本公開實(shí)施例涉及一種半導(dǎo)體裝置的形成方法，且特別涉及一種平坦化薄膜的方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷快速成長。集成電路設(shè)計(jì)與材料的科技發(fā)展生產(chǎn)了數(shù)世代的集成電路，其中每個(gè)世代具備比上個(gè)世代更小及更復(fù)雜的電路。在集成電路發(fā)展的進(jìn)程中，功能密度(即每一芯片面積上的內(nèi)連線元件數(shù)目)逐漸增加，而幾何尺寸(即最小可由制造過程創(chuàng)造的零件(或線))則縮小。

通常上述尺寸縮小的工藝可通過增加生產(chǎn)效率及降低相關(guān)成本而提供效益，但尺寸的微縮化亦增加了集成電路工藝及制造的困難度。為了實(shí)現(xiàn)這些進(jìn)展，需要在集成電路工藝及制造上有同樣的發(fā)展。雖然現(xiàn)有的制造集成電路元件的方法對(duì)于原目的來說已經(jīng)足夠，其并非在各個(gè)面向皆令人滿意。舉例來說，平坦化膜層(planarizingafilmlayer)仍需被改善。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種半導(dǎo)體裝置的形成方法，包括:形成可流動(dòng)材料(flowable-material,fm)層于基板之上，基板具第一區(qū)域及第二區(qū)域，其中第一區(qū)域中可流動(dòng)材料層的頂表面高于第二區(qū)域中可流動(dòng)材料層的頂表面；形成多個(gè)溝槽于第一區(qū)域中可流動(dòng)材料層；以及執(zhí)行退火工藝以回流可流動(dòng)材料層，其中多個(gè)溝槽被可流動(dòng)材料層填充。

附圖說明

以下將配合所附附圖詳述本公開實(shí)施例。應(yīng)注意的是，依據(jù)在業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)做法，各種特征并未按照比例繪制且僅用以說明例示。事實(shí)上，可能任意地放大或縮小元件的尺寸，以清楚地表現(xiàn)出本公開實(shí)施例的特征。

圖1根據(jù)一些實(shí)施例繪示出制造一半導(dǎo)體元件的范例方法的流程圖。

圖2、圖3、圖4a、圖4b、圖5a、圖5b、圖5c、圖5d、圖6a、及圖6b根據(jù)一些實(shí)施例繪示出一范例半導(dǎo)體元件的剖面圖。

附圖標(biāo)記說明：

100～方法

102、104、106、108～步驟

200～元件

210～基板

212～第一區(qū)域

214～第二區(qū)域

220～特征

310～可流動(dòng)材料層、光致抗蝕劑層

410～光源

420～輻射束、光束

430～光掩模

435～開口

440～光致抗蝕劑層

445～光致抗蝕劑開口

510～溝槽

hd1、hd2～高度差

具體實(shí)施方式

以下公開許多不同的實(shí)施方法或是例子來實(shí)行本公開實(shí)施例的不同特征，以下描述具體的元件及其排列的實(shí)施例以闡述本公開實(shí)施例。當(dāng)然這些實(shí)施例僅用以例示，且不該以此限定本公開實(shí)施例的范圍。例如，在說明書中提到第一特征形成于第二特征之上，其包括第一特征與第二特征是直接接觸的實(shí)施例，另外也包括于第一特征與第二特征之間另外有其他特征的實(shí)施例，亦即，第一特征與第二特征并非直接接觸。此外，在不同實(shí)施例中可能使用重復(fù)的標(biāo)號(hào)或標(biāo)示，這些重復(fù)僅為了簡單清楚地?cái)⑹霰竟_實(shí)施例，不代表所討論的不同實(shí)施例及/或結(jié)構(gòu)之間有特定的關(guān)系。

此外，其中可能用到與空間相關(guān)用詞，例如“在…下方”、“下方”、“較低的”、“上方”、“較高的”及類似的用詞，這些空間相關(guān)用詞是為了便于描述圖示中一個(gè)(些)元件或特征與另一個(gè)(些)元件或特征之間的關(guān)系，這些空間相關(guān)用詞包括使用中或操作中的裝置的不同方位，以及附圖中所描述的方位。當(dāng)裝置被轉(zhuǎn)向不同方位時(shí)(旋轉(zhuǎn)90度或其他方位)，則其中所使用的空間相關(guān)形容詞也將依轉(zhuǎn)向后的方位來解釋。

根據(jù)一些實(shí)施例，圖1為方法100制造單一或多個(gè)半導(dǎo)體元件的流程圖。方法100于后詳述，參照如圖2、圖3、圖4a、圖4b、圖5a、圖5b、圖5c、圖5d、圖6a、及圖6b所示的半導(dǎo)體元件200。

如圖1及圖2所示，方法100始于步驟102，提供基板210，其具多個(gè)特征220突出于基板210上。基板210包括硅(silicon)?；?10可替換或附加包括其他元素半導(dǎo)體，如鍺(germanium)?；?10亦可包括化合物半導(dǎo)體，如：碳化硅(siliconcarbide)、砷化鎵(galliumarsenic)、砷化銦(indiumarsenide)、及磷化銦(indiumphosphide)?；?10可包括合金半導(dǎo)體，如：硅鍺(silicongermanium)、碳硅鍺(silicongermaniumcarbide)、砷磷化鎵(galliumarsenicphosphide)、銦磷化鎵(galliumindiumphosphide)。在一實(shí)施例中，基板210包括外延(epitaxial)層。例如，基板210可具一外延層覆蓋于體半導(dǎo)體(bulksemiconductor)上。此外，基板210可包括絕緣層覆半導(dǎo)體(semiconductor-on-insulator,soi)結(jié)構(gòu)。例如，基板210可包括如以注氧隔離(separationbyimplantedoxygen,simox)工藝或其他合適技術(shù)，例如晶片接合及研磨，形成的埋氧(buriedoxide,box)層。

基板210亦可包括各種p型摻雜區(qū)域及/或n型摻雜區(qū)域，以例如離子注入及/或擴(kuò)散的工藝形成。此摻雜區(qū)域包括：n型井區(qū)(n-well)、p型井區(qū)(p-well)、輕摻雜區(qū)(lightdopedregion,ldd)、及各種通道摻雜輪廓(channeldopingprofile)被配置以形成各種集成電路元件，例如互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(complementarymetal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor,cmosfet)、影像感測器、及/或發(fā)光二極管(lightemittingdiode,led)?；?10更可包括其他功能元件，例如電阻或電容形成于基板中或上。

基板210亦可包括各種隔離區(qū)域。隔離區(qū)域分隔基板210中各種元件區(qū)域。隔離區(qū)域包括以不同工藝技術(shù)形成的不同結(jié)構(gòu)。舉例來說，隔離區(qū)域可包括淺溝槽絕緣(shallowtrenchisolation,sti)區(qū)域。形成淺溝槽絕緣可包括蝕刻一溝槽于基板210中，并以絕緣材料，例如：氧化硅(siliconoxide)、氮化硅(siliconnitride)、及/或氮氧化硅(siliconoxynitride)填充此溝槽。被填充的溝槽可具多層結(jié)構(gòu)，例如熱氧化襯層(thermaloxideliner)及氮化硅填充于溝槽?？蓤?zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨(chemicalmechanicalpolishing,cmp)以研磨掉多余的絕緣材料，及平坦化隔離元件的上表面。

基板210亦可包括多層層間介電(inter-leveldielectric,ild)層，例如：氧化硅(siliconoxide)、氮化硅(siliconnitride)、氮氧化硅(siliconoxynitride)、低介電常數(shù)(low-k)介電質(zhì)、碳化硅(siliconcarbide)、及/或其他合適膜層。層間介電層可由熱氧化化學(xué)氣相沉積(chemicalvapordeposition,cvd)、原子層沉積工藝(atomiclayerdeposition，ald)、物理氣相沉積工藝(physicalvapordeposition，pvd)、熱氧化、或前述的組合、或其它合適技術(shù)沉積。

特征220可包括以介電層及電極層形成的柵極堆疊(gatestack)。介電層可包括界面層(interfaciallayer,il)及高介電常數(shù)(high-k,hk)介電層，以合適技術(shù)沉積，例如：化學(xué)氣相沉積(chemicalvapordeposition,cvd)、原子層沉積工藝(atomiclayerdeposition，ald)、物理氣相沉積工藝(physicalvapordeposition，pvd)、熱氧化、或前述的組合、或其余合適技術(shù)。界面層可包括：氧化物、硅氧化鉿(hfsio)、及氮氧化物(oxynitrides)。高介電常數(shù)介電層可包括：氧化鑭(lao)、氧化鋁(alo)、氧化鋯(zro)、氧化鈦(tio)、五氧化二鉭(ta2o5)、氧化釔(y2o3)、鈦酸鍶(srtio3；sto)、鈦酸鋇(batio3；bto)、鋯氧化鋇(bazro)、鋯氧化鉿(hfzro)、鑭氧化鉿(hflao)、硅氧化鉿(hfsio)、硅氧化鑭(lasio)、硅氧化鋁(alsio)、鉭氧化鉿(hftao)、鈦氧化鉿(hftio)、鈦酸鍶鋇((ba,sr)tio3,bst)、氧化鋁(al2o3)、氮化硅(si3n4)、氮氧化硅(siliconoxynitride)，及/或其他合適材料。電極層可包括單層或替換為多層結(jié)構(gòu)，例如各種具功函數(shù)以增強(qiáng)元件效能的金屬層組合(功函數(shù)金屬層、襯層、濕潤層、附著層、金屬導(dǎo)電層、金屬合金、或金屬硅化物)。金屬柵極(metalgate,mg)電極可包括：鈦(ti)、銀(ag)、鋁(al)、鋁氮化鈦(tialn)、碳化鉭(tac)、碳氮化鉭(tacn)、硅氮化鉭(tasin)、錳(mn)、鋯(zr)、氮化鈦(tin)、氮化鉭(tan)、釕(ru)、鉬(mo)、氮化鎢(wn)、銅(cu)、鎢(w)、任意合適材料及/或前述的組合。

特征220亦可包括源極/漏極(source/drain,s/d)特征，包含：鍺(ge)、硅(si)、砷化鎵(gaas)、鎵砷化鋁(algaas)、硅鍺(sige)、砷磷化鎵(gaasp)、銻化鎵(gasb)、銻化銦(insb)、鎵砷化銦(ingaas)、砷化銦(inas)、或其他合適材料。源極/漏極特征220可由外延成長工藝形成，例如化學(xué)氣相沉積技術(shù)(例如：氣相外延(vapor-phaseepitaxy,vpe)及/或超高真空化學(xué)氣相沉積(ultra-highvacuumcvd,uhv-cvd))、分子束外延(molecularbeamepitaxy)、及/或其他合適工藝。

特征220亦可包括導(dǎo)電特征，其與基板210中的層間介電層整合以形成內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，以耦合各種p型及n型摻雜區(qū)域，及其他功能性特征(如：柵極電極)，以得到功能性集成電路。在一例子中，特征220可包括內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的一部分，該內(nèi)連線結(jié)構(gòu)包括多層內(nèi)連線(multi-layerinterconnect,mli)結(jié)構(gòu)，于基板210之上的層間介電層與多層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)整合，提供電子路由(routing)以耦合基板210中的各種元件至輸入/輸出電源及信號(hào)。內(nèi)連線結(jié)構(gòu)包括：各種金屬線、接點(diǎn)(contact)、及導(dǎo)孔(via)特征(或?qū)Э撞迦?plug))。金屬線提供水平電子路由。接點(diǎn)提供于硅基板和金屬線之間的垂直連接，導(dǎo)孔特征提供不同金屬層的金屬線之間的垂直連接。

在本實(shí)施例中，基板210具第一區(qū)域212及第二區(qū)域214。在第一區(qū)域212中，特征220總面積與基板210總面積的第一面積比a1大體上不同于在第二區(qū)域214中，特征220總面積與基板210總面積的第二面積比a2。在本實(shí)施例中，第一面積比a1大于第二面積比a2。第一面積比a1隨不同的第一區(qū)域212而改變，第二面積比a2隨不同的第二區(qū)域214而改變。在一實(shí)施例中，第一面積比a1比第二面積比a2大了30％。在一例子中，第一面積比a1于一個(gè)第一區(qū)域212為約40％，于另一個(gè)第一區(qū)域212為約100％，而第二面積比a2為零(或無特征220形成于第二區(qū)域214中)。

如圖1及圖3所示，方法100進(jìn)行至步驟104，形成可流動(dòng)材料(flowable-material,fm)層310于基板210之上，包括特征220之上?？闪鲃?dòng)材料層310中包括一具流動(dòng)本質(zhì)的材料，填充于每一特征220之間的空間?？闪鲃?dòng)材料層310可包括：光致抗蝕劑、聚酰亞胺(polyimide)、旋涂式玻璃(spin-on-glass,sog)、旋涂式聚合物(spin-on-polymer,sop)、或前述的組合、及/或其他合適材料。在一些實(shí)施例中，可流動(dòng)材料層310不同于多個(gè)特征220及基板210，以于后續(xù)蝕刻實(shí)現(xiàn)蝕刻選擇性。在一實(shí)施例中，可流動(dòng)材料層310包括光致抗蝕劑層。可流動(dòng)材料層310可由旋轉(zhuǎn)涂布(spin-oncoating)、化學(xué)氣相沉積、及/或其他合適技術(shù)形成。通?？闪鲃?dòng)材料層的形成工藝為經(jīng)常使用于元件制造中，單純的低成本沉積工藝(如：旋轉(zhuǎn)涂布)。

一般而言，可流動(dòng)材料層310沉積后的表面形貌受下方材料層的表面形貌所影響(或作用)。在本實(shí)施例中，由于第一面積比a1與第二面積比a2不同，通?？闪鲃?dòng)材料層310在形成于基板210上特征220之上時(shí)表面形貌不平坦(或表面形貌凹凸不平)。如此一來，可流動(dòng)材料層310于第一區(qū)域212的上表面比于第二區(qū)域214高。有時(shí)可稱之為涂層負(fù)載效應(yīng)(coatingloadingeffect)。第一高度差hd1定義為可流動(dòng)材料層310于第一區(qū)域212表面的最高點(diǎn)與可流動(dòng)材料層310于第二區(qū)域214的最低點(diǎn)的高度差。可流動(dòng)材料層310凹凸不平的表面形貌可導(dǎo)致后續(xù)工藝中負(fù)面的影響，例如于微影工藝中景深(depth-of-field)不佳、蝕刻工藝中形成纖梁(stringer)、沉積工藝中階梯覆蓋(step-coverage)不佳，而所有這些負(fù)面影響最終可能會(huì)降低元件200的良率。本公開實(shí)施例提供一種用以降低hd1及改善可流動(dòng)材料層310的平坦度的方法。

如圖1、圖4a及圖4b所示，方法100進(jìn)行至步驟106，形成多個(gè)溝槽510于可流動(dòng)材料層310中。在本實(shí)施例中，如圖4a所示，可流動(dòng)材料層310為光致抗蝕劑層，通過光掩模(photomask)(掩模(mask)或倍縮光掩模(reticle))430暴露于來自光源410的輻射束420。光源410可為各種光源，包括深紫外光(deepultra-violet,duv)光源。在一例中，光源410可為極紫外光(extremeultraviolet,euv)光源。在一些例子中，其他光源410，如：電子束(electronbeam,e-beam)描寫?；蛘撸毓夤に嚳衫闷渌椛涫?，例如：離子束、x射線、及其他適當(dāng)?shù)钠毓饽茉?。此外，在曝光工藝前，?zhí)行預(yù)烘烤光致抗蝕劑層310以固化并干燥光致抗蝕劑層310。

光掩模430具多個(gè)開口435。光掩模430乃根據(jù)各別的第一面積比a1及第二面積比a2來設(shè)計(jì)，以使得開口435的寬度隨不同的開口而改變，亦隨不同的區(qū)域而改變。此外，開口435的總數(shù)目可隨不同的區(qū)域而改變。換言之，開口435的總數(shù)目隨不同的區(qū)域可不同。

在本實(shí)施例中，光掩模430于第一區(qū)域212中具多個(gè)開口435，但在第二區(qū)域214中無開口。于曝光時(shí)，光束420通過開口435抵達(dá)可流動(dòng)材料層310，亦改變露出的光致抗蝕劑層310的溶解度，例如：當(dāng)光致抗蝕劑層310為正型光致抗蝕劑劑(positivetonephotoresist)時(shí)，溶解度增加。此外，光致抗蝕劑層310可經(jīng)受曝光后烘烤(post-exposurebake,peb)。之后，顯影(developing)溶液可用以移除光致抗蝕劑層310露出的部分，以形成多個(gè)溝槽510。如此，可形成多個(gè)溝槽510，且其隨著不同的第一區(qū)域212而具各種寬度及各種總數(shù)目。部分特征220可于各別溝槽510中露出。

如圖5a、圖5b、圖5c及圖5d所示，在可流動(dòng)材料層310并非光致抗蝕劑層的情況下，如圖5a所示，光致抗蝕劑層440以旋轉(zhuǎn)涂布形成于可流動(dòng)材料層310之上。如圖5b所示，光致抗蝕劑層440通過具多個(gè)開口435的光掩模(掩?；虮犊s光掩模)430，暴露于來自光源410的輻射束420。如圖5c所示，光致抗蝕劑層440以顯影溶液顯影，移除露出的光致抗蝕劑層440，以形成光致抗蝕劑開口445。如圖5d所示，接著通過光致抗蝕劑開口445蝕刻可流動(dòng)材料層310，以形成溝槽510。如前所述，挑選蝕刻工藝以選擇性蝕刻可流動(dòng)材料層310，但不蝕刻所露出的特征220及基板210。如此一來，特征220的一部分可能露出于各別溝槽510中。蝕刻工藝可包括選擇性濕蝕刻、選擇性干蝕刻、及/或前述的組合。舉例來說，選擇性濕蝕刻溶液可包括硝酸(hno3)、氨水(nh4oh)、氫氧化鉀(koh)、氟化氫(hf)、鹽酸(hcl)、氫氧化鈉(naoh)、磷酸(h3po4)、四甲基氫氧化銨(tmah)、及/或其他合適的選擇性濕蝕刻溶液、及/或前述的組合。此外，選擇性干蝕刻工藝可使用含氯氣體(例如：氯氣(cl2)、氯仿(chcl3)、四氯化碳(ccl4)、三氯化硼(bcl3))、含溴氣體(例如：溴化氫(hbr)及/或三溴甲烷(chbr3))、含碘氣體、含氟氣體(例如：四氟化碳(cf4)、六氟化硫(sf6)、二氟甲烷(ch2f2)、三氟甲烷(chf3)、及/或六氟乙烷(c2f6))、及/或其他合適氣體、及/或等離子體、及/或前述的組合。形成溝槽510之后，光致抗蝕劑層440以濕式去除(wetstripping)及/或等離子體灰化(plasmaashing)移除。

如圖1、圖6a及圖6b所示，方法100進(jìn)行至步驟108，退火工藝回流余留的可流動(dòng)材料層310(具溝槽510于第一區(qū)域212中)。于退火工藝中，余留的可流動(dòng)材料層310回流，而使得鄰近各別溝槽510的余留的可流動(dòng)材料層310填充于溝槽510中，并導(dǎo)致第一區(qū)域212中，余留的可流動(dòng)材料層310厚度降低。因此，于回流之后，余留的可流動(dòng)材料層310具較平坦的表面形貌，如此使得第二高度差hd2遠(yuǎn)小于第一高度差hd1，此處定義hd2為余留的可流動(dòng)材料層310在回流之后，于第一區(qū)域212的最高點(diǎn)與第二區(qū)域214的最低點(diǎn)的高度差。在一實(shí)施例中，第二高度差hd2約為第一高度差hd1的10％至60％。如前所述，通過選擇光掩模430的開口435的寬度及數(shù)目，可降低hd2并達(dá)成余留的可流動(dòng)材料層310平坦化。

退火工藝可包括：快速熱退火(rapidthermalannealing,rta)、激光退火(laseranneal)、爐管退火(furnaceanneal)、及/或閃光燈退火(flashlampanneal)。退火工藝可在氧化環(huán)境中進(jìn)行，為蒸氣環(huán)境及氧氣環(huán)境的組合，或于惰性氣體環(huán)境下。舉例來說，于溫度范圍約從250℃至約400℃的烘箱真空環(huán)境中，對(duì)光致抗蝕劑層310執(zhí)行退火工藝。

于方法100之前，之中，之后可提供額外的步驟，在其他實(shí)施例中，前述有些步驟可替換或刪除。

根據(jù)以上，本公開實(shí)施例提供方法以減少涂層負(fù)載效應(yīng)，此方法使用形成多個(gè)溝槽于可流動(dòng)材料層中，并回流可流動(dòng)材料層以填充多個(gè)溝槽，以增加可流動(dòng)材料層的平坦度。此方法亦使用調(diào)變各溝槽的寬度，及溝槽總局部數(shù)目以達(dá)成要求中可流動(dòng)材料層平坦化。此方法展現(xiàn)一可行的、彈性的、低成本的可流動(dòng)材料層平坦化方法。

當(dāng)前的發(fā)明實(shí)施例提供許多制造半導(dǎo)體元件的不同實(shí)施例，提供一個(gè)或多個(gè)改進(jìn)現(xiàn)有方法的方式。在一實(shí)施例中，制造半導(dǎo)體元件的方式包括形成可流動(dòng)材料層于基板之上。該基板具第一區(qū)域及第二區(qū)域。第一區(qū)域中，可流動(dòng)材料層的上表面高于第二區(qū)域中，可流動(dòng)材料層的上表面。此方法亦包含形成多個(gè)溝槽于第一區(qū)域中的可流動(dòng)材料層，并執(zhí)行退火工藝以回流可流動(dòng)材料層，其中多個(gè)溝槽被可流動(dòng)材料層填充。

在另一個(gè)實(shí)施例中，一方法包括：提供一基板具有多個(gè)特征突出于該基板，并形成光致抗蝕劑層于該基板之上，包括于多個(gè)特征之上。基板第一區(qū)域光致抗蝕劑層的上表面高于基板第二區(qū)域光致抗蝕劑層的上表面。此方法亦包括形成多個(gè)溝槽于第一區(qū)域光致抗蝕劑層中，并回流該光致抗蝕劑層以填充多個(gè)溝槽。

在又另一個(gè)實(shí)施例中，一方法包括形成可流動(dòng)材料層于基板第一區(qū)域及基板第二區(qū)域中。第一區(qū)域中，可流動(dòng)材料層的上表面高于第二區(qū)域中，可流動(dòng)材料層的上表面。此方法亦包括形成圖案化的光致抗蝕劑層于可流動(dòng)材料層之上。通過圖案化光致抗蝕劑層，于第一區(qū)域中形成多個(gè)溝槽，并執(zhí)行退火工藝以回流可流動(dòng)材料層于多個(gè)溝槽中。

上述內(nèi)容概述許多實(shí)施例的特征，因此任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，可更加理解本公開實(shí)施例的各面向。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，可能無困難地以本公開實(shí)施例為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)或修改其他工藝及結(jié)構(gòu)，以達(dá)到與本公開實(shí)施例實(shí)施例相同的目的及/或得到相同的優(yōu)點(diǎn)。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)了解，在不脫離本公開實(shí)施例的精神和范圍內(nèi)做不同改變、代替及修改，如此等效的創(chuàng)造并沒有超出本公開實(shí)施例的精神及范圍。