提供了一种使用集成方案来使基板上的层图案化的方法，该方法包括：布置具有结构图案层、中性层以及底层的基板，结构图案层包括第一材料和第二材料；使用第一工艺气体混合物来执行第一处理工艺以形成第一图案，第一工艺气体包括CxHyFz和氩气的混合物；使用第二工艺气体混合物来执行第二处理工艺以形成第二图案，第二工艺气体包括低含氧气体和氩气的混合物；并行控制集成方案的选择的两个或更多个操作变量以便实现目标集成目的。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】满足线边缘粗糙度及其他集成目的的等离子体处理方法
本专利技术涉及一种用于在基板上选择性地蚀刻具有第一材料层和第二材料层的结构图案的方法，并且具体涉及降低线边缘粗糙度(LER)以及实现定向自组装(DSA)工艺中的其他目标集成目的。
技术介绍
在半导体器件生产中保持成本和性能的竞争力的需要已经导致集成电路的器件密度的持续增加。为了实现半导体集成电路的较高集成度和微型化，也必须实现形成在半导体晶片上的电路图案的微型化。光刻是用于通过将掩模上的几何形状和图案转移至半导体晶片的表面来制造半导体集成电路的标准技术。然而，当前技术水平的光刻工具允许低至约25nm的最小特征尺寸。因此，需要提供更小特征的新方法。具有第一材料和第二材料的一种类型的结构图案层是DSA层。DSA层包括嵌段共聚物(BCP)的自组装，其被认为是用于将分辨率提高至与仅通过现有技术光刻方法获得的分辨率相比更好的值的潜在工具。嵌段共聚物是用于纳米制造的化合物，原因是其可以在冷却低于一定温度下(有序-无序转变温度TOD)经受有序-无序转变，导致具有不同化学性质的共聚物嵌段的相分离以形成尺寸为几十纳米或甚至小于10nm的有序、化学上不同的域。可以通过操纵不同嵌段类型的共聚物的分子量和组成来控制域的尺寸和形状。域之间的边界可以具有1nm至5nm量级的宽度并且可以通过共聚物的嵌段的化学组分的修改来操纵。取决于嵌段的体积分数、每个嵌段类型内的聚合程度(即，每个相应嵌段内的每个相应类型的单体的数目)、溶剂的可选使用和表面相互作用，嵌段共聚物可以在自组装时形成许多不同的相。当在薄膜中应用时，几何限制可能产生附加的边界条件，这可能限制相的数目。通常，在自组装嵌段共聚物的薄膜中实际观察到球状相(例如，立方形)、柱状相(例如，四角形或六角形)及层状相(例如，具有立方、六角形或层状空间填充的对称性的自组装相)，并且所观察到的相类型可以取决于不同聚合物嵌段的相对体积分数。自组装聚合物相可以以平行或垂直于基板的对称轴定向，并且层状相和柱状相对于光刻应用是有吸引力的，原因是它们可以分别形成线和间隔物图案及孔阵列，并且当随后蚀刻域类型之一时可以提供良好的对比度。用于将嵌段共聚物引导或定向自组装至表面上的两种方法是石墨外延和也被称为化学外延的化学预图案化。在石墨外延方法中，嵌段共聚物的自组织通过基板的拓扑预图案化来引导。自对准嵌段共聚物可以形成具有由图案化基板限定的沟槽中的不同聚合物嵌段域的相邻线的平行线图案。例如，在嵌段共聚物是聚合物链内的具有A嵌段和B嵌段的二嵌段共聚物(di-blockcopolymer)的情况下，其中在性质上A是亲水的而B是疏水的，如果沟槽的侧壁在性质上也是亲水的，则A嵌段可以组装成与该侧壁相邻形成的域。可以通过对基板上的预图案的间隔进行细分的嵌段共聚物图案来相对于图案化基板的分辨率提高分辨率。在化学外延中，通过基板上的化学图案(即化学模板)来引导嵌段共聚物域的自组装。嵌段共聚物链内的至少一种类型的共聚物嵌段与化学图案之间的化学亲和力可以引起域类型之一到基板上的化学图案的相应区域上的精确放置(在本文中也被称为“钉扎(pinning)”)。例如，如果嵌段共聚物是具有A嵌段和B嵌段的二嵌段共聚物，其中在性质上A是亲水的而B是疏水的，并且化学图案由具有与对A和B两者是中性的区域相邻的疏水区域的表面组成，则B域可以优先组装在疏水区域上并且因此迫使A嵌段和B嵌段两者在中性区域上的后续对准。与对准的石墨外延方法一样，可以通过对基板上的预图案化的特征的间隔进行细分的嵌段共聚物图案来相对于图案化基板的分辨率提高分辨率(所谓的密度或频率倍增)。然而，化学外延不限于线性预图案，例如预图案可以呈适合作为用于与柱状相形成嵌段共聚物一起使用的图案的2-D点阵列的形式。例如，石墨外延和化学外延可以用于引导层状相或柱状相的自组织，其中不同域类型并排布置在基板的表面上。因此，为了实现通过嵌段共聚物的石墨外延和化学外延提供的优点，需要新的光刻图案化和定向自组装技术，包括在图案化工作流程中集成这样的材料的能力。嵌段共聚物的一个示例是聚苯乙烯-b-聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)。然而，当从聚苯乙烯-b-聚(甲基丙烯酸甲酯)(PS-b-PMMA)层去除PMMA部分以留下聚苯乙烯(PS)图案时，常规蚀刻技术受到影响。由于两种材料的有机性及其相似性，开发具有合适蚀刻选择性的蚀刻化学物质具有挑战。此外，常规蚀刻工艺产生图案缺陷例如线边缘粗糙度/线宽粗糙度(LER/LWR)，这根据半导体器件性能要求是不可接受的。在极端情况下，由于图案坍塌，PS的缺陷可能是灾难性的，如将在下面更详细地讨论的。在未来的方案中，使用干蚀刻技术在保留其他材料的同时选择性去除一种材料的能力对于这种图案化实现的成功至关重要。如上所述，可接受的临界尺寸(CD)、LER/LWR和蚀刻选择性是确定用于自对准四重图案化(SAQP)工艺的集成工艺的有用性的主要因素。当前方法提供不了随着更高密度图案的需求增加而要求的CD、LER和LWR。也有如下需求，确定提供所需蚀刻灵敏性的蚀刻剂气体或气体的组合的流量或比例的组合。总体上，需要受控蚀刻技术、工艺、蚀刻剂气体的组合，其产生可接受的蚀刻选择性和LER结果以便实现具有更小特征的集成目的。
技术实现思路
提供了一种使用集成方案来使基板上的层图案化的方法，该方法包括：布置具有结构图案层、中性层以及底层的基板，结构图案层包括第一材料和第二材料；使用第一工艺气体混合物来执行第一处理工艺以形成第一图案，第一工艺气体包括CxHyFz和氩气的混合物；使用第二工艺气体混合物来执行第二处理工艺以形成第二图案，第二工艺气体包括低含氧气体和氩气的混合物；并行控制集成方案的选择的两个或多个操作变量以便实现目标集成目的。附图说明在附图中：图1A示出在定向自组装图案化工艺的开始的输入基板的现有技术示意图。图1B示出在输入基板的共聚物、中性层和固化蚀刻处理之后的基板的现有技术示意图。图1C示出经受旋转涂布玻璃(SOG)和旋转涂布碳(SOC)蚀刻工艺的基板的现有技术示意图。图2A示出根据本专利技术的实施方式的在定向自组装图案化工艺的开始的输入基板的示意图。图2B示出在输入基板的共聚物蚀刻、中性层蚀刻和固化蚀刻处理之后的基板的示意图。图2C示出在使用第一工艺气体混合物以在基板上形成第一图案的第一处理工艺之后的基板的示意图。图2D示出根据实施方式的使用第二工艺气体混合物以在基板上形成第二图案的基板的示意图，第二工艺气体包括低含氧气体和氩气的混合物。图2E示出在经受旋转涂布玻璃(SOG)和旋转涂布碳(SOC)蚀刻工艺之后的基板的示意图。图3A是在执行一系列现有技术工艺之后得到的基板中的图案结构的示例性顶视图像，该图像用作用于与本专利技术产生的结果比较的基础情形。图3B示出图3A所示的基板的斜视图像。图4A和图4B示出根据实施方式的用第一工艺气体混合物中的C4F8/Ar处理的基板的顶视图像和斜视图像。图5A和图5B示出根据实施方式的用第一工艺气体混合物中的CH4/Ar处理的基板的顶视图像和斜视图像。图6A和图6B示出根据实施方式的用第一工艺气体混合物中的CHF3/Ar处理的基板的顶视图像和斜视图像。图7A和图7B示出根据实施方式的用第一工本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种使用集成方案使基板上的层图案化的方法，所述方法包括：将基板布置在处理室中，所述基板具有结构图案层、中性层和底层，所述结构图案层包括第一材料和第二材料；使用第一工艺气体混合物来执行第一处理工艺，以在所述基板上形成第一图案，所述第一工艺气体包括CxHyFz和氩气的混合物；使用第二工艺气体混合物来执行第二处理工艺，以在所述基板上形成第二图案，所述第二工艺气体包括低含氧气体和氩气的混合物；并行控制所述集成方案的选择的两个或更多个操作变量，以便实现目标集成目的。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.27 US 62/287,718;2016.09.15 US 15/266,3971.一种使用集成方案使基板上的层图案化的方法，所述方法包括：将基板布置在处理室中，所述基板具有结构图案层、中性层和底层，所述结构图案层包括第一材料和第二材料；使用第一工艺气体混合物来执行第一处理工艺，以在所述基板上形成第一图案，所述第一工艺气体包括CxHyFz和氩气的混合物；使用第二工艺气体混合物来执行第二处理工艺，以在所述基板上形成第二图案，所述第二工艺气体包括低含氧气体和氩气的混合物；并行控制所述集成方案的选择的两个或更多个操作变量，以便实现目标集成目的。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一材料是第一自组装材料，并且所述第二材料是第二自组装材料。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一自组装材料是第一嵌段共聚物，并且所述第二自组装材料是第二嵌段共聚物。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一嵌段共聚物是聚(甲基丙烯酸甲酯)，并且所述第二嵌段共聚物是聚苯乙烯；以及/或者其中，所述CxHyFz是C4F8、CH4、CHF3或CH3F。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一嵌段共聚物相对于所述第二嵌段共聚物的目标蚀刻选择性在从2.0nm至3.0nm的范围内，以及/或者其中，所述目标集成目的包括：所述基板上的图案的目标线边缘粗糙度(LER)在从1.5nm至2.4nm的范围内、没有残留基脚和/或目标基板产量。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述底层包括氧化物层、预先图案(APF)层、硅氮化物层以及钛氮化物层。7.根据权利要求6所述的方法，其中，在执行所述第一处理工艺之前：执行初始蚀刻工艺以使用初始工艺气体混合物选择性地去除所述中性层和所述第一材料同时保留所述第二材料，以便在所述基板上形成初始图案；以及对所述基板上的初始图案执行固化工艺。8.根据权利要求7...
【专利技术属性】
技术研发人员：文·梁，阿基特若·高，
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
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