專利名稱：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及使用其形成光刻膠圖形和半導(dǎo)體圖形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法，更具體，本發(fā)明涉及用于形成半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖形的多重底部抗反射涂層(BARC)的硬掩模和通過使用該多重BARC層制造半導(dǎo)體器件的方法。
要求2005年7月30日在韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局申請(qǐng)的韓國專利申請(qǐng)?zhí)?0-2005-0070028的優(yōu)先權(quán)，在此將其公開內(nèi)容全部引入作為參考。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件制造工序中，為了構(gòu)圖晶片上的材料層，執(zhí)行構(gòu)圖工序。通常，構(gòu)圖工序順序地包括光刻膠(PR)涂敷、曝光以及顯影。構(gòu)圖工藝分辨率是用于獲得精細(xì)圖形的最重要因素，且主要取決于光源和光工序中使用的透鏡性能。
半導(dǎo)體器件的高集成度以及相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)則的隨之減小導(dǎo)致連續(xù)增加光刻工藝的分辨率的需要。由此，高分辨率的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)要求克服常規(guī)光刻工藝中使用的光源和透鏡的限制，因此對(duì)于開發(fā)透鏡的數(shù)值孔徑(NA)和分辨率增強(qiáng)技術(shù)(RET)進(jìn)行了許多研究。
由于這些努力，分辨率已被增強(qiáng)，通過干氟化氬(ArF)光刻法能夠制造60nm級(jí)器件。但是，隨著該分辨率增強(qiáng)，光刻工藝具有某些限制。亦即，工藝余量和器件成品率隨嚴(yán)重缺陷的增加而減少，如精細(xì)圖形之間的短路(μ-橋接)和圖形坍塌，以及由于PR層厚度(Tpr)的連續(xù)減小，用于構(gòu)圖的PR層不能完全用作用于后續(xù)刻蝕工藝的掩模。此外，高NA的使用使得光入射角增加，導(dǎo)致光反射率增加。
在克服與Tpr減小和光反射率增加相關(guān)的問題的努力中，多重BARC(底部抗反射涂層)結(jié)構(gòu)被提出，該多重BARC結(jié)構(gòu)用作抗反射和PR層和刻蝕目標(biāo)層之間的掩模(也稱作“硬掩模”，與PR掩模相反)。
圖1A是常規(guī)的四層多重BARC結(jié)構(gòu)的剖面圖。
參考圖1A，在刻蝕目標(biāo)層10上層疊多重BARC層20，以及在多重BARC層20上形成PR層30。多重BARC層20包括在刻蝕目標(biāo)層10上形成的碳層22、在碳層22上形成的氮氧化硅(SiON)層24以及在SiON層24上形成的薄BARC層26。因此，該四層多重BARC結(jié)構(gòu)被構(gòu)成為包括在刻蝕目標(biāo)層10上順序地層疊的四個(gè)層，亦即，三層多重BARC層20(即，碳層22、SiON層24、薄的BARC層26)和PR層30。
圖1B是常規(guī)三層多重BARC結(jié)構(gòu)的剖面圖。
參考圖1B，在刻蝕目標(biāo)層10上層疊多重BARC層20a，以及在多重BARC層20a上形成PR層(或圖形)30。多重BARC層20a包括在刻蝕目標(biāo)層10上形成的碳層22和在碳層22上形成的旋涂玻璃(SOG)硅層28。因此，該三層多重BARC結(jié)構(gòu)被構(gòu)成為包括在刻蝕目標(biāo)層10上順序地層疊的三個(gè)層，亦即，兩層多重BARC層20a(即，碳層22和SOG硅層28)和PR層30。
四層和三層多重BARC結(jié)構(gòu)最廣泛地用于當(dāng)前ArF工藝。兩個(gè)多重BARC結(jié)構(gòu)之間的主要區(qū)別是在四層多重BARC結(jié)構(gòu)中使用不透明的SiON層24，而在三層多重BARC結(jié)構(gòu)中使用透明的SOG硅層28。在四層和三層多重BARC結(jié)構(gòu)中，薄的硅層(對(duì)應(yīng)于SiON層24或SOG硅層28，以下將稱為“第二掩模層”)通過PR工序首先被構(gòu)圖。此后，使用構(gòu)圖的第二掩模層作為掩模，構(gòu)圖碳層22(以下稱為“第一掩模層”)。最終，使用構(gòu)圖的第一掩模層作為掩模，在由例如，氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)或基于金屬的材料形成的刻蝕目標(biāo)層上轉(zhuǎn)移圖形。兩個(gè)多重BARC結(jié)構(gòu)是類似的，其中由于不能使用薄的PR層作為掩模直接刻蝕該刻蝕目標(biāo)層10，因此通過順序地刻蝕第二掩模層24或28和第一掩模層22的多個(gè)掩模工序構(gòu)圖。但是，兩個(gè)多重BARC結(jié)構(gòu)在光學(xué)性能上顯示出顯著差異，現(xiàn)在將根據(jù)圖2至4描述。
圖2是在圖1A所示的四層多重BARC結(jié)構(gòu)的每個(gè)層吸收的入射光能量的曲線圖。
如由圖2可以看到，在PR層10吸收約30％的入射光能量，在SiON層24和薄的BARC層26吸收約68％的入射光能量。具體，在由聚丙烯酸酯或聚酯形成的薄BARC層26處顯著地吸收入射光能量。因此，可見SiON層24下面的第一掩模層22具有較小的能量吸收能力，亦即，較小的抗反射能力。
盡管在曲線中未圖示，三層多重BARC結(jié)構(gòu)的第二掩模層28，亦即，透明的SOG硅層28由于其能量吸收率接近0％，因此幾乎不具有反射能力。由此，大多數(shù)入射光入射在第一掩模層22上并在第一掩模層22處被吸收。
如上所述，盡管具有類似的刻蝕工藝，但是第四層和三層BARC結(jié)構(gòu)具有不同的光學(xué)性能。這些不同的光學(xué)性能導(dǎo)致分別使用四層多重BARC結(jié)構(gòu)和三層多重BARC結(jié)構(gòu)形成的PR圖形之間的外形差異，如下面結(jié)合圖3A和3B說明。
圖3A和3B分別是在四層和三層多重BARC結(jié)構(gòu)中具有不同的第二掩模層厚度的PR圖形的外形照片。具體，圖3A圖示了四層BARC結(jié)構(gòu)中260、400和600的SiON厚度，以及圖3B圖示了三層BARC結(jié)構(gòu)中1000、1100和1200的SOG厚度。
如由圖3A可以看到，使用四層多重BARC結(jié)構(gòu)形成的PR圖形具有底切外形結(jié)構(gòu)，這是與第二掩模層(SiON層24)的厚度無關(guān)的恒量，但是對(duì)于阻止圖形坍塌通常是軟弱的。相反，如從圖3B可以看到，當(dāng)根據(jù)第二掩模層(SOG硅層28)的厚度改變外形結(jié)構(gòu)時(shí)，使用三層多重BARC結(jié)構(gòu)形成的PR圖形可以具有輕微的基座(footing)外形，在適當(dāng)?shù)暮穸认聦?duì)于阻止圖形坍塌是堅(jiān)固的。該差異源于BARC/PR界面之間的反射率差異，如由圖4A和4B可以看到。
圖4A和4B是說明BARC/PR界面的反射率取決于第二掩模層的厚度的曲線，以及在對(duì)應(yīng)于圖3A和3B所示厚度的位置處PR圖形的外形照片。
如由圖4A可以看到，BARC/PR界面(Resist Bot.)處的反射率具有約1％的相對(duì)穩(wěn)定值。但是，由于形成在SiON層24上的薄BARC層26，在BARC/PR界面處，被薄的BARC層26反射的入射光和被第二掩模層(SiON層)24反射的入射光互相建設(shè)性地(constructively)互相干涉。由此，BARC/PR界面被過刻蝕，因此PR圖形具有底切外形結(jié)構(gòu)，對(duì)于阻止圖形坍塌是軟弱的，導(dǎo)致工藝余量和器件成品率減小。PR圖形外形照片的右側(cè)照片圖示了根據(jù)PR圖形的厚度的光酸發(fā)生器(PAG)的濃度。如由該濃度照片可以看到，取決于深度，濃度具有不同的值。具體，在BARC/PR界面處，PAG濃度具有高值。因此，在光刻工序中形成底切外形結(jié)構(gòu)。
如由圖4B可以看到，由于三層多重BARC結(jié)構(gòu)的第二掩模層是透明的SOG硅層28，在BARC/PR界面處(這里，BARC變?yōu)镾OG層)的反射率具有超過4％的較高值。此外，由于入射光的路徑差根據(jù)第二掩模層的厚度而變化，在BARC/PR界面處產(chǎn)生干涉變化，因此反射率迅速地改變。由此，在第二掩模層的適當(dāng)厚度處，形成堅(jiān)固的阻止圖形坍塌的輕微基座結(jié)構(gòu)，但是在第二掩模層的不合適厚度處，形成軟弱的阻止圖形坍塌的底切結(jié)構(gòu)或重基座結(jié)構(gòu)。參考，如果PR圖形和BARC層之間的界面角度(BARC/PR界面角度)小于或等于80°，那么形成重基座結(jié)構(gòu)，如果BARC/PR界面角度大于或等于90°，形成底切結(jié)構(gòu)。由此，如果BARC/PR界面角度在80°和90°之間，那么形成輕微的基座結(jié)構(gòu)。優(yōu)選，如果BARC/PR界面角度是85°，那么輕微的基座結(jié)構(gòu)對(duì)于阻止圖形坍塌最堅(jiān)固的。
在下面的表1中概述了四層和三層多重BARC結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
表1

參考表1，在四層多重BARC結(jié)構(gòu)中，通過淀積層疊多個(gè)層，以及使用不透明的SiON層作為第二掩模層。四層多重BARC結(jié)構(gòu)是有利的，其中PR圖形不受第二掩模層的的厚度變化影響，以及反射率具有1％以下的穩(wěn)定值。但是，四層多重BARC結(jié)構(gòu)對(duì)于阻止圖形坍塌是軟弱的。此外，因?yàn)樗哂兴膶?，形成四層多重BARC結(jié)構(gòu)是困難的。而且，形成四層多重BARC結(jié)構(gòu)是昂貴的，因?yàn)槠渌袑油ǔＭㄟ^化學(xué)氣相淀積(CVD)層疊。在表1，“最小反射率”意味著多重BARC層的最小反射率。亦即，多重BARC層的反射率根據(jù)第二掩模層的厚度而變化。這里，第二掩模層具有第一最小反射率厚度，使得反射率是第一最小值，以及第二最小反射率厚度使得反射率將是第二最小值。在表1中，“最小反射率＜1％”意味著在所有最小反射率厚度處，該反射率低于1％。
在三層多重BARC結(jié)構(gòu)中，使用透明的SOG硅層作為第二掩模層。三層多重BARC結(jié)構(gòu)是有利的，其中輕微的基座結(jié)構(gòu)對(duì)于阻止圖形坍塌是堅(jiān)固的。此外形成三層多重BARC結(jié)構(gòu)是廉價(jià)的，因?yàn)橥ㄟ^旋涂層疊其各個(gè)層。但是，三層多重BARC結(jié)構(gòu)是不利之處在于它對(duì)第二掩模層的厚度變化敏感以及具有較高的反射率。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括刻蝕目標(biāo)層，多重底部抗反射涂層(BARC)，包括形成在刻蝕目標(biāo)層上的第一掩模層和形成在第一掩模層上的第二掩模層，第一掩模層包括碳和第二掩模層包括硅，以及形成在多重BARC層上的光刻膠(PR)圖形。多重BARC層具有2％或以下的反射率，以及PR圖形和多重BARC層之間的界面角度是80°至90°。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種形成光刻膠(PR)圖形的方法，包括制備刻蝕目標(biāo)層，以及在刻蝕目標(biāo)層上形成多重底部抗反射涂層(BARC)。該多重BARC層具有2％或以下的反射率，以及包括形成在刻蝕目標(biāo)層上的第一掩模層和形成在第一掩模層上的第二掩模層，第一掩模層包括碳和第二掩模層包括硅。該方法還包括在多重BARC層上形成PR層，以及通過光刻該刻蝕PR層來構(gòu)圖PR層，以便相對(duì)于多重BARC層，形成具有80°至90°的界面角度的PR圖形。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種形成半導(dǎo)體圖形的方法，該方法包括制備刻蝕目標(biāo)層，以及在刻蝕目標(biāo)層上形成多重底部抗反射涂層(BARC)。多重BARC層具有2％或以下的反射率，以及包括形成在刻蝕目標(biāo)層上的第一掩模層和形成在第一掩模層上的第二掩模層，第一掩模層包括碳和第二掩模層包括硅。該方法還包括在該多重BARC層上形成PR層，以及通過光刻該刻蝕PR層來構(gòu)圖PR層，以便相對(duì)于多重BARC層，形成具有80°至90°的界面角度的PR圖形。該方法還包括通過使用PR圖形作為掩模的刻蝕來構(gòu)圖第二掩模層，通過使用構(gòu)圖的第二掩模層作為掩模圖形的刻蝕來構(gòu)圖第一掩模層，以及通過使用構(gòu)圖的第一掩模層作為掩模的刻蝕來構(gòu)圖刻蝕目標(biāo)層。


由下面的詳細(xì)描述、根據(jù)附圖，本發(fā)明的上述及其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更為明顯，其中圖1A和1B是常規(guī)四層多重BARC結(jié)構(gòu)和常規(guī)三層多重BARC結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖2是說明圖1A所示的四層多重BARC結(jié)構(gòu)的每一層中的光能變化的曲線；圖3A和3B分別是使用四層和三層多重BARC結(jié)構(gòu)形成的PR圖形的外形照片；圖4A和4B是說明相對(duì)于第二掩模層的厚度，BARC/PR界面的反射率的曲線，以便說明圖3A和3B所示的PR圖形外形；圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的多重BARC結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖6A和6B是基于根據(jù)表3的Taguchi DOE數(shù)據(jù)分析S/N比率的曲線；圖7A和7B是用于分析界面角度的平均值的曲線；圖8圖示了BARC/PR界面的反射率取決于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的第二掩模層厚度的曲線，以及相應(yīng)的PR圖形的外形照片；圖9圖示了BARC/PR界面的反射率取決于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的第二掩模層厚度的曲線，以及相應(yīng)的PR圖形的外形照片；圖10A至10G是說明當(dāng)?shù)诙谀拥恼凵渎屎臀章首兓瘯r(shí)，BARC/PR界面的反射率根據(jù)多重BARC結(jié)構(gòu)的第二掩模層的厚度而變化的曲線，該多重BARC結(jié)構(gòu)的第二掩模層應(yīng)用于本發(fā)明的實(shí)施例；以及圖11A至11H是說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成半導(dǎo)體器件的多重BARC結(jié)構(gòu)和精細(xì)圖形的方法的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參考附圖更完全地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式體現(xiàn)，不應(yīng)該認(rèn)為其僅限于在此闡述的實(shí)施例中；相反，提供這些實(shí)施例是為了本公開將是徹底的和完全的，并且將本發(fā)明的原理完全傳遞給所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員。在圖中，為了清楚放大了元件的形式。為了便于理解，使用的相同參考標(biāo)記，可能指定為所有圖所共有相同的元件。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的多重BARC結(jié)構(gòu)的剖面圖。
參考圖5，多重BARC結(jié)構(gòu)包括形成在多重BARC層200上的刻蝕目標(biāo)層100、多重BARC層200和PR層300。BARC層200包括第一掩模層210和第二掩模層220。與常規(guī)三層多重BARC結(jié)構(gòu)相反，第二掩模層220是含硅層，其反射率“n”和吸收率“k”被適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，以及第一掩模層210包含適當(dāng)?shù)卣{(diào)整的碳量?？涛g目標(biāo)層100可以由需要形成精細(xì)圖形的SiO2、SiN、SiON或金屬材料如銅(CU)、鋁(Al)、鎢(W)和硅化鎢形成。
使用Taguchi DOE(試驗(yàn)設(shè)計(jì))選擇形成多重BARC層200的第一和第二掩模層210和220，使之可以考慮到噪聲因數(shù)和其他因數(shù)之間的互換效果，使材料和工藝條件最佳化。
在下面的表2中圖示了相應(yīng)的Taguchi DOE。
表2

參考表2，BARC/PR界面角度被選為特性值。這里，BARC是第二掩模層，BARC/PR界面角度精確地是BARC和PR圖形的側(cè)壁之間的界面角度，PR圖形通過構(gòu)圖PR層形成。界面角度具有85°的額定最好性能，以及界面反射率具有較小較好特性。接近預(yù)定值額定最好性能是優(yōu)異的，以及較小的較好性能在小值時(shí)是優(yōu)異的。85°的界面角度被選為額定的較好性能，因?yàn)樗鼘?duì)于阻止圖形坍塌是堅(jiān)固的。第二掩模層的折射率和吸收率和第一掩模層的類型被選為控制因素，以及可容許極限和類型被設(shè)為表2。考慮到常規(guī)第二掩模層的折射率和吸收率，設(shè)置可容許極限。第二掩模層的厚度被設(shè)為噪聲因數(shù)，僅僅考慮到第二最小反射率厚度的+/-100。考慮第二掩模層的厚度，針對(duì)設(shè)計(jì)第二掩模層的噪聲因數(shù)不受厚度變化的影響。這是因?yàn)榈诙谀訉?duì)于阻止厚度變化是軟弱的。反射率被設(shè)為Taguchi DOE的副特性值，對(duì)于直接分析不使用該值，而是考慮確定最優(yōu)條件。
第二掩模層的折射率值主要取決于硅的重量百分比(wt.％)，以及被設(shè)為從＝1.5(包含46wt.％硅的氧化硅的折射率)至n＝1.7(包含20-wt.％硅的硅氧烷的折射率)的三級(jí)。第二掩模層的吸收率取決于染料含量，以及被設(shè)為從0.05至0.15的三級(jí)。此外，第一掩模層被分為淀積型非晶碳層(ACL)，具有60-wt.％碳的聚亞芳香醚(PAE)層以及具有80-wt.％碳的旋涂碳(SOC)層。
在下面的表3中圖示了根據(jù)表2的模擬結(jié)果。
表3

在圖3中，Dose和Focus分別表示入射光量和聚焦位置。Dose的單位是mJ/cm2以及聚焦位置以μm表示。在PR層的表面，聚焦位置具有0值，在表面上具有正值，以及在表面之下具有負(fù)值。對(duì)于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，優(yōu)選入射光量和聚焦位置保持恒定值。可以認(rèn)為當(dāng)界面角度從85°偏離超過5°時(shí)，重基座或底切發(fā)生。使用這些數(shù)據(jù)執(zhí)行Taguchi分析，信噪比(S/N)被考慮為最重要的數(shù)據(jù)。S/N比率是表示相對(duì)于控制因素，亦即，工藝變量怎樣穩(wěn)定地獲得特性值的值。可以認(rèn)為在高值下，S/N比率是非常穩(wěn)定的。在該實(shí)驗(yàn)中，信號(hào)對(duì)應(yīng)于主特性值，噪聲對(duì)應(yīng)于通過噪聲系數(shù)(即，第二掩模層的厚度)從額定的最好特性曲線偏離的量。因此可以說當(dāng)主特性值接近額定最好特性值時(shí)，S/N比率變得更大和被噪聲系數(shù)影響，亦即，第二掩模層的厚度變化的影響變得更小。
圖6A是說明S/N比率受控制因素的主要影響的曲線。
參考圖6A，當(dāng)n＝1.6和k＝0.1(參見由曲線中的“最好”表示的部分)，第二掩模層顯示出具有最大S/N比率的工藝穩(wěn)定性。在三個(gè)因數(shù)當(dāng)中，k值最大大地影響工藝穩(wěn)定性。亦即，S/N比率隨k值的變化顯著地變化。k＝0.1的值對(duì)應(yīng)于k＝0的透明SOG層和k＞0.3的BARC層之間的值。具有這些值(n＝1.6和k＝0.1)的第二掩模層具有小的干擾效應(yīng)，不破壞工藝穩(wěn)定性，因此可以被認(rèn)為滿足堅(jiān)固的阻止圖形坍塌和厚度變化的性能。相反，第一掩模層對(duì)S/N具有最小的影響，因此可以被用作修正系數(shù)。
圖6B是說明相對(duì)于控制因素的組合對(duì)S/N比率的互換影響的曲線。
參考圖6B，當(dāng)值n和值k分別是1.6和0.1時(shí)，S/N比率是最高的，即使考慮到其他條件上的互換反應(yīng)，因此獲得工藝穩(wěn)定性。相反，除k＝0.05的情況之外，第一掩模層因數(shù)顯示出相對(duì)高的S/N比率，因此可以被認(rèn)為是對(duì)于S/N比率具有小的影響。在下面的表4中圖示了對(duì)S/N比率的偏差分析。
圖4

參考表4，與S/N比率相反主和互換效果的影響可以被數(shù)字地再證實(shí)。亦即，可以看出根據(jù)值k，平方和(SS)平方(MS)的平均是最大的，以及根據(jù)第一掩模層，SS和MS是最小的。由此，優(yōu)選選擇“n＝1.6和k＝0.1”作為可以增加S/N比率和保證工藝穩(wěn)定性的第二掩模層的條件。
圖7A和7B是用于發(fā)現(xiàn)滿足85°的界面角度條件的平均分析的曲線。這里，85°是考慮的堅(jiān)固阻止圖形坍塌的界面角度。
圖7A是說明相對(duì)于控制因素，對(duì)界面角度的平均值的主要影響的曲線。
如由圖7A可以看到，第一掩模層的類型最大大地影響界面角度的平均值。在第一掩模層當(dāng)中，PAE層具有接近90°的界面角度，因此阻止圖形坍塌是最弱的。相反，ACL層和SOC層可以具有相對(duì)穩(wěn)定的界面角度。在圖6A或6B中的n＝1.6和k＝0.1時(shí)，第二掩模層顯示出大的S/N比率，但是在圖7A中的界面角度的平均值下(結(jié)果有利于平均值變得接近85°)，在n＝1.7和k＝0.05時(shí)，顯示出較小平均值。亦即，可以看出，在n＝1.7和k＝0.05時(shí)，第二掩模層對(duì)于阻止圖形坍塌是堅(jiān)固的。
圖7B是說明相對(duì)于控制因素的結(jié)合，界面角度的平均值上的互換(reciprocating)影響的曲線。
如由圖7B可以看到，第一掩模層當(dāng)中的PAE層具有相對(duì)大的界面角度，因此對(duì)于阻止圖形坍塌是軟弱的。相反，除n＝1.5和k＝0.15之外，ACL層和SOC層顯示出相對(duì)堅(jiān)固的阻止圖形坍塌的界面角度。其間，在主要影響或圖7a中，在n＝1.7和k＝0.05時(shí)，折射率和吸收率顯示出最穩(wěn)定的界面角度，但是在圖7B中，即使在n＝1.6和k＝0.1時(shí)，也顯示出堅(jiān)固的阻止圖形坍塌的界面角度。由此，當(dāng)考慮S/N比率和平均值的效果時(shí)，在n＝1.6和k＝0.1時(shí)，第二掩模層的折射率和吸收率顯示出最穩(wěn)定的界面角度，以及相對(duì)于第二掩模層的厚度變化，幾乎沒有影響，能夠進(jìn)行穩(wěn)定的工序。此外，在第一掩模層對(duì)于S/N比率幾乎沒有影響和對(duì)平均值有實(shí)質(zhì)性影響的情況下，ACL層和SOC層(除PAE層之外)可以被用作多重BARC的第一掩模層。
在下面的表5中圖示了對(duì)平均值的偏差分析，由此可以數(shù)字地再證實(shí)圖7A和7B的結(jié)果。在SS和MS值下，第一掩模層的類型因數(shù)顯示出最大值，以及最大大地有助于界面角度的平均值。
表5

如從對(duì)S/N比率和平均值的上述分析可以看到，允許堅(jiān)固的阻止圖形坍塌的外形和第二掩模層的厚度變化的條件是形成具有n＝1.6和k＝0.1的性能的第二掩模層。亦即，第二掩模層幾乎不受干擾影響和連同第一掩模層一起用作抗反射層，第二掩模層是不透明的和具有小的反射率，由此使之可以獲得堅(jiān)固的阻止圖形坍塌的PR圖形外形。
實(shí)施例1圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例BARC/PR界面的反射率取決于第二掩模層厚度的曲線，以及相應(yīng)的PR圖形的外形照片接近第二最小反射率厚度。
在第一實(shí)施例中，第二掩模層具有n＝1.6和k＝0.1的性能，以及第一掩模層是具有n＝1.0272和k＝0.5182性能的ACL。如從圖8可以看到，BARC/PR界面的反射率是穩(wěn)定的，具有約1％，接近第二掩模層的厚度0.1μm，亦即，第二最小反射率厚度，以及PR圖形的外形幾乎不受厚度變化影響和具有相對(duì)堅(jiān)固的阻止圖形坍塌的輕微基座結(jié)構(gòu)。此時(shí)，第二掩模層具有30％或以上的硅重量百分比，以及80％或以上的碳重量百分比。其間，第一掩模層(ACL)可以具有約0.1至1μm的厚度。
實(shí)施例2圖9圖示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例BARC/PR界面的反射率取決于第二掩模層厚度的曲線，以及在第二最小反射率厚度下的相應(yīng)PR圖形的外形照片。
在第二實(shí)施例中，第二掩模層具有n＝1.6和k＝0.1的性能。但是，第一掩模層是SOC層，具有n＝1.46和k＝0.6的性能。第一掩模層的厚度和碳重量百分比與第一實(shí)施例相同。圖9示出了PR圖形的外形幾乎不受厚度變化影響和具有堅(jiān)固的阻止圖形坍塌的輕微基座結(jié)構(gòu)，以及在約0.1μm的厚度處發(fā)生第二掩模層的第二最小反射率和外圍反射率是1％或以下。
實(shí)施例3圖10A至10G是說明當(dāng)?shù)诙谀拥恼凵渎屎臀章首兓瘯r(shí)，BARC/PR界面與多重BARC結(jié)構(gòu)的第二掩模層厚度的反射率的曲線，該多重BARC結(jié)構(gòu)應(yīng)用于本發(fā)明的第三實(shí)施例。
在第三實(shí)施例中，第一掩模層是n＝1.5和k＝0.29的SOC層，以及可以具有0.1至1μm的厚度。每個(gè)曲線圖示了對(duì)應(yīng)于第二掩模層的折射率從1.5至1.75增加0.1的情況的值。每個(gè)曲線也表示對(duì)應(yīng)于反射率從0.00至0.30增加0.05的吸收率。圖10A和10B圖示了部分可以具有超過2％的反射率以及反射率根據(jù)硅層的厚度變化顯著地改變的情況。對(duì)于本實(shí)施例該情況不是最優(yōu)的。圖10C至10F圖示了相對(duì)于厚度變化折射率較穩(wěn)定的情況，吸收率從0.1至0.24以及具有2％或以下的較低值。該情況可應(yīng)用于本實(shí)施例。圖10G圖示了相對(duì)于厚度反射率顯著地變化和具有2％或以上值的情況，對(duì)于本實(shí)施例不是最優(yōu)的。
因此，根據(jù)第三實(shí)施例的多重BARC結(jié)構(gòu)可以使用n＝1.5和k＝0.29的第一SOC掩模層，以及第二掩模層具有1.6至1.75的折射率和0.1至0.25的吸收率。該多重BARC結(jié)構(gòu)可以穩(wěn)定地控制反射率小于或等于2％，如上所示。
實(shí)施例4圖11A至11H是說明根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例形成半導(dǎo)體器件的多重BARC結(jié)構(gòu)(或半導(dǎo)體結(jié)構(gòu))和精細(xì)圖形的剖面圖。
參考圖11A，在其上將形成精細(xì)圖形的刻蝕目標(biāo)層100上形成第一掩模層210。這里，第一掩模層可以是ACL或SOC層，以及可以形成至約0.1至1μm的厚度。
參考圖11b，在第一掩模層210上形成第二掩模層220，由此形成多重BARC200。這里，第二掩模層220具有1.6至1.75的折射率和0.1至0.25的吸收率。第二掩模層220具有約30至40％的重量百分比和0.03至0.1μm的厚度。優(yōu)選，硅層的硅重量百分比和厚度被調(diào)整為形成具有1.6的折射率和0.1的吸收率的第二掩模層220。
參考圖11C，在第二掩模層220上形成PR層300。優(yōu)選通過旋涂形成第一和第二掩模層210和220以及PR層300。
參考圖11D，通過光刻構(gòu)圖PR層300，以及構(gòu)圖的PR層300a被用作掩模。此時(shí)，用具有80至90°的界面角度的輕微基座結(jié)構(gòu)形成PR圖形。
參考圖11E，使用構(gòu)圖的PR層300a作為掩?？涛g第二掩模層220，在刻蝕的PR層300b下面產(chǎn)生刻蝕的PR層300b和構(gòu)圖的第二掩模層220a。
參考圖11F，使用構(gòu)圖的PR層300b和第二掩模層220a作為掩模，刻蝕第一掩模層210，產(chǎn)生刻蝕的第二掩模層220b和構(gòu)圖的第一掩模層210a。
參考圖11G，使用構(gòu)圖的第一和第二掩模層210a和220b作為掩模刻蝕該刻蝕目標(biāo)層100，產(chǎn)生刻蝕的第一掩模層210b和構(gòu)圖的刻蝕目標(biāo)層100a。
參考圖11H，第一掩模層被除去，因此僅僅構(gòu)圖的刻蝕目標(biāo)層100a剩下。用和常規(guī)工藝相同的方法執(zhí)行后續(xù)工序，因此為簡單起見將省略其描述。
這里，使用193-nm ArF準(zhǔn)分子激光器作為光刻的光源，刻蝕目標(biāo)層由需要60nm或以下的精細(xì)圖形的材料形成。
如上所述，第二掩模層的折射率和吸收率被適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，以及第一掩模層被適當(dāng)?shù)剡x擇。由此，可以形成具有低反射率的多重BARC層，以及使用多重BARC層形成堅(jiān)固的阻止厚度變化和圖形坍塌的PR圖形。因此，可以形成60nm或以下的半導(dǎo)體器件的精細(xì)圖形。
此外，可以使用旋涂技術(shù)形成多重BARC層和PR層，代替常規(guī)CVD技術(shù)，導(dǎo)致生產(chǎn)成本減少。
盡管已參考其示例性實(shí)施例具體展示和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離附加權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可以在形式上和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括刻蝕目標(biāo)層；多重底部抗反射涂層(BARC)，包括形成在刻蝕目標(biāo)層上的第一掩模層和形成在第一掩模層上的第二掩模層，其中第一掩模層包括碳并且第二掩模層包括硅；以及形成在多重BARC層上的光刻膠(PR)圖形，其中多重BARC層具有2％或以下的反射率，以及PR圖形和多重BARC層之間的界面角度是80°至90°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中界面角度是85°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中多重BARC層的反射率取決于第二掩模層的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中第二掩模層具有0.03μm至0.1μm的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中第二掩模層具有0.1μm的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該多重BARC層具有1％或以下的反射率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中在小于或等于193nm的光波長下，通過光刻形成PR圖形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中第二掩模層的折射率取決于第二掩模層的硅的重量百分比，以及第二掩模層的吸收率取決于第二掩模層的染料含量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中第二掩模層的硅的重量百分比是30％至40％。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中通過使用氟化氬準(zhǔn)分子激光器的光刻形成PR圖形，以及其中第二掩模層具有1.6至1.75的折射率和0.1至0.25的吸收率。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中第二掩模層具有1.6的折射率和0.1的吸收率。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中第一掩模層具有0.1μm至1μm的厚度。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中第一掩模層具有1.0至2.0的折射率和0.3至1.0的吸收率。
14.根據(jù)權(quán)利要求1 3的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中第一掩模層是具有1.0272的折射率和0.5182的吸收率的非晶碳層，或具有1.46的折射率和0.67的吸收率的旋涂碳層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該多重BARC層的反射率小于1％。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中第一掩模層是具有1.5的折射率和0.29的吸收率的旋涂碳層。
17.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中第一掩模層的碳的重量百分比超過80％。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中通過旋涂形成該多重BARC層和PR層。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中多重BARC層是包括第一掩模層和第二掩模層的雙BARC層。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中刻蝕目標(biāo)層由選自由氧化硅、氮化硅、銅、鋁、鎢和硅化鎢構(gòu)成的組的材料形成。
21.一種形成光刻膠(PR)圖形的方法，該方法包括制備刻蝕目標(biāo)層；在刻蝕目標(biāo)層上形成多重底部抗反射涂層(BARC)，其中該多重BARC層具有2％或以下的反射率，以及包括形成在刻蝕目標(biāo)層上的第一掩模層和形成在第一掩模層上的第二掩模層，其中第一掩模層包括碳并且第二掩模層包括硅；在多重BARC層上形成PR層；以及通過光刻刻蝕該P(yáng)R層來構(gòu)圖PR層，以便相對(duì)于該多重BARC層，該P(yáng)R圖形形成有80°至90°的界面角度。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中界面角度是85°。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中第一掩模層形成至0.1μm至1μm的厚度，以及第二掩模層形成至0.03μm至0.1μm的厚度。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中通過第二掩模層的硅的重量百分比調(diào)整第二掩模層的折射率，以及通過第二掩模層的染料含量調(diào)整第二掩模層的吸收率。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中第二掩模層的硅的重量百分比是30％至40％。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中用來構(gòu)圖PR層的光波長是193nm，以及第二掩模層具有1.6至1.75的折射率和0.1至0.25的吸收率。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中第二掩模層具有1.6的折射率和0.1的吸收率，以及該多重BARC層具有1％或以下的反射率。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中第一掩模層具有1.0至2.0的折射率和0.3至1.0的吸收率。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中第一掩模層是具有1.0272的折射率和0.5182的吸收率的非晶碳層，或具有1.46的折射率和0.67的吸收率的旋涂碳層。
30.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中第一掩模層是具有1.5的折射率和0.29的吸收率的旋涂碳層。
31.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中第一掩模層的碳的重量百分比超過80％。
32.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中通過旋涂，層疊該多重BARC層和PR層。
33.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中該多重BARC層是包括第一掩模層和第二掩模層的雙BARC層。
34.一種形成半導(dǎo)體圖形的方法，該方法包括制備刻蝕目標(biāo)層；在刻蝕目標(biāo)層上形成多重底部抗反射涂層(BARC)，其中該多重BARC層具有2％或以下的反射率，以及包括形成在刻蝕目標(biāo)層上的第一掩模層和形成在第一掩模層上的第二掩模層，其中第一掩模層包括碳并且第二掩模層包括硅；在該多重BARC層上形成PR層；以及通過光刻刻蝕該P(yáng)R層來構(gòu)圖PR層，以便相對(duì)于該多重BARC層，PR圖形形成有80°至90°的界面角度；通過使用PR圖形作為掩模的刻蝕，構(gòu)圖第二掩模層；通過使用構(gòu)圖的第二掩模層作為掩模的刻蝕，構(gòu)圖第一掩模層；通過使用構(gòu)圖的第一掩模層作為掩模的刻蝕，構(gòu)圖刻蝕目標(biāo)層。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中界面角度是85°。
36.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中第一掩模層形成至0.1μm至1μm的厚度，以及第二掩模層形成至0.03μm至0.1μm的厚度。
37.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中通過第二掩模層的硅的重量百分比調(diào)整第二掩模層的折射率，以及通過第二掩模層的染料含量調(diào)整第二掩模層的吸收率。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中第二掩模層的硅的重量百分比是30％至40％。
39.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其中用來形成PR圖形的光波長是193nm，以及第二掩模構(gòu)圖具有1.6至1.75的折射率和0.1至0.25的吸收率。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的方法，其中第二掩模層具有1.6的折射率和0.1的吸收率，以及該多重BARC層具有1％或以下的反射率。
41.根據(jù)權(quán)利要求39的方法，其中第一掩模層具有1.0至2.0的折射率和0.3至1.0的吸收率。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中第一掩模層是具有1.0272的折射率和0.5182的吸收率的非晶碳層，或具有1.46的折射率和0.67的吸收率的旋涂碳層。
43.根據(jù)權(quán)利要求39的方法，其中第一掩模層是具有1.5的折射率和0.29的吸收率的旋涂碳層。
44.根據(jù)權(quán)利要求39的方法，其中第一掩模層的碳的重量百分比超過80％。
45.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中通過旋涂，層疊該多重BARC層和PR層。
46.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中該多重BARC層是包括第一掩模層和第二掩模層的雙BARC層。
全文摘要
該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括將被構(gòu)圖的刻蝕目標(biāo)層、多個(gè)底部抗反射涂層(BARC)層以及光刻膠(PR)圖形。多重BARC層包括形成在刻蝕目標(biāo)層上并包含碳的第一掩模層，以及形成在第一掩模層上并包含硅的第二掩模層。形成在多重BARC層上的PR層經(jīng)歷光刻，以在多重BARC層上形成PR圖形。多重BARC層具有2％以下的反射率，以及PR圖形和多重BARC層之間的界面角度是80°至90°。
文檔編號(hào)H01L21/00GK1971424SQ200610110078
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月30日
發(fā)明者夏政煥, 蔡允淑, 趙漢九, 姜昌珍, 禹相均, 柳萬馨, 丁榮載 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社