TW201734631A

TW201734631A - 表層及其製造方法

Info

Publication number: TW201734631A
Application number: TW105138136A
Authority: TW
Inventors: 馬正鑫; 吳小真; 楊棋銘; 陳其賢; 林志誠; 林雲躍
Original assignee: 台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date: 2016-01-15
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2017-10-01
Also published as: US9864270B2; CN106997847A; US20170205705A1

Abstract

一種製造表層的方法包含：提供一支撐基板；形成一氧化物層於該支撐基板上方；形成一金屬層於該氧化物層上方；形成一石墨烯層於該金屬層上方；以及移除該支撐基板與該氧化物層的至少一部分。一相關的方法包含：提供一支撐基板；形成一第一碳化矽(SiC)層或一鑽石層於該支撐基板上方；形成一石墨烯層於該SiC層或該鑽石層上方；以及移除該支撐基板與該第一碳化矽(SiC)或該鑽石層的至少一部分；其中該表層對於極紫外(extreme ultraviolet，EUV)輻射為具有至少部分可穿透性。本揭露亦提供相關的表層。

Description

表層及其製造方法

本揭露係關於一種表層及其製造方法。

使用極紫外(extreme ultraviolet，EUV)光輻射所圖案化的小尺寸特徵係指微影設備內的任何顆粒汙染可對於所製造的積體電路具有顯著有害的影響。例如，若在圖案化過程中，顆粒存在於圖案化裝置上，則其可造成在基板上形成該顆粒的影像。已知使用表層薄膜(pellicle film)保護圖案化裝置免於顆粒汙染，因而在一些顆粒存在下防止微影設備效能退化。然而，為了形成EUV輻射足以穿透而不降低微影設備之效能的表層薄膜，每一表層薄膜必須由極薄的薄膜製成。該極薄的薄膜亦需要對於EUV光具有高度的化學穩定性。

本揭露的實施例提供一種製造表層的方法，包括提供一支撐基板；形成一氧化物層於該支撐基板上方；形成一金屬層於該氧化物層上方；形成一石墨烯層於該金屬層上方；以及移除該支撐基板與該氧化物層的至少一部分。

本揭露提供了數個不同的實施方法或實施例，可用於實現本發明的不同特徵。為簡化說明起見，本揭露也同時描述了特定零組件與佈置的範例。請注意提供這些特定範例的目的僅在於示範，而非予以任何限制。舉例而言，在以下說明第一特徵如何在第二特徵上或上方的敘述中，可能會包括某些實施例，其中第一特徵與第二特徵為直接接觸，而敘述中也可能包括其他不同實施例，其中第一特徵與第二特徵中間另有其他特徵，以致於第一特徵與第二特徵並不直接接觸。此外，本揭露中的各種範例可能使用重複的參考數字和/或文字註記，以使文件更加簡單化和明確，這些重複的參考數字與註記不代表不同的實施例與/或配置之間的關聯性。另外，本揭露在使用與空間相關的敘述詞彙，如“在...之下”，“低”，“下”，“上方”，“之上”，“下”，“頂”，“底”和類似詞彙時，為便於敘述，其用法均在於描述圖示中一個元件或特徵與另一個（或多個）元件或特徵的相對關係。除了圖示中所顯示的角度方向外，這些空間相對詞彙也用來描述該裝置在使用中以及操作時的可能角度和方向。該裝置的角度方向可能不同（旋轉90度或其它方位），而在本揭露所使用的這些空間相關敘述可以同樣方式加以解釋。儘管本揭露之廣範圍所主張的數值範圍與參數係約略植，在特定範例中所闡述的數值係盡可能精準。然而，任何數值本質上含有在個別測試量測中得到之標準偏差所必然造成的一些誤差。再者，在本文中，「約」通常係指在給定值或範圍的10%、5%、1%或0.5%內。或者，「約」係指在該技藝中具有通常技術者可接受之平均的標準偏差內。在操作/工作範例之外，除非特別指名，否則本文所揭露之所有的數值範圍、數量、值、與比例，例如材料的量、時間期間、溫度、操作條件、數量的比例、及其類似者應被理解為受到「約」字修飾。據此，除非有相反的指示，本揭露以及所附隨之申請專利範圍所闡述的數值參數係約略數，其可視需要而變化。至少，應根據所報導之有意義的位數數目並且使用通常的進偽技術，解讀各個數值參數。本文中，範圍可表示為從一端點至另一端點，或是在兩個端點之間。除非特別聲明，否則本文揭露的所有範圍皆包含端點。本揭露係關於表層的薄膜堆疊或本揭露所述之表層及其製造方法。本揭露所述之表層薄膜係由多層堆疊形成，用於提供對於顆粒汙染的阻障，並且使用時，表層薄膜的周圍部分附接至表層框架(pellicle frame)。在一些實施例中，表層薄膜為矩形，並且具有矩形外形，具有矩形開口於其中心。一特定應用之使用而選擇表層薄膜的尺寸。例如，表層薄膜可經設計以保護圖案化面積約110 mm乘以145 mm的網線(reticle)。此表層薄膜可具有大於該網線的表層框架，在中心部分具有至少與該網線一樣大的開口。本揭露的概念係提供包括石墨烯(graphene)層的表層薄膜。相較於用於製造表層薄膜的現有材料，該石墨烯層具有較佳的機械與熱效能。特別地，石墨烯層的優點為特性優異，例如楊氏模數(Young’s modulus)、最終強度、熱傳導性、以及放射率等級(emissivity level)。石墨烯層的一或二側可皆由覆蓋層覆蓋，該覆蓋層例如金屬層、碳化矽 (SiC)層，或鑽石層可適合供使用。上述覆蓋層可助於降低氫自由基(或其他反應性物種)的效應，其係極紫外(EUV)輻射存在中從氫氣產生並且可造成破壞表層薄膜。表層薄膜可包含覆蓋層於頂部或是以包夾方式(in a sandwich kind)含有覆蓋層。以下藉由實施例，說明關於表層薄膜及其形成方法的細節。雖然本揭露以特定實施例描述，然而顯然可將如申請專利範圍所定義之本揭露的原理應用於本文所述之本揭露的實施例之外。再者，在本揭露的說明內容中，為了不模糊本揭露的發明態樣，已省略一些細節。所省略的細節係於該記憶中具有通常技術者的知識範圍內。實施例1 圖1至圖7係根據本揭露的一些實施例說明各種階段所製造的表面薄膜。在圖1中，提供支撐基板102。支撐基板102可為塊狀矽基板(bulk silicon substrate)。或者，支撐基板102可包括元素半導體，例如結晶結構的矽或鍺；化合物半導體，例如矽鍺、碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦與/或銻化銦；或其組合。可能的支撐基板102亦包含絕緣體上矽(silicon-on-insulator，SOI)基板。使用注氧隔離(separation by implantation of oxygen，SIMOX)、晶圓接合與/或其他合適的方法，製成SOI基板。一些例示的支撐基板102包含絕緣體層。絕緣體層包括任何合適的材料，包含氧化物、藍寶石、其他合適的絕緣材料、與/或其組合。例示的絕緣體層可為包埋的氧化物層(buried oxide layer，BOX)。藉由任何合適的製程形成絕緣體，例如植入(例如SIMOX)、氧化、沉積與/或其他合適的製程。在一些例示的FinFET中，絕緣體層為絕緣體上矽基板的組成(例如層)。在圖2中，在支撐基板102上，形成氧化物層104。本揭露所使用的氧化物層104允許在支撐基板102上方形成後續的金屬層。此外，氧化物層104與後續沉積的金屬層之間的高蝕刻選擇性亦有利於蝕刻操作，該蝕刻操作係用以蝕刻移除大部分的支撐基板102與氧化物層104。根據本揭露的一實施例，藉由化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)方法，形成氧化物層104。然而，關於形成氧化物層104的方法無特別限制，並且可使用在此之前已知的其他方法形成氧化物層104。再者，氧化物層104的厚度不受限制。在形成氧化物層104之後，金屬層106為使用原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)方法沉積在氧化物層104上的毯狀物，如圖3所示。然而，這不是本揭露的限制，在一些實施例中，可使用任何其他的方法，於氧化物層104上形成金屬層106。根據本揭露的實施例，使用釕(Ru)形成石墨烯層，亦即在後續操作中於氧化物層104上方輔助石墨烯成長的催化劑。在其他的實施例中，其他元素或材料，包含合金，可取代釕催化劑，例如鎳(Ni)、鈀 (Pd)、銥(Ir)、銅(Cu)與鈦(Ti)。金屬層106的厚度取決於材料性質。在此實施例中，Ru層106厚度可約小於5 nm。參閱圖4，根據例示實施例，說明石墨烯層的成長，本揭露稱為石墨烯層108。在此實施例中，使用電漿輔助化學氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)方法，從固體與液體碳來源且於攝氏約300度至攝氏約1100度的溫度，成長石墨烯層108。石墨烯層108形成於氧化物層104上方。在其他的實施例中，使用不同於本揭露所述之催化劑成長石墨烯層108的溫度可高於與/或低於攝氏約300度至攝氏約1100度。在此實施例中，石墨烯層108厚度可為約10 nm至約20 nm。然而，這不是本揭露的限制。上述此石墨烯層108的作用例如改良表層之整個薄膜堆疊的機械與熱性質。由於表面薄膜必須由極薄的薄膜製成，使得對於EUV輻射有足夠透光性而不會降低微影操作的效能，因而表層薄膜的機械性質相當關鍵。石墨烯層108之有利的機械性質包含楊氏模數約2400 GPa，其高於矽層的楊氏模數約185 GPa以及氮化矽(Si₃ N₄ )層的楊氏模數約310 GPa，其中現有的表層薄膜製造通常採用矽與/或氮化矽層。石墨烯層108的另一有利的機械性質為最終強度約130000 MPa，其亦大幅高於單晶矽層的最終強度約7000 MPa以及氮化矽(Si₃ N₄ )層的最終強度約360-434 MPa。由於來自高輸出EUV光源的EUV光輻射可顯著增加表層薄膜的溫度至攝氏約900度，因而表層薄膜的散熱能力，亦即熱性質，亦為重要。石墨烯層108之有利的熱性質包含熱傳性為約1000 W/mk，其高於矽層的熱傳導性約150 W/mK以及氮化矽(Si₃ N₄ )層的熱傳導性約30 W/mK。石墨烯層108的另一有利的機械性質為發射率等級約0.99，其亦大幅高於矽層的發射率等級約0.4以及氮化矽(Si₃ N₄ )層的發射率等級約0.89-0.97。參閱圖5，根據例示實施例，說明形成毯狀的碳化矽層，本揭露稱為碳化矽層110。在此實施例中，使用化學氣相沉積(CVD)方法，在石墨烯層108的頂側上方，成長碳化矽層110作為覆蓋層。在此方式中，碳化矽層110、石墨烯層108與金屬層106結合形成夾層結構(sandwiched structure)，亦即表層的薄膜堆疊。在此實施例中，碳化矽層110之厚度範圍可為約5 nm至約10 nm。然而，這並不是本揭露的限制。碳化矽層110可對於石墨烯層108提供保護，減少氫自由基的不利影響，該氫自由基可於EUV輻射存在中由氫氣產生，並且可造成破壞該石墨烯層108。在一些實施例中，金屬層亦可適合取代碳化矽層110。金屬層的合適材料可類似於金屬層106使用的材料，包含Ru、Ni、Pd、Ir、Cu與Ti。在一些其他的實施例中，鑽石層亦適合作為使用。參閱圖6，根據例示實施例，說明硬遮罩的形成，本揭露中亦稱為硬遮罩層112。在此實施例中，使用低壓化學氣相沉積(LPCVD)，在支撐基板102上沉積至少一氮化矽層作為硬遮罩層。LPCVD為用以產生高純度薄膜的化學製程。支撐基板102暴露於一或多種揮發性前驅物化學化合物，其在基板表面上反應與/或分解，以產生所欲之薄膜。在LPCVD中，於低大氣壓力進行此製程，以減少氣相交互作用並且改良橫越支撐基板102之薄膜的均勻性。遮罩材料與製程不限於本揭露所述之實施例，而是可包含禁得起濕式或乾式蝕刻製程之各種合適的材料與製程。作為例示而非限制，這些材料與製程可包含緊密氧化物、低應力氮化矽、金屬層與聚合物層的沉積。而後，施加光阻(未繪示於圖6)至硬遮罩的底表面。光阻為光敏感材料，用以在表面上形成圖案化塗覆。根據實施例，使用負光阻。負光阻的多個部分暴露至紫外光。紫外光將其撞擊的光阻部分固化。光阻的固化區域對於光阻顯影劑變得相對不可溶。而後，光阻顯影劑溶解光阻層之未硬化的部分，留下硬化的光阻之圖案(或遮罩)於硬遮罩層的底表面上並且形成硬遮罩112。在另一實施例中，可不使用光阻而圖案化硬遮罩層。參閱圖7，根據例示的實施例，說明支撐基板102與氧化物層104的蝕刻。在此實施例中，濕式與/或乾式蝕刻支撐基板102與氧化物層104，以經由硬遮罩112中的窗而暴露金屬層106的一部分。氧化物層104與後續金屬層之間的高蝕刻選擇性係有利於本揭露的蝕刻操作，以蝕刻移除大部分的支撐基板102與氧化物層104，如上所述。在此實施例中，以雷射微加工(laser micromachining)或類似製程，移除硬遮罩112。然而，這並不是本揭露的限制。如上所述，本揭露提供一種機械與熱性質優異之夾層的表層薄膜(sandwiched pellicle film)。相較於現有的方法，整體製造操作較為簡單，因而可達到縮短製程時間與較高產率。再者，在蝕刻操作過程中，高材料蝕刻選擇性有助於降低表層製造故障率。實施例2 圖8至圖13係根據本揭露的一些其他實施例說明各種階段所製造的表層薄膜之剖面示意圖。在圖8中，提供支撐基板802。類似於支撐基板102，支撐基板802可為塊狀矽基板。或者，支撐基板802可包括元素半導體，例如結晶結構的矽或鍺；化合物半導體，例如矽鍺、碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦與/或銻化銦；或其組合。可能的支撐基板802亦包含絕緣體上矽(silicon-on-insulator，SOI)基板。使用注氧隔離(separation by implantation of oxygen，SIMOX)、晶圓接合與/或其他合適的方法，製成SOI基板。一些例示的支撐基板802包含絕緣體層。絕緣體層包括任何合適的材料，包含氧化物、藍寶石、其他合適的絕緣材料、與/或其組合。例示的絕緣體層可為包埋的氧化物層(buried oxide layer，BOX)。藉由任何合適的製程形成絕緣體，例如植入(例如SIMOX)、氧化、沉積與/或其他合適的製程。在一些例示的FinFET中，絕緣體層為絕緣體上矽基板的組成(例如層)。在圖9中，碳化矽層806為沉積於支撐基板層802上的毯狀物。不像實施例1需要氧化物層104以便於形成金屬層於其上，在此實施例中，可直接在支撐基板層802上形成碳化矽層806。在此實施例中，碳化矽層806的厚度範圍可為約5 nm至約10 nm。然而，這並不是本揭露的限制。參閱圖10，根據例示的實施例，說明石墨烯層的成長，在本揭露稱為石墨烯層808。在此實施例中，使用電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)方法，從固體與液體碳來源且於攝氏約300度至攝氏約1100度之間的溫度，成長石墨烯層808。石墨烯層808形成於碳化矽層806上方。在其他實施例中，使用不同於本揭露所述之催化劑成長石墨烯層808的溫度可高於與/或低於攝氏約300度至攝氏約1100度。在此實施例中，石墨烯層108厚度範圍可為約10 nm至約20 nm。然而，這不是本揭露的限制。如上所述，上述的此石墨烯層808作用例如改良整體夾層表層薄膜之機械與熱性質。由於表面薄膜必須由極薄的薄膜製成，使得對於EUV輻射有足夠透光性而不會降低微影操作的效能，因而表層薄膜的機械性質相當關鍵。石墨烯層808之有利的機械性質包含楊氏模數約2400 GPa，其高於矽層的楊氏模數約185 GPa以及氮化矽(Si₃ N₄ )層的楊氏模數約310 GPa，其中現有的表層薄膜製造通常採用矽與/或氮化矽層。石墨烯層808的另一有利的機械性質為最終強度約130000 MPa，其亦大幅高於單晶矽層的最終強度約7000 MPa以及氮化矽(Si₃ N₄ )層的最終強度約360-434 MPa。由於來自高輸出EUV光源的EUV光輻射可顯著增加表層薄膜的溫度至攝氏約900度，因而表層薄膜的散熱能力，亦即熱性質，亦為重要。石墨烯層108之有利的熱性質包含熱傳性為約1000 W/mk，其高於矽層的熱傳導性約150 W/mK以及氮化矽(Si₃ N₄ )層的熱傳導性約30 W/mK。石墨烯層108的另一有利的機械性質為發射率等級約0.99，其亦大幅高於矽層的發射率等級約0.4以及氮化矽(Si₃ N₄ )層的發射率等級約0.89-0.97。參閱圖11，根據例示的實施例，說明毯狀形成金屬層，本揭露稱為金屬層810。在此實施例中，使用ALD方法，於石墨烯層808的頂側上方，成長金屬層810，作為覆蓋層。然而，這不是本揭露的限制，在一些實施例中，可使用任何其他的方法，於石墨烯層808上，形成金屬層810。在此方式中，金屬層810、石墨烯808與碳化矽層806結合形成夾層結構，亦即表層的薄膜堆疊。在此實施例中，金屬層810厚度範圍可為約5 nm至約10 nm。然而，這不是本揭露的限制。金屬層810可對於石墨烯層808提供保護，以減少氫自由基(或其他反應性自由基)的不利影響，該氫自由基可於EUV輻射存在中由氫氣產生，並且可造成破壞該石墨烯層808。金屬層的合適材料可類似於金屬層106使用的材料，包含Ru、Ni、Pd、Ir、Cu與Ti。在一些其他的實施例中，碳化矽層亦適合作為使用。在一些其他的實施例中，鑽石層亦適合作為使用。參閱圖12，根據例示的實施例，說明硬遮罩的形成，本揭露稱為硬遮罩812。在此實施例中，使用低壓化學氣相沉積(LPCVD)，於支撐基板802上，沉積至少一氮化矽層作為硬遮罩。LPCVD為用以產生高純度薄膜的化學製程。支撐基板802暴露於一或多種揮發性前驅物化學化合物，其在基板表面上反應與/或分解，以產生所欲之薄膜。在LPCVD中，於低大氣壓力進行此製程，以減少不想要的氣相交互作用並且改良橫越支撐基板802之薄膜的均勻性。遮罩材料與製程不限於本揭露所述之實施例，而是可包含禁得起濕式或乾式蝕刻製程之各種合適的材料與製程。作為例示而非限制，這些材料與製程可包含緊密氧化物、低應力氮化矽、金屬層與聚合物層的沉積。而後，施加光阻(未繪示於圖12)至硬遮罩的底表面。光阻為光敏感材料，用以在表面上形成圖案化塗覆。根據實施例，使用負光阻。負光阻的多個部分暴露至紫外光。紫外光將其撞擊的光阻部分固化。光阻的固化區域對於光阻顯影劑變得相對不可溶。而後，光阻顯影劑溶解光阻層之未硬化的部分，留下硬化的光阻之圖案(或遮罩)於硬遮罩層的底表面上並且形成硬遮罩812。在另一實施例中，可不使用光阻而圖案化硬遮罩層。參閱圖13，根據例示的實施例，說明支撐基板802的蝕刻。在此實施例中，濕式與/或乾式蝕刻支撐基板802，以經由硬遮罩812中的窗而暴露碳化矽層806的一部分。支撐基板802與後續碳化矽層806之間的高蝕刻選擇性係有利於本揭露的蝕刻操作，以蝕刻移除大部分的支撐基板802，如上所述。在此實施例中，以雷射微加工(laser micromachining)或類似製程，移除硬遮罩812。然而，這並不是本揭露的限制。如上所述，本揭露提供具有優異機械與熱性質之夾層的表層薄膜。相較於現有方法，整體製造操作較為簡單，因而可達到縮短製程時間與高產率。再者，在蝕刻操作過程中的高材料選擇性有助於降低表層製造故障率。本揭露的一些實施例提供用於製造表層的方法，該方法包含提供支撐基板；形成氧化物層於該支撐基板上方；形成金屬層於該氧化物層上方；形成石墨烯層於該金屬層上方；以及移除該支撐基板與該氧化物層的至少一部分。前述內容概述一些實施方式的特徵，因而熟知此技藝之人士可更加理解本揭露之各方面。熟知此技藝之人士應理解可輕易使用本揭露作為基礎，用於設計或修飾其他製程與結構而實現與本申請案所述之實施例具有相同目的與/或達到相同優點。熟知此技藝之人士亦應理解此均等架構並不脫離本揭露揭示內容的精神與範圍，並且熟知此技藝之人士可進行各種變化、取代與替換，而不脫離本揭露之精神與範圍。

102‧‧‧支撐基板
104‧‧‧氧化物層
106‧‧‧金屬層
108‧‧‧石墨烯層
110‧‧‧碳化矽層
112‧‧‧硬遮罩層
802‧‧‧支撐基板
806‧‧‧碳化矽層
808‧‧‧石墨烯層
810‧‧‧金屬層
812‧‧‧硬遮罩

為協助讀者達到最佳理解效果，建議在閱讀本揭露時同時參考附件圖示及其詳細文字敘述說明。請注意為遵循業界標準作法，本專利說明書中的圖式不一定按照正確的比例繪製。在某些圖式中，尺寸可能刻意放大或縮小，以協助讀者清楚了解其中的討論內容。圖1至圖7係根據本揭露的一些實施例說明各種階段所製造的表層之剖面示意圖。圖8至圖13係根據本揭露的一些實施例說明各種階段所製造的表層之剖面示意圖。

102‧‧‧支撐基板

104‧‧‧氧化物層

106‧‧‧金屬層

108‧‧‧石墨烯層

110‧‧‧碳化矽層

Claims

一種製造表層的方法，包括：提供一支撐基板；形成一氧化物層於該支撐基板上方；形成一金屬層於該氧化物層上方；形成一石墨烯層於該金屬層上方；以及移除該支撐基板與該氧化物層的至少一部分。