CN1197285A - 抗反射膜材料以及利用所述材料制造半导体器件的方法 - Google Patents

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Abstract

通过在半导体基片上形成的工件膜上涂敷一种抗反射膜形成材料形成抗反射膜,然后形成光致抗蚀膜。此时,该抗反射膜形成材料包括构成所述材料的基本树脂和添加到所述基本树脂中的添加树脂,所述添加树脂组具有比基本树脂高的干蚀率。通过对抗蚀膜辐射和显影形成抗蚀膜图形。然后利用抗蚀膜图形作为掩模对抗反射膜选择地蚀刻。因而,利用抗蚀膜图形和抗反射膜作为掩模选择地对工件进行蚀刻。

Description

抗反射膜材料以及利用所述材料 制造半导体器件的方法
本发明涉及一种用于在半导体基片上设置的工件上形成抗反射膜的材料以及利用所述材料制造半导体器件的方法，特别是涉及一种用于形成在光致抗蚀膜下直接制备的抗反射膜材料，以改进光刻的处理精度。
在通过光曝进行抗蚀绘制图形的情况下，抗蚀图形时常受到由自基片不同水平部分反射的光所造成的外形损伤(凹痕)或受到由抗蚀膜的厚度起伏引起的抗蚀图形的尺寸变化。为了解决上述问题，提出了一种在光致抗蚀膜下直接形成抗反射膜的方法以避免曝露光的反射，并由此减少来自基片的反射光。所述抗反射膜被分为两种类型，一种是通过在工件上进行旋涂形成的有机膜，如同具有抗蚀一样，另一种是通过CVD(化学汽相沉积)方法形成的无机膜。这两种方法分别具有下列特征。
无机抗反射膜能够形成固定的厚度而不受工件表平面差异的影响，因此它有可能减少干蚀(dry etching)时间和降低抗蚀与抗反射膜之间的尺寸转换差异。然而，由于存在的表平面差异引起的抗蚀厚度变化，导致了抗蚀图形的尺寸变化。
按照与抗蚀膜相同的方式通过对一种材料进行旋涂能够形成有机抗反射膜。因此其具有使基片的表平面差异变平整的趋势，因而这种膜往往会具有统一的厚度而不受表平面差异存在的影响，由此能够控制由于抗蚀膜的厚度起伏引起的尺寸变化。通过把一种紫外光吸收剂添加到通常构成基本的树脂材料(诸如聚酰亚胺)中生成有机抗反射膜。
有关这种涂布型抗反射膜的技术已为公众所知，其在1995年7月的“半导体世界”月刊第100-102页中进行了描述，例如：
图1A至图1E为剖视图，每个视图按处理顺序示出了利用旋涂型抗反射膜制造普通半导体器件的方法。如图1A所示，在半导体基片31上首先形成工件32，随后形成连续旋涂型抗反射膜33，在抗反射膜33上形成光致抗蚀膜34，通过一个曝光掩模将该光致抗蚀膜34有选择地暴露到一个辐射光下，该辐射光包括诸如红外辐射或KrF受激准分子激光束，且如图1B所示，曝光以形成防蚀刻性能的抗蚀膜图形34a。接着，如图1C所示，利用抗蚀膜图形34a作为掩模选择地向抗反射膜33施引干蚀操作以形成抗反射膜图形33a。通过这一过程，抗蚀膜图形34a的膜厚度被降低并同时被蚀刻。接着，如图1D所示，通过利用抗蚀刻抗蚀膜图形34a和抗反射膜图形33a作为掩模，对工件32有选择地蚀刻以形成工件图形32a。随后，如图1E所示，利用氧等离子体，通过抛光除去残留的抗蚀膜图形34a和抗反射膜图形33a，由此获得一个所需的工件图形32a。
在目前的条件下，光致抗蚀的干蚀选择性相对于抗反射膜并不是充分的高。因而，正如图2A所示，当在表平面具有很大差异的工件32上形成抗反射膜33和抗蚀膜图形34a和利用抗蚀膜图形34a作为掩模对该抗反射膜进行蚀刻时，在具有厚膜的凹处部分完成抗反射膜蚀刻的处理阶段，如图2B所示，抗蚀膜图形34a的残留膜已变得不能确保充分的膜厚度。结果，如图2C所示，在工件32的干蚀处理的过程中，抗蚀膜图形34a消失，进而抗反射膜图形33a部分消失。因此，如图2D所示，当工件32的图形绘制完成时，造成工件的图形缺损或图形变形。
因而，本发明要解决的一个问题是准备一种方法，以便光致抗蚀膜相对于抗反射膜能够确保充分的蚀刻选择性，当执行抗反射膜绘制图形时，该光致抗蚀膜厚度的减少能被控制，因此能够精确地执行工件图形绘制。
本发明的上述问题可通过把特定的树脂添加到一种涂布型抗反射膜中加以解决，该特定的树脂具有比构成所述抗反射膜的基本树脂高的干蚀率。与所述抗反射膜比较，由此增加了蚀刻选择比率(变得更抗蚀)。
本文中，“蚀刻率”指的是每单位时间的蚀刻厚度，而“蚀刻选择比率”指的是一种材料的抗蚀刻值(value of etching resistantibility)相对于另一种材料的比率。
涂布本发明的材料以形成将直接制备在一半导体基片上的工件正上方和光抗蚀膜的正下方的抗反射膜，换句话说，所述材料被用作形成该抗反射膜的材料，其由基本树脂和添加到所述基本树脂中的其它树脂组成，所述其它树脂具有比基本树脂高的干蚀率。
更具体地说，如果基本树脂是聚酰亚胺树脂或酚醛清漆树脂，则诸如聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)，聚乙烯苯酚(PVP)或聚甲基丙烯酸(PMAA)被添加到基本树脂中。如果所述基本树脂为PVP，则PMMA或PMAA被添加到其中。
本发明的制造方法是制造一种半导体器件的方法，其包括以下步骤：
(1)在半导体基片上的工件膜上涂敷一种抗反射膜形成材料以形成抗反射膜；
(2)在所述抗反射膜上实施光致抗蚀以形成光致抗蚀膜并对所述光致抗蚀膜进行曝光和显影；
(3)利用所述光致抗蚀膜作为掩模对所述抗反射膜进行干蚀，和对所述工件膜进行连续地干蚀；其中
所述抗反射膜形成材料包括构成所述材料的基本树脂和添加到所述基本树脂中的其它树脂，所述其它树脂具有比基本树脂高的干蚀率。
通过使该抗反射膜包含低抗干蚀性的树脂，该抗反射膜的干蚀率能被增大，就是说，该抗反射膜的抗蚀性被降低。其原因解释如下。
现在，假设原始抗反射膜(该抗反射膜的基本树脂)的干蚀率为Sa，要添加到前者抗反射膜的树脂A的干蚀率假设为Ss(Ss＞Sa)，而假设在干蚀期间由树脂A在曝露给离子或原子团的单位表面积上占据的比率为w。那么，包含树脂A的抗反射膜的干蚀率Ssa由下列公式表示：
Ssa＝(1-w)·Sa+w·Ss---(1)
这里，因为Ss＞Sa
Ssa＞Sa---(2)
因而，如果假设光致抗蚀膜的干蚀率为Sr，光致抗蚀膜相对于抗反射膜的干蚀选择比率能够从Sa/Sr增加到Ssa/Sr。
通过下面参考说明本发明最佳实施例的附图进行的描述，本发明的上述和其它目的、特性和优点将会变得更清楚。
图1A至图1E为剖视图，每个视图按顺序示出了制造普通半导体器件的方法。
图2A至2D是按处理顺序详细说明在普通工件上如何生成缺损的剖视图。
图3示出了添加树脂的分子量与添加树脂的抗反射膜的干蚀率之间的关系，用于说明本发明的功能。
图4A至AE为剖视图，每个视图按顺序示出了制造本发明的半导体器件的方法。
图3是表示抗反射膜的干蚀率与添加树脂的分子量之间的曲线，当该抗反射膜被合成含有10％重量的丙烯酸树脂(聚甲基丙烯酸甲脂：PMMA)时，相对于KrF光致抗蚀膜，该抗反射膜具有1.6的干蚀选择比率。如图3中所示，未添加树脂的抗反射膜的干蚀率Sa是304nm/min；当添加进10％重量的分子量为0.9×105的丙烯酸树脂时，干蚀率Sa被改善到317nm/min；而当添加进10％重量的分子量为5.8×105的丙烯酸树脂时，干蚀率Sa被改善到330nm/min。这里，由于光致抗蚀膜的干蚀率Sr是大约190nm/min，所以干蚀选择比率从1.60改善到1.67至1.74。
因此，根据本发明，当利用抗蚀膜作为掩模对抗反射膜进行干蚀时，可以控制该抗蚀膜的厚度降低，因而，在工件被蚀刻时，能确保该抗蚀膜具有足够的厚度。
下面，将参考附图对本发明的实施例进行描述。
图4A至图4E是按制造过程的顺序说明本发明实施例的剖视图。如图4A所示，在具有0.4μm表平面差异的半导体基片上形成工件22(例如，氧化硅膜，厚度1μm)之后，通过在工件22上涂敷抗反射膜形成材料形成0.2μm厚度的抗反射膜23，反射膜形成材料是通过把1％重量的分子量为5.8×105的丙烯酸树脂添加到包含聚酰亚胺作为基本树脂的材料中形成的。在此时形成的抗反射膜的水平差异部分的厚度在上部是约80nm，在下部是约330nm。然后，对受激准分子激光束(例如，波长248nm)敏感的正抗蚀剂(例如，用Tokyo Ohka Kogyo Corp制造的TDUR-P009)被旋涂到抗反射膜23上以形成0.70μm厚度的光致抗蚀膜24。结果，如图4B所示，用受激准分子激光束对一所需图形进行曝光和显影以形成被用于有选择曝光的抗反射膜23的表面的抗蚀膜图形25。接着，如图4C所示，使用这种抗蚀膜图形25作为掩模，通过干蚀(例如，光致抗蚀膜24的干蚀率是190nm/min，抗反射膜23的干蚀率是330nm/min)除去抗反射膜23的被曝光部分，以便选择地对工件22的表面进行曝光。当该抗反射膜的厚度假设为400nm且过蚀刻50％的时间时，抗反射膜23的所需干蚀时间是1分49秒。这样，抗蚀膜图形25膜厚减少为345nm，抗蚀膜图形25的残留膜厚度为355nm。
随后，如图4D所示，使用抗蚀膜图形25作为掩模，通过干蚀除去工件22的被曝光部分。如果抗蚀膜图形25的干蚀率例如为60nm/min，则工件22为230nm/min，过蚀刻时间为25％，蚀刻1μm厚度的工件22到所需时间为大约5分25秒。由于抗蚀膜图形25膜厚减少为326nm，因此，即使在工件22的干蚀被完成的时侯，抗蚀膜图形25也保留包含的抗反射膜。此外，如图4E所示，通过利用氧等离子除去残留的抗蚀膜图形25和抗反射膜23。从而获得所需的工件图形26。
在上述实施例中，虽然作为要被添加到基本树脂中的树脂的例子对丙烯酸树脂进行了描述，但是可以使用干蚀率高于抗反射膜材料的基本树脂的任何树脂。当使用酚醛清漆树脂或聚酰亚胺基树脂作为抗反射膜材料的基本树脂时，除了上述实施例中所示的聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)外，聚乙烯苯酚(PVP)或聚甲基丙烯酸(PMAA)或这些材料的每种共聚物或衍生物均可用作添加树脂。如果PVP被用做该抗反射膜的基本树脂，则PMAA或PMMA或这些材料的共聚物可被用作添加到该抗反射膜中的添加树脂。
在上述实施例中，添加量被确定为重量的10％，然而，如果在贮存期间没产生添加树脂的沉积或复合折射率没有产生大的改变，则可以使用大于10％的值，且认为相应的范围是大约重量的10％至30％。即使使用了包含重量30％的如本实施例中所示的分子量的丙烯酸树脂的抗反射膜，也可获得利用如图4A至图4E所示的实施例的那些结果。此外，在分子量方面，尽管指定为5.8×105，但并不限于此值，如图3所示，分子量可以是在0.9×105至1.0×106或更大的范围，且如果在贮存期间没产生沉积现象，则要被添加的树脂的分子量可以象树脂含量比率一样相应于水平差异的高度做适当地变化。
此外，虽然对抗受激准分子激光束的正蚀刻作为实施例示出，但蚀刻并不限于此种，也可以使用负蚀刻，或也可使用与红外辐射或伽玛射线相符的正蚀刻或负蚀刻。
此外，作为工件的例子示出了一个氧化硅膜，但是工件并不限于此，诸如钨硅化物膜或钼硅化物膜，如用铝、铝合金或铜制成的金属膜，半导体或如用多硅膜或氮化硅膜制成的绝缘体膜，以及所有在半导体集成电路器件制作过程中要被处理的物件均可被作为工件。
如上所述，在本发明中，通过把其它树脂添加到基本树脂中制作要被直接在一光致抗蚀膜之下形成的旋涂型抗反射膜，所述其它添加树脂具有比该基本树脂高的干蚀率，通过使用这样制备的复合树脂，相对于抗反射膜能够降低该树脂膜的蚀刻选择比率。因而，根据本发明，即使一个工件在表平面上具有大的差异，当利用该树脂膜作为掩模完成该抗反射膜的蚀刻时，该抗蚀膜的残留膜可确保具有足够的厚度。因而，根据本发明，使得防止在工件的蚀刻过程中不出现抗蚀膜变为可能，防止了工件图形的消失或失真，由此，允许执行高精度的图形绘制。
然而，可以理解，虽然在上面的描述中已对本发明的特征和优点进行了阐述，但这仅仅是用于阐述和说明，在不脱离所附权利要求的范围内可以对其各个部分进行改变。

Claims (4)

1.一种直接应用于设置在半导体基片上的工件上和光抗蚀膜的正下方以形成抗反射膜的抗反射膜形成材料，其中所述材料包括基本树脂和添加到所述基本树脂中的添加树脂，所述添加树脂具有比所述基本树脂高的干蚀率。
2.根据权利要求1的抗反射膜形成材料，其中所述基本树脂由聚酰亚胺树脂或酚醛清漆树脂构成，所述添加到其中的添加树脂是聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)，聚乙烯苯酚(PVP)，聚甲基丙烯酸(PMAA)或这些材料的共聚物。
3.根据权利要求1的抗反射膜形成材料，其中所述基本树脂是聚乙烯苯酚(PVP)，所述添加到其中的添加树脂是聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)，聚甲基丙烯酸(PMAA)或这些材料的共聚物。
4.一种半导体器件的制造方法包括，下列步骤：
(1)在半导体基片上形成的工件膜上涂敷一种抗反射膜形成材料，并形成抗反射膜；
(2)在所述抗反射膜上形成光致抗蚀膜并对所述光致抗蚀膜进行曝光和显影；
(3)利用事先显影的所述光致抗蚀膜作为掩模对所述抗反射膜进行干蚀，并对所述工件膜进行连续地干蚀；
其中所述抗反射膜形成材料包括构成所述材料的基本树脂和添加到所述基本树脂中的添加树脂，所述添加树脂具有比所述基本树脂高的干蚀率。
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