使用嵌段共聚物的定向自组装的自对准图案化制造技术

本文的技术提供了自对准蚀刻方法，所述方法使用现有特征进行图案化或对齐图案，而不损坏现有特征。使用现有基底结构来产生实现嵌段共聚物(BCP)的定向自组装(DSA)的表面，而无需单独的光刻图案化层。本文的方法包括使基底上的至少一种现有材料或结构凹陷，并添加只在凹陷的材料上保留的膜。可以选择该膜具有优选表面能，以实现嵌段共聚物的可控自组装。然后可以使用现有结构和一种聚合物材料二者作为蚀刻掩模来蚀刻所述基底。一个示例性优点是经自组装的聚合物材料可以设置成保护现有特征的暴露角部，这减少了选择性蚀刻化学物质的负担，提高了后续蚀刻的精确度，并且降低了溅射率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用嵌段共聚物的定向自组装的自对准图案化相关申请的交叉引用本申请要求于2014年10月14日提交的题为“使用嵌段共聚物的定向自组装的自对准图案化(Self-AlignedPatterningusingDirectedSelf-AssemblyofBlockCopolymers)”的美国临时专利申请No.62/063,462的权益，其通过引用整体并入本文。
技术介绍
本公开内容涉及基底中的蚀刻特征，包括用于蚀刻基底的图案化方法。在半导体工业中，制造集成电路(IC)通常涉及使用等离子体反应器来产生等离子体，等离子体辅助所使用的表面化学物质从基底上去除材料以及将材料沉积至基底。干法等离子体蚀刻工艺常规地用于沿着半导体基底上图案化的细线或在半导体基底上图案化的通孔内或在半导体基底上图案化的接触(contacts)处去除或蚀刻材料。成功的等离子体蚀刻工艺需要蚀刻化学物质，包括适用于选择性蚀刻一种材料，而不蚀刻另一种材料(基本上不蚀刻)的化学反应物。蚀刻方法通常与图案化掩模结合使用。例如，在半导体基底上，可以使用定向等离子体蚀刻工艺将在保护层中形成的浮凸图案转移到所选材料的下面的层。保护层可以包括具有使用光刻法形成的潜在图案的光敏层如光致抗蚀剂层，然后可以通过溶解并去除光致抗蚀剂层的所选部分使该潜在图案显影成浮凸图案。一旦形成浮凸图案，就将半导体基底设置在等离子体工艺室内，并形成选择性蚀刻下面的层同时尽可能少地蚀刻保护层的蚀刻化学物质。该蚀刻化学物质通过引入可离子化解离气体混合物来产生，所述可离子化解离气体混合物具有如下源分子，其包含与下面的层反应同时尽可能少地与保护层或图案化层反应的分子组分。产生蚀刻化学物质包括引入气体混合物，以及在存在的气体物质的一部分与高能电子碰撞之后被离子化时形成等离子体。加热的电子可以用于使一些种类的气体混合物解离并产生(源分子的)化学组分的反应性混合物。因此，可以使用各种图案化和蚀刻方法可控地去除或沉积各种基底材料。
技术实现思路
对于减小或缩小晶体管、存储器阵列和其他半导体器件来提高密度和改善处理性能存在持续的动力。随着半导体器件特征的关键尺寸(criticaldimension)缩小，在制造过程中变得更加难以精确地制造结构和精确地蚀刻各个层。例如，对接触、存储器阵列交叉点构造、狭槽接触(slotcontacts)等精确地蚀刻变得更加困难，尤其是在需要亚分辨率(亚光刻分辨率)图案化时。作为一个具体实例，随着晶体管的关键尺寸缩小，源极和漏极的精确连接变得更加困难。FinFET晶体管尤其如此。例如，鉴于栅极间距为80纳米或更大(在光刻分辨率内)，用于源极或漏极接触蚀刻的掩模图案始终处在使用常规图案化技术而没有使用保护盖层的晶体管的栅极之间。然而，在缩小栅极间距的情况下，光刻覆盖对不准成为一个重大问题。在对不准的情况下，由于蚀刻图案可能使栅极与源极或漏极重叠，因此蚀刻步骤可能在源极/漏极与栅电极之间引起短路。一种用于蚀刻亚分辨率特征的技术是自对准蚀刻技术，其中使用现有的非牺牲性或位置保持结构作为用于蚀刻特征(例如接触)的掩模。自对准蚀刻技术很大程度上依赖于蚀刻选择性，这是因为现有结构——待蚀刻的结构和保留的结构二者——均暴露于蚀刻剂。然而，蚀刻选择性不是完美的，并且这样的不完美导致一种或更多种材料的不期望的蚀刻，从而产生缺陷、污染、受损外观等。一种用于辅助自对准蚀刻并防止所需的或现有结构损失的技术是添加保护层。例如，可以使用栅极盖(gatecap)以通过作为自对准接触(SAC)蚀刻的一部分起保护盖的作用来补偿这样的覆盖误差。当进行蚀刻以形成源极/漏极接触的沟道时，栅极盖有助于保护栅极结构。这样的保护盖依然不是没有问题的解决方案。就足够的蚀刻保护而言，这样的盖通常太薄。然而，仅仅增加盖高度不是期望的解决方案，因为这增加了纵横比，导致栅极蚀刻更加困难并且使后续无空隙氧化物填充更加困难。使用较短盖时的另一个挑战是暴露的盖角具有较高的溅射率(sputteryield)并且因此腐蚀较快，导致短路。然而，本文的技术提供了一种自对准蚀刻方法，所述方法使用现有特征来图案化或对齐图案但不损害现有特征。即，本文的技术使得能够使用基底上的现有特征作为蚀刻引导来进行蚀刻，而无需光刻图案化层。因此，本文的技术提供了精确(自对准)亚分辨率蚀刻而不损坏现有结构。本文的技术使用现有基底结构来形成实现嵌段共聚物(BCP)的定向自组装(DSA)的表面而无需单独的光刻图案化层。本文的方法包括使基底上的至少一种现有材料或结构凹陷，并添加只在凹陷材料上保留的膜。该膜可以被选择为具有优选表面能以实现嵌段共聚物的可控自组装。然后可以使用现有结构和一种聚合物材料二者作为蚀刻掩模来蚀刻基底。一个示例性优点是可以将经自组装的聚合物材料设置成保护现有特征的暴露角，这减少了选择性蚀刻化学物质的负担，提高了后续蚀刻的精确度，并且降低了溅射率。本文的技术的一个示例性应用可以应用于自对准图案化。提供具有第一材料的第一结构、第二材料的第二结构和第三材料的第三结构的基底。第二材料不同于第一材料和第三材料。第一结构和第三结构二者都具有与第二结构的近似垂直的界面。第一结构位于第二结构的第一侧上，并且第三结构位于第二结构的相反侧上。第一结构的顶表面、第二结构的顶表面和第三结构的顶表面都是水平的并且基本上彼此共面。去除所述第二结构的上部分，使得第二结构的所得顶表面在垂直方向上低于第一结构的顶表面，并且在垂直方向上低于第三结构的顶表面。在基底上沉积平坦化层。平坦化层覆盖第一结构、第二结构和第三结构。该平坦化层提供水平平面的顶表面。在平坦化层的顶表面上沉积溶解度改变剂。然后可以活化溶解度改变剂，使得溶解度改变剂改变平坦化层的顶部的溶解度。平坦化层的该顶部从平坦化层的顶表面向下垂直延伸到至少第一结构和第二结构的顶表面。然后去除平坦化层的顶部，使得平坦化层材料从第一结构和第三结构的所述顶表面上去除。平坦化层材料的部分或膜保留在第二结构的所得顶表面上作为预图案膜。基底现在提供用于嵌段共聚物的定向自组装的化学图案，因为现有结构现在具有表面能差异。基底还可以具有不同的表面高度，从而额外地提供用于嵌段共聚物的定向自组装的地形学(topographica)或浮凸预图案。然后可以将嵌段共聚物的混合物沉积在基底上。可以活化嵌段共聚物的相分离以产生优先的自组装，使得在蚀刻过程期间耐蚀刻的第一聚合物材料的聚合物结构位于防止第一结构和第二结构的角部暴露于蚀刻剂的位置。在去除第二聚合物材料的聚合物结构之后，可以精确地执行自对准蚀刻过程而不损坏现有结构。消除用于实现嵌段共聚物的定向自组装的光刻图案化步骤显著降低了制造成本。当然，为了清楚起见，给出了如本文所述的不同步骤的讨论顺序。通常，这些步骤可以以任何合适的顺序进行。另外地，尽管在本文中各个不同的特征、技术、配置等可能在本公开内容的不同地方讨论，但是旨在各个概念可以彼此独立地执行或以彼此组合的方式进行。因此，本专利技术可以以许多不同方式来实施和考虑。应注意，该
技术实现思路
部分没有详述本公开内容或所要求保护的专利技术的每一个实施方案和/或新增方面。相反，该
技术实现思路
只提供了不同实施方案的初步讨论和相对于常规技术的对应新颖点。关于本专利技术和实施方案的附加细本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自对准图案化的方法，所述方法包括：提供基底，所述基底具有第一材料的第一结构、第二材料的第二结构和第三材料的第三结构，所述第二材料不同于所述第一材料和所述第三材料，所述第一结构和所述第三结构二者都具有与所述第二结构垂直的界面，所述第一结构位于所述第二结构的第一侧上，所述第三结构位于所述第二结构的相反侧上，所述第一结构的顶表面、所述第二结构的顶表面和所述第三结构的顶表面都是水平的并且彼此共面；去除所述第二结构的上部，使得所述第二结构的所得顶表面在垂直方向上低于所述第一结构的顶表面，且在垂直方向上低于所述第三结构的顶表面；在所述基底上沉积平坦化层，所述平坦化层覆盖所述第一结构、所述第二结构和所述第三结构，所述平坦化层具有水平平面的顶表面；在所述平坦化层的顶表面上沉积溶解度改变剂；活化所述溶解度改变剂，使得所述溶解度改变剂改变所述平坦化层的顶部的溶解度，所述平坦化层的顶部从所述平坦化层的顶表面垂直地延伸到至少所述第一结构的顶表面和所述第三结构的顶表面；以及去除所述平坦化层的顶部，使得平坦化层材料从所述第一结构的顶表面去除，以及从所述第三结构的顶表面去除，这样的去除在所述第二结构的所述所得顶表面上留下预图案膜，所述预图案膜包括剩余的平坦化层材料。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.14 US 62/063,4621.一种自对准图案化的方法，所述方法包括：提供基底，所述基底具有第一材料的第一结构、第二材料的第二结构和第三材料的第三结构，所述第二材料不同于所述第一材料和所述第三材料，所述第一结构和所述第三结构二者都具有与所述第二结构垂直的界面，所述第一结构位于所述第二结构的第一侧上，所述第三结构位于所述第二结构的相反侧上，所述第一结构的顶表面、所述第二结构的顶表面和所述第三结构的顶表面都是水平的并且彼此共面；去除所述第二结构的上部，使得所述第二结构的所得顶表面在垂直方向上低于所述第一结构的顶表面，且在垂直方向上低于所述第三结构的顶表面；在所述基底上沉积平坦化层，所述平坦化层覆盖所述第一结构、所述第二结构和所述第三结构，所述平坦化层具有水平平面的顶表面；在所述平坦化层的顶表面上沉积溶解度改变剂；活化所述溶解度改变剂，使得所述溶解度改变剂改变所述平坦化层的顶部的溶解度，所述平坦化层的顶部从所述平坦化层的顶表面垂直地延伸到至少所述第一结构的顶表面和所述第三结构的顶表面；以及去除所述平坦化层的顶部，使得平坦化层材料从所述第一结构的顶表面去除，以及从所述第三结构的顶表面去除，这样的去除在所述第二结构的所述所得顶表面上留下预图案膜，所述预图案膜包括剩余的平坦化层材料。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述基底上沉积嵌段共聚物混合物；以及使所述嵌段共聚物混合物相分离，使得自组装产生第一聚合物材料的第一聚合物结构，所述第一聚合物结构位于所述预图案膜上，并且所述第一聚合物结构的侧壁被设置成对准所述第一结构和所述第二结构的垂直界面，自组装还产生所述第一聚合物材料的第二聚合物结构，所述第二聚合物结构位于所述预图案膜上，并且所述第二聚合物结构的侧壁被设置成对准所述第三结构和所述第二结构的垂直界面，自组装还产生第二聚合物材料的第三聚合物结构，所述第三聚合物结构位于所述第一聚合物结构和所述第二聚合物结构之间。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述预图案膜的顶表面位于所述第一结构的顶表面和所述第三结构的顶表面的下方，使得所述第一结构和所述第三结构的侧壁露出；以及其中所述第一聚合物结构的侧壁邻接所述第一结构的侧壁，以及所述第二聚合物结构的侧壁邻接所述第三结构的侧壁。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一聚合物材料相对于所述第二聚合物材料和预定的蚀刻化学物质是耐蚀刻的。5.根据权利要求2所述的方法，还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·梅斯，安东·德维利耶，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP