專利名稱：半導(dǎo)體器件圖案的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種形成半導(dǎo)體器件的掩模圖案的形成方法，特別是形成微型圖 案的方法。
背景技術(shù)：
通常，半導(dǎo)體器件例如閃存包括數(shù)千個微型圖案。這些微型圖案利用光 刻工藝形成。為了使用光刻工藝形成微型圖案，首先將光致抗蝕劑涂覆于有 待構(gòu)圖的目標(biāo)膜上。然后利用掩模進(jìn)行普通的曝光工藝以改變曝光后的光致
分，由此形成光致抗蝕劑膜圖案。進(jìn)行利用光致抗蝕劑膜圖案作為蝕刻掩模 的蝕刻工藝，以去除目標(biāo)膜的曝光部分。剝離光致抗蝕劑膜圖案以形成目標(biāo) 膜圖案。
在光刻工藝中，兩個關(guān)鍵點(diǎn)是分辨率和聚焦深度(DOF)。對于曝光設(shè) 備的分辨率，光源波長越短和孔徑設(shè)定越大(即越小的開口 )，可以獲得更 高的分辨率。因此，可以在晶片上形成更多數(shù)目的微型圖案。然而，曝光設(shè) 備的光源波長和孔徑設(shè)定是有限度的，而器件集成水平在不斷增加。已經(jīng)提 出通過使用幾種方法提高分辨率的分辨率增強(qiáng)技術(shù)(RET)。 RET包括雙重 曝光技術(shù)(DET)，通過硅烷化(TIPS)的上表面成像技術(shù)(TIPS)等。
雙重曝光技術(shù)是將曝光和蝕刻過程均進(jìn)行兩次。雙重曝光技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是 可以形成相對微型的圖案，但是缺點(diǎn)是重疊邊緣弱化，且難以均勻控制圖案 間的臨界尺寸。
通過硅烷化的上表面成像工藝(TIPS)是進(jìn)行淺曝光以使擴(kuò)散反應(yīng)在曝 光區(qū)域和非曝光區(qū)域選擇性進(jìn)行以形成潛影的工藝，并能夠使硅烷化區(qū)域作 為掩模且非硅烷化區(qū)域被顯影。TIPS與一般的抗蝕劑構(gòu)圖工藝相比，優(yōu)點(diǎn) 在于它比高分辨率中的單膜抗蝕劑具有更寬的聚焦深度，但是缺點(diǎn)是在下一 代更小的微型圖案中應(yīng)用受限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方式提出用以下方法形成微型圖案，首先，光致抗蝕劑膜 圖案的側(cè)面和上表面被硅烷化，去除光致抗蝕劑膜圖案的上表面和其中心未 被硅烷化的部分，這樣光致抗蝕劑膜圖案變成了新的圖案。這類似于建筑一 個實(shí)心的壁，然后掏空其中心，形成兩個平行的壁。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式形成半導(dǎo)體器件圖案的方法包括以下步驟在半 導(dǎo)體襯底上形成硬掩模；在硬掩模上形成光致抗蝕劑膜圖案；將光致抗蝕劑 膜圖案的頂部及側(cè)表面轉(zhuǎn)化為氣化物層；去除光致抗蝕劑圖案上的氧化物 層，因此暴露光致抗蝕劑膜圖案中的光致抗蝕劑膜；去除暴露的光致抗蝕劑 膜，以形成氧化物層圖案；并利用氧化物層圖案作為蝕刻掩模蝕刻硬掩模。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式形成半導(dǎo)體器件的圖案的方法包括以下步 驟在半導(dǎo)體襯底上形成硬掩模，其中分隔出單元區(qū)域和外圍區(qū)域；在硬掩 模上形成光致抗蝕劑膜圖案；將光致抗蝕劑膜圖案的上表面和側(cè)面轉(zhuǎn)化為氣 化物層；切割外圍區(qū)域的氧化物層；去除光致抗蝕劑膜圖案上的氧化物層， 因此暴露出光致抗蝕劑膜圖案中的光致抗蝕劑膜；去除暴露的光致抗蝕劑膜 以形成氧化物層圖案；用氧化物層圖案作為蝕刻掩模蝕刻硬掩模。
形成氧化物層的步驟可以包含在光致抗蝕劑膜圖案上涂覆硅烷化試 劑，并進(jìn)行曝光或烘烤工藝，或者同時進(jìn)行曝光和烘烤工藝，由此使光致抗 蝕劑膜圖案的上表面和側(cè)面變?yōu)檠趸飳印?br> 氧化物層可以由Si02制成。
每個光致抗蝕劑膜圖案的寬度可以是每個氧化物層圖案寬度的兩倍。 光致抗蝕劑膜圖案的表面被改變?yōu)闅饣飳拥暮穸仍诿總€氧化物層圖
案中相同。
硅烷化試劑可以由下列組中的一種形成，該組包括六曱基二硅烷 (HMDS ),四曱基二硅烷(TMDS ),雙二曱胺曱基硅烷(BDMAMS ),雙二 甲胺二曱基石圭烷(bisdimethyl amino dimethylsilane ) ， 二曱基硅烷二甲胺 (dimethylsilyl dimethylamine ), 二曱基石圭烷二乙胺(dimethylsilyl diethylamine ), 三曱基硅烷二乙胺(trimethylsilyl diethylamine )，和二曱胺五曱基硅烷(dimethyl amino pentamethylsilane )。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件圖案的形成方法包含以下步 驟提供半導(dǎo)體襯底，其中形成待構(gòu)圖的目標(biāo)物；在目標(biāo)物上形成光致抗蝕 劑膜圖案，每個圖案具有的間距比待構(gòu)圖的目標(biāo)物的間距大，將光致抗蝕劑 膜圖案的所有表面轉(zhuǎn)化成氧化物層，去除形成在光致抗蝕劑膜圖案上的氧化物層，由此暴露出光致抗蝕劑膜圖案中的光致抗蝕劑膜；去除暴露的光致抗 蝕劑膜以形成氧化物層圖案，每個氧化物層圖案的間距都小于每個光致抗蝕 劑膜圖案的間距；用氧化物層圖案作為掩模蝕刻目標(biāo)物。根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件圖案的形成方法包含以下步 驟在半導(dǎo)體襯底上形成將被蝕刻層；在將被蝕刻層上形成光致抗蝕劑膜圖 案；將光致抗蝕劑膜圖案的表面轉(zhuǎn)化成蝕刻選擇性不同于將被蝕刻層的掩模 層；去除光致抗蝕劑膜圖案上部的掩模層，由此暴露出光致抗蝕劑膜圖案中 的光致抗蝕劑膜；去除暴露的光致抗蝕劑膜以形成掩模層圖案；和用掩模層 圖案作為蝕刻掩模蝕刻將被蝕刻層。在一個實(shí)施方式中，形成半導(dǎo)體器件圖案的方法包括在半導(dǎo)體襯底上形 成硬掩模層和在硬掩模層上形成光致抗蝕劑膜圖案。光致抗蝕劑膜圖案的外 部被轉(zhuǎn)化為具有第一垂直壁、第二垂直壁和水平壁的氧化物層，其中光致抗 蝕劑膜圖案的內(nèi)部被包圍在轉(zhuǎn)化的氣化物層中。水平壁的至少 一部分被去 除，以暴露出保留在轉(zhuǎn)化的氧化物層內(nèi)部的光致抗蝕劑膜圖案曝。除去暴露 的光致抗蝕劑膜圖案以形成分別相應(yīng)于氧化物層的第 一和第二垂直壁的第 一和第二氧化物圖案。利用第 一和第二氧化物圖案作為蝕刻掩模構(gòu)圖硬掩模 層。使用構(gòu)圖的硬掩模層蝕刻半導(dǎo)體襯底。在另一個實(shí)施方式中，形成半導(dǎo)體器件圖案的方法包括在半導(dǎo)體襯底上 形成硬掩模層和在硬掩模層上形成光致抗蝕劑圖案。光致抗蝕劑圖案的外部 被轉(zhuǎn)化為不同材料層的層，轉(zhuǎn)化層具有一起包圍光致抗蝕劑圖案內(nèi)部的第 一、第二和第三部分，第一和第二部分垂直延伸，第三部分水平延伸；去除 轉(zhuǎn)化層的第三部分，以暴露保留在轉(zhuǎn)化層中的光致抗蝕劑圖案。去除暴露的 光致抗蝕劑圖案以獲得分別對應(yīng)于轉(zhuǎn)化層的第一和第二部分的第 一和第二 圖案。利用第一和第二圖案構(gòu)圖硬掩模層。在另一實(shí)施方式中，形成半導(dǎo)體器件圖案的方法包括提供具有目標(biāo)層 的半導(dǎo)體襯底；形成具有間距的光致抗蝕劑圖案；將光致抗蝕劑圖案的外部轉(zhuǎn)化成氧化物層；去除部分氧化物層以暴露出保留在轉(zhuǎn)化的氧化物層中的光 致抗蝕劑圖案；去除剩余的光致抗蝕劑圖案以形成第一和第二圖案，每個圖 案的間距都'J、于光致抗蝕劑圖案的間距；用第 一和第二圖案作為蝕刻掩模蝕 刻目才示層。在另一個實(shí)施方式中，在襯底上形成圖案的方法包括在半導(dǎo)體襯底上 形成掩模層；在掩模層上形成第一圖案，該第一圖案為第一種材料；將第一 圖案的外表面轉(zhuǎn)化為第二種材料層的層，該轉(zhuǎn)化層具有一起包圍第一種材料 的第一圖案的內(nèi)部的第一、第二和第三部分，第一和第二部分垂直延伸，第 三部分水平延伸；去除轉(zhuǎn)化層的第三部分，以暴露出保留在轉(zhuǎn)化層內(nèi)的第一 圖案的內(nèi)部；去除暴露的第一圖案的內(nèi)部以獲得第二種材料的第二和第三圖 案。第二和第三圖案分別對應(yīng)于轉(zhuǎn)化層的第一和第二部分。第一種材料包括 光致抗蝕劑。第二種材料包含氧化物，其中第二和第三圖案一起構(gòu)成圖案。


圖1A到7A是示出單元區(qū)域的截面圖，其順序顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí) 施方式形成半導(dǎo)體器件圖案的方法；圖1B至7B是示出外圍區(qū)域連接的透視圖，其順序顯示了根據(jù)本發(fā)明 的實(shí)施方式形成半導(dǎo)體器件圖案的方法。
具體實(shí)施方式
圖1A到7A是示出單元區(qū)域的截面圖，其順序顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí) 施方式形成半導(dǎo)體器件圖案的方法。圖1B至7B顯示了外圍區(qū)域連接的透 視圖，其順序顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式形成半導(dǎo)體器件圖案的方法,，參見圖1A和1B，在單元區(qū)域和外圍區(qū)域的半導(dǎo)體襯底10上分別形成 硬掩模11。在硬膜U上分別形成光致抗蝕劑膜12。硬掩模ll可以使用聚乙烯(poly)(即曱基丙烯酸曱酯)，聚合物，酚酉荃 清漆、砜聚合物等形成。參見圖2A和2B，使用掩模(未顯示)在光致抗蝕劑膜12上進(jìn)行蝕刻 工藝從而形成光致抗蝕劑膜圖案12a(見圖1A和圖1B)。該蝕刻工藝可以 利用KrF, ArF, F2或者EUV光源。假設(shè)光致抗蝕劑膜圖案12a的寬度A和光致抗蝕劑膜圖案12a的距離B之和為光致抗蝕劑膜圖案12a的間距，光致抗蝕劑膜圖案12a以這樣的方式 形成光致抗蝕劑膜圖案12a的間距是最終形成的間距的兩倍。備選地，光 致抗蝕劑膜圖案12a的寬度A可以是光致抗蝕劑膜圖案12a的距離B的3 倍。但本發(fā)明范圍并不限于上述限定，光致抗蝕劑膜圖案12a的寬度A和光 致抗蝕劑膜12a的距離B可以根據(jù)待形成的圖案的最終尺寸的需要變化。參見圖3A和圖3B,將含硅的硅烷化試劑涂覆于光致抗蝕劑膜圖案12a (見圖2A和2B)上，由此硅烷化光致抗蝕劑膜圖案12a的側(cè)面和上表面。 在表面已被硅烷化的光致抗蝕劑膜圖案12a上分步進(jìn)行曝光和烘烤，或同時 進(jìn)行曝光和烘烤，從而使光致抗蝕劑膜圖案12a的側(cè)面和上表面轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸?物層13。氧化物層13可以是Si02。同時作為未變化的光致抗蝕劑膜圖案12a 的剩余部分，光致抗蝕劑膜12b保留在氧化物層13的中心。.形成的氧化物層13的厚度可以通過調(diào)節(jié)曝光或烘烤工藝的溫度和時間 來改變。選擇氧化物層13的厚度C和目標(biāo)圖案的厚度相同?；蛘撸趸?層13的厚度C和氧化物層13的距離B相同。硅烷化試劑可以是液態(tài)或氣態(tài)，可以含有3-70%的硅。硅烷化試劑可以 以下 一種六曱基二硅胺烷(HMDS ),四曱基二珪胺烷(TMDS )，雙二曱 胺曱基硅烷(BDMAMS ), 雙二曱胺二曱基硅烷(bisdimethyl amino dimethylsilane )， 二曱基硅烷二曱胺(dimethylsilyl dimethylamine )， 二曱基珪烷 二乙胺(dimethylsilyl diethylamine )， 三曱基石圭》克二乙胺(■ trimethylsilyl diethylamine )禾口二曱胺五曱基石圭》咒(dimethyl amino pentamethylsilane )。參見圖4A和4B,光致抗蝕劑14形成于硬掩模11的整個表面。形成蝕 刻孔15從而暴露出形成在外圍區(qū)域的半導(dǎo)體襯底10中的氧化物層13的給 定區(qū)域。通過蝕刻孔15進(jìn)行曝光和顯影工藝，從而切割氧化物層13的給定 區(qū)域。由此在后續(xù)工藝中形成的外圍區(qū)域的各個連接可以彼此分開,，參見圖5A和5B,除去光致抗蝕劑14 (見圖4A和4B )。氣化物層13 的上表面(見圖4A和4B)通過各向異性蝕刻法除去，以僅暴露剩余的光致 抗蝕劑膜12b (見圖4A和4B)。各向異性蝕刻可以是干蝕刻。剩下的光致 抗蝕劑膜圖案12b通過已知技術(shù)去除，從而形成氧化物層圖案13a。因此氧 化物層圖案Da的寬度變?yōu)楣庵驴刮g劑膜圖案12a(見圖2A和2B)的一半， 因此形成更小的微型圖案。參見圖6A和6B，進(jìn)行利用氧化物層圖案13a (見圖5A和5B )作為蝕 刻掩模的各向異性蝕刻工藝來形成硬掩模圖案lla。換句話說，氣化物層圖 案13a被作為形成下面的硬掩模圖案lla的硬掩模。氧化物層圖案13使用 已知技術(shù)去除。
參見圖7A和7B,進(jìn)行利用硬掩模圖案lla (見圖6A和6B )作為蝕 刻掩模的蝕刻工藝以形成半導(dǎo)體襯底圖案10a。硬掩模圖案lla用已知技術(shù)去除。根據(jù)本發(fā)明的形成半導(dǎo)體器件圖案的方法，光致抗蝕劑的表面被轉(zhuǎn)化為 氧化物層。利用形成在光致抗蝕劑圖案側(cè)面上的氧化物層形成圖案。因此， 即使再小的微型圖案也可以形成。這使得可能形成更高集成和更小的微型器件。雖然參考具體示出的實(shí)施方式描述了了本發(fā)明，還要指出，對于本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員來說顯然可以作出許多改變而不背離由權(quán)利要求所限定的 本發(fā)明的精神和范圍。例如，在本實(shí)施方式中，描述了本方法用于在外圍區(qū) 域中形成連接圖案。然而，很明顯本領(lǐng)域技術(shù)人員可以將其應(yīng)用到形成獨(dú)立 形成的圖案中。本發(fā)明要求2006年9月29日遞交的申請?zhí)枮?0-2006-096214的韓國專 利申請的優(yōu)先權(quán)，在這里全文引用該申請作為參考。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體器件圖案形成方法，包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底上形成硬掩模層；在硬掩模層上形成光致抗蝕劑膜圖案；將光致抗蝕劑膜圖案的外部轉(zhuǎn)化為具有第一垂直壁、第二垂直壁和水平壁的氧化物層，其中光致抗蝕劑膜圖案的內(nèi)部包圍在轉(zhuǎn)化的氧化物層內(nèi)；去除至少一部分水平壁，以暴露保留在轉(zhuǎn)化的氧化物層內(nèi)的光致抗蝕劑膜圖案；去除暴露的光致抗蝕劑膜圖案，形成分別對應(yīng)于氧化物層的第一和第二垂直壁的第一和第二氧化物圖案；利用第一和第二氧化物案作為蝕刻掩模構(gòu)圖所述硬掩模層，并且利用構(gòu)圖的硬掩模層蝕刻半導(dǎo)體襯底。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)換步驟包括 在所述光致抗蝕劑膜圖案上涂覆一層硅烷化試劑；并熱處理所述涂覆的光致抗蝕劑膜圖案。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氧化物層包含Si02。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中去除至少一部分水平壁步驟涉及 回蝕步驟。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中去除至少一部分水平壁步驟涉及 化學(xué)機(jī)械拋光步驟。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述硅烷化試劑包含選自以下組 中的至少一種六甲基二硅胺烷(HMDS )，四甲基二硅胺烷(TMDS ),雙 二曱胺曱基石圭烷(BDMAMS )，雙二曱胺二曱基石圭烷(bisdimethyl amino dimethylsilane), 二甲基石圭烷二甲胺(dimethylsilyl dimethylamine )， 二曱基珪烷 二乙胺(dimethylsilyl diethylamine ), 三曱基硅烷二乙胺(trimethylsilyl diethylamine )和二甲胺五甲基石圭;fe ( dimethyl amino pentamethylsilane )。
7、 一種半導(dǎo)體器件圖案形成方法，包括 在半導(dǎo)體襯底上形成硬掩模層；在硬掩模層上形成光致抗蝕劑圖案；將光致抗蝕劑膜圖案的外部轉(zhuǎn)化為不同的材料層，轉(zhuǎn)化層具有包圍在光 致抗蝕劑圖案內(nèi)的第一、第二和第三部分，第一和第二部分垂直延伸，第三 部分水平延伸；去除轉(zhuǎn)化層的第三部分，以暴露保留在轉(zhuǎn)化層中的光致抗蝕劑圖案； 去除暴露的光致抗蝕劑圖案以獲得分別對應(yīng)于轉(zhuǎn)化層的第 一和第二部 分的第一和第二圖案；并使用所述第 一和第二圖案構(gòu)圖所述硬掩模層。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)化步驟包括在光致抗蝕 劑圖案上涂覆硅烷化試劑；并烘烤被涂覆的光致抗蝕劑圖案。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)化層是包含Si02的氧化物。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括利用構(gòu)圖的硬掩模層蝕刻所述襯底。
11、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述硬掩模層包含氮化物。
12、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述硅烷化試劑包含選自下面組 中的至少一種六曱基二珪胺烷(HMDS ),四曱基二硅胺烷(TMDS ),雙 二曱胺曱基硅烷(BDMAMS ),雙二曱胺二曱基硅烷(bisdimethyl amino dimethylsilane ), 二曱基硅烷二曱胺(dimethylsilyl dimethylamine ), 二曱基珪烷 二乙胺(dimethylsilyl diethylamine ), 三甲基石圭》完二乙胺(trimethyisilyl diethylamine )和二甲胺五曱基硅烷(dimethyl amino pentamethylsilane )
13、 一種半導(dǎo)體器件圖案的形成方法，該方法包括 ° 提供具有目標(biāo)層的半導(dǎo)體襯底；形成具有間距的光致抗蝕劑圖案； 將光致抗蝕劑圖案的外部轉(zhuǎn)化為氧化物層；去除部分氧化物層，以暴露保留在轉(zhuǎn)化的氧化物層內(nèi)的光致抗蝕劑圖案；去除剩余的光致抗蝕劑圖案以形成第一和第二圖案；每個圖案都具有小 于光致抗蝕劑圖案間距的間距；并且，利用所述第 一和第二圖案作為蝕刻掩模蝕刻所述目標(biāo)層。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件制作方法，其中所述氧化物層 包含Si02。
15、 一種半導(dǎo)體器件圖案的形成方法，包括 在半導(dǎo)體襯底上形成掩模層；在掩模層上形成第一圖案，該第一圖案是第一種材料； 將第一圖案的外部轉(zhuǎn)化為第二種材料的層，該轉(zhuǎn)化層具有一起包圍第一材料的第一圖案的內(nèi)部的第一、第二和第三部分，第一和第二部分垂直延伸，第三部分水平延伸；去除轉(zhuǎn)化層的第三部分，以暴露保留在轉(zhuǎn)化層內(nèi)的第 一 圖案的內(nèi)部； 去除第一圖案的暴露的內(nèi)部，以獲得第二材料的第二和第三圖案；并且 利用第二和第三圖案構(gòu)圖所述掩模層。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第二和第三圖案分別相應(yīng) 于轉(zhuǎn)化層的第一和第二部分
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所。述的方法，其中所述第一材料包含光致抗蝕劑。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第二材料包含氧化物，其 中第二和第三圖案一起構(gòu)成圖案。
19、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括利用構(gòu)圖的掩模層蝕刻半導(dǎo) 體襯底，其中所述掩模層是硬掩模層。
20、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)化步驟包括將硅烷化 試劑涂覆在第一圖案上；并烘烤被涂覆的第一圖案。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種形成半導(dǎo)體器件圖案的方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成硬掩模層，并在硬掩模層上形成光致抗蝕劑膜圖案。光致抗蝕劑膜圖案的外部被轉(zhuǎn)化為具有第一垂直壁、第二垂直壁和水平壁的氧化物層，其中光致抗蝕劑膜圖案的內(nèi)部則被包圍在轉(zhuǎn)變的氧化物層內(nèi)。至少一部分水平壁被去除以暴露保留在轉(zhuǎn)化的氧化物層內(nèi)的光致抗蝕劑膜圖案，從而形成分別相應(yīng)于氧化物層的第一和第二垂直壁的第一和第二氧化物圖案。利用第一和第二氧化物圖案作為蝕刻掩模構(gòu)圖硬掩模層。利用構(gòu)圖的硬掩模層蝕刻半導(dǎo)體襯底。
文檔編號H01L21/308GK101154583SQ200710003909
公開日2008年4月2日 申請日期2007年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者沈貴潢, 鄭宇煐 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司