專利名稱：制造光致抗蝕劑圖案的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光致抗蝕劑，特別涉及一種制造光致抗蝕劑圖案的方法。
背景技術(shù)：
為了生產(chǎn)具有數(shù)十納米、例如50nm到60nm的微觀設(shè)計規(guī)則 (micro-design rule)的半導(dǎo)體器件，需要適用于各種分辨力增強(qiáng)技術(shù) (Resolution Enhancement Technologies, RET)的光亥'J工藝。
例如，具有微觀設(shè)計規(guī)則的光致抗蝕劑圖案可根據(jù)無鉻相位光刻 (Chromeless Phase Lithography, CPL)技術(shù)，采用PSM (Phase Shift Mask, 相移掩模)以及氟化氬(ArgonFluoride, ArF)光源而直接形成。
ArF光源具有約193nm的短波長。當(dāng)ArF光源用于浸入型設(shè)備時，因為 ArF光源的波長可因純水折射率而縮得更短，所以可形成具有微觀設(shè)計規(guī)則 的光致抗蝕劑圖案。
另外，可使用采用二元掩模和交替PSM的雙重曝光技術(shù)。
但是，因為上述技術(shù)需要高價曝光設(shè)備和具有高數(shù)值孔徑(NA)的高價 掩模，所以制造工藝復(fù)雜而且失敗率高。
另夕卜，浸入型ArF曝光設(shè)備的價格相當(dāng)于氟化氪(KryptonFluoride, KrF) 曝光設(shè)備的價格的大約五倍，而CPL掩模需要的生產(chǎn)成本相當(dāng)于一般掩模的 生產(chǎn)成本的十倍。
特別是，因為生產(chǎn)CPL掩模非常困難，并且CPL掩模具有高缺陷率， 所以不易用CPL掩模來實現(xiàn)半導(dǎo)體器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供了 一種采用 一般曝光設(shè)備和一般曝光掩模制造具有微 觀設(shè)計規(guī)則的光致抗蝕劑圖案的方法，無需功能特定的高價設(shè)備。
另外，本發(fā)明實施例提供了一種能夠采用易于生產(chǎn)的掩模來制造光致抗 蝕劑圖案的方法，降低了在掩模上發(fā)生缺陷的可能性，并采用KrF工藝，因 此確保了穩(wěn)定的工藝余量(process margin)并實現(xiàn)了微觀設(shè)計規(guī)則。
根據(jù)本發(fā)明實施例，制造光致抗蝕劑圖案的方法包括以下步驟在蝕刻 目標(biāo)層上涂覆光致抗蝕劑；采用掩模，對于該光致抗蝕劑執(zhí)行曝光工藝，以 形成最初的光致抗蝕劑圖案；并生長最初的光致抗蝕劑圖案，以形成最后的 光致抗蝕劑圖案，其中生長最初的光致抗蝕劑包括施加包含反應(yīng)性有機(jī)材料 的光致抗蝕劑材料。


圖1是示意圖， 圖2是剖視圖， 圖3是剖視圖， 圖4是示意圖， 圖5是剖視圖， 半導(dǎo)體襯底。
具體實施例方式
以下，將參考附圖描述根據(jù)一個實施例制造光致抗蝕劑圖案的方法。 圖1是示意圖，示出根據(jù)一個實施例的相移掩模(PSM) 130的布局。 通過根據(jù)本發(fā)明實施例的制造光致抗蝕劑圖案的方法，可在例如約50nm
到約60nm的范圍內(nèi)實現(xiàn)微觀設(shè)計規(guī)則。另外，根據(jù)一個實施例形成的光致
抗蝕劑圖案適合用于圖案化半導(dǎo)體器件的總體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體器件包括如
柵電極或金屬內(nèi)連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層。
圖1所示的PSM 130的布局對應(yīng)于最后要蝕刻的物體的結(jié)構(gòu)的例子。根
據(jù)一個實施例，為了說明的目的，PSM圖案的線寬dl及在各PSM圖案之間
的間隔d2可均為65nm。
參考圖2，可在半導(dǎo)體襯底100上形成材料層110。材料層110可稱為蝕
刻目標(biāo)層，即要被蝕刻的層。材料層110可以是，例如，絕緣層、金屬層、
或其他要被蝕刻的器件層。
如上所述，雖然制造光致抗蝕劑圖案的方法適合制造半導(dǎo)體器件的總體
示出根據(jù)一個實施例的PSM的布局；
示出根據(jù)采用PSM的光刻工藝的光致抗蝕劑；
示出根據(jù)一個實施例的最初的光致抗蝕劑圖案；
示出根據(jù)一個實施例的最初的光致抗蝕劑圖案的生長；
示出根據(jù)一個實施例形成最后的光致抗蝕劑圖案之后的
結(jié)構(gòu)，但要說明為了解釋的目的，半導(dǎo)體襯底100上設(shè)置有金屬層110，其
中金屬層iio通過蝕刻工藝實施為柵電極。
隨之，可在金屬層110上涂覆光致抗蝕劑120。
根據(jù)一個實施例，可將光致抗蝕劑120形成到約150nm的厚度。然后， 光致抗蝕劑120可接受采用PSM 130的曝光工藝。PSM 130可具有約6%到 約10%的相阻效應(yīng)(phase dampening effect)。在一個實施例中，PSM 130 具有約6%的相阻效應(yīng)。
當(dāng)光入射到PSM130的微圖案上時，就發(fā)生光衍射，使得穿過微圖案的 光路改變。因此，光路必須通過對衍射到擋光區(qū)內(nèi)的光進(jìn)行破壞性干涉以及 對穿過光傳輸區(qū)的光進(jìn)行建設(shè)性干涉而得到補(bǔ)償。
為了調(diào)整光路，可在PSM130圖案之間形成多個能夠移相的槽。
根據(jù)一個實施例，當(dāng)曝光光致抗蝕劑120時，可采用KrF光源。因此， PSM 130可用于KrF曝光工藝。
參考圖3，采用PSM 130的KrF曝光工藝降低了光致抗蝕劑120的厚度， 而且通過PSM 130執(zhí)行連續(xù)的曝光工藝，從而形成最初的光致抗蝕劑圖案 122。
隨之，因連續(xù)的曝光，最初的光致抗蝕劑圖案122的厚度從最初約150nm 的涂覆厚度降低到約80nm，最初的光致抗蝕劑圖案122的線寬從本例中指 定給dl的65nm顯著縮窄到約40nm。
約40nm的線寬小于最后的光致抗蝕劑圖案124的線寬(見圖5)，而 因光致抗蝕劑120具有約150nm的厚度，這是可以實現(xiàn)的。
這是基于線寬的分辨率隨著線寬的厚度變薄而提高的原理。
同時，為了允許光致抗蝕劑圖案在蝕刻工藝過程中用作蝕刻阻擋件，厚 寬比(厚度對線寬的比值)應(yīng)該大于3: 1。
相應(yīng)地，對應(yīng)于65nm線寬的光致抗蝕劑120應(yīng)該具有至少約200nm的 厚度(假設(shè)厚寬比大于3: 1)。目前，為了實現(xiàn)微線寬同時滿足200nm或 更高的厚度條件，采用了高價特殊設(shè)備如ArF浸入型曝光設(shè)備。
但是，有利的是，根據(jù)本發(fā)明實施例，高價特殊設(shè)備不再是必不可少的 了。取而代之的是，根據(jù)本發(fā)明實施例，光致抗蝕劑圖案可分為最初的光致 抗蝕劑圖案122和最后的光致抗蝕劑圖案124。最初的光致抗蝕劑圖案122
可采用能形成最初線寬的最小厚度來形成，該最初線寬窄于目標(biāo)線寬，而不 管需用以設(shè)置蝕刻阻擋件的厚度條件。
然后，在形成最后的光致抗蝕劑圖案124的工藝中，可實現(xiàn)目標(biāo)線寬而 同時滿足厚度條件。即，將最后的光致抗蝕劑圖案124產(chǎn)生成具有符合或超 過厚寬比的厚度。因此，根據(jù)實施例的最后的光致抗蝕劑圖案124可具有微 線寬和抗蝕刻特性。
為了參考，因為最初的光致抗蝕劑圖案122可具有約2: l的厚寬比，所 以不會發(fā)生諸如圖案塌裂(pattern collapse)等問題，而可保持穩(wěn)定的圖案， 直至形成最后的光致抗蝕劑圖案124。
如上所述，如果最初的光致抗蝕劑圖案122具有窄于目標(biāo)線寬的線寬(在 這個例子中約40nm)，而不滿足對應(yīng)于抗蝕刻特性的厚度條件，可執(zhí)行以 下工藝以形成最后的光致抗蝕劑圖案124。
圖4是示意圖，示出根據(jù)一個實施例的最初的光致抗蝕劑圖案122的生長。
為了增加最初的光致抗蝕劑圖案122的寬度和厚度，將包含反應(yīng)性有機(jī) 材料(reactive organic material)如具有強(qiáng)反應(yīng)性的OH基團(tuán)以及胺的抗蝕材 料涂覆于具有最初的光致抗蝕劑圖案122的襯底100上，且隨后將所得到的 結(jié)構(gòu)加熱。采用調(diào)整后的溫度，反應(yīng)性有機(jī)材料選擇性地與最初的光致抗蝕 劑圖案122進(jìn)行反應(yīng)，使得最初的光致抗蝕劑圖案122能夠生長。
圖4是如圖3所示的"A"區(qū)的放大示意圖。如圖4所示，包含反應(yīng)性 有機(jī)材料((ON(CHn)m，其中n和m都是自然數(shù))的抗蝕材料只與光致抗蝕 劑最初的圖案122進(jìn)行反應(yīng)，使得光致抗蝕劑最初的圖案122能夠生長。
在蝕刻目標(biāo)層是金屬層110的情況下，在金屬層110與最初的光致抗蝕 劑圖案122的暴露的區(qū)域上引發(fā)反應(yīng)。因為反應(yīng)性基團(tuán)不存在于除了設(shè)置有 最初的圖案的區(qū)域以外的其余(暴露)區(qū)域中，所以防止了反應(yīng)性有機(jī)材料 的生長發(fā)生于最初的圖案以外的區(qū)域中。因此，就無需在金屬層110上設(shè)置 抗反射膜以形成最后的光致抗蝕劑圖案。
另外，在某些實施例中，反應(yīng)性有機(jī)材料可從反應(yīng)性管的較高部位注射 于反應(yīng)室內(nèi)，因此與最初的光致抗蝕劑圖案122的側(cè)表面相比，在最初的光 致抗蝕劑圖案122的上表面上發(fā)生更加活躍的反應(yīng)。因此，最初的光致抗蝕
劑圖案的厚度比光致抗蝕劑圖案的線寬更快地生長。
然后，對于這個例子來說，如果最初的光致抗蝕劑圖案122生長到約 200nm的厚度和約65nm的線寬，即可通過降低反應(yīng)溫度來停止上述反應(yīng)。
通過這種方式，即可完成具有具備抗蝕能力的厚度和微線寬的最后的光 致抗蝕劑圖案124，如圖5所示。然后，可采用最后的光致抗蝕劑圖案124 來執(zhí)行蝕刻工藝，因此可形成一種具有約65nm的線寬的結(jié)構(gòu)，例如對應(yīng)于 這個例子中的柵電極。
通過根據(jù)上述實施例的制造光致抗蝕劑圖案的方法，可容易地生產(chǎn)半導(dǎo) 體器件，如具有反射式線結(jié)構(gòu)、要求對應(yīng)于微圖案的圖案的閃存器件，并可 提咼產(chǎn)量。
根據(jù)一個或多個實施例制造光致抗蝕劑圖案的方法的效果如下。
第一，具有65nm或更小的微線寬的光致抗蝕劑圖案可通過KrF工藝采 用一般PSM生產(chǎn)，而無需具有特殊功能的高價設(shè)備。
第二，不需要昂貴的曝光設(shè)備和掩模，并且所用掩?？扇菀椎厣a(chǎn)，因 此能夠降低生產(chǎn)成本。另外，可提高工藝效率并可降低失敗率。
第三，因使用KrF工藝故可穩(wěn)定地確保工藝余量，并且光致抗蝕劑圖案 的閾值線寬和閾值厚度可利用反應(yīng)性基團(tuán)而容易地調(diào)整。
在本說明書中任何對"一個實施例"、"一個例子"、"示例性實施例" 等的引用都是指結(jié)合該實施例隨描述的特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性包含于本發(fā) 明的至少一個實施例中。在本說明書中各處出現(xiàn)的這類用語不一定都是指相 同的實施例。進(jìn)一步地，當(dāng)結(jié)合任何實施例描述特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性時， 應(yīng)認(rèn)為結(jié)合其他實施例實現(xiàn)這樣的特征、結(jié)構(gòu)、或特性是在本領(lǐng)域技術(shù)人員 范圍內(nèi)的。
雖然已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明若干示例性的實施例進(jìn)行了描述，應(yīng)該理解的是本 領(lǐng)域技術(shù)人員可引申出無數(shù)其他將落入本公開的精神和理論范圍內(nèi)的改進(jìn)和 實施例。更加特別的是，本公開，附圖和所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的對象的組合 安排的部件和/或布置可以有各種變形和改進(jìn)。除了部件和/或布置的變形和 改進(jìn)，替代的應(yīng)用對于本領(lǐng)域技術(shù)人員也將是明顯的。
權(quán)利要求
1、一種制造光致抗蝕劑圖案的方法，包括以下步驟在蝕刻目標(biāo)層上施加光致抗蝕劑；采用曝光掩模，對于該光致抗蝕劑執(zhí)行曝光工藝，以形成最初的光致抗蝕劑圖案；以及對該最初的光致抗蝕劑圖案執(zhí)行生長工藝，以形成最后的光致抗蝕劑圖案，其中執(zhí)行該生長工藝包括施加包含反應(yīng)性有機(jī)材料的光致抗蝕劑材料。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中執(zhí)行該生長工藝進(jìn)一步包括在施 加該光致抗蝕劑材料后調(diào)整工藝溫度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該反應(yīng)性有機(jī)材料包含具有強(qiáng)反應(yīng) 性的OH反應(yīng)性基團(tuán)和胺。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該光致抗蝕劑材料包含包含 ON(CHn)m的反應(yīng)性有機(jī)材料，其中n和m都是自然數(shù)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該曝光掩模是相移掩模。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中該相移掩模具有處于約6%到約10% 的范圍內(nèi)的相阻效應(yīng)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中執(zhí)行該曝光工藝的步驟包括采用 KrF曝光設(shè)備。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在執(zhí)行該生長工藝的過程中，將該 最初的光致抗蝕劑圖案生長到厚度處于190nm到210nm的范圍內(nèi)且線寬處 于50nm到70nm的范圍內(nèi)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該最后的光致抗蝕劑圖案是未采用 抗反射膜而形成的。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該蝕刻目標(biāo)層包括絕緣層。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該蝕刻目標(biāo)層包括金屬層。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該掩模的圖案的線寬與該掩模的 圖案之間的間隔相同。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在執(zhí)行該曝光工藝的過程中，該 最初的光致抗蝕劑圖案的厚度和線寬是通過針對該光致抗蝕劑調(diào)整該曝光工 藝的時間來確定的。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該最初的光致抗蝕劑圖案的厚度 對線寬的比值至少為2: 1。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該最初的光致抗蝕劑圖案的厚度 對線寬的比值至少為3: 1。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該光致抗蝕劑被施加到厚度處于約140nm到約160nm的范圍內(nèi)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該最初的光致抗蝕劑圖案被形成 到厚度處于70nm到約90nm的范圍內(nèi)且線寬處于30nm到約50nm的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制造光致抗蝕劑圖案的方法。該方法包括在蝕刻目標(biāo)層上涂覆光致抗蝕劑，采用使用掩模的曝光工藝形成最初的光致抗蝕劑圖案，以及采用包含反應(yīng)性有機(jī)材料的光致抗蝕劑材料生長最初的光致抗蝕劑圖案以形成最后的光致抗蝕劑圖案。本發(fā)明無需功能特定的高價設(shè)備即可制造光致抗蝕劑圖案，有利于生產(chǎn)，可確保穩(wěn)定的工藝余量并實現(xiàn)微觀設(shè)計規(guī)則。
文檔編號H01L21/027GK101355015SQ20081013401
公開日2009年1月28日 申請日期2008年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月23日
發(fā)明者姜在賢 申請人:東部高科股份有限公司