[发明专利]半导体器件图案的形成方法

说明书

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抗蚀剂膜的溶解性。进行显影工艺以去除溶解性已经改变或没有改变的部分，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氧化物层；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氧化物层；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SiO₂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氧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：六甲基二硅烷(HMDS)，四甲基二硅烷(TMDS)，双二甲胺甲基硅烷(BDMAMS)，双二甲胺二甲基硅烷(bisdimethyl amino dimethylsilane)，二甲基硅烷二甲胺(dimethylsilyl dimethylamine)，二甲基硅烷二乙胺(dimethylsilyl diethylamine)，三甲基硅烷二乙胺(trimethylsilyl diethylamine)，和二甲胺五甲基硅烷(dimethylamino 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。