專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體器件中用硬掩模層的蝕刻斜坡形成精細(xì)圖案的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，更具體涉及在半導(dǎo)體器件中形 成精細(xì)圖案的方法。
背景技術(shù)：
通常，隨著半導(dǎo)體器件集成度的增加，必然需要圖案的小型化；然 而，因?yàn)槟壳暗墓饪萄b置也受到限制的光波長(zhǎng)的約束，因此半導(dǎo)體器件 中圖案小型化也具有限制。為了解決上述問(wèn)題，最近已經(jīng)提出使用兩片光掩模形成精細(xì)圖案的 雙圖案化工藝。雙圖案化工藝能形成超出光刻裝置限制的精細(xì)圖案。參 考圖1A 1D,以下將描述雙圖案化工藝。圖1A 1D是在典型的半導(dǎo)體器件中形成精細(xì)圖案的方法的橫截面圖。參考圖1A,在蝕刻目標(biāo)層10上形成硬掩模層11之后，利用第一光 刻膠層涂敷所述硬掩模層11。通過(guò)曝光和顯影過(guò)程圖案化第一光刻膠 層，然后形成光刻膠圖案12。光刻膠圖案12具有間隔寬(space width) Sl。然后，使用第一光刻膠圖案12作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻硬掩模層11。參考圖1B，除去第一光刻膠圖案12之后，在所得結(jié)構(gòu)上沉積第二 光刻膠層，并對(duì)第二光刻膠層實(shí)施曝光和顯影過(guò)程以形成笫二光刻膠圖 案13。第二光刻膠圖案13具有間隔寬S2。形成第二光刻膠圖案13的 開(kāi)口，使得它們不與第一光刻膠圖案12的開(kāi)口重疊。參考圖1C，使用第二光刻膠圖案13作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻硬掩模層 11,從而形成硬掩模圖案ll'。因?yàn)橥ㄟ^(guò)兩個(gè)刻蝕過(guò)程形成硬掩模圖案 ll',所以降低了硬掩模圖案ll'的線寬和間隔寬。參考圖1D，使用硬掩模圖案ll'作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻蝕刻目標(biāo)層10， 形成蝕刻目標(biāo)圖案10'。此時(shí)，蝕刻目標(biāo)圖案IO，具有對(duì)應(yīng)于石更掩模圖案 ll'的線寬和間隔寬的線寬和間隔寬。然而，即使該雙圖案化工藝應(yīng)用于圖案形成，仍難以形成小于20nm 的微圖案。圖案難于形成的原因如下。在使用雙圖案化工藝的圖案形成中，最重要的是降低用作蝕刻掩模 的第一和第二光刻膠圖案之間的間隔寬(圖1A和1B中的Sl和S2)。然 而，因?yàn)楫?dāng)前光刻裝置的限制，難以形成小于20nm的間隔寬。如果光 刻膠圖案之間的間隔寬形成為處于20nm以下的范圍，那么由于橋接和 圖案損壞可引起器件失效。因此，很難通過(guò)間隔寬小于20nm的光刻膠 圖案形成小于20nm的精細(xì)圖案。此外，在使用一般的光刻膠圖案蝕刻下層的情況下，下層中形成的 間隔寬越寬，下層的縱橫比越大。因此，難以在光刻膠圖案下方的下層 (硬掩模層和/或蝕刻目標(biāo)層)的縱橫比更大的情況下形成微圖案。因此，在光刻膠圖案的間隔寬是寬的和下層的縱橫比是高的情況 下，需要能形成精細(xì)圖案的技術(shù)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實(shí)施方案提供在半導(dǎo)體器件中形成精細(xì)圖案的方法，所述 方法包括在圖案化硬掩模層時(shí)為硬掩模層橫截面提供正斜坡(positive slope),即使在光刻膠圖案的間隔寬是寬的和光刻膠圖案下方的下層的 縱橫比是高的情況下。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種在半導(dǎo)體器件中形成精細(xì)圖案的 方法。所述方法包括在蝕刻目標(biāo)層上形成第一硬掩模層和第二硬掩模 層，通過(guò)蝕刻第二硬掩模層形成第二硬掩模圖案，其中第二硬掩模層的 蝕刻外形(profile)具有正斜坡，和使用第二硬掩模圖案作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻第一硬掩模層與蝕刻目標(biāo)層。


圖1A 1D是在典型的半導(dǎo)體器件中形成精細(xì)圖案的方法的橫截面圖。圖2A~2J是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案形成精細(xì)圖案的方法的橫 截面圖。
具體實(shí)施方式
圖2A~2J是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案形成精細(xì)圖案的方法的橫 截面圖。參考圖2A，形成具有非晶碳層21、氧氮化硅(SiON)層22與氧化鋁 (人1203)層23的堆疊結(jié)構(gòu)的硬掩模層。在AhOs層23上形成蝕刻目標(biāo)層 20和第一抗反射層24。此時(shí)，蝕刻目標(biāo)層20可以由氮化物層制成。隨后，在第一抗反射層24上沉積第一光刻膠層，并通過(guò)曝光與顯 影過(guò)程圖案化第一光刻膠層以形成光刻膠圖案25。優(yōu)選第一光刻膠層為 負(fù)型。在圖2A中，S3表示光刻膠圖案25之間的間隔寬。參考圖2B，使用第一光刻膠圖案25作為蝕刻掩模蝕刻第一抗反射 層24。此時(shí)，可以通過(guò)使用選自N2/02、 N2/H2、 <:12/02和CF4/02及其 氣體混合物中的一種來(lái)進(jìn)行第一抗反射層24的刻蝕過(guò)程。然后，使用第一光刻膠圖案25作為蝕刻掩模蝕刻^203層23。此 時(shí)，實(shí)施入1203層23的刻蝕過(guò)程使得人1203層23在其橫斷面具有正斜 坡。因此，圖案化的Ah03層23之間的間隔寬S4比光刻膠圖案25之 間的間隔寬S3窄。可以基于BCl3氣體進(jìn)行Ah03層23的蝕刻過(guò)程。此外，通過(guò)晶片 卡盤(pán)的溫度來(lái)控制Ah03層23的橫斷面的斜坡。即，當(dāng)晶片卡盤(pán)的溫 度高時(shí)橫斷面的斜坡垂直形成，以及當(dāng)晶片卡盤(pán)的溫度低時(shí)在正向形成 有相對(duì)大的值。因此，可根據(jù)第一光刻膠圖案25之間的間隔寬S3、通 過(guò)控制晶片卡盤(pán)的溫度來(lái)控制入1203層23的橫斷面的斜坡。因此，能通過(guò)控制入1203層23的橫斷面的斜坡來(lái)控制圖案化入1203層23之間的 間隔寬S4。參考圖2C，在除去第一光刻膠圖案25以及第一抗反射層24之后， 進(jìn)行后清洗過(guò)程。此時(shí)，可以通過(guò)使用02等離子體的除去工藝來(lái)實(shí)施 第一光刻膠圖案25的除去。參考圖2D，在所得結(jié)構(gòu)上形成第二抗反射層26。在第二抗反射層 26上沉積第二光刻膠層，并通過(guò)曝光和顯影過(guò)程形成第二光刻膠圖案 27。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，第二光刻膠層為負(fù)型。第二光刻 膠圖案27之間的距離表示為間隔寬S5。第二光刻膠圖案27的開(kāi)口不 與Ah03層23的開(kāi)口重疊。優(yōu)選的是，布置第二光刻膠圖案27的開(kāi)口 以將Ah03層23的每個(gè)圖案分為兩部分。參考圖2E，使用第二光刻膠圖案27作為蝕刻掩模蝕刻第二抗反射 層26。此時(shí)，可以通過(guò)使用選自N2/02、 N2/H2、 Ch/02和CF4/02氣體 中的一種或其氣體混合物來(lái)實(shí)施第二抗反射層26的蝕刻過(guò)程。隨后，使用第二光刻膠圖案27作為蝕刻掩模再次蝕刻Ah03層23。 入1203層23的蝕刻條件和圖2B中所述的相同。即，實(shí)施入1203層23的 蝕刻過(guò)程使得橫斷面具有正斜坡。結(jié)果，人1203層23的間隔寬S6比第 二光刻膠圖案27的間隔寬S5窄。此外，在通過(guò)BCl3氣體實(shí)施A1203 層23的蝕刻過(guò)程時(shí)，通過(guò)晶片卡盤(pán)的溫度控制橫向斜坡。通過(guò)應(yīng)用于 圖2B中的第一蝕刻過(guò)程的相同的條件來(lái)實(shí)施第二蝕刻過(guò)程。參考圖2F，除去第二光刻膠圖案27和第二抗反射層26之后，進(jìn)行 后清洗工藝。也可以通過(guò)使用02等離子體的除去工藝來(lái)實(shí)施第二光刻 膠圖案27的除去。因此，通過(guò)這兩個(gè)刻蝕過(guò)程形成人1203圖案23'。人1203圖案23'具有 比第一和笫二光刻膠圖案25和27的間隔寬S3和S4更窄的間隔寬S4 和S6。因此，在后續(xù)工藝中蝕刻下層(SiON層22)、非晶碳層21以及 蝕刻目標(biāo)層20的情況下，產(chǎn)生具有更窄間隔寬的精細(xì)圖案。即，因?yàn)橥ㄟ^(guò)用于典型光刻技術(shù)的兩次圖案化技術(shù)不能減小光刻膠圖案之間的間隔寬本身，所以使用減小硬掩模圖案(尤其是Al203圖案2 3')之間的間隔寬的方法。然而，在減小間隔寬的該方法對(duì)于精細(xì)圖案不足夠的情況下，可以 另外采用附加工藝，該附加工藝將參考圖2G詳細(xì)描述。參考圖2G，在使用Al203圖案23，作為蝕刻掩才莫蝕刻SiON層22時(shí)， 在A1203圖案23，和SiON層22的側(cè)壁上形成聚合物層28。通過(guò)使用 CF -基氣體蝕刻SiON層22來(lái)形成這些聚合物層28。 CF-基氣體的氟自 由基與Ah03圖案23'的Ah03原子結(jié)合，并隨后產(chǎn)生A1F3聚合物。因 為A1F3聚合物高的不揮發(fā)特性，A1F3聚合物容易沉積在A1203圖案23， 和SiON層22的側(cè)壁上。在形成聚合物層28之后，所述間隔寬比A1203圖案23，之間的間隔 寬S4和S6窄很多?？梢酝ㄟ^(guò)控制CF-基氣體的流量以及氟(F)與碳(C) 的比來(lái)控制A1F3聚合物的產(chǎn)生，也通過(guò)A1F3聚合物的這種產(chǎn)生來(lái)控制 間隔寬S7。參考圖2H,使用入1203圖案23，(在加入圖2G中的附加工藝的情 況下為A1203圖案23，和聚合物層28)作為蝕刻掩模蝕刻非晶碳層21。非 晶碳圖案21，形成為具有較窄的間隔寬，其對(duì)應(yīng)于A1203圖案23，之間的 間隔寬S4和S6 (或在加入圖2G中的附加工藝的情況下對(duì)應(yīng)于間隔寬 S7)。盡管在蝕刻非晶碳層21時(shí)，可能損失A1203圖案23，和聚合物層 28,但仍得到窄的間隔寬S7。參考圖2I和2J，在使用非晶碳圖案21，作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻蝕刻目 標(biāo)層20以形成具有窄的間隔寬的圖案20，之后，除去非晶碳圖案21'。 可以降低圖案20，之間間隔寬，例如小于20nm，并且這種減小也可以在 蝕刻目標(biāo)層20的縱橫比高的情況下實(shí)現(xiàn)。從上文可知，本發(fā)明可通過(guò)在圖案化硬掩模層時(shí)為硬掩模層的橫斷 面提供正斜坡而在半導(dǎo)體器件中形成精細(xì)圖案，即使在光刻膠圖案的間 隔寬是寬的和光刻膠圖案下方的下層的縱橫比是高的情況下。雖然關(guān)于具體的實(shí)施方案已經(jīng)說(shuō)明了本發(fā)明，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的是，可以進(jìn)行各種的變化和改變而不離開(kāi)如以下權(quán)利要 求限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體器件中形成精細(xì)圖案的方法，所述方法包括在蝕刻目標(biāo)層上形成第一硬掩模層和第二硬掩模層；通過(guò)蝕刻所述第二硬掩模層形成第二硬掩模圖案，其中所述第二硬掩模層的蝕刻外形具有正斜坡；和使用所述第二硬掩模圖案作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻所述第一硬掩模層和所述蝕刻目標(biāo)層。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中形成所述第二硬掩模圖案包括 在所述第二硬掩模層上形成第 一掩模圖案；使用所述第 一掩模圖案蝕刻所述第二硬掩模層； 除去所述第一掩模圖案；在所述第二硬掩模層上形成第二掩模圖案，其中所述第二掩模圖案 的開(kāi)口不與所述第一掩模圖案的開(kāi)口重疊；使用所述第二掩模圖案作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻所述第二硬掩模層，其 中所述第二硬掩模層的蝕刻外形具有正斜坡；和除去所述第二掩模圖案。
3. 權(quán)利要求1的方法，其中，在蝕刻所述第一硬掩模層時(shí)，在所述 第二硬掩模圖案以及所述第一硬掩模層的側(cè)壁上形成聚合物層，和其中 通過(guò)所述第二硬掩模圖案和所述聚合物層來(lái)圖案化所述蝕刻目標(biāo)層。
4. 權(quán)利要求1的方法，其中所述第二硬掩模層是氧化鋁(Al203)層。
5. 權(quán)利要求2的方法，其中通過(guò)BCl3氣體蝕刻所述第二硬掩模層。
6. 權(quán)利要求4的方法，其中通過(guò)晶片卡盤(pán)的溫度來(lái)控制所述第二硬 掩模層的蝕刻外形。
7. 權(quán)利要求6的方法，其中所述第二硬掩模層的蝕刻外形具有隨著 所述晶片卡盤(pán)的溫度降低而增加的正斜坡。
8. 權(quán)利要求1的方法，其中所述第二硬掩模層是Ah03層，其中所 述第一硬掩模層是SiON層，和其中通過(guò)CF-基氣體蝕刻所述第一硬掩 模層。
9. 權(quán)利要求3的方法，其中所述聚合物層是A1F3聚合物層。
10. 權(quán)利要求2的方法，其中所述第一和第二掩模圖案是負(fù)型的。
11. 權(quán)利要求2的方法，其中使用02等離子體來(lái)實(shí)施所述第一或第 二掩模圖案的除去。
12. 權(quán)利要求2的方法，還包括在形成所述第一和第二掩模圖案之前分別形成第一和第二抗反射層；在形成所述第一掩模圖案和所述第二掩模圖案之后，使用所述第一掩模圖案作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻所述第一抗反射層；和使用所述第二掩模圖案作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻所述第二抗反射層。
13. 權(quán)利要求12的方法，其中通過(guò)選自N2/02、 N2/H2、 02/02和CF4/02及其氣體混合物中的一種來(lái)蝕刻所述第一和第二抗反射層。
14. 權(quán)利要求1的方法，其中在所述第一硬掩模層和所述蝕刻目標(biāo)層 之間提供第三硬掩模層，和其中所述第三硬掩模層由信號(hào)層或多層制 成。
15. 權(quán)利要求14的方法，其中所述第三掩模層是非晶碳層。
16. 權(quán)利要求2的方法，其中布置所述第二掩^=莫圖案的開(kāi)口以將所述 第 一掩模圖案的各開(kāi)口之間的每個(gè)圖案分為兩部分。
全文摘要
一種在半導(dǎo)體器件中使用硬掩模層的蝕刻斜坡形成精細(xì)圖案的方法，包括在蝕刻目標(biāo)層上形成第一硬掩模層和第二硬掩模層，通過(guò)蝕刻所述第二硬掩模層形成第二硬掩模圖案，其中所述第二硬掩模層的蝕刻外形具有正斜坡，和使用所述第二硬掩模圖案作為蝕刻掩模蝕刻所述第一硬掩模層和蝕刻目標(biāo)層。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101271828SQ20071019594
公開(kāi)日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2007年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月19日
發(fā)明者姜惠闌, 趙誠(chéng)允 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司