[发明专利]在193纳米辐射波长具有低折射率的顶部抗反射涂料组合物

说明书

发明背景

在微电子工业中以及在涉及微观结构构造的其它工业(例如，微型机械、磁阻磁头，等等)中，始终要求减小结构部件的尺寸。在微电子工业中，需要减小微电子器件的尺寸和/或为给定的芯片尺寸提供更大量的电路。

有效的光刻技术对于减小部件尺寸是基本的。光刻技术不仅在直接于所需基底上形成图像方面，还在制造在这种成像过程中常用的掩模方面，都影响着微观结构的制造。典型的光刻法涉及通过使辐射敏感性抗蚀剂成图案地暴露在成像辐射下而形成图案状的抗蚀层。然后通过使曝光的抗蚀层与选择性去除部分抗蚀层的材料(通常是碱性显影剂水溶液)接触而使图像显影，以显示出所需图案。然后通过蚀刻所述图案状抗蚀层的开孔中的材料而使图案转移到下方材料上。在转移完成后，然后去除残留抗蚀层。

对于许多光刻成像法，抗蚀剂图像的分辨率可能受到异常效应的限制，异常效应与折射率失配和成像辐射的不合意反射相关。为了解决这些问题，通常在抗蚀层与基底之间使用抗反射涂层(底部抗反射涂层或BARC)，和/或在抗蚀层与传送成像辐射的物理路径中的环境气氛之间使用抗反射涂层(顶部抗反射涂层或TARC)。在干式光刻法中，例如干式193纳米光刻法(在辐射曝光步骤中不涉及浸渍液)中，环境气氛通常是空气。在浸渍光刻法中，环境气氛通常是水。

抗反射涂料组合物的性能极大取决于其在相关成像辐射波长下的光学特性。可以在美国专利6,274,295中找到关于TARCs通常所需的光学特性的一般论述。相关光学参数包括TARC的折射率、反射度和光密度。

抗反射涂料组合物还必须在其与抗蚀层直接接触或紧邻使用的情况下和在整个光刻法(辐射、显影、图像转移等)中具有所需的物理和化学性能特性。因此，TARC不应该过度干扰整个光刻法。非常理想的是，TARC可以在图像显影步骤中去除，该步骤通常涉及在碱性显影剂水溶液中溶解一部分抗蚀剂。

现有商业TARC组合物不具备高分辨率193纳米干式光刻法所需的光学性质及物理和化学性能特性的组合。例如，一些TARC组合物具有低于1.5的所需折射率，但不溶于碱性显影剂水溶液，由此导致额外的复杂性和需要单独的TARC去除步骤。另一些TARC组合物具有所需折射率，但具有与抗蚀剂的不利相互作用，从而导致所得抗蚀剂图像中的过度薄膜损失和对比度损失，或导致形成不需要的T形顶部结构。另一些TARC组合物在碱性显影剂水溶液中具有所需溶解度，但在193纳米下具有过高的折射率。

因此，需要适用于干式193纳米光刻法中以便能够实现高分辨率光刻法的TARC组合物，尤其是在下方基底上的形貌上成像的情况下。

发明概要

本发明包括新型抗反射涂料组合物，其可用作干式193纳米光刻法中的顶部抗反射涂料组合物。这些组合物提供了杰出的光学、物理和化学性能，其能够利用它们在碱性显影剂水溶液中的可溶性而在提供易用性的同时实现在193纳米的顶部反射控制。该抗反射组合物的特征在于，对193纳米波长辐射的折射率n为大约1.5或更小，并且存在含有芳族残基、并可溶解在常用于使光刻图像显影的碱性含水显影剂水中的聚合物。本发明还包括使用这类光刻结构使基底上的下方材料层图案化的方法。

一方面，本发明包括适合用作193纳米光刻法所用的顶部抗反射涂层的组合物，该组合物包含具有芳族残基、且对193纳米辐射波长的折射率值n小于大约1.5的可溶于碱性水溶液的聚合物。该聚合物优选进一步包括促进该组合物在碱性水溶液中的可溶性的残基。该聚合物优选具有烯式骨架。该聚合物优选进一步包括含氟残基。该聚合物优选进一步包括酸性硫残基。

在另一方面，本发明包括在基底上形成图案状材料形状的方法，该方法包括：

(a)在基底上提供材料表面，

(b)在材料表面上形成辐射敏感性抗蚀层，

(c)在抗蚀层上形成顶部抗反射涂层，本发明的抗反射涂层，

(d)使抗蚀层成图案地暴露在辐射下，由此在抗蚀层中产生辐射曝光区域的图案，

(e)选择性地去除部分抗蚀层和抗反射涂层，以暴露出部分材料表面，和

(f)将所述材料的曝光部分蚀刻或离子注入，由此形成图案状材料形状。

成像辐射优选为193纳米辐射，光刻法优选为干式光刻法。

下文进一步详细论述本发明的这些和其它方面。

发明详述