专利名称：半导体器件图案的形成方法
技术领域：
本发明是关于一种形成半导体器件的掩模图案的形成方法，特别是形成微型图 案的方法。
背景技术：
通常，半导体器件例如闪存包括数千个微型图案。这些微型图案利用光 刻工艺形成。为了使用光刻工艺形成微型图案，首先将光致抗蚀剂涂覆于有 待构图的目标膜上。然后利用掩模进行普通的曝光工艺以改变曝光后的光致
分，由此形成光致抗蚀剂膜图案。进行利用光致抗蚀剂膜图案作为蚀刻掩模 的蚀刻工艺，以去除目标膜的曝光部分。剥离光致抗蚀剂膜图案以形成目标 膜图案。
在光刻工艺中，两个关键点是分辨率和聚焦深度(DOF)。对于曝光设 备的分辨率，光源波长越短和孔径设定越大(即越小的开口 )，可以获得更 高的分辨率。因此，可以在晶片上形成更多数目的微型图案。然而，曝光设 备的光源波长和孔径设定是有限度的，而器件集成水平在不断增加。已经提 出通过使用几种方法提高分辨率的分辨率增强技术(RET)。 RET包括双重 曝光技术(DET)，通过硅烷化(TIPS)的上表面成像技术(TIPS)等。
双重曝光技术是将曝光和蚀刻过程均进行两次。双重曝光技术的优点是 可以形成相对微型的图案，但是缺点是重叠边缘弱化，且难以均匀控制图案 间的临界尺寸。
通过硅烷化的上表面成像工艺(TIPS)是进行浅曝光以使扩散反应在曝 光区域和非曝光区域选择性进行以形成潜影的工艺，并能够使硅烷化区域作 为掩模且非硅烷化区域被显影。TIPS与一般的抗蚀剂构图工艺相比，优点 在于它比高分辨率中的单膜抗蚀剂具有更宽的聚焦深度，但是缺点是在下一 代更小的微型图案中应用受限。
发明内容
本发明的实施方式提出用以下方法形成微型图案，首先，光致抗蚀剂膜 图案的侧面和上表面被硅烷化，去除光致抗蚀剂膜图案的上表面和其中心未 被硅烷化的部分，这样光致抗蚀剂膜图案变成了新的图案。这类似于建筑一 个实心的壁，然后掏空其中心，形成两个平行的壁。
根据本发明的实施方式形成半导体器件图案的方法包括以下步骤在半 导体衬底上形成硬掩模；在硬掩模上形成光致抗蚀剂膜图案；将光致抗蚀剂 膜图案的顶部及侧表面转化为氣化物层；去除光致抗蚀剂图案上的氧化物 层，因此暴露光致抗蚀剂膜图案中的光致抗蚀剂膜；去除暴露的光致抗蚀剂 膜，以形成氧化物层图案；并利用氧化物层图案作为蚀刻掩模蚀刻硬掩模。
根据本发明的另一实施方式形成半导体器件的图案的方法包括以下步 骤在半导体衬底上形成硬掩模，其中分隔出单元区域和外围区域；在硬掩 模上形成光致抗蚀剂膜图案；将光致抗蚀剂膜图案的上表面和侧面转化为氣 化物层；切割外围区域的氧化物层；去除光致抗蚀剂膜图案上的氧化物层， 因此暴露出光致抗蚀剂膜图案中的光致抗蚀剂膜；去除暴露的光致抗蚀剂膜 以形成氧化物层图案；用氧化物层图案作为蚀刻掩模蚀刻硬掩模。
形成氧化物层的步骤可以包含在光致抗蚀剂膜图案上涂覆硅烷化试 剂，并进行曝光或烘烤工艺，或者同时进行曝光和烘烤工艺，由此使光致抗 蚀剂膜图案的上表面和侧面变为氧化物层。
氧化物层可以由Si02制成。
每个光致抗蚀剂膜图案的宽度可以是每个氧化物层图案宽度的两倍。 光致抗蚀剂膜图案的表面被改变为氣化物层的厚度在每个氧化物层图
案中相同。
硅烷化试剂可以由下列组中的一种形成，该组包括六曱基二硅烷 (HMDS ),四曱基二硅烷(TMDS ),双二曱胺曱基硅烷(BDMAMS ),双二 甲胺二曱基石圭烷(bisdimethyl amino dimethylsilane ) ， 二曱基硅烷二甲胺 (dimethylsilyl dimethylamine ), 二曱基石圭烷二乙胺(dimethylsilyl diethylamine ), 三曱基硅烷二乙胺(trimethylsilyl diethylamine )，和二曱胺五曱基硅烷(dimethyl amino pentamethylsilane )。
根据本发明的另一实施方式的半导体器件图案的形成方法包含以下步 骤提供半导体衬底，其中形成待构图的目标物；在目标物上形成光致抗蚀 剂膜图案，每个图案具有的间距比待构图的目标物的间距大，将光致抗蚀剂 膜图案的所有表面转化成氧化物层，去除形成在光致抗蚀剂膜图案上的氧化物层，由此暴露出光致抗蚀剂膜图案中的光致抗蚀剂膜；去除暴露的光致抗 蚀剂膜以形成氧化物层图案，每个氧化物层图案的间距都小于每个光致抗蚀 剂膜图案的间距；用氧化物层图案作为掩模蚀刻目标物。根据本发明的再一实施方式的半导体器件图案的形成方法包含以下步 骤在半导体衬底上形成将被蚀刻层；在将被蚀刻层上形成光致抗蚀剂膜图 案；将光致抗蚀剂膜图案的表面转化成蚀刻选择性不同于将被蚀刻层的掩模 层；去除光致抗蚀剂膜图案上部的掩模层，由此暴露出光致抗蚀剂膜图案中 的光致抗蚀剂膜；去除暴露的光致抗蚀剂膜以形成掩模层图案；和用掩模层 图案作为蚀刻掩模蚀刻将被蚀刻层。在一个实施方式中，形成半导体器件图案的方法包括在半导体衬底上形 成硬掩模层和在硬掩模层上形成光致抗蚀剂膜图案。光致抗蚀剂膜图案的外 部被转化为具有第一垂直壁、第二垂直壁和水平壁的氧化物层，其中光致抗 蚀剂膜图案的内部被包围在转化的氣化物层中。水平壁的至少 一部分被去 除，以暴露出保留在转化的氧化物层内部的光致抗蚀剂膜图案曝。除去暴露 的光致抗蚀剂膜图案以形成分别相应于氧化物层的第 一和第二垂直壁的第 一和第二氧化物图案。利用第 一和第二氧化物图案作为蚀刻掩模构图硬掩模 层。使用构图的硬掩模层蚀刻半导体衬底。在另一个实施方式中，形成半导体器件图案的方法包括在半导体衬底上 形成硬掩模层和在硬掩模层上形成光致抗蚀剂图案。光致抗蚀剂图案的外部 被转化为不同材料层的层，转化层具有一起包围光致抗蚀剂图案内部的第 一、第二和第三部分，第一和第二部分垂直延伸，第三部分水平延伸；去除 转化层的第三部分，以暴露保留在转化层中的光致抗蚀剂图案。去除暴露的 光致抗蚀剂图案以获得分别对应于转化层的第一和第二部分的第 一和第二 图案。利用第一和第二图案构图硬掩模层。在另一实施方式中，形成半导体器件图案的方法包括提供具有目标层 的半导体衬底；形成具有间距的光致抗蚀剂图案；将光致抗蚀剂图案的外部转化成氧化物层；去除部分氧化物层以暴露出保留在转化的氧化物层中的光 致抗蚀剂图案；去除剩余的光致抗蚀剂图案以形成第一和第二图案，每个图 案的间距都'J、于光致抗蚀剂图案的间距；用第 一和第二图案作为蚀刻掩模蚀 刻目才示层。在另一个实施方式中，在衬底上形成图案的方法包括在半导体衬底上 形成掩模层；在掩模层上形成第一图案，该第一图案为第一种材料；将第一 图案的外表面转化为第二种材料层的层，该转化层具有一起包围第一种材料 的第一图案的内部的第一、第二和第三部分，第一和第二部分垂直延伸，第 三部分水平延伸；去除转化层的第三部分，以暴露出保留在转化层内的第一 图案的内部；去除暴露的第一图案的内部以获得第二种材料的第二和第三图 案。第二和第三图案分别对应于转化层的第一和第二部分。第一种材料包括 光致抗蚀剂。第二种材料包含氧化物，其中第二和第三图案一起构成图案。
图1A到7A是示出单元区域的截面图，其顺序显示了根据本发明的实 施方式形成半导体器件图案的方法；图1B至7B是示出外围区域连接的透视图，其顺序显示了根据本发明 的实施方式形成半导体器件图案的方法。
具体实施方式
图1A到7A是示出单元区域的截面图，其顺序显示了根据本发明的实 施方式形成半导体器件图案的方法。图1B至7B显示了外围区域连接的透 视图，其顺序显示了根据本发明的实施方式形成半导体器件图案的方法,，参见图1A和1B，在单元区域和外围区域的半导体衬底10上分别形成 硬掩模11。在硬膜U上分别形成光致抗蚀剂膜12。硬掩模ll可以使用聚乙烯(poly)(即曱基丙烯酸曱酯)，聚合物，酚酉荃 清漆、砜聚合物等形成。参见图2A和2B，使用掩模(未显示)在光致抗蚀剂膜12上进行蚀刻 工艺从而形成光致抗蚀剂膜图案12a(见图1A和图1B)。该蚀刻工艺可以 利用KrF, ArF, F2或者EUV光源。假设光致抗蚀剂膜图案12a的宽度A和光致抗蚀剂膜图案12a的距离B之和为光致抗蚀剂膜图案12a的间距，光致抗蚀剂膜图案12a以这样的方式 形成光致抗蚀剂膜图案12a的间距是最终形成的间距的两倍。备选地，光 致抗蚀剂膜图案12a的宽度A可以是光致抗蚀剂膜图案12a的距离B的3 倍。但本发明范围并不限于上述限定，光致抗蚀剂膜图案12a的宽度A和光 致抗蚀剂膜12a的距离B可以根据待形成的图案的最终尺寸的需要变化。参见图3A和图3B,将含硅的硅烷化试剂涂覆于光致抗蚀剂膜图案12a (见图2A和2B)上，由此硅烷化光致抗蚀剂膜图案12a的侧面和上表面。 在表面已被硅烷化的光致抗蚀剂膜图案12a上分步进行曝光和烘烤，或同时 进行曝光和烘烤，从而使光致抗蚀剂膜图案12a的侧面和上表面转变为氧化 物层13。氧化物层13可以是Si02。同时作为未变化的光致抗蚀剂膜图案12a 的剩余部分，光致抗蚀剂膜12b保留在氧化物层13的中心。.形成的氧化物层13的厚度可以通过调节曝光或烘烤工艺的温度和时间 来改变。选择氧化物层13的厚度C和目标图案的厚度相同。或者，氧化物 层13的厚度C和氧化物层13的距离B相同。硅烷化试剂可以是液态或气态，可以含有3-70%的硅。硅烷化试剂可以 以下 一种六曱基二硅胺烷(HMDS ),四曱基二珪胺烷(TMDS )，双二曱 胺曱基硅烷(BDMAMS ), 双二曱胺二曱基硅烷(bisdimethyl amino dimethylsilane )， 二曱基硅烷二曱胺(dimethylsilyl dimethylamine )， 二曱基珪烷 二乙胺(dimethylsilyl diethylamine )， 三曱基石圭》克二乙胺(■ trimethylsilyl diethylamine )禾口二曱胺五曱基石圭》咒(dimethyl amino pentamethylsilane )。参见图4A和4B,光致抗蚀剂14形成于硬掩模11的整个表面。形成蚀 刻孔15从而暴露出形成在外围区域的半导体衬底10中的氧化物层13的给 定区域。通过蚀刻孔15进行曝光和显影工艺，从而切割氧化物层13的给定 区域。由此在后续工艺中形成的外围区域的各个连接可以彼此分开,，参见图5A和5B,除去光致抗蚀剂14 (见图4A和4B )。氣化物层13 的上表面(见图4A和4B)通过各向异性蚀刻法除去，以仅暴露剩余的光致 抗蚀剂膜12b (见图4A和4B)。各向异性蚀刻可以是干蚀刻。剩下的光致 抗蚀剂膜图案12b通过已知技术去除，从而形成氧化物层图案13a。因此氧 化物层图案Da的宽度变为光致抗蚀剂膜图案12a(见图2A和2B)的一半， 因此形成更小的微型图案。参见图6A和6B，进行利用氧化物层图案13a (见图5A和5B )作为蚀 刻掩模的各向异性蚀刻工艺来形成硬掩模图案lla。换句话说，氣化物层图 案13a被作为形成下面的硬掩模图案lla的硬掩模。氧化物层图案13使用 已知技术去除。
参见图7A和7B,进行利用硬掩模图案lla (见图6A和6B )作为蚀 刻掩模的蚀刻工艺以形成半导体衬底图案10a。硬掩模图案lla用已知技术去除。根据本发明的形成半导体器件图案的方法，光致抗蚀剂的表面被转化为 氧化物层。利用形成在光致抗蚀剂图案侧面上的氧化物层形成图案。因此， 即使再小的微型图案也可以形成。这使得可能形成更高集成和更小的微型器件。虽然参考具体示出的实施方式描述了了本发明，还要指出，对于本领域 的普通技术人员来说显然可以作出许多改变而不背离由权利要求所限定的 本发明的精神和范围。例如，在本实施方式中，描述了本方法用于在外围区 域中形成连接图案。然而，很明显本领域技术人员可以将其应用到形成独立 形成的图案中。本发明要求2006年9月29日递交的申请号为10-2006-096214的韩国专 利申请的优先权，在这里全文引用该申请作为参考。
权利要求
1、一种半导体器件图案形成方法，包括以下步骤在半导体衬底上形成硬掩模层；在硬掩模层上形成光致抗蚀剂膜图案；将光致抗蚀剂膜图案的外部转化为具有第一垂直壁、第二垂直壁和水平壁的氧化物层，其中光致抗蚀剂膜图案的内部包围在转化的氧化物层内；去除至少一部分水平壁，以暴露保留在转化的氧化物层内的光致抗蚀剂膜图案；去除暴露的光致抗蚀剂膜图案，形成分别对应于氧化物层的第一和第二垂直壁的第一和第二氧化物图案；利用第一和第二氧化物案作为蚀刻掩模构图所述硬掩模层，并且利用构图的硬掩模层蚀刻半导体衬底。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中所述转换步骤包括 在所述光致抗蚀剂膜图案上涂覆一层硅烷化试剂；并热处理所述涂覆的光致抗蚀剂膜图案。
3、 根据权利要求1所述的方法，其中所述氧化物层包含Si02。
4、 根据权利要求1所述的方法，其中去除至少一部分水平壁步骤涉及 回蚀步骤。
5、 根据权利要求1所述的方法，其中去除至少一部分水平壁步骤涉及 化学机械抛光步骤。
6、 根据权利要求2所述的方法，其中所述硅烷化试剂包含选自以下组 中的至少一种六甲基二硅胺烷(HMDS )，四甲基二硅胺烷(TMDS ),双 二曱胺曱基石圭烷(BDMAMS )，双二曱胺二曱基石圭烷(bisdimethyl amino dimethylsilane), 二甲基石圭烷二甲胺(dimethylsilyl dimethylamine )， 二曱基珪烷 二乙胺(dimethylsilyl diethylamine ), 三曱基硅烷二乙胺(trimethylsilyl diethylamine )和二甲胺五甲基石圭;fe ( dimethyl amino pentamethylsilane )。
7、 一种半导体器件图案形成方法，包括 在半导体衬底上形成硬掩模层；在硬掩模层上形成光致抗蚀剂图案；将光致抗蚀剂膜图案的外部转化为不同的材料层，转化层具有包围在光 致抗蚀剂图案内的第一、第二和第三部分，第一和第二部分垂直延伸，第三 部分水平延伸；去除转化层的第三部分，以暴露保留在转化层中的光致抗蚀剂图案； 去除暴露的光致抗蚀剂图案以获得分别对应于转化层的第 一和第二部 分的第一和第二图案；并使用所述第 一和第二图案构图所述硬掩模层。
8、 根据权利要求7所述的方法，其中所述转化步骤包括在光致抗蚀 剂图案上涂覆硅烷化试剂；并烘烤被涂覆的光致抗蚀剂图案。
9、 根据权利要求7所述的方法，其中所述转化层是包含Si02的氧化物。
10、 根据权利要求7所述的方法，还包括利用构图的硬掩模层蚀刻所述衬底。
11、 根据权利要求7所述的方法，其中所述硬掩模层包含氮化物。
12、 根据权利要求8所述的方法，其中所述硅烷化试剂包含选自下面组 中的至少一种六曱基二珪胺烷(HMDS ),四曱基二硅胺烷(TMDS ),双 二曱胺曱基硅烷(BDMAMS ),双二曱胺二曱基硅烷(bisdimethyl amino dimethylsilane ), 二曱基硅烷二曱胺(dimethylsilyl dimethylamine ), 二曱基珪烷 二乙胺(dimethylsilyl diethylamine ), 三甲基石圭》完二乙胺(trimethyisilyl diethylamine )和二甲胺五曱基硅烷(dimethyl amino pentamethylsilane )
13、 一种半导体器件图案的形成方法，该方法包括 ° 提供具有目标层的半导体衬底；形成具有间距的光致抗蚀剂图案； 将光致抗蚀剂图案的外部转化为氧化物层；去除部分氧化物层，以暴露保留在转化的氧化物层内的光致抗蚀剂图案；去除剩余的光致抗蚀剂图案以形成第一和第二图案；每个图案都具有小 于光致抗蚀剂图案间距的间距；并且，利用所述第 一和第二图案作为蚀刻掩模蚀刻所述目标层。
14、 根据权利要求13所述的半导体器件制作方法，其中所述氧化物层 包含Si02。
15、 一种半导体器件图案的形成方法，包括 在半导体衬底上形成掩模层；在掩模层上形成第一图案，该第一图案是第一种材料； 将第一图案的外部转化为第二种材料的层，该转化层具有一起包围第一材料的第一图案的内部的第一、第二和第三部分，第一和第二部分垂直延伸，第三部分水平延伸；去除转化层的第三部分，以暴露保留在转化层内的第 一 图案的内部； 去除第一图案的暴露的内部，以获得第二材料的第二和第三图案；并且 利用第二和第三图案构图所述掩模层。
16、 根据权利要求15所述的方法，其中所述第二和第三图案分别相应 于转化层的第一和第二部分
17、 根据权利要求16所。述的方法，其中所述第一材料包含光致抗蚀剂。
18、 根据权利要求17所述的方法，其中所述第二材料包含氧化物，其 中第二和第三图案一起构成图案。
19、 根据权利要求17所述的方法，还包括利用构图的掩模层蚀刻半导 体衬底，其中所述掩模层是硬掩模层。
20、 根据权利要求17所述的方法，其中所述转化步骤包括将硅烷化 试剂涂覆在第一图案上；并烘烤被涂覆的第一图案。
全文摘要
本发明提供了一种形成半导体器件图案的方法，包括在半导体衬底上形成硬掩模层，并在硬掩模层上形成光致抗蚀剂膜图案。光致抗蚀剂膜图案的外部被转化为具有第一垂直壁、第二垂直壁和水平壁的氧化物层，其中光致抗蚀剂膜图案的内部则被包围在转变的氧化物层内。至少一部分水平壁被去除以暴露保留在转化的氧化物层内的光致抗蚀剂膜图案，从而形成分别相应于氧化物层的第一和第二垂直壁的第一和第二氧化物图案。利用第一和第二氧化物图案作为蚀刻掩模构图硬掩模层。利用构图的硬掩模层蚀刻半导体衬底。
文档编号H01L21/308GK101154583SQ200710003909
公开日2008年4月2日 申请日期2007年1月18日 优先权日2006年9月29日
发明者沈贵潢, 郑宇煐 申请人:海力士半导体有限公司