專(zhuān)利名稱(chēng)：形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來(lái)說(shuō)涉及一種形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方法。
技術(shù)背景隨著諸如計(jì)算機(jī)等信息媒體的普及，半導(dǎo)體器件技術(shù)已經(jīng)得到快 速發(fā)展。要求半導(dǎo)體器件高速操作且具有高存儲(chǔ)容量。因此，需要半 導(dǎo)體器件的制造技術(shù)能夠制造出具有改進(jìn)的集成度、可靠性及數(shù)據(jù)存 取特性的高容量存儲(chǔ)器件。為改進(jìn)器件的集成度，已開(kāi)發(fā)出光刻技術(shù)以形成精細(xì)圖案。光刻技術(shù)包括使用諸如ArF (193nm)和VUV (157nm)等化學(xué)增幅深紫 外線(Deep Ultra Violet, DUV)光源的曝光技術(shù)、以及用于顯影適于曝 光光源的光阻材料的技術(shù)。隨著半導(dǎo)體器件變小，在光刻技術(shù)中控制圖案線寬的臨界尺寸是 重要的。通常來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體器件的處理速度依賴(lài)于圖案線寬的臨界尺 寸。舉例而言，當(dāng)圖案線寬減小時(shí)，處理速度增加，從而改進(jìn)器件性 能。然而，在使用具有小于1.2的普通數(shù)值孔徑的ArF曝光器的光刻 工序中，借助于單次曝光方法來(lái)形成小于40nm的線距(L/S)圖案是 困難的。即使使用具有高折射率流體材料的高數(shù)值孔徑的曝光器，也 不可能形成小于30 nm的L/S圖案。當(dāng)使用諸如遠(yuǎn)紫外線(extreme ultra violet,EUV) (32nm)等曝光光源以形成小于30nm的圖案時(shí)，需要 開(kāi)發(fā)出適于該曝光光源的曝光器及光阻，由此增加了制造成本。為改進(jìn)光刻技術(shù)的分辨率且擴(kuò)展工序裕量，已開(kāi)發(fā)出雙重圖案化 技術(shù)。該雙重圖案化技術(shù)包括多個(gè)工序，從而分別借助于兩個(gè)掩模來(lái) 使涂覆有光阻的晶片曝光，接著進(jìn)行顯影，由此獲得復(fù)雜圖案、密集 圖案或隔離圖案。由于雙重圖案化技術(shù)使用兩個(gè)掩模進(jìn)行圖案化，因此制造成本及 周轉(zhuǎn)時(shí)間高(長(zhǎng))于使用單個(gè)掩模的單次圖案化技術(shù)的制造成本及周 轉(zhuǎn)時(shí)間，從而使產(chǎn)量降低。當(dāng)在單元區(qū)域中形成間距小于曝光器分辨 率極限的圖案時(shí)，曝光的圖像發(fā)生重疊。因此，雙重圖案化技術(shù)不能 獲得所需的圖案。在對(duì)準(zhǔn)時(shí)，覆蓋物發(fā)生對(duì)準(zhǔn)不良。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的各種實(shí)施例旨在提供一種形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方法，所述方法包括在旋涂碳層(spin-on carbon layer)上形成抗反射 涂層圖案；在所述抗反射涂層圖案之間形成光阻圖案；以及使用所述 抗反射涂層圖案及所述光阻圖案作為蝕刻掩模來(lái)圖案化所述旋涂碳 層，從而使用雙重圖案化方法來(lái)簡(jiǎn)化處理步驟。優(yōu)選地，所述抗反射 涂層的組成物包含含硅聚合物，且光阻的組成物包含含硅聚合物。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例， 一種形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方 法包括在半導(dǎo)體基板的底層上形成旋涂碳層。在所述旋涂碳層上形成 包含含硅聚合物的抗反射涂層膜。在所述抗反射涂層膜上形成第一光 阻圖案。將所述第一光阻圖案作為蝕刻掩模來(lái)選擇性地蝕刻所述抗反 射涂層膜，直至所述旋涂碳層被選擇性地露出為止，以形成抗反射涂 層圖案。在所述抗反射涂層圖案及露出的旋涂碳層上形成包含含硅聚 合物的第二光阻膜。選擇性地圖案化所述第二光阻膜，以在所述抗反 射涂層圖案之間形成第二光阻圖案的元件。將所述抗反射涂層圖案及 所述第二光阻圖案作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻所述旋涂碳層。所述方法還可 以包括在涂覆所述第二光阻膜之前移除所述第一光阻圖案。所述旋涂碳層可充當(dāng)在具有階梯差的區(qū)域中形成的平面化膜、抗 反射膜及與下部材料之間具有蝕刻選擇性的掩模薄膜。所述旋涂碳層優(yōu)選包括富含碳的聚合物，在所述富含碳的聚合物中，碳元素的含量 優(yōu)選地占聚合物總分子量的85 wt。/。至90 wt%。可借助于旋涂方法來(lái)涂 覆所述旋涂碳層。所述抗反射涂層膜優(yōu)選包含含硅聚合物，在所述含硅聚合物中， 硅元素的含量占聚合物總重量的30 wt。/。至80 wt%，優(yōu)選占15 wt。/。至45 wt%，所述膜還包含有機(jī)溶劑及諸如熱致酸產(chǎn)生劑與光致酸產(chǎn)生劑等添加劑。所述含硅聚合物優(yōu)選包含包括-Si-O-單元的化合物。具體地說(shuō)，所述含硅聚合物優(yōu)選地選自如下群組，所述群組包括硅氧烷化合物， 包括羥基苯基烷基、烷基和苯基中至少之一作為取代基的倍半氧硅烷 化合物，及其組合。有機(jī)溶劑優(yōu)選地選自如下群組，所述群組包括 3-乙氧基丙酸乙酯、3-甲氧基丙酸甲酯、環(huán)己酮、丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA) 、 2-庚酮、乳酸乙酯、乙酰丙酮及其組合。以100重量份 的含硅聚合物計(jì)，有機(jī)溶劑的含量?jī)?yōu)選在約500重量份至10000重量 份的范圍內(nèi)。以100重量份的含硅聚合物計(jì)，添加劑的含量?jī)?yōu)選在約 0.1重量份至IO重量份的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，優(yōu)選使用普通化學(xué)增幅光阻組成物借助于光刻工序來(lái)形 成所述第一光阻圖案。所述化學(xué)增幅光阻組成物優(yōu)選包括光致酸產(chǎn)生 劑、有機(jī)溶劑及作為基礎(chǔ)樹(shù)脂的化學(xué)增幅光阻聚合物?；瘜W(xué)增幅光阻 聚合物優(yōu)選選自如下群組，所述群組包括ROMA類(lèi)型(順丁烯二酸 酐單元的開(kāi)環(huán)聚合物)聚合物，其包含取代的順丁烯二酸酐作為聚合 重復(fù)單元；COMA類(lèi)型(環(huán)烯烴/順丁烯二酸酐)聚合物，其包含環(huán)烯 烴、順丁烯二酸酐、甲基丙烯酸酯及丙烯酸酯作為聚合重復(fù)單元；以 及包含以上各物的組合的混合類(lèi)型聚合物。優(yōu)選使用包含CF4、 CHF3、 02及Ar的氣體源借助于蝕刻工序來(lái) 執(zhí)行用于形成所述抗反射涂層圖案的工序。優(yōu)選使用稀釋劑來(lái)移除所述第一光阻膜以防止損耗下部含硅層。優(yōu)選在所述第二光阻膜上執(zhí)行曝光及顯影工序，以在所述抗反射 涂層圖案之間形成第二光阻圖案。此處，第二光阻膜的厚度c優(yōu)選等 于或大于所述抗反射涂層圖案的厚度。此外，所述第二光阻膜的厚度c 優(yōu)選等于或小于所述第一光阻膜的厚度(a《c《b)。所述第二光阻膜優(yōu)選包含含硅聚合物，其中硅元素的含量?jī)?yōu)選 占聚合物總重量的30 wt。/。至80 wt%，更優(yōu)選占15 wt。/。至45 wt%;有 機(jī)溶劑及光致酸產(chǎn)生劑。所述含硅聚合物優(yōu)選包含化學(xué)式1表示的聚 合重復(fù)單元。化學(xué)式1其中R為氫或甲基；Ri為直鏈或支鏈C2-do亞垸基；R2、 R3及R4各自獨(dú)立地為Q-C3垸氧基；Rs為OH或H或d-do垸基或酸不穩(wěn) 定性保護(hù)基；且重復(fù)單元數(shù)目a:b:c的相對(duì)比值為(0.3-l):(l-3): 1。有機(jī)溶劑優(yōu)選選自以下群組，所述群組包括3-乙氧基丙酸乙酯、 3-甲氧基丙酸甲酯、環(huán)己酮、丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA) 、 2-庚酮、 乳酸乙酯、乙酰丙酮及其組合。以100重量份的含硅聚合物計(jì)，有機(jī) 溶劑的含量?jī)?yōu)選在約500重量份至10000重量份的范圍內(nèi)。以100重 量份的含硅聚合物計(jì)，光致酸產(chǎn)生劑的含量?jī)?yōu)選在約0.1重量份至10 重量份的范圍內(nèi)。優(yōu)選使用氣體源借助于蝕刻工序來(lái)執(zhí)行用于形成旋涂碳圖案的工序，所述氣體源包含02與N2，或02與H2。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述方法使用可借助于簡(jiǎn)單旋涂工序 形成的旋涂碳層以替代非晶碳層，以便簡(jiǎn)化處理步驟，從而減少了周 轉(zhuǎn)時(shí)間。不管旋涂碳層的厚度如何，所述旋涂碳層對(duì)633 nm波長(zhǎng)的吸 收率為"0"，并且在蝕刻工序中相對(duì)于下層具有極佳的抗蝕性。此外， 由于旋涂碳層具有極佳的階梯覆蓋性，故可在具有階梯差的區(qū)域中形 成平面化旋涂碳層。第二光阻圖案及抗反射涂層圖案中所包括的含硅聚合物的硅元素 優(yōu)選與蝕刻工序中作為蝕刻氣體的氧氣發(fā)生反應(yīng)，由此交聯(lián)聚合物。 因此，抗反射涂層圖案及光阻圖案具有與傳統(tǒng)多掩模薄膜相同的蝕刻選擇性，以使得可在執(zhí)行隨后的蝕刻工序時(shí)作為用于拋光旋涂碳層的 掩模。此外，所述方法可減少沉積工序及多掩模圖案的厚度，由此減少 處理步驟的數(shù)目及復(fù)雜性以及制造成本。


圖1為示出傳統(tǒng)正型雙重圖案化方法的示意圖。圖2為示出傳統(tǒng)負(fù)型雙重圖案化方法的示意圖。 圖3為示出傳統(tǒng)正型間隙壁圖案化方法的示意圖。 圖4為示出傳統(tǒng)負(fù)型間隙壁圖案化方法的示意圖。 圖5a至圖5e為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種形成半導(dǎo)體器件精 細(xì)圖案的方法的示意圖。
具體實(shí)施方式
為了防止重疊和對(duì)準(zhǔn)不良，研發(fā)出了兩種方法i)雙重曝光蝕刻 技術(shù)(DEET)和ii)間隙壁圖案化技術(shù)(SPT)，這兩種方法已經(jīng)用 于半導(dǎo)體器件的制造過(guò)程中。DEET包括形成線寬為所需圖案線寬兩倍的第一圖案，并且在第 一圖案之間形成具有相同線寬的第二圖案。更具體地說(shuō)，DEET包括a) 正型方法和b)負(fù)型方法。如圖1中所示，在正型方法中，在半導(dǎo)體基板1上形成底層3、 第一掩模薄膜5、第二掩模薄膜7和第一正光阻圖案8。利用第一正光 阻圖案8作為蝕刻阻擋掩模形成第二掩模圖案7-l。在第二掩模圖案7-l 的元件之間形成第二正光阻圖案9。利用第二掩模圖案7-1和第二正光 阻圖案9作為蝕刻阻擋掩模形成第一掩模圖案5-1。如圖2中所示。在負(fù)型方法中，在半導(dǎo)體基板21上形成底層23、 第一掩模薄膜25、第二掩模薄膜27和第一負(fù)光阻圖案28。利用第一 負(fù)光阻圖案28作為蝕刻阻擋掩模形成第二掩模圖案27-1。在第二掩模 圖案27-1和第一掩模薄膜25上形成第二負(fù)光阻圖案29。利用第二負(fù) 光阻圖案29作為蝕刻阻擋掩模蝕刻第二掩模圖案27-1，以形成修改的第二掩模圖案27-2。利用修改的第二掩模圖案27-2作為蝕刻阻擋掩模 蝕刻第一掩模薄膜25，以形成第一掩模圖案25-l。因?yàn)镈EET使用兩種掩模，所以可以形成具有所需節(jié)距大小的圖 案。然而，該方法步驟復(fù)雜，且制造成本增加。而且，當(dāng)形成第二光 阻圖案時(shí)，由于圖案覆蓋不準(zhǔn)確而發(fā)生對(duì)準(zhǔn)不良。此外，在DEET中， 難以在蝕刻工序中確保諸如光阻圖案等掩模圖案相對(duì)于下層的蝕刻選 擇性。SPT為一種自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，其借助于執(zhí)行在單元區(qū)中形成圖案的掩 模工序來(lái)防止對(duì)準(zhǔn)不良。SPT包括a)正型方法和b)負(fù)型方法。如圖3中所示，在正型方法中，在半導(dǎo)體基板31上形成底層33、 第一掩模薄膜35、第二掩模薄膜37和第一光阻圖案38。利用第一光 阻圖案38作為蝕刻阻擋掩模形成第二掩模圖案37-1。利用第二掩模圖 案37-1元件的側(cè)壁處的元件形成間隙壁圖案39。利用間隙壁圖案39 作為蝕刻阻擋掩模形成第一掩模圖案35-1。如圖4中所示，負(fù)型方法包括在半導(dǎo)體基板41上形成底層43、 第一掩模薄膜45、第二掩模薄膜47和第一光阻圖案48。利用第一光 阻圖案48作為蝕刻阻擋掩模形成第二掩模圖案47-1。利用第二掩模圖 案47-l元件的側(cè)壁處的元件形成間隙壁圖案49。在所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)上涂 布旋涂玻璃薄膜50或抗反射薄膜。執(zhí)行CMP或回蝕工序(未顯示) 以露出第二掩模圖案47-1。移除間隙壁，并且利用得到的第二掩模圖 案47-1作為蝕刻阻擋掩模形成第一掩模圖案45-1。為了在中心和邊緣部分中形成圖案或者隔離微小單元塊區(qū)域 (mini cell block region )的圖案部分，SPT需要額外的掩模工序。結(jié)果， 該方法步驟復(fù)雜。另外，在形成間隙壁時(shí)難以調(diào)整圖案的線寬，因此 圖案線寬的均勻性降低。圖5a至圖5e為示出利用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雙重圖案化方法來(lái) 形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方法的截面圖。參考圖5a，在半導(dǎo)體基板的底層121上形成旋涂碳層122，使該 旋涂碳層122的厚度優(yōu)選在約1000 A至約2000 A的范圍內(nèi)，更優(yōu)選 地為1500 A。可使用任何合適的底層。優(yōu)選地，底層優(yōu)選可包括氮化硅(SiN) 膜、氧化硅(Si02)膜、多晶硅層或金屬層。優(yōu)選地，底層為包括柵極 氧化物膜/多晶硅層/鎢層/氮化物膜的柵電極。旋涂碳層包括富含碳的聚合物，在該富含碳的聚合物中，碳元素 的含量?jī)?yōu)選地占聚合物總分子量的85 wt% (重量百分比，下同)至90 wt%?？山柚诤?jiǎn)單的旋涂方法來(lái)涂覆旋涂碳層。在該實(shí)施例中，使用 SHN18 (由Nissan Chemical Co.生產(chǎn))?？山柚诤?jiǎn)單的旋涂工序形成旋涂碳層，而不是非晶碳層，從而 簡(jiǎn)化處理步驟。旋涂碳層充當(dāng)在具有階梯差的區(qū)域中形成的平面化膜、 抗反射膜及在下部材料與被蝕刻層之間具有蝕刻選擇性的掩模薄膜。通常來(lái)說(shuō)，當(dāng)在高溫下沉積非晶碳層時(shí)，其吸收633 nm的波長(zhǎng)。 因此，當(dāng)圖案各自形成為具有超過(guò)3000 A的厚度以獲得蝕刻選擇性時(shí)， 不可能對(duì)準(zhǔn)圖案。另一方面，當(dāng)在低溫下沉積非晶碳層時(shí)，該層形成 為具有超過(guò)6000 A的厚度，從而使得抗蝕性較低。然而，不管旋涂碳 層的厚度如何，旋涂碳層對(duì)633 nm波長(zhǎng)的吸收率為"0"，并且在蝕 刻工序中相對(duì)于下層具有極佳的抗蝕性。當(dāng)在具有階梯差的區(qū)域中形成平面化膜時(shí)，非晶碳層具有較低的階梯覆蓋性，使得非晶碳層在隨后的02灰化處理中部分剝落。然而， 旋涂碳層由于其極佳的階梯覆蓋性而不在隨后的灰化處理中剝落。將包含含硅聚合物的抗反射涂層組成物涂覆在旋涂碳層122上， 接著優(yōu)選在約20(TC至25CrC范圍內(nèi)的溫度下烘烤持續(xù)約90秒，以形 成抗反射涂層膜124。抗反射涂層膜124具有在約500 A至約1000 A 范圍內(nèi)的厚度a?？狗瓷渫繉幽?yōu)選包含含硅聚合物，在該含硅聚合物中，硅元素 的含量占聚合物總重量的30 wt。/。至80 wt%，優(yōu)選占15 wt。/。至45 wt%， 該膜還包含有機(jī)溶劑及諸如熱致酸產(chǎn)生劑與光致酸產(chǎn)生劑等添加劑。 含硅聚合物優(yōu)選包含包括-Si-O-單元的化合物。具體地說(shuō)，含硅聚合物優(yōu)選地選自如下群組，該群組包括硅氧烷化合物，包括羥基苯基垸基、垸基或苯基作為取代基的倍半氧硅垸化合物，及其組合。在所披露的實(shí)施例中，示例性地使用NCH0987N (由Nissan Chemical Co.生產(chǎn))、HM21 (由TOK Co.生產(chǎn))及ODL系列(由Shinetsu Co.生產(chǎn))。有機(jī)溶劑優(yōu)選地選自如下群組，該群組包括3-乙氧基丙酸乙酯、3-甲氧基丙酸甲酯、環(huán)己酮、丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA) 、 2-庚酮、 乳酸乙酯、乙酰丙酮及其組合。以100重量份的含硅聚合物計(jì)，有機(jī) 溶劑的含量?jī)?yōu)選在約500重量份至10000重量份的范圍內(nèi)。以100重 量份的含硅聚合物計(jì)，添加劑的含量?jī)?yōu)選在約0.1重量份至10重量份 的范圍內(nèi)。優(yōu)選借助于光刻工序在抗反射膜124上形成第一光阻圖案126?？墒褂萌魏魏线m類(lèi)型的第一光阻圖案，且優(yōu)選使用普通化學(xué)增幅 光阻組成物借助于光刻工序形成第一光阻圖案。在下列文獻(xiàn)中披露了 合適的化學(xué)增幅光阻組成物美國(guó)專(zhuān)利No.5，750，680 ( 1998年5月12 日)、No.6,051,678 (2000年4月18日)、No.6,132，926 (2000年10 月17日)、No.6,143,463 (2000年11月7曰)、No.6，150,069 (2000 年11月21日)、No.6,180，316 Bl (2001年1月30日)、No.6，225，020 Bl (2001年5月1日)、No.6,235,448 Bl (2001年5月22日)及 No.6，235，447 Bl (2001年5月22日)，上述專(zhuān)利披露的全部?jī)?nèi)容以引 用方式并入本文中。具體地說(shuō)，化學(xué)增幅光阻組成物優(yōu)選包含光致酸 產(chǎn)生劑、有機(jī)溶劑及作為基礎(chǔ)樹(shù)脂的化學(xué)增幅光阻聚合物，化學(xué)增幅 光阻聚合物優(yōu)選包含選自如下群組的聚合物，該群組包括ROMA類(lèi) 型聚合物，其包含取代的順丁烯二酸酐作為聚合重復(fù)單元；COMA類(lèi) 型聚合物，其包含環(huán)烯烴、順丁烯二酸酐、甲基丙烯酸酯及丙烯酸酯 作為聚合重復(fù)單元；以及包含以上各物的組合的混合類(lèi)型聚合物。第 一光阻圖案126優(yōu)選具有在約1200 A至約3000 A范圍內(nèi)的厚度b。在所披露的實(shí)施例中，將AIM5076(由Japan Synthetic Rubber (JSR) Co.生產(chǎn))涂覆在抗反射涂層膜124上，并且曝光并顯影以形成1500 A 的第一光阻圖案126。示例性地借助于1700i ArF浸沒(méi)式掃描儀(由 ASML Holding Co.生產(chǎn))執(zhí)行曝光工序。優(yōu)選借助于KrF或EUV以 及ArF作為曝光源來(lái)執(zhí)行曝光工序。參考圖5b，通過(guò)將第一光阻圖案126作為蝕刻掩模來(lái)將抗反射膜 124圖案化，從而形成抗反射圖案124-1。優(yōu)選的是，借助于在FLEX蝕刻室(由Lam Co.生產(chǎn))中在壓力 (160mT)及功率(150W)條件下使用包含CF4 (90 sccm) 、 CHF3 (30sccm) 、 02 (llsccm)及Ar (600 sccm)的氣體源進(jìn)行的蝕刻工 序來(lái)執(zhí)行圖案化工序。在圖案化工序中，首先注入氧等離子氣體以在下部抗反射膜上形 成Si02膜，由此增加抗反射膜相對(duì)于第一光阻圖案的蝕刻選擇性。優(yōu)選借助于稀釋劑來(lái)移除第一光阻圖案126，以防止損耗下部旋 涂碳層122。當(dāng)借助于灰化工序來(lái)移除第一光阻膜時(shí)，可能損壞下部旋 涂碳層122的表面。參考圖5c，將第二光阻組成物涂覆在露出的旋涂碳層及抗反射涂 層圖案124-1上，接著優(yōu)選在約12(TC至約18(TC范圍內(nèi)的溫度下烘烤 持續(xù)約90秒，以形成第二光阻膜128。第二光阻膜128優(yōu)選具有在約 500 A至約1500 A范圍內(nèi)，更優(yōu)選為lOOOA的厚度c。 '第二光阻膜128的厚度c優(yōu)選等于或大于抗反射涂層圖案124-1 的厚度。此外，第二光阻膜128的厚度c優(yōu)選等于或小于第一光阻膜 圖案126的厚度(a《c《b)。第二光阻膜128的組成物優(yōu)選包含含硅聚合物，其中硅元素的 含量?jī)?yōu)選占聚合物總重量的30 wt。/。至80 wt%，更優(yōu)選占15 wt。/。至45 wt%;光致酸產(chǎn)生劑及有機(jī)溶劑?？墒褂萌魏魏线m的含硅聚合物。舉例 而言，可使用韓國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)案No.l0-2005-002384 、美國(guó)專(zhuān)利 No.6,541,077 (2003年4月1日)及No.7，144,968 (2006年12月5曰) 中所披露的含硅聚合物，這些專(zhuān)利所披露的內(nèi)容以引用方式并入本文 中。優(yōu)選地，含硅聚合物包括化學(xué)式1所示的聚合重復(fù)單元。在該實(shí) 施例中，使用SHB-A629 (由Shinetsu Co.生產(chǎn))或SAX-100K (由JSR Co.生產(chǎn))。化學(xué)式1其中，R為氫或甲基；R,為直鏈或支鏈C2-Qo亞垸基(alkylene); R2、 R3及R4各自獨(dú)立地為CVC3烷氧基；Rs為OH或H或d-CK)垸基 或酸不穩(wěn)定性保護(hù)基；且重復(fù)單元數(shù)目a : b : c的相對(duì)比值為(0.3-l): (1-3): 1。有機(jī)溶劑優(yōu)選選自以下群組，該群組包括3-乙氧基丙酸乙酯、3-甲氧基丙酸甲酯、環(huán)己酮、丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA) 、 2-庚酮、 乳酸乙酯、乙酰丙酮及其組合。以100重量份的含硅聚合物計(jì)，有機(jī) 溶劑的含量?jī)?yōu)選在約500重量份至10000重量份的范圍內(nèi)。以100重 量份的含硅聚合物計(jì)，光致酸產(chǎn)生劑的含量?jī)?yōu)選在約0.1重量份至10 重量份的范圍內(nèi)。借助于曝光掩模130將第二光阻膜128曝光并顯影。因此，形成 具有在抗反射涂層圖案124-1之間的元件的第二光阻圖案128-1，如圖 5d所示。優(yōu)選借助于1700iArF浸沒(méi)式掃描儀(由ASML Holding Co.生產(chǎn)) 執(zhí)行曝光工序。優(yōu)選借助于2.38 wt。/。氫氧化四甲銨(TMAH)水性溶 液來(lái)執(zhí)行顯影工序?？山柚贙rF或EUV以及ArF來(lái)執(zhí)行曝光工序。在用以形成第二光阻圖案128-1的曝光工序中，包括含硅聚合物 的抗反射圖案124-1未曝光，因此在顯影工序之后仍保持初始圖案形 狀。參考圖5e，借助于第二光阻圖案128-1及抗反射圖案124-1來(lái)圖 案化旋涂碳層122，以形成旋涂碳層圖案122-1。優(yōu)選在FLEX蝕刻室(由Lam Co.生產(chǎn))中在壓力(160 mT)及功率(150 W)條件下借助于流量比為02 :N2=1 : 1至3 :2或02 :H2 = 5 : 2的等離子蝕刻氣體來(lái)執(zhí)行圖案化工序。包含在第二光阻圖案及抗反射涂層圖案中的含硅聚合物的硅元素 與在蝕刻工序中作為蝕刻氣體的氧氣發(fā)生反應(yīng)，由此交聯(lián)聚合物。因 此，第二光阻圖案及抗反射涂層圖案具有蝕刻選擇性，以使得可在執(zhí) 行蝕刻工序時(shí)作為用于拋光下層的掩模。在圖案化工序中，用作蝕刻掩模的包括含硅聚合物的抗反射圖案 124-1及第二光阻圖案128-1充當(dāng)作為蝕刻掩模的傳統(tǒng)掩模薄膜，從而 獲得均一圖案構(gòu)型。另外提供了一種根據(jù)該方法來(lái)制造的半導(dǎo)體器件。如上所述，根據(jù)本發(fā)明所披露的實(shí)施例， 一種用于形成半導(dǎo)體器 件的精細(xì)圖案的方法包括形成包含含硅聚合物的抗反射涂層圖案及 第二光阻圖案，而不是在底層上形成多掩模薄膜。抗反射涂層圖案及 光阻圖案具有與傳統(tǒng)多掩模薄膜相同的蝕刻選擇性比。因此，該方法 簡(jiǎn)化了處理步驟且降低了制造成本。此外，可使用具有類(lèi)似結(jié)構(gòu)的兩種圖案作為在光刻工序中轉(zhuǎn)印電 路圖像以獲得均一圖案構(gòu)型的圖案。此外，本發(fā)明提供一種借助于該 形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方法制造的半導(dǎo)體器件。本發(fā)明的上述實(shí)施例是示例性而非限制性的。各種不同的替代 物和等同物都是可行的。本發(fā)明并不受限于本文中所描述的光刻步 驟。本發(fā)明也不限于任何特定類(lèi)型的半導(dǎo)體器件。例如，本發(fā)明可應(yīng) 用于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)(DRAM)器件或非易失性存儲(chǔ)器件。鑒于本 發(fā)明的披露內(nèi)容，其它的增添、刪減或修改都是顯而易見(jiàn)的，且包括 在所附權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。本申請(qǐng)要求2007年6月29日提交的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 10-2007-0065126的優(yōu)先權(quán)，該韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用的方式 并入本文。
權(quán)利要求
1.一種形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方法，包括在旋涂碳層上形成抗反射涂層圖案；在所述抗反射涂層圖案之間形成光阻圖案；以及使用所述抗反射涂層圖案及所述光阻圖案作為蝕刻掩模來(lái)圖案化所述旋涂碳層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，包括 在半導(dǎo)體基板的底層上形成旋涂碳層； 在所述旋涂碳層上形成包含含硅聚合物的抗反射膜； 在所述抗反射膜上形成第一光阻圖案；將所述第一光阻圖案作為蝕刻掩模來(lái)選擇性地屈案化所述抗反射 膜，以形成抗反射圖案，從而使所述旋涂碳層露出；在所述抗反射圖案上形成包含含硅聚合物的第二光阻膜；選擇性地圖案化所述第二光阻膜，以在所述抗反射圖案之間形成 第二光阻圖案；以及將所述抗反射圖案及所述第二光阻圖案作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻所述 旋涂碳層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述旋涂碳層包括富含碳的聚合物，在所述富含碳的聚合物中， 碳元素的含量占聚合物總分子量的85wt。/。至90 wt%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述抗反射膜包含含硅聚合物，其中硅元素的含量占聚合物總 重量的30wt。/。至80wt%;有機(jī)溶劑；以及選自熱致酸產(chǎn)生劑和光致酸產(chǎn)生劑所組成的群組的添加劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述含硅聚合物選自如下群組，所述群組包括硅氧烷化合物， 包含羥基苯基烷基、烷基及苯基中的至少之一作為取代基的倍半氧硅 垸化合物，及其組合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述有機(jī)溶劑選自如下群組，所述群組包括3-乙氧基丙酸乙酯、3-甲氧基丙酸甲酯、環(huán)己酮、丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA)、 2-庚酮、乳 酸乙酯、乙酰丙酮及其組合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，以100重量份的含硅聚合物計(jì)，有機(jī)溶劑的含量?jī)?yōu)選在約500重 量份至10000重量份的范圍內(nèi)；以100重量份的含硅聚合物計(jì)，添加 劑的含量?jī)?yōu)選在約0.1重量份至IO重量份的范圍內(nèi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中， 使用化學(xué)增幅光阻組成物來(lái)形成所述第一光阻圖案。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述化學(xué)增幅光阻組成物包含光致酸產(chǎn)生劑、有機(jī)溶劑及作為基 礎(chǔ)樹(shù)脂的化學(xué)增幅光阻聚合物。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，使用包含CF4、 CHF3、 02及Ar的氣體源借助于干性蝕刻工序來(lái) 圖案化所述抗反射膜。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括 在形成所述第二光阻膜之前移除所述第一光阻圖案。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，包括 使用稀釋劑來(lái)移除所述第一光阻圖案。
13. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述第二光阻膜的厚度等于或大于所述抗反射圖案的厚度；且 所述第二光阻膜的厚度等于或小于所述第一光阻圖案的厚度。
14. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述第二光阻膜包含含硅聚合物，其中硅元素的含量占聚合物 總重量的30wt。/。至80wt%;有機(jī)溶劑；以及光致酸產(chǎn)生劑。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述第二光阻膜包含的含硅聚合物包括化學(xué)式1表示的聚合重復(fù)單元化學(xué)式1其中，R為氫或甲基；Ri為直鏈或支鏈C2-do亞烷基；R2、 113及 R4各自獨(dú)立地為Q-C3烷氧基；Rs選自0H、 H、 Q-Cu)垸基及酸不穩(wěn) 定性保護(hù)基所組成的群組；且重復(fù)單元數(shù)目a : b : c的相對(duì)比值為 (0.3-1) :(1國(guó)3):1。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述第二光阻膜包含的有機(jī)溶劑選自以下群組，所述群組包括3-乙氧基丙酸乙酯、3-甲氧基丙酸甲酯、環(huán)己酮、丙二醇甲醚乙酸酯 (PGMEA)、 2-庚酮、乳酸乙酯、乙酰丙酮及其組合。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，對(duì)于所述第二光阻膜，以100重量份的含硅聚合物計(jì)，有機(jī)溶劑 的含量?jī)?yōu)選在約500重量份至10000重量份的范圍內(nèi)；以100重量份 的含硅聚合物計(jì)，光致酸產(chǎn)生劑的含量?jī)?yōu)選在約0.1重量份至10重量 份的范圍內(nèi)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，使用包含02與N2、或02與H2的氣體源借助于蝕刻工序來(lái)蝕刻 所述旋涂碳層。
19. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，借助于ArF、 KrF或EUV光刻工序來(lái)執(zhí)行圖案化所述第二光阻膜 的步驟。
20. —種半導(dǎo)體器件，其包括利用根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法形 成的精細(xì)圖案。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖案的方法，包括在底層上形成旋涂碳層；借助于第一蝕刻掩模圖案來(lái)形成包括含硅聚合物的抗反射圖案；借助于位于所述第一蝕刻掩模圖案的元件之間的第二蝕刻掩模圖案來(lái)形成包括含硅聚合物的光阻圖案；以及借助于所述蝕刻掩模圖案來(lái)蝕刻所述旋涂碳層，以減少處理步驟及制造成本，由此獲得均一的圖案構(gòu)型。
文檔編號(hào)H01L21/027GK101335198SQ20081000043
公開(kāi)日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2008年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日
發(fā)明者卜喆圭, 李基領(lǐng) 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司