抗反射层和方法

文档序号:9328635阅读:3818来源:国知局
抗反射层和方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 本申请是于2013年10月17日提交的、标题为"Anti-Reflective Layer and Method"的第14/056, 737号美国专利申请的继续申请;要求于2013年3月12日提交的、标 题为"Anti-Reflective Layer and Method"的第61/777, 782号美国临时申请的优先权; 以及要求于2014年4月29日提交的、标题为"Anti-Reflective Layer and Method"的第 61/982, 945号美国临时申请的优先权,其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
[0003] 本发明一般地涉及半导体技术领域,更具体地,涉及半导体器件的制造方法。
【背景技术】
[0004] 随着消费设备响应于消费者的需求而变得越来越小,这些设备的各个部件的尺寸 也需要减小。组成这些设备(诸如移动电话、平板电脑等)的主要部件的半导体器件迫于 压力而变得越来越小,半导体器件内的各个器件(例如,晶体管、电阻器、电容器等)的对应 尺寸也迫于压力而缩小。
[0005] 半导体器件的制造工艺所使用的一种能够减小尺寸的技术是使用光刻材料。这种 材料被施加于表面,然后被暴露给能量使其被图案化。这种曝光改变了光刻材料的暴露区 域的化学和物理特性。与光刻材料没有被曝光的区域中没有改变特性一起,这些改变可以 用于去除一个区域而不去除另一个区域。
[0006] 然而,随着各个器件尺寸的减小,用于光刻处理的工艺窗口变得越来越紧凑。如 此,需要光刻处理领域的进步(诸如使用抗反射层来防止入射光不期望的反射)来保持缩 小器件的能力,并且需要进一步的改进以满足期望的设计标准,使得可以保持越来越小部 件的发展。

【发明内容】

[0007] 为了解决现有技术中所存在的缺陷,根据本发明的一方面,提供了一种制造半导 体器件的方法,所述方法包括:在衬底上方散布抗反射材料以形成抗反射涂层,所述抗发射 材料具有第一浓度的浮置组分;形成与所述抗反射涂层的顶面相邻的浮置区域,所述浮置 区域具有第二浓度的浮置组分,所述第二浓度大于所述第一浓度;以及向所述抗反射材料 施加液体以去除所述抗反射材料和所述浮置区域。
[0008] 在该方法中,施加所述液体包括施加水溶液。
[0009] 在该方法中,所述水溶液的pH介于大约-1至大约4之间。
[0010] 在该方法中,所述水溶液的pH介于大约9至大约14之间。
[0011] 在该方法中,施加所述液体包括施加有机溶剂。
[0012] 在该方法中,所述液体包括无机酸。
[0013] 在该方法中,执行施加所述液体小于1分钟,以去除所述抗反射材料。
[0014] 根据本发明的另一方面,提供了一种制造半导体器件的方法,所述方法包括:在衬 底上涂覆抗反射涂层;沿着所述抗反射涂层的顶面由所述抗反射涂层形成具有第一去除速 率的第一区域,其中,所述抗反射涂层的第二区域具有不同于所述第一去除速率的第二去 除速率;以及通过向所述抗反射涂层施加液体来去除所述第一区域和所述第二区域。
[0015] 该方法还包括:在去除所述第一区域和所述第二区域之前,图案化所述抗反射涂 层。
[0016] 在该方法中,施加所述液体包括施加水溶液。
[0017] 在该方法中,所述水溶液的pH介于大约-1至大约4之间。
[0018] 在该方法中,所述水溶液的pH介于大约9至大约14之间。
[0019] 在该方法中,施加所述液体包括施加有机溶剂。
[0020] 在该方法中,所述液体包括无机酸。
[0021] 在该方法中,在一分钟内完成去除所述第一区域和所述第二区域。
[0022] 根据本发明的又一方面,提供了一种制造半导体器件的方法,所述方法包括:在衬 底上涂覆抗反射涂层,所述抗反射涂层包括具有氟原子的至少一种组分;沿着所述抗反射 涂层的顶面形成浮置区域,其中,所述浮置区域比所述抗反射涂层的剩余部分具有更高浓 度的所述至少一种组分;以及通过向所述抗反射涂层施加液体小于1分钟,去除所述浮置 区域和所述抗反射涂层的剩余部分。
[0023] 在该方法中,所述液体为水溶液。
[0024] 在该方法中,所述水溶液的pH介于大约-1至大约4之间。
[0025] 在该方法中,所述水溶液的pH介于大约9至大约14之间。
[0026] 在该方法中,所述液体为有机溶剂。
【附图说明】
[0027] 为了更完全地理解本发明及其优势,现在将结合附图所进行的以下描述作为参 考,其中:
[0028] 图1示出了根据实施例的在半导体衬底上初始散布底部抗反射层;
[0029] 图2示出了根据实施例的浮置区域的形成;
[0030] 图3示出了根据实施例的烘烤工艺;
[0031] 图4A和图4B示出了根据实施例的光刻胶的涂覆、曝光和显影;
[0032] 图5示出了根据实施例的以化学机械抛光工艺平面化抗反射涂层的另一实施例;
[0033] 图6示出了根据实施例的底部抗反射层和浮置区域的去除步骤;
[0034] 图7示出了根据实施例的底部抗反射层和浮置区域的去除;
[0035] 图8示出了根据实施例的与底部抗反射层联用的中间层;以及
[0036] 图9示出了根据实施例的散布底部抗反射层、形成浮置区域以及施加液体以去除 底部抗反射层的工艺流程。
[0037] 除非另有指明,否则不同附图中的对应数字和符号通常表示对应的部件。绘制附 图以清楚地示出实施例的相关方面并且没有必要按比例绘制。
【具体实施方式】
[0038] 以下详细讨论本发明实施例的制造和使用。然而,应该理解,本发明提供了许多可 以在各种特定环境下实现的可应用发明概念。所讨论的具体实施例仅仅是制造和使用所公 开主题的特定方式,而不用于限制不同实施例的范围。
[0039] 将参照特定环境(即,在半导体器件的制造过程中使用的底部抗反射涂层)来描 述实施例。然而,其他实施例也可以应用于不同工艺中的其他涂层。
[0040] 现在,参照图1,示出了衬底101,其中鳍103形成在衬底101上方且底部抗反射涂 层(BARC) 105被涂覆在鳍103和衬底101上方。衬底101可以是基本导电的或者是电阻率小 于IO3欧姆?米的半导体,并且可以包括掺杂或不掺杂的体硅、或者绝缘体上硅(SOI)衬底 的有源层。通常,SOI衬底包括半导体材料层,诸如硅、锗、硅锗、S0I、绝缘体上硅锗(SGOI) 或它们的组合。可使用的其他衬底包括多层衬底、梯度衬底或混合定向衬底。
[0041] 鳍103可用作FinFET或多栅极晶体管(在图1中没有分别示出)的最终形成的 鳍结构。在一个实施例中,鳍103可由衬底101的材料形成,如此也可以包括掺杂或不掺杂 的体硅、或者SOI衬底的有源层。鳍103可通过以下步骤来形成:首先在衬底101上方涂覆 掩模材料、图案化掩模材料、然后将掩模材料用作掩模以蚀刻衬底101、从而由衬底101的 材料形成鳍103。
[0042] 然而,使用衬底101的材料形成鳍103仅是可用于形成鳍103的一种示例性方法。 可选地,鳍103可通过以下步骤来形成,首先在衬底101上方沉积半导体材料(诸如硅、硅 锗等)、然后掩蔽和蚀刻半导体材料以在衬底101上方形成鳍103。在又一可选实施例中, 鳍103可通过以下步骤来形成,掩蔽衬底101并例如使用外延生长工艺,以在衬底101上生 长鳍103。可以可选地使用用于形成鳍103的这些方法和任何其他适当的方法,并且所有这 些方法均包括在实施例的范围内。
[0043] 为了准备涂覆光刻胶401 (在图1中未示出,但在图4中示出并进行了描述),BARC 层105被涂覆在鳍103上方并填充鳍103之间的区域。BARC层105 (如其名称所能看出的) 用于在光刻胶401的曝光期间防止能量(例如光)的不可控且不期望的反射(诸如返回到 上覆光刻胶401的光),从而防止反射光在光刻胶401的不期望的区域中引起反应。此外, BARC层105可用于在衬底101和鳍103上方提供平面,以帮助减少以一定角度入射的能量 的负面影响。
[0044] 在BARC层105包括聚合物树脂、催化剂和交联剂的实施例中,它们均被散布地置 于溶剂中。聚合物树脂可包括聚合物,其具有结合到一起的各种单体。在一个实施例中,聚 合物可包括不同的单体,诸如交联单体和具有发色团单元的单体。在一个实施例中,具有 发色团单元的单体可包括乙烯基化合物(例如,具有共辄双键),其包含取代或未取代的苯 基、取代或未取代的蒽基、取代或未取代的菲基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的吖 啶、取代或未取代的喹啉和环取代喹啉(例如,羟基喹啉)、包含诸如氧、氮、硫或它们的组 合的杂环原子的取代或未取代的杂环,诸如吡咯烷基、吡喃基、哌啶基、吖啶基、喹啉。这些 单元中的取代物可以为任何烃基,并且可以进一步包含诸如氧、氮、硫或它们的组合的杂环 原子,诸如亚烃基、酯类、醚类、它们的组合等,其中碳原子在1和12之间。
[0045] 在特定实施例中,具有发色团单元的单体包括苯乙烯、羟基苯乙烯、乙酰氧基苯乙 烯、乙烯基苯甲酸、乙烯基4-叔丁基-苯甲酸、乙二醇苯醚丙烯酸酯、苯氧丙基丙烯酸酯、 N-甲基马来酰亚胺、2-(4-苯酰-3-羟基苯氧基)丙烯酸乙酯、2-羟基-3-苯氧丙基丙烯酸 酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸苄酯、9-蒽甲基丙烯酸甲酯、9-乙烯蒽、2-乙烯基萘、N-乙 烯基邻苯二甲酰亚胺、N-(3-羟基)苯基甲基丙烯酰胺、N-(3-羟基-4-羟基羰基苯偶氮基) 苯基甲基丙烯酰胺、N-(3-羟基-4-乙氧羰基苯偶氮基)苯基甲基丙烯酰胺、N-(2, 4-二硝 基苯基氨基苯基)马来酰亚胺、3-(4-醋氨酸)偶氮_4_羟基苯乙稀、3-(4-乙氧幾基苯基) 偶氮-乙酰乙酸乙酯、3-(4-羟苯基)偶氮-乙酰乙酸乙酯、3-(4-磺苯基)偶氮-乙酰乙 酸乙酯的硫酸氢铵盐、它们的组合等。然而,可以可选地使用吸收入射光并防止光反射的任 何适当的具有发色团单元的单体,并且所有这些单体都包括在实施例的范围内。
[0046] 交联单体可用于使单体与聚合物树脂内的其他聚合物交联以修改BARC层105的 溶解度,并且可以任选地具有酸不稳定基团。在特定实施例中,交联单体可包括烃链,其还 包括例如羟基、羧基酸根、羧酸酯基、环氧基、氨基甲酸酯基、酰胺基、它们的组合等。可使用 的交联单体的具体实例包括聚羟基苯乙烯、聚(羟基萘)、聚(甲基)丙烯酸酯、聚芳酯、聚 酯、聚氨酯、醇酸树脂(脂肪族聚酯)、聚(羟基苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯)、通过以下单体 中的至少一种聚合获得的均聚物和/或共聚物:苯乙烯、羟基苯乙烯、羟乙基(甲基)丙烯 酸酯、羟丙基(甲基)丙烯酸酯、甲基(甲基)丙烯酸酯、乙基(甲基)丙烯酸酯、(甲基) 丙烯酸、聚(羟基苯乙烯-苯乙烯-甲基丙烯酸酯)、聚(羟基苯乙烯-苯乙烯-甲基丙烯 酸酯)、聚(4-羟基苯乙烯)和聚(均苯四酸二酐-乙二醇-环氧丙烷)。
[0047] 各种单体可以相互聚合以形成具有碳链骨架的聚合物结构用于聚合物树脂。在一 个实施例中,聚合物结构可具有为丙烯酸、聚酯、环氧酚醛、聚糖、聚醚、聚酰亚胺、聚氨酯、 它们的混合物的碳链骨架。可使用的特定聚合物树脂的一个实例具有以下结构:
[0048]
[0049] 其中,每个R和R1都可以为氢或者取代或未取代的烷基,具有1至8个碳原子;每 个R 2都可以为取代或未取代的烷基,具有1至10个碳原子;以及每个R3都可以为卤素原 子、具有1至8个碳原子的烷基、具有1至8个碳原子的烷氧基、具有2至8个碳原子的烯 基、具有2至8个碳原子的炔基、氰基、硝基;m是从0至9的整数;以及X是聚合物树脂中 的烷基单元的摩尔分数的百分比,且在大约10%至大约80%之间;以及y是聚合物树脂中 的蒽单元的摩尔分数的百分比,且在大约5%至大约90%之间。
[0050] 在另一个实施例中,聚合物树脂还可以包括表面能量改性单体(例如具有表面能 量改性基团)。表面能量改性单体用于试验并使BARC层105的表面能量与衬底101和鳍 103 (例如硅)的表面能量相匹配。通过匹配表面能量,毛细作用力可用于增强BARC层105 的间隙填充性能。
[0051] 在一个实施例中,表面能量改性单体可用于增加 BARC层105的表面能量。在这种 实施例中,为了提升BARC层105的表面能量,表面能量改性单体内的表面能量改性基团包 括羟基、羧基、胺基和酰胺基中的一种或多种。在特定实施例中,表面能量改性单体可具有 诸如以下结构:
[0052]
[0053] 其中,&和R2基团共同形成表面能量改性基团,并且R i是具有附接至烃的氢的烷 基,R1可具有直线、分支或环状结构。R i内的烷基还可以包括杂原子,诸如包含氮或氧原子。 R2可包含羟基、羧基、胺基和酰胺基中的至少一种。
[0054] 在特定实施例中,表面能量改性单体可包括丙稀酸单体、甲基丙稀酸单体、对羟基 苯乙烯单体或从2-丙烯酸羟乙酯所衍生的单体。例如,在表面能量改性基团是对羟基苯乙 烯单体的实施例中,表面能量改性单体可具有以下结构:
[0055]
[0056] 在表面能量改性单体为丙烯酸单体的实施例中,表面能量改性单体可具有以下结 构:
[0057]
[0058] 在表面能量改性单体为从2-丙烯酸羟乙酯所衍生的单体的实施例中,表面能量 改性单体可具有以下结构:
[0059]
[0060] 然而,本领域技术人员应该意识到,所描述的提升BARC层105的表面能量的具体 结构和实例是示意性的而不用于限制。此外,可以可选地使用任何适当单体内的可以提升 BARC层105的表面能量的任何适当的官能团。它们均包括在实施例的范围内。
[0061] 可选地,表面能量改性单体可用于降低BARC层105的表面能量。在这种实施例中, 为了降低BARC层105的表面能量,表面能量改性单体内的表面能量改性基团包括烷基、氟 基、氯基和苯甲基中的一种或多种。在特定实施例中,表面能量改性基团可包括直线、分支 或环状的烷基或氟官能团。
[0062] 在特定实施例中,表面能量改性单体可具有诸如以下结构:
[0063]
[0064] 其中,私和R4基团共同形成表面能量改性基团,并且R3是具有附接至烃的氢的烷 基,R 3可具有直线、分支或环状结构。R 3内的烷基还可以包括杂原子,诸如包含氮或氧原子。 然而,在该实施例中,R4可包含烷基、氟基和苯甲基中的至少一种,并且可包括直线、分支或 环状的烷基或氟基团。例如,在一些实施例中,具有表面能量改性单体的聚合物树脂可具有 以下结构:
[0065]
[0066] 通过使用表面能量改性单体,聚合物树脂的表面能量以及如此的BARC层105的表 面能量可以被改变,使其更加接近衬底101和鳍103的表面能量。通过调整表面能量,代替 被下面的材料排斥,BARC层105实际上将通过毛细作用力被推入结构之间的小开口。这帮 助BARC层105填充这种间隙而没有空隙。
[0067] 此外,本领域技术人员应该意识到,上面可聚合以形成用于BARC层105的聚合物 树脂的各种单体的描述是示意性的而不用于以任何形式限制实施例。此外,还可以使用执 行本文描述的单体的期望功能的任何适当的单体或单体的组合。所有这些单体均包括在实 施例的范围内。
[0068] 在另一个实施例中,表面能量改性单体、交联单体或者具有发色团单元的单体还 可以包括无机成分。在一个实施例中,无机成分可包括硅原子,并且表面能量改性基团可结 合至表面能量改性单体内的硅原子。可选地,(具有发色团单元的单体内的)发色团基团 可结合至发色团单体内的无机成分,或者交联基团可以结合至交联单体内的无机成分。可 以使用表面能量改性单体、发色团单体和交联单体中的任意一种内的无机成分的任何适当 的组合。
[0069] 通过使用单体内的无机材料,可以改变BARC层105的表面能量。此外,如果被修 改使得BARC层105的表面能量类似于下面材料(例如,衬底101和鳍103)的表面能量,则 毛细作用力可用于将BARC层105拉向诸如鳍103的结构之间的小空间内。这将帮助填充 间隙并防止由于BARC层105的不一致填充所产生的缺陷。
[0070] 在一个实施例中,具有能量改性基团的表面能量改性单体可用于增加BARC层105 的表面能量。在这种实施例中,为了提升BARC层105的表面能量,表面能量改性基团包括 羟基、羧基、胺基和酰胺基中的一种或多种。在特定实施例中,表面能量改性单体可具有诸 如以下结构:
[0071]
[0072] 其中,&和1?7共同组成表面能量改性基团,1?6是具有附接至烃的氢的烷基,1? 6可 具有直线、分支或环状结构。R6内的烷基还可以包括杂原子,诸如包氮或氧原子。R 7可包含 羟基、羧基、胺基和酰胺基中的至少一种。
[0073] 在特定实施例中,表面能量改性单体可包括丙烯酸基团、甲基丙烯酸基团或对羟 基苯乙烯基团。在表面能量改性单体包括硅且表面能量改性基团为对羟基苯乙烯的实施例 中,表明能量改性单体可具有以下结构:
[0074]
[0075] 在表面能量改性单体包括硅且表面能量改性基团为羟基的实施例中,表面能量改 性单体可具有以下结构:
[0076]
[0077] 在另一实施例中,表面能量改性单体包括硅且表面能量改性基团为甲基丙烯酸基 团。在另一实施例中,表面能量改性单体包括硅且表面能量改性基团为丙烯酸单体。
[0078] 然而,本领域技术人员应该意识到,所描述的用于提升BARC层105的表面能量的 具体结构和实例是示例性的而不用于限制。此外,可以可选地使用可提升BARC层105的表 面能量的任何适当的官能团。它们均包括在实施例的范围内。
[0079] 可选地,具有无机成分的表面能量改性单体可用于降低BARC层105的表面能量。 在这种实施例中,为了降低BARC层105的表面能量,表面能量改性单体中的表面能量改性 基团包括烷基、氟基和苯甲基中的一种或多种。在特定实施例中,表面能量改性单体可包括 直线、分支或环状的烷基或氟官能团。
[0080] 在特定实施例中,表面能量改性单体可具有诸如以下结构:
[0081]
[0082] 其中,馬和R 9共同组成表面能量改性基团,并且R s是具有附接至烃的氢的烷基,R s 可具有直线、分支或环状结构。R8内的烷基还可以包括杂原子,诸如包氮或氧原子。然而, 在该实施例中,R 9可包含烷基、氟基、苯甲基中的至少一种,并且可以包括直线、分支或环状 的烷基或氟基团。例如,在一些实施例中,表面能量改性单体可具有以下结构中的一种:
[0083]
[0084]
[0085] 其中,R1。是具有1至6个碳原子的烷基。
当前第1页1 2 3 4 5 6 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1