專利名稱：將自組裝納米結構圖案化及形成多孔電介質(zhì)的方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及集成電路(IC)芯片制造，且更具體而言，涉及將用于形 成多孔電介質(zhì)的自組裝納米結構圖案化的方法及形成該多孔電介質(zhì)的方法。
背景技術：
在集成電路(IC)芯片制造工業(yè)中，后段工藝(BEOL)互連已是改進的目標 以使電路延遲最小化。 一種減少電路延遲的方法是從常規(guī)的二氧化硅(Si02) 電介質(zhì)(介電常數(shù)(k)約為3.9)轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅艿?k材料(1(<3.0)，例如氫化碳氧化 硅(SiCOH)。對于進一步的性能改進，需要減少更多的寄生電容(例如，k<2.5) 以用于高速電路。降低寄生電容可用新的多孔低-k電介質(zhì)，例如自組裝納米結構實現(xiàn)。然 而，與較致密的電介質(zhì)相比，大多數(shù)多孔材料具有相對弱的機械性能。用其 它方法進行多孔低-k電介質(zhì)的集成也提出了挑戰(zhàn)。例如，常規(guī)的化學機械拋 光(CMP)通常用于使材料平坦化。然而，CMP相對于拋光多孔低-k電介質(zhì)存 在許多困難。在另一例子中，常規(guī)的擴散阻擋層的物理氣相沉積(PVD)不能 充分地填滿孔并覆蓋多孔電介質(zhì)的表面。一種解決以上問題的方法是以物理方式將自組裝納米結構從層間介電 (ILD)層移除。如圖1-3中所示，通常，將由聚苯乙烯(PS)和聚(曱基丙烯酸曱 酯)(PMMA)組成的共聚物混合物10涂覆到表面12上，例如在硬掩模14上， 硬掩模14在硅基板18上的介電下層l6 (例如，旋涂(spin-on)有機聚合物)上。 如圖2中所示，退火引起該嵌段組分的微相分離，導致PS嵌段聚合物20重 排以形成散布有PMMA柱22的矩形圖案。然后通過濕法或干法蝕刻選^^性 地除去PMMA柱22，這也使硬掩模14圖案化，硬掩模14隨后用于形成多 孔電介質(zhì)24(圖6-7)。如圖3中所示，區(qū)域26可通過在PS20和PMMA22之 上的常規(guī)的經(jīng)圖案化的光刻膠28進行保護而免于被移除。不幸的是，如圖 4-5中所示，在從PS20除去PMMA2Z的等離子體工藝中(圖6-7)，光刻膠28 沉積回到PS20之上，妨礙PMMA22的移除和/或填充孔30。圖5顯示圖4的頂視圖。因此，如圖6-7中所示，硬掩模14中的圖案以及由此的多孔電 介質(zhì)24會是不均勻的，這降低了性能改進的程度。發(fā)明內(nèi)容公開了將自組裝納米結構圖案化及形成多孔電介質(zhì)的方法。 一方面，該 方法包括在下層(underlying layer)上提供硬掩模；用光刻膠在該硬掩模上預限 定待在圖案化過程中進行保護的區(qū)域；在該硬掩模及該光刻膠上形成共聚物 層；由該共聚物形成自組裝納米結構；以及蝕刻以將該自組裝納米結構圖案化。本發(fā)明的第一個方面提供一種將使用共聚物形成的自組裝納米結構圖 案化的方法，該方法包括在下層上提供硬掩模；用光刻膠在該硬掩模上預 限定待在該圖案化過程中進行保護的區(qū)域；在該硬掩模及該光刻膠上形成共 聚物層；由該共聚物形成自組裝納米結構；以及蝕刻以將該自組裝納米結構 圖案化。本發(fā)明的第二個方面提供一種形成多孔介電層的方法，該方法包括在 下面的介電層上提供硬掩模；用光刻膠在該硬掩模上預限定待在圖案化過程 中進行保護的區(qū)域；在該硬掩模及該光刻膠上形成自組裝二嵌段共聚物層； 由該自組裝二嵌段共聚物形成自組裝納米結構；蝕刻以將該自組裝納米結構 圖案化并將該硬掩模圖案化；除去該自組裝納米結構及該光刻膠；以及使用 該硬掩模進行蝕刻以將下面的介電層圖案化。本發(fā)明的第三個方面提供一種形成多孔介電層的方法，該方法包括在 下面的介電層上提供硬掩模；用光刻膠在該硬掩模上預限定待在圖案化過程 中進行保護的區(qū)域；在該硬掩模及該光刻膠上形成自組裝二嵌段共聚物層， 該光刻膠不溶于該二嵌段共聚物；退火以引起該自組裝二嵌段共聚物的微相 分離以形成自組裝納米結構；蝕刻以將該自組裝納米結構圖案化和將該硬掩 模圖案化；除去該自組裝納米結構及該光刻膠；以及使用該硬掩模進行蝕刻 以將下面的介電層圖案化。本發(fā)明的說明性方面意在解決本文中所描述的問題和/或其它未討論的 問題。


結合描繪本發(fā)明的各種實施方式的附圖，從以下對本發(fā)明的各方面的詳細描述，本發(fā)明的這些和其它特征將更易理解，其中 圖l-7顯示常規(guī)的圖案化和多孔電介質(zhì)形成方法。圖8-15顯示根據(jù)本發(fā)明的將自組裝納米結構圖案化和形成多孔電介質(zhì) 的方法的實施方式。應注意，本發(fā)明的附圖不是按比例的。附圖僅意在描繪本發(fā)明的典型方 面，并且因此不應被認為是限制本發(fā)明的范圍。在附圖中，各附圖之間的相 同的附圖標記表示相同的要素。
具體實施方式
圖8-15顯示根據(jù)本發(fā)明的將自組裝納米結構圖案化和形成多孔電介質(zhì) 的方法的實施方式。圖8顯示在下層116上提供硬掩模114,下層116可包 括待形成為多孔電介質(zhì)的電介質(zhì)。下層116可包括可轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗫捉殡姴牧系?任何現(xiàn)在已知的或后來開發(fā)出的介電材料或低介電常數(shù)(低-k)材料(k〈3.9)。 例如，下面的介電層116可為旋涂有機聚合物、氬化碳氧化硅(SiCOH)、氮 化硅(Si]N4)、 二氧化硅(Si02)、 SiLK⑧(由Dow Chemical Co" Midland, Mich 制造)?？稍诨?18，例如，在其上使用多孔電介質(zhì)的硅基板或其它集成電 路(IC)芯片層上形成下層116。圖8還顯示用光刻膠128在硬掩模114上預限定待在(隨后的)圖案化過 程中進行保護的區(qū)域126。光刻膠128不溶于自組裝二嵌段共聚物IIO(圖9), 使得當共聚物IIO(圖9)在光刻膠128上形成時，光刻膠128不受損害。另外, 光刻膠128必須能夠經(jīng)受住對共聚物110的退火而不變形，并且必須能夠經(jīng) 受住用于待從得自共聚物110的自組裝納米結構除去的材料的蝕刻溶劑。對 于后一要求，光刻膠128可不溶于，例如，丙二醇曱基醚乙酸酯(PGMEA)。圖9顯示在硬掩模114和光刻膠128上形成共聚物110層。共聚物110 可使用任何現(xiàn)在已知的或后來的沉積技術形成，例如，化學氣相沉積(CVD)、 低壓CVD(LPCVD)、等離子體增強CVD(PECVD)、半大氣壓 CVD(semi-a加osphere CVD， SACVD)以及高密度等離子體CVD(HDPCVD)、 快速熱CVD(RTCVD)、超高真空CVD(UHVCVD)、受限制的反應處理 CVD(limited reaction processing CVD, LRPCVD)、金屬有機CVD(MOCVD)、 減射沉積、離子束沉積、電子束沉積、激光輔助沉積、旋涂法、物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)、化學氧化、分子束外延(MBE)、電鍍和蒸發(fā)。 共聚物110可包括任何現(xiàn)在已知的和后來開發(fā)的自組裝二嵌段共聚物，例如， 聚笨乙烯-b-聚曱基丙烯酸曱酯(PS-b-PMMA)、聚苯乙晞-b-聚異戊二烯 (PS-b-PI)、聚笨乙烯-b-聚丁二烯(PS-b-PBD)、聚苯乙烯-b-聚乙烯基吡口定 (PS-b-PVP)、聚苯乙烯-b-聚氧化乙烯(PS-b-PEO)、聚苯乙烯-b-聚乙烯 (PS-b-PE)、聚苯乙烯-b-聚有機硅酸酯(PS-b-POS)、聚苯乙烯-b-聚二茂鐵基二 曱基硅烷(PS-b-PFS)、聚氧化乙烯-b-聚異戊二烯(PEO-b-PI)、聚氧化乙烯-b-聚丁二烯(PEO-b-PBD)、聚氧化乙烯-b-聚曱基丙烯酸曱酯(PEO-b-PMMA)、 聚氧化乙烯-b-聚乙基乙烯(PEO-b-PEE)、聚丁二烯-b-聚乙烯基吡啶 (PBD-b-PVP)和聚異戊二烯-b-聚曱基丙烯酸甲酯(PI-b-PMMA)?；蛘?，還可 使用三嵌段共聚物。為了簡短起見，本文中將描述使用聚笨乙烯-b-聚甲基丙 烯酸曱酯(PS-b-PMMA)。應理解，本發(fā)明的教導可應用于所列出的其它共聚 物。圖10-11顯示從共聚物IIO(圖9)形成自組裝納米結構129。在一個實施 方式中，該方法包括退火(例如，在約200。C下)以使得共聚物IIO(圖9)微相 分離成聚苯乙烯120和PMMA122柱。圖11顯示圖10的頂視圖，其說明 PMMA柱122中的一些是如何不會在光刻膠128上形成的。盡管PMMA柱 22和所得孔130、 132(圖12-15)是以基本上均勻分布的方式示出的，但是應 理解，該分布可以不像圖解的那樣分布得那么完美。圖12-13顯示蝕刻以將自組裝納米結構129圖案化。蝕刻可使用上述的 光刻膠128不溶于其中的溶劑的任何一種，例如，PGMEA。如所示出的， 該蝕刻通過從聚苯乙烯120除去PMMA柱122(圖10-ll)剩下孔130而將自 組裝納米結構129圖案化。光刻膠128上的孔130至多僅部分地穿透光刻膠 128,同時硬掩模114上的孔130延伸穿過硬掩模114以將之圖案化，即， 它們穿透至下層116。由于光刻膠128不溶于該蝕刻溶劑，因此它不沉積回 到PMMA 122之上(圖10-11)，因此孔130的完整分布被轉(zhuǎn)移到硬掩模114 上。圖14-15顯示通過除去光刻膠128(圖12-13)并使用硬掩模114進行蝕刻 以使下層116圖案化而將下層116圖案化，即，在硬掩模114中使孔130延 伸以在下層116中形成孔132以使得下層116是多孔的。該蝕刻可包括使用 任何現(xiàn)在已知的或后來開發(fā)的用于移除下層116的蝕刻方法，例如反應性離子蝕刻(p正:)或濕法蝕刻。將上述方法用在集成電路芯片的制造中。所得集成電路芯片可由制造者 以未加工的晶片的形式(即，作為具有多個未封裝的芯片的單個晶片)、作為 棵芯片、或以經(jīng)過封裝的形式進行配置。在后一種情況中，將芯片安裝在單芯片封裝(package)(例如具有鉛的塑料載體，鉛附在母板或其它更高層的載體 上)或多芯片封裝(例如具有一個或兩個表面互連或嵌入(buried)互連的陶乾 載體)中。在任何情況中，隨后將芯片與其它芯片、離散的電路元件、和/或 其它信號處理器件集成作為半成品(例如母板)或成品的一部分。成品可為包 括集成電路芯片的任何產(chǎn)品，該產(chǎn)品的范圍為從玩具和其它低端應用到具有 顯示器、鍵盤或其它輸入設備、以及中央處理器的高級計算機產(chǎn)品。已呈現(xiàn)了以上對本發(fā)明的各方面的描述以用于說明和描述目的。不打算 進行窮舉或限制本發(fā)明為被公開的精確形式，并且顯然可以進行許多改進和 變化。意圖將這樣的對本領域技術人員可為明顯的改進和變化包括在由所附 權利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種將使用共聚物形成的自組裝納米結構圖案化的方法，所述方法包括在下層上提供硬掩模；用光刻膠在所述硬掩模上預限定待在所述圖案化過程中進行保護的區(qū)域；在所述硬掩模和所述光刻膠上形成所述共聚物層；由所述共聚物形成自組裝納米結構；和蝕刻以將所述自組裝納米結構圖案化。
2. 權利要求l的方法，其中所述光刻膠不溶于所述共聚物。
3. 權利要求I的方法，其中所述光刻膠不溶于在所述蝕刻以將所述 自組裝納米結構圖案化的過程中所使用的溶劑。
4. 權利要求3的方法，其中所述溶劑包括丙二醇曱基醚乙酸酯 (PGMEA)。
5. 權利要求1的方法，其中所述自組裝納米結構的形成包括退火以 引起所述共聚物的微相分離。
6. 權利要求5的方法，其中所述自組裝納米結構包括在其中具有聚 (曱基丙烯酸曱酯)(PMMA)柱的聚苯乙烯，并且其中所述蝕刻以將所述自 組裝納米結構圖案化包括從所述聚苯乙烯除去所述PMMA柱。
7. 權利要求1的方法，進一步包括通過除去所述光刻膠并使用所述硬掩模進行蝕刻以圖案化所述下層而將所述下層圖案化。
8. 權利要求l的方法，其中所述下層包括電介質(zhì)。
9. 一種形成多孔介電層的方法，所述方法包括 在下面的介電層上提供硬掩模；用光刻膠在所述硬掩模上預限定待在圖案化過程中進行保護的區(qū)域； 在所述硬掩模和所述光刻膠上形成自組裝二嵌段共聚物層； 由所述自組裝二嵌段共聚物形成自組裝納米結構；蝕刻以將所述自組裝納米結構圖案化和將所述硬掩模圖案化；除去所述自組裝納米結構和所述光刻膠；和使用所述硬掩模進行蝕刻以將下面的介電層圖案化。
10. 權利要求9的方法，其中所述光刻膠不溶于所述二嵌段共聚物。
11. 權利要求9的方法，其中所述光刻膠不溶于在所述蝕刻以將所述 自組裝納米結構圖案化的過程中使用的溶劑。
12. 權利要求11的方法，其中所述溶劑包括丙二醇曱基醚乙酸酯 (PGMEA)。
13. 權利要求9的方法，其中所述光刻膠包括經(jīng)交聯(lián)的材料。
14. 權利要求9的方法，其中所述自組裝納米結構的形成包括退火以 引起所述自組裝二嵌段共聚物的微相分離。
15. 權利要求14的方法，其中所述自組裝納米結構包括其中具有聚 (曱基丙烯酸曱酯)(PMMA)柱的聚苯乙烯，并且其中所述蝕刻以將所述自 組裝納米結構圖案化包括從所述聚苯乙烯除去所述PMMA柱。
16. 權利要求9的方法，進一步包括通過除去所述光刻膠并使用所述硬掩模進行蝕刻以圖案化所述下面的介電層而將所述下層圖案化。
17. —種形成多孔介電層的方法，所述方法包括 在下面的介電層上提供硬掩模；用光刻膠在所述硬掩模上預限定待在圖案化過程中進行保護的區(qū)域； 在所述硬掩模和所述光刻膠上形成自組裝二嵌段共聚物層，所述光刻膠不溶于所述二嵌段共聚物；退火以引起所述自組裝二嵌段共聚物的微相分離以形成自組裝納米結構；蝕刻以將所述自組裝納米結構圖案化和將所述硬掩模圖案化；除去所述自組裝納米結構和所述光刻膠；和使用所述硬掩模進行蝕刻以將下面的介電層圖案化。
18. 權利要求17的方法，其中所述光刻膠不溶于在所述蝕刻以將所 述自組裝納米結構圖案化的過程中所使用的溶劑。
19. 權利要求18的方法，其中所述溶劑包括丙二醇曱基醚乙酸酯(I)GMEA)。
20.權利要求17的方法，其中所述自組裝納米結構包括其中具有聚 (曱基丙烯酸曱酯)(PMMA)柱的聚笨乙烯，并且其中所述蝕刻以將所述自 組裝納米結構圖案化包括從所述聚苯乙烯除去所述PMMA柱。
全文摘要
公開了將自組裝納米結構圖案化和形成多孔電介質(zhì)的方法。一方面，該方法包括在下層上提供硬掩模；用光刻膠在該硬掩模上預限定待在圖案化過程中進行保護的區(qū)域；在該硬掩模及該光刻膠上形成共聚物層；由該共聚物形成自組裝納米結構；以及蝕刻以將該自組裝納米結構圖案化。
文檔編號H01L21/768GK101335190SQ200810128529
公開日2008年12月31日 申請日期2008年6月19日 優(yōu)先權日2007年6月27日
發(fā)明者李偉健, 楊海寧, 陳光榮 申請人:國際商業(yè)機器公司