CN117546271A - 经由使用双层系统的增强无冻结反间隔物形成去除材料覆盖层的方法 - Google Patents

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Abstract

本文中的技术包括对衬底进行图案化的方法，这些方法利用在一些氟化聚合物或具有长链烷基官能团的聚合物中发现的表面能差异，其促进双层聚合物系统中的表面或顶层离析以在将聚合物混合物沉积在浮雕图案上时有利于覆盖层去除。该方法允许快速去除覆盖层以使反间隔物区域暴露，该反间隔物区域在酸扩散和随后的去保护之后也可溶于显影剂。在顶层的顶部结合高度显影剂可溶的聚合物消除了对于剩余聚合物在显影剂中具有特定溶解速率的需要。

Description

经由使用双层系统的增强无冻结反间隔物形成去除材料覆盖 层的方法
相关申请的交叉引用
本披露内容要求于2021年6月2日提交的美国临时申请号63/195,756的权益，该美国临时申请通过援引以其全文并入本文。
技术领域
本披露内容涉及一种半导体制造的方法，并且特别涉及利用在一些氟化聚合物或具有长链烷基官能团的聚合物中发现的表面能差异，其促进双层聚合物系统中表面或顶层离析以有利于涂覆在结构上的覆盖层材料去除。
背景技术
本文提供的背景技术描述是为了总体上呈现本披露内容的背景。当前发明人的工作在本背景技术部分中所描述的程度上、以及在提交时间时可能不被认定为现有技术的本说明的方面，既没有明确地也没有隐含地承认是针对本披露内容的现有技术。
在材料加工方法(如光刻法)中，创建图案化层典型地涉及向衬底的上表面施加辐射敏感材料(如光刻胶)薄层。将此辐射敏感材料转换成可以用于将图案蚀刻或转印到衬底上的下层中的图案化掩模。对辐射敏感材料进行图案化总体上涉及使用例如光刻曝光系统来由辐射源通过掩模版(和相关光学器件)曝光到辐射敏感材料上。此曝光在辐射敏感材料内产生潜在图案，然后可以将潜在图案显影。显影是指溶解并去除一部分辐射敏感材料以产生浮雕图案(形貌图案)。取决于所使用的光刻胶色调和/或显影溶剂的类型，所去除的材料部分可以是辐射敏感材料的照射区域或非照射区域。浮雕图案然后可以用作限定图案的掩模层。
用于图案化的各种膜的制备和显影可以包括热处理或烘烤。例如，新施用的膜可以接受施用后烘烤(PAB)以蒸发溶剂和/或增加结构刚度或抗蚀刻性。此外，可以执行曝光后烘烤(PEB)来设定给定图案以防止进一步溶解。用于对衬底进行涂覆和显影的加工工具典型地包括一个或多个烘烤模块。一些光刻工艺包括用底部抗反射涂层(BARC)的薄膜来涂覆衬底，接着用抗蚀剂进行涂覆，并且然后将衬底曝光于光图案，作为形成微芯片的工艺步骤。然后可以将所形成的浮雕图案用作掩模或模板以进行额外的加工，如将图案转印到下层中。
浮雕图案可能被沉积的材料覆盖，该材料填充沟槽以用于最终的间隔物形成。可以进一步对沉积的材料进行改性以调整最终间隔物的尺寸。然而，为了对已被改性的沉积的材料进行显影，可能需要去除沉积物的覆盖层(overburden)以接近改性的部分。然而，一些软材料无法承受蚀刻或化学机械抛光工艺。因此，期望一种在不影响下面的材料或不会对改性材料的尺寸引入改变的情况下去除覆盖层的方法。
发明内容
本披露内容涉及一种对衬底进行图案化的方法，该方法包括由在衬底上的第一层光刻胶在该衬底上形成包括浮雕结构的浮雕图案，该第一层光刻胶包含第一溶解度改变剂和第二溶解度改变剂，该光刻胶对该第一溶解度改变剂和该第二溶解度改变剂具有敏感度，该浮雕图案通过使用光化辐射的图案活化该第一溶解度改变剂并对该第一层光刻胶进行显影来形成；将聚合物混合物沉积在这些浮雕结构上，该聚合物混合物填充由该浮雕图案限定的开口并覆盖这些浮雕结构，这些浮雕结构的顶表面上方的区域是覆盖层区域，该聚合物混合物包含第一聚合物和第二聚合物，该聚合物混合物被配置为相对于重力自离析使得由该聚合物混合物形成第一膜和第二膜，包含该第一聚合物的该第一膜形成在包含该第二聚合物的该第二膜下方，形成该第一膜和该第二膜使得该第二膜填充该覆盖层区域，该第一膜对该第二溶解度改变剂敏感并且具有小于该光刻胶的敏感度阈值的敏感度阈值，该第二膜可溶于第一显影剂；活化该第二溶解度改变剂并使该第二溶解度改变剂从这些浮雕结构扩散预定的扩散长度至该第一膜中，该第二溶解度改变剂被充分活化以达到该第一膜的敏感度阈值而不达到该光刻胶的敏感度阈值，在该第一膜中形成的扩散区域变得可溶于该第一显影剂而该光刻胶保持不溶于该第一显影剂；以及对该衬底进行显影以去除该第二膜和该第一膜的可溶扩散区域。
本披露内容另外涉及一种对衬底进行图案化的方法，该方法包括由在衬底上的第一层光刻胶在该衬底上形成包括浮雕结构的浮雕图案，该第一层光刻胶包含第一溶解度改变剂和第二溶解度改变剂，该光刻胶对该第一溶解度改变剂和该第二溶解度改变剂具有敏感度，该浮雕图案通过使用光化辐射的图案活化该第一溶解度改变剂并对该第一层光刻胶进行显影来形成；将树脂外覆层沉积在这些浮雕结构上，该树脂外覆层填充由该浮雕图案限定的开口并覆盖这些浮雕结构，这些浮雕结构的顶表面上方的区域是覆盖层区域，该树脂外覆层具有包含第一树脂和第二树脂的树脂混合物，该树脂外覆层被配置为相对于重力自离析使得由该树脂外覆层形成第一膜和第二膜，包含该第一树脂的该第一膜形成在包含该第二树脂的该第二膜下方，形成该第一膜和该第二膜使得该第二膜填充该覆盖层区域，该第一膜对该第二溶解度改变剂敏感并且具有小于该光刻胶的敏感度阈值的敏感度阈值，该第二膜可溶于第一显影剂；活化该第二溶解度改变剂并使该第二溶解度改变剂从这些浮雕结构扩散预定的扩散长度至该第一膜中，该第二溶解度改变剂被充分活化以达到该第一膜的敏感度阈值而不达到该光刻胶的敏感度阈值，在该第一膜中形成的扩散区域变得可溶于该第一显影剂而该光刻胶保持不溶于该第一显影剂；以及对该衬底进行显影以去除该第二膜和该第一膜的可溶扩散区域。
本披露内容另外涉及一种对衬底进行图案化的方法，该方法包括接收具有限定待被部分填充的开口的特征的衬底；将聚合物混合物沉积在该衬底上，该聚合物混合物填充由这些特征限定的开口并覆盖这些特征，这些特征的顶表面上方的区域是覆盖层区域，该聚合物混合物包含第一聚合物和第二聚合物，该聚合物混合物被配置为相对于重力自离析使得由该聚合物混合物形成第一膜和第二膜，包含该第一聚合物的该第一膜形成在包含该第二聚合物的该第二膜下方，形成该第一膜和该第二膜使得该第一膜部分填充这些限定的开口同时该第二膜填充这些限定的开口的剩余部分并填充该覆盖层区域，该第二膜对特定溶剂敏感而该第一膜不溶于该特定溶剂；以及用该特定溶剂对该衬底进行显影以去除该第二膜，该第一膜保留在这些限定的开口中。
注意，本发明内容部分并未指明本披露内容或要求保护的发明的每个实施例和/或递增的新颖方面。相反，本发明内容仅提供了对不同实施例以及新颖性对应点的初步讨论。对于本发明和实施例的附加细节和/或可能的观点，读者被引导到如下文进一步讨论的本披露内容的具体实施方式部分和对应附图。
附图说明
将参考以下附图详细描述作为示例提出的本披露内容的各种实施例，其中，相似的附图标记指代相似的元件，并且其中：
图1A是根据本披露内容的实施例的展示了包括浮雕图案的衬底的截面衬底段。
图1B是根据本披露内容的实施例的展示了材料在浮雕图案上的沉积的截面衬底段。
图1C是根据本披露内容的实施例的展示了外覆层的改性的截面衬底段。
图1D是根据本披露内容的实施例的展示了显影结果的截面衬底段。
图1E是根据本披露内容的实施例的展示了显影因素的截面衬底段。
图2A是根据本披露内容的实施例的展示了包括浮雕图案的衬底的截面衬底段。
图2B是根据本披露内容的实施例的展示了材料在浮雕图案上的沉积的截面衬底段。
图2C是根据本披露内容的实施例的展示了酸扩散的截面衬底段。
图2D是根据本披露内容的实施例的展示了显影结果的截面衬底段。
图3A是根据本披露内容的实施例的展示了单一聚合物外覆层的截面衬底段。
图3B是根据本披露内容的实施例的展示了凹陷的单一聚合物外覆层的截面衬底段。
图4A是根据本披露内容的实施例的展示了聚合物双层膜系统的截面衬底段。
图4B是根据本披露内容的实施例的展示了凹陷的聚合物双层膜系统的截面衬底段。
图5是根据本披露内容的实施例的展示了沉积的聚合物双层膜系统的透视衬底段。
图6是根据本披露内容的实施例的对衬底进行图案化的方法的流程图。
具体实施方式
以下披露内容提供了用于实施所提供的主题的不同特征的许多不同的实施例或实例。下文描述了部件和布置的具体实例以简化本披露内容。当然，这些仅是实例，并且不旨在进行限制。例如，以下描述中的在第二特征之上或其上形成第一特征可以包括第一特征和第二特征直接接触形成的实施例，并且还可以包括可以在第一特征与第二特征之间形成附加特征使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。另外，本披露内容可能会在各个实例中重复使用附图标记和/或字母。该重复是出于简单和清楚的目的，并且其本身并不指示所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。进一步地，为了便于描述，在本文中可以使用如“顶部(top)”、“底部(bottom)”、“下面(beneath)”、“下方(below)”、“下部(lower)”、“上方(above)”、“上部(upper)”等空间相关的术语来描述如附图中所展示的一个元素或特征与其他(多个)元素或(多个)特征的关系。除了在附图中所描绘的取向之外，空间相关的术语还旨在涵盖器件在使用或操作中的不同取向。可以以其他方式定向该装置(旋转90度或处于其他取向)，并且因此同样可以解释本文使用的空间相关的描述符。
为了清楚起见，已提出了如本文所描述的不同步骤的讨论顺序。一般来说，这些步骤可以以任何合适的顺序执行。另外，尽管可能在本披露内容的不同地方讨论了本文中的不同特征、技术、配置等中的每一个，但是意图是可以彼此独立地或彼此组合地执行构思中的每一个。因此，可以以许多不同的方式来体现和看待本发明。
持续的微缩化需要提高的图案化分辨率。一种方法可以借助于间隔物技术经由原子层沉积(ALD)限定亚分辨率线特征。然而，一个挑战是，如果期望相反类型(tone)的特征，则使用间隔物技术可能会很复杂，其涉及对另一种材料进行外涂覆、化学机械平面化(CMP)和反应离子蚀刻(RIE)以挖掘间隔物材料，留下狭窄的沟槽，这可能是昂贵的。
反间隔物(Anti-spacer)是一种自对准技术，其使用反应性物质的扩散长度来限定临界尺寸(CD)，从而产生狭窄的沟槽。使用经由通过掩模曝光而在空间上控制的反应性物质，可以形成窄槽接触部而不形成狭窄的沟槽。代替空间上的控制，可以通过经由烘烤处理使热致酸产生剂(TAG)分解来在整个晶片上对反应性物质进行均匀地控制。可以通过反应性物质的分子量改变、反应性物质的分子结构、以及烘烤温度和烘烤时间来调整相应的CD。此外，可以通过反应性物质扩散到其中的材料的组成来控制CD。树脂(反应性物质扩散到其中的材料)内的组分的极性可能影响酸扩散率和材料的反应性物质敏感组分的活化能，其是控制处理的附加手段。这些技术能够以超出先进光刻能力范围的尺寸获得窄槽接触部特征。然而，处理可能包括冻结步骤。冻结步骤可以是中和具有酸产生剂的层的溶解度变化势的处理。然而，冻结处理可能引入缺陷或错误，并且可能降低处理量。
先前描述的反间隔物流程使用热冻结工艺，其中去保护的光刻胶芯轴被抑制溶解于水性显影剂中，该显影剂用于去除去保护的(或去交联的或以其他方式改变溶解度的)外覆层并使该反间隔物特征显露。由于对大产量制造和聚合物树脂的反应环境的严格要求，将热冻结功能结合到光刻胶中可能会增加难度。
为此，美国申请号63/135,217“Freeze-less Anti-spacer Formation byContrast Selectivity[通过对比选择性形成无冻结反间隔物]”描述了一种在不需要热冻结的情况下形成亚分辨率反间隔物特征的技术，即，一种“无冻结”反间隔物方法，该申请通过援引以其全文并入本文。其中描述了一种在低于达到水性显影剂中的溶解度所需的光刻胶芯轴的去保护阈值下形成亚分辨率反间隔物特征的方法。外覆层的固有溶解对比度与光刻胶芯轴配对，使得外覆层的溶解度可以改变以形成反间隔物，而光刻胶在显影溶液中保持相对不溶或充分不溶。此工艺提供了一种避免为了防止光刻胶芯轴溶解而需要热冻结步骤的方法。因此，芯轴配方中不需要额外的TAG。
所结合的披露内容中的工艺具有改善的图案化益处，但是此工艺包括去除树脂外覆层的覆盖层。覆盖层是芯轴顶表面或浮雕图案顶表面上方的填充材料量(见下文)。可以去除覆盖层以接近或露出反间隔物特征，以进行图案转印或继续图案化。
本文的技术通过使用自离析成双层聚合物系统的聚合物混合物外覆层来增强此反间隔物形成方法。第一聚合物填充浮雕图案顶表面下方的空间，而第二聚合物在浮雕图案顶表面上方聚集(assemble)。在通过酸扩散形成反间隔物特征之后，可以用显影剂容易地去除第二聚合物，而不影响第一聚合物或浮雕图案。
本文描述的是利用在一些氟化聚合物或具有长链烷基官能团的聚合物中发现的表面能差异来促进双层聚合物系统中表面层(或上膜)离析的技术。因此，可以容易地去除用于反间隔物形成的填充材料的覆盖层以接近由扩散长度所限定的去保护区域产生的特征。
为此，图1A是根据本披露内容的实施例的展示了包括浮雕图案110的衬底105的截面衬底段。在实施例中，浮雕图案110可以在衬底105的表面上形成。例如，可以使用光刻工艺，其中可以使光刻胶材料层成像并显影成浮雕图案110。浮雕图案110可以例如在显影之后产生芯轴110a。取决于所期望的最终特征，多个芯轴110a也可以形成浮雕图案110。值得注意地，芯轴110a可以包括宽度和高度，其中芯轴110a的高度可以由从衬底105的表面到芯轴110a的顶部测量的距离来限定。
图1B是根据本披露内容的实施例的展示了材料在浮雕图案110上的沉积的截面衬底段。在实施例中，外覆层115a可以经由例如旋涂工艺沉积在浮雕图案110上。涂覆工艺的其他非限制性实例可以包括除其他外的浸涂、流涂、喷涂等。沉积的材料可以是例如树脂或聚合物115。值得注意地，过量的沉积的树脂/聚合物115可能导致一定量的树脂/聚合物115涂覆在芯轴110a的顶部之上。此过量可以被定义为覆盖层。可能有必要去除该覆盖层以便于使芯轴110a的顶部暴露以用于进一步处理。例如，可以使用CMP工艺来物理地去除外覆层115a的覆盖层并使外覆层115a平坦化。然而，在不降低浮雕图案110的总高度的情况下，像CMP这样的工艺可能无法实现去除芯轴110a之间的外覆层115a材料。
图1C是根据本披露内容的实施例的展示了外覆层115a的改性的截面衬底段。在实施例中，浮雕图案110材料可以包括酸，并且该酸可以从浮雕图案110扩散到周围的外覆层115a中并形成可溶区域120。也就是说，该酸可以使树脂/聚合物115改性并引起溶解度变化。值得注意地，扩散长度可能不会完全改变芯轴110a顶表面上方的覆盖层的溶解度，这取决于聚合物混合物的配方。因此，在接近反间隔物窄开口(沟槽)之前可以执行额外的工艺步骤以去除该不可溶的覆盖层，如以上描述的CMP。即使外覆层115a在预定的显影剂中具有部分溶解性，这仍然可能抑制完全的间隔物形成。如果外覆层115a的溶解度增加，则整个晶片(衬底105)上的沟槽和CD均匀性可能会显示出比所期望的更多的变化。这还可能取决于衬底105的形貌和目标将要接近的尺寸。
图1D是根据本披露内容的实施例的展示了显影结果的截面衬底段。在实施例中，显影剂可以在使外覆层115a的可溶区域120露出之后将可溶区域120去除。如图1D中所示，窄开口或反间隔物可以由导致树脂/聚合物115的溶解度变化的酸的扩散长度来限定。
图1E是根据本披露内容的实施例的展示了显影因素的截面衬底段。在实施例中，覆盖层高度和清除反间隔物沟槽的时间可以限定显影时间。因而，过多的显影时间将加宽反间隔物沟槽，并且因此低溶解速率可以提供更大的工艺窗口。如所示的，芯轴110a的高度不与剩余外覆层115a的高度齐平。值得注意地，在反间隔物工艺流程中，双层外覆层与单一聚合物外覆层相比可以有助于改善跨晶片的均匀性。
本文描述的是一种对衬底进行图案化并形成反间隔物特征的方法，其中去除覆盖层的步骤是通过自离析成双层聚合物系统的聚合物混合物外覆层来促进的。
为此，图2A是根据本披露内容的实施例的展示了包括浮雕图案110的衬底105的截面衬底段。在实施例中，与先前描述类似，可以使光刻胶层沉积、成像、并显影成浮雕图案110。
图2B是根据本披露内容的实施例的展示了材料在浮雕图案110上的沉积的截面衬底段。在实施例中，外覆层115a可以经由例如旋涂工艺沉积在浮雕图案110上。涂覆工艺的其他非限制性实例可以包括除其他外的浸涂、流涂、喷涂等。在此，沉积的材料可以是例如树脂或聚合物混合物。该聚合物混合物可以包括例如树脂/聚合物115和高溶解度树脂/聚合物125，分别作为混合物中的第一树脂/聚合物和第二树脂/聚合物。高溶解度树脂/聚合物125的非限制性实例可以包括除其他外的HFIP-M、MA-MIB-HFA、MA-BTHB-OH、MA-3,5-HFA-CHOH、MA-BTHB-NB、MA-EATf、和MA-DM-EATf。树脂/聚合物115的非限制性实例可以包括对芯轴110a材料具有逆溶解性的任何类型的甲基丙烯酸酯或酚醛聚合物。外覆层115可以填充由浮雕图案110限定的开口以及覆盖浮雕图案110。值得注意地，过量的沉积的聚合物混合物可能再次产生覆盖芯轴110a的顶部的覆盖层。
在实施例中，聚合物混合物可以被配置为自离析或自聚集。例如，聚合物混合物可以相对于重力或垂直于衬底105的表面的平面自离析。自离析可以在沉积之后发生而无需任何活化，或者可以基于聚合物混合物的组成使用活化步骤。例如，烘烤步骤可以用于热活化。自离析可以产生双层或两层膜。图2B示出了自离析之后的双层膜，其包括布置在高溶解度树脂/聚合物125膜下方的树脂/聚合物115膜。各膜的组成可以具有不同的特性。例如，下部树脂/聚合物115膜可以被配置为提供良好的抗蚀刻性。例如，下部树脂/聚合物115膜在TMAH中可以具有非常低的溶解度或没有溶解度，除非存在酯保护基团并且在酸的存在下发生去保护。相反地，上部高溶解度树脂/聚合物125膜可以在例如TMAH中具有非常高的溶解度。与光刻胶材料相比，下部树脂/聚合物115膜还可以被配置为在酸或其他试剂的较低阈值下改变溶解度。取决于所选用的材料和配方中给定的浓度，在上部高溶解度树脂/聚合物125膜中可以实现10-30埃或更高的原位聚合物离析。
值得注意地，在实施例中，第一聚合物和第二聚合物(例如，树脂/聚合物115和高溶解度树脂/聚合物125)的相对量可以被配置成使得对于将要由第二聚合物构成的覆盖层区域来说存在足够的第二聚合物材料。第二聚合物膜甚至可以延伸至浮雕图案110中的芯轴110a的顶表面以下。第二聚合物膜或上部聚合物层可以与第一聚合物层不同地配置。第二聚合物层可以被配置为可溶于预定的显影剂或溶剂，而不需要改变溶解度的试剂。因此，聚合物混合物配方有利于更容易地去除上部膜或覆盖层，从而露出浮雕图案110和潜在的下部树脂/聚合物115膜的一部分。
图2C是根据本披露内容的实施例的展示了酸扩散的截面衬底段。在实施例中，上部离析的高溶解度树脂/聚合物125可被设计成在预定的显影剂中具有相对高的溶解速率。这可以使得能够非常快速地去除覆盖层以露出反间隔物区域。在酸扩散形成可溶区域120并随后去保护之后，反间隔物区域也能够可溶于预定的显影剂中。酸扩散长度或距离可以通过烘烤时间、温度、和其他因素精确控制。在外覆层115a双层布置的顶部结合高溶解度树脂/聚合物125可以消除对于剩余聚合物在显影剂中具有特定溶解速率的需要，并且因此可以更容易地使蚀刻选择性和平台类型与第一(下部)膜中的聚合物相匹配。
去除覆盖层可以使得能够接近反间隔物区域，如图2C中箭头出现的地方所示。高溶解度树脂/聚合物125可以使用特定的显影剂溶解速率来对反间隔物进行显影，同时使所形成的线保持期望的深宽比。下部树脂/聚合物115膜的另一个特性可以是具有不同的蚀刻选择性。可以优选的是，下部树脂/聚合物115膜和芯轴110a材料的蚀刻选择性类似，以便使向下层中的蚀刻转印优化。此外，在实施例中，高溶解度树脂/聚合物125可能不需要蚀刻选择性。为了缓解下部膜选择性的一些挑战，可以在上部高溶解度树脂/聚合物125膜中使用少量共混聚合物。可以对共混聚合物进行选择以使其在化学上不同于主要聚合物，因为共混聚合物的表面能可以使其能够在涂覆(例如旋涂)期间离析到膜的顶部。共混聚合物还可以具有高显影剂溶解度，而不需要蚀刻选择性。离析聚合物膜以在用于193nm浸没式光刻的顶部涂层中形成单层可以产生非常薄的膜，以及形成用于光伏器件中激子分离的本体异质结。对于本文描述的实施例，较厚的高溶解度树脂/聚合物125层可以以与覆盖层类似的厚度迁移至下部树脂/聚合物115膜配方的表面。
图2D是根据本披露内容的实施例的展示了显影结果的截面衬底段。在实施例中，上部高溶解度树脂/聚合物125膜具有高显影剂溶解速率可以露出下部树脂/聚合物115膜的已与扩散的酸反应形成显影剂可溶的反间隔物区域120的区域。保留在下部膜中的聚合物现在不需要固有的或未曝光的显影剂溶解度，并且可以将更多注意力集中在其他特性上，如蚀刻选择性。下部树脂/聚合物115膜中的主要聚合物不具有显影剂溶解度的另一个优点是改善跨晶片的均匀性。使双层聚合物膜系统具有上部、显影剂可溶的高溶解度树脂/聚合物125(其覆盖稍多于外覆层115a的覆盖层部分)使得能够对跨晶片的不均匀性进行一些固有的自校正。去除上部膜之后，还可以去除可溶性反间隔物。
本文描述的其他工艺流程步骤可以与用于反间隔物形成的速率选择流程工艺中的步骤类似，并且不需要额外的步骤。可以涂覆包括额外酸源的第一抗蚀剂并使其成像。可以将包括聚合物双层系统的第二配方涂覆在第一层图像的顶部上。此配方可以用不溶解第一层图案的溶剂进行涂覆并且可以包括但不限于MIBC(甲基异丁基卡必醇(methylisobutyl carbitol))。第二配方可以可选地包括促进存在的两种聚合物离析的溶剂。较低表面能聚合物可以包含氟化部分或长烷基链官能团以促进表面能差异。较低表面能聚合物还可以包括酸性官能团以促进在显影剂中的有效溶解。促进形貌上的离析以形成覆盖层提供了本文的改善。下层中的主要聚合物可以是与第一层图案化抗蚀剂具有类似化学性质的任何聚合物，优选具有促进类似蚀刻选择性的官能团。主要聚合物可以包括在比第一层聚合物更低的活化能下去保护(改变溶解度)的可转换(switchable)组分。新的可溶区域能够可溶于不溶解第一层图案的溶剂中。
在实施例中，在聚合物双层膜的沉积之后，可以执行烘烤步骤以产生酸并使其扩散到下层聚合物中，其中去保护步骤改变主要聚合物的溶解度。随后的显影步骤可以去除高溶解速率覆盖层和通过酸扩散烘烤而去保护的区域。显影步骤之后，已从下层膜产生沟槽和线。现在可以将具有较小沟槽的新图案转印到下层中。
有利地，在反间隔物工艺流程中，与单一聚合物外覆层相比，本文中的聚合物双层膜系统改善了跨晶片的均匀性。在聚合物双层系统中，覆盖层可以是与侧壁不同的材料，并且聚合物双层系统中下部聚合物不需要在例如TMAH中的溶解度。如可以理解的，可以选择各种聚合物和组合物用于形成聚合物双层系统。取决于所选的聚合物和溶剂系统，上层可以具有不同的高度。给定的覆盖层高度和清除反间隔物沟槽的时间因此可以限定对应的显影时间。增加显影时间可以加宽反间隔物沟槽，而低溶解速率可以提供更大的工艺窗口。
为此，图3A是根据本披露内容的实施例的展示了单一聚合物外覆层的截面衬底段。图3B是根据本披露内容的实施例的展示了凹陷的单一聚合物外覆层的截面衬底段。在实施例中，存在许多其中期望部分填充沟槽或开口的制造阶段。一些工艺可以包括沉积单一聚合物外覆层115a，以及然后执行蚀刻步骤以去除覆盖层并使材料凹陷。此类型的蚀刻可能不具有蚀刻停止层，并且因此使用蚀刻持续时间来估计凹陷量，其可能具有较差的控制。可以使用原子层蚀刻，但这可能会增加成本并降低处理量。
因而，图4A是根据本披露内容的实施例的展示了聚合物双层膜系统的截面衬底段。图4B是根据本披露内容的实施例的展示了凹陷的聚合物双层膜系统的截面衬底段。在实施例中，可以选择聚合物混合物以可溶于不同的显影剂，并且自离析或自聚集成至少两层。上部膜(高溶解度树脂/聚合物125)可以填充覆盖层区域和部分开口。可以用不溶解下部膜(树脂/聚合物115)或至少具有显著更慢的溶解速率的特定溶剂来去除上部膜，使得可以去除上部膜而同时下部膜保留。
如可以理解的，可能存在其中期望凹陷沟槽填充的若干应用。作为非限制性实例，一种应用包括用旋涂玻璃形成凹部。图5是根据本披露内容的实施例的展示了沉积的聚合物双层膜系统的透视衬底段。在图5中左侧，期望间隔物之间有精确的凹部。可以将聚合物混合物沉积在具有特征/开口的衬底上。该聚合物混合物可以离析到沟槽内的精确深度，并且然后通过旋涂溶剂冲洗将其去除。此双层凹部的一个优点是在轨道工具(涂布机-显影机工具)上实施，以提高处理量。在一些凹部应用中，聚合物双层膜系统可以是不依赖衬底或侧壁选择性的底部生长的预定义的替代方案。应注意，本文中的双层离析不限于软材料，并且可以使用支持自离析的任何类型的旋涂材料混合物。
总之，双层外覆层膜允许用于形成受控厚度的覆盖层的高处理量方法，该覆盖层可以被去除以形成平坦表面或精确调整的凹部。在反间隔物应用期间，离析到表面的外覆层聚合物具有高显影剂溶解度。显影步骤可以快速去除形成覆盖层的顶部聚合物，从而使下面的去保护的聚合物暴露并形成沟槽。双层的底部上的受保护的酸不稳定外覆层聚合物不需要显影剂溶解度，这增强了跨晶片CD的均匀性并允许改善的聚合物官能性。
图6是根据本披露内容的实施例的对衬底进行图案化的方法600的流程图。
步骤605为将第一层光刻胶沉积在衬底上。
步骤610为由第一层光刻胶形成浮雕图案，第一层光刻胶包含第一溶解度改变剂和第二溶解度改变剂，光刻胶对第一溶解度改变剂和第二溶解度改变剂具有敏感度，浮雕图案通过使用光化辐射的图案活化第一溶解度改变剂并对第一层光刻胶进行显影来形成。
步骤615是将树脂或聚合物混合物沉积在这些浮雕结构上，该树脂/聚合物混合物填充由该浮雕图案限定的开口并覆盖这些浮雕结构，这些浮雕结构的顶表面上方的区域是覆盖层区域，该树脂/聚合物混合物包含第一树脂/聚合物和第二树脂/聚合物，该树脂/聚合物混合物被配置为相对于重力自离析使得由该树脂/聚合物混合物形成第一膜和第二膜，包含该第一树脂/聚合物的该第一膜形成在包含该第二树脂/聚合物的该第二膜下方，形成该第一膜和该第二膜使得该第二膜填充该覆盖层区域，该第一膜对该第二溶解度改变剂敏感并且具有小于该光刻胶的敏感度阈值的敏感度阈值，该第二膜可溶于第一显影剂。
步骤620是活化该第二溶解度改变剂并使该第二溶解度改变剂从这些浮雕结构扩散预定的扩散长度至该第一膜中，该第二溶解度改变剂被充分活化以达到该第一膜的敏感度阈值而不达到该光刻胶的敏感度阈值，在该第一膜中形成的扩散区域变得可溶于该第一显影剂而该光刻胶保持不溶于该第一显影剂。
步骤625是对该衬底进行显影以去除该第二膜和该第一膜的可溶扩散区域。
一种对衬底进行图案化的方法，该方法包括由在衬底上的第一层光刻胶在该衬底上形成包括浮雕结构的浮雕图案，该第一层光刻胶包含第一溶解度改变剂和第二溶解度改变剂，该光刻胶对该第一溶解度改变剂和该第二溶解度改变剂具有敏感度，该浮雕图案通过使用光化辐射的图案活化该第一溶解度改变剂并对该第一层光刻胶进行显影来形成；将聚合物混合物沉积在这些浮雕结构上，该聚合物混合物填充由该浮雕图案限定的开口并覆盖这些浮雕结构，这些浮雕结构的顶表面上方的区域是覆盖层区域，该聚合物混合物包含第一聚合物和第二聚合物，该聚合物混合物被配置为相对于重力自离析使得由该聚合物混合物形成第一膜和第二膜，包含该第一聚合物的该第一膜形成在包含该第二聚合物的该第二膜下方，形成该第一膜和该第二膜使得该第二膜填充该覆盖层区域，该第一膜对该第二溶解度改变剂敏感并且具有小于该光刻胶的敏感度阈值的敏感度阈值，该第二膜可溶于第一显影剂；活化该第二溶解度改变剂并使该第二溶解度改变剂从这些浮雕结构扩散预定的扩散长度至该第一膜中，该第二溶解度改变剂被充分活化以达到该第一膜的敏感度阈值而不达到该光刻胶的敏感度阈值，在该第一膜中形成的扩散区域变得可溶于该第一显影剂而该光刻胶保持不溶于该第一显影剂；以及对该衬底进行显影以去除该第二膜和该第一膜的可溶扩散区域。
在实施例中，该聚合物混合物经由旋涂沉积来沉积。
在实施例中，该聚合物混合物在被沉积在该衬底上后自离析。
在实施例中，该第二膜在自离析后延伸至这些浮雕结构的顶表面以下。
在实施例中，该聚合物混合物响应热而自离析，并且该方法进一步包括在将该聚合物混合物沉积在这些浮雕结构上之后执行热烘烤。
在实施例中，对该衬底进行显影进一步包括用该第一显影剂对该衬底进行显影以去除该第二膜和该第一膜的可溶扩散区域。
在实施例中，该第二膜可溶于第二显影剂，并且对该衬底进行显影进一步包括在用该第一显影剂对该衬底进行显影以去除该第一膜的可溶扩散区域之前用该第二显影剂对该衬底进行显影以去除该第二膜。
在实施例中，在活化该第二溶解度改变剂之后将该第二膜去除。
在实施例中，在活化该第二溶解度改变剂之前将该第二膜去除。
在实施例中，该第二聚合物的材料包括HFIP-M、MA-MIB-HFA、MA-BTHB-OH、MA-3,5-HFA-CHOH、MA-BTHB-NB、MA-EATf、和MA-DM-EATf。
一种对衬底进行图案化的方法，该方法包括由在衬底上的第一层光刻胶在该衬底上形成包括浮雕结构的浮雕图案，该第一层光刻胶包含第一溶解度改变剂和第二溶解度改变剂，该光刻胶对该第一溶解度改变剂和该第二溶解度改变剂具有敏感度，该浮雕图案通过使用光化辐射的图案活化该第一溶解度改变剂并对该第一层光刻胶进行显影来形成；将树脂外覆层沉积在这些浮雕结构上，该树脂外覆层填充由该浮雕图案限定的开口并覆盖这些浮雕结构，这些浮雕结构的顶表面上方的区域是覆盖层区域，该树脂外覆层具有包含第一树脂和第二树脂的树脂混合物，该树脂外覆层被配置为相对于重力自离析使得由该树脂外覆层形成第一膜和第二膜，包含该第一树脂的该第一膜形成在包含该第二树脂的该第二膜下方，形成该第一膜和该第二膜使得该第二膜填充该覆盖层区域，该第一膜对该第二溶解度改变剂敏感并且具有小于该光刻胶的敏感度阈值的敏感度阈值，该第二膜可溶于第一显影剂；活化该第二溶解度改变剂并使该第二溶解度改变剂从这些浮雕结构扩散预定的扩散长度至该第一膜中，该第二溶解度改变剂被充分活化以达到该第一膜的敏感度阈值而不达到该光刻胶的敏感度阈值，在该第一膜中形成的扩散区域变得可溶于该第一显影剂而该光刻胶保持不溶于该第一显影剂；以及对该衬底进行显影以去除该第二膜和该第一膜的可溶扩散区域。
在实施例中，
在实施例中，该树脂外覆层经由旋涂沉积来沉积。
在实施例中，其中该树脂外覆层在被沉积在该衬底上后自离析。
在实施例中，该第二膜在自离析后延伸至这些浮雕结构的顶表面以下。
在实施例中，该树脂外覆层响应热而自离析，并且该方法进一步包括在将该树脂外覆层沉积在这些浮雕结构上之后执行热烘烤。
在实施例中，对该衬底进行显影进一步包括用该第一显影剂对该衬底进行显影以去除该第二膜和该第一膜的可溶扩散区域。
在实施例中，该第二膜可溶于第二显影剂，并且对该衬底进行显影进一步包括在用该第一显影剂对该衬底进行显影以去除该第一膜的可溶扩散区域之前用该第二显影剂对该衬底进行显影以去除该第二膜。
在实施例中，在活化该第二溶解度改变剂之后将该第二膜去除。
在实施例中，在活化该第二溶解度改变剂之前将该第二膜去除。
一种对衬底进行图案化的方法，该方法包括接收具有限定待被部分填充的开口的特征的衬底；将聚合物混合物沉积在该衬底上，该聚合物混合物填充由这些特征限定的开口并覆盖这些特征，这些特征的顶表面上方的区域是覆盖层区域，该聚合物混合物包含第一聚合物和第二聚合物，该聚合物混合物被配置为相对于重力自离析使得由该聚合物混合物形成第一膜和第二膜，包含该第一聚合物的该第一膜形成在包含该第二聚合物的该第二膜下方，形成该第一膜和该第二膜使得该第一膜部分填充这些限定的开口同时该第二膜填充这些限定的开口的剩余部分并填充该覆盖层区域，该第二膜对特定溶剂敏感而该第一膜不溶于该特定溶剂；以及用该特定溶剂对该衬底进行显影以去除该第二膜，该第一膜保留在这些限定的开口中。
在前述描述中，已阐述了具体细节，比如处理系统的特定几何形状以及对其中使用的各种部件和工艺的描述。然而，应理解，可以在脱离这些具体细节的其他实施例中实践本文中的技术，并且这样的细节是出于解释而非限制的目的。已参考附图描述了本文披露的实施例。类似地，出于解释的目的，已阐述了具体的数字、材料和配置以便提供透彻的理解。然而，可以在没有这样的具体细节的情况下实践实施例。具有基本上相同的功能构造的部件由相似的参考字符表示，且因此可以省略任何冗余的描述。
已将各种技术描述为多个不连续的操作以辅助理解各种实施例。描述的顺序不应被解释为暗指这些操作必需依赖于顺序。实际上，这些操作不需要以呈现的顺序执行。可以以与所描述的实施例的顺序不同的顺序来执行所描述的操作。在附加实施例中，可以执行各种附加操作和/或可以省略所描述的操作。
如本文所使用的，“衬底”或“目标衬底”通常是指根据本发明被加工的对象。衬底可以包括器件(特别是半导体或其他电子器件)的任何材料部分或结构，并且可以例如是基础衬底结构(比如，半导体晶片、掩模版)、或基础衬底结构上的层或上覆于基础衬底结构的层(比如，薄膜)。因此，衬底不限于已图案化或未图案化的任何特定基础结构、下层或上覆层，而是设想为包括任何这样的层或基础结构、以及层和/或基础结构的任何组合。该描述可以参考特定类型的衬底，但这仅出于展示性目的。
本领域技术人员还将理解，可以对上文解释的技术的操作做出许多变化，同时仍然实现本发明的相同目标。本披露内容的范围旨在涵盖这样的变化。因而，本发明的实施例的前述描述并非旨在为限制性的。相反，在所附权利要求中呈现了对本发明的实施例的任何限制。

Claims (20)

1.一种对衬底进行图案化的方法，该方法包括：
由在衬底上的第一层光刻胶在该衬底上形成包括浮雕结构的浮雕图案，该第一层光刻胶包含第一溶解度改变剂和第二溶解度改变剂，该光刻胶对该第一溶解度改变剂和该第二溶解度改变剂具有敏感度，该浮雕图案通过使用光化辐射的图案活化该第一溶解度改变剂并对该第一层光刻胶进行显影来形成；
将聚合物混合物沉积在这些浮雕结构上，该聚合物混合物填充由该浮雕图案限定的开口并覆盖这些浮雕结构，这些浮雕结构的顶表面上方的区域是覆盖层区域，该聚合物混合物包含第一聚合物和第二聚合物，该聚合物混合物被配置为相对于重力自离析使得由该聚合物混合物形成第一膜和第二膜，包含该第一聚合物的该第一膜形成在包含该第二聚合物的该第二膜下方，形成该第一膜和该第二膜使得该第二膜填充该覆盖层区域，该第一膜对该第二溶解度改变剂敏感并且具有小于该光刻胶的敏感度阈值的敏感度阈值，该第二膜可溶于第一显影剂；
活化该第二溶解度改变剂并使该第二溶解度改变剂从这些浮雕结构扩散预定的扩散长度至该第一膜中，该第二溶解度改变剂被充分活化以达到该第一膜的敏感度阈值而不达到该光刻胶的敏感度阈值，在该第一膜中形成的扩散区域变得可溶于该第一显影剂而该光刻胶保持不溶于该第一显影剂；以及
对该衬底进行显影以去除该第二膜和该第一膜的可溶扩散区域。
2.如权利要求1所述的方法，其中，该聚合物混合物经由旋涂沉积来沉积。
3.如权利要求1所述的方法，其中，该聚合物混合物在被沉积在该衬底上后自离析。
4.如权利要求3所述的方法，其中，该第二膜在自离析后延伸至这些浮雕结构的顶表面以下。
5.如权利要求3所述的方法，其中，该聚合物混合物响应热而自离析，并且该方法进一步包括在将该聚合物混合物沉积在这些浮雕结构上之后执行热烘烤。
6.如权利要求1所述的方法，其中，对该衬底进行显影进一步包括用该第一显影剂对该衬底进行显影以去除该第二膜和该第一膜的可溶扩散区域。
7.如权利要求1所述的方法，其中，
该第二膜可溶于第二显影剂，并且
对该衬底进行显影进一步包括在用该第一显影剂对该衬底进行显影以去除该第一膜的可溶扩散区域之前用该第二显影剂对该衬底进行显影以去除该第二膜。
8.如权利要求7所述的方法，其中，在活化该第二溶解度改变剂之后将该第二膜去除。
9.如权利要求7所述的方法，其中，在活化该第二溶解度改变剂之前将该第二膜去除。
10.如权利要求1所述的方法，其中，该第二聚合物的材料包括HFIP-M、MA-MIB-HFA、MA-BTHB-OH、MA-3,5-HFA-CHOH、MA-BTHB-NB、MA-EATf、和MA-DM-EATf。
11.一种对衬底进行图案化的方法，该方法包括：
由在衬底上的第一层光刻胶在该衬底上形成包括浮雕结构的浮雕图案，该第一层光刻胶包含第一溶解度改变剂和第二溶解度改变剂，该光刻胶对该第一溶解度改变剂和该第二溶解度改变剂具有敏感度，该浮雕图案通过使用光化辐射的图案活化该第一溶解度改变剂并对该第一层光刻胶进行显影来形成；
将树脂外覆层沉积在这些浮雕结构上，该树脂外覆层填充由该浮雕图案限定的开口并覆盖这些浮雕结构，这些浮雕结构的顶表面上方的区域是覆盖层区域，该树脂外覆层具有包含第一树脂和第二树脂的树脂混合物，该树脂外覆层被配置为相对于重力自离析使得由该树脂外覆层形成第一膜和第二膜，包含该第一树脂的该第一膜形成在包含该第二树脂的该第二膜下方，形成该第一膜和该第二膜使得该第二膜填充该覆盖层区域，该第一膜对该第二溶解度改变剂敏感并且具有小于该光刻胶的敏感度阈值的敏感度阈值，该第二膜可溶于第一显影剂；
活化该第二溶解度改变剂并使该第二溶解度改变剂从这些浮雕结构扩散预定的扩散长度至该第一膜中，该第二溶解度改变剂被充分活化以达到该第一膜的敏感度阈值而不达到该光刻胶的敏感度阈值，在该第一膜中形成的扩散区域变得可溶于该第一显影剂而该光刻胶保持不溶于该第一显影剂；以及
对该衬底进行显影以去除该第二膜和该第一膜的可溶扩散区域。
12.如权利要求11所述的方法，其中，该树脂外覆层经由旋涂沉积来沉积。
13.如权利要求11所述的方法，其中，该树脂外覆层在被沉积在该衬底上之后自离析。
14.如权利要求13所述的方法，其中，该第二膜在自离析后延伸至这些浮雕结构的顶表面以下。
15.如权利要求13所述的方法，其中，该树脂外覆层响应热而自离析，并且该方法进一步包括在将该树脂外覆层沉积在这些浮雕结构上之后执行热烘烤。
16.如权利要求11所述的方法，其中，对该衬底进行显影进一步包括用该第一显影剂对该衬底进行显影以去除该第二膜和该第一膜的可溶扩散区域。
17.如权利要求11所述的方法，其中，
该第二膜可溶于第二显影剂，并且
对该衬底进行显影进一步包括在用该第一显影剂对该衬底进行显影以去除该第一膜的可溶扩散区域之前用该第二显影剂对该衬底进行显影以去除该第二膜。
18.如权利要求17所述的方法，其中，在活化该第二溶解度改变剂之后将该第二膜去除。
19.如权利要求17所述的方法，其中，在活化该第二溶解度改变剂之前将该第二膜去除。
20.一种对衬底进行图案化的方法，该方法包括：
接收具有限定待被部分填充的开口的特征的衬底；
将聚合物混合物沉积在该衬底上，该聚合物混合物填充由这些特征限定的开口并覆盖这些特征，这些特征的顶表面上方的区域是覆盖层区域，该聚合物混合物包含第一聚合物和第二聚合物，该聚合物混合物被配置为相对于重力自离析使得由该聚合物混合物形成第一膜和第二膜，包含该第一聚合物的该第一膜形成在包含该第二聚合物的该第二膜下方，形成该第一膜和该第二膜使得该第一膜部分填充这些限定的开口同时该第二膜填充这些限定的开口的剩余部分并填充该覆盖层区域，该第二膜对特定溶剂敏感而该第一膜不溶于该特定溶剂；以及
用该特定溶剂对该衬底进行显影以去除该第二膜，该第一膜保留在这些限定的开口中。
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