專利名稱：頂部抗反射涂布組合物及用其形成半導(dǎo)體裝置圖案的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于光蝕刻法(其是一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法)的抗反射涂布組合物，及一種使用該抗反射涂布組合物形成半導(dǎo)體裝置的圖案的方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種可用于浸漬蝕刻法(其用于制造小于50納米的半導(dǎo)體裝置)的頂部抗反射涂布組合物，及一種使用該抗反射涂布組合物形成半導(dǎo)體裝置的圖案的方法。
背景技術(shù)：
蝕刻法是一種用于將形成于光掩膜上的半導(dǎo)體電路圖案轉(zhuǎn)移至晶片的方法，而且是在半導(dǎo)體裝置的制造中決定電路的精細度與集成密度(integration density)的最重要的方法之一。
近年來，隨著半導(dǎo)體裝置的集成密度增加，已開發(fā)新技術(shù)用于半導(dǎo)體裝置制造中所需的精細處理。現(xiàn)在對于光蝕刻法中的精細處理技術(shù)有增加的需求。隨著電路線寬變得越來越細，必須使用短波長照明光源及高數(shù)值孔徑透鏡。所述短波長光源的非限制性實例按優(yōu)選程度從高到低依次列出為EUV、F2、ArF、與KrF受激準(zhǔn)分子激光。
現(xiàn)已進行許多關(guān)于開發(fā)小于50納米的裝置的研究。近來的焦點是與使用F2和EUV作為曝光光源相關(guān)聯(lián)的合適的處理裝置及材料的開發(fā)。使用EUV和F2激光作為光源造成一些問題。使用F2的技術(shù)解決方案在一定程度上是令人滿意的。然而，在短時間內(nèi)難以工業(yè)規(guī)模制造高品質(zhì)CaF2。而且，由于軟膠片在曝光于157納米的光時易于變形，光源的壽命短；硬膠片導(dǎo)致高的制造成本，而且由于其光折射性質(zhì)而難以商業(yè)規(guī)模制造。EUV激光具有其自身的缺點。使用EUV激光需要合適的光源、曝光裝置及光掩膜，導(dǎo)致其應(yīng)用不切實用。因此，使用適用于ArF受激準(zhǔn)分子激光的光刻膠形成更精細的高精確度光刻膠圖案是重要的。
干蝕刻法是一種將空氣充填于曝光透鏡與晶片之間的曝光系統(tǒng)。與干蝕刻法相反，對應(yīng)NA縮放技術(shù)的浸漬蝕刻法是一種將水充填于曝光透鏡與晶片之間的曝光系統(tǒng)。由于在浸漬蝕刻法中使用水(折射率(n)＝1.4)作為光源媒介(medium for a light source)，因此其NA比使用空氣(折射率(n)＝1.0)的干蝕刻法大1.4倍。因此，浸漬蝕刻法因其高分辨率而有利。
制造小于50納米的半導(dǎo)體裝置所遭遇的一個問題是在形成此超精細圖案的過程中，不可避免地發(fā)生光刻膠圖案的臨界尺寸(CD)的改變。這些改變是由于位于上方的光刻膠上的底層的光學(xué)性質(zhì)及由于光刻膠厚度的變化造成的駐波、反射性凹陷以及來自底層的衍射與反射光引起的。為了防止由底層反射的光，將抗反射涂層引入光刻膠與底層之間。此抗反射涂層是由吸收曝光光源所使用波長范圍的光的材料組成。以前的處理是將此抗反射涂層置于底面上，夾在底層與光刻膠之間。隨著近來光刻膠圖案精細度的增加，還已開發(fā)一種頂部抗反射涂層(TARC)，以防止光刻膠圖案因反射與衍射光而破壞。特別地，由于半導(dǎo)體裝置的縮微化使光刻膠圖案極為精細，僅使用底部抗反射涂層無法完全地防止圖案因漫反射而破壞。因此，引入頂部抗反射涂層以防止圖案破壞。
然而，由于用于干燥蝕刻法的常規(guī)頂部抗反射涂層為水溶性，因此其無法用于浸漬蝕刻法。換言之，由于在浸漬蝕刻法中使用水作為光源媒介，其易于溶解常規(guī)的頂部抗反射涂層。因此，需要開發(fā)與浸漬蝕刻法相容的、用于浸漬蝕刻法中的頂部抗反射涂層。這種新型頂部抗反射涂層必須滿足以下要求。頂部抗反射涂層必須對光源是透明的，而且視所使用的底層感光膜(即，光刻膠)的種類而定，具有1.5至1.65的折射率。在將頂部抗反射涂布組合物涂布于底層感光膜上時，其必須不溶解此感光膜。頂部抗反射涂層必須在曝光時不溶于水，但是必須溶于顯影溶液。最后，頂部抗反射涂層必須能夠形成垂直圖案，以制造光刻膠。
上述嚴格要求使得開發(fā)用于浸漬蝕刻法的合適的頂部抗反射涂層是困難的。此困難的來源之一是由于常規(guī)頂部抗反射涂層無法形成所需光刻膠圖案所引起的。因此，強烈需要開發(fā)一種用于浸漬蝕刻法的頂部抗反射涂層，其為水不溶性且在形成半導(dǎo)體圖案時能夠形成垂直圖案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明披露一種頂部抗反射涂布組合物，其為水不溶性的，從而可用于浸漬蝕刻法。頂部抗反射涂布組合物的其它所需性質(zhì)包括其在形成光刻膠圖案時可防止光刻膠內(nèi)部的光的多重干涉，抑制由光刻膠的厚度變化造成的光刻膠圖案尺寸的任何改變，及能夠形成垂直半導(dǎo)體圖案的能力。
本發(fā)明還披露一種使用此頂部抗反射涂布組合物形成半導(dǎo)體裝置的圖案的方法。
一種公開的頂部抗反射涂布組合物包括由下式1表示的產(chǎn)光酸劑(photoacid generator)式1 其中n為7至25之間。
一種公開的形成半導(dǎo)體裝置的圖案的方法包括(a)將光刻膠涂覆在其上形成有特定底層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體基板上；(b)將頂部抗反射涂布組合物涂覆在光刻膠頂部上，以形成頂部抗反射涂層；及(c)使光刻膠曝光繼而顯影，以形成光刻膠圖案。


圖1為使用在本發(fā)明的對比實施例1中制備的頂部抗反射涂布組合物形成的半導(dǎo)體圖案的80納米-L/S照片；圖2為使用在本發(fā)明的實施例1中制備的頂部抗反射涂布組合物形成的半導(dǎo)體圖案的80納米-L/S照片；圖3為使用在本發(fā)明的對比實施例2中制備的頂部抗反射涂布組合物形成的半導(dǎo)體圖案的80納米-L/S照片；圖4為使用在本發(fā)明的實施例2中制備的頂部抗反射涂布組合物形成的半導(dǎo)體圖案的80納米-L/S照片；圖5為使用在本發(fā)明的對比實施例3中制備的頂部抗反射涂布組合物形成的半導(dǎo)體圖案的80納米-L/S照片；及圖6為使用在本發(fā)明的實施例3中制備的頂部抗反射涂布組合物形成的半導(dǎo)體圖案的80納米-L/S照片。
具體實施方案本發(fā)明提供一種包括頂部抗反射涂布聚合物、產(chǎn)光酸劑和有機溶劑的頂部抗反射涂布組合物。
本發(fā)明的頂部抗反射涂布組合物特征為使用式1化合物作為產(chǎn)光酸劑。
式1 其中n為7至25之間。
當(dāng)n小于7時，使用本發(fā)明的組合物形成的頂部抗反射涂層溶于浸漬溶液(例如，水)。此溶解度造成含在涂層中的產(chǎn)光酸劑沉淀，導(dǎo)致曝光透鏡的污染。同時當(dāng)n大于25時，式1化合物的分子量太高，而且酸難以擴散，在后續(xù)顯影步驟中造成問題。
因此，n的范圍優(yōu)選限定為約7至約25。由于式1的化合物為非水溶性的且用作產(chǎn)光酸劑，其可用于制備適用于浸漬蝕刻法的頂部抗反射涂布組合物。此外，該頂部抗反射涂布組合物在圖案形成時溶解一部分存在于底層感光劑頂部的產(chǎn)光酸劑，從而防止頂部形成厚部分(thick section)。本發(fā)明組合物中的特別優(yōu)選的產(chǎn)光酸劑為全氟辛烷磺酸三苯基锍(triphenylsulfonium perfluorooctanesulfonate)(式1中n＝7)。
以頂部抗反射涂布聚合物的重量計，本發(fā)明的頂部抗反射涂布組合物包括約0.05至約5重量％的產(chǎn)光酸劑。當(dāng)頂部抗反射涂布組合物中的產(chǎn)光酸劑含量小于0.05重量％時，無法得到產(chǎn)光酸劑的上述效果。然而，當(dāng)產(chǎn)光酸劑含量超過5重量％時，欲形成的抗反射涂層吸收193納米的光，其顯著地損害抗反射涂層的功能。此外，進入底層感光劑的光量減少，因此需要較高曝光能量，造成低的生產(chǎn)率。因此，以頇部抗反射涂布聚合物的重量計，頂部抗反射涂布組合物中的產(chǎn)光酸劑含量優(yōu)選為約0.05至約5重量％。
含在本發(fā)明的頂部抗反射涂布組合物中的頂部抗反射涂布聚合物的實例包括具有高透光性使得其可用于形成頂部抗反射涂層的聚合物。頂部抗反射涂布聚合物不受限制，只要其在曝光后溶于顯影溶液從而對圖案的形成沒有影響，而且為非水溶性的從而可應(yīng)用于浸漬蝕刻法即可。
優(yōu)選的頂部抗反射涂布聚合物的實例包括，例如下式2的聚(丙烯酸叔丁酯-丙烯酸-甲基丙烯酸3-羥丙酯)式2 其中a、b與c表示各單體的摩爾分數(shù)(mole fraction)且為約0.05至約0.9，條件是a、b與c的和等于1；下式3的聚(丙烯酸叔丁酯-丙烯酸-N-異丙基丙烯酰胺)式3 其中a、b與c如式2所定義；及下式4的聚(丙烯酸叔丁酯-丙烯酸-甲基丙烯酸2-羥乙酯)式4
其中a、b與c如式2所定義。
用于本發(fā)明的頂部抗反射涂布組合物中的有機溶劑不受限制，只要其可溶解頂部抗反射涂布聚合物與產(chǎn)光酸劑(例如，全氟辛烷磺酸三苯基锍)即可。正丁醇是特別優(yōu)選的。
考慮到抗反射涂布組合物的折射率及厚度，正丁醇優(yōu)選以約1,000至約10,000重量％的量使用，所述用量以頂部抗反射涂布聚合物的重量計。如果正丁醇的量在此范圍外，則抗反射涂層的折射率落在約1.5至約1.65的范圍以外，而且無法將抗反射涂層的厚度最優(yōu)化。
本發(fā)明的頂部抗反射涂布組合物可進一步包括酸擴散抑制劑。所述酸擴散抑制劑不受限制，只要其可抑制酸的擴散即可。L-脯氨酸是特別優(yōu)選的。本發(fā)明的頂部抗反射涂布組合物可包括約1至約20重量％的L-脯氨酸作為酸擴散抑制劑，所述含量以頂部抗反射涂布聚合物的重量計。含在該頂部抗反射涂布組合物中的酸擴散抑制劑用于進一步抑制酸朝向未曝光區(qū)域擴散。
所述頂部抗反射涂布組合物具有約1.5至約1.65的最佳反射率。因此，當(dāng)將此頂部抗反射涂布組合物涂覆在光刻膠頂部上時，可使反射率最小化，從而可保護光刻膠圖案不因反射光而破壞。
本發(fā)明還提供一種形成半導(dǎo)體裝置圖案的方法，其包括以下步驟(a)將光刻膠涂覆在其上形成有特定底層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體基板上；(b)將頂部抗反射涂布組合物涂覆在光刻膠頂部，以形成頂部抗反射涂層；及(c)使光刻膠曝光繼而顯影，以形成光刻膠圖案。
根據(jù)本發(fā)明的圖案形成方法的特征為，形成在光刻膠頂部上的抗反射涂層是使用本發(fā)明的頂部抗反射涂布組合物形成的。由于如此形成的頂部抗反射涂層具有約1.5至約1.65的反射率，可使光刻膠頂部的反射率最小。因此，通過本發(fā)明方法形成的光刻膠圖案具有顯著改進的圖案均一性。
根據(jù)本發(fā)明的圖案形成方法，烘烤可在曝光前和/或后進行。烘烤優(yōu)選在約70℃至約200℃的溫度下進行。
本發(fā)明的抗反射涂布組合物及圖案形成方法可應(yīng)用于一種使用ArF光源(193納米)形成超精細圖案的方法。同樣地，其還可應(yīng)用于一種使用具有較短波長的光源(例如，F(xiàn)2或EUV)形成超精細圖案的方法，只要可使用水作為光源媒介即可。使用此光源的曝光優(yōu)選以約0.1至約50毫焦耳/平方公分的曝光能量進行。
在本發(fā)明的圖案形成方法中，顯影步驟可使用堿性顯影溶液進行。至于特別優(yōu)選的堿性顯影溶液，使用氫氧化四甲銨(TMAH)的0.01至5％(w/w)的水溶液。
本發(fā)明還提供頂部抗反射涂布組合物在制造半導(dǎo)體裝置中的用途。由于本發(fā)明的頂部抗反射涂布組合物可使漫反射最小化，除了超精細圖案形成方法，其還可應(yīng)用于各種制造半導(dǎo)體裝置的方法。
應(yīng)當(dāng)理解，依賴于方法的類型，本發(fā)明的頂部抗反射涂布組合物可以對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言顯而易見的方式應(yīng)用于各種方法。
本發(fā)明現(xiàn)在參考以下實施例而詳述。然而，這些實施例僅為描述的目的，而不視為限制本發(fā)明的范圍。
實施例對比實施例1頂部抗反射涂布組合物的制備及圖案形成將2.5克聚(丙烯酸叔丁酯-丙烯酸-甲基丙烯酸3-羥丙酯)溶于100克正丁醇中，以制備一種用于浸漬蝕刻法的頂部抗反射涂布組合物。
將感光劑(AR1221J，JSR)在晶片上涂布成220納米的厚度，并在130℃下烘烤90秒。將此頂部抗反射涂布組合物以3,000rpm涂布于此感光劑上，并在90℃下烘烤60秒。在使用ArF曝光裝置將此晶片曝光后，將此經(jīng)曝光的晶片在130℃下烘烤90秒并顯影，以形成圖案。圖案的照片示于圖1。此照片顯示該圖案形成稍微呈“t形頂部”的形狀。
實施例1頂部抗反射涂布組合物的制備及圖案形成將2.5克聚(丙烯酸叔丁酯-丙烯酸-甲基丙烯酸3-羥丙酯)與0.15克全氟辛烷磺酸三苯基锍(式5)溶于100克正丁醇中，以制備一種用于浸漬蝕刻法的頂部抗反射涂布組合物。
式5
將感光劑(AR1221J，JSR)在晶片上涂布成220納米的厚度，并在130℃下烘烤90秒。將此頂部抗反射涂布組合物以3,000rpm涂布于此感光劑上，并在90℃下烘烤60秒。在使用ArF曝光裝置將此晶片曝光后，將此經(jīng)曝光的晶片在130℃下烘烤90秒并顯影，以形成圖案。圖案的照片示于圖2。與對比實施例1中形成的圖案(參見圖1)相比，此照片顯示圖案是垂直形成的。
對比實施例2頂部抗反射涂布組合物的制備及圖案形成以與對比實施例1相同的方式制備頂部抗反射涂布組合物，除了使用聚(丙烯酸叔丁酯-丙烯酸-N-異丙基丙烯酰胺)作為頂部抗反射涂布聚合物。此外，以與對比實施例1相同的方式使用此頂部抗反射涂布組合物形成圖案。
如此形成的圖案的照片示于圖3。此照片顯示該圖案形成稍微呈“t形頂部”的形狀。
實施例2頂部抗反射涂布組合物的制備及圖案形成以與實施例1相同的方式制備頂部抗反射涂布組合物，除了使用聚(丙烯酸叔丁酯-丙烯酸-N-異丙基丙烯酰胺)作為頂部抗反射涂布聚合物。此外，以與實施例1相同的方式使用此頂部抗反射涂布組合物形成圖案。
如此形成的圖案的照片示于圖4。與對比實施例2中形成的圖案(參見圖3)相比，此照片顯示圖案是垂直形成的。
對比實施例3頂部抗反射涂布組合物的制備及圖案形成以與對比實施例1相同的方式制備頂部抗反射涂布組合物，除了使用聚(丙烯酸叔丁酯-丙烯酸-甲基丙烯酸2-羥乙酯)作為頂部抗反射涂布聚合物。此外，以與對比實施例1相同的方式使用此頂部抗反射涂布組合物形成圖案。
如此形成的圖案的照片示于圖5。此照片顯示該圖案形成稍微呈“t形頂部”的形狀。
實施例3頂部抗反射涂布組合物的制備及圖案形成以與實施例1相同的方式制備頂部抗反射涂布組合物，除了使用聚(丙烯酸叔丁酯-丙烯酸-甲基丙烯酸2-羥乙酯)作為頂部抗反射涂布聚合物。此外，以與實施例1相同的方式使用此頂部抗反射涂布組合物形成圖案。
如此形成的圖案的照片示于圖6。與對比實施例3中形成的圖案(參見圖5)相比，此照片顯示圖案是垂直形成的。
由以上的說明明顯可知，使用本發(fā)明的頂部抗反射涂布組合物形成的頂部抗反射涂層在浸漬蝕刻法中可獲得優(yōu)于以前公開的組合物及涂層的更好品質(zhì)。由于此頂部抗反射涂層具有96％或更高的透光度，其對光源為透明的。此頂部抗反射涂層具有約1.5至約1.65的折射率。此頂部抗反射涂層不溶解底層感光劑。此頂部抗反射涂層在曝光時不溶于水，但溶于顯影溶液。所有這些性質(zhì)導(dǎo)致能夠在光刻膠上形成垂直圖案而不改變超精細圖案。
其他優(yōu)點來自以下事實本發(fā)明的頂部抗反射涂布組合物溶解一部分存在于底層感光劑頂部的產(chǎn)光酸劑。在形成頂部抗反射涂層時，其可防止頂部形成厚部分。
因此，使用本發(fā)明的頂部抗反射涂布組合物形成的頂部抗反射涂層可應(yīng)用于浸漬蝕刻法，而且可降低光刻膠頂部的反射率，因而使CD的改變最小。
由于本發(fā)明的頂部抗反射涂布組合物能夠形成精細的光刻膠圖案，其有助于以高效方式制造小于50納米的半導(dǎo)體裝置。
雖然已為了描述目的而公開優(yōu)選實施方案，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本公開和權(quán)利要求書的范圍及精神的情況下，可以進行各種修改、添加及替代。
權(quán)利要求
1.一種頂部抗反射涂布組合物，其包含頂部抗反射涂布聚合物；由下式1表示產(chǎn)光酸劑， 其中n為7至25之間；及有機溶劑。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中式1的產(chǎn)光酸劑為全氟辛烷磺酸三苯基锍。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中以頂部抗反射涂布聚合物的重量計，此組合物包含約0.05至約5重量％的產(chǎn)光酸劑。
4.權(quán)利要求1的組合物，其中頂部抗反射涂布聚合物選自下式2的聚(丙烯酸叔丁酯-丙烯酸-甲基丙烯酸3-羥丙酯) 其中a、b與c表示各單體的摩爾分數(shù)且為約0.05至約0.9，且a、b與c的和等于1；下式3的聚(丙烯酸叔丁酯-丙烯酸-N-異丙基丙烯酰胺) 其中a、b與c如式2所定義；及下式4的聚(丙烯酸叔丁酯-丙烯酸-甲基丙烯酸2-羥乙酯) 其中a、b與c如式2所定義。
5.權(quán)利要求1的組合物，其中所述有機溶劑為伯醇。
6.權(quán)利要求5的組合物，其中所述伯醇為正丁醇。
7.權(quán)利要求6的組合物，其中所述組合物是通過將頂部抗反射涂布聚合物溶解于約1,000至約10,000重量％的正丁醇中來制備的，所述正丁醇的量以聚合物的重量計。
8.權(quán)利要求1的組合物，其進一步包含酸擴散抑制劑。
9.權(quán)利要求8的組合物，其中所述酸擴散抑制劑為L-脯氨酸。
10.權(quán)利要求9的組合物，其中以頂部抗反射涂布聚合物的重量計，所述組合物包含約1至約20重量％的L-脯氨酸。
11.權(quán)利要求1的組合物，其中所述組合物具有約1.5至約1.65的折射率。
12.權(quán)利要求1的組合物，其中所述組合物用于制造半導(dǎo)體裝置。
13.一種形成半導(dǎo)體裝置的圖案的方法，其包括(a)將光刻膠涂覆在其上形成有底層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體基板上；(b)將權(quán)利要求1的頂部抗反射涂布組合物涂覆在光刻膠頂部，以形成頂部抗反射涂層；及(c)使光刻膠曝光；(d)將光刻膠顯影以形成光刻膠圖案。
14.權(quán)利要求13的方法，其進一步包括在曝光前和/或后烘烤基板。
15.權(quán)利要求14的方法，其中烘烤在約70℃至約200℃的溫度下進行。
16.權(quán)利要求13的方法，其中在曝光中使用水作為光源媒介。
17.權(quán)利要求13的方法，其中顯影是使用氫氧化四甲銨(TMAH)的約0.01至約5％(w/w)的水溶液作為顯影溶液而進行的。
全文摘要
本發(fā)明公開一種頂部抗反射涂布組合物，其包括由右式1表示的產(chǎn)光酸劑，其中n為7至25之間。由于此頂部抗反射涂布組合物溶解一部分存在于底層感光劑頂部的產(chǎn)光酸劑，特別是在形成頂部抗反射涂層時，其可防止頂部形成厚部分。因此，使用此頂部抗反射涂布組合物可在半導(dǎo)體裝置上形成垂直圖案。
文檔編號G03F7/00GK1743956SQ20051009211
公開日2006年3月8日 申請日期2005年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月31日
發(fā)明者鄭傤昌, 卜喆圭, 金三英, 林昌文, 文承燦 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司