多圖案形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明大體上涉及電子裝置的制造。更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于形成精細(xì)光刻 圖案的多圖案形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在半導(dǎo)體制造工業(yè)中，光致抗蝕劑材料用于將圖像轉(zhuǎn)移到安置在半導(dǎo)體襯底上的 一個(gè)或多個(gè)底層，如金屬、半導(dǎo)體或介電層，以及所述襯底本身。為了增加半導(dǎo)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(jié)構(gòu)，已開(kāi)發(fā)且繼續(xù)開(kāi)發(fā)具有高分辨率能力的 光致抗蝕劑和光刻處理工具。
[0003] -種實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體裝置中的納米級(jí)特征尺寸的方法為在化學(xué)放大光致抗蝕劑的曝 光期間使用短波長(zhǎng)，例如193nm或更小的光。浸沒(méi)光刻有效地增加成像裝置，例如具有KrF 或ArF光源的掃描儀的透鏡的數(shù)值孔徑。此通過(guò)在成像裝置的最后一個(gè)表面與半導(dǎo)體晶片 的上表面之間使用相對(duì)高折射率流體（即浸沒(méi)流體）實(shí)現(xiàn)。浸沒(méi)流體允許相比于在空氣或 惰性氣體介質(zhì)的情況下將出現(xiàn)較大量的光聚焦到抗蝕劑層中。
[0004] 對(duì)于印刷線/隙圖案，193nm浸沒(méi)掃描器通常能夠分辨36nm半節(jié)線/隙圖案。印 刷接觸孔或任意2D圖案的分辨率由于暗場(chǎng)掩模情況下的低空?qǐng)D像對(duì)比度而進(jìn)一步受限。 浸沒(méi)光刻的接觸孔的最小半節(jié)距一般限于約50nm。標(biāo)準(zhǔn)浸沒(méi)光刻工藝一般不適合于制造需 要較大分辨率的裝置。
[0005] 在致力于實(shí)現(xiàn)較大分辨率和擴(kuò)展現(xiàn)有光刻工具的能力中，已提出各種雙重圖案化 技術(shù)。一種此類技術(shù)為自對(duì)準(zhǔn)雙重圖案化（SADP)(參見(jiàn)例如US2009/0146322A1)。在常規(guī) SADP方法中，在預(yù)圖案化線上方形成分隔層，接著蝕刻以去除線/隙的水平表面上的分隔 層材料，僅留下線的側(cè)壁上的材料。隨后蝕刻掉初始圖案化線，留下側(cè)壁隔片，其用作蝕刻 一個(gè)或多個(gè)底層的掩模。由于每一條線存在兩個(gè)隔片，線密度有效地加倍。常規(guī)SADP方 法需要使用復(fù)雜的沉積和蝕刻設(shè)備和處理流程，且可能導(dǎo)致不佳產(chǎn)量和增加的晶片污染概 率。需要采用避免此類問(wèn)題或使其最小化的更簡(jiǎn)單的雙重圖案化方法。
[0006] 另一雙重圖案化技術(shù)為例如描述于文獻(xiàn)《使得能夠雙型顯影的新穎抗蝕化學(xué)物質(zhì) 和加工方法的探索》（ExplorationofNewResistChemistriesandProcessMethods forEnablingDual-ToneDevelopment)C.豐塞卡（C.Fonseca)等人，第 6 屆浸沒(méi)式光刻擴(kuò) 展國(guó)際石開(kāi)討會(huì)（6thInternationalSymposiumonImmersionLithographyExtensions)， 捷克布拉格（Prague，CzechRepublic) (2009年10月22日）中的雙重顯影方法。此技術(shù) 通過(guò)對(duì)光致抗蝕劑層顯影兩次，第一次通過(guò)正型顯影劑（例如TMAH)去除高曝光劑量區(qū)域 且隨后通過(guò)負(fù)型顯影劑（有機(jī)溶劑）去除未曝光或最低曝光劑量區(qū)域而使由光致抗蝕劑層 形成的特征的數(shù)目加倍。負(fù)型顯影劑意圖去除在正型顯影之后形成的抗蝕圖案的中心部 分，同時(shí)留下通常界定抗蝕圖案的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)壁的中間劑量區(qū)域。與堿性雙重顯影方法 相關(guān)的問(wèn)題包括不佳線寬粗糙度（LWR)和不可接受的圖案形狀。這些問(wèn)題理解為由正型顯 影之后圖案?jìng)?cè)壁的低酸對(duì)比度所致。
[0007] C.豐塞卡等人文獻(xiàn)另外描述一種雙重顯影方法，其包括在正型顯影之后整片曝光 (f1oodexposure)和烘烤的步驟。相信此由于側(cè)壁區(qū)中的酸不穩(wěn)定基團(tuán)的去保護(hù)而在抗蝕 圖案的側(cè)壁中產(chǎn)生高酸含量，使得側(cè)壁部分不溶于負(fù)型顯影劑中。但是，此方法可能不利， 因?yàn)樵诎ㄇ笆龅蛣┝繀^(qū)的整個(gè)抗蝕圖案中的酸不穩(wěn)定基團(tuán)可能同時(shí)在整片曝光和烘烤 期間變得去保護(hù)。此可使得低劑量區(qū)不溶或部分不溶于負(fù)型顯影劑中，使得顯影劑難以滲 透到抗蝕圖案的中心部分中且將其完全去除，導(dǎo)致圖案缺陷。
[0008] 所屬領(lǐng)域中繼續(xù)需要解決與目前先進(jìn)技術(shù)相關(guān)的前述問(wèn)題中的一者或多者的適 用于電子裝置制造的多圖案化方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供多圖案形成方法。所述方法包含：(a)提供包含一 個(gè)或多個(gè)待圖案化的層的半導(dǎo)體襯底；(b)在一個(gè)或多個(gè)待圖案化的層上方形成光致抗蝕 劑層，其中光致抗蝕劑層由包含以下各者的組合物形成：包含酸不穩(wěn)定基團(tuán)的基質(zhì)聚合物； 光酸產(chǎn)生劑；和溶劑；(c)逐圖案曝光光致抗蝕劑層以活化輻射；（d)烘烤曝光的光致抗蝕 劑層；（e)使烘烤的光致抗蝕劑層與第一顯影劑接觸以形成第一抗蝕圖案；(f)用包含用于 將第一抗蝕圖案的側(cè)壁區(qū)的可溶性從可溶轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗艿氖侄蔚耐苛辖M合物處理第一抗蝕 圖案，所述可溶性為就不同于第一顯影劑的第二顯影劑來(lái)說(shuō)的；和（g)使處理的第一抗蝕 圖案與第二顯影劑接觸以去除一部分第一抗蝕圖案，留下可溶性轉(zhuǎn)變的側(cè)壁區(qū)以形成多圖 案。
[0010] 本發(fā)明的方法尤其適用于制造提供高分辨率圖案的半導(dǎo)體裝置。本文中所使用的 術(shù)語(yǔ)僅出于描述特定實(shí)施例的目的且無(wú)意限制本發(fā)明。除非上下文另作指示，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(fù)數(shù)形式兩者。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 將參照以下附圖描述本發(fā)明，其中相同的元件符號(hào)表示相同的特征，其中：
[0012] 圖1A-G說(shuō)明通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的雙重顯影方法形成光刻多圖案的方法流程；
[0013] 圖2A-G說(shuō)明通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的另一方面的雙重顯影方法形成光刻多圖案的方法 流程；且
[0014] 圖3A-H說(shuō)明通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的另一方面的雙重顯影方法形成光刻多圖案的方法 流程。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 現(xiàn)在將參看圖1描述根據(jù)本發(fā)明的方法，所述圖說(shuō)明形成多圖案的示例性方法流 程。圖1A以橫截面描繪可以包括各種層和特征的襯底100。襯底可以具有如半導(dǎo)體，如硅 或化合物半導(dǎo)體（例如III-V或II-VI)、玻璃、石英、陶瓷、銅等的材料。通常，襯底為半導(dǎo) 體晶片，如單晶硅或化合物半導(dǎo)體晶片，且可以具有形成于其表面上的一個(gè)或多個(gè)層和圖 案化特征。待圖案化的一個(gè)或多個(gè)層102可以提供于襯底100上方。任選地，底層基底襯 底材料本身可經(jīng)圖案化，例如當(dāng)需要在襯底材料中形成溝槽時(shí)。在對(duì)基底襯底材料本身進(jìn) 行圖案化的情況下，圖案應(yīng)被認(rèn)為形成于襯底的層中。
[0016] 層可以包括例如一種或多種導(dǎo)電層，如鋁、銅、鉬、鉭、鈦、鎢、合金、此類金屬的氮 化物或硅化物、摻雜非晶硅或摻雜多晶硅的層，一種或多種介電層，如氧化硅、氮化硅、氮氧 化硅或金屬氧化物的層，半導(dǎo)體層，如單晶硅，和其組合。待蝕刻的層可以由各種技術(shù)形成， 例如化學(xué)氣相沉積（CVD)，如等離子體增強(qiáng)CVD、低壓CVD或磊晶生長(zhǎng)，物理氣相沉積（PVD)， 如濺鍍或蒸鍍，或電鍍。待蝕刻的一個(gè)或多個(gè)層102的特定厚度將取決于材料和形成的特 定裝置變化。
[0017] 取決于待蝕刻的特定層、膜厚度和待使用的光刻材料和方法，可能需要使用硬掩 模層和/或底部抗反射涂層（BARC)，在其上方涂布光致抗蝕劑層104。使用硬掩模層可能 例如在極薄抗蝕劑層的情況下為所需的，其中待蝕刻的層需要顯著蝕刻深度，和/或其中 特定蝕刻劑具有不良抗蝕劑選擇性。當(dāng)使用硬掩模層時(shí)，待形成的抗蝕圖案可以轉(zhuǎn)移到硬 掩模層，其轉(zhuǎn)而可以蝕刻底層的掩模形式使用。合適的硬掩模材料和其形成方法為所屬領(lǐng) 域中已知的。典型的材料包括例如鎢、鈦、氮化鈦、氧化鈦、氧化鋯、氧化鋁、氮氧化鋁、氧化 鉿、非晶碳、氮氧化硅和氮化硅。硬掩模層可以包括單一層或不同材料的多個(gè)層。硬掩模層 可以例如通過(guò)化學(xué)或物理氣相沉積技術(shù)形成。
[0018] 當(dāng)襯底和/或底層將在光致抗蝕劑曝光期間另外反射大量入射輻射，使得形成的 圖案的品質(zhì)將受不利影響時(shí)，底部抗反射涂層可為合意的。此類涂層可以改進(jìn)聚焦深度、曝 光寬容度、線寬均勻性和CD控制?？狗瓷渫繉油ǔＳ糜诳刮g劑曝光于深紫外光（300nm或更 小），例如KrF準(zhǔn)分子激光（248nm)或ArF準(zhǔn)分子激光（193nm)的情況下?？狗瓷渫繉涌梢?包含單一層或多個(gè)不同層。合適的抗反射材料和形成方法為所屬領(lǐng)域中已知的?？狗瓷洳?料為可商購(gòu)的，例如由羅門電子材料有限責(zé)任公司（RohmandHaasElectronicMaterials LLC)(美國(guó)馬薩諸塞州馬波羅（Marlborough，MAUSA))以AR?商標(biāo)銷售的抗反射材料。
[0019] 光致抗蝕劑層104由化學(xué)放大感光性組合物形成。光致抗蝕劑組合物可以通過(guò)旋 涂、浸漬、輥涂或其它常規(guī)的涂布技術(shù)涂覆到襯底。在這些技術(shù)中，旋涂為典型的。對(duì)于旋 涂來(lái)說(shuō)，涂料溶液的固體含量可以基于所采用的特定涂布設(shè)備、溶液的粘度、涂布工具的速 度和允許旋轉(zhuǎn)的時(shí)間量進(jìn)行調(diào)節(jié)以提供所需的膜厚度。光致抗蝕劑層104的典型厚度為約