專利名稱：形成半導(dǎo)體器件圖案的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，并且更具體涉及通過在曝光工藝期間將光刻 膠層暴露于光源的不同強(qiáng)度帶從而在半導(dǎo)體器件中形成圖案的方法。
背景技術(shù)：
為了形成半導(dǎo)體器件，重復(fù)實(shí)施沉積和蝕刻工藝。例如，可實(shí)施沉積 工藝以形成層例如導(dǎo)電層和絕緣層，并且可實(shí)施蝕刻工藝以通過完全或部 分移除沉積層來形成圖案。
尤其是隨著半導(dǎo)體器件變得高度集成，圖案中的特征寬度進(jìn)一步變窄， 需要更加細(xì)微的圖案。為此，必須改善圖案化工藝。
圖l是示出形成半導(dǎo)體器件圖案的常規(guī)方法的視圖。
在待蝕刻層(或目標(biāo)層)10上形成光刻膠圖案12。通過實(shí)施使用光刻 膠圖案12作為蝕刻掩模的蝕刻工藝來蝕刻目標(biāo)層10。在此，光刻膠圖案 12可通過在形成光刻膠層之后實(shí)施曝光和顯影工藝形成。
具體地，在目標(biāo)層10上形成光刻膠層。光通過狹縫20(例如，光掩 模)照射，其將光掩模20的圖案轉(zhuǎn)移到光刻膠層上。在此，穿過光掩模 20的孔部分的光照射至光刻膠圖案12上。在顯影工藝期間，根據(jù)光刻膠 層的類型(例如，正性或負(fù)性)，移除或保留曝光后的區(qū)域，由此形成光 刻膠圖案12。當(dāng)使用正性光刻膠(最常見的類型)時(shí)，光刻膠圖案12的 曝光區(qū)域12a是最高強(qiáng)度的光所照射的區(qū)域。
然而，光源的波長X確定使用該常規(guī)方法可制造的最小特征尺寸。由 于對半導(dǎo)體器件的更高集成水平的持續(xù)需求，可得到的光源的波長不可避免地導(dǎo)致對于形成更小圖案的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及在曝光工藝期間通過使用在特定光強(qiáng)度中曝光的光刻膠層 來形成具有比曝光工藝的極限間距更窄的間距的光刻膠圖案，并且涉及使 用該光刻膠圖案形成微圖案。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種形成半導(dǎo)體器件圖案的方法。首先 在半導(dǎo)體襯底上形成光刻膠層。通過實(shí)施啄光工藝，對光刻膠層照射對應(yīng)
于光的最大強(qiáng)度和最小強(qiáng)度的中間值的光從而在光刻膠層中形成曝光區(qū) 域。通過移除膝光區(qū)域形成光刻膠圖案。
在調(diào)節(jié)狹縫或半導(dǎo)體襯底的高度使得對應(yīng)于光的最大強(qiáng)度和最小強(qiáng)度 的中間值的光照射至目標(biāo)區(qū)域之后，可形成曝光區(qū)域。在此，狹縫可包括 具有第一間距的圖案，該第一間距是最后待形成的間距的兩倍寬。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種形成半導(dǎo)體器件圖案的方法。在 劃分有第一區(qū)域和第二區(qū)域的半導(dǎo)體襯底上形成目標(biāo)層。在目標(biāo)層上形成 硬掩模層。在硬掩模層上形成第一光刻膠層。使用通過其暴露一部分第一 區(qū)域的第一狹縫來實(shí)施曝光工藝，其中形成寬度窄于第一狹縫的圖案的第 一膝光區(qū)域。通過移除第一曝光區(qū)域形成第一光刻膠圖案。在第一區(qū)域上 沿第 一光刻膠圖案對硬掩模層進(jìn)行圖案化。
在對第一區(qū)域上的硬掩模層進(jìn)行圖案化之后，形成第一光刻膠圖案。 在包括第 一 區(qū)域被圖案化的硬掩模層的半導(dǎo)體襯底上形成第二光刻膠層。 通過實(shí)施曝光工藝形成具有與第二狹縫的圖案相同寬度的第二曝光區(qū)域， 所述曝光工藝使用通過其暴露一部分第二區(qū)域的第二狹縫。通過移除第二 曝光區(qū)域形成第二光刻膠圖案。沿第二光刻膠圖案對第二區(qū)域的硬掩模層 進(jìn)行圖案化。移除第二光刻膠圖案。沿其中第一和第二區(qū)域被圖案化的硬 掩模圖案對目標(biāo)層進(jìn)行圖案化。
在膝光工藝期間，第一光刻膠層被中間強(qiáng)度帶的光照射的部分可與光 反應(yīng)并因此膝光。
在曝光工藝期間，第一光刻膠層被最大和最小強(qiáng)度帶的光照射的部分可不膝光。


圖l是示出形成半導(dǎo)體器件圖案的常規(guī)方法的視圖2A和2B是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的形成半導(dǎo)體器件圖案 的方法的截面圖；和
圖3A至3G是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的形成半導(dǎo)體器件圖 案的方法的截面圖。
具體實(shí)施例方式
將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案。然而，本發(fā)明不限于所 公開的實(shí)施方案，而是可以各種方式實(shí)施。提供所述實(shí)施方案以使本發(fā)明 公開完整并使得本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明的范圍。本發(fā)明由權(quán)利要求的 范圍所限定。
圖2A和2B是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的形成半導(dǎo)體器件圖案 的方法的截面圖。在半導(dǎo)體襯底200上形成目標(biāo)層202。目標(biāo)層202可由 絕緣層、金屬層、柵電極層、硬掩模層或其它類型的層形成。在目標(biāo)層202 上形成用于圖案化目標(biāo)層202的光刻膠層204。在曝光工藝期間，通過照 射光的強(qiáng)度削弱光刻膠層204的曝光區(qū)域的鍵合力。在后續(xù)的顯影工藝期 間，可容易地移除具有上述削弱的^^合力的瀑光區(qū)域。光刻膠層204可利 用此方式進(jìn)行圖案化。具體而言，本實(shí)施方案使用在曝光工藝期間與對應(yīng) 于照射光的中間強(qiáng)度的強(qiáng)JL^應(yīng)的光刻膠層204。
更具體地，如果4吏用其上形成有圖案的光掩模實(shí)施曝光工藝，則產(chǎn)生 光強(qiáng)度波。例如，具有正弦形狀的波。波的長度隨所使用的狹縫的圖案而 變化，但是波的最大和最小強(qiáng)度值由于它們是光的唯一值所以不變化。在 此，假定光的最大強(qiáng)度值是'A，，光的最小強(qiáng)度值是'B，。為描述方便起見， 假定最小強(qiáng)度是'O'，調(diào)整狹縫206的位置或調(diào)整半導(dǎo)體襯底200的高度， 使得強(qiáng)度對應(yīng)于最大強(qiáng)度A的一半(A/2 )的光照射至光刻膠層204的目 標(biāo)區(qū)。因此，在已被對應(yīng)于A/2光強(qiáng)度帶E的光照射的光刻膠層204中形 成曝光區(qū)域204a。換言之，在光刻^204的受到最大強(qiáng)度A的光照射的 區(qū)域L和受到最小強(qiáng)度O的光照射的區(qū)域N中不發(fā)生曝光反應(yīng)，而在中間 區(qū)域P中發(fā)生膝光反應(yīng)。亦即，啄光區(qū)域204a形成在受到最大強(qiáng)度的光照射的區(qū)域和受到最小 強(qiáng)度的光照射的區(qū)域之間。因此，曝光區(qū)域204a是最大強(qiáng)度的光或最小強(qiáng) 度的光照射的啄光區(qū)域的兩倍。亦即，每個(gè)波限定兩個(gè)曝光區(qū)域而不是如 在常規(guī)方法中限定的一個(gè)膝光區(qū)域。
參考圖2B，通過實(shí)施顯影工藝移除膝光區(qū)域(參考圖2A的204a)。 因此，當(dāng)與使用正性或負(fù)性光刻膠層的情況相比，可形成具有一半間距的 致密的光刻膠圖案204b?？墒褂霉饪棠z圖案204b來圖案化目標(biāo)層(參考 圖2A的202 )以形成圖案202a。
圖3A至3G是示出根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施方案的形成半導(dǎo)體器件圖 案的方法的截面圖。
參考圖3A,提供其中限定字線區(qū)域WL、選擇線區(qū)域SL和周邊區(qū)域 PE的半導(dǎo)體襯底300。在半導(dǎo)體襯底300上形成目標(biāo)層302。根據(jù)其預(yù)定 目的，目標(biāo)層302可以是金屬層、絕緣層或柵極層。在目標(biāo)層302上依次 地形成第一硬掩模層304、第二硬掩模層306、第三硬掩模層308和BARC 層(底部抗反射涂層)310。例如，第一硬掩模層304可以是SOC (旋涂 碳)層或非晶碳層。第二硬掩模層306和第三硬掩模層308可使用具有不 同蝕刻選擇性的材料形成。第二硬掩模層306可以是SiON層或多晶硅層， 并且第三硬掩模層308可以是多晶硅層或SiON層。在光(在曝光工藝期 間照射的光)的中間能量帶(圖3B的A/2)中具有曝光>^應(yīng)的第一光刻膠 層312形成在BARC層310上。
參考圖3B，通過使用形成有開口部分的狹縫，對字線區(qū)域WL實(shí)施曝 光工藝。具體地，第一狹縫的間距是在字線區(qū)域WL中待形成的圖案的間 距的兩倍。通過沿第一狹縫實(shí)施曝光工藝，在第一光刻膠層312的字線區(qū) 域WL中形成曝光區(qū)域312a。在此，可調(diào)整狹縫314的高度或半導(dǎo)體襯底 300的高度，使得對應(yīng)于光強(qiáng)度約一半的強(qiáng)度(A/2)的光照射至第一光刻 膠層312的目標(biāo)區(qū)。因此，光刻膠層312中接收一半強(qiáng)度(A/2)的光的區(qū) 域發(fā)生反應(yīng)，因此形成曝光區(qū)域312a。
參考圖3C,通過實(shí)施顯影工藝，移除第一光刻膠層(參考圖3B的312) 的曝光區(qū)域312a。因此，在字線區(qū)域WL中可形成具有第二間距的第一光 刻膠圖案312b，所述第二間距是所述第一間距的一半。通過實(shí)施使用第一 光刻膠圖案312b的蝕刻工藝，圖案化字線區(qū)域的BARC層310。參考圖3D,通過實(shí)施使用第一光刻膠圖案(參考圖3C的312b)和圖 案化的BARC層(參考圖3C的310)的蝕刻工藝，圖案化第三硬掩模層 308。然后移除殘留的第一光刻膠圖案(參考圖3C的312b )和殘留的BARC 層310。
參考圖3E，在第三硬掩模層308上形成第二光刻膠層316，間隙填充 圖案化的字線區(qū)域WL。第二光刻膠層316使用與對應(yīng)于最大強(qiáng)度帶的光 (曝光工藝期間使用的光)反應(yīng)的光刻膠層(例如，正性光刻膠)。
在選擇線區(qū)域SL和周邊區(qū)域PE上設(shè)置形成有開口部分的第二狹縫 318。通過沿第二狹縫318實(shí)施曝光工藝，在選擇線區(qū)域SL和周邊區(qū)域 PE的第二光刻膠層316中形成膝光區(qū)域316a。在此，可調(diào)整狹縫318或 半導(dǎo)體襯底300的高度，并且可然后實(shí)施曝光工藝，使得對應(yīng)于光的最大 強(qiáng)度的光照射到第二光刻膠層316上。
參考圖3F，通過實(shí)施顯影工藝，移除第二光刻膠層(參考圖3E的316) 的曝光區(qū)域(參考圖3E的316a)。因此，可形成其中選擇線區(qū)域SL和周 邊區(qū)域PE被圖案化的第二光刻膠圖案316b。然后通過使用第二光刻膠圖 案316b圖案化第三硬掩模層(參考圖3E的308 )而形成第三硬掩模圖案 308a。因此，可在字線區(qū)域WL、選擇線區(qū)域SL和周邊區(qū)域PE中形成第 三硬掩模圖案308a。
參考圖3G，移除第二光刻膠圖案(參考圖3F的316b)。然后通過使 用第三硬掩模圖案308a圖案化第二和第一硬掩模層(參考圖3F的306和 304)而形成第二硬掩模圖案306a和第一硬掩模圖案304a。
雖然在附圖中未顯示，但是使用第三、第二和第一硬掩模圖案308a、 306a和304a圖案化目標(biāo)層302。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過在曝光工藝期間使用在特定強(qiáng)度帶的光 中膝光的光刻膠層，可形成具有比曝光工藝的極限間距更窄的間距的圖 案。因此，可形成微圖案而無需更換曝光設(shè)備。
已經(jīng)提出了本文所公開的實(shí)施方案以使本領(lǐng)域技術(shù)人員容易地實(shí)施本 發(fā)明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過這些實(shí)施方案的組合實(shí)施本發(fā)明。因此， 本發(fā)明的范圍不限于如上所述的實(shí)施方案，而是應(yīng)解釋為由所附權(quán)利要求 和它們的等同物所限定。
權(quán)利要求
1. 一種在半導(dǎo)體器件上形成圖案的方法，所述方法包括在襯底上設(shè)置光掩模，所述光掩模包含多個(gè)具有第一間距的狹縫；在設(shè)置在所述襯底上的目標(biāo)層上形成光刻膠層；發(fā)射光穿過所述光掩模的狹縫，發(fā)射穿過所述光掩模的狹縫的所述光分別在所述光刻膠層的第一位置、第二位置、第三位置和第四位置限定具有最大強(qiáng)度、第一中間強(qiáng)度、第二中間強(qiáng)度和最小強(qiáng)度的波；和移除所述光刻膠層對應(yīng)于所述第二和第三位置的部分以形成光刻膠圖案。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述光刻膠層包括與穿過所述狹縫 的中間強(qiáng)度的光發(fā)生M的材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述光掩模的狹縫限定第一間距， 并且所述光刻膠圖案限定第二間距，其中所述第二間距是所述第 一 間距的 1/2。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第一中間強(qiáng)度和所述第二中間強(qiáng)度具有基;M目同的強(qiáng)度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，還包括調(diào)整所述光掩模和所述光刻膠 層之間的多巨離。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述調(diào)整步驟在實(shí)施所U射步驟 之前實(shí)施。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述調(diào)整步驟通過調(diào)整所述光掩模 或所述襯底的高度來實(shí)施，使得對應(yīng)于所述第一中間強(qiáng)度和所述第二中間 強(qiáng)度的光照射到所述光刻膠層上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，還包括4吏用所述光刻膠圖案蝕刻所述目 標(biāo)層。
9. 一種在半導(dǎo)體器件上形成圖案的方法，所述方法包括 在限定有第一區(qū)域和第二區(qū)域的襯底上形成目標(biāo)層； 在所述目標(biāo)層上形成第一和第二硬掩模層；在所述硬掩模層上形成第一光刻膠層，所述第一光刻膠層包括與中間 強(qiáng)度的M生反應(yīng)的材料；提供具有第一部分和第二部分的第一光4^模，所述第一部分和所述第二部分分別對應(yīng)于所述襯底的所述第 一 區(qū)域和所述第二區(qū)域，所述第 一光 掩模的第 一部分具有多個(gè)限定第一間距的狹縫，所述第一光掩模的第二部分沒有狹縫；發(fā)射光穿過所述第一光掩模的笫一部分的狹縫，以使所述襯底的第一 區(qū)域暴露于所述光；在所述第 一 區(qū)域設(shè)置具有第 一光刻膠圖案的所述第 一光刻膠層，所述 第一光刻膠圖案具有比所述第一間距更小的第二間距；和^^用所述第一光刻膠圖案，圖案化所述第一區(qū)域上的所述第一硬^^模層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括 在圖案化在所述第一區(qū)域上的所述第一硬掩模層之后，移除所述第一光刻膠圖案；在所述第 一和第二硬掩模層上形成第二光刻膠層；發(fā)射光穿過具有第一部分和第二部分的第二光掩模，所述第一部分和 所述第二部分分別對應(yīng)于所述襯底的所述第 一 區(qū)域和所述第二區(qū)域，所述 第二光掩模的第 一部分沒有狹縫，所述第二光掩模的第二部分具有多個(gè)限 定第三間距的狹縫；在所述第二區(qū)域i殳置具有第二光刻膠圖案的所述第二光刻膠層，所述 第二光刻膠圖案限定第四間距，所述第三間距和所述第四間距基^目同；使用所述第二光刻膠圖案，圖案化至少位于所述第二區(qū)域的所述第一 硬掩模層；和使用至少所述第一和第二區(qū)域已被圖案化的所述第一硬掩模層，圖案 化所述目標(biāo)層。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中使用所述第二光刻膠圖案在所述第 二區(qū)域圖案化所述第二硬掩模層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中移除所述第一光刻^I:被中間強(qiáng)度 的光照射的部分，以形成所述第一光刻膠圖案。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中不移除所述第一光刻膠層被最大或 最小強(qiáng)度的光照射的部分，以形成所述第一光刻膠圖案。
全文摘要
本發(fā)明涉及形成半導(dǎo)體器件圖案的方法。在本發(fā)明的一個(gè)方面，在半導(dǎo)體襯底上形成光刻膠層。通過實(shí)施曝光工藝，對光刻膠層照射對應(yīng)于光的最大強(qiáng)度和最小強(qiáng)度的中間值的光，從而在光刻膠層中形成曝光區(qū)域。通過移除曝光區(qū)域形成光刻膠圖案。
文檔編號H01L21/00GK101471234SQ20081013203
公開日2009年7月1日 申請日期2008年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者沈貴潢, 鄭宇榮 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司