本發(fā)明實(shí)施例主要和微影制程中的三層型光阻劑相關(guān)，在特定的實(shí)施例中，提供了三層光阻劑堆疊的方法。

背景技術(shù)：

為了在集成電路上放進(jìn)更多的裝置，這在發(fā)明集成電路中的半導(dǎo)體制造上已經(jīng)成為一重要目標(biāo)。更高的電路密度可以制造更高效能的裝置并大幅降低基礎(chǔ)晶體管的費(fèi)用。

集成電路制程中最大的挑戰(zhàn)是光學(xué)微影的極限。于光學(xué)微影中，一層稱為光阻的感光材料是涂覆在半導(dǎo)體裝置上，然后光阻根據(jù)特定分層設(shè)計(jì)的樣式曝露在一光學(xué)圖案中。然而，半導(dǎo)體裝置的組成元件已經(jīng)小到尺寸和光阻曝光的光波長(zhǎng)為同一級(jí)。盡管使用各種合理期待的技術(shù)來(lái)企圖推展這個(gè)光學(xué)微影極限，但就從某一層面來(lái)看，這個(gè)物理上的限制是無(wú)法克服的。

為了挑戰(zhàn)這項(xiàng)極限，使用了兩層或多層型光阻設(shè)計(jì)來(lái)提升線寬均勻度、解析度和敏感度，最常使用的則是三層型光阻結(jié)構(gòu)。然而，隨著半導(dǎo)體制程已進(jìn)展到納米技術(shù)制程節(jié)點(diǎn)，必須就現(xiàn)有光學(xué)微影制程進(jìn)行改良。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

依據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，一種用于微影的三層光阻結(jié)構(gòu)，包含一底層、一光敏層和一位于底層以及光敏層之間的中間層，其中，中間層包含一第一分層以及一第二分層，第二分層位于第一分層上且第一分層的硅含量大于第二分層。

依據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，一種應(yīng)用于微影制程的方法，包含形成一底層于基板上，接著形成一中間層于底層上，其中中間層分層為一多層結(jié)構(gòu)，再形成一光敏層于中間層上。

附圖說(shuō)明

為了更完整的了解本發(fā)明以及其優(yōu)點(diǎn)，請(qǐng)搭配以下的文字和圖片當(dāng)作參考，其中：

圖1繪示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的三層型光阻結(jié)構(gòu)的制造方法的流程圖；

圖2至圖4b繪示一制程的側(cè)視剖面圖，制程包括本發(fā)明另一實(shí)施例以形成圖4b所示的實(shí)施例；

圖5a至圖5b繪示圖4a至圖4b的替代制程步驟，其中替代步驟包含本發(fā)明另一實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

以下將詳細(xì)討論本實(shí)施例的制造與使用，然而，應(yīng)了解到，本發(fā)明提供實(shí)務(wù)的創(chuàng)新概念，其中可以用廣泛的各種特定內(nèi)容呈現(xiàn)。底下討論的特定實(shí)施例僅為說(shuō)明，并不能限制本發(fā)明的范圍。

以下揭露提供了許多不同的實(shí)施方式或?qū)嵤├?，使描述的?biāo)的的各種特征得以實(shí)現(xiàn)。下文描述了構(gòu)件和安排方式的特定實(shí)例是為了簡(jiǎn)化本發(fā)明。這些內(nèi)容當(dāng)然僅是例示而已，其意不在構(gòu)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觸的第一和第二特征的實(shí)施方式，也可能包括其他特征形成于第一和第二特征之間的實(shí)施方式，此時(shí)第一和第二特征就可能沒有直接接觸。此外，本發(fā)明可能會(huì)在不同的實(shí)例中重復(fù)使用元件符號(hào)及/或字母。這些重復(fù)是為了進(jìn)行簡(jiǎn)單和清楚的說(shuō)明，其本身并不表示在文中討論的各種實(shí)施方式及/或組態(tài)之間存在一定關(guān)系。

此外，在本文中，為了易于描述附圖所繪的某個(gè)元件或特征和其他元件或特征的關(guān)系，可能會(huì)使用空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，例如“在…下方”、“在…下”、“低于”、“在…上方”、“高于”和類似用語(yǔ)。這些空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)意欲涵蓋元件使用或操作時(shí)的所有不同方向，不只限于附圖所繪的方向而已。裝置可以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或定于另一方向)，而本文使用的空間相對(duì)描述語(yǔ)則可相應(yīng)地進(jìn)行解讀。

圖1至圖5b繪示制程步驟的側(cè)面示意圖。如圖1所示，基板200是一半導(dǎo)體基板，半導(dǎo)體基板200可以由硅、鍺、iii-v族化合物半導(dǎo)體等材料形成。在一實(shí)施例中，半導(dǎo)體基板200包括磊晶層。此外，基板200可包括絕緣層上覆硅(soi)結(jié)構(gòu)。例如，基底可包括埋藏氧化物(box)層，此埋藏氧化物(box)層可通過例如植氧分離(simox)或其它適合的技術(shù)的步驟形成，其它適合的步驟例如為晶圓結(jié)合及研磨。基板200亦包括p型摻雜區(qū)及/或n型摻雜區(qū)，由例如離子布植及/或擴(kuò)散的步驟布植。此摻雜區(qū)包括n井、p井、輕摻雜區(qū)(ldd)、重?fù)诫s源極及漏極(s/d)及各種通道摻雜輪廓，將上述摻雜區(qū)作配置可形成各種集成電路裝置，例如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(cmosfet)、影像感測(cè)器及/或發(fā)光二極管?；?00還包括功能元件，例如形成于基板上或基板中的電阻或電容。

如圖2所示，在基板200上涂覆一底層光阻201，避免基板200及/或下方層在光阻曝光期間反射顯著量的入射輻射線而負(fù)面地影響所形成的圖案的品質(zhì)。涂層包含一可圖案化的材料。涂層可改良聚焦深度、曝光寬容度、線寬度均勻性及cd控制。

底層光阻201通過旋涂施用至基板200，在其他實(shí)施例中，可以使用其他適當(dāng)?shù)某练e制程。于旋涂過程中，可基于所使用的具體涂覆設(shè)備、涂覆溶劑的黏度、涂覆工具的速度及允許旋轉(zhuǎn)的時(shí)間量來(lái)調(diào)節(jié)涂覆溶液的固體含量，以提供所欲的薄膜厚度。接著，可烘烤底層光阻201以最小化層中的溶劑含量，從而改善層與基板200的黏著性。為了減少晶圓表面構(gòu)形的變化，可使用一平坦化制程，制程可為回蝕刻(etchingback)制程或化學(xué)機(jī)械研磨制程(chemicalmechanicalpolishing，cmp)。平坦化制程將底層201表面多余的材料移除，以得到一平坦化表面。

如圖3所示，沉積含硅的樹酯聚合物于底層光阻201上，含硅聚合物包括以下a、b、c三種單體結(jié)構(gòu)，其中r為氫基或c1～c6的烷基，ar為c6～c20的發(fā)色團(tuán)(chromophore)。

如圖4a所示，因?yàn)閱误wc為疏水性且具有較低的表面能，單體(c)會(huì)浮至中間層210的表面，使中間層210分成第一分層212和第二分層214，其中第二分層214在第一分層212上方。第一分層212含單體a和b，第二分層214含單體a、b、c。單體c具有較高的碳含量，可以提升第二分層214的反射率控制。第一分層212因?yàn)椴缓瑔误wc所以具有比第二分層214高的硅含量。

根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，第一分層212的硅含量越高時(shí)，蝕刻后檢視(afteretchinginspection,aei)的線寬均勻度(criticaldimensionuniformity)越佳。因?yàn)榈谝环謱?12的硅含量越高，第一分層212的蝕刻速率越快，在露出底層(bottomlayer)光阻201時(shí)第一分層的蝕刻速率越慢，所以硅含量較高的第一分層212具有較佳的蝕刻選擇比。高蝕刻選擇比可以避免光阻崩塌以及有較佳的aei的cdu。在另一實(shí)施例中，第一分層212的硅含量至少比第二分層214的硅含量多3％。在又一實(shí)施例中，第一分層212的聚合物的分子量介于1000～10000，其中單體a的比例大于20％且單體b的比例小于80％。第一分層212的厚度介于50～200a。第二分層214的聚合物的分子量介于1000～10000，其中單體a的比例大于20％且單體b的比例小于70％且單體c的比例小于50％。第二分層214的厚度介于100～250a。

如中間層210的聚合物組成物可包含光酸產(chǎn)生劑(photo-acidgenerator，pag)，光酸產(chǎn)生劑經(jīng)照光后吸收光子在成像區(qū)便會(huì)產(chǎn)生光酸，再經(jīng)照后烘烤的步驟進(jìn)一步地進(jìn)行去保護(hù)基的觸媒式化學(xué)放大型反應(yīng)機(jī)制。光阻經(jīng)去保護(hù)基的羧酸基化，進(jìn)而可被顯影去除。光酸產(chǎn)生劑可包含鹵化三嗪(halogenatedtriazines)、鎓鹽(oniumsalts)、重氮鹽(diazoniumsalts)、芳香重氮鹽(aromaticdiazoniumsalts)、鏻鹽(phosphoniumsalts)、锍鹽(sulfoniumsalts)、錪鹽(iodoniumsalts)、甲磺酰亞胺(imidesulfonate)、肟磺酰(oximesulfonate)、二砜(disulfone)、鄰硝基苯磺酰(o-nitrobenzylsulfonate)、磺酸酯(sulfonatedesters)、鹵化硫酰二甲酰亞胺(halogeneratedsulfonyloxydicarboximides)、重氮二砜(diazodisulfones)、α-氰基氧胺磺酸鹽(α-cyanooxyamine-sulfonates)、酮基重氮砜(ketodiazosulfones)、磺?；氐?sulfonyldiazoesters)、1,2-二芳基磺酰聯(lián)氨(1,2-di(arylsulfonyl)hydrazines)、硝基芐基酯(nitrobenzylesters)和s-三嗪衍生物(s-triazinederivatives)或其他類似化合物或其組合。

如圖4b所示，將正調(diào)顯影(positivetonedeveloping)的正型光敏層203組成物通過旋涂施用至中間層210上，正型光敏層203可為多層結(jié)構(gòu)。正型光敏層203可使用一化學(xué)放大(chemicalamplification，ca)光阻材料?？苫谒褂玫木唧w涂覆設(shè)備、涂覆溶劑的黏度、涂覆工具的速度、及允許旋轉(zhuǎn)的時(shí)間量來(lái)調(diào)節(jié)涂覆溶液的固體含量，以提供所欲的薄膜厚度。

接著，可軟烘烤正型光敏層203以最小化層中的溶劑含量，從而改善層與基板200的黏著性。軟烘烤可于熱板上或烘箱中施行。軟烘烤的溫度及時(shí)間將取決于正型光敏層203的特定材料及厚度。

根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，正型光敏層203透過光罩曝光，于曝光區(qū)域與未曝光區(qū)域之間創(chuàng)造溶解度差異。光罩具有光學(xué)透明區(qū)域及光學(xué)不透明區(qū)域，是分別對(duì)應(yīng)于后續(xù)顯影步驟中正型光敏層203的待保留區(qū)域及待移除區(qū)域。曝光可使用krf/arf光源(248nm/193nm)及euv(13.5nm)或帶電粒子束(例如e-beam或ion-beam)。曝光方法可以使用浸潤(rùn)式或干燥式(非浸潤(rùn))微影技術(shù)。曝光能量介于約10至80毫焦耳(mj)/平方厘米(cm²)，取決于曝光工具及光敏組成物的成份。

在某些實(shí)施例中，曝光時(shí)可使用光罩，例如二元光罩(binaryphotomask)、相位移光罩(phase-shiftmask,psm)、衰減式相位移光罩(attenuatedphaseshiftingmask,apsm)、穿透式光罩(transmissiontypereticle)或euv反射式光罩，來(lái)定義曝光區(qū)域和未曝光區(qū)域。在另一實(shí)施例中，可使用不需要光罩的帶電粒子束直接在晶圓上覆寫預(yù)期的圖案。

正型光敏層203曝光之后，實(shí)施曝光后烘烤(postexposurebake,peb)。當(dāng)曝光進(jìn)行時(shí)，部分沒有被光阻吸收的光，將透過光阻到達(dá)基板200的表面，由基板200表面反射的光與入射的光波產(chǎn)生建設(shè)性及破壞性干涉，而形成駐波效應(yīng)(standingwaveeffect)。這將使得光阻層接受曝光的強(qiáng)度不均勻，所以經(jīng)過顯影后，光阻的側(cè)面將成為波紋狀，導(dǎo)致光阻線寬改變，而影響后續(xù)的制程。曝光后烘烤(peb)可以使曝光過的光阻結(jié)構(gòu)重新排列，以使駐波的現(xiàn)象減輕。peb可于熱板上或烘箱中施行。peb的條件將取決于特定的光阻組成物及光敏層203的厚度。

接著正型光敏層203使用任何適當(dāng)?shù)闹瞥田@影，在正型光敏層203上形成一圖案?？墒褂靡伙@影溶液來(lái)移除部分的正型光敏層203，例如tmah(tetramethylammoniumhydroxide)。根據(jù)其他實(shí)施例，接著晶圓可使用清洗制程，例如去離子水或其他溶液清洗晶圓表面，以移除殘留的顆粒。

根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，當(dāng)使用負(fù)調(diào)顯影時(shí)(negativetonedeveloping，ntd)時(shí)，可在中間層210加入一含硅的表面改質(zhì)劑(參考?xì)W洲專利ep2628744a1)，其中表面改質(zhì)劑可包含alg(acidlabilegroup)。如圖5a所示，中間層210會(huì)因?yàn)楸砻婺芏殖傻谝环謱?12，第二分層214和表面改質(zhì)層216，其中第二分層214在第一分層212之上，表面改質(zhì)層216在第二分層214上。表面改質(zhì)層216具有極性轉(zhuǎn)換功能，在不同反應(yīng)條件下可轉(zhuǎn)換成不同化合物，同時(shí)改變極性，例如從疏水性變成親水性，以避免負(fù)型光敏層205崩塌。表面改質(zhì)層216的厚度介于20a～50a。

如圖5b所示，將負(fù)調(diào)顯影的負(fù)型光敏層205組成物通過旋涂施用至中間層210上，負(fù)型光敏層205可為多層結(jié)構(gòu)。負(fù)型光敏層205可使用一化學(xué)放大(chemicalamplification，ca)光阻材料?？苫谒褂玫木唧w涂覆設(shè)備、涂覆溶劑的黏度、涂覆工具的速度、及允許旋轉(zhuǎn)的時(shí)間量來(lái)調(diào)節(jié)涂覆溶液的固體含量，以提供所欲的薄膜厚度。

接著，可軟烘烤負(fù)型光敏層205以最小化層中的溶劑含量，從而改善層與基板200的黏著性。軟烘烤可于熱板上或烘箱中施行。軟烘烤的溫度及時(shí)間將取決于光敏層的特定材料及厚度。

根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，負(fù)型光敏層205透過光罩曝光，于曝光區(qū)域與未曝光區(qū)域之間創(chuàng)造溶解度差異。光罩具有光學(xué)透明區(qū)域及光學(xué)不透明區(qū)域，系分別對(duì)應(yīng)于后續(xù)顯影步驟中負(fù)型光敏層205的待保留區(qū)域及待移除區(qū)域。曝光可使用krf/arf光源(248nm/193nm)及euv(13.5nm)或帶電粒子束(例如e-beam或ion-beam)。曝光方法可以使用浸潤(rùn)式或干燥式(非浸潤(rùn))微影技術(shù)。曝光能量介于約10至80毫焦耳(mj)/平方厘米(cm²)，取決于曝光工具及光敏組成物的成份。

在某些實(shí)施例中，曝光時(shí)可使用光罩，例如二元光罩(binaryphotomask)、相位移光罩(phase-shiftmask,psm)、衰減式相位移光罩(attenuatedphaseshiftingmask,apsm)、穿透式光罩(transmissiontypereticle)或euv反射式光罩，來(lái)定義曝光區(qū)域和未曝光區(qū)域。在另一實(shí)施例中，可使用不需要光罩的帶電粒子束直接在晶圓上覆寫預(yù)期的圖案。

負(fù)型光敏層205曝光之后，實(shí)施曝光后烘烤(postexposurebake,peb)。peb可于熱板上或烘箱中施行。peb的條件將取決于特定的光阻組成物及光敏層厚度。

接著負(fù)型光敏層205使用任何適當(dāng)?shù)闹瞥田@影，在光敏層205上形成一圖案?？墒褂靡伙@影溶液來(lái)移除部分的負(fù)型光敏層205，例如tmah(tetramethylammoniumhydroxide)。根據(jù)其他實(shí)施例，接著晶圓可使用清洗制程，例如去離子水或其他溶液清洗晶圓表面，以移除殘留的顆粒。

本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是提供用于微影的三層光阻結(jié)構(gòu)，可以提升蝕刻后的線寬均勻度。

如前文概述了幾種實(shí)施方式的特征，使本技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者更易于理解本發(fā)明的方案。所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者應(yīng)理解，他們可以輕易地以本發(fā)明作為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)、潤(rùn)飾或修改其他制程和結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)和這些本文介紹的實(shí)施方式相同的目的及/或達(dá)到相同的優(yōu)點(diǎn)。所述技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者也應(yīng)理解，此類均等架構(gòu)，并不超出本發(fā)明的意旨和范圍，他們可以在本發(fā)明的意旨和范圍內(nèi)做出各式各樣的改變、取代和變化。