图案形成方法和光致抗蚀剂图案外涂层组合物技术

一种图案形成方法，包含：(a)提供半导体衬底；(b)在所述半导体衬底上形成光致抗蚀剂图案，其中所述光致抗蚀剂图案由光致抗蚀剂组合物形成，所述光致抗蚀剂组合物包含：包含酸不稳定基团的第一聚合物；和光酸产生剂；(c)在所述光致抗蚀剂图案上涂布图案外涂层组合物，其中所述图案外涂层组合物包含第二聚合物和有机溶剂，其中所述有机溶剂包含一种或多种酯溶剂，其中所述酯溶剂具有式R1‑C(O)O‑R2，其中R1是C3‑C6烷基并且R2是C5‑C10烷基；(d)烘烤经涂布的所述光致抗蚀剂图案；和(e)用冲洗剂冲洗所述经涂布的光致抗蚀剂图案以去除所述第二聚合物。所述方法尤其适用于制造半导体装置。

【技术实现步骤摘要】
图案形成方法和光致抗蚀剂图案外涂层组合物
本专利技术大体上涉及电子装置的制造。更具体地说，本专利技术涉及适用于形成精细光刻图案的图案形成方法和光致抗蚀剂图案外涂层组合物。
技术介绍
在半导体制造工业中，光致抗蚀剂材料用于将图像转移到安置在半导体衬底上的一个或多个底层，如金属、半导体和介电层，以及所述衬底本身。为了提高半导体装置的集成密度和允许形成尺寸在纳米范围内的结构，已开发并且继续开发出具有高分辨率能力的光致抗蚀剂和光刻处理工具。正型化学增幅光致抗蚀剂常规地用于高分辨率处理。这类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。经由光掩模逐图案暴露于活化辐射使得酸产生剂形成酸，其在曝光后烘烤期间造成树脂的曝光区域中的酸不稳定基团的裂解。这产生水性碱性显影剂溶液中的抗蚀剂的曝光与未曝光区域之间的可溶性特征差异。在正型显影(PTD)方法中，抗蚀剂的曝光区域可溶于水性碱性显影剂中并且从衬底表面去除，而不溶于显影剂中的未曝光区在显影之后保留以形成正像。常规地通过增加曝光设备的数值孔径和使用更短的曝光波长来实现光刻缩放。目前，ArF(193nm)光刻是大批量生产高级半导体装置的标准。ArF光致抗蚀剂聚合物典型地基于(甲基)丙烯酸酯化学物质，并且在聚合物中不含或基本上不含芳香族基团，归因于其在曝光波长下的较高吸收。为了形成比由单独直接成像可获得的光致抗蚀剂图案更精细的光致抗蚀剂图案，已经提出了光致抗蚀剂图案修整方法，例如在US2014/0186772A1中。光致抗蚀剂修整方法典型地涉及使包括具有酸不稳定基团的聚合物的光致抗蚀剂图案与含有酸或热酸产生剂的组合物接触。酸或所产生的酸在抗蚀剂图案的表面区域中造成去保护，所述区域随后例如通过与显影剂溶液接触而去除。这允许例如修整光致抗蚀剂图案，得到比使用单独直接成像时更精细的抗蚀剂线和柱图案或更大直径的接触孔图案。为了形成与在ArF光刻情况下可能的相比更精细的装置几何结构，已开发并且继续开发EUV(例如，13.5nm)光刻方法和材料用于下一代半导体装置。这种技术的优点是缺乏芳香族基团对EUV辐射的吸收.由此开放使用对于ArF光刻不实用的光致抗蚀剂材料平台的可能性，例如乙烯基芳香族类聚合物，如聚羟基苯乙烯(PHS)类聚合物。例如从耐蚀刻性、蚀刻选择性、敏感性和成本中的一种或多种的观点来看，此类材料可为有益的。然而，已发现使用ArF抗蚀剂图案修整芳香族类光致抗蚀剂聚合物系统的产物导致不良的图案化性能，例如在局部临界尺寸均匀性(LCDU)、涂层缺陷和图案损伤方面。所属领域中需要可解决与现有技术水平相关的一种或多种问题的适用于电子装置制造的光致抗蚀剂图案形成方法和抗蚀剂图案外涂层组合物。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供图案形成方法。所述方法包含：(a)提供半导体衬底；(b)在所述半导体衬底上形成光致抗蚀剂图案，其中所述光致抗蚀剂图案由光致抗蚀剂组合物形成，所述光致抗蚀剂组合物包含：包含酸不稳定基团的第一聚合物；和光酸产生剂；(c)在所述光致抗蚀剂图案上涂布图案外涂层组合物，其中所述图案外涂层组合物包含第二聚合物和有机溶剂，其中所述有机溶剂包含一种或多种酯溶剂，其中酯溶剂具有式R1-C(O)O-R2，其中R1是C3-C6烷基并且R2是C5-C10烷基；(d)烘烤经涂布的光致抗蚀剂图案；和(e)用冲洗剂冲洗所述经涂布的光致抗蚀剂图案以去除所述第二聚合物。还提供光致抗蚀剂图案外涂层组合物。所述组合物包含：基质聚合物，其包含含有-C(CF3)2OH基团的重复单元和/或含有酸基团的重复单元；和包含一种或多种酯溶剂的有机溶剂，其中所述酯溶剂具有式R1-C(O)O-R2，其中R1是C3-C6烷基并且R2是C5-C10烷基。还提供经涂布的衬底。所述经涂布的衬底包含：半导体衬底；所述衬底上的光致抗蚀剂图案；和如本文所述的在所述光致抗蚀剂图案上方并与其接触的光致抗蚀剂图案外涂层组合物。本专利技术的优选方法和组合物可以例如在局部CD均匀性(LCDU)、涂层缺陷度和抗蚀剂尺寸减小中的一种或多种方面提供具有改进特征的光致抗蚀剂图案。本文中所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，且并不意图限制本专利技术。除非上下文另外指示，否则单数形式“一(a/an)”和“所述”意图包括单数和复数形式。附图说明将参照以下附图描述本专利技术，其中相同的元件符号表示相同的特征，且其中：图1A-H说明形成根据本专利技术的光刻图案的示例性方法流程。具体实施方式光致抗蚀剂图案外涂层组合物本专利技术的光致抗蚀剂图案外涂层组合物包括聚合物和溶剂，并且可以包括一种或多种任选的额外组分。聚合物允许组合物以具有所期望的厚度的层形式涂布于光致抗蚀剂图案上方。聚合物应在用于图案化方法的冲洗剂中具有良好可溶性。举例来说，基质聚合物可溶于碱性水溶液中，如典型地用作光致抗蚀剂显影剂的那些，优选地氢氧化四级铵水溶液，如氢氧化四甲基铵水溶液(TMAH)(例如0.26NTMAH溶液)。为了最小化来源于外涂层组合物的残余物缺陷，待施用的冲洗剂中外涂层组合物的干燥层的溶解速率应超过冲洗剂中光致抗蚀剂图案的溶解速率。基质聚合物典型地展现在冲洗剂(优选地0.26NTMAH溶液)中或更高、优选地或更高的溶解速率。基质聚合物应可溶于本文所述的外涂层组合物的溶剂中。基质聚合物可由例如选自具有烯系不饱和可聚合双键的那些的一种或多种单体形成，如：(甲基)丙烯酸酯单体，如(甲基)丙烯酸异丙酯和(甲基)丙烯酸正丁酯；(甲基)丙烯酸；乙烯基芳香族单体，如苯乙烯、羟基苯乙烯和苊；乙烯醇；氯乙烯；乙烯基吡咯烷酮；乙烯基吡啶；乙烯基胺；乙烯基缩乙醛；和其组合。优选地，基体聚合物含有一个或多个官能团，例如选自羟基、酸基团如羧基、磺酸和磺酰胺、硅烷醇、氟代醇如六氟异丙醇[-C(CF3)2OH]、脱水物、内酯、酯、醚、烯丙胺、吡咯烷酮以及其组合。其中，-C(CF3)2OH和酸基团如羧基、磺酸和磺酰胺是特别优选的。基质聚合物可以是均聚物或具有多个不同重复单元(例如两个、三个、四个或更多个不同重复单元)的共聚物。在一个方面中，基质聚合物的重复单元均由(甲基)丙烯酸酯单体形成，均由(乙烯基)芳香族单体形成或均由(甲基)丙烯酸酯单体和(乙烯基)芳香族单体形成。当基质聚合物包括多于一种类型的重复单元时，其典型地呈无规共聚物的形式。根据本专利技术适合的基质聚合物包括例如以下：其中单元含量以mol％计。组合物中基质聚合物的含量将取决于例如层的目标厚度，其中在需要较厚的层时使用较高的聚合物含量。以外涂层组合物的总固体计，基质聚合物典型地以80wt％到100wt％，更典型地以90wt％到100wt％，95wt％到100wt％，99wt％到100wt％，或100wt％的量存在于外涂层组合物中。基质聚合物的重均分子量(Mw)典型地小于400，000，优选是3000到50，000，更优选是3000到25,000，如通过GPC对比聚苯乙烯标准所测量。典型地，基质聚合物的多分散指数(PDI＝Mw/Mn)将为3或更小，优选地2或更小，如利用GPC对比聚苯乙烯标准所测量。外涂层组合物典型地包括单一聚合物，但可以任选地包括一种或多种额外的聚合物。用于外涂层组合物中的适合的聚合物和单体是可商购的和/或可由所属领域的技术人员容易地制得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图案形成方法，包含：(a)提供半导体衬底；(b)在所述半导体衬底上形成光致抗蚀剂图案，其中所述光致抗蚀剂图案由光致抗蚀剂组合物形成，所述光致抗蚀剂组合物包含：包含酸不稳定基团的第一聚合物；和光酸产生剂；(c)在所述光致抗蚀剂图案上涂布图案外涂层组合物，其中所述图案外涂层组合物包含第二聚合物和有机溶剂，其中所述有机溶剂包含一种或多种酯溶剂，其中所述酯溶剂具有式R1‑C(O)O‑R2，其中R1是C3‑C6烷基并且R2是C5‑C10烷基；(d)烘烤经涂布的所述光致抗蚀剂图案；和(e)用冲洗剂冲洗所述经涂布的光致抗蚀剂图案以去除所述第二聚合物。

【技术特征摘要】
2017.05.01 US 62/4929431.一种图案形成方法，包含：(a)提供半导体衬底；(b)在所述半导体衬底上形成光致抗蚀剂图案，其中所述光致抗蚀剂图案由光致抗蚀剂组合物形成，所述光致抗蚀剂组合物包含：包含酸不稳定基团的第一聚合物；和光酸产生剂；(c)在所述光致抗蚀剂图案上涂布图案外涂层组合物，其中所述图案外涂层组合物包含第二聚合物和有机溶剂，其中所述有机溶剂包含一种或多种酯溶剂，其中所述酯溶剂具有式R1-C(O)O-R2，其中R1是C3-C6烷基并且R2是C5-C10烷基；(d)烘烤经涂布的所述光致抗蚀剂图案；和(e)用冲洗剂冲洗所述经涂布的光致抗蚀剂图案以去除所述第二聚合物。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一聚合物包含下式(III)的重复单元：其中：R4是氢或甲基；R5是选自羟基、C1-C8烷氧基、C5-C12芳氧基、C2-C10烷氧基羰氧基、C1-C4烷基、C5-C15芳基和C6-C20芳烷基的一个或多个基团，其中一个或多个碳氢任选地经卤素原子取代；b是1到5的整数；其中至少一个R5独立地选自羟基、C1-C8烷氧基、C5-C12芳氧基和C2-C10烷氧基羰氧基。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述酯溶剂是异丁酸异戊酯。4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其中所述图案外涂层组合物进一步包含沸点低于所述酯溶剂的第二有机溶剂。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第二有机溶剂是单醚。6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其中所述图案外涂层组合物进一步包含醇溶剂。7.根据权利要求1到6中任一项所述的方法，其中所述第二聚合物包含含有-C(CF3)2OH基团的重复单元和/或含有酸基团的重复单元。8.根据权利要求1到7中任一项所述的方法，其中所述图案外涂层组合物不含非聚合酸和非聚合酸产生剂。9.根据权利要求1到8中任一项所述的方法，其中所述冲洗剂是氢氧化四甲基铵水溶液。10.根据权利要求1到9中...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯希森，刘聪，I·考尔，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US