DE102005045967A1 - Oberstes Antireflektionsbeschichtungspolymer, sein Herstellungsverfahren und oberste Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung, die selbiges umfaßt - Google Patents

Oberstes Antireflektionsbeschichtungspolymer, sein Herstellungsverfahren und oberste Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung, die selbiges umfaßt Download PDF

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Abstract

Hierin wird ein oberstes Antireflektionsbeschichtungspolymer und seine Zusammensetzung, die selbige umfasst, offenbart, dargestellt durch die Formel 1 unten: DOLLAR F1 worin R¶1¶ und R¶2¶ unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl oder Fluormethyl sind; R¶3¶ und R¶4¶ unabhängig ein C¶1-10¶-Kohlenwasserstoff oder ein C¶1-10¶-Kohlenwasserstoff, bei dem die Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch Fluoratome ersetzt sind, sind; und a, b, c, d und e die Molenbrüche eines jeden Monomers darstellen und im Bereich von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,9 liegen, so dass die Summe von a, b, c, d und e eins ergibt.

Description

  • HINTERGRUND
  • Technisches Gebiet
  • Die Offenbarung betrifft ein Antireflektionsbeschichtungspolymer, das bei der Photolithographie verwendet wird, die eines der Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung ist, ein Verfahren zur Herstellung des Antireflektionsbeschichtungspolymers, und eine Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung, die das Antireflektionsbeschichtungspolymer umfasst. Insbesondere betrifft die Offenbarung ein oberstes Antireflektionsbeschichtungspolymer, das bei der Immersionslithographie für die Herstellung von sub-50 nm Halbleitervorrichtungen verwendet werden kann, ein Verfahren zur Herstellung des obersten Antireflektionsbeschichtungspolymers und eine oberste Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung, die das oberste Antireflektionsbeschichtungspolymer umfasst.
  • Die Photolithographie ist ein Verfahren, das bei der Übertragung eines Halbleiterschaltungsmusters, das auf einer Fotomaske ausgebildet ist, auf einen Wafer verwendet wird, und ist eines der wichtigsten Verfahren bei der Bestimmung der Feinheit und der Integrationsdichte von Schaltungen bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen.
  • In den vergangenen Jahren, als die Integrationsdichte von Halbleitervorrichtungen zugenommen hat, wurden neue Methoden entwickelt, die auf die feine Verarbeitung angepasst sind, die bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen benötigt wird. Es besteht ein wachsender Bedarf an feinen Verarbeitungsmethoden in einem Photolithographieverfahren. Während die Schaltungslinienbreiten feiner und feiner werden, wird die Verwendung von kurzwelligen Lichtquellen für die Belichtung und Linsen mit einer hohen numerischen Apertur benötigt. Nicht beschränkende Beispiele solcher kurzwelligen Lichtquellen sind EUV-, F2-, ArF- und KrF-Excimer Laser, die in absteigender Reihenfolge der Bevorzugung aufgeführt sind.
  • Es wurde eine Vielzahl von Studien über die Entwicklung von sub-50 nm Vorrichtungen durchgeführt. Die jüngste Aufmerksamkeit wurde auf die Entwicklung geeigneter Verfahrensausrüstung und Materialien, die mit der Verwendung von F2 und EUV als Belichtungslichtquellen einhergehen, gerichtet. Mehrere Fragen stellen sich bei der Verwendung von EUV- und F2-Lasern als Lichtquellen. Technische Lösungen für die Verwendung von F2 sind zu einem gewissen Grade zufriedenstellend. Hoch qualitatives CaF2 ist jedoch schwierig in einem industriellen Maßstab innerhalb einer kurzen Zeit herzustellen. Da Softpellicles dazu tendieren, bei der Belichtung bei 157 nm verformt zu werden, ist die Lebensdauer der Lichtquelle kurz. Hartpellicles verursachen beträchtliche Herstellungskosten und sind in einem kommerziellen Maßstab aufgrund der Natur der Lichtbrechung schwierig herzustellen. EUV-Laser besitzen ihre eigenen Nachteile. Geeignete Lichtquellen, Belichtungsausstattung und Masken werden für die Verwendung von EUV-Lasern benötigt, wodurch ihre Anwendung unpraktisch wird. Dem gemäß ist die Ausbildung feiner, hoch genauer Photoresistmuster durch die Verwendung eines Photoresists, das auf die Verwendung eines ArF-Excimer Lasers angepasst ist, von Bedeutung.
  • Die Trockenlithographie ist ein Belichtungssystem, bei dem Luft zwischen eine Belichtungslinse und einen Wafer eingebracht wird. Im Gegensatz zur Trockenlithographie ist die Immersionslithographie, die einer NA-Skalierungsmethode entspricht, ein Belichtungssystem, bei dem Wasser zwischen eine Belichtungslinse und einen Wafer eingebracht wird. Da Wasser (mit einem Brechnungsindex (n) = 1,4) als das Medium für die Lichtquelle bei der Immersionslithographie verwendet wird, ist die NA 1,4 mal größer als die der Trockenlithographie unter Verwendung von Luft (Brechungsindex (n) = 1,0). Dem gemäß ist sie Immersionslithographie vorteilhaft in Bezug auf ihre hohe Auflösung.
  • Ein Problem, das bei der Herstellung einer sub-50 nm Halbleitervorrichtung auftritt, ist, dass die Änderung der kritischen Dimension (CD) eines Photoresistmusters unabänderlich während des Verfahrens für die Ausbildung dieses ultrafeinen Musters auftritt. Diese Änderungen entstehen aus stehenden Wellen, reflektierenden Aussparungen und gebeugtem und reflektiertem Licht aus einer darunter liegenden Schicht aufgrund der optischen Eigenschaft der darunter liegenden Schicht auf einem darüber liegenden Photoresist und aufgrund der Änderung der Dicke des Photoresists. Um zu verhindern, dass Licht von der darunter liegenden Schicht reflektiert wird, wird eine Antireflektionsbeschichtung zwischen den Photoresist und die darunter liegende Schicht eingeführt. Die Antireflektionsbeschichtung besteht aus einem Material, das Licht im Bereich der durch die Belichtungsquelle verwendeten Wellenlänge absorbiert. Frühere Behandlungen platzierten diese Antireflektionsbeschichtung auf den Boden, eingeführt zwischen die darunter liegende Schicht und den Photoresist. Mit der jüngsten Verbesserung der Feinheit von Photoresistmustern wurde auch eine oberste Antireflektionsbeschichtung (TARC) entwickelt, um zu verhindern, dass das Photoresistmuster durch reflektiertes und gebeugtes Licht gestört wird. Insbesondere kann die Verwendung einer unteren Antireflektionsbeschichtung alleine nicht vollständig verhindern, dass das Muster durch gestreute Reflexe gestört wird, während beachtliche Miniaturisierung von Halbleitervorrichtungen die Photoresistmuster extrem fein macht. Dem gemäß wird eine oberste Antireflektionsbeschichtung eingeführt, um die Störung des Musters zu verhindern.
  • Da jedoch herkömmliche oberste Antireflektionsbeschichtungen für die Verwendung bei der Trockenlithographie wasserlöslich sind, können sie nicht auf die Immersionslithographie angewandt werden. Mit anderen Worten, da Wasser als Medium für eine Lichtquelle bei der Immersionslithographie verwendet wird, löst es leicht die herkömmlichen, obersten Antirelektionsbeschichtungen. Dem gemäß besteht ein Bedarf für die Entwicklung einer obersten Antireflektionsbeschichtung für die Verwendung bei der Immersionslithographie, die mit der Immersionslithographie kompatibel ist. Diese neue, oberste Antireflektionsbeschichtung muss die folgenden Erfordernisse erfüllen. Die oberste Antireflektionsbeschichtung muss für eine Lichtquelle transparent sein und einen Brechnungsindex zwischen 1,5 und 1,65 besitzen, abhängig von der Art eines darunter liegenden photosensitiven Films (d.h. des Photoresist), der verwendet wird. Wenn die oberste Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung auf einen darunter liegenden photosensitiven Film aufgebracht wird, darf sie den photosensitiven Film nicht auflösen. Die oberste Antireflektionsbeschichtung darf bei der Belichtung nicht wasserlöslich sein, muss jedoch in einer Entwicklerlösung löslich sein. Schließlich muss die oberste Antireflektionsbeschichtung die Ausbildung eines vertikalen Musters für die Erzeugung des Photoresists erlauben.
  • Die oben genannten stringenten Erfordernisse machen die Entwicklung einer geeigneten obersten Antireflektionsbeschichtung an der Verwendung bei der Immersionslithographie schwierig. Eine der Quellen für diese Schwierigkeit kommt aus dem Unvermögen der herkömmlichen obersten Antireflektionsbeschichtung, die gewünschte Ausbildung eines Phostoresistmusters zu erlauben. Daher besteht ein starker Bedarf an der Entwicklung einer obersten Antireflektionsbeschichtung für die Verwendung bei der Immersionslithographie, die wasserunlöslich ist, und die die Ausbildung eines vertikalen Musters bei der Ausbildung eines Halbleitermusters ermöglicht.
    •
  • ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
  • In Anbetracht der oben genannten Probleme wird ein oberstes Antireflektionsbeschichtungspolymer offenbart, das für die Verwendung bei der Immersionslithographie aufgrund seiner Wasserunlöslichkeit geeignet ist, das die mehrfache Interferenz von Licht innerhalb eines Photoresists bei der Ausbildung eines Photoresistmusters verhindern kann, und das die Änderung der Dimension des Photoresistmusters, das aus der Variation der Dicke des Photoresists herrührt, verhindern kann.
  • Ein Verfahren zur Herstellung des obersten Antireflektionsbeschichtungspolymers, eine oberste Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung, die das oberste Antireflektionsbeschichtungspolymer umfasst, und ein Verfahren zur Ausbildung eines Musters unter Verwendung der obersten Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung sind auch offenbart.
  • Ein offenbartes oberstes Antireflektionsbeschichtungspolymer wird durch Formel 1 unten dargestellt:
    Figure 00050001
    worin R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl oder Fluormethyl sind; R3 und R4 unabhängig voneinander ein C1-10-Kohlenwasserstoff oder ein C1-10-Kohlenwasserstoff, bei dem die Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch Fluoratome ersetzt sind, sind; und a, b, c, d und e die Molenbrüche eines jeden Monomers darstellen und im Bereich von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,9 liegen, so dass die Summe von a, b, c, d und e eins ergibt.
  • Ein offenbartes Verfahren zur Herstellung eines Poly(t-butylacrylat-methacrylsäure-2,2,3,4,4,4-hexafluorbutylacrylat-N-[(perfluoralkansulfonyl)oxy]-norbornen-2,3-dicarboximid-maleinsäureanhydrid) umfasst:
    • (1) Auflösen eines N-[(perfluoralkansulfonyl)oxy]-norbornen-2,3-dicarboximid Monomers, eines Maleinsäureanhydridmonomers und eines Polymerisationsinitiators in einem organischen Lösungsmittel und Durchführen einer radikalischen Polymerisation mit den Monomeren; und
    • (2) Zugeben einer Lösung eines t-Butylacrylatmonomers, eines Methacrylsäuremonomers und eines 2,2,3,4,4,4-Hexafluorobutylacrylatmonomers in einem organischen Lösungsmittel zu dem Polymerisationsprodukt, das in Schritt 1 erhalten wurde, und Durchführen einer radikalischen Polymerisation mit der Mischung.
  • Eine offenbarte oberste Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung umfasst ein oberstes Antireflektionsbeschichtungspolymer, dargestellt durch Formel 1 unten:
    Figure 00060001
    worin R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl oder Fluormethyl sind; R3 und R4 unabhängig ein C1-10-Kohlenwasserstoff oder ein C1-10-Kohlenwasserstoff, bei dem die Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch Fluoratome ersetzt sind, sind; und a, b, c, d und e die Molenbrüche eines jeden Monomers darstellen und im Bereich von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,9 liegen, so dass die Summe von a, b, c, d und e eins ergibt.
  • Ein offenbartes Verfahren zur Ausbildung eines Musters einer Halbleitervorrichtung umfasst: (a) Ausbringen eines Photoresists auf ein Halbleitersubstrat, auf dem eine besondere, darunter liegende Struktur ausgebildet ist; (b) Ausbringen der obersten Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung oben auf das Photoresist, um eine oberste Antireflektionsbeschichtung auszubilden; (c) Belichten des Photoresists, und (d) Entwickeln des Photoresists, um ein Photoresistmuster auszubilden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein 1H-NMR-Spektrum eines obersten Antireflektionsbeschichtungspolymers, hergestellt in Beispiel 1 der Offenbarung;
  • 2 zeigt GPC-Daten und -Chromatogramm eines obersten Antireflektionsbeschichtungspolymers, hergestellt in Beispiel 1 der Offenbarung; und
  • 3 ist ein 80 nm-L/S Bild eines Halbleitermusters, das unter Verwendung einer obersten Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung, die in Beispiel 2 der Offenbarung hergestellt wurde, ausgebildet wurde.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER DERZEIT BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Die Offenbarung stellt ein oberstes Antireflektionsbeschichtungspolymer, dargestellt durch Formel 1 unten, bereit:
    Figure 00070001
    worin R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl oder Fluormethyl sind; R3 und R4 unabhängig ein C1-10-Kohlenwasserstoff oder ein C1-10-Kohlenwasserstoff, bei dem die Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch Fluoratome ersetzt sind, sind; und a, b, c, d und e die Molenbrüche eines jeden Monomers darstellen und im Bereich von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,9 liegen, so dass die Summe von a, b, c, d und e eins ergibt.
  • Das oberste Antireflektionsbeschichtungspolymer der Formel 1 zeigt hohe Lichttransmission und ist daher geeignet, um eine oberste Antireflektionsbeschichtung auszubilden. Des weiteren besitzt es keinen Effekt auf die Ausbildung eines Photoresistmusters, da das oberste Antireflektionsbeschichtungspolymer hoch löslich in einer Entwicklerlösung nach der Belichtung ist. Da das oberste Antireflektionsbeschichtungspolymer wasserunlöslich ist, ist es weiterhin für die Verwendung bei der Immersionslithographie geeignet. Da das oberste Antireflektionsbeschichtungspolymer gestreute Reflektion vom oberen Teil eines Photoresists verhindern kann, kann es ferner wirksam verhindern, dass das Photoresistmuster durch gestreute Reflektion gestört wird.
  • Das Polymer der Formel 1 gemäß der Offenbarung enthält weiter eine einzelne Monomereinheit, die in der Lage ist, als Photosäurebildner zu wirken, d.h. N-[(Perfluoralkansulfonyl)oxy]-norbornen-2,3-dicarboximid. Die Einführung der Monomereinheit, die als Photosäurebildner wirkt, in das Polymer, das als oberste Antireflektionsbeschichtungspolymer wirkt, erlaubt die Auflösung in einer Immersionlösung, so dass die Verunreinigung von Linsen verhindert wird. Das heißt, da das Polymer der Formel 1 nicht wasserlöslich ist und die Rolle sowohl des obersten Antireflektionsbeschichtungspolymers als auch eines Photosäurebildners übernehmen kann, kann es verwendet werden, um eine oberste Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung für die Immersionslithographie herzustellen. Wenn eine oberste Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung, die das Polymer der Formel 1 gemäß der Offenbarung umfasst, verwendet wird, um ein Muster auszubilden, löst sie des weiteren einen Teil eines Photosäurebildners, der oben auf einem darunter liegenden Photosäurebildner vorliegt, wodurch verhindert wird, dass der oberste Bereich in einen dicken Bereich umgewandelt wird.
  • Unter Berücksichtigung der physikalischen Eigenschaften einer Antireflektionsbeschichtung, die oben auf den Photoresist aufgebracht wird, einschließlich der Löslichkeit und des Brechungsindex, besitzt das oberste Antireflektionsbeschichtungspolymer der vorliegenden Erfindung ein massegemitteltes Molekulargewicht von ungefähr 1.000 bis ungefähr 1.000.000 und bevorzugt von ungefähr 1.000 bis ungefähr 100.000. Ein zu hohes Molekulargewicht bewirkt eine Verschlechterung der Löslichkeit in einer Entwicklerlösung. Als Ergebnisse verbleibt ein Teil der obersten Antireflektionsbeschichtung auf dem Photoresist selbst nach der Entwicklung, wodurch Musterverunreinigung hervorgerufen wird. Auf der anderen Seite kann ein zu geringen Molekulargewicht einen optimierten Brechungsindex der obersten Antireflektionsbeschichtung und geeignetes „Beschichten" des Photoresists nicht sicherstellen.
  • Beispiele des obersten Antireflektionsbeschichtungspolymers, das in der Offenbarung verwendet wird, schließen ohne Beschränkungen Polymere mit der Struktur, dargestellt durch Formel 1, ein. Von diesen Polymeren ist Poly(t-butylacrylat-methacrylsäure-2,2,3,4,4,4-hexafluorbutylacrylat-N-[(perfluoralkansulfonyl)oxy]-norbornen-2,3-dicarboximidmaleinsäureanhydrid), dargestellt durch Formel 2 unten, bevorzugt:
    Figure 00090001
    worin R1 Methyl ist, R2 Wasserstoff ist, R3 2,2,3,4,4,4-Hexafluorbutyl ist, R4 ein Perfluoralkan ist, und a, b, c, d und e die Molenbrüche eines jeden Monomers darstellen und im Bereich von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,9 liegen, so dass die Summe von a, b, c, d und e eins ergibt.
  • Poly(t-butylacrylat-methacrylsäure-2,2,3,4,4,4-hexafluorbutylacrylat-N-[(perfluoroctansulfonyl)oxy]-norbornen-2,3-dicarboximidmaleinsäureanhydrid) ist besonders bevorzugt.
  • Die Offenbarung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung eines Poly(t-butylacrylatmethacrylsäure-2,2,3,4,4,4-hexafluorbutylacrylat-N-[(perfluoroctansulfonyl)oxy]-norbornen-2,3-dicarboximidmaleinsäureanhydrid) mit den Schritten bereit: Auflösen eines N-[(Perfluoroctansulfonyl)oxy]-norbornen-2,3-dicarboximidmonomers, eines Maleinsäureanhydridmonomers und eines Polymerisationsinitiators in einem organischen Lösungsmittel, Durchführen einer radikalischen Polymerisation mit den Monomeren (Schritt 1); Zugeben einer Lösung eines t-Butylacrylatmonomers, eines Methacrylsäuremonomers und eines 2,2,3,4,4,4-Hexafluorbutylacrylatmonomers in einem organischen Lösungsmittel zu dem Polymerisationsprodukt, das in Schritt 1 erhalten wurde, und Durchführen einer radikalischen Polymerisation mit der Mischung (Schritt 2).
  • Die Polymerisation des Schrittes 1 wird bevorzugt bei ungefähr 57°C bis ungefähr 77°C über ungefähr 10 bis ungefähr 50 Minuten durchgeführt, während die gemäß Schritt 2 bevorzugt für ungefähr 2 bis ungefähr 10 Stunden durchgeführt wird.
  • Beispiele organischer Lösungsmittel, die bei der Polymerisation der Schritte 1 und 2 verwendet werden können, schließen übliche organische Lösungsmittel für radikalische Polymerisation ein. Bevorzugt wird das organische Lösungsmittel, das bei dem Verfahren der Offenbarung verwendet wird, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aceton, PGMEA, Tetrahydrofuran, Cyclohexanon, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Dioxan, Methylethylketon, Ethylacetat, Benzol, Toluol und Xylol. Aceton ist besonders bevorzugt.
  • Der Polymerisationsinitiator, der bei Schritt 1 verwendet wird, ist des weiteren bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 2,2'-Azobisisobutyronitril (AIBN), Benzoylperoxid, Acetylperoxid, Laurylperoxid, t-Butylperacetat, t-Butylhydroperoxid und Di-t-butylperoxid. Die Verwendung von 2,2'-Azobisisobutyronitril (AIBN) ist am bevorzugtesten.
  • Die Offenbarung stellt auch eine oberste Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung bereit, die ein oberstes Antireflektionsbeschichtungspolymer, dargestellt durch Formel 1 unten, umfasst:
    Figure 00100001
    worin R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl oder Fluormethyl sind; R3 und R4 unabhängig ein C1-10-Kohlenwasserstoff oder ein C1-10-Kohlenwasserstoff, bei dem die Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch Fluoratome ersetzt sind, sind; und a, b, c, d und e die Molenbrüche eines jeden Monomers darstellen und im Bereich von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,9 liegen, so dass die Summe von a, b, c, d und e eins ergibt.
  • Organische Lösungsmittel, die bei der obersten Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung der Offenbarung verwendet werden können, sind nicht speziell beschränkt, solange sie das oberste Antireflektionsbeschichtungspolymer auflösen können. Primäre Alkohole, wie zum Beispiel n-Butanol, n-Pentanol, n-Hexanol, n-Heptanol und n-Octanol sind besonders bevorzugt, da sie die meisten darunter liegenden Photosensibilisierer nicht auflösen, wodurch ein Vermischen der obersten Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung und eines darunter liegenden Photosensibilisierers verhindert wird, wenn die Zusammensetzung auf den Photosensibilisierer aufgetragen wird. Ein besonders bevorzugter primärer Alkohol, der bei der obersten Antireflektionsbeschichtunsgszusammensetzung verwendet werden kann, ist n-Butanol.
  • Unter Berücksichtigung der Dicke der Antireflektionsbeschichtung wird das organische Lösungsmittel bevorzugt in einer Menge von ungefähr 1.000 bis ungefähr 10.000 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gewicht des obersten Antireflektionsbeschichtungspolymers, verwendet. Wenn die Menge an n-Butanol außerhalb dieses Bereiches liegt, kann die Dicke der Antireflektionsbeschichtung nicht optimiert werden.
  • Die oberste Antireflektionsbeschichtunsgszusammensetzung der Offenbarung kann des weiteren einen Säurediffusionsinhibitor umfassen. Der Säurediffusionsinhibitor ist nicht speziell beschränkt, solange er die Diffusion einer Säure verhindern kann. L-Prolin ist besonders bevorzugt. Die oberste Antireflektionsbeschichtunsgszusammensetzung der Offenbarung kann ungefähr 1 bis ungefähr 20 Gew.-% des Säurediffusionsinhibitors umfassen, basierend auf dem Gewicht des obersten Antireflektionsbeschichtunsgspolymers. Der Säurediffusionsinhibitor, der in der obersten Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung enthalten ist, wirkt, um die weitere Diffusion einer Säure hin zu unbelichteten Bereichen zu verhindern.
  • Die oberste Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung besitzt einen optimalen Brechungsindex von ungefähr 1,4 bis ungefähr 2,0. Wenn die oberste Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung oben auf einen Photoresist aufgetragen wird, kann dem gemäß die Reflektion minimiert werden und daher das Photoresistmuster davor bewahrt werden, durch reflektiertes Licht gestört zu werden.
  • Die Offenbarung stellt auch ein Verfahren zur Ausbildung eines Musters einer Halbleitervorrichtung mit den Schritten bereit: (a) Aufbringen eines Photoresistmusters auf ein Halbleitersubstrat, auf dem eine spezielle, darunter liegende Struktur ausgebildet ist; (b) Aufbringen der obersten Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung auf den Phostoresist, um eine oberste Antireflektionsbeschichtung auszubilden; (c) Belichten des Photoresists, und (d) Entwickeln des Photoresists, um ein Photoresistmuster auszubilden.
  • Das Musterausbildungsverfahren gemäß der Offenbarung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antireflektionsbeschichtung, die oben auf dem Photoresist ausgebildet ist, unter Verwendung der obersten Antireflektionsbeschichtunsgszusammensetzung der Offenbarung ausgebildet ist. Da die oberste Antireflektionsbeschichtung, die derart ausgebildet wurde, einen Brechungsindex von ungefähr 1,4 bis ungefähr 2,0 besitzt, kann der Reflektionsgrad oben auf dem Photoresist minimiert werden. Daher hat das Photoresistmuster, das durch das Verfahren der Offenbarung hergestellt wurde, eine stark verbesserte Gleichförmigkeit des Musters.
  • Gemäß dem Musterausbildungsverfahren der Offenbarung kann ein Brennen vor und/oder nach der Belichtung durchgeführt werden. Das Brennen wird bevorzugt bei ungefähr 70°C bis ungefähr 200°C durchgeführt.
  • Die Antireflektionsbeschichtunsgszusammensetzung und das Musterausbildungsverfahren der Offenbarung werden hauptsächlich auf ein Verfahren zur Ausbildung eines ultrafeinen Musters unter Verwendung einer ArF-Lichtquelle (193 nm) angewandt. Ähnlich können sie auf ein Verfahren zur Ausbildung eines ultrafeinen Musters unter Verwendung einer Lichtquelle (zum Beispiel F2 oder EUV) mit einer kürzeren Wellenlänge verwendet werden, solange Wasser als ein Medium für die Lichtquelle verwendet werden kann. Die Belichtung unter Verwendung der Lichtquelle wird bevorzugt mit einer Belichtungsenergie von ungefähr 0,1 bis ungefähr 50 mJ/cm2 erreicht.
  • Bei dem Musterausbildungsverfahren der Offenbarung kann die Entwicklung unter Verwendung einer alkalischen Entwicklerlösung durchgeführt werden. Als besonders bevorzugte alkalische Entwicklerlösung wird eine ungefähr 0,01 bis ungefähr 5 Gew.-% Lösung von Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) in Wasser verwendet.
  • Die Offenbarung stellt auch die Verwendung der obersten Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung bereit. Da die oberste Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung der Offenbarung gestreute Reflektion minimieren kann, kann sie bei unterschiedlichen Verfahren zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen zusätzlich zu dem Ausbildungsverfahren für ein ultrafeines Muster verwendet werden.
  • Es soll festgehalten werden, dass die oberste Antireflektionsbeschichtunsgszusammensetzung der Offenbarung auf eine Vielzahl von Verfahren in unterschiedlichen Weisen, die einem Fachmann offensichtlich sind, verwendet werden kann, in Abhängigkeit von der Art des Verfahrens.
  • Die Offenbarung wird nun detailliert mit Verweis auf die folgenden Beispiele beschrieben. Diese Beispiele sind jedoch lediglich zu darstellenden Zwecken gegeben und können nicht als den Geltungsbereich der Erfindung beschränkend ausgelegt werden.
    •
  • Beispiel 1) Herstellung eines obersten Antireflektionsbeschichtunsgspolymers: Poly(t-butylacrylat-methacrylsäure-2,2,3,4,4,4-hexafluorbutylacrylat-N-[(perfluoroctansulfonyl)oxy]-norbornen-2,3-dicarboximid-maleinsäureanhydrid)
  • 0,5g N-[(Perfluoroctansulfonyl)oxy]-norbornen-2,3-dicarboximid, 0,5g Maleinsäureanhydrid und 0,4g AIBN wurden in 10g Aceton aufgelöst. Die Monomere wurden bei 67°C für 30 Minuten polymerisiert. Zu dem Polymerisationsprodukt wurde eine Lösung von 2,5g t-Butylacrylat, 2,5g Methacrylsäure und 5g 2,2,3,4,4,4-Hexafluorbutylacrylat in 40g Aceton zugegeben. Die Mischung wurde für 6 Stunden polymerisiert. Nach Abschluss der Polymerisation wurde das Polymerisationsprodukt in Wasser ausgefällt, filtriert und im Vakuum getrocknet, um Poly(t-butylacrylat-methacrylsäure-2,2,3,3,4,4,4-hexafluorbutylacrylat-N-[(perfluoroctansulfonyl)oxy]-norbornen-2,3-dicarboximid-maleinsäureanhydrid) in einer Ausbeute von 68% zu ergeben. Die Struktur des Polymers wurde durch 1H-NMR-Spektroskopie (1) identifiziert und die GPC Daten und das Chromatogramm des Polymers sind in 2 gezeigt.
  • Beispiel 2) Herstellung einer obersten Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung und Musterausbildung
  • 1,0g des Poly(t-butylacrylat-methacrylsäure-2,2,3,3,4,4,4-hexafluorbutylacrylat-N-[(perfluoroctansulfonyl)oxy]-norbornen-2,3-dicarboximid-maleinsäureanhydrids), hergestellt in Beispiel 1, wurden in 60g n-Butanol aufgelöst, um eine oberste Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung für die Immersionslithographie herzustellen.
  • Ein Photosensibilisierer (AR1221J, JSR) wurde mit einer Dicke von 200 nm auf einen Wafer aufgebracht und bei 130°C für 90 Sekunden gebrannt. Die oberste Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung wurde bei 3000 U/min auf den beschichteten Photosensibilisierer aufgebracht. Um zu bestätigen, dass die oberste Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung der Offenbarung als ein schützender Film für den Photosensibilisierer gegen Wasser nach der Beschichtung wirken kann, wurde der Wafer über 3 Minuten in Wasser eingetaucht. Nach Belichten des Wafers unter Verwendung von ArF-Belichtungsausrüstung wurde der Wafer bei 130°C für 90 Sekunden gebrannt und entwickelt, um ein Muster auszubilden. Ein Abbild des Musters ist in 3 gezeigt. Das Bild zeigt, dass das Muster, das unter Verwendung der obersten Antireflektionsbeschichtung ausgebildet wurde, vertikal ausgebildet wurde.
  • Da das oberste Antireflektionsbeschichtungspolymer der Offenbarung eine hohe Lichttransmission zeigt und wasserunlöslich ist, wie aus der obigen Beschreibung offensichtlich wird, ist es für die Ausbildung einer obersten Antireflektionsbeschichtung für die Verwendung in der Immersionslithographie geeignet.
  • Da das Polymer eine einzelne Monomereinheit enthält, die in der Lage ist, als ein Photosäurebildner zu wirken, das heißt N-[(Perfluoralkansulfonyl)oxy]-norbornen-2,3-dicarboximid, kann es zusätzlich die Rolle nicht nur als oberstes Antireflektionsbeschichtungspolymer sondern auch als Photosäurebildner übernehmen. Wenn die oberste Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung, die das oberste Antireflektionsbeschichtungspolymer der Offenbarung umfasst, verwendet wird, um ein Muster auszubilden, löst es dem gemäß einen Teil eines Photosäurebildners, der oben auf einem darunter liegenden Photosensibilisierer vorliegt, wodurch verhindert wird, dass der obere Bereich in einen dicken Bereich umgewandelt wird.
  • Des weiteren erfüllt die oberste Antireflektionsbeschichtung, die unter Verwendung der obersten obersten Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung der Offenbarung gebildet wurde, die Erfordernisse für die effektive Verwendung bei der Immersionslithographie. Die oberste Antireflektionsbeschichtung ist für eine Lichtquelle transparent, da sie eine Lichttransmission von 96% oder mehr besitzt. Sie besitzt einen Brechungsindex von 1,4 bis 2,0 und löst einen darunter liegenden Photosensibilisierer nicht. Die oberste Antireflektionsbeschichtung ist nicht wasserlöslich bei der Belichtung, ist jedoch leicht in einer Entwicklerlösung löslich. Und schließlich erlaubt die oberste Antireflektionsbeschichtung die Ausbildung eines vertikalen Musters. Da die oberste Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung der Offenbarung die Ausbildung eines feinen Photoresistmusters erlaubt, trägt sie daher zur Herstellung von sub-50 nm Halbleitervorrichtungen in einer wirksamen Art und Weise bei.
  • Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der Offenbarung zu illustrativen Zwecken offenbart wurden, erkennt der Fachmann, dass verschiedene Veränderungen, Zusätze oder Ersetzungen möglich sind, ohne vom Gedanken und Geltungsbereich der Erfindung, wie sie in den angefügten Ansprüchen offenbart ist, abzuweichen.

Claims (24)

  1. Oberstes Antireflektionsbeschichtungspolymer, dargestellt durch Formel 1 unten:
    Figure 00160001
    worin R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl oder Fluormethyl sind; R3 und R4 unabhängig ein C1-10-Kohlenwasserstoff oder ein C1-10-Kohlenwasserstoff, bei dem die Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch Fluoratome ersetzt sind, sind; und a, b, c, d und e die Molenbrüche eines jeden Monomers darstellen und im Bereich von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,9 liegen, so dass die Summe von a, b, c, d und e eins ergibt.
  2. Polymer gemäß Anspruch 1, wobei das Polymer ein massegemitteltes Molekulargewicht von ungefähr 1.000 bis ungefähr 100.000 besitzt.
  3. Polymer gemäß Anspruch 1, wobei das Polymer Poly(t-butylacrylat-methacrylsäure-2,2,3,4,4,4-hexafluorbutylacrylat-N-[(perfluoralkansulfonyl)oxy]-norbornen-2,3-dicarboximid-maleinsäureanhydrid), dargestellt durch Formel 2 unten, ist:
    Figure 00170001
    worin R1 Methyl ist, R2 Wasserstoff ist, R3 2,2,3,4,4,4-Hexafluorbutyl ist, R4 ein Perfluoralkan ist und a, b, c, d und e die Molenbrüche eines jeden Monomers darstellen und im Bereich von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,9 liegen, so dass die Summe von a, b, c, d und e eins ergibt.
  4. Polymer gemäß Anspruch 1, wobei das Polymer Poly(t-butylacrylat-methacrylsäure-2,2,3,4,4,4-hexafluorbutylacrylat-N-[(perfluoroctansulfonyl)oxy]-norbornen-2,3-dicarboximid-maleinsäureanhydrid) ist.
  5. Verfahren zur Herstellung eines obersten Antireflektionsbeschichtungspolymers gemäß Anspruch 3 mit den Schritten: (1) Auflösen eines N-[(Perfluoralkansulfonyl)oxy]-norbornen-2,3-dicarboximidmonomers, eines Maleinsäureanhydridmonomers und eines Polymerisationsinitiators in einem organischen Lösungsmittel und Durchführen einer radikalischen Polymerisation mit den Monomeren; und (2) Zugeben einer Lösung eines t-Butylacrylatmonomers, eines Methacrylsäuremonomers und eines 2,2,3,4,4,4-Hexafluorbutylacrylatmonomers in einem organischen Lösungsmittel zu dem Polymerisationsprodukt, das in Schritt 1 erhalten wurde, und Durchführen einer radikalischen Polymerisation mit der Mischung.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Polymerisation des Schrittes 1 bei ungefähr 57 bis ungefähr 77°C durchgeführt wird.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Polymerisation des Schrittes 1 für ungefähr 10 bis ungefähr 50 Minuten durchgeführt wird.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Polymerisation des Schrittes 2 für ungefähr 2 bis ungefähr 10 Stunden durchgeführt wird.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das organische Lösungsmittel, das bei der Polymerisation der Schritte 1 und 2 verwendet wird, mindestens ein Lösungsmittel ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aceton, PGMEA, Tetrahydrofuran, Cyclohexanon, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Dioxan, Methylethylketon, Ethylacetat, Benzol, Toluol und Xylol.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei der Polymerisationsinitiator, der in Schritt 1 verwendet wird, ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus 2,2'-Azobisisobutyronitril (AIBN), Benzoylperoxid, Acetylperoxid, Laurylperoxid, t-Butylperacetat, t-Butylhydroperoxid und Di-t-butylperoxid.
  11. Oberste Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung, umfassend ein oberstes Antireflektionsbeschichtungspolymer, dargestellt durch Formel 1 unten:
    Figure 00180001
    worin R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl oder Fluormethyl sind; R3 und R4 unabhängig ein C1-10 Kohlenwasserstoff oder ein C1-10 Kohlenwasserstoff, bei dem die Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch Fluoratome ersetzt sind, sind; und a, b, c, d und e die Molenbrüche eines jeden Monomers darstellen und im Bereich von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,9 liegen, so dass die Summe von a, b, c, d und e eins ergibt; und ein organisches Lösungsmittel.
  12. Zusammensetzung gemäß Anspruch 11, wobei das organische Lösungsmittel ein primärer Alkohol ist.
  13. Zusammensetzung gemäß Anspruch 12, wobei der primäre Alkohol n-Butanol ist.
  14. Zusammensetzung gemäß Anspruch 11, wobei die Zusammensetzung hergestellt wird durch Auflösung des obersten Antireflektionsbeschichtungspolymers in ungefähr 1.000 bis ungefähr 10.000 Gew.-% des organischen Lösungsmittels, basierend auf dem Gewicht des Polymers.
  15. Zusammensetzung gemäß Anspruch 11, die zusätzlich einen Säurediffusionsinhibitor umfasst.
  16. Zusammensetzung gemäß Anspruch 15, wobei der Säurediffusionsinhibitor L-Prolin ist.
  17. Zusammensetzung gemäß Anspruch 15, wobei die Zusammensetzung ungefähr 1 bis ungefähr 20 Gew.-% des Säurediffusionsinhibitors umfasst, basierend auf dem Gewicht des obersten Antireflektionsbeschichtungspolymers.
  18. Zusammensetzung gemäß Anspruch 11, wobei die Zusammensetzung einen Brechungsindex von ungefähr 1,4 bis ungefähr 2,0 besitzt.
  19. Zusammensetzung gemäß Anspruch 11, wobei die Zusammensetzung verwendet wird, um eine Halbleitervorrichtung herzustellen.
  20. Verfahren zur Ausbildung eines Musters einer Halbleitervorrichtung mit den Schritten: (a) Aufbringen eines Photoresists auf ein Halbleitersubstrat, auf dem eine besondere darunter liegende Struktur ausgebildet ist; (b) Ausbringen der obersten Antireflektionsbeschichtungszusammensetzung gemäß Anspruch 11 oben auf den Photoresist, um eine oberste Antireflektionsbeschichtung auszubilden; (c) Belichten des Photoresists, und (d) Entwickeln des Photoresists, um ein Photoresistmuster zu bilden.
  21. Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei des weiteren vor und/oder nach der Belichtung ein Brennen durchgeführt wird.
  22. Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei das Brennen bei ungefähr 70 bis ungefähr 200°C durchgeführt wird.
  23. Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei Wasser als ein Medium für die Lichtquelle bei der Belichtung verwendet wird.
  24. Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei die Entwicklung unter Verwendung einer ungefähr 0,01 bis ungefähr 5 % (w/w) Lösung von Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) in Wasser als Entwicklerlösung durchgeführt wird.
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