本发明涉及一种图案形成方法，且特别是涉及可产生易辨识图案的一种半导体元件图案的形成方法。
背景技术：
近年来半导体装置尺寸日益减小。对半导体技术来说，持续缩小半导体结构尺寸、改善速率、增进效能、提高密度及降低每单位集成电路的成本，成为半导体技术重要的发展目标。随着半导体装置尺寸的缩小，装置的电子特性也必须维持甚至是加以改善，以符合市场上对应用电子产品的要求。例如，半导体装置的各层结构与所属元件如有缺陷或损伤，会对装置的电子特性造成无法忽视的影响，因此是制造半导体装置需注意的重要问题之一。
以一半导体元件的图案制作工艺例如鳍式场效晶体管制作工艺(finfetprocess)为例，通常使用一侧壁图像转移(asidewallimagetransfer，sit)制作工艺来制作鳍状结构。其中芯轴的图案用来定义出主动区域中相关元素(例如鳍部)以及周边区域的切割道的相关标示图案。现有芯轴布局设计中，刻痕图案的边界太小以致于光学传感器进行检测时有难度，而此问题在制作小尺寸的半导体元件时会变得更加严重。制作工艺中辨识度不佳的标示图案恐会影响产品良率。
技术实现要素：
本发明提供一种半导体元件图案的形成方法，可提高形成的待检测图案的辨识度。
根据一实施例，提出一种半导体元件图案的形成方法，包括：提供一基底材料层具有一第一区域和第二区域；设置多个第一芯轴于基底材料层上方并对应于第一区域；设置多个第二芯轴于基底材料层上方并对应于第二区域；形成第一侧壁间隔物于第一芯轴的侧壁，且形成第二侧壁间隔物于第二芯轴的侧壁，其中该些第一侧壁间隔物形成一第一图案，该些第二侧壁间隔物形成一第二图案，且位于相邻两第二芯轴之间的第二侧壁间隔物彼此相互融合(merge)；和转移包括该些第一侧壁间隔物的第一图案和该些第二侧壁间隔物的第二图案至基底材料层，以形成一图案化基底材料层。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附的附图，作详细说明如下。然而，本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。
附图说明
图1a～图1g为本发明一实施例的一种半导体元件图案的形成方法的示意图；
图2为本发明其中一种应用例的辨识图案上视图；
图3为本发明其中一种应用例中多个第二芯轴的上视图；
图4a为本发明另一种应用例中多个第二芯轴的上视图；
图4b为沿着图4a中线段4b-4b所示的第二芯轴的另一结构示意图。
符号说明
a1：第一区域
a2、a2’：第二区域
11：基底材料层
11’：图案化基底材料层
131-133：第一芯轴
131a-133a：第一芯轴的上表面
141-143、441、442、443、444、445、446：第二芯轴
141a-143a：第二芯轴的上表面
443g、444g：第二芯轴的小区段
s1：第一间隙
s2：第二间隙
cd1：第一临界尺寸
cd2：第二临界尺寸
15：间隔材料层
t1：间隔材料层的厚度
17：空隙填充层
17’：空隙填充图案
17a：空隙填充图案的上表面
151-153、36、46：第一侧壁间隔物
151a-153a：第一侧壁间隔物的上表面
161-163：第二侧壁间隔物
161a-163a：第二侧壁间隔物的上表面
18：第一沟槽
19：第二沟槽
t2：第二沟槽的宽度
b1：第一区块
b2：第二区块
b3：第三区块
m2-1：第二芯轴的第一群组
m2-2：第二芯轴的第二群组
m2-3：第二芯轴的第三群组
d1：第一方向
d2：第二方向
具体实施方式
以下所公开的内容中，配合附图以详细说明实施例所提出的一种图案形成方法，特别是有关于可以产生容易辨识图案的一种半导体元件图案的形成方法。实施例的形成方法可应用于许多不同态样的半导体元件例如是(但不限制是)鳍式场效晶体管制作工艺或是其他制作工艺中的图案辨识，使预定区域的图案例如周边区域或切割道区域(scribelineregion)的相关标示图案(alignmentmarks)在形成后能变得更显著，例如标示图案宽度增加，以便光学传感器进行检测时可更容易地检测到形成图案。因此，应用本发明实施例的方法，可得到良好的临界尺寸(criticaldimension，cd)控制，进而提高形成的待检测图案的辨识度，以维持高产品良率。本发明实施例的方法特别适合应用于小尺寸半导体元件制作工艺或特征元件缩小的半导体装置中，以提升更微细的待检测图案的辨识度。
以下是参照所附的附图叙述本发明其中几组实施态样，以说明相关形成方法与构型。相关的步骤与结构细节例如可应用的步骤、相关层别与材料和元素(ex:芯轴)空间配置等内容如下面实施例内容所述，但本发明并非仅限于所述态样。本发明并非显示出所有可能的实施例。实施例中相同或类似的标号用以标示相同或类似的部分。再者，未于本发明提出的其他实施态样也可能可以应用。相关领域者可在不脱离本发明的精神和范围内对实施例的结构加以变化与修饰，以符合实际应用所需。而附图已简化以利清楚说明实施例的内容，附图上的尺寸比例并非按照实际产品等比例绘制。因此，说明书和图示内容仅作叙述实施例之用，而非作为限缩本发明保护范围之用。
再者，说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰权利要求的元件，其本身并不意含及代表该请求元件有任何之前的序数，也不代表某一请求元件与另一请求元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一请求元件得以和另一具有相同命名的请求元件能作出清楚区分。
图1a～图1g绘示根据本发明一实施例的一种半导体元件图案的形成方法。在一实施例中，是以两个区域(例如第一区域a1和第二区域a2)中的布局如芯轴图案设计为示例，提出示例说明，但不因而限制实际应用本发明时的图案布局。如图1a所示，提供一基底材料层(basemateriallayer)11，且基底材料层11具有例如第一区域a1和第二区域a2；并设置多个第一芯轴(firstmandrels)例如131-133与多个第二芯轴(secondmandrels)141-143于基底材料层11上方，且第一芯轴131-133对应于第一区域a1，第二芯轴141-143对应于第二区域a2。
其中，相邻的两第一芯轴(例如第一芯轴131和132)之间具有第一间隙(firstspacing)s1，相邻的两第二芯轴(例如第二芯轴141和142)之间具有第二间隙(secondspacing)s2。附图仅绘示其中一种实施态样。当然，根据实际应用条件所需，可以修饰或变化第一芯轴之间的间距以及第二芯轴之间的间距；例如，相邻的第一芯轴之间的间距可以相同或不同，相邻的第二芯轴之间的间距可以相同或不同；再者，实施例的第一间隙s1可能大于、基本上等于或是小于第二间隙s2。再者，第一芯轴之一者(例如第一芯轴132)在沿着y方向上具有第一临界尺寸(firstcriticaldimension)cd1，第二芯轴之一者(例如第二芯轴142)在沿着y方向上具有第二临界尺寸(secondcriticaldimension)，cd2，根据实际应用条件所需可以修饰或变化各芯轴的临界尺寸，且第一临界尺寸(ex:cd1)可能大于、基本上等于或是小于第二临界尺寸(ex:cd2)。第一间隙s1、第二间隙s2、第一临界尺寸与第二临界尺寸之间的变化只要能使之后形成于第二芯轴之间的第二侧壁间隔物可彼此相互融合(merge)即可应用(而此处融合的第二侧壁间隔物对应于后续所形成的容易辨识的待检测图案；后方段落有详细说明)。
于此实施例中，令第二芯轴如141-143排列得比第一芯轴如131-133更紧密(亦即第一间隙s1大于第二间隙s2)，且第二芯轴如141-143在宽度上也增加(亦即第一临界尺寸cd1小于第二临界尺寸cd2)为一示例搭配附图图1a～图1g做说明。
如图1b所示，形成一间隔材料层15(spacermateriallayer)于第一芯轴如131-133与第二芯轴如141-143上，其中间隔材料层15具有厚度t1。并且，如图1c所示，形成第一侧壁间隔物(firstsidewallspacers)例如151、152、153于第一芯轴131-133的侧壁，且形成第二侧壁间隔物(secondsidewallspacers)例如161、162、163于第二芯轴141-143的侧壁，且位于相邻两第二芯轴之间的第二侧壁间隔物彼此相互融合(亦即结合或合并)(merge)，如图1c中相互融合的第二侧壁间隔物162和163所示。
在一实施例中，第二间隙s2的宽度不超过第一侧壁间隔物之一者(例如151或152或153)的两倍厚度。一实施例中，第二间隙s2的宽度基本上等于一个第一侧壁间隔物151/152/153的两倍厚度(s2约为2×t1)。在一实施例中，第二间隙s2的宽度等于第一侧壁间隔物之一者(例如151或152或153)的厚度t1。然而本发明并不限制于上述例示态样，而是根据实际应用条件所需而可修饰或变化第二间隙s2相对于第一侧壁间隔物的厚度t1的比例，只要能使形成于相邻两第二芯轴之间的侧壁间隔物可彼此相互融合即可为应用态样。
如图1d所示，沉积一空隙填充层(gapfillinglayer)17覆盖于第一侧壁间隔物151-153、第一芯轴131-133、第二侧壁间隔物161-163和第二芯轴141-143上方。之后，移除空隙填充层17的一部分，例如以化学机械研磨(cmp)方式研磨空隙填充层17，以暴露出至少第一侧壁间隔物151-153与第二侧壁间隔物161-163的上表面，此时形成一空隙填充图案(gapfillingpattern)17’于相邻的第一侧壁间隔物之间(例如第一侧壁间隔物151和152之间，以及第一侧壁间隔物152和153之间)的空间。如图1e所示，研磨后，暴露出第一侧壁间隔物151-153的上表面151a-153a、第二侧壁间隔物161-163的上表面161a-163a、第一芯轴131-133的上表面131a-133a和第二芯轴141-143的上表面141a-143a。在一实施例中，空隙填充图案17’的上表面17a例如是与第一侧壁间隔物151-153的上表面151a-153a、第二侧壁间隔物161-163的上表面161a-163a、第一芯轴131-133的上表面131a-133a和第二芯轴141-143的上表面141a-143a大致上齐平。
再者，如图1d所示，由于相邻的第二芯轴141-143之间的第二侧壁间隔物已经相互融合而填满该些位置的空间，因此在沉积空隙填充层17时就无法填入相邻第二芯轴141-143之间，只会形成于第二侧壁间隔物如162和163的上方。因此于后续部分移除空隙填充层17的步骤后，空隙填充图案17’也是位于第二芯轴141-143以外的位置，如图1e所示。之后进行图案转移。
如图1f所示，移除第一侧壁间隔物151-153和第二侧壁间隔物161-163。此时，基底材料层11上方包括空隙填充图案17’、第一芯轴131-133、第二芯轴141-143。
如图1g所示，以空隙填充图案17’、第一芯轴131-133和第二芯轴141-143为一掩模而对基底材料层11进行蚀刻，以形成一图案化基底材料层(patternedbasemateriallayer)11’。因此，在转移步骤中，包括第一侧壁间隔物151-153的第一图案和包括第二侧壁间隔物161-163的第二图案以及空隙填充图案17’转移至基底材料层11。图案转移完成后，移除空隙填充图案17’、第一芯轴131-133、第二芯轴141-143。另外，实施例中，基底材料层11/图案化基底材料层11’可能是包括一种或多种用以形成半导体元件的材料，例如是一硅基板材料、一氧化物材料、一多晶硅材料或其他材料，本发明对此并不多做特别限制。
如图1g所示，图案化基底材料层11’包括多个第一沟槽(firsttrenches)18设置于第一区域a1且对应于第一图案(i.e.第一侧壁间隔物151-153)，和多个第二沟槽(secondtrenches)19设置于第二区域a2且对应于第二图案(i.e.第二侧壁间隔物)。由于第二沟槽19对应融合的侧壁间隔物的位置，因此图案转移后会形成(相对于第一沟槽18)较宽的沟槽，以此做为应用时的待辨识图案(ex:切割道的辨识图案)可有效提升图案辨识度。在一实施例中，第二沟槽19至少其中之一的宽度例如宽度t2(沿着y-方向)大于第一沟槽18至少其中之一的宽度(例如等于间隔材料层15的厚度t1)。在一实施例中，各个第二沟槽19的宽度(ex:宽度t2)都大于各个第一沟槽18的宽度(ex:宽度t1)。
虽然上述示例搭配附图图1a～图1g以第二芯轴141-143排列得比第一芯轴131-133更紧密(i.e.s1>s2)且第二芯轴141-143的宽度大于第一芯轴131-133的宽度(i.e.cd2>cd1)为例做说明，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，也可使第二芯轴141-143不加宽，即其宽度大致上与第一芯轴131-133宽度相等，但是通过第二芯轴141-143排列得比第一芯轴131-133更紧密，而达到使第二侧壁间隔物可相互融合的目的。
在一应用例中，第一区域a1例如是一存储器区域(cellregion)或称主动区域，第二区域a2例如是一周边区域或一切割道区域(scribelineregion)，而如第1g图所示的第二沟槽19例如是做为切割道的辨识图案。但是本发明并不限制于此种应用。在其他应用中，第一区域a1和第二区域a2可都对应辨识图案的区域。请参照图2，其绘示本发明其中一种应用例的辨识图案上视图。其中，对应第一区域a1的芯轴的侧壁间隔物不会相互融合，而对应第二区域a2的芯轴的侧壁间隔物则相互融合，因此如图2所示的辨识图案的第一区域a1包括窄沟槽的图案(例如前述第一沟槽18)，而辨识图案的第二区域a2包括宽沟槽的图案(例如前述第二沟槽19，对应相互融合的侧壁间隔物)。
另外，本发明的其他应用例中，自上视角度观看，也可形成多个第二芯轴的群组，且该些群组例如是可规则排列(如矩阵排列)或不规则排列，而位于相邻第二芯轴的群组之间的第二侧壁间隔物36彼此相互融合。图3绘示的本发明其中一种应用例中多个第二芯轴的上视图。在一实施例中，多个第二芯轴位于第二区域a2’中(也可参考前述第二区域a2中关于第二芯轴141-142与其他相关元件的结构与步骤说明)，例如是包括对应第一区块(firstblock)b1的第二芯轴的第一群组(firstgroupofthesecondmandrels)m2-1、对应第二区块(secondblock)b2的第二芯轴的第二群组m2-2和对应第三区块b3的第二芯轴的第三群组m2-3。其中第一区块b1与第二区块b2相邻，第三区块b3与第二区块b2相邻。自上视角度观看，该些第二芯轴(ex:m2-1、m2-3、m2-3)沿着第一方向d1(例如x-方向)延伸，而第二芯轴的第一群组m2-1、第二芯轴的第二群组m2-2与第二芯轴的第三群组m2-3沿着第二方向d2(ex:y-方向)分布以分别在第一区块b1至第三区块b3中分布成三个芯轴行(threemandrelcolumns)。以两个块状区域的芯轴分布为例，例如相邻的第一区块b1和第二区块b2，第二芯轴的第一群组m2-1对齐于第二芯轴的第二群组m2-2(图3)；位于相邻的第二芯轴的第一群组m2-1与第二芯轴的第二群组m2-2之间的第二侧壁间隔物36彼此相互融合，而于图案转移后形成易辨识的图案。当然本发明的应用并不限制于此，相邻的第二芯轴的群组，其芯轴位置也可相互错开或其他方式排列。
另外，在其他应用态样中，第二芯轴还可包括多个小区段(smallsegments)。请参照图4a和图4b，图4a为本发明另一种应用例中多个第二芯轴的上视图。图4b为沿着图4a中线段4b-4b所示的第二芯轴的另一结构示意图。如图4a所示的第二芯轴441-446沿着第一方向d1(ex:x-方向)延伸并沿着第二方向d2(ex:y-方向)排列成行，相邻的第二芯轴441-446之间例如是(但不限制是)具有第二间隙s2，且相邻的第二芯轴441-446之间的第二侧壁间隔物46彼此相互融合(相关内容的细节可参照上述实施例内容，在此不再赘述)。在另一实施例中，第二芯轴例如图4b所示的第二芯轴443和444分别包括相互分隔开来的多个小区段(smallsegments)443g和444g沿着第一方向d1(ex:x-方向)分布；而相邻的小区段443g和444g可以相互对齐或是错开，本发明对此并不多做限制。
根据上述，实施例所提出的一种半导体元件图案的形成方法，可使预定区域的图案例如周边区域或切割道区域的相关标示图案(alignmentmarks)在形成后能变得更显著(例如标示图案宽度增加)，以便光学传感器进行检测时可更容易地检测到形成图案。因此，应用本发明实施例的方法，可得到良好的临界尺寸控制，进而提高形成的待检测图案的辨识度，以维持高产品良率。本发明实施例的方法特别适合应用于小尺寸半导体元件制作工艺或特征元件缩小的半导体装置中，以提升更微细的待检测图案的辨识度，对于其他元件电性也无不良影响。再者，实施例所提出的方法以简化而有效率的步骤形成半导体元件图案，除了可有效提高图案辨识，与现有制作工艺也相容，十分适合量产。
其他实施例，例如布局上不同区域或区块与芯轴的位置构与排列等，也可能可以应用，可视应用时的各区域或区块中芯轴分布对应实际应用所需而作适当选择与改变。因此，如图中所示的结构或图案仅作说明之用，并非用以限制本发明欲保护的范围。另外，相关技术者当知，实施例中构成部件的形状和位置也并不限于图示所绘的态样，也是根据实际应用时的需求和/或制造步骤在不悖离本发明的精神的情况下而可作相应调整。
虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。