[发明专利]光致抗蚀外涂组合物和电子设备的形成方法

说明书

技术领域

根据35U.S.C.§119(e)，本申请要求提交于2011年9月9号的美国临时申请No.61/533,110的优先权益，其内容在此全部引入并作参考。

本发明通常涉及电子设备的制造。更具体地说，本发明涉及光致抗蚀涂覆组合物、涂覆基底和利用负性显影方法形成精细图案的光刻方法。

背景技术

在半导体制造工业中，光致抗蚀剂(photoresist)材料用于将图像转移到分布在半导体基底上的一个或多个底层(如金属、半导体和介电层)以及所述基材本身。为了提高半导体设备的集成密度以及形成具有纳米(nm)尺寸的结构，已经并持续开发了具有高分辨率的光致抗蚀剂和光刻工艺工具。

正型化学放大光致抗蚀剂传统地被用于高分辨率加工。这种抗蚀剂典型地采用具有酸不稳定离去基团的树脂和光酸产生剂。曝光于光化辐射引起酸产生剂形成酸，其在后曝光烘焙期间，引起树脂中酸不稳定基团的裂解。这在抗蚀剂的曝光和未曝光区域之间在水性碱性显影剂溶液中产生了溶解特性的差异。抗蚀剂的曝光区域在水性碱性显影剂中是可溶的并且被从基板表面移除，而未曝光区域，其在显影剂中是不溶的，显影后保留以形成正性图像。

在半导体器件中获得纳米尺度特征尺寸的一个方法是在化学放大光致抗蚀剂曝光期间使用短波长的光，例如193nm或更短。为了进一步改善光刻性能，已经开发了浸没式光刻工具以有效增加成像设备镜头的数值孔径(NA)，例如，具有KrF或ArF光源的扫描仪。这通过在成像设备的最后表面和半导体晶片的上表面之间使用相对高折射率流体(即，浸没流体)来实现。所述浸没流体比空气或惰性气体介质允许更多量的光聚焦在抗蚀剂层上。当使用水作为浸没流体，最大数值孔径可以增加，例如，从1.2至1.35。数值孔径这样的增加，可能在单次曝光工艺中实现40nm的半节距(half-pitch)分辨率，进而允许改善设计收缩。这一标准的浸没式光刻工艺，然而，通常不适用于需要高分辨率器件的制造，例如，对于32nm和22nm半节距结点。

已经做了相当多的努力以拓展实际分辨率，超过了从材料和处理方面的正性显影获得的分辨率。一个这样的例子涉及传统正性化学放大光致抗蚀剂的负型显影(NTD)。NTD方法相对于标准正性成像能够改善分辨率和工艺窗口，其利用用于打印临界黑暗区域(dark field)层的亮区域掩膜获得超高成像质量。NTD抗蚀剂通常采用具有酸不稳定(或酸可裂解)基团的树脂和光酸产生剂。曝光于光化辐射引起光酸产生剂形成酸，其在后曝光烘焙期间，引起酸不稳定基团的裂解，进而引起曝光区域的极性转换。结果，在抗蚀剂的曝光和未曝光区域之间产生了溶解特性的差异，以致抗蚀剂的未曝光区域可以通过特殊的显影剂去除，通常为有机显影剂例如酮、酯或醚，留下通过不溶解的曝光区域产生的图案。

已知在浸没光刻中在光致抗蚀剂和浸没流体之间使用保护性阻挡材料，避免了光致抗蚀剂组分的浸出以及曝光工具光学污染，以及提供了抗反射特性。由加到光致抗蚀组合物的组分形成阻挡层，在旋涂过程中，所述组合物自隔离到抗蚀剂层上表面。可选地，从光致抗蚀剂分离的组合物可用于在光致抗蚀剂层上形成外覆盖或顶覆盖层。美国专利申请公开No.US2011/0020755A1公开了NTD方法，其涉及在曝光抗蚀剂薄膜前在抗蚀剂薄膜上形成保护薄膜，通过浸没媒介来曝光抗蚀剂薄膜并且利用负显影剂进行显影。所述保护性薄膜组合物包含溶剂，对193nm光具有透光性的不具有芳香基的树脂以及任选的表面活性剂，所述溶剂将保护性薄膜应用于抗蚀剂薄膜顶部，而不会溶解抗蚀剂薄膜。