專利名稱：在半導(dǎo)體器件中制造精細(xì)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，更具體而言，涉及一種在 半導(dǎo)體器件中制造精細(xì)圖案的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)形成100nm或更小的精細(xì)圖案時(shí)，非晶碳用作硬掩模堆疊結(jié)構(gòu)的 一部分，該硬掩模堆疊結(jié)構(gòu)用于使N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管 (NMOSFET)器件進(jìn)行圖案化。該技術(shù)允許更容易地圖案化，且表現(xiàn) 出比氧化硅(Si02)層、氮化硅(Si3N4)層以及氧氮化硅(SiON)層 的典型覆蓋或保護(hù)材料更好的選擇性。
然而，與使用多晶硅層作為硬掩模相比，使用非晶碳作為硬掩模使 制造成本增加多達(dá)10倍。此外，當(dāng)在周邊區(qū)域即在用于監(jiān)控光和蝕刻 過(guò)程的各種鍵盒(keybox)(例如，對(duì)準(zhǔn)鍵)上形成有大的高度差時(shí)，非 晶碳呈現(xiàn)出劣化的階梯覆蓋。因此，會(huì)不均勻地形成后續(xù)的SiON層。 所以，當(dāng)在膝光過(guò)程中對(duì)光刻膠實(shí)施再加工處理時(shí)會(huì)失去部分非晶碳。 此外，在失去部分非晶碳的器件上會(huì)發(fā)生所不希望的影響，例如起皺和 產(chǎn)生粒子。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方案提供一種在半導(dǎo)體器件中形成精細(xì)圖案的方法。 當(dāng)蝕刻形成不同類型的硬掩模時(shí)，能夠通過(guò)減少硬掩模圖案的變形而應(yīng) 用不同類型的聚合物硬掩模來(lái)實(shí)現(xiàn)60rnn或更小的精細(xì)圖案。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種在半導(dǎo)體器件中形成精細(xì)圖案的方 法，在蝕刻目標(biāo)層上形成第一聚合物層，在第一聚合物層上形成第二聚 合物層。在第一襯底溫度(substrate temperature)下圖案化第二聚合 物層。利用不包括氧(02)的蝕刻氣體在第二襯底溫度下蝕刻第一聚合
物層。利用圖案化的第二聚合物層作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻第一聚合物層。 然后利用已蝕刻的第一聚合物層和已蝕刻的第二聚合物層作為蝕刻掩 模來(lái)蝕刻該蝕刻目標(biāo)層。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種在半導(dǎo)體器件中形成精細(xì)圖案的 方法。在襯底上形成蝕刻目標(biāo)層。在蝕刻目標(biāo)層上形成第一聚合物層， 該第一聚合物層包括富碳聚合物層。在第一聚合物層上形成第二聚合物 層。在部分第二聚合物層上形成光刻膠圖案。利用光刻膠圖案作為蝕刻 掩模，在第一襯底溫度下蝕刻第二聚合物層.利用不包括氧(02)的第 一蝕刻氣體，在第二襯底溫度下蝕刻第一聚合物層。利用已蝕刻的第一 聚合物層和已蝕刻的第二聚合物層作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻所述蝕刻目標(biāo) 層。


圖1A和圖1B圖示說(shuō)明圖案變形的缺陷的顯微圖。 圖2A~2D圖示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案在半導(dǎo)體器件中制造精 細(xì)圖案的方法的截面圖。
圖3圖示說(shuō)明在應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施方案之后所形成的圖案的顯微圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及一種在半導(dǎo)體器件中制造精細(xì)圖案的方法。根據(jù)本發(fā)明 的實(shí)施方案，當(dāng)在60nm或更小的高集成器件中蝕刻富碳聚合物硬掩模 圖案時(shí)，可以通過(guò)減少圖案變形而使所需的精細(xì)圖案有效地圖案化。
在一個(gè)實(shí)施方案中，使用旋涂(SOC)法連續(xù)地涂敷不同類型的聚 合物硬掩模，并實(shí)施光刻膠圖案過(guò)程。該聚合物硬掩模包括富硅第二聚 合物上層和富碳第一聚合物底層。在使用等離子體的后續(xù)蝕刻過(guò)程期 間，利用富硅第二聚合物上層作為硬掩模來(lái)蝕刻富碳第一聚合物層。富 碳第一聚合物層用作底部硬掩模。
當(dāng)蝕刻該第二聚合物層時(shí)，在側(cè)壁上具有高集成的、控制聚合物的 器件是成問(wèn)題^?？赡軙?huì)產(chǎn)生與彎曲現(xiàn)象(bowingevent)有關(guān)的缺陷。此 外，當(dāng)蝕刻第一聚合物層時(shí)，第二聚合物層可能會(huì)受到蝕刻氣體的損害， 從而產(chǎn)生具有所不希望形式的圖案。
圖1A和圖IB圖示說(shuō)明圖案變形的缺陷的顯微圖。圖1A圖示說(shuō)明 具有大約80nm圖案尺寸的圖案的顯微圖，圖IB圖示說(shuō)明具有大約 60nm圖案尺寸的圖案的顯微圖。在圖1A和圖1B中，在利用第二聚合 物層作為硬掩模來(lái)蝕刻第 一聚合物層的過(guò)程中應(yīng)用基本相同的條件。由 于圖案尺寸減少，第一聚合物硬掩模可表現(xiàn)出實(shí)質(zhì)的圖案變形，如附圖 標(biāo)記"A"所示。本發(fā)明提出一種當(dāng)使用不同類型的聚合物硬掩模來(lái)形 成大約60nm的精細(xì)圖案時(shí)用以減少圖案變形的蝕刻處理。
圖2A~2D圖示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案在半導(dǎo)體器件中制造精 細(xì)圖案的方法的截面圖。
參考圖2A，在襯底21上形成蝕刻目標(biāo)層22。該蝕刻目標(biāo)層22可 包括半導(dǎo)體性層，例如導(dǎo)電層、絕緣層或硅層.利用SOC法在蝕刻目 標(biāo)層22上順序形成富碳第一聚合物層23和富硅第二聚合物層24。硅氧 烷或者倍半硅氧烷(SSQ)可形成第二聚合物層24，第二聚合物層24 可具有約20% ~約45%的硅含量。在部分第二聚合物層24上形成光刻 膠圖案25。
參考圖2B，利用光刻膠圖案25作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻第二聚合物層 24,以形成第二聚合物硬掩模24A。利用氟基氣體如包括四氟曱烷(CF4) 氣體的蝕刻氣體來(lái)蝕刻第二聚合物層24。例如，可使用蝕刻氣體如CF4、 CF4/三氟曱烷(CHF3)以及CFV氧(02)來(lái)蝕刻第二聚合物層24。
當(dāng)蝕刻第二聚合物層24時(shí)，氟基氣體用作主要的蝕刻氣體。CHF3 和02可用于控制臨界尺寸。當(dāng)蝕刻第二聚合物層24時(shí)，襯底溫度保持
在約-iox: 約30x:。在前述溫度下實(shí)施蝕刻可減少圖案變形。在蝕刻
笫二聚合物層24之后，可除去全部或部分的光刻膠圖案25。此后，已 蝕刻的第二聚合物層24被稱為第二聚合物硬掩模24A。
參考圖2C,利用第二聚合物硬掩模24A作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻第一 聚合物層23。利用蝕刻氣體如氮(N2 )/氫(H2 )或N;j/H2/—氧化碳(CO ) 來(lái)蝕刻第一聚合物層23。
通常，當(dāng)蝕刻第一聚合物層時(shí)，使用&/02或]\2/112氣體。當(dāng)只使 用]\2/02氣體進(jìn)行蝕刻時(shí)，控制第二聚合物硬掩模24A的側(cè)壁上的聚合
物可能是困難的。因此，可能會(huì)產(chǎn)生與彎曲現(xiàn)象有關(guān)的缺陷。當(dāng)只使用
N2/H2氣體進(jìn)行蝕刻時(shí)，第一聚合物層23的蝕刻速度可能緩慢。當(dāng)蝕刻 第一聚合物層23時(shí)，蝕刻第一聚合物層23時(shí)所用的蝕刻氣體也蝕刻第 二聚合物硬掩模24A,因此當(dāng)使底層進(jìn)行圖案化時(shí)產(chǎn)生圖案變形。
在該實(shí)施方案中，當(dāng)蝕刻第一聚合物層23時(shí)，可使用不包括02的 ]\2氾2或N2/H2/CO氣體來(lái)蝕刻笫一聚合物層23,以減少圖案變形。使 用前述的蝕刻氣體來(lái)蝕刻第一聚合物層23可保持所需的線寬度而無(wú)圖 案變形。
在]\2/112或N2/H2/CO氣體中，]\2對(duì)112的比率可以約為1:2.5。這 樣的比率可減少圖案變形并控制臨界尺寸。
當(dāng)蝕刻第一聚合物層23時(shí)，襯底溫度保持為約-10"C 30X:。在前 述溫度下實(shí)施蝕刻可減少圖案變形。此后，已蝕刻的第一聚合物層23 被稱為第 一聚合物硬掩模23A。
參考圖2D,利用第二聚合物硬掩模24A和第一聚合物硬掩模23A 作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻蝕刻目標(biāo)層22，以形成蝕刻目標(biāo)圖案22A。
圖3圖示說(shuō)明在應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施方案后的所得結(jié)果的顯微圖。當(dāng) 利用第二聚合物硬掩模來(lái)蝕刻第一聚合物層時(shí)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)圖案變形的精 細(xì)圖案。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，利用富碳第 一聚合物層和富硅第二聚合物 層作為硬掩模以蝕刻所述蝕刻目標(biāo)層，可改善在具有大的高度差的區(qū)域 上的階梯覆蓋特性。
當(dāng)使用第二聚合物硬掩模作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻第 一聚合物層時(shí)，可 使用]\2/112或N2/H2/CO氣體(不包括02)作為主要的蝕刻氣體。在蝕 刻第一聚合物層時(shí)，使用這樣的氣體可減少第二聚合物硬掩模的蝕刻損 失。因此，可減少第二聚合物硬掩模和第一聚合物硬掩模的圖案變形， 并可形成具有精細(xì)線寬度大約60nm的圖案。
盡管已關(guān)于具體實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但是在不背離所附權(quán) 利要求中所限定的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可進(jìn)行各種變化和 修改，il^本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體器件中形成精細(xì)圖案的方法，所述方法包括在蝕刻目標(biāo)層上形成第一聚合物層；在所述第一聚合物層上形成第二聚合物層；在第一襯底溫度下使所述第二聚合物層圖案化；在第二襯底溫度下蝕刻所述第一聚合物層，其中使用不包括氧(O2)的第一蝕刻氣體來(lái)蝕刻所述第一聚合物層，利用所述已圖案化的第二聚合物層作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻所述第一聚合物層；和利用所述已蝕刻的第一聚合物層和所述已圖案化的第二聚合物層作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻所述蝕刻目標(biāo)層。
2. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第一和第二襯底溫度各為約-10C 約301C。
3. 權(quán)利要求1所述的方法，其中使用包括ll^氣體的第二蝕刻氣體來(lái)使所 述第二聚合物層圖案化。
4. 權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第二蝕刻氣體包含四氟曱烷(CF4)、 CF4/三氟曱烷(CHF3)、 CF4/02或它們的組合。
5. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第一蝕刻氣體包含氮(N2)/氫(H2) 蝕刻氣體、&朋2/—氧化碳(CO)蝕刻氣體、或二者。
6. 權(quán)利要求5所述的方法，其中在所述]\2/112蝕刻氣體或所述]\2/112/<:0 蝕刻氣體中N2對(duì)H2的比率約為1:2.5'
7. 權(quán)利要求1所述的方法，其中利用旋涂(SOC)法形成所述第一聚合 物層和所述第二聚合物層。
8. 權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第二聚合物層包含富硅聚合物層。
9. 權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第二聚合物層包含硅氧烷或倍半硅 氧烷(SSQ )。
10. 權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第二聚合物層具有約20% ~約45% 的硅含量。
11. 權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一聚合物層包含富碳聚合物層。
12. —種在半導(dǎo)體器件中形成精細(xì)圖案的方法，所述方法包括:在襯底上形成蝕刻目標(biāo)層； 在所述蝕刻目標(biāo)層上形成第一聚合物層，所述第一聚合物層包括富碳聚合物層；在所述第 一聚合物層上形成第二聚合物層； 在部分所述第二聚合物層上形成光刻膠圖案； 利用所述光刻膠圖案作為蝕刻掩模，在第一襯底溫度下蝕刻所述第二 聚合物層；使用不包括氧(02)的第一蝕刻氣體，在第二襯底溫度下蝕刻所述第 一聚合物層；和利用所述已蝕刻的第 一聚合物層和所述已蝕刻的第二聚合物層作為蝕 刻掩模來(lái)蝕刻所述蝕刻目標(biāo)層。
13. 權(quán)利要求12所述的方法，其中所述第一和第二襯底溫度各為約-10 1C-約30"C。
14. 權(quán)利要求12所述的方法，其中使用包括iJ^氣體的第二蝕刻氣體對(duì) 所述第二聚合物層進(jìn)行蝕刻。
15. 權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第二蝕刻氣體包含四氟甲烷(CF4 )、 CF4/三氟曱烷(CHF3)、 CF4/02或它們的組合。
16. 權(quán)利要求12所述的方法，其中所述第一蝕刻氣體包含氮(N2)/氫(H2) 蝕刻氣體、N2/H2/—氧化碳(CO)蝕刻氣體、或二者。
17. 權(quán)利要求16所述的方法，其中在所述N2/H2蝕刻氣體或所述N2/H2/CO 蝕刻氣體中N2對(duì)H2的比率約為1:2.5。
18. 權(quán)利要求12所述的方法，其中利用所述蝕刻第二聚合物層作為蝕刻 掩模對(duì)所述第 一聚合物層進(jìn)行蝕刻。
19. 權(quán)利要求12所述的方法,其中所述第二聚合物層包含富硅聚合物層。
20. 權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第二聚合物層包含硅氧烷或倍半 珪氧烷(SSQ )。
21. 權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第二聚合物層具有約20% ~約45% 的硅含量。
全文摘要
一種制造半導(dǎo)體器件中的精細(xì)圖案的方法，該方法包括在蝕刻目標(biāo)層上形成第一聚合物層和第二聚合物層。以第一襯底溫度圖案化第二聚合物層。使用不包括氧(O₂)的蝕刻氣體以第二襯底溫度蝕刻該第一聚合物層。使用已圖案化的第二聚合物層作為蝕刻掩模蝕刻第一聚合物層。然后使用已蝕刻的第一聚合物層和已蝕刻的第二聚合物層作為蝕刻掩模蝕刻該蝕刻目標(biāo)層。
文檔編號(hào)H01L21/027GK101097843SQ200710123040
公開(kāi)日2008年1月2日 申請(qǐng)日期2007年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者李圣權(quán), 李在煐 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司