DE19706495B4

DE19706495B4 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung fein getrennter Resistmuster

Info

Publication number: DE19706495B4
Application number: DE19706495A
Authority: DE
Inventors: Takeo Ishibashi; Ayumi Minamide; Toshiyuki Toyoshima; Keiichi Itami Katayama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 1996-07-05
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2017-02-20
Also published as: DE19706495A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines feinen Musters, das die Schritte aufweist:
Ausbildung eines Musters aus einem ersten Resist (1, 11, 21) auf einem Substrat;
Ausbildung einer Schicht aus einem aus Polyvinylacetal oder aus einer Mischung aus Polyvinylacetal und Methoxymethylolharnstoff oder aus einer Mischung aus Polyvinylacetal und Methoxymethylolmelamin bestehenden zweiten Resist (2, 12, 22), der in der Lage ist, in der Anwesenheit einer Säure einer Vernetzungsreaktion zu unterliegen, über dem ersten Resist;
Ausbilden einer vernetzten Schicht (4, 14, 24) in Abschnitten des zweiten Resists, die in Kontakt mit dem ersten Resist sind, durch die Wirkung einer Säure aus dem ersten Resist unter einer Wärmebehandlung;
Entfernen nicht vernetzter Abschnitte des zweiten Resists, wodurch ein Resistmuster ausgebildet wird; und
Ätzen des Substrats über eine Maske des Resistsmusters, wobei der erste Resist nach seiner Ausbildung eine Säure oder einen Säuregenerator enthält.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung fein getrennter Resistmuster, d.h. von sehr feingemusterten Resistmustern.
Genauer gesagt bezieht sie sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Ausbildung fein getrennter Resistmuster, bei dem eine Trennungsgröße oder eine Öffnungsgröße in dem Muster reduziert wird, wenn das Resistmuster in einem Halbleiterherstellungsverfahren ausgebildet wird.
Der hohe Grad der Integration von Halbleitervorrichtungen wird begleitet von sehr feinen Zwischenverbindungen, Verdrahtungen und Trennungsbreiten, die in den Herstellungsverfahrensabläufen benötigt werden. Feine Muster werden typischerweise durch Ausbildung eines Resistmusters mit einer Photolithographietechnik und dem Ätzen verschiedener Typen von darunterliegenden dünnen Schichten über ein Resistmuster, das als eine Maske verwendet wird, ausgebildet.
In diesem Sinn ist die Photolithographietechnik sehr wichtig als ein Startpunkt für die feinen Verfahrensabläufe. Die Photolithographietechnik beinhaltet eine Beschichtung mit einem Resist, eine Maskenausrichtung, eine Belichtung mit Licht und eine Entwicklung. Diese Technik begrenzt die Feinheit aufgrund einer Beschränkung, die durch die Wellenlänge des Belichtungslichts auferlegt wird.
Wie oben beschrieben worden ist, ist es schwierig, wenn die herkömmliche Photolithographietechnik verwendet wird, ein feines Resistmuster auszubilden, das die Grenzen der Wellenlänge überschreitet.

Aus der JP 6-250379 A ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung bekannt, das die Schritte aufweist:
Ausbildung eines Musters aus einem ersten Resist auf einem Substrat oder auf einer Halbleiterschicht, die auf einem Substrat ausgebildet ist;
Ausbildung einer Schicht aus einem zweiten Resist, der in der Lage ist, in der Anwesenheit einer Säure einer Vernetzungsreaktion zu unterliegen, über dem ersten Resist;
Ausbildung einer vernetzten Schicht in Abschnitten des zweiten Resists, die in Kontakt mit dem ersten Resist sind, durch die Wirkung einer Säure aus dem ersten Resist unter einer Wärmebehandlung; und
Entfernen nicht vernetzter Abschnitte des zweiten Resists, wodurch ein Resistmuster ausgebildet wird.

Mit einem derart ausgebildeten Resistmuster können das Substrat oder die Halbleiterschicht über eine Maske des Resistmusters geätzt werden.

Der zweite Resist wird bei dem Verfahren der JP 6-250379 A aus Resists des positiven oder negativen chemischen Verstärkungstyps, aus Resists auf der Basis von PMMA oder Novolak oder aus einem Resist, der aus einer Polyvinylalkohollösung besteht, gebildet.

In der DE 38 11 242 A1 findet Polyvinylacetal als ein Bestandteil eines lichtempfindlichen Gemisches, insbesondere als sein Bindemittel Verwendung. Damit wird eine ausreichende Plasmaätzbeständigkeit gegen reaktives Ionenätzen, eine hohe Wärmestabilität sowie eine ausgeprägte Planarisierungseigenschaft der lichtempfindlichen Schicht erzielt, die aus dem Polyvinylacetal enthaltenden Gemisch gebildet wird.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung anzugeben, das eine Technik zum Reduzieren fein getrennter Resistmuster verwendet.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Insbesondere wird ein Verfahren zur Herstellung eines fein getrennten Resistmusters mit reduzierten Abmessungen bereitgestellt, das es ermöglicht, ein Muster auszubilden, das die Grenzen der Wellenlänge überschreitet.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
1(a) ein Maskenmuster für Löcher zur Ausbildung fein getrennter Resistmuster entsprechend Ausführungsformen der Erfindung;
1(b) ein Maskenmuster für Zwischenräume zur Ausbildung fein getrennter Resistmuster entsprechend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
2(a) bis 2(f) einen Verfahrensablauf für ein Verfahren zur Herstellung eines fein getrennten Resistmusters entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3(a) bis 3(e) einen Verfahrensablauf für ein Verfahren zur Herstellung eines fein getrennten Resistmusters entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
4(a) bis 4(g) einen Verfahrensablauf für ein Verfahren zur Herstellung eines fein getrennten Resistmusters entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen die gleichen Bezugszeichen identische oder entsprechende Teile durchgehend in den verschiedenen Ansichten bezeichnen, werden eine erste bis dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Erste Ausführungsform
1(a) und 1(b) zeigen Maskenmuster, die zur Ausbildung fein getrennter Resistmuster, auf die die Erfindung gerichtet ist, verwendet werden. Genauer gesagt zeigt 1(a) ein Maskenmuster 100 für feine Löcher, d.h. für Löcher mit kleinem Durchmesser, und 1(b) zeigt ein Maskenmuster 200 für feine Zwischenräume, d.h. kleine Abstände. Die 2(a) bis 2(f) zeigen Darstellungen eines Verfahrensablaufs zur Illustration eines Verfahrens zur Ausbildung eines fein getrennten Resistmusters entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf die 1(a) und 1(b) sowie die 2(a) bis 2(f) werden das Verfahren zur Ausbildung eines fein getrennten Resistmusters und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Am Anfang wird, wie in 2(a) gezeigt ist, ein erster Photoresist 1, der zum Erzeugen einer Säure aus dem Inneren desselben durch Belichtung mit Licht in der Lage ist, auf ein Halbleitersubstrat 3 (zum Beispiel in einer Dicke von ungefähr 0,70 μm) beschichtet. Der erste Photoresist 1 wird vorgebacken (durch eine thermische Behandlung bei 70 bis 100°C für ungefähr eine Minute), gefolgt durch eine Belichtung mit Licht durch eine Maske, die ein Muster aufweist, wie es in den 1(a) oder 1(b) gezeigt ist, unter Verwendung eines g-Strahls oder i-Strahls von einer Quecksilberlampe (z.B. für eine Belichtungszeit, die ungefähr 200 mJ/cm² entspricht). Falls es benötigt wird, wird der belichtete Photoresist einer thermischen Behandlung durch ein Nachbelichtungsbacken (PEB = Post Exposure Baking) (zum Beispiel bei einer PEB-Temperatur von 100 bis 130°C) unterworfen, wodurch die Auflösung des Photoresists verbessert wird. Dies wird gefolgt durch eine Entwicklung mit einer verdünnten wäßrigen Lösung von ungefähr 2 Gewichts% TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid). 2(b) zeigt das ausgebildete Muster des Resists 1.
Falls es notwendig ist, kann ein Nachentwicklungsbacken durchgeführt werden (z.B. bei einer Nachbacktemperatur von ungefähr 110°C). Diese thermische Behandlung beeinflußt eine nachfolgende Mischreaktion und sollte auf eine geeignete Temperatur ein gestellt werden. Der obige Ablauf ist vergleichbar zu der Ausbildung eines Resistmusters entsprechend eines bekannten Resistsverfahrens, ausgenommen, daß der Resist 1, der zur Erzeugung einer Säure in der Lage ist, verwendet wird.
Nach der Ausbildung des Musters, das in 2(b) gezeigt ist, wird ein zweiter Resist 2, der eine vernetzbare Verbindung enthält, die zum Vernetzen in der Anwesenheit einer Säure in der Lage und in einem Lösungsmittel, das nicht zum Lösen des ersten Resists in der Lage ist, gelöst ist, über dem Halbleitersubstrat 3 ausgebildet, wie es in 2(c) gezeigt ist.
Es ist wichtig, zu bemerken, daß die Lösungsmittel für den zweiten Resist nicht erlauben, daß das Muster des ersten Resists darin gelöst wird. Für die Ausbildung des zweiten Resists werden Wasser (reines Wasser) oder ein gemischtes Lösungsmittel aus Wasser (reines Wasser) und Alkohol (wie zum Beispiel Isopropylalkohol (IPA)) verwendet.
Der zweite Resist besteht erfindungsgemäß aus einem wasserlöslichen Polyvinylacetal, einer Mischung aus Polyvinylacetal und Methoxymethylolharnstoff oder einer Mischung aus Polyvinylacetal und Methoxymethylolmelamin. Die Mischungen bestehen aus Resistmaterialien und vernetzbaren Verbindungen oder vernetzenden Mitteln (vernetzende Agens).
Der beschichtete bzw. aufgebrachte zweite Resist 2 kann vorgebacken werden, falls es notwendig ist (z. B. bei ungefähr 85°C). Diese thermische Behandlung beeinflusst eine nachfolgende Mischreaktion und sollte auf eine geeignete Temperatur eingestellt werden.
Als nächstes wird, wie in 2(d) gezeigt ist, die gesamte Oberfläche des Halbleitersubstrats 3 mit einem g-Strahl oder einem i-Strahl aus einer Quecksilberlampe (z.B. mit einer Belichtungszeit, die ungefähr 200 bis 1000 mJ/cm² entspricht) belichtet, wodurch verursacht wird, daß eine Säure in dem ersten Resist 1 erzeugt wird. Entsprechend dieser Ausführungsform wird das Substrat 3 nach dem Beschichten mit dem zweiten Resist 2 belichtet, um zu verursachen, daß die Säure in dem ersten Resist 1 erzeugt wird.
Es sollte bemerkt werden, daß neben der Gesamtbelichtung des Halbleitersubstrates 3 die Belichtung unter Verwendung einer Belichtungsmaske bewirkt werden kann. Die Belichtungsmaske erlaubt eine selektive Belichtung allein der benötigten Abschnitte in einer solchen Art und Weise, daß der zweite Resist in Flächen bzw. Bereiche, die an der Grenzfläche mit dem ersten Resistmuster 1 vernetzt sind, und in Flächen bzw. Bereiche, die nicht vernetzt sind, unterteilt wird.
Als nächstes wird, wie in 2(e) gezeigt ist, das Halbleitersubstrat 3 thermisch behandelt (bei 60 bis 130°C), wodurch es ermöglicht wird, daß eine Säure von jedem Abschnitt des ersten Resists 1 in Richtung des zweiten Resists 2 diffundiert. Dieses verursacht, daß die Vernetzungsreaktion in dem zweiten Resist 2 an den Grenzflächen bzw. Verbindungen mit dem ersten Resist 1 auftritt (z.B. Mischungsbacktemperatur/Zeit = 60 bis 130°C/90 Sekunden). Durch die Wirkung dieser Maßnahme wird eine Vernetzungsschicht 4 durch die Vernetzungsreaktion in dem zweiten Resist 2 zum Bedecken der Abschnitte des ersten Resists 1 ausgebildet.
Als nächstes wird, wie in 2(f) gezeigt ist, der zweite Resist 2 durch Entwicklung mit einem flüssigen Entwickler wie Wasser oder einer Lösung von TMAH in den Flächen bzw. Bereichen, die nicht vernetzt sind, entfernt. Durch die obige Behandlung wird es möglich, ein Resistmuster zu erhalten, das bezüglich des Lochdurchmessers oder der Trennungsbreite reduziert ist. Genauer gesagt, wenn eine Trennungsbreite in dem Muster des ersten Resists gleich 0,4μm ist, wird der zweite Resist mit einer Dicke von 400 nm beschichtet und die Vernetzungsschicht (Mischschicht) wird mit einer Dicke von 0,1 μm ausgebildet. Das resultierende Resistmuster weist, nach der Abtrennung der nicht vernetzten Bereiche des zweiten Resists, eine Trennungsweite von 0,3 μm auf.
Bei dem Herstellungsverfahren, das unter Bezugnahme auf die 2(a) bis 2(f) beschrieben wurde, ist die Erzeugung einer Säure aus dem ersten Resist 1 durch Belichtung mit Licht beschrieben worden. Die Erfinder haben herausgefunden, daß, wenn Polyvinylacetal als der zweite Resist 2 verwendet wird, und wenn die Muster bei einer geeigneten Temperatur (d.h. Backtemperatur) von zum Beispiel 150°C behandelt werden, die Grenzflächen mit dem ersten Resistmuster ohne Belichtung mit Licht für die Säureerzeugung vernetzt werden. In diesem Fall ist es zu bevorzugen, daß Wasser (reines Wasser) als das Lösungsmittel verwendet wird.
In 2(a) bis 2(f) ist das Muster der fein getrennten Resistabschnitte so dargestellt, daß es auf dem Halbleitersubstrat 3 ausgebildet ist. Es ist überflüssig zu sagen, daß das Muster auf einer Isolierschicht wie einer Siliziumoxidschicht oder einer leitenden Schicht wie einer Polysiliziumschicht, abhängig von dem Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung, ausgebildet werden kann. Kurz gesagt, das Muster kann auf irgendeinem anderen Typ von Substrat ausgebildet werden, je nachdem wie es benötigt wird. Das fein getrennte Re sistmuster, das ausgebildet worden ist, wird als eine Maske zum Ätzen verschiedener Typen von darunterliegenden dünnen Schichten verwendet, wodurch feine Abstände in der darunterliegenden dünnen Schicht oder feine Löcher ausgebildet werden, um eine entsprechende Halbleitervorrichtung zu erhalten.
Derart wird, entsprechend der Ausführungsform der Erfindung, der erste Resist 1 so mit Licht belichtet, wie er mit dem zweiten Resist 2 bedeckt ist, so daß die Menge der in dem ersten Resist 1 erzeugten Säure genau durch Steuern der Belichtung gesteuert werden kann. Derart kann die Dicke der Reaktionsschicht (Vernetzungsschicht) 4 genau gesteuert werden. Die Dicke der vernetzten Schicht kann wie gewünscht durch Einstellen einer Erwärmungs- und Vernetzungszeit (Mischungsbackzeit) gesteuert werden.
Darüber hinaus wird es, falls eine geeignete Belichtungsmaske zum selektiven Belichten des Halbleitersubstrats zur Unterteilung in belichtete Flächen bzw. Bereiche verwendet wird, möglich, Flächen bzw. Bereiche auszubilden, in denen das zweite Resistmuster an den Grenzflächenabschnitten mit dem ersten Resistmuster vernetzt ist. Vergleichbar wird es, falls eine geeignete Belichtungsmaske zum selektiven Belichten des Halbleitersubstrates zum Unterteilen in nicht belichtete Flächen bzw. Bereiche verwendet wird, möglich, Flächen bzw. Bereiche auszubilden, in denen keine Vernetzung stattfindet. Dieses erlaubt es, feine Löcher (Löcher mit kleinem Durchmesser) oder feine bzw. kleine Zwischenräume unterschiedlicher Größe bei demselben Halbleitersubstrat auszubilden.
In der Praxis der Erfindung ist das Lösungsmittel für den zweiten Resist 2 ein solches, das nicht in der Lage ist, den ersten Resist 1 zu lösen. Dieses erleichtert es, daß die Säure, die in dem nachfolgenden Schritt erzeugt wird, leicht diffundiert.
Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung ist es zu bevorzugen, daß ein Harz auf Novolakbasis als ein Basismaterial verwendet wird, und photoempfindliche Naphthochinondiazid-Mittel bzw. -Agens werden als ein Säureerzeuger verwendet, um einen Resist positiven Typs aus einer Mischung derselben auszubilden. Es ist zu bemerken, daß photoempfindliche Naphthochinondiazid-Agens gewöhnlich für die Herstellung von Halbleitervorrichtungen zur Erzeugung von Indenkarbonsäuren bei Belichtung mit Licht verwendet werden. Spezifische Beispiele von solchen Agens enthalten Ester von 1,2-Naphthochinondiazid-5-Sulfonsäure und Hydroxyverbindungen. Ester von 1,2-Naphthochinondiazid-4-Sulfonsäure und Hydroxyverbindungen, die zum Liefern von Sulfonsäure bei Belichtung mit Licht in der Lage sind, können verwendet werden.
Es ist außerdem zu bevorzugen, Resists positiven Typs zu verwenden, die aus Mischungen von photoempfindlichen Novolak/Naphthochinondiazid-Agens, denen Triazinsäureerzeuger hinzugefügt sind, hergestellt sind, als den ersten Resist zu verwenden. Beispiele des Triazinsäureerzeugers enthalten Trichlormethyltriazin.
Darüber hinaus kann ein anderer Typ von positivem Resist bevorzugterweise als der erste Resist verwendet werden. Ein solcher positiver Resist ist aus einer Mischung aus einem Polyhydroxystyrolderivat als ein Basismaterial und einem Oniumsalz, das als ein photounterstützter Säureerzeuger dient, ausgebildet. Beispiele der Polyhydroxystyrolderivate enthalten Ester von Polyhydroxystyrol und tert-Butoxykarbonsäure.
Die Lösungsmittel für den zweiten Resist, der in der ersten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, sollten bevorzugterweise pures Wasser oder gemischte Lösungen aus purem Wasser und Alkohol sein. Die Lösungsmittel sollten in der Lage sein, eine Mischung eines Basispolymers und einer ver netzbaren Verbindung zu lösen, nicht in der Lage sein, den ersten Resist zu lösen, und einen hohen Löslichkeitsparameter (SP) aufweisen. Im letzteren Fall enthalten gemischte Lösungsmittel bevorzugterweise Alkohol wie Isopropylalkohol (IPA), Ethylalkohol (EtOH) und ähnliches in Mengen, die nicht größer als 10%, basierend auf Wasser, sind. Da der erste Resist einen moderaten bzw. mäßigen Löslichkeitsparameter (SP) aufweist, werden bevorzugterweise solche Lösungsmittel verwendet, die einen hohen Löslichkeitsparameter (SP) aufweisen. Bevorzugter Alkohol enthält Isopropylalkohol.
Alternativ können als Lösungsmittel für den zweiten Resist bevorzugterweise organische Lösungsmittel verwendet werden, die in der Lage sind, Mischungen von Basispolymeren und vernetzbaren Verbindungen zu lösen, die nicht in der Lage sind, den ersten Resist zu lösen, und die einen niedrigen Löslichkeitsparameter (SP) aufweisen. Wie oben ausgeführt worden ist, ist, da der erste Resist einen moderaten Löslichkeitsparameter (SP) aufweist, die Verwendung eines organischen Lösungsmittels, das einen niedrigen Löslichkeitsparameter (SP) aufweist, wirksam für diesen Zweck. Bevorzugte Beispiele der organischen Lösungsmittel enthalten Chlorbenzol, Benzol, n-Hexan, Cyklohexan und ähnliches.
Für den zweiten Resist wird erfindungsgemäß wasserlösliches Polyvinylacetal verwendet. Polyvinylacetal ist eine Art von Resistmaterial, welches durch die Wirkung einer Säure einer Vernetzungsreaktion unterliegt. Es ist nicht notwendig, irgendeine vernetzbare Verbindung dem Polyvinylacetal hinzuzufügen, da sie durch die Wirkung einer Säure mit sich selbst vernetzt. Natürlich kann Methoxymethylolharnstoff oder Methoxymethylolmelamin dem Polyvinylacetal als eine vernetzbar Verbindung hinzugefügt werden. Wo Polyvinylacetal zur Ausbildung des zweiten Resists verwendet wird, findet die Vernetzungsreaktion an den Grenzflächen mit dem ersten Resistmuster durch Behandlung bei einer ge eigneten Erwärmungstemperatur statt. Dementsprechend ist eine Belichtung für die Erzeugung einer Säure nicht notwendig. In diesem Fall kann, wie oben diskutiert wurde, ein Lösungsmittel für Polyvinylacetal Wasser (reines Wasser) sein.
Der zweite Resist besteht erfindungsgemäß ebenso aus einer Mischung aus Polyvinylacetal und Methoxymethylolharnstoff oder aus einer Mischung aus Polyvinylacetal und Methoxymethylolmelamin. Die Mischungen weisen Resistmaterialien und vernetzende Agens auf.
Im allgemeinen enthalten die vernetzenden Agens, die in dem zweiten Resist enthalten sein können, Harnstoff- oder Melaminderivate wie Methoxymethylolharnstoff oder Methoxymethylolmelamin.
Wie aus dem Obigen offensichtlich ist, umfaßt der zweite Resist, der in der Anwesenheit einer Säure einer Vernetzungsreaktion unterliegt, den Fall, in dem ein Resistmaterial selbst als eine vernetzbare Verbindung oder ein vernetzbares Material dient. Außerdem umfaßt der zweite Resist, der in der Anwesenheit einer Säure einer Vernetzungsreaktion unterliegt, den Fall, in dem eine Verbindung als ein Resistmaterial und eine vernetzbare Verbindung als ein vernetzender Agens gemischt sind.
Die Ausbildung eines Resistmusters, bei dem der erste Resist vom positiven Typ ist, ist oben beschrieben worden. Bei der ersten Ausführungsform ist der erste Resist nicht auf den positiven Typ begrenzt. Ein Resist vom negativen Typ kann ebenfalls verwendet werden und liegt innerhalb des Umfanges in der Erfindung. Der negative Resist, der in der Praxis der Erfindung verwendet wird, kann aus Mischungen bestehen, die zum Beispiel vernetzbare Verbindungen aufweisen, die Harnstoff- oder Melaminderivate wie Methoxymethylolharnstoff oder Methoxymethylolmelamin, organische halogenbasierte Säureerzeuger und Basispolymere wie Polyhydroxystyrol, Novolakharz und ähnliches enthalten.
Zweite Ausführungsform
Die 3(a) bis 3(e) sind Ablaufdiagramme, die ein Verfahren zur Herstellung eines fein getrennten Resistmusters entsprechend der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustrieren. Unter Bezugnahme auf die 1(a), 1(b) und die 3(a) bis 3(e) werden das Verfahren zur Ausbildung eines fein getrennten Resistmusters und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung des Resistmusters entsprechend der zweiten Ausführungsform beschrieben.
Wie in 3(a) gezeigt ist, wird ein erster Photoresist 11, der eine kleine Menge eines säurehaltigen bzw. sauren Materials in sich enthält, auf ein Halbleitersubstrat 3 beschichtet bzw. aufgebracht. Der erste Photoresist 11 wird vorgebacken (durch eine thermische Behandlung bei einer Temperatur von 70 bis 100°C) gefolgt durch eine Belichtung des vorgebackenen Photoresists 11 mit einem g-Strahl oder einem i-Strahl von einer Quecksilberlampe über eine Maske, die ein solches Muster aufweist, wie es in den 1(a) oder 1(b) gezeigt ist. 3(b) zeigt ein Muster 11 des ersten Resists, das nach dem Schritt aus 3(a) ausgebildet ist.
Falls es notwendig ist, kann das Resistmuster thermisch mittels eines Nachbelichtungsbackens (bei einer Temperatur von 100 bis 130°C) behandelt werden, um die Auflösung des Photoresists zu verbessern, gefolgt durch eine Entwicklung mit einer verdünnten wäßrigen Lösung von ungefähr 2% TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid).
Als nächstes kann, falls es notwendig ist, ein Nachentwicklungsbacken ausgeführt werden. Diese thermische Behandlung beeinflußt eine nachfolgende Mischreaktion und sollte auf eine geeignete Temperatur eingestellt sein. Diese Schritte sind ähnlich zu demjenigen der Ausbildung eines Resistmusters entsprechend eines bekannten Resistausbildungsverfahrens, ausgenommen daß der Resist, der eine Säure enthält, in der Praxis der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Nach der Ausbildung des Musters, das in 3(b) gezeigt ist, wird ein zweiter Resist 12, der eine vernetzbare Verbindung enthält, die zum Vernetzen in der Anwesenheit einer Säure in der Lage und in einem Lösungsmittel, das nicht zum Lösen des ersten Resists 11 in der Lage ist, gelöst ist, über dem Halbleitersubstrat (Wafer) 3 ausgebildet, wie es in 3(c) gezeigt ist.
Es ist wichtig, daß die Lösungsmittel für den zweiten Resist das Muster des ersten Resists nicht lösen. Die Lösungsmittel für den zweiten Resist sind zum Beispiel Wasser (reines Wasser) oder ein gemischtes Lösungsmittel aus Wasser (reines Wasser) und einem Alkohol wie Isopropylalkohol.
Wie bei der ersten Ausführungsform wird wasserlösliches Polyvinylacetal als der zweite Resist 12 bei dieser Ausführungsform verwendet. Darüber hinaus können eine Mischung aus Polyvinylacetal und Methoxymethylolharnstoff oder eine Mischung aus Polyvinylacetal und Methoxymethylolmelamin als der zweite Resist verwendet werden. Diese Mischungen bestehen aus Resistmaterialien und vernetzbaren Verbindungen oder vernetzenden Agens. Im allgemeinen enthalten die im zweiten Resist enthaltenen vernetzenden Agens Melaminderivate wie Methoxymethylolmelamin.
Nach der Ausbildung des zweiten Resists 12 kann dieser Resist, falls es notwendig ist, vorgebacken werden. Diese thermische Behandlung beeinflußt eine nachfolgende Mischreaktion und sollte auf eine geeignete Temperatur eingestellt sein.
Nachfolgend wird, wie in 3(d) gezeigt ist, das Halbleitersubstrat 3 thermisch (bei 60 bis 130°C) behandelt, so daß die säurehaltige bzw. saure Substanz, die in kleinen Mengen in dem ersten Resist 11 enthalten ist, diffundiert wird. Dieses verursacht, daß die Vernetzungsreaktion in dem zweiten Resist 12 in der Umgebung der Grenzflächen mit den Abschnitten des ersten Resists 11 auftritt. Dadurch wird eine Vernetzungsschicht 14 in dem zweiten Resist 12 ausgebildet, die den ersten Resist 11 bedeckt.
Dann werden, wie in 3(e) gezeigt ist, die Abschnitte des zweiten Resists 12, die nicht vernetzt sind, durch Entwicklung mit einem flüssigen Entwickler wie Wasser oder einer Lösung von TMAH entfernt. Derart wird es möglich, ein Resistmuster zu erhalten, das einen reduzierten Lochdurchmesser oder eine reduzierte Trennungsbreite aufweist.
Wie aus dem Vorhergehenden offensichtlich ist, wird es entsprechend der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht, da ein Lösungsmittel, das nicht zum Lösen des ersten Resists 11 in der Lage ist, zur Ausbildung des zweiten Resists 12 verwendet wird, daß die Säure, die durch die nachfol gende thermische Behandlung erzeugt wird, leicht in den zweiten Resist diffundiert.
Der erste Resist 11, der bei der zweiten Ausführungsform verwendet wird, benötigt keine Belichtung zur Erzeugung einer Säure, sondern er ist so angeordnet bzw. ausgebildet, daß eine Säure in der Resistschicht 11 enthalten ist. Diese Resistschicht wird thermisch behandelt, um zu verursachen, daß die Säure für die Vernetzung diffundiert. Die Säuren, die in dem ersten Resist enthalten sind, sind bevorzugterweise Karbonsäuren mit niedrigem Molekulargewicht.
Es sollte bemerkt werden, daß die Materialien für den ersten Resist und für den zweiten Resist, die bezüglich der ersten Ausführungsform definiert wurden, ebenfalls bei der zweiten Ausführungsform verwendet werden können.
Die Ausbildung fein getrennter Zwischenräume oder feiner Löcher in einem Halbleitersubstrat bzw. einer Halbleitervorrichtung durch Ausbildung dieses Typs von fein getrenntem Resistmuster auf verschiedenen Arten von Halbleitersubstraten als eine Maske ist in der Art und Weise möglich, wie sie bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurde.
Dritte Ausführungsform
Die 4(a) bis 4(g) sind Ablaufdiagramme zur Illustration eines Verfahrens zur Ausbildung eines fein getrennten Resistmusters entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf die 1(a), 1(b) und die 4(a) bis 4(g) werden das Verfahren zur Ausbildung eines fein getrennten Resistmusters und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung des Resistmusters entsprechend der dritten Ausführungsform beschrieben.
Wie in 4(a) gezeigt ist, wird ein erster Photoresist 21 auf einem Halbleitersubstrat 3 ausgebildet. Nach einem Vorbacken des ersten Photoresists 21 (durch thermische Behandlung bei 70°C bis 100°C für ungefähr 1 Minute) wird der Photoresist 21 mit einem g-Strahl oder einem i-Strahl von einer Quecksilberlampe über eine Maske, die ein Muster aufweist, wie es in den 1(a) oder 1(b) gezeigt ist, belichtet. Falls es notwendig ist, wird der Photoresist thermisch durch ein Nachbelichtungsbacken (bei 100°C bis 130°C) behandelt, um die Auflösung desselben zu verbessern, gefolgt durch eine Entwicklung mit einer verdünnten wäßrigen Lösung von ungefähr 2,0 Gewichts% von TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid). 4(b) zeigt das resultierende Muster 21 des ersten Resists.
Danach kann ein Nachentwicklungsbacken ausgeführt werden, falls es notwendig ist. Diese thermische Behandlung beeinflußt eine nachfolgende Mischreaktion und sollte bei einer geeigneten Temperatur bewirkt werden. Diese Schritte sind ähnlich zu denjenigen für die Ausbildung eines Resistmuster entsprechend eines bekannten Resistausbildungsverfahrens.
Nach der Ausbildung des Musters, das in 4(b) gezeigt ist, wird das Halbleitersubstrat (Wafer) 3 mit einer sauren Lösung bzw. säurehaltigen Lösung beaufschlagt, wie es in 4(c) gezeigt ist. Diese Beaufschlagung kann durch einen gewöhnlichen Paddleentwicklungsverfahrensablauf bewirkt werden. Alternativ kann die säurehaltige Lösung aufgesprüht werden. Entweder organische Säuren oder anorganische Säuren können für die säurehaltige Lösung verwendet werden. Bevorzugterweise wird Essigsäure niedriger Konzentration verwendet. Bei diesem Schritt wird die Säure in die Oberflächen des ersten Resistmuster 21 aufgesaugt bzw. durchnäßt diese, um so eine dünne Schicht auszubilden, die in sich Säure enthält. Danach werden die Oberflächen mit reinem Wasser gespült, wie es in 4(d) gezeigt ist.
Danach wird, wie in 4(e) gezeigt ist, ein zweiter Resist 22, der eine vernetzbare Verbindung enthält, die zum Vernetzen in der Anwesenheit einer Säure in der Lage und in einem Lösungsmittel, das nicht zum Lösen des ersten Resists 21 in der Lage ist, gelöst ist, auf dem ersten Resistmuster 21 aufgebracht.
Es ist wichtig, daß die Lösungsmittel für den zweiten Resist das erste Resistmuster nicht lösen. Die Lösungsmittel enthalten zum Beispiel Wasser (pures Wasser) oder ein gemischtes Lösungsmittel aus Wasser (pures Wasser) und einem Alkohol wie Isopropylalkohol.
Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen wird Polyvinylacetal als der zweite Resist verwendet. Polyvinylacetal ist ein Resistmaterial, das durch die Wirkung einer Säure einer Vernetzungsreaktion unterliegt. Alternativ kann der zweite Resist aus einer Mischung aus Polyvinylacetal und Methoxymethylolharnstoff oder aus einer Mischung aus Polyvinylacetal und Methoxymethylolmelamin gebildet sein. Diese Mischungen bestehen aus Resistmaterialien und einem vernetzenden Material.
Im allgemeinen können die vernetzenden Agens, die in dem zweiten Resist enthalten sind, Melaminderivate wie Methoxymethylolmelamin sein.
Nach dem Beschichten des zweiten Resists 22 kann dieser, falls es notwendig ist, vorgebacken werden. Diese thermische Behandlung beeinflußt eine nachfolgende Misch- oder Vernetzungsreaktion und sollte bei einer geeigneten Temperatur bewirkt werden.
Dann wird, wie in 4(f) gezeigt ist, das Halbleitersubstrat 3 bei 60 bis 130°C gebacken. Dieses bewirkt, daß in der Umgebung der Grenzflächen zwischen dem zweiten Resist 22 und dem ersten Resist 21 in der Anwesenheit einer Säure aus dem ersten Resist 12 eine Vernetzungsreaktion fortschreitet. Als ein Ergebnis wird eine Vernetzungsschicht 24 in dem zweiten Resist 22 ausgebildet, die jeden Abschnitt des Resists 21 mit sich bedeckt.
Als nächstes werden, wie in 4(g) gezeigt ist, die Abschnitte des zweiten Resists 22, die nicht vernetzt worden sind, durch Entwicklung mit einem flüssigen Entwickler wie Wasser oder einer Lösung von TMAH entfernt. Das resultierende Resistmuster weist einen reduzierten Lochdurchmesser oder eine reduzierte Trennungsbreite auf.
Entsprechend der dritten Ausführungsform der Erfindung ist kein Schritt der Erzeugung einer Säure in dem ersten Resist durch Belichtung mit Licht notwendig. Bei dieser Ausführungsform wird der erste Resist vor der Ausbildung der zweiten Resistschicht mit einer säurehaltigen Lösung oberflächenbehandelt. Dann wird er thermisch behandelt, um der Säure zu ermöglichen, zu diffundieren, wodurch die Vernetzungsreaktion in dem zweiten Resist verursacht wird.
Bei der dritten Ausführungsform kann der erste Resist 21 ein positiver Resist, der aus Novolak/Naphthochinondiaziden oder Mischungen von Parahydroxystyrolderivaten und photounterstützten Säuregeneratoren wie Oniumsalzen, wie sie bei der ersten Ausführungsform verwendet wurden, ausgebildet sein.
Andere Materialien für den ersten Resist und den zweiten Resist, die bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurden, können ähnlich bei der dritten Ausführungsform verwendet werden.
Die Ausbildung fein getrennter Zwischenräume oder feiner Löcher in einem Halbleitersubstrat durch Ausbildung dieses Typs von fein getrenntem Resistmuster auf verschiedenen Typen von Halbleitersubstraten als Maske ist in einer Art und Weise möglich, wie sie bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurde.
Wie oben im Detail beschrieben worden ist, wird entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Ausbildung eines fein getrennten Resistmusters bereitgestellt, daß es ermöglicht, feine Muster wie fein getrennte Muster oder feine Lochmuster auszubilden, die die Wellenlängengrenze überschreiten bzw. hinsichtlich der Miniaturisierung ihrer Abmessungen unterschreiten. Als ein Ergebnis können Lochmuster eines Resists, die einen kleineren Durchmesser als bei der herkömmlichen Technik aufweisen, oder Abstandsmuster eines Resists, die eine Trennungsbreite aufweisen, die kleiner als bei der herkömmlichen Technik ist, ausgebildet werden.
Unter Verwendung der derart ausgebildeten fein getrennten Resistmuster als Maske können fein getrennte Zwischenräume oder feine Löcher in Halbleitersubstraten ausgebildet werden. Darüber hinaus können, wenn ein solches Verfahren verwendet wird, wie es oben beschrieben wurde, Halbleitervorrichtungen erhalten werden, die Zwischenräume oder Löcher aufweisen, die sehr fein voneinander getrennt sind, bzw. sehr kleine Abmessungen aufweisen.
Es ist offensichtlich, daß verschiedene zusätzliche Modifikationen und Variationen im Licht der obigen Lehren möglich sind.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines feinen Musters, das die Schritte aufweist: Ausbildung eines Musters aus einem ersten Resist (1, 11, 21) auf einem Substrat; Ausbildung einer Schicht aus einem aus Polyvinylacetal oder aus einer Mischung aus Polyvinylacetal und Methoxymethylolharnstoff oder aus einer Mischung aus Polyvinylacetal und Methoxymethylolmelamin bestehenden zweiten Resist (2, 12, 22), der in der Lage ist, in der Anwesenheit einer Säure einer Vernetzungsreaktion zu unterliegen, über dem ersten Resist; Ausbilden einer vernetzten Schicht (4, 14, 24) in Abschnitten des zweiten Resists, die in Kontakt mit dem ersten Resist sind, durch die Wirkung einer Säure aus dem ersten Resist unter einer Wärmebehandlung; Entfernen nicht vernetzter Abschnitte des zweiten Resists, wodurch ein Resistmuster ausgebildet wird; und Ätzen des Substrats über eine Maske des Resistsmusters, wobei der erste Resist nach seiner Ausbildung eine Säure oder einen Säuregenerator enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, das einen Schritt des Belichtens des Substrats mit Licht, wodurch eine Säure in dem ersten Resist erzeugt wird, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Belichtens des Substrats nach dem Ausbilden der zweiten Resistschicht ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Oberflächenabschnitt des Musters des ersten Resists (1, 11, 21) sitzende Säure, die erzeugt wird, wenn das erste Resistmuster ausgebildet wird, durch eine Wärmebehandlung bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster des ersten Resists (1, 11, 21) mit einer säurehaltigen Flüssigkeit oberflächenbehandelt wird, damit er die Säure enthält.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster des ersten Resists (1, 11, 21) nur in einem vorbestimmten Bereich desselben selektiv mit Licht belichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster des ersten Resists (1, 11, 21) aus einer Mischung ausgebildet wird, die ein Harz auf Novolakbasis und ein photoempfindliches Naphthochinondiazid-Agens enthält.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster des ersten Resists (1, 11, 21) weiter ein Chlormethyltriazin als einen Säuregenerator enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster des ersten Resists (1, 11, 21) aus einer Mischung ausgebildet ist, die ein Polyhydroxystyrolderivat und ein Oniumsalz, das als ein photounterstützter Säuregenerator dient, enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lösungsmittel für den zweiten Resist (2, 12, 22) aus purem Wasser oder einer Mischung aus purem Wasser und einem Alkohol ausgewählt wird, die in der Lage sind, ein Basispolymer und eine vernetzbare Verbindung zu lösen, und die nicht in der Lag sind, den ersten Resist zu lösen, und die einen so hohen Löslichkeitsparameter (SP) aufweisen, daß ein flüssiger Entwickler für den zweiten Resist (2, 12, 22) aus purem Wasser oder einer alkalischen wäßrigen Lösung ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lösungsmittel für den zweiten Resist (2, 12, 22) und ein flüssiger Entwickler für den zweiten Resist aus einem organischen Lösungsmittel, das in der Lage ist, das Basispolymer und die vernetzbare Verbindung zu lösen, und das nicht in der Lage ist, den ersten Resist zu lösen, und die einen niedrigen Löslichkeitsparameter (SP) aufweisen, ausgewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Resist (1, 11, 21) aus Resists vom negativen Typ ausgewählt wird, die aus einer Mischung aus einer vernetzbaren Verbindung, einem Säuregenerator und einem Basispolymer ausgebildet sind.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wobei die Halbleitervorrichtung mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt wird.