專利名稱：在半導(dǎo)體裝置及包含半導(dǎo)體裝置的系統(tǒng)形成期間使用交替間隔物沉積的間距減小技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，且更特定來說涉及一種用于通過使用各種保形層及選擇性蝕刻借助光刻掩模在起始特征密度下形成特征并形成是所述第一密度的n倍的最終密度的方法，其中n為大于l的整數(shù)。
背景技水
在半導(dǎo)體裝置形成期間，通常在半導(dǎo)體晶片上方形成許多特征，例如，字線、數(shù)字線、觸點及其它特征。半導(dǎo)體裝置工程師的一個目標是在既定區(qū)域中形成盡可能多的這些特征以增大產(chǎn)率、減少制造成本并使裝置小型化。在半導(dǎo)體晶片上形成這些結(jié)構(gòu)通常需要使用光刻。光學光刻是前沿晶片處理中使用最多的方法，其包括從照明源(照明器)投射既定波長(通常為248納米(nm)或193納米)的相干光，透過具有表示待形成的特征的鉻圖案的石英光掩?；蚬庹?，并使所述圖案成像到涂布有光致抗蝕劑的晶片上。所述光以化學方式改變光致抗蝕劑并使得暴露的光致抗蝕劑(在使用正性抗蝕劑的情況下)或未暴露的光致抗蝕劑(在使用負性抗蝕劑的情況下)能夠使用顯影劑被漂洗掉。
隨著特征大小減少，持續(xù)地測試光學光刻的限度。可通過工藝推進、增強的光刻方法(稱為分辨率增強技術(shù))及改善的設(shè)備及材料來做出對特征密度的改善。
如圖1-6中所示的一種此工藝推進使用掩模，所述掩模具有既定間距(即，從一個重復(fù)特征的開始到下一特征的開始的既定距離)的重復(fù)特征連同各種層的形成以及選擇性蝕刻以使得從光刻掩模形成的特征的密度加倍。圖1描繪半導(dǎo)體晶片襯底組合件10，其包括半導(dǎo)體晶片、待蝕刻層12 (例如氮化硅層)、支撐層14 (例如使用化學氣相沉積(CVD)或旋涂技術(shù)由碳形成)及經(jīng)圖案化遮蔽層16 (例如使用光學光刻工藝形成的光致抗蝕劑層及使用光學光刻及蝕刻工藝形成的硬掩模層)。經(jīng)圖案化遮蔽層16可在光刻工藝允許的特征大小限度下形成，且包括相距既定距離18而形成的三個個別特征(三個周期/間距)。
在形成圖1的結(jié)構(gòu)之后，通過將掩模16用作圖案來執(zhí)行對支撐層14的蝕刻。此蝕刻通常是一種選擇性地針對待蝕刻層12蝕刻支撐層14的各向異性干蝕刻(即，其移除支撐層14而幾乎不或不蝕刻待蝕刻層12)。在蝕刻支撐層14之后，移除經(jīng)圖案化遮蔽層16并形成保形硬掩模層20 (例如二氧化硅)以形成圖2的結(jié)構(gòu)。
隨后，執(zhí)行對圖2結(jié)構(gòu)的間隔物蝕刻以形成具有來自所述硬掩模層沿支撐層14側(cè)壁的間隔物20'的圖3的結(jié)構(gòu)。隨后，蝕刻支撐層14以形成圖4的結(jié)構(gòu)。
接下來，將從硬掩模層形成的間隔物20'用作圖案以蝕刻待蝕刻層12，從而形成 圖5的結(jié)構(gòu)。最后，選擇性地針對待蝕刻層12蝕刻間隔物20'以形成圖6的結(jié)構(gòu)。
圖1-6的工藝具有以下優(yōu)點使用光學光刻來形成具有相距既定距離18的三個 特征的遮蔽層16，而圖6中所描繪的完成后結(jié)構(gòu)具有相距原始距離18的六個特征12 (六個周期/間距)。因此，在不需要額外光判掩模的情況下使所述距離內(nèi)特征的數(shù) 目近似加倍。
增大特征密度的各種技術(shù)描述于泰勒A勞瑞(TylerA.Lowrey)等人所著的美 國專利第5,328,810號及塞瑞狄羅伯茨(Ceredig Roberts)等人所著的美國專利第 5，254，218號中，此兩個專利均受讓于美光科技有限公司(MicronTechnology, Inc)且
如同整體闡述并入本文中。
一種用于使用具有第一間距的光學光刻掩模形成半導(dǎo)體裝置并形成具有等于1/n 的第二間距的特征的方法可是需要的，其中n為大于1的整數(shù)且不將特征大小的減小 或間隔限定為使用光刻可達到的一半。

發(fā)明內(nèi)容


圖l-6為描繪用于加倍掩模特征(例如使用光刻法形成的掩模特征)數(shù)目的常規(guī) 工藝的截面圖7-15為描繪使既定區(qū)域中特征的數(shù)目增大四倍的本發(fā)明方法的實施例的處理 過程中的半導(dǎo)體裝置的截面圖16-22為描繪使既定區(qū)域中特征的數(shù)目增大六倍的本發(fā)明方法的實施例的截
面圖23-31是描繪使既定區(qū)域中特征的數(shù)目增大三倍的本發(fā)明方法的變化形式的 另一實施例的截面圖32-38是描繪使既定區(qū)域中特征的數(shù)目增大五倍的本發(fā)明另一實施例的截面
圖39是可使用用本發(fā)明實施例形成的裝置制造的各種組件的等角描繪；且 圖40是本發(fā)明用以形成具有存儲裝置晶體管陣列的存儲器裝置的一部分的例示 性使用的方塊圖。
應(yīng)強調(diào)，本文中的圖式可能未按精確比例繪制，而僅為示意性表示。所述圖式并 不意在描繪具體參數(shù)、材料、特定用途或本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細節(jié)，其可通過所屬技術(shù)領(lǐng)域 的技術(shù)人員檢驗本文中的信息來確定。
9
具體實施例方式
術(shù)語"晶片"應(yīng)理解為基于半導(dǎo)體的材料，其中包含硅、絕緣體上硅(SOI)或 藍寶石上硅(SOS)技術(shù)、經(jīng)慘雜及未經(jīng)摻雜的半導(dǎo)體、由基底半導(dǎo)體基礎(chǔ)支撐的硅
外延層及其它半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。此外，當在以下說明中提及"晶片"時，可能已利用先前 的工藝步驟在所述基底半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)中或其上方形成區(qū)或結(jié)。另外，當在以下說 明中提及"襯底組合件"時，所述襯底組合件可包含晶片，視特定的處理階段而定， 所述晶片具有包含電介質(zhì)及導(dǎo)體以及形成于其上方的特征(例如，晶體管)的層。另 外，所述半導(dǎo)體不需要基于硅，但可基于硅-鍺、絕緣體上硅、藍寶石上硅、鍺或砷 化鎵及其它。此外，在本文中的論述及權(quán)利要求書中，針對兩個層所使用的術(shù)語"在......
上(on)"，"一個在另一個上"，意指層之間的至少某些接觸，而"在......上方(over)"
意指各層緊密接近，但可能具有一個或一個以上額外中間層，使得接觸成為可能但不 是必需的。本文所使用的"在......上(on)"或"在......上方(over)"均不暗示任何
方向性。術(shù)語"約(about)"指示所列出的值可稍微改變，只要所述改變不會導(dǎo)致所 討論的工藝或結(jié)構(gòu)不順應(yīng)本發(fā)明。"間隔物"指示作為保形層而形成于不均勻形貌上 方的層(通常為電介質(zhì))，然后對所述層進行各向異性蝕刻以移除所述層的水平部分 并留下所述層較高的豎直部分。
本發(fā)明的各種實施例使用可使間距減小的交替間隔物沉積(ASD)來實現(xiàn)可變臨 界尺寸(CD)減小比率。所述間距減小工藝可實現(xiàn)小于先前形成的光刻掩模所界定 的CD的CD。本文中描述的各種工藝實施例包括使用第一類型間隔物材料，所述第 一類型間隔物材料被用作犧牲層并以對用于圖案化下伏層的第二間隔物材料的高選 擇性將其移除。視修整比率而定，可實現(xiàn)間隔物沉積數(shù)目、每一沉積的厚度、是先前 光刻法所界定的原始值的的CD，其中n為大于1的奇數(shù)或偶數(shù)整體。換句話說， 所述工藝將圖案密度增加了 n倍。特定來說，通過將對應(yīng)間隔物蝕刻所遵循的ASD 工藝重復(fù)m次，可實現(xiàn)是起始CD的〃2^或//〖2附-7〗的00，此可視執(zhí)行兩種方法中 的哪一種而定。用于形成半導(dǎo)體裝置的本發(fā)明方法的第一實施例描繪于圖7-14中。 此工藝實施例形成減小到其原始值的7/2m的CD。值m可通過合計在ASD工藝期間 形成的間隔物層的數(shù)目來確定。
圖7描繪犧牲光刻圖案70，其包括(例如)具有截面?zhèn)缺诘纳细灿诖g刻層72 的分段區(qū)段的光致抗蝕劑。待蝕刻層72可以是半導(dǎo)體晶片、包括上覆于半導(dǎo)體晶片 或晶片區(qū)段的一個或一個以上層的半導(dǎo)體晶片襯底組合件或待經(jīng)受圖案化蝕刻的一 個或一個以上其它層。在此實施例中，光刻特征70在每一特征70的寬度及特征70 之間的間距14均大約相等的光刻限度下形成。層70可包括不同于光致抗蝕劑的經(jīng)圖 案化材料。
在形成圖7的結(jié)構(gòu)之后，使用各向同性蝕刻對光致抗蝕劑執(zhí)行修整以形成圖8 的結(jié)構(gòu)。當將光致抗蝕劑用作層70時，可通過將掩模70暴露到基于氧的等離子體(例如02/Cl2等離子體或CVHBr等離子體)來執(zhí)行所述修整。在此實施例中，對光致抗 蝕劑70的修整的目的在于使每一特征70的寬度縮小0.25 (25%)。也就是說，在修 整之后，每一特征的寬度均從預(yù)修整特征的寬度縮小了約25%。在為規(guī)定修整工藝的 此實施例及其它實施例執(zhí)行修整的替代方案中，如果光刻工藝足夠?qū)捤梢栽试S無需修 整即直接進行圖案化，則可替代地根據(jù)圖8的尺寸直接印刷光致抗蝕劑特征70。完 成后掩模的目標密度是原始圖案的四倍，其中所述原始圖案是圖7處的未經(jīng)修整光致 抗蝕劑層70。由于目標是形成是原始圖案四倍的圖案密度(即，具有原始間距'/4的 間距)，因此由1/2m指示的所需間隔物層的數(shù)目為2。
接下來，在圖8結(jié)構(gòu)的表面上方沉積第一間隔物層90 (例如二氧化硅)以形成 圖9的結(jié)構(gòu)。第一間隔物層90的目標厚度是圖7的原始圖案70的寬度的0.25倍。 參照圖9，距離92與每一經(jīng)修整光致抗蝕劑特征70的寬度相同。使用常規(guī)技術(shù)對圖 9的第一間隔物層90執(zhí)行間隔物蝕刻以形成具有第一間隔物90'的圖10結(jié)構(gòu)。
在對第一間隔物層90進行間隔物蝕刻以形成間隔物90'之后，使用(例如)由晶 片清洗所遵循的灰化工藝來移除光致抗蝕劑層70以形成圖11結(jié)構(gòu)。由于此工藝移除 極少或不移除第一間隔物90'，所以110處及92處的間隔不發(fā)生明顯變化。
接下來，在圖11結(jié)構(gòu)上方形成第二間隔物層120以形成圖12結(jié)構(gòu)。選擇第二間 隔物層120的材料以使得第一間隔物90'可選擇性地針對層120被移除(即，可移除 間隔物層90'而幾乎不或不蝕刻層120)。在此實施例中，第二間隔物層120包括氮化 硅。此層120的目標厚度也等于原始未經(jīng)修整光致抗蝕劑特征的厚度的0.25倍。由 于圖11的間距110與92大約相等，所以圖12的間距122與124也大約相等。
在形成圖12結(jié)構(gòu)之后，對第二間隔物層120執(zhí)行諸如間隔物(各向異性)蝕刻 的蝕刻以形成圖13中具有第二間隔物120'的結(jié)構(gòu)。然后選擇性地針對第二間隔物120' 移除第一間隔物90'以形成圖14結(jié)構(gòu)?？墒褂盟鶎偌夹g(shù)領(lǐng)域中已知的諸如經(jīng)緩沖氫氟 酸(HF)等濕工藝或干蝕刻工藝來選擇性地移除二氧化硅。在此實施例中，通過剩 下第二間隔物120'而形成的圖案具有是圖7的原始層70的四倍的密度(即，間距是 圖7的特征的間距的0.25倍)。用于選擇性地針對第二間隔物120'移除第一間隔物 90'的特定蝕刻視每一層所使用的材料而定，且可以是所屬技術(shù)領(lǐng)域中已知的任何合適 的蝕刻。最后，通過將間隔物120'用作圖案來蝕刻待蝕刻層72以從待蝕刻層72形成 特征。可使用以對間隔物120'合理的選擇性來移除層72并形成類似于圖15結(jié)構(gòu)的完 成后結(jié)構(gòu)的任何蝕刻劑。
對于此實施例，可以數(shù)學術(shù)語來描述與所形成的圖案相關(guān)的各種元件的大小。參 照圖7,將每一犧牲光致抗蝕劑特征70形成為任意寬度1，其中每一特征70之間的 距離14也為1;因此，間距為2。將每一光致抗蝕劑特征70修整掉X以形成圖8的 結(jié)構(gòu)。因此，每一特征70具有寬度7-X，且每一特征之間的距離14為7+X。在此實 施例中，當每一特征70具有寬度1時，X等于0.25 (即，特征70的寬度的25%)。 接下來，形成第一間隔物層90使其具有厚度"a"，因而距離92等于7+X-2"m，其中m是所述工藝中相距如此遠而形成的間隔物層的數(shù)目(即，1)。在此實施例中， 且在將CD減小到起始CD的i/2m的其它實施例中，"a"(第一間隔物層90的厚度) 的目標確定為與相等X (從每一特征70修整掉的寬度)。蝕刻第一間隔物層90以形 成圖10結(jié)構(gòu)不會改變元件70或90之間的關(guān)系。移除光致抗蝕劑特征70以形成圖 11可形成具有寬度7-AT(.7"(所述寬度是光致抗蝕劑特征70的后修整寬度)的開口 110及7+X-2am的距離92。(由于此時"a"等于X且m等于1 ， 7-X=7+X-2am，因 此不將任何工藝引發(fā)的偏差計算在內(nèi)，兩個距離110與92相等。)在圖12處，形成 第二間隔物層120使其具有厚度"a"(同樣，對于此實施例來說，"a"等于X)。 因此，距離122等于7H〖m-7〗，其中m是相距如此遠而形成的間隔物層的數(shù)目(即， 2)。接下來，蝕刻第二間隔物層120以形成圖13結(jié)構(gòu)，且移除第一間隔物層90以 形成圖14的結(jié)構(gòu)。
當圖7處的光致抗蝕劑70的原始(預(yù)修整)寬度等于l，則圖14中每一特征之 間的距離等于0.25。如以上段落中所描述，距離122等于7-X-2^m-7〗，其中對于此 實施例來說，X=a=0.25且m=2 (間隔物層的數(shù)目)。因此，可確定距離122等于 1-0.25-2(2-1)0.25=0.25。此外，距離124等于7+X-2flm，因此可確定距離124等于 1+0.25-2(.25)(2)=0.25。籠統(tǒng)地說，第一及第二間隔物層厚度"a"等于X (修整量)， 且還等于〃2m (最終CD，其中"m"等于間隔物層的數(shù)目)。
預(yù)期，可修改上文所描述工藝以獲得表達式7/2/n中的較高m值，從而將特征密 度增大2倍。圖7及16-22中描繪了一種其中m-3的工藝，其將特征間距減少1/6(即， 特征密度增大了六倍)。同樣，為便于解釋，光致抗蝕劑的最初目標寬度為任意厚度 1，其中光致抗蝕劑之間的距離為1。因此，所述光致抗蝕劑特征具有間距2，其描繪 于圖7中。在形成圖7結(jié)構(gòu)之后，將每一光致抗蝕劑特征70修整掉其寬度的1/6 (即， X=l/6)。因此，光致抗蝕劑特征70之間的距離增大到7/6。
接下來，在圖16中所描繪的經(jīng)修整光致抗蝕劑上方形成毯覆式第一間隔物層16， 例如氮化硅。第一間隔物層160的目標厚度是厚度1/6。在圖16中，光致抗蝕劑70 具有5/6的寬度162,且距離164也等于5/6。第一間隔物層160是經(jīng)蝕刻以形成圖 17中所描繪的第一間隔物160'的間隔物。每一間隔物160'的目標基底寬度均保持在 1/6。作為第一間隔物層的間隔物層160表示m"。
在形成圖17結(jié)構(gòu)之后，移除光致抗蝕劑70并在圖18所描繪的第一間隔物160' 上方形成毯覆式第二間隔物層180。作為第二間隔物層的間隔物層180表示m-2。第 二間隔物層180由一種可針對第一間隔物160'選擇性地蝕刻的材料形成，例如二氧化 硅。第二間隔物層180的目標厚度為1/6,因此距離182等于3/6 (即，X/2)。圖18 結(jié)構(gòu)經(jīng)受層180的間隔物蝕刻以形成如圖19中所描繪的第二間隔物180',然后形成 如圖中所描繪的毯覆式第三間隔物層190。第三間隔物層190可由與第一間隔物層相 同的材料形成，例如氮化硅，且其目標厚度為1/6。因此距離192為1/6。間隔物層 190表示m-3，且最終間隔物層以J/2m表示，其中m=3。執(zhí)行對層190的間隔物蝕刻以形成包括間隔物160'、 180'及190'的圖20的結(jié)構(gòu)， 然后蝕刻第二間隔物180'并選擇性地針對第一間隔物160'且針對第三間隔物190'將其 移除。在選擇性地針對氮化硅間隔物160'及190'蝕刻二氧化硅第二間隔物180'之后， 剩下圖21的結(jié)構(gòu)。間隔物160'、 190'提供具有是圖7的光致抗蝕劑層70的密度的六 倍的密度的掩模。最后，通過將間隔物160'、 190'作為掩模來蝕刻待蝕刻層72以形成 圖22的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本文說明可修改此工藝以獲得任何m值。最大w值的實際限度視處理技術(shù) 及圖7處X的起始尺寸(光致抗蝕劑的寬度及光致抗蝕劑之間的距離)而定。
對于m次的總間隔物沉積來說，從第(^-/〗、第〖w-勻、第(Vn-5〗等次沉積獲得的間 隔物為犧牲間隔物且可選擇性地被移除。對于其中m=3的圖16-22的實施例來說， m-l間隔物(即，第二間隔物180')是犧牲間隔物且被移除。對于本發(fā)明揭示內(nèi)容來 說，術(shù)語"犧牲"是指在圖案化中所使用的可在圖案化待蝕刻層之前被移除的間隔物 或其它層(例如層70)。
在上文所述提供7/2m (其中m是所形成的間隔物層的數(shù)目)的CD減小的實施 例中，間距的減少是2的倍數(shù)(即，1/2、 1/4、 1/6等)。下文描述的實施例提供7/T2m-7) (其中An《)的CD減小，因此所述減小可以是原始圖案的1/3、 1/5、 1/7等。
在此實施例中，圖7的結(jié)構(gòu)是根據(jù)所屬技術(shù)領(lǐng)域中已知的技術(shù)而形成的，且包括 待蝕刻層72以及包括上覆于待蝕刻層72的光致抗蝕劑70的光刻圖案。所述待蝕刻 層可以是半導(dǎo)體晶片、上覆于半導(dǎo)體層的一個或一個以上層或待經(jīng)受圖案化蝕刻的一 個或一個以上其它層。在此實施例中，光刻特征70在光刻限定下形成，其中每一特 征70的寬度及特征70之間的間距14均大約相等。層70可包括不同于光致抗蝕劑的 經(jīng)圖案化材料。
在形成圖7結(jié)構(gòu)之后，在圖7結(jié)構(gòu)的表面上方沉積第一間隔物層230 (例如二氧 化硅)以形成圖23的結(jié)構(gòu)。第一間隔物層230的目標厚度為光致抗蝕劑70的寬度的 1/3倍。對圖23的第一間隔物層230執(zhí)行間隔物蝕刻，然后移除光致抗蝕劑層70, 從而形成具有間隔物230'的圖24結(jié)構(gòu)。由于間隔物蝕刻及光致抗蝕劑蝕刻極少或不 移除第一間隔物層230的豎直部分，因此232及240處的間距不發(fā)生明顯變化。間距 240等于圖23中所描繪的光致抗蝕劑層70的寬度。
接下來，在圖24結(jié)構(gòu)上方形成第二間隔物層250以形成圖25結(jié)構(gòu)。選擇第二間 隔物層250的材料以使得第一間隔物230'可選擇性地相對于層250被移除。在此實施 例中，第二間隔物層250包括氮化硅。此層250的目標厚度也等于圖23中所描繪的 光致抗蝕劑層70的厚度的1/3倍。相距如此遠的工藝形成約為圖23中所描繪的光致 抗蝕劑層70的寬度的1/3的間距232。由于形成層250使其具有大于232的距離(等 于1/3)的V2的厚度(等于1/3)，因此層250橋接跨越232處的開口，但不橋接跨 越240處的開口。
在形成圖25結(jié)構(gòu)之后，對第二間隔物層250執(zhí)行諸如間隔物蝕刻的蝕刻以形成
13包括間隔物230'及250'的圖26的結(jié)構(gòu)。此蝕刻暴露待蝕刻層72，但僅在最初在其上 形成光致抗蝕劑層70的位置260處暴露。此外，位置260各自僅為圖23處光致抗蝕 劑層70的寬度的1/3。
在形成圖26結(jié)構(gòu)之后，選擇性地針對第二間隔物250'蝕刻第一間隔物230'以形 成圖27的結(jié)構(gòu)。在此實施例中，通過剩下第二間隔物層250而形成的圖案具有是圖 23處的層70的三倍(即，間距是圖23處的特征70的間距的1/3倍)的密度。用于 選擇性地針對第二間隔物250'移除第一間隔物230'的特定蝕刻可視每一層所使用的材 料而定，且可以是所屬技術(shù)領(lǐng)域中己知的任何合適蝕刻。最后，使用以針對間隔物 250'的合理選擇性移除層72 (未描繪移除)的任何蝕刻劑來蝕刻待蝕刻層72。
可對圖25結(jié)構(gòu)執(zhí)行平坦化工藝(例如CMP工藝)以形成圖28的結(jié)構(gòu)，而不是 對圖25結(jié)構(gòu)執(zhí)行間隔物蝕刻以形成圖26結(jié)構(gòu)。然后移除間隔物230'以留下圖29的 圖案，然后執(zhí)行對間隔物層250的蝕回(間隔物蝕刻)以形成包括間隔物250'的圖30 結(jié)構(gòu)。最后，蝕刻層72以形成圖31的結(jié)構(gòu)。此CMP工藝可形成間隔物250'，其包 括比使用間隔物蝕刻更均勻的高度，這對于后續(xù)處理來說可是有利的。當對圖29結(jié) 構(gòu)執(zhí)行間隔物蝕刻以清除層250的連接相鄰間隔物的水平部分時，圖30所描繪的所 有特征250'均為間隔物，且包括平坦共面頂部。
在先前段落的替代實施例中，可首先執(zhí)行圖28的層250的回蝕，然后可移除間 隔物230'。
圖23-27的工藝提供//〖2m-7)(其中m=2)的CD減小(其中包括間隔物層230 及250)，因此間距減小為1/3 (特征密度的三倍)?？尚薷拇斯に囈垣@得任何實際m 值，因此所述減小可以是原始圖案的1/3、 1/5、 1/7等。下文描繪一種其中m=3的工 藝，因此間距將為原始掩模的1/5 (即，特征密度的五倍)。同樣，為便于解釋，光 致抗蝕劑的最初目標寬度為任意厚度1，其中光致抗蝕劑之間的距離為1。因此，所 述光致抗蝕劑特征具有間距2，此描繪于圖7中。如同圖23-27的實施例，此實施例 中沒有修整光致抗蝕劑。
對于此實施例，在圖7結(jié)構(gòu)上方形成毯覆式間隔物層，例如氮化硅。所述毯覆式 間隔物層具有是每一光致抗蝕劑特征70的寬度的1/5的目標厚度。對第一間隔物層 執(zhí)行間隔物蝕刻以留下具有第一間隔物320、光致抗蝕劑70及待蝕刻層72的圖32 的結(jié)構(gòu)。此時，m=l，其中間隔物320從第一間隔物形成。
移除光致抗蝕劑層70且在第一間隔物320上方形成第二間隔物層330,如圖33 中所描繪。層330包括可選擇性地針對間隔物320的材料而被蝕刻的材料，例如二氧 化硅。層330的目標厚度為1/5，因此332處的間距為3/5且334處的間距為1/5。執(zhí) 行間隔物蝕刻以形成具有第一間隔物320及第二間隔物330'的圖34的結(jié)構(gòu)，因此在 所述工藝中的此處m=2,其中間隔物330'從第二間隔物層320形成。
接下來，形成第三間隔物層350。第三間隔物層350可包括與第一間隔物層相同 的材料，在此實施例中為氮化硅，或包括將經(jīng)受住對第二間隔物層的蝕刻的不同材料。
14第三間隔物層的目標厚度為1/5。因為第三間隔物層350的目標厚度大于334處間距 的一半，所以層350橋接跨越開口 334的兩端，而在間距332處保形地形成，其具有 距離3/5。由于已有三個間隔物層用于所述工藝中的此處，因此m-3。
在完成圖35結(jié)構(gòu)后，對第三間隔物層350執(zhí)行間隔物蝕刻以形成具有第三間隔 物350'的圖36的結(jié)構(gòu)。
隨后，選擇性地針對第一間隔物320及第三間隔物350'蝕刻第二間隔物330'以形 成圖37結(jié)構(gòu)。然后將剩余間隔物320、 350用作掩模來蝕刻待蝕刻層72以形成圖38 的結(jié)構(gòu)。最后，可移除間隔物320、 350'。
在使用間隔物蝕刻的替代方案中，可對各種實施例的結(jié)構(gòu)執(zhí)行平坦化，例如 CMP。此CMP工藝可形成具有均勻高度的間隔物中的每一者，此對于后續(xù)處理可是 有利的。當使用較高m值時，使用平坦化工藝而非間隔物蝕刻來移除間隔物層的一 部分可是有利的。使用平坦化工藝而形成的結(jié)構(gòu)將具有類似于圖31的輪廓，而不是 具有使用間隔物蝕刻而形成的圖38的輪廓。還預(yù)期， 一個或一個以上間隔物蝕刻可 與一個或一個以上平坦化工藝組合。
如同圖7-22所描繪的實施例，可以數(shù)學術(shù)語來描述與通過圖23-38的實施例形 成的圖案相關(guān)的各種元件的大小。將CD減小到其原始值的7/T2m-7〗，其中CD的原 始值是圖23及32處的光致抗蝕劑特征70的寬度，且m是所形成的間隔物層的數(shù)目， 其中m22?？墒褂梅匠淌?+AT+2m"=-G來確定既定的CD減小所需要的間隔物層的數(shù) 目，其中m22，且"a"是間隔物層的厚度被原始光致抗蝕劑層的寬度所除而得。在
此實施例中，；^o表示沒有修整。
雖然原始掩模層70在圖7-22的實施例中被修整且在圖23-38的實施例中未被修 整，但所述兩個工藝具有相似之處。例如，僅由兩種不同類型材料形成所有間隔物是 可能的(但不是必需的)。m、 m-2、 m-4等間隔物層可均由相同材料形成，而m-l、 m-3、 m-5等層也可由相同材料形成(但不同于所述m、 m-2、 m-4等層且可選擇性地 針對所述層來蝕刻)。每一間隔物層均由不同于前述間隔物的材料形成。此外，在形 成第二間隔物層之前移除這兩個實施例中的原始遮蔽層一層70。同樣，在任一實施 例中均可移除m-l、 m-3、 m-5等間隔物層，而m、 m-2、 m-4等間隔物層則可用作圖 案。
圖7-22的實施例提供是偶數(shù)的特征密度乘數(shù)，而圖23-38的實施例則提供是奇 數(shù)的特征密度乘數(shù)。圖7-22的實施例不具有對間隔物層的橋接，而圖23-38的兩個實 施例則具有對間隔物層的橋接(圖25的232處及圖35的334處)的實例。
在又一實施例中，形成圖14的結(jié)構(gòu)，且使用層120來代替圖7的光致抗蝕劑層 70。因此，如圖8-11所進行的那樣修整層120且形成間隔物層并蝕刻間隔物，然后 移除層120。所述工藝對于圖12及13的第二間隔物層繼續(xù)進行。
在另一實施例中，形成圖27的結(jié)構(gòu)，且使用層250來代替圖7的光致抗蝕劑層 70。因此，如在圖24中對層70所進行的那樣在層250上方形成間隔物層，然后移除
15層250，且將此最終間隔物層用作掩模來蝕刻層10?？梢员疚乃沂镜钠渌鼘嵤├齺?執(zhí)行類似工藝。
如圖39中所描繪，根據(jù)本發(fā)明形成的半導(dǎo)體裝置390可連同其它裝置(例如， 微處理器392) —起附裝到印刷電路板394 (例如，附裝到計算機母板)，或作為用 于個人計算機、小型計算機或大型計算機396中的存儲器模塊的一部分。所述微處理 器及/或存儲器裝置可與本發(fā)明實施例一起(或以其它方式包括)形成。圖39還可表 示裝置390在與電信、汽車工業(yè)、半導(dǎo)體測試及制造裝備、消費者電子裝置或?qū)嵸|(zhì)上 任何一件消費者或工業(yè)電子裝備有關(guān)的其它電子裝置(包括外殼396)中的使用，例 如包括微處理器392的裝置。
本文中所描述的工藝及結(jié)構(gòu)可用于制造若干不同結(jié)構(gòu)，其中包括根據(jù)本發(fā)明工藝 而形成的經(jīng)圖案化層。例如，圖40是具有容器式電容器、晶體管柵極及可使用本發(fā) 明實施例而形成的其它特征的存儲器裝置(例如動態(tài)隨機存取存儲器)的簡化方塊圖。 所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員已知這一裝置的一般操作。圖40描繪耦合到存儲器裝置390 的處理器392,且進一步描繪存儲器集成電路的以下基本部分控制電路400;行地 址緩沖器402;列地址緩沖器404;行解碼器406;列解碼器408;感測放大器410; 存儲器陣列412;及數(shù)據(jù)輸入/輸出414。
雖然己參照說明性實施例對本發(fā)明進行了描述，但并不打算將此說明解釋為限定 性意義。參照此說明，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將明了對說明性實施例以及本發(fā)明額 外實施例的各種修改。例如，描述為從光致抗蝕劑形成的結(jié)構(gòu)可由其它材料形成，例 如無定形碳(AC)、透明碳(TC)、多層抗蝕劑(MLR)或雙層抗蝕劑(BLR)。 可執(zhí)行干顯影蝕刻以將圖案從光致抗蝕劑層轉(zhuǎn)變?yōu)榻殡娍狗瓷渫繉?DARC)，或轉(zhuǎn) 變?yōu)榈撞靠狗瓷渫繉?BARC)，然后轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形碳、透明碳、下伏多層抗蝕劑或 者轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬涌刮g劑或雙層抗蝕劑的襯層。此外，可對干顯影蝕刻之前的光致抗蝕劑 或?qū)Ω娠@影蝕刻之后的下伏層執(zhí)行修整(如果采用)。
假定各種實施例中的間隔物厚度均等于目標CD。結(jié)果是，線與間距具有相等寬 度。然而，所述兩種類型的間隔物材料的間隔物的厚度可是不同的，因而可形成具有 各種占空系數(shù)的最終圖案，只要所述兩個間隔物厚度的和等于最終間距。例如，在間 距三倍減小工藝期間，較厚的第一間隔物可與較薄的第二間隔物一起使用。在選擇性 地移除第一間隔物之后，形成間距寬松的最終圖案(即，線小于間距)，其厚度是原 始厚度的三倍。這在某些實施例中可是較佳的，例如當與淺溝槽隔離工藝一起使用時。 因此，預(yù)期所附權(quán)利要求書將涵蓋歸屬于本發(fā)明真實范圍內(nèi)的任何此類修改或?qū)嵤?例。
權(quán)利要求
1、一種在半導(dǎo)體裝置制作期間使用的方法，其包括提供待蝕刻層；在所述待蝕刻層上方形成犧牲圖案化層，其中所述犧牲圖案化層包括具有至少第一及第二截面?zhèn)缺诘亩鄠€分段部分；形成多個犧牲第一間隔物，其中在所述犧牲圖案化層的每一分段部分的每一側(cè)壁上形成一個間隔物；移除所述犧牲圖案化層；在所述多個犧牲第一間隔物上方形成保形第二間隔物層；移除所述保形第二間隔物層的一部分以在所述犧牲第一間隔物上形成多個第二間隔物；在形成所述第二間隔物之后，移除所述犧牲第一間隔物；及使用所述第二間隔物作為圖案來蝕刻所述待蝕刻層。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述犧牲圖案化層的每一部分均包括第一寬度，且所述方法進一步包括-將每--"犧牲圖案化層的所述第一寬度修整為具有比所述第一寬度窄約25%的第二寬度；將所述多個第一間隔物中的每一者形成為具有約為所述第一寬度的25%的寬度；及蝕刻所述保形第二間隔物層以使得所述第二間隔物各自具有約為所述第一寬度的25%的寬度。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其進一步包括蝕刻所述待蝕刻層以從所述待蝕刻層形成特征，其中從所述待蝕刻層形成的每一特征包括約為所述第一寬度的25%的寬度。
4、 如權(quán)利要求3所述的方法，其進一步包括 '將所述犧牲層的所述多個分段部分形成為具有約為所述第一寬度的兩倍的預(yù)修整間距；及蝕刻所述待蝕刻層以將所述特征形成為具有約為所述犧牲層的所述分段部分的所述預(yù)修整間距的25%的間距。
5、 如權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包括形成所述犧牲圖案化層以使得所述多個分段部分具有第一密度；及使用所述第二間隔物作為圖案來蝕刻所述待蝕刻層以形成多個特征，其中所述多個特征具有約為所述第一密度的四倍的第二密度。
6、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述犧牲圖案化層的每一部分均包括第一寬度，且所述方法進一步包括將所述多個第一間隔物中的每一者形成為具有約為所述第一寬度的33%的寬度;蝕刻所述保形第二間隔物層以使得所述第二間隔物各自具有約為所述第一寬度的33%的寬度。
7、 如權(quán)利要求6所述的方法，其進一步包括蝕刻所述待蝕刻層以從所述待蝕刻層形成特征，其中從所述待蝕刻層形成的每一特征包括約為所述第一寬度的33%的寬度。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，其進一步包括-將所述犧牲層的所述多個分段部分形成為具有約為所述第一寬度的兩倍的預(yù)定間距；及蝕刻所述待蝕刻層以將所述特征形成為具有約為所述犧牲層的所述分段部分的所述預(yù)定間距的33%的間距。
9、 如權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包括形成所述犧牲圖案化層以使得所述多個分段部分具有第一密度；及使用所述第二間隔物作為圖案來蝕刻所述待蝕刻層以形成多個特征，其中所述多個特征具有約為所述第一密度的三倍的第二密度。
10、 如權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包括由光致抗蝕劑形成所述犧牲圖案化層。
11、 如權(quán)利要求l所述的方法，其進一步包括由選自由透明碳、多層抗蝕劑及雙層抗蝕劑組成的群組的材料形成所述犧牲圖案化層。
12、 - -種在半導(dǎo)體裝置制作期間使用的方法，其包括提供待蝕刻層；在所述待蝕刻層上方形成犧牲圖案化層，其中所述犧牲圖案化層包括多個分段部分，每一分段部分具有大約相同的起始寬度、約為所述起始寬度的兩倍的原始間距、第一及第二截面?zhèn)缺诩捌鹗继卣髅芏?；使用關(guān)系7/2m選擇所期望的特征減小，其中"m"是大于或等于2的整數(shù)，且完成的特征密度將約為所述起始特征密度的2m倍，且所述完成的特征間距將約為所述原始間距的7/2m倍；將所述犧牲第一經(jīng)圖案化層的每一分段部分的所述寬度修整約為所述起始寬度的7/2m倍的量；形成多個第一間隔物，其中在所述第一及第二側(cè)壁中的每一者上形成一個間隔物，且每一間隔物具有約等于所述起始寬度的1/2m倍的目標寬度；移除所述犧牲圖案化層；在所述多個第一間隔物上形成保形第二間隔物層；移除所述保形第二間隔物層的一部分以在所述第一間隔物上形成多個第二間隔物在移除所述保形第二間隔物層的所述部分之后-如果"m"是偶數(shù)，則移除所述第一間隔物以使得剩下所述第二間隔物；或如果"m"是奇數(shù)，則移除所述第二間隔物以使得剩下所述第一間隔物；及使用所述剩余間隔物作為圖案來蝕刻所述待蝕刻層。
13、 如權(quán)利要求12所述的方法，其進一步包括將"m"選為偶數(shù)；移除所述第一間隔物以使得剩下所述第二間隔物；及使用至少所述第二間隔物作為圖案來蝕刻所述待蝕刻層。
14、 如權(quán)利要求13所述的方法，其進一步包括將所述所期望的特征減小選為〃2m，其中"m"為2以使得所述完成的特征密度約為所述起始特征密度的4倍且所述完成的特征間距約為所述原始間距的V4倍；移除所述第一間隔物以使得剩下所述第二間隔物；及僅使用所述第二間隔物作為圖案來蝕刻所述待蝕刻層。
15、 如權(quán)利要求B所述的方法，其進一步包括將所述所期望的特征減小選為7/2m，其中"m"是大于或等于4的偶數(shù)；在所述第一間隔物上方及所述第二間隔物上形成保形第三間隔物層；移除所述保形第三間隔物層的一部分以形成第三間隔物；在所述第一及第二間隔物上方及所述第三間隔物上形成保形第四間隔物層；移除所述保形第四間隔物層的一部分以形成第四間隔物；移除所述第三及第一間隔物且留下所述第二及第四間隔物；及使用所述第二及第四間隔物作為圖案來蝕刻所述待蝕刻層。
16、 如權(quán)利要求12所述的方法，其進一步包括將所述所期望的特征減小選為奇數(shù)；在所述第一間隔物上方及所述第二間隔物上形成第三間隔物層；移除所述第三間隔物層的一部分以形成第三間隔物；移除所述第二間隔物且留下所述第一及第三間隔物；及使用至少所述第一及第三間隔物作為圖案來蝕刻所述待蝕刻層。
17、 如權(quán)利要求15所述的方法，其進一步包括將所述所期望的特征減小選為7/2m,其中"m"為3以使得所述完成的特征密度約為所述起始特征密度的6倍且所述完成的特征間距約為所述原始間距的'/6倍；及僅使用所述第一及第三間隔物作為圖案來蝕刻所述待蝕刻層。
18、 一種在半導(dǎo)體裝置制作期間使用的方法，其包括-提供待蝕刻層；在所述待蝕刻層上方形成犧牲圖案化層，其中所述犧牲圖案化層包括多個分段部分，每一分段部分具有大約相同的起始寬度、約為所述起始寬度的兩倍的原始間距、第一及第二截面?zhèn)缺诩捌鹗继卣髅芏?；使用公?/〈2/n-7〗選擇所期望的特征減小，其中"m"是大于或等于2的整數(shù)， 且所述完成的特征密度將約為所述起始特征密度的(2m-l)倍，且所述完成的特征間距 將約為所述原始間距的M2m-^倍；形成多個第一間隔物，其中在所述第一及第二側(cè)壁中的每一者上形成一個第一間 隔物，且每一第一間隔物具有約等于所述起始寬度的1/(2m-l)倍的目標寬度；移除所述犧牲圖案化層在所述多個第一間隔物上形成保形第二間隔物層；移除所述保形第二間隔物層的一部分以在所述第一間隔物上形成多個第二間隔物；在所述第一間隔物上形成所述多個第二間隔物之后如果"m"是偶數(shù)，則移除所述第一間隔物以使得剩下所述第二間隔物；或 如果"m"是奇數(shù)，則移除所述第二間隔物以使得剩下所述第一間隔物；及使用所述剩余間隔物作為圖案來蝕刻所述待蝕刻層。
19、 如權(quán)利要求18所述的方法，其進一步包括 將"m"選為偶數(shù)；移除所述第一間隔物以使得剩下所述第二間隔物；及使用至少所述第二間隔物作為圖案來蝕刻所述待蝕刻層。
20、 如權(quán)利要求19所述的方法，其進一步包括將所述所期望的特征減小選為//〖2m-7〗，其中"m"為2以使得所述完成的特征 密度約為所述起始特征密度的3倍且所述完成的特征間距約為所述原始間距的'/3倍； 移除所述第一間隔物以使得剩下所述第二間隔物；及 僅使用所述第二間隔物作為圖案來蝕刻所述待蝕刻層。
21、 如權(quán)利要求19所述的方法，其進一步包括將所述所期望的特征減小選為〃。m-7j，其中"m"是大于或等于4的偶數(shù)；在所述第一間隔物上方及所述第二間隔物上形成保形第三間隔物層；移除所述保形第三間隔物層的一部分以形成第三間隔物；在所述第一及第二間隔物上方及所述第三間隔物上形成保形第四間隔物層；移除所述保形第四間隔物層的一部分以形成第四間隔物；移除所述第三及第一間隔物且留下所述第二及第四間隔物；及使用所述第二及第四間隔物作為圖案來蝕刻所述待蝕刻層。
22、 如權(quán)利要求18所述的方法，其進一步包括 將所述所期望的特征減小選為奇數(shù)；在所述第一間隔物上方及所述第二間隔物上形成第三間隔物層； 移除所述第三間隔物層的一部分以形成第三間隔物； 移除所述第二間隔物且留下所述第一及第三間隔物；及 使用至少所述第一及第三間隔物作為圖案來蝕刻所述待蝕刻層。
23、 如權(quán)利要求21所述的方法，其進一步包括將所述所期望的特征減小選為7/(2w-7〗，其中"m"為3以使得所述完成的特征 密度約為所述起始特征密度的5倍且所述完成的特征間距約為所述原始間距的Vs倍; 及僅使用所述第一及第三間隔物作為圖案來蝕刻所述待蝕刻層。
24、 一種在電子系統(tǒng)制作期間使用的方法，其包括 使用包括以下步驟的方法來制作半導(dǎo)體裝置提供待蝕刻層；在所述待蝕刻層上方形成犧牲圖案化層，其中所述犧牲圖案化層包括具有至少第一及第二截面?zhèn)缺诘亩鄠€分段部分；形成多個犧牲第一間隔物，其中在所述犧牲圖案化層的每一分段部分的每 一側(cè)壁上形成一個間隔物；移除所述犧牲圖案化層；在所述多個犧牲第一間隔物上方形成保形第二間隔物層； 移除所述保形第二間隔物層的一部分以在所述犧牲第一間隔物上形成多個 第二間隔物；在形成所述第二間隔物之后，移除所述犧牲第一間隔物；及 使用所述第二間隔物作為圖案來蝕刻所述待蝕刻層； 提供微處理器；及在所述半導(dǎo)體裝置與所述微處理器之間提供電路徑以促進其之間的電連通。
25、 一種處理過程中的半導(dǎo)體裝置，其包括 待蝕刻層；及蝕刻掩模，其包括多個經(jīng)平坦化間隔物，所述多個經(jīng)平坦化間隔物中的至少兩個 所述間隔物包括不同材料，所述多個經(jīng)平坦化間隔物中的所述間隔物具有上覆于所述 待蝕刻層的共面上表面。
26、 一種半導(dǎo)體裝置，其包括經(jīng)蝕刻特征，其包括為光刻臨界尺寸的//n倍的尺寸，其中 "為大于2的整數(shù)。
27、 如權(quán)利要求26所述的半導(dǎo)體裝置，其進一步包括-經(jīng)蝕刻特征，其包括所述為光刻臨界尺寸的//W倍的尺寸，其中'、"為大于或 等于3的奇數(shù)整數(shù)。
28、 一種處理過程中的半導(dǎo)體裝置，其包括 待蝕刻層；及上覆于所述待蝕刻層的掩模層，其包括具有多個分開、交替的第一及第二掩模層部分的截面，其中所述第一掩模層部分各自包括單個豎直定向的柱；且所述第二掩模層部分各自包括由水平定向的區(qū)段連接的一對豎直定向的柱。
29、如權(quán)利要求28所述的處理過程中的半導(dǎo)體裝置，其進一步包括多個犧牲間隔物，其中所述多個犧牲間隔物中的一者插入在每一第一與第二掩模層部分之間。
全文摘要
一種用于對層進行圖案化的方法增加使用一系列自對準間隔物在初始圖案化層上方形成的特征的密度。提供待蝕刻層，然后在所述待蝕刻層上方形成例如使用光學光刻形成的初始犧牲圖案化層。視實施例而定，可修整所述圖案化層，然后形成并蝕刻一系列間隔物層。間隔物層的數(shù)目及其目標尺寸取決于特征密度的所期望增加。還描述一種處理過程中的半導(dǎo)體裝置及電子系統(tǒng)。
文檔編號H01L21/033GK101490807SQ200780026005
公開日2009年7月22日 申請日期2007年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月10日
發(fā)明者保羅·A·摩根, 周葆所, 雙 孟, 布里安·J·科帕, 米爾扎菲爾·K·阿巴切夫, 約瑟夫·格里利, 阿爾達萬·尼魯曼德 申請人:美光科技公司