光刻润湿液及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种光刻润湿液，其含有水、有机碱和活性剂；所述有机碱为胍类有机碱或哌嗪类有机碱；所述活性剂为EO/PO嵌段共聚物与水溶性聚合物的组合物。本发明专利技术光刻润湿液适合于45纳米，尤其是14纳米及以下技术节点的光刻工艺，可进一步降低光阻倒塌率和改善图案粗糙度，形成更为精细和完整的光阻图案，达到工艺要求的技术指标，提升良品率和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
光刻润湿液及其应用
本专利技术涉及光刻润湿液及其应用。
技术介绍
光刻工艺在半导体芯片制造中起着至关重要的作用，主要包括光刻胶旋涂，曝光，显影和清洗等步骤。14nm之前的光刻工艺，显影后直接用超纯水做旋干处理后即可进入下道工序。但随着技术节点和集成度的快速提高，图案的极限细微化不仅对光刻胶的性能提出更高的要求，同时对显影后光阻图案的要求也变得更为苛刻。尤其是14纳米及以下工艺节点，随着线宽的极度缩小和深宽比的增大，很容易因光阻的倒塌而造成缺陷，此外，曝光后的线边粗糙度LER(lineedgeroughness)和线端粗糙度LWR（linewidthroughness）也需要更为精准的控制，以避免良品率恶化。
技术实现思路
为了进一步降低光阻倒塌率和改善图案粗糙度，以形成更为精细和完整的光阻图案，达到工艺要求的技术指标，提升良品率和可靠性，本专利技术提供一种光刻润湿液，其含有水、有机碱和活性剂；所述有机碱为胍类有机碱或哌嗪类有机碱；所述活性剂为EO/PO嵌段共聚物与水溶性聚合物的组合物。优选的，所述胍类有机碱选自单胍及其衍生物，化学结构式如下：其中，R1、R2、R3各自独立地为H、烃基或杂环取代基；或者，所述胍类有机碱选自双胍及其衍生物，化学结构式如下：其中，Ra、Rb、Rc、Rd各自独立地为H、烃基、芳香基团或杂环取代基。优选的，所述哌嗪类有机碱选自哌嗪及其衍生物，化学结构式如下：其中，Rs1、Rs2各自独立地为H、甲基、乙基、氨基、羟甲基或羟乙基。优选的，所述EO/PO嵌段共聚物的通式如下：RO-[-(EO)m(PO)n-]-H其中，R为碳原子数5-20的烃链，m为EO的重复单元数，n为PO的重复单元数，m与n的和小于20；所述水溶性聚合物为聚乙二醇（PEG）；所述聚乙二醇的分子量为200-600。优选的，所述有机碱的质量百分含量为0.05%-1%（更优选为0.05%-0.1%），EO/PO嵌段共聚物的质量百分含量为0.001-1%（更优选为0.02%-0.1%），水溶性聚合物的质量百分含量为0.001%-1%（更优选为0.01%-0.05%）。优选的，所述光刻润湿液还含有高沸点有机溶剂；所述高沸点有机溶剂选自丙二醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇；所述高沸点有机溶剂的质量百分含量为0.5%-5%（更优选为1.0%-2.0%）。优选的，所述光刻润湿液还含有防霉杀菌剂；所述防霉杀菌剂为季铵盐型杀菌剂；所述防霉杀菌剂的质量百分含量为0.001%-0.005%。本专利技术还提供一种半导体光刻工艺，在光阻显影后，采用上述光刻润湿液来旋洗光阻表面，去除结构中的杂质，形成清晰完整的光阻图案。14纳米及以下光刻制程中对光阻倒塌率和团内粗糙度有更高的要求，尤其是7纳米技术的光刻制程，光阻本身的配方发生变化的同时，由于图案细微化引起的倒塌率和表面粗糙度越来越成为影响良品率的关键因素，需要进一步提高性能，才能满足更为先进的制程。本专利技术在硅基片上形成图案的方法如下：首先基板上旋涂光阻材料形成薄膜，然后进行曝光和显影后，再使用本专利技术的光刻润湿液处理后可得到清洗图案。本专利技术光刻润湿液适合于45纳米，尤其是14纳米及以下技术节点的光刻工艺，可进一步降低光阻倒塌率和改善图案粗糙度，形成更为精细和完整的光阻图案，达到工艺要求的技术指标，提升良品率和可靠性。本专利技术光刻润湿液性价比突出，所有添加剂为绿色环保型添加剂，可生物降解。本专利技术光刻润湿液配方中加入有机碱（胍类有机碱或哌嗪类有机碱），有机碱可与光阻表面的功能基团发生交连反应，从而提高光阻表面的机械力学性能，避免倒塌或变形，可改善倒塌率。本专利技术光刻润湿液配方中加入EO/PO嵌段共聚物，可降低润湿液的动态和静态表面张力，消除毛细现象引起的光阻变形和断裂，减少倒塌率。本专利技术光刻润湿液配方中加入水溶性聚合物（聚乙二醇），可起到活性剂的增溶的作用，提高活性剂的溶解性和均匀性。本专利技术光刻润湿液配方中加入高沸点有机溶剂（丙二醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇），可起到消泡和助溶的双重作用，进一步抑制泡沫引起的表面张力波动。本专利技术光刻润湿液配方中加入防霉杀菌剂（季铵盐型杀菌剂），防止在高温高湿环境形成细菌和霉变，其通过静电力、氢键以及活性剂分子蛋白质分子综合作用产生的室阻作用，抑制细菌生长环境，来达到杀菌的目的。本专利技术光刻润湿液通过改变表面张力，避免毛细现象的影响，同时增强光阻的机械强度，来进一步避免光阻倒塌，同时活性剂接触光阻表面后会轻微改变光阻表面的形貌，从而改善粗糙度。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。在硅基片上形成光阻图案的形成方法如下：在硅基片上旋涂光阻材料形成薄膜，使用ArF紫外光源或电子束光源曝光后，烘焙并显影，再进一步使用本专利所述的光刻润湿液处理。最终所形成的图案尺寸（包括线宽，间距宽，插塞通孔和连线通孔）为7纳米，图案区域的倒塌率和表面粗糙度有明显改善，具体测试结果如表1所示。表1图案区域的倒塌率和表面粗糙度的测试结果表1中：百分含量都为质量百分含量。EO/PO嵌段共聚物的通式如下：RO-[-(EO)m(PO)n-]-H；其中，R为碳原子数5-20的烃链，m为EO的重复单元数，n为PO的重复单元数，m与n的和小于20。光阻倒塌率：是指不同深宽比的光阻润湿清洗后的倒塌率比例，深宽比越大，倒塌率越少，说明光刻润湿液的技术效果越好；A：深宽比大5，光阻倒塌率明显改善；B：深宽比大于3，小于5，光阻倒塌率明显改善；C：深宽比小于3，光阻倒塌率明显改善。线偏差：是指曝光后密线和疏线的线宽偏差；D1：偏差达到工艺要求；D2:有偏差，但基本达到工艺要求；D3：偏差很大，不能达到工艺要求。孔圆度：是指细孔的形状偏移度和边沿的粗糙度；Y1：圆度达标，边沿清晰；Y2；圆度有少量偏差，边缘清晰；Y3：圆度偏差较大，边沿模糊。表面粗糙度：是指线端面的粗糙精细度；R1：粗糙度达到工艺要求；R2：粗糙度略差，但不影响良率；R3：粗糙度很差，达不到工艺要求。另外，PEG和丙三醇的增溶抑泡作用如表2所示：表2PEG和丙三醇的增溶抑泡作用表2中：百分含量都为质量百分含量。EO/PO嵌段共聚物的通式如下：RO-[-(EO)m(PO)n-]-H；其中，R为碳原子数5-20的烃链，m为EO的重复单元数，n为PO的重复单元数，m与n的和小于20。溶解性：A：溶解不充分，有油容物；B：溶解性改善；C：形成真溶液。泡沫：A：泡沫重；B：泡沫改善；C：基本无泡沫。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.光刻润湿液，其特征在于，其含有水、有机碱和活性剂；/n所述有机碱为胍类有机碱或哌嗪类有机碱；/n所述活性剂为EO/PO嵌段共聚物与水溶性聚合物的组合物。/n

【技术特征摘要】
1.光刻润湿液，其特征在于，其含有水、有机碱和活性剂；
所述有机碱为胍类有机碱或哌嗪类有机碱；
所述活性剂为EO/PO嵌段共聚物与水溶性聚合物的组合物。


2.根据权利要求1所述的光刻润湿液，其特征在于，所述胍类有机碱选自单胍及其衍生物，化学结构式如下：



其中，R1、R2、R3各自独立地为H、烃基或杂环取代基；
或者，所述胍类有机碱选自双胍及其衍生物，化学结构式如下：



其中，Ra、Rb、Rc、Rd各自独立地为H、烃基、芳香基团或杂环取代基。


3.根据权利要求1所述的光刻润湿液，其特征在于，所述哌嗪类有机碱选自哌嗪及其衍生物，化学结构式如下：



其中，Rs1、Rs2各自独立地为H、甲基、乙基、氨基、羟甲基或羟乙基。


4.根据权利要求1所述的光刻润湿液，其特征在于，所述EO/PO嵌段共聚物的通式如下：
RO-[-(EO)m(PO)n-]-H
其中，R为碳原子数5-20的烃链，m为EO的重复单元数，n为PO的重复单元数...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋伟红，余伟，
申请(专利权)人：常州时创新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32