KR20210040154A - 패턴 붕괴 완화를 위한 수용성 중합체 - Google Patents

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Abstract

특징부들 사이의 공간들로부터 에칭 잔류물들을 세정하는 데 사용되는 유형의 초기 유체의 제거 시에 반도체 기판에 형성된 패턴화된 고 종횡비 특징부들의 붕괴를 방지하는 방법. 본 방법에서는, 예를 들어 스핀 코팅을 통해 공간들을 대체 용액으로 적어도 부분적으로 충전하여 초기 유체를 실질적으로 대체한다. 대체 용액은 적어도 하나의 용매와, 폴리비닐피롤리돈(PVP) 또는 폴리아크릴아미드(PAAM)와 같은 수용성 중합체 형태의 적어도 하나의 충전 재료를 포함한다. 이어서, 용매를 휘발시켜, 공간들 내에 실질적으로 고체 형태의 충전 재료를 침착시킨다. 충전 재료는 현재의 충전 재료의 사용에 비해 높은 애시 속도를 통해 공지의 플라즈마 애시 공정에 의해 제거될 수 있으며, 이는 규소 손실을 방지하거나 완화한다.

Description

패턴 붕괴 완화를 위한 수용성 중합체
본 발명은 포토리소그래피(photolithography) 기술을 통한 전자 구성요소의 제조, 및 애시(ash) 잔류물을 제거하는 데 사용되는 유형의 수성 세척 용액의 제거 시에 반도체 기판의 패턴화된 고 종횡비 특징부들 사이에서 발생할 수 있는 붕괴 또는 정지마찰(stiction)의 완화 또는 방지에 관한 것이다.
순수한 또는 도핑된 규소 웨이퍼와 같은 반도체 기판 상에 형성된 메모리 셀 및 다른 구성요소와 같은 전자 구성요소의 제조 동안, 기판은 포토리소그래피 기술을 사용하여 처리된다. 예를 들어, 포토레지스트를 편평한 규소 웨이퍼 상에 침착시킨 후에, 예를 들어 UV 노출을 사용하여 포토레지스트를 패턴화할 수 있다. 이어서, 포토레지스트를 현상하여, 기판 상에 형성된 좁은 또는 고 종횡비 특징부들 사이에 형성된 트렌치의 위치에 상응하는 포토레지스트의 부분의 제거를 용이하게 한다.
다음으로, 플라즈마 에칭과 같은 에칭 공정을 사용하여 나머지 포토레지스트 부분들 사이에서 트렌치를 규소 웨이퍼 내로 에칭한 후에, 전형적으로 수용액인 세척 용액을 사용하여 잔류 포토레지스트 및 임의의 잔류 에칭제 또는 다른 부스러기를 제거한다. 이러한 방식으로, 세척 단계 후에, 아래에 놓인 규소 웨이퍼로부터 연장되는 일련의 길고 수직으로 배치된 고 종횡비 규소 특징부가 존재하며, 이때 세척 용액은 규소 특징부들 사이의 트렌치 또는 공간 내에 배치된다.
문제는, 도 1에 도시된 바와 같이, 이 단계에서의 세척 용액의 직접 증발은 패턴화된 고 종횡비 특징부들이 세척 용액의 물의 표면 장력 및 모세관력의 영향으로 인해 서로에 대해 붕괴되는 경향이 있다는 것이다. 세척 용액 제거에 동반되는 고 종횡비 특징부의 붕괴는 고해상도 포토리소그래피에서, 특히 0.1 마이크로미터 미만의 포토리소그래피 기술에서 일반적인 파괴 방식이며, 이는 때때로 "정지마찰"로 지칭된다. 웨이퍼 건조 동안 패턴의 붕괴를 완화시키기 위하여, 아이소프로필 알코올(IPA)로 헹구는 것 및/또는 표면 개질 처리가 이용될 수 있다. 이들 방법이 일부 패턴 설계에서는 성공적이지만, 더 최근에는, 구조체의 붕괴를 방지하는 고 종횡비 나노구조물의 진보된 설계가 계속 난제가 되고 있다.
고 종횡비 특징부의 정지마찰 유도 붕괴를 극복하는 다른 방법에서, 중합체 충전재의 대체 용액을 고 종횡비 특징부들 사이의 공간 내로 도입하여 세척 용액을 실질적으로 대체할 수 있다. 이어서, 중합체가 실질적으로 고체 형태로 공간 내에 남아서 고 종횡비 특징부를 지지하는 채로, 대체 용액의 휘발성 성분을 열처리에 의해 제거한다. 이어서, 예를 들어 질소 또는 헬륨과 함께 산소-기반 또는 수소-기반 플라즈마를 사용하는 플라즈마 애싱(ashing)과 같은 제거 공정을 사용하여 중합체를 제거한다.
그러나, 중합체 충전 재료 및 플라즈마-기반 공정은 잠재적으로 고 종횡비 특징부의 산화 또는 질화로 인한 규소의 손실로 이어질 수 있으며, 많은 진보된 메모리 설계는 플라즈마 애싱 공정을 사용한 중합체 충전재의 제거 동안 화학적 전환으로 인한 규소의 그러한 손실을 견딜 수 없다. 트랜지스터-리스(transistor-less) 3D 크로스포인트(3D-XPoint) 메모리 기술과 같은 다른 진보된 메모리 설계는 정지마찰 제어를 위해 사용되는 현재의 중합체 충전재의 제거를 위한 현재의 플라즈마 애싱 공정을 견딜 수 없다.
본 발명은 특징부들 사이의 공간들로부터 에칭 잔류물들을 세정하는 데 사용되는 유형의 초기 유체의 제거 시에 반도체 기판들에 형성된 패턴화된 고 종횡비 특징부들의 붕괴를 방지하기 위한 방법을 제공한다. 본 방법에서는, 예를 들어 스핀 코팅을 통해 공간들을 대체 용액으로 적어도 부분적으로 충전하여 초기 유체를 실질적으로 대체한다. 대체 용액은 적어도 하나의 용매와, 폴리비닐피롤리돈(PVP) 또는 폴리아크릴아미드(PAAM)와 같은 수용성 중합체 형태의 적어도 하나의 충전 재료를 포함한다. 이어서, 용매를 휘발시켜, 공간들 내에 실질적으로 고체 형태의 충전 재료를 침착시킨다. 충전 재료는 현재의 충전 재료들의 사용에 비해 높은 애시 속도를 통해 공지된 플라즈마 애시 공정에 의해 제거될 수 있으며, 이는 규소 손실을 방지하거나 완화한다.
이의 하나의 형태에서, 본 발명은 반도체 기판 특징부들의 붕괴를 방지하는 방법을 제공하며, 이 방법은, 복수의 고 종횡비 특징부들을 가지며 특징부들 사이에 공간들이 있고 간극 공간들은 초기 유체로 적어도 부분적으로 충전되어진 패턴화된 반도체 기판을 제공하는 단계; 적어도 하나의 1차 용매, 및 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 결정할 때 중량 평균 분자량(Mw)이 1,000 내지 15,000 달톤인 수용성 중합체 형태의 적어도 하나의 제1 충전 재료를 포함하는 대체 용액으로 초기 유체를 대체하는 단계로서, 대체 용액은 또한 점도가 100 센티푸아즈 미만인, 상기 단계; 공간들로부터 용매를 실질적으로 제거하고 공간들 내에 실질적으로 고체 형태의 충전 재료를 침착시키도록 기판을 승온에 노출시키는 단계; 및 간극 공간들로부터 충전 재료를 제거하도록 기판을 건식 애시 공정에 노출시키는 단계를 포함한다.
적어도 하나의 수용성 중합체는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리아크릴아미드(PAAM), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
승온은 100℃ 내지 280℃일 수 있다. 적어도 하나의 용매는 물일 수 있거나, 적어도 하나의 비-수성 용매일 수 있거나, 물 및 적어도 하나의 비-수성 용매일 수 있다.
대체 용액은 적어도 하나의 2차 용매 및 적어도 하나의 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 대체 단계는 스핀 코팅을 통해 수행될 수 있다.
대체 용액은 대체 용액의 총 중량을 기준으로 5 중량% 내지 30 중량%의 충전 재료를 포함할 수 있다. 대체 용액은 점도가 50 센티푸아즈 미만이다.
노출시키는 단계들은 주위 공기 분위기 및 불활성 가스 분위기 중 하나에서 수행될 수 있다.
이의 다른 형태에서, 본 발명은 반도체 기판 특징부들의 붕괴를 방지하는 데 사용하기 위한 대체 용액을 제공하며, 이 용액은 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 결정할 때 중량 평균 분자량(Mw)이 1,000 달톤 내지 15,000 달톤인 적어도 하나의 수용성 중합체; 적어도 하나의 1차 용매; 적어도 하나의 2차 용매; 적어도 하나의 계면활성제를 포함하고; 대체 용액은 점도가 100 센티푸아즈 미만이다.
적어도 하나의 수용성 중합체는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리아크릴아미드(PAAM), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 적어도 하나의 중합체는 대체 용액의 총 중량을 기준으로 5 중량% 내지 30 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
적어도 하나의 1차 용매는 대체 용액의 총 중량을 기준으로 70 중량% 내지 95 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 적어도 하나의 2차 용매는 대체 용액의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 10 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
적어도 하나의 수용성 중합체는 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 결정할 때 중량 평균 분자량(Mw)이 2,500 내지 10,000 달톤일 수 있다. 적어도 하나의 수용성 중합체는 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 결정할 때 중량 평균 분자량이 4,000 내지 6,000 달톤일 수 있다.
대체 용액은 점도가 50 센티푸아즈 미만일 수 있거나, 점도가 10 센티푸아즈 미만일 수 있다.
첨부 도면과 관련하여 취해진 본 발명의 실시 형태들의 하기의 설명을 참조함으로써, 본 발명의 전술한 그리고 다른 특징과, 이들을 성취하는 방식이 더욱 명백해질 것이고 본 발명 자체가 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 종래의 공정에 따른 물 제거 시 특징부의 붕괴를 도시하는, 고 종횡비 특징부들을 형성하도록 패턴화된 반도체 기판의 단면도이다.
도 2는 에칭 잔류물이 제거된 후 특징부들 사이의 공간들 내에 배치된 초기 유체를 추가로 도시하는, 포토리소그래피 패턴화 후의 고 종횡비 특징부들을 갖는 반도체 기판의 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 대체 용액을 사용한 고 종횡비 특징부들 사이의 공간들로부터의 초기 유체의 대체를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 대체 용액으로부터 용매를 제거한 후의 고 종횡비 특징부들 사이의 공간들 내의 실질적으로 고체 형태의 충전 재료를 도시하며, 이때 충전 재료는 공간들을 부분적으로 충전하거나(좌측) 공간을 완전히 충전한다(우측).
도 5는 충전 재료의 제거 후의 규소 기판 및 고 종횡비 특징부들을 도시한다.
도 6은 실시예 1에 상응하며, 점도 대 농도 데이터를 도시한다.
도 7은 실시예 1에 상응하며, 점도 대 농도 데이터를 도시한다.
도 8은 실시예 1에 상응하며, 필름 두께 대 스핀 속도 데이터를 도시한다.
도 9는 실시예 1에 상응하며, 필름 두께 대 스핀 속도 데이터를 도시한다.
상응하는 도면 부호는 몇몇 도면 전체에 걸쳐 상응하는 부분을 나타낸다. 본 명세서에 기재된 예시는 소정의 예시적인 실시 형태를 예시하기 위해 제공되며, 그러한 예시는 어떠한 방식으로든 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
도 2를 참조하면, 라인 또는 트렌치와 같은 공간(14)을 사이에 갖는 필라(pillar) 또는 컬럼과 같은 다수의 고 종횡비 특징부(12)를 형성하도록 포토리소그래피 기술을 사용하여 패턴화되어진 순수한 또는 도핑된 규소 웨이퍼와 같은 반도체 기판(10)이 도시되어 있다. 특징부(12)는 높이 대 폭의 종횡비가 예를 들어 4:1 초과, 또는 심지어 10:1 이상일 수 있다. 도 2에서는, 포토리소그래피 에칭 잔류물을 세정하기 위해 사용되는 유형의 초기 유체(16)가 고 종횡비 특징부(12)들 사이의 공간(14) 내에 배치된 단계에서의 기판(10)이 도시되어 있다. 하기에 추가로 기재되는 바와 같이, 초기 유체(16)는 본 발명에 따른 대체 용액으로 대체된다.
본 명세서에 개시된 충전 재료는 다양한 분자량의 중합체 또는 올리고머일 수 있으며, 본 발명의 목적상, 용어 "중합체"는 일반적으로 중합체와 올리고머 둘 모두를 비롯한, 복수의 반복 단위를 갖는 분자를 포함한다.
본 발명의 대체 용액은 적어도 하나의 수용성 중합체 형태의 적어도 하나의 제1 충전 재료를 포함한다. 수용성 중합체는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리아크릴아미드(PAAM), 폴리비닐 알코올(PVA), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
PVP는 하기 화학식 I에서 제시된 화학 구조를 갖는다:
[화학식 I]
Figure pct00001
PAAM은 하기 화학식 II에서 제시된 화학 구조를 갖는다:
[화학식 II]
Figure pct00002
PVA는 하기 화학식 III에서 제시된 화학 구조를 갖는다:
[화학식 III]
Figure pct00003
전술한 중합체들 중, PVP 및 PAAM의 각각은 질소-함유 펜던트 작용기를 포함하는데, 이는 수용성을 촉진하는 것으로 생각되며, 전술한 중합체는 질소 함량이, 중합체의 각각의 반복 단위 내의 모든 원자의 총 중량을 기준으로, 5 중량%, 10 중량% 또는 12 중량%만큼 적거나, 20 중량%, 25 중량% 또는 30 중량%만큼 많거나, 또는 전술한 값들 중 임의의 2개의 값들 사이로 정의되는 임의의 범위, 예컨대 5 중량% 내지 30 중량%, 10 중량% 내지 25 중량% 또는 12 중량% 내지 20 중량% 이내이다.
중합체는 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정할 때 중량 평균 분자량(Mw)이 1,000 달톤, 1,500 달톤, 또는 4,000 달톤만큼 작을 수 있거나, 6,000 달톤, 10,000 달톤 또는 15,000 달톤만큼 클 수 있거나, 또는 전술한 값들 중 임의의 2개의 값들 사이로 정의되는 임의의 범위, 예컨대 1,000 내지 15,000 달톤, 2,500 내지 10,000 달톤, 또는 4,000 내지 6,000 달톤 이내일 수 있다.
전형적으로, 대체 용액 내의 충전 재료의 총량은, 대체 용액의 총 중량을 기준으로, 예를 들어, 5 중량%, 10 중량%, 또는 15 중량%만큼 적을 수 있거나, 20 중량%, 25 중량%, 또는 30 중량%만큼 많을 수 있거나, 또는 전술한 값들의 임의의 쌍 사이로 정의되는 임의의 범위, 예컨대 5 중량% 내지 30 중량%, 10 중량% 내지 25 중량%, 또는 15 중량% 내지 20 중량% 이내일 수 있으며, 대체 용액의 나머지는 하기에 논의된 것들과 같은 하나 이상의 용매 및/또는 다른 첨가제이다.
대체 용액은 또한 적어도 하나의 1차 용매를 포함하며, 이는 물 단독일 수 있거나, 아이소프로필 알코올(IPA), n-프로필 알코올(n-PA), n-메틸-2-피롤리돈(NMP), 및 다이메틸포름아미드(DMF)와 같은 하나 이상의 비-수성 용매일 수 있거나, 물과 적어도 하나의 비수성 용매의 블렌드일 수 있다. 1차 용매는 중합체를 용매화하도록 기능하며, 대체 용액이 적용된 후에 열처리 동안 휘발된다. 1차 용매는 중량 퍼센트를 기준으로 대체 용액의 주 성분이며, 대체 용액의 총 중량을 기준으로, 예를 들어, 70 중량%, 75 중량%, 또는 80 중량%만큼 적거나, 85 중량%, 90 중량%, 또는 95 중량%만큼 많거나, 또는 전술한 값들의 임의의 쌍 사이로 정의되는 임의의 범위, 예컨대 70 중량% 내지 95 중량%, 75 중량% 내지 90 중량%, 또는 80 중량% 내지 85 중량% 이내의 양으로 존재할 수 있다.
대체 용액은 선택적으로 또한 적어도 하나의 2차 용매, 예를 들어, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(PGMEA), 프로필렌 글리콜(PG), 프로필렌 글리콜 프로필 에테르(PGPE) 및 프로필렌 글리콜 메틸 에테르(PGME)를 포함할 수 있다. 2차 용매는 계면활성제를 위한 담체로서 제형의 습윤 특성을 개선하여 필름-형성에 도움을 준다. 2차 용매는 중량 퍼센트를 기준으로 대체 용액의 부 성분으로 존재하며, 대체 용액의 총 중량을 기준으로, 예를 들어, 1.0 중량%, 2.0 중량%, 또는 3.0 중량%만큼 적거나, 5.0 중량%, 7.5 중량%, 또는 10 중량%만큼 많거나, 또는 전술한 값들의 임의의 쌍 사이로 정의되는 임의의 범위, 예컨대 70 중량% 내지 95 중량%, 75 중량% 내지 90 중량%, 또는 80 중량% 내지 85 중량% 이내인 양으로 존재할 수 있다.
대체 용액의 다른 성분은, 전형적으로 대체 용액의 총 중량을 기준으로, 예를 들어, 0.1 중량%, 0.5 중량%, 또는 1.0 중량%만큼 적거나, 1.5 중량%, 2.0 중량%, 또는 3 중량%만큼 많거나, 또는 전술한 값들의 임의의 쌍 사이로 정의되는 임의의 범위, 예컨대 0.1 중량% 내지 3 중량%, 0.5 중량% 내지 2.0 중량%, 또는 1.0 중량% 내지 1.5 중량% 이내인 총량으로 존재하는, 하나 이상의 계면활성제, 예컨대 비-플루오르화 탄화수소, 플루오르화 탄화수소, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 한 가지 적합한 계면활성제는 미국 미네소타주 메이플우드 소재의 쓰리엠(3M)으로부터 입수가능한 노벡(Novec)TM FC-4430 플루오로계면활성제와 같은 비이온성 중합체성 불소화합물계 계면활성제이다.
대체 용액의 성분들은 예를 들어 단순 혼합에 의해 함께 블렌딩될 수 있다. 혼합될 때, 대체 용액은, 예를 들어 브룩필드(Brookfield) LVDV-II-PCP 또는 DV-II+ 스핀들형 점도계에 의해 결정할 때, 점도가 100 센티푸아즈 미만, 50 센티푸아즈 미만, 또는 10 센티푸아즈 미만일 수 있다. 유리하게는, 본 발명의 대체 용액은 그의 비교적 낮은 점도로 인해 초기 세척 용액을 용이하게 대체하며 후술되는 방식으로 규소 웨이퍼 기판의 고 종횡비 특징부들 사이의 공간 내에 충전된다. 대체 용액의 점도가 너무 높으면, 대체 용액의 충전 재료가 고 종횡비 특징부들 사이의 공간 내에 충전되기보다는 규소 웨이퍼 기판의 인접한 고 종횡비 특징부들을 가교시키거나 이들에 포개지는 경향이 있을 수 있다.
이하 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 대체 용액을 사용하는 예시적인 방법을 기술한다. 도 2에서는, 초기 유체(16)가 고 종횡비 특징부(12)들 사이의 공간(14) 내에 배치되어 있는, 하나 이상의 포토리소그래피 공정의 완료 후의 단계에서의 기판(10)이 도시되어 있다. 일 실시 형태에서, 초기 유체(16)는 포토리소그래피 에칭 잔류물을 제거하는 데 사용되는 유형의 수성 세척 용액일 수 있다. 전형적으로, 주로 수성 세척 용액은 용해된 또는 미립자 에칭 잔류물을 포함하는 수용액일 것이며, 고 종횡비 특징부들 사이의 공간을 부분적으로 또는 완전히 충전할 수 있다.
선택적인 제1 단계에서, 초기 유체(16)는 플러싱 용매 또는 플러싱 용액이며, 이는 비수성이고 본 명세서에 개시된 물 및 충전 재료 둘 모두에 대한 상호 용매이다. 플러싱 용액은, 예를 들어, 아이소프로필 알코올(IPA), 아세톤 또는 에틸 락테이트를 포함할 수 있으며, 본 발명의 대체 용액을 사용하여 플러싱 용액을 대체하기 전에 수성 세척 용액을 대체하는 데 사용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 대체 용액(18)은 기판(10)에 적용되어, 전술한 바와 같이, 수성 세척 용액 또는 초기 플러싱 용액의 형태일 수 있는 초기 유체(16)를 용적식으로(volumetrically) 대체한다. 대체 용액(18)은 스핀 코팅을 통해 기판(10)에 적용될 수 있고, 도 3에서 화살표로 점선 대각선에 의해 개략적으로 도시된 바와 같이, 적용되는 대체 용액의 부피는 초기 유체(16)를 완전히 또는 실질적으로 완전히 용적식으로 대체하고 제거하기에 충분하며, 대체 용액은 특징부(12)들 사이의 공간(14) 내로 스핀-코팅되어 초기 유체(16)를 대체한다. 적합한 스핀 속도는, 예를 들어 500 rpm, 1000 rpm, 또는 1,500 rpm만큼 작을 수 있거나, 2,000 rpm, 2,500 rpm, 또는 3,000 rpm만큼 클 수 있거나, 또는 전술한 값들의 임의의 쌍 사이로 정의되는 임의의 범위, 예컨대 500 rpm 내지 3,000 rpm,1,000 rpm 내지 2,500 rpm, 또는 1,500 rpm 내지 2,000 rpm 이내일 수 있다. 이러한 방식으로, 도 3을 계속 참조하면, 고 종횡비 특징부(12)들 사이의 공간(14)은 대체 용액(16)으로 완전히 충전되거나 실질적으로 충전된다.
다음으로, 기판(10)은, 예를 들어, 100℃, 125℃, 또는 150℃만큼 낮을 수 있거나, 200℃, 240℃, 또는 280℃만큼 높을 수 있거나, 또는 전술한 값들 중 임의의 2개의 값들 사이로 정의되는 임의의 범위, 예를 들어 100℃ 내지 280℃, 125℃ 내지 240℃ 또는 150℃ 내지 200℃ 이내일 수 있는 제1 승온에서 제1 열처리 단계에 노출된다. 이러한 방식으로, 기판이 제1 승온에 노출될 때, 대체 용액의 휘발성 성분, 예를 들어 물 및 비-수성 용매뿐만 아니라, 존재할 수 있는 수성 세척 용액으로부터의 임의의 잔류 물 또는 잔류 용매가 제거되어, 고 종횡비 특징부(12)들 사이의 공간(14) 내에서 실질적으로 고체 형태의 충전 재료를 침착시킨다. 제1 열처리 단계는 주위 공기 분위기에서 수행될 수 있거나, 또는 대안적으로 진공에서 또는 예를 들어 질소 또는 다른 불활성 기체 하에 불활성 분위기에서 수행될 수 있다.
도 4를 참조하면, 단지 실질적으로 고체인 충전 재료(20)만이 고 종횡비 특징부(12)들 사이의 공간(14) 내에 남아 있는 제1 열처리 단계 후의 기판이 도시되어 있으며, 충전 재료는 도 4의 좌측에 도시된 바와 같이 공간을 부분적으로 또는 실질적으로 충전하거나, 또는 도 4의 우측에 도시된 바와 같이 공간을 완전히 충전한다. 유리하게는, 실질적으로 고체인 충전 재료는 고 종횡비 특징부를 물리적으로 지지하고, 본 발명의 방법의 이러한 단계 및 후속 단계 동안 그의 붕괴를 방지한다.
최종 단계에서, 충전 재료는 플라즈마 애싱 단계, 예를 들어 아르곤 하에서의 산소 플라즈마를 통해 제거된다. 플라즈마 애싱 공정은 주위 공기 분위기에서 수행될 수 있거나, 또는 대안적으로 진공에서 또는 예를 들어 질소 또는 다른 불활성 기체 하에 불활성 분위기에서 수행될 수 있다.
도 5를 참조하면, 충전 재료가 기판(10)의 고 종횡비 특징부(12)들 사이의 공간(14)으로부터 완전히 제거된 후에, 공간(14)은 완전히 비어 있을 것이며, 이때 고 종횡비 특징부(12)의 기하학적 형상은 붕괴 없이 보존된다. 이어서, 기판(10)은 원하는 대로 추가의 하류 처리 단계를 거칠 수 있다.
유리하게는, 본 발명의 충전 재료는 비교적 높은 애싱(제거) 속도를 용이하게 하는 것으로 밝혀졌으며, 따라서 플라즈마를 사용하는 제거에 적합하고 산화 또는 환원 플라즈마 조건을 사용하여 용이하게 스트리핑될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 방식으로, 애싱 속도가 더 높기 때문에, 기판은 공지된 공정에서보다 더 짧은 시간 동안 플라즈마에 노출되어, 기판(10) 또는 그의 특징부(12)로부터의 실리콘의 제거를 완화하거나 없앰으로써, 특징부(12)의 해상도 또는 기하학적 구조를 보존한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 어구 "전술한 값들 중 임의의 2개의 값들 사이로 정의되는 임의의 범위 이내"는, 그러한 어구 이전에 열거된 값들이 목록의 하한 부분에 있는지 또는 목록의 상한 부분에 있는지와 관계없이, 임의의 범위가 그러한 값들 중 임의의 2개의 값으로부터 선택될 수 있음을 실제로 의미한다. 예를 들어, 한 쌍의 값이 2개의 하한 값, 2개의 상한 값, 또는 하나의 하한 값과 하나의 상한 값으로부터 선택될 수 있다.
하기의 비제한적인 실시예는 본 발명을 예시하는 역할을 한다.
실시예
실시예 1
점도 및 필름 두께 연구
열거된 바와 같은 중량 비율로 성분들을 용해시킴으로써 하기 표 1의 코팅 제형 1 내지 제형 10을 제조하였다.
Figure pct00004
본 명세서에 기재된 유형의 브룩필드 스핀들형 점도계를 사용하여, 제형화된 용액의 점도를 결정하였다. 표 1의 것들과 유사한 제형들에 대한 중량% 고형물 농도의 함수로서의 점도 데이터가 도 6 및 도 7에 제시되어 있으며, 이러한 제형들은 도 6 및 도 7에 나타나 있는 중합체, 용매, 및 상대 농도만을 포함하였고, 일반적으로 각각의 제형 내의 고체 농도가 증가함에 따라 점도가 점진적으로 증가함을 알 수 있다.
표 1과 유사하거나 또는 표 1에서 상기에 열거된 제형을 베어(bare) 규소 웨이퍼 상에 코팅하고 2개의 핫 플레이트를 순차적으로 각각 사용하여 160℃ 및 180℃에서 60초 동안 필름을 베이킹한 후에, 분당 회전수(rpm) 단위의 스핀 속도의 함수로서의 필름 두께를 수집하였으며, 결과가 하기 도 8 및 도 9에 제시되어 있다. 도 8에서는, 다른 성분 없이 표시된 용매 중 PVP 및 PAAM의 20 중량% 용액을 제조하였다. 도 9에서는, 상기 표 1로부터의 제형 1 및 제형 4 내지 제형 6을 사용하였다. 도 8 및 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 필름 두께는 스핀 속도에 따라 점진적으로 감소한다.
마지막으로, 코팅을 고 종횡비 해상도(HAR) 패턴 상에 침착시켰으며, 산소 플라즈마 스트립 화학을 사용하여 필름을 베이킹 및 제거한 후에, 구조체의 토플링(toppling)이 전혀 인지되지 않았다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수 형태("a", "an" 및 "the")는 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않는 한 복수형을 포함한다. 더욱이, 양, 농도, 또는 다른 값 또는 파라미터가 범위, 바람직한 범위, 또는 바람직한 상한값과 바람직한 하한값의 목록으로 주어지는 경우, 이는 범위가 별도로 개시되는지에 관계없이, 임의의 상한 범위 한계 또는 바람직한 값과 임의의 하한 범위 한계 또는 바람직한 값의 임의의 쌍으로부터 형성되는 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로 이해되어야 한다. 수치 값들의 범위가 본 명세서에 열거되는 경우, 달리 언급되지 않는 한, 그 범위는 그의 종점, 및 그 범위 내의 모든 정수 및 분수를 포함하도록 의도된다. 본 발명의 범주는 범위를 한정할 때 열거되는 특정 값에 제한되는 것으로 의도되지 않는다.
전술한 설명은 단지 본 발명을 예시하는 것이다. 본 발명으로부터 벗어남이 없이 다양한 대안 및 수정이 당업자에 의해 고안될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범주 내에 속하는 모든 그러한 대안, 수정 및 변형을 포함하고자 한다.

Claims (15)

  1. 반도체 기판 특징부들의 붕괴를 방지하는 방법으로서,
    복수의 고 종횡비 특징부들을 가지며 상기 특징부들 사이에 공간들이 있고 간극 공간들이 초기 유체로 적어도 부분적으로 충전되어진 패턴화된 반도체 기판을 제공하는 단계;
    적어도 하나의 1차 용매, 및 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 결정할 때 중량 평균 분자량(Mw)이 1,000 내지 15,000 달톤인 수용성 중합체 형태의 적어도 하나의 제1 충전 재료를 포함하는 대체 용액으로 상기 초기 유체를 대체하는 단계로서, 상기 대체 용액은 또한 점도가 100 센티푸아즈 미만인, 상기 단계;
    상기 공간들로부터 상기 용매를 실질적으로 제거하고 상기 공간들 내에 실질적으로 고체 형태의 상기 충전 재료를 침착시키도록 상기 기판을 승온에 노출시키는 단계; 및
    상기 간극 공간들로부터 상기 충전 재료를 제거하도록 상기 기판을 건식 애시(dry ash) 공정에 노출시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수용성 중합체는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리아크릴아미드(PAAM), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 승온은 100℃ 내지 280℃인, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 용매는 물을 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 용매는 적어도 하나의 비-수성 용매를 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 용매는 물 및 적어도 하나의 비-수성 용매를 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 대체 용액은 상기 대체 용액의 총 중량을 기준으로 5 중량% 내지 30 중량%의 상기 충전 재료를 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 대체 용액은 점도가 50 센티푸아즈 미만인, 방법.
  9. 반도체 기판 특징부들의 붕괴를 방지하는 데 사용하기 위한 대체 용액으로서,
    겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 결정할 때 중량 평균 분자량(Mw)이 1,000 내지 15,000 달톤인 적어도 하나의 수용성 중합체;
    적어도 하나의 1차 용매;
    적어도 하나의 2차 용매;
    적어도 하나의 계면활성제
    를 포함하며,
    상기 대체 용액은 점도가 100 센티푸아즈 미만인, 대체 용액.
  10. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수용성 중합체는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리아크릴아미드(PAAM), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 대체 용액.
  11. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 중합체는 상기 대체 용액의 총 중량을 기준으로 5 중량% 내지 30 중량%의 양으로 존재하는, 대체 용액.
  12. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 1차 용매는 상기 대체 용액의 총 중량을 기준으로 70 중량% 내지 95 중량%의 양으로 존재하는, 대체 용액.
  13. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수용성 중합체는 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 결정할 때 중량 평균 분자량(Mw)이 2,500 내지 10,000 달톤인, 대체 용액.
  14. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수용성 중합체는 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 결정할 때 중량 평균 분자량(Mw)이 4,000 내지 6,000 달톤인, 대체 용액.
  15. 제9항에 있어서, 점도가 50 센티푸아즈 미만인, 대체 용액.
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