包含表面活性劑和疏水化劑的組合物在處理線間距尺寸為50nm或更低的圖案化材料時避 ...的制作方法
【專利說明】包含表面活性劑和疏水化劑的組合物在處理線間距尺寸為 50nm或更低的圖案化材料時避免抗圖案崩塌的用途
[0001] 發(fā)明涉及一種組合物，所述組合物可用于制備集成電路裝置、光學(xué)裝置、微機械和 精密機械裝置，尤其是以避免圖案崩塌的工藝中。
【背景技術(shù)】
[0002] 在具有LSI、VLSI和ULSI的1C的制備過程中，通過光刻技術(shù)產(chǎn)生圖案化材料層， 如圖案化光致抗蝕劑層，含有氮化鈦、鉭或氮化鉭或由其組成的圖案化阻隔材料層，含有例 如交替多晶硅和二氧化硅層的堆疊或由其組成的圖案化多堆疊材料層，和含有二氧化硅或 低k或超低k介電材料或由其組成的圖案化介電材料層。現(xiàn)今，這類圖案化材料層包含具 有高縱橫比的尺寸甚至低于22nm的結(jié)構(gòu)。
[0003] 光刻法為一種使掩模上的圖案投射于基材如半導(dǎo)體晶片上的方法。半導(dǎo)體光刻 法典型地包括以下步驟：將光致抗蝕劑層施加于半導(dǎo)體基材的上表面上且使該光致抗蝕劑 經(jīng)由掩模曝露于光化福射，尤其是波長為例如193nm的UV福射。為使193nm光刻法延伸 至22nm和15nm技術(shù)節(jié)點，已開發(fā)浸漬光刻法作為一種分辨率增強技術(shù)。在該技術(shù)中，光學(xué) 系統(tǒng)的末級透鏡與光致抗蝕劑表面之間的氣隙由折射率大于1的液體介質(zhì)替換，例如對于 193nm的波長折射率為1. 44的超純水。然而，為避免浸濾、水吸收和圖案退化，必須使用阻 隔涂層或防水光致抗蝕劑。然而，這些措施增加了制備過程的復(fù)雜性且因此為不利的。
[0004] 除193nm浸漬光刻之外，認為具有顯著更短波長的其他照明技術(shù)為滿足進一步按 比例收縮20nm節(jié)點和低于20nm節(jié)點的待印刷特征尺寸的需要的技術(shù)方案。除電子束曝光 之外，波長約為13. 5nm的遠紫外線光刻似乎為將來最有前景替換浸漬光刻的候選方案。在 曝光之后，后續(xù)工藝流程相當(dāng)類似于下面的摘要中所述浸漬和EUV光刻。
[0005] 通常進行曝光后烘烤（PEB)以使所曝光的光致抗蝕劑聚合物裂解。接著將包括裂 解聚合物光致抗蝕劑的基材轉(zhuǎn)移至顯影室中以移除經(jīng)曝光光致抗蝕劑，其可溶于顯影劑水 溶液中。典型地，顯影劑溶液如四甲基氫氧化銨（TMAH)，其呈覆液（puddle)形式施加于抗 蝕劑表面以顯影經(jīng)曝光光致抗蝕劑。接著對該基材施用去離子水沖洗以移除溶解的光致抗 蝕劑聚合物。接著將基材送至旋轉(zhuǎn)干燥工藝。之后，基材可轉(zhuǎn)移至下一工藝步驟，其可包括 硬烘烤工藝以自光致抗蝕劑表面移除任何水分。
[0006] 然而，不考慮曝光技術(shù)，小圖案的濕式化學(xué)處理涉及多個問題。隨著技術(shù)進步和尺 寸要求變得越來越嚴格，要求光致抗蝕劑圖案包括基材上的相對薄且高的光致抗蝕劑結(jié)構(gòu) 或特征，即具有高縱橫比的特征。這些結(jié)構(gòu)可遭受彎曲和/或崩塌，在旋轉(zhuǎn)干燥工藝期間尤 其如此，這歸因于由化學(xué)沖洗和旋轉(zhuǎn)干燥工藝所剩余的且位于相鄰光致抗蝕劑特征之間的 沖洗液體去離子水的液體或溶液的過度毛細管力。小特征之間由毛細管力所引起的最大應(yīng) 力 〇 可根據(jù)Namatsu等，Appl.Phys.Lett. 66 (20)，1995 按如下描述：
[0007]
【主權(quán)項】
1. 包含至少一種非離子表面活性劑A和至少一種疏水化劑B的含水組合物在處理包含 線間距尺寸為50nm或更低的圖案的基材中的用途，其中 (a) 所述至少一種表面活性劑A具有10-35mN/m的平衡表面張力，這由所述至少一種表 面活性劑A在水中的溶液在臨界膠束濃度下測定，以及 (b) 選擇所述疏水化劑B以使得水與所述基材的接觸角通過使所述基材與所述疏水化 劑B在水中的溶液接觸而與水與所述基材在所述接觸之前的接觸角相比增加5-95°。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的用途，其中所述表面活性劑A對所述基材具有0-30°的平衡接觸 角。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的用途，其中非離子表面活性劑A選自短支化全氟烷基表面活性劑 (Al)、硅基表面活性劑（A2)、氧化乙烯和氧化丙烯的烷氧基封端共聚物表面活性劑（A3)、 烷基多苷和山梨酸酯表面活性劑（A4)、烷基氧化胺表面活性劑（A5)和炔屬二醇表面活性 劑（A6)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的用途，其中所述短支化全氟烷基表面活性劑（Al)包含至少3個選 自三氟甲基、五氟乙基、1-七氟丙基、2-七氟丙基和五氟硫基的短鏈全氟代基團R f。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3的用途，其中所述硅基表面活性劑（A2)選自通式A-IIa和A-IIb的 硅氧烷表面活性劑：
其中 u、V為獨立地選自0-5的整數(shù)， w為0-6的整數(shù)， X為1-22的整數(shù)， y為1-5的整數(shù)， Rici選自！1或C ^Cltl烷基，以及 R11選自H、甲基或乙基。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3的用途，其中所述氧化乙烯和氧化丙烯的烷氧基封端共聚物表面活 性劑（A3)具有通式A-III : (R12-O)c-(EO)a(PO)bH(A-III) 其中 R12為選自可以任選被氟化或全氟化的C 4-C3(l烷基的c價基團， EO為氧亞乙基， PO為氧亞丙基， a為1-100的整數(shù)， b為0-100的整數(shù)，以及 c為1-6的整數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3的用途，其中所述烷基多苷表面活性劑（A4)具有通式A-IV : R21O(CnH2nO)j(Z)k(A-IV) 其中 R21為選自烷基、烷基苯基、羥基烷基苯基的疏水基團，其中烷基含有約10-18個碳原 子， η優(yōu)選為2或3， j 為 0-10， k為1_8,以及 Z選自己糖、葡萄糖、葡萄糖衍生物、蔗糖。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3的用途，其中所述烷基氧化胺表面活性劑（A5)具有通式A-V : 其中
R41Sc6-C3tl疏水有機基團， R42、R43獨立地選自C ^C4烷基或C ^C4羥基烷基。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3的用途，其中所述炔屬二醇表面活性劑（A6)具有通式A-VI : 其中
R51和R 54為線性或支化C 3-C1(l烷基， R52和R 53選自H和線性或支化C「C5烷基，以及 q、r、s和t為0-20的整數(shù)。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的用途，其中選擇第二表面活性劑B以使得水與所述 基材的接觸角通過使所述基材與所述第二表面活性劑B在水中的溶液接觸而與水與所述 基材在所述接觸之前的接觸角相比增加至少10°，優(yōu)選至少15°。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的用途，其中所述疏水化劑B具有30-70mN/m的平衡表 面張力。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的用途，其中所述疏水化劑B為陽離子性的、兩親性的 或兩性離子的。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的用途，其中所述疏水化劑B選自季烷基銨化合物 (B1)、雙子季烷基銨化合物（B2)和聚胺（B3)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的用途，其中所述季烷基銨化合物（BI)具有通式B-I : 其中
R1選自下式的結(jié)構(gòu)部分： R2、R3、R%gRlPH，
R5選自H、OH和C ^Cltl烷基， z為1-18的整數(shù)， R6選自H和C「C1Q烷基。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13的用途，其中所述雙子季烷基銨化合物B2具有通式B-II :
其中 X為二價基團，對于每一重復(fù)單元1-n而言獨立地選自： (a)線性或支化C1-C2tl鏈烷二基，其可以任選被取代且可以任選被至多5個選自0和N 的雜原子間隔， (WC5-C2tl環(huán)烷二基，其可以任選被取代且可以任選被至多5個選自0和N的雜原子間 隔， (c) 式-X1-A-X2-的C6-C2tl有機基團，其中X 1和X 2獨立地選自C「C7線性或支化鏈烷二 基且A選自C5-C12芳族結(jié)構(gòu)部分或C 5-C3(l環(huán)烷二基，其H原子可以任選被取代且其C原子可 以任選被至多5個選自0和N的雜原子間隔，以及 (d) 式II的聚氣化烯二價某閉：
其中P為O或1，r為1-100的整數(shù)；R5選自H和線性或支化C ^C2tl烷基， R1和R2為獨立地選自H、線性或支化C ^C2tl烷基、C 5-C2Q環(huán)烷基、C 5-C2Q芳基、C 6-C2Q燒芳 基、C6-C2tl芳烷基、C ^C2tl羥基烷基或C2-C4氧化烯均聚物或共聚物的單價基團，所有這些可 以任選被進一步取代， R3和R4為獨立地選自線性或支化C 5-C3(l烷基、C 5-C3(l環(huán)烷基、C「C2(l羥基烷基和C 2-(；氧 化烯均聚物或共聚物的單價基團，所有這些可以任選被取代，并且其中成對的R3-R4以及相 鄰的R 4-R4和R3-R3可以任選一起形成如上所定義的二價基團X并且還可以為所述分子通過 支化的延續(xù)部分Q，以及若η等于或大于2,則R 3、R4或R 3和R 4還可以為氫原子， η為1-5的整數(shù)，或者當(dāng)X、R3和R 4中至少一個包含C2-C4聚氧化烯基團時，η可以為 1-10000的整數(shù)，并且條件是若存在至少一個Q，則η包括支鏈Q(jìng)的所有重復(fù)單元，
其中 R21為H或C「(：24烷基或鏈烯基， R2。為 H、C「C24烷基或 H- (0 (CH 2) k)「基團， i為2或3， j為3-7的整數(shù)， k為1-3的整數(shù)， 1為0-5的整數(shù)。
17. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的用途，其中所述疏水化劑B使表面的ζ電勢朝向更 正的電勢偏移至少10mV，優(yōu)選+18mV至+150mV的值。
18. -種制造集成電路裝置、光學(xué)裝置、微機械和機械精密裝置的方法，所述方法包括 如下步驟： (1) 提供具有線間距尺寸為50nm和更低且縱橫比大于或等于2的圖案化材料層的基 材， (2) 使所述基材與包含如前述權(quán)利要求中任一項所定義的至少一種表面活性劑A和至 少一種疏水化劑B的水溶液接觸至少一次，以及 (3) 從與所述基材的接觸中除去所述水溶液。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述圖案化材料層具有的線間距尺寸為32nm和更低 及對于非光致抗蝕劑結(jié)構(gòu)而言縱橫比大于10且對于光致抗蝕劑結(jié)構(gòu)而言縱橫比大于2。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18或19的方法，其中所述圖案化材料層選自圖案化顯影光致抗蝕劑 層、圖案化阻隔材料層、圖案化多堆疊材料層和圖案介電材料層。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18-20中任一項的方法，其中溶液含有基于所述溶液的總重量為 0. 0005-1重量％的所述表面活性劑A和0. 0005-1重量％的所述疏水化劑B。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18-21中任一項的方法，其中所述基材通過包括如下步驟的光刻方 法提供： (i) 提供具有浸漬光致抗蝕劑、EUV光致抗蝕劑或電子束光致抗蝕劑層的基材， (ii) 在有或沒有浸漬液體下將所述光致抗蝕劑層通過掩模曝露于光化輻射， (iii) 用顯影劑溶液將所述曝露的光致抗蝕劑層顯影，得到線間距尺寸為32nm和更低 且縱橫比>2的圖案， (iv) 將化學(xué)沖洗溶液施加于所述顯影的圖案化光致抗蝕劑層上，以及 (V)在施加所述化學(xué)沖洗溶液之后旋轉(zhuǎn)干燥所述半導(dǎo)體基材； 其中下列中的至少一種為包含如權(quán)利要求1-17中任一項所定義的至少一種表面活性 劑A和至少一種疏水化劑B的水溶液：所述浸漬液體、所述顯影劑溶液和所述化學(xué)沖洗溶 液。
【專利摘要】本發(fā)明提供了包含表面活性劑和疏水化劑的含水組合物在處理線間距尺寸為50nm或更低的圖案化材料時避免抗圖案崩塌的用途。所述組合物包含至少一種非離子表面活性劑A和至少一種疏水化劑B，其中所述至少一種表面活性劑A具有10-35mN/m的平衡表面張力，這由所述至少一種表面活性劑A在水中的溶液在臨界膠束濃度下測定，以及選擇所述疏水化劑B以使得水與所述基材的接觸角通過使該基材與該疏水化劑B在水中的溶液接觸而與水與該基材在該接觸之前的接觸角相比增加5-95°。
【IPC分類】H01L21-027
【公開號】CN104871289
【申請?zhí)枴緾N201380065126
【發(fā)明人】A·克里普, A·洪丘克, G·奧特, C·比特納
【申請人】巴斯夫歐洲公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2013年12月4日
【公告號】WO2014091363A1