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用于通過嵌段共聚物的自組裝在襯底上提供間隔的光刻特征的方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201480008683.3

申請日:

2014.01.24

公開號:

CN104995715A

公開日:

2015.10.21

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H01L 21/027申請日:20140124|||公開
IPC分類號: H01L21/027; G03F7/00; H01L21/033; H01L21/308; H01L29/66 主分類號: H01L21/027
申請人: ASML荷蘭有限公司
發明人: S·伍伊斯特爾; T·朱茲海妮娜; M·杜薩
地址: 荷蘭維德霍溫
優先權: 61/764,881 2013.02.14 US
專利代理機構: 中科專利商標代理有限責任公司11021 代理人: 張啟程
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201480008683.3

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.06.19|||2015.11.18|||2015.10.21

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種形成多個規律地間隔的光刻特征的方法,所述方法包括:在襯底上的多個溝道中提供能夠自組裝的嵌段共聚物,所述嵌段共聚物具有第一嵌段和第二嵌段,每個溝道包括相對的側壁和基部,所述側壁具有側壁間的寬度,其中第一溝道具有大于第二溝道的寬度;使能夠自組裝的嵌段共聚物在每個溝道中自組裝成有序層,所述層具有與第二嵌段的第二域交替的第一嵌段的第一域,其中所述第一溝道和第二溝道具有相同數量的每種相應的域;以及選擇性地移除第一域,以沿著每個溝道形成具有第二區域的規律地間隔的成行的光刻特征,其中,在第一溝道中的特征的節距大于在第二溝道中特征的節距。

權利要求書

權利要求書
1.  一種形成多個規律地間隔的光刻特征的方法,所述方法包括:
在襯底上的多個溝道中提供能夠自組裝的嵌段共聚物,所述嵌段共聚物具有第一嵌段和第二嵌段,每個溝道包括相對的側壁和基部,所述側壁具有側壁間的寬度,其中第一溝道具有大于第二溝道的寬度;
使能夠自組裝的嵌段共聚物在每個溝道中自組裝成有序層,所述有序層包括與第二嵌段的第二域交替的第一嵌段的第一域,其中所述第一溝道和第二溝道具有相同數量的每種相應的域;以及
選擇性地移除第一域,以沿著每個溝道形成由第二域構成的規律地間隔的一行或多行光刻特征,
其中,在第一溝道中的特征的節距大于在第二溝道中的特征的節距。

2.  如權利要求1所述的方法,其中所述多個溝道包括四個或更多個溝道,其中第三溝道和第四溝道具有相同數量的每種相應的域,并且第二溝道和第三溝道具有不同數量的每種相應的域。

3.  如權利要求2所述的方法,其中第三溝道的寬度大于第四溝道的寬度。

4.  如權利要求1或2所述的方法,其中一行或多行規律地間隔的光刻特征被用于形成FET的通道。

5.  如權利要求4所述的方法,其中FET為FinFET。

6.  如權利要求1-5中任一項所述的方法,其中光刻特征具有10nm或更大的節距。

7.  如權利要求1-6中任一項所述的方法,其中光刻特征具有40nm 或更小的節距。

8.  如權利要求1-7中任一項所述的方法,其中所述側壁用光刻術形成。

9.  如權利要求1-8中任一項所述的方法,其中所述側壁被設定尺寸以具有20nm-150nm之間的高度。

10.  如權利要求1-9中任一項所述的方法,其中所述溝道具有約200nm或更小的寬度。

11.  如權利要求1-10中任一項所述的方法,其中所述側壁對所述嵌段中的一種具有更高的化學親和力。

12.  如權利要求1-11中任一項所述的方法,其中所述能夠自組裝的嵌段共聚物適于形成圓柱形有序層,所述圓柱形有序層具有在圓柱形陣列中的第一嵌段的第一非連續域,所述第一嵌段的第一非連續域與在第一嵌段的第一非連續域之間的第二嵌段的第二連續域交替,所述域被定向成基本平行于襯底并基本平行于側壁。

13.  如權利要求1-11中任一項所述的方法,其中所述能夠自組裝的嵌段共聚物適于形成層狀有序層,其中第一域為片層,所述第一域與也為片層的第二域交替,所述第一域和第二域的片層被定向成使它們的平坦表面基本垂直于襯底并且基本平行于側壁。

14.  如權利要求1-13中任一項所述的方法,其中所述域中的一種被選擇性地通過蝕刻移除。

15.  如權利要求1-14中任一項所述的方法,其中所述域中的一種被選擇性地通過光降解或光裂解移除。

16.  如權利要求1-15中任一項所述的方法,其中所述溝道形成在抗蝕劑中。

17.  一種使用如權利要求1-16中任一項所述的方法形成的FinFET。

說明書

說明書用于通過嵌段共聚物的自組裝在襯底上提供間隔的光刻特征的方法
相關申請的交叉引用
本申請要求于2013年2月14日遞交的美國臨時申請第61/764,881號的權益,該臨時申請在此通過引用全文并于本文。
技術領域
本發明涉及一種在襯底上形成規則地間隔的光刻特征的方法,該方法利用在設置在襯底上的溝道中進行嵌段共聚物的自組裝來實現。該方法可用于形成場效應晶體管的一個或多個晶體管導電通道。
背景技術
在器件制造的光刻術中,要求減小光刻圖案中的特征的尺寸以便提高在給定襯底區域上特征的密度。具有納米級臨界尺寸(CD)的較小特征的圖案允許更大的器件或電路結構的集中度,得到在電子和其他器件的尺寸減小和制造成本方面的潛在的改進。在投影光刻術中,對更小特征的推動導致例如浸沒光刻和極紫外(EUV)光刻術等技術的發展。
作為一種選擇,所謂的壓印光刻通常涉及使用“壓印器”(通常稱為壓印模板)以將圖案轉移至襯底上。壓印光刻術的優點在于,特征的分辨率不受到例如輻射源的發射波長或投影系統的數值孔徑的限制。替代地,分辨率主要受限于壓印模板上圖案的密度。
對于投影光刻術和壓印光刻術,期望提供表面的高分辨圖案化,例如壓印模板或其他襯底的表面的高分辨圖案化。已經考慮使用自組裝嵌段共聚物(BCP)作為用于將特征的分辨率提高至比通過現有技術的光刻方法能夠獲得的分辨率更小的值的潛在方法或作為用于制備壓印模板的電子束光刻的備選。
能夠自組裝嵌段共聚物是在納米制造技術中有用的化合物,因為它們在冷卻至特定溫度(有序-無序轉變溫度To/d)以下時會經受有序-無 序轉變,導致不同化學性質的共聚物嵌段的相分離,以便形成有序的、在化學上不同的、尺寸為幾十納米或甚至小于10nm的區域或域。所述區域或域的尺寸和形狀可以通過操縱不同嵌段類型的共聚物的分子量和成分來控制。所述區域或域之間的界面可以具有1-5nm量級的線寬粗糙度,并且可以通過改變共聚物的嵌段的化學成分來操縱。
Chaikin和Register等人在Science 276,1401(1997)中的文章闡明了使用嵌段共聚物的薄膜作為自組裝模板的可行性。具有20nm尺寸的點和孔的密集陣列從苯乙烯-異戊二烯嵌段共聚物的薄膜轉移至氮化硅襯底。
嵌段共聚物包括不同的嵌段,每個嵌段通常包括一個或多個相同的單體,并且沿聚合物鏈并排布置。每個嵌段可以包括其相應類型的多個單體。因而,例如,A-B嵌段共聚物可以具有在(或每個)A嵌段中的多個A型單體和在(或每個)B嵌段中的多個B型單體。合適的嵌段共聚物的示例是例如具有聚苯乙烯(PS)單體(疏水嵌段)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)單體(親水嵌段)的共價鍵鏈接的多個嵌段的聚合物。具有不同疏水性/親水性的嵌段的其他嵌段共聚物可以是有用的。例如,三嵌段共聚物,例如(A-B-C)嵌段共聚物可以是有用的,因為可以是交替的或周期性的嵌段共聚物(例如[-A-B-A-B-A-B-]n或[-A-B-C-A-B-C]m,其中n和m是整數)。這些嵌段可以彼此通過共價鍵以線性或分支(例如星形或分支配置)的方式連接。
依賴于多個嵌段的體積分數、每個嵌段類型內的聚合度(即,每個相應嵌段內每個相應類型的單體的數量)、溶劑的可選使用以及表面相互作用,嵌段共聚物在自組裝時可以形成多種不同的相。當在薄膜中應用時,幾何限制可能引起附加的邊界條件,這可能限制形成的相。通常,在自組裝嵌段共聚物的薄膜中實際觀察到球形(例如立方體)、圓柱形(例如四角形或六邊形)以及層狀相(即,具有立方體、六邊形或層狀間隔填充對稱的自組裝相)。
觀察到的相類型可以依賴于不同聚合物嵌段的相對分子體積分數。例如,80:20的分子體積比率將提供布置在較高體積嵌段的連續區域或域中的低體積嵌段的不連續的球形區域或域的立方體相。隨著體積比率 降低到70:30,將形成圓柱形相,具有為較低體積嵌段的圓柱體的不連續區域或域。在50:50的比率下,形成層狀相。在30:70的比率下,可以形成倒圓柱形相,并且在20:80的比率下,可以形成倒立方體相。
用作能夠自組裝的聚合物的合適的嵌段共聚物包括但不限于聚(苯乙烯-b-甲基丙烯酸甲酯)、聚(苯乙烯-b-2-乙烯基吡啶酮)、聚(苯乙烯-b-丁二烯)、聚(苯乙烯-b-二茂鐵基二甲基硅烷)、聚(苯乙烯-b-環氧乙烷)、聚(環氧乙烷-b-異戊二烯)。符號“b”表示“嵌段”。雖然這些是雙嵌段共聚物的示例,但是應該清楚,自組裝也可以采用三嵌段共聚物、四嵌段共聚物或其他多嵌段共聚物。
用于引導或定向聚合物(例如嵌段共聚物)自組裝到表面上的一種方法是圖形外延技術。該方法包括嵌段共聚物的自組織,該嵌段共聚物的自組織通過使用由抗蝕劑構成的一個或多個特征(或者從抗蝕劑轉移到襯底表面上的一個或多個特征,或者轉移到沉積在襯底表面上的疊層膜上的一個或多個特征)以在襯底上進行形貌預圖案化來引導。預圖案化被用于形成包括襯底基部和側壁的封閉體或“溝道”,側壁例如為抗蝕劑的一對相對的側壁(或者形成在薄膜中的側壁,或者形成在襯底中的側壁)。
通常地,圖形外延模板的特征的高度為待排列的BCP層的厚度的量級,因此,例如可以為約20nm-約150nm。
層狀的自組裝BCP可以形成光刻特征的平行的線性圖案,在溝道中具有不同共聚物嵌段區域或域的相鄰線。例如,如果嵌段共聚物是具有在聚合物鏈中的A和B嵌段的雙嵌段共聚物,BCP可以自組裝入每個溝道中的有序的層,該層包括與B嵌段的第二區域或域交替的、規律地間隔開的A嵌段的第一區域或域。
類似地,圓柱形的自組裝BCP可以形成光刻特征的有序圖案,該光刻特征包括被第二連續區域或域包圍的圓柱形的不連續的第一區域或域的規律地間隔開的平行線。例如,如果BCP為在聚合物鏈中的A和B嵌段的雙嵌段共聚物,那么嵌段A可以組裝入圓柱形的非連續區域或域,該非連續區域或域跨過溝道規律地間隔,并且被B嵌段的連續區域或域包圍。
因此可以使用圖形外延技術來引導層狀相或圓柱形相的自組織,使得BCP圖案將(一個或多個)側壁的間隔細分成交替的共聚物圖案的區域或域。
在納米制造過程中應用嵌段共聚物自組裝的過程中,襯底可以被修改以具有中性取向控制層,作為圖形外延模板的一部分,以便引入相對于襯底的自組裝圖案的優選取向。對于在能夠自組裝聚合物層中使用的某些嵌段共聚物,在多個嵌段中的一種和襯底表面之間可以存在導致取向形成的優先的相互作用。例如,對于聚苯乙烯(PS)-b-PMMA嵌段共聚物,PMMA嵌段將優先浸潤氧化物表面(即,與氧化物表面具有高化學親和力),并且這可以用以誘導自組裝圖案處于基本平行于表面的平面的取向。可以引入基本垂直的取向,例如通過將中性取向層淀積到表面上以導致襯底表面對兩個嵌段都是中性的來實現,換句話說,中性取向層具有對每個嵌段相同或類似的化學親和力,使得兩個嵌段以相似的方式在表面處浸潤中性取向層。通過“垂直取向”,意味著每個嵌段的區域或域將被并排定位在襯底表面,其中不同嵌段的相鄰區域或域之間的界面區域基本上垂直于表面的平面布置。
在用于對準具有A和B(其中在特性上A是親水的、而B是疏水的)嵌段的雙嵌段共聚物的圖形外延模板中,圖形外延圖案可以包括疏水抗蝕劑側壁特征,其中中性取向基部在疏水抗蝕劑特征之間。B區域或域可以優先沿疏水抗蝕劑特征的旁邊組裝,其中若干個A和B嵌段的交替區域或域在圖形外延模板的嵌塞抗蝕劑特征之間的中性取向區域上被對準。
可以例如通過使用通過羥基端基或某些其他反應端基與襯底表面處的氧化物的反應共價地鏈接到襯底的隨機的共聚物刷(brush)產生中性取向層。在用于形成中性取向層的其他布置中,可交聯隨機共聚物或適當的硅烷(即,具有取代的反應性硅烷的分子,諸如(三)氯硅烷端基或(三)甲氧基硅烷端基,也稱為甲硅烷基端基)通過用作襯底表面和能夠自組裝的聚合物的層之間的中間層,可以用以導致表面中性。這樣的硅烷基中性取向層將通常作為單層,而可交聯聚合物通常不作為單層給出并且可以具有通常小于或等于約40nm的層厚度,或者小于或等 于約20nm的層厚度。
能夠自組裝的BCP的薄層可以如上所述那樣被淀積在具有圖形外延模板的襯底上。
用于能夠自組裝的聚合物淀積的合適的方法是旋涂,因為該過程能夠提供良好地限定的、均勻一致的能夠自組裝的聚合物薄層。淀積的能夠自組裝的聚合物膜的合適的層厚度是大約10至150nm。在淀積嵌段共聚物膜之后,該膜仍然可以是無序的或僅部分有序,并且可能需要一個或多個附加步驟以促進和/或完成自組裝。例如,能夠自組裝的聚合物可以作為溶液被淀積在溶劑中,在自組裝之前例如通過蒸發隨溶劑去除。
嵌段共聚物的自組裝是多種小成分(嵌段共聚物)的組裝導致形成較大的更復雜的結構(自組裝圖案中納米級尺寸特征,在本說明書中稱為域)的過程。由于物理控制聚合物的自組裝自然產生缺陷。通過A-B嵌段共聚物的A/A、B/B和A/B(或B/A)嵌段對之間的相互作用的差(即,相互的化學親和力的差)來驅動自組裝,其中考慮系統的Flory-Huggins(弗洛里-哈金斯)理論描述的用于相分離的驅動力。使用圖形外延可以極大地減少缺陷形成。
對于經歷自組裝的聚合物,能夠自組裝的聚合物將顯示有序-無序溫度To/d,To/d可以通過任何合適的用于評估聚合物的有序/無序狀態的技術測量,例如差分掃描量熱法(DSC)測量。如果在該溫度之下發生層的形成,則分子將被驅動以自組裝。在溫度To/d之上,將形成無序層,其中來自無序A/B區域或域的熵貢獻超過層內的相鄰A-A和B-B嵌段對之間的有利的相互作用產生的焓貢獻。能夠自組裝的聚合物還可以顯示玻璃轉變溫度Tg,在該溫度之下聚合物有效地固化,高于該溫度則共聚物分子將仍然可以相對于相鄰共聚物分子在層內改變取向。玻璃轉變溫度適于通過差分掃描量熱法(DSC)測量。
在如上所述的有序化期間形成的缺陷可以通過退火部分地去除。諸如旋轉位移(disclination)(該缺陷為破壞旋轉對稱的線缺陷,例如在導向器的取向上存在缺陷)等缺陷可以通過配對另一缺陷或相反符號的旋轉位移來消除。能夠自組裝的聚合物的鏈活動性可以是用于確定缺陷遷移和消除的因素,并且因此可以在鏈活動性高但自組裝有序圖案不損失 的溫度條件下執行退火。這表示達到聚合物的有序/無序溫度To/d之上或之下幾度的溫度。
有序化和缺陷消除可以結合在單個退火過程中,或可以使用多個過程以便提供自組裝聚合物(諸如嵌段共聚物)的層,具有不同化學類型的區域或域(不同嵌段類型的區域或域)的有序圖案。
為了將諸如器件架構或形貌等圖案從自組裝聚合物層轉移到淀積有自組裝聚合物的襯底中,通常,將通過所謂的貫通蝕刻(breakthrough etching)去除第一區域或域類型,以在襯底表面上提供第二區域或域類型的圖案,其中襯底在第二區域或域類型的特征之間處于裸露。可以使用干法蝕刻或反應離子蝕刻技術蝕刻具有平行的圓柱形相區域或域的圖案。除了或者替代那些適于平行的圓柱形相區域或域的蝕刻,可以利用濕法蝕刻技術蝕刻具有層狀相區域或域的圖案。
在貫通蝕刻之后,可以通過使用第二區域或域類型所經受并因此在表面已經裸露的襯底表面中形成凹陷的蝕刻裝置的所謂的轉移蝕刻來轉移圖案。
發明內容
光刻特征之間的間距被稱為節距——定義為光刻特征的一個重復單元的寬度(即,特征寬度加上特征間間隔)。使用BCP的自組裝工藝可被用于生產具有特別低節距(通常小于30-50nm)的光刻特征。
例如使用一個工藝步驟能夠構建多組光刻特征將是有用的,其中一組光刻特征具有與另一組光刻特征不同的節距。現有的方法包括多個工藝步驟(例如“節距劃分”和“多圖案分割”的方法都包括多個工藝步驟)。
本發明的實施例的目的例如是消除或減輕本文描述的一個或多個缺點或者與現有技術相關的一個或多個其他缺點。
根據實施例,提供了一種形成多個規律地間隔的光刻特征的方法,所述方法包括:
在襯底上提供多個溝道,每個溝道包括相對的側壁和基部,所述側壁具有側壁間的寬度,其中第一溝道具有大于第二溝道的寬度
在多個溝道中提供能夠自組裝的嵌段共聚物,所述嵌段共聚物具有第一嵌段和第二嵌段;
使能夠自組裝的嵌段共聚物在每個溝道中自組裝成有序層,所述層包括與第二嵌段的第二域交替的第一嵌段的第一域,其中所述第一溝道和第二溝道具有相同數量的每種相應的域;以及
選擇性地移除第一域,以沿著每個溝道形成由第二域構成的規律地間隔的成行的光刻特征,
其中,在第一溝道中的特征的節距大于在第二溝道中特征的節距。
襯底可以具有不同寬度的溝道。對于任意給定的溝道寬度,可以形成嵌段共聚物(BCP)的多個域,優選地不同類型的BCP采取某些數量的域。廣義上說,較大的溝道將導致比較小的溝道形成具有更大數量的域的有序層。因此,域的數量可被認為與溝道尺寸呈線性關系(對于給定的BCP)。
已經出乎意外地發現,除了域的數量與溝道尺寸的線性關系,溝道寬度的相對較小的增加(該溝道寬度沒有大到足以增加所形成的域的數量)導致形成更大節距的域(即,節距伸展)。然后,溝道寬度的再進一步增加可以足夠使得所形成的域的數量增加,在該點,每個域的節距回到未伸展狀態,即節距減小以容納增加的域。因此通過合適選定溝道寬度,能夠產生在每個溝道中具有某一域數量和域節距的自組裝的BCP的有序層。此外,由于具有不同域節距的有序層可以使用單一類型的BCP制造,因此能夠一步制造具有光刻特征的多個溝道的襯底,其中不同溝道的光刻特征具有不同的節距。而且,通過合適考慮溝道寬度和選擇BCP,能夠一致地生成具有某一數量的具有特定節距的光刻特征的溝道。
下面的特征在適當的情況下適用于本發明的每一方面。在適當的情況下,下面的特征的組合可以用作本發明的一部分,例如如權利要求中限定的。本發明特別適于用在器件光刻中。例如,本發明可以用在圖案化被用于直接形成器件的襯底中,或者可以用在圖案化在壓印光刻中使用的壓印模板(其然后可被用于形成器件)中。
可以提供四個或更多個溝道,第三溝道和第四溝道具有相同數量的每種相應的域,并且第二溝道和第三溝道具有不同數量的每種相應的域。
第三溝道可以具有大于第四溝道的寬度。
光刻特征可以具有低至約20nm的節距,并且可以具有低至約10nm的節距。光刻特征可以具有高達約40nm的節距。
所述襯底可以為半導體襯底,并且可以包括形成襯底的多個層。例如,襯底的最外層可以為ARC(抗反射涂層)層。
襯底的最外層對于BCP的域可以是中性的,據此這意味著它對于BCP的每種區域類型具有相似的化學親和力。例如可以使用隨機的共聚物刷(brush)產生中性取向層。作為一種替代,取向控制層可以被提供作為襯底的最上或最外表面層,以產生相對于襯底的自組裝圖案的期望取向。
包括相對的側壁的溝道可以通過光刻術形成,例如用光化輻射,例如UV、EUV或DUV(深UV)輻射。溝道例如可以形成在抗蝕劑中。溝道例如可以形成在襯底表面上(例如,已被從抗蝕劑轉移到襯底上)。溝道例如可以形成在膜疊層中(例如,已被從抗蝕劑轉移到膜疊層上)。
溝道的高度可以為待排序的BCP的厚度的量級。溝道的高度例如可以為約20nm-約150nm。溝道可以具有約200nm或更小的寬度。
為了引導自組裝并降低缺陷,側壁可以具有對于BCP的嵌段中的一種的更高的化學親和力,以便在組裝時,對側壁具有更高化學親和力的嵌段被促使以沿著所述側壁的旁側組裝。化學親和力可以通過親水或疏水的側壁特征提供。
在溝道中提供一層能夠自組裝的BCP可以通過旋涂BCP溶液、隨后移除溶劑來實現。
能夠自組裝的BCP可以被促使以通過將溫度降低到低于BCP的To/d的溫度來進行自組裝,以在溝道中提供自組裝后的BCP的有序層。
BCP可以適于形成如下有序層,該有序層包括一行第一嵌段的一個或多個第一域,其并排地自組裝在槽中,并且與第二嵌段的一個或多個第二域交替。該方法可以包括適于形成有序層的能夠自組裝的BCP,所述有序層具有在圓柱形陣列中的第一嵌段的第一非連續域,所述第一嵌段的第一非連續域與在第一嵌段的第一非連續域之間的第二嵌段的第二連續域交替,所述域被定向成基本平行于襯底并基本平行于側壁。在另 一種合適的布置中,BCP適于形成有序層,該有序層為層狀有序層,其中第一域為與第二域交替的片層,所述第二域也為片層,所述第一域和第二域的片層以它們的平坦表面基本垂直于襯底并且基本平行于側壁的方式定向。圓柱形的陣列能夠比層狀相覆蓋更寬范圍的節距。
選擇性地移除一個區域例如可以通過蝕刻實現,其中自組裝BCP的有序層作為用于在襯底上沿溝道蝕刻一行規律地間隔的光刻特征的抗蝕劑層。選擇性蝕刻可以通過利用具有不同的蝕刻抗蝕劑特性的聚合物和通過選擇能夠選擇性地蝕刻一個或多個聚合物域的蝕刻劑實現。選擇性移除例如可以通過共聚物的嵌段之間的交聯劑的選擇性的光降解或光裂解以及隨后的嵌段中的一種的溶解來實現。
本發明的一個實施例涉及一種光刻方法。該方法可以用在用于制造器件的過程中,例如制造電子器件或集成電路,或者用在其它應用中,例如集成光學系統、磁疇存儲器的引導和檢測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭、有機發光二極管等的制造。本發明的一個實施例還用于在制造集成電路、比特圖案化介質和/或用于磁性存儲裝置(例如硬盤驅動器)的離散的軌跡介質中使用的表面上形成規律的納米結構。
本發明的實施例在場效應晶體管(FET)的制造中是有用的,并且更具體地在FinFET的制造中是有用的。FinFET是一種特定類型的FET,其中一個或多個高且薄的導電通道(類似翅片并限定在晶體管源極和漏極之間的通路)被能夠通過施加電壓調節通道導電性的柵極覆蓋。由于通道節距影響為了允許電子流過晶體管的導電通道所需要的柵極電壓(該電壓被稱作閾值電壓,VTH),所以FinFET通道應當具有一致的節距。小節距、低閾值電壓的FinFET在快速/低功率應用中是有用的,而大節距、高閾值電壓的FinFET在需要低電子泄漏的應用中是有用的。通常地,單一的器件包括高和低閾值電壓的FinFET。
可以使用本文描述的方法生產的規律地間隔的光刻特征適于用作FinFET應用的導電通道。如上所述,該方法能夠在同一襯底上生產具有不同節距的光刻特征的多個溝道。當將該方法應用于FinFET結構中時,其允許在單個的襯底上形成多個FinFET,其中一個FinFET的通道節距 可被設置為與另一個FinFET的通道節距不同。可在單一的步驟中制造具有不同節距的通道。因此,通過合適選擇溝道寬度,本文描述的方法對于具有多個FinFET的器件的結構是有用的,其中一些FinFET具有低閾值電壓(即,能夠執行快速/低功率應用),而其它FinFET具有高閾值電壓(即,能夠用于需要低電子泄漏的應用中)。
能夠自組裝的BCP可以是前面提出的BCP,包括至少兩種不同的嵌段類型,稱為第一和第二聚合物嵌段,它們可以被自組裝為具有聯合為第一和第二域類型的不同嵌段類型的有序聚合物層。BCP可以包括雙嵌段共聚物或三嵌段或多嵌段共聚物。交替的或周期性的嵌段共聚物可以用在能夠自組裝的聚合物中。
在本說明書中,通過“化學親和力”意味著兩個不同的化學種類(chemical species)聯合在一起的趨勢。例如,親水屬質的化學種類對水具有高的化學親和力,而疏水化合物對水具有低的化學親和力、但是對烷烴具有高的化學親和力。極性屬性的化學種類對其他極性化合物和對水具有高的化學親和力,而非極性的或無極性的或疏水化合物對水和極性種類具有低的化學親和力,但是可以表現對于例如烷烴等其他非極性種類具有高的化學親和力。化學親和力涉及與兩種化學種類之間的界面相關的自由能:如果界面自由能高,則兩種種類彼此具有低的化學親和力,而如果界面自由能低,則兩種種類彼此具有高的化學親和力。化學親和力也可以用術語“浸潤”表示,其中如果液體和表面相對于彼此具有高的化學親和力則液體將浸潤固體表面,相反,如果具有低的化學親和力,液體將不浸潤表面。表面的化學親和力例如可以使用各種液體利用接觸角測量,從而對于一種液體,如果一個表面具有與另一個表面相同的接觸角,那么兩個表面可被認為對于該液體具有相同的化學親和力。如果兩個表面接觸角不同,則對于該液體,具有較小接觸角的表面比具有較大接觸角的表面具有更高的化學親和力。
在本說明書中,“化學種類”是指例如分子、低聚物或聚合物等化合物,或者在兩性分子(即,具有至少兩個互聯部分的分子,其中互聯部分具有不同的化學親和力)的情況下,術語“化學種類”可以指這種分子的不同部分。例如,在雙嵌段共聚物的情況下,構成嵌段共聚物分 子的兩個不同的聚合物嵌段被視為具有不同化學親和力的兩個不同的化學種類。
貫穿該說明書,術語“包括”或“包含”意指包括所列出的一個或多個組分但不排除其他的存在。術語“基本上由…組成”或“基本上由…構成”意指包括所列出的組分但排除其他組分,所述其他組分不包括作為雜質存在的物質、因用于提供所述組分的過程而存在的不可避免的物質,以及包括為了除實現本發明的技術效果之外的目的而加入的組分。典型地,主要由一組組分組成的組合物將包括重量比少于5%的、典型地少于3%、更典型地少于1%的未列出的組分。術語“構成”或“組成”含義是包括列出的組分,但排除有意增加的其它組分。
只要合適,還可以采用術語“包括”或“包含”,以包含“由…構成”、“由…組成”、“主要由…構成”或“主要由…組成”的意義。
在本說明書中,當提到特征的厚度時,所述厚度適于通過合適的裝置沿基本垂直于襯底表面且通過特征的質心的軸線測量。所述厚度可以適于通過例如干涉測量法等技術來測量或通過蝕刻率的知識來估計。
在本說明書中任何情況下提到“層”,在存在的情況下,所提及的層是具有基本上均勻的厚度的層。通過“基本上均勻的厚度”表示跨經層的厚度變化不會超過其平均值的10%,期望地不超過5%。
在本說明書中,術語“襯底”指的是包括形成襯底的一部分的或設置在襯底上的任何表面層,例如一個或多個平面化層或抗反射涂層,它們可以位于襯底表面上或形成襯底表面,或者可以包括一個或多個其它層,例如本文中具體提到的那些層。
附圖說明
參照附圖描述本發明的具體實施例,在附圖中:
圖1A至1C示意地示出通過圖形外延直接將A-B嵌段共聚物自組裝到襯底上并通過選擇性地蝕刻一個域形成規律地間隔的光刻特征;
圖2A至2C示意地示出根據本發明實施例的通過增加溝道寬度可獲得的域節距的增加;
圖3A至3C示意地示出通過圖形外延直接將A-B嵌段共聚物自組 裝到襯底上,通過增加溝道寬度可獲得的域節距的增加并通過選擇性地蝕刻一個域形成規律地間隔的光刻特征;
圖4示意地示出根據本發明的實施例產生的FinFET;
圖5為具有不同寬度的多個溝道的裝置的示意圖,其中所述不同寬度的多個溝道具有不同節距的光刻特征;以及
圖6示出了溝道寬度與在本發明的實施例中形成的特征的行數和節距的關系。
具體實施方式
所描述和圖示的實施例是為了被看作為圖示的而不是限制性特性,可以理解,僅示出和/或描述了優選的實施例,并且全部改變和修改都在本發明權利要求限定的期望被保護的范圍內。
圖1A示出了具有形成于其上的溝道2的襯底1,其由一個或多個側壁3和底表面4限定邊界。在圖1B中,具有親水的A(帶剖面線的)嵌段和疏水的B(不帶剖面線的)嵌段的能夠自組裝的A-B嵌段共聚物已被沉積在溝道中,以形成具有交替的帶狀的A區域或域和B區域或域的層5,在BCP沉積期間,A區域或域和B區域或域已被沉積為分成離散的微分離的周期性的區域或域的層狀相。在圖1C中,A型區域或域已被選擇性移除工序移除,留下B型區域或域作為規則地間隔開的多行光刻特征6。
選擇性移除例如可通過化學蝕刻獲得,該化學蝕刻可根據對蝕刻的相對敏感性來獲得,A嵌段相對易于蝕刻,而B嵌段相對耐蝕刻。例如通過共聚物的嵌段之間的交聯劑的選擇性光降解或光裂解以及隨后的多個嵌段中的一種的增溶作用可以實現選擇性去除。實施例允許使用自組裝的BCP在襯底上形成沿襯底并排地定位的、成行的規律地間隔的光刻特征,以提供因此緊密間隔并且尺寸較小的特征。
在一個實施例(未示出)中,蝕刻(或者其他移除工序)可以蝕刻入襯底1中。照此,B型區域或域可以被移除,留下形成在襯底中的規律地間隔開的成行的光刻特征。
在所示實施例的修改例中,溝道的一個或多個側壁可以具有用于 BCP的嵌段中的一種的更高的化學親和性。例如,在用于對準具有A嵌段和B嵌段的雙嵌段共聚物的溝道中,其中在特性上A是疏水的、而B是親水的,該溝道可以包括疏水抗蝕劑側壁特征,在疏水抗蝕劑側壁特征之間具有中性取向基部。A區域或域可以優先沿疏水抗蝕劑特征的旁邊組裝,其中若干個A和B嵌段的交替域在溝道的抗蝕劑特征之間的中性取向基部上被對準。
圖2A示出了襯底1,其中成行的規律地間隔的光刻特征6已使用自組裝BCP定位在襯底上。在溝道2中已經形成有三行光刻特征,每個特征具有由“X”標示的某一節距。如上所述,節距被定義為光刻特征的一個重復單元的寬度,在圖中由兩個最左側特征的中心向下的虛線標示。在圖2B,溝道的寬度略微增加,使得所形成的特征的行數相同但是每個特征的節距(由“Y”標示)相對于圖2A中的特征的節距被增加。在圖2C中,溝道的寬度進一步增大,這里所形成的特征的行數已增大到4行,而每個特征的節距(由“Z”標示)降低到與圖2A的節距近似的數值(即,Z約等于X)。
圖3示出了襯底1,其中成行的規律地間隔的光刻特征6已使用自組裝BCP以與圖1相似的方式定位在襯底上。在圖3中,代替圖1的層狀的區域或域形成圓柱形的區域或域。具有A(帶剖面線的)嵌段和B(不帶剖面線的)嵌段的能夠自組裝的A-B嵌段共聚物沉積入溝道中,以形成層5。如圖3B所示,溝道的寬度略微增大,使得所形成的特征的行數相同但是每個特征的節距相對于圖3A中的特征的節距增大(以與圖2中示出的層狀區域或域相同的方式)。在圖3C中,圖3B的B型區域或域已通過選擇性蝕刻移除,留下A型區域或域作為規律地間隔的多行光刻特征6。在蝕刻后位于A區域或域正下方的小部分B區域或域得以保持。
圖4示出了方法的特殊應用,在該方法中以在圖1-3中所示的方式形成的光刻特征被用于構建FinFET 7,FinFET包括與柵極9交疊的多個導電通道8(稱作翅片)。在該實施例中,光刻特征(在圖1中表示為6)被直接用作FinFET的導電通道,并且柵極9已被放置在通道上,以完成FinFET的構建。
雖然圖4示出了具有三個翅片的FinFET,但是本發明的實施例可以被用來形成具有其他數量的翅片(例如,兩個翅片、四個翅片、五個翅片、六個翅片或更多翅片)的FinFET。對于任何給定數量的翅片,相鄰翅片之間的間隔可以通過合適選擇翅片形成(以上面關于圖2和3所解釋的方式)于其中的溝道的寬度來選定。所述翅片例如可以具有低至約20nm的節距,并且例如可以具有低至約10nm的節距。所述翅片例如可以具有高達約40nm的節距。
圖5為器件布局的示意圖,其中示出FinFET的多個區域(由(a)、(b)、(c)表示)可以使用本文描述的方法形成在單個的器件(例如,集成電路)上。FinFET的每個區域可以包括具有特定閾值電壓或其他特性的FinFET。從而,例如區域(a)和(b)可以都包括具有三個翅片的FinFET,但是具有不同的翅片間隔。因此,在區域(a)中FinFET的閾值電壓可以不同于區域(b)中的FinFET的閾值電壓。區域(c)例如可以包括具有四個翅片的FinFET。翅片的數量影響晶體管驅動電流(離子)強度,并且這又對諸如開關頻率等晶體管開關特性產生影響。區域(c)中的FinFET的翅片間隔例如可以與區域(a)中的翅片間隔或區域(b)中的翅片間隔相同,或者可以具有其它間隔。
圖5所示的器件布局使用單一的工藝步驟形成(即,不需要在襯底上投影連續的圖案以獲得該器件布局)。通常地,本發明的實施例允許使用襯底的單一的光刻工藝制造具有不同間隔(或節距)的光刻特征。本發明的實施例允許光刻特征(例如,如圖2和3所示意性地示出的)的間隔(或節距)的精密調整。
圖5以及相關的描述僅僅是一個示例。可以使用本發明的實施例制造具有不同數量的FinFET區域的集成電路。在不同區域中的FinFET可以具有間隔不同的翅片和/或可以具有不同數量的翅片。此外,在每個區域中,可以通過改變柵極之間的間隔來調整閾值電壓(以與翅片之間的間隔被用于改變閾值電壓相同的方式)。
示例
為了評估既在行節距又在行數上增加溝道寬度的效果,不同寬度的 多個溝道被實驗性的形成。
硅晶片在曝光之前被涂覆抗反射涂層(93nm的層厚),并且隨后涂覆抗蝕劑(100nm的層厚)。在溫度100℃后曝光烘烤60秒后,抗蝕劑使用負性顯影被顯影,以在晶片上形成溝道圖案。然后晶片在190℃經受附加的烘烤10分鐘。負性顯影被用于形成具有良好的耐受BCP的退火溫度和溶解BCP的溶劑的性能的抗蝕劑圖案。在顯影步驟之后,聚苯乙烯-b-甲基丙烯酸甲酯(PSPMMA)BCP(P2784-SMMA,37.0-b-16.8,多分散性系數1.07)(抗蝕劑特征外的層厚為40nm)被從甲苯溶液(BCP濃度在0.5-2.5wt%之間)通過旋涂施加,并且涂覆后的層在90℃下干燥2分鐘。晶片在氮氣環境下在約200℃的烤箱內退火30分鐘。在BCP退火后,晶片用反應離子蝕刻工具蝕刻40秒,使得完全去除PMMA相。基本垂直于襯底的成行的規律地間隔的圓柱形相的光刻特征被形成在溝道中。在每個實例中,用標準的自動計量的掃描電子顯微鏡(SEM)測量節距和行數,并且圖6中示出了其結果。
圖6說明溝道寬度的微小增加會導致節距增加(伸展),直到達到某個點。然后溝道寬度的再進一步增加可以足夠使得所形成的區域或域的數量增加,在該點,每個區域或域的節距回到近似未伸展狀態,即節距降低以容納附加的區域或域。例如,從圖6中可以看出,具有約50-70nm寬度的溝道將優先地形成具有兩行特征的有序層,這些特征的節距覆蓋從約22nm到27nm的范圍(更大的節距對應于更寬的溝道寬度)。然而,具有約70-90nm寬度的溝道將優先地形成具有三行特征的有序層,這些特征的節距覆蓋從約23-28nm的范圍。
應當注意,雖然光刻特征基本垂直于襯底地形成,對于基本垂直于襯底的特征,期望觀察到相似的現象。
雖然在上面的示例中,溝道形成在抗蝕劑中,但是溝道可以形成在任何合適的材料中。例如,溝道可以形成在襯底中(已被從抗蝕劑轉移到襯底中)。作為一種選擇,溝道可以形成在沉積在襯底表面上的膜疊層中。
將認識到的是,本發明的各個方面可以以任何方便的形式執行。例 如,本發明的實施例可以通過可被承載在合適的載體介質上的一個或多個合適的計算機程序執行,該載體介質可為有形的載體介質(例如,存儲盤)或無形的載體介質(例如,通信信號)。本發明的一個方面可以使用合適的裝置執行,該裝置具體地可以為可編程計算機的形式,其運行被設置為執行本發明的實施例的計算機程序。

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用于 通過 共聚物 組裝 襯底 提供 間隔 光刻 特征 方法
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