專利名稱：形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方法。
技術(shù)背景為了制造更小的半導(dǎo)體器件，圖案也變得更小。為了得到精細(xì) 的圖案，已經(jīng)進(jìn)行了各種研究以改進(jìn)光阻和曝光機。關(guān)于曝光機，已經(jīng)使用KrF (248nm)和ArF (193nm)作為曝 光光源，并且已經(jīng)嘗試使用諸如F2 (157nm)或EUV (13nm;遠(yuǎn)紫 外光)等短波長光源或者增加數(shù)值孔徑(NA)。但是，當(dāng)應(yīng)用諸如F2等新的光源時，需要新的曝光機，導(dǎo)致制 造成本增加。另外，數(shù)值孔徑的增加使焦深范圍降低。盡管已經(jīng)研究出使用具有高折射率的浸沒溶液的浸沒式光刻工 序，但是難以將這種工序應(yīng)用于大規(guī)模制造。同時，已經(jīng)通過雙重曝光方法來形成分辨率超過光刻極限的精 細(xì)圖案。但是，難以確保重疊和布置的裕度，這導(dǎo)致了額外的制造成 本和時間。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的各種實施例旨在提供形成精細(xì)圖案的方法，該方法包括在己經(jīng)利用溶解度差異而形成的第一光阻圖案之上形成第二光阻 膜；以及隨后形成第二光阻圖案，由此獲得的間距比光刻極限更小。 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方法 包括下列步驟在包括底層的半導(dǎo)體基板之上涂覆第一光阻組合物， 由此形成第一光阻膜；對第一光阻膜進(jìn)行曝光和顯影，由此形成第一 光阻圖案；在所得到的結(jié)構(gòu)上形成不與第一光阻圖案反應(yīng)的第二光阻 膜；以及對第二光阻膜進(jìn)行曝光和顯影，由此形成第二光阻圖案；其中，第一光阻圖案和第二光阻圖案各包括多個元件，并且第二光阻圖 案的各元件分別位于第一光阻圖案的相鄰元件之間。第一光阻組合物優(yōu)選地包括加成共聚物，其包括從具有酸不 穩(wěn)定保護(hù)基的(甲基)丙烯酸酯衍生的重復(fù)單元、從具有羥基的(甲基) 丙烯酸酯衍生的重復(fù)單元以及從丙烯酰胺衍生的重復(fù)單元；光酸產(chǎn)生 劑以及有機溶劑。聚合物優(yōu)選地包括甲基丙烯酸2-甲基-2-金剛烷 醇酯重復(fù)單元、甲基丙烯酸2-羥乙酯重復(fù)單元、以及N-異丙基丙烯 酰胺重復(fù)單元。第一光阻組合物優(yōu)選地包括按重量計，在100份的組合物中， 含量為5到20份的聚合物；含量為0.05到l份的光酸產(chǎn)生劑；以及 有機溶劑。涂覆第一光阻組合物的步驟優(yōu)選地包括將第一光阻組合物在 9(TC到150"C范圍內(nèi)的溫度下烘烤30秒到180秒。對第一光阻膜進(jìn)行曝光和顯影的步驟優(yōu)選地包括以10mJ/cm2 至200 mJ/cn^范圍內(nèi)的曝光能量使用具有特定間距的線圖案的第一 曝光掩模對第一光阻膜進(jìn)行曝光；將所得到的結(jié)構(gòu)在9(TC到15(TC范 圍內(nèi)的溫度下后烤30秒到180秒；以及對所得到的結(jié)構(gòu)進(jìn)行顯影。對第二光阻膜進(jìn)行曝光和顯影的步驟優(yōu)選地包括以10mJ/cm2 至200 mJ/cn^范圍內(nèi)的曝光能量使用具有特定間距的線圖案的第二 曝光掩模對第二光阻膜進(jìn)行曝光；將所得到的結(jié)構(gòu)在9(TC到15(TC范 圍內(nèi)的溫度下后烤30秒到180秒；以及對所得到的結(jié)構(gòu)進(jìn)行顯影。第二曝光掩模優(yōu)選地為移動特定距離的第一曝光掩模，或者可 以是另外的曝光掩模。第一光阻膜和第二光阻膜的曝光優(yōu)選地包括使用浸沒式光刻 設(shè)備。第一光阻圖案和第二光阻圖案各具有特定間距。第一光阻圖案 和第二光阻圖案共同限定出復(fù)合光阻圖案，并且所述復(fù)合光阻圖案具 有等于所述特定間距的 一 半的復(fù)合間距。


圖la至圖lc為橫截面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的形成半 導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方法。圖2為實例1中的第一光阻聚合物的NMR譜。 圖3為實例3中的精細(xì)圖案的SEM照片。
具體實施方式
下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性具體實施例。圖la至圖lc為橫截面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的形成半 導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方法。在半導(dǎo)體基板11之上形成硬掩模層13，該半導(dǎo)體基板11具有 包括特定下部結(jié)構(gòu)的底層。在硬掩模層13之上形成抗反射膜15。在抗反射膜15之上涂覆第一光阻組合物，隨后在90。C到150°C 范圍內(nèi)的溫度下烘烤30秒到180秒，以形成第一光阻膜(未示出)。第一光阻組合物包括加成共聚物，其包括從具有酸不穩(wěn)定保 護(hù)基的(甲基)丙烯酸酯衍生的重復(fù)單元、從具有羥基的(甲基)丙烯酸 酯衍生的重復(fù)單元以及從丙烯酰胺(包括其垸基取代的形式)衍生的 重復(fù)單元；光酸產(chǎn)生劑以及有機溶劑。按重量計，在100份的第一光阻組合物中，聚合物的含量在5 到20份的范圍內(nèi)。當(dāng)聚合物的含量按重量計小于5份時，光阻膜將 過薄，當(dāng)聚合物的含量按重量計大于20份時，光阻膜將過厚。按重量計，在100份的第一光阻組合物中，光酸產(chǎn)生劑的含量 在0.05到1份的范圍內(nèi)。光酸產(chǎn)生劑優(yōu)選地為從下列群組中選出的 一種或多種成分，所述群組包括九氟丁烷磺酸三苯基锍鹽、二苯基 碘六氟磷酸鹽、二苯基碘六氟砷酸鹽、二苯基碘六氟銻酸鹽、二苯基 對甲氧基苯基三氟甲磺酸鹽、二苯基對亞芐基三氟甲磺酸鹽、二苯基 對異丁基苯基三氟甲磺酸鹽、六氟砷酸三苯基锍鹽、六氟銻酸三苯基 锍鹽、三氟甲磺酸三苯基锍鹽、三氟甲垸磺酸三苯基锍鹽、三氟甲磺 酸二丁基萘基硫鹽及其混合物。有機溶劑優(yōu)選地從下列群組中選出，所述群組包括3-甲氧基 丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、丙二醇甲醚乙酸酯、環(huán)己酮、2-庚酮、正丁醇、正戊醇、乙酸乙酯及其混合物。第一光阻組合物還可以包括有機堿。該有機堿可以降低存在于 空氣中的堿性化合物(例如，胺)對曝光后所獲得的圖案的影響，并 且還可以調(diào)節(jié)圖案的形狀。有機堿優(yōu)選地從下列群組中選出，所述群組包括三乙胺、三 異丁胺、三異辛胺、三異癸胺、二乙醇胺、三乙醇胺及其混合物。優(yōu)選的是，采用浸沒式光刻設(shè)備以10mJ/cn^至200 mJ/cn^范圍 內(nèi)的曝光能量使用具有間距A的線圖案的第一曝光掩模對第一光阻 膜進(jìn)行曝光。該曝光工序的光源從下列群組中選出，所述群組包括 G-線(436nm) 、 i-線(365nm) 、 KrF (248nm) 、 ArF (193nm)、 F2 (157nm)以及EUV (13nm)。將所得到的結(jié)構(gòu)在90。C到150。C范圍內(nèi)的溫度下后烤30秒到 180秒，然后用2.38% (重量百分比)的氫氧化四甲基銨(TMAH) 水溶液顯影，以形成第一光阻圖案17。在所得到的結(jié)構(gòu)之上涂覆第二光阻組合物，以形成第二光阻膜19。任何適合的化學(xué)增幅(chemically amplified)的光阻組合物都可 以作為第二光阻組合物用于浸沒式光刻工序。第二光阻組合物不溶解 第一光阻圖案17;因此，即使涂覆第二光膽組合物，第一光阻圖案 17的形狀也不會改變。采用浸沒式光刻設(shè)備以10mJ/cm2至200 mJ/cm2范圍內(nèi)的曝光能 量使用具有間距A的線圖案的第二曝光掩模對第二光阻膜19進(jìn)行曝 光。該曝光工序的光源優(yōu)選從下列群組中選出，所述群組包括G-線(436nm) 、 i-線(365nm) 、 KrF (248nm) 、 ArF (193nm) 、 F2 (157nm)以及EUV (13nm)。第二曝光掩模優(yōu)選地為移動特定距離的第一曝光掩模，或者可 以為另外的曝光掩模。將所得到的結(jié)構(gòu)在9(TC到15(TC范圍內(nèi)的溫度下后烤30秒到 180秒，然后用2.38% (重量百分比)的TMAH水溶液顯影，以形成 第二光阻圖案21，該第二光阻圖案具有多個元件，各元件位于第一光阻圖案17的相鄰元件之間。第一光阻圖案17和第二光阻圖案21 都具有等于光刻工序的最小尺寸極限的間距A。第一光阻圖案17和 第二光阻圖案21的交錯布置導(dǎo)致了具有縮小的間距A/2 (即，小于 光刻極限的間距)的復(fù)合光阻圖案。當(dāng)形成第二光阻圖案21時，即使第一光阻圖案17受到光的照 射，第一光阻圖案17也不會在曝光和顯影工序中被顯影。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，將圖la至圖lc所表示的方法步驟重復(fù)至少兩次或者更多次，由此獲得更精細(xì)的圖案。 實例1:第一光阻聚合物的制備向圓底燒瓶(250mL)中加入作為聚合引發(fā)劑的甲基丙烯酸2-甲基-2-金剛垸醇酯(12g)、甲基丙烯酸2-羥乙酯(8g) 、 N-異丙基 丙烯酰胺(lg)、偶氮二異丁腈(AIBN) (0.6g)、以及丙二醇甲醚 乙酸酯(PGMEA) (100g)。所得到的混合物在氮氣環(huán)境下反應(yīng)8 小時。反應(yīng)后，所得到的聚合物在乙醚(1000mL)中沉淀并且在真 空中脫水，以得到根據(jù)本發(fā)明的第一光阻聚合物(良率89%)。圖 2為所得到的聚合物的NMR譜。實例2:第一光阻組合物的制備在環(huán)己酮(170g)中溶解從實例1獲得的第一光阻聚合物(10g)、 九氟丁烷磺酸三苯基锍鹽(0.4g)以及三乙醇胺(0.006g)，以獲得根據(jù)本發(fā)明的第一光阻組合物。實例3:精細(xì)圖案的形成 第一光阻圖案的形成將從實例2所獲得的第一光阻組合物涂覆于晶片上，并且在100 。C溫度下預(yù)烤60秒，以形成第一光阻膜。采用浸沒式光刻設(shè)備以 35mJ/cm2的曝光能量使用具有80nm半間距的掩模對第一光阻膜進(jìn) 行曝光。將所得到的結(jié)構(gòu)在IOO'C溫度下后烤60秒，并且用2.38% (重量百分比)的TMAH水溶液顯影，由此獲得40nm的第一光阻圖案。第二光阻圖案的形成將AIM5076光阻組合物(由JSR公司生產(chǎn))涂覆在所得到的結(jié) 構(gòu)之上，并且在100。C溫度下預(yù)烤60秒，以形成第二光阻膜。采用 浸沒式光刻設(shè)備以38mJ/crr^的曝光能量使用具有80nm半間距的掩 模對第二光阻膜進(jìn)行曝光。將所得到的結(jié)構(gòu)在IO(TC溫度下后烤60 秒，并且用2.38% (重量百分比)的TMAH水溶液顯影，由此獲得 40nm的第二光阻圖案。因為第二光阻圖案的元件形成于第一光阻圖案的相鄰元件之 間，因此采用具有80nm半間距的掩模使所得到的復(fù)合圖案形成為具 有40nm的半間距(見圖3)。第二曝光工序中使用的掩模與第一曝 光工序中使用的掩模相同，只是在兩個曝光工序之間將掩模移動了特 定的距離。如上所述，在根據(jù)本發(fā)明實施例的形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案 的方法中，第二光阻組合物涂覆在第一光阻圖案之上，該第一光阻圖 案不與第二光阻組合物反應(yīng)。結(jié)果，第二光阻圖案的元件形成于第一 光阻圖案的元件之間，由此獲得具有小于光刻極限的間距的精細(xì)復(fù)合 圖案。另外，上述方法可以重復(fù)多次，以獲得更精細(xì)的圖案。本發(fā)明的上述實施例是說明性的而非限制性的。各種替代形式 及等同實施例都是可行的。本發(fā)明并不限于在此所述的光刻步驟。本 發(fā)明也不限于任何特定類型的半導(dǎo)體器件。例如，本發(fā)明可以應(yīng)用于 動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)或非易失存儲器中。考慮到本發(fā)明所 公開的內(nèi)容，其它的增加、減少或修改是顯而易見的并且落入所附權(quán) 利要求書的范圍內(nèi)。本申請要求2007年1月5日提交的韓國專利申請 No.10-2007-0001405的優(yōu)先權(quán)，該申請的全部內(nèi)容以引用的方式并入 本文。
權(quán)利要求
1. 一種形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方法，所述方法包括下列步驟在包括底層的半導(dǎo)體基板之上涂覆第一光阻組合物，由此形成第一光阻膜；對所述第一光阻膜進(jìn)行曝光和顯影，由此形成第一光阻圖案；在所得到的結(jié)構(gòu)上形成不與所述第一光阻圖案反應(yīng)的第二光阻膜；以及對所述第二光阻膜進(jìn)行曝光和顯影，由此形成第二光阻圖案；其中，所述第一光阻圖案和所述第二光阻圖案各包括多個元件，并且所述第二光阻圖案的各元件分別位于所述第一光阻圖案的相鄰元件之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一光阻組合物包括加成共聚物，其包括從具有酸不穩(wěn)定保護(hù)基的(甲基)丙烯酸酯衍生的重復(fù)單元；從具有羥基的(甲基)丙烯酸酯衍生的重復(fù)單元；以及從丙烯酰胺衍生的重復(fù)單元； 光酸產(chǎn)生劑；以及 有機溶劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述共聚物包括甲基丙烯酸2-甲基-2-金剛烷醇酯重復(fù)單元、 甲基丙烯酸2-羥乙酯重復(fù)單元、以及N-異丙基丙烯酰胺重復(fù)單元。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中 所述第一光阻組合物還包括有機堿。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述有機堿從下列群組中選出，所述群組包括三乙胺、三異 丁胺、三異辛胺、三異癸胺、二乙醇胺、三乙醇胺及其混合物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一光阻組合物包括按重量計，在100份的組合物中，含量為5到20份的所述加成共聚物；含量為0.05到1份的光酸產(chǎn)生劑；以及有機溶劑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述涂覆第一光阻組合物的步驟包括將所述第一光阻組合物 在90。C到150。C范圍內(nèi)的溫度下烘烤30秒到180秒。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述對第一光阻膜進(jìn)行曝光和顯影的步驟包括以1 OmJ/cm2至200 mJ/cm2范圍內(nèi)的曝光能量使用具有特定間距 的線圖案的第一曝光掩模對所述第一光阻膜進(jìn)行曝光；將所得到的結(jié)構(gòu)在9(TC到15(TC范圍內(nèi)的溫度下烘烤30秒到 180秒；以及對所得到的結(jié)構(gòu)進(jìn)行顯影。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中 所述對第二光阻膜進(jìn)行曝光和顯影的步驟包括以1 OmJ/cm2至200 mJ/cm2范圍內(nèi)的曝光能量使用具有特定間距 的線圖案的第二曝光掩模對所述第二光阻膜進(jìn)行曝光；將所得到的結(jié)構(gòu)在90。C到15(TC范圍內(nèi)的溫度下烘烤30秒到 180秒；以及對所得到的結(jié)構(gòu)進(jìn)行顯影。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第二曝光掩模為移動特定距離的所述第一曝光掩模。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中 所述第二曝光掩模與所述第一曝光掩模不同。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述對第一光阻膜進(jìn)行曝光的步驟包括使用浸沒式光刻設(shè)備。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述對第二光阻膜進(jìn)行曝光的步驟包括使用浸沒式光刻設(shè)備。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中 所述第一光阻圖案和所述第二光阻圖案各具有特定間距； 所述第一光阻圖案和所述第二光阻圖案共同限定出復(fù)合光阻圖案；以及所述復(fù)合光阻圖案具有等于所述特定間距的一半的復(fù)合間距。
15. —種光阻組合物，包括加成共聚物，其包括從具有酸不穩(wěn)定保護(hù)基的(甲基)丙烯酸酯衍生的重復(fù)單元；從具有羥基的(甲基)丙烯酸酯衍生的重復(fù)單元；以及從丙烯酰胺衍生的重復(fù)單元； 光酸產(chǎn)生劑；以及 有機溶劑。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的光阻組合物，其中 所述共聚物包括甲基丙烯酸2-甲基-2-金剛垸醇酯重復(fù)單元； 甲基丙烯酸2-羥乙酯重復(fù)單元；以及N-異丙基丙烯酰胺重復(fù)單元。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的光阻組合物，還包括有機堿。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的光阻組合物，其中 所述有機堿從下列群組中選出，所述群組包括三乙胺、三異丁胺、三異辛胺、三異癸胺、二乙醇胺、三乙醇胺及其混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開一種形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方法，該方法包括下列步驟在包括底層的半導(dǎo)體基板上涂覆第一光阻組合物，由此形成第一光阻膜；對所述第一光阻膜進(jìn)行曝光和顯影，由此形成第一光阻圖案；在所得到的結(jié)構(gòu)上形成不與所述第一光阻圖案反應(yīng)的第二光阻膜；以及對所述第二光阻膜進(jìn)行曝光和顯影，由此形成第二光阻圖案；其中，所述第一光阻圖案和所述第二光阻圖案各包括多個元件，并且所述第二光阻圖案的各元件分別位于所述第一光阻圖案的相鄰元件之間。
文檔編號H01L21/00GK101217105SQ20071010797
公開日2008年7月9日 申請日期2007年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月5日
發(fā)明者鄭載昌 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司