制造半导体器件的方法与流程

本发明的实施例涉及半导体领域，更具体地涉及制造半导体器件的方法。

背景技术：

半导体集成电路(ic)产业经历了快速增长。ic设计和材料的技术进步已产生了几代ic，其中每代都具有比前一代更小和更复杂的电路。在ic演进的过程中，功能密度(即，每一芯片面积上互连器件的数量)已普遍增加，而几何尺寸(即，使用制造工艺可产生的最小组件(或线))有所降低。

这种按比例缩小工艺通常通过提供生产效率和降低相关成本来提供益处。这样的按比例缩小也增加了ic处理和制造的复杂程度。为了实现这些进步，需要ic处理和制造中的类似发展。尽管制造ic器件的现有方法通常能满足其预期目的，但是这些方法不能在所有的方面完全令人满意。例如，期望在图案化材料层方面的改进。

技术实现要素：

本发明的实施例提供了一种制造半导体器件的方法，包括：在衬底上方形成辐射可去除材料(rrm)层；通过将所述辐射可去除材料层的第一部分暴露于辐射束来去除所述衬底的第一区域中的辐射可去除材料层的第一部分，其中，在去除所述第一区域中的辐射可去除材料层的第一部分之后，保留所述衬底的第二区域中的辐射可去除材料层的第二部分；在所述衬底的第二区域中的辐射可去除材料层的第二部分上方形成选择性形成层(sfl)；以及在所述衬底的第一区域上方形成材料层。

本发明的实施例还提供了一种制造半导体器件的方法，包括：在衬底上方形成辐射可去除材料(rrm)层；将所述辐射可去除材料层暴露于穿过光掩模的极紫外线(euv)束，以去除衬底的第一区域中的辐射可去除材料层的第一部分，其中，在去除所述第一区域中的辐射可去除材料层的第一部分之后，保留所述衬底的第二区域中的辐射可去除材料层的第二部分；在所述第二区域中的辐射可去除材料层的第二部分上方形成自组装单层(sam)；以及在所述衬底的第一区域上方形成材料层。

本发明的实施例还提供了一种制造半导体器件的方法，包括：对电介质衬底执行六甲基二硅烷胺(hmds)处理以修改所述电介质衬底的表面；在氢环境中将所述电介质衬底暴露于穿过光掩模的极紫外线(euv)束，以去除所述电介质衬底的第一区域中的修改表面的第一部分，其中，在去除所述第一区域中的修改表面的第一部分之后，保留所述电介质衬底的第二区域中的修改表面的第二部分；在所述第二区域中的修改表面的第二部分上方形成自组装单层(sam)；以及在所述电介质衬底的第一区域上方形成金属氧化物层。

附图说明

当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明的实施例。应该强调的是，根据工业中的标准实践，对各种部件没有按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或缩小。

图1是根据一些实施例构造的用于制造半导体器件的示例性方法的流程图。

图2、图3a、图3b、图4、图5和图6是根据一些实施例的示例性半导体器件的截面图。

具体实施方式

以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件形成为直接接触的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可在各个实例中重复参考标号和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。

而且，为便于描述，在此可以使用诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等的空间相对术语，以便于描述如图所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，而在此使用的空间相对描述符可以同样地作相应的解释。

图1是根据一些实施例的用于制造一个或多个半导体器件的方法100的流程图。如图2、图3a、图3b、图4、图5和图6中所示，参照半导体器件200，在下面详细地讨论方法100。

参考图1和图2，方法100开始于提供衬底210的步骤102。衬底210包括硅。可选地或附加地，衬底210可包括诸如锗的其他元素半导体。衬底210还可以包括化合物半导体，诸如碳化硅、砷化镓、砷化铟和磷化铟。衬底210可以包括合金半导体，诸如硅锗、碳化硅锗、磷化镓砷和磷化镓铟。在一个实施例中，衬底210包括外延层。例如，衬底210可以具有位于块状半导体上面的外延层。此外，衬底210可以包括绝缘体上半导体(soi)结构。例如，衬底210可包括掩埋氧化物(box)层，通过诸如注氧分离(simox)的工艺或其他适合的技术(诸如晶圆接合与研磨)形成该掩埋氧化物层。

衬底210还可包括诸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k电介质、碳化硅、和/或其它合适的层的电介质衬底。

衬底210还可包括通过诸如离子注入和/或扩散的工艺实施的各种p型掺杂区域和/或n型掺杂区域。这些掺杂区域包括n阱、p阱、轻掺杂区域(ldd)以及被配置为形成各种集成电路(ic)器件(诸如，互补金属氧化物半导体场效应晶体硅(cmosfet)、图像传感器和/或发光二极管(led))的各种沟道掺杂轮廓。衬底210还可包括形成在衬底中和/或衬底上的诸如电阻器和/或电容器的其他功能部件。

衬底210还可包括各种隔离部件。该隔离部件分离衬底210中的各个器件区域。隔离部件包括通过使用不同处理技术所形成的不同结构。例如，隔离部件可包括浅沟槽隔离(sti)部件。sti的形成可包括：在衬底210中蚀刻沟槽，并且用诸如氧化硅、氮化硅和/或氮氧化硅的绝缘材料填充沟槽。填充后的沟槽可以具有多层结构，诸如具有填充沟槽的氮化硅的热氧化物衬层。可执行化学机械抛光(cmp)，以回抛光多余的绝缘材料以及平坦化隔离部件的顶面。

衬底210还可包括通过介电层和电极层所形成的栅极堆叠件。介电层可包括通过合适的技术(诸如化学汽相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)、物理汽相沉积(pvd)、热氧化、它们的组合和/或其他合适的技术)沉积的界面层(il)和高k(hk)介电层。il可包括氧化物、hfsio和氮氧化物，并且hk介电层可包括lao、alo、zro、tio、ta2o5、y2o3、srtio3(sto)、batio3(bto)、bazro、hfzro、hflao、hfsio、lasio、alsio、hftao、hftio、(ba，sr)tio3(bst)、al2o3、si3n4、氮氧化物(sion)和/或其他合适的材料。电极层可包括单层或可选的多层结构，诸如以下各层的多种组合：具有提高器件性能的功函数的金属层(功函数金属层)；衬层；润湿层；附着层；以及金属、金属合金或金属硅化物的导电层。mg电极420可包括ti、ag、al、tialn、tac、tacn、tasin、mn、zr、tin、tan、ru、mo、wn、cu、w、任何合适的材料或它们的组合。

衬底210还可包括被集成为形成互连结构的多个层间介电(ild)层和导电部件，其中，该互连结构被配置为将多种p型和n型掺杂区域与其他功能部件(诸如栅电极)耦合，以得到功能集成电路。在一个实例中，衬底210可包括互连结构的一部分，并且互连结构包括多层互连(mli)结构和与mli结构集成的ild层，从而提供电布线以将衬底210中的多种器件耦合至输入/输出功率和信号。互连结构包括多种金属线、接触件和通孔部件(或通孔塞)。金属线提供水平的电布线。接触件在硅衬底和金属线之间提供垂直连接，而通孔部件在不同金属层中的金属线之间提供垂直连接。

通常地，将通过光刻工艺图案化衬底210或衬底210上方的膜层。光刻工艺使用光将图案(例如，几何图案)从光掩模转印至衬底上的感光层(例如，光刻胶，或简称为“抗蚀剂”)。光导致感光层的暴露区域中的化学变化，这可增加或降低暴露区域的溶解度。在暴露衬底之前或之后可实施诸如曝光后烘焙工艺的烘焙工艺。显影工艺利用显影溶液选择性去除暴露区域或未暴露区域，从而在衬底上方创建曝光图案。由于抗蚀剂暴露于euv光，在暴露面积内产生少量的酸。在曝光后烘焙(peb)步骤期间，酸催化附接至抗蚀剂的聚合物链的基团的断裂(脱保护(de-protection))，变更其化学特性。最后，抗蚀剂的脱保护的部分溶解在液体显影剂中。在peb步骤期间，酸在抗蚀剂内的扩散导致图案化的面积的边缘模糊，且造成分辨率限制、线边缘粗糙度(ler)和图案坍塌。本发明提供了图案化工艺而没有使用抗蚀剂和随后的显影工艺。

再次参考图1和图2，方法100进行至步骤104，在衬底210上方形成辐射可去除材料(rrm)层310。rrm层310将在随后步骤中暴露于辐射时被去除。在本实施例中，rrm层310可包括具有非环状结构和环状结构的有机材料，并且环状结构可以是芳香、和非芳香环。其可包含官能团以增加粘合，如，–f、-cl、–br、-i、-po(oh)2、-po4、-bo3、-c2o4、-no3、-so3、-co3、-s、-cn、-ch3coo、-nh2、-clo4、-clo3、-clo2、-clo、-cooh、-oh、-sh、-n3、-s(＝o)-、亚胺、醚、乙烯醚、乙缩醛、半缩醛、酯、醛、酮、酰胺、砜、醋酸、氰化物。可通过热氧化化学汽相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)、物理汽相沉积(pvd)、热氧化、旋涂、它们的组合、或其它合适的技术沉积rrm层310。

可选地，rrm层310通过执行六甲基二硅烷胺(hmds)处理以将衬底210的顶部(表面)修改为rrm层310来形成rrm层310。在实施例中，对氧化硅衬底210的顶面执行hmds处理。在hmds处理中，hmds剂以蒸汽形态被引入至包含氧化硅衬底210的腔室中。hmds通过用作“羟基吸气剂”化学地去除表面oh基团。hmds首先与氧化物表面上的水反应以生成气态的nh3、氧和惰性六甲基二硅醚。这产生了脱水的表面。接下来，额外的hmds(存在热量)与释放的氧反应以形成化学键合至表面的三甲基硅基氧化物物质。这些反应持续直至氧化物衬底210的整个表面被该物质覆盖，或氧化物衬底210的整个表面被修改为称为hmdsrrm层310的rrm层310。在实施例中，在从约2秒至约1000秒的时间范围内且在从90℃至约150℃的温度范围内执行hmds处理。

参考图1和图3a，方法100进行至步骤106，将rrm层310暴露于辐射束以在衬底210上方形成图案化的rrm层450。在本实施方式中，rrm层310通过光掩模(掩模或中间掩模)440暴露于来自光源410的辐射束420。

基于待制造的ic产品的规格，光掩模440具有为ic产品设计的预定,图案(具有多个第一区域340和第二区域350)。光掩模440的图案对应于构成待制造的ic器件的各个组件的材料的图案。例如，ic设计布局的一部分包括将在衬底210中和在衬底210上设置的各个材料层中形成的各种ic部件，诸如有源区域、栅电极、源极和漏极、层间互连件的金属线或通孔、以及用于接合焊盘的开口。在第一区域340中，辐射束420被光掩模440阻挡而未到达rrm层310，称为未暴露区域。而在第二区域350中，辐射束420未被光掩模440阻挡且能够穿过光掩模到达rrm层310，称为暴露区域。结果在暴露区域350中，rrm层310接收辐射束420并且然后被去除，而在未暴露区域340中的rrm层310未接收辐射束420并且保留。换言之，如图3b所示，图案化的rrm层450形成有由光掩模440的预定图案限定的图案。形成图案化的rrm层450，以使衬底210在未暴露区域340中由rrm层310覆盖且在暴露区域350中暴露。

光源410可以是各种源，包括：氟化氪(krf)准分子激光器，具有248nm的波长；氟化氩(arf)准分子激光器，具有193nm的波长；氟化物(f2)准分子激光器，具有157nm的波长；或具有更长的波长的其他光源。光源410还可包括从由紫外线(uv)源、深uv(duv)源、极uv(euv)源和x射线源、和/或其它合适的源构成的组中选择的光源。

在本实施例中，如图3a所示，在氢气430的环境中，通过光掩模440对hmdsrrm层310执行euv辐射束420以去除暴露区域350中的hmdsrrm层310并且然后形成图案化的hmdsrrm层450。结果，未暴露区域340中的hmdsrrm层310(修改表面)保留且没有hmdsrrm层310(修改表面)的氧化物衬底暴露在暴露区域350中。即，不像通常的光刻工艺，rrm层310被图案化而不执行显影步骤。

参考图1和图4，方法100进行至步骤108，在未暴露区域340中的剩余rrm层310上方形成选择性形成层(sfl)510并且保留在暴露区域350中暴露的衬底210。在本实施例中，sfl510是自组装单层(sam)。sam层510的化学结构可包括非环状结构和环状结构、芳香、以及非芳香环。其包含至少一个单齿(monodentate)膦酸。在实施例中，通过对具有图案化的hmdsrrm层450的氧化物衬底210应用磷酸正十八酯(odpa)的溶液，然后通过甲醇冲洗以及通过压缩空气干燥来形成sam510。因此，sam510称为odpasam510。例如，odpasam510通过将氧化物衬底210浸入odpa的溶液形成。再例如，odpasam510通过用odpa的溶液冲洗氧化物衬底210形成。

参考图1和图5，方法100进行至步骤110，在暴露区域350中的暴露衬底210上方形成材料层610。在本实施例中，材料层610通过面积选择性原子层沉积(ald)技术或面积选择性分子层沉积(mld)技术来形成，从而使得材料层610选择性地沉积在暴露衬底210上方而不沉积在sfl510上方。

材料层610可包括以下金属的氧化物、氟化物、以及有机金属化合物，诸如ce、la、sb、bi、pb、hf、zr、ti、cr、w、mo、fe、ru、os、co、rh、ir、ni、pd、pt、cu、ag、au、zn、cd、al、ga、tl、ge、sn、pb和bi。有机金属复合物的配体可包括具有诸如环氧树脂、偶氮化合物、卤代烷、亚胺、烯烃、炔烃、过氧化氢、酮、醛、丙二烯、芳香基团或杂环基团的官能团的c3-c20烷基基团。芳香结构可包括苯基、萘基、菲酚基、蒽基、菲基和含有一至五元环的其他芳香族衍生物。

材料层610还可包括诸如ce、la、sb、bi、pb、hf、zr、ti、cr、w、mo、fe、ru、os、co、rh、ir、ni、pd、pt、cu、ag、au、zn、cd、al、ga、tl、ge、sn、pb、bi、和/或其它合适金属的金属。

材料层610还可包括具有诸如非环状结构和环状结构的化学结构的聚合物。环状结果可包括芳香和非芳香环。聚合物可包含官能团，如同–f、-cl、–br、-i、-po(oh)2、-po4、-bo3、-c2o4、-no3、-so3、-co3、-s、-cn、-ch3coo、-nh2、-clo4、-clo3、-clo2、-clo、-cooh、-oh、-sh、-n3、-s(＝o)-、亚胺、醚、乙烯醚、乙缩醛、半缩醛、酯、醛、酮、酰胺、砜、醋酸、氰化物、和/或其它合适的聚合物化学结构。

在本实施例中，材料层610是通过ald技术选择性地沉积在氧化物衬底210上方的金属氧化物层610。

参考图1和图6，方法100进行至步骤112，从未暴露区域340选择性地去除sfl510和剩余的rrm层310。可通过选择性湿蚀刻、选择性干蚀刻、和/或它们的组合去除sfl510和剩余的rrm层310。作为实例，选择性湿蚀刻溶液可包括tmah、hno3、nh4oh、koh、hf、hcl、naoh、h3po4、和/或其它合适的湿蚀刻溶液、和/或它们的组合。可选地，选择性干蚀刻工艺可实施含氯气体(例如，cl2、chcl3、ccl4、和/或bcl3)、含溴气体(例如，hbr和/或chbr3)、含碘气体、含氟气体(例如，cf4、sf6、ch2f2、chf3和/或c2f6)、和/或其它合适的气体和/或等离子体、和/或它们的组合。

在本实施例中，odpasam510和hmdsrrm层310通过tmah湿蚀刻被选择性去除。

在去除sfl510和剩余的rrm层310之后，具有图案的材料层610保留在衬底上方，称为图案化的材料层620，该图案为光掩模440的图案所设计的。形成图案化的材料层620，从而使得材料层610形成在暴露区域350上方但不形成在未暴露区域340上方。

可以在方法100之前、期间和之后提供额外的步骤，并且对于方法100的额外的实施例，可以替代、删除或颠倒这些步骤。

基于以上，本发明的实施例提供了通过euv曝光、sam形成和ald/mld沉积用于图案化材料层的方法。该方法利用执行hmds处理以修改衬底的顶面且在氢环境中执行euv曝光工艺以去除选择区域中的衬底的修改的顶面。即，该方法实现了图案化材料层而没有包括在暴露衬底之后应用显影溶液的常规显影工艺。该方法还论证了图案化材料层具有提升的分辨率和减少的图案坍塌问题。

本发明的实施例提供了制造半导体器件的许多不同的实施例，这些实施例提供了相比于现有方法的一种或多种改进。在一个实施例中，一种用于制造半导体器件的方法包括：在衬底上方形成辐射可去除材料(rrm)层并且通过将rrm层的第一部分暴露于辐射束以去除衬底的第一区域中的rrm层的第一部分。因此，在去除第一区域中的rrm层的第一部分之后，保留衬底的第二区域中的rrm层的第二部分。该方法还包括在衬底的第二区域中的rrm层的第二部分上方形成选择性形成层(sfl)以及在衬底的第一区域上方形成材料层。

在另一实施例中，一种方法包括：在衬底上方形成辐射可去除材料(rrm)层并且将rrm层暴露于穿过光掩模的极紫外线(euv)束以去除衬底的第一区域中的rrm层的第一部分。因此，在去除第一区域中的rrm层的第一部分之后，保留衬底的第二区域中的rrm层的第二部分。该方法还包括在第二区域中的rrm层的第二部分上方形成自组装单层(sam)以及在衬底的第一区域上方形成材料层。

在又一实施例中，一种方法包括：对电介质衬底执行六甲基二硅烷胺(hmds)处理以修改电介质衬底的表面且在氢环境中将电介质衬底暴露于穿过光掩模的极紫外线(euv)束以去除电介质衬底的第一区域中的修改的表面的第一部分。因此，在去除第一区域中的修改表面的第一部分之后，保留电介质衬底的第二区域中的修改表面的第二部分。该方法还包括在第二区域中的修改表面的第二部分上方形成自组装单层(sam)以及在电介质衬底的第一区域上方形成金属氧化物层。

本发明的实施例提供了一种制造半导体器件的方法，包括：在衬底上方形成辐射可去除材料(rrm)层；通过将所述辐射可去除材料层的第一部分暴露于辐射束来去除所述衬底的第一区域中的辐射可去除材料层的第一部分，其中，在去除所述第一区域中的辐射可去除材料层的第一部分之后，保留所述衬底的第二区域中的辐射可去除材料层的第二部分；在所述衬底的第二区域中的辐射可去除材料层的第二部分上方形成选择性形成层(sfl)；以及在所述衬底的第一区域上方形成材料层。

根据本发明的一个实施例，其中，通过将所述辐射可去除材料层的第一部分暴露于所述辐射束来去除所述衬底的第一区域中的辐射可去除材料层的第一部分包括：将所述辐射可去除材料层的第一部分暴露于穿过光掩模的辐射束，其中，所述光掩模阻挡所述辐射束进入所述衬底的第二区域中。

根据本发明的一个实施例，其中，所述辐射束是极紫外线(euv)束。

根据本发明的一个实施例，其中，在所述衬底上方形成所述辐射可去除材料层包括：执行六甲基二硅烷胺(hmds)处理以修改所述衬底的一部分。

根据本发明的一个实施例，其中，所述衬底是电介质衬底。

根据本发明的一个实施例，其中，通过将所述辐射可去除材料层的第一部分暴露于所述辐射束来去除所述衬底的第一区域中的辐射可去除材料层的第一部分包括：在氢环境中将所述电介质衬底暴露于极紫外线(euv)束。

根据本发明的一个实施例，其中，在所述第二区域中的辐射可去除材料层上方形成所述选择性形成层包括：形成自组装单层(sam)。

根据本发明的一个实施例，其中，形成所述自组装单层包括：对所述衬底应用磷酸正十八酯(odpa)的溶液。

根据本发明的一个实施例，其中，在所述第一区域中的衬底上方形成所述材料层包括：通过原子层沉积(ald)或分子层沉积(mld)选择性地形成所述材料层。

根据本发明的一个实施例，其中，在所述衬底的第一区域上方形成所述材料层包括：在所述衬底的第一区域上方形成金属氧化物层。

根据本发明的一个实施例，方法还包括：在所述衬底的第一区域上方形成所述材料层之后，去除所述衬底的第二区域中的选择性形成层和辐射可去除材料层。

本发明的实施例还提供了一种制造半导体器件的方法，包括：在衬底上方形成辐射可去除材料(rrm)层；将所述辐射可去除材料层暴露于穿过光掩模的极紫外线(euv)束，以去除衬底的第一区域中的辐射可去除材料层的第一部分，其中，在去除所述第一区域中的辐射可去除材料层的第一部分之后，保留所述衬底的第二区域中的辐射可去除材料层的第二部分；在所述第二区域中的辐射可去除材料层的第二部分上方形成自组装单层(sam)；以及在所述衬底的第一区域上方形成材料层。

根据本发明的一个实施例，其中，所述衬底是氧化物衬底，以及其中，在所述衬底上方形成所述辐射可去除材料层包括：对所述氧化物衬底执行六甲基二硅烷胺(hmds)处理。

根据本发明的一个实施例，其中，将所述衬底暴露于穿过所述光掩模的极紫外线束包括：在氢环境中将所述氧化物衬底暴露于所述极紫外线束。

根据本发明的一个实施例，其中，在所述第二区域中的辐射可去除材料层上方形成自组装单层包括：对所述氧化物衬底应用磷酸正十八酯(odpa)的溶液。

根据本发明的一个实施例，其中，在所述衬底的第一区域上方形成所述材料层包括：在所述衬底的第一区域上方形成金属氧化物层。

根据本发明的一个实施例，方法还包括：在所述衬底的第一区域上方形成所述材料层之后，去除所述衬底的第二区域中的自组装单层。

本发明的实施例还提供了一种制造半导体器件的方法，包括：对电介质衬底执行六甲基二硅烷胺(hmds)处理以修改所述电介质衬底的表面；在氢环境中将所述电介质衬底暴露于穿过光掩模的极紫外线(euv)束，以去除所述电介质衬底的第一区域中的修改表面的第一部分，其中，在去除所述第一区域中的修改表面的第一部分之后，保留所述电介质衬底的第二区域中的修改表面的第二部分；在所述第二区域中的修改表面的第二部分上方形成自组装单层(sam)；以及在所述电介质衬底的第一区域上方形成金属氧化物层。

根据本发明的一个实施例，其中，形成所述自组装单层包括：对具有所述修改表面的电介质衬底应用磷酸正十八酯(odpa)的溶液。

根据本发明的一个实施例，方法还包括：在所述电介质衬底的第一区域上方形成所述金属氧化物层之后，去除所述第二区域中的自组装单层。

上面概述了若干实施例的部件，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的实施例。本领域技术人员应该理解，他们可以容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于实现与在此所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其他工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本发明的精神和范围、并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，在此他们可以做出多种变化、替换以及改变。