圖案收縮方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明大體上涉及電子裝置的制造。更確切地說，本發(fā)明涉及允許使用圖案收縮 方法形成精細圖案的光刻方法。本發(fā)明尤其適用于半導體制造工業(yè)。
【背景技術】
[0002] 在半導體制造工業(yè)中，光致抗蝕劑材料用于將圖像轉移到安置在半導體襯底上的 一或多個底層，如金屬、半導體和介電層，以及所述襯底本身。為了增加半導體裝置的集成 密度和允許形成具有納米范圍內(nèi)的尺寸的結構，已開發(fā)且繼續(xù)開發(fā)具有高分辨率能力的光 致抗蝕劑和光刻處理工具。
[0003] 正型化學放大光致抗蝕劑常規(guī)地用于使用正型顯影（PTD)方法的高分辨率處理。 在PTD方法中，光致抗蝕劑層的曝光區(qū)域可溶于顯影劑溶液（通常含水堿性顯影劑）中，且 從襯底表面去除，而不溶于顯影劑的未曝光區(qū)在顯影之后保留以形成正像。為改進光刻性 能，已開發(fā)浸沒光刻工具以有效地增加成像裝置，例如具有KrF或ArF光源的掃描儀的鏡頭 的數(shù)值孔徑（NA)。此通過在成像裝置的最后一個表面與半導體晶片的上表面之間使用相對 高折射率流體（即浸沒流體）實現(xiàn)。
[0004] 已從材料和處理觀點對于使實際分辨率延伸到通過正型顯影實現(xiàn)的分辨率之外 作出大量努力。一個此類實例為負型顯影（NTD)方法。NTD方法通過利用使用亮場掩模印 刷臨界暗場層獲得的優(yōu)良成像品質而允許相比于標準正型成像改進的分辨率和工藝窗口。 NTD抗蝕劑通常采用具有酸不穩(wěn)定（在本文中也被稱作酸可裂解）基團和光酸產(chǎn)生劑的樹 月旨。曝光于光化輻射使得光酸產(chǎn)生劑形成酸，其在曝光后烘烤期間導致酸不穩(wěn)定基團的裂 解，在曝光區(qū)域中產(chǎn)生極性轉換。因此，在抗蝕劑的曝光區(qū)與未曝光區(qū)之間產(chǎn)生可溶性特征 的差異，使得抗蝕劑的未曝光區(qū)可以通過有機溶劑顯影劑去除，留下由不溶曝光區(qū)域產(chǎn)生 的圖案。
[0005] 為了進一步將分辨能力延伸到通過標準抗蝕圖案化技術通常獲得的那些之外，已 提出各種用于圖案收縮的方法。這些方法涉及增加抗蝕圖案側壁的有效厚度以減?。?"收縮"）例如相鄰刻線之間或溝槽或穿孔圖案內(nèi)的間距。以這種方式，可以使得如由圖案 形成的溝槽和接觸孔的特征較小。已知收縮技術包括例如化學氣相沉積（CVD)輔助、酸擴 散抗蝕生長和聚合物摻合物自組裝。
[0006] CVD輔助收縮方法（參見K小山（K. Oyama)等人，"朝向22nm節(jié)點的強化光致抗 蝕齊丨J收縮方法技術（The enhanced photoresist shrink process technique toward 22nm node) "《國際光學工程學會會刊》(Proc. SPIE) 7972,抗蝕材料和處理技術的進步（Advances in Resist Materials and Processing Technology)XXVIII，79722Q(2011))使用在包括例 如接觸孔、刻線/空間或溝槽圖案的光致抗蝕圖案上方形成的CVD沉積層。CVD材料經(jīng)回蝕 (etch back)，留下抗蝕圖案的側壁上的材料。這增加抗蝕圖案的有效橫向尺寸，進而減少 曝光待蝕刻的底層的開放區(qū)。CVD輔助收縮技術需要使用成本高的CVD和蝕刻工具，增加方 法的復雜度且就方法通量來說不利。
[0007] 在酸擴散抗蝕生長方法（也稱為RELACS方法）（參見L彼得斯（L. Peters)，"抗蝕 劑加入次 λ 革命（Resists Join the Sub-ARevolution) "，《半導體國際》（Semiconductor International)，1999. 9)中，在PTD產(chǎn)生的抗蝕圖案化表面上方涂布酸催化可交聯(lián)材料。 材料的交聯(lián)通過在烘烤步驟期間擴散到可交聯(lián)材料中的存在于抗蝕圖案中的酸組分催化。 交聯(lián)在酸擴散區(qū)中的抗蝕圖案附近的材料中進行以在圖案側壁上形成涂層，進而減小圖案 的開放區(qū)的橫向尺寸。此方法通常遭受疏密線寬偏差（iso-dense bias ;IDB)，其中取決于 密度（在...之間的間距）鄰近抗蝕圖案，抗蝕圖案上的交聯(lián)層生長跨越晶粒表面不均勻 地出現(xiàn)。因此，基于圖案密度，一致特征的"收縮"程度可能跨越晶粒變化。這可能對于打 算成為一致裝置的裝置導致跨越晶粒的圖案化缺陷和電特性變化。
[0008] 聚合物摻合物自組裝（參見Y.浪江（Y. Namie)等人，"用于定向自組裝的聚合物 慘合物（Polymer blends for directed self-assembly)"，《國際光學工程學會會刊》8680， 替代光刻技術（Alternative Lithographic Technologies) V，86801M(2013))涉及在光致 抗蝕圖案上方含有親水性和疏水性聚合物的不可混溶摻合物的涂料組合物。組合物隨后經(jīng) 退火，使得聚合物相分離，其中親水性聚合物優(yōu)先分離到抗蝕圖案側壁且疏水性聚合物填 充抗蝕圖案側壁之間的體積的其余部分。疏水性聚合物隨后通過溶劑顯影去除，留下抗蝕 圖案側壁上的親水性聚合物。已發(fā)現(xiàn)聚合物摻合物自組裝遭受鄰近和尺寸效應。由于收縮 比是通過兩種聚合物的體積比測定，因此所有特征通過相同相對百分比而不是通過相同絕 對量收縮。這可能導致關于酸擴散抗蝕生長技術描述的相同問題。
[0009] 在所屬領域中持續(xù)需要解決與目前先進技術相關的一或多個問題且允許在電子 裝置制造中形成精細圖案的改善的光致抗蝕圖案收縮方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種圖案收縮方法。所述方法包含：(a)提供一種 包含一或多個待圖案化的層的半導體襯底；(b)在一或多個待圖案化的層上方提供抗蝕圖 案；（c)在圖案上方涂布收縮組合物，其中所述收縮組合物包含聚合物和有機溶劑，其中聚 合物包含基團，所述基團含有可有效地與抗蝕圖案表面處的酸基和/或醇基形成一鍵的氫 受體，且其中組合物不含交聯(lián)劑；和（d)從襯底沖洗殘余收縮組合物，留下粘合于抗蝕圖案 的一部分聚合物。所述方法尤其適用于制造提供高分辨率圖案的半導體裝置。優(yōu)選地，所 述收縮組合物包含：包含第一嵌段和第二嵌段的嵌段共聚物，其中第一嵌段包含含有可有 效地與抗蝕圖案表面處的酸基和/或醇基形成一鍵的氫受體的基團，且第二嵌段包含由丙 烯酸（烷基）酯單體形成的單元、由乙烯基芳族單體形成的單元、含硅單元或其組合。
[0011] 優(yōu)選地，抗蝕圖案由負型顯影方法形成。示例性此類方法包含：(bl)在一或多 個待圖案化的層上方涂覆光致抗蝕劑組合物的層，其中所述光致抗蝕劑組合物包含：包含 酸可裂解離去基的聚合物，所述離去基的裂解形成酸基和/或醇基；光酸產(chǎn)生劑；和溶劑； (b2)通過圖案化光掩模將光致抗蝕劑層曝光到活化輻射；(b3)加熱光致抗蝕劑層，其中由 酸產(chǎn)生劑產(chǎn)生的酸造成酸可裂解離去基的裂解，進而形成酸基和/或醇基；和（b4)用有機 溶劑顯影劑對曝光的光致抗蝕劑組合物層顯影以形成包含酸基和/或醇基的負型抗蝕圖 案。
[0012] 還提供由本文中所描述的方法形成的收縮組合物以及涂布襯底和電子裝置。
[0013] 本文中所使用的術語僅出于描述特定實施例的目的，且無意限制本發(fā)明。除非上 下文另作明確指示，否則如本文所使用，單數(shù)形式"一（a/an)"和"所述（the)"打算包括單 數(shù)和復數(shù)形式兩者。對特定玻璃轉化溫度（T g)的參考為如通過差示掃描熱量測定測量。
【附圖說明】
[0014] 將參看以下附圖描述本發(fā)明，其中相同的元件符號表示相同的特征，且其中：
[0015] 圖IA-F為根據(jù)本發(fā)明的收縮方法的方法流程；
[0016] 圖2說明在根據(jù)本發(fā)明的收縮方法之前和之后的不同曝光劑量下的刻線/空間圖 案；
[0017] 圖3為在根據(jù)本發(fā)明的收縮方法之前和之后的溝槽圖案的CD隨劑量而變的曲線 圖；
[0018] 圖4顯示在根據(jù)本發(fā)明的收縮方法之前和之后的各種曝光劑量下的刻線/空間圖 案的SEM圖像；
[0019] 圖5為在根據(jù)本發(fā)明的收縮方法之前和之后的溝槽圖案的CD隨焦距而變的曲線 圖；
[0020] 圖6A-D顯示在根據(jù)本發(fā)明的收縮方法之前和之后的刻線/空間和溝槽圖案的⑶ 隨劑量而變的曲線圖；
[0021] 圖7顯示在根據(jù)本發(fā)明的收縮方法之前和之后的刻線/空間圖案的自上向下的 SEM圖像；
[0022] 圖8為在根據(jù)本發(fā)明的收縮方法之前和之后的溝槽圖案的CD隨劑量而變的曲線 圖；
[0023] 圖9顯示在根據(jù)本發(fā)明的收縮方法之前和之后的刻線/空間圖案的自上向下的 SEM圖像；
[0024] 圖10顯示在根據(jù)本發(fā)明的收縮方法之前和之后的接觸孔圖案的自上向下的SEM 圖像；
[0025] 圖11為在根據(jù)本發(fā)明的收縮方法之前和之后的接觸孔圖案的CD隨劑量而變的曲 線圖；
[0026] 圖12為根據(jù)本發(fā)明形成的刻線/空間和接觸孔圖案的CD收縮量的比較曲線圖；
[0027] 圖13顯示在根據(jù)本發(fā)明的收縮方法之前和之后的SEM圖像；且
[0028] 圖14顯示在根據(jù)本發(fā)明的收縮方法之前和之后的接觸孔圖案的自上向下的SEM 圖像。
【具體實施方式】
[0029] 收縮組合物
[0030] 本發(fā)明的收縮組合物包括聚合物和溶劑，且可以包括一或多種其它任選的組分。 收縮組合物在涂布于光致抗蝕圖案，例如接觸孔、溝槽或刻線和空間圖案上方時不管特征 尺寸或密度而允許一致收縮值。也就是說，組合物允許獲得具有最小或無鄰近偏差的收縮 圖案。另外，收縮組合物可以使用旋涂工具涂布，進而允許在與光致抗蝕圖案化方法的整合 中的簡化處理和簡易性。
[0031] 用于收縮組合物的合適的聚合物包括例如無規(guī)共聚物和嵌段共聚物（BCP)。無規(guī) 共聚物可以包括兩個、三個、四個或更多個不同單元。嵌段共聚物可以是多嵌段共聚物。多 嵌段可以包括例如二嵌段、三嵌段、四嵌段或更多嵌段。嵌段可以是線性共聚物、其中分支 接枝到主鏈上的分支共聚物（這些共聚物有時也被稱為"梳狀共聚物"）、星形共聚物等的 一部分。聚合物由于抗蝕圖案化方法期間的去保護而能夠例如通過與存在于抗蝕圖案上的 酸基和/或醇基鍵結粘附到形成NTD的光致抗蝕圖案。聚合物優(yōu)選地具有將聚合物錨定到 抗蝕圖案的去保護基團的"粘性"組分，和允許形成平滑表面的"平滑"組分。粘性和平滑 組分通常在嵌段共聚物的不同嵌段上或無規(guī)共聚物的不同單元中。
[0032] 聚合物的粘性組分優(yōu)選地包含含有可有效地與抗蝕圖案表面處的去保護酸基和/ 或醇基形成一鍵（優(yōu)選地離子鍵或氫鍵）的氫受體的基團。含有氫受體的基團可以例如是 含氮基團或含氧基團。合適的含氮基團可以與抗蝕圖案表面處的酸基形成離子鍵。適用的 含氮基團包括例如胺基和酰胺基，例如伯胺，包括烷基胺，如N-甲胺、N-乙胺、N-叔丁胺等， 仲胺，包括N，N-二烷基胺，如N，N-二甲胺、N，N-甲基乙基胺、N，N-二乙胺等，和叔胺，如 三甲胺。適用的酰胺基包括烷基酰胺，如N-甲酰胺、N-乙酰胺、N-苯基酰胺、N，N-二甲酰 胺等。含氮基團也可以是環(huán)，如吡啶、吲哚、咪唑、三嗪、吡咯烷、氮雜環(huán)丙烷、氮雜環(huán)丁烷、哌 啶、吡咯、嘌呤、二氮雜環(huán)丁烷、二噻嗪、氮雜環(huán)辛烷、氮雜環(huán)壬烷、喹啉、咔唑、吖啶、吲唑、苯 并咪唑等的一部分。
[0033] 合適的含氧基團可以與抗蝕圖案表面處的去保護醇基形成氫鍵。適用的含氧基團 包括例如醚和醇基。合適的醇包括例如伯羥基，如羥甲基、羥乙基等；仲羥基，如1-羥乙基、 1- 羥丙基等；和叔醇，如2-羥基丙-2-基、2-羥基-2-甲基丙基等；和酚衍生物，如2-羥基 苯甲基、3-羥基苯甲基、4-羥基苯甲基、2-羥萘基等。適用的醚基包括例如甲氧基、乙氧基、 2- 甲氧基乙氧基等。其它適用的含氧基團包括二酮官能團，如戊烷_2,4_二酮，和酮，如乙 酮、丁酮等。
[0034] 粘性組分的合適的單體單元包括例如甲基丙烯酸2_(N，N-二甲氨基）乙酯、丙烯 酸2-(N，N-二甲氨基）乙酯、甲基丙烯酸2-(叔丁氨基）乙酯、丙烯酸2-N-嗎啉基乙酯、 甲基丙烯酸2-N-嗎啉基乙酯、丙烯酸3-二甲氨基新戊酯、N-(t-B0C-氨丙基）甲基丙烯酰 胺、N-[2-(N，N-二甲氨基）乙基]甲基丙烯酰胺、N-[3-(N，N-二甲氨基）丙基]丙烯酰 胺、N-[3_(N，N-二甲氨基）丙基]甲基丙