半导体装置及其形成方法与流程

本公开涉及半导体技术领域，尤其涉及半导体装置及其形成方法。

背景技术：

于半导体集成电路(integrated circuit，IC)产业中，集成电路材料及设计上的进步已产生了数代的集成电路，每一代皆具有体积更小且更精密的电路。在集成电路发展的进程上，功能密度(即，每一晶片区域之内连线装置的数量)逐渐增加的同时，几何尺寸(即，利用工艺步骤可以产生的最小元件(或线))逐渐缩小。此微缩化(scaling down)工艺通常可提供增加产率及降低相关成本的优点。上述缩小工艺也增加了处理及制造集成电路的复杂度。

光微影工艺通常形成图案化光阻层于各种图案化工艺，例如：刻蚀或离子布植。光微影工艺中使用光罩(photomask)(或遮罩(mask))，遮罩包含基底以及图案化层，其终图案化层于光微影工艺中定义将被转移至半导体基底的集成电路。在遮罩的形成或光微影工艺利用遮罩时，许多遮罩污染物，例如：化学污染物，被引入且难以移除。当前的清理方法并未有效地移除遮罩污染物且可能进而损害遮罩。

技术实现要素：

本公开提供一种半导体装置及其形成方法，以解决现有技术中遮罩的形成或光微影工艺利用遮罩时产生的污染物难以移除的技术问题。

根据本公开的一些实施例中，提供一种半导体装置的形成方法，包括：提供一承载晶圆；形成一内缩部分于承载晶圆上，内缩部分具有一倾斜部分于内缩部分的一边缘；接合一表层晶圆于承载晶圆上，以形成一开放区域于内缩部分内；图案化表层晶圆，以形成一表层膜于内缩部分之上以及一表层膜支持结构于倾斜部分之上；以及施加一机械力，以使表层膜从表层晶圆分离。

根据本公开的一些实施例中，也提供一种半导体装置的形成方法，包 括：形成一内缩部分于一承载晶圆上，内缩部分的边缘具有一倾斜部分，由内缩部分的一下部部分向一间隔层的一顶表面倾斜；接合一表层晶圆于承载晶圆上；图案化表层晶圆，以形成一表层膜于内缩部分之上、一表层膜支持结构于倾斜部分之上、以及一中断部于倾斜部分之上；以及施加一机械力，以断开中断部以及使表层膜及表层膜支持结构从表层晶圆分离。

根据本公开的一些实施例中，还提供一种半导体装置，包括：一光罩，具有一图案化部分；一表层支架，连接至光罩、表层支架实质上围绕(encompass)图案化部分；以及一表层，包括：一表层膜支持结构，根据表层支架成形，表层膜支持结构的一第一末端被接合至表层支架；以及一表层膜，位于表层膜支持结构的一第二末端，表层膜实质上覆盖图案化部分。

基于上述技术方案可知，本公开的技术效果在于：可保护光罩的图案化部分远离颗粒及其它污染物，表层可形成于表层晶圆之中且接着被机械地分离，还可有效率地制造有效的表层以保护光罩。

附图说明

以下将配合附图说明书附图详述本发明的实施例，应注意的是，依照工业上的标准实施，以下图示并未按照比例绘制，事实上，可能任意的放大或缩小元件的尺寸以便清楚表现出本发明的特征。

图1A至1K显示根据所述原理的一例子中，形成表层于光罩上的步骤示意图。

图2显示根据所述原理的一例子中，表层以及其它用以形成表层的元件的尺寸示意图。

图3显示根据所述原理的一例子中，形成用于光罩的表层的形成方法的流程图。

附图标记说明：

102 承载晶圆；

103 承载晶圆的背侧；

104 间隔层；

106 内缩部分；

108 倾斜部分；

109 沟槽；

110 上视图；

112 表层晶圆；

114 光阻层；

116 刻蚀工艺；

118 中断部；

120 表层膜支持结构；

122 表层膜；

124 光罩；

125 图案化侧；

126 表层支架；

127 保护区域；

129 表层；

130 机械力；

131 中断部的剩余部分；

150 上视图；

202 中断部的宽度；

204 表层膜支持结构的宽度；

206 倾斜部分的宽度；

300 方法；

302～312 方法的步骤。

具体实施方式

以下公开许多不同的实施方法或是例子来实行本发明的不同特征，以下描述具体的元件及其排列的例子以阐述本发明。当然这些仅是例子且不该以此限定本发明的范围。例如，在描述中提及第一个元件形成于第二个元件上时，其可以包括第一个元件与第二个元件直接接触的实施例，也可以包括有其它元件形成于第一个元件与第二个元件之间的实施例，其中第一个元件与第二个元件并未直接接触。此外，本公开在不同实施例中可能使用重复的标号和/或标示，这些重复仅为了简单清楚地叙述本公开，不代 表所讨论的不同实施例和/或结构之间有特定的关系。

此外，其中可能用到与空间相关的用词，像是“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，这些关系词为了便于描述图示中一个(些)元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系，这些空间关系词包括使用中或操作中的装置的不同方位，以及图示中所描述的方位。装置可能被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，则其中使用的空间相关形容词也可相同地照着解释。

如同前述，在遮罩的形成或光微影工艺利用遮罩时，许多遮罩污染物，例如：化学污染物，被引入且难以移除。当前的清理方法并未有效地移除遮罩污染物且可能进而损害遮罩。根据本公开的一些例子，形成表层(pellicle)以保护遮罩。具体而言，表层形成于晶圆的中且接着接合至与遮罩连接的表层支架(pellicle frame)。接着，表层机械地与表层所在的晶圆分离。

图1A至1K显示形成表层于光罩上的步骤的示意图。根据一些实施例，图1A显示间隔层104形成于承载晶圆102上。承载晶圆102为用以支持另一膜层的牺牲结构，于此，用以支持间隔层104及接续形成的膜层，下文将详细对其进行说明。承载晶圆102可为圆形。承载晶圆102可由半导体材料或其它合适的材料形成。

间隔层104可通过高密度等离子体化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)工艺沉积于承载晶圆102之上。在一例子中，间隔层104可具有大于500nm的厚度。在一例子中，间隔层104可具有约在500至600nm的范围的厚度。间隔层104可由，例如：氮化硅或氮氧化硅的材料所形成。此种材料可被图案化以产生想要的结构，下文将详细对其进行说明。

图1B显示实行图案化工艺于间隔层104上。图案化工艺可使用光微影工艺及刻蚀工艺加以实行。此种刻蚀工艺可能包含湿刻蚀及干刻蚀的结合以实现想要的外形(profile)。如图所示，图案化间隔层104以形成内缩(indented)部分106。在一些实施例中，通过完全地移除间隔层104以暴露下方的承载晶圆102而形成内缩部分106。内缩部分106的边缘被形成为具有倾斜部分108。

倾斜部分108的外形可使用湿刻蚀及干刻蚀的各种组合加以实现。湿 刻蚀为等向性(isotropic)，因此通常会于所有方向进行刻蚀。干刻蚀，例如：等离子体刻蚀，包含离子的撞击(bombardment)以移除材料。干刻蚀为非等向性(anisotropic)，因此主要于单一方向进行刻蚀。在一些实施例中，倾斜部分108实质上为线形。然而，在一些例子中，倾斜部分108可具有其它形状。例如，倾斜部分可为微凸面或微凹面。在一些例子中，只有部分的倾斜部分108为凸面或凹面，而其它部分实质上为线形。

在一些实施例中，形成内缩部分106时，移除间隔层104以暴露下方的承载晶圆102。然而，在一些例子中，内缩部分106可能并未延伸至承载晶圆102。例如，内缩部分106可具有小于间隔层104的厚度的深度。在一些例子中，代替使用间隔层104，可形成内缩部分106于承载晶圆102之中。

图1C为间隔层104的上视图110。根据一些实施例，内缩部分106的形状为长方形。此外，倾斜部分108形成于环绕内缩部分106的所有边缘。长方形的内缩部分106的尺寸是以将被表层贴附的光罩的尺寸为基准。在一些例子中，长方形的内缩部分106的尺寸稍大于光罩的图案化部分的尺寸。虽然图1C绘示一长方形遮罩的例子，但也可为其它形状。例如，特定的光罩可为椭圆形、圆形、正方形或具有其它形状。内缩部分106被设计以与此种形状相配(match)。

上视图110也显示沟槽(groove)，其经图案化于间隔层104之中。沟槽109从内缩部分106延伸至承载晶圆102的边缘。沟槽109作为排气口(exhaust port)使内缩部分106内的空气得以排到承载晶圆102的侧边之外，下文将详细对其进行说明。在内缩部分106形成于承载晶圆102之中，而并未使用间隔层104的例子中，沟槽109也可形成于承载晶圆102之中。

图1D显示表层晶圆112被接合于承载晶圆102上。具体而言，表层晶圆112接合至间隔层104。在一例子中，表层晶圆112由半导体材料，例如：硅所形成。表层晶圆112的形状实质上与承载晶圆102的形状相似。

在一例子中，表层晶圆112通过熔合接合工艺(fusion bonding process)接合至间隔层104。这种接合工艺可能包含放置表层晶圆112倚靠(against)间隔层104且施加高温及高压。例如，可使用在200至500℃范围的温度。高温导致形成表层晶圆112的材料与形成间隔层104的材料接合。

接合表层晶圆112至间隔层104产生一开放区域于内缩部分106内。 然而，由于沟槽109其形成于间隔层104内，开放区域并未被密封。换言之，开放区域与所示的装置的外部环境相通。在内缩部分106形成于承载晶圆102之中，而并未使用间隔层104的例子中，表层晶圆112直接地接合至承载晶圆102。

图1E显示图案化光阻层114的形成。在一例子中，光阻层114涂覆于表层晶圆112之上。接着通过包含曝光步骤及显影步骤的微影工艺，图案化光阻层114。例如，通过图案化光罩的使用，光阻层114暴露于光源。在曝光后，光阻层的特定部分可溶于显影溶液，显影溶液因此移除可溶部分，而保留图案化光阻层114，如图1E所示。

在一些例子中，在实施光阻层之前，可薄化承载晶圆102的背侧103。在一些例子中，承载晶圆102、间隔层104及表层晶圆112的结合可能过厚而不适用于一些光微影工具。因此，可薄化承载晶圆102使晶圆得以置于实行光微影工艺的机台中。

图1F显示刻蚀工艺116。根据一些实施例，使用刻蚀工艺116以薄化表层晶圆112以形成多种特征。刻蚀工艺116可为非等向性刻蚀工艺，例如：干刻蚀工艺。被刻蚀掉的表层晶圆112的部分是通过图案化光阻层114被曝光的部分。

通过光阻层114的曝光部分刻蚀表层晶圆112，产生许多特征，包含中断(break-off)部118、表层膜支持结构120及表层膜122。表层膜122形成于内缩部分106之上。表层膜122薄到足以让与光罩一同使用的任何型式的光穿透，上述光罩被表层膜122保护，同时表层膜122也机械地(mechanically)坚固到足以保持其本身结构。在一例子中，表层膜122小于200nm。

表层膜支持结构120连接表层膜122至光罩。更具体地，表层膜支持结构120连接表层膜122至贴附于光罩的表层支架，下文将详细对其进行说明。在上视图中，表层膜支持结构120为曲折的(circuitous)结构，其跟随内缩部分106的长方形形状。

中断部118位于表层膜支持结构120及表层晶圆112剩余的部分之间。中断部118通过形成环绕表层膜支持结构120的连续的凹槽(trench)而形成。中断部118的厚度可与表层膜122相似。为了将表层膜122及表层膜支持结构120与表层晶圆112剩余的部分分离，中断部118被设计为在施加机 械压力的情况下，将会断裂，下文将详细对其进行说明。因为中断部118、表层膜支持结构120及表层膜122皆形成于相同的表层晶圆112内，它们形成单一的单片(monolithic)结构。在一些例子中，中断部118垂直地与倾斜部分108的边缘对齐。

图1G显示表层晶圆112经图案化之后的上视图150。上视图150显示表层膜支持结构120围绕表层膜122。连续的凹槽将表层膜支持结构120与表层晶圆112剩余的部分分开。凹槽形成中断部118。

图1H显示移除图案化光阻层114的示意图。在一例子中，使用湿刻蚀工艺移除图案化光阻层。此种湿刻蚀工艺为选择性的，用以仅移除光阻层114，而保持下方的表层晶圆112实质上为完整的。

再者，图1H显示在光罩连接至表层之前的光罩124。光罩124包含图案化侧125及表层支架126。图案化侧125也可称为图案化部分。图案化侧125包含准备被转移至基底(未绘示)的光阻层上以制造集成电路的实际图案。光罩124为反射遮罩，因此，光源的光线导向图案化侧的表面。图案化侧125的部分将反射上述光线且其它部分将吸收上述光线。因此，当反射的光线在光微影曝光步骤中到达涂覆于半导体晶圆上的光阻层时，由图案化侧125所定义的图案将转移至光阻层。

光罩124的制造相对地昂贵。此外，小颗粒及污染物可能损坏光罩124，其将导致通过光罩124的使用而形成的图案中的缺陷。这种缺陷是难处理的，因为在经检测之前，缺陷可能转移至数千个晶圆。虽然可使用多种清理工艺以移除此种颗粒及污染物，但清理工艺本身可能对光罩124造成损害，尤其是在重复的清理循环之后。因此，最好可防止此种污染物到达光罩124的图案化侧125。

表层支架126可通过多种方式固定于光罩124。例如，表层支架126可接合至光罩124。表层支架126可由金属材料，例如：铝或钢所形成。在上视图中，表层支架126可形成曲折的结构，其围绕(encompass)光罩124的图案化侧125。此外，表层支架126可与表层膜支持结构120的尺寸及形状匹配。

图1I显示表层膜支持结构120接合至表层支架126。在一例子中，可通过使用硅胶实现接合。承前述，表层膜支持结构120及表层支架126皆 可具有匹配的曲折结构。因此，通过接合表层膜支持结构120至表层支架126，保护区域127被形成于光罩124的图案化侧125周边。

图1J显示为了断裂中断部118以及将表层膜122及表层膜支持结构120从表层晶圆112剩余的部分分离，施加机械力(mechanical force)130于光罩124。可以多种方式施加机械压力，例如，可利用工具抵压光罩124并将其往下压。机械力130大到足以断裂中断部118，但不足以破坏表层膜122或表层膜支持结构120。

间隔层104的倾斜部分108被用于帮助中断步骤。具体而言，机械力130对着倾斜部分108加压于断裂部118。可调整中断部118的宽度及倾斜部分108的斜度以有效断裂中断部118。此外，如下所述，因为间隔层104包含沟槽(109，图1C)，内缩部分106内的空间的空气可通过沟槽产生的排气口排出。这可预防压力施加于膜122，这种压力可造成膜122的损坏。因此，沟槽109可最优化(optimize)分离步骤。

图1K显示和表层129一起的光罩124从表层晶圆112的剩余部分及其它结构分开。表层129为单片结构，其包含表层膜122及表层膜支持结构120。利用上述步骤，表层129也包含中断部118的剩余部分131。中断部118的剩余部分131与表层膜122共平面且从相对于表层膜122的一侧上的表层膜支持结构120延伸。剩余部分131可具有由机械地断裂中断部118所产生的锯齿状或粗糙的边缘。

表层129可保护光罩124的图案化侧125远离可能造成损害的污染物。此外，表层支架126可包含能够使表层更有效地作用的特征，例如，表层支架126可允许空气在保护区域127及表层129外的环境之间流通。这是因为在一些光微影工艺中，光罩124被置于真空中，若保护区域127被紧密地密封，则保护区域127及外在环境之间的压力差可能产生有害的压力于表层膜122上，且甚至可能使其破裂。此外，允许空气在保护区域127及表层129外的环境之间流通的通道可包含滤器，以防止污染物及其它物质到达保护区域127而造成光罩124的图案化侧125的损害。

在表层129的贴附下，光罩124可用于集成电路制造工艺的光阻层图案化。在一例子中，极紫外线(Extreme UltraViolet,EUV)光线可被引导于光罩124的图案化侧125。此种光线将穿透表层膜122，接着，在反射出图案 化侧125的一部分之后，光线将再次穿透表层膜122且最终将到达被曝光的光阻图案。

上述例子说明从表层晶圆移除表层膜之前，光罩的表层支架接合于表层膜支持结构。然而，在一些例子中，在表层贴附于光罩之前，可使用机械力将表层膜及表层膜支持结构从表层晶圆分离。

图2显示表层129及其它用以形成表层129的元件的尺寸示意图。根据一些实施例，中断部118的宽度202可约在1至10mm的范围。表层膜支持结构120的宽度204可约在1至10mm的范围。倾斜部分108的斜度是根据倾斜部分108的宽度206及间隔层104的厚度。或者，在内缩部分106并未向下延伸至承载晶圆102的例子中，倾斜部分108的斜度是根据宽度206及内缩部分106的深度。承前述，倾斜部分108可能不完全地为线形。这些尺寸提供表层129足够的强度，在允许中断部118有效断裂的同时，不损害到表层膜122或表层膜支持结构120。

图3显示用于光罩的表层的形成方法的流程图。根据一些实施例，方法300包含用以提供承载晶圆(例如，102，图1A)的步骤302。承前述，承载晶圆为用于支持接续形成的膜层的暂时性结构。

根据一些实施例，方法300还包含用以形成间隔层(例如，104，图1A)于承载晶圆上的步骤304，间隔层包括内缩部分(例如，106，图1B)，内缩部分具有倾斜部分(例如，108，图1B)于内缩部分的边缘。可使用高密度等离子体化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)工艺沉积间隔层。间隔层可由材料，例如，氮化硅或氮氧化硅所形成。接着可图案化间隔层以形成内缩部分。可使用刻蚀工艺以移除部分的间隔层以产生内缩部分。也可调整刻蚀工艺以产生想要的倾斜部分。承前述，倾斜部分实质上可为线形、凸面或凹面。当图案化间隔层时，沟槽可能形成于间隔层之中，其由内缩部分延伸至承载晶圆的边缘。沟槽作为排气口(exhaust port)使内缩部分中的空气得以排到承载晶圆的侧边之外。

根据一些实施例，方法300还包含用以接合表层晶圆(例如，112，图1D)至间隔层以形成开放区域于内缩部分内的步骤306。表层晶圆可由半导体材料，例如，硅所形成。表层晶圆为用以形成表层的材料物件。

在一些例子中，可薄化承载晶圆的背侧。在一些例子中，承载晶圆、 间隔层及表层晶圆的结合可能过厚而不适用于一些光微影工具。因此，可薄化承载晶圆使晶圆得以置于实行接续的光微影工艺的机台中。

根据一些实施例，方法300还包含用以图案化表层晶圆以形成表层膜(例如，122，图1F)于内缩部分的上以及形成表层膜支持结构(例如，120，图1F)于倾斜部分之上的步骤308。此可通过各种光微影技术加以完成。通过刻蚀掉位于内缩部分上的一部分表层晶圆使得薄膜存留，以形成表层膜。通过刻蚀掉位于将形成表层膜支持结构的表层晶圆区域的两侧的表层晶圆部分，以形成表层膜支持结构。表层膜支持结构形成于倾斜部分之上。

上述方法也可包含形成中断部。中断部位于表层膜支持结构及表层晶圆剩余的部分之间。中断部的厚度可与表层膜相似。为了将表层膜及表层膜支持结构从表层晶圆剩余的部分分离，中断部被设计为在施加机械压力的情况下，将会断裂，下文将更详细对其进行说明。因为中断部、表层膜支持结构及表层膜皆形成于相同的表层晶圆内，它们形成单一的单片(monolithic)结构，其可称作表层。

根据一些实施例，方法300还包含用以接合光罩(例如，124，图1H)至表层膜支持结构的步骤310。具体而言，表层膜支持结构接合至将贴附于光罩的表层支架上。可通过使用硅胶实现此种接合。在上视图中，表层支架可具有长方形的形状。表层支架被设置以围绕(encompass)光罩的图案化部分。表层膜支持结构可与表层支架的形状相配。具体而言，表层膜支持结构可为与表层支架的尺寸及形状相符的长方形、曲折特征。因此，当接合至表层支架时，表层膜支持结构、表层膜以及表层支架提供了位于光罩的图案化部分之上的保护区域。

根据一些实施例，方法300还包含用以施加机械力以从表层晶圆分离表层膜的步骤310。具体而言，机械力可对着倾斜部分加压于中断部使它们断裂。接着，可移除包含表层膜及表层膜支持结构的表层。因此，表层产生位于光罩的图案化部分之上的保护区域。

利用前述的步骤，表层也可包含中断部的剩余部分。中断部的剩余部分与表层膜共平面且从相对于(opposite to)表层膜的一侧上的表层膜支持结构延伸。剩余部分可具有由机械地断裂中断部所产生的锯齿状(jagged)或粗糙的边缘。

虽然于此已叙述方法的使用，但可有效地形成表层以保护光罩的图案化部分。因此，可保护光罩的图案化部分远离颗粒及其它污染物。表层可形成于表层晶圆之中且接着被机械地分离。这种技术可有效率地制造有效的表层以保护光罩。

根据一例子，方法包含：提供承载晶圆；形成内缩部分于承载晶圆上，内缩部分具有倾斜部分于内缩部分的边缘；接合一表层晶圆于承载晶圆上，以形成开放区域于内缩部分之内；图案化表层晶圆，以形成表层膜于内缩部分之上以及表层膜支持结构于倾斜部分之上；以及施加机械力，以使表层膜从该表层晶圆分离。

根据一例子，方法包含：形成内缩部分于承载晶圆上，内缩部分的边缘具有倾斜部分，由内缩部分的下部部分(lower portion)向间隔层的顶表面倾斜；接合表层晶圆于承载晶圆上；图案化表层晶圆，以形成表层膜于内缩部分之上、表层膜支持结构于倾斜部分之上、以及中断部于倾斜部分之上；以及施加机械力，以断开中断部以及使表层膜及表层膜支持结构从表层晶圆分离。

根据一例子，装置包含：光罩，具有图案化部分；表层支架，连接至光罩，表层支架实质上围绕图案化部分；以及表层，其包含：表层膜支持结构，是根据表层支架成形(shaped)，表层膜支持结构的第一末端被接合至表层支架；以及表层膜，位于表层膜支持结构的第二末端，表层膜实质上覆盖图案化部分。

前述内文概述了许多实施例的特征，使本技术领域中技术人员可以更佳的了解本发明的各个方面。本技术领域中技术人员应该可理解，他们可以很容易的以本发明为基础来设计或修饰其它工艺及结构，并以此达到相同的目的及/或达到与本发明介绍的实施例相同的优点。本技术领域中技术人员也应该了解这些相等的结构并不会背离本发明的发明精神与范围。本发明可以作各种改变、置换、修改而不会背离本发明的发明精神与范围。

虽然本发明已以数个较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意的变动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。