专利名称：在化学敏感型光刻胶上形成图形的方法
技术领域：
本发明涉及一种在化学敏感型光刻胶上形成图形的方法，特别是，涉及一种在化学敏感型光刻胶上形成图形的方法，以获得光刻胶掩模，其可用作在半导体衬底上的腐蚀掩模或离子注入掩模。
在半导体器件领域，通过使用光刻法技术获得的用于器件元件的细微图形已经获得了较高集成度和较高速度的操作。使用0.5μm设计规则的常用半导体器件可通过g线平版印刷法以436nm的曝光波长来制造，而使用0.5-0.35μm设计规则的半导体器件可通过i线平版印刷法以365nm的曝光波长来制造。
未来将要开发的下一代半导体器件可以以0.30-0.18μm的设计规则来制造。使用248nm曝光波长的KrF激光器光刻法可期望提供这种精细的设计规则。
常用光刻技术通常可提供比光刻技术中所使用的曝光波长大的各设计规则的图形。另一方面，期望KrF激光器可提供0.18μm细微设计规则的图形，其要小于KrF激光器的波长248nm。在这种情况下，应当考虑分辨率和聚焦深度不够的问题。
分辨率R和聚焦深度(DOF)表示如下R=k1·λ/NA，和DOF=k2·λ/(NA)2，其中λ和NA分别表示曝光系统的曝光波长和数值孔径，并且k1和k2为常数。
在上式中，分辨率R可通过使用较小曝光波长和较大数值孔径而得到改善，而DOF会随着曝光波长变小和数值孔径变大而突然减小。也就是说，曝光系统中的分辨率R和DOF只能选择其一。
另外，在KrF激光器光刻法中，使用正型光刻胶，即已经在g线和i线光刻法中使用的酚醛树脂和萘醌-二价酸化合物所获得的，通常是困难的。这是因为酚醛树脂对于248nm波长的光具有大的光吸收性，并且其不能提供具有锐直角的适用外形。
鉴于上述情况，已经进行了各种有效的研究，用以获得新型的光刻胶，即称作化学敏感型光刻胶。化学敏感型光刻胶可由基本树脂，在曝光过程中产生酸的酸生成剂，和具有保护基团且可根据酸的量而改变显影液的化合物溶解度的化合物制成。基本树脂通常可选自酚类树脂，其对于248nm波长的光具有高透射系数。
作为一种超过常用构图技术的使用化学敏感型光刻胶形成微细图形的技术，专利公告IP-A-4-364021提供了一种方法，其可在构图以后将光刻胶加热到其软化点左右，以便使光刻胶膨胀以获得微细图形。
然而，在所提供的方法中，将光刻胶加热到其软化点会引起其外形质量变差和所得光刻胶图形尺寸难以控制的实际问题。
鉴于上述问题，本发明的目的就是提供一种在化学敏感型光刻胶上形成图形的方法，其能够提供优异的外形和优异的尺寸控制能力。
本发明提供了一种在化学敏感型光刻胶上形成图形的方法，其包括下列步骤通过掩模图形使光刻胶膜曝光，将所曝光的光刻胶膜显影以形成光刻胶图形，将保护基团与光刻胶图形分开，和将光刻胶图形进行热处理。
按照本发明的方法，提供与将光刻胶图形进行热处理步骤分开的将光刻胶基团与光刻胶图形分开的步骤，用以使光刻胶图形具有膨胀特性，由此可获得分辨率和尺寸控制能力的改善。本发明是基于这样的发现，即将化学敏感型光刻胶加热到其软化点左右会同时引起保护基团的分离和光刻胶的膨胀，而这在常用技术中会降低光刻胶的分辨率和控制能力。
下面通过参照附图对本发明的详细描述将会使本发明的上述和其他目的、特征和优点更加清楚。
图1-4是表示按照本发明的实施例分步地构成半导体器件图形各步骤的截面图。
现在，将参照本发明的优选实施例更加详细地描述本发明。
在本发明的优选实施例中，在衬底上所形成的化学敏感型光刻胶膜通过具有图形的掩模由KrF激光器进行曝光，接着将光刻胶膜与衬底一起加热，用以在曝光区域进行催化反应。接着，将光刻胶膜用碱性水溶液进行显影，以便将图形固定到光刻胶膜上。然后，将经过构图的光刻胶膜(光刻胶图形)与衬底一起保持在酸性溶液或酸性环境中一定时间，由此通过解吸使保护基团与光刻胶图形分离。在保护基团解吸以后，光刻胶图形具有优异的敏感性，以便膨胀。
接着，将光刻胶图形与衬底一起加热，以便使光刻胶图形拥有膨胀性，由此在光刻胶图形上再形成开孔，如接触孔或空间，同时减小了开孔的尺寸。通过上述步骤，可以在化学敏感型光刻胶膜上获得较小设计规则的优异图形，而不会降低所得光刻胶图形的形状。
保护基团的解吸可以采用将经显影的光刻胶浸入酸性溶液中的步骤，或将经显影的光刻胶暴露于酸性气体中的步骤。保护基团是构成化学敏感型光刻胶的官能团之一。在通过使用酸的解吸将保护基团与化学敏感型光刻胶分离以后，光刻胶会在加热光刻胶的过程中易于膨胀。光刻胶的接触可以是液相的或汽相酸。通常，从生产量来说，液相的要比汽相的好。然而，如果酸具有相对较小的分子量的话，实际的反应率均可通过液相或汽相而获得。
保护基团的解吸可以在将光刻胶膜加热到适当的温度下的同时进行。反应速率通常随着环境温度的升高而增加。也就是说，衬底受热或变热达到适当的温度会使解吸反应的生产能力得到改善。然而，加热温度较高会使光刻胶膜产生回流，这是所不期望的。
参见图1至4，其示出了按照本发明的实施例用以在化学敏感型光刻胶上形成光刻胶图形的方法中各步骤。例1在按照实施例的第一实例中，将对于KrF激光器化学敏感型光刻胶(由东京OKa工业公司出品的TUDR-P009)施加到在半导体衬底11上所形成的氧化膜12上，以形成1.0μm厚的光刻胶膜13，接着使用KrF激光器通过掩模14对其进行曝光。
接着，将曝光以后的光刻胶膜在110℃温度下加热90秒，随后使用2.38％的四甲基氢氧化胺(TMAH)水溶液显影60秒，以便形成光刻胶图形，如图2所示。如此形成的开孔宽度为W1。然后，将光刻胶图形在加热情况下浸入90℃下的0.01当量磺酸水溶液15中120秒，以便进行保护基团的解吸，如图3所示。然后，将光刻胶图形使用加热板16在180℃下进行热处理120秒，如图4所示，由此，使光刻胶图形膨胀。
在所得光刻胶图形上，开孔宽度由W1减小到W2，即W2-W1=0.1μm。例2在按照实施例的第二实例中，将对于KrF激光器化学敏感型光刻胶(由日本合成树脂公司出品的KRF-K2G)施加到在半导体衬底11上所形成的氧化膜12上，以形成1.0μm厚的光刻胶膜13，接着使用KrF激光器通过掩模14对其进行曝光。
接着，将曝光以后的光刻胶膜在100℃温度下加热90秒，随后使用2.38％的TMAH水溶液显影60秒，以便形成光刻胶图形，如图2所示。然后，将光刻胶图形保持在15℃下的1ppm硝酸气体气氛中60秒，然后使用加热板在100℃下对光刻胶膜进行加热处理120秒，用以使保护基团与光刻胶图形解吸。然后，将光刻胶图形在200℃温度下进行热处理120秒，由此使光刻胶图形膨胀。在所得光刻胶图形上，开孔宽度由W1减小到W2，即W2-W1=0.05μm。
在第一和第二实例中，优异的精细光刻胶图形均可获得，其实质上不会使形状变差。在第一实施例的变形中，例如，在第一实施例中所采用的使用0.01当量磺酸水溶液在90℃下加热120秒可以采用将光刻胶图形浸入25℃下的磺酸水溶液中，然后在110℃下加热90秒来代替。化学敏感型光刻胶的实例包括公知的光刻胶，其适用于i线光刻法，KrF激光器，电子束，和X射线。
由于上述实施例仅仅是用作实例而进行的描述，因此本发明不限于上述实施例，并且对于本技术领域的普通专业人员来说可以对其进行各种改进，而其均不会脱离本发明的范围。
权利要求
1．一种在化学敏感型光刻胶上形成图形的方法，其包括下列步骤将光刻胶膜通过掩模图形进行曝光，将曝光的光刻胶膜进行显影以形成光刻胶图形，将保护基团与光刻胶图形分离，和将光刻胶图形进行热处理。
2．如权利要求1的方法，其中所述保护基团分离步骤包括将光刻胶图形浸入酸性溶液中。
3．如权利要求2的方法，其中所述保护基团分离步骤是在加热光刻胶图形的同时进行的。
4．如权利要求1的方法，其中保护基团分离步骤包括将光刻胶图形暴露在酸性气体中。
5．如权利要求4的方法，其中所述保护基团分离步骤是在加热光刻胶图形的同时进行的。
6．如权利要求1的方法，其中所述曝光步骤使用KrF激光器。
全文摘要
一种在化学敏感型光刻胶上形成图形的方法,其包括下列步骤:用KtF激光器将光刻胶膜进行曝光,将曝光的光刻胶膜进行显影以形成光刻胶图形,将保护基团与光刻胶图形分离,和将光刻胶图形进行加热使光刻胶图形具有膨胀特性,由此在减小开孔尺寸的同时使光刻胶图形上的开孔再成形。该方法可获得0.30—0.18μm设计规则的精细图形而不会破坏其形状。
文档编号G03F7/40GK1217567SQ9812445
公开日1999年5月26日 申请日期1998年11月5日 优先权日1997年11月6日
发明者吉井刚 申请人:日本电气株式会社