专利名称：光刻胶图案的修整方法
技术领域：
本发明主要涉及一种电子器件的制造方法。更具体地，本发明涉及一种修整(trim)光刻胶图案的方法，其在形成精细的平版印刷图案的收缩工艺中有用处。
背景技术：
在半导体制造产业中，光刻胶材料用于将图像转移到一个或多个沉积在半导体衬底上的下层，例如金属、半导体和电介质层以及半导体材料本身。为了增加半导体器件的集成度以及考虑到形成具有在纳米范围内的尺寸的结构，已经并且继续开发具有高分辨能力的光刻胶和光刻处理工具。正型化学增强型光刻胶通常用于高分辨率工艺。这种光刻胶典型地使用具有酸不稳定离去基团的树脂和光致产酸剂。暴露于光化辐射导致产酸剂形成酸，该酸在后曝光烘焙期间引起树脂中的酸不稳定基团的分裂。这使光刻胶的曝光的和未曝光的区域在碱性显影剂溶液中溶解特性产生差异。光刻胶的曝光区域可溶解于碱性显影溶液中并且从衬底表面去除，反之不能溶于显影液中的未曝光的区域在显影后保留以形成正像。在半导体器件中获得nm级特征尺寸的一种方法为在化学增强型光刻胶的曝光期间使用短波长光，例如193nm或更短。为了进一步改善光刻性能，已经开发出浸没式光刻工具以有效地增加成像装置的透镜的数值孔径(NA)，该成像装置例如具有KrF或者ArF光源的扫描仪。这通过在成像装置的最后表面和半导体晶片的上部表面之间使用相对高折射率的流体(即浸没流体)实现。与使用空气或者惰性气体媒介相比，该浸没流体允许更大量的光聚焦到光刻胶层。当使用水作为浸没流体的时候，可以增加最大数值孔径，例如从1.2至1.35。在这种数值孔径增加的情况下，能够在单一光刻工艺中获得40nm的半节距分辨率，因此容许改善设计收缩。然而该标准浸没光刻工艺，通常不适于需要较大分辨率的器件制造，例如，对于32nm和22nm半节距节点。为了使实际分辨率扩大超出标准光刻工艺获得的分辨率，已经从材料和工艺方面做出相当多的努力。例如，已经提出多图案化工艺以印刷超过传统光刻工具的较低分辨率限制的CD和节距。一种这样的多图案化工艺为自对准二次图案化(SADP)，例如在美国专利申请公开号2009/0146322A1中描述的。在该工艺中，在预图案化线之上形成间隔物层。接着通过刻蚀去除在线的水平表面和间隔上的所有的间隔物层材料，仅仅保留线的侧壁上的间隔物。然后刻蚀掉原始的图案线，留下用作刻蚀一个或多个下部层的侧壁间隔物。由于每个线有两个间隔物，实际上加倍了线的密度。对于多图案化和其他光刻工艺，在良好的工艺窗口条件下印刷具有大于2的负荷比(duty ratio)的隔离线和柱在在光刻阶段是必需的。然而，由于与密集线相比在散焦(defocus)时差的空气成像对比(aerial image contrast),对于隔离线和柱通过直接光刻成像获得好的工艺窗口是极其困难的。为了在电子装置制造中形成好的图案，在技术方面存在改善光刻方法的持续需求，并且其可以避免或者显著改善现有技术中的一个或多个前述问题。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供修整光刻胶图案的方法。方法包括以下顺序次序的步骤:(a)提供半导体衬底，在其上表面上具有一层或更多层要被图案化的层；(b)在所述一层或更多层要被图案化的层上形成光刻胶图案，其中所述光刻胶图案包括多个特征且由化学增强的光刻胶组合物形成，所述光刻胶图案包含具有酸不稳定基团的基质聚合物；(C)在所述光刻胶图案上涂覆光刻胶修整组合物，其中所述修整组合物包含基质聚合物、具有氟取代基的游离酸和溶剂，且其中所述修整复合物没有交联剂；(d)加热被涂覆的半导体衬底，由此导致在光刻胶图案的表面区域中的光刻胶基质聚合物的极性的改变；以及(e)采用显影溶液接触所述光刻胶图案以去除所述光刻胶图案的所述表面区域。由于根据本发明的方法，用于形成图案例如隔离线和柱的工艺窗口可被显著地改善。根据本发明的进一步的方面，也提供了通过在此描述的上述方法形成的电子器件。如本文中:“g”代表克；wt%代表重量百分比；“nm”代表纳米；“s”代表秒；“min”代表分种；“人”代表埃代表摩尔百分比；“Mw”代表重均分子量；“共聚物”包括含有两个或多个不同类型聚合单元的聚合物；“烷基”包括线性的、分支的和环状的烷基结构；“脂肪族”包括线性的、分支的和环状的脂肪族结构；以及术语“一”和“一个”包括一个或多个。
本发明将参考下面的附图进行描述，其中相同的参考标记指代相同的特征，以及其中:图1A-1示例根据本发明的形成光刻图案的工艺流程。
具体实施例方式光刻胶修整复合物所述光刻胶修整组合物包括基质聚合物、具有氟取代基的游离酸和溶剂，以及可包括可选的额外组 分。当涂覆在由化学增强的光刻胶组合物形成的光刻胶图案上时，所述光刻胶修整组合物可提供各种益处，例如，可控地减小抗蚀剂图案的尺寸以及改善用于隔离图案例如隔离线和柱的形成的工艺窗口。基质聚合物允许组合物以具有期望厚度的层的形式涂覆在光刻胶图案之上。这有助于确保存在足够含量的酸用于与光刻胶图案表面反应。基质聚合物应该在用于修整工艺的显影液中具有好的溶解性。例如，基质聚合物可溶于碱性显影剂水溶液中，优选氢氧化季铵水溶液，例如四甲基氢氧化铵水溶液，或在水中。为了最小化源于涂层材料的残留缺陷，修整组合物的干层的溶解速率应该大于要被显影剂除去的光致抗蚀剂图案表面区的溶解速率。基质聚合物典型地表现出10A^少的显影剂溶解速率或更高，优选1000人/:!少或更高。基质聚合物可溶于此处描述的修整组合物的溶剂中。基质聚合物可从，例如聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯胺、聚乙烯醇缩醒(polyvinyl acetal)、聚(甲基)丙烯酸酯和其组合中选择。优选地，聚合物包括从-OH、-COOH、-S03H、Si0H、羟基苯乙烯、羟基萘、磺酰胺、六氟异丙醇、酸酐、内酯、酯、醚、烯丙基胺、吡咯烷酮和其组合中选择的一个或多个功能基。在组合物中，基质聚合物的含量取决于例如层的目标厚度，更高的聚合物含量用于更厚的层。基于修整组合物的总固体物计，基质聚合物的含量典型地为所述组合物的80到99wt%，更典型地为90到98wt%。聚合物的平均摩尔重量典型地小于400，000，优选从3000 到 50，000，更优选从 3000 到 25，000。用于外涂组合物的聚合物可以是均聚物或可以是有多个不同的重复单元的共聚物，例如两个、三个或四个不同的重复单元。修整组合物典型地包括单聚合物，但可选包括一个或多个附加的聚合物。用在外涂组合物中的合适聚合物和单体是可以商业获得的和/或易于为本领域普通技术人员制造。修整复合物进一步包括一种或更多的具有氟取代基的游离酸。在基于去保护反应的光刻胶的情况中，加热的所述游离酸可裂开在光刻胶图案中的酸不稳定基团的键。合适的酸包括具有氟取代基的芳香酸或非芳香酸。优选地，所述酸是具有至少一个氟取代基的强酸例如磺酸。优选地，所述非芳香酸具有至少一个在酸基团的α位的氟取代基。合适的酸的例子包括如下:CF3S03H、C4F9SO3H' CH3CH2CF2CF2SO3H' HoCH2CH2CF2CF2So3H,
权利要求
1.一种修整光刻胶图案的方法，所述方法包括顺序次序的以下步骤: (a)提供半导体衬底，在其上表面上具有一层或更多层要被图案化的层； (b)在所述一层或更多层要被图案化的层上形成光刻胶图案，其中所述光刻胶图案包括多个特征且由化学增强的光刻胶组合物形成，所述光刻胶图案包含具有酸不稳定基团的基质聚合物； (C)在所述光刻胶图案上涂覆光刻胶修整组合物，其中所述修整组合物包含基质聚合物、具有氟取代基的游离酸和溶剂，且其中所述修整组合物没有交联剂； (d)加热被涂覆的半导体衬底，由此导致在光刻胶图案的表面区域中的光刻胶基质聚合物的极性的改变；以及 (e)采用显影溶液接触所述光刻胶图案以去除所述光刻胶图案的所述表面区域。
2.根据权利要求1的方法，其中光刻胶修整组合物的溶剂选自水、有机溶剂以及其混合物。
3.根据权利要求3的方法，其中光刻胶修整组合物的溶剂选自烷烃、醇、醚、酯、酮以及其混合物。
4.根据权利要求1-3的任意一项的方法，其中光刻胶修整组合物的基质聚合物可溶于碱性溶液。
5.根据权利要求1-4的任意一项的方法，其中显影溶液是四甲基氢氧化铵水溶液。
6.根据权利要求1-5的任意一项的方法，其中基质聚合物包括选自-OH、-COOH、-SO3H, -SiOH、羟基苯苯乙烯、羟基萘、磺酰胺、六氟异丙醇、酸酐、内酯、酯、醚、烯丙胺、吡咯烷酮的官能团。
7.根据权利要求1-6的任意一项的方法，其中修整组合物进一步包括具有选自-0H、-NH、-SH、酮、醛、-SiX、乙烯醚以及其混合物的官能团的化合物，其中X选自卤素。
8.根据权利要求1-7的任意一项的方法，其中光刻胶图案的多个特征包括具有在修整之前1:1或更高的负荷比且在修整后1:3或更低的负荷比的多条线或柱。
9.根据权利要求8的方法，其中光刻胶图案的多个特征包括多个柱。
10.根据权利要求1-9的任意一项的方法，进一步包括: (f)在光刻胶图案与显影溶液接触之后在被修整的光刻胶图案上形成侧壁间隔物；以及 (g)去除被修整的光刻胶图案，在要被图案化的一层或更多层的层上留下侧壁间隔物。
全文摘要
修整光刻胶图案的方法。方法包括在光刻胶图案上涂覆光刻胶修整复合物，其中修整复合物包含基质聚合物、具有氟取代基的自由酸和溶剂，修整复合物没有交联剂。加热被涂覆的半导体衬底以导致在光刻胶图案的表面区域中的抗蚀剂基质聚合物的极性的改变；采用显影溶液接触光刻胶图案以去除光刻胶图案的表面区域。方法在半导体器件的制造中形成非常精细的光刻特征中有特别的应用。
文档编号G03F7/00GK103186038SQ20121059925
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者C-B·徐 申请人:罗门哈斯电子材料有限公司