[发明专利]包含表面活性剂和疏水化剂的组合物在处理线间距尺寸为50nm或更低的图案化材料时避免抗图案崩塌的用途

说明书

发明涉及一种组合物，所述组合物可用于制备集成电路装置、光学装置、微机械和精密机械装置，尤其是以避免图案崩塌的工艺中。

背景技术

在具有LSI、VLSI和ULSI的IC的制备过程中，通过光刻技术产生图案化材料层，如图案化光致抗蚀剂层，含有氮化钛、钽或氮化钽或由其组成的图案化阻隔材料层，含有例如交替多晶硅和二氧化硅层的堆叠或由其组成的图案化多堆叠材料层，和含有二氧化硅或低k或超低k介电材料或由其组成的图案化介电材料层。现今，这类图案化材料层包含具有高纵横比的尺寸甚至低于22nm的结构。

光刻法为一种使掩模上的图案投射于基材如半导体晶片上的方法。半导体光刻法典型地包括以下步骤：将光致抗蚀剂层施加于半导体基材的上表面上且使该光致抗蚀剂经由掩模曝露于光化辐射，尤其是波长为例如193nm的UV辐射。为使193nm光刻法延伸至22nm和15nm技术节点，已开发浸渍光刻法作为一种分辨率增强技术。在该技术中，光学系统的末级透镜与光致抗蚀剂表面之间的气隙由折射率大于1的液体介质替换，例如对于193nm的波长折射率为1.44的超纯水。然而，为避免浸滤、水吸收和图案退化，必须使用阻隔涂层或防水光致抗蚀剂。然而，这些措施增加了制备过程的复杂性且因此为不利的。

除193nm浸渍光刻之外，认为具有显著更短波长的其他照明技术为满足进一步按比例收缩20nm节点和低于20nm节点的待印刷特征尺寸的需要的技术方案。除电子束曝光之外，波长约为13.5nm的远紫外线光刻似乎为将来最有前景替换浸渍光刻的候选方案。在曝光之后，后续工艺流程相当类似于下面的摘要中所述浸渍和EUV光刻。

通常进行曝光后烘烤(PEB)以使所曝光的光致抗蚀剂聚合物裂解。接着将包括裂解聚合物光致抗蚀剂的基材转移至显影室中以移除经曝光光致抗蚀剂，其可溶于显影剂水溶液中。典型地，显影剂溶液如四甲基氢氧化铵(TMAH)，其呈覆液(puddle)形式施加于抗蚀剂表面以显影经曝光光致抗蚀剂。接着对该基材施用去离子水冲洗以移除溶解的光致抗蚀剂聚合物。接着将基材送至旋转干燥工艺。之后，基材可转移至下一工艺步骤，其可包括硬烘烤工艺以自光致抗蚀剂表面移除任何水分。

然而，不考虑曝光技术，小图案的湿式化学处理涉及多个问题。随着技术进步和尺寸要求变得越来越严格，要求光致抗蚀剂图案包括基材上的相对薄且高的光致抗蚀剂结构或特征，即具有高纵横比的特征。这些结构可遭受弯曲和/或崩塌，在旋转干燥工艺期间尤其如此，这归因于由化学冲洗和旋转干燥工艺所剩余的且位于相邻光致抗蚀剂特征之间的冲洗液体去离子水的液体或溶液的过度毛细管力。小特征之间由毛细管力所引起的最大应力σ可根据Namatsu等，Appl.Phys.Lett.66(20)，1995按如下描述：

σ=6·γ·cosθD·(HW)2]]>

其中γ为流体的表面张力，θ为流体在特征材料表面上的接触角，D为特征之间的距离，H为特征的高度，且W为特征的宽度。

为降低最大应力，一般存在以下途径：

(a)降低流体的表面张力γ，

(b)降低流体在特征材料表面上的接触角。

在另一途径中，对于降低浸渍光刻的最大应力σ可包括使用具有改性聚合物的光致抗蚀剂使其更具疏水性。然而，该技术方案可降低显影溶液的可湿性。

常规光刻法工艺的另一问题为归因于抗蚀剂和光学分辨率限度的线边缘粗糙度(LER)和线宽粗糙度(LWR)。LER包括与特征的理想形式的水平和垂直偏差。尤其当关键尺寸收缩时，在IC装置的制备过程中LER更成问题且可致使产量损失。

由于尺寸收缩，移除颗粒以实现缺陷减少也变为关键因素。这不仅适用于在光学装置、微机械和精密机械装置制备期间产生的光致抗蚀剂图案，而且适用于其他图案化材料层。