專利名稱：精細(xì)圖案化半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及集成電路制造，更具體地，涉及一種精細(xì)圖案化(fine patterning)半導(dǎo)體器4牛的方法。
背景技術(shù)：
期望集成電路(IC)的尺寸隨著技術(shù)的進(jìn)步而不斷按比例縮小。集成電 路常規(guī)地根據(jù)光刻技術(shù)被圖案化。然而，對于實(shí)現(xiàn)在納米范圍內(nèi)的如此較小 的IC尺寸，光刻技術(shù)正達(dá)到極限。
例如，線條分辨率和線條邊緣粗糙度受到光致抗蝕劑材料的聚合物分子 的大尺寸的限制。此外，高且細(xì)的光致抗蝕劑結(jié)構(gòu)易于圖案倒塌。
因此，如圖1A、 1B、 1C、 1D、 1E和1F所示，已經(jīng)出現(xiàn)采用分隔物的 雙圖案化技術(shù)(double patterning technology)以實(shí)現(xiàn)較小的IC尺寸。參照圖 1A,將要被圖案化的目標(biāo)層102形成在半導(dǎo)體村底104上，例如形成在硅襯 底上。具有第一節(jié)距的第一掩^t圖案106在目標(biāo)層102上形成。其后在圖1B 中， 一層分隔物材料108沉積在包括第一掩模圖案106的側(cè)壁和頂表面的^皮 暴露的表面上。
接著，參照圖1C，分隔物材料108被各向異性地蝕刻以由保留在第一 掩^f莫圖案106的側(cè)壁處的分隔物材料108形成分隔物(spacer) 110。其后， 參照圖1D，第二掩模材料112被趁式沉積以填充分隔物110之間的空間。 而且在圖1E中，第二掩模材料112被向下蝕刻直到保留在分隔物IIO之間 的第二掩才莫材料112形成第二掩模圖案114。接著，在圖1F中，分隔物110 被去除使得最終掩模圖案由第一掩模圖案106和第二掩模圖案114形成。這 樣的最終掩膜圖案106和114用于以這樣的節(jié)距使目標(biāo)層102圖案化，該節(jié) 距為單獨(dú)采用第一掩模圖案106的節(jié)距的一半或單獨(dú)采用第二掩模圖案114 的節(jié)距的一半。
參照采用分隔物的反向圖案化技術(shù)(reverse patterning technology)的圖 2，在分隔物110在圖1C中形成后，緊接著，第一掩模圖案106被蝕刻掉從
5而只有分隔物110保留。保留的分隔物110用作用于圖案化目標(biāo)層102的最 終掩模圖案。該最終掩模圖案110具有為第一掩模圖案106的節(jié)距的一半的節(jié)距。
然而，現(xiàn)有技術(shù)的雙圖案化工藝或反向圖案化工藝具有高的制造成本、 長的制造時(shí)間以及在具有高的深寬比的開口中形成空隙(void)。因此， Miyagawa等人的美國專利No.7， 312， 158中公開了使用緩沖層以在形成最 終掩模圖案中實(shí)現(xiàn)較好的節(jié)距。然而，在Miyagawa等人的專利中，圍繞此 緩沖層的材料采用化學(xué)氣相沉積(CVD)來沉積，化學(xué)氣相沉積仍易于在具 有高的深寬比的開口中形成空隙。
因此，期望具有精細(xì)節(jié)距的能防止在具有高的深寬比的開口中形成空隙 的圖案化。

發(fā)明內(nèi)容
在根據(jù)本發(fā)明的集成電路制造期間的圖案化方法中，第 一掩模結(jié)構(gòu)的第 一圖案被形成，緩沖層在第一掩模結(jié)構(gòu)的暴露表面上形成。此外，第二掩模 結(jié)構(gòu)的第二圖案在第一掩模結(jié)構(gòu)的側(cè)壁處的緩沖層之間的凹陷(recess)中 形成。而且，第一掩模結(jié)構(gòu)和第二掩模結(jié)構(gòu)至少之一的每個(gè)通過旋涂各自的 材料形成。
在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，第一掩模結(jié)構(gòu)和第二掩模結(jié)構(gòu)每個(gè)都包括 各自的具有約85到約99重量百分比的碳的高含碳材料。在此情況下，形成 第 一掩模結(jié)構(gòu)的步驟包括如下步驟旋涂有機(jī)化合物材料在半導(dǎo)體襯底上； 以及在從約300。C到約550。C的溫度下加熱有機(jī)化合物材料大約30秒到大約 300秒以形成硬化的有機(jī)化合物層。然后硬化的有機(jī)化合物層被圖案化以形 成第一掩模結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，形成第 一掩模結(jié)構(gòu)的步驟還包括在旋涂有 機(jī)化合物材料的步驟后，在從大約150。C到大約350。C的溫度下加熱有機(jī)化 合物材料大約60秒。在此情況下，硬化的有機(jī)化合物層通過光致抗蝕劑圖 案圖案化以形成第一掩模結(jié)構(gòu)，光致抗蝕劑的第一節(jié)距大于第一掩模結(jié)構(gòu)和 第二掩模結(jié)構(gòu)之間的第二節(jié)距。
在本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例中，第 一掩模結(jié)構(gòu)和第二掩才莫結(jié)構(gòu)具有相同的 寬度，緩沖層的厚度基本上與第一掩模結(jié)構(gòu)和第二掩模結(jié)構(gòu)的寬度相同。在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，硬掩模層沉積在硬化的有機(jī)化合物層上， 光致抗蝕劑圖案在硬掩模層上形成。硬掩模層的被暴露的區(qū)域被蝕刻以形成 硬掩模圖案，硬化的有機(jī)化合物層通過硬掩模圖案圖案化以形成第 一掩模結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，形成第二掩模結(jié)構(gòu)的步驟包括旋涂有機(jī) 化合物材料在緩沖層上；以及在從大約30(TC到大約550。C的溫度下加熱有 機(jī)化合物材料從大約30秒到大約300秒以形成硬化的有機(jī)化合物層。此外， 硬化的有機(jī)化合物層的部分被蝕刻掉直到保留設(shè)置在第一掩模結(jié)構(gòu)的側(cè)壁 處的緩沖層之間的凹陷中的硬化的有機(jī)化合物層的部分，從而形成第二掩模 結(jié)構(gòu)。此外，在旋涂有機(jī)化合物材料的步驟后，有機(jī)化合物材料在從大約 150。C到大約350。C的溫度下一皮加熱大約60秒。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，緩沖層的未設(shè)置在第二掩才莫結(jié)構(gòu)下方的部 分被蝕刻掉。此外，設(shè)置在第一掩模結(jié)構(gòu)和第二掩模結(jié)構(gòu)之下的硬掩模層被 圖案化，從而硬掩模層的設(shè)置在第 一掩模結(jié)構(gòu)和第二掩模結(jié)構(gòu)下方的部分被 保留以形成硬掩模圖案。此外，第一掩模結(jié)構(gòu)和第二掩模結(jié)構(gòu)采用灰化工藝 (ashing process )和/或錄'J離工藝(stripping process )凈皮同時(shí)去除。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)圖案化第一掩沖莫結(jié)構(gòu)時(shí)，部分深度的硬 掩模層的暴露部分被蝕刻掉。緩沖層被沉積在第一掩模結(jié)構(gòu)的暴露部分和硬 掩模層的暴露部分上。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)置在硬掩模圖案下的至少一個(gè)目標(biāo)層被 圖案化。例如，至少一個(gè)目標(biāo)層包括半導(dǎo)體襯底?？蛇x地，至少一個(gè)目標(biāo)層 包括導(dǎo)電材料。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，第一掩沖莫結(jié)構(gòu)設(shè)置在硬掩模層的保留部分 上，第二掩模結(jié)構(gòu)設(shè)置在緩沖層和硬掩模層的保留部分上。此外，頂硬掩模 層在第一掩模結(jié)構(gòu)上方被圖案化，第一掩模層上方的頂硬掩模層的第一頂高 度基本上與第二掩模結(jié)構(gòu)的第二頂高度相同。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，第 一掩模結(jié)構(gòu)和第二掩模結(jié)構(gòu)每個(gè)都被形 成為具有大于緩沖層的厚度的相同的初始寬度。此外，第一掩模結(jié)構(gòu)和第二 掩模結(jié)構(gòu)的側(cè)壁在蝕刻緩沖層期間都被蝕刻掉，從而第一掩模結(jié)構(gòu)和第二掩 模結(jié)構(gòu)每個(gè)都具有小于初始寬度的最終寬度。
才艮據(jù)在根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例的集成電路制造期間的圖案化方法，第 一掩模結(jié)構(gòu)的第 一 圖案被形成，緩沖層在第 一掩模結(jié)構(gòu)的暴露表面上形 成。此外，第二掩模結(jié)構(gòu)的第二圖案在第一掩模結(jié)構(gòu)的側(cè)壁處的緩沖層之間 的凹陷中形成。第一掩模結(jié)構(gòu)和第二掩模結(jié)構(gòu)每個(gè)都包括各自的含碳材料。
例如，每個(gè)各自的含碳材料具有從大約85到約99重量百分比的碳?？?選地，第一掩模結(jié)構(gòu)和第二掩模結(jié)構(gòu)都包括基本上相同的高含碳材料。
在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，第一掩才莫結(jié)構(gòu)和第二掩才莫結(jié)構(gòu)具有相同的 蝕刻選擇性。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，第一掩模結(jié)構(gòu)和第二掩模結(jié)構(gòu)每個(gè)都具有 與緩沖層的厚度基本上相等的寬度?？蛇x地，第一掩4莫結(jié)構(gòu)和第二掩才莫結(jié)構(gòu) 每個(gè)都具有大于緩沖層的厚度的寬度。
如此，目標(biāo)層被圖案化為具有根據(jù)常規(guī)光刻可能的獲得節(jié)距的一半的節(jié) 距。此外，第一掩模結(jié)構(gòu)和第二掩模結(jié)構(gòu)通過旋涂高含碳材料形成以避免在 具有高的深寬比的開口中形成空隙。此外，第一掩模結(jié)構(gòu)和第二掩模結(jié)構(gòu)可 以通過灰化和剝離去除。因此，具有小尺寸的集成電路結(jié)構(gòu)的圖案化以低的 成本和減少的空隙形成而實(shí)現(xiàn)。
通過考慮在附圖中示出的本發(fā)明的以下詳細(xì)描迷，本發(fā)明的這些和其他 的特征以及優(yōu)點(diǎn)將被更好地理解。


圖1A、 1B、 1C、 1D、 1E和1F示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，采用分隔物的雙圖 案化期間的截面圖2示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，采用分隔物的反向圖案化期間的截面圖3A、 3B、 3C、 3D、 3E、 3F、 3G、 3H、 31和3J示出根據(jù)本發(fā)明的第 一實(shí)施例，采用緩沖層和旋涂材料的圖案化期間的截面圖4和5示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用于旋涂圖3A和圖3F中的高含碳 材料的步驟的流程圖6A、 6B、 6C、 6D、 6E、 6F、 6G和6H示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施 例，在采用緩沖層和旋涂材料的圖案化期間的截面圖7A、 7B、 7C、 7D、 7E和7F示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例，在采用 緩沖層和旋涂材料的圖案化淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)期間的截面這里參照的附圖是為了圖解的清楚，并不必按比例畫出。在圖1A、 1B、
81C、 1D、 1E、 1F、 2、 3A、 3B、 3C、 3D、 3E、 3F、 3G、 3H、 31、 3J、 4、 5、 6A、 6B、 6C、 6D、 6E、 6F、 6G、 6H、 7A、 7B、 7C、 7D、 7E和7F中，相
同的附圖標(biāo)記指代具有相同的結(jié)構(gòu)和/功能的元件。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，圖3A、 3B、 3C、 3D、 3E、 3F、 3G、 3H、 31和3J示出用于采用緩沖層和旋涂材料圖案化目標(biāo)層202以避免形成空隙 的截面圖。
參照圖3A,目標(biāo)層202沉積在諸如硅襯底的半導(dǎo)體襯底204上。目標(biāo) 層202可以包括導(dǎo)電材料例如摻雜的多晶硅或堆疊的摻雜多晶硅和金屬硅化 物，用于從目標(biāo)層202圖案化柵極電極?？蛇x地，目標(biāo)層202可以包括金屬 例如鴒、鋁或金屬合金，用于從目標(biāo)層202圖案化位線。當(dāng)期望襯底204被 圖案化時(shí)，本發(fā)明還可以實(shí)踐為省略目標(biāo)層202。
進(jìn)一步參照圖3A，第一硬掩模層206在目標(biāo)層202上形成。第一硬掩 掩模層206和目標(biāo)層202由相對于預(yù)定蝕刻溶液或預(yù)定蝕刻氣體具有不同的 蝕刻選擇性的各自的材料形成。例如，第一硬掩模層206包括等離子體增強(qiáng) 氧化物(PEOX， plasma enhanced oxide )、熱氧化物、化學(xué)氣相沉積(CVD) 氧化物、非摻雜的硅酸鹽玻璃(USG， undoped silicate glass )或高密度等離 子體(HDP，high density plasma)氧化物之一?？蛇x地，第一硬掩模層206包 括氮化物材料例如氮氧化硅(SiON)、氮化硅(SiN)、硅硼氮化物(SiBN) 或氮化硼(BN)。
參照圖3A,第一旋涂層208在第一硬掩模層206上形成。在本發(fā)明的 示例性實(shí)施例中，第一旋涂層208由包括芳香環(huán)(aromatic ring)的碳?xì)浠?合物或包括其衍生物的有機(jī)化合物構(gòu)成。例如，第一旋涂層208由具有諸如 苯基、苯或萘的芳香環(huán)的有機(jī)化合物構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例，在任 何情況下，第一旋涂層208包括具有約85到約99重量百分比的碳的高含碳 材料。
根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例，根據(jù)圖4的流程圖的步驟，第一旋涂層208 在第一硬掩^^莫層206上形成。參照圖3A和4，在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中， 有機(jī)化合物材料被旋涂到第一硬掩模層206上并具有約1000埃到約1500埃 的厚度(圖4的步驟S210)。接著，進(jìn)行第一烘烤用于將有機(jī)化合物材料加
9熱到從約150。C到約350。C的溫度大約60秒以形成第一旋涂層208,也就是 第一高含碳層(圖4的步驟S212 )。此加熱硬化了第一旋涂層208的有機(jī)化 合物材料。
其后，通過將第一高含碳層208再次加熱到從大約300。C到大約550°C 的溫度、加熱大約30秒到大約300秒，進(jìn)行第二烘烤以進(jìn)一步硬化第一高 含碳層208 (圖4的步驟S214)。進(jìn)一步硬化了第一高含碳層208的第二烘 烤有利于在接下來進(jìn)行的在400°C或更高的溫度下的高溫工藝期間防止對第 一高含碳層208的不良影響。
接著，參照圖3B，第二硬掩模層216在第一高含碳層208上形成。此 外，本發(fā)明可以實(shí)踐為在第二硬模層216上形成抗反射層(在圖3B中未示 出)。然而，當(dāng)?shù)诙惭谀?16由抗反射材料例如通過旋涂沉積的含硅和 碳的有機(jī)層構(gòu)成時(shí)，不形成抗反射層?？蛇x地，第二硬掩模層216由通過化 學(xué)氣相沉積(CVD)沉積的氮氧化硅(SiON)構(gòu)成。
參照圖3B，以2xp的節(jié)距(pitch),由光致抗蝕劑結(jié)構(gòu)219構(gòu)成的光 致抗蝕劑圖案形成在第二硬掩模層216上，其中P為將要通過目標(biāo)層202圖 案化的結(jié)構(gòu)的期望節(jié)距。每個(gè)光致抗蝕劑結(jié)構(gòu)219都具有大于或等于將要通 過目標(biāo)層202圖案化的結(jié)構(gòu)的期望寬度的第 一寬度Wl 。
其后，參照圖3C，第二硬掩模層216和第一高含碳層208的暴露部分 被蝕刻掉從而形成第一高含碳結(jié)構(gòu)(即，第一掩模結(jié)構(gòu))208a和第二硬掩模 結(jié)構(gòu)216a。光致抗蝕劑圖案219在此蝕刻期間被完全地去除，第二硬掩模結(jié) 構(gòu)216a可以在此蝕刻期間;陂部分地或完全地去除。第一高含碳結(jié)構(gòu)208a具 有2 x p的節(jié)距。第二硬掩才莫結(jié)構(gòu)216a可以在圖案化第一掩模結(jié)構(gòu)208a期 間用作蝕刻掩模。
接著，參照圖3D，第一硬掩模層206的暴露部分被部分地蝕刻到深度d 從而暴露出第一硬掩模層206的凹陷底表面217。在本發(fā)明的可選實(shí)施例中， 第 一硬掩模層206可以包括具有不同蝕刻選擇性的上層和下層。在此情況下， 上層被形成為具有厚度d,上層的暴露部分將被蝕刻掉。
其后，參照圖3E，緩沖層218在第二硬掩模結(jié)構(gòu)216a、第一高含碳結(jié) 構(gòu)208a和第一硬掩模層206的被暴露的表面上形成。緩沖層218被沉積為 具有均勻的厚度Dl,其基本上等于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的圖3D的厚度d。 緩沖層218可以是通過原子層沉積(ALD)形成的氧化物。具有第二寬度W2的開口 220在緩沖層218的部分之間形成。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中， W1=W2=D1。在此情況下，Wl、 W2和D1每個(gè)為圖3D的2xp的1/4。
接著，參照圖3F，第二旋涂層222被形成以填充開口 220以及在緩沖 層218上。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，第二旋涂層222由包括芳香環(huán)的碳 氫化合物或包括其衍生物的有機(jī)化合物構(gòu)成。例如，第二旋涂層222由具有 例如苯基、苯或萘的芳香環(huán)的有機(jī)化合物構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例， 在任何情況下，第二旋涂層222包括具有約85到約99重量百分比的碳的高 含碳材料。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，根據(jù)圖5的流程圖的步驟，第二旋涂層222 在緩沖層218上形成。參照圖3F和5，在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，有機(jī) 化合物材料被旋涂到緩沖層218上并具有約1000埃到約1500埃的厚度(圖 5的步驟S224)。接著，進(jìn)行第一烘烤用于將有機(jī)化合物材料加熱到從約150 。C到約35(TC的溫度大約60秒以形成也就是第二高含碳層的第二旋涂層222 (圖5的步驟S226 )。此加熱硬化了第二旋涂層222的有機(jī)化合物材料。
其后，通過再次將第二高含碳層222加熱到約300。C到約550。C的溫度、 約30秒到約300秒，進(jìn)行第二烘烤以進(jìn)一步硬化第二高含石友層222 (圖5 的步驟S228)。此第二烘烤進(jìn)一步硬化了第二高含-友層222，這樣有利于在 接下來的在400。C或更高溫度下進(jìn)行的高溫工藝期間防止對第二高含碳層 222的不良影響。
接著，參照圖3G，第二高含碳層222的頂部通過濕法蝕刻工藝或者回 獨(dú)(etchback)工藝蝕刻掉直到緩沖層218的頂部#1暴露。因此，第二高含 碳結(jié)構(gòu)(即，第二掩模結(jié)構(gòu))230由第二高含碳材料222保留在開口 220內(nèi) 的部分形成。
其后，參照圖3H，通過第二高含碳結(jié)構(gòu)230用作蝕刻掩模，緩沖層218 被各向異性蝕刻直到第一硬掩模層206的凹陷底表面217被暴露。因此，由 緩沖層218的保留部分構(gòu)成的緩沖結(jié)構(gòu)232在第二高含碳結(jié)構(gòu)230下方形成。
參照圖3D、 3E和3H，在本發(fā)明的實(shí)施例中，因?yàn)榫彌_層218的厚度 Dl等于圖3D的深度d,所以第二硬掩模結(jié)構(gòu)216a和第二高含碳結(jié)構(gòu)230 具有相同的頂高度。此外，注意到，通過在各向異性蝕刻緩沖層218期間適 當(dāng)?shù)卦O(shè)置蝕刻特性，第一高含碳結(jié)構(gòu)208a和第二高含碳結(jié)構(gòu)230的寬度可 以被控制為具有圖3C的寬度W1或小于W1的寬度。接著，參照圖31，第一硬掩模層206的暴露部分被各向異性蝕刻掉直到 目標(biāo)層202的部分被暴露。由此，第一硬掩模圖案234由保留在緩沖結(jié)構(gòu)232 下方的和在第一高含碳結(jié)構(gòu)208a下方的第一硬掩模層206的部分形成。
其后參照圖3J，目標(biāo)層202的暴露部分被各向異性蝕刻掉從而形成目標(biāo) 圖案結(jié)構(gòu)202a。在目標(biāo)層202的各向異性蝕刻中，第一高含^f友結(jié)構(gòu)208a、 第二硬掩模結(jié)構(gòu)216a、第二高含碳結(jié)構(gòu)230、緩沖結(jié)構(gòu)232和第一硬掩模圖 案234用作蝕刻掩模。
然而，參照圖3J,第二硬掩模結(jié)構(gòu)216a、第一高含碳結(jié)構(gòu)208a和第二 高含碳結(jié)構(gòu)230在目標(biāo)層202的圖案化期間被蝕刻掉。參照圖3J，目標(biāo)圖案 結(jié)構(gòu)202a形成為具有圖3C的節(jié)距2 x p的1/2的節(jié)距P,每個(gè)目標(biāo)圖案結(jié)構(gòu) 202a具有小于或等于圖3C中的初始寬度Wl的各自的最終寬度W3。參照 圖3J，如果省略目標(biāo)層202，通過第一高含碳結(jié)構(gòu)208a、第二硬掩;f莫結(jié)構(gòu) 216a、第二高含碳結(jié)構(gòu)230、緩沖結(jié)構(gòu)232和第一硬掩模圖案234用作蝕刻 掩模，襯底204可以被圖案化。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，圖6A、 6B、 6C、 6D、 6E、 6F、 6G和6H 示出采用緩沖層和旋涂材料的圖案化目標(biāo)層302的截面圖。
參照圖6A，目標(biāo)層302在半導(dǎo)體襯底304上形成，半導(dǎo)體襯底304可 以是硅襯底。此外，第一硬掩模層306在目標(biāo)層302上形成，第一旋涂層308 在第一硬掩模層306上形成，第二硬掩模層316在第一旋涂層308上形成。
而且，由光致抗蝕劑結(jié)構(gòu)319構(gòu)成的光致抗蝕劑圖案在第二硬掩^t層 316上形成，每個(gè)光致抗蝕劑結(jié)構(gòu)319具有寬度W4。圖6A中的第一硬掩才莫 層306、第一高含碳層308和第二硬4務(wù)模層316分別類似于圖3B中的第一 硬掩模層206、第一高含碳層208和第二硬掩模層216所描述地而形成。例 如，圖6B的第一旋涂層308類似于圖3B的第一高含碳層208，兩者根據(jù)圖 4的流程圖類似地形成。
接著，參照圖6B，第二硬掩才莫層316和第一高含碳層308的暴露部分 被蝕刻掉從而形成第一高含碳結(jié)構(gòu)(也就是第一掩模結(jié)構(gòu))308a和第二硬掩 模結(jié)構(gòu)316a。光致抗蝕劑圖案319在此蝕刻期間被完全地去除，第二硬掩模 結(jié)構(gòu)316a可以在此蝕刻期間被部分地或完全地去除。
參照圖6B，第一硬掩模層306的暴露部分被部分地向下蝕刻到深度d 從而暴露出第一硬掩模層306的凹陷底表面317。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，深度d小于第一高含碳結(jié)構(gòu)308a的寬度W4。在本發(fā)明的可選實(shí)施例中， 可以省略蝕刻深度d的第 一硬掩模層306的工藝。
其后，參照圖6C，緩沖層318在第二硬掩模結(jié)構(gòu)316a、第一高含碳結(jié) 構(gòu)308a和第一硬掩模層306的被暴露的表面上形成。緩沖層318沉積為具 有均勻的厚度t，其基本上等于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的圖6B的深度d。緩 沖層318可以是通過原子層沉積(ALD)形成的氧化物。具有寬度W5的開 口 320在緩沖層318的部分之間形成。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，W4-W5， 并且t基本上小于W4和W5的每個(gè)，t比W4和W5的每個(gè)小約1.5倍到約 10倍。
接著，參照圖6D，第二旋涂層322被形成以填充開口 320以及在緩沖 層318上。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，圖6D的第二旋涂層322類似于圖 3F的第二旋涂層222，兩者參照圖5的流程圖類似地形成。
其后，參照圖6E,第二高含碳層322的頂部通過濕法蝕刻工藝或者回 蝕工藝被蝕刻掉直到緩沖層318的頂部被暴露。因此，第二高含碳結(jié)構(gòu)(也 就是第二掩模結(jié)構(gòu))330由第二高含碳材料322保留在開口 320內(nèi)的部分形 成。
接著，參照圖6F,緩沖層318的頂部被各向異性蝕刻。參照圖6G,通 過第二高含碳結(jié)構(gòu)330用作蝕刻掩模，緩沖層318的暴露部分被各向異性蝕 刻直到第一硬掩模層306的凹陷底表面317被暴露。因此，由緩沖層318的 保留部分構(gòu)成的緩沖結(jié)構(gòu)332在第二高含碳結(jié)構(gòu)330下方形成。
參照圖6F和6G，如果緩沖層318和第一硬掩模層306由相同的材料或 具有在蝕刻緩沖層318期間的基本上相同的蝕刻選擇性的材料構(gòu)成，那么第 一硬掩模層306在緩沖層318的各向異性蝕刻期間被原位地蝕刻。因此，第 一硬掩模層306的暴露部分也被各向異性蝕刻掉直到目標(biāo)層302的部分被暴 露。因此在圖6G中，第一硬掩模圖案334由第一硬掩模層306的保留在緩 沖結(jié)構(gòu)332下方和在第一高含碳結(jié)構(gòu)308a下方的部分形成。
此外在圖6G中，第一高含碳結(jié)構(gòu)308a的每個(gè)具有寬度W6，第二高含 碳結(jié)構(gòu)330的每個(gè)具有各自的寬度W7。在圖6G中，通過緩沖層318和第 一硬掩模層306的各向異性蝕刻期間設(shè)置蝕刻條件，寬度W6和W7的每個(gè) 可以被控制。例如，在緩沖層318的各向異性蝕刻期間，圖6G中的寬度 W6和W7的每個(gè)通過蝕刻暴露的側(cè)壁從減小圖6F的寬度W4和W5而得到。
13此外，圖6G的開口 320的新寬度tl通過增加圖6F的開口 320的寬度t而得到。
其后，參照圖6H,目標(biāo)層302的暴露部分被各向異性蝕刻掉從而形成 目標(biāo)圖案結(jié)構(gòu)302a。在目標(biāo)層302的各向異性蝕刻中，第一高含石友結(jié)構(gòu)308a、 第二硬掩模結(jié)構(gòu)316a、第二高含碳結(jié)構(gòu)330、緩沖結(jié)構(gòu)332和第一硬掩模圖 案334用作蝕刻掩模。
然而，參照圖6H,第二硬掩才莫結(jié)構(gòu)316a、第一高含^^結(jié)構(gòu)308a和第二 高含碳結(jié)構(gòu)330在目標(biāo)層302的圖案化期間被蝕刻掉。參照圖6H，目標(biāo)圖 案結(jié)構(gòu)302a形成為比圖6A的光致抗蝕劑結(jié)構(gòu)319更密集。參照圖6H,如 果省略目標(biāo)層302,通過第一高含碳結(jié)構(gòu)308a、第二硬掩模結(jié)構(gòu)316a、第二 高含碳結(jié)構(gòu)330、緩沖結(jié)構(gòu)332和第一硬掩模圖案334用作蝕刻掩才莫，襯底 304可以被圖案化。
才艮據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例，圖7A、 7B、 7C、 7D、 7E和7F示出在采用 緩沖層和旋涂材料圖案化淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)期間的截面圖。
參照圖7A，焊墊氧化物膜403在半導(dǎo)體村底404上形成，半導(dǎo)體襯底 404可以是硅襯底。此外，氮化物層402在焊墊氧化物膜403上形成。其后， 第一硬掩模層406在氮化物層402上形成，第一旋涂層408在第一硬掩模層 406上形成。第二硬掩模層416在第一旋涂層408上形成。
圖7A中的第一硬掩模層406、第一高含碳層408和第二硬掩模層416 分別類似于圖3B中的第一硬掩模層206、第一高含碳層208和第二硬掩模 層216所描述地而形成。例如，圖7A的第一旋涂層408類似于圖3B的第 一高含碳層208，兩者根據(jù)圖4的流程圖類似地形成。
其后，參照圖7B，第二硬掩模層416和第一高含碳層408被圖案化以 形成第二硬掩模結(jié)構(gòu)416a和第一高含碳結(jié)構(gòu)(也就是第一掩才莫結(jié)構(gòu))408a。 此外在類似于圖31的圖7B中，第二高含碳結(jié)構(gòu)(也就是第二掩模結(jié)構(gòu))430 通過圖案化從根據(jù)圖5類似形成的第二高含碳層而形成。在類似于圖31的 圖7B中，由緩沖層的保留部分構(gòu)成的緩沖結(jié)構(gòu)432在第二高含碳結(jié)構(gòu)430 下方形成。
接著，參照類似于圖31的圖7C,第一硬掩模層406的暴露部分也被各 向異性蝕刻掉直到氮化物層402的部分被暴露。因此，第一硬掩沖莫圖案434 由第一硬掩模層406的保留在緩沖結(jié)構(gòu)432下方和在第一高含碳結(jié)構(gòu)408a下方的部分形成。
其后，參照類似于圖3J的圖7D，氮化物層402的暴露部分被各向異性 蝕刻掉從而形成氮化物圖案結(jié)構(gòu)402a。在氮化物層402的各向異性蝕刻中， 第一高含碳結(jié)構(gòu)408a、第二硬掩模結(jié)構(gòu)416a、第二高含碳結(jié)構(gòu)430、緩沖結(jié) 構(gòu)432和第一硬掩^f莫圖案434用作蝕刻掩模。然而，參照圖7C和7D，第二 硬掩模結(jié)構(gòu)416a、第一高含碳結(jié)構(gòu)408a、第二高含碳結(jié)構(gòu)430、緩沖結(jié)構(gòu) 432和第一硬掩模圖案434在圖案化氮化物層402期間被蝕刻掉。
接著參照圖7E，焊墊氧化物膜403和半導(dǎo)體襯底404的暴露部分^皮蝕 刻掉以形成淺溝槽隔離(STI)開口 405。其后，參照圖7F， STI開口 405 被絕緣材料填充從而形成淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)450。
如此，目標(biāo)層202、 302或半導(dǎo)體襯底404 ^^圖案化為具有#4居傳統(tǒng)光 刻可能獲得的初始節(jié)距的一半的較好的最終節(jié)距。此外，第一高含碳結(jié)構(gòu)和 第二高含碳結(jié)構(gòu)是由旋涂各自的高含碳材料形成的第 一掩模結(jié)構(gòu)和第二掩 模結(jié)構(gòu)，從而避免在具有高的深寬比的開口中形成空隙。此外，該第一掩模 結(jié)構(gòu)和第二掩模結(jié)構(gòu)可以包括相同的高含碳材料，并可以通過灰化或剝離被 同時(shí)去除，剝離是低成本且有效的去除工藝。因此，具有小尺寸的集成電路 結(jié)構(gòu)的圖案化以低的成本和減少的空隙形成而實(shí)現(xiàn)。
上述僅通過示例的方式并不是為了限制。因此，這里所示出和描述的元 件或任何材料的任何尺寸和數(shù)目只是通過示例的方式。本發(fā)明僅由下面的權(quán) 利要求及其等同物中所限定的而限定。
本申請要求于2008年1月7日提交到韓國知識產(chǎn)權(quán)局(KIPO)的韓國 專利申請第10-2008-0001824號以及于2008年4月2日提交到韓國知識產(chǎn)權(quán) 局的韓國專利申請第10-2008-0030784號的優(yōu)先權(quán)，二者的公開通過引用的 方式整體并入本文中。
1權(quán)利要求
1.一種在集成電路制造期間的圖案化方法，所述方法包括形成第一掩模結(jié)構(gòu)的第一圖案；在所述第一掩模結(jié)構(gòu)的暴露表面上形成緩沖層；以及在所述第一掩模結(jié)構(gòu)的側(cè)壁處的所述緩沖層之間的凹陷中形成第二掩模結(jié)構(gòu)的第二圖案；其中所述第一掩模結(jié)構(gòu)和所述第二掩模結(jié)構(gòu)至少之一的每個(gè)通過旋涂各自的材料形成。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一掩模結(jié)構(gòu)和所述第二掩模結(jié) 構(gòu)每個(gè)都包括各自的高含碳材料，其具有從大約85到大約99重量百分比的碳。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中形成所述第一掩模結(jié)構(gòu)的步驟包括 旋涂有機(jī)化合物材料在半導(dǎo)體襯底上；在從大約300。C到大約550。C的溫度下加熱所述有機(jī)化合物材料從大約 30秒到大約300秒以形成硬化的有機(jī)化合物層；以及圖案化所述硬化的有機(jī)化合物層以形成所述第 一掩模結(jié)構(gòu)。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中形成所述第一掩模結(jié)構(gòu)的步驟還包括在旋涂所述有機(jī)化合物材料的步驟后，在從大約15(TC到大約35(TC的 溫度下加熱所述有機(jī)化合物材料大約60秒。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述硬化的有機(jī)化合物層通過光致抗 蝕劑圖案被圖案化以形成所述第 一掩模結(jié)構(gòu)，其中所述光致抗蝕劑的第 一節(jié) 距大于所述第一掩模結(jié)構(gòu)和所述第二掩模結(jié)構(gòu)之間的第二節(jié)距。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述第一掩模結(jié)構(gòu)和所述第二掩模結(jié)構(gòu)具有相同的寬度，所述緩沖層的厚度基本上與所述第一掩模結(jié)構(gòu)和所述第 二掩模結(jié)構(gòu)的寬度相同
7. 如權(quán)利要求3所述的方法，還包括 在所述硬化的有機(jī)化合物層上方沉積硬掩模層； 在所述硬掩^f莫層上形成光致抗蝕劑圖案；蝕刻所述硬掩模層的被暴露區(qū)域以形成硬掩模圖案；以及通過所述硬掩模圖案圖案化所述硬化的有機(jī)化合物層以形成所述第一掩模結(jié)構(gòu)。
8. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中形成所述第二掩模結(jié)構(gòu)的步驟包括旋涂有機(jī)化合物材料在所述緩沖層上；在從大約300。C到大約550。C的溫度下加熱所述有機(jī)化合物材料從大約30秒到大約300秒以形成硬化的有機(jī)化合物層；以及蝕刻掉部分所述硬化的有機(jī)化合物層直到所述硬化的有機(jī)化合物層的設(shè)置在所述第 一掩模結(jié)構(gòu)的側(cè)壁處的所述緩沖層之間的所述凹陷中的部分被保留，從而形成所述第二掩模結(jié)構(gòu)。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中形成所述第二掩才莫結(jié)構(gòu)的所述步驟還包括在旋涂所述有機(jī)化合物材料的步驟后，在從大約150。C到大約350。C的溫度下加熱所述有機(jī)化合物材料大約60秒。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括蝕刻掉所述緩沖層的未設(shè)置在所述第二掩模結(jié)構(gòu)下方的部分。
11. 如權(quán)利要求IO所述的方法，還包括圖案化設(shè)置在所述第 一掩模結(jié)構(gòu)和所述第二掩模結(jié)構(gòu)之下的硬掩模層，使得所述硬掩模層的設(shè)置在所述第一掩模結(jié)構(gòu)和所述第二掩模結(jié)構(gòu)下方的部分被保留以形成硬掩模圖案。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，還包括采用灰化工藝和/或剝離工藝同時(shí)去除所述第一掩模結(jié)構(gòu)和所述第二掩模結(jié)構(gòu)。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，還包括當(dāng)圖案化所述第一掩模結(jié)構(gòu)時(shí)，蝕刻掉部分深度的所述硬掩模層的暴露部分，其中所述緩沖層沉積在所述第 一掩模結(jié)構(gòu)的暴露部分和所述硬掩模層的暴露部分上。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，還包括圖案化設(shè)置在所述硬掩模圖案下方的至少一個(gè)目標(biāo)層。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述至少一個(gè)目標(biāo)層包括半導(dǎo)體襯底。
16. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述至少一個(gè)目標(biāo)層包括導(dǎo)電材料。
17. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中所述第一掩模結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述硬掩模層的保留部分上方，所述第二掩模結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述緩沖層和所述硬掩模層的保留部分上。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中頂硬掩模層在所述第一掩模結(jié)構(gòu)上方被圖案化，所述第 一掩模層上方的所述頂硬掩模層的第 一頂高度基本上與所述第二掩模結(jié)構(gòu)的第二頂高度相同。
19. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括使所述第一掩模結(jié)構(gòu)和所述第二掩模結(jié)構(gòu)的每個(gè)形成為具有相同的初始寬度，其大于所述緩沖層的厚度；以及在蝕刻所述緩沖層期間蝕刻掉所述第 一掩模結(jié)構(gòu)和所述第二掩模結(jié)構(gòu)的側(cè)壁使得所述第一掩模結(jié)構(gòu)和所述第二掩模結(jié)構(gòu)每個(gè)都具有小于所述初始寬度的最終寬度。
20. —種在集成電路制造期間的圖案化方法，所述方法包括形成第 一掩模結(jié)構(gòu)的第 一 圖案；在所述第一掩模結(jié)構(gòu)的暴露表面上形成緩沖層；以及在所述第 一 掩模結(jié)構(gòu)的側(cè)壁處的所述緩沖層之間的凹陷中形成第二掩模結(jié)構(gòu)的第二圖案；其中所述第一掩模結(jié)構(gòu)和所述第二掩模結(jié)構(gòu)的每個(gè)都包括各自的含碳材料。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中每個(gè)各自的含碳材料具有從大約85到大約99重量百分比的^f灰。
22. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述第一掩模結(jié)構(gòu)和所述第二掩沖莫結(jié)構(gòu)都包括基本相同的高含碳材料。
23. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述第一掩模結(jié)構(gòu)和所述第二掩沖莫結(jié)構(gòu)具有相同的蝕刻選擇性。
24. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述第一掩才莫結(jié)構(gòu)和所述第二掩模結(jié)構(gòu)每個(gè)都具有與所述緩沖層的厚度基本相等的寬度。
25. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述第一掩才莫結(jié)構(gòu)和所述第二掩模結(jié)構(gòu)每個(gè)都具有比所述緩沖層的厚度大的寬度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種精細(xì)圖案化半導(dǎo)體器件的方法。為了在集成電路制造期間圖案化，第一掩模結(jié)構(gòu)的第一圖案被形成，緩沖層在第一掩模結(jié)構(gòu)的暴露表面上形成。此外，第二掩模結(jié)構(gòu)的第二圖案在第一掩模結(jié)構(gòu)的側(cè)壁處的緩沖層之間的凹陷中形成。而且，第一掩模結(jié)構(gòu)和第二掩模結(jié)構(gòu)通過旋涂各自的高含碳材料形成。該第一掩模結(jié)構(gòu)和第二掩模結(jié)構(gòu)以比傳統(tǒng)的光刻更好的節(jié)距圖案化目標(biāo)層。
文檔編號H01L21/00GK101494161SQ20081017101
公開日2009年7月29日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月7日
發(fā)明者尹東基, 李時(shí)鏞, 田炅燁, 車知?jiǎng)? 金明哲 申請人:三星電子株式會社