TWI750384B - 半導體元件的製造方法以及半導體處理系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種製造半導體元件的方法以及一種半導體處理系統。方法包含以下步驟。在微影工具中的基底上形成光阻層。使光阻層在微影工具中曝光以形成曝光光阻層。通過使用顯影劑使曝光光阻層顯影以在微影工具中形成圖案化光阻層。將顯影劑的氨氣副產物從微影工具中移除。

Description

半導體元件的製造方法以及半導體處理系統
半導體元件廣泛地用於各種電子應用中，如個人計算機、行動電話、數位相機以及其它電子設備（作為實例）。微影是通常在半導體元件的製造期間使用的重要技術中的一種。在微影處理期間，可能在形成光阻材料以及移除光阻材料之後產生副產物。
以下公開內容提供用於實施所提供主題的不同特徵的許多不同實施例或實例。下文描述組件和布置的具體實例以簡化本公開。當然，這些只是實例且並不意圖為限制性的。舉例來說，在以下描述中，第一特徵在第二特徵上方或第二特徵上的形成可包含第一特徵和第二特徵直接接觸地形成的實施例，且也可包含額外特徵可形成在第一特徵與第二特徵之間以使得第一特徵和第二特徵可以不直接接觸的實施例。另外，本公開可在各種實例中重複元件符號及/或字母。此重複是出於簡化和清楚的目的，且其本身並不指示所論述的各種實施例及/或配置之間的關係。
此外，為易於描述，空間相對術語（如「在…之下（beneath）」、「在…下方（below）」、「下部（lower）」、「在…上方（above）」、「上部（upper）」和類似術語）可在本文中使用以描述一個元件或部件與另一元件或部件的關係，如圖中所示。除圖中所描繪的取向之外，空間相對術語意圖涵蓋在使用或操作中的裝置的不同取向。設備可以其它方式定向（旋轉90度或處於其它取向），且本文中所使用的空間相對描述詞同樣可相應地進行解釋。
圖1為繪示根據本公開的一些實施例的用於製造半導體元件的製造方法100的處理步驟的流程圖。方法100包含執行其中在微影工具中，在基底上形成光阻層的處理步驟102。在一些實施例中，光阻層的材料是正型光阻。在一些實施例中，光阻層的材料包含聚(4-叔-丁氧基羰氧基苯乙烯)（poly (4-t-butoxycarbonyloxystyrene)）、聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate；PMMA）、四氟乙烯（tetrafluoroethylene；TFE），或其它合適的材料。在處理步驟104中，光阻層在微影工具中曝光以形成曝光光阻層。在處理步驟106中，通過使用顯影劑使曝光光阻層顯影以在微影工具中形成圖案化光阻層。在一些實施例中，顯影劑包含鹼性顯影劑。在一些實施例中，顯影劑包含含銨顯影劑。在一些實施例中，顯影劑包含四甲基銨氫氧化物（tetramethylammonium hydroxide；TMAH）的水溶液。在處理步驟108中，將氨氣副產物從微影工具中移除。在一些實施例中，將顯影劑的氨氣副產物從微影工具中移除（處理步驟108）的操作可在使曝光光阻層顯影（處理步驟106）的操作之後執行。如處理步驟110中所繪示，方法100可進一步包含通過使用氨氣監測器來監測微影工具中的氨氣副產物的濃度。在一些實施例中，將顯影劑的氨氣副產物從微影工具中移除（處理步驟108）的操作以及通過使用氨氣監測器來監測微影工具中的氨氣副產物的濃度（處理步驟110）的操作可同時執行。在替代實施例中，處理步驟108和處理步驟110可依序執行。製造根據本公開的實施例所描述的半導體元件的方法100可以是用於製造半導體元件的半導體製造過程的部分，且方法100可用於在半導體基底或半導體晶圓上圖案化感光材料層、罩幕層或任何合適材料層。方法100的細節在以下段落中描述的圖2A到圖2F以及圖3中進一步說明。
圖2A到圖2F為繪示根據本公開的一些實施例的在用於製造半導體元件的製造方法的各個階段處的半導體元件的示意性橫截面視圖。圖3為繪示根據本公開的一些實施例的半導體處理系統30的示意圖。圖3中的半導體處理系統30可用於在用於製造圖2A到圖2F的半導體元件的製造方法的操作期間的某些階段處。在描述如圖2A到圖2F中所繪示的製造方法時，可出於說明的目的參考圖3的半導體處理系統30。應注意，本文中所描述的處理步驟可涵蓋用於製造半導體元件的製造方法的部分。
圖2A為在製造方法的各個階段中的一個階段處的半導體元件20的示意性橫截面視圖，且圖3為繪示用於圖2A的製造方法的半導體處理系統30的示意圖。參考圖2A，提供基底200。在一些實施例中，基底200包括結晶矽基底。在一些實施例中，基底200為矽塊狀晶圓的部分。矽塊狀晶圓可包含形成有堆疊在一起的圖案化介電層和圖案化導電層的互連結構（未繪示）。在一些實施例中，基底200可包括如各種摻雜區域、埋層和/或磊晶層的其它特徵。在某些實施例中，取決於設計需求（例如p型基底或n型基底），摻雜區域摻雜有p型和/或n型摻雜物。在一些替代實施例中，基底200由以下製成：其它合適的元素半導體，如鍺；合適的化合物半導體，如砷化鎵、碳化矽、砷化銦或磷化銦；或合適的合金半導體，如鍺化矽碳化物（silicon germanium carbide）、砷化鎵磷化物（gallium arsenic phosphide）或磷化銦鎵（gallium indium phosphide）。
在一些實施例中，在處理步驟102中且如圖2A中所繪示，光阻層203在基底200上形成。在一些實施例中，在半導體處理系統30內的微影工具300的塗布單元302內，光阻層203在基底200上形成。也就是說，塗布單元302被配置成將光阻層203塗布在基底200上。在一些實施例中，通過執行旋塗處理、噴塗處理、浸塗處理或滾塗處理來形成光阻層203。在某些實施例中，在通過（例如）旋塗使光阻層203在塗布單元302內形成之後，通過在微影工具300的烘烤單元303內執行預烘烤處理來加熱光阻層203。此時，可包含加熱板的烘烤單元303被配置成乾燥光阻層203且由此從光阻層203中移除過量溶劑。在一些實施例中，光阻層203的材料是正型光阻材料。正型光阻層的曝光部分變為可溶於隨後塗覆的顯影劑，而正型光阻層的未曝光區域保持在基底上。在一些實施例中，光阻層203是正型光阻層，光阻層203暴露於輻射中的部分將通過顯影劑來移除。在一些實施例中，正型光阻的材料包含聚(4-叔-丁基氧基羰氧基苯乙烯)、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或四氟乙烯（TFE）。在一些實施例中，正型光阻的材料包含重氮基萘醌（diazonaphthoquinone；DNQ）與酚醛清漆樹脂的混合物。
在一些實施例中，在光阻層203形成於基底200上之前，使介電材料層201和閘極材料層202依序在基底200上形成。也就是說，光阻層203設置在閘極介電材料層202上。在一些實施例中，介電材料層201包含SiO2 、 SiOx 、 SiN、其它介電材料，或其組合或其多個層。在一些實施例中，通過化學氣相沉積（chemical vapor deposition；CVD）、原子層沉積（atomic layer deposition；ALD）、物理氣相沉積（physical vapor deposition；PVD）或其它方法形成介電材料層201。在一些實施例中，閘極材料層202的材料包含多晶矽或摻雜矽。在一些實施例中，閘極材料層202的材料包含含金屬的材料，如Al、Cu、W、Co、Ti、Ta、Ru、TiN、TiAl、TiAlN、TaN、TaC、NiSi、CoSi或其組合。在一些實施例中，通過PVD、CVD、濺鍍、電鍍或其它合適的方法形成閘極材料層202。在一些實施例中，介電材料層201和/或閘極材料層202的厚度或圖案可基於所期望半導體元件20的功能或期望特性而修改。
圖2B到圖2C為在製造方法的各個階段處的半導體元件20的示意性橫截面視圖。出於說明的目的，可參考圖3的半導體處理系統30。參考圖2B和圖2C，在處理步驟104中，使光阻層203暴露於輻射束204以形成曝光光阻層206。在一些實施例中，使光阻層203曝光的操作在半導體處理系統30內的微影工具300的曝光單元304內執行。也就是說，曝光單元304被配置成施用輻射束204且對光阻層203執行曝光處理，從而使得光阻層203轉化成曝光光阻層206。如圖2B中所說明，在光阻層203上方提供光罩幕205之後，使用位於輻射束204與光阻層203之間的光罩幕205將輻射束204施用到光阻層203。在一些實施例中，輻射束204包含電子束、離子束、x射線、極紫外光、深紫外光、KrF準分子雷射（248 nm）、ArF準分子雷射（193 nm）和/或F2準分子雷射（157 nm）。在一些實施例中，光罩幕205包含透明基底205a和設置在透明基底205a上的輻射吸收層205b。也就是說，透明基底205a上設置有輻射吸收層205b的區域是陰影區域S，且透明基底205a上未設置有輻射吸收層205b的區域是透明區域T。在一個實施例中，透明基底205a的材料包含熔融矽石、氟化鈣或其它合適材料。在一個實施例中，通過使金屬膜（如由鉻和氧化鐵製成的膜）沉積在透明基底205a上而形成輻射吸收層205b。在一個實施例中，輻射束204行進穿過透明基底205a的透明區域T並到達下方光阻層203。在替代實施例中，光罩幕205包含二進制罩幕（binary mask）、相移罩幕（phase shift mask；PSM）或光學鄰近校正（optical proximate correction；OPC）罩幕。如圖2B中所說明，光阻層203在基底200上的部分暴露於穿過光罩幕205的透明區域T的輻射束204。在一些實施例中，使用步進器（stepper）通過分步重複方法（step-and-repeat method）或使用掃描器通過分步掃描方法（step-and-scan method）來實施使光阻層203曝光的操作。在一些實施例中，可根據光罩幕205的預定義圖案將圖案轉印到光阻層203。然而，本公開不限於此。在替代實施例中，使光阻層203曝光的操作可包含其它技術，如無罩幕曝光處理（mask-free exposure process）。
如圖2C中所說明，在光阻層203通過曝光處理曝光之後，曝光光阻層206具有曝光部分206a和未曝光部分206b。如前述，曝光光阻層206的曝光部分206a變為可溶於隨後塗覆的顯影劑。在一些實施例中，在曝光處理以及獲得曝光光阻層206之後，通過在微影工具300的烘烤單元303內執行烘烤處理以進一步加熱且烘烤曝光光阻層206。
圖2D為在製造方法的各個階段中的一個階段處的半導體元件20的示意性橫截面視圖。參考圖2D和圖3，在處理步驟106中，通過使用顯影劑208使曝光光阻層206顯影，且形成圖案化光阻層207。在圖2D中，通過移除曝光光阻層206的曝光部分206a（圖2C）且使未曝光部分206b（圖2C）保留在閘極材料層202上來形成圖案化光阻層207。在一些實施例中，使曝光光阻層206顯影的操作在半導體處理系統30的微影工具300的顯影單元305內執行。也就是說，顯影單元305被配置成在曝光光阻層206上執行顯影處理以形成圖案化光阻層207。在一些實施例中，顯影劑208包含鹼性水溶液。在一些實施例中，顯影劑208包含含銨水溶液。在一些實施例中，顯影劑208包含四甲基銨氫氧化物（TMAH）的水溶液。
如圖3中所說明，顯影單元305包含處理箱體（process tank）305a和用於將顯影劑208供應到處理箱體305a的顯影劑供應單元305b。在一些實施例中，使曝光光阻層206顯影的操作在顯影單元305的處理箱體305a內執行，且用於使曝光光阻層206顯影的顯影劑208由顯影劑供應單元305b供應。在一些實施例中，顯影劑供應單元305b包含殼體306和位於殼體306內的存儲器皿（storage vessel）307。在一些實施例中，顯影劑供應單元305b進一步包含用於驅動氣體和顯影劑208的流動的泵307P。更具體來說，存儲器皿307具有提供或安裝在存儲器皿307上的顯影劑入口308a和顯影劑出口308b，而殼體306具有安裝在殼體306上的進氣口308c和出氣口308d。
在一些實施例中，存儲器皿307被配置成將顯影劑208保持或存儲在其中。在一些實施例中，在顯影處理期間，通過泵307P來驅動，將氮氣通過進氣口308c泵送並吹入到顯影劑供應單元305b中，且將存儲在存儲器皿307中的顯影劑208通過顯影劑出口308b釋放到處理箱體305a中。如前述，當顯影劑208包含含銨顯影劑或含銨水溶液時，氨氣副產物2081可從存儲在存儲器皿307中的顯影劑208生成。在一些實施例中，氨氣副產物2081包含氨氣。在一些實施例中，存儲器皿307的材料包含聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene；PTFE），從而使得存儲器皿307為氣體可滲透的。在供應顯影劑208的處理期間或之後，氨氣副產物2081滲透到存儲器皿307之外到達顯影劑供應單元305b中。在不進一步處理的情況下，氨氣副產物2081可排放到微影工具300的腔室C中，這可觸發光阻材料的浮渣產生且降低顯影解析度（development resolution）
在一些實施例中，在圖2D中，在圖案化光阻層207形成之後，通過在微影工具300的烘烤單元303內執行後烘烤處理來進一步加熱且烘烤圖案化光阻層207。此時，後烘烤處理幫助硬化圖案化光阻層207以使其耐受將在以下處理中遇到的嚴苛的反應條件，如蝕刻製程（etching process）或植入製程（implantation process）。如圖2A到圖2D中所示，應注意，圖案化光阻層207的形成（即光阻層的形成、顯影以及圖案化）通過使用微影工具300來執行。
在一些實施例中，在使曝光光阻層206顯影的操作之後，半導體元件20的製造方法100繼續在處理步驟108中將氨氣副產物2081從微影工具300中移除的操作。在一些實施例中，在圖3中，處理工具310用於移除顯影劑供應單元305b中的氨氣副產物2081。在一些實施例中，當通過泵307P驅動用顯影劑208再填滿存儲器皿307時，顯影劑供應單元305b中的氣體通過出氣口308d吹掃（purged）到顯影劑供應單元305b之外，且進一步吹掃到處理工具310中。此外，在一些實施例中，排放到處理工具310中的氨氣副產物2081保留在處理工具310內。也就是說，通過將氨氣副產物2081吹掃到微影工具300的顯影劑供應單元305b之外到達處理工具310中來移除顯影劑供應單元305b中的氨氣副產物2081，且隨後將氨氣副產物2081保留在處理工具310內。在一些實施例中，處理工具310中包含吸附性材料，且由此通過處理工具310中的吸附性材料經由化學吸附或物理吸附來吸附氨氣副產物2081。在一些實施例中，吸附性材料是無機吸附性材料，且所述無機吸附性材料包含氧化鋁、矽石或活性炭。在一些實施例中，吸附性材料為有機吸附性材料，且所述有機吸附性材料包含有機聚合材料，如新西蘭麻（Tenax）、伯帕克（Poropak）或紅色矽土（Chromosorb）。在替代實施例中，處理工具310包含用以濾出氨氣副產物2081的過濾器。
在一些實施例中，在圖3中，氨氣副產物2081通過其間連接的排氣工具320從顯影劑供應單元305b的出氣口308d排放到處理工具310中。在一些實施例中，排氣工具320在空間上連通及連接處理工具310以及微影工具300的顯影劑供應單元305b。在一些實施例中，排氣工具320包含作為用於使氣體或氨氣副產物2081流動的管道的排氣管。在一些實施例中，排氣工具320使顯影劑供應單元305b的殼體306上的出氣口308d與處理工具310連接。在一些實施例中，處理工具310位於微影工具300外部。也就是說，將來自微影工具300的顯影劑供應單元305b的氨氣副產物2081排放到微影工具300外部的環境中且從微影工具300中移除。
在一些實施例中，半導體元件20的製造方法100包含如處理步驟110中所示的通過使用氨氣監測器330來監測微影工具300內的氨氣副產物2081的濃度的操作。儘管氨氣副產物2081排放到處理工具310中且隨後保留在其中，但仍監測微影工具300內的氨氣副產物2081的濃度。在一些實施例中，作為氨氣副產物2081意外泄漏到微影工具300的腔室C中或泄漏到微影工具300內部的環境中從而妨礙執行於微影工具300中的某些處理的情況的預防措施，使用氨氣監測器330來監測微影工具300內的氨氣副產物2081的濃度。更具體來說，移除氨氣副產物2081可防止副產物在實施顯影處理之前與曝光光阻層206的曝光部分206a反應。通過這樣做，阻止了浮渣的產生以及曝光部分206a與顯影劑208之間的不完全反應（由於氨氣副產物2081的存在），導致較高產物產率以及較好顯影解析度和圖案保真度（pattern fidelity）。
在某些實施例中，氨氣監測器330為即時氨氣監測器。更具體來說，氨氣監測器330用於即時監測微影工具300內的氨氣副產物2081的濃度是否保持低於濃度閾值（concentration threshold）。也就是說，氨氣監測器330用於確定微影工具300內的氨氣副產物2081的濃度是否低於所述濃度閾值。如果氨氣監測器330檢測到微影工具300內的氨氣副產物2081的濃度低於所述濃度閾值，那麼方法100繼續以再次執行處理步驟102。此外，如果氨氣監測器330檢測到微影工具300內的氨氣副產物2081的濃度高於（即不低於）所述濃度閾值，那麼與控制模組（control module）309耦接的氨氣監測器330就向微影工具300的控制模組309發送警告訊號。在一些實施例中，在接收到警告訊號之後，控制模組309可控制微影工具300進入到暫停模式中，中斷微影工具300的塗布單元302、烘烤單元303、曝光單元304和/或顯影單元305的操作。在一些實施例中，儘管控制模組309控制微影工具300進入到暫停模式中，但氨氣監測器330仍保持監測微影工具300內的氨氣副產物2081的濃度。在某些實施例中，對於處在暫停模式中的微影工具300，繼續從微影工具300中移除氨氣副產物2081的操作以降低氨氣的濃度。在一些實施例中，設置在微影工具300的腔室C中的氣體移除工具（未繪示）可額外用於將氨氣副產物2081從微影工具300中移除。在一些實施例中，當氨氣監測器330檢測到微影工具300內的氨氣副產物2081的濃度再次低於所述濃度閾值時，方法100恢復運作。在一個實施例中，氨氣副產物2081的濃度閾值約為十億分之（parts per billion；ppb）2。在一些實施例中，氨氣監測器330設置在與排氣工具320連接的出氣口308d附近。
圖4為繪示處理時間與根據本公開的一些實施例的半導體處理系統30的微影工具內的氨氣副產物的濃度之間的關係的圖。在某些實施例中，在微影工具300的顯影劑供應單元305b內的氨氣副產物2081通過處理工具310移除的情況下，微影工具300內的氨氣副產物2081的濃度繼續降低直到達到濃度閾值。參考如上文實施例中所描述的製造方法和半導體處理系統，顯示在一段時間內，由氨氣監測器檢測到的氨氣副產物的濃度從約9.4 ppb的初始濃度繼續降低到低於2.0 ppm（甚至低到約1.0 ppb）的濃度。也就是說，考慮上文描述的半導體處理系統實施微影製程數月，由氨氣監測器檢測到的微影工具內的氨氣副產物的濃度可顯著地降低到甚至低於濃度閾值的值。另一方面，如果氨氣副產物未經進一步處理且排放到微影工具內部的環境中，那麼所檢測到的微影工具內的氨氣副產物的濃度可相對較高（例如大於10.8 ppb）。
在一些實施例中，在圖2D中所示的處理步驟之後，圖案化光阻層207用作蝕刻罩幕（etch mask），且通過執行蝕刻製程對閘極材料層202和介電材料層201進行蝕刻以形成圖2E中的閘極介電層210和閘極211。在一些實施例中，蝕刻製程包含乾式蝕刻製程。此外，在一些實施例中，在形成閘極介電層210和閘極211之後，通過執行濕式光阻蝕刻製程或乾式光阻蝕刻製程來移除圖案化光阻層207。
此外，參考圖2E，間隔材料層（spacer material layer）212形成於基底200上方，其中間隔材料層212覆蓋閘極介電層210和閘極211。在一些實施例中，間隔材料層212包含SiO2 、SiOx 、SiN、其它介電材料，或其組合或其多個層。在一些實施例中，通過CVD或其它方法來形成間隔材料層212。在替代性實施例中，間隔材料層212可包含其它材料且可使用其它方法形成。
參考圖2E和圖2F，通過執行回蝕處理以部分地移除間隔材料層212以在閘極介電層210和閘極211的側壁上形成間隔物214。在一些實施例中，回蝕處理包含非等向性蝕刻製程。此外，參考圖2F，通過執行植入處理在基底200中形成源極區域216a和汲極區域216b。在一些實施例中，植入處理包含執行離子植入處理。在一些實施例中，植入處理包含將摻雜物離子在間隔物214旁側以及閘極介電層210和閘極211的堆疊的兩側植入基底200中。在一些實施例中，摻雜物離子為p型摻雜物離子，如硼、BF2 + 和/或其組合。在一些替代實施例中，摻雜物離子為n型摻雜物離子，如磷、砷和/或其組合。
在此，描述用於使半導體元件20在基底200上形成的示例性製造方法。在一些實施例中，半導體元件20為p通道金屬氧化物半導體（p-channel metal oxide semiconductor；PMOS）元件。在一些替代實施例中，半導體元件20為n通道MOS（n-channel MOS；NMOS）元件。如前述，半導體處理系統30可用於半導體元件20的製造方法中用以實施微影製程。
參考圖3，說明包含微影工具300和處理工具310的半導體處理系統30。在一些實施例中，微影工具300包含外殼（housing）H、塗布單元302、烘烤單元303、曝光單元304、顯影單元305以及控制模組309，且塗布單元302、烘烤單元303、曝光單元304以及顯影單元305位於由外殼H所限定的腔室C內。在一些實施例中，控制模組309位於微影工具300的腔室C內。然而，取決於系統的設計，控制模組309可位於微影工具300的腔室C外部。在一些實施例中，在圖3中，顯影單元305包含處理箱體305a和與處理箱體305a連接的顯影劑供應單元305b。在一些實施例中，塗布單元302、烘烤單元303、曝光單元304以及顯影單元305的處理箱體305a安裝在處理站301內。在一些實施例中，處理站301與控制模組309耦接，且處理站301中的不同單元（即塗布單元302、烘烤單元303、曝光單元304以及顯影單元305的處理箱體305a）之間的基底或晶圓的處理和傳送可由控制模組309來控制。在一些實施例中，塗布單元302、烘烤單元303、曝光單元304以及顯影單元305的處理箱體305a彼此耦接以使得需待處理的基底可在其間傳送和處理。
在一些實施例中，顯影劑供應單元305b位於處理站301外部。在一些實施例中，顯影劑供應單元305b包含殼體306、存儲器皿307、顯影劑入口308a、顯影劑出口308b、進氣口308c以及出氣口308d。在一些實施例中，處理工具310位於微影工具300的腔室C外部。在一些實施例中，半導體處理系統30進一步包含設置在微影工具300的顯影劑供應單元305b與處理工具310之間以使顯影劑供應單元305b與處理工具310相連接的排氣工具320。在一個實施例中，排氣工具320包含排氣管且通過連接器連接到出氣口308d。在另一實施例中，排氣工具320與顯影劑供應單元305b的出氣口308d一體地形成。
在一些實施例中，半導體處理系統30進一步包含氨氣監測器330。在一些實施例中，氨氣監測器330位於微影工具300的腔室C內且與微影工具300的控制模組309耦接。如前述，在一些實施例中，氨氣監測器330被配置成監測微影工具300的腔室C內部的氨氣副產物的濃度。在某些實施例中，氨氣監測器330為即時氨氣監測器且設置在出氣口308d附近或在排氣工具320附近。
在上文實施例中，對於使用半導體處理系統30的半導體元件20的製造方法，通過將氨氣副產物2081排放到微影工具300的顯影單元305之外且隨後保留在處理工具310中來移除從顯影單元305生成的顯影劑208的氨氣副產物2081。由於從微影工具300中移除顯影劑208的氨氣副產物2081的操作，降低了由於氨氣副產物2081與曝光部分206a的反應而產生浮渣的風險。由此，半導體元件20的圖案轉印保真度和產物產率提高。
根據本公開的一些實施例，製造半導體元件的方法如下。在微影工具中，在基底上形成光阻層。使光阻層在微影工具中曝光以形成曝光光阻層。通過使用顯影劑使曝光光阻層顯影以在微影工具中形成圖案化光阻層。將顯影劑的氨氣副產物從微影工具中移除。
根據本公開的替代實施例，製造半導體元件的方法如下。提供一種具有塗布單元、曝光單元、顯影單元的微影工具。在塗布單元中，在基底上形成光阻層。使光阻層在曝光單元中曝光以形成曝光光阻層。通過使用顯影劑使曝光光阻層顯影以在顯影單元中形成圖案化光阻層。將顯影劑的氨氣副產物從顯影單元排放到處理工具中。將氨氣副產物保留在處理工具中。監測微影工具內的氨氣副產物的濃度。
根據本公開的又一些其它替代實施例，半導體處理系統包含微影工具、處理工具、排氣工具以及氨氣監測器。微影工具包含位於微影工具的腔室內的塗布單元、曝光單元以及顯影單元。處理工具設置在微影工具的腔室外部。排氣工具設置在微影工具與處理工具之間以使微影工具與處理工具相連接。氨氣監測器位於微影工具的腔室內且與微影工具耦接。
以上概述了若干實施例的特徵，以使所屬領域中的技術人員可更好地理解本發明的各個方面。所屬領域中的技術人員應知，其可容易地使用本發明作為設計或修改其他製程及結構的基礎來施行與本文中所介紹的實施例相同的目的及/或實現與本文中所介紹的實施例相同的優點。所屬領域中的技術人員還應認識到，這些等效構造並不背離本發明的精神及範圍，而且他們可在不背離本發明的精神及範圍的條件下對其作出各種改變、代替、及變更。
20‧‧‧半導體元件30‧‧‧半導體處理系統100‧‧‧製造方法102‧‧‧處理步驟104‧‧‧處理步驟106‧‧‧處理步驟108‧‧‧處理步驟110‧‧‧處理步驟200‧‧‧基底201‧‧‧介電材料層202‧‧‧閘極材料層203‧‧‧光阻層204‧‧‧輻射束205‧‧‧光罩幕205a‧‧‧透明基底205b‧‧‧輻射吸收層206a‧‧‧曝光部分206b‧‧‧未曝光部分206‧‧‧曝光光阻層207‧‧‧圖案化光阻層208‧‧‧顯影劑210‧‧‧閘極介電層211‧‧‧閘極212‧‧‧間隔材料層214‧‧‧間隔物216a‧‧‧源極區域216b‧‧‧汲極區域300‧‧‧微影工具301‧‧‧處理站302‧‧‧塗布單元303‧‧‧烘烤單元304‧‧‧曝光單元305‧‧‧顯影單元305a‧‧‧處理箱體305b‧‧‧顯影劑供應單元306‧‧‧殼體307‧‧‧存儲器皿307P‧‧‧泵308a‧‧‧顯影劑入口308b‧‧‧顯影劑出口308c‧‧‧進氣口308d‧‧‧出氣口309‧‧‧控制模組310‧‧‧處理工具；320‧‧‧排氣工具330‧‧‧氨氣監測器2081‧‧‧氨氣副產物C‧‧‧腔室H‧‧‧外殼S‧‧‧陰影區域T‧‧‧透明區域
當結合附圖閱讀時，自以下詳細描述最佳地理解本發明實施例的態樣。應注意，根據業界中的標準慣例，各種特徵未按比例繪製。實際上，為論述清楚起見，可任意增大或減小各種特徵的尺寸。 圖1為繪示根據本公開的一些實施例的用於製造半導體元件的製造方法的處理步驟的流程圖。 圖2A到圖2F為繪示根據本公開的一些實施例的在用於製造半導體元件的製造方法的各個階段處的半導體元件的示意性橫截面視圖。 圖3為繪示根據本公開的一些實施例的半導體處理系統的示意圖。 圖4為繪示處理時間與根據本公開的一些實施例的半導體處理系統的微影工具內的氨氣副產物的濃度之間的關係的圖。
102‧‧‧處理步驟
104‧‧‧處理步驟
106‧‧‧處理步驟
108‧‧‧處理步驟
110‧‧‧處理步驟

Claims (10)

  1. 一種製造半導體元件的方法，包括：提供具有塗布單元、曝光單元、顯影單元的微影工具，其中所述顯影單元包括用於供應顯影劑的顯影劑供應單元，且所述顯影劑供應單元包括出氣口；在所述塗布單元中，在基底上形成光阻層；使所述光阻層在所述曝光單元中曝光以形成曝光光阻層；使用由所述顯影劑供應單元供應的所述顯影劑使所述曝光光阻層顯影以在所述顯影單元中形成圖案化光阻層；將所述顯影劑的氨氣副產物從所述顯影單元通過所述顯影劑供應單元的所述出氣口排放到處理工具中；將所述氨氣副產物保留在所述處理工具中；以及通過使用氨氣監測器監測所述微影工具內的所述氨氣副產物的濃度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的製造半導體元件的方法，其中所述顯影劑包括四甲基銨氫氧化物的水溶液。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的製造半導體元件的方法，其中所述氨氣副產物通過連接所述顯影劑供應單元的所述出氣口和所述處理工具的排氣工具排放到位於所述微影工具外部的所述處理工具中。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的製造半導體元件的方法，其中將所述氨氣副產物保留在所述處理工具中包括提供吸附性材料以用於吸附所述氨氣副產物。
  5. 一種製造半導體元件的方法，包括：提供具有塗布單元、曝光單元、顯影單元的微影工具，其中所述顯影單元包括處理箱體和用於將顯影劑供應到所述處理箱體的顯影劑供應單元；在所述塗布單元中，在基底上形成光阻層；使所述光阻層在所述曝光單元中曝光以形成曝光光阻層；使用所述顯影劑供應單元所供應的所述顯影劑使所述曝光光阻層顯影以在所述處理箱體中形成圖案化光阻層；將所述顯影劑的氨氣副產物從所述顯影單元的所述顯影劑供應單元排放到處理工具中；將所述氨氣副產物保留在所述處理工具中；以及監測所述微影工具內的所述氨氣副產物的濃度。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的製造半導體元件的方法，其中所述顯影劑包括四甲基銨氫氧化物的水溶液。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的製造半導體元件的方法，其中所述氨氣副產物通過排氣工具排放到位於所述微影工具外部的所述處理工具中。
  8. 如申請專利範圍第5項所述的製造半導體元件的方法，其中監測所述氨氣副產物的濃度包括使用即時氨氣監測器即時監測所述氨氣副產物。
  9. 一種半導體處理系統，包括：微影工具，其中所述微影工具包含位於所述微影工具的腔室內的塗布單元、曝光單元以及顯影單元；處理工具，設置在所述微影工具的所述腔室外部；排氣工具，設置在所述微影工具與所述處理工具之間以使所述微影工具與所述處理工具相連接；以及氨氣監測器，位於所述微影工具的所述腔室內且與所述微影工具耦接，其中所述顯影單元包括顯影劑供應單元，且所述顯影劑供應單元包括出氣口，其中所述氨氣監測器設置在所述出氣口附近，且所述出氣口用於使所述顯影劑供應單元所供應的顯影劑的氨氣副產物從所述顯影單元通過所述排氣工具排放到所述處理工具中。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的半導體處理系統，其中所述氨氣監測器為即時氣體監測器。
TW107120660A 2017-11-13 2018-06-15 半導體元件的製造方法以及半導體處理系統 TWI750384B (zh)

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