抗蚀剂组合物、形成抗蚀剂图案的方法、半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种抗蚀剂组合物，该抗蚀剂组合物能够通过抗蚀剂图案增厚材料使抗蚀剂图案均匀地增厚，而与抗蚀剂图案的方向、间隔变化以及抗蚀剂图案增厚材料的成分无关；并且能够以低成本、容易并有效地形成精细的抗蚀剂空间图案，突破曝光设备的光源的曝光极限。该抗蚀剂组合物包含脂环化合物（熔点：９０℃－１５０℃）和树脂。制造半导体器件的方法包括如下步骤：使用抗蚀剂组合物在待处理的工件表面上形成抗蚀剂图案，并在该工件表面上涂覆抗蚀剂图案增厚材料，使其覆盖该抗蚀剂图案的表面，由此使该抗蚀剂图案增厚；以及通过使用增厚的抗蚀剂图案作为掩模蚀刻该工件表面而对该工件表面进行图案化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种组合物，其用于在制造半导体器件中所形成的抗蚀剂图案。本发 明还涉及一种形成抗蚀剂图案的方法、一种半导体器件以及一种制造该半导体器件的方 法，其中，所述形成抗蚀剂图案的方法包括通过增厚抗蚀剂图案形成精细的抗蚀剂空间图 案，突破现有曝光设备的光源的曝光极限(分辨率极限)。
技术介绍
半导体集成电路的集成度越来越高，LSI和VLSI正投入实际使用中。伴随着这种 趋势，互连图案拓展至0. 2 μ m或更小的区域，并且最小图案拓展至0. 1 μ m或更小的区域。 光刻技术在形成精细互连图案时非常重要。在光刻技术中，衬底被涂覆抗蚀剂膜、选择性曝 光、并随后显影，由此形成抗蚀剂图案。通过使用该抗蚀剂图案作为掩模，对衬底进行干法 蚀刻处理，随后，通过去除该抗蚀剂图案，获得所需图案，例如互连图案。在利用光刻技术形 成精细的互连图案时，需要使曝光设备的光源为短波长，还需要开发具有高分辨率和适于 该光源特性的抗蚀剂材料。然而，为了使曝光设备的光源为短波长，需要改进曝光设备，这会导致非常高的成 本。而且，开发适于用短波长光曝光的新型抗蚀剂材料也非易事。为了克服上述技术问题，已经提出了一种技术通过能够形成精细抗蚀剂空间图 案的抗蚀剂图案增厚材料(下文中，有时称为“抗蚀剂膨胀材料”)，使得由常规抗蚀剂材料 所形成的抗蚀剂图案增厚。例如，日本专利申请特开(JP-A)No. 10-73927公开了一种称为 RELACS的技术。根据公开内容，使用诸如波长为248nm的KrF(氟化氪)准分子激光(为远 紫外光)的曝光光线，对抗蚀剂膜进行曝光而形成抗蚀剂图案。然后，在抗蚀剂膜的表面上 涂覆水溶性树脂组合物以形成涂覆膜，从而覆盖该抗蚀剂图案。抗蚀剂图案通过抗蚀剂图 案中所包含的残余酸的作用，涂覆膜和抗蚀剂图案在其界面处发生交联反应，从而使抗蚀 剂图案增厚(下文中，抗蚀剂图案的增厚有时称为“膨胀”)。以这种方式，缩小单个抗蚀剂 图案之间的间隔，而形成精细的抗蚀剂空间图案。其后，形成与该空间图案具有相同尺寸的 所需图案(例如，互连图案)。然而，在RELACS技术中，存在如下问题。使用的KrF抗蚀剂由包含酚醛清漆树脂、 萘醌二叠氮树脂等芳香族树脂组合物形成。芳香族树脂组合物中所包含的芳环允许KrF准 分子激光(波长248nm)通过，但是吸收波长短于KrF准分子激光的ArF准分子激光(波长193nm)，并且不允许ArF准分子激光通过。因此，当采用KrF抗蚀剂时，不能采用ArF准 分子激光作为曝光光线，从而不能形成精细的互连图案等。而且，RELACS技术中还存在如 下问题抗蚀剂膨胀材料对KrF抗蚀剂的增厚或膨胀有效，但对ArF抗蚀剂的增厚或膨胀无效。从形成精细互连图案的角度考虑，希望使用波长短于KrF准分子激光的光线，例 如，ArF准分子激光，作为曝光设备的光源。然而，当采用波长短于ArF准分子激光的X射 线或电子束作为曝光光线以形成图案时，将引起高成本和低产率。因而，希望使用ArF准分 子激光。如上所述，在RELACS技术中，上述抗蚀剂膨胀材料不能有效地对ArF抗蚀剂图案 起作用。本专利技术人已经提出一种抗蚀剂图案增厚材料，其通过表面活性剂改善与ArF抗蚀 剂图案的亲合力，而能够形成精细图案的抗蚀剂图案(参见JP-A No. 2003131400)。然而， 该抗蚀剂图案增厚材料的组合物有时会对增厚前的图案尺寸产生依赖性，即，当增厚前的 图案尺寸增加时，则增厚后的图案尺寸的减少量会与该增加成比例地增加。而且，当由常规 的抗蚀剂组合物形成抗蚀剂图案时，沿窄边方向、或沿抗蚀剂图案单元彼此稀疏分布的区 域，即抗蚀剂图案单元之间的间隔较宽的区域，抗蚀剂图案的增厚量较小；而沿宽边方向、 或沿抗蚀剂图案单元彼此紧密分布的区域，即抗蚀剂图案单元之间的间隔较窄的区域，抗 蚀剂图案的增厚量较大。因而，抗蚀剂图案的增厚量在很大程度上取决于抗蚀剂图案的方 向和/或间隔不同而变化。由此，存在这样的问题当抗蚀剂图案增厚材料用于空间图案 时，在使用不同尺寸的抗蚀剂图案的LOGIC LSI互连层上，不能完全减轻设计曝光掩模的负 担。由此，目前的状况是，尚未开发出这样一种技术在图案化过程中，能够使用ArF 准分子激光作为曝光设备的光源；能够充分地增厚不能使用上述用于RELACS技术中的抗 蚀剂膨胀材料增厚的ArF抗蚀剂图案等；并且能够容易地以低成本形成精细的抗蚀剂空间 图案或互连图案。因此，需要开发这样的技术。本专利技术旨在解决现有技术中的缺陷，并能够实现如下目的。本专利技术的一个目的是提供一种抗蚀剂组合物，其在图案化过程中能够利用例如 ArF准分子激光作为曝光光线；其适用于以下情况在通过曝光和显影处理已形成的抗蚀 剂图案表面上涂覆抗蚀剂图案增厚材料，以利用抗蚀剂图案增厚材料使抗蚀剂图案(例 如，空间图案形式)均勻地增厚，而与已形成的抗蚀剂图案的方向、间隔变化等无关，并且 不依赖于抗蚀剂图案增厚材料的成分；其能够以低成本、容易并有效地形成精细的抗蚀剂 空间图案，而突破现有曝光设备的光源的曝光或分辨率极限。本专利技术的另一个目的是提供一种形成抗蚀剂图案的方法，其在图案化抗蚀剂图案 过程中，能够利用ArF准分子激光作为曝光光线；其能够增厚例如空间图案形式的抗蚀剂 图案，而与抗蚀剂图案的方向、间隔变化等无关，并且不依赖于抗蚀剂图案增厚材料的成 分；并且其能够以低成本、容易并有效地形成精细的抗蚀剂空间图案，突破现有曝光设备的 光源的曝光或分辨率极限。本专利技术的再一目的是提供一种制造半导体器件的方法，其中，在图案化抗蚀剂图 案过程中，能够利用ArF准分子激光作为光源；能够形成精细的抗蚀剂空间图案，突破现有 曝光设备的光源的曝光或分辨率迹线，而与抗蚀剂图案的方向、间隔变化等无关，并且不依赖于抗蚀剂图案增厚材料的成分；能够高效率地批量生产高性能的半导体器件，该半导体 器件具有使用抗蚀剂空间图案所形成的精细互连图案；本专利技术还提供了一种高性能的半导 体器件，其通过上述制造半导体器件的方法制造并具有精细的互连图案。从上述缺陷的角度考虑，本专利技术的专利技术人进行了大量研究，并取得了如下研究结 果。具体而言，当通过使用抗蚀剂图案增厚材料使常规的抗蚀剂组合物形成的抗蚀剂图案 增厚时，沿窄边方向、或沿抗蚀剂图案单元彼此稀疏分布的区域，即抗蚀剂图案单元之间的 间隔较宽的区域，抗蚀剂图案由于在图案附近的雾化曝光(fogging exposure)量少而具有 较小的增厚量；而沿宽边方向、或沿抗蚀剂图案单元彼此紧密分布的区域，即抗蚀剂图案单 元之间的间隔较窄的区域，抗蚀剂图案由于雾化曝光量大而具有较大的增厚量。因而，抗蚀 剂图案的增厚量在很大程度上取决于抗蚀剂图案的方向和/或间隔不同而变化。然而，当 抗蚀剂组合物中包含熔点为90°C -150°C的脂环化合物时，无论曝光量多少，该抗蚀剂组合 物都会与抗蚀剂图案增厚材料反应，由此有效并均勻地增厚该抗蚀剂图案，而与抗蚀剂图 案的方向和/或间隔变化、抗蚀剂图案增厚材料的成分等无关。
技术实现思路
本专利技术基于实验和研究结果；如何解决上述问题在所附的权利要求书中有所描 述。本专利技术的抗蚀剂组合物至少包含熔点为90°C -150°C的脂环化合物和树脂。在将该抗蚀剂组合物用于形成抗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗蚀剂组合物，包含：脂环化合物；以及树脂，其选自在ｇ射线抗蚀剂、ｉ射线抗蚀剂、ＫｒＦ抗蚀剂、ＡｒＦ抗蚀剂、Ｆ↓［２］抗蚀剂或电子束抗蚀剂中使用的树脂；其中，该脂环化合物的熔点为９０℃－１５０℃；该脂环化合物是降冰片烷化合物，由以下结构式（７）～（８）表示：＊＊＊结构式（７）、＊＊＊结构式（８）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：野崎耕司，小泽美和，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]