專利名稱：用來(lái)通過(guò)多次暗視場(chǎng)曝光對(duì)硬掩模進(jìn)行圖案化的在線法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及通過(guò)顯微光刻制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，更具體涉及通過(guò)多次曝光 進(jìn)行節(jié)距倍增從而制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法?，F(xiàn)有技術(shù)說(shuō)明通過(guò)顯微光刻法制造的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的密度和尺寸反映了微電子制造的進(jìn)展。對(duì)于 高密度和小臨界尺寸(CD)的需求不斷推動(dòng)著光刻技術(shù)向著極限發(fā)展。在光刻工藝達(dá)到極 限的時(shí)候，形成具有不嚴(yán)格節(jié)距的特征時(shí)實(shí)現(xiàn)的CD可以小于具有高節(jié)距(例如線條/間距 比為1 1)的特征的CD。這種工藝為了獲得較小的CD而進(jìn)行的犧牲是減小特征密度。原 則上來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)重復(fù)曝光過(guò)程來(lái)彌補(bǔ)密度的損失。迄今為止，較小的⑶的可能尚未獲得嚴(yán)格的研究，這主要是因?yàn)閮蓚€(gè)因素(1)多 次曝光工藝的高成本和高復(fù)雜性，以及(2)可以采用其它的方式減小CD。在近十年內(nèi)，微電 子工業(yè)主要依賴于使用曝光裝置的較短輻射波長(zhǎng)獲得較小的CD。光刻技術(shù)已經(jīng)成功地從 i-線(365納米)發(fā)展到了 KrF (248納米)和ArF (193納米)?？梢酝ㄟ^(guò)193納米的浸沒(méi)光刻法可靠地印刷包括45納米的線條/間距、節(jié)距1 1 的圖案。但是，由于浸沒(méi)光刻法很快達(dá)到了其分辨率的極限，目前的趨勢(shì)開(kāi)始開(kāi)發(fā)包括使用 高數(shù)值孔徑(NA)的裝置和/或浸沒(méi)流體的光刻法。單獨(dú)通過(guò)使用具有高NA功能(> 1.0) 的成像裝置或者將其與浸沒(méi)相結(jié)合，提供了能夠?qū)崿F(xiàn)更高圖案分辨率的方法，所述圖案具 有更小的臨界尺寸和更高的密度。這些優(yōu)點(diǎn)是有可能的，因?yàn)榭梢詫⒏罅康墓鈧鬏數(shù)匠?像層。但是，這些選擇成本很高，需要新的成套裝置。更近一些時(shí)候，直到人們能夠采用小于193納米(例如13. 5納米)的曝光波長(zhǎng)之 前，對(duì)接下來(lái)的印刷節(jié)點(diǎn)進(jìn)行多次曝光的技術(shù)成為了僅有的可行的選擇。人們已經(jīng)研究并 報(bào)道了許多用于多次曝光技術(shù)的工藝方案。大部分所述方案使用亮視場(chǎng)掩模。換言之，只 有少部分的光刻膠，例如線條受到保護(hù)而不被曝光，而剩余部分的光刻膠都曝光。然后使得 所述光刻膠與顯影劑接觸，除去光刻膠的曝光部分，僅在硬掩模層上留下未曝光的光刻膠 部分(即線條)。通過(guò)蝕刻除去硬掩模層中除了位于光刻膠未曝光部分之下的區(qū)域以外的 部分，將所述圖案轉(zhuǎn)移到硬掩模中。重復(fù)該過(guò)程，直至獲得所需的圖案。常規(guī)的亮視場(chǎng)工藝 的一個(gè)缺陷在于，在進(jìn)行第二次曝光_顯影_蝕刻過(guò)程之前，必須重新將硬掩模施加在基片 上。該額外的步驟延長(zhǎng)了工藝時(shí)間，并且增加了總體成本。人們幾乎沒(méi)有注意到使用暗視 場(chǎng)掩模形成通孔或凹槽之類的特征的方法。在暗視場(chǎng)曝光工藝中，很大一部分光刻膠受到保護(hù)未被曝光，僅有小部分光刻膠曝光，在顯影后被除去。與亮視場(chǎng)的情況相同，隨后必須 通過(guò)蝕刻過(guò)程將所述圖案轉(zhuǎn)移到硬掩模中。因此，現(xiàn)有的兩次曝光工藝需要在兩次曝光之間進(jìn)行干蝕刻步驟。換言之，必須首 先通過(guò)反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)將第一次曝光時(shí)形成的圖案轉(zhuǎn)移到下方的層中，然后才能進(jìn) 行第二次曝光。所述干蝕刻步驟顯著提高了所述兩次曝光技術(shù)的復(fù)雜程度。因此，本領(lǐng)域 需要一種多次圖案化技術(shù)，該技術(shù)無(wú)需施加第二硬掩模層，也取消了所述干蝕刻步驟。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明廣泛地提供了用來(lái)形成微電子結(jié)構(gòu)的方法，具體來(lái)說(shuō)是多次曝光法，還提 供了用來(lái)形成所述結(jié)構(gòu)的組合物以及該結(jié)構(gòu)，克服了這些問(wèn)題。 更具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明包括在基片的表面施加硬掩模組合物。所述硬掩模組合物包 含分散或溶解在溶劑體系中的聚合物。對(duì)所述組合物進(jìn)行烘焙，在基片上形成硬掩模層。在 所述硬掩模層上施加光敏性組合物，在所述硬掩模層頂上形成第一成像層，將所述第一成 像層對(duì)活性輻射曝光，在所述第一成像層中形成曝光的部分。使得所述第一成像層與顯影 劑接觸，從而除去成像層的曝光部分。較佳的是，這還除去了第一成像層中曝光部分下方的 硬掩模層的部分，形成了圖案化的硬掩模層。然后使得所述第一成像層與有機(jī)溶劑接觸，從 硬掩模層除去第一成像層。對(duì)所述硬掩模層施加第二光敏性組合物，在所述圖案化的硬掩 模層頂上形成第二成像層。這是在不對(duì)基片施加另外的硬掩模組合物的情況下完成的。本發(fā)明還提供了一種本發(fā)明的硬掩模組合物，該組合物包含分散或溶解在溶劑體 系中的聚合物。所述聚合物包含以下重復(fù)單體(I)和(II)
權(quán)利要求
一種形成微電子結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括(a)提供具有表面的基片；(b)施加與所述基片表面相鄰的硬掩模組合物，所述硬掩模組合物包含分散或溶解在溶劑體系中的聚合物；(c)對(duì)所述硬掩模組合物進(jìn)行烘焙，以制得硬掩模層；(d)施加光敏性組合物，在所述硬掩模層頂上形成第一成像層；(e)使得所述第一成像層對(duì)活性輻射曝光，在所述第一成像層中形成曝光部分；(f)使所述第一成像層與顯影劑接觸，除去所述第一成像層的所述曝光部分，所述接觸還造成位于所述第一成像層中所述曝光部分之下的所述硬掩模層的部分被除去，形成圖案化的硬掩模層；(g)使所述第一成像層與有機(jī)溶劑接觸，以除去所述第一成像層；以及(h)施加第二光敏性組合物，在所述圖案化的硬掩模層頂上形成第二成像層，并且不對(duì)所述基片施加另外的硬掩模組合物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在施加所述硬掩模層之前、 對(duì)所述基片施加中間層的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在(a)-(h)過(guò)程中不進(jìn)行干蝕刻。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在(g)過(guò)程中，所述圖案化的硬掩模層的圖 案保持完好。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一成像層是光刻膠。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一成像層的厚度約為20-200納米。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬掩模組合物在(c)過(guò)程中發(fā)生熱交 聯(lián)，制得固化的硬掩模層。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬掩模層具有在堿顯影劑中的初始溶 解度，其中所述曝光(e)還包括使得所述硬掩模層的至少一部分對(duì)活性輻射曝光，制得所述硬掩 模層的曝光部分，所述硬掩模層的所述曝光部分在堿顯影劑中具有最終溶解度，所述最終 溶解度大于所述初始溶解度。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括(i)使得所述第二成像層對(duì)活性輻射曝光，在所述第二成像層中形成曝光部分；(j)使所述第二成像層與顯影劑接觸，除去所述曝光部分，所述接觸還造成位于所述第 二成像層中所述曝光部分之下的所述硬掩模層的部分被除去，形成進(jìn)一步圖案化的硬掩模 層；(k)使所述第二成像層與有機(jī)溶劑接觸，以除去所述第二成像層。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在(j)過(guò)程形成的所述圖案化的硬掩模層 的圖案在(k)過(guò)程中保持完好。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在(a)-(k)過(guò)程中不進(jìn)行干蝕刻。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括(1)將(j)中形成的所述圖案化的硬掩模層的圖案轉(zhuǎn)移到基片。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述(1)包括對(duì)所述圖案化的硬掩模層和基片進(jìn)行蝕刻。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述圖案化的硬掩模層的圖案包括通孔 和凹槽。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物包含重復(fù)單體(I)和(II)式中
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物包含以下重復(fù)單元式中
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，M1選自下組Ti，Zr,Si和Al。
18.—種硬掩模組合物，該組合物包含分散或溶解在溶劑體系中的聚合物，所述聚合物 包含重復(fù)單體(I)和(II)
19.如權(quán)利要求18所述的組合物，其特征在于，所述單體(I)與單體(II)之比約為 0.2 0.8至0.8 0.2，其中單體(I)的R2是含硅部分。
20.如權(quán)利要求18所述的組合物，其特征在于，以所述組合物總重量為100重量％計(jì)， 所述組合物包含約1-20重量％的聚合物。
21.如權(quán)利要求18所述的組合物，其特征在于，所述聚合物還包含重復(fù)苯乙烯單體。
22.如權(quán)利要求18所述的組合物，其特征在于，所述組合物還包含選自以下的組分交 聯(lián)劑、催化劑、光減弱部分、表面活性劑、粘合促進(jìn)劑、抗氧化劑、光引發(fā)劑、以及上述組分的 組合。
23.如權(quán)利要求22所述的組合物，其特征在于，所述組分是交聯(lián)劑，所述交聯(lián)劑是乙烯 基醚交聯(lián)劑。
24.一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括 具有表面的基片；與所述表面相鄰的硬掩模層，所述硬掩模層由硬掩模組合物形成，所述硬掩模組合物 包含分散或溶解在溶劑體系中的聚合物，所述聚合物包含重復(fù)單體(I)和(II)
25.如權(quán)利要求24所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述硬掩模層是光敏性的。
26.如權(quán)利要求24所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述硬掩模層不溶于選自TMAH和KOH的 含水堿顯影劑。
27.如權(quán)利要求24所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)還包括與所述硬掩模層相鄰的 成像層。
28.如權(quán)利要求24所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述硬掩模層包括圖案。
29.如權(quán)利要求28所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述圖案選自通孔和凹槽。
30.如權(quán)利要求28所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)還包括與所述硬掩模層相鄰的 成像層。
31.如權(quán)利要求28所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述硬掩模層基本不溶于選自以下的有 機(jī)溶劑乳酸乙酯，丙二醇甲基醚乙酸酯，丙二醇甲基醚，丙二醇正丙基醚，環(huán)己酮，丙酮， Y-丁內(nèi)酯及其混合物。
32.如權(quán)利要求24所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基片選自硅，SiGe，SiO2,Si3N4，鋁， 鎢，硅化鎢，砷化鎵，鍺，鉭，氮化鉭，珊瑚，黑金剛石，摻雜磷或硼的玻璃，以及上述材料的混 合物。
33.一種形成微電子結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括(a)提供具有表面的基片；(b)施加與所述基片表面相鄰的硬掩模組合物，所述硬掩模組合物包含分散或溶解在溶劑體系中的聚合物；(C)對(duì)所述硬掩模組合物進(jìn)行烘焙，以制得硬掩模層；(d)施加光敏性組合物，在所述硬掩模層頂上形成第一成像層；(e)使得所述第一成像層對(duì)活性輻射曝光，在所述第一成像層中形成曝光部分；(f)使所述第一成像層與顯影劑接觸，除去所述第一成像層的所述曝光部分，所述接觸 還造成位于所述第一成像層中所述曝光部分之下的所述硬掩模層的部分被除去，形成圖案 化的硬掩模層；(g)使所述第一成像層與有機(jī)溶劑接觸，以除去所述第一成像層；以及(h)施加光敏性組合物，在所述圖案化的硬掩模層頂上形成第二成像層，在(a)-(h)過(guò) 程中不進(jìn)行干蝕刻。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種使用多次曝光-顯影工藝在可溶于顯影劑的硬掩模層上形成通孔或凹槽結(jié)構(gòu)的方法。在對(duì)成像層進(jìn)行顯影的同時(shí)對(duì)硬掩模層圖案化。在使用有機(jī)溶劑剝除成像層之后，可以使用隨后的曝光-顯影工藝對(duì)同一硬掩模進(jìn)行進(jìn)一步的圖案化。最終，可以使用蝕刻工藝將圖案轉(zhuǎn)移到基片上。
文檔編號(hào)G03F7/26GK101971102SQ200980108881
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2009年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月29日
發(fā)明者S·X·孫, T·D·弗萊, 徐昊 申請(qǐng)人:布魯爾科技公司