CN1447386A - 细微图案形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供采用光刻工序形成细微间隔图案的细微图案形成方法。包括下步骤：含导电膜的半导体基板上，依次涂布i－线用抗蚀剂层和正型ArF抗蚀剂层；在基板上用具有规定图案的掩膜，进行曝光及第1烘烤工序，在正型ArF抗蚀剂层内进行甲硅烷化反应，生成醇基(OH)或羧基(COOH)；除去掩膜；在产物上显像，形成第1抗蚀剂层图案；在含有第1抗蚀剂层图案的基板上进行曝光及第2烘烤工序；在其后的基板上用HMDS进行甲硅烷化反应，通过醇基(OH)或羧基(COOH)和HMDS反应，在第1抗蚀剂层图案表面上形成硅氧化膜；将含有硅氧化膜的第1抗蚀剂层图案作掩蔽膜，在上述i－线用抗蚀剂层上进行干式显像工序，以形成第2抗蚀剂层图案；将第1及第2抗蚀剂层图案作为掩膜，对上述导电膜进行蚀刻，形成位线。

Description

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

Claims (13)

1.一种细微图案形成方法，其特征是，包括：
在含导电膜的半导体基板上，依次涂布i-线用抗蚀剂层和正型ArF抗蚀剂层的步骤；
在上述得到的基板上，利用具有规定图案的掩膜，进行曝光及第1烘烤工序，以在所述正型ArF抗蚀剂层内进行甲硅烷化反应，生成醇基(OH)或羧基(COOH)的步骤；
除去掩膜的步骤；
在产物上实施显像，形成第1抗蚀剂层图案的步骤；
在含有第1抗蚀剂层图案的基板上进行曝光及第2烘烤工序的步骤；
第2烘烤工序完成后的基板上，用HMDS进行甲硅烷化工序，通过醇基(OH)或羧基(COOH)和HMDS反应，在第1抗蚀剂层表面上，形成硅氧化膜的步骤；
把含有硅氧化膜的第1抗蚀剂层图案作为掩膜，在上述i-线用抗蚀剂层上实施干式显像工序，以形成第2抗蚀剂层图案的步骤；
把含有硅氧化膜的第1及第2抗蚀剂层图案作为掩膜，对上述导电膜进行蚀刻，形成位线的步骤。
2.按照权利要求1中所述的细微图案形成方法，其特征是，在涂布上述i-线用抗蚀剂层之前，对上述基板进行HMDS蒸汽处理。
3.按照权利要求1中所述的细微图案形成方法，其特征是，所述i-线用抗蚀剂层涂布厚度为0.2-1.5μm，所述正型ArF抗蚀剂层涂布厚度为0.05-0.2μm。
4.按照权利要求1中所述的细微图案形成方法，其特征是，在涂布上述正型ArF抗蚀剂层前，对上述i-线用抗蚀剂层增加一个于200iae实施90秒钟的硬烘烤工序的步骤。
5.按照权利要求1中所述的细微图案形成方法，其特征是，在涂布上述正型ArF抗蚀剂层后，再增加一个于110iae实施90秒钟的软烘烤工序的步骤。
6.按照权利要求1中所述的细微图案形成方法，其特征是，上述显像工序是采用TMAH溶液实施60分钟。
7.按照权利要求6中所述的细微图案形成方法，其特征是，上述TMAH溶液的浓度为0.1-10％。
8.按照权利要求1中所述的细微图案形成方法，其特征是，在含有上述第1抗蚀剂层图案的基板上实施曝光及第2烘烤工序的步骤中，对ArF曝光工序供给5-50mJ/cm2的能量。
9.按照权利要求1中所述的细微图案形成方法，其特征是，上述第1及第2烘烤处理工序是在110iae实施90秒钟。
10.按照权利要求1中所述的细微图案形成方法，其特征是，上述甲硅烷化工序是在120iae实施90秒钟。
11.按照权利要求1-10中任何一项所述的细微图案形成方法，其特征是，甲硅烷化剂是选自六甲基二硅氮烷、四甲基二硅氮烷、双(二甲基二甲基硅烷)、双(二甲基氨基甲基硅烷)、二甲基甲硅烷基二甲胺、二甲基二乙胺、三甲基甲硅烷基二甲胺、三甲基甲硅烷基二乙胺以及二甲基氨基五甲基硅烷中的任何一种。
12.按照权利要求1中所述的细微图案形成方法，其特征是，上述干式显像工序，采用氧等离子体。
13.按照权利要求1中所述的细微图案形成方法，其特征是，上述干式显像工序，是在上部电极500瓦(W)、下部电极100瓦(W)，施加75瓦(W)偏电流能量，在保持30℃温度及5毫乇压力的状态下，以35sccm供给氧气。
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