专利名称：形成半导体器件的精细图案的方法
技术领域：
本发明总的来说涉及形成半导体器件的精细图案的方法。
技术背景为了制造更小的半导体器件，图案也变得更小。为了得到精细 的图案，已经进行了各种研究以改进光阻和曝光机。关于曝光机，已经使用KrF (248nm)和ArF (193nm)作为曝 光光源，并且已经尝试使用诸如F2 (157nm)或EUV (13nm;远紫 外光)等短波长光源或者增加数值孔径(NA)。但是，当应用诸如F2等新的光源时，需要新的曝光机，导致制 造成本增加。另外，数值孔径的增加使焦深范围降低。尽管已经研究出使用具有高折射率的浸没溶液的浸没式光刻工 序，但是难以将这种工序应用于大规模制造。同时，已经通过双重曝光方法来形成分辨率超过光刻极限的精 细图案。但是，难以确保重叠和布置的裕度，这导致了额外的制造成 本和时间。发明内容本发明的各种实施例旨在提供形成精细图案的方法，该方法包括在己经利用溶解度差异而形成的第一光阻图案之上形成第二光阻 膜；以及随后形成第二光阻图案，由此获得的间距比光刻极限更小。 根据本发明的一个实施例，形成半导体器件的精细图案的方法 包括下列步骤在包括底层的半导体基板之上涂覆第一光阻组合物， 由此形成第一光阻膜；对第一光阻膜进行曝光和显影，由此形成第一 光阻图案；在所得到的结构上形成不与第一光阻图案反应的第二光阻 膜；以及对第二光阻膜进行曝光和显影，由此形成第二光阻图案；其中，第一光阻图案和第二光阻图案各包括多个元件，并且第二光阻图 案的各元件分别位于第一光阻图案的相邻元件之间。第一光阻组合物优选地包括加成共聚物，其包括从具有酸不 稳定保护基的(甲基)丙烯酸酯衍生的重复单元、从具有羟基的(甲基) 丙烯酸酯衍生的重复单元以及从丙烯酰胺衍生的重复单元；光酸产生 剂以及有机溶剂。聚合物优选地包括甲基丙烯酸2-甲基-2-金刚烷 醇酯重复单元、甲基丙烯酸2-羟乙酯重复单元、以及N-异丙基丙烯 酰胺重复单元。第一光阻组合物优选地包括按重量计，在100份的组合物中， 含量为5到20份的聚合物；含量为0.05到l份的光酸产生剂；以及 有机溶剂。涂覆第一光阻组合物的步骤优选地包括将第一光阻组合物在 9(TC到150"C范围内的温度下烘烤30秒到180秒。对第一光阻膜进行曝光和显影的步骤优选地包括以10mJ/cm2 至200 mJ/cn^范围内的曝光能量使用具有特定间距的线图案的第一 曝光掩模对第一光阻膜进行曝光；将所得到的结构在9(TC到15(TC范 围内的温度下后烤30秒到180秒；以及对所得到的结构进行显影。对第二光阻膜进行曝光和显影的步骤优选地包括以10mJ/cm2 至200 mJ/cn^范围内的曝光能量使用具有特定间距的线图案的第二 曝光掩模对第二光阻膜进行曝光；将所得到的结构在9(TC到15(TC范 围内的温度下后烤30秒到180秒；以及对所得到的结构进行显影。第二曝光掩模优选地为移动特定距离的第一曝光掩模，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优选地包括使用浸没式光刻 设备。第一光阻图案和第二光阻图案各具有特定间距。第一光阻图案 和第二光阻图案共同限定出复合光阻图案，并且所述复合光阻图案具 有等于所述特定间距的 一 半的复合间距。
图la至图lc为横截面图，示出了根据本发明实施例的形成半 导体器件的精细图案的方法。图2为实例1中的第一光阻聚合物的NMR谱。 图3为实例3中的精细图案的SEM照片。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述本发明的示例性具体实施例。图la至图lc为横截面图，示出了根据本发明实施例的形成半 导体器件的精细图案的方法。在半导体基板11之上形成硬掩模层13，该半导体基板11具有 包括特定下部结构的底层。在硬掩模层13之上形成抗反射膜15。在抗反射膜15之上涂覆第一光阻组合物，随后在90。C到150°C 范围内的温度下烘烤30秒到180秒，以形成第一光阻膜(未示出)。第一光阻组合物包括加成共聚物，其包括从具有酸不稳定保 护基的(甲基)丙烯酸酯衍生的重复单元、从具有羟基的(甲基)丙烯酸 酯衍生的重复单元以及从丙烯酰胺(包括其垸基取代的形式)衍生的 重复单元；光酸产生剂以及有机溶剂。按重量计，在100份的第一光阻组合物中，聚合物的含量在5 到20份的范围内。当聚合物的含量按重量计小于5份时，光阻膜将 过薄，当聚合物的含量按重量计大于20份时，光阻膜将过厚。按重量计，在100份的第一光阻组合物中，光酸产生剂的含量 在0.05到1份的范围内。光酸产生剂优选地为从下列群组中选出的 一种或多种成分，所述群组包括九氟丁烷磺酸三苯基锍盐、二苯基 碘六氟磷酸盐、二苯基碘六氟砷酸盐、二苯基碘六氟锑酸盐、二苯基 对甲氧基苯基三氟甲磺酸盐、二苯基对亚苄基三氟甲磺酸盐、二苯基 对异丁基苯基三氟甲磺酸盐、六氟砷酸三苯基锍盐、六氟锑酸三苯基 锍盐、三氟甲磺酸三苯基锍盐、三氟甲垸磺酸三苯基锍盐、三氟甲磺 酸二丁基萘基硫盐及其混合物。有机溶剂优选地从下列群组中选出，所述群组包括3-甲氧基 丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、丙二醇甲醚乙酸酯、环己酮、2-庚酮、正丁醇、正戊醇、乙酸乙酯及其混合物。第一光阻组合物还可以包括有机碱。该有机碱可以降低存在于 空气中的碱性化合物(例如，胺)对曝光后所获得的图案的影响，并 且还可以调节图案的形状。有机碱优选地从下列群组中选出，所述群组包括三乙胺、三 异丁胺、三异辛胺、三异癸胺、二乙醇胺、三乙醇胺及其混合物。优选的是，采用浸没式光刻设备以10mJ/cn^至200 mJ/cn^范围 内的曝光能量使用具有间距A的线图案的第一曝光掩模对第一光阻 膜进行曝光。该曝光工序的光源从下列群组中选出，所述群组包括 G-线(436nm) 、 i-线(365nm) 、 KrF (248nm) 、 ArF (193nm)、 F2 (157nm)以及EUV (13nm)。将所得到的结构在90。C到150。C范围内的温度下后烤30秒到 180秒，然后用2.38% (重量百分比)的氢氧化四甲基铵(TMAH) 水溶液显影，以形成第一光阻图案17。在所得到的结构之上涂覆第二光阻组合物，以形成第二光阻膜19。任何适合的化学增幅(chemically amplified)的光阻组合物都可 以作为第二光阻组合物用于浸没式光刻工序。第二光阻组合物不溶解 第一光阻图案17;因此，即使涂覆第二光胆组合物，第一光阻图案 17的形状也不会改变。采用浸没式光刻设备以10mJ/cm2至200 mJ/cm2范围内的曝光能 量使用具有间距A的线图案的第二曝光掩模对第二光阻膜19进行曝 光。该曝光工序的光源优选从下列群组中选出，所述群组包括G-线(436nm) 、 i-线(365nm) 、 KrF (248nm) 、 ArF (193nm) 、 F2 (157nm)以及EUV (13nm)。第二曝光掩模优选地为移动特定距离的第一曝光掩模，或者可 以为另外的曝光掩模。将所得到的结构在9(TC到15(TC范围内的温度下后烤30秒到 180秒，然后用2.38% (重量百分比)的TMAH水溶液显影，以形成 第二光阻图案21，该第二光阻图案具有多个元件，各元件位于第一光阻图案17的相邻元件之间。第一光阻图案17和第二光阻图案21 都具有等于光刻工序的最小尺寸极限的间距A。第一光阻图案17和 第二光阻图案21的交错布置导致了具有縮小的间距A/2 (即，小于 光刻极限的间距)的复合光阻图案。当形成第二光阻图案21时，即使第一光阻图案17受到光的照 射，第一光阻图案17也不会在曝光和显影工序中被显影。根据本发明的另一实施例，将图la至图lc所表示的方法步骤重复至少两次或者更多次，由此获得更精细的图案。 实例1:第一光阻聚合物的制备向圆底烧瓶(250mL)中加入作为聚合引发剂的甲基丙烯酸2-甲基-2-金刚垸醇酯(12g)、甲基丙烯酸2-羟乙酯(8g) 、 N-异丙基 丙烯酰胺(lg)、偶氮二异丁腈(AIBN) (0.6g)、以及丙二醇甲醚 乙酸酯(PGMEA) (100g)。所得到的混合物在氮气环境下反应8 小时。反应后，所得到的聚合物在乙醚(1000mL)中沉淀并且在真 空中脱水，以得到根据本发明的第一光阻聚合物(良率89%)。图 2为所得到的聚合物的NMR谱。实例2:第一光阻组合物的制备在环己酮(170g)中溶解从实例1获得的第一光阻聚合物(10g)、 九氟丁烷磺酸三苯基锍盐(0.4g)以及三乙醇胺(0.006g)，以获得根据本发明的第一光阻组合物。实例3:精细图案的形成 第一光阻图案的形成将从实例2所获得的第一光阻组合物涂覆于晶片上，并且在100 。C温度下预烤60秒，以形成第一光阻膜。采用浸没式光刻设备以 35mJ/cm2的曝光能量使用具有80nm半间距的掩模对第一光阻膜进 行曝光。将所得到的结构在IOO'C温度下后烤60秒，并且用2.38% (重量百分比)的TMAH水溶液显影，由此获得40nm的第一光阻图案。第二光阻图案的形成将AIM5076光阻组合物(由JSR公司生产)涂覆在所得到的结 构之上，并且在100。C温度下预烤60秒，以形成第二光阻膜。采用 浸没式光刻设备以38mJ/crr^的曝光能量使用具有80nm半间距的掩 模对第二光阻膜进行曝光。将所得到的结构在IO(TC温度下后烤60 秒，并且用2.38% (重量百分比)的TMAH水溶液显影，由此获得 40nm的第二光阻图案。因为第二光阻图案的元件形成于第一光阻图案的相邻元件之 间，因此采用具有80nm半间距的掩模使所得到的复合图案形成为具 有40nm的半间距(见图3)。第二曝光工序中使用的掩模与第一曝 光工序中使用的掩模相同，只是在两个曝光工序之间将掩模移动了特 定的距离。如上所述，在根据本发明实施例的形成半导体器件的精细图案 的方法中，第二光阻组合物涂覆在第一光阻图案之上，该第一光阻图 案不与第二光阻组合物反应。结果，第二光阻图案的元件形成于第一 光阻图案的元件之间，由此获得具有小于光刻极限的间距的精细复合 图案。另外，上述方法可以重复多次，以获得更精细的图案。本发明的上述实施例是说明性的而非限制性的。各种替代形式 及等同实施例都是可行的。本发明并不限于在此所述的光刻步骤。本 发明也不限于任何特定类型的半导体器件。例如，本发明可以应用于 动态随机存取存储器(DRAM)或非易失存储器中。考虑到本发明所 公开的内容，其它的增加、减少或修改是显而易见的并且落入所附权 利要求书的范围内。本申请要求2007年1月5日提交的韩国专利申请 No.10-2007-0001405的优先权，该申请的全部内容以引用的方式并入 本文。
权利要求
1. 一种形成半导体器件的精细图案的方法，所述方法包括下列步骤在包括底层的半导体基板之上涂覆第一光阻组合物，由此形成第一光阻膜；对所述第一光阻膜进行曝光和显影，由此形成第一光阻图案；在所得到的结构上形成不与所述第一光阻图案反应的第二光阻膜；以及对所述第二光阻膜进行曝光和显影，由此形成第二光阻图案；其中，所述第一光阻图案和所述第二光阻图案各包括多个元件，并且所述第二光阻图案的各元件分别位于所述第一光阻图案的相邻元件之间。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一光阻组合物包括加成共聚物，其包括从具有酸不稳定保护基的(甲基)丙烯酸酯衍生的重复单元；从具有羟基的(甲基)丙烯酸酯衍生的重复单元；以及从丙烯酰胺衍生的重复单元； 光酸产生剂；以及 有机溶剂。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述共聚物包括甲基丙烯酸2-甲基-2-金刚烷醇酯重复单元、 甲基丙烯酸2-羟乙酯重复单元、以及N-异丙基丙烯酰胺重复单元。
4. 根据权利要求2所述的方法，其中 所述第一光阻组合物还包括有机碱。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述有机碱从下列群组中选出，所述群组包括三乙胺、三异 丁胺、三异辛胺、三异癸胺、二乙醇胺、三乙醇胺及其混合物。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一光阻组合物包括按重量计，在100份的组合物中，含量为5到20份的所述加成共聚物；含量为0.05到1份的光酸产生剂；以及有机溶剂。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述涂覆第一光阻组合物的步骤包括将所述第一光阻组合物 在90。C到150。C范围内的温度下烘烤30秒到180秒。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中所述对第一光阻膜进行曝光和显影的步骤包括以1 OmJ/cm2至200 mJ/cm2范围内的曝光能量使用具有特定间距 的线图案的第一曝光掩模对所述第一光阻膜进行曝光；将所得到的结构在9(TC到15(TC范围内的温度下烘烤30秒到 180秒；以及对所得到的结构进行显影。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中 所述对第二光阻膜进行曝光和显影的步骤包括以1 OmJ/cm2至200 mJ/cm2范围内的曝光能量使用具有特定间距 的线图案的第二曝光掩模对所述第二光阻膜进行曝光；将所得到的结构在90。C到15(TC范围内的温度下烘烤30秒到 180秒；以及对所得到的结构进行显影。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述第二曝光掩模为移动特定距离的所述第一曝光掩模。
11. 根据权利要求9所述的方法，其中 所述第二曝光掩模与所述第一曝光掩模不同。
12. 根据权利要求1所述的方法，其中所述对第一光阻膜进行曝光的步骤包括使用浸没式光刻设备。
13. 根据权利要求l所述的方法，其中所述对第二光阻膜进行曝光的步骤包括使用浸没式光刻设备。
14. 根据权利要求1所述的方法，其中 所述第一光阻图案和所述第二光阻图案各具有特定间距； 所述第一光阻图案和所述第二光阻图案共同限定出复合光阻图案；以及所述复合光阻图案具有等于所述特定间距的一半的复合间距。
15. —种光阻组合物，包括加成共聚物，其包括从具有酸不稳定保护基的(甲基)丙烯酸酯衍生的重复单元；从具有羟基的(甲基)丙烯酸酯衍生的重复单元；以及从丙烯酰胺衍生的重复单元； 光酸产生剂；以及 有机溶剂。
16. 根据权利要求15所述的光阻组合物，其中 所述共聚物包括甲基丙烯酸2-甲基-2-金刚垸醇酯重复单元； 甲基丙烯酸2-羟乙酯重复单元；以及N-异丙基丙烯酰胺重复单元。
17. 根据权利要求15所述的光阻组合物，还包括有机碱。
18. 根据权利要求17所述的光阻组合物，其中 所述有机碱从下列群组中选出，所述群组包括三乙胺、三异丁胺、三异辛胺、三异癸胺、二乙醇胺、三乙醇胺及其混合物。
全文摘要
本发明公开一种形成半导体器件的精细图案的方法，该方法包括下列步骤在包括底层的半导体基板上涂覆第一光阻组合物，由此形成第一光阻膜；对所述第一光阻膜进行曝光和显影，由此形成第一光阻图案；在所得到的结构上形成不与所述第一光阻图案反应的第二光阻膜；以及对所述第二光阻膜进行曝光和显影，由此形成第二光阻图案；其中，所述第一光阻图案和所述第二光阻图案各包括多个元件，并且所述第二光阻图案的各元件分别位于所述第一光阻图案的相邻元件之间。
文档编号H01L21/00GK101217105SQ20071010797
公开日2008年7月9日 申请日期2007年5月22日 优先权日2007年1月5日
发明者郑载昌 申请人:海力士半导体有限公司