[发明专利]水溶性树脂组合物及微细图形的形成方法

说明书

技术领域

本发明为涉及树脂组合物的技术，还涉及通过将上述树脂组合物作为光致抗蚀剂的涂层使用而在半导体工艺等中稳定地形成微细图形的方法。

技术背景

随着半导体器件的高集成化和高性能化、以及光刻工艺的发展，各种光致抗蚀剂的开发也在加速。随着这些高集成化和高性能化的发展，与设计规则的微细化相对应的化学增幅型光致抗蚀剂也一起得到发展，但是其使用ArF光刻设备可实现的最小分辨率只有约0.05μm。正因为如此，为了制造集成化的半导体元件而形成微细图时遇到困难，一直在研究各种方法。

作为目前为止通常使用的微细图形形成方法，具有利用高温热处理赋予流动性的热回流(resist thermal reflow)方法。利用光致抗蚀剂形成接触孔图形之后，以玻璃态转变温度以上的温度对光致抗蚀剂进行热处理，从而减少接触孔图形的尺寸，但是，根据这种方法，会发生图形的上层环行(TOP-ROUNDING)和底切咬边(Undercut)的现象，临界值的调整很困难。

另外，作为改善热回流方法所具备的弊端的方法，使用着在已形成的光致抗蚀剂接触孔图形中使用RELACS(CLARIRANT公司制造)、SAFIER(TOKYO OHKA KOGYO CO.，LTD公司制造)等功能性材料来减小图形尺寸的方法。这些方法是在光致抗蚀剂接触孔的整个面上涂敷功能性材料并进行加热处理，从而在上述功能性材料和光致抗蚀剂接触孔之间的边界面上形成交联反应，结果缩小接触孔图形的尺寸。

但是，上述方法虽然能减小接触孔图形的尺寸，但存在为了获得足够小的接触孔图形尺寸要反复进行多次该工序的问题。此外，上述功能性材料由聚乙烯醇这样的水溶性高分子构成，但并不包含芳香族结构或大分子结构，所以存在抗蚀性较弱的问题。而且，该方法还存在对于日益集成化和微细化的接触孔图形的涂敷性能不充分，并且不能在加热工序中将随着加热温度变化而交联形成的厚度调节成规定尺寸的问题。

发明内容

本发明提供一种水溶性树脂组合物，其可以有效地减小半导体工艺中的光致抗蚀剂的接触孔图形的尺寸，由此形成微细的光阻图形。

此外，本发明提供一种使用上述水溶性树脂组合物形成具有尺寸微小且形状稳定的图形结构的光致抗蚀剂微细图形的方法。

本发明的一实施例涉及的用于形成微细图形的水溶性树脂组合物，在形成有接触孔图形的光致抗蚀剂膜上进行涂敷及热处理，从而减小上述接触孔的尺寸，其包含由下述化学式1表示的水溶性聚合物和第1水溶性溶剂，

[化学式1]

在上述化学式1中，R₁、R₂、R₃和R₅各是分别独立地包含氢、醚基、酯基、羰基、乙酰基、环氧基、腈基、胺基或醛基的C_1-30的烷基或C_3-30的环烷基，R₄、R₆、R₇和R₈分别独立地是氢或甲基，n是0～5的整数，a是0.05～0.5的实数，b、c和d分别是0～0.7的实数，上述a、b、c和d满足a+b+c+d＝1的条件。上述水溶性溶剂包含100重量份水和1～20重量份醇，上述用于形成微细图形的水溶性树脂组合物中，对于上述水溶性溶剂100重量份，可以包含水溶性聚合物0.01～15重量份。上述醇可以使用烷氧基醇。

上述水溶性聚合物的基于凝胶渗透色谱法(GPC)的聚苯乙烯换算的重均分子量(Mw)优选为3000至50000，上述水溶性聚合物的分子量分布(重均分子量/数均分子量)优选为1.0到5.0。

本发明的另一实施例涉及的微细图形的形成方法，其包括：形成光致抗蚀剂膜的步骤；通过光刻工艺在上述光致抗蚀剂膜上形成接触孔图形，从而准备光致抗蚀剂图形膜的步骤；在上述光致抗蚀剂图形膜上涂敷权利要求1所述的水溶性树脂组合物的步骤；对涂敷有上述水溶性树脂组合物的光致抗蚀剂图形膜进行热处理，形成包含交联部位的涂层膜的步骤；以及用第2水溶性溶剂溶解上述涂层膜，去除上述交联部位以外的涂层膜的步骤。

上述第2水溶性溶剂可以包含水。此外，上述热处理可以在100～200度的温度下进行。可通过调整上述热处理的温度，来调节上述接触孔的尺寸。

作为涂敷有本发明的另一实施例涉及的水溶性树脂组合物的基膜的光致抗蚀剂膜可以是疏水性膜，其包含降冰片烯衍生物。