專(zhuān)利名稱(chēng)：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)明涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，更具體而言涉及在半導(dǎo)體器件中制造精細(xì)圖案的方法。
無(wú)定形碳已經(jīng)用作硬掩模疊層結(jié)構(gòu)的部件，其中，當(dāng)形成100nm或更小的精細(xì)圖案時(shí)，所述硬掩模已經(jīng)用于圖案化N-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(NMOSFET)器件。無(wú)定形碳能更容易地圖案化，并且表現(xiàn)出比二氧化硅(SiO2)層、氮化硅(Si3N4)層和氧氮化硅(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，使用無(wú)定形碳作為硬掩模制造成本增加高達(dá)5到10倍。此外，當(dāng)形成在具有大的高度差的周邊區(qū)域上，即在用于監(jiān)測(cè)光和蝕刻過(guò)程的各種標(biāo)記盒(key box)(對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記(key))上時(shí)，無(wú)定形碳顯示出差的階梯覆蓋。因此，隨后形成的SiON層可能是不均勻的。結(jié)果，在曝光過(guò)程期間，在光刻膠上進(jìn)行再處理(rework)過(guò)程時(shí)，可能損失部分無(wú)定形碳，在損失部分無(wú)定形碳處可能發(fā)生不希望的事件(例如，翹起(lifting)和產(chǎn)生粒子)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方案涉及在半導(dǎo)體器件中形成精細(xì)圖案的方法，其可使用多層有機(jī)聚合物硬掩模改進(jìn)階梯覆蓋性能，所述多層有機(jī)聚合物硬掩模使用旋涂方法形成。此外，所述方法通過(guò)在等離子體蝕刻裝置中在第二聚合物硬掩模的表面上進(jìn)行氧化處理，可以減少第二聚合物硬掩模的變形。這可以在使用第二聚合物硬掩模的第一聚合物硬掩模蝕刻過(guò)程之前或期間進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了在半導(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，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，所述第二聚合物層包括富硅聚合物層；圖案化所述第二聚合物層；氧化所述圖案化的第二聚合物層的表面；使用包括氧化表面的所述圖案化第二聚合物層來(lái)蝕刻所述第一聚合物層；使用包括氧化表面的所述圖案化第二聚合物層和所述蝕刻的第一聚合物層來(lái)蝕刻所述蝕刻目標(biāo)層。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供在半導(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)層上形成圖案化的第一聚合物層，所述圖案化的第一聚合物層包括富碳的聚合物層；在所述圖案化的第一聚合物層上形成圖案化的第二聚合物層，所述圖案化的第二聚合物層包含含有硅和氧的氧化的上表面；和使用所述圖案化的第一和第二聚合物層蝕刻所述蝕刻目標(biāo)層。


圖1A～1E為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案用于在半導(dǎo)體器件中形成精細(xì)圖案的方法的橫截面圖。
圖2A～2E為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案用于在半導(dǎo)體器件中形成精細(xì)圖案的方法的橫截面圖。
圖3A～3C為說(shuō)明在本發(fā)明的第二實(shí)施方案中顯示的襯底結(jié)構(gòu)不同階段的顯微照片。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及在半導(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，富碳第一聚合物層和富硅第二聚合物層用作硬掩模以改進(jìn)在周邊區(qū)域中具有大高度差的區(qū)域上的階梯覆蓋性能。此外，當(dāng)使用第二聚合物硬掩模蝕刻第一聚合物層時(shí)，可以防止第二聚合物硬掩模的變形。這通過(guò)在第二聚合物硬掩模的表面上進(jìn)行氧化處理并隨后蝕刻所述第一聚合物層實(shí)現(xiàn)。因此可以方便地產(chǎn)生所需的精細(xì)圖案。
參考圖1A，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，在襯底11上形成蝕刻目標(biāo)層12。在該實(shí)施方案中的蝕刻目標(biāo)層12可包括半導(dǎo)體層，比如導(dǎo)電層、絕緣層或硅層。使用旋涂方法在蝕刻目標(biāo)層12上形成第一聚合物層13和第二聚合物層14。第一聚合物層13可包括富碳聚合物層和第二聚合物層14可包括富硅聚合物層。
第二聚合物層14可以形成為硅氧烷或倍半硅氧烷(SSQ)型，并且硅含量可為約30％～約45％。在第二聚合物層14的某些部分上形成光刻膠圖案15。
參考圖1B，使用光刻膠圖案15作為蝕刻阻擋層蝕刻第二聚合物層14以形成第二聚合物硬掩模14A。以后，蝕刻的第二聚合物層14被稱(chēng)為第二聚合物硬掩模14A。
使用氟基氣體蝕刻第二聚合物層14，例如包括四氟甲烷(CF4)氣體的蝕刻氣體。可以在除去光刻膠圖案15的同時(shí)蝕刻第二聚合物層14。
參考圖1C，進(jìn)行氧(O2)等離子體處理以氧化第二聚合物硬掩模14A的表面。在約100mT或更大的壓力下，使用約500W或更小的低功率進(jìn)行O2等離子體處理。通過(guò)O2等離子體處理來(lái)氧化第二聚合物硬掩模14A的表面以形成SiOx基聚合物16。在高壓下使用低功率進(jìn)行O2等離子體處理，使得在氧化第二聚合物硬掩模14A的表面的同時(shí)使O2等離子體對(duì)襯底結(jié)構(gòu)的損害最小化。
參考圖1D，使用第二聚合物硬掩模14A和SiOx基聚合物16作為蝕刻阻擋層來(lái)蝕刻第一聚合物層13。使用包括氮(N2)/O2或N2/氫(H2)的蝕刻氣體蝕刻第一聚合物層13。
因?yàn)樵诘诙酆衔镉惭谀?4A的表面上形成SiOx基聚合物16，所以可以防止由用于蝕刻第一聚合物層13的蝕刻氣體引起的第二聚合物硬掩模14A變形。因此可以保持所需的線(xiàn)寬，同時(shí)蝕刻第一聚合物層13。此后，蝕刻的第一聚合物層13稱(chēng)為第一聚合物硬掩模13A。
參考圖1E，使用SiOx基聚合物16、第二聚合物硬掩模14A和第一聚合物硬掩模13A作為蝕刻阻擋層來(lái)蝕刻蝕刻目標(biāo)層12，以形成蝕刻目標(biāo)圖案12A。此后，蝕刻的蝕刻目標(biāo)層12稱(chēng)為蝕刻目標(biāo)圖案12A。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案，使用富碳第一聚合物層和富硅第二聚合物層作為硬掩模來(lái)蝕刻蝕刻目標(biāo)層可改進(jìn)在具有大的高度差的區(qū)域上的階梯覆蓋。
在蝕刻第二聚合物層之后，通過(guò)進(jìn)行O2等離子體處理氧化第二聚合物層的表面，然后蝕刻第一聚合物層。因此，第二聚合物層不會(huì)由于蝕刻所述第一聚合物層的蝕刻氣體而變形。因此，可以蝕刻蝕刻目標(biāo)層，同時(shí)保持所需的線(xiàn)寬。
參考圖2A，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，在襯底21上形成蝕刻目標(biāo)層22。在該實(shí)施方案中的蝕刻目標(biāo)層22可包括半導(dǎo)體層，例如導(dǎo)電層，絕緣層，或硅層。使用旋涂方法在蝕刻目標(biāo)層22上形成第一聚合物層23和第二聚合物層24。第一聚合物層23可以包括富碳聚合物層，和第二聚合物層24可以包括富硅聚合物層。
第二聚合物層24可以形成為硅氧烷或倍半硅氧烷(SSQ)型并且硅含量為約30％～約45％。在第二聚合物層24的某些部分上形成光刻膠圖案25。
參考圖2B，使用光刻膠圖案25作為蝕刻阻擋層來(lái)蝕刻第二聚合物層24，以形成第二聚合物硬掩模24A。此后，蝕刻的第二聚合物層24稱(chēng)為第二聚合物硬掩模24A。
使用氟基氣體，例如包括四氟甲烷(CF4)氣體的蝕刻氣體蝕刻第二聚合物層24?？梢栽诔ス饪棠z圖案25的同時(shí)蝕刻第二聚合物層24。
參考圖2C，使用第二硬掩模24A作為蝕刻阻擋層來(lái)蝕刻部分第一聚合物層23?？梢允褂冒ǖ?N2)/氧(O2)、N2/O2/甲烷(CH4)、或N2/O2/乙炔(C2H2)的等離子體的蝕刻氣體來(lái)蝕刻第一聚合物層23。在一定條件下蝕刻第一聚合物層23，以得到慢的蝕刻速度和小的蝕刻深度。也就是說(shuō)，部分第一聚合物層23主要在高壓下低功率氣氛中蝕刻。例如，在約100mT～約500mT的壓力下，使用約10W～約500W的功率蝕刻第一聚合物層23。在這種條件下，第一聚合物層23總厚度的約1/5～約4/5被蝕刻。
與隨后的蝕刻過(guò)程相比，當(dāng)在相對(duì)高壓和低功率氣氛中使用上述蝕刻氣體時(shí)，O2等離子體和第二聚合物硬掩模24A反應(yīng)。因此，基本上同時(shí)蝕刻第一聚合物層23和氧化第二聚合物硬掩模24A。在第二聚合物硬掩模24A的表面上形成SiOx基聚合物26。蝕刻部分第一聚合物層23之后，第一聚合物層23稱(chēng)為剩余的第一聚合物層23A。
參考圖2D，使用SiOx基聚合物26和第二聚合物硬掩模24A，進(jìn)一步蝕刻剩余的第一聚合物層23A以暴露蝕刻目標(biāo)層22的表面。此時(shí)，使用N2/氫(H2)等離子體來(lái)蝕刻剩余的第一聚合物層23A。與圖2C中所示的條件相比，在相對(duì)低壓和高功率氣氛下蝕刻剩余的第一聚合物層23A，以得到快的蝕刻速度并減小損害。例如，在約10mT～約100mT的壓力下，使用約500W～約1000W的功率，蝕刻剩余的第一聚合物層23A。
此時(shí)，由于在第二聚合物硬掩模24A的表面上形成SiOx基聚合物26，所以第二聚合物硬掩模24A可以不被N2/H2等等離子體損害，即SiOx基聚合物26用于降低N2/H2等離子體對(duì)第二聚合物硬掩模24A的損害。因此，可以蝕刻第一聚合物層23A以形成第一聚合物硬掩模23B，而第二聚合物硬掩模24A不變形。此后，蝕刻的剩余第一聚合物層23A稱(chēng)為第一聚合物硬掩模23B。
參考圖2E，使用SiOx基聚合物26、第二聚合物硬掩模24A和第一聚合物硬掩模23B作為蝕刻阻擋層來(lái)蝕刻蝕刻目標(biāo)層22以形成蝕刻目標(biāo)圖案22A。此后，蝕刻的蝕刻阻擋層22稱(chēng)為蝕刻目標(biāo)圖案22A。
參考圖3A的顯微照片，在高壓和低功率氣氛下，使用包括N2/O2、N2/O2/CH4或N2/O2/C2H2的等離子體的蝕刻氣體時(shí)，O2等離子體和第二聚合物硬掩模反應(yīng)。因此，基本上同時(shí)蝕刻第一聚合物層并氧化第二聚合物硬掩模。在第二聚合物硬掩模的表面上形成SiOx基聚合物。
參考圖3B中的顯微照片，SiOx基聚合物用于降低N2/H2等離子體對(duì)第二聚合物硬掩模的損害。因此，可以蝕刻剩余的第一聚合物層以形成第一聚合物硬掩模，而第二聚合物硬掩模不變形。
參考圖3C中的顯微照片，使用SiOx基聚合物、第二聚合物硬掩模、和第一聚合物硬掩模作為蝕刻阻擋層來(lái)蝕刻蝕刻目標(biāo)層以形成蝕刻目標(biāo)圖案。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案，在形成第二聚合物硬掩模后，使用包括O2等離子體的蝕刻氣體來(lái)蝕刻部分第一聚合物層。此時(shí)，在第二聚合物硬掩模的表面上形成SiOx基聚合物，同時(shí)蝕刻部分第一聚合物層。使用SiOx基聚合物和第二聚合物硬掩模蝕刻剩余的第一聚合物層。因?yàn)樵诘诙酆衔镉惭谀５谋砻嫔闲纬蒘iOx基聚合物，所以可以防止蝕刻剩余的第一聚合物層的蝕刻氣體對(duì)第二聚合物硬掩模的損害。因此，可以形成精細(xì)圖案，同時(shí)保持所需的線(xiàn)寬。
雖然關(guān)于具體的實(shí)施方案說(shuō)明了本發(fā)明，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，很明顯可以不脫離如所附權(quán)利要求所限定的精神范圍，進(jìn)行各種改變和修改。
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，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，所述第二聚合物層包括富硅聚合物層；圖案化所述第二聚合物層；氧化所述圖案化第二聚合物層的表面；使用包含氧化表面的所述圖案化第二聚合物層來(lái)蝕刻所述第一聚合物層；和使用包含氧化表面的所述第二聚合物層和所述蝕刻的第一聚合物層來(lái)蝕刻所述蝕刻目標(biāo)層。
2.權(quán)利要求1的方法，其中氧化所述圖案化第二聚合物層的表面包括在所述第二聚合物層上進(jìn)行氧(O2)等離子體處理。
3.權(quán)利要求2的方法，其中氧化所述圖案化第二聚合物層的表面包括在所述圖案化第二聚合物層的表面上形成硅氧化物基聚合物。
4.權(quán)利要求2的方法，其中所述O2等離子體處理包括使用約100mT或更大的壓力和約500W或更小的功率。
5.權(quán)利要求1的方法，其中圖案化所述第二聚合物層包括在所述第二聚合物層上形成光刻膠圖案；和使用氟基氣體蝕刻所述第二聚合物層。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述氟基氣體包括四氟甲烷(CF4)氣體。
7.權(quán)利要求1的方法，其中使用包含氧化表面的所述圖案化第二聚合物層蝕刻所述第一聚合物層包括使用氮(N2)/O2氣體、N2/氫(H2)氣體、或兩者。
8.權(quán)利要求1的方法，其中使用旋涂方法形成所述第一聚合物層和所述第二聚合物層。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述第二聚合物層形成為硅氧烷型或倍半硅氧烷(SSQ)型并且硅含量為約30％～約45％。
10.權(quán)利要求1的方法，其中所述蝕刻目標(biāo)層包含選自導(dǎo)電層、絕緣層和半導(dǎo)體襯底中的一種。
11.一種在半導(dǎo)體器件中形成精細(xì)圖案的方法，包括在蝕刻目標(biāo)層上形成圖案化第一聚合物層，所述圖案化第一聚合物層包括富碳聚合物層；在所述圖案化第一聚合物層上形成圖案化第二聚合物層，所述圖案化第二聚合物層包括含有硅和氧的氧化的上表面；和使用所述圖案化第一和第二聚合物層蝕刻所述蝕刻目標(biāo)層。
12.權(quán)利要求11的方法，其中形成所述圖案化第二聚合物層包括圖案化第二聚合物層以限定暴露部分第一聚合物層的開(kāi)口；和使用所述圖案化第二聚合物層蝕刻所述第一聚合物層的暴露部分。
13.權(quán)利要求12的方法，其中蝕刻所述第一聚合物層的暴露部分同時(shí)氧化所述圖案化第二聚合物層。
14.權(quán)利要求12的方法，還包括使用包含氧化表面的所述圖案化第二聚合物層蝕刻剩余的第一聚合物層。
15.權(quán)利要求14的方法，其中在第一壓力水平下使用第一功率水平蝕刻所述剩余的第一聚合物層，其中蝕刻所述第一聚合物層的暴露部分同時(shí)氧化所述圖案化第二聚合物層，和其中在第二壓力水平下使用第二功率水平蝕刻所述第二聚合物，所述第二壓力水平高于所述第一壓力水平，和所述第二功率水平低于所述第一功率水平。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述第二壓力水平和第二功率水平分別包括范圍在約100mT～約500mT的壓力和范圍在約10W～約500W的功率。
17.權(quán)利要求11的方法，其中所述圖案化第二聚合物層的上表面包括硅氧聚合物。
18.權(quán)利要求15的方法，其中在約10mT～約100mT的第一壓力水平和約500W～約1000W的第一功率水平下蝕刻所述剩余的第一聚合物層。
19.權(quán)利要求11的方法，其中形成所述圖案化第二聚合物層包括圖案化第二聚合物層以限定暴露部分第一聚合物層的開(kāi)口；使用所述圖案化第二聚合物層蝕刻所述第一聚合物層的暴露部分；和使用包含氧化表面的所述圖案化第二聚合物層蝕刻所述剩余的第一聚合物層，其中蝕刻所述第一聚合物層的暴露部分同時(shí)氧化所述圖案化第二聚合物層，和其中使用包括氮和氧；或N2、O2和甲烷(CH4)；或N2、O2和乙炔(C2H2)的等離子體氧化所述第二聚合物層。
20.權(quán)利要求19的方法，其中通過(guò)實(shí)施以下過(guò)程來(lái)圖案化所述第二聚合物層在所述第二聚合物層上形成光刻膠圖案；和使用氟基氣體蝕刻所述第二聚合物層。
21.權(quán)利要求20的方法，其中所述氟基氣體包括四氟甲烷(CF4)氣體。
22.權(quán)利要求11的方法，其中所述圖案化第二聚合物層形成為硅氧烷型或倍半硅氧烷(SSQ)型并且硅含量為約30％～約45％。
23.權(quán)利要求11的方法，其中所述蝕刻目標(biāo)層包含選自導(dǎo)電層、絕緣層和半導(dǎo)體襯底中的一種。
全文摘要
一種在半導(dǎo)體器件中形成精細(xì)圖案的方法，包括在蝕刻目標(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，在第一聚合物層上形成第二聚合物層，所述第二聚合物層包括富硅聚合物層，圖案化所述第二聚合物層，氧化圖案化的第二聚合物層的表面，使用包括氧化表面的圖案化第二聚合物層蝕刻第一聚合物層，和使用包括氧化表面的圖案化第二聚合物層和蝕刻的第一聚合物層來(lái)蝕刻所述蝕刻目標(biāo)層。
文檔編號(hào)H01L21/3213GK101067999SQ20071010174
公開(kāi)日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2007年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月2日
發(fā)明者李圣權(quán), 文承燦, 金原圭 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司