專利名稱：用于在半導(dǎo)體器件中形成精細圖案的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件。更具體而言，本發(fā)明涉及一種用 于在半導(dǎo)體器件中形成精細圖案的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件的集成度取決于該半導(dǎo)體器件中所能構(gòu)造的圖案的 精細度。為了增加存儲芯片的容量，需要增大存儲芯片的尺寸。然而， 其上形成有精細圖案的存儲芯片的單元區(qū)域的尺寸實際是在減小。由 于更多的圖案將要形成于有限的單元區(qū)域中以確保想要的存儲容量， 所以需要構(gòu)造精細圖案，使得精細圖案的寬度小于臨界尺寸。于是， 期望發(fā)展出一種用于形成這種精細圖案的光刻工序。為了通過光刻工序形成圖案，將光阻("PR")膜涂覆在將要 圖案化的目標層上。然后，執(zhí)行曝光工序以改變PR膜的特定部分的 溶解度。接下來，執(zhí)行顯影工序以形成露出目標層的PR圖案。PR 圖案是通過移除溶解度己改變的部分或是通過移除溶解度未改變的 部分而形成的。之后，利用PR圖案來蝕刻露出的目標層，然后再剝 除PR圖案以形成目標層圖案。在光刻工序中，分辨率和聚焦深度("DOF")是兩個重要的 指標。分辨率(R)可以用如下等式(1)來表示。<formula>formula see original document page 5</formula>其中kl是由PR膜的材料和厚度所決定的常數(shù)，人是光源的波 長，而NA則代表曝光設(shè)備的"數(shù)值孔徑"。由于kl存在物理上的限制，所以借助于現(xiàn)有的方法來降低kl 是困難的。因此，需要發(fā)展出利用窄帶光源的新型曝光設(shè)備、以及與 該新型曝光設(shè)備有效對應(yīng)的新型光阻材料。如果沒有這種發(fā)展，則在 半導(dǎo)體器件中形成精細圖案是困難的。
圖la至1C是示出利用一種雙重曝光工序在半導(dǎo)體器件中形成 精細圖案的常規(guī)方法的橫截面圖。如圖所示，在半導(dǎo)體基板10之上依次形成目標層20、硬掩模層30以及第一光阻膜(未顯示)。利用線/ 距掩模(未顯示)將第一光阻膜曝光并顯影，以形成第一光阻圖案40。 利用第一光阻圖案40而蝕刻硬掩模層30，以形成使目標層20的第 一部分露出的第一硬掩模圖案30a。接著移除第一光阻圖案40。參考圖lb與lc,在第一硬掩模圖案30a以及目標層20的露出 部分之上形成第二光阻膜(未顯示)。利用線/距掩模將第二光阻膜曝光 并顯影，以形成第二光阻圖案45。第二光阻圖案45使第一硬掩模圖 案30a的一部分露出，第一硬掩模30a的露出部分基本上位于目標層 20的兩個相鄰的第一部分的中心附近。利用第二光阻圖案45將第一 硬掩模圖案30a圖案化，以形成第二硬掩模圖案32，由此露出目標 層20的第二部分。接著移除第二光阻圖案45。利用第二硬掩模圖案 32蝕刻目標層20，以形成目標圖案20a。根據(jù)上述方法，由于曝光設(shè)備的分辨率限制，形成精細圖案可 能是困難的。此外，在通過克服分辨率限制的兩步式露出工序所形成 的兩個圖案之間可能有失準的問題。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的實施例涉及一種用于在半導(dǎo)體器件中形成精細圖 案的方法。根據(jù)一個實施例，所述方法包括利用多晶硅材料與氧化 物材料之間的蝕刻選擇性來執(zhí)行選擇性蝕刻工序。所述精細圖案具有 克服曝光設(shè)備的分辨率限制的臨界尺寸("CD")。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種用于在半導(dǎo)體器件中形成精細 圖案的方法。所述方法包括提供半導(dǎo)體基板；在所述半導(dǎo)體基板之 上形成目標層，并且在所述目標層之上形成硬掩模層；在所述硬掩模 層之上形成第一氧化膜圖案，并且在所述第一氧化膜圖案之上形成氮 化膜圖案，由此選擇性地露出所述硬掩模層的一部分；在所述硬掩模 層的露出部分、所述第一氧化膜圖案以及所述氮化膜圖案之上形成具 有第一厚度的第一多晶硅層；在所述第一多晶硅層之上形成具有第二 厚度的第二氧化膜；在所述第二氧化膜之上形成具有第三厚度的第二 多晶硅層；平坦化所述第二多晶硅層、所述第二氧化膜以及所述第一 多晶硅層，直到所述氮化膜圖案露出為止；移除所述氮化膜圖案以露 出所述第一氧化膜圖案；根據(jù)氧化物材料與多晶硅材料之間的蝕刻選 擇性來蝕刻所述第一氧化膜圖案以及所述第二氧化膜；利用所述第一 多晶硅層以及所述第二多晶硅層的頂部作為蝕刻掩模來蝕刻所述硬 掩模層，以形成硬掩模層圖案；以及利用所述硬掩模層圖案作為蝕刻 掩模來蝕刻所述目標層，以形成精細圖案。根據(jù)本發(fā)明的另一方面， 一種半導(dǎo)體器件可以包括半導(dǎo)體基板、 以及形成于所述半導(dǎo)體基板之上的精細圖案。所述精細圖案根據(jù)上述 方法而形成。


圖la至圖lc是示出用于在半導(dǎo)體器件中形成精細圖案的常規(guī) 方法的橫截面圖；以及圖2a至圖2h是示出根據(jù)本發(fā)明的一種用于在半導(dǎo)體器件中形 成精細圖案的方法的橫截面圖。
具體實施方式
圖2a至圖2h是示出根據(jù)本發(fā)明的一種用于在半導(dǎo)體器件中形 成精細圖案的方法的橫截面圖。如圖2a所示，在半導(dǎo)體基板100之 上依次形成目標層110、第一非晶碳層120、第一硼磷硅酸鹽玻璃 ("BPSG")氧化膜130以及氮化膜135。目標層110可以包括氧化膜， 該氧化膜在大約IO(TC至60(TC范圍內(nèi)的溫度下形成，且具有在大約 100nm至1,000nm范圍內(nèi)的厚度。第一非晶碳層120可以包括硬掩模 層，該硬掩模層可以具有在大約100nm至500nm范圍內(nèi)的厚度。此 夕卜，第一 BPSG氧化膜130可以具有在大約100nm至l，OOOnm范圍 內(nèi)的厚度。參考圖2b，在氮化膜135之上依次形成第二非晶碳層140以及 抗反射膜150。第二非晶碳層140可以具有在大約100nm至500nm 范圍內(nèi)的厚度?？狗瓷淠?50可以具有在大約30nm至40nm范圍內(nèi) 的厚度、或者在大約31nm至35nm范圍內(nèi)的厚度。在抗反射膜150 之上形成對ArF激光敏感的光阻膜(未顯示)。該光阻膜可以具有在大 約100nm至500nm范圍內(nèi)的厚度。接著利用線/距曝光掩模將該光阻 膜曝光并顯影，以形成光阻圖案160。光阻圖案160包括線圖案，每 個線圖案具有線寬160a。兩個相鄰的線圖案可以隔開寬度160b。在 一個實施例中，線寬160a與寬度160b之間的比例可以是大約1: 5。 例如，當該曝光掩模的間距大約是240nm時，線寬160a可以是大約 40nm，而寬度160b可以是大約200nm。也可以利用其它的間距或?qū)?度大小。曝光工序可以利用例如諸如ArF激光(193nm)等光源而執(zhí)行。參考圖2c與2d，利用光阻圖案160作為蝕刻掩模而依次蝕刻抗 反射膜150、第二非晶碳層140、氮化膜135以及第一BPSG氧化膜 130，以形成第一BPSG氧化物圖案130a、氮化物圖案135a、第二非 晶碳圖案140a、以及抗反射圖案150a，由此露出第一非晶碳層120 的一部分。如圖2d所示，接著移除光阻圖案160、抗反射圖案150a、 以及第二非晶碳圖案140a。參考圖2e，在半導(dǎo)體基板100之上形成第一多晶硅層170，以 覆蓋第一非晶碳層120的露出部分、第一 BPSG氧化物圖案130a以 及氮化物圖案135a。在第一多晶硅層170之上形成厚度與第一多晶 硅層170的厚度基本相同的第二BPSG氧化膜180。第一多晶硅層170 以及第二 BPSG氧化膜180的厚度可以是在大約30nm至50nm范圍 內(nèi)、或者在大約35nm至45nm范圍內(nèi)。第一多晶硅層170以及第二 BPSG氧化膜180可以形成為具有取決于下部階差的基本均勻的厚 度。第二BPSG氧化膜180的厚度基本上等于將要形成的精細圖案的 臨界尺寸("CD")。第二多晶硅層190形成于第二 BPSG氧化膜180 之上，并且填充第二BPSG氧化膜180的兩個相鄰的豎直部分之間的 間隔185。第二多晶硅層190可以具有從第二 BPSG氧化膜180的頂 表面起測量的大約100nm至500nm范圍內(nèi)的厚度。參考圖2f，可以在第二多晶硅層190、第二 BPSG氧化膜180 以及第一多晶硅層170之上執(zhí)行平坦化工序，以露出氮化物圖案 135a。接著移除氮化物圖案135a，以露出第一氧化物圖案130a。第 二BPSG氧化膜180的線寬D與多晶硅層170的寬度E之間的比例 可以是大約1: 1。參考圖2g，通過選擇性蝕刻工序而移除設(shè)置在第一多晶硅層170 與第二多晶硅層190之間的第一 BPSG氧化物圖案130a以及第二 BPSG氧化膜180。利用第一多晶硅層170以及第二多晶硅層190作 為蝕刻掩模而蝕刻硬掩模層120，以形成硬掩模圖案120a。在一個實 施例中，該選擇性蝕刻工序可以利用多晶硅層與氧化膜之間的蝕刻選 擇性而執(zhí)行。BPSG氧化膜180相對于第一多晶硅層170以及第二多 晶硅層190的蝕刻選擇性可以是大約20: 1。換言之，BPSG氧化膜 180的蝕刻速度可以比第一多晶硅層170以及第二多晶硅層190的蝕 刻速度大約快二十倍。因為該蝕刻選擇性，所以當對第一多晶硅層 170及第二多晶硅層190的頂部進行蝕刻時，也利用第一多晶硅層170 及第二多晶硅層190的頂部作為蝕刻掩模而蝕刻第一多晶硅層170 的底部170a。通過持續(xù)該選擇性蝕刻工序，形成硬掩模圖案120a。 在一個實施例中，當蝕刻硬掩模層120時，可以同時移除第一多晶硅 層170及第二多晶硅層190。參考圖2h，利用硬掩模圖案120a作為掩模而蝕刻目標層110， 以形成精細圖案110a。于是，如圖2h所示，構(gòu)造成包括半導(dǎo)體基板 100以及形成于半導(dǎo)體基板IOO之上的精細圖案110a的半導(dǎo)體器件。 精細圖案110a的線寬F與蝕刻目標層IIO所獲得的間隔115的寬度 G之間的比例大約是l: 1。可以根據(jù)圖2e所示的第二BPSG氧化膜 180的厚度來決定精細圖案110a的線寬F。如上所述，在根據(jù)本發(fā)明實施例的一種用于形成半導(dǎo)體器件的 精細圖案的方法中，可以形成線/距精細圖案以克服曝光設(shè)備的分辨 率限制。此外，該方法可以避免曝光工序中所產(chǎn)生的圖案失準，由此 改進半導(dǎo)體器件的特性。本發(fā)明的上述實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沉積、蝕刻、拋光 以及圖案化步驟的類型，本發(fā)明也不限于任何特定類型的半導(dǎo)體器9
件。例如，本發(fā)明可以應(yīng)用于動態(tài)隨機存取存儲(DRAM)器件或非易失性存儲器件中。在閱讀本發(fā)明的公開內(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)利要求書的范圍內(nèi)。本申請要求2006年12月28日提交的韓國專利申請 No.10-2006-0137028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. 一種用于在半導(dǎo)體器件中形成精細圖案的方法，所述方法包括提供半導(dǎo)體基板；在所述半導(dǎo)體基板之上形成目標層，并且在所述目標層之上形成硬掩模層；在所述硬掩模層之上形成第一氧化膜圖案，并且在所述第一氧化膜圖案之上形成氮化膜圖案，由此選擇性地露出所述硬掩模層的一部分；在所述硬掩模層的露出部分、所述第一氧化膜圖案以及所述氮化膜圖案之上形成具有第一厚度的第一多晶硅層；在所述第一多晶硅層之上形成具有第二厚度的第二氧化膜；在所述第二氧化膜之上形成具有第三厚度的第二多晶硅層；平坦化所述第二多晶硅層、所述第二氧化膜以及所述第一多晶硅層，直到所述氮化膜圖案露出為止；移除所述氮化膜圖案以露出所述第一氧化膜圖案；根據(jù)在氧化物材料與多晶硅材料之間的蝕刻選擇性來蝕刻所述第一氧化膜圖案及所述第二氧化膜；利用所述第一多晶硅層以及所述第二多晶硅層的頂部作為蝕刻掩模來蝕刻所述硬掩模層，以形成硬掩模層圖案；以及利用所述硬掩模層圖案作為蝕刻掩模來蝕刻所述目標層，以形成所述精細圖案。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中， 所述目標層包括氧化膜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述目標層在大約IO(TC至60(TC范圍內(nèi)的溫度下形成，且具有 在大約100nm至l，OOOnm范圍內(nèi)的厚度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中， 所述硬掩模層包括非晶碳層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述硬掩模層具有在大約100nm至500nm范圍內(nèi)的厚度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一氧化膜圖案包括硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)氧化膜，并且 所述第二氧化膜包括BPSG氧化膜。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述第一氧化膜圖案具有在大約100nm至l,OOOnm范圍內(nèi)的厚度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一氧化膜圖案的線寬與相鄰的第一氧化膜圖案之間限定的間隔的寬度的比例是大約1: 5。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一厚度與所述第二厚度基本上相同，所述第一厚度以及 所述第二厚度都是在大約30nm至50nm范圍內(nèi)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第三厚度是在從所述第二氧化膜的頂面起測量的大約 100nm至500nm范圍內(nèi)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述蝕刻選擇性包括所述氧化物材料的蝕刻速度比所述多晶硅 材料的蝕刻速度快二十倍。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述精細圖案的線寬與蝕刻所述目標層所獲得的間隔的寬度之 間的比例大約是1:1。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于在半導(dǎo)體器件中形成精細圖案的方法。在一方面，所述方法可以在半導(dǎo)體器件中構(gòu)造精細圖案。所述精細圖案具有克服曝光設(shè)備的分辨率限制的臨界尺寸。
文檔編號H01L21/033GK101211762SQ20071012948
公開日2008年7月2日 申請日期2007年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者孔根圭 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司