本發(fā)明涉及一種制作不連續(xù)直線圖案的方法與一種半導(dǎo)體集成電路(integrated circuit，IC)基底上的不連續(xù)直線圖案結(jié)構(gòu)，尤指利用自組裝(directed self-assembly，DSA)材料以制作不連續(xù)直線圖案的方法以及相關(guān)的半導(dǎo)體集成電路基底上的不連續(xù)直線圖案結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

近年來，隨著半導(dǎo)體元件尺寸持續(xù)地縮小與元件堆疊密度的增加，使得光刻制作工藝接近物理極限，導(dǎo)致設(shè)計(jì)、制作工藝開發(fā)和光掩模的成本急遽上升，許多傳統(tǒng)的制作工藝機(jī)臺(tái)與制作工藝方法已無法滿足需求，使得業(yè)界必須不斷開發(fā)使用更精密或昂貴的機(jī)臺(tái)才能滿足制作工藝需求，例如以較昂貴的氟化氬(ArF)激光曝光機(jī)臺(tái)取代傳統(tǒng)曝光機(jī)臺(tái)，以使光刻制作工藝能獲得較高的臨界尺寸或分辨率。此外，業(yè)界另提出以浸潤(rùn)式(immersion)光刻制作工藝配合氟化氬激光機(jī)臺(tái)來進(jìn)一步提升分辨率。因此，為了滿足不斷縮小的元件尺寸，必須不斷更新制作工藝機(jī)臺(tái)與研發(fā)復(fù)雜的制作工藝也成了業(yè)界的挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種制作不連續(xù)直線圖案的方法與半導(dǎo)體基底上的不連續(xù)直線圖案結(jié)構(gòu)，其利用DSA材料及相關(guān)制作工藝以達(dá)到提高元件臨界尺寸的目的。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，其揭露了一種制作不連續(xù)直線圖案的方法，包含先提供一基底，然后在該基底上形成一DSA材料層，進(jìn)行該DSA材料層的一相分離(phase separation)制作工藝，以形成一周期性排列圖案(ordered periodic pattern)，其中該周期性排列圖案包括彼此交替排列的多個(gè)第一聚合物結(jié)構(gòu)與多個(gè)第二聚合物結(jié)構(gòu)。接著，在該DSA材料層上形成一第一掩 模，覆蓋該周期性排列圖案的一第一部分，然后進(jìn)行一第一蝕刻制作工藝，以移除被該第一掩模所曝露的部分該多個(gè)第一聚合物結(jié)構(gòu)，之后移除該第一掩模。然后，在該DSA材料層上形成一第二掩模，覆蓋該周期性排列圖案的一第二部分，其中該周期性排列圖案的該第二部分與該第一部分的相鄰邊界之間具有一間隙(interval)。接著進(jìn)行一第二蝕刻制作工藝以移除被該第二掩模所暴露的部分該多個(gè)第二聚合物結(jié)構(gòu)，以及移除該第二掩模，其中所留下的部分該多個(gè)第一聚合物結(jié)構(gòu)與所留下的部分該多個(gè)第二聚合物結(jié)構(gòu)彼此不互相連接。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，其揭露了在半導(dǎo)體集成電路(integrated circuit，IC)基底上的不連續(xù)直線圖案結(jié)構(gòu)，其包含設(shè)置于該半導(dǎo)體集成電路基底上的多個(gè)第一直線圖案與多個(gè)第二直線圖案。其中，該多個(gè)第一直線圖案平行于一第一方向，且任二相鄰的該多個(gè)第一直線圖案之間具有一第一線距，而該多個(gè)第二直線圖案平行于該第一方向，且任二相鄰的該多個(gè)第二直線圖案之間具有一第二線距。該多個(gè)第一直線圖案與該多個(gè)第二直線圖案沿著一第二方向交替排列，并且該第二方向垂直于該第一方向，而該多個(gè)第一直線圖案與該多個(gè)第二直線圖案彼此不互相連接且在該第二方向上彼此不重疊。

附圖說明

圖1至圖13為本發(fā)明制作不連續(xù)直線圖案的方法的一實(shí)施例的制作工藝示意圖，其中：

圖2為圖1所示半導(dǎo)體IC基底沿著切線2-2’的剖面示意圖；

圖4為圖3沿著切線4-4’的剖面示意圖；

圖9顯示了在半導(dǎo)體集成電路基底上的不連續(xù)直線圖案結(jié)構(gòu)；以及

圖10為圖9沿著切線10-10’的剖面示意圖。

主要元件符號(hào)說明

100 半導(dǎo)體IC基底 102 目標(biāo)膜層

102’ 圖案化的目標(biāo)膜層 103 基底

104 硬掩模層 104’ 圖案化的硬掩模

106 中性底層

108 定向自組裝材料層 110 周期性排列圖案

1101 第一部分 1102 第二部分

112 第一聚合物結(jié)構(gòu) 1121、312第一直線圖案

114 第二聚合物結(jié)構(gòu) 1141、314第二直線圖案

116 第一掩模 118 間隙

120 第二掩模

200、300 不連續(xù)直線圖案結(jié)構(gòu)

E1 第一端 E2 第二端

ITV 間隙 S1 第一線距

S2 第二線距 W1、W2 線寬

X 第一方向 Y 第二方向

具體實(shí)施方式

為使熟悉本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)者能更進(jìn)一步了解本發(fā)明，下文特列舉本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并配合所附的附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的構(gòu)成內(nèi)容及所欲達(dá)成的功效。

請(qǐng)參考圖1至圖13，圖1至圖13為本發(fā)明制作不連續(xù)直線圖案的方法的一實(shí)施例的制作工藝示意圖，其中圖9顯示了在半導(dǎo)體IC基底上的不連續(xù)直線圖案結(jié)構(gòu)。首先請(qǐng)參考圖1與圖2，其中圖1顯示了一半導(dǎo)IC基底與其頂部材料層的俯視示意圖，而圖2為圖1所示半導(dǎo)體IC基底沿著切線2-2’的剖面示意圖。根據(jù)本實(shí)施例，本發(fā)明方法的目的是欲在半導(dǎo)體IC基底表面形成不連續(xù)直線圖案結(jié)構(gòu)，該方法包括先提供一基底103，基底103可以是表面包含或未包含其他膜層的半導(dǎo)體晶片，例如為一半導(dǎo)體IC基底，在本實(shí)施例中，基底103包括了半導(dǎo)體IC基底100與設(shè)置在半導(dǎo)體IC基底100表面的目標(biāo)膜層102，其中目標(biāo)膜層102可以為任何需要被圖案化以形成不連續(xù)直線圖案的膜層，例如可以為一介電材料層或一金屬層，本實(shí)例以目標(biāo)膜層102包含導(dǎo)電材料為例，但不以此為限。此外，在本實(shí)施例的變化實(shí)施例中，半導(dǎo)體IC基底100與目標(biāo)膜層102之間還可設(shè)有其他薄膜，而不限于半導(dǎo)體IC基底100表面僅設(shè)置一層目標(biāo)膜層102。根據(jù)本實(shí)施例，可選擇性地在基底103表面依序形成一硬掩模(hard mask)層104與一中性底層(neutral bottom layer)106，其中硬掩模層104的材料舉例為氮化硅，而中性底層106可包含中性聚合物材料，例如聚苯乙烯(Poly-Styrele，PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(Poly Methyl Metha Crylate，PMMA)或氧化硅(silicon oxide， SiO₂)，厚度舉例為約40至100納米，但不以此為限。在本實(shí)施例中，硬掩模層104與中性底層106都是全面性地形成在基底103表面。然后，在基底103表面形成一定向自組裝(directed self-assembly，DSA)材料層108，覆蓋在硬掩模層104與中性底層106上，其中DSA材料層108的材料包含嵌段共聚物(block co-polymer，BCP)材料，舉例為合成聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯(polystyrene-b-polymethylmethacrylate，PS-b-PMMA)，但不以此為限，也可包括其他已知的嵌段共聚物材料。此外，DSA材料層108可以旋轉(zhuǎn)涂布方式形成在中性底層106上，但不以此為限。

請(qǐng)參考圖3與圖4，其中圖4為圖3沿著切線4-4’的剖面示意圖。接著，對(duì)DSA材料層108進(jìn)行一相分離(phase separation)制作工藝，以形成一周期性排列圖案(ordered periodic pattern)110。其中，DSA材料層108的相分離制作工藝可通過一退火制作工藝(annealing process)所完成，例如以溫度200℃進(jìn)行退火制作工藝5分鐘，但不以此為限。所形成的周期性排列圖案110包括彼此交替排列的多個(gè)第一聚合物結(jié)構(gòu)112與多個(gè)第二聚合物結(jié)構(gòu)114，第一聚合物結(jié)構(gòu)112與第二聚合物結(jié)構(gòu)114都具有條狀圖案，延伸平行于第一方向X，并且沿著第二方向Y交替間隔并排，其中第一方向X與第二方向Y相交，并且，在本實(shí)施例中第一方向X垂直于第二方向Y。前述中性底層106的功能之一是在相分離制作工藝中控制周期性排列圖案110中第一聚合物結(jié)構(gòu)112與第二聚合物結(jié)構(gòu)114的排列方式與圖案，但不以此為限。第一聚合物結(jié)構(gòu)112與第二聚合物結(jié)構(gòu)114包含不同的聚合物材料，且兩者材料具有不同的特性。舉例而言，第一聚合物結(jié)構(gòu)112具有親水性，而第二聚合物結(jié)構(gòu)114具有疏水性，但不以此為限。例如，在不同實(shí)施例中，兩者的材料或所具有的特性也可以互換。此外，第一聚合物結(jié)構(gòu)112與第二聚合物結(jié)構(gòu)114在沿著第二方向Y上分別具有線寬W1與線寬W2，本實(shí)施例的線寬W1與線寬W2相同，亦即第一聚合物結(jié)構(gòu)112與第二聚合物結(jié)構(gòu)114具有相同的尺寸，但不以此為限。線寬W1與線寬W2尺寸范圍舉例為約9納米至約30納米，例如本實(shí)施例的線寬W1與線寬W2尺寸分別為20納米，但不以此為限。

然后請(qǐng)參考圖5，在基底103表面形成第一掩模116，覆蓋周期性排列圖案110的第一部分1101，為了清楚表示第一掩模116的圖案，在圖5中并不以截?cái)嗑€截?cái)嗟谝谎谀?16，如圖所示，第一掩模116具有大區(qū)塊圖案， 舉例而言，在第二方向Y上第一掩模116可以覆蓋10條以上的第一聚合物結(jié)構(gòu)112與第二聚合物結(jié)構(gòu)114，因此本實(shí)施例的第一掩模116在第二方向Y上的寬度大于280納米，但不以此為限。第一掩模116的材料可為光致抗蝕劑材料，其形成方法是在基底103表面全面形成一第一光致抗蝕劑層，然后利用曝光顯影制作工藝以移除部分第一光致抗蝕劑層，留下的第一光致抗蝕劑層即為第一掩模116，具有如圖5所示第一部分1101的圖案。由于第一掩模116為區(qū)塊性圖案而不需具有非常精細(xì)的圖案，因此前述的曝光顯影制作工藝可以利用氟化氪(krypton fluoride，KrF)激光機(jī)臺(tái)對(duì)第一光致抗蝕劑層曝光以定義出第一掩模116的圖案。接著，請(qǐng)參考圖6，利用第一掩模116當(dāng)作蝕刻掩模而進(jìn)行一第一蝕刻制作工藝，使用對(duì)第一聚合物結(jié)構(gòu)112與第二聚合物結(jié)構(gòu)114具有高選擇比的蝕刻劑，移除被第一掩模116所曝露出的部分第一聚合物結(jié)構(gòu)112，且第一掩模116所暴露的基底103表面仍留下直條狀的第二聚合物結(jié)構(gòu)114。

然后，如圖7所示，移除第一掩模116，并且在基底103表面形成第二掩模120而覆蓋周期性排列圖案110的第二部分1102，其中周期性排列圖案110的第二部分1102與第一部分1101不互相重疊，兩者的相鄰邊界之間具有一間隙(interval)118，其中圖6以虛線標(biāo)示出第一掩模116的位置，以表示出周期性排列圖案110的第一部分1101以及間隙118。類似于圖5，為了清楚表示第二掩模120的圖案，在圖7中沒有以截?cái)嗑€截?cái)嗟诙谀?20，以表示出第二掩模120具有大區(qū)塊圖案，例如在第二方向Y上第二掩模120可以覆蓋10條以上的第一聚合物結(jié)構(gòu)112與第二聚合物結(jié)構(gòu)114。第二掩模120的材料可包括光致抗蝕劑材料，其形成方式類似第一掩模116，例如可先在基底103上形成一第二光致抗蝕劑層，然后以曝光顯影制作工藝圖案化該第二光致抗蝕劑層，在第二光致抗蝕劑層上定義出第二掩模120的圖案，其中曝光制作工藝可通過KrF激光機(jī)臺(tái)進(jìn)行，但不以此為限。需注意的是，本實(shí)施例中的間隙118寬度舉例為(但不限于)約10至約100納米，表示在定義第一掩模116與第二掩模120時(shí)兩者的鄰近邊界具有約10至約100納米的間隔，該間隔尺寸是利用KrF激光機(jī)臺(tái)進(jìn)行光刻制作工藝時(shí)能達(dá)到的分辨率與臨界尺寸為優(yōu)選。請(qǐng)參考圖8，接著以第二掩模120為蝕刻掩模，使用對(duì)第二聚合物結(jié)構(gòu)114與第一聚合物結(jié)構(gòu)112具有高選擇比的蝕刻劑，對(duì)第二聚合物結(jié)構(gòu)114進(jìn)行一第二蝕刻制作工藝，以移除沒有被第二掩模 120所覆蓋的部分第二聚合物結(jié)構(gòu)114，但仍然留下被第二掩模120所曝露的第一聚合物結(jié)構(gòu)112。

請(qǐng)參考圖9與圖10，其中圖10為圖9沿著切線10-10’的剖面示意圖。在進(jìn)行完第二蝕刻制作工藝后，移除第二掩模120，得到在半導(dǎo)體IC基底100上的不連續(xù)直線圖案結(jié)構(gòu)200，其中所留下的部分第一聚合物結(jié)構(gòu)112與所留下的部分第二聚合物結(jié)構(gòu)114彼此不互相連接，且在第一方向X上不互相重疊，兩者沿著第二方向Y交替錯(cuò)位排列，暴露出下方的膜層，例如中性底層106。

因此，根據(jù)本發(fā)明圖1至圖10所揭露的制作工藝，可以形成本發(fā)明在半導(dǎo)體IC基底100上的不連續(xù)直線圖案結(jié)構(gòu)200，如圖9所示，不連續(xù)直線圖案結(jié)構(gòu)200包含多個(gè)第一直線圖案1121與多個(gè)第二直線圖案1141設(shè)置于半導(dǎo)體IC基底100上。第一直線圖案1121與第二直線圖案1141都平行于第一方向X，亦即第一直線圖案1121與第二直線圖案1141直線圖案沿著第一方向X延伸，且任二相鄰的第一直線圖案1121之間具有第一線距S1，任二相鄰的第二直線圖案1141之間具有第二線距S2。其中，第一直線圖案1121與第二直線圖案1141沿著第二方向Y交替排列，如前所述，第二方向Y垂直于第一方向X。此外，第一直線圖案1121與第二直線圖案1141彼此不互相連接，且在第二方向Y上和第一方向X都彼此不重疊。再者，本實(shí)施例的第一線距S1相同于第二直線圖案1141的線寬W2，而第二線距S2相同于第一直線圖案1121的線寬W1，但不以此為限。進(jìn)一步言之，各第一直線圖案1121具有鄰近于第二直線圖案1141的第一端E1，而各第二直線圖案1141具有鄰近于第一直線圖案1121的第二端E2，且第一端E1與第二端E2在沿著第一方向X上具有一間隙ITV，其中間隙ITV即相同于圖7所示第一部分1101與第二部分1102的間隙118，其寬度舉例為約50至約60納米，但不以此為限。由圖9可知，在以第一掩模116與第二掩模120定義圖案時(shí)，兩者之間預(yù)留的間隙118具有特別的功用，其可以確保在進(jìn)行第一與第二蝕刻制作工藝時(shí)能有效移除在間隙118中被曝露的第一聚合物結(jié)構(gòu)112與第二聚合物結(jié)構(gòu)114，亦即可以確保最后形成的第一直線圖案1121與第二直線圖案1141之間不會(huì)互相連接，在間隙118中能完全切斷第一直線圖案1121與第二直線圖案1141，以形成不連續(xù)的直線圖案。

由于本發(fā)明方法的目的之一包括在基底103表面形成相同于不連續(xù)直線 圖案結(jié)構(gòu)200的圖案，因此，可繼續(xù)將不連續(xù)直線圖案結(jié)構(gòu)200的圖案轉(zhuǎn)移至基底103上，例如轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體IC基底100表面的目標(biāo)膜層102上。所以，可接續(xù)利用不連續(xù)直線圖案結(jié)構(gòu)200當(dāng)作蝕刻掩模，對(duì)基底103進(jìn)行一第三蝕刻制作工藝。詳細(xì)而言，可以先將第二蝕刻制作工藝后所留下的第一聚合物結(jié)構(gòu)112與留下的第二聚合物結(jié)構(gòu)114的圖案先轉(zhuǎn)移至中性底層106與硬掩模層104上，以形成一圖案化的硬掩模104’，如圖11所示。然后，請(qǐng)參考圖12，可選擇性地先移除剩下的第一聚合物結(jié)構(gòu)112與第二聚合物結(jié)構(gòu)114，接著再以圖案化的硬掩模104’當(dāng)作蝕刻掩模而進(jìn)行第三蝕刻制作工藝，移除被圖案化的硬掩模104’所曝露的部分基底103。當(dāng)制作工藝目標(biāo)欲在目標(biāo)膜層102表面形成不連續(xù)直線圖案時(shí)，則在第三蝕刻制作工藝中移除未被圖案化的硬掩模104’所覆蓋的部分目標(biāo)膜層102，之后再移除圖案化的硬掩模104’，以形成圖案化的目標(biāo)膜層102’，其包括了與不連續(xù)直線圖案結(jié)構(gòu)200相同的圖案，亦即目標(biāo)膜層102’也具有不連續(xù)直線圖案結(jié)構(gòu)300，如圖13所示。目標(biāo)膜層102的不連續(xù)直線圖案結(jié)構(gòu)300包括多個(gè)第一直線圖案312與多個(gè)第二直線圖案314，分別平行于第一方向X，在第一方向X上第一直線圖案312與第二直線圖案314彼此不重疊，且第一直線圖案312與第二直線圖案314沿著第二方向Y交替排列但不互相重疊。之后，可依需要再利用不連續(xù)直線圖案結(jié)構(gòu)300以在半導(dǎo)體IC基底100上制作其他元件，例如依序在不連續(xù)直線圖案結(jié)構(gòu)300上形成介電層、介層洞以及插塞元件，以電連接部分第一直線圖案312與第二直線圖案314，但不以此為限。

根據(jù)本發(fā)明制作不連續(xù)直線圖案的方法，其利用DSA材料層的自組裝特性，可以在相分離制作工藝后形成具有較小尺寸直線圖案的第一與第二聚合物結(jié)構(gòu)，再利用第一與第二聚合物結(jié)構(gòu)具有不同材料與性質(zhì)的特性，并配合圖案尺寸較大的塊狀第一與第二掩模進(jìn)行蝕刻以移除不須要的DSA材料層，因此可以在半導(dǎo)體IC基底上形成精細(xì)的不連續(xù)直線圖案結(jié)構(gòu)。值得注意的是，本發(fā)明制作方法中需要進(jìn)行曝光顯影制作工藝的部分僅需定義出具有較大尺寸圖案的第一與第二掩模，因此在曝光或光刻制作工藝對(duì)于分辨率與臨界尺寸的要求遠(yuǎn)低于直接定義出僅有20至40納米圖案的制作工藝要求，例如僅需使用分辨率較低的KrF激光機(jī)臺(tái)進(jìn)行曝光制作工藝便可定義出第一與第二掩模的圖案，亦即僅需定義出如圖7所示第一部分與第二部分的邊界，即可搭配DSA材料層的特性而得到特定的小尺寸直線圖案。因此， 根據(jù)本發(fā)明，不需使用昂貴或更先進(jìn)的制作工藝機(jī)臺(tái)(例如的ArF激光機(jī)臺(tái))以及成本較高的浸潤(rùn)光刻，即能制作出具有精密尺寸的直線圖案結(jié)構(gòu)，能有效節(jié)省制作工藝成本。換言之，本發(fā)明能以簡(jiǎn)化的制作工藝與較低成本的機(jī)臺(tái)達(dá)到現(xiàn)有技術(shù)中需要高成本的機(jī)臺(tái)與復(fù)雜的制作工藝才能獲得的制作工藝分辨率與臨界尺寸。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，都應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。