在半导体装置中制造图案的方法转让专利
申请号 : CN200810098532.8
文献号 : CN101335185B
文献日 : 2010-12-15
发明人 : 尹炯舜
申请人 : 海力士半导体有限公司
摘要 :
本发明公开了一种在半导体装置中制造图案的方法，其包括下列步骤：形成第一牺牲层图案于图案目标层上方；形成第一间隔物于这些第一牺牲层图案的侧壁；形成一第二牺牲层图案于这些第一牺牲层图案及这些第一间隔物上方，使得使该第二牺牲层图案暴露这些第一间隔物的至少之一；通过在该暴露第一间隔物上形成第二间隔物以形成双间隔物；移除该第二牺牲层图案及这些第一牺牲层图案；以及通过使用这些第一间隔物及该双间隔物作为蚀刻掩模，蚀刻该图案目标层的暴露部分以形成具有由这些第一间隔物所界定的第一节距的第一图案及具有由该双间隔物所界定的第二节距的第二图案。根据本发明，可以在半导体装置中制造具有不同节距的图案的方法。
权利要求 :
1. 一种在半导体装置中制造图案的方法，包括：形成具有侧壁的第一牺牲层图案于图案目标层上方；
形成第一间隔物于这些第一牺牲层图案的侧壁；
形成第二牺牲层图案于这些第一牺牲层图案及这些第一间隔物上方，其中该第二牺牲层图案暴露这些第一间隔物的至少之一；
通过在暴露的第一间隔物上形成第二间隔物以形成双间隔物；
移除该第二牺牲层图案及这些第一牺牲层图案；以及通过使用这些第一间隔物及该双间隔物作为蚀刻掩模，蚀刻该图案目标层的暴露部分以形成具有由这些第一间隔物所界定的第一节距的第一图案及具有由该双间隔物所界定的第二节距的第二图案。
2. 如权利要求1的方法，进一步包括在形成这些第一牺牲层图案前，形成蚀刻中止层于该图案目标层上。
3. 如权利要求1的方法，包括通过以下步骤形成这些第一间隔物：形成第一间隔物材料层于该图案目标层及这些第一牺牲层图案上方；以及通过在该第一间隔物材料层上实施各向异性蚀刻工艺，从该图案目标层移除该第一间隔物材料层的一部分及从这些第一牺牲层图案的上表面移除该第一间隔物材料层。
4. 如权利要求1的方法，其中该第二牺牲层图案包括氧化层。
5. 如权利要求1的方法，包括通过以下步骤形成该双间隔物：形成第二间隔物材料层于该第二牺牲层图案、该第一间隔物及该图案目标层上方；以及通过在该第二间隔物材料层上实施各向异性蚀刻工艺，从该第二牺牲层图案移除该第二间隔物材料层及从该图案目标层移除该第二间隔物材料层的一部分。
6. 如权利要求1的方法，其中这些第一牺牲层图案包括氧化层。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种制造半导体装置的方法，以及更具体而言，涉及一种使用间隔物在半导体装置中制造图案的方法。
背景技术
通常，多个构成半导体装置(例如，比如晶体管的有源装置或比如寄存器的无源装置)的装置被实现为图案的形式。例如，该晶体管包括设置于半导体基板上的结构，该结构包括栅极绝缘层及栅极电极层。具体而言，该栅极绝缘层及该栅极电极层具有比如条的预定图案结构。
通常使用光刻工艺形成这些图案。亦即，在待图案化的目标层上形成光致抗蚀剂层图案，以及使用该光致抗蚀剂层图案作为一蚀刻掩模，通过蚀刻工艺移除该目标层的暴露部分，由此获得需求的图案。然而，随着集成水平的增加，上述方法变得更受到限制。具体而言，虽然当该半导体装置的集成度变得更高时，这些图案的节距减少，但是该光刻工艺技术因它的基本限制而跟不上该图案节距的减少的步伐。
因此，提出一种用以使用间隔物以制造这些图案的方法，以形成具有微节距的图案。依据此方法，在要形成有这些图案的目标层上形成牺牲层图案，以及在该牺牲层图案的侧壁上形成这些间隔物。然后，移除该牺牲层图案及使用这些间隔物作为蚀刻掩模通过蚀刻工艺移除该目标层的暴露部分。通常，这些间隔物可形成有充分厚度及可轻易地控制这些间隔物的厚度。因此，可通过使用这些间隔物以形成这些具有微节距的图案。然而，因为同时形成这些间隔物，所以这些间隔物在整个区域上具有相同厚度。于是，这些图案具有相同节距。然而，常常期望使用单一图案化工艺以形成具有不同节距的图案。在此情况中，必须实施一额外掩模工艺，以形成这些可变节距图案。
通常使用光刻工艺形成这些图案。亦即，在待图案化的目标层上形成光致抗蚀剂层图案，以及使用该光致抗蚀剂层图案作为一蚀刻掩模，通过蚀刻工艺移除该目标层的暴露部分，由此获得需求的图案。然而，随着集成水平的增加，上述方法变得更受到限制。具体而言，虽然当该半导体装置的集成度变得更高时，这些图案的节距减少，但是该光刻工艺技术因它的基本限制而跟不上该图案节距的减少的步伐。
因此，提出一种用以使用间隔物以制造这些图案的方法，以形成具有微节距的图案。依据此方法，在要形成有这些图案的目标层上形成牺牲层图案，以及在该牺牲层图案的侧壁上形成这些间隔物。然后，移除该牺牲层图案及使用这些间隔物作为蚀刻掩模通过蚀刻工艺移除该目标层的暴露部分。通常，这些间隔物可形成有充分厚度及可轻易地控制这些间隔物的厚度。因此，可通过使用这些间隔物以形成这些具有微节距的图案。然而，因为同时形成这些间隔物，所以这些间隔物在整个区域上具有相同厚度。于是，这些图案具有相同节距。然而，常常期望使用单一图案化工艺以形成具有不同节距的图案。在此情况中，必须实施一额外掩模工艺，以形成这些可变节距图案。
发明内容
本发明的实施例涉及提供一种使用间隔物以在半导体装置中制造具有不同节距的图案的方法。
在一实施例中，一种制造半导体装置的图案的方法包括：形成具有侧壁的第一牺牲层图案于图案目标层上方；形成第一间隔物于这些第一牺牲层图案的侧壁上；形成第二牺牲层图案于这些第一牺牲层图案及这些第一间隔物上方，其中该第二牺牲层图案暴露这些第一间隔物中的至少一第一间隔物；通过在该暴露第一间隔物上形成第二间隔物以形成双间隔物；移除该第二牺牲层图案及这些第一牺牲层图案；以及通过使用这些第一间隔物及该双间隔物作为蚀刻掩模蚀刻该图案目标层的暴露部分，形成具有由这些第一间隔物所界定的第一节距的第一图案及具有由该双间隔物所界定的第二节距的第二图案。
该方法优选进一步包括：在形成这些第一牺牲层图案前，形成蚀刻中止层于该图案目标层上。
这些第一间隔物的形成优选包括：形成第一间隔物材料层于该图案目标层及这些第一牺牲层图案上方；以及通过在该第一间隔物材料层上实施各向异性蚀刻工艺，从该图案目标层移除该第一间隔物材料层的一部分及从这些第一牺牲层图案的上表面移除该第一间隔物材料层。
这些第一及第二牺牲层图案优选包括氧化层。
该双间隔物的形成优选包括形成第二间隔物材料层于该第二牺牲层图案、该暴露第一间隔物及该图案目标层上方；以及通过在该第二间隔物材料层上实施各向异性蚀刻工艺，从该第二牺牲层图案移除该第二间隔物材料层及从该图案目标层移除该第二间隔物材料层的一部分。
在一实施例中，一种制造半导体装置的图案的方法包括：形成具有侧壁的第一牺牲层图案于图案目标层上方；形成第一间隔物于这些第一牺牲层图案的侧壁上；形成第二牺牲层图案于这些第一牺牲层图案及这些第一间隔物上方，其中该第二牺牲层图案暴露这些第一间隔物中的至少一第一间隔物；通过在该暴露第一间隔物上形成第二间隔物以形成双间隔物；移除该第二牺牲层图案及这些第一牺牲层图案；以及通过使用这些第一间隔物及该双间隔物作为蚀刻掩模蚀刻该图案目标层的暴露部分，形成具有由这些第一间隔物所界定的第一节距的第一图案及具有由该双间隔物所界定的第二节距的第二图案。
该方法优选进一步包括：在形成这些第一牺牲层图案前，形成蚀刻中止层于该图案目标层上。
这些第一间隔物的形成优选包括：形成第一间隔物材料层于该图案目标层及这些第一牺牲层图案上方；以及通过在该第一间隔物材料层上实施各向异性蚀刻工艺，从该图案目标层移除该第一间隔物材料层的一部分及从这些第一牺牲层图案的上表面移除该第一间隔物材料层。
这些第一及第二牺牲层图案优选包括氧化层。
该双间隔物的形成优选包括形成第二间隔物材料层于该第二牺牲层图案、该暴露第一间隔物及该图案目标层上方；以及通过在该第二间隔物材料层上实施各向异性蚀刻工艺，从该第二牺牲层图案移除该第二间隔物材料层及从该图案目标层移除该第二间隔物材料层的一部分。
附图说明
图1为示出具有不同节距的图案结构的平面图。
图2至9为示出依据本发明在半导体装置中制造图案的方法的剖面图。
图2至9为示出依据本发明在半导体装置中制造图案的方法的剖面图。
具体实施方式
图1为示出具有不同节距的图案结构的平面图。图2至图9为示出依据本发明的在半导体装置中制造图案的工艺的、沿着图1的线A-A′的剖面图。参考图1，在基板100上形成具有第一节距W1的第一图案211及具有第二节距W2的第二图案212，其中该第二节距W2比该第一节距W1宽。虽然在所示实施例中该具有相对大节距的第二图案212配置在该基板100的最外部分上，但是除该最外部分之外，该具有大节距的第二图案212还可以配置在另一部分上，例如，在这些第一图案211间，而不脱离本发明的范围。
为了形成具有不同节距的图案，如图2所示，在该基板100上形成要形成有这些图案的图案目标层110，以及在该图案目标层110上形成蚀刻中止层120。该图案目标层110优选包括绝缘层或导电层。该蚀刻中止层120在稍后用以形成间隔物，且包括相对于用以形成该间隔物的材料层具有充分蚀刻选择性的材料。接下来，在该蚀刻中止层120上形成第一牺牲层130。该第一牺牲层130优选包括氧化层，但是本发明并非局限于此。在该第一牺牲层130上形成掩模层图案140。该掩模层图案140优选包括光致抗蚀剂层。
接着，如图3所示，使用该掩模层图案140作为蚀刻掩模通过蚀刻工艺移除该第一牺牲层130的暴露部分，由此形成第一牺牲层图案132。之后，移除该掩模层图案140。然后，在该蚀刻中止层120及该第一牺牲层图案132上形成第一间隔物材料层150。此时，该第一间隔物材料层150具有对应于该第一图案211的第一节距W1的厚度。
之后，如图4所示，在该第一间隔物材料层150上实施各向异性蚀刻工艺，以便从该蚀刻中止层120的一部分及该第一牺牲层图案132的上表面移除该第一间隔物材料层150，由此在该第一牺牲层图案132的侧壁形成第一间隔物152。虽然优选使用回蚀刻工艺实施该各向异性蚀刻工艺，但是本发明并非局限于此。
之后，如图5所示，在该第一牺牲层图案132及这些第一间隔物152上形成第二牺牲层图案160。该第二牺牲层图案160优选包括氧化层。为了形成该第二牺牲层图案160，在该第一牺牲层图案132及这些第一间隔物152上的整个表面上形成第二牺牲层(未显示)，以及然后，使用蚀刻工艺以第二光致抗蚀剂层图案(未显示)部分移除该第二牺牲层，由此形成该第二牺牲层图案160。如图所示，该第二牺牲层图案160暴露这些第一间隔物152之一(在图5-9中重新标示成为第一间隔物154)及覆盖这些剩余第一间隔物152。该第二牺牲层图案160所覆盖的第一间隔物152最后用以形成具有相对窄的第一节距W1的第一图案211，以及该第二牺牲层图案160所覆盖的第一间隔物154最后用以形成具有(相对宽)第二节距W2的第二图案212。
之后，如图6所示，在该蚀刻中止层120的暴露部分、该暴露第一间隔物154及该第二牺牲层图案160上形成第二间隔物材料层170。此时，该第二间隔物材料层170具有一厚度，使得该第二间隔物材料层170与该第一间隔物154的组合厚度对应于该第二图案212的第二节距W2。
然后，如图7所示，在该第二间隔物材料层170(见图6)上实施一各向异性蚀刻工艺，由此从该蚀刻中止层120的一部分及该第二牺牲层图案160的暴露表面移除该第二间隔物材料层170。于是，在该第二牺牲层图案160所暴露的第一间隔物154上形成第二间隔物174，使得该第一间隔物154及该第二间隔物174构成具有对应于该第二图案212的第二节距W2的厚度的双间隔物184。虽然优选使用一回蚀刻工艺来实施该各向异性蚀刻工艺，但是本发明并非局限于此。
之后，如图8所示，移除该第二牺牲层图案160，以及然后移除该第一牺牲层图案132。因此，这些具有相对窄节距的第一间隔物152及该具有相对宽节距的双间隔物184保留在该图案目标层110及该蚀刻中止层120上。
接着，如图9所示，使用这些第一间隔物152及该双间隔物184作为蚀刻掩模，利用蚀刻工艺连续移除该图案目标层110及该蚀刻中止层120的暴露部分。因此，这些第一图案211具有由这些第一间隔物152所界定的第一节距W1，以及该第二图案212具有由该双间隔物184所界定的比该第一节距W1宽的第二节距W2。为了形成具有更宽节距的图案，可以依据该最后复合间隔物的期望宽度重复实施该第二间隔物174的形成工艺。例如，在该双间隔物184上形成第三间隔物(未显示)，以形成三间隔物(未显示)，以及然后，可使用三间隔物作为蚀刻掩模来实施蚀刻工艺，由此形成该具有更宽节距的图案。
如以上所述，依据本发明的在该半导体装置中制造该图案的方法，形成这些第一间隔物，以及随后，通过在这些第一间隔物的至少之一上形成该第二间隔物以形成该双间隔物(包括这些第一间隔物的至少之一及该第二间隔物)，由此形成这些具有由这些第一间隔物及该双间隔物所界定的不同节距的图案。此外，可通过调整这些第一间隔物及该双间隔物的厚度以控制这些具有不同节距的图案。
虽然为了说明的目的，已描述本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员将体会到可允许各种修改、附加及替代，而不脱离所附权利要求所界定的本发明的范围及精神。
为了形成具有不同节距的图案，如图2所示，在该基板100上形成要形成有这些图案的图案目标层110，以及在该图案目标层110上形成蚀刻中止层120。该图案目标层110优选包括绝缘层或导电层。该蚀刻中止层120在稍后用以形成间隔物，且包括相对于用以形成该间隔物的材料层具有充分蚀刻选择性的材料。接下来，在该蚀刻中止层120上形成第一牺牲层130。该第一牺牲层130优选包括氧化层，但是本发明并非局限于此。在该第一牺牲层130上形成掩模层图案140。该掩模层图案140优选包括光致抗蚀剂层。
接着，如图3所示，使用该掩模层图案140作为蚀刻掩模通过蚀刻工艺移除该第一牺牲层130的暴露部分，由此形成第一牺牲层图案132。之后，移除该掩模层图案140。然后，在该蚀刻中止层120及该第一牺牲层图案132上形成第一间隔物材料层150。此时，该第一间隔物材料层150具有对应于该第一图案211的第一节距W1的厚度。
之后，如图4所示，在该第一间隔物材料层150上实施各向异性蚀刻工艺，以便从该蚀刻中止层120的一部分及该第一牺牲层图案132的上表面移除该第一间隔物材料层150，由此在该第一牺牲层图案132的侧壁形成第一间隔物152。虽然优选使用回蚀刻工艺实施该各向异性蚀刻工艺，但是本发明并非局限于此。
之后，如图5所示，在该第一牺牲层图案132及这些第一间隔物152上形成第二牺牲层图案160。该第二牺牲层图案160优选包括氧化层。为了形成该第二牺牲层图案160，在该第一牺牲层图案132及这些第一间隔物152上的整个表面上形成第二牺牲层(未显示)，以及然后，使用蚀刻工艺以第二光致抗蚀剂层图案(未显示)部分移除该第二牺牲层，由此形成该第二牺牲层图案160。如图所示，该第二牺牲层图案160暴露这些第一间隔物152之一(在图5-9中重新标示成为第一间隔物154)及覆盖这些剩余第一间隔物152。该第二牺牲层图案160所覆盖的第一间隔物152最后用以形成具有相对窄的第一节距W1的第一图案211，以及该第二牺牲层图案160所覆盖的第一间隔物154最后用以形成具有(相对宽)第二节距W2的第二图案212。
之后，如图6所示，在该蚀刻中止层120的暴露部分、该暴露第一间隔物154及该第二牺牲层图案160上形成第二间隔物材料层170。此时，该第二间隔物材料层170具有一厚度，使得该第二间隔物材料层170与该第一间隔物154的组合厚度对应于该第二图案212的第二节距W2。
然后，如图7所示，在该第二间隔物材料层170(见图6)上实施一各向异性蚀刻工艺，由此从该蚀刻中止层120的一部分及该第二牺牲层图案160的暴露表面移除该第二间隔物材料层170。于是，在该第二牺牲层图案160所暴露的第一间隔物154上形成第二间隔物174，使得该第一间隔物154及该第二间隔物174构成具有对应于该第二图案212的第二节距W2的厚度的双间隔物184。虽然优选使用一回蚀刻工艺来实施该各向异性蚀刻工艺，但是本发明并非局限于此。
之后，如图8所示，移除该第二牺牲层图案160，以及然后移除该第一牺牲层图案132。因此，这些具有相对窄节距的第一间隔物152及该具有相对宽节距的双间隔物184保留在该图案目标层110及该蚀刻中止层120上。
接着，如图9所示，使用这些第一间隔物152及该双间隔物184作为蚀刻掩模，利用蚀刻工艺连续移除该图案目标层110及该蚀刻中止层120的暴露部分。因此，这些第一图案211具有由这些第一间隔物152所界定的第一节距W1，以及该第二图案212具有由该双间隔物184所界定的比该第一节距W1宽的第二节距W2。为了形成具有更宽节距的图案，可以依据该最后复合间隔物的期望宽度重复实施该第二间隔物174的形成工艺。例如，在该双间隔物184上形成第三间隔物(未显示)，以形成三间隔物(未显示)，以及然后，可使用三间隔物作为蚀刻掩模来实施蚀刻工艺，由此形成该具有更宽节距的图案。
如以上所述，依据本发明的在该半导体装置中制造该图案的方法，形成这些第一间隔物，以及随后，通过在这些第一间隔物的至少之一上形成该第二间隔物以形成该双间隔物(包括这些第一间隔物的至少之一及该第二间隔物)，由此形成这些具有由这些第一间隔物及该双间隔物所界定的不同节距的图案。此外，可通过调整这些第一间隔物及该双间隔物的厚度以控制这些具有不同节距的图案。
虽然为了说明的目的，已描述本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员将体会到可允许各种修改、附加及替代，而不脱离所附权利要求所界定的本发明的范围及精神。