專利名稱：形成半導(dǎo)體器件的圖案的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成半導(dǎo)體器件的圖案的方法。
背景技術(shù)：
由于諸如裝備有存儲(chǔ)器件的個(gè)人便攜設(shè)備和個(gè)人計(jì)算機(jī)的信息介質(zhì)的 快速普及，已經(jīng)要求發(fā)展出用于制造高度集成的半導(dǎo)體器件的工藝，這種半 導(dǎo)體器件具有高的存儲(chǔ)容量、改善的可靠性以及用于存取數(shù)據(jù)的快速操作速度。
隨著圖案的臨界尺寸即圖案的大小減小，半導(dǎo)體器件的速度提高。為了 改善半導(dǎo)體器件的集成度，重要的是在光刻工藝的應(yīng)用中控制圖案的臨界尺寸。
然而，在使用通常數(shù)值孔徑小于1.2的ArF曝光機(jī)的光刻工藝中，通過 單一曝光工藝難以形成小于40nm的線和空間(L/S)圖案。此外，更難以形 成小于30nm的L/S圖案，即使當(dāng)高指數(shù)流體(HIF )材料和超數(shù)值孔徑 (hyper-NA )曝光才幾一起4吏用時(shí)。
為了解決光刻工藝的問題，已經(jīng)發(fā)展出雙圖案化技術(shù)(DPT)，用于通 過降低傳統(tǒng)曝光機(jī)中的K1因子來改善分辨率。
DPT包含1 )雙曝光蝕刻4支術(shù)(double exposure etch technology, DEET ) 和2 )間隙壁圖案化技術(shù)(spacer patterning technology, SPT ),這些已經(jīng)在半 導(dǎo)體器件生產(chǎn)工藝中使用。
DEET可應(yīng)用于用于形成多層圖案的工藝，該多層圖案包含類似磚墻圖 案的平臺(tái)插塞接觸(LPC)、柵極以及位線。DEET包括形成第一圖案，第 一圖案的節(jié)距為圖案節(jié)距的兩倍；以及在第一圖案之間形成節(jié)距與第一圖案 相同的第二圖案，由此獲得具有期望分辨率的圖案。然而，DEET需要更多 任務(wù)和蝕刻步驟來形成第一和第二圖案，并導(dǎo)致在用于形成第一和第二圖案 的掩模工藝中的未對(duì)準(zhǔn)。
SPT可以應(yīng)用于NAND工藝，其包含均由線和空間組成的大量金屬層和控制柵極。由于用于形成圖案的掩模工藝在SPT中執(zhí)行一次，SPT是一種 自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，用于防止掩模工藝的未對(duì)準(zhǔn)。然而，SPT需要用于切割間隙壁 圖案部的圖案化工藝和用于在村墊邊緣部中形成焊盤圖案的圖案化工藝。 圖la至ld為說明傳統(tǒng)間隙壁圖案化技術(shù)的圖示。 參考圖la,包含第一掩模膜15和第二掩模圖案17的沉積結(jié)構(gòu)通過光刻 工藝形成于基板11的底層13上。
參考圖lb,絕緣膜19形成于包含第二掩模圖案17的所得結(jié)構(gòu)上。 參考圖lc，回蝕刻工藝被執(zhí)行以各向異性蝕刻絕緣膜19，由此在第二 掩模圖案17的側(cè)壁形成隔離的間隙壁19-1。
參考圖ld，第二掩模圖案17被除去以形成角型間隙壁圖案19-2。 由于間隙壁圖案19-2具有不對(duì)稱形狀，當(dāng)使用間隙壁圖案19-2作為蝕 刻掩模，下部底層13被蝕刻時(shí)，臨界尺寸均勻性低的圖案形成，如圖2所 示。結(jié)果，半導(dǎo)體器件的可靠性降低，且半導(dǎo)體器件的良率減小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明各種實(shí)施例涉及提供一種形成半導(dǎo)體器件的圖案的方法，其包括 形成對(duì)稱間隙壁圖案，該對(duì)稱間隙壁圖案在SPT中用作蝕刻掩模圖案，從而 獲得穩(wěn)定的蝕刻條件。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例， 一種形成半導(dǎo)體器件的圖案的方法，包括在底層 上形成第一掩模膜和第二掩模膜；使用光致抗蝕劑掩模圖案作為蝕刻掩模， 部分蝕刻該第 一掩模膜和第二掩模膜以在該第 一掩模膜的剩余部分上形成
中間掩模圖案，該中間掩模圖案具有凸起形狀且包含第一和第二掩模膜層； 在該中間掩模圖案的側(cè)壁形成第一間隙壁；使用該第一間隙壁和該中間掩模 圖案的第二掩模膜層作為蝕刻掩模，蝕刻該第一掩模膜的剩余部分和該中間 掩模圖案的第 一掩模膜層，以露出該底層并形成包含第 一和第二掩模膜層的 掩模圖案；在該掩模圖案的側(cè)壁形成第二間隙壁；以及除去該掩模圖案以形 成對(duì)稱間隙壁圖案。
在形成第一掩模膜之前，該方法可進(jìn)一步包括在該底層上形成多晶硅 層、氮化硅膜和氮化物膜。
利于在低溫下沉積并防止由熱工藝導(dǎo)致的提升現(xiàn)象的任何材料可用作 該第一掩模膜。具體而言，該第一掩模膜可包含非晶碳層。在蝕刻氣體存在時(shí)，蝕刻速度慢于該第一掩模膜的任何材料可用作該第
二掩模膜。例如，該第二掩模膜可包含氮氧化硅膜(SiON )或氧化硅膜(SiO )。 該第一掩模膜和該第二掩模膜的蝕刻速度比率可以為約5:1至約10:1。該蝕 刻氣體可以選自由氧氣(02)、氮?dú)?N2)、溴化氫(HBr)及其組合組成的 群組。該蝕刻氣體例如可以是氬氟碳化合物(hydrofluorocarbon)蝕刻氣體。
用于形成具有凸起形狀的該中間掩模圖案的蝕刻工藝可以使用選自由 氧氣、氮?dú)?、溴化氫及其組合組成的群組的蝕刻氣體來進(jìn)行。該中間掩模圖 案的第一掩模膜層的高度(a)可以為該第一掩模膜的初始厚度的約10%至 約50%。具體而言，當(dāng)?shù)谝谎谀Ｄさ某跏己穸燃s為2000A時(shí)，該中間掩模 圖案的第一掩模膜層的高度(a)可以為約50A至約1000A,從而使得可以 進(jìn)行后續(xù)蝕刻工藝。
由于第二掩模膜的蝕刻速度慢于第一掩模膜的蝕刻速度，該中間掩模圖 案的第二掩模膜層在該蝕刻工藝之后保留在該中間掩模圖案的第 一掩模膜 層上。
該第 一 間隙壁可以通過下述步驟形成在該中間掩模圖案以及該第 一掩 模膜的剩余部分上沉積第一絕緣膜；以及對(duì)該第一絕緣膜執(zhí)行各向異性蝕刻工藝。
蝕刻選擇性不同于該第 一掩模膜和第二掩模膜的任何材料可用作該第 一絕緣膜。例如，該第一絕緣膜可包含多晶硅層和氮化物膜。該第一絕緣膜 可沉積為具有共形形狀，并沉積至例如該中間掩模圖案的第一掩模膜層的高
度(a)的約5%至約50%的厚度。
用于形成第一間隙壁的該蝕刻工藝可以使用例如CF4和CHF3的氫氟碳 化合物氣體來進(jìn)行。該中間掩模圖案的第二掩模膜層蝕刻速度慢于該第 一掩 模膜。具體而言，在該氫氟碳化合物氣體存在時(shí)，該中間掩模圖案的該第二 掩模膜層及該第一絕緣膜和該第一掩模膜的蝕刻速度比率為約1:5至約 1:10。相應(yīng)地，該中間掩模圖案的第二掩模膜層和該第一間隙壁，即使在該 間隙壁圖案化工藝之后，保留在該中間掩模圖案的頂部和側(cè)壁。
用于形成該掩模圖案的蝕刻工藝可以通過各向同性蝕刻工藝來進(jìn)行。該 蝕刻工藝可以通過修整蝕刻工藝，利用第一間隙壁、該中間掩模膜的第二掩 模膜層以及該第一掩模膜之間的蝕刻選擇性來進(jìn)行。也就是說，該修整蝕刻 工藝包括，使用具有不同選擇性的該第 一 間隙壁和該中間掩模圖案的第二掩模膜層作為蝕刻掩模，過蝕刻該第一掩模膜的剩余部分，從而調(diào)整該第一掩 模膜的剩余部分的臨界尺寸。
該各向同性蝕刻工藝可以使用選自由氧氣、氮?dú)?、溴化氫及其組合組成 的群組的蝕刻氣體來進(jìn)行。該中間掩模圖案的第一掩模膜層的蝕刻速度快于 該第一間隙壁和該中間掩模圖案的第二掩模膜層的蝕刻速度。結(jié)果，在該修 整蝕刻工藝期間，位于底部的該中間掩模圖案的第一掩模膜層先被蝕刻，以 形成側(cè)壁凹入的掩模圖案。該掩模圖案的第 一掩模膜層的臨界尺寸為該中間
掩模圖案的第一掩模膜層的臨界尺寸的約20%至約50%。
該第二間隙壁可通過下述步驟形成在該掩模圖案上沉積第二絕緣膜； 以及對(duì)該第二絕緣膜執(zhí)行干法各向異性蝕刻工藝以露出該底層。
與第 一絕緣膜相同或者蝕刻選擇性不同于第 一掩模膜的任何材料可用 作該第二絕緣膜。例如，該第二絕緣膜可包含多晶硅層和氮化物膜。用于形 成第二間隙壁的該蝕刻工藝可以使用例如CF4和CHF3的氫氟碳化合物氣體 來進(jìn)行。該第二絕緣膜可沉積為具有共形形狀，并沉積至例如該掩模圖案的 第一掩模膜層的高度(b)的約5%至約50%的厚度。
此獲得對(duì)稱間隙壁圖案。
在該對(duì)稱間隙壁圖案形成之后，該方法可進(jìn)一步包括，使用該對(duì)稱間隙 壁圖案作為蝕刻掩模來圖案化該底層。該方法還可進(jìn)一步包括執(zhí)行掩模工藝 以在襯墊邊緣部中形成焊盤圖案。
如上所述，在用于形成掩模圖案的側(cè)壁的修整蝕刻工藝被應(yīng)用之后，該 對(duì)稱間隙壁圖案可形成于該凹入掩片莫圖案的側(cè)壁，由此利于在后續(xù)蝕刻工藝 中的穩(wěn)定蝕刻工藝條件。結(jié)果，圖案臨界尺寸的均勻性可以改善，且半導(dǎo)體 器件的良率也可以提高。
使用該對(duì)稱間隙壁圖案作為蝕刻掩模，后續(xù)蝕刻工藝穩(wěn)定地執(zhí)行，從而 改善圖案臨界尺寸的均勻性。


圖la至ld為說明傳統(tǒng)間隙壁圖案化技術(shù)的圖示。
圖2為由傳統(tǒng)間隙壁圖案化技術(shù)形成的下部圖案的電子顯微鏡照片。
圖3a至3h的圖示說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包含間隙壁圖案化技術(shù)的形成半導(dǎo)體器件的圖案的方法。
附圖標(biāo)記i兌明
11、 111基板13、 113底層
15第 一硬掩模膜17第二硬掩模膜
19絕緣膜19-1間隙壁
19-2間隙壁圖案115多晶硅層
117第一硬掩模膜117-1第一硬掩模膜層
117-2第一硬掩模膜層119第二硬掩模膜
119-1第二硬掩模膜層121抗反射膜
123光致抗蝕劑圖案125第一絕緣膜.
125-1第一間隙壁127第二絕緣膜
127-1第二間隙壁127-2對(duì)稱間隙壁圖案
具體實(shí)施例方式
圖3a至3h的圖示說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的形成半導(dǎo)體器件的圖案的方法。
參考圖3a,包含多晶硅層115、第一掩模膜117、第二掩才莫膜119和抗 反射膜121的沉積結(jié)構(gòu)依次形成于半導(dǎo)體基板111的底層113上。第一掩模 膜117可以使用例如非晶碳層形成為例如約2000A的厚度。第二掩模膜119 可包含例如氮氧化硅膜。
在光致抗蝕劑膜(未示出)形成于抗反射膜121上之后，光刻工藝被執(zhí) 行以形成光致抗蝕劑圖案123?？狗瓷淠?21利用光致抗蝕劑圖案123來蝕 刻以形成光致抗蝕劑掩模圖案(未示出)。
使用光致抗蝕劑掩模圖案(未示出)作為蝕刻掩模，第一掩模膜117的 頂部和第二掩模膜119被部分蝕刻，由此得到中間掩模圖案，該中間掩模圖 案具有在第一掩模膜117的剩余部分上形成的凸起形狀。該中間掩模圖案包 括第二掩模膜層119-1和第一掩模膜層117-1。
該部分蝕刻工藝可以使用例如選自由氧氣、氮?dú)?、澳化氫及其組合組成 的群組的蝕刻氣體來進(jìn)行。當(dāng)暴露于該蝕刻氣體時(shí)，第一掩模膜117被蝕刻 的速度為第二掩模膜119的約5倍至約10倍。在該蝕刻工藝之后，第二掩 模膜層119-1保留在第一掩模膜層117-1上。該部分蝕刻工藝可被執(zhí)行，例如直到第一掩模膜層117-1的高度(a)為第一掩才莫膜117的初始厚度的約 10%至約50%。例如，通過該部分蝕刻工藝獲得的第一掩模膜層117-1可具 有約50A至約IOOOA的高度(a)，這使得可以進(jìn)行后續(xù)蝕刻工藝。
參考圖3b，第一絕緣膜125沉積在第一掩模膜117的剩余部分和該中間 掩模圖案上。第一絕緣膜125可包含例如多晶硅層和氮化物膜。
第一絕緣膜125例如可以沉積至第一掩模膜層117-1的高度(a)約5% 至約50%的厚度。第一絕緣膜125可以形成為具有與第一掩;f莫膜117的剩余 部分和該中間4務(wù)^i圖案的形狀共形的形狀。
參考圖3c,對(duì)第一絕緣膜125執(zhí)行各向異性蝕刻工藝以露出第一掩模膜 117的剩余部分，由此形成第一間隙壁125-1。
該各向異性蝕刻工藝?yán)缈梢允褂美鏑F4和CHF3的氫氟碳化合物氣 體作為蝕刻氣體來進(jìn)行。由于該蝕刻氣體存在時(shí)，第二掩模膜層119-1的蝕 刻速度慢于第一掩模膜117的蝕刻速度，第二掩^^膜層119-1在該間隙壁圖 案化工藝之后保留在第一掩模膜層117-1上。
參考圖3d,使用第一間隙壁125-1和第二掩模膜層119-1作為蝕刻掩模， 對(duì)第一掩模膜117的剩余部分和第一掩模膜層117-1執(zhí)行各向同性蝕刻工藝 以露出多晶硅層115，由此形成具有第一掩模膜層117-2的掩模圖案。該掩 模圖案例如可具有凹入形狀。
該各向同性蝕刻工藝?yán)缈梢酝ㄟ^修整蝕刻工藝，利用第 一 間隙壁 125-1、第二掩模膜層119-1以及第一掩模膜117的剩余部分的蝕刻選擇性來 進(jìn)行。通過使用對(duì)第一間隙壁125-1和第二掩模膜層119-1的蝕刻慢于對(duì)第 一掩模膜117的蝕刻的蝕刻氣體，第一掩模膜117的剩余部分與第一間隙壁 125-1和第二掩模膜層119-1相比被過蝕刻，由此形成掩模圖案，其中該掩 模圖案的第一掩模膜層117-2的臨界尺寸小于該中間掩模圖案的第一掩模膜 層117-1的臨界尺寸。
該各向同性蝕刻工藝可以使用例如選自由氧氣、氮?dú)?、溴化氫及其組合
組成的群組的蝕刻氣體來進(jìn)行。通過該蝕刻工藝獲得的該掩模圖案的第一掩 模膜層117-2的臨界尺寸可為該中間掩模圖案的第一掩模膜層117-1的臨界 尺寸的約20%至約50%。
參考圖3e，第二絕緣膜127形成于該掩模圖案上。
與第 一絕緣膜125相同或者蝕刻選擇性不同于第二掩模膜119的任何材料可用作第二絕緣膜127。第二絕緣膜127可包含例如多晶硅層和氮化物層。 第二絕緣膜127例如可以沉積至該掩模圖案的第一掩模膜層117-2的高度(b ) 約5%至約50%的厚度。第二絕緣膜127也可以形成為具有與該掩;^莫圖案的 形狀共形的圖案。
參考圖3f，可對(duì)第二絕緣膜127執(zhí)行干法各向異性蝕刻以形成第二間隙 壁127-1。該千法各向異性蝕刻工藝?yán)缈梢允褂美鏑F4和CHF3的氫氟碳 化合物氣體來進(jìn)行。
參考圖3g,該掩模圖案被除去以形成對(duì)稱間隙壁圖案127-2。該掩模圖
使用對(duì)稱間隙壁圖案127-2作為蝕刻掩模，底層113被蝕刻，由此獲得 具有高的臨界尺寸均勻性的底部圖案(未示出)。
本發(fā)明的上述實(shí)施例是說明性而非限制性的?？梢赃M(jìn)行各種備選和等同 替換。本發(fā)明不受此處描述的沉積類型、蝕刻拋光和圖案化步驟限制。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)明可以在動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取 存儲(chǔ)器(DRAM)器件或者非易失性存儲(chǔ)器器件中實(shí)施。其他添加、刪減或 調(diào)整鑒于上述公開內(nèi)容而言是顯而易見的，且落在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
本申請(qǐng)主張于2008年3月28日提出的韓國專利申請(qǐng)10-2008-0029178 的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的全部內(nèi)容引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1. 一種形成半導(dǎo)體器件的圖案的方法，該方法包括在底層上形成第一掩模膜和第二掩模膜；使用光致抗蝕劑掩模圖案作為蝕刻掩模，部分蝕刻該第一掩模膜和第二掩模膜以在該第一掩模膜的剩余部分上形成中間掩模圖案，該中間掩模圖案具有凸起形狀且包含第一和第二掩模膜層；在該中間掩模圖案的側(cè)壁形成第一間隙壁；使用該第一間隙壁和該中間掩模圖案的第二掩模膜層作為蝕刻掩模，蝕刻該第一掩模膜的剩余部分和該中間掩模圖案的第一掩模膜層，以露出該底層并形成包含第一和第二掩模膜層的掩模圖案；在該掩模圖案的側(cè)壁形成第二間隙壁；以及除去該掩模圖案以形成對(duì)稱間隙壁圖案。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中該第一掩模膜包含非晶碳層。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中該第二掩模膜包含選自由多晶硅層、 氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化硅膜及其組合組成的群組的材料。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中部分蝕刻該第一和第二掩模膜是使 用選自由氧氣、氮?dú)?、溴化氫及其組合組成的群組的蝕刻氣體來進(jìn)行。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中在該蝕刻氣體存在時(shí)，該第一掩模 膜和該第二掩模膜的蝕刻速度比率為約5:1至約10:1。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該中間掩模圖案的第一掩模膜層的 高度為該第一掩才莫膜的初始厚度的約10%至約50%。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中形成該第一間隙壁包括在該中間掩模圖案以及該第一掩模膜的剩余部分上沉積第一絕緣膜；以及對(duì)該第 一絕緣膜"l丸行各向異性蝕刻工藝。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中該第一絕緣膜包含多晶硅層和氮化物膜。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中該第一絕緣膜沉積至該中間掩模圖 案的第 一掩模膜層的高度的約5 %至約50 %的厚度。
10. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中該各向異性蝕刻工藝使用氫氟碳化合物氣體來進(jìn)行。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中在該氫氟碳化合物氣體存在時(shí)，該第一掩模膜和該第二掩模膜及該第一絕緣膜的蝕刻速度比率為約5:1至約 10:1。
12. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中蝕刻該第一掩模膜的剩余部分和該 中間掩模圖案的第 一掩模膜層是通過各向同性蝕刻工藝來進(jìn)行。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中該各向同性蝕刻工藝使用選自由 氧氣、氮?dú)狻寤瘹浼捌浣M合組成的群組的獨(dú)刻氣體來進(jìn)行。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中在該各向同性蝕刻工藝之后的該 掩模圖案的第 一掩模膜層的臨界尺寸為在該各向同性蝕刻工藝之前的該中 間掩模圖案的第一掩模膜層的臨界尺寸的約20%至約50% 。
15. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中形成該第二間隙壁包括 在該掩模圖案上沉積第二絕緣膜；以及對(duì)該第二絕緣膜執(zhí)行干法各向異性蝕刻工藝以露出該底層。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中該第二絕緣膜包含多晶硅層和氮 化物膜。
17. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中在該各向同性蝕刻工藝之后，該 第二絕緣膜沉積至該掩模圖案的第一掩模膜層的高度的約5 %至約50%的厚度。
18. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中該各向異性蝕刻工藝使用氫氟碳 化合物氣體來進(jìn)行。
全文摘要
一種形成半導(dǎo)體器件的圖案的方法，包括在底層上形成第一掩模膜和第二掩模膜；使用光致抗蝕劑掩模圖案作為蝕刻掩模，部分蝕刻該第一掩模膜和第二掩模膜以在該第一掩模膜的剩余部分上形成中間掩模圖案，該中間掩模圖案具有凸起形狀且包含第一和第二掩模膜層；在該中間掩模圖案的側(cè)壁形成第一間隙壁；使用該第一間隙壁和該中間掩模圖案的第二掩模膜層作為蝕刻掩模，蝕刻該第一掩模膜的剩余部分和該中間掩模圖案的第一掩模膜層，以露出該底層并形成包含第一和第二掩模膜層的掩模圖案；在該掩模圖案的側(cè)壁形成第二間隙壁；以及除去該掩模圖案以形成對(duì)稱間隙壁圖案。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101546694SQ200910001020
公開日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2009年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者許仲君 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司