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形成半導(dǎo)體器件中微圖案的方法

文檔序號(hào):6898424閱讀:225來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:形成半導(dǎo)體器件中微圖案的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件中微圖案的方法。
背景技術(shù)
近來(lái),隨著半導(dǎo)體變得高度集成,需要40nm以下的線和間隔(LS)。 然而,典型曝光i殳備不能形成60 nm以下的LS。因此,已經(jīng)引入雙圖案 化技術(shù)(DPT),以使用典型啄光設(shè)備來(lái)形成60 nm以下的微細(xì)的LS。
圖1A至1D說(shuō)明描述通過(guò)DPT工藝形成典型微圖案的方法的截面圖。 參考圖1A,在襯底100上形成蝕刻目標(biāo)層101。在所得結(jié)構(gòu)上順序地形成 第一和第二硬4^;漠102、 103。
在第二硬掩模103上形成光刻膠層(未顯示)。利用光掩模對(duì)第二石更掩 模103實(shí)施包括膝光和顯影的掩模工藝以形成第一光刻膠圖案104。
參考圖1B,使用第一光刻膠圖案104作為掩模,對(duì)第二硬掩模103實(shí) 施蝕刻工藝。因此,形成第二硬掩模圖案103A。
在第一硬掩模102和第二硬掩模圖案103A上形成光刻膠層(未顯示)。 參考圖1C,實(shí)施掩模工藝以在第二硬掩模圖案103A之間形成第二光刻膠 圖案105。
參考圖1D,使用第二硬掩模圖案103A和第二光刻膠圖案105作為蝕 刻掩模,蝕刻第一硬掩模102。因此,形成第一硬掩模圖案102A。
使用硬掩模圖案102A作為蝕刻掩模對(duì)蝕刻目標(biāo)層101進(jìn)行蝕刻。因 此,形成微圖案(也稱微線)。
如上所述,在典型方法中,微圖案線寬的一致性取決于第一和第二掩 模的套刻精度。為確保微圖案線寬的一致性,對(duì)準(zhǔn)第一和第二^^模以具有基于'I平均值I +3(5,的411111以下的線寬。由于典型曝光設(shè)備控制所述3er 為7nm以下,因此可能需要開發(fā)新的設(shè)備。然而,由于技術(shù)限制難以實(shí) 現(xiàn)這種新i殳備。而且,如圖1C所示,當(dāng)形成第二光刻膠圖案105時(shí),對(duì) 包括第二硬^^模圖案103A的所得結(jié)構(gòu)實(shí)施掩才莫工藝。因此,在該工藝期 間,第二硬掩模圖案103A可受到損傷,由此改變第二硬掩模圖案103A的

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方案涉及形成半導(dǎo)體器件中微圖案的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面,提供半導(dǎo)體器件中微圖案的形成方法。該方 法包括提供蝕刻目標(biāo)層,在蝕刻目標(biāo)層上形成第一蝕刻停止層,在第一 蝕刻停止層上形成第二蝕刻停止層,在第二蝕刻停止層上形成第一犧牲 層,蝕刻第一犧牲層和第二蝕刻停止層的一部分以形成第一犧牲圖案,沿 包括第 一犧牲圖案的第 一蝕刻停止層的上表面形成絕緣層,在絕緣層上形 成第二犧牲層以覆蓋絕緣層,平坦化第二犧牲層和絕緣層以暴露第一犧牲 圖案,除去第一犧牲圖案和第二犧牲層,蝕刻第二蝕刻停止層和絕緣層由 此形成第二犧牲圖案,使用第二犧牲圖案作為蝕刻阻擋層來(lái)蝕刻第一蝕刻 停止層,和使用笫一蝕刻停止層作為蝕刻阻擋層來(lái)對(duì)蝕刻目標(biāo)層進(jìn)行蝕 刻。


圖1A至1D說(shuō)明通過(guò)DPT工藝形成微圖案的典型方法的截面圖。
圖2A至2J說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案形成半導(dǎo)體器件中微圖案的 方法的截面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施方案涉及半導(dǎo)體器件中微圖案的形成方法。
將參考附圖描述該實(shí)施方案。在附圖中,放大層和區(qū)域的示例性厚度 以便于解釋。當(dāng)?shù)谝粚臃Q為在第二層"上"或在襯底"上"時(shí),其可表示第一 層直接形成在第二層上或襯底上,或也可表示第三層可存在于第一層和第 二層或襯底之間。此外,在不同的附圖中,本發(fā)明的不同實(shí)施方案中相同
或類似的附圖標(biāo)記表示相同或類似的元件。
圖2A至2J說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案形成半導(dǎo)體器件中微圖案的 方法的截面圖。在該實(shí)施方案中,在柵電極上形成的硬掩模用作蝕刻目標(biāo) 層,以在半導(dǎo)體器件中形成微圖案。
參考圖2A,在襯底200上形成用作蝕刻目標(biāo)層的硬掩模201。硬掩模 201可包括選自以下中的一種氧化物層、氮化物層、氧氮化物層、含碳 層(例如,非晶碳層)、多晶硅層及其堆疊結(jié)構(gòu)。例如,氧化物層可以是 二氧化硅(Si02)層,氮化物層可以是氮化硅(Si3N4)層,氧氮化物層可 以是氧氮化硅(SiON)層。
在硬4掩模201上形成第一蝕刻停止層202。笫一蝕刻停止層202可包 含相對(duì)于硬掩模201具有蝕刻選擇性比的材料。例如,第一蝕刻停止層202 可包含選自以下的一種氧化物層(例如,Si02層)、氮化物層(例如, SisN4層)、氧氮化物層(例如,SiON層)和多晶珪層(例如,摻雜或未摻 雜的多晶硅層)。
在第一蝕刻停止層202上形成第二蝕刻停止層203。第二蝕刻停止層 203可包含相對(duì)于第一蝕刻停止層202具有高蝕刻選擇性的材料。具體地, 第二蝕刻停止層203可包含用于間隔物(參考圖2D)的后續(xù)絕緣層209 的材料。例如,第二蝕刻停止層203可包含選自以下的一種氧化物層(例 如,Si02層)、氮化物層(例如,SisN4層)、氧氮化物層(例如,SiON層) 和多晶硅層(例如,摻雜或未摻雜的多晶硅層)。形成第二蝕刻停止層203 以減少由浸沒(méi)光刻股圖案(immersion photoresist pattern )的變形和蝕刻 選擇性比的減小所導(dǎo)致的圖案缺陷。
在第二蝕刻停止層203上形成第一犧牲層204。第一犧牲層204可包 含相對(duì)于第二蝕刻停止層203具有高蝕刻選擇性的材料。第一犧牲層204 可包括通過(guò)濕蝕刻工藝可容易地除去的氧化物層(例如Si02層)或旋涂層。 而且,第一犧牲層204可包括通過(guò)干蝕刻工藝可容易地除去的多晶硅層或 非晶碳層。氧化物層可包括正硅酸四乙酯(TEOS)層或高深寬比工藝 (HARP)層。旋涂層可包括旋涂電介質(zhì)(spin on dielectric, SOD)層或 旋涂玻璃(SOG)層。
在第一犧牲層204上可形成抗反射層207。在此,抗反射層207可包 括通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝形成的底部抗反射涂層(BARC)的單
個(gè)層或包括介電抗反射涂層(DARC ) 205和B+RC層206的堆疊結(jié)構(gòu)。 例如,DARC層205可包含折射率為1.95和消光系數(shù)為0.53的材料。BARC 層206可包^^有機(jī)材料。
在抗反射層207上形成光刻膠圖案208。在此,實(shí)施形成光刻膠圖案 208的曝光工藝以具有約1:3 (L:S)的LS比率。該圖案和比率然后轉(zhuǎn)移 至最終的蝕刻停止層。即,在最終的蝕刻停止層中,線對(duì)間隔的比率是約 1:3。實(shí)施膝光工藝,同時(shí)具有約1:2.5至約1:3.5的線對(duì)間隔的比率。
參考圖2B,使用光刻膠圖案208蝕刻抗反射層207、第一犧牲層204 和第二蝕刻停止層203,以分別產(chǎn)生抗^^射圖案207A、第一犧牲圖案204A 和第二蝕刻停止圖案203A。因此,暴露出第一蝕刻停止層202??墒褂酶?蝕刻工藝或濕蝕刻工藝。
參考圖2C,除去光刻膠圖案208(參考圖2B)和抗反射圖案207A(參 考圖2B)。除去工藝可以是使用氧(02)等離子體的灰化(ashing)工藝。 因此,暴露出第一犧牲圖案204A。
參考圖2D,在包括第一犧牲圖案204A的第一蝕刻停止層202上形成 絕緣層209。絕緣層209形成為具有沿著包括第一犧牲圖案204A的所得結(jié) 構(gòu)的頂部、底部和側(cè)壁的均一厚度。絕緣層209包含具有精細(xì)特征(fine characteristic)即超過(guò)約0.9的階梯覆蓋率的材料。在此,階梯覆蓋率表 示沉積的材料的均勻程度(就厚度而言)。即,階梯覆蓋率表示第一厚度 Tl (例如,在第一蝕刻停止層202上沉積的厚度)與第二厚度T2 (例如, 在第一犧牲圖案204A的側(cè)壁上沉積的厚度)的比率。因此,階梯覆蓋率 超過(guò)約0.9表示第二厚度T2對(duì)第一厚度T1的比率是約0.9:1。同樣,為獲 得超過(guò)約0.9的階梯覆蓋率,絕緣層209可以通過(guò)原子層沉積(ALD )工 藝形成。而且,絕緣層209可包含在第一蝕刻停止層202中使用的材料或 與第一蝕刻停止層202具有基本上相同、類似蝕刻速率的材料。優(yōu)選地, 絕緣層209對(duì)第一蝕刻停止層202的蝕刻比率是約1:1。
參考圖2E,形成第二犧牲層210以覆蓋絕緣層209。此時(shí),第二犧牲 層210可包含在第一犧牲圖案204A中使用的材料或與第一犧牲圖案204A 具有基本上相同的蝕刻速率的材料。優(yōu)選地,絕緣層209對(duì)第一犧牲圖案 204A的蝕刻比率是約1:1。形成第二犧牲層210以填隙在第一犧牲圖案 204A之間。
參考圖2F,平坦化第二犧牲層210和絕緣層209,暴露第一犧牲圖案 204A的上部,并且分別產(chǎn)生第二犧牲圖案210A和絕緣圖案209A??赏?過(guò)使用等離子體蝕刻i更備(例如回蝕工藝)或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝 實(shí)施平坦化工藝。
參考圖2G,使用第二蝕刻停止圖案203A和絕緣圖案209A作為蝕刻 阻擋層,選擇性地除去笫一和第二犧牲圖案204A、 210A(參考圖2F)。 例如,當(dāng)?shù)谝缓偷诙奚鼒D案204A和210A包括氧化物層時(shí),使用稀釋的 氟化氫(DHF)或緩沖氧化物蝕刻劑(BOE)溶液實(shí)施蝕刻工藝。當(dāng)?shù)谝?和第二犧牲圖案204A和210A包括非晶碳層時(shí),使用氮(N2)和02實(shí)施 干蝕刻工藝。當(dāng)?shù)谝缓偷诙奚鼒D案204A和210A包括多晶硅層時(shí),使用 選自氯(Cl2)氣體、溴化氫(HBr)氣體及其氣體混合物中之一來(lái)實(shí)施干 蝕刻工藝。
參考圖2H,使用第一蝕刻停止層202作為蝕刻阻擋層,蝕刻絕緣圖案 209A和第二蝕刻停止圖案203A,以形成第二犧牲圖案209B。蝕刻工藝可 以是干蝕刻工藝?yán)缁匚g工藝。在高蝕刻選擇性比率的務(wù)fr下實(shí)施蝕刻工 藝,以最小化第一蝕刻停止層202的損傷。
參考圖21,使用第三犧牲圖案209C作為蝕刻阻擋,蝕刻第一蝕刻停 止圖案202A。蝕刻工藝可以是干蝕刻停止工藝。
參考圖2J,使用第三犧牲圖案209C(參考圖21)和蝕刻停止圖案202A, 尤其是第一蝕刻停止圖案202A作為蝕刻阻擋層,蝕刻》更掩才莫圖案201A。 因此,形成具有微圖案的硬掩模圖案。
與典型方法相反,在本發(fā)明中通過(guò)僅僅一個(gè)掩模工藝形成微圖案。而 且,可改善在典型DPT工藝的兩個(gè)掩才莫工藝期間由^Mt準(zhǔn)所導(dǎo)致的線寬的 關(guān)^寸不均勻性。
雖然本發(fā)明已經(jīng)對(duì)于具體的實(shí)施方案進(jìn)行了描述,但是本發(fā)明的上述 實(shí)施方案是說(shuō)明性的而非限定性的。在本發(fā)明中,硬掩模用作蝕刻目標(biāo)層。 然而,蝕刻目標(biāo)層可以是用于半導(dǎo)體器件的任意其它材料(例如,導(dǎo)電層)。 對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言,顯然可做出各種變化和改變而不脫離由所附權(quán)利
要求限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1. 一種形成半導(dǎo)體器件中微圖案的方法,所述方法包括提供蝕刻目標(biāo)層;在所述蝕刻目標(biāo)層上形成第一蝕刻停止層;在所述第一蝕刻停止層上形成第二蝕刻停止層;在所述第二蝕刻停止層上形成第一犧牲層;蝕刻所述第一犧牲層和所述第二蝕刻停止層的一部分以形成第一犧牲圖案;沿包括所述第一犧牲圖案的所述第一蝕刻停止層的上表面形成絕緣層;在所述絕緣層上形成第二犧牲層以覆蓋所述絕緣層;平坦化所述第二犧牲層和所述絕緣層以暴露所述第一犧牲圖案;除去所述第一犧牲圖案和所述第二犧牲層;蝕刻所述第二蝕刻停止層和所述絕緣層以形成第二犧牲圖案;使用所述第二犧牲圖案作為蝕刻阻擋層,蝕刻所述第一蝕刻停止層;和使用所述第一蝕刻停止層作為蝕刻阻擋層蝕刻所述蝕刻目標(biāo)層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法,其中所述第一和第二犧牲層包含相同的 材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法,其中所述第一和第二犧牲層包含具有基 本上相同的蝕刻速率的材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法,其中所述第一和第二犧牲層包含對(duì)所述 第 一和第二蝕刻停止層具有高蝕刻選擇性的材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法,其中所述第一和第二犧牲層包含對(duì)所述 絕緣層具有高蝕刻選擇性的材料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述第一和第二犧牲層包括選自以 下中的一種氧化物層、旋涂層、多晶硅層和非晶碳層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法,其中所述絕緣層包含用于形成所述第二 蝕刻停止層的材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法,其中所述絕緣層包含具有與所述笫二蝕 刻停止層基本上相同的蝕刻速率的材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法,還包括在形成所述第一犧牲層之后,在 所述第 一犧牲層上形成抗反射層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法,其中所述抗反射層包括底部抗反射涂層 (BARC )。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法,其中所述抗反射層包括介電抗反射涂層 (DARC)和BARC層的堆疊結(jié)構(gòu)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中通過(guò)干或濕蝕刻工藝來(lái)實(shí)施所述第 一犧牲圖案和所述第二犧牲層的除去。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中通過(guò)回蝕工藝或化學(xué)機(jī)械拋光 (CMP)工藝來(lái)實(shí)施所述第二犧牲層和所述絕緣層的平坦化。
全文摘要
一種形成半導(dǎo)體器件中微圖案的方法,包括在蝕刻目標(biāo)層上形成第一蝕刻停止層,在第一蝕刻停止層上形成第二蝕刻停止層,在第二蝕刻停止層上形成第一犧牲層,蝕刻第一犧牲層和第二蝕刻停止層的一部分以形成第一犧牲圖案,沿第一蝕刻停止層的上表面形成絕緣層,在絕緣層上形成第二犧牲層以覆蓋絕緣層,平坦化第二犧牲層和絕緣層以暴露第一犧牲圖案,除去第一犧牲圖案和第二犧牲層,蝕刻第二蝕刻停止層和絕緣層由此形成第二犧牲圖案,蝕刻第一蝕刻停止層,和蝕刻所述蝕刻目標(biāo)層。
文檔編號(hào)H01L21/033GK101388325SQ20081012689
公開日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月12日
發(fā)明者李基領(lǐng), 金原圭 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司
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