光刻图案化的方法技术

本公开提供光刻图案化的方法的实施例。方法包括涂布光致抗蚀剂层于基板上，其中光致抗蚀剂层包括第一聚合物、第一光产酸剂、以及化学添加剂混合于溶剂中；对光致抗蚀剂层进行曝光工艺；以及对光致抗蚀剂层进行显影工艺，以形成图案化光致抗蚀剂层。化学添加剂在光致抗蚀剂层中的分布不一致。

【技术实现步骤摘要】
光刻图案化的方法
本公开实施例涉及半导体装置的制作方法，更具体涉及光刻中的光敏膜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展，使每一代的集成电路均比前一代具有更小且更复杂的电路。在集成电路的演进中，功能密度(单位芯片面积所具有的内连线装置数目)通常随着几何尺寸(如最小构件或线路)减少而增加。尺寸缩小的工艺通常有利于增加产能并降低相关成本。上述尺寸缩小亦增加集成电路的工艺复杂度。举例来说，现有的光刻工艺包含涂布光致抗蚀剂至基板，并以穿过光掩模的电磁波曝光光致抗蚀剂。光致抗蚀剂吸收电磁波后产生酸，其可去保护离去基，并使光致抗蚀剂溶于显影剂中。由于光致抗蚀剂会吸收电磁波，因此光致抗蚀剂底部的电磁波强度低于光致抗蚀剂顶部的电磁波强度。如此一来，光致抗蚀剂底部的去保护反应较少，即底部的溶解速率较低。此机制会造成基脚轮廓，特别是在小孔洞与小沟槽图案中，因为电磁波强度在上述小尺寸的图案中更低。基脚轮廓会导致图案化的光致抗蚀剂其关键尺寸不一致，比如蚀刻后检测的关键尺寸。当光致抗蚀剂的图案转移至下方的材料层时，基脚区中的光致抗蚀剂作为蚀刻掩模，并使图案化的材料层具有不一致的关键尺寸。增加光致抗蚀剂溶解度可改善基脚轮廓的相关问题，但这会导致顶部轮廓圆润化、降低光致抗蚀剂厚度、并劣化关键尺寸一致性。目前亟需光致抗蚀剂与采用光致抗蚀剂的方法以解决上述问题。
技术实现思路
本公开一实施例提供的光刻图案化的方法，包括：涂布光致抗蚀剂层于基板上，其中光致抗蚀剂层包括第一聚合物、第一光产酸剂、以及化学添加剂混合于溶剂中，其中化学添加剂在光致抗蚀剂层中的分布不一致；对光致抗蚀剂层进行曝光工艺；以及对光致抗蚀剂层进行显影工艺，以形成图案化光致抗蚀剂层。附图说明图1A为本公开一些实施例中，光致抗蚀剂的方块图。图1B为一些实施例中，涂布于基板上的光致抗蚀剂其剖视图。图2、图3、图4、图5、图6、与图7为一些实施例中，光致抗蚀剂中的化学添加剂的化学结构。图8为一些实施例中，光刻图案化方法的流程图。图9A、图9B、图9C、图9D与图9E为一些实施例中，半导体结构于多种制作阶段中的剖视图。附图标记说明：10：光致抗蚀剂；10’：图案化光致抗蚀剂；10a：曝光部分；10b：未曝光部分；12：聚合物；14：光产酸剂；16：酸活性基；18：光敏剂；20：猝灭剂；22：溶剂；24：化学添加剂；28A、28B、28C、28D：化学结构；30：溶解添加剂；32：第一结构单元；34：第二结构单元；40：光产酸剂添加剂；42、44、52、54：化学单元；46：光敏单元；50：猝灭剂添加剂；56：猝灭单元；48、58：强极性单元；60：第一聚合物添加剂；70：第二聚合物添加剂；72：第一功能单元；74：第二功能单元；100：方法；102、104、106、108、110：步骤；200：半导体结构；202：基板；204：下方层；204’：图案化硬掩模。具体实施方式下述内容提供的不同实施例或实例可实施本公开的不同结构。具体构件与排列的实施例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，本专利技术的多种例子中可重复标号和/或符号，但这些重复仅用以简化与清楚说明，不代表不同实施例和/或设置之间具有相同标号和/或符号的单元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。元件也可转动90°或其他角度，因此方向性用语仅用以说明图示中的方向。本公开涉及半导体装置的制作方法，更具体涉及光刻中的光敏膜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)显影光致抗蚀剂。显影剂可移除部分的光致抗蚀剂膜(如正型光致抗蚀剂的曝光部分或负型光致抗蚀剂的未曝光部分)，以形成光致抗蚀剂图案。光致抗蚀剂图案可包含线路图案和/或沟槽图案。在后续蚀刻工艺中，光致抗蚀剂图案可作为蚀刻掩模，以将图案转移至下方的材料层。在其他实施例中，接着可对下方材料层如半导体层进行离子注入工艺，其可采用光致抗蚀剂图案作为离子注入掩模。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。图1A为一些实施例中，光致抗蚀剂10的方块图。当光致抗蚀剂10涂布至工件如半导体基板上时，光致抗蚀剂10包含多种化学组成混合于溶液中。多种实施例的光致抗蚀剂10其组成将详述于下。光致抗蚀剂10包含聚合物12，以抵抗半导体工艺中的蚀刻或离子注入。在多种实施例中，聚合物12包含聚降冰片烯-co-马来酸酐、聚羟基苯乙烯、或丙烯酸酯为主的聚合物。举例来说，丙烯酸酯为主的聚合物包含聚甲基丙烯酸甲酯。此外，聚羟基苯乙烯也对极紫外线敏感，且可作为极紫外线光致抗蚀剂的光敏剂。聚合物12也包含多个侧位，其可与其他化学键结至其他化学基团。光致抗蚀剂10包含产生酸的化合物，比如光产酸剂14。光产酸剂14吸收能量并产生酸。在一些实施例中，光产酸剂14包含苯环。在具体例子中，光产酸剂14包含锍阳离子如三苯锍基，与阴离子如三氟甲磺酸阴离子。在一些例子中，阳离子包含磺酸基或氟化烷基磺酸基。在一些例子中，光致抗蚀剂10更包含酸活性基或溶解抑制剂键结至聚合物的主链。酸活性基16可产生化学变化以回应酸。举例来说，在酸存在时将切断酸活性基16，因此增加或降低光致抗蚀剂极性。因此在光致抗蚀剂层的曝光区域中，光产酸剂将去保护酸活性基16。曝光的光致抗蚀剂改变极性与溶解度。举例来说，曝光的光致抗蚀剂材料在显影剂中的溶解度增加(对正型光致抗蚀剂而言)或减少(对负型光致抗蚀剂而言)。当光刻曝光工艺的曝光剂量达到临界剂量时，曝光的光致抗蚀剂材料将不溶于显影剂中(或溶于显影剂中)。在一例中，酸活性基16包含叔丁氧羰基。光致抗蚀剂10可进一步包含光敏剂18以增加光致抗蚀剂材料对光的敏感度与效率。光致抗蚀剂材料中的光产酸剂可对极紫外线不敏感，但对电子或其他射线如紫外线或深紫外线较敏感。如此一来，搭配光敏剂18的光致抗蚀剂材料对第一射线的敏感度提高。特别的是，光敏剂18对第一射线敏感，并可产生第二射线以回应第一射线。在此实施例中，第一射线为极紫外线，而第二射线为电子。光敏剂18吸收极紫外线，并产生二次电子。此外，光产酸剂14对第二电子敏感，可吸收二次电子并产生酸。在多种例子中，光敏剂18包括含氟化学品、含金属化学品、含酚化学品、或上述的组合。在一些例子中，光敏剂18包含聚羟基苯乙烯、聚氟化苯乙烯、或聚氯化苯乙烯。光敏剂18可键结至聚合物12。在一些实施例中，光致抗蚀剂10可包含其他组成如猝灭剂，其为碱性且可中和酸。猝灭剂可取代或搭配其他组成，以抑制光致抗蚀剂的其他活性组成(如光产酸剂或光酸)进行反应。在一例中，猝灭剂20包含氮原子，其未成对电子可中和酸。多种化学组成混合于溶剂22中，可形成光致抗蚀剂溶液以涂布于工件上。溶剂22可为水性溶剂或有机溶剂。猝灭剂20分布在光致抗蚀剂溶液中，或键结至聚合物1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光刻图案化的方法，包括：涂布一光致抗蚀剂层于一基板上，其中该光致抗蚀剂层包括一第一聚合物、一第一光产酸剂、以及一化学添加剂混合于一溶剂中，其中该化学添加剂在该光致抗蚀剂层中的分布不一致；对该光致抗蚀剂层进行一曝光工艺；以及对该光致抗蚀剂层进行一显影工艺，以形成一图案化光致抗蚀剂层。

【技术特征摘要】
2016.11.29 US 62/427,533;2017.10.03 US 15/723,5821.一种光刻图案化的方法，包括：涂布一光致抗蚀...

【专利技术属性】
技术研发人员：张莉琳，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