CN1272831C - 细微图案形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供采用光刻工序形成细微间隔图案的细微图案形成方法。包括下步骤：含导电膜的半导体基板上，依次涂布i-线用抗蚀剂层和正型ArF抗蚀剂层；在基板上用具有规定图案的掩膜，进行曝光及第1烘烤工序，在正型ArF抗蚀剂层内进行甲硅烷化反应，生成醇基(OH)或羧基(COOH)；除去掩膜；在产物上显像，形成第1抗蚀剂层图案；在含有第1抗蚀剂层图案的基板上进行曝光及第2烘烤工序；在其后的基板上用HMDS进行甲硅烷化反应，通过醇基(OH)或羧基(COOH)和HMDS反应，在第1抗蚀剂层图案表面上形成硅氧化膜；将含有硅氧化膜的第1抗蚀剂层图案作掩蔽膜，在上述i-线用抗蚀剂层上进行干式显像工序，以形成第2抗蚀剂层图案；将第1及第2抗蚀剂层图案作为掩膜，对上述导电膜进行蚀刻，形成位线。
Description
技术领域
本发明涉及半导体元件制造方法，更详细地说，涉及采用光刻工序形成细微间隔的图案的细微图案形成方法。
背景技术
光刻工序是由0.25μm的设计规定装置的KrF光源面对抗蚀剂层图形的限制，作为其替代方案采用ArF193nm光源进行试验。
然而，适用于装置的ArF蚀刻工序产生各种问题，其中，为了改善ArF抗蚀剂层在阻挡层中的耐蚀刻性，存在对193nm波长的吸收非常大的问题。然而，这样的结果是造成抗蚀剂层涂层厚度降低的重要原因。考虑到一般的图案破坏，保护层厚度必须达到纵横比3∶1左右，ArF抗蚀剂层，与i-线抗蚀剂层相比，耐蚀刻性大约弱2倍左右，ArF抗蚀剂层的厚度使蚀刻工序造成负担。
图1及图2是示出原有技术问题点的图，是利用ArF抗蚀剂层形成细微图案的照片。
图1是采用原有技术，通过用于ArF抗蚀剂层的沉积柱状物形成的触点的蚀刻结果照片。图2是采用原有技术，利用ArF抗蚀剂层蚀刻闸门的结果照片。
在利用上述耐蚀刻性弱的ArF光敏抗蚀剂层，形成用于沉积柱状物形成的触点或形成闸门时，如图1及图2所示，存在可诱发图案变形的问题。
发明内容
本发明为了解决上述原有的问题点，提供一种使用耐蚀刻性优良的抗蚀剂层，可形成细微图案的细微图案形成方法。
用于解决本课题的手段
用于达到上述目的的本发明细微图案形成方法，其特征是包括：在含导电膜的半导体基板上，依次涂布i-线用抗蚀剂层和正型ArF抗蚀剂层的步骤、在上述得到的基板上，利用具有规定图案的掩膜，实施曝光及第1烘烤工序，在正型ArF抗蚀剂层内进行甲硅烷化反应，生成醇基(OH)或羧基(COOH)的步骤、除去掩膜的步骤、在产物上实施显像，而形成第1抗蚀剂层图案的步骤、在含有第1抗蚀剂层图案的基板上进行曝光及第2烘烤工序的步骤、在第2烘烤工序完成后的基板上，利用HMDS进行甲硅烷化的工序，通过醇基(OH)或羧基(COOH)和HMDS反应，在第1抗蚀剂层图案的表面形成硅氧化膜的步骤、用含有硅氧化膜的第1抗蚀剂层图案作为掩膜，于i-线用抗蚀剂层上进行干式显像的工序，形成第2抗蚀剂层图案的步骤、把含有硅氧化膜的第1及第2抗蚀剂层图案作为掩膜，进行导电膜蚀刻，形成位线的步骤。
在涂布上述i-线用抗蚀剂层以前，把上述基板用HMDS蒸汽进行处理。
上述i-线用抗蚀剂层涂布0.2-1.5μm厚，而上述正型ArF抗蚀剂层涂布0.05-0.2μm厚。
在涂布上述正型ArF抗蚀剂层前，使上述i-线用抗蚀剂层增加一个在200j的温度下进行90秒钟的硬烘烤工序的步骤。
在涂布上述正型ArF抗蚀剂层后，再增加一个在110℃下进行90秒钟的软烘烤工序的步骤。
上述显像工序是采用TMAH溶液实施60秒钟，而上述TMAH溶液的浓度保持在0.1-10％。
在含有上述第1抗蚀剂层图案的基板上实施曝光及第2烘烤工序的步骤中，对ArF曝光工序供给5-50mJ/cm2的能量。
上述第1及第2烘烤工序是在110℃实施90秒钟。
上述甲硅烷化工序是在120℃进行90秒钟，甲硅烷化剂是选自六甲基二硅氮烷、四甲基二硅氮烷、双(二甲基氨基二甲基硅烷)、双(二甲基氨基甲基硅烷)、二甲基甲硅烷基二甲基胺、二甲基二乙胺、三甲基甲硅烷基二甲胺、三甲基甲硅烷基二乙胺以及二甲基氨基五甲基乙硅烷中的任何一种。
上述干式显像工序，采用氧等离子体，其上部电极500瓦(W)下部电极100瓦(W)，施加75瓦(W)偏电流能量，在保持30℃温度及5毫乇压力的状态下，以35sccm供给氧气。
上述本发明的目的和其他特征及优点等，从参照本发明的优选实施例所进行的下列说明中可明确了解。
附图说明
图1是原有技术中通过用于ArF抗蚀剂层的沉积柱形物形成的触点蚀刻结果的照片。
图2是原有技术中利用ArF抗蚀剂层，蚀刻闸门结果的照片。
图3的a-f是用于说明本发明形成细微图案方法的工序剖面图。
图4是本发明正型ArF抗蚀剂层进行曝光及烘烤时的甲硅烷化反应，生成醇和羧酸的机理图。
图5是本发明正型ArF抗蚀剂层进行曝光及烘烤时的甲硅烷化反应，生成醇和羧酸的机理图。
具体实施方式
图3a-图3f是本发明形成细微图案的方法工序的剖面图，适于0.1μm大小的位线掩膜形成的剖面图。
本发明形成细微图案的方法，如图3a所示，首先，在含导电膜(未图示)的半导体基板100上，涂布i-线用抗蚀剂层102。此时，所述基板100，为了使基板和i-线用抗蚀剂层之间的粘接力增加，用HMDS(六甲基二硅氮烷)蒸汽处理。另外，所述i-线用抗蚀剂层102涂布0.2-1.5μm厚度，优选涂布1.0μm厚度。还可以用涂布厚度0.5-3.0μm的有机物质防反射膜代替所述i-线用抗蚀剂层。
然后，对所述i-线用抗蚀剂层102进行硬烘烤。此时，所述硬烘烤工序102于200℃温度实施90秒钟。
接着，如图3c所示，在上述硬烘烤工序完成后的i-线用抗蚀剂层103上，涂布正型ArF抗蚀剂层104后，在所述正型ArF抗蚀剂层104上进行软烘烤工序122。这时，上述软烘烤工序122是在110℃温度下进行90秒钟。正型ArF抗蚀剂层104，为了不发生抗蚀剂层图案的破坏，涂布厚度应减薄至0.05-0.2μm。还可以用EUV、电子束、离子束及X-线中的任何一种代替所述正型ArF抗蚀剂层104。
然后，如图3d所示，在上述软烘烤工序完成后的正型ArF抗蚀剂层105上，用具有规定图案的掩膜130盖上后照射ArF光140而实施曝光后，进行PE(后曝光)烘烤工序124。这时，所述PE烘烤工序124是在110℃温度进行90秒钟。另外，还可以用EUV(超紫外线)、电子束、离子束及X-线中的任何一种代替所述ArF光140。
图4及图5是本发明正型ArF抗蚀剂层进行曝光及烘烤时的甲硅烷化反应，生成醇和羧酸的机理图。
所述正型ArF抗蚀剂层105受光后如进行PE烘烤工序124，则在层内如图4所示通过甲硅烷化反应生成醇基(OH-)，如图5所示生成羧酸(COOH)。
接着，除去上述掩膜后，如图3e所示，上述PE烘烤工序完成后的正型ArF抗蚀剂层利用TMAH溶液显像60秒钟，形成第1抗蚀剂层图案106。这时，所述TMAH溶液使用的浓度为0.1-10％，优选浓度2.38％。
其次，含有所述第1抗蚀剂层图案106的基板上用ArF光进行曝光工序后，于110℃温度实施90秒钟烘烤工序。此时，所述ArF光具有5-50mJ/cm2的能量，优选具有30mJ/cm2的能量。
然后，如图3f所示，对上述产物使用HMDS于120℃温度进行90秒钟甲硅烷化工序，在所述第1抗蚀剂层图案106的上部形成硅氧化膜(SiOx)108。这时，所述硅氧化膜108是上述PE烘烤工序生成的醇基(OH-)或羧酸(COOH)和HMDS的硅(Si)结合生成的。另外，上述甲硅烷化工序使用的甲硅烷化剂可选自六甲基二硅氮烷、四甲基二硅氮烷、双(二甲基氨基二甲基硅烷)、双(二甲基氨基甲基硅烷)、二甲基甲硅烷基二甲胺、二甲基二乙胺、三甲基甲硅烷基二甲胺、三甲基甲硅烷基二乙胺以及二甲基氨基五甲基乙硅烷中的任何一种。
然后，把含有上述硅氧化膜(SiOx)108的第1抗蚀剂层图案106作为掩膜，在上述产物上利用氧等离子体进行干式显像工序，形成第2抗蚀剂层图案110。这时，所述干式显像是上部电极500瓦(W)、下部电极100瓦(W)，施加75瓦(W)偏电流能量，在保持30℃温度及5毫乇压力的状态下，以35sccm供给氧气进行的。
其后，用含有所述硅氧化膜108的第1及第2抗蚀剂层图案106、110作为掩膜进行导电膜蚀刻，形成位线112。
发明的效果
因此，在本发明中在正型ArF抗蚀剂层上形成图案的图像，使所述正型ArF抗蚀剂层上的图像，通过复印到耐蚀刻性优良的i-线用抗蚀剂层上，可以防止ArF用抗蚀剂层的耐蚀刻性不足而造成的图案变形，从而可防止上述图案变形所造成的装置收率下降，降低半导上元件的制造单价。
另外，在本发明中，利用正型ArF抗蚀剂层，可以制造图样尺寸低于100nm的半导体元件。
另外，在不偏离本发明要点的范围内可加以多种变更。
Claims (12)
1.一种在半导体器件中形成细微图案的方法，包括以下步骤：
在含导电膜的半导体基板上，随后涂布i-线用抗蚀剂层和正型ArF抗蚀剂层；
在上述得到的基板上，利用具有规定图案的掩膜，进行曝光及第1烘烤工序，以在其中可进行甲硅烷化反应的所述正型ArF抗蚀剂层内生成醇基(OH)或羧酸(COOH)；
除去掩膜；
在上述得到的结构上实施显像，形成第1抗蚀剂层图案；
在含有第1抗蚀剂层图案的基板上进行曝光及第2烘烤工序；
对第2烘烤工序完成后的基板，用甲硅烷化剂进行甲硅烷化工序，通过醇基(OH)或羧酸(COOH)和该甲硅烷化剂反应，在第1抗蚀剂层图案的表面上，形成硅氧化膜，其中用于该甲硅烷化工序的甲硅烷化剂为选自六甲基二硅氮烷、四甲基二硅氮烷、双(二甲基氨基二甲基硅烷)、双(二甲基氨基甲基硅烷)、二甲基甲硅烷基二甲胺、二甲基甲硅烷基二乙胺、三甲基甲硅烷基二甲胺、三甲基甲硅烷基二乙胺以及二甲基氨基五甲基乙硅烷中的任何一种化合物；
把含有硅氧化膜的第1抗蚀剂层图案作为掩膜，对上述i-线用抗蚀剂层实施干式显像工序，以形成第2抗蚀剂层图案；
把含有硅氧化膜的第1及第2抗蚀剂层图案作为掩膜，对上述导电膜进行蚀刻，形成位线。
2.按照权利要求1中所述的在半导体器件中形成细微图案的方法，其特征是，在涂布上述i-线用抗蚀剂层之前，对上述基板进行HMDS蒸汽处理。
3.按照权利要求1中所述的在半导体器件中形成细微图案的方法，其特征是，所述i-线用抗蚀剂层涂布厚度为0.2-1.5μm，所述正型ArF抗蚀剂层涂布厚度为0.05-0.2μm。
4.按照权利要求1中所述的在半导体器件中形成细微图案的方法，进一步包括在i-线用抗蚀剂层上涂布上述正型ArF抗蚀剂层前，对上述i-线用抗蚀剂层进行于200℃实施90秒钟的硬烘烤工序的步骤。
5.按照权利要求1中所述的在半导体器件中形成细微图案的方法，进一步包括在i-线用抗蚀剂层上涂布上述正型ArF抗蚀剂层后，进行于110℃实施90秒钟的在正型ArF抗蚀剂层上的软烘烤工序的步骤。
6.按照权利要求1中所述的在半导体器件中形成细微图案的方法，其特征是，为形成第1抗蚀剂层图案的上述显像工序是采用TMAH溶液实施60秒钟。
7.按照权利要求6中所述的在半导体器件中形成细微图案的方法，其特征是，上述TMAH溶液的浓度为0.1-10％。
8.按照权利要求1中所述的在半导体器件中形成细微图案的方法，其特征是，在含有上述第1抗蚀剂层图案的基板上实施曝光及第2烘烤工序的步骤中，对ArF曝光工序供给5-50mJ/cm2的能量。
9.按照权利要求1中所述的在半导体器件中形成细微图案的方法，其特征是，上述第1及第2烘烤处理工序是分别在110℃实施90秒钟。
10.按照权利要求1中所述的在半导体器件中形成细微图案的方法，其特征是，上述甲硅烷化工序是在120℃实施90秒钟。
11.按照权利要求1中所述的在半导体器件中形成细微图案的方法，其特征是，上述干式显像工序，采用氧等离子体。
12.按照权利要求1中所述的在半导体器件中形成细微图案的方法，其特征是，上述干式显像工序，是在上部电极500瓦(W)、下部电极100瓦(W)，施加75瓦(W)偏电流能量，在保持30℃温度及5毫乇压力的状态下，以35sccm供给氧气。
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