專利名稱：含有表面活性劑的處理溶液的制作方法
含有表面活性劑的處理溶液本申請為分案申請，其母案為申請日為2005年3月18日、申請?zhí)枮?2005100676 . 4、發(fā)明名稱為“含有表面活性劑的處理溶液”的申請。相關(guān)申請的交叉引用本申請為美國專利申請No. 10/218, 087 (申請日為2002年8月12日)、 No. 10/339, 7O9 (申請日為2OO3年1月9日)和No. 10/616, 662 (申請日為2OO3年7月10 日)的延續(xù)部分，其公開的全部內(nèi)容引入本文作為參考。
背景技術(shù)：
總的來說，本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種在不 影響產(chǎn)量的情況下，在半導(dǎo)體器件的制造過程中減少缺陷，特別是減少圖案損壞和光致抗 蝕劑線條粗糙的方法。缺陷是限制產(chǎn)率和器件功能的一個主要因素，尤其在器件尺寸減小且晶片尺寸加 大至300mm的情況下。本申請中使用的術(shù)語“缺陷”涉及可能會降低產(chǎn)率，或產(chǎn)生損失的半 導(dǎo)體器件缺陷，例如基底表面光致抗蝕劑圖案的損壞；光致抗蝕劑線條的粗糙，如“線寬粗 糙”或“線邊緣粗糙”;由于加工處理，如平版印刷、蝕亥IJ、剝離和化學(xué)機械平整(CMP)殘渣而 引入到基底上的顆粒；固有的或在制造過程中產(chǎn)生的顆粒；圖案缺陷，如封閉的或部分開 口的或閉塞的接點或通孔(vias)；線寬變化；和因抗蝕劑與基底表面的弱粘合力而導(dǎo)致的 缺陷。減少缺陷-從而提高產(chǎn)率的需要對制造半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)步驟提出了新的挑戰(zhàn)， 即，對平版印刷、蝕刻、剝離和化學(xué)機械平整(CMP)方法提出了新的挑戰(zhàn)。平版印刷通常包 括用正性或負性光致抗蝕劑涂覆基底，將基底暴露于輻射源以生成圖像，并且對基底進行 顯影從而在基底上形成圖案化的光致抗蝕劑層。該圖案層在隨后的基底圖案加工，如蝕刻、 摻雜和/或用金屬、其它半導(dǎo)體材料或絕緣材料涂覆的過程中作為掩模。蝕刻過程通常包 括使用化學(xué)或等離子體蝕刻劑除去未被圖案化的光致抗蝕劑所保護的基底表面，從而使下 表面裸露以用于進一步的加工過程。剝離過程通常包括用濕式剝離或氧等離子體拋光法從 基底上除去交聯(lián)的光致抗蝕劑圖案。CMP過程通常包括在加工過程中對基底表面進行拋光 處理以保持其平整度。上述所有過程通常都要使用沖洗步驟，以除去這些過程中產(chǎn)生的，或 作為其副產(chǎn)物的顆粒材料。由于新一代器件具有更高的長寬比，導(dǎo)致半導(dǎo)體器件制造過程中出現(xiàn)的圖案損壞 成為一個新興問題。圖案化的光致抗蝕劑層的厚度和長寬比是平版印刷后的蝕刻步驟的重 要參數(shù)。在130nm節(jié)點處，厚度為500nm的光致抗蝕劑層的長寬比值可達4。這個值可能就 是顯影劑的毛細力和/或沖洗溶液可能導(dǎo)致圖案化的光致抗蝕劑層損壞的轉(zhuǎn)折點。除了毛 細力之外，圖案損壞問題可能還會受到其它因素的影響，如抗蝕劑的機械強度、其它涂層， 即抗反射涂層(ARC)的應(yīng)用，和在光致抗蝕劑層的旋涂使用中的噴嘴類型、位置和離心力。導(dǎo)致圖案損壞的主要因素是顯影后的干燥階段中水的毛細力，參見Tanaka， Τ.等，"Mechanism of Resist Pattern Collapsed During Developer Process", Jpn. J. App 1. Phys. ,32卷，1993，6059-64頁。在圖案顯影后降低或消除沖洗液的表面張力可用來降低作用于圖案化的光致抗蝕劑層上的毛細力。用來降低或消除沖洗液表面張力的兩種 常用方法為顯影后將圖案化的光致抗蝕劑的圖案特征凍干，或使用超臨界液體來干燥圖 案化的光致抗蝕劑層。這兩種方法都需要采用半導(dǎo)體器件制造中不常使用的額外制造步驟 和特殊設(shè)備。更常用的降低表面張力的方法是向沖洗液中加入表面活性劑。由于降低的表面張 力通常與基底表面上增大的水潤濕度相關(guān)聯(lián)，因此在各種應(yīng)用中，降低氣液界面水的表面 張力的能力是非常重要的。通過加入表面活性劑通常可實現(xiàn)水-基體系中表面張力的降 低。雖然在表面產(chǎn)生很高速率的應(yīng)用中，即，旋涂、輥涂、噴涂等應(yīng)用中，動態(tài)條件下降低表 面張力的能力是很重要的，但是當體系處于靜止狀態(tài)時，平衡的表面張力性能是很重要的。 動態(tài)表面張力可測量出溶液降低表面張力的能力，并提供了高速應(yīng)用條件下的潤濕性。此 外，在某些應(yīng)用中，例如噴涂應(yīng)用過程中，有利的是表面活性劑降低該成分的表面張力，從 而盡可能減小氣泡產(chǎn)生和泡沫的問題。泡沫和氣泡產(chǎn)生會導(dǎo)致缺陷。因此，在半導(dǎo)體工業(yè) 中進行了大量努力來解決泡沫問題。日本專利JP 95142349A中描述了向顯影劑溶液或沖洗液中加入氟基表面活性 劑，如全氟烷基磺酸銨或全氟烷基乙氧基化物。美國專利No. 6，152，148中描述了向水溶液中加入表面活性劑，如氟表面活性劑 和四烷基季銨氫氧化物，該水溶液用于清洗經(jīng)CMP處理后的具有聚(亞芳基醚)介電薄膜 涂層的半導(dǎo)體晶片。文獻Domke，W. D 等，"Pattern Collapse in High Aspect Ratio DUV_andl93nm Resists", Proc. SPIE-Int. Soc. Opt. Eng. 3999，313-321，2000 ( ‘‘Domke”)，描述了向顯影液 中加入表面活性劑來減少丙烯酸酐和環(huán)烯-馬來酸酐抗蝕劑圖案損壞的可能性。加至顯影 液中的“表面活性劑”為異丙醇溶劑。根據(jù)Domke，在顯影液中添加“表面活性劑”并不能對 圖案的損壞產(chǎn)生穩(wěn)定的影響效果。PCT申請WO 02/23598中描述了將表面活性劑月桂基硫酸銨加至去離子(DI)水沖 洗劑和顯影劑中，并將其作用于圖案化的光致抗蝕劑以最小化或消除顯影后的缺陷。日本專利申請JP 96008163A中描述了向顯影后的沖洗劑中加入熱水、有機溶劑 和表面活性劑以防止圖案損壞。未提及具體的表面活性劑。PCT申請87/03387中描述了在圖像顯影后烘干之前，在基底上涂布熱穩(wěn)定性保護 膜來保護光致抗蝕劑圖像免受因蝕刻和其它加工過程中產(chǎn)生的熱量而出現(xiàn)失真和降級。用 于所述膜的材料包括氟碳表面活性劑、成膜聚合物、硫酸鉻、三氯乙酸、鉻變酸及其鹽。文 獻Cheung, C.等，"A Study of a Single Closed Contact for 0. 18micronPhotolithography Process，，Proc· SPIE-Int. Soc. Opt. Eng. 3998,738-741, 2000 (“Cheung”)，公開了在沖洗液中使用表面活性劑，例如辛基和壬基苯酚乙氧基化物，如 TRITON X-114, X-102, X-45和X-15，以除去光致抗蝕劑殘渣和單閉合接點缺陷。根據(jù) Cheung，在沖洗液中使用表面活性劑不能帶來很大成效。美國專利申請No. 5，977，041中描述了一種剝離后的沖洗水溶液，其包括水、水溶 性有機酸和水溶性表面活性劑。該表面活性劑包括具有至少一個炔屬醇基團的低聚(環(huán)氧 乙烷)化合物。WO 00/03306中描述了一種包括溶劑和表面活性劑混合物的剝離組合物，其中溶劑量為組合物總量的約50-約99. 9重量％，表面活性劑的量為組合物總量的約0. 1-約30
重量％。美國專利申請No. 2002/0115022中描述了一種顯影劑和一種沖洗液，其各自含有 陰離子表面活性劑，例如全氟烷基磺酸銨或全氟烷基羧酸銨。連續(xù)使用這些溶液來減少圖 案的損壞。文 獻"Collapse Behavior of Single Layer 193 and 157nm Resists :Use ofSurfactants in the Rinse to Realize the Sub 130nm Nodes , Hien 等，Advances inResist Tech. And Processing XIX，Proceedings ofSPIE，4690 卷 Q002)，254-261 頁 (“Hien”)”中，在顯影后將沖洗液-10%的氟表面活性劑和水施加到基底上來減少圖案損 壞。根據(jù)Hein，使用的一些氟表面活性劑使損壞情況更嚴重。在制造半導(dǎo)體器件中的另一個新的問題是光致抗蝕劑粗糙度，例如單光致抗蝕劑 線的一個邊緣的粗糙度，此處稱作線邊緣粗糙度(LEI )，或光致抗蝕劑線的兩個邊緣的粗 糙度，此處稱作線寬粗糙度(LWI )。線寬粗糙度通常由線寬與其所需的臨界尺寸(“CD”) 的偏差來量度。2003半導(dǎo)體國際技術(shù)標準(International Technology Roadmap for Semiconductors)要求LWR在⑶的8%以內(nèi)。例如，以線寬的3 σ偏差進行量度，對于90nm 的技術(shù)節(jié)點，LWR應(yīng)該在3nm以內(nèi)，對于65nm的節(jié)點應(yīng)該在2. 0以內(nèi)。許多因素都可能影 響光致抗蝕劑的線粗糙度，包括，例如光致抗蝕劑組成(即，分子量、分子量分布、抗蝕劑聚 合物結(jié)構(gòu)、光致酸發(fā)生劑)以及方法和與器械相關(guān)的因素(即，酸擴散、顯影劑滲透、散粒噪 聲、掩模粗糙度和潛像輪廓質(zhì)量)。之前所進行的試圖減少光致抗蝕劑線粗糙度缺陷的嘗試 包括改變光致抗蝕劑組成和調(diào)整潛像的對比度。雖然表面活性劑通常用作顯影后的沖洗液，但是這些溶液并不能有效降低動態(tài)條 件下的表面張力。而且，這些溶液可能會帶來不希望的副效應(yīng)-生成泡沫。由于這些原因， 使用本領(lǐng)域常用的表面活性劑作為沖洗液并不能有效減少半導(dǎo)體器件中的所有缺陷，尤其 是圖案損壞缺陷。此處引用的所有參考文獻的全部內(nèi)容引入本文作為參考。發(fā)明_既述本發(fā)明提供一種處理溶液和該溶液的使用方法，以滿足本領(lǐng)域的某些并非全部 需求。具體而言，在本發(fā)明的一個方面中，提供一種在半導(dǎo)體器件制造過程中減少缺陷的 方法。該方法包括提供一個包括光致抗蝕劑涂層的基底；將該基底暴露于輻射源，以在 光致抗蝕劑涂層上形成圖案；將顯影液作用于基底上，以形成圖案化的光致抗蝕劑涂層； 任選用去離子水沖洗基底；并使基底與處理溶液接觸，該處理溶液包括溶劑和IOppm-約 10，OOOppm 的至少一種式(I )、( II )、( III)、( IV a)、( IV b)、( V )、( VI)、( ΥΠ )、( VDI)、 (IX a)、( IX b)、( IX c)、( X a)、( X b)、( X c)或(X d)的表面活性劑
權(quán)利要求
1. 一種避免多個基底表面上的顯影圖案被損壞的方法，該方法包括 提供一個第一基底，其包括顯影于其表面上的光致抗蝕劑圖案； 制備處理溶液，其包括IOppm-約10，000的至少一種式(IX a)、( IX b)、( IX c)、( X a)、 (X b)、( X c)或(X d)所示的表面活性劑；
2.權(quán)利要求1的方法，其中制備步驟、第一接觸步驟、確定步驟和相乘步驟重復(fù)進行直 至附著張力值為30或更小。
3.權(quán)利要求1的方法，其中第二接觸步驟中的多個基底的表面用去離子水沖洗液潤濕。
4.權(quán)利要求1的方法，其中多個基底的表面用顯影液潤濕。
全文摘要
將含有一種或多種表面活性劑的處理溶液用于減少半導(dǎo)體器件制造過程中的缺陷數(shù)量。在某些實施方案中，當該處理溶液在圖案化的光致顯影劑層的顯影過程中或之后用作沖洗液時，其可減少顯影后的缺陷，例如圖案損壞或線寬粗糙度。還公開了一種使用本發(fā)明的處理溶液，使涂覆了光致抗蝕劑的多個基底上的缺陷數(shù)量減少的方法，該缺陷例如為圖案損壞和/或線寬粗糙度。
文檔編號G03F7/09GK102122121SQ20111003024
公開日2011年7月13日 申請日期2005年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月19日
發(fā)明者D·M·K·庫爾滋, E·J·小卡瓦基, L·C·巴伯, 張鵬 申請人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司