專利名稱：形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方法。
背景技術(shù)：
隨著例如計(jì)算機(jī)等信息媒體的普及，半導(dǎo)體器件技術(shù)已經(jīng)得到 快速地發(fā)展。半導(dǎo)體器件需要高速操作且需要具有高的存儲容量。結(jié) 果，需要制造出具有更高集成度、可靠度和數(shù)據(jù)存取特性的高容量半 導(dǎo)體存儲元件。
為了提高器件的集成度，已經(jīng)發(fā)展出光刻技術(shù)以形成精細(xì)圖案。
光刻技術(shù)包括使用諸如ArF (193 nm)和VUV (157 nm)等化學(xué)增 幅型深紫外光(DUV)光源的曝光技術(shù)、以及將適合于曝光光源的 光阻材料顯影的技術(shù)。
隨著半導(dǎo)體器件變小，在光刻技術(shù)中控制圖案線寬的臨界尺寸 是重要的。通常，半導(dǎo)體器件的處理速度決定于圖案線寬的臨界尺寸。 例如，隨著圖案線寬減少，處理速度增加，從而改進(jìn)器件性能。
為了提高光刻技術(shù)的分辨率和擴(kuò)展工序裕量(process margin)， 已經(jīng)發(fā)展出雙重圖案化技術(shù)。雙重圖案化技術(shù)包括如下工序利用兩 個(gè)掩模將涂布有光阻劑的晶片分別曝光，然后顯影，從而獲得復(fù)雜圖 案、密集圖案或隔離圖案。
因?yàn)殡p重圖案化技術(shù)使用兩個(gè)掩模執(zhí)行圖案化，因此制造成本 高于使用單個(gè)掩模的單圖案化技術(shù)。并且由于采用該技術(shù)制造半導(dǎo)體
器件需要大量時(shí)間，于是產(chǎn)出量較低。此外，難以控制圖案的重疊度。 結(jié)果，當(dāng)在單元區(qū)中形成節(jié)距小于曝光器分辨率極限的圖案時(shí)，虛像 會重疊。因此，雙重圖案化技術(shù)無法獲得所要的圖案。在對準(zhǔn)過程中， 會由于圖案重疊不準(zhǔn)確而產(chǎn)生對準(zhǔn)不良。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各種實(shí)施例旨在提供一種形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案 的方法，所述圖案具有小于曝光機(jī)分辨率極限的節(jié)距。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方法包括 在具有底層的基板上形成層疊層。所述層疊層包括第一、第二和第三 掩模薄膜。所述方法包括在所述第三掩模薄膜上形成光阻圖案，并且
以所述光阻圖案作為蝕刻掩模來蝕刻所述第三掩模薄膜，以形成包括 第三掩模圖案和所述光阻圖案的第一疊層圖案。所述方法還包括在所 述第一疊層圖案的側(cè)壁上形成非晶碳圖案。所述方法還包括以所述光 阻圖案和所述非晶碳圖案作為蝕刻掩模來蝕刻所述第二掩模薄膜，以 形成包括所述非晶碳圖案、所述光阻圖案、所述第三掩模圖案、所述 第二掩模圖案的第二疊層圖案。所述方法還包括在包括非晶碳圖案和 第二掩模圖案的所述第二疊層圖案上形成旋涂碳層。將所述旋涂碳
層、所述非晶碳圖案、所述光阻圖案拋光，直到所述第三掩模圖案露 出為止。以所述非晶碳圖案作為蝕刻掩模來蝕刻所述第三掩模圖案和 所述第二掩模圖案，以露出所述第一掩模薄膜。移除所述旋涂碳層和 所述非晶碳層。以所述第二掩模圖案作為蝕刻掩模來蝕刻所述第一掩 模薄膜，以形成第一掩模圖案。所述方法還包括使用所述第一掩模圖 案作為蝕刻掩模來蝕刻所述底層，以形成底層圖案。
所述第一掩模薄膜優(yōu)選地選自以下群組，所述群組包括非晶 碳層、氮氧化硅膜、氮化硅膜及其組合。所述第二和第三掩模薄膜優(yōu) 選地都選自以下群組，所述群組包括氮氧化硅膜、氮化硅膜、多晶 硅膜、氧化硅膜及其組合。所述光阻圖案的線寬相對于圖案之間間距
的比例優(yōu)選地是1:2至1:4，更優(yōu)選地為1:3。所述非晶碳圖案優(yōu)選地 以如下方式獲得執(zhí)行化學(xué)氣相沉積(CVD)工序以沉積非晶碳層，以 及采用包含02和N2的蝕刻氣體來執(zhí)行蝕刻工序。所述非晶碳圖案的 線寬相對于圖案之間間距的比例優(yōu)選地是1:1。拋光工序優(yōu)選地是以 回蝕法或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)法來執(zhí)行。移除所述第三掩模圖案和所 述第二掩模圖案的步驟優(yōu)選地使用包含氟碳?xì)怏w的氣體源來執(zhí)行。氟 碳?xì)怏w是CF4、 C4F6、 CH2F2或CHF3氣體。所述旋涂碳層和所述非晶碳層優(yōu)選地通過使用氧等離子的剝除法來移除。所述第二掩模圖案 的線寬相對于圖案之間間距的比例優(yōu)選地是1:1。
本發(fā)明的方法可以包括光阻劑蝕刻阻擋掩模工序步驟，該步驟 執(zhí)行一次以形成掩模圖案，從而在光阻圖案之間獲得優(yōu)良的重疊準(zhǔn)確 度，并且降低制造成本，簡化工序步驟，從而提高效率。在本方法中， 在非晶碳圖案形成于光阻圖案的側(cè)壁之后，非晶碳圖案用作蝕刻掩 模。結(jié)果，本方法可以避免傳統(tǒng)工序中常會發(fā)生的對準(zhǔn)不良或使對準(zhǔn) 不良最小化，從而獲得光刻設(shè)備無法得到的精細(xì)圖案節(jié)距和臨界尺寸 均一性。
通過結(jié)合附圖和權(quán)利要求書閱讀下面的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù) 人員可以明白本發(fā)明的其它特征。


為了更全面地理解本發(fā)明，應(yīng)該參考以下的詳細(xì)描述和附圖，
其中
圖la到ld是示出形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的傳統(tǒng)方法的截面圖。
圖2a到2d是示出形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的傳統(tǒng)方法的截 面圖。
圖3是示出通過傳統(tǒng)方法得到的掩模圖案之間的重疊均一性的 示意圖。
圖4a到4i是示出根據(jù)本發(fā)明的形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方 法的截面圖。
雖然在附圖中示出了(并在下面描述了)本發(fā)明的具體實(shí)施例，但 是披露的方法可以有各種形式的實(shí)施例，應(yīng)該理解，披露的內(nèi)容是示 例性的，而并非意圖將本發(fā)明限制于本文所描述和示出的具體實(shí)施 例。
具體實(shí)施例方式
形成精細(xì)圖案的雙重圖案化技術(shù)包括形成溝槽以得到圖案，或是形成線條(line)以得到圖案。
,圖la到Id是示出形成精細(xì)圖案的傳統(tǒng)方法的截面圖，該方法 包括形成溝槽以得到精細(xì)圖案。圖2a到2d是示出形成精細(xì)圖案的傳 統(tǒng)方法的截面圖，該方法包括形成線條以得到精細(xì)圖案。
參考圖la，在基板1上沉積底層3、掩模薄膜(未顯示)和第一光 阻膜(未顯示)。在第一光阻膜上執(zhí)行第一光刻工序，以形成第一光阻 圖案7。以第一光阻圖案7作為蝕刻掩模，在掩模薄膜上執(zhí)行第一圖 案化工序，以形成包括第一掩模圖案5和第一光阻圖案7并具有溝槽 6的疊層結(jié)構(gòu)。
參考圖lb，移除第一光阻圖案7,在第一掩模圖案5和基板1 上形成第二光阻膜(未顯示)。在第二光阻膜上執(zhí)行第二光刻工序，以 形成第二光阻圖案9。
參考圖lc，以第二光阻圖案9作為蝕刻掩模，在第一掩模圖案 5上執(zhí)行第二圖案化工序。然后移除第二光阻圖案9。結(jié)果便形成了 具有溝槽的第二掩模圖案5-l。
參考圖ld，以第二掩模圖案5-1作為蝕刻掩模，在底層3上執(zhí) 行圖案化工序，以獲得底層圖案3-l。通過干式或濕式蝕刻工序移除 第二掩模圖案5-1。
如上所述，圖2a到2d是示出形成精細(xì)圖案的傳統(tǒng)方法的截面 圖，該方法包括形成線條以得到精細(xì)圖案。
參考圖2a，在基板21上沉積底層23、第一掩模薄膜25、第二 掩模薄膜(未顯示)和第一光阻膜(未顯示)。在第一光阻膜上執(zhí)行第一 光刻工序，以形成第一光阻圖案29。以第一光阻圖案29作為蝕刻掩 模，在第二掩模薄膜上執(zhí)行圖案化工序，以形成包括第二掩模圖案 27和第一光阻圖案29的疊層結(jié)構(gòu)。
參考圖2b，移除第一光阻圖案29，在所得的結(jié)構(gòu)上形成第二光 阻膜(未顯示)。在第二光阻膜上執(zhí)行第二光刻工序，以在第二掩模圖 案27之間形成第二光阻圖案31。
參考圖2c，以第二掩模圖案27和第二光阻圖案31共同作為蝕 刻掩模，在第一掩模薄膜25上執(zhí)行圖案化工序。結(jié)果便得到兩種蝕刻掩模圖案。這兩種蝕刻掩模圖案包括兩種結(jié)構(gòu) 一種結(jié)構(gòu)包括第一 掩模圖案25-1和第二光阻圖案31，而另一結(jié)構(gòu)包括第一掩模圖案
25-1和第二掩模圖案27。
參考圖2d，利用這兩種蝕刻掩模圖案在底層23上執(zhí)行圖案化工 序，以得到底層圖案23-1。然而，由于在圖案化工序中使用包括不 同結(jié)構(gòu)的兩種蝕刻掩模圖案，因此兩種蝕刻掩模圖案的蝕刻選擇比并 不相同。因此，在圖案化工序之后難以得到具有相同形狀的圖案。
為了形成線寬均一性小于40納米的精細(xì)圖案，蝕刻掩模圖案的 重疊準(zhǔn)確度應(yīng)該限制為小于3納米。然而，通過目前的處理設(shè)備所得 到的重疊準(zhǔn)確度為大約4納米至大約7納米(見圖3)。因?yàn)槲g刻掩模 圖案的重疊準(zhǔn)確度低，所以很難控制圖案的均一臨界尺寸。
圖4a到4i是示出根據(jù)本發(fā)明的形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方 法的截面圖。
參考圖4a，在具有底層101的基板上沉積第一掩模薄膜103和 105、第二掩模薄膜107以及第三掩模薄膜109。在該實(shí)施例中，第 一掩模薄膜優(yōu)選地選自如下群組，該群組包括非晶碳層、氮氧化硅 膜、氮化硅膜及其組合。第二和第三掩模薄膜優(yōu)選地都選自如下群組， 該群組包括氮氧化硅膜、氮化硅膜、多晶硅膜、氧化硅膜及其組合。 第一掩模薄膜優(yōu)選地由包含第一非晶碳層103和氮化硅膜105的疊層 膜形成，其中氮化硅膜105為緩沖膜'。第二掩模薄膜107優(yōu)選地由多 晶硅膜形成。第三掩模薄膜109優(yōu)選地由氧化硅膜或氮化硅膜形成。
參考圖4b，優(yōu)選地通過光刻工序在第三掩模薄膜109上形成光
阻圖案lll。在該實(shí)施例中，可以根據(jù)蝕刻偏差來調(diào)整光阻圖案的線
寬相對于圖案之間間距的比例。圖案之間的間距優(yōu)選地是光刻設(shè)備所 得到的半節(jié)距的三倍。光阻圖案的線寬相對于光阻圖案之間間距的比
例優(yōu)選地是1:2至1:4，更優(yōu)選地是1:3。
參考圖4c，以光阻圖案111作為蝕刻掩模，將第三掩模薄膜109 圖案化，直到第二掩模薄膜107露出為止，從而獲得包括第三掩模圖 案109-1和光阻圖案111的第一疊層圖案。
參考圖4d，在第一疊層圖案和露出的第二掩模薄膜107上形成第二非晶碳層(未顯示)。然后蝕刻第二非晶碳層和露出的第二掩模薄
膜107，直到氮化硅膜105露出為止，從而形成第二疊層圖案，該第 二疊層圖案包括形成于第一疊層圖案側(cè)壁上的第二非晶碳圖案113 和第二掩模圖案107-1。
第二非晶碳層優(yōu)選地通過化學(xué)氣相沉積(CVD)方法在低于 IO(TC的溫度下進(jìn)行沉積。優(yōu)選地使用包含02和N2作為蝕刻氣體的 氣體源在第二非晶碳層上執(zhí)行蝕刻工序。
第二非晶碳圖案113的圖案線寬相對于圖案之間間距的比例優(yōu) 選地是l:l，以使其節(jié)距小于疊層圖案之間的間隙。
形成非晶碳圖案的方法或采用LAM公司制造的設(shè)備進(jìn)行的次 世代(next generation, NG)方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知(參考Plasma Science, 1997年，IEEE會議紀(jì)錄摘要，1997年IEEE國際會議，1997 年5月19~22日，第314 315頁)。該方法包括在腔室中將非晶碳層 沉積在包含光阻圖案的所得結(jié)構(gòu)上，并且蝕刻非晶碳層以在光阻圖案 的側(cè)壁上形成非晶碳圖案，該非晶碳圖案的間距小于前面步驟中得到 的光阻圖案之間的間距。
參考圖4e，在露出的氮化硅膜105上以及第二疊層圖案上形成 旋涂碳層115，第二疊層圖案包括形成于第一疊層圖案側(cè)壁上的第二 非晶碳圖案113和第二掩模圖案107-1。旋涂碳層115優(yōu)選地以間隙 填充方式填充第二非晶碳圖案113之間的間距。
參考圖4f，在光阻圖案111、第二非晶碳圖案113和旋涂碳層 115上執(zhí)行拋光工序，直到第三掩模圖案109-1露出為止。
拋光工序優(yōu)選地以CMP法或使用02蝕刻氣體的回蝕法來執(zhí)行。 當(dāng)拋光工序是以回蝕法來執(zhí)行時(shí)，旋涂碳層115、光阻圖案lll和第 二非晶碳圖案113相對于02蝕刻氣體的蝕刻選擇性高于氧化硅膜或 氮化硅膜109相對于02蝕刻氣體的蝕刻選擇性。因此，第三掩模圖 案109-1在拋光工序中作為蝕刻阻擋膜。
參考圖4g，以第二非晶碳圖案113作為蝕刻掩模，蝕刻第三掩 模圖案109-1，并蝕刻露出的第二掩模圖案107-1，直到氮化硅膜105 露出為止，從而形成第二掩模圖案107-2和接觸孔117。蝕刻工序優(yōu)選地使用包含氟碳?xì)怏w的氣體源來執(zhí)行。氟碳?xì)怏w
是CFp C4F6、 CH2F2或CHF3氣體。因?yàn)榈枘?、氧化硅膜和?晶硅層相對于氟碳?xì)怏w的蝕刻選擇性高于第二非晶碳圖案113相對 于氟碳?xì)怏w的蝕刻選擇性，所以在蝕刻工序中使用第二非晶碳圖案 in作為蝕刻掩模，來蝕刻第三掩模圖案109-1和露出的多晶硅層圖 案107-1。此外，因?yàn)槭褂玫诙蔷紙D案113作為蝕刻掩模，所以 設(shè)置于第二非晶碳圖案113下面的第二掩模圖案107-1在蝕刻工序之 后保留下來。結(jié)果，第二非晶碳層113便形成于第二掩模圖案107-2 上，并且旋涂碳層115填充于第二掩模圖案107-2之間。
參考圖4h，優(yōu)選地使用02等離子在所得結(jié)構(gòu)上執(zhí)行剝除工序， 以移除旋涂碳層115和第二非晶碳圖案113。結(jié)果，第二掩模圖案 107-2保留下來。與第二非晶碳圖案113類似，第二掩模圖案107-2
的圖案線寬相對于圖案之間間距的比例優(yōu)選地是1:1。氮化硅膜105 為緩沖膜，其在使用包含氟碳?xì)怏w的氣體源的蝕刻工序中避免第一非
晶碳層103受損。氟碳?xì)怏w是CF4、 C4F6、 CH2F2或CHF3氣體。
參考圖4i，以第二掩模圖案107-2作為蝕刻掩模，在氮化硅膜 105和第一非晶碳層103上執(zhí)行蝕刻工序，以形成包括第一非晶碳圖 案103-1、氮化硅圖案105-1和第二掩模圖案107-2的疊層圖案。以 疊層圖案作為蝕刻掩模來蝕刻底層101，從而獲得圖案線寬相對于圖 案之間間距的比例為1:1的精細(xì)底層圖案(未顯示)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明的方法包括在作為 傳統(tǒng)蝕刻掩模的光阻圖案的兩個(gè)側(cè)壁上形成非晶碳圖案，使用光阻圖 案和非晶碳圖案將掩模薄膜圖案化以得到掩模圖案，以及以掩模圖案 作為蝕刻掩模來蝕刻底層，從而不管曝光機(jī)的重疊準(zhǔn)確度如何，都可 以簡化工序步驟并獲得精細(xì)圖案。
本發(fā)明的上述實(shí)施例是示例性而非限制性的。各種不同的替代 物和等同物都是可行的。本發(fā)明并不受限于本文中所描述的光刻步 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)明可應(yīng) 用于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(DRAM)器件或非易失性存儲器件。鑒于本 發(fā)明的揭示內(nèi)容，其它的增添、刪減或修改都是顯而易見的，且包括在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
本申請要求2007年5月1日提交的韓國專利申請No. 10-2007-0042291的優(yōu)先權(quán)，該韓國專利申請的全部內(nèi)容以引用的方 式并入本文。
權(quán)利要求
1.一種形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方法，包括在具有底層的基板上形成層疊層，所述層疊層包括第一、第二和第三掩模薄膜；在所述第三掩模薄膜上形成光阻圖案；使用所述光阻圖案作為蝕刻掩模，將所述第三掩模薄膜圖案化，以形成包括第三掩模圖案和所述光阻圖案的第一疊層圖案；在包括所述第一疊層圖案的所得結(jié)構(gòu)上形成非晶碳層；將所述非晶碳層選擇性地圖案化，以在所述第一疊層圖案的側(cè)壁上形成非晶碳圖案；使用所述非晶碳圖案和所述光阻圖案作為蝕刻掩模，將所述第二掩模薄膜圖案化，以形成第二掩模圖案，從而形成包括所述非晶碳圖案、所述第一疊層圖案和所述第二掩模圖案的第二疊層圖案；在所述第二疊層圖案上形成旋涂碳層；將所述旋涂碳層拋光，以露出所述第三掩模圖案；使用所述非晶碳圖案和所述旋涂碳層作為蝕刻掩模來執(zhí)行蝕刻工序，以露出所述第一掩模薄膜，從而移除所述第三掩模圖案和露出的第二掩模圖案；移除所述旋涂碳層和所述非晶碳圖案；以及使用所述第二掩模圖案作為蝕刻掩模，選擇性地蝕刻所述第一掩模薄膜，以形成第一掩模圖案。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，還包括使用所述第一掩模圖案作為蝕刻掩模來蝕刻所述底層，以形成底 層圖案。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一掩模薄膜選自以下群組，所述群組包括非晶碳層、氮 氧化硅膜、氮化硅膜及其組合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述第二和第三掩模薄膜都選自以下群組，所述群組包括氮氧 化硅膜、氮化硅膜、多晶硅膜、氧化硅膜及其組合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述光阻圖案的線寬相對于所述光阻圖案之間間距的比例為1:2 至1:4。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中， 所述比例為1:3。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中， 所述非晶碳層是借助于執(zhí)行化學(xué)氣相沉積法而形成的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述非晶碳圖案是借助于使用包括02和N2的蝕刻氣體的蝕刻工 序而形成的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中， 所述非晶碳圖案的線寬相對于圖案之間間距的比例為1:1。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中， 拋光工序是以回蝕法或化學(xué)機(jī)械拋光法來執(zhí)行的。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中， 所述回蝕法是使用包含氟碳?xì)怏w的氣體源來執(zhí)行的。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述旋涂碳層和所述非晶碳層是借助于使用氧等離子的剝除工序而分別移除的。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中， 所述第二掩模圖案的線寬相對于圖案之間間距的比例為1:1。
14. 一種半導(dǎo)體器件，其包括采用根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法形成 的精細(xì)圖案。
全文摘要
本發(fā)明公開一種形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方法，所述方法包括在具有底層的基板上形成沉積膜。沉積膜包括第一、第二和第三掩模薄膜。所述方法還包括在第三掩模薄膜上形成光阻圖案，將第三掩模薄膜圖案化以形成沉積圖案，以及在沉積圖案的側(cè)壁上形成非晶碳圖案。所述方法還包括在沉積圖案和非晶碳圖案上填充旋涂碳層，拋光旋涂碳層、非晶碳圖案和光阻圖案以露出第三掩模圖案，以及以非晶碳圖案作為蝕刻掩模來執(zhí)行蝕刻工序，以露出第一掩模薄膜。蝕刻工序移除第三掩模圖案和露出的第二掩模圖案。所述方法還包括移除旋涂碳層和非晶碳圖案，以及以第二掩模圖案作為蝕刻掩模來形成第一掩模圖案。
文檔編號H01L21/033GK101299408SQ200810000680
公開日2008年11月5日 申請日期2008年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月1日
發(fā)明者卜喆圭, 潘槿道 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司