[发明专利]图案形成方法和光致抗蚀剂图案外涂层组合物

说明书

一种图案形成方法，包含：(a)提供半导体衬底；(b)在所述半导体衬底上形成光致抗蚀剂图案，其中所述光致抗蚀剂图案由光致抗蚀剂组合物形成，所述光致抗蚀剂组合物包含：包含酸不稳定基团的第一聚合物；和光酸产生剂；(c)在所述光致抗蚀剂图案上涂布图案外涂层组合物，其中所述图案外涂层组合物包含第二聚合物和有机溶剂，其中所述有机溶剂包含一种或多种酯溶剂，其中所述酯溶剂具有式R₁‑C(O)O‑R₂，其中R₁是C3‑C6烷基并且R₂是C5‑C10烷基；(d)烘烤经涂布的所述光致抗蚀剂图案；和(e)用冲洗剂冲洗所述经涂布的光致抗蚀剂图案以去除所述第二聚合物。所述方法尤其适用于制造半导体装置。

技术领域

本发明大体上涉及电子装置的制造。更具体地说，本发明涉及适用于形成精细光刻图案的图案形成方法和光致抗蚀剂图案外涂层组合物。

背景技术

在半导体制造工业中，光致抗蚀剂材料用于将图像转移到安置在半导体衬底上的一个或多个底层，如金属、半导体和介电层，以及所述衬底本身。为了提高半导体装置的集成密度和允许形成尺寸在纳米范围内的结构，已开发并且继续开发出具有高分辨率能力的光致抗蚀剂和光刻处理工具。

正型化学增幅光致抗蚀剂常规地用于高分辨率处理。这类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。经由光掩模逐图案暴露于活化辐射使得酸产生剂形成酸，其在曝光后烘烤期间造成树脂的曝光区域中的酸不稳定基团的裂解。这产生水性碱性显影剂溶液中的抗蚀剂的曝光与未曝光区域之间的可溶性特征差异。在正型显影(PTD)方法中，抗蚀剂的曝光区域可溶于水性碱性显影剂中并且从衬底表面去除，而不溶于显影剂中的未曝光区在显影之后保留以形成正像。

常规地通过增加曝光设备的数值孔径和使用更短的曝光波长来实现光刻缩放。目前，ArF(193nm)光刻是大批量生产高级半导体装置的标准。ArF光致抗蚀剂聚合物典型地基于(甲基)丙烯酸酯化学物质，并且在聚合物中不含或基本上不含芳香族基团，归因于其在曝光波长下的较高吸收。为了形成比由单独直接成像可获得的光致抗蚀剂图案更精细的光致抗蚀剂图案，已经提出了光致抗蚀剂图案修整方法，例如在US2014/0186772A1中。光致抗蚀剂修整方法典型地涉及使包括具有酸不稳定基团的聚合物的光致抗蚀剂图案与含有酸或热酸产生剂的组合物接触。酸或所产生的酸在抗蚀剂图案的表面区域中造成去保护，所述区域随后例如通过与显影剂溶液接触而去除。这允许例如修整光致抗蚀剂图案，得到比使用单独直接成像时更精细的抗蚀剂线和柱图案或更大直径的接触孔图案。

为了形成与在ArF光刻情况下可能的相比更精细的装置几何结构，已开发并且继续开发EUV(例如，13.5nm)光刻方法和材料用于下一代半导体装置。这种技术的优点是缺乏芳香族基团对EUV辐射的吸收.由此开放使用对于ArF光刻不实用的光致抗蚀剂材料平台的可能性，例如乙烯基芳香族类聚合物，如聚羟基苯乙烯(PHS)类聚合物。例如从耐蚀刻性、蚀刻选择性、敏感性和成本中的一种或多种的观点来看，此类材料可为有益的。然而，已发现使用ArF抗蚀剂图案修整芳香族类光致抗蚀剂聚合物系统的产物导致不良的图案化性能，例如在局部临界尺寸均匀性(LCDU)、涂层缺陷和图案损伤方面。

所属领域中需要可解决与现有技术水平相关的一种或多种问题的适用于电子装置制造的光致抗蚀剂图案形成方法和抗蚀剂图案外涂层组合物。

发明内容