使用聚合物共混物的定向自组装形成具有亚光刻间距的特征的方法技术

本发明专利技术提供了使用聚合物共混物的定向自组装形成具有亚光刻间距的特征的用于制造半导体器件的方法，其包括：根据光刻工艺在布置在衬底上的光致抗蚀剂层中形成第一特征的第一图案，光刻工艺具有最小可印制尺寸和最小可印制间距；在具有形成于其中的第一图案的光致抗蚀剂层上涂覆附加层；在附加层中形成第二特征的第二图案，第二特征与第一特征同心；以及蚀刻衬底的通过第二图案而暴露的部分。此外，在所提供的方法中，第一特征包括被小于最小可印制特征的尺寸的距离所分隔的几何特征，并且几何特征以小于最小可印制间距的间距布置。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了使用聚合物共混物的定向自组装形成具有亚光刻间距的特征的用于制造半导体器件的方法，其包括：根据光刻工艺在布置在衬底上的光致抗蚀剂层中形成第一特征的第一图案，光刻工艺具有最小可印制尺寸和最小可印制间距；在具有形成于其中的第一图案的光致抗蚀剂层上涂覆附加层；在附加层中形成第二特征的第二图案，第二特征与第一特征同心；以及蚀刻衬底的通过第二图案而暴露的部分。此外，在所提供的方法中，第一特征包括被小于最小可印制特征的尺寸的距离所分隔的几何特征，并且几何特征以小于最小可印制间距的间距布置。【专利说明】使用聚合物共混物的定向自组装形成具有亚光刻间距的特 征的方法
本公开涉及一种用于在半导体衬底等中形成以比光刻工艺的最小可印制间距更 短的间距布置的特征的方法。
技术介绍
光刻法（以下统称为"光刻工艺"）是半导体器件制造中的使能技术（enabling technology)。许多市场因素和许多技术因素持续驱动着半导体制造商从一代到下一代去 制造具有更小尺寸的特征的器件。如此，半导体器件制造商致力于发展可以用来产生在大 小上比光刻工艺的最小可印制尺寸（MPD)更小的特征的工艺。 光刻工艺的MH)是，在给定了在光刻工艺中所使用的光源的焦距、光能、波长和其 他参数的光致抗蚀剂层中，能够被分辨的最小尺寸。在形成孔图案的过程中，例如氟化氩 (ArF，波长λ= 193nm)浸没式光刻工艺的最小可印制尺寸标称上为50nm。如此，例如直 径显著地短于50nm的圆特征不能在利用了仅ArF浸没式光刻工艺的光致抗蚀剂层中被分 辨。尽管直径显著地短于50nm的特征能够使用超紫外（EUV)(λ= 13.5nm)光刻工艺来 实现，但是不像上述的ArF浸没式光刻工艺，EUV并不适合于大批量制造。 一种可以用来将特征的尺寸减小到光刻工艺比如ArF浸没式光刻工艺的Mro之 下的常规技术是，跟随在对光致抗蚀剂层图案化的第一步骤之后使用定向自组装（DSA) 层。DSA层由包括两种不同的聚合物物种即亲水性聚合物和疏水性聚合物的聚合物共混物 (polymer-blend)DSA所形成。 在聚合物共混物DSA中，两种聚合物物种中的一种具有对光致抗蚀剂层的亲和性 而另一种没有。这种对光致抗蚀剂有差别的亲和性可以被有利地用来触发将各个聚合物物 种约束在所期望的区域的自组装工艺。在DSA的情形下，典型地使用DSA层的热处理（或 循环）来激活自组装工艺。 -旦使DSA层经历热循环，对光致抗蚀剂亲和性弱的聚合物物种会远离有光致抗 蚀剂的区域而组装，而对光致抗蚀剂层亲和性强的聚合物物种接近光致抗蚀剂而组装。跟 随在热循环之后，对光致抗蚀剂亲和性弱的共聚物物种由湿法蚀刻或干法蚀刻工艺去除； 在任一种情况下，所使用的蚀刻剂都针对对光致抗蚀剂亲和性强的物种具有高选择性，由 此允许对光致抗蚀剂的亲和性弱的物种的选择性去除。 图IA?图IF不出了任意光刻工艺的一个不例，该任意光刻工艺为了获得直径小 于该任意光刻工艺的MPD104的圆特征而带有附加DSA工艺步骤。图IA示出了其上布置 有光致抗蚀剂层102的半导体晶片100的顶视图。沿着对称线R-R'的半导体晶片100的 截面视图在图IB中示出。衬底101在半导体晶片100的截面视图中示出。尽管为了方便 描述将衬底101假定为半导体材料，但是本领域的普通技术人员将容易理解光致抗蚀剂层 102也可以涂覆在布置在衬底101上的层叠体的顶层；这样的层叠体可以是例如电介质层 叠体。可选地，光致抗蚀剂层102也可以涂覆在设置在衬底101上的单层。 如图IA所示，在光致抗蚀剂层102内形成图案（为了清楚省略了形成图案的光致 抗蚀剂层102的涂覆、曝光和显影的步骤）。特征103a、103b和103c是沿着对称线R-R'排 列的孔，并且它们是直径等于该任意光刻工艺的MPD104的圆。此外，特征103以该任意光 刻工艺的最小可印制间距（MPP)布置（MPP在稍后描述）。 图IC示出了在激活自组装工艺的热循环之后并且在选择性蚀刻对光致抗蚀剂层 102亲和性弱的聚合物物种之后的、具有涂覆有DSA层106的经图案化的光致抗蚀剂层102 的半导体晶片100的顶视图。DSA工艺步骤有效地形成分别与特征103a、103b和103c同心 的特征107a、107b和107c。图IC的沿着R-R'线的对应的截面视图在图ID中示出。尽管 在图ID中未示出，但是DSA层106可以形成在由特征103所形成的孔的底部并且可以保留 在由特征103所形成的孔的底部。 形成在DSA层106中的图案可以接着经由湿法或干法蚀刻工艺而转移到衬底101 中，其中蚀刻剂对衬底101比对DSA层106具有更高选择性。从蚀刻工艺所得到的结构（在 对DSA层106和下面的光致抗蚀剂层102的衬底进行剥离之后）在图IE(顶视图）和图 IF(沿着R-R'的截面视图）示出。如图IE可见，特征107a、107b和107c各个具有小于MPD 104的直径。 尽管如上所述，可以利用带有附加的DSA步骤的常规光刻工艺来获得在大小上小 于MPD104的特征，但是并不知道如何使用这两种技术来产生以比使用最多一个光致抗蚀 剂图案化步骤的光刻工艺的最小可印制间距更短的间距而布置的特征。最小可印制间距 (MPP)可以被描述为从其中每个都具有等于MPD的尺寸的两个相邻特征的中心到中心所测 量的距离。如图IE所示，尽管特征107在直径上小于MPD104,但是特征107仍以MPP105 布置。
技术实现思路
本专利技术的一个或更多个实施方式涉及一种半导体器件的制造方法。该制造方法包 括在半导体衬底等中形成特征，其中所形成的特征具有小于光刻工艺的最小可印制尺寸的 尺寸；以高密度图案在半导体衬底等中形成特征，其中所形成的特征具有小于光刻工艺的 最小可印制尺寸的尺寸并且在至少一个参考方向上以亚光刻间距布置。 根据另一个实施方式，提供了一种方法，其包括：根据光刻工艺在布置在衬底上的 光致抗蚀剂层中形成第一特征的第一图案，光刻工艺具有最小可印制尺寸和最小可印制间 距；在具有形成于其中的第一图案的光致抗蚀剂层上涂覆附加层；在附加层中形成第二特 征的第二图案，第二特征与第一特征同心；蚀刻衬底的通过第二图案而暴露的部分。此外， 在所提供的方法中，第一特征包括被短于最小可印制特征的尺寸的距离所分隔的几何特 征，并且所述几何特征以短于最小可印制间距的间距布置。此外，在所提供的方法中，几何 特征在面积上大于具有最小可印制尺寸作为直径的圆的面积，并且几何特征满足光刻工艺 的工艺窗口。 根据又一个实施方式，提供一种方法，其包括：根据光刻工艺在布置在衬底上的第 一光致抗蚀剂层中形成第一特征的第一图案，光刻工艺具有最小可印制尺寸和最小可印制 间距；在具有形成于其中的第一图案的第一光致抗蚀剂层上涂覆附加层；在附加层中形成 第二特征的第二图案，第二特征与第一特征同心；蚀刻经由第二图案而暴露的衬底的部分； 并且对衬底进行剥离。 跟随在对衬底进行剥离之后，该方法包括：在衬底上涂覆第二光致抗蚀剂层并且 在所述第二光致抗蚀剂层中形成第三特征的第三图案，第三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的制造方法，所述制造方法包括：根据光刻工艺，在布置在衬底上的光致抗蚀剂层中形成第一特征的第一图案，所述光刻工艺具有最小可印制尺寸和最小可印制间距；在具有形成于其中的所述第一图案的所述光致抗蚀剂层上涂覆附加层；在所述附加层中形成第二特征的第二图案，所述第二特征与所述第一特征同心；以及蚀刻所述衬底的通过所述第二图案而暴露的部分，所述第一特征包括被小于所述最小可印制尺寸的距离所分隔的几何特征，并且所述几何特征以小于所述最小可印制间距的间距布置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：松井良宪，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP