具有可湿剥离的中间层的半导体结构的图案化工艺的制作方法

具有可湿剥离的中间层的半导体结构的图案化工艺的制作方法
【专利摘要】根据一些实施例提供了一种光刻方法。光刻方法包括在衬底上形成聚合材料的下层；在下层上形成含硅中间层，其中含硅中间层具有重量百分比小于20％的硅浓度并且是可湿剥离的；在含硅中间层上形成图案化的光敏层；实施第一蚀刻工艺以将图案化的光敏层的图案转印至含硅中间层；实施第二蚀刻工艺以将图案转印至下层；以及对含硅中间层和下层实施湿剥离工艺。
【专利说明】
具有可湿剥离的中间层的半导体结构的图案化工艺
技术领域
[0001] 本发明设及半导体领域，更具体地设及具有可湿剥离的中间层的半导体结构的图 案化工艺。
【背景技术】
[0002] 在集成电路（IC)的制造中，图案化的光刻胶层用于将具有小部件尺寸的设计图 案从光掩模转印至晶圆。光刻胶是光敏感的并且可W通过光刻工艺图案化光刻胶。此外， 光刻胶层提供对蚀刻或离子注入的抵抗，其进一步需要足够的厚度。当IC技术持续发展为 更小的部件尺寸（例如，降低至3211111、2811111、2〇11111^及更低）时，由于抵抗需要，因此厚度并 没有相应地按比例缩小。足W能够覆盖更厚的光刻胶的焦深将使成像分辨率降低。引入多 重膜光刻胶W克服上述挑战。然而，多重膜光刻胶中的附加的材料是难W去除的，要么损坏 衬底，要么留下残余物。
[0003] 因此，需要光刻胶材料和光刻方法来解决上述问题。

【发明内容】

[0004] 本发明提供一种光刻方法，包括：在衬底上形成聚合材料的下层；在所述下层上 形成含娃中间层，其中，所述含娃中间层具有重量百分比小于20%的娃浓度，并且所述含娃 中间层是可湿剥离的；在所述含娃中间层上形成图案化的光敏层；实施第一蚀刻工艺W将 所述图案化的光敏层的图案转印至所述含娃中间层；实施第二蚀刻工艺W将所述图案转印 至所述下层；W及对所述含娃中间层和所述下层实施湿剥离工艺。 阳〇化]优选地，光刻方法还包括：在实施所述第二蚀刻工艺之后W及在实施所述湿剥离 工艺之前，对所述衬底实施蚀刻和离子注入中的一种。
[0006] 优选地，实施所述湿剥离工艺包括：应用硫酸和过氧化氨的第一混合物；应用氨 酸、过氧化氨和水的第二混合物；W及应用稀释的氨氣酸。
[0007] 优选地，形成所述含娃中间层包括：利用具有含娃聚合材料的溶液涂覆所述衬底； W及对所述溶液实施固化工艺，由此交联所述含娃聚合材料W形成所述含娃中间层。
[0008] 优选地，形成所述含娃中间层包括形成具有如下化学结构的含娃中间层：
[0009]
[0010] 其中，0和Si分别表不氧和娃；a、b和C分别表不X、D和R基团的重量百分比； X表示提供交联位点的第一有机基团；D表示设计为调节消光系数和折射率的芳香族基团； W及R表示增强所述光敏层的抗蚀刻性、粘附性的第二有机基团。
[0011] 优选地，所述第一有机基团X具有包含2至20个碳的烷基基团并且具有至少一个 可交联的官能团，所述可交联的官能团选自由-I、-Br、-Cl、-畑2、-C00H、-OH、-甜、-Ns、环氧 基、烘控、締控、酬、醒、醋、酷基面、N服醋、亚氨酸醋、五氣苯醋、径甲基麟、碳二亚胺、马来酷 亚胺、面代乙酷、二硫代化晚、硫代亚横酸醋、乙締基讽、酷阱、烷氧基胺、双日丫丙晚、芳基叠 氮化物、异氯酸醋、麟、酷胺、酸和它们的组合组成的组。
[0012] 优选地，所述芳香族基团D是发色团并且具有含有3至20个碳的烷基基团，其中， 所述芳香族基团D具有至少一个光敏官能团，所述光敏官能团选自由苯基、糞基、菲酪基、 蔥基、菲基和含有一至五元环的其他芳香族衍生物组成的组。
[0013] 优选地，R是含有1至20个碳的烷基基团，其中，所述烷基基团包括化学物，所述 化学物选自由-I、-Br、-Cl、-NH2、-C00H、-OH、-甜、-N3、-S( = 0)-、締控、烘控、亚胺、酸、醋、 醒、酬、酷胺、讽、乙酸、氯或它们的组合组成的组。
[0014] 优选地，所述含娃中间层包括如下的化学结构： 「001 引
I.', I.
[0016] 其中，Rab、化C、Rac、Ra、化和Rc是可酸裂解的化学间隔，其中，Rab、化C和Rac 中的每个都包括化学结构，所述化学结构选自由芳香环、脂族基团、杂环、-c( = 〇)-、-"= NR) -、-S〇2、-S ( = 0) -、-C00R、-C0NHR、-CONR2、酸、締控、烘控和它们的组合组成的组。
[0017] 优选地，所述含娃中间层包括给电子基团，所述给电子基团选自由伯碳基团、仲碳 基团、叔碳基团、芳香环、脂族基团、杂环、-OR、-OH、服2、-饥取、-畑2、-SR、-SH、-PRs、-PHRz、-P H2R、-PH3、締控、烘控和它们的组合组成的组。
[001引优选地，所述含娃中间层包括吸电子基团，所述吸电子基团选自由芳 香环、脂族基团、杂环、-CN、-N02、-C( = 0)-、-C00H、-C( = NR)-、-S02、-S(= 0) -、-COOR、-OH、-CONHR、-CONR2、締控、烘控、面化物和它们的组合组成的组。
[0019] 优选地，光刻方法还包括：对所述含娃中间层实施等离子体处理。
[0020] 优选地，所述第二蚀刻工艺是使用含硫气体和氧气（〇2)的混合物的等离子体蚀刻 工艺；W及所述等离子体处理使用包含氮气（Ns)和氨气化2)的气体。
[0021] 优选地，在使用包含所述含硫气体、〇2、ra日H 2的气体的等离子体工艺中同时执行 所述等离子体处理和所述第二蚀刻工艺。
[0022] 优选地，所述第二蚀刻工艺是阶段化的W在第一时间窗口中执行；所述等离子体 处理是阶段化的W在第二时间窗口中执行；W及所述第二时间窗口与所述第一时间窗口是 成对的，并且所述第二时间窗口中的每个都在所述第二时间窗口的成对的一个之后。
[0023] 本发明还提供一种光刻方法，包括：在衬底上形成聚合材料的下层；在所述下层 上形成含娃中间层；在所述含娃中间层上形成图案化的光敏层；实施第一蚀刻工艺W将所 述图案化的光敏层的图案转印至所述含娃中间层；实施第二蚀刻工艺W将所述图案转印至 所述下层；对所述含娃中间层实施等离子体处理；W及实施湿剥离工艺W去除所述含娃中 间层和所述下层。
[0024] 优选地，所述含娃中间层具有重量百分比小于20%的娃浓度，并且所述含娃中间 层是可湿剥离的；所述第二蚀刻工艺是使用含硫气体和氧气（〇2)的混合物的等离子体蚀刻 工艺；W及所述等离子体处理使用包含氮气（Ns)和氨气化2)的气体。
[0025] 优选地，在使用含硫气体、化、成和Hz的混合物的共同的等离子体工艺中，同时执 行所述等离子体处理和所述第二蚀刻工艺。
[00%] 优选地，所述第二蚀刻工艺是阶段化的W在第一时间窗口中执行；所述等离子体 处理是阶段化的W在第二时间窗口中执行；W及所述第二时间窗口与所述第一时间窗口是 成对的，并且所述第二时间窗口中的每个都在所述第二时间窗口的成对的一个之后。
[0027] 本发明还提供一种光刻方法，包括：在半导体衬底上形成含娃中间层；W及对所 述含娃中间层实施烘赔工艺，其中，所述含娃中间层具有重量百分比小于20%的娃浓度，并 且所述含娃中间层是可湿剥离的，其中，所述含娃中间层包括如下的化学结构：
[00；
[0029] 其中，0和Si分别表示氧和娃；a、b和C分别表示X、D和R基团的重量百分比； X表示提供交联位点的第一有机基团；D表示设计为调节消光系数和折射率的芳香族基团； W及R表示增强光敏层的抗蚀刻性、粘附性的第二有机基团。
【附图说明】
[0030] 当结合附图进行阅读时，从W下详细描述可最佳地理解本发明的各个方面。应该 注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件 的尺寸可W被任意增大或减小。
[0031] 图1至图8示出了根据一些实施例构建的在各个制造阶段中的一个示例性半导体 结构的截面图。
[0032] 图9是在一些实施例中根据本发明的各个方面构建的用于光刻工艺的中间层中 的化学结构的示意图。
[0033] 图10是在一些实施例中根据本发明的各个方面构建的用于光刻工艺的中间层中 的化学结构的示意图。
[0034] 图11是在一些实施例中根据本发明的各个方面构建的用于光刻工艺的中间层中 的化学结构的示意图。
[0035] 图12是在一些实施例中根据本发明的各个方面构建的中间层中的第一有机基团 的化学结构的示意图。
[0036] 图13是在一些实施例中根据本发明的各个方面构建的中间层中的芳香族有机基 团的化学结构的示意图。
[0037] 图14是在一些实施例中根据本发明的各个方面构建的中间层中的第二有机基团 的化学结构的示意图。
[0038] 图15是在一些实施例中根据本发明的各个方面构建的中间层中的长链化学结构 的示意图。
[0039] 图16是在一些实施例中根据本发明的各个方面构建的中间层中的给电子基团的 化学结构的示意图。 W40] 图17是在一些实施例中根据本发明的各个方面构建的中间层中的吸电子基团的 化学结构的示意图。
[0041] 图18是在一些实施例中根据本发明的各个方面构建的中间层中的可酸裂解基团 的化学结构的示意图。
[0042] 图19是在一个实施例中根据本发明的各个方面构建的用于光刻工艺的方法的流 程图。
[0043] 图20是在一个实施例中根据本发明的各个方面构建的用于光刻工艺的方法的流 程图。
[0044] 图21是在一个实施例中根据本发明的各个方面构建的用于光刻工艺的方法的流 程图。
【具体实施方式】
[0045] 应当理解，W下公开内容提供了许多用于实现各个实施例的不同特征的不同实施 例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例W简化本发明。当然，运些仅仅是实例，而不 旨在限制本发明。例如，在W下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可W包括第一部 件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可W包括在第一部件和第二部件之间可W形 成附加的部件，从而使得第一部件和第二部件可W不直接接触的实施例。另外，本发明可W 在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不 指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
[0046] 根据一些实施例，图1至图8提供了在各个制造阶段中的半导体结构100的截面 图。参考图1至图18共同地描述半导体结构100及其制造方法。
[0047] 参考图1，在本实施例中半导体结构器件100是半导体晶圆。在一些实施例中，半 导体结构100包括半导体衬底110,诸如娃衬底。在一些实施例中，衬底110可W包括另一 元素半导体，诸如错或金刚石。衬底110可W包括化合物半导体，诸如碳化娃、神化嫁、神化 铜和憐化铜。衬底110可W包括合金半导体，诸如娃错、碳化娃错、憐神化嫁和憐铜化嫁。衬 底110可W包括一个或多个外延半导体层，诸如外延生长在娃衬底上的半导体层。例如，衬 底可W具有位于块状半导体上面的外延层。此外，衬底可W是应变的W用于提高性能。例 如，外延层可W包括与块状半导体的半导体材料不同的半导体材料，块状半导体诸如通过 包括选择选择性外延生长（SEG)的工艺形成的位于块状娃上面的娃错层或位于块状娃错 上面的娃层。此外，衬底110可W包括绝缘体上半导体（SOI)结构。例如，衬底可W包括通 过诸如注氧隔离（SIMO讶的工艺形成的掩埋氧化物度0讶层。在其他的实施例中，衬底110 可W包括诸如薄膜晶体管灯FT)技术中的玻璃。 W4引半导体结构100也可W包括其他材料层和其他电路图案。例如，半导体结构100包 括各个渗杂部件，诸如形成在半导体衬底110中的渗杂阱结构（例如，P型渗杂阱和N型渗 杂阱）。在其他的实施例中，半导体结构100还可W包括：将被图案化（通过蚀刻W去除或 离子注入W引入渗杂剂）的一个或多个材料层，诸如将被图案化W形成用于导电线的沟槽 或用于接触件或通孔的孔的介电层；将被图案化W形成栅极的栅极材料堆叠件；或将被图 案化W形成隔离沟槽的半导体材料。例如，将被图案化的材料层是半导体层，该半导体层作 为半导体衬底110的一部分。在其他的实施例中，诸如神化嫁（GaAs)和神化侣嫁（AlGaAs) 的多个半导体材料层在半导体衬底上外延生长并且被图案化W形成诸如发光二极管（LED) 的各个器件。在一些其他的实施例中，半导体结构100包括形成在该半导体结构上或将要 形成在该半导体结构上的罐式有源区和S维罐式场效应晶体管（FinFET)。
[0049] 仍然参考图1，在半导体衬底110上形成=层光刻胶。在半导体衬底110上形成下 层112。将下层112设计为提供对于蚀刻或离子注入的抵抗。下层112用作掩模W保护衬 底110免受蚀刻或离子注入。因此，下层112具有足够的厚度W实现该目的。在一些实施 例中，下层112包括不含娃的有机聚合物。在一些实施例中，下层112的形成包括旋涂和固 化（诸如具有适当的烘赔溫度的热烘赔工艺）。
[0050] 仍然参考图1，在下层112上形成中间层114。中间层114是含娃层，含娃层设计 为提供与下层112的蚀刻选择性。在本实施例中，中间层114用作蚀刻掩模W将图案转印 至下层112。在一些实施例中，也将中间层114设计为用作底部抗反射涂层，该底部抗反射 涂层在光刻曝光工艺期间减小反射，因此提高成像对比度并且增强成像分辨率。含娃中间 层114和不含娃下层112设计为具有蚀刻选择性。在一些实施例中，中间层114的形成包 括旋涂和固化（诸如具有适合的烘赔溫度的热烘赔工艺）。
[0051] 存在的中间层难W去除。当应用等离子体蚀刻工艺W去除中间层时，等离子体蚀 刻工艺可能损坏半导体衬底110。现有的湿蚀刻工艺对去除中间层是无效的。设计公开的 方法和中间层114,使得能够通过湿剥离有效地去除中间层114,而不损坏半导体结构100。 因此，中间层114称为可湿剥离的中间层。
[0052] 根据一些实施例，可湿剥离的中间层114包括具有图9中示意性示出的化学结构 的含娃聚合物（或简单地娃聚合物）130。具体地，可湿剥离的中间层114设计为具有长侧 链并且具有重量百分比小于20%的娃含量。通过具有长侧链，降低了中间层114中的娃的 重量百分比。因此，相对于含娃基团，长侧链易于去除。此外，在图案化下层112的干蚀刻工 艺期间，长侧链减少了 O-Si-O的形成。应用至下层112的干蚀刻工艺在图案化的中间层上 形成外壳，并且由于高娃含量，所W外壳难W被去除。因此，在干蚀刻工艺期间降低O-Si-O 的形成降低了外壳的娃含量并且使外壳容易被去除。可选地，中间层114中的含娃聚合物 130设计为具有更多和/或更长的有机链。由于类似的理由，更多和/或更长的有机链将降 低中间层114的娃含量，运使得在不损坏半导体结构100的情况下更容易去除中间层和外 冗。
[0053] 根据各个实施例还描述了可湿剥离的中间层114的组成。娃聚合物130的化学结 构包括具有化学键合在一起的多个O-Si-O基团的主链132。在一些实施例中，O-Si-O基团 可W不直接键合在一起。例如，一些其他的化学基团可W桥接两个邻近的O-Si-O基团并且 将两个邻近的O-Si-O基团键合在一起。娃聚合物130还包括：提供交联位点的第一有机基 团134(标记为"X");改进中间层114的特性（诸如折射率n、消光系数K和/或抗蚀刻 性）的芳香族基团136(标记为"D");化及增强光刻胶层的粘附性并且调节其他影响（诸 如蚀刻性能和湿剥离性）的第二有机基团138 (标记为"R")。
[0054] 如图9所示，娃聚合物130的主链132包括键合至第一有机基团134的第一子集、 键合至芳香族基团136的第二子集W及键合至第二有机基团138的第=子集。O-Si-O基团 的第一、第二和第S子集的相对重量百分比分别为"a"、"b"和"C"(如图9中标记的）。a、 b和C的和是1或100 %。调整相对重量百分比a、b和C，从而使得适当地调节各个参数。 例如，当期望较少的交联位点时，降低O-Si-O基团的第一子集的重量百分比"a"。如上所 述，除了各自的功能外，化学基团"X"、"D"和"R"设计为具有长链W进一步减小中间层114 的娃含量W及外壳的娃含量，因此，使该中间层和外壳的去除更加容易。在一些实施例中， 中间层114包括通过脂族基团或芳香族基团键合至主链132中的娃原子的1-4烷基基团。 阳化5] 在一些实施例中，第一有机基团狂)134是交联剂，其是具有2-20个碳（C2-C20) 的烷基基团并且具有至少一个可交联的官能团，可交联的官能团诸如-I、-Br、-Cl、-NH2、-C 00H、-OH、-甜、-N3、环氧基、烘控、締控、酬、醒、醋、酷基面、N服醋、亚氨酸醋、五氣苯醋、径甲 基麟、碳二亚胺、马来酷亚胺、面代乙酷、二硫代化晚、硫代亚横酸醋、乙締基讽、酷阱、烧氧 基胺、双叮丙晚、芳基叠氮化物、异氯酸醋、麟、酷胺、酸或它们的组合。在一些实例中，第一 有机基团狂)134包括化学结构，诸如图12中示出的150、152、154或156。根据一些实施 例，第一有机基团狂)134的重量百分比"a"在从0至1的范围内。
[0056] 在一些实施例中，芳香族基团值)136包括发色团并且包括带有至少一个光敏官 能团的具有3-20个碳（C3-C20)的烷基基团，诸如芳香族基团或杂环基团。芳香结构可W是 苯基、糞基、菲酪基、蔥基、菲基或含有一至五元环的其他芳香族衍生物。在一些实例中，芳 香族基团值)136包括诸如图13中示出的160、162或164的化学结构。根据一些实施例， 芳香族基团值）136的重量百分比"b"在从0至0.5的范围内。
[0057] 在一些实施例中，第二有机基团（R) 138包括带有非环状结构或环状结构的具有 1-20个碳（C1-C20)的烷基基团。例如，环状结构是芳香环。第二有机基团138设计为提 高光刻胶粘附性、抗蚀刻性和湿剥离性。在其他的实例中，烷基基团还包括官能团，诸如-I 、-B;r、-Cl、-NH2、-C00H、-OH、-甜、-N3、-S( = 0)-、締；l；圣、烘；l；圣、亚胺、酸、醋、醒、酬、酷胺、讽、乙 酸、氯或它们的组合。在一些实例中，第二有机基团（R) 138包括诸如图14示出的170、172、 174或176的化学结构。根据一些实施例，第二有机基团（R) 138的重量百分比"C"在从0 至0. 5的范围内。
[005引如上所述，根据一些实施例，可湿剥离的中间层114设计为具有长侧链。例如，中 间层114中的第一有机基团134、芳香族基团136和第二有机基团138=种中的全部或至少 一种具有含有5至20个碳的长链。可选地，中间层114中的含娃聚合物130设计为具有更 多和/或更长的碳链，由此在清洗工艺期间形成具有低分子量的多种聚合物。根据一些实 施例，例如，娃聚合物130的主链132包括诸如图15中示出的180、182或它们的组合的化 学结构。
[0059] 可湿剥离的中间层114还包括如图9所示的交联剂（"化")142、染料144和其他 添加剂146。交联剂142用于将中间层中的各个化学物交联为聚合网络。由于含娃聚合物 130具有较小的娃含量，所W现有的交联剂是无效的。W不同方式设计交联剂142,从而使 得能够被化学键合至第一有机基团134的交联位点。在本实施例中，交联剂142是有机交 联剂。在各个实施例中，交联剂142包括芳香结构、脂族结构或它们的组合。在一些实施例 中，在交联反应之前，交联剂142化学键合至含娃聚合物130。例如，交联剂142中的每一个 都在交联反应之前最初键合至第一有机基团134,或者是第一有机基团134。 W60] 染料144对光是敏感的，并且能够改进中间层114的特性（诸如折射率n和消光 系数K )。在各个实施例中，染料144是芳香族基团136的一部分，或者化学键合至该芳香 族基团，或化学键合至第二有机基团138。
[0061] 添加剂146可W包括被设计为改进中间层114的特性和提高该中间层的性能（诸 如可润湿性和清洗工艺期间的清洗机制的相应的提高）的各种化学物。在一些实施例中， 添加剂146包括表面活性剂、含氣基团或表面活性剂和含氣基团二者。
[0062] 在本实施例中，当中间层114设置在下层112上时，该中间层也包括溶剂。在各个 实例中，溶剂包括异丙醇（IPA)、丙二醇甲酸（PGE巧、丙二醇单甲酸乙酸醋（PGMEA)、&0、酸、 醇、酬或醋。
[0063] 在一些实施例中，如图10所示，娃聚合物130使用含娃单体，含娃单体具有给电子 基团巧DG，标记为"A") 148、吸电子基团（EWG，标记为"B") 150或二者。邸G 148稳定娃阳 离子并且弱化Si-O键。EWG 150能够降低氧的亲核性并且也弱化具有邸G 148的含娃单体 中的Si-O键。由此，娃聚合物中的一些Si-O键容易裂解。在一些实施例中，EDG、EWG或二 者合并到第一有机基团狂)134、芳香族基团值)136和第二有机基团（R) 138中的至少一些 中。在又一实施例中，化学基团X、D、R的至少一个子集设计为包括邸G、EWG或二者。 W64] 在一些实施例中，邸G 148包括W下中的一种：伯碳基团、仲碳基团、叔碳基团、芳 香环、脂族基团、杂环、-OR、-OH、顺2、-饥取、-畑2、-SR、-SH、-PRs、斗皿2、-PHzR、-P&、締控、烘 控和它们的组合。在一些实施例中，根据一些实施例，EDG 148包括诸如图16所示的190或 192的化学基团。 W65] 在一些实施例中，EWG 150包括W下中的一种：芳香环、脂族基 团、杂环、-CN、_N02、_C( = 0)_、-COOH、-OR、_C( = NR) _、_S〇2、_S (= 0) -、-COOR、-OH、-CONHR、-CONR2、締控、烘控、面化物和它们的组合。在一些实施例中，根据 一些实施例，EWG 150包括诸如图17所示的200或202的化学基团。
[0066] 在一些实施例中，如图11所示，娃聚合物130的化学结构包括主链132,该主链具 有多个O-Si-O基团和将临近的O-Si-O基团键合在一起的化学间隔。在本实施例中，化学 间隔包括碳但不含娃，因此也称为碳间隔。碳间隔将两个邻近的O-Si-O基团键合在一起， 形成Si-O-R-O-Si，其中R是碳间隔。通过酸处理容易裂解运样的结构。换句换说，化学间 隔是可酸裂解的。在图11中，诸如Ra、化、Rc、Rab、化C和Rac的各个碳间隔合并到娃聚合 物130的主链132中。具体地，碳间隔R油插入并且键合在第一有机基团X和芳香族基团 D之间；碳间隔化C插入并且键合在芳香族基团D和第二有机基团R之间；碳间隔Rac插入 并且键合在第一有机基团X和第二有机基团R之间；碳间隔Ra插入并且键合在两个第一有 机基团X之间；碳间隔化插入并且键合在两个芳香族基团D之间；W及碳间隔Rc插入并且 键合在两个第二有机基团R之间。在又一实施例中，由于间隔合并到主链132中，所W娃聚 合物130不含Si-O-Si键。最后，中间层114是易于剥离的。此外，运减少了在图案化下层 112的干蚀刻工艺期间的Si-O-Si的形成。因此，由干蚀刻工艺产生的相应的外壳具有较少 的Si-O-Si基团，由此提高了外壳在湿化学清洗中的溶解性，湿化学清洗诸如通过硫酸-过 氧化氨混合物（SPM)和氨水-过氧化氨混合物（SC-1或APM)。 W67] 在一些实施例中，可酸裂解的基团Rab、化C和Rac中的至少一个或全部包 括简单的烷基基团或可酸裂解基团，诸如芳香环、脂族基团、杂环、-c( = 〇)-、-c(= NR)-、-S02、-S( = 0)-、-C00R、-C0NHR、-C0NR2、酸、締控或烘控。在一些实例中，可酸裂解的 基团（R油、化c、Rac或全部）包括诸如图18中示出的210或212的化学基团。
[0068] 再次参考图1，光刻胶层（光敏层或抗蚀剂层）116形成在中间层114上。光刻胶 层116的形成可W包括旋涂和烘赔工艺。光刻胶层116可W包括光敏化学物、聚合材料和 溶剂。在一些实施例中，光敏层116利用化学增幅（CA)抗蚀剂材料。例如，正CA抗蚀剂材 料包括聚合材料，在聚合材料与酸反应之后，该聚合材料变得可溶于诸如碱溶液的显影剂。 可选地，CA抗蚀材料可W是负性的并且包括聚合材料，在聚合物与酸反应之后，该聚合材料 变得不溶于诸如碱溶液的显影剂。光刻胶层116还包括溶剂。可W通过软烘工艺部分地蒸 发溶剂。在又一实施例中，当使用CA抗蚀剂材料时，光敏化学物包括分布在光刻胶层中的 光酸产生剂（PAG)。当吸收光能时，PAG分解并且形成少量的酸。W重量百分比计，PAG的 浓度可W在光刻胶层116的约1%和30%之间的范围内。
[0069] 光刻胶层116可W附加地包括其他组成，诸如分布在溶剂和聚合材料中的巧灭 剂。在本实例中，巧灭剂是碱性的并且具有中和酸的能力。共同地或附加地，巧灭剂可W抑 制光刻胶层116的其他活性组分，诸如抑制光酸的反应。
[0070] 参考图2,然后将半导体结构100转移至用于曝光工艺的光刻装置。在一个实施 例中，曝光工艺利用光刻技术，光刻技术利用适当的福射源和相应的福射能量。在曝光工艺 中，通过具有预定图案的光掩模（掩模或标线）将光刻胶层116暴露于福射能量，由此产生 包括诸如曝光的部件116a的多个曝光的区域和多个未曝光的区域11化的潜在的光刻胶图 案。在各个实例中，福射能量可W包括利用氣化氯（Kr巧受激准分子激光器的248nm束、 利用氣化氣（Ar巧受激准分子激光器的193nm束、利用氣化物（F2)受激准分子激光器的 157皿束或诸如具有约13. 5皿波长的EUV光的远紫外巧UV)光。在曝光工艺之后，接下来 是诸如曝光后烘赔（PEB)工艺的其他处理步骤。
[0071] 参考图3,通过显影剂显影光刻胶层116 W形成图案化的光刻胶层。在本实例中， 光刻胶层116是正性的，通过诸如四甲基氨氧化锭（TMAH)的显影剂来去除光刻胶层的曝光 的部分116曰。在一个实例中，显影剂包括具有诸如约2. 38%的适当的浓度的TMAH溶液。然 而，可W可选地使用负性的光刻胶层和/或负性的显影剂。在显影之后，光刻胶116可W进 行至其他处理步骤，诸如硬烘工艺。可W通过诸如无掩模光刻、电子束写入、离子束写入和 分子印迹的其他适当的技术来执行或替换使用光掩模和光刻装置的曝光工艺。
[0072] 参考图4,使用图案化的光刻胶层116作为蚀刻掩模，将第一蚀刻工艺应用于中间 层114,由此将图案从图案化的光刻胶层116转印至中间层114。在各个实施例中，第一蚀 刻工艺可W包括干蚀刻、湿蚀刻或它们的组合。在本实例中，蚀刻工艺包括使用蚀刻剂的等 离子体蚀刻工艺，蚀刻剂具有氣，诸如 CFz、CFs、CF4、C2F2、C2F3、C3F4、C4F4、CaFs、C扔、CeFe、CeFs 或它们的组合。
[0073] 参考图5,在通过第一蚀刻工艺图案化中间层114之后，可W通过诸如湿剥离或等 离子体灰化的适当的技术来去除光刻胶层116。
[0074] 参考图6,使用图案化的中间层114作为蚀刻掩模，将第二蚀刻工艺应用于下层 112,由此将图案从图案化的中间层114转印至下层112。在各个实施例中，第二蚀刻工艺可 W包括干蚀刻、湿蚀刻或它们的组合，第二蚀刻工艺利用选择性地蚀刻下层112同时基本 上保留中间层114的蚀刻剂。由于在本实施例中，中间层114是含娃材料而下层112是不 含娃材料，所W可W通过蚀刻剂的适当的选择实现蚀刻选择性。在本实施例中，第二蚀刻工 艺包括使用具有含硫气体和含氧气体的蚀刻剂的等离子体蚀刻工艺。在一个实例中，含氧 气体包括氧气（〇2)。在一个实例中，含硫气体包括幾基硫化物（COS)。在另一实例中，含硫 气体包括二氧化硫（S〇2)。第二蚀刻工艺可W产生形成在图案化的中间层114上的外壳并 且该外壳难W被去除。
[00巧]仍参考图6,根据一些实施例，可W应用等离子体处理W去除外壳。通过使用可剥 离的中间层114,通过随后的工艺有效地去除中间层和外壳。可选地或附加地，应用等离子 体处理W具有共同去除效果地去除形成在中间层114上的外壳。等离子体处理包括使用具 有氨气&和氮气N 2的气体。气体被离子化为等离子体并且然后应用于半导体结构100 W 有效地去除外壳。
[0076] 在其他的实施例中，在不同的方案中，第二蚀刻工艺和等离子体处理可W应用于 半导体结构100。例如，第二蚀刻工艺是阶段化的并且应用在第一时间窗口内，W及等离子 体处理是阶段化的并且应用在第二时间窗口内。第二时间窗口与第一时间窗口是成对的并 且跟随相应的第一时间窗口，从而使得通过等离子体处理的相应的阶段去除通过第二蚀刻 工艺的每个阶段形成的外壳。在更具体的实例中，应用第二蚀刻工艺持续第一时间段，从而 使得部分地去除未被中间层覆盖的下层；然后应用等离子体处理持续第二时间段；然后应 用第二蚀刻工艺持续第S时间段，从而使得蚀刻穿过下层112 ;然后应用等离子体处理持 续第四时间段；等等。
[0077] 在其他的实施例中，将第二蚀刻工艺和等离子体处理集成，并且在共同的等离子 体工艺中同时执行第二蚀刻工艺和等离子体处理W达到蚀刻和清洗效果。将共同的等离子 体工艺设计为具有蚀刻气体和等离子体处理气体W同时实现去除下层112的蚀刻W及去 除由蚀刻导致的外壳的等离子体处理。在又一实施例中，利用气体将共同的等离子体工艺 应用于半导体结构100,气体包括蚀刻气体（诸如COS和〇2的混合物或SO 2和0 2的混合物） 和处理气体0?和H 2)，由此，当通过蚀刻图案化下层112时同时去除外壳。
[0078] 参考图7,将制造工艺应用至半导体结构100,诸如使用下层112作为掩模穿过图 案化的下层112的开口至顶部材料层。在一些实施例中，使用下层112作为蚀刻掩模，将蚀 刻工艺应用至半导体衬底110的顶部材料层。在一些其他的实施例中，使用下层作为注入 掩模，将离子注入工艺120应用至半导体衬底110,由此在半导体衬底110中形成各个渗杂 部件122,诸如渗杂阱。在又一实施例中，诸如氧化娃的介电材料层可W插入在半导体衬底 110和下层112之间作为离子注入屏蔽层W提高注入质量，诸如降低离子注入工艺120期间 的沟道效应。
[00巧]参考图8,随后通过湿化学工艺去除中间层114和下层112。换句话说，通过湿化学 工艺剥离中间层114和下层112。在一些实施例中，湿化学工艺包括应用硫酸-过氧化氨混 合物（SPM) W及应用氨水-过氧化氨混合物（APM或SC-1)。SPM包括具有硫酸（H2SO4)和 过氧化氨化2〇2)的溶液。在本实例中，当将SPM应用至半导体结构100时，将SPM加热至高 溫（高于室溫）。APM包括具有氨氧化锭（畑4〇巧、过氧化氨化2〇2)和水化2〇)的溶液。根据 各个实施例，W任何顺序来相继将SPM和APM应用至半导体结构100。在其他的实施例中， 湿化学工艺还包括将稀释的氨氣酸值H巧应用至半导体结构100。
[0080] 通过使用可剥离的中间层114 W及附加地或可选地使用具有&和Nz的气体来应 用等离子处理，在不损坏衬底110的情况下，有效地去除中间层114和外壳。在各个实施例 中，可W在使用图案化的下层112作为处理掩模的制造工艺之后，在第二蚀刻工艺期间或 与第二蚀刻工艺同时应用等离子体处理。
[0081] 图19是根据一些实施例构建的图案化诸如半导体结构100的工件的方法300的 流程图。方法300包括操作312,形成下层112、中间层114和光刻胶层116。具体地，操作 312还包括在衬底110上形成下层112、在下层112上形成中间层114 W及在中间层114上 形成光刻胶层116。在一些实施例中，衬底110是半导体衬底，诸如娃衬底。在一些是实例 中，下层112设计为提供对于蚀刻和/或离子注入的抵抗。下层112用作掩模W保护衬底 110免受蚀刻和/或离子注入。在一些实施例中，下层112包括不含娃的有机聚合物。在一 些实施例中，下层112的形成包括旋涂和利用合适的烘赔溫度的热烘赔工艺。
[0082] 在本实施例中，中间层114是含娃层，设计为提供相对于下层112的蚀刻选择性。 在又一实施例中，中间层114用作蚀刻掩模W将图案转印至下层112。含娃中间层114和不 含娃下层112设计为具有相对于彼此的蚀刻选择性。在一些实施例中，中间层114的形成 包括旋涂和利用合适的烘赔溫度的热烘赔工艺。在本实施例中，中间层114设计为是可湿 剥离的中间层，诸如具有重量百分比小于约20%的娃浓度的含娃层。
[0083] 光刻胶层116是光敏感的并且通过光刻工艺图案化该光刻胶层。通过包括旋涂和 诸如软烘的烘赔工艺的工序将光刻胶层116设置在中间层114上。
[0084] 方法300包括操作314,根据诸如电路布局的预定电路图案使用光刻工艺形成图 案化的光刻胶层116。在一些实施例中，操作320中的光刻工艺包括应用于光刻胶层116的 曝光工艺和显影工艺，由此形成图案化的光刻胶层116。曝光工艺利用光刻技术，光刻技术 利用适当的福射源和相应的福射能量，诸如DUV或EUV。在曝光工艺期间，通过具有预定图 案的光掩模将光刻胶层116暴露于福射能量，由此产生包括曝光的区域116a和未曝光的区 域11化的潜在的光刻胶图案。化学地改变曝光的区域内的光刻胶层116,使得在显影工艺 期间去除曝光的部分或可选地在显影工艺期间去除未曝光的部分，运取决于光刻胶层116 的类型和显影剂的类型。在一些实施例中，将显影工艺设计为在诸如喷涂或浸没的适当的 模式下通过显影剂去除光刻胶层的一部分（曝光的或未曝光的）。图案化的光刻胶层116 的形成还包括其他处理步骤，诸如曝光工艺后的阳B和/或显影工艺后的硬烘工艺。可W 可选地通过诸如无掩模光刻、电子束写入、离子束写入或分子印迹的其他适当的技术来替 换曝光工艺。 阳O化]方法300包括操作316,实施第一蚀刻工艺W选择性地蚀刻中间层114,由此将电 路图案从图案化的光刻胶层116转印至中间层114。使用图案化的光刻胶层116作为蚀刻 掩模，将第一蚀刻工艺应用于中间层114。在各个实施例中，第一蚀刻工艺可W包括干蚀刻、 湿蚀刻或它们的组合。在本实例中，第一蚀刻工艺包括使用蚀刻剂的等离子体蚀刻工艺，蚀 刻剂具有氣，诸如 CFz、CFs、CF4、C2F2、C2F3、C3F4、C4F4、C4Fe、C扔、CeFe、CeFs或它们的组合。在 操作316之后，可W通过诸如湿剥离或等离子体灰化的适当的技术来去除光刻胶层116。
[0086] 方法300包括操作318,实施第二蚀刻工艺W选择性地蚀刻下层112,由此将电路 图案从图案化的中间层114转印至下层112。使用图案化的中间层114作为蚀刻掩模，将第 二蚀刻工艺应用于下层112。在各个实施例中，第二蚀刻工艺可W包括干蚀刻、湿蚀刻或它 们的组合。在一个实例中，第二蚀刻工艺包括使用具有幾基硫化物（CO巧和氧气（〇2)的蚀 刻剂的等离子体蚀刻工艺。在另一实例中，第二蚀刻工艺包括使用具有二氧化硫（S〇2)和 氧气（〇2)的蚀刻剂的等离子体蚀刻工艺。在第二蚀刻工艺之后，在图案化的中间层114上 形成外壳。
[0087] 方法300包括操作320,使用图案化的下层112作为掩模，对工件实施制造工艺， 从而使得制造工艺仅应用于工件的位于下层112的开口内的部分，同时保护工件的被下层 112覆盖的其他部分不受制造工艺影响。在一些实施例中，制造工艺包括使用下层112作为 蚀刻掩模应用于半导体衬底110的顶部材料的蚀刻工艺。在一些实施例中，制造工艺包括 使用下层作为注入掩模应用于半导体衬底110的离子注入工艺，由此在半导体衬底110中 形成各个渗杂部件。 阳08引方法300包括操作322,去除中间层114和下层112。在操作320之后，通过使用 湿化学物的湿化学工艺来去除中间层114和下层112。在一些实施例中，湿化学工艺包括 应用硫酸-过氧化氨混合物（SPM) W及应用氨水-过氧化氨混合物（APM或SC-1)。SPM包 括具有硫酸（H2SO4)和过氧化氨化2〇2)的溶液。APM包括具有氨氧化锭（NH4OH)、过氧化氨 化2〇2)和水化2〇)的溶液。根据各个实施例，W任何顺序来相继将SPM和APM应用至工件。 在其他的实施例中，湿化学工艺还包括将稀释的氨氣酸值H巧应用至工件。
[0089] 图20是根据一些实施例构建的图案化诸如半导体结构100的工件的方法330的 流程图。方法330类似于图19中的方法300。然而，方法330还包括操作332,对工件实施 等离子体处理。应用等离子体处理W去除通过第二蚀刻工艺在中间层114上形成的外壳。 在一些实施例中，在操作318之后执行该操作。在本实施例中，等离子体处理包括使用具有 氨气&和氮气N 2的气体。气体被离子化为等离子体W及然后应用至半导体结构100 W有 效地去除外壳。
[0090] 图21是根据一些实施例构建的图案化诸如半导体结构100的工件的方法340的 流程图。方法340类似于图19中的方法300。方法340也包括实施等离子体处理W去除外 壳。然而，在不同的模式中应用等离子体处理。具体地，方法340包括操作342,选择性地蚀 刻下层112并且去除外壳。
[0091] 在操作342中，将第二蚀刻工艺和等离子体处理集成为选择性地蚀刻下层112 W 及去除外壳的共同的等离子体工艺。将共同的等离子体工艺设计为具有蚀刻和清洗（去除 外壳）效果。共同的等离子体工艺使用蚀刻气体和等离子体处理气体W同时实现对下层 112的蚀刻W及对中间层114的等离子体处理。等离子体处理的目标是去除由蚀刻导致的 外壳。在又一实施例中，利用气体将共同的等离子体工艺应用于半导体结构100,气体包括 蚀刻气体（诸如COS和〇2的混合物或SO 2和O 2的混合物）和处理气体（N 2和H 2)，由此，选 择性地蚀刻下层W及也去除外壳。
[0092] 在一些其他的实施例中，操作342包括阶段化的和交叉的第二蚀刻工艺和等离子 体处理。例如，第二蚀刻工艺是阶段化的并且应用在第一时间窗口内，W及等离子体处理是 阶段化的并且应用在第二时间窗口内。第二时间窗口与第一时间窗口是成对的并且跟随相 应的第一时间窗口，从而使得通过等离子体处理的相应的阶段去除通过第二蚀刻工艺的每 个阶段形成的外壳。在更具体的实例中，应用第二蚀刻工艺持续第一时间段，从而使得部分 地去除未被中间层114覆盖的下层112 ;然后应用等离子体处理持续第二时间段；然后应用 第二蚀刻工艺持续第S时间段，从而使得蚀刻穿过未被中间层覆盖的下层112 ;然后应用 等离子体处理持续第四时间段，由此去除外壳。在本实施例中，等离子体处理包括使用具有 氨气&和氮气N 2的气体。气体被离子化为等离子体并且然后应用至半导体结构100 W有 效地去除外壳。
[0093] 在方法330或方法340中，由于包括等离子体处理W有效地去除外壳，所W中间层 114可W不同于可剥离的中间层。然而，通过使用可剥离的中间层114 W及等离子体处理， 通过可剥离的中间层和等离子体处理的共同的效果来更加有效地去除中间层和外壳。
[0094] 本发明提供了一种光刻方法W及用于=层光刻技术的可湿剥离的含娃中间层。通 过使用可湿剥离的含娃中间层和/或等离子体处理，通过湿化学工艺有效地去除中间层， 而不损坏衬底。在各个实施例中，可湿剥离的含娃中间层包括W重量百分比小于20%的娃。 在其他的实施例中，将等离子体处理与用于图案化下层的第二蚀刻工艺集成为共同的等离 子体工艺，该共同的等离子体工艺使用包含蚀刻气体和等离子体处理气体的气体。 阳0巧]根据一些实施例，提供了一种光刻方法。光刻方法包括在衬底上形成聚合材料的 下层；在下层上形成含娃中间层，其中含娃中间层具有重量百分比小于20%的娃浓度并且 是可湿剥离的；在含娃中间层上形成图案化的光敏层；实施第一蚀刻工艺W将图案化的光 敏层的图案转印至含娃中间层；实施第二蚀刻工艺W将图案转印至下层；W及对含娃中间 层和下层实施湿剥离工艺。
[0096] 根据一些实施例，提供了一种光刻方法。光刻方法包括在衬底上形成聚合材料的 下层；在下层上形成含娃中间层；在含娃中间层上形成图案化的光敏层；实施第一蚀刻工 艺W将图案化的光敏层的图案转印至含娃中间层；实施第二蚀刻工艺W将图案转印至下 层；对含娃中间层实施等离子体处理；W及实施湿剥离工艺W去除含娃中间层和下层。
[0097] 根据一些实施例，提供了一种光刻方法。光刻方法包括在半导体衬底上形成含娃 中间层；W及对含娃中间层实施烘赔工艺。含娃中间层具有重量百分比小于20%的娃浓 度，并且是可湿剥离的。含娃中间层包括如下的化学结构
[0098]
[0099] 在化学结构中，0和Si分别表示氧和娃；a、b和C分别表示X、D和R基团的重量 百分比；X表示提供交联位点的第一有机基团；D表示设计为调节消光系数和折射率的芳香 族基团；W及R表示增强光敏层的粘附性和抗蚀刻性的第二有机基团。
[0100] 上面概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可W更好地理解本发明的各 方面。本领域技术人员应该理解，他们可W容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于 实施与在此所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其他工艺和结构。本领域技术 人员也应该意识到，运种等同构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的 精神和范围的情况下，在此他们可W做出多种变化、替换W及改变。
【主权项】
1. 一种光刻方法，包括： 在衬底上形成聚合材料的下层； 在所述下层上形成含硅中间层，其中，所述含硅中间层具有重量百分比小于20%的硅 浓度，并且所述含硅中间层是可湿剥离的； 在所述含硅中间层上形成图案化的光敏层； 实施第一蚀刻工艺以将所述图案化的光敏层的图案转印至所述含硅中间层； 实施第二蚀刻工艺以将所述图案转印至所述下层；以及 对所述含硅中间层和所述下层实施湿剥离工艺。2. 根据权利要求1所述的方法，还包括： 在实施所述第二蚀刻工艺之后以及在实施所述湿剥离工艺之前，对所述衬底实施蚀刻 和离子注入中的一种。3. 根据权利要求2所述的方法，其中，实施所述湿剥离工艺包括： 应用硫酸和过氧化氢的第一混合物； 应用氨酸、过氧化氢和水的第二混合物；以及 应用稀释的氢氟酸。4. 根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述含硅中间层包括： 利用具有含硅聚合材料的溶液涂覆所述衬底；以及 对所述溶液实施固化工艺，由此交联所述含硅聚合材料以形成所述含硅中间层。5. 根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述含硅中间层包括形成具有如下化学结 构的含硅中间层：其中，O和Si分别表不氧和娃； a、b和c分别表示X、D和R基团的重量百分比； X表示提供交联位点的第一有机基团； D表示设计为调节消光系数和折射率的芳香族基团；以及 R表示增强所述光敏层的抗蚀刻性、粘附性的第二有机基团。6. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一有机基团X具有包含2至20个碳的烷 基基团并且具有至少一个可交联的官能团，所述可交联的官能团选自由-I、_Br、-Cl、-NH 2、 -COOH、-OH、-SH、-N3、环氧基、炔烃、烯烃、酮、醛、酯、酰基卤、NHS酯、亚氨酸酯、五氟苯酯、羟 甲基膦、碳二亚胺、马来酰亚胺、卤代乙酰、二硫代吡啶、硫代亚磺酸酯、乙烯基砜、酰肼、烷 氧基胺、双吖丙啶、芳基叠氮化物、异氰酸酯、膦、酰胺、醚和它们的组合组成的组。7. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述芳香族基团D是发色团并且具有含有3至 20个碳的烷基基团，其中，所述芳香族基团D具有至少一个光敏官能团，所述光敏官能团选 自由苯基、萘基、菲酚基、蒽基、菲基和含有一至五元环的其他芳香族衍生物组成的组。8. 根据权利要求5所述的方法，其中，R是含有1至20个碳的烷基基团，其中，所述烷 基基团包括化学物，所述化学物选自由-I、-Br、-Cl、-NH 2、-C00H、-OH、_SH、-N3、-S( = 0)-、 烯烃、炔烃、亚胺、醚、酯、醛、酮、酰胺、砜、乙酸、氰或它们的组合组成的组。9. 一种光刻方法，包括： 在衬底上形成聚合材料的下层； 在所述下层上形成含硅中间层； 在所述含硅中间层上形成图案化的光敏层； 实施第一蚀刻工艺以将所述图案化的光敏层的图案转印至所述含硅中间层； 实施第二蚀刻工艺以将所述图案转印至所述下层； 对所述含硅中间层实施等离子体处理；以及 实施湿剥离工艺以去除所述含硅中间层和所述下层。10. -种光刻方法，包括： 在半导体衬底上形成含硅中间层；以及 对所述含硅中间层实施烘焙工艺，其中，所述含硅中间层具有重量百分比小于20%的 石圭浓麼·并日所祙僉砝由问尽县可温剥商的由·所祙僉砝由问尽钮栝加下的仆受结抝： 其中，O和Si分别表不氧和娃； a、b和c分别表示X、D和R基团的重量百分比； X表示提供交联位点的第一有机基团； D表示设计为调节消光系数和折射率的芳香族基团；以及 R表示增强光敏层的抗蚀刻性、粘附性的第二有机基团。
【文档编号】G03F7/20GK106019849SQ201510755863
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年11月9日
【发明人】陈建志, 陈佳伟, 张庆裕, 吴少均
【申请人】台湾积体电路制造股份有限公司