專利名稱：在半導(dǎo)體器件中形成細(xì)微圖案的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體器件的方法，更特別地涉及一種在半導(dǎo)體 器件中制造細(xì)微圖案的方法。
背景技術(shù)：
由于半導(dǎo)體器件已經(jīng)高度集成化，因此需要縮小圖案。然而，典型曝 光設(shè)備的分辨率對(duì)于在半導(dǎo)體器件中具體實(shí)施在40nm以下的細(xì)微圖案存 有限制。因此，提出一種兩次實(shí)施光刻過程的雙重圖案化方法以形成細(xì)微圖案。 下文中，將參照圖1A到1D來^L明該雙重圖案化方法。圖1A到1D是形成典型細(xì)微圖案的方法的剖面視圖。參照圖1A，在蝕刻目標(biāo)層10上方順序形成第一硬掩模層11和第二硬 掩模層12。在第二硬掩模層12上方涂布光刻膠層。第一光刻膠層通過利用曝光和 顯影過程來圖案化，以形成第一光刻膠圖案13。第一光刻膠圖案13可具 有符合曝光限制的線寬。參照圖1B，第二硬4^模層12通過利用第一光刻膠圖案13作為蝕刻阻 擋物來蝕刻，以形成第二硬掩模圖案12A。第一光刻膠圖案13在形成第二 光刻膠圖案12A期間移除，或通過后續(xù)過程單獨(dú)移除。參照圖1C，在包括第二硬掩模圖案12A的所得表面上方涂布第二光刻 膠層。第二光刻膠層利用曝光和顯影過程來圖案化，以形成第二光刻膠圖 案14。第二光刻膠圖 案14也可具有符合曝光限制的線寬。參照圖1D，通過利用第二硬掩模圖案12A和第二光刻膠圖案14作為 蝕刻阻擋物來蝕刻硬掩模層ll,以形成第一硬掩模圖案IIA。第二硬掩模 圖案12A與第二光刻膠圖案14在形成第一硬掩模圖案11A期間移除，或 通過后續(xù)過程單獨(dú)移除。雖然沒有顯示，但通過使用第一蝕刻硬掩模圖案IIA作為蝕刻阻擋物 來蝕刻蝕刻目標(biāo)層IO，以形成蝕刻目標(biāo)圖案。如上所述，由于蝕刻目標(biāo)圖案通過兩次實(shí)施光刻過程而形成，因此盡 管曝光設(shè)備存在限制，仍可形成具有細(xì)微線寬的蝕刻目標(biāo)圖案。該雙重圖案化方法具有下述限制。為確保蝕刻目標(biāo)圖案的線寬一致性，應(yīng)確保第一光刻膠圖案13與第二 光刻膠圖案14的覆蓋準(zhǔn)確性。換言之，應(yīng)形成將第一光刻膠圖案13之間 的間隔劃分為二的第二光刻膠圖案14。然而，典型曝光設(shè)備無法準(zhǔn)確控制 第一和第二光刻膠圖案的位置。而且，兩次實(shí)施光刻過程也造成成本增加。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實(shí)施方案提供一種在半導(dǎo)體器件中形成細(xì)微圖案的方法。所述形成細(xì)微圖案的方法可通過執(zhí)行光刻過程一次來形成類似于利用 雙重圖案化方法所形成的細(xì)微圖案。因此，其可確保圖案線寬的一致性并 降低成本。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種在半導(dǎo)體器件中形成細(xì)微圖案的方法。 該方法包括在蝕刻目標(biāo)層上方形成蝕刻停止層和犧牲層；在犧牲層上方 形成光刻膠圖案；通過4吏用光刻膠圖案作為蝕刻阻擋物蝕刻犧牲層以形成 犧牲，，；在犧牲圖案的兩側(cè)壁上形，間隔物；移除，牲圖，；以及通過根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種在半導(dǎo)體器件中形成細(xì)微圖案的方 法。該方法包括在蝕刻目標(biāo)層上方形成蝕刻停止層和犧牲層；在犧牲層 上方形成光刻膠圖案；通過4吏用光刻膠圖案作為蝕刻阻擋物來蝕刻犧牲層 以形成犧牲圖案；在犧牲圖案的兩側(cè)壁上形成間隔物；形成包括用于蝕刻 停止層的材料的第 一材料層，以具有足以補(bǔ)償當(dāng)形成間隔物時(shí)所損失的蝕 刻停止層部分的厚度；在第一材料層上方形成包括用于犧牲層的材料的第 二材料層，以具有足以覆蓋犧牲圖案的厚度；實(shí)施平坦化過程直到暴露出 犧牲圖案；移除犧牲圖案和第二材料層；以及使用間隔物作為蝕刻阻擋物 來對(duì)蝕刻停止層和蝕刻目標(biāo)層進(jìn)行蝕刻，以形成具有細(xì)微線寬的蝕刻目標(biāo) 圖案。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種在半導(dǎo)體器件中形成細(xì)微圖案的方 法。該方法包括在蝕刻目標(biāo)層上方形成硬掩模層、蝕刻停止層與犧牲層；在犧牲層上方形成光刻膠圖案；通過4吏用光刻膠圖案作為蝕刻阻擋物來蝕 刻犧牲層以形成犧牲圖案；在犧牲圖案的兩側(cè)壁上形成間隔物；移除犧牲圖案；以及通過使用蝕刻停止圖案作為蝕刻阻擋物來蝕刻硬掩模層和蝕刻 目標(biāo)層以形成具有細(xì)微線寬的蝕刻目標(biāo)圖案。


圖1A至1D是在典型半導(dǎo)體器件中形成細(xì)微圖案的方法的剖面圖。圖2A至2F是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案在半導(dǎo)體器件中形成細(xì)微圖案 的方法的剖面圖。圖3A至3C是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案在半導(dǎo)體器件中形成細(xì)微圖案 的方法的剖面圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的實(shí)施方案涉及在半導(dǎo)體器件中形成細(xì)微圖案的方法。圖2A到2F是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案在半導(dǎo)體器件中形成細(xì)微圖案 的方法的剖面圖。參照圖2A，在蝕刻目標(biāo)層20上方形成硬掩模層21。在隨后的蝕刻目 標(biāo)層20的蝕刻期間，硬掩模層21用作蝕刻阻擋物。必要時(shí)，可省略硬掩 模層21。在硬掩模層21上方形成蝕刻停止層22。蝕刻停止層22包含氮化物層 或氮氧化珪(SiON)層或二者。形成蝕刻停止層22用以在形成后續(xù)的犧牲層 和/或形成后續(xù)的間隔物期間停止蝕刻。此外，在蝕刻硬^^模層21時(shí)，蝕 刻停止層22用作蝕刻阻擋物。在蝕刻停止層22上方形成犧牲層23。犧牲層23具有在蝕刻下層(即蝕 刻停止層22)時(shí)確保蝕刻容限(etch margin)。優(yōu)選具有約500A到約5000A 的厚度。由在犧牲層23應(yīng)通過后續(xù)過程移除，因此其優(yōu)選包含易于通過濕 式或干式移除過程移除的材料。具體而言，犧牲層23包含易于移除的原硅 酸四乙酯(TEOS)、高縱橫比過程(HARP)、電介質(zhì)上旋涂(SOD)或玻璃上 旋涂(SOG)的層。犧牲層23還包含多晶珪層或非晶碳層。在犧牲層23上方涂布光刻膠層以利用曝光與顯影過程形成光刻膠圖案 24。此時(shí)，優(yōu)選光刻膠圖案24具有約1:2.5到1:3.5的線對(duì)間隔的比率。 雖然沒有顯示，但可在光刻膠圖案24下方形成抗>^射層。參照圖2B,使用光刻膠圖案24作為蝕刻阻擋物來蝕刻犧牲層23，以 形成犧牲圖案23A。雖然沒有顯示，但可在光刻膠圖案24與犧牲層23之 間形成另一硬掩模層，從而蝕刻犧牲層23。因此，當(dāng)蝕刻犧牲層23時(shí)， 產(chǎn)生諸如犧牲圖案23A變形等的圖案失效。犧牲層23通過使用光刻膠圖 案24作為蝕刻阻擋物來蝕刻。參照圖2C,在移除光刻膠圖案24后，在包括犧牲圖案23A的所得表 面上沉積用于間隔物的材料層。間隔物蝕刻該用于間隔物的材料層以在犧 牲圖案23A的兩側(cè)壁上形成間隔物25。當(dāng)蝕刻后續(xù)的蝕刻目標(biāo)圖案時(shí)，使用間隔物25作為蝕刻阻擋物。因此， 使用具有相對(duì)高的階梯覆蓋率(例如，大于約0.9的步階覆蓋率)的材料作為 用于間隔物的材料層。而且，通過使用具有良好階梯覆蓋率特性的方法(例 如，原子層沉積(ALD)法)實(shí)施用于間隔物的材料層的沉積。使用具有高蝕刻速率的蝕刻氣體對(duì)蝕刻停止層22實(shí)施間隔物蝕刻過 程，以最小化對(duì)下蝕刻停止層22的攻擊。參照圖2D，使用濕式或干式移除過程移除犧牲圖案23A。特別地，犧 牲圖案23A由于相對(duì)于下蝕刻停止層22具有高蝕刻速率而被移除。例如， 在犧牲圖案23A包含TEOS、 HARP、 SOD或SOG層并且蝕刻停止層22 包含氮化物層的情況下，可通過實(shí)施使用氫氟酸(HF)或緩沖氧化物蝕刻劑 (BOE)化學(xué)品的濕式移除過程來移除犧牲圖案23A。同時(shí)，在犧牲圖案23A 包含非晶碳層的情況下，犧牲層23A可通過使用N2/02氣體的干式移除過 程來移除?；蛘撸跔奚鼘?3A包含多晶硅層的情況下，犧牲層23A可通 過使用溴化氫(HBr)氣體的干式移除過程來移除。參照圖2E，蝕刻停止層22使用間隔物作為蝕刻阻擋物來蝕刻，以形成 蝕刻停止圖案22A。參照圖2F，使用蝕刻停止圖案22A來蝕刻硬掩模層21，以形成硬掩模 圖案21A。雖然沒有顯示，但蝕刻目標(biāo)層20使用硬掩模圖案21A作為蝕刻阻擋物 來蝕刻，以形成具有細(xì)微線寬的蝕刻目標(biāo)圖案。蝕刻目標(biāo)圖案通過4吏用在犧牲圖案23A的兩側(cè)壁上自對(duì)準(zhǔn)的間隔物25 來形成。因此，通過實(shí)施光刻過程一次，就可形成具有細(xì)微線寬的蝕刻目 標(biāo)圖案，并且還防止在應(yīng)用典型雙重圖案化過程時(shí)發(fā)生覆蓋與成本提高。圖3A到3C是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案在半導(dǎo)體器件中形成細(xì)微圖案 的方法的剖面圖。特別地，圖3A到3C中所示的過程是通過改進(jìn)根據(jù)本發(fā) 明第一實(shí)施方案的方法所得到。具體而言，圖3A到3C中的過程在圖2C 與圖2E中所示的過程之間實(shí)施。在本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方案中，相同或類 似的附圖標(biāo)記4戈勤目同或類似的元件。再參照圖2C，在犧牲圖案23A的兩側(cè)壁上形成間隔物25。如上所述， 當(dāng)實(shí)施間隔物蝕刻以形成間隔物25時(shí)，^^用相對(duì)于蝕刻停止層22具有高 蝕刻速率的蝕刻氣體以最小化對(duì)蝕刻停止層22的攻擊。然而，即使在上述 條件下蝕刻間隔物，蝕刻停止層22仍會(huì)在一定程度上受損(圖2C中的'A，)。再參照圖2D，當(dāng)移除犧牲圖案23A時(shí)，在犧牲圖案23A所在的蝕刻停 止層22的部分'B，和在間隔物蝕刻過程期間受損的蝕刻停止層22的一部 分之間產(chǎn)生高度差。蝕刻停止層22中的高度差使其在蝕刻后續(xù)的蝕刻停止 層22時(shí)，難以保持所產(chǎn)生的蝕刻停止圖案22A的線寬一致性。因此，不 易確保蝕刻目標(biāo)層20的線寬一致性。優(yōu)選在圖2C與圖2E中的過程之后， 附加實(shí)施圖3A到3C中的過程。參照圖3A，在包含在間隔物蝕刻過程期間受損的蝕刻停止層22的所得 結(jié)構(gòu)上方形成包含用于蝕刻停止層22(例如，氮化物層)的材料的第一材料 層31。第一材料層31形成具有與蝕刻停止層22的損失相同的厚度。參照圖3B,實(shí)施化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)過程直到暴露出犧牲圖案23A。參照圖3C，移除暴露的犧牲圖案23A。犧牲圖案23A的移除以與圖2D 中所用的相同方式來實(shí)施。當(dāng)移除犧牲圖案23A時(shí)，移除包含用于犧牲圖 案23A的材料的第二材料層32。后續(xù)的過程與圖2E到2F中的過程相同。如上所述，通過圖3A到3C的過程，由第一材料層31補(bǔ)償蝕刻停止層 22的損失。犧牲圖案23A與第二材料層32—次移除，并因而在蝕刻停止 層22中沒有高度差。根據(jù)本發(fā)明在半導(dǎo)體器件中形成細(xì)微圖案的方法可形成雙重圖案化法 所能夠形成的細(xì)微圖案，由此確保圖案線寬并降低成本。雖然已經(jīng)根據(jù)特定實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但本發(fā)明的上述實(shí)施方案僅 用在說明而非限制。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然可以在不背離如下a 利要求限定的發(fā)明精神和范圍的情況下，進(jìn)行各種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體器件中形成細(xì)微圖案的方法，所述方法包括在蝕刻目標(biāo)層上方形成蝕刻停止層和犧牲層；在所述犧牲層上方形成光刻膠圖案；通過使用所述光刻膠圖案作為蝕刻阻擋物來蝕刻所述犧牲層，以形成犧牲圖案；在所述犧牲圖案的兩側(cè)壁上形成間隔物；移除所述犧牲圖案；以及通過使用所述間隔物作為蝕刻阻擋物來蝕刻所述蝕刻停止層和所述蝕刻目標(biāo)層。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述蝕刻目標(biāo)層與所述蝕刻停止層 之間形成第一硬掩模層。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述蝕刻停止層包含氮化物層或氮氧 化珪(SiON)層。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述犧牲層具有約500A到約2000A 的厚度。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述光刻膠圖案具有約1:2.5到約1:3.5 的線對(duì)間隔的比率。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述犧牲層與所述光刻膠圖案之間 形成第二硬掩模層。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中形成所述間隔物包括在包含所述犧牲圖案的所得結(jié)構(gòu)上方形成用于間隔物的材料層；和 間隔物蝕刻所述用于間隔物的材料層。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述用于間隔物的材料層具有大于約 0.9的階梯覆蓋率。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中使用原子層沉積(ALD)法來實(shí)施所述用 于間隔物的材料層的沉積。
10. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中通過使用相對(duì)于所述蝕刻停止層具有 高蝕刻速率的氣體來實(shí)施所述間隔物蝕刻。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述犧牲層包括原硅酸四乙酯(TEOS)、 高縱橫比過程(HARP)、介電質(zhì)上旋涂(SOD)或玻璃上旋涂(SOG)的層。
12. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中移除犧牲層圖案包括使用相對(duì)于所述 蝕刻停止層的高蝕刻速率來實(shí)施濕式移除過程。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述濕式移除過程使用氫氟酸(HF)、 緩沖氧化物蝕刻劑(BOE)化學(xué)品或二者來實(shí)施。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述犧牲圖案包含多晶硅層或碳層。
15. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中移除所述犧牲圖案包括使用相對(duì)于所 述蝕刻停止層的高蝕刻速率來實(shí)施干式移除過程。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述干式移除過程包括使用1\2/02氣 體的氣體混合物或HBr氣體來實(shí)施。
17. —種在半導(dǎo)體器件中形成細(xì)微圖案的方法，所述方法包括 在蝕刻目標(biāo)層上方形成蝕刻停止層和犧牲層； 在所述犧牲層上方形成光刻膠圖案；通過使用所述光刻膠圖案作為蝕刻阻擋物來蝕刻所述犧牲層，以形成 犧牲圖案；在所述犧牲圖案的兩側(cè)壁上形成間隔物；形成包括用于所述蝕刻停止層的材料的第一材料層，以具有足以補(bǔ)償 在形成所述間隔物時(shí)損失的所述蝕刻停止層部分的厚度；在所述第 一材料層上方形成包括用于所述犧牲層的材料的第二材料 層，以具有足以覆蓋所述犧牲圖案的厚度；實(shí)施平坦化過程直到暴露出所述犧牲圖案；移除所述犧牲圖案和所述第二材料層；以及標(biāo)層，以形成具有細(xì)微線寬的蝕刻目標(biāo)圖案。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述平坦化過程包括化學(xué)機(jī)械拋光 (CMP)過程。
19. 一種在半導(dǎo)體器件中形成細(xì)微圖案的方法，所述方法包括 在蝕刻目標(biāo)層上方形成硬掩模層、蝕刻停止層和犧牲層； 在所述犧牲層上方形成光刻膠圖案；通過使用所述光刻膠圖案作為蝕刻阻擋物來蝕刻所述犧牲層，以形成 犧牲圖案；在所述犧牲圖案的兩側(cè)壁上形成間隔物； 移除所述犧牲圖案；通過使用所述間隔物作為蝕刻阻擋物來蝕刻所述蝕刻停止層，以形成蝕刻停止圖案；以及通過使用所述蝕刻停止圖案作為蝕刻阻擋物來蝕刻所述石更4^模層和所 述蝕刻目標(biāo)層，以形成具有細(xì)微線寬的蝕刻目標(biāo)圖案。
全文摘要
一種在半導(dǎo)體器件中形成細(xì)微圖案的方法，包括在蝕刻目標(biāo)層上方形成蝕刻停止層和犧牲層；在犧牲層上方形成光刻膠圖案；通過使用光刻膠圖案作為蝕刻阻擋物蝕刻犧牲層以形成犧牲圖案；在犧牲圖案的兩側(cè)壁上形成間隔物；移除犧牲圖案；以及通過使用間隔物作為蝕刻阻擋物來蝕刻蝕刻停止層和蝕刻目標(biāo)層。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101335182SQ200710306330
公開日2008年12月31日 申請日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
發(fā)明者宣俊劦, 金原圭 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司