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)明涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，并更特別地，涉及在半導(dǎo)體器 件中制造細(xì)微圖案的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件高度集成化，必需細(xì)微圖案。然而，光刻設(shè)備在形 成細(xì)微間隔(L/S)圖案時(shí)具有限制。近來(lái)，提出雙重圖案化方法，以通過(guò)使用兩個(gè)光掩模來(lái)形成圖案。 該雙重圖案化方法利用廣泛使用的光刻設(shè)備容易形成60nm以下的細(xì)微 L/S圖案。以下的詳細(xì)說(shuō)明參照?qǐng)D1A到1C。圖1A到1C為在半導(dǎo)體中形成細(xì)微圖案的常規(guī)方法的橫截面圖。參照?qǐng)D1A,在蝕刻目標(biāo)層10上涂布第一光刻膠層PR1。使用曝光 與顯影工藝圖案化該第 一光刻膠層PR1 。使用該圖案化的第 一光刻膠層 PR1作為掩模，蝕刻該蝕刻目標(biāo)層IO。參照?qǐng)D1B，在移除該圖案化的第一光刻膠層PR1之后，在所得結(jié) 構(gòu)上涂布第二光刻膠層PR2 ，并使用曝光與顯影工藝圖案化該第二光刻 膠層PR2。圖案化的第二光刻膠層PR2的開(kāi)口與圖案化的第一光刻膠 層PR1的開(kāi)口不重疊。參照?qǐng)D1C，使用圖案化的第二光刻膠層PR2作為掩模，再蝕刻該 蝕刻目標(biāo)層IO。因此，形成具有窄L/S寬度的細(xì)微圖案。然而，即使使用該雙重圖案化方法，仍難以形成具有30nm以下的 L/S寬度的圖案。因?yàn)槭褂脙蓚€(gè)光掩模的常規(guī)方法無(wú)法形成30nm以下的L/S寬度，所以導(dǎo)致該結(jié)果。此外，使用大于二個(gè)光掩模使得在曝光 工藝期間難以控制覆蓋的準(zhǔn)確度。因此，隨著半導(dǎo)體器件變得高度集成，需要產(chǎn)生極細(xì)微圖案(例如， 20nm以下的極細(xì)微圖案)的技術(shù)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實(shí)施方案提供在半導(dǎo)體器件中形成細(xì)微圖案的方法。該方 法克服了光刻工藝期間設(shè)備的限制，改進(jìn)了常規(guī)的雙重圖案化方法，并 使得能夠在半導(dǎo)體器件中形成極細(xì)微圖案。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供在半導(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)層上形成第一硬掩模層；在該第一硬掩模 層上形成具有負(fù)斜面的第一蝕刻掩模圖案，從而形成所得結(jié)構(gòu)；在該所 得結(jié)構(gòu)上形成用于第二蝕刻掩模的第一材料層；進(jìn)行平坦化工藝直到暴 露該第 一蝕刻掩模圖案，以形成填充間隔物之間的空間的第二蝕刻掩模 圖案；移除該間隔物；和使用該第一蝕刻掩模圖案和第二蝕刻掩模圖案， 蝕刻該第一硬掩模層和該蝕刻目標(biāo)層。


圖1A到1C為在半導(dǎo)體器件中形成細(xì)微圖案的常規(guī)方法的橫截面圖。圖2A到2L為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案在半導(dǎo)體器件中形成細(xì)微圖案的 方法的橫截面圖。
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2L為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案在半導(dǎo)體器件中形成細(xì)微圖案的 方法的橫截面圖。參照?qǐng)D2A，在蝕刻目標(biāo)層20上方形成硬掩模層。該硬掩模層具有 疊層結(jié)構(gòu)。例如，順序疊加無(wú)定形碳層21A、第一氧氮化硅(SiON)層21B、 和氧化鋁(入1203)層21E。該硬掩模層也可包含在該人1203層21E下的多晶硅層21C和第二 SiON層21D。當(dāng)該硬掩模層包含單一 SiON層時(shí)， 即，當(dāng)該硬掩模層不包含多晶硅層21C和第二 SiON層21D時(shí)，第一 SiON層21B具有大于約700A的厚度。然而，當(dāng)如該實(shí)施方案使用多 層SiON層時(shí)，即，當(dāng)在人1203層21E之下形成多晶珪層21C和第二 SiON層21D時(shí)，第二 SiON層21D具有不大于約700A的厚度。然后，使用常規(guī)的雙重圖案化方法以圖案化該入1203層21E，并因 而形成細(xì)微Al203圖案，即，具有35nm以下的L/S線寬的入1203圖案 21E。該A1203圖案21E具有正斜面(positive slope )。因此，A1203圖案 21E的間隔寬度S隨著圖案向下而減小。最后，最終間隔寬度S可在該 斜面的末端小于20nm。由于A1203圖案21E具有正斜面，所以之后的 第一蝕刻掩模圖案具有負(fù)斜面，從而減小由該第一蝕刻掩模圖案形成的 圖案的線寬。參照?qǐng)D2B,在包含A1203圖案21E的所得結(jié)構(gòu)上形成用于隨后的第 一蝕刻掩模圖案的第一材料層22。第一材料層22包含高密度等離子體 (HDP)氧化物層。參照?qǐng)D2C，在第一材料層22上進(jìn)行平坦化工藝?yán)缁瘜W(xué)機(jī)械拋光 (CMP)工藝，直到暴露入1203圖案21E的表面。因此，第一材料層22 填充A1203圖案21E之間的空間，從而形成第一蝕刻掩模圖案22A。參照?qǐng)D2D,通過(guò)濕蝕刻或干蝕刻除去工藝除去Al203圖案21E。因 此，第一蝕刻掩模圖案22A保留在第二SiON層21D上。第一蝕刻掩模 圖案22A具有負(fù)斜面。參照?qǐng)D2E，在包含第一蝕刻掩模圖案22A的所得結(jié)構(gòu)的表面上沉 積用于間隔物的第二材料層23。第二材料層23包括氮化物層。參照?qǐng)D2F,形成間隔物地蝕刻(spacer-etch)第二材料層23以在 第一蝕刻掩模圖案22A的兩側(cè)壁上形成間隔物23A。 一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)形 成間隔物的蝕刻工藝形成的間隔物具有正斜面。然而，在該實(shí)施方案中， 因?yàn)榈谝晃g刻掩模圖案22A具有負(fù)斜面，所以間隔物23A幾乎沒(méi)有正 斜面。當(dāng)蝕刻包含氮化物層的第二材料層23時(shí)，可一起蝕刻在其之下的第二 SiON層21D。參照?qǐng)D2G，在包含第一蝕刻掩模圖案22A和形成在第一蝕刻掩模 圖案22A的兩側(cè)壁上的間隔物23A的所得結(jié)構(gòu)上，形成用以形成隨后 的第二蝕刻掩模圖案的第三材料層24。該材料層24包括HDP氧化物 層。參照?qǐng)D2H，在第三材料層24、第一蝕刻掩模圖案22A、和間隔物 23 A上進(jìn)行平坦化工藝?yán)鏑MP工藝，直到暴露第 一蝕刻掩模圖案22 A 并保留有特定的厚度。因此，第三材料層24填充在平坦化的間隔物23A 之間的空間中，從而形成第二蝕刻掩模圖案24A。參照?qǐng)D21,通過(guò)濕浸工藝除去平坦化的間隔物23A。因此，第一蝕 刻掩模圖案22A和第二蝕刻掩模圖案24A保留在該所得結(jié)構(gòu)上，其中 第一蝕刻掩模圖案22A和第二蝕刻掩模圖案24A以與間隔物23A的下 部寬度w3 —樣大的寬度分開(kāi)。第一蝕刻掩模圖案22A的下部寬度wl 和第二蝕刻掩模圖案24A的寬度w2導(dǎo)致20nm以下的寬度。因此，使 用第一蝕刻掩模圖案和第二蝕刻掩模圖案22A和24A蝕刻之下的層， 以形成具有20nm以下寬度的極細(xì)微圖案。優(yōu)選，調(diào)節(jié)間隔物23A的下 部寬度w3，以使得第一蝕刻掩模圖案22A的寬度wl與第二掩模圖案 24A的第二寬度w2基本上相同。參照?qǐng)D2J，使用第一蝕刻掩模圖案22A和第二蝕刻掩模圖案24A 作為掩模，順序蝕刻第二 SiON層21D、多晶硅層21C、第一SiON層 21B、和無(wú)定形碳層21A，然后除去第一蝕刻掩模圖案22A、第二蝕刻 掩模圖案24A、第二SiON層21D和多晶硅層21C。參照?qǐng)D2K，使用第一SiON層21B和無(wú)定形碳層21A作為掩模， 蝕刻該蝕刻目標(biāo)層20。當(dāng)蝕刻目標(biāo)層20包含氮化物基材料時(shí)，在蝕刻 目標(biāo)層20的蝕刻工藝期間可除去第一 SiON層21B。參照?qǐng)D2L，除去剩余的無(wú)定形碳層21A。因此，蝕刻的蝕刻目標(biāo)層 20包含具有相應(yīng)于第 一蝕刻掩模圖案22A的下部寬度wl與第二掩模圖 案24A的寬度w2的線寬的極細(xì)微圖案。該極細(xì)微圖案也具有相應(yīng)于間 隔物23A的下部寬度w3的間隔寬度。例如，蝕刻目標(biāo)圖案20的L/S 寬度可小于20nm。如上所述，當(dāng)?shù)谝晃g刻掩模圖案22A的下部寬度wl基本上與第二蝕刻掩模圖案24A的寬度w2相等時(shí)，該蝕刻目標(biāo)圖 案20的線寬可保持不變。本發(fā)明的形成細(xì)微圖案的方法克服了光刻設(shè)備的限制，并改進(jìn)了常 規(guī)雙重圖案化方法，從而形成極細(xì)微圖案。雖然已參考具體實(shí)施方法描述了本發(fā)明，但本發(fā)明的上述實(shí)施方案是 用于舉例說(shuō)明的而不是用于限定的。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)的 是，不脫離如以下權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神與范圍可進(jìn)行各種改變 與修改。
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，該方法包括在蝕刻目標(biāo)層上形成第一硬掩模層；在該第一硬掩模層上形成具有負(fù)斜面的第一蝕刻掩模圖案；在該第一蝕刻掩模圖案的側(cè)壁上形成間隔物，從而形成第一所得結(jié)構(gòu)；在該第一所得結(jié)構(gòu)上形成第一材料層，從而形成第二結(jié)構(gòu)；在該第二所得結(jié)構(gòu)上進(jìn)行平坦化工藝直到暴露該第一蝕刻掩模圖案，從而形成填充該間隔物之間空間的第二蝕刻掩模圖案；除去該間隔物；和使用該第一蝕刻掩模圖案和該第二蝕刻掩模圖案作為蝕刻掩模，蝕刻該第一硬掩模層和該蝕刻目標(biāo)層。
2. 權(quán)利要求l的方法，其中形成該第一蝕刻掩模圖案包括 在該第 一硬掩模層上形成第二硬掩模層；圖案化該第二硬掩模層以形成具有正斜面的硬掩模圖案，從而形成第 三所得結(jié)構(gòu)；在包含該硬掩模圖案的第三所得結(jié)構(gòu)上形成用于該第一蝕刻掩模圖 案的第二材料層；平坦化該第二材料層直到暴露該硬掩模圖案；和 除去該硬掩模圖案。
3. 權(quán)利要求2的方法，其中該第二硬掩模層包括氧化鋁(Al203)層。
4. 權(quán)利要求2的方法，其中使用雙重圖案化方法進(jìn)行該第二硬掩模 層的圖案化。
5. 權(quán)利要求4的方法，其中該硬掩模圖案具有約35nm的線寬與間 隔寬度，該第一蝕刻掩模圖案具有小于約20nm的底部寬度。
6. 權(quán)利要求l的方法，其中該第一硬掩模層具有無(wú)定形碳層和氧氮 化硅(SiON)層的疊層結(jié)構(gòu)。
7. 權(quán)利要求6的方法，其中該SiON層具有大于約700A的厚度。
8. 權(quán)利要求l的方法，其中該第一硬掩模層具有無(wú)定形碳層、第一 SiON層、多晶硅層和第二 SiON層的疊層結(jié)構(gòu)。
9. 權(quán)利要求8的方法，其中該第二SiON層具有等于或小于約700A 的厚度。
10. 權(quán)利要求1的方法，其中該第一蝕刻掩模圖案或該第二蝕刻掩模 圖案包含高密度等離子體(HDP)氧化物層。
11. 權(quán)利要求2的方法，其中通過(guò)濕蝕刻工藝或干蝕刻工藝進(jìn)行該硬 掩模圖案的除去。
12. 權(quán)利要求1的方法，其中形成該間隔物包括 沿包含該第一蝕刻掩模圖案的第四所得結(jié)構(gòu)的表面沉積氮化物層；和 在該氮化物層上進(jìn)行形成間隔物的蝕刻工藝。
13. 權(quán)利要求1的方法，其中使用濕浸法進(jìn)行該間隔物的除去。
14. 權(quán)利要求1的方法，其中進(jìn)行該平坦化工藝包括使用化學(xué)機(jī)械拋 光(CMP)工藝。
15. 權(quán)利要求2的方法，其中該平坦化工藝為化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工 藝。
16. 權(quán)利要求1的方法，其中該第一蝕刻掩模圖案的寬度與該第二蝕 刻掩模圖案的寬度基本上相同。
17. —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)層上形成第一硬掩模層；在該第 一硬掩模層上形成具有負(fù)斜面的第 一蝕刻掩模圖案； 在該第一蝕刻掩模圖案的側(cè)壁上形成間隔物；在該第 一蝕刻掩模圖案和該間隔物上進(jìn)行平坦化工藝，直到暴露該第 一蝕刻掩模圖案，從而形成第二蝕刻掩模圖案；使用該第一蝕刻掩模圖案和該第二蝕刻掩模圖案作為蝕刻掩模，蝕刻 該第一硬掩模層的一部分；除去該第一蝕刻掩模圖案和該第二蝕刻掩模圖案；使用該第一硬掩模層作為掩模蝕刻該蝕刻目標(biāo)層；和除去該第一硬掩模層。
18.—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)層上形成第一硬掩模層；圖案化該第一硬掩模層的一部分，使得得到的圖案具有正斜面；在包含該所得圖案的所得結(jié)構(gòu)上形成第一材料層；在該第一材料層上進(jìn)行平坦化工藝，直到暴露所得圖案的表面，從而 形成具有負(fù)斜面的第一蝕刻掩模圖案；在包含該第 一蝕刻掩模圖案的第二所得結(jié)構(gòu)的表面上沉積第二材料 層；在該第一蝕刻掩模圖案的側(cè)壁上形成間隔物；在包含該第一蝕刻掩模圖案與該間隔物的第三所得結(jié)構(gòu)上形成第三 材料層；在該第三材料層、該第一蝕刻掩模圖案、及該間隔物上進(jìn)行平坦化工 藝，直到暴露該第一蝕刻掩模圖案并保留預(yù)定的厚度，從而形成第二 蝕刻掩模圖案；然后使用該第一蝕刻掩模圖案和該第二蝕刻掩模圖案作為掩模，蝕刻 該第一硬掩模層的一部分；除去該第一蝕刻掩模圖案和該第二蝕刻掩模圖案；使用該第一硬掩模層作為掩模，蝕刻該蝕刻目標(biāo)層；和除去該第 一硬掩模層的剩余部分。
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)層上形成第一硬掩模層；在該第一硬掩模層上形成具有負(fù)斜面的第一蝕刻掩模圖案，從而形成所得結(jié)構(gòu)；在該所得結(jié)構(gòu)上形成用于第二蝕刻掩模的第一材料層；進(jìn)行平坦化工藝直到暴露該第一蝕刻掩模圖案，以形成填充在間隔物之間的空間的第二蝕刻掩模圖案；除去該間隔物；和使用該第一蝕刻掩模圖案和該第二蝕刻掩模圖案，蝕刻該第一硬掩模層和該蝕刻目標(biāo)層。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101271830SQ20071030633
公開(kāi)日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月19日
發(fā)明者李昌九, 趙誠(chéng)允 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司