專利名稱：在化學敏感型光刻膠上形成圖形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在化學敏感型光刻膠上形成圖形的方法，特別是，涉及一種在化學敏感型光刻膠上形成圖形的方法，以獲得光刻膠掩模，其可用作在半導體襯底上的腐蝕掩?；螂x子注入掩模。
在半導體器件領(lǐng)域，通過使用光刻法技術(shù)獲得的用于器件元件的細微圖形已經(jīng)獲得了較高集成度和較高速度的操作。使用0.5μm設計規(guī)則的常用半導體器件可通過g線平版印刷法以436nm的曝光波長來制造，而使用0.5-0.35μm設計規(guī)則的半導體器件可通過i線平版印刷法以365nm的曝光波長來制造。
未來將要開發(fā)的下一代半導體器件可以以0.30-0.18μm的設計規(guī)則來制造。使用248nm曝光波長的KrF激光器光刻法可期望提供這種精細的設計規(guī)則。
常用光刻技術(shù)通?？商峁┍裙饪碳夹g(shù)中所使用的曝光波長大的各設計規(guī)則的圖形。另一方面，期望KrF激光器可提供0.18μm細微設計規(guī)則的圖形，其要小于KrF激光器的波長248nm。在這種情況下，應當考慮分辨率和聚焦深度不夠的問題。
分辨率R和聚焦深度(DOF)表示如下R=k1·λ/NA，和DOF=k2·λ/(NA)2，其中λ和NA分別表示曝光系統(tǒng)的曝光波長和數(shù)值孔徑，并且k1和k2為常數(shù)。
在上式中，分辨率R可通過使用較小曝光波長和較大數(shù)值孔徑而得到改善，而DOF會隨著曝光波長變小和數(shù)值孔徑變大而突然減小。也就是說，曝光系統(tǒng)中的分辨率R和DOF只能選擇其一。
另外，在KrF激光器光刻法中，使用正型光刻膠，即已經(jīng)在g線和i線光刻法中使用的酚醛樹脂和萘醌-二價酸化合物所獲得的，通常是困難的。這是因為酚醛樹脂對于248nm波長的光具有大的光吸收性，并且其不能提供具有銳直角的適用外形。
鑒于上述情況，已經(jīng)進行了各種有效的研究，用以獲得新型的光刻膠，即稱作化學敏感型光刻膠?；瘜W敏感型光刻膠可由基本樹脂，在曝光過程中產(chǎn)生酸的酸生成劑，和具有保護基團且可根據(jù)酸的量而改變顯影液的化合物溶解度的化合物制成?；緲渲ǔ？蛇x自酚類樹脂，其對于248nm波長的光具有高透射系數(shù)。
作為一種超過常用構(gòu)圖技術(shù)的使用化學敏感型光刻膠形成微細圖形的技術(shù)，專利公告IP-A-4-364021提供了一種方法，其可在構(gòu)圖以后將光刻膠加熱到其軟化點左右，以便使光刻膠膨脹以獲得微細圖形。
然而，在所提供的方法中，將光刻膠加熱到其軟化點會引起其外形質(zhì)量變差和所得光刻膠圖形尺寸難以控制的實際問題。
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的就是提供一種在化學敏感型光刻膠上形成圖形的方法，其能夠提供優(yōu)異的外形和優(yōu)異的尺寸控制能力。
本發(fā)明提供了一種在化學敏感型光刻膠上形成圖形的方法，其包括下列步驟通過掩模圖形使光刻膠膜曝光，將所曝光的光刻膠膜顯影以形成光刻膠圖形，將保護基團與光刻膠圖形分開，和將光刻膠圖形進行熱處理。
按照本發(fā)明的方法，提供與將光刻膠圖形進行熱處理步驟分開的將光刻膠基團與光刻膠圖形分開的步驟，用以使光刻膠圖形具有膨脹特性，由此可獲得分辨率和尺寸控制能力的改善。本發(fā)明是基于這樣的發(fā)現(xiàn)，即將化學敏感型光刻膠加熱到其軟化點左右會同時引起保護基團的分離和光刻膠的膨脹，而這在常用技術(shù)中會降低光刻膠的分辨率和控制能力。
下面通過參照附圖對本發(fā)明的詳細描述將會使本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點更加清楚。


圖1-4是表示按照本發(fā)明的實施例分步地構(gòu)成半導體器件圖形各步驟的截面圖。
現(xiàn)在，將參照本發(fā)明的優(yōu)選實施例更加詳細地描述本發(fā)明。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，在襯底上所形成的化學敏感型光刻膠膜通過具有圖形的掩模由KrF激光器進行曝光，接著將光刻膠膜與襯底一起加熱，用以在曝光區(qū)域進行催化反應。接著，將光刻膠膜用堿性水溶液進行顯影，以便將圖形固定到光刻膠膜上。然后，將經(jīng)過構(gòu)圖的光刻膠膜(光刻膠圖形)與襯底一起保持在酸性溶液或酸性環(huán)境中一定時間，由此通過解吸使保護基團與光刻膠圖形分離。在保護基團解吸以后，光刻膠圖形具有優(yōu)異的敏感性，以便膨脹。
接著，將光刻膠圖形與襯底一起加熱，以便使光刻膠圖形擁有膨脹性，由此在光刻膠圖形上再形成開孔，如接觸孔或空間，同時減小了開孔的尺寸。通過上述步驟，可以在化學敏感型光刻膠膜上獲得較小設計規(guī)則的優(yōu)異圖形，而不會降低所得光刻膠圖形的形狀。
保護基團的解吸可以采用將經(jīng)顯影的光刻膠浸入酸性溶液中的步驟，或?qū)⒔?jīng)顯影的光刻膠暴露于酸性氣體中的步驟。保護基團是構(gòu)成化學敏感型光刻膠的官能團之一。在通過使用酸的解吸將保護基團與化學敏感型光刻膠分離以后，光刻膠會在加熱光刻膠的過程中易于膨脹。光刻膠的接觸可以是液相的或汽相酸。通常，從生產(chǎn)量來說，液相的要比汽相的好。然而，如果酸具有相對較小的分子量的話，實際的反應率均可通過液相或汽相而獲得。
保護基團的解吸可以在將光刻膠膜加熱到適當?shù)臏囟认碌耐瑫r進行。反應速率通常隨著環(huán)境溫度的升高而增加。也就是說，襯底受熱或變熱達到適當?shù)臏囟葧菇馕磻纳a(chǎn)能力得到改善。然而，加熱溫度較高會使光刻膠膜產(chǎn)生回流，這是所不期望的。
參見圖1至4，其示出了按照本發(fā)明的實施例用以在化學敏感型光刻膠上形成光刻膠圖形的方法中各步驟。例1在按照實施例的第一實例中，將對于KrF激光器化學敏感型光刻膠(由東京OKa工業(yè)公司出品的TUDR-P009)施加到在半導體襯底11上所形成的氧化膜12上，以形成1.0μm厚的光刻膠膜13，接著使用KrF激光器通過掩模14對其進行曝光。
接著，將曝光以后的光刻膠膜在110℃溫度下加熱90秒，隨后使用2.38％的四甲基氫氧化胺(TMAH)水溶液顯影60秒，以便形成光刻膠圖形，如圖2所示。如此形成的開孔寬度為W1。然后，將光刻膠圖形在加熱情況下浸入90℃下的0.01當量磺酸水溶液15中120秒，以便進行保護基團的解吸，如圖3所示。然后，將光刻膠圖形使用加熱板16在180℃下進行熱處理120秒，如圖4所示，由此，使光刻膠圖形膨脹。
在所得光刻膠圖形上，開孔寬度由W1減小到W2，即W2-W1=0.1μm。例2在按照實施例的第二實例中，將對于KrF激光器化學敏感型光刻膠(由日本合成樹脂公司出品的KRF-K2G)施加到在半導體襯底11上所形成的氧化膜12上，以形成1.0μm厚的光刻膠膜13，接著使用KrF激光器通過掩模14對其進行曝光。
接著，將曝光以后的光刻膠膜在100℃溫度下加熱90秒，隨后使用2.38％的TMAH水溶液顯影60秒，以便形成光刻膠圖形，如圖2所示。然后，將光刻膠圖形保持在15℃下的1ppm硝酸氣體氣氛中60秒，然后使用加熱板在100℃下對光刻膠膜進行加熱處理120秒，用以使保護基團與光刻膠圖形解吸。然后，將光刻膠圖形在200℃溫度下進行熱處理120秒，由此使光刻膠圖形膨脹。在所得光刻膠圖形上，開孔寬度由W1減小到W2，即W2-W1=0.05μm。
在第一和第二實例中，優(yōu)異的精細光刻膠圖形均可獲得，其實質(zhì)上不會使形狀變差。在第一實施例的變形中，例如，在第一實施例中所采用的使用0.01當量磺酸水溶液在90℃下加熱120秒可以采用將光刻膠圖形浸入25℃下的磺酸水溶液中，然后在110℃下加熱90秒來代替?；瘜W敏感型光刻膠的實例包括公知的光刻膠，其適用于i線光刻法，KrF激光器，電子束，和X射線。
由于上述實施例僅僅是用作實例而進行的描述，因此本發(fā)明不限于上述實施例，并且對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通專業(yè)人員來說可以對其進行各種改進，而其均不會脫離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1．一種在化學敏感型光刻膠上形成圖形的方法，其包括下列步驟將光刻膠膜通過掩模圖形進行曝光，將曝光的光刻膠膜進行顯影以形成光刻膠圖形，將保護基團與光刻膠圖形分離，和將光刻膠圖形進行熱處理。
2．如權(quán)利要求1的方法，其中所述保護基團分離步驟包括將光刻膠圖形浸入酸性溶液中。
3．如權(quán)利要求2的方法，其中所述保護基團分離步驟是在加熱光刻膠圖形的同時進行的。
4．如權(quán)利要求1的方法，其中保護基團分離步驟包括將光刻膠圖形暴露在酸性氣體中。
5．如權(quán)利要求4的方法，其中所述保護基團分離步驟是在加熱光刻膠圖形的同時進行的。
6．如權(quán)利要求1的方法，其中所述曝光步驟使用KrF激光器。
全文摘要
一種在化學敏感型光刻膠上形成圖形的方法,其包括下列步驟:用KtF激光器將光刻膠膜進行曝光,將曝光的光刻膠膜進行顯影以形成光刻膠圖形,將保護基團與光刻膠圖形分離,和將光刻膠圖形進行加熱使光刻膠圖形具有膨脹特性,由此在減小開孔尺寸的同時使光刻膠圖形上的開孔再成形。該方法可獲得0.30—0.18μm設計規(guī)則的精細圖形而不會破壞其形狀。
文檔編號G03F7/40GK1217567SQ9812445
公開日1999年5月26日 申請日期1998年11月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月6日
發(fā)明者吉井剛 申請人:日本電氣株式會社