图案形成方法和衬底蚀刻方法技术

本申请提供了一种图案形成方法和一种衬底蚀刻方法。一种形成半导体器件图案的方法，包括：在衬底上形成包含第一碳化合物的光刻胶图案；改良所述光刻胶图案的顶表面，以在所述光刻胶图案上形成包含不同于所述第一碳化合物的第二碳化合物的上掩模层；以及使用所述上掩模层和所述光刻胶图案作为蚀刻掩模，蚀刻所述衬底的一部分。

Patterning and substrate etching methods

This application provides a pattern forming method and a substrate etching method. A method for forming a pattern of a semiconductor device includes: forming a photoresist pattern containing a first carbon compound on a substrate; improving the top surface of the photoresist pattern to form an upper mask layer containing a second carbon compound different from the first carbon compound on the photoresist pattern; and using the upper mask layer and the photoresist pattern as an etching mask. Etch a portion of the substrate.

【技术实现步骤摘要】
图案形成方法和衬底蚀刻方法优先权声明该专利申请要求分别于2017年10月11日和2018年1月26日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2017-0131509和No.10-2018-0010176的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
本专利技术构思涉及一种制造半导体器件的方法，具体地涉及一种形成半导体器件的图案的光刻方法。
技术介绍
通常，半导体器件通过多个单元工艺制造。这些单元工艺包括沉积工艺、掩模形成工艺和蚀刻工艺。沉积工艺和蚀刻工艺可以使用等离子体来执行。等离子体用于在高温下处理衬底。通常，等离子体由射频(RF)能量产生。掩模形成工艺可以包括在衬底上形成光刻胶层的工艺、曝光与要形成的图案相对应的光刻胶层的选定部分的曝光工艺、以及去除光刻胶层的选定(曝光或未曝光)部分从而形成光刻胶掩模的显影工艺。然后通过掩模执行蚀刻工艺，来将掩模的图案转移到下面的(一个或多个)层，该(一个或多个)层可以包括由沉积工艺形成的层。
技术实现思路
根据本专利技术的构思，在衬底中形成图案的图案形成方法可以包括：在所述衬底上形成光刻胶图案，所述光刻胶图案包含第一碳化合物；改良工艺(reformingprocess)，在所述光刻胶图案的顶表面上形成上掩模层，所述上掩模层包含与所述第一碳化合物的种类不同的第二碳化合物；以及使用所述上掩模层和所述光刻胶图案作为蚀刻掩模，蚀刻所述衬底的一部分。根据本专利技术的构思，还提供了一种图案形成方法，包括：在衬底上形成包括氮氧化硅的硬掩模层；在所述硬掩模层上形成对极紫外(EUV)光是光敏的光刻胶图案；改良工艺，所述改良工艺在所述光刻胶图案的顶表面上形成上掩模层；以及使用所述光刻胶图案和所述上掩模层作为蚀刻掩模，蚀刻所述硬掩模层以及所述衬底的一部分。所述改良工艺包括：将氮气和甲烷气体以10:1的流量比供应到所述衬底上方的区域中；向所述衬底上方的区域施加上部功率，以诱导等离子体并将所述等离子体中的自由基沉积到所述上掩模层上；以及向所述衬底下方的区域施加下部功率，以重新诱导所述等离子体，并使用所述等离子体中的离子去除所述上掩模层的一部分。此外，根据本专利技术的构思，一种图案形成方法包括：在衬底上形成光刻胶图案；以第一流量比将氮气和甲烷气体供应到所述光刻胶图案上方的区域中；向所述氮气和所述甲烷气体施加上部功率以诱导等离子体，并在所述光刻胶图案上沉积所述等离子体中的自由基；切断所述上部功率；以第二流量比供应所述氮气和所述甲烷气体，其中以所述第二流量比供应的所述氮气和所述甲烷气体中氮气的部分高于以所述第一流量比供应的所述氮气和所述甲烷气体中氮气的部分；以及向所述氮气和所述甲烷气体施加下部功率，以重新诱导所述等离子体，并使用所述等离子体中的离子去除所沉积的自由基的一部分。附图说明从下面结合附图的简要描述中将更清楚地理解本专利技术的构思。附图示出了如下文详细描述的本专利技术构思的非限制性示例。图1是示出根据本专利技术构思的形成半导体器件的图案的方法的流程图。图2、图3、图4、图5、图6和图7是在图1的方法过程中衬底的截面图。图8是例示图1的方法的改良步骤的流程图。图9是示出等离子体处理系统的示例的示意图，该等离子体处理系统可以用于在图4所示方法的阶段中形成上掩模层。图10是示出在图1的方法中蚀刻衬底W的等离子体工艺期间由图9的等离子体处理系统施加的下部功率和上部功率随时间变化的曲线图。图11A、图11B和图11C是光刻胶图案或上掩模层中的第一碳化合物至第三碳化合物的特性的XPS(X-rayphotoelectronspectroscopy，X射线光电子能谱分析)曲线图。图12A、图12B和图12C是光刻胶图案或上掩模层中的第一至第一氮化合物和第二氮化合物的特性的XPS曲线图。图13是示出根据图9的系统中氮气的流量的第一碳氮化合物和第二碳氮化合物的结合能的峰值强度的曲线图。图14A是示出(例如，图5的)光刻胶图案的截面及其剩余厚度的图像。图14B是示出常规光刻胶图案的截面及其剩余厚度的图像。图15是示出根据本专利技术构思的一些示例的光刻胶图案的剩余厚度与常规光刻胶图案的剩余厚度之间的差的曲线图。应当注意的是，这些附图旨在说明在某些实施例中使用的方法、结构和/或材料的一般特征以及补充以下提供的书面描述。然而，这些附图不是按比例绘制的，也许不能精确地反映任何给定示例的精确结构或性能特性，并且不应当被解释为限定或限制本专利技术构思所包含的值的范围或性质。例如，为了清楚起见，分子、层、区域和/或结构元件的相对厚度和位置可以被减小或放大。在各个附图中使用相似或相同的附图标记旨在指示存在相似或相同的元件或特征。具体实施方式图1示出了根据本专利技术构思的形成半导体器件的图案的方法。参照图1，根据本专利技术构思的图案形成方法可以包括在衬底上形成硬掩模层(S10)、形成光刻胶图案(S20)、改良光刻胶图案的顶表面(S30)、蚀刻衬底(S40)、去除上掩模层和光刻胶图案(S50)以及去除硬掩模层(S60)。图2至图7是示出图1的方法的衬底的截面图。参照图1和图2，可以在衬底W上形成硬掩模层14(S10)。例如，衬底W可以包括硅晶片或为硅晶片。在某些示例中，衬底W还包括硅晶片层上的至少一个薄膜，即，衬底可以是包括基底和形成在基底上的一层或更多层的半导体衬底。硬掩模层14可以包括通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法形成的氮氧化硅(SiON)层。参照图1和图3，可以在硬掩模层14上形成光刻胶图案16(S20)。光刻胶图案16可以通过例如区别于ArF或KrF光刻法的极紫外(EUV)光刻法形成。首先，在硬掩模层14上形成对EUV光敏感的光刻胶层。然后用由EUV光源产生的EUV光照射光刻胶层的选定部分。然后对曝光的光刻胶层进行显影。因为EUV光能够穿透光刻胶层的深度小于ArF或KrF光能够穿透的深度，所以光刻胶图案16形成得比ArF敏感的光刻胶层(其具有约45nm或更大的厚度)薄。例如，光刻胶图案16可以由厚度约17nm的EUV敏感的光刻胶材料形成。光刻胶图案16可以由聚缩醛树脂(polyacetalresin)形成。光刻胶图案16可以由第一碳化合物形成或包括第一碳化合物。在一些示例中，光刻胶图案16包括烃化合物(CxHyRz)，其中R是卤素，x和y是正实数，z是零或正实数。参照图1和图4，可以通过改良工艺在光刻胶图案16的顶表面上形成上掩模层18(S30)，改良工艺可以被称为改良光刻胶图案的顶表面的工艺。图8是示例性示出图1的改良步骤S30的流程图，该改良步骤S30对光刻胶图案16的上部有影响。参照图8，改良工艺(S30)可以包括将衬底W设置在腔室中(S32)，在腔室中提供氮气(N2)和甲烷(CH4)气体(S34)，向腔室供应上部功率(S36)，切断上部功率(S38)，以及向腔室供应下部功率(S39)。图9示出了等离子体处理系统100的示例，该等离子体处理系统100可用于在图4所示方法的阶段中形成上掩模层18。参照图9，等离子体处理系统100可以是电感耦合等离子体(ICP)系统。或者，等离子体处理系统100可以是电容耦合等离子体(CCP)系统或微功率等离子体蚀刻系统。等离子体处理系统100可以包括腔室110、气体供应单元120、静电卡盘130、下电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图案形成方法，包括：在衬底上形成光刻胶图案，所述光刻胶图案包含第一碳化合物；改良工艺，所述改良工艺在所述光刻胶图案的顶表面上形成上掩模层，所述上掩模层包含与所述第一碳化合物的种类不同的第二碳化合物；以及使用所述上掩模层和所述光刻胶图案作为蚀刻掩模，蚀刻所述衬底的一部分。

【技术特征摘要】
2017.10.11 KR 10-2017-0131509;2018.01.26 KR 10-2011.一种图案形成方法，包括：在衬底上形成光刻胶图案，所述光刻胶图案包含第一碳化合物；改良工艺，所述改良工艺在所述光刻胶图案的顶表面上形成上掩模层，所述上掩模层包含与所述第一碳化合物的种类不同的第二碳化合物；以及使用所述上掩模层和所述光刻胶图案作为蚀刻掩模，蚀刻所述衬底的一部分。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一碳化合物包括聚缩醛树脂。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二碳化合物包括碳氮化合物。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二碳化合物包括氰乙炔基C3N。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述改良工艺包括：将所述衬底设置在腔室中；将氮气和甲烷气体引入所述衬底上方的所述腔室的上部；以及向引入了所述氮气和所述甲烷气体的所述腔室的所述上部提供上部功率，以在所述腔室中诱导等离子体并在所述光刻胶图案上沉积所述等离子体中的自由基。6.根据权利要求5所述的方法，其中，当提供所述上部功率时，所述氮气和所述甲烷气体以0.6:1至1:2的流量比被提供。7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述衬底设置在所述腔室的位于所述上部下方的下部中，并且所述改良工艺还包括：切断所述上部功率；以及向所述腔室的所述下部提供下部功率以重新诱导所述等离子体并使用所述等离子体中的离子去除所述自由基的一部分。8.根据权利要求7所述的方法，其中，当提供所述下部功率时，所述氮气和所述甲烷气体以10:1的流量比被引入所述腔室的所述上部。9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述上部功率和所述下部功率均以连续波的形式施加，并且所述上部功率和所述下部功率的连续波的频率彼此相等。10.根据权利要求1所述的方法，还包括在形成所述光刻胶图案之前在所述衬底上形成硬掩模层，使得所述硬掩模层介于所述衬底与所述光刻胶图案之间，其中，所述硬掩模层包括氮氧化硅。11....

【专利技术属性】
技术研发人员：李恩雨，吴相录，成正模，宣钟宇，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR