CN112445070A - 具有低活化能配体或高显影剂溶解性配体的euv光致抗蚀剂 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及具有低活化能配体或高显影剂溶解性配体的EUV光致抗蚀剂。一种光致抗蚀剂，包括含有金属的核心基团，以及附着至该核心基团的一个或多个第一配体或一个或多个第二配体。第一配体各自具有以下结构：
第二配体各自具有以下结构：
表示核心基团。L’表示包括被氢(H)或氟(F)饱和的0～2个碳原子的化学物质。L表示包括被H或F饱和的1～6个碳原子的化学物质。L”表示包括被H饱和的1～6个碳原子的化学物质。L”’表示包括被H或F饱和的1～6个碳原子的化学物质。链接基表示将L”和L”’链接在一起的化学物质。
Description
技术领域
本公开一般地涉及具有低活化能配体或高显影剂溶解性配体的EUV光致抗蚀剂。
背景技术
半导体集成电路(IC)工业经历了指数增长。IC材料和设计的技术进步已经产生了几代IC，其中每一代都具有比上一代更小且更复杂的电路。在IC演进的过程中，功能密度(例如，每芯片面积的互连器件的数目)通常增加，而几何尺寸(例如，可以使用制造工艺产生的最小组件(或线))减小。这种缩小过程通常通过提高生产效率和降低相关成本来提供益处。这种缩小还增加了IC处理和制造的复杂性。
为了实现这些进步，需要IC处理和制造的类似发展。例如，对执行更高分辨率光刻工艺的需求在增长。一种光刻技术是极紫外(EUV)光刻。EUV光刻使用扫描仪，该扫描仪使用波长约为1-100纳米(nm)的极紫外区域中的光。与某些光学扫描仪类似，一些EUV扫描仪提供4倍减缩投影打印，不同之处在于EUV扫描仪使用反射光学器件而非折射光学器件，即使用反射镜(mirror)而不是透镜(lenses)。EUV扫描仪在形成在反射掩模上的吸收层(“EUV”掩模吸收剂)上提供所需的图案。
然而，尽管传统EUV光刻通常已足以满足其预期目的，但不能在每个方面都完全令人满意。例如，传统EUV光致抗蚀剂材料尚未针对光子吸收和线宽粗糙度(LWR)进行优化。
发明内容
根据本公开的一个实施例，提供了一种光致抗蚀剂，包括；核心基团，所述核心基团含有金属；以及一个或多个第一配体或一个或多个第二配体，所述一个或多个第一配体或一个或多个第二配体附着至所述核心基团；其中：所述第一配体各自具有以下结构：
所述第二配体各自具有以下结构：
根据本公开的另一实施例，提供了一种光致抗蚀剂，包括：核心基团，所述核心基团含有金属；以及第一配体或第二配体，所述第一配体或第二配体附着至所述核心基团；其中：所述第一配体具有以下化学式之一：
所述第二配体具有以下化学式之一：
其中，所述光致抗蚀剂是极紫外(EUV)光致抗蚀剂。
根据本公开的又一实施例，提供了一种制造半导体器件的方法，包括：在衬底上方涂覆光致抗蚀剂材料，所述光致抗蚀剂包括核心基团以及附着至所述核心基团的一个或多个第一配体或一个或多个第二配体；以及使用所述光致抗蚀剂材料来执行极紫外(EUV)光刻工艺；其中：所述核心基团包括金属；所述第一配体的化学结构包括：
所述第二配体的化学结构包括：
附图说明
在结合附图阅读下面的具体实施方式时，可以从下面的具体实施方式中最佳地理解本公开的各方面。应当注意，根据行业的标准做法，各种特征不是按比例绘制的。事实上，为了讨论的清楚起见，各种特征的尺寸可能被任意增大或减小。
图1是根据本公开的一些实施例构造的光刻系统的示意图。
图2是根据本公开的一些实施例构造的EUV掩模的截面图。
图3是根据本公开的一些实施例的处于制造阶段的半导体器件的示意性局部截面侧视图。
图4是示出根据本公开的一些实施例的光致抗蚀剂的结构的图。
图5-9示出了根据本公开的实施例的光致抗蚀剂的化学式部分。
图10-11是根据本公开的一些实施例的处于各个制造阶段的半导体器件的示意性局部截面侧视图。
图12是根据本公开的一些实施例的制造半导体器件的方法的流程图。
具体实施方式
下面的公开内容提供了用于实现本发明的不同特征的许多不同的实施例或示例。下文描述了组件和布置的具体示例以简化本公开。当然，这些仅仅是示例而不意图是限制性的。例如，在下面的描述中，在第二特征上方或之上形成第一特征可以包括以直接接触的方式形成第一特征和第二特征的实施例，并且还可以包括可以在第一特征和第二特征之间形成附加特征，使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。此外，本公开可以在各个示例中重复参考数字和/或字母。该重复是出于简单和清楚的目的，并且其本身并不指示所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。
此外，本文中可能使用了空间相关术语(例如，“下方”、“之下”、“低于”、“以上”、“上部”等)，以易于描述图中所示的一个要素或特征相对于另外(一个或多个)要素或(一个或多个)特征的关系。这些空间相关术语意在涵盖器件在使用或工作中除了图中所示朝向之外的不同朝向。装置可能以其他方式定向(旋转90度或处于其他朝向)，并且本文中所用的空间相关描述符同样可能被相应地解释。
更进一步，当用“大约”、“近似”等来描述数字或数字范围时，该术语旨在涵盖在包括所述数字的合理范围内的数字，例如，在所述数字的+/-10％或本领域技术人员所理解的其他值之内。例如，术语“约5nm”涵盖从4.5nm至5.5nm的尺寸范围。
上述高级光刻工艺、方法和材料可以用于许多应用中，包括鳍式场效应晶体管(FinFET)。例如，鳍可以被图案化以产生特征之间的相对紧密的间隔，上述公开非常适合于此。此外，可以根据以上公开来处理用于形成FinFET的鳍的间隔物，也称为心轴。
极紫外(EUV)光刻技术因其能够实现较小半导体器件尺寸而得到广泛应用。然而，传统EUV光致抗蚀剂可能仍需要改进。例如，与用于非EUV光刻的光致抗蚀剂相比，EUV光刻的光致抗蚀剂可能仍具有较弱的光吸收能力。作为另一示例，EUV光刻通常与灵敏度和线宽粗糙度(LWR)之间的权衡相关联。因此，可能需要改进传统的EUV光致抗蚀剂设计。
本公开涉及具有新型配体结构的EUV光致抗蚀剂。例如，与常规EUV光致抗蚀剂相比，这些配体可具有较低的活化能。作为另一示例，这些配体可具有比常规EUV光致抗蚀剂更高的显影溶解性。下面更详细地讨论本公开的这些各个方面。首先，下面将参考图1-2讨论EUV光刻系统。接下来，参考图3-12根据本公开的实施例描述各种添加剂的细节。
图1是根据一些实施例构造的EUV光刻系统10的示意图。EUV光刻系统10也可以被统称为扫描仪，其被配置为以相应的辐射源和曝光模式执行光刻曝光工艺。EUV光刻系统10被设计为通过EUV光或EUV辐射来对光致抗蚀剂层进行曝光。光致抗蚀剂层是对于EUV光敏感的材料。EUV光刻系统10采用辐射源12来产生EUV光，例如，具有范围在约1nm和约100nm之间的波长的EUV光。在一个特定实例中，辐射源12产生波长集中在约13.5nm的EUV光。因此，辐射源12也称为EUV辐射源12。
光刻系统10还采用照明器14。在各种实施例中，照明器14包括各种折射光学组件(例如，单个透镜或具有多个透镜(区域板)的透镜系统)，或者替代地，反射光学器件(用于EUV光刻系统)(例如，单个反射镜或具有多个反射镜的反射镜系统)，以便将来自辐射源12的光引导至掩模台(stage)16上，特别是引导至固定在掩模台16上的掩模18上。在其中辐射源12产生EUV波长范围内的光的本实施例中，照明器14采用反射光学器件。在一些实施例中，照明器14包括偶极照明组件。
在一些实施例中，照明器14可操作来配置反射镜以向掩模18提供适当的照明。在一个示例中，照明器14的反射镜可切换以将EUV光反射到不同的照明位置。在一些实施例中，在照明器14之前的台可以另外包括其他可切换反射镜，其可控制以将EUV光引导至与照明器14的反光镜不同的照明位置。在一些实施例中，照明器14被配置为向掩模18提供轴向照明(ONI)。在示例中，采用部分相干σ至多为0.3的盘式照明器14。在一些其他实施例中，照明器14被配置为向掩模18提供离轴照明(OAI)。在示例中，照明器14是偶极照明器。在一些实施例中，偶极照明器具有至多0.3的部分相干σ。
光刻系统10还包括被配置为固定掩模18的掩模台16。在一些实施例中，掩模台16包括用于固定掩模18的静电卡盘(e-chuck)。这是因为气体分子吸收了EUV光，并且用于EUV光刻图案化的光刻系统被保持在真空环境中以避免EUV强度损失。在本公开中，术语掩模、光掩模和掩模版(reticle)可互换地用于指代同一项目。
在本实施例中，光刻系统10是EUV光刻系统，并且掩模18是反射掩模。提供掩模18的一种示例性结构以用于说明。掩模18包括具有合适材料的衬底，例如，低热膨胀材料(LTEM)或熔融石英。在各种示例中，LTEM包括掺杂有TiO2的SiO2，或具有低热膨胀的其他合适的材料。在一些实施例中，LTEM包括5％-20％重量的TiO2，并且具有低于约1.0×10-6/℃的热膨胀系数。例如，在一些实施例中，LTEM的掺杂TiO2的SiO2材料具有使得其对于每1摄氏度的温度变化而变化小于十亿分之60的热膨胀系数。当然，也可以使用具有等于或小于掺杂TiO2的SiO2的热膨胀系数的其他合适的材料。
掩模18还包括沉积在衬底上的反射ML。ML包括多个膜对，例如，钼-硅(Mo/Si)膜对(例如，每个膜对中，在一层硅上方或下方一层钼)。替代地，ML可以包括钼-铍(Mo/Be)膜对，或者可配置为高度反射EUV光的其他合适的材料。
掩模18可以进一步包括设置在ML上用于保护的帽盖层，例如，钌(Ru)。掩模18还包括沉积在ML上方的吸收层。吸收层被图案化以限定集成电路(IC)的层。替代地，可以在ML上方沉积另一反射层并且对其进行图案化以限定集成电路的层，从而形成EUV相移掩模。
光刻系统10还包括投影光学模块或投影光学盒(POB)20，用于将掩模18的图案成像到固定在光刻系统10的衬底台28上的半导体衬底(作为目标26的示例)。在各种实施例中，POB 20具有折射光学器件(例如，用于UV光刻系统)，或替代地，反射光学器件(例如，用于EUV光刻系统)。从掩模18引导的光(被衍射成各种衍射级并携带在掩模上定义的图案的图像)由POB 20收集。POB 20可以包括小于一的放大倍率(因此目标(如下面讨论的目标26)上的“图像”的大小小于掩摸上的相应的“对象”的大小)。照明器14和POB 20被统称为光刻系统10的光学模块。
光刻系统10还包括光瞳(pupil)相位调制器22，用于调制从掩模18引导的光的光学相位，使得光具有在投影光瞳平面24上的相位分布。在光学模块中，存在具有对应于对象(在当前情况下是掩模18)的傅里叶变换的场分布的平面。该平面称为投影光瞳平面。光瞳相位调制器22提供了一种用于调制光在投影光瞳平面24上的光学相位的机制。在一些实施例中，光瞳相位调制器22包括一种用于调整POB 20的反射镜以进行相位调制的机制。例如，POB 20的反射镜是可切换的，并且被控制为反射EUV光，从而对通过POB 20的光的相位进行调制。
在一些实施例中，光瞳相位调制器22利用放置在投影光瞳平面上的光瞳过滤器。光瞳过滤器滤出来自掩模18的EUV光的特定空间频率分量。具体地，光瞳过滤器是相位光瞳过滤器，其用于对通过POB 20引导的光的相位分布进行调制。然而，利用相位光瞳过滤器在一些光刻系统(例如，EUV光刻系统)中受到限制，因为所有材料都吸收EUV光。
如上所述，光刻系统10还包括衬底台28，用于固定将图案化的目标26，例如，半导体衬底。在本实施例中，半导体衬底是诸如硅晶圆或其他类型的晶圆之类的半导体晶圆。目标26(例如，衬底)被涂覆有对于放射束(例如，在本实施例中，EUV光)敏感的抗蚀剂层。包括上述那些组件的各种组件被集成在一起并且可操作来执行光刻曝光工艺。光刻系统10可以进一步包括其他模块，或者可以与其他模块集成(或耦合)。
根据一些实施例进一步描述了掩模18及其制造方法。在一些实施例中，掩模制造工艺包括两个操作：空白掩模制造工艺和掩模图案化工艺。在空白掩模制造工艺期间，通过在合适的衬底上沉积合适的层(例如，反射多层)来形成空白掩模。然后在掩模图案化工艺期间中对空白掩模进行图案化，以实现集成电路(IC)层的期望设计。然后，经图案化的掩模用于将电路图案(例如，IC的层的设计)转移到半导体晶圆上。可以通过各种光刻工艺将图案反复地转移到多个晶圆上。使用一组掩模来构建完整的IC。
在各种实施例中，掩模18包括合适的结构，例如，二元强度掩模(BIM)和相移掩模(PSM)。示例BIM包括吸收性区域(也称为不透明区域)和反射性区域，其被图案化以限定将转移到目标的IC图案。在不透明区域中，存在吸收体，并且入射光几乎完全被吸收体吸收。在反射区域中，吸收体被去除，并且入射光被多层(ML)衍射。PSM可以是衰减PSM(AttPSM)或交替PSM(AltPSM)。示例性PSM包括根据IC图案进行图案化的第一反射层(诸如反射ML)和第二反射层。在一些示例中，AttPSM通常具有从其吸收体的2％-15％的反射率，而AltPSM通常具有从其吸收体的大于50％的反射率。
掩模18的一个示例在图2中示出。所示出的实施例中的掩模18是EUV掩模，并且包括由LTEM制成的衬底30。LTEM材料可以包括掺杂TiO2的SiO2和/或本领域已知的其他低热膨胀材料。在一些实施例中，为了静电卡接(chucking)的目的，导电层32被额外地设置在LTEM衬底30的背面下方。在一个示例中，导电层32包括氮化铬(CrN)。在其他实施例中，其他合适的成分也是可能的，例如，含钽的材料。
EUV掩模18包括设置在LTEM衬底30上方的反射多层结构34。反射多层结构34可以被选择为使得其提供对于所选择的辐射类型/波长的高反射率。反射多层结构34包括多个膜对，例如，Mo/Si膜对(例如，每个膜对中，在一层硅上方或下方一层钼)。替代地，反射多层结构34可以包括Mo/Be膜对，或者在EUV波长处高反射性的具有折射率差的任何材料。
仍然参考图2，EUV掩模18还包括设置在反射多层结构34上方的帽盖层36，以防止ML氧化。在一个实施例中，帽盖层36包括厚度在约4nm至约7nm的范围内的硅。EUV掩模18可以进一步包括设置在帽盖层36上方的缓冲层38，以在吸收层的图案化或修复工艺中用作蚀刻停止层，这将在后面描述。缓冲层38具有与设置在其上方的吸收层不同的蚀刻特性。在各种示例中，缓冲层38包括钌(Ru)、Ru化合物(如RuB、RuSi)、铬(Cr)、氧化铬和氮化铬。
EUV掩模18还包括形成在缓冲层38上方的吸收体层40(也称为吸收层)。在一些实施例中，吸收体层40吸收被引导至掩模上的EUV辐射。在各种实施例中，吸收体层可以由下列项制成：氮化钽硼(TaBN)、氧化硼钽(TaBO)、或铬(Cr)、镭(Ra)、或一种或多种下列材料的合适的氧化物或氮化物(或合金)：锕、镭、碲、锌、铜和铝。
图3和图10-11示出了根据本公开的实施例的处于各个制造阶段的半导体器件100的简化示意性局部截面侧视图。参考图3，半导体器件100包括衬底140。在一些实施例中，衬底140是掺杂有诸如硼之类的p型掺杂剂的硅衬底(例如，p型衬底)。替代地，衬底140可以是另一合适的半导体材料。例如，衬底140可以是掺杂有诸如磷或砷之类的n型掺杂剂的硅衬底(n型衬底)。衬底140可以包括其他基本半导体，例如，锗和金刚石。衬底140可以可选地包括化合物半导体和/或合金半导体。此外，衬底140可以包括外延层(epi层)、可以被应变以提高性能、以及可以包括绝缘体上硅(SOI)结构。
在一些实施例中，衬底140是基本上导电或半导电的。电阻可以小于约103欧姆-米。在一些实施例中，衬底140包含具有式MXa的金属、金属合金、或金属氮化物/硫化物/硒化物/氧化物/硅化物，其中，M是金属，并且X是N、S、Se、O、Si，并且其中，“a”在约0.4至2.5的范围内。例如，衬底140可以包含Ti、Al、Co、Ru、TiN、WN2或TaN。
在一些其他实施例中，衬底140包含介电常数在约1至约140的范围内的电介质材料。在一些其他实施例中，衬底140包含Si、金属氧化物、或金属氮化物，其中，式为MXb，其中M是金属或Si，并且X是N或O，并且其中，“b”在约0.4至2.5的范围内。例如，衬底140可以包含氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化铪、或氧化镧。
在衬底140上方形成材料层150。可以通过光刻工艺将材料层150图案化，这也可以称为可图案化层。在实施例中，材料层150包括电介质材料，例如，氧化硅或氮化硅。在另一实施例中，材料层150包括金属。在又一实施例中，材料层150包括半导体材料。
在一些实施例中，材料层150具有与光致抗蚀剂不同的光学特性。例如，材料层150具有与光致抗蚀剂不同的n、k或T值。在一些实施例中，材料层150包括不同的聚合物结构、酸不稳定分子、PAG(光酸产生剂)负荷、淬火剂(quencher)负荷、发色团、交联剂、或溶剂中的至少一种，其导致光致抗蚀剂的不同n值。在一些实施例中，材料层150和光致抗蚀剂具有不同的抗蚀刻性。在一些实施例中，材料层150包含抗蚀刻分子。该分子包括低尾西数(onishi number)结构、双键、三键、硅、氮化硅、Ti、TiN、Al、氧化铝、SiON、或其组合。应当理解，在其他实施例中，衬底140和材料层150可各自包括另外的合适的材料成分。
在衬底140上方(具体地，在材料层150上方)形成光致抗蚀剂层160。例如，光致抗蚀剂层160可以通过旋涂工艺170形成。光致抗蚀剂层160包含被配置用于EUV光刻的金属光致抗蚀剂材料。例如，金属光致抗蚀剂材料对辐射源(例如，上面结合图1讨论的辐射源12)是敏感的。金属光致抗蚀剂材料中的金属组分可以增强EUV灵敏度。
光致抗蚀剂层160可以具有单层结构或多层结构。在一个实施例中，光致抗蚀剂层160包括这样的金属抗蚀剂材料，其聚合(和/或交联)并随后在金属抗蚀剂材料暴露于辐射源(例如，辐射源12)之后变得不溶于显影剂。在一些实施例中，显影剂可以包括：PGMEA(丙二醇甲醚乙酸酯)、PGME(丙二醇单甲醚)、PGEE(1-乙氧基-2-丙醇)、GBL(γ-丁内酯)、CHN(环己酮)、EL(乳酸乙酯)、甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、丙酮、DMF(二甲基甲酰胺)、IPA(异丙醇)、THF(四氢呋喃)、甲基异丁基甲醇(MIBC)、nBA(乙酸正丁酯)、MAK(2-庚酮)、丙酸异丁酯等。
在一些实施例中，金属光致抗蚀剂材料由主要溶剂构成、或从主要溶剂构成。在一些实施例中，主要溶剂可以包括：PGMEA(丙二醇甲醚乙酸酯)、PGME(丙二醇单甲醚)、PGEE(1-乙氧基-2-丙醇)、GBL(γ-丁内酯)、CHN(环己酮)、EL(乳酸乙酯)、甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、丙酮、DMF(二甲基甲酰胺)、IPA(异丙醇)、THF(四氢呋喃)、甲基异丁基甲醇(MIBC)、nBA(乙酸正丁酯)、MAK(2-庚酮)等。
现在参考图4，在一些实施例中，光致抗蚀剂层160的金属抗蚀剂材料具有结构200。结构200可以是包括被多个配体212包围的核心基团204的粒子(例如，簇)。在图4所示的实施例中，虚线表示核心基团204和配体212之间的离子、共价、金属、或范德华(van derWaals)键。在许多实施例中，核心基团204包括至少一种下列形式的金属元素：纯金属(即金属原子)、金属离子、金属化合物(例如，金属氧化物、金属氮化物、金属氧氮化物、金属硅化物、金属碳化物等)、金属合金(例如，多种金属元素的组合)、或其组合。在一些实施例中，核心基团204包括一种或多种具有高EUV吸收的金属元素。例如，核心基团204的金属元素可以选自下列项：铯(Cs)、钡(Ba)、镧(La)、铈(Ce)、铟(In)、锡(Sn)、银(Ag)、锑(Sb)、或其他合适的元素。在一些实施例中，核心基团204可以为主要溶剂(例如，PGMEA、PGME、PGEE等)的重量的约0.5％至7％。
配体212可以与核心基团204连接以在EUV光刻的曝光工艺发生之前保护核心基团204免受缩合。配体212可以在曝光工艺之后从核心基团204裂解，或者它们可以使用热处理来裂解。配体212可以彼此相同或不同。在一些实施例中，配体可以包括低活化能类型的配体。在其他实施例中，配体可以包括高显影剂溶解性类型的配体。根据本公开的方面，核心基团204可以具有附着于其上的任一类型的配体，或附着于其上的两种类型的配体。例如，核心基团204的金属原子/离子的第一子集可以各自附着于低活化能类型的配体，而核心基团204的金属原子/离子的第二子集(与第一子集不同)可以各自附着于高显影剂溶解性类型的配体。现在将在下面更详细地讨论这些类型的配体中的每一种。
低活化能类型的配体的一般化学结构300在下面示出，并且也在图5中示出。
化学结构300包括金属核(由被圆圈包围的M表示)，其可以是上面参考图4讨论的核心基团204的实施例。例如，核心基团可以包括N个金属离子，例如，Sn离子。在一些实施例中，N在约1至约18之间的范围内。化学结构300的其余部分(例如，除了金属核之外)对应于低活化能类型的配体，其可以由链接在一起的化学物质L’和化学物质L表示。在一些实施例中，化学物质L’包括可以被氢(H)或氟(F)饱和的0至2个碳原子。在一些实施例中，化学物质L可以具有直链或支链结构、或环状或非环状结构，具有可以被H或F饱和1至6个碳原子。低活化能配体的一些示例化学式(例如，包括L’和L两者)在下面列出并在图6-7中示出。
与常规EUV光致抗蚀剂相比，本公开的EUV光致抗蚀剂可以实现如上所述的低活化能类型的配体。这是有利的，因为与常规EUV光刻相比，低活化能配体允许使用更低的曝光剂量。例如，当EUV光致抗蚀剂经历曝光时，许多配体可能使与金属核的链接或键合断裂。引起这种断裂所需的能量的量可以称为活化能。尽管常规EUV光致抗蚀剂可能需要X1量的活化能，但是本文的配体允许将活化能的量减少到X2，其中，X2低于X1。因此，现在可以使用较小曝光剂量或较小曝光能量来执行EUV光刻。换句话说，本公开的低活化能配体改善了光子吸收。在一些实施例中，曝光能量可以改善3～40％。或者换句话说，本文中用于曝光EUV光致抗蚀剂的曝光能量可以比用于曝光常规EUV光致抗蚀剂的曝光能量小3～40％。
高显影剂溶解性类型的配体的一般化学结构400在下面示出，并且也在图8中示出。
化学结构400包括金属核(被圆圈包围的M)，其也可以是上面参考图4讨论的核心基团204的实施例。例如，核心基团可以包括N个金属离子，例如，Sn离子。在一些实施例中，N在约1至约18之间的范围内。化学结构400的其余部分(例如，除了金属核之外)对应于低活化能类型的配体，其可以由被链接基(linker)单元链接在一起的化学物质L”和化学物质L”’表示。在一些实施例中，化学物质L”包括可以被氢(H)饱和的1至6个碳原子。在一些实施例中，化学物质L”’可以具有直链或支链结构、或环状或非环状结构，具有可以被H或F饱和1至6个碳原子。链接基单元被连接在化学物质L”和L”’之间，并且可以包括：C＝O、-S-、-P-、-P(O2)-、-C(＝O)SH、-C(＝O)OH、-OC(＝O)-、-O-、-N-、-NH-、-NH2-、-C(＝O)NH、-SO2OH、-SO2SH、-SO-或-SO2。低活化能配体的一些示例化学式(例如，包括L”、L”’和链接基单元)在下面列出并在图9中示出。
与常规EUV光致抗蚀剂相比，本公开的EUV光致抗蚀剂可以实现如上所述的高显影剂溶解性类型的配体。这是有利的，因为在光致抗蚀剂显影工艺中，高显影剂溶解性配体更容易被显影剂溶液冲洗掉。结果，可以改善线宽粗糙度(LWR)而不需要更强的曝光剂量。换句话说，本公开的高显影剂溶解性配体改善了光刻性能，例如，改善的LWR。在一些实施例中，LWR可以改善3～30％。或者换句话说，使用本文的EUV光致抗蚀剂实现的图案的LWR可以比使用常规EUV光致抗蚀剂实现的图案的LWR好3～30％。
由于低活化能配体和/或高显影剂溶解性配体的实现方式，本公开的EUV光致抗蚀剂非常适合于高级EUV光刻工艺。例如，它可用于需要实现小于约40纳米(n)的节距的工艺中。在各种实施例中，本文中的EUV光致抗蚀剂可用于10nm技术节点、7nm技术节点、5nm技术节点、或3nm技术节点、及以后的技术节点。
现在参考图10，执行显影工艺500以图案化光致抗蚀剂层160。在一些实施例中，光致抗蚀剂层160的曝光部分将在显影工艺500被执行之后保留，而光致抗蚀剂层160的未曝光部分将被冲洗掉。如上所述，在显影工艺500中使用的显影剂溶液可包括：PGMEA、PGME、PGEE、GBL、CHN、EL、甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、丙酮、DMF、IPA、THF、MIBC、nBA、MAK、丙酸异丁酯等。由于光致抗蚀剂层160可以包含高显影剂溶解性配体，因此光致抗蚀剂层160的未曝光区域使用显影剂溶液更容易地去除。结果，如上所述，可以改善LWR。
在任何情况下，经图案化的光致抗蚀剂层160现在包括由开口510隔开的光致抗蚀剂层160的其余部分。经图案化的光致抗蚀剂层160现在可以用于在随后的制造工艺中对其下方的材料层150进行图案化。在一些实施例中，开口510的横向尺寸530可以限定半导体器件100的特征的临界尺寸(CD)。在其他实施例中，经图案化的光致抗蚀剂层160的部件的横向尺寸540可以限定半导体器件100的特征的CD。
现在参考图11，执行图案化工艺600以对材料层150进行图案化。光致抗蚀剂层160用作对材料层150进行图案化的掩模。尺寸530和540被转移到材料层150。如上所述，金属光致抗蚀剂层160的配体允许CD控制更严格(例如，实现较小CD变化)。例如，低活化能配体允许使用较低的活化能并提高光子吸收效率。高显影剂溶解性配体改善了经图案化的光致抗蚀剂层160的LWR，并进而改善了经图案化的材料层150的LWR。结果，可以更好地控制尺寸530和540(即CD)。
图12是示出制造半导体器件的简化方法700的流程图。方法700包括步骤710，在衬底上方涂覆光致抗蚀剂材料。光致抗蚀剂材料包含核心基团，以及附着于核心基团的一个或多个第一配体或一个或多个第二配体。方法700包括步骤720，使用光致抗蚀剂材料执行极紫外(EUV)光刻工艺。核心基团包含金属。
第一配体的化学结构包括：
并且第二配体的化学结构包括：
在一些实施例中，方法700还包括使用从由下列项组成的组选择的溶剂来构造光致抗蚀剂材料的步骤：PGMEA(丙二醇甲醚乙酸酯)、PGME(丙二醇单甲醚)、PGEE(1-乙氧基-2-丙醇)、GBL(γ-丁内酯)、CHN(环己酮)、EL(乳酸乙酯)、甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、丙酮、DMF(二甲基甲酰胺)、IPA(异丙醇)、THF(四氢呋喃)、甲基异丁基甲醇(MIBC)、nBA(乙酸正丁酯)、MAK(2-庚酮)。
在一些实施例中，步骤720包括使用从由下列项组成的组选择的显影剂来执行显影工艺：PGMEA(丙二醇甲醚乙酸酯)、PGME(丙二醇单甲醚)、PGEE(1-乙氧基-2-丙醇)、GBL(γ-丁内酯)、CHN(环己酮)、EL(乳酸乙酯)、甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、丙酮、DMF(二甲基甲酰胺)、IPA(异丙醇)、THF(四氢呋喃)、甲基异丁基甲醇(MIBC)、nBA(乙酸正丁酯)、MAK(2-庚酮)。
在一些实施例中，核心基团包含铯(Cs)、钡(Ba)、镧(La)、铈(Ce)、铟(In)、锡(Sn)、银(Ag)、或锑(Sb)。
在一些实施例中，链接基包括：C＝O、-S-、-P-、-P(O2)-、-C(＝O)SH、-C(＝O)OH、-OC(＝O)-、-O-、-N-、-NH-、-NH2-、-C(＝O)NH、-SO2OH、-SO2SH、-SO-或-SO2。
在一些实施例中，核心基团包括多个金属离子。金属离子的第一子集各自具有附着于其的第一配体。金属离子的第二子集各自具有附着于其的第二配体。
在一些实施例中，一个或多个第一配体根据从由下列项组成的组选择的化学式附着至核心基团：
在一些实施例中，一个或多个第二配体根据从由下列项组成的组选择的化学式附着至核心基团：
应当理解，可以在图12的步骤710-720之前、之中、或之后执行附加的制造工艺。例如，方法700可以包括使用光致抗蚀剂材料对形成在衬底上的其他层进行图案化的步骤。
基于以上讨论，可以看出本公开在EUV光刻中提供了各种优点。然而，应理解，并非所有优点都必须在本文中讨论，并且其他实施例可以提供不同的优点，并且对于所有实施例不需要特定优点。优点之一是更好的光子吸收。例如，低活化能配体允许较低的活化能来裂解金属核心基团与配体之间的链接/键。因此，可以使用较小的曝光剂量或曝光能量。另一优点是更好的线宽粗糙度。例如，高显影剂溶解性配体更容易溶解在显影剂溶液中。这样，作为显影工艺的一部分应被去除的光致抗蚀剂的部分更容易洗掉，这有助于改善所得的光致抗蚀剂图案(以及要使用光致抗蚀剂图案进行图案化的层)的线宽粗糙度。另一优点是本文讨论的工艺与现有的制造工艺流程兼容并且易于实施。
本公开的一个方面涉及一种光致抗蚀剂。该光致抗蚀剂包括含有金属的核心基团，以及附着至该核心基团的一个或多个第一配体或一个或多个第二配体。第一配体各自具有以下结构：
第二配体各自具有以下结构：
本公开的一个方面涉及一种光致抗蚀剂。该光致抗蚀剂包括含有金属的核心基团。该光致抗蚀剂包括附着至该核心基团的第一配体或第二配体。第一配体具有以下化学式之一：
第二配体具有以下化学式之一：
在一些实施例中，光致抗蚀剂是极紫外(EUV)光致抗蚀剂。
本公开的另一方面涉及一种方法。该方法包括在衬底上方涂覆光致抗蚀剂材料。该光致抗蚀剂材料包括核心基团，以及附着至该核心基团的一个或多个第一配体或一个或多个第二配体。该方法包括使用光致抗蚀剂材料来执行极紫外(EUV)光刻工艺。核心基团包括金属。第一配体的化学结构包括：
第二配体的化学结构包括：
以上概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本公开的各方面。本领域技术人员应当理解，他们可以容易地使用本公开作为设计或修改其他工艺和结构以实现本文介绍的实施例的相同目的和/或实现本文介绍的实施例的相同优点的基础。本领域技术人员还应该认识到，这样的等同构造不脱离本公开的精神和范围，并且他们可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下在本文中进行各种改变、替换和变更。
示例1是一种光致抗蚀剂，包括；核心基团，所述核心基团含有金属；以及一个或多个第一配体或一个或多个第二配体，所述一个或多个第一配体或一个或多个第二配体附着至所述核心基团；其中：所述第一配体各自具有以下结构：
所述第二配体各自具有以下结构：
示例2是示例1所述的光致抗蚀剂，其中，所述光致抗蚀剂是极紫外(EUV)光刻光致抗蚀剂。
示例3是示例1所述的光致抗蚀剂，其中：所述核心基团包括铯(Cs)、钡(Ba)、镧(La)、铈(Ce)、铟(In)、锡(Sn)、银(Ag)、或锑(Sb)。
示例4是示例1所述的光致抗蚀剂，其中，所述核心基团包括1～8个金属离子。
示例5是示例1所述的光致抗蚀剂，其中，所述链接基包括：C＝O、-S-、-P-、-P(O2)-、-C(＝O)SH、-C(＝O)OH、-OC(＝O)-、-O-、-N-、-NH-、-NH2-、-C(＝O)NH、-SO2OH、-SO2SH、-SO-或-SO2。
示例6是示例1所述的光致抗蚀剂，其中，所述核心基团具有附着于其的至少一个第一配体和至少一个第二配体。
示例7是示例6所述的光致抗蚀剂，其中：所述核心基团包括多个金属离子；所述金属离子的第一子集各自具有附着于其的第一配体；并且所述金属离子的第二子集各自具有附着于其的第二配体。
示例8是示例1所述的光致抗蚀剂，其中，所述一个或多个第一配体根据从由下列项组成的组中选择的化学式附着至所述核心基团：
示例9是示例1所述的光致抗蚀剂，其中，所述一个或多个第二配体根据从由下列项组成的组选择的化学式附着至所述核心基团：
示例10是一种光致抗蚀剂，包括：核心基团，所述核心基团含有金属；以及第一配体或第二配体，所述第一配体或第二配体附着至所述核心基团；其中：所述第一配体具有以下化学式之一：
所述第二配体具有以下化学式之一：
其中，所述光致抗蚀剂是极紫外(EUV)光致抗蚀剂。
示例11是示例10所述的光致抗蚀剂，其中：所述核心基团包括铯(Cs)、钡(Ba)、镧(La)、铈(Ce)、铟(In)、锡(Sn)、银(Ag)、或锑(Sb)。
示例12是示例10所述的光致抗蚀剂，其中：所述核心基团包括多个金属离子；所述第一配体附着至所述金属离子中的第一个金属离子；并且所述第二配体附着至所述金属离子中的第二个金属离子。
示例13是一种制造半导体器件的方法，包括：在衬底上方涂覆光致抗蚀剂材料，所述光致抗蚀剂包括核心基团以及附着至所述核心基团的一个或多个第一配体或一个或多个第二配体；以及使用所述光致抗蚀剂材料来执行极紫外(EUV)光刻工艺；其中：所述核心基团包括金属；所述第一配体的化学结构包括：
所述第二配体的化学结构包括：
示例14是示例13所述的方法，还包括：使用从由下列项组成的组选择的溶剂来构造所述光致抗蚀剂材料：PGMEA(丙二醇甲醚乙酸酯)、PGME(丙二醇单甲醚)、PGEE(1-乙氧基-2-丙醇)、GBL(γ-丁内酯)、CHN(环己酮)、EL(乳酸乙酯)、甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、丙酮、DMF(二甲基甲酰胺)、IPA(异丙醇)、THF(四氢呋喃)、甲基异丁基甲醇(MIBC)、nBA(乙酸正丁酯)、MAK(2-庚酮)。
示例15是示例13所述的方法，其中，执行所述EUV光刻工艺包括使用从由下列项组成的组选择的显影剂来执行显影工艺：PGMEA(丙二醇甲醚乙酸酯)、PGME(丙二醇单甲醚)、PGEE(1-乙氧基-2-丙醇)、GBL(γ-丁内酯)、CHN(环己酮)、EL(乳酸乙酯)、甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、丙酮、DMF(二甲基甲酰胺)、IPA(异丙醇)、THF(四氢呋喃)、甲基异丁基甲醇(MIBC)、nBA(乙酸正丁酯)、MAK(2-庚酮)。
示例16是示例13所述的方法，其中，所述核心基团包括铯(Cs)、钡(Ba)、镧(La)、铈(Ce)、铟(In)、锡(Sn)、银(Ag)、或锑(Sb)。
示例17是示例13所述的方法，其中，所述链接基包括：C＝O、-S-、-P-、-P(O2)-、-C(＝O)SH、-C(＝O)OH、-OC(＝O)-、-O-、-N-、-NH-、-NH2-、-C(＝O)NH、-SO2OH、-SO2SH、-SO-或-SO2。
示例18是示例13所述的方法，其中：所述核心基团包括多个金属离子；所述金属离子的第一子集各自具有附着于其的第一配体；并且所述金属离子的第二子集各自具有附着于其的第二配体。
示例19是示例13所述的方法，其中，所述一个或多个第一配体根据从由下列项组成的组中选择的化学式附着至所述核心基团：
示例20是示例13所述的方法，其中，所述一个或多个第二配体根据从由下列项组成的组选择的化学式附着至所述核心基团：
Claims (10)
1.一种光致抗蚀剂，包括；
核心基团，所述核心基团含有金属；以及
一个或多个第一配体或一个或多个第二配体，所述一个或多个第一配体或一个或多个第二配体附着至所述核心基团；
其中：
所述第一配体各自具有以下结构：
所述第二配体各自具有以下结构：
L’表示包括被氢H或氟F饱和的0～2个碳原子的化学物质；
L表示包括被H或F饱和的1～6个碳原子的化学物质；
L”表示包括被H饱和的1～6个碳原子的化学物质；
L”’表示包括被H或F饱和的1～6个碳原子的化学物质；以及
链接基表示将L”和L”’链接在一起的化学物质。
2.根据权利要求1所述的光致抗蚀剂，其中，所述光致抗蚀剂是极紫外EUV光刻光致抗蚀剂。
3.根据权利要求1所述的光致抗蚀剂，其中：所述核心基团包括铯Cs、钡Ba、镧La、铈Ce、铟In、锡Sn、银Ag、或锑Sb。
4.根据权利要求1所述的光致抗蚀剂，其中，所述核心基团包括1～8个金属离子。
5.根据权利要求1所述的光致抗蚀剂，其中，所述链接基包括：C＝O、-S-、-P-、-P(O2)-、-C(＝O)SH、-C(＝O)OH、-OC(＝O)-、-O-、-N-、-NH-、-NH2-、-C(＝O)NH、-SO2OH、-SO2SH、-SO-或-SO2。
6.根据权利要求1所述的光致抗蚀剂，其中，所述核心基团具有附着于其的至少一个第一配体和至少一个第二配体。
7.根据权利要求6所述的光致抗蚀剂，其中：
所述核心基团包括多个金属离子；
所述金属离子的第一子集各自具有附着于其的第一配体；并且
所述金属离子的第二子集各自具有附着于其的第二配体。
8.根据权利要求1所述的光致抗蚀剂，其中，所述一个或多个第一配体根据从由下列项组成的组中选择的化学式附着至所述核心基团：
9.一种光致抗蚀剂，包括：
核心基团，所述核心基团含有金属；以及
第一配体或第二配体，所述第一配体或第二配体附着至所述核心基团；
其中：
所述第一配体具有以下化学式之一：
所述第二配体具有以下化学式之一：
其中，所述光致抗蚀剂是极紫外EUV光致抗蚀剂。
10.一种制造半导体器件的方法，包括：
在衬底上方涂覆光致抗蚀剂材料，所述光致抗蚀剂包括核心基团以及附着至所述核心基团的一个或多个第一配体或一个或多个第二配体；以及
使用所述光致抗蚀剂材料来执行极紫外EUV光刻工艺；
其中：
所述核心基团包括金属；
所述第一配体的化学结构包括：
所述第二配体的化学结构包括：
L’表示包括被氢H或氟F饱和的0～2个碳原子的化学物质；
L表示包括被H或F饱和的1～6个碳原子的化学物质；
L”表示包括被H饱和的1～6个碳原子的化学物质；
L”’表示包括被H或F饱和的1～6个碳原子的化学物质；以及
链接基表示将L”和L”’链接在一起的化学物质。
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