive materials
    • G03F7/039—Macromolecular compounds which are photodegradable, e.g. positive electron resists
    • G03F7/0392—Macromolecular compounds which are photodegradable, e.g. positive electron resists the macromolecular compound being present in a chemically amplified positive photoresist composition
    • G03F7/0397—Macromolecular compounds which are photodegradable, e.g. positive electron resists the macromolecular compound being present in a chemically amplified positive photoresist composition the macromolecular compound having an alicyclic moiety in a side chain
    • 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
    • G03F7/095—Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers having more than one photosensitive layer
    • 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
    • G03F7/162—Coating on a rotating support, e.g. using a whirler or a spinner
    • 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
    • G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • G03F7/30—Imagewise removal using liquid means
    • G03F7/32—Liquid compositions therefor, e.g. developers
    • G03F7/322—Aqueous alkaline compositions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/01—Manufacture or treatment
    • H10D84/0123—Integrating together multiple components covered by H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integrating multiple IGBTs
    • H10D84/0126—Integrating together multiple components covered by H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integrating multiple IGBTs the components including insulated gates, e.g. IGFETs
    • H10D84/0158—Integrating together multiple components covered by H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integrating multiple IGBTs the components including insulated gates, e.g. IGFETs the components including FinFETs
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/01—Manufacture or treatment
    • H10D84/02—Manufacture or treatment characterised by using material-based technologies
    • H10D84/03—Manufacture or treatment characterised by using material-based technologies using Group IV technology, e.g. silicon technology or silicon-carbide [SiC] technology
    • H10D84/038—Manufacture or treatment characterised by using material-based technologies using Group IV technology, e.g. silicon technology or silicon-carbide [SiC] technology using silicon technology, e.g. SiGe
    • H10P30/204—
    • H10P30/21—
    • H10P30/22—
    • H10P30/40—
    • H10P32/302—
    • H10P50/287—
    • H10P50/642—
    • H10P50/692—
    • H10P50/695—
    • H10P50/71—
    • H10P50/73—
    • H10P76/2041—
    • 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
    • G03F7/004—Photosensitive materials
    • G03F7/09—Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers
    • G03F7/094—Multilayer resist systems, e.g. planarising layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/01—Manufacture or treatment
    • H10D30/021—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET]
    • H10D30/024—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of fin field-effect transistors [FinFET]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)

Abstract

在此提供一種半導體結構的形成方法。此方法包括形成材料層於基板上，並提供光阻溶液。此光阻溶液包括複數個第一聚合物及複數個第二聚合物，第一聚合物的每一者包括第一聚合物主鏈及鍵結到第一聚合物主鏈的第一酸不穩定基團，第一酸不穩定基團具有第一活化能，第二聚合物的每一者包括第二聚合物主鏈及鍵結到第二聚合物主鏈的第二酸不穩定基團，第二酸不穩定基團具有第二活化能，其中第二活化能大於第一活化能。此方法包括形成光阻層於材料層上，此光阻層包括頂部分及底部分，第一聚合物擴散到底部分，且第二聚合物擴散到頂部分。

Description

半導體結構的形成方法
本發明實施例係有關於一種半導體結構的形成方法，且特別有關於一種包括微影製程的半導體結構的形成方法。
半導體裝置使用於各種電子應用中，例如，個人電腦、行動電話、數位相機和其他電子設備。半導體裝置通常藉由以下方式而製造，包括在半導體基板上依序沉積絕緣或介電層、導電層及半導體層，使用微影製程圖案化上述各材料層，藉以在此半導體基板上形成電路組件及元件。通常在單一半導體晶圓上製造許多積體電路，並且藉由沿著切割線在積體電路之間進行切割，以將各個晶粒單一化。上述各個晶粒通常分別地封裝於，例如，多晶片模組中或其他類型的封裝中。
然而，這些進步增加了積體電路在加工與製造方面的複雜性。由於部件尺寸持續縮減，製程也持續變得更難以進行。因此，以越來越小的尺寸形成可靠的半導體裝置已成為一種挑戰。
本發明之一實施例提供一種半導體結構的形成方法，包括：形成材料層於基板上；提供光阻溶液，其中光阻溶 液包括複數個第一聚合物及複數個第二聚合物，第一聚合物的每一者包括第一聚合物主鏈及鍵結到第一聚合物主鏈的第一酸不穩定基團，其中第一酸不穩定基團具有第一活化能，第二聚合物的每一者包括第二聚合物主鏈及鍵結到第二聚合物主鏈的第二酸不穩定基團，其中第二酸不穩定基團具有第二活化能，其中第二活化能大於第一活化能；形成光阻層於材料層上，其中光阻層包括頂部分及底部分，第一聚合物擴散到底部分，且第二聚合物擴散到頂部分；藉由進行曝光製程以曝光光阻層的一部分；移除光阻層的一部分，以形成經過圖案化的光阻層；藉由使用經過圖案化的光阻層作為罩幕，以圖案化材料層；以及移除經過圖案化的光阻層。
本發明之另一實施例提供一種半導體結構的形成方法，包括：形成材料層於基板上；形成光阻層於基板上，其中光阻層包括頂部分及底部分，光阻層的底部分包括複數個第一聚合物，光阻層的頂部分包括複數個第二聚合物，第一聚合物的每一者包括具有第一活化能的第一酸不穩定基團，且第二聚合物的每一者包括具有第二活化能的第二酸不穩定基團，以及漂浮基團，其中第二活化能大於第一活化能；以及圖案化光阻層，以形成經過圖案化的光阻層。
本發明之又一實施例提供一種一種半導體結構的形成方法，包括：形成材料層於基板上；形成底層於材料層上；形成中間層於底層上；形成光阻層於中間層上，其中光阻層包括複數個第一聚合物及複數個第二聚合物，第一聚合物的每一者包括具有第一活化能的第一酸不穩定基團，且第二聚合物的 每一者包括具有第二活化能的第二酸不穩定基團，其中第二活化能大於第一活化能；藉由進行曝光製程曝光光阻層的一部分，以形成曝光區域及未曝光區域；在光阻層上進行曝光後烘烤製程，其中在曝光後烘烤製程之後，第一酸不穩定基團的一部分從第一聚合物裂解，而形成具有複數個羧酸基團的複數個第一聚合物，且第二酸不穩定基團的一部分從第二聚合物裂解，而形成具有複數個羧酸基團的複數個第二聚合物，且其中在第一聚合物中的羧酸基團的數量大於在第二聚合物中的羧酸基團的數量；以及蝕刻光阻層的一部分，以形成經過圖案化的光阻層。
10‧‧‧罩幕
12‧‧‧第一聚合物
12’‧‧‧經過圖案化的第一聚合物
12a‧‧‧第一聚合物主鏈
14‧‧‧第二聚合物
14’‧‧‧經過圖案化的第二聚合物
14a‧‧‧第二聚合物主鏈
22‧‧‧第一敏化劑基團
24‧‧‧第二敏化劑基團
32‧‧‧第一酸不穩定基團
34‧‧‧第二酸不穩定基團
44‧‧‧漂浮基團
102‧‧‧基板
104‧‧‧材料層
104a‧‧‧經過圖案化的材料層
105‧‧‧摻雜區域
106‧‧‧底層
106a‧‧‧經過圖案化的底層
108‧‧‧中間層
108a‧‧‧經過圖案化的中間層
110‧‧‧光阻層
110’‧‧‧經過圖案化的光阻層
110a‧‧‧底部分
110a’‧‧‧經過圖案化的底部分
110b‧‧‧頂部分
110b’‧‧‧經過圖案化的頂部分
120‧‧‧三層光阻層
172‧‧‧曝光製程
174‧‧‧離子佈植製程
A‧‧‧區域
H‧‧‧總厚度
P1‧‧‧間距
T1‧‧‧第一厚度
T2‧‧‧第二厚度
根據以下的詳細說明並配合所附圖式做完整揭露。應注意的是，根據本產業的一般作業，圖示並未必按照比例繪製。事實上，可能任意的放大或縮小元件的尺寸，以做清楚的說明。
第1A圖到第1E圖繪示依據本發明之一些實施例之形成半導體結構之各個製程階段之剖面圖。
第2A圖繪示依據本發明一些實施例之一些第一聚合物的化學結構的示意圖。
第2B圖繪示依據本發明一些實施例之一些第二聚合物的化學結構的示意圖。
第2C圖繪示依據本發明一些實施例之一些第二聚合物的化學結構的示意圖。
第3A圖到第3C圖繪示依據本發明一些實施例之一些第一 聚合物及一些第二聚合物的化學結構的示意圖。
第4A圖繪示依據本發明一些實施例之在對光阻層進行曝光製程及曝光後烘烤製程之後發生於光阻層中的反應的示意圖。
第4B圖繪示依據本發明一些實施例之第1D圖的區域A的的放大剖面圖。
第5A圖到第5H圖繪示依據本發明之一些實施例之形成半導體結構之各個製程階段之剖面圖。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同部件(feature)。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本說明書敘述了一第一部件形成於一第二部件之上或上方，即表示其可能包含上述第一部件與上述第二部件是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加部件形成於上述第一部件與上述第二部件之間，而使上述第一部件與第二部件可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露的不同範例可能重複使用相同的參照符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
下文描述實施例的各種變化。藉由各種視圖與所繪示之實施例，類似的元件標號用於標示類似的元件。應可理解的是，可在進行所述的方法之前、之間或之後，提供額外的操作步驟，並且在所述的方法的其他實施例中，所述的部分步 驟可被變更順序、置換或省略。
本發明實施例所描述的進階微影製程、方法、與材料可使用於多種應用中，包含鰭狀場效電晶體(fin-type field effect transistors,FinFET)。舉例而言，鰭狀物經實施例所述的方法圖案化後，可於部件之間具有較緊密的間距。此外，形成鰭狀場效電晶體的鰭狀物所使用之間隔物，亦可採用實施例所述的製程進行處理。
在本文中提供半導體結構及其形成方法的實施例。第1A圖到第1E圖繪示依據本發明之一些實施例之形成半導體結構之各個製程階段之剖面圖。此方法可使用於許多應用中，例如，鰭狀場效電晶體裝置結構。
請參照第1A圖，提供基板102。基板102可由矽或其他半導體材料所形成。在一些實施例中，基板102為晶圓。此外，基板102可包括其他元素半導體材料，例如，鍺。在一些實施例中，基板102由化合物半導體或合金半導體所形成，例如，碳化矽(silicon carbide)、砷化鎵(gallium arsenic)、砷化銦(indium arsenide)或磷化銦(indium phosphide)、矽鍺(silicon germanium)、碳化矽鍺(silicon germanium carbide)、磷砷化鎵(gallium arsenic phosphide)或磷化銦鎵(gallium indium phosphide)。在一些實施例中，基板102包括磊晶層。舉例而言，基板102具有覆蓋於塊材(bulk)半導體上的磊晶層。
可形成一些裝置組件於基板102上。這樣的裝置組件包括電晶體(例如，金屬氧化物半導體場效電晶體(metal oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET)、互補式 金屬氧化物半導體(CMOS)電晶體、雙極接面電晶體(bipolar junction transistor,BJT)、高壓電晶體(high-voltage transistor)、高頻電晶體(high-frequency transistor)、P通道及/或N通道場效電晶體(PFETs/NFETs)等)、二極體及其他合適的組件。可進行各種製程以形成裝置組件，例如，沉積、蝕刻、佈植、微影、退火及/或其他合適的製程。
基板102可包括各種摻雜區域，例如，p型井或n型井。可使用p型摻質(例如，硼或二氟化硼(BF2))及/或n型摻質(例如，磷或砷)對摻雜區域進行摻雜。在一些其他實施例中，這些摻雜區域可直接形成於基板102上。
基板102亦包括隔離結構(圖中未繪示)。隔離結構用以定義並且電性隔離形成於基板102之中及/或之上的各種裝置。在一些實施例中，隔離結構包括淺溝槽隔離(shallow trench isolation,STI)結構、局部矽氧化(local oxidation of silicon,LOCOS)結構或其他合適的隔離結構。在一些實施例中，隔離結構包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、摻雜氟的矽酸鹽玻璃(fluoride-doped silicate glass,FSG)或其他合適的材料。
之後，依據本發明一些實施例，形成材料層104於基板102之上。在一些實施例中，藉由沉積製程，例如，旋轉塗佈(spin-on coating)製程、化學氣相沉積(CVD)製程、物理氣相沉積(PVD)製程及/或其他合適的沉積製程，以形成材料層104。
接下來，製備光阻溶液。光阻溶液包括許多第一聚合物12、許多第一聚合物14及溶劑。第一聚合物12與第二聚 合物14不同。在一些實施例中，第一聚合物及第二聚合物的總和相對於光阻溶液的重量比為約2%至約8%。在一些實施例中，第一聚合物12相對於第一聚合物及第二聚合物的總和的重量比為約50%至約95%。在一些實施例中，第二聚合物14相對於第一聚合物及第二聚合物的總和的重量比為約5%至約50%。第一聚合物12的每一者具有第一平均分子量，並且第二聚合物14的每一者具有第二平均分子量。在一些實施例中，第二聚合物14的每一者的第二平均分子量大於第一聚合物12的每一者的第一平均分子量。
在一些實施例中，溶劑包括有機溶劑，包括二甲基亞碸(dimethyl sulfoxide,DMSO)、四氫呋喃(tetrahydrofuran,THF)、丙二醇甲醚(propylene glycol methyl ether,PGME)、丙二醇甲醚乙酸酯(propylene glycol methyl ether acetate,PGMEA)、乙酸正丁酯、環己醇、γ-丁內酯(γ-Butyrolactone,GBL)、乙醇、丙醇、丁醇、甲醇、乙二醇、N-甲基-2-吡咯烷酮(N-Methyl-2-pyrrolidone,NMP)、二丙酮醇(diacetone alcohol,DAA)、烷基亞碸(alkyl sulfoxide)、羧酸酯(carboxylic ester)、羧酸、醇、二元醇(glycol)、醛、酮、酸酐、內酯(lactone)、鹵化烷、非鹵化烷、支鏈烷、非支鏈烷、環狀烷、非環狀烷、飽和烷、非飽和烷或上述之組合。
第2A圖繪示依據本發明一些實施例之一些第一聚合物12的化學結構的示意圖。第一聚合物12的每一者包括第一聚合物主鏈12a、第一敏化劑基團(sensitizer group)(S1)22以及鍵結到第一聚合物主鏈12a的第一酸不穩定基團(acid labile group)(ALG1)32。
在一些實施例中，第一酸不穩定基團(ALG1)32包括脂肪族或芳香族烴化合物。在一些實施例中，第一酸不穩定基團(ALG1)32包括酯、醯胺、亞胺(imine)、縮醛(acetal)、縮酮(ketal)、酸酐。在一些實施例中，第一酸不穩定基團(ALG1)32包括第三丁基(t-butyl)、甲基金剛烷基(methyl adamantyl)、甲基環戊基(methyl cyclopentyl)、甲基環己基(methyl cyclohexyl)、乙基環戊基(ethyl cyclopentyl)、乙基環己基(ethyl cyclohexyl)、異丙基環戊基(isopropyl cyclopentyl)、異丙基環己基(isopropyl cyclohexyl)、第三丁氧基羰基(tert-butoxycarbonyl)、異降冰片基(iso-norbornyl)、2-甲基-2-金剛烷基(2-methyl-2-adamantyl)、2-乙基-2-金剛烷基(2-ethyl-2-adamantyl)、3-甲基四氫呋喃(3-methyl tetrahydrofuran)、2-甲基四氫呋喃(2-methyl tetrahydrofuran,lactone)、2-甲基四氫哌喃(2-methyl tetrahydropyran,THP)或其他合適的基團。
在一些其他實施例中，第一聚合物12的一部分更包括鍵結到第一聚合物主鏈12a的第一敏化劑基團(S1)22。第一敏化劑基團(S1)22可吸收極紫外(Extreme ultraviolet,EUV)光並釋放二次電子，這些二次電子與光酸產生劑(photo-acid generator,PAG)反應而產生酸。因此，第一敏化劑基團(S1)22用於改善光阻層110的靈敏度。在一些實施例中，第一敏化劑基團(S1)22包括聚羥基苯乙烯(polyhydroxystyrene,PHS)基團。在一些其他實施例中，第一敏化劑基團(S1)22包括金屬、 金屬氧化物、金屬錯合物、芳香族碳環衍生物或雜環衍生物。
此外，一些官能基團可以鍵結到第一聚合物主鏈12a上。這些官能基團被配置為保護基團，其用於調整光阻層110的極性、蝕刻抗性(etching resistance)或玻璃轉化溫度(Tg)。
第2B圖繪示依據本發明一些實施例之一些第二聚合物14的化學結構的示意圖。第二聚合物14的每一者包括第二聚合物主鏈14a，第二酸不穩定基團(ALG2)34以及漂浮基團(floating group)(F)44。第二酸不穩定基團(ALG2)34及漂浮基團(F)44鍵結到第二聚合物主鏈14a。應注意的是，漂浮基團(F)44被配置為提供「漂浮」特性，因此，第二聚合物14可漂浮到光阻層110的上表面。由於在光阻層110中的光阻材料的組成成分，如此的「漂浮」現象可以自動發生。舉例而言，漂浮基團(F)44包括氟化碳，且氟可以使第二聚合物14「漂浮」。
第二酸不穩定基團(ALG2)34具有第二活化能(activation energy,Ea)。第二活化能大於第一活化能。具有較高活化能的第二酸不穩定基團(ALG2)34表示需要更多能量才能開始進行去保護(deprotection)反應。去保護反應表示酸不穩定基團在酸性環境中從聚合物主鏈上裂解。由於第一酸不穩定基團(ALG1)32具有相對較低的活化能，因此，第一酸不穩定基團(ALG1)32比第二酸不穩定基團(ALG2)34更容易進行去保護反應。
表1顯示依據本發明一些實施例的各種酸不穩定基團(ALG)的活化能。
表1
在一些實施例中，第二酸不穩定基團(ALG2)34包括脂肪族或芳香族烴化合物。在一些實施例中，第二酸不穩定基團(ALG2)34包括酯、醯胺、亞胺、縮醛、縮酮、酸酐。在一些實施例中，第二酸不穩定基團(ALG2)34包括第三丁基、甲基金剛烷基、甲基環戊基、甲基環己基、乙基環戊基、乙基環己基、異丙基環戊基、異丙基環己基、第三丁氧基羰基、異降冰片基、2-甲基-2-金剛烷基、2-乙基-2-金剛烷基、3-甲基四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、2-甲基四氫哌喃或其他合適的基團。
在一些實施例中，漂浮基團(F)44包括氟化碳(CxFy，其中x為1至9且y為3至19)，包括取代或未取代的包含1至9個碳原子的直鏈、支鏈脂族烴基。在一些實施例中，漂浮基團(F)44包括式(VII)、(VIII)、(IX)、(X)、(XI)或(XII)。
在一些實施例中，第二聚合物14的一部分更包括鍵結到第二聚合物主鏈14a的第二敏化劑基團(S2)24。在一些實施例中，第二敏化劑基團(S2)24包括聚羥基苯乙烯基團。在一些其他實施例中，第二敏化劑基團(S2)24包括金屬、金屬氧化物、金屬錯合物、芳香族碳環衍生物或雜環衍生物。
第2C圖繪示依據本發明一些實施例之一些第二聚合物14的化學結構的示意圖。第2C圖中的第二聚合物14與第2B圖中的第二聚合物14相似，差別在於在第2C圖中，漂浮基團(F)44直接鍵結到第二酸不穩定基團(ALG2)34，而不是鍵結到第二聚合物主鏈14a。借助於第2C圖中的漂浮基團(F)44的位置，第二聚合物14可藉由漂浮基團(F)44而漂浮到光阻層110的上表面。因此，第二聚合物14集中在光阻層110的頂部分110b中。
此外，光阻溶液可更包括光酸產生劑。當光阻層110暴露於輻射線能量中且吸收此輻射線時，光酸產生劑產生酸。在一些實施例中，光酸產生劑包括苯環。在一些實施例中，光酸產生劑包括鹵化三嗪(halogenated triazines)、鎓鹽(onium salts)、重氮鹽(diazonium salts)、芳香族重氮鹽(aromatic diazonium salts)、鏻鹽(phosphonium salts)、鋶鹽(sulfonium salts)、錪鹽(iodonium salts)、醯亞胺磺酸鹽(imide sulfonate)、 肟磺酸鹽(oxime sulfonate)、重氮二碸(diazodisulfone)、二碸(disulfone)、鄰硝苄基磺酸鹽(o-nitrobenzylsulfonate)、磺酸酯(sulfonated esters)、鹵化磺醯氧二甲醯亞胺(halogenerated sulfonyloxy dicarboximides)、重氮二碸(diazodisulfones)、α-氰基氧胺磺酸鹽(α-cyanooxyamine-sulfonates)、醯亞胺磺酸鹽(imidesulfonates)、酮基重氮碸(ketodiazosulfones)、磺醯基重氮酯(sulfonyldiazoesters)、1,2-二(芳基磺酰基)肼(1,2-di(arylsulfonyl)hydrazines)、硝基芐基酯(nitrobenzyl esters)或其他合適的材料。
在一些實施例中，光阻溶液更包括淬滅劑(quencher)(Q)。淬滅劑(Q)為鹼型，且能夠中和酸。淬滅劑可以抑制光阻層110的其他活性成分，例如，抑制由光酸產生劑產生的酸擴散。在一些實施例中，淬滅劑包括氮原子，此氮原子具有能夠中和酸的不成對電子。
在一些實施例中，淬滅劑(Q)包括式(I)、(II)、(III)、(IV)或(V)。
在一些其他實施例中，光阻溶液更包括光分解鹼(photo-decompose base,PDB)或其他合適的光敏成分(photosensitive component)。在曝光區域中，光可分解鹼(PDB)是在暴露於光時會分解的鹼。在一些實施例中，光可分解鹼(PDB)包括式(VI)，且R1表示可以具有取代基的5個或更多個碳原子的脂環族基團；X表示二價連接基團；Y表示直鏈、支鏈或環狀伸烷基(alkylene group)或伸芳基(arylene group)；Rf表示含有氟原子的烴基；M+表示有機陽離子或金屬陽離子。
之後，使用塗佈製程將光阻溶液塗佈在材料層104上，以形成光阻層110於材料層104上。在一些實施例中，藉由進行旋轉塗佈製程將光阻溶液塗佈在材料層104上。如此一來，光阻層110包括第一聚合物12、第二聚合物14和溶劑。此外，光阻層110可視需要包括光酸產生劑、淬滅劑或光分解鹼。
接著，如第1B圖所示，依據本發明一些實施例，在塗佈製程之後，光阻層110包括底部分110a與頂部分110b。第1B圖中所繪示的虛線是為了更容易理解結構而繪製，然而，底部分110a與頂部分110b之間並沒有實際的界面或邊界存在。
應注意的是，由於有漂浮基團(F)44，第二聚合物14擴散到光阻層110的頂部分110b。在塗佈製程期間，第二聚 合物14與第一聚合物12沿不同方向擴散。這種現象稱為相分離。因此，光阻層110包括底部分110a與頂部分110b。大部分的第二聚合物14位於頂部分110b中，且大部分的第一聚合物12位於光阻層110的底部分110a中。第一聚合物12以第一濃度分佈在光阻層110的底部分110a中，且以第二濃度分佈在光阻層110的頂部分110b中，並且此第一濃度高於此第二濃度。第二聚合物14以第三濃度分佈在光阻層110的底部分110a中，且以第四濃度分佈在光阻層110的頂部分110b中，並且此第三濃度低於此第四濃度。
在一些實施例中，光阻層110包括化學增幅光阻(chemically amplified resist,CAR)材料。化學增幅光阻材料用於改善光阻層110的靈敏度。化學增幅光阻材料在暴露於輻射時可以產生多種化學反應，因而能夠化學性地放大對輻射的響應。
在一些實施例中，光阻層110更包括光酸產生劑(PAG)。當光阻層110暴露於輻射能量並吸收輻射時，光阻層110中的光酸產生劑會產生酸。
當光阻層110暴露於輻射時，光酸產生劑催化來自第一聚合物12及第二聚合物14的酸不穩定基團(acid labile group,ALG)的裂解。因此，當光阻層110處於酸性環境中時，第一酸不穩定基團(ALG1)32從第一聚合物12裂解。應注意的是，第一聚合物12的第一酸不穩定基團(ALG1)32具有第一活化能。活化能的定義是開始化學反應所需要的最小能量。受到保護的第一酸不穩定基團(ALG1)32在酸性環境下進行水解 (hydrolysis)反應。因此，藉由去保護反應將受到保護的酸不穩定基團(ALG)從聚合物主鏈上去保護或裂解。在酸不穩定基團從聚合物主鏈上裂解後，羧酸基團形成於聚合物中。因此，改變了光阻層110的曝光區域的極性(polarity)及/或溶解度。
第3A圖到第3C圖繪示依據本發明一些實施例之一些第一聚合物12及一些第二聚合物14的化學結構的示意圖。第一聚合物12擴散到光阻層110的底部分110a。在一些實施例中，第一聚合物12中的第一酸不穩定基團(ALG1)32是甲基環己基。第二聚合物14擴散到光阻層110的頂部分110b。在一些實施例中，第二聚合物14中的第二酸不穩定基團(ALG2)34是第三丁基。
如第3B圖所示，在一些實施例中，第一聚合物12中的第一酸不穩定基團(ALG1)32是乙基環己基。在一些實施例中，第二聚合物14中的第二酸不穩定基團(ALG2)34是甲基環己基。
如第3C圖所示，在一些實施例中，第一聚合物12中的第一酸不穩定基團(ALG1)32是異丙基環己基。在一些實施例中，第二聚合物14中的第二酸不穩定基團(ALG2)34是第三丁基。
之後，如第1C圖所示，依據本發明一些實施例，在光阻層110上形成罩幕10，並且在光阻層110上進行曝光製程172以形成曝光區域及未曝光區域。
曝光製程172的輻射能量可包括由氟化氪(Krypton Fluoride,KrF)準分子雷射(excimer laser)產生的248nm光束、 由氟化氬(Argon Fluoride,ArF)準分子雷射產生的193nm光束、由氟(Fluoride,F2)準分子雷射產生的157nm光束、或極紫外(Extreme ultra-violet,EUV)光，例如，波長約13.5nm的極紫外光。
極紫外(EUV)光廣泛使用於形成小型半導體裝置。然而，光阻層110對於極紫外光的光子吸收程度低，且光阻層110的底部分無法輕易地進行去保護反應，原因在於底部分比頂部分更遠離光源。如果光阻層110的底部分的暴光區域沒有完全移除，則浮渣(scum)可能會使相鄰的未曝光區域產生橋接，並且可能發生不欲發生的橋接問題。為了防止不欲發生的橋接，使具有相對較低的第一活化能的第一聚合物12集中在光阻層110的底部分110a中。
此外，如果光阻層110的頂部分的曝光區域具有較低的蝕刻抗性，則頂部分的曝光區域的將被過度地移除，進而導致不欲發生的斷線(line breakage)問題。為了防止斷線，使具有相對較高的第二活化能的第二聚合物14集中在光阻層110的頂部分110b中。因此，在光阻層110中設計兩種不同的聚合物，以改善光阻層110的圖案。
在曝光製程172之後，進行曝光後烘烤(post-exposure-baking,PEB)製程。當光阻層110暴露於輻射能量並吸收輻射時，光阻層110中的光酸產生劑產生酸。在曝光後烘烤製程的期間，當光阻層110處於酸性環境中時，酸不穩定基團(ALG)從第一聚合物12及第二聚合物14裂解。如此一來，改變了光阻層110的曝光區域的極性及/或溶解度。
在一些實施例中，曝光後烘烤製程包括使用微波或紅外線(IR)燈加熱製程。在一些實施例中，曝光後烘烤製程在約80℃至約140℃的溫度下進行。在一些其他實施例中進行，曝光後烘烤製程的持續時間為約30秒至約120秒。應注意的是，由於微波或紅外線燈加熱製程可以均勻地提供熱量，因此在微波或紅外線燈加熱製程中，可在特定的溫度下均勻地烘焙光阻層110。藉由均勻地提供熱量，可以使光阻層110中的化學反應快速地反應。如此一來，烘烤製程的加熱時間可以減少到小於120秒。
第4A圖繪示依據本發明一些實施例之在對光阻層110進行曝光製程172及曝光後烘烤製程之後發生於光阻層110中的反應的示意圖。
如第4A圖所示，在曝光後烘烤製程之後，第一酸不穩定基團(ALG1)32從第一聚合物12的第一聚合物主鏈12a釋放，且羧酸(COOH)基團形成於第一聚合物12中。此外，第二酸不穩定基團(ALG2)34從第二聚合物14的聚合物主鏈14a釋放，且羧酸基團形成於第二聚合物14中。
如上所述，大部分的第一聚合物12位於光阻層110的底部分110a，並且大部分的第二聚合物14位於光阻層110的頂部分110b。第二聚合物14的每一者具有第二酸不穩定基團(ALG2)34，其具有較高的活化能，因此光阻層110的頂部分110b中的第二聚合物14不易進行去保護反應。相反地，第一聚合物12的每一者具有第一酸不穩定基團(ALG1)32，其具有相對較低的活化能，因此光阻層110的底部分110a中的第一聚合物12可 以輕易地進行去保護反應。與第一聚合物12相比，在曝光製程與曝光後烘烤製程之後，第二聚合物14中有較多的第二酸不穩定基團(ALG2)34仍然鍵結到第二聚合物主鏈14a。在第一聚合物12中產生較多的羧酸基團。因此，第一聚合物12中的羧酸基團的數量大於第二聚合物14中的羧酸基團的數量。如此一來，由於有較多的羧酸基團鍵結到第一聚合物主鏈12a，因此光阻層110的底部分110a變得更親水。
接著，如第1D圖所示，依據本發明一些實施例，藉由進行顯影製程而顯影光阻層110，以形成經過圖案化的光阻層110’。經過圖案化的光阻層110’包括經過圖案化的頂部分110b’及經過圖案化的底部分110a’。經過圖案化的第一聚合物12’集中在經過圖案化的底部分110a’中，且經過圖案化的第二聚合物14’集中在經過圖案化的頂部分110b’中。
有兩種類型的顯影過程：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劑(positive tone developer)，其通常是指選擇性地溶解並移除光阻層的曝光部分的顯影劑。負型顯影製程使用負型顯影劑(negative tone developer)，其通常是指選擇性地溶解並移除光阻層的未曝光部分的顯影劑。在一些實施例中，正型顯影(PTD)顯影劑是水性鹼性顯影劑(aqueous base developer)，例如，氫氧化四甲銨(tetramethylammonium hydroxide,TMAH)。在一些實施例中，負型顯影(NTD)顯影劑是基於有機物的顯影劑(organic-based developer)，例如，乙酸正丁酯(n-butyl acetate,n-BA)。如第1D 圖所示，在一些實施例中，進行正型顯影製程，保留光阻層110的未曝光區域，並且藉由顯影劑移除光阻層110的曝光區域。
光阻層110的未曝光區域具有多個突出結構。在一些實施例中，存在間距P1，此間距P1是第一突出結構的左側壁表面與第二突出結構的左側壁表面之間的距離。
第4B圖繪示依據本發明一些實施例之第1D圖的區域A的的放大剖面圖。區域A顯示出經過圖案化的頂部分110b’及經過圖案化的底部分110a’。由於第一酸不穩定基團(ALG1)32具有較低的活化能，因此在經過圖案化的底部分110a’中形成較多的羧酸基團。由於第二酸不穩定基團(ALG2)34具有較高的活化能，因此有較多的第二酸不穩定基團(ALG2)34保留在經過圖案化的頂部分110b’中。因此，在經過圖案化的頂部分110b’中存在較多的第二酸不穩定基團(ALG2)34，而增加蝕刻抗性。
若底部分110a沒有減少到預定的量，則兩個相鄰的圖案可能會重疊並引起不欲發生的橋接。如上所述，由於第一酸不穩定基團(ALG1)32具有較低的活化能，較大量的第一酸不穩定基團(ALG1)32從第一聚合物12裂解，光阻層110的底部分110a變得親水並且容易使用鹼溶液(例如，氫氧化四甲銨)將其移除。因此，可防止橋接問題。
如果光阻層110的頂部分110b具有低蝕刻抗性，則會過度地移除圖案的頂部分，這可能會導致斷線的問題。為了防止斷線的線斷裂，將第二聚合物14設計成具有相對高的活化能，以使光阻層110的頂部分110b具有高蝕刻抗性。
如第4B圖所示，經過圖案化的底部分110a’具有第 一厚度T1，而經過圖案化的頂部分110b’具有第二厚度T2。總厚度H是第一厚度T1與第二厚度T2的總和。在一些實施例中，第二厚度T2對高度H的比率為約5%至約50%。
然後，如第1E圖所示，依據本發明一些實施例，藉由進行蝕刻製程並使用經過圖案化的光阻層110’作為罩幕，以移除材料層104的一部分。如此一來，形成經過圖案化的材料層104a。
應注意的是，將第一聚合物12與第二聚合物14設計成具有不同的化學結構和不同的性質。由於相分離現象，大部分的第一聚合物12向下擴散，而大部分的第二聚合物14向上擴散。在曝光後烘烤製程之後，一些酸不穩定基團被裂解而形成許多羧基。由於第一酸不穩定基團(ALG1)32具有較低的活化能，較多的第一酸不穩定基團(ALG1)32被去保護，而形成較多的羧酸基團。當有較多的羧酸基團鍵結到第一聚合物主鏈12a時，第一聚合物12的極性增加。因此，光阻層110的底部分110a比光阻層110的頂部分110b更為親水。換言之，經過圖案化的底部分110a’的極性高於經過圖案化的頂部分110b’的極性。
第5A圖到第5H圖繪示依據本發明之一些實施例之形成半導體結構之各個製程階段之剖面圖。形成繪示於第5A圖到第5H圖的半導體裝置結構所使用的一些製程與材料可相同於或相似於形成繪示於第1A圖到第1E圖的半導體裝置結構所使用的一些製程與材料，在此不再重複描述。在第5A圖到第5H圖中，三層光阻(tri-layer photoresist)層120形成於材料層104及基板102之上。此三層光阻層120包括底層(bottom layer) 106、中間層(middle layer)108及光阻層110。三層光阻層120被使用於將其下方的材料層圖案化，並在之後被移除。
如第5A圖所示，形成材料層104於基板102之上。材料層104被配置為在後續的製造過程中被圖案化或被摻雜。材料層104可以是一層或多層材料層。在一些實施例中，材料層104包括矽層、介電層及/或經過摻雜的多晶矽層。
之後，形成底層106於材料層104之上。底層106可以是三層光阻層120(也稱為三層光阻)的第一層。底層106可包括一材料，此材料是可圖案化的(patternable)及/或具有抗反射(anti-reflection)特性。在一些實施例中，底層106為底部抗反射塗佈(bottom anti-reflective coating,BARC)層。在一些實施例中，底層106包括碳主鏈聚合物(carbon backbone polymer)。在一些實施例中，底層106由無矽(silicon-free)材料所形成。在一些其他實施例中，底層106包括酚醛清漆樹脂(novolac resin)，例如，具有鍵結在一起的多個苯酚單元(phenol unit)的化學結構。在一些實施例中，藉由旋轉塗佈製程、化學氣相沉積製程、物理氣相沉積製程及/或其他合適的沉積製程形成底層106。
之後，形成中間層108於底層106之上，並形成光阻層110於中間層108之上。在一些實施例中，將底層106、中間層108及光阻層(或頂層)110稱為三層光阻結構。中間層108可具有一組成成分，此組成成分能夠提供用於微影製程的抗反射特性及/或硬罩幕(hard mask)特性。此外，中間層108被設計為提供相對於底層106及光阻層110的蝕刻選擇性。在一些實施 例中，中間層108包括含矽無機聚合物(silicon-containing inorganic polymer)。在一些實施例中，中間層108包括矽氧烷聚合物(例如，具有主鏈O-Si-O-Si-的聚合物)。在一些實施例中，光阻層110包括如第2A圖到第2C圖及第3A圖到第3C圖所繪示的化學結構。
隨後，如第5B圖所示，依據本發明一些實施例，第二聚合物14和第一聚合物12沿不同方向擴散，而形成底部分110a和頂部分110b。第5B圖中所繪示的虛線是為了更容易理解結構而繪製，然而，底部分110a與頂部分110b之間並沒有實際的界面或邊界存在。
由於第一聚合物12與第二聚合物14在旋轉塗佈製程中分別具有不同的性質，因此第二聚合物14向上擴散，且第一聚合物12向下擴散。這種現象稱為相分離。大多數的第二聚合物14位於頂部分110b中，且大多數的第一聚合物12位於光阻層110的底部分110a中。
光阻層110的頂部分110b包含比光阻層110的底部分110a更高濃度的第二聚合物14。光阻層110的底部分110a包含比光阻層110的頂部分110b更高濃度的第一聚合物12。
接著，如第5C圖所示，依據本發明一些實施例，在光阻層110上形成罩幕10，並且在光阻層110上進行曝光製程172。在曝光製程172之後，執行曝光後烘烤製程。
應注意的是，由於光阻層110包括第一聚合物12及第二聚合物14，其分別具有如第2A圖到第2C圖及第3A圖到第3C圖所繪示的結構，因此，底部分110a與頂部分110b由於其不 同的活化能而分別具有不同的對於顯影劑的蝕刻抗性。如此一來，光阻層110的底部分110a變得親水並且易於被鹼性溶液(例如，氫氧化四甲銨)移除。因此，可以避免不欲發生的橋接。此外，光阻層110的頂部分110b具有高蝕刻抗性，因此，光阻層110的頂部分110b的未曝光區域不會被過度的移除，因此不會發生斷線問題。
之後，如第5D圖所示，依據本發明一些實施例，藉由進行顯影製程而顯影光阻層110，以形成經過圖案化的光阻層110’。經過圖案化的光阻層110’包括經過圖案化的頂部分110b’及經過圖案化的底部分110a’。
在一些實施例中，進行正型顯影製程，保留光阻層110的未曝光區域，並且藉由顯影劑移除光阻層110的曝光區域。在一些實施例中，正型顯影顯影劑是水性鹼性顯影劑，例如，氫氧化四甲銨。
接著，如第5E圖所示，依據本發明一些實施例，藉由使用經過圖案化的光阻層110’作為罩幕，以移除中間層108的一部分，而形成經過圖案化的中間層108a。如此一來，經過圖案化的光阻層110’的圖案被轉移到中間層108。
可藉由乾式蝕刻製程、濕式蝕刻製程或上述之組合，以移除中間層108的一部分。在一些實施例中，蝕刻製程包括電漿體蝕刻製程，其使用具有氟的蝕刻劑，例如，CF、CF2、CF3、CF4、C2F2、C2F3、C3F4、C4F4、C4F6、C5F6、C6F6、C6F8或上述之組合。
之後，依據本發明一些實施例，移除經過圖案化 的光阻層110’。在一些實施例中，藉由濕式蝕刻製程或乾式蝕刻製程移除經過圖案化的光阻層110’。
接下來，如第5F圖所示，依據本發明一些實施例，藉由使用經過圖案化的中間層108a作為罩幕，以移除底層106的一部分，而形成經過圖案化的底層106a。如此一來，經過圖案化的中間層108a的圖案被轉移到底層106。
之後，如第5G圖所示，依據本發明一些實施例，藉由進行離子佈植製程174並使用經過圖案化的光阻層110’作為罩幕，以摻雜材料層104的一部分。之後，移除經過圖案化的中間層108a及經過圖案化的底層106a。
如此一來，如第5H圖所示，形成摻雜區域105於材料層104中。可使用p型摻質(例如，硼或二氟化硼)及/或n型摻質(例如，磷或砷)對摻雜區域105進行摻雜。
在此提供用於形成半導體裝置結構的一些實施例。形成材料層於基板上，並且形成光阻層於上述材料層上。藉由進行曝光製程、烘烤製程及蝕刻製程將上述光阻層圖案化。光阻溶液包括許多第一聚合物及許多第二聚合物。第一聚合物的每一者包括第一聚合物主鏈及鍵結到第一聚合物主鏈的第一酸不穩定基團，其中上述第一酸不穩定基團具有第一活化能。第二聚合物的每一者包括第二聚合物主鏈及鍵結到第二聚合物主鏈的第二酸不穩定基團，其中上述第二酸不穩定基團具有第二活化能，且第二活化能大於第一活化能。第二聚合物的每一者更包括漂浮基團，以使第二聚合物漂浮。如此一來，第一聚合物集中在光阻層的底部分，而第二聚合物集中在光阻 層的頂部分。第一聚合物及第二聚合物的設計，使光阻層的頂部分具有高蝕刻抗性，並且不會移除太多的頂部分。此外，光阻層的底部分變得親水，並且可藉由顯影劑容易地除去。因此，可避免橋接及斷線的問題。光阻層圖案的解析度及/或尺寸控制得到改善。因此，改善形成半導體裝置結構的效能。
在本發明的一些實施例中，提供一種半導體結構的形成方法。此方法包括形成材料層於基板上，並且提供光阻溶液。上述光阻溶液包括複數個第一聚合物及複數個第二聚合物，上述第一聚合物的每一者包括第一聚合物主鏈及鍵結到上述第一聚合物主鏈的第一酸不穩定基團，其中上述第一酸不穩定基團具有第一活化能。上述第二聚合物的每一者包括第二聚合物主鏈及鍵結到上述第二聚合物主鏈的第二酸不穩定基團，其中上述第二酸不穩定基團具有第二活化能，其中上述第二活化能大於上述第一活化能。此方法包括形成光阻層於上述材料層上，其中上述光阻層包括頂部分及底部分，上述第一聚合物擴散到上述底部分，且上述第二聚合物擴散到上述頂部分。此方法亦包括藉由進行曝光製程以曝光上述光阻層的一部分，並且移除上述光阻層的一部分，以形成經過圖案化的光阻層。此方法亦包括藉由使用上述經過圖案化的光阻層作為罩幕，以圖案化上述材料層，並且移除上述經過圖案化的光阻層。
如本發明的一些實施例所述之半導體結構的形成方法，其中藉由進行塗佈製程，以形成上述光阻層於上述材料層上，且上述第一聚合物與上述第二聚合物沿不同方向擴散。
如本發明的一些實施例所述之半導體結構的形成 方法，其中上述第一聚合物以第一濃度分佈在上述底部分中，且以第二濃度分佈在上述頂部分中，且上述第一濃度高於上述第二濃度。
如本發明的一些實施例所述之半導體結構的形成方法，其中上述第二聚合物以第三濃度分佈在上述底部分中，且以第四濃度分佈在上述頂部分中，且上述第三濃度低於上述第四濃度。
如本發明的一些實施例所述之半導體結構的形成方法，其中上述第二聚合物的每一者更包括鍵結到上述第二聚合物主鏈的漂浮基團，且上述漂浮基團包括氟化碳(CxFy)。
如本發明的一些實施例所述之半導體結構的形成方法，其中上述第二聚合物的每一者更包括鍵結到上述第二酸不穩定基團的漂浮基團。
如本發明的一些實施例所述之半導體結構的形成方法，其中上述經過圖案化的光阻層包括經過圖案化的頂部分及經過圖案化的底部分，其中上述經過圖案化的底部分的極性高於上述經過圖案化的頂部分的極性。
如本發明的一些實施例所述之半導體結構的形成方法，其中上述第一聚合物的每一者具有第一平均分子量，且上述第二聚合物的每一者具有第二平均分子量，其中上述第二平均分子量大於上述第一平均分子量。
如本發明的一些實施例所述之半導體結構的形成方法，其中藉由鹼性溶液移除上述光阻層的一部分，且上述鹼性溶液為氫氧化四甲銨。
如本發明的一些實施例所述之半導體結構的形成方法，其中更包括：在進行上述曝光製程之後，在上述光阻層上進行烘烤製程，其中上述第一酸不穩定基團從上述第一聚合物主鏈裂解，且上述第二酸不穩定基團從上述第二聚合物主鏈裂解。
在本發明的另一些實施例中，提供一種半導體結構的形成方法。此方法包括形成材料層於基板上，並且形成光阻層於上述基板上。上述光阻層包括頂部分及底部分，上述光阻層的上述底部分包括複數個第一聚合物，上述光阻層的上述頂部分包括複數個第二聚合物。上述第一聚合物的每一者包括具有第一活化能的第一酸不穩定基團，且上述第二聚合物的每一者包括具有第二活化能的第二酸不穩定基團，以及漂浮基團，其中上述第二活化能大於上述第一活化能。此方法亦包括圖案化上述光阻層，以形成經過圖案化的光阻層。
如本發明的另一些實施例所述之半導體結構的形成方法，其中上述第一聚合物的每一者具有第一平均分子量，且上述第二聚合物的每一者具有第二平均分子量，其中上述第二平均分子量大於上述第一平均分子量。
如本發明的另一些實施例所述之半導體結構的形成方法，其中圖案化上述光阻層包括：藉由進行曝光製程曝光上述光阻層的一部分，以形成曝光區域及未曝光區域；以及在上述光阻層上進行曝光後烘烤製程，其中當在上述光阻層上進行上述曝光後烘烤製程時，上述第一酸不穩定基團與上述第二酸不穩定基團分別從上述第一聚合物主鏈與上述第二聚合物 主鏈裂解。
如本發明的另一些實施例所述之半導體結構的形成方法，其中上述經過圖案化的光阻層的上述頂部分的極性低於上述經過圖案化的光阻層的上述底部分的極性。
如本發明的另一些實施例所述之半導體結構的形成方法，其中上述第一酸不穩定基團的一部分從上述第一聚合物裂解，而形成具有複數個羧酸基團的複數個第一聚合物，且上述第二酸不穩定基團的一部分從上述第二聚合物裂解，而形成具有複數個羧酸基團的複數個第二聚合物，其中在上述第一聚合物中的上述羧酸基團的數量高於在上述第二聚合物中的上述羧酸基團的數量。
如本發明的另一些實施例所述之半導體結構的形成方法，其中上述漂浮基團鍵結到第二聚合物主鏈或上述第二酸不穩定基團。
在本發明的又一些實施例中，提供一種。半導體結構的形成方法。此方法包括形成材料層於基板上，並且形成底層於上述材料層上。此方法亦包括形成中間層於上述底層上，並且形成光阻層於上述中間層上。上述光阻層包括複數個第一聚合物及複數個第二聚合物。上述第一聚合物的每一者包括具有第一活化能的第一酸不穩定基團，且上述第二聚合物的每一者包括具有第二活化能的第二酸不穩定基團，其中上述第二活化能大於上述第一活化能。此方法亦包括藉由進行曝光製程曝光上述光阻層的一部分，以形成曝光區域及未曝光區域。此方法亦包括在上述光阻層上進行曝光後烘烤製程，其中在曝 光後烘烤製程之後，上述第一酸不穩定基團的一部分從上述第一聚合物裂解，而形成具有複數個羧酸基團的複數個第一聚合物，且上述第二酸不穩定基團的一部分從上述第二聚合物裂解，而形成具有複數個羧酸基團的複數個第二聚合物，且其中在上述第一聚合物中的上述羧酸基團的數量大於在上述第二聚合物中的上述羧酸基團的數量。此方法亦包括蝕刻上述光阻層的一部分，以形成經過圖案化的光阻層。
如本發明的又一些實施例所述之半導體結構的形成方法，其中上述第二聚合物的每一者更包括第二聚合物主鏈，以及鍵結到上述第二聚合物主鏈的漂浮基團，且上述漂浮基團包括氟化碳(CxFy)。
如本發明的又一些實施例所述之半導體結構的形成方法，其中更包括：藉由使用上述經過圖案化的光阻層作為罩幕，移除上述中間層的一部分，以形成經過圖案化的中間層；藉由使用上述經過圖案化的中間層作為罩幕，移除上述底層的一部分，以形成經過圖案化的底層；藉由使用上述經過圖案化的底層作為罩幕，在上述材料層上進行蝕刻製程或離子佈植製程。
如本發明的又一些實施例所述之半導體結構的形成方法，其中上述第一聚合物的每一者具有第一平均分子量，且上述第二聚合物的每一者具有第二平均分子量，其中上述第二平均分子量大於上述第一平均分子量。
前述內文概述了許多實施例的部件，使本技術領域中具有通常知識者可以從各個方面更佳地了解本發明實施 例。本技術領域中具有通常知識者應可理解，且可輕易地以本發明實施例為基礎來設計或修飾其他製程及結構，並以此達到相同的目的及/或達到與在此介紹的實施例等相同之優點。本技術領域中具有通常知識者也應了解這些相等的結構並未背離本發明的發明精神與範圍。在不背離本發明的發明精神與範圍之前提下，可對本發明進行各種改變、置換或修改。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (1)

  1. 一種半導體結構的形成方法，包括：形成一材料層於一基板上；提供一光阻溶液，其中該光阻溶液包括複數個第一聚合物及複數個第二聚合物，該等第一聚合物的每一者包括一第一聚合物主鏈及鍵結到該第一聚合物主鏈的一第一酸不穩定基團，其中該第一酸不穩定基團具有一第一活化能，該等第二聚合物的每一者包括一第二聚合物主鏈及鍵結到該第二聚合物主鏈的一第二酸不穩定基團，其中該第二酸不穩定基團具有一第二活化能，其中該第二活化能大於該第一活化能；形成一光阻層於該材料層上，其中該光阻層包括一頂部分及一底部分，該等第一聚合物擴散到該底部分，且該等第二聚合物擴散到該頂部分；藉由進行一曝光製程以曝光該光阻層的一部分；移除該光阻層的一部分以形成一經過圖案化的光阻層；藉由使用該經過圖案化的光阻層作為罩幕，以圖案化該材料層；以及移除該經過圖案化的光阻層。
TW107126700A 2017-08-01 2018-08-01 半導體結構的形成方法 TW201911374A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762539704P 2017-08-01 2017-08-01
US62/539,704 2017-08-01
US16/027,680 2018-07-05
US16/027,680 US11003082B2 (en) 2017-08-01 2018-07-05 Method for forming semiconductor structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201911374A true TW201911374A (zh) 2019-03-16

Family

ID=65230539

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW107126700A TW201911374A (zh) 2017-08-01 2018-08-01 半導體結構的形成方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11003082B2 (zh)
CN (1) CN109326511A (zh)
TW (1) TW201911374A (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10573519B2 (en) * 2017-09-08 2020-02-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method for performing a photolithography process
TWI777426B (zh) * 2020-02-27 2022-09-11 台灣積體電路製造股份有限公司 光阻底層組成物與製造半導體裝置的方法
US12222650B2 (en) * 2020-02-27 2025-02-11 Taiwan Semiconductor Manufacuring Company, Ltd. Photoresist underlayer and method of manufacturing a semiconductor device
US12112948B2 (en) * 2020-08-18 2024-10-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of manufacturing integrated circuit device using a metal-containing photoresist composition
CN117877973B (zh) * 2024-03-08 2024-06-04 合肥晶合集成电路股份有限公司 一种半导体结构的制造方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8764995B2 (en) 2010-08-17 2014-07-01 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Extreme ultraviolet light (EUV) photomasks, and fabrication methods thereof
US8841047B2 (en) 2012-04-02 2014-09-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Extreme ultraviolet lithography process and mask
US8877409B2 (en) 2012-04-20 2014-11-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Reflective mask and method of making same
US8828625B2 (en) 2012-08-06 2014-09-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Extreme ultraviolet lithography mask and multilayer deposition method for fabricating same
US9093530B2 (en) 2012-12-28 2015-07-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Fin structure of FinFET
US9146469B2 (en) * 2013-03-14 2015-09-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Middle layer composition for trilayer patterning stack
US8796666B1 (en) 2013-04-26 2014-08-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. MOS devices with strain buffer layer and methods of forming the same
US9548303B2 (en) 2014-03-13 2017-01-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. FinFET devices with unique fin shape and the fabrication thereof
US9529268B2 (en) 2014-04-03 2016-12-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Systems and methods for improving pattern transfer
US9256123B2 (en) 2014-04-23 2016-02-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method of making an extreme ultraviolet pellicle
US9184054B1 (en) 2014-04-25 2015-11-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method for integrated circuit patterning

Also Published As

Publication number Publication date
CN109326511A (zh) 2019-02-12
US20190043710A1 (en) 2019-02-07
US11003082B2 (en) 2021-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12019375B2 (en) Photosensitive material and method of lithography
US10281819B2 (en) Silicon-containing photoresist for lithography
US11003082B2 (en) Method for forming semiconductor structure
US10520821B2 (en) Lithography process with enhanced etch selectivity
US11036137B2 (en) Method for forming semiconductor structure
US20230251578A1 (en) Method for forming semiconductor structure
US11495460B2 (en) Method for forming semiconductor structure by patterning resist layer having inorganic material
US9704711B2 (en) Silicon-based middle layer composition
US10796910B2 (en) Method for performing a photolithography process
TW201915609A (zh) 半導體結構的形成方法
US10990013B2 (en) Method for forming semiconductor structure
US10096481B1 (en) Method for forming semiconductor structure
TWI743720B (zh) 半導體結構的形成方法
US10879078B2 (en) Method of patterning resist layer and method of forming semiconductor structure using patterned resist layer