使用定向自组装技术形成半导体器件精细图案的方法技术

本发明专利技术公开一种无需大量曝光和硬化引导图案就能形成20纳米级线宽的图案的用于形成半导体器件精细图案的方法。方法包括以下步骤：（a）在形成有有机防反射涂层的晶片上形成光致抗蚀剂层；（b）曝光光致抗蚀剂层并通过负色性显影溶液显影光致抗蚀剂层以形成引导图案；（c）在形成有引导图案的晶片上形成中立层；（d）显影引导图案以移除引导图案并形成具有由移除引导图案造成的开口部的中立层图案；（e）在形成有中立层图案的衬底上涂覆定向自组装（DSA）材料的嵌段共聚物（BCP），在超过玻璃化转变温度（Tg）的温度下加热衬底以形成定向自组装图案；以及（f）在定向自组装图案中通过使用氧等离子体选择性蚀刻具有相对低蚀刻电阻率（或高蚀刻率）的部分以形成精细图案。

Method for forming fine patterns of semiconductor devices using directed self-assembly techniques

Disclosed is a method for forming a fine pattern of a semiconductor device without requiring a large amount of exposure and hardening the boot pattern to form a pattern of 20 nanometer line widths. The method comprises the following steps: (a) a photoresist layer is formed on the wafer organic anti reflective coating in the form; (b) exposing the photoresist layer and the negative color developing solution for developing a photoresist layer to form a guide pattern; (c) the formation of neutral layer wafer guide the pattern in the formation; (d) the developing pattern guide to remove the guide pattern and form a neutral layer pattern having an opening caused by removing the guide pattern; (E) a neutral layer pattern formed in the substrate coated on directed self-assembly (DSA) copolymers (BCP), more than in the glass the transition temperature (Tg) temperature and heating the substrate to form a directed self-assembly pattern; and (f) in directional selective etching using oxygen plasma has a relatively low resistivity self-assembly pattern by etching (or high etching rate) part in Form a fine pattern.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于形成半导体器件的精细图案的方法，特别涉及通过使用定向自组装技术（平版印刷术）能形成线宽20纳米级的图案的形成半导体器件精细图案的方法，无需引导图案的大量曝光（bulk-exposure）和硬化。
技术介绍
半导体器件的缩小与高集成度需要一种实现半导体器件的精细图案的技术。在形成半导体器件的精细图案的方法中，最有效的方法是使用通过曝光工艺的显影（development）和新的渐进加工技术得到的精细光致抗蚀剂图案。然而，曝光工艺的显影造成许多投资费用并降低了惯用的现有工艺的利用率。因此，对于新加工技术的研究更积极地进行。在新工艺中，使用嵌段共聚物（BCP）的自动定向的定向自组装（DSA）平版印刷术预计能形成线宽20纳米或更小的精细图案，其被认为是传统的光学图样成型技术的极限。根据用于形成引导图案的光致抗蚀剂成分，例如使用氟化氩（ArF），氟化氪（KrF）、I-line极超紫外线（EUV）、电子束作为光源的光致抗蚀剂成分，使用DSA平版印刷术的用于形成半导体器件的精细图案的方法可被修改。在用于形成半导体器件的精细图案的一种方式中，引导图案形成于中立层上，BCP涂层形成于引导图案之间的空间上，且BCP涂层在玻璃化转变温度（Tg）的温度下受到热处理并且接着被重新设置，从而可以得到有序定向的自组装图案。可选择地，引导图案形成并被硬化，中立层形成于引导图案上，引导图案通过显影被移除，BCP涂层形成于衬底上，引导图案在该衬底上被移除而中立层的一部分得以保留，且BCP涂层在玻璃化转变温度（Tg）的温度下受到热处理并且接着被重新设置，从而可以得到有序定向的自组装图案。特别地，在后一种用于形成半导体器件的精细图案的方法中，当氟化氩光致抗蚀剂成分被用于形成引导图案时，线宽20纳米级的半导体图案高效地形成。图1为半导体衬底的剖视图，阐明了后一种使用DSA平版印刷术的用于形成半导体器件的精细图案的方法。如图1所示，使用DSA平版印刷术的用于形成半导体器件的精细图案的传统方法包括以下步骤：（A）在形成有有机防反射涂层（12）的衬底（10）上涂覆光致抗蚀剂成分以便形成光致抗蚀剂层（14），（B）曝光并显影光致抗蚀剂层（14）以便形成引导图案（光致抗蚀剂图案，16），（C）不用光掩膜而大量曝光引导图案（16）且在200至220℃加热以便形成硬化图案（16a），（D）在硬化图案（16a）上涂覆中立层（18），（E）通过使用TMAH显影溶液移除硬化图案（16a）以便形成具有由移除引导图案形成的开口部的中立层图案（18a），（F）在形成有中立层图案（18a）的衬底（10）上涂覆DSA材料的BCP，在超过玻璃化转变温度（Tg）的温度（例如200至300℃）下加热衬底（10）以便形成定向自组装图案（20a，20b），以及（G）在定向自组装图案（20a，20b）中通过使用氧等离子体以形成精细图案，选择性地蚀刻具有相对低蚀刻电阻率（或高蚀刻率）的部分（20b）。如上所述，为了避免由正色性显影溶液显影的光致抗蚀剂图案（16）在形成中立层（18）时溶解于有机溶剂中，用于形成精细图案的方法必须包括大量曝光光致抗蚀剂成分的引导图案（16）并加热以硬化的步骤（C步骤）。这样，全过程错综复杂。由于硬化图案（16a）不易移除，形成槽孔时可能产生缺陷。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供通过使用DSA平版印刷术用于形成半导体器件的精细图案的方法，其中全过程简单且由于引导图案用无需硬化引导图案的负色性显影溶液显影，引导图案易于移除。为了实现这些目的，本专利技术提供了用于形成半导体器件的精细图案的方法，包括以下步骤：（a）在形成有有机防反射涂层的晶片上形成光致抗蚀剂层；（b）曝光并通过负色性显影溶液使光致抗蚀剂层显影以形成引导图案；（c）在形成有引导图案的晶片上形成中立层；（d）使引导图案显影以移除引导图案并形成具有由移除引导图案形成的开口部的中立层图案；（e）在形成有中立层图案的衬底上涂覆DSA材料的BCP，在超过玻璃化转变温度（Tg）的温度下加热衬底以形成定向自组装图案；以及（f）在定向自组装图案中通过使用氧等离子体选择性地蚀刻具有相对低蚀刻电阻率（或高蚀刻率）的部分以形成精细图案。在用于形成精细图案的本方法中，线宽20纳米级的半导体图案可通过使用以负色性显影溶液显影的引导图案的DSA平版印刷术有效地形成。也就是说，无需当用惯用的正色性显影溶液显影的光致抗蚀剂图案被使用作为引导图案时所需要的硬化过程。因此，半导体器件的生产效率或收益率增加，且引导图案易于在剥离过程中移除，因此线宽20纳米级的半导体图案可有效地形成。附图说明图1为阐明了使用传统定向自组装平版印刷术的用于形成半导体器件的精细图案的方法的剖视图。图2为阐明了使用根据本专利技术的一种实施方式的定向自组装平版印刷术的用于形成半导体器件的精细图案的方法的剖视图。具体实施方式通过参照以下详细说明，将更完全地理解本专利技术并更好地理解及其伴随的许多有益效果。图2为阐明了使用根据本专利技术的一种实施方式的定向自组装平版印刷术的用于形成半导体器件的精细图案的方法的剖视图。如图2所示，根据本专利技术的用于形成半导体器件的精细图案的方法包括以下步骤：（a）在形成有有机防反射涂层（32）的衬底（30）上形成光致抗蚀剂层（34），（b）曝光光致抗蚀剂层（34）并通过负色性显影溶液使其显影以便形成引导图案（36）,（c）在形成有引导图案（36）的衬底上形成中立层（38），（d）通过使用显影溶液移除引导图案（36）以便形成具有由引导图案（36）的移除形成的开口部的中立层图案（38a），（e）在形成有中立层图案（38a）的衬底上涂覆DSA材料的BCP，在超过玻璃化转变温度（Tg）的温度下加热衬底以便形成定向自组装图案（40a，40b），以及（f）在定向自组装图案（40a，40b）中通过使用氧等离子体选择性地蚀刻具有相对低蚀刻电阻率（或高蚀刻率）的部分（40b）以形成精细图案（40a）。（a）步骤可与传统平版印刷术一样实施。必要时，在衬底（30）中，类似硬膜这样的垫层可形成于有机防反射涂层（32）之下。光致抗蚀剂层（34）可通过使用传统的光致抗蚀剂成分形成，优选为含有硅组分的氟化氩光致抗蚀剂成分。引导图案（负色性光致抗蚀剂图案，36）通过用传统的负色性显影溶液，例如乙酸正丁酯、正己醇、4-甲基-2戊醇及其混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成半导体器件的精细图案的方法,包括以下步骤：（a）在形成有有机防反射涂层的晶片上形成光致抗蚀剂层；（b）曝光所述光致抗蚀剂层并用负色性显影溶液使所述光致抗蚀剂层显影以形成引导图案；（c）在形成有所述引导图案的所述晶片上形成中立层；（d）使所述引导图案显影以移除所述引导图案并形成具有由所述引导图案的移除造成的开口部的中立层图案；（e）在形成有中立层图案的所述衬底上涂覆定向自组装（DSA）材料的嵌段共聚物（BCP），在超过玻璃化转变温度（Tg）的温度下加热所述衬底以形成定向自组装图案；以及（f）在所述定向自组装图案中通过使用氧等离子体选择性地蚀刻具有相对低蚀刻电阻率（或高蚀刻率）的部分以形成精细图案。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.29 KR 10-2011-00988381.一种用于形成半导体器件的精细图案的方法,包括以下步骤：
（a）在形成有有机防反射涂层的晶片上形成光致抗蚀剂层；
（b）曝光所述光致抗蚀剂层并用负色性显影溶液使所述光致抗蚀剂层
显影以形成引导图案；
（c）在形成有所述引导图案的所述晶片上形成中立层；
（d）使所述引导图案显影以移除所述引导图案并形成具有由所述引导
图案的移除造成的开口部的中立层图案；
（e）在形成有中立层图案的所述衬底上涂覆定向自组装（DSA）材料
的嵌段共聚物（BCP），在超过玻璃化转变温度（Tg）的温度下加热所述衬
底以形成定向自组装图案；以及
（f）在所述定向自组装图案中通过使用氧等离子体选择性地蚀刻具有
相对低蚀刻电阻率（或高蚀刻率）的部分以形成精细图案。
2.根据权利要求1所述的用于形成半导体器件的精细图案的方法,其
中所述中立层包括苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的无规共聚物（PS-co-...

【专利技术属性】
技术研发人员：李正烈，张有珍，李载禹，金宰贤，
申请(专利权)人：株式会社东进世美肯，
类型：发明
国别省市：韩国;KR