专利名称：光刻方法
技术领域：
根据35U.S.C.§ 119(e)，本申请要求提交于2011年9月9日的美国临时申请N0.61/533，106的优先权益，其内容在此全部引入并作参考。本发明通常涉及电子设备的制造。尤其是，本发明涉及光刻方法，其利用负性显影方法形成精细图案。
背景技术：
在半导体制造工业中，光致抗蚀剂(photoresist)材料用于将图像转移到分布在半导体基底上的一个或多个底层(如金属、半导体和介电层)以及所述基材本身。为了提高半导体设备的集成密度以及形成具有纳米(nm)尺寸的结构，已经并持续开发了具有高分辨率的光致抗蚀剂和光刻工艺工具。正型化学放大光致抗蚀剂传统地被用于高分辨率加工。这种抗蚀剂典型地采用具有酸不稳定离去基团的树脂和光酸产生剂。 曝光于光化辐射引起酸产生剂形成酸，其在后曝光烘焙期间，引起树脂中酸不稳定基团的裂解。这在抗蚀剂的曝光和未曝光区域之间在水性碱性显影剂溶液中产生了溶解特性的差异。抗蚀剂的曝光区域在水性碱性显影剂中是可溶的并且被从基板表面移除，而未曝光区域，其在显影剂中是不溶的，显影后保留以形成正性图像。在半导体器件中获得纳米尺度特征尺寸的一个方法是在化学放大光致抗蚀剂曝光期间使用短波长的光，例如193nm或更短。为了进一步改善光刻性能，已经开发了浸没式光刻工具以有效增加成像设备镜头的数值孔径(NA)，例如，具有KrF或ArF光源的扫描仪。这通过在成像设备的最后表面和半导体晶片的上表面之间使用相对高折射率流体(即，浸没流体)来实现。所述浸没流体比空气或惰性气体介质允许更多量的光聚焦在抗蚀剂层上。当使用水作为浸没流体，最大数值孔径可以增加，例如，从1.2至1.35。数值孔径这样的增加，可能在单次曝光工艺中实现40nm的半节距(half-pitch)分辨率,进而允许改善设计收缩。这一标准的浸没式光刻工艺，然而，通常不适用于需要高分辨率器件的制造，例如，对于32nm和22nm半节距结点。已经做了相当多的努力以拓展实际分辨率，超过了从材料和处理方面的正性显影获得的分辨率。一个这样的例子涉及传统正性化学放大光致抗蚀剂的负型显影(NTD)。NTD方法相对于标准正性成像能够改善分辨率和工艺窗口，其利用用于打印临界黑暗区域(dark field)层的亮区域掩膜获得超高成像质量。NTD抗蚀剂通常采用具有酸不稳定(或酸可裂解)基团的树脂和光酸产生剂。曝光于光化辐射引起光酸产生剂形成酸，其在后曝光烘焙期间，引起酸不稳定基团的裂解，进而引起曝光区域的极性转换。结果，在抗蚀剂的曝光和未曝光区域之间产生了溶解特性的差异，以致抗蚀剂的未曝光区域可以通过特殊的显影剂去除，通常为有机显影剂例如酮、酯或醚，留下通过不溶解的曝光区域产生的图案。已知在浸没光刻中在光致抗蚀剂和浸没流体之间使用保护性阻挡材料，避免了光致抗蚀剂组分的浸出以及曝光工具光学污染，以及提供了抗反射特性。由加到光致抗蚀组合物的组分形成阻挡层，在旋涂过程中，所述组合物自隔离到抗蚀剂层上表面。可选地，从光致抗蚀剂分离的组合物可用于在光致抗蚀剂层上形成外覆盖或顶覆盖层。美国专利申请公开N0.US2011/0020755A1公开了 NTD方法，其涉及在曝光抗蚀剂薄膜前在抗蚀剂薄膜上形成保护薄膜，通过浸没媒介来曝光抗蚀剂薄膜并且利用负显影剂进行显影。所述保护性薄膜组合物包含溶剂，对193nm光具有透光性的不具有芳香基的树脂以及任选的表面活性齐IJ，所述溶剂将保护性薄膜应用于抗蚀剂薄膜顶部，而不会溶解抗蚀剂薄膜。发明人已经观察到接触孔的“缩颈(necking)”或行(line)中的“上部T字化(T-topping) ”以及沟图案出现于由NTD方法得到的显影后的抗蚀剂图案中。这种效果说明于图1的接触孔图案形成中。基底100涂有一或多层待图案化的层102、光致抗蚀剂层104和浸没顶覆盖层(topcoat layer) 106。光致抗蚀剂层通过光掩膜110曝光于激活福射108，在曝光和未曝光区域之间的溶解性方面产生差别，示于图1A中。光掩膜具有光透性和光不透性区域112，114，分别相应于在接下来显影步骤中保持和被除去的抗蚀剂层区域。后曝光烘焙(PEB)之后，由极性转换和未转换区域之间的边界(虚线116)限定的潜在图象形成于图1B所示的光致抗蚀剂之中。极性转换不合意地扩大到抗蚀剂表面的区域118中，该区域在曝光步骤中放置在不透明掩膜图案114之下。认为是光掩膜不透明图案边缘之下分散光分布的结果。在有机显影剂显影的过程中，顶部涂层106和光致抗蚀剂层104的未曝光(未转换)区域移除以形成接触孔图案120，如图1C所示。所得图案在极性转换抗蚀剂区域118没有除去的抗蚀剂层上表面显示缩颈。“缩颈”或“上部T字化”的出现通常导致劣工艺窗口如聚焦深度和曝光宽容度。这些问题可导致如在窄沟或线图案形成时，随机消失接触孔或导致微桥缺陷，因此不利地影响设备产率。上述US2011/0020755A1文献没有认识到形成的抗蚀剂图案或其溶液中上部T字化或缩颈的问题。
发明内容
本领域对改善的光刻组合物和负性显影改善的光刻方法有持续的需求，使得在电子设备制造中形成精细图案，并且避免或显著改善与现有技术状态相关的一个或多个前述问题。根据本发明的第一方面，提供了电子设备的形成方法。所述方法包括:(a)提供包括一或多个待图案化的层的半导体基底；(b)在一个或多个待图案化的层之上形成光致抗蚀剂层；(C)在所述光致抗蚀剂层之上涂覆光致抗蚀剂外涂(overcoat)组合物,其中所述外涂组合物包括碱性淬灭剂(basic quencher)、聚合物和有机溶剂；(d)在光化福射中曝光所述层；和(e)用有机溶剂显影剂显影曝光薄膜。也提供了通过本申请公开的方法形成的电子设备。此处用到的:“g”是指克；wt%是指重量百分比；“L”是指是升；“mL”是指是毫升；“nm”是指是纳米；“mm”是指毫米；“min”是指是分钟；“h”是指小时；“人”是指是埃；“mol 是指摩尔百分比；“Mw”是指重均分子量jP“Mn”是指数均分子量是指多分散性指数=Mw/Mn 共聚物”是包含两种或多种不同类型聚合单元的聚合物；“烷基(alkyl)”包括直链、支链和环烷基结构；“脂肪族”包括直链、支链和环脂肪结构；以及冠词“一”和“一个”包括一个或多个。
本发明根据下述附图进行描述，其中相同的数字表示相同的特征，其中:图1A-C说明了相关技术中接触孔形成方法；和图2A-C说明了本发明形成光刻图案的方法流程。
具体实施例方式光致抗蚀剂外涂组合物当在负性显影工艺中涂覆在光致抗蚀剂层上时，本发明所用的组合物可具有多种优势，如一个或多个几何一致性抗蚀剂图案，在抗蚀剂曝光时减少反射，改善聚焦深度(focus latitude),改善曝光宽容度(exposure latitude)和减少缺陷。当在干燥光刻或浸没光刻工艺中使用所述组合物时可获得这些优势。当在浸没光刻中使用时，外涂组合物可用于形成有效的阻挡层以避免光致抗蚀剂组分浸入到浸没流体中，并提供与浸没流体的需要的接触角度特性，使得曝光扫描速度增加。光致抗蚀剂外涂组合物包括碱性淬灭剂、聚合物、有机溶剂，并可包括其它任选组分。外涂组合物包括聚合物，其使由该组合物形成的层具有有益阻挡特性和有益的接触角特性，所述有益阻挡特性可使光致抗蚀剂组合物到浸没流体的迁移最小化或阻止它，所述有益的接触角特性可在外涂层/浸没流体界面处提供高的浸没流体后退(receding)接触角，因此具有更快的曝光工具扫描速度。干燥状态中外涂组合物的层具有从70°到85°的水后退接触角，优选从75到80°。术语“在干燥状态中”是指含有8wt%或更少的溶剂，基于总的组合物。聚合物在光刻处理之前和之后应该具有很好的显影性。为了最小化来自外涂材料的残留物缺陷，外涂组合物的干燥层溶解速率应该高于下涂光致抗蚀剂层在成像方法中使用的显影剂中的溶解速率。聚合物通常显示iooA/秒或更高的显影剂溶解速率，优选1000人/秒或更高。聚合物可以不含硅和氟。聚合物溶于本申请公开的外涂组合物的有机溶剂中，并溶于负性显影工艺中使用的有机显影剂中。相对于下面公开的碱性淬灭剂，聚合物优选具有低表面能。聚合物优选由具有下述通式(I)的单体形成:
权利要求
1.一种形成电子设备的方法，所述方法包括: (a)提供包括一或多个待图案化的层的半导体基底； (b)在一个或多个待图案化的层之上形成光致抗蚀剂层； (C)在所述光致抗蚀剂层之上涂覆光致抗蚀剂外涂组合物，其中所述外涂组合物包括碱性淬灭剂、聚合物和有机溶剂； (d)在光化辐射中曝光所述层；和 (e)用有机溶剂显影剂显影曝光薄膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述有机溶剂显影剂包括2-庚酮。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述有机溶剂显影剂包括乙酸正丁酯。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述有机溶剂显影剂包括丙酸正丁酯。
5.根据权利要求1到4任一所述的方法，其中所述光致抗蚀剂外涂组合物的有机溶剂包括丁酸烷基酯。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述光致抗蚀剂涂覆组合物的有机溶剂包括丁酸C8-C9烷基酯。
7.根据权利要求1到4任一所述的方法，其中所述光致抗蚀剂涂覆组合物的有机溶剂包括丙酸烷基酯。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述光致抗蚀剂外涂组合物的有机溶剂包括丙酸C8-C9烷基酯。
9.根据权利要求1到4任一所述的方法，其中所述光致抗蚀剂外涂组合物的有机溶剂包括酮。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述溶剂包括C8-C9支链酮。
全文摘要
光刻方法。提供了光致抗蚀剂涂覆组合物、以涂覆组合物涂覆的基底和通过负性显影方法形成电子设备的方法。所述组合物、涂覆基底和方法尤其用于半导体设备的制造。提供一种形成电子设备的方法，所述方法包括(a)提供包括一或多个待图案化的层的半导体基底；(b)在一个或多个待图案化的层之上形成光致抗蚀剂层；(c)在所述光致抗蚀剂层之上涂覆光致抗蚀剂外涂组合物，其中所述外涂组合物包括碱性淬灭剂、聚合物和有机溶剂；(d)在光化辐射中曝光所述层；和(e)用有机溶剂显影剂显影曝光薄膜。
文档编号G03F7/20GK103186050SQ201210570010
公开日2013年7月3日 申请日期2012年9月10日 优先权日2011年9月9日
发明者Y·C·裴, R·贝尔, 朴钟根, 李承泫 申请人:罗门哈斯电子材料有限公司