光刻方法与流程

本公开是关于一种光刻方法。

背景技术：

在集成电路(ic)制造中，图案化光刻胶层用来将具有细小特征尺寸的设计图案从掩模转移至晶片。光刻胶为感光材料且可被光刻过程图案化。此外，光刻胶层提供对于蚀刻或离子植入的阻抗，因此需要足够的厚度。当ic技术持续地发展以产生更小的特征尺寸，例如缩小至32纳米、28纳米、20纳米或更小，厚度将因为阻抗的需求而无法再微缩化。足以涵盖更厚光刻胶的聚焦深度将降低影像分辨率。可使用多膜光刻胶以克服上述的挑战。然而，虽然各种此类多膜光刻胶通常已足以达到所欲之目的，但并非在每个方面都十分令人满意。

技术实现要素：

本公开提供一种方法的各种实施例，以形成交联层，其可同时保护覆盖基底/层，且被移除时不会导致覆盖基底/层的损坏。在一实施例中，方法包括：形成交联层于基底上方；藉由使用辐射源以处理交联层，从而减少交联层的分子量；以及藉由使用一溶液以移除具有减少的分子量的交联层。

在另一实施例中，方法包括形成交联层于基底上方；形成图案化层于交联层上方；藉由使用图案化层作为掩模以图案化交联层及基底；藉由使用辐射源来处理交联层，从而减少交联层的分子量；以及藉由使用一溶液以移除具有减少的分子量的交联层。

在又一实施例中，方法包括：提供基底；形成交联层于基底上方，其中交联层与基底接触；形成图案化层于交联层上方；藉由使用图案化层作为掩模，以形成图案于交联层及基底中；藉由使用辐射源来处理交联层，以将交联层转变为具有减少的分子量的去交联层；以及藉由使用不会导致基底损坏的溶液以移除去交联层。

附图说明

以下将配合所附附图详述本公开的实施例，应注意的是，依照工业上的标准实施，以下附图并未按照比例绘制，事实上，可能任意的放大或缩小元件的尺寸以便清楚表现出本公开的特征。而在说明书及附图中，除了特别说明外，同样或类似的元件将以类似的符号表示。

图1为根据本公开各种实施例，使用交联层来制造半导体装置的方法的流程图。

图2a、2b、2c、2d、2e、2f及2g为根据本公开一些实施例，例示性半导体结构在各个制造阶段的剖面图。

图3a及3b为根据本公开一些实施例，分别绘示经由处理的交联层及去交联层的图解实例。

图4a及4b为根据本公开一些实施例，分别绘示经由处理的交联层及去交联层的图解实例。

图5a及5b为根据本公开一些实施例，分别绘示经由处理的交联层及去交联层的图解实例。

其中，附图标记说明如下：

方法100

操作102

操作104

操作106

操作108

操作110

操作112

操作114

半导体装置200

基底202

可交联层204

交联层205

图案化层206

处理207

开口208

处理209

图案210

聚合物主链302

聚合物主链304

光可裂解官能基306

光可裂解键306a

光可裂解键306b

交联剂308

片段310

片段312

片段314

聚合物主链402

聚合物主链404

光可裂解交联剂406

光可裂解键406a

光可裂解键406b

聚合物主链410

聚合物主链412

聚合物主链414

聚合物主链502

聚合物主链504

光可裂解官能基506

光可裂解键506a

光可裂解键506b

光可裂解官能基507

光可裂解键507a

光可裂解键507b

交联剂508

聚合物主链510

聚合物主链514

具体实施方式

以下提供许多不同的实施方法或是例子来实行各种实施例的不同特征。以下描述具体的元件及其排列的例子以阐述本公开。当然这些仅是例子且不该以此限定本公开的范围。例如，在描述中提及第一个元件形成一第二个元件上时，其可以包括第一个元件与第二个元件直接接触的实施例，也可以包括有其他元件形成于第一个元件与第二个元件之间的实施例，其中第一个元件与第二个元件并未直接接触。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示，这些重复仅为了简单清楚地叙述本公开，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。

随着光刻特征缩小，例如低于40纳米(nm)，需要高数值孔径工艺以克服分辨率限制。多层光刻胶(例如：双层及/或三层光刻胶堆迭)的使用在这方面似乎是具有发展前景的。具体而言，此类多层光刻胶通常包括可交联层(cross-linkablelayer)，其直接位于覆盖基底上方并与其接触。可交联层在被交联之后，可作为覆盖基底的保护层。在一实例中，可交联层通常包括多个成分(例如聚合物链)，其中每个成分能够经由处理而彼此互连。在此类处理(即：不同聚合物链的互连)之后，可交联层可变成交联层(cross-linkedlayer)，且该交联层可因此具有显著增加的分子量。由于增加的分子量，故交联层可配置以保护覆盖基底(例如：防止光刻胶混入基底中，特别是在加热及/或锻烧处理期间)。通常，使用等离子蚀刻(具有高能量)及/或强溶液(例如强酸、碱、氧化剂)以移除此类交联层，其可能导致覆盖基底的损坏。因此，本公开提供处理此类交联层的方法，从而使该交联层可利用温和溶液来移除。如此一来，被交联层覆盖的基底(或层)可不受到传统方法的损坏。

图1为根据本公开的各方面，图案化基底(例如半导体晶片)的方法100的流程图。方法100可全部或部分藉由采用深紫外(deepultraviolet,duv)、极紫外(extremeultraviolet,euv)光刻、电子束(e-beam)光刻、x射线(x-ray)光刻及/或其他光刻工艺的系统来执行，以提高图案尺寸准确性。可以于方法100之前、期间及之后提供额外的操作，且一些所述操作在此方法的额外的实施例中可以被取代、删除或移动。

方法100与图2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g一同描述于下方，其中半导体装置200为藉由使用方法100的实施例来制造。半导体装置200可为在ic处理或其部分期间所制造的中间装置，其可包括静态随机存取存储器(staticrandomaccessmemory,sram)及/或其他逻辑电路；无源元件，例如电阻器、电容器及电感器；以及有源元件，例如p型场效应晶体管(p-typefieldeffecttransistor,pfets)、n型场效应晶体管(n-typefieldeffecttransistor,nfets)、鳍式场效应晶体管(fin-likefieldeffecttransistor,finfets)、其它三维(3d)场效应晶体管(fets)、金氧半场效应晶体管(metal-oxidesemiconductorfieldeffecttransistors,mosfet)、互补金氧半(complementarymetal-oxidesemiconductor,cmos)导体、双极性晶体管(bipolartransistor)、高电压晶体管(highvoltagetransistor)、高频晶体管(highfrequencytransistor)、其他存储元件及/或上述组合。

请参照图1与图2a，方法100开始于操作102，提供半导体装置200的基底202。在本实施例中，半导体装置200为半导体晶片。在一些实施例中，半导体装置200包括半导体基底202，例如硅基底。在一些实施例中，基底202可包括另一元素半导体，例如锗或钻石。基底202可包化合物半导体，例如碳化硅、砷化镓、砷化铟及磷化铟。基底202可包括合金半导体，例如硅锗、碳化硅锗、磷化镓砷及磷化镓铟。基底202可包括一或多个磊晶半导体层，例如磊晶生长于半导体基底上的半导体层。举例来说，基底可具有上覆于块状半导体的磊晶层。再者，基底可应变以提高性能。举例来说，磊晶层可包括不同于块状半导体的半导体材料，例如：藉由包括选择性磊晶生长(selectiveepitaxialgrowth,seg)工艺所形成的上覆于块状硅的硅锗层或上覆于块状硅锗的硅层。此外，基底202可包括绝缘体上半导体(semiconductor-on-insulator,soi)基底。举例来说，基底可包括藉由诸如以氧离子植入硅晶隔离法(separationbyimplantedoxygen,simox)来分离的工艺所形成的埋藏氧化物层(buriedoxidelayer,box)。在其他实施例中，基底202可包括玻璃，例如在薄膜晶体管(thinfilmtransistor,tft)技术中。

请参照图1与图2b，方法100继续至操作104，形成可交联层204于基底202上方。半导体装置200亦可包括其他材料层及其他电路图案。举例来说，半导体结构200可包括形成于半导体基底202中的各种掺杂特征，例如掺杂井结构(例如：p型掺杂井及n型掺杂井)。在其他实施例中，半导体装置200更可包括一或多个欲进行图案化的材料层(藉由蚀刻以移除或藉由离子注入以导入掺质)，例如包括：欲进行图案化的介电层，用以形成导线的沟槽或形成接触件或导通孔的孔洞；欲进行图案化的栅极材料堆迭，用以形成栅极；及/或欲进行图案化的半导体材料，用以形成隔离沟槽。在其他实施例中，诸如砷化镓(gaas)及砷化铝镓(algaas)的多重半导体材料层磊晶生长于半导体基底上，且被图案化以形成各种装置，例如发光二极管(led)。在一些其他实施例中，半导体装置200包括形成有或形成于其上的鳍式有源区及三维鳍式场效应晶体管(finfets)。

请参照图2b，在一些实施例中，形成可交联层204(即操作104)的步骤可包括旋转涂布工艺。一般而言，可交联层包括聚合物、添加剂、溶剂。在一些实施例中，添加剂可包括交联官能基(例如：羟基、烯基、炔基及/或环氧基)，其配置以提供交联键并连接成分(例如聚合物)、交联剂(例如同双功能(homobifunctional)/异双功能(heterobifunctional)交联剂)、交联催化剂及/或光可裂解交联剂。可交联层的细节将讨论于下方。

请参照图1与图2c，方法100继续至操作106，处理(207)可交联层204以形成交联层205。在一些实施例中，处理207可包括使用电磁波、加热工艺及/或化学反应。在一实例中，可使可交联层204变成交联层205的电磁波可包括无线电波、微波、红外光、可见光及/或紫外光。此外，可直接地施用电磁波至可交联层204持续约1秒至约100秒。在另一实例中，加热工艺可包括烘烤基底202于升高的温度下(例如约22℃至约400℃)。在又一实施例中，化学反应可包括施用化学溶液，例如酸、碱、氧化剂、还原剂、亲核剂及/或亲电子剂，其中所施用的化学溶液的量为约0.01％至约30％。

请继续参照图2c，在处理207之后，交联层205的分子量明显高于可交联层204的分子量(即在处理207之前)。举例来说，分子量可从1000道尔顿(daltons)变成5000道尔顿(daltons)、从1000道尔顿(daltons)变成200000道尔顿(daltons)、从3000道尔顿(daltons)变成500000道尔顿(daltons)。如上所述，分子量的显著增加可有利地防止设置于基底上方的任何各种层混入基底之中。

请回头参照图1，方法100继续至操作108，如图2d所示，形成图案化层206于交联层205上方。在一实施例中，藉由多个工艺以形成图案化层206，包括：旋转涂布液态聚合物材料于交联层205上、软烘烤过程、曝光过程、后曝光烘烤过程、显影过程及硬烘烤过程。在一实施例中，图案化层206为辐射敏感层，例如包含i-线光刻胶(i-lineresist)的光刻胶、包含氟化氪(krf)光刻胶及氟化氩(arf)光刻胶的深紫外(duv)光刻胶、极紫外(euv)光刻胶、电子束(e-beam)光刻胶及离子束光刻胶。因此，曝光过程可包括在光刻系统中，利用掩模将光刻胶层曝光至辐射束，以形成包括图案(例如：如图2d所示的开口208)的图案化层206。辐射束可为i-线(i-line)(365nm)、诸如氟化氪(krf)准分子激光(excimerlaser)(248nm)或氟化氩(arf)准分子激光(193nm)的深紫外(duv)辐射、极紫外(euv)辐射(例如13.5nm)、电子束(e-beam)、x射线(x-ray)、离子束及/或其他合适的辐射。

在一些替代的实施例中，在形成图案化层206于交联层205上方之前，可具有中间层形成于图案化层206与交联层205之间。具体而言，中间层可为硬掩模层。此类硬掩模层可为硅基(silicon-based)硬掩模层，或在一些特定实施例中，硬掩模层可为含金属的硅基硬掩模层。

请参照图1与图2e，方法100继续至操作110，使用图案化层206作为掩模，形成图案210于交联层205及基底202中。图案210的形成可包括至少一或多个以下过程：干蚀刻过程、湿蚀刻过程及显影过程。在一些实施例中，在形成图案210之后，可从交联层205上移除图案化层206。

请继续参照图1，方法100继续至操作112，处理交联层205(如图2f所示的处理209)以减少增加的分子量。处理209可包括将交联层205曝光至辐射源。根据各个实施例，辐射源可为紫外(ultraviolet,uv)光源。本实施例提供各种方法以藉由使用处理过程(例如：在此所描述的uv固化过程)将交联层去交联(de-crosslink)。当交联层去交联时可提供各种优势。交联层的目的是作为保护层于覆盖基底上方。然而，此类交联层由于其分子量而难以被移除。因此，传统方法通常使用相对较强的蚀刻工艺(例如：等离子蚀刻工艺)及/或强溶液以移除交联层，其结果可能会导致基底的损坏。相较之下，本公开藉由在移除交联层之前先去交联，而避免使用传统的方法来移除交联层。图3a及3b、图4a及4b及图5a及5b分别显示交联层如何经由处理(例如：uv固化处理209)以转变为去交联层的图解实例。

请参照图3a，在一些实施例中，交联层205可包括第一聚合物链(包括聚合物主链302)、第二聚合物链(包括聚合物主链304)、光可裂解官能基306及交联剂308。如图3a所示，两个聚合物链可经由交联剂308以联结(linked)/连接(connected)/交联(cross-linked)，且光可裂解官能基306埋置于聚合物主链302及304中。更具体地，光可裂解官能基306提供光可裂解键306a以连接其本身至聚合物主链302的一原子，且提供另一光可裂解键306b以连接其本身至聚合物主链302的另一原子。相似地，可具有一个以上的光可裂解官能基，配置以连接特定聚合物主链的任意两个原子。此类光可裂解官能基306可经由辐射(例如：uv固化处理209)以把键断开(例如：光可裂解键306a及光可裂解键306b)。举例来说，在处理(209)交联层205之后，光可裂解官能基306可断开其对聚合物主链的原子的键结，故聚合物主链可被分成多个片段。如图3b所示，在光可裂解官能基306断开其对聚合物主链的原子的键结之后，提供了片段310、312及314。包括这些片段的层在下方可被称为"去交联(de-crosslinked)"层。于是，相较于交联层的较大的分子量，去交联层可含有较小的分子量。

请参照图4a，在一些实施例中，交联层205可包括第一聚合物链(包括聚合物主链402)、第二聚合物链(包括聚合物主链404)、光可裂解交联剂406。如图4a所示，两个聚合物链可经由光可裂解交联剂406以联结(linked)/连接(connected)/交联(cross-linked)。更具体地，光可裂解交联剂406提供光可裂解键406a以连接其本身至聚合物主链402的一原子，且提供另一光可裂解键406b以连接其本身至聚合物主链404的另一原子。相似地，可具有一个以上的光可裂解交联剂，配置以连接任意两个聚合物主链。此类光可裂解交联剂406可经由辐射(例如：uv固化处理209)以把键断开(例如：光可裂解键406a及光可裂解键406b)。举例来说，在处理(209)交联层205之后，光可裂解交联剂406可断开其对两个聚合物主链的每个原子的键结，故两个聚合物主链可被断开/去交联。如图4b所示，在光可裂解交联剂406断开其对两个聚合物主链402及404的原子的键结之后，聚合物主链410及414被断开。在一些实施例中，聚合物主链410可相似于或不同于聚合物主链402；聚合物主链414可相似于或不同于聚合物主链404。在一些实施例中，包括这些断开的聚合物主链的层亦可被称为"去交联(de-crosslinked)"层。于是，相较于交联层的较大的分子量，去交联层可含有较小的分子量。

请参照图5a，在一些实施例中，交联层205可包括第一聚合物链(包括聚合物主链502)、第二聚合物链(包括聚合物主链504)、光可裂解官能基506及交联剂508。如图5a所示，两个聚合物链可经由交联剂508以联结(linked)/连接(connected)/交联(cross-linked)，再者，每个交联剂508经由两个光可裂解官能基506及507连接其本身至两个聚合物主链502及504。更具体地，两个光可裂解官能基之一506提供光可裂解键506a以连接其本身至聚合物主链502的一原子，且提供另一光可裂解键506b以连接其本身至交联剂508。相似地，前述两个光可裂解官能基中的另一个507经由两个光可裂解键507a及507b连接其本身至交联剂508及另一聚合物主链504。此类光可裂解官能基506及507可经由辐射(例如：uv固化处理209)以把键断开(例如：光可裂解键506a、光可裂解键506b、光可裂解键507a及光可裂解键507b)。举例来说，在处理(209)交联层205之后，光可裂解官能基506可断开其光可裂解键506a及光可裂解键506b。此外，光可裂解官能基507可断开其光可裂解键507a及光可裂解键507b。因此，如图5b所示，两个聚合物主链可被断开/去交联。如图5b所示，在光可裂解键506a、506b、507a及507b断开之后，聚合物主链510及514被断开。在一些实施例中，聚合物主链510可相似于或不同于聚合物主链502；聚合物主链514可相似于或不同于聚合物主链504。在一些实施例中，包括这些断开的聚合物主链层亦可被称为"去交联(de-crosslinked)"层。于是，相较于交联层的较大的分子量，去交联层可含有较小的分子量。

请参照图1及图2g，方法100继续至操作114，藉由使用不会损坏基底202的溶液来移除去交联层205。在一些实施例中，此类移除过程可包括施用温和溶液于基底202上，其中该溶液包括有机溶剂及/或水溶液。有机溶剂包括：二甲基亚砜(dimethylsulfoxide,dmso)、四氢呋喃(tetrahydrofuran,thf)、丙二醇甲醚(propyleneglycolmethylether,pgme)、丙二醇甲醚乙酸酯(propyleneglycolmethyletheracetate,pgmea)、乙醇、丙醇、丁炔醇、甲醇、乙烯、乙二醇、γ-丁内酯(gamabutylactone)、n-甲基-2-吡咯烷酮(n-methyl-2-pyrrolidone,nmp)、烷基亚砜(alkylsulfoxide)；羧酸酯、羧酸、醇、乙二醇、醛、酮、酸酐、内酯、卤化烷烃、非卤化烷烃、支链烷烃、非支链烷烃、环烷烃、非环烷烃、饱和烷烃、非饱和烷烃或上述组合；水溶液包括：氯化氢(hcl)，硫酸(h2so4)、硝酸(hno3)、氟化氢(hf)、磷酸、四甲基氢氧化铵(tetramethylammoniumhydroxide,tmah)、过氧化氢(h2o2)、臭氧(o3)、聚烷氧基(polyalkyoxide)、氟烷基盐(fluoroalkylsalt)、乙二胺、乙二胺四乙酸(ethylenediaminetetraaceticacid,edta)、二硫甘油(dimercaprol)或上述组合。再者，当施用溶液于基板上以移除去交联层205时，可使用列示于下方的一或多个条件：操作温度为约室温至150℃及操作压力为约0.9atm至10atm。上述溶液(有机溶液、无机溶液、水溶液或上述组合)在本领域中被认为是温和溶液，故本领域技术人员应当认可此类温和溶液不会导致基底的损坏。

本公开提供一种方法的各种实施例，以形成交联层，其可同时保护覆盖基底/层，且被移除时不会导致覆盖基底/层的损坏。在一实施例中，方法包括：形成交联层于基底上方；藉由使用辐射源以处理交联层，从而减少交联层的分子量；以及藉由使用一溶液以移除具有减少的分子量的交联层。

在另一实施例中，方法包括形成交联层于基底上方；形成图案化层于交联层上方；藉由使用图案化层作为掩模以图案化交联层及基底；藉由使用辐射源来处理交联层，从而减少交联层的分子量；以及藉由使用一溶液以移除具有减少的分子量的交联层。

在又一实施例中，方法包括：提供基底；形成交联层于基底上方，其中交联层与基底接触；形成图案化层于交联层上方；藉由使用图案化层作为掩模，以形成图案于交联层及基底中；藉由使用辐射源来处理交联层，以将交联层转变为具有减少的分子量的去交联层；以及藉由使用不会导致基底损坏的溶液以移除去交联层。

前述内文概述了许多实施例的特征，使本领域普通技术人员可以更佳的了解本公开的各个方面。本领域普通技术人员应该可理解，他们可以很容易的以本公开为基础来设计或修饰其它工艺及结构，并以此达到相同的目的及/或达到与本公开介绍的实施例相同的优点。本领域普通技术人员也应该了解这些相等的结构并不会背离本公开的发明精神与范围。本公开可以作各种改变、置换、修改而不会背离本公开的发明精神与范围。