技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體器件的形成方法。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體制造工業(yè)中，通常需要采用光刻技術(shù)，光刻技術(shù)利用光學(xué)-化學(xué)反應(yīng)原理和化學(xué)、物理刻蝕方法，將電路圖形傳遞到單晶表面或者介質(zhì)層上，形成有效圖形窗口或者功能圖形。

傳統(tǒng)的光刻工藝分辨率已到達(dá)理論值，為了越過傳統(tǒng)光刻工藝?yán)碚摲直媛实南拗?，提高半?dǎo)體器件的集成密度和形成具有納米級尺寸的結(jié)構(gòu)，高分辨率的光刻工藝已經(jīng)被發(fā)展和運用，例如版-刻-版-刻(litho-etch-litho-etch，LELE)和版-版-刻(LLE)光刻技術(shù)。但是，利用這些技術(shù)制作通孔(via)、溝槽(trench)、金屬插塞(metal plug)或者金屬互連線時，所形成的通孔、溝槽、金屬插塞或者金屬互連線通常無法達(dá)到所需的密集排列。

為此，需要一種新的半導(dǎo)體器件的形成方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體器件的形成方法，以提高通孔、溝槽、金屬插塞或者金屬互連線的排列密度。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的形成方法，包括：

提供襯底，所述襯底上包含介質(zhì)層；

在所述介質(zhì)層上形成硬掩膜層；

在所述硬掩膜層中形成貫穿所述硬掩膜層厚度的一個或者多個條狀開口；

在所述條狀開口上形成兩個以上沿所述條狀開口長度方向分布的柱狀結(jié)構(gòu)，所述柱狀結(jié)構(gòu)的上表面高于所述硬掩膜層的上表面；

在所述柱狀結(jié)構(gòu)的側(cè)面形成位于所述硬掩膜層上的側(cè)墻，所述側(cè)墻沿同一所述條狀開口長度方向上的兩倍厚度小于同一所述條狀開口上相鄰兩個所述柱狀結(jié)構(gòu)之間的距離；

去除所述柱狀結(jié)構(gòu)；

以所述側(cè)墻和所述硬掩膜層為掩模，在所述介質(zhì)層中形成通孔或者溝槽。

可選的，還包括：在所述通孔或者溝槽中形成金屬層，所述金屬層的上表面與所述介質(zhì)層的上表面齊平。

可選的，所述硬掩膜層為金屬硬掩膜層，在所述介質(zhì)層上形成所述金屬硬掩膜層之前，還包括：在所述介質(zhì)層上形成刻蝕停止層。

可選的，所述金屬硬掩膜層的材料包括氮化鈦或者氮化銅，厚度為所述刻蝕停止層的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅和碳氮化硅的一種或者多種的任意組合。

可選的，所述側(cè)墻的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氮化硅、氮化鈦和氮化銅中的至少一種或者多種的任意組合。

可選的，所述柱狀結(jié)構(gòu)的材料包括光刻膠材料、含硅底部抗反射層材料、無定形碳材料和氮化硅材料的一種或者多種的任意組合，高度為5nm～100nm。

可選的，所述條狀開口的寬度為5nm～200nm。

可選的，所述條狀開口為兩個以上，相鄰的兩個所述條狀開口之間的距離小于或等于所述側(cè)墻厚度的兩倍。

可選的，所述柱狀結(jié)構(gòu)的橫截面形狀為圓形、橢圓形、矩形或者菱形。

本發(fā)明還提供另外一種半導(dǎo)體器件的形成方法，包括：

提供襯底；

在所述襯底上形成一個或多個第一條狀結(jié)構(gòu)；

在所述第一條狀結(jié)構(gòu)的側(cè)面形成位于所述襯底上的第一側(cè)墻；

去除所述第一條狀結(jié)構(gòu)；

形成覆蓋所述第一側(cè)墻和所述襯底的犧牲層；

在所述犧牲層上形成一個或多個第二條狀結(jié)構(gòu)，所述第二條狀結(jié)構(gòu)的長度方向與所述第一側(cè)墻的長度方向呈大于或等于45°且小于或等于90°的夾角；

在所述第二條狀結(jié)構(gòu)的側(cè)面形成位于所述犧牲層上的第二側(cè)墻；

以所述第二側(cè)墻為掩模，蝕刻所述犧牲層和所述第一側(cè)墻，并去除所述犧牲層，形成矩陣排列的多個立柱。

可選的，所述第一條狀結(jié)構(gòu)的材料包括光刻膠材料、含硅底部抗反射層材料、無定形碳材料和氮化硅材料的一種或者多種的任意組合。

可選的，所述第一側(cè)墻的制作材料包括氮化銅，在形成所述多個立柱之后，還包括在氫氣氣氛中對所述多個立柱進(jìn)行退火處理，使所述氮化銅被還原成銅。

可選的，還包括所述立柱之間形成超低k介質(zhì)材料。

可選的，所述第一側(cè)墻或者所述第二側(cè)墻的制作材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氮化硅、氮化鈦和氮化銅中的至少一種或者多種的任意組合。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明所提供的一種半導(dǎo)體器件的形成方法中，首先在介質(zhì)層上的硬掩膜層中形成貫穿所述硬掩膜層厚度的一個或者多個條狀開口，然后在所述條狀開口上形成兩個以上沿所述條狀開口長度方向分布的柱狀結(jié)構(gòu)，之后在所述柱狀結(jié)構(gòu)的側(cè)面形成位于所述硬掩膜層上的側(cè)墻，從而在同一條狀開口上柱狀結(jié)構(gòu)所占據(jù)的位置和相鄰兩個側(cè)墻之間的位置都形成通孔或者溝槽，使得在同一所述條狀開口上相鄰兩個柱狀結(jié)構(gòu)之間增加形成一個通孔或者溝槽，從而形成密集排列的通孔或者溝槽陣列，相鄰?fù)谆蛘邷喜壑g的距離可以小于傳統(tǒng)光刻工藝極限值。

本發(fā)明所提供的另外一種半導(dǎo)體器件的形成方法中，在襯底上形成第一側(cè)墻，并形成犧牲層覆蓋所述第一側(cè)墻和所述襯底，在所述犧牲層上形成第二側(cè)墻，然后以所述第二側(cè)墻為掩模蝕刻所述第一側(cè)墻，進(jìn)而在第一側(cè)墻中與第二側(cè)墻對應(yīng)的位置形成矩陣排列的多個立柱，由于第一側(cè)墻之間的距離可以小于傳統(tǒng)光刻工藝極限值，第二側(cè)墻之間的距離可以小于傳統(tǒng)光刻工藝極限值，因而所形成的立柱陣列中，相鄰立柱之間的距離可以小于傳統(tǒng)光刻工藝極限值，并且立柱陣列排列規(guī)整，密集程度高。

附圖說明

圖1至圖13為本發(fā)明實施例一所提供的半導(dǎo)體器件的形成方法的示意圖；

圖14至圖23為本發(fā)明實施例二所提供的半導(dǎo)體器件的形成方法的示意圖。

具體實施方式

正如背景技術(shù)所述，利用版-刻-版-刻或者版-版-刻等光刻技術(shù)制作通孔(via)、溝槽(trench)、金屬插塞(metal plug)或者金屬互連線時，需要用到兩次掩膜版，并且所形成的通孔、溝槽、金屬插塞或者金屬互連線通常無法達(dá)到所需的密集排列，難以形成矩陣分布的通孔、溝槽、金屬插塞或者金屬互連線。

為此，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的形成方法，首先在介質(zhì)層上的硬掩膜層中形成貫穿所述硬掩膜層厚度的一個或者多個條狀開口，然后在所述條狀開口上形成兩個以上沿所述條狀開口長度方向分布的柱狀結(jié)構(gòu)，之后在所述柱狀結(jié)構(gòu)的側(cè)面形成位于所述硬掩膜層上的側(cè)墻，從而在同一條狀開口上柱狀結(jié)構(gòu)所占據(jù)的位置和同一條狀結(jié)構(gòu)中相鄰兩個側(cè)墻之間的位置都形成通孔或者溝槽，使得在同一所述條狀開口上相鄰兩個柱狀結(jié)構(gòu)之間增加形成一個通孔或者溝槽，從而形成密集排列的通孔或者溝槽陣列，由于在同一條狀結(jié)構(gòu)中相鄰兩個側(cè)墻之間增加形成一個開口，因此最終形成的相鄰兩個通孔或者溝槽之間的距離可以小于傳統(tǒng)光刻工藝極限值。

在本發(fā)明提供的另外一種半導(dǎo)體器件的形成方法中，首先在襯底上形成第一條狀結(jié)構(gòu)，然后在第一條狀結(jié)構(gòu)側(cè)面形成第一側(cè)墻，并形成犧牲層覆蓋所述第一側(cè)墻和所述襯底，在所述犧牲層上形成第二側(cè)墻，然后以所述第二側(cè)墻為掩模蝕刻所述第一側(cè)墻，形成矩陣排列的多個立柱，由于第一側(cè)墻之間的距離可以小于傳統(tǒng)光刻工藝極限值，第二側(cè)墻之間的距離也可以小于傳統(tǒng)光刻工藝極限值，因而利用它們之間的重疊位置所形成的立柱陣列中，相鄰立柱之間的距離可以小于傳統(tǒng)光刻工藝極限值，并且可以形成矩陣分布的金屬插塞。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細(xì)的說明。

本發(fā)明實施例一提供一種半導(dǎo)體器件的形成方法，下面結(jié)合圖1至圖13對本實施例加以說明。

請參考圖1，提供襯底(未圖示)，襯底上包含介質(zhì)層100。

本發(fā)明對襯底不做限制，具體的，所述襯底的材料可以是單晶結(jié)構(gòu)或者非晶結(jié)構(gòu)的硅或者硅鍺，也可以是絕緣體上硅(SOI)或者絕緣體上鍺(GOI)，并可以包括其它的材料，例如摻雜砷化鎵等化合物。本實施例以單晶結(jié)構(gòu)的硅襯底為例。

襯底上形成的介質(zhì)層100可以是層間介質(zhì)層，也可以是頂層介質(zhì)層。介質(zhì)層100的材料可以是氧化硅材料，也可以是低k或超低k材料。請繼續(xù)參考圖1，在介質(zhì)層100上形成硬掩膜層120。

本實施例中，所述硬掩膜層120為金屬硬掩膜層，其材料可以是氮化鈦或者氮化銅。采用金屬硬掩膜作所述硬掩膜層120，后續(xù)在蝕刻介質(zhì)層100時，會有較高的選擇比，即蝕刻時能夠?qū)橘|(zhì)層100進(jìn)行充分蝕刻而金屬硬掩膜層不被蝕刻。為達(dá)到較好的掩膜效果，本實施例中，硬掩膜層120的厚度可以設(shè)置為所述厚度范圍的硬掩膜層120一方面能夠保證蝕刻時發(fā)揮掩膜的作用，另一方面又不至于太厚，以便后續(xù)能夠盡快通過平坦化等方式去除。

本實施例中，由于所述硬掩膜層120為金屬硬掩膜層，因而在后續(xù)形成條狀開口121時，容易對介質(zhì)層100也進(jìn)行蝕刻。因此，本實施例在介質(zhì)層100上形成硬掩膜層120之前，可以先在介質(zhì)層100上形成刻蝕停止層110，如圖1所示。這樣就能夠在蝕刻硬掩膜層120時，以刻蝕停止層110為蝕刻終點，從而保護(hù)介質(zhì)層100。所述刻蝕停止層110的材料可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅和碳氮化硅的一種或者多種的任意組合?？涛g停止層110的厚度范圍可以為

請結(jié)合參考圖1和圖2，在硬掩膜層120中形成貫穿硬掩膜層120厚度的一個或者多個條狀開口121。

圖2是圖1所示結(jié)構(gòu)的俯視示意圖，而圖1是沿圖2中A-A方向剖開得到的剖視圖。從圖2中可以看出，本實施例設(shè)置三條相互平行的條狀開口121，所述條狀開口121的寬度W1可以為5nm～200nm，條狀開口121的長度L1至少為兩倍節(jié)距(Pitch，指芯片或者晶圓上兩個單元之間的距離，本實施例中，兩個條狀開口121之間的距離即一個節(jié)距)，以便后續(xù)在一個條狀開口121上形成至少兩個柱狀結(jié)構(gòu)131(請參考圖5)，本實施例中，條狀開口121的長度L1為三倍節(jié)距以上，以便后續(xù)形成三個柱狀結(jié)構(gòu)131(參考步驟四)。需要說明的是，在本發(fā)明的其它實施例中，條狀開口121可以是一條、兩條或者四條以上。當(dāng)條狀開口121為多條時，它們相互之間也不限定為相互平行，而是可以各自呈一定角度，例如呈例如30°、45°或者60°等。

請結(jié)合參考圖5和圖6，在每個條狀開口121上形成三個沿條狀開口121長度方向分布的柱狀結(jié)構(gòu)131，柱狀結(jié)構(gòu)131的上表面高于硬掩膜層120的上表面。

所述柱狀結(jié)構(gòu)131的形成過程請結(jié)合參考圖3、圖4、圖5和圖6。如圖3所示，先在硬掩膜層120和刻蝕停止層110上形成掩膜材料層130，然后在掩膜材料層130上形成多個光刻膠圖案141。本實施例中，光刻膠圖案141位于條狀開口121正上方，如圖3所示。

圖3是沿圖4中A-A方向剖切得到的剖視圖。圖4是圖3所示結(jié)構(gòu)的俯視圖，從圖4中可以看出，圖案化的光刻膠圖案141呈矩陣分布在掩膜材料層130上面。本實施例中，光刻膠圖案141的寬度W2大于或等于所述條狀開口121的寬度W1，而光刻膠圖案141的長度L2小于條狀開口121的長度L1。由圖4可知，光刻膠圖案141的長度L2遠(yuǎn)小于條狀開口121的長度L1，這樣設(shè)置使得可以在一個條形開口121上設(shè)置至少三個光刻膠圖案141。形成圖4中圖案化的光刻膠圖案141之后，以所述光刻膠圖案141為掩模，蝕刻掩膜材料層130，形成柱狀結(jié)構(gòu)131，如圖5所示。圖5是沿圖4中A-A方向剖切得到的剖視圖，圖6是圖5所示結(jié)構(gòu)的俯視圖，從圖6中可以看到，各個柱狀結(jié)構(gòu)131在各個條狀開口121中均勻分布，這種均勻分布方式能夠使得形成的結(jié)構(gòu)更加規(guī)整。

本實施例中，所得到的柱狀結(jié)構(gòu)131呈上寬下窄的兩段，其中下段剛好填充在條形開口121中。這是因為，掩膜材料層130原先已經(jīng)填充條形開口121，因而柱狀結(jié)構(gòu)131的下段寬度(未標(biāo)注)與條形開口121的寬度W1相等，而柱狀結(jié)構(gòu)131是由光刻膠圖案141轉(zhuǎn)移得到的，因而柱狀結(jié)構(gòu)131上段的長度L3和寬度W3與光刻膠圖案141的長度L2和寬度W2分別相等。在本發(fā)明的其它實施例中，柱狀結(jié)構(gòu)131也可以制作成上下等寬(可通過設(shè)置光刻膠圖案141位于條形開口121正上方，并且光刻膠圖案141與條形開口121寬度相等來實現(xiàn))。所述柱狀結(jié)構(gòu)131高度可以為5nm～100nm，如：5nm、50nm或100nm，其高度大于硬掩膜層120的高度。

本實施例中，掩膜材料層130可以是底部抗反射層材料，例如無定形碳材料，也可以是含硅底部抗反射層材料，還可以是氮化硅材料，同時還可以是它們中的任意組合。

需要說明的是，在本發(fā)明的其它實施例中，所述掩膜材料層130可以直接是由光刻膠材料制成，這種種情況下，整個步驟不必形成光刻膠圖案141，只需要利用曝光顯影技術(shù)直接將掩膜材料層130形成所述柱狀結(jié)構(gòu)131。

本實施例中柱狀結(jié)構(gòu)131的截面為橢圓形，但是，在本發(fā)明其它實施例中，所述柱狀結(jié)構(gòu)131的橫截面還可以是圓形、矩形或者菱形等，這些橫截面為規(guī)則形狀的柱狀結(jié)構(gòu)131有助于后續(xù)側(cè)墻150(請參考圖7)的生長，但本發(fā)明不限定柱狀結(jié)構(gòu)131的橫截面形狀。

請結(jié)合參考圖7和圖8，在圖5和圖6所示柱狀結(jié)構(gòu)131的側(cè)面形成側(cè)墻150，側(cè)墻150同時位于硬掩膜層120上。圖7是沿圖8中A-A方向剖切得到的剖視圖，圖8是圖7所示結(jié)構(gòu)的俯視圖。

請參考圖7，側(cè)墻150形成在柱狀結(jié)構(gòu)131的側(cè)面，并且位于硬掩膜層120上表面，側(cè)墻150可以通過原子層沉積法(ALD)來形成，側(cè)墻150的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氮化硅、氮化鈦和氮化銅中的至少一種或者多種的任意組合。側(cè)墻150的厚度可以為2nm～100nm。

本實施例中，側(cè)墻150的厚度為T，同一條狀開口121上相鄰兩個柱狀結(jié)構(gòu)131之間的距離標(biāo)記為S，同一條狀開口121上相鄰兩個側(cè)墻150之間的距離標(biāo)記為ΔH，則有S＝2T+ΔH。本實施例后續(xù)在柱狀結(jié)構(gòu)131所占據(jù)的位置形成開口，并進(jìn)一步形成通孔或者溝槽，并且在同一條狀開口121上相鄰兩個側(cè)墻150之間的位置可以增加形成一個開口，所增加的開口同樣進(jìn)一步形成通孔或者溝槽，從而使得位于同一條狀開口121上的相鄰兩個通孔或者溝槽的距離比節(jié)距小，小到僅為側(cè)墻150的厚度T，因而制作出的通孔或者溝槽在條狀開口121長度方向上的密集程度高，能夠形成密集程度高的通孔或者溝槽。

本實施例中，優(yōu)選的，設(shè)置ΔH與柱狀結(jié)構(gòu)131的長度L3(請參考圖8)相等，以使得后續(xù)無論是柱狀結(jié)構(gòu)131對應(yīng)位置所形成的通孔或者溝槽，還是同一條狀開口121上相鄰兩個側(cè)墻150之間對應(yīng)位置所形成的通孔或者溝槽，尺寸都相等。

本實施例中所述條狀開口121為三個，每個條狀開口121上的柱狀結(jié)構(gòu)131也為三個。但是在本發(fā)明的其他實施例中，條狀開口121的個數(shù)和每個條狀開口121上所包含的柱狀結(jié)構(gòu)131的個數(shù)都可以是其它數(shù)值，例如設(shè)置兩個條狀開口，每個條狀開口上設(shè)置四個柱狀結(jié)構(gòu)，再例如設(shè)置五個條狀開口，每個條狀開口上設(shè)置五個柱狀結(jié)構(gòu)，總之，可根據(jù)要形成的通孔或者溝槽的個數(shù)相應(yīng)設(shè)定條狀開口和柱狀結(jié)構(gòu)的個數(shù)。

本實施例中相鄰的兩個所述條狀開口121之間的距離小于或等于側(cè)墻150的兩倍厚度(2T)，即相鄰兩個條狀開口121距離較近，同時同一橫向方向上的三個柱狀結(jié)構(gòu)131在同一條直線上(例如其中三個柱狀結(jié)構(gòu)131位于圖8中的A-A方向上)，因而側(cè)墻150沿條狀開口121的寬度方向相互連接在一起。但是，在本發(fā)明的其它實施例中，側(cè)墻150可以不連接在一起，例如只有一條條狀開口121時，或者位于不同條狀開口121之間的柱狀結(jié)構(gòu)131的距離大于側(cè)墻150的兩倍厚度(2T)時。事實上，位于不同條狀開口121之間的側(cè)墻150相互連接與否，不影響本實施例在同一條狀開口121相鄰側(cè)墻150之間形成間隙，因而不影響本實施例技術(shù)方案的實現(xiàn)，所以本實施例可以不考慮不同條狀開口121之間的側(cè)墻150連接問題。但是本實施例將同一橫向方向上的三個柱狀結(jié)構(gòu)131設(shè)置成在同一條直線上，這種設(shè)置不僅可以使后續(xù)形成的開口陣列更加規(guī)整，而且可以使得不同條狀開口121之間的距離設(shè)置得更小，使后續(xù)形成的開口陣列密集程度提高。

需要說明的是，本實施例中側(cè)墻150略呈左右尖端較厚，上下部分較薄的形狀，如圖8所示。這是因為，沉積側(cè)墻150的柱狀結(jié)構(gòu)131的橫截面呈橢圓形，因而在沉積形成側(cè)墻150時，側(cè)墻150的材料沿著柱狀結(jié)構(gòu)131的橫截面形狀生長，最終得到的側(cè)墻150的橫截面呈現(xiàn)與柱狀結(jié)構(gòu)131橫截面相似的扁平結(jié)構(gòu)。

請結(jié)合參考圖7、圖8和圖9，去除柱狀結(jié)構(gòu)131。

圖7和圖8顯示了在柱狀結(jié)構(gòu)131側(cè)面形成側(cè)墻150，在此之后，去除柱狀結(jié)構(gòu)131，如圖9所示。當(dāng)柱狀結(jié)構(gòu)131直接由光刻膠或者有機(jī)底部抗反射層形成時，可以采用灰化工藝去除柱狀結(jié)構(gòu)131，而當(dāng)柱狀結(jié)構(gòu)131由氮化硅制作而成時，可以采用磷酸溶液去除。

去除柱狀結(jié)構(gòu)131之后，原來柱狀結(jié)構(gòu)131所在位置形成了開口122，并且，同一條狀開口121上兩個相鄰側(cè)墻150之間的條狀開口121的位置形成開口123，如圖9所示。這樣，原來在一個條狀開口121上僅形成三個光刻膠圖案141和三個柱狀結(jié)構(gòu)131，但是最終卻能夠在一個條狀開口121上形成了五個開口(分別為三個開口122和兩個開口123)。

請參考圖9至圖13，以側(cè)墻150和硬掩膜層120為掩模，在介質(zhì)層100中蝕刻通孔101。本實施例在一個條狀開口121上形成了上述的三個開口122和兩個開口123之后，以側(cè)墻150和硬掩膜層120為掩模，通過蝕刻上述開口122和開口123下方的介質(zhì)層100，形成位于介質(zhì)層100上的通孔101。需要說明的是，在圖9所顯示的結(jié)構(gòu)中，中央部分為互連結(jié)構(gòu)區(qū)域，而周邊為非互連結(jié)構(gòu)區(qū)域，本實施例是在互連結(jié)構(gòu)區(qū)域中制作相應(yīng)的通孔或者溝槽，因而，在以側(cè)墻150為掩膜進(jìn)行蝕刻之前，可以通過設(shè)置掩膜層(未圖示)遮蔽周邊的非互連結(jié)構(gòu)區(qū)域，然后再進(jìn)行蝕刻，之后去除掩膜層。

請參考圖10，圖10為圖9所示結(jié)構(gòu)沿B-B線切開得到的截面示意圖，從圖10中可以更加清楚地看到同一條狀開口121上分布的三個開口122和兩個開口123，各個開口之間僅隔著側(cè)墻150，開口之間的距離小，因此它們的密集密度高。

請參考圖11，圖11為圖9所示結(jié)構(gòu)沿C-C線切開得到的截面示意圖，從圖11中可以看到在同一條狀開口121上相鄰側(cè)墻150之間增加形成的開口123，由于增加形成開口123，使開口的密度增大，空間利用率提高，能夠在小面積范圍內(nèi)制作出數(shù)量較多的開口，后續(xù)這些開口用于形成通孔或者溝槽，因而能夠在小面積范圍內(nèi)制作出數(shù)量較多的通孔或者溝槽。

請參考圖12，圖12為圖9所示結(jié)構(gòu)沿D-D線切開得到的截面示意圖，從圖12中可以看到，原來被柱狀結(jié)構(gòu)131占據(jù)的位置在柱狀結(jié)構(gòu)131被去除之后形成了開口122，開口122用于后續(xù)進(jìn)一步形成通孔或者溝槽。

在以側(cè)墻150和硬掩膜層120為掩膜蝕刻通孔101的過程中，側(cè)墻150被同時蝕刻去除。當(dāng)硬掩膜層120為金屬硬掩膜層時，在介質(zhì)層100與硬掩膜層120之間還包括刻蝕停止層110，因此，所述過程中也一并蝕刻刻蝕停止層110。

本實施例在介質(zhì)層100中形成的通孔101的密集程度高，這是因為，除了在原先柱狀結(jié)構(gòu)131占據(jù)的條狀開口121(參考圖9)的位置(即圖9中開口122位置)形成了通孔外，在原先同一條狀開口121上相鄰兩個側(cè)墻150之間位置也形成了通孔101。圖13中在形成了三列通孔101(列所在方向指圖9所示B-B方向或者與B-B方向平行的方向)，每列包括有五個通孔101，這五個通孔101中，在圖13中每列從上往下數(shù)的第二個和第四個通孔101是由原來圖9中對應(yīng)開口122蝕刻而增加形成的，這樣，從原來一列僅能形成三個通孔101變成形成五個通孔101，提高了通孔101的密度。

通過上述所述步驟，本實施例在同一條狀開口121上形成相鄰間距小于傳統(tǒng)光刻工藝極限值的通孔101陣列，所形成的通孔101陣列排列規(guī)整，密集程度高。

需要說明的是，本實施例在介質(zhì)層100中形成的是通孔101，在本發(fā)明的其它實施例中，也可以是在介質(zhì)層100中形成溝槽。

在完成上述步驟之后，本實施例還可以繼續(xù)在通孔101中形成金屬層(未圖示)，并通過平坦化工藝去除金屬層高于介質(zhì)層100的上表面的部分、硬掩膜層120和刻蝕停止層110，使金屬層的上表面與介質(zhì)層100的上表面齊平。

本實施例通過上述步驟過程，在三個條狀開口121中分別先形成三個柱狀結(jié)構(gòu)131，然后在這九個柱狀結(jié)構(gòu)131所在位置形成九個開口123，如果按現(xiàn)有工藝，僅能夠根據(jù)這九個開口123對應(yīng)形成九個通孔或者溝槽。但是本實施例通過在柱狀結(jié)構(gòu)131側(cè)面的形成側(cè)墻150，通過控制側(cè)墻150的厚度，在同一條狀開口121上相鄰兩個側(cè)墻150之間增加形成了一個開口122，從而使得一個條狀開口121一共形成五個開口(分別為三個開口122和兩個開口123)，三個條狀開口121中一共形成了十五個開口，最終形成了十五個通孔101，使得條狀開口121上形成的通孔101的密度提高了(15-9)/9＝66.7％。

在本發(fā)明的其它實施例中，假設(shè)有N條條狀開口121，在每個條狀開口121上對應(yīng)形成M個柱狀結(jié)構(gòu)131，這樣，如果僅在這M×N個柱狀結(jié)構(gòu)131所在位置形成開口，則僅能夠形成M×N個開口，最終僅能形成M×N通孔或者溝槽，但是通過本發(fā)明所提供的半導(dǎo)體器件的形成方法，能夠在同一條狀開口121中相鄰兩個柱狀結(jié)構(gòu)131之間增加形成一個開口，這樣，一共就能夠形成(2M-1)×N個開口，最終可以形成(2M-1)×N個通孔或者溝槽，即可以增加形成(M-1)×N個開口，因此所形成的通孔或者溝槽的密度提高了(M-1)/M％。當(dāng)M為100時，所形成的通孔或者溝槽的密度提高了99％，并且M越大，密度提高越多。

本發(fā)明實施例二提供另外一種半導(dǎo)體器件的形成方法，下面將結(jié)合圖14至圖23對本實施例提供的半導(dǎo)體器件的形成方法加以說明。

在本實施例中，為了方便說明，定義一個三維坐標(biāo)軸，所述三維坐標(biāo)軸包括X、Y和Z三個軸向，并且它們相互垂直，從圖14至圖23的各個示意圖所在軸向可以參考圖中左下角處的坐標(biāo)箭頭，例如圖14為X-Z截面示意圖，而圖15為X-Y截面示意圖。

請參考圖14，提供襯底200。

襯底200的材料可以是單晶或者非晶結(jié)構(gòu)的硅或者硅鍺，也可以是絕緣體上硅(SOI)或者絕緣體上鍺(GOI)，并可以包括其它的材料，例如摻雜砷化鎵等化合物，本實施例對襯底200不做限制。

請結(jié)合參考圖14和圖15，在襯底200上形成第一條狀結(jié)構(gòu)211。

本實施例中，第一條狀結(jié)構(gòu)211的材料可以是光刻膠材料、底部抗反射層材料(例如無定形碳)、含硅底部抗反射層材料和氮化硅材料的一種或者多種的任意組合。第一條狀結(jié)構(gòu)211的形成過程可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的技術(shù)，在此不再贅述。

圖15是圖14所示結(jié)構(gòu)的俯視示意圖，本實施例中，設(shè)置有三條相互平行的第一條狀結(jié)構(gòu)211，如圖15所示。在本發(fā)明的其它實施例中，第一條狀結(jié)構(gòu)211條數(shù)也可以是一條、兩條或者四條以上，本發(fā)明并不限定第一條狀結(jié)構(gòu)211的條數(shù)。本實施例中，第一條狀結(jié)構(gòu)211的寬度可以為2nm～200nm，這種寬度范圍的第一條狀結(jié)構(gòu)211后續(xù)能夠形成所需的立柱陣列。

請結(jié)合參考圖16，在圖14和圖15所示的第一條狀結(jié)構(gòu)211側(cè)面形成位于襯底200上的第一側(cè)墻221。

本實施例可以采用原子層沉積法(ALD)形成第一側(cè)墻221，具體的，采用原子層沉積法在第一條狀結(jié)構(gòu)211的上表面、側(cè)面以及襯底200的上表面沉積第一側(cè)墻材料層(未圖示)，然后通過現(xiàn)有側(cè)墻形成工藝形成第一側(cè)墻221。第一側(cè)墻221的材料為氮化銅，本實施例中，第一側(cè)墻221的寬度可以為2nm～200nm。本實施例采用氮化銅制作第一側(cè)墻221，在最終形成立柱之后，還包括在氫氣氣氛中對多個立柱進(jìn)行退火處理，使氮化銅被還原成銅，形成銅立柱。

請繼續(xù)參考圖17，去除圖16中的第一條狀結(jié)構(gòu)211。

本實施例在形成第一側(cè)墻221之后，去除第一條狀結(jié)構(gòu)211，保留第一側(cè)墻221，如圖17所示。針對不同材料的第一條狀結(jié)構(gòu)211，可以用不同方法去除，例如當(dāng)?shù)谝粭l狀結(jié)構(gòu)211由光刻膠或者有機(jī)底部抗反射層形成時，可以采用灰化工藝去除所述第一條狀結(jié)構(gòu)211，而當(dāng)?shù)谝粭l狀結(jié)構(gòu)211由氮化硅制作而成時，可以采用磷酸溶液去除。

請結(jié)合參考圖18和圖19，形成犧牲層230覆蓋第一側(cè)墻221和襯底200。

本實施例中，在去除第一條狀結(jié)構(gòu)211之后，形成犧牲層230覆蓋第一側(cè)墻221，犧牲層230的形成能夠在第一側(cè)墻221上方形成平整的層結(jié)構(gòu)，以便后續(xù)繼續(xù)形成其它各層。在圖18所示的X-Z截面中可以看到，所述犧牲層230填充在第一側(cè)墻221之間，并且高出第一側(cè)墻221一段高度，在圖19所示的Y-Z截面中，同樣可以看到所述犧牲層230在第一側(cè)墻221上方形成平整的層結(jié)構(gòu)。

請結(jié)合參考圖18和圖19，在犧牲層230上形成第二條狀結(jié)構(gòu)241，其中第二條狀結(jié)構(gòu)241的長度方向與第一側(cè)墻221的長度方向呈90°的夾角。

需要說明的是，在本發(fā)明的其它實施例中，第二條狀結(jié)構(gòu)241的長度方向與第一側(cè)墻221的長度方向也可以呈大于等于45°且小于90°的其它任何夾角，例如45°、60°或者75°等。當(dāng)?shù)诙l狀結(jié)構(gòu)241的長度方向與第一側(cè)墻221的長度方向呈大于等于45°且小于90°的夾角范圍時，第一側(cè)墻221被后續(xù)第二側(cè)墻251(請參考本實施例后續(xù)步驟)重疊的部分中，所述重疊部分的橫截面會呈面積與周長的比值比較大的形狀。例如本實施例中，重疊的部分的橫截面會呈矩形。通常希望所制作的立柱222的橫截面同樣具有較大的面積周長比，因而在上述夾角范圍為形成所需形狀的立柱222提供了保證。

本實施例中，結(jié)合圖18和圖19可知，第二條狀結(jié)構(gòu)241有三條，為長條狀，分布在犧牲層230上方。在本發(fā)明的其它實施例中，第二條狀結(jié)構(gòu)241條數(shù)也可以是一條、兩條或者四條以上，本發(fā)明并不限定第二條狀結(jié)構(gòu)241的條數(shù)。同時，第二條狀結(jié)構(gòu)241的寬度可以為2nm～200nm，這種寬度范圍的第二條狀結(jié)構(gòu)241與上述第一條狀結(jié)構(gòu)211的寬度范圍相匹配，并且可進(jìn)一步設(shè)置第一條狀結(jié)構(gòu)211的寬度與第二條狀結(jié)構(gòu)241的寬度相等，從而使得后續(xù)形成的立柱222(參考本說明書后續(xù)步驟)橫截面為正方形。

請結(jié)合參考圖20至圖22，在圖18和圖19所示的第二條狀結(jié)構(gòu)241側(cè)面形成位于犧牲層230上的第二側(cè)墻251。

本實施例在犧牲層230上方形成第二側(cè)墻材料層(未圖示)，第二側(cè)墻材料層形成在第二條狀結(jié)構(gòu)241的頂部、側(cè)面以及犧牲層230的上表面。本實施例可以采用原子層沉積法(ALD)形成所述第二側(cè)墻材料層，其材料可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氮化硅和氮化鈦中的至少一種或者多種的任意組合，但需要保證第二側(cè)墻材料層的材料與犧牲層230和第一側(cè)墻221的材料均不同，并且，最好選用與犧牲層230和第一側(cè)墻221的材料相比具有較高刻蝕選擇比的材料。

在形成第二側(cè)墻材料層之后，繼續(xù)進(jìn)行側(cè)墻蝕刻工藝使第二側(cè)墻材料層形成第二側(cè)墻251，如圖22所示。本實施例中第二側(cè)墻251的厚度同樣可以為2nm～200nm。

請參考圖22，第二側(cè)墻251位于犧牲層230的上表面，并且，根據(jù)上述描述可知，第一側(cè)墻221的長度方向與第二側(cè)墻251的長度方向相互垂直，雖然第一側(cè)墻221和第二側(cè)墻251之間隔著犧牲層230，但是兩個側(cè)墻之間存在對應(yīng)位置(即上下間重疊的位置)，第一側(cè)墻221的對應(yīng)位置在犧牲層230上的投影與第二側(cè)墻251的對應(yīng)位置在犧牲層230上的投影重合。

請結(jié)合參考圖22和圖23，以第二側(cè)墻251為掩模，蝕刻犧牲層230和第一側(cè)墻221，并去除犧牲層230，形成矩陣排列的多個立柱222。

本實施例中，可以采用鹵族元素的等離子體來蝕刻所述犧牲層230和所述第二側(cè)墻251。在蝕刻時，第一側(cè)墻221只有上述對應(yīng)位置處的部分被保留下來，蝕刻完成后，第一側(cè)墻221被蝕刻成立柱222。所形成的立柱222為氮化銅材料的立柱222。接著，可以在氫氣氣氛中對立柱222進(jìn)行退火處理，使氮化銅被還原成銅，形成銅的立柱222，具體的，可以在100℃～400℃的溫度條件下，進(jìn)行退火，形成銅立柱222。

本實施例采用氮化銅制作所述第一側(cè)墻221，氮化銅是一種金屬化合物，它可以運用原子層沉積方法來形成，因此可以用來形成厚度較小的第一側(cè)墻221，從而保證后續(xù)形成密集排列的立柱222，并且，氮化銅容易被還原成銅，后續(xù)容易將立柱222還原成金屬插塞，因而特別適合用于本發(fā)明的技術(shù)方案。

經(jīng)過上述步驟，本實施例形成了立柱222的密集陣列，所述立柱222是在第一側(cè)墻221上，并且立柱222是在上述第一側(cè)墻221的對應(yīng)位置處形成的，而該對應(yīng)位置是第一側(cè)墻221與第二側(cè)墻251的垂直重疊部分確定的，由于第一側(cè)墻221和第二側(cè)墻251各自相互之間的距離都可以小于光刻工藝的極限值，因此本實施例所形成的立柱222的陣列中，相鄰立柱222之間的距離可以小于傳統(tǒng)光刻工藝極限值，形成的立柱222陣列排列規(guī)整，密集程度高。

圖中雖然未顯示，但是在完成上述步驟之后，本實施例還可以繼續(xù)在形成的立柱222(此時立柱222可以是被還原后的銅立柱)之間形成低k或者超低k介質(zhì)材料。在此之前，先要去除上述過程中殘留的犧牲層230，可以采用氧基(O－)的等離子體將殘留的犧牲層230和第二側(cè)墻251去除，然后可以采取物理氣相沉積法(PVD)、化學(xué)氣相沉積法(CVD)或者原子層沉積法(ALD)在立柱222之間的襯底200上形成低k或者超低k介質(zhì)材料。形成低k或者超低k介質(zhì)材料之后，立柱222即轉(zhuǎn)化為金屬插塞。

本發(fā)明所提供的兩種半導(dǎo)體器件的形成方法分別采用條狀開口和條狀結(jié)構(gòu)的設(shè)置，同時配合采用側(cè)墻形成工藝以及將側(cè)墻作為掩膜進(jìn)行蝕刻的方法，形成了矩陣排布的通孔、溝槽或者金屬插塞，所形成的通孔、溝槽或者金屬插塞排列規(guī)整，密集程度高。

雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。