超平面化旋涂碳材料制造技术

提供了在单个薄层涂覆工艺中在使得表面平面化的同时在基材上填充通道和/或沟槽的平面化和旋涂‑碳(SOC)组合物。组合物可以使得具有约20nm至约220nm宽、且高达约700nm深的通道或沟槽的基材宽度范围平面化。这些出色的性质来自于在材料中使用的聚合物的低分子量、聚合物上的热不稳定保护基团、以及延迟的交联反应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超平面化旋涂碳材料
技术介绍
相关申请本申请要求于2015年6月22日提交的、题为“超平面化旋涂碳材料(SUPERPLANARIZINGSPIN-ONCARBONMATERIALS)”的美国临时专利申请系列号62/183,046的优先权，该文的全部内容通过引用纳入本文。专利
本专利技术广义上涉及用于填充通道或沟槽以及使得光刻结构平面化的组合物和方法。现有技术说明半导体装置的光刻涉及在彼此顶部对多层进行图案化。随着各层沉积和图案化，在其顶部沉积均匀且平坦的材料层变得很关键，且越来越难，特别是具有高纵横比或大沟槽或通道的图案的情况尤其如此。使得这些结构平面化的一个方法是在结构上外涂(overcoat)较大厚度的材料以提供平坦的顶部表面。然而，大量材料(以及导致的过载)对于其它加工步骤是不理想的。其它平面化材料和工艺需要回流烘烤、化学机械抛光(CMP)、或化学显影的多个步骤，或等离子体深蚀刻(etchback)，以实现克服这些困难结构的平面化，而不在结构顶部留下过量的平面化材料。现有的商用产品具有一些限制或问题，包括光刻胶中毒和旋转碗(spin-bowl)兼容性问题。这些组合物中聚合物上的官能团通常是弱碱性的，并且可以使得光刻胶中毒，导致形成基脚(footing)或形成浮沫(scumming)。它们还可以与相同旋转碗中所用其它材料的酸基团反应，导致材料的凝胶化或沉淀，这将堵塞旋转碗的管道系统。目前可获得产品的其它限制是在开放区域和密集通道或沟槽区域之间产生的高偏差。“偏差”、特别是“高偏差”显示于附图(“图”)1中。使得平面化层10沉积在基材14的表面12上。表面12具有形成于其中的形貌特征。在此情况下，这些特征是通道16。表面12具有开放区域18和密集区域20。特征密度的差异导致开放-密集偏差(open-densebias)，其中，平面化层的深度或厚度在类似区域18的开放区域装置特征区域中大于类似区域20中的密集装置特征区域(即，A>B，其称为“正偏差”)中。该高偏差是由于需要额外材料填充通道或沟槽，并且由高分子量导致的粘性材料没有足够的时间从开放区域流动到密集通道或沟槽区域以完全补偿。该偏差导致需要额外加工步骤以避免可能由于过度高偏差导致的装置问题。
技术实现思路
本专利技术通过提供形成平面化层的方法克服了现有技术的问题。该方法包括在基材表面上形成平面化组合物的起始层。所述基材表面包括形成于其中的开口，所述平面化组合物包含分散或溶解在溶剂体系中的化合物，所述化合物具有保护基团，并且所述起始层具有起始正偏差。对所述层进行加热，在此期间，开始从化合物上去除所述保护基团，并且所述化合物交联形成最终的平面化层。最终平面化层的最终偏差小于起始偏差且小于约30nm。本专利技术进一步提供形成平面化层的方法，该方法包括在基材表面上形成平面化组合物的起始层。所述基材表面包括形成于其中的开口，所述平面化组合物包含分散或溶解在溶剂体系中的化合物。所述化合物具有包含保护基团的重复单体(I)，并且所述起始层具有起始偏差。对所述层进行加热，在此期间，开始从重复单体(I)上去除所述保护基团，并且形成具有最终偏差的最终平面化层。最终偏差小于起始偏差且小于约30nm。本专利技术还提供平面化结构，所述结构包括：具有包含形成于其中的开口的表面的基材、以及与所述基材表面相邻且均匀地沉积在开口中的平面化层。平面化层包含含有重复单体(I)的交联聚合物，所述聚合物通过在重复单体(I)上的各羟基进行交联。平面化层的偏差小于约30nm，平均厚度小于约150nm。最后，本专利技术还提供包含聚合物以及分散或溶解在溶剂体系中的交联剂。所述聚合物包含重复单体(I)和(II)。重复单体(I)包含由保护基团保护的羟基，所述重复单体(I)选自下组：受保护的乙烯基苯酚、受保护的苯酚、受保护的甲酚、受保护的乙烯醇、受保护的烯丙醇、受保护的丙烯酸羟烷基酯、受保护的甲基丙烯酸羟烷基酯、受保护的丙烯酸、受保护的甲基丙烯酸、受保护的乙烯基苯甲酸、及上述的组合。重复单体(II)选自下组：经取代和未取代的苯乙烯、烷基苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯、乙酸乙烯酯、丙烯腈、甲基丙烯腈、1,3-丁二烯、异戊二烯、9-乙烯基咔唑、及上述的组合。附图简要说明图1是现有技术平面化组合物中发现的正偏差的示意性横截面图；图2是根据本专利技术获得的零偏差层的示意性横截面图；图3是根据本专利技术获得的负偏差层的示意性横截面图；图4是显示通过本专利技术平面化组合物和实施例1-3的方法获得的负偏差的扫描电子显微镜(“SEM”)照片(100,000倍)；图5是显示实施例3中实施所述方法期间接触角随烘烤时间变化的图表；图6是显示其中实现正偏差的现有技术平面化组合物的SEM照片(100,000倍)；以及图7是显示通过本专利技术平面化组合物和实施例4-5的方法获得的偏差的SEM照片(200,000倍)。优选实施方式详述本专利技术通过提供新颖的组合物以及使用该组合物以形成具有零偏差、甚至负偏差的平面化层的方法，克服了现有技术的这些问题。本专利技术组合物1.化合物在本专利技术中使用的组合物包含分散或溶解在溶剂体系中的化合物。所述化合物包含通过保护基团进行保护的部分(例如，-OH基团，其包括作为羧酸基团一部分的-OH基团)。一方面，所述化合物是聚合物。聚合物优选包含含有受保护羟基或-OH基团的重复单体(I)。这些基团可以是存在于重复单体(I)的醇、酚和/或羧基部分的一部分，其中作为酚的一部分的羟基是特别优选的。“受保护”是指羟基已与可热分解的保护基团反应、或含有可热分解的保护基团。(“受保护”的羟基在技术上不是羟基或-OH基团，因为氢原子直到保护基团被除去时才存在。)该保护基在受热(“去保护”)过程中以挥发性气体的形式除去，因此使得氢原子回到先前保护的羟基或-OH基团(即，现在在技术上是真正的羟基或-OH基团)，使该基团在所需时间可用于交联。一些优选保护基团是选自下组的保护基团：以及上述的组合，其中，R5选自烷基(优选C1-C8，更优选C1-C4)。优选的具有保护基团的重复单体(I)选自下组：受保护的乙烯基苯酚、受保护的苯酚、受保护的甲酚、受保护的乙烯醇、受保护的烯丙醇、受保护的丙烯酸羟烷基酯、受保护的甲基丙烯酸羟烷基酯、受保护的丙烯酸、受保护的甲基丙烯酸、受保护的乙烯基苯甲酸、及上述的组合。特别优选的重复单体(I)选自下组：对叔丁氧基羰氧基苯乙烯(TBSM)、碳酸乙烯基叔丁基酯、碳酸烯丙基叔丁基酯、对叔丁氧基羰氧基苯、对叔丁氧基羰氧基甲苯、丙烯酸2-叔丁氧基羰氧基乙酯、甲基丙烯酸2-叔丁氧基羰氧基乙酯、丙烯酸3-叔丁氧基羰氧基丙酯、甲基丙烯酸3-叔丁氧基羰氧基丙酯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、苯甲酸叔丁酯、以及前述的组合。在特别优选的实施方式中，保护基团保护存在于芳环上基团(特别是羟基)。在一实施方式中，所述聚合物进一步包含重复单体(II)。对重复单体(II)进行优选选择以调节本专利技术组合物和/或由这些组合物形成的平面化层的性质。这些性质包括诸如折射率n(“n值”)和消光系数k(“k值”)的光学性质。重复单体(II)也可以用于调节流变性质，例如玻璃化转变温度Tg和/或熔体粘度。此外，可以使用重复单体(II)以调整表面性质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成平面化层的方法，所述方法包括：在基材表面上形成平面化组合物的起始层，所述基材表面包括形成于其中的开口，所述平面化组合物包含分散或溶解在溶剂体系中的化合物，所述化合物包含保护基团，并且所述起始层具有起始正偏差；以及对所述层进行加热，在此期间，开始从所述化合物去除所述保护基团，并且所述化合物进行交联以形成最终的平面化层，所述最终平面化层具有小于所述起始偏差且小于约30nm的最终偏差。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.22 US 62/183,0461.一种形成平面化层的方法，所述方法包括：在基材表面上形成平面化组合物的起始层，所述基材表面包括形成于其中的开口，所述平面化组合物包含分散或溶解在溶剂体系中的化合物，所述化合物包含保护基团，并且所述起始层具有起始正偏差；以及对所述层进行加热，在此期间，开始从所述化合物去除所述保护基团，并且所述化合物进行交联以形成最终的平面化层，所述最终平面化层具有小于所述起始偏差且小于约30nm的最终偏差。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述化合物选自聚合物和小分子构成的组。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述化合物是包含含有所述保护基团的重复单体(I)的聚合物。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述加热之前，所述组合物具有起始表面张力，并且其中，所述表面张力在所述加热期间发生变化，以产生表面张力梯度，所述表面张力梯度引起所述组合物流向所述开口、或者流向且流至所述开口上。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述化合物在加热前具有起始极性，并且在所述加热期间，所述化合物产生极性比所述起始极性更大的第二极性。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，没有进行额外的或独立的涂敷或加热步骤以形成所述最终平面化层，或者形成额外的平面化层。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在约120℃至约260℃的温度下加热约30秒后去除了至少约50％的所述保护基团。8.如权利要求1所述方法，其特征在于，直至在所述保护基团去除开始后至少约5秒为止，所述交联并未开始。9.如权利要求7所述方法，其特征在于，直至在所述保护基团去除开始后至少约5秒为止，所述交联并未开始。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述化合物包含通过所述保护基团保护的羟基。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述化合物是包含含有由所述保护基团保护的羟基的重复单体(I)的聚合物。12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述加热期间去除所述保护基团产生去保护的羟基。13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述去保护羟基在所述加热期间进行交联。14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护基团选自下组：以及上述的组合，其中，R5选自烷基。15.如权利要求3所述的方法，所述聚合物进一步包含重复单体(II)。16.如权利要求3所述的方法，所述聚合物进一步包含重复单体(III)，其中所述重复单体(III)包含在去除所述保护基团之后能够与重复单体(I)交联的官能团。17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述重复单体(I)包含由所述保护基团保护的各羟基，在所述加热期间去除所述保护基团以产生在所述加热期间与所述重复单体(III)交联的去保护羟基。18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组合物进一步包含交联剂。19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述化合物包含由所示保护基团保护的各羟基，在所述加热期间去除所述保护基团以产生在所述加热期间用所述交联剂进行交联的去保护羟基。20.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述聚合物进一步包含重复单体(II)和(III)。21.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述聚合物进一步包含重复单体(II)，并且所述组合物进一步包含交联剂。22.一种平面化结构，其包括：基材，其具有包含形成于其中的开口的表面；以及与所述基材表面相邻且均匀地沉积在所述开口中的平面化层，所述平面化层包含含有重复单体(I)的交联聚合物，所述聚合物通过在所述重复单体(I)上的各羟基进行交联，所述平面化层的偏差小于约30nm，并且平均厚度小于约150nm。23.如权利要求22所述的结构，其特征在于，所述重复单体(I)选自下组：乙烯基苯酚、苯酚、甲酚、乙烯醇、烯丙醇、丙烯酸羟烷基酯、甲基丙烯酸羟烷基酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基苯甲酸、及上述的组合。24.如权利要求22所述的结构，所述聚合物进一步包含重复单体(II)。25.如权利要求22所述的结构，所述聚合物进一步包含重复单体(III)，其中所述重复单...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟幸福，黄润辉，张伯禹，
申请(专利权)人：布鲁尔科技公司，
类型：发明
国别省市：美国,US