[发明专利]用于平版印刷应用的来自小分子的金属氧化物膜

说明书

发明领域

本发明总体涉及用于微电子器件制造的、具有改善抗蚀刻性的新的硬掩模组合物。所述组合物包括分散或溶解于溶剂系统的金属氧化物前体。

发明背景

相关技术的描述

通过显微照相平版印刷法制造的半导体结构的密度和尺寸反映了微电子制造的进展。对于高密度和小临界尺寸（CD）的需求不断推动着照相平版印刷技术向着极限发展。为了跟上半导体工业的步伐,下一代的成像材料和创新性的平版印刷法需要协同起来用于高分辨率平版印刷。随着临界特征尺寸减小到32纳米以及低于32纳米,并且印刷的线路的长宽比有一定的限制，以避免可能发生的线路崩溃,因此人们广泛接受采用薄的光刻胶的做法，以获得较好的分辨率和大的焦深(DOF)。人们采用瑞利定律（Rayleigh）限定图案分辨率和焦深(DOF):

分辨率=k₁λ/NA;以及

DOF=k₂λ/NA²,

式中λ是辐射波长,NA是曝光装置的数值孔径,k₁和k₂是特定工艺的常数。瑞利的理论表明，用短波长和大数值孔径曝光的曝光装置能够获得更好的图案分辨率。正因为这个原理，微电子工业越来越多地采用短曝光波长。但是，瑞利定律还表明提高分辨率会致使DOF降低。使用薄的光刻胶会造成k₁减小，k₂增大，由此获得更好的分辨率和大的DOF。但是，减小的光刻胶厚度无法提供足够的抗蚀刻性以将图案转移到基片中，对于193纳米的ArF照相平版印刷尤为如此。出于透光性的要求，不能在ArF光刻胶内加入芳族结构，因此大部分ArF抗蚀剂的蚀刻速度甚至比已有的光刻胶更快。为了获得更好的分辨率，需要更薄的光刻胶，而为了获得图案转移需要足够的蚀刻余量，目前仅有很少工艺和材料解决方案来解决此二者之间的矛盾。

在一种方法中，在多层蚀刻层叠体中添加了含硅的硬掩模，以帮助提供完全的图案转移。在传统的三层法中，光刻胶涂覆在膜层叠件上，该层叠件由在厚富碳层顶部的薄含硅层组成。其它层叠件允许选择性的在层之间蚀刻。厚富碳层通常用于提供在基片中创建深特征所需的蚀刻余量。在该方案中使用的硅硬掩模通常通过化学气相沉积或旋涂来应用。它们的不足之一是对于大体积制造来说难以获得足够的平版印刷性能。为了克服这个问题，通常需要将硅硬掩模材料加热到高温，以促进膜的致密化。还可将催化剂添加到该硅硬掩模制剂中，以降低所需的烘烤温度。通常使用反应离子蚀刻(RIE)打开光刻胶之下的硬掩模层。该硬掩模-光刻胶蚀刻选择性决定了光刻胶可以有多薄。不幸的是，在常规的硬掩模等离子蚀刻化学条件下，几乎所有的现有的光刻胶仍然会较快地蚀刻，且硅硬掩模没有为更薄的光刻胶提供足够的蚀刻选择性。因此，仍然需要很厚的光刻胶来进行高分辨率平版印刷。

另一种解决方案是使用可溶于显影剂的下层材料，从而省略掉本来需要采用的蚀刻步骤。已经描述了可各向同性显影的光敏性底部减反射涂层。但是，在可各向同性显影的底部减反射涂层中，很难控制侧壁腐蚀现象。对于光敏性的可各向异性显影的底部减反射涂层，一个主要的问题是当将该涂层涂覆在基片的形貌上的时底部减反射涂层的清除以及CD均一性。另一方面，如果将其涂覆在旋涂碳平面化层顶上,这些有机底部减反射涂层材料无法有效地用作硬掩模。

更近一些时候，直到人们能够采用小于193纳米（例如13.5纳米）的曝光波长之前，对接下来的印刷节点进行多次曝光的技术成为了仅有的可行的选择。人们已经研究并报道了许多用于多次曝光技术的工艺。一些工艺使用明场掩模，其中只有少部分的光刻胶，例如线条受到保护而不被曝光,而剩余部分的光刻胶都曝光。然后使得所述光刻胶与显影剂接触，除去光刻胶的曝光部分，仅在硬掩模层上留下未曝光的光刻胶部分(即线条)。通过蚀刻除去硬掩模层中除了位于光刻胶未曝光部分之下的区域以外的部分，将所述图案转移到硬掩模中。重复该过程，直至获得所需的图案。在暗场曝光工艺中,很大一部分光刻胶受到保护未被曝光，仅有小部分光刻胶曝光，在显影后被除去。与明场的情况相同，随后必须通过蚀刻过程将所述图案转移到硬掩模中。

因此，本领域仍然需要能提供比标准硅氧化物膜更高RIE选择性的改善硬掩模材料，这将实现仅有硅时不能实现的更薄的膜和新的加工方法。此外，具有足够蚀刻选择性的硬掩模无需与旋涂碳层一起。还需要硬掩模材料，当与旋涂碳层联用时，该硬掩模材料提供比传统的减反射涂层更好的反射率控制，并且潜在的使得无需在多层层叠件中使用这种涂层。

发明概述