專利名稱：形成半導(dǎo)體器件的接觸孔的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的接觸孔的方法，更具體涉及形成具有 微圖案尺寸的接觸孔的方法。
背景技術(shù)：
通常，半導(dǎo)體器件由許多單元元件組成。由于半導(dǎo)體器件高度集成， 因此半導(dǎo)體元件必須以高密度形成在預(yù)定單元區(qū)域上。由此，單元元件 例如晶體管或電容器的尺寸逐漸減小。具體地，在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件例如 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)中，隨著設(shè)計(jì)規(guī)則減小，形成在單元內(nèi)的 半導(dǎo)體元件的尺寸減小。近年來(lái)，半導(dǎo)體DRAM器件的最小線寬是0.1 /m或更小，并且甚至要求60nm或更小。因此，在構(gòu)成單元的半導(dǎo)體元 件的制造方法中存在許多困難。
在線寬60nm或更小的半導(dǎo)體器件中，如果使用波長(zhǎng)193nm的ArF 曝光光源實(shí)施光刻工藝，那么在現(xiàn)在的蝕刻工藝的概念(精確圖案、垂 直蝕刻剖面等的形成)中，必需附加要求例如防止在蝕刻期間發(fā)生的光 刻膠的變形。因此， 一旦制造60nm或更小的半導(dǎo)體器件，重要的主題 是開發(fā)用于滿足現(xiàn)有的要求和新的要求的工藝條件，例如在蝕刻的同時(shí) 預(yù)防圖案變形。
形成超過(guò)曝光設(shè)備極限分辨率的100nm或更小的微接觸孔的常規(guī) 方法包括如下方法形成用于接觸孔的光刻膠圖案然后加熱該圖案到超 過(guò)光刻膠材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，以通過(guò)流動(dòng)形成尺寸小于原始圖案尺 寸的接觸孔圖案的方法，使用化學(xué)收縮輔助的抗蝕劑增強(qiáng)光刻 (RELACS)材料的工藝減小接觸孔尺寸的方法等。除上述方法之外，需要形成超過(guò)曝光設(shè)備的極限分辨率的微接觸孔 的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及使用具有曝光設(shè)備分辨率或更小的節(jié)距的掩模形成接 觸孔的方法。在用于形成半導(dǎo)體器件的接觸孔的硬掩模形成過(guò)程時(shí)，利 用光刻膠圖案使用曝光工藝形成第一圖案。利用非晶碳層在第一圖案的 側(cè)壁上形成具有預(yù)定厚度的隔離物。隨后，填隙包括所述隔離物的第一 圖案之間的空間以形成第二圖案。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中， 一種形成半導(dǎo)體器件的接觸孔的方法包
括在半導(dǎo)體襯底上形成層間絕緣膜、硬掩模膜、和蝕刻停止層，在蝕 刻停止層上形成第一圖案，和在第一圖案的側(cè)壁上形成隔離物。所述方 法還包括在所述隔離物之間用絕緣膜填隙(gap fill),由此形成第二圖 案并除去接觸孔區(qū)域的隔離物。通過(guò)利用第一和第二圖案以及隔離物蝕 刻工藝形成接觸孔，半導(dǎo)體襯底通過(guò)該接觸孔暴露。
第二圖案的形成包括在包含隔離物的整個(gè)表面上形成絕緣膜，在 包括將形成后續(xù)接觸孔的區(qū)域在位線方向蝕刻絕緣膜，從而除去形成在 隔離物上的絕緣膜，和形成通過(guò)除去隔離物保留的作為第二圖案的絕緣 膜。
接觸孔的形成包括通過(guò)利用第一和第二圖案的蝕刻工藝來(lái)蝕刻蝕 刻停止層和硬掩模膜，由此形成硬掩模圖案，和通過(guò)利用硬掩模圖案的 蝕刻工藝來(lái)蝕刻層間絕緣膜，由此形成接觸孔。
通過(guò)沉積與蝕刻的循環(huán)利用非晶碳層形成隔離物，其中在腔室內(nèi)重 復(fù)實(shí)施所述沉積和蝕刻工藝。利用濕蝕刻工藝實(shí)施絕緣膜蝕刻過(guò)程。利 用SOG層形成絕緣膜。使用PE氮化物膜形成蝕刻停止層。
在所述方法的一個(gè)方面中，通過(guò)調(diào)節(jié)隔離物的厚度控制第一圖案和 第二圖案之間的距離。所述方法還包括在填隙絕緣膜之后通過(guò)在蝕刻絕 緣膜之前進(jìn)行固化過(guò)程以硬化絕緣膜。固化過(guò)程可以在150~250攝氏 度的溫度范圍中進(jìn)行以防止破壞隔離物。


圖1A 困7是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的形成接觸孔方 法的器件的截面圖。
具體實(shí)施例方式
將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案。
圖1A 圖7是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案形成半導(dǎo)體器件 接觸孔方法的該半導(dǎo)體器件的截面圖和平面圖。
參考圖1A和1B，在半導(dǎo)體襯底100上形成預(yù)定圖案的柵極101。 在該柵極的側(cè)壁上形成絕緣膜102。在包括柵極101的整個(gè)表面上形成 層間絕緣膜103。在層間絕緣膜103上形成目標(biāo)蝕刻層104。可以利用 非晶碳層形成目標(biāo)蝕刻層104。在包括目標(biāo)蝕刻層104的整個(gè)表面上順 序形成蝕刻停止層105和多晶珪膜106。蝕刻停止層105可以4吏用PE 氮化物膜形成。在包括多晶硅膜106的整個(gè)表面上形成底部抗反射涂 (BARC )層107。在BARC層107上涂敷光刻膠之后，形成光刻膠圖案
108。
參考圖2A和2B,通過(guò)利用圖案化的光刻膠圖案108作為掩模的蝕 刻工藝來(lái)蝕刻多晶硅膜106。暴露蝕刻停止層105，從而形成第一圖案 106。然后使用剝離工藝除去光刻膠圖案108。
參考圖3A和3B，在第一圖案106的側(cè)壁和頂表面上形成隔離物
109。 可以使用非晶碳層形成隔離物109。通過(guò)沉積和蝕刻工藝的循環(huán)形 成非晶碳層，其中在腔室內(nèi)重復(fù)進(jìn)行所述沉積和蝕刻工藝。如果使用上 述沉積方法形成非晶碳層，那么僅在第一圖案106的側(cè)壁和頂表面上形 成非晶破層至預(yù)定厚度。因此，非晶碳層的側(cè)壁垂直地形成在半導(dǎo)體襯 底100上。因此，可以省略當(dāng)使用其它的膜形成隔離物109時(shí)用于使將 后續(xù)形成的第二圖案區(qū)域開口的蝕刻工藝。可以通過(guò)調(diào)節(jié)非晶碳層的厚 度來(lái)控制在將后續(xù)形成的困案之間的距離。換句話說(shuō)，隔離物109的厚 度與圖案之間的距離直接相關(guān)。可以使用其它的材料代替非晶碳層來(lái)形 成隔離物109。然而，由于之前提到的用于使第二圖案區(qū)域開口的蝕刻工藝和隔離物109形成角度的控制問(wèn)題，所以優(yōu)選使用非晶碳層。此外， 第一圖案106之間的空間可以填充隔離物109，使得形成在器件周邊區(qū) 域的接觸孔的臨界尺寸大于形成在單元區(qū)域中的臨界尺寸。
參考圖4A，在包括隔離物109的整個(gè)表面上形成旋涂玻璃(SOG ) 層IIO。 SOG層110形成為完全填隙圖案之間的空間，例如，包括圍繞 第一圖案的隔離物109的圖案之間的空間。然后進(jìn)行固化過(guò)程以硬化 SOG層llO。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以在150~250攝氏度的溫度范圍 內(nèi)進(jìn)行固化過(guò)程以防止破壞隔離物109。在周邊區(qū)域中，SOG層110 僅形成在隔離物109的頂表面上，這是因?yàn)榈谝粓D案106之間的空間填 隙了隔離物109。
參考圖4B，在包括SOG層110的整個(gè)表面上涂敷光刻膠。然后進(jìn) 行曝光和曝光工藝以形成光刻膠圖案PR,通過(guò)該光刻膠圖案PR在位 線方向(附圖中的橫向)暴露SOG層IIO，使得包括后續(xù)將形成接觸孔 的區(qū)域。隨后，通過(guò)利用光刻膠圖案PR作為掩模的蝕刻工藝來(lái)除去形 成在隔離物109上的SOG層110。
圖4C是周邊區(qū)域中的平面圖。參考圖4C，在包括SOG層110的 整個(gè)表面上涂敷光刻膠。然后進(jìn)行曝光和曝光工藝以形成光刻膠圖案 PR，通過(guò)該光刻膠圖案PR暴露在隔離物109和第一圖案106上形成 SOG層llO,使得包括后續(xù)將形成接觸孔的區(qū)域。其后，通過(guò)使用光刻 膠圖案PR作為掩模的蝕刻工藝除去在隔離物109和第一圖案106上形 成的SOG層110。
參考圖5A和5B，利用剝離工藝除去隔離物?？梢岳?2等離子 體工藝來(lái)實(shí)施剝離過(guò)程。由此，保留在隔離物之間的空間中的SOG層 110保持完整并由此變成第二圖案110。
參考圖6，通過(guò)利用第一圖案和第二圖案的蝕刻工藝暴露層間絕緣 膜103的一些區(qū)域(其中形成后續(xù)接觸孔的區(qū)域)，由此形成硬掩模圖案。
如果如上所述利用隔離物形成第二圖案，可以形成節(jié)距為30nm的 硬掩模圖案111。在一個(gè)實(shí)施方案中，具有例如60nm分辨率能力的 ASML 1400 ArF DRY設(shè)備可用于形成硬掩模圖案111。即，使用目前的膝光設(shè)備可以顯著地減小節(jié)距而不必投資新的曝光設(shè)備。參考圖7，通過(guò)使用硬掩模圖案111的蝕刻工藝形成接觸孔112，通 過(guò)該接觸孔112暴露半導(dǎo)體襯底100。盡管附圖中未顯示，可以用導(dǎo)電材料填隙接觸孔112以形成連接到 半導(dǎo)體襯底100的結(jié)區(qū)的接觸。已經(jīng)描述了本發(fā)明應(yīng)用于快閃存儲(chǔ)器件的柵極蝕刻工藝的例子。然 而，注意本發(fā)明可以應(yīng)用于制造半導(dǎo)體器件必需的整個(gè)蝕刻工藝中，例 如包括DRAM和SRAM快閃存儲(chǔ)器在內(nèi)的所有半導(dǎo)體器件的槺極蝕刻 工藝、隔離溝槽蝕刻工藝和接觸腐蝕工藝等。具體地，本發(fā)明可以應(yīng)用 于形成半導(dǎo)體器件的漏極接觸、DRAM的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)接觸(SNC)等。在一個(gè)實(shí)施方案的一個(gè)方面中，在用于形成半導(dǎo)體器件的接觸孔的 硬掩模形成過(guò)程時(shí)，利用光刻膠圖案通過(guò)曝光工藝形成第一圖案，利用 非晶碳層在第一圖案的側(cè)壁上形成具有預(yù)定厚度的隔離物，填隙在包括 隔離物的第一圖案之間的空間以形成第二圖案。因此，可以形成具有曝 光設(shè)備分辨率或更小節(jié)距的接觸孔。盡管已經(jīng)參考具體的實(shí)施方案進(jìn)行了上述說(shuō)明，應(yīng)理解，對(duì)于本領(lǐng)域 技術(shù)人員而言，本專利可以進(jìn)行變化和改變而不背離本發(fā)明和所附權(quán)利要 求的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種形成半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的接觸孔的方法，所述方法包括在半導(dǎo)體襯底上形成蝕刻停止層，其中在所述半導(dǎo)體襯底和所述蝕刻停止層之間形成層間絕緣膜和硬掩模膜；在所述蝕刻停止層上形成第一圖案；在所述第一圖案的側(cè)壁上形成隔離物；通過(guò)在所述隔離物之間用絕緣膜填隙以形成第二圖案；除去接觸孔區(qū)域的所述隔離物；和通過(guò)利用所述第一圖案、所述第二圖案和所述隔離物作為蝕刻阻擋層的蝕刻工藝來(lái)形成接觸孔，所述半導(dǎo)體襯底通過(guò)所述接觸孔而暴露。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中形成第二圖案包括在包括所述隔離物的整個(gè)表面上形成所述絕緣膜；在將形成后續(xù)接觸孔的區(qū)域上在位線方向蝕刻所述絕緣膜，其中除 去形成在所述隔離物上的所述絕緣膜；和形成通過(guò)除去所述隔離物保留的所述絕緣膜，其中所述絕緣膜形成 所述第二圖案。
3. 權(quán)利要求1的方法，其中形成接觸孔包括通過(guò)蝕刻所述蝕刻停止層和所述硬掩模膜形成硬掩模圖案，其中使 用利用所述第一和第二圖案的蝕刻工藝；和通過(guò)利用硬掩模圖案作為蝕刻阻擋層的蝕刻工藝來(lái)蝕刻所述層間
4. 權(quán)利要求1的方法，其中通過(guò)在腔室進(jìn)行的沉積和蝕刻工藝的循 環(huán)，利用非晶碳層形成所述隔離物。
5. 權(quán)利要求2的方法，其中利用濕蝕刻工藝實(shí)施所述絕緣膜蝕刻過(guò)程。
6. 權(quán)利要求1的方法，其中利用SOG層形成所述絕緣膜。
7. 權(quán)利要求1的方法，其中利用PE氮化物膜形成所述蝕刻停止層。
8. 權(quán)利要求1的方法，其中通過(guò)調(diào)節(jié)所述隔離物的厚度來(lái)控制所述 第一圖案和所述第二圖案之間的距離。
9. 權(quán)利要求2的方法，還包括在填隙所述絕緣膜之后，在蝕刻所述 絕緣膜之前通過(guò)實(shí)施固化過(guò)程硬化所述絕緣膜。
10. 權(quán)利要求9的方法，其中所述固化過(guò)程在150~250攝氏度的范 圍內(nèi)進(jìn)行，以防止對(duì)所述隔離物的破壞。
11. 一種形成半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的接觸孔的方法，所述方法包括在其中形成有柵極圖案的半導(dǎo)體襯底上形成結(jié)構(gòu)，其中所述結(jié)構(gòu)包 括層間絕緣膜、硬掩模膜、蝕刻停止層和多晶硅膜；圖案化所述多晶硅膜以形成第一圖案；在所述第一圖案的側(cè)壁上形成隔離物；在其中形成有所述間隔物的所述第 一 圖案之間用絕緣膜填隙，由此 形成第二圖案；通過(guò)利用蝕刻工藝，除去其中將形成接觸孔的區(qū)域上的所述隔離 物，其中形成所述蝕刻停止層；和形成接觸孔，所述半導(dǎo)體襯底通過(guò)所述接觸孔而暴露。
12. 權(quán)利要求11的方法，其中形成所述接觸孔包括順序蝕刻所述暴 露的蝕刻停止層、所述硬掩模膜和所述層間絕緣膜。
全文摘要
公開了形成半導(dǎo)體器件的接觸孔的方法。在由于形成半導(dǎo)體器件的接觸孔的硬掩模形成過(guò)程時(shí)，通過(guò)使用光刻膠圖案的曝光工藝形成第一圖案。使用非晶碳層在第一圖案的側(cè)壁上形成具有預(yù)定厚度的隔離物。填隙在包括所述隔離物的第一圖案之間的空間以形成第二圖案。因此，可以形成具有曝光設(shè)備分辨率或更小間距的接觸孔。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101246845SQ200710302250
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2007年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月15日
發(fā)明者鄭宇榮 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司