硬掩模間隙壁結(jié)構(gòu)及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種硬掩模間隙壁結(jié)構(gòu)，包含有一第一間隙壁，設(shè)于一元件層上，且該第一間隙壁定義出多個(gè)孔洞圖案，以及介于該多個(gè)孔洞圖案之間的至少一星芒狀孔洞圖案；以及一第二間隙壁，設(shè)于該第一間隙壁上，并嵌入該星芒狀孔洞圖案中，借以使該星芒狀孔洞圖案輪廓圓滑化。
【專利說(shuō)明】 硬掩模間隙壁結(jié)構(gòu)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種自對(duì)準(zhǔn)接觸洞圖案化方法(self-aligned contact hole patterning),以及一種用于自對(duì)準(zhǔn)接觸洞圖案化方法的硬掩模間隙壁結(jié)構(gòu)(hard mask spacer structure)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存(DRAM)陣列的圖案密度的增加及DRAM元件尺寸的持續(xù)微縮化，內(nèi)存陣列中用來(lái)連接元件之間或不同層之間的接觸洞或接觸插塞也必須越做越小。
[0003]為了能夠在光刻工藝中盡量的縮小接觸洞的尺寸，并且能夠提高對(duì)準(zhǔn)精確度，目前已有自對(duì)準(zhǔn)接觸洞圖案化方法被提出來(lái)。上述自對(duì)準(zhǔn)接觸洞圖案化方法的優(yōu)點(diǎn)是可以提高對(duì)準(zhǔn)的余裕度，并能降低接觸洞的阻值。
[0004]然而，利用上述自對(duì)準(zhǔn)接觸洞圖案化方法進(jìn)行高密度接觸洞圖案化的缺點(diǎn)在于可能產(chǎn)生不同的接觸洞輪廓，因此導(dǎo)致臨界尺寸(critical dimension)控制問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決先前技藝的不足與缺點(diǎn)，本發(fā)明實(shí)施例提供一種硬掩模間隙壁結(jié)構(gòu)，包含有一第一間隙壁，設(shè)于一元件層上，且該第一間隙壁定義出多個(gè)孔洞圖案，以及介于該多個(gè)孔洞圖案之間的至少一星芒狀孔洞圖案；以及一第二間隙壁，設(shè)于該第一間隙壁上，并嵌入該星芒狀孔洞圖案中，借以使該星芒狀孔洞圖案輪廓圓滑化。
[0006]為讓本發(fā)明的上述目的、特征及優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施方式，并配合所附圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下。然而如下的較佳實(shí)施方式與圖式僅供參考與說(shuō)明用，并非用來(lái)對(duì)本發(fā)明加以限制者。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1至圖7為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所繪示的剖面示意圖，例示以本發(fā)明自對(duì)準(zhǔn)方法進(jìn)行高密度DRAM陣列中接觸洞的圖案化步驟。
[0008]圖8至圖12分別為圖3至圖7的上視圖。
[0009]圖13至圖15為依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例所繪示的剖面示意圖，例示以本發(fā)明自對(duì)準(zhǔn)方法進(jìn)行高密度DRAM陣列中接觸洞的圖案化步驟。
[0010]圖16至圖18分別為圖13至圖15的上視圖。
[0011]其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:
[0012]100 基材
[0013]110膜堆棧結(jié)構(gòu)
[0014]112 碳層
[0015]114介電抗反射層
[0016]116硬掩模層[0017]116’硬掩模柱體
[0018]118光刻膠柱體
[0019]120環(huán)形間隙壁(第一間隙壁)
[0020]125孔洞圖案
[0021]125a孔洞圖案
[0022]130孔洞圖案
[0023]140第二間隙壁
[0024]220間隙壁圖案
[0025]230孔洞圖案
[0026]235孔洞圖案
【具體實(shí)施方式】
[0027]在下文中，將參照【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】本發(fā)明實(shí)施細(xì)節(jié)，該些附圖中的內(nèi)容構(gòu)成說(shuō)明書(shū)一部份，并以可實(shí)行該實(shí)施例的特例描述方式繪示。下文實(shí)施例已揭露足夠的細(xì)節(jié)俾使該領(lǐng)域的一般技藝人士得以具以實(shí)施。當(dāng)然，本發(fā)明中亦可實(shí)行其它的實(shí)施例，或是在不悖離文中所述實(shí)施例的前提下作出任何結(jié)構(gòu)性、邏輯性、及電性上的改變。因此，下文的細(xì)節(jié)描述將不欲被視為是一種限定，其中所包含的實(shí)施例將由隨附的申請(qǐng)專利范圍來(lái)加以界定。
[0028]請(qǐng)參閱圖1至圖7，其為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所繪示的剖面示意圖，例示以本發(fā)明自對(duì)準(zhǔn)方法進(jìn)行高密度DRAM陣列中接觸洞的圖案化步驟。首先，如圖1所示，于基材100上形成一膜堆棧結(jié)構(gòu)110,例如包括一碳層112、一介電抗反射層(DARC layer) 114以及一硬掩模層116。上述基材100可以是元件層或者一半導(dǎo)體基材，例如，硅基材等等。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，上述碳層112可以是一非晶碳層(amorphous carbon layer)或者任何的先進(jìn)圖案層(advanced patterning film)。上述介電抗反射層114可以是氮氧化娃或任何適當(dāng)?shù)牟馁|(zhì)。上述硬掩模層116可以包含多晶硅或氮化硅，但不限于此。如圖2所示，接著，于硬掩模層116上形成多個(gè)光刻膠柱體118，且上述多個(gè)光刻膠柱體118的間距(pitch)可以是，例如，120nm。
[0029]如圖3所示，接著進(jìn)行一干蝕刻工藝，將未被多個(gè)光刻膠柱體118覆蓋住的硬掩模層116蝕除，借以形成多個(gè)硬掩模柱體116’。接著，將剩下的光刻膠柱體118去除。第8圖例示上述多個(gè)硬掩模柱體116’及顯露出來(lái)的介電抗反射層114的上視圖。為求簡(jiǎn)化，圖中僅顯示出四個(gè)相鄰的硬掩模柱體116’。此外，熟習(xí)該項(xiàng)技藝者應(yīng)能理解，在本發(fā)明其它實(shí)施例中，圖1及圖2中的步驟是可以被省略的，并且以硬掩模柱體116’代替光刻膠柱體118。
[0030]如圖4所示，在形成硬掩模柱體116’后，接著形成圍繞著各個(gè)硬掩模柱體116’的環(huán)形間隙壁(第一間隙壁)120。形成環(huán)形間隙壁(第一間隙壁)120的方法，例如，利用原子層沈積法(atomic layer deposition, ALD)等方式先全面沈積一層間隙壁材,例如,氧化硅，然后，以非等向性干蝕刻工藝蝕刻間隙壁材，直到顯露出各個(gè)硬掩模柱體116’的上表面。圖9例示上述多個(gè)環(huán)形間隙壁(第一間隙壁)120及硬掩模柱體116’的上視圖。值得注意的是，形成在圖中的四個(gè)硬掩模柱體116’周圍的多個(gè)環(huán)形間隙壁(第一間隙壁)120彼此相鄰相連，形成星芒狀的孔洞圖案125。
[0031]如圖5所示，形成環(huán)形間隙壁(第一間隙壁)120后，選擇性的將硬掩模柱體116’去除，留下環(huán)形間隙壁(第一間隙壁)120，形成孔洞圖案130。圖10例示上述孔洞圖案130及被孔洞圖案130環(huán)繞的孔洞圖案125上視圖，其中可看出各孔洞圖案130的尺寸與及孔洞圖案125有些不同。如前所述，俯視時(shí)，孔洞圖案125約略呈現(xiàn)星芒狀，而相較下，環(huán)繞在孔洞圖案125周圍的孔洞圖案130的輪廓較為圓滑。
[0032]如圖6所示，可以進(jìn)行第二次的原子層沈積工藝，于環(huán)形間隙壁(第一間隙壁)120表面上及介電抗反射層114表面上形成均厚的薄氧化層(圖未示)，此時(shí)，上述薄氧化層并不會(huì)填滿孔洞圖案125及孔洞圖案130。接著，再進(jìn)行非等向性干蝕刻工藝，蝕刻上述薄氧化層，形成第二間隙壁140。如圖11所示，通過(guò)第二次原子層沈積工藝及非等向性干蝕刻工藝，可以使孔洞圖案125輪廓變得較為圓滑。經(jīng)過(guò)上述第二次原子層沈積工藝及非等向性干蝕刻工藝，部分的第二間隙壁140位于環(huán)形間隙壁(第一間隙壁)120表面上，共同構(gòu)成一間隙壁圖案220，而一小部分的第二間隙壁140則嵌入在孔洞圖案125內(nèi)，如此構(gòu)成一輪廓較圓滑的孔洞圖案125a。
[0033]如圖7所示，接著利用第二間隙壁140及環(huán)形間隙壁(第一間隙壁)120共同構(gòu)成的間隙壁圖案220作為蝕刻阻擋層，進(jìn)行非等向性干蝕刻工藝，蝕刻介電抗反射層114及碳層112，借以將孔洞圖案125a及孔洞圖案130移轉(zhuǎn)至碳層112。隨后去除間隙壁圖案220，形成對(duì)應(yīng)孔洞圖案130的孔洞圖案230以及對(duì)應(yīng)孔洞圖案125a的孔洞圖案235?？锥磮D案230以及孔洞圖案235的上視圖，如圖12所示。
[0034]另外，在本發(fā)明其它實(shí)施例中，上述的第二次原子層沈積工藝及非等向性干蝕刻工藝也可以在去除硬掩模柱體116’前進(jìn)行。第13圖至第15圖為依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例所繪示的剖面示意圖，例示以自對(duì)準(zhǔn)方法進(jìn)行高密度DRAM陣列中接觸洞的圖案化步驟，其中仍沿用相同的符號(hào)表示相同的區(qū)域、元件或?qū)?。如?3圖所示，同樣的，在形成硬掩模柱體116’后，接著形成圍繞著各個(gè)硬掩模柱體116’的環(huán)形間隙壁(第一間隙壁)120。圖16例示上述多個(gè)環(huán)形間隙壁(第一間隙壁)120及硬掩模柱體116’的上視圖。此時(shí)，形成在圖中的四個(gè)硬掩模柱體116’周圍的多個(gè)環(huán)形間隙壁(第一間隙壁)120彼此相鄰相連，定義出星芒狀的孔洞圖案125。
[0035]如圖14及圖17所示，接著進(jìn)行第二次原子層沈積工藝，于環(huán)形間隙壁(第一間隙壁)120的表面上、硬掩模柱體116’的上表面及顯露出來(lái)的介電抗反射層114表面上，全面沈積均厚的薄氧化層，上述薄氧化層并不會(huì)填滿孔洞圖案125。接著，進(jìn)行非等向性干蝕刻工藝，蝕刻上述薄氧化層。如圖17所示，通過(guò)第二次原子層沈積工藝及非等向性干蝕刻工藝，可以使孔洞圖案125輪廓變得較為圓滑。經(jīng)過(guò)上述第二次原子層沈積工藝及非等向性干蝕刻工藝，部分的第二間隙壁140位于環(huán)形間隙壁(第一間隙壁)120表面上，共同構(gòu)成一間隙壁圖案220，而一小部分的第二間隙壁140則嵌入在孔洞圖案125內(nèi)，如此構(gòu)成一輪廓較圓滑的孔洞圖案125a。如第15圖及圖18所示，接著去除硬掩模柱體116’，形成孔洞圖案130。后續(xù)步驟則雷同圖7中的步驟，利用蝕刻將孔洞圖案125a及孔洞圖案130移轉(zhuǎn)至下方的碳層112中。
[0036]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。凡在本發(fā)明的精神和原則內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種硬掩模間隙壁結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 一第一間隙壁，設(shè)于一元件層上，且所述第一間隙壁定義出多個(gè)孔洞圖案，以及介于所述多個(gè)孔洞圖案之間的至少一星芒狀孔洞圖案；以及 一第二間隙壁，設(shè)于所述第一間隙壁上，并嵌入所述星芒狀孔洞圖案中，借以使所述星芒狀孔洞圖案輪廓圓滑化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬掩模間隙壁結(jié)構(gòu)，其中所述第一間隙壁環(huán)繞一硬掩模柱體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硬掩模間隙壁結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述硬掩模柱體包含多晶硅或氮化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬掩模間隙壁結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一間隙壁包含氧化硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硬掩模間隙壁結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一間隙壁以原子層沈積法形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬掩模間隙壁結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二間隙壁包含氧化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的硬掩模間隙壁結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二間隙壁以原子層沈積法形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬掩模間隙壁結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包含一碳層，介于所述元件層與所述第一間隙壁之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬掩模間隙壁結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包含一介電抗反射層，介于所述碳層與所述第一間隙壁之間。
【文檔編號(hào)】H01L23/48GK103489839SQ201210299228
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月11日
【發(fā)明者】王雅志, 洪海涵, 王文杰 申請(qǐng)人:南亞科技股份有限公司