[发明专利]形成光刻图案的方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及电子器件的制造。更具体地，本发明涉及使用负型调色(negativetone)显影工艺形成精细图案的光刻工艺，该负型调色显影工艺使用特殊的有机材料作为显影剂。

发明背景

在半导体制造工业中，使用光致抗蚀剂材料将图案转移到布置在半导体基板上的一个和多个在下方的层上，例如金属，半导体和介电层，以及转移到基板自身上。为增加半导体器件的集成度并且考虑到形成具有纳米范围尺寸的结构，一直在发展具有高分辨能力的光致抗蚀剂和光刻工艺器具。

一种在半导体器件中达到纳米等级的功能元件尺寸的方法是在化学放大型光致抗蚀剂的曝光过程中使用短波长的光，例如193nm或更短。浸渍光刻有效地增大成像装置例如具有KrF或ArF光源的扫描仪中的透镜的数值孔径(numerical aperture，NA)。这点是通过在成像装置的最后表面和半导体晶片的最上表面之间使用相对高折射率流体(即浸渍流体)来实现的。该浸渍流体与在空气或惰性气体介质中相比，能使更多量的光聚焦到光致抗蚀剂层上。当使用水作为为浸渍流体时，能提高最大数值孔径，例如从1.2提高到1.35。通过数值孔径的增大，可以在单曝光工艺中达到40nm的半间距(half-pitch)分辨率，从而允许改善设计收缩(design shrink)。然而，这种标准的浸渍光刻工艺一般并不适于制造要求更高分辨率，例如32nm和22nm半间距(half-pitch)节点的装置。

为努力达到更高的分辨能力以及扩展现有的制造器具的性能，提出了先进的图案化技术，例如双重图案化(double patterning)(也称为间距分离(pitch splitting))。然而各种双重图案化技术有很多缺陷，该缺陷包括例如以下的一种或多种：由于在光刻模块和蚀刻工艺模块之间来回运输晶片，以及蚀刻和移除光致抗蚀剂工艺本身中所导致的增加的污染和缺陷；由于工艺步骤数目的增加所导致生产量的下降；由于过高的光致抗蚀剂固化温度所导致的光致抗蚀剂图案的变形。

另一种得到精细光刻图案的图案化技术包括对传统的正型化学放大型光致抗蚀剂进行负色调显影。这种光致抗蚀剂典型地使用具有酸不稳定基团的树脂以及光酸产生剂。光化辐射下曝光导致光酸产生剂形成酸，该酸在曝光后的焙烘中导致树脂中的酸不稳定基团解离。这在树脂的曝光区域和未曝光区域之间产生的不同的溶解度。在传统的使用水性碱性显影剂例如氢氧化四甲基胺(TMAH)的显影工艺中，抗蚀剂的曝光区域溶于显影剂并被从基板表面移除，而未曝光区域不溶于显影剂，显影后仍保留以形成正型图案。在负色调显影中，可以通过对传统的正型光致抗蚀剂使用特殊有机溶剂进行显影来得到负型图案。这种工艺曾经在例如美国专利6790579中被Goodall等描述过。该文献公开了一种光致抗蚀剂组合物，该光致抗蚀剂组合物含有酸产生引发剂和在聚合物主链上具有重复酸不稳定侧基的多环聚合物。可以使用碱性显影剂选择性移除曝光区域，或者，可以通过使用作为负型色调显影的合适的非极性溶剂处理来将未曝光区域选择性移除。

对于负色调显影，最近推荐的显影剂是醋酸正丁酯(NBA)。然而因为各种原因这种材料的应用并不是令人满意的。从安全的立场出发，NBA是有问题的，这是因为NBA具有相对低的22℃的闪点，由于工艺设备通常具有移动的机械部件和电部件，而这些部件会产生能点燃溶剂蒸汽与空气混合物的电火花或静电火花，从而会造成着火和爆炸事故。另外，发现当使用NBA时曝光宽容度(exposure latitude)相对较小，从而所提供的比合适的处理窗口更小。

本领域中对于能解决与该技术的状态相结合的一个或多个前述问题，并且能在电子器件的制造中形成精细图案的光刻图案工艺有着持续的需求。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种形成光刻图案的方法。该方法包括：(a)提供在其表面上具有一个或多个将被图案化的层的基板；(b)在该一个或多个将被图案化的层的表面上涂覆光致抗蚀剂组合物层，该光致抗蚀剂组合物包括具有酸解离基团的树脂和光酸产生剂；(c)在光化辐射下图案化曝光该光致抗蚀剂组合物层；并且(d)在光致抗蚀剂组合物层上施加显影剂，其中光致抗蚀剂组合物层中的未曝光区域被显影剂去除，在一个或多个将被图案化的层上形成光致抗蚀剂图案。该显影剂包括2-庚酮和/或5-甲基-2-己酮。

根据本发明的再一方面，所提供的是通过此处所描述的方法形成的电子器件。