[发明专利]用于微型光刻的光敏性硬掩模

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2008年4月23日提交的名为“用于微型光刻的光敏性硬掩模(PHOTOSENSITIVE HARDMASK FOR MICROLITHOGRAPHY)”的临时申请系列号第61/047,302号的优先权，该申请参考结合入本文中。

发明领域

本发明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。

背景技术

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＝k₁λ/NA；以及

DOF＝k₂λ/NA²，

其中λ是辐射波长，NA是曝光器具的数值孔径，k₁和k₂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k₁值减小，k₂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均匀性。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。

发明内容