[发明专利]制造具有带50nm及更小行间距尺寸的图案化材料层的集成电路装置、光学装置、微型电机和机械精密装置的方法

说明书

本发明涉及一种制造具有带50nm及更小行间距尺寸和＞2纵横比的图案化材料层的集成电路装置、光学装置、微型电机和机械精密装置的新方法。

所引文件

本申请所引用的文件全部引入本文供参考。

发明背景

在具有LSI、VLSI和ULSI的IC的制造方法中，图案化材料层如图案化光刻胶层，含有或由一氮化钛、钽或一氮化钽组成的图案化屏障材料层，含有或由例如交替多晶硅和二氧化硅层堆叠组成的图案化多重堆叠材料层，和含有或由二氧化硅或低k或超低k介电材料组成的图案化介电材料层通过光刻技术产生。目前，这种图案化材料层包含尺寸甚至低于20nm且具有高纵横比的结构。

光刻法为其中使掩模上的图案透射在基材如半导体晶片上的方法。半导体光刻法通常包括如下步骤：将光刻胶层施用于半导体基材的上表面上并使光刻胶通过掩模暴露于光化辐射，特别是波长例如为193nm的UV辐射。为使193nm光刻法延伸至20nm和15nm技术节点，作为分辨率增强技术开发了浸渍光刻法。在该技术中，光学体系的最终透镜与光刻胶表面之间的空隙被折射率大于1的液体介质，例如对于193nm的波长具有1.44的折射率的超纯水置换。然而，为避免浸出、水吸收和图案劣化，必须使用屏障涂层或防水光刻胶。然而，这些措施增加了制造方法的复杂性，因此是不利的。

除了193nm浸渍光刻法外，使用显著更短波长的其它辐射技术被认为是满足进一步缩减20nm及更小技术节点的待印刷特征尺寸的需要的方案。除了电子束(eBeam)暴露外，具有约13.5nm波长的远紫外(EUV)光刻法似乎是将来代替浸渍光刻法的最有希望的候补者。在暴露之后，随后工艺流程对于浸渍eBeam和EUV光刻法十分类似，如以下段落所述。

通常进行后暴露烘焙(PEB)以使暴光后的光刻胶聚合物分解。然后将包含分解的聚合物光刻胶的基材转移至成像室中以除去可溶于显影剂含水溶液中的暴光后的光刻胶。通常将显影剂溶液如四甲基氢氧化铵(TMAH)以胶泥的形式施用于光刻胶表面上以使暴光后的光刻胶显影。然后将去离子水冲洗施用于基材上以除去光刻胶的溶解聚合物。然后将基材送入离心干燥方法中。其后，可将基材转移至下一工艺步骤中，其可包括硬烘焙方法以从光刻胶表面除去任何湿气。

然而，与暴露技术无关，小图案的湿法化学加工涉及多个问题。由于技术进展和尺寸需要变得越来越严格，需要光刻胶图案包含在基材上的相对薄且高的光刻胶结构或特征结构，即具有高纵横比的特征结构。这些结构可遭遇弯曲和/或皱缩，在离心干燥方法期间特别如此，因为由化学冲洗和离心干燥方法留下且置于相邻光刻胶特征结构之间的去离子水的过度毛细力。通过毛细力导致的小特征结构之间的最大应力σ可如下所定义：

σ=6·γ·cosθD·(HW)2]]>

其中γ=流体的表面张力，θ=流体在特征结构材料表面上的接触角，D=特征结构之间的距离，H=特征结构的高度，且W=特征结构的宽度。因此，化学冲洗溶液的表面张力必须显著降低。

浸渍光刻法的另一方案可包括使用具有改性聚合物的光刻胶以使它更疏水。然而，该方案可降低显影溶液的可湿性。

常规光刻法的另一问题是由于光刻胶和光学分辨率极限导致的线边缘粗糙(LER)。LER包括相对于特征结构的理想形式的水平和垂直偏差。尤其作为临界尺寸收缩，LER变得更有问题，并可导致IC器件制造方法中的收率损失。

由于尺寸的收缩，除去颗粒以实现瑕疵减少也变成关键因素。这不仅适用于光刻胶图案，而且适用于在制造光学装置、微型电机和机械精密装置过程中产生的其它图案化材料层。

常规光刻法的另一问题是水印瑕疵的存在。当去离子水或冲洗液不能从光刻胶的疏水表面上摆脱时，水印可在光刻胶上形成。光刻胶特别在隔离的或者非密图案化的区域中是疏水性。水印对收率和IC器件性能具有有害影响。