使用聚合物共混物的定向自組裝形成具有亞光刻間距的特征的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了使用聚合物共混物的定向自組裝形成具有亞光刻間距的特征的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其包括：根據(jù)光刻工藝在布置在襯底上的光致抗蝕劑層中形成第一特征的第一圖案，光刻工藝具有最小可印制尺寸和最小可印制間距；在具有形成于其中的第一圖案的光致抗蝕劑層上涂覆附加層；在附加層中形成第二特征的第二圖案，第二特征與第一特征同心；以及蝕刻襯底的通過第二圖案而暴露的部分。此外，在所提供的方法中，第一特征包括被小于最小可印制特征的尺寸的距離所分隔的幾何特征，并且?guī)缀翁卣饕孕∮谧钚】捎≈崎g距的間距布置。
【專利說明】使用聚合物共混物的定向自組裝形成具有亞光刻間距的特 征的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及一種用于在半導(dǎo)體襯底等中形成以比光刻工藝的最小可印制間距更 短的間距布置的特征的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 光刻法（以下統(tǒng)稱為"光刻工藝"）是半導(dǎo)體器件制造中的使能技術(shù)（enabling technology)。許多市場因素和許多技術(shù)因素持續(xù)驅(qū)動著半導(dǎo)體制造商從一代到下一代去 制造具有更小尺寸的特征的器件。如此，半導(dǎo)體器件制造商致力于發(fā)展可以用來產(chǎn)生在大 小上比光刻工藝的最小可印制尺寸（MPD)更小的特征的工藝。
[0003] 光刻工藝的MH)是，在給定了在光刻工藝中所使用的光源的焦距、光能、波長和其 他參數(shù)的光致抗蝕劑層中，能夠被分辨的最小尺寸。在形成孔圖案的過程中，例如氟化氬 (ArF，波長λ= 193nm)浸沒式光刻工藝的最小可印制尺寸標稱上為50nm。如此，例如直 徑顯著地短于50nm的圓特征不能在利用了僅ArF浸沒式光刻工藝的光致抗蝕劑層中被分 辨。盡管直徑顯著地短于50nm的特征能夠使用超紫外（EUV)(λ= 13.5nm)光刻工藝來 實現(xiàn)，但是不像上述的ArF浸沒式光刻工藝，EUV并不適合于大批量制造。
[0004] 一種可以用來將特征的尺寸減小到光刻工藝比如ArF浸沒式光刻工藝的Mro之 下的常規(guī)技術(shù)是，跟隨在對光致抗蝕劑層圖案化的第一步驟之后使用定向自組裝（DSA) 層。DSA層由包括兩種不同的聚合物物種即親水性聚合物和疏水性聚合物的聚合物共混物 (polymer-blend)DSA所形成。
[0005] 在聚合物共混物DSA中，兩種聚合物物種中的一種具有對光致抗蝕劑層的親和性 而另一種沒有。這種對光致抗蝕劑有差別的親和性可以被有利地用來觸發(fā)將各個聚合物物 種約束在所期望的區(qū)域的自組裝工藝。在DSA的情形下，典型地使用DSA層的熱處理（或 循環(huán)）來激活自組裝工藝。
[0006] -旦使DSA層經(jīng)歷熱循環(huán)，對光致抗蝕劑親和性弱的聚合物物種會遠離有光致抗 蝕劑的區(qū)域而組裝，而對光致抗蝕劑層親和性強的聚合物物種接近光致抗蝕劑而組裝。跟 隨在熱循環(huán)之后，對光致抗蝕劑親和性弱的共聚物物種由濕法蝕刻或干法蝕刻工藝去除； 在任一種情況下，所使用的蝕刻劑都針對對光致抗蝕劑親和性強的物種具有高選擇性，由 此允許對光致抗蝕劑的親和性弱的物種的選擇性去除。
[0007] 圖IA?圖IF不出了任意光刻工藝的一個不例，該任意光刻工藝為了獲得直徑小 于該任意光刻工藝的MPD104的圓特征而帶有附加DSA工藝步驟。圖IA示出了其上布置 有光致抗蝕劑層102的半導(dǎo)體晶片100的頂視圖。沿著對稱線R-R'的半導(dǎo)體晶片100的 截面視圖在圖IB中示出。襯底101在半導(dǎo)體晶片100的截面視圖中示出。盡管為了方便 描述將襯底101假定為半導(dǎo)體材料，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易理解光致抗蝕劑層 102也可以涂覆在布置在襯底101上的層疊體的頂層；這樣的層疊體可以是例如電介質(zhì)層 疊體?？蛇x地，光致抗蝕劑層102也可以涂覆在設(shè)置在襯底101上的單層。
[0008] 如圖IA所示，在光致抗蝕劑層102內(nèi)形成圖案（為了清楚省略了形成圖案的光致 抗蝕劑層102的涂覆、曝光和顯影的步驟）。特征103a、103b和103c是沿著對稱線R-R'排 列的孔，并且它們是直徑等于該任意光刻工藝的MPD104的圓。此外，特征103以該任意光 刻工藝的最小可印制間距（MPP)布置（MPP在稍后描述）。
[0009] 圖IC示出了在激活自組裝工藝的熱循環(huán)之后并且在選擇性蝕刻對光致抗蝕劑層 102親和性弱的聚合物物種之后的、具有涂覆有DSA層106的經(jīng)圖案化的光致抗蝕劑層102 的半導(dǎo)體晶片100的頂視圖。DSA工藝步驟有效地形成分別與特征103a、103b和103c同心 的特征107a、107b和107c。圖IC的沿著R-R'線的對應(yīng)的截面視圖在圖ID中示出。盡管 在圖ID中未示出，但是DSA層106可以形成在由特征103所形成的孔的底部并且可以保留 在由特征103所形成的孔的底部。
[0010] 形成在DSA層106中的圖案可以接著經(jīng)由濕法或干法蝕刻工藝而轉(zhuǎn)移到襯底101 中，其中蝕刻劑對襯底101比對DSA層106具有更高選擇性。從蝕刻工藝所得到的結(jié)構(gòu)（在 對DSA層106和下面的光致抗蝕劑層102的襯底進行剝離之后）在圖IE(頂視圖）和圖 IF(沿著R-R'的截面視圖）示出。如圖IE可見，特征107a、107b和107c各個具有小于MPD 104的直徑。
[0011] 盡管如上所述，可以利用帶有附加的DSA步驟的常規(guī)光刻工藝來獲得在大小上小 于MPD104的特征，但是并不知道如何使用這兩種技術(shù)來產(chǎn)生以比使用最多一個光致抗蝕 劑圖案化步驟的光刻工藝的最小可印制間距更短的間距而布置的特征。最小可印制間距 (MPP)可以被描述為從其中每個都具有等于MPD的尺寸的兩個相鄰特征的中心到中心所測 量的距離。如圖IE所示，盡管特征107在直徑上小于MPD104,但是特征107仍以MPP105 布置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的一個或更多個實施方式涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法。該制造方法包 括在半導(dǎo)體襯底等中形成特征，其中所形成的特征具有小于光刻工藝的最小可印制尺寸的 尺寸；以高密度圖案在半導(dǎo)體襯底等中形成特征，其中所形成的特征具有小于光刻工藝的 最小可印制尺寸的尺寸并且在至少一個參考方向上以亞光刻間距布置。
[0013] 根據(jù)另一個實施方式，提供了一種方法，其包括：根據(jù)光刻工藝在布置在襯底上的 光致抗蝕劑層中形成第一特征的第一圖案，光刻工藝具有最小可印制尺寸和最小可印制間 距；在具有形成于其中的第一圖案的光致抗蝕劑層上涂覆附加層；在附加層中形成第二特 征的第二圖案，第二特征與第一特征同心；蝕刻襯底的通過第二圖案而暴露的部分。此外， 在所提供的方法中，第一特征包括被短于最小可印制特征的尺寸的距離所分隔的幾何特 征，并且所述幾何特征以短于最小可印制間距的間距布置。此外，在所提供的方法中，幾何 特征在面積上大于具有最小可印制尺寸作為直徑的圓的面積，并且?guī)缀翁卣鳚M足光刻工藝 的工藝窗口。
[0014] 根據(jù)又一個實施方式，提供一種方法，其包括：根據(jù)光刻工藝在布置在襯底上的第 一光致抗蝕劑層中形成第一特征的第一圖案，光刻工藝具有最小可印制尺寸和最小可印制 間距；在具有形成于其中的第一圖案的第一光致抗蝕劑層上涂覆附加層；在附加層中形成 第二特征的第二圖案，第二特征與第一特征同心；蝕刻經(jīng)由第二圖案而暴露的襯底的部分； 并且對襯底進行剝離。
[0015] 跟隨在對襯底進行剝離之后，該方法包括：在襯底上涂覆第二光致抗蝕劑層并且 在所述第二光致抗蝕劑層中形成第三特征的第三圖案，第三圖案是第一圖案的平移版本； 在具有形成于其中的第三圖案的第二光致抗蝕劑層上涂覆第三層；在第三層中形成第四特 征的第四圖案，第四特征與第三特征同心；蝕刻襯底的通過第四圖案而暴露的部分。
[0016] 此外，在所提供的方法中，第一特征和第三特征包括被短于最小可印制尺寸的距 離所分隔的幾何特征，并且所述幾何特征以短于最小可印制間距的間距布置。
[0017] 此外，在所提供的方法中，幾何特征在面積上大于具有最小可印制尺寸作為直徑 的圓的面積，并且?guī)缀翁卣鳚M足光刻工藝的工藝窗口。
[0018] 參考以下說明和權(quán)利要求，這些及其他特征、方面、以及優(yōu)點將變得被更好地理 解。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 包括在此并且構(gòu)成本說明書的一部分的附圖列舉了示例實施方式，并且與說明一 起用來解釋和例示發(fā)明的各個原理、方面和特征。
[0020] 圖IA示出了具有布置于其上的光致抗蝕劑層的半導(dǎo)體晶片的頂視圖。
[0021] 圖IB示出了圖IA的常規(guī)半導(dǎo)體晶片的截面視圖。
[0022] 圖IC示出了已經(jīng)在經(jīng)圖案化的光致抗蝕劑層上布置了DSA層的圖IA的常規(guī)半導(dǎo) 體晶片的頂視圖，跟隨在熱激活之后該DSA層被圖案化。
[0023] 圖ID是圖IC的常規(guī)半導(dǎo)體晶片的截面視圖。
[0024] 圖IE是跟隨在經(jīng)由經(jīng)圖案化的DSA層的圖案轉(zhuǎn)移之后的圖ID的常規(guī)半導(dǎo)體晶片 的頂視圖。
[0025] 圖IF是圖IE的常規(guī)半導(dǎo)體晶片的截面視圖。
[0026] 圖2A是包括直徑等于MPD并且以等于MPP的間距布置的圓特征的圖案。
[0027] 圖2B是包括直徑大于MPD并且以長于MPP的間距布置的圓特征的圖案。
[0028] 圖2C是包括直徑等于MPD并且以短于MPP的間距布置的圓特征的圖案。
[0029] 圖3A示出了直徑等于MPD并且以光刻工藝的MPP布置的測試特征。
[0030] 圖3B示出了當前發(fā)明的第一實施方式，其中滿足了光刻工藝的工藝窗口。
[0031] 圖4A示出了當前發(fā)明的第二實施方式，其中半導(dǎo)體晶片具有布置于其上的經(jīng)圖 案化的光致抗蝕劑層。
[0032] 圖4B示出了圖4A的半導(dǎo)體晶片的截面視圖。
[0033] 圖4C示出了已經(jīng)在經(jīng)圖案化的光致抗蝕劑層上布置了DSA層的圖4A的常規(guī)半導(dǎo) 體晶片的頂視圖，跟隨在熱激活之后該DSA層被圖案化。
[0034] 圖4D示出了圖4C的半導(dǎo)體晶片的截面視圖。
[0035] 圖4E示出了跟隨在經(jīng)由經(jīng)圖案化的DSA層的圖案轉(zhuǎn)移之后的圖4D的半導(dǎo)體晶片 的頂視圖。
[0036] 圖4F是圖4E的半導(dǎo)體晶片的截面視圖。
[0037] 圖5A示出了當前發(fā)明的第三實施方式，其中已經(jīng)在半導(dǎo)體晶片上布置了經(jīng)圖案 化的光致抗蝕劑層。
[0038] 圖5B示出了已經(jīng)在經(jīng)圖案化的光致抗蝕劑層上布置了DSA層的圖5A的常規(guī)半導(dǎo) 體晶片的頂視圖，跟隨在熱激活之后該DSA層被圖案化。
[0039] 圖5C示出了已經(jīng)在其上布置了光致抗蝕劑層的圖5B的半導(dǎo)體晶片的頂視圖，跟 隨其后，經(jīng)由DSA層掩膜將圖案轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體晶片中。
[0040] 圖示出了已經(jīng)在其上布置了經(jīng)圖案化的光致抗蝕劑層的圖5C的半導(dǎo)體晶片的 頂視圖。
[0041] 圖5E示出了已經(jīng)在經(jīng)圖案化的光致抗蝕劑層上布置了DSA層的圖的半導(dǎo)體晶 片的頂視圖，跟隨在熱激活之后該DSA層被圖案化。
[0042] 圖5F示出了跟隨在經(jīng)由DSA層掩膜將圖案轉(zhuǎn)移到晶片中之后并且跟隨在剝離DSA 層和光致抗蝕劑之后的圖5F的半導(dǎo)體的頂視圖。

【具體實施方式】
[0043] 在下面的詳細描述中，將對附圖進行參考，在附圖中相同的功能要素用類似的數(shù) 字標注。上述附圖是以例示的方式而不是以限定的方式示出與發(fā)明的原理一致的具體的實 施方式和實現(xiàn)方式。這些實施方式和實現(xiàn)方式被充分詳細地描述以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠 實施本發(fā)明，并且應(yīng)該理解，可以在不偏離本發(fā)明的范圍和實質(zhì)的情況下采用其他實施方 式和實現(xiàn)方式以及進行結(jié)構(gòu)改變和/或各種要素的替代。因此，這里所描述的方法、技術(shù) 和器件的各種變更方式、修改方式、以及等同方式對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。此 夕卜，為了更加清楚和簡明可能省略公知的工藝步驟和材料的描述。
[0044] 圖2A至圖2C例示了在光刻處理中所使用的若干測試特征200,該測試特征相對 于彼此按相對比例尺寸示出。下面的論述涉及哪些測試特征滿足具有特定MPD(圖2A中的 204)和特定MPP(圖2A中的205)的光刻工藝的工藝窗口。光刻工藝的工藝窗口是工藝參 數(shù)的值集合，用于制造在預(yù)設(shè)的尺寸公差內(nèi)的半導(dǎo)體器件以保證在所需的規(guī)格下的適當操 作的。例如，工藝窗口可以是允許特征在某一公差范圍內(nèi)再現(xiàn)的焦點和曝光劑量的集合。盡 管工藝窗口被描述為取決于焦點和曝光劑量，但是其他變量也可以影響工藝窗口。
[0045] 圖2A例示了第一測試特征201和第二測試特征202,其中，各個測試特征是圓形 的且具有等于MPD204的直徑，并且測試特征201和測試特征202以等于MPP205的間距 布置。對于ArF浸沒式光刻工藝，MPD204等于50nm，MPP205等于90nm，并且分隔距離 (SD) 203即第一測試特征201與第二測試特征202的分隔距離等于40nm。于是，測試特征 201和測試特征202滿足ArF浸沒式光刻工藝的工藝窗口，因為測試特征201和測試特征 202均至少以ArF浸沒式光刻工藝的MPP布置并且這些特征具有在大小上至少等于ArF浸 沒式光刻工藝的MPD的直徑。
[0046] 類似地，圖2B也例示了一種滿足ArF浸沒式光刻工藝的工藝窗口的情況。即，在 圖2B中，第一測試特征206和第二測試特征207各個具有大于MPD204的直徑，并且測試 特征206和測試特征207以大于MPP205的間距布置。換言之，除非測試特征206和測試 特征207合并，否則盡管SD208短于SD203,但是尺寸209、間距210仍會大于圖2A所示 的臨界值。
[0047] 相反，圖2C示出了一種不滿足工藝窗口的情況。在圖2C中，盡管測試特征216和 217具有等于MPD204的直徑，但是間距220短于MPP205。如此，不滿足光刻的工藝窗口。
[0048] 圖3A和圖3B按相對比例尺寸示出。圖3A示出了滿足工藝窗口的具有圓形形狀 的常規(guī)特征301和302,這些常規(guī)特征以最小可印制間距MPP305布置并且具有MPD304。 另外，圖3B示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有橢圓形狀的特征306和307。
[0049] 特征306和307滿足工藝窗口，因為如在圖3A和圖3B中由堅直虛線所示，特征306 和307以短于的MPP305 (圖3A中）的間距308布置，并且特征306和307各個在面積上大 于直徑為MPD304的圓的面積并且以短于SD303的距離311布置。例如，在ArF浸沒式光 刻工藝中，特征301和302的面積為625π(例如301 = 302 = 25X25Xπ= 625π)。在 ArF浸沒式光刻工藝中，特征306和307的面積為1035π(例如306 = 307 = 23X45Xπ =1035 3〇,這大于特征301和302的面積。特征的面積越大，越容易滿足工藝窗口。即，只 要工藝窗口具有大于或等于以MPP布置并且具有MPD的圓形形狀的面積的面積，便滿足工 藝窗口。在該示例中，1035π大于625π，因而滿足工藝窗口。
[0050] 此外，特征306和307包括長軸310和短軸309,長軸310顯著地長于短軸309,以 形成橢圓。例如，在圖3B中，對于長軸310 = 90nm，短軸309 = 46nm，并且間距308 = 76 nm，滿足ArF浸沒式光刻工藝的工藝窗口（即MPD304 = 50nm且MPP305 = 90nm)。表 1示出了所找到的滿足工藝窗口的具有橢圓形特征的常規(guī)圓特征的尺寸。
[0051] 盡管本發(fā)明的當前實施方式是在ArF浸沒式光刻工藝的情形下進行論述的，但應(yīng) 該注意本公開不限于這樣的工藝。例如，可以使用其他光刻工藝例如氟化氪（KrF)光刻工 藝（λ= 248nm)、干法ArF(λ= 193nm)光刻工藝、或者超紫外（EUV)(λ= 13. 5nm)光 刻工藝。此外，應(yīng)該注意，盡管圖3B例示了橢圓的特征，但是本公開并不限于這樣的幾何形 狀。換言之，相對于最小可印制間距并且相對于最小可印制尺寸滿足短軸和長軸的尺寸關(guān) 系的幾何形狀也在本公開的范圍內(nèi)。如下面的表1所描述，橢圓特征具有顯著地長于短軸 的長軸。
[0052] 表 1

【權(quán)利要求】
1. 一種半導(dǎo)體器件的制造方法，所述制造方法包括： 根據(jù)光刻工藝，在布置在襯底上的光致抗蝕劑層中形成第一特征的第一圖案，所述光 刻工藝具有最小可印制尺寸和最小可印制間距； 在具有形成于其中的所述第一圖案的所述光致抗蝕劑層上涂覆附加層； 在所述附加層中形成第二特征的第二圖案，所述第二特征與所述第一特征同也；W及 蝕刻所述襯底的通過所述第二圖案而暴露的部分， 所述第一特征包括被小于所述最小可印制尺寸的距離所分隔的幾何特征，并且所述幾 何特征W小于所述最小可印制間距的間距布置。
2. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，所述幾何特征具有大于具有所 述最小可印制尺寸作為直徑的圓的面積的面積。
3. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，所述幾何特征滿足所述光刻工 藝的工藝窗口。
4. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，所述第一特征是具有長軸和短 軸的楠圓，所述長軸長于所述短軸，并且其中所述第二特征是圓。
5. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，所述附加層是定向自組裝值SA) 層，所述DSA層包括共混物DSA。
6. 如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，所述第二圖案是通過將所述DSA 層熱激活并且隨后將所述DSA層圖案化而形成的。
7. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，分隔所述幾何特征的所述距離 小于50納米（nm)，并且布置所述幾何特征的所述間距小于90 nm。
8. 如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，所述光刻工藝是氣化氮（Ar巧浸 沒式光刻工藝。
9. 一種半導(dǎo)體器件的制造方法，所述方法包括： 根據(jù)光刻工藝，在布置在襯底上的第一光致抗蝕劑層中形成第一特征的第一圖案，所 述光刻工藝具有最小可印制尺寸和最小可印制間距； 在具有形成于其中的所述第一圖案的所述第一光致抗蝕劑層上涂覆附加層； 在所述附加層中形成第二特征的第二圖案，所述第二特征與所述第一特征同也； 蝕刻所述襯底的通過所述第二圖案而暴露的部分； 對所述襯底進行剝離； 在所述襯底上涂覆第二光致抗蝕劑層，并且在所述第二光致抗蝕劑層中形成第H特征 的第H圖案，所述第H圖案是所述第一圖案的平移版本； 在具有形成于其中的所述第H圖案的所述第二光致抗蝕劑層上涂覆第H層； 在所述第H層中形成第四特征的第四圖案，所述第四特征與所述第H特征同也；并且 蝕刻所述襯底的通過所述第四圖案而暴露的部分；并且 所述第一特征和所述第H特征包括被小于所述最小可印制尺寸的距離所分隔的幾何 特征，并且所述幾何特征W小于所述最小可印制間距的間距布置。
10. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，所述幾何特征具有大于具有所 述最小可印制尺寸作為直徑的圓的面積的面積。
11. 如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，所述幾何特征滿足所述光刻 工藝的工藝窗口。
12. 如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，所述第一特征和所述第H特 征是具有長軸和短軸的楠圓，所述長軸長于所述短軸，并且所述第二特征和所述第四特征 是圓。
13. 如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，所述附加層是定向自組裝 值SA)層，所述DSA層包括聚合物共混物DSA。
14. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，所述第二圖案和所述第四圖 案中的一個是通過將所述DSA層熱激活并且隨后將所述DSA層圖案化而形成的。
15. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，分隔兩個所述幾何特征的所述 距離小于50納米（nm)，并且布置兩個所述幾何特征的所述間距小于90 nm。
16. 如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，所述光刻工藝是氣化氮（Ar巧 浸沒式光刻工藝。
【文檔編號】H01L21/306GK104347388SQ201410355996
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月25日
【發(fā)明者】松井良憲 申請人:瑞薩電子株式會社