制造半導體裝置的方法與流程

本發明實施例是有關于一種半導體裝置的制造方法。

背景技術：

半導體集成電路(integratedcircuit；ic)工業已經歷迅速的增長。ic材料及設計的技術進步已產生數個世代的ic，其中每一世代都具有比上一個世代更小且更復雜的電路。然而，這些進展增加了處理及制造ic的復雜性，為了實現這些進展，ic的制程及制造也需要類似的發展。在集成電路進化的過程中，隨著幾何尺寸(亦即通過使用制程而產生的最小組件(或線路))縮小，功能密度(亦即每晶片區域中的互連裝置數目)已大幅度的提高。

日益縮小的幾何尺寸對半導體制造帶來挑戰。例如，光阻遮罩更容易受到毛細力作用的影響。此情況隨著遮罩深寬比增大及/或間距減小而加劇。結果，光阻遮罩可能塌陷，例如因為相鄰光阻遮罩之間的毛細力的拉拽所致。

因此，雖然現有的半導體制造技術大致上足以滿足其預期的目的，但這些技術并非在各方面令人完全滿意。

技術實現要素：

本發明實施例提供一種半導體裝置的制造方法，此方法包括：在一基板上方形成一第一光阻圖案及一第二光阻圖案，第一光阻圖案與第二光阻圖案分隔一間隙；涂布一化學混合物于第一光阻圖案及第二光阻圖案上，化學混合物包含一化學材料及混合在化學材料內的表面活性劑粒子，其中化學混合物充填間隙；之后，在第一光阻圖案及第二光阻圖案上執行一烘烤制程，烘烤制程使得間隙收縮，其中至少一些表面活性劑粒子配置在間隙的側壁邊界上；之后，在第一光阻圖案及第二光阻圖案上執行一顯影制程，其中顯影制程移除位于間隙中、第一光阻圖案及第二光阻圖案上方的化學混合物，其中配置在間隙的側壁邊界處的這些表面活性劑粒子在顯影制程期間減少一毛細效應。

根據本發明實施例的另一方面，一種半導體裝置的制造方法，包括：在一化學材料中混合表面活性劑化合物，化學材料具有熱交聯性質；在一基板上方形成一第一光阻圖案及一第二光阻圖案，第一光阻圖案及第二光阻圖案之間定義一溝槽；將混合有表面活性劑化合物的化學材料施加在基板上方及第一光阻圖案及第二光阻圖案周圍；加熱化學材料及第一光阻圖案及第二光阻圖案，借此將配置在第一光阻圖案及第二光阻圖案上的化學材料的部分轉變為一交聯材料，其中交聯材料的側壁表面上配置有表面活性劑化合物；以及通過施加一顯影溶液來顯影第一光阻圖案及第二光阻圖案，其中顯影通過移除化學材料的尚未轉變為交聯材料的部分而減少溝槽的一寬度，其中配置在交聯材料的這些側壁表面上的表面活性劑化合物減少第一光阻圖案及第二光阻圖案在顯影期間所經受的毛細力。

根據本發明實施例的又一方面，一種半導體裝置的制造方法，包括：混合表面活性劑分子于一化學材料的整體中，化學品包含熱響應性共聚合物，當此共聚合物被烘烤，此共聚合物促進一光阻劑材料的流動；在一基板上方形成一第一光阻圖案及一第二光阻圖案，第一光阻圖案及第二光阻圖案通過一溝槽分隔；將混合有這些表面活性劑分子的化學材料涂布在第一光阻圖案及第二光阻圖案上方；在涂布之后，烘烤化學材料及第一光阻圖案及第二光阻圖案，其中化學材料回應于烘烤而誘使第一光阻圖案及第二光阻圖案流向彼此，借此減少溝槽的一橫向維度，其中化學材料在光阻圖案流動期間向第一光阻圖案及第二光阻圖案的側壁提供機械支撐，且其中表面活性劑分子存在于溝槽的側壁邊界上；在烘烤之后，通過使用一顯影溶液來顯影第一光阻圖案及第二光阻圖案，其中顯影溶液移除化學材料，且其中通過這些表面活性劑分子在溝槽的側壁邊界上的存在而減少溝槽內側的毛細力。

附圖說明

本說明書的實施方式是在閱讀以下詳細說明的同時參閱附圖以進行理解。需強調，依據工業中的標準實務，多個特征并未按比例繪制。實際上，多個特征的維度可任意增大或縮小，以便使論述明晰。

圖1繪示根據本說明書多個實施方式的混合在化學材料中的表面活性劑粒子；

圖2-15是依據本說明書多個實施方式的半導體裝置在各制造階段的概略的局部剖面側視圖；

圖16-18是依據本說明書多個實施方式的半導體裝置的制造方法的流程圖。

具體實施方式

應理解，以下揭示內容提供眾多不同的實施方式或實施例，用以實現本發明實施例的不同特征。下文中描述組件及排列的特定實施例是為了以簡化本說明書。這些組件及排列當然僅為實施例，且不意欲進行限制。此外，在下文的描述中，第一特征形成在第二特征上方或之上可包括其中第一特征與第二特征以直接接觸的方式形成的實施方式，亦可包括在第一特征與第二特征之間形成一額外特征而使第一特征與第二特征不直接接觸的實施方式。為簡化及清楚起見，多個特征可用不同比例任意繪制。

隨著半導體制造技術持續演變，裝置的尺寸日益地變小。當裝置的尺寸夠小時，毛細力對制造產生不利的干擾。例如，光阻遮罩的形成包含使用顯影液的顯影制程。在次-微米節距等級(sub-micronpitchlevel)，用于顯影制程中的顯影溶液可能導致光阻圖案塌陷，此塌陷歸因于在光阻圖案上有效地“拉動”的毛細力所致。當形成光阻圖案而使其間具有高且窄(或高深寬比)的溝槽時，此問題加劇。高且窄的溝槽意謂著光阻遮罩更易受毛細力的作用，這使得光阻圖案更有可能塌陷。因此，一些已知制造技術減小溝槽的深寬比，例如通過降低光阻圖案的高度或增大光阻圖案的間隙。然而，所得光阻遮罩可能不能滿足進階半導體制程的需求，此制程可能需要高且窄的光阻遮罩以圖案化接觸孔或界定影像感測器的輻射感測像素。

為解決上述討論問題，本說明書包含形成光阻遮罩的方法，此方法較不易受毛細力的影響，而無須犧牲深寬比，如下文所述并參閱圖1-18。

圖1繪示一混合制程，其中表面活性劑粒子或表面活性劑化合物在此制程中混合至化學品內。更詳細而言，容器50包含化學材料60。在一些實施方式中，化學材料60包括“通過化學收縮輔助的解析度增強(resolutionenhancementlithographyassistedbychemicalshrinkage)”材料(或稱為relacs)。relacs材料包括可溶于水的材料(例如聚合物)，此材料具有熱交聯特性(thermalcross-linkingproperties)。因此，涂布在光阻膜上的relacs材料的一部分可在烘烤制程期間交聯至光阻膜，借此減小相鄰光阻膜之間的間隙。余下的未反應(例如未交聯)relacs材料可在烘烤之后的顯影制程中被移除。作為實施例，relacs材料的細節敘述在lauraj.peters于1999年9月發表于“半導體國際(semiconductorinternational)”，標題為“resistsjointhesub-lambdarevolution”的論文中，及日本專利申請公開案第h10-73927號中，上述各文件的全部內容在此以引用的方式并入本說明書中。

在其他某些實施方式中，化學材料60包括由東京應化工業株式會社(tokyoohkakogyoco.)開發的“增強解析度的收縮輔助膜(shrinkassistfilmforenhancedresolution)”材料(或稱為safier)。safier材料包括水溶液，此水溶液包含熱響應聚合物(thermo-responsivepolymers)，這些聚合物在烘烤制程期間有利于光阻劑的流動。safier材料可與光阻劑發生或不發生化學反應，但在光阻劑流動的時為光阻劑側壁提供機械支撐。由safier材料提供的機械支撐使光阻圖案輪廓的劣化最小化。safier材料可在烘烤之后的顯影制程中被移除。作為一實施例，safier材料的細節敘述在xiaominyang等人所著的發表于“真空科學技術學報b(journalofvacuumscience&technologyb)”2004年12月第22卷第6版，標題為“electron-beamsafiertmprocessanditsapplicationformagneticthin-filmheads”的論文中，此論文全部內容以引用的方式并入本說明書中。

根據本說明書多個方面，表面活性劑粒子70混合在化學材料60中。表面活性劑粒子70包括減小液體之間或液體與固體之間的表面張力(或界面張力)的化合物或分子。例如，表面活性劑粒子可包括一分子，此分子具有可溶于水的端部及可溶于油的一相對端部。表面活性劑分子可積聚以形成微胞(micelles)。在一些實施方式中，表面活性劑粒子70中的每一粒子包括氟化化合物(fluorinatedcompound)。在其他某些實施方式中，表面活性劑粒子70中的每一粒子包括烴化合物(hydrocarboncompound)。

如圖1所示，表面活性劑粒子70混合在化學材料60中以使得這些粒子均勻分布在整個化學材料60中。換言之，表面活性劑粒子70均勻地或平均地混合在化學材料60內。在其他某些實施方式中，表面活性劑粒子70仍分布在整個化學材料60中，但此分布可能不完全均勻。在任一情況下，通過在化學材料60中混合表面活性劑粒子而獲得的化學混合物將在隨后的制程中施加于光阻圖案。為便于參考，此化學混合物可互換地在下文中被稱作收縮材料。

圖2-15是根據本說明書實施方式經歷不同制造階段的半導體裝置的概略的局部剖面側視圖。請參照圖2，提供基板100。基板100可包括摻雜有諸如磷或砷的n型摻雜劑的硅基板，或此硅基板可摻雜有諸如硼的p型摻雜劑。基板100亦可包括諸如鍺及金鋼石的其他元素的半導體。基板可選擇性地包括化合物半導體及/或合金半導體。此外，基板100可包括磊晶層(epi-layer)，基板100可經應變以實現效能增強，基板100也可包括硅上絕緣體(silicononinsulator；soi)結構。亦理解，一或更多個層亦可在基板100上方形成，但為簡化起見，這些層并未在圖2中具體繪示。為本說明書的目的，在下文所述的基板100可視作僅包括基板100自身，或可視作包括形成于基板100上方的一或更多個層。

光阻圖案110及111形成于基板100上方。光阻圖案110及111可通過在基板100上方沉積(例如旋涂)光阻膜以及之后在微影制程中將此光阻膜圖案化而形成，其可包含一或更多個制程，如曝光、曝光后烘烤、顯影等(未必依此次序)。圖2中繪示的光阻圖案110-111處于顯影后檢驗(after-developing-inspection；adi)階段。在此階段中，光阻圖案110-111由間隙120分隔，或可稱為光阻圖案110-111定義溝槽120。間隙/溝槽120具有高度130(垂直維度)及寬度140(橫向維度)。溝槽120的深寬比可定義為高度130與寬度140的比率。

隨著半導體裝置制造技術發展，需要有更大的深寬比。提高深寬比的一個方式是通過應用收縮材料來減小寬度140。舉例而言，請參照圖3，收縮材料60施加到基板100上方及涂布在光阻圖案110-111上。在圖3繪示的實施方式中，收縮材料60包括前文論述的relacs材料。收縮材料60的涂布可通過使用旋涂制程來完成。如前文所論述，表面活性劑粒子70已混合至整個收縮材料60，例如以均勻分布的方式。因此，表面活性劑粒子70亦混合在整個涂布的收縮材料60中(亦即涂布在光阻圖案110-111之上及周圍)。借此，光阻圖案110-111的側壁表面上(或附近)配置有表面活性劑粒子60。

現請參照圖4，對收縮材料60及光阻圖案110-111執行烘烤制程(或加熱制程)180。在一些實施方式中，烘烤制程在溫度為約140℃至170℃之間的范圍執行，制程時間為約60秒至約120秒之間的范圍。烘烤制程180在光阻圖案110-111周圍形成交聯膜(cross-linkingfilms)200及201。回應于烘烤制程180中的熱能，涂布在光阻圖案110-111周圍的收縮材料60(在此為relacs材料)的部分經歷化學反應，借此使得收縮材料60的這些部分變成交聯。因此，交聯膜200-201形成于光阻圖案110-111的上表面及側壁表面上。由于交聯性質，交聯膜200-201黏附于光阻圖案110-111的上表面及側壁表面，此舉阻止交聯膜200-201在隨后的顯影制程中被移除。換言之，當光阻圖案110-111在隨后制程中用作遮罩時，交聯膜200-201可被視為放大的光阻圖案110-111中的一部分。

根據本說明書多個方面，至少某些表面活性劑粒子70分布在交聯膜200-201的側壁表面上(或附近)，例如在側壁表面220-221上或附近。如上所述，表面活性劑粒子70是配置以減少側壁表面上的表面張力(例如，側壁表面220-221上的表面張力)。因而，配置在交聯膜200-201的側壁表面上的表面活性劑粒子70可減少光阻圖案110-111在隨后執行的顯影制程中所經歷的毛細力，下文中更詳細地論述。

現請參照圖5，執行顯影制程250以移除收縮材料60中尚未交聯的部分。顯影制程250包括應用顯影溶液以沖洗收縮材料60及光阻圖案110-111。在一些實施方式中，顯影溶液包含純水或去離子水(de-ionizedwater；diw)。在其他實施方式中，顯影溶液包含氫氧化四甲銨(tetramethylammoniumhydroxide,tmah)。收縮材料60的移除形成溝槽(或間隙)120a于光阻圖案110-111之間。與圖2所示的先前的溝槽120相比，縮小的溝槽120a具有增加的高度(垂直維度)130a及減小的寬度(橫向維度)140a。減小的寬度140a讓更小的裝置尺寸得以實現。例如，光阻圖案110-111可用以(作為遮罩)圖案化更小的接觸孔，以作為互連結構的部分，或這些光阻圖案可用以(作為離子植入遮罩)形成影像感測器裝置的更小的像素。

如前文所論述，配置在側壁表面220-221上或附近的表面活性劑粒子70減少側壁表面的表面張力。毛細力與表面張力有關(或為表面張力的函數)。例如，fc(毛細力)與γ*cos2θ(表面張力)有關。因為配置在側壁上的表面活性劑粒子70的存在使側壁220-221上的表面張力減少，溝槽120a內側的毛細力亦減少。

溝槽內側的毛細力減少是有益的，因為此舉減少光阻圖案110-110塌陷的可能性。更詳細而言，隨著裝置的尺寸變小，溝槽120a變得越來越窄。因此，溝槽120a內側的毛細力的效應變得越來越明顯。毛細力有效地將光阻圖案110-111向彼此“拉動”。若毛細力強于光阻圖案110-111與基板100的黏附力，則光阻圖案110-111的一者(或兩者)可能傾倒及塌陷。光阻圖案110-111塌陷的可能性隨著溝槽120a變得更高及更窄而進一步增加。換言之，因為溝槽120a比溝槽120具有更小的寬度140a及更大的高度130a，因此溝槽120a的深寬比增大，從而使得光阻圖案110-111更可能塌陷。

然而，側壁表面220-221上的表面活性劑粒子70的存在減少側壁上的表面張力，從而減少在顯影制程250期間光阻圖案110-111所經歷的毛細力。因此，盡管溝槽120a具有增大的深寬比，但毛細力的減少卻減少光阻圖案塌陷的可能性。此意謂著可形成比傳統的方式更高及更靠近彼此的光阻圖案110-111(亦即兩個圖案之間具有更高深寬比的溝槽)。例如，溝槽120a可形成具有高達11:1的深寬比，或高達12:1(甚至更大)的深寬比，而無光阻圖案塌陷的風險；但一般光阻圖案之間的溝槽的深寬比具有高達約8:1或9:1的深寬比，而無光阻圖案塌陷的風險。較高的深寬比(亦即更高及定位更靠近)的光阻圖案110-111在執行隨后的制造制程時是有利的，這些制程例如接觸孔的蝕刻或通過離子植入形成像素，下文將進一步詳細論述。

圖3-5繪示本說明書中使用relacs材料作為收縮材料60的實施方式。圖6-8繪示本說明書中使用safier材料(前文關于圖1的論述)用作收縮材料的另一實施方式。為清楚及一致性的理由，圖3-8中出現的相似組件將以相同符號標記。

請參照圖6，包含safier材料的收縮材料60施加到基板100上方及涂布在光阻圖案110-111上。此外，因為表面活性劑粒子70已經混合在整個(例如均勻分布或均勻分布)收縮材料60中，因此表面活性劑粒子70亦配置在光阻圖案110-111的側壁表面上(或附近)。

現請參照圖7，對收縮材料60及光阻圖案110-111執行烘烤制程(或加熱制程)180。在一些實施方式中，烘烤制程在制程溫度為約100℃至160℃之間的范圍內執行，制程期間為約60秒至約90秒之間的范圍。safier材料包含熱響應性聚合物(thermo-responsivepolymers)，這些聚合物在烘烤制程180期間促進光阻劑流動。換言之，光阻圖案110及111向外橫向流動，且分別重新塑形(reshaped)為光阻圖案110a及111a。，光阻圖案在流動發生之前的側壁在此以虛線繪示，在圖7中使用橫向指向的箭頭繪示流動方向。光阻圖案的側壁220-221因此更靠近地移動向彼此，借此減少光阻圖案之間的距離。光阻圖案110a-111a的高度亦由于橫向擴張而減少。在光阻劑流動期間，收縮材料60(亦即safier材料)亦向光阻圖案110a-111a的側壁220-221提供一些機械支撐，因此允許側壁220-221維持其形狀。

在光阻劑流動形成光阻圖案110a-111a之后，至少一些表面活性劑粒子70仍分布在光阻圖案110a-111a的側壁表面220-221上(或附近)，因為表面活性劑粒子是均質地混合在收縮材料60中。如前文所論述，表面活性劑粒子70是配置以減少側壁表面220-221上的表面張力，此舉在下文討論的顯影制程中減少光阻圖案110a-111a所經歷的毛細力。

現請參照圖8，執行顯影制程250以移除收縮材料。顯影制程250包括應用顯影溶液以洗凈收縮材料60及光阻圖案110-111。在一些實施方式中，顯影溶液包含去離子水(de-ionizedwater；diw)。移除收縮材料60在光阻圖案110a-111a之間形成溝槽(或間隙)120b。與圖2繪示的之前的溝槽120相比，縮小的溝槽120b具有減少的高度(垂直維度)130b及減小的寬度(橫向維度)140b。減小的寬度140b允許形成更小的裝置尺寸。例如，光阻圖案110a-111a可用以(作為遮罩)圖案化更小的接觸孔以作為互連結構的部分，或這些光阻圖案可用以(作為離子植入遮罩)形成影像感測器裝置的更小的像素。減小的高度130b可通過首先形成更高的光阻圖案110-111而得以補償。

如前文所論述，配置在側壁表面220-221上或附近的表面活性劑粒子70減少側壁表面的表面張力。如上所述，毛細力與表面張力有關。因為側壁220-221上的表面張力由于配置在側壁上的表面活性劑粒子70的存在而減少，溝槽120b內側的毛細力亦減少。且由于前文所述的原因，溝槽120b內側的毛細力減少降低了光阻圖案110-110塌陷的可能性。此意謂著可以形成比傳統可行方式更高及更靠近彼此的光阻圖案110a-111a(亦即具有更高深寬比的溝槽，例如大于11:1)的圖案，這是有利于隨后的制造制程，例如接觸孔蝕刻或通過離子植入形成像素，下文將更詳細地討論。

圖9-11繪示通過使用圖5的光阻圖案110-111或圖8的光阻圖案110a-111a作為遮罩來形成導電接觸點(conductivecontacts)的制程。請參照圖9，源極/漏極區域300形成于基板100中。源極/漏極區域300是諸如mosfet的晶體管裝置的源極或漏極。源極/漏極區域300可通過一或多個離子植入或擴散制程而形成。介電層310形成于源極/漏極區域300上方。介電層310可包含低介電常數(low-k)的介電材料。

圖5的光阻圖案110-111(或圖8的光阻圖案110a-111a)通過前文討論的與圖2-5或圖6-8相關連的制程而形成于介電層310上方。換言之，形成光阻圖案110-111(或110a-111a)是通過將光阻膜圖案化成為被間隙/溝槽120a(或120b)分隔的不同光阻圖案，然后利用應用收縮材料60而減少間隙/溝槽，此收縮材料60具有混合于其中的表面活性劑粒子70。縮小的溝槽120a/120b可由于其側壁上的表面活性劑粒子而實現更高的深寬比(亦即更窄及/或更高)，在顯影制程期間，隨著收縮材料60被移除，這些表面活性劑粒子減少毛細力。為簡化起見，表面活性劑粒子70(或交聯薄膜200-201)未具體繪示在圖9中。光阻圖案110-111(或110a-111a)現在可作為遮罩以圖案化源極/漏極區域300的接觸孔。

現請參照圖10，執行蝕刻制程330至介電層310以使溝槽120a/120b延伸至介電層310內。換言之，介電層310被“打開”，以便曝露源極/漏極區域300的一部分。此開口亦被稱作接觸孔，因為導電觸點隨后將形成于此接觸孔中。通過使用光阻圖案110-111(或光阻圖案110a-111a)作為蝕刻遮罩而執行蝕刻制程330。通過本說明書的制程所得溝槽120a(或120b)的更大深寬比允許讓這接觸孔形成的更小(例如更窄)。此外，此舉可在光阻圖案110-111(或110a-111a)無塌陷風險的情況下完成。

現請參照圖11，例如通過光阻劑灰化或剝離制程移除光阻圖案110-111(或110a-111a)。導電觸點350形成于接觸孔中，此舉可通過將諸如鎢(或銅或鋁)的導電材料沉積在接觸孔中而進行。導電觸點350提供電連接性至晶體管的源極/漏極區域300。

除形成晶體管觸點(亦即形成接觸孔)之外，本說明書的制程亦可用于制造影像感測器裝置。影像感測器裝置是配置以感測諸如光的輻射的半導體影像感測器。互補金屬氧化物半導體(complementarymetaloxidesemiconductor；cmos)影像感測器(cmosimagesensor；cis)及電荷耦合裝置(chargecoupleddevice；ccd)感測器已廣泛地使用于各種應用中，例如數位靜態相機或行動電話相機的應用。這些裝置利用包括光二極管及晶體管的基板中的像素陣列，此像素陣列可吸收照射向基板的輻射及將感測到的輻射轉化為電信號。影像感測器裝置更包括額外電路系統及輸入/輸出，其配備在像素格(gridofpixels)附近用以為像素提供操作環境以及支援外部與像素的通信。

影像感測器裝置可為前側照射(fsi)影像感測器或背側照射(bsi)影像感測器。在圖12中繪示的實施方式中，使用背側照射影像感測器裝置，但應理解，本說明書的態樣亦可適合于前側照射影像感測器。

請參照圖12，背側照射影像感測器裝置400包括基板100，此基板亦可被視作裝置基板。裝置基板100具有前側(亦被稱作前表面)410及背側(亦被稱作背表面)420。對于諸如影像感測器裝置400的bsi影像感測器裝置而言，輻射從背側420射入(在下文討論的基板薄化制程之后)及穿過背表面420進入殘余基板。在一些實施方式中，基板初始厚度處于約100微米至約3000微米的范圍中，例如在約500微米與約1000微米之間。

圖5的光阻圖案110-111(或圖8的光阻圖案110a-111a)通過前文與圖2-5或圖6-8相關的討論的制程而形成于基板100上方。換言之，形成光阻圖案110-111(或110a-111a)是通過將光阻膜圖案化而成為被間隙/溝槽120a(或120b)分隔的不同光阻圖案，然后利用應用收縮材料60而縮小間隙/溝槽，此收縮材料60具有混合于其中的表面活性劑粒子70。縮小的溝槽120a/120b由于其側壁上的表面活性劑粒子而可實現更高的深寬比(亦即更窄及/或更高)，在顯影制程期間，隨著收縮材料60被移除，這些表面活性劑粒子減少毛細力。為簡化起見，表面活性劑粒子70(或交聯薄膜200-201)不在圖12中具體繪示。

光阻圖案110-111(或110a-111a)可在離子植入制程440中用作遮罩，此制程經執行以在基板100前側410內植入摻雜劑離子。光阻遮罩阻止離子被植入進入配置在光阻遮罩下方的基板100區域內。離子經由溝槽120a(或120b)被植入進入基板內。植入離子具有與基板100相反類型的導電性，且形成影像感測器裝置400的輻射感測元件450，例如作為像素的一部分以偵測從背側420射向基板的光。在一些實施方式中，輻射感測元件450是光二極管的一部分。盡管在圖12中繪示單個輻射感測元件450，但應理解，以類似方式形成多個輻射感測元件，這些輻射感測元件可被稱作像素陣列。

如前文所述，形成溝槽120a(或120b)以具有比已知制程中的溝槽更大的深寬比。此外，此更大深寬比可在光阻圖案110-111(或110a-111a)無塌陷風險的情況下獲得。溝槽120a(或120b)的更小寬度140a(或140b)允許輻射感測元件450的寬度(橫向維度)與已知的輻射感測元件相比亦更小，因為輻射感測元件450的寬度與溝槽120a(或120b)的寬度直接相關。輻射感測元件450的更小寬度允許更大數目的像素擠壓在相同尺寸的封裝上，以用于影像感測器裝置400，或允許影像感測器裝置400小于已知的影像感測器裝置，上述兩個情況皆被視作改良。此外，更高的光阻圖案110-111(或110a-111a)允許光阻遮罩在阻斷摻雜劑離子植入至錯誤的基板100區域內時更為有效。換言之，由于光阻遮罩高度增加，因此光阻遮罩更為有效。

盡管圖12中的實施方式直接使用光阻圖案110-111(或110a-111a)作為離子植入遮罩，但應理解，在替代的實施方式中，光阻遮罩可用以圖案化其下方的層以先形成硬質遮罩，然后在離子植入制程440中使用硬質遮罩作為離子植入遮罩。

執行額外制程以完成影像感測器裝置400的制造。請參照圖13，光阻遮罩被移除。互連結構480形成于裝置基板100的前側410上方。互連結構480包括多個圖案化介電層及導電層，這些介電層及導電層在影像感測器裝置400的多個摻雜特征、電路系統及輸入/輸出之間提供互連(例如布線)。互連結構480包括層間介電質(interlayerdielectric；ild)及多層互連(ultilayerinterconnect；mli)結構。mli結構包括觸點、通孔及金屬線路。mli結構可包括諸如鋁、鋁/硅/銅合金、鈦、氮化鈦、鎢、多晶硅、金屬硅化物，或上述各者的組合的導電材料，此結構被稱作鋁互連裝置。互連裝置元件可通過包括物理氣相沉積(physicalvapordeposition；pvd)(或濺射)、化學氣相沉積(chemicalvapordeposition；cvd)、原子層沉積(atomiclayerdeposition；ald)或上述各者的組合的制程形成。用以形成鋁互連裝置的其他制造技術可包括光微影處理及蝕刻，以圖案化導電材料而用于垂直連接(例如通孔/觸點)及水平連接(例如導電線路)。

又請參照圖13，緩沖層490形成于互連裝置結構480上。在此實施方式中，緩沖層490包括諸如氧化硅的介電材料。或者，緩沖層490可在可選擇性地包括氮化硅。緩沖層490通過cvd、pvd或其他適用技術而形成。緩沖層490通過cmp制程經平坦化而形成平滑表面。

之后，載體基板500與裝置基板100經由緩沖層490而黏接，以執行裝置基板100的背側420的處理。此實施方式中的載體基板500類似于基板100并包括硅材料。或者，載體基板500可包括玻璃基板或另一適合材料。載體基板500可通過分子力(被稱為直接黏接或光學熔融黏接的技術)或通過此項技術中的其他已知黏接技術(如金屬擴散或陽極結合)黏接至裝置基板100。

緩沖層490在裝置基板100與載體基板500之間提供電性絕緣。載體基板500為形成于裝置基板100前側410上的多個特征提供了保護，例如輻射感測元件450。載體基板500亦為裝置基板100的背側420的處理提供機械強度及支撐，如下文所討論。在黏接之后，裝置基板100及載體基板500可選選擇性地經退火以增強黏接強度。

請參照圖14，在黏接載體基板500之后，執行薄化制程520以從背側420薄化裝置基板100。薄化制程520可包括機械研磨制程及化學薄化制程。在機械研磨制程期間，可先從裝置基板100上移除大量的基板材料。之后，化學薄化制程可向裝置基板100背側420施加蝕刻化學品以進一步將裝置基板100薄化至數微米的數量級的厚度。在一些實施方式中，被薄化的基板100的厚度為大于約1微米但小于約5微米。亦應理解，本說明書中揭示的特定厚度僅為實施例，且可依據影像感測器裝置400的應用類型及設計要求而實施其他厚度。

現請參照圖15，彩色濾光層540可形成于基板100的背側420上。彩色濾光層540可包含多個濾色器，這些濾色器經定位以使得入射輻射導向這些濾色器上并穿過這些濾色器。濾色器可包括基于染料(dye-based)(或基于顏料(dye-based))的聚合物或樹脂以過濾入射輻射的特定波長帶，其對應于色譜(例如紅、綠，及藍)。之后，包含多個微透鏡的微透鏡層550形成于彩色濾光層540上方。微透鏡引導及聚焦入射輻射前往裝置基板100中的特定輻射感測區域，如輻射感測元件450。微透鏡可以被定位成各種配置方式并具有各種形狀，取決于微透鏡的材料折射率及與感測器表面的距離。在形成彩色濾光層540或微透鏡層550之前，裝置基板100也可進行非必要的雷射退火制程。

應理解，上述制造制程的順序并非意欲限制。在本說明書中所示實施方式以外的其他實施方式中，一些層或裝置可根據不同的制程順序而形成。此外，可形成某些其他的層，但為簡化起見，并未在本說明書中繪示。例如，在彩色濾光層540及/或微透鏡層550形成之前，可在基板100背側420上方形成抗反射涂層(anti-reflectioncoating；arc)。

亦應理解，以上的討論大部分是關于影像感測器裝置400的像素陣列區域。除像素區域之外，影像感測器裝置400亦包括周邊區域、黏合襯墊區域，及切割線區域。周邊區域可包括需要保持光學暗色(opticallydark)的裝置。這些裝置可包括數位裝置，例如特殊應用集成電路(application-specificintegratedcircuit；asic)裝置或晶片上系統(systemonchip；soc)裝置，或用以為影像感測器裝置400形成光強度基線的基準像素。保留黏接襯墊區域用于黏接襯墊的形成，以便可形成影像感測器裝置400與外部裝置之間的電連接。切割線區域包括將一個半導體晶粒與相鄰的半導體晶粒隔開的區域。在封裝晶粒及作為集成電路晶片出售晶粒之前，將在稍后的制造制程中貫穿切斷切割線區域，以分隔相鄰晶粒。為簡化起見，影像感測器裝置400的這些其他區域的細節并未在本說明書中繪示或描述。

上述論述亦是關于bsi影像感測器裝置。然而，設想本說明書的多個方面亦可應用于前側照射(fsi)影像感測器裝置。例如，fsi影像感測器裝置亦可使用類似于本說明書中論述的像素210的像素，以偵測光，但光從前側射入(并進入基板)，而非背側。fsi影像感測器裝置不涉及晶圓背側薄化制程，且將改為在前側上形成濾色器及微透鏡。互連結構以一種不阻礙或妨礙從前側射入的入射光的路徑的方式實施。可見，依據本說明書形成的光阻圖案(具有較高深寬比溝槽)亦可用以形成fsi影像感測器裝置的輻射感測元件。

圖16是根據本說明書實施方式繪示制造半導體裝置的方法600的流程圖。方法600包括在基板上方形成第一光阻圖案及第二光阻圖案的步驟610。第一光阻圖案通過間隙與第二光阻圖案分隔。

方法600包括在第一光阻圖案及第二光阻圖案上涂布化學混合物的步驟620。化學混合物包含化學材料及混合至化學材料內的表面活性劑粒子。化學混合物充填間隙。

方法600包括在第一光阻圖案及第二光阻圖案上執行烘烤制程的步驟630。烘烤制程使得間隙收縮。至少一些表面活性劑粒子配置在間隙的側壁邊界處。

方法600包括在第一光阻圖案及第二光阻圖案上執行顯影制程的步驟640。顯影制程移除間隙中及光阻圖案上方的化學混合物。配置在間隙的側壁邊界處的表面活性劑粒子減少顯影制程期間的毛細效應。

在一些實施方式中，化學材料具有熱交聯性質，以使得步驟630的烘烤制程導致化學混合物的一部分變得與第一光阻圖案及第二光阻圖案的側壁交聯。化學混合物的交聯部分定義間隙的側壁邊界。

在一些實施方式中，化學材料包含熱響應性共聚物，這些共聚物促進第一光阻圖案及第二光阻圖案在步驟630的烘烤制程期間的流動。第一光阻圖案及第二光阻圖案的流動導致間隙收縮。

應理解，可在方法600的步驟610-640之前、期間，及之后可執行額外步驟。例如，方法600可在涂布之前包括一步驟：以均勻分布方式在化學材料中混合表面活性劑粒子。在一些實施方式中，方法600在混合之前包括一步驟：獲得氟化表面活性劑以作為表面活性劑粒子。在一些實施方式中，方法600在混合之前包括一步驟：獲得烴表面活性劑以作為表面活性劑粒子。在一些實施方式中，方法600在執行顯影制程之后包括一步驟：形成接觸孔，其中接觸孔的形成是通過將第一光阻圖案及第二光阻圖案用作遮罩來執行的。在一些實施方式中，方法600在執行顯影制程之后包括一步驟：形成影像感測器裝置的感光像素，其中感光像素的形成是通過將第一光阻圖案及第二光阻圖案用作遮罩來執行的。

圖17是根據本說明書實施方式繪示制造半導體裝置的方法700的流程圖。方法700包括在化學材料中混合表面活性劑化合物的步驟710，此化學材料具有熱交聯性質。

方法700包括在基板上方形成第一光阻圖案及第二光阻圖案的步驟720，此第一光阻圖案及第二光阻圖案定義此兩個圖案之間的溝槽。

方法700包括在基板上方及第一光阻圖案及第二光阻圖案周圍施加混合有表面活性劑化合物的化學材料的步驟730。

方法700包括加熱化學材料及光阻圖案的步驟740，借此將配置在第一光阻圖案及第二光阻圖案上的化學材料的部分轉變為交聯材料。交聯材料的側壁表面上配置有表面活性劑化合物。

方法700包括通過應用顯影溶液來顯影第一光阻圖案及第二光阻圖案的步驟750。顯影通過移除尚未轉換至交聯材料的化學材料部分而減少溝槽寬度。交聯材料的側壁表面上配置的表面活性劑化合物減少第一光阻圖案及第二光阻圖案在顯影期間經受的毛細力。

在一些實施方式中，混合包括：在化學材料中均勻地混合表面活性劑化合物。

應理解，可在方法700的步驟710-750之前、期間，及之后可執行額外步驟。例如，在一些實施方式中，方法700可在混合之前包括一步驟：獲得氟化表面活性劑以作為表面活性劑化合物。在一些實施方式中，方法700在混合之前可包括一步驟：獲得烴表面活性劑以作為表面活性劑化合物。在一些實施方式中，方法700可在顯影之后包括一步驟：通過蝕刻制程形成接觸孔，在此制程中第一光阻圖案及第二光阻圖案作為蝕刻遮罩。在一些實施方式中，方法700可在顯影之后包括一步驟：通過離子植入制程形成影像感測器裝置的輻射感測區域，在此制程中第一光阻圖案及第二光阻圖案作為植入遮罩。

圖18是根據本說明書實施方式繪示制造半導體裝置的方法800的流程圖。方法800包括在整個化學材料中混合表面活性劑分子的步驟810。化學品包含熱響應性共聚合物，此共聚合物可促進光阻劑材料的流動，以回應于被烘烤。

方法800包括在基板上方形成第一光阻圖案及第二光阻圖案的步驟820。第一光阻圖案及第二光阻圖案由溝槽分隔。

方法800包括在第一光阻圖案及第二光阻圖案上方涂布混合有表面活性劑分子的化學材料的步驟830。

方法800包括烘烤化學材料及光阻圖案的步驟840。化學材料回應于烘烤而誘發第一光阻圖案及第二光阻圖案流向彼此，借此減少溝槽的橫向維度。在流動期間，化學材料向第一光阻圖案及第二光阻圖案的側壁提供機械支撐。表面活性劑分子存在于溝槽側壁邊界上。

方法800包括通過使用顯影溶液來顯影第一光阻圖案及第二光阻圖案的步驟850。顯影溶液移除化學材料。通過表面活性劑分子在溝槽側壁邊界上的存在而減少溝槽內側的毛細力。

在一些實施方式中，步驟810中的混合包括在化學材料內混合氟化表面活性劑分子。在一些實施方式中，步驟820中的混合包括在化學材料內混合烴表面活性劑分子。在一些實施方式中，混合包括：在化學材料中均勻地混合表面活性劑分子。

應理解，可在方法800的步驟810-850之前、期間，及的可執行額外的步驟。例如，在一些實施方式中，方法800包括至少部分地通過蝕刻制程形成接觸孔的步驟，此第一光阻圖案及第二光阻圖案作為蝕刻制程的遮罩。在其他某些實施方式中，方法800在顯影之后包括一步驟：通過離子植入制程形成影像感測器裝置的輻射感測區域，此第一光阻圖案及第二光阻圖案作為離子植入制程中的植入遮罩。

基于上述討論，可見，本說明書提供優于已知半導體制造的優點。然而，應理解，其他實施方式可提供額外優點，而本說明書中并非必然揭示全部的優點，因此對全部的實施方式而言，沒有特定的優點是必須的。一個優點是光阻圖案可在圖案之間形成有較高深寬比的溝槽，而無光阻圖案塌陷的風險。例如，如上述論述，化學收縮材料(或relacs或safier)允許光阻圖案有效橫向“收縮”，此減少溝槽的橫向維度或寬度。在此制程中，用以移除收縮材料的顯影溶液在溝槽內側產生毛細力，這些毛細力可在光阻圖案上拉動。已知如若光阻圖案過高及/或如若光阻圖案位置過于靠近彼此，則毛細力可導致光阻圖案塌陷。為避免此問題，已知光阻圖案形成方法通過減少光阻圖案高度或增大光阻圖案之間的空間來限制溝槽深寬比，在裝置尺寸日益減小的先進半導體制造中，這些方法中無一是合乎需要的。

相較而言，本說明書通過在化學收縮材料中混合表面活性劑粒子而克服了此問題，以使得一些表面活性劑粒子在顯影制程期間配置在溝槽側壁表面之上。表面活性劑粒子減少表面張力，此表面張力與毛細力相關。因而，光阻圖案經受的毛細力效應亦因為這些表面活性劑粒子的存在而減少，此舉減小光阻圖案塌陷的風險。因此，與已知可能情況相比，本說明書可形成具有更大高度及/或更近間隔的光阻圖案，而沒有光阻圖案塌陷問題的風險。這些光阻圖案可在隨后的例如接觸孔形成或像素離子植入的制程中作為遮罩以獲得更佳的結果，例如更小裝置尺寸或更大裝置圖案密度。其他優點可包括更低成本、增大產率，及與現有制程流程的相容。

本說明書的一個方面涉及制造半導體裝置的方法。第一光阻圖案及第二光阻圖案在基板上方形成。第一光阻圖案通過間隙與第二光阻圖案分隔。化學混合物被涂布在第一光阻圖案及第二光阻圖案上。化學混合物包含化學材料及混合至化學材料內的表面活性劑粒子。化學混合物充填間隙。在第一光阻圖案及第二光阻圖案上執行烘烤制程，此烘烤制程導致間隙收縮。至少一些表面活性劑粒子配置在間隙的側壁邊界處。在第一光阻圖案及第二光阻圖案上執行顯影制程。顯影制程移除間隙中及光阻圖案上方的化學混合物。配置在間隙的側壁邊界處的表面活性劑粒子減少顯影制程期間的毛細效應。

本說明書的一個方面涉及制造半導體裝置的方法。表面活性劑化合物混合在具有熱交聯性質的化學材料中。第一光阻圖案及第二光阻圖案在基板上方形成。第一光阻圖案及第二光阻圖案定義圖案之間的溝槽。其中混合有表面活性劑化合物的化學材料施加在基板上方及第一光阻圖案及第二光阻圖案周圍。加熱化學材料及光阻圖案，借此將化學材料中配置在第一光阻圖案及第二光阻圖案上的部分轉換為交聯材料。交聯材料的側壁表面上配置有表面活性劑化合物。第一光阻圖案及第二光阻圖案通過應用顯影溶液而顯影。顯影通過移除尚未轉換至交聯材料的化學材料部分而減少溝槽寬度。交聯材料的側壁表面上配置的表面活性劑化合物減少第一光阻圖案及第二光阻圖案在顯影期間經受的毛細力。

本說明書的一個方面涉及制造半導體裝置的方法。表面活性劑分子混合在整個化學材料中。化學品包含熱響應性共聚合物，此共聚合物促進光阻劑材料回應于烘烤的流動。第一光阻圖案及第二光阻圖案在基板上方形成。第一光阻圖案及第二光阻圖案由溝槽分隔。其中混合有表面活性劑分子的化學材料涂布在第一光阻圖案及第二光阻圖案上方。在涂布之后，烘烤化學材料及光阻圖案。化學材料回應于烘烤而誘發第一光阻圖案及第二光阻圖案流向彼此，借此減少溝槽的橫向維度。在流動期間，化學材料向第一光阻圖案及第二光阻圖案的側壁提供機械支撐。表面活性劑分子存在于溝槽側壁邊界上。在烘烤之后，通過使用顯影溶液而顯影第一光阻圖案及第二光阻圖案。顯影溶液移除化學材料。通過表面活性劑分子在溝槽側壁邊界上的存在而減少溝槽內側的毛細力。

前述內容已概括數個實施方式的特征，以便彼等熟悉此項技術者可更佳地理解下文中的詳細說明。彼等熟悉此項技術者應了解，本說明書可易于用作設計或修正其他制程及結構的基礎，以實現與本說明書介紹的實施方式相同的目的及/或達到與其相同的優點。彼等熟悉此項技術者亦應了解，此種同等構造不脫離本說明書的精神及范疇，及可在不脫離本說明書精神及范疇的情況下在本說明書中進行多種變更、取代及更動。