本發(fā)明的實施例涉及形成半導體器件的方法。

背景技術(shù)：

半導體集成電路(ic)產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了快速增長。ic材料和設計上的技術(shù)進步產(chǎn)生了多代ic，其中，每一代都具有比先前一代更小且更復雜的電路。在ic發(fā)展過程中，功能密度(即每芯片面積上互連器件的數(shù)量)通常增大而幾何尺寸(即，使用制造工藝可以創(chuàng)建的最小的組件(或線))減小了。這種按比例縮小工藝通常通過提高生產(chǎn)效率和降低相關(guān)成本而提供益處。這種按比例縮小也增加了處理和制造ic的復雜度。

例如，由于光學光刻接近其技術(shù)和經(jīng)濟的極限，定向自組裝(dsa)工藝作為用于圖案化諸如接觸孔的密集部件的潛在候選對象出現(xiàn)。dsa工藝利用諸如嵌段共聚物的材料的自組裝性能以達到納米級尺寸，同時滿足目前制造的限制。典型的dsa工藝使用“引導”自組裝工藝的引導圖案。引導圖案的幾何結(jié)構(gòu)可影響自組裝聚合物部件的配置以及最終的圖案密度。期望在這些領域中有所改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例提供了一種形成半導體器件的方法，包括：提供襯底；在所述襯底上方形成芯軸圖案；在所述芯軸圖案的側(cè)壁上形成間隔件；去除所述芯軸圖案，從而形成至少部分地被所述間隔件圍繞的溝槽；在所述溝槽中沉積共聚物材料，其中，所述共聚物材料是定向自組裝的；以及在所述共聚物材料內(nèi)引發(fā)微相分離，從而限定由第二組分聚合物圍繞的第一組分聚合物。

本發(fā)明的另一實施例提供了一種形成半導體器件的方法，包括：提供襯底；在所述襯底上方形成芯軸圖案；在所述芯軸圖案的側(cè)壁上形成間隔件；去除所述芯軸圖案，從而形成至少部分地被所述間隔件圍繞的溝槽；在所述溝槽中沉積共聚物材料，其中，所述共聚物材料是定向自組裝的；在所述共聚物材料內(nèi)引發(fā)微相分離，從而限定由第二組分聚合物圍繞的第一組分聚合物；以及將對應于所述第一組分聚合物或所述第二組分聚合物的圖案轉(zhuǎn)移至所述襯底。

本發(fā)明的又一實施例提供了一種形成半導體器件的方法，包括：提供襯底；使用第一光刻工藝在所述襯底上方形成芯軸圖案的第一陣列；使用第二光刻工藝在所述襯底上方形成所述芯軸圖案的第二陣列，其中，所述第一陣列的行和所述第二陣列的行是交錯的，并且所述第一陣列的列和所述第二陣列的列也是交錯的；在所述芯軸圖案的側(cè)壁上形成間隔件；去除所述芯軸圖案，從而形成至少部分地被所述間隔件圍繞的溝槽；在所述溝槽中沉積共聚物材料，其中，所述共聚物材料是定向自組裝的；在所述共聚物材料內(nèi)引發(fā)微相分離，從而限定由第二組分聚合物圍繞的第一組分聚合物；以及將對應于所述第一組分聚合物的圖案轉(zhuǎn)移至所述襯底。

附圖說明

當結(jié)合附圖進行閱讀時，從以下詳細描述可最佳地理解本發(fā)明的各個方面。應該注意，根據(jù)工業(yè)中的標準實踐，各個部件未按比例繪制。實際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增大或減小。

圖1a示出根據(jù)本發(fā)明的各個方面的制造半導體器件的方法的流程圖。

圖1b和圖1c示出根據(jù)圖1a的方法的實施例的制造半導體器件的方法的流程圖。

圖2a、圖2b是根據(jù)一些實施例的在圖1a的方法中的目標芯軸圖案的頂視圖。

圖2c、圖2d、圖2e、圖2f和圖2g示出根據(jù)本發(fā)明的各個方面的dsa引導圖案和納米域(nanodomains)的一些配置。

圖3a、圖3b、圖3c和圖3d是根據(jù)一些實施例的根據(jù)圖1a的方法形成半導體器件的截面圖。

圖3m和圖3p是根據(jù)一些實施例的根據(jù)圖1a的方法形成半導體器件的頂視圖。

圖3e-1、圖3f-1、圖3g-1、圖3h-1、圖3i-1、圖3j-1、圖3k-1、圖3l-1、圖3n-1、圖3o-1、圖3q-1、圖3r-1和圖3s-1是根據(jù)一些實施例的根據(jù)圖1a和圖1b的方法形成半導體器件的截面圖(這里應用的是沿著圖2a、圖2b、圖3m和圖3p中的線“1-1”)。

圖3e-2、圖3f-2、圖3g-2、圖3h-2、圖3i-2、圖3j-2、圖3k-2、圖3l-2、圖3n-2、圖3o-2、圖3q-2、圖3r-2和圖3s-2是根據(jù)一些實施例的根據(jù)圖1a和圖1b的方法形成半導體器件的截面圖(這里應用的是沿著圖2a、圖2b、圖3m和圖3p中的線“2-2”)。

圖4a、圖4b、圖4c、圖4d、圖4e和圖4f示出根據(jù)一些實施例的根據(jù)圖1a的方法形成半導體器件的頂視圖。

圖5a、圖5b、圖5c、圖5d和圖5e是根據(jù)一些實施例的根據(jù)圖1a的方法形成半導體器件的頂視圖。

圖6a、圖6b、圖6c、圖6d、圖6e和圖6f示出根據(jù)一些實施例的根據(jù)圖1a的方法形成半導體器件的頂視圖。

圖6g-1和圖6g-2示出根據(jù)一些實施例的根據(jù)圖1a的方法形成半導體器件的沿著圖6f的線“1-1”和線“2-2”的截面圖。

圖7a-1、圖7a-2、圖7b-1、圖7b-2、圖7c-1、圖7c-2、圖7d-1、圖7d-2、圖7e-1、圖7e-2、圖7f-1和圖7f-2示出根據(jù)一些實施例的根據(jù)圖1a和圖1c的方法形成半導體器件的截面圖。

具體實施方式

以下公開內(nèi)容提供了許多用于實現(xiàn)所提供主題的不同特征的不同實施例或?qū)嵗Ｏ旅婷枋隽私M件和布置的具體實例以簡化本發(fā)明。當然，這些僅僅是實例，而不旨在限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接觸的方式形成的實施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實施例。此外，本發(fā)明可在各個實例中重復參考標號和/或字符。該重復是為了簡單和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個實施例和/或配置之間的關(guān)系。

而且，為了便于描述，在此可以使用諸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空間相對術(shù)語以描述如圖所示的一個元件或部件與另一個(或另一些)元件或部件的關(guān)系。除了圖中所示的方位外，空間相對術(shù)語旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位上)，并且在此使用的空間相對描述符可以同樣地作出相應的解釋。

本發(fā)明通常涉及半導體器件，并且更具體地涉及使用dsa工藝制造半導體器件的方法。在典型的dsa工藝中，在光刻限定的表面上方形成具有組分聚合物的嵌段共聚物(bcp)膜，并且引發(fā)微相分離以導致組分聚合物分子自組裝，從而創(chuàng)建了具有高度均勻的尺寸和形狀的密集封裝部件。典型地，通過光刻工藝創(chuàng)建引導圖案并且引導圖案“引導”上述dsa工藝?？梢允褂胐sa工藝創(chuàng)建的部件的一些實例包括垂直于襯底定向的圓柱納米域和層狀納米域。圓柱納米域發(fā)現(xiàn)對于創(chuàng)建用于半導體器件的密集封裝的小接觸孔具有特別的前景。然而，典型的bcp自發(fā)地形成位于大區(qū)域中的圓柱納米域的六邊形陣列或位于窄溝槽中的圓柱納米域的一行。任一情況都不非常適合現(xiàn)有的半導體制造，因為半導體器件中典型的接觸孔設計為正方形形狀。圓柱納米域的矩形或正方形陣列更適合現(xiàn)有的半導體設計和制造。因此，本發(fā)明的一個目的是創(chuàng)建以矩形或正方形陣列布置的圓柱納米域。在實施例中，本發(fā)明通過為dsa工藝設計一些新穎的引導圖案來實現(xiàn)目標。

現(xiàn)參照圖1a，根據(jù)本發(fā)明的各個方面示出使用dsa工藝形成半導體器件的方法100的流程圖。方法100僅為實例，并不旨在限制本發(fā)明超出權(quán)利要求中明確列舉的那些?？梢栽诜椒?00之前、期間和之后提供附加的操作，并且對于本方法的額外的實施例，可以替代、消除或移動描述的一些操作。下文中結(jié)合圖2a至圖2g簡略地描述方法100的概述。接著，通過結(jié)合圖3a至圖3s-2詳細地描述方法100，圖3a至圖3s-2是根據(jù)本發(fā)明的各個方面的半導體結(jié)構(gòu)300的不同的圖。

參照圖1a，方法100在操作102處接收襯底，并且在操作104處在襯底上方形成芯軸圖案。芯軸圖案具有用于約束后續(xù)dsa工藝的限制的尺寸。方法100在操作106處使用切割工藝可選地去除芯軸圖案的一些。然后，在操作108處，在芯軸圖案的側(cè)壁上形成間隔件。在操作110處去除芯軸圖案并且在操作112處處理間隔件之后，方法100在操作114和116處使用bcp實施dsa工藝。dsa工藝使用處理的間隔件作為引導圖案。間隔件的配置和bcp的組成導致期望的組分聚合物(或納米域)布置成正方形或矩形陣列。方法100可在操作118處可選地去除組分聚合物的一些并且將對應于組分聚合物的一個的圖案轉(zhuǎn)移至襯底。在本實施例中，期望的組分聚合物是圓柱狀的并且適合于形成接觸孔。

圖2a和圖2b示出根據(jù)本發(fā)明的各個方面構(gòu)建的將形成的芯軸圖案的一些實例的頂視圖。參照圖2a，目標圖案200包括布置成棋盤狀配置的多個芯軸圖案202。不像典型的棋盤，芯軸圖案202間隔開。芯軸圖案202可以分成兩組。芯軸圖案202的第一組200a布置成具有行和列的陣列(在這個實例中是3×3陣列)。芯軸圖案202的第二組200b布置成具有列和行的另一陣列(在這個實例中是2×2陣列)。組(或陣列)200a的行與組(或陣列)200b的行交錯，并且組200a的列與組200b的列交錯。

芯軸圖案202是大致矩形并且具有約相同的尺寸。在圖2a示出的實例中，每個芯軸圖案202具有沿著“x”方向的尺寸dx和沿著垂直于“x”方向的“y”方向的尺寸dy。組200a中的芯軸圖案202通過沿著“x”方向的間隔sx和沿著“y”方向的間隔sy與組200b中的相鄰的芯軸圖案202間隔開。沿著“x”方向的芯軸圖案202的間距px等于dx的二倍加上sx的二倍。沿著“y”方向的芯軸圖案202的間距py等于dy的二倍加上sy的二倍。在本實施例中，sx約等于sy，sy是在操作108處(圖1a)將形成在芯軸圖案202的側(cè)壁上的間隔件的厚度。芯軸圖案202是島類型的芯軸圖案并且間隔件將形成在芯軸圖案202的外側(cè)壁上。

參照圖2b，目標圖案210包括具有與芯軸圖案202大致相同的尺寸(dx和dy)和相同的配置(sx、sy、px和py)的多個芯軸圖案212。目標圖案200和210之間的一個差異是芯軸圖案212是溝槽類型的圖案并且間隔件將形成在芯軸圖案212的內(nèi)側(cè)壁上。類似于目標圖案200，目標圖案210可分成兩組。芯軸圖案212的第一組210a布置成具有行和列的陣列(在這個實例中是3×3陣列)。芯軸圖案212的第二組210b布置成具有行和列的另一陣列(在這個實例中是2×2陣列)。組(或陣列)210a的行與組(或陣列)210b的行交錯，并且組210a的列與組210b的列交錯。

圖2c至圖2g示出在dsa工藝(操作116)中的引導圖案222和期望的納米域226的一些示例性配置。從芯軸圖案202或212衍生出引導圖案222。在本實施例中，引導圖案222是形成在芯軸圖案202或212的側(cè)壁上的間隔件。因此，芯軸圖案202或212的幾何結(jié)構(gòu)控制引導圖案222的幾何結(jié)構(gòu)。在操作116中通過bcp的組成(諸如bcp中的組分聚合物的類型和比率)來確定納米域226的尺寸。在本實施例中，調(diào)節(jié)bcp的組成和引導圖案222的表面性能來產(chǎn)生用于接觸孔的圓柱納米域226。如圖2c至圖2f所示，設計引導圖案222的幾何結(jié)構(gòu)，從而使得納米域226在引導圖案的每個中形成矩形或正方形陣列，并且不是六邊形陣列。一個直接的益處是納米域226符合現(xiàn)有的ic設計和制造流程。

影響引導圖案222的幾何設計的因素包括在形成芯軸圖案202和212中的光刻分辨率、bcp的分子重量和組分聚合物的熱穩(wěn)定性。例如，較小的引導圖案(具有較小的臨界尺寸)在光刻工藝中需要較高的分辨率。較大的引導圖案可導致納米域形成六邊形陣列，因為布置成六邊形陣列比布置成正方形陣列更加熱穩(wěn)定。在本實施例中，設計引導圖案222的幾何結(jié)構(gòu)，從而使得納米域226的每個陣列具有至多4行和至多4列。換言之，陣列可具有如圖2c所示的1×1、1×2、1×3或1×4的尺寸(行×列或列×行)，或如圖2d所示的2×2、2×3或2×4的尺寸，或如圖2e所示的3×3或3×4的尺寸，或如圖2f所示的4×4的尺寸。可通過具有l(wèi)形狀的引導圖案222或通過從圖2c至圖2f的一個中的納米域的矩形陣列或正方形陣列去除納米域226的一些來產(chǎn)生圖2g中示出的配置。

在下文的段落中，結(jié)合圖3a至圖3s-2詳細地描述方法100，圖3a至圖3s-2是根據(jù)本發(fā)明的各個方面的半導體結(jié)構(gòu)300的不同的圖。半導體結(jié)構(gòu)300可以是在ic的處理期間制造的中間器件或中間器件的部分，其可包括靜態(tài)隨機存取存儲器(sram)和/或其他邏輯電路，諸如電阻器、電容器和電感器的無源組件，以及諸如p型fet(pfet)、n型fet(nfet)、finfet、金屬氧化物半導體場效應晶體管(mosfet)、互補金屬氧化物半導體(cmos)晶體管、雙極晶體管、高壓晶體管、高頻晶體管、其他存儲單元和它們的組合的有源組件。

在操作102處，方法100(圖1a)接收襯底302。參照圖3a，襯底302包括材料層304和圖案化目標層306(一個或多個圖案將形成在其中)。材料層304包括一種或多種材料層或組合物。在一些實施例中，材料層304包括元素半導體(例如，硅或鍺)和/或化合物半導體(例如，硅鍺、碳化硅、砷化鎵、砷化銦、氮化鎵和磷化銦)。在一些實施例中，材料層304包括諸如碳化硅鍺、磷砷化鎵和磷銦化鎵的合金半導體。材料層304也可包括非半導體材料，該材料包括堿石灰玻璃、熔融二氧化硅、熔融石英、氟化鈣(caf2)和/或其他合適的材料。在一些實施例中，材料層304具有限定在其內(nèi)的一層或多層，諸如具有位于塊狀半導體上方的外延層。在一些實施例中，材料層304包括絕緣體上半導體(soi)襯底。在實施例中，材料層304可包括摻雜的區(qū)域并且具有形成在其上或其中的電路。

在實施例中，圖案化目標層306是硬掩模層。例如，它可包括諸如氧化硅或氮化硅的介電材料。在另一實施例中，圖案化目標層306是層間介電(ild)層或金屬間介電(imd)層。例如，圖案化目標層306可包括低k或極低k材料。例如，圖案化目標層306可包括諸如原硅酸四乙酯(teos)氧化物、未摻雜的硅酸鹽玻璃或摻雜的氧化硅(諸如硼磷硅酸鹽玻璃(bpsg)、熔融石英玻璃(fsg)、磷硅酸鹽玻璃(psg)、硼摻雜的硅玻璃(bsg))和/或其他合適的介電材料的材料?？赏ㄟ^諸如物理汽相沉積(pvd)、包括等離子體增強的cvd(pecvd)的化學汽相沉積(cvd)和原子層沉積(ald)的沉積或其他方法在材料層304上方形成圖案化目標層306。

在操作104處，方法100(圖1)在圖案化目標層306上方形成芯軸圖案(例如，芯軸圖案202(圖2a)或212(圖2b))。芯軸圖案具有上文中討論的限制的尺寸。這涉及諸如沉積、光刻和蝕刻的各種工藝，這將在下文中進一步描述。

參照圖3b，在圖案化目標層306上方沉積硬掩模(hm)層308。在一些實施例中，hm層308包括諸如氧化硅、氮化硅和/或氮氧化硅(sion)的一種或多種介電材料。在一些實施例中，hm層308包括氮化鈦(tin)。在一些實施例中，hm層308具有在從約5nm至約50nm的范圍內(nèi)的厚度。在一些實施例中，使用選自由cvd、pvd、ald、旋涂方法、濺射、熱氧化和它們的組合構(gòu)成的組中的一種或多種工藝形成hm層308。

在一些實施例中，如果光刻設備的分辨率允許，可使用一種光刻工藝在hm層308中形成芯軸圖案202或212。在本實施例中，方法100使用圖1b所示的雙重圖案化方法以緩解諸如光學波長和臨界尺寸的光刻工藝的一些需求。特別地，雙重圖案化方法使用第一光刻工藝形成組200a(或210a)并且使用第二光刻形成組200b(或210b)。

參照圖1b，在操作132處，方法100在hm層308上方形成另一hm層310(圖3c)。hm層310可包括諸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅(sion)或低k介電材料的介電材料；并且可使用前面提及的一種或多種沉積工藝來形成。hm層310具有相對于hm層308的不同的蝕刻選擇性。

方法100(圖1b)使用包括第一光刻和一種或多種蝕刻工藝的工藝在hm層310中形成芯軸圖案202(或212)的組200a(或200b)。參考圖3d，在hm層310上方形成三層堆疊件。三層堆疊件包括位于hm層310上方的底層312、位于底層312上方的中間層314和位于中間層314上方的光刻膠(或抗蝕劑)316。在一些實施例中，底層312和中間層314是可選的，并且抗蝕劑層316可以直接形成在hm層310上方。在實施例中，底層312包括底部抗反射涂覆聚合物材料，并且中間層314包括含硅聚合物。在實施例中，抗蝕劑316是對第一光刻采用的輻射敏感的聚合物。例如，在一些實施例中，抗蝕劑316可對i線光、duv光(例如，通過氟化氪(krf)準分子激光的248nm的輻射或通過氟化氬(arf)準分子激光的193nm的輻射)、euv光(例如，13.5nm的光)、電子束、x射線或離子束敏感?？墒褂蒙衔闹杏懻摰陌ㄐ康某练e方法來形成底層312和中間層314。在本實施例中，抗蝕劑316旋涂到中間層314上。

參照圖3e-1和圖3e-2，使用第一光刻工藝圖案化抗蝕劑316以具有芯軸圖案202的組200a的幾何結(jié)構(gòu)。在實施例中，第一光刻工藝包括：使用具有對應于組200a的圖案的掩模將抗蝕劑316暴露于輻射源，實施曝光后烘焙工藝，以及顯影抗蝕劑316以去除抗蝕劑的部分，取決于抗蝕劑的性質(zhì)和顯影工藝，去除的部分是曝光部分或未曝光部分。顯影的抗蝕劑316也稱為抗蝕劑圖案316。在另一實施例中，第一光刻工藝可采用諸如不使用掩模的電子束直寫的其他技術(shù)。

參照圖3f-1和圖3f-2，蝕刻hm層310以具有組200a的幾何結(jié)構(gòu)。這涉及一種或多種蝕刻工藝。例如，通過抗蝕劑圖案316的開口蝕刻中間層314，通過中間層314的開口蝕刻底層312，通過底層312的開口蝕刻hm層310。去除抗蝕劑圖案316、中間層314和底層312，留下位于hm層308上方的圖案化的hm層310。用于對hm層310開口的蝕刻工藝不(或稍微)蝕刻hm層308。圖案化的hm層310形成了位于hm層308上方的第一多個芯軸圖案，對應于芯軸圖案202(或212)的組200a(或210a)。

蝕刻工藝可以使用干(等離子體)蝕刻、濕蝕刻或其他合適的蝕刻方法。例如，干蝕刻工藝可以采用含氧氣體、含氟氣體(例如，cf4、sf6、ch2f2、chf3和/或c2f6)、含氯氣體(例如，cl2、chcl3、ccl4和/或bcl3)、含溴氣體(例如，hbr和/或chbr3)、含碘氣體、其他合適的氣體和/或等離子體，和/或它們的組合。例如，濕蝕刻工藝可包括在以下蝕刻劑中的蝕刻：稀釋的氫氟酸(dhf)；氫氧化鉀(koh)溶液；氨水；包含氫氟酸(hf)、硝酸(hno3)和/或醋酸(ch3cooh)的溶液；或其他合適的濕蝕刻劑?？墒褂玫入x子體灰化工藝或抗蝕劑剝離工藝來去除抗蝕劑圖案316。

在操作136處，方法100(圖1b)在圖案化的硬掩模層308上方沉積另一hm層318，從而為第二光刻工藝作準備。參照圖3g-1和圖3g-2，hm層318形成在hm層308上方并且覆蓋圖案化的hm層310。hm層318可使用諸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅(sion)或低k介電材料的介電材料。hm層318具有相對于hm層310和308的不同的蝕刻選擇性。

在操作138處，方法100(圖1b)通過包括第二光刻工藝的工藝圖案化hm層318以具有芯軸圖案202(或212)的組200b(或210b)的幾何結(jié)構(gòu)。參照圖3h-1和圖3h-2，在hm層318上方形成抗蝕劑圖案320?？刮g劑圖案320可通過以下方法形成：在hm層318上方旋涂抗蝕劑層，將抗蝕劑層暴露于對應于組200b(210b)的圖案，實施曝光后烘焙工藝，并且顯影抗蝕劑層以形成抗蝕劑圖案320。參照圖3i-1和圖3i-2，使用抗蝕劑圖案320作為蝕刻掩模蝕刻hm層318，從而形成位于hm層308上方的第二多個芯軸圖案，對應于組200b(210b)。參照圖3j-1和圖3j-2，使用圖案化的hm層310和圖案化的hm層318作為蝕刻掩模蝕刻hm層308，從而在hm層308中形成芯軸圖案202(或212)。用于hm層318和hm層308的蝕刻工藝可以獨立地為干蝕刻、濕蝕刻或其他合適的蝕刻。圖3j-1和圖3j-2中的實例示出島類型的芯軸圖案202。可以使用類似的制造工藝來形成溝槽類型的芯軸圖案212，例如，通過在圖案化的hm層308上方沉積材料層，平坦化材料層的頂面以暴露圖案化的hm層308，并且去除圖案化的hm層308，從而在材料層中形成溝槽類型的芯軸圖案212。

在操作106處，方法100(圖1a)可以可選地實施切割工藝以去除芯軸圖案202(或212)的一個或多個。在實施例中，切割工藝是另一光刻工藝，該工藝在芯軸圖案202(或212)的部分上方形成掩模元件并且留下暴露的芯軸圖案202(或212)的另一部分。然后，實施另一蝕刻工藝以去除芯軸圖案202的暴露的部分，或?qū)嵤┏练e工藝以填充在芯軸圖案212的暴露的部分中。這個切割工藝的進一步描述將稍后結(jié)合圖5a至圖5e描述。

在操作108處，方法100(圖1a)在芯軸圖案202(或212)的側(cè)壁上以圖案化的hm層308的形式形成間隔件222。參照圖3k-1和圖3k-2，間隔件層222作為毯式層沉積在圖案化目標層306上方和圖案化的hm層308上方。在一些實施例中，間隔件層222包括諸如氮化硅或氮化鈦的氮化物并且可使用cvd、pvd、ald或其他合適的沉積方法沉積。參照圖3l-1和圖3l-2，實施各向異性(干)蝕刻工藝以從圖案化目標層306和圖案化的hm層308的頂面去除間隔件層222的部分。間隔件層222的其他部分保留在芯軸圖案308的側(cè)壁上并且成為間隔件222。在本實施例中，間隔件222的厚度tx約等于圖2a和圖2b中的間隔sx。

在操作110處，方法100(圖1a)去除芯軸圖案202(或212)，從而形成至少部分地被間隔件222圍繞的溝槽223。圖3m示出間隔件222和溝槽223的頂視圖，同時圖3n-1和圖3n-2示出分別沿著圖3m的線“1-1”和線“2-2”的半導體器件300的截面圖。溝槽223具有通常與圖2a中的芯軸圖案202(或圖2b中的芯軸圖案212)的尺寸匹配的尺寸，考慮通過上文中的各種光刻和蝕刻工藝的尺寸變化。溝槽223的幾何結(jié)構(gòu)符合上文中討論的一般原則，即，納米域226的矩形或正方形陣列將形成在溝槽223的每個的內(nèi)部并且該陣列具有至多4行和至多4列。此外，溝槽223的一些被所有側(cè)上的間隔件222圍繞，同時溝槽223的一些僅部分地被間隔件222圍繞。例如，溝槽223a、223b和223c分別完全被間隔件222a、222b和222c圍繞，同時溝槽223d在三側(cè)上被間隔件222a、222b和222c圍繞。又進一步地，間隔件222彼此連接。例如，間隔件222a的角部連接間隔件222b的角部，并且間隔件222b的另一角部連接間隔件222c的角部。間隔件222a和間隔件222c設置在使用第一光刻形成的芯軸圖案202(或212)的側(cè)壁上，同時間隔件222b設置在使用第二光刻形成的芯軸圖案202(或212)的側(cè)壁上。在另一實例中，間隔件222d與間隔件222b共享一側(cè)。

在操作112處，方法100(圖1a)處理間隔件222和圖案化目標層306的表面。操作112可使用等離子體處理或通過涂覆和/或沖洗工藝對間隔件222和圖案化目標層306施加表面修改材料。該處理使得間隔件222和圖案化目標層306的表面適合于后續(xù)dsa工藝，即，將引發(fā)bcp形成第一組分聚合物和第二組分聚合物，其中第二組分聚合物圍繞第一組分聚合物并且第一組分聚合物包括垂直于襯底302定向的納米域。例如，該處理使得間隔件222和圖案化目標層306的表面更加親水或疏水，這取決于使用的bcp。

在操作114處，方法100(圖1a)在溝槽223中沉積bcp324。參照圖3o-1和圖3o-2，在實施例中，bcp324選自由聚(苯乙烯-b-乙烯吡啶)、聚(苯乙烯-b-丁二烯)、聚(苯乙烯-b-異戊二烯)、聚(苯乙烯-b-甲基丙烯酸甲酯)、聚(苯乙烯-b-烯基芳烴)、聚(異戊二烯-b-環(huán)氧乙烷)、聚(苯乙烯-b-(乙烯-丙烯))、聚(環(huán)氧乙烷-b-內(nèi)酯)、聚(丁二烯-b-環(huán)氧乙烷)、聚(苯乙烯-b-甲基丙烯酸叔丁酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯-b-甲基丙烯酸叔丁酯)、聚(環(huán)氧乙烷-b-環(huán)氧丙烷)、聚(苯乙烯-b-四氫呋喃)、上述嵌段共聚物的組合構(gòu)成的組。進一步的實施例也可以利用具有疏水性(或親水性)的第一組分和親水性(或疏水性)的第二組分的共聚物材料324，因為這有助于組分聚合物的分離。在本實施例中，利用涂覆或旋涂工藝沉積bcp324。

在操作116處，方法100(圖1a)在bcp324中引發(fā)微相分離(即，組分聚合物在bcp324中分離)。圖3p示出半導體器件300的頂視圖，同時圖3q-1和圖3q-2示出分別沿著圖3p的線“1-1”和線“2-2”的半導體器件300的截面圖。參照圖3p，在本實施例中，bcp324包括兩種組分聚合物，第一組分聚合物(或第一納米域)226和第二組分聚合物(或第二納米域)228。第一組分聚合物226和第二組分聚合物228的尺寸、形狀和配置取決于諸如使用的材料、組分聚合物的相對含量、諸如溫度的工藝變化、間隔件222的表面性能等的各種因素。間隔件222用作微相分離的引導圖案。在每個溝槽223(圖3m)內(nèi)形成第一組分聚合物226的陣列。在本實施例中，該陣列是1×2陣列(或2×1陣列)。此外，第一組分聚合物226的每個是圓柱并且被第二組分聚合物228圍繞。又進一步地，第一組分聚合物226和第二組分聚合物228垂直于襯底302定向。在各個實施例中，微相分離的引發(fā)可包括加熱、冷卻、溶劑的引入、磁場的應用和/或其他技術(shù)。

在操作116處，方法100(圖1a)可以可選地實施切割工藝以去除第一組分聚合物226和第二組分聚合物228的一個或多個。在實施例中，這種切割工藝是另一光刻工藝，該工藝在第一組分聚合物226和第二組分聚合物228的部分上方形成掩模元件，并且留下暴露的第一組分聚合物226和第二組分聚合物228的另一部分。然后，實施一種或多種沉積和/或蝕刻工藝以從后續(xù)圖案轉(zhuǎn)移工藝中去除第一組分聚合物226和第二組分聚合物228的暴露的部分。這種切割工藝的進一步描述稍后將結(jié)合圖6a至圖6f描述。

在操作118處，方法100(圖1a)將對應于第一組分聚合物226或第二組分聚合物228的圖案轉(zhuǎn)移至襯底302。參照圖3r-1至圖3s-2，在本實施例中，將對應于第一組分聚合物226的圖案轉(zhuǎn)移至圖案化目標層306。參照圖3r-1和圖3r-2，通過蝕刻工藝選擇性地去除第一組分聚合物226，不蝕刻或稍微蝕刻間隔件222和第二組分聚合物228，從而形成開口330。參照圖3s-1和圖3s-2，通過開口330蝕刻圖案化目標層306，從而將圖案轉(zhuǎn)移至圖案化目標層306以具有多個溝槽332。此后，去除間隔件222和第二組分聚合物228。在實施例中，溝槽332是用于形成位于其中的諸如源極接觸件、漏極接觸件、柵極接觸件和連接不同的金屬互連層的通孔的接觸部件的接觸孔。

在操作120處，方法100(圖1a)形成最終的圖案或器件。在實例中，方法100在接觸孔332中形成接觸件。例如，方法100可在接觸孔332的側(cè)壁上形成阻擋層并且后續(xù)用導電材料填充接觸孔332。阻擋層可包括鉭(ta)、氮化鉭(tan)或其他合適的金屬擴散阻擋材料；并且可以使用cvd、pvd、ald或其他合適的工藝沉積。導電材料可使用鋁(al)、鎢(w)、銅(cu)、鈷(co)、它們的組合或其他合適的材料；并且可以使用諸如cvd、pvd、鍍和/或其他合適的工藝的合適的工藝沉積。

圖4a至圖4f示出方法100(圖1a)的實施例的操作104至116，這里芯軸圖案僅是部分陣列。參照圖4a，目標圖案400包括布置成看似不規(guī)則的圖案的芯軸圖案202。芯軸圖案202的組400a形成部分陣列，其是陣列200a(圖2a)的子集。芯軸圖案202的組400b形成另一部分陣列，其是陣列200b(圖2a)的子集。組400a的行與組400b的行交錯。組400a的列與組400b的列交錯。芯軸圖案202具有限制的尺寸，如上文中關(guān)于圖2a所討論的。圖4b示出包括芯軸圖案212的另一目標圖案410。芯軸圖案212的組410a形成部分陣列，同時芯軸圖案212的另一組410b形成另一部分陣列。目標圖案400和410是類似的，除了芯軸圖案202是島類型而芯軸圖案212是溝槽類型。如上文中關(guān)于操作104所討論的，可在襯底上方形成芯軸圖案202和212。參照圖4c和圖4d，以類似于操作108的方式在芯軸圖案202和212的側(cè)壁上形成間隔件222。參照圖4e，以類似于操作110的方式去除芯軸圖案，留下在溝槽的至少三側(cè)上被間隔件222圍繞的溝槽223。參照圖4f，在具有限制的尺寸的矩形或正方形陣列中的溝槽223的每個中形成納米域226，如上文中關(guān)于操作112、114和116所討論的。

圖4a和圖4b示出的芯軸圖案可以這樣設計，或它們可以通過使用上文中關(guān)于操作106所討論的切割工藝從圖2a和圖2b中示出的芯軸圖案衍生出，這在圖5a至圖5e中進一步示出。如上文中所討論的，參照圖5a，芯軸圖案202布置成行和列交錯的兩個陣列200a和200b。參照圖5b，在一個實例中在分離光刻中實施切割圖案504以去除芯軸圖案202的一些。在實施例中，切割工藝在芯軸圖案202上方形成掩模元件并且掩模元件暴露芯軸圖案202的與切割圖案504重疊的部分。然后，選擇性蝕刻工藝去除芯軸圖案202的這個部分。參照圖5c，如上文中關(guān)于圖4a所討論的，剩余的芯軸圖案202形成部分陣列，并且在芯軸圖案202的側(cè)壁上形成間隔件222。參照圖5d，去除芯軸圖案202以形成溝槽223。參照圖5e，在具有限制的尺寸的矩形或正方形陣列中的溝槽223的每個中形成納米域226。

圖6a至圖6f示出切割工藝，如上文中關(guān)于操作118所描述的。圖6a示出配制成兩個交錯的陣列200a和200b的芯軸圖案202。圖6b示出設置在芯軸圖案202的側(cè)壁上的間隔件222。圖6c示出被間隔件222圍繞的溝槽223。圖6d示出使用間隔件222作為引導圖案形成的納米域226。參照圖6e，使用光刻工藝，去除納米域226的部分，來形成切割圖案630。圖6f示出在切割工藝之后用于圖案轉(zhuǎn)移的剩余的納米域226。在實施例中，如圖6g-1和圖6g-2所示，采用切割圖案630作為填充溝槽330的介電材料，圖6g-1和圖6g-2分別是沿著圖6f的線“1-1”和線“2-2”的半導體器件300的截面圖。

圖1c示出根據(jù)本發(fā)明的各個方面的操作104的另一實施例。在這個實施例中，操作104包括用于在襯底302上方沉積hm層310的操作132，和使用第一光刻在hm層310中形成芯軸圖案的第一陣列的操作134。下文中結(jié)合圖7a-1至圖7f-2簡潔地討論操作104的進一步操作，圖7a-1和圖7f-2分別是沿著圖2a的線“1-1”和線“2-2”的半導體器件300的截面圖。

在操作135處，在襯底302上方沉積緩沖層340以覆蓋下面的芯軸圖案310并且提供平坦的頂面(圖7a-1和圖7a-2)。在一些實施例中，緩沖層340包括一種或多種聚合物(包括硅)并且使用旋涂方法和/或合適的沉積方法形成。在操作137處，在緩沖層340中形成溝槽344。參照圖7b-1和圖7b-2，使用第二光刻工藝在緩沖層上方形成抗蝕劑圖案342并且提供溝槽344。參照圖7c-1和圖7c-2，利用抗蝕劑圖案342作為蝕刻掩模蝕刻緩沖層340，從而溝槽344延伸入緩沖層340。在操作136’處，用介電hm材料346填充溝槽344，作為芯軸圖案的第二陣列(圖7d-1和圖7d-2)。在操作138’處，使用cmp工藝平坦化半導體器件300以暴露芯軸圖案310。然后，通過蝕刻工藝去除緩沖層340，留下位于hm層308上方的芯軸圖案310和346(圖7e-1和圖7e-2)。其后，使用芯軸圖案310和346作為蝕刻掩模蝕刻hm層308，在hm層308中形成芯軸圖案(圖7f-1和圖7f-2)。

雖然不旨在限制，但是本發(fā)明的一個或多個實施例為半導體器件及其形成提供了許多益處。例如，本發(fā)明的實施例提供了引導圖案和形成引導圖案的方法，從而用于dsa工藝。引導圖案具有限制的尺寸和限制的配置。引導圖案引導dsa工藝以產(chǎn)生布置成矩形或正方形陣列的圓柱納米域。納米域的這種配置有利地符合現(xiàn)有的ic設計和制造流程，例如，在設計和形成接觸孔中。

在一個示例性方面中，本發(fā)明涉及一種方法。該方法包括提供襯底；在襯底上方形成芯軸圖案；以及在芯軸圖案的側(cè)壁上形成間隔件。該方法進一步包括去除芯軸圖案，從而形成至少部分地被間隔件圍繞的溝槽。該方法進一步包括在溝槽中沉積共聚物材料，其中，共聚物材料是定向自組裝的；并且引發(fā)共聚物材料內(nèi)的微相分離，從而限定由第二組分聚合物圍繞的第一組分聚合物。

在上述方法中，還包括：將由所述第一組分聚合物限定的圖案轉(zhuǎn)移至所述襯底。

在上述方法中，還包括：在沉積所述共聚物材料的步驟之前，處理所述間隔件的表面。

在上述方法中，其中，在所述溝槽的每個內(nèi)，所述第一組分聚合物包括具有至多四行和至多四列的島陣列。

在上述方法中，其中，在所述溝槽的每個內(nèi)，所述第一組分聚合物包括具有至多四行和至多四列的島陣列，其中，所述溝槽具有相同的尺寸。

在上述方法中，其中，在所述溝槽的每個內(nèi)，所述第一組分聚合物包括具有至多四行和至多四列的島陣列，其中，所述島陣列是一乘二(1×2)陣列或二乘二(2×2)陣列。

在上述方法中，其中，所述溝槽是矩形，所述間隔件的第一個(第一間隔件)圍繞所述溝槽的第一個，所述間隔件的第二個(第二間隔件)圍繞所述溝槽的第二個，并且所述第一間隔件的第一角部連接所述第二間隔件的第二角部。

在上述方法中，其中，所述溝槽是矩形，所述間隔件的第一個(第一間隔件)圍繞所述溝槽的第一個，所述間隔件的第二個(第二間隔件)圍繞所述溝槽的第二個，并且所述第一間隔件的第一角部連接所述第二間隔件的第二角部，所述間隔件的第三個(第三間隔件)圍繞所述溝槽的第三個，所述第二間隔件的第三角部連接所述第三間隔件的第四角部。

在上述方法中，其中，所述溝槽是矩形，所述間隔件的第一個(第一間隔件)圍繞所述溝槽的第一個，所述間隔件的第二個(第二間隔件)圍繞所述溝槽的第二個，并且所述第一間隔件的第一角部連接所述第二間隔件的第二角部，所述間隔件的第三個(第三間隔件)圍繞所述溝槽的第三個，所述第二間隔件的第三角部連接所述第三間隔件的第四角部，所述溝槽的第四個在三側(cè)上被所述第一間隔件、所述第二間隔件和所述第三間隔件圍繞并且在剩余的一側(cè)上是開口。

在上述方法中，其中，所述溝槽是矩形，所述間隔件的第一個(第一間隔件)圍繞所述溝槽的第一個，所述間隔件的第二個(第二間隔件)圍繞所述溝槽的第二個，并且所述第一間隔件的第一角部連接所述第二間隔件的第二角部，在所述芯軸圖案的第一個(第一芯軸圖案)的側(cè)壁上形成所述第一間隔件，在所述芯軸圖案的第二個(第二芯軸圖案)的側(cè)壁上形成所述第二間隔件，并且使用分離光刻工藝形成所述第一芯軸圖案和所述第二芯軸圖案。

在上述方法中，其中，所述芯軸圖案是島圖案或溝槽圖案。

在另一示例性方面，本發(fā)明涉及一種方法，該方法包括提供襯底；在襯底上方形成芯軸圖案；在芯軸圖案的側(cè)壁上形成間隔件；以及去除芯軸圖案，從而形成至少部分地被間隔件圍繞的溝槽。該方法進一步包括在溝槽中沉積共聚物材料，其中，共聚物材料是定向自組裝的；并且引發(fā)共聚物材料內(nèi)的微相分離，從而限定由第二組分聚合物圍繞的第一組分聚合物。該方法進一步包括將對應于第一組分聚合物或第二組分聚合物的圖案轉(zhuǎn)移至襯底。

在上述方法中，其中，形成所述芯軸圖案的步驟包括：實施第一光刻，從而在所述襯底上方形成所述芯軸圖案的第一陣列；以及實施第二光刻，從而在所述襯底上方形成所述芯軸圖案的第二陣列，其中，所述第一陣列的行和所述第二陣列的行是交錯的，并且所述第一陣列的列和所述第二陣列的列是交錯的。

在上述方法中，其中，形成所述芯軸圖案的步驟包括：實施第一光刻，從而在所述襯底上方形成所述芯軸圖案的第一陣列；以及實施第二光刻，從而在所述襯底上方形成所述芯軸圖案的第二陣列，其中，所述第一陣列的行和所述第二陣列的行是交錯的，并且所述第一陣列的列和所述第二陣列的列是交錯的，其中，從頂視圖中，所述芯軸圖案通常是矩形并且具有相同的尺寸，其中，沿著第一方向的所述第一陣列的第一間距等于沿著所述第一方向的所述芯軸圖案的尺寸的二倍加上所述間隔件的厚度的二倍。

在上述方法中，其中，形成所述芯軸圖案的步驟包括：實施第一光刻，從而在所述襯底上方形成所述芯軸圖案的第一陣列；以及實施第二光刻，從而在所述襯底上方形成所述芯軸圖案的第二陣列，其中，所述第一陣列的行和所述第二陣列的行是交錯的，并且所述第一陣列的列和所述第二陣列的列是交錯的，其中，從頂視圖中，所述芯軸圖案通常是矩形并且具有相同的尺寸，其中，沿著第一方向的所述第一陣列的第一間距等于沿著所述第一方向的所述芯軸圖案的尺寸的二倍加上所述間隔件的厚度的二倍，沿著第二方向的所述第一陣列的第二間距等于沿著所述第二方向的所述芯軸圖案的另一尺寸的二倍加上所述間隔件的所述厚度的二倍，其中，所述第二方向垂直于所述第一方向。

在上述方法中，其中，所述芯軸圖案是有大小的，從而使得在引發(fā)所述微相分離之后，在所述溝槽的每個中形成所述第一組分聚合物的島陣列并且所述島陣列具有至多四行和至多四列。

在上述方法中，還包括，在形成所述間隔件之前：實施切割工藝以去除所述芯軸圖案的至少一個。

在上述方法中，還包括，在轉(zhuǎn)移所述圖案之前：實施切割工藝以部分地去除所述第一組分聚合物。

在另一示例性的方面，本發(fā)明涉及一種方法，該方法包括提供襯底；使用第一光刻工藝在襯底上方形成芯軸圖案的第一陣列；以及使用第二光刻工藝在襯底上方形成芯軸圖案的第二陣列。第一陣列的行和第二陣列的行是交錯的，并且第一陣列的列和第二陣列的列是交錯的。該方法進一步包括在芯軸圖案的側(cè)壁上形成間隔件；以及去除芯軸圖案，從而形成至少部分地被間隔件圍繞的溝槽。該方法進一步包括在溝槽中沉積共聚物材料，其中，共聚物材料是定向自組裝的；并且引發(fā)共聚物材料內(nèi)的微相分離，從而限定由第二組分聚合物圍繞的第一組分聚合物。該方法進一步包括將對應于第一組分聚合物的圖案轉(zhuǎn)移至襯底。

在上述方法中，其中：從頂視圖中，所述芯軸圖案通常是矩形的并且具有相同的尺寸；以及控制所述芯軸圖案的尺寸，從而使得在引發(fā)所述微相分離之后，在所述溝槽的每個中形成所述第一組分聚合物的島陣列并且所述島陣列具有至多四行和至多四列。

上面概述了若干實施例的特征，使得本領域技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的各方面。本領域技術(shù)人員應該理解，他們可以容易地使用本發(fā)明作為基礎來設計或修改用于實施與在此所介紹實施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)勢的其他工藝和結(jié)構(gòu)。本領域技術(shù)人員也應該意識到，這種等同構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在此他們可以做出多種變化、替換以及改變。