專利名稱：采用壓印材料的襯底平坦化及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于半導(dǎo)體制造的材料與方法，更特別地，本發(fā)明涉及光刻中用于襯底平坦化的平坦化材料以及使用該平坦化材料的方法。
背景技術(shù)：
微型電子部件，例如集成電路，典型地使用光刻制造，在光刻工藝中，光致抗蝕劑層被沉積在例如硅晶片的襯底上，襯底被烘烤以去除光致抗蝕劑層中的任何殘留溶劑。光致抗蝕劑之后經(jīng)由具有所需圖形的光掩模而暴露于光化學(xué)輻射源。輻射暴露在光致抗蝕劑的曝光區(qū)域造成化學(xué)反應(yīng)并在光致抗蝕劑層中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于光掩模圖形的潛像。接著在顯影劑溶液中顯影光致抗蝕劑以去除正型光致抗蝕劑的光致抗蝕劑曝光部分，或負(fù)型光致抗蝕劑的光致抗蝕劑未曝光部分。構(gòu)圖的光致抗蝕劑之后可在襯底上的后續(xù)制造過(guò)程(例如沉積、蝕刻或離子注入工藝)中被用作光掩模。在光刻工藝中主要的考慮事項(xiàng)就是聚焦深度(DOF)。DOF為測(cè)量在底片平面仍然存在于焦點(diǎn)中的曝光工具的透鏡后方有多少距離存在。DOF由下述公式所確定D0F =
κ 2 λ /NA2其中對(duì)于特定的光刻工藝，κ 2為常數(shù)、λ為曝光所用的輻射的波長(zhǎng)、NA為曝光工具的透鏡的數(shù)值孔徑。為改善光刻工藝的分辨率，半導(dǎo)體工業(yè)正持續(xù)轉(zhuǎn)向更高階的NA曝光工具，然而，更高階的NA工具的使用傾向于急劇減少D0F，如上述公式所示。為了制造具有高分辨率的光刻圖形，曝光光必須貫穿光致抗蝕劑薄膜厚度并跨整個(gè)半導(dǎo)體晶片襯底而聚焦。這需要光致抗蝕劑薄膜厚度與襯底表面構(gòu)形(topography)小于D0F。然而，對(duì)多數(shù)半導(dǎo)體階段，尤其是后段制程(BEOL)階段，在曝光過(guò)程中的襯底表面構(gòu)形經(jīng)常同于可用的DOF大小，或者甚至大于可用的D0F。如此會(huì)導(dǎo)致光刻結(jié)果大幅降低。 若使用高NA曝光工具時(shí)，情況會(huì)惡化，這是由于開(kāi)始時(shí)可用的DOF很小。為了緩和襯底表面構(gòu)形的作用，使用各種技術(shù)以使襯底的沉積光致抗蝕劑的表面
平坦化。例如底層或底部抗反射涂層(BARC)已經(jīng)被旋涂于襯底上以使襯底表面平坦化。然
而，經(jīng)旋涂的底層或BARC僅具有短距離(少于2μπι)的平坦化效果。換句話說(shuō)，目前的科
技水平的曝光系統(tǒng)已能夠補(bǔ)償表面構(gòu)形，不過(guò)僅對(duì)于一相當(dāng)長(zhǎng)的距離(毫米)。因此中等
程度的距離(由約2 μ m至約500 μ m)則不易被旋涂技術(shù)所平坦化，且不能被曝光系統(tǒng)所補(bǔ) m
te ο另一種經(jīng)常使用的平坦化技術(shù)為化學(xué)機(jī)械研磨法(CMP)。然而CMP僅能使襯底表面構(gòu)形減少至100-200nm范圍且性能因電路設(shè)計(jì)之不同而有大幅差異。要獲得可預(yù)測(cè)的 CMP性能，則要向設(shè)計(jì)版圖與密度施加新的限制條件。因此，期望提供一種方法，在中度距離范圍使襯底表面平板化，且適合于高NA成像工藝的技術(shù)
發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及一種光刻方法，其包含下列步驟在襯底上形成平坦化組成物的平坦化層，其中所述平坦化組成物包括至少一種芳香族單體和至少一種非芳香族單體；使基本上平坦表面與所述襯底上的所述平坦化層接觸；通過(guò)將所述平坦化層暴露到第一輻射或通過(guò)烘烤所述平坦化層而固化所述平坦化層；去除所述基本上平坦表面；在所述平坦化層上形成光致抗蝕劑層；將所述光致抗蝕劑層暴露到具有成像波長(zhǎng)的第二輻射；使所述光致抗蝕劑層顯影以在所述光致抗蝕劑層中形成凸紋影像；以及將所述凸紋(relied)影像轉(zhuǎn)移到所述襯底中。優(yōu)選地，當(dāng)平坦化組成物包含硅，則光致抗蝕劑為不含硅抗蝕劑。另一方面，當(dāng)平坦化組成物為不含硅的組成物時(shí)，則光致抗蝕劑優(yōu)選為含硅抗蝕劑。在另一方面中，本發(fā)明涉及一種光刻方法，其包含下列步驟在襯底上形成平坦化組成物的平坦化層；使基本上平坦表面與所述襯底上的所述平坦化層接觸；通過(guò)將所述平坦化層暴露到第一輻射或通過(guò)烘烤所述平坦化層而固化所述平坦化層；去除所述基本上平坦表面；在所述平坦化層上形成硅抗反射涂層(Si-ARC)；在所述Si-ARC層上形成光致抗蝕劑層；將所述光致抗蝕劑層暴露到具有成像波長(zhǎng)的第二輻射；使所述光致抗蝕劑層顯影以在所述光致抗蝕劑層中形成凸紋影像；以及將所述凸紋影像轉(zhuǎn)移到所述襯底中。在本發(fā)明的另一方面中，本發(fā)明涉及一種光刻方法，其包含下列步驟在襯底上形成平坦化組成物的平坦化層；使基本上平坦表面與所述襯底上的所述平坦化層接觸；通過(guò)將所述平坦化層暴露到第一輻射或通過(guò)烘烤所述平坦化層而固化所述平坦化層；去除所述基本上平坦表面；在所述平坦化層上形成硬掩模層；在所述硬掩模層上形成光致抗蝕劑層；將所述光致抗蝕劑層暴露到具有成像波長(zhǎng)的第二輻射；使所述光致抗蝕劑層顯影以在所述光致抗蝕劑層中形成凸紋影像；以及將所述凸紋影像轉(zhuǎn)移到所述襯底中。硬掩模層優(yōu)選為L(zhǎng)T0。在形成硬掩模層之后且在形成光致抗蝕劑層之前，此光刻法可進(jìn)一步包含在硬掩模層上形成抗反射涂層(ARC)的步驟。在上述光刻法中，平坦化層可能覆蓋在襯底上的二個(gè)或多個(gè)管芯(die)，第二輻射的成像波長(zhǎng)優(yōu)選為約193nm。在本發(fā)明的另一方面中，本發(fā)明涉及一種具有至少一種芳香族單體和至少一種非芳香族單體的平坦化組成物。優(yōu)選地，平坦化組成物在約193nm處具有約1. 4至約1. 8的折射率(η)和約0. 2 至約0. 5的吸收參數(shù)(k)。所述至少一種芳香族單體的重量濃度優(yōu)選為所述平坦化組成物總重量的約5% 至約35%。所述至少一種非芳香族單體的重量濃度優(yōu)選為所述平坦化組成物總重量的約 65%至約 95%。優(yōu)選地，所述至少一種芳香族單體選自由
權(quán)利要求
1.一種光刻方法，包括在襯底(200)上形成平坦化組成物的平坦化層002)，其中所述平坦化組成物包括至少一種芳香族單體和至少一種非芳香族單體；使基本上平坦表面(20 與所述襯底(200)上的所述平坦化層(20 接觸； 通過(guò)將所述平坦化層(20 暴露到第一輻射(206)或通過(guò)烘烤所述平坦化層(202)而固化所述平坦化層O02)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1方法，其中所述第二輻射O10)的所述成像波長(zhǎng)為約193nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1方法，其中，所述平坦化組成物在所述第二輻射的所述成像波長(zhǎng)處具有約1. 4至約1. 8的折射率(η)和約0. 2至約0. 5的吸收參數(shù)(k)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1方法，其中所述至少一種芳香族單體的重量濃度為所述平坦化組成物總重量的約5%至約35%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1方法，其中所述至少一種非芳香族單體的重量濃度為所述平坦化組成物總重量的約65%至約95%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1方法，其中所述至少一種芳香族單體選自由所構(gòu)成的群組。
7.根據(jù)權(quán)利要求1方法，其中所述至少一種非芳香族單體選自由所構(gòu)成的群組。
8.根據(jù)權(quán)利要求1方法，其中所述平坦化組成物還包含光酸產(chǎn)生劑、增感劑、表面活性劑、黏著劑以及堿性淬熄劑中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1方法，其中所述平坦化組成物包含染料，所述染料使所述平坦化組成物在約900nm至約1200nm的波長(zhǎng)范圍中具有第一吸收峰值，且在約IOOnm至約300nm的波長(zhǎng)范圍中具有第二吸收峰值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9方法，其中所述第一吸收峰值具有大于約0.5的吸收參數(shù)(k)，且所述第二吸收峰值具有約0. 1至約0. 7的吸收參數(shù)(k)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9方法，其中所述平坦化組成物在約500nm至約600nm的波長(zhǎng)范圍處具有小于0. 1的吸收參數(shù)(k)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1方法，其中所述平坦化層(20 覆蓋在所述襯底上的二個(gè)或更多的管芯。
13.根據(jù)權(quán)利要求1方法，其中所述平坦化組成物含硅，且所述光致抗蝕劑為不含硅的抗蝕劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求1方法，其中所述平坦化組成物為不含硅的組成物，且所述光致抗蝕劑為含硅的抗蝕劑。
15.一種光刻方法，包括在襯底(200)上形成平坦化組成物的平坦化層O02)； 使基本上平坦表面(20 與所述襯底(200)上的所述平坦化層(20 接觸； 通過(guò)將所述平坦化層(20 暴露到第一輻射(206)或通過(guò)烘烤所述平坦化層(202)而固化所述平坦化層O02)；去除所述基本上平坦表面O05)；在所述平坦化層(20 上形成硅抗反射涂層(Si-ARC) (207)；在所述Si-ARC層(207)上形成光致抗蝕劑層O08)；將所述光致抗蝕劑層(208)暴露到具有成像波長(zhǎng)的第二輻射O10)；使所述光致抗蝕劑層(208)顯影以在所述光致抗蝕劑層(208)中形成凸紋影像018)；以及將所述凸紋影像(21 轉(zhuǎn)移到所述襯底中000)。
16.一種光刻方法，包括在襯底(200)上形成平坦化組成物的平坦化層O02)； 使基本上平坦表面(20 與所述襯底(200)上的所述平坦化層(20 接觸； 通過(guò)將所述平坦化層(202)暴露到第一輻射(206)或通過(guò)烘烤所述平坦化層(202)而固化所述平坦化層O02)；去除所述基本上平坦表面O05)；在所述平坦化層(20 上形成硬掩模層O09)；在所述硬掩模層(209)上形成光致抗蝕劑層O08)；將所述光致抗蝕劑層(208)暴露到具有成像波長(zhǎng)的第二輻射O10)；使所述光致抗蝕劑層(208)顯影以在所述光致抗蝕劑層(208)中形成凸紋影像018)；以及將所述凸紋影像(21 轉(zhuǎn)移到所述襯底中000)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，還包括在形成所述硬掩模層(209)之后且在形成所述光致抗蝕劑層(208)之前，在所述硬掩模層(209)上形成抗反射涂層(ARC) (211) 0
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述硬掩模層(209)包含LT0。
19.一種平坦化組成物，其包含至少一種芳香族單體和至少一種非芳香族單體。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的平坦化組成物，其中所述平坦化組成物在約193nm處具有約 1. 4至約1. 8的折射率(η)和約0. 2至約0. 5的吸收參數(shù)(k)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的平坦化組成物，其中所述至少一種芳香族單體的重量濃度為所述平坦化組成物總重量的約5%至約35%。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的平坦化組成物，其中所述至少一種非芳香族單體的重量濃度為所述平坦化組成物總重量的約65%至約95%。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的平坦化組成物，其中所述至少一種芳香族單體選自由
24.根據(jù)權(quán)利要求19的平坦化組成物，其中所述至少一種非芳香族單體選自由
25.根據(jù)權(quán)利要求19的平坦化組成物，其中所述平坦化組成物還包括光酸產(chǎn)生劑、增感齊IJ、表面活性劑、黏著劑以及堿性淬熄劑中的至少一種。
26.根據(jù)權(quán)利要求19的平坦化組成物，其中所述平坦化組成物包含染料，所述染料使所述平坦化組成物在約900nm至約1200nm的波長(zhǎng)范圍中具有第一吸收峰值，且在約IOOnm 至約300nm的波長(zhǎng)范圍中具有第二吸收峰值。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈的平坦化組成物，所述第一吸收峰值具有大于約0.5的吸收參數(shù) (k)，且所述第二吸收峰值具有約0. 1至約0. 7的吸收參數(shù)(k)。
28.根據(jù)權(quán)利要求沈的平坦化組成物，其中所述平坦化組成物在約500nm至約600nm 的波長(zhǎng)范圍處具有小于0. 1的吸收參數(shù)(k)。
全文摘要
本發(fā)明涉及光刻中用于襯底平坦化的平坦化材料以及使用所述平坦化材料的方法。在襯底(200)上形成平坦化組成物的平坦化層(202)。所述平坦化組成物包含至少一種芳香族單體和至少一種非芳香族單體。使基本上平坦表面(205)與平坦化層(202)接觸。通過(guò)暴露到第一輻射(206)或烘烤而使平坦化層(202)固化。然后，去除基本上平坦表面(205)。接著，在平坦化層(202)上形成光致抗蝕劑層(208)。之后，將所述光致抗蝕劑層(208)暴露到第二輻射(210)，并隨后顯影所述光致抗蝕劑層(208)，以在所述光致抗蝕劑層(208)中形成凸紋影像(218)。所述凸紋影像(218)之后被轉(zhuǎn)移到襯底(200)中。
文檔編號(hào)G03F7/00GK102265217SQ201080003741
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2010年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月8日
發(fā)明者C·布羅德斯基, R·伯恩斯, S·伯恩斯 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司