DE60101953T2

DE60101953T2 - Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtung und Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen

Info

Publication number: DE60101953T2
Application number: DE60101953T
Authority: DE
Inventors: Minoru Totsuka-ku Toriumi
Original assignee: Semiconductor Leading Edge Technologies Inc
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2001-02-08
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2021-11-20
Also published as: KR20020066172A; EP1231512B1; JP3509760B2; DE60101953D1; JP2002236370A; EP1231512A1; US20040059033A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Lithografietechnik, die im Herstellungsprozeß von Halbleitervorrichtungen verwendet wird, und speziell auf die Haftung zwischen einer Antireflexionsbeschichtung und einem Resistfilm.
Beschreibung des Stands der Technik
Beim Herstellungsprozeß von Halbleitervorrichtungen wird die Lithografietechnik verwendet, um ein Resistmuster auf einem Halbleitersubstrat wie z. B. einem Siliciumwafer zu bilden.
Die Lithografietechnik wird nun nachfolgend beschrieben.
Zuerst wird ein Resistfilm (eine Resistschicht) auf einem Halbleitersubstrat als einem zu prozessierenden Substrat gebildet. Spezieller wird eine organische Schicht mit Löslichkeit gegenüber einer alkalischen Lösung gebildet, deren durch aktive Strahlen wie Ultraviolettstrahlen bestrahlte Fläche sich verändert.
Als nächstes werden aktive Strahlen wie Ultraviolettstrahlen, Strahlen des fernen Ultravioletts, Excimer-Laserstrahlen, Röntgenstrahlen und Elektronenstrahlen selektiv auf dem oben beschriebenen Resistfilm durch eine Maske (Zwischenmaske) eingestrahlt, auf der ein gewünschtes Muster gebildet worden war.
Schließlich wird der Resistfilm zum Bilden eines Resistmusters entwickelt. Genauer wird der Resistfilm entwickelt unter Verwendung einer alkalischen Lösung, um die Fläche, welche eine höhere Löslichkeit gegenüber dieser alkalischen Lösung aufweist (die im Fall eines Positivresists exponierte Fläche), zu entfernen unter Zurücklassen der Fläche, welche eine geringere Löslichkeit aufweist. Dadurch wird ein Resistmuster auf dem Halbleitersubstrat gebildet.
Als nächstes wird die Fläche, auf der das Resistmuster nicht gebildet worden war, d. h. die exponierte Oberfläche des Substrats oder des zu prozessierenden Films, einem Ätzen unterworfen.
Dann wird das Resistmuster durch Plasmaveraschung und eine chemischen Lösung oder dergleichen entfernt. Dadurch werden Vorrichtungsmuster, die für unterschiedliche Verdrahtungen, Elektroden und dergleichen erforderlich sind, gebildet.
Die gegenwärtig zur Massenproduktion verwendete Lithografietechnik ist eine Fotolithografietechnik unter Verwendung von z. B. KrF- oder ArF-Eximer-Laserstrahlen. Durch Wiederholen der Musterung unter Verwendung der Fotolithografietechnik werden eine große Anzahl von Halbleitervorrichtungen (Halbleiterbauelementen) auf einem Halbleitersubstrat hergestellt.
Als Resists, die in der Fotolithografietechnik verwendet werden, werden ebenfalls Negativresists, deren durch aktive Strahlen bestrahlte Flächen bei der Entwicklung unlöslich werden, sowie Positivresists, deren durch aktive Strahlen bestrahlte Flächen bei der Entwicklung aufgelöst und entfernt werden, eingeschlossen, die geeigneterweise gemäß dem Zweck der Verwendung ausgewählt werden.
Bei der Musterbildung unter Verwendung der Fotolithografietechnik ist es jedoch bekannt gewesen, daß eine Mehrfachinterferenz von Bestrahlungslicht (aktiven Strahlen) im Resistfilm auftritt, und daß die Breite der Resistmusterbildung sich im Zuge der Veränderung der Dicke des Resistfilms verändert.
Diese Mehrfachinterferenz wird durch Interferenz von Bestrahlungslicht, welches auf den Resistfilm einfällt, mit dem vom Substrat reflektierten Licht verursacht, was die Bestrahlungsintensität in bezug auf die Dickenrichtung des Resistfilms ungleich macht. Ferner beeinträchtigt diese Mehrfachinterferenz die Breite des nach der Entwicklung erhaltenen Resistmusters, was zur verminderten Dimensionsgenauigkeit des Resistmusters führt.
Dies ist besonders signifikant, wenn ein Feinresistmuster auf einem Substrat gebildet wird, welches Unterschiede im Höhenniveau aufweist. Spezieller wird die Dicke des Resistfilms aufgrund des Unterschieds im Höhenniveau ungleich, wenn ein Resist auf einem Substrat aufgebracht wird, welches Unterschiede im Höhenniveau aufweist, und es tritt eine Mehrfachintereferenz des Bestrahlungslichts auf. Dies verringert die Dimensionsgenauigkeit des Resistmusters, und ein Muster mit hoher Auflösung kann nicht gebildet werden.
Deshalb gab es einen Bedarf für die Entwicklung von Techniken zum Bilden von Feinmusterungen von hoher Dimensionsgenauigkeit selbst auf einem Substrat, welches Unterschiede im Höhenniveau aufweist.
Als ein Mittel zum Verringern der Interferenz von Licht schlägt das US-Patent Nr. 4,910,122 ein Verfahren zum Bilden einer Antireflexionsbeschichtung (ARC) auf einem zu prozessierenden Substrat vor.
Die EP-A-0 583 918 offenbart eine Antireflexionsbeschichtung, die aus einem Fluor enthaltenen Polymer in einem Lösungsmittel gefertigt wurde.
Die US-A-5 728 508 offenbart ein Verfahren zum Bilden einer Fotoresistschicht auf einem Substrat und dann zum Bilden eines filmbildenden Antireflexions-Materials, welches ein fluoriniertes Harz ist, auf der Fotoresistschicht.
Die US-A-5 443 941 offenbart einen Fotolithografieprozeß, wobei ein Fluorkohlenstoffharz in einem Plasmareaktor auf einem Substrat gebildet wird.
Die Antireflexionsbeschichtung ist ein gleichförmiger Dünnfilm, der unter dem Fotoresistfilm als eine fotoempfindliche Schicht eingeführt wird, und enthält einen lichtabsorbierenden Farbstoff. Die Antireflexionsbeschichtung absorbiert das vom Substrat reflektierte Licht und erleichtert die Bildung von feinen fotoempfindlichen Filmmustern (Resistmuster) bei hoher Dimensionsgenauigkeit. Viele Arten von Antireflexionsbeschichtungen sind auf dem Mark verfügbar.
In den vergangenen Jahren wurde im Zuge der Verringerung der Größe der Vorrichtungsmuster die Wellenlänge des bei der Fotolithografietechnik verwendeten Lichts kürzer. Speziell ist die Lithografietechnik unter Verwendung eines F₂-Excimer-Lasers einer Wellenlänge von 157 nm als Lichtquelle aktiv untersucht worden.
Da gewöhnliche Substanzen viel Licht mit Vakuum-Ultraviolettwellenlängen, die so kurz wie 157 nm sind, absorbieren, gab es jedoch ein Problem, daß herkömmliche Fotoresistmaterialien nicht verwendet werden können.
Um dieses Problem zu lösen, wird eine Fotoresistzusammensetzung, die ein Fluorkohlenstoffharz mit hoher Lichtdurchlässigkeit gegenüber einer Lichtquelle von kurzen Wellenlängen enthält (nachfolgend als "Fluorkohlenstoffharz-basierter Resist" bezeichnet), vorgeschlagen.
Der Fluorkohlenstoffharz-basierte Resist hat jedoch ein Problem schlechter Haftung gegenüber gewöhnlichen Antireflexionsbeschichtungen. Mit gewöhnlichen Antireflexionsbeschichtungen sind hier Phenolharz-basierte Antireflexionsbeschichtungen oder dergleichen gemeint.
Deshalb gibt es ein Problem, daß der Fluorkohlenstoffharz-basierte Resist nicht auf die Antireflexionsbeschichtung appliziert werden kann.
Es gibt auch ein weiteres Problem, daß der Fluorkohlenstoffharz-basierte Resist sich während der Entwicklung von der Antireflexionsbeschichtung ablöst.
Deshalb kann der Fluorkohlenstoffharz-basierte Resist nicht mit guter Haftung auf der Antireflexionsbeschichtung gebildet werden. Somit gibt es ein Problem, daß der Fluorkohlenstoffharz-basierte Resist nicht bei der Lithografietechnik unter Verwendung des F₂-Excimer-Lasers als der Lichtquelle verwendet werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die zuvor erwähnten Probleme zu lösen, und eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue und nützliche Zusammensetzung zum Bilden einer Antireflexionsbeschichtung bereitzustellen und ein neues und nützliches Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung bereitzustellen.
Eine spezielle Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen bereitzustellen, die sich durch Haftung gegenüber Fluorkohlenstoffharz-basierten Resists auszeichnen, und ist es, feine Resistmusterungen durch Anwenden eines Fluorkohlenstoffharz-basierten Resists auf die Fotolithografietechnik zu bilden.
Die obige Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch eine Verwendung, wie im Anspruch 1 definiert, und durch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung wie im Anspruch 7 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.
Andere Aufgaben und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beim Lesen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen deutlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1A bis 1C sind Querschnittansichten zum Beschreiben eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
2A bis 2E sind Querschnittansichten zum Beschreiben eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachfolgend werden Prinzipien und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Elemente und Schritte, die einigen der Zeichnungen gemeinsam sind, sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen, und wiederholende Beschreibungen davon mögen weggelassen werden.
Erste Ausführungsform
Eine Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen, die gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird unten beschrieben.
Die Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen, die gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird, umfaßt ein Polymer, welches Fluor enthält, sowie ein Lösungsmittel, welches das Polymer auflöst.
Zuerst wird das Polymer, welches Fluor enthält, beschrieben.
Das Polymer enthält mindestens eines unter Fluorkohlenstoffharzen, Fluor enthaltenden Polyimiden, Fluor enthaltenden Acrylpolymeren sowie Polymeren, die Fluor enthalten und eine alizyklische Struktur aufweisen. Die Verfahren zur Herstellung des Polymers sind Verfahren, die der Öffentlichkeit bekannt sind oder den Fachleuten bekannt sind.
Die Fluorkohlenstoffharze werden hier durch Homopolymerisierung oder Copolymerisierung von Monomeren, die Fluor enthalten, gebildet.
Die Fluor enthaltenden Monomere schließen Fluorolefine und Fluorvinylether ein. Speziell sind bevorzugte Monomere Tetrafluorethylen, Trifluorethylen, Hexafluorpropylen, Perfluoralkylvinylether (z. B. Perfluormethylvinylether und Perfluorpropylvinylether) und Perfluorvinylether. Ferner sind auch Perfluorvinylether mit funktionellen Gruppen wie einer Carboxylgruppe (-COOH-Gruppe) und einer Sulfonsäuregruppe (-SO₂OH-Gruppe) bevorzugte Monomere.
Ferner schließen die Beispiele von bevorzugten Monomeren Vinylidenfluorid, Vinylfluorid und Chlorfluorolefine wie Chlortrifluorethylen ein.
Solche Monomere sind allein oder in Kombination polymerisiert. Ferner können die Monomere mit anderen Monomeren copolymerisiert sein, es sei denn, die Natur solcher Monomere geht verloren. Die anderen, zu copolymerisierenden Monomere sind hier nicht auf spezielle Monomere begrenzt, solange die Monomere einer radikalischen Polymerisation zugänglich sind, und schließe Monomere ein, die wie oben beschrieben Fluor enthalten, oder Kohlenwasserstoff-basierte Monomere. Ferner kann das Polymer, welches Fluor enthält und eine alizyklische Struktur aufweist, gebildet werden, indem eines dieser weiteren Monomere allein polymerisiert wird oder indem radikalisch mit einem Monomer copolymerisiert wird, welches eine spezielle Ring struktur einführen kann. Es können auch zwei oder mehr andere Monomere in Kombination radikalisch copolymerisiert werden.
Das Polymer enthält bevorzugt 10 Gew.-% oder mehr Fluoratome, weiter bevorzugt 40 Gew.-% oder mehr Fluoratome. Wenn der Fluorgehalt des Polymeren zu gering ist, werden die herausragenden Eigenschaften des Fluoratoms kaum ausgeübt. Die hier genutzten herausragenden Eigenschaften sind die Eigenschaften von Fluor, welche die Haftung der Antireflexionsbeschichtung und des Resistfilms beeinflussen, was später beschrieben werden wird.
Das Fluorkohlenstoffharz kann eine Mischung mit anderen Harzen sein. Die anderen Harze schließen z. B. Novolack-basierte Harze, Polyvinylphenol-basierte Harze, die Mischung dieser Harze oder Copolymere, die mindestens eines dieser Harze enthalten, ein.
Das Fluorkohlenstoffharz kann geeigneterweise quervernetzt sein. Dadurch kann die Reaktion zwischen der Antireflexionsbeschichtung und der Resistzusammensetzung verhindert werden, wenn die Resistzusammensetzung auf die Antireflexionsbeschichtung appliziert wird, und es kann die Bildung einer Mischschicht an der Grenzfläche zwischen der Antireflexionsbeschichtung und der Resistzusammensetzung verhindert werden.
Ferner kann eine Quervernetzung den Ätzwiderstand in Abhängigkeit von Prozeßbedingungen steuern.
Das Verfahren zur Quervernetzung kann ein solches sein, was normalerweise praktiziert wird. Zum Beispiel ein Verfahren durch Copolymerisation von Monomeren, die Quervernetzungsstellen aufweisen, ein Verfahren durch Hinzufügen eines Querver netzungsmittels, oder ein Verfahren unter Verwendung von radioaktiven Strahlen. Von Fluorkohlenstoffharzen verschiedene Polymere, nämlich Fluor enthaltende Polyimide, Fluor enthaltende Acrylpolymere oder Polymere, die Fluor enthalten und eine alizyklische Struktur aufweisen, können ebenfalls quervernetzt werden.
Als nächstes wird das Lösungsmittel beschrieben.
Das Lösungsmittel wird so angepaßt, daß es das Polymer auflöst, und beinhaltet mindestens eines unter Alkoholen, aromatischen Kohlenwasserstoffen, Ketonen, Estern, Chlorfluorkohlenstoffen und superreinem Wasser.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung beschrieben, welches den Prozeß der Bildung einer Antireflexionsbeschichtung unter Verwendung der oben beschriebenen Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen umfaßt.
1A bis 1C sind Querschnittansichten zum Beschreiben eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Als erstes wird, wie in 1A gezeigt, die oben beschriebene Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen auf ein Halbleitersubstrat 1 drehgeschichtet. Vor Applizieren der Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen kann die Oberfläche des Halbleitersubstrats mit HMDS (Hexamethyldisiliazan) behandelt werden (für Einzelheiten wird auf die zweite Ausführungsform bezug genommen).
Als nächstes wird, um das in der Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen enthaltende Lösungsmittel zu entfernen, eine Wärmebehandlung (Wärmetrocknungsprozeß) ausgeführt. Dadurch wird eine Antireflexionsbeschichtung 2 auf einem Halbleitersubstrat 1 gebildet. Die Wärmebehandlung wird vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen 100°C und 250°C für 30 Sekunden bis 60 Minuten ausgeführt.
Vom Standpunkt der Funktionen (optische Eigenschaften) wird bevorzugt, daß die Dicke der Antireflexionsbeschichtung 2 nach der Wärmebehandlung 150 nm oder weniger beträgt.
Obgleich die Wärmebehandlung in Luft oder einer Stickstoffatmosphäre ausgeführt wird, kann sie auch in einer Sauerstoffatmosphäre ausgeführt werden. Wenn die Wärmbehandlung in der Sauerstoffatmosphäre ausgeführt wird, wird die Antireflexionsbeschichtung oxidiert, und der Brechungsindex verändert sich, wodurch der Brechungsindex der Antireflexionsbeschichtung gesteuert werden kann.
Dabei ist es, wie gut bekannt, bevorzugt, daß der Brechungsindex der Antireflexionsbeschichtung mit dem Brechungsindex des Fotoresistfilms, der später beschrieben wird, übereinstimmt. Es ist jedoch nicht erforderlich, daß die Brechungsindizes der Antireflexionsbeschichtung und des Fotoresistfilms vollkommen übereinstimmen, solange die Reflexion R der Antireflexionsbeschichtung 10% oder weniger beträgt.
Um den Brechungsindex der Antireflexionsbeschichtung mit dem Brechungsindex eines gewöhnlichen Fotoresists in Übereinstimmung zu bringen, ist es auch bevorzugt, daß der Wert des Realteils des komplexen Brechungsindex der Antireflexionsbeschichtung in einem Bereich von 1,0 < n < 3,0 liegt, und der Wert des Imaginärteils in einem Bereich von 0,4 < k < 1,3 liegt.
Der Brechungsindex der Antireflexionsbeschichtung kann durch irgendwelche, gut bekannten Methoden gesteuert werden. Solche Methoden schließen zum Beispiel eine Methode zum Verringern des Brechungsindex durch Einführen von Fluoratomen in die Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen oder eine Methode zum Erhöhen des Brechungsindex durch Einführen eines Färbemittels, das Licht gewünschter Wellenlängen absorbiert, ein.
Als nächstes wird, wie in 1B gezeigt, ein Fotoresistfilm, der Fluor enthält (nachfolgend als "ein Fluorkohlenstoffharz-basierter Resist" bezeichnet), auf der Antireflexionsbeschichtung 2 gebildet.
Dann wird der Resistfilm 3 einem F₂-Excimer-Laser als einer Lichtquelle ausgesetzt, und wird entwickelt. Dadurch wird ein wie in 1C gezeigtes Resistmuster 4 gebildet.
Wie oben beschrieben umfaßt die Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen gemäß der ersten Ausführungsform ein Polymer, welches Fluor enthält, sowie ein Lösungsmittel, welches das Polymer auflöst.
Die durch Verwendung dieser Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen gebildete Antireflexionsbeschichtung 2 besitzt eine hohe Haftung gegenüber dem Fluorkohlenstoffharz-basierten Resist 3. Deshalb kann das Auftreten einer Resistmusterabtrennung oder eines Resistmusterabfallens bei der Grenzfläche mit der Antireflexionsbeschichtung 2 verhindert werden.
Da der Fluorkohlenstoffharz-basierte Resist, von dem eine hohe Auflösung erwartet werden kann, bei der Fotolithografietechnik angewandt werden kann, kann deshalb ein feines Resistmuster 4 gebildet werden. Obgleich in der ersten Ausführungsform als dem Fotoresistfilm 3 ein Fluorkohlenstoffharz-basierter Resist verwendet wird, kann der Resist wahlweise aus allgemein verwendeten Positiv- oder Negativ-Resists ausgewählt werden, und der optimale Resist kann in Abhängigkeit von der Größenordnung, der erforderlichen Genauigkeit und den Eigenschaften des Bestrahlungssystems ausgewählt werden.
Obgleich in der ersten Ausführungsform auch die Antireflexionsbeschichtung 2 direkt auf einem Halbleitersubstrat 1 gebildet wird, wird die Antireflexionsbeschichtung normalerweise auf einem zu prozessierenden Film wie einem Isolierfilm oder einem Metallfilm gebildet, der auf einem Halbleitersubstrat gebildet ist. Deshalb können feine Vorrichtungsmusterungen gebildet werden, indem der Isolierfilm oder der Metallfilm unter Verwendung der feinen Resistmusterungen 4 als Masken geätzt wird.
Die vorliegende Erfindung ist auch nicht auf die Anwendung auf Halbleitersubstraten wie einem Siliciumsubstrat begrenzt, sondern kann auch auf isolierende Substrate wie einem Quarzsubstrat und einem Keramiksubstrat angewandt werden. (Dies gilt auch für die zweite Ausführungsform bis zur sechsten Ausführungsform, die später beschrieben werden).
Zweite Ausführungsform
2A bis 2E sind Querschnittansichten zum Beschreiben eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 2 unten beschrieben.
Als erstes wird, wie in 2A gezeigt, die Oberfläche eines zu prozessierenden Films 11, der auf einem Halbleitersubstrat 1 gebildet ist, mit HMDS (Hexamethyldisilazan) bei einer Temperatur von 110°C für 60 Sekunden behandelt. Die HMDS-Behandlung wird zum Verbessern der Haftung zwischen dem zu prozessierenden Film 11 auf dem Halbleitersubstrat 1 und der (später beschriebenen) Antireflexionsbeschichtung 2 ausgeführt. Spezieller wird das als ein Haftungsverstärkungsmittel verwendete HMDS [chemische Formel: (CH₃)₃SiNHSi(CH₃)₃] verdampft, um den zu prozessierenden Film 11 auf das Halbleitersubstrat 1 zu schichten.
Als nächstes wird die Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen auf den mit HMDS behandelten, zu prozessierenden Film 11 dreh-geschichtet. Die hier verwendete Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen ist eine Butylacetatlösung, die 1 g des Copolymers aus Tetrafluorethylen und Propylen als dem Polymer sowie 10 g von Butylacetat als dem Lösungsmittel enthält.
Als nächstes wird das Halbleitersubstrat 1 bei einer Temperatur von 180°C für 60 Sekunden wärmebehandelt. Dadurch wird, wie in 2B gezeigt, eine Antireflexionsbeschichtung 2 einer Dicke von 80 nm auf dem zu prozessierenden Film 11 gebildet.
Als nächstes wird auf der Antireflexionsbeschichtung 2 eine Fluor enthaltende Harzzusammensetzung (Fluorkohlenstoffharz- basierter Resist), die z. B. Tetrafluorethylen enthält, drehgeschichtet.
Dann wird das Halbleitersubstrat 1 bei einer Temperatur von 120°C für 60 Sekunden wärmebehandelt. Dadurch wird, wie in 2C gezeigt, ein Resistfilm 3 einer Dicke von 200 nm gebildet.
Als nächstes wird der Resistfilm 3 Ultraviolettstrahlen einer Wellenlänge von 157 nm aus einem F₂-Excimer-Laserbestrahlungssystem ausgesetzt.
Dann wird der Resistfilm 3 unter Verwendung eines alkalischen Entwicklers entwickelt. Dadurch werden, wie in 2D gezeigt, feine Resistmuster 4 gebildet.
Als nächstes wird der zu prozessierende Film 11 einer Trockenätzung unter Verwendung des Resistmusters 4 als Maske unterzogen. Dann wird das Resistmuster 4 entfernt. Dadurch werden feine Vorrichtungsmuster 5 gebildet. Bei dieser Trockenätzung wird die Antireflexionsbeschichtung 2 zuerst geätzt.
Beim Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform wird wie oben beschrieben die Zusammensetzung der Antireflexionsbeschichtungen, die das Polymer umfaßt, welches Fluor enthält, auf dem zu prozessierenden Film 11, der auf dem Halbleitersubstrat 1 gebildet ist, appliziert, um die Antireflexionsbeschichtung 2 zu bilden. Dann wird die Resistzusammensetzung, die Fluor enthält, auf der Antireflexionsbeschichtung 2 zum Bilden des Resistfilms 3 appliziert. Ferner wird Bestrahlungslicht auf den Resistfilm 3 zum Bilden des Resistmusters 4 eingestrahlt.
Gemäß dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren wird, da sowohl die Antireflexionsbeschichtung 2 als auch die Resistmuster 4 Fluor enthalten, eine ausgezeichnete Haftung erhalten. Deshalb können die Trennung und das Abfallen von Resistmustern bei der Grenzfläche mit der Antireflexionsbeschichtung verhindert werden.
Da ein für F₂-Excimer-Laser geeigneter, Fluorkohlenstoffharz-besierter Resist auf die Fotolithografietechnik angewandt werden kann, können deshalb feine Resistmuster 4 gebildet werden.
Durch Ätzen unter Verwendung solcher feiner Resistmuster 4 können zusätzlich feine Vorrichtungsmuster 5 gebildet werden. Das heißt, die Größe von Vorrichtungsmustern einer Halbleitervorrichtung kann verringert werden.
In der zweiten Ausführungsform wird der Resistfilm 3 Ultraviolettstrahlen mit einer Wellenlänge von 157 nm aus einem F₂-Excimer-Laserbestrahlungssystem ausgesetzt, jedoch wurde die gleiche Wirkung erhalten, als der Resistfilm Ultraviolettstrahlen mit einer Wellenlänge von 193 nm aus einem ArF-Excimer-Laserbestrahlungssystem ausgesetzt wurde. Das heißt, die erhaltenen Fluorkohlenstoffharz-basierten Resistmuster stellten Feinmusterungen dar ohne Abtrennung oder Abfallen bei der Grenzfläche mit der Antireflexionsbeschichtung.
Obgleich des Copolymer aus Tetrafluorethylen und Propylen als dem Fluor-haltigen Polymer in der Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen in der zweiten Ausführungsform verwendet wird, ist die zweite Ausführungsform nicht darauf beschränkt, sondern es kann auch das in der ersten Ausführungsform beschriebene Polymer verwendet werden. (Dies gilt auch für die nachfolgenden Ausführungsformen.).
Die nachfolgenden Experimente 1 und 2 wurden zum Bestätigen der Wirkungen in der zweiten Ausführungsform durchgeführt.
Experiment 1
Als erstes wurde die Oberfläche eines Halbleitersubstrats der oben beschriebenen HMDS-Behandlung unterzogen.
Als nächstes wurde, ohne eine Antireflexionsbeschichtung zu bilden, die oben beschriebene, Fluor-haltige Resistzusammensetzung, die Tetrafluorethylen enthält, auf das Halbleitersubstrat dreh-geschichtet.
Im Experiment 1 wurde jedoch die Resistzusammensetzung auf dem Halbleitersubstrat abgestoßen, und es war schwierig, die Resistzusammensetzung gleichmäßig mit der Drehbeschichtung zu applizieren. Deshalb konnten feine Resistmuster nicht unter Verwendung der fluor-haltigen Resistzusammensetzung gebildet werden.
Experiment 2
Nach der HMDS-Behandlung wird eine Antireflexionsbeschichtung unter Verwendung einer Phenolharz-basierten Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen ohne Fluorgehalt anstelle der in der zweiten Ausführungsform verwendeten Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen gebildet.
Als nächstes wird die in der zweiten Ausführungsform verwendete, Fluor-haltige Harzzusammensetzung, die Tetrafluorethylen enthält, auf die Antireflexionsbeschichtungen drehgeschichtet.
Die Resistzusammensetzung wird jedoch auf den Antireflexionsbeschichtungen abgestoßen, und es ist schwierig, die Resistzusammensetzung mit der Drehbeschichtung gleichförmig zu applizieren.
Obgleich der Prozeß mit der Musterbestrahlung fortgesetzt wird, trennte sich ferner die nach der Entwicklung erhaltene, feine Resistmusterung ab und fiel bei der Grenzfläche mit den Antireflexionsbeschichtungen herunter. Deshalb konnte der Fluorkohlenstoffharz-basierte Fotoresist nicht auf die Herstellung von Halbleitervorrichtungen angewandt werden.
Dritte Ausführungsform
Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform ist gleich mit dem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform, außer bezüglich der Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen sowie einer Wärmebehandlung, die nach der Applikation der Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen ausgeführt wird.
Die Beschreibung unten konzentriert sich auf diese Unterschiede, und die Beschreibungen von Punkten, die sich mit den Punkten in der zweiten Ausführungsform überschneiden, wird weggelassen.
Zuerst wird eine Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben.
Die Zusammensetzung der Antireflexionsbeschichtungen gemäß der dritten Ausführungsform ist eine Wasser-basierte Dispersion eines Feststoffgehalts von 10 Gew.-%, umfassend ein Fluor enthaltendes Polymer, das aus einem Copolymer (ionischer Emulator) aus Tetrafluorethylen, Hexafluorpropylen und Vinylidenchlorid besteht, sowie ein Lösungsmittel, das aus superreinem Wasser besteht.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung der oben beschriebenen Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen beschrieben.
Als erstes wird die Oberfläche eines Halbleitersubstrats mit HMDS behandelt.
Als nächstes wird die oben beschriebene, Wasser-basierte Dispersion als einer Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen auf dem Halbleitersubstrat dreh-geschichtet.
Dann wird das Halbleitersubstrat einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 150°C für 30 Minuten unterworfen. Dadurch wird eine Antireflexionsbeschichtung einer Dicke von 100 nm auf dem Halbleitersubstrat gebildet.
Danach werden Resistmuster auf die gleiche Weise wie in der zweiten Ausführungsform gebildet.
Wie oben beschrieben wurde beim Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform die Antireflexionsbeschichtung über die Verwendung der Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtung gebildet, die Fluor-haltiges Polymer umfaßte, und Fluorkohlenstoffharz-basierte Resistmuster wurden auf der Antireflexionsbeschichtung gebildet.
Gemäß diesem Herstellungsverfahren kann die gleiche Wirkung wie in der zweiten Ausführungsform erhalten werden.
Ferner konnte die Dimensionsabweichung, die etwa ±50 nm betrug, als die Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen gemäß der dritten Ausführungsform nicht verwendet wurde, auf etwa ±20 nm verringert werden. Das heißt, die Resistmuster konnten bei hoher Genauigkeit gebildet werden.
Vierte Ausführungsform
Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform ist dasselbe wie das Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform, außer bezüglich einer Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen und einer Wärmebehandlung, die nach der Applikation der Zusammensetzung für andere Reflexionsbeschichtungen ausgeführt wird.
Die Beschreibung unten konzentriert sich auf diese Unterschiede, und die Beschreibung von Punkten, die mit den Punkten in der zweiten Ausführungsform übereinstimmen, wird weggelassen.
Als erstes wird eine Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen gemäß einer vierten Ausführungsform beschrieben.
Die Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen gemäß der vierten Ausführungsform ist eine Butylacetatlösung eines Feststoffgehalts von 5%, die ein Polymer aus Vinylidenfluorid als einem Fluor-haltigen Polymer sowie Butylacetat als einem Lösungsmittel umfaßt.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung der oben beschriebenen Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen beschrieben.
Als erstes wird die Oberfläche eines Halbleitersubstrats mit HMDS behandelt.
Als nächstes wird die oben beschriebene Butylacetatlösung als der Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen auf das Halbleitersubstrat dreh-geschichtet.
Dann wird das Halbleitersubstrat einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 160°C für 60 Minuten unterzogen. Dadurch wird eine Antireflexionsbeschichtung einer Dicke von 100 nm auf dem Halbleitersubstrat gebildet.
Danach werden Resistmuster auf die gleiche Weise wie in der zweiten Ausführungsform gebildet.
Wie oben beschrieben wurde beim Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform die Antireflexionsbeschichtung über die Verwendung der Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen, welches das Polymer umfaßte, welches Fluor enthält (Vinylidenfluorid-Polymer), gebildet, und Fluorharz-basierte Resistmuster wurden auf der Antireflexionsbeschichtung gebildet.
Gemäß diesem Herstellungsverfahren kann dieselbe Wirkung wie in der zweiten Ausführungsform erhalten werden.
Fünfte Ausführungsform
Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform ist das gleiche wie das Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform, außer bezüglich einer Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen sowie einer Wärmebehandlung, die nach der Applikation der Zusammensetzung der Antireflexionsbeschichtungen ausgeführt wird.
Die Beschreibung unten konzentriert sich auf diese Unterschiede, und die Beschreibung von Punkten, die mit den Punkten in der zweiten Ausführungsform übereinstimmen, wird weggelassen.
Zuerst wird eine Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen gemäß einer fünften Ausführungsform beschrieben.
Die Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen gemäß der fünften Ausführungsform ist eine Mischlösung, die erhalten wurde, indem ein Polymer, welches Fluor enthält, bestehend aus 10 g eines Copolymeren aus Fluorethylen und Vinylether, 2 g eines Isozyanat-basierten Härtungsmittels und 40 g Xylol, und ein aus 120 g Methyl-iso-butylketon bestehendes Lösungsmittel vermischt und gerührt werden.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung der oben beschriebenen Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen beschrieben.
Zuerst wird die Oberfläche eines Halbleitersubstrats mit HMDS behandelt.
Als nächstes wird die oben beschriebene Mischlösung als der Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen auf das Halbleitersubstrat dreh-geschichtet.
Dann wird das Halbleitersubstrat einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 180°C für zwei Minuten unterzogen. Dadurch wird eine Antireflexionsbeschichtung einer Dicke von 100 nm auf dem Halbleitersubstrat gebildet.
Danach werden Resistmuster auf die gleiche Weise wie in der zweiten Ausführungsform gebildet.
Wie oben beschrieben wurde beim Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform die Antireflexionsbeschichtung über die Verwendung der Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen, die das Polymer, welches Fluor enthält, umfaßt, gebildet, und Fluorkohlenstoffharz-basierte Resistmuster wurden auf der Antireflexionsbeschichtung gebildet.
Gemäß diesem Herstellungsverfahren kann dieselbe Wirkung wie in der zweiten Ausführungsform erhalten werden.
Das Isozynat-basierte Härtungsmittel, welches in der Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen enthalten ist, verhindert, daß die Antireflexionsbeschichtung mit der Resistzusammensetzung reagiert, wenn die Resistzusammensetzung auf die Antireflexionsbeschichtung appliziert wird. Deshalb kann die Bildung einer Mischschicht bei der Grenzfläche zwischen der Antireflexionsbeschichtung und dem Resistfilm verhindert werden, wodurch die Genauigkeit der Bestrahlung verbessert werden kann.
Ferner kann durch Einstellen der Menge des zu der Zusammensetzung für andere Reflexionsbeschichtungen zugegebenen Isozyanat-basierten Härtungsmittels der Ätzwiderstand der Antireflexionsbeschichtung gesteuert werden.
Sechste Ausführungsform
Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform ist gleich wie das Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform, außer bezüglich einer Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen sowie einer Wärmebehandlung, die nach der Applikation der Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen ausgeführt wird.
Die Beschreibung unten konzentriert sich auf diese Unterschiede, und für die Beschreibung von Punkten, die mit den Punkten in der zweiten Ausführungsform übereinstimmen, wird weggelassen.
Zuerst wird eine Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen gemäß einer sechsten Ausführungsform beschrieben.
Die Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen gemäß der sechsten Ausführungsform ist eine Methanollösung eines Feststoffgehalts von 5%, die ein Polymer, welches Fluor enthält, bestehend aus einem Copolymer von Perfluoro-(butenylvinylether) und Hydroxyperfluoro-(4-vinyloxyutanoat), sowie ein aus Methanol bestehendes Lösungsmittel umfaßt.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung der oben beschriebenen Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen beschrieben.
Als erstes wird die Oberfläche eines Halbleitersubstrats mit HMDS behandelt.
Als nächstes wird die oben beschriebene Methanollösung als einer Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen auf das Halbleitersubstrat dreh-geschichtet.
Dann wird das Halbleitersubstrat einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 120°C für fünf Minuten unterzogen. Dadurch wird eine Antireflexionsbeschichtung mit einer Dicke von 100 nm auf dem Halbleitersubstrat gebildet.
Danach werden Resistmuster auf die gleiche Weise wie in der zweiten Ausführungsform gebildet.
Wie oben beschrieben wurde beim Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform die Antireflexionsbeschichtung über die Verwendung der Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen gebildet, die das Polymer, welches Fluor enthält, umfaßte, und Fluorkohlenstoffharz-basierte Resistmuster wurden auf der Antireflexionsbeschichtung gebildet.
Gemäß diesem Herstellungsverfahren kann dieselbe Wirkung wie in der zweiten Ausführungsform erhalten werden.
Ferner konnte die Dimensionsabweichung, die etwa ±50 nm betrug, als die Zusammensetzung für Antireflexionsbeschichtungen gemäß der sechsten Ausführungsform nicht verwendet wurde, auf etwa ±20 nm verringert werden. Das heißt, die Resistmuster konnten bei hoher Genauigkeit gebildet werden.
Bei auf die oben beschriebene Weise illustrativer Ausführung liefert diese Erfindung die folgenden Hauptwirkungen:
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Antireflexionsbeschichtung, die sich durch Haftung gegenüber dem Fotoresist auszeichnet, verwendet werden, selbst wenn ein Fluorkohlenstoffharz-basierter Fotoresist verwendet wird. Ferner kann ein Fluorkohlenstoffharz-basierter Fotoresist auf die Fotolithografietechnik angewandt werden, um feine Resistmuster zu bilden.
Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen begrenzt, sondern es können Veränderungen und Modifikationen gemacht werden.

Claims

Verwendung einer Zusammensetzung zum Bilden einer Antireflexionsbeschichtung (2) auf einem Halbleitersubstrat (1) oder einem zu prozessierenden Film (11), umfassend: ein Fluor enthaltendes Polymer; und ein Lösungsmittel zum Auflösen des Polymers; in Verbindung mit einem Resistfilm (3), der Fluor enthält, der auf der Antireflexionsbeschichtung (2) zu bilden ist.
Verwendung gemäß Anspruch 1, wobei das Polymer, das in dem Fluor enthaltenden Polymer umfaßt ist, mindestens ein Polymer aus Polyimiden, Acrylpolymeren, Polymeren mit einer alizyklischen Struktur und Fluorkohlenwasserstoffharzen, die durch Homopolymerisation oder Copolymerisation von Fluor-haltigen Monomeren gebildet sind, enthält.
Verwendung gemäß Anspruch 2, wobei die Fluor-haltigen Monomere mindestens eines aus Fluorolefinen, Fluorvinylether, Vinylidenfluorid, Vinylfluorid, Chlorfluorolefinen und Fluorvinylether mit Carboxylgruppen oder Sulfongruppen umfaßt.
Verwendung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Polymer, das in dem Fluor enthaltenden Polymer umfaßt ist, 10 Gew.-% oder mehr Fluoratome enthält.
Verwendung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Polymer, welches in dem Fluor enthaltenden Polymer umfaßt ist, eine quervernetzte Struktur aufweist.
Verwendung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Lösungsmittel mindestens eines aus Alkoholen, aromatischen Kohlenwasserstoffen, Ketonen, Estern, Chlorfluorkohlenstoffen und superreinem Wasser umfaßt.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, umfassend: einen Antireflexionsbeschichtungsbildungsschritt zum Bilden einer Antireflexionsbeschichtung (2) durch Schichten einer Zusammensetzung für eine Antireflexionsbeschichtung, wobei die Zusammensetzung ein Fluor enthaltendes Polymer und ein Lösungsmittel zum Auflösen des Polymers umfaßt, auf einem Halbleitersubstrat (1) oder einem zu prozessierenden Film (11); einen Resistfilmbildungsschritt zum Bilden eines Fluor enthaltenden Resistfilms (3) auf der Antireflexionsbeschichtung (2), die in dem Antireflexionsbeschichtungsbildungsschritt gebildet wurde; und einen Bestrahlungsschritt zum Einstrahlen von Bestrahlungslicht auf den Resistfilm, der in dem Resistfilmbildungsschritt gebildet wurde.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Zusammensetzung für eine Antireflexionsbeschichtung wie in irgendeinem der Ansprüche 2 bis 6 definiert ist.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei der Antireflexionsbeschichtungsbildungsschritt einen Erwärmungsschritt zum Erwärmen des Halblei tersubstrats (1) umfaßt, auf dem die Antireflexionsbeschichtung (2) gebildet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei der Erwärmungsschritt bei einer Temperatur zwischen 100°C und 250°C für 30 Sekunden bis 60 Minuten ausgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei der Erwärmungsschritt in einer Sauerstoffatmosphäre ausgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 9 bis 11, wobei in dem Erwärmungsschritt die Dicke der Antireflexionsbeschichtung (2) auf 150 nm oder weniger gebracht wird.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die Wellenlänge des in dem Bestrahlungsschritt eingestrahlten Bestrahlungslichts 254 nm oder weniger beträgt.