CN117080159A - 特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构及其制备方法 - Google Patents
特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117080159A CN117080159A CN202311042499.8A CN202311042499A CN117080159A CN 117080159 A CN117080159 A CN 117080159A CN 202311042499 A CN202311042499 A CN 202311042499A CN 117080159 A CN117080159 A CN 117080159A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- contact hole
- pattern structure
- film layer
- layer
- hole pattern
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 title claims abstract description 30
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 83
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 66
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 55
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 54
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 54
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 49
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 48
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims abstract description 39
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 24
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 23
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 claims description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 19
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 12
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 claims description 11
- 238000001459 lithography Methods 0.000 claims description 11
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims description 10
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 9
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 8
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 7
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims description 7
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims description 7
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 claims description 6
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 claims description 6
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 3
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 claims description 3
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 3
- 238000000277 atomic layer chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 169
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 10
- 238000011161 development Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 5
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 4
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004634 thermosetting polymer Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
- H01L21/76877—Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
- G03F7/40—Treatment after imagewise removal, e.g. baking
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
- H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
- H01L23/5226—Via connections in a multilevel interconnection structure
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
本公开提供一种特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构及其制备方法，包括：S1，制备超分辨光刻结构，超分辨光刻结构自下而上至少依次包括基底、底部抗反射层、含硅抗反射层、反射金属膜层和感光膜层；S2，对感光膜层进行曝光显影，得到接触孔光刻图形结构；S3，在S2所得的感光膜层上涂覆化学收缩材料，并进行烘烤、显影，化学收缩材料交联沉积至接触孔光刻图形结构的侧壁中，形成收缩的接触孔图形结构；S4，依次刻蚀反射金属膜层、含硅抗反射层和底部抗反射层，将收缩的接触孔图形结构传递至底部抗反射层，得到特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构。本公开能够有效缩小高分辨率接触孔光刻图形的特征尺寸。
Description
技术领域
本公开涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构及其制备方法。
背景技术
随着集成电路制造技术的不断发展，为了提高集成电路的集成度，同时提升器件的工作速度和降低它的功耗，器件的关键尺寸也不断缩小，相应的与器件各层之间相连的接触孔大小也越来越小。但是，随着接触孔尺寸的减小，接触孔尺寸的控制难度越来越大，尤其是接触孔特征尺寸低于100nm后，这对接触孔的光刻工艺提出了极大的挑战。
在光刻技术中，由于光的衍射现象，接触孔曝光图形的特征尺寸往往超过设计的尺寸要求，这就为器件的性能带来了巨大的影响。常见的改善接触孔光刻图形大小的方法可通过改变曝光剂量大小或者修正掩模图形的大小来调节接触孔的孔径。但是，前者对接触孔尺寸影响有限，后者需要优化迭代多轮，成本昂贵，因此需要一种新的工艺方法来改善接触孔图形特征尺寸由于衍射造成的展宽问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对上述问题，本公开提供了一种特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构及其制备方法，用于解决传统方法对接触孔尺寸的改善效果有限、成本昂贵等技术问题。
(二)技术方案
本公开提供了一种特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构制备方法，包括：S1，制备超分辨光刻结构，超分辨光刻结构自下而上至少依次包括基底、底部抗反射层、含硅抗反射层、反射金属膜层和感光膜层；S2，对感光膜层进行曝光显影，得到接触孔光刻图形结构；S3，在S2所得的感光膜层上涂覆化学收缩材料，并进行烘烤、显影，化学收缩材料交联沉积至接触孔光刻图形结构的侧壁中，形成收缩的接触孔图形结构；S4，依次刻蚀反射金属膜层、含硅抗反射层和底部抗反射层，将S3所得的收缩的接触孔图形结构传递至底部抗反射层，得到特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构。
根据本公开的实施例，S3中化学收缩材料为能够被光酸催化交联的预聚物溶液；化学收缩材料至少包括多羟基水溶性预聚物、交联剂和溶剂。
根据本公开的实施例，S3中化学收缩材料的多羟基水溶性预聚物包括聚乙烯醇或其改性物中的一种或多种；交联剂包括胺衍生物或酚衍生物中的一种或多种；溶剂包括水或异丙醇中的一种或多种。
根据本公开的实施例，S3中化学收缩材料的涂覆厚度为100～500nm；S3中烘烤的温度为50～150℃；烘烤的时间为50～100s；S3中显影的显影液包括去离子水或异丙醇中的一种或多种。
根据本公开的实施例，S3中化学收缩材料的涂覆厚度通过稀释浓度调节，稀释浓度为10％～100％；其中，稀释的溶剂包括去离子水。
根据本公开的实施例，S1包括：利用旋涂、磁控溅射沉积、化学气相沉积或真空蒸镀沉积的方法在基底上制备底部抗反射层；基底的材料包括硅基底、石英基底或柔性基底材料中的一种；底部抗反射层的材料包括旋涂碳层、Si3N4材料中的一种，厚度为100～300nm。
根据本公开的实施例，S1包括：利用旋涂、磁控溅射沉积、原子层沉积、化学气相沉积或真空蒸镀沉积的方法在底部抗反射层上制备含硅抗反射层；含硅抗反射层的材料包括Si-BARC、SiO2中的一种，厚度为20～50nm；利用磁控溅射沉积、热蒸发沉积或化学气相沉积的方法在含硅抗反射层上制备反射金属膜层；反射金属膜层的材料包括Ag、Al、Au中的一种，厚度为10～60nm；感光膜层的材料包括AR系列、AZ系列感光材料中的一种，厚度为10～100nm。
根据本公开的实施例，S3中收缩的接触孔图形结构的孔径尺寸相对于S2中接触孔光刻图形结构的孔径尺寸缩小20％～30％；S4中刻蚀后收缩的接触孔图形结构的孔径尺寸相对于S2中接触孔光刻图形结构的孔径尺寸缩小30％～45％。
根据本公开的实施例，S4包括：利用离子束刻蚀的方法刻蚀反射金属膜层；利用反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀的方法刻蚀含硅抗反射层；利用反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀的方法刻蚀底部抗反射层；其中，S4中在刻蚀底部抗反射层前，利用硝酸溶液去除反射金属膜层。
本公开还提供一种特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构，利用上述特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构制备方法制得。
(三)有益效果
本公开的特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构及其制备方法，将化学收缩材料涂覆于形成有接触孔光刻图形结构的感光膜层上，利用感光膜层曝光显影后在接触孔侧壁中残留的微量光酸，催化化学收缩材料发生交联反应，在接触孔侧壁生成不溶解的体型聚合物，从而实现接触孔孔径的缩小，为后续刻蚀传递提供了重要的基础。
附图说明
图1示意性示出了根据本公开实施例中特征尺寸改善的高分辨率接触孔制备方法的流程图；
图2示意性示出了根据本公开实施例中特征尺寸改善的高分辨率接触孔制备方法的流程结构图；
图3示意性示出了根据本公开实施例1中未经收缩处理45nm制程接触孔曝光后的图形结构；
图4示意性示出了根据本公开实施例1中收缩处理后45nm制程接触孔曝光后的图形结构；
图5示意性示出了根据本公开实施例2中收缩处理后45nm制程接触孔曝光后的图形结构；
图6示意性示出了根据本公开实施例3中收缩处理后45nm制程接触孔曝光后的图形结构；
图7示意性示出了根据本公开实施例1中未经收缩处理45nm制程接触孔曝光后刻蚀反射金属膜层、含硅抗反射层后的图形结构；
图8示意性示出了根据本公开实施例1中收缩处理45nm制程接触孔曝光后刻蚀反射金属膜层、含硅抗反射层后的图形结构；
图9示意性示出了根据本公开实施例2中收缩处理45nm制程接触孔曝光后刻蚀反射金属膜层、含硅抗反射层后的图形结构；
图10示意性示出了根据本公开实施例3中收缩处理45nm制程接触孔曝光后刻蚀反射金属膜层、含硅抗反射层后的图形结构；
附图标记说明：
1，基底；2，底部抗反射层；3，含硅抗反射层；4，反射金属膜层；5，感光膜层；6，化学收缩材料。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
本公开旨在提供一种能够改善高分辨率接触孔光刻图形特征尺寸的方法，用于解决由于光的衍射现象，高分辨率接触孔曝光图形展宽的间题，并能进行后续的刻蚀传递。
本公开提供了一种特征尺寸改善的高分辨率接触孔制备方法，请参见图1～图2，包括：S1，制备超分辨光刻结构，超分辨光刻结构自下而上至少依次包括基底1、底部抗反射层2、含硅抗反射层3、反射金属膜层4和感光膜层5；S2，对感光膜层5进行曝光显影，得到接触孔光刻图形结构；S3，在S2所得的感光膜层5上涂覆化学收缩材料6，并进行烘烤、显影，化学收缩材料6交联沉积至接触孔光刻图形结构的侧壁中，形成收缩的接触孔图形结构；S4，依次刻蚀反射金属膜层4、含硅抗反射层3和底部抗反射层2，将S3所得的收缩的接触孔图形结构传递至底部抗反射层2，得到特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构。
首先制备超分辨光刻结构，并利用光刻技术，在超分辨光刻结构的感光膜层5中形成接触孔光刻图形结构；接着，对该接触孔光刻图形结构进行收缩处理，即在接触孔光刻图形结构上旋涂一定厚度的化学收缩材料6，经混合烘烤后显影，再用氮气吹干。其中，感光膜层5在经过曝光显影后，接触孔侧壁中还残留微量光酸，在一定温度下，感光膜层5侧壁中的光酸扩散到化学收缩材料6中，催化化学收缩材料6发生交联反应，生成不溶解的体型聚合物，也就是热固性聚合物；后续显影步骤使得化学收缩材料6中未被催化交联的线性预聚物溶解于显影液中，而交联部分留存在接触孔侧壁，从而实现孔径缩小，为后续刻蚀传递提供了重要的基础。
得到孔径缩小的接触孔图形结构后，再自上而下一层一层地向下刻蚀，上一层作为下一层的刻蚀掩蔽层，将感光膜层5上收缩的接触孔图形结构依次刻蚀传递至反射金属膜层4、含硅抗反射层3和底部抗反射层2，得到高分辨率接触孔图形结构。需要说明的是，本公开的超分辨光刻结构并不是只包括上述5层结构，感光膜层5上还可以包括表面金属膜层，超分辨光刻结构中还可以包括其它功能层等等。
本公开通过选择化学收缩材料来实现对光刻显影后高分辨率接触孔结构的收缩处理，从而克服通过改变曝光剂量大小对接触孔尺寸影响有限或者修正掩模图形的大小来调节接触孔的孔径但需要优化迭代多轮，成本昂贵的问题，缩小了光刻后接触孔的特征尺寸，为后续刻蚀传递提供了重要的基础。
在上述实施例的基础上，S3中化学收缩材料6为能够被光酸催化交联的预聚物溶液；化学收缩材料6至少包括多羟基水溶性预聚物、交联剂和溶剂。
感光膜层5可以为化学放大胶体系，其中含有光酸，即光致酸产生剂(Photo AcidGenerator，PAG)。光酸是一种光敏感的化合物，在光子作用下产生酸，化学收缩材料6为能够被光酸催化发生交联反应的预聚物溶液。
在上述实施例的基础上，S3中化学收缩材料6的多羟基水溶性预聚物包括聚乙烯醇或其改性物中的一种或多种；交联剂包括胺衍生物或酚衍生物中的一种或多种；溶剂包括水或异丙醇中的一种或多种。
具体地，化学收缩材料6也可以直接使用美国安智公司生产的AZ R200或AZ R602。
在上述实施例的基础上，S3中化学收缩材料6的涂覆厚度为100～500nm；S3中烘烤的温度为50～150℃；烘烤的时间为50～100s；S3中显影的显影液包括去离子水或异丙醇中的一种或多种。
如图2所示，化学收缩材料6的涂覆方法为旋涂，化学收缩材料6填充于接触孔光刻图形结构的凹陷结构中以及感光膜层5的表面，化学收缩材料6的涂覆厚度在上述范围有利于未被催化交联的线性预聚物更好的溶解于显影液中，不残留在光刻图形结构的表面，避免阻碍后续刻蚀传递过程；烘烤的目的在于促进感光膜层5中残留的光酸扩散到化学收缩材料6中催化交联反应；由于化学收缩材料6为水溶性预聚物，用去离子水或异丙醇即可除去未被催化交联的线性预聚物。
在上述实施例的基础上，S3中化学收缩材料6的涂覆厚度通过稀释浓度调节，稀释浓度为10％～100％；其中，稀释的溶剂包括去离子水。
化学收缩材料6的涂覆厚度可以通过稀释浓度调节，稀释浓度的范围可在10％～100％之间调节，可调节范围大，能获得100～500nm厚度的化学收缩材料6。
在上述实施例的基础上，S1包括：利用旋涂、磁控溅射沉积、化学气相沉积或真空蒸镀沉积的方法在基底1上制备底部抗反射层2；基底1的材料包括硅基底、石英基底或柔性基底材料中的一种；底部抗反射层2的材料包括旋涂碳层(SOC)、Si3N4材料中的一种，厚度为100～300nm。
底部抗反射层2是接触孔图形结构最终所在的膜层，底部抗反射层2上形成的接触孔结构通过金属导电材料形成连线将不同的器件连接起来形成电路，同时也可以把外部的电信号传输到芯片内部不同的部位，从而形成具有一定功能的芯片。底部抗反射层2的材料还可以是除SOC、Si3N4以外的其它介质材料。
在上述实施例的基础上，S1包括：利用旋涂、磁控溅射沉积、原子层沉积、化学气相沉积或真空蒸镀沉积的方法在底部抗反射层2上制备含硅抗反射层3；含硅抗反射层3的材料包括Si-BARC、SiO2或其他介质材料中的一种，厚度为20～50nm；利用磁控溅射沉积、热蒸发沉积或化学气相沉积的方法在含硅抗反射层3上制备反射金属膜层4；反射金属膜层4的材料包括Ag、Al、Au中的一种，厚度为10～60nm；感光膜层5的材料包括AR系列、AZ系列感光材料中的一种，厚度为10～100nm。
底部抗反射层2和含硅抗反射层3共同起硬掩模的作用，含硅抗反射层3设置在底部抗反射层2上是因为在超分辨光刻中采用薄的光刻胶，而薄的光刻胶在底部抗反射层2被完全刻蚀之前就已经消耗殆尽。反射金属膜层4的材料还可以是除Ag、Al、Au以外的其它可以激发表面等离子体的材料；感光膜层5的材料还可以365nm波长感光的其他系列感光材料。
在上述实施例的基础上，S3中收缩的接触孔图形结构的孔径尺寸相对于S2中接触孔光刻图形结构的孔径尺寸缩小20％～30％；S4中刻蚀后收缩的接触孔图形结构的孔径尺寸相对于S2中接触孔光刻图形结构的孔径尺寸缩小30％～45％。其中，缩小百分比可以通过将缩小前孔径平均尺寸和缩小后孔径平均尺寸的差值与缩小前孔径平均尺寸相比计算得到。
本公开的方法尤其适用于接触孔特征尺寸低于100nm的集成电路工艺，能有效改善高分辨率接触孔光刻图形的特征尺寸，实现接触孔孔径的缩小。
在上述实施例的基础上，S4包括：利用离子束刻蚀(Ion Beam Etching，IBE)的方法刻蚀反射金属膜层4；利用反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching，RIE)或感应耦合等离子体刻蚀(Inductive Coupled Plasma，ICP)的方法刻蚀含硅抗反射层3；利用反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀的方法刻蚀底部抗反射层2。S4中在刻蚀底部抗反射层2前还包括：利用硝酸溶液去除反射金属膜层4。
设置反射金属膜层4是因为由光子驱动金属导体表面的自由电子相干共振，从而在金属-介质交界面处形成表面等离子激元(SP)，当倏逝波波矢与SP波矢相同时，二者就会发生相干共振，使得携带亚波长空间信息的倏逝波得到增强，从而通过调控可以实现超分辨成像，最后利用涂覆的方法在上述反射金属膜层4上形成感光膜层5，得到完整的超分辨光刻结构。
在感光膜层5中形成收缩的接触孔图形结构后，依次刻蚀反射金属膜层4、含硅抗反射层3，去除反射金属膜层4后刻蚀底部抗反射层2，得到高分辨率接触孔图形结构。其中，刻蚀反射金属膜层4的气体采用氩气；刻蚀含硅抗反射层3的气体采用SF6、CHF3和Ar中的一种或多种；利用湿法刻蚀或机械剥离的方法去除反射金属膜层4，湿法刻蚀的溶液采用硝酸溶液。刻蚀底部抗反射层2的气体采用SF6、CHF3和Ar中的一种或多种。
本公开还提供了一种特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构，该结构采用前述特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构制备方法制得。
本公开将化学收缩材料应用于超分辨光刻，并能实现高分辨率接触孔结构的收缩，使后续刻蚀传递后的接触孔图形特征尺寸满足设计的要求。
下面通过具体实施方式对本公开作进一步说明。在以下实施例中对上述高分辨率接触孔的制备方法进行具体说明。但是，下述实施例仅用于对本公开进行例示，本公开的范围不限于此。
本公开的特征尺寸改善的高分辨率接触孔制备方法，如图1～图2所示，包括依次执行以下的步骤：
步骤1：选择平整的基底1并清洗。
步骤2：在基底1表面制备平坦化型底部抗反射层2，平坦化型底部抗反射层2的厚度d1＝100～300nm；在平坦化型底部抗反射层2表面制备含硅抗反射层3，含硅抗反射层3的厚度d2＝20～50nm。
步骤3：在含硅抗反射层3表面制备底层反射金属膜层4，底层反射金属膜层4的厚度d3＝10～60nm；在底层反射金属膜层4上制备感光膜层5，感光膜层5的厚度d4＝10～100nm；相当于上述步骤S1。
步骤4：利用光刻技术，在腔体成像结构上开展曝光工艺，采用的掩模图形特征尺寸d5＝30～150nm；利用显影液完成感光膜层5图形的显影，获得接触孔光刻图形结构；该光刻技术可以利用紫外365nm的照明光源，显影步骤可以将感光层放入显影液中浸泡显影也可以将显影液喷淋显影，显影液可以是AR系列、AZ系列或其他紫外系列光刻胶专用显影液。相当于上述步骤S2。
步骤5：对步骤(4)中光刻显影后接触孔光刻图形结构进行收缩处理，即在接触孔光刻图形结构上旋涂一定厚度的化学收缩材料6，经混合烘烤后显影，再用氮气吹干。经上述化学收缩处理，使后续刻蚀传递后的图形特征尺寸满足设计要求。相当于上述步骤S3。
步骤6：依次刻蚀底层反射金属膜层4、含硅抗反射层3，去除底层反射金属膜层4后刻蚀平坦化型底部抗反射层2，得到高分辨率接触孔图形结构。底部反射金属膜层4的刻蚀可通过离子束刻蚀(IBE)来实现；含硅抗反射层3的刻蚀可通过反应离子刻蚀(RIE)、感应耦合等离子体刻蚀(ICP)来实现；去除底层反射金属膜层4可通过硝酸溶液来实现；平坦化型底部抗反射层2的刻蚀可通过反应离子刻蚀(RIE)、感应耦合等离子体刻蚀(ICP)来实现；相当于上述步骤S4。
根据上述步骤1～步骤6，以下提供了3个具体实施例。
实施例1：
本实施例高分辨率接触孔的制备方法的实施步骤如下：
步骤1-1：如图2所示，成像基底1材料为硅基底材料；平坦化型底部抗反射层2为制备的SOC膜层结构，厚度为130nm，制备方法为旋涂；含硅抗反射层3为Si-BARC膜层，厚度为30nm，制备方法为旋涂；底层反射金属膜层4为制备的Ag膜层结构，厚度为40nm，制备方法为热蒸发镀膜；感光膜层5为AR-P 3170光刻胶层，膜厚为28nm；照明入射光为紫外365nm波长入射；化学收缩材料为AZ R200，制备方法为旋涂。
步骤1-2：在曝光后，在100℃下烘烤60s；采用AR300-35显影液对感光膜层5进行显影，显影时间25s，显影温度0℃；等离子体超分辨光刻中获得了清晰的接触孔图形如图3所示；在3000rpm的转速下旋涂化学收缩材料AZ R200，厚度为450nm，130℃下混合烘烤70s，然后在去离子水中显影60s，然后用氮气吹干，经上述化学收缩处理后得到的接触孔图形如图4所示，与未经收缩处理的图3接触孔孔径相比，尺寸缩小约29％，证明化学收缩处理的有效性。
如图7所示，未经收缩处理的接触孔基片利用离子束刻蚀(IBE)来实现底层反射金属膜层4(Ag膜层)的刻蚀，采用的气体为Ar；利用反应离子刻蚀(RIE)来实现含硅抗反射层3(Si-BARC)的刻蚀，采用的气体为CHF3。
如图8所示，经收缩处理后的接触孔基片利用离子束刻蚀(IBE)来实现底层反射金属膜层4(Ag膜层)的刻蚀，采用的气体为Ar；利用反应离子刻蚀(RIE)来实现含硅抗反射层3(Si-BARC)的刻蚀，采用的气体为CHF3，与未经收缩处理的图7接触孔孔径相比，尺寸缩小约40％，证明经化学收缩处理后，刻蚀传递的可行性。
实施例2：
本实施例高分辨率接触孔的制备方法的实施步骤如下：
步骤2-1：如图2所示，成像基底1材料为石英基底材料；平坦化型底部抗反射层2为制备的SOC膜层结构，厚度为200nm，制备方法为旋涂；含硅抗反射层3为SiO2膜层，厚度为45nm，制备方法为电子束蒸发镀膜；底层反射金属膜层4为制备的Ag膜层结构，厚度为50nm，制备方法为磁控溅射镀膜；感光膜层5为AR-P 3120光刻胶层，膜厚为32nm；照明入射光为紫外365nm波长入射；化学收缩材料为AZ R200，制备方法为旋涂。
步骤2-2：在曝光后，在100℃下烘烤60s；采用AR300-35显影液对感光膜层5进行显影，显影时间40s，显影温度0℃；等离子体超分辨光刻中获得了清晰的接触孔图形；在3000rpm的转速下旋涂AZ R200和去离子水比例为1∶1的稀释溶液，厚度为100nm，120℃下混合烘烤70s，然后在去离子水中显影60s，并用氮气吹干，化学收缩处理后得到的接触孔图形如图5所示，与未处理的接触孔孔径相比，尺寸缩小约26％，证明化学收缩处理的有效性。
未经收缩处理的接触孔基片利用离子束刻蚀(IBE)来实现底层反射金属膜层4(Ag膜层)的刻蚀，采用的气体为Ar；利用反应离子刻蚀(RIE)来实现含硅抗反射层3(SiO2膜层)的刻蚀，采用的气体为CHF3。
如图9所示，经收缩处理后的接触孔基片利用离子束刻蚀(IBE)来实现底层反射金属膜层4(Ag膜层)的刻蚀，采用的气体为Ar；利用反应离子刻蚀(RIE)来实现含硅抗反射层3(SiO2膜层)的刻蚀，采用的气体为CHF3，与未经收缩处理的接触孔孔径相比，尺寸缩小约35％，证明经化学收缩处理后，刻蚀传递的可行性。
实施例3：
本实施例高分辨率接触孔的制备方法的实施步骤如下：
步骤3-1：如图2所示，成像基底1材料为硅基底材料；平坦化型底部抗反射层2为制备的SOC膜层结构，厚度为180nm，制备方法为旋涂；含硅抗反射层3为Si-BARC膜层，厚度为38nm，制备方法为旋涂；底层反射金属膜层4为制备的Al膜层结构，厚度为45nm制备方法为热蒸发镀膜；感光膜层5为PHS光刻胶层，膜厚为30nm；照明入射光为紫外365nm波长入射；化学收缩材料为AZ R602，制备方法为旋涂。
步骤3-2：在曝光后，在100℃下烘烤60s；采用TMAH显影液对感光膜层5进行显影，显影时间30s，显影温度20℃；等离子体超分辨光刻中获得了清晰的接触孔图形；在3000rpm的转速下旋涂AZ R602和去离子水比例为2：1的稀释溶液，厚度为200nm，110℃下混合烘烤80s，然后在去离子水中显影60s，并用氮气吹干，化学收缩处理后得到的接触孔图形如图6所示，与未处理的接触孔孔径相比，尺寸缩小约21％，证明化学收缩处理的有效性。
未经收缩处理的接触孔基片利用离子束刻蚀(IBE)来实现底层反射金属膜层4(Ag膜层)的刻蚀，采用的气体为Ar；利用反应离子刻蚀(RIE)来实现含硅抗反射层3(Si-BARC)的刻蚀，采用的气体为CHF3。
如图10所示，经收缩处理后的接触孔基片利用离子束刻蚀(IBE)来实现底层反射金属膜层4(Ag膜层)的刻蚀，采用的气体为Ar；利用反应离子刻蚀(RIE)来实现含硅抗反射层3(Si-BARC)的刻蚀，采用的气体为CHF3，与未经收缩处理的接触孔孔径相比，尺寸缩小约32％，证明经化学收缩处理后，刻蚀传递的可行性。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构制备方法，其特征在于，包括：
S1，制备超分辨光刻结构，所述超分辨光刻结构自下而上至少依次包括基底(1)、底部抗反射层(2)、含硅抗反射层(3)、反射金属膜层(4)和感光膜层(5)；
S2，对所述感光膜层(5)进行曝光显影，得到接触孔光刻图形结构；
S3，在S2所得的感光膜层(5)上涂覆化学收缩材料(6)，并进行烘烤、显影，所述化学收缩材料(6)交联沉积至所述接触孔光刻图形结构的侧壁上，形成收缩的接触孔图形结构；
S4，依次刻蚀所述反射金属膜层(4)、含硅抗反射层(3)和底部抗反射层(2)，将S3所得的收缩的接触孔图形结构传递至所述底部抗反射层(2)，得到特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构。
2.根据权利要求1所述特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构制备方法，其特征在于，所述S3中化学收缩材料(6)为能够被光酸催化交联的预聚物溶液；
所述化学收缩材料(6)至少包括多羟基水溶性预聚物、交联剂和溶剂。
3.根据权利要求2所述特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构制备方法，其特征在于，所述S3中化学收缩材料(6)的所述多羟基水溶性预聚物包括聚乙烯醇或其改性物中的一种或多种；
所述交联剂包括胺衍生物或酚衍生物中的一种或多种；
所述溶剂包括水或异丙醇中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构制备方法，其特征在于，所述S3中化学收缩材料(6)的涂覆厚度为100～500nm；
所述S3中烘烤的温度为50～150℃；烘烤的时间为50～100s；
所述S3中显影的显影液包括去离子水或异丙醇中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构制备方法，其特征在于，所述S3中化学收缩材料(6)的涂覆厚度通过稀释浓度调节，所述稀释浓度为10％～100％；其中，稀释的溶剂包括去离子水。
6.根据权利要求1所述特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构制备方法，其特征在于，所述S1包括：
利用旋涂、磁控溅射沉积、化学气相沉积或真空蒸镀沉积的方法在所述基底(1)上制备所述底部抗反射层(2)；
所述基底(1)的材料包括硅基底、石英基底或柔性基底材料中的一种；所述底部抗反射层(2)的材料包括旋涂碳层、Si3N4材料中的一种，厚度为100～300nm。
7.根据权利要求1所述特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构制备方法，其特征在于，所述S1包括：
利用旋涂、磁控溅射沉积、原子层沉积、化学气相沉积或真空蒸镀沉积的方法在所述底部抗反射层(2)上制备所述含硅抗反射层(3)；所述含硅抗反射层(3)的材料包括Si-BARC、SiO2中的一种，厚度为20～50nm；
利用磁控溅射沉积、热蒸发沉积或化学气相沉积的方法在所述含硅抗反射层(3)上制备所述反射金属膜层(4)；所述反射金属膜层(4)的材料包括Ag、Al、Au中的一种，厚度为10～60nm；
所述感光膜层(5)的材料包括AR系列、AZ系列感光材料中的一种，厚度为10～100nm。
8.根据权利要求1所述特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构制备方法，其特征在于，所述S3中收缩的接触孔图形结构的孔径尺寸相对于S2中接触孔光刻图形结构的孔径尺寸缩小20％～30％；所述S4中刻蚀后收缩的接触孔图形结构的孔径尺寸相对于S2中接触孔光刻图形结构的孔径尺寸缩小30％～45％。
9.根据权利要求1所述特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构制备方法，其特征在于，所述S4包括：
利用离子束刻蚀的方法刻蚀所述反射金属膜层(4)；
利用反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀的方法刻蚀所述含硅抗反射层(3)；
利用反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀的方法刻蚀所述底部抗反射层(2)；
其中，在刻蚀所述底部抗反射层(2)前，利用硝酸溶液去除所述反射金属膜层(4)。
10.一种特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构，其特征在于，采用权利要求1至9中任一项所述特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构制备方法制得。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311042499.8A CN117080159A (zh) | 2023-08-18 | 2023-08-18 | 特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311042499.8A CN117080159A (zh) | 2023-08-18 | 2023-08-18 | 特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117080159A true CN117080159A (zh) | 2023-11-17 |
Family
ID=88703718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311042499.8A Pending CN117080159A (zh) | 2023-08-18 | 2023-08-18 | 特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117080159A (zh) |
-
2023
- 2023-08-18 CN CN202311042499.8A patent/CN117080159A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10049878B2 (en) | Self-aligned patterning process | |
| US5314772A (en) | High resolution, multi-layer resist for microlithography and method therefor | |
| US8911587B2 (en) | Photoresist double patterning apparatus | |
| CN112424693B (zh) | 提高euv光刻胶及硬掩模选择性的图案化方案 | |
| US6861367B2 (en) | Semiconductor processing method using photoresist and an antireflective coating | |
| JP3506248B2 (ja) | 微小構造の製造方法 | |
| CN110676157A (zh) | 利用氧化物和TiN实现自对准四重图形技术工艺设计的优化 | |
| CN117080159A (zh) | 特征尺寸改善的高分辨率接触孔图形结构及其制备方法 | |
| US20210116799A1 (en) | Multilayer Reflector And Methods Of Manufacture And Patterning | |
| TW202338499A (zh) | Ｅｕｖ微影術用之ｅｕｖ活性膜 | |
| US12002682B2 (en) | Tip-to-tip graphic preparation method | |
| WO2024060362A1 (zh) | 超分辨光刻结构、制备方法及图形传递的方法 | |
| CN112563121B (zh) | 图形转移方法 | |
| US10636696B1 (en) | Methods for forming vias in polymer layers | |
| US7482225B2 (en) | Method of fabricating floating gate of flash memory device | |
| KR20080085280A (ko) | 반도체 소자의 패턴 형성 방법 | |
| KR100524618B1 (ko) | 포토레지스트 두께 증가 방법 | |
| CN117525219A (zh) | 图形化衬底及其制备方法、led器件、电子设备 | |
| CN118192157A (zh) | 在半导体器件中形成超窄特征沟槽的方法 | |
| CN116153769A (zh) | 半导体结构的形成方法 | |
| WO2024123453A1 (en) | Euv photoresist and underlayer adhesion modulation | |
| KR20240019572A (ko) | Euv를 이용한 레지스트 패턴의 형성 방법 및 이를 마스크로 이용한 패턴 형성 방법 | |
| CN117096015A (zh) | 集成电路制造方法 | |
| CN118136506A (zh) | 一种晶体管制备方法及晶体管 | |
| CN117233889A (zh) | 硅光器件的形成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |