形成半導體器件微圖案的方法

2023-11-06 05:40:47

專利名稱：形成半導體器件微圖案的方法
技術領域：
本發明涉及形成半導體器件微圖案的方法，更具體涉及形成如應用於 形成DRAM位線接觸孔的微圖案的方法。
背景技術：
隨著半導體器件集成度的增加，最小線寬逐漸縮小。為了實現由於器 件集成度更高而導致的期望微線寬，釆用了幾種工藝方法。然而，使用間隔物形成的微圖案僅僅可應用於線和間隔圖案。具體地， 所述微圖案可用於單元柵極區圖案具有非常簡單圖案的情況下，例如 NAND快閃記憶體件或具有優異規則性的二維陣列。如果使用雙曝光和蝕 刻技術(DEET)方法，可形成DRAM的位線接觸孔圖案，但是臨界尺寸 (CD)由於覆蓋問題而變得不規則。另外，由於必須兩次實施掩模形成過 程，所以增加了製造成本。發明內容本發明涉及通過形成具有第一接觸孔的第一輔助圖案來形成具有目標 CD的微圖案，其中所述第一接觸孔在形成四邊形的四個相鄰絕緣圖案的 中心處和具有與絕緣圖案相同的形狀，並且本發明也可應用於DRAM位 線接觸孔形成過程。根據本發明第一實施方案的半導體器件微圖案的形成方法，在半導體 襯底上形成蝕刻目標層、第一硬掩模層和菱形絕緣圖案。在包括絕緣圖案 的第一硬掩模層上形成第一輔助圖案，其中在形成四邊形的四個相鄰絕緣 圖案的中心處形成具有與絕緣圖案相同形狀的接觸孔。通過蝕刻第一輔助 圖案形成第二輔助圖案使得暴露出絕緣圖案的頂表面。除去暴露的絕緣圖案。通過利用以第二輔助圖案作為蝕刻掩模的蝕刻過程來蝕刻第 一硬掩模 層來形成第一硬掩模圖案。利用第一硬掩模圖案蝕刻蝕刻目標層。
所述蝕刻目標層可以具有導電層和絕緣層的堆疊結構。第一硬掩模層
可以具有非晶碳層和SiON層的堆疊結構。絕緣圖案可由氧化物製成。
第一輔助圖案由碳層或多晶矽層形成。第一輔助圖案具有不同於絕緣 圖案的蝕刻選擇性。第一輔助圖案可以形成至一定的厚度，使得在絕緣圖 案的端部的側壁上形成的第一輔助圖案與在相鄰絕緣圖案的端部的側壁 上形成的第一輔助圖案相接觸。在接觸孔的周邊區域中形成的第一輔助圖 案可以相對於在絕緣圖案上形成的第一輔助圖案具有臺階。在接觸孔的周 邊區域中形成的第一輔助圖案的高度可低於在絕緣圖案上形成的第一輔 助圖案。可以在第一輔助圖案上進一步形成第二硬^^模層，使得在形成第 一輔助圖案之後填隙接觸孑L之間的間隔。第二硬掩模層可以由導電材料或 絕緣材料製成。第二硬掩模層可以由包含矽(Si)的有機底部抗反射塗層 (OBARC )材料或旋塗玻璃(SOG)材料製成。當使用SOG材料時在沉 積過程之後進一步實施烘焙過程。第二硬掩模層可以具有不同於第一輔助 圖案的蝕刻選擇性。在第二硬掩模層形成之後，可進一步除去第二硬掩模 層直至暴露出第 一輔助圖案的頂表面。
利用回蝕刻過程蝕刻第一輔助圖案。在形成在絕緣圖案上的第一輔助 圖案的蝕刻過程中，也可以部分除去在接觸孔的周邊區域中形成的第一輔 助圖案的頂表面。在絕緣圖案的除去過程中，還除去殘留的第二硬掩模層。 在接觸孔的周邊區域中形成的第二輔助圖案可以相對於在絕緣圖案的周 邊區域中形成的第二輔助圖案具有臺階。在接觸孔的周邊區域中形成的第 二輔助圖案的高度低於在絕緣圖案上形成的第二輔助圖案。
根據本發明第二實施方案的半導體器件微圖案的形成方法，在半導體 襯底上形成蝕刻目標層、第一硬掩模層和菱形絕緣圖案。在包括絕緣圖案 的第一硬掩模層上形成第一輔助圖案，其中在形成四邊形的四個相鄰絕緣 圖案的中心處形成具有與絕緣圖案相同形狀的接觸孔。在第一輔助圖案之 間形成第二硬掩模層。通過蝕刻第一輔助圖案形成第二輔助圖案，使得絕 緣圖案的頂表面暴露。除去暴露的絕緣圖案和第二硬掩模。通過利用以第 二輔助圖案作為蝕刻掩模的蝕刻過程來蝕刻第 一硬掩模層以形成第 一硬 掩模圖案。利用第一硬4^模圖案蝕刻蝕刻目標層。所述蝕刻目標層可以具有導電層和絕緣層的堆疊結構。第一硬掩模層層可以具有非晶碳層和SiON層的堆疊結構。絕緣圖案可由氧化物製成。第一輔助圖案可以由碳層或多晶矽層形成。第一輔助圖案可具有不同 於絕緣圖案的蝕刻選擇性。第一輔助圖案可以形成至一定的厚度，使得在 絕緣圖案的端部的側壁上形成的第一輔助圖案與在相鄰絕緣圖案的端部 的側壁上形成的第一輔助圖案相接觸。在接觸孔的周邊區域中形成的第一 輔助圖案相對於在絕緣圖案上形成的第一輔助圖案具有臺階。在接觸孔的 周邊區域中形成的第一輔助圖案的高度低於在絕緣圖案上形成的第一輔 助圖案。第二硬掩模層可以由導電材料或絕緣材料製成。第二硬掩模層可以由 包含珪(Si)的OBARC材料或SOG材料製成。當使用SOG材料時，在 沉積過程之後可以進一步實施烘焙過程。第二硬掩模層可具有不同於第一 輔助圖案的蝕刻選擇性。可以利用回蝕刻過程蝕刻第一輔助圖案。在形成在絕緣圖案上的第一 輔助圖案的蝕刻過程中，也可以部分除去在接觸孔的周邊區域中形成的第 一輔助圖案的頂表面。在接觸孔的周邊區域形成的第二輔助圖案相對於在 絕緣圖案的周邊區域中形成的第二輔助圖案具有臺階。在接觸孔的周邊區域中形成的第二輔助圖案的高度低於在絕緣圖案周邊區域中形成的第二 輔助圖案。


圖1A至1H為圖示說明根據本發明的 一個實施方案的形成半導體器件 微圖案的方法的平面圖。圖2A至2H為沿著圖1A至1H的線A-A的器件的截面圖。圖3A至3H為沿著圖1A至1H的線B-B的器件的截面圖。
具體實施方式
將參照附圖描述根據本發明的具體實施方案。圖1A至1H為圖示說明根據本發明的實施方案的形成半導體器件微圖 案的方法的平面圖。圖2A至2H為沿著圖1A至1H的線A-A的器件的截 面圖。圖3A至3H為沿著圖1A至1H的線B-B的器件的截面圖。為了簡單起見，僅僅說明在單元區域中的工藝步驟。參照圖1A、 2A和3A，在半導體襯底100上順序形成蝕刻目標層102、 第一硬掩模層104和絕緣層106。蝕刻目標層102可以具有包括導電層和 絕緣層的堆疊結構，以形成位線接觸孔。第一硬掩模層104可以具有包括 非晶碳層104a和氧氮化矽(SiON)層104b的堆疊結構。絕緣層106可由 氧化物形成。因為氧化物是透明的，因此利用氧化物作為絕緣層106，這 使得可以在後續光刻膠圖案形成過程中進行晶片對準，並且因此不需要實 施另外的過程用於對準晶片。在絕緣層106上形成光刻膠圖案108。在現有技術中，在後續過程中 形成光刻膠圖案108，使得將要形成位線接觸孔的區域被打開。然而，在 本發明中，利用後續過程僅^ME將要形成位線接觸孔的區域中形成光刻膠 圖案108。另外，與現有的四邊形形狀不同，每一個光刻膠圖案108具有 菱形形狀(或鑽石形狀)。參照圖1B、 2B和3B，通過利用光刻膠圖案108作為蝕刻掩模蝕刻絕 緣層106來形成絕緣圖案106a。然後除去光刻膠圖案108。每一個絕緣圖 案106a具有菱形形狀，其和光刻膠圖案108的形糾目同。參照圖1C、 2C和3C，在第一硬掩模層104和絕緣圖案106a的頂表 面上形成第一輔助圖案110。第一輔助圖案110可以由碳層或多晶矽層形 成。使用碳層或多晶矽層作為第一輔助圖案110，這是因為這些層具有與 絕緣圖案106a不同的蝕刻選擇性。這意味著可除去絕緣圖案106a同時防 止第一輔助圖案110在後續蝕刻過程中受損。為此，第一輔助圖案110可 以由與絕緣圖案106a具有不同蝕刻選擇性的材料製成。如果在具有菱形形狀的絕緣圖案106a的端部的側壁上形成的第一輔 助圖案110形成至一定厚度，使得其與在相鄰絕緣圖案106a的端部的側壁 上形成的第一輔助圖案110相接觸(用"a"表示)。在形成四邊形的四個 相鄰絕緣圖案106a的中心處形成具有第 一接觸孔112的第 一輔助圖案110 ， 所述第一接觸孔112具有與絕緣圖案106a相同的形狀，如圖1C所示。第 一接觸孔112是在後續過程中形成位線接觸孔的區域。在第一接觸孔112 的形成過程中，在第一接觸孔112的周邊區域中形成的第一輔助圖案110 的高度比在絕緣圖案106a上形成的第一輔助圖案110低臺階b。參照圖1D、 2D和3D,在第一接觸孔112的周邊區域中形成的第一輔助圖案110、形成在絕緣圖案106a上的第一輔助圖案110和氧氮化珪 (SiON)層104b上形成第二硬掩模層114，從而填隙第一接觸孔112。第 二硬掩模層114可以由導電材料或絕緣材料製成，例如具有良好填隙特性 的旋塗玻璃(SOG)材料或包含矽(Si)的有機底部抗反射塗層(OBARC ) 材料。SOG材料含有雜質和水分並因此必須在沉積過程之後經歷烘焙過程 以除去它們。第二硬掩模層114可以具有不同於第一輔助圖案110的蝕刻 選擇性。形成第二硬掩模層U4,使得它可以防止在第一輔助圖案110的後續蝕 刻過程中，對由於第一接觸孔112而暴露的氧氮化珪(SiON)層104b的 損傷。然而，為了減少工藝步驟，可省略第二硬掩模層114。在省略第二 硬掩模層114的形成過程的情況下，在第一輔助圖案110的後續蝕刻過程 中由於第一接觸孔112而暴露的氧氮化珪(SiON)層104b可部分受損， 但是將不影響後續過程。另夕卜，在除去絕緣圖案106a的後續過程中，為了 防止所暴露的氧氮化矽(SiON)層104b過度受損，氧氮化矽(SiON)層 104b可具有不同於絕緣圖案106a的氧化物的蝕刻選擇性。參照圖1E、 2E和3E，利用蝕刻過程蝕刻第二硬掩模層114，直至暴 露出第一輔助圖案110的頂表面。利用蝕刻過程暴露第一輔助圖案110, 直至暴露出絕緣圖案106a的頂表面，由此形成第二輔助圖案110a。利用 回蝕刻工藝實施蝕刻過程。在第二輔助圖案110a的形成過程中，部分除去 在第一接觸孔112的周邊區域中形成的第二輔助圖案110a的頂表面，這樣 第二輔助圖案110a相對於殘留的第二硬4^模層114具有臺階c。參照圖1F、 2F和3F，通過除去在第二輔助圖案110a的形成過程中暴 露的絕緣圖案106a和殘留的第二硬掩模層114，在第二輔助圖案110a之 間形成第二接觸孔116。第二接觸孔116是在後續過程中形成位線接觸孔 的區域。在絕緣圖案106a和殘留第二硬掩模層114的除去過程中，絕緣圖 案106a和殘留第二硬掩模層114具有與第二輔助圖案110a不同的蝕刻選 擇性，從而可除去第二輔助圖案110a而不受損傷。參照圖1G、 2G和3G，通過利用以第二輔助圖案110a作為蝕刻掩模 蝕刻第一硬掩模層104形成具有期望的線和間隔的第一硬掩模圖案104c。 可採用幹蝕刻過程除去第一硬掩模層104。然後除去第二輔助圖案110a,參照圖1H、 2H和3H，通過利用具有期望的線和間隔的第一硬掩模圖案104c作為蝕刻掩模蝕刻蝕刻目標層102來形成目標圖案102a。蝕刻目 標層102由沉積以形成位線接觸孔的材料所形成。因此，可通過利用蝕刻 過程形成目標圖案102a來形成位線接觸孔。然後除去第一硬掩模圖案 104c。
如上所述，在形成四邊形的四個相鄰絕緣圖案的中心處形成具有與絕 緣圖案相同形狀的第一接觸孔的第一輔助圖案。因此，可形成具有目標CD 的微圖案，並且本發明也可應用於DRAM位線接觸孔形成過程。
另外，可形成具有比現有曝光設備的解析度更高解析度的微圖案，並 且該微圖案可應用於DRAM位線接觸孔形成過程。因此，可克服膝光i殳 備的解析度限制。
另外，可利用現有啄光設備形成微圖案而不必開發具有提高的分辨能 力的新曝光設備。
另外，通過省略第二硬^^模層的形成過程可減少工藝步驟。
附帶地，由於減少了工藝步驟，可降低製造成本。
本發明不限於公開的實施方案，而是可以採用各種形式實施。提供實 施方案以完成本發明的公開並允許本領域技術人員理解本發明的範圍。本 發明由權利要求的範疇所限定。
權利要求
1.一種形成半導體器件微圖案的方法，所述方法包括在半導體襯底上形成蝕刻目標層、第一硬掩模層和具有菱形形狀的絕緣圖案；在包括所述絕緣圖案的所述第一硬掩模層上形成第一輔助圖案，其中在形成四邊形的四個相鄰絕緣圖案的中間形成具有與所述絕緣圖案基本相同形狀的接觸孔；通過蝕刻所述第一輔助圖案形成第二輔助圖案，使得暴露出所述絕緣圖案的頂表面；除去所述暴露的絕緣圖案；通過利用所述第二輔助圖案作為蝕刻掩模的蝕刻過程蝕刻所述第一硬掩模層來形成第一硬掩模圖案；利用所述第一硬掩模圖案蝕刻所述蝕刻目標層。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中所述蝕刻目標層具有包括導電層和 絕緣層的堆疊結構。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中所述第一硬掩模層具有包括非晶碳 層和SiON層的堆疊結構。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中所述絕緣圖案由氧化物製成。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中所述第一輔助圖案由碳層或多晶矽 層形成。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中所述第一輔助圖案具有不同於所述 絕緣圖案的蝕刻選擇性。
7. 根據權利要求1所述的方法，其中所述第一輔助圖案形成一定厚度, 使得在所述絕緣圖案的端部的側壁上形成的第一輔助圖案與在相鄰絕緣 圖案的端部的側壁上形成的第一輔助圖案相接觸。
8. 根據權利要求1所述的方法，其中在所述接觸孔的周邊區域中形成的 第 一輔助圖案相對於在所述絕緣圖案上形成的第 一輔助圖案具有臺階。
9. 根據權利要求1所述的方法，其中在所述接觸孔的周邊區域中形成的第 一輔助圖案的高度低於在所述絕緣圖案上形成的第 一輔助圖案。
10. 根據權利要求1所述的方法，還包括在所述第一輔助圖案上形成第二硬掩模層，使得在形成所述第一輔助圖案之後填隙所述接觸孔之間的間 隔。
11. 根據權利要求10所述的方法，其中所述第二硬掩模層由導電材料或絕緣材料製成。
12. 根據權利要求10所述的方法，其中所述第二硬掩模層由包含矽(Si) 的有機底部抗反射塗層(OBARC)材料或旋塗玻璃(SOG)材料製成。
13. 根據權利要求12所述的方法，還包括當使用所述SOG材料時在沉 積過程之後實施烘焙過程。
14. 根據權利要求10所述的方法，其中所述第二硬掩模層具有不同於所 述第一輔助圖案的蝕刻選擇性。
15. 根據權利要求10所述的方法，還包括在所述第二硬掩模層形成之後， 除去所述第二硬掩模層直至暴露出所述第一輔助圖案的頂表面。
16. 根據權利要求1所述的方法，其中利用回蝕刻過程蝕刻所述第一輔助 圖案。
17. 根據權利要求1所述的方法，其中在形成於所述絕緣圖案上的所述第 一輔助圖案的蝕刻過程中，部分除去在所述接觸孔的周邊區域中形成的第 一輔助圖案的頂表面。
18. 根據權利要求10所述的方法，其中在所述絕緣圖案的除去過程時， 除去殘留的所述第二硬掩模層。
19. 根據權利要求1所述的方法，其中在所述接觸孔的周邊區域中形成的 第二輔助圖案相對於在所述絕緣圖案的周邊區域中形成的第二輔助圖案 具有臺階。
20. 根據權利要求1所述的方法，其中在所述接觸孔的周邊區域中形成的 第二輔助圖案的高度低於在所述絕緣圖案的周邊區域中形成的第二輔助 圖案。
21. —種形成半導體器件微圖案的方法，所述方法包括 在半導體村底上形成蝕刻目標層、第一硬掩模層和具有鑽石形狀的l案；在包括所述絕緣圖案的所述第一硬掩模層上形成第一輔助圖案，其 中在限定四邊形的四個相鄰絕緣圖案的中間形成具有與所述絕緣圖案相 同形狀的接觸孔；在所述第 一輔助圖案之間形成第二硬掩模層；通過蝕刻所述第一輔助圖案形成第二輔助圖案，使得暴露出所述絕 緣圖案的頂表面；除去所述暴露的絕緣圖案和所述第二硬掩模；通過利用所述第二輔助圖案作為蝕刻掩模的蝕刻過程蝕刻所述第一 硬^^模層來形成第一^t掩模圖案；利用所述第一硬掩模圖案蝕刻所述蝕刻目標層。
22. 根據權利要求21所述的方法，其中所述蝕刻目標層具有包括導電層 和絕緣層的堆疊結構。
23. 根據權利要求21所述的方法， 碳層和SiON層的堆疊結構。
24. 根據權利要求21所述的方法，
25. 根據權利要求21所述的方法， 珪層形成。
26. 根據權利要求21所述的方法 述絕緣圖案的蝕刻選擇性。
27. 根據權利要求21所述的方法，其中所述第一輔助圖案形成一定厚度， 使得在所述絕緣圖案的端部的側壁上形成的第一輔助圖案與在相鄰絕緣 圖案的端部的側壁上形成的第一輔助圖案相接觸。
28. 根據權利要求21所述的方法，其中在所述接觸孔的周邊區域中形成 的第 一輔助圖案相對於在所述絕緣圖案上形成的第 一輔助圖案具有臺階。
29. 根據權利要求21所述的方法，其中在所述接觸孔的周邊區域形成的 第 一輔助圖案的高度低於在所述絕緣圖案上形成的第 一輔助圖案。
30. 根據權利要求21所述的方法，其中所述第二硬掩模層由導電材料或其中所述第 一硬掩模層具有包括非晶其中所述絕緣圖案由氧化物製成。 其中所述第 一輔助圖案由碳層或多晶其中所述第 一輔助圖案具有不同於所絕緣材料製成。
31. 根據權利要求21所述的方法，其中所述第二硬掩模層由包含矽(Si) 的OBARC材料或SOG材料製成。
32. 根據權利要求31所述的方法，還包括當使用SOG材料時在沉積過 程之後實施烘焙過程。
33. 根據權利要求21所述的方法，其中所述第二硬掩模層具有不同於所 述第一輔助圖案的蝕刻選擇性。
34. 根據權利要求21所述的方法，其中利用回蝕刻過程蝕刻所述第一輔 助圖案。
35. 根據權利要求21所述的方法，其中在形成於所述絕緣圖案上的所述 第一輔助圖案的蝕刻過程中，部分除去在所述接觸孔的周邊區域中形成的 第一輔助圖案的頂表面。
36. 根據權利要求21所述的方法，其中在所述接觸孔的周邊區域形成的 第二輔助圖案相對於在所述絕緣圖案的周邊區域中形成的第二輔助圖案 具有臺階。
37. 根據權利要求21所述的方法，其中在所述接觸孔的周邊區域形成的 第二輔助圖案的高度低於在所述絕緣圖案的周邊區域中形成的第二輔助 圖案。
全文摘要
本發明涉及一種半導體器件微圖案形成的方法。在根據本發明的一個方面的方法中，在半導體襯底上形成蝕刻目標層、第一硬掩模層和菱形絕緣圖案。在包括絕緣圖案的第一硬掩模層上形成第一輔助圖案，其中在形成四邊形的四個相鄰絕緣圖案的中心處形成具有與所述絕緣圖案相同形狀的接觸孔。通過蝕刻第一輔助圖案形成第二輔助圖案從而暴露出絕緣圖案的頂表面。除去所述暴露的絕緣圖案。通過利用第二輔助圖案作為蝕刻掩模的蝕刻過程來蝕刻所述第一硬掩模層以形成第一硬掩模圖案。利用所述第一硬掩模圖案蝕刻所述蝕刻目標層。
文檔編號H01L21/02GK101303972SQ20081000275
公開日2008年11月12日 申請日期2008年1月16日 優先權日2007年5月11日
發明者鄭宇榮 申請人:海力士半導體有限公司