用金属或陶瓷材料硬化的图案的制作方法

本发明涉及图案化结构，例如用于半导体工业中的图案化结构，具体涉及用金属或陶瓷材料硬化的图案化结构。

背景技术：

已经有人提议使用图案化材料，例如通过嵌段共聚物的定向自组装(dsa)获得的材料，来制造蚀刻掩模。关于嵌段共聚物的dsa众所周知的是，其使用亚层(sublayer)中的引导特征(guidingfeature)来引导嵌段共聚物膜形成的方向。嵌段共聚物组分在亚层上自组装之后，可选择性地去除一种聚合物嵌段，使留下的另一种嵌段形成所需的图案。随后可将这种图案化的嵌段用作蚀刻掩模从而将图案转移到下层基片(100)中；例如用于半导体制造中，例如用于制造动态随机存储器(dram)器件中。但是据报道，经dsa图案化的嵌段共聚物线条尚且不能满足半导体工业对于线条边缘粗糙度的技术规范要求，即，对于图案特征侧壁的实际形状及其预期形状之间的偏差的度量(通常量化为相对于预期形状的标准偏差的三倍)，也不能满足对于线条宽度粗糙度的技术规范要求，即，对于图案特征的实际宽度及其预期宽度之间的偏差的度量(通常量化为相对于宽度的标准偏差的三倍)。

为了提高嵌段共聚物的蚀刻选择性，开发了被称为顺序渗透合成(sis)的新方法，该方法通过用无机材料对其注入来选择性地硬化嵌段共聚物中的一种片段(section)。在sis的一种实例中，在基片上自组装苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物(ps-b-pmma)以形成嵌段共聚物片段图案。然后引入三甲基铝(tma)无机前体并渗透pmma但不与ps反应。随后，引入氧化剂如水来结束反应，从而在pmma中附着tma的位置处形成氧化铝无机材料。这种前体渗透和无机材料形成通常重复进行直至达到所需程度的注入。最后，去除ps，留下基本复制pmma原始图案但经无机材料硬化的图案。与初始聚合物片段相比，这种硬化通常提高线条边缘粗糙度、线条宽度粗糙度和耐蚀刻性，因此使得经硬化的图案成为更合适的蚀刻掩模。

但是，在ps去除和图案转移之后，通常会在转移后的图案中观察到间距位移(pitchwalking)，即，相对于原始间距的间距系统性和周期性改变，从而导致进一步转移到该基片中的其他图案不同于原始图案。在本领域中仍然需要图案化的结构及其制造方法，这些结构包括的经硬化的材料的图案能更正确地被转移到下层中。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供优良结构以及在尽可能减少图案变化或转移的同时使第一材料图案硬化的方法。

本发明的一些实施方式的一个优点是，消除或至少减少了图案特征的倾覆(例如弯曲或倒塌)或间距位移。

本发明的一些实施方式的一个优点是，可使用自组装材料来构成图案。

本发明的一些实施方式的一个优点是，可使图案与下层中的引导特征对齐(不对齐)。

本发明的一些实施方式的一个优点是，所得的图案适用作对下层基片进行图案化的蚀刻掩模。

通过根据本发明的方法和器件实现了以上目的。

在第一方面中，本发明涉及一种图案化结构，其包括：

i.基片(100)，

ii.位于基片(100)顶部的第一层(200)，其包括填充材料(220，240)和引导材料(210，230)，其中至少第一层(200)的顶表面包括一个或多个填充材料(220，240)的区域以及一个或多个引导材料(210，230)的区域，以及

iii.位于第一层(200)顶部的第二层(300)，其包括第一材料(330)的图案，该图案与下层的一个或多个引导材料(210，230)的区域对齐或不对齐；

其中第一材料(330)包含金属或陶瓷材料，并且其中引导材料(210，230)和填充材料(220，240)都包含或都不包含该金属或陶瓷材料。

在第二方面中，本发明涉及获得上述图案化结构的方法，其包括：

a.提供基片(100)，

b.在该基片(100)顶部形成包括填充材料(220)和引导材料(210)的第一层(200)，其中至少该第一层(200)的顶表面包括一个或多个填充材料(220)的区域和一个或多个引导材料(210)的区域，以及

c.在该第一层(200)顶部形成包括第一材料(310)图案的第二层(300)，该图案可与下层的一种或多种引导材料(210)的区域对齐或不对齐，以及

d.将金属或陶瓷材料注入第一材料(310)，这种注入方式使得引导材料(210，230)和填充材料(220，240)都被该金属或陶瓷材料注入或不都被注入。

在所附的独立和从属权利要求中提出了本发明的具体且优选的方面。从属权利要求中的特征可与独立权利要求中的特征以及其他从属权利要求中的特征组合，可适当组合而不需在权利要求中明确指出。

虽然在本领域中一直存在对器件的改进、变化和发展，但是发明人相信，本发明代表着本质上新颖的改进，并且不同于之前的实践，能提供更有效、稳定且可靠的此类器件。

通过以下详细说明，并结合举例说明本发明原理的附图，本发明以上和其他的特性、特征和优点将是显而易见的。本说明书仅供示例，而非限制本发明的范围。以下引用的附图标记针对附图使用。

附图说明

图1至8显示根据本发明的一种实施方式获得并使用图案化结构的步骤顺序的示意图。

图9至12显示对比现有技术方法和本发明一种实施方式的示意图。

图13和14显示根据现有技术的结构和根据本发明的结构的自顶向下cd-sem和横截面x-sem图。

在不同的附图中，使用相同的附图标记表示相同或类似的元件。

具体实施方式

以下参考一些具体实施方式并参考附图描述本发明，但本发明并不限于此而是由权利要求书限制。所述附图仅为示例性而非限制性的。在附图中，一些元件的尺寸可能夸张，而且为了说明目的并未按比例绘制。其尺寸和相对尺寸并不对应于实施本发明的实际缩影。

而且，说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等用于区别类似要素而不一定描述时间、空间、级别或任意其他方式的顺序。应理解这样使用的术语可以在适当情况下相互交换，并且本文所述的本发明一些实施方式能以不同于本文所述或所示的其他顺序进行。

而且，说明书和权利要求书中的术语“顶”、“底”、“上”、“下”等用于说明目的而不一定描述相对位置。应理解这样使用的术语可以在适当情况下相互交换，并且本文所述的本发明一些实施方式能以不同于本文所述或所示的其他取向进行。

应注意权利要求书中使用的术语“包括(包含)”不应理解为限定在其后所列的方式；其不排除其他要素或步骤。因此其应理解为指出声明的特征、整数、步骤或组分的存在，但并不排除另外的一种或多种其他特征、整数、步骤或组分、或其组合的存在。因此“某器件包括a和b”的表述的范围不应限于该器件仅由部件a和b构成。就本发明而言，其表示该器件的相关部件仅为a和b。

类似地应理解，在对本发明的示例性实施方式进行说明时，为了简化说明书并有助于理解本发明的一个或多个不同方面，本发明的各种特征有时候组合在单独一种实施方式、一张附图、或其说明书中。但是本发明的这种方法不应理解为反映了要求权利的本发明需要超过各权利要求中明确引述的更多特征的意图。相反，如同以下权利要求书反映的，本发明的一些方面不一定存在于单独一种实施方式的全部特征中。因此，权利要求书明确结合说明书，各权利要求独立代表本发明的单独一种实施方式。

而且，虽然本文所述的一些实施方式包括另一些实施方式中所包括的一些但非全部特征，但一些不同实施方式的特征的组合意味着包括在本发明范围之内，并形成一些不同的实施方式，如同本领域技术人员所能理解的。例如，在以下权利要求书中，所要求权利的任何实施方式都能以任何组合的方式使用。

而且，一些实施方式在本文中被描述为能通过计算机系统的处理器或通过实现该功能的其他方式实施的方法或方法要素的组合。因此，具有实现这种方法或方法要素的必需指令的处理器成为实现该方法或方法要素的方式。而且，本文所述的装置实施方式的要素是为了实现本发明的目的而实现由该要素完成的功能的方式。

在本文提供的说明书中，提出了许多具体的细节。但是应理解，本发明的一些实施方式可以在没有这些具体细节的条件下实施。在另一些情况中，为了避免模糊对本说明书的理解，没有详细显示众所周知的方法、结构和技术。

提供以下术语仅仅为了帮助理解本发明。

如本文所用，当称第一材料的图案与下层的一个或多个引导材料区域对齐时，应理解为，该图案相对于下层的一个或多个区域的布置使得第一材料的片段通常存在于一个或多个引导材料区域的各区域的上方。第一材料的图案可通常具有包括一个或多个第一材料区域的底表面，并且对齐后的图案的布置可使得一个或多个第一材料区域与一个或多个引导材料区域之间的接触面积最大化。例如，在一种特别的情况中，一个或多个第一材料区域可具有与一个或多个引导材料区域基本相同的尺寸，并且一个或多个第一材料区域的边界可基本与一个或多个引导材料区域的边界对齐。应注意到，虽然第一材料的片段通常存在于一个或多个引导材料区域的各区域的上方，但相反的不一定为真的：引导材料区域不一定存在于第一材料的各片段的下方。例如，引导材料区域可形成具有第一间距的线条图案，并且第一材料的图案可包括具有第二间距的线条；其中该第一间距可通常为该第二间距的倍数。

如本文所用，当称第一材料的图案不与下层的一个或多个引导材料区域对齐时，其表示该图案相对于下层的一个或多个区域的布置使得在引导材料区域上方不存在第一材料的片段。第一材料的图案可通常具有包括一个或多个第一材料区域的底表面，并且不对齐的图案的布置可使得一个或多个第一材料区域与一个或多个引导材料区域之间的重叠面积最小化。或者，当该图案的负像(negative)与这些下层的一个或多个区域对齐时，可认为该图案不与下层的一个或多个区域对齐。

在第一方面中，本发明涉及一种图案化结构，其包括：

i.基片，

ii.位于该基片顶部的第一层，其包括填充材料和引导材料，其中至少是该第一层的顶表面包括一个或多个填充材料区域和一个或多个引导材料区域，以及

iii.位于该第一层顶部的第二层，其包括第一材料的图案，该图案与下层的一个或多个引导材料区域对齐或不对齐；

其中该第一材料包含金属或陶瓷材料，并且其中该引导材料和该填充材料都包含该金属或陶瓷材料或者都不包含该金属或陶瓷材料。

所述基片可通常包括一个或多个要进行图案化的层。该基片可例如包括硬掩模层，其可进行图案化并随后用于对基片的下方层进行图案化。

至少第一层的顶表面通常包括一个或多个引导材料区域，例如引导材料的线条，其引导第二层的组装如自组装。在这样的一种情况中，自组装也可被称为定向自组装(dsa)。该顶表面还包括一个或多个填充材料区域。该顶表面可例如包括位于填充材料基质中的一个或多个引导材料区域。在本领域中该填充材料在一些情况中可被称为“刷(brush)”。该组装可通常通过第二层中一种或多种材料的浸润亲和性相对于第一层中的引导材料和填充材料的特定差异来引导。在一些优选的实施方式中，一个或多个引导材料区域的顶表面可与一个或多个填充材料区域的顶表面共面。

第二层包括形成图案的第一材料。该图案可与下层的一个或多个引导材料区域对齐或不对齐。第二层通常还包括第二材料、空隙(例如因去除第二材料导致的沟槽)、或其组合。

第一材料包含金属或陶瓷材料，并且第一层中的引导材料和填充材料可都包含或都不包含该金属或陶瓷材料。该陶瓷材料可例如是金属氧化物或金属氮化物。在第一材料中存在该金属或陶瓷材料有利于得到经硬化的第一材料。在一些实施方式中，第一材料以及任选的引导材料和填充材料可为被金属或陶瓷材料注入的材料，优选被同一种金属或陶瓷材料注入。它们可例如为通过顺序渗透合成(sis)的方式被注入的材料。

在本发明中出人意料地发现第一材料的图案之内出现倾覆和间距位移，其成因是第一层(200)中的材料发生不均匀硬化(图12a)，即由于引导材料或填充材料中的一种被金属或陶瓷材料硬化而另一种没有发生硬化。还发现对第一层(200)中的材料进行均匀注入时(图12b)，即引导材料和填充材料都包含金属或陶瓷材料，减轻了这些倾覆和间距位移的问题。可通过使用能吸附金属或陶瓷材料、或者至少是该金属或陶瓷材料的前体的材料来有利地实现对第一层材料的注入。例如，引导材料和填充材料可都包含一种单体如甲基丙烯酸甲酯(mma)。

在另一种实施方式中，尽管注入第二层中，但引导材料和填充材料都未注入金属或陶瓷材料。可通过仅使用不吸附该金属或陶瓷材料或者该金属或陶瓷材料的至少一种前体的材料来有利地实现不注入第一层材料。

在一些实施方式中，第一材料的图案可包括平行线条，并且第二层可包括与另一种材料的平行线条和/或与空隙交替的这些平行线条。

在对基片进行图案化时，例如在制造动态随机存储器(dram)器件或逻辑应用时，可有利地使用平行线条的图案。在这些情况中，空隙可通常为沟槽。在另一些实施方式中，可使用其他一些图案。例如，图案可包括圆柱形(或六面体形)孔或通孔，其可例如用于不同金属层之间的图案连接，尤其是在半导体器件中。

第二层的图案通常与第一层的特征匹配，例如都包括平行线条。但是，两者之间的间距不一定必须是相同的。例如，第一层中的平行引导线条的间距通常是第二层中第一材料平行线条的间距的倍数；引导线条的间距可例如比第一材料平行线条的间距大三倍。在这样的一种情况中，可通过平版印刷技术提供有利的较少数量的引导材料区域，并且随后可有利地将这些较少数量的区域转移到第二层图案中较多数量的特征中。

在一些实施方式中，第一材料的图案可包括第一部分自组装材料，并且如果存在其他材料，则该其他材料可包括第二部分自组装材料。

第二层可包括由两个部分组成的自组装材料，例如这两个部分是通过化学方式相连的，其中的第二部分形成其他材料的基质，而第一部分有利地自组装至该基质中第一材料的图案。第一层中一个或多个引导材料区域的间距优选基本等于第一材料图案的天然间距或为该天然间距的倍数，该天然间距即第一部分自组装材料在无引导情况下组装成的图案的特征间距。这就有利地使得该图案能自然地与下层的一个或多个引导材料区域对齐或不对齐，而不需要过度的应变。一个或多个引导材料区域的间距通常与它们的制造方法相关，例如与它们制造时采用的平版印刷法中所用的参数相关。第一材料(330)的图案的天然间距通常与自组装材料的特定化学成分相关；例如，当自组装材料为嵌段共聚物，则其与不同嵌段中的聚合物链的长度相关。这些间距都可由本领域技术人员轻易调节，可通过试错法轻易地找出合适的匹配。

在一些实施方式中，自组装材料可以是嵌段共聚物，其中的第一部分可以是该嵌段共聚物的一个嵌段，其中的第二部分可以是该嵌段共聚物的另一个嵌段。

已知嵌段共聚物可有利地自组装成不同的周期性图案，取决于它们的化学性质以及不同嵌段中聚合物链的长度。实例包括存在于另一种嵌段基质中的组装成线条的一种嵌段，也称为薄片、圆柱或球体。而且，可有利地通过定向自组装来引导嵌段共聚物的自组装。

在一些实施方式中，嵌段共聚物可以是苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物(ps-b-pmma)。

已知ps-b-pmma不仅可进行定向自组装，还可用于金属或陶瓷材料前体，例如三甲基铝，有利地表现出对两种嵌段之一的优先吸收，例如选择性地吸收至pmma嵌段(在此处用作第一部分自组装材料)。这有利地使得两种嵌段之一能选择性地被金属或陶瓷材料硬化，例如通过顺序渗透合成(sis)硬化。

在另一些实施方式中，嵌段共聚物可以是苯乙烯-2-乙烯基吡啶嵌段共聚物(ps-b-p2vp)或苯乙烯-乳酸嵌段共聚物(ps-b-pla)。

在一些存在其他材料的实施方式中，若图案与下层的一个或多个引导材料区域对齐，则该引导材料对第一部分自组装材料的浸润亲和性可大于对第二部分自组装材料的浸润亲和性，若图案不与下层的一个或多个引导材料区域对齐，则该引导材料对第一部分自组装材料的浸润亲和性可小于对第二部分自组装材料的浸润亲和性。

图案的对齐通常是由于第一和第二部分自组装材料之间相对于引导材料和填充材料具有不同的浸润亲和性而产生的。两种材料的浸润亲和性可通常与这两种材料之间的内聚力(cohesiveforce)和粘着力(adhesiveforce)的平衡相关。当第一部分自组装材料表现出较高的对引导材料的浸润亲和性时，图案将通常与一个或多个引导材料区域对齐。当第二部分自组装材料表现出较高的对引导材料的浸润亲和性时，图案将通常不与一个或多个引导材料区域对齐。

在一些实施方式中，图案可与下层的一个或多个引导材料区域对齐，并且该引导材料和第一部分自组装材料可包含相同的材料或相同材料的衍生物。

包括两个部分的自组装材料的自组装通常是由于这两个部分的微相分离而产生的，其通常与至少一个部分中的强内聚力相关。在这样的一种情况中，通过使用与该部分中所用相同的材料或衍生物作为引导材料，就可利用这些强内聚力来有利地引导自组装。

在一些实施方式中，相同材料可以是聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)。

自组装材料可以是例如ps-b-pmma嵌段共聚物，引导材料是可交联pmma(x-pmma)。

在一些实施方式中，若图案与下层的一个或多个引导材料区域对齐，则第一材料对引导材料的亲和性可大于对填充材料的亲和性，若图案不与下层的一个或多个引导材料区域对齐，则第一材料对填充材料的亲和性可大于对引导材料的亲和性。

图案的对齐可由于第一材料对引导材料和填充材料具有不同的浸润亲和性而有利地实现。当第一材料表现出较高的对引导材料的浸润亲和性时，图案将通常与一个或多个引导材料区域对齐。当第一材料表现出较高的对填充材料的浸润亲和性时，图案将通常不与一个或多个引导材料区域对齐。

在一些存在其他材料的实施方式中，若图案与下层的一个或多个引导材料区域对齐，则该其他材料对填充材料的亲和性可大于对引导材料的亲和性，若图案不与下层的一个或多个引导材料区域对齐，则该其他材料对引导材料的亲和性可大于对填充材料的亲和性。

图案的对齐可由于该其他材料对引导材料和填充材料具有不同的浸润亲和性而有利地实现。当该其他材料表现出较高的对填充材料的浸润亲和性时，图案将通常与一个或多个引导材料区域对齐。当该其他材料表现出较高的对引导材料的浸润亲和性时，图案将通常不与一个或多个引导材料区域对齐。

在一些优选的实施方式中，图案的对齐可由于多个材料配对之间浸润亲和性的差异组合而产生。

在一些实施方式中，填充材料对第一材料和对其他材料可具有相同的浸润亲和性。

由于引导材料区域和第一材料图案通常具有不同的间距，例如前者的间距为后者间距的倍数，第一材料和其他材料可通常同时存在于填充材料上方。因此，填充材料对第一材料和对第二材料的浸润亲和性有利地(例如充分接近)使得不至于干扰引导材料的引导。

在一些实施方式中，自组装材料可以是包含两种或更多种聚合单体的嵌段共聚物，填充材料可以是两种或更多种单体的无规共聚物。

在另一些实施方式中，填充材料可以是两种或更多种单体的均聚物的掺混物。

当自组装材料是包含两种或更多种嵌段的嵌段共聚物时，即包含两种或更多种聚合单体的嵌段共聚物，对第一材料和其他材料具有充分相等的浸润亲和性的填充材料可有利地包括两种或更多种单体的无规共聚物或均聚物的掺混物。

在一些实施方式中，无规共聚物可以是苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯无规共聚物(ps-r-pmma)。

无规共聚物可以是例如羟基端接的ps-r-pmma无规共聚物，其ps体积分数为60％至70％。

无规共聚物可以是例如羟基端接的ps-r-pmma无规共聚物，其ps摩尔分数为60％至70％。

在一些实施方式中，陶瓷材料可以是氧化铝。

可通过氧化三甲基铝，例如使用水作为氧化剂，来有利地轻易获得氧化铝。

在第二方面中，本发明涉及获得上述图案化结构的方法，其包括：

a.提供基片，

b.在基片顶部形成包括填充材料和引导材料的第一层，其中至少该第一层的顶表面包括一个或多个填充材料区域和一个或多个引导材料区域，和

c.在该第一层顶部形成包括第一材料图案的第二层，该图案可与下层的一个或多个引导材料区域对齐或不对齐，和

e.将金属或陶瓷材料注入该第一材料，注入方式使得引导材料和填充材料都被该金属或陶瓷材料注入，或者引导材料和填充材料可都不被该金属或陶瓷材料注入。

可通过以下方法有利地获得根据第一方面的图案化结构：首先在基片顶部形成包括引导材料和填充材料的第一层，随后在其上形成包括第一材料图案的第二层，该图案与一个或多个引导材料区域对齐或不对齐，最后使第一材料与金属或陶瓷材料接触，例如进行注入。将金属或陶瓷材料注入第一材料有利地导致第一材料硬化。

在一些实施方式中，将金属或陶瓷材料注入第一材料可包括使第一材料暴露于第一金属或陶瓷材料前体并随后使第一材料暴露于第二金属或陶瓷材料前体。

将金属或陶瓷材料注入第一材料可有利地包括使第一材料暴露于第一金属或陶瓷材料前体，从而通常在第一材料中吸收第一金属或陶瓷材料前体，并随后使第一材料暴露于第二金属或陶瓷材料前体，从而通常使两种前体发生化学反应以形成金属或陶瓷材料。第一和第二金属或陶瓷材料前体通常是形成该金属或陶瓷材料的反应物，而通常不是金属或陶瓷材料本身。在一些优选的实施方式中，第一和/或第二金属或陶瓷材料前体可以为气态。在一些更优选的实施方式中，第一和第二金属或陶瓷材料前体可都为气态。使第一材料暴露于金属或陶瓷材料前体可通常在反应室中进行，例如在原子层沉积室中。在使第一材料暴露于金属或陶瓷材料前提之前和/或之后，通常可对反应室进行吹扫，例如用惰性氮气吹扫。吹扫反应室可有利地从该室中除去污染物和/或未反应的前体。

在一些实施方式中，第二金属或陶瓷材料前体可以是氧化剂。

注入的陶瓷材料宜通过用第二陶瓷材料前体(在此通常是氧化剂)氧化第一陶瓷材料前体来获得。

在一些实施方式中，第一金属或陶瓷材料前体可以是三甲基铝，第二金属或陶瓷材料前体可以是氧化剂。在另一些实施方式中，第一金属或金属前体可以是金属有机化合物。

第一金属或陶瓷材料前体可以是三甲基铝，其可作为蒸汽暴露于第一材料，并已知其氧化后形成氧化铝。而且，已知三甲基铝可有利地选择性吸收到某些材料中，例如吸收到pmma中。

在一些优选的实施方式中，氧化剂可以是水。

氧化剂可优选是水，它是一种廉价的反应物，可作为蒸汽与第一材料接触。

在一些实施方式中，使第一材料暴露于第一金属或陶瓷材料前体并随后使该第一材料暴露于第二金属或陶瓷材料前体的操作可重复1至12次，优选重复2至6次。

为了增加第一材料中的金属或陶瓷材料浓度，可有利地采用多次循环使第一材料暴露于第一金属或陶瓷材料前体并随后使该第一材料暴露于第二金属或陶瓷材料前体的操作。而且，在较早期循环中合成的金属或陶瓷材料可有利地用作金属或陶瓷材料前体的吸附位点，从而相对于较早期循环增加在较后期循环中的加入的金属或陶瓷材料的量。

在一些实施方式中，第二层还可包含除了第一材料以外的其他材料，对第一材料的注入可包括相对于该其他材料优先地注入该第一材料。

注入金属或陶瓷材料可有利地优先向第一材料进行，因此包含第一材料的图案可优先被金属或陶瓷材料硬化。注入之后，金属或陶瓷材料在第一材料中的浓度可例如高于在其他材料中的浓度，优选高两倍，更优选高四倍。

在一些优选的实施方式中，相对于其他材料优先注入第一材料可包括相对于该其他材料选择性地注入第一材料。金属或陶瓷材料在第一材料中的浓度可例如为在其他材料中的至少九倍。在一些实施方式中，注入第二层之后，其他材料可不包含金属或陶瓷材料。

在一些实施方式中，第二层可包含自组装材料。

在一些实施方式中，该方法可进一步包括：

d.从第二层中除去其他材料。

通常在用金属或陶瓷材料硬化第一材料之后除去其他材料。这有利地使得能获得图案化的第二层，其包括硬化的第一材料图案，包含金属或陶瓷材料，以及空隙。这种图案化的第二层可有利地用于对下层的一些层进行图案化，例如对基片进行图案化。

在一些实施方式中，从第二层(300)除去其他材料还可部分地除去第一材料。但是，第一材料的硬化通常使得至少是金属或陶瓷材料得以保留，保持了相同的图案，并且通常包含至少一部分的第一材料。

在第二方面的任意实施方式中，第一层、第二层、金属、和陶瓷材料可定义为第一方面的任意实施方式。

以下通过详细描述本发明的一些实施方式来说明本发明。显然，根据本领域技术人员的知识可以在不偏离本发明真实技术内容的情况下设计出本发明的其他一些实施方式，本发明仅由所附权利要求书限制。

实施例

实施例1：制造和使用本发明的图案化结构

制造根据本发明一种实施方式的图案化结构并用于对基片(100)进行图案化。

参见图1。提供基片(100)，其包括si晶片(110)和位于其上的旋涂玻璃(sog)硬掩模(120)。在这种硬掩模(120)上通过平版印刷法制造了可交联pmma(x-pmma)引导材料(210)线条。

参见图2。在x-pmma引导材料(210)线条之间的间隙中填充ps-r-pmma填充材料(220)并随后退火，完成第一层(200)。ps-r-pmma填充材料(220)的厚度主要由其分子量决定，调节该厚度以匹配x-pmma引导材料(210)的厚度，由此获得具有平坦表面的第一层(200)。

参见图3。将ps-b-pmma嵌段共聚物第二层(300)自组装到第一层(200)上。由于pmma片段(310)对x-pmma引导材料(210)的浸润亲和性，虽然ps(320)和pmma片段(310)对ps-r-pmma填充材料(220)都不具有特定的浸润亲和性，但嵌段共聚物的自组装使得pmma(310)片段与下层的引导材料(210)线条对齐。

参见图4。将该结构引入原子层沉积(ald)室中，在其中保持暴露于tma(410)和氮载气预定时间，作为sis循环的第一半周期的一部分。预定时间取决于tma(410)的分压、温度和膜厚度，通常在几秒至最长10分钟范围内。tma(410)扩散到第二层(300)和第一层(200)中，并选择性地与pmma分子结合。不受限于理论，发明人相信tma(410)和pmma的这种结合主要是由于吸附机理以及少量来自共价键的贡献。与pmma的结合过程的选择性可与pmma中的羰基部分相关，而芳香族ps中不存在这种羰基部分。用氮气吹扫沉积室除去室中任何未反应的tma(410)以完成该循环的第一半周期。

参见图5。将水(420)引入沉积室中开始sis循环的第二半周期。水(420)氧化之前渗透进pmma片段中的tma(410)以形成氧化铝。在所用工艺条件下，水(420)和ps之间没有发生反应。通过氮气吹扫除去沉积室中未反应的水分子(420)以完成sis循环的第二半周期。

参见图6。重复以上tma(410)和水(420)循环多次以实现多个sis循环。在后续循环中，在之前循环中生成的氧化铝为吸附tma(410)提供额外的位点。获得的结构包括经氧化铝硬化的pmma第一材料(330)片段、x-pmma引导材料(230)和ps-r-pmma填充材料(240)。

参见图7。执行所需数量的sis循环之后，从ald室中取出晶片并引入等离子体蚀刻机中，从而使用ar/o2等离子体、通过氧化方式除去ps其他材料(320)片段以及部分除去pmma；留下包含氧化铝的第一材料(330)线条和沟槽(340)。

参见图8。通过四氟甲烷(cf4)或其他氟化物，基于等离子体蚀刻，使用第一材料(330)线条作为蚀刻掩模，将图案转移到sog硬掩模(120)中。

实施例2：现有技术的硬化图案与本发明硬化图案之间的比较

将根据本发明一些实施方式制造图案化结构的步骤(图b)与现有技术(图a)进行比较。

参见图9。从包括基片(100)的结构开始，该基片(100)具有硬掩模层(120)、第一层(200)和第二层(300)，该第一层(200)包括存在于填充材料(220)基质中的引导材料区域(250，210)，该第二层(300)包括存在于其他材料(320)基质中的第一材料(310)图案。第二层(300)可例如包含自组装的ps-b-pmma嵌段共聚物，包括pmma第一材料(310)片段和ps其他材料(320)片段。在此处本发明结构不同于现有技术的地方在于引导材料(250，210)的性质：在现有技术(图9a)中使用了类似于其他材料(320)的材料(250)，例如可交联ps(x-ps)；而本发明(图9b)使用类似于第一材料(310)的材料(210)，例如可交联pmma(x-pmma)。在两种情况中填充材料(220)都类似于第一和其他材料(320)的组合，例如ps-r-pmma无规共聚物。由于引导材料(210)的差异，相应地第二层(300)中图案的对齐发生移动。

参见图10。相对于其他材料(320)，将金属或陶瓷材料优先地注入第一材料(310)中；例如通过sis方法使用三甲基铝(410)和水(420)用氧化铝硬化pmma第一材料(310)。在两种情况中，金属或陶瓷材料穿透通过第二层(300)，使得将该材料注入第一层(200)成为可能。由于填充材料(220)包含类似于第一材料(310)的材料，所以该金属或陶瓷材料也优先注入填充材料(240)中。由于现有技术(图10a)使用类似于其他材料(320)的引导材料(250)，所以引导材料(250)没有被注入；因此第一层(200)的一部分(即引导材料(250))最终没有被注入。相反，本发明(图10b)使用类似于第一材料(310)的材料，所以引导材料(230)也被优先注入，整个第一层(200)最终被注入。

参见图11。从第二层(300)中去除其他材料(320)。在现有技术中，使用类似于其他材料(320)的引导材料(250)，任何过度蚀刻都会导致第二层(300)的图案被部分转移到引导材料(250)中。相反，在本发明中，由于整个第一层(200)被注入，至少是金属或陶瓷材料保留在第一层中的位置上。

参见图12。将图案进一步转移到硬掩模层(120)中。在根据现有技术的情况中，第一层(200)的不均匀注入影响了第二层(300)的图案，导致其特征倾覆(1)和间距位移；这种现象进而影响转移到硬掩模(120)中的图案以及基片(100)中任何其他图案化的层。但是，在本发明中，整个第一层(200)被注入，没有发生倾覆或间距位移。

参见图13。提供了根据现有技术形成图案化结构及随后图案转移的不同步骤的自顶向下临界尺寸扫描电子显微镜(cd-sem)和横截面x射线扫描电子显微镜(x-sem)图象，以支持之前的示意图。(a)对应于去除其他材料之后的图象；(b)对应于将图案转移到硬掩模中之后的图象；(c)对应于进一步图案转移之后的图象；和(d)对应于去除金属氧化物之后的图象。所用材料为包含硅(110)的基片(100)，硅上覆盖有si3n4硬掩模(120)、x-ps引导材料(250)、ps-r-pmma填充材料(220)、一起形成ps-b-pmma自组装的嵌段共聚物的pmma第一材料(310)和ps其他材料(320)、以及使用三甲基铝(410)和水(420)进行了sis注入的氧化铝。在不同图中显示了图案特征发生倾覆(1)和间距位移(2)的实例。

参见图14。提供了根据本发明形成图案化结构并随后图案转移的不同步骤的自顶向下cd-sem和横截面x-sem图象以支持之前的示意图。(a)对应于去除其他材料之后的图象；(b)对应于将图案转移到硬掩模中之后的图象；(c)对应于去除金属氧化物之后的图象；和(d)对应于进一步图案转移之后的图象。所用材料是包含硅的基片(100)，硅上覆盖有旋涂碳转移层和旋涂玻璃硬掩模(120)、x-pmma引导材料(210)、ps-r-pmma填充材料(220)、一起形成ps-b-pmma自组装的嵌段共聚物的pmma第一材料和ps其他材料(320)、以及使用三甲基铝(410)和水(420)进行了sis注入的氧化铝。图案特征没有出现类似于图13的倾覆(1)或间距位移(2)。

应理解，虽然在本文中就根据本发明的器件讨论了一些优选实施方式、特定构造和结构、以及材料，但是仍可在不偏离本发明的范围和技术内容的情况下对形式和细节进行各种变化和修改。例如，以上给出的任何方案都仅仅是可使用的过程示例。可以向框图中增加或从中取消功能，功能框之间可以互换操作。本发明范围内所述的方法可增加或取消一些步骤。