专利名称：制造半导体器件的方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件，更具体涉及使用光刻胶图案蚀刻半导体器件 的有机底部抗反射涂层(BARC)的方法。
背景技术：
众所周知，在用于形成图案的掩模工艺中使用光刻胶层。涂覆光刻胶 层，而后利用曝光工艺和显影工艺来图案化所涂覆的光刻胶层。在此，在 光刻胶层的底部使用BARC以便在膝光工艺中防止光反射。BARC的例子 包括无机BARC和有机BARC 。
当将有机BARC应用于光刻胶层的底部时，使用若干混合气体来蚀刻 有机BARC。混合气体可包括四氟曱烷(CF4)、三氟甲烷(CHF3)与氧气(02) 的混合气体；氯气(CU)、溴化氢(HBr)与氮气(N2)的混合气体；或HBr与 02的混合气体。
图1说明使用CF4、 CHF3与02的混合气体来蚀刻有机BARC的情况 下的光刻胶图案的图。
参看图1，破裂与线宽WI (LWR)或线边^糙(LER)—起发生在光 刻胶图案中部，从而导致光刻胶图案的变形。这是因为，氟(F)渗入光刻胶 图案，因此光刻胶图案由于其变弱的键合力(bondiiig force)而容易破裂， 从而在光刻胶图案中引起应力。
如果在后续工艺中使用受损的光刻胶图案，则图案可能破裂。此外， 由于光刻胶图案的严重弯曲(亦即，光刻胶图案侧壁的倾斜)，可能在后续 工艺中引起制造故障。此外，当设计规则降低时，上述限制变得更加严重。
图2说明使用HBr与02的混合气体蚀刻有机BARC时的光刻胶图案 的图。
参看图2，光刻胶图案的高度明显低于图1的光刻胶图案的高度。如果在后续工艺中使用此种图案，则图案可能由于蚀刻容限不足或接触打开 故障而可能消失。
图3说明当使用Cl2、 HBr与N2的混合气体蚀刻有机BARC时的光刻 胶图案的图。
参看图3，光刻胶图案的高度与图2的光刻胶图案的高度相比得以增 加，但并不均匀。光刻胶图案的非均匀高度使其在后续工艺中破裂。此外， 由于混合气体中含有的Cl2，使光刻胶图案弯曲(亦即，侧壁倾斜)，从而在 制造过程中使CD (关键尺寸)可控制性劣化.
发明内容
本发明的实施方案涉及一种制造半导体器件的方法，该方法能够在蚀 刻有机BARC的工艺中防止用作蚀刻阻挡层的光刻胶图案的变形或损耗。
根据本发明的一方面，提供一种制造半导体器件的方法。该方法包括: 在蚀刻目标层上形成有机底部抗jl射涂层，在有机底部抗^Jtt涂层上形成 光刻胶图案，和使用含硫气体蚀刻有机底部抗>^射涂层。
根据本发明的另一方面，提供一种制造半导体器件的方法。该方法包 括在蚀刻目标层上形成有机底部抗^Jt涂层，在有;^底部抗jl射涂层上 形成光刻胶图案，和使用含硫气体的混合气体蚀刻有机底部抗反射涂层。
图l说明当使用CF4、 CHFs与02的混合气体蚀刻有机BARC时的光 刻胶图案的图。
图2说明当使用HBr与02的混合气体蚀刻有机BARC时的光刻胶图 案的图。
图3说明当使用Cl2、 HBr与N2的混合气体蚀刻有机BARC时的光刻 胶图案的图。
图4A及图4B说明根据本发明的实施方案的蚀刻有机BARC的方法。 图5A至图5C说明根据本发明的第一实施方案的制造半导体器件的方法。
图6A至图6C说明根据本发明的第二实施方案的制造半导体器件的方法。图7说明根据本发明的实施方案的在蚀刻有机BARC的过程中光刻胶 图案的照片。
具体实施例方式
在下文中，将具体参考附图详细地描述根据本发明的制造半导体器件 的方法。
本发明提供一种制造半导体器件的方法，该方法能够在蚀刻有机底部 抗反射涂层(BARC)的工艺中防止光刻胶图案的变形或损耗。为此，使用含 硫气体或含硫气体的混合气体来蚀刻有机BARC，下文将参考图4A和4B 对其进行详细描述。
图4A和4B说明根据本发明的实施方案的蚀刻有机BARC的方法。
参看图4A，在蚀刻目标层11上形成有机BARC 12。蚀刻目标层11 可由介电材料或导电材料形成，且蚀刻目标层11可为珪衬底。有机BARC 12用来在后续光刻胶层的膝光工艺中防止>^射。
在有机BARC 12上形成光刻胶图案13。可通过在有机BARC 12上涂 覆光刻胶层并且通过曝光及显影工艺来图案化所涂覆的光刻胶层而形成 光刻胶图案13。
参看图4B，使用含疏气体或含硫气体的混合气体蚀刻有机BARC 12(参见图4A)。亦即，蚀刻剂包含硫。在此，使用光刻胶图案13作为蚀 刻阻挡层。含硫气体可包括COS气体或二氧化硫(S02)气体。含硫气体还 可包括so2与02的混合气体。
在S02气体的情况下，S02的硫(S)成分与碳基光刻胶图案13发生反应， 并且在光刻胶图案13的表面上形成C=0=S或S=C=S键。在此情况下， 因为当光刻胶图案13与S02发生反应时需要首先形成COS或SCS键，所 以需要大量气体。
在COS气体的情况下，因为不需要以上的S02气体的反应，所以可通
过使用少量气体获得与so2气体的情^t目同的效果。因此，可使用cos
气体作为含硫气体。
当使用COS气体作为含硫气体时，混合气体可包括COS和选自四氯 硅烷(SiCU)、氩气(Ar)、氦气(He)、 02、 N2、 一氧化碳(CO)、氙气(Xe)和 氪气(Kr)中的一种或多种气体，以提高蚀刻效率。为了降低LWR和LER，可进一步将HBr或CU添加至包括COS和选自SiCl4、 Ar、 He、 02、 N2、 CO、 Xe和Kr中的一种或多种气体的混合气体中。
在蚀刻有机BARC 12的过程中使用的COS气体可根据以下>^应式生
成
根据以上反应式，可通过S02与3CO的反应或2CO与S2的反应来产 生COS。亦即，由于COS已经形成，故不需要另一il应。由于COS可吸 附至光刻胶图案13的表面中，因此可通过添加少量COS而获得光刻胶图 案13的保护效果。
如果使用由上述反应产生的COS气体来蚀刻有机BARC 12，则COS 吸附至光刻胶图案13和有机BARC 12的表面中，同时在所述表面上形成 如c=o=s或S=C=S的强双键。由于通过物理蚀刻以及化学蚀刻来执行对 有机BARC12的蚀刻，因此通过物理力来蚀刻有机BARC 12，并且同时 在光刻胶图案13和有机BARC 12的表面上形成钝化层14。
可通过等离子体蚀刻，尤其是在电感耦合等离子体(ICP)设备中，执行 对有机BARC12的蚀刻。另外，可在约10。C至约100'C的温度下、在约1 毫托(mTorr)至约100毫托的压力下执行对有机BARC 12的蚀刻。
当在ICP设备中蚀刻有机BARC 12时，顶部功率和底部功率可以为 13.56 MHz。特别地，可通过另外供应100 MHz或更小(例如，2 MHz、 13.56 MHz、 60MHz)的底部功率而使用双底部功率。
蚀刻有机BARC 12以形成有机BARC图案12A。在此，通过含硫气 体或含硫气体的混合气体在光刻胶图案13和有机BARC图案12A的表面 上形成钝化层14。亦即，在蚀刻有机BARC12时，形成钝化层14，由此 防止光刻胶图案13的变形和损耗。
因此，光刻胶图案13和有机BARC图案12A作为蚀刻阻挡层的使用 可在蚀刻蚀刻目标层11的后续工艺中防止图案的破裂、变形或损耗。此夕卜， 通过对蚀刻目标层11的蚀刻而形成的图案可以是在动态随;M!"^"储器 (DRAM)和非易失性存储器中的栅极、位线或金属互连。该图案也可以是 用于形成栅极、位线或金属互连的硬掩模图案。当蚀刻目标层11为村底时， 该图案可以是器件隔离层。当蚀刻目标层ll为氮化物层时，该图案可以是
7孔形或槽形凹陷部分(例如，通孔、沟槽或其组合结构)。此外，该图案可
以是间隔物图案技术(SPT)或双图案技术(DPT)硬掩模图案。可使用光刻胶 图案13和有机BARC图案12A，将该图案应用于半导体器件的所有掩模 工艺中。
图5A至5C说明根据本发明的第一实施方案的制造半导体器件的导电 图案的方法。
参看图5A，在衬底21上形成导电层22和有机BARC 23。衬底21可 以是珪衬底。导电层22将用作导电图案并且可由多晶硅或金属形成。有机 BARC23用来在后续光刻胶层的膝光工艺中防止^Jt。
在有机BARC 23上形成光刻胶图案24。可通过在有机BARC 23上涂 覆光刻胶层并且通过曝光和显影工艺来图案化所涂覆的光刻胶层以限定 图案形成区域从而形成光刻胶图案24。
参看图5B，使用含硫气体或含硫气体的混合气体来蚀刻有机BARC 23(参见图5A)。在此，使用光刻胶图案24作为蚀刻阻挡层。含硫气体可 包括COS气体或so2气体。含硫气体也可包括so2与02的混合气体。
在S02气体的情况下，S02的硫(S)成分与碳基光刻胶图案24发生反应 并且在光刻胶图案24的表面上形成C=0=S或S=C=S键。在此情况下， 由于当光刻胶图案24与S02发生反应时需要首先形成COS或SCS键，因 此需要大量气体。
在COS气体的情况下，因为不需要上述的S02气体的反应，所以可通
过使用少量气体获得与so2气体的情况相同的效果。因此，可使用COS 气体作为含硫气体。
当使用COS气体作为含硫气体时，混合气体可包括COS和选自SiCl4、 Ar、 He、 02、 N2、 CO、 Xe和Kr中的一种或多种气体，以便提高蚀刻效 率。为了减小LWR和LER，可进一步将HBr或Cl2添加至包括COS和 选自SiCl4、 Ar、 He、 02、 N2、 CO、 Xe和Kr中的一种或多种气体的混 合气体中。
在蚀刻有机BARC 23中使用的COS气体可根据以下反应式生成根据以上的反应式，可通过S02与3CO的反应或2CO与S2的反应产 生COS。亦即，由于COS已经形成，故不需要另一Jl应。由于COS可吸 附至光刻胶图案24的表面中，因此可通过添加少量COS而获得光刻胶图 案24的保护效果.
如果使用由上述反应产生的COS气体来蚀刻有机BARC 23，则COS 被吸附至光刻胶图案24和有机BARC 23的表面中，同时在所i^面上形 成如c=o=s或S=C=S的强双键。由于通过物理蚀刻以及化学蚀刻来执行 对有机BARC 23的蚀刻，因此通过物理力来蚀刻有机BARC23，并且同 时在光刻胶图案24和有机BARC 23的表面上形成钝化层25。
可通过等离子体蚀刻，尤其是在电感耦合等离子体(ICP)设备中，执行 对有机BARC23的蚀刻。另外，可在约IO'C至约100'C的温度下、在约1 毫托至约100毫托的压力下执行对有机BARC 23的蚀刻。
当在ICP设备中蚀刻有机BARC 12时，顶部功率和底部功率可以为 13.56 MHz。特别地，可通过另外供应100 MHz或更小(例如，2 MHz、 13.56 MHz、 60MHz)的底部功率而使用双底部功率。
蚀刻有机BARC 23以形成有机BARC图案23A。在此，利用含硫气 体或含硫气体的混合气体在光刻胶图案24和有机BARC图案23A的表面 上形成钝化层25。亦即，在蚀刻有机BARC23时，形成钝化层25，由此 防止光刻胶图案24的变形及损耗。
参看图5C，通过使用光刻胶图案24和有机BARC23A作为蚀刻阻挡 层来蚀刻导电层22而形成导电图案22A。钝化层25保护光刻胶图案24 和有机BARC图案23A的表面，由此防止光刻胶图案24的损耗并且在蚀 刻导电层22的过程中充M证蚀刻容限。因此，可防止导电图案22A的 破裂、变形或损耗。
导电图案22A可以是DRAM或非易失性存储器的栅极、位线或金属 互连。
图6A至6C说明根据本发明的第二实施方案的制造半导体器件的方法。
参看图6A，在衬底31上形成氮化物层32和有机BARC 33。衬底31 可以是硅衬底。氮化物层32可以是用于提供孔形或槽形凹陷结构(例如，通孔、沟槽或其组合结构)的氧化物层或氮化物层。有机BARC33用i(t^ 后续光刻胶层的膝光工艺中防止反射。
在有机BARC 33上形成光刻胶图案34。可通过在有机BARC 33上涂 覆光刻胶层并且通过曝光和显影工艺图案化所涂覆的光刻胶层来形成光 刻胶图案34以打开接触孔形成区域。
参看图6B，使用含硫气体或含硫气体的混合气体来蚀刻有机BARC 33(参见图6A)。在此，使用光刻胶图案34作为蚀刻阻挡层。含硫气体可 包括COS气体或so2气体。含硫气体还可包括so2与02的混合气体。
在S02气体的情况下，S02的硫(S)成分与破基光刻胶图案34发生反应 并且在光刻胶图案34的表面上形成C=0=S或S=C=S键。在此情况下， 由于当光刻胶图案34与S02发生反应时需要首先形成COS或SCS键，因 此需要大量气体。
在COS气体的情况下，由于不需要上述的S02气体的反应，所以可通
过使用少量气体获得与so2气体的情;W目同的效果。因此，可使用COS 气体作为含硫气体。
当使用COS气体作为含硫气体时，混合气体可包括COS和选自SiCl4、 Ar、 He、 02、 N2、 CO、 Xe和Kr中的一种或多种气体，以4更提高蚀刻效 率。为了减小LWR和LER，可进一步将HBr或Cl2添加至包括COS和 选自SiCl4、 Ar、 He、 02、 N2、 CO、 Xe和Kr中的一种或多种气体的混 合气体中。
在蚀刻有机BARC 33中使用的COS气体可根据以下反应式生成
根据以上的反应式，可通过S02与3CO的反应或2CO与S2的反应来 产生COS。亦即，由于COS已经成键，所以不需要另一反应。由于COS 可吸附至光刻胶图案34的表面中，所以可通过添加少量COS来获得光刻 胶图案34的保护效果。
如果使用由上述反应所产生的COS气体来蚀刻有机BARC 33，则 COS被吸附至光刻胶图案34和有机BARC 33的表面中，并且同时在所述
表面上形成如c=o=s或S=C=S的强双键。由于通过物理蚀刻以;^化学蚀刻来执行对有机BARC 33的蚀刻，所以通过物理力来蚀刻有机BARC 33， 并且同时在光刻胶图案34和有机BARC 33的表面上形成钝化层35。
可通过等离子体蚀刻，尤其是在电感耦合等离子体(ICP)设备中，执行 对有机BARC33的蚀刻。另外，可在约10。C至约100。C的温度下、在约1 毫托至约100毫托的压力下执行对有机BARC 33的蚀刻。
当在ICP设备中蚀刻有机BARC 12时，顶部功率和底部功率可以为 13.56 MHz。特别地，可通过另外供应100 MHz或更小(例如，2 MHz、 13.56 MHz、 60MHz)的底部功率而使用双底部功率。
蚀刻有机BARC 33以形成有机BARC图案33A。在此，利用含硫气 体或含硫气体的混合气体在光刻胶图案34和有机BARC图案33A的表面 上形成钝化层35。亦即，在蚀刻有机BARC33时，形成钝化层35，由此 防止光刻胶图案34的变形及损耗。
参看图6C，通过使用光刻胶图案34和有机BARC图案33A作为蚀刻 阻挡层来蚀刻氮化物层32(参见图6B)以形成凹陷部分36。经蚀刻的氮化 物层32成为限定凹陷部分36的氮化物图案32A。
钝化层35保护光刻胶图案34和有机BARC图案33A的表面，由此防 止光刻胶图案34的损耗并且在蚀刻氮化物层32的过程中充分保证蚀刻容 限。因此，可防止凹陷部分36的变形或未打开故障。
凹陷部分36为孔形或槽形凹陷部分并且可以是通孔、沟槽或其组合结 构。此外，凹陷部分36可包括应用于半导体器件的所有凹陷结构。
图7说明根据本发明的实施方案的在蚀刻有机BARC的过程中的光刻 胶图案的照片。
参看图7，可利用COS气体防止光刻胶图案的损耗，并且光刻胶图案 在其侧壁处具有垂直轮廓。此外，光刻胶图案可以是均匀而无变形的。
根据本发明的实施方案，可通过使用含硫气体或含硫气体的混合气体 来蚀刻有机BARC来保护光刻胶图案免遭损耗和损坏。
因此，可使用光刻胶图案作为掩模，在形成BARC图案的后续工艺中 防止图案的变形、破^S^员耗。当图案为凹陷部分时，可防止未打开故障。尽管已就特定实施方案描述了本发明，但对于本领域技术人员而言显 而易见的是，在不偏离如所附权利要求所限定的本发明的精神及范围的情 况下，可作出多种改变及4务改。
附图标记说明
11 蚀刻目标层
12 有机BARC
12 A有机BARC图案
13 光刻胶图案
14 钝化层
21 衬底
22 导电层 22A导电图案
23 有机BARC
23 A有机BARC图案
24 光刻胶图案
25 钝化层
31 衬底
32 氮化物层
32 A氮化物图案
33 有机BARC
33 A有机BARC图案
34 光刻胶图案
35 钝化层
36 凹陷部分
权利要求
1. 一种制造半导体器件的方法，该方法包含在蚀刻目标层上形成有机底部抗反射涂层；在所述有机底部抗反射涂层上形成光刻胶图案；和使用包含硫的蚀刻剂蚀刻所述有机底部抗反射涂层。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻剂包含COS气体。
3. 如权利要求l所述的方法，其中使用等离子体蚀刻来蚀刻所述有机底部 抗反射涂层。
4. 如权利要求3所述的方法，其中在电感耦合等离子体(ICP)设备中蚀刻 所述有;^底部抗jl射涂层。
5. 如权利要求l所述的方法，其中在不超过100'C的温度下蚀刻所述有机 底部抗^Jt涂层。
6. 如权利要求1所述的方法，其中在约1亳托至约100毫托的压力下蚀刻 所述有机底部抗^^射涂层。
7. 如权利要求l所述的方法，其中所述蚀刻目标层包括氮化物层或导电层。
8. —种制造半导体器件的方法，所述方法包括 在蚀刻目标层上形成有机底部抗^^射涂层； 在所述有机底部抗反射涂层上形成光刻胶图案；和使用包括含硫气体的混合气体蚀刻所述有机底部抗反射涂层。
9. 如权利要求8所述的方法，其中所述含疏气体包含COS。
10. 如权利要求9所述的方法，其中使用混合气体对所述有机底部抗反射涂 层进行蚀刻，所述混合气体包含COS和选自四氯珪烷(SiCU)、氩(Ar)、氦 (He)、 02、 N2、 一氧化碳(CO)、氙(Xe)和氪(Kr)中的一种或多种气体，
11. 如权利要求10所述的方法，其中使用在所述混合气体中添加溴化氢 (HBr)或氯气(Cl2)或其二者的气体来对所述有机底部抗反射涂层进行蚀 刻。
12. 如权利要求8所述的方法，其中利用包括二氧化硫(SCh)和02的混合气 体iMt所述有机底部抗^Jt涂层进行蚀刻。
13. 如权利要求8所述的方法，其中使用等离子体蚀刻来蚀刻所述有机底部 抗反射涂层。
14. 如权利要求13所述的方法，其中在电感耦合等离子体(ICP)设备中蚀刻 所述有机底部抗>^射涂层。
15. 如权利要求8所述的方法，其中在不超过100'C的温度下蚀刻所述有机 底部抗反射涂层。
16. 如权利要求8所述的方法，其中在约1毫托至约100毫托的压力下蚀刻 所述有;^底部抗^Jt涂层。
17. 如权利要求8所述的方法，其中所述蚀刻目标层包括氮化物层或导电层。
全文摘要
一种制造半导体器件的方法，包括在蚀刻目标层上形成有机底部抗反射涂层，在有机底部抗反射涂层上形成光刻胶图案，和使用含硫气体蚀刻有机底部抗反射涂层。
文档编号H01L21/00GK101471236SQ200810161479
公开日2009年7月1日 申请日期2008年9月27日 优先权日2007年12月24日
发明者郑台愚 申请人:海力士半导体有限公司