精细图形的形成方法技术

一种在衬底上形成精细图形的方法，包括：　　　　在衬底上形成光致抗蚀剂层，光致抗蚀剂适于由波长为Ｗ↓［１］的ＵＶ辐射曝光，并具有玻璃转化温度Ｔ↓［ｇ］和分解温度Ｔ↓［ｄ］；　　　　受到ＵＶ辐射的光致抗蚀剂层的曝光部分形成具有曝光部分和未曝光部分的曝光的光致抗蚀剂层；　　　　显影曝光的光致抗蚀剂层，形成第一光致抗蚀剂图形，第一光致抗蚀剂图形具有临界尺寸ｄ↓［１］的开口；以及　　　　将第一光致抗蚀剂图形暴露在波长为Ｗ↓［２］的ＶＵＶ辐射中，从而临时产生有效玻璃转化温度Ｔ↓［ｇｅｆｆ］，其中Ｔ↓［ｇｅｆｆ］＜Ｔ↓［ｇ］，同时加热第一光致抗蚀剂图形到等于或高于Ｔ↓［ｇｅｆｆ］的温度，从而产生具有临界尺寸ｄ↓［２］的开口的第二光致抗蚀剂图形，其中ｄ↓［２］＜ｄ↓［１］。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在半导体器件上形成精细图形，更具体地涉及通过后显影工艺减小图形特征尺寸。
技术介绍
对广泛用在电子器件中具有越来越高处理器速度的半导体器件和具有相当高集成密度的存储器件的需求导致制造亚微米的电路尺寸的相应需要。对增加集成密度的这些需求推动了光刻技术的发展，例如改进光致抗蚀剂组分并提高所得结构的尺寸精度，特别是对于最小特征尺寸的结构。需要形成广泛用于掩模蚀刻和离子注入工艺的高精度的精细光致抗蚀剂图形，以成功地制造高密度的半导体器件。需要灵敏的光致抗蚀剂定义这些特征，但使用灵敏的光致抗蚀剂额外地增加了工艺复杂性。可以预计在使用单层抗蚀剂的0.13μm工艺制造的器件制造中，可以利用ArF光刻，但是对于未来的亚0.10μm工艺，将需要更高的精度和尺寸控制。根据瑞利方程R＝k1λ/NA其中R表示极限清晰度，k1为常数，λ为曝光期间使用的光源的波长，NA为照明光学系统的数值孔径，降低曝光光源的波长会提高极限清晰度。将光刻工艺从g线(436nm)向i线(365nm)曝光光源过渡期间以及近来使用KrF受激准分子激光器(248nm)的投影曝光设备作为曝光光源适用该原则。朝越来越小波长发展的趋势导致开发了利用ArF受激准分子激光器(具有193nm的中心波长)或F2受激准分子激光器(具有157nm的波长)作为曝光光源的投影曝光设备。曝光光源的波长直接影响了在任何一种曝光设备上得到的最小清晰度。例如，产生微细的线和空间(L/S)图形时，g线曝光设备的清晰度下限为约0.5μm，对于i线曝光设备为约0.3μm。然而，最近的器件设计规则朝小于约0.2μm的L/S测量结果发展的趋势。为了将这种图形从投影的掩模具有足够精度地转移到晶片上，现已利用KrF和ArF受激准分子激光器作为曝光光源。预计未来的器件设计规则允许的最小特征尺寸将持续降低。能够制造符合这种设计规则的器件的候选曝光设备包括F2受激准分子激光器、X射线和电子束(EB或E束)曝光设备。具体地，随着器件设计规则允许越来越小的最小特征，现已变得越来越难以提供足够的工艺余量用于形成接触和过孔而不是形成具有类似尺寸的L/S结构。这特别符合需要在器件的单元阵列区中形成具有高的高宽比的小接触孔的高密度器件。现已开发了多种技术以解决在形成小且高的高宽比接触孔包括例如热流和RELACS(化学收缩辅助的清晰度增强的光刻)工艺过程中固有的困难。通过具有的接触孔尺寸大于需要的最终接触孔，然后加热光致抗蚀剂图形到光致抗蚀剂的玻璃转化温度(Tg)以上的温度，热流工艺形成了精细图形。这种加热减小了聚合的光致抗蚀剂的粘性并允许它流动或塌陷，由此减小了接触开口的尺寸，获得了需要的接触孔尺寸。虽然热流工艺可以用于利用i线或KrF抗蚀剂，对于ArF抗蚀剂，Tg(最小约200℃)通常高于它们的分解温度(Td)，通常不高于约180℃。因此，热流工艺不能使用ArF抗蚀剂，是由于在抗蚀剂流动之前，抗蚀剂图形将开始分解。RELACS工艺通过重新形成接触孔尺寸大于所需的最终接触孔尺寸的普通接触孔抗蚀剂图形形成精细图形。然后用溶于水的聚合物涂覆该最初的光致抗蚀剂图形，通过反应沿抗蚀剂图形的表面形成不溶解的交联层。随后通过冲洗去掉未反应的聚合物。交联层增加了光致抗蚀剂图形的有效尺寸，从而降低了接触孔开口的尺寸或L/S结构中的间隔。但是，RELACS工艺利用一个步骤去掉溶于水的聚合物可能存在不能完全去掉的问题，从而导致图形中的显影残余，例如斑点或模糊。在随后的蚀刻工艺中，这种显影残余增加了在最终器件中存在缺陷的机会，降低了产量和可靠性。在两个步骤的清洁工艺中，用第一溶剂清洁晶片然后用水冲洗可以减少在晶片上残留的显影残余的数量，但是会使工艺复杂并增加成本。例如聚(甲基)丙烯酸酯、环烯顺丁烯二酐(COMA)和聚降冰片烯等适用于ArF受激准分子激光器曝光光源(ArF抗蚀剂)的抗蚀剂成分是敏感的，在如图1所示的SEM测量(也称作CD收缩法(slimming))期间对于临界尺寸(CD)线收缩存在问题。ArF抗蚀剂也存在弱干蚀刻抵抗力、线边缘粗糙(LER)和CD收缩法等问题。在利用ArF抗蚀剂的工艺中LER和CD收缩法是特别重要的问题。在CD-SEM测量期间，在测量期间对精细抗蚀剂部件的电子轰击实际上可以永久降低部件尺寸。如果重复测量相同的抗蚀剂部件，部件尺寸将不断缩小。在图2中示出了在重复测量期间测得的CD如何减小的例子。KrF抗蚀剂和ArF抗蚀剂之间成分的不同可以在材料的性能上产生显著的差别。例如，在CD-SEM测量期间，KrF抗蚀剂对于CD收缩法更有抵抗力(＜2％)，而ArF抗蚀剂在SEM测量期间表现出6％到15％的CD收缩。这些结果表明CD收缩法对于ArF抗蚀剂是一个普遍的问题。通常，构图的线的CD要减小而相应的间隔或孔的尺寸要增加，存在最小尺寸开口的特殊问题。此外，在聚合期间，作为减少ArF抗蚀剂的均匀性的结果，ArF抗蚀剂图形表现出不希望的粗糙度(LER)。最近，提出了E-束硬化作为ArF抗蚀剂所表现出来的CD收缩法和LER问题的可能的解决方法。在E-束硬化中，在SEM测量期间，在测量之前先硬化ArF抗蚀剂图形，以减少CD收缩，通常通过使用聚焦曝光矩阵(FEM)将显影的ArF抗蚀剂图形暴露在大剂量的E-束下，在显著的分解或质量流失发生之前增加抗蚀剂图形的交联程度和硬度。但是，E-束硬化增加了制造工艺的复杂度和长度，并且额外的处理增加了微粒污染的可能性。
技术实现思路
本专利技术的示例性的实施例提供了通过形成ArF抗蚀剂图形，然后通过在热处理期间将抗蚀剂图形暴露在波长不大于172nm的VUV(真空紫外线)受激准分子激光器的辐射或E-束辐射中以减小图形开口的尺寸，在半导体器件上形成精细图形，特别是接触孔的方法。VUV是指在最长波长的X射线和远紫外线之间的电磁频谱范围，覆盖大致从100到200nm的波长范围。在该频谱范围内的光能会由于O2的吸收而被衰减，要求大多数的VUV处理在真空或N2净化以减少大气的O2含量的环境中进行，并由此得名。具体的，本专利技术的示例性的实施例提供了通过在温度为大约30℃和大约180℃之间的热处理期间将ArF抗蚀剂图形暴露在VUV光能或E-束能下，以使抗蚀剂图形以可控制的和可重复的方式流动来收缩接触孔的尺寸的方法。从而该构图方法提供在精细的抗蚀剂图形中减小构图的开口的尺寸并改善CD稳定性和可重复性的能力，以提高处理产量和得到的半导体器件的可靠性。附图说明通过随后结合附图的详细介绍和示例性实施例的例子，更进一步公开本专利技术的优点和范围。图1示出了由使用常规构图工艺的SEM测量引入的CD收缩法的影响；图2示出了在使用常规构图工艺形成的抗蚀剂图形上重复SEM测量期间观察到的CD收缩的图； 图3包括图3A和图3B，示出了根据本专利技术的示例性实施例作为温度的函数的光致抗蚀剂图形在CD测量和流动长度中的变化；图4示出了根据本专利技术的示例性实施例作为VUV处理长度的函数的光致抗蚀剂图形的LER；图5示出了根据本专利技术的示例性实施例在重复SEM测量期间作为VUV处理函数的CD收缩的抵抗性；以及图6提供了根据本专利技术的示例性实施例的方法的工艺流程图。具体实施例方式本专利技术涉及减小图形开口，特别是接触孔和过孔尺寸的方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在衬底上形成精细图形的方法，包括在衬底上形成光致抗蚀剂层，光致抗蚀剂适于由波长为W1的UV辐射曝光，并具有玻璃转化温度Tg和分解温度Td；受到UV辐射的光致抗蚀剂层的曝光部分形成具有曝光部分和未曝光部分的曝光的光致抗蚀剂层；显影曝光的光致抗蚀剂层，形成第一光致抗蚀剂图形，第一光致抗蚀剂图形具有临界尺寸d1的开口；以及将第一光致抗蚀剂图形暴露在波长为W2的VUV辐射中，从而临时产生有效玻璃转化温度Tgeff，其中Tgeff＜Tg，同时加热第一光致抗蚀剂图形到等于或高于Tgeff的温度，从而产生具有临界尺寸d2的开口的第二光致抗蚀剂图形，其中d2＜d1。2.根据权利要求1的在衬底上形成精细图形的方法，还包括在显影曝光的光致抗蚀剂层之前在低于Td的温度下烘焙曝光的光致抗蚀剂层。3.根据权利要求1的在衬底上形成精细图形的方法，其中显影曝光的光致抗蚀剂层还包括用碱性溶液弄湿曝光的光致抗蚀剂层，从而溶解曝光的光致抗蚀剂层的曝光部分；以及从衬底上去掉碱性溶液和曝光的光致抗蚀剂层的溶解部分。4.根据权利要求3的在衬底上形成精细图形的方法，其中碱性溶液是四甲基铵氢氧化物的水溶液。5.根据权利要求4的在衬底上形成精细图形的方法，其中碱性溶液包括在0.1到10重量百分比之间的四甲基铵氢氧化物(TMAH)。6.根据权利要求5的在衬底上形成精细图形的方法，其中水溶液还包括从酒精和表面活性剂构成的组中选择的至少一种添加剂。7.根据权利要求6的在衬底上形成精细图形的方法，其中所有添加剂的总量少于水溶液的5重量百分比，并且四甲基铵氢氧化物在溶液中的重量百分比在大约2和大约2.5之间。8.根据权利要求2的在衬底上形成精细图形的方法，其中光致抗蚀剂层是从KrF光致抗蚀剂、ArF光致抗蚀剂和F2光致抗蚀剂构成的组中选择的光致抗蚀剂；UV辐射波长W1是从248nm、193nm和157nm构成的组中选择的；以及VUV辐射波长W2是从172nm、146nm和126nm构成的组中选择的。9.根据权利要求8的在衬底上形成精细图形的方法，其中Tg-Tgeff≥20℃；以及W1＞W2。10.根据权利要求9的在衬底上形成精细图形的方法，其中所加的VUV辐射在0.1和100J/cm2之间；并且Tgeff≤100℃。11.根据权利要求2的在衬底上形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：金贤友，禹相均，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：