專利名稱：在一種材料和用該材料加工的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生圖形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，其中圖形在一種材料中產(chǎn)生，該方法包括用一個(gè)下掩模層覆蓋該材料和用一個(gè)上掩模層覆蓋該下掩模層，通過光刻掩模的方法形成上掩模層上的第一圖形并取決于該第一圖形去除部分上掩模層。另外，本發(fā)明涉及一種用根據(jù)本發(fā)明的方法加工的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
日本專利2000-223490的專利說明書摘要敘述了一種半導(dǎo)體器件的制造。在硅氧化薄膜上形成一個(gè)有機(jī)層。然后該有機(jī)層由兩個(gè)疊加的有機(jī)掩模覆蓋，因此下有機(jī)掩模保護(hù)該有機(jī)層同時(shí)去除光刻膠。
和該現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的問題是，諸如集成電路的微電路的尺寸正在變得越來越小。但在這樣的材料或其他材料中限定的圖形的尺寸由于在材料上施加圖形的圖象系統(tǒng)的分辨率而受到限制。這樣，諸如溝道和IMD的結(jié)構(gòu)的尺寸也由于該圖象系統(tǒng)的分辨率而受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是能提供具有更小尺寸的各種結(jié)構(gòu)。
為了達(dá)到本目的，根據(jù)本發(fā)明的方法的特點(diǎn)是，通過光刻掩模的方法在上掩模層上或下掩模層上的上掩模層已經(jīng)去除的位置上產(chǎn)生一個(gè)第二圖形，掩模被位移一段距離，使第二圖形相對(duì)于第一圖形位移，至少根據(jù)該第二圖形去除下掩模層和/或上掩模層的一部分，并根據(jù)下掩模層和上掩模層的留下部分形成的掩模去除材料的一部分。
首先，上掩模層根據(jù)光刻掩模形成圖形。然后，該掩模被位移一段距離，產(chǎn)生一個(gè)第二圖形，該第二圖形第一圖形完全相同，但相對(duì)于第一圖形位移了所述的距離。第二圖形設(shè)置在上掩模層上，或設(shè)置在下掩模層上的上掩模層已經(jīng)取決于第一圖形去除的位置上。接著，至少根據(jù)該第二圖形去除下掩模層和/或上掩模層的一部分。結(jié)果，由下掩模層和上掩模層的留下部分產(chǎn)生一個(gè)掩模。該結(jié)果掩模的分辨率唯一地由在各個(gè)層次上投射光刻掩模的圖象系統(tǒng)的分辨率確定。但由于該位移，結(jié)構(gòu)能以主要通過該位移的精確性確定的分辨率產(chǎn)生。由于掩模的位移，以及由于這樣產(chǎn)生的第二圖形相對(duì)于第一圖形的位移，就能產(chǎn)生具有小尺寸并且因此有高分辨率的結(jié)果的結(jié)構(gòu)。作為下一個(gè)步驟，根據(jù)下掩模層和上掩模層的留下部分形成的掩模去除材料的一部分。
本方法可應(yīng)用于產(chǎn)生例如小溝道的小結(jié)構(gòu)，對(duì)于該方面，在一個(gè)有利的實(shí)施例中，至少根據(jù)第二圖形去除部分下掩模層和/或上掩模層的步驟包括根據(jù)其上覆有由上掩模層的留下部分形成的圖形的第二圖形去除部分下掩模層。在取決于第一圖形去除部分上掩模層之后，下掩模層的一部分不再由上掩模層覆蓋。根據(jù)被位移的圖形，現(xiàn)在未被覆蓋的下掩模層的一部分根據(jù)由其上覆有上掩模層的留下部分，即取決于第一圖形去除部分上掩模后上掩模的留下部分的第二圖形形成的圖形有效去除。作為下一個(gè)步驟，可用由下掩模層和上掩模層的留下部分形成的結(jié)果掩模去除下面材料的一部分。由于下掩模層的更小部分的去除，可以在材料中產(chǎn)生諸如小溝道或其他開口的小結(jié)構(gòu)。
或者，或除此之外，用根據(jù)本發(fā)明的方法能產(chǎn)生例如材料中的小間隔的小留下部分，對(duì)于該方面，在一個(gè)有利的實(shí)施例中，至少根據(jù)第二圖形去除部分下掩模層和/或上掩模層的步驟包括根據(jù)第二圖形去除部分上掩模層，并根據(jù)由上掩模層形成的圖形去除部分下掩模層。這樣，在取決于第一圖形去除部分上掩模層之后，再取決于第二圖形去除部分上掩模層。結(jié)果，留下例如上掩模層的小間隔的小結(jié)構(gòu)，該小結(jié)構(gòu)的尺寸由圖形的初始寬度確定，該圖形的初始寬度由掩模和第二圖形相對(duì)于第一圖形的位移確定。然后，部分下掩模層取決于由上掩模層形成的圖形去除，接著去除下面的材料。結(jié)果，留下下面材料的小間隔，該小間隔的尺寸主要由第二圖形相對(duì)于第一圖形的位移和圖形的初始寬度確定。
有利的是，任何掩模層，即下掩模層和/或上掩模層的一部分的去除通過根據(jù)各自的圖形有選擇地刻蝕各個(gè)層次進(jìn)行。結(jié)果，僅有該各個(gè)層次即上掩模層或下掩模層被刻蝕，另一個(gè)掩模層不被刻蝕。
材料可包括有機(jī)的和/或無機(jī)的材料。對(duì)于諸如無機(jī)電介質(zhì)材料的無機(jī)材料，難以達(dá)到對(duì)于掩模層的良好的選擇性。為了解決該問題，在一個(gè)有利的實(shí)施例中，材料包括覆蓋無機(jī)材料層的有機(jī)材料層。根據(jù)由下掩模層和上掩模層的留下部分形成的掩模去除部分材料的步驟包括根據(jù)由下掩模層和上掩模層的留下部分形成的掩模去除部分有機(jī)材料，根據(jù)至少由有機(jī)材料的留下部分形成的掩模去除部分無機(jī)材料，并去除該有機(jī)材料的留下部分。這樣，根據(jù)上述步驟形成有機(jī)材料的圖形，然后用作為掩模的有機(jī)材料的留下部分去除部分無機(jī)材料，并且可去除該有機(jī)材料的留下部分，之后就得到有機(jī)材料中的符合要求的圖形。
在上述任何實(shí)施例中，該方法有利地包括去除下掩模層和上掩模層的留下部分的進(jìn)一步的步驟。這些層次可通過任何適當(dāng)?shù)娜コ夹g(shù)去除，諸如濕法或干法刻蝕，化學(xué)機(jī)械拋光等。


本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將參考附圖進(jìn)行敘述，附圖中顯示了本發(fā)明的非限制性實(shí)施例，這些附圖為圖1a到1d顯示了掩模層和材料層的截面圖，圖中顯示了根據(jù)本發(fā)明的形成圖形的方案；圖2a到2d也顯示了掩模層和材料層的截面圖，圖中顯示了以根據(jù)圖1步驟的順序產(chǎn)生小溝道的步驟；和圖3a到3f顯示了掩模層和材料層的截面圖，圖中顯示了導(dǎo)致以根據(jù)圖1步驟的順序產(chǎn)生小溝道的步驟。
具體實(shí)施例方式
圖1a-1d顯示了包括形成在襯底7上的無機(jī)電介質(zhì)1的(部分)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。該襯底可以是導(dǎo)電襯底或諸如硅，鍺，絕緣體上的硅的半導(dǎo)體襯底。也可以是諸如陶瓷板，石英板，薄膜襯底的非導(dǎo)體襯底。在無機(jī)電介質(zhì)的頂面設(shè)置一層有機(jī)材料2。該有機(jī)材料層2繼而由下掩模層覆蓋，圖中下掩模層被標(biāo)為硬掩模2(無機(jī))，該下掩模層繼而被上掩模層覆蓋，圖中上掩模層被標(biāo)為硬掩模1(無機(jī))。無機(jī)材料是需要被形成圖形的層次，所顯示的其他層次是工藝中用的保護(hù)性層次。在該結(jié)構(gòu)的頂面施加一層光刻膠5，如圖1 b所示，例如通過標(biāo)準(zhǔn)的光刻步驟的方法將圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠5中。如圖1c所示，通過使用對(duì)于下掩模層選擇性的刻蝕方法，即僅刻蝕上上掩模層4不刻蝕下掩模層3，該圖形被刻蝕成上掩模層4。然后光刻膠5被剝離，其結(jié)果顯示在圖1c中。接著，在該結(jié)構(gòu)的頂面設(shè)置新光刻膠層6，圖形再次轉(zhuǎn)移到光刻膠6中，取決于該圖形，該光刻膠6的施加部分被去除，該方式和參考圖1b顯示的圖形相似，但參考圖1d顯示的第二圖形相對(duì)于參考圖1b顯示的先前的圖形(即第一圖形)位移一段距離。圖1d的光刻膠6中的圖形在上掩模4上產(chǎn)生一個(gè)圖形，該圖形存在于下掩模層3上的上掩模層4已經(jīng)被去除的位置上。一旦達(dá)到圖1d描繪的階段，可以用兩種不同的方法，一種用于產(chǎn)生小溝道，另一種用于產(chǎn)生小間隔。參考圖2a-2d顯示產(chǎn)生小溝道的進(jìn)一步的步驟，而參考圖3a-3d顯示產(chǎn)生小間隔的進(jìn)一步的步驟。在兩種情況下，進(jìn)一步的步驟都包括至少根據(jù)第二圖形去除下掩模和/或上掩模的一部分，以及根據(jù)由下掩模和上掩模的留下部分形成的掩模去除材料，即有機(jī)或無機(jī)層的一部分。
如圖2a所示，從圖1d所示的情況開始，作為下一個(gè)步驟，下掩模層3的一部分用對(duì)于上掩模層4選擇性的刻蝕方法刻蝕，因此不影響有機(jī)材料2或上掩模層4。結(jié)果，小溝道產(chǎn)生在下掩模層3中，該溝道由3a表示。下掩模層3中的小溝道3a具有僅由第一圖形和第二圖形重疊的暴露部分構(gòu)成的寬度。這樣，和第一圖形中的諸如光刻膠5中和上掩模層4中的開口寬度相比，或和第二圖形中的諸如光刻膠6中的開口寬度相比，溝道3a的尺寸(本實(shí)例中為寬度)被減小。作為下一個(gè)步驟，如參考圖2b所示，有機(jī)材料2被刻蝕，從而也去除光刻膠6。由于下掩模層3中溝道3a的小尺寸，有機(jī)材料2中的溝道將也有形態(tài)或基本相同的小尺寸。接著，如參考圖2c所示，在有機(jī)材料2中存在的圖形被刻蝕進(jìn)有機(jī)材料1，并相繼去除兩個(gè)硬掩模3，4。最后，也將去除有機(jī)材料2，如圖2d所示。
現(xiàn)在，將參考圖3a-3f顯示從圖1d所示的情況開始的產(chǎn)生小間隔的進(jìn)一步的步驟。在已經(jīng)進(jìn)行了如參考圖1a-1d所述的步驟之后，作為下一個(gè)步驟，如參考圖3a所示，上掩模層4再次用如光刻膠6中形成的第二圖形選擇性地刻蝕。然后光刻膠6被去除，例如事后進(jìn)行剝離，如圖3b所示。結(jié)果，產(chǎn)生間隔4a，其尺寸小于用第一圖形和第二圖形的分辨率可獲得的尺寸。值得注意的是，上掩模層4的選擇性刻蝕被解釋成(基本)不影響下掩模層3的刻蝕操作，反之亦然。接著，選擇性地刻蝕下掩模層3，不影響上掩模層4，其結(jié)果顯示在圖3c中。結(jié)果，現(xiàn)在限定在上掩模層4和下掩模層3中的間隔4a僅由兩個(gè)圖形的重疊部分構(gòu)成。這樣，和第一和第二圖形中的間隔相比，間隔4a的尺寸被減小。然后，下掩模層3和/或上掩模層3中的圖形被用作掩?？涛g有機(jī)層2，其結(jié)果顯示在圖3d中。該步驟之后，當(dāng)可是非有機(jī)層1時(shí)，現(xiàn)在存在于有機(jī)層2中的圖形被用作非有機(jī)層1的掩模。在該刻蝕步驟中，下掩模層3和上掩模層4也被刻蝕，其結(jié)果顯示在圖3e中。最后，有機(jī)層2被例如通過剝離去除。
雖然圖1-3中僅顯示了一維的實(shí)例，其中第二圖形相對(duì)于第一圖形的位移是一維位移，但技術(shù)熟練的人員將理解，掩模的位移也可以使第二圖形在材料層平面中進(jìn)行二維位移。這樣，就可以用參考圖1和圖2或參考圖1和圖3所述的處理步驟的一種順序在材料層平面中得到具有二維的小尺寸的結(jié)構(gòu)。另外，因?yàn)榈诙D形相對(duì)于第一圖形的位移可以更小，該位移確定了可以在該層次中獲得的最小尺寸，因此對(duì)于用根據(jù)本發(fā)明的方法能獲得的最小尺寸就沒有基本的限制。
通過利用覆蓋將被形成圖形的無機(jī)材料1的有機(jī)材料層2，解決了對(duì)(無機(jī))硬掩模，即對(duì)上掩模層4和下掩模層3難以具有良好選擇性的問題。僅用一種無機(jī)電介質(zhì)材料難以達(dá)到這樣的選擇性。通過使用有機(jī)材料層2，就可以利用根據(jù)本發(fā)明的方法首先將有機(jī)材料刻蝕到小尺寸，然后用有機(jī)材料2作為掩?？涛g無機(jī)材料1。
光刻膠中更小尺寸的圖形的產(chǎn)生通常要求充分薄的光刻膠層以避免由于留下的光刻膠材料的崩塌造成的問題。作為技術(shù)上已知的通用規(guī)則，光刻膠的厚度不能大于將產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的三倍的臨界(即最小)尺寸。通過利用覆蓋無機(jī)材料的有機(jī)材料層并在有機(jī)材料中產(chǎn)生所需要的圖形(即產(chǎn)生于和第二圖形相結(jié)合的第一圖形的圖形)，就能獲得更好的機(jī)械穩(wěn)定性，因?yàn)橛袡C(jī)材料能經(jīng)選擇使其具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性能。
這樣，通過產(chǎn)生和第一圖形完全相同但相對(duì)于第一孤行位移一段距離的第二圖形，至少根據(jù)第二圖形去除部分掩模層，和根據(jù)由下掩模和上掩模的留下的部分形成的掩模去除部分材料，就可以產(chǎn)生比圖形本身的分辨率，即由例如用于在各個(gè)層次上施加圖形的圖象系統(tǒng)確定的分辨率更小尺寸的結(jié)構(gòu)。這樣，用并不十分先進(jìn)的步進(jìn)電機(jī)和光刻膠系統(tǒng)就能產(chǎn)生諸如更小的晶體管門的小尺寸結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其中圖形在一種材料中產(chǎn)生，該方法包括用一個(gè)下掩模層(3)覆蓋該材料和用一個(gè)上掩模層(4)覆蓋該下掩模層(3)；通過光刻掩模的方法產(chǎn)生上掩模層(4)上的第一圖形；取決于該第一圖形去除部分上掩模層(4)；其特征在于通過光刻掩模的方法在上掩模層(4)上或下掩模層(3)上的上掩模層(4)已經(jīng)去除的位置上產(chǎn)生一個(gè)第二圖形，掩模被位移一段距離，使第二圖形相對(duì)于第一圖形位移；至少根據(jù)該第二圖形去除下掩模層(3)和/或上掩模層(4)的一部分；根據(jù)下掩模層(3)和上掩模層(4)的留下部分形成的掩模去除材料的一部分。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中至少根據(jù)第二圖形去除部分下掩模(3)和上掩模(4)的步驟包括根據(jù)其上覆有由上掩模層(4)的留下部分形成的圖形的第二圖形去除下掩模層(3)的一部分。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中至少根據(jù)第二圖形去除部分下掩模(3)和上掩模(4)的步驟包括根據(jù)第二圖形去除上掩模層(4)的一部分；和根據(jù)由上掩模層(4)形成的圖形去除下掩模層(3)的一部分。
4.如上述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，其中根據(jù)第一或第二圖形去除部分下掩模層(3)或上掩模層(4)包括根據(jù)該圖形選擇性地刻蝕各個(gè)層次。
5.如權(quán)利要求1到3中的任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，其中材料包括有機(jī)和/或無機(jī)材料。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，其中材料包括覆蓋無機(jī)材料層(1)的有機(jī)材料層(2)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，其中根據(jù)由下掩模層(3)和上掩模層(4)的留下部分形成的掩模去除部分材料包括根據(jù)由下掩模層(3)和上掩模層(4)的留下部分形成的掩模去除部分有機(jī)材料(2)；根據(jù)至少由有機(jī)材料(2)的留下部分形成的掩模去除部分無機(jī)材料(1)；去除有機(jī)材料(2)的留下部分。
8.如權(quán)利要求1到3的任何一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括去除部分下掩模層(3)和上掩模層(4)的留下部分的步驟。
9.用根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任何一項(xiàng)的方法形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明是一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在諸如半導(dǎo)體材料的材料中產(chǎn)生小尺寸的結(jié)構(gòu)，該方法利用第一和第二圖形，第二圖形和第一圖形完全相同，但互相之間位移一段距離。應(yīng)用兩個(gè)掩模層；第一圖形通過選擇性刻蝕被刻蝕進(jìn)上掩模層，第二圖形產(chǎn)生在上掩模層上或在下掩模層上的上掩模層已經(jīng)被去除的位置上。現(xiàn)在，根據(jù)第二圖形，部分下掩模層和/或上掩模層被刻蝕掉，導(dǎo)致一個(gè)由下掩模層和上掩模層的留下部分形成的掩模，該掩模具有由第二圖形相對(duì)于第一圖形的位移確定的尺寸的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在該掩?？捎糜趯⑽锤采w的材料刻蝕掉，因此在材料中產(chǎn)生具有小尺寸的結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1681084SQ20051005510
公開日2005年10月12日 申請(qǐng)日期2005年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月16日
發(fā)明者G·J·A·M·費(fèi)爾海登, P·H·L·邦克肯, J·范溫格登 申請(qǐng)人:Imec公司, 康寧克里克菲利浦電子股份有限公司