专利名称：在半导体器件中制造精细图案的方法
技术领域：
本发明涉及一种制造半导体器件的方法，更具体而言，涉及一种在 半导体器件中制造精细图案的方法。
背景技术：
当形成100nm或更小的精细图案时，非晶碳用作硬掩模堆叠结构的 一部分，该硬掩模堆叠结构用于使N沟道金属氧化物半导体场效晶体管 (NMOSFET)器件进行图案化。该技术允许更容易地图案化，且表现 出比氧化硅(Si02)层、氮化硅(Si3N4)层以及氧氮化硅(SiON)层 的典型覆盖或保护材料更好的选择性。
然而，与使用多晶硅层作为硬掩模相比，使用非晶碳作为硬掩模使 制造成本增加多达10倍。此外，当在周边区域即在用于监控光和蚀刻 过程的各种键盒(keybox)(例如，对准键)上形成有大的高度差时，非 晶碳呈现出劣化的阶梯覆盖。因此，会不均匀地形成后续的SiON层。 所以，当在膝光过程中对光刻胶实施再加工处理时会失去部分非晶碳。 此外，在失去部分非晶碳的器件上会发生所不希望的影响，例如起皱和 产生粒子。
发明内容
本发明的实施方案提供一种在半导体器件中形成精细图案的方法。 当蚀刻形成不同类型的硬掩模时，能够通过减少硬掩模图案的变形而应 用不同类型的聚合物硬掩模来实现60rnn或更小的精细图案。
根据本发明的一方面，提供一种在半导体器件中形成精细图案的方 法，在蚀刻目标层上形成第一聚合物层，在第一聚合物层上形成第二聚 合物层。在第一衬底温度(substrate temperature)下图案化第二聚合 物层。利用不包括氧(02)的蚀刻气体在第二衬底温度下蚀刻第一聚合
物层。利用图案化的第二聚合物层作为蚀刻掩模来蚀刻第一聚合物层。 然后利用已蚀刻的第一聚合物层和已蚀刻的第二聚合物层作为蚀刻掩 模来蚀刻该蚀刻目标层。
根据本发明的另一方面，提供一种在半导体器件中形成精细图案的 方法。在衬底上形成蚀刻目标层。在蚀刻目标层上形成第一聚合物层， 该第一聚合物层包括富碳聚合物层。在第一聚合物层上形成第二聚合物 层。在部分第二聚合物层上形成光刻胶图案。利用光刻胶图案作为蚀刻 掩模，在第一衬底温度下蚀刻第二聚合物层.利用不包括氧(02)的第 一蚀刻气体，在第二衬底温度下蚀刻第一聚合物层。利用已蚀刻的第一 聚合物层和已蚀刻的第二聚合物层作为蚀刻掩模来蚀刻所述蚀刻目标 层。
图1A和图1B图示说明图案变形的缺陷的显微图。 图2A~2D图示说明根据本发明的实施方案在半导体器件中制造精 细图案的方法的截面图。
图3图示说明在应用本发明的实施方案之后所形成的图案的显微图。
具体实施例方式
本发明涉及一种在半导体器件中制造精细图案的方法。根据本发明 的实施方案，当在60nm或更小的高集成器件中蚀刻富碳聚合物硬掩模 图案时，可以通过减少图案变形而使所需的精细图案有效地图案化。
在一个实施方案中，使用旋涂(SOC)法连续地涂敷不同类型的聚 合物硬掩模，并实施光刻胶图案过程。该聚合物硬掩模包括富硅第二聚 合物上层和富碳第一聚合物底层。在使用等离子体的后续蚀刻过程期 间，利用富硅第二聚合物上层作为硬掩模来蚀刻富碳第一聚合物层。富 碳第一聚合物层用作底部硬掩模。
当蚀刻该第二聚合物层时，在侧壁上具有高集成的、控制聚合物的 器件是成问题^。可能会产生与弯曲现象(bowingevent)有关的缺陷。此 外，当蚀刻第一聚合物层时，第二聚合物层可能会受到蚀刻气体的损害， 从而产生具有所不希望形式的图案。
图1A和图IB图示说明图案变形的缺陷的显微图。图1A图示说明 具有大约80nm图案尺寸的图案的显微图，图IB图示说明具有大约 60nm图案尺寸的图案的显微图。在图1A和图1B中，在利用第二聚合 物层作为硬掩模来蚀刻第 一聚合物层的过程中应用基本相同的条件。由 于图案尺寸减少，第一聚合物硬掩模可表现出实质的图案变形，如附图 标记"A"所示。本发明提出一种当使用不同类型的聚合物硬掩模来形 成大约60nm的精细图案时用以减少图案变形的蚀刻处理。
图2A~2D图示说明根据本发明的实施方案在半导体器件中制造精 细图案的方法的截面图。
参考图2A，在衬底21上形成蚀刻目标层22。该蚀刻目标层22可 包括半导体性层，例如导电层、绝缘层或硅层.利用SOC法在蚀刻目 标层22上顺序形成富碳第一聚合物层23和富硅第二聚合物层24。硅氧 烷或者倍半硅氧烷(SSQ)可形成第二聚合物层24，第二聚合物层24 可具有约20% ~约45%的硅含量。在部分第二聚合物层24上形成光刻 胶图案25。
参考图2B，利用光刻胶图案25作为蚀刻掩模来蚀刻第二聚合物层 24,以形成第二聚合物硬掩模24A。利用氟基气体如包括四氟曱烷(CF4) 气体的蚀刻气体来蚀刻第二聚合物层24。例如，可使用蚀刻气体如CF4、 CF4/三氟曱烷(CHF3)以及CFV氧(02)来蚀刻第二聚合物层24。
当蚀刻第二聚合物层24时，氟基气体用作主要的蚀刻气体。CHF3 和02可用于控制临界尺寸。当蚀刻第二聚合物层24时，衬底温度保持
在约-iox: 约30x:。在前述温度下实施蚀刻可减少图案变形。在蚀刻
笫二聚合物层24之后，可除去全部或部分的光刻胶图案25。此后，已 蚀刻的第二聚合物层24被称为第二聚合物硬掩模24A。
参考图2C,利用第二聚合物硬掩模24A作为蚀刻掩模来蚀刻第一 聚合物层23。利用蚀刻气体如氮(N2 )/氢(H2 )或N;j/H2/—氧化碳(CO ) 来蚀刻第一聚合物层23。
通常，当蚀刻第一聚合物层时，使用&/02或]\2/112气体。当只使 用]\2/02气体进行蚀刻时，控制第二聚合物硬掩模24A的侧壁上的聚合
物可能是困难的。因此，可能会产生与弯曲现象有关的缺陷。当只使用
N2/H2气体进行蚀刻时，第一聚合物层23的蚀刻速度可能緩慢。当蚀刻 第一聚合物层23时，蚀刻第一聚合物层23时所用的蚀刻气体也蚀刻第 二聚合物硬掩模24A,因此当使底层进行图案化时产生图案变形。
在该实施方案中，当蚀刻第一聚合物层23时，可使用不包括02的 ]\2氾2或N2/H2/CO气体来蚀刻笫一聚合物层23,以减少图案变形。使 用前述的蚀刻气体来蚀刻第一聚合物层23可保持所需的线宽度而无图 案变形。
在]\2/112或N2/H2/CO气体中，]\2对112的比率可以约为1:2.5。这 样的比率可减少图案变形并控制临界尺寸。
当蚀刻第一聚合物层23时，衬底温度保持为约-10"C 30X:。在前 述温度下实施蚀刻可减少图案变形。此后，已蚀刻的第一聚合物层23 被称为第 一聚合物硬掩模23A。
参考图2D,利用第二聚合物硬掩模24A和第一聚合物硬掩模23A 作为蚀刻掩模来蚀刻蚀刻目标层22，以形成蚀刻目标图案22A。
图3图示说明在应用本发明的实施方案后的所得结果的显微图。当 利用第二聚合物硬掩模来蚀刻第一聚合物层时，实现了无图案变形的精 细图案。
根据本发明的实施方案，利用富碳第 一聚合物层和富硅第二聚合物 层作为硬掩模以蚀刻所述蚀刻目标层，可改善在具有大的高度差的区域 上的阶梯覆盖特性。
当使用第二聚合物硬掩模作为蚀刻掩模来蚀刻第 一聚合物层时，可 使用]\2/112或N2/H2/CO气体(不包括02)作为主要的蚀刻气体。在蚀 刻第一聚合物层时，使用这样的气体可减少第二聚合物硬掩模的蚀刻损 失。因此，可减少第二聚合物硬掩模和第一聚合物硬掩模的图案变形， 并可形成具有精细线宽度大约60nm的图案。
尽管已关于具体实施方案描述了本发明，但是在不背离所附权 利要求中所限定的本发明的范围和精神的情况下，可进行各种变化和 修改，il^本领域的技术人员而言是显而易见的。
权利要求
1.一种在半导体器件中形成精细图案的方法，所述方法包括在蚀刻目标层上形成第一聚合物层；在所述第一聚合物层上形成第二聚合物层；在第一衬底温度下使所述第二聚合物层图案化；在第二衬底温度下蚀刻所述第一聚合物层，其中使用不包括氧(O2)的第一蚀刻气体来蚀刻所述第一聚合物层，利用所述已图案化的第二聚合物层作为蚀刻掩模来蚀刻所述第一聚合物层；和利用所述已蚀刻的第一聚合物层和所述已图案化的第二聚合物层作为蚀刻掩模来蚀刻所述蚀刻目标层。
2. 权利要求l所述的方法，其中所述第一和第二衬底温度各为约-10C 约301C。
3. 权利要求1所述的方法，其中使用包括ll^气体的第二蚀刻气体来使所 述第二聚合物层图案化。
4. 权利要求3所述的方法，其中所述第二蚀刻气体包含四氟曱烷(CF4)、 CF4/三氟曱烷(CHF3)、 CF4/02或它们的组合。
5. 权利要求l所述的方法，其中所述第一蚀刻气体包含氮(N2)/氢(H2) 蚀刻气体、&朋2/—氧化碳(CO)蚀刻气体、或二者。
6. 权利要求5所述的方法，其中在所述]\2/112蚀刻气体或所述]\2/112/<:0 蚀刻气体中N2对H2的比率约为1:2.5'
7. 权利要求1所述的方法，其中利用旋涂(SOC)法形成所述第一聚合 物层和所述第二聚合物层。
8. 权利要求l所述的方法，其中所述第二聚合物层包含富硅聚合物层。
9. 权利要求8所述的方法，其中所述第二聚合物层包含硅氧烷或倍半硅 氧烷(SSQ )。
10. 权利要求8所述的方法，其中所述第二聚合物层具有约20% ~约45% 的硅含量。
11. 权利要求1所述的方法，其中所述第一聚合物层包含富碳聚合物层。
12. —种在半导体器件中形成精细图案的方法，所述方法包括:在衬底上形成蚀刻目标层； 在所述蚀刻目标层上形成第一聚合物层，所述第一聚合物层包括富碳聚合物层；在所述第 一聚合物层上形成第二聚合物层； 在部分所述第二聚合物层上形成光刻胶图案； 利用所述光刻胶图案作为蚀刻掩模，在第一衬底温度下蚀刻所述第二 聚合物层；使用不包括氧(02)的第一蚀刻气体，在第二衬底温度下蚀刻所述第 一聚合物层；和利用所述已蚀刻的第 一聚合物层和所述已蚀刻的第二聚合物层作为蚀 刻掩模来蚀刻所述蚀刻目标层。
13. 权利要求12所述的方法，其中所述第一和第二衬底温度各为约-10 1C-约30"C。
14. 权利要求12所述的方法，其中使用包括iJ^气体的第二蚀刻气体对 所述第二聚合物层进行蚀刻。
15. 权利要求14所述的方法，其中所述第二蚀刻气体包含四氟甲烷(CF4 )、 CF4/三氟曱烷(CHF3)、 CF4/02或它们的组合。
16. 权利要求12所述的方法，其中所述第一蚀刻气体包含氮(N2)/氢(H2) 蚀刻气体、N2/H2/—氧化碳(CO)蚀刻气体、或二者。
17. 权利要求16所述的方法，其中在所述N2/H2蚀刻气体或所述N2/H2/CO 蚀刻气体中N2对H2的比率约为1:2.5。
18. 权利要求12所述的方法，其中利用所述蚀刻第二聚合物层作为蚀刻 掩模对所述第 一聚合物层进行蚀刻。
19. 权利要求12所述的方法,其中所述第二聚合物层包含富硅聚合物层。
20. 权利要求19所述的方法，其中所述第二聚合物层包含硅氧烷或倍半 珪氧烷(SSQ )。
21. 权利要求19所述的方法，其中所述第二聚合物层具有约20% ~约45% 的硅含量。
全文摘要
一种制造半导体器件中的精细图案的方法，该方法包括在蚀刻目标层上形成第一聚合物层和第二聚合物层。以第一衬底温度图案化第二聚合物层。使用不包括氧(O<sub>2</sub>)的蚀刻气体以第二衬底温度蚀刻该第一聚合物层。使用已图案化的第二聚合物层作为蚀刻掩模蚀刻第一聚合物层。然后使用已蚀刻的第一聚合物层和已蚀刻的第二聚合物层作为蚀刻掩模蚀刻该蚀刻目标层。
文档编号H01L21/027GK101097843SQ200710123040
公开日2008年1月2日 申请日期2007年6月22日 优先权日2006年6月30日
发明者李圣权, 李在煐 申请人:海力士半导体有限公司