半导体元件的精细岛状图案形成方法与流程

本发明是有关于一种半导体元件的精细岛状图案形成方法。

背景技术：

随着半导体元件整合程度的增加，现已发展出各种线宽或直径小于光刻工艺最小解析度的形成精细岛状图案的双重图案化技术。

大致上来说，现有两个主要双重图案化技术(dpt)：双微影蚀刻(lele)双重图案化技术以及自对准双重图案化(sadp)技术。双微影蚀刻在工艺开发以及设计流程实施上远较自对准双重图案化成熟，然而自对准双重图案化技术因为其在尖端-尖端(tip-tip)以及尖端-侧(tip-side)上较小的设计规范加上其自对准的本质，使其相较于双微影蚀刻双重图案化技术有较强的尺度变化潜力。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的一目的在于提供一种半导体元件的精细岛状图案形成方法，该方法能够有效地形成线宽或直径小于微影工艺最小解析度的精细岛状图案。

为了达到上述目的，依据本发明的一实施方式，一种半导体元件的精细岛状图案形成方法包含在基板上的硬遮罩层上形成第一遮罩柱；形成上缓冲遮罩层至硬遮罩层上以覆盖第一遮罩柱；对上缓冲遮罩层图案化岛状物；分离每个岛状物为次岛状物；蚀刻上缓冲遮罩层以在硬遮罩层上形成第二遮罩柱；蚀刻硬遮罩层由第一遮罩柱与第二遮罩柱所暴露的暴露部位，直到基板的部位被蚀刻；以及移除第一遮罩柱、第二遮罩柱以及硬遮罩层的残留部位。

在本发明的一实施方式中，前述岛状物在硬遮罩层上的垂直投影是位于第一遮罩柱之间。

在本发明的一实施方式中，前述形成第一遮罩柱的步骤包含基于阵列形成第一遮罩柱，其中阵列是由第一维度以及第二维度所组成。

在本发明的一实施方式中，前述形成第一遮罩柱的步骤包含基于阵列等距形成第一遮罩柱。

在本发明的一实施方式中，前述图案化岛状物的步骤包含基于阵列图案化岛状物，其中阵列是由第一维度以及第三维度组成，其中岛状物于硬遮罩层上的垂直投影以及第一遮罩柱是沿着第一维度以及第三维度排列。

在本发明的一实施方式中，其中位于第一维度以及第二维度之间夹角约为60度。位于第一维度以及第三维度之间夹角约为90度。

在本发明的一实施方式中，前述分离岛状物为次岛状物的步骤包含，使每个岛状物的次岛状物沿着第三维度排列。

在本发明的一实施方式中，前述的第一遮罩柱中沿着第三维度的两相邻者的距离，大于第一遮罩柱中沿着第一维度的两相邻者的距离。

在本发明的一实施方式中，前述形成第一遮罩柱的步骤包含在硬遮罩层上形成下缓冲遮罩层；在下遮罩层形成贯穿孔；以遮罩材料填充贯穿孔以形成第一遮罩柱；以及移除下缓冲遮罩层。

在本发明的一实施方式中，前述形成第一遮罩柱的步骤进一步包含，在填充前在贯穿孔内壁形成间隔物。

在本发明的一实施方式中，前述形成第一遮罩柱的步骤进一步包含在蚀刻上缓冲遮罩层之后以及蚀刻硬遮罩层暴露部位之前，移除填充物。

在本发明的一实施方式中，前述的形成间隔物的步骤包含，在下缓冲层的顶表面、贯穿孔的内壁上以及硬遮罩层的顶表面形成第一间隔层；以及移除第一间隔层位于下缓冲层的顶表面以及位于硬遮罩层的顶表面上的部位，并且保留第一间隔层位于贯穿孔内壁上的部位。

在本发明的一实施方式中，前述的形成间隔物的步骤进一步包含在形成上缓冲遮罩层之前，先在硬遮罩层上形成第二间隔层以覆盖第一遮罩柱以及间隔物。

在本发明的一实施方式中，前述的形成间隔物的步骤进一步包含于蚀刻上缓冲遮罩层之后以及蚀刻基板暴露部位之前，移除间隔物以及第二间隔层。

在本发明的一实施方式中，前述的形成第一遮罩柱的步骤进一步包含对第一遮罩层与下缓冲遮罩层执行平坦化工艺。

在本发明的一实施方式中，前述的上缓冲遮罩层的形成是通过旋转涂布执行。

综上所述，本发明的半导体元件的精细岛状图案形成方法能够有效地形成线宽或直径小于微影工艺最小解析度的精细岛状图案。

以上所述仅是用以阐述本发明所欲解决的问题、解决问题的技术手段、及其产生的功效等等，本发明的具体细节将在下文的实施方式及相关附图中详细介绍。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施方式能更明显易懂，现结合附图说明如下：

图1a、图2a、图3a、图4a、图5a、图6a、图7a、图8a以及图9a为分别绘示根据本发明一些实施方式的形成半导体元件的精细岛状图案形成方法在不同步骤阶段中的俯视图。

图1b、图2b、图3b、图4b、图5b、图6b、图7b、图8b以及图9b为绘示本发明的实施方式中，分别由图1a、图2a、图3a、图4a、图5a、图6a、图7a、图8a以及图9a中的结构沿着线段a-a’所得的纵剖面图。

具体实施方式

以下将详细参考本发明的多个实施方式，其实施例在附图中绘示出。尽可能地，在附图和说明书中使用相同的元件符号来指代相同或相似的元件。然而，本发明的特定结构和功能细节仅仅是为了描述示例性实施方式的目的而具有代表性的，并且因此可以以许多替代形式实现，并且不应被解释为仅限在本发明所阐述的示例性实施方式。因此，应当理解，本发明并不意图将示例性实施方式限制为所揭示的特定形式。相反地，示例性实施方式将覆盖落入本发明公开范围内的所有修改，等同物和替代方案。

为了清楚表达，附图中的隔层厚度及区域将可能被夸大，并且在附图的描述中相同的元件将以相同符号表示。

此处的第一、第二等的词汇不应限制于其所描述的不同元件。这些词汇不仅止于用于区分单一个元件与另一个元件。譬如说，在不脱离本发明的本意下，文中的第一件元件可以被描述为第二元件，同样地，文中的第二元件可以被描述为第一个元件。

当一个元件被称为“连接”或“耦接”至另一个元件时，它可以为直接连接或耦接至另一个元件，又或是其中有一个额外元件存在。用于描述元件之间的关系的其他词汇应该以类似的方式来解释(例如，“在…之间”与“直接在…之间”、“相邻”与“直接相邻”，等)。

在本发明中，除非内文中对于冠词有所特别限定，否则“一”与“该”可泛指单一个或多个。将进一步理解的是，本文中所使用的“包含”、“包含”、“具有”、及“具有”，为指明其所记载的特征、整数、步骤、操作、元件与/或组件，但不排除其所述或额外的其一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件，与/或其中的群组。

此外，相对词汇，如“下”或“底部”与“上”或“顶部”，用来描述文中在附图中所示的一个元件与另一个元件的关系。相对词汇是用来描述装置在附图中所描述之外的不同方位是可以被理解的。例如，如果一个附图中的装置被翻转，元件将会被描述原为位于其它元件之“下”侧将被定向为位于其他元件之“上”侧。例示性的词汇“下”，根据附图的特定方位可以包含“下”和“上”两种方位。同样地，如果一个附图中的装置被翻转，元件将会被描述原为位于其它元件的“下方”或“之下”将被定向为位于其他元件上的“上方”。例示性的词汇“下方”或“之下”，可以包含“上方”和“上方”两种方位。

本文是参照剖面附图描述示例性实施方式，这些剖面附图为理想化实施方式(和中间结构)。因此，作为例如制造技术和/或公差的结果的附图的形状的变化是可以预期的。因此，示例性实施方式不应被解释为限在本发明所示的区域的特定形状，而是可以包含例如由制造产生的形状的偏差。

还应当注意，在一些替代实施方式中，所注意的功能/动作可以不按附图中所示的顺序进行。例如，取决于所涉及的功能/动作，连续示出的两个附图实际上可以基本上同时执行或有时可以以相反的顺序执行。

除非另有定义，本文使用的所有术语(包含技术和科学术语)具有与本实施方式所属技术领域的技术人员通常理解的相同的含义。还将进一步理解，诸如常用词典中定义的术语应被解释为具有与相关领域背景下的含义一致的含义，并且不会以理想化或过度正式的方式解释，除非明确如此定义。

本发明的示例性实施方式提供了半导体元件的精细岛状图案形成方法。

请参照图1a以及图1b。在一些实施方式中，精细岛状图案的形成方法是包含：形成硬遮罩层110于基板100上；形成下缓冲遮罩层120于硬遮罩层110上；以及形成多个贯穿孔121至下缓冲遮罩层120。

在一些实施方式中，下缓冲遮罩层120可包含第一下层(图未示)设置于硬遮罩层110上，以及第二下层(图未示)设置于前述的第一下层上。在一些实施方式中，第一下层可包含氮化硅(siliconnitride,sin)、一氧化硅(siliconmonoxide,sio)、氮氧化硅(siliconoxynitride,sion)、碳化硅(siliconcarbide,sic)...等。在一些实施方式中，第二下层可包含sin、sio、sion、sic、碳、硅基材料...等。

请参照图2a以及图2b。在一些实施方式中，精细岛状图案的形成方法可进一步包含形成间隔物130于贯穿孔121的内壁。

在一些实施方式中，前述形成间隔物130的步骤可包含形成第一间隔层(图未示)于下缓冲遮罩层120的顶表面、贯穿孔121的内壁，以及硬遮罩层110的顶表面；以及移除第一间隔层位于下缓冲遮罩层120以及硬遮罩层110的顶表面的部位，并且保留第一间隔层位于贯穿孔121内壁的部位。意即，第一间隔层位于贯穿孔121内壁的残留部位即为间隔物130。

在一些实施方式中，前述形成第一间隔层的步骤可包含通过原子层沉积(atomiclayerdeposition,ald)工艺毯覆式地(blanket)形成第一间隔层。在一些实施方式中，移除第一间隔层位于下缓冲遮罩层120以及硬遮罩层110的顶表面部位的步骤是通过蚀刻第一间隔层的水平部位而执行。

在一些实施方式中，第一间隔层可包含sin、sio...等。

请参照图3a以及图3b。在一些实施方式中，精细岛状图案的形成方法可进一步包含将遮罩材料填充于贯穿孔121以形成多个第一遮罩柱140。

在一些实施方式中，遮罩材料可包含高份子聚合物、sin、sio...等。

在一些实施方式中，精细岛状图案的形成方法可包含对第一遮罩柱140以及下缓冲遮罩层120执行平坦化工艺。于实际应用上，对第一遮罩柱140执行平坦化工艺的步骤可通过回蚀刻工艺或者化学机械研磨(chemical-mechanicalpolishing,cmp)工艺执行。

请参照图4a以及图4b。在一些实施方式中，精细岛状图案的形成方法可进一步包含移除下缓冲遮罩层120。

请参照图5a以及图5b。在一些实施方式中，精细岛状图案的形成方法可进一步包含形成第二间隔层150于硬遮罩层110上以覆盖第一遮罩柱140以及间隔物130。

在一些实施方式中，形成第二间隔层150的步骤可包含通过原子层沉积工艺毯覆式地形成第二间隔层150。

在一些实施方式中，第二间隔层可包含sin、sio...等。

请参照图6a以及图6b。在一些实施方式中，精细岛状图案的形成方法可进一步包含形成上缓冲遮罩层160于第二间隔层150上。在一些实施方式中，形成第二间隔层150的步骤可省略，而上缓冲遮罩层160是形成于硬遮罩层110之上以覆盖第一遮罩柱140以及间隔物130。在一些实施方式中，形成间隔物130的步骤可省略，而上缓冲遮罩层160是形成于硬遮罩层110之上以覆盖第一遮罩柱140。

在一些实施方式中，上缓冲遮罩层160可包含设置于第二间隔层150上的第一上层161，以及设置于第一上层161上的第二上层162。

在一些实施方式中，第一上层161可包含sin、sio、有机化合物…等。

在一些实施方式中，形成上缓冲遮罩层160的步骤是通过旋转涂布执行。

请参照图7a以及图7b。在一些实施方式中，精细岛状图案的形成方法可进一步包含：于上缓冲遮罩层160图案化多个岛状物162a；以及使每个岛状物162a分离为多个次岛状物162b。

在一些实施方式中，图案化岛状物162a的步骤可通过一系列微影蚀刻工艺执行。在一些实施方式中，分离每个岛状物162a的步骤可通过另一系列的微影蚀刻工艺执行。

在一些实施方式中，每个岛状物162a所含的次岛状物162b的数量为2，但本发明中并不仅限于此。

在一些实施方式中，岛状物162a于硬遮罩层110上的垂直投影是位于第一遮罩柱140之间。在一些实施方式中，岛状物162a的垂直投影与第二间隔层150部分重叠(请参照图7a以及图7b)。

在一些实施方式中，形成第一遮罩柱140的步骤可包含基于阵列形成第一遮罩柱140，其中阵列由第一维度d1以及第二维度d2组成(请参照图4a)。

在一些实施方式中，形成第一遮罩柱140的步骤可包含基于阵列等距形成第一遮罩柱140。

在一些实施方式中，图案化岛状物162a的步骤可包含基于阵列图案化岛状物162a，其中阵列由第一维度d1以及第三维度d3组成(请参照图7a)。其中岛状物162a于硬遮罩层110的垂直投影以及第一遮罩柱140是沿着第一维度d1以及第三维度d3排列。

在一些实施方式中，介于第一维度d1以及第二维度d2之间的夹角α约为60度(请参照图4a)。介于第一维度d1以及第三维度d3之间的夹角β约为90度(请参照图7a)。

在一些实施方式中，沿着第三维度d3排列的两相邻的第一遮罩柱140之间的距离，大于沿着第一维度d1排列的两相邻的第一遮罩柱140之间的距离。在一些实施方式中，分离每个岛状物162a的步骤可包含使每个岛状物162a的次岛状物162b沿着第三维度d3排列。

请参照图8a以及图8b。在一些实施方式中，精细岛状图案的形成方法可进一步包含蚀刻上缓冲遮罩层160以于硬遮罩层110形成多个第二遮罩柱170。

在一些实施方式中，每个第二遮罩柱170是由设置于硬遮罩层110上的第二间隔层150的残留部位，以及设置于第二间隔层150的残留部位上的上缓冲遮罩层160中的第一上层161的残留部位所组成。在一些实施方式中，形成第二间隔层150的步骤可省略，且每个第二遮罩柱170是由设置于硬遮罩层110上的上缓冲遮罩层160中的第一上层161的残留部位所组成。

在一些实施方式中，精细岛状图案的形成方法可进一步包含于蚀刻上缓冲遮罩层160之后以及蚀刻基板100的暴露部位之前，移除间隔物130以及第二间隔层150。在一些实施方式中，移除间隔物130以及第二间隔层150的步骤可通过蚀刻执行。在一些实施方式中，形成间隔物130及/或第二间隔层150的步骤可省略，且移除间隔物130以及第二间隔层150的步骤也可省略。

请参照图9a以及图9b。在一些实施方式中，精细岛状图案的形成方法可进一步包含蚀刻硬遮罩层110由第一遮罩柱140以及第二遮罩柱170所暴露的部位直到基板100的部位被蚀刻；以及移除硬遮罩层110的残留部位。在一些实施方式中，移除第一遮罩柱140、第二遮罩柱170以及硬遮罩层110的残留部位的步骤可通过蚀刻执行。

在一些实施方式中，基板100可包含底层101以及设置于底层101上的目标层102，且基板100的被蚀刻部位即为部分的目标层102。因此，目标层102的残留部位即可作为底层101上的精细岛状图案。

在一些实施方式中，蚀刻硬遮罩层110的暴露部位的步骤可包含蚀刻硬遮罩层110的暴露部位直到部分底层101被蚀刻。

由以上对在本发明的具体实施方式的详述可以明显地看出，通过对线宽或直径小于光刻工艺的最小解析度的精细岛状图案进行多重沉积/蚀刻工艺，可使本发明的不同实施方式中的精细岛状图案有两倍或更高的图案密度。因此，半导体设备的整合度可提升。并且，先进的光刻工艺无法被大量地使用时，精细岛状图案可通过简单的工艺稳定地产出。换句话说，根据本发明中的许多实施方式所示的半导体元件的精细岛状图案形成方法，可通过一次光刻工艺以及已知材料的沉积以及回蚀工艺提供高密度岛状图案，而不需要使用高价位的半导体制造设备、工艺及材料。

虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并不用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。