半导体结构的形成方法与流程

本发明实施例涉及半导体结构的形成方法，特别涉及包含使用光刻制程的半导体结构的形成方法。

背景技术：

半导体装置被使用于多种电子应用中，例如个人计算机、手机、数字相机、和其它电子设备。一般而言，经由在半导体基底之上按序沉积绝缘或介电层、导电层、和半导体材料层，及使用光刻技术(lithography)将多种材料层图案化以形成电路组件及组件于其上，而制造半导体装置。

致力于半导体结构中的性能提升的其中一个重要动力，便是更高阶的集成电路，而这是经由将已知芯片(givenchip)上的装置尺寸微小化或缩小而实现的。然而，由于装置尺寸的缩减，用于形成装置的光刻制程也变得越来越具有挑战性。

技术实现要素：

本发明的一些实施例提供半导体结构的形成方法，此方法包括在基底之上形成材料层；在材料层之上形成光刻胶层；在光刻胶层上进行曝光制程；以及显影光刻胶层。光刻胶层是由光刻胶材料所形成，光刻胶材料包含感光性聚合物，且感光性聚合物具有第一感光性官能基团及第一酸不稳定(acidlabile)基团，第一感光性官能基团键合至感光性聚合物的主链，第一酸不稳定基团键合至第一感光性官能基团。

本发明的一些实施例提供半导体结构的形成方法，此方法包括在基底之上形成材料层；在材料层之上形成光刻胶层；在光刻胶层上进行曝光制程；以及显影光刻胶层。光刻胶层是由光刻胶材料所形成，光刻胶材料包含第一感光性化合物及第二感光性化合物，第一感光性化合物是感光性聚合物，感光性聚合物具有第一酸不稳定基团及第一感光性官能基团，第一感光性官能基团键合至感光性聚合物的主链，第二感光性化合物具有第二感光性官能基团，且第二感光性化合物具有的分子量是小于约3000。

本发明的一些实施例提供半导体结构的形成方法，此方法包括在基底之上形成材料层；在材料层之上形成光刻胶层；在光刻胶层上进行曝光制程；显影光刻胶层以形成图案化光刻胶层；以及通过图案化光刻胶层将材料层图案化。光刻胶层是由光刻胶材料所形成，光刻胶材料包含感光性聚合物，感光性聚合物具有第一酸不稳定基团、第二酸不稳定基团、及第一感光性官能基团，第一酸不稳定基团不同于第二酸不稳定基团，且第一感光性官能基团键合至第一酸不稳定基团。

附图说明

图1a～1e是根据本发明一些实施例，形成半导体结构的多个阶段的剖面示意图，其中包含进行极紫外光(extremeultraviolet，euv)光刻制程。

图2a～2f是根据本发明一些实施例，使用于用以形成光刻胶层的光刻胶材料中的感光性聚合物20a至20f的范例。

图3a～3e是根据本发明一些实施例，形成半导体结构的多个阶段的剖面示意图，其中包含进行极紫外光(euv)光刻制程。

附图标记说明

20a、20b、20c、20d、20e、20f～感光性聚合物；

100、200～半导体结构；

102～基底；

104～材料层；

106、206～光刻胶层；

106’、206’～图案化光刻胶层；

108～曝光制程；

110～屏蔽结构；

112、120、220～开口；

114、214～曝光部分；

116、216～未曝光部分；

118、218～显影制程；

122～蚀刻制程；

124、224～部分；

alg1、alg2、alg3～酸不稳定基团；

l～链接结构；

st1、st2、st3～感光性官能基团。

具体实施方式

通过以下的详细描述配合说明书附图，可以更加理解本发明实施例的内容。需强调的是，根据产业上的标准惯例，许多部件(feature)并未按照比例绘制。事实上，为了能清楚地讨论，各种部件的尺寸可能被任意地增加或减少。

以下内容提供了很多不同的实施例或范例，用于实施本发明实施例的不同部件。组件和配置的具体范例描述如下，以简化本发明实施例。当然，这些仅仅是范例，并非用以限定本发明实施例。举例来说，叙述中若提及第一部件形成于第二部件上或之上，可能包含第一和第二部件直接接触的实施例，也可能包含附加的部件形成于第一和第二部件之间，使得第一和第二部件不直接接触的实施例。另外，本发明实施例可能在许多范例中重复组件符号和/或字母。这些重复是为了简化和清楚的目的，其本身并非代表所讨论各种实施例和/或配置之间有特定的关系。

本发明以下所述的先进的光刻制程、方法和材料可以使用于许多应用，包含鳍式场效晶体管(finfieldeffecttransistor，finfet)。举例而言，可以将鳍片图案化以在部件之间形成相对靠近的间距，而本发明上述的内容适用于此。此外，可以根据本发明上述内容对用于形成鳍式场效晶体管的鳍片的间隔物进行处理。

此外，此处可能使用空间上的相关用语，例如「在…之下」、「在…下方」、「下方的」、「在…上方」、「上方的」和其它类似的用语可用于此，以便描述如图所示的一组件或部件与其它组件或部件之间的关系。此空间上的相关用语除了包含附图示出的方位外，也包含使用或操作中的装置的不同方位。装置可以被转至其它方位(旋转90度或其它方位)，则在此所使用的空间相对描述可同样依旋转后的方位来解读。应理解的是，在此方法之前、之间、及之后可提供附加的操作步骤，而对于其它的实施例，可以将本文所述的一些阶段取代或去除。

本文提供在光刻制程和方法中使用光刻胶材料用以形成半导体结构的一些光刻胶材料的范例。可以使用光刻胶材料以形成光刻胶层，并且可以经由进行曝光制程和显影制程在光刻胶层中形成图案。并且，光刻胶材料可包含具有附加的感光(photosensing)结构的化合物，其用以提升光刻制程期间的量子效率。

图1a～1e是根据本发明一些实施例，形成半导体结构100的多个阶段的剖面示意图，其中包括进行极紫外光光刻制程。根据一些实施例，如图1a所示，在基底102之上形成材料层104。基底102可以是半导体晶圆，例如是硅晶圆。附加地或替代地，基底102可包含元素半导体材料、化合物半导体材料、和/或合金半导体材料。元素半导体材料的范例可包含但非限定于结晶硅、多晶硅、非晶相硅、锗、和钻石。化合物半导体材料的范例可包含但非限定于碳化硅、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟、和锑化铟。合金半导体材料可包含但非限定于硅锗(sige)、磷砷化镓(gaasp)、砷化铟铝(alinas)、砷化铝镓(algaas)、砷化铟镓(gainas)、磷化铟镓(gainp)、和砷磷化铟镓(gainasp)。

并且，基底102可包括例如：包含井区和源极/漏极区的掺杂区的结构，包含浅沟槽隔离(sti)的隔离部件，层间介电(ild)层，和/或包含栅极、金属线、导孔和接触点的导电部件。

根据一些实施例，在基底102之上形成材料层104，且材料层104在后续的制程中将被图案化。材料层104可包含一或多个材料层。一些实施例中，材料层104包含硅层、介电层、和/或掺杂多晶硅层。

根据一些实施例，如图1a所示，形成材料层104之后，在材料层104之上形成光刻胶层106。一些实施例中，经由在材料层之上104涂布光刻胶材料而形成光刻胶层106。光刻胶材料可包含具有附加的感光结构的化合物，用以提升感光性。光刻胶材料可包含感光性(photosensitive)聚合物，且感光性聚合物可具有感光性官能基团和酸不稳定基团。并且，光刻胶材料可还包含光酸产生剂(photoacidgenerator，pag)。本文后续会对用于形成光刻胶层106的光刻胶材料的细节进行更详细的叙述。

根据一些实施例，如图1b所示，形成光刻胶层106之后，在光刻胶层106上进行曝光制程108以形成图案化光刻胶层106’。一些实施例中，在曝光制程108期间将具有开口112的屏蔽结构110设置在光刻胶层106之上，使得图案化光刻胶层106’具有曝光部分114和未曝光部分116。

曝光制程108可包含将曝光部分114暴露于射线下。一些实施例中，射线具有小于250纳米的波长。一些实施例中，射线包含氟化氪(krf)、氟化氩(arf)、极紫外光、或电子束(e-beam)。更具体而言，曝光部分114中的感光性官能基团在暴露于射线(例如，光线)下时会释放出电子，产生的电子会接着与光酸产生剂(pag)反应，进而产生质子源(protonsource)而形成酸性环境。在酸性环境中，感光性聚合物的酸不稳定基团会从感光性聚合物释放出来，而在感光性聚合物上形成羧(carboxyl)基，且曝光区域114处的光刻胶材料的溶解度会因而改变。并且，用来形成光刻胶层106的光刻胶材料包含如前所述的附加的感光结构，而这些附加的感光结构可有助于提升光刻制程期间的能量转换效率。

在进行曝光制程108之后，移除屏蔽结构110。之后，根据一些实施例，在进行曝光制程108之后，在后曝光烘烤(postexposurebaking)制程中加热图案化光刻胶层106’。后曝光烘烤制程可以有助于曝光部分114中的反应，使得更多酸不稳定基团可以从感光性聚合物释放，而因此曝光部分114会变得更具亲水性。并且，加热图案化光刻胶层106’也可以有助于干燥图案化光刻胶层106’。

接着，根据一些实施例，如图1c所示，在图案化光刻胶层106’上进行显影制程118以形成开口120。将图案化光刻胶层106’的曝光部分114溶解于用于显影制程118中的显影剂中，借此利用显影剂而移除曝光部分114。

一些实施例中，显影剂是用于极紫外光制程中的正型显影剂。一些实施例中，显影剂是碱性溶液。一些实施例中，显影剂包含氢氧化四烷铵(tetraalkylammoniumhydroxide，tmah)。一些实施例中，显影剂是2.38％的氢氧化四烷铵。

根据一些实施例，如图1c所示，在进行显影制程118之后，通过显影剂将曝光部分114移除而形成开口120，而此时未曝光部分116则存留在材料层104之上。之后，根据一些实施例，如图1d所示，进行蚀刻制程122以穿过开口120蚀刻材料层104，以形成图案化材料层104’。

一些实施例中，蚀刻制程122是干式蚀刻制程，例如是等离子体蚀刻制程。进行蚀刻制程122之后，位于图案化光刻胶层106’的未曝光部分116下方的图案化材料层104’的一些部分124保持在基底102上，而此时原本位于曝光部分114下方的一些部分则被移除。接着，根据一些实施例，如图1e所示，从半导体结构100移除图案化光刻胶层106’的未曝光部分116。

应理解的是，虽然图案化光刻胶层106’是用来当作用于蚀刻材料层104的屏蔽，但本发明的范围并非限定于此。也就是说，图案化光刻胶层106’可以用于多种制程的屏蔽，例如是用于布植制程。

如前所述，如图1a～1e所示的光刻胶层106可以是由具有附加的感光结构的光刻胶材料所形成。更具体而言，用于形成光刻胶层106的光刻胶材料可包含具有附加的感光性官能基团和/或具有感光性官能基团的附加的感光性化合物的感光性聚合物。在曝光制程108期间，这些附加的感光性官能基团可有助于提升质子吸收效率，并且也可以提升曝光部分114与未曝光部分116之间的对比。

前述的用于形成光刻胶层106的光刻胶材料可包含多种感光性化合物，例如感光性聚合物。一些实施例中，用于形成光刻胶层106的光刻胶材料包含至少一个如图2a～2f所示的感光性聚合物20a至20f。

根据一些实施例，如图2a所示，感光性聚合物20a包含感光性官能基团st1，感光性官能基团st1键合至感光性聚合物20a的主链(例如，烃链)。一些实施例中，感光性官能基团st1是经至少一个羟基取代的芳香族(aromatic)基。

并且，根据一些实施例，感光性聚合物20a还包含酸不稳定基团alg1，酸不稳定基团alg1键合至感光性聚合物20a的主链。酸不稳定基团alg1可以视作键合至感光性聚合物20a的主链上的羧基的保护基，而感光性聚合物20a在酸性环境中倾向于去保护(de-protected)而形成羧基。具有去保护的羧基的曝光部分(例如，曝光部分114)的溶解度与具有受保护的羧基的未曝光部分(例如，未曝光部分116)的溶解度会因此而不同。

一些实施例中，酸不稳定基团alg1包含至少一个倾向在酸性环境下释放的三级碳。一些实施例中，酸不稳定基团alg1是经取代或未经取代的c4-c20烷基、c4-c20环烷基、或其类似物。一些实施例中，酸不稳定基团alg1具有下式：

根据一些实施例，如图2b所示，感光性聚合物20b也包含前述的酸不稳定基团alg1，且感光性聚合物20b还包含感光性官能基团st2及附加的酸不稳定基团alg2，酸不稳定基团alg2经由链接结构l键合至感光性官能基团st2。一些实施例中，链接结构l是共价键、c1-c10烷基、c3-c10烯基、c3-c10炔基、或c1-c10烷氧基。

更具体而言，感光性官能基团st2和附加的酸不稳定基团alg2包含在感光性聚合物20b的主链(例如，烃基)上的同一个取代基中。因此，无须减少感光性聚合物20b中的酸不稳定基团的数量，便可以增加感光性官能基团st2的数量从而具有更好的感光性。据此，可通过具有较多感光性官能基团而增加感光性，并且基于酸不稳定基团的释放而产生的曝光部分114与未曝光部分116之间的对比不会减弱。

一些实施例中，酸不稳定基团alg2包含至少一个倾向在酸性环境下释放的三级碳。一些实施例中，酸不稳定基团alg2是经取代或未经取代的c4-c20烷基、c4-c20环烷基、或其类似物。一些实施例中，酸不稳定基团alg2具有下式：

一些实施例中，感光性聚合物20b中的酸不稳定基团alg2和酸不稳定基团alg1两者皆是经取代或未经取代的c4-c20烷基或c4-c20环烷基，但酸不稳定基团alg2不同于酸不稳定基团alg1。

一些实施例中，感光性官能基团st2经由共价键键合至感光性聚合物20b的主链。一些实施例中，感光性官能基团st2是经至少一个羟基或至少一个硫醇基取代的c6-c30芳香族基。一些实施例中，感光性官能基团st2包含一至五个芳香环(aromaticring)。这些芳香环有助于在曝光制程108期间观测到射线并释放出电子。然而，不能够具有太多芳香环，否则感光性聚合物20b的立体障碍会太大。一些实施例中，感光性官能基团st2具有以下多个式的其中之一：

一些实施例中，r1是-oh或-sh。一些实施例中，n是小于4的正整数。感光性官能基团st2中的r1在曝光制程108期间可有助于观测到射线并释放出电子。然而，感光性官能基团st2具有越多的r1，则感光性聚合物20b会变得越亲水性。因此，感光性官能基团st2中不能具有太多r1，否则感光性聚合物20b的本身即使在未曝光部分116处也会变得太过亲水性，而可能导致减弱了曝光部分114与未曝光部分116之间的对比。

根据一些实施例，如图2c所示，感光性聚合物20c包含酸不稳定基团alg1和感光性官能基团st1，感光性聚合物20c还包含感光性官能基团st2，感光性官能基团st2经由链接结构l键合至附加的酸不稳定基团alg2。更具体而言，酸不稳定基团alg1和感光性官能基团st1可以是类似于或相同于感光性聚合物20a中的结构，而经由链接结构l键合至附加的酸不稳定基团alg2的感光性官能基团st2可以是类似于或相同于感光性聚合物20b中的结构。

除了感光性官能基团st1，感光性聚合物20c还包含感光性官能基团st2，作为附加的感光结构而有助于增进感光性聚合物20c的感光性。同时，键合至感光性官能基团st2的附加的酸不稳定基团alg2可有助于在如图1a～1e所示的光刻制程期间提升对比。

感光性聚合物20d可以是类似于感光性聚合物20b，除了感光性官能基团st3是键合至附加的酸不稳定基团alg3的一个末端。更具体而言，根据一些实施例，如图2d所示，感光性聚合物20d包含酸不稳定基团alg1及附加的酸不稳定基团alg3，酸不稳定基团alg3键合至感光性聚合物20d的主链(例如，烃链)，且感光性官能基团st3经由链接结构l键合至附加的酸不稳定基团alg3。类似地，由于感光性官能基团st3键合至附加的酸不稳定基团alg3，因此可以增加感光性官能基团st3的数量，而不减弱曝光部分114与未曝光部分116之间的对比。并且，由于感光性官能基团st3键合至酸不稳定基团alg3的一个末端，感光性官能基团st3会随着酸不稳定基团alg3在酸性环境中一起释放。因此，在曝光部分114处的感光性聚合物20d会变得更具亲水性，而可以进一步提升曝光部分114与未曝光部分116之间的对比。

酸不稳定基团alg3可以是类似于或相同于前述的酸不稳定基团alg2，则酸不稳定基团alg3的结构在此不再重述。一些实施例中，感光性聚合物20d中的酸不稳定基团alg3和酸不稳定基团alg1两者皆是经取代或未经取代的c4-c20烷基或c4-c20环烷基，但酸不稳定基团alg3不同于酸不稳定基团alg1。

一些实施例中，感光性官能基团st3是经至少一个羟基或至少一个硫醇基取代的c6-c30芳香族基。一些实施例中，感光性官能基团st3包含一至五个芳香环。这些芳香环有助于在曝光制程108期间观测到射线并释放出电子。然而，由于感光性官能基团st3键合至酸不稳定基团alg3的一个末端，因此不能够具有太多芳香环，否则对于释放酸不稳定基团alg3的立体障碍会太大，而感光性聚合物20d上的酸不稳定基团alg3的释放可能会变得较为困难。一些实施例中，感光性官能基团st3具有以下多个式的其中之一：

一些实施例中，r1是-oh或-sh。一些实施例中，n是小于4的正整数。如前所述，感光性官能基团st3中不能具有太多r1，否则感光性聚合物20d的本身可能会变得太过亲水性。

根据一些实施例，如图2e所示，感光性聚合物20e包含酸不稳定基团alg1、感光性官能基团st1、及酸不稳定基团alg3，酸不稳定基团alg3键合至感光性聚合物20e的主链(例如，烃链)，且感光性官能基团st3经由链接结构l键合至酸不稳定基团alg3。类似地，可以调整酸不稳定基团alg1、感光性官能基团st1、感光性官能基团st3、及酸不稳定基团alg3的数量，以提升感光性，并且提升如图1a～1e所示的光刻制程期间的对比。

根据一些实施例，如图2f所示，感光性聚合物20f包含感光性官能基团st1及酸不稳定基团alg3，酸不稳定基团alg3键合至感光性聚合物20f的主链(例如，烃链)，且感光性官能基团st3经由链接结构l键合至酸不稳定基团alg3。类似地，由于酸不稳定基团alg3及感光性官能基团st3，可以提升光刻制程的能量效率及对比。

一些实施例中，用于形成光刻胶层106的光刻胶材料包含至少一个前述的感光性聚合物(例如，感光性聚合物20a至20f)。一些实施例中，光刻胶材料包含两种不同的感光性聚合物(例如，感光性聚合物20a至20e)。如前所述，感光性官能基团st2和感光性官能基团st3可以视作附加的感光结构，用以提升光刻制程期间的能量转换效率，而酸不稳定基团alg2和酸不稳定基团alg3可以有助于提升光刻制程期间的对比。

一些实施例中，用于形成光刻胶层106的光刻胶材料包含具有感光性官能基团st2和酸不稳定基团alg2的感光性聚合物(例如，感光性聚合物20b和20c)和/或具有感光性官能基团st3和酸不稳定基团alg3的感光性聚合物(例如，感光性聚合物20d、20e和20f)。一些实施例中，感光性官能基团st2和st3的量相对于感光性聚合物的量的比值是在约0.1至约0.7的范围内。一些实施例中，感光性聚合物的重量平均分子量是在约3000至约20000的范围内。

一些实施例中，用于形成光刻胶层106的光刻胶材料还包含光酸产生剂。一些实施例中，光酸产生剂是锍盐(sulfoniumsalt)。一些实施例中，光酸产生剂包含锍阳离子(sulfoniumcation)和磺酸盐(sulfonate)。一些实施例中，光酸产生剂具有下式：

一些实施例中，用于形成光刻胶层106的光刻胶材料还包含改质的光酸产生剂。改质的光酸产生剂也可观测到射线(例如，光子)并释放出电子。一些实施例中，改质的光酸产生剂是具有前述的感光性官能基团st3的取代基的锍阳离子和/或磺酸盐。一些实施例中，改质的光酸产生剂具有以下多个式的其中之一：

一些实施例中，st3是经至少一个羟基或至少一个硫醇基取代的c6-c30芳香族基，st3’是经至少一个羟基或至少一个硫醇基取代的c6-c30芳香族基，以及st3”是经至少一个羟基或至少一个硫醇基取代的c6-c30芳香族基。一些实施例中，st3、st3’和st3”是不同的结构。因为改质的光酸产生剂具有至少一个感光性官能基团(例如，st3、st3’或st3”)，则可以提升光刻胶材料的感光性。并且，由于改质的光酸产生剂与光酸产生剂具有类似的尺寸，两者之间可具有更好的亲和性(affinity)，因此改质的光酸产生剂与光酸产生剂之间的电子传递更有效率。因此，可以提升能量转换效率。

一些实施例中，用于形成光刻胶层106的光刻胶材料包含至少一个感光性聚合物(例如，感光性聚合物20a至20f)以及至少一个光酸产生剂或改质的光酸产生剂。一些实施例中，光刻胶材料包含两种不同的感光性聚合物(例如，感光性聚合物20a至20e)以及一个改质的光酸产生剂。

一些实施例中，用于形成光刻胶层106的光刻胶材料还包含附加的感光性化合物。这些感光性化合物是用来帮助提升光刻制程期间的感光性。并且，和前述的感光性聚合物相比，感光性化合物可具有相对较小的尺寸，感光性化合物与光酸产生剂之间的电子传递可更有效率。一些实施例中，感光性化合物的分子量小于约3000，且感光性聚合物的分子量是在约3000至约20000的范围内。

一些实施例中，光刻胶材料包含第一类感光性化合物a1，其具有以下多个式的其中之一：

一些实施例中，r1是-oh或-sh，且n是小于4的正整数。一些实施例中，光刻胶材料包含感光性聚合物及第一类感光性化合物a1，且第一类感光性化合物a1的量相对于感光性聚合物的量的比值是在约0.1％至约30％的范围内。第一类感光性化合物a1可有助于提升光刻胶材料的感光性。然而，光刻胶材料不可具有太多第一类感光性化合物a1，否则形成的光刻胶层会变得太具亲水性。一些实施例中，光刻胶材料包含多于一种的第一类感光性化合物a1。

一些实施例中，光刻胶材料包含第二类感光性化合物a2，其具有下式(i)：

一些实施例中，r2、r3、r4和r5各自选自氢(h)、c1-c3烷基、及芳(aryl)基，且r2、r3、r4和r5的至少其中一者包含感光性官能基团st3。一些实施例中，st3是经至少一个羟基或至少一个硫醇基取代的c6-c30芳香族基。r2、r3、r4和r5可以是相同或不同。一些实施例中，r2、r3、r4和r5共包含一至三个感光性官能基团st3。

一些实施例中，第二类感光性化合物a2具有下式(ii)：

一些实施例中，r6是氢(h)或经取代或未经取代的c1-c3烷基，且r7、r8和r9各自是氢(h)、羟基、硫醇基、或经取代或未经取代的直链、支链或环状c1-c10烷基。一些实施例中，r7、r8和r9的至少其中一者是经前述的感光性官能基团st3所取代的直链、支链或环状c1-c10烷基。

一些实施例中，第二类感光性化合物a2具有下式(iii)：

一些实施例中，r6和r10各自是氢(h)或经取代或未经取代的c1-c3烷基，且r7和r8各自是氢(h)、羟基、硫醇基、或经取代或未经取代的直链、支链或环状c1-c10烷基。一些实施例中，r7和r8的至少其中一者是经前述的感光性官能基团st3所取代的直链、支链或环状c1-c10烷基。

一些实施例中，第二类感光性化合物a2具有以下式(iv)至(x)的其中之一：

如上所示，第二类感光性化合物a2可具有含有羟基或硫醇基取代基的芳基，且这些芳基可以视作有助于提升光刻胶材料的感光性的感光性结构。然而，第二类感光性化合物a2具有太多含有羟基或硫醇基取代基的芳基，而变得太亲水性。因此，第二类感光性化合物a2可进一步具有含有烷基取代基的芳基，而这些芳基可以用作溶解抑制剂(dissolutioninhibitor)或亲和力控制剂(affinitycontroller)，用以调整感光性化合物a2的溶解度。

一些实施例中，第二类感光性化合物a2的分子量是小于约3000。一些实施例中，第二类感光性化合物a2的分子量是小于约2000。相较于光刻胶材料中的感光性聚合物，由于第二类感光性化合物a2的分子量相对较小，从第二类感光性化合物a2释放出来的电子较容易到达光刻胶材料中的光酸产生剂。因此，可提升电子效率。

一些实施例中，用于形成光刻胶层106的光刻胶材料包含至少一个感光性聚合物(例如，感光性聚合物20a至20f)、至少一个光酸产生剂或改质的光酸产生剂、以及至少一个第一类感光性化合物a1或第二类感光性化合物a2。

一些实施例中，用于形成光刻胶层106的光刻胶材料还包含淬灭剂(quencher)。淬灭剂可以是胺类衍生物，包含一级、二级、三级的脂肪胺或芳香族胺。

一些实施例中，用于形成光刻胶层106的光刻胶材料还包含交联剂。交联剂可以是胺、环氧化合物、醇、酸、酯、酐、内酯、或其类似物。

一些实施例中，用于形成光刻胶层106的光刻胶材料包含至少一个感光性聚合物(例如，感光性聚合物20a至20f)以及至少一个光酸产生剂或改质的光酸产生剂。一些实施例中，光刻胶材料包含两种不同的感光性聚合物(例如，感光性聚合物20a至20e)。一些实施例中，光刻胶材料包含两种不同的感光性聚合物(例如，感光性聚合物20a至20e)和一个改质的光酸产生剂。

在使用负型显影剂的光刻制程中也可使用上述的光刻胶材料。图3a～3e是根据本发明一些实施例，形成半导体结构200的多个阶段的剖面示意图，其中包含进行极紫外光光刻制程。除了在制程中使用负型显影剂之外，如图3a～3e所示的制程与如图1a～1e所示的制程可以是类似的。

更具体而言，根据一些实施例，如图3a所示，在基底102之上的材料层104之上形成光刻胶层206。用于形成光刻胶层206的光刻胶材料与前述的用于形成光刻胶层106的光刻胶材料可以是相同的，因此光刻胶材料的细节在此不再重述。

根据一些实施例，如图3b所示，形成光刻胶层206之后，在光刻胶层206上进行曝光制程108以形成图案化光刻胶层206’，接着加热图案化光刻胶层206’。更具体而言，在曝光制程108期间将具有开口112的屏蔽结构110设置在光刻胶层206之上，以形成曝光部分214和未曝光部分216。如前所述，在进行曝光制程108之后，在图案化光刻胶层206’的曝光部分214中的感光性聚合物变得更具亲水性。

接着，根据一些实施例，如图3c所示，在图案化光刻胶层206’上进行显影制程218以形成开口220。根据一些实施例，如图3c所示，将图案化光刻胶层206’的未曝光部分216溶解于用于显影制程218中的显影剂中，借此通过显影剂而移除未曝光部分216，而在进行显影制程218之后，曝光部分214则存留在材料层104上。

并且，如前所述，图案化光刻胶层206’的曝光部分214中的感光性聚合物(例如，感光性聚合物20a至20f)的酸不稳定基团(例如，酸不稳定基团alg1、alg2和alg3)会释放出来并形成羧(–cooh)基，使得曝光部分214变得更具亲水性，且在显影制程218期间不会被显影剂所溶解。然而，由于这些酸不稳定基团的释放，会在曝光部分214形成一些孔洞。因此，用于形成图案化光刻胶层206’的光刻胶材料可还包含感光性化合物(例如，第二类感光性化合物a2)和交联剂，且感光性化合物可与交联剂反应而填充至曝光部分214中的孔洞中，而防止曝光部分214弯折或崩坍。

一些实施例中，显影剂是用于极紫外光制程的负型显影剂。一些实施例中，显影剂是有机溶剂。一些实施例中，显影剂是由具有少于15个碳的有机化合物所形成。一些实施例中，显影剂包含具有酯基和/或酮基的化合物。一些实施例中，显影剂包含乙酸正丁酯、乙酸异戊酯、环己酮、2-庚酮、5-甲基-2-己酮、2-羟基异丁酸甲酯、乳酸乙酯或丙二醇单甲醚乙酸酯、乙酸正戊酯、丙酸正丁酯、乙酸正己酯、丁酸正丁酯、丁酸异丁酯、2,5-二甲基-4-己酮、2,6-二甲基-4-庚酮、异丁酸丙酯、丙酸异丁酯、或上述的任意组合。

根据一些实施例，如图3d所示，在进行显影制程218之后，进行蚀刻制程122以穿过开口220蚀刻材料层104。如图3d所示，位于图案化光刻胶层206’的曝光部分214下方的一些部分224保持在基底102上，而此时原本位于未曝光部分216下方的一些部分则被移除。接着，根据一些实施例，如图3e所示，从半导体结构200移除图案化光刻胶层206’的曝光部分214。

如前所述，用于在极紫外光光刻制程中形成光刻胶层的光刻胶材料可包含感光性化合物，例如是具有感光性官能基团和酸不稳定基团的感光性聚合物。感光性官能基团可以在光刻制程期间吸收辐射并释放出电子。因此，当感光性官能基团的数量增加时，可以提升光刻制程的感光性。然而，如果感光性官能基团和酸不稳定基团作为分开的取代基而两者都键合至感光性聚合物的主链，就无法具有太多的感光性官能基团，或者可能必须减少酸不稳定基团的数量，因而可能会减弱对比。据此，在一些前述的实施例中，附加的感光性官能基团(例如，st2和st3)和酸不稳定基团(例如，alg2和alg3)以单一的一个取代基而键合至感光性聚合物(例如，20b至20f)的主链。因此，感光性聚合物可以具有附加的感光性官能基团，而无需减少酸不稳定基团的数量，因此不会减弱曝光部分和未曝光部分之间的对比。

一些实施例中，将具有附加的感光性官能基团的感光性化合物(例如，改质的光酸产生剂、第一类感光性化合物a1、或第二类感光性化合物a2)加入光刻胶材料中，以提升感光性。并且，相较于感光性聚合物，由于这些化合物具有的尺寸较类似于光酸产生剂的尺寸，这些感光性化合物所释放的电子较容易传递至光酸产生剂。因此，可进一步提升能量转换效率。

本文提供多个包含使用光刻制程的半导体结构的形成方法的多个实施例。光刻制程可包括在材料层之上形成光刻胶层以及经由进行曝光制程和显影制程将光刻胶层图案化。光刻胶层可以是由包含具有感光性官能基团和酸不稳定基团的感光性聚合物的光刻胶材料所形成。并且，光刻胶材料可还包含附加的感光性官能基团以提升感光性，且同时不需要减少酸不稳定基团的数量。因此，不会因为减少酸不稳定基团的数量而减弱图案化光刻胶层的对比。

一些实施例中，提供半导体结构的形成方法。半导体结构的形成方法包括在基底之上形成材料层以及在材料层之上形成光刻胶层。半导体结构的形成方法还包括在光刻胶层上进行曝光制程以及显影光刻胶层。并且，光刻胶层是由光刻胶材料所形成，光刻胶材料包含感光性聚合物，且感光性聚合物具有第一感光性官能基团及第一酸不稳定基团，第一感光性官能基团键合至感光性聚合物的主链，第一酸不稳定基团键合至第一感光性官能基团。

在一实施例中，第一感光性官能基团是经至少一个羟基或至少一个硫醇基取代的c6-c30芳香族基。

在一实施例中，在进行曝光制程之后，第一感光性官能基团和第一酸不稳定基团从感光性聚合物的主链脱离，而在感光性聚合物上形成一羧(–cooh)基。

在一实施例中，感光性聚合物更具有第二感光性官能基团，第二感光性官能基团经由共价键而键合至感光性聚合物的主链，且在进行曝光制程之后，第二感光性官能基团保持在感光性聚合物的主链上。

在一实施例中，感光性聚合物进一步具有第二酸不稳定基团，键合至感光性化合物的主链上，且第一酸不稳定基团不同于第二酸不稳定基团。

在一实施例中，第一酸不稳定基团经由链接剂(linker)键合至第一感光性官能基团，且链接剂是共价键、c1-c10烷基、c1-c10烯基、或c1-c10炔基。

在一实施例中，光刻胶材料还包含一化合物，其具有以下多个式的其中之一：

其中st3是经至少一个羟基或至少一个硫醇基取代的c6-c30芳香族基，st3’是经至少一个羟基或至少一个硫醇基取代的c6-c30芳香族基，以及st3”是经至少一个羟基或至少一个硫醇基取代的c6-c30芳香族基。

在一实施例中，光刻胶材料还包含附加感光性化合物，附加感光性化合物具有经至少一个羟基或至少一个硫醇基取代的一芳香族基，且附加感光性化合物具有的分子量是小于约2000。

一些实施例中，提供半导体结构的形成方法。半导体结构的形成方法包括在基底之上形成材料层以及在材料层之上形成光刻胶层。半导体结构的形成方法还包括在光刻胶层上进行曝光制程以及显影光刻胶层。并且，光刻胶层是由光刻胶材料所形成，光刻胶材料包含第一感光性化合物及第二感光性化合物，第一感光性化合物是感光性聚合物，感光性聚合物具有第一酸不稳定基团及第一感光性官能基团，第一感光性官能基团键合至感光性聚合物的主链，且第二感光性化合物具有第二感光性官能基团，第二感光性化合物具有的分子量是小于约3000。

在一实施例中，第二感光性化合物具有下式：

其中r2、r3、r4和r5各自选自氢(h)、c1-c3烷基、及芳基，且r2、r3、r4和r5的至少其中一者包含第二感光性官能基团，且第二感光性官能基团是经至少一个羟基或至少一个硫醇基取代的c6-c30芳香族基。

在一实施例中，第二感光性化合物具有以下多个式的其中之一：

其中r1是-oh或-sh，且n是小于4的正整数。

在一实施例中，第二感光性化合物具有以下多个式的其中之一：

其中st3是经至少一个羟基或至少一个硫醇基取代的c6-c30芳香族基；st3’是经至少一个羟基或至少一个硫醇基取代的c6-c30芳香族基；以及st3”是经至少一个羟基或至少一个硫醇基取代的c6-c30芳香族基。

在一实施例中，第一酸不稳定基团经由链接结构(linkingstructure)键合至第一感光性官能基团，且链接结构l1是共价键、c1-c10烷基、c1-c10烯基、c1-c10炔基、c1-c10或烷氧基。

在一实施例中，第一感光性官能基团是经至少一个羟基或至少一个硫醇基取代的c6-c30芳香族基。

在一实施例中，感光性聚合物还包含第二酸不稳定基团，键合至感光性化合物的主链上，且第一酸不稳定基团不同于第二酸不稳定基团。

在一实施例中，第二感光性化合物具有的分子量是小于约2000，且感光性聚合物具有的重量平均分子量是在约3000至约20000的范围内。

一些实施例中，提供半导体结构的形成方法。半导体结构的形成方法包括在基底之上形成材料层以及在材料层之上形成光刻胶层。半导体结构的形成方法还包括在光刻胶层上进行曝光制程以及显影光刻胶层以形成图案化光刻胶层。半导体结构的形成方法还包括通过图案化光刻胶层将材料层图案化。并且，光刻胶层是由光刻胶材料所形成，光刻胶材料包含感光性聚合物，感光性聚合物具有第一酸不稳定基团、第二酸不稳定基团、及第一感光性官能基团，第一酸不稳定基团不同于第二酸不稳定基团，且第一感光性官能基团键合至第一酸不稳定基团。

在一实施例中，在进行曝光制程之后，感光性聚合物经水解而释放出第一酸不稳定基团、第二酸不稳定基团及第一感光性官能基团。

在一实施例中，光刻胶材料还包含第一感光性化合物，其具有下式：

其中r2、r3、r4和r5各自选自氢(h)、c1-c3烷基、及芳基，且r2、r3、r4和r5的至少其中一者包含第二感光性官能基团，且第二感光性官能基团是经至少一个羟基或至少一个硫醇基取代的c6-c30芳香族基。

在一实施例中，光刻胶材料还包含交联剂，且在进行曝光制程之后，交联剂键合至第一感光性化合物。

以上概述了数个实施例的部件，以便本发明所属技术领域的技术人员可以更加理解本发明实施例的观点。本发明所属技术领域的技术人员应理解，他们能轻易地以本发明实施例为基础，设计或修改其它制程和结构，以达到与在此介绍的实施例相同的目的和/或优势。本发明所属技术领域的技术人员也应理解，此类等效的结构并无背离本发明的构思与范围，且他们能在不违背本发明的构思和范围下，做各式各样的改变、取代和替换。因此，本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。