半导体器件和方法与流程

本申请涉及半导体器件及其制造方法。

背景技术：

半导体器件被用在各种电子应用中，例如个人计算机、行动电话、数码相机以及其他电子装备。半导体器件通常是通过这样的方式制造的：在半导体衬底上方依次沉积绝缘层或电介质层、导体层和半导体材料层，并使用光刻和刻蚀处理来对这些各种材料层进行图案化以在其上形成电路组件和要素。

半导体产业通过持续减小最小特征(feature)尺寸以允许将更多组件集成到给定面积中，来持续地提高各种电子组件(例如晶体管、二极管、电阻器、电容器等)的集成密度。但是，随着最小特征尺寸的减小，在所用的各个处理中出现了附加问题，这些附加问题应当得到解决。

技术实现要素：

在一个方面，提供了一种制造半导体器件的方法，该方法包括把硬掩膜材料暴露于湿法刻蚀溶液以及用湿法刻蚀溶液移除硬掩膜材料的至少一部分。其中，湿法刻蚀溶液包括促刻蚀剂材料和螯合剂溶剂，促刻蚀剂材料能够与硬掩膜材料反应，螯合剂溶剂对促刻蚀剂材料与硬掩膜材料的反应进行催化。

在一个方面，提供了一种制造半导体器件的方法，该方法包括把硬掩膜材料沉积到衬底上以及用湿法刻蚀处理对硬掩膜材料进行图案化。其中，湿法刻蚀处理利用半水溶液，半水溶液包括至少一种氟供体材料以及催化剂，该催化剂允许氟供体材料在约5到约8之间的ph值移除硬掩膜材料的被暴露部分。

在一个方面，提供了一种制造半导体器件的方法，该方法包括提供非晶硅的第一层，以及用不含氧化剂的湿法刻蚀处理对非晶硅的第一层进行刻蚀。该湿法刻蚀处理使用ph值在约5到约8之间的湿法刻蚀剂，该湿法刻蚀剂包括：第一氟供体材料；第二氟供体材料；与所述非晶硅的第一层上的位点进行螯合的溶剂；水。

附图说明

在结合附图阅读时，从下面的详细说明会最佳地理解本公开的各个方面。应当注意，根据产业的标准做法，各种特征不是按比例绘制的。事实上，为了讨论的清楚，各个特征的尺寸可能被任意增大或减小了。

图1a-1b图示了根据某些实施例，光刻胶的放置和图案化。

图2a-2b图示了根据某些实施例，与芯轴(mandrel)相邻的间隔件(spacer)的形成。

图3a-3b图示了根据某些实施例，另一光刻胶的放置和图案化。

图4a-4b图示了根据某些实施例，芯轴的移除。

图5a-5d图示了根据某些实施例，芯轴的图案化。

图6a-6b图示了根据某些实施例，间隔件的形成。

图7a-7b图示了根据某些实施例，光刻胶的放置。

图8a-8b图示了根据某些实施例，芯轴的移除。

图9图示了根据某些实施例，电介质层的图案化。

图10图示了根据某些实施例，导体材料在电介质层内的放置。

具体实施方式

下面的公开内容提供了用于实施本发明不同特征的许多不同实施例或示例。下文描述了组件和布局的具体示例以简化本公开。当然，这些仅仅是示例而不是意在限制。例如，在下面的说明中，在第二特征上方或之上形成第一特征可以包括以直接接触的方式形成第一、第二特征的实施例，也可以包括在第一、第二特征之间可能形成有附加特征，使得第一、第二特征可以不直接接触的实施例。另外，本公开可能在各个示例中重复了标号和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身并不要求所讨论的各个实施例和/或配置之间存在关系。

此外，本文中可能使用了空间相对性的术语(例如“下方”、“之下”、“低于”、“以上”、“上部”等)，以易于描述图中所示一个要素或特征相对于另一个(一些)要素或一个(一些)特征的关系。这些空间相对性的术语意在也涵盖了器件在使用或工作中除了图中所示朝向之外的不同朝向。装置可能以其他方式定向(旋转了90度或处于其他朝向)，因而本文中所用的空间相对性描述符可能被类似地解释。

下文将针对用于使用半水(semi-aqueous)刻蚀溶液对用于形成半导体器件层的掩膜层进行图案化的方法描述一些实施例。但是，以下描述的实施例可以用于广泛的应用，包括半导体制造工艺节点，例如20nm、16nm、10nm、7nm、5nm、3nm、2nm或更小的工艺节点。

图1a至图10是根据一种实施例，半导体器件100的图案化中的中间阶段的剖视图。图1a和图1b分别图示了半导体器件100在处理的中间阶段的俯视图和剖视图。图1b是沿图1a中的a-a线的剖视图。图2b至8b也是沿相应的俯视图(图2a至8a)中的同一a-a线的剖视图。

参考图1a和1b，半导体器件100包括可选的刻蚀停止层(esl)20、半导体器件层22、抗反射涂层(arc)24、硬掩膜层26、28、30和32、以及硬掩膜层26-32上方的三层光刻胶40。半导体器件层22是希望受到图案化的层。在一些实施例中，半导体器件层22是要被用于金属线的金属层，并由铜、铝等或其组合制成。在其他实施例中，半导体器件层22是电介质层，例如低k电介质层、聚合物层等。在其他的实施例中，半导体器件层22是衬底，并由半导体材料制成，例如硅、锗、金刚石等。或者，也可以使用化合物材料，例如硅锗、碳化硅、砷化镓、砷化铟、磷化铟、碳化硅锗、磷砷化镓、磷化铟镓、它们的组合等等。在一些实施例中，半导体器件层22是衬底，esl20可以被省略。在一些实施例中，半导体器件层22不是衬底，衬底(未示出)可以在可选的esl20下方。该衬底(未示出)可以由于上述类似的材料形成，这里将不再重复描述。

衬底(未示出)或者半导体器件层22(在半导体器件层22是衬底的那些实施例中)可以包括有源(active)和无源(passive)器件(未示出)。如本领域普通技术人员会理解的，可以用各种各样的器件(例如晶体管、电容器、电阻器、它们的组合等等)来针对半导体器件100生成布图设计的结构和功能需求。这些有源和无源器件可以用任何合适的方法来形成。

arc24可以在半导体器件层22的上方形成。arc24防止随后的光刻处理中的辐射从下方的层反射开并干扰曝光处理。这样的干扰可能增大光刻处理的临界尺寸。arc24有时被称为抗反射层(arl)24。在一些实施例中，arc24是无氮arc(nfarc)24，并由富硅氧化物(silicon-richoxide，sro)、碳氧化硅等或其组合来制成。在一些实施例中，arc24通过化学气相沉积(cvd)、等离子体增强cvd(pecvd)等或其组合来形成。

硬掩膜层26、28、30和32被形成于arc24上方。在一种实施例中，硬掩膜层26是金属硬掩膜层，硬掩膜层28、30、32是电介质硬掩膜层。在随后的处理步骤中，使用各种光刻和刻蚀技术把图案转移到硬掩膜层26上。硬掩膜层26然后可以作为图案化掩膜，用于对下方的arc24和半导体器件层22进行刻蚀。硬掩膜层26可以是遮蔽材料，例如氮化钛、氧化钛等或其组合。可以使用诸如cvd、化学气相沉积(pvd)、原子层沉积(ald)等或其组合之类的处理来形成硬掩膜层26。在一种实施例中，硬掩膜层26被形成为具有从约100埃到约500埃的厚度。

硬掩膜层28可以被沉积在硬掩膜层26上方。硬掩膜层28可以给硬掩膜层26用作遮蔽图案。在随后的处理步骤中，用多个图案对硬掩膜层28进行图案化(参见图8a和8b)，这些图案然后可以被转移到硬掩膜层26。硬掩膜层28可以是遮蔽材料，例如四乙氧基硅烷(teos)、sioxcy等或其组合。可以用诸如cvd、ald等或其组合之类的处理来形成硬掩膜层28。在一种实施例中，硬掩膜层28被形成为具有从约100埃到约1000埃的厚度。

硬掩膜层30被形成在硬掩膜层28上方。硬掩膜层30可以用于形成芯轴30’(参见图5b)，并且在下文中将被称为芯轴层30。芯轴层30可以是遮蔽材料，例如非晶硅、氧化硅、氮化硅等等或其组合。可以用诸如cvd、ald等或其组合之类的处理来形成芯轴层30。在一种实施例中，硬掩膜层30被形成为具有从约200埃到约1000埃的厚度。

硬掩膜层32被形成在硬掩膜层30上方。硬掩膜层32可以用于形成芯轴32’(参见图2b)，并且在下文中将被称为芯轴层32。芯轴层32可以是遮蔽材料，例如氮化硅、氧氮化硅、氮化硅等等或其组合，也可以是可以被图案化和选择性移除的任何其他材料。可以用诸如cvd、ald等或其组合之类的处理来形成芯轴层32。在一种实施例中，硬掩膜层32被形成为具有从约200埃到约1000埃的厚度。

三层光刻胶40被形成在芯轴层32上方。三层光刻胶40包括顶部光刻胶层38、中间层36和底部层34。随着先进半导体制造工艺到达光刻处理的极限，已经出现了对于更薄的顶部光刻胶层的需求，以实现更小的工艺窗口。但是，薄的顶部光刻胶层对于支持目标层(例如，芯轴层32)的刻蚀而言可能不够可靠。三层光刻胶提供了较薄的顶部光刻胶层38。中间层36可以包括抗反射材料(例如底部抗反射涂层(barc)层)，以帮助顶部光刻胶层38的处理中的曝光和聚焦。通过设置中间层36，薄的顶部光刻胶层38仅用于对中间层36进行图案化。底部层34可以包括硬掩膜材料，例如氮化物(例如sion)。中间层36被用来对底部层34进行图案化。在另一种实施例中，中间层36可以包括硬掩膜材料，而底部层34包括barc层。在一些实施例中，中间层36相对于底部层34具有高的刻蚀选择性，在一些实施例中，底部层34比中间层36厚多于十倍。这样，三层光刻胶40允许对下方各层(例如芯轴层32)可靠的图案化，同时仍然提供了较薄的顶部光刻胶层38。

可以使用任何合适的光刻技术来对顶部光刻胶层38进行图案化。例如，光掩膜(未示出)可以被沉积在顶部光刻胶层38上方，顶部光刻胶层38然后可以被曝光于辐射束，例如紫外(uv)或准分子激光，例如来自氟化氪(krf)准分子激光器的248nm波束，或者来自氟化氩(arf)准分子激光器的193nm波束。可以用浸没式光刻系统来执行顶部光刻胶层38的曝光，以提高分辨率和减小最小可实现的节距(pitch)。可以执行烘烤或固化操作来使顶部光刻胶层38硬化，并可以使用显影剂来移除顶部光刻胶层38的经曝光部分或未曝光部分，这取决于使用了正光刻胶还是负光刻胶。这样，在顶部光刻胶层38中形成图案，例如图1a和1b所示的图案，该图案包括顶部光刻胶层38中的两个开口，每个开口具有宽度w1。这两个开口被分开一个宽度w2。这些宽度w1、w2和下文的宽度(参见宽度w3)被相对于要被施加到半导体器件层22的希望的图案间距和/或宽度(用x来代表，参见图9)来描述的。在一种实施例中，宽度w1约为5x，宽度w2约为3x。在一种示例性实施例中，希望的间距和宽度值x在约16nm到约20nm之间。在x为16nm的这种示例中，所得的节距会是32nm(参见图8a和8b)，宽度w1(5x)会是约80nm，而宽度w2(3x)会是约48nm。

图1a和1b图示了光刻胶38中的两个开口，但取决于所希望的间隔件52的数目，可以有更多或更少的开口(参见图8b)。另外，尽管图8a和图8b中的宽度和间距是相等的，但本公开也想到了其他实施例，其中间隔件52的宽度和间距不相等。

图2a和2b图示了在对芯轴层32进行图案化，形成开口和芯轴32’之后所得的结构。在对顶部光刻胶层38进行曝光和图案化之后，该图案被分别转移到中间层36和底部层34。该图案例如可以通过一个或多个选择性刻蚀处理来转移。在选择性刻蚀处理之后，可以用例如修整(trim)处理来移除顶部光刻胶层38和中间层36，例如各向异性等离子体刻蚀处理。在一些实施例中，底部层34的一些部分也在该修整处理中被移除，以给后续刻蚀步骤实现更稳定的高宽比(aspectratio)。在一种实施例中，用底部层34作为图案化掩膜对芯轴层32进行刻蚀，形成芯轴32’。在该实施例中，例如用湿法清洁处理来移除底部层34的剩余部分。在另一实施例中，修整处理被省略，用三层光刻胶40的全部三个层(38、36和34)来对芯轴层32进行图案化，从而形成芯轴30’。在一些实施例中，用干法刻蚀处理来对芯轴层32进行图案化，刻蚀处理气体包括o2、co2、cxhyfz、ar、n2、h2等或其组合。如图2a和2b所示，芯轴32’被形成为具有宽度w2。

在形成芯轴32’之后，在芯轴32’和硬掩膜层30上方形成间隔层(未示出)。在一种实施例中，间隔件被共形(conformal)地沉积在芯轴32’和硬掩膜层30上方，使得硬掩膜层30的顶面和芯轴32’的侧壁上的间隔层的厚度基本上是相同的厚度。在一些实施例中，间隔层是含金属的间隔层，并由氮化钛、氧化钛、氧化铝等或其组合来制成。间隔层的材料被选择为相对于硬掩膜层30具有高的刻蚀选择性，使得随后的刻蚀步骤可以在间隔层上执行而不会显著侵蚀硬掩膜层30。可以通过诸如ald、cvd、pvd等或其组合之类处理来沉积间隔层，但也可以使用任何可接受的处理来把间隔层形成到从约50埃到约250埃的厚度。此外，可以选择间隔层的厚度来确定半导体器件层22中最终形成的特征的厚度。

在芯轴32’上方形成间隔层之后，可以对间隔层进行刻蚀以使芯轴32’暴露并形成间隔件42。间隔层的顶部可以受到各向异性刻蚀，以暴露出下方的芯轴32’和硬掩膜层30来形成间隔件42。间隔件42在芯轴层的开口中沿着芯轴32’的侧壁形成。在一种实施例中，用来对间隔层的顶部进行刻蚀的刻蚀剂是cl2、o2、cxhyfz、n2、h2等或其组合，或者能够将间隔层的顶部移除的任何合适的刻蚀剂。在一种实施例中，间隔件42被形成为具有约1x的宽度w5，相邻间隔件42之间的宽度w3约为3x或在约48nm到约62.5nm之间。在一些实施例中，宽度w2和w3基本相等。

在形成这些间隔件42之后，在间隔件42和芯轴32’上方形成三层光刻胶50，如图3a和3b所示。三层光刻胶50可以基本上类似于三层光刻胶40，并包括较薄的顶部光刻胶层48、中间层46(例如barc)以及底部层44(例如硬掩膜材料)。

顶部光刻胶层48可以通过使用浸没式光刻系统来被图案化，以使顶部光刻胶层48的一些部分暴露，并取决于使用了正/负光刻胶来对所暴露的/未暴露的部分进行显影，该浸没式光刻系统包括辐射束，该辐射束可以是来自krf准分子激光器的248nm波束或来自arf准分子激光器的193nm波束。这样，在顶部光刻胶层48中形成图案(例如图3a和3b所示的图案)，该图案包括顶部光刻胶层48中的三个开口，这些开口由具有宽度w4的一部分顶部光刻胶层48分开。在一种实施例中，宽度w4从约3x到约5x，例如约4x。顶部光刻胶层48的图案将被用来遮蔽在间隔件42之间暴露的硬掩膜层30的那些部分，使得可以通过后续的刻蚀处理来移除芯轴32’。因此，宽度w4应当大于或等于硬掩膜层30的被暴露部分的宽度w3，并且宽度w4应当小于宽度w3加上硬掩膜层30的被暴露部分周围的间隔件42的宽度。在一些实施例中，顶部掩膜层48中形成的这些开口也具有宽度w4。图3a和3b所示的图案仅是为了示例目的，取决于半导体器件100的设计，可以形成不同的图案。

图4a和4b图示了对顶部光刻胶层48的开口中暴露的芯轴32’(参见图3a和3b)的移除。用顶部光刻胶层48对三层光刻胶50的中间层46和底部层44进行图案化，使得芯轴32’的顶面暴露。在一种实施例中，用干法刻蚀处理对所暴露的芯轴32’进行图案化，刻蚀处理气体包括o2、co2、cxhyfz、ar、n2、h2等或其组合，或者能够移除芯轴32’而不破坏间隔件42的任何其他合适的刻蚀剂。

图5a和5b图示了用间隔件42对硬掩膜层30进行图案化以形成芯轴30’。在一种实施例中，可以用例如湿法刻蚀处理形成芯轴30’，该处理使用半水体系(该体系包括水作为一种成分)，湿法刻蚀溶液70(在图5b中由标号为70的那些“x”代表)能够保护其他暴露表面(例如可能包括-oh基团的表面，例如在下方的硬掩膜层28是氧化硅的实施例中)或可能包括金属氧化物的其他暴露表面(例如氧化钛或氧化铝)。

在一种实施例中，湿法刻蚀溶液70使用溶剂、促刻蚀剂(etchingdrivingforce)、ph控制缓冲剂、抑制剂、表面活性剂和水。溶剂不仅被用作混合和递送体系，而且用作螯合剂，该螯合剂可以被放置在湿法刻蚀溶液70内并用来帮助对促刻蚀剂(下文将进一步描述)与硬掩膜层30的材料(例如硅)之间的反应进行催化。这样，该溶剂至少部分地取决于硬掩膜层30的材料和促刻蚀剂。但是，在一种实施例中，硬掩膜层30是非晶硅，促刻蚀剂是氟供体(fluorinedonor，下文将进一步描述)，该溶剂可以包括n-乙醇酰胺衍生配体(n-ethanolamidederivativeligand)。在一种具体实施例中，该溶剂可以具有如下结构：

其中，r1是烷基、脂或有机环，r2是烷基、脂或有机环(cyclicring)；或者，r1和r2可以形成环。

在具体实施例中，溶剂可以是1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮、n,n-二乙醇油酸酰胺、n-羟乙基邻苯二甲酰亚胺、1-(2-羟乙基)-吡咯烷-2,5-二酮、n-(2-羟乙基)-1,2,3,6-四氢邻苯二甲酰亚胺，它们可以分别具有如下结构：

但是，尽管详细描述了该溶剂的上述实施例，这些实施例意在举例说明而非限制性的。相反，可以利用任何合适的材料作为该溶剂。所有这些材料完全应当认为包含在这些实施例的范围之内。

在一种实施例中，该溶剂可以以在刻蚀处理过程中足够作为催化剂的浓度而存在。这样，该溶剂可以具有约10wt％到约70wt％之间的浓度，例如约40wt％。但是，可以利用任何合适的浓度。

促刻蚀剂可以是适于在由溶剂催化时与硬掩膜层30的材料(例如非晶硅)发生反应的刻蚀剂。在一种具体实施例中，促刻蚀剂可以是单一的氟供体，例如氟化物盐，其结构例如为af，其中“a”代表氨、胺或含磷的基团。这样的盐会在湿法刻蚀处理过程中分解成a+和f-以提供氟离子。在一种实施例中，该单一的氟供体可以在湿法刻蚀溶液70中以约0.1wt％至约10wt％的浓度存在，例如约0.3wt％。

在另一实施例中，可以利用氟离子的多个来源。例如，除了该af单一氟供体，还可以利用氟离子的第二供体。在一种具体实施例中，可以利用第二供体(例如dhf2)，其中“d”也可以包括氨、胺或含磷的基团。这样的供体也会分解成d+和hf2-。在这样的实施例中，单一氟供体(例如af)可以以约0.1wt％至约5wt％的浓度存在，例如约0.2wt％，而第二供体(例如dhf2)可以以约0.1wt％至约5wt％的浓度存在，例如约0.2wt％。

通过利用这些单一供体或多个供体的实施例，可以通过对湿法刻蚀溶液70的ph值进行调整来对硬掩膜层30的材料(例如非晶硅)的移除进行调整。尤其是，通过对ph值进行调整，可以通过改动湿法刻蚀溶液70的ph值来更改产生f-和hf2-的相对离解速率。在一种具体实施例中，湿法刻蚀溶液70的ph值可以被保持在约4.5至约5.5之间，例如约5.3。但是可以利用任何合适的ph值。

为了控制湿法刻蚀溶液70的ph值，湿法刻蚀溶液70还可以包括缓冲剂，以控制ph值并以致过度刻蚀。在一种实施例中，缓冲剂可以是胺或碱性成分，该成分可以被添加来改动湿法刻蚀溶液70的总体ph值。在一种具体实施例中，缓冲剂可以是氨基乙醇(mea)，但也可以利用任何合适的缓冲剂。缓冲剂可以在湿法刻蚀溶液70中以约1wt％至约5wt％的浓度存在，例如约3wt％。但是可以利用任何合适的浓度。

可选地，可以利用表面活性剂来降低湿法刻蚀溶液70的表面张力并增大湿法刻蚀溶液70的润湿能力。另外，在一些实施例中，表面活性剂还可以被用作氧化物抑制剂。在一种实施例中，表面活性剂可以是具有醇基的长链烃(例如乙二醇)，其浓度在约0.1wt％至约10wt％之间，例如约0.3wt％。例如，表面活性剂可以包括<0.3wt％。在具体实施例中，表面活性剂可以是环氧乙烷(ethyleneoxide)、环氧丙烷(propyloxide)、其组合等等。但是，可以使用任何合适浓度的任何合适表面活性剂。

为了帮助混合和递送上述成分，这些成分可以被放置在水中，使得湿法刻蚀溶液70是半水溶液。在一种实施例中，水会组成湿法刻蚀溶液70的剩余部分。这样，水可以具有约30wt％至约90wt％之间的浓度，例如约70wt％。但是可以利用任何合适的浓度。

通过在湿法刻蚀溶液70内利用该溶剂来对反应进行催化，不需要在湿法刻蚀溶液70中使用氧化剂，从而可以省略这些氧化剂。另外，也不需要极端的ph值(例如大于约10或12，或者小于约4)，使湿法刻蚀处理能够在柔和得多的ph值(例如约5至约8之间)进行，扩大了工艺窗口。这些柔和的条件使得能够对更脆弱的材料(例如硬掩膜层28中teos形成的氧化硅，或者其他实施例中的暴露表面，例如低k形式的多孔材料)破坏更小，这些材料可能被高ph值的刻蚀剂(通常包括koh、tmah、sc-1等)破坏或者可能被具有氧化剂的溶液(例如hf-h2o2、hf-nho3等)破坏。

一旦制备了湿法刻蚀溶液70，就可以使湿法刻蚀溶液70与芯轴层30实体接触。在一种实施例中，可以用浸入法通过把包括芯轴层30的结构浸在湿法刻蚀溶液70的池中，来使湿法刻蚀溶液70与芯轴层30的材料接触。但是，也可以利用使湿法刻蚀溶液70与芯轴层30接触的任何其他合适的处理，例如泥浆(puddle)处理、喷射(spray-on)处理、它们的组合等等。

另外，利用湿法刻蚀溶液70进行的湿法刻蚀处理可以在约30℃至约65℃之间的温度执行，例如约50℃。此外，湿法刻蚀处理可以一直持续，直到芯轴层30的材料(例如非晶硅)受到图案化并且硬掩膜层28被暴露为止(例如在约100nm至约5nm之间，例如约250nm)。但是可以利用任何合适的温度和时间。

图5c图示了一种可能的反应机制，不限于理论，该机制有助于说明在柔和的ph值且不使用氧化剂的情况下对芯轴层30的材料(例如非晶硅)的刻蚀。在该实施例中，溶剂(如上所述)可以与暴露的-oh基团建立氢键，然后通过分子间成环作用来与相邻的氧原子反应。一旦键合，该溶剂使si-o键弱化，使得氟原子(来自促刻蚀剂的离解)会更容易地反应并侵蚀硅和溶剂之间的硅-氧键，劈开与溶剂的键并代替该溶剂(该溶剂然后重组)并留下氟原子作为暴露的基团。

图5d图示了另一种可能的反应机制，具体使用了1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮作为溶剂。在该机制中，同样不限于理论，1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮会与暴露的-oh基团建立氢键，然后与相邻的氧原子反应。一旦键合，氟原子(来自促刻蚀剂的离解)会反应，劈开与1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮的键并代替1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮(它然后重组)并留下氟原子作为暴露的基团。另外，氧离子也会插入硅表面来代替暴露的氢，氧然后水解以形成羟基硅酮(siliconehydroxide)。

一旦氟发生了反应并作为芯轴层30的材料(例如非晶硅)的暴露基团而存在，氟会与半水湿法刻蚀溶液70中存在的水发生水解反应。水解反应将氟连同硅一起移除，从而完成从芯轴层30移除硅并实际上刻蚀和移除芯轴层30的材料。

但是，通过使用该溶剂来帮助催化该反应，湿法刻蚀溶液中不需要氧化剂。此外，也不需要极端的ph值来完成这些材料的移除。这样，其他暴露的材料(例如下方的硬掩膜层28的材料，例如氧化硅等)不像在极端ph值情况下或者使用氧化剂的情况下它们可能被移除得那么多。这样，可以将临界尺寸损失保持在小于4nm的正损失，例如约3nm(对于在50℃进行约240秒的刻蚀，该刻蚀得到约62.5nm的宽度w3)或约34.8nm(对于在50℃进行约1200秒的刻蚀，高宽比约为3(45/15)，该刻蚀得到约93.3nm的宽度w3)。

图6a和6b图示了沿芯轴30’的侧壁形成间隔件52。在形成芯轴30’之后，在芯轴30’和硬掩膜28上方形成间隔层(未示出)。该间隔层类似于上文所述的间隔层，这里不再重复描述，但是这些间隔层不一定要相同。间隔层的厚度可以被选择一决定半导体器件层22中最终形成的特征的厚度。

在芯轴层30’上方形成间隔层之后，可以对间隔层进行刻蚀以暴露芯轴30’并形成间隔件52。该间隔层可以用与上文所述的间隔层刻蚀类似的处理来刻蚀，这里不再重复描述，但是这些间隔层刻蚀处理不一定都相同。在一种实施例中，这些间隔件52被形成为具有宽度w6。在一种实施例中，宽度w6约为1x，相邻间隔件52之间的宽度w7约为1x。在一些实施例中，宽度w5、w6和w7基本相等。

通过在第一组间隔件42(用来形成芯轴30’)的图案的侧壁上形成第二组间隔件52，实现了四倍图案化(quadruplepatterning)以在使用更成熟的光刻技术的同时减小节距。例如，当前的工艺可以使用128nm节距的光刻术和两个16nm厚的间隔层来得到32nm节距的互连件。

图7a和7b图示了在这些间隔件52和芯轴30’上方形成三层光刻胶60。三层光刻胶60可以基本上类似于三层光刻胶40，并包括较薄的顶部光刻胶层58、中间层56(例如barc)和底部层54(例如硬掩膜材料)。

顶部光刻胶层58可以例如通过使用浸没式光刻系统来被图案化，以使顶部光刻胶层58的一些部分暴露，并取决于使用了正/负光刻胶来对所暴露的/未暴露的部分进行显影，该浸没式光刻系统包括辐射束，该辐射束可以是来自krf准分子激光器的248nm波束或来自arf准分子激光器的193nm波束。这样，在顶部光刻胶层58中形成图案，例如图7a和7b所示的图案。在一种实施例中，顶部光刻胶层58中的开口的侧壁与间隔件52的侧壁52a基本上对准(参见图6a和7a)。顶部光刻胶层58的图案将被用来遮蔽芯轴30’的一些部分，使得可以通过后续的刻蚀处理来移除芯轴30’的其他部分。图7a和7b所示的图案仅是为了示例目的，取决于半导体器件100的设计，可以形成不同的图案。

图8a和8b图示了对顶部光刻胶层58的开口中暴露的芯轴30’的那些部分的移除(参见图7a和7b)。用顶部光刻胶层58对三层光刻胶60的中间层56和底部层54进行图案化，使得芯轴30’的顶面的一些部分暴露。在一种实施例中，用干法刻蚀处理对所暴露的芯轴30’进行图案化，刻蚀处理气体包括o2、co2、cxhyfz、ar、n2、h2等、其组合，或者能够移除芯轴30’而不破坏间隔件52和硬掩膜层28的任何其他合适的刻蚀剂。

在另一实施例中，可以用上文针对图5a-5d所描述的半水湿法刻蚀溶液70对芯轴30’进行移除。尤其是，通过使用湿法刻蚀溶液70，可以利用不含氧化剂的刻蚀处理在柔和的ph值下移除这些芯轴30’。这样，可以减小对间隔件52的材料(例如氧化钛)的破坏，允许更好的刻蚀处理。

在芯轴30’的一些部分被移除之后，间隔件52留在硬掩膜层28的表面上。这些间隔件52各自具有宽度w6，它们被间隔开宽度w5或w7。在一种实施例中，宽度w5、w6和w7基本相等。在一种示例性实施例中，宽度w5、w6和w7都约为16nm，这些间隔件52的节距为32nm。

如图8a和8b所示，由这些间隔件52和剩余部分的芯轴30’所限定的图案是若干个光刻处理的组合。线条图案a(la)来自如图1a至2b所示包括三层光刻胶40和间隔件42的光刻步骤。线条图案b(lb)来自如图3a至4b所示包括三层光刻胶50和间隔件52的光刻步骤。线条图案c(lc)来自如图7a至8b所示包括三层光刻胶60和间隔件52的光刻步骤。

如图9所示，间隔件52可以用来对硬掩膜层28、硬掩膜层26、arc层24和半导体器件层22进行图案化。在一种实施例中，用干法刻蚀处理对硬掩膜层28进行图案化，刻蚀处理气体包括o2、co2、cxhyfz、ar、n2、h2等、其组合、或者能够对硬掩膜层28进行图案化的任何其他合适的刻蚀剂。然后，经过图案化的硬掩膜层28被用作掩膜来对硬掩膜层26进行图案化。在一种实施例中，用刻蚀处理对硬掩膜层26进行图案化，该处理包括的刻蚀气体包括cl2、o2、cxhyfz、ar、n2、h2等，或其组合。

可以用经过图案化的硬掩膜层28作为掩膜来对arc24进行图案化。可以用刻蚀处理对arc24进行图案化，该刻蚀处理包括的刻蚀剂例如c4f8、n2、o2、ar等，或其组合。经过图案化的硬掩膜层28可以用来将所示的图案转移到半导体器件层22(例如通过刻蚀处理)，以形成经图案化的半导体器件层22’。在一种实施例中，经图案化的半导体器件层22’的上部具有形成于其中的多个沟槽62。然后，间隔件52、硬掩膜层26以及arc24可以被移除，如图9所示。

图10图示了在经图案化的半导体器件层22’上方形成导体材料66以填充所述多个沟槽62。导体材料66例如可以包括阻挡层、籽晶层、衬垫(liner)、多个层、或它们的组合(未示出)。可以用电化学镀(ecp)方法和/或其他沉积方法在这些层/衬垫上方形成填充材料，例如铜、铜合金、铝、铝合金等，或其组合。如图10所示，可以用化学机械抛光(cmp)处理和/或刻蚀处理来从经图案化的半导体器件层22’的顶面上移除过度的导体材料，在经图案化的半导体器件层22’中形成多个导线66。这些导线66具有与图8a和8b所示的间隔件52基本相同的节距和间隔。

在一种实施例中，一种方法包括：把硬掩膜材料暴露于湿法刻蚀溶液，所述湿法刻蚀溶液包括：促刻蚀剂材料，该材料能够与所述硬掩膜材料反应；以及螯合剂溶剂，该溶剂对所述促刻蚀剂材料与所述硬掩膜材料的反应进行催化；并用所述湿法刻蚀溶液移除所述硬掩膜材料的至少一部分。在一种实施例中，所述螯合剂溶剂包括n-乙醇酰胺衍生配体。在一种实施例中，所述螯合剂溶剂包括1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮。在一种实施例中，所述促刻蚀剂材料包括第一氟供体材料。在一种实施例中，所述促刻蚀剂材料包括与所述第一氟供体材料不同的第二氟供体材料。在一种实施例中，移除所述硬掩膜材料的至少一部分是在约5到约8之间的ph值执行的。在一种实施例中，所述湿法刻蚀溶液不包括氧化剂。

在另一种实施例中，一种方法包括：把硬掩膜材料沉积到衬底上；用湿法刻蚀处理对所述硬掩膜材料进行图案化，其中，所述湿法刻蚀处理利用半水溶液，所述半水溶液包括：至少一种氟供体材料；以及催化剂，所述催化剂允许所述氟供体材料在约5到约8之间的ph值移除所述硬掩膜材料的被暴露部分。在一种实施例中，所述至少一种氟供体材料包括至少两种氟供体材料。在一种实施例中，所述硬掩膜材料是硅。在一种实施例中，所述半水溶液不含氧化剂。在一种实施例中，所述催化剂包括n-乙醇酰胺衍生配体。在一种实施例中，所述催化剂包括1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮。在一种实施例中，所述催化剂包括n-羟乙基邻苯二甲酰亚胺。

在另一种实施例中，一种方法包括：提供非晶硅的第一层；以及用不含氧化剂的湿法刻蚀处理对所述非晶硅的第一层进行刻蚀，所述湿法刻蚀处理使用ph值在约5到约8之间的湿法刻蚀剂，所述湿法刻蚀剂包括：第一氟供体材料；第二氟供体材料；与所述非晶硅的第一层上的位点进行螯合的溶剂；以及水。在一种实施例中，所述第一氟供体材料是af，其中a代表氨、胺或含磷的基团。在一种实施例中，所述溶剂是n,n-二乙醇油酸酰胺。在一种实施例中，所述溶剂是n-羟乙基邻苯二甲酰亚胺。在一种实施例中，所述溶剂是1-(2-羟乙基)-吡咯烷-2,5-二酮。在一种实施例中，所述溶剂是n-(2-羟乙基)-1,2,3,6-四氢邻苯二甲酰亚胺。

上文概述了一些实施例的特征，以使本领域技术人员可以更好地理解本公开的各个方面。本领域技术人员应当明白，他们可以容易地使用本公开作为基础来设计或修改其他处理和结构，以实施与本文所介绍的实施例相同的目的和/或实现相同的优点。本领域技术人员还应当意识到，这些等同构造并不脱离本公开的精神和范围，他们可能在不脱离本公开的精神和范围的情况下进行各种改动、替代和变更。

示例1是一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：把硬掩膜材料暴露于湿法刻蚀溶液，所述湿法刻蚀溶液包括：促刻蚀剂材料，该材料能够与所述硬掩膜材料反应；和螯合剂溶剂，该溶剂对所述促刻蚀剂材料与所述硬掩膜材料的反应进行催化；以及用所述湿法刻蚀溶液移除所述硬掩膜材料的至少一部分。

示例2包括如示例1所述的方法，其中，所述螯合剂溶剂包括n-乙醇酰胺衍生配体。

示例3包括如示例1所述的方法，其中，所述螯合剂溶剂包括1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮。

示例4包括如示例1所述的方法，其中，所述促刻蚀剂材料包括第一氟供体材料。

示例5包括如示例4所述的方法，其中，所述促刻蚀剂材料包括与所述第一氟供体材料不同的第二氟供体材料。

示例6包括如示例1所述的方法，其中，移除所述硬掩膜材料的至少一部分是在约5到约8之间的ph值执行的。

示例7包括如示例6所述的方法，其中，所述湿法刻蚀溶液不包括氧化剂。

示例8是一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：把硬掩膜材料沉积到衬底上；用湿法刻蚀处理对所述硬掩膜材料进行图案化，其中，所述湿法刻蚀处理利用半水溶液，所述半水溶液包括：至少一种氟供体材料；以及催化剂，所述催化剂允许所述氟供体材料在约5到约8之间的ph值移除所述硬掩膜材料的被暴露部分。

示例9包括如示例8所述的方法，其中，所述至少一种氟供体材料包括至少两种氟供体材料。

示例10包括如示例8所述的方法，其中，所述硬掩膜材料是硅。

示例11包括如示例8所述的方法，其中，所述半水溶液不含氧化剂。

示例12包括如示例8所述的方法，其中，所述催化剂包括n-乙醇酰胺衍生配体。

示例13包括如示例8所述的方法，其中，所述催化剂包括1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮。

示例14包括如示例8所述的方法，其中，所述催化剂包括n-羟乙基邻苯二甲酰亚胺。

示例15是一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：提供非晶硅的第一层；以及用不含氧化剂的湿法刻蚀处理对所述非晶硅的第一层进行刻蚀，所述湿法刻蚀处理使用ph值在约5到约8之间的湿法刻蚀剂，所述湿法刻蚀剂包括：第一氟供体材料；第二氟供体材料；与所述非晶硅的第一层上的位点进行螯合的溶剂；以及水。

示例16包括如示例15所述的方法，其中，所述第一氟供体材料是af，其中a代表氨、胺或含磷的基团。

示例17包括如示例15所述的方法，其中，所述溶剂是n,n-二乙醇油酸酰胺。

示例18包括如示例15所述的方法，其中，所述溶剂是n-羟乙基邻苯二甲酰亚胺。

示例19包括如示例15所述的方法，其中，所述溶剂是1-(2-羟乙基)-吡咯烷-2,5-二酮。

示例20包括如示例15所述的方法，其中，所述溶剂是n-(2-羟乙基)-1,2,3,6-四氢邻苯二甲酰亚胺。