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TWI579894B - 以使用可溶於顯影劑之層的多層技術產生結構的方法 - Google Patents

以使用可溶於顯影劑之層的多層技術產生結構的方法 Download PDF

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TWI579894B
TWI579894B TW100127889A TW100127889A TWI579894B TW I579894 B TWI579894 B TW I579894B TW 100127889 A TW100127889 A TW 100127889A TW 100127889 A TW100127889 A TW 100127889A TW I579894 B TWI579894 B TW I579894B
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查爾頓 愛許莉 瓦許布恩
詹姆士Ｅ 藍伯三世
布萊恩Ａ 史密斯
賈斯汀 李 福斯
和平 王
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布魯爾科技公司
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Description

以使用可溶於顯影劑之層的多層技術產生結構的方法 相關申請案之交叉引用
本申請案主張2010年8月5日申請的名為「NOVEL WAY TO PRODUCE STRUCTURES USING A DEVELOPER-SOLUBLE LAYER WITH MULTILAYER TECHNOLOGY」的美國臨時專利申請案第61/371,070號之優先權，該案以全文引用的方式併入本文中。
本發明係關於在多層堆疊中之碳底層下使用可溶於顯影劑之保護層的方法及其微電子結構。
隨著半導體工業持續推動微影技術之邊界擴展，已開發出連續製造較小特徵的方法。此等方法之一為多層處理。
多層處理迅速變成臨界圖案水準下之標準製程，因為其允許薄的成像層而不會顯著損失解析度或增加特徵粗糙度。典型的多層堆疊包括平坦化富含碳之層(例如碳硬質光罩、非晶形碳或旋塗式碳層)，其位於基板表面上；圖案轉移層(例如硬質光罩或旋塗式玻璃)，其鄰接於富含碳之層；及成像層(例如光阻)，其鄰接於圖案轉移層(亦即位於整個堆疊「頂部上」)。抗反射塗層可能有時存在於成像層下部。使用典型的微影製程在成像層上形成圖案，隨後將該成像層向下蝕刻至基板中。交替堆疊允許在各層之間選擇性蝕刻。首先使用活性離子蝕刻(reactive-ion etch；RIE)典型地用碳氟化合物蝕刻氣體(例如CF4或CHF3)以及O2或調節特徵之其他氣體將圖案轉移至圖案轉移層。隨後典型地以氧基蝕刻(諸如O2、O2/N2、CO或CO2，視所要各向異性程度而定)將此圖案轉移至下層碳層中。此等連續圖案轉移確保深深地蝕刻至器件層中的足夠光罩厚度，而不會與在成像層下部僅使用具有相對較厚或較慢蝕刻之底部抗反射塗層的單層有同樣大的臨界尺寸(critical dimension；CD)損失及粗糙度。多層處理之缺點為複雜性增加且需要經由多層來控制特徵以使得不會有過多的圖案蝕刻偏差。在閘位準下，特別是高k/金屬閘整合(high-k/metal-gate integration；HKMG)時，亦必須小心一些以免破壞閘氧化物。此限制一些乾式蝕刻選擇，其中可能出現高k介電質之氧化或其他形式的電漿損壞。此等連續蝕刻亦可具有有害作用。重複蝕刻可使圖案由於保真性損失及特徵變化而劣化，此係由於RIE之部分各向同性性質。由於在閘位準圖案化中亦使用多層處理，因此擔心隨機損壞。此類隨機損壞之實例為蝕刻氣體對基板上之金屬閘的氧化。
已開發多種蝕刻方法且其經調節以使上文列出之問題最小化，但其仍依賴於蝕刻調節。若可開發允許使用較廣泛範圍之氣體同時保護基板免遭蝕刻損壞的方法，則將減少多層處理流程目前所面臨的多次蝕刻之問題。
製造積體電路晶片之一部分為摻雜矽基板以改變其電特性。典型地藉由驅動離子進入晶圓表面中(「離子植入」)，隨後加熱晶圓以使新元素變成具有電活性而進行此摻雜。通常使用光微影形成保護性光罩以確保離子僅植入所要(開放)區域，而阻擋離子植入其他(覆蓋)區域。直至最近，抗反射塗層及光阻層才足以在離子植入步驟中屏蔽基板。然而，隨著特徵尺寸縮小，為達成較佳解析度及控制，光阻層變得愈來愈薄。此需要向堆疊中引入其他層，諸如硬質光罩。同樣，當屏蔽基板遠離離子所必需之材料的厚度不變，但特徵尺寸及其之間的間隙持續縮小時，離子植入步驟變得愈來愈困難。此導致特徵之縱橫比增加，從而提高光阻之縱橫比且需要新的處理方法。此外，隨著此縱橫比增加，結構穩定性降低。此穩定性之損失可導致線路崩潰或其他故障。
植入製程面臨兩個主要問題，亦即基板敏感性及縱橫比增加。在一些情況下，晶圓具有置於微影堆疊下之氧化矽層以散射進入之離子。在一些情況下，不能使用該散射層。在此等情況下，基板通常具有敏感性，且用於移除堆疊中之無機層(例如抗反射塗層)的製程(主要為RIE)將損壞基板。可利用替代製程移除之塗層將幫助解決此等問題。
然而，即使具有抗反射塗層，縱橫比之增加亦使得自特徵之間移除塗層更困難。已提出許多方法來幫助移除此殘餘物。一種此類方法為用可溶於顯影劑之物質的第二層塗佈經圖案化之抗反射塗層及光阻，隨後在第二清潔步驟中將所有三層顯影出來。在另一方法中，在曝光後烘烤(post exposure bake；PEB)之前或期間施加電場至該結構上以幫助產生具有較佳側壁之特徵。然而，所提出之解決方案複雜且需要其他材料或複雜處理步驟以達成自小特徵上有效移除抗反射塗層材料。
因此，在此項技術中仍需要用以產生微電子結構之經改良材料及方法。
本發明大致係關於使用多層處理形成微電子結構的方法。在一態樣中，提供一種形成微電子結構的方法。該方法包含提供具有表面之微電子基板；在該基板表面上形成可溶於顯影劑之保護層；及鄰接於該可溶於顯影劑之保護層形成富含碳之層。
提供另一形成微電子結構的方法。該方法包含提供多層堆疊，其包含具有表面之基板；鄰接於該基板表面的可溶於顯影劑之保護層；及鄰接於該可溶於顯影劑之保護層的經圖案化之富含碳之層。隨後藉由使可溶於顯影劑之保護層與顯影劑接觸以自基板表面移除其一部分，從而使圖案轉移至該可溶於顯影劑之保護層中。
本發明亦關於微電子結構，其包含具有表面之微電子基板；鄰接於該基板表面的可溶於顯影劑之保護層；及鄰接於該可溶於顯影劑之保護層的富含碳之層。
本發明之方法
更詳細而言，本發明提供形成微電子結構之方法且尤其適用於多層處理。圖1說明根據本發明之一較佳具體實例形成多層堆疊及處理。雖然該等圖式說明且本說明書描述本發明之某些較佳具體實例，但應瞭解該揭示內容僅為舉例說明。本文中關於橫截面圖描述本發明之具體實例，該等橫截面圖為本發明之理想具體實例之示意圖。因此，預期由於例如製造技術及/或公差會偏離該等圖之形狀。不欲將本發明之原理限制於特定揭示之具體實例。舉例而言，在該等圖式中，為了清楚起見可放大各層及區域之尺寸及相對尺寸。此外，本發明之具體實例不應理解為限於本文所說明之區域的特定形狀，而是包括例如由製造產生的形狀偏差。舉例而言，說明為矩形之蝕刻區域可具有圓形或曲線特徵。因此，圖中所說明之區域具示意性質且其形狀不欲說明器件之區域的精確形狀且不欲限制本發明之範疇。
在本發明方法中，如圖1(A)中所示，提供具有表面10a之基板10。可使用任何習知微電子基板。較佳基板包括選自由以下組成之群的基板：矽、SiGe、SiO2、Si3N4、SiON、鋁、鎢、矽化鎢、砷化鎵、鍺、鉭、氮化鉭、珊瑚、黑金剛石、磷或硼摻雜之玻璃、Ti3N4、鉿、HfO2、釕、磷化銦，及上述各物之混合物。基板表面10a可為平面，或其可包括構形特徵(通孔、溝槽、接觸孔、凸起特徵、線路等)。如本文所用，「構形(topography)」係指基板表面中或表面上之結構的高度或深度。
將可溶於顯影劑之組成物塗覆於基板10上以在基板表面10a上形成可溶於顯影劑之保護層12，如圖1(a)中所示。較佳地，可溶於顯影劑之保護層12直接鄰接於基板表面10a而形成(亦即在可溶於顯影劑之保護層12與基板10之間無任何中間層)。可藉由任何已知塗覆方法塗覆組成物，其中一較佳方法為以約500 rpm至約5,000 rpm(較佳約1,000 rpm至約2,000 rpm)之速度旋轉塗佈組成物持續約5秒至約120秒(較佳約30秒至約60秒)的一段時間。塗覆組成物之後，較佳將其加熱至約160℃至約205℃且更佳約170℃至約185℃之溫度並持續約10秒至約120秒(較佳約30秒至約60秒)的一段時間，以蒸發溶劑。視用於形成可溶於顯影劑之層12的組成物而定，烘烤亦可起始交聯反應以使層12固化。隨後可使用冷卻板(chill plate)在約10℃至約25℃(較佳約19℃至約23℃)下中止烘烤製程，持續約10秒至約90秒的一段時間。此項技術中之人員將瞭解，在如下文所述用於形成層的每一烘烤步驟中，可使用冷卻板(約19℃至23℃)來中止烘烤製程，隨後繼續進行堆疊之後續處理。
可溶於顯影劑之保護層12之平均厚度(烘烤之後測定)較佳為約1 nm至約200 nm，更佳為約10 nm至約70 nm，且最佳為約30 nm至約40 nm。若基板表面10a包括構形，則可溶於顯影劑之保護層12之塗覆厚度較佳為足以實質上覆蓋基板構形且在構形上達成上述平均厚度。視用於形成可溶於顯影劑之層12的組成物(下文更詳細論述)而定，經乾燥或交聯之可溶於顯影劑之層12的折射率(n值)在所用波長下(例如365 nm、248 nm、193 nm、157 nm或13.5 nm，其中193 nm及248 nm為最佳)可為約0.1至約2.5，更佳為約1至約2，且甚至更佳為約1.6至約1.8。經乾燥或交聯之可溶於顯影劑之層12的消光係數(k值)在所用波長下(例如365 nm、248 nm、193 nm、157 nm或13.5 nm，其中193 nm及248 nm為最佳)亦可為約0至約1，更佳為約0.3至約0.6，且甚至更佳為約0.4至約0.5。
在一些具體實例中，經乾燥或交聯之可溶於顯影劑之保護層12將實質上不溶於用於形成多層堆疊中之後續各層的典型有機溶劑中，諸如丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA)、丙二醇單甲醚(PGME)、乳酸乙酯、丙二醇正丙醚、γ-丁內酯、環戊酮、環己酮、乙酸正丁酯、甲基異丁基甲醇(MIBC)，及其混合物。因此，當進行汽提測試時，可溶於顯影劑之層12所具有之汽提百分比小於約5%，較佳小於約1%，且更佳為約0%。汽提測試涉及首先藉由採用在層之5個不同位置處之量測結果的平均值來確定厚度。此為初始平均膜厚度。接著，用溶劑(例如乳酸乙酯)沖洗該膜持續約30秒，隨後以約500 rpm至3,000 rpm旋轉乾燥約20秒至60秒以移除溶劑。使用橢圓對稱(ellipsometry)在晶圓上之彼等5個點處再次量測厚度，且確定此等量測結果之平均值。此為平均最終膜厚度。
初始平均膜厚度與最終平均膜厚度之間的差別為汽提之量。汽提%為：
雖然典型地不溶於有機溶劑中，但可溶於顯影劑之層12可溶於或能夠變得可溶於習知水性顯影劑(例如光阻顯影劑)中。亦即，如本文所用之術語「可溶於顯影劑(developer-soluble)」意謂層12能夠用習知水性顯影劑(例如氫氧化物及/或任何鹼性化學溶液/鹼化學溶液)移除。尤其較佳顯影劑係選自由以下組成之群：氫氧化四甲基銨(TMAH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉，及其混合物。在一些具體實例中，可溶於顯影劑之層12具感光性且僅在曝露於輻射(例如光)時變得可溶於顯影劑中。舉例而言，當使用經固化(或交聯)的可溶於顯影劑之層12時，層12亦將不溶於典型顯影劑中直至曝露於輻射以使層12解交聯。在其他具體實例中，可溶於顯影劑之層12不具感光性(亦即當層曝露於約1 J/cm2時，該層中不會界定圖案)。亦即，可溶於顯影劑之層12在曝露於輻射(亦即光)期間不經受任何物理變化或化學變化。因此，可溶於顯影劑之層12不需要曝露於輻射來變得可溶於顯影劑中。不考慮具體實例，可溶於顯影劑之層12宜可在無需乾式蝕刻(例如反應性離子蝕刻)之處理期間移除，且較佳地在本發明方法中不經受任何乾式蝕刻。
在基板表面10a上形成可溶於顯影劑之層12之後，可鄰接於可溶於顯影劑之層12(亦即在層12頂部)形成富含碳之層14，如圖1(B)中所示。可藉由任何已知塗覆方法形成富含碳之層14，其中一較佳方法為以約1,000 rpm至約5,000 rpm(較佳為約1,250 rpm至約1,750 rpm)之速度旋轉塗佈持續約30秒至約120秒(較佳約45秒至約75秒)的一段時間。如本文所用之術語「富含碳(carbon-rich)」係指層由以下組成物形成，以組成物中之總固體為100重量%計，該等組成物包含大於約50重量%之碳，較佳大於約70重量%之碳，且更佳為約75重量%至約80重量%之碳。適合之富含碳之層係選自由以下組成之群：旋塗式碳層(SOC)、非晶形碳層及碳平坦化層。例示性富含碳之組成物一般將包含分散於或溶解於溶劑系統中之聚合物，以及以下視情況選用之成分：酸及/或鹼中止劑、催化劑、交聯劑及表面改質添加劑。較佳組成物將適合於形成厚層且以組成物之總重量為100重量%計較佳具有約0.1重量%至約70重量%、更佳約5重量%至約40重量%且更佳約10重量%至約30重量%的固體含量。塗覆富含碳之組成物之後，較佳將其加熱至約100℃至約300℃且更佳約160℃至約205℃之溫度並持續約30秒至約120秒(較佳約45秒至約60秒)的一段時間，以蒸發溶劑。對於極厚之層14(例如>500 nm)，可使用兩階段烘烤，首先加熱該層至約50℃至約200℃(較佳約100℃至約150℃)之溫度並持續約30秒至約120秒(較佳約45秒至約60秒)的一段時間，隨後加熱該層至約160℃至約300℃(較佳約180℃至約205℃)之溫度並持續約30秒至約120秒(較佳約45秒至約60秒)的一段時間，從而跨越層14之厚度使其完全固化。烘烤後富含碳之層14之厚度較佳為約10 nm至約50,000 nm，更佳為約100 nm至約5,000 nm，且甚至更佳為約1,000 nm至約3,000 nm。富含碳之層14較佳不具感光性(如上文所定義)，且因此感光組成物(諸如光阻或其他成像層)不適用作本發明之富含碳之層。
在一些具體實例中，可視情況在富含碳之層14與可溶於顯影劑之層12之間形成中間物蝕刻阻擋層(未圖示)。當存在時，蝕刻阻擋層較佳包含碳化合物、金屬化合物或矽化合物(例如Si3N4、SiO2、SiC或SiON)。蝕刻阻擋層之厚度將可變，但較佳為約0.1 nm至約100 nm，更佳為約1 nm至約20 nm，且甚至更佳為約5 nm至約10 nm。在其他具體實例中，當中間蝕刻阻擋層不存在時，富含碳之層14直接形成於可溶於顯影劑之層12的頂部上，如圖1(B)所示。亦即，在可溶於顯影劑之層12與富含碳之層14之間不存在其他層。
隨後圖案轉移層16鄰接於富含碳之層14形成，如圖1(C)所示。可藉由任何已知塗覆方法形成圖案轉移層16，其中一較佳方法為以約1,000至約5,000 rpm(較佳為約1,000 rpm至約2,000 rpm)之速度旋轉塗佈持續約30秒至約120秒(較佳約45秒至約60秒)的一段時間。亦可使用化學氣相沈積來形成圖案轉移層16。隨後可將圖案轉移層16加熱至約100℃至約300℃且更佳約160℃至約205℃之溫度並持續約30秒至約120秒(較佳約45秒至約60秒)的一段時間，以蒸發溶劑。烘烤後圖案轉移層16之厚度較佳為約1 nm至約1,000 nm，更佳為約20 nm至約100 nm，且甚至更佳為約30 nm至約50 nm。適用於形成圖案轉移層16之組成物包括硬質光罩材料(例如含矽或含金屬硬質光罩及混合硬質光罩)或旋塗式玻璃材料(例如矽酸鹽、磷矽酸鹽、矽氧烷)。
隨後成像層18鄰接於圖案轉移層16而形成。所得堆疊30顯示於圖1(D)中。可藉由任何已知塗覆方法形成成像層18，其中一較佳方法為以約500 rpm至約5,000 rpm(較佳為約1,000 rpm至約2,000 rpm)之速度旋轉塗佈至圖案轉移層16上並持續約30秒至約120秒(較佳約45秒至約60秒)的一段時間。隨後，將成像層18在至少約90℃，且較佳約90℃至約130℃之溫度下進行塗覆後烘烤，持續約30秒至約120秒(較佳約45秒至約60秒)的一段時間。適合之成像組成物包括市售光阻(例如購自TOK,Kawasaki shi,Kanagawa(Japan)之TArF Pi6-001；購自JSR Micro,Sunnyvale,CA之ARX3001、ARX3340J、AM2073J及KrFM592Y；SAIL-X-181，Shin-Etsu,Tokyo(Japan))或任何其他感光組成物。本發明方法允許使用更薄之成像層18。成像層18之厚度小於約500 nm，較佳小於約300 nm，更佳為約50 nm至約200 nm，且甚至更佳為約100 nm至約180 nm。應瞭解習知抗反射塗層亦可存在於堆疊中介於圖案轉移層16與成像層18之間，以控制成像層曝光期間之反射(未圖示)。
在另一具體實例中，上述任何層之黏著性可藉由用助黏劑處理層表面而增強。適合於此目的之例示性助黏劑為六甲基二矽氮烷(HMDS)。當使用時，可藉由以下方法塗覆助黏劑：用助黏劑於溶劑(例如PGMEA)中之稀溶液使用習知旋轉塗佈；或使用真空烘箱進行未經稀釋之助黏劑的氣相底塗，從而改變經處理之層的表面性質，隨後在約100℃至約205℃下烘烤約30秒至約60秒。在任一情況下，處理改良各層之黏著性。
如圖1(E)中所示，成像層18隨後可藉由曝露於適當波長之光而經圖案化。更特定言之，使用位於成像層18上方之光罩20來曝光成像層18。光罩20具有開放區域20a，其經設計以允許輻射(hv)通過光罩20且接觸成像層18。光罩20之其餘實體部分20b經設計以防止輻射接觸成像層18之某些區域。熟習此項技術者將容易地瞭解，開放區域20a及實體部分20b之配置係基於欲在成像層18中且最終在基板10中形成之所要圖案而設計。
雖然抗反射層可存在於堆疊30中之成像層18下，但如上文闡明，在一些具體實例中，圖案轉移層16及富含碳之層14不需要成像層18下之抗反射層來控制曝光製程期間的反射。不考慮具體實例，曝光後，較佳使成像層16在約90℃至約150℃、更佳約110℃至約130℃之溫度下進行曝光後烘烤，持續約30秒至約120秒的一段時間。
曝光時，成像層18中經曝露於輻射之部分變得可溶於水性顯影劑中。如圖1(F)中所示，藉由上述製程變得可溶之成像層18中之經曝光部分隨後與水性顯影劑接觸以移除該等曝光部分，從而在成像層18中形成所要圖案22，得到經圖案化之成像層18'。圖案22可為通孔、溝槽、線路、間隙等，使用蝕刻或離子植入製程或金屬沈積最終將其轉移至基板10上。或者，成像層18之經曝光部分在曝光製程期間可變得不溶，在該情況下，移除製程與以上所述相反。亦即，未曝光部分在顯影過程中移除以形成圖案(未圖示)。在任一具體實例中，成像層18的至少約95%之曝光(或未曝光，視情況而定)部分將較佳地藉由顯影劑移除，更佳至少約99%，且甚至更佳約100%將被移除。適合之顯影劑為有機或無機鹼性溶液，諸如KOH或TMAH，且較佳包含濃度為約0.26 N之TMAH水溶液。一些此等顯影劑以商標PD523AD(購自Moses Lake Industries公司，Moses Lake,WA)、MF-319(購自Shipley,Massachusetts)、MF-320(購自Shipley)及NMD3(購自TOK,Japan)商品化。
在習知微影製程中，在曝光期間來自輻射源之輻射所穿過達至成像層18的介質為空氣。本發明方法尤其適合於浸漬式微影，其中在本發明方法中在曝光期間輻射所穿過的介質較佳為液體。更佳地，成像層18經由微影系統之光學投影元件(亦即透鏡)曝露於輻射，其中浸漬液接觸微影系統之光學元件的至少一部分及本發明微電子結構(亦即多層堆疊30)的一部分。甚至更佳地，液體充填系統中之最後光學元件與多層堆疊30之間的間隙，以使光學元件浸漬於液體中。適合之浸漬液較佳折射率大於1(較佳為約1至約2，且更佳為約1.3至約1.4)，且係選自由以下組成之群：水(較佳為純化水)、有機溶劑及其混合物。浸漬式微影系統為此項技術中所已知，且包括來自AmphibianTM Systems(Rochester,NY)之Amphibian干涉計。
亦將瞭解亦可使用其他圖案化方法在成像層18中形成圖案22，包括新興技術，諸如壓印微影、奈米壓印微影、熱壓花微影及衝壓圖案轉移。此等技術使用圖案化模具來轉移圖案而非依賴於如上所述之光微影圖案化。亦可使用定向自組裝(DSA)來圖案化成像層18。
在不考慮圖案22如何形成於成像層18中之情況下，隨後使用蝕刻製程來將圖案22自經圖案化之成像層18'轉移至圖案轉移層16中，得到經圖案化之圖案轉移層16'，如圖1(G)中所示。較佳地，使用CF4、CHF3、O2、HBr、Cl2、SF6、C2F6、C4F8、CO、CO2、N2、H2、C4H8、Ar、N2H2、He、CH2F2或其混合物之活性離子電漿利用RIE來轉移圖案22。隨後使用蝕刻將圖案22自經圖案化之圖案轉移層16'轉移至富含碳之層14中，如圖1(H)中所示，得到經圖案化之富含碳之層14'。較佳地，使用CF4、CHF3、O2、HBr、Cl2、SF6、C2F6、C4F8、CO、CO2、N2、H2、C4H8、Ar、N2H2、He、CH2F2或其混合物之活性離子電漿利用RIE將圖案22轉移至富含碳之層14中。
當存在蝕刻時，隨後使用蝕刻來穿透蝕刻阻擋層且暴露可溶於顯影劑之保護層12(未圖示)。當堆疊30中不存在蝕刻阻擋時(如圖1中所示)，轉移圖案22至富含碳之層14中使可溶於顯影劑之保護層12之一部分暴露，如圖1(H)中所示，其鄰接於經圖案化之富含碳之層14'之經移除部分。
隨後將圖案22轉移至可溶於顯影劑之保護層12中，如圖1(I)中所示。較佳地，可溶於顯影劑之保護層12與顯影劑接觸以自基板表面10a移除未覆蓋部分，其對應於圖案22，得到經圖案化之可溶於顯影劑之保護層12'。較佳地，可溶於顯影劑之保護層12與顯影劑接觸並持續約1秒至約120秒、更佳約10秒至約60秒且甚至更佳約30秒至約40秒的一段時間。可溶於顯影劑之層12可藉由任何適合之方法與顯影劑接觸，該方法包括在經圖案化之堆疊30'上攪拌顯影劑，將顯影劑噴灑於經圖案化之堆疊30'之表面上，或將堆疊30'浸漬於顯影劑中。可溶於顯影劑之保護層12與顯影劑接觸之後，可用去離子水沖洗顯影劑，隨後在約1,000 rpm至約5,000 rpm(較佳約1,200 rpm至約2,500 rpm)下旋轉乾燥持續約30秒至約120秒(較佳持續約45秒至約90秒)。在可溶於顯影劑之保護層12具感光性(亦即當曝露於活化輻射時進行反應)的具體實例中，可溶於顯影劑之保護層12首先在利用富含碳之層14'作為光罩之情況下曝露於輻射，得到可溶於顯影劑之保護層的經曝光部分，其對應於在蝕刻富含碳之層14時未覆蓋之部分。在一些具體實例中，感光性可溶於顯影劑之保護層12在曝露於輻射時經「解交聯」，使其變得可溶於顯影劑中。亦即，交聯時形成之鍵斷裂。無論如何，此產生可溶於顯影劑之保護層12的經曝光部分及未經曝光部分，其具有不同溶解速率，使得經曝光部分被移除而不移除未經曝光部分。在可溶於顯影劑之保護層12不具感光性(亦即層12之可溶性不受曝露於輻射的影響)之態樣中，整個層將以相同速率顯影。然而，由富含碳之層14'覆蓋之部分受保護不被顯影劑移除，導致只有可溶於顯影劑之層12之未覆蓋部分經移除。
在形成高縱橫比圖案之具體實例中，可使用超高頻音波能量來幫助自構成圖案22之特徵的底部(未圖示)清除可溶於顯影劑之保護層12。在此製程中，將超高頻音波能量施加至堆疊30'，同時使可溶於顯影劑之保護層12與顯影劑接觸。此幫助攪拌顯影劑並加速溶解可溶於顯影劑之保護層12的酸/鹼反應。適用於進行此等製程之設備為此項技術中所已知且包括雙區200/300 mm Megpie轉換器，其將顯影劑抽吸至堆疊上，同時Megpie施加超高頻音波能量。持續進行此顯影劑流動及超高頻音波能量之過程直至顯影過程完全。隨後藉由使去離子水流經堆疊而中止移除製程，接著如上所述進行旋轉乾燥。
應瞭解在一些具體實例中，可使用溶劑替代傳統水性顯影劑來「顯影」可溶於顯影劑之保護層12。在形成高縱橫比及極小間隙時，溶劑移除可尤其有益。在此等具體實例中，經乾燥或交聯之可溶於顯影劑之層12的耐溶劑性可藉由調節層中交聯之量而變化。舉例而言，層12可經調配使其耐受用於形成後續各層(諸如富含碳之層)之溶劑，從而避免該等層互混，同時仍可溶於某些其他溶劑中，其可用於在圖案轉移期間使可溶於顯影劑之層12溶解掉。在此項技術中已知該等技術。可用於移除可溶於顯影劑之保護層12的適合之溶劑(視用於形成層12之組成物而定)包括PGME、PGMEA、乳酸乙酯、環戊酮、環己酮、MIBC、甲基乙基酮(MEK)、乙酸正丁酯、庚酮，或其混合物。使用與上文關於顯影劑移除所描述相同之程序使可溶於顯影劑之保護層12與溶劑接觸，從而自基板表面10a移除未覆蓋部分。
不考慮具體實例，移除可溶於顯影劑之保護層12(無論是藉由顯影劑或溶劑)得到經圖案化的可溶於顯影劑之層12'。如圖1(I)中可見，圖案在經圖案化的可溶於顯影劑之層12'及經圖案化的富含碳之層14'中形成開口22(諸如接觸孔、通孔、溝槽等)，該等開口實質上彼此連通或對準(亦即對準之程度至少使例如通孔或接觸孔對直以使得基板10經曝光)。隨後可在基板之經曝光部分上進行進一步處理，或圖案22可向下轉移至基板表面中(未圖示)。
舉例而言，對於離子植入，離子係使用已知方法(未圖示)由離子源自摻雜劑所產生。用於本發明的一些較佳離子為彼等選自由週期表第III族至第V族之元素的離子組成之群的離子，其中硼、氮、磷、砷、二氟化硼、銦、銻、鍺、矽、碳及鎵之離子尤其較佳。其他較佳離子係選自由以下組成之群：氫、氬、鈹、氟、氧及氦。使所產生離子在足夠高之能級下加速以使得離子可穿透基板。較佳能級為約1 eV至約20 MeV，較佳為約5 KeV至約2,000 KeV，且更佳為約20 KeV至約500 KeV。典型的離子劑量為約10個原子/平方公分至約10e30個原子/平方公分，且較佳為約1e12個原子/平方公分至約1e16個原子/平方公分。藉由已知方法集中經加速之離子。一種此類方法涉及使用一系列靜電及磁透鏡直至光束達到所要直徑。隨後將光束對準基板。熟習此項技術者將瞭解，光束角度可經調節以控制基板中之離子深度。如圖1(I)中所示，富含碳之層14'及可溶於顯影劑之保護層12'用於保護基板10中不需要離子之區域，同時圖案22之開口提供離子進入基板10之入口。因此，在基板中可形成對應於圖案22之植入區域(未圖示)。
應瞭解圖1僅描繪整體結構10之小截面。因此，經圖案化之富含碳之層14'及可溶於顯影劑之保護層12'可具有形成於其中的許多開口。此等開口可經調節成在基板中適於最終用途之位置處植入離子所必需的大小及形狀。
適用於本發明的可溶於顯影劑之組成物
所利用之組成物可為在曝露於輻射時可溶於顯影劑或能夠變得可溶於顯影劑的任何適合之組成物，包括習知抗反射塗層、間隙充填組成物或習用調配組成物。較佳組成物將包括賦予溶劑汽提抗性以防止與後續各層互混的部分、鹼可溶基團或能夠變得鹼可溶之基團，及視情況存在之離去基(例如酸不穩定基團)。
該等組成物將典型地包含分散於或溶解於溶劑系統中之化合物。該化合物一般係選自由以下組成之群：聚合物、寡聚物及其混合物。尤其較佳之化合物係選自由以下組成之群：聚醯胺酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚酯及其混合物。以組成物中所有成分之總重量為100重量%計，組成物中較佳存在之化合物之含量為約0.1重量%至約10重量%，較佳為約0.5重量%至約2重量%，且更佳為約0.7重量%至約1.2重量%。若化合物為聚合物，則較佳平均分子量為約1,000道爾頓(Dalton)至100,000道爾頓，且更佳為約1,000道爾頓至25,000道爾頓。若化合物為寡聚物，則較佳分子量為約500道爾頓至3,000道爾頓，且更佳為約500道爾頓至1,500道爾頓。
在一些具體實例中，較佳聚合物將包含酸官能基。以化合物之總重量為100重量%計，化合物中較佳存在之酸基之含量為至少約5重量%，較佳為約5重量%至90重量%，且甚至更佳為約5重量%至50重量%。較佳酸基包括酚酸、羧酸(-COOH)及其混合物，但在一些具體實例中不包括酚酸。
尤其較佳之聚醯胺酸包括具有下式之重複單體：
其中及各自個別地選自由脂族基及芳基組成之群。尤其較佳之X及Y基團包括選自由以下組成之群之基團：經取代及未經取代之苯基、聯苯基、萘基及蒽基，及經取代及未經取代之C1-C12脂族基(較佳為烷基)。此等化合物可藉由使二酐與二胺聚合而形成。此等聚合物及包含此等聚合物的適合之可溶於顯影劑之組成物的合成描述於美國專利第7,261,997號及第7,364,835號中，該等專利以全文引用的方式併入本文中。
適用於該組成物中之尤其較佳聚醯胺酸包含選自由以下組成之群的重複單體：
其中：X係選自由以下組成之群：-O-、-S-、-CH2-、-C(CF3)2-及-C(CH3)2-；n為2至8；且各R個別地選自由-H及-OH組成之群。
本發明方法中亦可使用非共價可交聯(例如氫鍵結)聚合物。本文中使用之術語「非共價交聯」或「非共價可交聯」係指該交聯不涉及緊密共用成對電子(如共價鍵結中般)，而是涉及更分散變化形式之電磁相互作用。非共價交聯之較佳實例包括氫鍵結及靜電分子間引力。一般而言，一旦交聯，則此等化合物將包含具有選自由以下組成之群之式的鍵聯：-OH---O、-OH---N、-NH---O或-NH---N，及上述之組合。尤其較佳的非共價可交聯之聚合物將包含以下重複單體：
在上述各式中，n為0至4，且x:y之莫耳比為約1:3至約3:1。R1為保護基，且各R2個別地選自由以下組成之群：烷基、鹵素、-OH及多官能酚類。例示性保護基係選自由以下組成之群：
其中R3係選自由烷基組成之群。
適用於本發明所適合之抗反射塗層及間隙充填組成物的化合物可為可交聯的。因此，在一些具體實例中，組成物亦將包含分散於或溶解於具有化合物之溶劑系統中的交聯劑。適合之交聯劑包括胺基塑膠(例如POWDERLINK 1174、CYMEL，兩者均來自Cytec Industries)、多官能環氧化物(例如來自Vantico的CY179MA、來自Ciba-Geigy的MY720)、氰尿酸酯(異氰尿酸三乙氧基丙酯)及乙烯基醚，其中乙烯基醚及環氧化物尤其較佳。市售乙烯基醚之一實例包括彼等以商標名VECTomerTM(Aldrich;St. Louis,MO)所銷售者。
適用於組成物中的尤其較佳乙烯基醚交聯劑具有下式：
R'-(X-O-CH=CH2)n，
其中R'係選自由以下組成之群：芳基(較佳為C6-C14)及烷基(較佳為C1-C18，且更佳為C1-C10)，各X個別地選自由以下組成之群：烷基(較佳為C1-C18，且更佳為C1-C10)、烷氧基(較佳為C1-C18，且更佳為C1-C10)、羰基，及上述兩種或兩種以上之組合，且n為至少2，且較佳為2至6。最佳之乙烯基醚包括選自由以下組成之群之乙烯基醚：乙二醇乙烯基醚、三羥甲基丙烷三乙烯基醚、1,4-環己烷二甲醇二乙烯基醚，及其混合物。另一較佳乙烯基醚具有選自由以下組成之群之式：
在此等具體實例中，可溶於顯影劑之保護層在烘烤期間進行交聯，產生經交聯或固化之層，如上所述。固化層必須經解交聯以變得可溶於顯影劑。此反應流程描繪於下。
將瞭解在此解交聯進行之後，保護層變得可溶於顯影劑。
解交聯一般由可溶於顯影劑之組成物中存在之催化劑引發，諸如光酸產生劑(PAG)或熱酸產生劑(TAG)。適合的PAG包括鎓鹽(例如全氟磺酸三苯基鋶，諸如九氟丁磺酸TPS、三氟甲磺酸TPS，及其經取代之形式，諸如全氟-1-丁烷磺酸參(4-第三丁基苯基)鋶(經烷基取代之九氟丁磺酸TPS)，全部均可購自Sigma-Aldrich)；磺酸肟(例如由CIBA以之名稱銷售者)；三嗪(例如可購自Midori Kagaku公司的)；及其組合。適合之TAG包括磺酸(例如磺酸酯、對甲苯磺酸、二壬基萘磺酸)、三氟甲磺酸，及由King Industries以名稱銷售的類似物。在曝光時，自酸產生劑產生酸，且此酸使層中之化合物「解交聯」。亦即，該酸催化在熱交聯時化合物與交聯劑之間形成之鍵的斷裂。當聚合物或寡聚物包含酸基(諸如羧酸)時，解交聯導致形成與組成物中起初存在之聚合物或寡聚物相同之聚合物或寡聚物以及醇及乙醛(acetylaldehyde)。
在一些具體實例中，諸如非共價可交聯組成物，該組成物無需交聯劑幫助即可自交聯。因此，在本發明之其他態樣中，包括非共價可交聯以及非感光性具體實例，可溶於顯影劑之組成物較佳實質上不含交聯劑。組成物亦可實質上不含酸產生劑(例如PAG、TAG等)。「實質上不含」意謂以組成物之總重量為100重量%計，該組成物包括小於約0.1重量%，較佳小於約0.05重量%，且較佳為約0重量%的成分。組成物亦可實質上不含能夠經熱或經由曝光而引發交聯/解交聯的其他藥劑。
抗反射塗層組成物典型地亦將包含發色團(光衰減化合物或部分)。發色團可與化合物(與該化合物上之官能基或直接與聚合物主鏈或寡聚物核心)鍵結，或發色團可簡單地物理混合於組成物中。發色團係基於處理組成物將使用之波長而選擇。舉例而言，在248 nm波長下，較佳發色團包括萘(例如萘甲酸甲基丙烯酸酯、3,7-二羥基萘甲酸)、雜環發色團、咔唑、蒽(例如9-蒽甲基丙烯酸甲酯、9-蒽甲酸)，及上述基團之官能基部分。在193 nm波長下，較佳發色團包括經取代及未經取代之苯基、雜環發色團(例如呋喃環、噻吩環)，及上述基團之官能基部分。
組成物中可存在之其他成分包括界面活性劑、助黏劑或表面調節劑。
不考慮具體實例，藉由將聚合物、寡聚物或其混合物簡單分散或溶解於適合之溶劑系統中，較佳在環境條件下並持續足以形成實質上均質之分散液的時間量而形成組成物。其他成分(例如交聯劑、PAG)較佳連同該化合物一起分散或溶解於溶劑系統中。
較佳溶劑系統包括選自由以下組成之群的溶劑：丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA)、丙二醇甲醚(PGME)、丙二醇正丙醚(PnP)、乳酸乙酯、環己酮、γ-丁內酯(GBL)，及其混合物。以組成物之總重量為100重量%計，所利用之溶劑系統的含量應為約80重量%至99重量%，且較佳為約95重量%至99重量%。因此，以組成物之總重量為100重量%計，組成物典型地具有約1重量%至20重量%且較佳約1重量%至5重量%的固體含量。
用於本發明方法的適合之可溶於顯影劑之組成物揭示於美國專利第6,872,506號、第7,261,997號、第7,364,835號、第7,601,483號及第7,914,974號，以及美國專利申請公開案第2007-0207406號及第2009/0035590號中，該等專利以全文引用的方式併入本文中。
實施例
以下實施例闡述根據本發明之方法。然而應瞭解，此等實施例係作為說明而提供且不應將其中任何內容理解為對本發明總體範疇之限制。
實施例1
使用薄碳底層之多層處理
使用TEL ACT8潔淨軌道將市售可溶於顯影劑之塗料(聚醯胺酸抗反射塗層； DS-K101-307；Brewer Science公司，Rolla,MO)在1,500 rpm下旋轉塗佈於200 mm直徑之矽基板上並持續30秒。隨後藉由軌道將經塗佈之基板轉移至烘烤板上且在180℃下烘烤60秒，接著在21℃冷卻板上置放30秒以中止烘烤步驟。所得塗層具有70 nm之厚度。隨後將旋塗式碳(「SOC」)底層( SOC110D-322；Brewer Science公司)在1,500 rpm下旋轉塗佈於可溶於顯影劑之塗層上並持續30秒。隨後在180℃下烘烤該膜60秒，接著在21℃冷卻板上中止30秒，產生220 nm SOC膜。隨後將硬質光罩層( HM710-304.8；Brewer Science,Rolla,MO)在2,500 rpm下塗佈並持續30秒。隨後在180℃下烘烤該塗層60秒，接著在21℃冷卻板上中止30秒，產生35 nm膜。最終，在1,100 rpm下塗佈光阻層(AR1682J-15；JSR,Sunnyvale,CA)並持續30秒。隨後在110℃下烘烤該光阻90秒，接著在21℃冷卻板上中止30秒，產生200 nm膜。
使用具有習知照明、0.0 μm焦距、0.74 NA及0.89 sigma的ASML1100 ArF掃描器對光阻進行圖案化。掃描器設定為22 mJ/cm2且目標為150 nm特徵。曝光後，再次將堆疊在110℃下烘烤90秒且在21℃冷卻板上冷卻30秒。隨後使光阻與0.26 N TMAH顯影劑(OPD262；FujiFilm Electronic Materials,Japan)接觸40秒，且用去離子水沖洗以溶解圖案。
隨後使用Oxford Plasmalab 80 Plus蝕刻器進行蝕刻。使用CF4氣體在50毫托(mTorr)、35 sccm及100瓦特(watt)下持續90秒至92秒將光阻圖案轉移至硬質光罩(圖案轉移層)中。使用上述製程製備及蝕刻多個基板。圖2顯示經註釋之SEM像片橫截面且附有製程中此階段一個堆疊的示意圖。隨後使用O2氣體在50毫托、50 sccm及100瓦特下將圖案蝕刻至碳底層中持續45秒及50秒。圖3顯示在50秒蝕刻之後堆疊的橫截面，且圖4顯示在45秒蝕刻之後不同堆疊的橫截面。
實施例2
使用厚碳底層之多層處理
使用Cee 200CB塗佈烘烤系統(Brewer Science公司)將市售可溶於顯影劑之塗料(聚醯胺酸抗反射塗層； DS-K101-304；Brewer Science公司)以1,500 rpm旋轉塗佈於100 mm直徑之矽基板上並持續30秒。隨後將經塗佈之基板轉移至烘烤板且在175℃下烘烤60秒，接著在21℃冷卻板上中止30秒，產生40 nm膜。使用2,000 rpm/s加速度將碳底層(CS3076-68-1；Brewer Science公司)在1,700 rpm下旋轉塗佈於可溶於顯影劑之塗層上並持續60秒。隨後在100℃下烘烤該層60秒，接著進行175℃烘烤並持續60秒以使厚膜完全固化。隨後將堆疊在21℃冷卻板上冷卻30秒，產生1,584 nm膜。隨後將硬質光罩層( HM710-304；Brewer Science公司)在1,500 rpm下塗佈30秒，接著在175℃下烘烤60秒，產生35 nm膜。最終，在1,000 rpm下將光阻(AR1682J-15；JSR)旋轉塗佈於硬質光罩上並持續30秒。隨後在110℃下烘烤該光阻90秒，接著在21℃冷卻板上中止30秒，產生200 nm膜。
使用AmphibianTM干涉計，用目標為150 nm管線的0.32 NA稜柱對光阻進行圖案化。曝光後，將光阻在110℃下烘烤90秒，隨後在21℃冷卻板上冷卻30秒。隨後使用0.26 N TMAH顯影劑(PD523AD；Moses Lake Industries,WA)持續60秒並用去離子水沖洗以解析圖案。
隨後使用Oxford Plasmalab 80 Plus蝕刻器進行蝕刻。使用CF4氣體在50毫托、35 sccm及100瓦特下持續90秒至92秒將光阻圖案轉移至硬質光罩中。隨後使用O2氣體在60毫托、50 sccm及300瓦特下將圖案蝕刻至碳層中並持續5分鐘至10分鐘。圖5顯示經註釋之SEM像片橫截面且附有製程中此階段之堆疊的示意圖。隨後用0.26 N TMAH顯影劑(PD523AD)沖洗堆疊以使圖案經由可溶於顯影劑之層轉移，接著用去離子水沖洗以清潔晶圓。圖6顯示經註釋之SEM像片橫截面且附有在用顯影劑移除可溶於顯影劑之底層之後該堆疊的示意圖。圖7顯示SEM像片橫截面且附有圖6之示意圖，其經放大以顯示可溶於顯影劑之層的細節。
實施例3
使用超高頻音波能量顯影高縱橫比特徵
使用TEL Mark 8潔淨軌道將市售可溶於顯影劑之抗反射塗層(ARC DS-K101-307；Brewer Science公司)以1,500 rpm旋轉塗佈於24個200 mm直徑之矽基板上並持續30秒。經塗佈之基板隨後藉由軌道轉移至烘烤板且在以下條件下烘烤：(1)6個基板在170℃下；(2)6個基板在175℃下；(3)6個基板在180℃下；及(4)6個基板在185℃下，分別持續60秒。隨後使用21℃冷卻板持續30秒來中止烘烤製程，產生40 nm膜。隨後將其中之基板轉移至 100CB型(Brewer Science公司)旋轉塗佈/烘烤組合工具，用於旋轉塗佈市售光阻(M91 Y-9cP；JSR)之厚膜(1 μm)。在開放碗形環境內，該膜藉由在0 rpm下靜態分配(2 ml)3秒而形成，隨後在1,000 rpm/s加速度下澆塗/乾燥180秒。隨後將經塗佈基板自100CB塗佈模組轉移至100CB烘烤模組，在130℃下進行軟重力接觸烘烤90秒。
隨後使用AmphibianTM XIS KrF干涉計(Amphibian Systems)用習知乾式製程，0.0 μm焦距，0.31 NA及6×6劑量曲流(dose meander)，目標為200 nm特徵線路將所有24個晶圓曝光。曝光後，基板經由軟重力接觸法在130℃下經受PEB再持續90秒。基板隨後在環境條件下冷卻。隨後使用標準顯影劑攪拌或攪拌/超高頻音波能量化顯影製程來解析圖案。使用0.26 N TMAH溶液(PD523AD)作為顯影劑。
使用 200DB型(Brewer Science公司)對12個對照基板進行標準攪拌顯影劑塗覆(對於4種抗反射塗層烘烤條件各3個基板，其中顯影劑接觸時間分別為5秒、10秒及15秒)。將各溫度組中之第一基板裝載至200DB系統中且在100 rpm下旋轉時與顯影劑溶液攪拌5秒。基板隨後停止並靜態保持在0 RPM下持續5秒，隨後以5,000 rpm/s加速度在500 rpm下用去離子水沖洗13秒。隨後使用5,000 rpm/s加速度在1,500 rpm下將基板再旋轉乾燥60秒。使各溫度組中之第二晶圓進行相同製程流程，其中例外為進行10秒靜態(0 rpm)顯影劑攪拌步驟。使各溫度組中之第三晶圓進行相同製程流程，其中例外為進行15秒靜態(0 rpm)顯影劑攪拌步驟。
使用具有Prosys Megpie 200/300 mm雙區轉換器頭(Product System公司，Campbell,CA)的 200FX型顯影器(Brewer Science公司)對12個測試基板進行超高頻音波能量增強型顯影劑處理(對於4種抗反射塗層烘烤條件各3個基板，其中顯影劑接觸時間分別為5秒、10秒及15秒)。將各溫度組中之第一基板裝載至200FX顯影器中且在50 rpm旋轉下將顯影劑溶液分配至表面上持續5秒。顯影劑流動隨後停止且起動超高頻音波頭(megasonic head)5秒，使用15瓦特功率，10毫秒脈衝寬度，100%工作循環及<4瓦特之反射功率。在5秒曝露至超高頻音波功率之持續時間中，基板繼續在50 rpm下旋轉。在超高頻音波能量步驟結束時，基板以5,000 rpm/s加速度在500 rpm下旋轉且用去離子水沖洗13秒。隨後基板在1,500 rpm及1,500 rpm/s加速度下旋轉乾燥60秒。使各溫度組中之第二晶圓進行相同製程流程，其中例外為進行10秒超高頻音波功率/攪拌顯影劑步驟。使各溫度組中之第三晶圓進行相同製程流程，其中例外為進行15秒超高頻音波功率/攪拌顯影劑步驟。圖8並排展示(A)經標準顯影15秒攪拌/170℃烘烤基板；及(B)經超高頻音波能量顯影15秒攪拌/170℃烘烤基板的SEM橫截面影像。圖9並排展示(A)經標準顯影15秒攪拌/175℃烘烤基板；及(B)經超高頻音波能量顯影15秒攪拌/175℃烘烤基板的SEM橫截面影像。圖10並排展示(A)經標準顯影15秒攪拌/180℃烘烤基板；及(B)經超高頻音波能量顯影15秒攪拌/180℃烘烤基板的SEM橫截面影像。圖11並排展示(A)經標準顯影15秒攪拌/185℃烘烤基板；及(B)經超高頻音波能量顯影15秒攪拌/185℃烘烤基板的SEM橫截面影像。自SEM影像可看出相較於標準顯影劑製程(其仍有殘餘浮渣)，超高頻音波能量顯影劑製程在自高縱橫比特徵之底部移除抗反射塗層浮渣方面較佳。將超高頻音波能量施加至基板亦清除特徵而非遮擋特徵。
10‧‧‧基板
10a‧‧‧表面
12‧‧‧可溶於顯影劑之保護層
12'‧‧‧經圖案化之可溶於顯影劑之保護層
14‧‧‧富含碳之層
14'‧‧‧經圖案化之富含碳之層
16‧‧‧圖案轉移層
16'‧‧‧經圖案化之圖案轉移層
18‧‧‧成像層
18'‧‧‧經圖案化之成像層
20‧‧‧光罩
20a‧‧‧開放區域
20b‧‧‧實體部分
22‧‧‧圖案、開口
30‧‧‧堆疊
30'‧‧‧經圖案化之堆疊
圖1為描繪藉由本發明方法形成之結構(不按比例)的示意圖；
圖2為經註釋之掃描電子顯微鏡(SEM)像片，其描繪實施例1之堆疊的橫截面圖以及在圖案轉移之前蝕刻堆疊的相應示意圖；
圖3為經註釋之SEM像片，其描繪實施例1之堆疊的橫截面圖以及在使用50秒蝕刻進行圖案轉移之後蝕刻堆疊的相應示意圖；
圖4為經註釋之SEM像片，其描繪實施例1之堆疊的橫截面圖以及在使用45秒蝕刻進行圖案轉移之後蝕刻堆疊的相應示意圖；
圖5為經註釋之SEM像片，其描繪實施例2之堆疊的橫截面圖以及在圖案轉移之後蝕刻堆疊的相應示意圖；
圖6為經註釋之SEM像片，其描繪實施例2之堆疊的橫截面圖以及在移除可溶於顯影劑之保護層之後蝕刻堆疊的相應示意圖；
圖7為圖6之SEM像片的放大視圖以及在移除可溶於顯影劑之保護層之後蝕刻堆疊的相應示意圖；
圖8並排展示實施例3中在170℃下烘烤且進行15秒顯影劑接觸的基板之SEM橫截面影像；
圖9並排展示實施例3中在175℃下烘烤且進行15秒顯影劑接觸的基板之SEM橫截面影像；圖10並排展示實施例3中在180℃下烘烤且進行15秒顯影劑接觸的基板之SEM橫截面影像；且圖11並排展示實施例3中在185℃下烘烤且進行15秒顯影劑接觸的基板之SEM橫截面影像。
10．．．基板
10a．．．表面
12．．．可溶於顯影劑之保護層
12'．．．經圖案化之可溶於顯影劑之保護層
14．．．富含碳之層
14'．．．經圖案化之富含碳之層
16．．．圖案轉移層
16'．．．經圖案化之圖案轉移層
18．．．成像層
18'．．．經圖案化之成像層
20．．．光罩
20a．．．開放區域
20b．．．實體部分
22．．．圖案、開口
30．．．堆疊
30'．．．經圖案化之堆疊

Claims (18)

  1. 一種形成微電子結構的方法，該方法包含：(a)提供具有表面之微電子基板；(b)在該表面上形成可溶於顯影劑之保護層；(c)鄰接於該可溶於顯影劑之保護層形成富含碳之層；(d)在該富含碳之層上形成圖案轉移層；(e)在該圖案轉移層上形成成像層；(f)圖案化該成像層以得到包含圖案之經圖案化成像層，該方法進一步包含：使用蝕刻將該圖案轉移至該圖案轉移層及至該富含碳之層，其中蝕刻該富含碳之層得到該可溶於顯影劑之保護層的未覆蓋部分，且其中該可溶於顯影劑之保護層保護該基板免遭蝕刻損壞；及藉由使該等未覆蓋部分與顯影劑或溶劑接觸以便移除該等未覆蓋部分而將該圖案轉移至該可溶於顯影劑之保護層。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含在形成該富含碳之層之前在該保護層上形成蝕刻阻擋層，該富含碳之層係形成於該蝕刻阻擋層上。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該圖案化包含：將該成像層曝露於輻射以得到該成像層之經曝光部分；及使該成像層與顯影劑接觸以便移除該曝光部分且得到經圖案化之成像層，該經圖案化之成像層包含圖案。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該將該圖案轉移至該圖案轉移層包含用選自由以下組成之群之氣體蝕刻該圖案轉移層：CF4、CHF3、O2、HBr、Cl2、SF6、C2F6、C4F8、CO、CO2、N2、H2、C4H8、Ar、N2H2、He、CH2F2，及其混合物。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該將該圖案轉移至該富含碳之層包含用選自由以下組成之群之氣體蝕刻該富含碳之層：CF4、CHF3、O2、HBr、Cl2、SF6、C2F6、C4F8、CO、CO2、N2、H2、C4H8、Ar、N2H2、He、CH2F2，及其混合物。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含在該接觸之前使該可溶於顯影劑之保護層曝露於輻射以得到該可溶於顯影劑之保護層的曝光部分，其對應於該等未覆蓋區域，該等曝光部分係藉由該顯影劑在該接觸期間移除。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該可溶於顯影劑之保護層在該形成(b)期間交聯且其中該曝光導致該等曝光部分之解交聯。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該顯影劑為含水鹼性顯影劑。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該顯影劑係選自由以下組成之群：氫氧化鉀、氫氧化四甲基銨、氫氧化鈉，及其混合物。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在該將該圖案轉移至該可溶於顯影劑之保護層期間不發生蝕刻。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該可溶於顯影劑之保護層係由組成物形成，該組成物包含分散或溶解於溶劑系統中的化合物，該化合物係選自由以下各物之聚合物及寡聚物組成之群：聚醯胺酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚酯，及其混合物。
  12. 一種形成微電子結構的方法：提供多層堆疊，其包含：具有表面之基板；鄰接於該基板表面之可溶於顯影劑之保護層；及鄰接於該可溶於顯影劑之保護層的經圖案化之富含碳之層，其中富含碳之層藉由乾式蝕刻圖案化，該可溶於顯影劑之保護層保護該基板免遭乾式蝕刻損壞，該可溶於顯影劑之保護層包含覆蓋部分及未覆蓋部分，該富含碳之層鄰接於該可溶於顯影劑之保護層的該等覆蓋部分且不存在於該可溶於顯影劑之保護層的該等未覆蓋部分；及使該圖案轉移至該可溶於顯影劑之保護層中，其中該轉移包含使該可溶於顯影劑之保護層與顯影劑接觸以自該基板表面移除該等未覆蓋部分。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該轉移進一步包含在該接觸之前使該可溶於顯影劑之層曝露於輻射，該曝光得到該可溶於顯影劑之保護層的曝光部分，其對應於該等未覆蓋區域，其中該等曝光部分係藉由該接觸移除。
  14. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該轉移進一步 包含在該轉移期間施加超高頻音波能量至該堆疊。
  15. 如申請專利範圍第12項之方法，該經圖案化之富含碳之層具有至少一個形成於其中之開口，其中該轉移得到經圖案化之可溶於顯影劑之保護層，其具有至少一個形成於其中之開口，其中該富含碳之層的開口與該可溶於顯影劑之保護層的開口實質上對準。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其進一步包含：使離子對準該結構以使得該等離子中之至少一些變得植入該基板內以便在該基板中形成離子植入區域，其中該離子植入區域係形成於該至少一個可溶於顯影劑之保護層開口下方。
  17. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該富含碳之層不具感光性。
  18. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該經圖案化之富含碳之層不具感光性。
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6295198B2 (ja) * 2011-10-10 2018-03-14 ブルーワー サイエンス アイ エヌ シー． リソグラフ処理のためのスピンオン炭素組成物
WO2013158527A1 (en) * 2012-04-16 2013-10-24 Brewer Science Inc. Silicon hardmask layer for directed self-assembly
JP5827180B2 (ja) * 2012-06-18 2015-12-02 富士フイルム株式会社 インプリント用硬化性組成物と基板の密着用組成物およびこれを用いた半導体デバイス
US8796096B2 (en) * 2012-12-04 2014-08-05 International Business Machines Corporation Self-aligned double-gate graphene transistor
US8609481B1 (en) 2012-12-05 2013-12-17 International Business Machines Corporation Gate-all-around carbon nanotube transistor with selectively doped spacers
CN105264642B (zh) * 2013-04-03 2018-03-09 布鲁尔科技公司 用于定向自组装的嵌段共聚物中的高度耐蚀刻的聚合物嵌段
KR102364329B1 (ko) 2014-01-16 2022-02-17 브레우어 사이언스, 인코포레이션 유도 자가-조립용 하이-카이 블록 공중합체
JP6438838B2 (ja) * 2015-05-14 2018-12-19 アルプス電気株式会社 導電体層分離方法および回路体製造方法
CN107787520B (zh) * 2015-06-22 2022-04-05 布鲁尔科技公司 超平面化旋涂碳材料
US9768022B2 (en) * 2016-01-27 2017-09-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Advanced cross-linkable layer over a substrate
CN106856163A (zh) * 2016-11-22 2017-06-16 上海华力微电子有限公司 一种高深宽比图形结构的形成方法
US10163632B2 (en) 2016-12-15 2018-12-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Material composition and process for substrate modification
US10745282B2 (en) * 2017-06-08 2020-08-18 Applied Materials, Inc. Diamond-like carbon film
KR20190007942A (ko) * 2017-07-14 2019-01-23 코닝 인코포레이티드 다층 구조물 패터닝 방법
KR102403619B1 (ko) * 2017-09-18 2022-05-30 삼성전자주식회사 반도체 장치 및 그 제조 방법
US11972948B2 (en) * 2018-06-13 2024-04-30 Brewer Science, Inc. Adhesion layers for EUV lithography
US20210200091A1 (en) * 2019-12-31 2021-07-01 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Underlayer composition and method of manufacturing a semiconductor device
US20220041810A1 (en) * 2020-08-10 2022-02-10 Brewer Science, Inc. Soluble polyimides and diimides for spin-on carbon applications
CN112680052B (zh) * 2020-12-23 2022-06-28 上海飞凯材料科技股份有限公司 一种抗反射涂料组合物及其应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200949460A (en) * 2008-02-22 2009-12-01 Brewer Science Inc Dual-layer light-sensitive developer-soluble bottom anti-reflective coatings for 193-nm lithography

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5358601A (en) 1991-09-24 1994-10-25 Micron Technology, Inc. Process for isotropically etching semiconductor devices
US7261997B2 (en) 2002-01-17 2007-08-28 Brewer Science Inc. Spin bowl compatible polyamic acids/imides as wet developable polymer binders for anti-reflective coatings
US6872506B2 (en) 2002-06-25 2005-03-29 Brewer Science Inc. Wet-developable anti-reflective compositions
WO2005038878A2 (en) * 2003-10-15 2005-04-28 Brewer Science Inc. Developer-soluble materials and methods of using the same in via-first dual damascene applications
US20070207406A1 (en) 2004-04-29 2007-09-06 Guerrero Douglas J Anti-reflective coatings using vinyl ether crosslinkers
US20050255410A1 (en) 2004-04-29 2005-11-17 Guerrero Douglas J Anti-reflective coatings using vinyl ether crosslinkers
US7341939B2 (en) 2005-02-18 2008-03-11 Taiwan Semiconductor Maunfacturing Co., Ltd. Method for patterning micro features by using developable bottom anti-reflection coating
US7914974B2 (en) * 2006-08-18 2011-03-29 Brewer Science Inc. Anti-reflective imaging layer for multiple patterning process
WO2009018217A2 (en) 2007-07-30 2009-02-05 Brewer Science Inc. Non-covalently crosslinkable materials for photolithography processes
CN101842414B (zh) * 2007-10-30 2014-06-04 布鲁尔科技公司 可光成像的支化聚合物
US8053368B2 (en) 2008-03-26 2011-11-08 International Business Machines Corporation Method for removing residues from a patterned substrate
KR100953053B1 (ko) * 2008-08-01 2010-04-14 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법
US20100248487A1 (en) * 2009-03-03 2010-09-30 Lee Gene H Method and apparatus for elimination of micro-trenching during etching of a hardmask layer
US8313889B2 (en) 2009-04-01 2012-11-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Double patterning method using metallic compound mask layer

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200949460A (en) * 2008-02-22 2009-12-01 Brewer Science Inc Dual-layer light-sensitive developer-soluble bottom anti-reflective coatings for 193-nm lithography

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