TW201923838A

TW201923838A - 半導體裝置的形成方法

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Publication number: TW201923838A
Application number: TW107140494A
Authority: TW
Inventors: 黃世鈞; 陳秋翔; 葉雅雯; 沈育佃; 張博欽; 賴建文; 林緯良; 張雅惠; 嚴永松; 林立德; 斌彥林; 劉如淦; 林進祥
Original assignee: 台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date: 2017-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2019-06-16
Also published as: US20200335340A1; US20190148147A1; US11862465B2; US10707081B2; US20220157605A1; CN109786226A; US11239078B2

Abstract

半導體裝置的形成方法包括以光微影與蝕刻步驟形成第一硬遮罩於基板上的下方層上；形成多個側壁間隔物圖案，其具有第一側壁部份與第二側壁部份於第一硬遮罩的兩側側壁上；蝕刻第一側壁部份、蝕刻第一硬遮罩、與保留第二側壁部份以橋接蝕刻的第一硬遮罩之間隙；以及採用第二硬遮罩，並對下方層進行製程。

Description

半導體裝置的形成方法

本發明實施例關於細小線路的圖案化方法，更特別關於採用方向性蝕刻法及/或方向性或雙方向性離子佈植法的微小線路圖案化方法，其產生的圖案化結構中的邊緣對邊緣或末端對末端的距離，小於微影法所能達到的最小尺寸。

隨著裝置(如筆記型電腦、手機、全球定位系統、與自動駕駛汽車系統)對強力計算能力的需求增加，以及全譜顯示裝置(如手機顯示器、平板電視、與電腦螢幕)對高解析度的需求增加，用以產生電子電路於基板晶圓上的圖案化技術在圖案化線路中的寬度方向上，將邊緣對邊緣或末端對末端的距離或長度推到可能的最小值。習知的次微米微影技術與蝕刻方法採用遮罩以形成裝置/電路圖案於基板晶圓上。微影技術採用電磁波如紫外線微影、深紫外線微影、x光微影、或類似方法。經由遮罩間隙所形成的最小尺寸受限於波長。其他方法如浸筆微影或電子束微影所形成的最小尺寸亦有其限制。由於合成的奈米結構如奈米管或奈米柱的尺寸小於光微影法的最小尺寸，可採用沉積法如化學氣相沉積(包含低壓化學氣相沉積或電漿增強化學氣相沉積)、原子層沉積、物理氣相沉積(如脈衝雷射沉積、濺鍍、或蒸鍍)、或類似方法以成成奈米結構於基板上，即所謂的由下而上法。然而將形成的奈米結構對準基板上的電子裝置非常具有挑戰性且耗時，因此只能以實驗室的規模而非工業規模進行。因此亟需在工業規模中，將細小線路圖案的邊緣對邊緣距離推到新低的方法。

本發明實施例提供之半導體裝置的形成方法，包括：以光微影與蝕刻步驟形成第一硬遮罩於基板上的下方層上；形成多個側壁間隔物圖案，其具有第一側壁部份與第二側壁部份於第一硬遮罩的兩側側壁上；蝕刻第一側壁部份、蝕刻第一硬遮罩、與保留第二側壁部份，以形成第二硬遮罩；以及採用第二硬遮罩，並對下方層進行製程。

應理解的是，下述揭露內容提供許多不同實施例或實例以實施本發明的不同結構。特定構件與排列的實施例係用以簡化本發明而非侷限本發明。舉例來說，形成第一構件於第二構件上的敘述包含兩者直接接觸，或兩者之間隔有其他額外構件而非直接接觸。可由不同比例任意繪示多種結構，以簡化與清楚說明。

此外，空間性的相對用語如「下方」、「其下」、「較下方」、「上方」、「較上方」、或類似用語可用於簡化說明某一元件與另一元件在圖示中的相對關係。空間性的相對用語可延伸至以其他方向使用之元件，而非侷限於圖示方向。元件亦可轉動90°或其他角度，因此方向性用語僅用以說明圖示中的方向。此外，用語「...的組成為」指的可為「包含」或「由…組成」。在本發明實施例中，敘述「A、B、與C的一者」指的是「A、B、及/或C」如A、B、C、A與B、A與C、B與C、或A與B與C，而非只有A、只有B、或只有C，除非特別說明。

圖1(a)、1(b)、2(a)、2(b)、3(a)、3(b)、4(a)、4(b)、5(a)、5(b)、6(a)、6(b)、7(a)、7(b)、8(a)、與8(b)係本發明一些實施例中，依序進行半導體裝置的形成步驟之多種階段的圖式。可以理解的是，在圖1(a)至8(b)所示的步驟之前、之中、或之後可進行額外步驟，且方法的額外實施例可置換或省略一些下述步驟。可調換步驟/製程的順序。

圖1(a)與1(b)係本發明一實施例中，半導體裝置的部份或整體於製作步驟時的部份上視圖與剖視圖。如圖1(a)與1(b)所示，採用基板100上的光罩M進行光微影與蝕刻。

基板100的組成可為多種材料，以符合裝置或積體電路的合適功能，端視製作於基板100上的裝置或積體電路而定。在一些實施例中，基板100包含單晶的半導體層於至少其表面部份上。基板100可包含單晶半導體材料，比如但不限於矽、鍺、矽鍺、碳化矽、銻化銦、磷化銦、砷化銦、砷化銦鋁、砷化銦鎵、砷化鎵、磷化鎵、銻化鎵、磷銻化鎵、或砷銻化鎵。在一些實施例中，基板100的組成為結晶矽。在一些實施例中，基板100為分離佈植氧、晶圓接合、及/或其他合適方法所製作的絕緣層上半導體基板，比如絕緣層上矽基板、絕緣層上矽鍺基板、或絕緣層上鍺基板。

在圖1(a)與1(b)中，下方層110形成於基板100上。可圖案化下方層110以達裝置的合適功能，而下方層110的材料組成取決於下方層的型態與結構。在一些實施例中，下方層110的組成為半導體材料，比如但不限於矽、矽鍺、或鍺。在一些實施例中，可視情況採用離子佈植法調整下方層110的半導體材料的能隙，以調整下方層110中的載子濃度，在其他實施例中，下方層110的組成為導電材料，其包含鈷、鎳、鎢、鈦、鉭、銅、鋁、氮化鈦、氮化鉭、或上述的多者，以形成電路或裝置的接線。在一些實施例中，下方層110中的材料結構為結晶、多晶、奈米晶、或二維片材。此外，一些實施例中的下方層110為積體電路晶片、系統單晶片、或其部份，且包含多種被動與主動的微電子裝置如電阻、多層電容、線圈電感、熔絲、二極體、金氧半場效電晶體、互補式金氧半電晶體、鰭狀場效電晶體、全繞式閘極場效電晶體、其他合適構件、或上述之組合。在其他實施例中，下方層110為一或多層的介電材料如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳氮化矽、或碳氮氧化矽。

在圖1(a)與1(b)中，硬遮罩層120形成於基板100與下方層110上。在一些實施例中，硬遮罩層120的材料組成可為但不限於氧化矽、氮化矽、碳化矽、或其他合適的硬遮罩材料、或上述之組合。硬遮罩層120的形成方法可為沉積製程如化學氣相沉積(包含低壓化學氣相沉積或電漿增強化學氣相沉積)、物理氣相沉積、原子層沉積、或其他合適製程。

在一些實施例中，以旋轉塗佈或自組裝等方法形成光阻層130於硬遮罩層120上。光阻層130可為正光阻或負光阻。正光阻曝光的部份轉變為溶於光阻顯影劑中，而未曝光部份維持不溶於光阻顯影劑中。負光阻曝光的部份轉變為不溶光阻顯影劑中，而未曝光部份溶於光阻顯影劑中。

一些實施例在光阻層130上進行曝光前烘烤、曝光、曝光後烘烤、與顯影等步驟。曝光步驟採用任何波長的電磁波或能量粒子，其可改變光阻層130的化學結構。曝光源包括波長為約436nm (g線)與約365nm (i線)的高壓汞燈、波長為約248nm (氟化氪雷射)與約193nm (氟化氬)的深紫外線、波長介於約10nm至約15nm的極紫外線、電子束、或X光。在一些實施例中，電磁波或能量粒子穿過光罩M的透明部份或開口至光阻層130。一些實施例不含極紫外線。一些實施例採用無光罩微影，即以光學或電磁系統(在電子束的例子中)控制電磁波或能量粒子形成圖案，而不需光罩。在無光罩微影的方法中，圖案化的精確度只取決於電磁光學物件而非光罩。在一些實施例中，採用其他技術形成光阻層130上的圖案，且其他技術包括迴旋光微影、原子力顯微鏡懸臂寫入、或正電子束光微影。

顯影光阻層130的步驟之後的結構，如圖2(a)與2(b)所示。可溶解移除光阻層的曝光區與顯影區以產生所需圖案，或保留光阻層的曝光區與顯影區作為所需圖案，端視光阻層的材料而定。圖案化的光阻層130’形成於硬遮罩層120上，其複製圖1(a)與1(b)中的光罩M之形狀所提供的圖案。

如圖3(a)與3(b)所示，採用圖案化的光阻層130’作為蝕刻遮罩，在硬遮罩層120上進行蝕刻步驟以形成圖案化的硬遮罩層120’。圖4(a)與4(b)顯示移除圖案化的光阻層130’之後的結構。在一些實施例中，圖案化的光阻層130’之移除方法為電漿灰化步驟或濕式移除製程。

圖5(a)與5(b)顯示對圖案化的硬遮罩層120’進行自右至左(在x方向中)的方向性蝕刻。進行方向性蝕刻或表面的方向性蝕刻製程(又稱作水平方向蝕刻製程)，以調整圖案化的硬遮罩層120’之水平輪廓，以減少圖案化的硬遮罩層120’中結構的邊緣對邊緣或末端對末端距離。方向性蝕刻法可藉由寬度d的間隙區(見圖6(a))，增加圖5(a)中左側垂直圖案與右側垂直圖案之間的間隙。此外，方向性蝕刻法可藉由減少寬度d的部份(見圖6(a))，縮小圖案化的硬遮罩層120’的左側圖案。對細小結構如圖5(a)中的右側圖案而言，可選擇性地並完全地移除細小結構，而對與被移除的細小結構相鄰之圖案化的硬遮罩層120’之其他部份沒有影響(或影響最小化)。表面的方向性蝕刻製程為選擇性的乾蝕刻製程，其相對於基板100可選擇性地蝕刻圖案化的硬遮罩層120’。選擇性的乾蝕刻製程相對於基板100的水平表面，可使蝕刻物種或能量物種朝向實質的水平方向，以達圖案化的硬遮罩層120’之水平蝕刻。在本發明實施例中，實質上的水平方向通常指的是蝕刻物種或能量物種朝向基板100的水平表面，且相對於x-y平面中的水平表面具有約0°至約20°之間的角度，即實質上平行於基板的水平表面。在一些實施例中，角度小於或等於約10°。可調整不同數值的角度，端視所需的水平蝕刻而定。一些實施例可調整角度，使蝕刻物種或能量物種沿著x軸、y軸、或z軸。在一些實施例中，表面的方向性蝕刻製程為電漿蝕刻製程，其經調整後可使電漿沿著基板100上的面內方向(如沿著y方向)流動，因此可調整圖5(a)中y軸方向上的左側圖案與右側圖案之間的間隙其水平輪廓。

可調整多種蝕刻參數以產生橫向移動的蝕刻物種(自由基)，比如調整蝕刻劑組成、蝕刻溫度、蝕刻時間、蝕刻壓力、射頻偏壓、射頻偏功率、蝕刻劑流速、晶圓傾斜程度、其他合適的蝕刻參數、或上述之組合。在一些實施例中，可調整射頻偏壓以達特定電場，使蝕刻物種相對於基板100上的表面沿著面內方向(如y軸方向)實質上水平地流動。在一些實施例中，可調整蝕刻物種使其具有能量物種的特定動量輪廓，比如沿著前線的蝕刻物種或能量物種的動量不同。舉例來說，頂部路徑中的蝕刻或能量物種動量，不同於底部路徑中的蝕刻或能量物種動量。在一些實施例中，頂部路徑中的蝕刻或能量物種動量，不同於底部路徑上的中間路徑中的蝕刻或能量物種動量。頂部路徑中的蝕刻或能量物種動量，則與底部路徑中的蝕刻或能量物種動量相同或不同。藉由調整電磁控制，可沿着蝕刻前端調整蝕刻或高能量物種的能量以達任何组合。

圖6(a)與6(b)係對圖5(a)與5(b)中圖案化的硬遮罩層120’進行方向性蝕刻步驟之後的結果。圖9(a)與9(b)顯示良好地控制硬遮罩層120”上的方向性蝕刻時，下方層110’中預期與所需的最終圖案。相反地，圖6(a)與6(b)顯示未適當控制方向性蝕刻的例子。圖案化的硬遮罩層120’其左側圖案寬度縮小距離d，而圖5(a)與5(b)中圖案化的硬遮罩層120‘其右側較窄的遮罩圖案在方向性蝕刻步驟後則被非預期地完全移除(預期在方向性蝕刻步驟後較小而非0)。因此新的策略或方法所施加的方向性蝕刻，可產生較窄的硬遮罩圖案以達細小尺寸。上述方向性蝕刻窄化之圖案化的硬遮罩層120’，比光微影所能達到的最小值還小。

如圖7(a)與7(b)所示，採用方向性蝕刻後的硬遮罩層120”，並蝕刻下方層110’。在一些實施例中，蝕刻下方層110’所形成的圖案依據方向性蝕刻後的硬遮罩層120”。

如圖8(a)與8(b)所示，移除方向性蝕刻後的硬遮罩層120”。在圖8(a)與8(b)中，保留圖案化的下方層110’。

圖9(a)與9(b)顯示圖案化的下方層110’中符合預期及所需的最終圖案，其不同於圖8(a)與8(b)所示之圖案化的下方層110’之最終結果。具體而言，圖9(a)與9(b)中右側較小的所需圖案，在圖8(a)與8(b)中則不符預期地被完全移除。新的策略與方法可用以達到細小的線路圖案，其圖案寬度或邊緣對邊緣或末端對末端的距離，小於光微影與蝕刻方法所能達到的最小尺寸。

圖10(a)至21(b)係本發明一實施例中，依序形成半導體裝置的步驟之多種階段的多種圖式。應理解的是，在圖10(a)至21(b)所示的步驟之前、之中、或之後可進行額外步驟，而方法的額外實施例可置換或省略一些下述步驟。可調換步驟/製程的順序。下述實施例採用的材料、設置、佈局、尺寸、製程、及/或步驟，可與圖1(a)至9(b)所提及的內容相同或類似，因此可省略細節說明。

圖10(a)至20(b)之步驟所形成的細小線路圖案，其尺寸小於光微影與蝕刻法所能達到的最小尺寸。

圖10(a)與10(b)係本發明一實施例中，半導體裝置的部份或整體於多種製作步驟中的部份上視圖與剖視圖。圖10(a)與10(b)採用基板100上的光罩M進行光微影與蝕刻步驟。基板100的組成可為多種材料，以符合裝置或積體電路的合適功能，端視製作於基板100上的裝置或積體電路而定。在一些實施例中，基板100包含單晶的半導體層於至少其表面部份上。基板100可包含單晶半導體材料，比如但不限於矽、鍺、矽鍺、碳化矽、銻化銦、磷化銦、砷化銦、砷化銦鋁、砷化銦鎵、砷化鎵、磷化鎵、銻化鎵、磷銻化鎵、或砷銻化鎵。在一些實施例中，基板100的組成為結晶矽。在一些實施例中，基板100為分離佈植氧、晶圓接合、及/或其他合適方法所製作的絕緣層上半導體基板，比如絕緣層上矽基板、絕緣層上矽鍺基板、或絕緣層上鍺基板。

在圖10(a)與10(b)中，下方層110形成於基板100上。可圖案化下方層110以達裝置的合適功能，而下方層110的材料組成取決於下方層的型態與結構。在一些實施例中，下方層110的組成為半導體材料，比如但不限於矽、矽鍺、或鍺。在一些實施例中，可視情況採用離子佈植法調整下方層110的半導體材料的能隙，以調整下方層110中的載子濃度，在其他實施例中，下方層110的組成為導電材料，其包含鈷、鎳、鎢、鈦、鉭、銅、鋁、氮化鈦、氮化鉭、或上述的多者，以形成電路或裝置的接線。在一些實施例中，下方層110中的材料結構為結晶、多晶、奈米晶、或二維片材。此外，一些實施例中的下方層110為積體電路晶片、系統單晶片、或其部份，且包含多種被動與主動的微電子裝置如電阻、多層電容、線圈電感、熔絲、二極體、金氧半場效電晶體、互補式金氧半電晶體、鰭狀場效電晶體、全繞式閘極場效電晶體、其他合適構件、或上述之組合。在其他實施例中，下方層110為一或多層的介電材料如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳氮化矽、或碳氮氧化矽。

在圖10(a)與10(b )中，硬遮罩層120形成於基板100與下方層110上。在一些實施例中，硬遮罩層120的材料組成可為但不限於氧化矽、氮化矽、碳化矽、或其他合適的硬遮罩材料、或上述之組合。硬遮罩層120的形成方法可為沉積製程如化學氣相沉積(包含低壓化學氣相沉積或電漿增強化學氣相沉積)、物理氣相沉積、原子層沉積、或其他合適製程。

一些實施例在光阻層130上進行曝光前烘烤、曝光、曝光後烘烤、與顯影等步驟。曝光步驟採用任何波長的電磁波或能量粒子，其可改變光阻層130的化學結構。曝光源包括波長為約436nm (g線)與約365nm (i線)的高壓汞燈、紫外線、波長為約248nm (氟化氪雷射)與約193nm (氟化氬)的深紫外線、波長介於約10nm至約15nm的極紫外線、電子束、或X光。在一些實施例中，電磁波或能量粒子穿過光罩M的透明部份或開口至光阻層130。一些實施例採用無光罩微影，即以光學或電磁系統(在電子束的例子中)控制電磁波或能量粒子形成圖案，而不需光罩。在無光罩微影的方法中，圖案化的精確度只取決於電磁光學物件而非光罩。在一些實施例中，可採用其他技術以形成圖案於光阻層130上，且其他技術包含迴旋光微影、原子力顯微鏡懸臂寫入、或正電子束光微影。

圖11(a)與11(b)係顯影光阻層130的步驟之後的結構。可溶解移除光阻層130的曝光區與顯影區以產生所需圖案，或保留光阻層130的曝光區與顯影區作為所需圖案，端視光阻層130的材料而定。圖案化的光阻層130’形成於硬遮罩層120上，其複製圖10(a)與10(b)中的光罩M之形狀所提供的圖案。

如圖12(a)與12(b)所示，採用圖案化的光阻層130’作為蝕刻遮罩，並在硬遮罩層120上進行蝕刻步驟以形成圖案化的硬遮罩層120’。如圖13(a)與13(b)所示的結構，移除圖案化的硬遮罩層120’上的圖案化的光阻層130’。在一些實施例中，圖案化的光阻層130’之移除方法為電漿灰化步驟或濕式移除製程。保留之圖案化的硬遮罩層120’具有邊緣對邊緣或末端對末端的長度w_M 。下述步驟可進一步減少長度w_M 。

如圖14(a)與14(b)所示，順應性地形成間隔物材料層140於基板100上，以覆蓋圖案化的硬遮罩層120’。在一些實施例中，間隔物材料層140的組成為一或多種絕緣材料如氧化矽、氧化鋁、氧化鉿、或氮氧化矽，且間隔物材料層140相對於硬遮罩層120具有蝕刻選擇性。

如圖15(a)與15(b)所示，進行非等向蝕刻步驟300以移除基板100上的間隔物材料層140。在一些實施例中，蝕刻間隔物材料層140，以自水平表面移除間隔物材料並保留間隔物材料層140的垂直部份。在採用氧化矽的間隔物材料之一些實施例中，此蝕刻步驟採用反應性離子蝕刻，其使用含四氟化碳、氟仿、及/或二氟化碳的電漿。蝕刻化學劑可對包含間隔物材料層140的材料具有選擇性。在一些實施例中，進行單一的非等向蝕刻。在其他實施例中，進行多重非等向蝕刻。

圖16(a)與16(b)係圖15(a)與15(b)的非等向蝕刻結果。實質上移除間隔物材料層140的水平部份，並保留圖案化的間隔物材料層140’以接觸圖案化的硬遮罩層120’之側壁。

如圖17(a)與17(b)所示，進行自右至左的方向性蝕刻，以移除接觸圖案化的硬遮罩層120’之右側側壁之圖案化的間隔物材料層140’的右側垂直部份。方向性蝕刻的目的為露出圖案化的硬遮罩層120’之右側側壁表面。在採用氧化矽的間隔物材料之一些實施例中，此蝕刻步驟採用反應性離子蝕刻，其使用含四氟化碳、氟仿、及/或二氟化碳的電漿。蝕刻化學劑可對包含間隔物材料層140的材料具有選擇性。在一些實施例中，進行單一的非等向蝕刻。在其他實施例中，進行多重非等向蝕刻。

圖17(a)與17(b)的蝕刻步驟為方向性蝕刻或表面的方向性蝕刻製程(又稱作水平方向蝕刻製程)，其一致地調整圖案化的硬遮罩層120’之硬遮罩結構的水平輪廓，在結合圖18(a)與18(b)的蝕刻步驟時可減少圖案化的硬遮罩層120’中結構的邊緣對邊緣或末端對末端距離。圖17(a)與17(b)中的方向性蝕刻法藉由移除右側的圖案化的間隔物材料層140’，可增加圖17(a)中的左側垂直圖案與右側垂直圖案之間的間隙。圖17(a)與17(b)之蝕刻結果如圖18(a)與18(b)所示。表面的方向性蝕刻製程為選擇性的乾蝕刻製程，其可選擇性地蝕刻圖案化的間隔物材料層140’。選擇性的乾蝕刻製程相對於基板100的水平表面，可使蝕刻物種或能量物種朝向實質的水平方向，以達圖案化的間隔物材料層140’的水平蝕刻。在本發明實施例中，實質上的水平方向通常指的是蝕刻物種或能量物種朝向基板100的水平表面，且相對於x-y平面中的水平表面具有約0°至約20°之間的角度，即實質上平行於基板的水平表面。在一些實施例中，角度小於或等於約10°。可調整不同數值的角度，端視所需的水平蝕刻而定。一些實施例可調整角度，使蝕刻物種或能量物種沿著x軸、y軸、或z軸。在一些實施例中，表面的方向性蝕刻製程為電漿蝕刻製程，其經調整後可使電漿沿著基板100上的面內方向(如沿著y方向)流動，因此可調整圖17(a)中y軸方向上的左側圖案與右側圖案之間的間隙其水平輪廓。

可調整多種蝕刻參數以產生橫向移動的蝕刻物種(自由基)，比如調整蝕刻劑組成、蝕刻溫度、蝕刻時間、蝕刻壓力、射頻偏壓、射頻偏功率、蝕刻劑流速、晶圓傾斜程度、其他合適的蝕刻參數、或上述之組合。在一些實施例中，可調整射頻偏壓以達特定電場，使蝕刻物種相對於基板100上的表面沿著面內方向(如y軸方向)實質上水平地流動。在一些實施例中，可調整蝕刻物種使其具有能量物種的特定動量輪廓，比如沿著前線的蝕刻物種或能量物種的動量不同。舉例來說，頂部路徑中的蝕刻或能量物種動量，不同於底部路徑中的蝕刻或能量物種動量。在一些實施例中，頂部路徑中的蝕刻或能量物種動量，不同於底部路徑上的中間路徑中的蝕刻或能量物種動量。頂部路徑中的蝕刻或能量物種動量，可與底部路徑中的蝕刻或能量物種動量相同或不同。藉由調整電磁控制，可沿着蝕刻前端調整蝕刻或高能量物種的能量以達任何组合。

在圖案化的間隔物材料層140’的方向性蝕刻之後，進行另一方向性蝕刻步驟210，其目標為圖案化的硬遮罩層120’其露出的側壁表面，如圖18(a)與18(b)所示。如圖18(a)與18(b)所示，方向性蝕刻法的能量物種針對硬遮罩層120’的右側側壁表面。蝕刻劑的目標為圖案化的硬遮罩層120’，而非圖案化的間隔物材料層140’。在一些實施例中，蝕刻劑源氣體包括無氧的含氟氣體。在另一實施例中，蝕刻劑源氣體亦包含氬氣。圖18(a)與18(b)的蝕刻步驟為方向性蝕刻或表面的方向性蝕刻製程(又稱作水平方向蝕刻製程)，其直接調整圖案化的硬遮罩層120’之硬遮罩結構的水平輪廓，可減少圖案化的硬遮罩層120’中結構的邊緣對邊緣或末端對末端距離圖18(a)與18(b)中的方向性蝕刻移除圖案化的硬遮罩層120’之右側垂直部份，並保留圖案化的間隔物材料層140”。圖18(a)與18(b)的蝕刻結果如圖19(a)與19(b)所示。表面的方向性蝕刻製程為選擇性的乾蝕刻製程，其可選擇性地蝕刻圖案化的硬遮罩層120’。選擇性的乾蝕刻製程相對於基板100的水平表面，可使蝕刻物種或能量物種朝向實質的水平方向，以達圖案化的硬遮罩層120’之水平蝕刻。在本發明實施例中，實質上的水平方向通常指的是蝕刻物種或能量物種朝向基板100的水平表面，且相對於x-y平面中的水平表面具有約0°至約20°之間的角度，即實質上平行於基板的水平表面。在一些實施例中，角度小於或等於約10°。可調整不同數值的角度，端視所需的水平蝕刻而定。一些實施例可調整角度，使蝕刻物種或能量物種沿著x軸、y軸、或z軸。在一些實施例中，表面的方向性蝕刻製程為電漿蝕刻製程，其經調整後可使電漿沿著基板100上的面內方向(如沿著y方向)流動。

在一些實施例中，將圖17(a)與17(b)及圖18(a)與18(b)中的蝕刻參數(如蝕刻方向的角度)控制為相同。在其他實施例中，將圖17(a)與17(b)及圖18(a)與18(b)中的蝕刻參數(如蝕刻方向的角度)控制為不同。

圖19(a)與19(b)顯示圖18(a)與18(b)中的方向性蝕刻結果。如圖19(a)與19(b)所示，圖案化的硬遮罩層120’之左側圖案縮小，而圖案化的硬遮罩層120’之右側圖案被完全移除。在露出的圖案化的硬遮罩層120’之方向性蝕刻步驟之後，可保留圖案化的間隔物材料層140’，以形成兩側側壁露出之圖案化的間隔物材料層140”。

如圖20(a)與20(b)所示，採用圖案化的間隔物材料層140”進行蝕刻步驟。在一些實施例中，此蝕刻步驟為非等向蝕刻法。在圖案化下方層110之後，以乾蝕刻及/或濕蝕刻移除圖案化的間隔物材料層140” (見圖21(a)與21(b))。圖案化的下方層110’之右側圖案具有圖案化的間隔物材料層140”之尺寸，且其邊緣對邊緣或末端對末端長度小於其他光微影與蝕刻法所能達到的最小尺寸。調整間隔物材料層140之厚度，即可調整圖案化的間隔物材料層140”之寬度。在一些實施例中，間隔物材料層140的厚度介於約5nm至約20nm之間，而圖案化的間隔物材料層140”其寬度w_m (見圖19(b))介於約3nm至約18nm之間。在一些實施例中，寬度wm介於0.5nm至5nm之間。

在圖10(a)、10(b)、11(a)、11(b)、12(a)、12(b)、13(a)、13(b)、14(a)、14(b)、15(a)、15(b)、16(a)、16(b)、17(a)、17(b)、18(a)、18(b)、19(a)、19(b)、20(a)、20(b)、21(a)、與21(b) 的步驟之前、之中、或之後可進行額外步驟，且額外實施例可省略或置換一些所述步驟。在本發明其他可能的實施例中，可結合任何步驟。

圖22(a)、22(b)、23(a)、23(b)、24(a)、24(b)、25(a)、25(b)、26(a)、26(b)、27(a)、27(b)、28(a)、28(b)、29(a)、29(b)、30(a)、與30(b)係本發明一實施例中，依序進行半導體裝置的形成步驟之多種階段的圖式。可以理解的是，在圖22(a)至30(b)所示的步驟之前、之中、或之後可進行額外步驟，且方法的額外實施例可置換或省略一些下述步驟。可調換步驟/製程的順序。

圖22(a)、22(b)、23(a)、23(b)、24(a)、24(b)、25(a)、25(b)、26(a)、26(b)、27(a)、27(b)、28(a)、28(b)、29(a)、29(b)、30(a)、與30(b)顯示形成圖案化的下方層之步驟，其尺寸或邊緣對邊緣或末端對末端的長度小於光微影與蝕刻所能達到的最小尺寸，且不需採用圖14(a)、14(b)、15(a)、15(b)、16(a)、16(b)、17(a)、17(b)、18(a)、18(b)、19(a)、19(b)、20(a)、與20(b)中的間隔物材料層140及相關步驟。

圖22(a)與22(b)係本發明一實施例中，半導體裝置的部份或整體於製作步驟中的部份上視圖與剖視圖。如圖22(a)與22(b)所示，採用基板100上的光罩進行光微影與蝕刻。基板100的組成可為多種材料，以符合裝置或積體電路的合適功能，端視製作於基板100上的裝置或積體電路而定。在一些實施例中，基板100包含單晶的半導體層於至少其表面部份上。基板100可包含單晶半導體材料，比如但不限於矽、鍺、矽鍺、碳化矽、銻化銦、磷化銦、砷化銦、砷化銦鋁、砷化銦鎵、砷化鎵、磷化鎵、銻化鎵、磷銻化鎵、或砷銻化鎵。在一些實施例中，基板100的組成為結晶矽。在一些實施例中，基板100為分離佈植氧、晶圓接合、及/或其他合適方法所製作的絕緣層上半導體基板，比如絕緣層上矽基板、絕緣層上矽鍺基板、或絕緣層上鍺基板。

在圖22(a)與22(b)中，下方層110形成於基板100上。可圖案化下方層110以達裝置的合適功能，而下方層110的材料組成取決於下方層的型態與結構。在一些實施例中，下方層110的組成為半導體材料，比如但不限於矽、矽鍺、或鍺。在一些實施例中，可視情況採用離子佈植法調整下方層110的半導體材料的能隙，以調整下方層110中的載子濃度，在其他實施例中，下方層110的組成為導電材料，其包含鈷、鎳、鎢、鈦、鉭、銅、鋁、氮化鈦、氮化鉭、或上述的多者，以形成電路或裝置的接線。在一些實施例中，下方層110中的材料結構為結晶、多晶、奈米晶、或二維片材。此外，一些實施例中的下方層110為積體電路晶片、系統單晶片、或其部份，且包含多種被動與主動的微電子裝置如電阻、多層電容、線圈電感、熔絲、二極體、金氧半場效電晶體、互補式金氧半電晶體、鰭狀場效電晶體、全繞式閘極場效電晶體、其他合適構件、或上述之組合。在其他實施例中，下方層110為一或多層的介電材料如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳氮化矽、或碳氮氧化矽。

在圖22(a)與22(b )中，硬遮罩層120形成於基板100與下方層110上。在一些實施例中，硬遮罩層120的材料組成可為但不限於氧化矽、氮化矽、碳化矽、或其他合適的硬遮罩材料、或上述之組合。硬遮罩層120的形成方法可為沉積製程如化學氣相沉積(包含低壓化學氣相沉積或電漿增強化學氣相沉積)、物理氣相沉積、原子層沉積、或其他合適製程。

一些實施例在光阻層130上進行曝光前烘烤、曝光、曝光後烘烤、與顯影等步驟。曝光步驟採用任何波長的電磁波或能量粒子，其可改變光阻層130的化學結構。曝光源包括波長為約436nm (g線)與約365nm (i線)的高壓汞燈、波長為約248nm (氟化氪雷射)與約193nm (氟化氬)的深紫外線、波長介於約10nm至約15nm的極紫外線、電子束、或X光。在一些實施例中，電磁波或能量粒子穿過光罩M的透明部份或開口至光阻層130。一些實施例採用無光罩微影，即以光學或電磁系統(在電子束的例子中)控制電磁波或能量粒子形成圖案，而不需光罩。在無光罩微影的方法中，圖案化的精確度只取決於電磁光學物件而非光罩。在一些實施例中，可採用其他技術以形成圖案於光阻層130上，且其他技術包含迴旋光微影、原子力顯微鏡懸臂寫入、或正電子束光微影。

圖23(a)與23(b)係顯影光阻層130的步驟之後的結構。可溶解移除光阻層的曝光區與顯影區以產生所需圖案，或保留光阻層的曝光區與顯影區作為所需圖案，端視光阻層的材料而定。圖案化的光阻層130’形成於硬遮罩層120上，其複製圖23(a)與23(b)中的光罩M之形狀所提供的圖案。

如圖24(a)與24(b)所示，採用圖案化的光阻層130’作為蝕刻遮罩，並在硬遮罩層120上進行蝕刻步驟，以形成圖案化的硬遮罩層120’。如圖25(a)與25(b)所示，移除圖案化的光阻層130’。在一些實施例中，以電漿灰化步驟或濕式移除製程移除圖案化的光阻層130’。

如圖26(a)與26(b)所示，對圖案化的硬遮罩層120’其露出的側壁表面進行方向性離子佈植。能量物種400包含砷(As⁷⁵ )、磷(P³¹ )、或硼(B¹¹ )的離子，其針對圖案化的硬遮罩層120’之側壁表面。能量物種400擴散並與原子產生作用力，且自圖案化的硬遮罩層120’之側壁表面擴散一段長度。離子佈植的劑量介於10¹⁵ cm^-2 至5×10¹⁶ cm^-2 之間，且佈植能量介於30keV至100keV之間。能量物種400可一致地穩定於擴散長度所定義之區域中的圖案化的硬遮罩層120’內，此區域為圖案化的硬遮罩層120’之側壁表面下的極薄層。圖27(a)與27(b)為方向性離子佈植的結果。圖27(a)與27(b)中的粗黑線指的是實質上離子佈植的區域，其形成硬化的硬遮罩層150。

如圖28(a)與28(b)所示，方向性蝕刻步驟200的目標為未進行方向性離子佈植之圖案化的硬朝罩層120’之部份。如圖28(a)與28(b)所示，方向性蝕刻的能量物種針對圖案化的硬遮罩層120’之左側側壁表面。蝕刻劑的目標為圖案化的硬遮罩層120’，而非離子佈植所形成之硬化的硬遮罩層150。在一些實施例中，蝕刻劑源氣體包括無氧的含氟氣體。在另一實施例中，蝕刻劑源氣體亦包含氬氣。圖28(a)與28(b)的蝕刻步驟為方向性蝕刻或表面的方向性蝕刻製程(又稱作水平方向蝕刻製程)，其直接調整圖案化的硬遮罩層120’之硬遮罩結構的水平輪廓，可減少圖案化的硬遮罩層120’中結構的邊緣對邊緣或末端對末端距離。圖28(a)與28(b)中的方向性蝕刻法移除圖案化的硬遮罩層120’ (見圖28(a)與29(a))之右側垂直部份，並保留硬化的遮罩層150。圖28(a)與28(b)之蝕刻結果如圖29(a)與29(b)所示。表面的方向性蝕刻製程為選擇性的乾蝕刻製程，其可選擇性地蝕刻圖案化的硬遮罩層120’。選擇性的乾蝕刻製程相對於基板100的水平表面，可使蝕刻物種或能量物種朝向實質的水平方向，以達圖案化的硬遮罩層120’之水平蝕刻。在本發明實施例中，實質上的水平方向通常指的是蝕刻物種或能量物種朝向基板100的水平表面，且相對於x-y平面中的水平表面具有約0°至約20°之間的角度，即實質上平行於基板的水平表面。在一些實施例中，角度小於或等於約10°。可調整不同數值的角度，端視所需的水平蝕刻而定。一些實施例可調整角度，使蝕刻物種或能量物種沿著x軸、y軸、或z軸。在一些實施例中，表面的方向性蝕刻製程為電漿蝕刻製程，其經調整後可使電漿沿著基板100上的面內方向(如沿著y方向)流動。

如圖29(a)與29(b)所示，保留圖28(a)與28(b)中硬化之圖案化的硬遮罩層150，其線路之寬度w_H 的邊緣對邊緣或末端對末端長度，小於用以非等向蝕刻下方層110之光微影與蝕刻法所能達到的最小尺寸，即形成之圖案化的下方層110’與硬化的硬遮罩層150具有相同的邊緣對邊緣或末端對末端長度。圖30(a)與30(b)所示之圖案化的下方層其線路之寬度w_H ，小於光微影與蝕刻法所能達到的最小尺寸。在圖22(a)、22(b)、23(a)、23(b)、24(a)、24(b)、25(a)、25(b)、26(a)、26(b)、27(a)、27(b)、28(a)、28(b)、29(a)、29(b)、30(a)、與30(b)的步驟之前、之中、或之後可進行額外步驟，且額外實施例可省略或置換一些所述步驟。在本發明其他可能的實施例中，可結合任何步驟。

圖31、32、與33係本發明一實施例中，依序進行半導體裝置的形成步驟之多種階段的圖式。可以理解的是，在圖31至33所示的步驟之前、之中、或之後可進行額外步驟，且方法的額外實施例可置換或省略一些下述步驟。可調換步驟/製程的順序。

如圖31所示，圖案化的硬遮罩層120’具有光微影與蝕刻方法所形成的頂部間隙、中間間隙、與底部間隙，且光微影與蝕刻方法可為圖22(a)、22(b)、23(a)、23(b)、24(a)、24(b)、25(a)、與25(b)的步驟；或者圖10(a)、10(b)、11(a)、11(b)、12(a)、12(b)、13(a)、與13(b)的步驟；或者圖1(a)、1(b)、2(a)、2(b)、3(a)、3(b)、4(a)、與4(b)的步驟。箭頭指的是朝向圖案化的硬遮罩層120’之左側壁與右側壁之能量物種方向。

如圖31所示，圖案化的硬遮罩層120’的形成步驟如上所述。圖案化的硬遮罩層120’具有在x方向中各自相對的凹槽(如露出下方層110的凹槽)。在圖31中，頂部凹槽g1由兩個部份所組成，比如左側凹槽與右側凹槽。中間凹槽g2由兩個部份所組成，比如左側凹槽與右側凹槽。底部凹槽g3由兩個部份所組成，比如左側凹槽與右側凹槽。如圖31所示，頂部凹槽g1、中間凹槽g2、與底部凹槽g3其各自相鄰的左側凹槽與右側凹槽之間的分隔距離(寬度/間隙)不一致。舉例來說，底部凹槽g3與頂部凹槽g1中沿著x方向的左側凹槽與右側凹槽之間的距離，大於中間凹槽g2中沿著x方向的左側凹槽與右側凹槽之間的距離。在此實施例中，自右側與左側進行兩個方向性離子佈植步驟31-L與31-R，如圖31所示。凹槽中的佈植深度通常一致。舉例來說，沿著x方向之中間凹槽g2其左側凹槽與右側凹槽之間的圖案化的硬遮罩層120’之間隙部份最小，而佈植的離子會分佈於間隙部份的整體，且沿著x軸的左側凹槽與右側凹槽之間的圖案化的硬遮罩層120’之整個中間部份將轉變為硬化部份。相反地，底部凹槽g3與頂部凹槽g1的間隙部份較長，而摻質濃度的峰值位於間隙部份的中間區中，且間隙部份的末端部份具有較少摻質。綜上所述，只有間隙部份的中間區域硬化，而末端部份則未硬化。在佈植之後，蝕刻步驟不會蝕刻硬化部份，即形成實質上一致的末端對末端圖案。圖33顯示一致的圖案末端，其頂部凹槽g1’、中間凹槽g2’、與底部凹槽g3’的左側凹槽與右側凹槽之間隔有一致的距離。

圖32顯示在雙重圖案化蝕刻時，施加能量物種的製程。具體而言，施加能量粒子至頂部凹槽g1的左側凹槽與右側凹槽之間的圖案化的硬遮罩層120’之頂部。來自左側的能量物種與來自右側的能量物種動量，不會使來自左側的能量物種與來自右側的能量物種彼此相遇於圖案化的硬遮罩層120’之中間間隙部份。能量物種將到達間隙部份的邊界而不會停留在末端部份中，因此不會硬化末端部份，且方向性蝕刻(見圖33)不會移除頂部凹槽g1的右側與左側凹槽之間的圖案化的硬遮罩層120’之頂部中的較窄區域(見圖32與33)。在一些實施例中，圖32中的方法用於在方向性蝕刻後產生圖案化的硬遮罩層120’中非常細小的線路圖案，有利於蝕刻下方層110以形成細小的圖案於下方層110中。此方法形成之細小的圖案其邊緣對邊緣或末端對末端長度，小於光微影與蝕刻圖案化的硬遮罩層120’所能達到的最小尺寸。

如圖32所示，圖案化的硬遮罩層120’之中間凹槽g2中，來自左側的方向性蝕刻物種會遇到來自右側的方向性蝕刻物種，造成沿著x軸(來自右側與左側的物種方向)的左側凹槽與右側凹槽之間的整個間隙部份中的能量物種動量完全重疊。動量抵消的結果是不蝕刻中間凹槽g2的左側凹槽與右側凹槽之間的圖案化的硬遮罩層120’之中間間隙部份。如圖33所示，在圖31與32的方向性蝕刻步驟之後，中間凹槽g2的左側凹槽與右側凹槽之間的圖案化的硬遮罩層120’之中間部份具有不變的尺寸。

如圖32所示，在底部凹槽g3的左側凹槽與右側凹槽之間的圖案化硬遮罩層120’之底部中，能量物種只擴散至末端部份之間的圖案化的硬遮罩層120’之間隙部份的邊界中而不停留於末端部份中，以保留未經離子佈植物種硬化的末端部份。如圖33所示，方向性蝕刻之後的圖案化的硬遮罩層120’其底部的左側末端部份與右側末端部份被蝕刻，而中間的間隙部份未被蝕刻，比如圖案化的硬遮罩層120’之頂部凹槽g1之左側凹槽與右側凹槽之間的頂部間隙部份被蝕刻。如此一來，圖31、32、與33提供的方法不只形成細小的線路圖案，其尺寸或邊緣對邊緣或末端對末端的長度小於另一光微影或蝕刻法所能達到的最小尺寸；還可使線路圖案一致(比如沿著x軸的凹槽之間的距離大致相同)。

在一些實施例中，來自圖31中左側的方向性蝕刻製程其能量物種的動量，可控制為與來自圖31中右側的方向性蝕刻製程其能量物種的動量相同。在一些實施例中，來自圖31中左側的方向性蝕刻製程其能量物種的動量，可控制為不同於來自圖31中右側的方向性蝕刻製程其能量物種的動量，使左側與右側的蝕刻速率不同。在一些實施例中，來自圖31中左側的方向性蝕刻其能量物種的動量，可控制為小於來自圖31中右側的方向性蝕刻其能量物種的動量，以減少左側的蝕刻速率，使最終結構的中心軸較靠近左側。本發明可用於一致地蝕刻傾斜的基板以形成一致的圖案，而不需大幅調整傾斜的基板。

圖34、35、36、37、38、與39係本發明一實施例中，半導體裝置於多種製作步驟中的剖視圖。圖34顯示本發明一些實施例的結構，其具有基板100、形成於基板100上的硬遮罩層500、形成於硬遮罩層500上的位元線層510、形成於位元線層510上的金屬線層520、與形成於金屬線層520上的圖案化的光阻層530。基板100可由前述材料所組成。在本發明一些實施例中，硬遮罩層500包含氮化矽層。在本發明一些實施例中，位元線層510的材料組成包括鎢矽、氮化鎢、或多晶矽。在本發明一些實施例中，金屬線層520的材料組成包括鎢與鋁。

如圖35所示，進行非等向蝕刻以蝕刻金屬線層520以形成圖案化的金屬線層520’。在本發明一些實施例中，上述步驟亦蝕刻圖案化的光阻層530的頂部。如圖36所示，移除圖案化的光阻層530。本發明一些實施例如圖37所示，非等向蝕刻位元線層510，以形成圖案化的位元線層510’。

如圖38所示，進行離子佈植的步驟使圖案化的金屬線層520’軟化，以形成軟化的金屬線層520”。在本發明一些實施例中，以離子佈植軟化圖案化的金屬線層520’，其採用至少一下述離子撞擊圖案化的金屬線層520’之表面：氮、氧、碳、硼、鋁、鎂、矽、鈦、釔、鎳、氟、氯、與任一鈍氣(如氦、氖、氬、氪、與氙)。離子佈植參數包含時間(介於約幾秒至約1小時之間)、佈植劑量(介於約1×10¹⁴ 至約 1×10¹⁸ 之間)、能量等級(介於約10keV至約5000keV之間)、以及電流密度(介於約0.1µA/cm² 至約10 µA/cm² 之間)。控制佈植深度，使圖案化的金屬線層520’軟化。如圖39所示，採用溫和的蝕刻步驟以移除軟化的金屬線層520”。在後續步驟中，位元線層510’作為蝕刻硬遮罩層500的遮罩。圖34至39所示的製程可有效移除軟化的金屬線層520”。

在圖31、32、與33的步驟之前、之中、或之後可提供額外步驟，而額外實施例可省略或置換一些上述步驟。在本發明其他可能的實施例中，可結合任何步驟。

本發明實施例說明半導體裝置的例示性形成方法。方法包括以光微影與蝕刻步驟形成第一硬遮罩於基板上的下方層上；形成多個側壁間隔物圖案，其具有第一側壁部份與第二側壁部份於第一硬遮罩的兩側側壁上；蝕刻第一側壁部份、蝕刻第一硬遮罩、與保留第二側壁部份，以形成第二硬遮罩；以及採用第二硬遮罩，並對下方層進行製程。在一或多個上述或下述實施例中，蝕刻第一硬遮罩的步驟完全移除第一硬遮罩。在一或多個上述或下述實施例中，蝕刻第一硬遮罩時，只部份地移除第一硬遮罩。在一或多個上述或下述實施例中，蝕刻側壁間隔物圖案的第一側壁部份之步驟為方向性蝕刻。在一或多個上述或下述實施例中，蝕刻第一硬遮罩的步驟為方向性蝕刻。在一或多個上述或下述實施例中，第一硬遮罩具有第一寬度，第二硬遮罩具有第二寬度，且第二寬度小於第一寬度。在一或多個上述或下述實施例中，第二寬度介於0.5nm至5nm之間。在一或多個上述或下述實施例中，側壁間隔物圖案的材料組成包含氮化矽。

本發明實施例說明半導體裝置的另一例示性形成方法。方法包括以光微影與蝕刻法形成第一硬遮罩於基板上的下方層上；硬化第一硬遮罩的側壁部份；蝕刻第一硬遮罩的一部份並保留硬化的側壁部份，以形成第二硬遮罩；以及採用第二硬遮罩，並對下方層進行製程。在一或多個上述或下述實施例中，接觸第一硬遮罩的硬化側壁部份的第一硬遮罩的一部份，在蝕刻第一硬遮罩的部份後被移除。在一或多個上述或下述實施例中，硬化步驟為方向性佈植。在一或多個上述或下述實施例中，接觸第一硬遮罩的硬化側壁部份的第一硬遮罩的一部份之蝕刻法為方向性蝕刻。在一或多個上述或下述實施例中，第一硬遮罩具有第一寬度，第二硬遮罩具有第二寬度，且第二寬度小於第一寬度。

本發明實施例說明半導體裝置的又一例示性形成方法。方法包括以光微影與蝕刻步驟形成第一硬遮罩於基板上的下方層上；進行方向性蝕刻製程，以自兩個相反方向蝕刻兩個間隙之間的第一硬遮罩之部份的兩側部份；以及採用蝕刻後的第一硬遮罩，並對下方層進行製程。在一或多個上述或下述實施例中，兩個間隙之間的第一硬遮罩之部份被窄化。在一或多個上述或下述實施例中，方向性蝕刻時維持兩個間隙之間的第一硬遮罩之部份。在一或多個上述或下述實施例中，兩個間隙之間的第一硬遮罩之部份窄化後的寬度或末端對末端距離，小於光微影與蝕刻法所能達到的最小尺寸。在一或多個上述或下述實施例中，以電磁技術控制來自兩個相反方向之方向性蝕刻的能量物種動量，在一或多個上述或下述實施例中，控制來自兩個相反方向之第一方向的方向性蝕刻之能量物種動量，使其不同於來自兩個相反方向之第二方向的方向性蝕刻之能量物種動量。在一或多個上述或下述實施例中，能量物種自兩個相反方向穿過第一硬遮罩的其餘部份。在一或多個上述或下述實施例中，控制來自左方的方向性蝕刻之能量物種動量，使其小於來自右方的方向性蝕刻之能量物種動量。

上述實施例或例子之特徵有利於本技術領域中具有通常知識者理解本發明實施例。本技術領域中具有通常知識者應理解可採用本發明實施例作基礎，設計並變化其他製程與結構以完成上述實施例之相同目的及/或相同優點。本技術領域中具有通常知識者亦應理解，這些等效置換並未脫離本發明精神與範疇，並可在未脫離本發明精神與範疇的前提下進行改變、替換、或更動。

d、w_H、w_m‧‧‧寬度

g1、g1’‧‧‧頂部凹槽

g2、g2’‧‧‧中間凹槽

g3、g3’‧‧‧底部凹槽

M‧‧‧光罩

w_M‧‧‧長度

31-L、31-R‧‧‧方向性離子佈植步驟

100‧‧‧基板

110、110’‧‧‧下方層

120、120”、500‧‧‧硬遮罩層

120’‧‧‧圖案化的硬遮罩層

130‧‧‧光阻層

130’、530‧‧‧圖案化的光阻層

140‧‧‧間隔物材料層

140’、140”‧‧‧圖案化的間隔物材料層

150‧‧‧硬化的硬遮罩層

200、210‧‧‧方向性蝕刻步驟

300‧‧‧非等向蝕刻步驟

400‧‧‧能量物種

510‧‧‧位元線層

510’‧‧‧圖案化的位元線層

520‧‧‧金屬線層

520’‧‧‧圖案化的金屬線層

520”‧‧‧軟化的金屬線層

圖1(a)、2(a)、3(a)、4(a)、5(a)、6(a)、7(a)、與8(a)係本發明一實施例中，半導體裝置的部份或整體於多種製作步驟中的部份上視圖。圖1(b)、2(b)、與3(b)係圖1(a)、2(a)、與3(a)的上視圖所示的半導體裝置沿著切線A-A的剖視圖。圖4(b)、5(b)、6(b)、7(b)、與8(b)分別為對應圖圖4(a)、5(a)、6(a)、7(a)、與8(a)中未圖示的剖線的剖視圖。圖9(a)與9(b)係具有所需圖案的半導體裝置的上視圖與剖視圖。圖10(a)、11(a)、12(a)、13(a)、14(a)、15(a)、16(a)、17(a)、18(a)、19(a)、20(a)、與21(a)係本發明一實施例中，半導體裝置的部份或整體於多種製作步驟中的部份上視圖。圖10(b)、11(b)、與12(b)係圖10(a)、11(a)、與12(a)的上視圖所示的半導體裝置沿著切線A-A的剖視圖。圖13(b)、14(b)、15(b)、16(b)、17(b)、18(b)、19(b)、20(b)、與21(b)分別為對應圖13(a)、14(a)、15(a)、16(a)、17(a)、18(a)、19(a)、20(a)、與21(a)中未圖示的剖線的剖視圖。圖22(a)、23(a)、24(a)、25(a)、26(a)、27(a)、28(a)、29(a)、與30(a)係本發明一實施例中，半導體裝置的部份或整體於多種製作步驟中的部份上視圖。圖22(b)、23(b)、與24(b)係圖22(a)、23(a)、與24(a)的上視圖所示的半導體裝置沿著切線A-A的剖視圖。圖25(b)、26(b)、27(b)、28(b)、29(b)、與30(b)分別為對應圖25(a)、26(a)、27(a)、28(a)、29(a)、與30(a)中未圖示的剖線的剖視圖。圖31、32、與33係本發明一實施例中，半導體裝置的部份或整體於多種製作步驟中的部份上視圖。圖34、35、36、37、38、與39係本發明一實施例中，半導體裝置於多種製作步骤中的剖視圖。

Claims

一種半導體裝置的形成方法，包括：以一光微影與蝕刻步驟形成一第一硬遮罩於一基板上的一下方層上；形成多個側壁間隔物圖案，其具有一第一側壁部份與一第二側壁部份於該第一硬遮罩的兩側側壁上；蝕刻該第一側壁部份、蝕刻該第一硬遮罩、與保留該第二側壁部份，以形成一第二硬遮罩；以及採用該第二硬遮罩，並對該下方層進行製程。