TWI748635B - 製造半導體元件的方法及製造半導體的裝置 - Google Patents

Abstract

一種半導體元件的製造方法包含在半導體基板的第一主要表面的邊緣部份上形成第一保護層。一含金屬的光阻層形成在半導體基板的第一主要表面上。移除第一保護層，並選擇性地將含金屬的光阻層暴露在光化性輻射之下。第二保護層形成在半導體基板的第一主要表面的邊緣部分上。顯影選擇性暴露的光阻層成為一圖案化光阻層，並移除第二保護層。

Description

製造半導體元件的方法及製造半導體的裝置

本案是有關於一種製造半導體元件的方法與一種製造半導體的裝置。

半導體積體電路(IC)工業已經歷快速成長。IC在材料及設計上的技術進展使一代比一代更小而且更複雜的IC得以問世。然而這些進展也提高了IC在製程及製造上的複雜度，而為了讓這些進展得以實現，需要一些IC加工和製造上的類似發展。在IC的演變歷程中，功能密度(亦即單位晶圓面積中相互連接的元件數)是逐漸增加的，而幾何尺寸(亦即製程所能造出的最小構件(或線))則是逐漸縮小。按比例縮減製程(scaling down process)一般來說透過提高生產效率且降低相關成本來提供效益。這樣的比例縮減也會提高IC製程及製造上的複雜性，而為了讓這些進展得以實現，需要一些IC加工和製造上的類似發展。其中一個示例是先進的微影圖形(lithography patterning)技術被用來實現不同的圖案(patterns)，諸 如半導體晶圓上的閘門電極和金屬線。微影圖形技術包含在半導體晶圓的表面上塗覆光阻材料。

現有的光阻塗覆方式，例如旋轉塗覆(spin coating)，會在晶圓的所有區域上形成光阻材料，包含晶圓的邊緣，甚至是晶圓的後表面。在晶圓邊緣及後表面的光阻材料在塗覆製程及其後續的製程(如顯影)中會導致多種汙染相關的問題和顧慮，例如汙染塗覆機的夾頭或是軌道。堆積在晶圓邊緣上的光阻材料會在微影製程中干擾晶圓邊緣圖案化的穩定性，並且會導致錯誤的流平讀取(leveling readings)。舉例來說，在斜角(bevel)及後表面上的光阻材料不僅會增加高突變熱點(hotspots)出現的機率，也有可能汙染後續製程所使用的工具。在另外一些示例中，現有的塗覆製程在晶圓的邊緣及斜角具有高度的光阻殘留，會引發光阻剝離(peeling)並導致良率低落。有許多正視此問題的方法被使用或提出，例如邊緣清洗(edge bead rinse)、後表面清洗(backside rinse)及外加塗料。然而邊緣清洗及後表面清洗會造成非期望的隆起(humps)，成為後續製程中的潛在缺陷來源。而外加塗料更帶來晶圓及微影系統的汙染，或是對製程產出量帶來效率和效能上的額外顧慮。因此有必要提供去除上述缺點的系統及方法。

根據本揭露一些實施方式，一種製造半導體元件的 方法包含在一半導體基板的一第一主要表面的一邊緣部分上形成一第一保護層、在該半導體基板的該第一主要表面上形成一含金屬的光阻層、移除該第一保護層、選擇性地將該含金屬的光阻層暴露在光化性輻射之下、在該半導體基板的該第一主要表面的該邊緣部分上形成一第二保護層、將該選擇性暴露的光阻層顯影形成一圖案化光阻層，以及移除該第二保護層。

根據本揭露一些實施方式，一種製造半導體元件的方法包含在一半導體基板的一第一主要表面的一邊緣部分上形成一第一保護層、在該半導體基板的該第一主要表面上形成一光阻層、移除該第一保護層、選擇性地將該光阻層暴露在光化性輻射之下、在該半導體基板的該第一主要表面的該邊緣部分上形成一第二保護層，以及在一加熱腔室中第一加熱該選擇性暴露的光阻層及該第二保護層，其中在該第一加熱期間，該選擇性暴露的光阻層及該第二保護層中，一個或多個參數被控制，其中該些參數從下列選出：流入該加熱腔室的一氣體、從該加熱腔室流出的一排出氣體、流入該加熱腔室的該氣體之溫度，以及該加熱腔室中的相對濕度。

根據本揭露一些實施方式，一種製造半導體的裝置包含一加熱腔室、一半導體基板支撐座在該加熱腔室中、一進氣口在該加熱腔室中、一排氣口在該加熱腔室中、一氣體加熱器，以及一控制器。該控制器被程式化用以：控制通過該進氣口進入該加熱腔室的一氣流、控制通過該排 氣口從該加熱腔室流出的一排出氣流、控制該加熱腔室的該通入氣體之一溫度，以及控制該加熱腔室中的相對濕度。

100:方法

102,104,106,108,110,112,114:操作

200:晶圓

200A:前表面

200B:後表面

202:電路區域

204:邊緣部分

206:保護層

208:光阻層

208a:未曝光部分

208b:曝光部分

310:半導體基板

315:光阻層

320:保護上層

330,365:光罩

345,397:輻射

350:曝光區域

352:未曝光區域

355:光阻劑區域

355':凹口

357:顯影劑

360:待圖案化的層

362:分配器

400:噴塗設備

402:晶圓載台

404:軸線

406:噴塗頭

408:化學物質供應源

702:阻擋器

802:阻擋器

904:側壁

1110:光化輻射

1112:光罩

1114:透明基板

1202:第二保護層

1211:微處理單元(MPU)

1300:控制器

1301:計算機

1302:鍵盤

1303:鼠標

1304:監視器

1305:光碟唯讀型記憶體驅動器

1306:磁碟驅動器

1312:唯讀型記憶體(ROM)

1313:隨機存取記憶體(RAM)

1314:硬碟

1315:總線

1321:光碟

1322:磁碟

1335:溫度傳感器

1340:濕度傳感器

1345:半導體基板支撐座

1350:加熱腔室

1355:加濕器/除濕器

1360:進氣口

1365:氣體加熱器

1370:排氣口

1375:氣體供應

1380:氣體導管

1385:光阻層

1390:目標層

1395:基板

2100:方法

S2105,S2110,S2115,S2120,S2125,S2130,S2135,S2140,S2145,S2150:操作

2200:方法

S2205,S2210,S2215,S2220,S2225,S2230,S2235,S2240,S2245,S2250,S2255,S2260,S2265,S2270,S2275,S2280:操作

2400:方法

S2405,S2410,S2415,S2420,S2425:操作

當結合隨附諸圖閱讀時，得自以下詳細描述最佳地理解本揭露之一實施例。應強調，根據工業上之標準實務，各種特徵並未按比例繪製且僅用於說明目的。事實上，為了論述清楚，可任意地增大或減小各種特徵之尺寸。

第1圖繪示根據本揭露一些實施例之積體電路製造的方法的流程圖。

第2A圖繪示根據本揭露一些實施例所建構的晶圓的剖面圖。

第2B圖繪示第2A圖中根據本揭露一些實施例所建構的晶圓的上視圖。

第3A、3B和3C圖繪示根據本揭露多種實施例所建構的晶圓在一個製造階段的剖面圖。

第4圖繪示根據本揭露一些實施例，第1圖的方法中所使用的晶圓及一塗覆裝置的示意及剖面圖。

第5圖顯示根據本揭露多種實施例，第3A、3B和3C圖中保護層內酸不穩定基團(ALG)的化學結構。

第6圖顯示根據本揭露多種實施例，第3A、3B和3C圖中保護層內熱酸生成劑(TAGs)的化學結構。

第7圖繪示根據本揭露一些實施例，第1圖的方法中所 使用的晶圓及一塗覆裝置的示意及剖面圖。

第8圖繪示根據本揭露一些實施例，第1圖的方法中所使用的晶圓及一塗覆裝置的示意及剖面圖。

第9圖繪示根據本揭露一些實施例，第8圖中塗覆裝置所使用的阻斷劑的示意圖。

第10圖呈現根據本揭露一實施例之一系列操作的一製程階段。

第11圖呈現根據本揭露一實施例之一系列操作的一製程階段。

第12圖呈現根據本揭露一實施例之一系列操作的一製程階段。

第13A圖呈現根據本揭露一實施例之一包含加熱腔室的裝置。第13B及13C圖呈現根據本揭露一實施例之控制器。

第14圖呈現根據本揭露一實施例之一系列操作的一製程階段。

第15圖呈現根據本揭露一實施例之一系列操作的一製程階段。

第16圖呈現根據本揭露一實施例之一系列操作的一製程階段。

第17A及17B圖呈現根據本揭露一實施例之一系列操作的複數個製程階段。

第18圖呈現根據本揭露一實施例之一系列操作的一製程階段。

第19圖呈現根據本揭露一實施例之一系列操作的一製程階段。

第20圖呈現根據本揭露一實施例之一系列操作的一製程階段。

第21圖顯示根據本揭露數個實施例之製程流程。

第22圖顯示根據本揭露數個實施例之製程流程。

第23圖顯示根據本揭露數個實施例形成之光阻圖案。

第24圖顯示根據本揭露數個實施例之製程流程。

以下揭示之實施例內容提供了用於實施所提供的標的之不同特徵的許多不同實施例，或實例。下文描述了元件和配置之特定實例以簡化本案。當然，該等實例僅為實例且並不意欲作為限制。例如，在以下描述中之第一特徵在第二特徵之上或上方之形式可包含其中第一特徵與第二特徵直接接觸形成之實施例，且亦可包含其中可於第一特徵與第二特徵之間形成額外特徵，以使得第一特徵與第二特徵可不直接接觸之實施例。此外，本案可在各個實例中重複元件符號及/或字母。此重複係用於簡便和清晰的目的，且其本身不指定所論述的各個實施例及/或配置之間的關係。

此外，諸如「在......下方」、「在......之下」、「下部」、「在......之上」、「上部」等等空間相對術語可在本文中為了便於描述之目的而使用，以描述如附圖中所示 之一個元件或特徵與另一元件或特徵之關係。空間相對術語意欲涵蓋除了附圖中所示的定向之外的在使用或操作中的裝置的不同定向。裝置可經其他方式定向(旋轉90度或以其他定向)並且本文所使用的空間相對描述詞可同樣相應地解釋。

第1圖顯示根據一些實施例之積體電路製造的方法100之流程圖。第2A、2B、3A、3C、4、7及10-14圖顯示根據一些實施例之不同製造階段中晶圓200的剖面及上視圖。方法100、晶圓200及該方法中所使用的系統就這些圖及其他圖共同描述。

方法100包含塗覆晶圓200的邊緣部分的操作102。在一個實施例中，晶圓200是半導體晶圓，例如矽晶圓。在一些實施例中，晶圓200包含其他元素半導體，例如鍺；化合物半導體，例如矽鍺、碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦和/或銻化銦；或其組合。在一些實施例中，半導體材料層在晶圓200上磊晶成長(epitaxially grown)。

如第2A圖所示，晶圓200具有前表面200A和與其相對的後表面200B。在一些實施例中，在晶圓200的前表面200A上，一個或多個積體電路形成、部分地形成或將要形成。因此，晶圓200的前表面200A包含圖案化的材料層或待圖案化的材料層。舉例來說，前表面200A包含各種隔離特徵(例如淺溝槽隔離特徵)、各種摻雜特徵(例如摻雜阱或摻雜源極和汲極特徵)、各種元件(例 如晶體管、二極管、成像傳感器或電阻器)、各種導電特徵(例如，互連結構的接觸、金屬線和/或通孔)、包裝材料層(例如，連接點和/或鈍化層)或其組合。在製造的半導體晶圓上，所有上述材料層和圖案可以存在於半導體晶圓200的前表面200A上。在一些實施例中，半導體晶圓200正在進行製造，並且上述材料層的子集形成在前表面200A上。

晶圓200包含電路區域202和圍繞電路區域202的邊緣部分204。電路區域202是晶圓200的一個區域，在該區域內，積體電路形成在晶圓的頂表面200A上。電路區域202包含將在製造的後端處被切割以形成多個積體電路晶片的多個積體電路。電路區域202還包含積體電路晶片之間的劃線。各種測試圖案可在劃線中形成，以用於各種測試、監視和製造目的。晶圓200的邊緣部分204是沒有電路的區域，並且在製造期間沒有被圖案化。邊緣部分204包含前表面200A的邊緣部分，並且可以進一步包含晶圓200的邊框表面和背側表面200B的邊緣部分。在操作102中，邊緣部分204塗覆有保護層(或第一保護層)206，如第3A圖所示，保護層206限制了光阻材料在邊緣部分204上直接沉積和形成。根據多種實施例，通過適當的塗覆操作來實施晶圓200的邊緣部分204的塗覆。

邊緣部分204被選擇性地塗覆以在晶圓200的邊緣部分204上形成保護層206。形成保護層206以防止由塗覆在晶圓的邊緣部分上的光阻層引起的各種問題。這些 問題包含剝離、流平和污染，尤其是EUV光阻產生的金屬污染。在一些實施例中，選擇性塗覆製程包含噴塗以在晶圓200的邊緣部分204上形成保護層206。如第4圖所示，噴塗製程可使用噴塗設備400。噴塗裝置400包含晶圓載台402，該晶圓載台被設計用以固定待噴塗的晶圓200。晶圓載台402可進行繞軸線404旋轉的操作，使得固定在其上的晶圓200也旋轉。噴塗設備400還包含噴塗頭406，以噴塗保護層之化學溶液，例如來自與噴塗頭連接的化學物質供應源408的含聚合物溶液。噴射尖端406被構造成對準晶圓200的邊緣部分206並且能夠向其噴射化學溶液。操作102包含將化學溶液噴塗在晶圓200的邊緣部分204上並且同時旋轉晶圓200，使得化學溶液被旋塗在邊緣部分204上。在一些實施例中，保護層206的厚度範圍在約50nm至約100nm之間。

在一些實施例中，要塗覆在晶圓200的邊緣部分204上的化學溶液包含酸不穩定基團(ALG)、溶解度控制單元和熱酸產生劑(TAG)的化學混合物。化學溶液還包含合適的溶劑，例如有機溶劑或水性溶劑。具有合適烘烤溫度的熱處理會觸發TAG釋放酸；產生的酸進一步與ALG反應；這致使聚合物材料層形成而作為保護層。在這個示例中，溶解度控制單元由產生的酸觸發而與ALG化學結合，以形成交聯的聚合物材料層。在其他示例中，化學溶液包含其他單體。在一些實施例中，ALG最初化學鍵合至單體。產生的酸與ALG反應，導致從單體裂解的ALG 和單體與溶解度控制單元結合形成聚合物。該化學溶液對熱過程敏感，但是不含光敏組合物並且不同於光阻劑。

在一些實施例中，ALG包含叔丁氧羰基(tBOC)。第5圖提供了根據其他實施例的ALG 500的其他示例。根據慣例，上式中未標記碳和氫。在一些實施例中，TAG選自NH₄ ⁺C₄F₉SO₃ ^-和NH₄+CF₃ SO₃ ^-。第6圖提供了根據其他實施例的TAG 600的其他示例。根據慣例，上式中未標記碳和氫。在一些實施例中，溶解度控制單元選自內酯、酯、醚、酮及其組合。

化學溶液中的ALG、溶解度控制單元和TAG以一定比例混合。化學溶液中ALG和溶解度控制單元的總重量W₀用作參考。ALG在總重量W₀上的重量在約30%至約70%之間的範圍內。溶解度控制單元的重量佔總重量W₀的範圍為約70%至約30%。TAG的重量佔總重量W₀的範圍在3%到20%之間。

溶解度控制單元控制保護層在特定去除化學品中的溶解度。因此，能夠通過特定的去除化學品選擇性地去除保護層，同時能夠保留光阻層。換句話說，特定的去除化學品能夠溶解與溶解度控制單元相對應的保護層206的化學基團，因此能夠溶解保護層。由於光阻層沒有溶解度控制單元，因此光阻層保留在去除化學品中。在一些實施例中，該特定的去除化學品是具有丙二醇甲基醚(PGME)和丙二醇甲基醚乙酸酯(PGMEA)的混合物的化學溶液(或去除溶液)。在一些實施例中，去除溶液包含70%的 PGME和30%的PGMEA，也稱為OK73。

在一些實施例中，操作102還包含固化操作以固化保護性化學溶液以形成保護層206，例如在高溫下或通過紫外線照射進行固化，從而使塗覆的化學溶液交聯以形成聚合物材料，作為在邊緣部分204處的保護層206，如前所述。在一些實施例中，固化過程是具有足以觸發TAG釋放酸的烘烤高溫的熱烘烤過程。考慮到這一點，TAG被選擇以使熱固化過程中的烘烤溫度接近曝光後烘烤的溫度T_PEB，例如T_PEB+/-20℃，例如在大約130℃至約170℃的範圍內。熱固化過程可以具有約60秒的持續時間。在一些實施例中，熱固化過程在約40℃和約120℃的溫度下進行約10秒至約10分鐘。

在一些實施例中，選擇性塗覆機制包含具有特殊設計的阻擋器702，如第7圖所示。阻擋器702被設計成用以防止晶圓200的電路區域202被保護性化學溶液覆蓋的形狀、尺寸和構造。在一些實施例中，阻擋器702具有圓形形狀，其尺寸與晶圓200的電路區域202匹配並覆蓋晶圓200的電路區域202。在一些實施例中，用於此用途的阻擋器802具有不同的形狀，包含側壁，以有效地防止晶圓200的電路區域202被保護性化學溶液覆蓋，如第8圖所示。第9圖是阻擋器802的示意圖。阻擋器802包含連接在一起的圓板902和側壁904。在選擇性塗覆過程中，定位阻擋物802的位置使得晶圓的電路區域202在很大的程度上從頂部和側面被覆蓋，從而保護性化學溶液不能分 配到電路區域202。具體地說，圓板902具有半徑等於或接近晶圓200的電路區域202的半徑R。

在一些實施例中，保護層206沿著晶圓200的邊緣具有大約1mm至大約5mm的寬度。

回到參照第1圖，在通過操作102在晶圓200的邊緣部分204上形成保護層206之後，方法100進行到在晶圓200上塗覆光阻層208的操作104，如第3A圖所示。具體地，在光阻層208從邊緣部分204被約束的同時，光阻層208被塗覆在晶圓200的前表面200A上的電路區域202中。可替代地，由於表面張力以及晶圓、保護層和光阻材料之間的成分不同，光阻層208的邊緣可以具有不同的幾何形狀，例如圓化的邊緣，如第3B圖所示。在其他實施例中，光阻層208可以擴散到邊緣部分204，並且配置在保護層206上，如第3C圖所示。

在一些實施例中，保護層206的厚度是光阻層208的厚度的0.5倍至3倍。

在一些實施例中，光阻層208對在光微影曝光操作中使用的輻射敏感，並且具有抗蝕刻或植入的能力。在一些實施例中，光阻層208是通過旋塗過程形成。在一些實施例中，光阻層208進一步在約40℃至約120℃的溫度範圍內受預曝光烘烤過程。在一些實施例中，光阻層208對如下的光化輻射敏感：I線光，深紫外線(DUV)光(例如氟化氪(KrF)準分子雷射的248nm輻射，或氟化氬(ArF)準分子雷射的193nm輻射)，極紫外(EUV) 光(例如13.5nm光)，電子束(e-beam)和離子束。

光阻層208可以包含光敏化學品，聚合物材料和溶劑。在一些實施例中，光阻層208使用化學放大(CA)光阻材料。在一些實施例中，CA光阻材料是正性光阻，並且包含在與酸反應之後變得可溶於顯影劑的聚合物材料。在另一個實施例中，CA光阻材料是負性光阻，並且包含在與酸反應之後變得不溶於顯影劑，例如鹼性溶液，的聚合物材料。在又一個實施例中，CA光阻材料包含在與酸反應之後其本身極性會改變的聚合物材料，從而在顯影操作期間，根據顯影劑的類型(有機溶劑或水性溶劑)將被曝光的部分或未被曝光的部分去除。在一些實施例中，CA光阻包含光致產酸劑(PAG)作為光敏化學品。在一些實施例中，光阻劑包含其他添加劑，例如敏化劑。CA光阻劑材料中的聚合物材料可進一步包含酸不穩定基團。如上所述，在一些實施例中，保護層206是交聯的聚合物，使得其在光阻劑塗覆期間不會溶解。

光阻劑是正性還是負性取決於用於使光阻劑顯影的顯影劑的類型。例如，當顯影劑是水性的顯影劑，例如氫氧化四甲基銨(TMAH)溶液時，某些正性光阻劑提供正圖案(亦即曝光區域被顯影劑去除)。另一方面，當顯影劑是有機溶劑時，相同的光阻劑提供負圖案(亦即未曝光區域被顯影劑去除)。此外，在一些用TMAH溶液顯影的負性光阻劑中，光阻劑的未曝光區域通過TMAH除去，而曝光後在光化輻射下發生交聯的光阻劑曝光區域則保留 在顯影後的基板上。

在一些實施例中，根據本揭露的光阻劑包含聚合物以及一種或多種光活性化合物(PAC)在溶劑中。在一些實施例中，聚合物包含烴結構(例如脂環烴結構)，該烴結構包含一個或多個在與PACs所產生的酸、鹼或自由基混合時將分解或以其他方式反應的基團(例如酸不穩定基團)，接下來作進一步描述。在一些實施例中，烴結構包含形成聚合物的骨架主鏈的重複單元。該重複單元可包含丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、巴豆酸酯、乙烯基酯、馬來酸二酯、富馬酸二酯、衣康酸二酯、(甲基)丙烯腈、(甲基)丙烯酰胺、苯乙烯、乙烯基醚、它們的組合等。

在一些實施例中，用於烴結構的重複單元的特定結構包含丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸異丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸叔丁酯、n-丙烯酸己酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸乙酰氧基乙酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸2-羥乙酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯、丙烯酸2-乙氧基乙酯、丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯、丙烯酸環己酯、丙烯酸芐酯、2-烷基-(甲基)丙烯酸2-金剛烷基酯或(甲基)丙烯酸二烷基(1-金剛烷基)甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸異丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、正己基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸乙酰氧基乙酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸2-羥乙酯、甲基丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲 基丙烯酸2-乙氧基乙酯、甲基丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯、甲基丙烯酸環己酯、甲基丙烯酸芐酯、3甲基丙烯酸-氯-2-羥丙基酯、甲基丙烯酸3-乙酰氧基-2-羥丙基酯、甲基丙烯酸3-氯乙酰氧基-2-羥丙基酯、巴豆酸丁酯、巴豆酸己酯等。乙烯基酯的實例包含乙酸乙烯酯、丙酸乙烯基酯、丁酸乙烯基酯、甲氧基乙酸乙烯基酯、苯甲酸乙烯基酯、馬來酸二甲酯、馬來酸二乙酯、馬來酸二丁酯、富馬酸二甲酯、富馬酸二乙酯、富馬酸二丁酯、衣康酸二甲酯、衣康酸二乙酯、衣康酸二丁酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙基丙烯酰胺、丙基丙烯酰胺、正丁基丙烯酰胺、叔丁基丙烯酰胺、環己基丙烯酰胺、2-甲氧基乙基丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、二乙基丙烯酰胺、苯基丙烯酰胺、芐基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲基甲基丙烯酰胺、乙基甲基丙烯酰胺、丙基甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸環己酯、甲基丙烯酸2-甲氧基乙基酯、甲基丙烯酸二甲酯、甲基丙烯酸二乙酯、甲基丙烯酸苯基酯、甲基丙烯酸芐酯、甲基乙烯基醚、丁基乙烯基醚、己基乙烯基醚、甲氧基乙基乙烯基醚、二甲基氨基乙基乙烯基醚、或類似的東西。苯乙烯的實例包含苯乙烯、甲基苯乙烯、二甲基苯乙烯、三甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、異丙基苯乙烯、丁基苯乙烯、甲氧基苯乙烯、丁氧基苯乙烯、乙酰氧基苯乙烯、氯代苯乙烯、二氯苯乙烯、溴代苯乙烯、苯甲酸乙烯基甲酯、α-甲基苯乙烯、馬來酰亞胺、乙烯基吡啶、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基咔唑、這些 的組合等。

在一些實施例中，烴結構的重複單元也具有取代入其中的單環或多環烴結構，或單環或多環烴結構是重複單元，以便形成脂環族烴結構。在一些實施例中，單環結構的具體實例包含雙環烷烴、三環烷烴、四環烷烴、環戊烷、環己烷等。在一些實施例中，多環結構的具體實例包含金剛烷、降冰片烷、異冰片烷、三環癸烷、四環十二烷等。

將分解的基團，也稱為離去基團，或者在某些PACS是光致產酸劑的實施例中一酸不穩定基團，被連接到烴結構上，從而它將與PACS在暴露過程中產生的酸/鹼/自由基反應。在一些實施例中，將分解的基團是羧酸基團、氟化醇基團、酚醇基團、磺酸基團、磺酰胺基團、磺酰酰亞胺基、(烷基磺酰基)(烷基羰基)亞甲基、(烷基磺酰基)(烷基-羰基)亞氨基、雙(烷基羰基)亞甲基、雙(烷基羰基)亞氨基、雙(烷基磺酰基)亞甲基、雙(烷基磺酰基)亞胺基、三(烷基羰基亞甲基)、三(烷基磺酰基)亞甲基、它們的組合等。在一些實施例中，用於氟化醇基的具體基團包含氟化羥烷基，如六氟異丙醇基。用於羧酸基團的具體基團包含丙烯酸基團、甲基丙烯酸基團等。

在一些實施例中，聚合物亦包含連接至烴結構的其他基團，有助於改善可聚合樹脂的各種性能。舉例來說，在烴結構上包含內酯基團有助於減少光阻劑顯影之後的線邊緣粗糙度，從而有助於減少在顯影期間發生的缺陷數量。 在一些實施例中，內酯基團包含具有五至七個構體的環，儘管任何合適的內酯結構可替代地用於此內酯基團。

在一些實施例中，聚合物包含可有助於增加光阻層對下層的結構(例如基材)的粘附性的基團。極性基團可用於幫助增加粘合性。合適的極性基團包含羥基、氰基等，儘管可以選擇使用任何合適的極性基團。

聚合物可選擇性地包含一個或多個不包含基團的脂環族烴結構，其在一些實施例中將分解。在一些實施例中，不包含基團的將要分解的烴結構包含諸如(甲基)丙烯酸1-金剛烷基酯、(甲基)丙烯酸三環癸基酯、(甲基丙烯酸)環己基酯、它們的組合等的結構。

另外，光阻劑的一些實施例包含一種或多種光活性化合物(PAC)。PAC是光活性成分，例如光致產酸劑、光鹼產生劑、自由基產生劑等。PAC可以是正作用或負作用。在其中PAC是光產酸劑的一些實施例中，PAC包含鹵代三嗪、鎓鹽、重氮鹽、芳族重氮鹽、磷鹽、鋶鹽、碘鎓鹽、酰亞胺磺酸鹽、肟磺酸鹽、重氮二砜、二砜、鄰硝基芐基磺酸鹽、磺酸酯、鹵代磺酰氧基二羧酰亞胺、重氮二砜、α-氰氧基氧胺磺酸酯、酰亞胺磺酸酯、酮二偶氮砜、磺酰基重氮酸酯、1,2-二(芳基磺酰基)肼、硝基芐基酯和s-三嗪衍生物、或這些的組合。

光致產酸劑的具體實例包含α-(三氟甲基磺酰氧基)-雙環[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二碳-鄰二酰亞胺(MDT)、N-羥基萘二甲酰亞胺(DDSN)、苯甲酸安息香酯、t-丁 基苯基-α-(對甲苯磺酰氧基)乙酸鹽和叔丁基-α-(對甲苯磺酰氧基)乙酸鹽、三芳基鋶和二芳基碘六氟銻酸鹽、六氟砷酸鹽、三氟甲磺酸鹽、全氟辛烷磺酸碘鎓、N-樟腦磺硫基萘磺酸鹽、N-五氟苯基磺酰氧基萘二甲酰亞胺、離子碘鎓磺酸鹽如二芳基碘鎓(烷基或芳基)磺酸鹽和雙(二叔丁基苯基)碘鎓樟腦磺酸鹽、全氟鏈烷磺酸鹽如全氟戊磺酸鹽、全氟辛烷磺酸鹽、全氟甲烷磺酸鹽、芳基(如苯基或芐基)三氟甲磺酸如三苯磺酸鹽或三氟甲磺酸雙(叔丁基苯基)碘鎓；鄰苯三酚衍生物(例如鄰苯三酚的偏苯三酸酯)、羥基酰亞胺的三氟甲磺酸酯、α,α'-雙磺酰基-重氮甲烷、硝基取代的芐醇的磺酸酯、萘醌-4-二疊氮化物、烷基二砜等。

在其中PACs是自由基產生劑的一些實施例中，PACs包含正苯基甘氨酸；芳香酮包含二苯甲酮、N,N'-四甲基-4,4'-二氨基二苯甲酮、N,N'-四乙基-4,4'-二氨基二苯甲酮、4-甲氧基-4'-二甲基氨基苯甲酮、3,3'-二甲基-4-甲氧基二苯甲酮、p,p'-雙(二甲氨基)苯甲酮、p,p'-雙(二乙氨基)-二苯甲酮；蒽醌、2-乙基蒽醌；萘醌；和菲蒽醌；安息香包含安息香、安息香甲基醚、安息香異丙醚、安息香正丁基醚、安息香苯基醚、甲基安息香和乙基安息香；芐基衍生物包含二芐基、芐基二苯基二硫化物和芐基二甲基縮酮；吖啶衍生物包含9-苯基吖啶和1,7-雙(9-吖啶基)庚烷；噻噸酮包含2-氯噻噸酮、2-甲基噻噸酮、2,4-二乙基噻噸酮、2,4-二甲基噻噸酮和2-異丙基噻 噸酮；苯乙酮包含1,1-二氯苯乙酮、對叔丁基二氯苯乙酮、2,2-二乙氧基苯乙酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮和2,2-二氯-4-苯氧基苯乙酮；2,4,5-三芳基咪唑二聚物包含2-(鄰氯苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚物、2-(鄰氯苯基)-4,5-二-(間甲氧基苯基咪唑二聚物)、2-(鄰氯苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚體、2-(鄰甲氧基苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚體、2-(對甲氧基苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚體、2,4-二(對甲氧基苯基)-5-苯基咪唑二聚體、2-(2,4-二甲氧基苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚體和2-(對甲基巰基苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚體；這些的組合等。

在其中PACs是光鹼產生劑的一些實施例中，PACs包含季二硫代氨基甲酸銨、α氨基酮、含肟-氨基甲酸酯的分子、例如二苯甲酮肟六亞甲基二脲、四有機硼酸銨鹽和N-(2-硝基芐氧基羰基)環胺、這些的組合等等。

如本領域普通技術人員將認識到的，本文列出的化合物僅意在作為PACs的示例，而不意在將實施方式限制為僅具體描述的那些PACs。而是，可以使用任何合適的PAC，並且所有這樣的PACs完全意圖被包含在本實施例的範圍內。在一些實施例中，光阻劑組合物包含約1wt.%至約10wt.%的光活性化合物(PAC)，取決於PAC和聚合物的總重量。

在一些實施例中，交聯劑被添加至光阻劑。交聯劑與聚合物中烴結構之一的一個基團反應，並且還與獨立的另一個烴結構之一的第二個基團反應，以使兩個烴結構交 聯並鍵合在一起。這種結合和交聯增加了交聯反應的聚合物產物的分子量，並增加了光阻劑的總聯結密度。密度和聯結密度的這種增加有助於改善光阻圖案。

在一些實施例中，交聯劑具有如下結構：

其中C為碳，n為1至15；A和B獨立地包含氫原子、羥基、鹵化物、芳族碳環或碳數在1至12之間的直鍊或環狀烷基、烷氧基/氟、烷基/氟烷氧基，且每個碳C包含A和B；碳C鏈的第一末端的第一末端碳C包含X，並且在碳鏈的第二末端的第二末端碳C包含Y，其中X和Y獨立地包含胺基、硫醇基、羥基、異丙醇基團或異丙基胺基團，但當n=1時，X和Y鍵合在相同的碳C上。可用作交聯劑的材料的具體實例包含：

或者，取代將交聯劑添加到光阻劑組合物中，或是 除了將交聯劑添加到光阻劑組合物中，在一些實施例中會添加偶合劑，其中除交聯劑之外還添加偶合劑。偶合劑與聚合物中烴結構上的基團反應先於交聯劑，藉此來輔助交聯反應，從而可以減少交聯反應的反應能量並提高反應速率。接著，鍵合的偶合劑與交聯劑反應，從而將交聯劑偶聯至聚合物。

或者，在一些實施例中，會將偶合劑添加到不具有交聯劑的光阻劑中，偶合劑用於將聚合物中烴結構之一的一個基團與另一個烴結構的另一個基團偶聯。烴結構以便將兩聚合物交聯和結合在一起。然而，在這樣的實施例中，與交聯劑不同，偶合劑不作為聚合物的一部分保留，而僅有助於將一烴結構直接鍵合至另一烴結構。

在一些實施例中，偶合劑具有如下結構：

其中R是碳原子、氮原子、硫原子或氧原子；M包含氯原子、溴原子、碘原子、--NO₂；--SO₃-；--H--；--CN；--NCO、--OCN；--CO₂；--OH；--OR^*、--OC(O)CR^*；--SR、--SO₂N(R^*)₂；--SO₂R^*；SOR；--OC(O)R^*；--C(O)OR^*；--C(O)R^*；--Si(OR^*)₃；--Si(R^*)3；環氧基團等；R^*為取代或未取代的C1-C12烷基、C1-C12芳基、C1-C12芳烷基等。在某些實施例 中用作偶合劑的材料的具體實例包含：

光阻劑的一些實施例是含金屬的光阻劑。在一些實施例中，含金屬的光阻劑形成含金屬的光阻層。在一些實施例中，含金屬的光阻劑中的金屬包含銫(Cs)、鋇(Ba)、鑭(La)、鈰(Ce)、銦(In)、錫(Sn)或銀(Ag)中的一種或多種。

在一些實施例中，含金屬的光阻劑包含金屬氧化物奈米顆粒。在一些實施例中，金屬氧化物奈米粒子選自二氧化鈦、氧化鋅、二氧化鋯、氧化鎳、氧化鈷、氧化錳、氧化銅、氧化鐵、鈦酸鍶、氧化鎢、氧化釩、氧化鉻、氧化錫、氧化鉿、氧化銦、氧化鎘、氧化鉬、氧化鉭、氧化鈮、氧化鋁及其組合。如本文所用，奈米顆粒是具有約1至約10nm的平均粒子尺寸的顆粒。在一些實施例中，金屬氧化物奈米顆粒的平均粒子尺寸為約2至約5nm。在一些實施例中，光阻劑組合物中金屬氧化物奈米顆粒的量占光阻劑組合物的總重量為約1wt.%至約10wt.%。在一些實施例中，低於約1wt.%的金屬氧化物奈米顆粒濃度提供的光阻層太薄，而高於約10wt.%的金屬氧化物奈米顆粒濃度提供的光阻劑組合物太黏，並且將難以提供在基材上均勻厚度的光阻劑塗層。

在一些實施例中，金屬氧化物奈米顆粒與羧酸或磺酸配體錯合。舉例來講，在一些實施例中，氧化鋯或氧化鉿奈米顆粒與甲基丙烯酸錯合形成甲基丙烯酸鉿(HfMAA)或甲基丙烯酸鋯(ZrMAA)。在一些實施例中，將HfMAA或ZrMAA以約5wt.%至約10wt.%的重量範圍溶解在塗覆溶劑如丙二醇甲基醚乙酸酯(PGMEA)中。在一些實施例中，含金屬的光阻層中金屬的濃度為占溶劑乾燥後含金屬的光阻層的總重量的10wt.%至80wt.%。在一些實施例中，含金屬的光阻層中金屬的濃度為占溶劑乾燥後含金屬的光阻層的總重量的20wt.%至50wt.%。

在一些實施例中，光阻層是三層光阻劑。三層光阻劑包含底層(也稱為下層)，中間層和頂層(頂層也可以稱為感光層)。在一些實施例中，底層包含C_xH_yO_z材料，中間層包含SiC_xH_yO_z材料，並且頂層包含C_xH_yO_z材料。在一些實施例中，底層的C_xH_yO_z材料與頂層的C_xH_yO_z材料相同，在其他實施例中是不同的材料。頂層還包含光活性化合物，例如光致產酸劑(PAG)。這允許執行光微影製程來圖案化頂層。在一些實施例中，通過光微影製程來圖案化頂層，該光微影製程可以包含一個或多個曝光、烘烤、顯影和漂洗製程(不一定以該順序執行)。光微影製程將頂層圖案化為光阻光罩，該光阻光罩可以具有一個或多個溝槽或開口，該溝槽或開口暴露位於其下方的中間層。然後在一些實施例中，使用光阻光罩蝕刻中間層以形成圖案化的中間層，然後使用圖案化的中間層蝕刻底層以 形成圖案化的底層。然後，圖案化的底層用於圖案化下面的各個層。在光阻層是三層光阻劑的實施例中，含金屬的材料位於底層、中間層、頂層中的任何一層或所有這些層中。

參照第1圖和第10圖，在某些實施例中，方法100通過使用選擇性地去除保護層206的特定去除溶液從晶圓去除保護層206而進行到操作106，所述去除溶液諸如70%的丙二醇單甲醚+30%的丙二醇單甲醚乙酸酯(OK73)。因此，晶圓200的邊緣部分204沒有光阻層208。此外，由於去除溶液被設計為選擇性地去除保護層206，因此在去除保護層206之後仍然保留光阻層208。在對光阻層施加曝光製程之前，去除層206，這是因為保護層206可能將污染物引入光微影系統以及隨後要在光微影系統中曝光的晶圓。

在一些實施例中，清潔溶液被施加到晶圓200以去除污染物諸如從含金屬的光阻劑中而來的金屬之類。將清潔溶液施加到晶圓的後表面和/或晶圓的側邊緣。清潔晶圓是因為晶圓轉移過程(例如，當晶圓200從一個半導體製造工具轉移到另一半導體製造工具時)可能涉及與晶圓200的後表面或側邊緣的物理接觸。如果將晶圓200移出半導體製造工具，例如一個實施例中的EUV光微影設備，則半導體製造工具的各個部件可以與晶圓200的底部(例如，後表面)或側面部分接觸。通過這種接觸，金屬可以留在半導體製造工具上。如果假設該半導體製造工具執行 的後續過程不含金屬，則殘留在半導體製造工具上的金屬可能是污染物。

此外，如果沒有從晶圓200上徹底清除金屬，則當晶圓被裝載到新的半導體製造工具中時，金屬會污染新的半導體製造工具。各種加熱過程會加劇這種情況，這些加熱過程有助於從晶圓200或光阻層208中逸出含金屬的材料。隨後新的(現在已經被污染)的半導體製造工具可能需要在無金屬的環境下才能執行半導體製造過程，在此情況下，金屬的存在是不被期待的。由於這些原因，使用清洗液將金屬清洗掉。為了增強清潔效果，清潔溶液被配置成主要瞄準晶圓200的後表面和側邊緣，儘管也可以選擇清潔晶圓200的前表面。

清潔溶液的材料組成被配置以增強從晶圓200上去除金屬的能力。在一些實施例中，清潔溶液包含具有不同組成的兩種清潔溶液，第一清潔溶液和第二清潔溶液。第一清洗溶液是包含第一溶劑的水溶液或有機溶液。在某些實施例中，清洗溶液包含第一溶劑，其漢森溶解度參數為25>δ_d>13、25>δ_p>3，且30>δ_h>4。漢森溶解度參數的單位為(焦耳/cm³)^1/2或等同於MPa^½，並且基於這樣一個想法：如果一個分子以相似的方式與其自身鍵合，則該分子被定義為與另一個分子相似。δ_d是分子之間的分散力產生的能量。δ_p是分子之間的偶極分子間力所產生的能量。δ_h是分子之間氫鍵的能量。可以將三個參數δ_d，δ_p和δ_h視為三個維度上稱為漢森空間的點的坐標。兩個分 子在漢森空間中越近，它們彼此溶解的可能性就越大。

具有所需漢森溶解度參數的溶劑包含丙二醇甲醚，丙二醇乙醚、γ-丁內酯、環己酮、乳酸乙酯、二甲亞砜、丙酮、乙二醇、甲醇、乙醇、丙醇、丙二醇、正丁醇、水、4-甲基-2-戊酮、過氧化氫、異丙醇、二甲基甲酰胺、乙腈、乙酸、甲苯、四氫呋喃和丁基二甘醇。

在一些實施例中，第一清潔溶液包含占第一清潔溶液的總重量的0.1wt.%至5wt.%的一種或多種表面活性劑。在一些實施例中，表面活性劑選自烷基苯磺酸鹽，木質素磺酸鹽、脂肪醇乙氧基化物和烷基酚乙氧基化物。在一些實施例中，表面活性劑選自硬脂酸鈉、4-(5-十二烷基)苯磺酸鈉、月桂基硫酸銨、月桂基硫酸鈉、月桂基硫酸鈉、肉豆蔻醇聚醚硫酸酯鈉鹽、二辛基磺基琥珀酸鈉、全氟辛烷磺酸鹽、全氟丁烷磺酸鹽、烷基-芳基醚磷酸酯、烷基醚磷酸酯、月桂酰肌氨酸鈉、全氟壬酸酯、全氟辛酸酯、辛烯二鹽酸鹽、溴化十六烷銨、氯化十六烷基吡啶、芐基氯化銨、芐索氯銨、二甲基二十八烷基氯銨、二十八烷基二甲基銨基甲基溴化銨(3-)-丙磺酸鹽、椰油酰胺基丙基磺基甜菜鹼、椰油酰胺基丙基甜菜鹼、磷脂磷脂酰絲氨酸、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰膽鹼、鞘磷脂、八乙二醇單癸醚、五乙二醇單癸醚、聚乙氧基牛脂胺、椰油酰胺二乙醇胺、椰油酰胺二乙醇胺、硬脂酸酯、甘油單月桂酸酯、脫水山梨糖醇單月桂酸酯、脫水山梨糖醇單硬脂酸酯、脫水山梨糖醇三硬脂酸酯及其組合。

在一些實施例中，表面活性劑是一種或多種離子表面活性劑、聚環氧乙烷、聚環氧丙烷、非離子表面活性劑及其組合。

在方法100中，諸如旋塗、烘烤、去除保護層和顯影的各種操作在稱為軌道(或清潔軌道)的群集工具中實現。軌道包含設計成固定晶圓以進行化學處理或熱處理的多個階段，分別稱為化學階段和熱處理階段。每個化學階段可操作以旋轉固定的晶圓並在晶圓旋轉時通過噴嘴將化學物質分配到晶圓。化學階段可用於旋塗、顯影、清潔和去除(例如光阻剝離)。熱處理階段被設計來固定晶圓並加熱固定的晶圓，例如熱板。加熱階段可用於各種烘烤，例如曝光後烘烤。可以將晶圓轉移到軌道中的不同階段，以進行各種化學和熱處理。在方法100的一些實施例中，操作104和106在軌道的相同化學階段(在以下描述中被稱為第一化學階段)上實施以增加效率。特別地，當晶圓被轉移到第一化學階段時，第一噴嘴(或噴嘴或噴霧頭)被定位成將第一化學物質(即光阻材料的溶液)分配到固定在第一化學階段上的晶圓200。然後，將第二噴頭定位以向留在第一化學階段上的晶圓200分配第二化學物質(即去除溶液，即在某些實施例中為-OK73)以去除第一保護層206。

參照第1和第11圖，方法100進行到操作108，此操作108在光微影系統中將光阻層208選擇性地暴露於光化輻射1110。輻射1110可以是I線、DUV輻射、EUV 輻射、電子束或其他合適的輻射。可以在空氣、液體(浸沒式光微影)或真空中(例如，對於EUV光微影和電子束光微影)執行操作108。在一些實施例中，輻射束1110受光罩1112圖案化，例如透射光罩或反射光罩，光罩1112可以包含解析度增強技術，例如相位移(phase-shifting)、離軸照明(OAI)和/或光學鄰近校正。(OPC)。在一些其他實施例中，輻射束直接用預定圖案(例如IC佈局)進行調製，而無需使用光罩(例如使用數位圖案生成器或直接寫入模式)。在說明性實施例中，輻射束被引導至透射光罩1112，該透射光罩1112包含透明基板(例如熔融石英)1114，圖案化的不透明層(例如鉻)1116。

在操作108之後，在光阻層208上形成潛在圖案(latent pattern)。光阻層的潛在圖案指的是在光阻層上的曝光圖案，其最終變為物理光阻圖案，例如通過顯影製程。光阻層208的潛在圖案包含未曝光部分208a和曝光部分208b。在使用具有PAG的CA光阻劑材料的實施例中，在曝光過程中於曝光部分208b中產生酸。在潛在圖案中，光阻層208的暴露部分208b被物理地或化學地改變。在一些示例中，暴露部分208b被去保護，從而引起極性改變以用於雙色調成像(顯影)。在其他示例中，暴露部分208b在聚合中改變，例如在正性光阻中解聚或在負性光阻中交聯。

參照第1圖和第12圖，方法100接著進行操作 110，此操作110在操作108的曝光製程之後並且在諸如曝光後烘烤和顯影的隨後操作之前，此操作110在晶圓200的邊緣部分204上塗覆第二保護層1202。因此，保護了晶圓200的邊緣部分204在後續操作期間不受任何污染。就組成和形成而言，第二保護層1202與第一保護層206基本上相似。例如，首先通過旋塗將化學溶液塗覆在晶圓200的邊緣部分204上，然後固化以形成聚合物材料作為第二保護層1202。化學溶液包含ALG、溶解度控制單元和TAG。化學溶液還包含合適的溶劑，例如有機溶劑或水性溶劑。具有適當烘烤溫度的熱處理會觸發TAG釋放酸。產生的酸進一步與ALG反應；這導致聚合物材料形成。

參照第1、13A、13B和13C圖，方法100接著進行至操作112，此操作112在塗覆有光阻劑的晶圓200上執行曝光後烘烤(PEB)製程。在PEB製程期間，更多的酸產生，且暴露部分的光阻材料208發生化學變化(例如更親水或更疏水)。在一個具體的實施例中，PEB製程可以在加熱腔室中在約90℃至約130℃之間的溫度下進行約60秒至約120秒。

在一些實施例中，半導體製造設備包含加熱腔室1350和在加熱腔室中的半導體基板支撐座1345。加熱腔室1350的示意圖在第13A圖中呈現。在一些實施例中，會在加熱腔室1350中執行曝光後烘烤或其他烘烤操作，包含保護層固化和光阻劑乾燥操作。加熱腔室1350包含 腔室內的進氣口1360和排氣口1370。在一些實施例中，進氣口1360包含多個進氣埠，或者存在多個進氣口。在一些實施例中，排氣口1370包含多個排氣埠，或者存在多個排氣口。在一些實施例中，具有穿過腔室的穩定層狀氣流是合乎需要的。在一些實施例中，進氣口1360在腔室1350的底部或側面上，而排氣口1370在腔室1350的頂部上。在其他實施例中，進氣口1360在腔室1350的頂部上，而排氣口1370位於腔室1350的底部或側面上。進氣埠或排氣埠的尺寸、形狀或數量取決於腔室設計，而進氣埠和排氣埠的尺寸、形狀或數量被選擇用以在腔室內提供穩定的層狀氣流。

在一些實施例中，該設備包含用於調節加熱腔室1350中的相對濕度的氣體加濕器/除濕器1355。氣體供應器1375通過氣體導管1380連接到進氣口1360。氣體加熱器1365與進氣口1360對準，用以加熱流入腔室的氣體。該設備還包含控制器1300，該控制器1300被編程為：控制通過進氣口1360進入加熱腔室1350的氣流、控制通過排氣口1370從加熱腔室排出的氣流，控制氣體加熱器1365以調節流入加熱腔室1350的氣體溫度，並控制加濕器/除濕器1355以調節加熱腔室中的相對濕度。在一些實施例中，半導體基板支撐座1345包含加熱元件。在一些實施例中，半導體基板支撐座1345是熱板。在一些實施例中，一個或多個溫度傳感器1335或濕度傳感器1340位在腔室1350內部以分別監視腔室溫度和相對濕 度。傳感器1335、1340連接到控制器1300，並且可以使用回饋控制來調節相對濕度和腔室溫度。進氣口1360、氣流排氣1370、加濕器/除濕器1355、傳感器1335、1340、晶圓載台1345和第13A圖所示的設備的其他部件之位置僅出於說明性目的，並且各種部件可以配置在任何可行或合適的位置或配置中。

在一些實施例中，在PEB過程期間，控制一個或多個參數，其中參數選自：加熱腔室的進氣流速、加熱腔室的排氣流速、流入加熱腔室的氣體的溫度以及加熱腔室的相對濕度。在一些實施例中，流入加熱腔室的氣體的進氣溫度在約80℃至約190℃的範圍內。在其他實施例中，流入加熱腔室的氣體的進氣溫度在約90℃至約170℃的範圍內。在其他實施例中，流入加熱腔室的氣體的進氣溫度在約100℃至約150℃的範圍內。在低於所述範圍的低溫下，可能產生酸不足，從而導致圖案清晰度降低。在高於所述範圍的高溫下，光阻釋氣增加，可導致加熱腔室內金屬污染物的伴隨釋放。

在一些實施例中，在PEB製程期間，流入加熱腔室的氣體之流速為約5公升/分鐘至約40公升/分鐘。在其他實施例中，流入加熱腔室的氣體之流速為約10公升/分鐘至約30公升/分鐘。

在一些實施例中，在PEB製程期間，來自加熱腔室的排氣的流速為約10公升/分鐘至約50公升/分鐘。在其他實施例中，來自加熱腔室的排氣的流速為約20公升/ 分鐘至約40公升/分鐘。

在低於所揭露範圍的進氣和排氣流速下，可能會導致光阻釋氣產物(例如金屬污染物)的去除不充分。在高於所揭露範圍的流速下，可能導致湍流，並且可能導致增加的金屬污染物從光阻層流出。

在一些實施例中，在PEB製程期間，加熱腔室中的相對濕度在大約1%至大約50%的範圍內。在一些實施例中，在PEB製程期間，加熱腔室中的相對濕度在從大約10%到大約45%的範圍內。在高於揭露範圍的相對濕度下，可能會導致光阻釋氣凝結，從而在腔室內部的表面上留下金屬污染物。在低於揭露範圍的相對濕度下，光阻釋氣凝結可能沒有實質性的改善。

在一些實施例中，曝光後烘烤(PEB)過程進行少於約5分鐘。在一些實施例中，PEB過程執行約10秒至約5分鐘。在其他實施例中，PEB過程的持續時間為約20秒至約4分鐘，並且在還有其他實施例中為約30秒至約3分鐘。

在一些實施例中，流入加熱腔室的氣體包含乾淨空氣、氮氣、氬氣、氖氣和氦氣中的一種或多種。

在一些實施例中，控制器1300被編程為將通過進氣口1360進入加熱腔室的進氣流速控制在大約5公升/分鐘至大約40公升/分鐘。在其他實施例中，控制器1300被編程為將通過進氣口1360進入加熱腔室的進氣流速控制在大約10公升/分鐘至大約30公升/分鐘。在一些實施 例中，控制器1300被編程為控制流入加熱腔室1350的進氣溫度在約80℃至約190℃。在其他實施例中，控制器1300被編程為控制流入加熱腔室1350的進氣溫度從大約100℃至大約150℃。在其他實施例中，控制器1300被編程為控制流入加熱腔室1350的進氣溫度從大約120℃至大約170℃。在一些實施例中，控制器1300被編程為在PEB製程期間將來自加熱腔室1350的排氣的流速控制在從大約10公升/分鐘到大約50公升/分鐘的範圍內。在其他實施例中，控制器1300被編程為控制來自加熱腔室的排氣的流速在大約20公升/分鐘至大約40公升/分鐘的範圍內。在一些實施例中，控制器1300被編程為在PEB過程期間將加熱腔室中的相對濕度控制在大約1%至大約50%的相對濕度範圍內。在一些實施例中，控制器1300被編程為在PEB過程期間將加熱腔室中的相對濕度控制在從約10%至約45%的相對濕度範圍內。

在一些實施例中，在小於約5公升/分鐘的低進氣流速或小於約10公升/分鐘的低排氣流速下，光阻劑釋氣不能從加熱腔室充分去除。在一些實施例中，在大於40公升/分鐘的高進氣流速或大於50公升/分鐘的高排氣流速下，氣流是湍流的並且在去除光阻劑釋氣方面效率較低。在高進氣或高排氣流速下的湍流氣流下，可能會形成死區，在死區處光阻釋氣污染物可能會沉降，而不會被氣流帶出加熱腔室。在一些實施例中，在加熱腔室中的層狀氣流是合乎需要的。

參照第13A圖，在一些實施例中，將諸如矽晶圓之類的基板1395放置在晶圓載台(半導體基板支撐座)1345之上。要圖案化的目標層1390被配置在晶圓1395之上，且光阻層1385被配置在目標層1390上。在一些實施例中，晶圓載台1345包含由控制器1300控制的加熱元件，以在PEB或其他烘烤操作期間加熱塗覆有光阻劑的基板。在一些實施例中，藉由將加熱的氣體通過進氣口1360引入來加熱塗覆有光阻劑的晶圓。在一些實施例中，控制器1300控制加熱的氣體之流速和溫度。光阻劑的釋氣被加熱的流入氣體攜帶到排氣裝置1370，以從加熱腔室中除去，從而防止廢氣污染物污染腔室。在一些實施例中，排氣口1370包含泵或其他機械裝置以排出氣體。

如第13A圖所示，在較高的烘烤溫度下，光阻釋氣增加，而在較低的烘烤溫度下，光阻釋氣減少。另外，在較高的排氣和進氣流速下，湍流增加，從而導致從腔室去除排氣的效率低下。另一方面，在較低的排氣和進氣流速下，氣流可能不足以去除光阻釋氣。

第13B和13C圖繪示了用於在本揭露之方法的期間控制曝光後烘烤操作或其他烘烤操作的控制器。在一些實施例中，計算機系統1300用作控制烘烤操作的控制器。可以使用在其上執行的計算機硬件和計算機程式來實現前述實施例的全部或部分過程、方法和/或操作。在第13B圖中，計算機系統1300具有計算機1301，該計算機1301包含光碟唯讀型記憶體(例如，CD-ROM或DVD-ROM) 驅動器1305和磁碟驅動器1306、鍵盤1302、鼠標1303和監視器1304。

第13C圖是計算機系統1300的內部配置的示意圖。在第13C圖中，除了光碟驅動器1305和磁碟驅動器1306之外，計算機1301還具有一個或多個處理器，例如微處理單元(MPU)、ROM 1312，其中ROM 1312中裝有諸如啟動的程式、隨機存取記憶體(RAM)1313，其連接到MPU 1211，且其中暫存應用程式的命令，並提供了暫存區域；硬碟1314，其中應用程式、系統程式和數據被儲存，以及連接MPU 1311、ROM 1312等的總線1315。注意，計算機1301可以包含用於提供到LAN的連接的網卡(未繪示)。

在任何前述實施例中，用於使計算機系統1300執行用於烘烤被塗覆的基板的設備的功能的程式可以儲存在光碟1321或磁碟1322中，其被插入到光碟驅動器1305或磁碟驅動器1306將其儲存在硬碟驅動器1306中，並發送到硬碟1314。或者，該程式可以通過網絡(未繪示)發送到計算機1301並儲存在硬碟1314中。在執行時，程式被加載到RAM 1313中。程式可以從光碟1321或磁碟1322或直接從網絡加載。在前述實施例中，該程式不必一定包含例如操作系統(OS)或第三方程式以使計算機1301執行烘烤操作。該程式可能僅包含命令部分，以在受控模式下調用適當的功能(模組)並獲得所需的結果。

參照第1圖和第14圖，方法100接著進行到操 作114，該操作114使用顯影劑顯影曝光的光阻層208。通過顯影操作，圖案化的光阻層形成。在一些實施例中，光阻層208在操作106之後經歷極性改變，並且可以實施雙色調顯影製程。在一些示例中，將光阻層208從非極性狀態(疏水狀態)改變為極性狀態(親水狀態)，然後透過水性溶劑如正四甲基氫氧化銨(TMAH)去除暴露的部分208b(正色調成像)，或者透過有機溶劑如乙酸丁酯去除去除未曝光部分208a(負色調成像)。在一些其他示例中，將光阻層208從極性狀態改變為非極性狀態，然後將通過有機溶劑去除暴露部分208b(正色調成像)，或者通過水性溶劑去除未暴露部分208a(負色調成像)。

在一些實施例中，如第14圖中所示，暴露部分208b在顯影過程中去除。此外，在本實施例中，圖案化的光阻層由兩條線的圖案表示。然而，以下討論同樣適用於以溝槽表示的光阻圖案。

參照第1圖和第15圖，方法100接著進行到操作116，該操作116通過用去除溶液從晶圓去除第二保護層1202。操作116基本上類似於操作106。舉例來說，去除溶液被設計用以選擇性地去除第二保護層1202(即，在組成上與第一保護層206相同)，光阻層208在去除第二保護層1202後被保留。第二保護層1202在操作114的顯影製程之後被去除。在一些實施例中，為了效率和製造產出量，在與第一保護層1202相同的化學的軌道階段(稱為第二化學階段)上依序實施操作114和116。當晶 圓200被轉移到第二化學階段時，第一噴嘴定位成將顯影劑分配到固定在第二化學平台上以進行顯影的晶圓200，然後第二噴嘴被定位以分配第二化學劑，例如去除溶液。在一些實施例中，在第二化學階段中將OK73施加到晶圓200上以去除第二保護層1202。

在一些實施例中，附加的處理操作被執行以製造半導體元件。在一些實施例中，製造過程包含施加到晶圓200的離子植入過程，其使用圖案化的光阻層作為植入光罩，從而在晶圓200中形成各種摻雜特徵。

根據本揭露之實施例的附加半導體處理過程，參照第16-20圖作說明。第16圖繪示了一部分的塗覆有光阻劑的基板，例如晶圓。為了簡化處理過程的說明，在第16-20圖中繪示了晶圓的中心部分，而不包含晶圓的邊緣部分。第16圖繪示了其上配置有待圖案化的層360的半導體基板310。在一些實施例中，待圖案化的層360是硬質光罩層；金屬化層；或配置在金屬化層上方的介電層，例如鈍化層。在其中待圖案化的層360是金屬化層的實施例中，待圖案化的層360由使用金屬化製程和金屬沉積技術的導電材料形成，其中金屬沉積技術包含化學氣相沉積、原子層沉積和物理氣相沉積(濺射)。同樣地，如果待圖案化的層360是介電層，則可以通過介電層形成技術來形成待圖案化的層360，其中介電層形成技術包含熱氧化、化學氣相沉積、原子層沉積和物理氣相沉積。如本文所述，光阻層315配置在要圖案化的層上方。在一些實施例中， 可選擇性地將保護上層320，例如聚矽氧烷層，配置在光阻層315上方。

第17A和17B圖繪示了光阻層的選擇性曝光以形成曝光區域350和未曝光區域352。在一些實施例中，通過將光阻塗覆的基板放置在光微影工具中來進行對輻射的曝光。光微影工具包含光罩330/365、光學元件、提供輻射345/397以進行曝光的曝光輻射源，以及用於在曝光輻射下支撐和移動基板的移動式平台。

在一些實施例中，輻射源(未繪示)向光阻層315提供輻射345/397，例如紫外光，以引起PACs的反應，PACs又與聚合物反應以化學改變輻射345/397撞擊到光阻層的那些區域。在一些實施例中，輻射是電磁輻射，例如g線(波長約為436nm)、i線(波長約為365nm)、紫外線、遠紫外線、極紫外線、電子束等。在一些實施例中，輻射源選自汞蒸氣燈、氙氣燈、碳弧燈、KrF受激準分子雷射(波長為248nm)、ArF受激準分子雷射(波長為193nm)、F₂準分子雷射(波長為157nm)，或CO₂雷射激發的Sn等離子體(極紫外光，波長13.5nm)。

在一些實施例中，在光微影工具中使用光學元件(未繪示)以在輻射345/397被光罩330/365圖案化之前或之後擴展、反射或以其他方式控制輻射。在一些實施例中，光學元件包含一個或多個透鏡、反射鏡、濾光器及其組合，以沿著輻射345/397之路徑控制輻射345/397。

在一個實施例中，圖案化的輻射345/397是具有13.5nm波長的極紫外光，PAC是光致產酸劑，要分解的基團是烴結構上的羧酸基團，並且使用交聯劑。圖案化的輻射345/397入射在光致產酸劑上，光致產酸劑吸收入射的圖案化的輻射345/397。該吸收觸發光致產酸劑以在光阻層315內產生質子(例如，H+原子)。當質子撞擊烴結構上的羧酸基團時，質子與羧酸基團反應，從而化學改變羧酸基團並改變聚合物的整體性能。在一些實施例中，羧酸基團接著與交聯劑反應，以與光阻層315的曝光區域內的其他聚合物交聯。

在一些實施例中，光阻層315的曝光使用浸沒式光微影技術。在這種技術中，將浸沒介質(未繪示)放置在末端光學元件和光阻層之間，且曝光輻射345穿過浸沒介質。

在一些實施例中，可選的上層320的厚度足夠薄，使得上層320不會不利地影響光阻層315對輻射345/397的曝光。

在光阻層315已經暴露於曝光輻射345/397之後，如本文所述地進行曝光後烘烤(PEB)以去除污染物，並幫助在曝光期間由於輻射345/397撞擊PAC而產生的酸/鹼/自由基的產生、分散和反應。如本文所述，氣體以特定的、受控的流速、溫度和相對濕度在光阻層上方流動。

隨後使用溶劑進行顯影，如第18圖所示。在需要正顯影的一些實施例中，正顯影劑如鹼性水溶液被用於去 除暴露於輻射的光阻劑區域350。在一些實施例中，正顯影劑357包含一種或多種選自氫氧化四甲基銨(TMAH)、氫氧化四丁基銨、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、矽酸鈉、偏矽酸鈉、氨水、單甲胺、二甲胺、三甲胺、一乙胺、二乙胺、三乙胺、一異丙胺、二異丙胺、三異丙胺、一丁胺、二丁胺、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二甲基氨基乙醇、二乙基氨基乙醇、氨、苛性鈉、苛性鉀、偏矽酸鈉、偏矽酸鉀、碳酸鈉、氫氧化四乙銨、這些的組合等等。

在需要負顯影的一些實施例中，有機溶劑或臨界流體用於去除光阻劑的未曝光區域352。在一些實施例中，負顯影劑357包含一種或多種選自己烷、庚烷、辛烷、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、三氯乙烯等烴溶劑；臨界二氧化碳、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和類似醇的溶劑；二乙醚、二丙醚、二丁醚、乙基乙烯基醚、二噁烷、環氧丙烷、四氫呋喃、溶纖劑、甲基溶纖劑、丁基溶纖劑、甲基卡必醇、二甘醇單乙醚及類似的醚溶劑；丙酮、甲乙酮、甲基異丁基酮、異佛爾酮、環己酮等酮類溶劑；乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯和類似的酯溶劑；吡啶、甲酰胺和N,N-二甲基甲酰胺等。

在一些實施例中，使用旋塗製程將顯影劑357施加到上層320和光阻層315。在旋塗製程中，如第18圖所示，在旋轉塗覆的基板的同時，通過分配器362將顯影劑357從上方施加到上層320和光阻層315上。顯影劑 357被選擇以去除選擇性的上層320和光阻層315的適當區域。在正光阻的情況下，光阻層的暴露區域350被去除，在負光阻的情況下，光阻層的未曝光區域352被去除。在一些實施例中，以約5毫升/分鐘至約800毫升/分鐘的速率供應顯影劑357，同時以約100rpm至約2000rpm的速度旋轉塗覆的基材10。在一些實施例中，顯影劑處於約10℃至約80℃之間的溫度。在一些實施例中，顯影操作持續約30秒至約10分鐘。

儘管旋塗操作是用於在曝光之後顯影光阻層315的一種合適的方法，但是其意圖是用以說明的，而非意圖限制實施例。相反地，可以可替代地使用任何合適的顯影操作，包含浸塗製程(dip processes)、旋浸製程(puddle processes)和噴塗方法。所有這些開發操作都包含在實施例的範圍內。

在顯影過程中，顯影劑357溶解交聯負性光阻的未曝光輻射區域352，從而暴露要圖案化的層的表面，如第19圖所示，並在一些實施例中留下明確定義的曝光的光阻劑區域355。

在顯影操作之後，將剩餘的顯影劑從圖案化的光阻覆蓋的基板上去除。儘管可以使用任何合適的去除技術，在一些實施例中，剩餘的顯影劑是通過旋轉乾燥製程去除。在光阻層315被顯影並且剩餘的顯影劑被去除之後，在圖案化的光阻層350就緒時執行附加的處理。舉例來說，在一些實施例中，執行使用乾式蝕刻或濕式蝕刻的蝕刻操作， 以將光阻層352的圖案355轉移到待圖案化的層360上，從而形成如第20圖所示的凹口355'。待圖案化的層360具有與光阻層315不同的耐蝕刻性。在一些實施例中，蝕刻劑對待圖案化的層310比對光阻層315更具選擇性。

在一些實施例中，待圖案化的層360和光阻層315包含至少一個抗蝕刻分子。在一些實施例中，抗蝕刻分子包含具有低奧尼西數結構、雙鍵、三鍵、矽、氮化矽、鈦、氮化鈦、鋁、氧化鋁、氧氮化矽、其組合等的分子。

在一些實施例中，蝕刻操作包含乾式(電漿)蝕刻，濕式蝕刻和/或其他蝕刻方法。例如，乾式蝕刻操作可以實施含氧氣體、含氟氣體、含氯氣體、含溴氣體、含碘氣體、其他合適的氣體和/或電漿、和/或其組合。在硬光罩層的蝕刻期間，圖案化的光阻層可以被部分或全部消耗。在一個實施例中，可以剝離圖案化的光阻層的任何剩餘部分，從而在晶圓上留下圖案化的硬光罩層。

其他實施例包含在上述操作之前、期間或之後的其他操作。在一個實施例中，該方法包含形成鰭式場效應晶體管(FinFET)結構。在一些實施例中，在半導體基板上形成多個主動鰭。這樣的實施例還包含通過圖案化的硬光罩的開口蝕刻基板以在基板中形成溝槽；用介電材料填充溝槽；執行化學機械研磨(CMP)製程以形成淺凹溝絕緣(STI)特徵；外延生長或凹陷STI特徵以形成鰭狀主動區。在另一個實施例中，該方法包含其他操作以在半導體基板上形成多個柵電極。該方法可以進一步包含形成柵 極間隔物、摻雜的源極/漏極區域、用於柵極/源極/漏極特徵的接觸等。在另一個實施例中，目標圖案將形成為多層互連結構中的金屬線。例如，金屬線可以形成在基板的層間電介質(ILD)層中，該層已經被蝕刻以形成多個溝槽。所述溝槽可以填充有導電材料，例如金屬；所述導電材料可以使用諸如化學機械磨平(CMP)的製程來研磨導電材料以暴露出圖案化的ILD層，從而在ILD層中形成金屬線。上述是使用本文描述的方法可以製造和/或改進的裝置/結構的非限制性示例。

第21圖繪示了根據本揭露實施例的製造半導體元件的方法2100。在操作S2105中，將第一保護層旋塗在半導體基板的邊緣部分上。邊緣塗覆的晶圓在操作S2110中經歷軟烘烤操作，以在約40℃至約120℃的溫度下固化/乾燥第一保護層。然後，在操作S2115中，將光阻劑諸如含金屬的光阻劑配置在半導體基板上方，以形成光阻層。隨後在光阻烘烤操作S2120中加熱光阻層以在約40℃至約120℃的溫度下乾燥光阻層。在乾燥光阻層之後，在操作S2125中，在邊角移除(EBR)操作中，去除第一保護層以及覆蓋在第一保護層之上的光阻劑的一部分。隨後在操作S2130中將光阻層選擇性地暴露於光化輻射以在其中形成潛在圖案。然後，在操作S2135中，第二保護層被配置在半導體基板的邊緣部分上方。隨後，第二保護層和光阻層經歷曝光後烘烤操作S2140。在曝光後烘烤操作S2140期間，如本文所揭露的，控制溫度、氣體流速和相 對濕度參數。隨後在操作S2145中對光阻層進行顯影以形成圖案，並且在操作S2150中去除光阻邊緣珠的第二保護層。然後，半導體基板經歷附加的製造操作以形成半導體元件。

第22圖繪示了根據本揭露的實施例的製造半導體元件的另一種方法2200。在操作S2205中，將第一保護層旋塗在半導體基板的邊緣部分上。在操作S2210中，對邊緣塗覆的晶圓進行軟烘烤，以在約40℃至約120℃的溫度下固化/乾燥第一保護層。然後，在操作S2215中，將光阻劑諸如含金屬的光阻劑配置在半導體基板上方以形成第一光阻層。在操作S2220中，在大約40℃至大約120℃的溫度下加熱第一光阻層以乾燥第一光阻層。在乾燥第一光阻層之後，在操作S2225中去除第一保護層，以及在邊角移除(EBR)操作中將光阻層的一部分覆蓋在第一保護層上。在操作S2230中，隨後將第一光阻層選擇性地暴露於光化輻射以在其中形成第一潛在圖案。多個潛在的清晰圖徵在第一方向上延伸並且沿著與第一方向相交的第二方向配置。在一些實施例中，第一方向和第二方向實質上正交。然後，在操作S2235中，將第二保護層配置在半導體基板的邊緣部分上方。隨後在操作S2240中對第二保護層和第一光阻層進行曝光後烘烤。在曝光後烘烤期間，如本文所揭露的，控制溫度、氣體流速和相對濕度參數。接下來，在操作S2245中，將第二光阻劑，例如含金屬的光阻劑，配置在第一光阻層上方，以形成第二光阻層。在操 作S2250中加熱第二光阻層，以在大約40℃至大約120℃的溫度下乾燥第二光阻層。在乾燥第二光阻層之後，在操作S2255中，在邊角移除(EBR)操作中，去除第二保護層以及覆蓋在第二保護層之上的光阻劑的一部分。隨後在操作S2260中將第二光阻層選擇性地暴露於光化輻射以在其中形成第二潛在圖案。多個第二潛在的清晰圖徵在第二方向上延伸並且沿著與第二第一方向相交的第一方向配置。然後，在操作S2265中，將第三保護層配置在半導體基板的邊緣部分上方。在操作S2270中，對第三保護層和第二光阻層進行曝光後烘烤。在曝光後烘烤期間，如本文所揭露的，控制溫度、氣體流速和相對濕度參數。然後，在操作S2275中，隨後對第一和第二光阻層進行顯影以形成圖案，並且在操作S2280中去除第三保護層。所得的光阻圖案在第23圖中繪示，其繪示了通過第一曝光形成的潛在圖案、通過第二曝光形成的潛在圖案以及通過顯影操作形成的所得圖案。然後，半導體基板經歷附加的製造操作以形成半導體元件。

第24圖繪示了根據本揭露的方法2400的另一實施例。在此實施例中，在操作S2405中，在半導體基板的第一主要表面的邊緣部分上方形成第一保護層。然後，在操作S2410中，加熱第一保護層以固化/乾燥第一保護層。接下來，在操作S2415中，在半導體基板的第一主要表面上方形成含金屬的層。然後，在操作S2420中加熱第一保護層和含金屬層。在一些實施例中，如本文關於各個實施 例所揭露的，在控制入氣和排氣流速、入氣體溫度和相對濕度的同時加熱第一保護層和含金屬層。隨後在操作S2425中從半導體基板的邊緣部分上方去除第一保護層和含金屬的層。在一些實施例中，保護層和含金屬層的加熱在約100℃至約200℃的溫度下進行約10秒至約5分鐘。在一些實施例中，該方法包含在形成含金屬層之前在約40℃至約120℃的溫度下第二次加熱保護層。在一些實施例中，含金屬層包含一種或多種金屬，該金屬選自鈦、鋁、鉿、錫、矽、鋯、鉭、鎢、銅、鈷、鑭和錳。在一些實施例中，一種或多種金屬包含在金屬化合物或合金中。在一些實施例中，金屬化合物或合金是選自TiO₂、Al₂O₃、TaN、SiO₂、ZrSiO和HfSiO中的一種或多種。

本揭露提供了一種用於光微影製程的方法。所揭露的方法包含塗覆晶圓邊緣，使得光阻材料被約束為塗覆在電路區域內的晶圓的前表面上，從而使得晶圓邊緣在光微影圖案化方法期間沒有光阻材料或者光阻材料不直接塗覆在晶圓邊緣上。因此，晶圓被(第一/第二)保護層保護以消除在光微影製程期間的各種顧慮，包含金屬污染。對曝光後烘烤操作的控制，包含對氣體流速、溫度和相對濕度的控制，可改善對光阻劑釋氣產生的污染物的污染物去除。

所揭露的方法可以包含在上述操作之前、之中或之後的其他操作。在一個實施例中，晶圓是半導體基板，並且該方法進行到形成鰭式場效應晶體管(FinFET)結構。 在一些實施例中，該方法包含在晶圓的半導體基板中形成多個主動鰭。在該實施例的進一步改進中，該方法還包含：透過圖案化的硬光罩的開口來蝕刻基板，以在基板中形成溝槽。用介電材料填充溝槽；執行化學機械研磨(CMP)製程以形成淺溝槽隔離(STI)特徵；外延生長或凹陷STI特徵以形成鰭狀主動區。在另一個實施例中，所揭露的方法包含在半導體基板或晶圓上形成多個柵電極的其他操作。所揭示的方法可進一步形成柵極間隔物、摻雜的源極/漏極區域、用於柵極/源極/漏極特徵的接觸等。在另一實施例中，目標圖案將形成為多層互連結構中的金屬線。例如，金屬線可以形成在基板的層間電介質(ILD)層中，該層已經通過操作被蝕刻以形成多個溝槽。所揭露的方法包含用諸如金屬的導電材料填充溝槽；以及將導電材料填充到溝槽中。使用化學機械磨平(CMP)等製程研磨導電材料以暴露出圖案化的ILD層，從而在ILD層中形成金屬線。上述是可以使用根據本揭露的各個方面揭露的方法製造和/或改進的裝置/結構的非限制性示例。

如上所述，半導體晶圓可以是在IC處理期間製造的中間結構，或其一部分，其可以包含邏輯電路、記憶體結構、無源部件(例如電阻器、電容器和電感器)以及有源部件，例如，二極管、場效應晶體管(FET)、金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、互補金屬氧化物半導體(CMOS)晶體管、雙極晶體管、高壓晶體管、高頻晶體管、鰭狀FET(FinFET)、其他三維(3D)FET、 金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、互補金屬氧化物半導體(CMOS)晶體管、雙極晶體管、高壓晶體管、高頻晶體管、其他儲存單元及其組合。在一些實施例中，通過光阻劑釋氣產生的污染物被控制為小於約100×10¹¹原子/平方公分。在其他實施例中，將光阻劑釋氣產生的污染物控制為小於約1×10¹¹原子/平方公分。在一些實施例中，與不採用本揭露的方法的半導體元件製造方法相比，缺陷率減少了大於30%。

本揭露的實施例提供了相對於現有技術的優點，儘管應當理解，其他實施例可以提供不同的優點，在本文中不必討論所有優點，並且所有實施例都不需要特定的優點。通過利用所揭露的方法，消除了光阻材料在晶圓邊緣上的累積和相關的問題(例如污染和光阻剝離)，並且實質上抑制了由光阻劑釋氣引起的污染。在其他示例中，所揭露的方法實施起來經濟且有效，因此降低了製造成本並且增加了製造產量。此外，晶圓邊緣修正不會引入額外的污染。

本揭露的實施例減少了半導體基板與隨後形成的元件的汙染。本揭露的實施例減少了半導體製造工具的污染。在一些實施例中，污染的減少導致裝置產量的提高和製造工具停機時間的減少。

本揭露的實施例提供了相對於現有技術的優點，儘管應當理解，其他實施例可以提供不同的優點，在本文中不必討論所有優點，並且所有實施例都不需要特定的優點。通過利用所揭露的方法，消除了光阻材料在晶圓邊緣上的 積累和相關的問題(例如污染和光阻剝離)。在其他示例中，所揭露的形成受保護的晶圓邊緣的方法易於實施，因此降低了製造成本並且增加了製造產量。此外，晶圓邊緣修正不會引入額外的污染。在其他示例中，各種操作被共同地實施在軌道的相同晶圓載台上以增加處理效率和製造成本。

本揭露的實施例包含一種製造半導體元件的方法，包含：在半導體基板的第一主要表面的邊緣部分上方形成第一保護層。在半導體基板的第一主要表面上方形成含金屬的光阻層。去除第一保護層，並且將含金屬的光阻層選擇性地暴露於光化輻射。在半導體基板的第一主要表面的邊緣部分上方形成第二保護層。顯影被選擇性曝光的光阻層以形成圖案化的光阻層，並且去除第二保護層。在一個實施例中，該方法包含選擇性曝光的含金屬的光阻層和第二保護層在100℃至200℃的溫度下10秒至5分鐘的第一加熱。在一個實施例中，在第一加熱期間將半導體基板放置在加熱表面上。在一個實施例中，在第一加熱期間，使溫度為100℃至190℃的氣體流過含金屬的光阻層和第二保護層上方。在一個實施例中，在第一加熱期間，使溫度為100℃至150℃的氣體流過含金屬的光阻層和第二保護層。在一個實施例中，該方法包含在形成含金屬的光阻層之前，在40℃至120℃的溫度下第二加熱第一保護層。在一個實施例中，該方法包含在去除第一保護層之前第三加熱第一保護層和含金屬的光阻層。在一個實施例中，含 金屬的光阻層包含銫、鋇、鑭、鈰、銦、錫或銀中的一種或多種。在一個實施例中，含金屬的光阻層中的金屬濃度為占含金屬的光阻層的總重量的10wt.%至80wt.%。在一個實施例中，第一保護層和第二保護層包含有機材料。

在本揭露的另一個實施例中，一種製造半導體元件的方法，包含在半導體基板的第一主要表面的邊緣部分上方形成第一保護層。在半導體基板的第一主要表面上方形成光阻層。去除第一保護層，並且將光阻層選擇性地暴露於光化輻射。在半導體基板的第一主要表面的邊緣部分上方形成第二保護層。在加熱腔室中選擇性暴露的光阻層和第二保護層。在第一加熱期間，控制選擇性曝光光阻層和第二保護層的一個或多個參數，其中這些參數選自：流入加熱腔室的氣體的流速、來自加熱腔室的排出氣體的流速、流入加熱腔室的氣體的溫度和加熱腔室內的相對濕度。在一個實施例中，該方法包含顯影選擇性曝光的光阻層以形成圖案化的光阻層。在一個實施例中，光阻層包含占光阻層的總重量的10wt.%至80wt.%的金屬。在一個實施例中，流入加熱腔室的氣體的進氣溫度為100℃至190℃。在一個實施例中，在第一次加熱期間，流入加熱腔室的氣體的流速為5公升/分鐘至40公升/分鐘。在一個實施例中，在第一加熱期間，來自加熱腔室的排出氣體的流速在10公升/分鐘至50公升/分鐘的範圍內。在一個實施例中，在第一次加熱期間，加熱腔室中的相對濕度在1%至50%的範 圍內。在一個實施例中，該方法包含在形成光阻層之前在40℃至120℃的溫度下第二加熱第一保護層。在一個實施例中，該方法包含在去除第一保護層之前第三加熱第一保護層和光阻層。

本揭露的另一實施例為一半導體製造設備，包含加熱腔室；加熱腔室中的半導體基板支撐座、加熱腔室中的進氣口和排氣口；和氣體加熱器。控制器被編程為控制通過進氣口流入加熱腔室的氣體、控制通過排氣口從加熱腔室流出的排出氣體、控制流入加熱腔室的氣體的溫度以及控制加熱腔室內的相對濕度。在一個實施例中，半導體基板支撐座包含加熱元件。在一個實施例中，控制器被編程為將通過氣體入口進入加熱腔室的氣體的流速控制在5公升/分鐘至40公升/分鐘。在一個實施例中，控制器被編程為將從加熱腔室通過排氣口的流出的排出氣體的流速控制在從10公升/分鐘至50公升/分鐘。在一個實施例中，控制器被編程為將流入加熱腔室的氣體的溫度控制在100℃至190℃的溫度範圍內。在一個實施例中，對控制器進行編程以將流入加熱腔室的氣體的溫度控制在100℃至150℃的溫度範圍內。在一個實施例中，控制器被編程為將加熱腔室內的相對濕度控制在從1%到50%的相對濕度範圍內。

本揭露的另一個實施例是一種方法，包含在半導體基板的第一主要表面的邊緣部分上方形成第一保護層。在半導體基板的第一主要表面上方形成含金屬的層。對第一 保護層和含金屬層進行第一加熱。從半導體基板的邊緣部分上方去除第一保護層和含金屬層。在一個實施例中，第一保護層和含金屬層的第一加熱在100℃至200℃的溫度下持續10秒至5分鐘。在一個實施例中，在形成含金屬的層之前，在40℃至120℃的溫度下執行第一保護層的第二加熱。在一個實施例中，含金屬層包含選自以下的一種或多種金屬：鈦、鋁、鉿、錫、矽、鋯、鉭、鎢、銅、鈷、鑭和錳。在一個實施例中，一種或多種金屬包含在金屬化合物或合金中。在一個實施例中，金屬化合物或合金是選自TiO₂，Al₂O₃，TaN，SiO₂，ZrSiO和HfSiO中的一種或多種。本揭露的另一個實施例是一種製造半導體元件的方法，包含在半導體基板的第一主要表面的邊緣部分上方形成第一保護層。在半導體基板的第一主要表面上方形成第一含金屬的光阻層。去除第一保護層，並且將第一含金屬的光阻層選擇性地暴露於光化輻射以形成沿第一方向延伸並沿第二方向配置的第一多個潛在圖案特徵。在半導體基板的第一主要表面的邊緣部分上方形成第二保護層。選擇性曝光的第一光阻層被顯影以形成圖案化的光阻層，該圖案化的光阻層包含沿著第一方向延伸並且沿著第二方向配置的第一多個圖案特徵。在第一多個圖案特徵上方形成第二含金屬的光阻層。去除第二保護層，並且將第二含金屬的光阻層選擇性地暴露於光化輻射以形成沿著第二方向延伸並且沿著第一方向配置的第二多個潛在圖案特徵。在半導體基板的第一主要表面的邊緣部分上方形成第三保 護層。選擇性曝光的第二光阻層被顯影以形成包含第二多個圖案特徵的圖案化的光阻層。在一個實施例中，該方法包含去除第三保護層。在一個實施例中，該方法包含選擇性曝光的第一含金屬的光阻層和第二保護層在100℃至150℃的溫度下10秒至5分鐘的第一加熱。在一個實施例中，該方法包含選擇性曝光的第二含金屬的光阻層和第三保護層在100℃至150℃的溫度下10秒至5分鐘的第二加熱。在一個實施例中，在第一加熱或第二加熱期間將半導體基板放置在加熱表面上。在一個實施例中，溫度為100℃至150℃的氣體在第一加熱期間流過第一含金屬的光阻層和第二保護層上方或在第二次加熱期間流過第二含金屬的光阻層和第三保護層上方。在一個實施例中，該方法包含在形成第一含金屬的光阻層之前，在40℃至120℃的溫度下第三加熱第一保護層。在一個實施例中，該方法包含在去除第二保護層之前，在40℃至120℃的溫度下第四加熱第二含金屬的光阻層。在一個實施例中，第一含金屬的光阻層和第二含金屬的光阻層包含銫、鋇、鑭、鈰、銦、錫或銀中的一個或多個。在一個實施例中，第一含金屬的光阻層和第二含金屬的光阻層中金屬的濃度為占第一含金屬的光阻層或第二含金屬的光阻層的總重量的10wt.%至80wt.%。在一個實施例中，第一保護層、第二保護層和第三保護層包含有機材料。在一個實施例中，該方法包含蝕刻半導體基板的暴露部分，從而將第一光阻層和第二光阻層中的第二多個圖案特徵延伸到半導體基板中。

前述概述了幾個實施例的特徵，使得本領域技術人員可以更好地理解本揭露的樣態。本領域技術人員應當理解，他們可以容易地將本揭露用作設計或修改其他過程和結構的基礎，以實現與本文介紹的實施例相同的目的和/或實現相同的優點。本領域技術人員還應該認識到，這樣的等效構造不脫離本揭露的精神和範圍，並且在不脫離本揭露的精神和範圍的情況下，它們可以在這裡進行各種改變，替換和變更。

1300:控制器

1335:溫度傳感器

1340:濕度傳感器

1345:半導體基板支撐座

1350:加熱腔室

1355:加濕器/除濕器

1360:進氣口

1365:氣體加熱器

1370:排氣口

1375:氣體供應

1380:氣體導管

1385:光阻層

1390:目標層

1395:基板

Claims (10)

1. 一種製造半導體元件的方法，包含：在一半導體基板的一第一主要表面的一邊緣部分上形成一第一保護層；在該半導體基板的該第一主要表面上形成一含金屬的光阻層；移除該第一保護層；選擇性地將該含金屬的光阻層暴露在光化性輻射之下；在該半導體基板的該第一主要表面的該邊緣部分上形成一第二保護層；將該選擇性暴露的光阻層顯影形成一圖案化光阻層；以及移除該第二保護層。
2. 如請求項1所述之方法，更包含該選擇性暴露的含金屬的光阻層及該第二保護層在100℃至200℃的溫度下10秒至5分鐘的一第一加熱。
3. 如請求項2所述之方法，其中該半導體基板在該第一加熱期間被放置在一加熱表面。
4. 如請求項3所述之方法，其中在該第一加熱期間，一氣體從該含金屬的光阻層及該第二保護層的上方通過，該氣體溫度介於100℃至190℃之間。
5. 如請求項1所述之方法，在形成該含金屬的光阻層之前，更包含：該第一保護層在40℃至120℃的溫度下的一第二加熱。
6. 如請求項1所述之方法，在移除該第一保護層之前，更包含：該第一保護層及該含金屬的光阻層的一第三加熱。
7. 一種製造半導體元件的方法，包含：在一半導體基板的一第一主要表面的一邊緣部分上形成一第一保護層；在該半導體基板的該第一主要表面上形成一光阻層；移除該第一保護層；選擇性地將該光阻層暴露在光化性輻射之下；在該半導體基板的該第一主要表面的該邊緣部分上形成一第二保護層；以及在一加熱腔室中第一加熱該選擇性暴露的光阻層及該第二保護層，其中在該第一加熱期間，該選擇性暴露的光阻層及該第二保護層中，一個或多個參數被控制，其中該些參數從下列選出：流入該加熱腔室的一氣體、從該加熱腔室流出的一排出氣體、流入該加熱腔室的該氣體之溫度，以及該加熱腔室中的相對濕度。
8. 如請求項7所述之方法，更包含：顯影該選擇性暴露的光阻層以形成一圖案化光阻層。
9. 一種製造半導體的裝置，包含：一加熱腔室；一半導體基板支撐座，在該加熱腔室中；一進氣口，在該加熱腔室中；一排氣口，在該加熱腔室中；一氣體加熱器，在該加熱腔室外；以及一控制器，其被程式化用以：控制通過該進氣口進入該加熱腔室的一氣流，控制通過該排氣口從該加熱腔室流出的一排出氣流，控制該氣體加熱器調節進入該加熱腔室的該氣流之一溫度，以及控制該加熱腔室中的相對濕度。
10. 如請求項9所述之製造半導體的裝置，其中該半導體基板支撐座包含一加熱元件。

Images