專利名稱：使用聚硅氮烷形成反色調圖像的硬掩模方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用反色調硬掩模成像方法在器件上形成精細圖案的方法。
背景技術：
光致抗蝕劑組合物用于縮微光刻方法，這些方法例如在計算機芯片和集成電路的制造中用于制造小型化電子元件。通常，在這些方法中，首先將光致抗蝕劑組合物的薄涂膜施加于基材材料上，例如用于制造集成電路的硅晶片上。然后烘烤該已涂覆的基材以使該光致抗蝕劑組合物中的任何溶劑蒸發(fā)并將涂層固定到基材上。該涂覆在基材上的光致抗蝕劑接下來經歷暴露在輻射下的成像式曝光。該輻射曝光導致該涂覆表面的曝光區(qū)域發(fā)生化學轉變。目前，可見光、紫外(UV) 光、電子束、遠紫外線(euv)和X射線輻射能是縮微光刻方法中常用的輻射類型。在這一成像式曝光之后，任選地烘烤經涂覆基材，然后用顯影劑溶液處理以溶解和除去該光致抗蝕劑的經輻射曝光(正性光致抗蝕劑)或未經曝光的區(qū)域(負性光致抗蝕劑)。正性作用光致抗蝕劑當它們對輻射成像式曝光時會使該光致抗蝕劑組合物對輻射曝光的那些區(qū)域變得更加可溶于顯影劑溶液，而沒有曝光的那些區(qū)域保持相對不可溶于顯影劑溶液。曝光后烘烤可用來處理光致抗蝕劑成像的部分。用顯影劑對經曝光的正性作用光致抗蝕劑的處理使得涂層的曝光區(qū)域被除去和在光致抗蝕劑涂層中形成正像。再次露出位于下方的表面的所需部分。在需要亞半微米(μ m)幾何結構的情況下，經常使用對短波長(大約IOOnm到大約300nm)敏感的光致抗蝕劑。尤其優(yōu)選的是在200nm以下，例如193nm和157nm處敏感的深uv光致抗蝕劑，其包含非芳族聚合物，光酸產生劑，任選地，溶解抑制劑，堿猝滅劑和溶劑。高分辨率、化學放大的、深紫外(100-300nm)正色調光致抗蝕劑可用來將具有小于四分之一微米幾何結構的圖像構圖。也可以使用可用于壓印技術的光致抗蝕劑。光致抗蝕劑用來在基材上形成掩模圖案并且在開放區(qū)進一步蝕刻基材以在基材中形成圖案。然而，需要使用光致抗蝕劑在基材中提供非常窄和深的溝道或孔。此外，已經發(fā)現(xiàn)使用正性光致抗蝕劑的硬掩模構圖在基材上方得到高分辨率圖案。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及在器件上形成圖案的方法以致在基材上形成反色調圖案；所述方法使用光致抗蝕劑圖案，該光致抗蝕劑圖案具有在光致抗蝕劑上方涂覆的聚硅氮烷涂層，該聚硅氮烷涂層充當前體硬掩模用于將圖案蝕刻到基材中。所述聚硅氮烷配方使用不與光致抗蝕劑相容的溶劑以致圖案化光致抗蝕劑在施用期間不溶解；因此，光致抗蝕劑圖案在聚硅氮烷涂覆步驟之前不必定需要不溶解化處理步驟，而是可以應用不溶解化步驟。在加工期間將聚硅氮烷膜轉化成經氧化的硅硬掩模。有利地，在將聚硅氮烷涂覆在光致抗蝕劑圖案上方之前不必要處理圖案化的光致抗蝕劑。硅硬掩模技術允許非常深且窄的溝道或孔在基材中形成。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及在器件上形成反色調圖像的方法，包括a)任選地，在基材上形成吸收性有機底層；b)在所述底層或基材上形成光致抗蝕劑的涂層；c)在所述光致抗蝕劑層中形成光致抗蝕劑圖案；d)在所述光致抗蝕劑圖案上方由聚硅氮烷涂料組合物形成聚硅氮烷涂層，其中所述聚硅氮烷涂層比所述光致抗蝕劑圖案厚，和進一步其中所述聚硅氮烷涂料組合物包含硅 /氮聚合物和有機涂料溶劑；e)蝕刻所述聚硅氮烷涂層以除去所述聚硅氮烷涂層至少直到其中所述光致抗蝕劑圖案的頂部露出的程度；和f)干蝕刻以除去所述光致抗蝕劑和在所述光致抗蝕劑下方的任選的底層，從而在曾經存在所述光致抗蝕劑圖案的位置的下方形成開口。本發(fā)明進一步涉及上述方法的產品和由使用上述方法制成的微電子器件。


圖1示出了具有任選的底層涂層1(層1)的基材0。圖2示出了具有底層的涂層1(層1)和光致抗蝕劑2 (層2)的基材0。圖3示出了在底層1和基材0上方的經成像的光致抗蝕劑2，其中D1表示光致抗蝕劑特征的寬度。圖4示出了涂在光致抗蝕劑圖案2、底層1和基材0上方的聚硅氮烷硅層3 (層3)。圖5示出了已經回蝕刻到聚硅氮烷層與光致抗蝕劑圖案2具有幾乎相同厚度的位置的聚硅氮烷層3，該光致抗蝕劑圖案2在底層1和基材0的上面，并且光致抗蝕劑圖案的頂部露出。圖6示出了反色調聚硅氮烷涂層3，該反色調聚硅氮烷涂層3在底層1和基材0上面的光致抗蝕劑圖案的除去之后轉化成硬掩模。圖7示出了在聚硅氮烷層中的圖像轉印到用于蝕刻基材的底層上之后的反色調底層硬掩模圖案，包括聚硅氮烷層3、底層1、基材0和溝槽4，其中&表示在蝕刻之后硅硬掩模中形成的實際溝槽4的寬度。圖8示出了由相對于蝕刻而言增加回蝕刻(EB)(沿箭頭方向)產生的輪廓，其中不同程度的蝕刻進入光致抗蝕劑圖案。圖9示出了對聚硅氮烷SiHM(硅硬掩模)的⑶L (碳底層)蝕刻的VASE (可變角光譜橢率測量術)研究，其中(t)表示底層蝕刻時間(以秒計)，F(xiàn)T表示膜厚度(以埃(A)， 0. Inm 計)ο圖10示出了在氧化蝕刻期間SiHM聚硅氮烷溶脹的幾何模型，其中(P)表示節(jié)距， (Tl)表示溝道寬度，(OTpk)表示光致抗蝕劑的臨界尺寸，(d)顯示IRT-SiHM2C(硅硬掩模2 的圖像展現(xiàn)三層)溶脹8.2% :收縮=CDpk-溝道燭刻后=8. 2% X溝道光刻= 8. 2% X (P-CDpk)
ITL實施例中的預期收縮線至溝道，IOnm柱至觸點，14nm發(fā)明詳述本發(fā)明涉及在電子器件，特別是微電子器件上，使用反色調多層成像方法使精細圖案成像的本發(fā)明方法，包括使用聚硅氮烷涂層的方法，該聚硅氮烷涂層可以轉化成Si/0/ Ν/Η玻璃或硅硬掩模，從而形成耐氧化性干蝕刻的硬掩模。本發(fā)明還涉及使用本發(fā)明方法制得的產品并進一步涉及由本發(fā)明方法制成的微電子器件。具體來說，本發(fā)明涉及在器件上形成反色調圖像的方法，包括a)任選地，在基材上形成吸收性有機底層1 ；b)在所述底層或基材上形成光致抗蝕劑的涂層2 ；c)在所述光致抗蝕劑層中形成光致抗蝕劑圖案；d)在所述光致抗蝕劑圖案上方由聚硅氮烷涂料組合物形成聚硅氮烷涂層3，其中所述聚硅氮烷涂層具有比光致抗蝕劑圖案的膜厚度高的膜厚度，和進一步其中所述聚硅氮烷涂料組合物包含硅/氮聚合物和有機涂料溶劑；e)蝕刻所述聚硅氮烷涂層以除去所述聚硅氮烷涂層至少直到其中所述光致抗蝕劑圖案的頂部露出的程度；和 f)干蝕刻以除去所述光致抗蝕劑和在所述光致抗蝕劑下方至基材的任選的底層， 從而在曾經存在所述光致抗蝕劑圖案的位置的下方形成開口或溝槽4。
圖1-8簡要地描述了形成反色調硅硬掩模的本發(fā)明方法。在一個實施方案中，在基材0上形成吸收性底層涂層1的較厚層，如圖1所示那樣。然后用正性光致抗蝕劑層2涂覆該底層1，如圖2中那樣。在另一個實施方案中，光致抗蝕劑可以直接涂在基材上方。因此，將光致抗蝕劑涂在底層上方或涂在基材上方。然后將光致抗蝕劑膜構圖。所述構圖可以包括以下步驟將光致抗蝕劑涂層成像式曝光和顯影以形成光致抗蝕劑圖案，如圖3中那樣。從聚硅氮烷組合物形成硅層3以在圖案化區(qū)域中獲得比光致抗蝕劑圖案的膜厚度大的膜厚度，如圖4中那樣，從而基本上形成平面化聚硅氮烷層并覆蓋光致抗蝕劑圖案。任選地常規(guī)烘烤聚硅氮烷層以除去溶劑(例如熱板或烘箱)或在濕度室中烘烤以將聚硅氮烷轉化成可以充當硬掩模的高度氧化的硅膜。然后使用第一蝕刻方法步驟將聚硅氮烷層3回蝕刻以將聚硅氮烷層減小到至少近似相等于光致抗蝕劑圖案的厚度的程度，以致光致抗蝕劑圖案的頂部露出(圖幻，即光致抗蝕劑表面此刻暴露用于進一步處理。光致抗蝕劑圖案的頂部露出并且其中不存在光致抗蝕劑的部分被硅涂層覆蓋。任選地，可以進一步延伸第一蝕刻步驟到光致抗蝕劑部分或完全除去的位置并且其中不存在光致抗蝕劑的部分被硅涂層覆蓋。延伸的第一回蝕刻步驟示于圖8中，其中增加蝕刻時間以擴寬光致抗蝕劑中的溝槽。因此，聚硅氮烷或轉化的聚硅氮烷涂層3沒有完全除去，并且可以因此充當硅硬掩模用于隨后的其中存在底層的氧化性第二蝕刻步驟。光致抗蝕劑可以被除去以在第一蝕刻步驟中形成開口或可以在第二蝕刻步驟中除去。第二蝕刻步驟是在這樣一種環(huán)境中的各向異性干蝕刻，該環(huán)境除去光致抗蝕劑和/或底層的有機層，但是硅涂層3基本上不被除去并且可以充當?shù)诙螂S后蝕刻步驟的硬掩模。圖6顯示其中光致抗蝕劑被除去的情況。蝕刻可以在除去光致抗蝕劑和底層兩者的情況下進一步進行，而形成溝槽4，如圖7所示。因此，通過除去光致抗蝕劑圖案并在曾經存在光致抗蝕劑的位置的下方形成溝槽而形成反色調圖案。 第二蝕刻步驟可以在第二干蝕刻步驟中將聚硅氮烷膜進一步轉化成富SiO2的Si/0/Ν/Η涂層3，如果這沒有預先進行，從而形成硅涂層的圖案，該圖案形成硅硬掩模以便用于所述進一步蝕刻有機底層(圖7)?；蛘撸绻淮嬖诘讓?，則如上所述除去光致抗蝕劑，而在基材上留下聚硅氮烷；在第二氧化性干蝕刻步驟中除去光致抗蝕劑期間，聚硅氮烷膨脹，而形成比光致抗蝕劑尺寸窄的開口，即使得開口收縮。在其中存在底層的實施方案中，然后可以通過第二干蝕刻方法借助于圖案化硅硬掩模將底層進一步構圖，從而在基材上形成相對于正性光致抗蝕劑圖案的深反色調圖案。在硅/底層涂層中在正性光致抗蝕劑圖案曾經所處位置的下面形成深溝道(溝槽)4，即形成反色調硬掩模?？梢栽趩为毜母晌g刻步驟中或在一個連續(xù)干蝕刻步驟中蝕刻光致抗蝕劑和底層，因為光致抗蝕劑和底層都是高度碳質的有機材料，它們可用包含氧和/或氫的氧化氣體蝕刻。使用硅/底層圖案作為硬掩模進一步蝕刻基材以在基材中形成所需高分辨率開口。聚硅氮烷組合物包含與光致抗蝕劑不相容的溶劑以致圖案化的光致抗蝕劑在施加期間不溶解并獲得均勻涂層；因此光致抗蝕劑圖案不總是在聚硅氮烷涂覆步驟之前需要不溶解化處理步驟。然而，在用聚硅氮烷涂覆之前可以使光致抗蝕劑凍結以控制在烘烤期間可能發(fā)生的光致抗蝕劑和聚硅氮烷表面摻混的程度。烘烤聚硅氮烷涂層幫助除去溶劑。 在一個實施方案中，光致抗蝕劑與聚硅氮烷涂層在光致抗蝕劑圖案側壁處的摻混可能通過控制第一蝕刻步驟有益于產生硅硬掩模的最終開口的改變，如圖8所例示。在氧化性蝕刻期間，聚硅氮烷膜在圖案轉印蝕刻加工期間部分轉化成硅-氧化物硬掩模。因此，在除去光致抗蝕劑和/或底層的同時不蝕刻硅硬掩模。在本發(fā)明方法的一個實施方案中，本文描述的方法在聚硅氮烷涂覆之前不包括光致抗蝕劑不溶解化、凍結或交聯(lián)步驟。其上方形成有底層涂層的基材可以是通常用于半導體工業(yè)中的那些中的任何一種。適合的基材包括，但沒有限制，硅、涂有金屬表面的硅基材、涂覆銅的硅晶片、銅、鋁、聚合物樹脂、二氧化硅、金屬、摻雜的二氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、石英、熔融石英、藍寶石、有機聚合物、硼硅酸鹽玻璃、鉭、多晶硅、陶瓷、鋁/銅混合物；砷化鎵和其它的這樣的第ΙΙΙΛ 族化合物。基材可以包括任何數(shù)目的由上述材料制成的層。涂層可以是無機涂層、有機涂層或它們的混合物?；目梢允强捎糜诩呻娐坊騇EMS器件的那些。當?shù)讓油繉?圖1-7中的層1)在基材上形成時，它通常是有機可旋涂抗反射涂料組合物。底層組合物包含吸收性底層聚合物和有機溶劑。所述組合物可以進一步包含選自熱酸產生劑、交聯(lián)劑、光酸產生劑、表面活性劑、輔助有機聚合物和它們的混合物的添加劑。 所述組合物可以包含在曝光輻射下吸收性的吸收性聚合物，交聯(lián)劑和熱酸產生劑。底層的厚度大于涂在該底層上方的光致抗蝕劑的厚度。在底層的一個實施方案中，底層具有大于 80重量％固體的碳含量。此類高碳含量涂料描述在具有序列號11/872，962(2008年10月 16日提交)、12/060，307 (2008年4月1日提交)、12/115，776 (2008年5月6日提交)的美國專利申請；US 6, 686, 124,US 6，737，492和US 2003/0204035中，并都全文引入本文供參考。在底層聚合物的一個實施方案中，所述聚合物可以是具有發(fā)色團的丙烯酸酯聚合物，所述發(fā)色團是從聚合物的主鏈側掛的至少2個稠環(huán)的發(fā)色團，例如萘基和/或蒽基。所述單體單元可以衍生自單體例如甲基丙烯酸9-蒽基甲酯、甲基丙烯酸2-羥丙酯、甲基丙烯
7酸乙酰氧基乙酯、甲基丙烯酸正丁酯和它們的等效物。實例是聚(甲基丙烯酸9-蒽基甲酯 /甲基丙烯酸2-羥丙酯/甲基丙烯酸乙酰氧基乙酯/甲基丙烯酸正丁酯)。在底層聚合物的另一個實施方案中，所述聚合物可以在聚合物的主鏈中包含至少 3個稠環(huán)。所述稠合芳族單元可以具有大約3-大約8個芳族環(huán)。所述底層聚合物包含至少一種在聚合物主鏈中的含三個或更多個稠合芳族環(huán)的單元和至少一種在聚合物主鏈中的含脂族結構部分的單元。還可以存在其它共聚單體單元，例如取代或未取代的苯基，或取代或未取代的萘基。在一個實施方案中，聚合物可以不含任何苯基或單環(huán)芳族結構部分。所述稠合芳族環(huán)為涂層提供吸收，并且是吸收性發(fā)色團。所述聚合物的稠合芳族環(huán)可以包含取代或未取代的6元芳族環(huán)，它們具有共用鍵以形成稠環(huán)結構，例如結構1-6示例的單元和它們的異構體，
權利要求
1.在器件上形成反色調圖像的方法，包括a)任選地，在基材上形成吸收性有機底層；b)在所述底層上形成光致抗蝕劑的涂層；c)形成光致抗蝕劑圖案；d)在所述光致抗蝕劑圖案上方由聚硅氮烷涂料組合物形成聚硅氮烷涂層，其中所述聚硅氮烷涂層比所述光致抗蝕劑圖案厚，和進一步其中所述聚硅氮烷涂料組合物包含硅/氮聚合物和有機涂料溶劑；e)蝕刻所述聚硅氮烷涂層以除去所述聚硅氮烷涂層至少直到所述光致抗蝕劑圖案的頂部露出的程度；和f)干蝕刻以除去所述光致抗蝕劑和在所述光致抗蝕劑下方的底層，從而在曾經存在所述光致抗蝕劑圖案的位置的下方形成開口。
2.權利要求1的方法，還包括干蝕刻所述基材的步驟。
3.權利要求1或2的方法，其中存在所述底層。
4.權利要求1或2的方法，其中不存在所述底層。
5.權利要求1-3中任一項的方法，其中在步驟f)中，所述干蝕刻包括使用相同氣體組合物在一個連續(xù)步驟中除去光致抗蝕劑和底層。
6.權利要求1-3或5中任一項的方法，其中在步驟f)中，所述干蝕刻包括首先除去光致抗蝕劑，接著是除去底層的單獨步驟。
7.權利要求1-6中任一項的方法，其中所述聚硅氮烷包含至少一種結構(8)的單元，
8.權利要求7的方法，其中所述聚硅氮烷包含至少一種結構(8)的單元，
9.權利要求8的方法，其中所述聚硅氮烷包含至少一種結構(9)的單元，
10.權利要求1-3或5-9中任一項的方法，其中所述底層具有大于75重量％的碳含量。
11.權利要求1-10中任一項的方法，其中所述成像式曝光選自248nm、193nm、157nm、 EUV、電子束和壓印。
12.權利要求1-11中任一項的方法，其中步驟e)中的用于除去硅層的干蝕刻氣體包含氟烴。
13.權利要求1-12中任一項的方法，其中步驟f)中的干蝕刻氣體包含氧氣。
14.通過權利要求1-13中任一項的方法獲得的產品。
15.通過使用根據(jù)權利要求1-13中任一項的在器件上形成反色調圖像的方法獲得的微電子器件。
全文摘要
本發(fā)明涉及在器件上形成反色調圖像的方法，包括a)在基材上形成任選的吸收性有機底層；b)在所述底層上方形成光致抗蝕劑的涂層；c)形成光致抗蝕劑圖案；d)在所述光致抗蝕劑圖案上方由聚硅氮烷涂料組合物形成聚硅氮烷涂層，其中所述聚硅氮烷涂層比所述光致抗蝕劑圖案厚，和進一步其中所述聚硅氮烷涂料組合物包含硅/氮聚合物和有機涂料溶劑；e)蝕刻所述聚硅氮烷涂層以除去所述聚硅氮烷涂層至少直到所述光致抗蝕劑的頂部的程度以致所述光致抗蝕劑圖案露出；和f)干蝕刻以除去所述光致抗蝕劑和在所述光致抗蝕劑下方的底層，從而在曾經存在所述光致抗蝕劑圖案的位置的下方形成開口。本發(fā)明進一步涉及上述方法的產品和由使用上述方法制成的微電子器件。
文檔編號H01L21/027GK102308260SQ200980156339
公開日2012年1月4日 申請日期2009年3月30日 優(yōu)先權日2009年2月10日
發(fā)明者D·J·阿布達拉, R·R·達梅爾, 李晉, 高野祐輔, 黑澤和則 申請人:Az電子材料美國公司