专利名称：形成半导体器件的微小图案的方法
技术领域：
一般而言，本发明涉及制造半导体器件的方法，而更具体地涉及一种形成其中临界尺度(CD)可被控制的半导体器件的微小图案的方法。
背景技术：
在半导体器件的制造中，典型地使用ArF曝光设备来执行用于70nm图案尺寸的曝光。但是，为了生产50nm或更小的图案尺寸，已提出了一种使用双曝光(dual exposure)蚀刻来形成微小图案的方法。但是不可能将所述方法应用到实际工艺，因为不可控制双曝光中最重要的覆盖(overlay)。下面将参照图1A和1B描述双曝光。
参见图1A，首先执行曝光和显影工艺以形成光致抗蚀剂膜图案。蚀刻使用光致抗蚀剂膜图案作为掩模而首先曝光的待蚀刻层以形成线图案10和间隔20。第一线图案10的每个具有100nm的宽度，而第一间隔20的每个具有100nm的宽度。
参见图1B，第二次执行曝光和显影工艺以第二次形成光致抗蚀剂膜图案蚀刻。蚀刻第二次所曝光的待蚀刻层以形成第二线图案30和第二间隔40。第二线图案30的每个具有50nm的宽度，而第二间隔40的每个具有150nm的宽度。
但是，在使用上述方法形成微小图案时，在图案被首先蚀刻后，覆盖必须使用对准键(align key)来对准，以便在执行第二次曝光时所述覆盖可精确地移动50nm，如图1B中所示。但是，难以将曝光设备的覆盖精度控制到10nm或更少。
也就是说，理想地，如图2A中所示，如果未对准发生在左侧上，在保证了50nm的线图案以及150nm的间隔后，则保证了60nm的图案宽度和240nm的间隔。换句话说，保证了50nm或更大的图案。相比之下，在未对准发生在右侧上的情形中，保证了分别具有40nm的宽度的图案以及分别具有160nm的宽度的间隔，如图2B中所示。有可能形成图案，但是就工艺来说不可能控制CD。
发明内容
本发明的一个实施例提供了一种形成半导体器件的微小图案的方法。
根据本发明的第一实施例的形成半导体器件的微小图案的方法包括以下步骤在半导体基片上顺序地形成第一氧化物膜、下抗反射膜以及第一光致抗蚀剂膜图案，及随后使用所述第一光致抗蚀剂膜图案作为掩模来蚀刻所述下抗反射膜以及所述第一氧化物膜；剥除所述第一光致抗蚀剂膜图案及所述下抗反射膜，以及随后在整个结构上沉积氮化物膜；毯式蚀刻(blanket etching)所述氮化物膜以在所述第一氧化物膜的侧壁上形成间隔物；在整个结构上沉积第二氧化物膜及随后抛光所述第二氧化物膜；以及在整个结构上形成第二光致抗蚀剂膜图案及随后使用所述第二光致抗蚀剂膜图案作为掩模来剥除所述氮化物膜，从而形成氧化物膜图案。
根据本发明的第二实施例的形成半导体器件的微小图案的方法包括以下步骤在半导体基片上顺序地形成第一氧化物膜、下抗反射膜以及第一光致抗蚀剂膜图案，及随后使用所述第一光致抗蚀剂膜图案作为掩模来蚀刻所述下抗反射膜及所述第一氧化物膜；剥除所述第一光致抗蚀剂膜图案及所述下抗反射膜，及随后在整个结构上沉积氮化物膜；毯式蚀刻所述氮化物膜以在所述第一氧化物膜的侧壁上形成间隔物；在整个结构上沉积第二氧化物膜及随后抛光所述第二氧化物膜；以及在整个结构上形成第二光致抗蚀剂膜图案，及随后使用所述第二光致抗蚀剂膜图案作为掩模来剥除所述第一和第二氧化物膜，从而形成氧化物膜图案。
根据本发明的第三实施例的形成半导体器件的微小图案的方法包括以下步骤在半导体基片上顺序地形成第一氧化物膜、下抗反射膜及第一光致抗蚀剂膜图案，及随后使用所述第一光致抗蚀剂膜图案作为掩模来蚀刻所述下抗反射膜及所述第一氧化物膜；剥除所述第一光致抗蚀剂膜图案及所述下抗反射膜，及随后在整个结构上沉积氮化物膜；毯式蚀刻所述氮化物膜以在所述第一氧化物膜的侧壁上形成间隔物；在整个结构上沉积第二氧化物膜及随后抛光所述第二氧化物膜；以及在整个结构上形成第二光致抗蚀剂膜图案，及随后使用所述第二光致抗蚀剂膜图案作为掩模来剥除所述氮化物膜及所述半导体基片的部分，从而形成氧化物膜图案。
根据本发明的第四实施例的形成半导体器件的微小图案的方法包括以下步骤在半导体基片上顺序地形成第一氧化物膜、下抗反射膜及第一光致抗蚀剂膜图案，及随后使用所述第一光致抗蚀剂膜图案作为掩模来蚀刻所述下抗反射膜及所述第一氧化物膜；剥除所述第一光致抗蚀剂膜图案及所述下抗反射膜，及随后在整个结构上沉积氮化物膜；毯式蚀刻所述氮化物膜以在所述第一氧化物膜的侧壁上形成间隔物；在整个结构上沉积第二氧化物膜及随后抛光所述第二氧化物膜；以及在整个结构上形成第二光致抗蚀剂膜图案，及随后使用所述第二光致抗蚀剂膜图案作为掩模来剥除所述氮化物膜、所述第一和第二氧化物膜的部分、以及所述半导体基片的部分，从而形成氧化物膜图案。
通过参照与附图相结合的如下详细描述，本发明的更完整理解及其许多附带优点将变得清楚明显并更好理解，在附图中相似的参考符号指示相同或相似的部件，其中
图1A和1B是平面图，示出相关技术中形成半导体器件的微小图案的方法；图2A和2B是平面图，示出当应用相关技术时的问题；图3A到3F是截面图，示出根据本发明一个实施例的形成半导体器件的微小图案的方法；以及图4A到4D是截面图，示出根据第一到第四实施例的形成半导体器件的微小图案的方法。
具体实施例方式
在以下详细描述中，通过图解说明仅仅示出并简单描述了本发明的某些实施例。正如那些本领域的技术人员将认识到的一样，所描述的实施例可以各种方式修改，所有这些并不偏离本发明的精神或范围。因此，附图和说明书在本质上应被视为是说明性的而不是限制性的。在整个申请中类似的参考数字指示类似的元件。
图3A到3F是截面图，示出根据本发明一个实施例的形成半导体器件的微小图案的方法。
参见图3A，第一氧化物膜302以及下抗反射膜304顺序地形成在半导体基片300上。光致抗蚀剂膜形成在下抗反射膜304上。第一氧化物膜302优选地形成为100到10000的厚度。第一光致抗蚀剂膜图案306每个优选地具有100nm的线50和200nm的间隔60，借助通过曝光和显影来图案化所述光致抗蚀剂膜而形成。
参见图3B，使用第一光致抗蚀剂膜图案306作为掩模来顺序地蚀刻下抗反射膜304以及第一氧化物膜302，形成100nm的线和200nm的间隔。
参见图3C，在第一光致抗蚀剂膜图案306以及下抗反射膜304被剥除之后，氮化物膜308形成在整个结构上。氮化物膜308可形成为100到10000的厚度。
参见图3D，氮化物膜308被毯式蚀刻以在第一氧化物膜302的侧壁上形成间隔物310。在该情形中，每个间隔物310的CD是50nm。间隔物310可使用氧化物膜、氮化物膜、多晶硅层、钨膜或铝膜之任一来形成。
参见图3E，第二氧化物膜312形成在整个结构上。第二氧化物膜312可形成为5000到30000的厚度。第二氧化物膜312可使用第二氧化物膜312之外的高密度等离子体(HDP)氧化物膜、氮化物膜、及多晶硅层的任何一个来形成。
参见图3F，第二氧化物膜312经历化学机械抛光(CMP)，以使其具有预定的厚度。通过所述CMP工艺，第二氧化物膜312可在厚度上保持在500到1000。如果使用第二氧化物膜312作为目标来执行所述CMP工艺，则通过CMP目标控制，可控制其中形成所述间隔物(即氮化物膜)的顶部的斜度。
因此，用于抛光所述第二氧化物膜312的CMP工艺确定将最终形成的图案的CD。如果通过SEM照片、TEM照片等—依赖于CMP工艺目标—将CD标准化之后，准备了工艺执行基准，则可控制CD。
图4A是截面图，示出根据本发明第一实施例的形成半导体器件的微小图案的方法。
参见图4A，在光致抗蚀剂膜形成在图3F中的整个结构上之后，执行曝光工艺和显影工艺以形成光致抗蚀剂膜图案(未示出)。使用所述光致抗蚀剂膜图案作为掩模来去除间隔物310(即所述氮化物膜)，从而形成具有100nm的线和50nm的间隔的氧化物膜图案302a、312a。在所述曝光工艺中，在整个结构上形成光致抗蚀剂膜之后，通过使用光源—诸如具有365nm波长的i射线、具有248nm波长的KrF激光、具有193nm波长的ArF激光或具有157nm波长的EUV—来执行所述曝光工艺，形成了所述光致抗蚀剂膜图案。
图4B是截面图，示出根据本发明第二实施例的形成半导体器件的微小图案的方法。
参见图4B，在光致抗蚀剂膜形成在图3F中的整个结构上之后，执行曝光工艺和显影工艺以形成光致抗蚀剂膜图案(未示出)。使用所述光致抗蚀剂膜图案作为掩模来剥除氧化物膜302和312，从而形成具有50nm的线和100nm的间隔的氮化物膜图案310。
图4C是截面图，示出根据本发明第三实施例的形成半导体器件的微小图案的方法。
参见图4C，在光致抗蚀剂膜形成在图3F中的整个结构上之后，执行曝光工艺和显影工艺以形成光致抗蚀剂膜图案(未示出)。使用所述光致抗蚀剂膜图案作为掩模来蚀刻间隔物310(即所述氮化物膜)以及所述半导体基片300的部分，从而形成具有100nm的线和50nm的间隔的氧化物膜302a、312a。
图4D是截面图，示出根据本发明第四实施例的形成半导体器件的微小图案的方法。
参见图4D，在光致抗蚀剂膜形成在图3F中的整个结构上之后，执行曝光工艺和显影工艺以形成光致抗蚀剂膜图案(未示出)。使用所述光致抗蚀剂膜图案作为掩模来蚀刻间隔物310(即所述氮化物膜)、氧化物膜302、312的部分以及半导体基片300的部分，从而形成具有50nm的线和100nm的间隔的氧化物膜图案302a、312a。
如上所述，使用具有100nm的线和200nm的间隔的图案，可容易地控制50nm的线和100nm的间隔或者100nm的线和50nm的间隔图案的CD。也有可能保证CD的规则性。
如上所述，根据本发明，通过采用其中改进了具有100nm的线和200nm的间隔的图案的CD规则性和工艺自由度的图案，50nm的线和100nm的间隔、或者100nm的线和50nm的间隔图案可形成为超过ArF曝光设备的限制。也有可能保证图案的CD规则性。
尽管已经关于特定实施例描述了本发明，但是应当理解本发明不限于所公开的实施例，而是旨在覆盖所附权利要求的精神和范围内囊括的各种改型和等效设置。
权利要求
1.一种形成半导体器件的微小图案的方法，该方法包括下列步骤在半导体基片上顺序地形成第一氧化物膜、下抗反射膜以及第一光致抗蚀剂膜图案，及随后使用所述第一光致抗蚀剂膜图案作为掩模来蚀刻所述下抗反射膜以及所述第一氧化物膜；剥除所述第一光致抗蚀剂膜图案及所述下抗反射膜，及随后在整个结构上沉积氮化物膜；毯式蚀刻所述氮化物膜以在所述第一氧化物膜的侧壁上形成间隔物；在整个结构上沉积第二氧化物膜及随后抛光所述第二氧化物膜；以及在整个结构上形成第二光致抗蚀剂膜图案及随后使用所述第二光致抗蚀剂膜图案作为掩模来剥除所述氮化物膜，从而形成氧化物膜图案。
2.如权利要求1的方法，包括将所述第一氧化物膜形成为100到10000的厚度。
3.如权利要求1的方法，包括将所述氮化物膜形成为100到10000的厚度。
4.如权利要求1的方法，包括通过干蚀刻工艺或湿蚀刻工艺来形成所述间隔物。
5.如权利要求1的方法，包括使用氧化物膜、氮化物膜、多晶硅层、钨膜或铝膜之任一来形成所述间隔物。
6.如权利要求1的方法，包括使用HDP氧化物膜、氮化物膜、及多晶硅层之任一来形成所述第二氧化物膜。
7.如权利要求1的方法，包括将所述第二氧化物膜形成为5000到30000的厚度。
8.如权利要求1的方法，包括将所述第二氧化物膜形成为500到1000的厚度。
9.如权利要求1的方法，其中形成所述第二光致抗蚀剂膜图案的工艺使用从由具有365nm波长的i射线、具有248nm波长的KrF激光、具有193nm波长的ArF激光以及具有157nm波长的EUV构成的组中选择的光源。
10.如权利要求1的方法，其中所述第二光致抗蚀剂膜图案使用从由具有365nm波长的i射线、具有248nm波长的KrF激光、具有193nm波长的ArF激光以及具有157nm波长的EUV构成的组中选择的光源。
11.一种形成半导体器件的微小图案的方法，该方法包括下列步骤在半导体基片上顺序地形成第一氧化物膜、下抗反射膜以及第一光致抗蚀剂膜图案，及随后使用所述第一光致抗蚀剂膜图案作为掩模来蚀刻所述下抗反射膜及所述第一氧化物膜；剥除所述第一光致抗蚀剂膜图案及所述下抗反射膜，及随后在整个结构上沉积氮化物膜；毯式蚀刻所述氮化物膜以在所述第一氧化物膜的侧壁上形成间隔物；在整个结构上沉积第二氧化物膜及随后抛光所述第二氧化物膜；以及在整个结构上形成第二光致抗蚀剂膜图案，及随后使用所述第二光致抗蚀剂膜图案作为掩模来剥除所述第一和第二氧化物膜，从而形成氧化物膜图案。
12.如权利要求11的方法，包括将所述第一氧化物膜形成为100到10000的厚度。
13.如权利要求11的方法，包括将所述氮化物膜形成为100到10000的厚度。
14.如权利要求11的方法，包括通过干蚀刻工艺或湿蚀刻工艺来形成所述间隔物。
15.如权利要求11的方法，包括使用氧化物膜、氮化物膜、多晶硅层、钨膜或铝膜之任一来形成所述间隔物。
16.如权利要求11的方法，包括使用HDP氧化物膜、氮化物膜、及多晶硅层之任一来形成所述第二氧化物膜。
17.如权利要求11的方法，包括将所述第二氧化物膜形成为5000到30000的厚度。
18.如权利要求11的方法，包括将所述第二氧化物膜形成为500到1000的厚度。
19.如权利要求11的方法，其中形成所述第二光致抗蚀剂膜图案的工艺使用从由具有365nm波长的i射线、具有248nm波长的KrF激光、具有193nm波长的ArF激光以及具有157nm波长的EUV构成的组中选择的光源。
20.如权利要求11的方法，其中所述第二光致抗蚀剂膜图案使用从由具有365nm波长的i射线、具有248nm波长的KrF激光、具有193nm波长的ArF激光以及具有157nm波长的EUV构成的组中选择的光源。
21.一种形成半导体器件的微小图案的方法，该方法包括下列步骤在半导体基片上顺序地形成第一氧化物膜、下抗反射膜及第一光致抗蚀剂膜图案，及随后使用所述第一光致抗蚀剂膜图案作为掩模来蚀刻所述下抗反射膜及所述第一氧化物膜；剥除所述第一光致抗蚀剂膜图案及所述下抗反射膜，及随后在整个结构上沉积氮化物膜；毯式蚀刻所述氮化物膜以在所述第一氧化物膜的侧壁上形成间隔物；在整个结构上沉积第二氧化物膜及随后抛光所述第二氧化物膜；以及在整个结构上形成第二光致抗蚀剂膜图案，及随后使用所述第二光致抗蚀剂膜图案作为掩模来剥除所述氮化物膜及所述半导体基片的部分，从而形成氧化物膜图案。
22.如权利要求21的方法，包括将所述第一氧化物膜形成为100到10000的厚度。
23.如权利要求21的方法，包括将所述氮化物膜形成为100到10000的厚度。
24.如权利要求21的方法，包括通过干蚀刻工艺或湿蚀刻工艺来形成所述间隔物。
25.如权利要求21的方法，包括使用氧化物膜、氮化物膜、多晶硅层、钨膜或铝膜之任一来形成所述间隔物。
26.如权利要求21的方法，包括使用HDP氧化物膜、氮化物膜、及多晶硅层之任一来形成所述第二氧化物膜。
27.如权利要求21的方法，包括将所述第二氧化物膜形成为5000到30000的厚度。
28.如权利要求21的方法，包括将所述第二氧化物膜形成为500到1000的厚度。
29.如权利要求21的方法，其中形成所述第二光致抗蚀剂膜图案的工艺使用从由具有365nm波长的i射线、具有248nm波长的KrF激光、具有193nm波长的ArF激光以及具有157nm波长的EUV构成的组中选择的光源。
30.如权利要求21的方法，其中所述第二光致抗蚀剂膜图案使用从由具有365nm波长的i射线、具有248nm波长的KrF激光、具有193nm波长的ArF激光以及具有157nm波长的EUV构成的组中选择的光源。
31.一种形成半导体器件的微小图案的方法，该方法包括下列步骤在半导体基片上顺序地形成第一氧化物膜、下抗反射膜及第一光致抗蚀剂膜图案，及随后使用所述第一光致抗蚀剂膜图案作为掩模来蚀刻所述下抗反射膜及所述第一氧化物膜；剥除所述第一光致抗蚀剂膜图案及所述下抗反射膜，及随后在整个结构上沉积氮化物膜；毯式蚀刻所述氮化物膜以在所述第一氧化物膜的侧壁上形成间隔物；在整个结构上沉积第二氧化物膜及随后抛光所述第二氧化物膜；以及在整个结构上形成第二光致抗蚀剂膜图案，及随后使用所述第二光致抗蚀剂膜图案作为掩模来剥除所述氮化物膜、所述第一和第二氧化物膜的部分、以及所述半导体基片的部分，从而形成氧化物膜图案。
32.如权利要求31的方法，包括将所述第一氧化物膜形成为100到10000的厚度。
33.如权利要求31的方法，包括将所述氮化物膜形成为100到10000的厚度。
34.如权利要求31的方法，包括通过干蚀刻工艺或湿蚀刻工艺来形成所述间隔物。
35.如权利要求31的方法，包括使用氧化物膜、氮化物膜、多晶硅层、钨膜或铝膜之任一来形成所述间隔物。
36.如权利要求31的方法，包括使用HDP氧化物膜、氮化物膜、及多晶硅层之任一来形成所述第二氧化物膜。
37.如权利要求31的方法，包括将所述第二氧化物膜形成为5000到30000的厚度。
38.如权利要求31的方法，包括将所述第二氧化物膜形成为500到1000的厚度。
39.如权利要求31的方法，其中形成所述第二光致抗蚀剂膜图案的工艺使用从由具有365nm波长的i射线、具有248nm波长的KrF激光、具有193nm波长的ArF激光以及具有157nm波长的EUV构成的组中选择的光源。
40.如权利要求31的方法，其中所述第二光致抗蚀剂膜图案使用从由具有365nm波长的i射线、具有248nm波长的KrF激光、具有193nm波长的ArF激光以及具有157nm波长的EUV构成的组中选择的光源。
全文摘要
提供了一种形成半导体器件的微小图案的方法。在半导体基片上顺序形成第一氧化物膜、下抗反射膜以及第一光致抗蚀剂膜图案之后，使用第一光致抗蚀剂膜图案作为掩模蚀刻下抗反射膜以及第一氧化物膜。在氮化物膜沉积在整个结构上之后，蚀刻氮化物膜以在第一氧化物膜的侧壁上形成间隔物；第二氧化物膜沉积在整个结构上并随后被抛光。第二光致抗蚀剂膜图案随后形成在整个结构上。使用第二光致抗蚀剂膜图案作为掩模去除所述氮化物膜，以形成具有100nm的线和50nm的间隔的氧化物膜图案及多个图案。通过采用其中改进了具有100nm的线和200nm的间隔的图案的CD规则性和工艺自由度的图案，50nm的线和100nm的间隔或者100nm的线和50nm的间隔图案可形成为超过ArF曝光设备的限制。
文档编号H01L21/316GK1892993SQ20061008368
公开日2007年1月10日 申请日期2006年6月2日 优先权日2005年6月27日
发明者金钟勋 申请人:海力士半导体有限公司