[发明专利]在光刻应用中细化辐射敏感材料线的方法

说明书

对相关申请的交叉引用

依照37C.F.R.§1.78(a)，本申请是2010年3月31日提交的序列号为12/751,362的共同未决非临时专利申请的部分继续案，其通过引用而明确合并于此。

技术领域

本发明涉及图案化基板的方法。具体地，本发明涉及减小辐射敏感材料中的线尺寸（细化）的方法。

背景技术

在半导体装置的制造中在成本和性能方面保持竞争力的需要已使得集成电路的装置密度持续增加。为了在半导体集成电路中实现更高的集成化和小型化，也必须实现形成在半导体晶片上的电路图案的小型化。

设计规则定义了装置或互连线之间的间隔容限以便保证装置或线不以任何不期望的方式相互影响。有助于确定半导体装置的总体大小和密度的一个重要布局设计规则是临界尺寸（CD）。电路的临界尺寸被定义为线的最小宽度或两条线之间的最小间隔。另一关键设计规则是最小节距，该最小节距被定义为给定功能部件的最小宽度加上距相邻功能部件边缘的距离。

光刻术是用于通过将掩模上的几何形状和图案转移到半导体晶片的表面来制造半导体晶片的标准技术。基本的光刻处理包括将图案化的光源投射到辐射敏感材料层（诸如光刻胶层）上，然后接着是显影步骤。

为了创建具有小的临界尺寸和节距的极为精细的图案，需要投射清楚成像的光图案。但是将小功能部件的清楚图像投射到半导体晶片上的能力受所使用的光的波长和从所照射的掩模捕获足够的衍射级的缩小透镜系统的能力的限制。现有技术的光刻工具使用具有248nm或193nm的波长的深紫外（DUV）光，其允许低至大约50nm的最小功能部件大小。

投射系统可以印刷的最小功能部件大小大致由以下给出：

CD＝k₁·λ/N_A

其中，CD是最小功能部件大小或临界尺寸；k₁是概述处理相关因素的系数，并且对于生产通常等于0.4；λ是所使用的光的波长；并且N_A是从半导体晶片所看到的透镜的数值孔径。根据该等式，可以通过减小波长和/或通过增加数值孔径来减小最小功能部件大小，以实现更紧凑聚焦的光束和更小的光斑大小。

光刻处理利用曝光工具来通过掩模照射晶片上的辐射敏感材料层，以将掩模上的图案转移到晶片。随着图案布局的临界尺寸接近光刻设备的分辨率限制，光学邻近效应（OPE）开始影响掩模上的功能部件转移到辐射敏感材料层的方式，使得掩模和实际布局图案开始不同。光学邻近效应已知是由于投射系统中的光学衍射而导致的。衍射使得相邻功能部件相互影响从而产生图案相关的变化；功能部件越靠近，看到邻近效应越明显。因此，将线图案布置成靠拢的能力超出了光学参数限制。

根据以上描述，因此需要新的且改进的用于图案化半导体装置的方法，以便实现形成在半导体晶片上的电路图案的不断小型化。一种非光学途径是在成像之后缩窄辐射敏感材料的线宽度，并且完成第一显影。缩窄线宽度也称为“细化”或“收缩”，这些术语在此同义地使用。

如上所述，半导体晶片的图案化一般包括：以薄的辐射敏感材料（诸如光刻胶）的膜或层来涂布晶片（基板）的表面，然后通过经由掩模投射来自辐射源的辐射而将辐射敏感材料层曝光于辐射图案。此后，执行显影处理以去除辐射敏感材料的各个区域。所去除的特定区域与显影化学试剂和材料的品性（tone）有关。作为示例，在正性光刻胶的情况下，可使用第一显影化学试剂来去除被照射的区域，并且可使用第二显影化学试剂来去除未照射的区域。相反，在负性光刻胶的情况下，可使用第三显影化学试剂来去除未照射的区域，并且可使用第四显影化学试剂来去除被照射的区域。去除后的光刻胶区域以准备好被蚀刻到下层晶片表面的图案而曝光下层晶片表面。