抗蚀材料以及利用该材料形成图案的方法技术

在基材上形成包含氧化钛的抗蚀膜后，利用波长小于或等４００ｎｍ的光或者电子束选择性照射抗蚀膜进行图案曝光。图案曝光后，抗蚀膜被显影形成由抗蚀膜构成的抗蚀图案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在半导体装置制造工艺等中使用的。
技术介绍
与半导体集成电路一体化以及半导体装置小型化程度进一步提高相适应，对更高性能光蚀刻技术的需求不断增加。尤其是，为了使图案精细化，要求抗蚀材料具有越来越高的性能。因此，目前常常使用化学放大型抗蚀剂作为获得精细图案的抗蚀材料。在化学放大型抗蚀剂中，由于其中含有酸生成剂，通过曝光和曝后烤生成酸，所生成的酸用作引发抗蚀反应的催化剂。因此，使用化学放大型抗蚀可以提高抗蚀剂的析像度和灵敏度。现在参考图7A-7D描述利用化学放大型抗蚀剂形成常规图案的方法。首先，制备了具有下列组成的正型化学放大型抗蚀材料基体聚合物聚((叔丁氧基羰基甲氧基苯乙烯)(35mol％)-(羟基苯乙烯)(65mol％)…2g酸生成剂九氟丁磺酸三苯基硫鎓(triphenylsulfonium nonaflate)…0.05g猝灭剂三乙醇胺 …0.002g溶剂丙二醇单甲基醚乙酸酯…18g接下来，如图7A所示，在基材1上涂布上述化学放大型抗蚀材料形成厚度为0.4μm的抗蚀膜2。然后，如图7B所示，用NA为0.68的KrF准分子激光作为曝光光3通过掩模4照射抗蚀膜2进行图案曝光。图案曝光后，如图7C所示，用温度为105℃的热板将抗蚀膜2烘烤60秒(曝后烤)。所得抗蚀膜2用2.38wt％的四甲基氢氧化铵显影剂5使之显影。这样，如图7D所示，形成了由抗蚀膜2未曝光部分组成、线宽为0.13μm的抗蚀图案2a。但是，如图7D所示，利用常规图案形成方法形成的抗蚀图案2a形状是有缺陷的，其下方部分未溶解。因此，即使使用了化学放大型抗蚀，抗蚀的析像度也不够高。当这种具有缺陷形状的抗蚀图案2a用于蚀刻目标膜时，所得目标膜的图案其形状也是有缺陷的，从而降低了半导体装置制造工艺中的生产率和产量。
技术实现思路
考虑到上述常规技术的缺点，本专利技术的目的是通过提高抗蚀膜的析像度(即溶解反差)形成具有良好形状的精细图案。为了提高抗蚀膜的溶解反差，本专利技术的专利技术人经过多方面研究发现当氧化钛被波长小于或等于400nm的光或电子束照射时，氧化钛可以获得亲水性。因此，当抗蚀剂中含有氧化钛时，抗蚀膜的曝光部分(通常通过酸生成剂或光反应试剂的光反应获得亲水性)变得更亲水，但未曝光部分仍保持疏水性。因此，含有氧化钛的抗蚀膜，其曝光部分亲水性与未曝光部分疏水性之间的极性差别更大了。当抗蚀膜的曝光部分和未曝光部分的极性差别增加时，溶解反差，即在显影过程中所得抗蚀膜曝光部分和未曝光部分溶解速度的差别增大了，从而提高了抗蚀膜的析像度并改善了所得图案的形状。在Nature，vol.388，p.431(1997)中，R.Wang等人提到氧化钛通过被紫外光照射可以获得亲水性。根据这篇文章，经紫外照射的氧化钛由于下列原因获得亲水性通过紫外照射氧化钛中产生了电子和孔洞，所产生的电子和孔洞分别与空气中的氧和水分子相键连形成活性氧物质(例如过氧化物阴离子和OH基)，这些活性氧物质表现出亲水性质。在使用氧类蚀刻气体的干式蚀刻中，包含氧化钛的抗蚀剂对有机膜具有蚀刻抗性。因此，当利用包含氧化钛的抗蚀图案作为掩模蚀刻有机膜时，可以形成具有两层结构的多层图案。而且，可以在包含氧化钛的抗蚀膜和有机膜之间沉积无机膜，在这种情况下，可以形成具有三层结构的多层膜，其中无机膜强化了氧化钛对有机膜的氧类蚀刻的抗性。抗蚀剂中氧化钛的含量最好不低于0.1wt％且不高于10wt％，但这并不限制本专利技术。氧化钛的颗粒大小可以是纳米颗粒大小，用波长小于或等于400nm的光或电子束曝光后的氧化钛表现出亲水性。在上述发现的基础上建立了本专利技术，且根据本专利技术，抗蚀膜中包含氧化钛以通过提高抗蚀膜曝光部分的亲水性来提高溶解反差。具体而言，本专利技术实施如下本专利技术抗蚀材料包含氧化钛。由于本专利技术抗蚀材料包含氧化钛，曝光部分(通过例如酸生成剂或光反应试剂的光反应获得亲水性)变得更亲水，但未曝光部分保持疏水性。因此，抗蚀剂曝光部分与未曝光部分之间的极性差别更大了。当抗蚀膜的曝光部分和未曝光部分的极性差别变大时，显影过程中获得的溶解反差增加。因此提高了抗蚀剂的析像度，可以形成具有良好形状的抗蚀图案。本专利技术的第一种图案形成方法包括，在基材上形成包含氧化钛的抗蚀膜；用波长小于或等于400nm的光或电子束选择性照射抗蚀膜进行图案曝光；以及图案曝光后显影抗蚀膜形成由抗蚀膜形成的抗蚀图案。在第一种图案形成方法中，包含氧化钛的抗蚀膜的曝光部分变得更亲水而其未曝光部分保持疏水性。因此，曝光部分与未曝光部分之间的极性差别更大了，显影过程中获得的溶解反差增加。结果提高了抗蚀膜的析像度，可以形成具有良好形状的抗蚀图案。本专利技术的第二种图案形成方法包括，在基材上形成有机膜；在有机膜上形成包含氧化钛的第一抗蚀膜；用波长小于或等于400nm的光或电子束选择性照射第一抗蚀膜进行图案曝光；图案曝光后显影第一抗蚀膜形成由第一抗蚀膜形成的抗蚀图案；以及用抗蚀图案作为掩模蚀刻有机膜形成图案。在第二种图案形成方法中，包含氧化钛的第一抗蚀膜的曝光部分变得更亲水而未曝光部分保持疏水性。因此，第一抗蚀膜曝光部分与未曝光部分之间的极性差别更大了，从而显影过程中获得的溶解反差增加。结果提高了第一抗蚀膜的析像度，可以形成具有良好形状的抗蚀图案。此外，包含氧化钛的第一抗蚀膜在氧化气氛中具有较高的抗蚀性，由第一抗蚀膜形成的抗蚀图案可以作为掩模，利用氧等离子体蚀刻下方有机膜。结果可以形成由抗蚀图案和有机膜组成、具有良好形状的多层图案。第二种图案形成方法优选进一步包括，在形成有机膜和形成第一抗蚀膜的步骤之间，在所述有机膜上形成无机膜的步骤，图案优选在图案形成步骤中利用抗蚀图案作为掩模蚀刻无机膜和有机膜来形成。这样，由于无机膜对氧等离子体具有高抗蚀性，当利用抗蚀图案作为掩模蚀刻无机膜和有机膜以形成包含有机膜的图案时，无机膜增强(补偿)了抗蚀图案。在第一种图案形成方法中，抗蚀膜优选由化学放大型抗蚀剂形成。在第二图案形成方法中，第一抗蚀膜优选由化学放大型抗蚀剂形成。在第二图案形成方法中，优选在形成有机膜的步骤中在所述基材上形成第二抗蚀膜而且将第二抗蚀膜进行硬烤。这样可以容易、确定地形成有机膜。注意有机膜并不局限于硬烤抗蚀膜，还可以由碳氢膜、碳膜等形成。在这种情况下，优选在温度大于或等于200℃的条件下进行硬烤。在第二种图案形成方法中，使用无机膜时，无机膜可以由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅组成。在第一种图案形成方法中，波长小于或低于400nm的光优选是i-line、KrF准分子激光、ArF准分子激光、F2激光、ArKr激光、Ar2激光或不小于1nm且不大于30nm的极端紫外光。这样抗蚀剂中含有的氧化钛确实可以变得亲水。附图说明图1A、图1B、图1C和图1D是显示根据本专利技术实施方案1的图案形成方法工序的截面图；图2A、图2B、图2C和图2D是显示根据本专利技术实施方案2的图案形成方法工序的截面图；图3A、图3B和图3C是显示根据本专利技术实施方案2的图案形成方法中其它工序的截面图；图4A、图4B、图4C和图4D是显示根据本专利技术实施方案3的图案形成方法工序的截面图；图5A、图5B、图5C和图5D是显示根据本专利技术实施方案3的图案形成方法中其它工序的截面图；图6A和图6B是显示根据本专利技术实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含氧化钛的抗蚀材料。

【技术特征摘要】
JP 2004-4-2 109633/20041.一种包含氧化钛的抗蚀材料。2.一种图案形成方法，其包括以下步骤在基材上形成包含氧化钛的抗蚀膜；用波长小于或等于400nm的光或电子束选择性照射所述抗蚀膜进行图案曝光；以及图案曝光后显影所述抗蚀膜形成由所述抗蚀膜形成的抗蚀图案。3.权利要求2的图案形成方法，其中所述抗蚀膜是由化学放大型抗蚀剂形成的。4.权利要求2的图案形成方法，其中所述波长小于或等于400nm的光是i-line、KrF准分子激光、ArF准分子激光、F2激光、ArKr激光、Ar2激光、或不小于1nm且不大于30nm的极端紫外光。5.一种图案形成方法，其包括以下步骤在基材上形成有机膜；在所述有机膜上形成包含氧化钛的第一抗蚀膜；用波长小于或等于400nm的光或电子束选择性照射所述第一抗蚀膜进行图案曝光；图案曝光后显影所述第一抗蚀膜形成由所述第一抗蚀膜形成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：远藤政孝，屉子胜，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]