專利名稱：用形成水溶性樹脂和抗蝕劑材料的混合層制備微電子結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及集成電路領(lǐng)域，更具體的，涉及形成集成電路結(jié)構(gòu)的方法以及如此形成的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
已知用光源，例如激光，作為制造集成電路的光刻工藝的一部分。例如，已知采用i-線(i-line)和KrF受激準分子激光器在用于形成集成電路器件的集成電路襯底上形成圖形。隨著集成電路結(jié)構(gòu)尺寸的減小，在光刻工藝中采用能產(chǎn)生更短波長的激光器來形成結(jié)構(gòu)。例如，可以采用ArF和F2受激準分子激光器形成比用上面討論的i-線或KrF受激準分子激光器所形成的集成電路結(jié)構(gòu)更小的結(jié)構(gòu)。
還已知根據(jù)在光刻工藝期間所用的激光器的類型選擇光致抗蝕劑材料(用來形成要形成的結(jié)構(gòu)的圖形)。例如，光致抗蝕劑材料，例如聚(甲基)丙烯酸酯、環(huán)烯烴馬來酸酐(COMA)和聚降冰片烯，可以與ArF和F2受激準分子激光器一起使用。
掃描電子顯微鏡(SEM)可以用來測量由光刻工藝形成的結(jié)構(gòu)的尺寸。例如，SEM可以用來確認或測量由該工藝形成的結(jié)構(gòu)的臨界尺寸(CD)。但是，與某些光致抗蝕劑材料的使用有關(guān)的問題之一是，例如與上面討論的ArF受激準分子激光器有關(guān)的，暴露在SEM下可能導(dǎo)致被稱作線路邊緣粗糙(LER)和E-束收縮的現(xiàn)象。
圖1說明E-束收縮的示意圖，其中由光刻工藝形成的結(jié)構(gòu)的實際寬度由于暴露在SEM下而減小。此外，結(jié)構(gòu)暴露在SEM下的時間越長，結(jié)構(gòu)收縮的越多。例如，圖2是說明用SEM測量的實際結(jié)構(gòu)尺寸的測量結(jié)果的圖。如圖2所示，隨著自頂向下(top down) SEM測量的次數(shù)的增加，用ArF形成的結(jié)構(gòu)的實際尺寸與用SEM最初測量的結(jié)構(gòu)尺寸相比可以減小6％到15％的范圍。
E-束硬化已經(jīng)作為上面討論的E-束收縮問題的潛在解決方案被提出來了。特別是，已知用以劑量方式施加的聚焦曝光矩陣(FocusExposure Matrix(FEM))將結(jié)構(gòu)暴露在電子束下以增加在光刻工藝期間所用的抗蝕劑材料中的交聯(lián)效應(yīng)，從而在抗蝕劑材料出現(xiàn)分解之前硬化抗蝕劑材料。不幸的是，E-束技術(shù)的使用成本昂貴，并增加制造集成電路所用工藝的復(fù)雜性。
圖3是說明稱作LER現(xiàn)象的示意圖。由于在ArF抗蝕劑材料的聚合中均勻性不足，可以出現(xiàn)LER。均勻性不足可導(dǎo)致抗蝕劑材料的硬化，從而硬化的和未硬化的抗蝕劑材料之間的邊界是粗糙的或不平坦的。當(dāng)去掉未硬化的抗蝕劑材料時，硬化和未硬化的抗蝕劑材料之間的邊界是粗糙的或不平坦的，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的邊緣變得粗糙，如圖3所示。
在Ishibashi等人的標(biāo)題為Method of Manufacturing aSemiconductor Device Using a Minute Resist Pattern，and aSemiconductor Device Manufactured Thereby(＂Ishibashi＂)的美國專利No.6,319,853中進一步討論了E-束收縮和LER。

發(fā)明內(nèi)容
在抗蝕劑材料上采用可溶于水的涂層，根據(jù)本發(fā)明的實施例可以提供微電子結(jié)構(gòu)。按照這些抗蝕劑材料的實施例，可以在微電子襯底上形成抗蝕劑圖形。包括水溶性樹脂的涂層形成在抗蝕劑圖形上，其中水溶性樹脂和抗蝕劑材料彼此容易混合，并將它們混合以便在抗蝕劑圖形和非混合的涂層之間提供含有抗蝕劑材料和水溶性樹脂的混合層?？梢杂不旌蠈樱⑶铱梢詮挠不幕旌蠈由先サ舴腔旌系耐繉?。
硬化的混合層通過保護下面的抗蝕劑材料，例如ArF抗蝕劑、F2(157nm)抗蝕劑、遠紫外抗蝕劑或X-射線抗蝕劑來減少由于E-束輻射效應(yīng)引起的E-束收縮和LER。硬化的混合層可以增加由抗蝕劑材料限定的結(jié)構(gòu)寬度的數(shù)量到等于硬化的混合層的厚度。當(dāng)抗蝕劑材料和硬化的混合層暴露在E-束輻射中時，與常規(guī)系統(tǒng)相比可以減小由E-束引起的收縮。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，涂層包括重量百分比濃度范圍為大約5％和大約10％之間的水溶性樹脂溶液和至少一個或多個重量百分比濃度范圍為大約1％和大約20％之間的可溶于水的交聯(lián)劑的溶液或去離子水。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，涂層完全沒有交聯(lián)劑。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，涂層完全沒有離子水。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，通過使用完全不含可溶于水的有機溶劑，例如異丙醇(IPA)的水介質(zhì)沖洗硬化的混合層上的非混合涂層將非混合涂層從硬化的混合層上去掉。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，“用基本上由去離子水構(gòu)成的水介質(zhì)”將非混合涂層從硬化的混合層上沖洗掉。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，由于涂層的水溶解度，涂層的非混合部分可以例如只用水從結(jié)構(gòu)上沖洗掉，并且可以避免在一些常規(guī)方法中采用的可溶于水的有機溶劑(例如IPA)的使用。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，水溶性樹脂是吡咯烷酮系聚合物，例如丙烯酸系聚合物、烷基胺系聚合物、銨鹽系聚合物、馬來酸系聚合物或聚芳烴聚合物(polyaromatic polymer)。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，吡咯烷酮系聚合物包括聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚(1-乙烯基吡咯烷酮-co-丙烯酸)或聚(1-乙烯基吡咯烷酮-co-甲基丙烯酸2-甲基氨基乙酯)中的至少一種。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，丙烯酸系聚合物包括聚丙烯酸、聚(丙烯酰胺-co-丙烯酸)或聚(丙烯腈-co-丙烯酸)中的至少一種。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，烷基胺系聚合物包括聚(烯丙胺)、聚(二甲胺-co-表氯醇-co-乙二胺)或聚氮丙啶中的至少一種。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，銨鹽系聚合物包括聚(丙烯酰胺-co-二烯丙基二甲基氯化銨)、聚(二烯丙基二甲基氯化銨)或聚(乙烯基氯化芐)銨鹽中的至少一種。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，馬來酸系聚合物是聚(甲基乙烯基醚-alt-馬來酸)。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，聚芳烴聚合物包括聚(苯乙烯-co-馬來酸)、聚(苯乙烯羧酸)、聚(苯乙烯磺酸)或聚(羥基苯乙烯-co-甲基丙烯酸2-羥基乙酯)中的至少一種。


圖1是根據(jù)常規(guī)系統(tǒng)使用SEM測量的E-束收縮的示意圖。
圖2是說明根據(jù)常規(guī)系統(tǒng)使用SEM測量的E-束收縮的數(shù)量的圖。
圖3是根據(jù)常規(guī)系統(tǒng)使用SEM測量的結(jié)構(gòu)的LER的示意圖。
圖4A-4F是說明根據(jù)本發(fā)明的方法和結(jié)構(gòu)的框圖。
圖5是說明與常規(guī)方法相比采用根據(jù)本發(fā)明的實施例的典型結(jié)果的圖。
具體實施例方式
下文中將參考示出本發(fā)明的實施例的附圖對本發(fā)明進行更充分地介紹。本發(fā)明的構(gòu)成并不限于這里所述的實施例。因此，以在圖中的例子的方式示出特定實施例，并在這里進行詳細介紹。但是，應(yīng)當(dāng)理解，并不是要將本發(fā)明限定為公開的特殊形式。在附圖的所有介紹中相同的數(shù)字表示相同的元件。在圖中，為了表示得更清楚，層和區(qū)的尺寸可能被夸大。還應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)說明例如層、區(qū)或襯底等元件在另一個元件“之上”時，它可以直接在另一個元件的上面，或者存在插入元件。相反，當(dāng)說明例如層、區(qū)或襯底等元件“直接在另一個元件之上”時，則不存在插入元件。
如在這里所用的，術(shù)語“混合的”表示具有至少兩種構(gòu)成元素的材料或?qū)?。例如，所介紹的材料或?qū)訛榘ㄋ苄詷渲涂刮g劑材料的混合層時，應(yīng)當(dāng)理解構(gòu)成水溶性樹脂和抗蝕劑材料的材料出現(xiàn)在整個混合層中。還應(yīng)當(dāng)理解，構(gòu)成元素可以均勻地分布在整個混合層中。還應(yīng)當(dāng)理解，在混合層的不同部分的構(gòu)成元素彼此可以有不同的比例。
圖4A-4F示出了根據(jù)本發(fā)明形成的微電子結(jié)構(gòu)的實施例。如圖4A所示，在微電子襯底401上形成抗蝕劑圖形420。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，抗蝕劑圖形420可以是ArF抗蝕劑。在根據(jù)本發(fā)明的另一些實施例中，抗蝕劑圖形420可以是F2(157nm)抗蝕劑、遠紫外抗蝕劑、X-射線抗蝕劑等。
在圖4B中，在抗蝕劑圖形420和微電子襯底401上形成第二抗蝕劑或涂層425。涂層425可以是容易與抗蝕劑材料混合的水溶性樹脂，從而水溶性樹脂和抗蝕劑材料能夠互相混合。邊界450表示涂層425和抗蝕劑圖形420之間的邊界。
根據(jù)圖4C，將所示結(jié)構(gòu)加熱到大約80℃和大約150℃之間的范圍。加熱可以使抗蝕劑圖形420的一部分與相鄰的涂層425的一部分相混合，以在抗蝕劑圖形420和涂層425的非混合部分之間形成包括抗蝕劑材料和水溶性樹脂混合層430。加熱有時也稱作“混合和烘焙處理”(MB)，在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，包括將結(jié)構(gòu)加熱到大約110攝氏度，并持續(xù)60秒。應(yīng)當(dāng)理解，在根據(jù)本發(fā)明的其它實施例中，可以采用不同的溫度和時間。
通過交聯(lián)劑，加熱還可以促進包括在涂層425和抗蝕劑圖形420中的材料之間的使混合層硬化的交聯(lián)反應(yīng)，從而防止在混合層430下面的抗蝕劑圖形420在隨后的沖洗步驟中被去掉(或減少被沖洗去掉的抗蝕劑圖形420的數(shù)量)。
圖4D示出了在圖4C中用區(qū)470強調(diào)的結(jié)構(gòu)的放大圖，硬化的混合層430擴展到加熱之前涂層425和抗蝕劑圖形420之間的原始邊界450的外側(cè)和內(nèi)側(cè)，如箭頭440a和440b所示。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，硬化的混合層430的厚度在大約5nm和大約20nm之間的范圍內(nèi)。硬化的混合層430是在涂層425中的材料和抗蝕劑圖形420中的材料的混合物。涂層425的非混合部分保留在微電子襯底401上的硬化的混合層430的外側(cè)。
根據(jù)圖4E，通過用完全不含可溶于水的有機溶劑，例如異丙醇(IPA)的水介質(zhì)沖洗結(jié)構(gòu)涂層425的非混合部分從微電子襯底401和硬化的混合層430上去掉。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，用來沖洗結(jié)構(gòu)的水介質(zhì)基本由去離子水(DI)構(gòu)成。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，在用上述水介質(zhì)沖洗之前，用堿性TMAH溶劑沖洗非混合涂層，以減小在硬化的混合層430的側(cè)壁的底部的“基腳(footing)”現(xiàn)象。應(yīng)當(dāng)理解，在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，可以用TMAH溶液以外的其它堿性溶液沖洗非混合涂層。
如圖4F所示，可以用本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的SEM技術(shù)測量結(jié)構(gòu)，以測量如上所述形成的結(jié)構(gòu)的CD。根據(jù)本發(fā)明，硬化的混合層可以增加由材料限定的結(jié)構(gòu)的寬度到等于硬化的混合層的厚度。當(dāng)抗蝕劑材料和硬化的混合層暴露在E-束輻射中時，與常規(guī)系統(tǒng)相比可以減小E-束輻射引起的收縮。
此外，由于涂層的水溶解度，涂層425的非混合部分可以用例如基本上由水構(gòu)成的溶劑從結(jié)構(gòu)上沖洗掉，并且可以避免在一些常規(guī)方法中采用的可溶于水的有機溶劑(例如IPA)的使用。
下面將更加詳細的介紹上面討論的涂層425。涂層包括水溶性樹脂。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，涂層包括濃度范圍在下限為大約5、6、7、8或9％和上限為大約6、7、8、9或10％的范圍內(nèi)的水溶性樹脂的溶液。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，水溶性樹脂的分子量在下限為大約10,000、50,000、100,000、200,000、300,000、400,000或500,000和上限為大約500,000、600,000、700,000、800,000、900,000和1,000,000的范圍內(nèi)。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，水溶性樹脂的具有與水溶性樹脂的分子量成比例的濃度。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，涂層425包括額外的成分，例如表面活性劑。
水溶性樹脂可以是容易與選中的抗蝕劑材料混合的各種水溶性樹脂，從而水溶性樹脂和抗蝕劑材料能夠互相混合，如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的，包括，但不限于吡咯烷酮系聚合物樹脂、丙烯酸系聚合物樹脂、烷基胺系聚合物樹脂、銨鹽系聚合物樹脂、馬來酸系聚合物樹脂、聚芳烴聚合物樹脂及其混合物。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，水溶性樹脂可以是吡咯烷酮系聚合物，例如聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚(1-乙烯基吡咯烷酮-co-丙烯酸)或聚(1-乙烯基吡咯烷酮-co-甲基丙烯酸2-甲基氨基乙酯)。還應(yīng)當(dāng)理解，水溶性樹脂可以是這些材料的任意組合。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，水溶性樹脂可以是丙烯酸系聚合物，例如聚丙烯酸、聚(丙烯酰胺-co-丙烯酸)或聚(丙烯腈-co-丙烯酸)。還應(yīng)當(dāng)理解，水溶性樹脂可以是這些材料的任意組合。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，水溶性樹脂可以是烷基胺系聚合物，例如聚(烯丙胺)、聚(二甲胺-co-表氯醇-co-乙二胺)或聚氮丙啶。還應(yīng)當(dāng)理解，水溶性樹脂可以是這些材料的任意組合。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，水溶性樹脂可以是銨鹽系聚合物，例如聚(丙烯酰胺-co-二烯丙基二甲基氯化銨)、聚(二烯丙基二甲基氯化銨)或聚(乙烯基氯化芐)銨鹽。還應(yīng)當(dāng)理解，水溶性樹脂可以是這些材料的任意組合。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，水溶性樹脂可以是馬來酸系聚合物，例如馬來酸系聚合物包括聚(甲基乙烯基醚-alt-馬來酸)。還應(yīng)當(dāng)理解，聚合物可以是這些材料的任意組合。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，水溶性樹脂可以是聚芳烴聚合物，例如聚(苯乙烯-co-馬來酸)、聚(苯乙烯羧酸)、聚(苯乙烯磺酸)或聚(羥基苯乙烯-co-甲基丙烯酸2-羥基乙酯)。還應(yīng)當(dāng)理解，聚合物可以是這些材料的任意組合。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，涂層包括如上所述的水溶性樹脂，還包括交聯(lián)劑。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，交聯(lián)劑的濃度在下限為大約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18或19％和上限為大約2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20％的范圍內(nèi)。交聯(lián)劑可以是可以將在涂層中的材料與水溶性樹脂交聯(lián)的各種可溶于水的交聯(lián)劑，如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，可溶于水的交聯(lián)劑可以是多縮水甘油基銨基化合物，例如，異氰脲酸三縮水甘油酯、二縮水甘油基氨基(diclycidylamino)乙醇或其混合物。與常規(guī)方法相比，例如在Ishibashi等人的美國專利No.6,319,853中討論的，根據(jù)本發(fā)明的實施例的交聯(lián)劑時可溶于水的，從而不用使用可溶于水的有機溶劑，例如異丙醇(IPA)，而從結(jié)構(gòu)中沖洗掉交聯(lián)劑。在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，涂層完全沒有交聯(lián)劑。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，涂層包括如上所述的水溶性樹脂，還包括去離子水。在其它實施例中，涂層完全沒有去離子水。
在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，涂層包括如上所述的水溶性樹脂、如上所述的交聯(lián)劑和去離子水。
在抗蝕劑圖形420中的抗蝕劑材料可以是容易與涂層中的水溶性樹脂相混合的各種樹脂材料，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的?？梢圆捎帽绢I(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的方法確定線中的抗蝕劑材料是否容易與水溶性樹脂相混合。在一些實施例中，抗蝕劑材料為ArF。
現(xiàn)在參考下面的例子詳細介紹本發(fā)明的實施例。應(yīng)當(dāng)理解這些例子的目的是為了說明本發(fā)明的特征，而不是為了如權(quán)利要求書那樣限定本發(fā)明的范圍。
例子現(xiàn)在參考下面的例子詳細介紹根據(jù)本發(fā)明的實施例。應(yīng)當(dāng)理解這些例子的目的是為了說明本發(fā)明的特征，而不是為了如權(quán)利要求書那樣限定本發(fā)明的范圍。
例1ArF的第一抗蝕劑材料(從Shipley Co.，Ltd.可以得到)淀積在硅晶片上，并用抗蝕劑旋涂硅晶片。晶片在120攝氏度下經(jīng)過90秒的預(yù)浸處理，將溶劑從抗蝕劑中蒸發(fā)出來，從而形成厚度為大約3000埃的第一抗蝕劑圖形。通過掩模采用ArF減少曝光系統(tǒng)(reducedexposure system)使第一抗蝕劑圖形暴露在ArF準分子激光中。然后襯底在120攝氏度下經(jīng)過90秒曝光后烘培(Post Exposure Bake(PEB))處理。隨后，使用2.83wt.％的堿性TMAH溶液(從Tokyo Oyo-kagakuKogyo Ltd.可以得到)顯影襯底，產(chǎn)生抗蝕劑圖形。
例2通過混合聚乙烯吡咯烷酮(例如，5g，Mw＝55000，下文中簡寫為PVP)、異氰脲酸三縮水甘油酯(0.5g)和100cc的純水，并在室溫下攪動這樣制備的混合物12小時，然后用0.2μm的薄膜濾器過濾，形成含有水溶性樹脂和可溶于水的交聯(lián)劑的混合溶液作為第二抗蝕劑(或涂層)的材料?？梢栽谌芤褐屑由倭勘砻婊钚詣?br> 例3通過混合聚(二烯丙基二甲基氯化銨)(例如，0.5g)、二縮水甘油基氨基乙醇(0.5g)和100cc的純水，并在室溫下攪動這樣制備的混合物12小時，然后用0.2μm的薄膜濾器過濾，形成含有水溶性樹脂和可溶于水的交聯(lián)劑的混合溶液作為第二抗蝕劑(或涂層)的材料。可以在溶液中加少量表面活性劑。
例4通過混合聚(羥基苯乙烯-co-甲基丙烯酸2-羥基乙酯)(例如，0.5g)和100cc的純水，并在室溫下攪動這樣制備的混合物12小時，然后用0.2μm的薄膜濾器過濾，形成含有水溶性樹脂和可溶于水的交聯(lián)劑的混合溶液作為第二抗蝕劑(或涂層)的材料?？梢栽谌芤褐屑由倭勘砻婊钚詣?br> 例5通過混合聚(苯乙烯-co-馬來酸)(例如，0.5g)、異氰脲酸三縮水甘油酯(0.5g)和100cc的純水，并在室溫下攪動這樣制備的混合物12小時，然后用0.2μm的薄膜濾器過濾，形成含有水溶性樹脂和可溶于水的交聯(lián)劑的混合溶液作為第二抗蝕劑(涂層)的材料。可以在溶液中加少量表面活性劑。
例6如在例2中所述制備的第二抗蝕劑落在具有在例1中所述形成的第一抗蝕劑圖形的硅晶片上。用第二抗蝕劑旋涂硅晶片。隨后，晶片在110攝氏度下經(jīng)過60秒的混合和烘培(MB)處理，從而加速混合反應(yīng)和交聯(lián)反應(yīng)。通過以下步驟溶解并從晶片上去掉非混合層用水沖洗晶片60秒，并干燥晶片，同時旋轉(zhuǎn)晶片。然后晶片在110攝氏度下經(jīng)過顯影后烘培處理，從而在由混合層使寬度增加20nm的第一抗蝕劑圖形(即，第一抗蝕劑的寬度從110nm增加到130nm)上形成混合層。根據(jù)下面的參數(shù)將第一抗蝕劑圖形上的混合層暴露在CD-SEM中800eV、6.0pA和8幀(frame)。觀察到在第一抗蝕劑圖形上的混合層的寬度被E-束減少了8nm(即，從130nm到122nm)。
例7如在例3中所述制備的第二抗蝕劑淀積在具有在例1中所述形成的第一抗蝕劑圖形的硅晶片上。用第二抗蝕劑旋涂硅晶片。隨后，晶片在110攝氏度下經(jīng)過60秒的混合和烘培(MB)處理，從而加速混合反應(yīng)和交聯(lián)反應(yīng)。通過以下步驟溶解并從晶片上去掉非混合層用水沖洗晶片60秒，并干燥晶片，同時旋轉(zhuǎn)晶片。然后晶片在110攝氏度下經(jīng)過顯影后烘培處理，從而在由混合層使寬度增加10nm的第一抗蝕劑圖形(即，第一抗蝕劑的寬度從110nm增加到120nm)上形成混合層。根據(jù)下面的參數(shù)將第一抗蝕劑圖形上的混合層暴露在CD-SEM中800eV、6.0pA和8幀。觀察到在第一抗蝕劑圖形上的混合層的寬度被E-束減少了7nm(即，從120nm到113nm)。
例8如在例4中所述制備的第二抗蝕劑淀積在具有在例1中所述形成的第一抗蝕劑圖形的硅晶片上。用第二抗蝕劑旋涂硅晶片。隨后，晶片在110攝氏度下經(jīng)過60秒的混合和烘培(MB)處理，從而加速混合反應(yīng)和交聯(lián)反應(yīng)。通過以下步驟溶解并從晶片上去掉非混合層用水沖洗晶片60秒，并干燥晶片，同時旋轉(zhuǎn)晶片。然后晶片在110攝氏度下經(jīng)過顯影后烘培處理，從而在由混合層使寬度增加14nm的第一抗蝕劑圖形(即，第一抗蝕劑的寬度從110nm增加到124nm)上形成混合層。根據(jù)下面的參數(shù)將第一抗蝕劑圖形上的混合層暴露在CD-SEM中800eV、6.0pA和8幀。觀察到在第一抗蝕劑圖形上的混合層的寬度被E-束減少了8nm(即，從124nm到116nm)。
例9如在例5中所述制備的第二抗蝕劑淀積在具有在例1中所述形成的第一抗蝕劑圖形的硅晶片上。用第二抗蝕劑旋涂硅晶片。隨后，晶片在110攝氏度下經(jīng)過60秒的混合和烘培(MB)處理，從而加速混合反應(yīng)和交聯(lián)反應(yīng)。通過以下步驟溶解并從晶片上去掉非混合層用水沖洗晶片60秒，并干燥晶片，同時旋轉(zhuǎn)晶片。然后晶片在110攝氏度下經(jīng)過顯影后烘培處理，從而在由混合層使寬度增加18nm的第一抗蝕劑圖形(即，第一抗蝕劑的寬度從110nm增加到128nm)上形成混合層。根據(jù)下面的參數(shù)將第一抗蝕劑圖形上的混合層暴露在CD-SEM中800eV、6.0pA和8幀。觀察到在第一抗蝕劑圖形上的混合層的寬度被E-束減少了6nm(即，從128nm到122nm)。
例10如在例2到5中所述制備的第二抗蝕劑淀積在具有在例1中所述形成的第一抗蝕劑圖形的硅晶片上。用第二抗蝕劑旋涂硅晶片。隨后，晶片在110攝氏度下經(jīng)過60秒的混合和烘培(MB)處理，從而加速混合反應(yīng)和交聯(lián)反應(yīng)。通過以下步驟溶解并從晶片上去掉非混合層用堿性TMAH溶液(2.38wt.％)清潔晶片；用水沖洗晶片60秒；并干燥晶片，同時旋轉(zhuǎn)晶片。然后晶片在110攝氏度下經(jīng)過顯影后烘培處理，從而在第一抗蝕劑圖形上形成混合層。
圖5是說明與常規(guī)方法相比采用根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性的結(jié)果圖。具體的，圖5示出了在根據(jù)本發(fā)明的實施例中(用表示)，所形成的結(jié)構(gòu)的CD的收縮小于在常規(guī)系統(tǒng)中(用表示)所看到的。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，硬化的混合層通過保護下面的ArF抗蝕劑材料不受E-束輻射的影響可以減小E-束收縮和LER。硬化的混合層可以增加由ArF材料限定的結(jié)構(gòu)的寬度到等于硬化的混合層的厚度。當(dāng)ArF抗蝕劑材料和硬化的混合層暴露在E-束輻射中時，相對與常規(guī)系統(tǒng)可以減小由E-束引起的收縮。此外，由于涂層的水溶性，涂層的非混合部分，例如只用水，可以從結(jié)構(gòu)上沖洗掉，并避免可在一些常規(guī)方法中采用的溶于水的有機溶劑(例如IPA)的使用。
在附圖和說明書中，公開了本發(fā)明的實施例，雖然采用了特定術(shù)語，但它們只用在普通的和描述性的場合，而不用于限制的目的，本發(fā)明的范圍在隨后的權(quán)利要求書中說明。
權(quán)利要求
1.一種在微電子襯底上形成微電子結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括在微電子襯底上形成抗蝕劑圖形，抗蝕劑圖形包括抗蝕劑材料；在抗蝕劑圖形上形成包括水溶性樹脂的涂層，其中水溶性樹脂和抗蝕劑材料彼此容易混合，并將它們混合，以便在抗蝕劑圖形和非混合的涂層之間提供含有抗蝕劑材料和水溶性樹脂的混合層；硬化混合層；并且從硬化的混合層上去掉非混合的涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括將硬化的混合層暴露在E-束輻射中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，將非混合涂層從硬化的混合層上去掉包括使用完全不含可溶于水的有機溶劑的水介質(zhì)沖洗硬化的混合層上的非混合涂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將非混合涂層從硬化的混合層上去掉包括使用基本上由去離子水構(gòu)成的水介質(zhì)沖洗硬化的混合層上的非混合涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中水溶性樹脂的分子量在大約10,000和1,000,000的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中涂層完全不含交聯(lián)劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中混合層包括水溶性樹脂和抗蝕劑材料的混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中硬化的混合層的厚度范圍在5nm和20nm之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中抗蝕劑材料包括ArF抗蝕劑、F2(157nm)抗蝕劑、遠紫外抗蝕劑或X-射線抗蝕劑中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中涂層包括重量百分比濃度范圍為大約5％到10％之間的水溶性樹脂的溶液、重量百分比濃度范圍為大約1％到20％之間的可溶于水的交聯(lián)劑的溶液、和去離子水。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中水溶性樹脂包括吡咯烷酮-基聚合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中水溶性樹脂從吡咯烷酮系聚合物、丙烯酸系聚合物、烷基胺系聚合物、銨鹽系聚合物、馬來酸系聚合物和聚芳烴聚合物及其混合物構(gòu)成的組中選擇。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中吡咯烷酮系聚合物從聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚(1-乙烯基吡咯烷酮-co-丙烯酸)或聚(1-乙烯基吡咯烷酮-co-甲基丙烯酸2-甲基氨基乙酯)及其混合物構(gòu)成的組中選擇。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中丙烯酸系聚合物從聚丙烯酸、聚(丙烯酰胺-co-丙烯酸)和聚(丙烯腈-co-丙烯酸)及其混合物構(gòu)成的組中選擇。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中烷基胺系聚合物從聚(烯丙胺)、聚(二甲胺-co-表氯醇-co-乙二胺)或聚氮丙啶及其混合物構(gòu)成的組中選擇。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中銨鹽系聚合物從聚(丙烯酰胺-co-二烯丙基二甲基氯化銨)、聚(二烯丙基二甲基氯化銨)或聚(乙烯基氯化芐)銨鹽及其混合物構(gòu)成的組中選擇。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中馬來酸系聚合物包括聚(甲基乙烯基醚-alt-馬來酸)。
18.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中聚芳烴聚合物包括聚(苯乙烯-co-馬來酸)、聚(苯乙烯羧酸)、聚(苯乙烯磺酸)或聚(羥基苯乙烯-co-甲基丙烯酸2-羥基乙酯)中的至少一種。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中涂層還包括可溶于水的交聯(lián)劑。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中可溶于水的交聯(lián)劑包括環(huán)氧交聯(lián)劑或鹽型(salt type)交聯(lián)劑的至少一種或多種。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中環(huán)氧交聯(lián)劑包括多縮水甘油基銨基化合物。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中多縮水甘油基銨基化合物包括異氰脲酸三縮水甘油酯或二縮水甘油基氨基乙醇的至少一種。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中可溶于水的交聯(lián)劑的重量濃度范圍在大約1％和大約20％之間。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中水溶性樹脂的濃度與水溶性樹脂的分子量成比例。
25.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在涂層中的水溶性樹脂的重量濃度在大約5％和大約15％之間的范圍內(nèi)。
26.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過用堿性TMAH溶液沖洗非混合涂層，將非混合涂層去掉。
27.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中硬化的混合層的厚度與抗蝕劑材料和水溶性樹脂的可混合性成正比。
28.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中混合層的硬化包括加熱水溶性樹脂和涂層，以形成混合層。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中加熱水溶性樹脂和涂層包括加熱水溶性樹脂和涂層到大約80℃和大約150℃之間的溫度范圍。
30.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過轉(zhuǎn)換水溶性樹脂的一部分和與水溶性樹脂的一部分相鄰的抗蝕劑材料的一部分形成混合層。
31.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中微電子襯底包括半導(dǎo)體襯底。
全文摘要
在微電子襯底上形成抗蝕劑圖形，抗蝕劑圖形包括抗蝕劑材料。包括水溶性樹脂的涂層形成在抗蝕劑圖形上，其中水溶性樹脂和抗蝕劑材料彼此容易混合，并將它們混合以便在抗蝕劑圖形和非混合的涂層之間提供含有抗蝕劑材料和水溶性樹脂的混合層?？梢杂不旌蠈樱⑶铱梢詮挠不幕旌蠈由先サ舴腔旌系耐繉?。
文檔編號G03F7/40GK1488995SQ03146640
公開日2004年4月14日 申請日期2003年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月8日
發(fā)明者崔相俊, 李始泂, 金榮度, 韓宇聲 申請人:三星電子株式會社