本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置工藝的光致抗蝕劑層技術(shù)，涉及紫外線曝光及顯影工藝技術(shù)。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體集成電路(IC)產(chǎn)業(yè)歷經(jīng)快速的成長，集成電路材料及設(shè)計技術(shù)的進步產(chǎn)生了數(shù)個世代的集成電路，其中每個世代具有比先前世代更小且更復(fù)雜的電路。然而，這些進步增加集成電路工藝與制造上的復(fù)雜度，為了實現(xiàn)這些進步，集成電路的工藝與制造上需要有相似的發(fā)展。在集成電路發(fā)展的過程中，功能的密度(亦即每晶片面積的互連的裝置數(shù))一般會提升，并且特征(feature)尺寸(亦即使用工藝能產(chǎn)生的最小元件)縮小。這種縮小特征尺寸的實現(xiàn)可歸因于光刻工藝?yán)鐦O紫外線(extreme ultraviolet，EUV)光刻工藝的改善。

然而，盡管極紫外線光刻工藝可造成較小的特征(feature)尺寸(例如小于20納米的特征尺寸)，可能發(fā)生一些問題例如線邊緣粗糙度(line edge roughness，LER)及/或線寬粗糙度(line width roughness，LWR)尺寸的增加。一般線寬粗糙度的尺寸可能不會與特征尺寸等比例縮小，也就是說，特征尺寸愈小，線寬粗糙度百分比愈大。這種線寬粗糙度的尺寸和線寬粗糙度的百分比的增加可能對于之后形成的裝置的性能及可靠度有不利的影響。因此，需要有將圖案化材料的問題最小化或排除的工藝及材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

一方面，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括：

形成一光致抗蝕劑材料在一基底上，該光致抗蝕劑材料具有一聚合物其包含一具有一鏈段及一聯(lián)結(jié)基的主鏈，該鏈段包含一碳鏈及一紫外線(UV)可硬化基，該紫外線可硬化基與該碳鏈及該聯(lián)結(jié)基耦接；

實施一第一曝光工藝，其經(jīng)由將該聯(lián)結(jié)基與每個鏈段的該連接的紫外線可硬化基去耦接來打斷該聚合物的該主鏈；

實施一第二曝光工藝，以形成一圖案化的光致抗蝕劑層；以及

將該圖案化的光致抗蝕劑層顯影。

在本發(fā)明的制造方法的一個實施方式中，實施該第一曝光工藝包含：

不使用光掩模實施該第一曝光工藝；以及

讓該光致抗蝕劑材料曝光于一紫外線光源，其中該紫外線光源使用介于10納米至400納米之間的波長。

在本發(fā)明的制造方法的另一個實施方式中，實施該第二曝光工藝包含：

使用一光掩模實施該第二曝光工藝；以及

讓該光致抗蝕劑材料曝光于一輻射源，該輻射源包含至少下列其中之一：一使用極紫外光波長的輻射源及一電子束(e-beam)源。

在本發(fā)明的制造方法的另一個實施方式中，該紫外線可硬化基具有一化學(xué)式，其包含至少下列其中之一：-C(＝O)S-、-C(＝O)O-、-C(＝O)NH-、-C(＝O)ONH-、-C(＝O)O-、-C＝C-O-C-、-C＝C-C(＝O)O-、-O-C(＝O)O-、-C(＝O)O-X-SH、-C＝C-C(＝O)O-及X-Si(OCH₃)_n,n＝1～3，其中X為脂肪基或芳香基、具有氫、氧或鹵素原子的支鏈、無支鏈、環(huán)狀或非環(huán)狀的碳數(shù)在1～9的飽和碳鏈，且該聯(lián)結(jié)基包含至少下列其中之一：支鏈、無支鏈、環(huán)狀飽和碳鏈及非環(huán)狀飽和碳鏈。

另一方面，本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括：

形成一光致抗蝕劑材料在一基底上，該光致抗蝕劑材料具有一聚合物其包含一具有至少兩個鏈段及互相連接的一第一聯(lián)結(jié)基和一第二聯(lián)結(jié)基的主鏈，其中該第一聯(lián)結(jié)基和該第二聯(lián)結(jié)基耦接于該至少兩個鏈段的一第一鏈段和一第二鏈段；

將該光致抗蝕劑材料圖案化以形成一圖案化的光致抗蝕劑層；

用一方式處理該圖案化層，其通過讓該第一聯(lián)結(jié)基與該第二聯(lián)結(jié)基斷開來打斷該聚合物的該主鏈；以及

顯影該圖案化的光致抗蝕劑層。

在本發(fā)明的制造方法的一個實施方式中，該第一聯(lián)結(jié)基具有一化學(xué)式，其包含至少下列其中之一：-S-、-P-、-P(O₂)-、-C(＝O)S-、-C(＝O)O-、-O-、 -N-、C(＝O)N-、-SO₂O-、-SO₂S-、-SO-、-SO₂-。

在本發(fā)明的制造方法的另一個實施方式中，該第二聯(lián)結(jié)基包含下列其中之一：一酸不穩(wěn)定基及一具有一孤電子對的供電子基團。

在本發(fā)明的制造方法的另一個實施方式中，該第一聯(lián)結(jié)基與該第二聯(lián)結(jié)基的斷開還包含耦接至該第一鏈段與該第二鏈段的該第一聯(lián)結(jié)基在接收一酸之后與該第二鏈段去耦接，且耦接至該第一鏈段與該第二鏈段的該第二聯(lián)結(jié)基與該第一聯(lián)結(jié)基斷開之后與該第一鏈段去耦接，且該酸由一光活化的酸產(chǎn)生器、一光基質(zhì)(photo-base)的產(chǎn)生器、一光可分解的淬滅體，一對輻射能量或熱能反應(yīng)的熱活化的酸產(chǎn)生器或前述的組合提供。

再一方面，本發(fā)明還提供一種光致抗蝕劑，包括：

一聚合物具有一可打斷的主鏈，其中該主鏈包含至少兩個鏈段及一第一聯(lián)結(jié)基，每個該鏈段包含一碳鏈及一紫外線(UV)可硬化基耦接至該碳鏈，且與該第一聯(lián)結(jié)基連接。

在本發(fā)明的光致抗蝕劑的一個實施方式中，該主鏈包含至少兩個鏈段及一互相連接的一第二聯(lián)結(jié)基和一第三聯(lián)結(jié)基，其中該第二聯(lián)結(jié)基和該第三聯(lián)結(jié)基耦接于該至少兩個鏈段的該第一鏈段和該第二鏈段之間，且該第二聯(lián)結(jié)基具有一化學(xué)式其包含至少下列其中之一：-S-,-P-,-P(O₂)-,-C(＝O)S-,-C(＝O)O-,-O-,-N-,C(＝O)N-,-SO₂O-,-SO₂S-,-SO-,-SO₂-，且該第三聯(lián)結(jié)基包含下列其中之一：一酸不穩(wěn)定基及一具有一孤電子對的供電子基團。

本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法和光致抗蝕劑可提供更準(zhǔn)確的圖案化、更清楚的圖案解析度、更低的重加工(rework)或廢料率及/或其他的益處。

本公開的每個觀點可由以下詳細的敘述及所附的附圖充分理解。需注意的是，根據(jù)業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)，附圖中的各種特征并未按比例繪制，事實上，為了清楚說明，各種特征的大小可隨意放大或縮小。

附圖說明

圖1為依據(jù)本公開各種觀點制造半導(dǎo)體裝置的方法的實施例的流程圖。

圖2A為依據(jù)本公開各種觀點示出光致抗蝕劑材料在處理工藝之前的實施例。

圖2B為依據(jù)本公開各種觀點示出光致抗蝕劑材料在處理工藝之后的實 施例。

圖3依據(jù)本公開的各種觀點顯示在關(guān)于圖1的方法的第一曝光工藝106之前，圖2A的聚合物200的例子。

圖4為依據(jù)本公開的各種觀點用于制造半導(dǎo)體的方法的實施例的流程圖。

圖5A為依據(jù)本公開的各種觀點示出在處理工藝之前的光致抗蝕劑材料的實施例。

圖5B為依據(jù)本公開的各種觀點示出在處理工藝之后的光致抗蝕劑材料的實施例。

圖6依據(jù)本公開的各種觀點顯示光致抗蝕劑層的聚合物主鏈的打斷的實施例。

圖7依據(jù)本公開的各種觀點顯示包含在光致抗蝕劑材料的光酸產(chǎn)生器(photo acid generator，PAG)及/或熱酸產(chǎn)生器(thermal acid generator，TAG)的例子。

其中，附圖標(biāo)記說明如下：

100、400 方法；

102、104、106、108、110、402、404、406、408、410 步驟；

200、202、500、502、602、604 聚合物；

201 紫外光輻射；

204、504 第一聚合物鏈段；

206、506 第二聚合物鏈段；

208 紫外線可硬化(UV curable)基；

210 聯(lián)結(jié)基；

302、304、702、704、706、708、710、712、714、716、718、720、722、724、726、728、730、732 化學(xué)結(jié)構(gòu)；

503 酸；

505 處理工藝；

508 第一聯(lián)結(jié)基；

510 第二聯(lián)結(jié)基。

具體實施方式

可以理解的是，以下公開提供許多不同實施例或例子以實施各種特征，以下敘述元件及配置的特定例子是為了簡化本公開，這些當(dāng)然僅為舉例而并非用以限定本發(fā)明。例如，在說明書中形成第一特征于第二特征上，其可能包含第一特征與第二特征直接接觸的實施例，也可能包含第一特征與第二特征之間有另外的特征形成，使得第一特征與第二特征并非直接接觸的實施例。另外，本公開在各種實施例中可能重復(fù)使用參考符號/或用字。這些重復(fù)的符號或用字系為了簡化與清晰的目的，其并非用以規(guī)定各種實施例及/或所述結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

隨著集成電路元件尺寸的縮小(例如次微米(sub-micron)尺寸)，需要放置更多元件在半導(dǎo)體集成電路的既定面積中，因此，將更小的特征精確且準(zhǔn)確無誤地留印在半導(dǎo)體基底上的光刻工藝變得愈來愈具挑戰(zhàn)性。最近，極紫外線(extreme ultraviolet，EUV)輻射源用來提供短曝光波長以為了提供更縮小的最小可留印尺寸在基底上。然而，在這種小尺寸，光致抗蝕劑層的邊緣的粗糙度變得難以控制。

光致抗蝕劑的線寬粗糙度(line width roughness，LWR)在半導(dǎo)體特征(feature)的尺寸縮小(例如尺寸小于20納米)時扮演愈來愈關(guān)鍵的角色。上述的線寬粗糙度可能起因于包含光致抗蝕劑材料的聚合物的晶粒(grain)尺寸、光致抗蝕劑材料的聚合物的晶粒的尺寸分布等任何因素。通常，較小的聚合物的晶粒尺寸可能導(dǎo)致較小的光致抗蝕劑線寬粗糙度，較小的聚合物的晶粒尺寸分布(亦即較窄的分布)可能導(dǎo)致較小的光致抗蝕劑線寬粗糙度。然而，使用在一般工藝的傳統(tǒng)光致抗蝕劑材料包含最小晶粒尺寸限制在約2納米的聚合物。這種最小晶粒尺寸的限制可能導(dǎo)致光致抗蝕劑線寬粗糙度具有不想要的尺寸。因此，本公開提供光致抗蝕劑材料及相應(yīng)的制造方法來改善光致抗蝕劑材料的線寬粗糙度。

圖1為依據(jù)各種實施例示出制造半導(dǎo)體裝置的方法100的流程圖。方法100以提供基底的步驟102為開始。在一些實施例中，基底包含硅。在一些其他的實施例中，基底可另外或額外地包含其他合適的半導(dǎo)體材料例如鍺(Ge)、鍺化硅(silicon germanium，SiGe),碳化硅(silicon carbide，SiC),砷化鎵(gallium arsenic，GaAs)、鉆石(diamond)、砷化銦(indium arsenide，InAs)、 磷化銦(indium phosphide，InP)、碳鍺化硅(silicon germanium carbide，SiGeC)、及磷銦化鎵(gallium indium phosphide，GaInP)?；卓赡芤舶鞣N特征例如各種摻雜區(qū)(doped region)、淺溝槽隔離(shallow trench isolation，STI)區(qū)域、源極/漏極特征、柵極堆疊物、介電特征，及/或多重內(nèi)連線(multilevel interconnects)。

依據(jù)各種實施例，方法100繼續(xù)進行步驟104，形成光致抗蝕劑材料在基底上。光致抗蝕劑材料具有包含主鏈的聚合物。主鏈具有任何數(shù)量的鏈段及多個聯(lián)結(jié)基。另外，每個鏈段包含紫外線可硬化(UV curable)基，光致抗蝕劑材料的細節(jié)提供在圖2A及圖2B。

參照圖1，形成光致抗蝕劑材料在基底上之后，方法100繼續(xù)進行步驟106，實施第一曝光工藝來打斷聚合物的主鏈。依據(jù)各種實施例，第一曝光工藝包含不使用光掩模的曝光工藝。此類聚合物的主鏈的打斷可有利地將光致抗蝕劑材料的聚合物的晶粒尺寸縮小，及/或使光致抗蝕劑材料的聚合物的晶粒尺寸的分布變窄，進而縮小光致抗蝕劑線寬粗糙度。依據(jù)各種實施例的說明，第一曝光工藝可由將光致抗蝕劑材料曝光于具有紫外線波長例如波長介于10納米至400納米之間的輻射之下來實施。在一些實施例中，第一曝光工藝(亦即在方法100中的步驟106)可于形成光致抗蝕劑材料在基底上(亦即在方法100中的步驟104)的相同腔室中來實施。以下以圖2A及2B圖分別敘述關(guān)于打斷聚合物的主鏈的細節(jié)。

方法100之后繼續(xù)進行步驟108，在光致抗蝕劑材料上實施第二曝光工藝。在第二曝光工藝期間，將基底在輻射光束下曝光藉此圖案化光致抗蝕劑材料。使用光刻系統(tǒng)以輻射光束將形成于基底上的光致抗蝕劑進行曝光，此光刻系統(tǒng)提供根據(jù)集成電路設(shè)計布局的輻射圖案。在一實施例中，光刻系統(tǒng)包含紫外線(UV)輻射、深紫外線(deep ultraviolet，DUV)輻射、極紫外線輻射(extreme ultraviolet，EUV)、X射線輻射及/或其他合適的輻射型態(tài)。在另外的實施例中，光刻系統(tǒng)包含帶電粒子光刻系統(tǒng)例如電子束光刻系統(tǒng)或離子束光刻系統(tǒng)。

應(yīng)當(dāng)注意的是步驟108實施的第二曝光工藝與步驟106實施的第一曝光工藝不同。例如，在步驟108的第二曝光工藝包含通過光掩模使基底曝光，藉此在光致抗蝕劑層中形成潛像(latent image)。相比之下，如上述，步驟106 實施的第一曝光工藝不使用遮罩因此在光致抗蝕劑層中沒有潛像形成。另外，在一些特定的實施例中，第一曝光工藝可包含使用紫外線光源作為輻射源且第二曝光工藝可包含使用極紫外線光源作為輻射源。

方法100繼續(xù)進行步驟110，將曝光的光致抗蝕劑層顯影以形成掩模元件(masking element)。掩模元件可用來形成半導(dǎo)體裝置特征?？墒褂蔑@影劑使經(jīng)曝光的光致抗蝕劑形成光致抗蝕劑圖案在基底上。此處，光致抗蝕劑層為由步驟110中的負型顯影劑來顯影的負型光致抗蝕劑層?！柏撔惋@影劑”一詞是指選擇性地將未接收曝光劑量(或在預(yù)定的臨界曝光劑量值之下的曝光劑量)的范圍溶解并移除的顯影劑。在另一實施例中，顯影劑可包含有機溶劑或有機溶劑的混合物，例如甲基戊基酮(methyl amyl ketone，MAK)或包含甲基戊基酮的混合物。在另一實施例中，顯影劑包含水為基底的顯影劑例如氫氧化四甲銨(tetramethylammonium hydroxide，TMAH)。使用包含將顯影劑噴灑在曝光的光致抗蝕劑層上的顯影劑，例如由旋轉(zhuǎn)涂布工藝來噴灑。在另一實施例中，光致抗蝕劑層為由步驟110中的正型顯影劑來顯影的正型光致抗蝕劑層?！罢惋@影劑”一詞是指選擇性地將接收曝光劑量(或在預(yù)定的臨界曝光劑量值之上的曝光劑量)的范圍溶解且移除的顯影劑。

方法100可繼續(xù)進行在此未特定敘述但本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解的步驟，例如，可使基底經(jīng)過潤洗工藝，例如去離子(de-ionized，DI)水潤洗。此潤洗工藝可移除殘余粒子。

圖2A顯示在第一曝光工藝(亦即關(guān)于在圖1中步驟106實施的第一曝光工藝)之前的光致抗蝕劑層的聚合物200的實施例的示意圖。如圖2A所示，聚合物200包含聚合物主鏈，其中主鏈還包含第一聚合物鏈段204、第二聚合物鏈段206、耦接至第一聚合物鏈段204和第二聚合物鏈段206的個別鏈段的紫外線可硬化(UV curable)基208，及聯(lián)結(jié)基210。第一聚合物鏈段和第二聚合物鏈段可包含下列至少其中之一：聚羥基苯乙烯(poly-hydroxy-styrene，PHS)聚合物、丙烯酸酯聚合物，具1-10碳原子的碳鏈，或任何合適的此技術(shù)領(lǐng)域中已知的聚合物。紫外線可硬化基208可具有包含下列其中之一的化學(xué)式：-C(＝O)S-、-C(＝O)O-、-C(＝O)NH-、-C(＝O)ONH-、-C(＝O)O-、-C＝C-O-C-、-C＝C-C(＝O)O-、-O-C(＝O)O-、-C(＝O)O-X-SH、-C＝C-C(＝O)O-及X-Si(OCH₃)_n,_n＝1～3，其中X為脂肪基或芳香基、具有附接氫、 氧或鹵素原子的支鏈(branched)/無支鏈(unbranched)、環(huán)狀/非環(huán)狀的碳數(shù)在1-9的飽和碳鏈，例如烯基(alkene)、烷基(alkyl)、或苯(benzene)。關(guān)于聯(lián)結(jié)基210，聯(lián)結(jié)基210可包含芳香族化合物及/或脂肪族化合物。更特定地說，聯(lián)結(jié)基210可包含具有附接氫、氧及/或鹵素族的支鏈/無支鏈、環(huán)狀/非環(huán)狀的飽和碳鏈(具1-9碳數(shù))。例如烯化合物、烷基化合物、及/或苯化合物

參照圖2A，通過讓光致抗蝕劑層在紫外光輻射201下曝光，使聚合物主鏈可分割為至少兩個鏈段。圖2B顯示光致抗蝕劑層的聚合物200在第一曝光工藝(亦即關(guān)于圖1中步驟106實施的第一曝光工藝)之后的實施例的示意圖。如圖2B顯示，在紫外光曝光工藝后，第一聚合物鏈段204和第二聚合物鏈段206因拋棄聯(lián)結(jié)基210而互相斷開，進而打斷聚合物主鏈成為至少兩個聚合物鏈段。此類聚合物主鏈的打斷可有益地提供如上述較小的聚合物的晶粒尺寸。在一實施例中，在紫外光曝光工藝之后，可能對紫外線可硬化基208發(fā)生陽離子型光聚合(photopolymerization)過程，因此打斷聚合物主鏈。

圖3示出光致抗蝕劑層的聚合物200在第一曝光工藝之前的實施例的具體例子。在示出的實施例中，聚合物200能夠以化學(xué)結(jié)構(gòu)302來實現(xiàn)，其至少包含關(guān)于上述的圖2A的第一聚合物鏈段204、第二聚合物鏈段206、紫外線可硬化基208，及聯(lián)結(jié)基210。在一些具體例子中，聚合物200能夠以化學(xué)結(jié)構(gòu)304來實現(xiàn)，其至少包含第一聚合物鏈段204、第二聚合物鏈段206、紫外線可硬化基208，及聯(lián)結(jié)基210。聚合物200也能夠以化學(xué)結(jié)構(gòu)306來實現(xiàn)，其至少包含第一聚合物鏈段204、第二聚合物鏈段206、紫外線可硬化基208，及聯(lián)結(jié)基210。又在一些實施例中，聚合物200能夠以化學(xué)結(jié)構(gòu)308來實現(xiàn)，其至少包含第一聚合物鏈段204、第二聚合物鏈段206、紫外線可硬化基208，及聯(lián)結(jié)基210。

參照圖4，依據(jù)各種實施例顯示半導(dǎo)體裝置的制造方法400。方法400以提供基底的步驟402為開始，在一些實施例中，基底包含硅。在一些其他的實施例中，基底可另外或額外地包含合適的半導(dǎo)體材料例如鍺(germanium，Ge)、鍺化硅(silicon germanium，SiGe)，碳化硅(silicon carbide，SiC)，砷化鎵(gallium arsenic，GaAs)，鉆石(diamond)，砷化銦(indium arsenide，InAs)，磷化銦(indium phosphide，InP)，碳鍺化硅(silicon germanium carbide，SiGeC)，及磷銦化鎵(gallium indium phosphide，GaInP)?；滓部砂鞣N特征，例 如各種摻雜區(qū)、淺溝槽隔離(shallow trench isolation，STI)、源極/漏極特征、柵極堆疊物、介電特征，及/或多重內(nèi)連線(multilevel interconnects)。

依據(jù)各種實施例，方法400繼續(xù)進行步驟404，形成光致抗蝕劑材料在基底上。光致抗蝕劑材料具有聚合物，其包含具有至少兩個鏈段和第一聯(lián)結(jié)基和第二聯(lián)結(jié)基的主鏈。在一些實施例中，第一聯(lián)結(jié)基和第二聯(lián)結(jié)基互相連接。更特定地說，第一聯(lián)結(jié)基和第二聯(lián)結(jié)基耦接于至少兩個鏈段的第一鏈段和第二鏈段之間。光致抗蝕劑材料的細節(jié)以下于圖5A說明。

方法400繼續(xù)進行步驟406，基底于輻射光束下曝光，藉以圖案化光致抗蝕劑材料。使用光刻系統(tǒng)以輻射光束將形成于基底上的光致抗蝕劑進行曝光，此光刻系統(tǒng)提供根據(jù)集成電路設(shè)計布局的輻射圖案。在一實施例中，光刻系統(tǒng)包含紫外線(UV)輻射、深紫外線(deep ultraviolet，DUV)輻射、極紫外線(extreme ultraviolet，EUV)輻射、X-射線輻射，及/或其他類型的輻射。在另外的實施例中，光刻系統(tǒng)包含帶電粒子光刻系統(tǒng)，例如電子束或離子束光刻系統(tǒng)。

參照圖4，之后方法400繼續(xù)進行步驟408，對圖案化的光致抗蝕劑材料實施熱處理工藝。在一些實施例中，此熱處理可稱為后烤(post-baking)工藝或曝光后烘烤(post-exposure baking，PEB)工藝。在后烤工藝期間，使用合適的烘烤機制例如加熱板(hotplate)或烘箱讓具有圖案化的光致抗蝕劑材料的基底加熱至提高的烘烤溫度。在一實施例中，可使烘烤溫度在100℃至250℃或更熱的范圍來實施。另外，可使用其他合適的烘烤溫度。在一些實施例中，后烤工藝可為硬烘烤(hard baking)工藝。

方法400繼續(xù)進行步驟410，將已處理的光致抗蝕劑層顯影以形成掩模元件(masking element)。掩模元件可用來形成半導(dǎo)體裝置特征?？蓪σ烟幚淼墓庵驴刮g劑施以顯影劑以在基底上形成光致抗蝕劑圖案。此處，光致抗蝕劑層為由步驟410中的負型顯影劑來顯影的負型光致抗蝕劑層。“負型顯影劑”一詞是指選擇性地將未接收曝光劑量(在預(yù)定的臨界曝光劑量值之下的曝光劑量)的范圍溶解并移除的顯影劑。在另外的實施例中，顯影劑可包含有機溶劑或有機溶劑的混合物，例如甲基戊基酮(methyl amyl ketone，MAK)或包含甲基戊基酮的混合物。在其他的實施例中，顯影劑包含水為基底的顯影劑例如氫氧化四甲銨(tetramethylammonium hydroxide，TMAH)的顯影劑。顯影 劑的實施包含噴灑顯影劑在曝光的光致抗蝕劑層上，例如由旋轉(zhuǎn)涂布工藝來實施。在一實施例中，顯影劑可移除光致抗蝕劑的未曝光區(qū)域且留下已受曝光的區(qū)域。在另外的實施例中，光致抗蝕劑層為步驟410中由正型顯影劑來顯影的正型光致抗蝕劑層?！罢惋@影劑”一詞是指選擇性地將接收曝光劑量(或在預(yù)定的臨界曝光劑量值之上的曝光劑量)的范圍溶解且移除的顯影劑。

方法400可以更進一步以此處未被特定敘述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解的步驟繼續(xù)。例如，使基底經(jīng)過潤洗工藝?yán)缫匀ルx子(de-ionized，DI)水潤洗，潤洗工藝可移除殘余粒子。

依據(jù)說明的各種實施例，光致抗蝕劑材料可含有光酸產(chǎn)生器(photo acid generator，PAG)。在一實施例中，當(dāng)吸收光能量(例如在圖4的步驟404中說明的輻射光束)時，光酸產(chǎn)生器分解且形成一數(shù)量的酸。光酸產(chǎn)生器的例子為以下提供的能夠在曝光之后即產(chǎn)生酸的化合物。應(yīng)當(dāng)理解的是可使用單獨的光酸產(chǎn)生器或以兩種或更多種的光酸產(chǎn)生器的混合的組合。合適的光酸產(chǎn)生器包含鎓鹽(onium salts)、硒鹽(selenium salts)、磷鹽(phosphonium salts)、碘鹽(iodonium salts)、锍鹽(sulfonium salts)、有機鹵(organic halogen)化合物、鄰-硝基苯磺酸鹽(o-nitrobenzylsulfonate)化合物、N-亞胺磺酸鹽(N-iminosulfonate)化合物、N-亞胺基磺酸鹽(N-imidosulfonate)化合物、重氮磺酸鹽(diazosulfonate)化合物、磺酰亞胺(sulfonamide)化合物、重氮二磺酸鹽(diazodisulfonate)化合物及二砜(disulfone)化合物。

在依據(jù)各種說明的實施例中，光致抗蝕劑材料也可包含熱酸產(chǎn)生器(thermal acid generator，TAG)。在熱處理之后(例如在圖4的步驟408中所示出的處理工藝)，熱酸產(chǎn)生器分解且形成一數(shù)量的酸。一般熱酸產(chǎn)生器在溫度上非敏感性，意即熱酸產(chǎn)生器接收熱能量時比接收光能量可反應(yīng)形成酸。也就是，熱酸產(chǎn)生器在上述步驟406的曝光工藝期間不形成酸。取而代之的是，在步驟406期間實施的曝光工藝期間只有光酸產(chǎn)生器在光致抗蝕劑層中形成酸。

如以上所述，在步驟408的熱處理工藝可在約250℃的溫度實施，更適合的是約150℃或約100℃。也就是，在一實施例中，在約100℃至約250℃之間的溫度實施熱處理工藝。在此處使用的熱酸產(chǎn)生器的例子包含離子(ionic) 熱酸產(chǎn)生器例如包含氟化磺酸鹽(fluorinated sulfonate)的磺酸鹽。鹽類的實施例包含銨鹽(ammonium salts)。應(yīng)當(dāng)理解的是，可使用單一熱酸產(chǎn)生器或使用兩種或更多種熱酸產(chǎn)生器的混合物的組合。

在一些實施例中，熱酸產(chǎn)生器在熱處理后即產(chǎn)生具有pKa小于約2(或小于約1，或小于約0)的酸。在一些實施例中，熱酸產(chǎn)生器不含有芳香環(huán)族(moiety)。在一些實施例中，熱酸產(chǎn)生器包括(或在加熱后產(chǎn)生)具有1或更多個碳原子的陰離子成分。

圖5A顯示在處理工藝(亦即在關(guān)于圖4中的步驟408所實施的熱處理工藝)之前，形成在基底上的光致抗蝕劑層的聚合物500的實施例的示意圖。如圖5A所示，聚合物500包含聚合物主鏈，其中主鏈還包含第一聚合物鏈段504、第二聚合物鏈段506、第一聯(lián)結(jié)基508及第二聯(lián)結(jié)基510。在圖5A示出的實施例中，第一和第二聚合物鏈段通過第一聯(lián)結(jié)基508和第二聯(lián)結(jié)基510的聯(lián)結(jié)互相耦接。第一和第二聚合物鏈段可包含下列至少其中之一：聚羥基苯乙烯(poly-hydroxy-styrene，PHS)聚合物、丙烯酸酯聚合物、具有1-10碳原子的碳鏈及在公知技術(shù)中已知的任何合適的聚合物。第一聯(lián)結(jié)基508可具有一化學(xué)式其包含下列至少其中之一：-S-、-P-、-P(O₂)-、-C(＝O)S-、-C(＝O)O-、-O-、-N-、C(＝O)N-、-SO₂O-、-SO₂S-、-SO-、-SO₂-。至于第二聯(lián)結(jié)基510，第二聯(lián)結(jié)基510可包含酸不穩(wěn)定基(acid-labile group，ALG)，及/或具有孤電子對例如–C-O-C-、-C-OH-、-C-NH-C-、-R-NH₂-及–R-S-R-，其中R可為具有以直鏈、支鏈或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的碳氫化合物結(jié)合至氫原子的烷基。烷基也可含有雜原子例如氮或氧。在一些實施例中，烷基可包含CF₃、C₂F₅或C₃F₇的一個或更多個。在其他的實施例中，酸不穩(wěn)定基為合并酸不穩(wěn)定基和堿的功能的化合物。堿可包含含有氮的堿，其選自任何合適的堿，含有胺(-NH₂、-NHR)、硫胺(sulfonium amines，-SO₂NH₂、-SO₂NHR)、-CONH₂、-CONHR、-CSNH₂、-C＝CNH₂、-C＝CNHR、吡啶-NH₂(pyridine-NH₂)、苯胺(phenyl-NH₂)、吡咯-NH₂(pyrrole-NH₂)或噻吩-NH₂(thiophene-NH₂)，其中R表示烷基、芳香基、取代的烷基、取代的芳香基、雜芳香環(huán)(hetero aromatic ring)、雜原子、環(huán)狀基或取代的環(huán)狀基。在一些實施例中，酸不穩(wěn)定基為基底的化合物包含具有三級碳作為良好脫離基(leaving group)的大型單位(bulky unit)。酸不穩(wěn)定基為基底的化合物可選自于三級丁基(t-butyl)、三級丁氧基羰基 (tert-butoxycarbonyl)、二級降莰基(iso-norbornyl)、2-甲基-2金鋼烷基(2-methyl-2-adamantyl)、2-乙基-2-金鋼烷基(2-ethyl-2-adamantyl)、3-四氫呋喃基(3-tetrahydrofuran，THF)、內(nèi)酯基(lactone)、2-四氫呋喃基(2-THF)或2-四氫哌喃基(2-tetrahydropyranyl，THP)基的酯類。在各種實施例中，酸不穩(wěn)定基為基底的化合物包含在熱烘烤之后可與光致抗蝕劑聚合物交聯(lián)的交聯(lián)劑端(cross-linker site)。在其他的實施例中，酸不穩(wěn)定基為基底的化合物不包含交聯(lián)劑側(cè)且在熱烘烤之后擴散。

參照圖5A，經(jīng)由實施熱處理工藝(亦即關(guān)于圖4的步驟408)，聚合物主鏈由第一聯(lián)結(jié)基508吸收酸503后可分成至少兩個鏈段。酸503可由光酸產(chǎn)生器及/或熱酸產(chǎn)生器。更特定地說，在曝光工藝期間(亦即關(guān)于圖4的步驟406)，酸503可由光酸產(chǎn)生器制造；在熱處理工藝(步驟408)期間，酸503可由熱酸產(chǎn)生器。在依據(jù)各種說明的實施例中，光酸產(chǎn)生器和熱酸產(chǎn)生器都不包含在聚合物主鏈中。圖5B更顯示在熱處理工藝(亦即關(guān)于圖4的步驟408)之后，光致抗蝕劑層的聚合物500的實施例的示意圖。如圖5B所示，在熱處理工藝之后，第一聚合物鏈段504和第二聚合物鏈段506耦接。更特定地說，第一聯(lián)結(jié)基508吸收酸503且第一聯(lián)結(jié)基508與第二聯(lián)結(jié)基510斷開，因此，進而，聚合物主鏈打斷成為至少兩個聚合物鏈段。此類聚合物主鏈的打斷可有利地提供如上述的較小的聚合物的晶粒尺寸。

圖6顯示光致抗蝕劑層的聚合物主鏈的打斷的實施例。更特定地說，聚合物602顯示聚合物主鏈的一例子，聚合物主鏈包含，第一聚合物鏈段504、第二聚合物鏈段506、在處理工藝(亦即關(guān)于圖4所實施的熱處理步驟408)之前的第一聯(lián)結(jié)基508和第二聯(lián)結(jié)基510；聚合物604顯示聚合物主鏈經(jīng)由第一聯(lián)結(jié)基508接收由光酸產(chǎn)生器及/或熱酸產(chǎn)生器在處理工藝之后的酸503而打斷的一例子。圖7更顯示光酸產(chǎn)生器和熱酸產(chǎn)生器的例子，在一些實施例中，光酸產(chǎn)生器可包含化學(xué)結(jié)構(gòu)702、704(A為烷基)、706、708、710、712、714、716和718的至少其中之一。熱酸產(chǎn)生器可包含化學(xué)結(jié)構(gòu)720、722、724、726、728、730和732的至少其中之一。

各種優(yōu)點可存在于此處敘述的方法、裝置和組成的實施例中。本公開提供用于光致抗蝕劑層的材料，使用這些材料和方法的實施例可由將光致抗蝕劑聚合物的晶粒尺寸縮小及/或?qū)⒐庵驴刮g劑聚合物的晶粒尺寸分布變窄來 提供改善的光致抗蝕劑線寬粗糙度(意即較小的線寬粗糙度)。另外，可經(jīng)由通過紫外線預(yù)曝光(pre-exposure UV)工藝或曝光后烘烤(post-exposure baking)工藝將聚合物主鏈打斷來實現(xiàn)此類晶粒尺寸的減小。因此，此處公開的材料和方法可提供更準(zhǔn)確的圖案化、更清楚的圖案解析度、更低的重加工(rework)或廢料率及/或其他的益處。

本公開提供半導(dǎo)體裝置的制造方法。在一實施例中，方法包含形成光致抗蝕劑材料在基底上，光致抗蝕劑材料具有聚合物其包含具有鏈段和聯(lián)結(jié)基的主鏈，鏈段包含碳鏈和紫外線(UV)可硬化基，紫外線可硬化基耦接于碳鏈和聯(lián)結(jié)基；實施第一曝光工藝其經(jīng)由將聯(lián)結(jié)基與每個鏈段的連接的紫外線可硬化基的去耦接來打斷聚合物的主鏈；實施第二曝光工藝以形成圖案化的光致抗蝕劑層；以及將圖案化的光致抗蝕劑層顯影。

在另外的實施例中，制造半導(dǎo)體裝置的方法包含形成光致抗蝕劑材料在基底上，光致抗蝕劑材料具有聚合物其包含具有至少兩個鏈段的主鏈且第一聯(lián)結(jié)基和第二聯(lián)結(jié)基互相連接，其中第一聯(lián)結(jié)基和第二聯(lián)結(jié)基耦接于至少兩個鏈段的第一鏈段和第二鏈段之間；將光致抗蝕劑材料圖案化以形成圖案化的光致抗蝕劑層；用一方式處理圖案化的光致抗蝕劑層其通過讓第一聯(lián)結(jié)基與第二聯(lián)結(jié)基的斷開來打斷聚合物的主鏈；以及顯影圖案化的光致抗蝕劑層。

在另外的實施例中，使用在光蝕刻法圖案化工藝的光致抗蝕劑材料包含具有可打斷的聚合物的主鏈。更特定地說，主鏈包含至少兩個鏈段和第一聯(lián)結(jié)基，其中每個鏈段包含碳鏈和紫外線(UV)可硬化基其耦接至具有與第一聯(lián)結(jié)基連接的碳鏈。

關(guān)于前述幾個實施例的概要特征，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其可容易地使用本公開作為基礎(chǔ)用于設(shè)計或調(diào)整其他工藝及結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)相同用途及/或達成此處提出的相同的優(yōu)點。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)當(dāng)理解此相等的建構(gòu)并不背離本公開的精神與范圍，及本領(lǐng)域技術(shù)人員可能做出的各種改變、取代及交替皆不背離本公開的精神及范圍。