DE102006024959A1 - Polymer für eine Hartmaske einer Halbleitervorrichtung und Zusammensetzung enthaltend dieselbe - Google Patents

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Abstract

Hierin wird ein Polymer für eine Hartmaske und eine Zusammensetzung, die selbige enthält, offenbart, die bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen der nächsten Generation nützlich sein können. Es wird ein Polyamidsäurefilm durch ein Rotationsbeschichtungsverfahren und ein zusätzliches Wärmeverfahren ausgebildet und als Hartmaske verwendet, wenn ein Muster einer darunter liegenden Schicht einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung einer Polyamidsäure mit hoher Wärmebeständigkeit ausgebildet wird, wodurch das Ätzen von feinen Mustern erleichtert wird.

Description

  • HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
  • Gebiet der Offenbarung
  • Die Offenbarung betrifft ein Polymer für eine Hartmaske einer Halbleitervorrichtung und eine Zusammensetzung enthaltend dieselbe. Insbesondere betrifft die Offenbarung ein organisches Polymer zum Ausbilden einer Hartmaske, die bei Verfahren zum Ätzen feiner Muster nützlich ist, und eine Zusammensetzung, die das organische Polymer enthält.
  • Beschreibung der verwandten Technologie
  • Um das Zusammenfallen feiner Muster von weniger als 70 nm zu verhindern, wird von einem Photoresistfilm verlangt, dass er eine Dicke von weniger als 100 nm besitzt. Da jedoch die Dicke von weniger als 100 nm nicht ausreichend ist, um ein Ätzverfahren einer niederen Schicht zu überstehen, wird eine neue Hartmaske benötigt, wie zum Beispiel ein amorpher Kohlenstofffilm.
  • Der amorphe Kohlenstoff, der die Eigenschaften organischer Materialien besitzt, kann dick aufgetragen werden und zeigt eine ausreichende Selektivität, wenn die untere Schicht geätzt wird. Als ein Ergebnis kann der amorphe Kohlenstoff als eine Hartmaske zum Ätzen der dicken, unteren Schicht verwendet werden, selbst wenn der Photoresistfilm dünn ausgebildet ist. Dies wird auch dadurch bewirkt, dass ein Siliziumoxidnitridfilm, der als eine andere Hartmaske dient, über die Hartmaske, die aus amorphem Kohlenstoff besteht, abgeschieden werden kann, da der amorphe Kohlenstoff eine hohe Temperatur von über 400°C überstehen kann.
  • 1a–1e sind Querschnittsdiagramme, die ein herkömmliches Verfahren zum Ausbilden eines darunter liegenden Schichtmusters einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung des oben beschriebenen amorphen Kohlenstofffilms als eine Hartmaske zeigen.
  • Mit Verweis auf 1a werden nacheinander eine darunter liegende Schicht 12, ein amorpher Kohlenstofffilm 14, ein Siliziumoxidnitridfilm 16, eine Antireflexbeschichtung (hiernach als ARC abgekürzt) 18 und ein Photoresistfilm 20 auf einem Halbleitersubstrat 10 ausgebildet. Der amorphe Kohlenstofffilm 14 wird mit einer Dicke im Bereich von 10 nm bis 800 nm durch eine chemische Gasphasenabscheidungsanlage ausgebildet. Der Photoresistfilm 20 wird mit einer Dicke im Bereich von 40 nm bis 200 nm ausgebildet.
  • Mit Verweis auf 1b wird der Photoresistfilm 20 selektiv belichtet und entwickelt, um ein Muster des Photoresistfilms 20 zu bilden.
  • Mit Verweis auf 1c wird ein gängiges Ätzverfahren durchgeführt, um sequentiell den unteren ARC-Film 18 und den Siliziumoxidnitridfilm 16 mit dem Muster des Photoresistfilms 20 als eine Ätzmaske zu entfernen, wodurch ein Muster des ARC-Films 18 und ein Muster des Siliziumoxidnitridfilms 16 ausgebildet werden.
  • Mit Verweis auf 1d wird ein gängiges Ätzverfahren durchgeführt, um den unteren, amorphen Kohlenstofffilm 14 mit dem Muster des Photoresistfilms 20, dem Muster des ARC-Films 18 und dem Muster des Siliziumoxidnitridfilms 16, die nach dem obigen Ätzverfahren zurückbleiben, zu entfernen, wodurch ein Muster des amorphen Kohlenstofffilms 14 ausgebildet wird.
  • Mit Verweis auf 1e wird die darunter liegende, untere Schicht 12 mit dem Muster des amorphen Kohlenstofffilms 14 und den restlichen Mustern nach dem obigen Prozess geätzt, um ein Muster der darunter liegenden Schicht 12 auszubilden. Dann werden die verbleibenden Muster, die als Ätzmaske verwendet wurden, durch Reinigen entfernt.
  • Wie oben angemerkt, wurden eine zusätzliche chemische Gasphasenabscheidungsanlage und ein chemisches Abscheidungsgas herkömmlicherweise benötigt, um den amorphen Kohlenstofffilm 14 abzuscheiden, wenn das Muster der darunter liegenden Schicht ausgebildet wird.
    •
  • ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
  • Hierin offenbart werden ein organisches Polymer mit einer hohen Wärmebeständigkeit zum Ausbilden einer Hartmaske, die beim Verfahren zum Ätzen feiner Muster einer Halbleitervorrichtung (anstelle von amorphem Kohlenstoff) nützlich ist, und eine Zusammensetzung, die das organische Polymer enthält. Hierin wird auch ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung umfassend einen Schritt des Ausbildens eines darunter liegenden Schichtmusters mit einer Hartmaske offenbart, wobei die Hartmaske durch die offenbarte Zusammensetzung, die das organische Polymer enthält, ausgebildet wurde.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Für ein vollständigeres Verständnis der Erfindung sollte auf die folgende detaillierte Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen verwiesen werden, worin:
  • 1a bis 1e Querschnittsdiagramme sind, die ein herkömmliches Verfahren zum Ausbilden eines Musters einer darunter liegenden Schicht einer Halbleitervorrichtung zeigen;
  • 2a bis 2e Querschnittsdiagramme sind, die ein Verfahren zum Ausbilden eines Musters einer darunter liegenden Schicht einer Halbleitervorrichtung zeigen;
  • 3 ein NMR-Spektrum einer Polyamidsäure ist, die aus Beispiel 1 erhalten wurde;
  • 4 eine TGA-Graphik einer Polyamidsäure ist, die aus Beispiel 1 erhalten wurde; und
  • 5 eine Querschnitts-SEM-Photographie ist, die ein Muster einer darunter liegenden Schicht zeigt, das aus Beispiel 3 erhalten wurde.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER DERZEIT BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Hierin wird eine Polyamidsäure offenbart, die verwendet werden kann, um eine Hartmaske auszubilden, die bei einem Ätzverfahren nützlich ist, um ein Muster einer darunter liegenden Schicht einer Halbleitervorrichtung auszubilden. Die Polyamidsäure wird durch Umsetzen einer Diaminverbindung und eines Anhydrids in einem Lösungsmittel durch ein allgemeines Verfahren erhalten. Die Diaminverbindung schließt 4,4'-Diaminodiphenylsulfon oder Phenylendiamin ein, die Anhydride schließen 1,2,4,5-Benzoltetracarbonsäuredianhydrid oder 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid ein, und das Reaktionslösungsmittel schließt Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid or Dimethylformamid ein.
  • Die Polyamidsäure wird bevorzugt dargestellt durch Formel 1 (unten gezeigt) und wird durch Umsetzen von 1,2,4,5-Benzoltetracarbonsäuredianhydrid der Formel 2 (unten gezeigt) und 4,4'-Diaminodiphenylsulfon der Formel 3 (unten gezeigt) in einem Dimethylacetamid-Lösungsmittel hergestellt.
  • Formel 1
    Figure 00040001
  • Figure 00050001
  • Formel 2
    Figure 00050002
  • Formel 3
    Figure 00050003
  • Hierin wird auch eine Zusammensetzung für eine Hartmaske offenbart. Die Zusammensetzung für eine Hartmaske schließt eine Polyamidsäure, ein Quervernetzungsmittel und ein organisches Lösungsmittel ein.
  • Das Quervernetzungsmittel ist bevorzugt ein Melaminderivat und das Melaminderivat ist bevorzugt 2,4,6-tris(Dimethoxymethylamino)-1,3,5-triazin der Formel 4 (unten gezeigt).
  • Formel 4
    Figure 00060001
  • Das Quervernetzungsmittel liegt in einer Menge im Bereich von 1–10 Gewichtsteilen basierend auf 100 Gewichtsteilen der Polyamidsäure vor. Die Quervernetzungsreaktion tritt ein bisschen auf, wenn das Quervernetzungsmittel in der Menge von weniger als einem Gewichtsteil vorliegt, und der Ätzwiderstand wird vermindert, wenn das Quervernetzungsmittel in einer Menge von über 10 Gewichtsteilen vorliegt.
  • Das organische Lösungsmittel ist ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cyclohexanon, Cyclopentanon, γ-Butyrolacton und deren Mischungen. Bevorzugt liegt das organische Lösungsmittel in einer Menge im Bereich von 20 bis 5000 Gewichtsteilen basierend auf 100 Gewichtsteilen der Polyamidsäure vor. Die Beschichtungseigenschaft wird verschlechtert und die Beschichtung kann keine gleichmäßige Dicke beibehalten, wenn das organische Lösungsmittel in einer Menge von weniger als 20 Gewichtsteilen vorliegt. Das organische Lösungsmittel wird zu dünn beschichtet, um als eine Hartmaske zu dienen, wenn das organische Lösungsmittel in einer Menge von mehr als 5000 Gewichtsteilen vorliegt.
  • Hierin wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung offenbart. Das Verfahren schließt (a) das Ausbilden einer darunter liegenden Schicht über einem Halbleitersubstrat; (b) Ausbilden eines Stapelstrukturmusters einer ersten Hartmaske, einer zweiten Hartmaske und einer Photoresistschicht; und (c) Strukturieren der darunter liegenden Schicht unter Verwendung der Stapelstrukturmuster als eine Ätzmaske, wobei die erste Hartmaske aus einem Polyamidsäurefilm gebildet ist, und die zweite Hartmaske aus einem anorganischen Film gebildet ist, ein. Der zweite Hartmaskenfilm schließt einen Siliziumoxidnitridfilm, einen Siliziumoxidfilm oder einen Siliziumnitridfilm ein. Bevor der Photoresistfilm auf dem zweiten Hartmaskenfilm ausgebildet wird, wird zusätzlich ein ARC-Film auf dem Hartmaskenfilm ausgebildet.
  • Hierin wird auch ein Verfahren zur Verwendung des oben beschriebenen Polyamidsäurefilms als Hartmaske in einem Verfahren zum Ausbilden eines Photoresistmusters offenbart. Der Polyamidsäurefilm wird durch Rotationsbeschichten (Spin coating) der offenbarten Zusammensetzung als Hartmaske und dessen Trocknen ausgebildet.
  • Im Folgenden wird das offenbarte Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen erklärt.
  • 2a–2e sind Querschnittsdiagramme, die ein offenbartes Verfahren zum Ausbilden eines Musters einer darunter liegenden Schicht einer Halbleitervorrichtung zeigen, das heißt, ein Verfahren zum Ausbilden eines Musters einer darunter liegenden Schicht mit dem oben beschriebenen Polyamidsäurefilm als Hartmaske.
  • Mit Verweis auf 2a werden nacheinander eine darunter liegende Schicht 112, ein Polyamidsäurefilm 114 als eine erste Hartmaske, ein Siliziumoxidnitridfilm 116 als eine zweite Hartmaske, ein ARC-Film 118 und ein Photoresistfilm 120 auf einem Halbleitersubstrat 110 ausgebildet. Der Polyamidsäurefilm 114 wird mit einer Dicke im Bereich von 30 nm bis 1000 nm durch Rotationsbeschichten der offenbarten Zusammensetzung für eine Hartmaske ausgebildet. Der Photoresistfilm 120 wird mit einer Dicke im Bereich von 30 nm bis 300 nm ausgebildet.
  • Mit Verweis auf 2b wird der Photoresistfilm 120 selektiv belichtet und entwickelt, um ein Muster des Photoresistfilms 120 auszubilden.
  • Mit Verweis auf 2c wird ein Trockenätzverfahren durchgeführt, um nacheinander den unteren ARC-Film 118 und den Siliziumoxidnitridfilm 116 mit dem Muster des Photoresistfilms 120 als Ätzmaske zu entfernen, wodurch ein Muster des ARC-Films 118 und ein Muster des Siliziumoxidnitridfilms 116 ausgebildet werden.
  • Mit Verweis auf 2d wird ein Trockenätzverfahren durchgeführt, um den unteren Polyamidsäurefilm 114 mit dem Muster des Photoresistfilms 120, dem Muster des ARC-Films 118 und dem Muster des Siliziumoxidnitridfilms 116, die nach dem obigen Ätzverfahren zurückbleiben, zu entfernen, wodurch ein Muster des Polyamidsäurefilms 114 ausgebildet wird.
  • Das Trockenätzverfahren wird mit einem Gas, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus O2, NH3, N2, H2, CH4 und deren Mischungen durchgeführt. Im Allgemeinen wird die Kombination von O2 und N2 oder H2 und N2 verwendet. Obwohl die Leistung in vielfältiger Weise in Abhängigkeit von Ätzeinrichtungen, verwendetem Gas oder Prozessarten wie Ätzbedingungen angewendet werden kann, liegt die HF-Leistung der Quelle im Bereich von 300 W bis 1000 W, und die Vorspannung im Bereich von 0 W bis 300 W.
  • Mit Verweis auf 2e wird die darunter liegende, untere Schicht 112 mit dem Muster des Polyamidsäurefilms 114 und den verbleibenden Mustern nach dem obigen Verfahren geätzt, um ein Muster der darunter liegenden Schicht 112 mit einer Dicke im Bereich von 30 nm bis 200 nm auszubilden. Dann werden die verbleibenden Muster, die als Ätzmasken verwendet wurden, entfernt.
  • Wie oben erwähnt, kann der Polyamidsäurefilm 114, der durch ein einfaches Rotationsbeschichtungsverfahren ausgebildet wird, als Hartmaske verwendet werden, wenn das Muster der darunter liegenden Schicht 112 ausgebildet wird. Der Siliziumoxidnitridfilm 116 kann auf den Polyamidsäurefilm 114 abgeschieden werden, da die Polyamidsäure eine hohe Wärmebeständigkeit wie ein herkömmlicher, amorpher Kohlenstoff besitzt.
  • 4 ist ein TGA (Thermogravimetrie-Analyse)-Datengraph als thermische Analysendaten, der die Wärmebeständigkeit des Polyamidsäurefilms zeigt.
    •
  • Die offenbarte Zusammensetzung wird im Detail mit Verweis auf die unten angeführten Beispiele beschrieben, die nicht dazu gedacht sind, die vorliegende Erfindung zu beschränken.
  • Beispiel 1: Herstellung einer Polyamidsäure
  • 1,2,4,5-Benzoltetracarbonsäuredianhydrid gemäß Formel 2 (6.544 g) und 4,4'-Diaminodiphenylsulfon gemäß Formel 3 (7.449 g) wurden in Dimethylacetamid (107 g) aufgelöst und über 24 Stunden umgesetzt. Nach der Reaktion wurde Triethylamin (15.1 g) zugegeben und über ungefähr 24 Stunden gerührt. Dann wurde Ethyljodid (38.55 g) dazugegeben und für 24 Stunden umgesetzt.
  • Nach der Reaktion wurde die resultierende Mischung in destilliertem Wasser ausgefällt, mit Aceton gewaschen und dann getrocknet, um die offenbarte Polyamidsäure gemäß Formel 1 als hellbraunen Feststoff (Ausbeute: 85%) zu erhalten, die ein Polymer für eine Hartmaske ist. 3 ist ein6, NMR-Spektrum der synthetisierten Polyamidsäure und 4 ist eine Graphik, die TGA-Daten der Polyamidsäure darstellen.
  • Beispiel 2: Herstellung einer Zusammensetzung für eine Hartmaske
  • Die Polyamidsäure (10 g) gemäß Formel 1, die aus Beispiel 1 erhalten wurde, und 2,4,6-tris(Dimethoxymethylamino)-1,3,5-triazin (0.6 g) gemäß Formel 4 wurden in Cyclohexanon (70 g) aufgelöst, um eine offenbarte Zusammensetzung für eine Hartmaske zu erhalten.
  • Beispiel 3: Ausbildung eines Polyamidsäurefilms und eines Nitridfilmmusters
  • Ein SiO2-Film wurde mit einer Dicke von 350 nm auf einem Siliziumwaver ausgebildet und ein Nitridfilm wurde mit einer Dicke von 100 nm darauf ausgebildet. Dann wurde die Zusammensetzung für eine Hartmaske, die aus Beispiel 2 erhalten wurde, darauf rotationsbeschichtet. Nach dem Rotationsbeschichten wurde die resultierende Struktur bei 200°C für zwei Minuten gebrannt und dann bei 400°C über zwei Minuten gebrannt, um einen Polyamidsäurefilm mit einer Dicke von 400 nm zu bilden. Als nächstes wurde ein Siliziumoxidnitridfilm mit einer Dicke von 60 nm auf dem Polyamidsäurefilm ausgebildet und eine ARC-Filmzusammensetzung (DAR202BARC, hergestellt durch Dongjin SemiChem Co., Ltd.) wurde über den Siliziumoxidnitridfilm beschichtet, um einen ARC-Film zu bilden.
  • Danach wurde ein Photoresist (AR1221J, hergestellt durch Japan Synthetic Rubber Co., Ltd.) auf den ARC-Film beschichtet und bei 130°C über 90 Sekunden weich gebrannt, um einen Photoresistfilm mit einer Dicke von 200 nm auszubilden. Der Photoresistfilm wurde mit einem ArF-Belichter belichtet und bei 130°C über 90 Sekunden nachgebrannt. Nach dem Nachbrennen wurde die resultierende Struktur in 2.38 Gew.-% wässriger TMAH-Lösung über 40 Sekunden entwickelt, um ein 80 nm Photoresistmuster zu erhalten.
  • Dann wurde der untere ARC-Film und der Siliziumoxidnitridfilm selektiv mit dem Photoresistmuster als Ätzmaske geätzt, um ein ARC-Filmmuster und ein Siliziumoxidnitridfilmmuster auszubilden. Der untere Polyamidsäurefilm wurde selektiv mit den obigen Mustern als Ätzmasken geätzt, um ein Polyamidsäurefilmmuster auszubilden. Der untere Nitridfilm und der SiO2-Film wurden mit dem obigen Muster einschließlich dem Polyamidsäurefilm als Ätzmaske geätzt, um ein 80 nm Muster auszubilden. (Ätzbedingungen: 10 O2 + 90 N2, HF-Leistungsquelle: ungefähr 700 W, Vorspannung: ungefähr 150 W).
  • 5 ist eine Querschnitts-SEM-Photograhie des SiO2-Films (Dicke: 350 nm) und des Nitridfilms (Dicke: 100 nm), die nach der Entfernung der obigen Muster einschließlich dem Polyamidsäuremuster verbleiben.
  • Wie oben beschrieben wird ein Polyamidsäurefilm durch ein Rotationsbeschichtungsverfahren ausgebildet und als Hartmaske verwendet, wenn ein Muster einer darunter liegenden Schicht einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung einer Polyamidsäure mit hoher Wärmebeständigkeit anstelle eines herkömmlichen amorphen Kohlenstoffs ausgebildet wird, wodurch das Ätzen von feinen Mustern erleichtert wird.

Claims (11)

  1. Polyamidsäure dargestellt durch Formel: Formel 1
    Figure 00110001
  2. Hartmaskenzusammensetzung umfassend eine Polyamidsäure, ein Quervernetzungsmittel und ein organisches Lösungsmittel.
  3. Hartmaske gemäß Anspruch 2, wobei die Polyamidsäure dargestellt wird durch Formel 1: Formel 1
    Figure 00120001
  4. Hartmaskenzusammensetzung gemäß Anspruch 2, wobei das Quervernetzungsmittel ein Melaminderivat ist und das organische Lösungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Cyclohexanon, Cyclopentanon, γ-Butyrolacton und deren Mischungen.
  5. Hartmaskenzusammensetzung gemäß Anspruch 4, wobei das Quervernetzungsmittel 2,4,6-tris(Dimethoxymethylamino)-1,3,5-triazin, dargestellt durch Formel 4, ist: Formel 4
    Figure 00130001
  6. Hartmaskenzusammensetzung gemäß Anspruch 2, wobei das organische Lösungsmittel in einer Menge im Bereich von 20 Gewichtsteilen bis 5000 Gewichtsteilen, basierend auf 100 Gewichtsteilen der Polyamidsäure, vorliegt, und das Quervernetzungsmittel in einer Menge im Bereich von 1 Gewichtsteil bis 10 Gewichtsteilen, basierend auf 100 Gewichtsteilen der Polyamidsäure, vorliegt.
  7. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung umfassend: Ausbilden einer darunter liegenden Schicht über einem Halbleitersubstrat; Ausbilden eines Stapelstrukturmusters einer ersten Hartmaske, einer zweiten Hartmaske und einer Photoresistschicht; und Strukturieren der darunter liegenden Schicht unter Verwendung des Stapelstrukturmusters als Ätzmaske, wobei die erste Hartmaske aus einem Polyamidsäurefilm und die zweite Hartmaske aus einem anorganischen Film ausgebildet ist.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Polyamidsäure ein oder mehrere Polymere, dargestellt durch Formel 1, umfasst: Formel 1
    Figure 00140001
  9. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei der Polyamidsäurefilm durch Rotationsbeschichtung einer Hartmaskenzusammensetzung, die eine Polyamidsäure, ein Quervernetzungsmittel und ein organisches Lösungsmittel umfasst, ausgebildet wird.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei der Polyamidsäurefilm mit einer Dicke im Bereich von 30 nm bis 1000 nm und der Photoresistfilm mit einer Dicke im Bereich von 30 nm bis 300 nm ausgebildet werden.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei der zweite Hartmaskenfilm ein Siliziumoxidnitridfilm, ein Siliziumoxidfilm oder ein Siliziumnitridfilm ist.
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