[發明專利]形成抗蝕圖案的方法、半導體器件及其生產方法

有效

• 申請號: 200710002394.4
• 申請日: 2007-01-15
• 公開（公告）號: CN101226335A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發明（設計）人: 小澤美和;野崎耕司
• 申請（專利權）人: 富士通株式會社
• 主分類號: G03F7/16
• 分類號: G03F7/16;G03F7/26;G03F7/004;H01L21/027;H01L21/00
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司
• 代理人: 吳小瑛

相關申請的交叉引用

本申請基于并要求于2006年8月17日提交的在先日本專利申請No.2006-222498的優先權，該在先申請的全部內容在此引入作為參考。

技術領域

本發明涉及形成抗蝕圖案的方法，該抗蝕圖案被涂覆在半導體器件的抗蝕圖案上，以增厚或增加半導體器件的抗蝕圖案的厚度，從而形成細度可超過現有曝光設備光源的曝光或分辨率極限的微小空間圖案。本發明還涉及半導體器件及其生產方法。

背景技術

半導體集成電路已被高度集成，LSIs(大規模集成電路)和VLSIs(超大規模集成電路)已進入實際應用中。伴隨著這種趨勢，布線圖案已小型化到0.2微米或更小，并且已經獲得了0.1微米或更小的這種圖案。光刻工藝在形成微小布線圖案中非常重要，其中襯底被涂上抗蝕薄膜，對該抗蝕薄膜進行選擇性曝光，然后進行顯影，從而形成抗蝕圖案，之后，利用該抗蝕圖案作為掩膜干法刻蝕該襯底，接著除去該抗蝕圖案，從而獲得所需的布線圖案。在目前的光刻工藝中，需要波長更短的光源，同時需要可提供與相應光源具有合適性能的、具有更高分辨率的抗蝕材料。

但是，使曝光光源的波長縮短會增加曝光裝置的成本。而且，開發適用于更短波長的抗蝕材料并不容易。

因此，提出了一種利用抗蝕圖案增厚材料(在下文中有時會稱為“抗蝕溶脹劑”)形成更微小圖案的工藝，其中由常規抗蝕材料形成的抗蝕圖案被增厚，以制成更微小的空間圖案。例如，提出了一種被稱為RELACS(化學收縮輔助分辨率增強光刻)的工藝，其中通過利用深紫外光的波長為248納米的KrF準分子激光使正型抗蝕或負型抗蝕的抗蝕劑曝光形成抗蝕圖案，然后借助于水溶性樹脂組合物形成一層覆蓋該抗蝕圖案的涂膜，該涂膜和抗蝕圖案在兩者之間的界面處利用抗蝕圖案材料中的殘留酸相互作用，從而該抗蝕圖案被增厚(在下文中，該增厚有時被稱為“溶脹”)。在這種方法中，抗蝕圖案之間的間距被縮短，形成一微小的空間圖案。其后，便形成了與該空間圖案具有相同尺寸的所需圖案，例如布線圖案(參見日本專利申請公開(JP-A)No.10-73927)。

但是，在該RELACS工藝中存在這樣一個問題，即，由于KrF抗蝕劑是含有酚醛樹脂、萘醌二疊氮樹脂等的芳香族樹脂組合物，該芳香族樹脂組合物中的芳香環可以使波長為248納米的KrF準分子激光通過，但吸收波長為193納米(即較短波長)的ArF準分子激光，因而阻止了ArF準分子激光通過，進而不能利用ArF準分子激光形成更微小的布線圖案。此外，在該RELACS工藝中還存在另一個問題，即，抗蝕溶脹劑可有效地增厚或溶脹KrF抗蝕劑，但不能有效地增厚或溶脹ArF抗蝕劑。此外，抗蝕溶脹劑本身具有較低的抗刻蝕性，因此當具有較低抗刻蝕性的ArF抗蝕圖案被溶脹時，在襯底上不能加工出與溶脹圖案相同尺寸的圖案。而且，即使具有令人相當滿意的抗刻蝕性的KrF抗蝕劑被溶脹，也還是存在另一個問題，即，在刻蝕條件惡劣或KrF抗蝕圖案很微小或抗蝕膜很薄等情況下，不能精確地進行刻蝕，且不能獲得與溶脹圖案具有相同尺寸的圖案。

從形成更微小的布線圖案的觀點出發，希望可以利用比KrF準分子激光的波長更短的光，例如ArF準分子激光，作為曝光設備的光源。當波長比ArF準分子激光的波長更短的X射線或電子束被用作曝光光源時，又會導致明顯增高的成本和生產率的降低。因此，利用ArF準分子激光是較理想的。

鑒于RELACS工藝中抗蝕溶脹劑不能有效地作用于ArF抗蝕圖案的問題，本發明人通過表面活性劑改進與ArF抗蝕圖案的親和性，提出了一種能形成微小圖案的抗蝕圖案增厚材料(參見JP-A?No.2003-131400)。但是，這種抗蝕劑增厚材料的組分很可能會引起對增厚之前的圖案尺寸的依賴，也就是說，當增厚之前的圖案尺寸增加時，增厚之后的圖案尺寸的減小程度會與該圖案尺寸成比例地增大。而且，會根據圖案密度而在收縮程度中呈現差異，抗蝕圖案間距較大的相對稀薄區收縮之后的圖案尺寸可能會不同于在抗蝕圖案間距較小的較密集區收縮之后的圖案尺寸；更具體而言，抗蝕圖案越密集，增厚之后的圖案尺寸的收縮程度就可能越大。

另一方面，為了使RELACS工藝中的圖案形狀和平面內尺寸都統一，提出了一種增加KrF抗蝕圖案的增厚程度的方法，該方法中利用抗蝕溶脹劑重復多次增厚(參見JP-A?No.2000-298356)。

但是，隨著現在半導體集成電路越來越高的集成度，越來越希望能利用ArF準分子激光來使布線圖案小型化。