專利名稱：用于半導(dǎo)體器件制造的掩膜圖案及其形成方法、和制造有精細圖案的半導(dǎo)體器件的方法
相關(guān)申請的交叉參考本申請按照35U.S.C.§119要求在韓國知識產(chǎn)權(quán)局于2004年4月8日提交的韓國專利申請10-2004-0024022的優(yōu)先權(quán)，本文引入其全文內(nèi)容作為參考。
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造。更具體地，本發(fā)明涉及用于制造半導(dǎo)體器件的掩膜圖案，以及形成它的方法。
2.相關(guān)技術(shù)描述在用于半導(dǎo)體器件制造的常規(guī)構(gòu)圖方法中，在要被蝕刻用于圖案形成的預(yù)定薄膜上形成光致抗蝕圖案后，例如在硅、介電或?qū)щ姳∧ど希褂霉庵驴刮g圖案作為蝕刻掩膜蝕刻預(yù)定薄膜，從而形成所需圖案。
隨著半導(dǎo)體器件集成度的提高，需要更小臨界尺寸(CD)的設(shè)計規(guī)則和形成精細圖案的新光刻技術(shù)，精細圖案包括具有更小開孔尺寸的接觸孔或具有更小寬度的間距。
在形成較小尺寸接觸孔的常規(guī)光刻技術(shù)中，如在電子束光刻中使用短波長曝光工具，或使用半調(diào)相移掩膜?；诙滩ㄩL曝光工具的光刻有很多困難，因為它與材料有關(guān)并且不經(jīng)濟。基于半色調(diào)相移掩膜的光刻在掩膜形成技術(shù)和分辨率上有局限，因此它非常難于形成尺寸小于150nm的接觸孔。
迄今為止，已提出滿足更小特征尺寸的各種技術(shù)。
例如，日本專利公開公布1989-307228公開了通過熱處理抗蝕薄膜以改變抗蝕圖案的輪廓形狀來形成精細抗蝕圖案的技術(shù)。但是，根據(jù)這種技術(shù)，抗蝕圖案上部區(qū)域和中部區(qū)域的抗蝕劑流量是不同的。尤其是當(dāng)由于熱流減小的抗蝕圖案的CD為100nm或更多時，抗蝕圖案的輪廓由于抗蝕薄膜的快速流動特征而變形。因此，在彎曲輪廓的中部區(qū)域附近發(fā)生膨脹現(xiàn)象。因此，這種技術(shù)在調(diào)整抗蝕圖案流量上有限制，這使它在保持垂直輪廓形狀的同時難于減小抗蝕圖案的CD。
日本專利公布1995-45510公開了形成精細圖案的方法，該方法包括形成抗蝕圖案和在抗蝕圖案的整個或部分表面上涂覆與抗蝕劑不溶混的樹脂，然后熱處理使抗蝕劑流動。根據(jù)這種方法，由于抗蝕劑的熱流是在樹脂涂覆后發(fā)生，因而可防止過量流動。但是，在這種方法中用作樹脂的聚乙烯醇具有高的粘度，并且是水不溶性的，因此難于通過去離子水漂洗完全除去樹脂。
日本專利公布2001-228616公開了通過增加抗蝕圖案的厚度減小抗蝕圖案的孔直徑和絕緣寬度的技術(shù)。根據(jù)這種技術(shù)，可用作酸供體的抗蝕圖案涂有用作酸受體以與酸交聯(lián)的圖框配合(framing)材料。通過加熱將酸從抗蝕圖案轉(zhuǎn)移到由圖象定位材料制成的層，然后交聯(lián)層就在抗蝕圖案和圖象定位材料層之間的界面處形成為覆蓋抗蝕圖案的層。但是，化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)也可能在不需要的位置發(fā)生，從而導(dǎo)致圖案缺陷。
日本專利公布2003-202679公開了使用涂層劑形成精細圖案的方法。涂層劑被涂覆在具有光致抗蝕圖案的襯底上，利用涂層劑的熱收縮效應(yīng)減小光致抗蝕圖案之間的間距。但是，由于涂層劑的熱收縮量主要依賴于襯底的溫度分布，因此難于在襯底的整個表面上形成均勻的抗蝕圖案。
如上所述，在迄今已提出的CD減小技術(shù)中，利用熱處理的抗蝕劑流技術(shù)不能提供良好的側(cè)壁輪廓。在抗蝕圖案上涂覆單獨的材料可能引起抗蝕圖案中不需要的交聯(lián)，從而導(dǎo)致圖案缺陷。此外，保留在非所需區(qū)域上的材料可能導(dǎo)致圖案缺陷或孔的“未打開”。當(dāng)要形成的孔或槽的尺寸減小時，這些問題可能更加嚴重。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了用于半導(dǎo)體器件制造的掩膜圖案，其具有適于形成超越光刻技術(shù)波長限制的精細圖案的構(gòu)造。
本發(fā)明還提供了用于形成半導(dǎo)體器件制造的掩膜圖案的方法，該方法可用于形成具有小的特征尺寸的精細圖案，同時最小化開孔或間距的側(cè)壁輪廓變形。
本發(fā)明還提供了制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法可形成超越光刻技術(shù)波長限制的精細圖案，同時最小化開孔或間距的側(cè)壁輪廓變形。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了用于半導(dǎo)體器件制造的掩膜圖案，包括在半導(dǎo)體襯底上形成的抗蝕圖案和在抗蝕圖案的至少側(cè)壁上形成的自組裝分子層。
自組裝分子層可由陽離子聚合物、陰離子聚合物或它們的組合制成。
陽離子聚合物可選自聚乙烯亞胺衍生物、聚烯丙胺衍生物、聚(二烯丙基二甲基氯化銨)衍生物、含氨基的纖維素、陽離子化纖維素、聚(丙烯酰胺)、聚乙烯基吡啶和聚(丙烯酸膽堿)。
陰離子聚合物可選自聚(丙烯酸)、聚苯乙烯磺酸酯、含羧基的纖維素、陰離子化纖維素、聚(丙烯酸磺基(sulfon)烷基酯)、聚(丙烯酰胺烷基磺酸酯)和聚(乙烯基硫酸酯)。
自組裝分子層可為單一陽離子聚合物層。自組裝分子層可具有包括陽離子聚合物的第一自組裝分子單層和包括陰離子聚合物的第二自組裝分子單層的層疊結(jié)構(gòu)。在這種情況下，自組裝分子層可具有包括交替重復(fù)層疊的第一自組裝分子單層和第二自組裝分子單層的層疊結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了形成用于半導(dǎo)體器件制造的掩膜圖案的方法，該方法包括在覆蓋襯底的底層上形成具有開孔的抗蝕圖案以暴露底層至第一寬度，和在抗蝕圖案的表面上形成自組裝分子層。
在形成自組裝分子層時，可使聚合物電解質(zhì)溶液與抗蝕圖案的表面接觸。
聚合物電解質(zhì)溶液可包括溶劑和以溶劑總重量計約0.001wt％至約10wt％的陽離子聚合物或陰離子聚合物。
溶劑可為去離子水、有機溶劑或它們的混合物。有機溶劑可選自醇、胺、醚、酯、羧酸、硫醇、硫代酸酯、醛、酮、酚、烷烴、烯烴、芳烴和亞芳烴(arylene)。
聚合物電解質(zhì)溶液還可包括pH控制劑。pH控制劑可為酸性或堿性物質(zhì)。pH控制劑可為季銨鹽、烷基胺、烷氧基胺、硫化物、硫醇、膦、亞磷酸鹽、磺酸、磷酸、羧酸、含氟酸或鹵化氫。
可通過旋涂、攪煉、浸涂或噴涂進行聚合物電解質(zhì)溶液與抗蝕圖案表面的接觸。
形成自組裝分子層的操作可包括在抗蝕圖案表面上形成自組裝分子單層。在這種情況下，可通過使陽離子聚合物電解質(zhì)溶液與抗蝕圖案表面接觸形成自組裝分子單層。
形成用于半導(dǎo)體器件制造的掩膜圖案的方法還可包括用洗滌液漂洗自組裝分子單層的表面。
形成自組裝分子層的操作可包括形成包括陽離子聚合物的第一自組裝分子單層和形成包括陰離子聚合物的第二自組裝分子單層。形成自組裝分子層的操作還可包括交替和重復(fù)地進行形成第一自組裝分子單層和形成第二自組裝分子單層的子操作。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括在半導(dǎo)體襯底上形成底層，形成具有供底層暴露至第一寬度的開孔的抗蝕圖案，只在抗蝕圖案的表面上形成自組裝分子層以通過開孔暴露底層至比第一寬度小的第二寬度，和使用抗蝕圖案和自組裝分子層作為蝕刻掩膜來蝕刻底層。
根據(jù)本發(fā)明，在形成用作底層的蝕刻掩膜的掩膜圖案時，只在抗蝕圖案表面上以自組裝方式選擇性地形成自組裝分子單層。因此，掩膜圖案可具有超越光刻技術(shù)確定的波長限制的小尺寸開孔。此外，由于可在抗蝕圖案表面上重復(fù)形成自組裝分子單層，因此可減小掩膜圖案的開孔至所需寬度。還有，可在室溫下通過簡單的方法取代熱處理實現(xiàn)開孔的寬度減小。
附圖簡述通過參照附圖詳細描述本發(fā)明的示例性實施方案，本發(fā)明的上述和其它特征將變得更顯而易見，其中


圖1為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案制造半導(dǎo)體器件的方法的示意流程圖；圖2A至2C為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案形成用于半導(dǎo)體器件制造的掩膜圖案的方法的順序截面圖；和圖3A至3C為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案制造半導(dǎo)體器件的方法的順序截面圖。
優(yōu)選實施方案詳述本發(fā)明可以以多種不同的形式實施，不應(yīng)認為本發(fā)明限制于本文提出的實施方案。當(dāng)然，提供這些實施方案以便使本公開更完整，并能充分將本發(fā)明的范圍傳達給本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員。
現(xiàn)在將參照圖1所示的流程圖描述根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案制造半導(dǎo)體器件的方法。
在操作10中，首先，在半導(dǎo)體襯底上形成要被蝕刻的底層。底層可由任何薄膜材料制成。例如，底層可為介電薄膜，如硅薄膜、氧化物薄膜、氮化物薄膜、或氧化物-氮化物薄膜、或?qū)щ姳∧ぁ樵诘讓又行纬山佑|孔，將底層形成為介電薄膜。
接下來，在底層上形成抗蝕薄膜?？赏ㄟ^常規(guī)光刻法曝光和顯影抗蝕薄膜，以得到具有供底層暴露到預(yù)定寬度的開孔的抗蝕圖案。
在抗蝕圖案的形成過程中，通過曝光后烘焙過程擴散在曝光過程中抗蝕薄膜內(nèi)產(chǎn)生的酸。在形成正抗蝕薄膜的情況下，擴散的酸引起去保護反應(yīng)，通過該去保護反應(yīng)，保護基團從在抗蝕薄膜的曝光區(qū)域中的受保護聚合物中除去，從而選擇性地顯影曝光區(qū)域。另一方面，在形成負抗蝕薄膜的情況下，擴散的酸在曝光區(qū)域中引起聚合物交聯(lián)，從而選擇性地顯影未曝光區(qū)域。在曝光后烘焙過程中，少量的酸保留在抗蝕薄膜的曝光區(qū)域和未曝光區(qū)域之間的邊界處。因此，在顯影后，在抗蝕薄膜的曝光區(qū)域和未曝光區(qū)域之間的邊界即抗蝕圖案的側(cè)壁由于殘余酸使局部聚合物去保護而為電負性。也就是說，由于存在于曝光區(qū)域和未曝光區(qū)域之間邊界處的聚合物因殘余酸而被部分去保護，但一些聚合物在顯影過程中保持未溶解，因而抗蝕圖案的側(cè)壁為輕微電負性。這種現(xiàn)象發(fā)生在相關(guān)領(lǐng)域中使用的或市售的大部分抗蝕劑中，不管抗蝕劑的組分或曝光工具的類型如何。
在操作20中，制備聚合物電解質(zhì)溶液。聚合物電解質(zhì)溶液可制備成單獨的陽離子聚合物電解質(zhì)溶液、或陽離子聚合物電解質(zhì)溶液與陰離子聚合物電解質(zhì)溶液的組合。
例如，可通過在溶劑中溶解選自聚乙烯亞胺衍生物、聚烯丙胺衍生物、聚(二烯丙基二甲基氯化銨)衍生物、含氨基的纖維素、陽離子化纖維素、聚(丙烯酰胺)、聚乙烯基吡啶和聚(丙烯酸膽堿)中的至少一種陽離子聚合物得到陽離子聚合物電解質(zhì)溶液，以溶劑的總重量計，陽離子聚合物的量為約0.001wt％至約10wt％。
適用于本發(fā)明的陽離子聚合物的代表性例子用式1至4表示<式1>
<式2>

<式3>
<式4>
例如，可通過在溶劑中溶解選自聚(丙烯酸)、聚苯乙烯磺酸酯、含羧基的纖維素、陰離子化纖維素、聚(丙烯酸磺基烷基酯)、聚(丙烯酰胺烷基磺酸酯)和聚(乙烯基硫酸酯)中的至少一種陰離子聚合物得到陰離子聚合物電解質(zhì)溶液，以溶劑的總重量計，陰離子聚合物的量為約0.001wt％至約10wt％。
適用于本文的陰離子聚合物的代表性例子用式5至8表示<式5>

<式6>
<式7>
<式8>
溶劑可為去離子水、有機溶劑或它們的混合物。適用于本發(fā)明作為溶劑的有機溶劑可為醇、胺、醚、酯、羧酸、硫醇、硫代酸酯、醛、酮、酚、烷烴、烯烴、芳烴和亞芳烴。
聚合物電解質(zhì)溶液還可包括pH控制劑以保持聚合物電解質(zhì)溶液在合適的pH。適合于本發(fā)明的聚合物電解質(zhì)溶液的pH根據(jù)聚合物電解質(zhì)溶液中包含的主要組分的種類而變化。在這點上，根據(jù)聚合物電解質(zhì)溶液中包含的組分選擇合適的pH。pH控制劑可為酸性或堿性物質(zhì)。例如，pH控制劑可選自季銨鹽、烷基胺、烷氧基胺、硫化物、硫醇、膦、亞磷酸鹽、磺酸、磷酸、羧酸、含氟酸和鹵化氫。
由于對操作10和20的執(zhí)行順序沒有特殊限制，因此可根據(jù)工藝設(shè)計優(yōu)先實施這兩個操作中的一個，再實施另一個。
在操作30中，自組裝分子層只在抗蝕圖案的表面上形成。自組裝分子層減小了底層通過抗蝕圖案限定的開孔而暴露的區(qū)域的寬度。下面詳細描述圖1操作30中自組裝分子層的形成。
首先，在子操作32中，用操作20中制備的聚合物電解質(zhì)溶液覆蓋抗蝕圖案，以形成自組裝分子單層。為此，通過各種方法如旋涂、攪煉、浸涂或噴涂使聚合物電解質(zhì)溶液與抗蝕圖案的表面接觸。例如，可設(shè)定接觸需要的時間為在約10秒和約5分鐘之間的任意時間。聚合物電解質(zhì)溶液保持在約10至約30℃，優(yōu)選室溫。也可在相同的溫度下進行接觸。
在子操作32的使抗蝕圖案表面與聚合物電解質(zhì)溶液接觸的過程中，根據(jù)接觸方法可旋轉(zhuǎn)或固定半導(dǎo)體襯底。例如，在旋涂情況下，可以以預(yù)定的速度使半導(dǎo)體襯底圍繞其中心旋轉(zhuǎn)。在攪煉或噴涂情況下，固定半導(dǎo)體襯底而不移動或旋轉(zhuǎn)。
如操作10中所述，由于聚合物被酸部分地去保護而在顯影過程中保持未溶解，因此抗蝕圖案的側(cè)壁為輕微電負性。在這點上，當(dāng)使用包含陽離子聚合物的陽離子聚合物電解質(zhì)溶液作為與抗蝕圖案直接接觸的聚合物電解質(zhì)溶液時，陽離子聚合物以自組裝方式選擇性地僅僅附著到抗蝕圖案表面上。因此，在抗蝕圖案表面上形成包含陽離子聚合物的自組裝分子單層。
在子操作34中，用洗滌液漂洗包含自組裝分子單層的所得結(jié)構(gòu)。洗滌液可為去離子水。操作34的漂洗是任選的，因此可根據(jù)需要省略。
在子操作36中，確定自組裝分子層的總厚度是否達到預(yù)定值，所述自組裝分子層包括子操作32中形成的自組裝分子單層。當(dāng)自組裝分子層的總厚度達到預(yù)定值時，就結(jié)束形成自組裝分子層的操作，并進行操作40。在操作40中，使用自組裝分子層和抗蝕圖案作為蝕刻掩膜按所需的圖案蝕刻底層。
對于子操作36中的確定結(jié)果，當(dāng)包括自組裝分子單層的自組裝分子層的總厚度未達到預(yù)定值時，就進行子操作38。在子操作38中，制備用于后續(xù)工藝的聚合物電解質(zhì)溶液以繼續(xù)形成自組裝分子單層。
當(dāng)在子操作32中已使用陽離子聚合物電解質(zhì)溶液用于抗蝕圖案的表面涂覆時，在子操作38中就制備陰離子聚合物電解質(zhì)溶液。相反，當(dāng)在子操作32中已使用陰離子聚合物電解質(zhì)溶液用于抗蝕圖案的表面涂覆時，在子操作38中就制備陽離子聚合物電解質(zhì)溶液。
在子操作38后，再次進行子操作32。此時，抗蝕圖案涂有子操作38中制備的聚合物電解質(zhì)溶液。
重復(fù)子操作32至38幾次，直到在抗蝕圖案上形成自組裝分子層至所需的厚度。因此，在抗蝕圖案上，形成包含陽離子聚合物的第一自組裝分子單層和包含陰離子聚合物的第二自組裝分子單層的交替層疊結(jié)構(gòu)。與抗蝕圖案造成的底層暴露區(qū)域相比，在完成自組裝分子層后，底層的暴露區(qū)域具有較小的寬度。因此，當(dāng)在操作40中使用抗蝕圖案和自組裝分子層作為蝕刻掩膜來蝕刻底層時，可實現(xiàn)超越光刻法波長限制的精細圖案。
圖2A至2C為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案形成用于半導(dǎo)體器件制造的掩膜圖案的方法的順序截面圖。
參考圖2A，在覆蓋半導(dǎo)體襯底100的底層110上形成抗蝕圖案120。形成具有開孔的抗蝕圖案120，以暴露底層110的上表面至第一寬度d1。形成的抗蝕圖案120可具有形成孔圖案的多個開孔或形成線和間距圖案的多條線。當(dāng)形成的抗蝕圖案120具有多條線時，第一寬度d1對應(yīng)于線之間每個間距的寬度。
本文中，抗蝕圖案120可由G線、i線、DUV、ArF、電子束或X射線所用的抗蝕劑材料制成。例如，抗蝕圖案120可由包含酚醛清漆樹脂和重氮萘醌(DNQ)基化合物的抗蝕劑材料制成。還可使用包含光致酸產(chǎn)生劑(PAG)的常用化學(xué)放大抗蝕劑組合物形成抗蝕圖案120。例如，可使用KrF準分子激光器(248nm)、ArF準分子激光器(193nm)或F2準分子激光器(157nm)用的抗蝕劑組合物形成抗蝕圖案120。還可使用正類型抗蝕劑組合物或負類型抗蝕劑組合物形成抗蝕圖案120。
參考圖2B，如圖1的操作32中所述，使包含陽離子聚合物的陽離子聚合物電解質(zhì)溶液與抗蝕圖案120的表面接觸，形成第一自組裝分子單層132。利用第一自組裝分子單層132，底層110的上表面暴露至比第一寬度d1小的第二寬度d2。如前面參照圖1所述，抗蝕圖案120的側(cè)壁表面上存在少量的負電荷，在某些情況下，負電荷還存在于抗蝕圖案120的上表面上。在這點上，當(dāng)使用包含陽離子聚合物的陽離子聚合物電解質(zhì)溶液作為與抗蝕圖案120的表面直接接觸的聚合物電解質(zhì)溶液時，陽離子聚合物以自組裝方式選擇性地附著到抗蝕圖案120的至少側(cè)壁表面上。因此，在抗蝕圖案120的表面上形成包含陽離子聚合物的第一自組裝分子單層132。
接下來，根據(jù)需要，可進行漂洗，如圖1的操作34中所述。
第一自組裝分子單層132的厚度隨構(gòu)成第一自組裝分子單層132的聚合物種類變化。當(dāng)?shù)诙挾萪2為所需值時，就結(jié)束形成掩膜圖案的方法。
參考圖2C，當(dāng)?shù)诙挾萪2不是所需值或需要更小的寬度時，使包含陰離子聚合物的陰離子聚合物電解質(zhì)溶液與第一自組裝分子單層132的表面接觸，形成第二自組裝分子單層134。利用第二自組裝分子單層134，底層110的上表面暴露至比第二寬度d2小的第三寬度d3。
根據(jù)需要，漂洗包括第二自組裝分子單層134的所得結(jié)構(gòu)，如圖1的操作34中所述。
第二自組裝分子單層134的厚度隨構(gòu)成第二自組裝分子單層134的聚合物種類變化。當(dāng)包括第一自組裝分子單層132和第二自組裝分子單層134的自組裝分子層130具有預(yù)定的厚度，從而第三寬度d3達到所需尺寸時，就結(jié)束形成自組裝分子單層的操作。本文中，底層110的暴露區(qū)域由在抗蝕圖案120的側(cè)壁表面上形成的自組裝分子層130限定。
當(dāng)自組裝分子層130的厚度小于預(yù)定值時，就交替重復(fù)幾次如參照圖2B和2C所述的形成第一自組裝分子單層132和第二自組裝分子單層134的操作，以暴露底層110的上表面至所需寬度。
圖3A至3C為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案制造半導(dǎo)體器件的方法的順序截面圖。
參考圖3A，在半導(dǎo)體襯底200上形成底層210，其將被蝕刻以形成預(yù)定圖案如接觸孔或槽。例如，底層210可為介電薄膜、導(dǎo)電薄膜或半導(dǎo)電薄膜。
接下來，如上面參照圖2A所述，在底層210上形成抗蝕圖案220。形成的抗蝕圖案220具有暴露底層210上表面至第一寬度d1的開孔。
接下來，如上面參照圖2B和2C所述，只在抗蝕圖案220的表面上選擇性地形成自組裝分子層230。自組裝分子層230可由包含陽離子聚合物的單一自組裝分子單層組成?；蛘?，自組裝分子層230可由包含陽離子聚合物的一個或多個第一自組裝分子單層和包含陰離子聚合物的一個或多個第二自組裝分子單層的交替層疊結(jié)構(gòu)組成。利用自組裝分子層230，底層210的上表面暴露至比第一寬度h1小的第二寬度h2。
參考圖3B，使用由抗蝕圖案220和自組裝分子層230組成的掩膜圖案作為蝕刻掩膜來干蝕刻底層210，形成底層圖案210a。然后，除去由抗蝕圖案220和自組裝分子層230組成的掩膜圖案，如圖3C所示。
在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法中，可在抗蝕圖案表面上重復(fù)形成自組裝分子單層，這使減小掩膜圖案開孔的寬度至所需尺寸成為可能。在減小開孔寬度時，只在抗蝕圖案的表面上以自組裝方式選擇性地形成自組裝分子單層。因此，可保持掩膜圖案的垂直側(cè)壁輪廓不變。另外，由于可在室溫下通過簡單的方法減小開孔寬度，這與常規(guī)熱處理技術(shù)不同，因此確保了方法簡單經(jīng)濟。
下文中，將描述根據(jù)本發(fā)明的用于半導(dǎo)體器件制造的掩膜圖案形成方法形成的掩膜圖案的說明性實施例。
下文中，將通過實施例更詳細地描述本發(fā)明。但是，提供下面的實施例只是用于說明，本發(fā)明并不限制于它們或被它們限制。
實施例1在裸硅片上形成有機抗反射薄膜(DUV-30，Nissan ChemicalIndustries，Ltd.)至36nm的厚度，并在其上涂覆光致抗蝕劑(SAIL-G24c，ShinEtsu Chemical Co.Ltd)形成厚度為240nm的抗蝕薄膜。對上面形成抗蝕薄膜的晶片進行軟烘焙，然后用指定數(shù)值孔徑(NA)為0.75(環(huán)形照明0.85-0.55)和24mJ/cm2曝光光能的ArF(193nm)步進機(NikonS306C)曝光，曝光后烘焙(PEB)。然后，用2.38wt％的氫氧化四甲銨(TMAH)溶液顯影晶片，以在晶片上形成開孔CD(臨界尺寸)為116.8nm的抗蝕圖案。
以1000rpm在抗蝕圖案上旋涂3ml用作陽離子聚合物電解質(zhì)溶液的1000ppm支鏈聚乙烯亞胺的水溶液約30秒，得到其開孔具有101.0nm的更小CD的掩膜圖案。
以1000rpm在晶片上旋涂3ml用作陰離子聚合物電解質(zhì)溶液的1000ppm藻酸和300ppm TMAH的水溶液約30秒，得到其開孔具有85.5nm的更小CD的掩膜圖案。
實施例2按與實施例1相同的方式形成其開孔CD為103.4nm的掩膜圖案，除了使用5000ppm支鏈聚乙烯亞胺的水溶液作為陽離子聚合物電解質(zhì)溶液。
實施例3按與實施例1相同的方式在晶片上形成CD為116.8nm的抗蝕圖案。然后，以1000rpm在抗蝕圖案上旋涂3ml用作陽離子聚合物電解質(zhì)溶液的1000ppm支鏈聚乙烯亞胺的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗。
以1000rpm旋涂3ml用作陰離子聚合物電解質(zhì)溶液的1000ppm聚(苯乙烯-4-磺酸酯)的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗，得到其開孔具有106.1nm的更小CD的掩膜圖案。
以1000rpm在掩模圖案上旋涂3ml用作陽離子聚合物電解質(zhì)溶液的1000ppm聚(二烯丙基二甲基氯化銨)的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗。
以1000rpm旋涂3ml用作陰離子聚合物電解質(zhì)溶液的1000ppm聚(苯乙烯-4-磺酸酯)的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗，得到其開孔具有98.4nm的更小CD的掩膜圖案。
以1000rpm在掩模圖案上旋涂3ml用作陽離子聚合物電解質(zhì)溶液的1000ppm聚(二烯丙基二甲基氯化銨)的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗。
以1000rpm旋涂3ml用作陰離子聚合物電解質(zhì)溶液的1000ppm聚(苯乙烯-4-磺酸酯)的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗，得到其開孔具有93.0nm的更小CD的掩膜圖案。
以1000rpm在掩模圖案上旋涂3ml用作陽離子聚合物電解質(zhì)溶液的1000ppm聚(二烯丙基二甲基氯化銨)的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗。
以1000rpm旋涂3ml用作陰離子聚合物電解質(zhì)溶液的1000ppm聚(苯乙烯-4-磺酸酯)的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗，得到其開孔具有89.3nm的更小CD的掩膜圖案。
以1000rpm在掩模圖案上旋涂3ml用作陽離子聚合物電解質(zhì)溶液的1000ppm聚(二烯丙基二甲基氯化銨)的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗。
以1000rpm旋涂3ml用作陰離子聚合物電解質(zhì)溶液的1000ppm聚(苯乙烯-4-磺酸酯)的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗，得到其開孔具有87.3nm的更小CD的掩膜圖案。
以1000rpm在掩模圖案上旋涂3ml用作陽離子聚合物電解質(zhì)溶液的1000ppm聚(二烯丙基二甲基氯化銨)的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗。
以1000rpm旋涂3ml用作陰離子聚合物電解質(zhì)溶液的1000ppm聚(苯乙烯-4-磺酸酯)的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗，得到其開孔具有84.6nm的更小CD的掩膜圖案。
以1000rpm在掩模圖案上旋涂3ml用作陽離子聚合物電解質(zhì)溶液的1000ppm聚(二烯丙基二甲基氯化銨)的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗。
以1000rpm旋涂3ml用作陰離子聚合物電解質(zhì)溶液的1000ppm聚(苯乙烯-4-磺酸酯)的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗，得到其開孔具有81.9nm的更小CD的掩膜圖案。
實施例4在裸硅片上形成有機抗反射薄膜(DUV-30，Nissan ChemicalIndustries，Ltd.)至36nm的厚度，并在其上涂覆光致抗蝕劑(SAIL-G24c，ShinEtsu Chemical Co.Ltd)形成厚度為240nm的抗蝕薄膜。對上面形成抗蝕薄膜的晶片進行軟烘焙，然后用指定數(shù)值孔徑(NA)為0.75(環(huán)形照明0.85-0.55)和25mJ/cm2曝光光能的ArF(193nm)步進機(NikonS306C)曝光，和進行PEB。然后，用2.38wt％的TMAH溶液顯影晶片，以在晶片上形成開孔CD為123.7nm的抗蝕圖案。
將20ml用作陽離子聚合物電解質(zhì)溶液的5％聚(鹽酸烯丙胺)(Mw＝70000)和0.8％三乙醇胺的水溶液通過攪煉約30秒倒在抗蝕圖案上，然后用去離子水漂洗，得到其開孔具有113.2nm的更小CD的掩膜圖案。
在晶片上攪煉20ml用作陰離子聚合物電解質(zhì)溶液的5％聚(丙烯酸)(Mw＝90000)的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗，得到其開孔具有107.6nm的更小CD的掩膜圖案。
在掩膜圖案上攪煉20ml用作陽離子聚合物電解質(zhì)溶液的5％聚(鹽酸烯丙胺)(Mw＝70000)和0.8％三乙醇胺的水溶液30秒，然后用去離子水漂洗，得到其開孔具有102.8nm的更小CD的掩膜圖案。
在晶片上攪煉20ml用作陰離子聚合物電解質(zhì)溶液的5％聚(丙烯酸)(Mw＝90000)的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗，得到開孔具有88.9nm的更小CD的掩膜圖案。
實施例5在裸硅片上形成有機抗反射薄膜(AR46，Shipley Co.，Ltd.)至29nm的厚度，并在其上涂覆光致抗蝕劑(RHR，ShinEtsu Chemical Co.Ltd)形成厚度為240nm的抗蝕薄膜。對上面形成抗蝕薄膜的晶片進行軟烘焙，然后用指定數(shù)值孔徑(NA)為0.75(環(huán)形照明0.85-0.55)和32mJ/cm2曝光光能的ArF(193nm)步進機(Nikon S306C)曝光，和進行PEB。然后，用2.38wt％的TMAH溶液顯影晶片，以在晶片上形成開孔CD為123.8nm的抗蝕圖案。
在抗蝕圖案上攪煉20ml用作陽離子聚合物電解質(zhì)溶液的1％聚(烯丙胺)(Mw＝65000)和2％對甲苯磺酸的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗，得到掩膜圖案。
在晶片上攪煉20ml用作陰離子聚合物電解質(zhì)溶液的1％聚(丙烯酸)(Mw＝90000)和0.12％對甲苯磺酸的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗，得到其開孔具有106.9nm的更小CD的掩膜圖案。
在掩膜圖案上攪煉20ml用作陽離子聚合物電解質(zhì)溶液的1％聚(烯丙胺)(Mw＝65000)和2％對甲苯磺酸的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗。
在晶片上攪煉20ml用作陰離子聚合物電解質(zhì)溶液的1％聚(丙烯酸)(Mw＝90000)和0.12％對甲苯磺酸的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗，得到其開孔具有75.6nm的更小CD的掩膜圖案。
實施例6在裸硅片上形成有機抗反射薄膜(DUV-40，Nissan ChemicalIndustries，Ltd.)至60nm的厚度，并在其上涂覆光致抗蝕劑(SRK，Tokyo Ohka Kogyo Co.Ltd)形成厚度為550nm的抗蝕薄膜。對上面形成抗蝕薄膜的晶片進行軟烘焙，然后用指定NA為0.7(環(huán)形照明0.85-0.55)和52mJ/cm2曝光光能的KrF(248nm)步進機(ASML 700)曝光，和進行PEB。然后，用2.38wt％的TMAH溶液顯影晶片，以在晶片上形成開孔CD為177.5nm的抗蝕圖案。
在抗蝕圖案上攪煉20ml用作陽離子聚合物電解質(zhì)溶液的1％聚(烯丙胺)(Mw＝65000)和2％對甲苯磺酸的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗，得到掩膜圖案。
在晶片上攪煉20ml用作陰離子聚合物電解質(zhì)溶液的1％聚(丙烯酸)(Mw＝90000)和0.12％對甲苯磺酸的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗，得到開孔具有155.1nm的更小CD的掩膜圖案。
在掩膜圖案上攪煉20ml用作陽離子聚合物電解質(zhì)溶液的1％聚(烯丙胺)(Mw＝65000)和2％對甲苯磺酸的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗。
在晶片上攪煉20ml用作陰離子聚合物電解質(zhì)溶液的1％聚(丙烯酸)(Mw＝90000)和0.12％對甲苯磺酸的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗，得到開孔具有130.8nm的更小CD的掩膜圖案。
實施例7在裸硅片上形成有機抗反射薄膜(DUV-30，Nissan ChemicalIndustries，Ltd.)至36nm的厚度，并在其上涂覆光致抗蝕劑(SAIL-G24c，ShinEtsu Chemical Co.Ltd)形成厚度為240nm的抗蝕薄膜。對上面形成抗蝕薄膜的晶片進行軟烘焙，然后用指定NA為0.75(環(huán)形照明0.85-0.55)和25mJ/cm2曝光光能的ArF(193nm)步進機(Nikon S306C)曝光，和進行PEB。然后，用2.38wt％的TMAH溶液顯影晶片以在晶片上形成開孔CD為121.2nm的抗蝕圖案。
以1000rpm在抗蝕圖案上旋涂3ml用作陽離子聚合物電解質(zhì)溶液的1000ppm支鏈聚乙烯胺和200ppm對甲苯磺酸的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗得到掩膜圖案。
以1000rpm在晶片上旋涂3ml用作陰離子聚合物電解質(zhì)溶液的1000ppm聚(丙烯酸-馬來酸)(Mw＝3000)和670ppm三乙醇胺的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗，得到開孔具有108.6nm的更小CD的掩膜圖案。
以1000rpm在掩膜圖案上旋涂3ml用作陽離子聚合物電解質(zhì)溶液的1000ppm支鏈聚乙烯胺和200ppm對甲苯磺酸的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗。
以1000rpm在晶片上攪煉3ml用作陰離子聚合物電解質(zhì)溶液的1000ppm聚(丙烯酸-馬來酸)(Mw＝3000)和670ppm三乙醇胺的水溶液約30秒，然后用去離子水漂洗，得到開孔具有98.6nm的更小CD的掩膜圖案。
根據(jù)本發(fā)明，在抗蝕圖案上形成自組裝分子層，以得到具有超越光刻法所定波長限制的微尺寸開孔的掩膜圖案。在本發(fā)明中，可在抗蝕圖案表面上重復(fù)形成自組裝分子單層，這使用作蝕刻掩膜的掩膜圖案的開孔寬度降低至所需水平成為可能。在減小開孔寬度時，只在抗蝕圖案的表面上以自組裝方式選擇性地形成自組裝分子單層。因此，可保持掩膜圖案的垂直側(cè)壁輪廓不變。另外，由于可在室溫下通過簡單的方法減小開孔寬度，這與常規(guī)熱處理技術(shù)不同，因此確保了方法簡單經(jīng)濟。
盡管參照示例性實施方案具體顯示和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員能認識到，只要不脫離如下面的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍，就可在其中進行各種形式和細節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.一種用于半導(dǎo)體器件制造的掩膜圖案，包括在半導(dǎo)體襯底上形成的抗蝕圖案；和在抗蝕圖案的至少側(cè)壁上形成的自組裝分子層。
2.如權(quán)利要求1所述的掩膜圖案，其中自組裝分子層由陽離子聚合物、陰離子聚合物、或它們的組合制成。
3.如權(quán)利要求2所述的掩膜圖案，其中陽離子聚合物選自聚乙烯亞胺衍生物、聚烯丙胺衍生物、聚(二烯丙基二甲基氯化銨)衍生物、含氨基的纖維素、陽離子化纖維素、聚(丙烯酰胺)、聚乙烯基吡啶和聚(丙烯酸膽堿)。
4.如權(quán)利要求2所述的掩膜圖案，其中陰離子聚合物選自聚(丙烯酸)、聚苯乙烯磺酸酯、含羧基的纖維素、陰離子化纖維素、聚(丙烯酸磺基烷基酯)、聚(丙烯酰胺烷基磺酸酯)和聚(乙烯基硫酸酯)。
5.如權(quán)利要求1所述的掩膜圖案，其中自組裝分子層為單一的陽離子聚合物層。
6.如權(quán)利要求1所述的掩膜圖案，其中自組裝分子層具有包括陽離子聚合物的第一自組裝分子單層和包括陰離子聚合物的第二自組裝分子單層的層疊結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的掩膜圖案，其中自組裝分子層具有包括交替重復(fù)層疊的第一自組裝分子單層和第二自組裝分子單層的層疊結(jié)構(gòu)。
8.一種形成用于半導(dǎo)體器件制造的掩膜圖案的方法，該方法包括在覆蓋襯底的底層上形成具有開孔的抗蝕圖案以暴露底層至第一寬度；和在抗蝕圖案的表面上形成自組裝分子層。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中在形成自組裝分子層的操作中包括使聚合物電解質(zhì)溶液與抗蝕圖案的表面接觸。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中聚合物電解質(zhì)溶液為陽離子聚合物電解質(zhì)溶液或陰離子聚合物電解質(zhì)溶液。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中聚合物電解質(zhì)溶液包括溶劑和以溶劑總重量計約0.001wt％至約10wt％的陽離子聚合物或陰離子聚合物。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中聚合物電解質(zhì)溶液還包括pH控制劑。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中通過旋涂、攪煉、浸涂或噴涂進行聚合物電解質(zhì)溶液與抗蝕圖案表面的接觸。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其中形成自組裝分子層的操作包括在抗蝕圖案表面上形成自組裝分子單層。
15.如權(quán)利要求8所述的方法，其中形成自組裝分子層的操作包括形成包括陽離子聚合物的第一自組裝分子單層；和形成包括陰離子聚合物的第二自組裝分子單層。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中形成自組裝分子層的操作還包括交替和重復(fù)地進行形成第一自組裝分子單層和形成第二自組裝分子單層的子操作。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括用洗滌液漂洗第一自組裝分子單層和用洗滌液漂洗第二自組裝分子單層中的至少一個。
18.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成底層；形成具有供底層暴露至第一寬度的開孔的抗蝕圖案；只在抗蝕圖案的表面上形成自組裝分子層，以通過開孔暴露底層至比第一寬度小的第二寬度；和使用抗蝕圖案和自組裝分子層作為蝕刻掩膜來蝕刻底層。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中在形成自組裝分子層的操作中包括使聚合物電解質(zhì)溶液與抗蝕圖案的表面接觸。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中聚合物電解質(zhì)溶液為陽離子聚合物電解質(zhì)溶液或陰離子聚合物電解質(zhì)溶液。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中聚合物電解質(zhì)溶液包括溶劑和以溶劑總重量計約0.001wt％至約10wt％的陽離子聚合物或陰離子聚合物。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其中通過旋涂、攪煉、浸涂或噴涂進行聚合物電解質(zhì)溶液與抗蝕圖案表面的接觸。
23.如權(quán)利要求18所述的方法，其中自組裝分子層為覆蓋抗蝕圖案的至少側(cè)壁的自組裝分子單層。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中自組裝分子單層通過使陽離子聚合物電解質(zhì)溶液與抗蝕圖案的表面接觸而形成。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，還包括在使陽離子聚合物電解質(zhì)溶液與抗蝕圖案的表面接觸后用洗滌液漂洗自組裝分子單層的表面。
26.如權(quán)利要求18所述的方法，其中形成自組裝分子層的操作包括形成包括陽離子聚合物的第一自組裝分子單層；和形成包括陰離子聚合物的第二自組裝分子單層。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中形成自組裝分子層的操作還包括交替和重復(fù)地進行形成第一自組裝分子單層和形成第二自組裝分子單層的子操作。
28.如權(quán)利要求26所述的方法，還包括用洗滌液漂洗第一自組裝分子單層和用洗滌液漂洗第二自組裝分子單層中的至少一個。
全文摘要
本發(fā)明提供了包括自組裝分子層的掩膜圖案、形成它的方法和制造半導(dǎo)體器件的方法。掩膜圖案包括在半導(dǎo)體襯底上形成的抗蝕圖案和在抗蝕圖案的至少側(cè)壁上形成的自組裝分子層。為形成掩膜圖案，首先，在覆蓋襯底的底層上形成具有開孔的抗蝕圖案以暴露底層至第一寬度。然后，在抗蝕圖案的表面上選擇性地形成自組裝分子層以暴露底層至比第一寬度小的第二寬度。使用抗蝕圖案和自組裝分子層作為蝕刻掩膜蝕刻底層，從而得到精細圖案。
文檔編號G03F7/40GK1684229SQ200510064908
公開日2005年10月19日 申請日期2005年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月8日
發(fā)明者夏政煥, 金賢友, 尹辰永, 畑光宏, 蘇布拉馬尼安·科拉克·馬亞, 禹相均 申請人:三星電子株式會社