TWI545618B - 用於平坦化之基板圖案化方法 - Google Patents

Description

用於平坦化之基板圖案化方法

本揭露內容關於基板處理，且尤其是，關於包含將半導體晶圓圖案化之用以圖案化基板的技術。 [相關申請案之交互參照]

本案主張於2014年2月23日所提申、題為「Method for Patterning a Substrate for Planarization」之美國臨時專利申請案第61/943,486號的優先權，該臨時專利申請案係在此整體併入做為參考。

微影製程中之縮小線寬的方法長久以來涉及使用更大的NA(數值孔徑)光學件、更短的曝光波長、或空氣之外的界面介質(例如水浸潤)。由於傳統微影製程的解析度已達理論極限，因此製造商已開始轉向雙重圖案化(DP)法以克服光學極限。

在材料處理方法論(像是光微影)中，產生圖案化的層包含將一薄層之輻射敏感材料(像是光阻)施加到基板之上表面。此輻射敏感材料被轉換成圖案化之遮罩，可使用該圖案化之遮罩將圖案蝕刻或轉移至基板上的下方層中。輻射敏感材料的圖案化通常涉及使用例如光微影系統而藉由輻射源、穿過光罩(及相關光學件)曝光到輻射敏感材料上。然後，此曝光可後接有使用顯影溶劑將輻射敏感材料之輻照區域(如在正型光阻的情況中)、或非輻照區域(如在負型阻劑的情況中)移除。此遮罩層可包含複數子層。

習知上之用以將輻射圖案或光圖案曝照到基板上的微影技術具有各種挑戰，該等挑戰限制所曝照之特徵部的尺寸、且限制所曝照特徵部之間的間距或間隙。一個用以減少曝光限制的習知技術為使用雙重圖案化方式者，俾以容許圖案化出與現行以習知微影技術所可能者相比處於更小間距之更小特徵部。

半導體技術係持續往更小的特徵部尺寸(包含14奈米及以下者之特徵部尺寸)進展。不同元件係自其製造之特徵部的尺寸上的此持續縮減對用以形成特徵部的技術造成越來越大的要求。可使用「間距」的概念來描述此等特徵部的大小。間距為二相鄰重複之特徵部中的二相同點之間的距離。

經常稍微被誤稱為「間距倍增」(如以「間距雙倍化」等來舉例)的間距縮減技術可將光微影的能力延伸到特徵部尺寸限制(光學解析度限制)之外。亦即，習知將間距倍增(更準確來說為間距縮減或間距密度的倍增)若干倍涉及將目標間距縮減特定倍。習知上係認為與193nm浸潤微影一起使用的雙重圖案化技術為最有希望圖案化22nm節點及更小者的技術之一。值得注意的是自對準間隔部雙重圖案化(SADP)已被建立為一間距密度雙倍化製程且已被用於NAND快閃記憶體元件之大量生產。此外，將SADP步驟重複兩次做為間距四倍化可獲得極精細的解析度。

儘管存在若干增加圖案或間距密度的圖案化技術，然而習知圖案化技術皆遭受不佳的解析度或蝕刻之特徵部的粗糙表面。因此，習知技術無法提供對於非常小尺寸(20nm及更小者)而言理想的均勻性及保真性位準。可靠的微影技術可提供具有約80nm之間距的特徵部。然而，習知及新興的設計規格希望製造具有小於約20nm或10nm之臨界尺寸的特徵部。

在此揭露之技術提供間距縮減(增加間距/特徵部密度)以產生高解析度特徵部之方法。在此之圖案化技術可將特定圖案中的特徵部密度四倍化，或大幅縮減特徵部尺寸。換言之，如此圖案化技術可採用初始臨界尺寸間距並縮減此初始間距而使其為其初始大小的四分之一或更小。此特徵部縮減技術亦提供具有高均勻性及保真性之特徵部或開口。

一實施例包含用於平坦化之基板圖案化方法。此方法包含提供基板，該基板具有位在目標層上的結構之起伏圖案。在結構之起伏圖案中的該等結構包含至少二層材料，該至少二層材料包含定位在平坦化停止材料層上的上部材料層。上部材料層與平坦化停止材料層不同。將保形膜沉積在目標層之顯露表面上及結構之顯露表面上，使得在該等結構之鉛直表面上造成側壁沉積物。蝕刻保形膜，使得該保形膜係至少從目標層在該保形膜之側壁沉積物之間的位置之表面部份被移除。沉積填充材料，該填充材料至少部份填充定義在保形膜之側壁沉積物之間的間隙。藉由移除平坦化停止材料層之頂面上方的保形膜材料、上部材料層、及填充材料而將基板平坦化，使得平坦的表面形成在該平坦化停止材料層之頂面。

另一實施例包含用於平坦化之基板圖案化方法。此方法包含提供基板，該基板具有位在目標層上的結構之起伏圖案。在結構之起伏圖案中的該等結構包含至少三層材料，該至少三層材料包含定位在目標層上的下部材料層、定位在該下部材料層上的平坦化停止材料層、及定位在該平坦化停止材料層上的上材料層。平坦化停止材料層與上部材料層及下部材料層不同。將保形膜沉積在目標層之顯露表面上及結構之顯露表面上，使得在該等結構之鉛直表面上造成側壁沉積物。保形膜之材料係選定成使得特定的蝕刻化學可蝕刻該保形膜及來自下部材料層之材料兩者。非等向性地蝕刻保形膜，使得該保形膜係從目標層在該保形膜之側壁沉積物之間的位置之表面被移除。沉積填充材料，該填充材料填充定義在保形膜之側壁沉積物之間的間隙。藉由移除平坦化停止材料層之頂面上方的保形膜材料、上部材料層、及填充材料而將基板平坦化，使得平坦的表面形成。

此圖案化製程之結果在特徵部尺寸縮減上提供顯著的改善。使用CMP移除填充材料、及藉由使保形施加之間隔部的頂部為原子級平坦在LER/LWR上提供大幅改善。此新穎技術提供用以增加特徵部密度之改善的方法，並在未損及特徵部解析度的情況下提供更緻密及均勻的陣列。

當然，如在此所述之不同步驟的討論順序係為了明晰之起見而呈現。一般來說，此等步驟可以任何合適順序來執行。此外，儘管可能在本揭露內容之不同處討論在此之不同特徵、技術、配置等之每一者，然而所意圖者為該等概念之每一者可獨立於彼此或與彼此結合來執行。因此，本發明可以許多不同方式來實施及看待。

注意，本「發明內容」段落並未敘明本揭露內容或所請發明之每一實施例及/或增長性新穎實施態樣。反而是，本「發明內容」僅提供不同實施例及超越習知技術之相應新穎特點的初步討論。針對本發明及實施例之額外細節及/或可能的思考角度，請讀者參照如以下所進一步討論之本揭露內容的「實施方式」段落及相應圖式。

在此所揭露之技術包含增加圖案密度以產生高解析度之溝槽、接點開口、及其它特徵部。在此之圖案化技術包含將雙重圖案化技術、側壁圖像技術、以及新穎的平坦化技術結合。在此之圖案化技術可將特定圖案中的特徵部密度四倍化。換言之，如此圖案化技術可採用初始臨界尺寸間距並縮減此初始間距而使其為其初始大小的四分之一或八分之一、或更小。此特徵部縮減技術亦提供具有高均勻性及保真性之特徵部或開口。在此之圖案化技術亦可實現在比習知上可得者更高之解析度下的雙倍化圖案。

大致上，在此之方法可包含在雙層或三層心軸(多層)或其它表面形貌特徵部上沉積保形之間隔部。保形之間隔部因而裹繞心軸及下方層。亦沉積填充材料來填充側壁間隔部之間的空隙或間隔，且可在基板上將此填充材料過填充。然後，CMP平坦化步驟將基板疊堆材料向下移除到雙層或三層心軸(而心軸之中間或下部材料為CMP停止材料)的材料界面。此技術實質上切除或移除側壁間隔部的修圓部，因而提供具有平坦頂面的間隔部材料，該間隔部材料可在沒有會造成彎曲(bowing)或其它不理想之蝕刻結果的切面或修圓部的情況下被均勻地蝕刻並轉移至下方層。換言之，一特定的基板係加以平坦化，俾將側壁間隔部(大致上)切半。伴隨此技術的一好處為並非間隔部之間的間隙被轉移(無論是心軸或空隙)至下方層，而是將間隔部本身挖除來提供要轉移的圖案或開口。此係意義重大，因為間隔部材料可藉由原子層沉積法(ALD)施加，且由於ALD膜係一次施加一原子單層，因此可在原子層級控制間隔部的CD(轉移CD)。

因此，在此所揭露之技術可提供用於10nm及更小的線/溝槽之帶有改善的LER/LWR(線邊粗糙度/線寬粗糙度)之圖案設計/佈置。在此之方法可包含提供像是用於自對準跨間距四倍圖案化(self-aligned cross pitch quad patterning)技術之改善的圖案及溝槽。在一具體示範實施例中，將阻劑圖案轉移至下方的非晶碳及氮化矽(SiN)層，從而產生由定位在氮化矽頂部之非晶碳所組成的結構或心軸。然後，將間隔部氧化物沉積在此等心軸上方，後接有間隔部蝕刻。接著，使用非晶碳或其它填充材料執行溝槽/間隔之過填充。然後，使用化學機械拋光(CMP)執行平坦化步驟以移除上覆於SiN之多餘的非晶碳。再來，可透過氧化物間隔部將圖案轉移至下方的層(像是多晶矽)。接著，可將非晶碳及SiN移除。注意，所提及之具體材料僅係為了便於描述示範實施例。實際上，可使用任何CMP停止材料，亦即，任何提供有效抵抗CMP拋光而避免額外材料移除之硬停止表面的材料。可使用任何間隔部及填充材料，只要間隔部材料可相對於填充材料及CMP停止材料具有蝕刻選擇性(間隔部材料被蝕刻，而CMP停止材料及填充材料未被蝕刻或以相對較慢的速率被蝕刻)。

現在將參照圖例描述示範實施例。現在參照圖3，實施例包含用以將基板105圖案化之方法。基板105可包含一或更多下方的層，亦泛指可在其上方沉積及形成複數不同特徵部之基板。此方法包含提供基板105，其具有位在目標層107上之結構的起伏圖案。該等結構之起伏圖案中的結構110包含至少二層材料，該至少二層材料包含定位在平坦化停止材料層115上的上部材料層112。上部材料層112與平坦化停止材料層115的差異在於像是具有不同的材料組成。此結構之起伏圖案可包含取向於第一方向的平行伸長結構。注意，整個起伏圖案可或可不包含平行的線性結構，但是第一結構之至少一部分者可包含複數平行的線性結構。在圖3中的視圖為線之伸長方向者，且因此結構110(第一結構)做為心軸而顯示。平行伸長結構之每一伸長結構可具有預定寬度及定義彼此間之水平距離的定位，該彼此間之水平距離係等同於該預定寬度之三倍。因此，對於基板105之至少一部分者，特徵部線可平行於彼此延伸，且每一者具有等同於彼此間之間隙距離之1/3倍的寬度。上部材料層112及平坦化停止材料層115之每一者的相對高度可取決於特定製造方案之各種設計目標。

可將結構110視為二層心軸或雙重堆疊之心軸。儘管圖3顯示組成心軸的二層，然而可使用多於二層來產生此等心軸。亦可使用各種不同的材料。做為非限制性範例，上部材料層112可為非晶碳、多晶矽、氧化物等。上部材料層112可由與平坦化停止材料層115不同的材料組成。由於上部材料層112終將藉由平坦化被移除，所以針對後續製程之電漿蝕刻選擇性未必要是選擇此材料之因素，然而好的選擇包含可相對容易地藉由CMP加以平坦化的材料。平坦化停止材料層115可為氮化矽(SiN)、氮化鈦、基於矽鍺的材料等。針對平坦化停止材料層115所選定的材料應為抵抗化學機械拋光的材料。換言之，選定平坦化停止材料層以提供CMP停止層。

亦注意，由結構110所定義之間隙－亦即，第一結構之相鄰結構之間的距離－可等同於為結構110之部份者之特定(個別)結構的特定寬度之三倍。換言之，可提供具有在1：3間隙比率、或在某其它間隙比率之雙重堆疊的心軸之基板。

可使用各種不同的圖案化方案或操作來達成圖3中所示之基板疊堆。舉例來說，參照圖1，可在目標層107上沉積平坦化停止材料層115。然後，可在平坦化停止材料層115上沉積上部材料層112。可形成預圖案103(其可為起伏圖案)以在下方層中產生圖案。此預圖案層可為已經執行之雙重圖案化製程的結果。在一些實施例中，預圖案103可為已藉由光微影而圖案化之光阻。注意，假如需要的話，此預圖案層可具有1：3的間隙比率。換言之，預圖案中的每一表面形貌特徵部具有預定寬度，且此等表面形貌特徵部之間的間隙距離係等同於該預定寬度之三倍。注意，此等表面形貌特徵部包含伸長部份，該等伸長部份形成一組平行線或平行之表面形貌特徵部。可經由各種沉積技術將預圖案層下方的層沉積成膜。

亦注意可使用其它間隙方案。1：3預圖案間隙係有利在於縮減(圖案倍增)之後的結果為1-1-1間隙。其它實施例可被用於狹窄溝槽應用，且可以像是1：10之其它預圖案比率開始。針對其它接點產生方案，可使用初始之1：5比率(小接點-大間隙-小接點-大間隙)。較小的比率可實現較大的蝕刻誤差範圍或容忍度。在較小接點的情況下，具有較多過蝕刻的餘地，同時停留在特定CD誤差範圍內。另一選項為形成包含大間隙及雙重溝槽的複數雙重溝槽(示範比率可為1：3：1：8：1：3：1：8)。

無論選定哪一種預圖案及間隙方案，皆可將其轉移至二或更多下方層中以形成如圖2中所示之雙重堆疊或三重堆疊的心軸。如此圖案轉移通常係經由非等方性蝕刻製程來執行。蝕刻化學可取決於受蝕刻之材料類型而調整。在完成預圖案層的蝕刻轉移之後，可基於所用材料類型而經由習知材料移除技術將預圖案層移除。此可包含灰化製程或溼式清洗製程等。結果為結構之起伏圖案。

現在參照圖4，將保形膜120沉積在結構110之顯露表面上及目標層107之顯露表面上，使得在結構110之鉛直表面上造成側壁沉積物。保形膜120可具有大約等同於結構110之預定寬度的沉積厚度。如此保形膜可經由例如原子層沉積法(ALD)而施加。使用ALD的一好處為可在原子層級控制如此保形膜之厚度。做為非限制性範例，保形膜120可為氧化物。在其它實施例中，保形膜的厚度可大於或小於心軸之寬度。一些實施例可包含具備帶有高高寬比(例如5：1或10：1等)的側壁間隔部，因為由保形膜所產生的側壁間隔部會被材料支撐在兩側。因此，可在沒有傾倒之疑慮的情況下沉積相對薄的保形膜，因為保形膜會具有將其支撐在兩側的材料。換言之，帶有相對高高寬比的側壁間隙在製造過程期間的任何時刻皆無須獨自站立。

在沉積保形膜120之後，由保形膜120產生側壁間隔部121。此可藉由執行非等向性蝕刻來完成，該非等向性蝕刻將保形膜材料從結構110之頂面移除且在側壁間隔部之間的位置(像是由圖5中之項目122所示者)將保形膜材料從目標層107移除。注意，一些保形膜可在與結構110相鄰的位置維持在目標層107上，但是定義於側壁間隔部121之間(且廣義來說，結構110之間)的區域被移除。因此，蝕刻保形膜120而使得保形膜係至少從目標層表面之在保形膜的側壁沉積物之間的位置的部份被移除。

在產生側壁間隔部121之後，將填充材料130沉積在基板105上以填充定義於保形膜120之側壁間隔部121之間的間隙。示範結果係顯示於圖6。注意，此填充沉積未必需要完全覆蓋上部材料層112。完全填充結構之間的間隙可具有好處或便利性，但是替代性實施例可在將間隙填充至平坦化停止材料層115—或剛好在平坦化停止材料層115上方—(例如在氮化矽頂面上方)的位準來進行。注意，僅需將填充材料130向上沉積至平坦化停止材料層115的頂部水平表面。然而，實際上，以填充材料130過填充可能比較容易。因此，沉積填充材料可包含沉積足夠的材料以覆蓋平坦化停止材料層的頂面。在一些實施例中，過填充物可比結構高度大三倍。填充材料130(空隙填充材料)可為非晶碳、多晶矽或任何相對於間隔部材料及平坦化停止材料層115具有選擇性而使得能夠選擇性地挖除保形材料的材料。在一些實施例中，可針對填充材料130使用特定類型的光阻。其它選項包含非晶矽或旋塗式玻璃(SOG)材料。理想的材料可使用CMP被輕易平坦化。可將填充材料130做為旋塗填充物或任何類型之相對於蝕刻保形膜材料具有選擇性的保護材料來沉積。非晶碳可具有好處，因為其塗覆得均勻，且可輕易加以平坦化，且在施用上係相對合算，然而其它材料亦為合適。

在此階段可接著將基板平坦化。如此基板平坦化係藉由以下方式執行：移除保形膜材料、沉積之填充材料、及上部材料層112，使得在平坦化停止材料層115之頂面形成實質上平坦的表面(假定考量基板係水平定位)。平坦化可使用其係習知上已知的化學機械拋光(CMP)技術來完成。材料的選擇可協助CMP平坦化。舉例來說，上部材料層可與平坦化停止材料層差異在上部材料層係以比平坦化停止材料層由化學機械拋光移除之速率大十倍的速率由化學機械拋光移除。

結果係顯示於圖7。圖8顯示此結果之透視圖，其中可見不同材料的平行線。舉例來說，氮化矽提供良好的CMP停止材料。因此，可將圖3-7的此圖案化順序視為線產生順序，該線產生順序將在特定間隙之雙重堆疊(或三重堆疊)之心軸的表面形貌圖案轉化成平坦化之多線層，該平坦化之多線層包含交替地被氮化矽及非晶碳(或其它材料)所束縛的氧化物(或其它材料)之平行線，如圖8及9中所示。因此，做為間隙而起源的膜現在在每一側皆由二或更多材料包圍—在一側由氮化矽包圍，而在它側由非晶碳包圍。此平坦之多線層因而係「可堆疊」，其中可在此平坦化之多線層上以不同位向沉積額外的層。以交叉位向堆疊可定義接點開口、槽孔、及其它特徵部。在堆疊如此圖案方面的更多細節可見於在2014年2月23日所提申、題為「Method for Multiplying Pattern Density by Crossing Multiple Patterned Layers」之美國臨時專利申請案第61/943,483號，該臨時專利申請案係在此整體併入做為參考。注意，沉積在平坦化之多線層頂部的遮罩層可具有任何特定的二維圖案。舉例來說，可針對(使用交叉位向)使線性特徵部交叉而在平坦化之多線層的頂部沉積或形成類似的層。或者是，可沉積具有特定開口的光阻遮罩。可使用其它層或多重圖案化技術來定義為了圖案轉移而揭開的區域。舉例來說，頂部遮罩層可僅定義若干要轉移之接點位置，而剩餘部份之基板被遮蔽。在另一範例中，將相對大的點陣列轉移至下方層中。因此，可在多線層之頂部定位或產生任何二維圖案以協助遮蔽或定義被轉移的保形膜材料區域。

可藉由相對於平坦化停止材料層115及填充材料130選擇性地蝕刻保形膜材料而將所致圖案117轉移至目標層107內。圖10顯示保形膜120(保形膜之剩餘部份)已被移除。因此，將由平坦化停止材料層及填充材料所定義的圖案轉移至目標層內。轉移圖案可包含執行非等向性蝕刻製程，該非等向性蝕刻製程在實質上不蝕刻填充材料及平坦化停止材料層的情況下蝕刻保形膜材料，使得填充材料及平坦化停止材料層被用作供轉移圖案至目標層內用的遮罩。因此，所致圖案117現在可做為用以轉移至目標層107內的蝕刻遮罩。圖11顯示蝕刻目標層107之後的示範結果。然後，可移除目標層107上方的剩餘材料，得到如圖12中所示之圖案化的目標層。亦可將反(reverse)圖案或材料用作蝕刻遮罩。實施例可包含移除填充材料及平坦化停止材料層(而非保形膜)之剩餘部份，然後將由保形膜材料所定義的圖案轉移至目標層內。

由於在後續轉移之前切過間隔部的CMP平坦化步驟，因此蝕刻(挖除)ALD材料是可能的。習知上，在側壁圖像轉移製程流中，是將間隔部之間的間隙用於轉移圖案。然而，利用在此之技術，對雙重堆疊或多重堆疊之心軸使用CMP步驟以切過間隔部的中間。此經切割之間隔部將在後續轉移步驟中被挖除。並非使用側壁間隔部之間的間隙做為硬遮罩，而是轉移先前由保形膜所佔據的間隙。習知上，側壁間隔部保留在基板疊堆且被用作轉移圖案用的硬遮罩。然而，如此習知技術遭受均勻性的問題。舉例來說，來自蝕刻之間隔部的修圓效應不容許以較小的尺度比例化—或至少不容許均勻地比例化。

在此之新穎平坦化步驟，結合在此所用的基板疊堆，阻擋由修圓效應所導致的非均勻性。藉由具有雙重堆疊之心軸(或三重堆疊之心軸)，多重堆疊之心軸的中間或平坦化停止層可為做為氮化物CMP停止部的SiN。因此，將心軸設置或產生成在心軸本身內帶有CMP停止部。如此心軸的產生可藉由先沉積氮化矽膜、然後在該氮化物膜之頂部沉積非晶碳膜來執行。可將氮化物層的高度或厚度選定成使得CMP步驟可在移除間隔部之上部部份的修圓效應之最佳位置(在修圓之間隔部邊緣的下方、以及在任何心軸足部上方的位置)切入間隔部。此幫助提供具有實質上矩形剖面的氧化物延伸部或線。此幫助提供供堆疊多線間距縮減層用之光滑、平坦的表面。

在一些實施例中，可將氧化物或類似氧化物的膜沉積在氮化物膜(CMP停止層)的下方，其可去除任何由為了產生多層心軸而蝕刻預圖案所造成的進一步問題。因此，氧化物或類似氧化物的膜係好比其為氧化物地被蝕刻，使得任何突出的足部不會在將圖案轉移至下方目標層時阻擋最終的氧化物膜蝕刻。

圖13顯示此習知上的挑戰。定位在目標層207上的心軸210具有填充在其之間的間隔部材料220。注意，當經由硬遮罩將圖案轉移至下方層中時，像是當形成心軸時，在心軸210及目標層207的界面處可能造成足部209。足部209實質上為突出到溝槽內之不具有光滑鉛直表面的心軸材料。當最後使用特定的心軸做為蝕刻遮罩時，心軸材料的足部209導致無法轉移理想的臨界尺寸。注意，尺寸A橫跨於心軸210的側壁之間且為待轉移之理想尺寸。然而，實際上所轉移的尺寸卻是尺寸B，其為明顯較小的尺寸。由於此足部問題，因此許多理想的圖案化技術在習知上並未被實施。

然而，現在參照圖14，在此之技術解決此足部問題，使得可將理想的臨界尺寸轉移至下方層。在此之實施例藉由使用定位在雙層或三層心軸下方(做為其一部分)的基座109來處理足部問題。針對基座109所選定的材料為具有與間隔部材料類似之蝕刻性質的材料。因此，基座材料可與間隔部材料相同，或可簡單地以類似方式被蝕刻(以相同化學來蝕刻)。換言之，當執行間隔部材料之非等向性蝕刻時，任何突出到所蝕刻之溝槽或孔洞內的基座足部會展現如間隔部材料之蝕刻製程化學並與間隔部材料一起被蝕刻。如可見於圖14者，可成功將心軸111之臨界尺寸A轉移至目標層。注意，來自基座109的足部已在轉移蝕刻期間受到修整而造成由心軸111到目標層107之實質上鉛直的側壁。

因此，如此與足部相關的圖案轉移問題可藉由使用三堆疊之心軸來克服。圖15-30顯示一製造順序，除了心軸包含基座或下部材料層119之外，該製造順序與上述順序類似。在沉積將自其產生心軸的三或更多層時，可將下部材料層119做為膜而施加。與圖1相比，圖15顯示增加了下部材料層119。下部材料層119係選定成具有與保形膜材料者類似的蝕刻性質。可將預圖案103轉移至基板疊堆中(圖16)，然後將預圖案103移除以得到如圖17所示之三層心軸。注意，下部材料層119係顯示為具有足部或突出部。換言之，下部材料層119不具有實質上鉛直的側壁，而是具有從平坦化停止材料層115之鉛直側壁延伸出來的曲度。

因此，另一實施例為用於平坦化之基板圖案化方法。此方法包含提供具有位在目標層107上之結構的起伏圖案之基板。該等結構之起伏圖案中的結構110包含至少三層材料，該至少三層材料包含定位目標層107上的下部材料層119、定位在下部材料層119上的平坦化停止材料層115、及定位平坦化停止材料層115上的上部材料層112。平坦化停止材料層115與上部材料層112及下部材料層119至少在組成上有差異。可將平坦化停止材料層115設計成以比上部材料層112者大十倍的比率抵抗化學機械拋光。

將保形膜120沉積在目標層107之顯露表面上及結構110之顯露表面上，使得在結構之鉛直表面上造成側壁沉積物。將保形膜之材料選定成使得特定的蝕刻化學可蝕刻保形膜120及來自下部材料層119之材料兩者。圖18顯示此製程步驟之示範結果。將保形膜120非等向性地蝕刻，使得保形膜120在保形膜之側壁沉積物之間的位置從目標層107表面被移除。示範結果係顯示於圖19。

沉積填充材料130而填充定義在保形膜120之側壁沉積物之間的間隙，如圖20所示。如以上所述，將基板藉由以下方式平坦化：移除平坦化停止材料層之頂面的保形膜材料、上部材料層、及填充材料，使得平坦表面形成，如圖21及圖22所示。

參照圖23，可藉由像是使用非等向性蝕刻移除保形膜之剩餘部份。注意，由於下部材料層119與保形膜一起蝕刻，因此鉛直蝕刻輪廓向下形成至目標層107。在其它實施例中，下部材料層119並不以供蝕刻保形膜用之特定化學來蝕刻，但是在下部材料層119與填充材料130及平坦化停止材料層115之間仍有蝕刻選擇性，以便能夠以第二化學移除任何足部。

然後，可使用所致圖案做為遮罩以將圖案轉移至目標層107中。舉例來說，將由平坦化停止材料層115及填充材料130所定義的圖案轉移至目標層107中，如圖25中所示。

在其它實施例中，且通常是當特定三層心軸的高度足夠時，像是圖19者之間隔部步驟可為可選的。當的平坦化停止材料層之頂面及在側壁沉積物之間位置的保形膜之頂面之間的距離係足夠的情況下，可在沉積保形膜之後直接施加填充材料，而有足夠的空間由填充材料形成栓部以提供蝕刻遮罩。圖26顯示在無間隔部蝕刻的情況下沉積填充材料130的示範圖例。在此階段，可使用如上述之CMP類型的平坦化將基板平坦化。基板在此平坦化之後的示範結果係顯示於圖27。注意，填充材料130被保形膜120圍繞。填充材料130實質上做為栓部或遮罩以防止直接在栓部下方的保形膜之蝕刻。因此，可將保形膜材料非等向性地向下蝕刻至目標層107(圖28)並轉移到目標層107中(圖29)。可將剩餘的遮罩材料移除而造成目標層107現在為如圖30中所示之圖案化層。

因此，在此之此等圖案化製程可在特徵部尺寸縮減、特徵部密度、及特徵部解析度上提供顯著的改善。

在先前的描述中已提出特定細節，像是處理系統的具體幾何配置及其中所用之不同構件與製程的描述。然而，應理解在此之技術可在偏離自此等特定細節之其它實施例中執行，且如此細節係為了說明之目的而並非限制。在此揭露之實施例已參照隨附圖式而描述。同樣地，為了說明之目的，已提出特定數量、材料、及配置以提供徹底的理解。儘管如此，可在沒有如此特定細節的情況下執行實施例。實質上具有相同功能性結構之構件係藉由相似的參照號碼來表示，而因此可能略去任何多餘的描述。

不同技術已被描述成複數獨立操作以協助理解不同的實施例。不應將描述順序解讀成暗示此等操作係必定順序相依。事實上，此等操作未必以所呈現順序而執行。所述操作可以不同於所述實施例者之順序來執行。在額外的實施例中，可執行不同額外的操作且/或可略去所述之操作。

在此所用之「基板」或「目標基板」泛指根據本發明所處理的物件。基板可包含元件(尤其是半導體或其它電子元件)之任何材料部份或結構，且可例如為基底基板結構(像是半導體晶圓、光罩(reticle))、或基底基板結構上或上覆於基底基板結構之層(像是薄膜)。因此，基板並不限於任何經圖案化或未經圖案化之特定基底結構、下方層或上覆層，而是將其設想成包含任何如此層或基底結構、及層及/或基底結構之任何組合。描述可能提及特定類型的基板，但此僅係為了說明之目的。

該領域中具有通常知識者亦將理解可具有許多針對以上所說明技術之操作而做的變化形，而該等變化形仍舊達成本發明之相同目的。吾人意圖使如此變化形為本揭露內容之範圍所涵蓋。因此，並未打算使先前之本發明實施例的描述具限制性。反而是，將對於本發明實施例之任何限制提出於以下請求項中。

103‧‧‧預圖案
105‧‧‧基板
107‧‧‧目標層
109‧‧‧基座
110‧‧‧結構
111‧‧‧心軸
112‧‧‧上部材料層
115‧‧‧平坦化停止材料層
117‧‧‧圖案
119‧‧‧下部材料層
120‧‧‧保形膜
121‧‧‧側壁間隔部
122‧‧‧項目
130‧‧‧填充材料
207‧‧‧目標層
209‧‧‧足部
210‧‧‧心軸
220‧‧‧間隔部材料
A‧‧‧尺寸
B‧‧‧尺寸

參照以下與隨附圖式一併考量的詳細描述將易於更全面地理解本發明之各種實施例及其許多伴隨優點。圖式係未必按比例繪製，而是將重點放在說明技術特徵、原理及概念。

圖1-7為顯示根據在此所揭露實施例之製程流的示範基板區段之剖面示意側視圖。

圖8為顯示根據在此所揭露實施例之製程流的示範基板區段之剖面示意透視圖。

圖9為顯示根據在此所揭露實施例之製程流的示範基板區段之剖面示意頂視圖。

圖10-12為顯示根據在此所揭露實施例之製程流的示範基板區段之剖面示意側視圖。

圖13為顯示伴隨著圖案轉移之習知挑戰的示範基板區段之剖面側視圖例。

圖14為顯示根據在此之實施例的準確圖案轉移之示範基板區段之剖面側視圖例。

圖15-21為顯示根據在此所揭露實施例之製程流的示範基板區段之剖面示意側視圖。

圖22為顯示根據在此所揭露實施例之製程流的示範基板區段之剖面示意透視圖。

圖23-30為顯示根據在此所揭露實施例之製程流的示範基板區段之剖面示意側視圖。

105‧‧‧基板

107‧‧‧目標層

117‧‧‧圖案

Claims (20)

1. 一種用於平坦化之基板圖案化方法，該方法包含：提供一基板，該基板具有位在目標層上的結構之起伏圖案，在該結構之起伏圖案中的該等結構包含至少二層材料，該至少二層材料包含定位在平坦化停止材料層上的上部材料層，該上部材料層與該平坦化停止材料層不同；將保形膜沉積在該目標層之顯露表面上及該等結構之顯露表面上，使得在該等結構之鉛直表面上造成側壁沉積物；蝕刻該保形膜，使得該保形膜係至少從該目標層在該保形膜之該等側壁沉積物之間的位置之表面部份被移除；沉積填充材料，該填充材料至少部份填充定義在該保形膜之該等側壁沉積物之間的間隙；及藉由移除該平坦化停止材料層之頂面上方的該保形膜的材料、該上部材料層、及該填充材料而將該基板平坦化，使得平坦的表面形成在該平坦化停止材料層之頂面。
2. 如申請專利範圍第1項之用於平坦化之基板圖案化方法，更包含蝕刻該保形膜之剩餘部份。
3. 如申請專利範圍第2項之用於平坦化之基板圖案化方法，更包含將由該平坦化停止材料層及該填充材料所定義的圖案轉移至該目標層中。
4. 如申請專利範圍第3項之用於平坦化之基板圖案化方法，其中轉移該圖案包含執行非等向性蝕刻製程，該非等向性蝕刻製程在實質上不蝕刻該填 充材料及該平坦化停止材料層的情況下蝕刻該保形膜的材料，使得該填充材料及該平坦化停止材料層被用作供轉移該圖案至該目標層內用的遮罩。
5. 如申請專利範圍第1項之用於平坦化之基板圖案化方法，其中沉積該填充材料包含沉積足夠的材料以覆蓋該平坦化停止材料層的頂面。
6. 如申請專利範圍第1項之用於平坦化之基板圖案化方法，其中沉積該保形膜包含經由原子層沉積法(ALD)沉積該保形膜。
7. 如申請專利範圍第1項之用於平坦化之基板圖案化方法，其中該上部材料層與該平坦化停止材料層在組成上有差異。
8. 如申請專利範圍第7項之用於平坦化之基板圖案化方法，其中該上部材料層與該平坦化停止材料層的差異在該上部材料層係以比該平坦化停止材料層由化學機械拋光移除之速率大十倍的速率由化學機械拋光移除。
9. 如申請專利範圍第1項之用於平坦化之基板圖案化方法，更包含：移除該填充材料及該平坦化停止材料層之剩餘部份；及將由該保形膜的材料所定義之圖案轉移至該目標層中。
10. 一種用於平坦化之基板圖案化方法，該方法包含：提供一基板，該基板具有位在目標層上的結構之起伏圖案，在該結構之起伏圖案中的該等結構包含至少三層材料，該至少三層材料包含定位在該目標層上的下部材料層、定位在該下部材料層上的平坦化停止材料層、及定位在該平坦化停止材料層上的上部材料層，該平坦化停止材料層與該上部材料層及該下部材料層不同； 將保形膜沉積在該目標層之顯露表面上及該等結構之顯露表面上，使得在該等結構之鉛直表面上造成側壁沉積物，該保形膜之材料係選定成使得特定的蝕刻化學可蝕刻該保形膜及來自該下部材料層之材料兩者；非等向性地蝕刻該保形膜，使得該保形膜係從該目標層在該保形膜之該等側壁沉積物之間的位置之表面被移除；沉積填充材料，該填充材料填充定義在該保形膜之該等側壁沉積物之間的間隙；及藉由移除該平坦化停止材料層之頂面上方的該保形膜的材料、該上部材料層、及該填充材料將該基板平坦化，使得平坦的表面形成。
11. 如申請專利範圍第10項之用於平坦化之基板圖案化方法，更包含蝕刻該保形膜之剩餘部份。
12. 如申請專利範圍第10項之用於平坦化之基板圖案化方法，更包含將由該平坦化停止材料層及該填充材料所定義的圖案轉移至該目標層中。
13. 如申請專利範圍第12項之用於平坦化之基板圖案化方法，其中轉移該圖案包含執行非等向性蝕刻製程，該非等向性蝕刻製程在不蝕刻該填充材料及該平坦化停止材料層的情況下蝕刻該保形膜的材料，使得該填充材料及該平坦化停止材料層被用作供轉移該圖案至該目標層內用的遮罩。
14. 如申請專利範圍第10項之用於平坦化之基板圖案化方法，其中該上部材料層與該平坦化停止材料層在組成上有差異。
15. 如申請專利範圍第14項之用於平坦化之基板圖案化方法，其中該上部材料層與該平坦化停止材料層的差異在該上部材料層係以比該平坦化停止材料層由化學機械拋光移除之速率大十倍的速率由化學機械拋光移除。
16. 如申請專利範圍第10項之用於平坦化之基板圖案化方法，其中提供該基板包含：在該目標層上沉積該下部材料層；在該下部材料層上沉積該平坦化停止材料；在該平坦化停止材料層上沉積該上部材料層；及將圖案蝕入該上部材料層、該平坦化停止材料層、及該下部材料層，藉以產生該結構之起伏圖案。
17. 一種用於平坦化之基板圖案化方法，該方法包含：提供一基板，該基板具有位在目標層上的結構之起伏圖案，在該結構之起伏圖案中的該等結構包含至少三層材料，該至少三層材料包含定位在該目標層上的下部材料層、定位在該下部材料層上的平坦化停止材料層、及定位在該平坦化停止材料層上的上部材料層，該平坦化停止材料層與該上部材料層及該下部材料層不同；將保形膜沉積在該目標層之顯露表面上及該等結構之顯露表面上，使得在該等結構之鉛直表面上造成側壁沉積物，該保形膜之材料係選定成使得特定的蝕刻化學可蝕刻該保形膜及來自該下部材料層之材料兩者；沉積填充材料，該填充材料填充定義在該保形膜之該等側壁沉積物之間的間隙；及藉由移除該平坦化停止材料層之頂面上方的該保形膜的材料、該上部材料層、及該填充材料將該基板平坦化，使得形成平坦的表面。
18. 如申請專利範圍第17項之用於平坦化之基板圖案化方法，更包含蝕刻該保形膜之剩餘部份。
19. 如申請專利範圍第18項之用於平坦化之基板圖案化方法，更包含將由該平坦化停止材料層及該填充材料所定義的圖案轉移至該目標層中。
20. 如申請專利範圍第19項之用於平坦化之基板圖案化方法，其中該上部材料層與該平坦化停止材料層的差異在該上部材料層係以比該平坦化停止材料層由化學機械拋光移除之速率大十倍的速率由化學機械拋光移除。