[發(fā)明專利]形成柵極圖案的方法以及半導體裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110064415.1
• 申請日: 2011-03-17
• 公開（公告）號: CN102683191A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設計）人: 何其旸;張翼英
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/027;G03F7/00;H01L29/78;H01L29/423
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 羅銀燕

技術領域

本發(fā)明涉及形成柵極圖案的方法以及具有所述柵極圖案的半導體裝置。本發(fā)明尤其涉及形成交錯排列的柵極圖案的方法以及具有所述柵極圖案的半導體裝置。

背景技術

為了使得半導體裝置的密度、尤其是柵極的密度最大化，通常需要形成交錯排列的柵極圖案。例如，這種柵極圖案包含沿第一方向相互平行的多個柵極條，各柵極條被間隙斷開。并且，所述間隙位于沿基本垂直于第一方向的第二方向相互平行的多個條帶區(qū)中，但是，各條帶區(qū)中的間隙并不是連續(xù)的，即，各條帶區(qū)中存在跨過柵極條而相鄰的間隙。

在目前的半導體制造工藝中，為了形成交錯排列的柵極圖案，普遍采用雙重構圖(double?patterning)技術。

圖1A～1B示出常規(guī)的雙重構圖技術中形成的修整槽(trimming?slot)和利用修整槽得到的柵極圖案。參見圖1A，在線蝕刻后獲得的多個相互平行的柵極條上設置具有修整槽的掩模。修整槽的位置對應于將柵極條斷開的間隙的位置。由于要形成交錯排列的柵極圖案，因此修整槽的位置是交錯排列的。然后，參見圖1B，在對柵極條進行修整槽蝕刻后，形成了交錯排列的柵極圖案。

圖2A～2D具體地示出采用常規(guī)的雙重構圖技術來形成交錯排列的柵極圖案的一種方法。

首先，如圖2A所示，通過第一光刻處理，形成具有相互平行且連續(xù)延伸的多個開口的抗蝕劑(resist)圖案210。接著，如圖2B所示，以所述抗蝕劑圖案210為掩模進行第一蝕刻處理，從而在襯底250上形成多個相互平行且連續(xù)延伸的柵極材料條260。然后，如圖2C所示，通過第二光刻處理，形成具有修整槽的抗蝕劑圖案220。最后，如圖2D所示，以所述抗蝕劑圖案220為掩模進行第二蝕刻處理，以在襯底250上的柵極材料條260中形成交錯排列的間隙，從而形成交錯排列的柵極圖案。

圖3A～3E具體地示出采用常規(guī)的雙重構圖技術來形成交錯排列的柵極圖案的另一種方法。這種方法在柵極材料層上額外地形成硬掩模層。在利用類似的方法形成交錯排列的硬掩模圖案之后，將所述硬掩模圖案轉(zhuǎn)移到下面的柵極材料層，從而形成交錯排列的柵極圖案。

首先，如圖3A所示，通過第一光刻處理，形成具有相互平行且連續(xù)延伸的多個開口的抗蝕劑圖案310。接著，如圖3B所示，以所述抗蝕劑圖案310為掩模進行第一蝕刻處理，從而在襯底350上的柵極材料層360上形成多個相互平行且連續(xù)延伸的硬掩模條370。然后，如圖3C所示，通過第二光刻處理，形成具有修整槽的抗蝕劑圖案320。接下來，如圖3D所示，以所述抗蝕劑圖案320為掩模進行第二蝕刻處理，以在襯底350上的柵極材料層360上的硬掩模條370中形成交錯排列的間隙，從而形成交錯排列的硬掩模圖案。最后，如圖3E所示，以所述硬掩模圖案為掩模進行第三蝕刻處理，從而形成交錯排列的柵極圖案。

在利用上述任一種方法形成柵極圖案(例如，多晶硅柵極圖案)后，可以進一步將柵極的材料替換為金屬，從而形成交錯排列的金屬柵極圖案。

本發(fā)明的發(fā)明人對以上形成交錯排列的柵極圖案的方法進行了深入研究，發(fā)現(xiàn)存在以下的問題。

第一，在深亞微米的領域內(nèi)，需要對修整槽的尺寸、尤其是修整槽的縱向尺寸H1(參見圖2C和圖3C，其對應于將柵極條斷開的間隙的長度)進行嚴格控制，這導致修整槽的光刻工藝窗口很小。

第二，在深亞微米的領域內(nèi)，由于修整槽光刻的工藝限制(margin)，導致所得到的修整槽的角部顯著地變圓，即所得到的修整槽并不是所希望的長方形(參見圖1A)。并且，在進行修整槽蝕刻以后，所得到的柵極的角部相應地是尖銳的，而不是所希望的直角(參見圖1B)。這樣，無法精確地控制柵極圖案的形狀和尺寸，從而對半導體裝置的性能造成不利影響。并且，如果要采用金屬柵極結(jié)構，則當將柵極的材料替換為金屬時，柵極的尖銳的角部導致難以填充金屬，這也會對半導體裝置的性能造成不利影響。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上問題提出本發(fā)明。

本發(fā)明的一個方面的目的是，提供一種形成柵極圖案的方法以及具有所述柵極圖案的半導體裝置，其中，形成所述柵極圖案的方法相比于現(xiàn)有技術的方法能夠具有較大的光刻工藝窗口。

本發(fā)明的另一個方面的目的是，提供一種形成柵極圖案的方法以及具有所述柵極圖案的半導體裝置，其中，形成所述柵極圖案的方法相比于現(xiàn)有技術的方法能夠較好地控制柵極圖案的形狀和尺寸。

本發(fā)明的再一個方面的目的是，提供一種形成柵極圖案的方法以及具有所述柵極圖案的半導體裝置，其中，形成所述柵極圖案的方法能夠很好地應用于先進半導體工藝。