CN101859697B - 图案化的方法及集成电路结构 - Google Patents

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Abstract

一种图案化的方法。首先，于目标层上依序形成掩膜层及多个第一转移图案。接着，于第一转移图案之间的间隙中形成多个第二转移图案，同时减小第一转移图案的宽度。然后，于第一转移图案与第二转移图案之间的间隙中形成多个第三转移图案，同时减小第一转移图案与第二转移图案的宽度。之后，以第一转移图案、第二转移图案及第三转移图案为掩膜，移除部份的掩膜层，以形成图案化掩膜层。继之，以图案化掩膜层为掩膜，移除部份的目标层。

Description

图案化的方法及集成电路结构
技术领域
本发明是有关于一种图案化的方法及一种集成电路结构。
背景技术
非挥发性存储器由于具有可多次进行资料的存入、读取、擦除等动作，且存入的资料在断电后也不会消失的优点，因此，非挥发性存储器被广泛采用在个人计算机和电子设备等等。
随着非挥发性存储器的集成度的日益提升，非挥发性存储器的尺寸也必须随之缩小。元件缩小化与集积化是必然的趋势，也是各界积极发展的重要课题，而其中的关键技术就是光刻工艺。
在光刻工艺中，已知制造线宽或线距低于65纳米，尤其是线宽/线距(line/space)不超过25/25纳米，以现今的科技来说是相当困难的，除非使用波长更短的光源以及可配合所用波长的光刻胶。如此一来，厂房很可能必须付出相当大的成本来更替相配合的新机台。
因此，如何使用现有的机台及工艺来达到缩小线宽/线距至不超过25/25纳米的目标，已成为业界相当重视的课题之一。
发明内容
本发明提供一种图案化的方法，可以轻易地达到缩小线宽/线距至不超过25/25纳米的目标。
本发明另提供一种图案化的方法，可将定义出来的图案密度增加四倍，且缩小间距到其原本长度的四分之一。
本发明提供一种图案化的方法。首先，于目标层上依序形成掩膜层及多个第一转移图案。接着，对第一转移图案的表面进行第一转换工艺，以于第一转移图案的表面上形成多个第一转换图案，该第一转换工艺使该多个第一转移图案的宽度减小。然后，于第一转换图案之间的间隙中填入多个第二转移图案。之后，移除第一转换图案。继之，对第一转移图案及第二转移图案的表面进行第二转换工艺，以于第一转移图案及第二转移图案的表面上形成多个第二转换图案，该第二转换工艺使该多个第一转移图案和多个第二转移图案的宽度减小。接着，于第二转换图案之间的间隙中填入多个第三转移图案。然后，移除第二转换图案。之后，以第一转移图案、第二转移图案及第三转移图案为掩膜，移除部份的掩膜层，以形成图案化掩膜层。继之，以图案化掩膜层为掩膜，移除部份的目标层。
在本发明的一实施例中，上述的目标层为基底。
在本发明的一实施例中，上述的目标层为包括基底及位于基底上的材料层的叠层结构。
在本发明的一实施例中，上述的材料层的材料包括多晶硅或金属。
在本发明的一实施例中，上述的材料层、第一转移图案、第二转移图案及第三转移图案的材料相同或不同。
在本发明的一实施例中，上述的第一转移图案、第二转移图案及第三转移图案的材料皆包括多晶硅或金属。
在本发明的一实施例中，上述的掩膜层的材料包括四乙氧基硅氧烷形成的二氧化硅(TEOS-SiO2)、硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)、氢化硅倍半转换物(HSQ)、氟硅玻璃(FSG)或无掺杂硅玻璃(USG)。
在本发明的一实施例中，上述的第一转换工艺及第二转换工艺皆包括氧化工艺、氮化工艺、氮氧化工艺或金属硅化工艺。
在本发明的一实施例中，上述的第一转换图案及第二转换图案的材料相同或不同。
在本发明的一实施例中，上述的第一转换图案及第二转换图案的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物或金属硅化物。
在本发明的一实施例中，于上述的第一转换图案之间的间隙中填入第二转移图案的步骤包括先于第一转换图案上形成第一转移层，再移除部份的第一转移层以露出第一转换图案的顶部。
在本发明的一实施例中，移除部份的第一转移层的步骤包括进行回蚀刻工艺或化学机械研磨工艺。
在本发明的一实施例中，于上述的第二转换图案之间的间隙中填入第三转移图案的步骤包括先于第二转换图案上形成第二转移层，再移除部份的第二转移层以露出第二转换图案的顶部。
在本发明的一实施例中，移除部份的第二转移层的步骤包括进行回蚀刻工艺或化学机械研磨工艺。
在本发明的一实施例中，移除第一转换图案的步骤及移除第二转换图案的步骤皆包括进行蚀刻工艺。
本发明另提供一种图案化的方法。首先，于目标层上依序形成掩膜层及多个第一转移图案。接着，于第一转移图案之间的间隙中形成多个第二转移图案，同时减小第一转移图案的宽度。然后，于第一转移图案与第二转移图案之间的间隙中形成多个第三转移图案，同时减小第一转移图案和第二转移图案的宽度。之后，以第一转移图案、第二转移图案及第三转移图案为掩膜，移除部份的掩膜层，以形成图案化掩膜层。继之，以图案化掩膜层为掩膜，移除部份的目标层。
在本发明的一实施例中，上述的目标层为基底。
在本发明的一实施例中，上述的目标层为包括基底及位于基底上的材料层的叠层结构。
在本发明的一实施例中，上述的材料层的材料包括多晶硅或金属。
在本发明的一实施例中，上述的第一转移图案、第二转移图案及第三转移图案的材料皆包括多晶硅或金属。
本发明又提供一种集成电路结构，与前述图案化的方法对应，其包括目标层及基底。目标层配置在基底上且具有多个第一图案、多个第二图案及多个第三图案。各第一图案具有线宽为L1，各第二图案具有线宽为L2，各第三图案具有线宽为L3，且L1、L2及L3彼此不同，以一个第一图案、一个第二图案、一个第三图案、一个第二图案的顺序重复排列。所述第一图案、第二图案、第三图案分别对应于第一转移图案、第三转移图案、第二转移图案。
在本发明的一实施例中，上述的目标层包括介电层及位于介电层上的材料层的叠层结构。
在本发明的一实施例中，上述的材料层的材料包括多晶硅或金属。
在本发明的一实施例中，上述的介电层的材料包括氮化硅。
基于上述，本发明的图案化的方法由两次转换工艺及两次自行对准工艺，图案密度可以增加四倍。也就是说，由本发明的四倍图案化的方法(quadruple patterning method)，可以利用现有的机台及工艺来达到缩小间距(pitch)至其原本长度的四分之一的目标，大幅节省成本，提升竞争力。
附图说明
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下，其中：
图1A到1I是根据本发明的一实施例所绘示的图案化的方法的流程上视图。
图2A到2I是根据图1A到1I沿I-I’线所绘示的流程剖面图。
具体实施方式
图1A到1I是根据本发明的一实施例所绘示的图案化的方法的流程上视图。图2A到2I是根据图1A到1I沿I-I’线所绘示的流程剖面图。
首先，请参照图1A及2A，于目标层104上依序形成掩膜层106、转移层108及图案化光刻胶层110。目标层104例如为叠层结构，包括依序形成在基底100上的介电层101及材料层102。基底100例如是半导体结构如硅基底。介电层101可以为单层或多层结构。材料层102的材料例如是多晶硅或金属。掩膜层106的材料包括四乙氧基硅氧烷形成的二氧化硅(TEOS-SiO2)、硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)、氢化硅倍半转换物(HSQ)、氟硅玻璃(FSG)或无掺杂硅玻璃(USG)。转移层108的材料例如是多晶硅或金属。形成介电层101、材料层102、掩膜层106、转移层108的方法例如为化学气相沉积工艺。
在此实施例中，介电层101例如为厚度20纳米的多层结构，其包括依序形成在基底100上的ONO复合层121、电荷储存层122及绝缘层123。材料层102例如为厚度100纳米的多晶硅层。掩膜层106例如为厚度200纳米的四乙氧基硅氧烷形成的二氧化硅层。转移层108例如为厚度200纳米的多晶硅层。图案化光刻胶层110的线宽/线距例如为100/100纳米。
接着，请参照图1B及2B，以图案化光刻胶层110为掩膜，移除部份的转移层108，以形成多个转移图案(transfer pattern)108a。在移除部份的转移层108的步骤之前，也可以对图案化光刻胶层110进行削减工艺，以进一步缩小图案化光刻胶层110的线宽。在此实施例中，转移图案108a的线宽例如为约70纳米。在图1B的上视图中，转移图案108a呈蛇状，其末端彼此相连，但本发明并不以此为限。在另一实施例中(未绘示)，转移图案108a的末端并不相连。
然后，请参照图1C及2C，对转移图案108a的表面进行第一转换工艺，以于转移图案108a的表面上形成多个转换图案(conversionpattern)112。第一转换工艺例如是氧化工艺、氮化工艺、氮氧化工艺或金属硅化工艺(metal silicidation process)。转换图案112的材料例如是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物或金属硅化物。在此实施例中，对转移图案108a的表面进行例如是氧化工艺。当转移图案108a的材料例如为多晶硅时，转换图案112的材料例如为氧化硅。在此实施例中，由适当地控制氧化速度，可形成线宽L1约50纳米的转移图案108a及线宽L2约50纳米的转换图案112。转换图案112之间的间隙113的距离L3亦为50纳米左右。另外，第一转换工艺还可以包括化学气相沉积工艺，用以进一步调整转换图案112的线宽。
之后，请参照图1D及2D，于转换图案112之间的间隙113中填入多个转移图案114。填入转移图案114的步骤包括于转换图案112上形成第一转移层(未绘示)，以覆盖转换图案112的顶部及转换图案112之间的间隙113，接着，进行回蚀刻工艺或化学机械研磨工艺移除部份的第一转移层以露出转换图案112的顶部。第一转移层的材料包括多晶硅或金属。在此实施例中，第一转移层例如是多晶硅层。
继之，请参照图1E及2E，对转移图案114进行光刻工艺及蚀刻工艺，以定义转移图案114的衬垫115。在定义衬垫115的步骤中，部分的转移图案108a也会被移除，如图1E的A处所示。接着，进行蚀刻工艺，以移除转换图案112。如此一来，转移图案108a及转移图案114以交错配置的方式形成阵列。也就是说，由图1B至1E步骤中的自行对准工艺(self-aligned process)，可于转移图案108a之间的间隙中形成转移图案114，且此阵列的线宽/线距约50/50纳米。
然后，请参照图1F及2F，对转移图案108a及转移图案114的表面进行第二转换工艺，以于转移图案108a及转移图案114的表面上形成多个转换图案116。第二转换工艺例如是氧化工艺、氮化工艺、氮氧化工艺或金属硅化工艺。转换图案116的材料例如是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物或金属硅化物。在此实施例中，对转移图案108a及转移图案114的表面进行例如是氧化工艺。当转移图案108a及转移图案114的材料例如为多晶硅时，转换图案116的材料例如为氧化硅。在此实施例中，由适当地控制氧化速度，可形成线宽L4约25纳米的转移图案108a、线宽L5约25纳米的转移图案114及线宽L6约25纳米的转换图案116。转换图案116之间的间隙117的距离L7亦为25纳米左右。另外，第二转换工艺还可以包括化学气相沉积工艺，用以进一步调整转换图案116的线宽。
之后，请参照图1G及2G，于转换图案116之间的间隙117中填入多个转移图案118。填入转移图案118的步骤包括于转换图案116上形成第二转移层(未绘示)，以覆盖转换图案116的顶部及转换图案116之间的间隙117，接着，进行回蚀刻工艺或化学机械研磨工艺移除部份的第二转移层以露出转换图案116的顶部。第二转移层的材料包括多晶硅或金属。在此实施例中，第二转移层例如是多晶硅层。
继之，请参照图1H及2H，对转移图案118进行光刻工艺及蚀刻工艺，以定义转移图案118的衬垫119。接着，进行蚀刻工艺，以移除转换图案116。如此一来，转移图案108a、转移图案118、转移图案114及转移图案118以依序排列且重复的方式形成阵列。也就是说，由图1F至1H步骤中的自行对准工艺，可于转移图案108a及其相邻的转移图案114之间的间隙中形成转移图案118，且此阵列的线宽/线距约25/25纳米。
继之，请参照图1I及2I，以转移图案108a、转移图案114、及转移图案118为掩膜，移除部份的掩膜层106，以形成图案化掩膜层106a。然后，以图案化掩膜层106a为掩膜，移除部份的目标层104，以形成图案化材料层102a及图案化介电层101a。图案化介电层101a包括图案化ONO复合层121a、图案化电荷储存层122a及图案化绝缘层123a。
在上述的实施例中，是以各转移图案108a、各转移图案118及各转移图案114具有实质上相同的宽度为例来说明的，但本发明并不以此为限。在另一实施例中，各转移图案108a具有线宽为L8，各转移图案118具有线宽为L9，各转移图案114具有线宽为L10，且L8、L9及L10彼此不同。如图2H及2I所示，各转移图案108a定义第一图案124a，各转移图案118定义第二图案124b，及各转移图案114定义第三图案124c。因此，以一个第一图案124a、一个第二图案124b、一个第三图案124c及一个第二图案124b的顺序重复排列。
在上述的实施例中，是以叠层结构的目标层104(包括介电层101及材料层102)用来形成非挥发性存储器的栅极或字符线为例来说明的，但本发明并不以此为限。在另一实施例中(未绘示)，目标层104也可以为单一层结构，例如仅由基底组成，因此，本发明的图案化的方法可以用来形成基底中的浅沟渠隔离(STI)结构。
另外，在上述的实施例中，是以材料层102的材料与转移图案108a、转移图案114、及转移图案118的材料相同(均为多晶硅)为例来说明的，但本发明并不以此为限。在另一实施例中，材料层102、转移图案108a、转移图案114、及转移图案118的材料也可以不同。举例来说，材料层102的材料为金属，但转移图案108a、转移图案114、及转移图案118的材料为多晶硅，或是材料层102的材料为多晶硅，但转移图案108a、转移图案114、及转移图案118的材料为金属，或是材料层及转移图案114的材料为多晶硅，但转移图案108a及转移图案118的材料为金属等等。另外，第一转换工艺及第二转换工艺也可以相同或不同，例如第一转换工艺为氧化工艺，但第二转换工艺为氮化工艺，也就是说，转换图案112和转换图案116可以相同或不同。如此一来，熟知本技术者可以视工艺需要，就材料层102、转移图案108a、转移图案114、及转移图案118、转换图案112和转换图案116的材料加以变化调整，其材料的排列组合于此不再赘述。
综上所述，本发明的图案化的方法由两次转换工艺及两次自行对准工艺，先于转移图案108a之间的间隙中形成转移图案114，再于转移图案108a及其相邻的转移图案114之间的间隙中形成转移图案118，因此，图案密度可以增加四倍，间距可以缩少到其原本长度的四分之一。也就是说，由本发明的四倍图案化的方法(quadruple patterning method)，可以利用现有的机台及工艺来达到缩小间距至其原本长度的四分之一的目标。
举例来说，现今193纳米ArF激光的光刻分辨率约为40纳米。由于本发明的图案化的方法，可将其定义出来的图案密度增加四倍，间距缩少到其原本长度的四分之一，因此，制作出线宽/线距不超过25/25纳米，甚至是10/10纳米都是可行的。本发明的图案化的方法不需更换现有的机台和光刻胶，就可以使间距缩少到其原本长度的四分之一，大幅节省成本，提升竞争力。
此外，在本发明的图案化的方法中，由于定义衬垫115、119时的叠对规格(overlay specification)的要求并不如关键尺寸来得高，因此工艺空间也较为宽裕。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求范围所界定的为准。

Claims (24)

1.一种图案化的方法，包括：
于一目标层上依序形成一掩膜层及多个第一转移图案；
对所述第一转移图案的表面进行一第一转换工艺，以于所述第一转移图案的表面上形成多个第一转换图案，该第一转换工艺使该多个第一转移图案的宽度减小；
于所述第一转换图案之间的间隙中填入多个第二转移图案；
移除所述第一转换图案；
对所述第一转移图案及所述第二转移图案的表面进行一第二转换工艺，以于所述第一转移图案及所述第二转移图案的表面上形成多个第二转换图案，该第二转换工艺使该多个第一转移图案和多个第二转移图案的宽度减小；
于所述第二转换图案之间的间隙中填入多个第三转移图案；
移除所述第二转换图案；
以所述第一转移图案、所述第二转移图案及所述第三转移图案为掩膜，移除部份的该掩膜层，以形成一图案化掩膜层；以及
以该图案化掩膜层为掩膜，移除部份的该目标层。
2.如权利要求1所述的图案化的方法，其中该目标层为一基底。
3.如权利要求1所述的图案化的方法，其中该目标层为包括一基底及位于该基底上的一材料层的叠层结构。
4.如权利要求3所述的图案化的方法，其中该材料层的材料包括多晶硅或金属。
5.如权利要求3所述的图案化的方法，其中该材料层、所述第一转移图案、所述第二转移图案及所述第三转移图案的材料相同或不同。
6.如权利要求1所述的图案化的方法，其中所述第一转移图案、所述第二转移图案及所述第三转移图案的材料皆包括多晶硅或金属。
7.如权利要求1所述的图案化的方法，其中该掩膜层的材料包括四乙氧基硅氧烷形成的二氧化硅、硼磷硅玻璃、磷硅玻璃、氢化硅倍半转换物、氟硅玻璃或无掺杂硅玻璃。
8.如权利要求1所述的图案化的方法，其中该第一转换工艺及该第二转换工艺皆包括氧化工艺、氮化工艺、氮氧化工艺或金属硅化工艺。
9.如权利要求1所述的图案化的方法，其中所述第一转换图案及所述第二转换图案的材料相同或不同。
10.如权利要求1所述的图案化的方法，其中所述第一转换图案及所述第二转换图案的材料皆包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物或金属硅化物。
11.如权利要求1所述的图案化的方法，其中于所述第一转换图案之间的间隙中填入所述第二转移图案的步骤包括：
于所述第一转换图案上形成一第一转移层；以及
移除部份的该第一转移层以露出所述第一转换图案的顶部。
12.如权利要求11所述的图案化的方法，其中移除部份的该第一转移层的步骤包括进行回蚀刻工艺或化学机械研磨工艺。
13.如权利要求1所述的图案化的方法，其中于所述第二转换图案之间的间隙中填入所述第三转移图案的步骤包括：
于所述第二转换图案上形成一第二转移层；以及
移除部份的该第二转移层以露出所述第二转换图案的顶部。
14.如权利要求13所述的图案化的方法，其中移除部份的该第二转移层的步骤包括进行回蚀刻工艺或化学机械研磨工艺。
15.如权利要求1所述的图案化的方法，其中移除所述第一转换图案的步骤及移除所述第二转换图案的步骤皆包括进行蚀刻工艺。
16.一种图案化的方法，包括：
于一目标层上依序形成一掩膜层及多个第一转移图案；
于所述第一转移图案之间的间隙中形成多个第二转移图案，同时减小第一转移图案的宽度；
于所述第一转移图案与所述第二转移图案之间的间隙中形成多个第三转移图案，同时减小第一转移图案和第二转移图案的宽度；
以所述第一转移图案、所述第二转移图案及所述第三转移图案为掩膜，移除部份的该掩膜层，以形成一图案化掩膜层；以及
以该图案化掩膜层为掩膜，移除部份的该目标层。
17.如权利要求16所述的图案化的方法，其中该目标层为一基底。
18.如权利要求16所述的图案化的方法，其中该目标层包括一基底及位于该基底上的一材料层的叠层结构。
19.如权利要求18所述的图案化的方法，其中该材料层的材料包括多晶硅或金属。
20.如权利要求16所述的图案化的方法，其中所述第一转移图案、所述第二转移图案及所述第三转移图案的材料皆包括多晶硅或金属。
21.一种集成电路结构，由权利要求1所述的图案化的方法制作，且该集成电路包括：
一目标层，配置在一基底上且具有多个第一图案、多个第二图案及多个第三图案，其中各第一图案具有线宽为L1，各第二图案具有线宽为L2，各第三图案具有线宽为L3，且L1、L2及L3彼此不同，以一个第一图案、一个第二图案、一个第三图案、一个第二图案的顺序重复排列，
所述第一图案、第二图案、第三图案分别对应于第一转移图案、第三转移图案、第二转移图案。
22.如权利要求21所述的集成电路结构，其中该目标层包括一介电层及位于该介电层上的一材料层的叠层结构。
23.如权利要求22所述的集成电路结构，其中该材料层的材料包括多晶硅或金属。
24.如权利要求23所述的集成电路结构，其中该介电层的材料包括氮化硅。
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