[0002] 本申请要求于2015年6月24日提交的题为“Methods of Forming a Mask for Substrate Patterning”的美国临时
专利申请第62/183,924号的权益，其通过引用整体并入本文。
背景技术
[0003] 本
发明涉及包括集成
电路的微加工的微加工以及涉及图案化
半导体基板的工艺。
[0004] 在材料加工方法(例如，
光刻术)中，创建图案化的层通常涉及将
辐射敏感材料(例如光致抗蚀剂)的薄层施加至基板的上表面。辐射敏感材料被转换成经图案化的掩模，其可以用于将图案蚀刻或转移至基板上的下层中。辐射敏感材料的图案化通常涉及使
用例如光刻曝光系统通过辐射源穿过分划板(和相关联的光学器件)曝光至辐射敏感材料上。曝光在辐射敏感材料内形成潜图案，接着可以使其显影。显影是指溶解和去除辐射敏感材料的一部分以产生浮雕图案(地形图案)。取决于所使用的显影
溶剂的光致抗蚀剂
色调和/或类型，被去除材料的一部分可以是辐射敏感材料的辐射区域或非辐射区域。接着可以将浮雕图案用作定义图案的掩模层。
[0005] 用于图案化的各种膜的制备和开发可以包括
热处理或
烘烤。例如，新施加的膜可以接收后施加的烘烤(PAB)，以使溶剂
蒸发和/或增加结构刚性或抗蚀性。另外，可以执行后曝光烘烤(PEB)来设置给定图案以防止进一步溶解。用于涂覆和显影基板的制造工具通常包括一个或更多个烘烤模
块。一些光刻工艺包括用底部抗反射涂层(BARC)的
薄膜涂覆基板，接着涂覆抗蚀剂，然后将基板暴露于光图案作为用于创建微芯片的工艺步骤。接着可以将创建的浮雕图案用作掩模或模板，以用于附加加工(例如，将图案转移至下层中)。
发明内容
[0006] 本文的技术包括用于在光致抗蚀剂材料中创建具有自对准的亚
分辨率尺寸的特征部的图案化方法。技术包括选择性地在软材料(例如光致抗蚀剂)中创建抗间隔物。这些可选择地创建的抗间隔物可以是具有由酸扩散长度限定的宽度的线段。酸扩散长度可以是1纳米到几十纳米的宽度。此外，可以使用光掩模来控制抗间隔物的创建、其
位置和长度。
[0007] 一个实施方式包括图案化基板的方法。该方法包括接收基板，该基板具有位于基板的目标层上的第一浮雕图案。第一浮雕图案包括位于目标层上的一个或更多个结构，使得目标层的一部分被
覆盖并且目标层的剩余部分未被覆盖。第一浮雕图案使用第一光掩模至少部分地被创建。第一浮雕图案由第一光致抗蚀剂材料组成，第一光致抗蚀剂材料包括响应于暴露于光化辐射而产生
溶解度改变剂的发生剂化合物。执行溶解度中和处理，该处理防止第一浮雕图案因光化辐射而产生的后续溶解度改变。
[0008] 在基板上沉积有外覆材料。该外覆材料至少填充由第一浮雕图案的一个或更多个结构限定的空间。外覆材料基本上不含响应于暴露于光化辐射而产生溶解度改变剂的发生剂化合物。基板被转移至光刻系统，光刻系统使用第二光掩模将第一浮雕图案的
选定部分暴露于光化辐射。光化辐射使得第一浮雕图案的选定部分从发生剂化合物中产生溶解度改变剂。使溶解度改变剂在第一浮雕图案的选定部分与外覆材料之间的界面处从第一浮雕图案的选定部分扩散至外覆材料中。溶解度改变剂改变外覆材料的已经接收足够的溶解度改变剂的部分的溶解度。
[0009] 当然，为了清楚起见，已经给出了本文描述的不同步骤的讨论顺序。通常，这些步骤可以以任何合适的顺序执行。另外，尽管本文中的不同特征、技术、配置等中的每一个可以在本公开内容的不同位置讨论，但是旨在每个构思可以彼此独立或彼此组合地执行。因此，本发明可以以许多不同的方式来实施和查看。
[0010] 注意，该发明内容部分没有具体说明本公开内容或要求保护的发明的每一个实施方式和/或更新颖的方面。相反，本发明内容部分仅提供了相比于常规技术的不同实施方式和对应的新颖性的要点的初步讨论。对于本发明和实施方式的附加细节和/或可能的观点，读者参照如下进一步讨论的本公开内容的具体实施方式部分和对应的
附图。
附图说明
[0011] 参照结合附图考虑的以下详细描述，本发明的各种实施方式的更完整的理解及其许多伴随的优点将变得明显。附图不一定是按比例绘制的，重点在于示出特征、原理和构思。
[0012] 图1A至图14A是示出根据本文公开的实施方式的处理流程的示例性基板段的截面示意图。
[0013] 图1B至图14B是示出根据本文公开的实施方式的处理流程的示例性基板段的示意性顶视图。
具体实施方式
[0014] 本文的技术包括用于在光致抗蚀剂材料中创建具有自对准的亚分辨率尺寸的特征的图案化方法。技术包括在软材料(例如，光致抗蚀剂)中选择性地创建抗间隔物(antispacer)。这些可选择性地创建的抗间隔物可以是具有由酸扩散长度限定的宽度(可以是1纳米至数十纳米的宽度)的线段。此外，抗间隔物的创建、其位置和长度可以使用光掩模来控制。
[0015] 现在将参照附图描述示例方法。注意，以字母“A”结尾的附图示出了示例性基板段的截面侧视图图示，而以字母“B”结尾的相应编号的附图示出了同一示例基板段的顶视图。现在参照图1A至1B，一个实施方式包括图案化基板(例如用于制造半导体器件的晶片)的方法。在该方法中，基板100接收有位于基板100的目标层107上的第一浮雕图案111。目标层
107可以位于一个或更多个下层105上。第一浮雕图案111包括位于目标层上的一个或更多个结构，使得目标层107的一部分被覆盖，而目标层107的剩余部分未被覆盖。注意，第一浮雕图案111可以直接或间接位于目标层107上(上方)。例如，在目标层107与第一浮雕图案
111之间可以存在一个或更多个干涉膜(例如抗反射涂层膜)。因而，目标层107的本文揭示的部分未被覆盖，原因是在目标层107的这些部分的垂直上方不存在第一浮雕图案111。
[0016] 第一浮雕图案111使用第一光掩模至少部分地被创建。第一浮雕图案111可以由第一光致抗蚀剂材料构成，该第一光致抗蚀剂材料包括发生剂化合物，其响应于暴露于光化辐射而产生溶解度改变剂。可以选择各种化合物用作溶解度改变剂。例如，可以使用响应于暴露于光化辐射而产生光酸的光酸发生剂(PAG)。在另一示例中，可以使用响应于暴露于光化辐射而产生光破坏性
碱(photo destructive base)的光破坏性碱发生剂。通过非限制性示例的方式，第一浮雕图案111可以包括光致抗蚀剂材料的掩模层，其通过光刻的(基于光掩模的)曝光(例如通过使用
扫描仪/步进工具)以及后续的显影(可以通过使用涂覆机/显影机工具来完成)而创建。可选地，可以执行收缩操作，即在沉积后续材料之前调整第一浮雕图案111的关键尺寸。
[0017] 在基板100上接收或创建第一浮雕图案111之后，执行溶解度中和处理，以防止第一浮雕图案111的溶解度后续因光化辐射而变化。例如，可以通过用包括光酸发生剂的光致抗蚀剂层涂覆基板100来初始地创建第一浮雕图案111。光酸发生剂可以均匀分布在光致抗蚀剂层内或光致抗蚀剂层上。光致抗蚀剂层的一部分通过曝光被活化，并且该部分(或反向部分)被去除。然而，剩余的光致抗蚀剂材料仍然含有光酸发生剂(未活化)，因而如果第一浮雕图案111被暴露于活化光下，则后续可以变成可溶的。对于该方法而言，中和或“冻结”该光致抗蚀剂材料是有益的。在因为后续的溶解度偏移而中和第一浮雕图案111之后，当第一浮雕图案111在与相应的溶剂(例如，用于创建第一浮雕图案111的溶剂)
接触时将不会变得溶解。
[0018] 可以任意选择各种不同的溶解度中和处理(也称为冻结)。冻结处理的一个示例是使用弹道
电子束来处理第一浮雕图案。这可以在
等离子体处理室中通过将负直流电源耦接至等离子体处理室中的上部
电极来实现。该冻结技术有时被称为直流
叠加。图2A至图2B示出了使用直流叠加的冻结。负极性的直流电源耦接至等离子体处理系统的上部电极163。电子束161从上部电极163以足够的
能量加速以穿过等离子体165并撞击基板100，使得第一浮雕图案111的暴露表面的物理特性改变，包括变成对溶解度变化不响应。在这样的经处理材料内可以发生交联。另外，共形膜可以在第一浮雕图案111上创建/沉积。可以将该膜的厚度控制为小于扩散阻挡厚度，使得共形膜允许溶解度改变剂扩散。换句话说，尽管膜包覆第一浮雕图案111，但是光酸仍然能够扩散至第一浮雕图案111外。可以替选地使用其他光致抗蚀剂冻结处理。其他冻结可以包括但不限于：热冻结、交联冻结、气体冻结、注入冻结、
原子层沉积(ALD)冻结(针对扩散足够薄)或具有附有酸的配体基团的ALD冻结。
[0019] 现在参照图3A至图3B，在基板100上沉积有外覆材料120。外覆材料至少填充由第一浮雕图案111的一个或更多个结构限定的空间。实际上，利用
旋涂外覆材料，外覆材料将不仅填充空间，而且通常将完全覆盖该一个或更多个结构。外覆材料120不含响应于暴露于光化辐射而产生溶解度改变剂的发生剂化合物。注意，没有发生剂化合物意味着基本没有或者实际上没有，即没有发生剂化合物或者发生剂化合物的量不足以产生足够的溶解度改变剂以使得外覆材料变得可溶，即使是在大量暴光的情况下亦如此。然而，外覆材料包括去保护基团。该去保护基团可以使外覆材料120在存在光酸的情况下变成可溶的。例如，外覆材料可以是没有PAG的常规光致抗蚀剂。替选地，外覆材料可以是包含去保护基团或
试剂以在存在光酸或光碱的情况下变成可溶的
聚合物材料。
[0020] 外覆材料120包括去保护基团，其通过改变外覆材料的溶解度而对溶解度改变剂的存在起反应。换句话说，外覆材料能够在存在光酸但缺少光酸发生剂的情况下转换溶解度。外覆材料可以包括常规光致抗蚀剂的其他特性，例如，被化学放大的能
力、包括
树脂、在期望具有酸扩散前缘的情况下具有碱负载、抵抗某些
等离子体蚀刻工艺的能力等。换句话说，除了外覆材料缺少光酸发生剂或光破坏性碱发生剂之外，该外覆保持常规光致抗蚀剂材料的功能。因而，任何光化辐射直接暴露于该外覆材料不会引起其本身的溶解度改变。
[0021] 在许多实施方式中，沉积外覆材料120可导致在第一浮雕图案111上产生
覆盖层(overburden)。这可以是沉积型和/或沉积材料型的功能。通常通过旋涂沉积来沉积光致抗蚀剂，这会导致形成覆盖层。取决于特定沉积操作的具体情况，覆盖层可以最小或相对较厚。在覆盖层相对较厚或比特定光酸的平均扩散长度更厚的实施方式中，可以执行覆盖层去除处理。覆盖层去除过程可以包括湿法回蚀、受控的垂直酸扩散步骤以及/或者利用选择用作外覆的特定材料的残余物最小显影速率。在覆盖层比较厚的实施方式中，这样的覆盖层去除可能是有利的。在覆盖层相对较薄的实施方式中，覆盖层去除步骤可以省略并且通常不需要，原因是除了如下所述的
水平扩散之外，酸扩散也竖直向上地发生。任何所包括的湿法回蚀或湿法显影步骤都可以在光化辐射曝光之后执行。图3A至图3B示出具有外覆材料120的覆盖层的基板100，并且图4A至图4B示出了该覆盖层已经被去除，使得第一浮雕图案
111的顶部表面现在未被覆盖。
[0022] 现在参照图5A至5B，然后基板100可以被转移至光刻系统，光刻系统使用第二光掩模172将第一浮雕图案111的选定部分暴露于光化辐射。光化辐射使得第一浮雕图案111的选定部分产生来自发生剂化合物的溶解度改变剂。注意，在一些实施方式中，第二光掩模172用于描绘接收活化辐射175的第一浮雕图案111的选定部分。如图5B所示，第二光掩模
172限定通过其可见第一浮雕图案111的开口。注意，给定的光掩模图案可以延伸到外覆材料120的区域中，这是可接受的，因为外覆材料120的暴光不会导致在外覆材料120本身内产生溶解度改变剂。然而，该暴光导致第一浮雕图案111内的发生剂化合物产生溶解度改变剂，这在图6A至图6B的区域114中被示出。因而，相应地提供了防止覆盖错误的保护。
[0023] 溶解度改变剂(已经在第一浮雕图案111内生成)现在导致在第一浮雕图案111的选定部分与外覆材料120之间的界面处从第一浮雕图案111的选定部分扩散至外覆材料120中。溶解度改变剂改变外覆材料的已经接收足够溶解度改变剂的部分的溶解度。例如，在具有扩散至外覆材料120中的足够浓度的光酸的情况下，可能发生去保护反应，从而改变相应区域的溶解度。在图7A至图7B中，区域125界定了在其内部已发生去保护反应或者以其他方式已改变溶解度的外覆材料120的位置。例如，改变外覆材料120的已接收溶解度改变剂的部分的溶解度可以包括：外覆材料的已接收溶解度改变剂的部分在存在光酸的情况下变成可溶的，或者在存在光破坏性碱的情况下变成不可溶的。
[0024] 可以通过提供活化能量来执行引起或活化扩散。例如，通过对基板施加热(从上方和/或下方)。活化扩散还可以包括通过控制进入外覆材料的平均扩散长度使溶解度改变剂扩散至外覆材料中。热活化扩散可以包括在预定
温度下加热基板并且达到预定持续时间。可以利用对PAG材料的选择以及时间和
温度控制来准确地将光酸扩散至期望的长度。
[0025] 现在外覆材料120的可溶(或不可溶)部分(区域125)可通过显影步骤去除。例如，尽管外覆材料120不具有任何发生剂化合物，但是外覆材料120仍然包含去保护基团，其在存在已经扩散至外覆材料120的选择区域中的酸的情况下导致溶解度变化。选择区域接着可以被去除(或保留)，从而在光致抗蚀剂的层内创建抗间隔物段或间隔物段。这些抗间隔物段自对准至(在材料界面处发生扩散)现有的/经创建的图案，并且基于酸扩散长度而具有精确可控的宽度，并且由于光掩模限定了在光致抗蚀剂的层内创建抗间隔物段的位置，所以这些抗间隔物段具有光学可选的布置和抗间隔物长度。图8A至图8B示出了已从区域125去除外覆材料120的结果。这些区域可以是接触开口、槽接触等。结果是组合的浮雕图案。这种组合浮雕图案结合了第一浮雕图案111以及外覆材料120(现在具有浮雕图案)。
[0026] 如本领域技术人员应该理解的，可以执行任何数量的附加制造和图案化扩展工艺。例如，由第一浮雕图案和外覆材料两者限定的该第一组合图案可以被转移至目标层107中。图9A至图9B示出了这样的图案转移的代表性结果，其可以使用通常使用定向蚀刻剂的基于等离子体的蚀刻工艺来执行。
[0027] 在前述方法中，使用多种可用冻结处理中的一种来中和第一浮雕图案111的溶解度。在替选实施方式中，可以使用特定溶剂和材料选择来提供相同的结果，而无需执行单独的冻结步骤。通过非限制性示例的方式，可以选择负色调显影剂相容的溶剂用于对抗间隔物段进行显影。在该实施方式中，外覆材料被配置成与光酸(或光碱)反应，以使用负色调显影剂可显影。这样的外覆材料可以被沉积在第一浮雕图案111上，而不必使第一浮雕图案根据溶解度变化被中和。这样的外覆材料未表现如常规的抗蚀剂，因而在存在光酸或光碱的情况下可以选择该外覆材料来变成可溶于负色调显影剂。在第一浮雕图案被选为对于负色调显影剂不可溶的情况下，第一浮雕图案保留，而仅抗间隔物段被显影或去除。换句话说，通常负色调显影剂将溶解正色调抗蚀剂的暗部分(未曝光)部分，但是可以包括去保护基团和光反应剂，使得抗间隔物段作为受保护区域(随后可溶)显现于负色调显影剂。
[0028] 在另一实施方式中，通过使用保持掩模或失效掩模(defeat mask)将由第一浮雕图案和外覆材料两者限定的第一组合图案的一部分转移至目标层中。使用保持掩模或失效掩模可以有利于其中与某些特征部的布置存在冲突(立面)的图案化应用。存在可用于完成部分图案转移的各种工艺步骤。一种选择是使用通常为硬质材料的记忆层作为临时或牺牲图案转移层。利用存储在硬质材料内的第一组合图案，可以沉积、曝光和显影第二光致抗蚀剂层。接着所产生的浮雕图案可以用来限定组合图案的哪些特征部要保持(转移穿过至目标层)或排除(被覆盖以防止特征部转移)。
[0029] 用于部分转移的另一选择是冻结外覆材料，从而冻结两种光致抗蚀剂材料。例如，如图10A至图10B所示，电子束可以用来交联和包覆外覆材料120。上面描述了这样的等离子加工处理。在冻结外覆材料之后，可以执行附加的光刻图案化。例如，如图11A至图11B所示，可以使用第三光掩模173来在第二光致抗蚀剂材料130中创建保持掩模或失效掩模。图12A至图12B示出了在曝光和显影之后图案化第二光致抗蚀剂材料130的结果。注意，第二光致抗蚀剂材料130的区域保留在基板100上，并且因而在该具体示例中用于掩盖组合图案的一个开口。接着可以执行蚀刻转移，该转移将组合图案的未被阻挡的开口转移至目标层107中。在图13A至图13B中示出了这样的部分图案转移的结果。如图14A至图14B所示，接着去除光致抗蚀剂的层，留下具有选定的亚分辨率接触的图案化的目标层。
[0030] 用于图案化基板的另一方法包括接收基板，该基板具有位于基板的目标层上的第一浮雕图案。第一浮雕图案包括位于目标层上的一个或更多个结构，使得目标层的一部分被覆盖而目标层的剩余部分未被覆盖。第一浮雕图案已使用第一光掩模至少部分地被创建。第一浮雕图案由第一聚合物材料构成，该第一聚合物材料包括响应于暴露于光化辐射而产生溶解度改变剂的发生剂化合物。
[0031] 执行溶解度中和处理以防止第一浮雕图案因光化辐射而造成后续溶解度改变。第二聚合物材料沉积在基板上。第二聚合物材料至少填充由第一浮雕图案的一个或更多个结构限定的空间。第二聚合物材料基本上不含响应于暴露于光化辐射而产生溶解度改变剂的发生剂化合物。换句话说，不包括发生剂化合物或者没有足够的发生剂化合物来创建足够引起第二聚合物材料的溶解度变化的光酸。
[0032] 使用第二光掩模将第一浮雕图案的选定部分暴露于光化辐射。光化辐射使得第一浮雕图案的选定部分产生来自发生剂化合物的溶解度改变剂。然后，使溶解度改变剂在第一浮雕图案的选定部分与第二聚合物材料之间的界面处从第一浮雕图案的选定部分扩散至第二聚合物材料中。溶解度改变剂改变第二聚合物材料的已经接收足够的溶解度改变剂的部分的溶解度。
[0033] 因此，这样的方法能够在湿化学材料内创建子分辨率、芯轴上的各种尺寸、间隔、长度和位置的自对准特征部。因此，与由光掩模尺寸控制相比，抗间隔物和间隔物的宽度由光酸的平均分子扩散长度控制。结合没有PAG的光致抗蚀剂，第二光掩模基本上划定了要形成抗间隔物的位置，由此提供了抗间隔物创建掩模。相比之下，常规的抗间隔物创建涉及在所有的芯轴周围创建抗间隔物的大量曝光。在所有界面上创建抗间隔物的情况下，需要几个附加的步骤使这些抗间隔物起作用，包括切割抗间隔物、双重图案化、记忆、重新平坦化和重新曝光的步骤。然而，本文的技术可以被用来根据需要创建抗间隔物。因此，本文的技术可以提供真正的原位双重图案化工艺，原因是不需要干涉蚀刻转移。
[0034] 在抗间隔物生成芯轴最初保持不变的情况下，通过第二光掩模(曝光)选择性地创建抗间隔物。如果该第二曝光照射在第一浮雕图案的特定部分上，则响应于该第二曝光，经暴光的特定部分产生扩散至第一浮雕图案外的酸，接着在第一浮雕图案的接受光化辐射的边缘上形成抗间隔物段。延伸至外覆材料中的任何延伸的光刻曝光都是可接受的，原因是外覆不具有待被曝光活化的光酸发生剂。该方案因此为曝光提供了一些固有的覆盖保护。
[0035] 注意，应该理解，本文中考虑了对材料和暴光的各种选择。例如，针对其扩散长度能力可以选择特定的PAG。活化光的
波长可以混合并组合。例如，可以使用248nm的光来执行初始曝光以创建第一浮雕图案，而可以使用193nm光或13.5nm光或另一期望的波长来使第二光掩模曝光。因此，一个维度是由酸扩散定义的，而另一维度可以通过光学分辨率来定义。在一些实施方式中，正色调抗蚀剂可以用于使用正色调显影剂相容的抗蚀剂的第一抗蚀剂层和第二抗蚀剂层，而在第二光致抗蚀剂层中，可以使用负色调显影剂相容的光致抗蚀剂。
[0036] 在一些实施方式中，可以使用光破坏性碱(PDB)发生剂来代替PAG。使用PDB可以产生部分相反的结果。例如，来自图7B的区域125变得不可溶，使得在显影步骤期间外覆材料120的剩余物被去除。在该特定示例中，将会创建间隔物而不是抗间隔物。换句话说，使用PDB可导致向第一浮雕图案111添加更多材料。因此，对于使用本文中的方法，存在许多图案化选择。
[0037] 在前面的描述中，已经阐述了具体细节，例如，处理系统的特定几何形状以及其中使用的各种部件和处理的描述。然而，应该理解的是，本文中的技术可以在偏离这些具体细节的其他实施方式中实践，并且这样的细节是为了说明而不是限制的目的。已经参考附图描述了本文公开的实施方式。类似地，为了说明的目的，已经阐述了具体的数字、材料和配置，以便提供透彻的理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施方式。具有基本上相同的功能的构造的部件由相同的附图标记指代，并且因此可以省略任何冗余的描述。
[0038] 已经将各种技术描述为多个分立操作以帮助理解各种实施方式。描述的顺序不应被解释为暗示这些操作必然依赖于顺序。事实上，这些操作不需要按照呈现的顺序来执行。所描述的操作可以以与所描述的实施方式不同的顺序来执行。在附加实施方式中可以执行各种附加操作和/或可以省略所描述的操作。
[0039] 本文中使用的“基板”或“目标基板”一般是指根据本发明正在处理的对象。基板可以包括器件(特别是半导体或其他电子器件)的任何材料部分或结构，并且可以例如是基底基板结构(例如
半导体晶片、分划板)或者在基底基板结构上或覆盖在基底基板结构上的层(例如薄膜)。因此，基板不限于任何特定的基底结构、下层或覆盖层、图案化或未图案化，而是相反，考虑的是包括任何这样的层或基底结构，以及层和/或基底结构的任何组合。
说明书可以参考特定类型的基板，但这仅仅是为了说明的目的。
[0040] 本领域技术人员还将理解，可以对上述技术的操作进行许多变化，同时仍然实现本发明的相同目的。这样的变化旨在被本公开内容的范围所覆盖。如此，本发明的实施方式的前述描述并非旨在限制。相反，在所附
权利要求书中给出了对本发明的实施方式的任何限制。
