用于深紫外线光刻的层状结构以及形成光刻层状结构的方法技术

一种用于制造可以改进光致抗蚀剂分辨率和工艺窗口的抗反射层的方法包括：提供一第一体积的有机抗反射化学品；提供一第二体积的光－酸发生元化学品，第二体积是第一体积的０．０１％～３０％；基本同时混合第一体积的有机抗反射化学品和第二体积的光－酸发生元化学品，以得到一增强抗反射化学品，其酸水平得到提高，其中，增强抗反射化学品酸水平的增加减少了后续在抗反射涂层（ＡＲＣ）的界面上旋涂深紫光致抗蚀剂层的酸损的影响。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件的制造。更具体地说，本专利技术涉及用于改进深紫外线光刻技术中光致抗蚀剂显影的分辨率(resolution)和工艺窗口的技术。在半导体集成电路的制造过程中，采用熟知的光刻技术在集成电路芯片的不同层上构造各种功能图线的图案。一般地，光刻技术涉及有选择地将涂在晶片上的光致抗蚀剂的区域暴露在一放射图案下，然后，显影曝光的光致抗蚀剂，以在后续蚀刻操作中有选择地保护晶片层(如金属，多晶硅层和介电层)的区域。一般地，光致抗蚀剂是一辐射敏感材料，它典型地旋涂在硅晶片上一选定的层上。光致抗蚀剂材料根据在曝光过程中它如何与光辐射反应，分成正光致抗蚀剂和负光致抗蚀剂。正光致抗蚀剂当暴露在辐射作用下时，变得更加可溶，所以在显影时更容易移去。相反，负光致抗蚀剂当暴露在辐射作用下时变得更加不可溶，所以，可以移去非暴露区域。尽管传统的I-线光刻工艺对在0.35微米技术和更大的图线尺寸的效果良好，但随着集成电路图线尺寸不断减少，构图的光致抗蚀剂有很多分辨率的限制。为了解决这个问题，光刻技术工程师采用波长比传统的I-线波长(也就是，365nm)短的光。如，许多通用光刻技术现在采用深紫外光(DUV,deepultra-violet)波长(如248nm波长)。在光刻工艺中采用DUV波长，结果，多个DUV光致抗蚀剂也被显影，从而更好地与短波长配合。当工程师们注意到在DUV波长下，I-线光刻技术所用传统的光致抗蚀剂呈现不透光特性时，需要使用DUV专门光致抗蚀剂。一般DUV光致抗蚀剂包括两个基本成分一具有脱保护基(deprotection group)的聚合物树脂(polymer resin)和一光-酸发生元(PAG,1hoto-acid generator)。当一“正”DUV光致抗蚀剂层被选择性地曝光以形成集成电路的几何形状时，DUV光致抗蚀剂的曝光区域的PAG经历一化学分解并产生强酸的过程。曝光以后，晶片然后被移到一热板上，在这里后曝光烘烤(PEB)将使产生的酸催化DUV光致抗蚀剂的聚合物树脂的脱保护基。一旦聚合物树脂的脱保护基被催化，曝光的DUV光致抗蚀剂将变得可溶在水基显影剂溶液中。最好，在后曝光烘烤操作中，延伸至下层的DUV光致抗蚀剂材料的所有曝光的聚合物树脂都被催化。然而，在多个小图形几何形状的精细检测下，发现不同量的DUV光致抗蚀剂仍保留在DUV光致抗蚀剂和抗反射层的界面上，并且显影以后会产生熟知的垫层和浮渣效应(footing and scummingeffect)。为了说明这个问题，附图说明图1示出了半导体基底100的截面图，它包括一显影的光致抗蚀剂层106。半导体基底100上有一个层102，它是后续蚀刻操作的目标。一传统的底抗反射层(BARL)104典型地施加在层102上，帮助消除反射光，以更好地控制临界尺寸(CDs)。最后，一正DUV光致抗蚀剂层106旋涂在底抗反射层层104上。当多个示例性特征图案通过掩模母版分步曝光装置曝光以后，执行后曝光烘烤操作和显影，会出现一比较差的分辨率。如图所示，DUV光致抗蚀剂108的分辨率差，它是由区域108a-108c中未显影光致抗蚀剂材料所导致的。当PAG的酸性化合物损失以后会出现差的分辨率。酸损与多种熟知的因素有关，包括基本中和(base neutralization)，蒸发或两种都有。有时，空气和光致抗蚀剂界面上的酸损非常严重，从而导致产生非常差的分辨率(如区域108c所示)。差的分辨率有时称为“T-top”(也就是，接触孔结构的封闭图案和线/空间结构的桥接图案)。结果，在标号108c处只去掉DUV光致抗蚀剂层106的表皮层。另外，在底抗反射层层104和DUV光致抗蚀剂层106的界面120上也会发生酸损，图1B示出了由于“酸扩散”和“酸中和”产生的酸损。图1B示出了多个酸扩散箭头130，它形象地示出了DUV光致抗蚀剂层106的酸损。当在界面120上发生酸损时，在区域108a上会出现称为“浮渣”或“垫层”的差分辨效果，在区域108b会出现精细图案。差分辨率的另一个原因是差的空气影象，当光经过掩模分步曝光机时光发生衍射，会产生这种情况。例如，当在光刻工艺中采用248nm波长时，临界尺寸约175nm的图形会遭受增加的光衍射作用。结果，在DUV光致抗蚀剂层106上会产生差的空气影象，所以，减少了用于产生强酸来催化底抗反射层层104界面120附近脱保护反应的光的浓度。因此，当发生一定量酸损时，DUV光致抗蚀剂层106和抗反射层104的界面附近区域不会产生足够的酸，所以只有少量酸用来催化聚合物树脂的脱保护基。因为聚合物树脂的脱保护层没有得到足够的催化，在显影过程中，DUV光致抗蚀剂的这些区域将保持不溶解，区域108a-c保持在显影的光致抗蚀剂中。也就是，在显影过程中，只有一部分光致抗蚀剂可溶解，所以导致非常差的图形分辨率。随着对集成电路的要求日趋小型化，差的光致抗蚀剂分辨率越来越成问题。如上所述，需要有用于减少DUV光致抗蚀剂的酸损的方法和装置，以防止光刻工艺中出现差分辨率效果。广而言之，本专利技术通过提供一种改进的抗反射层而满足这些需求，改进的抗反射层包括一预定量的光-酸发生元(PAG)，它是用来弥补DUV光致抗蚀剂的酸损和不充足的曝光。必须理解的是本专利技术可以用多种方式来实践，包括一工艺、一装置、一系统、一器件或一种方法。这里介绍了本专利技术的几个实施例。在一个实施例中，公开一种用于制造可以改进光致抗蚀剂分辨率和工艺窗口的抗反射层的方法。该方法包括提供一第一体积的有机抗反射化学品；提供一第二体积的光-酸发生元化学品，第二体积约是第一体积的约0.01％～约30％；基本同时混合第一体积的有机抗反射化学品和第二体积的光-酸发生元化学品，以得到一增强抗反射化学品，其具有提高的酸水平。在另一实施例中，公开一种深紫外线光刻层状结构。该层状结构包括一选择用来构图的基层；一增强抗反射层，它具有一有机聚合物和一预定量添加光-酸发生元。层状结构还包括覆盖在增强抗反射层之上的深紫外线光致抗蚀剂层。深紫外线光致抗蚀剂包括一光-酸发生元成分和一有机聚合物树脂成分。在另一实施例中，公开一种用于生成可以改进光致抗蚀剂分辨率和工艺窗口的抗反射层的系统，该系统包括提供一第一体积的有机抗反射化学品的装置；提供一第二体积的光酸发生元化学品的装置，第二体积约是第一体积的0.01％～12％；基本同时混合第一体积的有机抗反射化学品和第二体积的光-酸发生元化学品，以得到一增强抗反射化学品的装置，其具有提高的酸水平。由于在有机聚合物抗反射层中加入了一定百分比的光-酸发生元，最好可以基本上避免上述光致抗蚀剂垫层和浮渣。因为在光致抗蚀剂和底抗反射层的界面上会产生更多的酸，可以获得更宽的工艺窗口，特别是当出现暴露条件时。通过下面的介绍以及用来显示本专利技术原理的示意图，可以更好地理解本专利技术的其它特征和优点。参考附图，通过下面的详细介绍，就能更好地理解本专利技术，在附图中，相同的参数表示相同的结构元件。附图中图1A和1B示出了半导体基底的截面图，它包括一被显影的光致抗蚀剂层，并显示了传统的DUV光刻技术的缺点；图2示出了一半导体基底的截面图，它包括本专利技术一实施例中的一覆盖层；图3示出了图2在施加上本专利技术一实施例中的增强抗反射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造可以改进光致抗蚀剂分辨率和工艺窗口的抗反射层的方法。该方法包括：提供一第一体积的有机抗反射化学品；提供一第二体积的光－酸发生元化学品，第二体积约是第一体积的约０．０１％～约３０％；基本同时混合第一体积的有机抗反射化学 品和第二体积的光－酸发生元化学品，以得到一增强抗反射化学品，其具有提高的酸水平。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：鲁志坚，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]