光刻图案化方法技术

本公开实施例提供光刻图案化方法，包括涂布底层于基板上，其中底层包含富碳材料；形成中间层于底层上，其中中间层的硅浓度大于42重量％；涂布光敏层于中间层上；对光敏层进行曝光工艺；以及显影光敏层以形成图案化的光敏层。

Lithography patterning method

The disclosed embodiment provides a lithography patterning method, including a coating on a substrate with a substrate containing carbon rich material, forming an intermediate layer on the bottom layer, in which the concentration of silicon in the middle layer is greater than 42 weight per cent, the photosensitive layer is coated on the middle layer, the photosensitive layer is exposed, and the photosensitive layer is formed to form a patterned layer. Photosensitive layer.

【技术实现步骤摘要】
光刻图案化方法
本公开实施例涉及半导体装置的制作方法，更特别涉及光刻中的三层光致抗蚀剂组成与采用其的方法。
技术介绍
半导体集成电路产业已经历指数成长。集成电路材料与设计的技术进步，使每一代的集成电路均比前一代的集成电路具有更小且更复杂的电路。在集成电路的演进中，功能密度(如单位芯片面积的内连线装置数目)通常随着几何尺寸(如最小构件或线路)缩小而增加。工艺尺寸缩小通常有利于增加产能并降低相关成本。上述工艺尺寸缩小亦会增加集成电路的工艺复杂性。举例来说，可采用三层光致抗蚀剂用于光刻图案化。然而三层光致抗蚀剂需调整以符合多种需求如光学折射率与吸收度，但上述调整可能造成图案化步骤的蚀刻选择性不足。如此一来，目前亟需改善此领域中的光致抗蚀剂与采用其的方法。
技术实现思路
本公开一实施例提供的光刻图案化方法，包括涂布底层于基板上，其中底层包括富碳材料；形成中间层于底层上，其中中间层的硅浓度大于42重量％；涂布光敏层于中间层上；对光敏层进行曝光工艺；以及显影光敏层以形成图案化光敏层。附图说明图1是一些实施例中，光刻图案化方法的流程图。图2A、图2B、图2C、图2D、图2E、与图2F是一些实施例中，半导体结构于多种制作阶段中的剖视图。图3是一些实施例中，底层中的化学结构。图4是一些例子中，多种化学结构。图5A与图5B是一些实施例中，中间材料溶液中的交联剂其化学结构。图5C是一些实施例中，中间材料溶液中的线型聚合物其化学结构。图6是一些实施例中，聚合物的分子内反应与分子间反应。图7是一些实施例中，中间层的化学结构。附图标记说明：100方法102、104、106、108、110、112、114步骤104-1第一步骤104-2第二步骤104-2-1第一子步骤104-2-2第二子步骤104-2-3第三子步骤104-2-4第四子步骤104-3第三步骤200半导体结构202基板204底层204’图案化底层206中间层206’图案化中间层208光敏层208’图案化光敏层208a曝光部分208b未曝光部分402、404、406、502、504、506化学结构408第四键结602、604、608、612聚合物606交联键结610氢键700正硅酸盐具体实施方式下述公开内容提供许多不同实施例或实例以实施本公开的不同结构。下述特定构件与排列的实施例是用以简化本公开而非局限本公开。举例来说，形成第一构件于第二构件上的叙述包含两者直接接触，或两者之间隔有其他额外构件而非直接接触。此外，本公开的多个实例可采用重复标号及/或符号使说明简化及明确，但这些重复不代表多种实施例中相同标号的元件之间具有相同的对应关系。此外，空间性的相对用语如「下方」、「其下」、「较下方」、「上方」、「较上方」、或类似用语可用于简化说明某一元件与另一元件在图示中的相对关系。空间性的相对用语可延伸至以其他方向使用的元件，而非局限于图示方向。元件亦可转动90°或其他角度，因此方向性用语仅用以说明图示中的方向。本公开实施例关于半导体装置的制作方法，更特别关于光刻中的三层光致抗蚀剂组成与采用其的方法。在光刻图案化中，以射线如紫外线、深紫外线、或极紫外线(或其他射线如电子束)曝光光致抗蚀剂膜后，在显影剂(化学溶液)中显影光致抗蚀剂膜。显影剂移除部分的光致抗蚀剂膜以形成光致抗蚀剂图案，其可包含线路图案及/或沟槽图案。上述显影剂可移除正型光致抗蚀剂中的曝光部分，或负型光致抗蚀剂中的未曝光部分。接着采用光致抗蚀剂图案作为后续蚀刻工艺中的蚀刻掩模，以将图案转移至下方的材料层。在其他实施例中，以三层光致抗蚀剂方案实施光致抗蚀剂图案，以改善曝光分辨率与蚀刻选择性。采用化学放大机制的光致抗蚀剂，一般称作化学放大光致抗蚀剂。光致抗蚀剂包含聚合物，其可抵挡半导体工艺中的蚀刻或离子注入；酸产生化合物(如光酸产生剂)；与溶剂。光致抗蚀剂可包含其他组成如淬息剂。在一些例子中，聚合物亦包含至少一酸活性基团以回应酸。光酸产生剂吸收射线能量并产生酸。在光刻工艺中，可先将聚合物与光酸产生剂混合于溶剂中，再将光致抗蚀剂施加至工件如半导体晶片。图1是本公开一些实施例中，图案化基板(如半导体晶片)的方法100的流程图。采用进阶光刻工艺如深紫外线光刻、极紫外线光刻、电子束光刻、X光光刻、及/或其他光刻工艺，可实施全部或部分的方法100，以改善图案尺寸的准确性。在此实施例中，以极紫外线及/或电子束光刻为主要例子。在方法100之前、之中、或之后可进行额外步骤，且额外实施例的方法可置换、省略、或调换下述的一些步骤。图2A至图2E是一些实施例中，半导体结构200于多种工艺阶段中的剖视图。方法100将搭配图1与图2A至图2E说明，其中方法100的实施例可用于制作半导体结构200。半导体结构200可为制作集成电路时的工件半成品或其部分，其可包含逻辑电路、存储结构、无源构件(如电阻、电容、或电感)、或有源构件(如二极管、场效晶体管、金属氧化物半导体场效晶体管、互补式金属氧化物半导体场效晶体管、双极晶体管、高压晶体管、高频晶体管、鳍状场效晶体管、其他三维的场效晶体管、金属氧化物半导体场效晶体管、互补式金属氧化物半导体晶体管、双极晶体管、高压晶体管、或高频晶体管、其他存储单元、或上述的组合)。图1与图2A是方法100的步骤102中的半导体结构200。如图2A所示，半导体结构200包含基板202。在一实施例中，基板202为半导体基板(如晶片)。在另一实施例中，基板202包含结晶硅。在其他实施例中，基板202包含其他半导体元素如锗、半导体化合物如碳化硅、砷化镓、砷化铟、或磷化铟。基板202包含一或多层的材料或组成。基板202可包含绝缘层上硅基板、可具有应力以增进效能、可包含外延区、可包含隔离区、可包含掺杂区、可包含一或多个半导体装置或其部分、可包含导电及/或非导电层、及/或可包含其他合适结构与层状物。在一些实施例中，半导体结构200可为用于图案化半导体晶片的光掩模。在又一实施例中，基板202为光掩模基板，其可包含透明材料如石英，或低热膨胀材料如氧化硅-氧化钛化合物。光掩模的基板202亦可包含需图案化的材料层。在此例中，基板202可为用于制作深紫外线光掩模、极紫外线光掩模、或其他种类光掩模的光掩模基板。综上所述，底层204为需图案化以定义电路图案的材料层。举例来说，底层204为吸光层如铬层。方法100的步骤104形成光致抗蚀剂层(或单纯的阻挡层)于基板202上(见图2A)。在此实施例中，实施三层光致抗蚀剂方案。特别的是，三种材料层分别形成于基板102上如下述。在一些实施例中，步骤104包含第一步骤104-1以形成底层(或底材料层)204，第二步骤104-2以形成中间层(或中间材料层)206于底层204上，以及第三步骤104-3以形成光敏层208于中间层206上。在此例中，底层204为富碳层而中间层206为富硅层，其设计以提供两层之间的蚀刻选择性。光敏层208包含的化学品对对应的光刻曝光工艺施加的射线敏感，因此射线敏感层产生化学或物理变化以回应光刻曝光工艺。如此一来，可在显影剂中移除部分的光致抗蚀剂层(如曝光部分或未曝光部分)，以形成图案化的光致抗蚀剂层。在三层光致抗蚀剂方案中，光致抗蚀剂的光敏感与抗蚀刻功能将散播至三层中，因此射线敏感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光刻图案化方法，包括：涂布一底层于一基板上，其中该底层包括富碳材料；形成一中间层于该底层上，其中该中间层的硅浓度大于42重量％；涂布一光敏层于该中间层上；对该光敏层进行一曝光工艺；以及显影该光敏层以形成一图案化光敏层。

【技术特征摘要】
2016.11.29 US 62/427,656;2017.09.06 US 15/697,2261.一种光刻图...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘朕与，张庆裕，林进祥，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71