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Dokumentenidentifikation DE60122148T2 05.07.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001295177
Titel PHOTORESISTZUSAMMENSETZUNG MIT EINER WASSLÖSLICHEN FOTOSÄURE ERZEUGENDEN SUBSTANZ
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder LU, Zhijian, Poughkeepsie, NY 12603, US;
GUTMAN, Alois, Poughkeepsie, NY 12603, US
DE-Aktenzeichen 60122148
Vertragsstaaten DE, GB, IE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 28.06.2001
EP-Aktenzeichen 019840677
WO-Anmeldetag 28.06.2001
PCT-Aktenzeichen PCT/US01/20657
WO-Veröffentlichungsnummer 2002001296
WO-Veröffentlichungsdatum 03.01.2002
EP-Offenlegungsdatum 26.03.2003
EP date of grant 09.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.07.2007
IPC-Hauptklasse G03F 7/004(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G03F 7/039(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft stark wasserlösliche, Fotosäure erzeugende Fotoresistzusammensetzungen, die Defekte nach der Entwicklung in der Fotoresisttechnologie beseitigen, und insbesondere Muster bildende Fotoresistmaterialien, in welchen die Fotoresistmuster auf einem Substratbasismaterial, d.h., einem Halbleitermaterial, während der Produktion von Halbleitervorrichtungen gebildet werden, die in DRAM-("dynamic random access memory" – dynamischen Direktzugriffsspeicher-) und logischen Vorrichtungen verwendet werden.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Da die minimale Elementgröße von Halbleitervorrichtungen immer kleiner wird, wird die Defektkontrolle wichtiger und die Herausforderung, eine hohe Produktausbeute zu erzielen, schwieriger. Ausgehend von der Qualifizierung der 256M DRAM-Technologie wurde eine Klasse spezieller Defekte, sogenannter "Blob-Defekte" auf der Ebene verschachtelter Kontaktlöcher entdeckt, die als CB bezeichnet wird, wo eine Chrom-auf-Glas Maske und JSR M20G Fotoresist verwendet wird.

Später wurden Blob-Defekte in unterschiedlichem Ausmaß bei allen DUV-Fotoresists, wie Shipley UV2HS, UV6Hs und JSR M60G beobachtet, unabhängig davon, ob die Fotoresistchemie auf tert-Butoxycarbonyl (t-BOC) oder Acetal basierte. Es zeigte sich, dass die Blob-Defektdichte umso höher war, je besser der Fotoresistkontrast und die Oberflächeninhibition war. Daher muss bei der Wahl des Kontaktlochfotoresists zur Strukturierung selbst bei einer geringeren Kontaktlochgröße ein Kompromiss zwischen der Defektdichte und der lithografischen Leistung gefunden werden, der mit dem Trend zum schwachen k1-Druck nicht vereinbar ist. Ferner gab es bisher keinen untersuchten Fotoresist, der null Blob-Defektdichte zeigte. Dennoch werden Blob-Defekte notwendigerweise zu einem einschränkenden Faktor in der Fotoresistauswahl und Ausbeuteerhöhung.

US-Patent 4,245,029 offenbart, dass aliphatisch ungesättigte organische Materialien, die Oxiran enthalten, gleichzeitig durch freie Radikale und einen kationischen Mechanismus gehärtet werden können, um verbesserte Eigenschaften im Endprodukt zu erhalten; nämlich die Lösemittelbeständigkeit. Die gleichzeitige, freie-radikalische und kationische Härtung von aliphatisch ungesättigten Materialien, die Oxiran enthalten, wird durch die Verwendung von Triarylsulfoniumsalzen in den aliphatisch ungesättigten organische Materialien, die Oxiran enthalten und durch die Belichtung der fotohärtbaren Zusammensetzungen mit Strahlungsenergie, wie Ultraviolettlicht, erreicht.

Fotosäuregeneratoren ("photoacid generators" – PAGs) und deren Verwendung in chemisch verstärkten Fotoresistzusammensetzungen sind im US-Patent 5,733,704 offenbart. Die Fotoresistzusammensetzung ist eine, in der Muster mit hoher Auflösung in einem lithografischen Prozess aufgrund ihrer hohen Lichtempfindlichkeit und des großen Unterschieds in den Löslichkeiten in einer Entwicklungslösung vor und nach der Lichtbestrahlung gebildet werden können. Die Fotoresistzusammensetzung ist zur Herstellung hoch integrierter Halbleiterchips geeignet.

US-Patent 5,736,296 offenbart eine verbesserte, chemisch verstärkende, positive Fotoresistzusammensetzung für Bestrahlungen mit UV-Strahlen, tiefen UV-Strahlen, Exzimerlaserstrahlen, Röntgenstrahlen und Elektronenstrahlen, wobei die Zusammensetzung eine Harzkomponente umfasst, deren Löslichkeit in einer alkalischen wässerigen Lösung durch die Wirkung von Säuren erhöht wird, und eine Verbindung, die eine Säure erzeugt, wenn sie Strahlungen ausgesetzt wird. Die Zusammensetzung ist zur Bildung feiner Muster in der Herstellung von ULSI-("ultra-large scale integration") Vorrichtungen nützlich.

Ein Verfahren zur Bildung eines negativen Fotoresistmusters ist in US-Patent 5,017,461 offenbart, umfassend die Herstellung einer Mischung aus einem wasserlöslichen Polymermaterial mit mindestens einer Hydroxylgruppe mit einer Fotosäure erzeugenden Substanz, die eine Säure bei Belichtung mit Strahlung freisetzen kann, das Auftragen einer Lösung des Resistmaterials auf ein Substrat zur Bildung einer Fotoresistschicht, das Belichten der Schicht mit strukturierter Strahlung, das Erwärmen der belichteten Fotoresistschicht in Gegenwart einer Säure als Katalysator zur Entfernung von Wasser, und das Entwickeln einer Fotoresistschicht mit Wasser um unbelichtete Bereiche zur Bildung eines Fotoresistmusters auf dem Substrat zu entfernen.

Keine der vorangehenden Referenzen bietet irgendwelche Maßnahmen für Fotosäure erzeugende Substanzen (PAGs) in Fotoresistformulierungen, die die Bildung eines Blob-Defekts vermeiden.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer stark wasserlöslichen, Fotosäure erzeugenden Substanz in Fotoresistzusammensetzungen, die die Bildung eines Blob-Defekts vermeidet.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer stark wasserlöslichen, Fotosäure erzeugenden Substanz in Fotoresistzusammensetzungen, um die Ausfällung einer nicht zersetzten PAG in der Entwicklerzusammensetzung zu verhindern.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer stark wasserlöslichen PAG in Fotoresistzusammensetzungen, um die Bildung eines Blob-Defekts zu verhindern, indem bestimmte wasserlösliche Gruppen, wie -OH, in die PAG eingebaut werden, um die PAG-Löslichkeit in dem Entwickler zu erhöhen.

Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer stark wasserlöslichen, Fotosäure erzeugenden Substanz in Fotoresistzusammensetzungen, um die Bildung eines Blob-Defekts zu vermeiden, indem Methoxygruppen durch Hydroxygruppen ausgetauscht werden, um die wasserunlösliche PAG {Bis(t-butylphenyl)iodonium-4-methoxybenzolsulfonat} in die wasserlösliche Verbindung {Bis(t-butylphenyl)iodonium-4-hydroxybenzolsulfonat} umzuwandeln, um die Ausfällung von PAG im Entwickler zu verhindern.

Im Allgemeinen beruht die Erfindung auf der Entdeckung und Wahl stark wasserlöslicher, Fotosäure erzeugender Substanzen (PAGs) und der Verwendung derselben in Fotoresistzusammensetzungen, um die Bildung eines Blob-Defekts zu verhindern. Dies bedeutet die Eingliederung stark wasserlöslicher PAGs in Fotoresistzusammensetzungen, um die Ausfällung einer nicht zersetzten PAG im Entwickler zu verhindern. In einer Ausführungsform werden in dem erfindungsgemäßen Prozess bestimmte wasserlösliche Gruppen, wie -OH, in die PAG eingebaut, um die PAG-Löslichkeit im Entwickler zu erhöhen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

1 zeigt vergrößerte Kontaktlöcher unterhalb von Blob-Defekten nach einer Flutbelichtung, einem Nachbacken und der Entwicklung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Das Prinzip hinter dem Ansatz der Erfindung wird am besten anhand einer Erklärung des Prozesses verständlich, wie chemisch verstärkte Fotoresists ("chemical amplified resists" – CAR) funktionieren. Im Allgemeinen bestehen CARs für gewöhnlich aus vier Komponenten: einem Basispolymer mit einem bestimmten Maß an geschützten Gruppen; einer Fotosäure erzeugenden Substanz (PAG); einer Base und einem Lösemittel. Bei Belichtung mit UV oder einer anderen Art von Strahlen erfährt die PAG einen Fotoabbau und erzeugt ein Proton H+. Während eines späteren Nachbackens ("Post-Exposure Bake" – PEB) wirkt das H+ als Katalysator, um die hydrophoben geschützten Gruppen auf dem Basispolymer in starke hydrophile Gruppen, wie -COOH, umzuwandeln, wodurch ein Auflösungskontrast zwischen belichteten und unbelichteten Bereichen im Entwickler entsteht.

Die Formeln I und II zeigen zwei Arten von Fotosäure erzeugenden Substanzen (PAG) nach dem Stand der Technik; nämlich Iodoniumsalze und Sulfoniumsalze, die beide weitverbreitet in chemisch verstärkten Fotoresists verwendet werden.

Formel I
Formel II

Wie aus Formel I und II erkennbar ist, haben beide Arten von PAGs stark hydrophobe Phenylgruppen, wodurch eine schlechte Löslichkeit in polaren Lösemittelsystemen angezeigt wird.

In diesem Zusammenhang muss hervorgehoben werden, dass Fotosäure erzeugende Substanzen (PAGs) in chemisch verstärkten Fotoresistzusammensetzungen nicht vollständig fotoabgebaut sind. Das heißt, aufgrund ihrer geringen Lichtempfindlichkeit reagiert nur ein kleiner Teil der PAG in belichteten Filmbereichen, während ein Hauptteil der PAG nach Belichtung unbelichtet bleibt. Daher wird als Teil des belichteten Fotoresists die nicht umgewandelte PAG in dem Entwickler aufgelöst. Wenn die nicht umgewandelte PAG geringe Löslichkeit in dem Entwickler hat und hydrophob ist, kann sie sich mit anderen Molekülen geringen Molekulargewichts zur Bildung von Aggregaten oder Mizellen vereinen.

Versuchsergebnisse liefern den Beweis für nicht abgebaute PAGs im Inneren der Blob-Defekte. Zum Beispiel bestätigt die chemische Auger-Analyse die Gegenwart von Schwefel im Inneren von Blob-Defekten, die bei Shipley UV82 Fotoresists beobachtet werden. Da das Gegenion des PAG Schwefel enthält, bestätigen die Auger-Ergebnisse, dass PAG in den Blob-Defekten enthalten ist.

Ebenso ist Tatsache, dass die Kontaktlöcher unterhalb der Blob-Defekte signifikant vergrößert sind, wenn eine Flutbelichtung, ein Nachbacken (PEB) und eine Entwicklung nach der normalen lithografischen Bearbeitung des UV82-Fotoresists ausgeführt werden, wodurch ferner die Gegenwart von PAG im Inneren der Blob-Defekte bestätigt wird, wie aus 1 erkennbar ist, die vergrößerte Kontakte nach der Flutbelichtung, dem Nachbacken (PEB) und der Entwicklung zeigt.

Zur Lösung des Problems von PAGs in Blob-Defekten, wie auch der signifikant vergrößerten Kontaktlöcher unterhalb der Blob-Defekte bei der Flutbelichtung, dem PEB und der Entwicklung nach einer normalen lithografischen Bearbeitung, verwendet das erfindungsgemäße Verfahren einen stark wasserlöslichen PAG in der Fotoresistzusammensetzung, wodurch das Ausfällen der nicht abgebauten PAG im Entwickler verhindert wird.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind gewisse wasserlösliche Gruppen, d.h. -OH, in die Fotosäure erzeugende Substanz eingebaut, um für eine verstärkte PAG-Löslichkeit in dem Entwickler zu sorgen. Zum Beispiel ersetzt die Erfindung Methoxy-Gruppen durch Hydroxy-Gruppen, um die wasserunlösliche PAG {Bis(t-butylphenyl)iodonium-4-methoxybenzolsulfonat} in die wasserlösliche Verbindung {Bis(t-butylphenyl)iodonium-4-hydroxybenzolsulfonat} umzuwandeln, um die Ausfällung von PAG im Entwickler zu verhindern.

Daher wird durch die Verwendung des wasserlöslichen Bis(t-butylphenyl)iodonium-4-hydroxybenzolsulfonats die PAG-Ausfällung verhindert.

Die Formel einer anderen wasserlöslichen PAG der Erfindung, die die Blob-Defekte beseitigt, ist in Formel III dargestellt.

Formel III

Obwohl die Beispiele hierin nur einige der vielen Variablen betreffen, die in den Fotoresistzuammensetzungen mit stark wasserlöslichen, Fotosäure erzeugenden Substanzen der Erfindung enthalten sind, ist klar, dass eine Reihe verschiedener Fotoresistzuammensetzungen mit stark wasserlöslichen, Fotosäure erzeugenden Substanzen im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten sind, und dass die spezifischen Ausführungsformen nicht als Einschränkung oder Einengung des erfindungsgemäßen Konzepts zu verstehen sind, das in den angehängten Ansprüchen definiert ist.


Anspruch[de]
Chemisch verstärkte Fotoresistzusammensetzung, die Blob-Defekte beseitigt, wenn sie zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendet wird, umfassend: ein Basispolymer mit einer geschützten Gruppe; ein Lösemittel; und eine Fotosäure erzeugende Substanz, die ausgewählt ist aus:

– einem Sulfoniumsalz der folgenden Formel
– {Bis(t-butylphenyl)iodonium-4-hydroxybenzolsulfonat}, und

– einem Sulfoniumsalz, das eine wasserlösliche Gruppe enthält, oder einem Iodoniumsalz, das eine wasserlösliche Gruppe enthält, wobei die wasserlösliche Gruppe eine Carboxylgruppe ist.
Verfahren zur Bildung eines Fotoresistmusters, umfassend: Herstellen einer Fotoresistlösung nach Anspruch 1; Auftragen der Fotoresistlösung auf ein Substrat zur Bildung einer Fotoresistschicht; Belichten der Fotoresistschicht mit einer strukturierenden Strahlung, so dass eine Reaktion des Basispolymers mit der Fotosäure erzeugenden Substanz hervorgerufen wird; Erwärmen der belichteten Fotoresistschicht und Entwickeln der Fotoresistschicht mit Wasser zur Entfernung des wasserlöslichen Polymermaterials in unbelichteten Bereichen zur Bildung einer Fotoresist-Struktur auf dem Substrat.






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