專利名稱：利用光酸產(chǎn)生劑制造半導體組件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制造半導體組件的方法，特別是一種利用光酸產(chǎn)生劑制造半導體組件的方法。
背景技術：
半導體技術在一半導體組件的制造過程中，頻繁地利用微影(photolithography)步驟。而一微影步驟中，適當?shù)木劢股疃?depth of focus，DOF)范圍，即沿著一光軸確認一半導體組件的特征對焦(in focus)的距離，是需要被考慮的一個因素。一有效的DOF是適用于光阻厚度的不同變化、局部的基底階梯高度分布(topology step height)、圓片中心以及邊緣的階梯高度差。因此，一有效的DOF可以使得一半導體組件在一關鍵尺寸(criticaldimensions，CD)內(nèi)制造而不會產(chǎn)生浮污(scumming)(例如不充分顯影)、頂部損失缺陷、或者其它問題。然而，某些與DOF有關的問題由于微影步驟而發(fā)生，例如放射線劑量強度。舉例來說，在一微影過程中，一散焦(defocused)區(qū)域的光線劑量強度通常低于一聚焦區(qū)域的光線劑量強度，其可能導致非期望的光阻輪廓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種制造一半導體組件的方法，利用光酸產(chǎn)生劑制造半導體組件，解決現(xiàn)有技術中所產(chǎn)生的問題。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的方法，包括提供一基底；以及在該基底上形成一可微影疊層結構，該可微影疊層結構包括一第一光酸產(chǎn)生層和一光阻層，其中該第一光酸產(chǎn)生層包括至少一光酸產(chǎn)生劑。
在一實施例中，該方法包括提供一基底，在該基底上形成一光酸產(chǎn)生層，其中該光酸產(chǎn)生層包括至少一光酸產(chǎn)生劑，以及在該光酸產(chǎn)生層上形成一光阻層。
采用本發(fā)明的方法，可避免現(xiàn)有技術中某些由于微影步驟而發(fā)生的問題，以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。


圖1a顯示一錐形光阻輪廓；圖1b顯示一底切光阻輪廓；圖1c顯示根據(jù)本發(fā)明的一或多個實施例所產(chǎn)生的一光阻輪廓；圖2a-2d顯示一實施例在不同制作階段中的部份半導體組件；圖3a-3d顯示另一實施例在不同制作階段中的部份半導體組件；圖4為一圖表顯示有關DOF的不同組合的劑量強度以及光酸產(chǎn)生劑強度之間的關系。
其中，附圖標記10錐形光阻輪廓 12底切光阻輪廓14理想光阻輪廓 100部份半導體組件110基底112導體層114介電層 120光酸產(chǎn)生層121部分光酸產(chǎn)生層 122光阻層123錐形輪廓124、125部分光阻126光阻輪廓230圖表具體實施方式
接著的揭露內(nèi)容提供多個不同實施例來說明本發(fā)明的不同特征，并且利用如下所述的組成以及排列的特殊例子簡化本發(fā)明。當然，此僅為范例而并非用來限制本發(fā)明。此外，揭露內(nèi)容可能在不同實施例中重復標號以及/或者字母，其目的是為了內(nèi)容的簡化以及清晰，而并非意指不同實施例以及/或者結構之間具有關聯(lián)。另外，揭露內(nèi)容其后描述在一第二特征上方形成一第一特征，可能包含利用該第一以及該第二特征直接接觸而形成，也可能包含在該第一以及該第二特征之間形成額外特征，如此該第一以及該第二特征并未直接接觸。
如圖1a-1c所示，具有不同DOF的微影步驟可以產(chǎn)生不同的輪廓。舉例來說，將一有限DOF用于一光阻可能導致相對較少量的光酸產(chǎn)生在一散焦區(qū)域。相對在圖1c所示的一理想光阻輪廓14，如此的一有限DOF可能導致一錐形(tapered)光阻輪廓10(圖1a)或是一底切(undercut)光阻輪廓12(圖1b)。
如以下參考特定實施例所描述，可以通過增加該散焦區(qū)域的光酸量來減少或是避免輪廓10以及12，以產(chǎn)生類似于輪廓14的一光阻輪廓。在該散焦區(qū)域增加光酸量的方法，舉例來說，可利用一光酸產(chǎn)生(photo acid generator，PAG)層來實現(xiàn)。在一實施例中，如以下與圖2a相關的敘述，包含有一或多個光酸產(chǎn)生劑的一光酸產(chǎn)生層可以形成在一光阻層下方。在另一實施例中，如以下與圖3a相關的敘述，包含有一或多個光酸產(chǎn)生劑的一光酸產(chǎn)生層可以形成在一光阻層上方。
如圖2a所示，顯示一實施例中的一部份半導體組件100。組件100包括一基底110、一導體層112、一介電層114、一光酸產(chǎn)生層120、以及一光阻層122?；?10可以包括一或多個絕緣層、導體層、以及/或者半導體層。舉例來說，基底110可以包括一元素半導體，例如結晶硅、多晶硅、非晶硅以及/或者鍺；一化合物半導體，例如碳化硅以及/或者砷化鎵；或者合金半導體，例如硅鍺(SiGe)、磷砷化鎵(GaAsP)、砷化銦鋁(AlInAs)、砷化鋁鎵(AlGaAs)以及/或者磷化銦鎵(GaInP)。另外，基底110可以包括一主體半導體(bulk semiconductor)，例如一主體硅(bulk silicon)，并且此主體半導體可以包括一磊晶硅層，也可包括或者選擇地包括一絕緣半導體(semiconductor-on-insulator)基底，例如一絕緣層上覆硅(silicon-on-insulator，SOI)基底，或者一薄膜晶體管(TFT)基底?；?10也可包括或者選擇地包括一多層硅基底或者一多層化合物半導體結構。
導體層112可以通過一化學氣相沉積(CVD)、電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)、物理氣相沉積(PVD)、離子化金屬濺鍍(I-PVD)、原子層沉積(ALD)、電鍍以及/或者其它制程形成于基板110中的一凹口內(nèi)。在形成導體層112的過程中，也可以進行一化學機械平坦化以及/或者化學機械研磨。舉例來說，導體層112被平坦化以與基底110的表面大體上同平面，如圖2a所示。其它實施例中，導體層112并未全面地平坦化，因此導體層112至少部分地延伸至基底110表面之上。在此對形成在基底110中的導體層112的特性描述預期可符合上述兩種實施例，以及其它可替代的實施例。
導體層112可以是與半導體組件、集成電路組件、集成電路零件連接的一導電特征，以及/或者其中的內(nèi)連接線路。導體層112可能包含鋁、鋁合金、銅、銅合金、鎢、以及/或者其它導電材料。
介電層114可以形成在基底110的表面，其可通過一化學氣相沉積(CVD)、電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)、原子層沉積(ALD)、物理氣相沉積(PVD)、旋轉涂布(spin-on coating)以及/或者其它工藝形成。介電層114可能是一金屬層間介電層(IMD)，并且可能包含一低介電值(low-k)材料、二氧化硅、聚醯亞胺(polyimide)、旋轉涂布玻璃(SOG)、氟化玻璃(FSG)、Black Diamond(加州，圣克拉拉應用材料公司的產(chǎn)品)、干膠(Xerogel)、氣凝膠(Aerogel)、摻氟的非晶碳(fluorinated amorphous carbon)以及/或者其它材料。
光酸產(chǎn)生層120包括至少一光酸產(chǎn)生劑，其包括一或多個組成例如羫基銨鹽(aryl onium salt)或者塞吩(thiophene)。該光酸產(chǎn)生劑可以和多種物質中的任一化合。舉例來說，該光酸產(chǎn)生劑可以溶解于一溶劑中，例如丁醇、水、以及/或者任何其它適合的溶劑。在另一實施例中，該光酸產(chǎn)生劑可與一或多種聚合物混合，例如丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、對羥基苯乙烯、以及/或者任何其它適合的聚合物，其可能是可顯影的(developable)或者不可顯影的(non-developable)。
在某些實施例中，該光酸產(chǎn)生劑可能包括一或多種離子的(ionic)或非離子的(non-ionic)組成。光酸產(chǎn)生層120可以通過多種技術形成于介電層114上，例如旋轉涂布、物理氣相沉積、化學氣相沉積、以及/或者其它工藝。舉例來說，光酸產(chǎn)生層120可以噴涂于介電層114上?？梢岳斫獾氖枪馑岙a(chǎn)生層120的形成方法是根據(jù)光酸產(chǎn)生層120的組成物質而改變。
在某些實施例中，光酸產(chǎn)生層120可以形成一底部抗反射層(bottomanti-reflective layer，BARC)，其吸收穿透光阻層122底部的光線。為了達到上述目的，光阻層120包括一具有高消光系數(shù)(extinction coefficient)物質以及/或者相當?shù)暮穸?。然而，光酸產(chǎn)生層120的一高系數(shù)可能導致該光酸產(chǎn)生層的高反射性，其抵銷了該底部抗反射層的有效性。因此，經(jīng)過思考后光酸產(chǎn)生層具有一系數(shù)值大約介于0.2至0.5，以及具有一厚度大約200納米。然而，值得注意的是，其它范圍的系數(shù)值以及厚度也在本揭露內(nèi)容考慮之列。
此外，也可采用一指數(shù)相稱接近的光酸產(chǎn)生層120作為一底部抗反射層。舉例來說，光酸產(chǎn)生層120可以包含一具有一反射指數(shù)以及厚度與微影工藝使用的光線相稱的材料。實施時，當光線照到光酸產(chǎn)生層120，一部份的光線及自該處反射。同時，另一部份的光線進入光酸產(chǎn)生層120并且轉換為具有一相位移的光線，其與自光酸產(chǎn)生層120反射的第一部份光線發(fā)生干涉，造成光反射的降低。
光阻層122可以利用一例如旋轉涂布法(spin-on coating)形成于光酸產(chǎn)生層120上。舉例來說，一光阻溶液施加于光酸產(chǎn)生層120的表面，然后組件100快速旋轉直到該光阻溶液幾乎變干。光阻層122可以是一利用酸催化的化學增幅(Chemical amplify)阻劑。在此例中，光阻層是通過溶解一酸敏感聚合物在一鑄模溶液(casting solution)來配制。
在光阻層122的沉積以后，部分半導體組件100可以經(jīng)歷一軟烘烤(也稱為預先烘烤或者涂后烘烤)步驟以預進行接下來的的顯影步驟。
如圖2b所示，部分半導體組件100在一曝光步驟期間暴露于放射線以在光阻層122中創(chuàng)造一潛像(latent image)。根據(jù)本實施例，該曝光步驟是在光阻層122造成一錐形輪廓(以標號123表示)。除了錐形區(qū)域123的曝光之外，該曝光步驟是曝光一部分光酸產(chǎn)生層(以標號121表示)并且在其中產(chǎn)生光酸。曝光的部分光酸產(chǎn)生層121的實際大小可以不同于圖2b所示(例如部分光酸產(chǎn)生層121可能為錐形等等)。
如圖2c所示，一曝光后烘烤(post-exposure baking)步驟是在該曝光工藝后實施在組件100。在該步驟過程中，由部分光酸產(chǎn)生層121產(chǎn)生的光酸擴散至該光阻(特別是部分光阻124以及125)并且與其發(fā)生反應，以通過該熱烘烤步驟起始的一催化反應將該光阻去保護化(de-protect)(例如移除該光阻的保護群)。
如圖2d所示，在該曝光后烘烤步驟之后，組件100經(jīng)歷一顯影步驟以顯影光阻層122。由于自部分光酸產(chǎn)生層121擴散的光酸引起的上述反應，該顯影步驟產(chǎn)生一光阻輪廓126，第2b圖所示的錐形側壁明顯地被縮小或消除了。因此，光酸產(chǎn)生層120是導致一改良聚焦深度(DOF)。在一實施例中，改良的DOF可以接近0.15(相對于缺少光酸產(chǎn)生層120的DOF為0.05)。
雖然在如圖2d所示的步驟之后可以接著進行額外的制造步驟，由于此類制造步驟均與現(xiàn)有技術相似或相同，因而不在此贅述。
如圖3a所示，在另一實施例中，顯示一部份半導體組件100。組件100包括一基底110、一導電層112、一介電層114、一光阻層122、以及一光酸產(chǎn)生層120覆蓋該光阻層?；?10可以包括一或多個絕緣層、導電層、以及/或者半導體層。舉例來說，基底110可以包括一元素半導體，例如結晶硅、多晶硅、非晶硅、以及/或者鍺；一化合物半導體，例如碳化硅以及/或者砷化鎵；或者合金半導體，例如硅鍺(SiGe)、磷砷化鎵(GaAsP)、砷化銦鋁(AlInAs)、砷化鋁鎵(AlGaAs)以及/或者磷化銦鎵(GaInP)。再者，基底110可以包括一主體半導體，例如一主體硅，并且此主體半導體可以包括一磊晶硅層，也可包括或者選擇地包括一絕緣半導體基底，例如一絕緣層上覆硅(SOI)基底，或者一薄膜晶體管(TFT)基底?；?10也可包括或者選擇地包括一多層硅基底或者一多層化合物半導體結構。
導體層112可以通過一化學氣相沉積(CVD)、電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)、物理氣相沉積(PVD)、離子化金屬濺鍍(I-PVD)、原子層沉積(ALD)、電鍍以及/或者其它工藝形成在基板110中的一凹口內(nèi)。在形成導體層112的過程中，也可以進行一化學機械平坦化以及/或者化學機械研磨。舉例來說，導體層112被平坦化以與基底110的表面大體上同平面，如圖2a所示。其它實施例中，導體層112并未全面地平坦化，因此導體層112至少部分地延伸至基底110表面之上。在此對形成在基底110中的導體層112的特性描述預期可符合上述兩種實施例，以及其它可替代的實施例。
導體層112可以是與半導體組件、集成電路組件、集成電路零件連接的一導電特征，以及/或者其中的內(nèi)連接線路。導體層112可能包含鋁、鋁合金、銅、銅合金、鎢、以及/或者其它導電材料。
介電層114可以形成在基底110的表面，其可通過一化學氣相沉積(CVD)、電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)、原子層沉積(ALD)、物理氣相沉積(PVD)、旋轉涂布(spin-on coating)以及/或者其它工藝形成。介電層114可能是一金屬層間介電層(IMD)，并且可能包含一低介電值(low-k)材料、二氧化硅、聚醯亞胺(polyimide)、旋轉涂布玻璃(SOG)、氟化玻璃(FSG)、Black Diamond(加州，圣克拉拉應用材料公司的產(chǎn)品)、干膠(Xerogel)、氣凝膠(Aerogel)、摻氟的非晶碳以及/或者其它材料。
光阻層122可以利用一例如旋轉涂布法(spin-on coating)形成在介電層114上。舉例來說，一光阻溶液施加于介電層114的表面，然后組件100快速旋轉直到該光阻溶液幾乎變干。光阻層122可以是一利用酸催化的化學增幅(Chemical amplify)阻劑。在此例中，光阻層通過溶解一酸敏感聚合物在一鑄模溶液來配制。
光酸產(chǎn)生層120形成于光阻層122上方。光酸產(chǎn)生層120包括至少一光酸產(chǎn)生劑，其包括一個或多個組成例如羫基銨鹽(aryl onium salt)、塞吩(thiophene)、或者任何其它適合的組成。該光酸產(chǎn)生劑可以和多種物質中的任一化合。舉例來說，該光酸產(chǎn)生劑可以溶解于一溶劑中，例如丁醇、水、以及/或者任何其它適合的溶劑。在其它實施例中，該光酸產(chǎn)生劑可與一或多種聚合物混合，例如丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、對羥基苯乙烯、以及/或者任何其它適合的聚合物，其可能是可顯影的或者不可顯影的。在某些實施例中，該光酸產(chǎn)生劑可能包括一個或多種離子的或非離子的組成。光酸產(chǎn)生層120可以通過多種技術形成于光阻層122上，例如旋轉涂布、物理氣相沉積、化學氣相沉積、以及/或者其它工藝。舉例來說，光酸產(chǎn)生層120可以噴涂于光阻層122上。可以理解的是光酸產(chǎn)生層120的形成方法是根據(jù)光酸產(chǎn)生層120的組成物質而改變。
在某些實施例中，光酸產(chǎn)生層120可以形成一頂部抗反射層(topanti-reflective coating，TARC)。作為一頂部抗反射層，光酸產(chǎn)生層120可以是半透明或透明，并且其作用相似于一指數(shù)相稱(index-matched)的底部抗反射層(如同前述內(nèi)容所揭露)。
在光酸產(chǎn)生層120的沉積以后，部分半導體組件100可以經(jīng)歷一軟烘烤(也稱為預先烘烤或者涂后烘烤)步驟以預進行接下來的的顯影步驟。
如圖3b所示，部分半導體組件100在一曝光步驟期間暴露于放射線以在光阻層122中創(chuàng)造一潛像。根據(jù)本實施例，該曝光步驟是在光阻層122造成一底切或者一T-top輪廓(以標號123表示)。除了錐形區(qū)域123的曝光之外，該曝光步驟是曝光一部分光酸產(chǎn)生層(以標號121表示)并且在其中產(chǎn)生光酸。曝光的部分光酸產(chǎn)生層121的實際大小可以不同于圖3b所示。
如圖3c所示，一曝光后烘烤(post-exposure baking)步驟是在該曝光工藝后實施于組件100。在該步驟過程中，由部分光酸產(chǎn)生層121產(chǎn)生的光酸是擴散至該光阻(特別是部分光阻124以及125)并且與其發(fā)生反應，以通過該熱烘烤步驟起始的一催化反應將該光阻去保護化(例如移除該光阻的保護群)。
如圖3d所示，在該曝光后烘烤步驟之后，組件100經(jīng)歷一顯影步驟以顯影光阻層122。由于自部分光酸產(chǎn)生層121擴散的光酸引起的上述反應，該顯影步驟產(chǎn)生一光阻輪廓126，圖3b所示的錐形側壁明顯地被縮小或消除了。因此，光酸產(chǎn)生層120導致一改良聚焦深度(DOF)。在一實施例中，改良的DOF可以接近0.15(相對于缺少光酸產(chǎn)生層120的DOF為0.05)。
雖然在如圖3d所示的步驟之后可以接著進行額外的制造步驟，由于此類制造步驟均與現(xiàn)有技術相似或相同，因而不在此贅述。
上述實施例的多種延伸變化可在此考慮。舉例來說，圖2a-2d的光酸產(chǎn)生層120可以包括兩層一第一層，其包括至少一光酸產(chǎn)生劑溶解于一溶劑并且噴涂在基底110上，以及一第二層，其包括一含有至少一光酸產(chǎn)生劑的一底部抗反射層。在另一例子中，圖3a-3d的光酸產(chǎn)生劑層120可以包括兩層一第一層，其包括至少一光酸產(chǎn)生劑溶解于一溶劑并且噴涂在光阻層122上，以及一第二層，其包括一含有至少一光酸產(chǎn)生劑的一頂部抗反射層。在另一實施例中，組件100可以同時包括一光酸產(chǎn)生層位于光阻層122下方(如圖2a-2d所示)以及一光酸產(chǎn)生層位于光阻層122上方(如圖3a-3d所示)。再在另一實施例中，組件100可以包括兩層光酸產(chǎn)生層(一位于光阻層122上方，另一位于光阻層120下方)，并且至少其中一光酸產(chǎn)生層包括多數(shù)層(即一底部抗反射層或者一頂部抗反射層)。
如圖4所示，圖表230說明有關DOF的不同示范組合的劑量強度以及光酸產(chǎn)生劑強度。左邊坐標軸，是表示光(以μm為單位)，說明各個劑量強度的示范大小。如同圖表230所示，光酸產(chǎn)生劑強度(即需要的光酸產(chǎn)生劑量)是隨著劑量強度脫離理想值(以0表示)而增加?？梢岳斫獾氖牵谀骋怀潭鹊膭┝繌姸葧r，進一步增加光酸產(chǎn)生劑強度可能無法額外改善DOF。
當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種半導體組件的制作方法，包含提供一基底；以及在該基底上形成一可微影疊層結構，該可微影疊層結構包括一第一光酸產(chǎn)生層和一光阻層，其中該第一光酸產(chǎn)生層包括至少一光酸產(chǎn)生劑。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，該第一光酸產(chǎn)生層介于該基底和該光阻層之間。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，該第一光酸產(chǎn)生層為一底部抗反射層。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，進一步包含屏蔽該光阻層；曝光該光阻層，并且利用該屏蔽步驟定義該第一光酸產(chǎn)生層；對該曝光的光阻層以及該第一光酸產(chǎn)生層進行一熱烘烤步驟；以及顯影該曝光的光阻層。
5.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，進一步包含在該光阻層上形成一第二光酸產(chǎn)生層，其中，該第二光酸產(chǎn)生層至少包括一光酸產(chǎn)生劑。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，該第二光酸產(chǎn)生層為一頂部抗反射層。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，進一步包含屏蔽該第二光酸產(chǎn)生層；曝光該第二光酸產(chǎn)生層、該光阻層，并且利用該屏蔽步驟定義該第一光酸產(chǎn)生層；對該第二光酸產(chǎn)生層、該光阻層，以及該第一光酸產(chǎn)生層進行一熱烘烤步驟；以及顯影該曝光的光阻層。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，進一步包含在該顯影步驟之前移除該第二光酸產(chǎn)生層。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，該光阻層介于該基底和該光酸產(chǎn)生層之間。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，該光酸產(chǎn)生層為一頂部抗反射層。
11.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，進一步包含屏蔽該光酸產(chǎn)生層；曝光該光酸產(chǎn)生層，并且利用該屏蔽步驟定義該光阻層；對該曝光的光酸產(chǎn)生層以及該光阻層進行一熱烘烤步驟；以及顯影該曝光的光阻層。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，進一步包含在該顯影步驟之前移除該光酸產(chǎn)生層。
13.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，該第一光酸產(chǎn)生層包括該至少一光酸產(chǎn)生劑溶解于一溶劑中。
14.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，該第一光酸產(chǎn)生層包含該至少一光酸產(chǎn)生劑摻合于一聚合物中。
15.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，該至少一光酸產(chǎn)生劑為離子組成或一非離子組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用光酸產(chǎn)生劑制造半導體組件的方法，該方法包括提供一基底，在該基底上形成一可微影疊層結構，該可微影疊層結構包括一第一光酸產(chǎn)生層和一光阻層，其中該第一光酸產(chǎn)生層包括至少一光酸產(chǎn)生劑。采用本發(fā)明的方法，可避免現(xiàn)有技術中某些由于微影步驟而發(fā)生的問題。
文檔編號H01L21/02GK1828424SQ20051013287
公開日2006年9月6日 申請日期2005年12月27日 優(yōu)先權日2005年3月1日
發(fā)明者施仁杰 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司