专利名称：凸出结构与形成凸出结构的方法
技术领域：
本发明涉及一种凸出结构，与一种形成一凸出结构的方法。特别是，本发明涉及一种位于基材上的立方体凸出结构，其具有小于传统光刻技术的极小尺寸与一种形成此等立方体凸出结构的方法。
背景技术：
在以硅为基础内存芯片的制造过程中，通常会经过许多次的光刻步骤。在每次的光刻步骤中，具有一特定尺寸的特别图案会转印在晶圆上。当所有被转印过的特别图案都被处理过之后，就会得到可用的完整电路。由于多种因素的作用，包括便携性、功能性、容量、与效能的需求，集成电路的尺寸一直不停地在缩小当中。但是图案的特征，例如导线等，则仍然还是要由光刻步骤来形成。间距的概念，是用来描述此等特征的尺寸。间距的定义，可以视为多个重复的两个相邻的特 征之中，相同的点之间的距离。然而，由于光学或是物理现象的因素，传统的光刻技术具有最小的尺寸极限，一但超过，就无法再靠光刻技术得到所需可靠的特征。因此，光刻技术能够定义出可靠特征的最小间距，就成为了集成电路的尺寸要一直不停地缩小的技术障碍。当半导体装置的尺寸一直越来越小，目前解决此等缩小尺寸问题的方法是升级光刻机台，或是使用新的雷射写入装置。但是此等解决方案皆极为昂贵，使得制造成本居高不下，并非解决问题的首选之策。
发明内容
本发明于是在一第一方面，提出一种位于基材上，具有小于传统光刻技术的极小尺寸的立方体凸出结构。本发明的凸出结构，包含基材，以及位于基材上的凸出物。凸出物具有一圆角化的垂直侧壁、一凸出宽度与一凸出长度，其中凸出宽度与凸出长度其中的至少一者，具有不大于33nm极小尺寸。在本发明一实施例中，基材为一半导体基材。在本发明另一实施例中，凸出物包含选自由一金属、一半导体材料与一绝缘材料所组成群组的一材料。在本发明另一实施例中，凸出长度大于凸出宽度的至少一倍。在本发明另一实施例中，凸出长度大约等于于凸出宽度。在本发明另一实施例中，凸出物具有至少小于凸出宽度一半的一凸出高度。 在本发明另一实施例中，凸出物形成一栅极结构。在本发明另一实施例中，凸出物形成一微机电结构。在本发明另一实施例中，凸出结构更包含位于基材上的多个凸出物。本发明在一第二方面，提出一种形成在基材上，具有小于传统光刻技术的极小尺寸的立方体凸出结构的方法。首先，提供一基材，与位于基材上的多个倾斜结构。多个倾斜结构包含一第一材料，并且彼此相隔一预定距离。其次，形成包含第二材料的目标层，以覆盖基材与倾斜结构，而且第一材料与第二材料各不相同。然后，进行一刻蚀步骤，以部分移除目标层，而暴露出倾斜结构。再来，进行一修整步骤，以完全移除倾斜结构并部分移除目标层，而形成凸出物。凸出物具有一圆角、一垂直侧壁、一凸出宽度与一凸出长度的一凸出物，其中目标层较倾斜结构更容易在刻蚀步骤中被刻蚀，而且凸出宽度与凸出长度其中的至少一者不大于33nm。在本发明一实施例中，本发明方法更包含形成位于基材上的第一材料层；以及经由第一材料层刻蚀步骤，在掩膜的存在下，部分移除第一材料层，以形成具有开口大于底部的至少一凹穴，至少一凹穴并位于倾斜结构之间。在本发明另一实施例中，至少一凹穴的底部的宽度不大于33nm。在本发明另一实施例中，至少一凹穴的底部的宽度大于凸出宽度。在本发明另一实施例中，本发明方法更包含形成第三材料的帽盖层以覆盖倾斜结 构，其中第一材料、第二材料与第三材料各不相同。在本发明另一实施例中，本发明方法更包含进行刻蚀步骤，以完全移除帽盖层。在本发明另一实施例中，其中帽盖层的厚度大约5nm。在本发明另一实施例中，凸出物包含选自由一金属、一半导体材料与一绝缘材料所组成群组的一材料。在本发明另一实施例中，凸出长度大于凸出宽度的至少一倍。在本发明另一实施例中，凸出长度大约等于凸出宽度。在本发明另一实施例中，凸出物具有至少小于凸出宽度一半的一凸出高度。
图1-7绘示出本发明一种形成凸出结构的方法。图8与图9分别绘示出本发明的凸出结构。其中，附图标记说明如下101 基材 119 底部105 帽盖层 120 目标层110 倾斜结构121 凸出物111 顶面122 顶面112 底面123 底面113 倾斜侧壁124 垂直侧壁115 基层126 凸出结构116 掩膜 128 顶部117 凹穴 129 底部118 开口
具体实施例方式本发明首先提出一种形成凸出结构的方法。本发明的凸出结构，特别是具有极小的尺寸，而通常无法使用传统的光刻技术制成。请参考图1-7，其绘示出本发明一种形成凸出结构的方法。首先，如图3所绘示，提供基材101，与多个位于基材上的倾斜结构110。基材101可以为一半导体基材,例如娃。倾斜结构110则可以具有一第一材料,例如氧化物。倾斜结构110的形状可以是梯形，并具有一顶面111、一底面112与一倾斜侧壁113。倾斜侧壁113位于顶面111与底面112之间。本发明倾斜结构110的特殊形状，可以经由以下的方式得到。请参考图1，首先，基层115形成在基材101上。基层115通常包含氧化物。然后将图案化的掩膜116，例如使用传统的光刻技术，形成在基层115上。依据最后结构的不同规格，掩膜116可以有不同的图案。然而，掩膜116上两相邻图案区域的间距P则是越小越好。其次，请参考图2，进行第一材料刻蚀步骤，以移除基层115的部分第一材料，还同时暴露出部分的基材101，用来形成位于倾斜结构110之间的凹穴117。第一材料刻蚀步骤的刻蚀配方是经过特别设计的，例如可以是一种高聚合物刻蚀步骤，以保护基层115的凹穴117的侧边，使得凹穴117的底部119，较佳会实质上小于开口 118。凹穴117底部119的宽度可以大约是33nm左右。而本发明第一材料刻蚀步骤的刻蚀配方可以是一种高聚合 物刻蚀步骤。在第一材料刻蚀步骤完成之后，就可以移除图案化的掩膜116，而得到具有倾斜侧壁113和理想底角114，形状是独立梯形的倾斜结构110，如图3所绘示。也可以微调本发明第一刻蚀步骤的刻蚀配方与条件，而得到各种不同角度的底角114。其次，如图4所绘示，沉积具有第三材料的帽盖层105，以覆盖倾斜结构110。第一材料与第二材料实质上不相同。例如，第一材料与第三材料间不同的刻蚀选择比。第三材料可以是氮化娃，帽盖层105的厚度可以是5nm左右。帽盖层105可以用来缩减目标材料的临界尺寸，并提供目标材料与容纳材料之间较佳的界面。然后,如图5所绘示,沉积具有第二材料的目标层120,以完全覆盖暴露出的基材101，并填满位于相邻的倾斜结构110之间的凹穴117。换句话说，先前所形成的倾斜结构110，即作为目标层120的模板的容器。当帽盖层105存在时，目标层120也会覆盖帽盖层105。第一材料、第二材料与第三材料较佳彼此不相同，或是第一材料、第二材料与第三材料间有不同的刻蚀选择比。例如，第二材料可以是不同于第一材料的金属、半导体材料或是绝缘材料。又例如，在本发明另一实施例中，如果需要有极小尺寸的栅极结构时，第二材料可以是多晶娃。再来，如图6所绘示，倾斜结构110上多余的第二材料可以，例如使用刻蚀方式加以移除，而暴露出倾斜结构110的顶面111。刻蚀方式例如可以是蚀穿(break throughetch)。接下来，进行一修整步骤，以修整多余的目标层120。修整步骤可以是湿刻蚀，经由调整酸的浓度来微调的倾斜结构110形状。修整步骤会完全移除倾斜结构110。当帽盖层105存在时，修整步骤也会完全移除帽盖层105。如图7所绘示，由于第一材料、第二材料与第三材料间有不同的刻蚀选择比，第一材料、第二材料与第三材料各自以不同的形式被移除。第一材料与第三材料应该比第二材料，在修整步骤时有实质上较高的刻蚀速率，所以第一材料与第三材料应该比第二材料，在修整步骤时更容易被移除。由于这个原因，修整步骤中的刻蚀剂，比起较小的底部129，较宽的顶部128会接触更久，所以较宽的顶部128比起较小的底部129被修整更多，使得目标层120较宽的顶部128会被修整成实质上接近于较小的底部129。例如，移除倾斜结构110，并使用高选择配方来修整多余的目标层120。例如，第一材料为氧化物，第二材料为多晶硅而第三材料是氮化硅，刻蚀配方可以包含C4F8，而差别性地移除第一材料、第二材料与第三材料，并再次暴露出基材101。如图8所绘示，在完全移除倾斜结构110并适当修整目标层120之后，目标层120便成为了位于基材101上的多个凸出物121，于是得到了凸出结构126。本发明在第二方面，提供一种位于基材101上，超越传统光刻技术所能得到的，具有极小尺寸的凸出结构126。
本发明的凸出结构126，包含基材101，以及位于基材101上的一凸出物121。凸出物121具有一顶面122、一底面123与介于顶面122与底面123间的一垂直侧壁124。由于凹穴117的底部119在修整步骤之前，宽度可以大约是33nm左右。凸出物121的底面123在修整步骤之后，就一定不会超过33nm左右。还有，只要能好好控制第一材料刻蚀步骤来界定凹穴117的底部119的尺寸，也可能得到尺寸更小的凸出物121。本发明凸出物121的其一特征在于，由于垂直侧壁124的缘故，使得顶面122在尺寸上十分接近底面123，凸出物121的凸出宽度W与凸出长度L其中的至少一者不大于33nm。本发明凸出物121的另一特征在于，垂直侧壁124具有一圆钝侧角，如图8所绘示。如图9所绘示，凸出物121的凸出长度L可以大于凸出宽度W的至少一倍以上，或是，如图8所绘示，凸出长度L大约可以等于凸出宽度W。另一方面，凸出物121凸出高度H至少小于凸出宽度W的一半以上。在本发明另一实施例中，本发明的凸出物126可以是用于半导体结构的栅极结构，例如奈米级的闪存。本发明的凸出物126的尺寸实在太小，所以没法用传统的光刻技术来制作。较小的半导体装置，在增进组件密度上扮演关键性的角色。本发明的凸出物126，也可以用来形成微机电结构结构中的感应器。以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.ー种凸出结构，其特征在于，包含 基材；以及 凸出物，位于所述基材上并具有一圓角化的垂直侧壁、一凸出宽度与一凸出长度，其中所述凸出宽度与所述凸出长度其中的至少ー者具有不大于33nm。
2.如权利要求I所述的凸出结构，其特征在于，所述基材为半导体基材。
3.如权利要求I所述的凸出结构，其特征在于，所述凸出物包含选自金属、半导体材料与绝缘材料所组成群组的材料。
4.如权利要求I所述的凸出结构，其特征在于，所述凸出长度大于所述凸出宽度的至少一倍。
5.如权利要求I所述的凸出结构，其特征在于，所述凸出长度大约等于所述凸出宽度。
6.如权利要求I所述的凸出结构，其特征在于，所述凸出物具有至少小于所述凸出宽度一半的ー凸出高度。
7.如权利要求I所述的凸出结构，其特征在于，所述凸出物形成ー栅极结构。
8.如权利要求I所述的凸出结构，其特征在于，所述凸出物形成一微机电结构。
9.如权利要求I所述的凸出结构，其特征在于，还包含位于所述基材上的多个所述凸出物。
10.ー种形成ー凸出结构的方法，其特征在于，包含 提供一基材，与位于所述基材上，多个包含一第一材料并且彼此相隔ー预定距离的一倾斜结构； 形成包含一第二材料的一目标层以覆盖所述基材与所述倾斜结构，其中所述第一材料与所述第二材料各不相同； 进行一刻蚀步骤，以部分移除所述目标层，而暴露出所述倾斜结构；以及 进行一修整步骤，以完全移除所述倾斜结构并部分移除所述目标层，而形成具有一圓角、一垂直侧壁、一凸出宽度与一凸出长度的ー凸出物，其中所述目标层较所述倾斜结构更容易在所述刻蚀步骤中被刻蚀，而所述凸出宽度与所述凸出长度其中的至少ー者不大于33nm。
11.如权利要求10所述的形成ー凸出结构的方法，其特征在于，更包含 形成位于所述基材上的一第一材料层；以及 经由ー第一材料层刻蚀步骤，在一掩膜的存在下部分移除该第一材料层，以形成具有一开ロ大于ー底部的至少ー凹穴，所述至少一凹穴位于所述倾斜结构之间。
12.如权利要求11所述的形成ー凸出结构的方法，其特征在于，所述至少一凹穴的所述底部的宽度不大于33nm。
13.如权利要求10所述的形成ー凸出结构的方法，其特征在于，所述至少一凹穴的所述底部的宽度大于所述凸出宽度。
14.如权利要求10所述的形成ー凸出结构的方法，其特征在于，更包含 形成一第三材料的一帽盖层以覆盖所述倾斜结构，其中所述第一材料、所述第二材料所述第三材料各不相同。
15.如权利要求14所述的形成ー凸出结构的方法，其特征在于，更包含进行所述刻蚀步骤，以完全移除所述帽盖层。
16.如权利要求14所述的形成ー凸出结构的方法，其特征在于，所述帽盖层的厚度大约 5nm。
17.如权利要求10所述的形成ー凸出结构的方法，其特征在于，所述凸出物包含选自由一金属、一半导体材料与ー绝缘材料所组成群组的ー材料。
18.如权利要求10所述的形成ー凸出结构的方法，其特征在于，所述凸出长度大于所述凸出宽度的至少一倍。
19.如权利要求10所述的形成ー凸出结构的方法，其特征在于，所述凸出长度大约等于所述凸出宽度。
20.如权利要求10所述的形成ー凸出结构的方法，其特征在于，所述凸出物具有至少小于所述凸出宽度一半的ー凸出高度。
全文摘要
本发明公开了一种具有小于传统光刻技术极限极小尺寸的立方体凸出结构，包含基材，以及位于基材上的凸出物。凸出物具有圆角化的垂直侧壁、凸出宽度与凸出长度，其中凸出宽度与凸出长度的至少一者，具有不大于33nm极小尺寸。
文档编号H01L29/06GK102779835SQ20111034004
公开日2012年11月14日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年5月12日
发明者刘献文, 郭锦德, 陈逸男 申请人:南亚科技股份有限公司