专利名称：在半导体器件中制造孔图案的方法
技术领域：
本发明的示例性实施例涉及半导体制造技术，更具体而言，涉及在半导体器件中制造孔图案的方法。
背景技术：
随着器件集成度的提高，图案的临界尺寸(CD)降低。例如，在30nm以下的器件中， 由于曝光设备的分辨率限制的原因，导致难以使用光致抗蚀剂执行图案化。相应地，已经提出了通过光致抗蚀剂的回流(reflow)工艺或RELACS (resolutionenhancement lithography assisted by chemical shrink,化学收缩辅助的分辨率增强光亥IJ)工艺降低接触孔直径的方法。在光致抗蚀剂的回流工艺中，利用光致抗蚀剂形成接触孔图案，随后在玻璃化转变温度或更高的温度下固化。此时，接触孔的直径由于光致抗蚀剂在固化工艺期间膨胀这一特性而减小。在光致抗蚀剂的RELACS工艺中，利用光致抗蚀剂形成接触孔图案，在光致抗蚀剂图案上涂覆RELACS材料，并且光致抗蚀剂与RELACS材料通过固化过程而形成新的层，据此减小接触孔的直径。在此，虽然回流工艺或RELACS工艺具有减小孔图案的直径的效果，但是它们不能减小图案的节距(Pitch)。到目前为止，难以减小半导体芯片的尺寸。例如，虽然可以使用远紫外(EUV, extreme ultraviolet)曝光技术,但是设备昂贵并且仍然处于难以商业化的初始开发阶段。因此，一种能够克服使用光致抗蚀剂图案的物理限制并获得高集成度、以及形成精细孔图案的在半导体器件中制造孔图案的方法是有用的。
发明内容
本发明的一个实施例涉及一种在半导体器件中制造孔图案的方法，所述方法能够克服光致抗蚀剂图案的限制并且形成微小的孔图案。本发明的另一个实施例涉及一种在半导体器件中制造孔图案的方法，所述方法能够简化图案化工艺并保证工艺余量。根据本发明的一个实施例，一种在半导体器件中制造孔图案的方法包括以下步骤在刻蚀层之上形成第一有机层；在第一有机层之上形成第一无机层图案；利用第一无机层图案作为刻蚀阻挡层刻蚀第一有机层；在包括第一无机层图案的的第一有机层之上形成第二有机层；在第二有机层之上形成第二无机层图案，其中，第二无机层图案与第一无机层图案相交叉；利用第二无机层图案作为刻蚀阻挡层来刻蚀第一有机层和第二有机层；以及利用被刻蚀的第一有机层和第二有机层作为刻蚀阻挡层来对刻蚀层进行刻蚀以形成孔图案。根据本发明的另一实施例，一种在半导体器件中制造孔图案的方法包括以下步骤通过刻蚀在刻蚀层之上的第一有机层形成第一有机层图案；在被刻蚀的第一有机层的侧壁上形成第一间隔件图案；在第一有机层和第一间隔件图案之上形成第二有机层；将第二有机层图案化以形成与第一有机层图案相交叉的第二有机层图案；在图案化的第二有机层的侧壁上形成第二间隔件图案；利用第一间隔件图案和第二间隔件图案作为刻蚀阻挡层刻蚀第二有机层和第一有机层；以及利用被刻蚀的第一有机层作为刻蚀阻挡层对刻蚀层进行刻蚀，其中被刻蚀的刻蚀层形成孔图案。
图IA至图IF是说明根据本发明第一实施例的用于在半导体器件中制造孔图案的方法的截面图。 图2A至图2K是说明根据本发明第二实施例的用于在半导体器件中制造孔图案的方法的截面图。
具体实施例方式下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。但是本发明可以以不同的方式实施，并不应当解释为限定为本文所列的实施例。另外，提供这些实施例是为了使本说明书充分和完整，并向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在本说明书中，相同的附图标记在本发明的不同附图和实施例中表示相同的部分。附图并非按比例绘制并且在某些情况下为了清楚地示出实施例的特征，可能对比例做夸大处理。当提及第一层在第二层“上”或在衬底“上”时，其不仅表示第一层直接形成在第二层或衬底上的情况，还表示在第一层与第二层或衬底之间存在第三层的情况。[第一实施例]图IA至图IF是说明根据本发明第一实施例的用于在半导体器件中制造孔图案的方法的截面图。参照图1A，在要刻蚀的层11(下文称刻蚀层11)之上层叠硬掩模层12、第一有机层13和第一无机层14。刻蚀层11可以包括用于形成储存节点的模层(mold layer)并且可以由氧化物或多晶硅形成。硬掩模层12用作对刻蚀层11进行刻蚀的刻蚀阻挡层。当刻蚀层11由氧化物形成时，硬掩模层12可以由多晶硅形成，而当刻蚀层11由多晶硅形成时，硬掩模层12可以由氧化物形成。第一有机层13由碳形成并且可以包括非晶碳层。第一无机层14用作第一有机层13的刻蚀阻挡层，并且用于在形成光致抗蚀剂图案时防止反射。第一无机层14包括氮氧化娃(silicon oxynitride)。在第一无机层14之上形成第一光致抗蚀剂图案15。在形成第一光致抗蚀剂图案15之前，可以在第一无机层14之上另外形成防反射层。第一光致抗蚀剂图案15被形成为沿着第一方向延伸的线。
参照图1B，利用第一光致抗蚀剂图案15作为刻蚀阻挡层来刻蚀第一无机层14。将第一有机层13部分地刻蚀至期望的厚度。在本发明的这一实施例中，描述的是将第一有机层13部分地刻蚀至期望的厚度。但是，第一有机层13可以被完全地刻蚀直到暴露出硬掩模层12为止。当刻蚀第一有机层13时，第一光致刻蚀剂图案15也被完全地去除。第一有机层13通过干法刻蚀来刻蚀，并且可以利用包括氧的气体来执行等离子体刻蚀。参照图1C,在第一无机层14和第一有机层13之上形成第二有机层16。第二有机层16由碳形成并且包括旋涂碳(SOC)层。在第二有机层16之上形成第二无机层17。第二无机层17用作第二有机层16的刻蚀阻挡层，并且用于在形成光致抗蚀剂图案时防止反射。第二无机层17包括氮氧化硅。在第二无机层17之上形成第二光致抗蚀剂图案18。在形成第二光致抗蚀剂图案 18之前，可以在第二无机层17之上另外形成防反射层。第二光致抗蚀剂图案18被形成为沿着与第一方向垂直的第二方向延伸的线。参照图1D，利用第二光致刻蚀剂图案18作为刻蚀阻挡层来刻蚀第二无机层17。然后，利用第二无机层17作为刻蚀阻挡层来刻蚀第二有机层16。通过第二无机层17将第二有机层16刻蚀成沿着第二方向延伸的线。在刻蚀第二有机层16之后，继续刻蚀位于第二有机层16之下并且通过刻蚀被暴露出来的第一有机层13。更具体而言，在刻蚀第二有机层16之后，形成为沿着第一方向延伸的线的第一无机层14被用作刻蚀第一有机层13的刻蚀图案。因此，以通过沿着第一方向延伸的第一无机层14和沿着与第一方向垂直的第二方向延伸的第二无机层17开放出网型孔图案的方式，来刻蚀第一有机层13。第二有机层16和第一有机层13通过干法刻蚀来刻蚀，并且可以利用包括氧的气体来执行等离子体刻蚀。当第二有机层16和第一有机层13被刻蚀时，第二光致抗蚀剂图案18也被完全地去除。参照图1E，利用第二有机层16和第一有机层13作为刻蚀阻挡层来刻蚀硬掩模图案12，以形成网型硬掩模图案12。参照图1F，利用硬掩模图案12作为刻蚀阻挡层来对刻蚀层11进行刻蚀，以形成孔图案。硬掩模图案12被形成为具有矩形形状的网型。但是，在刻蚀下方的层期间，掩模图案12的角部由于刻蚀特性的原因而被倒圆，由此形成圆孔图案。在对刻蚀层11进行刻蚀之前，可以通过氧剥离工艺预先去除硬掩模图案12之上的有机层。由于第一有机层13和第二有机层16同时被刻蚀以形成网型孔图案、并且叠层的数量被最小化/降低，因此可以减小工艺的次数以保证工艺余量。此外，由于叠层的数量被最小化/降低，因此还可以防止出现可能由若干次沉积工艺和刻蚀工艺所导致的缺陷。因此，可以可靠地形成孔图案。[第二实施例]图2A至图2K是说明根据本发明第二实施例用于在半导体器件中制造孔图案的方法的截面图。
参照图2A,在刻蚀层21之上层叠硬掩模层22、第一有机层23和第一无机层24。刻蚀层21可以包括用于形成储存节点的模层，并且可以由氧化物或多晶硅形成。硬掩模层22用作对刻蚀层21进行刻蚀的刻蚀阻挡层。当刻蚀层21由氧化物形成时，硬掩模层22可以由多晶硅形成，当刻蚀层21由多晶硅形成时，硬掩模层22可以由氧化物形成。第一有机层23由碳形成且可包括非晶碳层。第一无机层24用作第一有机层23的刻蚀阻挡层，并且用于在形成光致抗蚀剂图案时防止反射。第一无机层24包括氮氧化硅。在第一无机层24之上形成第一光致抗蚀剂图案25。在形成第一光致抗蚀剂图案25之前，可以在第一无机层24之上另外形成防反射层。第一光致抗蚀剂图案25被形成为沿着第一方向延伸的线。在此，可以控制后续的间隔件图案的形成以将第一光致抗蚀剂图案25之间的距离考虑在内。参照图2B，利用第一光致抗蚀剂图案25作为刻蚀阻挡层来刻蚀第一无机层24。然后，将第一有机层23部分地刻蚀至期望的厚度。在刻蚀第一有机层23之后，第一光致抗蚀剂图案25被完全地去除。第一有机层23通过干法刻蚀来刻蚀，并且可以利用包括氧的气体执行等离子体刻蚀。此时，第一有机层23可以被刻蚀到用作形成后续的间隔件图案的牺牲图案的厚度。参照图2C，沿着包括第一有机层23的整个结构的台阶部分形成第一间隔件层26。第一间隔件层26由相对于有机层具有刻蚀选择性的材料(例如绝缘层)形成。绝缘层可以是包括氮化物和氧化物的任何合理适用的绝缘层。此外，可以在不使第一有机层23的图案变形的温度下形成第一间隔件层26。例如，在600°C或更低的温度下形成第一间隔件层26。参照图2D，刻蚀第一间隔间层26以形成保留在被部分刻蚀的第一有机层23的侧壁上的第一间隔件图案26。采用完全地去除第一有机层23之上的第一无机层24以在形成第一间隔件图案26之后在第一间隔件图案26之间的区域暴露出第一有机层23的方式来控制上述刻蚀。因此，在之前被部分地刻蚀成沿着第一方向延伸的线的第一有机层23的侧壁上形成了第一间隔件图案26，并且第一间隔件图案26暴露出第一有机层23的其它区域。参照图2E,在包括第一间隔件图案26的第一有机层23之上形成第二有机层27。第二有机层27由碳形成，并且包括SOC层。当第二有机层27由SOC层形成时，第一间隔件图案26之间的空间被填充。然后，执行平坦化。在第二有机层27之上形成第二无机层28。第二无机层28用作第二有机层27的刻蚀阻挡层，并用于在形成光致抗蚀剂图案时防止反射。第二无机层包括氮氧化硅。在第二无机层28之上形成第二光致抗蚀剂图案29。在形成第二光致抗蚀剂图案29之前，可以在第二无机层28之上另外形成防反射层。第二光致抗蚀剂图案29被形成为沿着垂直于第一方向的第二方向延伸的线。可以通过考虑后续形成间隔件图案来控制第二光致抗蚀剂图案29之间的距离。参照图2F，利用第二光致抗蚀剂图案29作为刻蚀阻挡层来刻蚀第二无机层28。利用第二无机层28作为刻蚀阻挡层来部分地刻蚀第二有机层27。此时，第二有机层27被刻蚀至使第一间隔件图案26暴露的目标厚度。、
当完成第二有机层27的刻蚀时，第二光致抗蚀剂图案29也被完全地去除。参照图2G，沿着包括第二无机层28的整个结构的台阶部分形成第二间隔件层30。第二间隔件层30由相对于第一有机层23和第二有机层27具有刻蚀选择性的材料形成，例如由绝缘层形成。绝缘层可以包括任何合理适用的绝缘层，包括氮化物和氧化物。此外，可以在不使第二有机层27的图案变形的温度下形成第二间隔间层30。例如，在600°C或更低的温度下形成第二间隔件层30。参照图2H，部分地刻蚀第二间隔间层30以形成保留在被部分刻蚀的第二有机层27的侧壁上的第二间隔件图案30。采用将第二有机层27之上的第二无机层28完全去除以在第二间隔件图案的形成完成时暴露出第二间隔件图案30之间的第二有机层27的方式来控制刻蚀。据此，第二间隔件图案30被形成在第二有机层27的侧壁上，所述第二有机层27 被部分地刻蚀成沿着第二方向延伸的线，并且被形成为沿着第一方向延伸的线的第一有机层23和第一间隔件图案26以及第二有机层27在第二间隔件图案30之间被暴露出来。即，第一有机层23和第二有机层27分别在第一间隔件图案26之间以及在第二间隔件30之间被暴露出来。参照图21，利用第一间隔件图案26和第二间隔件图案30作为刻蚀阻挡层来刻蚀第一有机层23和第二有机层27。由于第一间隔件图案26和第二间隔件图案30相对于第一有机层23和第二有机层27具有刻蚀选择性，因此可以在不刻蚀掉间隔件图案的情况下选择性地刻蚀间隔件图案之间的有机层。具体地，采用通过第一间隔件图案26和第二间隔件图案30开放出网型孔图案的方式来刻蚀第一有机层23。第二有机层27和第一有机层23通过干法刻蚀来刻蚀，并且可以利用包括氧的气体来执行等离子体刻蚀。参照图2J，去除第一间隔件图案26和第二间隔件图案30。由于在刻蚀下方的层之前预先去除了具有不对称结构的第一间隔件图案26和第二间隔件图案30，因此可以提高孔图案的临界尺寸(CD)的均匀性。利用网型的第一有机层23作为刻蚀阻挡层来刻蚀硬掩模层22以形成网型的硬掩模图案22。参照图2K，利用硬掩模图案22作为刻蚀阻挡层来对刻蚀层21进行刻蚀以形成孔图案。硬掩模图案22被形成为具有矩形形状的网型。但是，在刻蚀下方的层期间，由于刻蚀特性的原因造成硬掩模图案的角部被倒圆。据此，形成圆孔图案。在对刻蚀层21进行刻蚀之前，通过氧剥离工艺预先去除硬掩模图案22之上的有机层。由于第一有机层23和第二有机层27被部分地刻蚀以形成第一间隔件图案26和第二间隔件图案30，因此可以形成精细的孔图案。此外，由于利用第一间隔件图案26和第二间隔件图案30作为刻蚀阻挡层同时刻蚀第一有机层23和第二有机层27以形成网型孔图案，因此叠层的数量被最小化/降低，并且因此，可以减少工艺的次数以保证工艺余量。此外，由于叠层的数量被最小化/降低，因此还可以防止出现可能由若干沉积工艺和刻蚀工艺导致的缺陷。因此，可以稳定地形成孔图案。根据本发明的实施例，利用彼此垂直的线型掩模图案来形成网型孔图案，并克服了光致抗蚀剂图案的分辨率的物理限制。此外，由于采用有机层作为用于形成孔图案的硬掩模图案并且两个有机层被同时地刻蚀，因此可以最小化/降低叠层的数量。因此，可以减少工艺的次数以保证工艺余量。此外，由于叠层的数量被最小化/降低，因此还可以防止发生可能由若干沉积工艺和刻蚀工艺导致的缺陷。因此，可以可靠地形成孔图案。此外，在部分地刻蚀有机层之后，在有机层的侧壁上形成间隔件图案，并且间隔件图案被用作刻蚀阻挡层。因此，可以形成精细的孔图案。虽然已经结合具体的示例性实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说明显的是，在不脱离所附权利要求书限定的本发明的主旨和范围的情况下可以进行各种变 化和修改。
权利要求
1.一种在半导体器件中制造孔图案的方法，包括以下步骤 在刻蚀层之上形成第一有机层； 在所述第一有机层之上形成第一无机层图案； 利用所述第一无机层图案作为刻蚀阻挡层来刻蚀所述第一有机层； 在包括所述第一无机层图案的所述第一有机层之上形成第二有机层； 在所述第二有机层之上形成第二无机层图案，其中，所述第二无机层图案与所述第一无机层图案相交叉； 利用所述第二无机层图案作为刻蚀阻挡层来刻蚀所述第一有机层和所述第二有机层；以及 利用被刻蚀的所述第一有机层和所述第二有机层作为刻蚀阻挡层来对所述刻蚀层进行刻蚀以形成孔图案。
2.如权利要求I所述的方法，其中，所述第一有机层和所述第二有机层包括碳。
3.如权利要求I所述的方法，其中，所述第一有机层包括非晶碳。
4.如权利要求I所述的方法，其中，所述第二有机层包括旋涂碳层。
5.如权利要求I所述的方法，其中，所述第一无机层和所述第二无机层每个都包括氮氧化硅。
6.如权利要求I所述的方法，其中，所述刻蚀层包括氧化物，所述硬掩模层包括多晶硅。
7.如权利要求I所述的方法，其中，所述刻蚀层包括多晶硅，所述硬掩模层包括氧化物。
8.一种在半导体器件中制造孔图案的方法，包括以下步骤 通过刻蚀在刻蚀层之上的第一有机层形成第一有机层图案； 在被刻蚀的所述第一有机层的侧壁上形成第一间隔件图案； 在所述第一有机层和所述第一间隔件图案之上形成第二有机层； 将所述第二有机层图案化以形成与所述第一有机层图案相交叉的第二有机层图案； 在被图案化的所述第二有机层的侧壁上形成第二间隔件图案； 利用所述第一间隔件图案和所述第二间隔件图案作为刻蚀阻挡层来刻蚀所述第二有机层和所述第一有机层；以及 利用被刻蚀的所述第一有机层作为刻蚀阻挡层来对所述刻蚀层进行刻蚀，其中被刻蚀的所述刻蚀层形成孔图案。
9.如权利要求8所述的方法，其中，形成所述第一有机层图案的步骤包括以下步骤 在所述刻蚀层之上形成第一有机层； 在所述第一有机层之上形成第一无机层； 在所述第一无机层之上形成光致抗蚀剂图案； 利用所述光致抗蚀剂图案作为刻蚀阻挡层来刻蚀所述第一无机层；以及 利用所述第一无机层作为刻蚀阻挡层来刻蚀所述第一有机层。
10.如权利要求8所述的方法，其中，形成所述第一间隔件图案的步骤包括以下步骤 在刻蚀所述第一有机层之后，沿着包括所述第一有机层的结构的台阶部分形成第一间隔件层；以及刻蚀所述第一间隔件层以形成保留在被刻蚀的所述第一有机层的侧壁上的第一间隔件图案。
11.如权利要求8所述的方法，其中，将所述第二有机层图案化的步骤包括以下步骤 在所述第二有机层之上形成第二无机层； 在所述第二无机层之上形成光致抗蚀剂图案； 利用所述光致抗蚀剂图案作为刻蚀阻挡层来刻蚀所述第二无机层；以及利用所述第二无机层作为刻蚀阻挡层来刻蚀所述第二有机层使得暴露出所述第一间隔件图案。
12.如权利要求8所述的方法，其中，所述第一有机层和所述第二有机层包括碳。
13.如权利要求8所述的方法，其中，所述第一有机层包括非晶碳。
14.如权利要求8所述的方法，其中，所述第二有机层包括旋涂碳层。
15.如权利要求8所述的方法，其中，所述第一无机层和所述第二无机层包括氮氧化硅。
16.如权利要求8所述的方法，其中，所述第一间隔件图案和所述第二间隔件图案包括氧化物或氮化物。
17.如权利要求8所述的方法，其中，所述刻蚀层包括氧化物，所述硬掩模层包括多晶硅。
18.如权利要求8所述的方法，其中，所述刻蚀层包括多晶硅，所述硬掩模层包括氧化物。
全文摘要
本发明提供一种在半导体器件中制造孔图案的方法，包括以下步骤在刻蚀层之上形成第一有机层；在第一有机层之上形成第一无机层图案；利用第一无机层图案作为刻蚀阻挡层来刻蚀第一有机层；在第一有机层之上形成第二有机层；在第二有机层之上形成第二无机层图案，其中第二无机层图案与第一无机层图案相交叉；利用第二无机层图案作为刻蚀阻挡层来刻蚀第一有机层和第二有机层；以及利用被刻蚀的第一有机层和第二有机层作为刻蚀阻挡层来对刻蚀层进行刻蚀以形成孔图案。
文档编号H01L21/308GK102760645SQ20121004332
公开日2012年10月31日 申请日期2012年2月24日 优先权日2011年4月29日
发明者朴正熙, 郑镇基 申请人:海力士半导体有限公司