在間距加倍工藝期間隔離陣列特徵的方法和具有經隔離陣列特徵的半導體裝置結構的製作方法

2024-03-23 10:11:05 1

專利名稱：在間距加倍工藝期間隔離陣列特徵的方法和具有經隔離陣列特徵的半導體裝置結構的製作方法
技術領域：
本發明的實施例實質上涉及半導體裝置結構的製造，且更具體來說，涉及隔離陣列 特徵的方法和具有此類特徵的半導體裝置結構。
背景技術：
集成電路("IC")設計者期望通過減小IC內的特徵的大小和通過減小襯底上相鄰 特徵之間的分隔距離來增加所述特徵的集成程度或密度。相鄰特徵中的相同點之間的距 離在行業中稱為"間距"，且常規上測量為特徵之間的中心到中心距離。間距約等於特 徵的寬度與將所述特徵和相鄰特徵分隔的空間的寬度的總和。隨著減小特徵尺寸和間距 的壓力，已開發出間距減小工藝。圖1A到1F說明常規的間距減小工藝，其有時也實施為"間距倍增"工藝。間距倍 增用於在目標材料(例如，襯底)中針對形成於上覆在目標材料上的掩模(例如，抗蝕 劑材料)中的每一特徵形成至少兩個特徵。如圖1A中所說明，第一特徵10的陣列形成 於上覆在目標材料20上的抗蝕劑材料中。第一特徵10通常形成為具有最小特徵尺寸 ("F")。第一特徵IO通過第一空間12彼此分隔。第一特徵IO和第一空間12具有第一 間距，其在圖1A中標記為"X"。間隔物材料30形成於第一特徵10和目標材料20上， 如圖1B中所說明。間隔物材料30減小第一空間12的寬度，從而形成第一空間12'。間 隔物材料30經各向異性移除以形成間隔物側壁36，如圖1C和1D中所說明，其中圖1D 是沿著圖1C中的線a-a的橫截面圖。如作為圖1D中說明的俯視圖的圖1C中所說明， 間隔物側壁36圍繞第一特徵10中的每一者。從目標材料20移除第一特徵10，從而形 成獨立式間隔物側壁36，如圖1E中所說明。第一特徵10的移除產生由間隔物側壁36 圍繞的第二空間18。間隔物側壁36、第二空間18以及第一空間12'用作掩模以圖案化目 標材料20。目標材料20中的圖案包含對應於第二空間18和第一空間12'的第二特徵32(見圖1G)(例如線或溝槽)以及對應於間隔物側壁36的第三空間34 (見圖1G)。目標 材料20中的第二特徵32和第三空間34具有約為第一間距的一半的間距，其在圖IE中 標記為"X/2"。在間距加倍工藝之前寬度X包含一個第一特徵10和第一空間12的情況 下，寬度X現在包含兩個第二特徵32和兩個第三空間34。雖然在上述實例中間距實際 上減半，但此間距減小常規上稱為間距"加倍"。本文保持此常規術語。在此間距加倍工藝中，第二空間18的末端由間隔物側壁36隔離。然而，第一空間 12'的末端未被隔離。如圖1F中所說明， 一種用以隔離第一空間12'的方法是在第一空間 12'、第二空間18和間隔物側壁36的末端上形成掩模40。掩模40隔離第一空間12'，而 間隔物側壁36充當掩模以圖案化目標材料20，如圖1G中所說明。由於使用掩模40的 第二光刻工藝用於在形成經圖案化目標材料20時阻擋蝕刻，因此在圖1A到1G中所說 明的間距加倍工藝中使用兩個遮蔽級。此項技術中需要在不使用第二遮蔽級的情況下隔離形成於特徵之間的第二空間的方法。


圖1A、 1B、 1D和1G是根據常規間距減小工藝的在各個處理階段期間半導體裝置 結構的橫截面圖，圖1C是圖1D中所說明的半導體裝置結構的自頂向下視圖，且圖1E 和1F是根據常規間距減小工藝的在各個處理階段期間半導體裝置結構的自頂向下視圖；圖2A、 2B和2D是根據本發明實施例的在各個處理階段期間半導體裝置結構的自頂 向下視圖，且圖2C和2E是根據本發明實施例的在各個處理階段期間半導體裝置結構的 橫截面圖；圖3A到3D是根據本發明實施例的在各個處理階段期間半導體裝置結構的自頂向下 視圖；圖4A到4C是根據本發明實施例的在各個處理階段期間半導體裝置結構的自頂向下 視圖；圖5A到5C是根據本發明實施例的在各個處理階段期間半導體裝置結構的自頂向下 視圖；以及圖6是根據本發明實施例的在處理期間半導體裝置結構的自頂向下視圖。
具體實施方式
本文揭示本發明的用於隔離由間距減小工藝產生的特徵陣列的方法和由所述方法產 生的半導體裝置結構的實施例。在間距減小工藝期間，在特徵上沉積間隔物材料且進行蝕刻以形成間隔物側壁。所述特徵可由抗蝕劑材料或適合於形成掩模的其它犧牲材料形 成。間隔物側壁可具有足夠厚度以實質上實質上填充鄰近特徵的末端之間的距離。由此， 鄰近特徵之間的空間由間隔物側壁隔離。在一個實施例中，間距減小工藝是間距加倍工 藝。
本文描述的方法和半導體裝置結構不形成用於處理半導體裝置結構的完整工藝流 程。所述工藝流程的其餘部分是所屬領域的技術人員已知的。因此，本文僅描述對理解 本發明的實施例來說必要的方法和半導體裝置結構。本文描述的材料層可通過合適的沉 積技術形成，包含(但不限於)旋塗、毯覆式塗覆、化學氣相沉積("CVD")、原子層 沉積("ALD")、等離子體增強型ALD或物理氣相沉積("PVD")。依據將使用的材 料而定，所屬領域的技術人員可選擇沉積技術。
現在將參看圖式，其中相同標號始終指代相同部分。圖式不一定按比例繪製。
圖2A到4C說明根據本發明實施例的隔離陣列特徵的方法。在一個實施例中，特徵 具有最小特徵尺寸("F")。然而，依據用於形成特徵的技術而定，特徵可具有大於F 的特徵尺寸。如圖2A所示，第三特徵50的陣列存在於襯底60上。第三特徵50可通過 第四空間120彼此分隔。第三特徵50與第四空間120之間的距離可經配置以使得在間距 加倍後，第四空間120變為由沉積於第三特徵50上的間隔物材料隔離。第三特徵50的 末端52可比第三特徵50的中部區54寬，且第四空間120的末端122可比第四空間120 的中部區124窄。在一個實施例中，第三特徵50的末端52實質上實質上彼此鄰近以使 得間隔物材料在沉積於第三特徵50上時在第四空間120的末端122中的至少一點處與其 本身實質上實質上接觸。第三特徵50的末端52的寬度Wl和第四空間120的末端122 的寬度W2可經配置以便使得第四空間120能夠通過在間距加倍工藝期間在其間沉積間 隔物而自隔離。如下文詳細解釋，可以足以實質上實質上填充第四空間120的末端122 的厚度沉積間隔物材料。
第三特徵50的中部區54的寬度標記為W3，且第四空間120的中部區124的寬度標 記為W4。中部區54的寬度W3對應於最終將形成於襯底60上的至少一個特徵的所需尺 寸。第三特徵50的中部區54的寬度W3和第四空間120的中部區124的寬度W4可彼 此相同或彼此不同，這取決於將在襯底60中形成的特徵和線的所需尺寸。寬度W3和 W4也可與第四空間120的末端122的寬度W2相同或不同。在一個實施例中，第四空間 120的末端122的寬度W2小於或約等於第三特徵50的第一間距X的一半。在另一實施 例中，第四空間120的末端122的寬度W2約等於在用於形成第三特徵50的光刻技術的情況下可能的F。
雖然末端52比中部區54寬，但第三特徵50的鄰近末端52之間以及第三特徵50的 鄰近中部區54之間的第一間距X保持相同。舉例來說，如果第三特徵50的鄰近中部區 54之間的第一間距X為約200nm(W3為約100nm且W4為約100nm)且第四空間120 的末端122的寬度W2為約75 nm，那麼第三特徵50的末端52的寬度Wl為約125 nm 以等於約200 nm的原始間距。
圖2A (和後續圖式)說明第三特徵50的陣列的一部分。然而，許多個別第三特徵 50可存在於陣列中。另外，為了方便起見，圖2A (和後續圖式)僅說明每一第三特徵 50的一個末端52。然而，每一第三特徵50的未說明的末端可為所說明末端52的鏡像。
第三特徵50可由與間距加倍工藝兼容的材料形成。舉例來說，第三特徵50可由沉 積在襯底60上且使用常規光刻技術圖案化的抗蝕劑材料形成。示範性光刻技術包含(但 不限於)248 nm和193 nm光刻、電子束光刻和X射線光刻。光刻技術可依據第三特徵 50的所需尺寸和將在襯底60中形成的特徵的所需尺寸來選擇。例如正抗蝕劑和負抗蝕 劑等抗蝕劑材料是此項技術中已知的，且因此本文中不再詳細描述。第三特徵50也可由 例如含碳材料等其它犧牲材料形成。由此，第三特徵50的圖案可在沉積間隔物側壁70 的間隔物材料之前蝕刻到襯底60中。第三特徵50可以F或以大於F的特徵尺寸印刷在 襯底60上。藉助於非限制性實例，第三特徵50可具有100nm的特徵尺寸或75nm的特 徵尺寸。然而，所述特徵尺寸可為可通過常規光刻技術實現的任何尺寸。
具有具不同寬度的末端52和中部區54的第三特徵50以及具有具不同寬度的末端 122和中部區124的第四空間120可使用具有具不同寬度的對應區的掩模形成。如此項 技術中已知，掩模可用於圖案化抗蝕劑材料，從而形成第三特徵50和第四空間120。依 據抗蝕劑材料是正抗蝕劑還是負抗蝕劑而定，掩模可包含實質上實質上類似於第三特徵 50的所需圖案的圖案或實質上實質上類似於第三特徵50的所需圖案的負像的圖案。掩 模製造以及抗蝕劑材料的圖案化和顯影是此項技術中已知的，且因此本文中不再詳細描 述。雖然圖2A和2B說明第三特徵50的末端52具有所謂"T"形狀，但末端52可具有 使得沉積在上面的間隔物側壁70 (見圖2B')能夠實質上實質上填充第四空間120的末端 122的任何形狀。藉助於非限制性實例，第三特徵50的末端52可具有圓形、三角形、 "L"或其它形狀。
襯底60可由與半導體裝置結構處理兼容且可相對於用以形成間隔物側壁70的材料 選擇性蝕刻的材料形成。如本文中所使用，當材料展現為暴露於相同蝕刻化學物質的另一材料的蝕刻速率的至少約2倍的蝕刻速率時，所述材料是"可選擇性蝕刻的"。理想 地，此材料具有為暴露於相同蝕刻化學物質的另一材料的蝕刻速率的至少約IO倍的蝕刻 速率。如果使用各向異性蝕刻技術來蝕刻襯底60的材料，那麼襯底60的材料也可以與 間隔物側壁70的材料實質上實質上相同或更慢的速率來蝕刻。舉例來說，襯底60可為 例如常規矽襯底等半導體襯底或包含半傳導材料的其它塊體襯底。如本文中所使用，術 語"塊體襯底"意指且包含矽晶片、絕緣體上矽("SOI")襯底、藍寶石上矽("SOS") 襯底、基底半導體底座上的矽外延材料以及其它半導體、光電子材料或生物工藝學材料， 例如矽-鍺、鍺、砷化鎵、氮化鎵或磷化銦。
襯底60也可包含形成於半導體襯底或塊體襯底上的至少一種中間材料。中間材料可 包含以下各項中的至少一者抗反射塗層("ARC");含碳材料，例如透明碳("TC") 材料、無定形碳("AC")材料；或可相對於間隔物材料選擇性蝕刻的其它材料，例如 鎢、鋁、銅或其組合。ARC材料是此項技術中己知的，且包含(但不限於)作為介電抗 反射塗層("DARC")的無機材料，例如二氧化矽、氮氧化矽、多晶矽或其組合，或有 機材料，例如含矽旋塗硬掩模。藉助於非限制性實例，如果襯底60包含中間材料，那麼 襯底60可包含塊體襯底、形成於塊體襯底上的TC材料或AC材料以及形成於TC材料 或AC材料上的ARC材料。中間材料可通過常規技術形成，例如通過CVD、 PVD或通 過旋塗。
圖2B和圖2C說明圍繞陣列中的第三特徵50中的每一者的間隔物側壁70。圖2C 是圖2B的沿著線b-b的橫截面。間隔物側壁70將第四空間120的寬度W4減小到第七 空間130的寬度W5。第四空間120的中部區124的寬度被減小間隔物側壁70的厚度的 兩倍。間隔物側壁70的厚度可實質上實質上對應於最終形成於襯底60中的線的寬度。 然而，間隔物側壁70的厚度可能不確切對應於這些線的寬度。舉例來說，間隔物側壁 70可為約42nm厚，從而在襯底60中產生具有約50 nm的寬度的線。間隔物側壁70可 以大於或等於第四空間120的末端122的寬度W2的約一半的厚度(在圖2B上標記為 W2/2)沉積。因此，間隔物側壁70在第四空間120的末端122中彼此實質上實質上接觸， 且實質上實質上填充末端122，從而隔離第七空間130。因此，間隔物側壁70可用於自 隔離第三特徵50之間的第四空間120。
間隔物側壁70可由與間距加倍工藝且與後續處理動作兼容的材料形成。間隔物材料 可由可保形沉積於第三特徵50上的任何材料(例如有機或無機材料)形成。藉助於非限 制性實例，間隔物材料可為氮化矽("Si3N4")、氧化矽("SiOx")或多晶矽。間隔物材料可例如通過ALD實質上實質上保形沉積於第三特徵50上。然而，可使用其它沉積 技術，只要間隔物材料以所需厚度實質上實質上保形沉積。間隔物側壁70可通過從間隔 物材料各向異性移除材料而形成。沒有說明沉積和各向異性蝕刻間隔物材料。然而，由 間隔物材料形成間隔物側壁70的工藝實質上實質上與圖1B到1D中所說明的由間隔物 材料30形成側壁36的工藝相同，不同的是間隔物側壁70實質上實質上填充第四空間 120的末端122，如圖2B中所說明。
可依據所使用的間隔物材料而選擇用於各向異性蝕刻間隔物材料的蝕刻劑。可使用 處於稀釋劑中的含氫或含氧氣體來各向異性蝕刻間隔物材料。藉助於非限制性實例，如 果間隔物材料是SiOx,那麼各向異性蝕刻可為等離子體蝕刻，例如含四氟甲烷("CF4") 等離子體、含三氟甲烷("CHF3")等離子體、含C4F8等離子體或其組合。如果間隔物 材料是Si3N4，那麼各向異性蝕刻可為CHF3/02/He等離子體或C4F8/CO/Ar等離子體。
在第七空間130由間隔物側壁70隔離之後，可移除第三特徵50，如圖2D中所說明。 第三特徵50可使用適合於蝕刻經顯影抗蝕劑材料或適合於移除形成第三特徵50的其它 材料的蝕刻劑而移除。此類蝕刻劑是此項技術中已知的，且因此本文中不再詳細論述。 移除第三特徵50產生間隔物側壁70的陣列和第三特徵50先前位於其中的第五空間140。 第五空間140包含末端142和中部區144。末端142具有寬度Wl且中部區144具有寬度 W3。第五空間140和第四空間120兩者均由間隔物側壁70隔離，因為相鄰間隔物側壁 70在間距加倍工藝期間在第四空間120的末端122中彼此實質上實質上接觸。
第五空間140的中部區144的寬度W3可對應於最終形成於襯底60中的第四特徵62 (見圖2E)的寬度。在一個實施例中，第五空間140的中部區144的寬度W3約等於F， 從而使得能夠在襯底60中形成具有小於F的寬度的第四特徵62。如先前描述，F是在進 行間距減小工藝之前第三特徵50的最小特徵尺寸。第五空間140的中部區144和第七空 間130可具有約相等的寬度(即，W3和W5可實質上實質上相同)，從而在襯底60中形 成具有約相同寬度的第四特徵62和第一線150。為了使第四特徵62具有小於約F的寬 度，可通過能夠印刷所需F的光刻技術來形成第三特徵50。然而，如果襯底60中的第 四特徵62和第一線150將具有不同寬度，那麼第五空間140的中部區144的寬度W3和 第七空間130的寬度W5 (且因此，第三特徵50的中部區54和第七空間170的寬度)可 彼此不同。
間隔物側壁70、第五空間140以及第七空間130可用作掩模以圖案化襯底60，如圖 2E中所說明。掩模可用於在襯底60中形成第四特徵62和第一線150。藉助於非限制性實例，第四特徵62可為字線或溝槽。通過以上文描述的方式隔離第五空間140和第七空間130，在向襯底60轉印間隔物側壁70、第五空間140和第七空間130的圖案時不使用第二光刻工藝來阻擋蝕刻。由此，從間距加倍工藝消除光刻級。襯底60中的第四特徵62可具有等於第一間距X的約一半的間距。由此，在間距加倍工藝之後，寬度X包含兩個第四特徵62和兩個第一線150。第四特徵62的寬度可約彼此相等，即使第七空間130的寬度和第五空間140的中部區144的寬度可能不彼此相等。由第七空間130產生的圖案可在乾式蝕刻工藝期間以與第五空間140的中部區144產生的圖案不同的方式轉印到襯底60,其原因是先前位於第五空間140的中部區144中的抗蝕劑材料。從間隔物側壁70的大體垂直性的偏離也可能造成差異性。
為了在襯底60中形成第四特徵62，可使用至少一次乾式蝕刻。如果襯底60包含半導體襯底或塊體襯底，那麼可使用溴化氫氣體("HBr" ) /Cb或例如含CF4等離子體、含C2Fe等離子體、含C4Fs等離子體、含CHF3等離子體、含CH2F2等離子體或其混合物等碳氟化合物等離子體蝕刻來蝕刻襯底60。如果襯底60在塊體襯底上包含至少一種中間材料，那麼可使用第一乾式蝕刻工藝將圖案轉印到中間材料上，隨後是第二乾式蝕刻工藝以將圖案轉印到半導體襯底或塊體襯底。藉助於非限制性實例，如果襯底60在半導體襯底或塊體襯底上包含ARC，那麼可使用碳氟化合物等離子體來蝕刻ARC。可使用HBr/Cl2或碳氟化合物等離子體蝕刻來蝕刻半導體襯底或塊體襯底。藉助於非限制性實例，如果襯底60在塊體襯底上包含含碳材料，那麼可使用例如02/<312等離子體、02/HBr等離子體、02/S02/N2等離子體或N2/02/HBr等離子體等基於氧的等離子體來蝕刻含碳材料。可使用HBr/Cl2或碳氟化合物等離子體蝕刻來蝕刻半導體襯底或塊體襯底。其它預期的等離子體化學物質包含02和二氧化硫("S02")。
在另一實施例中，第三特徵50的中部區54的寬度W3大於F。如圖3A到3D中所說明，隨後修整或蝕刻第三特徵50，從而將寬度減小到約等於F。在圖3A到3D所說明的實施例中，第三特徵50的一部分形成所謂的"L"形狀，而不是圖2A到2D中所描述的所謂的"T"形狀。然而，此實施例可與具有具任何形狀的末端52 (例如具有所謂的"T"形狀的末端52)的第三特徵50—起使用。如圖3A中所說明，中間區50a聯合第三特徵50的末端52和中部區54，從而對第三特徵50的部分提供所謂的"L"形狀。中間區120a聯合第四空間120的末端122和中部區124，從而對第四空間120的部分提供所謂的"L"形狀。在此實施例中，第三特徵50的末端52可相對於彼此交錯，而不是如圖2A到2E所說明的實施例中，末端52實質上實質上鄰近。如圖3A中所示，相鄰末端52的一部分彼此鄰近，而不是如圖2A到2E中所說明，第三特徵50的實質上實質上所有末端52彼此鄰近。相鄰末端52的部分彼此鄰近的程度足以使得當間隔物側壁70形成於第三特徵50上時，間隔物側壁70在第四空間120的末端122中實質上實質上接觸。
形成於抗蝕劑或犧牲材料中的第三特徵50具有大於約F的特徵尺寸(W3大於約F)，且第四空間120的末端122的寬度W2約等於F。第四空間120的中部區124的寬度W4可大於F，且也可約等於第三特徵50的中部區54的寬度W3。第三特徵50的中間區50a可具有與末端52相同的寬度，或可具有比末端52大的寬度或比末端52小的寬度。第三特徵50的中間區50a的寬度在圖3A中標記為W6，且末端52的寬度標記為Wl。第三特徵50的中間區50a的寬度W6可與中部區54的寬度W3相同或不同。藉助於非限制性實例，寬度W6可大於寬度W3。第四空間120的中間區120a可具有與第三特徵50的中間區50a相同的寬度。中間區120a的寬度在圖3A中標記為W8。
當第三特徵50的中部區54的寬度W3大於F時，第三特徵50可經修整或蝕刻以減小其寬度。第三特徵50可在沉積間隔物材料之前例如通過乾式蝕刻而蝕刻，如圖3B中所說明。修整工藝將第三特徵50的中部區54的寬度從大於F減小到約F，且將第四空間120的中部區124的寬度增加對應的量。中部區54的寬度在圖3B中標記為W9，且中部區124的寬度標記為W10。修整工藝也可用於將中部區54的寬度減小到除了 F以外的寬度，這取決於將使用的間距加倍工藝以及將形成於襯底60中的第四特徵62的尺寸。修整工藝還將第四空間120的末端122的寬度增加與中部區124被增加的量類似的量。末端122的寬度在圖3B中標記為Wll。修整工藝是此項技術中已知的，且因此本文中不再詳細論述。第四空間120的末端122的寬度Wll可能等於第三特徵50的第一間距X的約一半。應了解，修整工藝不改變第一間距X，而是改變構成第一間距X的第三特徵50和第四空間120的相對寬度。第三特徵50的圖案可在沉積間隔物材料之前轉印到上覆於半導體襯底或塊體襯底上的中間材料中。或者且如本文所述，間隔物材料可沉積在第三特徵50上。
圖3C說明圍繞第三特徵50中的每一者的間隔物側壁70。如先前論述，間隔物側壁70是通過在第三特徵50上沉積間隔物材料且選擇性蝕刻間隔物材料而形成。間隔物側壁70的厚度大於或等於第三特徵50的鄰近末端52之間的距離的約一半。換句話說，間隔物側壁70的厚度大於或等於約W11/2。間隔物側壁70在第四空間120的末端122中實質上實質上接觸，從而形成且隔離第七空間130。移除第三特徵50，如圖3D中所說明，從而形成第五空間140。第五空間140和第七空間130兩者均由間隔物側壁70隔離。間隔物側壁70、第五空間140和第七空間130可用作掩模以圖案化襯底60，例如以在襯底 60中形成第四特徵62和第一線150。
藉助於非限制性實例，如果通過間距加倍將實現的間距為約100nm且F為約72nm (從約69 nm到約75 nm)，那麼可通過適當的光刻技術形成具有約92 nm的特徵尺寸的 第三特徵50。第三特徵50的中部區54的寬度W3為約92 nm且第三特徵50的末端52 的寬度W1為約112 nm。第四空間120的末端122的寬度W2等於約72 nm且第四空間 120的中部區124的寬度W4為約108 nm。由此，第三特徵50之間的第一間距X為約 200 nm。將第三特徵50修整約20 nm (通過蝕刻第三特徵50)，使得中部區54的寬度 W9等於約72nm。此蝕刻將第四空間120的中部區124的寬度W10增加到約128 nm。 在蝕刻之後，第四空間120的末端122的寬度從約72 nm (W2)到約92 nm (W11)增 加約20 nm。以大於或等於第四空間120的末端122的寬度的一半的厚度將間隔物側壁 70形成於第三特徵50上，使得間隔物側壁70在末端122中實質上實質上彼此接觸。由 於第四空間120的末端122具有約92nm的寬度，因此間隔物側壁70的厚度為約46 nm (從約41 nm到約51 nm)，從而實質上填充第四空間120的末端122。間隔物側壁70隔 離第七空間130，所述第七空間130具有比間隔物側壁70的厚度減小約兩倍的寬度。在 移除第三特徵50後，如先前所述，間隔物側壁70、第五空間140以及第七空間130形 成用於圖案化下伏襯底60的掩模，從而得到襯底60上的具有第一間距X的一半的間距 的第四特徵62。
藉助於非限制性實例，如果通過間距加倍將實現的間距為約50 nm且F為約35 nm， 那麼第三特徵50的中部區54的寬度W3和第四空間120的中部區124的寬度W4可為 約50 nm，且第四空間120的末端122的寬度W2可為約35 nm。由此，第一間距X為 100 nm。第三特徵50的末端52的寬度Wl可為約65 nm。可將第三特徵50修整約15 nm 以使得第四空間120的末端122和中部區124的寬度分別增加到約50 nm (W11)和約 65 nm (WIO)。可在第三特徵50上沉積具有等於約25 nm (在約20 nm與約30 nm之間) 的厚度的間隔物側壁70，從而隔離第七空間130。使用間隔物側壁70、第五空間140和 第七空間130作為掩模轉印到襯底60的圖案可在襯底60中形成約25 nm的特徵。間距 可為約50nm。
圖4A到4C說明其中第三特徵50的一部分形成所謂的"L"形狀的另一實施例。在 此實施例中，可通過產生第三特徵50的具有實質上等於F的寬度W3的中部區54而避 免上文描述的修整工藝。第三特徵50的末端52的寬度W1可大於F。第三特徵50可通過能夠印刷所需F的光刻技術而形成。第四空間120可形成有具有約等於F的寬度W2 的末端122。第四空間120的中部區124的寬度W4可具有大於F且約等於第三特徵50 的末端52的寬度Wl的寬度。圖4B說明圍繞第三特徵50中的每一者的間隔物側壁70。 如先前論述，間隔物側壁70是通過在第三特徵50上沉積間隔物材料且各向異性蝕刻間 隔物材料而形成。間隔物側壁70的厚度等於第四空間120的末端122的寬度W2的約一 半。因此，相鄰間隔物側壁70在末端122中實質上接觸，從而隔離第七空間130。如圖 4C中所說明，移除第三特徵50，從而形成第五空間140。第五空間140和第七空間130 由間隔物側壁70隔離。間隔物側壁70、第五空間140和第七空間130用作掩模以圖案 化襯底60，從而得到襯底60上的具有第一間距X的一半的間距的第四特徵62。
藉助於非限制性實例，如果通過間距加倍將實現的間距為約100nm且F為約72nm (從約69nm到約75mn)，那麼可通過能夠實現F的光刻技術形成第三特徵50。通過以 F形成第三特徵50，消除了蝕刻或修整第三特徵50，從而減少資本成本和製造空間。第 三特徵50的中部區54的寬度W3為約72nm，如同第四空間120的末端122的寬度W2。 第三特徵50之間的第一間距X為約200nm。間隔物側壁70以大於或等於第四空間120 的末端122的寬度W2的一半的厚度形成於第三特徵50上，使得間隔物側壁70在第四 空間120的末端122中實質上彼此接觸。由於第四空間120的末端122具有約72 nm的 寬度，因此間隔物側壁70以約36 nm (在約31 nm與約41 nm之間)的厚度沉積，從而 實質上填充第四空間120的末端122且隔離第七空間130。在移除第三特徵50後，間隔 物側壁70、第五空間140以及第七空間130形成用作蝕刻襯底60的掩模的圖案。形成 於襯底60中的圖案具有原始間距X的一半的間距。
藉助於非限制性實例，如果通過間距加倍將實現的間距為約50 nm且F為約35 nm， 那麼第三特徵50的中部區54的寬度W3可為約35nm，第四空間120的中部區124的寬 度W4可為約65 nm且第四空間120的末端122的寬度W2可為約35 nm。第三特徵50 的末端52的寬度Wl可為約65nm。由此，第一間距X為100nm。可在第三特徵50上 沉積具有等於約17.5 nm的厚度的間隔物側壁70，從而隔離第七空間130。使用間隔物 側壁70作為掩模轉印到襯底60的圖案可在襯底60中形成25 nm的特徵，其具有50 nm 的間距。
在不使用第二遮蔽級的情況下隔離通過間距減小工藝產生的特徵之間的空間的另一 方法利用額外特徵，如圖5A到5C和圖6中所說明。如圖5A中所示，連同第六特徵90 一起，第五特徵80的陣列存在於襯底60上。第五特徵80可通過第八空間160而彼此分隔，且可通過第九空間170而與第六特徵90分隔。第六特徵90可位於鄰近於第五特徵 80的末端處。第五特徵80和第六特徵90可定位成彼此接近，使得沉積於第五特徵80 和第六特徵90上的間隔物側壁95在第九空間170中彼此實質上接觸。間隔物側壁95實 質上填充第九空間170，從而隔離第八空間160。用於隔離第八空間160的材料和許多工 藝動作可如先前所描述。
可通過在襯底60上沉積抗蝕劑或其它犧牲材料來在襯底60上形成第五特徵80、第 八空間160以及第六特徵90。第五特徵80和第六特徵90可由相同材料形成，例如先前 描述的材料中的一者。可使用適當掩模來圖案化抗蝕劑或犧牲材料，從而形成第五特徵 80、第八空間160以及第六特徵90。第五特徵80可以F或以大於F的特徵尺寸印刷在 襯底60上。藉助於非限制性實例，第五特徵80可具有100nm的特徵尺寸或75nm的特 徵尺寸。然而，特徵尺寸可為可通過常規光刻技術實現的任何尺寸。在一個實施例中， 第六特徵卯可實質上為線性的，且可經定向為實質上垂直於第五特徵80和第八空間160， 如圖5A中所說明。藉助於非限制性實例，第六特徵90可為線。襯底60可為先前描述的 材料中的一者。
可在第五特徵80和第六特徵卯上沉積間隔物材料，且對其進行各向異性蝕刻以形 成間隔物側壁95，如圖5B中所說明。間隔物材料可為先前所描述的材料中的一者，且 可保形沉積於第五特徵80和第六特徵90上。間隔物側壁95可減小第八空間160的寬度， 從而產生第十空間180。第九空間170的寬度W12可經配置以便使得第八空間160能夠 通過在間距加倍工藝期間沉積間隔物材料而自隔離。間隔物材料可以足以實質上填充第 九空間170的厚度沉積。間隔物材料的厚度也可足以將第八空間160的寬度減小到大約 與第五特徵80相同的寬度。間隔物側壁95的厚度可實質上對應於最終形成於襯底60中 的線的寬度。第八空間160的寬度被減小間隔物側壁95的厚度的兩倍，使得第五特徵 80和第十空間180的寬度可實質上相同。間隔物側壁95可以大於或等於第九空間170 的寬度W12的約一半的厚度沉積。因此，間隔物側壁95在第九空間170中彼此實質上 接觸，從而實質上填充第九空間170且自隔離第五特徵80之間的第八空間160。
在第八空間160由間隔物側壁95隔離之後，可移除第五特徵80，如圖5C中所說明。 可如先前所述移除或蝕刻第五特徵80。移除第五特徵80產生第五特徵80先前位於其中 的第i"^一空間190。第i^一空間190由間隔物側壁95圍繞。第十空間180和第H"^—空間 l卯兩者均由間隔物側壁95隔離，因為間隔物側壁95在間距加倍工藝期間在第九空間 170中彼此實質上接觸。第十空間180、第十一空間190以及間隔物側壁95可用作掩模以圖案化襯底60，從而在襯底60中形成特徵(未說明)和線(未說明)。可如先前所述 進行圖案向襯底60中的轉印。第五特徵80的寬度可對應於將在襯底60中形成的特徵的 寬度，且間隔物側壁95的寬度可對應於將在襯底60中形成的線的寬度。
在另一實施例中，第六特徵90'可具有不規則形狀，如圖6中所說明。第六特徵卯' 可位於鄰近於第五特徵80的末端處，且可通過第九空間170 (未說明)而與第五特徵80 分隔。第六特徵90'可定位成接近第五特徵80，使得第五特徵80上和第六特徵卯'上的間 隔物側壁95在第九空間170中彼此實質上接觸。除了第六特徵卯'的形狀外，用於隔離 第八空間160的其它工藝動作可如先前在圖5A到5C中描述。當間隔物側壁95形成於 第五特徵80和第六特徵卯'上時，間隔物側壁95實質上填充第九空間170，從而產生且 隔離第十空間180。第五特徵80可通過第八空間160而彼此分隔。第五特徵80與第八 空間160之間的距離可經配置以使得在間距加倍後，第十空間180變為由沉積於第六特 徵90'上的間隔物材料隔離。
通過上文提到的方法中的任一者形成的經圖案化襯底60可經受額外處理以產生所 需集成電路裝置。此處理是此項技術中已知的，且因此本文中不再詳細描述。僅為了舉 例起見，可在鑲嵌工藝中使用經圖案化襯底60。在鑲嵌工藝的一個實例中，經圖案化襯 底60可在氧化物材料中包含溝槽。可在氧化物材料上沉積導電材料，從而填充溝槽。隨 後可將氧化物材料的表面平坦化，從而在氧化物材料中形成導電線。鑲嵌工藝是此項技 術中已知的，且因此本文中不再詳細論述。
上文提到的方法可用於形成具有密集的陣列特徵圖案的半導體裝置結構。經圖案化 襯底60可用於IC裝置中，例如用於動態隨機存取存儲器(DRAM)、靜態隨機存取存儲 器(SRAM)、鐵電存儲器(FE)、 NAND和NOR快閃記憶體、微處理器中，例如與場效 應電晶體(FET)、 CMOS成像器和平板顯示器一起使用。藉助於非限制性實例，經圖案 化襯底60可用於形成快閃裝置。
依據所使用的材料以及在形成和移除所述材料中所使用的工藝而定，上文提到的動 作中的任一者可與其它動作組合。另外，上文提到的動作中的任一者可利用多個工藝來 完成單個動作。在任何動作之後，可發生上文未描述的進一步處理，例如清潔、離子植 入、擴散摻雜、額外材料的沉積、溼式或乾式蝕刻以及化學機械拋光等等。
上文描述的實施例可用於在間距加倍工藝期間隔離第三特徵50之間的第四空間 120。應了解，對可與本發明實施例一起使用的間距加倍工藝不存在限制。因此，還應了 解，可以對於給定間距加倍工藝所必要的任何方式來圖案化、修整且/或進一步處理第三特徵50，只要沉積於第四空間120的末端122中的間隔物側壁70的厚度等於或大於末 端122的寬度W2的一半。
另外，對可與本發明實施例一起使用的第三特徵50的特徵尺寸不存在下限。舉例來 說，無論用於產生第三特徵50的光刻工藝如何，本發明的實施例均可用於隔離第三特徵 50之間的第四空間120。
雖然本發明容易存在各種修改以及替代形式和實施方案，但已在圖式中藉助於實例 展示且已在本文中詳細描述了特定實施例。然而，應了解，本發明不限於所揭示的特定 實施例。而是，本發明涵蓋屬於由所附權利要求書界定的本發明的精神和範圍內的所有 修改、等效物和替代方案。
權利要求
1.一種半導體製造方法，其包括在襯底上形成多個特徵，所述多個特徵中的每一特徵包括具有第一寬度的中部區以及至少一個具有第二寬度的末端；以及在所述多個特徵中的每一特徵上形成間隔物側壁，所述間隔物側壁在所述多個特徵的所述至少一個末端處彼此實質上接觸。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中在襯底上形成多個特徵包括形成所述多個特徵的 具有比所述多個特徵的所述至少一個末端的所述寬度小的寬度的所述中部區。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中在襯底上形成多個特徵包括形成所述多個特徵的 彼此實質上實質上鄰近且分隔一距離的所述至少一個末端。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中在襯底上形成多個特徵包括由抗蝕劑材料形成所 述多個特徵。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中在襯底上形成多個特徵包括形成所述多個特徵的 彼此交錯且分隔一距離的所述至少一個末端。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中在襯底上形成多個特徵包括形成在所述多個特徵 的所述至少一個末端之間具有小於或約等於所述多個特徵之間的間距的一半的距 離的所述多個特徵。
7. 根據權利要求1所述的方法，其中在襯底上形成多個特徵包括通過第一空間而分隔 所述多個特徵中的每一者，其中所述第一空間的末端的寬度小於所述第一空間的中 部區的寬度。
8. 根據權利要求1所述的方法，其中在所述多個特徵中的每一特徵上形成間隔物側壁 包括以大於或等於鄰近特徵的末端之間的距離的約一半的厚度沉積所述間隔物側 壁。
9. 根據權利要求1所述的方法，其進一步包括移除所述多個特徵以形成包括第二空間 和所述間隔物側壁的圖案。
10. 根據權利要求9所述的方法，其進一步包括將包括所述第二空間和所述間隔物側壁 的所述圖案轉印到所述襯底。
11. 一種半導體裝置結構，其包括-在襯底上的多個特徵，其中所述多個特徵的末端比所述多個特徵的中部區寬；以及在所述多個特徵之間的空間，其中所述空間的末端比所述空間的中部區窄。
12. 根據權利要求ll所述的半導體裝置結構，其中所述多個特徵包括抗蝕劑材料。
13. 根據權利要求11所述的半導體裝置結構，其進一步包括圍繞所述多個特徵中的每一者的間隔物側壁，其中所述間隔物側壁在所述多個特徵中的每一者之間的所述空間的所述末端中彼此實質上實質上接觸。
14. 根據權利要求13所述的半導體裝置結構，其中鄰近間隔物側壁隔離所述多個特徵之間的所述空間。
15. 根據權利要求11所述的半導體裝置結構，其中所述多個特徵的所述末端包括T形狀或L形狀。
16. —種半導體製造方法，其包括在襯底上形成多個特徵，所述多個特徵中的第一特徵被定向為接近所述多個特徵中的其餘特徵的末端；以及在所述多個特徵中的每一特徵上形成間隔物側壁，所述間隔物側壁在所述多個特徵中的所述其餘特徵的所述末端處彼此實質上實質上接觸。
17. —種半導體裝置結構，其包括在襯底上的多個特徵，所述多個特徵中的第一特徵被定向為接近所述多個特徵中的其餘特徵的末端；以及在所述多個特徵中的所述第一特徵與所述其餘特徵之間的空間。
18. 根據權利要求17所述的半導體裝置結構，其進一步包括圍繞所述多個特徵中的每一者的間隔物側壁，其中所述間隔物側壁在所述多個特徵中的所述第一特徵與所述其餘特徵之間的所述空間中彼此實質上實質上接觸。
全文摘要
本發明提供在間距減小工藝期間隔離形成於陣列中的特徵之間的空間的方法和具有所述方法的半導體裝置結構。在一個實施例中，所述特徵的末端比所述特徵的中部區寬。在所述間距減小工藝期間，形成於所述特徵的鄰近末端之間的間隔物側壁彼此實質上實質上接觸，從而隔離所述特徵之間的所述空間。在另一實施例中，所述特徵具有單個寬度，且額外特徵位於所述特徵的末端附近。形成於鄰近特徵之間的間隔物側壁與所述額外特徵彼此實質上實質上接觸，從而隔離所述特徵之間的所述空間。
文檔編號H01L21/033GK101681811SQ200880018082
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月22日 優先權日2007年5月31日
發明者亞當·L·奧爾森 申請人:美光科技公司