用于微型光刻的光敏性硬掩模制造技术

本发明专利技术提供了一种新颖的硬掩模组合物，该组合物包含分散或溶解在溶剂体系中的非聚合物型的含金属的纳米颗粒，还提供了将这些组合物在微电子结构中用作硬掩模层的方法。所述组合物是光敏性的，能够一经辐射曝光就变得可溶于显影剂。本发明专利技术的硬掩模层与光刻胶层同时形成图案，为随后的图案转移提供抗等离子体蚀刻性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及可以使用极薄的光刻胶层形成微电子结构的组合物和微型光刻法。
技术介绍
现有技术说明通过显微光刻法制造的半导体结构的密度和尺寸反映了微电子制造的进展。对 于高密度和小临界尺寸(CD)的需求不断将光刻技术推向其极限。为了跟上半导体工业 的步伐，需要将下一代的形成图案材料和创新性的光刻法综合用于高分辨率光刻。由于 临界特征尺寸减小到32纳米以及低于32纳米，而另一方面，印刷的线路的长宽比有一定 的限制，以避免可能发生的线路破坏，因此人们广泛接受采用薄的光刻胶，以获得较好 的分辨率和大的焦深(DOF)。人们采用瑞利定律定义图案分辨率和焦深(DOF)分辨率=Jc1 λ/NA;以及DOF = k2 λ /NA2,其中λ是辐射波长，NA是曝光器具的数值孔径，1^和]^2是特定工艺的常数。 瑞利的理论表明，用短波长和大数值孔径曝光的曝光器具能够获得更好的图案分辨率。 正因为这个原理，微电子工业逐渐地采用短曝光波长。但是，瑞利定律还表明分辨率的 提高会造成DOF降低。使用薄的光刻胶会造成1^值减小，1^2值增大，由此获得较好的 分辨率和大的DOF。但是，减小的光刻胶厚度无法提供足够的抗蚀性以将图案转移到基 片中，对于193纳米的ArF光刻尤为如此。由于透光性的要求，不能在ArF抗蚀剂内加 入芳族结构，因此大部分ArF抗蚀剂的蚀刻速度甚至比以前的光刻胶更快。为了获得更 好的分辨率，需要更薄的光刻胶，而为了获得图案转移需要足够的蚀刻余量，为了解决 此二者之间的矛盾，目前仅有几个工艺和材料的解决方案。在一种方法中，在多层蚀刻层叠体中添加了含硅或者含金属的硬掩模，以帮助 提供完全的图案转移。通常使用反应离子蚀刻(RIE)打开光刻胶之下的硬掩模层。很明 显，所述硬掩模-光刻胶蚀刻选择性决定了光刻胶可以有多薄。不幸的是，在常用的硬 掩模等离子体蚀刻化学条件下，几乎所有的目前可采用的光刻胶仍然会较快地蚀刻。因 此，仍然需要相当厚的光刻胶来进行高分辨率光刻。另一种解决方案是使用可溶于显影剂的下层材料，从而省去在其他情况下需要 采用的蚀刻步骤。文献已描述可各向同性显影的光敏性底部减反射涂层。但是，在可各 向同性显影的底部减反射涂层中，很难控制下部凹进现象。对于光敏性的可各向异性显影的底部减反射涂层，一个主要的问题是当将所述减反射涂层涂覆在基片的形貌上的时 候该涂层的清除以及CD均勻性。另一方面，如果将其涂覆在旋涂碳(SOC)平面化层顶 上，这些有机底部减反射涂料无法有效地用作硬掩模。更近一些时候，直到人们能够采用小于193纳米(例如13.5纳米)的曝光波长之 前，对下一个印刷节点进行多次曝光的技术成为了仅有的可行的选择。人们已经研究并 报道了许多用于多次曝光技术的工艺方案。一些方案使用明视场掩模，其中只有少部分 的光刻胶，例如线条受到保护而不被曝光，而剩余部分的光刻胶都曝光。然后使得所述 光刻胶与显影剂接触，除去光刻胶的曝光部分，从而仅在硬掩模层上留下未曝光的光刻 胶部分(即线条)。通过蚀刻除去除了位于光刻胶的未曝光部分之下的区域以外的硬掩模 层，将所述图案转移到硬掩模中。重复该过程，直至获得所需的图案。在暗视场曝光工 艺中，大部分光刻胶受到保护未被曝光，而仅有小部分光刻胶曝光，在显影后被除去。 与明视场的情况相同，随后必须使用蚀刻工艺将所述图案转移到硬掩模中。同样，ArF浸没光刻以及双重图案形成一起提供了更为现实的32纳米和22纳米 半节距节点制造的方案。但是，即使与EUV光刻相比，现有的平版印刷-蚀刻-平版印 刷-蚀刻(LELE)工艺也是非常昂贵的。因此，许多现有的工艺仍然需要干蚀刻步骤，将图案转移到下面的层中。所述 干蚀刻步骤使得工艺复杂，提高了相关的成本和时间。因此，本领域需要一种保护材 料，该保护材料可用作硬掩模层，用于平民化层之上，或者用于多次曝光工艺中，由此 省去蚀刻步骤，以便使用极薄的光刻胶层用来提高DOF和CD控制。人们还需要可以用 于ArF浸没光刻以及双重图案形成的硬掩模层。
技术实现思路
本专利技术通过广泛地提供了用来形成微电子结构的组合物，用来形成所述结构的 方法，以及该结构，克服了这些问题。本专利技术提供了一种硬掩模组合物，所述组合物能 够减小所需的光刻胶厚度，甚至省去所述光刻胶，与此同时，能够通过省去蚀刻步骤而 缩短工艺时间。另外，本专利技术提供了一种材料，所述材料可以简单地通过旋涂施加，与 常规的氮化硅/氧化硅化学气相沉积(CVD)工艺相比，所述材料需要较少的时间，而且 较为廉价。另外，特别是当本专利技术与多次图案形成工艺相结合的时候，本专利技术可以继续 将CD缩小到并低于32纳米的节点，同时通过省去蚀刻步骤，还降低现有的多层制造的 成本。更具体来说，本专利技术提供了一种可以用来形成微电子器件的组合物。所述组合 物包含溶解或分散在溶剂体系中的非聚合物型纳米颗粒。较佳的是，所述组合物可溶于 显影剂。本专利技术还提供了形成微电子结构的方法。所述方法包括提供具有表面的基片。 任选地在所述基片的表面上形成一层或多层中间层。硬掩模组合物施加在与所述中间层 (如果有的话)相邻的位置，或者与基片表面相邻的位置(如果没有中间层的话)。所述 硬掩模组合物包含溶解或分散在溶剂体系中的非聚合物型纳米颗粒。对硬掩模组合物进 行烘烤，在中间层(如果存在的话)上形成硬掩模层，或者在基片表面(如果没有中间层 的话)上形成硬掩模层。对所述硬掩模层进行辐射曝光，形成硬掩模层的曝光部分。较佳的是，使得所述硬掩模层与显影剂接触，从而除去硬掩模层的曝光部分。本专利技术还提供了一种微电子结构，所述结构包括具有表面的基片，在所述基片 表面上任选地包括一层或多层中间层，以及与所述中间层(如果存在的话)相邻的硬掩模 层，或者与所述基片表面相邻的(如果不存在中间层)硬掩模层。所述硬掩模层包括交 联的非聚合物型纳米颗粒。较佳的是，所述硬掩模层可溶于显影剂。附图说明本专利或申请文件包括至少一幅彩色的附图。本专利或专利申请公开的包括彩 色附图的副本将在请求和支付所需的费用之后由专利局提供。图I(A)-(D)是本专利技术方法形成的结构(未按比例)的示意图；图2是实施例1的硬掩模制剂2的层厚度(单位为纳米)_曝光剂量(单位为毫 焦/厘米2)的对比曲线；图3是在实施例3中使用硬掩模制剂2形成的图案的扫描电子显微(SEM)照 片；图4是实施例4的硬掩模制剂3的层厚度(单位为纳米)_曝光剂量(单位为毫 焦/厘米2)的对比曲线；图5是实施例5的三层层叠体(底部减反射涂层，硬掩模制剂4，以及光刻胶) 的厚度(单位为纳米)-曝光剂量(单位为毫焦/厘米2)的对比曲线；以及图6显示了实施例6中使用CF4, Ar和O2气体混合物的制剂5的蚀刻速率(单 位为纳米/分钟)。具体实施例方式本专利技术的组合物本专利技术的组合物是可热固化的(即可交联的)，并且在用选定波长的辐射曝光之 后，可溶于碱性显影剂(即可湿显影的)。也就是说，所述组合物在固化后优选都不溶于 有机溶剂和光刻胶显影剂，但是一经辐射曝光就可解交联(decrosslink)并可以用显影剂 除去(即所述硬掩模组合物是光敏性的且可溶于显影剂的)。这使得硬掩模层的曝光部分 和未曝光部分具有不同的溶解速率，使曝光的部分能被除去，同时不会除去未被曝光的 部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成微电子结构的方法，该方法包括：　　（ａ）提供具有表面的基片；　　（ｂ）任选地在所述表面上形成一层或多层中间层；　　（ｃ）如果存在所述中间层的话，施加与所述中间层相邻的硬掩模组合物，或者如果不存在中间层的话，施加与所述基片表面相邻的硬掩模组合物，所述硬掩模组合物包含溶解或分散在溶剂体系中的非聚合物型纳米颗粒；　　（ｄ）对所述硬掩模组合物进行烘烤，以制得硬掩模层；　　（ｅ）对所述硬掩模层进行辐射曝光，形成所述硬掩模的曝光部分；以及　　（ｆ）使得所述硬掩模层与显影剂接触，以除去所述硬掩模层的所述曝光部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐昊，RML梅尔卡多，DJ格雷罗，
申请(专利权)人：布鲁尔科技公司，
类型：发明
国别省市：US