專利名稱：用于形成半導(dǎo)體器件的細(xì)微圖案的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及一種用于形成半導(dǎo)體器件的細(xì)微圖案的方法。
背景技術(shù)：
隨著對于小型半導(dǎo)體器件的需求增加，圖案更緊密地形成于半導(dǎo)體基板上。阻劑和曝光器已經(jīng)開發(fā)出來以獲得半導(dǎo)體基板上的細(xì)微圖案。
在光刻中，曝光工序使用KrF(248nm)或ArF(193nm)作為光源。常規(guī)的曝光工序使用短波長光源諸如F2(157nm)或EUV(13nm)等。然而，當(dāng)應(yīng)用新的光源時(shí)，需要另外的曝光工序。結(jié)果，制造成本增加并且聚焦深度范圍(focus depth width)降低。此外，由于采用短波長光源曝光的分辨率限于0.1μm，難以形成高度集成的半導(dǎo)體器件所需的細(xì)微圖案。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于形成半導(dǎo)體器件的細(xì)微圖案的方法包括雙蝕刻工序。
具體而言，一種用于形成半導(dǎo)體器件的細(xì)微圖案的方法包括在形成于基板之上的底層上形成硬掩模圖案。在所述硬掩模圖案上形成第一有機(jī)膜。所述第一有機(jī)膜符合所述硬掩模圖案和所述底層的外形。在所述第一有機(jī)膜上形成第二有機(jī)膜。將所述第二有機(jī)膜平面化，直到所述第一有機(jī)膜透過所述第二有機(jī)膜的表面露出。蝕刻所述第一有機(jī)膜直到所述底層暴露出來。在所述第一有機(jī)膜和所述第二有機(jī)膜上執(zhí)行另一蝕刻工序以形成有機(jī)掩模圖案。每個(gè)有機(jī)掩模圖案具有包括所述第一有機(jī)膜和所述第二有機(jī)膜的疊層結(jié)構(gòu)。所述有機(jī)掩模圖案形成于相鄰的硬掩模圖案之間。使用所述硬掩模圖案和所述有機(jī)掩模圖案作為蝕刻掩模蝕刻所述底層以形成底層圖案。


圖1a至1h為橫截面圖，示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于形成半導(dǎo)體器件的細(xì)微圖案的方法。
具體實(shí)施例方式
一種用于形成半導(dǎo)體器件的細(xì)微圖案的方法使用雙蝕刻工序。該方法對于確保重疊和排列限度(arranging margin)是有用的。因此，本發(fā)明所公開的方法降低制造成本并且減少處理時(shí)間。下面將參照附圖詳細(xì)說明用于形成半導(dǎo)體器件的細(xì)微圖案的方法，而并不意圖限制所要求保護(hù)的發(fā)明。
圖1a至1h為橫截面圖，其示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于形成半導(dǎo)體器件的細(xì)微圖案的方法。
圖1a顯示順序形成于半導(dǎo)體基板101上的第一底層103和第二底層105。該第一底層103和第二底層105由適合用作字線、位線或金屬線的材料形成。硬掩模圖案107以光刻工序可獲得的最小間隔形成于第二底層105上。
每個(gè)硬掩模圖案通過在第二底層105上形成硬掩模薄膜而形成。
將光阻膜涂覆在產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)上。采用置于光阻膜上的曝光掩模執(zhí)行曝光工序。執(zhí)行顯影工序以形成光阻圖案。使用光阻圖案作為蝕刻掩模蝕刻硬掩模薄膜。然后移除該光阻圖案。在一個(gè)實(shí)施例中，硬掩模圖案由多晶硅、氧化物膜、氮化物膜、金屬或其組合所形成。
圖1b顯示第一有機(jī)膜109形成于硬掩模圖案107上，使得該第一有機(jī)膜109符合該硬掩模圖案107和第二底層105的外形。第一有機(jī)膜109可以為通過旋涂工序或沉積工序所形成的任何有機(jī)膜。例如，第一有機(jī)膜109可以包括有機(jī)聚合物諸如光阻膜或抗反射膜等。
具體而言，第一有機(jī)膜109包含聚合物，該聚合物包括脂族聚酯化合物、聚酰胺酸化合物或其組合作為主要成分。
脂族聚酯化合物可以包括聚己二酸亞乙基酯、聚己二酸亞丁基酯、聚己二酸亞異丙基酯或其組合。聚酰胺酸化合物可以包括六亞甲二胺和均苯四甲酸二酐的聚酰胺酸化合物、丙二胺和均苯四甲酸二酐的聚酰胺酸化合物、N，N’-二甲基-1，3-丙二胺和均苯四甲酸二酐的聚酰胺酸化合物或其組合。
圖1c顯示形成于第一有機(jī)膜109上的第二有機(jī)膜111。該第二有機(jī)膜111采用如下材料形成，即其蝕刻選擇性與第一有機(jī)膜109及硬掩模圖案107的蝕刻選擇性不同。
第二有機(jī)膜111可以包括用于I線的光阻、酚醛化合物或奎寧重氮(quinine diazide)/酯化合物，其可以借助旋涂工序形成。例如，在如下文獻(xiàn)中公開了用于I線的光阻，即，美國專利No.3,666,473、美國專利No.4,115,128、日本公開No.S55-73045、日本公開No.S61-205933、日本公開No.H2-109051、日本公開No.H5-88364、日本公開No.H8-82926、日本公開No.H9-15853、日本公開No.H10-20503和日本公開No.2000-137324。
圖1d顯示在第二有機(jī)膜111上執(zhí)行平面化工序直到第一有機(jī)膜109露出。第二有機(jī)膜111保持在露出的第一有機(jī)膜109的相鄰部分之間。該平面化工序可以借助化學(xué)-機(jī)械平面化工序或借助使用如下蝕刻氣體的回蝕工序來執(zhí)行，即，氮?dú)狻⒀鯕?、氬氣、氫氣、氯氣或其組合。
圖1e和1f顯示借助雙蝕刻工序使有機(jī)掩模圖案113在相鄰硬掩模圖案107之間形成。圖1e顯示在借助圖1d的工序露出的第一有機(jī)膜109上執(zhí)行回蝕工序，以移除相鄰硬掩模圖案107之間的第一有機(jī)膜109。
執(zhí)行回蝕工序以使第一有機(jī)膜109比第二有機(jī)膜111或硬掩模圖案107蝕刻得更快，直到底層105的上表面露出。在一個(gè)實(shí)施例中，第一有機(jī)膜109的蝕刻速度比第二有機(jī)膜111或硬掩模圖案107的蝕刻速度快約二到三倍。
采用蝕刻氣體執(zhí)行回蝕工序，其中蝕刻氣體含有體積百分比為約5-10％的氧氣含量以及氮?dú)?、氟氣和氬氣中的至少一者。在一個(gè)實(shí)施例中，蝕刻氣體含有7sccm的O2、30sccm的CF4以及130sccm的Ar。結(jié)果，可以在第二有機(jī)膜111或硬掩模圖案107受到損害之前從底層105移除第一有機(jī)膜109。若氧氣含量按體積百分比計(jì)少于約5％或多于約10％，則不容易實(shí)現(xiàn)在不損害第二有機(jī)膜111或硬掩模圖案107的情況下蝕刻第一有機(jī)膜109。
圖1f顯示借助等向蝕刻工序形成于底層105上的有機(jī)掩模圖案113。每個(gè)有機(jī)掩模圖案113形成于相鄰的硬掩模圖案107之間。每個(gè)有機(jī)掩模圖案113具有包括第一有機(jī)膜109和第二有機(jī)膜111的疊層結(jié)構(gòu)。
執(zhí)行等向蝕刻工序以使第二有機(jī)膜111比掩模圖案107蝕刻得更快，并且第一有機(jī)膜109比第二有機(jī)膜111蝕刻得更快。在一個(gè)實(shí)施例中，第二有機(jī)膜的蝕刻速度比硬掩模圖案的蝕刻速度快約九到十倍。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一有機(jī)膜的蝕刻速度比第二有機(jī)膜的蝕刻速度快約二到三倍。結(jié)果，在不使用任何蝕刻掩模的情況下，有機(jī)掩模圖案113形成于相鄰的硬掩模圖案107之間。在一個(gè)實(shí)施例中，有機(jī)掩模圖案113具有和硬掩模圖案107基本相同的寬度。
采用蝕刻氣體執(zhí)行等向蝕刻工序，蝕刻氣體含有體積百分比為約1-2％的氧氣含量以及氮?dú)狻鍤夂蜌錃庵械闹辽僖徽?。在一個(gè)實(shí)施例中，蝕刻氣體含有3sccm的O2、90sccm的CF4以及40sccm的Ar。優(yōu)選的是，調(diào)整蝕刻氣體壓力的源動(dòng)力的電壓以及可以有效控制蝕刻氣體方向的偏壓動(dòng)力，使得有機(jī)掩模圖案113形成為具有和硬掩模圖案107基本相同的線寬。如果氧氣含量按體積百分比計(jì)少于約1％或多于約2％，則不容易實(shí)現(xiàn)在不損害硬掩模圖案107的情況下蝕刻有機(jī)掩模圖案113。
圖1g顯示第二基底圖案105-1借助蝕刻第二底層105而形成。在該蝕刻工序中，硬掩模圖案107和有機(jī)掩模圖案113用作蝕刻掩模。圖1h顯示執(zhí)行清洗工序之后的第二基底圖案105-1。
執(zhí)行雙蝕刻工序以獲得有機(jī)掩模圖案，其具有比借助常規(guī)光刻裝置所獲得的間距還小的間距。當(dāng)采用形成于相鄰硬掩模圖案之間的有機(jī)掩模圖案蝕刻底層時(shí)，可以獲得借助常規(guī)光刻裝置所無法獲得的細(xì)微圖案。
本發(fā)明的上述實(shí)施例是示例性的而非限制性的。各種替代形式及等同實(shí)施例都是可行的。本發(fā)明并不限于在此所述的光刻步驟。本發(fā)明也不限于任何特定類型的半導(dǎo)體器件。例如，本發(fā)明可以應(yīng)用于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)或非易失存儲器中。考慮到本發(fā)明所公開的內(nèi)容，其它的增加、減少或修改顯而易見并且位于所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
本申請要求2006年5月9日提交的韓國專利申請案No.10-2006-0041513和No.10-2006-0131000的優(yōu)先權(quán)，這些韓國專利申請案的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。
權(quán)利要求
1.一種用于形成半導(dǎo)體器件的圖案的方法，所述方法包括在形成于基板之上的底層上形成硬掩模圖案；在所述硬掩模圖案上形成第一有機(jī)膜，其中所述第一有機(jī)膜符合所述底層和所述硬掩模圖案的外形；在所述第一有機(jī)膜上形成第二有機(jī)膜；平面化所述第二有機(jī)膜，直到所述第一有機(jī)膜露出；蝕刻所述第一有機(jī)膜，直到所述底層露出；蝕刻所述第一有機(jī)膜和所述第二有機(jī)膜以形成有機(jī)掩模圖案，每個(gè)有機(jī)掩模圖案具有包括所述第一有機(jī)膜和所述第二有機(jī)膜的疊層結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)有機(jī)掩模圖案形成于相鄰的所述硬掩模圖案之間；以及使用所述硬掩模圖案和所述有機(jī)掩模圖案作為蝕刻掩模蝕刻所述底層以形成底層圖案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述底層由用于字線、位線或金屬線的材料形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，每個(gè)硬掩模圖案由多晶硅、氧化物膜、氮化物膜、金屬或其組合中之一所形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，用于形成所述硬掩模圖案的方法包括在所述底層上形成硬掩模薄膜；在所述硬掩模薄膜上涂覆光阻膜；曝光并且顯影所述光阻膜以形成光阻圖案；使用所述光組膜作為蝕刻掩模圖案化所述硬掩模薄膜；以及移除所述光阻圖案。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一有機(jī)膜包含采用旋涂工序和沉積工序中之一所形成的有機(jī)聚合物膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第一有機(jī)膜包含聚合物，所述聚合物包括脂族聚酯化合物和聚酰胺酸化合物中之一作為主要成分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述脂族聚酯化合物選自由聚己二酸亞乙基酯、聚己二酸亞丁基酯、聚己二酸亞異丙基酯及其組合構(gòu)成的群組。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述聚酰胺酸化合物選自由下列成分構(gòu)成的群組六亞甲二胺和均苯四甲酸二酐的聚酰胺酸化合物、丙二胺和均苯四甲酸二酐的聚酰胺酸化合物、N，N’-二甲基-1，3-丙二胺和均苯四甲酸二酐的聚酰胺酸化合物及其組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二有機(jī)膜具有與所述第一有機(jī)膜及所述硬掩模圖案的蝕刻選擇性不同的蝕刻選擇性。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二有機(jī)膜包括用于I線的光阻。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述用于I線的光阻選自由酚醛化合物、奎寧重氮/酯化合物及其組合構(gòu)成的群組。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，蝕刻所述第一有機(jī)膜直到所述底層露出的步驟還包括比蝕刻所述第二有機(jī)膜和所述硬掩模圖案快2～3倍地蝕刻所述第一有機(jī)膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，蝕刻所述第一有機(jī)膜直到所述底層露出的步驟還包括使用蝕刻氣體蝕刻所述第一有機(jī)膜，所述氣體包括約5-10％的氧氣含量以及氮?dú)?、氬氣、氯氣和氫氣的至少一者?br> 14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，蝕刻所述第一有機(jī)膜以形成有機(jī)掩模圖案的步驟還包括比蝕刻所述硬掩模圖案快9～10倍地蝕刻所述第二有機(jī)膜，并且比蝕刻所述第二有機(jī)膜快2～3倍地蝕刻所述第一有機(jī)膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，蝕刻所述第一有機(jī)膜以形成所述有機(jī)掩模圖案的步驟還包括使用蝕刻氣體蝕刻所述第一有機(jī)膜，所述氣體包括約1-2％的氧氣含量以及氮?dú)?、氬氣、氯氣和氫氣的至少一者?br> 16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，蝕刻所述第一有機(jī)膜以形成所述有機(jī)掩模圖案的步驟還包括借助控制源動(dòng)力和偏壓動(dòng)力來蝕刻所述第一有機(jī)膜，以形成與所述硬掩模圖案基本同寬的所述有機(jī)掩模圖案。
17.一種用于形成半導(dǎo)體的圖案的方法，所述方法包括在形成于基板之上的底層上形成硬掩模圖案；在所述硬掩模圖案上形成第一有機(jī)膜；在所述第一有機(jī)膜上形成第二有機(jī)膜；平面化所述第二有機(jī)膜，直到所述第一有機(jī)膜露出；蝕刻所述第一有機(jī)膜，直到所述底層露出；蝕刻所述第一有機(jī)膜和所述第二有機(jī)膜以形成有機(jī)掩模圖案，所述有機(jī)掩模圖案具有包括所述第一有機(jī)膜和所述第二有機(jī)膜的疊層結(jié)構(gòu)；以及使用所述硬掩模圖案和所述有機(jī)掩模圖案作為蝕刻掩模蝕刻所述底層以形成底層圖案。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述第二有機(jī)膜具有比所述第一有機(jī)膜及所述硬掩模圖案的蝕刻選擇性更高的蝕刻選擇性。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，蝕刻所述第一有機(jī)膜直到所述底層露出的步驟還包括比蝕刻所述第二有機(jī)膜和所述硬掩模圖案快2～3倍地蝕刻所述第一有機(jī)膜。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，蝕刻所述第一有機(jī)膜以形成有機(jī)掩模圖案的步驟還包括比蝕刻所述硬掩模圖案快9～10倍地蝕刻所述第二有機(jī)膜，并且比蝕刻所述第二有機(jī)膜快2～3倍地蝕刻所述第一有機(jī)膜。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于形成半導(dǎo)體器件的細(xì)微圖案的方法，所述方法包括在底層上形成硬掩模圖案。在所述硬掩模圖案上形成第一有機(jī)膜。在所述第一有機(jī)膜上形成第二有機(jī)膜。平面化所述第二有機(jī)膜直到所述第一有機(jī)膜露出。在所述第一有機(jī)膜上執(zhí)行回蝕工序直到所述底層露出。蝕刻所述第一有機(jī)膜和所述第二有機(jī)膜以形成有機(jī)掩模圖案，所述有機(jī)掩模圖案包括所述第一有機(jī)膜和所述第二有機(jī)膜。每個(gè)有機(jī)掩模圖案形成于相鄰的所述硬掩模圖案之間。使用所述硬掩模圖案和所述有機(jī)掩模圖案作為蝕刻掩模蝕刻所述底層以形成底層圖案。
文檔編號H01L21/02GK101071754SQ20071000059
公開日2007年11月14日 申請日期2007年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月9日
發(fā)明者鄭載昌 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司