專利名稱：用于涂覆光刻膠圖案的組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容涉及用于涂覆光刻膠(photoresist)圖案的組合物及使用該組合物來形成精細光刻膠圖案的方法。更具體地，本公開內(nèi)容涉及包括水及水溶性聚合物的組合物，其用于涂覆光刻膠圖案以形成精細接觸孔，以及使用該組合物形成精細圖案的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體精細圖案中形成接觸孔的期間，通常引入抗蝕劑流動工藝(resist flow process，RFP)或通過化學物質(zhì)收縮輔助的抗蝕劑增強微影術(shù)(resist enhancement lithography assisted by chemical shrink)(下文中稱為“RELACS”)工藝以形成精細接觸孔。
在抗蝕劑流動工藝中，進行曝光過程及顯影過程來形成光刻膠圖案，且施加熱使溫度上升至光刻膠的玻璃化轉(zhuǎn)換溫度(glass transitiontemperature)以上，以使光刻膠可以熱流動。提供的熱量逐漸減小先前形成的圖案，從而獲得如圖1所示的整體工藝中所需的精細圖案。
此外，即使是在RFP期間在光刻膠的整個表面上傳輸均勻的熱量時，來自上部及下部的光刻膠比來自中間部分的光刻膠流動更快。因此，圖案外形可能會彎曲或坍縮，從而不是垂直的。此外，圖案或接觸孔會因RFP期間的溢流而被填塞。
由于光刻膠對所施加的熱很敏感，因此，在不能精確控制溫度且流動時間變得比預(yù)定值長時，上述現(xiàn)象如圖案的偏移、坍縮及填塞會加劇。
為了解決上述問題，已經(jīng)使用增加施加熱量的烘箱的溫度均勻性或精確調(diào)節(jié)烘箱處所維持的時間的方法。然而，烘箱過程的改善程度無法克服上述的溢流問題，而且對烘箱的調(diào)節(jié)不能改善彎曲或不垂直的圖案。
同時，在RELACS工藝中，在形成于基板21上的底層22上形成通用接觸孔光刻膠圖案23，該圖案具有大于待形成的最終接觸孔的接觸開口，然后在初始光刻膠圖案23上涂覆水溶性聚合物24。水溶性聚合物24與光刻膠圖案23反應(yīng)，使得沿著圖案的表面形成不可溶交聯(lián)層。之后，清洗光刻膠圖案以除去未反應(yīng)的聚合物。因此，交聯(lián)層25增加了光刻膠圖案的有效尺寸，以減小接觸開口或L/S圖案中的間隔(參見圖2)。然而，雖然RELACS工藝可均勻地減小預(yù)定尺寸而不考慮占空率(duty ratio)，但是由于不能完全除去水溶性聚合物，剩余物仍殘留在圖案中。在隨后的蝕刻過程期間，該剩余物增加了最終裝置中的缺陷，使裝置的可靠性合格率降級。
此外，雖然通過兩步法可減小殘留在晶圓上的剩余物質(zhì)的量，該兩步法中，用第一清洗溶液清洗晶圓且然后用水清洗晶圓，但是程序變得過于復(fù)雜，增加了至少一步額外的步驟，因此成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
本公開內(nèi)容提供用于涂覆光刻膠圖案的組合物，該組合物包括水溶性聚合物及水。所公開的組合物可沿著涂覆于先前所形成的光刻膠圖案上的光刻膠圖案的表面形成涂覆薄膜。
本公開內(nèi)容還提供使用所公開的組合物形成光刻膠圖案的方法，以及由該方法制造的半導(dǎo)體裝置。
結(jié)合附圖、實施例及所附權(quán)利要求，通過對下列描述的考察，本發(fā)明的其它特征及優(yōu)點對本領(lǐng)域的技術(shù)人員會變得顯而易見。


圖1是說明減小光刻膠圖案寬度的常規(guī)的抗蝕劑流動工藝的示意圖。
圖2是說明減小光刻膠圖案寬度的常規(guī)的RELACS工藝的示意圖。
圖3是說明使用所公開的用于涂覆光刻膠圖案的組合物來減小光刻膠圖案寬度的方法的示意圖。
圖4示出了由比較例獲得的光刻膠圖案的照片。
圖5示出了由實施例3獲得的光刻膠圖案的照片。
圖6示出了由實施例4獲得的光刻膠圖案的照片。
本公開內(nèi)容及附圖意指為說明性的，而非意指將所附權(quán)利要求限制于本文中所描述的特定的實施方式。
圖中主要部分的標記說明11、21、31半導(dǎo)體基板12、22、32底層薄膜13、23、33光刻膠薄膜24水溶性聚合物25交聯(lián)層34所公開的組合物的薄膜具體實施方式
本發(fā)明公開了用于涂覆光刻膠圖案的組合物。所公開的組合物可沿著涂覆于先前所形成的光刻膠圖案上的圖案的表面形成涂覆薄膜。
該組合物包含水(H2O)及包括式1的重復(fù)單元的水溶性聚合物式1 其中R1至R6分別選自H、C1-C10烷基、鹵素元素如F、Cl、Br及I，以及-CN基團；R′及R″分別選自H、C1-C20烷基及C7-C20烷基芳基；且n為10至3,000的整數(shù)。
優(yōu)選地，R′及R″選自甲基、乙基、丙基、丁基、辛基、辛基苯基、壬基、壬基苯基、癸基、癸基苯基、十一烷基、十一烷基苯基、十二烷基、十二烷基苯基。此處n不受限制。
此外，水優(yōu)選為蒸餾水。
包括式1的重復(fù)單元的水溶性聚合物可為式2所表示的聚[(異丁烯-交替-馬來酸)銨鹽]或式3所表示的聚[(異丁烯-交替-馬來酸)三甲胺鹽]。
式2 式3 其中n為10至3,000的整數(shù)。
將所公開的組合物涂覆于現(xiàn)有的光刻膠圖案上以形成水溶性聚合物薄膜，藉此減小內(nèi)部光刻膠圖案的間隔或孔的尺寸。
為了達成上述目的，所公開的組合物應(yīng)該優(yōu)選具有下列特征(1)在涂覆所公開的組合物的同時不會損壞光刻膠圖案；(2)具有良好的黏附特性，使得當涂覆所公開的組合物時可將組合物薄膜薄薄地涂覆于光刻膠圖案表面及光刻膠圖案的底層的曝露表面上；(3)具有與現(xiàn)有光刻膠的抗蝕性相同或更好的抗蝕性；(4)當涂覆所公開的組合物時，不會在組合物薄膜的表面上產(chǎn)生泡沫；且(5)在涂覆組合物之后具有垂直的圖案外形。
優(yōu)選地，式1的化合物存在的量占該組合物的約2重量％或更少。即，所公開的組合物中，式1的化合物水的相對比率為0.0001～2重量％98～99.9999重量％。若式1的化合物存在的量小于0.0001重量％，則光刻膠薄膜上形成涂覆薄膜的能力劣化，而若式1的化合物存在的量大于2重量％，則積極效果(positive effect)幾乎不變。因此，超出2重量％會浪費。
為了改善溶解性及涂覆性能，所公開的組合物還可包含選自醇類化合物、表面活性劑，及其混合物的組分。
醇類化合物的存在量占該組合物的20重量％及更少、優(yōu)選為10重量％及更少。表面活性劑存在量占該組合物的2重量％及更少。當醇類化合物存在的量大于20重量％時，光刻膠薄膜溶解于醇類中，使得圖案可能變形。當表面活性劑存在的量大于2重量％時，圖案寬度大為減小，使得無法獲得所需要的涂覆性能。
此處，醇類化合物為C1-C10烷基醇或C2-C10烷氧基醇。優(yōu)選地，烷基醇選自甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、仲丁醇、叔丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、2，2-二甲基-1-丙醇，及其混合物。烷氧基醇選自2-甲氧基乙醇、2-(2-甲氧基乙氧基)乙醇、1-甲氧基-2-丙醇、3-甲氧基-1，2-丙二醇，及其混合物。
此外，可使用溶解于水中的任何表面活性劑，其不限于特定的種類。
在所公開的組合物中，式1的化合物∶醇類化合物∶所公開的組合物中的水的相對比率優(yōu)選在0.0001～2重量％∶0.0001～10重量％∶88～99.9998重量％的范圍內(nèi)。
通過在過濾器，優(yōu)選為0.2μm的過濾器中過濾包含水及式1的化合物的混合物溶液，或者過濾在該混合物溶液中還包含醇類化合物的溶液，可獲得所公開的組合物。所公開的組合物可應(yīng)用于形成光刻膠圖案的所有工藝。
此外，用于形成光刻膠圖案的方法包括(a)在于半導(dǎo)體基板上所形成的底層上涂覆光刻膠組合物以形成光刻膠薄膜；(b)將該光刻膠薄膜曝光；(c)顯影曝光的光刻膠薄膜以獲得光刻膠圖案；及(d)如圖3所示，涂覆用于在光刻膠圖案上涂覆光刻膠的所公開組合物。
該方法還可包括在曝光步驟(b)之前或之后烘烤光刻膠薄膜的過程。優(yōu)選在約70℃至約200℃的溫度下進行該烘烤過程。
使用選自KrF(248nm)、ArF(193nm)、VUV(157nm)、EUV(13nm)、E-束(E-beam)、X-射線及離子束(ion-beam)的光源來進行曝光過程，且在約0.1mJ/cm2至約100mJ/cm2的輻射能量下進行曝光過程。
用堿性顯影溶液來進行顯影過程，該溶液優(yōu)選為約0.01重量％至約5重量％的TMAH水溶液。
此外，提供了通過使用所公開的組合物形成光刻膠圖案的方法所制造的半導(dǎo)體裝置。
將參考以下實施例詳細描述所公開的組合物，該實施例并非意指限制本發(fā)明。
實施例1制備用于涂覆光刻膠圖案(1)的所公開的組合物將水(100g)加入式2表示的平均分子量為160,000的聚[(異丁烯-交替-馬來酸)銨鹽](由Aldrich公司生產(chǎn))(0.5g)中。攪拌所得混合物60分鐘，然后由0.2μm過濾器過濾，獲得用于光刻膠圖案的所公開的組合物。
實施例2制備用于涂覆光刻膠圖案(2)的所公開的組合物除了使用式3表示的平均分子量為163,000的聚[(異丁烯-交替-馬來酸)三甲胺鹽](0.5g)替代式1的聚[(異丁烯-交替-馬來酸)銨鹽]之外，重復(fù)實施例1的步驟。
比較例通用圖案法在經(jīng)HMDS處理的硅晶圓上形成底層，且在其上旋涂甲基丙烯酸酯型光刻膠(由TOK Co.生產(chǎn)的“TarF-7a-39”)，以形成厚度為3,500的光刻膠薄膜。然后，在約130℃下輕微烘烤光刻膠薄膜90秒。烘烤之后，使用ArF激光輻射器曝光光刻膠薄膜，且在約130℃下對其后烘烤約90秒。當后烘烤完成時，在2.38重量％的TMAH水溶液中將其顯影約30秒，獲得112nm的接觸孔圖案(參見圖4)。
實施例3使用所公開的組合物(1)形成圖案將10ml的從實施例1獲得的所公開的組合物涂覆在112nm的從比較例獲得的接觸孔圖案上，獲得90nm的接觸孔圖案(圖5)。
實施例4使用所公開的組合物(2)形成圖案將10ml的從實施例2獲得的所公開的組合物涂覆在112nm的從比較例獲得的接觸孔圖案上，獲得91nm的接觸孔圖案(圖6)。
如上文所述，當將所公開的用于形成光刻膠圖案組合物涂覆于先前所形成的光刻膠圖案上以獲得組合物薄膜時，可有效地減小光刻膠圖案的間隔或接觸孔的尺寸。因此，所公開的用于涂覆光刻膠圖案的組合物及使用該組合物來形成精細圖案的方法可以有用地應(yīng)用在所有用于獲取精細接觸孔的半導(dǎo)體工藝中。
權(quán)利要求
1.一種用于涂覆光刻膠圖案的組合物，其包含水及包括式1的重復(fù)單元的水溶性聚合物式1 其中R1至R6分別選自H、C1-C10烷基、鹵素元素及-CN基團；R′及R″分別選自H、C1-C20烷基及C7-C20烷基芳基；且n為10至3,000的整數(shù)。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中R′及R″分別選自甲基、乙基、丙基、丁基、辛基、辛基苯基、壬基、壬基苯基、癸基、癸基苯基、十一烷基、十一烷基苯基、十二烷基及十二烷苯基。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中包括式1的重復(fù)單元的水溶性聚合物為式2表示的聚[(異丁烯-交替-馬來酸)銨鹽]或為式3表示的聚[(異丁烯-交替-馬來酸)三甲胺鹽]式2 及式3 其中n為10至3,000的整數(shù)。
4.權(quán)利要求1的組合物，其中式1的化合物存在的量占該組合物的2重量％或更少。
5.權(quán)利要求1的組合物，其中該組合物還包含選自醇類化合物、表面活性劑，及其混合物的組分。
6.權(quán)利要求5的組合物，其中醇類化合物存在的量占該組合物的20重量％或更少。
7.權(quán)利要求6的組合物，其中醇類化合物存在的量占該組合物的10重量％或更少。
8.權(quán)利要求5的組合物，其中醇類化合物為C1-C10烷基醇或C2-C10烷氧基醇。
9.權(quán)利要求8的組合物，其中該C1-C10烷基醇選自甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、仲丁醇、叔丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、2，2-二甲基-1-丙醇，及其混合物。
10.權(quán)利要求8的組合物，其中該C2-C10烷氧基醇選自2-甲氧基乙醇、2-(2-甲氧基乙氧基)乙醇、1-甲氧基-2-丙醇、3-甲氧基-1，2-丙二醇，及其混合物。
11.權(quán)利要求5的組合物，其中表面活性劑存在的量占該組合物的2重量％或更少。
12.一種形成光刻膠圖案的方法，其包括(a)在半導(dǎo)體基板上形成的底層上涂覆光刻膠組合物，以形成光刻膠薄膜；(b)將該光刻膠薄膜曝光；(c)顯影該曝光的光刻膠薄膜以獲得光刻膠圖案；及(d)在該光刻膠圖案上涂覆權(quán)利要求1的用于涂覆光刻膠圖案的組合物。
13.權(quán)利要求12的方法，其還包含在該曝光步驟(b)之前的輕微烘烤過程或在該曝光步驟(b)之后的后烘烤過程。
14.權(quán)利要求12的方法，其中步驟(b)的光源選自KrF(248nm)、ArF(193nm)、VUV(157nm)、EUV(13nm)、E-束、X-射線及離子束。
15.一種形成光刻膠圖案的方法，其包括(a)在半導(dǎo)體基板上所形成的底層上涂覆光刻膠組合物，以形成光刻膠薄膜；(b)將該光刻膠薄膜曝光；(c)顯影該曝光的光刻膠薄膜以獲得光刻膠圖案；及(d)在該光刻膠圖案上涂覆權(quán)利要求5的用于涂覆光刻膠圖案的組合物。
16.一種半導(dǎo)體裝置，由權(quán)利要求12的方法制造。
17.一種半導(dǎo)體裝置，由權(quán)利要求13的方法制造。
18.一種半導(dǎo)體裝置，由權(quán)利要求14的方法制造。
19.一種半導(dǎo)體裝置，由權(quán)利要求15的方法制造。
全文摘要
一種用于涂覆光刻膠圖案的組合物，其包括水及包含由式1表示的重復(fù)單元的化合物。將該組合物涂覆于先前已形成的圖案上，藉此有效地減小光刻膠圖案的間隔或接觸孔的尺寸。使用該組合物形成光刻膠圖案的方法有用地應(yīng)用于所有用于形成精細圖案的半導(dǎo)體工藝中。其中，在說明書中定義了R
文檔編號G03F7/20GK1797195SQ200510068848
公開日2006年7月5日 申請日期2005年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月28日
發(fā)明者李根守, 文升燦 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司