[发明专利]聚合物,光致抗蚀剂组合物和光刻图案的形成方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及电子装置的制造。更具体地说，本发明涉及聚合物，光致抗蚀剂组合物，涂敷基底，以及能够使用负性显影工艺形成精细图案的光刻方法。

背景技术

在半导体装置制造业中，光致抗蚀剂用于将图像转印到一个或多个设置在半导体基底上的底层(例如金属、半导体和介电层)，以及转印到基底本身。为了增加半导体装置的集成密度，以及能够形成具有纳米级尺寸的结构，已经并将持续开发具有高分辨能力的光致抗蚀剂和光刻加工工具。

一种在半导体装置中实现纳米级特征尺寸的方法是在化学放大的光致抗蚀剂曝光过程中使用短波长(例如193nm或更小)光。浸渍光刻法有效地增加了成像装置(例如，具有KrF或ArF光源的扫描仪)的透镜的数值孔径。这通过在成像装置的下表面和半导体晶片的上表面之间使用较高折射率的流体(即浸液)实现。与使用空气或惰性气体介质相比，所述浸液能将更多的光聚焦在抗蚀剂层中。

理论分辨极限通过下示的瑞利方程定义：

R=k1λNA]]>

其中k₁为过程系数，λ为成像工具的波长，NA为成像透镜的数值孔径。当使用水作为浸液时，最大数值孔径会增加，例如，从1.2增加至1.35。就印刷线和空间图形而言，k₁为0.25，193nm浸渍扫描仪可能仅仅能分辨36nm半-节线和空间图形。由于低空间影像对比度以及暗场屏蔽(其中k₁理论极限为0.35)，印刷接触孔或任意2D图形的分辨率被进一步限制。因此接触孔的最小半-节距被限制为约50nm。标准浸渍光刻法通常不适于制造要求更高分辨率的装置。

已经做了大量努力从材料和加工两方面出发，增加浸渍光刻正性显影的实际分辨能力。其一个实例包括传统正性化学放大抗蚀剂的负性显影(NTD)。NTD是能够使用高成像质量的成像反转技术，该高成像质量由用于印刷临界暗场层的明视场屏蔽带来。NTD抗蚀剂典型地使用具有酸不稳定(或酸-可断裂)基团的树脂和光致产酸剂。光化辐射曝光使光致产酸剂形成酸，所述酸在后曝光烘烤中使酸不稳定基团断裂，从而在曝光区域中产生极性转换。因此，在抗蚀剂的曝光区和未曝光区之间产生了溶解度特性的差别，使得通过特殊的显影剂(典型的是有机显影剂，例如酮、酯或醚)可除去抗蚀剂的未曝光区，留下不溶解的曝光区产生的图案。所述方法描述于，例如Good等人的US 6,790,579中。该文献公开了包含产酸引发剂和多环聚合物的光致抗蚀剂组合物，该多环聚合物沿聚合物主链含有重复的酸不稳定侧基。曝光区域可以选择性地用碱性显影剂除去，或者，未曝光区域可以选择性地通过适合用于负性显影的非极性溶剂处理除去。

当在NTD工艺中使用常规的193nm光致抗蚀剂时会产生一些问题。与预曝光抗蚀剂层相比，显影的光致抗蚀剂图案会，例如，显示相当大的厚度损耗。这会在随后的蚀刻中产生图案缺陷，这是因为抗蚀剂图案部分完全腐蚀。据信厚度损耗是由于通常使用的大体积酸不稳定基团(例如大的叔烷基酯基团)从抗蚀剂层断裂和损耗而产生的。由于该大的酸不稳定基团含量高，因此对于仅依靠该基团进行极性转换的常规193nm光致抗蚀剂来说，厚度损耗是特别棘手的。使用较厚的抗蚀剂层可能不是实用的解决问题的办法，因为随后会产生其它问题例如焦深降低和图案塌陷。当使用典型的193nm光致抗蚀剂用于NTD时，图案塌陷会加剧，据信这是因为某些酸不稳定基团(特别是该基团是唯一担负极性转换时)从基于(甲基)丙烯酸酯的聚合物断裂之后，光致抗蚀剂的曝光区产生的较高含量的(甲基)丙烯酸单元的缘故。由于抗蚀剂图案与基底之间的极性不匹配，(甲基)丙烯酸单元在有机的和硅基无机基底上的附着力不足。在NTD中使用仅依靠上述大的酸不稳定基团进行极性转换的所述常规光致抗蚀剂的另一个问题是抗刻蚀性降低。

本领域仍然需要用于负性显影的改进的聚合物，光致抗蚀剂组合物和光刻方法，其能够在电子装置制造中形成精细图案，以及避免或显著改进与本领域技术水平相关的一个或更多的前述问题。

发明内容

本发明的光致抗蚀剂组合物包括一种聚合物，该聚合物是部分由包括特殊的缩醛基团的单体形成的。本发明优选的组合物和方法降低厚度损耗，以及改善光刻加工中的图案塌陷界限，分辨率和感光度。