專利名稱：利用雙重曝光技術(shù)在半導(dǎo)體器件中形成圖案的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種存儲(chǔ)器件。更具體而言，本發(fā)明涉及雙重曝光 技術(shù)、以及一種利用該技術(shù)在半導(dǎo)體器件中形成圖案的方法。
背景技術(shù)：
一般而言，例如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)等半導(dǎo)體器件包括大量精細(xì)圖案。這種圖案通過(guò)光刻工序而形成。為了通過(guò)光刻工序形成圖案，將光阻(PR)膜涂覆在將要圖案化的目標(biāo)層上。然后，執(zhí)行傳統(tǒng)的曝光工序以改變PR膜的特定部分的溶解度。接下來(lái)，執(zhí)行顯影工序以形成露出目標(biāo)層的PR圖案。也就是說(shuō)，PR圖案是通 過(guò)移除溶解度已改變的部分或是通過(guò)移除溶解度未改變的部分而形成的。之后，利用PR圖案來(lái)蝕刻露出的目標(biāo)層，然后再剝除PR圖案以形成目標(biāo)層圖案。
在光刻工序中，分辨率和聚焦深度(DOF)是兩個(gè)重要的因素。分辨率(R)可以用如下等式(1)來(lái)表示。
<formula>see original document page 5</formula>(1)
其中kl是由PR膜的種類和厚度所決定的常數(shù)，X是光源的波 長(zhǎng)，而NA則代表曝光設(shè)備的數(shù)值孔徑。
根據(jù)等式(1)，光源的波長(zhǎng)(X)越短，并且曝光設(shè)備的NA 越大，形成于晶片上的圖案就越精細(xì)。然而，所用的光源波長(zhǎng)(λ)和曝光設(shè)備的NA還無(wú)法跟上目前半導(dǎo)體器件集成度的快速發(fā)展。因 此，已經(jīng)采用各種方法來(lái)應(yīng)用分辨率提高技術(shù)(RET)以改善分辨率 和DOF。舉例而言，RET技術(shù)包括相移掩模(PSM)、離軸照明(OAI)、 光學(xué)鄰近校正(OPC)等技術(shù)。此外，稱為雙重曝光技術(shù)(DET)的 技術(shù)能夠在晶片上形成精細(xì)圖案。DET中的關(guān)鍵尺寸(CD)的一致 性取決于第一曝光掩模和第二曝光掩模的總體重疊準(zhǔn)確度。
隨著半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)規(guī)則的縮小，由于曝光裝置及光阻材料的 限制，要形成精細(xì)接觸孔變得更加困難。阻劑流動(dòng)工序可能是克服此 種困難的替代解決方案。阻劑流動(dòng)工序是一種用于形成超過(guò)曝光裝置 的分辨率極限的接觸孔的技術(shù)。阻劑流動(dòng)工序包括首先，通過(guò)光刻 工序利用聚合物光阻來(lái)圖案化第一接觸孔，然后，將該光阻再次加熱 到超過(guò)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg的溫度并且進(jìn)行熱流動(dòng)，以形成小于第一 接觸孔的第二接觸孔。
在采用雙重曝光技術(shù)在半導(dǎo)體器件中形成圖案的方法中，工序 裕量較差。此外，可能會(huì)由于掩模誤差因子("MEF")而發(fā)生器件失 效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種用于在半導(dǎo)體器件中形成圖案的改進(jìn) 的方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述用于在半導(dǎo)體器件中形成圖 案的改進(jìn)的方法利用雙重曝光技術(shù)以及阻劑流動(dòng)方法。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例， 一種用于在半導(dǎo)體器件中形成圖案的方 法包括在半導(dǎo)體基板之上形成絕緣膜；在所述絕緣膜之上形成多功 能硬掩模層；在所述多功能硬掩模層之上形成第一硬掩模層以及第二 硬掩模層；選擇性地蝕刻所述第二硬掩模層以形成第二硬掩模層圖 案；利用掩模蝕刻所述第一硬掩模層以形成第一硬掩模層圖案，所述 掩模在平面上與所述第二硬掩模層圖案交叉；移除所述第二硬掩模層 圖案；利用所述第一硬掩模層圖案作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻所述多功能硬 掩模層，以形成多功能硬掩模層圖案；移除所述第一硬掩模層圖案； 在所述多功能硬掩模層圖案之上執(zhí)行阻劑流動(dòng)工序，由此形成接觸孔 圖案；以及利用所述接觸孔圖案作為蝕刻掩模來(lái)圖案化所述半導(dǎo)體基 板，以形成接觸孔。
根據(jù)另一實(shí)施例，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件，其具有根據(jù)上 述圖案形成方法所形成的接觸孔。


圖1示出曝光掩模的布局；
圖2和圖3示出利用雙重曝光技術(shù)的曝光掩模的布局；
圖4a至4f示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種用于在半導(dǎo)體器件中形
成圖案的方法；以及
圖5a至5h示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的一種用于在半導(dǎo)體器
件中形成圖案的方法。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的曝光方法。該改進(jìn)的曝光方法包括利 用線/距掩模在半導(dǎo)體基板之上執(zhí)行用于多功能硬掩模層的雙重曝光 工序，以形成具有第一接觸孔區(qū)域的多功能硬掩模層圖案。多功能硬 掩模層圖案利用阻劑流動(dòng)工序而形成，以形成具有帶圓邊的第二接觸 孔區(qū)域的多功能硬掩模層圖案，其中第二接觸孔區(qū)域的尺寸小于第一 接觸孔區(qū)域的尺寸。
圖1示出曝光掩模100的布局。曝光掩模100包括電容器區(qū)域 102以及存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)接觸插塞區(qū)域104。電容器區(qū)域102被穿孔。存儲(chǔ) 節(jié)點(diǎn)接觸插塞區(qū)域104和電容器區(qū)域102的一部分重疊，以形成電連 接。隨著半導(dǎo)體器件的尺寸縮小，用于電容器區(qū)域102的孔圖案必須 小于傳統(tǒng)曝光裝置所能提供的孔圖案。于是，雙重曝光技術(shù)得到應(yīng)用。
圖2和圖3示出利用雙重曝光技術(shù)的曝光掩模的布局。參照?qǐng)D2， 限定電容器區(qū)域202的接觸孔圖案可以劃分成為兩個(gè)部分202a、 202b，以形成雙節(jié)距(doublepitch)。于是，可以容易地形成小的接觸 孔圖案。參照?qǐng)D3，限定電容器區(qū)域302的接觸孔圖案通過(guò)一種雙重 曝光技術(shù)而形成，該雙重曝光技術(shù)利用兩個(gè)在平面上彼此交叉的線/ 距類型的布局。于是，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種用于在半導(dǎo)體器 件中形成圖案的方法可以增加工序裕量。此外，與利用雙重曝光技術(shù) 在半導(dǎo)體器件中形成圖案的方法相比，在形成下方的電極時(shí)，對(duì)于相
鄰的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)接觸區(qū)域上的影響可以最小化。
圖4a至4f示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種用于在半導(dǎo)體器件中形 成圖案的方法。圖4a(i)至4f(i)是沿著圖3的線I-I'所截取的橫截面圖，
而圖4a(ii)至4f(ii)是俯視圖。在半導(dǎo)體基板410之上形成用于形成圖 3所示的電容器區(qū)域302的絕緣膜420，半導(dǎo)體基板410具有一種特 定的下部結(jié)構(gòu)，例如器件隔離結(jié)構(gòu)(未顯示)、柵極結(jié)構(gòu)(未顯示)、位 線(未顯示)、以及位線接觸插塞(未顯示)等。在絕緣膜420之上形成 多功能硬掩模層430、第一硬掩模層440以及第二硬掩模層450。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，絕緣膜420由氧化膜所形成。此外， 多功能硬掩模層430由諸如光阻膜或抗反射涂覆膜等聚合物材料所 形成，以便用于后續(xù)的阻劑流動(dòng)工序。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，多 功能硬掩模層430是內(nèi)含大量硅的化合物，但并不限于這種化合物。 此外，多功能硬掩模層430可以利用下列韓國(guó)專利申請(qǐng)中所公開(kāi)的化 合物來(lái)形成，這些專利申請(qǐng)包括2006年1月2日提交的海力士半 導(dǎo)體有限公司的韓國(guó)申請(qǐng)No.10-2006-0000115、 2006年12月30日 提交的海力士半導(dǎo)體有限公司的韓國(guó)申請(qǐng)No.10-2005-0135357、 2005 年12月30日提交的海力士半導(dǎo)體有限公司的韓國(guó)申請(qǐng) No.10-2005-0135270、 2005年6月30日提交的海力士半導(dǎo)體有限公 司的韓國(guó)申請(qǐng)No.10-2005-0058205、 2005年6月30日提交的海力士 半導(dǎo)體有限公司的韓國(guó)申請(qǐng)No.10-2005-0058198、以及2005年6月 30日提交的海力士半導(dǎo)體有限公司的韓國(guó)申請(qǐng)No.10-2005-0058193， 這些韓國(guó)專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，第一硬掩模層440以及第二硬掩模 層450由多晶硅膜或氮氧化硅(SiON)膜所形成，以便用作雙重圖案化 工序的硬掩模。此外，第一硬掩模層440以及第二硬掩模層450可以 由蝕刻選擇性具有特定差異的不同材料所形成，使得第一硬掩模層 440以及第二硬掩模層450不會(huì)同時(shí)經(jīng)受蝕刻?？蛇x的是，在第一硬 掩模層440以及第二硬掩模層450之間形成底部抗反射涂層(BARC)。
參照?qǐng)D4b至4d，在第二硬掩模層450之上形成第一光阻膜(未 顯示)。利用按照?qǐng)D3(i)的布局所形成的掩模將第一光阻膜曝光并顯 影，以形成第一光阻圖案452。利用第一光阻圖案452作為蝕刻掩模 而蝕刻第二硬掩模層450,以形成第二硬掩模層圖案454。移除第一 光阻圖案452。在包括第二硬掩模層圖案454的第一硬掩模層440之上形成第二光阻膜(未顯示)。利用按照?qǐng)D3(ii)的布局所形成的掩模將第二光阻膜曝光并顯影，以形成第二光阻圖案456。利用第二光阻圖 案456以及第二硬掩模層圖案454作為蝕刻掩模而蝕刻第一硬掩模層 440，以形成第一硬掩模層圖案442。移除第二光阻圖案456以及第 二硬掩模層圖案454。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一光阻圖案452利用彼此間隔特 定間距的線/距圖案而形成。另外，第二光阻圖案456利用彼此間隔 特定間距的線/距圖案而形成。如圖4c(ii)所示，第二光阻圖案456在 平面上與對(duì)應(yīng)于第一光阻圖案452的第二硬掩模層圖案454垂直交 叉。此外，第一硬掩模層圖案442限定如圖3(iii)所示的多個(gè)電容器 區(qū)域302。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，第一光阻圖案452以及第二光 阻圖案456可以采用線/距圖案的一部分或全部為彎曲形的方式形 成，以增加后續(xù)工序中的阻劑流動(dòng)量。
參照?qǐng)D4d至4f，利用第一硬掩模層圖案442作為蝕刻掩模而蝕 刻多功能硬掩模層430，以形成限定第一接觸孔區(qū)域460的多功能硬 掩模層圖案432。對(duì)多功能硬掩模層圖案432執(zhí)行熱處理工序，以形 成限定第二接觸孔區(qū)域462的多功能硬掩模層圖案434。利用多功能 硬掩模層圖案434作為蝕刻掩模而蝕刻絕緣膜420，以形成限定電容 器區(qū)域的接觸孔。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第二接觸孔區(qū)域462形成為具有圓 邊。第二接觸孔區(qū)域462的尺寸小于第一接觸孔區(qū)域460的尺寸。此 外，多功能硬掩模層圖案432由聚合物材料所形成，以便用于阻劑流 動(dòng)工序中。在阻劑流動(dòng)工序中，將多功能硬掩模層圖案432加熱到其 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg，這導(dǎo)致阻劑流動(dòng)，從而形成具有圓邊的多功能 硬掩模層圖案434。
圖5a至5h示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的一種用于在半導(dǎo)體器 件中形成圖案的方法。圖5a(i)至5h(i)是沿著圖3的線I-I'所截取的橫 截面圖，而圖5a(ii)至5h(ii)是俯視圖。為了形成圖3的電容器區(qū)域 302，在半導(dǎo)體基板510之上形成絕緣膜520，半導(dǎo)體基板510包括 特定的下部結(jié)構(gòu)，例如器件隔離結(jié)構(gòu)(未顯示)、柵極結(jié)構(gòu)(未顯示)、
位線(未顯示)、以及位線接觸插塞(未顯示)等。在絕緣膜520之上形
成多功能硬掩模層530、第一硬掩模層535、第二硬掩模層540、第 三硬掩模層545以及第四硬掩模層550。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，絕緣膜520由氧化膜所形成。此外， 多功能硬掩模層530由諸如光阻膜或抗反射涂覆膜等聚合物材料所 形成，以便用于后續(xù)的阻劑流動(dòng)工序。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，第 一硬掩模層535以及第三硬掩模層545由SiON膜所形成。優(yōu)選的是， 第二硬掩模層540以及第四硬掩模層550由多晶硅層所形成。第三硬 掩模層5 4 5用作多晶硅層之間的阻障膜。
參照?qǐng)D5b和5c，在第四硬掩模層550之上形成底部抗反射涂覆 ("BARC")膜570以及第一光阻膜(未顯示)。利用按照?qǐng)D3(i)的布局 所形成的掩模將第一光阻膜曝光并顯影，以形成第一光阻圖案552。 利用第一光阻圖案552而蝕刻BARC膜570以及第四硬掩模層550， 以形成第四硬掩模層圖案554。移除第一光阻圖案552以及BARC膜 570。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一光阻圖案552利用彼此間隔特 定間距的線/距圖案而形成。此外，第一光阻圖案552可以釆用線/距 圖案的一部分或全部為彎曲形的方式而形成，以增加后續(xù)工序中的阻 劑流動(dòng)量。
參照?qǐng)D5d和5e，在半導(dǎo)體基板510之上形成BARC膜572。在 BARC膜572之上形成第二光阻膜(未顯示)。利用按照?qǐng)D3(ii)的布局 所形成的掩模將第二光阻膜曝光并顯影，以形成第二光阻圖案556。 利用第二光阻圖案556以及第四硬掩模層圖案554作為蝕刻掩模而蝕 刻第三硬掩模層545，以形成第三硬掩模層圖案546。移除第二光阻 圖案556、 BARC膜572以及第四硬掩模層圖案554。利用第三硬掩 模層圖案546作為蝕刻掩模而蝕刻第二硬掩模層540，以形成第二硬 掩模層圖案542。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第二光阻圖案556以彼此間隔特定 間距的線/距圖案而形成。此外，第三硬掩模層圖案546限定圖3(iii) 所示的多個(gè)電容器區(qū)域302。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，第二光阻圖
案556可以采用線/距圖案的一部分或全部為彎曲形的方式而形成，
以增加后續(xù)工序中的阻劑流動(dòng)量。
參照?qǐng)D5f至5h，移除第三硬掩模層圖案546。利用第二硬掩模 層圖案542作為蝕刻掩模而蝕刻第一硬掩模層535，以形成第一硬掩 模層圖案536。利用第一硬掩模層圖案536作為蝕刻掩模而蝕刻多功 能硬掩模層530，以形成限定第一接觸孔區(qū)域560的多功能硬掩模層 圖案532。移除第二硬掩模層圖案542以及第一硬掩模層圖案536。 對(duì)多功能硬掩模層圖案532執(zhí)行阻劑流動(dòng)工序，以形成限定第二接觸 孔區(qū)域562的多功能硬掩模層圖案534。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第二接觸孔區(qū)域562形成為具有圓 邊。第二接觸孔區(qū)域562的尺寸小于第一接觸孔區(qū)域560的尺寸。此 外，多功能硬掩模層圖案532由諸如光阻膜或BARC膜等聚合物材 料所形成，以便用于阻劑流動(dòng)工序。在阻劑流動(dòng)工序中，將多功能硬 掩模層圖案532加熱到其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg，這導(dǎo)致阻劑流動(dòng)，從 而形成具有圓邊的多功能硬掩模層圖案534。利用多功能硬掩模層圖 案534作為蝕刻掩模而蝕刻絕緣膜520，以形成限定電容器區(qū)域的接 觸孔。
如上所述，采用上述半導(dǎo)體器件以及用于該半導(dǎo)體器件的圖案 形成方法，可以確保充分的工序裕量。此外，由于利用阻劑流動(dòng)工序 形成具有圓邊的接觸孔圖案，因此可以改善器件的良率及可靠度。
本發(fā)明的上述實(shí)施例是示例性的而非限制性的。各種替代及等 同的方式都是可行的。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(chǔ)器(DRAM)器件或非易失性存儲(chǔ)器件中。在閱讀本發(fā)明 的公開(kāi)內(nèi)容之后明顯可知的其它增加、減少或修改都落在所附權(quán)利要 求書(shū)的范圍內(nèi)。
本申請(qǐng)要求2006年12月22日提交的韓國(guó)專利申請(qǐng) No.10-2006-0132598的優(yōu)先權(quán)，該韓國(guó)專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用的 方式并入本文。
權(quán)利要求
1. 一種用于在半導(dǎo)體器件中形成圖案的方法，所述方法包括在半導(dǎo)體基板之上形成絕緣膜；在所述絕緣膜之上形成多功能硬掩模層；在所述多功能硬掩模層之上形成第一硬掩模層以及第二硬掩模層；選擇性地蝕刻所述第二硬掩模層以形成第二硬掩模層圖案；利用掩模以及所述第二硬掩模層圖案來(lái)蝕刻所述第一硬掩模層，以形成第一硬掩模層圖案，所述掩模在平面上與所述第二硬掩模層圖案交叉；移除所述第二硬掩模層圖案；利用所述第一硬掩模層圖案作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻所述多功能硬掩模層，以形成多功能硬掩模層圖案；移除所述第一硬掩模層圖案；在所述多功能硬掩模層圖案之上執(zhí)行阻劑流動(dòng)工序，由此形成接觸孔圖案；以及利用所述接觸孔圖案作為蝕刻掩模來(lái)圖案化所述半導(dǎo)體基板，以形成接觸孔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，選擇性地蝕刻所述第二硬掩模層以形成所述第二硬掩模層圖案 的步驟包括在所述第二硬掩模層之上形成光阻膜；利用線/距掩模將所述光阻膜曝光并顯影，以形成光阻圖案；以及利用所述光阻圖案作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻所述第二硬掩模 層，以形成所述第二硬掩模層圖案。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中， 所述線/距掩模是部分彎曲的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中， 所述線/距掩模是全部彎曲的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，蝕刻所述第一硬掩模層以形成所述第一硬掩模層圖案的步驟包括..在包括所述第二硬掩模層圖案的第一硬掩模層之上形成光阻膜；利用掩模將所述光阻膜曝光并顯影，以形成光阻圖案，所 述掩模在平面上與所述第二硬掩模層圖案交叉；以及利用所述光阻圖案以及所述第二硬掩模層圖案作為蝕刻掩 模來(lái)蝕刻所述第一硬掩模層，以形成所述第一硬掩模層圖案。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一硬掩模層以及所述第二硬掩模層包括具有不同蝕刻選 擇性的材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述第一硬掩模層以及所述第二硬掩模層中之一包括多晶硅 層，而另一層則包括氮氧化硅(SiON)膜。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括-在所述第一硬掩模層以及所述第二硬掩模層之間形成氮氧化硅 (SiON)膜。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中， 所述第一硬掩模層以及所述第二硬掩模層包括多晶硅層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述第一硬掩模層以及所述第二硬掩模層之間形成底部抗反 射涂覆("BARC")膜。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中， 所述多功能硬掩模層包括阻劑流動(dòng)聚合物材料。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括 在電容器區(qū)域中形成所述接觸孔。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種用于在半導(dǎo)體器件中形成圖案的方法，包括利用線/距掩模在半導(dǎo)體基板之上執(zhí)行用于多功能硬掩模層的雙重曝光工序，以形成具有第一接觸孔區(qū)域的多功能硬掩模層圖案；對(duì)所述多功能硬掩模層圖案執(zhí)行阻劑流動(dòng)工序，以形成具有帶圓邊的第二接觸孔區(qū)域的多功能硬掩模層圖案，所述第二接觸孔區(qū)域的尺寸小于所述第一接觸孔區(qū)域的尺寸。
文檔編號(hào)H01L21/311GK101207037SQ200710129438
公開(kāi)日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2007年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者金瑞玟 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司