用于导向自组装的硅硬掩模层制造技术

提供了用于导向自组装图案化技术的组合物，其在工艺中无需独立的减反射涂层和刷中性层。还提供导向自组装的方法，其中可将自组装材料，例如导向自组装嵌段共聚物,直接施涂到硅硬掩模中性层，然后自组装以形成所需的图案。本文还批露了导向自组装图案化的结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于导向自组装的硅硬掩模层 相关申请的交叉参考 本申请要求于2012年4月16日提交的、题为用于导向自组装的硅硬掩模 层（SILICONHARDMASKLAYERFORDIRECTEDSELFASSEMBLY)的美国临时专利申请系列 号61/624, 805的优先权，该文的全部内容通过引用纳入本文。 背景 专利
本专利技术涉及在制造微电子结构中形成导向自组装图案的新方法和在所述方法中 所用的硬掩模中性层。 相关技术的描述 目前，使用193纳米浸没式扫描仪时，对于致密线条和间隔而言，单一图案化光学 照相平版印刷技术的真正分辨率极限是37纳米。但是，一种称为导向自组装（DSA)的新 型非照相平版印刷图案化技术已经能形成<15nm的图案。DSA具有使某些分子自重排成 有序的、纳米尺度结构的能力。这种自组装趋于形成高度规整和延伸的交替线条阵列或 者倾斜的紧密堆积的圆圈构造。提出将包含至少两种不同组分的嵌段共聚物用作DSA材 料，其可使用退火来对齐。一般地，自组装基于嵌段中的一种对下面的表面和/或空气 界面的亲和性或偏爱。这通常得到平行的薄片状层。预图案化技术例如化学外延法或图 形外延法可与DSA-起使用，从而对由退火嵌段共聚物层形成的交替图案进行去无规化 (de-randomize)，这使得这种技术甚至对IC制造是更加有用的。在图形外延法，使用晶片 表面形貌（例如光刻胶线条/凹槽），来引导自组装过程。这样，DSA可特别用于线条/间 隔频率倍增（multiplication)技术。在化学外延法，待施涂DSA材料的层的表面能的局 部变化主宰了嵌段共聚物将怎样对齐。因为这种方法的灵活性，DSA迅速成为用于集成电 路（IC)制造中形成〈20纳米图案的前沿技术，且将来这些非照相平版印刷技术将变得越来 越重要。 但是，现有的DSA工艺流程需要使用多种层，这使得这种工艺变复杂。具体来说， 嵌段共聚物的DSA通常需要有机、中性刷层，其施涂在堆叠件中且位于嵌段共聚物层下 面，从而以垂直于基片表面的方式诱导图案形成。对于典型的PS-嵌段-PMM嵌段共聚物， 这种刷层通常由已固化了长时间段的苯乙烯和甲基丙烯酸酯的无规共聚物（PS-r-PMMA) 组成。刷层通常到施涂堆叠件上，该堆叠件已经包含旋涂碳，硬掩模层，和底部减反射涂 层（用于照相平版印刷辅助的DSA技术）。然后，将嵌段共聚物DSA施涂到刷层的顶部并涂 覆到约200-400埃的厚度，并退火。退火过程导致嵌段共聚物自我重排成交替有序结构。 常规的DSA工艺见图1。如上所述，常常在堆叠件中使用底部减反射涂层来控制 进行照相平版印刷预图案化时的反射。这种预图案常常由标准光刻技术形成，例如光刻胶 的图案化。在工艺流程中还包括无机层来促进图案转移过程（例如，CVD硬掩模）。这些层 各自增加了工艺的复杂程度，和用于层之间的化学匹配的挑战。多层工艺还增加了DSA流 程的时间长度和成本。 因此，本领域仍需要改善的用于DSA图案化微电子基片的组合物和方法。 概述 本专利技术总体涉及使用导向自组装形成微电子结构的方法。所述方法包括提供具有 表面的基片的晶片堆叠件；邻近所述基片表面上的一个或多个任选的中间层；以及硬掩模 层，如果存在所述中间层，该硬掩模层邻近所述中间层，如果不存在所述中间层，该硬掩模 层在所述基片表面上。将自组装组合物直接施涂到所述硬掩模层顶部，和允许自组装成直 接邻近所述硬掩模层的自组装层。所述自组装层包括第一自组装的区域和不同于所述第一 自组装的区域的第二自组装的区域。 本文还批露了一种微电子结构。所述结构包括具有表面的基片；邻近所述基片表 面上的一个或多个任选的中间层；以及硬掩模层，如果存在所述中间层，该硬掩模层邻近所 述中间层，如果不存在所述中间层，该硬掩模层在所述基片表面上；以及直接形成于所述硬 掩模层顶部上的自组装层。所述自组装层包括第一自组装的区域和不同于所述第一自组装 的区域的第二自组装的区域。 附图简要说明 图1是常规DSA工艺的示意图； 图2㈧-(C)是根据本专利技术形成的微电子结构（未按比例绘制）的示意图； 图3㈧-(F)是根据本专利技术的实施方式形成的微电子结构（未按比例绘制）的示 意图； 图4(A)_(F)是根据本专利技术的另一实施方式形成的微电子结构（未按比例绘制） 的不意图； 图5是来自实施例5的在硬掩模2上在PS-嵌段-PMM嵌段共聚物（BCP)中形成 的DSA图案的SEM图像； 图6是来自实施例6的在OptiStack?SOCl10D-311材料上的硬掩模2上在PS-嵌 段-PMMBCP中形成的DSA图案的SEM图像（300, 000放大倍数）； 图7是来自实施例6的在OptiStack?SOCl10D-311材料上的硬掩模2上在PS-嵌 段-PMMBCP中形成的DSA图案的SEM图像（100, 000放大倍数）； 图8是来自实施例9的在OptiStack?SOCl10D-311材料上的硬掩模3上在PS-嵌 段-PMMBCP中形成的DSA图案的SEM图像（300, 000放大倍数）； 图9是来自实施例9的在OptiStack?SOCl10D-311材料上的硬掩模3上在PS-嵌 段-PMMBCP中形成的DSA图案的SEM图像（100, 000放大倍数）； 图10是来自实施例9的在PS-嵌段-PMMBCP中形成的DSA图案的SEM图像 (300, 000放大倍数），显示13. 2纳米/线条间隔； 图11显示了实施例11中在表面改性之后硬掩模中性层对齐和非对齐能力； 图12是来自实施例13的在OptiStack?S0C110D-311材料上的硬掩模4上在 PS-嵌段-PMMBCP中形成的DSA图案的SEM图像（300, 000放大倍数）； 图13是来自实施例15的在OptiStack?S0C110D-311材料上的硬掩模5上在 PS-嵌段-PMMBCP中形成的DSA图案的SEM图像（300, 000放大倍数）； 图14是来自实施例16的对在光刻胶预图案之间施涂的PS-嵌段-PMMBCP进行 退火后形成的致密薄层图案的SEM图像（3倍放大倍数）； 图15显示了表明在涂覆的照相平版印刷预图案上PS-嵌段-PMMBCP的离焦 (throughfocus)和通过剂量性能的SEM图像。 图16显示了表明在实施例17中实施的接触孔收缩工艺的SEM图像。 优选实施方式详述 本专利技术涉及用于DSA工艺的新材料，以及用于DSA图案化的新方法和结构。实施方 式在工艺中无需使用独立的中性刷层或者减反射涂层，和允许将DSA层直接施涂到硬掩模 顶部。本专利技术还提供用于促进DSA图案化技术的新的化学外延法和/或图形外延法方法。图 2(A)-(C)显示了使用专利技术性硬掩模和方法来形成多层层叠件和图案化。参考图2(A)，提供 具有表面IOa的基片10。所述基片10可以包括平坦的表面，或者可以包括形貌（通孔，接 触孔，凸起特征等）。在本文中，〃形貌表示基片表面IOa之内或之上的结构的高度或深 度。任意微电子基片10可用于本专利技术的，包括选自下组的那些：硅，SiGe，SiO2,Si3N4,SiON， 错，鹤，娃化鹤，神化嫁，错，组，氣化组，Ti3N4，給，HfO2，钉，憐化钢，珊糊，黑金刚石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用导向自组装形成微电子结构的方法，所述方法包括：提供晶片堆叠件,所述堆叠件包括:具有表面的基片；在所述基片表面上的一个或多个任选的中间层；以及硬掩模层，如果存在所述中间层，该硬掩模层邻近所述中间层，如果不存在所述中间层，该硬掩模层在所述基片表面上；和将自组装组合物直接施涂到所述硬掩模层顶部，所述自组装组合物自组装成直接邻近所述硬掩模层的自组装层,其中所述自组装层包括第一自组装的区域和不同于所述第一自组装的区域的第二自组装的区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.16 US 61/624,8051. 一种使用导向自组装形成微电子结构的方法，所述方法包括： 提供晶片堆叠件，所述堆叠件包括： 具有表面的基片； 在所述基片表面上的一个或多个任选的中间层；以及 硬掩模层，如果存在所述中间层，该硬掩模层邻近所述中间层，如果不存在所述中间 层，该硬掩模层在所述基片表面上；和 将自组装组合物直接施涂到所述硬掩模层顶部， 所述自组装组合物自组装成直接邻近所述硬掩模层的自组装层，其中所述自组装层 包括第一自组装的区域和不同于所述第一自组装的区域的第二自组装的区域。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括去除所述第一自组装的区域或第二 自组装的区域中的一种，以形成在所述自组装层的图案。3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括将所述图案转移进入所述硬掩模层、 若存在中间层时转移进入所述中间层以及转移进入所述基片，其中所述图案包括选自下 组的多个特征：具有平均特征尺寸小于约30nm的凹槽、间隔、通孔、接触孔。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述晶片堆叠件还包括预图案，其包括在所 述硬掩模层顶部的多个凸起特征，所述凸起特征是隔开的，且各自由各侧壁和顶部表面限 定，其中将所述自组装组合物直接施涂到所述硬掩模层顶部，在所述凸起特征之间的间隔 中。5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述多个凸起特征通过下述来形成： 施涂光敏性组合物以形成在所述硬掩模层上的成像层；和 在将所述自组装组合物施涂到所述硬掩模之前，图案化所述成像层以形成所述预图 案。6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述图案化包括： 使所述成像层暴露于辐射，形成所述成像层的曝光和未曝光的部分；以及 使所述成像层与有机非碱性溶剂接触，从而去除所述未暴露的部分。7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬掩模层包括表面，其具有表面改性的 区域和未改性的区域，所述第一和第二自组装的区域邻近所述未改性的区域。8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，在将所述自组装组合物施涂到所述硬掩模 层之前，所述表面改性的区域和未改性的区域通过下述形成： 施涂光敏性组合物以形成在所述硬掩模层上的成像层；和 图案化所述成像层以形成所述预图案，其中所述图案化包括选择性去除部分的所述 成像层以揭开部分的所述硬掩模层； 使所述揭开部分的硬掩模层和碱性显影剂接触，以形成所述表面改性的区域；和 从所述硬掩模层去除剩余部分的所述成像层，以产生所述未改性的区域。9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬掩模层是包含硅氧烷交联剂的交联 层。10. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬掩模层由包含溶解或分散于溶剂系 统的含硅聚合物的组合物形成。11. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述含硅聚合物通过选自下组的硅前体 材料的聚合来制备：硅烷、硅氧烷、倍半硅氧烷及其组合。12. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述含硅聚合物还包括选自下组的光衰 减部分：苯基、萘、蒽、咔唑及其组合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉宝，M·A·霍基，D·J·古尔瑞罗，V·克里西那莫西，R·C·考克斯，
申请(专利权)人：布鲁尔科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US