本發(fā)明實(shí)施例關(guān)于半導(dǎo)體裝置的制作方法，更特別關(guān)于微影中的光敏層組成及采用其的方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)已快速成長(zhǎng)一段時(shí)日。集成電路設(shè)計(jì)與材料的技術(shù)進(jìn)展，使每一代的集成電路均比前一代的集成電路具有更小且更復(fù)雜的電路。然而上述進(jìn)展增加ic制程的復(fù)雜性，因此集成電路制程需要類似發(fā)展以實(shí)現(xiàn)上述進(jìn)展。在集成電路進(jìn)化中，功能密度(如單位芯片所具有的內(nèi)連線裝置數(shù)目)越來(lái)越大，而幾何尺寸(如制程所能形成的最小構(gòu)件或線路)則越來(lái)越小。上述尺寸縮小制程通常有利于增加產(chǎn)能與降低相關(guān)成本。上述尺寸縮小亦增加集成電路制程的復(fù)雜性。

微影已用于圖案化基板如晶片，以形成集成電路的多種結(jié)構(gòu)。在一般的微影制程中，光阻層形成于基板上，并以射線曝光形成集成電路的潛影像。接著在顯影劑如化學(xué)溶液中顯影曝光后的光阻層，以移除部份光阻層并形成光阻圖案。接著以光阻圖案作為后續(xù)蝕刻制程的蝕刻掩模，將圖案轉(zhuǎn)移至下方的材料層。為了作為蝕刻掩模，光阻圖案需對(duì)后續(xù)的蝕刻制程具有抗蝕刻性。目前亟需新的改良光阻材料，其抗蝕刻性需高于現(xiàn)有的光阻材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明一實(shí)施例提供的微影圖案化方法，包括：形成光阻層于基板上，其中光阻層包含聚合物骨架，化學(xué)鍵結(jié)至聚合物骨架的酸敏基團(tuán)、光酸產(chǎn)生劑、溶劑、以及化學(xué)鍵結(jié)至交聯(lián)劑的含硅單元；對(duì)光阻層進(jìn)行曝光制程；以及顯影光阻層，以形成圖案化的光阻層。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明多種實(shí)施例中，微影圖案化方法的流程圖。

圖2a、2b、2c、2d、2e、與2f一實(shí)施例中，依據(jù)圖1的方法形成目標(biāo)圖案的剖視圖。

圖3a與4a本發(fā)明多種實(shí)施例中，光阻的結(jié)構(gòu)。

圖3b與4b一實(shí)施例中，在進(jìn)行圖1的方法的步驟時(shí)，圖3a與4a的光阻結(jié)構(gòu)。

圖5本發(fā)明實(shí)施例中，光阻中交聯(lián)劑組份的結(jié)構(gòu)。

圖6a、6b、6c、6d、6e、6f、與6g本發(fā)明實(shí)施例中，光阻內(nèi)的含硅組份的結(jié)構(gòu)。

圖7a、7b、7c、7d、7e、與7f另一實(shí)施例中，依據(jù)圖1的方法形成目標(biāo)圖案的剖視圖。

圖8a本發(fā)明實(shí)施例中，光阻的結(jié)構(gòu)。

圖8b一實(shí)施例中，在進(jìn)行圖1的方法的步驟時(shí)，圖8a的光阻結(jié)構(gòu)。

【符號(hào)說(shuō)明】

100方法

102、104、106、108、110、112步驟

200、400半導(dǎo)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光掩模

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(tuán)

308、308a、308b、508極性單元

310、310a、310b第一含硅單元

312、512光酸產(chǎn)生劑

314、514溶劑

315抗蝕刻增進(jìn)單元

316交聯(lián)劑

318第二含硅單元

320、520中間鍵結(jié)單元

518含硅單元

具體實(shí)施方式

下述內(nèi)容提供的不同實(shí)施例或?qū)嵗蓪?shí)施本發(fā)明實(shí)施例的不同結(jié)構(gòu)。特定構(gòu)件與排列的實(shí)施例用以簡(jiǎn)化本發(fā)明實(shí)施例而非局限本發(fā)明實(shí)施例。舉例來(lái)說(shuō)，形成第一構(gòu)件于第二構(gòu)件上的敘述包含兩者直接接觸，或兩者的間隔有其他額外構(gòu)件而非直接接觸。此外，本發(fā)明的多種例子中可重復(fù)標(biāo)號(hào)，但這些重復(fù)僅用以簡(jiǎn)化與清楚說(shuō)明，不代表不同實(shí)施例及/或設(shè)置之間具有相同標(biāo)號(hào)的單元之間具有相同的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

此外，空間性的相對(duì)用語(yǔ)如「下方」、「其下」、「較下方」、「上方」、「較上方」、或類似用語(yǔ)可用于簡(jiǎn)化說(shuō)明某一元件與另一元件在圖示中的相對(duì)關(guān)系。空間性的相對(duì)用語(yǔ)可延伸至以其他方向使用的元件，而非局限于圖示方向。元件亦可轉(zhuǎn)動(dòng)90°或其他角度，因此方向性用語(yǔ)僅用以說(shuō)明圖示中的方向。

本發(fā)明實(shí)施例關(guān)于半導(dǎo)體裝置的制作方法，更特別關(guān)于微影中的光敏層組成及采用其的方法。在一般的微影圖案化中，光阻層(或膜)旋轉(zhuǎn)涂布至基板上，接著以射線曝光光阻層。之后以顯影液(化學(xué)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(fù)型光阻中的未曝光部份)，以形成光阻圖案。在后續(xù)蝕刻制程中，以光阻圖案作為蝕刻掩模，并將圖案轉(zhuǎn)移至下方的材料層。在另一實(shí)施例中，后續(xù)離子植入制程以光阻圖案作為離子植入掩模，以將離子植入至下方的材料層(如外延半導(dǎo)體層)。

一般而言，作為蝕刻掩模的光阻圖案具有足夠的抗蝕刻性。當(dāng)光阻圖案作為蝕刻下方厚層(如具有硅或金屬成份的旋涂(soc)層)的蝕刻掩模時(shí)，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(shí)所用的現(xiàn)有光阻材料，通常具有不足的抗蝕刻性。為克服此問(wèn)題，一般的微影形成薄硬掩模層于光阻圖案與下方層之間。光阻圖案作為蝕刻硬掩模的蝕刻掩模，接著再以圖案化的硬掩模作為蝕刻下方層的蝕刻掩模。額外硬掩模層的相關(guān)材料與制程將提供整體的制作成本。如此一來(lái)，本發(fā)明實(shí)施例的主題的一為提供新的改良光阻，其抗蝕刻性高于現(xiàn)有光阻，因此此新的改良光阻所形成的光阻圖案可用于直接蝕刻下方厚層。

一般顯影曝光光阻層的制程有兩種：正型顯影制程與負(fù)型顯影制程。在正型顯影制程中，顯影劑將溶解移除光阻層的曝光區(qū)域。在負(fù)型顯影制程中，顯影劑將溶解移除光阻層的未曝光區(qū)域。正型顯影與負(fù)型顯影制程可采用不同顯影劑。在本發(fā)明實(shí)施例中，曝光區(qū)域即光阻層被射線能量照射的區(qū)域，且射線能量高于光阻在曝光后(有時(shí)進(jìn)一步包含曝光后烘烤制程)轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢扇?在負(fù)型顯影制程中)或可溶(在正型顯影制程中)的預(yù)定臨界值。同樣地，光阻膜的未曝光區(qū)即光阻于曝光后，維持可溶(在負(fù)型顯影制程中)或不可溶(在正型顯影制程中)的區(qū)域。本發(fā)明實(shí)施例的主題的一為提供新的改良光阻，以用于正型顯影與負(fù)型顯影制程。

圖1本發(fā)明多種實(shí)施例中，圖案化基板(如半導(dǎo)體晶片)的方法100的流程圖。實(shí)施全部或部份方法100的系統(tǒng)，可采用深紫外線微影、極紫外線微影、電子束微影、x光微影、離子束微影、或其他微影制程。在方法100之前、之中、與之后可進(jìn)行額外步驟，且一些實(shí)施例的下述一些步驟可置換、省略、或調(diào)換順序。方法100僅用以舉例，并非用以局限本發(fā)明，且本發(fā)明的實(shí)際范圍端視申請(qǐng)專利范圍而定。

在下述內(nèi)容中，方法100將先搭配圖2a至2f說(shuō)明，其中半導(dǎo)體裝置200的制作方法采用方法100的實(shí)施例的負(fù)型顯影制程。接著，方法100搭配圖7a至7f說(shuō)明，其中半導(dǎo)體裝置400的制作方法采用方法100的實(shí)施例的正型顯影制程。半導(dǎo)體裝置200與400可各自為集成電路制程中的中間裝置或其部份，其可包含靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器及/或邏輯電路；無(wú)源構(gòu)件如電阻、電感、或電感；或有源構(gòu)件如二極管、場(chǎng)效晶體管、p型場(chǎng)效晶體管、n型場(chǎng)效晶體管、鰭狀場(chǎng)效晶體管、其他三維場(chǎng)效晶體管、金氧半場(chǎng)效晶體管、互補(bǔ)式金氧半場(chǎng)效晶體管、雙極晶體管、高電壓晶體管、高頻晶體管、其他存儲(chǔ)單元、或上述的組合。

如圖1所示，圖1的方法100的步驟102提供圖2a的基板202。如圖2a所示，基板202包含一或多層的材料或組成。在一實(shí)施例中，基板202為半導(dǎo)體基板(如晶片)。在另一實(shí)施例中，基板202包含結(jié)晶結(jié)構(gòu)的硅。在其他實(shí)施例中，基板202包含其他半導(dǎo)體元素如鍺；半導(dǎo)體化合物如碳化硅、砷化鎵、砷化銦、或磷化銦；半導(dǎo)體合金如gaasp、alinas、algaas、ingaas、gainp、及/或gainasp；或上述的組合?；?02可包含絕緣層上硅基板、增加效能的應(yīng)變層、外延區(qū)、隔離區(qū)、摻雜區(qū)、一或多個(gè)半導(dǎo)體裝置或其部份、導(dǎo)電層及/或非導(dǎo)電層、及/或其他合適結(jié)構(gòu)或?qū)訝钗铩?/p>

在其他實(shí)施例中，基板202為光掩?；迩铱砂蜔崤蛎洸牧先缡ⅰ⒐?、碳化硅、或氧化硅-氧化鈦化合物。在此例中，基板202如光掩?；蹇捎糜谥谱魃钭贤饩€光掩模、極紫外線光掩模、或其他種類的光掩模。

圖1的方法100的步驟104形成圖2b的材料層204于基板202上。如圖2b所示的一實(shí)施例中，材料層204包含介電材料如非晶硅(α-si)、氧化硅、氮化硅(sin)、氮化鈦、氧化鋁、或其他合適材料或組成。在一實(shí)施例中，材料層204為抗反射涂層如無(wú)氮抗反射涂層，其可包含材料如氧化硅、碳化硅氧、或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積氧化硅。在一些實(shí)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。

圖1的方法100的步驟106形成光阻層206于基板202上，且此實(shí)施例中的光阻層206特別位于材料層204上。如圖2c所示的一實(shí)施例中，光阻層206的形成方法為旋轉(zhuǎn)涂布液態(tài)聚合物材料于材料層204上。在一實(shí)施例中，進(jìn)一步以軟烘烤制程與硬烘烤制程處理光阻層206。在一實(shí)施例中，光阻層206對(duì)射線如i線光、深紫外光(氟化氪準(zhǔn)分子激光的248nm射線，或氟化氬準(zhǔn)分子激光的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(shí)施例中，光阻層206為負(fù)型顯影光阻，即射線照射的部份在負(fù)型顯影顯影液中的溶解度降低。

在一實(shí)施例中，材料層204亦為聚合物材料，且亦旋轉(zhuǎn)涂布于基板202上。在此實(shí)施例中，材料層204與光阻層206對(duì)射線的光學(xué)性質(zhì)不同。舉例來(lái)說(shuō)，材料層204與光阻層206可具有實(shí)質(zhì)上不同的折射率(n)、消光系數(shù)(k)、或光譜穿透率(t)。

在此實(shí)施例中，光阻206包含光敏化學(xué)品、具有一或多個(gè)酸敏基團(tuán)的聚合物材料、與溶劑。光敏化學(xué)品可為光酸產(chǎn)生劑，在照射射線后可產(chǎn)生酸。在化學(xué)放大反應(yīng)中，酸使酸敏基團(tuán)自聚合物材料斷裂。在此實(shí)施例中，光阻層206更包括含硅單元。硅單元在酸敏基團(tuán)自聚合物斷裂后，可化學(xué)鍵結(jié)至聚合物材料。含硅單元有利于增加光阻層206于后續(xù)蝕刻制程中的抗蝕刻性。

圖3a本發(fā)明一些實(shí)施例中，用于光阻層206的光阻材料300。光阻材料300包含第一聚合物302、光酸產(chǎn)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(xué)鍵結(jié)至聚合物骨架的酸敏基團(tuán)306。在此實(shí)施例中，第一聚合物302更包含極性單元308與第一含硅單元310，且上述兩者均化學(xué)鍵結(jié)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(shí)施例中，極性單元308可為羥基金剛烷、降冰片烷內(nèi)酯、γ-丁內(nèi)酯、或上述的衍生物。第一含硅單元310可增加光阻層206的抗蝕刻性。在此實(shí)施例中，光阻材料300更包含抗蝕刻增進(jìn)單元315?？刮g刻增進(jìn)單元315包含交聯(lián)劑316，以及化學(xué)鍵結(jié)至交聯(lián)劑316的第二含硅單元318。交聯(lián)劑316與含硅單元318可直接鍵結(jié)，或者經(jīng)由中間鍵結(jié)單元320間接鍵結(jié)。在此實(shí)施例中，光酸產(chǎn)生劑312與抗蝕刻增進(jìn)單元315與聚合物302混摻于溶劑314中。溶劑314中多種成份的混摻，可由光阻供應(yīng)商或半導(dǎo)體廠商的站點(diǎn)完成?？刮g刻增進(jìn)單元315，特別是第二含硅單元318可進(jìn)一步增加光阻層206的抗蝕刻性。上述內(nèi)容將于下述步驟108中應(yīng)證。在一些實(shí)施例中，光阻材料300更包含淬息劑(quencher)，以用于中和光酸產(chǎn)生劑312產(chǎn)生的過(guò)量酸及/或抑制光阻除氣。在一些實(shí)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(jí)胺、二級(jí)胺、或三級(jí)胺。在一些實(shí)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(shí)施例中，光阻材料300的分子量介于1000至20000之間。

圖1的方法100的步驟108以微影系統(tǒng)中的射線束208曝光光阻層206。如圖2d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(zhǔn)分子激光(248nm)或氟化氬準(zhǔn)分子激光(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可操作于空氣中、液體中(浸潤(rùn)式微影)、或真空中(如極紫外光微影或電子束微影)。在一實(shí)施例中，射線束208經(jīng)光掩模210圖案化。光掩模210可為穿透式光掩模或反射式光掩模，其可包含解析度增進(jìn)技術(shù)如相位移及/或光學(xué)鄰近修正。光掩模210包含多種圖案，以用于形成集成電路結(jié)構(gòu)于基板202之中或之上。在另一實(shí)施例中，射線束208依預(yù)定圖案如集成電路布局直接調(diào)整，而不需使用光掩模(比如采用電子束的無(wú)光掩模微影)。

在此實(shí)施例中，曝光的部份206a對(duì)應(yīng)射線束208而產(chǎn)生化學(xué)變化。舉例來(lái)說(shuō)，光酸產(chǎn)生劑312對(duì)應(yīng)射線束208而釋放酸，如圖3a所示。酸自聚合物骨架304切斷酸敏基團(tuán)306，使聚合物302更親水。如此一來(lái)，曝光的部份206a轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谟袡C(jī)顯影液如乙酸正丁酯。在一些實(shí)施例中，方法100更對(duì)曝光的光阻層206進(jìn)行曝光后烘烤制程。曝光后烘烤制程可加速上述產(chǎn)酸與斷裂反應(yīng)。在一實(shí)施例中，曝光后烘烤制程可在熱腔室中進(jìn)行，且腔室溫度介于約120℃至約160℃之間。

在此實(shí)施例中，可設(shè)計(jì)圖3a的抗蝕刻增進(jìn)單元315，使因上述斷裂反應(yīng)而失去酸敏基團(tuán)306的聚合物骨架304與交聯(lián)劑316反應(yīng)。上述設(shè)計(jì)的凈效應(yīng)為曝光的步驟108及/或曝光后烘烤制程中，抗蝕刻增進(jìn)單元315可置換酸敏基團(tuán)306。圖3b為上述置換步驟后部份的聚合物302a。如圖3b所示的此實(shí)施例中，聚合物302a包含聚合物骨架304，以及化學(xué)鍵結(jié)至聚合物骨架的抗蝕刻增進(jìn)單元315。聚合物302a更包含化學(xué)鍵結(jié)至聚合物骨架304的極性單元308與第一含硅單元310。酸敏基團(tuán)306自聚合物304斷裂后，將于后續(xù)制程中移除。由于聚合物302a包含第二含硅單元318，因此有利于增加曝光部份206a的抗蝕刻性。

圖4a本發(fā)明一些實(shí)施例中，用于光阻層206的另一光阻材料330。如圖4a所示，光阻材料330包含第一聚合物302、光酸產(chǎn)生劑312、與溶劑314，如前述的圖3a。第一聚合物302包含聚合物骨架304，且酸敏基團(tuán)306、極性單元308、與第一含硅單元310化學(xué)鍵結(jié)至聚合物骨架304。光阻材料330亦包含抗蝕刻增進(jìn)單元317。抗蝕刻增進(jìn)單元317包含兩個(gè)交聯(lián)劑316化學(xué)鍵結(jié)至一個(gè)第二含硅單元318。兩個(gè)交聯(lián)劑316可直接鍵結(jié)至第二含硅單元318，或者經(jīng)由兩個(gè)中間鍵結(jié)單元320間接鍵結(jié)至第二含硅單元318。

圖4b曝光的部份206a中，光阻材料330的部份結(jié)構(gòu)。如圖4b所示，酸敏基團(tuán)306自兩個(gè)聚合物302a與302b斷裂，且聚合物302a與302b各自為圖4a所示的聚合物302。舉例來(lái)說(shuō)，聚合物302a包含聚合物骨架304a、極性單元308a、與第一含硅單元310a，而聚合物302b包含聚合物骨架304b、極性單元308b、與第一含硅單元310b。此外，在曝光的步驟108及/或后續(xù)的曝光后烘烤制程中，抗蝕刻增進(jìn)單元317交聯(lián)兩個(gè)聚合物302a與302b以形成更大的聚合物。抗蝕刻增進(jìn)單元317不只提供額外的硅含量，更增大聚合物于曝光的部份206a，以改善其抗蝕刻性。

在一實(shí)施例中，光阻材料300與330的交聯(lián)劑316包含胺、氮丙環(huán)、氫氧化物、脂肪族環(huán)氧化合物、環(huán)脂肪族環(huán)氧化合物、氧雜環(huán)丁烷、或馬來(lái)酸酐。交聯(lián)劑316的化學(xué)結(jié)構(gòu)例亦圖示于圖5。在圖5中的每一化學(xué)結(jié)構(gòu)中，符號(hào)l指的是中間鍵結(jié)單元320。

在一實(shí)施例中，第二含硅單元318包含硅氧鍵。在一實(shí)施例中，第二含硅單元318包含倍半硅氧烷。舉例來(lái)說(shuō)，第二含硅單元318可為籠狀倍半硅氧烷，如圖6a、6b、6c、與6d所示。第二含硅單元318可為其他種類的倍半硅氧烷。舉例來(lái)說(shuō)，第二含硅單元318可為不完整的籠狀倍半硅氧烷(如圖6e所示)、梯狀倍半硅氧烷(如圖6f所示)、或無(wú)規(guī)倍半硅氧烷(如圖6g所示)。在圖6a至6g中，符號(hào)r指的是交聯(lián)劑316，而符號(hào)l指的是中間鍵結(jié)結(jié)構(gòu)320。

在一實(shí)施例中，中間鍵結(jié)單元320具有芳香環(huán)結(jié)構(gòu)。在另一實(shí)施例中，中間鍵結(jié)單元320具有0至6個(gè)碳原子的鏈狀結(jié)構(gòu)。舉例來(lái)說(shuō)，鏈狀結(jié)構(gòu)可為線狀或環(huán)狀。此外，鏈狀結(jié)構(gòu)可包含烷基、烷氧基、氟化烷基、或氟化烷氧基。

在圖1的方法100的步驟110中，圖2e的曝光的光阻層206顯影于顯影劑212中。如圖2e所示，顯影劑212移除負(fù)型成像其未曝光的部份206b，并保留曝光的部份206a于材料層204上以作為光阻圖案。在一些實(shí)施例中，前述的步驟108及/或曝光后烘烤制程改變光阻層206的極性，且可采用雙型顯影制程。在一些例子中，曝光部份的光阻層206自非極性狀態(tài)(疏水態(tài))轉(zhuǎn)為極性態(tài)(親水態(tài))，接著以有機(jī)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(tài)轉(zhuǎn)為非極性態(tài)，接著以水性溶劑如具有2.38％的氫氧化四甲基銨的水溶液移除未曝光的部份206b。

在圖1的方法100的步驟112中，將部份206a的光阻圖案轉(zhuǎn)移至基板202。如圖2f所示的此實(shí)施例中，步驟112包含以光阻圖案(如部份206a)作為蝕刻掩模，并蝕刻材料層204以將部份206a的圖案轉(zhuǎn)移至材料層204。在一實(shí)施例中，材料層204具有金屬或硅成份的旋轉(zhuǎn)涂布層。由于光阻圖案(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可采用干蝕刻如等離子體蝕刻、濕蝕刻、或其他合適的蝕刻方法。舉例來(lái)說(shuō)，干蝕刻制程可采用含氧氣體、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/或等離子體、及/或上述的組合。在蝕刻材料層204時(shí)，可能消耗部份光阻圖案(如部份206a)。在一實(shí)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)于基板202上，如圖2f所示。

圖7a至7f一實(shí)施例中，正型顯影制程的方法100中多種階段的半導(dǎo)體裝置400的剖視圖。如圖1與7a所示，方法100的步驟102提供基板402?；?02可與前述的基板202類似。如圖1與7b所示，方法100的步驟104形成材料層404于基板402上。材料層404可與前述的材料層204類似。然而材料層404的多種性質(zhì)設(shè)計(jì)為搭配形成其上的光阻層406。

如圖1與7c所示，方法100形成光阻層406于基板402上。在此實(shí)施例中，光阻層406形成于材料層404上。在一實(shí)施例中，光阻層406的形成方法為涂布液態(tài)聚合物材料于材料層404上。在一實(shí)施例中，更以軟烘烤制程與硬烘烤制程處理光阻層406。在一實(shí)施例中，光阻層406對(duì)下述射線敏感：i線光、深紫外光(如氟化氪準(zhǔn)分子激光的248nm射線或氟化氬準(zhǔn)分子激光的193nm射線)、極紫外光(如13.5nm光)、電子束、x光、與離子束。在此實(shí)施例中，光阻層406為正型顯影光阻，比如射線曝光后的部份，在正型顯影的顯影液中的溶解度增加。

在一實(shí)施例中，材料層404亦為旋轉(zhuǎn)涂布至基板402上的聚合物材料。在此實(shí)施例中，材料層404與光阻層406對(duì)射線具有不同的光學(xué)性性質(zhì)。舉例來(lái)說(shuō)，材料層404與光阻層406的折射率(n)、消光系數(shù)(k)、或光譜穿透率(t)實(shí)質(zhì)上不同。

在此實(shí)施例中，光阻層406包含光敏化學(xué)品、具有一或多個(gè)酸敏基團(tuán)的聚合物材料、以及溶劑。光敏化學(xué)品可為光酸產(chǎn)生劑，其照光后會(huì)產(chǎn)生酸。在化學(xué)放大反應(yīng)中，酸使酸敏基團(tuán)自聚合物材料斷裂。在此實(shí)施例中，材料層406更包含化學(xué)鍵結(jié)至酸敏基團(tuán)的含硅單元。含硅單元有利于增加光阻層406的未曝光部份在后續(xù)蝕刻制程中的抗蝕刻性。

圖8a本發(fā)明一些實(shí)施例中，部份的光阻層406包含的光阻材料500。如圖8a所示，光阻材料500包含第一聚合物502、光酸產(chǎn)生劑512、與溶劑514。第一聚合物502包含聚合物骨架504，與化學(xué)鍵結(jié)至聚合物骨架504的酸敏基團(tuán)506。在此實(shí)施例中，第一聚合物502更包含化學(xué)鍵結(jié)至聚合物骨架504的極性單元508。極性單元508通?？稍黾庸庾鑼?06與其下方層如材料層404之間的黏著性。在一些實(shí)施例中，極性單元508可為羥基金剛烷、降冰片烷內(nèi)酯、γ-丁內(nèi)酯、或上述的衍生物。在此實(shí)施例中，光阻材料500更包含化學(xué)鍵結(jié)至酸敏基團(tuán)506的含硅單元518。含硅單元518可直接鍵結(jié)至酸敏基團(tuán)506，或經(jīng)中間鍵結(jié)單元520間接鍵結(jié)至酸敏基團(tuán)506。含硅單元518可增加光阻層406的抗蝕刻性。在此實(shí)施例中，光酸產(chǎn)生劑512與第一聚合物502混摻于溶劑514中。溶劑514中多種成份的混摻，可由光阻供應(yīng)商或半導(dǎo)體廠商的站點(diǎn)完成。在一些實(shí)施例中，光阻材料500更包含淬息劑，以用于中和光酸產(chǎn)生劑512產(chǎn)生的過(guò)量酸及/或抑制光阻除氣。在一些實(shí)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(jí)胺、二級(jí)胺、或三級(jí)胺。在一些實(shí)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(shí)施例中，光阻材料500的分子量介于1000至20000之間。

如圖1與7d所示，方法100以微影系統(tǒng)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(zhǔn)分子激光(248nm)或氟化氬準(zhǔn)分子激光(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可操作于空氣中、液體中(浸潤(rùn)式微影)、或真空中(如極紫外光微影或電子束微影)。在一實(shí)施例中，射線束408經(jīng)光掩模410圖案化。光掩模410可為穿透式光掩?；蚍瓷涫焦庋谀＃淇砂馕龆仍鲞M(jìn)技術(shù)如相位移及/或光學(xué)鄰近修正。光掩模410包含多種圖案，以用于形成集成電路結(jié)構(gòu)于基板402之中或之上。在另一實(shí)施例中，射線束408依預(yù)定圖案如集成電路布局直接調(diào)整，而不需使用光掩模(比如采用電子束的無(wú)光掩模微影)。

在此實(shí)施例中，曝光的部份406a對(duì)應(yīng)射線束408而產(chǎn)生化學(xué)變化。舉例來(lái)說(shuō)，光酸產(chǎn)生劑512對(duì)應(yīng)射線束408而釋放酸，如圖8a所示。酸自聚合物骨架504切斷酸敏基團(tuán)506，使聚合物402更親水，如圖8a所示。如此一來(lái)，曝光部份406a轉(zhuǎn)變?yōu)槿苡谒匀芤海热绨?.38％的氫氧化四甲基銨。在一些實(shí)施例中，方法100更對(duì)曝光的光阻層406進(jìn)行曝光后烘烤制程。曝光后烘烤制程可加速上述產(chǎn)酸與斷裂反應(yīng)。在一實(shí)施例中，曝光后烘烤制程可在熱腔室中進(jìn)行，且腔室溫度介于約120℃至約160℃之間。

在一實(shí)施例中，含硅單元518包含硅氧鍵。在一實(shí)施例中，含硅單元518包含倍半硅氧烷。舉例來(lái)說(shuō)，含硅單元518可為籠狀倍半硅氧烷，如圖6a、6b、6c、與6d所示。含硅單元518可為其他種類的倍半硅氧烷。舉例來(lái)說(shuō)，含硅單元518可為不完整的籠狀倍半硅氧烷(如圖6e所示)、梯狀倍半硅氧烷(如圖6f所示)、或無(wú)規(guī)倍半硅氧烷(如圖6g所示)。在圖6a至6g中，而符號(hào)l指的是中間鍵結(jié)結(jié)構(gòu)520，而符號(hào)r指的是酸敏基團(tuán)506。

在一實(shí)施例中，中間鍵結(jié)結(jié)構(gòu)520具有芳香環(huán)結(jié)構(gòu)。在其他實(shí)施例中，中間鍵結(jié)結(jié)構(gòu)520具有0至6個(gè)碳原子的鏈狀結(jié)構(gòu)。舉例來(lái)說(shuō)，鏈狀結(jié)構(gòu)可為線狀或環(huán)狀。此外，鏈狀結(jié)構(gòu)可包含烷基、烷氧基、氟化烷基、或氟化烷氧基。

在一實(shí)施例中，酸敏基團(tuán)506為環(huán)戊烷、環(huán)己烷、金剛烷、降冰片烷、或上述的衍生物。一般而言，光阻材料500中的酸敏基團(tuán)506含量高。藉由鍵結(jié)至酸敏基團(tuán)506的含硅單元518，本發(fā)明實(shí)施例實(shí)質(zhì)上增加未曝光的部份406b的抗蝕刻性。

如圖1與7e所示，方法100顯影曝光的光阻層406于顯影劑412中。顯影劑412移除正型成像其曝光的部份406a，并保留未曝光的部份406b于材料層404上以作為光阻圖案。在一些實(shí)施例中，前述的步驟108及/或曝光后烘烤制程改變光阻層406的極性，且可采用雙型顯影制程。在一些例子中，曝光部份的光阻層406自非極性狀態(tài)(疏水態(tài))轉(zhuǎn)為極性態(tài)(親水態(tài))，接著以水性溶劑(如含2.38％的氫氧化四甲基銨)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(tài)轉(zhuǎn)為非極性態(tài)，接著以有機(jī)溶劑如乙酸正丁酯或其衍生物移除曝光的部份406a。

如圖1與7f所示，方法100將部份406b的光阻圖案轉(zhuǎn)移至基板402。在此實(shí)施例中，步驟112包含以光阻圖案(如部份406b)作為蝕刻掩模，并蝕刻材料層404以將部份406b的圖案轉(zhuǎn)移至材料層404。在一實(shí)施例中，材料層404具有金屬或硅成份的旋轉(zhuǎn)涂布層。由于光阻圖案(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可采用干蝕刻如等離子體蝕刻、濕蝕刻、或其他合適的蝕刻方法。在蝕刻材料層404時(shí)，可能消耗部份光阻圖案(如部份406b)。在一實(shí)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)于基板402上，如圖7f所示。

雖然未圖示于圖1中，但方法100可分別以圖案204a或404b作為蝕刻掩模，蝕刻基板202或402以形成最終圖案(或基板202或402上的集成電路裝置)。舉例來(lái)說(shuō)，方法100可形成用于定義晶體管有源區(qū)的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)、用于形成鰭狀場(chǎng)效晶體管的基板中的鰭狀凸起、用于晶體管的源極/漏極/柵極接點(diǎn)的接點(diǎn)孔、以及內(nèi)連線結(jié)構(gòu)。

基于上述內(nèi)容，可知本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施例比現(xiàn)有微影制程具有更多優(yōu)點(diǎn)，但這些優(yōu)點(diǎn)并非用以局限本發(fā)明實(shí)施例。舉例來(lái)說(shuō)，本發(fā)明實(shí)施例的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。在微影制程中，這些光阻圖案可作為直接蝕刻旋轉(zhuǎn)涂布的下方厚層的蝕刻掩模，可節(jié)省制程成本。

本發(fā)明一實(shí)施例關(guān)于微影圖案化方法，包括：形成光阻層于基板上，其中光阻層包含聚合物骨架，化學(xué)鍵結(jié)至聚合物骨架的酸敏基團(tuán)、光酸產(chǎn)生劑、溶劑、以及化學(xué)鍵結(jié)至交聯(lián)劑的含硅單元。此方法亦包含對(duì)光阻層進(jìn)行曝光制程；以及顯影光阻層，以形成圖案化的光阻層。

在一實(shí)施例中，上述方法的顯影光阻層的步驟，移除曝光制程未曝光的部份光阻層。

在一實(shí)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(shí)施例中，上述方法的含硅單元經(jīng)中間鍵結(jié)單元化學(xué)鍵結(jié)至交聯(lián)劑。

在一實(shí)施例中，上述方法的中間鍵結(jié)單元為芳香環(huán)，或具有0至6個(gè)碳原子的鏈狀結(jié)構(gòu)。

在一實(shí)施例中，上述方法的鏈狀結(jié)構(gòu)包含烷基、烷氧基、氟化烷基、或氟化烷氧基。

在一實(shí)施例中，上述方法的交聯(lián)劑包含胺、氮丙環(huán)、氫氧化物、脂肪族環(huán)氧化合物、環(huán)脂肪族環(huán)氧化合物、氧雜環(huán)丁烷、或馬來(lái)酸酐。

在一實(shí)施例中，上述方法的含硅單元包含倍半硅氧烷。

在一實(shí)施例中，上述方法的倍半硅氧烷為籠狀倍半硅氧烷、不完整的籠狀倍半硅氧烷、梯狀倍半硅氧烷、或無(wú)規(guī)倍半硅氧烷。

在一實(shí)施例中，上述方法的含硅單元亦鍵結(jié)至另一交聯(lián)劑。

在一實(shí)施例中，上述方法的光阻層更包含化學(xué)鍵結(jié)至聚合物骨架的另一含硅單元。

本發(fā)明另一實(shí)施例關(guān)于微影圖案化方法，包括：形成光阻層于基板上，其中光阻層包含聚合物骨架，化學(xué)鍵結(jié)至聚合物骨架的酸敏基團(tuán)、光酸產(chǎn)生劑、溶劑、以及化學(xué)鍵結(jié)至酸敏基團(tuán)的含硅單元。此方法亦包含對(duì)光阻層進(jìn)行曝光制程；以及顯影光阻層，以形成圖案化的光阻層。

在一實(shí)施例中，上述方法的顯影光阻層的步驟，移除曝光制程曝光的部份光阻層。

在一實(shí)施例中，上述方法的含硅單元經(jīng)由一中間鍵結(jié)單元化學(xué)鍵節(jié)至酸敏基團(tuán)，且中間鍵結(jié)單元為芳香環(huán)，或具有0至6個(gè)碳原子的鏈狀結(jié)構(gòu)。

在一實(shí)施例中，上述方法的酸敏基團(tuán)為環(huán)戊烷、環(huán)己烷、金剛烷、降冰片烷、或上述的衍生物。

在一實(shí)施例中，上述方法的含硅單元包含倍半硅氧烷。

在一實(shí)施例中，上述方法的倍半硅氧烷為籠狀倍半硅氧烷、不完整的籠狀倍半硅氧烷、梯狀倍半硅氧烷、或無(wú)規(guī)倍半硅氧烷。

本發(fā)明又一實(shí)施例關(guān)于光阻，其包含聚合物骨架，化學(xué)鍵結(jié)至聚合物骨架的酸敏基團(tuán)、光酸產(chǎn)生劑、溶劑、以及化學(xué)鍵結(jié)至酸敏基團(tuán)或交聯(lián)劑的含硅單元。此方法亦包含對(duì)光阻層進(jìn)行曝光制程；以及顯影光阻層，以形成圖案化的光阻層。

在一實(shí)施例中，上述光阻的含硅單元經(jīng)由中間鍵結(jié)單元化學(xué)鍵結(jié)至酸敏基團(tuán)，中間鍵結(jié)單元芳香環(huán)或具有0至6個(gè)碳原子的鏈狀結(jié)構(gòu)，酸敏基團(tuán)環(huán)戊烷、環(huán)己烷、金剛烷、降冰片烷、或上述的衍生物，且含硅單元包含倍半硅氧烷。

在一實(shí)施例中，上述光阻的含硅單元經(jīng)由中間鍵結(jié)單元化學(xué)鍵結(jié)至交聯(lián)劑，中間鍵結(jié)單元芳香環(huán)或具有0至6個(gè)碳原子的鏈狀結(jié)構(gòu)，交聯(lián)劑包含胺、氮丙環(huán)、氫氧化物、脂肪族環(huán)氧化合物、環(huán)脂肪族環(huán)氧化合物、氧雜環(huán)丁烷、或馬來(lái)酸酐，且含硅單元包含倍半硅氧烷。

上述實(shí)施例的特征有利于本技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者理解本發(fā)明實(shí)施例。本技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者應(yīng)理解可采用本發(fā)明實(shí)施例作基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并變化其他制程與結(jié)構(gòu)以完成上述實(shí)施例的相同目的及/或相同優(yōu)點(diǎn)。本技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者亦應(yīng)理解，這些等效置換并未脫離本發(fā)明實(shí)施例的精神與范疇，并可在未脫離本發(fā)明實(shí)施例的精神與范疇的前提下進(jìn)行改變、替換、或更動(dòng)。