制造半导体器件的方法与流程

1.本公开涉及制造半导体器件的方法。


背景技术：

2.随着消费者的器件相应于消费者的需求而变得越来越小，这些器件的各个组件的尺寸也必然减小。半导体器件作为诸如手机、平板电脑等器件的主要组成部分，要求其越来越小，相应地，半导体器件内的各单个器件(例如晶体管、电阻器、电容器等)也需要减小尺寸。
3.在半导体器件的制造工艺中使用的一种使能技术是使用光刻材料。将这样的材料施加到要图案化的层的表面，然后暴露于本身已经图案化的能量束。这种暴露改性了感光材料暴露区域的化学和物理特性。这种改性，连同未改性的未暴露的感光材料区域，可用于去除一个区域而不去除另一个区域，反之亦然。
4.然而，随着单个器件的尺寸减小，用于光刻处理的工艺窗口变得越来越窄。因此，光刻处理领域的进步对于保持器件按比例缩小的能力是必要的，并且需要进一步改进以满足所需的设计标准，从而可以保持向越来越小的组件迈进。
5.随着半导体工业发展到纳米技术工艺节点以追求更高的器件密度、更高的性能和更低的成本，在减小半导体特征尺寸方面存在挑战。


技术实现要素：

6.根据本公开的一个实施方式，提供了一种制造半导体器件的方法，包括：
7.在底层上方形成第一色调抗蚀剂层；
8.图案化第一色调抗蚀剂层以形成第一图案，暴露一部分底层；
9.将第一图案延伸至所述底层内；
10.去除所述第一色调抗蚀剂层；
11.在所述底层上方形成第二色调抗蚀剂层，其中第二色调与第一色调相反；
12.图案化第二色调抗蚀剂层以形成第二图案，暴露另一部分底层；
13.将第二图案延伸至所述底层内；和
14.去除所述第二色调抗蚀剂层。
15.根据本公开的另一实施方式，提供了一种制造半导体器件的方法，包括：
16.在底层上方形成第一色调抗蚀剂层；
17.去除一部分第一色调抗蚀剂层以暴露一部分底层；
18.在底层的暴露部分上方形成第二色调抗蚀剂层，
19.其中第二色调与第一色调相反；
20.将所述第一色调抗蚀剂层和所述第二色调抗蚀剂层暴露于光化辐射；和
21.将所述第一色调抗蚀剂层和所述第二色调抗蚀剂层显影以在所述第一色调抗蚀剂层和所述第二色调抗蚀剂层中形成图案，暴露一部分底层。
22.根据本公开的另一实施方式，提供了一种制造半导体器件的方法，包括：
23.在底层上方形成包含两性抗蚀剂的两性抗蚀剂层，
24.其中，所述两性抗蚀剂在第一光化辐射剂量下具有第一显影阈值，其中显影速率从较低显影速率变为较高显影速率或从较高显影速率变为较低显影速率，并且
25.所述两性抗蚀剂在第二光化辐射剂量下具有第二显影阈值，其中第二光化辐射剂量具有比第一辐射剂量更大的强度，其中显影速率从较低显影速率变为较高显影速率或从较高显影速率变为较低显影速率；
26.使用光掩模将所述两性抗蚀剂层暴露于光化辐射，所述光掩模具有第一吸收剂层厚度t1的第一区域、第二吸收剂层厚度t2的第二区域和第三吸收剂层厚度t3的第三区域，
27.其中t1》t2》t3；和
28.将暴露的两性抗蚀剂层显影以形成图案，暴露一部分底层。
29.附图简要说明
30.当结合附图一起阅读时，从下文的详细描述或具体实施方式可以最好地理解本公开。需要强调的是，根据行业的标准实践，各特征未按比例绘制，仅用于说明目的。事实上，为了讨论的清晰，可以任意增加或减小各特征的尺寸。
31.图1a、图1b、图1c、图1d、图1e、图1f、图1g和图1h示出根据本公开实施方案的制造半导体器件的工艺流程。
32.图2a、图2b、图2c、图2d、图2e、图2f、图2g和图2h示出根据本公开实施方案的制造半导体器件的工艺流程。
33.图3a、图3b、图3c、图3d、图3e、图3f和图3g示出了根据本公开实施方案的制造半导体器件的工艺流程。
34.图4a、图4b、图4c、图4d、图4e、图4f和图4g示出根据本公开实施方案的制造半导体器件的工艺流程。
35.图5a和图5b示出根据本公开实施方案的两性光致抗蚀剂的光致抗蚀剂显影阈值。
36.图6a、图6b、图6c、图6d、图6e和图6f示出根据本公开实施方案的制造半导体器件的工艺流程。图6g示出根据本发明实施方案的两性抗蚀剂的暴露和显影。
37.图7示出根据本公开的实施方案的三色调(tri-tone)光掩模。
38.图8a、图8b、图8c、图8d、图8e和图8f示出根据本公开实施方案的制造半导体器件的工艺流程。图8g示出本公开实施方案的两性抗蚀剂的暴露和显影。
39.图9示出根据本公开的实施方案的三色调光掩模。
具体实施方式
40.应理解，以下公开内容提供了许多不同的实施方案或示例，用于实现本公开的不同特征。下面描述组件和布置的特定实施方案或示例以简化本公开。当然，这些仅仅是示例并且不旨在进行限制。例如，元件的尺寸不限于所公开的范围或值，而是可能取决于器件的所需特性和/或工艺条件。此外，在下面的描述中，在第二特征上方或上面形成第一特征可以包括以直接接触的方式形成第一和第二特征的实施方案，并且还可以包括可以以插入第一特征和第二特征的方式形成附加特征的实施方案，使得第一特征和第二特征可以不直接接触。为了简化和清晰起见，各种特征可以在不同的尺度上任意绘制。
41.此外，为了便于描述，本文可以使用诸如“下方”、“下面”、“较下方”、“上面”、“较上方”等空间相对术语来描述如图所示的一个元素或特征与另一个元素或特征。除了图中描绘的方向之外，空间相对术语旨在涵盖器件在使用或操作中的不同方向。该器件可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方向)，并且本文使用的空间相关描述符同样可以相应地解释。此外，术语“由
……
制成”可能意味着“包括
……”
或“由
……
组成”。
42.通过光刻图案化操作形成的一些特征可以受益于正性(positive-tone，或正色调)显影，而其他特征可以受益于负性(negative-tone，或正色调)显影。例如，在使用数值孔径(na)＝0.33的远紫外暴露工具的远紫外光刻图案化操作中，在一些实施方案中使用负性显影来形成间距(pitch)小于约30μm的接触孔图案是更有利的，而使用正性显影形成间距大于约30nm的接触孔图案是更有利的。
43.图1a-1h示出根据本公开实施方案的制造半导体器件的工艺流程100。在一些实施方案中，待图案化的层(或目标层)20形成在衬底15上方，如图1a所示。在一些实施方案中，在衬底15和目标层20之间形成一层或多层。在一些实施方案中，在衬底15和目标层之间形成的一层或多层包括半导体器件，例如场效应晶体管、电阻器、电容器和电感器。在一些实施方案中，硬掩模层25形成在待图案化层(或目标层)20的表面上方，或者当未形成目标层20时，形成在衬底15的表面上方。在一些实施方案中，随后在硬掩模层25上方形成第一抗蚀剂层30。在其他实施方案中，第一抗蚀剂层30直接形成在目标层20上方。在一些实施方案中，第一抗蚀剂层30经历第一烘烤(或暴露前烘烤)操作以蒸发抗蚀剂组合物中的溶剂。
44.第一光致抗蚀剂层30是通过暴露于光化辐射而被图案化的光敏层。通常，被入射辐射撞击的光致抗蚀剂区域的化学性质以取决于所使用的光致抗蚀剂类型的方式发生变化。光致抗蚀剂为正性抗蚀剂或负性抗蚀剂。正性抗蚀剂是指当暴露于辐射(例如紫外光)时变得可溶于显影剂而未暴露(或暴露较少)的光致抗蚀剂区域不溶于显影剂的光致抗蚀剂材料。另一方面，负性抗蚀剂是指当暴露于辐射时变得不溶于显影剂而未暴露(或暴露较少)的光致抗蚀剂区域可溶于显影剂的光致抗蚀剂材料。在暴露于辐射时变得不可溶的负性抗蚀剂区域可以由于暴露于辐射引起的交联反应而变得不可溶。在一些实施方案中，抗蚀剂是负性显影的(negative-tone developed，ntd)抗蚀剂。在ntd抗蚀剂中，代替暴露于光化辐射交联的抗蚀剂部分，选择优先溶解抗蚀剂未暴露部分以形成图案化抗蚀剂的显影剂溶剂。
45.在一些实施方案中，紫外辐射是深紫外(deep ultraviolet，duv)辐射。在一些实施方案中，紫外辐射是极紫外(extreme ultraviolet，euv或xuv)辐射。euv和xuv在本公开中可互换使用。在一些实施方案中，辐射是电子束。
46.在一些实施方案中，第一光致抗蚀剂层30的选择性暴露以形成暴露区域30'和未暴露区域30是使用极紫外光刻实施的。在一些实施方案中，第一光致抗蚀剂层30在选择性暴露于光化辐射35b之后经历暴露后烘烤(post-exposure baking，peb)操作，以在将选择性暴露的第一光致抗蚀剂层显影之前促进发生在暴露区域30'中的化学反应。
47.在一些实施方案中，反射型光掩模45用于在极紫外光刻中形成经图案化的暴露光。反射型光掩模45包括低热膨胀玻璃衬底50，在低热膨胀玻璃衬底50上形成si 55a层和mo 55b层交替的反射多层55。图案化的吸收剂层60形成在反射多层55上面。在一些实施方案中，覆盖层(未示出)形成在多层55和图案化的吸收剂层60之间，且后导电层(未示出)形
成在低热膨胀玻璃衬底50的背面上。极紫外辐射35a以约6
°
的入射角从xuv辐射源(未示出)朝向反射型光掩模45引导。xuv辐射的一部分35b由si/mo反射多层55向涂有光致抗蚀剂的衬底反射，而xuv辐射入射到吸收剂层60上的部分被光掩模45吸收。在一些实施方案中，附加光学器件(包括镜子)位于反射型光掩模45和涂有光致抗蚀剂的衬底之间。
48.在图1a-图1h所示的实施方案中，第一光致抗蚀剂层30为正性抗蚀剂。在光掩模45的大部分表面被吸收剂层60覆盖的一些实施方案中，光掩模称为暗场掩模，而得到的暴露称为暗场暴露。
49.在第一光致抗蚀剂层30的选择性暴露之后，第一光致抗蚀剂层30使用合适的显影剂显影，形成具有一个或多个开口的图案化的光致抗蚀剂层，暴露底层。如图1b所示，使用图案化的光致抗蚀剂层30作为掩模，使用合适的蚀刻操作在硬掩模层中形成开口40，光刻蚀层30中的开口延伸至底层(例如硬掩模层25)内。如图1c所示，在硬掩模层25经图案化之后，通过适当的蚀刻或光致抗蚀剂剥离操作，去除第一光致抗蚀剂层30。在一些实施方案中，通过氧等离子体蚀刻操作，去除第一光致抗蚀剂层30。
50.如图1d所示，随后在图案化的硬掩模层25上方形成第二光致抗蚀剂层65。当第一光致抗蚀剂层30由正性抗蚀剂制成时，第二光致抗蚀剂层65由负性抗蚀剂制成。在一些实施方案中，第二光致抗蚀剂层65经历第一烘烤(或预暴露烘烤)操作以在第一预暴露烘烤操作中蒸发抗蚀剂组合物中的溶剂。然后，如图1e所示，实施第二次选择性暴露于光化辐射。在一些实施方案中，使用极紫外光刻实施第二光致抗蚀剂层65的第二选择性暴露以形成暴露区域65’和未暴露区域65。在其他实施方案中，用深紫外辐射或电子束实施第二次选择性暴露于光化辐射。如参考图1a所解释的，在一些实施方案中，反射型光掩模用于在极紫外光刻中形成图案化的暴露光。在第二选择性暴露中使用的反射型光掩模75具有与第一反射型光掩模45不同的吸收剂层60图案。在一些实施方案中，第二光致抗蚀剂层65在选择性暴露于光化辐射35b之后经历暴露后烘烤(post-exposure baking，peb)操作，以促进在将选择性暴露的第二光致抗蚀剂层显影之前在暴露区域65’中发生的化学反应。
51.在光掩模75的大部分表面没有被吸收剂层60覆盖的一些实施方案中，光掩模被称为明场掩模，而得到的暴露被称为明场暴露。
52.在第二光致抗蚀剂层65的选择性暴露之后，使用合适的显影剂对第二光致抗蚀剂层65进行显影，形成具有暴露底层的一个或多个开口的经图案化的光致抗蚀剂层。如图1f所示，使用经图案化的第二光致抗蚀剂层65'作为掩模，使用合适的蚀刻操作在硬掩模层中形成开口80，使第二光致抗蚀剂层65’中的开口延伸至底层(例如硬掩模层25)中。然后，如图1g所示，通过适当的蚀刻或光致抗蚀剂剥离操作，去除第二光致抗蚀剂层65’。在一些实施方案中，通过氧等离子体蚀刻操作，去除第二光致抗蚀剂层65’。
53.然后，使用合适的蚀刻操作，使硬掩模层25中的开口延伸至目标层20中，如图1h所示。
54.图2a-2h示出根据本公开实施方案的制造半导体器件的工艺流程200。在一些实施方案中，目标层20形成在衬底15上方，如图2a所示。在一些实施方案中，在衬底15和目标层20之间形成一层或多层。在一些实施方案中，硬掩模层25形成在目标层20的表面上方，或者当未形成目标层20时，硬掩模层25形成在衬底10表面上方。在一些实施方案中，随后在硬掩模层25上方形成负性抗蚀剂层65。在其他实施方案中，负性抗蚀剂层65直接形成在目标层
20上方。在一些实施方案中，负性抗蚀剂层65经历第一次烘烤(或预暴露烘烤)操作，以在预暴露烘烤操作中使抗蚀剂组合物中的溶剂蒸发。
55.在一些实施方案中，负性光致抗蚀剂层65的选择性暴露以形成暴露区域65’和未暴露区域65使用极紫外光刻来实施。在其他实施方案中，深紫外(duv)辐射或电子束用于选择性地暴露负性光致抗蚀剂层65。在一些实施方案中，反射型光掩模75用于在极紫外光刻中形成图案化的暴露光。如参考图1e所解释的，在一些实施方案中，光掩模75是明场掩模，并且得到的暴露是明场暴露。在一些实施方案中，第二光致抗蚀剂层65在选择性暴露于光化辐射35b之后经历暴露后烘烤(peb)操作，以在使选择性暴露的负性光致抗蚀剂层显影之前促进发生在暴露区域65’中的化学反应。
56.在选择性暴露负性光致抗蚀剂层65之后，使用合适的显影剂对负性光致抗蚀剂层65进行显影，形成具有一个或多个开口的图案化的光致抗蚀剂层，暴露底层。如图2b所示，使用图案化的光致抗蚀剂层65’作为掩模，使用合适的蚀刻操作在硬掩模层中形成开口80，使光致抗蚀剂层65’中的开口延伸至底层(例如硬掩模层25)中。在硬掩模层25经图案化之后，通过适当的蚀刻或光致抗蚀剂剥离操作，去除负性光致抗蚀剂层65’，如图2c所示。在一些实施方案中，通过氧等离子体蚀刻操作，去除负性光致抗蚀剂层65’。
57.如图2d所示，随后在图案化硬掩模层25上方形成正性光致抗蚀剂层30。在一些实施方案中，正性光致抗蚀剂层30经历预暴露烘烤操作以去除光致抗蚀剂层中的溶剂。然后进行第二次选择性暴露于光化辐射，如图2e所示。在一些实施方案中，使用极紫外光刻实施正性光致抗蚀剂层30的第二次选择性暴露，以形成暴露区域30’和未暴露区域30。在其他实施方案中，duv辐射或电子束用于选择性地暴露正性光致抗蚀剂层。如参考图2a所解释的，在一些实施方案中，反射型光掩模用于在极紫外光刻中形成图案化的暴露光。在第二选择性暴露中使用的第二反射型光掩模45具有与第一反射型光掩模75不同的吸收剂层60图案。在一些实施方案中，使用暗场掩模实施第二选择性暴露，并且得到的暴露是暗场暴露。
58.在正性光致抗蚀剂层30的选择性暴露之后，正性光致抗蚀剂层30使用合适的显影剂显影，形成具有一个或多个开口的图案化的光致抗蚀剂层，暴露底层。如图2f所示，使用图案化的正性光致抗蚀剂层30作为掩模，使用合适的蚀刻操作在硬掩模层中形成开口40，使正性光致抗蚀剂层30中的开口延伸至底层(例如硬掩模层25)中。然后，通过适当的蚀刻或光致抗蚀剂剥离操作，去除正性光致抗蚀剂层30，如图2g所示。在一些实施方案中，通过氧等离子体蚀刻操作，去除正性光致抗蚀剂层30。
59.然后，使用合适的蚀刻操作，使硬掩模层25中的开口延伸至目标层20中，如图2h所示。
60.根据本公开的实施方案，衬底15至少在其表面部分上包括单晶半导体层。衬底15可以包括单晶半导体材料，例如但不限于，si、ge、sige、gaas、insb、gap、gasb、inalas、ingaas、gasbp、gaassb和inp。在一些实施方案中，衬底15是绝缘衬底上硅(silicon-on insulator，soi)的硅层。在某些实施方案中，衬底15由结晶si制成。在一些实施方案中，衬底15是si晶片。
61.衬底15可以在其表面区域中包括一个或多个缓冲层(未示出)。缓冲层可用于使晶格常数从衬底的晶格常数逐渐改变为随后形成的源极/漏极区的晶格常数。缓冲层可以是由外延地生长的单晶半导体材料形成，例如但不限于，si、ge、gesn、sige、gaas、insb、gap、
gasb、inalas、ingaas、gasbp、gaassb、gan、gap和inp。在一个实施方案中，硅锗(sige)缓冲层在硅衬底15上外延地生长。sige缓冲层的锗浓度可以从最底部缓冲层的30原子％增加到最顶部缓冲层的70原子％。
62.在一些实施方案中，衬底15包括至少一种金属、金属合金和具有式mxa的金属氮化物/金属硫化物/金属氧化物/金属硅化物，其中m是金属并且x是n、s、se、o、si，且a为约0.4至约2.5。在一些实施方案中，衬底15包括钛、铝、钴、钌、氮化钛、氮化钨、氮化钽及其组合。
63.在一些实施方案中，衬底15包括至少具有式mxb的硅、金属氧化物和金属氮化物的电介质衬底，其中m是金属或si，x是n或o，并且b的范围从大约0.4到约2.5。在一些实施方案中，15包括二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化铪、氧化镧及其组合。
64.在一些实施方案中，硬掩模层25是硅或金属氧化物或氮化物。在一些实施方案中，硬掩模层是氧化硅、氮化硅、氧化铝、氮化铝、钛、氮化钛、氮化钨、钽、氧化钽、氮化钽、旋涂碳及其组合。在一些实施方案中，硬掩模层25通过物理气相沉积(hysical vapor deposition，pvd)、化学气相沉积(chemical vapor deposition，cvd)或原子层沉积(atomic layer deposition，ald)形成。在一些实施方案中，硬掩模层25通过溅射、等离子体增强原子层沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition，pe-cvd)、等离子体增强化学气相沉积(pe-cvd)、金属有机化学气相沉积(metal-organic chemical vapor deposition，mo-cvd)、常压化学气相沉积(tmospheric pressure chemical vapor deposition，ap-cvd)和低压化学气相沉积(low pressure chemical vapor deposition，lp-cvd)形成。在一些实施方案中，硬掩模层25的厚度在约1nm至约50nm的范围内。
65.在一些实施方案中，目标层20包括层间介电层(inter-layer dielectric layer，ild)或低k介电层。在一些实施方案中，目标层由氧化硅、氮化硅、sion、sicn、sioc、旋涂玻璃(spin-on glass，sog)、氟硅酸盐玻璃、有机硅酸盐玻璃、旋涂有机聚合物电介质和基于旋涂硅的聚合物电介质制成。在一些实施方案中，目标层的厚度范围为约10nm至约200nm。
66.在一些实施方案中，用于蚀刻硬掩模层25和目标层20的合适蚀刻技术包括干法蚀刻以及湿法蚀刻技术，所述干法蚀刻包括基于等离子体的蚀刻。在一些实施方案中，通过使用cl2、ar/chf3、ar/cl2和ar/bcl3中的一种或多种作为蚀刻气体的干蚀刻操作来蚀刻硬掩模层25。在一些实施方案中，通过使用cf4、ch2f2、chf3和c4f8中的一种或多种作为蚀刻气体的干法蚀刻操作来蚀刻目标层20。在一些实施方案中，将co添加到等离子体源气体中。
67.在一些实施方案中，第一或第二抗蚀剂层30、65包括化学放大的抗蚀剂(chemically-amplified resist，car)组合物。在一些实施方案中，第一或第二抗蚀剂层30、65包括聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)或聚羟基苯乙烯(phs)。在一些实施方案中，第一或第二抗蚀剂层通过旋涂法形成。在其他实施方案中，第一或第二抗蚀剂层30、65包括通过化学气相沉积(chemical vapor deposition，cvd)或原子层沉积(atomic layer deposition，ald)形成的含金属光致抗蚀剂。在一些实施方案中，通过旋涂法形成含金属光致抗蚀剂层。
68.在一些实施方案中，在根据本公开的第一和第二光致抗蚀剂层30、65中使用的光致抗蚀剂包括聚合物以及溶剂中的一种或多种光敏化合物(photoactive compounds，pac)。在一些实施方案中，聚合物包括烃结构(例如脂环烃结构)，其含有一个或多个在与酸、碱或由pac(如下文进一步描述)由产生的自由基混合时会发生分解的基团(例如酸不稳定基团)或以其他方式发生反应的基团。在一些实施方案中，烃结构包括形成聚合物骨架的
重复单元。该重复单元可以包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、巴豆酸酯、乙烯基酯、马来酸二酯、富马酸二酯、衣康二酯、(甲基)丙烯腈、(甲基)丙烯酰胺、苯乙烯、乙烯基醚、其组合，等等。
69.在一些实施方案中，光致抗蚀剂包括具有选自以下的酸不稳定基团的聚合物：
[0070][0071]
在一些实施方案中，用于烃结构的重复单元的具体结构包括以下的一种多或多种：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸乙酰氧基乙酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸2-羟乙酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯、丙烯酸2-乙氧基乙酯、丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸2-烷基-2-金刚烷基酯或(甲基)丙烯酸(1-金刚烷基)甲基二烷基酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸乙酰氧基乙酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸2-羟乙酯、甲基丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲基丙烯酸2-乙氧基乙酯、甲基丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸3-氯-2-羟丙酯、甲基丙烯酸3-乙酰氧基-2-羟丙酯、甲基丙烯酸3-氯乙酰氧基-2-羟基丙酯、巴豆酸丁酯、巴豆酸己酯等。乙烯基酯的实例包括乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、甲氧基乙酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、马来酸二甲酯、马来酸二乙酯、马来酸二丁酯、富马酸二甲酯、富马酸二乙酯、富马酸二丁酯、衣康酸二甲酯、衣康酸二乙酯、衣康酸二丁酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙基丙烯酰胺、丙基丙烯酰胺、正丁基丙烯酰胺、叔丁基丙烯酰胺、环己基丙烯酰胺、2-甲氧基乙基丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、二乙基丙烯酰胺、苯基丙烯酰胺、苄基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲基甲基丙烯酰胺、乙基甲基丙烯酰胺、丙基甲基丙烯酰胺、正丁基甲基丙烯酰胺、叔丁基甲基丙烯酰胺、环己基甲基丙烯酰胺、2-甲氧基乙基甲基丙烯酰胺、二甲基甲基丙烯酰胺、二乙基甲基丙烯酰胺、苯基甲基丙烯酰胺、苄基甲基丙烯酰胺、甲基乙烯基醚、丁基乙烯基醚、己基乙烯基醚、甲氧基乙基乙烯基醚、二甲基氨基乙基乙烯基醚等。苯乙烯的实例包括苯乙烯、甲基苯乙烯、二甲基苯乙烯、三甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、异丙基苯乙烯、丁基苯乙烯、甲氧基苯乙烯、丁氧基苯乙烯、乙酰氧基苯乙烯、氯代苯乙烯、二氯苯乙烯、溴代苯乙烯、苯甲酸乙烯甲酯、α-甲基苯乙烯、马来酰亚胺、乙烯基吡啶、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基咔唑或这些的组合，等等。
[0072]
在一些实施方案中，烃结构的重复单元还具有取代到其中的单环或多环烃结构，或者单环或多环烃结构是重复单元，以形成脂环烃结构。在一些实施方案中，单环结构的具体实例包括二环烷烃、三环烷烃、四环烷烃、环戊烷、环己烷等。在一些实施方案中，多环结构的具体实例包括金刚烷、降冰片烷、异冰片烷、三环癸烷、四环十二烷等。
[0073]
会分解的基团连接到烃结构上，从而使其在暴露期间与由pac产生的酸/碱/自由
基反应。与酸反应的基团称为酸不稳定基团。在一些实施方案中，会分解的基团是羧酸基团、氟化醇基团、酚醇基团、磺酸基团、磺酰胺基团、磺酰亚氨基基团、(烷基磺酰基)(烷基羰基)亚甲基、(烷基磺酰基)(烷基-羰基)亚氨基、双(烷基羰基)亚甲基、双(烷基羰基)亚氨基、双(烷基磺酰基)亚甲基、双(烷基磺酰基)亚氨基、三(烷基羰基)亚甲基、三(烷基磺酰基)亚甲基或其组合等。在一些实施方案中，用于氟化醇基的特定基团包括氟化羟烷基，例如六氟异丙醇基。用于羧酸基的具体基团包括丙烯酸酸基、甲基丙烯酸基等。
[0074]
在一些实施方案中，酸不稳定基团(alg)因由光酸产生剂产生的酸的作用而分解，产生一个羧酸基团侧接于聚合物树脂链，如在alg去保护反应中所示：
[0075][0076]
在一些实施方案中，聚合物还包括连接到烃结构的其他基团，有助于改善可聚合树脂的多种性能。例如，在烃结构中包含内酯基团有助于减少在光致抗蚀剂显影后的线边缘粗糙度，从而有助于减少显影过程中出现的缺陷数量。在一些实施方案中，内酯基团包括具有五至七元的环，尽管任何合适的内酯结构可替代地用于内酯基团。
[0077]
在一些实施方案中，聚合物包括可以帮助增加光致抗蚀剂层15对底层结构(例如衬底10)的粘附性。极性基团可用于帮助增加粘附性。合适的极性基团包括羟基、氰基等，然而也可以替代地使用任何合适的极性基团。
[0078]
在一些实施方案中，任选地，聚合物包括一种或多种脂环烃结构，其不包含会分解的基团。在一些实施方案中，不包含会分解的基团的烃结构包括诸如1-金刚烷基(甲基)丙烯酸酯、三环癸基(甲基)丙烯酸酯、环己基(甲基丙烯酸酯)或这些的组合等。在一些实施方案中，光致抗蚀剂组合物包括一种或多种光敏化合物(pac)。
[0079]
在一些实施方案中，pac包括光酸产生剂、光碱产生剂、光可分解碱、自由基产生剂等。在pac是光酸产生剂的一些实施方案中，pac包括卤代三嗪、鎓盐、重氮盐、芳族重氮盐、鏻盐、锍盐、碘鎓盐、酰亚胺磺酸盐、肟磺酸盐、重氮二砜、二砜、邻硝基苄基磺酸盐、磺化酯、卤化磺酰氧基二甲酰亚胺、重氮二砜、α-氰氧基胺磺酸盐、亚胺磺酸盐、酮重氮砜、磺酰基重氮酯、1,2-二(芳基磺酰基)肼、硝基苄酯和均三嗪衍生物或这些的组合等。
[0080]
光酸产生剂的具体实例包括：α-(三氟甲基磺酰氧基)-双环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺(mdt)；n-羟基-萘酰亚胺(ddsn)；安息香甲苯磺酸酯；叔丁基苯基-α-(对甲苯磺酰氧基)-乙酸酯和叔丁基-α-(对甲苯磺酰氧基)-乙酸酯；三芳基锍和二芳基碘鎓六氟锑酸盐；六氟砷酸盐；三氟甲磺酸盐；全氟辛烷磺酸碘鎓；n-樟脑磺酰氧基萘酰亚胺；n-五氟苯基磺酰氧基萘酰亚胺；离子碘磺酸盐，例如二芳基碘鎓(烷基或芳基)磺酸盐和双-(二叔丁基苯基)碘鎓樟脑磺酸盐；全氟烷磺酸盐，例如全氟戊磺酸盐、全氟辛磺酸盐、全氟甲磺酸盐；芳基(例如苯基或苄基)三氟甲磺酸盐，例如三苯基锍三氟甲磺酸盐或双-(叔丁基苯基)三氟甲磺酸碘鎓；连苯三酚衍生物(例如连苯三酚的三甲磺酸盐)；羟基酰亚胺的三氟甲磺酸
酯；α,α'-双-磺酰基-重氮甲烷；硝基取代的苯甲醇的磺酸酯；萘醌-4-二叠氮化物或烷基二砜等。
[0081]
在pac是自由基产生剂的一些实施方案中，pac包括：正苯基甘氨酸；芳香酮，包括二苯甲酮、n,n'-四甲基-4,4'-二氨基二苯甲酮、n,n'-四乙基-4,4'-二氨基二苯甲酮、4-甲氧基-4'-二甲基氨基二苯甲酮、3,3'-二甲基-4-甲氧基二苯甲酮、p,p'-双(二甲氨基)二苯甲酮、p,p'-双(二乙氨基)-二苯甲酮；蒽醌，2-乙基蒽醌；萘醌；和菲醌；苯偶姻类，包括苯偶姻、苯偶姻甲醚、苯偶姻异丙醚、苯偶姻正丁醚、苯偶姻苯醚、甲基苯偶姻和乙基苯偶姻；苄基衍生物，包括二苄基、苄基二苯基二硫化物和苄基二甲基缩酮；吖啶衍生物，包括9-苯基吖啶和1,7-双(9-吖啶基)庚烷；噻吨酮，包括2-氯噻吨酮、2-甲基噻吨酮、2,4-二乙基噻吨酮、2,4-二甲基噻吨酮和2-异丙基噻吨酮；苯乙酮类，包括1,1-二氯苯乙酮、对叔丁基二氯苯乙酮、2,2-二乙氧基苯乙酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮和2,2-二氯-4-苯氧基苯乙酮；2,4,5-三芳基咪唑二聚体，包括2-(邻氯苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚体、2-(邻氯苯基)-4,5-二-(间-甲氧基苯基)咪唑二聚体、2-(邻氟苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚体、2-(邻-甲氧基苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚体、2-(对甲氧基苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚体、2,4-二(对甲氧基苯基)-5-苯基咪唑二聚体、2-(2,4-二甲氧基苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚体和2-(对甲基巯基苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚体；或这些的组合等。
[0082]
在一些实施方案中，溶剂是有机溶剂，并且包括任何合适的溶剂中的一种或多种，例如酮、醇、多元醇、醚、二醇醚、环醚、芳烃、酯、丙酸酯、乳酸酯、乳酸酯、亚烷基二醇单烷基醚、乳酸烷基酯、烷氧基丙酸烷基酯、环状内酯、含有环的单酮化合物、碳酸亚烷基酯、烷氧基乙酸烷基酯、丙酮酸烷基酯、乳酸酯、乙二醇烷基醚乙酸酯、二甘醇、丙二醇烷基醚乙酸酯、亚烷基二醇烷基醚酯、亚烷基二醇单烷基酯等。
[0083]
光致抗蚀剂组合物还可以包括许多帮助光致抗蚀剂获得高分辨率的其他添加剂。例如，光致抗蚀剂的一些实施方案还包括表面活性剂以帮助提高光致抗蚀剂涂覆其所施加的表面的能力。添加到光致抗蚀剂组合物的一些实施方案中的另一种添加剂是猝灭剂，其抑制产生的酸/碱/自由基在光致抗蚀剂内的扩散。猝灭剂改善了抗蚀剂图案的构型以及光致抗蚀剂随时间的稳定性。添加到光致抗蚀剂的一些实施方案中的其他添加剂是稳定剂、溶解抑制剂、增塑剂和粘合促进剂，稳定剂有助于防止在光致抗蚀剂暴露期间产生的酸的不希望的扩散，溶解抑制剂帮助控制显影过程中光致抗蚀剂的溶解，增塑剂减少光致抗蚀剂和底层(例如，待图案化的层)之间的分层和开裂。
[0084]
在一些实施方案中，第一或第二光致抗蚀剂层30、65由光致抗蚀剂组合物制成，所述光致抗蚀剂组合物包括以蒸气状态结合的第一化合物或第一前体和第二化合物或第二前体。第一前体或第一化合物是具有下式的有机金属：marbxc，其中m是sn、bi、sb、in、te、ti、zr、hf、v、co、mo、w、al、ga、si、ge、p、as、y、la、ce或lu中的至少一种；且r是取代或未取代的烷基、烯基或羧酸酯基团。在一些实施方案中，m选自sn、bi、sb、in、te及其组合。在一些实施方案中，r是c3-c6烷基、烯基或羧酸酯基。在一些实施方案中，r选自丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、异戊基、仲戊基、叔戊基、己基、异己基、仲己基、叔己基及其组合。x是配体、离子或其他部分，与第二化合物或第二前体反应；并且，在一些实施方案中，1≤a≤2、b≥1、c≥1且b+c≤5。在一些实施方案中，烷基、烯基或羧酸酯基团被一个或多个氟基团取代。在一些实施方案中，有机金属前体是二聚体，其中每个单体单元通过胺基连接。
每个单体都有如上定义的式marbxc。
[0085]
在一些实施方案中，r是烷基，例如c
nh2n+1
，其中n≥3。在一些实施方案中，r是氟化的，例如具有式c
nfxh((2n+1)-x)
。在一些实施方案中，r具有至少一个β-氢或β-氟。在一些实施方案中，r选自异丙基、正丙基、叔丁基、异丁基、正丁基、仲丁基、正戊基、异戊基、叔戊基和仲-戊基及其组合。
[0086]
在一些实施方案中，x是容易被第二化合物或第二前体替换以产生m-oh部分的任何部分，例如为选自以下的部分：胺，包括二烷基氨基和单烷基氨基；烷氧基；羧酸酯基；卤素；和磺酸酯基。在一些实施方案中，磺酸酯基团被一个或多个胺基团取代。在一些实施方案中，卤素是选自f、cl、br和i中的一种或多种。在一些实施方案中，磺酸酯基包括取代或未取代的c1-c3基团。
[0087]
在一些实施方案中，第一有机金属化合物或第一有机金属前体包括金属核m
+
，其中配体l连接到金属核m
+
。在一些实施方案中，金属核m
+
是金属氧化物。在一些实施方案中，配体l包括c3-c12脂族或芳族基团。脂族或芳族基团可以是未支化的或支化的，具有包含1-9个碳的环状或非环状饱和侧基，包括烷基、烯基和苯基。支化的基团可以进一步被氧或卤素取代。在一些实施方案中，c3-c12脂族或芳族基团包括杂环基团。在一些实施方案中，c3-c12脂族或芳族基团通过醚或酯键与金属连接。在一些实施方案中，c3-c12脂族或芳族基团包括亚硝酯和磺酸酯取代基。
[0088]
在一些实施方案中，有机金属前体或有机金属化合物包括仲己基三(二甲氨基)锡、叔己基三(二甲氨基)锡、异己基三(二甲氨基)锡、正己基三(二甲氨基)锡、仲戊基三(二甲氨基)锡、叔戊基三(二甲氨基)锡、异戊基三(二甲氨基)锡、正戊基三(二甲氨基)锡、仲丁基三(二甲氨基)锡、叔丁基三(二甲氨基)锡、异丁基三(二甲氨基)锡、正丁基三(二甲氨基)锡、仲丁基三(二甲氨基)锡、异丙基(三)二甲氨基锡、正丙基三(二乙氨基)锡，和类似的烷基(三)(叔丁氧基)锡化合物，包括仲己基三(叔丁氧基)锡、叔己基三(叔丁氧基)锡、异己基三(叔丁氧基)锡、正己基三(叔丁氧基)锡、仲戊基三(叔丁氧基)锡、叔戊基三(叔丁氧基)锡、异戊基三(叔丁氧基)锡、正戊基三(叔丁氧基)锡、叔丁氧基丁基三(叔丁氧基)锡、异丁基三(丁氧基)锡、正丁基三(丁氧基)锡、仲丁基三(丁氧基)锡、异丙基(三)二甲基氨基锡或正丙基三(丁氧基)锡。在一些实施方案中，有机金属前体或有机金属化合物是氟化的。在一些实施方案中，有机金属前体或化合物具有低于约200℃的沸点。
[0089]
在一些实施方案中，第一化合物或第一前体包括一个或多个不饱和键，所述不饱和键可以与基底或中间底层表面上的官能团(例如羟基)配位以提高光致抗蚀剂层对衬底(基材)或底层的粘附性。
[0090]
在一些实施方案中，第二前体或第二化合物是胺、硼烷、膦或水中的至少一种。在一些实施方案中，胺具有式n
phn
xm，其中0≤n≤3，0≤m≤3，当p为1时n+m＝3，当p为2时n+m＝4，并且每个x独立地为卤素，选自f、cl、br和i。在一些实施方案中，硼烷具有式b
phn
xm，其中0≤n≤3，0≤m≤3，当p为1时n+m＝3，并且当p为2时n+m＝4，并且每个x独立地为卤素，选自f、cl、br和i。在一些实施方案中，膦具有式p
phn
xm，其中，0≤n≤3，0≤m≤3，当p为1时n+m＝3，或当p为2时n+m＝4，并且每个x独立地为选自f、cl、br和i。
[0091]
在一些实施方案中，金属光致抗蚀剂组合物的沉积通过气相沉积操作进行。在一些实施方案中，气相沉积操作包括原子层沉积(ald)或化学气相沉积(cvd)。在一些实施方
案中，ald包括等离子体增强原子层沉积(pe-ald)，cvd包括等离子体增强化学气相沉积(pe-cvd)、金属有机化学气相沉积(mo-cvd)、常压化学气相沉积(ap-cvd)和低压化学气相沉积(lp-cvd)。
[0092]
在一些实施方案中，本文公开的光致抗蚀剂层的厚度在一些实施方案中为约5nm至约100nm，在其他实施方案中为约10nm至约50nm。
[0093]
在一些实施方案中，本文公开的光致抗蚀剂层的暴露前烘烤在足以固化和干燥抗蚀剂层的温度和时间下进行。在一些实施方案中，抗蚀剂层在约40℃和120℃的温度下加热约10秒至约10分钟。在一些实施方案中，本文所公开的光致抗蚀剂抗蚀剂层的暴露后烘烤包括在约50℃至约250℃的温度下加热抗蚀剂层约20秒至约300秒。
[0094]
在一些实施方案中，选择性暴露的光致抗蚀剂层通过使用旋涂工艺将显影剂施加到光致抗蚀剂层来显影。在旋涂工艺中，显影剂从光致抗蚀剂层上方施加到光致抗蚀剂层，同时涂有光致抗蚀剂的衬底旋转。在一些实施方案中，以约5ml/min和约800ml/min之间的速率供应显影剂，同时光致抗蚀剂涂覆的衬底以约100rpm和约2000rpm之间的速度旋转。在一些实施方案中，显影剂在显影操作期间处于约20℃和约75℃之间的温度。在一些实施方案中，显影操作持续约10秒至约10分钟。
[0095]
虽然旋涂操作是用于在暴露后使光致抗蚀剂层显影的一种合适的方法，但其意在说明而不意在限制实施方案。相反，可以替代地使用任何合适的显影操作，包括浸渍法、熔池法和喷涂法。所有这样的显影操作都包括在实施方案的范围内。
[0096]
使用溶剂进行显影。在需要正性显影的一些实施方案中，使用正性显影剂，例如碱性水溶液。在一些实施方案中，正色调显影剂包括选自如下的一种或多种：氢氧化四甲铵(tmah)、氢氧化四丁铵、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、硅酸钠、氨水、一甲胺、二甲胺、三甲胺、一乙胺、二乙胺、三乙胺、一异丙胺、二异丙胺、三异丙胺、一丁胺、二丁胺、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二甲氨基乙醇、二乙氨基乙醇、氨、苛性钠、苛性钾、偏硅酸钠、偏硅酸钾、碳酸钠、四乙基氢氧化铵或其组合等。
[0097]
在需要负性显影的一些实施方案中，使用有机溶剂或临界流体来去除光致抗蚀剂的未暴露区域。在一些实施方案中，负性显影剂包括选自如下的一种或多种：己烷、庚烷、辛烷、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、三氯乙烯等烃类溶剂；临界二氧化碳；甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等醇溶剂；二乙醚、二丙醚、二丁醚、乙基乙烯基醚、二恶烷、环氧丙烷、四氢呋喃、溶纤剂、甲基溶纤剂、丁基溶纤剂、甲基卡必醇、二甘醇单乙醚等醚类溶剂；丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、异佛尔酮、环己酮等酮类溶剂；乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯等酯类溶剂；吡啶、甲酰胺和n,n-二甲基甲酰胺等。
[0098]
在显影之后，从图案化的光致抗蚀剂覆盖的衬底去除剩余的显影剂。在一些实施方案中，剩余的显影剂使用旋转干燥工艺去除，尽管如此也可以使用任何合适的去除技术。
[0099]
根据本公开的实施方案，根据本公开实施方案的光掩模的吸收剂层60由选自如下的材料制成：由b、sn、ni、ta、te、co、in、sb及其合金、氧化物和氮化物。在一些实施方案中，吸收剂层60由选自如下的材料制成：b、sn、ni、ta、te及其合金、氧化物和氮化物。在一些实施方案中，吸收剂层60由tabn或tabo制成。在一些实施方案中，吸收剂层60具有大约0.065到大约0.105的消光系数。在一些实施方案中，取决于吸收剂层材料，吸收剂层60的厚度在约20nm至约70nm的范围内。
[0100]
本文所公开的光致抗蚀剂层所暴露的光化辐射的量可以通过通量或剂量来表征，其通过整个暴露时间的积分的(integrated)辐射通量获得。在一些实施方案中，合适的辐射积分通量范围为约1mj/cm2至约150mj/cm2，在其他实施方案中为约2mj/cm2至约100mj/cm2，在其他实施方案中为约3mj/cm2至约50mj/cm2。本领域普通技术人员将认识到，在上述明确范围内的辐射积分通量的其他范围是可预期的并且在本公开范围内。
[0101]
在一些实施方案中，光致抗蚀剂选择性地暴露于波长范围为约0.1nm至约100nm的xuv辐射。在一些实施方案中，euv/xuv辐射源是激光激发的锡等离子体。在一些实施方案中，来自激光激发的锡等离子体的辐射被过滤以提供期望的暴露波长(例如，13.5nm或50nm)。
[0102]
在一些实施方案中，选择性暴露或图案化暴露是通过扫描电子束进行的。使用电子束光刻，电子束会诱导二次电子，从而改性被照射的材料。使用电子束光刻和本文公开的含金属抗蚀剂可获得高分辨率。电子束可以通过束的能量来表征，并且在一些实施方案中合适的能量范围为约5v至约200kv(千伏)，并且在其他实施方案中为约7.5v至约100kv。在一些实施方案中，在30kv下的邻近校正的束剂量(proximity-corrected beam doses)范围为约0.1μc/cm2至约5μc/cm2，在其他实施方案中为约0.5μc/cm2至约1μc/cm2，在其他实施方案中为约1μc/cm2至约100μc/cm2。本领域普通技术人员可以基于本文的教导计算在其他束能量下的对应剂量，并且将认识到：在上述明确范围内的电子束特性的附加范围是可预期的并且在本公开范围内。
[0103]
图3a-3g示出本公开实施方案的制造半导体器件的工艺流程300。在一些实施方案中，在衬底15上方形成待图案化的层(或目标层)20，如图3a所示。在一些实施方案中，在衬底15和目标层20之间形成一层或多层。在一些实施方案中，在衬底15和目标层之间形成的一层或多层包括半导体器件，例如场效应晶体管、电阻器、电容器和电感器。在一些实施方案中，在待图案化层(或目标层)20的表面上方形成硬掩模层25，或者当目标层20未形成时，在衬底10的表面上方形成硬掩模层25。在一些实施方案中，随后在硬掩模层25上方形成第一抗蚀剂层30。在其他实施方案中，在目标层20上方直接形成第一抗蚀剂层30。在一些实施方案中，第一抗蚀剂层30经历第一烘烤(或暴露前烘烤)操作以蒸发抗蚀剂组合物中的溶剂。在一些实施方案中，第一抗蚀剂层30是正性光致抗蚀剂。
[0104]
在一些实施方案中，第一抗蚀剂层30选择性地暴露于光化辐射，如图3b所示。在一些实施方案中，光化辐射是duv或xuv辐射或电子束。在一些实施方案中，反射型光掩模85用于在极紫外光刻中形成图案化的暴露光。反射型光掩模85可以由与本文针对图1a、1e、2a和2e公开的其他反射型光掩模相同的材料形成。
[0105]
第一光致抗蚀剂层30选择性地暴露于光化辐射以形成暴露区域30’和未暴露区域30。在一些实施方案中，第一光致抗蚀剂层30在选择性地暴露于光化辐射35b之后经历暴露后烘烤(peb)操作，以在选择性暴露的第一光致抗蚀剂层显影之前促进在暴露区域30’中发生的化学反应。
[0106]
在第一光致抗蚀剂层30的选择性暴露之后，使用合适的显影剂对第一光致抗蚀剂层30进行显影，形成图案化的光致抗蚀剂层，暴露底层，如图3c所示。然后，如图3d所示，在显影操作期间去除的第一光致抗蚀剂层30的部分被第二光致抗蚀剂层65填充，该第二光致抗蚀剂层65具有与第一光致抗蚀剂层相反的色调(tone)。例如，如果第一光致抗蚀剂层30
是正性光致抗蚀剂，那么第二光致抗蚀剂层65是负性光致抗蚀剂，反之亦然。由此，提供一种在同一水平上涂布有两种不同色调光致抗蚀剂的衬底。在一些实施方案中，第一光致抗蚀剂层30和第二光致抗蚀剂层65的上表面基本上是共面的。在一些实施方案中，使用干沉积技术将第二光致抗蚀剂层65涂覆在硬掩模层25和第一光致抗蚀剂层30上方，然后进行平坦化操作，例如化学机械抛光(chemical-mechanical polishing，cmp)，以平坦化第一光致抗蚀剂层30和第二光致抗蚀剂层65。在其他实施方案中，第二光致抗蚀剂层65仅选择性地沉积在硬掩模层25上方。
[0107]
如图3e所示，随后在第二次暴露操作中选择性地将涂有在相同水平上的两种不同色调光致抗蚀剂的衬底暴露于光化辐射35a，以形成第一光致抗蚀剂层的暴露区域30’和第二光致抗蚀剂层的暴露区域65’。在一些实施方案中，光化辐射是xuv辐射，并且使用反射型光掩模90实施第二暴露操作，该反射型光掩模90上形成有与图3b所示的反射型光掩模85不同的吸收剂60图案。
[0108]
在第一光致抗蚀剂层30和第二光致抗蚀剂层65的第二次选择性暴露之后，使用一个或多个合适的显影剂对第一光致抗蚀剂层30和第二光致抗蚀剂层65进行显影，从而在第一和第二光致抗蚀剂层35、65中形成开口40、80，如图3f所示。在显影操作之后，正性光致抗蚀剂层的光化辐射未暴露区域30和负性光致抗蚀剂层的光化辐射暴露区域65’保留。开口40、80暴露底层25的部分。使用图案化的光致抗蚀剂层30、65’作为掩模，使用合适的蚀刻操作，光致抗蚀剂层30、65中的开口延伸至底层25(例如硬掩模层)中。硬掩模层25中的图案随后延伸至目标层20中，形成开口40’、80’，如图3g所示。在硬掩模层25经图案化之后，通过合适的蚀刻或光致抗蚀剂剥离操作，去除第一和第二光致抗蚀剂层30、65'。在一些实施方案中，通过氧等离子体蚀刻操作，去除第一和第二光致抗蚀剂层30、65’。
[0109]
图4a-4g示出本公开实施方案的制造半导体器件的工艺流程400。在一些实施方案中，在衬底15上方形成待图案化的层(或目标层)20，如图4a所示。在一些实施方案中，在衬底15和目标层20之间形成一层或多层。在一些实施方案中，在衬底15和目标层20之间形成的一层或多层包括半导体器件，例如场效应晶体管、电阻器、电容器和电感器。在一些实施方案中，在待图案化的层(或目标层)20的表面上方形成硬掩模层25，或者，当在衬底10的表面上方未形成目标层20时，在衬底10的表面上方形成硬掩模层25。在一些实施方案中，随后在硬掩模层25上方形成负性抗蚀剂层65。在其他实施方案中，在目标层20上方直接形成负性抗蚀剂层65。在一些实施方案中，负性抗蚀剂层65经历第一烘烤(或暴露前烘烤)操作以蒸发抗蚀剂组合物中的溶剂。
[0110]
在一些实施方案中，负性抗蚀剂层30选择性地暴露于光化辐射，如图4b所示。在一些实施方案中，光化辐射是duv或xuv辐射或电子束。在一些实施方案中，反射型光掩模95用于在极紫外光刻中形成图案化的暴露光。反射型光掩模95可以由与本文针对图1a、1e、2a、2e、3a和3e公开的其他反射型光掩模相同的材料形成。
[0111]
负性光致抗蚀剂层65选择性地暴露于光化辐射以形成暴露区域65’和未暴露区域65。在一些实施方案中，在选择性暴露于光化辐射35b之后，负性光致抗蚀剂层65、65’经历暴露后烘烤(peb)操作，以在选择性暴露的负性光致抗蚀剂层显影之前促进在暴露区域65’中发生的化学反应。
[0112]
在负性光致抗蚀剂层65的选择性暴露之后，使用合适的显影剂对负性光致抗蚀剂
层65进行显影，形成暴露底层的图案化的光致抗蚀剂层，如图4c所示。然后，如图4d所示，在显影操作期间去除的负性光致抗蚀剂层的部分被正性光致抗蚀剂层30填充。在一些实施方案中，正性光致抗蚀剂层30经历预暴露烘烤操作。因此，提供了在相同水平上涂布负性光致抗蚀剂和正性光致抗蚀剂的衬底。
[0113]
如图4e所示，随后在第二次暴露操作中将涂有相同水平的两种不同色调的光致抗蚀剂的衬底选择性地暴露于光化辐射，形成第一光致抗蚀剂层的暴露区域30’和第二光致抗蚀剂层的暴露区域65’。在一些实施方案中，光化辐射是xuv辐射，并且使用反射型光掩模105实施第二暴露操作，该反射型光掩模105具有其上形成的与图4b所示的反射型光掩模95不同的吸收剂层60图案。因为在第一次暴露操作期间负性光致抗蚀剂层65’的暴露区域已经暴露于光化辐射，在一些实施方案中，第二次光化辐射暴露对负性光致抗蚀剂层的先前暴露区域没有额外的影响。在一些实施方案中，正性光致抗蚀剂层和负性光致抗蚀剂层在第二次暴露于光化辐射之后经历暴露后烘烤操作。
[0114]
在第一光致抗蚀剂层30和第二光致抗蚀剂层65’的第二次选择性暴露之后，使用合适的显影剂对第一光致抗蚀剂层30和第二光致抗蚀剂层65’进行显影，在第一和第二光致抗蚀剂层35、65’中形成开口40、80，如图4f所示。在显影操作之后，正性光致抗蚀剂层的光化辐射未暴露区域30和负性光致抗蚀剂层的光化辐射暴露区域65’保留。开口40、80暴露底层25的部分。使用图案化的光致抗蚀剂层30、65’作为掩模，使用合适的蚀刻操作，光致抗蚀剂层30、65中的开口延伸至底层25(例如硬掩模层)中。硬掩模层25中的图案随后延伸至目标层20中，形成开口40’、80’，如图4g所示。在硬掩模层25经图案化之后，通过合适的蚀刻或光致抗蚀剂剥离操作，去除第一和第二光致抗蚀剂层30、65’。在一些实施方案中，通过氧等离子体蚀刻操作，去除第一和第二光致抗蚀剂层30、65’。
[0115]
图5a和5b示出根据本公开实施方案的两性光致抗蚀剂的光致抗蚀剂显影阈值。根据本发明实施方案的两性光致抗蚀剂包括u型和π型光致抗蚀剂。u型和π型光致抗蚀剂都具有至少两个显影阈值。如图5a所示，在低于第一阈值的暴露剂量下，u型两性光致抗蚀剂不会发生显著的显影。当暴露剂量超过第一阈值时，u型两性光致抗蚀剂会发生化学反应，增加两性光致抗蚀剂在显影液中的溶解度。u型两性光致抗蚀剂具有第二显影阈值，其中在大于第二阈值的暴露剂量下，不会发生显著的显影。换言之，u型两性光致抗蚀剂的显影速率随着暴露剂量的增加从低到高再到低，如图5a所示。
[0116]
u型两性光致抗蚀剂的一个例子是锡-氧笼[(busn)
12o14
(oh)6](oh)2光致抗蚀剂。[(busn)
12o14
(oh)6](oh)2具有以下结构：
[0117][0118]
在一些实施方案中，将锡-氧笼[(busn)
12o14
(oh)6](oh)2溶解在有机溶剂(例如甲
苯)中，施加到衬底，并进行预暴露烘烤以去除残留溶剂。在选择性地暴露于光化辐射之后，在一些实施方案中进行暴露后烘烤，并且随后使用异丙醇/水溶液使锡-氧笼[(busn)
12o14
(oh)6](oh)2光致抗蚀剂显影。
[0119]
如图5b所示，在低于第一阈值的暴露剂量下，π型两性光致抗蚀剂发生显著显影。当暴露剂量超过第一阈值时，π型的显影速度显著降低。在一些实施方案中，当暴露剂量超过第一阈值时，两性光致抗蚀剂的显影基本上停止。π型两性光致抗蚀剂具有第二显影阈值，其中在大于第二阈值的暴露剂量下，发生显著显影。换言之，π型两性光致抗蚀剂的显影速率随着暴露剂量的增加从高到低再到高，如图5b所示。
[0120]
π型两性光致抗蚀剂的示例是la
0.6
ca
0.4
mno3抗蚀剂。在一些实施方案中，la
0.6
ca
0.4
mno3通过在水溶液中旋涂施加到衬底上。选择性暴露于光化辐射后，用纯水使la
0.6
ca
0.4
mno3光致抗蚀剂显影。
[0121]
图6a-6f示出本公开实施方案的制造半导体器件的工艺流程500。在一些实施方案中，在衬底15上方形成待图案化的层(或目标层)20，如图6a所示。在一些实施方案中，在衬底15和目标层20之间形成一层或多层。在一些实施方案中，在衬底15和目标层之间形成的一层或多层包括半导体器件，例如场效应晶体管、电阻器、电容器和电感器。在一些实施方案中，在待图案化层(或目标层)20的表面上方形成硬掩模层25，或者当目标层20未形成时，在衬底10的表面上方形成硬掩模层25。
[0122]
在一些实施方案中，随后在硬掩模层25上方形成两性光致抗蚀剂层110。在该实施方案中，由u型两性光致抗蚀剂形成两性光致抗蚀剂层。在其他实施方案中，在目标层20上方直接形成两性光致抗蚀剂层110。在一些实施方案中，u型两性光致抗蚀剂层110经历第一次烘烤(或暴露前烘烤)操作以蒸发光致抗蚀剂组合物中的溶剂。
[0123]
在一些实施方案中，u型两性光致抗蚀剂层110选择性地暴露于光化辐射，如图6b所示。在一些实施方案中，光化辐射是duv或xuv辐射或电子束。在一些实施方案中，反射型光掩模120用于在极紫外光刻中形成图案化的暴露光。反射型光掩模120可以由与本文针对图1a、1e、2a、2e、3a、3e、4a和4e公开的其他反射型光掩模相同的材料形成。
[0124]
在一些实施方案中，反射型光掩模120是三色调光掩模。三色调光掩模包括：暗场区域60a，其中吸收剂层60基本上吸收所有入射辐射35a；明场区域60c，其中大量入射辐射35a被多层55反射朝向光致抗蚀剂层110；和灰场区域60b，其中吸收剂层60吸收入射辐射35a的一部分并且多层55将入射辐射35a的一部分反射向光致抗蚀剂层110。
[0125]
在一些实施方案中，被吸收或反射的入射辐射35a的量取决于吸收剂层60的厚度。如图6b所示，吸收剂层60的暗场区60a比灰场区60b厚，而吸收剂层60的灰场区60b比明场区60c厚。在一些实施方案中，吸收剂层60在暗场区60a和灰场区60b中由相同的材料形成，并且如果在明场区60c中存在任何吸收剂层材料，则吸收剂层材料与灰场区域60b和暗场区域60a中的材料相同。在一些实施方案中，三色调光掩模120具有第一吸收剂层厚度t1的第一区域60a、第二吸收剂层厚度t2的第二区域60b和第三吸收剂层厚度t3的第三区域60c，其中t1》t2》t3(参见图6g)。在一些实施方案中，0.67t1≥t2≥0.33t1。在一些实施方案中，0.25t1≥t3≥0。在一些实施方案中，第一区域60a的厚度为约60nm+/-20％。
[0126]
由于三色调光掩模上吸收剂层的不同厚度，两性光致抗蚀剂层110的相应部分接收不同暴露剂量的光化辐射。在一些实施方案中，u型两性抗蚀剂层110的第一区域110”暴
露于光化辐射35b的第一暴露剂量d1，u型两性抗蚀剂层的第二区域110’暴露于光化辐射35b的第二剂量d2，并且u型两性抗蚀剂层的第三区域110暴露于光化辐射的第三剂量d3，并且d1》d2》d3。如图所示。如图6b所示，在相同的选择性暴露操作期间通过照射在相同光掩模120上的相同光化辐射35a束暴露第一区域110”、第二区域110’和第三区域110。在一些实施方案中，0.67d1≥d2≥0.33d1。在一些实施方案中，0.25d1≥d3≥0。
[0127]
在一些实施方案中，暴露的两性光致抗蚀剂层110、110’、110”在选择性暴露于光化辐射35b之后且选择性暴露的两性光致抗蚀剂层显影之前经历暴露后烘烤(peb)操作。随后使用显影剂对暴露的两性光致抗蚀剂层110、110’、110”进行显影，以在两性光致抗蚀剂层中形成图案。在一些实施方案中，在两性光致抗蚀剂层110、110”中形成开口115，如图6c所示。
[0128]
使用图案化的光致抗蚀剂层110、110”作为掩模，使用合适的蚀刻操作，光致抗蚀剂层中的开口115延伸至底层25(例如硬掩模层)内，在底层中形成开口115’，如图6d所示。在一些实施方案中，使用合适的蚀刻或光致抗蚀剂剥离操作，去除图案化的光致抗蚀剂层110、110”，如图6e所示。使用合适的蚀刻操作，使硬掩模层25中的图案随后延伸至目标层20中，形成开口115”，如图6f所示。
[0129]
图6g示出了图6b中的三色调光掩模120反射的辐射、两性光致抗蚀剂层对从三色调光掩模反射回来的各种暴露剂量的敏感性以及显影后在选择性暴露的光致抗蚀剂层110、110”中形成的相应图案。如图6g所示，三色调光掩模反射三种不同剂量(强度)的光化辐射。反射辐射35b”的最高剂量d1从吸收剂层60最薄或不存在的区域60c反射。反射辐射35b’的中间剂量d2从吸收剂层具有中间厚度t2的区域35b’反射。反射辐射35b”的最低剂量d3(包括基本上没有反射的辐射)从吸收剂层60具有最大厚度t1的区域60a反射。光掩模120的左侧提供暗场暴露，而光掩模120的右侧提供明场暴露。在一些实施方案中，暗场暴露用于暴露形成具有较大间距的图案特征的光致抗蚀剂层110的部分，并且明场暴露用于暴露形成具有较小间距的图案特征的光致抗蚀剂层110的部分。例如，在一些实施方案中，暗场暴露用于形成间距为约35nm或更大的图案特征，而明场暴露用于形成间距为约20nm或更小的图案特征。
[0130]
如图6g所示，当暴露剂量超过第一阈值时，u型两性光致抗蚀剂发生化学反应，改变了两性光致抗蚀剂对显影剂的溶解度。u型两性光致抗蚀剂具有第二显影阈值，其中在大于第二阈值的暴露剂量下不会发生显著显影，如图6g中的明场暴露所示。在一些实施方案中，当剂量d3小于第一阈值、剂量d2大于第一阈值且小于第二阈值、第一剂量d1大于第二阈值时，组合暗场暴露和明场暴露产生图6g所示的光致抗蚀剂图案。
[0131]
图7示出具有暗场暴露区125a和明场暴露区125b的三色调光掩模125。在一些实施方案中，暗场暴露区125a中图案特征的间距p2大于明场暴露区125b中图案特征的间距p1。在一些实施方案中，三色调光掩模125不同于相移光掩模。
[0132]
图8a-8f示出本公开实施方案的制造半导体器件的工艺流程600。在一些实施方案中，在衬底15上方形成待图案化的层(或目标层)20，如图8a所示。在一些实施方案中，在衬底15和目标层20之间形成一层或多层。在一些实施方案中，在衬底15和目标层之间形成的一层或多层包括半导体器件，例如场效应晶体管、电阻器、电容器和电感器。在一些实施方案中，在待图案化层(或目标层)20的表面上方形成硬掩模层25，或者当目标层20未形成时，
在衬底10的表面上方形成硬掩模层25。
[0133]
在一些实施方案中，随后在硬掩模层25上方形成两性光致抗蚀剂层130。在该实施方案中，两性光致抗蚀剂层由π型两性光致抗蚀剂形成。在其他实施方案中，在目标层20上方直接形成π型两性光致抗蚀剂130。在一些实施方案中，π型两性光致抗蚀剂层130经历第一次烘烤(或暴露前烘烤)操作以蒸发抗蚀剂组合物中的溶剂。
[0134]
在一些实施方案中，两性光致抗蚀剂层130选择性地暴露于光化辐射，如图8b所示。在一些实施方案中，光化辐射是duv或xuv辐射或电子束。在一些实施方案中，反射型光掩模135用于在极紫外光刻中形成图案化的暴露光。反射型光掩模135可以由与本文中针对图1a、1e、2a、2e、3a、3e、4a、4e和6b公开的其他反射型光掩模相同的材料形成。
[0135]
在一些实施方案中，反射型光掩模135是三色调光掩模。三色调光掩模包括：暗场区域60a，其中吸收剂层60基本上吸收所有入射辐射35a；明场区域60c，其中大量入射辐射35a被多层55反射朝向光致抗蚀剂层130；和灰场区域60b，其中吸收剂层60吸收入射辐射35a的一部分并且多层55将入射辐射55的一部分反射向光致抗蚀剂层130。
[0136]
在一些实施方案中，被吸收或反射的入射辐射35a的量取决于吸收剂层60的厚度。如图8b所示，吸收剂层60的暗场区60a比灰场区60b厚，而吸收剂层60的灰场区60b比明场区60c厚。在一些实施方案中，吸收剂层60在暗场区60a和灰场区60b中由相同的材料形成，并且如果在明场区60c中存在任何吸收剂层材料，则吸收剂层材料与灰场区域60b和暗场区域60a的材料相同。在一些实施方案中，三色调光掩模135具有第一吸收剂层厚度t1的第一区域60a、第二吸收剂层厚度t2的第二区域60b和第三吸收剂层厚度t3的第三区域60c，其中t1》t2》t3(参见图8g)。在一些实施方案中，0.67t1≥t2≥0.33t1。在一些实施方案中，0.25t1≥t3≥0。
[0137]
由于吸收剂三色调光掩模的不同厚度，两性光致抗蚀剂层130的相应部分接收不同暴露剂量的光化辐射。在一些实施方案中，两性光致抗蚀剂层的第一区域130”暴露于光化辐射35b的第一暴露剂量d1，两性光致抗蚀剂层的第二区域130’暴露于光化辐射35b的第二剂量d2，两性抗蚀剂层的第三区域130暴露于光化辐射的第三剂量d3，并且d1》d2》d3。如图8b所示，在相同的选择性暴露操作期间通过照射在相同的光掩模135上的相同的光化辐射35a束暴露第一区域130”、第二区域130’和第三区域130。在一些实施方案中，0.67d1≥d2≥0.33d1。在一些实施方案中，0.25d1≥d3≥0。
[0138]
在一些实施方案中，两性光致抗蚀剂层130、130’、130”在选择性暴露于光化辐射35b之后在选择性暴露的光致抗蚀剂层显影之前经历暴露后烘烤(peb)操作。随后使用显影剂对暴露的两性光致抗蚀剂层130、130’、130”进行显影以在两性光致抗蚀剂层中形成图案。在一些实施方案中，在两性光致抗蚀剂层130’中形成开口140，如图6c所示。
[0139]
使用图案化的光致抗蚀剂层130’作为掩模，使用合适的蚀刻操作，光致抗蚀剂层中的开口140延伸至底层25(例如硬掩模层)中，在底层中形成开口140’，如图8d所示。在一些实施方案中，使用合适的蚀刻或光致抗蚀剂剥离操作，去除图案化的光致抗蚀剂层130’，如图8e所示。使用合适的蚀刻操作，硬掩模层25中的图案随后延伸至目标层20中，形成开口140”，如图8f所示。
[0140]
图8g示出了图8b中的三色调光掩模135反射的辐射、两性光致抗蚀剂层对从三色调光掩模反射回来的各种暴露剂量的敏感度以及显影后在选择性暴露的光致抗蚀剂层
130’中形成的相应图案。如图8g所示，三色调光掩模反射三种不同剂量的光化辐射。反射辐射35b”的最高剂量d1从吸收剂层60最薄或不存在的区域60c反射。反射辐射35b’的中间剂量d2从吸收剂层具有中间厚度t2的区域35b'反射。反射辐射35b”的最低剂量d3(包括基本上没有反射的辐射)从吸收剂层60具有最大厚度t1的区域60a反射。光掩模135的左侧具有在明场60b上方的暗特征60a，而光掩模135的右侧具有在暗场60b上方的亮特征60c。换言之，具有中间吸收剂厚度的区域在暗场中较亮而在明场中较暗。在一些实施方案中，光掩模135的左侧用于暴露形成具有较小间距的图案特征的光致抗蚀剂层130的部分，并且光掩模135的右侧用于暴露形成具有较大间距的图案特征的光致抗蚀剂层130的部分。例如，在一些实施方案中，光掩模的左侧用于形成具有约20nm或更小的间距的图案特征，而光掩模135的右侧用于形成具有约35nm或更小的间距的图案特征。
[0141]
图8g所示，当暴露剂量低于第一阈值时，π型两性光致抗蚀剂基本上可溶于显影剂，而当暴露剂量超过第一阈值时，两性光致抗蚀剂基本上不溶于显影剂。π型两性光致抗蚀剂具有第二显影阈值，其中在大于第二阈值的暴露剂量下再次发生显著显影，如图8g所示。在一些实施方案中，当剂量d3小于第一阈值、剂量d2大于第一阈值且小于第二阈值、第一剂量d1大于第二阈值时，明上暗场(dark on bright-field)暴露和暗上明场(bright on dark-field)暴露的组合产生图8g所示的光致抗蚀剂图案。
[0142]
图9示出具有暗场暴露区145a和明场暴露区145b的三色调光掩模145。在一些实施方案中，位于光掩模145左侧的暗场暴露区145a中的图案的间距p2大于明场暴露区145b中的图案特征的间距p1。在一些实施方案中，三色调光掩模145不同于相移光掩模。
[0143]
其他实施方案包括在上述操作之前、期间或之后的其他操作。在一些实施方案中，所公开的方法包括形成鳍式场效应晶体管(fin field effect transistor，finfet)结构。在一些实施方案中，多个有源鳍形成在半导体衬底上。此类实施方案还包括穿过图案化的硬掩模的开口蚀刻衬底，以在衬底中形成沟槽；用介电材料填充沟槽；实施化学机械抛光(chemical mechanical polishing，cmp)工艺，以形成浅沟槽隔离(shallow trench isolation，sti)特征；以及使sti特征外延生长或凹陷，以形成鳍状有源区。在一些实施方案中，在衬底上形成一个或多个栅电极。一些实施方案包括形成栅极间隔件、掺杂的源极/漏极区、用于栅极/源极/漏极特征的接触等。在其他实施方案中，目标图案是作为多层互连结构中的金属线而形成的。例如，可以在衬底的层间电介质(inter-layer dielectric，ild)层中形成金属线，该层间电介质(ild)已经被蚀刻以形成多个沟槽。沟槽可以填充有导电材料，例如金属；并且可以使用诸如化学机械平坦化(chemical mechanical planarization，cmp)的工艺对导电材料进行抛光，以暴露图案化的ild层，从而在ild层中形成金属线。以上是可以使用本文描述的方法制造和/或改进的装置/结构的非限制性示例。
[0144]
在一些实施方案中，形成活性(active)组件，诸如二极管、场效应晶体管(field-effect transistor，fet)、金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide semiconductor field effect transistors，mosfet)、互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor，cmos)晶体管、双极晶体管、高压晶体管、高频率晶体管、finfet、其他三维(3d)fet、其他存储单元及其组合。
[0145]
一些特征通过正色调(positive-tone，或正性)显影更好地分辨，而其他特征通过
负色调(negative-tone，或负性)显影更好地分辨。这些特征可以使用不同色调的光掩模通过不同的明场和暗场暴露，来同时地暴露在光致抗蚀剂层上。在一些实施方案中，使用正性光致抗蚀剂随后使用负性光致抗蚀剂，来进行多次连续暴露，反之亦然。在一些实施方案中，衬底的第一区域涂有负性光致抗蚀剂，衬底的第二区域涂有正性光致抗蚀剂，并且负性光致抗蚀剂和正性光致抗蚀剂均在同一暴露操作中基本上同时以图案方式暴露于光化辐射。由于某些掩模色调(tone)和光致抗蚀剂显影组合可以独立地利于某些图案间距，因此可以在遍及(across)多个特征上提高光刻性能。本公开的实施方案提供的有益效果在于，在半导体器件衬底的相同层上正色调显影和负色调显影，以及明场暴露和暗场暴露二者，对有益。本公开的实施方案提供改进的光刻图案分辨率、改进的线宽粗糙度(line-width roughness，lwr)和改进的边缘宽度粗糙度(edge-width roughness，ewr)，从而导致减少的缺陷和改进的半导体器件成品率(yield)。本公开的实施方案提供了一种经济有效的方式来提高器件成品率和性能。
[0146]
本公开的一个实施方案是一种制造半导体器件的方法，包括在底层上方形成第一色调抗蚀剂层。第一色调抗蚀剂层经图案化以形成第一图案，暴露一部分底层。第一图案延伸至底层中，并去除第一色调抗蚀剂层。在底层上方形成第二色调抗蚀剂层，其中第二色调与第一色调相反。图案化第二色调抗蚀剂层以形成第二图案，暴露底层的另一部分。第二图案延伸至底层中，并去除第二色调抗蚀剂层。在一个实施方案中，图案化第一色调抗蚀剂层包括将第一色调抗蚀剂层选择性地暴露于光化辐射，以及使选择性暴露的第一色调抗蚀剂层显影以在第一色调抗蚀剂层中形成第一图案。在一个实施方案中，图案化第二色调抗蚀剂层包括将第二色调抗蚀剂层选择性地暴露于光化辐射，以及使选择性地暴露的第二色调抗蚀剂层显影以在第二抗蚀剂层中形成第二图案。在一个实施方案中，第一图案延伸至底层中以及将第二图案延伸至底层中包括对底层进行蚀刻。在一个实施方案中，第一色调抗蚀剂层由正性光阻制成，第二色调抗蚀剂层由负性光致抗蚀剂制成。在一个实施方案中，第一色调抗蚀剂层由负性光致抗蚀剂制成，第二色调抗蚀剂层由正性光阻制成。在一个实施方案中，该方法包括在形成第一色调抗蚀剂层之前，在衬底上方形成目标层并且在目标层上方形成底层。在一个实施方案中，第一图案具有第一间距，第二图案具有第二间距，并且第一间距和第二间距不同。
[0147]
本公开的另一个实施方案包括一种制造半导体器件的方法，包括在底层上方形成第一色调抗蚀剂层并去除第一色调抗蚀剂层的一部分以暴露出底层的一部分。在底层的暴露部分上方形成第二色调抗蚀剂层，其中第二色调与第一色调相反。将第一色调抗蚀剂层和第二色调抗蚀剂层暴露于光化辐射，并且将第一色调抗蚀剂层和第二色调抗蚀剂层显影以在第一色调抗蚀剂层和第二色调抗蚀剂层中形成图案，暴露出部分底层。在一个实施方案中，去除第一色调抗蚀剂层的一部分包括将第一色调抗蚀剂层暴露于光化辐射并将暴露的第一色调抗蚀剂层显影，以在第一色调抗蚀剂层中形成图案。在一个实施方案中，该方法包括在形成第一色调抗蚀剂层之前，在衬底上方形成目标层并且在目标层上方形成底层。在一个实施方案中，底层是硬掩模层并且目标层是介电层或电介质层。在一个实施方案中，第一色调抗蚀剂层由正性光致抗蚀剂制成，第二色调抗蚀剂层由负性光致抗蚀剂制成。在一个实施方案中，第一色调抗蚀剂层由负性光致抗蚀剂制成，第二色调抗蚀剂层由正性光致抗蚀剂制成。在一个实施方案中，光化辐射是极紫外(xuv)辐射。
[0148]
本公开的另一个实施方案包括制造半导体器件的方法，包括在底层上方形成两性抗蚀剂层。两性抗蚀剂在第一光化辐射剂量下具有第一显影阈值，其中显影速率从较低显影速率变为较高显影速率或从较高显影速率变为较低显影速率。两性抗蚀剂在第二光化辐射剂量下具有第二显影阈值，其中第二光化辐射剂量具有比第一辐射剂量更大的强度，其中显影速率从较低的显影速率变为较高的显影速率或从较低的显影速率变为较高的显影速率。使用具有第一吸收剂层厚度t1的第一区域、第二吸收剂层厚度t2的第二区域和第三吸收剂层厚度t3的第三区域的光掩模将两性抗蚀剂层暴露于光化辐射，其中t1》t2》t3。将暴露的两性抗蚀剂层显影以形成暴露一部分底层的图案。在一个实施方案中，0.67t1≥t2≥0.33t1。在一个实施方案中，0.25t1≥t3≥0。在一个实施方案中，光掩模是反射型光掩模，光化辐射是极紫外辐射(xuv)。在一个实施方案中，图案具有第一间距和不同于第一间距的第二间距。
[0149]
本公开的另一个实施方案包括一种制造半导体器件的方法，包括在衬底上方形成两性光致抗蚀剂层。两性抗蚀剂在具有第一强度的第一光化辐射剂量下具有第一显影阈值，其中显影速率从较低显影速率变为较高显影速率或从较高显影速率变为较低显影速率。两性抗蚀剂在具有第二强度的第二光化辐射剂量下具有第二显影阈值，其中第二强度大于第一强度，其中显影速率从较低的显影速率变为较高的显影速率或从较高的显影速率变为较低的显影速率。两性光致抗蚀剂层暴露于光化辐射。两性光致抗蚀剂层的第一区域暴露于光化辐射的第一暴露剂量d1，两性光致抗蚀剂层的第二区域暴露于光化辐射的第二剂量d2，并且两性光致抗蚀剂层的光化辐射的第三剂量d3，并且其中d1》d2》d3。在相同的选择性暴露操作期间通过照射在相同光掩模上的相同光化辐射束进行暴露第一区域、第二区域和第三区域。使用显影剂将暴露的两性光致抗蚀剂层显影以在两性光致抗蚀剂层中形成图案。在一个实施方案中，0.67d1≥d2≥0.33d1。在一个实施方案中，0.25d1≥d3≥0。在一个实施方案中，光掩模是三色调光掩模。在一个实施方案中，光掩模是反射型光掩模，并且光化辐射是极紫外辐射(xuv)。在一个实施方案中，该方法包括，在形成两性抗蚀剂层之前，在衬底上方形成目标层，以及在目标层上方形成硬掩模层。在一个实施方案中，其中图案具有第一间距和不同于第一间距的第二间距。在一个实施方案中，该方法包括将两性光致抗蚀剂层中的图案延伸至介电层中。在一个实施方案中，在将两性光致抗蚀剂层暴露于光化辐射之后，第二区域比第一区域和第三区域更易溶于显影剂中。在一个实施方案中，在将两性光致抗蚀剂层暴露于光化辐射之后，第一区域和第三区域比第二区域更易溶于显影剂中。
[0150]
本公开的另一个实施方案包括一种制造半导体器件的方法，包括在衬底上方形成目标层和在目标层上方形成硬掩模层。在硬掩模层上形成第一光致抗蚀剂层。第一光致抗蚀剂层选择性地暴露于光化辐射以在第一光致抗蚀剂层中形成第一潜在图案。将第一显影剂施加到选择性暴露的第一光致抗蚀剂层以在第一光致抗蚀剂层中形成第一图案，暴露硬掩模层的第一部分。第一图案延伸至硬掩模层中。在第一图案延伸至硬掩模层中之后去除第一光致抗蚀剂层。在硬掩模层上方形成第二光致抗蚀剂层。第二光致抗蚀剂层的色调与第一光致抗蚀剂层的色调相反。选择性地暴露第二光致抗蚀剂层以在第二光致抗蚀剂层中形成第二潜在图案。将第二显影剂施加到选择性暴露的第二光致抗蚀剂层以在第二光致抗蚀剂层中形成第二图案，暴露硬掩模层的第二部分。第二图案延伸至硬掩模层中，并在第二
图案延伸至硬掩模层后去除第二光致抗蚀剂层。在一个实施方案中，第一显影剂的组成和第二显影剂的组成不同。在一个实施方案中，第一光致抗蚀剂层由正性光致抗蚀剂制成，第二光致抗蚀剂层由负性光致抗蚀剂制成。在一个实施方案中，第一光致抗蚀剂层由负性光致抗蚀剂制成，第二光致抗蚀剂层由正性光致抗蚀剂制成。在一个实施方案中，其中第一图案具有第一间距，第二图案具有第二间距，并且第一间距和第二间距不同。
[0151]
本公开的另一个实施方案是一种制造半导体器件的方法，包括在衬底上方形成目标层和在目标层上方形成硬掩模层。在硬掩模层上方的上方形成第一光致抗蚀剂层。第一光致抗蚀剂层选择性地暴露于光化辐射以在第一光致抗蚀剂层中形成第一潜在图案。将第一显影剂施加到选择性暴露的第一光致抗蚀剂层以在第一光致抗蚀剂层中形成第一图案，暴露硬掩模层的第一部分。在硬掩模层的暴露的第一部分上方形成第二光致抗蚀剂层。第一光致抗蚀剂层和第二光致抗蚀剂层选择性地暴露于光化辐射，在第一光致抗蚀剂层和第二光致抗蚀剂层中形成第二潜在图案。将第二显影剂施加到选择性暴露的图案化的第一光致抗蚀剂层和第二光致抗蚀剂层，以在图案化的第一光致抗蚀剂层和第二光致抗蚀剂层中形成第二图案。在一个实施方案中，该方法包括使第二图案延伸至硬掩模层和目标层中。在一个实施方案中，第一光致抗蚀剂层由正性光致抗蚀剂制成，第二光致抗蚀剂层由负性光致抗蚀剂制成。在一个实施方案中，第一光致抗蚀剂层由负性光致抗蚀剂制成，第二光致抗蚀剂层由正性光致抗蚀剂制成。在一个实施方案中，光化辐射是极紫外(xuv)辐射。
[0152]
下面描述一些示例性实施方式：
[0153]
实施方式1.一种制造半导体器件的方法，包括：
[0154]
在底层上方形成第一色调抗蚀剂层；
[0155]
图案化第一色调抗蚀剂层以形成第一图案，暴露一部分底层；
[0156]
将第一图案延伸至所述底层内；
[0157]
去除所述第一色调抗蚀剂层；
[0158]
在所述底层上方形成第二色调抗蚀剂层，其中第二色调与第一色调相反；
[0159]
图案化第二色调抗蚀剂层以形成第二图案，暴露另一部分底层；
[0160]
将第二图案延伸至所述底层内；和
[0161]
去除所述第二色调抗蚀剂层。
[0162]
实施方式2.根据实施方式1所述的方法，其中，所述图案化第一色调抗蚀剂层包括：
[0163]
将所述第一色调抗蚀剂层选择性暴露于光化辐射；和
[0164]
将选择性暴露的第一色调抗蚀剂层显影，以在所述第一色调抗蚀剂层中形成第一图案。
[0165]
实施方式3.根据实施方式1所述的方法，其中，所述图案化第二色调抗蚀剂层包括：
[0166]
将所述第二色调抗蚀剂层选择性暴露于光化辐射；和
[0167]
将选择性暴露的第二色调抗蚀剂层显影，以在第二抗蚀剂层中形成第二图案。
[0168]
实施方式4.根据实施方式1所述的方法，其中所述将第一图案延伸至所述底层内以及所述将第二图案延伸至所述底层内包括蚀刻所述底层。
[0169]
实施方式5.根据实施方式1所述的方法，其中，所述第一色调抗蚀剂层由正性光致
抗蚀剂制成，所述第二色调抗蚀剂层由负性光致抗蚀剂制成。
[0170]
实施方式6.根据实施方式1所述的方法，其中，所述第一色调抗蚀剂层由负性光致抗蚀剂制成，所述第二色调抗蚀剂层由正性光致抗蚀剂制成。
[0171]
实施方式7.根据实施方式1所述的方法，在形成所述第一色调抗蚀剂层之前，还包括：
[0172]
在衬底上方形成目标层；和
[0173]
在所述目标层上方形成所述底层。
[0174]
实施方式8.根据实施方式1所述的方法，其中，所述第一图案具有第一间距，所述第二图案具有第二间距，并且所述第一间距和第二间距不同。
[0175]
实施方式9.一种制造半导体器件的方法，包括：
[0176]
在底层上方形成第一色调抗蚀剂层；
[0177]
去除一部分第一色调抗蚀剂层以暴露一部分底层；
[0178]
在底层的暴露部分上方形成第二色调抗蚀剂层，
[0179]
其中第二色调与第一色调相反；
[0180]
将所述第一色调抗蚀剂层和所述第二色调抗蚀剂层暴露于光化辐射；和
[0181]
将所述第一色调抗蚀剂层和所述第二色调抗蚀剂层显影以在所述第一色调抗蚀剂层和所述第二色调抗蚀剂层中形成图案，暴露一部分底层。
[0182]
实施方式10.根据实施方式9所述的方法，其中，所述去除一部分第一色调抗蚀剂层包括：
[0183]
将所述第一色调抗蚀剂层暴露于光化辐射；和
[0184]
将暴露的第一色调抗蚀剂层显影以在所述第一色调抗蚀剂层中形成图案。
[0185]
实施方式11.根据实施方式9所述的方法，在形成所述第一色调抗蚀剂层之前，还包括：
[0186]
在衬底上方形成目标层；和
[0187]
在所述目标层上方形成所述底层。
[0188]
实施方式12.根据实施方式11所述的方法，其中，所述底层是硬掩模层并且所述目标层是介电层。
[0189]
实施方式13.根据实施方式9所述的方法，其中，所述第一色调抗蚀剂层由正性光致抗蚀剂制成，且所述第二色调抗蚀剂层由负性光致抗蚀剂制成。
[0190]
实施方式14.根据实施方式9所述的方法，其中，所述第一色调抗蚀剂层由负性光致抗蚀剂制成，且所述第二色调抗蚀剂层由正性光致抗蚀剂制成。
[0191]
实施方式15.根据实施方式9所述的方法，其中，所述光化辐射是极紫外(xuv)辐射。
[0192]
实施方式16.一种制造半导体器件的方法，包括：
[0193]
在底层上方形成包含两性抗蚀剂的两性抗蚀剂层，
[0194]
其中，所述两性抗蚀剂在第一光化辐射剂量下具有第一显影阈值，其中显影速率从较低显影速率变为较高显影速率或从较高显影速率变为较低显影速率，并且
[0195]
所述两性抗蚀剂在第二光化辐射剂量下具有第二显影阈值，其中第二光化辐射剂量具有比第一辐射剂量更大的强度，其中显影速率从较低显影速率变为较高显影速率或从
较高显影速率变为较低显影速率；
[0196]
使用光掩模将所述两性抗蚀剂层暴露于光化辐射，所述光掩模具有第一吸收剂层厚度t1的第一区域、第二吸收剂层厚度t2的第二区域和第三吸收剂层厚度t3的第三区域，
[0197]
其中t1》t2》t3；和
[0198]
将暴露的两性抗蚀剂层显影以形成图案，暴露一部分底层。
[0199]
实施方式17.根据实施方式16所述的方法，其中0.67t1≥t2≥0.33t1。
[0200]
实施方式18.根据实施方式16所述的方法，其中0.25t1≥t3≥0。
[0201]
实施方式19.根据实施方式16所述的方法，其中，所述光掩模是反射型光掩模，并且所述光化辐射是极紫外辐射(xuv)。
[0202]
实施方式20.根据实施方式16所述的方法，其中，所述图案具有第一间距和第二间距，所述第二间距不同于所述第一间距。
[0203]
上文概述了几个实施方案或示例的特征，旨在使本领域的技术人员可以更好地理解本公开的各个方面。本领域技术人员应理解，可以容易地使用本公开作为基础，来设计或修改用于实施相同目的和/或实现本文介绍的实施方案或示例的相同有益效果的其他方法和结构。本领域技术人员也应意识到，这样的等同结构并不脱离本发明的精神和范围，并且可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本文进行各种改动、替换和变更。