CN101025569A - 用于形成半导体器件的微细图案的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于形成半导体器件的微细图案的方法,包括:形成光阻剂层,所述光阻剂层包括具有第一图案密度的第一光阻剂图案区以及具有比所述第一图案密度更密集的第二图案密度的第二光阻剂图案区;使用曝光掩模来执行曝光工序,以便曝光第一和第二光阻剂图案区的其中一个;以及在所获得的结构上执行阻剂流动工序。

Description

用于形成半导体器件的微细图案的方法
技术领域
本发明涉及一种用于形成半导体器件的微细图案的方法。
背景技术
随着半导体器件制造技术的发展以及存储器件领域的扩展,已经急迫地需求在保持电气特性的同时提高高容量存储器件的集成度。结果,对于如下方面进行了多方研究,即改进照相平版印刷工序、单元结构以及改进导线和绝缘膜中所使用的材料的物理性质的限制。
目前使用的照相平版印刷方法是利用具有短波长光源(如KrF和ArF)的曝光器。然而,因为具有短波长光源的曝光器的分辨率限制为0.1μm,因此难以形成具有高集成度的半导体器件所需要的微细图案。
发明内容
本发明的实施例涉及一种用于形成半导体器件的微细图案的方法。
在一个实施例中,用于形成微细图案的方法包括:根据光阻剂图案密度的差异而选择性地在预定区域上执行阻剂流动工序。
用于形成半导体器件中的微细图案的方法包括:形成光阻剂层,其包括具有第一图案密度的第一光阻剂图案区和具有比所述第一图案密度更密集的第二图案密度的第二光阻剂图案区;使用曝光掩模来执行曝光工序,在所述曝光掩模中,只露出第一和第二光阻剂图案区中的其中一个进行曝光,从而使第一和第二光阻剂图案区中的所述其中一个曝光;以及在所获得的结构上执行阻剂流动工序。
附图说明
图1是SEM照片,其示出采用阻剂流动工序的一个实施例获得的光阻剂图案。
图2是SEM照片,其示出采用根据本发明具体实施例的用于形成微细图案的方法获得的光阻剂图案。
具体实施方式
本发明涉及一种用于形成半导体器件的微细图案的方法。
为了要在照相平版印刷期间获得分辨率比曝光器更佳的微细接触孔图案,已经发展了(i)阻剂流动工序[Japanese Journal ofApplied Physics.Vol.37,pp.6863-6868(1998)],或(ii)使用由TOK公司生产的SAFIERTM  (用于增强分辨率的收缩辅助膜)材料的涂覆处理工序[Advances in Resist Technology and ProcessingXXI.Edited by Sturtevant,John L.Proceedings of the SPIE,Volume 5376,pp.533-540(2004)]。
根据阻剂流动工序,在玻璃化转变温度(Tg)处或玻璃化转变温度之上对曝光和显影工序获得的光阻剂图案施加热能,直到光阻剂可以热流动为止,以降低光阻剂图案接触孔的尺寸。
图1示出采用阻剂流动工序获得的光阻剂图案的SEM照片。
光阻剂组成物涂覆在底层上。所获得的结构在110℃处烘烤约90秒,以形成光阻膜。
使用5mJ/cm2或更多的能量来对光阻膜执行曝光工序。使用具有两类开放图案密度区的曝光掩模来执行曝光工序,使得可以形成具有第一图案密度(即,单位区域中的开孔数量)的第一光阻剂图案区以及具有比第一图案密度更密集的第二图案密度的第二图案区。
所获得的结构在110℃处烘烤约90秒,并使用2.35wt%显影液进行显影。
结果,形成光阻剂图案层,其包括具有第一图案密度的第一光阻剂图案区A以及具有比第一图案区(或第一图案密度)更密集的第二图案密度的第二光阻剂图案区B。
上述光阻剂图案中孔的尺寸是310nm。
当执行阻剂流动工序以在玻璃化转变温度处或玻璃化转变温度之上烘烤所获得的结构时,第一光阻剂图案区A和第二光阻剂图案区B的孔的尺寸降低,从而形成第一光阻剂图案区a和第二光阻剂图案区b,图案区a和b具有降低到约100nm的相同尺寸的接触孔图案。
在本发明的一个实施例中,用于形成半导体器件的微细图案的方法包括:形成光阻剂层,其包括具有第一图案密度的第一光阻剂图案区以及具有比第一图案密度更密集的第二图案密度的第二光阻剂图案区。使用曝光掩模来执行曝光工序,其中只露出第一和第二光阻剂图案区的其中一个来使第一和第二光阻剂图案区的该其中一个曝光。在移除曝光掩模后,在所获得的结构上执行阻剂流动工序以形成微细图案。
根据本发明的一个实施例,在阻剂流动工序期间,只在未曝光区中发生阻剂流动。结果,在未曝光区中形成具有较高分辨率的光阻剂图案,从而获得光阻剂图案层,其中每个光阻剂图案层取决于密度而具有不同的尺寸。
下面将参照附图对本发明进行详细的说明。
图2是示出采用根据本发明具体实施例的用于形成微细图案的方法获得的光阻剂图案的SEM照片。
光阻剂组成物涂覆在底层上,并且在110℃处软烤约90秒,以获得光阻膜。
可以使用任何类型的底层。例如,底层可以选自由多晶硅、氧化物(SiO)、氮化物(SiON)以及金属例如钨(W)或铝(Al)所组成的群组。
光阻剂包括具有酸不稳定基团的化学增幅型光阻剂聚合物,并且可以使用具有由官能团的脱离反应(abscission reaction)形成的羧酸作为端基的任何化学增幅型光阻剂聚合物。例如,光阻剂包括选自由包含开环马来酐重复单元的ROMA-类聚合物;包含环烯烃重复单元、马来酐重复单元和甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯重复单元的COMA-类聚合物;及其混合型聚合物所组成的群组的聚合物。在本发明的该实施例中,使用的是ROMA-类ArF光阻剂、A52T3光阻剂(由GeumhoPetrochemicals公司所生产)。
对光阻膜执行第一曝光工序。
使用选自由KrF(248nm)、ArF(193nm)、VUV(157nm)、EUV(13nm)、电子束、X-射线和具有从5到300mJ/cm2曝光能量的离子束所组成的群组的曝光光线来执行第一曝光工序。
使用第一曝光掩模来执行第一曝光工序,在第一曝光掩模中,第一图案区或更密集的第二图案区是露出的,以便形成第一和第二光阻剂图案的残余图像。
在第一次曝光后,该方法可以进一步包括对光阻膜执行后烘工序。
软烤工序或后烘工序可以在70到200℃的温度范围内执行。
使用碱性显影液例如0.01~5wt%氢氧化四甲基铵(TMAH)水溶液执行显影工序。
结果,形成尺寸为约110nm的光阻剂图案层,其包括具有第一图案密度的第一光阻剂图案区C以及具有更密集的第二图案密度的第二光阻剂图案区D。
使用第二曝光掩模来对光阻剂层执行第二曝光工序,其中只露出第一光阻剂图案区C和第二光阻剂图案区D中的其中一个。
第二曝光工序的条件与第一曝光工序的条件相同。
在光阻剂的玻璃化转变温度处或玻璃化转变温度之上,在所获得的结构上执行阻剂流动工序,以便将未曝光区中的最小尺寸的光阻剂图案降低约5%到20%。
可以参照Japanese Journal of Applied Physics.(Vol.37,pp.6863-6868(1998))的内容来调整阻剂流动工序。当光阻剂聚合物的玻璃化转变温度是在140到170℃的范围内时,在140~200℃执行阻剂流动工序1~90秒。
结果,在曝光区中没有发生阻剂流动,在未曝光区中选择性地发生阻剂流动。
例如,当使用其中第一光阻剂图案区露出的曝光掩模来执行第二曝光工序时,在阻剂流动工序期间,在第一光阻剂图案区c中没有发生阻剂流动。另一方面,在作为未曝光区的第二光阻剂图案区d中发生阻剂流动,因此,获得降低至约90nm的光阻剂图案。
因为在第二曝光工序期间,在曝光区的光阻剂中生成羧酸,于是玻璃化转变温度增加。因此,即使在光阻剂的玻璃化转变温度处或玻璃化转变温度之上施加热能,在曝光区中也没有发生阻剂流动。另一方面,因为未曝光区中的光阻剂具有光阻剂的本质特性,因此在阻剂流动工序期间,在未曝光区中发生阻剂流动。
同时,本发明提供一种由前述用于制造半导体器件的方法所制造的半导体器件。
下面参照下列实例详细地说明上述图案,下列实例并不意图用来限制本发明所公开的内容。
比较例1
在经六甲基硅氮烷(HMDS)处理的硅晶片上形成用于底层的氧化物,再以250nm的厚度旋涂ArF光阻剂(KUPR-A52T3G1,由GeumhoPetrochemicals公司所生产)。将所获得的结构在约110℃温度处软烤约90秒,以形成光阻膜。在烘烤之后,使用ArF曝光器(XT 1400E,由ASML公司所生产)以及第一曝光掩模,且以23mJ/cm2的能量来曝光光阻膜,其中在第一曝光掩模中,第一光阻剂图案密度区和更密集的第二光阻剂图案密度区是露出的。所获得的结构在110℃处软烤90秒。
在完成后烘之后,所获得的结构在2.38wt%TMAH溶液中显影约30秒,以获得110nm的光阻剂层,其中形成第一光阻剂图案区A和更密集的第二光阻剂图案区B(参见图1)。
所获得的结构在148℃处烘烤60秒,以便使光阻剂流动,从而获得90nm的光阻剂接触孔图案,其中第一光阻剂图案区a和第二光阻剂图案区b中的孔降低为相同的尺寸(参见图1)。
实例1
在经HMDS处理的硅晶片上形成用于底层的氧化物,再以250nm的厚度旋涂ArF光阻剂(KUPR-A52T3G1,由Geumho Petrochemicals公司所生产)。所获得的结构在约110℃处软烤约90秒,以形成光阻膜。在烘烤之后,使用ArF曝光器(XT 1400E,由ASML公司所生产)以及第一曝光掩模,且以23mJ/cm2的能量来曝光光阻膜,其中在第一曝光掩模中,第一光阻剂图案密度区和更密集的第二光阻剂图案密度区是露出的。所获得的结构在110℃处软烤90秒。
在完成后烘之后,所获得的结构在2.38wt%TMAH溶液中显影约30秒,以获得110nm的光阻剂层,其中形成第一光阻剂图案区C和更密集的第二光阻剂图案区D(参见图2)。
使用其中第一光阻剂图案区C露出的曝光掩模和70mJ/cm2的能量来对所获得的结构执行第二曝光工序。
在曝光工序后,所获得的结构在148℃处烘烤60秒,以便使光阻剂流动。结果,在曝光的第一光阻剂图案区c中没有发生阻剂流动,但在未曝光的第二光阻剂图案区d中发生了阻剂流动,从而在第二光阻剂图案区d中获得90nm的光阻剂接触孔图案。
实例2
在经HMDS处理的硅晶片上形成用于底层的氧化物,再以250nm的厚度旋涂ArF光阻剂(KUPR-A52T3G1由Geumho Petrochemicals公司所生产)。所获得的结构在约110℃处软烤约90秒,以形成光阻膜。在烘烤之后,使用ArF曝光器(XT 1400E,由ASML公司所生产)以及第一曝光掩模,且以23mJ/cm2的能量来曝光光阻膜,其中在第一曝光掩模中,第一光阻剂图案密度区和更密集的第二光阻剂图案密度区是露出的。所获得的结构在110℃下软烤90秒。
在完成后烘之后,所获得的结构在2.38wt%TMAH溶液中显影约30秒,以获得110nm的光阻剂层,其中形成第一光阻剂图案密度区和具有比第一图案区更密集的图案密度的第二光阻剂图案密度区。
使用其中第二图案区露出的曝光掩模和70mJ/cm2的能量来对所获得的结构执行第二曝光工序。
在曝光工序后,所获得的结构在148℃处烘烤60秒,以使光阻剂流动。结果,在曝光的第二光阻剂图案区中没有发生阻剂流动,但在未曝光的第一光阻剂图案区中发生了阻剂流动,从而在第一光阻剂图案区中获得90nm的光阻剂接触孔图案。
如前所述,根据本发明的实施例,用于形成半导体器件的微细图案的方法包括:形成包含两类光阻剂图案的光阻剂层,其中各类光阻剂图案具有不同的密度;取决于密度的差异而执行曝光工序;然后执行阻剂流动工序以选择性地降低未曝光区中的光阻剂图案。
对本发明的各种实施例的上述说明是出于举例说明和描述的目的。并不表示为排他性的,或者将本发明限于所公开的准确形式。根据上述教导或者根据本发明的实施可以获得修改和变化形式。所选择和描述的实施例是为了解释本发明的原则及其实际应用,以使本发明所属技术领域的技术人员可以以各种实施方式利用本发明,并且各种修改形式适合于想象得到的具体应用。
本申请要求2006年2月23日提交的韩国专利申请No.10-2006-0017692的优先权,其全部内容以引用的方式并入本文。

Claims (11)

1.一种用于形成半导体器件的微细图案的方法,包括:
形成光阻剂层,其包括具有第一图案密度的第一光阻剂图案区和具有比所述第一图案密度更密集的第二图案密度的第二光阻剂图案区;
使用曝光掩模来执行曝光工序,在所述曝光掩模中,只露出第一和第二光阻剂图案区中的其中一个进行曝光,从而使第一和第二光阻剂图案区中的所述其中一个曝光;以及
在所获得的结构上执行阻剂流动工序。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,
在所述阻剂流动工序期间,在第一和第二光阻剂图案区的曝光图案区中没有发生阻剂流动,在未曝光的另一光阻剂图案区中发生阻剂流动。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,
所述形成光阻剂层的步骤包括:
在半导体基板的底层上涂覆光阻剂组成物;
烘烤所述光阻剂组成物以形成光阻膜;
使用曝光掩模来对所述光阻膜执行曝光工序,其中所述曝光掩模包括具有第一图案密度的第一开孔部分以及具有比所述第一图案密度相对更密集的第二图案密度的第二开孔部分;以及
在所获得的结构上执行显影工序,以形成具有所述第一图案密度的第一光阻剂图案和具有所述第二图案密度的第二光阻剂图案。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,
所述光阻剂组成物包括选自由包含开环马来酐重复单元的ROMA-类聚合物;包含环烯烃重复单元、马来酐重复单元和甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯重复单元的COMA-类共聚物;及其混合型聚合物所组成的群组的聚合物。
5.根据权利要求3所述的方法,还包括在所述曝光工序之后,烘烤所述光阻膜。
6.根据权利要求1所述的方法,其中,
所述曝光工序使用选自由KrF(248nm)、ArF(193nm)、VUV(157nm)、EUV(13nm)、电子束、X-射线和离子束所组成的群组的曝光光线来执行。
7.根据权利要求1所述的方法,其中,
所述曝光工序使用从0.1到100mJ/cm2的曝光能量来执行。
8.根据权利要求1所述的方法,其中,
所述曝光工序使用曝光掩模来执行,以选择性地曝光所述第一光阻剂图案区。
9.根据权利要求1所述的方法,包括执行所述阻剂流动工序,以便将从前面步骤获得的未曝光区的最小尺寸的光阻剂图案降低约5%到约20%。
10.根据权利要求1所述的方法,其中,
所述阻剂流动工序在光阻剂聚合物的玻璃化转变温度处或玻璃化转变温度之上执行。
11.一种由根据权利要求1所述的方法所制造的半导体器件。
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Open date: 20070829