DE60100930T2

DE60100930T2 - Resistzusammensetzung und Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen

Info

Publication number: DE60100930T2
Application number: DE60100930T
Authority: DE
Inventors: Minoru Ibaraki-ken Toriumi; Isao Ibaraki-ken Satou; Hiroyuki Ibaraki-ken Watanabe; Shunji Katai; Shintaro Suzuki
Original assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd; Semiconductor Leading Edge Technologies Inc
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd; Renesas Electronics Corp
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2021-08-04
Also published as: EP1179749A1; KR20020013695A; EP1179749B8; DE60100930D1; EP1179749B1; US20020022193A1; US6803170B2; JP3458096B2; JP2002055450A; TWI231408B

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Resistzusammensetzung und auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung der Resistzusammensetzung. Insbesondere bezieht sich der vorliegenden Erfindung auf eine Resistzusammensetzung, die zur Feinprozessierung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung eines ArF-Excimerlasers als eine Lichtquelle geeignet ist.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Eine integrierte Halbleiterschaltung ist stark integriert worden, und eine minimale Musterbreite in der integrierten Schaltung ist zu einem Bereich von halben Sub-Mikrons vorgedrungen. Ferner ist eine Vorrichtung fein strukturiert gewesen. Eine Lithographietechnik, die auf einer solchen Feinprozessierung beruht, umfasst im allgemeinen die Schritte: Anwenden eines Resists auf die Oberfläche eines zu verarbeitenden Substrats, um einen photoempfindlichen Film zu bilden; Bestrahlen des Resists mit einem Licht zum Entwerfen eines vorgegebenen Musters; falls erforderlich, Erhitzen des Resists; Entwickeln des Resists zum Bilden eines gewünschten Feinmusters; und Prozessieren des zu verarbeitenden Substrats zum Beispiel durch Ätzen unter Verwendung des Feinmusters als einem Schutzfilm.
Seit kurzem ist eine Lithographietechnik erforderlich geworden, durch welche ein Feinmuster von 0,18 μm oder weniger gebildet wird. Als ein Weg zu einem feinen Muster ist eine Ver minderung der Wellenlänge des Bestrahlungslichts, welches während der Musterung eines Resists verwendet wird, untersucht worden.
Herkömmlicherweise ist die i-Linie einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe (Wellenlänge: 365 nm) als eine Lichtquelle verwendet worden zum Herstellen eines DRAM mit einem Integrationsmaß von bis 64 M Bits.
Ein KrF-Excimerlaser (Wellenlänge: 248 nm) ist praktisch als eine Belichtungslichtquelle anstelle der i-Linie zur Massenproduktion eines 256 M Bit-DRAM verwendet worden.
Nun ist eine Quelle noch kürzeren Lichts untersucht worden, auf die Herstellung eines DRAM mit einem Integrationsmaß von 1 G-Bit oder mehr zielend, und es wird vermutet, dass die Verwendung eines ArF-Excimerlasers (Wellenlänge: 193 nm), eines F₂-Excimerlasers (Wellenlänge: 157 nm), eines Röntgenstrahls und eines Elektronenstrahls wirksam ist. Unter diesen Lichtquellen dürfte die ArF-Excimerlaser-Lithographie mit einer höheren Auflösung viel versprechend sein.
Bei der herkömmlichen Lithographie unter Verwendung der i-Linie ist ein Alkali-lösliches Phenolharz wie ein Novolakharz als ein Basisharz für eine Resistzusammensetzung verwendet worden, um einen besseren Widerstand gegenüber Trockenätzen bereitzustellen.
Das Alkali-lösliche Phenolharz zeigt eine gute Durchlässigkeit gegenüber der i-Linie, während es eine schwache Durchlässigkeit für Fernultraviolett- oder Vakuum-Ultraviolettstrahlen mit einer kürzeren Wellenlänge zeigt. Insbesondere bei einem Bestrahlungslicht aus einem ArF-Excimerlaser als einer Lichtquelle ist die Durchlässigkeit stark vermindert aufgrund der optischen Absorption durch einen aromatischen Ring im Harz.
Somit vermag ein Bestrahlungslicht mit einer kürzeren Wellenlänge einen Resistfilm bis zum Boden nicht adäquat zu sensibilisieren und bildet deshalb kein Resistmuster mit einem guten Querschnitt. Mit anderen Worten liefert es keine adäquate Auflösung.
Somit ist ein Methacrylat-Copolymer-Harz ohne aromatischem Ring als einem Harz untersucht worden, das eine gute Durchlässigkeit gegenüber einem Bestrahlungslicht mit einer kürzeren Wellenlänge zeigt.
Der Widerstand gegenüber Trockenätzen kann jedoch ohne einem aromatischen Ring im Harz beträchtlich vermindert sein. Um dieses Problem zu lösen wurde ein Polymer offenbart, welches eine alizyklische Kohlenwasserstoffgruppe wie eine Adamantyl- und eine Norbornyl-Gruppe in einem Ester-Strukturteil aufweist.
Es ist jedoch schwierig, einen gleichförmig applizierten Film mit guter Reproduzierbarkeit zu bilden, weil ein Homopolymer des Monomers mit der alizyklischen Kohlenwasserstoffgruppe stark hydrophop ist und eine schwache Adhäsion gegenüber einem zu verarbeitenden Substrat (zum Beispiel einem Siliziumsubstrat) zeigt. Es kann deshalb zu schlechten Entwicklungseigenschaften oder einer niedrigen Auflösung führen.
Somit ist zu dem als einem Basisharz einer Resistkomponente zu verwendeten Harz ein Copolymer hinzugefügt worden, welches eine die Entwicklungseigenschaften verbessernde Copylmerkomponente oder eine die Adhäsion verbessernde Copolymerkomponente umfasst.
Da jedoch der Gehalt des Copolymers etwa 50 Mol-% oder mehr betragen muss, kann es den Widerstand gegenüber Trockenätzen beträchtlich beeinträchtigen, was zu einer schlechten Praktikabilität führt.
Wie oben beschrieben ist eine passende alizyklische Kohlenwasserstoffgruppe nicht in Komponenten in einer herkömmlichen Resistzusammensetzung enthalten gewesen unter Verwendung eines alizyklischen Methacrylats als einem Basisharz zum Zeigen einer guten Durchlässigkeit gegenüber kurzwelligem Licht wie einem ArF-Excimerlaser.
Somit kann es zu einem geringeren Widerstand gegenüber Trockenätzen führen, welches nach der Bildung eines Resistmusters ausgeführt wird, was zur Verminderung in der Filmdicke eines Resistmusters und zu einer schlechten Maskenlinearität führt.
Deshalb gab es bei einer herkömmlichen Resistzusammensetzung einen Defekt, dass es ein Resistmuster nicht vermag, korrekt auf ein zu verarbeitendes Substrat überführt zu werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die zuvor erwähnten Probleme zu lösen, und eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Resistzusammensetzung zur Verfügung zu stellen, die eine gute Auflösung gegenüber ferner Ultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von 250 nm oder weniger, insbesondere gegenüber einem ArF-Excimerlaserstrahl, zeigt, und besteht darin, eine Resistzusammensetzung bereitzustellen, die einen guten Widerstand gegenüber Trockenätzen zeigt.
Die obige Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erzielt durch die nachfolgende Resistkomponente sowie durch das nachfolgende Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung.
Gemäß einem Gegenstand der vorliegenden Erfindung umfasst die Resistzusammensetzung: mindestens eine Art einer ersten Verbindung mit zwei intramolekularen Adamantylstrukturen, wie durch die im Anspruch 1 definierte, chemische Formel 1 wiedergegeben; ein Basisharz; und eine zweite Verbindung, die durch Bestrahlung mit aktivem Strahl eine Säure erzeugt.
In einem Gegenstand der vorliegenden Erfindung umfasst die Harzzusammensetzung ferner vorzugsweise ein nicht ionisches oberflächenaktives Mittel.
In einem Gegenstand der vorliegenden Erfindung umfasst die Resistzusammensetzung ferner vorzugsweise ein Amin.
Gemäß einem anderen Gegenstand der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren der zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung: den Schritt einer Anwendung der Bildung eines Resistfilms mittels Applizierens der Reistzusammensetzung dem des ersten Gegenstands der vorliegenden Erfindung auf ein Substrat; einen Vorbestrahlungs-Erwärmungsschritt zum Erhitzen des im Schritt der Applikation gebildeten Resistfilms; einen Bestrahlungsschritt des Exponierens des Resistfilms mittels Bestrahlung des Resistfilms mit einem aktiven Strahl über eine gegebene Maske nach dem Erhitzungsschritt vor der Bestrahlung, wobei der aktive Strahl eine Wellenlänge von 150 bis 250 aufweist; einen Nachbestrahlungs-Erhitzungsschritt des Resistfilms nach dem Bestrahlungsschritt; einen Entwicklungsschritt des Bildens eines Resistmusters durch Entwickeln des Resists; und einen Ätzschritt des Leitungs-Trockenätzens mit dem Resistmuster als eine Maske.
Andere Aufgaben und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung deutlich beim Lesen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist eine Zeichnung zum Beschreiben einer Beziehung zwischen dem Zusammensetzungsverhältnis der ersten Verbindung in der Resistzusammensetzung und der Ätzrate des Resistfilms bei der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachfolgend werden Prinzipien und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Den Teilen und den Schritten, die einigen der Zeichnungen gemeinsam sind, werden dieselben Bezugsziffern gegeben, und redundante Beschreibungen dafür werden weggelassen.
Erste Ausführungsform
Eine Resistzusammensetzung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst: mindestens eine Art einer ersten Verbindung mit zwei intramolekularen Adamantylstrukturen, die durch die untenstehende chemische Formel 1 wiedergegeben wird; ein Basisharz; und eine zweite Verbindung, die durch eine Bestrahlung durch aktiven Strahl eine Säure erzeugt.
Zuerst wird im Einzelnen die in der Resistzusammensetzung enthaltene erste Verbindung beschrieben.
Die erste Verbindung ist eine durch die nachfolgende chemische Formel 1 wiedergegeben Verbindung niedrigen Molekulargewichts: (Chemische Formel 1)
worin X -(OCO)_m-(CH₂)_n-(COO)_m- ist, wobei m = 0 oder 1 und n = 0, 1, 2 oder 3, mit der Maßgabe, dass wenn n = 0, m = 0; und Y und Z H, OH, F, Cl, Br, R oder COOR sind, wobei Y gleich Z sein kann, oder Y und Z in eine einzelne Adamantylstruktur eingeführt sein können, und R eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen wiedergibt.
Spezielle Beispiele der ersten Verbindung schließen ein:
3,3-Dibrom-1,1'-biadamantan, di(1-Adamantyl)bernsteinsäure,

di(1-Adamantyl)malonsäure,
3,3'-di(Carboxymethyl)-1,1-biadamantan,
3,3'-di(Carboxyethyl)-1,1-biadamantan,
3,3'-di(Carboxy-n-propyl)-1,1-biadamantan,
3,3'-di(Carboxy-n-butyl)-1,1-biadamantan,
3,3'-di(Carboxy-tert-butyl)-1,1-biadamantan,
3,3'-di(Carboxy-n-hexyl)-1,1-biadamantan,
3,3'-di(Carboxy-n-octyl)-1,1-biadamantan und
2-(2-Methyladamantyl)-2'-adamantylmethan-hydroxid.
Die ersten Verbindungen können alleine oder in Kombination von zwei oder mehr verwendet werden. Das heißt; die Resistzusammensetzung umfasst mindestens eine Art der ersten Verbindung.
Der Gehalt der ersten Verbindung ist im Allgemeinen 1 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 40 Gew.-%, weiter bevorzugt 5 bis 30 Gew.-% in der Resistzusammensetzung auf der Basis des Gesamtgewichts der Resistzusammensetzung (fest) (nachfolgend als ein "Fest-umgewandelter Gehalt" bezeichnet).
Als nächstes wird das in der Resistzusammensetzung enthaltene Basisharz im Detail beschrieben.
Spezielle Beispiele des Basisharzes schließen Polymerverbindungen wie Poly(acrylsäure)-Polymere, Poly(-methacrylsäure)-Polymere, Poly(acrylat-acrylsäure)-Copolymere und Poly(methacrylat-methacrylsäure)-Copolymere ein.
Das Basisharz ist ein Polymer mit guter Durchlässigkeit gegenüber kurzwelligem Licht wie Fernultraviolett- oder Vakuum-Ultraviolett-Strahlen und kann eine Kombination von zwei oder mehr Basisharzen sein.
Das Basisharz besitzt im Allgemeinen ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht (Mw) von 2.000 bis 100.000, vorzugsweise 3.000 bis 50.000.
Wenn das Molekulargewicht (Mw) weniger als 2.000 beträgt, mag es schlecht sein in Bezug auf Widerstand gegenüber Trockenätzen, Hitzewiderstand oder Adhäsion gegenüber einem zu verarbeitenden Substrat, wohingegen, wenn das Molekulargewicht (Mw) mehr als 100.000 beträgt, mag die Resistempfindlichkeit unerwünschterweise vermindert sein.
Ferner beträgt die Verteilung (Mw(gewichtsgemitteltes Molekulargewicht)/Mn(zahlengemitteltes Molekulargewicht)) im Allgemeinen 5,0 oder weniger, vorzugsweise 4,0 oder weniger.
Wenn die Verteilung (Mw/Mn) mehr als 5,0 beträgt, ist die Löslichkeit des Basisharzes in einem Resistlösungsmittel reduziert, was zu einem schleierartigen Resistfilm bei der Applikation des Resists oder zur Tendenz einer Verschlechterung der Resisteigenschaften wie der Empfindlichkeit und der Auflösung führt, wohingegen eine zu geringe Verteilung (Mw/Mn) zu einem schwachen Resistfilm oder einem Resistfilm mit schlechtem Hitzewiderstand führen kann.
Der Gehalt des Basisharzes beträgt vorzugsweise 50 bis 95 Gew.-% als einem fest-umgewandelten Gehalt.
Wenn die Resistzusammensetzung als ein Positivresist verwendet wird, besitzt das Basisharz eine funktionelle Gruppe (Schutzgruppe), die durch die Wirkung einer Säure (später beschrieben), die aus der zweiten Verbindung erzeugt wird, alkali-löslich wird.
Wenn ein aus der obigen Resistzusammensetzung bestehender Resistfilm mit einem aktiven Strahl (Bestrahlung) bestrahlt wird, bildet speziell ein Photosäureerzeuger eine Säure. Durch die Wirkung der Säure wird die obige funktionelle Gruppe (Schutzgruppe) entfernt, um eine polare Gruppe wie eine Carboxylgruppe zu bilden. Als Ergebnis verändert sich die Löslichkeit in der bestrahlten Fläche (exponierte Fläche), und die Fläche wird gegenüber einer wässrigen Alkalilösung oder einem polaren Lösungsmittel löslich. Somit wirkt die Resistzusammensetzung als ein Positivresist.
Die funktionelle Gruppe (Schutzgruppe), die nach der Umsetzung mit einer Säure alkali-löslich wird, kann hier zum Beispiel -COOR oder -OCOR sein. Beispiele von R schließen t-Butyl, t-Amyl, Norbonyl, Cyclodecanyl, Isopropylethyl, 3-Methylpyranyl, Tetrahydropyran-2-yl, Tetrahydrofuran-2-yl, 4-Methoxytetrahydropyran-4-yl, 1-Ethoxyethyl, 1-Butoxyethyl, 1-Propoxyethyl und 3-Oxycyclohexyl ein.
Anstelle der obigen funktionellen Gruppe kann eine bivalente organische Gruppe mit einer Bindung, die durch eine Umsetzung mit einer Säure gespalten wird, zu dem Basisharz hinzugefügt werden. In diesem Fall wirkt die Resistzusammensetzung ebenfalls als ein Positivresist.
Beispiele der bivalenten organischen Gruppe schließen Carbonyloxy, Oxycarbonyloxy, Sulfonyl und Phenoxy, vorzugsweise Carbonyloxy und Oxycarbonyloxy ein.
Wenn die Resistzusammensetzung als ein Negativresist verwendet wird, besitzt das Basisharz eine funktionelle Gruppe, die durch die Wirkung einer Säure (später beschrieben), die aus der zweiten Verbindung erzeugt wird, alkali-unlöslich wird.
Die funktionelle Gruppe, die nach der Umsetzung mit der Säure alkali-unlöslich wird, kann zum Beispiel eine funktionelle Gruppe sein, die nach der Umsetzung mit einer Säure eine Quervernetzung bildet, einschließlich Vinyl, 1-Propenyl, Allyl, 1-Butenyl, 3-Butenyl, 1-Pentenyl, 2-Pentenyl, 4-Pentenyl, 1-Hexenyl, 2-Hexenyl, 3-Hexenyl, 4-Hexenyl, 5-Hexenyl, 2-Cyclobutenyl, 2-Cyclopentenyl, 1-Methyl-2-cyclopentenyl, 2-Cyclohexenyl, 3-Methyl-2-cyclohexenyl, 1,2-Propadienyl, 1,3-Butadienyl, 2,3-Butadienyl, 1,3-Pentadienyl, 2,3-Pentadienyl, 2,4-Pentadienyl, 2,4-Cyclopentadienyl, 1-Methyl-2,4-cyclopentadienyl, 3-Methyl-2,4-cyclopentadienyl, 3,4-Dimethyl-2,4-cyclopentadienyl, 2,5-Cyclohexadienyl und 3,5-Dimethyl-2,5-cyclohexadienyl.
Als nächstes wird die in der Resistzusammensetzung enthaltene zweite Verbindung im Detail beschrieben.
Die zweite Verbindung ist ein Photosäurenerzeuger, die durch Bestrahlung des wirksamen Strahls (unten beschrieben) unter Erzeugung einer Säure zersetzt werden kann. Beispiele des Photosäureerzeugers schließen einen Photoinitiator für die photokationische Polymerisation, einen Photoinitiator für die photo-radikalische Polymerisation, ein Photo-Entfärbungsmittel für Pigmente und ein Photo-Entfärbungsmittel sowie alternativ Photosäureerzeuger, die von Mikrophotoresists bekannt sind, die eine Säure durch die Wirkung eines aktiven Strahls wie einer Ultraviolettstrahlung, einer Fernultraviolett-Strahlung, einem KrF-Excimerlaserstrahl, einem ArF-Excimerlaserstrahl, einem Elektronenstrahl, Röntgenstrahlen, einem molekularen Strahl und einem Ionenstrahl eine Säure erzeugen können, ein. In der vorliegenden Erfindung ist sie bevorzugt ein Photosäureerzeuger, der eine Säure durch einen Strahl von 250 nm oder weniger erzeugt.
In der vorliegenden Erfindung wird ein aktiver Strahl in einem breiten Konzept, die oben beschriebenen Strahlungsstrahlen einschließend, verwendet.
Beispiele des Photosäureerzeugers schließen Triphenylsulfoniumsalz-Derivate sowie Oniumsalze wie Sulfonium-, Jodonium-, Phosphonium-, Diazonium- und Ammonium-Salze ein.
Spezielle Beispiele der Onium-Salze schließen Diphenyljodonium-triflat, Diphenyljodonium-pyrensulfonat, Diphenyljodoniumdodecyl-benzolsulfonat, Triphenylsulfonium-triflat, Triphenylsulfonium-hexafluoroantimonat, Diphenyljodonium-hexafluoroantimonat, Triphenylsulfonium-naphthalensulfonat, Triphenylsulfonium-trifluormethansulfonat, Triphenylsulfoniumcamphorsulfonat, (4-Methoxyphenyl)phenyljodonium-trifluormethansulfonat und bis (t-Butylphenyl)jodonium-trifluormethansulfonat ein.
Diazo-Disulfone, Diazo-Ketosulfone, Iminosulfonate und Disulfone können ebenfalls geeigneterweise als dem obigen Photosäureerzeuger verwendet werden.
Eine Polymerverbindung, an die eine Gruppe in ihrer Haupt- oder Seitenkette eingeführt ist, die durch Photobestrahlung eine Säure erzeugt, kann ebenso geeigneterweise als dem obigen Photosäureerzeuger verwendet werden. Beispiele eines solchen Polymers schließen aliphatische Alkylsulfoniumsalze mit einer 2-Oxocyclohexylgruppe und N-Hydroxysuccidinimid-Sulfonate ein.
Diese Photosäureerzeuger können alleine oder in Kombination von zwei oder mehr verwendet werden. Sie können mit einem geeigneten Sensibilisator kombiniert werden.
Der Gehalt des Photosäureerzeugers als der zweiten Verbindung ist im Allgemeinen 0,001 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis 20 Gew.-%, weiter bevorzugt 0,2 bis 5 Gew.-% als einem festumgewandelten Gehalt.
Ein Gehalt des Photosäureerzeugers von weniger als 0,001 Gew.-% kann zu einer schwachen Empfindlichkeit führen, während der Gehalt des Photosäureerzeugers von mehr als 40 Gew.-% zu einer übermäßig höheren Lichtabsorption durch den Resist führen kann, was zu einem verschlechterten Profil und zu einem geringeren Prozessspielraum, insbesondere einem geringeren Spielraum beim Brennen führt.
Wie oben beschrieben umfasst die Resistzusammensetzung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die erste Verbindung mit zwei oder mehr intramolekularen Adamantyl-Strukturen; das Basisharz; und den Photosäureerzeuger als der zweiten Verbindung, die durch Bestrahlung mit wirksamem Strahl wie einem ArF-Excimerlaserstrahl die Säure erzeugt.
Die die erste Verbindung enthaltende Resistzusammensetzung zeigt einen guten Widerstand gegenüber Trockenätzen.
Eine Verbindung mit nur einer Adamantyl-Struktur in einem Molekül zeigte einen ungenügenden Widerstand gegenüber Trockenätzen.
Wenn das Basisharz eine funktionelle Gruppe enthält, die durch die Wirkung einer vom Photosäureerzeuger erzeugten Säure alkali-löslich wird, wirkt die Resistzusammensetzung der vorliegenden Erfindung als Positivresist, wohingegen wenn das Basisharz eine funktionelle Gruppe enthält, die durch die Wirkung der Säure alkali-unlöslich wird, die Resistzusammensetzung der vorliegenden Erfindung als Negativresist wirkt.
Ein nicht-ionisches oberflächenaktives Mittel kann zu der Resistzusammensetzung der vorliegenden Erfindung hinzugefügt werden, um die Applikations- oder Entwicklungs-Eigenschaften der Resistzusammensetzung zu verbessern.
Beispiele des nicht-ionischen oberflächenaktiven Mittels schließen Polyoxyethylen-laryl-ether, Polyoxyethylen-stearylether, Polyoxyethylen-octylphenyl-ether, Polyexyethylennonylphenyl-ether, Polyethylenglykol-dilaurat, Polyethylenglykol-distearat, Polyoxyethylensorbitan-monostearat und Sorbitan-monolaurat ein.
Die Resistzusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst ferner ein Lösungsmittel zum Auflösen der ersten Verbindung, des Basisharzes und der zweiten Verbindung. Dabei kann das Lösungsmittel irgendein organisches Lösungsmittel sein, welches die Polymerverbindung als dem Basisharz und den Photosäureerzeuger als der zweiten Verbindung passend auflöst sowie es gestattet, dass die Resistlösung durch ein geeignetes Verfahren wie der Drehbeschichtung zum Bilden eines gleichförmig applizierten Films aufgebracht werden kann.
Beispiele des Lösungsmittels schließen Ethylenglycol-Monomethyl-ether, Ethylenglycol-monomethyl-etheracetat, Ethylenglycol-monoethyl-etheracetat, Ethylenglycol-monoisopropyl-ether, Diethyleneglycol-monomethyl-ether, Diethyleneglycoldimethyl-ether, Cyclohexanon, Cyclopentanon, 2-Heptanon, Propyleneglycol-monomethyl-ether, Propyleneglycol-monomethyl-etheracetat, Propyleneglycol-monomethyl-etherpropionat, Propyleneglycol-monoethyl-etheracetat, Methyl-3-methoxypropionat, Ethyl-3-ethoxypropionat, Methyl-β-Methoxyisobutyrat, Ethylbutyrat, Propylbutyrat, Methyl-isobutyl-keton, Ethylacetat, 2-Ethoxyethyl-acetate, Isoamylacetat, Methyllactat, Ethyllactat, Toluol, Xylol, Cyclohexylacetat, Diacetonalkohol, N-Methylpyrrolidon, N,N-Dimethylformamid, γ-Butyrolacton und N,N-Dimethylacetamid ein. Diese Lösungsmittel können allein oder in Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
Die Auswahl des obigen Lösungsmittels ist wichtig, weil es unterschiedliche Faktoren wie die Löslichkeit von jeder Komponente in der Resistzusammensetzung, die Applizierbarkeit auf das zu verarbeitende Substrat und die Aufbewahrungsstabilität beeinflusst. Der Gehalt an Luftfeuchtigkeit im obigen Lösungsmittel ist vorzugsweise so gering wie möglich, weil er die obigen Faktoren beeinflusst.
Nach dem Auflösen von jeder Komponente im obigen Lösungsmittel wird die Lösung durch ein Filter mit einer Porengröße von etwa 0,05 μm bis 0,2 μm filtriert, um eine Resistlösung (später beschrieben) bereitzustellen.
Ein Amin kann der Resistzusammensetzung der vorliegenden Erfindung zugesetzt werden, um die Resisteigenschaften wie die Auflösung, die Musterform und die Maskenlinearität zu verbessern, selbst wenn ein kurzwelliger, aktiver Strahl wie ein ArF-Excimerlaser als eine Bestrahlungslichtquelle verwendet wird.
Beispiele des Amins schließen aliphatische primäre Amine wie Nonylamin, Decylamin, Tridecylamin, Tetradecylamin und Pentadecylamin; aliphatische sekundäre Amine wie Diamylamin; aliphatische tertiäre Amine wie Tributylamin und Triamylamin; aromatische Amine wie Di(4-Methylbenzyl)amin, Diphenylamin und Tribenzylamin; und alizyklische Amine wie Hexamethylentetramin ein. Unter diesen sind aromatische Amine wie Diphenylamin und alizyklische Amine wie Hexamethylentetramin geeignet.
Das Amin ist vorzugsweise eine hochsiedende Verbindung mit einem Siedepunkt von 200 bis 350°C, vorzugsweise 210 bis 330°C bei 101,2 KPa, da das Verfahren den Schritt des Brennens des Substrats bei hoher Temperatur nach dem Bilden des Resistfilms auf dem zu verarbeitenden Substrat einschließt.
Das Molekulargewicht des Amins ist im allgemeinen 100 bis 240, vorzugsweise 120 bis 220, weiter bevorzugt 140 bis 200.
Ein übermäßig hohes Molekulargewicht führt im Allgemeinen zur Erhöhung des Schmelzpunkts, so dass das Amin während der Lagerung oder Entwicklung mit einer Alkali-Entwicklerlösung präzipitieren kann, wohingegen ein übermäßig geringes Molekulargewicht den Siedepunkt reduzieren kann.
Ein übermäßig hoher Siedepunkt geht im allgemeinen mit einem höheren Molekulargewicht und einer sperrigen Form einher, was zu einer unpassenden Diffusion im Resistfilm und deshalb zu einer schlechten Gestalt aufgrund des Einflusses einer unlöslichen Schicht auf der Resistfilmoberfläche führt, wohingegen ein Amin mit einem übermäßig geringen Siedepunkt bei der Brenntemperatur während der Bildung des Resistmusters verdampfen kann und deshalb unangemessen wirksam ist.
Die Resistzusammensetzung kann, falls erforderlich, weitere Komponenten wie einen Auflösungshemmer, ein oberflächenaktives Mittel, ein Pigment, ein Stabilisator, einen Applizierverbesserer und einen Farbstoff enthalten.
In der Resistzusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, den Gehalt von ein Metall einschließenden Metallverunreinigungen oder Verunreinigungen wie Chloridionen auf 100 ppb oder weniger zu reduzieren. Eine übermäßige Menge dieser Verunreinigungen kann unerwünschterweise eine Fehlfunktion, Defekte oder eine verminderte Ausbeute bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung verursachen.
Zweite Ausführungsform
Nun wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dieses Herstellungsverfahren ist ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung der Resistzusammensetzung gemäß der ersten Ausführungsform.
Zuerst wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung einer Resistzusammensetzung beschrieben, die die erste Verbindung, das Basisharz und die zweite Verbindung enthält (nachfolgend als die "erste Resistzusammensetzung" bezeichnet; siehe erste Ausführungsform).
Zuerst wird die erste Resistzusammensetzung auf ein zu verarbeitendes Substrat durch eine geeignete Technik wie der Rotierapplikation zum Bilden eines Resistfilms aufgebracht.
Das zu verarbeitende Substrat kann hier ein generell zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung verwendetes Substrat sein; zum Beispiel ein Siliziumsubstrat, ein Substrat einer Halbleiterverbindung, ein Glassubstrat wie ein Silikatglassubstrat (Qz) und ein nicht-magnetisches keramisches Substrat. Auf dem zu verarbeitenden Substrat können gewünschte Schichten wie eine Siliziumoxidschicht, eine Zwischenverbindungsmetallschicht, ein Zwischenschichtisolierfilm, ein magnetischer Film und ein Anti-Reflektionsfilm sowie eine Vielzahl von Zwischenverbindungen oder Schaltungen gebildet sein.
Die Dicke des auf dem Substrat gebildeten Resistfilms ist vorzugsweise etwa 0,01 bis 10 μm. Wenn der ArF-Excimerlaser als eine Bestrahlungslichtquelle verwendet wird, beträgt eine geeignete Resistfilmdicke etwa 0,1 bis 1,5 μm.
Als nächstes wird der auf dem Substrat gebildete Resistfilm vorgebrannt durch Erhitzen desselben bei einer Temperatur von etwa 60 bis 160°C, wo der Resistfilm nicht beschädigt wird, für etwa 30 bis 300 s (Vorbestrahlungsbrennen bzw. Vorbestrahlungserhitzen).
Eine niedrigere Vorbrenntemperatur und eine kürzere Dauer kann das Restlösungsmittel im Resistfilm erhöhen, was zu einer schlechten Adhäsion des Resistfilms führt, wohingegen eine höhere Vorbrenntemperatur und eine längere Dauer die thermische Zersetzung des Basisharzes und der zweiten Verbindung als Bestandteilen der ersten Resistzusammensetzung verursachen kann, was zu einer Thermohärtung des Resistfilms führt.
Dann wird der Resistfilm mit einem aktiven Strahl (Bestrahlungslicht) mit einer Wellenlänge von 150 bis 250 nm durch eine gegebene Maske bestrahlt.
Ein in einem Bestrahlungsschritt verwendetes Bestrahlungssystem kann zum Beispiel ein Ultraviolett-Bestrahlungssystem, ein Röntgenstrahl-Bestrahlungssystem, ein Elektronenstrahl-Bestrahlungssystem, ein KrF-Excimerlaser-Bestrahlungssystem, ein ArF-Laserexcimer-Bestrahlungssystem und ein Fz-Excimerlaser-Bestrahlungssystem sein. Bei einem Herstellungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform ist das obige ArF-Excimer-Bestrahlungssytem unter Verwendung eines ArF-Excimerlasers als einer Bestrahlungslichtquelle geeignet.
Als nächstes wird, wie bezüglich des Vorbrennens beschrieben, der Resistfilm nach der Bestrahlung durch Erhitzen desselben bei einer Temperatur von etwa 60 bis 160°C, vorzugsweise etwa 90 bis 150°C, nachgebrannt (Nachbestrahlungsbrennen (PEB) bzw. Nachbestrahlungserhitzen).
Dieses Nachbrennen führt zur Entfernung einer funktionellen Gruppe (Schutzgruppe) durch einen Säurekatalysator, während eine restliche stationäre Welle im Resistfilm und Diffusionsmittel wie der Photosäureerzeuger im Resistfilm beseitigt werden.
Als nächstes kann der Resistfilm entwickelt werden, um ein Resistmuster mit gutem Widerstand gegenüber Trockenätzen zu schaffen.
Die Entwicklerlösung kann eine wässrige alkalische Lösung sein, einschließlich anorganische Alkalis wie Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Natriumcarbonat, Natriumsilikat und Amoniumhydroxid; primäre Amine wie Ethylamin und n-Propylamin; sekundäre Amine wie Diethylamin und di-n-Butylamin, tertiäre Amine wie Triethylamin und Methyldiethylamin; Alkoholamine wie Dimethylethanolamin und Triethanolamin; quaternäre Ammoniumsalze wie Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH), Tetraethylammoniumhydroxid (TEAH), Trimethylhydroxymethylammoniumhydroxid, Triethylhydroxymethylammoniumhydroxid und Trimethylhydroxyethylammoniumhydroxid; und zyklische Amine wie Pyrrol, Piperidin, 1,8-Diazabicyclo-[5.4.0]-7-undecen und 1,5-Diazabicyclo[4.3.0]-5-nonan.
Die wässrige alkalische Lösung kann ferner eine geeignete Menge eines hydrophilen organischen Lösungsmittels wie Alkoholen und Ketonen, ein nicht-ionisches oder kationisches oberflächenaktives Mittel oder ein Antischäumungsmittel enthalten. Diese Additive können die Adhäsion gegenüber einem zu verarbeitenden Substrat verbessern, die Menge der Entwicklerlösung reduzieren oder Defekte aufgrund Schäumung während der Entwicklung reduzieren.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung einer Resistzusammensetzung beschrieben, die erhalten wurde durch Hinzufügen eines Amins (siehe die erste Ausführungsform) zur ersten Resistzusammensetzung (nachfolgend als die "zweite Resistzusammensetzung" bezeichnet).
Da ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung der zweiten Resistzusammensetzung im wesentlichen ähnlich ist zu dem unter Verwendung der ersten Resistzusammensetzung, wird das Verfahren kurz beschrieben, wobei auf die Unterschiede zwischen beiden konzentriert wird.
Ein Resistfilm mit einer Dicke von etwa 0,01 μm bis 2 μm wird zuerst auf einem zu verarbeitenden Substrat mittels der Aufbringung der zweiten Resistzusammensetzung auf dem Substrat gebildet.
Als nächstes wird der Resist bei einer Temperatur von 80 bis 190°C, vorzugsweise 100 bis 170°C, wo der Resist wohl nicht thermisch zersetzt wird, vor der Belichtung vorgebrannt.
Ferner wird der Resistfilm durch eine Maske mit Strahlungsstrahlen (aktivem Strahl) bestrahlt (diesem ausgesetzt), wie Ultraviolett-Strahlen, Fernultraviolett-Strahlen vom KrF- oder ArF-Excimerlaser, Vakuum-Ultraviolett-Strahlen, einem Elektronenstrahl, einem Röntgen- und Laser-Strahl, vorzugsweise bei Belichtungslicht aus einer Lichtquelle eines ArF-Excimerlasers.
Als nächstes wird der Resist nach der Bestrahlung bei etwa 70 bis 180°C nachgebrannt und dann unter Verwendung der obigen Entwicklerlösung entwickelt, um ein Resistmuster mit einem guten Widerstand gegenüber Trockenätzen zu schaffen.
Wie oben beschrieben umfasst das Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform die Schritte: Applizieren der ersten Resistzusammensetzung gemäß der ersten Ausführungsform auf das zu verarbeitende Substrat zum Bilden eines Resistfilms mit einer gegebenen Filmdicke; Vorbrennen des auf dem Substrat gebildeten Resistfilms; Bestrahlen des Resistfilms mit dem aktiven Strahl aus der Lichtquelle eines ArF-Excimerlasers durch die gegebene Maske nach dem Vorbrennen; Nachbrennen des Resistfilms; und Entwickeln des Resistfilms nach dem Nachbrennen. Somit wird auf dem Substrat ein Resistmuster mit gutem Widerstand gegenüber Trockenätzen gebildet.
Das Resistmuster, welches durch das Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung der zusätzlich ein Amin einschließenden, zweiten Resistzusammensetzung gebildet wurde, zeigte eine ausgezeichnete Auflösung, eine ausgezeichnete Musterform und eine ausgezeichnete Maskenlinearität.
Die Adhäsion des Resistfilms kann durch eine Wasserabstoßungsbehandlung des zu verarbeitenden Substrats vor der Bildung des Resistfilms verbessert werden. Ein verwendetes, geeignetes Wasserabstoßungsmittel kann zum Beispiel 1,1,1,3,3,3-Hexamethyldisilazan (HMDS) sein.
Dritte Ausführungsform
In der dritten Ausführungsform wird ein Verfahren zur Herstellung von 3,3'-Dicarbopropoxy-1,1'-biadamantan als einem Beispiel der in der obigen Resistzusammensetzung (siehe die erste Ausführungsform) enthaltenen ersten Verbindung beschrieben.
3,3'-Dihydroxy-1,1'-biadamantan (0,5 g/1,65 mMol) wurde in konzentrierter Schwefelsäure (5 ml) aufgelöst, und dann wurde langsam Ameisensäure (1 ml) tropfenweise bei 20°C zugegeben.
Nach Rühren für 2 Stunden wurde als nächstes die Reaktionslösung auf Eis gegossen, und das Präzipitat wurde mittels Filtrieren gesammelt.
Ferner wurde das Präzipitat in einer wässrigen Lösung von Natriumhydroxid aufgelöst, und die Lösung wurde dann zum Entfernen von unlöslichen Bestandteilen filtriert.
Als nächstes wurde das Filtrat wiederum stark azidisch gemacht durch Hinzufügen von Salzsäure, um Carboxylsäure zu präzipitieren, welches dann durch Filtration gesammelt und mit Wasser gewaschen wurde, bis das Waschwasser neutral wurde.
Dann wurde das Präzipitat mit Methanol gewaschen und unter Vakuum getrocknet.
Als nächstes wurde Thionylchlorid (10 ml) zu dem so erhaltenen 3,3'-Dicarboxy-1,1'-biadamantan zugegeben, und die Mischung wurde für 3 Stunden unter Rückfluss gehalten, um eine homogene Lösung zu liefern, und überschüssiges Thionylchlorid wurde unter vermindertem Druck abgedampft.
Als nächstes wurde zu dem Rest trockenes n-Propanol (10 ml) hinzugegeben, und die Mischung wurde für eine Stunde unter Rückfluss gehalten. Ferner wurde zu der Reaktion Methanol zugegeben, die Mischung wurde filtriert, und das Filtrat wurde konzentriert.
Dann wurde zu dem Rest Hexan zugegeben, unlösliche Bestandteile wurden durch Filtration entfernt, und das Filtrat wurde konzentriert.
Schließlich wurde zu dem Rest Aceton zugegeben, unlösliche Bestandteile wurden mittels Filtration entfernt, und das Filtrat wurde konzentriert, um 3,3'-Dicarbopropoxy-1,1'-biadamantan zu liefern.
Die Ausbeute von 3,3'-Dicarbopropoxy-1,1'-biadamantan als der ersten Verbindung, die durch das Herstellungsverfahren gemäß der dritten Ausführungsform hergestellt wurde, betrug 0,6 g und seine Reinheit bei der Gaschromatographie betrug 99,7 Prozent. Das Produkt, 3,3'-Dicarbopropoxy-1,1'-biadamantan, wurde mittels Gaschromatographie und NMR-Spektren identifiziert.
Vierte Ausführungsform
In der vierten Ausführungsform wird ein Verfahren zur Herstellung von 2-(2-Methyladamantyl)-2'-adamantylmethanhydroxid als einem Beispiel der in der Resistzusammensetzung (siehe die erste Ausführungsform) enthaltenen ersten Verbindung beschrieben.
In einen 200 ml Vierhalskolben, der mit einem mechanischen Rührer, einem Rückflußkondensator und einer Dean-Stark-Falle ausgerüstet war, wurden 41,5 g (250 mMol) 2-Methyl-2-Adamantanol, 5 g Schwefelsäure und 120 ml n-Heptan eingebracht. Die Mischung wurde in einem Ölbad erhitzt und unter Rückfluss des Lösungsmittels für 4 Stunden umgesetzt, während Wasser entfernt wurde.
Nach Abschluss der Reaktion wurde die Reaktionslösung in 100 g Wasser gegossen, und die Mischung wurde mit einer wässrigen Lösung von Natriumcarbonat neutralisiert. Ferner wurde das Produkt mit n-Heptan extrahiert, und die Ölphase wurde mit Wasser gewaschen.
Dann wurde n-Heptan mit einem Rotationsverdampfer entfernt, um ein Rohprodukt zu ergeben, welches dann mittels Silicagel-Säulenchromatographie gereinigt und rekristallisiert wurde.
Als nächstes wurden in einem 300 ml Autoklaven 15 g der rekristallisierten Verbindung, 150 ml n-Octanol und 3 g 5% Pd/C eingebracht. Die Mischung wurde unter 3 MPa Wasserstoff bei 200°C für 5 Stunden umgesetzt.
Ferner wurden 6 g der durch die Umsetzung erhaltenen Verbindung in einen Vierhalskolben eingebracht. Zu der durch einen Rührer gerührten Mischung wurden 25 g Brom tropfenweise aus einem Tropftrichter hinzugegeben, und die Mischung wurde bei 60°C für 4 Stunden umgesetzt.
Nach Abschluss der Reaktion wurde die Reaktionslösung abkühlen gelassen und in einen Kolben eingegossen, der 100 g Eis und 50 ml Tetrachlorkohlenstoff enthielt. Überschüssiges Brom wurde mit Natriumhydrogensulfid behandelt.
Als nächstes wurde, nachdem die Mischung mit Tetrachlorkohlenstoff behandelt und mit Wasser gewaschen war, das Lösungsmittel verdampft, um 12,2 g der Produktverbindung zu ergeben.
Als nächstes wurden in einen 100 ml Autoklaven die Verbindung, 50 ml Pyridin und 18 ml Wasser eingebracht. Dann wurde die Mischung bei 150°C für 6 Stunden umgesetzt.
Nach Abschluss der Reaktion wurde die Mischung mit Natriumcarbonat behandelt, um das durch die Umsetzung gebildete Pyridiniumsalz zu zersetzen.
Der durch die obige Behandlung zersetzte Feststoff wurde filtriert, das Lösungsmittel wurde verdampft, und Wasser wurde hinzugefügt, um ein Produkt zu liefern.
Schließlich wurde das Produkt mittels Silicagel-Säulenchromatographie gereinigt, um 2-(2-Methyladamantyl)-2'-adamantylmethanhydroxid zu ergeben.
Das so erhaltene Produkt, 2-(2-Methyladamantyl)-2'-adamantylmethanhydroxid, wurde mittels Gaschromatographie und NMR-Spektren identifiziert.
Fünfte Ausführungsform
Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform beschrieben.
In einem Lösungsmittel (siehe die erste Ausführungsform) wurden eine Resistzusammensetzung mit 20 Gewichtsteilen 3,3'-Dibrom-1,1'-biadamantan als der ersten Verbindung, 100 Gewichtsteile Polyisobonylmethacrylat/Methacrylsäure-Copolymer als dem Basisharz und 2 Gewichtsteile Triphenylsulfunioniumtrifluormethansulfonat als der zweiten Verbindung zum Herstellen einer Resistlösung aufgelöst (Feststoffgehalt 4 Gewichts-%).
Dann wurde die Resistlösung mittels Drehbeschichtung auf ein Siliziumsubstrat geschichtet, welches mit Hexamethylendisilazan bei 90°C für 180 s vorbehandelt worden war. Ferner wurde das Substrat bei 115°C für 60 s vorgebrannt, um einen Resistfilm mit einer Dicke von 0,5 μm zu bilden.
Hier wurde die Abhängigkeit der Durchlässigkeit des Resistfilms gegenüber einer Wellenlänge bestimmt unter Verwendung eines Ultraviolett/Sichtbarspektrometers, wobei sich das Ergebnis ergab, dass die Durchlässigkeit bei 193 nm, die die mittlere Wellenlänge des ArF-Excimerlasers war, 60% betrug. Es wurde bestätigt, dass ein unter Verwendung der Resistzusammensetzung gebildeter Resistfilm eine angemessene Transparenz als einem Einzelschichtresist zeigte.
Als nächste wurde der Resistfilm einer Musterung ausgesetzt mit einer "Linie-und-Raum"-Größe (engl.: Line-and-Space) von 0,15 μm unter Verwendung eines ArF-Excimerlaser-Belichtungssystems (NA = 0,6, σ = 0,75) bei einer Belichtung von 15 mJ/cm².
Nach der Bestrahlung wurde der Resistfilm bei 115°C für 60 s nachgebrannt.
Dann wurde der Film mit einer 2,38%-igen wässrigen Lösung von Tetramethylammoniumhydroxid für 60 s entwickelt und mit reinem Wasser gespült, um ein Resistmuster zu ergeben.
Durch Prüfung des Resistmusters mit einem Rasterelektronmikroskop wurde bestätigt, dass das Resistmuster einen rechteckigen Querschnitt aufwies. Folglich konnte bestätigt werden, dass die Resistzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung eine ziemlich ausgezeichnete Auflösung aufwies.
Als nächstes wurde das Substrat, auf dem das Resistmuster gebildet wurde, in ein Ätzsystem vom Typ einer Parallelplatte eingebracht und einem Trockenätzen unterzogen unter den folgenden Bedingungen: C₂F₆-Flußrate: 50 Norm-ccm³, O₂-Flußrate: 15 Norm-cm³, Druck: 5 mTorr, Leistung der oberen Elektrode 200 W, Leistung der unteren Elektrode: 5 W, und Substrattemperatur: –10°C.
Es wurde eine Filmreduktion des Resistmusters durch das Trockenätzen ermittelt.
Als Ergebnis war die Filmreduktion des Resistmusters durch das Trockenätzen um 27% oder mehr reduziert im Vergleich zu einem Resistmuster, welches unter Verwendung einer herkömmlichen Resistzusammensetzung ohne 3,3'-Dibrom-1,1'-biadamantan gebildet war.
Im Verfahren der Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform wurde der Resistfilm unter Verwendung der Resistzusammensetzung, die 3,3'-Dibrom-1,1'-biadamantan als die erste Verbindung enthielt, gebildet, und der Resistfilm wurde zum Bilden des Resistmusters gegenüber einem ArF-Excimerlaserstrahl ausgesetzt. Ferner wurde unter Verwendung des Resistmusters als Maske ein Trockenätzen ausgeführt, und die Filmreduktion beim Resistmuster durch das Ätzen wurde ermittelt.
Gemäß dem Herstellungsverfahren besaß der aus der Resistzusammensetzung erhaltene Resistfilm eine ausgezeichnete Durchlässigkeit gegenüber dem ArF-Excimerlaser und zeigte als ein Einzelschichtresist eine passende Transparenz.
Außerdem kann die Filmreduktion des Resistmusters durch das Ätzen um 27% oder mehr reduziert werden im Vergleich zu einem herkömmlichen Resistmuster, welches unter Verwendung einer Resistzusammensetzung ohne 3,3'-Dibrom-1,1'-biadamantan als der ersten Verbindung gebildet wurde.
Folglich kann das Verfahren einen Resistfilm bereitstellen, der eine ausgezeichnete Durchlässigkeit gegenüber einem ArF-Excimerlaserstrahl zeigt, und ein Resistmuster mit einem ziem lich ausgezeichneten Widerstand gegenüber Trockenätzen liefern. Es erlaubt das Ausführen eines stabilen Trockenätzens mit einer Minimierung der Reduktion des Resistfilms und der Variation der Linienbreite, was zu einer verbesserten Leistungsfähigkeit der Vorrichtung bei einer Halbleitervorrichtung führt.
Das 3,3'-Dibrom-1,1'-biadamantan (20 Gewichtsteile) als der in der Resistzusammensetzung enthaltenen ersten Verbindung kann hier durch 3,3'-Dicarboxymethyl-1,1'-biadamantan (20 Gewichtsteile) ersetzt werden. In diesem Fall konnte eine Filmreduktion des Resistmusters mittels Ätzen um 10% oder mehr reduziert werden im Vergleich zu einem Resistmuster, welches unter Verwendung einer herkömmlichen Resistzusammensetzung ohne 3,3'-Dicarboxymethyl-1,1'-biadamantan (oder 3,3'-Dibrom-1,1'-biadamantan) als der ersten Verbindung gebildet wurde. Es wurde gefunden, dass das Resistmuster einen rechteckigen Querschnitt besaß, was zeigte, dass die Resistzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung eine ziemlich ausgezeichnete Auflösung lieferte.
Anstelle des Ätzsystems vom Typ der Parallelplatte kann ein Reaktivion-Ätzsystem unter Verwendung eines CF₄-O₂-Gassystems verwendet werden. In diesem Fall kann die Filmreduktion des Resistmusters mittels Ätzen um 15% oder mehr reduziert werden im Vergleich zu einem Resistmuster, welches unter Verwendung einer herkömmlichen Resistzusammensetzung ohne 3,3'-Dibrom-1,1'-biadamantan gebildet wurde.
Anstelle des Ätzsystems vom Typ der Parallelplatte kann ein ECR-Plasmaätzsystem unter Verwendung eines CF₄-CHF₃-Ar-Gassystems verwendet werden. In diesem Fall kann die Filmreduktion des Resistmusters durch Ätzen um 10% oder mehr reduziert werden im Vergleich zu einem Resistmuster, welches unter Verwendung einer herkömmlichen Resistzusammensetzung ohne 3,3'-Dibrom-1,1'-biadamantan gebildet wurde.
Das Bestrahlungssystem kann anstelle des ArF-Excimerlaser-Bestrahlungssystems ein KrF-Excimerlaser-Belichtungssystem sein. Ferner kann anstelle des 0,15 μm Linien-und-Raum-Musters das Bestrahlungsmuster ein 0,18 μm Linien-und-Raum-Muster sein.
Unter diesen Bedingungen besaß das Resistmuster einen rechteckigen Querschnitt, eine gute Auflösung ergebend. Die Filmreduktion mittels Ätzen kann um 27% oder mehr reduziert werden als bei einem herkömmlichen Resistmaterial ohne 3,3'-Dibrom-1,1'-biadamantan.
Sechste Ausführungsform
Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform beschrieben.
Im Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform variierte die Menge des 3,3'-Dibrom-1,1'-biadamantans (der ersten Verbindung) in der in der fünften Ausführungsform verwendeten Resistzusammensetzung von 0, 10, 20 bis 30 Gewichtsteilen, und für jede Zusammensetzung wurde ein Resistmuster gebildet, und ein Trockenätzen wurde wie in der fünften Ausführungsform beschrieben ausgeführt.
Für jede Resistzusammensetzung wurde die Filmreduktion des Resistmusters mittels Trockenätzen, d. h. eine Ätzrate des Resistfilms, ermittelt.
Die Ergebnisse sind in 1 gezeigt. Das heißt, 1 zeigt jede Ätzrate eines Resistfilms beim Verändern des Zusammensetzungsverhältnisses des 3,3'-Dibrom-1,1'-biadamantans (als erste Verbindung wirkend) in der Resistzusammensetzung.
Wie in 1 gezeigt vermag eine Erhöhung des Zusammensetzungsverhältnisses des 3,3'-Dibrom-1,1'-biadamantans (der ersten Verbindung) in der Resistzusammensetzung die Ätzrate gegenüber einem Resistfilm zu reduzieren, der unter Verwendung der obigen Resistzusammensetzung gebildet wurde.
Wie oben beschrieben wurde in der sechsten Ausführungsform das Zusammensetzungsverhältnis von 3,3'-Dibrom-1,1'-biadamantan als der in der Resistzusammensetzung enthaltenen ersten Verbindung verändert, und für jeden Resistfilm wurde die Ätzrate ermittelt.
Somit vermag die Erhöhung des Zusammensetzungsverhältnisses des 3,3'-Dibrom-1,1'-biadamantans als der ersten Verbindung die Ätzrate des Resistfilms, d. h. die Filmreduktion des Resistfilms, zu reduzieren. Es vermag deshalb ein stabileres Trockenätzen ausführen zu lassen mit einer minimierten Resistreduktion und einer geringeren Variation in der Linienbreite.
Die Menge des 3,3'-Dibrom-1,1'-biadamantans kann zum Steuern der Ätzrate bei einem Resistfilm eingestellt werden. Das Zusammensetzungsverhältnis der ersten Verbindung in der Resistzusammensetzung kann deshalb verändert werden, um ein für die Trockenätzbedingungen geeignetes Resistmuster zu bilden.
Siebte Ausführungsform
Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform beschrieben.
In einem Lösungsmittel (siehe die erste Ausführungsform) wurden eine Resistzusammensetzung aufgelöst, die 20 Gewichtsteilen 2-(2-Methyladamantyl)-2'-adamantylmetanhydroxid als die erste Verbindung, 100 Gewichtsteile Polyisobornylmethacrylat/Methacrylsäure-Copolymer als dem Basisharz und 2 Gewichtsteilen Triphenylsulfunionium-trifluormethansulfonat als der zweiten Verbindung enthielt, um eine Resistlösung herzustellen (Feststoffgehalt 4 Gewichts-%).
Dann wurde die Resistlösung auf ein Siliziumsubstrat drehbeschichtet, welches bei 90°C für 180 s mit Hexamethylendisilazan vorbehandelt worden war. Ferner wurde das Siliziumsubstrat bei 115°C für 60 s vorgebrannt, um einen Resistfilm mit einer Dicke von 0,5 μm zu bilden.
Als nächste wurde der Resistfilm einer Musterung ausgesetzt mit einem "Linien-und-Raum"-Wert von 0,14 μm unter Verwendung eines ArF-Excimerlaser-Bestrahlungssystems (NA = 0,6, σ = 0,75) bei einer Bestrahlung von 15 mJ/cm².
Nach der Bestrahlung wurde der Resistfilm bei 115°C für 60 s nachgebrannt.
Dann wurde der Film mit einer 2,38%-igen wässrigen Lösung von Tetramethylammoniumhydroxid für 60 s entwickelt und mit reinem Wasser gespült, um ein Resistmuster zu ergeben.
Durch Prüfung des Resistmusters mit einem Rasterelektronmikroskop wurde bestätigt, dass das Resistmuster einen rechteckigen Querschnitt aufwies. Folglich konnte bestätigt werden, dass die Resistzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung eine ziemlich ausgezeichnete Auflösung ergab.
Als nächstes wurde das Substrat, auf dem das Resistmuster gebildet war, in ein Ätzsystem vom Typ einer Parallelplatte eingebracht und einem Trockenätzen unter den folgenden Bedingungen unterzogen: C₂F₆-Flußrate: 50 Norm-cm³, O₂-Flußrate: 15 Norm-cm³, Druck: 5 mTorr, Leistung der oberen Elektrode: 200 W, Leistung der unteren Elektrode: 5 W, und Substrattemperatur: –10°C.
Die Filmreduktion des Resistmusters durch Trockenätzen wurde ermittelt.
Als Ergebnis war die Filmreduktion des Resistmusters mittels Trockenätzen um 27% oder mehr reduziert im Vergleich zu einem Resistmuster, welches unter Verwendung einer herkömmlichen Resistzusammensetzung ohne 2-(2-Methyladamantyl)-2'-adamantylmetanhydroxid gebildet wurde.
2-(2-Methyadamantyl)-2'-adamantylmetanhydroxid (20 Gewichtsteile) als der in der Resistzusammensetzung enthaltenen, ersten Verbindung wurde hier mit 3,3'-Dicarboxy(1-propyl)-1,1'-biadamantan (20 Gewichtsteile) ersetzt.
Wie im obigen Herstellungsverfahren beschrieben, wurde ein Resistmuster gebildet, und ein Trockenätzen wurde unter Verwendung des Resistmusters als Maske ausgeführt. Die Filmreduktion des Resistfilms mittels Trockenätzen wurde ermittelt.
Als Ergebnis war die Filmreduktion des Resistmusters durch Ätzen um 10% oder mehr reduziert im Vergleich zu einem Resistmuster, welches unter Verwendung einer herkömmlichen Resistzusammensetzung ohne 3,3'-Dicarboxy(1-propyl)-1,1'-biadamantan oder 2-(2-Methyladamantyl)-2'-adamantylmethanhydroxid als der ersten Verbindung gebildet wurde.
Durch Prüfung des Resistmusters vor dem Ätzen mit einem Rasterelektronenmikroskop wurde bestätigt, dass das Resistmuster einen rechteckigen Querschnitt besaß. Folglich konnte bestätigt werden, dass die Resistzusammensetzung der vorliegenden Erfindung eine ziemlich ausgezeichnete Auflösung lieferte.
Wie oben beschrieben wurde im Herstellungsverfahren zu einer Halbleitervorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform eine Resistzusammensetzung, die 2-(2-Methyadamantyl)-2'-adamantylmethanhydroxid als die erste Verbindung enthielt, zum Bilden eines Resistmusters verwendet, welches dann als Maske zum Trockenätzen verwendet wurde.
Gemäß dem obigen Herstellungsverfahren kann eine Filmreduktion des Resistmusters durch Ätzen um 10% oder mehr reduziert werden im Vergleich zu einem herkömmlichen Resistmuster, welches unter Verwendung einer Resistzusammensetzung ohne 2-(2-Methyadamantyl)-2'-adamantylmethanhydroxid als der ersten Verbindung gebildet wurde.
Bei der Verwendung von 3,3'-Dicarboxy(1-Propyl)-1,1'-biadamantan als der in der Resistzusammensetzung enthaltenen, ersten Verbindung kann die Filmreduktion mittels Ätzen um 10% oder mehr reduziert werden.
Folglich kann dieses Verfahren ein Resistmuster mit einem ziemlich ausgefallenen Widerstand gegenüber Trockenätzen liefern, was die Ausführung eines stabilen Trockenätzens mit einer geringeren Filmreduktion und einer geringeren Linienbreiteveränderung gestattet.
Beim repräsentativen Ausführen auf die oben beschriebene Weise liefert diese Erfindung die folgenden Hauptwirkungen:
Da die Resistzusammensetzung mindestens eine Art der ersten Verbindung umfasst, die zwei intramolekulare Adamatylstrukturen wie durch die chemische Formel im Anspruch 1 wiedergegeben aufweist, kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Resistzusammensetzung mit einem ausgezeichneten Widerstand gegenüber Trockenätzen und eine Resistzusammensetzung mit guter Durch lässigkeit gegenüber einem ArF-Excimerlaserstrahl als einem wirksamen Strahl liefern.
Die Resistzusammensetzung kann ferner ein nicht-ionisches oberflächenaktives Mittel zum Verbessern ihrer Applikations- und Entwicklereigenschaften umfassen.
Die Resistzusammensetzung kann ferner ein Amin zum Verbessern der Auflösung, der Resistmusterform und der Maskenlinearität umfassen.
Ein Resistfilm, der unter Verwendung einer Resistzusammensetzung gebildet wurde, die mindestens eine Art der ersten Verbindung mit zwei intramolekularen Adamantylstrukturen wie durch die in Anspruch 1 definierte chemische Formel 1 wiedergegeben enthält, zeigt eine gute Durchlässigkeit gegenüber einem ArF-Excimerlaserstrahl.
Ein Resistmuster, welches unter Verwendung einer Resistzusammensetzung gebildet wurde, die mindestens eine Art der ersten Verbindung mit zwei intramolekularen Adamantylstrukturen wie durch die im Anspruch 1 definierte chemische Formel 1 wiedergegeben umfasst, zeigt einen guten Widerstand gegenüber Trockenätzen.
Somit kann eine Filmdickenreduktion und eine Linienbreitenvariation des Resistmusters durch das Trockenätzen vermindert werden, was zu einem stabilen Trockenätzen führt.

Claims

Resistzusammensetzung, umfassend: mindestens eine Art einer ersten Verbindung mit zwei intramolekularen Adamantylstrukturen, wie durch die chemische Formel I unten wiedergegeben ein Basisharz; und eine zweite Verbindung, die durch eine Bestrahlung mit aktivem Strahl eine Säure erzeugt; [Chemische Formel 1]
worin X -(OCO)_m-(CH₂)_n-(COO)_m- ist, wobei m = 0 oder 1 und n = 0, 1, 2 oder 3, mit der Maßgabe, dass wenn n = 0, m = 0; und Y und Z H, OH, F, Cl, Br, R oder COOR sind, wobei Y gleich Z sein kann, oder Y und Z in eine einzelne Adamantylstruktur eingeführt sein können, und R eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen angibt.
Resistzusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei die erste Verbindung ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus: 3,3-Dibrom-1,1'-biadamantan, di(1-Adarnantyl)bernsteinsäure, di(1-Adamantyl)malonsäure, 3,3'-di(Carboxymethyl)-1,1-biadamantan, 3,3'-di(Carboxyethyl)-1,1-biadamantan, 3,3'-di(Carboxy-n-propyl)-1,1-biadamantan, 3,3'-di(Carboxy-n-butyl)-1,1-biadamantan, 3,3'-di(Carboxy-tert-butyl)-1,1-biadamantan, 3,3'-di(Carboxy-n-hexyl)-1,1-biadamantan, 3,3'-di(Carboxy-n-octyl)-1,1-biadamantan und 2-(2-Methyladamantyl)-2'-adamantylmethan-hydroxid.
Resistzusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Gehalt der ersten Verbindung 1 bis 50 Gew.-% beträgt.
Resistzusammensetzung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Basisharz mindestens ein Bestandteil der Gruppe ist, die aus Poly(Acrylsäure)-Polymeren, Poly(Methacrylsäure)-Polymeren, Poly(Acrylat-Acrylsäure)-Copolymeren und Poly(Methacrylat-Methacrylsäure)-Copolymeren besteht.
Resistzusammensetzung gemäß Anspruch 4, wobei das Basisharz eine funktionelle Gruppe enthält, die durch die Wirkung der aus der zweiten Verbindung erzeugten Säure alkali-löslich wird.
Resistzusammensetzung gemäß Anspruch 4, wobei das Basisharz eine funktionelle Gruppe enthält, die durch die Wirkung der durch die zweite Verbindung erzeugten Säure alkali-unlöslich wird.
Reistzusammensetzung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 und 4 bis 6, wobei das Basisharz ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 2.000 bis 100.000 besitzt.
Resistzusammensetzung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 und 4 bis 7, wobei der Gehalt des Basisharzes 50 bis 95 Gew.-% beträgt.
Resistzusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Verbindung mindestens ein Bestandteil der Gruppe ist, die aus Triphenilsulfoniumsalz-Derivaten, Oniumsalzen, Diazodisulfonen, Diazoketosulfonen, Iminosulfonaten, Disulfonen, Polymer verbindungen, in die in ihre Haupt- oder Seitenkette eine Gruppe eingeführt ist, die mittels Photobestrahlung eine Säure erzeugt, aliphatischen Alkylsulfoniumsalzen mit einer 2-Oxocyclohexylgruppe und N-Hydroxysuccinimid-Sulfonaten besteht.
Resistzusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder 9, wobei der Gehalt der zweiten Verbindung 0,001 bis 30 Gew.-% beträgt.
Resistzusammensetzung gemäß Anspruch 1, ferner mit mindestens einem der folgenden Bestandteile: einem Lösungsmittel, welches die erste Verbindung, die zweite Verbindung und das Basisharz auflöst; ein nicht-ionische oberflächenaktives Mittel; und ein Amin.
Resistzusammensetzung gemäß Anspruch 11, wobei das Lösungsmittel mindestens ein Bestandteil der Gruppe ist, die besteht aus: Ethylenglycol-monomethyl-ether, Ethylenglycolmonomethyl-etheracetat, Ethylenglycol-monoethyl-etheracetat, Ethylenglycol-monoisopropyl-ether, Diethyleneglycolmonomethyl-ether, Diethyleneglycol-dimethyl-ether, Cyclohexanon, Cyclopentanon, 2-Heptanon, Propyleneglycol-monomethyl-ether, Propyleneglycol-monomethyl-etheracetat, Propyleneglycol-monomethyl-etherpropionat, Propyleneglycol-monoethyl-etheracetat, Methyl-3-methoxypropionat, Ethyl-3-ethoxypropionat, Methyl-β-methoxyisobutyrat, Ethylbutyrat, Propylbutyrat, Methyl-isobutyl-keton, Ethylacetat, 2-Ethoxyethyl-acetate, Isoamylacetat, Methyllactat, Ethyllactat, Toluol, Xylol, Cyclohexylacetat, Diacetonalkohol, N-Methylpyrrolidon, N,N-Dimethylformamid, γ-Butyrolacton and N,N-Dimethylacetamid.
Resistzusammensetzung gemäß Anspruch 11, wobei das nicht-ionische oberflächenaktive Mittel ausgewählt ist aus der aus Polyoxyethylenlaurylether, Polyoxyethylenstearylether, Polyoxyethylen-octylphenyl-ether, Polyoxyethylen-nonylphenyl-ether, Polyethylenglycol-dilaurat, Polyethylenglycol-distearat, Polyoxyethylensorbitan-monostearate und Sorbitanmonolaurat bestehenden Gruppe.
Resistzusammensetzung gemäß Anspruch 11, wobei das Amin ausgewählt ist aus der aus Nonylamin, Decylamin, Tridecylamin, Teradecylamin, Pentadecylamin, Diamylamin, Tributylamin, Triamylamin, di(4-Methylbenzyl)amin, Diphenylamin, Tribenzylamin und Hexamethylentetramin bestehenden Gruppe.
Resistzusammensetzung Gemäß Anspruch 11 oder 14, wobei das Amin einen Siedepunkt von 200 bis 350°C bei 101,2 KPa aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, umfassend: einen Applikationsschritt zum Bilden eines Resistfilms mittels Applizieren der Resistzusammensetzung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15 auf ein Substrat; einen Vorbestrahlungs-Erhitzungsschritt des Erhitzens des Resistfilms, der im Applikationsschritt gebildet wurde; einen Bestrahlungsschritt des Exponierens des Resistfilms mittels Bestrahlen des Resistfilms mit einem aktiven Strahl über eine gegebene Maske nach dem Vorbestrahlungs-Erhitzungsschritt, wobei der aktive Strahl eine Wellenlänge von 150 bis 250 nm aufweist; einen Nachbestrahlungs-Erhitzungsschritt des Erhitzens des Resistfilms nach dem Bestrahlungsschritt; und einen Entwicklungsschritt des Bildens eines Resistmusters mittels Entwickeln des Resists.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 16, ferner mit einem Ätzschritt des Ausführens eines Trockenätzens mit dem Resistmuster als einer Maske.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei in dem Bestrahlungsschritt der Resistfilm mit einem ArF-Excimerlaserstrahl als aktivem Strahl exponiert wird.