TWI529816B - 藉嵌段共聚物之自組裝而在一基板上提供具間隔的微影特徵之方法 - Google Patents

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Description

藉嵌段共聚物之自組裝而在一基板上提供具間隔的微影特徵之方法
本發明係關於一種藉由在基板上提供之渠溝中使用嵌段共聚物之自組裝而在基板上形成具規則間隔的微影特徵之方法。該方法可有用於形成場效電晶體之一或多個電晶體導電通道。
在用於器件製造之微影中，一直需要縮減微影圖案中之特徵之大小，以便增加給定基板區域上之特徵之密度。具有處於奈米尺度之臨界尺寸(critical dimension,CD)之較小特徵的圖案允許器件或電路結構之較大集中，從而在電子器件及其他器件之大小縮減及製造成本方面得到潛在改良。在投影光微影中，針對較小特徵之推進已引起諸如浸潤微影及極紫外線(extreme ultraviolet,EUV)微影之技術之開發。
作為一替代例，所謂壓印微影(imprint lithography)通常涉及使用「印模(stamp)」(常常被稱作壓印模板)以將圖案轉印至基板上。壓印微影之優點為：特徵之解析度不受到(例如)輻射源之發射波長或投影系統之數值孔徑限制。取而代之，解析度主要限於壓印模板上之圖案密度。
對於投影光微影及壓印微影兩者，需要提供(例如)壓印模板或其 他基板之表面之高解析度圖案化。使用嵌段共聚物(BCP)之自組裝已被認為是用於將特徵解析度增加至比可藉由先前微影方法而獲得之尺寸更小之尺寸的潛在方法，或被認為是用於製備壓印模板之電子束微影的替代例。
可自組裝BCP為有用於奈米製作中之化合物，此係因為其可在低於某一溫度(有序-無序轉變溫度To/d)的情況下冷卻時經歷有序-無序轉變，從而引起具有不同化學性質之共聚物嵌段之相分離以形成尺寸為數十奈米或甚至小於10奈米之有序化學相異域。可藉由操控共聚物之不同嵌段類型之分子量及成份來控制該等域之大小及形狀。該等域之間的界面可具有大約1奈米至5奈米之線寬粗糙度，且可藉由共聚物之嵌段之化學成份的改質而被操控。
使用BCP薄膜作為自組裝模板之可行性係由Chaikin及Register等人(Science 276，1401(1997))示範。將尺寸為20奈米之圓點及孔緻密陣列自聚(苯乙烯-嵌段-異戊二烯)薄膜轉印至氮化矽基板。
BCP包含不同嵌段，每一嵌段通常包含一或多個相同單體且沿著聚合物鏈並排地配置。每一嵌段可含有其各別類型之許多單體。因此，舉例而言，A-B BCP可具有在該(或每一)A嵌段中之複數個類型A單體，及在該(或每一)B嵌段中之複數個類型B單體。舉例而言，合適BCP之實例為具有聚苯乙烯(PS)單體(疏水性嵌段)及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)單體(親水性嵌段)之共價鍵聯式嵌段之聚合物。具有疏水性/親水性不同之嵌段之其他BCP可有用。舉例而言，諸如(A-B-C)BCP之三嵌段共聚物可有用，如可為交替或週期性BCP，例如，[-A-B-A-B-A-B-]n或[-A-B-C-A-B-C]m，其中n及m為整數。該等嵌段可藉由共價鍵而以直鏈或分支鏈方式(例如，星形或分支鏈組態)相互連接。
BCP可在自組裝後就形成許多不同相，此取決於嵌段之體積分 率、每一嵌段類型內之聚合度(亦即，每一各別嵌段內之每一各別類型之單體的數目)、溶劑之選用用途，及表面相互作用。當在薄膜中應用幾何制約時，幾何制約可引起可限制所形成相之額外邊界條件。一般而言，實務上在自組裝式BCP薄膜中觀測球體(例如，立方體)相、圓柱形(例如，四邊形或六邊形)相及層狀相(亦即，具有立方體、六邊形或層狀空間填充對稱性之自組裝式相)。
所觀測之相類型可取決於不同聚合物嵌段之相對分子體積分率。舉例而言，80：20之分子體積比率將提供配置於較高體積嵌段之連續域中之低體積嵌段的不連續球體域之立方體相。隨著體積比率縮減至70：30，將形成圓柱形相，其中不連續域為較低體積嵌段之圓柱。在50：50之比率下，形成層狀相。在30：70之比率的情況下，可形成倒圓柱形相，且在20：80之比率下，可形成倒立方體相。
用作可自組裝聚合物之合適BCP包括但不限於聚(苯乙烯-b-甲基丙烯酸甲酯)、聚(苯乙烯-b-2-乙烯吡啶酮)、聚(苯乙烯-b-丁二烯)、聚(苯乙烯-b-二茂鐵基二甲基甲矽烷)、聚(苯乙烯-b-環氧乙烷)、聚(環氧乙烷-b-異戊二烯)。符號「b」表示「嵌段」。儘管此等嵌段共聚物為二嵌段共聚物實例，但將顯而易見，自組裝亦可使用三嵌段、四嵌段或其他多嵌段共聚物。
一種用以將聚合物(諸如，BCP)之自組裝導引或引導至基板表面上的方法被稱為表面起伏磊晶(graphoepitaxy)。此方法涉及藉由在使用由抗蝕劑建構之一或多個特徵(或自抗蝕劑轉印至基板表面上之一或多個特徵，或轉印至沈積於基板表面上之膜堆疊上之一或多個特徵)的情況下在基板上進行拓撲預圖案化而導引之BCP的自組織。預圖案化用以形成圍封體或「渠溝」，圍封體或「渠溝」包含基板基底，及抗蝕劑之側壁，例如，抗蝕劑之一對對置側壁(或形成於膜中之側壁，或形成於基板中之側壁)。
通常，表面起伏磊晶模板之特徵之高度大約為待排序BCP層之厚度，因此可為(例如)約20奈米至約150奈米。
層狀自組裝式BCP可形成微影特徵之平行線性圖案，其在渠溝中具有不同聚合物嵌段域之鄰近線。舉例而言，若BCP為在聚合物鏈內具有A嵌段及B嵌段之二嵌段共聚物，則BCP可在每一渠溝中自組裝成一有序層，該層包含A嵌段之具規則間隔的第一域，其與B嵌段之第二域交替。
相似地，圓柱形自組裝式BCP可形成微影特徵之有序圖案，其包含由第二連續域環繞之圓柱形不連續第一域之具規則間隔的平行線。舉例而言，若BCP為在聚合物鏈內具有A嵌段及B嵌段之二嵌段共聚物，則A嵌段可組裝成橫越渠溝規則地間隔且由B嵌段之連續域環繞之圓柱形不連續域。
因此，可使用表面起伏磊晶以導引層狀相或圓柱形相之自組織，使得BCP圖案將側壁之間隔再分成交替共聚物圖案之域。
在用以實施BCP自組裝在奈米製作中之使用的程序中，作為表面起伏磊晶模板之部分，可運用中性定向控制層而對基板進行改質，以誘發自組裝圖案相對於基板之較佳定向。對於用於可自組裝聚合物層中之一些BCP，在該等嵌段中之一者與基板表面之間可存在可引起定向之優先相互作用。舉例而言，對於聚苯乙烯(PS)-b-PMMA BCP，PMMA嵌段將優先地濕潤氧化物表面(亦即，具有與氧化物表面之高化學親和性)，且此情形可用以誘發自組裝式圖案定向成實質上平行於該表面之平面。舉例而言，可藉由如下操作來誘發實質上垂直定向：將中性定向層沈積至表面上，從而致使基板表面對嵌段兩者呈中性，換言之，中性定向層針對每一嵌段具有相似化學親和性，使得嵌段兩者以相似方式來濕潤該表面處之中性定向層。「垂直定向」意謂每一嵌段之域將並排地定位於基板表面處，其中不同嵌段之鄰近域之 間的界面區實質上垂直於該表面之平面。
在用於使具有A嵌段及B嵌段(其中A具親水性性質且B具疏水性性質)之二嵌段共聚物對準之表面起伏磊晶模板中，表面起伏磊晶圖案可包含疏水性抗蝕劑側壁特徵，其中中性定向基底係在該等疏水性抗蝕劑特徵之間。B域可優先地橫靠疏水性抗蝕劑特徵而組裝，其中A嵌段及B嵌段之若干交替域係遍及表面起伏磊晶模板之牽制抗蝕劑特徵之間的中性定向區而對準。
舉例而言，可藉由使用藉由羥基末端基或某一其他反應性端基之反應而共價地鍵聯至基板以在基板表面處氧化的無規共聚物刷來創製中性定向層。在用於中性定向層形成之其他配置中，可使用可交聯無規共聚物或適當矽烷(亦即，具有諸如(三)氯矽烷或(三)甲氧基矽烷之經取代反應性矽烷(亦被稱為矽烷基)端基之分子)以藉由充當基板表面與可自組裝聚合物層之間的中間層而致使表面呈中性。此以矽烷為基礎之中性定向層通常將作為單層而存在，而可交聯聚合物通常不作為單層而存在且可具有通常小於或等於約40奈米或小於或等於約20奈米之層厚度。
可將可自組裝BCP薄層沈積至具有如上文所闡明之表面起伏磊晶模板之基板上。用於沈積可自組裝聚合物之合適方法為旋塗，此係因為此程序能夠提供經良好界定之均一可自組裝聚合物薄層。用於經沈積可自組裝聚合物膜之合適層厚度為大約10奈米至150奈米。
在BCP膜之沈積之後，該膜仍可無序或僅部分有序，且可需要一或多個額外步驟以增進及/或完成自組裝。舉例而言，可自組裝聚合物可在自組裝之前在溶劑中沈積為溶液，其中溶劑係(例如)藉由蒸發而移除。
BCP之自組裝為許多小組份(BCP)之組裝引起較大更複雜結構(自組裝式圖案中之奈米大小特徵，在本說明書中被稱作域)之形成的程 序。缺陷自然地起因於控制聚合物之自組裝之物理學。自組裝受到A-B BCP之A/A、B/B及A/B(或B/A)嵌段對之間的相互作用差異(亦即，相互化學親和性差異)驅動，其中用於相分離之驅動力係由針對所考慮系統之佛-赫(Flory-Huggins)理論描述。表面起伏磊晶之使用可極大地縮減缺陷形成。
對於經歷自組裝之聚合物，可自組裝聚合物將展現有序-無序溫度To/d。To/d係可藉由用於評定聚合物之有序/無序狀態之任何合適技術(諸如，差示掃描熱量測定(differential scanning calorimetry,DSC))而量測。若在低於此溫度的情況下發生層形成，則分子將經驅動以自組裝。在高於溫度To/d的情況下，將形成無序層，其中來自無序A/B域之熵貢獻勝過起因於該層中之相鄰A-A嵌段對與B-B嵌段對之間的有利相互作用之焓貢獻。可自組裝聚合物亦可展現玻璃轉變溫度Tg，在低於Tg的情況下聚合物有效地不動，且在高於Tg的情況下共聚物分子仍可在層內相對於相鄰共聚物分子而再定向。玻璃轉變溫度係合適地藉由差示掃描熱量測定(DSC)而量測。
可藉由退火來部分地移除如上文所闡明的在有序化期間形成之缺陷。諸如向錯(其為違反旋轉對稱性之線缺陷，例如，其中在指向矢(director)之定向上存在缺陷)之缺陷係可藉由與具有相反正負號之另一其他缺陷或向錯配對予以消減。可自組裝聚合物之鏈行動性可為用於判定缺陷遷移及消減之因素，且因此，可在鏈行動性高但自組裝式有序圖案不會丟失的溫度下進行退火。此溫度隱含比用於聚合物之有序/無序溫度To/d高或低至多幾℃的溫度。
可將有序化及缺陷消減組合成單一退火程序或可使用複數個程序，以便提供具有不同化學類型之域(不同嵌段類型之域)之有序圖案的自組裝式聚合物(諸如，BCP)層。
為了將諸如器件架構或拓撲之圖案自自組裝式聚合物層轉印至 經沈積有自組裝式聚合物之基板中，通常將藉由所謂突破性蝕刻(breakthrough etching)來移除第一域類型以在基板之表面上提供第二域類型之圖案，其中基板裸露於第二域類型之特徵之間。可使用乾式蝕刻或反應性離子蝕刻技術來蝕刻具有平行圓柱形相域之圖案。除了適合於蝕刻平行圓柱形相域之技術以外或作為彼等技術之替代例，具有層狀相域之圖案亦可利用濕式蝕刻技術。
在突破性蝕刻之後，可藉由使用一蝕刻方式之所謂轉印蝕刻來轉印圖案，該蝕刻方式受到第二域類型抵抗且因此在基板表面中形成已使該表面裸露之凹座。
微影特徵之間的間隔被稱為間距--被定義為微影特徵之一個重複單元之寬度(亦即，特徵寬度加特徵間間隔)。使用BCP之自組裝程序可用以產生具有特別低間距(通常小於30奈米至50奈米)之微影特徵。
舉例而言，將有用的是能夠使用一個處理步驟來建構微影特徵之多個集合，其中一個集合之微影特徵具有與另一集合之微影特徵之間距不同的間距。當前方法涉及多個處理步驟(諸如「間距劃分(pitch division)」及「多圖案化分裂(multi-patterning split)」之方法皆涉及多個處理步驟)。
舉例而言，本發明之一實施例之一目標係預防或減輕本文所描述之一或多個缺點，或與此項技術相關聯之一或多個其他缺點。
根據一實施例，提供一種形成複數個具規則間隔的微影特徵之方法，該方法包含：在一基板上提供複數個渠溝，每一渠溝包含對置側壁及一基底，其中該等側壁之間具有一寬度，其中一第一渠溝相比於一第二渠溝具有一較大寬度； 在該複數個渠溝中提供具有第一嵌段及第二嵌段之一可自組裝嵌段共聚物；使該可自組裝嵌段共聚物在每一渠溝中自組裝成一有序層，該層包含與該第二嵌段之一第二域交替的該第一嵌段之一第一域，其中該第一渠溝與該第二渠溝具有相同數目個各自各別域；及選擇性地移除該第一域以沿著每一渠溝形成包含該第二域之微影特徵之具規則間隔的列，其中該第一渠溝中之該等特徵之間距大於該第二渠溝中之該等特徵之間距。
基板可具有變化寬度之渠溝。對於任何給定渠溝寬度，可形成嵌段共聚物(BCP)之數個域，其中不同類型之BCP優先地採用某些數目個域。概括而言，相比於較小渠溝，較大渠溝將導致形成具有較大數目個域之有序層。因此，域之數目可據稱遵循與渠溝大小之線性關係(對於給定BCP)。
已出乎意料地發現，除了域之數目與渠溝大小之線性關係以外，渠溝寬度之相對小增加(其並未大到足以增加所形成域之數目)亦導致形成較大間距(亦即，間距被拉伸)之域。渠溝寬度之更進一步增加接著可足以造成所形成域之數目增加，此時，每一域之間距返回至未拉伸狀態，亦即，間距減低以適應額外域。藉由適當地選擇渠溝寬度，因此有可能在每一渠溝中產生具有某一數目個域及域間距之自組裝式BCP有序層。另外，因為可使用單一類型之BCP來產生域之不同間距之有序層，所以有可能在一個步驟中產生具有微影特徵之多個渠溝之基板，其中不同渠溝之微影特徵具有不同間距。此外，藉由適當地考慮渠溝寬度且選擇BCP，有可能一致地產生具有特定間距之某一數目個微影特徵之此等渠溝。
適當時，以下特徵適用於本發明之每一態樣。合適時，以下特 徵之組合可用作本發明之部分，例如，如申請專利範圍中所闡明。本發明特別適合供器件微影中使用。舉例而言，本發明可用於圖案化直接地用以形成器件之基板，或可用於圖案化供壓印微影中使用之壓印模板(其接著可用以形成器件)。
可提供四個或四個以上渠溝，第三渠溝與第四渠溝具有相同數目個各自各別域，且第二渠溝與第三渠溝具有不同數目個各自各別域。
第三渠溝相比於第四渠溝可具有較大寬度。
微影特徵可具有低至約20奈米之間距，且可具有低至約10奈米之間距。微影特徵可具有高達約40奈米之間距。
基板可為半導體基板，且可包含形成基板之複數個層。舉例而言，基板之最外部層可為抗反射塗層(anti-reflection coating,ARC)層。
基板之最外部層可對BCP之域呈中性，此意謂其針對BCP之域類型中每一者具有相似化學親和性。可(例如)藉由使用無規共聚物刷來創製中性定向層。或者，可提供定向控制層作為基板之最上部或最外部表面層，以誘發自組裝圖案相對於基板之所要定向。
包含對置側壁之渠溝係可藉由光微影而形成，例如，運用諸如UV、EUV或DUV(深UV)輻射之光化輻射而形成。渠溝可(例如)形成於抗蝕劑中。渠溝可(例如)形成於基板表面上(例如，已自抗蝕劑轉印至基板上)。渠溝可(例如)形成於膜堆疊中(例如，已自抗蝕劑轉印至膜堆疊上)。
渠溝之高度可大約為待排序BCP層之厚度。舉例而言，渠溝之高度可為約20奈米至約150奈米(例如，約100奈米)。渠溝可具有約200奈米或更小之寬度。
為了引導自組裝且縮減缺陷，側壁可針對BCP之嵌段中之一者具 有較高化學親和性，使得在組裝後就使具有與側壁之較高化學親和性之嵌段橫靠彼側壁而組裝。可藉由利用疏水性或親水性側壁特徵來提供化學親和性。
在渠溝中提供可自組裝BCP層係可藉由如下方式而進行：對BCP之溶液進行旋塗，接著移除溶劑。
可藉由將溫度降低至小於用於BCP之To/d之溫度而使可自組裝BCP自組裝，以在渠溝中給出自組裝式BCP有序層。
BCP可經調適以形成有序層，有序層包含在狹槽中並排地自組裝的第一嵌段之一或多個第一域之列，該一或多個第一域與第二嵌段之一或多個第二域交替。該方法可涉及可自組裝BCP經調適以形成有序層，有序層具有呈圓柱形陣列的第一嵌段之第一不連續域，該等第一不連續域與其之間的第二嵌段之第二連續域交替，該等域經定向成實質上平行於基板且實質上平行於側壁。在另一合適配置中，BCP可經調適以形成為層狀有序層之有序層，其中第一域為與第二域交替之層狀物，第二域亦為層狀物，第一域及第二域之層狀物經定向成使得其平面表面實質上垂直於基板且實質上平行於側壁。圓柱形陣列相比於層狀相能夠涵蓋較廣範圍之間距。
選擇性地移除該等域中之一者係可(例如)藉由蝕刻而達成，其中自組裝式BCP有序層充當抗蝕劑層以用於沿著基板上之渠溝而蝕刻具規則間隔的微影特徵之列。可藉由利用具有不同蝕刻抗蝕劑屬性之聚合物且藉由選擇能夠選擇性地蝕刻聚合物域中之一或多者之蝕刻劑來達成選擇性蝕刻。可(例如)藉由在共聚物之嵌段之間的鍵聯劑之選擇性光降解或光裂解及該等嵌段中之一者之後續增溶來達成選擇性移除。
本發明之一實施例係關於一種微影方法。該方法可用於器件(諸如，電子器件或積體電路)之製造程序中，或用於其他應用，諸如， 製造整合式光學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(liquid-crystal display,LCD)、薄膜磁頭、有機發光二極體，等等。本發明之一實施例用以在表面上創製規則奈米結構以用於製作用於磁性儲存器件(例如，用於硬碟)之積體電路、位元圖案化媒體及/或離散播放軌媒體。
本發明之一實施例有用於製作場效電晶體(field effect transistor,FET)，且更特定地有用於製作鰭式FET(FinFET)。鰭式FET為特定類型之FET，其中一或多個高且薄之導電通道(類似於鰭片且在電晶體源極與汲極之間界定路徑)係由能夠藉由施加電壓而調變通道導電性之閘極包覆。鰭式FET通道應具有一致間距，此係因為通道間距影響為允許電子流動通過電晶體之導電通道所需要之閘極電壓(此電壓被稱為臨限電壓VTH)。低間距的低臨限電壓鰭式FET有用於快速/低功率應用中，而高間距的高臨限電壓鰭式FET有用於需要低電子洩漏之應用中。通常，單一器件包括高臨限電壓鰭式FET及低臨限電壓鰭式FET兩者。
可使用本文所描述之方法而產生之具規則間隔的微影特徵適於用作用於鰭式FET應用之導電通道。如上文所提到，該方法能夠在同一基板上產生具有不同間距之微影特徵之多個渠溝。當將此方法應用於鰭式FET構造時，此情形允許在單一基板上形成多個鰭式FET，其中可使一個鰭式FET之通道間距不同於另一鰭式FET之通道間距。可在單一步驟中製成具有不同間距之通道。因此，且藉由適當地選擇渠溝寬度，本文所描述之方法有用於建構具有多個鰭式FET之器件，其中該等鰭式FET中之一些鰭式FET具有低臨限電壓(亦即，能夠執行快速/低功率應用)，而其他鰭式FET具有高臨限電壓(亦即，能夠執行需要低電子洩漏之應用)。
可自組裝BCP可為如上文所闡明之BCP，其包含至少兩種不同嵌 段類型，被稱作第一聚合物嵌段及第二聚合物嵌段，該等嵌段類型可自組裝成使該等不同嵌段類型關聯至第一域類型及第二域類型中之有序聚合物層。BCP可包含二嵌段共聚物、三嵌段共聚物及/或多嵌段共聚物。交替或週期性BCP亦可用於可自組裝BCP中。
在本說明書中，「化學親和性」意謂兩種不同化學物種關聯在一起之傾向。舉例而言，具親水性性質之化學物種具有針對水之高化學親和性，而疏水性化合物具有針對水之低化學親和性，但具有針對烷之高化學親和性。具極性性質之化學物種具有針對其他極性化合物及針對水之高化學親和性，而無極性、非極性或疏水性化合物具有針對水及極性物種之低化學親和性，但可展現針對諸如烷或其類似者之其他非極性物種之高化學親和性。化學親和性係關於與兩種化學物種之間的界面相關聯之自由能：若界面自由能高，則兩種物種具有針對彼此之低化學親和性，而若界面自由能低，則兩種物種具有針對彼此之高化學親和性。化學親和性亦可按照「濕潤」予以表達，其中若液體及固體表面具有針對彼此之高化學親和性，則該液體將濕潤該表面，而若存在低化學親和性，則該液體將不濕潤該表面。舉例而言，可借助於使用各種液體之接觸角量測來量測表面之化學親和性，使得若一個表面相比於另一表面具有針對液體之相同接觸角，則該兩個表面可據稱具有針對液體之實質上相同化學親和性。若接觸角針對兩個表面不同，則具有較小接觸角之表面相比於具有較大接觸角之表面具有針對液體之較高化學親和性。
在本說明書中，「化學物種」意謂諸如分子、寡聚物或聚合物之化學化合物，或在兩親媒性分子(亦即，至少兩個互連部分具有不同化學親和性之分子)之狀況下，術語「化學物種」可指此等分子之不同部分。舉例而言，在二嵌段共聚物之狀況下，構成嵌段共聚物分子之兩個不同聚合物嵌段被認為是具有不同化學親和性之兩種不同化學 物種。
貫穿本說明書，術語「包含」意謂包括所指定之組份，但不應排除其他組份之存在。術語「基本上由......組成」意謂包括所指定之組份，但排除其他組份，惟表現為雜質之材料、由於用以提供該等組份之程序而存在之不可避免材料及為了除了達成本發明之技術效應以外之目的而添加之組份除外。通常，基本上由組份之集合組成之成份將包含小於5重量%(通常小於3重量%，更通常小於1重量%)之非指定組份。術語「由......組成」意謂包括所指定之組份，但排除其他組份之故意添加。
無論何時適當，術語「包含」之使用亦可被視為包括涵義「由......組成」或「基本上由......組成」。
在本說明書中，當參考特徵之厚度時，該厚度係沿著實質上垂直於基板表面且穿過特徵之質心的軸線而藉由適當方式合適地量測。厚度係可藉由諸如干涉量測之技術而合適地量測，或經由對蝕刻速率之認識而評定。
在本說明書中無論何處提到「層」，所提及之層皆應被視為具有實質上均一厚度之層(在存在時)。「實質上均一厚度」意謂該厚度不會變化達多於其橫越該層之平均值的10%，理想地不多於其橫越該層之平均值的5%。
在本說明書中，術語「基板」意欲包括形成基板之部分或在基板上提供之任何表面層，諸如，可在基板之表面處或形成基板之表面的一或多個平坦化層或抗反射塗層，或可包括諸如本文特定地提到之層的一或多個其他層。
1‧‧‧基板
2‧‧‧渠溝
3‧‧‧側壁
4‧‧‧底部表面
5‧‧‧層
6‧‧‧微影特徵
7‧‧‧鰭式場效電晶體(FinFET)
8‧‧‧導電通道
9‧‧‧閘極
(a)‧‧‧區域
(b)‧‧‧區域
(c)‧‧‧區域
將參看附圖來描述本發明之特定實施例，在該等圖中：圖1A至圖1C示意性地描繪藉由一個域之選擇性蝕刻而對具規則 間隔的微影特徵進行表面起伏磊晶及形成而將A-B嵌段共聚物有向地自組裝至基板上；圖2A至圖2C示意性地描繪根據本發明之一實施例的可藉由增加渠溝寬度而達成之域間距增加；圖3A至圖3C示意性地描繪藉由一個域之選擇性蝕刻而對具規則間隔的微影特徵進行表面起伏磊晶(域間距增加係可藉由增加渠溝寬度而達成)及形成而將A-B嵌段共聚物有向地自組裝至基板上；圖4示意性地描繪根據本發明之一實施例而生產之鰭式FET；圖5為具有不同寬度之多個渠溝之器件的示意性表示，該等渠溝具備不同間距之微影特徵；及圖6展示渠溝寬度與在本發明之一實施例中產生的列之數目及特徵之間距之間的關係。
所描述及說明之實施例應被認為在特性方面係說明性的而非限制性的，應理解，僅已展示及/或描述較佳實施例，且希望應保護在如申請專利範圍中界定的本發明之範疇內的所有改變及修改。
圖1A展示基板1，其中形成於基板1上之渠溝2係由一或多個側壁3及一底部表面4界限。在圖1B中，具有親水性A(加影線)嵌段及疏水性B(未加影線)嵌段之可自組裝A-B嵌段共聚物已沈積至渠溝中以形成具有A域及B域之交替條紋之層5，A域及B域已被沈積為在BCP之沈積期間分離成離散微分離週期性域之層狀相。在圖1C中，類型A域已藉由選擇性移除而移除，從而留下類型B域作為微影特徵6之數個具規則間隔的列。
可(例如)藉由化學蝕刻來達成選擇性移除，化學蝕刻係可歸因於對蝕刻之相對易感性而達成，其中A嵌段相對地傾於蝕刻，而B嵌段相對地抵抗蝕刻。可(例如)藉由在共聚物之嵌段之間的鍵聯劑之選擇 性光降解或光裂解及該等嵌段中之一者之後續增溶來達成選擇性移除。一實施例允許在基板上形成具規則間隔的微影特徵之列，該等具規則間隔的微影特徵係使用自組裝式BCP而沿著基板並排地定位以提供因此緊密地間隔且大小較小之特徵。
在一實施例(未說明)中，蝕刻(或其他移除程序)可蝕刻至基板1中。在此蝕刻之後，可移除類型B域，從而留下形成於基板中之微影特徵之具規則間隔的列。
在對所展示實施例之修改中，渠溝之一或多個側壁可針對BCP之嵌段中之一者具有較高化學親和性。舉例而言，在用於使具有A嵌段及B嵌段(其中A具疏水性性質且B具親水性性質)之二嵌段共聚物對準之渠溝中，該渠溝可包含疏水性抗蝕劑側壁特徵，其中中性定向基底係在該等疏水性抗蝕劑側壁特徵之間。A域可優先地橫靠疏水性抗蝕劑特徵而組裝，其中A嵌段及B嵌段之若干交替域係遍及渠溝之抗蝕劑特徵之間的中性定向基底而對準。
圖2A展示基板1，已使用自組裝式BCP而將具規則間隔的微影特徵6之列定位於基板1上。微影特徵之三個列已形成於渠溝2中，每一特徵具有由「X」表示之某一間距。如上文所提到，間距被定義為微影特徵之一個重複單元之寬度，如圖解上由順著兩個最左側特徵之中心之虛線所表示。在圖2B中，渠溝之寬度已稍微增加，使得所形成特徵之列之數目相同，但使得每一特徵之間距(由「Y」表示)相對於圖2A中之特徵之間距已增加。在圖2C中，渠溝之寬度已進一步擴展，此處，所形成特徵之列之數目已增加至4，而每一特徵之間距(由「Z」表示)已縮減至與圖2A之值相似的值(亦即，Z大約等於X)。
圖3展示基板1，已以類似於圖1之方式來使用自組裝式BCP而將具規則間隔的微影特徵6之列定位於基板1上。在圖3中，形成圓柱形域，而非圖1之層狀域。具有A(加影線)嵌段及B(未加影線)嵌段之可 自組裝A-B嵌段共聚物沈積至渠溝中以形成層5。如圖3B所展示，渠溝之寬度已稍微增加，使得所形成特徵之列之數目相同，但使得每一特徵之間距相對於圖3A中之特徵之間距已增加(以與關於圖2中之層狀域所展示之方式相同的方式)。在圖3C中，圖3B之類型B域已藉由選擇性移除而移除，從而留下類型A域作為微影特徵6之數個具規則間隔的列。直接地定位於A域下方之B域之小部分在蝕刻之後留存。
圖4展示方法之特定應用，其中已使用以圖1至圖3所示範之方式而產生的微影特徵以建構鰭式FET 7。鰭式FET包含由閘極9包覆之多個導電通道8(被稱作鰭片)。在此實施例中，微影特徵(被表示為圖1中之6)已直接地用作鰭式FET導電通道，且閘極9已置放於該等通道上方以完成鰭式FET之建構。
儘管圖4展示具有三個鰭片之鰭式FET，但本發明之實施例可用以創製具有其他數目個鰭片(例如，兩個鰭片、四個鰭片、五個鰭片、六個鰭片，或更多鰭片)之鰭式FET。對於任何給定數目個鰭片，鄰近鰭片之間的分離度係可經由經形成有該等鰭片之渠溝之寬度之適當選擇而選擇(以上文關於圖2及圖3所解釋之方式)。鰭片可(例如)具有低至約20奈米之間距，且可(例如)具有低至約10奈米之間距。鰭片可(例如)具有高達約40奈米之間距。
圖5為器件佈局之示意性表示，其示範出可使用本文所描述之方法而在單一器件(例如，積體電路)上產生鰭式FET之多個區域(如由(a)、(b)及(c)表示)。鰭式FET之每一區域可包含具有特定臨限電壓或其他屬性之鰭式FET。因此，舉例而言，區域(a)及(b)皆可包含具有三個鰭片但具有不同鰭片分離度之鰭式FET。因此，用於區域(a)中之鰭式FET之臨限電壓可不同於用於區域(b)中之鰭式FET之臨限電壓。區域(c)可(例如)包含具有四個鰭片之鰭式FET。鰭片之數目影響電晶體驅動電流(離子)強度，且此情形又影響諸如切換頻率之電晶體切換特 性。區域(c)中之鰭式FET之鰭片的分離度可(例如)與區域(a)中之鰭片的分離度或區域(b)中之鰭片的分離度相同，或可為某一其他分離度。
圖5所展示之器件佈局係使用單一程序步驟而形成(亦即，無需將順次圖案投影至基板上以便獲得器件佈局)。一般而言，本發明之一實施例允許使用基板之單一微影程序而製作具有不同分離度(或間距)之微影特徵。本發明之一實施例允許微影特徵之分離度(或間距)之精細調整(例如，如圖2及圖3示意性地所展示)。
圖5及關聯描述僅僅為一實例。可使用本發明之一實施例來製成具有鰭式FET之不同數目個區域之積體電路。不同區域中之鰭式FET可具有不同分離度之鰭片，及/或可具有不同數目個鰭片。另外，在每一區域中，可藉由改變閘極之間的分離度來調整臨限電壓(以使用鰭片之間的分離度以改變臨限電壓的相同方式)。
實例
為了評估增加渠溝寬度對列間距及列數目兩者之效應，實驗上形成不同寬度之數個渠溝。
運用抗反射塗層(層厚度為93奈米)來塗佈矽晶圓，且隨後運用抗蝕劑(層厚度為100奈米)來塗佈矽晶圓，之後進行曝光。在100℃下進行曝光後烘烤歷時60秒之後，使用負型色調顯影來顯影抗蝕劑以在晶圓上創製渠溝之圖案。接著使晶圓在190℃下經受額外烘烤歷時10分鐘。使用負型色調顯影以創製相對於BCP之退火溫度及經溶解有BCP之溶劑兩者具有良好抵抗之抗蝕劑圖案。在顯影步驟之後，自甲苯溶液(BCP濃度介於0.5重量%與2.5重量%之間)經由旋塗而施加聚苯乙烯-b-甲基丙烯酸甲酯(PSPMMA)BCP(P2784-SMMA、37.0-b-16.8、多分散性指數1.07)(抗蝕劑特徵外部之層厚度為40奈米)，且使經塗佈層在90℃下乾燥歷時2分鐘。在氮氛圍下使晶圓在大約200℃下之烘箱中退 火歷時30分鐘。在BCP退火之後，在反應性離子蝕刻工具上蝕刻晶圓歷時40秒，從而引起PMMA相之完整移除。在渠溝中形成實質上垂直於基板之具規則間隔的圓柱形相微影特徵之列。在每一狀況下使用標準自動化度量衡掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)來量測列間距及列數目，且圖6中展示結果。
圖6示範出渠溝寬度之小增加可造成列間距增加(拉伸)直至一點。渠溝寬度之更進一步增加接著可足以造成所形成域之數目增加，此時，每一域之間距返回至大約未拉伸狀態，亦即，間距減低以適應額外域。舉例而言，且自圖6進行讀取，具有大約50奈米至70奈米之寬度之渠溝將優先地形成具有特徵之兩個列之有序層；其中此等特徵之間距的範圍為大約22奈米至27奈米(較大間距對應於較寬渠溝寬度)。然而，具有大約70奈米至90奈米之寬度之渠溝將優先地形成具有特徵之三個列之有序層；其中此等特徵之間距的範圍為大約23奈米至28奈米。
應注意，儘管微影特徵經形成為實質上垂直於基板，但預期到針對實質上垂直於基板之特徵觀測到相似行為。
儘管在上述實例中渠溝形成於抗蝕劑中，但渠溝可形成於任何合適材料中。舉例而言，渠溝可形成於基板中(已自抗蝕劑轉印至基板中)。或者，渠溝可形成於沈積於基板表面上之膜堆疊中。
應瞭解，可以任何方便形式來實施本發明之態樣。舉例而言，可藉由可在適當載體媒體上攜載的一或多個適當電腦程式來實施本發明之一實施例，適當載體媒體可為有形載體媒體(例如，磁碟)或無形載體媒體(例如，通信信號)。可使用合適裝置來實施本發明之一態樣，合適裝置可特定地採取執行經配置以實施本發明之一實施例之電腦程式的可程式化電腦之形式。
1‧‧‧基板
2‧‧‧渠溝
6‧‧‧微影特徵

Claims (17)

  1. 一種形成複數個具規則間隔的微影特徵之方法，該方法包含：在一基板上之複數個渠溝中提供具有第一嵌段及第二嵌段之一可自組裝嵌段共聚物，每一渠溝包含對置側壁及一基底，其中該等側壁之間具有一寬度，其中一第一渠溝相比於一第二渠溝具有一較大寬度；使該可自組裝嵌段共聚物在每一渠溝中自組裝成一有序層，該層包含與該第二嵌段之一第二域交替的該第一嵌段之一第一域，其中該第一渠溝與該第二渠溝具有相同數目個各自各別域；及選擇性地移除該第一域以沿著每一渠溝形成包含該第二域之微影特徵之一或多個具規則間隔的列，其中該第一渠溝中之該等特徵之間距大於該第二渠溝中之該等特徵之間距。
  2. 如請求項1之方法，其中該複數個渠溝包含四個或四個以上渠溝，其中該第三渠溝與該第四渠溝具有相同數目個各自各別域，且其中該第二渠溝與該第三渠溝具有不同數目個各自各別域。
  3. 如請求項2之方法，其中該第三渠溝相比於該第四渠溝具有一較大寬度。
  4. 如請求項1或2之方法，其中具規則間隔的微影特徵之該一或多個列用以形成場效電晶體(FET)之通道。
  5. 如請求項4之方法，其中該等FET為鰭式FET。
  6. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該等微影特徵具有10奈米或更大之一間距。
  7. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該等微影特徵具有40奈米或更小之一間距。
  8. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該等側壁係使用光微影而形成。
  9. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該等側壁經設定大小以具有介於20奈米與150奈米之間的一高度。
  10. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該等渠溝具有約200奈米或更小之一寬度。
  11. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該等側壁針對該等嵌段中之一者具有一較高化學親和性。
  12. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該可自組裝嵌段共聚物經調適以形成一圓柱形有序層，該圓柱形有序層具有呈一圓柱形陣列的該第一嵌段之第一不連續域，該等第一不連續域與其之間的該第二嵌段之一第二連續域交替，該等域經定向成實質上平行於該基板且實質上平行於該等側壁。
  13. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該可自組裝嵌段共聚物經調適以形成一層狀有序層，其中該等第一域為與第二域交替之層狀物，該等第二域亦為層狀物，該等第一域及該等第二域之該等層狀物經定向成使得其平面表面實質上垂直於該基板且實質上平行於該等側壁。
  14. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該等域中之一者係藉由蝕刻而選擇性地移除。
  15. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該等域中之一者係藉由光降解或光裂解而選擇性地移除。
  16. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該等渠溝形成於抗蝕劑中。
  17. 一種鰭式場效電晶體(FET)，其係使用如請求項1至16中任一項之方法而形成。
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