形成栅极图案的方法以及半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及形成栅极图案的方法及半导体装置。栅极图案包含多个沿第一方向相互平行的、被间隙断开的栅极条，间隙位于沿基本垂直于第一方向的第二方向相互平行的多个条带区中，各条带区中存在跨过栅极条而相邻的间隙。该方法包括：提供多个沿第一方向相互平行且连续延伸的、由栅极材料条和其上的蚀刻阻挡条构成的叠层结构；通过第二光刻处理，在跨过栅极条而相邻的将形成的间隙之间留下第二抗蚀剂区；通过第二蚀刻处理，选择性去除蚀刻阻挡条；通过第三光刻处理，形成具有沿第二方向相互平行且连续延伸的多个开口的第三抗蚀剂层；通过第三蚀刻处理，形成栅极图案。本方法能具有较大的光刻工艺窗口，并能较好控制栅极图案的形状和尺寸等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及形成栅极图案的方法以及具有所述栅极图案的半导体装置。本专利技术尤其涉及形成交错排列的栅极图案的方法以及具有所述栅极图案的半导体装置。
技术介绍
为了使得半导体装置的密度、尤其是栅极的密度最大化，通常需要形成交错排列的栅极图案。例如，这种栅极图案包含沿第一方向相互平行的多个栅极条，各栅极条被间隙断开。并且，所述间隙位于沿基本垂直于第一方向的第二方向相互平行的多个条带区中，但是，各条带区中的间隙并不是连续的，即，各条带区中存在跨过栅极条而相邻的间隙。 在目前的半导体制造エ艺中，为了形成交错排列的栅极图案，普遍采用双重构图(,double patterning)技木。图IA IB示出常规的双重构图技术中形成的修整槽(trimming slot)和利用修整槽得到的栅极图案。參见图1A，在线蚀刻后获得的多个相互平行的栅极条上设置具有修整槽的掩摸。修整槽的位置对应于将栅极条断开的间隙的位置。由于要形成交错排列的栅极图案，因此修整槽的位置是交错排列的。然后，參见图1B，在对栅极条进行修整槽蚀刻后，形成了交错排列的栅极图案。图2A 2D具体地示出采用常规的双重构图技术来形成交错排列的栅极图案的一种方法。首先，如图2A所示，通过第一光刻处理，形成具有相互平行且连续延伸的多个开ロ的抗蚀剂(resist)图案210。接着，如图2B所示，以所述抗蚀剂图案210为掩模进行第ー蚀刻处理，从而在衬底250上形成多个相互平行且连续延伸的栅极材料条260。然后，如图2C所示，通过第二光刻处理，形成具有修整槽的抗蚀剂图案220。最后，如图2D所示，以所述抗蚀剂图案220为掩模进行第二蚀刻处理，以在衬底250上的栅极材料条260中形成交错排列的间隙，从而形成交错排列的栅极图案。图3A 3E具体地示出采用常规的双重构图技术来形成交错排列的栅极图案的另ー种方法。这种方法在栅极材料层上额外地形成硬掩模层。在利用类似的方法形成交错排列的硬掩模图案之后，将所述硬掩模图案转移到下面的栅极材料层，从而形成交错排列的栅极图案。首先，如图3A所示，通过第一光刻处理，形成具有相互平行且连续延伸的多个开ロ的抗蚀剂图案310。接着，如图3B所示，以所述抗蚀剂图案310为掩模进行第一蚀刻处理，从而在衬底350上的栅极材料层360上形成多个相互平行且连续延伸的硬掩模条370。然后，如图3C所示，通过第二光刻处理，形成具有修整槽的抗蚀剂图案320。接下来，如图3D所示，以所述抗蚀剂图案320为掩模进行第二蚀刻处理，以在衬底350上的栅极材料层360上的硬掩模条370中形成交错排列的间隙，从而形成交错排列的硬掩模图案。最后，如图3E所示，以所述硬掩模图案为掩模进行第三蚀刻处理，从而形成交错排列的栅极图案。在利用上述任ー种方法形成栅极图案(例如，多晶硅栅极图案)后，可以进ー步将栅极的材料替换为金属，从而形成交错排列的金属栅极图案。本专利技术的专利技术人对以上形成交错排列的栅极图案的方法进行了深入研究，发现存在以下的问题。第一，在深亚微米的领域内，需要对修整槽的尺寸、尤其是修整槽的纵向尺寸Hl(參见图2C和图3C，其对应于将栅极条断开的间隙的长度)进行严格控制，这导致修整槽的光刻エ艺窗ロ很小。第二，在深亚微米的领域内，由于修整槽光刻的エ艺限制(margin)，导致所得到的修整槽的角部显著地变圆，即所得到的修整槽并不是所希望的长方形(參见图1A)。并且，在进行修整槽蚀刻以后，所得到的栅极的角部相应地是尖鋭的，而不是所希望的直角(參见图1B)。这样，无法精确地控制栅极图案的形状和尺寸，从而对半导体装置的性能造成不利影响。并且，如果要采用金属栅极结构，则当将栅极的材料替换为金属时，栅极的尖鋭的 角部导致难以填充金属，这也会对半导体装置的性能造成不利影响。
技术实现思路
鉴于以上问题提出本专利技术。本专利技术的ー个方面的目的是，提供ー种形成栅极图案的方法以及具有所述栅极图案的半导体装置，其中，形成所述栅极图案的方法相比于现有技术的方法能够具有较大的光刻エ艺窗ロ。本专利技术的另ー个方面的目的是，提供ー种形成栅极图案的方法以及具有所述栅极图案的半导体装置，其中，形成所述栅极图案的方法相比于现有技术的方法能够较好地控制栅极图案的形状和尺寸。本专利技术的再ー个方面的目的是，提供ー种形成栅极图案的方法以及具有所述栅极图案的半导体装置，其中，形成所述栅极图案的方法能够很好地应用于先进半导体エ艺。根据本专利技术的第一方面，提供ー种形成栅极图案的方法，所述栅极图案包含沿第一方向相互平行的多个栅极条，各栅极条被间隙断开，所述间隙位于沿基本垂直于第一方向的第二方向相互平行的多个条带区中，各条带区中存在跨过所述栅极条而相邻的所述间隙。其特征在于，所述方法包括以下步骤提供在衬底上的沿第一方向相互平行且连续延伸的多个叠层结构，所述叠层结构由栅极材料条和其上的蚀刻阻挡条构成；在包含所述叠层结构的所述衬底上形成第二抗蚀剂层；对第二抗蚀剂层进行第二光刻处理以选择性地留下多个第二抗蚀剂区，各第二抗蚀剂区各自位于跨过所述栅极条而相邻的将形成的所述间隙之间；以第二抗蚀剂区为掩模，通过第二蚀刻处理，选择性地去除所述叠层结构中的蚀刻阻挡条；在经第二蚀刻处理后的所述衬底上形成第三抗蚀剂层；对第三抗蚀剂层进行第三光刻处理，以形成沿第二方向相互平行且连续延伸的多个开ロ ；以及以经第三光刻处理后的第三抗蚀剂层为掩摸，通过第三蚀刻处理，形成所述间隙，从而形成所述栅极图案。优选地，提供所述叠层结构的步骤进一歩包括以下步骤在衬底上的栅极材料层上依次形成蚀刻阻挡层和第一抗蚀剂层；对第一抗蚀剂层进行第一光刻处理，以形成沿第一方向相互平行且连续延伸的多个开ロ；以及以经第一光刻处理后的第一抗蚀剂层为掩模，通过第一蚀刻处理，将所述蚀刻阻挡层和所述栅极材料层形成为所述叠层结构。优选地，所述形成栅极图案的方法进ー步包括以下步骤在形成所述栅极图案之后，将所述栅极条的材料替 换为金属。优选地，第一光刻处理是线/间隔类型的光刻处理，线与间隔之比在I : 5至5 I的范围内，并且节距在20nm至200nm的范围内；以及第三光刻处理是线/间隔类型的光刻处理，线与间隔之比在I : 5至5 : I的范围内，并且节距在20nm至2000nm的范围内。优选地，通过第二光刻处理获得的所述第二抗蚀剂区的形状是正方形、长方形、圆形和椭圆形之中的任ー种。优选地，第一蚀刻处理、第二蚀刻处理和第三蚀刻处理是干蚀刻处理。优选地，第一蚀刻处理中蚀刻阻挡层对栅极材料层的蚀刻选择比在I : 10至I 200的范围内；第二蚀刻处理中栅极材料条对蚀刻阻挡条的蚀刻选择比在I : 10至I 50的范围内；以及第三蚀刻处理中蚀刻阻挡条对栅极材料条的蚀刻选择比在I : 10至I 200的范围内。优选地，所述栅极材料条和所述蚀刻阻挡条的材料分别为多晶硅和硅氧化物。优选地，所述跨过所述栅极条而相邻的所述间隙之间的栅极条数量为I至5。根据本专利技术的第二方面，提供ー种形成栅极图案的方法，所述栅极图案包含沿第一方向相互平行的多个栅极条，各栅极条被间隙断开，所述间隙位于沿基本垂直于第一方向的第二方向相互平行的多个条带区中，各条带区中存在跨过所述栅极条而相邻的所述间隙。其特征在于，所述方法包括以下步骤提供在衬底上的栅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种形成栅极图案的方法，所述栅极图案包含沿第一方向相互平行的多个栅极条，各栅极条被间隙断开，所述间隙位于沿基本垂直于第一方向的第二方向相互平行的多个条带区中，各条带区中存在跨过所述栅极条而相邻的所述间隙，其特征在于，所述方法包括以下步骤 提供在衬底上的沿第一方向相互平行且连续延伸的多个叠层结构，所述叠层结构由栅极材料条和其上的蚀刻阻挡条构成； 在包含所述叠层结构的所述衬底上形成第二抗蚀剂层； 对第二抗蚀剂层进行第二光刻处理以选择性地留下多个第二抗蚀剂区，各第二抗蚀剂区各自位于跨过所述栅极条而相邻的将形成的所述间隙之间； 以第二抗蚀剂区为掩模，通过第二蚀刻处理，选择性地去除所述叠层结构中的蚀刻阻挡条； 在经第二蚀刻处理后的所述衬底上形成第三抗蚀剂层； 对第三抗蚀剂层进行第三光刻处理，以形成沿第二方向相互平行且连续延伸的多个开ロ ；以及 以经第三光刻处理后的第三抗蚀剂层为掩模，通过第三蚀刻处理，形成所述间隙，从而形成所述栅极图案。2.如权利要求I所述的形成栅极图案的方法，其特征在于，提供所述叠层结构的步骤进ー步包括以下步骤 在衬底上的栅极材料层上依次形成蚀刻阻挡层和第一抗蚀剂层； 对第一抗蚀剂层进行第一光刻处理，以形成沿第一方向相互平行且连续延伸的多个开ロ ；以及 以经第一光刻处理后的第一抗蚀剂层为掩模，通过第一蚀刻处理，将所述蚀刻阻挡层和所述栅极材料层形成为所述叠层结构。3.如权利要求I所述的形成栅极图案的方法，其特征在干，进ー步包括以下步骤 在形成所述栅极图案之后，将所述栅极条的材料替换为金属。4.如权利要求2所述的形成栅极图案的方法，其特征在干， 第一光刻处理是线/间隔类型的光刻处理，线与间隔之比在I : 5至5 : I的范围内，并且节距在20nm至200nm的范围内；以及 第三光刻处理是线/间隔类型的光刻处理，线与间隔之比在I : 5至5 : I的范围内，并且节距在20nm至2000nm的范围内。5.如权利要求I所述的形成栅极图案的方法，其特征在干， 通过第二光刻处理获得的所述第二抗蚀剂区的形状是正方形、长方形、圆形和椭圆形之中的任ー种。6.如权利要求2所述的形成栅极图案的方法，其特征在干， 第一蚀刻处理、第二蚀刻处理和第三蚀刻处理是干蚀刻处理。7.如权利要求6所述的形成栅极图案的方法，其特征在干， 第一蚀刻处理中蚀刻阻挡层对栅极材料层的蚀刻选择比在I : 10至I : 200的范围内； 第二蚀刻处理中栅极材料条对蚀刻阻挡条的蚀刻选择比在I : 10至I : 50的范围内；以及 第三蚀刻处理中蚀刻阻挡条对栅极材料条的蚀刻选择比在I : 10至I : 200的范围内。8.如权利要求I所述的形成栅极图案的方法，其特征在干， 所述栅极材料条和所述蚀刻阻挡条的材料分别为多晶硅和硅氧化物。9.如权利要求I所述的形成栅极图案的方法，其特征在干， 所述跨过所述栅极条而相邻的所述间隙之间的栅极条数量为I至5。10.ー种形成栅极图案的方法，所述栅极图案包含沿第一方向相互平行的多个栅极条，各栅极条被间隙断开，所述间隙位于沿基本垂直于第一方向的第二方向相互平行的多个条带区中，各条带区中存在跨过所述栅极条而相邻的所述间隙，其特征在于，所述方法包括以下步骤 提供在衬底上的栅极材料层上的沿第一方向相互平行且连...

【专利技术属性】
技术研发人员：何其旸，张翼英，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：