半导体装置的制造方法与流程

本发明实施例是涉及一种半导体装置的制造方法，且尤其涉及一种使用冷冻工艺的半导体装置的制造方法。

背景技术：

在一例示性现有工艺中，会将光刻胶层提供于衬底上并对光刻胶层进行图案化，因此暴露出衬底的一些区域。接着，将掺质注入经暴露的区域。然而，注入工艺可化学性改变光刻胶层的外部，因此外部包括具有分子间键结(inter-molecularbond)的坚硬聚合物。由于光刻胶层包括经化学性改变的外部，因此难以使用现有的技术来移除光刻胶层。

技术实现要素：

在本发明实施例中，一种半导体装置的制造方法包括以下步骤。在衬底上形成光刻胶层。对所述光刻胶层进行冷冻工艺。在进行所述冷冻工艺之后，对所述光刻胶层进行清洁工艺以移除所述光刻胶层。

附图说明

图1是根据本发明一些实施例的集成电路的制造方法流程图；

图2a至图2e是根据本发明一些实施例的集成电路的制造方法示意图；

图3a至图3i是根据本发明一些实施例的集成电路的制造方法示意图。

具体实施方式

以下发明内容提供用于实施所提供的目标之不同特征的许多不同实施例或实例。以下所描述的构件以及配置的具体实例是为了以简化的方式传达本发明为目的。当然，这些仅仅为实例而非用以限制。举例来说，在以下描述中，在第一特征上方或在第一特征上形成第二特征可包括第二特征与第一特征形成为直接接触的实施例，且也可包括第二特征与第一特征之间可形成有额外特征使得第二特征与第一特征可不直接接触的实施例。此外，本发明在各种实例中可使用相同的组件符号以及/或字母来指代相同或类似的部件。组件符号的重复使用是为了简单以及清楚起见，且并不表示所欲讨论的各个实施例以及/或配置本身之间的关系。

另外，为了便于描述附图中所示出的一个构件或特征与另一组件或特征的关系，在本文中可使用例如“在...下”、“在...下方”、“下部”、“在…上”、“在…上方”、“上部”以及类似术语的空间相对术语。除了附图中所示出的定向之外，所述空间相对术语意欲涵盖组件在使用或操作时的不同定向。设备可被另外定向(旋转90度或在其他定向)，而本文所用的空间相对术语相应地作出解释。

图1是根据本发明一些实施例的集成电路的制造方法流程图。图2a至图2e是根据本发明一些实施例的集成电路的制造方法示意图。

请同时参照图1以及图2a，在步骤s10中，在衬底102上形成光刻胶层110。在一些实施例中，衬底102为半导体衬底，诸如硅衬底、绝缘层上硅(silicon-on-insulator，soi)衬底、硅化锗衬底或由其他合适半导体材料形成的衬底。根据设计所需，衬底102可为p型衬底或n型衬底且可具有形成于其中的掺杂区(诸如n井以及p井)。在其他实施例中，衬底102上形成有一个或多个层(诸如绝缘层、导体层等)。

在一些实施例中，在衬底102上形成结构108。结构108为半导体装置中的任何构件，其在对半导体装置的其他构件或衬底102进行处理期间容易受到破坏。在一些实施例中，结构108为诸如导线等导体图案或诸如层间介电(inter-metaldielectric，imd)层等介电图案。在一些实施例中，结构108的材料为诸如金属、合金、金属硅化物、多晶硅或其组合等导体材料或诸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其组合等介电材料。

在一些实施例中，在衬底102上提供光刻胶层110并对其进行图案化，以使其具有如图2a所示的形状。在一些实施例中，在可能破坏或改变结构108的其他工艺步骤(诸如蚀刻、注入或其相似者)期间提供光刻胶层110，以保护结构108。在一些实施例中，可使用旋转涂布工艺形成光刻胶层110。在一些实施例中，光刻胶层110的厚度为0.01微米至10微米。在一些实施例中，光刻胶层110为任何合适组成物的负型光刻胶或正型光刻胶。在一些实施例中，负型光刻胶包括感光组成物，诸如聚异戊二烯、偶氮萘醌(diazonaphthoquinone，dnq)或其相似者。在一些实施例中，正型光刻胶包括感光组成物，诸如苯酚-甲醛树脂、环氧树脂或其相似者。在沉积光刻胶后可对其进行软烤。在烘烤光刻胶之后，对光刻胶进行曝光工艺。曝光工艺对光刻胶进行图案化。在一些实施例中，曝光工艺可包括将辐射束导向衬底102。在一些实施例中，辐射束可为紫外光及/或可扩以及至包括其他辐射束(诸如离子束、x光、远紫外光、深紫外光或其他合适辐射能源)。曝光工艺可为浸润式光刻技术、电子束曝光(electron-beamwriting)、离子束曝光(ion-beamwriting)、无掩膜光刻(masklessphotolithography)、分子印记(molecularimprint)以及/或其他合适图案化工艺。可进行曝光后烘烤(post-exposurebake，peb)以使得经曝光的光刻胶聚合物断键(cleave)。

在一些实施例中，在曝光后烘烤之后，对经曝光光刻胶进行显影(诸如对图案化光刻胶提供显影剂，以移除光刻胶的可溶部分)。衬底102以及包括经断键聚合物的经曝光光刻胶被转移至显影室，以移除可溶于水性显影剂中的部分光刻胶(诸如经曝光光刻胶)。在一些实施例中，显影剂为四甲基氢氧化铵(tetra-methylammoniumhydroxide，tmah)。在其他实施例中，可使用现有的或未来所发展的其他合适组成物。在其他实施例中，也可包括表面活性剂。表面活性剂可选自诸如3mnovecfluidhfe-7000、hfe-7100、hfe-7200、hfe-7500、hfe-71ipa、3mfluorinertfc-72、fc-84、fc-77、fc-3255、fc-3283、fc-40、fc-43、fc-70、3mnovec4200、3mnovec4300、3mfc-4432、3mfc-4430、3mfc-4434以及/或其他本领域已知的表面活性剂等表面活性剂。在一些实施例中，可通过搅炼工艺、浸润工艺、喷洒工艺以及/或其他合适方法提供显影剂。在显影工艺之后，进行蚀刻工艺以移除部分光刻胶。接着，如图2a所示，形成光刻胶层110且光刻胶层已被图案化成具有形状。在一些实施例中，光刻胶层110暴露出结构108旁的部分衬底102且保护衬底102上的结构108。在其他实施例中，在形成光刻胶层110之前，在衬底102上形成用以促进光刻胶层110的附着性的膜层。用以促进光刻胶层110的附着性的膜层例如是六甲基二硅氮烷(hexamethyldisilazane，hmds)层。

请参照图1以及图2b，在一些实施例中，部分光刻胶层110被化学性改变成光刻胶硬表层(photoresistcrust)112。在一些实施例中，在于结构108上形成光刻胶层110之后，对光刻胶层110进行注入工艺120。在一些实施例中，使用注入工艺120来改变半导体装置的衬底102或其他构件的一部分的导电型，同时使用作为掩膜组件的光刻胶层110来保护结构108以避免破坏或改变结构108。在一些实施例中，注入工艺120的能量为0.5kev至2000kev。在一些实施例中，掺质的剂量为1e13/cm²至1e16/cm²。在注入工艺120期间，由于暴露于化学品与热环境中，因此部分光刻胶层110可被化学性改变成光刻胶硬表层112。在一些实施例中，光刻胶层110的外表面已被改变成光刻胶硬表层112，而光刻胶层110的内部则保持为未经改变状态且称为光刻胶块体114。在一些实施例中，在注入工艺120期间，将m+离子掺杂至光刻胶层110中，其中m例如是硼(b)、磷(p)或砷(as)。因此，光刻胶层110中的一些聚合物为高度交联的，且变成形成光刻胶硬表层112的聚合物。在一些实施例中，光刻胶硬表层112形成于光刻胶块体114的上部或侧部。相较于光刻胶块体114，光刻胶硬表层112相当难移除。举例来说，相较于光刻胶块体114，必须通过在较高温度下使用光刻胶剥离剂或在较长时间下进行等离子灰化工艺来移除光刻胶硬表层112，同时会损失部分衬底102。

在其他实施例中，光刻胶层110可包括深紫外光光刻胶，诸如通过氟化氪(krf)准分子激光在248纳米下曝光的光刻胶。在此实例中，在注入工艺120之后，光刻胶层110中的一些聚合物已被化学性改变成微晶(microcrystalline)石墨与长单碳链且形成光刻胶硬表层112。在其他实施例中，相较于光刻胶块体114，光刻胶硬表层112对于等离子灰化工艺可具有蚀刻抗性且可能进一步导致进行等离子灰化工艺之后的残余物增加。在其他实施例中，等离子灰化工艺亦可将部分光刻胶层110化学性改变成光刻胶硬表层112。

请参照图1以及图2c，在步骤s20中，对光刻胶层110进行冷冻工艺130。在一些实施例中，光刻胶硬表层112暴露于冷冻工艺130中，且光刻胶硬表层112变得脆弱(fragile)。在一些实施例中，由于光刻胶硬表层112的聚合物中的分子间的键结被打断，导致光刻胶硬表层112变得脆弱。在一些实施例中，微裂纹116形成于光刻胶硬表层112中且光刻胶层110的光刻胶硬表层112实质上会破裂成彼此之间具有微裂纹116的许多碎片。在一些实施例中，微裂纹116例如是不规则地分布在光刻胶硬表层112中(如图2c示出)。在一些实施例中，微裂纹116例如是更延伸至光刻胶块体114中。在一些实施例中，微裂纹116不会穿透整个光刻胶层110，因此不会暴露出结构108。在一些实施例中，冷冻工艺130的温度例如是-210℃至-272℃。在一些实施例中，通过使用诸如液态氮、液态氧、液态氩或其相似者等低温液体进行冷冻工艺130。在一些实施例中，冷冻工艺130是对批次芯片进行处理或对单一芯片进行处理，且通过浸润工艺、喷洒工艺或相似者进行。在批次芯片处理中，可同时将1个至25个芯片浸润于供应有流速为10毫升/分钟至1000毫升/分钟的低温液态气体的容器中。在单一芯片处理中，可以500毫升/分钟至2500毫升/分钟的流速的低温液态气体喷洒一个芯片。相较于图2b所示的光刻胶硬表层112，经冷冻工艺130处理且其中具有微裂纹116的光刻胶硬表层112较容易被移除。此外，在一些实施例中，微裂纹116暴露光刻胶层110的部分光刻胶块体114。

请参照图1以及图2d，在步骤s30中，在进行冷冻工艺130之后，对光刻胶层110进行清洁工艺140以移除光刻胶层110。在一些实施例中，通过提供光刻胶剥离剂至光刻胶层110来进行清洁工艺140。在一些实施例中，光刻胶剥离剂为臭氧液体，其通过混合臭氧气体与去离子水所形成。在一些实施例中，臭氧液体包括约15ppm至200ppm的臭氧。在一些实施例中，臭氧由臭氧产生器产生，且在工艺中存在非常少量氧气或几乎不存在氧气。在一些实施例中，将去离子水提供至衬底102。去离子水的温度低于衬底102的温度。在一些实施例中，去离子水的温度约为15℃或小于15℃。去离子水可降低衬底温度，以减缓对衬底102造成的热冲击或其他破坏，同时提升臭氧液体的剥除能力。在一些实施例中，可于臭氧液体中提供诸如紫外光活化剂或过氧化氢活化剂等活化剂，以产生活性臭氧液体。

在其他实施例中，光刻胶剥离剂为硫酸-过氧化氢混合液(sulfuricacidhydrogenperoxidemixture，spm)，其通过在使用前才混合硫酸与过氧化氢而形成。在其他实施例中，硫酸的浓度通常为95％至98％，且其温度通常为60℃至200℃。在其他实施例中，过氧化氢的浓度通常为25％至33％，且其温度通常为20℃至30℃。在其他实施例中，硫酸的浓度为98％，以及过氧化氢的浓度为30％。在其他实施例中，硫酸与过氧化氢的体积比为1：1至12：1。在一些实施例中，冷冻工艺130与清洁工艺140分别在不同腔室中进行。

在一些实施例中，在通过清洁工艺140移除光刻胶层110之前，先以冷冻工艺130处理光刻胶层110。在一些实施例中，在通过冷冻工艺130处理后，光刻胶硬表层112变得脆弱且其中形成有微裂纹，且因此包括光刻胶硬表层112的光刻胶层110很容易被清洁工艺140移除。因此，在清洁工艺140中可使用温和的光刻胶剥离剂且光刻胶层110可被迅速移除，以及能避免在移除光刻胶层110期间容易被破坏的结构108或衬底102被破坏。

图3a至图3i是根据本发明一些实施例的集成电路的制造方法示意图。请参照图3a，于衬底102上形成光刻胶层110。在一些实施例中，衬底102包括用于一个或多个半导体构件(诸如场效晶体管)的第一区域102a以及用于一个或多个半导体构件(诸如场效晶体管)的第二区域102b。在一些实施例中，在衬底102中形成浅沟槽隔离特征104。浅沟槽隔离特征104的形成方法包括在衬底102中蚀刻沟槽并以诸如氮化硅、氧化硅或氮氧化硅等一种或多种绝缘材料填满沟槽。经填满的沟槽可具有多层结构，诸如包括热氧化衬层与填入沟槽的氮化硅。在其他实施例中，使用诸如以下工艺顺序形成浅沟槽隔离特征104：成长垫氧化层、形成低压化学气相沉积工艺氮化层、使用光刻胶与掩膜图案化出浅沟槽隔离开口、在衬底中蚀刻沟槽、选择性成长热氧化沟槽衬层以提升沟槽界面质量、在沟槽内填入化学气相沉积氧化物、使用化学机械平坦化工艺进行回蚀刻以及使用氮化物剥离工艺以留下浅沟槽隔离特征104。在一些实施例中，在浅沟槽隔离特征104中形成掺杂区域106。在一些实施例中，衬底102例如为p型衬底，且掺杂区域106例如为n井。在其他实施例中，衬底102例如为n型衬底，且掺杂区域106例如为p井。

在一些实施例中，结构108a、108b分别形成于第一区域102a与第二区域102b中。在一些实施例中，结构108a、108b例如是栅极结构。在一些实施例中，结构108a、108b的材料为导体材料，诸如金属、合金、金属硅化物、多晶硅或其组合。在一些实施例中，介电层107形成于衬底102与结构108a、108b之间。在一些实施例中，介电层107的材料为氧化硅、高介电常数(high-k)材料或其组合。在一些实施例中，高介电常数材料的介电常数约大于4或甚至约大于10。在一些实施例中，高介电常数材料包括氧化金属，诸如氧化钛(tio2)、氧化锆(zro2)、氧化铪(hfo2)、氧化钽(ta2o5)以及钛酸锶钡((ba,sr)tio3)或其组合。在其他实施例中，可于结构108a、108b的侧壁上形成间隙壁。

在一些实施例中，在衬底102的第二区域102b提供光刻胶层110以覆盖结构108b。在一些实施例中，使用作为掩膜组件的光刻胶层110来保护结构108b以避免破坏或改变结构108b。

请参照图3b，在衬底102的第一区域102a中进行注入工艺120以形成掺杂区122a。在一些实施例中，通过使用诸如磷、砷以及锑等n型掺质进行注入工艺120。在一些实施例中，通过使用结构108a作为掩膜，在结构108a旁形成掺杂区122a。在一些实施例中，举例来说，衬底102为p型衬底，以及掺杂区122a为n型源极与漏极区。在一些实施例中，在注入工艺120期间，光刻胶层110的一部分被化学性改变成光刻胶硬表层112，而光刻胶层110的其他部分则保持为未经改变状态且称为光刻胶块体114。

请参照图3c，对光刻胶层110进行冷冻工艺130。在一些实施例中，微裂纹116形成于光刻胶层110的光刻胶硬表层112中，且微裂纹116进一步延伸至光刻胶层110的光刻胶块体114中。在一些实施例中，光刻胶硬表层112变得脆弱且易于移除。

请参照图3d与图3e，在进行冷冻工艺130之后，对光刻胶层110进行清洁工艺140以移除光刻胶层110。在一些实施例中，移除具有微裂纹116的光刻胶硬表层112以及光刻胶层110的光刻胶块体114。在一些实施例中，光刻胶剥离剂通过微裂纹116接触光刻胶块体114。

请参照图3f，在衬底102的第一区域102a提供光刻胶层110以覆盖结构108a。接着，在衬底102的第二区域102b中进行注入工艺120以形成掺杂区122b。在一些实施例中，使用作为掩膜组件的光刻胶层110来保护结构108a以避免破坏或改变结构108a。在一些实施例中，通过使用诸如硼、铟、铝以及镓等p型掺质进行注入工艺120。在一些实施例中，通过将结构108b作为掩膜，在结构108b旁的掺杂区域106中形成掺杂区122b。在一些实施例中，举例来说，掺杂区域106例如为n井，以及掺杂区122b为p型源极与漏极区。在一些实施例中，在注入工艺120期间，光刻胶层110的一部分被化学性改变成光刻胶硬表层112，而光刻胶层110的其他部分则保持为未经改变状态且称为光刻胶块体114。

请参照图3g，对光刻胶层110进行冷冻工艺130。在一些实施例中，微裂纹116形成于光刻胶层110的光刻胶硬表层112中，且微裂纹116进一步延伸至光刻胶层110的光刻胶块体114中。在一些实施例中，光刻胶硬表层112变得脆弱且易于移除。

请参照图3h与图3i，在进行冷冻工艺130之后，对光刻胶层110进行清洁工艺140以移除光刻胶层110。在一些实施例中，移除具有微裂纹116的光刻胶硬表层112以及光刻胶层110的光刻胶块体114。在一些实施例中，光刻胶剥离剂通过微裂纹116接触光刻胶块体114。

在一些实施例中，依序通过冷冻工艺和清洁工艺移除包括硬表层的光刻胶层。在冷冻工艺中，通过浸润方法或喷洒方法使用低温液态气体处理光刻胶层，且因此包括交联聚合物的光刻胶硬表层变得脆弱且其中形成有微裂纹。因此，在清洁工艺中，温和的光刻胶剥离剂可以穿过破裂的光刻胶硬表层且溶解光刻胶块体，故可轻易地移除光刻胶。在一些实施例中，可以轻易地且完整地移除包括光刻胶硬表层与光刻胶块体的光刻胶层，因此可在低温下与使用诸如基于臭氧的化学品等温和化学品移除光刻胶。此外，防止被光刻胶层覆盖的结构遭到破坏。因此，可以降低移除光刻胶的费用，且移除光刻胶的方法变得对环境更有善，以及使得半导体装置具有较佳效能。

在本发明一实施例中，一种半导体装置的制造方法包括以下步骤。在衬底上形成光刻胶层。对所述光刻胶层进行冷冻工艺。在进行所述冷冻工艺之后，对所述光刻胶层进行清洁工艺以移除所述光刻胶层。

在本发明一实施例中，一种半导体装置的制造方法包括以下步骤。在衬底上形成图案化光刻胶层以覆盖结构。在所述衬底中进行注入工艺，其中所述注入工艺化学性改变所述图案化光刻胶层的第一部分。对所述图案化光刻胶层进行冷冻工艺。在进行所述冷冻工艺之后，对所述图案化光刻胶层进行清洁工艺以移除所述图案化光刻胶层。

在本发明一实施例中，一种半导体装置的制造方法包括以下步骤。在衬底上形成光刻胶层，其中所述光刻胶层包括光刻胶硬表层。对所述光刻胶层进行冷冻工艺，由此在所述光刻胶硬表层中形成微裂纹。在进行所述冷冻工艺之后，对所述光刻胶层进行清洁工艺以移除所述光刻胶层。

在本发明一实施例中，其中所述冷冻工艺使得部分所述光刻胶层中形成有微裂纹。在本发明一实施例中，其中所述冷冻工艺包括使用液态气体。在本发明一实施例中，其中所述冷冻工艺通过浸润方法或喷洒方法进行。在本发明一实施例中，其中所述清洁工艺包括使用硫酸-过氧化氢混合液。在本发明一实施例中，其中所述清洁工艺包括使用臭氧液体。在本发明一实施例中，其中所述冷冻工艺于所述图案化光刻胶层的所述第一部分中形成微裂纹。在本发明一实施例中，其中所述第一部分为所述光刻胶层的外表面。在本发明一实施例中，其中在进行所述注入工艺之后，所述第一部分包括高度交联聚合物。在本发明一实施例中，其中所述图案化光刻胶层的第二部分被所述第一部分覆盖且在所述注入工艺之后未经化学性改变。在本发明一实施例中，其中所述注入工艺于所述结构旁的所述衬底中形成掺杂区。在本发明一实施例中，其中所述光刻胶硬表层形成于所述光刻胶层的外表面中。在本发明一实施例中，其中所述微裂纹更延伸至所述光刻胶层的内部中。

以上概述了数个实施例的特征，使本领域具有通常知识者可更佳了解本揭露的态样。本领域具有通常知识者应理解，其可轻易地使用本发明作为设计或修改其他工艺与结构的依据，以实行本文所介绍的实施例的相同目的及/或达到相同优点。本领域具有通常知识者还应理解，这种等效的配置并不悖离本发明的精神与范畴，且本领域具有通常知识者在不悖离本揭露的精神与范畴的情况下可对本文做出各种改变、置换以及变更。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的改动与润饰，均在本发明范围内。