專利名稱：形成精細(xì)圖案的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的示例性實(shí)施例總地來說涉及形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方法，更具體而言，涉及一種形成每個(gè)都比曝光分辨率極限更精細(xì)的圖案的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件的圖案通常使用光刻工藝來形成。光刻工藝是通過將形成在基礎(chǔ)層 (即，要被刻蝕的層)上的光致抗蝕劑層曝光并將所述光致抗蝕劑層顯影來進(jìn)行的。通過光刻工藝在基礎(chǔ)層上形成光致抗蝕劑圖案。當(dāng)圖案化半導(dǎo)體器件的圖案時(shí)，光致抗蝕劑圖案被用作刻蝕掩模。因此，光致抗蝕劑圖案的尺寸起到確定半導(dǎo)體器件的圖案的尺寸的要素的作用。光致抗蝕劑圖案的尺寸是由曝光分辨率來確定的。因此，曝光分辨率的極限限制了光致抗蝕劑圖案的尺寸減小的量級(jí)。因此，半導(dǎo)體器件的圖案在尺寸上的降低受到限制。 但是，為了提高半導(dǎo)體器件的集成度，需要形成比曝光極限更精細(xì)的圖案的過程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例涉及一種形成比曝光分辨率更精細(xì)的圖案的方法。根據(jù)本說明書的一個(gè)方面的形成精細(xì)圖案的方法包括以下步驟在基礎(chǔ)層上形成具有酸擴(kuò)散速率的第一輔助層；在第一輔助層上形成透光的第二輔助層，所述第二輔助層具有比第一輔助層更慢的酸擴(kuò)散速率；將第一輔助層和第二輔助層的各自的區(qū)域曝光以在第一輔助層和第二輔助層的曝光的區(qū)域產(chǎn)生酸；以使酸在第一輔助層中擴(kuò)散得比在第二輔助層中擴(kuò)散得更快的方式，使用烘焙工藝來使酸擴(kuò)散；去除第一輔助層和第二輔助層中的酸擴(kuò)散區(qū)域以形成第一輔助圖案和第二輔助圖案，第二輔助圖案具有比第一輔助圖案更寬的寬度；使用硬掩模材料填充第一輔助層的去除的區(qū)域；以及去除在第二輔助圖案之間暴露的硬掩模材料，以在第一輔助圖案的側(cè)壁上形成硬掩模圖案。所述方法優(yōu)選地還包括在形成硬掩模圖案之后去除第一輔助圖案和第二輔助圖案的步驟。第一輔助層優(yōu)選地包括包含光致產(chǎn)酸劑(PAG)和熱致產(chǎn)酸劑(TAG)中的至少一個(gè)、吸收來自光源的光的光吸收樹脂和交聯(lián)聚合物的混合物。所述交聯(lián)聚合物由酸而解交聯(lián)并變得可溶于顯影劑，所述顯影劑用于去除酸擴(kuò)散區(qū)域。第二輔助層優(yōu)選地包括光致抗蝕劑層。與第二輔助層相比，優(yōu)選地在第一輔助層中混合用于激發(fā)酸擴(kuò)散的添加劑。第二輔助圖案的每個(gè)的兩個(gè)側(cè)壁優(yōu)選地都比第一輔助圖案的每個(gè)的兩個(gè)側(cè)壁突出得更遠(yuǎn)。第二輔助圖案的側(cè)壁優(yōu)選地比第一輔助圖案的側(cè)壁多突出第一輔助圖案的寬度。第二輔助圖案的側(cè)壁優(yōu)選地比第一輔助圖案的側(cè)壁多突出硬掩模圖案的寬度。第一輔助圖案之間的間隙優(yōu)選地為第一輔助圖案寬度的三倍。硬掩模材料優(yōu)選地具有與第一輔助圖案和第二輔助圖案的材料的刻蝕速率不同的刻蝕速率。硬掩模材料優(yōu)選地包括包含碳的混合物。


圖IA至圖IE是表示根據(jù)本說明書的示例性實(shí)施例形成精細(xì)圖案的方法的截面圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖詳細(xì)地描述本說明書的示例性實(shí)施例。提供附圖是為了使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解本說明書的實(shí)施例的范圍。圖IA至圖IE是表示根據(jù)本說明書的示例性實(shí)施例形成精細(xì)圖案的方法的截面圖。參照?qǐng)D1A，在基礎(chǔ)層1(即，要被刻蝕的層)之上層疊第一輔助層3和第二輔助層 5。第一輔助層3和第二輔助層5優(yōu)選地由包括光致產(chǎn)酸劑(PAG)的材料形成，所述光致產(chǎn)酸劑可以通過暴露在光線下來產(chǎn)生酸。另外，優(yōu)選地，層3和層5由可以在顯影工藝中因在曝光部分產(chǎn)生的酸而被去除的材料來形成。另外，第二輔助層5優(yōu)選地由可以透光的材料形成，以使得從第二輔助層5上部發(fā)出的光線能夠經(jīng)由第二輔助層5而輻射到第一輔助層3上。另外，對(duì)于顯影工藝中的顯影劑，第一輔助層3優(yōu)選地具有比第二輔助層5更高的顯影劑溶解性。為了這一目的，與第二輔助層5相比，可以在第一輔助層3中加入激發(fā)第一輔助層3中酸的擴(kuò)散的添加劑。據(jù)此，在第二輔助層5中的由熱或光導(dǎo)致的酸的擴(kuò)散速率比在第一輔助層3中的更慢。例如，第二輔助層5可以由光致抗蝕劑形成，所述光致抗蝕劑優(yōu)選地包括包含透光的樹脂、光致產(chǎn)酸劑(PAG)和熱致產(chǎn)酸劑(TAG)的混合物。另外，第一輔助層3可以包括可溶于顯影劑的底層抗反射涂層(D-BARC)，所述可溶于顯影劑的底層抗反射涂層優(yōu)選地包括包含光致產(chǎn)酸劑(PAG)和熱致產(chǎn)酸劑(TAG)中的至少一種、吸收外部光源的光的光吸收樹脂和交聯(lián)的聚合物的混合物，所述交聯(lián)的聚合物由酸解交聯(lián)后變得可溶于顯影劑?；A(chǔ)層1優(yōu)選地包括用于硬掩模圖案的材料或用于半導(dǎo)體器件圖案的材料，所述硬掩模圖案在圖案化半導(dǎo)體器件的圖案時(shí)用作刻蝕掩模。參照?qǐng)D1B，第一輔助圖案3a是通過去除第一輔助層3的區(qū)域來形成的，而第二輔助圖案5a是通過去除第二輔助層5的區(qū)域來形成的。第二輔助圖案5a形成在第一輔助圖案3a之上，并且每個(gè)都比相關(guān)聯(lián)的第一輔助圖案3a更寬。在此，由于第二輔助圖案5a的兩個(gè)側(cè)壁都比從第一輔助圖案3a的兩個(gè)側(cè)壁突出得更遠(yuǎn)，因此，由第一輔助圖案3a和第二輔助圖案5a產(chǎn)生了底切(undercut)現(xiàn)象。下面詳細(xì)描述形成第一輔助圖案3a和第二輔助圖案5a的方法。首先，將第一輔助層3的區(qū)域和第二輔助層5的區(qū)域暴露在穿過了光刻版(reticle)(未示出)的光線下。所述光刻版具有透明基板和形成在所述透明基板上的遮光圖案。所述遮光圖案限定第一輔助層和第二輔助層的各自的曝光區(qū)域。在此，在光刻版中形成的遮光圖案的線寬優(yōu)選地比半導(dǎo)體器件的圖案的線寬更大。與此同時(shí)，為了形成精細(xì)的圖案，在曝光工藝中優(yōu)選地使用具有ArF 193nm光源的浸沒式曝光裝置。 通過上述曝光工藝在第一輔助層與第二輔助層的曝光區(qū)域中產(chǎn)生酸。然后，執(zhí)行曝光后烘焙(PEB)工藝以使在第一輔助層和第二輔助層的各自的曝光區(qū)域中產(chǎn)生的酸擴(kuò)散。因?yàn)闃?gòu)成第一輔助層和第二輔助層的各自的材料的差異，所以酸在第一輔助層中擴(kuò)散得比在第二輔助層中更快。因此，在第二輔助層中擴(kuò)散了酸的區(qū)域的寬度比在第一輔助層中擴(kuò)散了酸的區(qū)域的寬度更窄。由于酸的原因，在第一輔助層和第二輔助層的各自的酸擴(kuò)散區(qū)域中發(fā)生解交聯(lián)反應(yīng)，并因此酸擴(kuò)散區(qū)域變得可溶。然后，例如，通過顯影工藝使用諸如四甲基氫氧化銨(TMAH)的顯影劑將第一輔助層和第二輔助層的各自的酸擴(kuò)散區(qū)域溶解并去除。結(jié)果，保留第一輔助圖案3a和第二輔助圖案5a。由于在顯影工藝中根據(jù)酸擴(kuò)散區(qū)域的寬度之間的差別第一輔助層和第二輔助層被顯影劑所溶解的寬度不同，所以第一輔助層和第二輔助層的去除區(qū)域具有不同的寬度。 更具體而言，具有相對(duì)地寬的酸擴(kuò)散區(qū)域的第一輔助層的去除區(qū)域的寬度比第二輔助層的去除區(qū)域的寬度更寬。因此，在顯影工藝之后，第二輔助圖案5a可以具有比第一輔助圖案 3a更寬的線寬。參照?qǐng)D1C，用多功能硬掩模(MFHM)材料7 (以下稱為“硬掩模材料”)填充第一輔助圖案3a之間的間隔(即，從去除了第一輔助層的區(qū)域)。在此，可以將硬掩模材料7形成為可達(dá)形成有第二輔助圖案5a的部分的高度，以使從去除了第一輔助層的區(qū)域可以被充分地填充。可以根據(jù)基礎(chǔ)層1的厚度和類型來選擇硬掩模材料7。此外，硬掩模材料7優(yōu)選地為具有關(guān)于第一輔助圖案3a和第二輔助圖案5a的高刻蝕選擇性的材料。即，硬掩模材料 7優(yōu)選地具有與第一輔助圖案3a和第二輔助圖案5a不同的刻蝕速率。此外，硬掩模材料7 優(yōu)選地為可以涂覆的材料。硬掩模材料7優(yōu)選地包括包含碳的混合物。與此同時(shí)，由于第二輔助圖案5a比第一輔助圖案3a更寬，因此第二輔助圖案5a 的兩個(gè)側(cè)壁都比從第一輔助圖案3a的兩個(gè)側(cè)壁突出得更遠(yuǎn)。因此，在比第一輔助圖案3a 突出得更遠(yuǎn)的第二輔助圖案5a的一些下部區(qū)域中也可以形成填充第一輔助圖案3a之間的硬掩模材料7。參照?qǐng)D1D，使用第二輔助圖案5a作為刻蝕掩模來去除在第二輔助圖案5a之間暴露的硬掩模材料，從而在第一輔助圖案3a的側(cè)壁上形成硬掩模圖案7a。在此，硬掩模圖案 7a的每個(gè)可以具有比曝光分辨率極限更窄的線寬，這是因?yàn)榫€寬是由第一輔助圖案3a與第二輔助圖案5a的線寬之差限定的，所述線寬之差由酸在第一輔助層和第二輔助層中的擴(kuò)散程度之差來確定。然后，去除第一輔助圖案3a和第二輔助圖案5a，從而在基礎(chǔ)層1之上僅保留硬掩模圖案7a，如圖IE所示。據(jù)此，通過使用硬掩模圖案7a作為刻蝕掩模來將基礎(chǔ)層1圖案化，可以形成具有比曝光分辨率極限更窄的線寬的半導(dǎo)體器件的圖案。如上所述，根據(jù)本說明書，可以利用在第一輔助層和第二輔助層中的酸擴(kuò)散速率之差來形成具有不同的寬度的第一輔助圖案和第二輔助圖案。此外，利用第一輔助圖案與第二輔助圖案的線寬之差可以在第一輔助圖案的側(cè)壁上形成每個(gè)都具有比曝光分辨率極限更窄的線寬的硬掩模圖案。在使用根據(jù)本說明書形成精細(xì)圖案的方法的情況下，可以形成每個(gè)都具有約20nm的精細(xì)圖案。與此同時(shí)，當(dāng)形成每個(gè)都具有比曝光分辨率極限更窄的線寬的硬掩模圖案時(shí)，可以使用間隔件形成工藝。下面詳細(xì)描述使用間隔件形成硬掩模圖案的方法。首先，在使用光致抗蝕劑圖案形成的輔助圖案的側(cè)壁上形成間隔件。在此優(yōu)選地，通過以使輔助圖案之間的間隔不被填充的方式沉積氧化物層或氮化物層，然后執(zhí)行諸如回蝕工藝的刻蝕工藝，來形成間隔件。在此情況下，當(dāng) 沉積氧化物層或氮化物層時(shí)，必須考慮臺(tái)階覆蓋特性的問題。 此外，在利用諸如回蝕工藝的刻蝕工藝所形成的間隔件的上部形成斜面。因此，如果使用間隔件執(zhí)行圖案化工藝，則存在由于上部的斜面的原因，使得間隔件的厚度形成得不均勻，因此通過間隔件形成的圖案可能具有非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的問題。在本說明書中，為了解決以上問題，通過定量地控制第一輔助層與第二輔助層之間的酸擴(kuò)散速率之差來控制第一輔助圖案之間的間隙、第二輔助圖案之間的間隙和第一輔助圖案與第二輔助圖案之間的線寬之差。據(jù)此，可以形成具有均勻線寬和間隙的硬掩模圖案。此外，在本說明書中，因?yàn)槭褂糜惭谀２牧咸畛涞谝惠o助圖案之間的間隔，所以不需要考慮臺(tái)階覆蓋的問題。此外，在本說明書中，因?yàn)椴皇褂弥T如回蝕工藝的工藝，因此可以改善形成具有非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的圖案的問題。根據(jù)本說明書，控制第一輔助層與第二輔助層之間的酸擴(kuò)散速率，以使在第一輔助層和第二輔助層中的可溶于顯影劑的區(qū)域具有不同的寬度。據(jù)此，可以形成T形輔助圖案，每個(gè)所述T形輔助圖案都具有第一輔助圖案和具有比第一輔助圖案更寬的寬度的第二輔助圖案的層疊結(jié)構(gòu)。接著，在本說明書中，在T形輔助圖案之間填充硬掩模材料，然后去除在第二輔助圖案之間暴露的硬掩模材料。據(jù)此，可以在第一輔助圖案的側(cè)壁上形成每個(gè)都具有比曝光分辨率極限更窄的線寬的硬掩模圖案。通過使用以上的硬掩模圖案作為刻蝕掩模來圖案化半導(dǎo)體器件的圖案，可以形成每個(gè)都具有比曝光分辨率極限更窄的線寬的圖案。
權(quán)利要求
1.一種形成精細(xì)圖案的方法，包括以下步驟在基礎(chǔ)層上形成具有酸擴(kuò)散速率的第一輔助層；在所述第一輔助層上形成透光的第二輔助層，所述第二輔助層具有比第一輔助層更慢的酸擴(kuò)散速率；將所述第一輔助層和所述第二輔助層曝光，以在所述第一輔助層和所述第二輔助層的曝光區(qū)域中產(chǎn)生酸；以使酸在所述第一輔助層中比在所述第二輔助層中擴(kuò)散得更快的方式，使用烘焙工藝來使所述酸擴(kuò)散；去除所述第一輔助層和所述第二輔助層中的酸擴(kuò)散區(qū)域，以形成第一輔助圖案和第二輔助圖案，所述第二輔助圖案的寬度比所述第一輔助圖案更寬；使用硬掩模材料填充所述第一輔助層的去除區(qū)域；以及去除在所述第二輔助圖案之間暴露的硬掩模材料，以在所述第一輔助圖案的側(cè)壁上形成硬掩模圖案。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在形成所述硬掩模圖案之后去除所述第一輔助圖案和所述第二輔助圖案的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一輔助層包括包含光致產(chǎn)酸劑和熱致產(chǎn)酸劑中的至少一種、光吸收樹脂和交聯(lián)聚合物的混合物。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述交聯(lián)聚合物由酸而解交聯(lián)并變得可溶于用于去除所述酸擴(kuò)散區(qū)域的顯影劑。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二輔助層包括光致抗蝕劑層。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，與所述第二輔助層相比，所述第一輔助層包括用于激發(fā)酸擴(kuò)散的添加劑。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一輔助圖案和所述第二輔助圖案的每個(gè)都具有兩個(gè)側(cè)壁，并且每個(gè)第二輔助圖案的兩個(gè)側(cè)壁都比每個(gè)第一輔助圖案的兩個(gè)側(cè)壁突出得更遠(yuǎn)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述第二輔助圖案的側(cè)壁比所述第一輔助圖案的側(cè)壁多突出所述第一輔助圖案的寬度。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述第二輔助圖案的側(cè)壁比所述第一輔助圖案的側(cè)壁多突出所述硬掩模圖案的寬度。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一輔助圖案之間的間隙為所述第一輔助圖案寬度的三倍。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述硬掩模材料具有與所述第一輔助圖案和所述第二輔助圖案的材料不同的刻蝕速率。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述硬掩模材料包括包含碳的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種形成精細(xì)圖案的方法，包括以下步驟在基礎(chǔ)層上形成具有酸擴(kuò)散速率的第一輔助層；述第一輔助層上形成透光的第二輔助層，所述第二輔助層具有比第一輔助層更慢的酸擴(kuò)散速率；將第一輔助層和第二輔助層曝光，以在第一輔助層和第二輔助層的曝光區(qū)域中產(chǎn)生酸；以使酸在第一輔助層中擴(kuò)散得比在第二輔助層中更快的方式，使用烘焙工藝來使酸擴(kuò)散；去除第一輔助層和第二輔助層中的酸擴(kuò)散區(qū)域，以形成第一輔助圖案和第二輔助圖案，第二輔助圖案的寬度比第一輔助圖案更寬；使用硬掩模材料填充第一輔助層的去除區(qū)域；以及去除在第二輔助圖案之間暴露的硬掩模材料，以在第一輔助圖案的側(cè)壁上形成硬掩模圖案。
文檔編號(hào)H01L21/027GK102315099SQ201010558609
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者金大祐 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司