TWI569334B

TWI569334B - 半導體元件製造方法

Info

Publication number: TWI569334B
Application number: TW100139455A
Authority: TW
Inventors: 魏銘德; 曹博昭; 陳銘聰
Original assignee: 聯華電子股份有限公司
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2017-02-01
Also published as: TW201318074A

Description

半導體元件製造方法

本案係為一種半導體元件製造方法，尤指應用於積體電路製程中之半導體元件製造方法。

請參見圖1A與圖1B，其表示出在積體電路晶片上部份元件之佈局俯視示意圖，主要表示出金氧半電晶體之主動區域10以及閘極導體構造11、12，而由於電路佈局之需要，便會產生分別如圖1A與圖1B中不同延伸方向的閘極導體構造11、12。位於閘極導體構造11、12兩側之主動區域10是源/汲極區域，而被閘極導體構造11、12覆蓋之主動區域10便是通道之所在。因此，閘極導體構造11、12之寬度W1、W2基本上便可定義出通道的長度。

而由於電路設計上的需求，同一積體電路晶片上需要有不同通道長度的金氧半電晶體來提供不同的電路特性，例如導通電流Ion，因此，閘極導體構造11、12之寬度W1、W2便有變化的需求。另外，透過定義源/汲極區域時所進行之離子佈植角度的改變，也可改變金氧半電晶體的電路特性。

但因元件尺寸越來越小，因此閘極導體構造11、12之寬度W1、W2也隨之縮小，幾乎已經到達曝光顯影技術解析度的極限，而為能降低閘極導體構造關鍵尺寸(Critical Dimension，簡稱CD)的變異程度，一種雙極曝光技術(dipole exposure)便被發展出來，其係改變曝光用雷射光源之光源形狀，將原本如同甜甜圈之光源形狀，改成如圖2所示之光源形狀20，用以加強沿圖中箭頭22方向(平行於y方向)的曝光效果，但伴隨而來的便是沿圖中箭頭21方向(垂直於y方向)曝光效果的衰減。因此，若以圖2所示之光源形狀20來進行曝光，圖1A中平行於y方向之閘極導體構造11之關鍵尺寸(Critical Dimension，簡稱CD)的變異程度將可得到有效控制，但圖1B中垂直於y方向之閘極導體構造12之寬度W2將因曝光效果的衰減而無法下降到應有的水準，也就是寬度W2無法達到所需的關鍵尺寸。但是，依現今製程之需求，閘極導體構造12之寬度要求已經到達更小的關鍵尺寸，因此圖1B中通道長度為更小的關鍵尺寸之金氧半電晶體將無法利用圖2所示之光源形狀20來完成，此種製造方法的限制將造成產品設計不具彈性。而如何改善此類缺失，便是發展本案之主要目的。

本發明之一目的在於提供一種半導體元件的製作方法，其可於雙極曝光技術(dipole exposure)的限制下，仍可完成兩個軸向的積體電路佈線，進而增加元件製作的彈性。

本發明的一實施例中，一種半導體元件製造方法，包含下列步驟：提供一基板；於基板上方形成具有一第一寬度之一第一佈線結構；於具有第一寬度之第一佈線結構之上方形成一蝕刻罩幕，用以露出部份之該第一佈線結構；以及利用蝕刻罩幕對第一佈線結構進行一蝕刻製程，用以形成具有一第二寬度之一第二佈線結構，其中該第二寬度小於該第一寬度。

於本發明另一實施例中，上述基板為一矽基板，第一佈線結構為一第一多晶矽閘極結構，第二佈線結構為一第二多晶矽閘極結構。

於本發明另一實施例中，形成該第一多晶矽閘極結構之方法包含下列步驟：於已形成有一主動區域之基板上方形成一多晶矽閘極層與一第一光阻層；使用一第一光罩定義第一光阻層而形成一第一光阻罩幕；及使用第一光阻罩幕定義該多晶矽閘極層而形成第一多晶矽閘極結構。

於本發明另一實施例中，使用第一光罩定義第一光阻層時進行之一曝光製程為一雙極曝光技術(dipole exposure)。

於本發明另一實施例中，上述基板為一矽基板，第一佈線結構為一第一主動區域，第二佈線結構為一第二主動區域。

於本發明另一實施例中，形成該第一主動區域之方法包含下列步驟：於基板上方形成一第一光阻層；使用一第一光罩定義第一光阻層而形成一第一光阻罩幕；使用第一光阻罩幕定義基板而形成複數個淺溝槽以及被淺溝槽包圍之第一主動區域。

於本發明另一實施例中，形成蝕刻罩幕之方法包含下列步驟：於已形成有第一佈線結構之基板上方形成一第二光阻層；以及使用一第二光罩定義第二光阻層而形成蝕刻罩幕。

於本發明另一實施例中，於基板上方形成具有第一寬度之第一佈線結構之同時，於主動區域上方形成具有一第三寬度之第三佈線結構，第三佈線結構之延伸方向與該第一佈線結構之延伸方向基本上呈正交。

於本發明另一實施例中，上述第三寬度小於該第一寬度。

上述半導體元件的製造方法，通過使用露出部分閘極結構的蝕刻罩幕配合蝕刻製程，可於雙極曝光技術(dipole exposure)的限制下，仍可完成兩個軸向的積體電路佈線，進而增加元件製作的彈性。

而為能改善習用手段中閘極導體構造寬度無法有效縮小之缺失，本案便提出如圖3A至圖3C中所示之半導體元件製造方法的步驟示意圖，首先，圖3A表示出矽基板3已完成有主動區域30、第一閘極導體構造31以及第三閘極構造31’，其中主動區域30可由矽基板3上形成之淺溝槽隔離結構(Shallow Trench Isolation，簡稱STI，本圖未示出)所包圍定義而成，用以完成金氧半電晶體中之源/汲極區域與通道區域。而被第一閘極導體構造31覆蓋之主動區域30便是通道區域之所在。而第一閘極導體構造31可由下列步驟完成：於已形成有主動區域30之該基板3上方形成多晶矽閘極層(本圖未示出)與第一光阻層(本圖未示出)，使用第一光罩定義該第一光阻層而形成第一光阻罩幕(本圖未示出)，使用該第一光阻罩幕定義該多晶矽閘極層而形成閘極導體構造，其中包含分別朝x方向與y方向延伸之第一閘極導體構造31與第三閘極導體構造31’。

當利用雙極曝光技術(dipole exposure)來定義第一閘極導體構造31與第三閘極導體構造31’，其中第三閘極導體構造31’之延伸方向(y方向)與雙極曝光技術中使用的雷射光源形狀之延伸方向(y方向)平行，如圖3A左半部所示，因此第三閘極導體構造31’之寬度D1’可縮小到預定的數值，例如120nm。但因第一閘極導體構造31之延伸方向(x方向)與雙極曝光技術中使用的雷射光源形狀之延伸方向(y方向)並不平行甚或呈正交時，如圖3A右半部所示，將會造成第一閘極導體構造31之寬度D1無法達到所需的較小的CD需求。而為能增加設計的彈性，本案利用另一道光罩微影製程來形成如圖3B中所示之蝕刻罩幕32，例如，於已形成有第一閘極導體構造31與第三閘極導體構造31’之該基板3上方於形成第二光阻層(本圖未示出)，然後使用第二光罩定義該第二光阻層而形成該蝕刻罩幕32，用以露出部份之第一閘極導體構造31。而此道光罩微影製程中所使用之曝光技術並改採傳統的圓形光源來進行曝光，而非利用雙極曝光技術(dipole exposure)，因此並不會有曝光效果衰減的問題。

接著，利用該蝕刻罩幕32對露出之部份第一閘極導體構造31進行一蝕刻製程，用以形成如圖3C中所示，具有寬度D2之第二閘極導體構造33，由圖可明顯看出，其中D2小於D1。而為能突破解析度之限制，習知手段中已有兩道光罩-兩道蝕刻(簡稱2P2E)的技術被應用到積體電路佈線之製作過程中，因此本案增加之另一道光罩微影製程便可整合於2P2E中之第二道光罩及第二道蝕刻來完成，並不會增加製程步驟。

另外，本案技術除了可以應用於閘極導體構造之製作外，也可應用於其它類似的佈線結構，例如被淺溝槽包圍之主動區域。

綜上所述，在本發明對技術進行改良後，已可有效改善習用手段的問題，進而可於雙極曝光技術(dipole exposure)的限制下，仍可完成兩個軸向的積體電路佈線，進而增加元件製作的彈性。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10、30‧‧‧主動區域

11、12‧‧‧閘極導體構造

20‧‧‧光源

21、22‧‧‧箭頭

3‧‧‧矽基板

31‧‧‧第一閘極導體構造

32‧‧‧蝕刻罩幕

33‧‧‧第二閘極導體構造

31’‧‧‧第三閘極導體構造

W1、W2、D1、D2、D1’‧‧‧寬度

圖1A~1B，其表示出在積體電路晶片上部份元件之佈局俯視示意圖

圖2，其係雙極曝光技術中光源形狀示意圖。

圖3A~3C，其係本案揭露之半導體元件製造方法的步驟示意圖。

30‧‧‧主動區域

31‧‧‧第一閘極導體構造

31’‧‧‧第三閘極導體構造

32‧‧‧蝕刻罩幕

Claims

一種半導體元件製造方法，包含下列步驟：提供一基板；於該基板上方利用一雙極曝光技術(dipole exposure)形成具有一第一寬度之一第一佈線結構，其中該第一佈線結構之延伸方向與該第一寬度基本上呈正交；於具有該第一寬度之該第一佈線結構之上方形成一蝕刻罩幕，用以沿該第一佈線結構之延伸方向露出部份之該第一佈線結構；以及利用該蝕刻罩幕對該第一佈線結構進行一蝕刻製程，用以形成具有一第二寬度之一第二佈線結構，其中該第二寬度小於該第一寬度。
如申請專利範圍第1項所述之半導體元件製造方法，其中該基板為一矽基板，該第一佈線結構為一第一多晶矽閘極結構，該第二佈線結構為一第二多晶矽閘極結構。
如申請專利範圍第2項所述之半導體元件製造方法，其中形成該第一多晶矽閘極結構之方法包含下列步驟：於已形成有一主動區域之該基板上方形成一多晶矽閘極層與一第一光阻層；使用一第一光罩定義該第一光阻層而形成一第一光阻罩幕；及使用該第一光阻罩幕定義該多晶矽閘極層而形成該第一多晶矽閘極結構。
如申請專利範圍第3項所述之半導體元件製造方法，其中使用該第一光罩定義該第一光阻層時進行之一曝光製程為該雙極曝光技術。
如申請專利範圍第1項所述之半導體元件製造方法，其中該基板為一矽基板，該第一佈線結構為一第一主動區域，該第二佈線結構為一第二主動區域。
如申請專利範圍第5項所述之半導體元件製造方法，其中形成該第一主動區域之方法包含下列步驟：於該基板上方形成一第一光阻層；使用一第一光罩定義該第一光阻層而形成一第一光阻罩幕；使用該第一光阻罩幕定義該基板而形成複數個淺溝槽以及被該等淺溝槽包圍之該第一主動區域。
如申請專利範圍第6項所述之半導體元件製造方法，其中使用該第一光罩定義該第一光阻層時進行之一曝光製程為該雙極曝光技術。
如申請專利範圍第1項所述之半導體元件製造方法，其中形成該蝕刻罩幕之方法包含下列步驟：於已形成有該第一佈線結構之該基板上方形成一第二光阻層；以及使用一第二光罩定義該第二光阻層而形成該蝕刻罩幕。
如申請專利範圍第5項所述之半導體元件製造方法，其中於該基板上方形成具有該第一寬度之該第一佈線結構之同時，於該主動區域上方形成具有一第三寬度之該第三佈線結構，該第三佈線結構之延伸方向與該第一佈線結構之延伸方向基本上呈正交。
如申請專利範圍第9項所述之半導體元件製造方法，其中該第三寬度小於該第一寬度。