用于微影的三层型光阻结构和其制造方法与流程

本发明实施例主要和微影制程中的三层型光阻剂相关，在特定的实施例中，提供了三层光阻剂堆叠的方法。

背景技术：

为了在集成电路上放进更多的装置，这在发明集成电路中的半导体制造上已经成为一重要目标。更高的电路密度可以制造更高效能的装置并大幅降低基础晶体管的费用。

集成电路制程中最大的挑战是光学微影的极限。于光学微影中，一层称为光阻的感光材料是涂覆在半导体装置上，然后光阻根据特定分层设计的样式曝露在一光学图案中。然而，半导体装置的组成元件已经小到尺寸和光阻曝光的光波长为同一级。尽管使用各种合理期待的技术来企图推展这个光学微影极限，但就从某一层面来看，这个物理上的限制是无法克服的。

为了挑战这项极限，使用了两层或多层型光阻设计来提升线宽均匀度、解析度和敏感度，最常使用的则是三层型光阻结构。然而，随着半导体制程已进展到纳米技术制程节点，必须就现有光学微影制程进行改良。

技术实现要素：

依据本发明的多个实施例，一种用于微影的三层光阻结构，包含一底层、一光敏层和一位于底层以及光敏层之间的中间层，其中，中间层包含一第一分层以及一第二分层，第二分层位于第一分层上且第一分层的硅含量大于第二分层。

依据本发明的多个实施例，一种应用于微影制程的方法，包含形成一底层于基板上，接着形成一中间层于底层上，其中中间层分层为一多层结构，再形成一光敏层于中间层上。

附图说明

为了更完整的了解本发明以及其优点，请搭配以下的文字和图片当作参考，其中：

图1绘示根据本发明一实施例的三层型光阻结构的制造方法的流程图；

图2至图4b绘示一制程的侧视剖面图，制程包括本发明另一实施例以形成图4b所示的实施例；

图5a至图5b绘示图4a至图4b的替代制程步骤，其中替代步骤包含本发明另一实施例。

具体实施方式

以下将详细讨论本实施例的制造与使用，然而，应了解到，本发明提供实务的创新概念，其中可以用广泛的各种特定内容呈现。底下讨论的特定实施例仅为说明，并不能限制本发明的范围。

以下揭露提供了许多不同的实施方式或实施例，使描述的标的的各种特征得以实现。下文描述了构件和安排方式的特定实例是为了简化本发明。这些内容当然仅是例示而已，其意不在构成限制。例如，在下文中描述第一特征形成在第二特征上或上方，可能包括形成直接接触的第一和第二特征的实施方式，也可能包括其他特征形成于第一和第二特征之间的实施方式，此时第一和第二特征就可能没有直接接触。此外，本发明可能会在不同的实例中重复使用元件符号及/或字母。这些重复是为了进行简单和清楚的说明，其本身并不表示在文中讨论的各种实施方式及/或组态之间存在一定关系。

此外，在本文中，为了易于描述附图所绘的某个元件或特征和其他元件或特征的关系，可能会使用空间相对术语，例如“在…下方”、“在…下”、“低于”、“在…上方”、“高于”和类似用语。这些空间相对术语意欲涵盖元件使用或操作时的所有不同方向，不只限于附图所绘的方向而已。装置可以其他方式定向(旋转90度或定于另一方向)，而本文使用的空间相对描述语则可相应地进行解读。

图1至图5b绘示制程步骤的侧面示意图。如图1所示，基板200是一半导体基板，半导体基板200可以由硅、锗、iii-v族化合物半导体等材料形成。在一实施例中，半导体基板200包括磊晶层。此外，基板200可包括绝缘层上覆硅(soi)结构。例如，基底可包括埋藏氧化物(box)层，此埋藏氧化物(box)层可通过例如植氧分离(simox)或其它适合的技术的步骤形成，其它适合的步骤例如为晶圆结合及研磨。基板200亦包括p型掺杂区及/或n型掺杂区，由例如离子布植及/或扩散的步骤布植。此掺杂区包括n井、p井、轻掺杂区(ldd)、重掺杂源极及漏极(s/d)及各种通道掺杂轮廓，将上述掺杂区作配置可形成各种集成电路装置，例如互补金属氧化物半导体场效晶体管(cmosfet)、影像感测器及/或发光二极管。基板200还包括功能元件，例如形成于基板上或基板中的电阻或电容。

如图2所示，在基板200上涂覆一底层光阻201，避免基板200及/或下方层在光阻曝光期间反射显著量的入射辐射线而负面地影响所形成的图案的品质。涂层包含一可图案化的材料。涂层可改良聚焦深度、曝光宽容度、线宽度均匀性及cd控制。

底层光阻201通过旋涂施用至基板200，在其他实施例中，可以使用其他适当的沉积制程。于旋涂过程中，可基于所使用的具体涂覆设备、涂覆溶剂的黏度、涂覆工具的速度及允许旋转的时间量来调节涂覆溶液的固体含量，以提供所欲的薄膜厚度。接着，可烘烤底层光阻201以最小化层中的溶剂含量，从而改善层与基板200的黏着性。为了减少晶圆表面构形的变化，可使用一平坦化制程，制程可为回蚀刻(etchingback)制程或化学机械研磨制程(chemicalmechanicalpolishing，cmp)。平坦化制程将底层201表面多余的材料移除，以得到一平坦化表面。

如图3所示，沉积含硅的树酯聚合物于底层光阻201上，含硅聚合物包括以下a、b、c三种单体结构，其中r为氢基或c1～c6的烷基，ar为c6～c20的发色团(chromophore)。

如图4a所示，因为单体c为疏水性且具有较低的表面能，单体(c)会浮至中间层210的表面，使中间层210分成第一分层212和第二分层214，其中第二分层214在第一分层212上方。第一分层212含单体a和b，第二分层214含单体a、b、c。单体c具有较高的碳含量，可以提升第二分层214的反射率控制。第一分层212因为不含单体c所以具有比第二分层214高的硅含量。

根据本发明的其他实施例，第一分层212的硅含量越高时，蚀刻后检视(afteretchinginspection,aei)的线宽均匀度(criticaldimensionuniformity)越佳。因为第一分层212的硅含量越高，第一分层212的蚀刻速率越快，在露出底层(bottomlayer)光阻201时第一分层的蚀刻速率越慢，所以硅含量较高的第一分层212具有较佳的蚀刻选择比。高蚀刻选择比可以避免光阻崩塌以及有较佳的aei的cdu。在另一实施例中，第一分层212的硅含量至少比第二分层214的硅含量多3％。在又一实施例中，第一分层212的聚合物的分子量介于1000～10000，其中单体a的比例大于20％且单体b的比例小于80％。第一分层212的厚度介于50～200a。第二分层214的聚合物的分子量介于1000～10000，其中单体a的比例大于20％且单体b的比例小于70％且单体c的比例小于50％。第二分层214的厚度介于100～250a。

如中间层210的聚合物组成物可包含光酸产生剂(photo-acidgenerator，pag)，光酸产生剂经照光后吸收光子在成像区便会产生光酸，再经照后烘烤的步骤进一步地进行去保护基的触媒式化学放大型反应机制。光阻经去保护基的羧酸基化，进而可被显影去除。光酸产生剂可包含卤化三嗪(halogenatedtriazines)、鎓盐(oniumsalts)、重氮盐(diazoniumsalts)、芳香重氮盐(aromaticdiazoniumsalts)、鏻盐(phosphoniumsalts)、锍盐(sulfoniumsalts)、錪盐(iodoniumsalts)、甲磺酰亚胺(imidesulfonate)、肟磺酰(oximesulfonate)、二砜(disulfone)、邻硝基苯磺酰(o-nitrobenzylsulfonate)、磺酸酯(sulfonatedesters)、卤化硫酰二甲酰亚胺(halogeneratedsulfonyloxydicarboximides)、重氮二砜(diazodisulfones)、α-氰基氧胺磺酸盐(α-cyanooxyamine-sulfonates)、酮基重氮砜(ketodiazosulfones)、磺酰基重氮酯(sulfonyldiazoesters)、1,2-二芳基磺酰联氨(1,2-di(arylsulfonyl)hydrazines)、硝基芐基酯(nitrobenzylesters)和s-三嗪衍生物(s-triazinederivatives)或其他类似化合物或其组合。

如图4b所示，将正调显影(positivetonedeveloping)的正型光敏层203组成物通过旋涂施用至中间层210上，正型光敏层203可为多层结构。正型光敏层203可使用一化学放大(chemicalamplification，ca)光阻材料。可基于所使用的具体涂覆设备、涂覆溶剂的黏度、涂覆工具的速度、及允许旋转的时间量来调节涂覆溶液的固体含量，以提供所欲的薄膜厚度。

接着，可软烘烤正型光敏层203以最小化层中的溶剂含量，从而改善层与基板200的黏着性。软烘烤可于热板上或烘箱中施行。软烘烤的温度及时间将取决于正型光敏层203的特定材料及厚度。

根据本发明的其他实施例，正型光敏层203透过光罩曝光，于曝光区域与未曝光区域之间创造溶解度差异。光罩具有光学透明区域及光学不透明区域，是分别对应于后续显影步骤中正型光敏层203的待保留区域及待移除区域。曝光可使用krf/arf光源(248nm/193nm)及euv(13.5nm)或带电粒子束(例如e-beam或ion-beam)。曝光方法可以使用浸润式或干燥式(非浸润)微影技术。曝光能量介于约10至80毫焦耳(mj)/平方厘米(cm²)，取决于曝光工具及光敏组成物的成份。

在某些实施例中，曝光时可使用光罩，例如二元光罩(binaryphotomask)、相位移光罩(phase-shiftmask,psm)、衰减式相位移光罩(attenuatedphaseshiftingmask,apsm)、穿透式光罩(transmissiontypereticle)或euv反射式光罩，来定义曝光区域和未曝光区域。在另一实施例中，可使用不需要光罩的带电粒子束直接在晶圆上覆写预期的图案。

正型光敏层203曝光之后，实施曝光后烘烤(postexposurebake,peb)。当曝光进行时，部分没有被光阻吸收的光，将透过光阻到达基板200的表面，由基板200表面反射的光与入射的光波产生建设性及破坏性干涉，而形成驻波效应(standingwaveeffect)。这将使得光阻层接受曝光的强度不均匀，所以经过显影后，光阻的侧面将成为波纹状，导致光阻线宽改变，而影响后续的制程。曝光后烘烤(peb)可以使曝光过的光阻结构重新排列，以使驻波的现象减轻。peb可于热板上或烘箱中施行。peb的条件将取决于特定的光阻组成物及光敏层203的厚度。

接着正型光敏层203使用任何适当的制程显影，在正型光敏层203上形成一图案。可使用一显影溶液来移除部分的正型光敏层203，例如tmah(tetramethylammoniumhydroxide)。根据其他实施例，接着晶圆可使用清洗制程，例如去离子水或其他溶液清洗晶圆表面，以移除残留的颗粒。

根据本发明另一实施例，当使用负调显影时(negativetonedeveloping，ntd)时，可在中间层210加入一含硅的表面改质剂(参考欧洲专利ep2628744a1)，其中表面改质剂可包含alg(acidlabilegroup)。如图5a所示，中间层210会因为表面能而分成第一分层212，第二分层214和表面改质层216，其中第二分层214在第一分层212之上，表面改质层216在第二分层214上。表面改质层216具有极性转换功能，在不同反应条件下可转换成不同化合物，同时改变极性，例如从疏水性变成亲水性，以避免负型光敏层205崩塌。表面改质层216的厚度介于20a～50a。

如图5b所示，将负调显影的负型光敏层205组成物通过旋涂施用至中间层210上，负型光敏层205可为多层结构。负型光敏层205可使用一化学放大(chemicalamplification，ca)光阻材料。可基于所使用的具体涂覆设备、涂覆溶剂的黏度、涂覆工具的速度、及允许旋转的时间量来调节涂覆溶液的固体含量，以提供所欲的薄膜厚度。

接着，可软烘烤负型光敏层205以最小化层中的溶剂含量，从而改善层与基板200的黏着性。软烘烤可于热板上或烘箱中施行。软烘烤的温度及时间将取决于光敏层的特定材料及厚度。

根据本发明的其他实施例，负型光敏层205透过光罩曝光，于曝光区域与未曝光区域之间创造溶解度差异。光罩具有光学透明区域及光学不透明区域，系分别对应于后续显影步骤中负型光敏层205的待保留区域及待移除区域。曝光可使用krf/arf光源(248nm/193nm)及euv(13.5nm)或带电粒子束(例如e-beam或ion-beam)。曝光方法可以使用浸润式或干燥式(非浸润)微影技术。曝光能量介于约10至80毫焦耳(mj)/平方厘米(cm²)，取决于曝光工具及光敏组成物的成份。

在某些实施例中，曝光时可使用光罩，例如二元光罩(binaryphotomask)、相位移光罩(phase-shiftmask,psm)、衰减式相位移光罩(attenuatedphaseshiftingmask,apsm)、穿透式光罩(transmissiontypereticle)或euv反射式光罩，来定义曝光区域和未曝光区域。在另一实施例中，可使用不需要光罩的带电粒子束直接在晶圆上覆写预期的图案。

负型光敏层205曝光之后，实施曝光后烘烤(postexposurebake,peb)。peb可于热板上或烘箱中施行。peb的条件将取决于特定的光阻组成物及光敏层厚度。

接着负型光敏层205使用任何适当的制程显影，在光敏层205上形成一图案。可使用一显影溶液来移除部分的负型光敏层205，例如tmah(tetramethylammoniumhydroxide)。根据其他实施例，接着晶圆可使用清洗制程，例如去离子水或其他溶液清洗晶圆表面，以移除残留的颗粒。

本发明的实施例的优点是提供用于微影的三层光阻结构，可以提升蚀刻后的线宽均匀度。

如前文概述了几种实施方式的特征，使本技术领域中具有通常知识者更易于理解本发明的方案。所属技术领域中具有通常知识者应理解，他们可以轻易地以本发明作为基础，设计、润饰或修改其他制程和结构，以实现和这些本文介绍的实施方式相同的目的及/或达到相同的优点。所述技术领域中具有通常知识者也应理解，此类均等架构，并不超出本发明的意旨和范围，他们可以在本发明的意旨和范围内做出各式各样的改变、取代和变化。