制作具有底切侧壁的抗蚀剂结构的方法
【专利说明】制作具有底切侧壁的抗蚀剂结构的方法
[0001]在半导体技术中，光刻用于构造要用作掩膜的光致抗蚀剂层。用通过不透光掩膜中的开口的光源辐照光致抗蚀剂层，其中，根据要转印到光致抗蚀剂层的图案来成形开口。然后，用显影液处理光致抗蚀剂。当使用正性光致抗蚀剂时，显影剂溶解并去除光致抗蚀剂的已被曝光的区域。当使用负性光致抗蚀剂时，显影剂溶解并去除光致抗蚀剂的未被曝光的区域。
[0002]入射光被负性光致抗蚀剂层的吸收随着距层表面的距离呈指数减小，并且在照射期间几乎不变。由于负性光致抗蚀剂的溶解度随吸收的辐照量而减小，所以照射产生溶解度的垂直廓线，溶解度的垂直廓线随着距层表面的距离而增大。随后施加的显影剂溶解负性光致抗蚀剂的未被照射的整个区域以及受照射区域的下层部分，然而受照射区域的表面处的光致抗蚀剂不被溶解。从而在余下的光致抗蚀剂结构的侧壁中产生底切(undercut)。因此，负性光致抗蚀剂尤其适合于产生具有外伸的上边缘的结构以及具有凹状侧壁轮廓的结构。
[0003]底切的形状取决于显影过程的参数，尤其取决于在该过程期间能够控制的显影过程的持续时间和温度以及显影剂的量。需要最小显影时间以从未被照射的区域彻底去除光致抗蚀剂，这是侧壁底切的最小尺寸的原因。此外，对于致密结构和隔离结构来说该显影过程是不同的，并且各底切的尺寸将相应地不同。不可溶解的上层部分置于光致抗蚀剂的相对柔软且热不稳定的下层部分上的事实会导致另一问题，除非通过整片曝光使整个光致抗蚀剂层稳定，否则该问题稍后可能会导致高温下预期图案的退化。
[0004]剥离法用于制作结构化层，尤其在半导体装置的表面上制作结构化金属层。用牺牲层覆盖表面的不被结构化层占据的区域。整个金属层被施加在表面的裸露区域上以及牺牲层上，随后牺牲层与金属的重叠部分一起被去除。在该剥离之后，余下的金属形成结构化层。为了使该方法可行，金属重叠牺牲层的部分必须能够与其余的金属层分离开。这通过牺牲层的具有尖锐上边缘的外伸侧部促成，使得牺牲层的底切侧壁具有负斜率的凹状轮廓。通过尖锐边缘来防止金属的保形沉积，其中金属层在尖锐边缘处被中断。
[0005]US 4,024,293 A公开了用于剥离金属化的高灵敏度电子抗蚀系统。抗蚀膜由至少两层不同的辐照降解有机聚合物形成，不同的辐照降解有机聚合物能够通过不同的溶剂显影。其中一层包括聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)和甲基丙烯酸(MAA)的共聚物。另一层是纯聚甲基丙烯酸甲脂。用于其中一层的显影剂即使在已经被曝光于高能量辐照的区域中也不侵蚀另一层，反之亦然。
[0006]US 4,104,070 A公开了一种制造负性光致抗蚀剂图像的方法。根据要制作的图案将包括1羟乙基2烷基咪唑季铵盐的光致抗蚀剂层暴露于光化辐射。光致抗蚀剂被加热并经受被全面暴露于光化辐射。随后用溶剂去除光致抗蚀剂的先前未被暴露的部分，以产生负像(negative image)。
[0007]US 4,564,584 A公开了用于制造半导体装置中的自对准结构的光致抗蚀剂剥离过程。负性光致抗蚀剂层被施加在构造的正性光致抗蚀剂层上。整个结构被曝光，从而负性光致抗蚀剂变得不可溶。因为上光致抗蚀剂层至少是透光的，所以正性光致抗蚀剂的其余部分变得可溶。与负性光致抗蚀剂的重叠部分一起去除正性光致抗蚀剂层的其余部分。负性光致抗蚀剂的其余部分形成结构化光致抗蚀剂掩膜。该方法提供了第一光致抗蚀剂层和第二光致抗蚀剂层的图案的完全的、相互自对准的图像逆转。
[0008]US 5,654,128 A公开了用于在衬底上形成图案化层的单抗蚀剂层剥离过程。通过后浸泡烘烤来控制氯苯渗透到抗蚀剂层中的程度。利用后金属化烘烤来改善剥离。抗蚀剂轮廓具备增大的外伸长度和侧壁的负坡度，以防止抗蚀剂的侧壁被金属化，并且有利于通过剥离去除抗蚀剂。
[0009]US 7,141,338 B2公开了次分辨率辅助图形(SRAF)。在印刷在衬底上的图像中，通过照射光刻掩膜并且使用光学投影系统将透射过该掩膜的光投影到衬底上来减小圆角和图像收缩。掩膜具有以下图案，该图案包括具有至少一个角(corner)的至少一个可印刷特征。线特征与可印刷特征的相应角十分接近地合并到掩膜图案中，并且线宽小于光学投影系统的最小分辨率。
[0010]us 7,694,269 B2公开了一种用于将次分辨率辅助图形(SRAF)选择性地定位在用于互连的光掩模图案中。该方法包括确定第一互连图案选项是否产生比第二互连图案选项更好的电路性能，其中第一互连图案选项被设计成形成有SRAF，第二互连图案选项被设计成不形成有SRAF。如果第一选项是优选的，则一个或更多个SRAF图案被定位成有利于图案化。否则，第二选项被选择为目标图案并且不提供SRAF。
[0011]本发明的一个目的是提供一种用于制作具有底切侧壁的抗蚀剂结构的方法，使得该方法消除上面提到的问题，并且该方法对制作剥离掩膜尤其有用。
[0012]通过根据权利要求1的制作抗蚀剂结构的方法来实现该目的。从各从属权利要求得到各变型。
[0013]用于制作抗蚀剂结构的方法允许通过使布局特征实现为低于成像系统的分辨率极限来形成负性光致抗蚀剂的三维结构，其中该成像系统用于光致抗蚀剂的辐照。
[0014]方法包括以下步骤:将负性光致抗蚀剂层施加到底层上;为负性光致抗蚀剂层提供布置在要制作的抗蚀剂结构的边界区中的图案;根据要制作的抗蚀剂结构辐照负性光致抗蚀剂层的表面区域；以及去除受辐照表面区域外部的负性光致抗蚀剂层。以以下方式制作该图案:该图案包括小于辐照的最小分辨率的尺寸或结构特征。该图案尤其可以被提供为次分辨率辅助图形。该图案被形成在负性光致抗蚀剂层内。
[0015]在方法的一个变型中，表征图案的至少一个尺寸小于边界区的宽度的十分之一。
[0016]在方法的另一变型中，制作图案，使其包括具有相同尺寸的多个元素。
[0017]在方法的另一变型中，制作图案，使其包括具有小于边界区的宽度的十分之一的相同尺寸的多个元素。
[0018]在方法的另一变型中，图案的元素被布置成具有恒定间距的规则阵列。
[0019]在方法的另一变型中，图案的元素被布置成具有小于边界区的宽度的十分之一的恒定间距的规则阵列。
[0020]在方法的另一变型中，图案是网格状图案、平行线图案或接触孔图案。
[0021]该方法尤其能够用来制作具有在边界区的区域中形成的底切侧壁的抗蚀剂结构，尤其是被提供为剥离掩膜的抗蚀剂结构。
[0022]以下内容是结合附图的该方法的示例的详细描述。
[0023]图1是指示要制作的抗蚀剂结构的位置的负性光致抗蚀剂层的顶视图；
[0024]图2是针对使用被布置在抗蚀剂结构的边界区中的网格状图案的变型的、图1中所示的部分的放大视图；
[0025]图3是针对使用平行线图案的另一变型的、根据图2的放大视图；
[0026]图4是针对使用接触孔图案的另一变型的、根据图2的放大视图；
[0027]图5是示出底层上的负性光致抗蚀剂层的截面；
[0028]图6是形成抗蚀剂结构之后的、根据图5的截面；
[0029]图7是示出光致抗蚀剂层的辐照的、根据图5的截面；
[0030 ]图8是针对另一示例的、根据图6的截面。
[0031 ]图9是施加功能层之后的、根据图8的截面；
[0032]图10是通过剥离部分地去除功能层之后的、根据图9的截面。
[0033]图1是被施加在底层1上的负性光致抗蚀剂层2的表面12的顶视图。在图1中用矩形区域指示要由负性光致抗蚀剂制作的抗蚀剂结构3。根据各个要求，抗蚀剂结构3的区域也可以包括任何其它形状或图案，具体地，三角形、具有多于四个角的多角形、圆形或椭圆形。抗蚀剂结构3可以包括具有这样的形状的多个区域，这些形状可以彼此相似或彼此不同，并且可以以彼此相等或彼此不等的距离来布置。特别地，可以意图将抗蚀剂结构3作为剥离掩膜，该剥离掩膜将用于构造被沉积在该剥离掩膜上的层。底层1可以是例如半导体衬底或晶片，或者是布置在衬底上或衬底上方的层。要由负性光致抗蚀剂制作的抗蚀剂结构3在负性光致抗蚀剂层2内被边界区4包围。在图1中由箭头指示该边界区4的宽度14。
[0034]使边界区4设置有包括小于辐照的最小分辨率的尺寸的图案5，其中辐照意图产生负性光致抗蚀剂的局部选择性不溶性。提供图案5以更改到达表面12下方的不同水平面的辐照的强度，从而与抗蚀剂结构3的中心的溶解度的垂直廓线相比，更改边界区4内的负性光致抗蚀剂的溶解度的垂直廓线。图案5被形成在负性光致抗蚀剂层2内。
[0035]图2是图1中由虚线轮廓指示的部分的放大视图。根据图2的部分示出了负性光致抗蚀剂层2的相邻区域之间的边界区4的区域，包括要制作的抗蚀剂结构3的区域。边界区4设置有图案5。在图2示出的示例中，图案5是由两组多个平行线构成的网格状图案5-1，其中，属于其中一组多个平行线的线被布置成横截属于另一组多个平行线的线。平行线之间的距离通常可以在从lOOnm到700nm的范围内，并且特别可以是恒定的，从而形成具有恒定间距的网格。适当间距的典型示