[发明专利]正性作用可光成像底部抗反射涂层

说明书

本申请是2004年7月9日提交的申请号为03802065.3、发明名称为“正性作用可光成像底部抗反射涂层”的申请的分案申请。

发明领域

本发明涉及新型正性作用的、可光成像的并可水性显影的抗反射涂料组合物和它们的通过在反射衬底和光刻胶涂层之间形成新型抗反射涂料组合物的薄层而用于图像处理中的用途。这样的组合物特别可用于通过光刻技术，特别是要求采用深紫外辐射曝光的那些光刻技术而制造半导体器件。

背景技术

光刻胶组合物用于微平版印刷工艺中用于制备微型化电子元件，如在计算机芯片和集成电路的制造中。一般情况下，在这些工艺中，首先向衬底材料，如用于制备集成电路的硅晶片涂覆光刻胶组组合物膜的薄涂层。然后烘烤经涂覆的衬底以蒸发在光刻胶组合物中的任何溶剂和将涂层定影到衬底上。然后将衬底的经烘烤和涂覆的表面在辐射下进行成像式曝光。

此辐射曝光引起经涂覆的表面的曝光区域中的化学转变。可见光、紫外(UV)光、电子束和X射线辐射能是目前通常用于微平版印刷工艺的辐射类型。在此成像式曝光之后，采用显影剂溶液处理经涂覆的衬底以溶解和除去光刻胶的辐射曝光或未曝光区域。

有两种类型的光刻胶组合物，负性作用的和正性作用的。当将正性作用光刻胶组合物在辐射下成像式曝光时，曝光于辐射下的光刻胶组合物的区域变得可溶于显影剂溶液(如发生重排反应)而光刻胶涂层的未曝光区域保持相对不溶于这样的溶液。因此，采用显影剂处理经曝光的正性作用光刻胶导致除去光刻胶涂层的曝光区域和在涂层中形成正像，由此暴露了位于下方的衬底表面的所需部分，在该衬底表面上沉积有光刻胶组合物。在负性作用光刻胶中，显影剂除去未曝光的部分。

半导体器件微型化的趋势已导致使用对越来越低的辐射波长敏感的新型光刻胶，和也导致使用高级多层体系以克服与这样的微型化有关的困难。

高分辨率、化学放大的、深紫外(100-300nm)的正性和负性彩色光刻胶可用于构成具有小于四分之一微米几何尺寸的图像。主要有两种深紫外(uv)曝光技术，该技术在微型化中提供显著的改进，和这些是在248nm和193nm下发射辐射的激光器。这样的光刻胶的例子在以下专利中给出和在此引入作为参考，US4,491,628、US5,350,660、EP794,458和GB2,320,718。用于248nm的光刻胶典型地基于取代聚羟基苯乙烯和它的共聚物。另一方面，由于芳族化合物在193nm波长下不透明，所以用于193nm曝光的光刻胶要求非芳族聚合物。一般情况下，将脂环族烃引入聚合物以通过消除芳族官能度代替耐蚀刻性。此外，在更低波长下，从衬底的反射渐增地对光刻胶的平版印刷性能有害。因此，在这些波长下，抗反射涂层变得关键。

高度吸收性抗反射涂层在光刻法中的使用是减少由光从高度反射性衬底的背反射产生的问题的简单方法。背反射性的两个主要缺点是薄膜干涉效应和反射刻痕。当抗蚀剂的厚度变化时，薄膜干涉或驻波导致由抗蚀剂膜中总光强度变化引起的临界线宽度尺寸的变化。当在包含表面形态特征的衬底上将光刻胶形成图案时，反射刻痕变得严重，所述表面形态特征通过光刻胶膜散射光，导致线宽度变化，和在极端情况下，形成具有完全光刻胶损失的区域。

底部抗反射涂层的使用提供消除反射率的最好解决方案。将底部抗反射涂层涂覆在衬底上并然后在抗反射涂层的上方涂覆一层光刻胶。将光刻胶成像式曝光并显影。然后典型地蚀刻在曝光区域中的抗反射涂层并因此将光刻胶图案转印到衬底上。现有技术中已知的大多数抗反射涂层设计为能被干蚀。与光刻胶相比，抗反射膜的蚀刻速率需要相对高，使得蚀刻了抗反射膜而没有在蚀刻工艺期间过度损失抗蚀剂膜。有两种已知类型的抗反射涂层，无机涂层和有机涂层。然而，这两种涂层迄今为止都设计为通过干蚀除去。

无机类型的涂层包括膜如TiN、TiON、TiW和以30nm的范围旋涂在有机聚合物上，并讨论于如下文章中：C.Nolscher等人，ProcSPIE，第1086卷，第242页(1989)；K.Bather，H.Schreiber，Thinsolid films(薄固体膜)，200，93，(1991)；G.Czech等人，MicroelectronicEngineering(微电子工程)，21，第51页(1993)。无机底部抗反射涂层要求精确控制膜厚度，膜的均匀性，特殊的沉积设备，在抗蚀剂涂覆之前的复杂粘合促进技术，单独的干蚀图案转印步骤，和用于脱除的干蚀工艺。干蚀工艺的另一个非常重要的方面在于苛刻的蚀刻条件可能引起对衬底的损坏。