用于形成浮雕圖像的方法
【技術領域】
[0001] 本發明大體上涉及電子裝置的制造。更具體地說，本發明涉及形成光刻圖案的方 法。本發明發現在半導體裝置的制造中用于形成高密度光刻圖案和特征的特定用途。
【背景技術】
[0002] 在半導體制造行業中，光致抗蝕劑材料用于將圖像轉印到安置在半導體襯底上的 一或多個底層（如金屬、半導體或介電層），以及所述襯底自身。為了增大半導體裝置的集 成密度且允許形成具有納米范圍中的尺寸的結構，已開發且繼續開發具有高分辨率能力的 光致抗蝕劑和光刻處理工具。
[0003] -種達成半導體裝置中的納米級特征大小的方法為在化學放大光致抗蝕劑的曝 光期間使用短波長（例如，193nm或更小）的光。浸沒光刻有效地增大成像裝置（例如，具 有KrF或ArF光源的掃描儀）的透鏡的數值孔徑。這通過在成像裝置的最后一個表面與半 導體晶片的上表面之間使用相對高折射率流體（即，浸沒流體）來實現。浸沒流體允許相 比于在空氣或惰性氣體介質的情況下將出現較大量的光聚焦到抗蝕劑層中。
[0004] 如由瑞利等式R = ki λ /NA定義的理論解析度極限，其中ki為過程因子，λ為成 像工具的波長，且ΝΑ為成像透鏡的數值孔徑。當將水用作浸沒流體時，可將最大數值孔徑 (例如）從1. 2增大到1. 35。在印刷行和空間圖案的情況下，對于0. 25的1^，193ηπι浸沒掃 描儀將僅能夠分辨36nm半間距行和空間圖案。歸因于與暗場掩模的低空間像對比度，用于 印刷接觸孔或任意2D圖案的分辨率進一步受限，其中kl的理論極限為0. 35。接觸孔的最 小半間距因此限于約50nm。標準浸沒光刻工藝一般不適合于制造需要較大分辨率的裝置。
[0005] 為了達成較大分辨率且將現有制造工具的能力擴展超出理論分辨率極限，已提議 各種雙重圖案化工藝，例如，自對準雙重圖案化（SADP)、石版印刷-蝕刻-石版印刷-蝕刻 (LELE)和石版印刷-石版印刷-蝕刻（LLE)技術。然而，如通常實施的這些技術患有一或 多個劣勢。SADP工藝通常涉及相對大數目個工藝步驟，由此不利地影響生產量。產品污染 和缺陷度可從LELE技術從晶片在光刻與蝕刻處理模塊之間的來回輸送產生，和從蝕刻和 抗蝕劑去除工藝自身產生。LLE程序涉及第一光刻（L1)抗蝕劑圖案的形成和穩定化，接著 為第二光刻（L2)圖案的形成。見美國8492075 ;美國20140054756 ;和海厄特（Hyatt)等人 的國際光學工程學會會刊9051,905118(2014)。
[0006] 因此需要具有新方法來產生細的微光刻特征。
【發明內容】
[0007] 我們現在提供用于形成可用于生產電子裝置的浮雕圖像的新方法。在優選方面， 提供用于形成浮雕圖像的方法，其包括：a)提供包括在待圖案化的層上的經圖案化掩模的 半導體襯底；b)在掩模上涂覆第一組合物的層，其中所述組合物包括聚合物且將所述層涂 布于掩模的側壁上；c)按鄰近掩模的經涂布側壁的量在半導體襯底上涂覆第二組合物的 層；和d)從掩模的側壁去除第一組合物，由此暴露待圖案化的層且在掩模側壁與第二組合 物層之間形成間隙以提供浮雕圖像。
[0008] 本發明的方法可提供緊靠著光刻界定的圖案的包括20nm或小于20nm的小尺寸的 自對準空間。
[0009] 另外，在一個方面，本文中揭示的優選方法不同于創造行的先前自對準圖案化技 術，其接著需要多個步驟來反轉圖案和創造空間。取而代之，在目前優選方法中，可在不形 成對應的行的情況下直接創造自對準空間。
[0010] 在另一方面，本發明的優選方法利用不同蝕刻速率的涂料。因此，在優選方面，光 刻界定的特征的側壁涂布有聚合材料，所述聚合材料具有比包括所述特征的材料（例如， 有機硅聚合層）的蝕刻速率和用以填充經涂布原始特征之間的其余空間的補充材料額外 材料的蝕刻速率足夠快的蝕刻速率。此較快蝕刻速率允許快速去除聚合物間隔物，而不顯 著改變其余結構的形狀和輪廓，從而留下空間。再次，形成的空間可具有小尺寸，包含20nm 或小于20nm的寬度。
[0011] 在優選方法中，經圖案化掩模包括將對隨后涂覆的第一組合物有反應的一或多種 材料。舉例來說，優選地，掩模圖案的表面可包括可結合到外涂布的第一組合物或另外與外 涂布第一組合物復合或協調的一或多種材料。舉例來說，可結合或協調的掩模圖案的優選 組分包含例如Si02的硅、SiON、抗反射涂層組合物、非晶碳、旋涂碳硬式掩模或其它基于碳 的材料，和鈦、鉿和/或鋯的氧化物。對于至少某些應用，例如，固化含硅抗反射涂層組合 物，包含固化有機硅抗反射涂層組合一固化抗反射涂層組合物是優選的。
[0012] 另外，經圖案化掩模合適地具有小于隨后涂覆的第一組合物的蝕刻速率的蝕刻速 率，例如，其中經圖案化掩模的蝕刻速率比隨后涂覆的第一組合物的蝕刻速率小至少百分 之 20、30、40、50、60、70 或 80。
[0013] 可將多種材料用作第一組合物。優選第一組合物可含有一或多種聚合物。特別 優選的第一組合物包括可結合（例如，共價連結）到在經圖案化掩模側壁上存在的一或多 種材料或另外與在經圖案化掩模側壁上存在的一或多種材料復合或協調（例如，氫或離子 鍵）的一或多種組分（例如，聚合物）。舉例來說，在一個鏈端（即，對于氧化物特征的情 況，羥基端基）包括適當反應性部分的組分允許共價附著到經圖案化掩模側壁。
[0014] 優選第一組合物包括具有適合形成具有20nm或小于20nm的厚度的薄膜的分子量 的一或多種聚合物。舉例來說，合適的第一組合物聚合物可具有5, 000到100, 000的重均分 子量。優選第一組合物聚合物組分也將在熱力學上傾斜以形成均勻薄膜厚度的平滑薄膜。 再另外的，優選第一組合物聚合物將具有定義為聚合物鏈的重復單元中的原子的總數（N) 對同一重復單元中的碳原子的總數（隊）與氧原子的總數（N。）之間的差的比率的大西參數 (0· P.)，0· P. = NANC-N。)，對于在普通有機蝕刻工藝（即，02或N 2/H2等離子蝕刻工藝）中 的足夠快的蝕刻速率，大于2。在第一經圖案化掩模從碳基材料（例如，非晶碳或旋涂碳硬 式掩模）形成的實施例中，優選第一組合物聚合物包含包括硅的聚合物，其具有相對于碳 掩模快的蝕刻速率。例如含羥基組合物的聚合刷組合物常為優選第一組合物材料。
[0015] 在優選方法中，在于經圖案化掩模上涂覆第一組合物后，處理經涂布襯底以創造 具有涂布于其側壁上的第一組合物的經圖案化掩模的浮雕圖像。舉例來說，在將第一組合 物涂覆于具有經圖案化掩模的襯底上后，經涂覆第一組合物可任選地但優選地經處理，例 如，通過熱處理（例如，150°C或更大，達1分鐘、5分鐘、10分鐘或10分鐘以上）以誘發第 一組合物的一部分到掩模的側壁的結合。在此處理后，可例如用溶劑洗滌襯底以去除未結 合到或另外復合到經圖案化掩模側壁的第一組合物。經涂布襯底也可通過其它方式來處理 以去除未結合到或復合到經圖案化掩模側壁的第一組合物。舉例來說，經涂布襯底可經蝕 刻以按此方式去除第一組合物。
[0016] 在優選方法中，可在由具有第一組合物的原始特征創造的表面形狀上將第二組合 物鑄造成均勻厚度的平坦化薄膜。優選地，第二組合物具有小于第一組合物的反應性離子 速率的反應性離子蝕刻速率，例如，第二組合物的反應離子蝕刻速率比隨后涂覆的第一組 合物的反應性離子速率小至少百分之20、30、40、50、60、70或80。
[0017] 其后，可從掩模的側壁去除第一組合物以由此提供多個浮雕圖像。第一組合物的 去除可使待圖案化的底層裸露且在掩模側壁與第二組合物層之間形成間隙以提供浮雕圖 像。
[0018] 優選地，襯底或在原始特征與襯底堆疊的其余部分之間的界面處的薄膜應屬于實 質上對第一組合物的反應性基團無反應以及實質上對第一組合物為中性的材料，以確保既 不存在第一組合物到襯底的選擇性潤濕，也不存在第一組合物到襯底的去濕，由此甚至提 供原始特征的覆蓋。
[0019] 在額外方面中，提供經涂布襯底。在優選方面中，提供經涂布襯底，所述經涂布襯 底包括：半導體襯底，其包括在待圖案化的層上的經圖案化掩模；在所述掩模上的第一組 合物的層，其中所述組合物包括聚合物刷，且層經涂布于掩模的側壁上；和按鄰近所述掩模 的所述經涂布側壁的量在所述半導體襯底上的第二組合物，其中所述第一組合物的蝕刻速 率比所述1)第一組合物和2)第二組合物中的每一者的蝕刻速率大至少百分之30。優選 地，第一組合物的蝕刻速率比1)第一組合物和2)第二組合物中的每一者的蝕刻速率大至 少百分之 40、50、60、70、80、90 或 100。
[0020] 在再一優選方面中，提供一種經涂布襯底，所述經涂布襯底包括：1)半導體襯底， 其包括在待圖案化的層上的經圖案化掩模；2)在所述掩模上的第一組合物的層，其中所述 組合物包括聚合物刷，且層經涂布于掩模的側壁上；和3)按鄰近所述掩模的所述經涂布側 壁的量在所述半導體襯底上的第二組合物，其中所述第一組合物形成鄰近所述第一組合物 層的單一相。如應理解，單一相組合物不同于含有相位分離聚合物的不可混溶聚合物摻合 物，或形成微分離層的嵌段共聚物。
[0021] 如本文中所提及，除非另