专利名称：在半导体器件中形成微图案的方法
技术领域：
本发明关于一种在半导体器件中形成微图案的方法。
背景技术：
半导体技术的某些方面己经聚焦于提高半导体器件的集成度(例如获得 更小尺寸的器件)。作为半导体技术发展的一部分，微图案技术也己经得到 发展。此外，在一些半导体器件的多个制造工艺过程中，光致抗蚀剂的膜图 案的形成工艺扮演了重要的角色。
随着半导体器件变得更加集成化，图案的最小尺寸也在减小。在某些应 用中，所需要的图案尺寸可能小于曝光设备的分辨能力。因此，需要使用具 有相对较高的分辨率光源的设备来形成具有相对较小尺寸的微图案。例如，
具有大约248 nm波长的KrF曝光设备将不能形成具有130 nm或更小尺寸的 微图案。因此，由于ArF曝光设备(193 nm)具有相对较高的分辨能力，所 以可使用ArF曝光设备(193 nm)来形成微图案。由于ArF曝光设备(193 nm) 相对比较昂贵，所以在一些半导体工艺过程中会因为ArF曝光设备(193 nm) 过于昂贵而不使用ArF曝光设备(193 nm)。
实例图1至图3示出一种在半导体器件中形成微图案的方法。如图1所 示，在半导体衬底1上形成蚀刻层2和光致抗蚀剂膜4。光致抗蚀剂膜4可 以选择性地通过曝光掩模5在来自KrF曝光设备(248 nm)的光下曝光。
如图2所示，对曝光区域进行显影，以去除曝光区，从而形成光致抗蚀 剂图案6。可以利用具有有限分辨能力(例如分辨能力限制在130 nm)的 KrF曝光设备(248 nm)来形成光致抗蚀剂图案6。换句话说，光致抗蚀剂 图案5可以限制在大于130 nm的尺寸。
如图3所示，可以利用光致抗蚀剂图案6作为蚀刻掩模来对蚀刻层2(在 光致抗蚀剂图案6下面)进行蚀刻处理，以形成蚀刻层图案3。由于光致抗 蚀剂图案6可以限制在大于约0.13 !x m的尺寸，所以蚀刻层图案3可以限
制在大于约130 nm的尺寸。因此，利用KrF曝光设备(248 nm)难以形成 具有小于约130 nm的尺寸的微图案。
如图4所示，可以通过在蚀刻层2和光致抗蚀剂膜4之间插入有机底部 抗反射层(BARC) 7来形成光致抗蚀剂图案6。遗憾地是，在光刻工艺中用 于溶解光致抗蚀剂的碱性显影溶液中相对来说难以溶解BARC7。
发明内容
本发明实施例关于一种在半导体器件中利用KrF曝光设备形成小于大约 130 nm微图案的方法。本发明实施例涉及一种在半导体器件中形成微图案的 方法，该方法至少包含以下步骤其中之一在半导体衬底上和/或上方形成蚀 刻层、硬掩模层、有机底部抗反射(BARC)层和/或光致抗蚀剂膜。通过对 光致抗蚀剂膜曝光和显影来形成光致抗蚀剂图案。利用光致抗蚀剂图案作为 掩模来形成硬掩模层图案。通过利用硬掩模层图案作为蚀刻掩模来形成蚀刻 层图案。
根据本发明的一方面，提供一种方法，包含下列步骤在半导体衬底上 形成有机底部抗反射层；在该有机底部抗反射层上形成光致抗蚀剂图案；以 及蚀刻在该光致抗蚀剂图案下的有机底部抗反射层的侧边部分，以形成底部 抗反射层图案。
根据本发明的另一方面，提供一种器件，其包含有底部抗反射层图案， 其形成于半导体衬底上；光致抗蚀剂图案，其形成于该有机底部抗反射层图 案上，其中所述光致抗蚀剂图案的组成部分的尺寸大于在所述光致抗蚀剂图 案的各组成部分下的所述底部抗反射层图案的组成部分的尺寸。
图1至图4为示出在半导体器件中形成微图案的方法。
图5至图10为示出根据本发明实施例在半导体器件中形成微图案的方法。
具体实施例方式
如图5所示，在半导体衬底10上和/或上方可形成蚀刻层20。在蚀刻层
20上和/或上方可形成硬掩模层30。在硬掩模层30上和/或上方可形成有机 底部抗反射层40。在半导体衬底10上和/或上方可形成光致抗蚀剂膜50。在 本发明实施例中，蚀刻层20可以包含导电层，该导电层可以包含金属和/或 多晶硅，并且该蚀刻层20的厚度在约2000A至约3000A之间。在蚀刻工艺 过程中，可将硬掩模层30用作硬掩模。在本发明实施例中，硬掩模层30包 含氮化硅层、氮化物层及氮氧化物层的至少其中之一。
有机底部抗反射层(BARC) 40可以防止在制造过程中由来自半导体衬 底10的衍射光和/或反射光造成临界尺寸的偏差。有机材料可以吸收来自光 源的光，并且可以被涂覆在半导体衬底IO上方，以防止光被半导体衬底IO 反射。
在本发明实施例中，BARC层40可以包含湿BARC层，其可溶解于碱 性显影溶液，该碱性显影溶液还可以溶解光致抗蚀剂。根据本发明实施例， BARC层40可以各向同性地溶解于碱性显影溶液中。根据本发明实施例， 在涂覆抗反射层混合物之后，可通过控制烘烤温度来控制BARC层40的各 向同性溶解的程度。根据本发明实施例，如果烘烤温度超过预定温度，则 BARC层40将不会融解或不会完全融解在碱性显影溶液中。如果烘烤温度 太低，则BARC层40的溶解程度太高。
根据本发明实施例，在涂覆抗反射层混合物之后，还在预定时间段内以 预定温度来执行烘烤工艺，从而以可以控制的方式使得BARC层40溶解在 碱性显影溶液中。在本发明实施例中，BARC层40的厚度在约500A至约 1500A之间。根据本发明实施例，可以在光致抗蚀剂膜50上使用KrF曝光 设备(248 nm)执行曝光工艺。根据本发明实施例，通过生利用碱性显影溶 液进行显影处理来去除光致抗蚀剂膜50的曝光区域，以形成光致抗蚀剂膜 图案51。
如图6中的实例所示，根据本发明实施例，KrF曝光设备(248 nm)可 以形成具有约130 nm或更大尺寸的微图案。因此，根据本发明实施例，可 以形成具有约130 nm或更大尺寸的光致抗蚀剂膜图案51。根据本发明实施 例，形成于光致抗蚀剂膜50下的BARC层40可以溶解在用以显影光致抗蚀 剂膜图案51的碱性显影溶液中。在本发明实施例中，在显影光致抗蚀剂膜 50的同时蚀刻BARC层40，以形成BARC层图案41。
在本发明实施例中，由于BARC被各向同性地蚀刻，所以BARC层图 案41的尺寸可以小于光致抗蚀剂膜图案51 (例如，小于130nm)尺寸。在 本发明实施例中，由于BARC层40被各向同性溶解，所以形成于光致抗蚀 剂膜50的曝光区域下的BARC层40部分可以被碱性显影溶液蚀刻。此外， 根据本发明实施例，在光致抗蚀剂膜图案51下的BARC层40的一部分侧边 可以被蚀刻，以形成BARC层图案41。根据本发明实施例，由于在光致抗 蚀剂膜图案51下的BARC层40的侧边被蚀刻，所以BARC层图案41的横 向尺寸小于光致抗蚀剂膜图案51的横向尺寸。在本发明实施例中，BARC 层图案41的尺寸可以在约70nm至120nm之间，该尺寸小于光致抗蚀剂膜 图案51的尺寸。在本发明实施例中，BARC层图案41的尺寸约为80nm。 本领域普通技术人员可以理解也可以采用其它尺寸。
如图7的实例所示，可以去除光致抗蚀剂膜图案51 (例如，利用稀释剂 去除)，其导致BARC层图案41的尺寸小于130nm (例如，约为80nm)。 如图8中的实例所示，根据本发明实施例，可以通过使用BARC层图案41 作为蚀刻掩模来蚀刻在BARC层图案41下的硬掩模层30，以形成硬掩模层 图案31。在本发明实施例中，硬掩模层图案的尺寸可以小于130nm (例如， 约为80nm)。如图9中的实例所示，根据本发明实施例，当去除BARC层 图案41时，硬掩模层图案31可以被保留。在本发明实施例中，硬掩模层图 案31的尺寸可以小于130 nm (例如，约为80 nm)。根据本发明实施例， 可以通过使用硬掩模层图案31作为蚀刻掩模来蚀刻在硬掩模层图案31下形 成的蚀刻层20，以形成蚀刻层图案21。如图10中的实例所示，可以去除硬 掩模图案31，使得蚀刻层图案21 (例如，微图案)保留在半导体衬底10上 和/或上方。
本发明实施例关于一种在半导体器件中形成微图案的方法。在本发明实 施例中，位于光致抗蚀剂层下的BARC层的侧边部分可溶解在碱性显影溶液 中，以形成比所使用光源(例如，KrF曝光设备)的光刻分辨率更小尺寸的 BARC层图案。因此，利用KrF曝光设备能够形成小于130 nm尺寸的微图 案。在本发明实施例中，可以通过使用BARC层图案来蚀刻硬掩模层和蚀刻 层，以控制硬掩模层图案和蚀刻层图案的尺寸。因此，根据本发明实施例， 可以使用KrF曝光设备形成超微图案。在使用KrF曝光设备可形成微图案的
本发明实施例中，半导体器件的制造成本可以最小化，因此对半导体产品的 制造商和消费者来说都非常有益。
虽然己经描述了本发明实施例，但是应该可以理解的是，由本领域技术 人员对本发明进行的多种其它修改和实施例均落于本发明所公开的精神和 范围内，在说明书、附图和所附权利要求所公开的范围内可以进行多种变化 和修改。除了可以对元件部分和/或配置进行变化和修改之外，对于本领域技 术人员来说，采用可替代物也是清楚的。
权利要求
1.一种方法，包含下列步骤在半导体衬底上形成有机底部抗反射层；在该有机底部抗反射层上形成光致抗蚀剂图案；以及蚀刻在该光致抗蚀剂图案下的有机底部抗反射层的侧边部分，以形成底部抗反射层图案。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述底部抗反射层图案的组成部分的 尺寸小于光致抗蚀剂图案的组成部分的尺寸。
3. 如权利要求2所述的方法，其中该光致抗蚀剂图案的组成部分的尺寸为约130nm;以及 所述底部抗反射层图案的组成部分的尺寸在约70 nm和约120 nm之间。
4. 如权利要求3所述的方法，其中所述底部抗反射层图案的组成部分的 尺寸为约80nm。
5. 如权利要求1所述的方法，还包含下列步骤在上述形成该有机底部抗反射层的步骤之前，在该半导体衬底上形成硬 掩模层；以及使用该有机底部抗反射层图案作为蚀刻掩模来蚀刻该硬掩模层，以形成 硬掩模层图案。
6. 如权利要求5所述的方法，其中该硬掩模层包含氧化层、氮化物层以 及氮氧化物层的至少其中之一。
7. 如权利要求5所述的方法，还包含如下步骤在上述形成该硬掩模层的步骤之前，在该半导体衬底上形成蚀刻层；以及使用该硬掩模层图案作为蚀刻掩模来蚀刻该蚀刻层，以形成蚀刻层图案。
8. 如权利要求7所述的方法，其中该蚀刻层包含金属和多晶硅的至少其 中之一。
9. 如权利要求1所述的方法，包含在所述有机底部抗反射层上形成光致抗蚀剂膜的步骤，其中将该光致抗蚀剂膜的多个预定区域曝光于来自光源的光； 利用溶液对所述预定区域进行显影处理；以及在所述蚀刻步骤中，通过该溶液来蚀刻该有机底部抗反射层的侧边部分。
10. 如权利要求9所述的方法，其中该光源以约248 nm的波长发光。
11. 如权利要求IO所述的方法，其中该光源为KrF曝光设备。
12. 如权利要求9所述的方法，其中该溶液为碱性显影溶液。
13. 如权利要求9所述的方法，其中在同一工艺步骤中对该预定区域进行 显影和对该侧边部分进行蚀刻。
14. 如权利要求9所述的方法，其中在所述蚀刻步骤中，对侧边部分进行 各向同性蚀刻。
15. 如权利要求1所述的方法，其中该有机底部抗反射层包含湿有机底部 抗反射层。
16. —种器件，其包含有 底部抗反射层图案，其形成于半导体衬底上；光致抗蚀剂图案，其形成于该有机底部抗反射层图案上，其中所述光致 抗蚀剂图案的组成部分的尺寸大于在所述光致抗蚀剂图案的各组成部分下 的所述底部抗反射层图案的组成部分的尺寸。
17. 如权利要求16所述的器件，其中所述光致抗蚀剂图案的组成部分的尺寸为约130 nm;以及 所述底部抗反射层图案的组成部分的尺寸在约70 nm和约120 nm之间。
18. 如权利要求17所述的器件，其中所述底部抗反射层图案的组成部分 的尺寸为约80nm。
19. 如权利要求16所述的器件，包含硬掩模层图案，其形成在所述半 导体衬底上和所述底部抗反射层图案下方。
20. 如权利要求19所述的器件，包含蚀刻层，其形成在所述半导体衬 底上和所述硬掩模层图案下方。
全文摘要
本发明提供一种在半导体器件中利用KrF曝光设备形成小于大约130nm微图案的方法。在半导体器件中形成微图案的方法至少包含以下步骤其中之一在半导体衬底上和/或上方形成蚀刻层、硬掩模层、有机底部抗反射(BARC)层和/或光致抗蚀剂膜。通过对光致抗蚀剂膜曝光和显影来形成光致抗蚀剂图案。利用光致抗蚀剂图案作为掩模来形成硬掩模层图案。通过利用硬掩模层图案作为蚀刻掩模来形成蚀刻层图案。
文档编号H01L21/027GK101197257SQ200710141000
公开日2008年6月11日 申请日期2007年8月15日 优先权日2006年12月5日
发明者李相彧 申请人:东部高科股份有限公司