以非光刻方式图案化的定向自组装对准促进层的制作方法
【专利说明】
[0001 ] 背景
技术领域
[0002]多个实施例涉及定向自组装的领域。具体而言，多个实施例涉及对准或定位通过定向自组装形成的结构。
[0003]背景信息
[0004]集成电路通常包括互连结构以将半导体衬底中形成的电路(例如晶体管和其它电路元件)电气地耦合至外部信号介质(例如封装、引脚、印刷电路板、等等)。通常，采用包括设置在电介质或绝缘层之内的多层大致共面的金属或其它互连线的多层互连结构。通常使用通孔，以通过提供穿过不同层上的互连线之间的电介质或绝缘材料的导电路径来提供不同层上的互连线之间的选择电耦合。
[0005]典型地，通过使用光刻图案化的工艺来形成金属线和通孔以限定它们的位置和尺寸。在许多现代处理器中常见的铜互连线的情况下，通常采用双镶嵌型的工艺。代表性地，在一种这样的工艺中，可将光阻层旋涂在衬底上方的电介质层上方，并且通常利用衬底与电介质层之间的薄硬掩模层以便于蚀刻转移。可通过将光阻层通过一个或多个图案化掩模暴露于图案化的光化辐射并将光阻层显影来形成用于通孔的开口，以在光阻层中初始地图案化用于通孔的开口。然后可将以光刻方式限定的用于通孔的开口用作蚀刻掩模，以在下伏的电介质层中蚀刻用于通孔的开口。随后，可通过光刻方式在光阻层中相似地形成用于金属线的开口。然后可将以光刻方式限定的用于金属线的开口用作蚀刻掩模，以在下伏的电介质层中蚀刻用于金属线的沟槽或线状开口。可将金属(例如一个或多个阻挡层、铜块等等)引入已经在电介质层中形成的用于通孔和金属线的开口中。化学机械抛光(CMP)常用于去除金属线外部驻留的过量金属。通常，可重复这样的工艺以形成附加的通孔和互连线的上覆层。通常，光刻用于相对于毗邻的下层/下伏层的通孔和互连线来定位和对准上层/上覆层的通孔和互连线。
[0006]对于至少某些类型的集成电路(例如处理器、芯片组部件、图形芯片、等等)，过去和现在已经存在互连结构的尺寸和间隔不断减小的趋势。在未来，互连结构的尺寸和间隔可能将继续不断地减小。互连结构的尺寸的一个度量是它们的临界尺寸(例如线宽或通孔开口的宽度)。互连的间隔的一个度量是间距(例如线间距和/或通孔间距)。该间距可代表最近的毗邻互连结构(例如毗邻的线或毗邻的通孔)之间的中心至中心距离。
[0007]当通过此类光刻工艺来图案化极小互连结构和/或间距极小的互连结构时，尤其当间距是50纳米(nm)左右或更小时，和/或当线和/或通孔的临界尺寸是20nm左右或更小时，会出现很多困难。一个可能的困难是，通常需要将通孔与上覆的互连之间的套刻以及通孔与下伏的着陆互连之间的套刻(overlay)控制为高容差。由于间距(例如通孔间距)随着时间缩放得甚至更小，套刻容差趋向于以比光刻设备能够跟上的速率更快的速率随着间距缩放。
[0008]另一潜在的困难是，开口(例如通孔开口)的临界尺寸通常趋向于比光刻扫描仪的分辨率能力更快地缩放。存在缩小开口的临界尺寸的缩小技术。然而，缩小量趋向于受到最小间距的限制，且受到缩小工艺的充分光学邻近修正(OPC)中性的限制，以及不显著影响线宽粗糙度(LWR)和/或临界尺寸均匀性(CDU)。
[0009]又一潜在的困难是，光阻的LWR和/或CDU特性通常需要随着临界尺寸减小而改进，以保持临界尺寸预算的相同整体比例。然而，目前多数光阻的LWR和/或CDU特性没有临界尺寸减小那么迅速地改进。
[0010]附图的若干视图的简要说明
[0011]通过参考说明本发明的实施例的以下描述和附图，可最好地理解本发明。在附图中:
[0012]图1示出适用于多个实施例的嵌段共聚物分子。
[0013]图2是在自组装期间促进自组装结构的定位或对准的方法的实施例的流程框图。
[0014]图3A-E是利用与另一材料相比对于一种材料是选择性的或至少优先的一种或多种反应来形成定向自组装对准促进层的方法的实施例的不同阶段的横截面图。
[0015]图4是通过执行与另一材料相比对于一种材料是选择性的或至少优先的一种或多种反应来形成定向自组装对准促进层的方法的实施例的流程框图。
[0016]图5A-E是用于利用图案化区域的不同高度来形成定向自组装对准促进层的方法的实施例的不同阶段的横截面图。
[0017]图6是利用图案化区域的不同高度来形成定向自组装对准促进层的方法的实施例的流程框图。
[0018]图7A-H是利用图案化区域的不同高度来形成定向自组装对准促进层的方法的具体示例实施例的不同阶段的横截面图。
[0019]图8A-C是利用表面钝化处理来形成DSAAP层的方法的示例实施例的不同阶段的横截面图。
[0020]图9A-C是用于利用材料之间的孔隙度的差别来形成定向自组装对准促进层的方法的实施例的不同阶段的横截面图。
[0021]图10示出适用于多个实施例的计算设备。
【具体实施方式】
[0022]在以下描述中，陈述了多个具体细节，诸如作为示例的具体材料、反应、材料沉积和去除方法、操作顺序等等。然而，应当理解，可不通过这些具体细节来实施本发明的实施例。在其它实例中，未详细示出公知的结构和技术，以免混淆对本描述的理解。
[0023]—些实施例涉及嵌段共聚物的定向自组装。图1示出适用于多个实施例的嵌段共聚物分子100。嵌段共聚物分子是由共价结合单体的链形成的聚合物分子。在嵌段共聚物分子中，存在至少两种不同类型的单体。此外，通常存在具有不同单体组分的单体的至少两个嵌段或连续序列。所示出的嵌段共聚物分子包括聚合物A的嵌段101和聚合物B的嵌段102。聚合物A的嵌段主要包括共价链接的单体A的链(例如，A-A-A-A-A...)，而聚合物B的嵌段主要包括共价链接的单体B的链(例如，..)。聚合物A的嵌段和聚合物B的嵌段共价地结合在一起。单体A和B可代表本领域中已知的嵌段共聚物中使用的不同类型的单体中的任一种。作为一个具体示例，单体A可代表聚苯乙烯的单体，而单体B可代表聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的单体。在所示出的示例中，每个嵌段仅包括一种类型的单体，不过在其它实施例中，至少一个嵌段可包括两种或两种以上不同类型的单体。
[0024]典型地，聚合物嵌段(例如聚合物嵌段A和聚合物嵌段B)可各自具有不同的化学性质。作为一个示例，嵌段中的一种可以是相对更疏水性的(例如不亲水)，而嵌段中的另一种可以是相对更亲水性的(亲水)。这样的化学性质差别(例如亲水性一疏水性差别或其它差另Ij)可能导致嵌段共聚物分子微相分离或自组装至不同区域、域或微相中。聚合物嵌段之间的亲水性或其它化学性质的差别可能导致微相分离，在微相分离中，不同的聚合物嵌段由于他们不同的化学性质而试图彼此“分离”。然而，由于聚合物嵌段彼此共价地结合，在宏观尺度上，他们不能完全“分离”。更确切地，属于不同分子的相同类型的聚合物嵌段可能倾向于自己重新对准或重新定位并且分凝或聚团在极其小(例如纳米尺寸)的区域、域或微相中。这些域的尺寸和形状一般部分地取决于聚合物嵌段的相对长度。举例说明，如果一个聚合物嵌段比另一个短但并非短很多，则嵌段共聚物分子可对准以形成柱状结构，其中较短的聚合物嵌段被分离到柱的内部，而较长的聚合物嵌段包围柱。
[0025]嵌段共聚物的定向自组装中的一个挑战是在自组装期间控制组装结构形成的部位或位置。首先，在其上进行自组装的下伏表面一般倾向于影响组装结构的位置。在一些实施例中，下伏表面可能具有不同的材料。在一些情况下，不同的材料可能倾向于对组装结构促进不合需要的位置。在其它情况下，不同的材料可能对组装结构的位置具有不够或至少不理想的影响。例如，在互连结构的情况下，金属和电介质材料可能不具有用于实现对组装结构的位置的所需控制水平的理想的不同化学性质。此外，在一些情况下，下伏表面的化学性质可能会以难以控制和/或取决于一个或多个先前的工艺操作期间的条件的方式而从一区域到另一区域不同。
[0026]图2是在两种或两种以上不同聚合物的自组装期间促进组装结构的定位或对准的方法204的实施例的流程框图。该方法包括，在框205，在具有第一图案化区域和第二图案化区域的衬底的表面上形成定向自组装对准促进(DSAAP)层。该DSAAP层包括在第一图案化区域上选择性地形成的第一DSAAP材料。在一些实施例中，第一DSAAP材料基本上不形成在第二图案化区域上(例如，在第二图案化区域的不超过10%上形成)。实际上，可能存在第一DSAAP材料在第二图案化区域上的稍微侵占，不过一般预期侵占量相对小。然而，第一 DSAAP材料可能在第一图案化区域上基本对准，并且反映第一和第二图案化区域之间的边界。
[0027]在一些实施例中，可能不利用光刻图案化将第一DSAAP材料选择性地形成在第一图案化区域上。在一些实施例中，第一图案化区域自身可用于在第一图案化区域上选择性地对准或形成第一DSAAP材料。作为一个示例，在一些实施例中，第一和第二图案化区域可包括不同类型的材料，并且第一 DSAAP材料可包括前驱物材料的反应产物，该前驱物材料能够选择性地或至少优先地与第一图案化区域的材料起反应(与第二图案化区域的不同材料相比而言)。作为另一示例，在一些实施例中，第一和第二图案化区域可处于不同的高度(例如一个区域可能相对于另一区域凹入)，且高度差可用于在第一图案化区域上选择性地对准或形成第一DSAAP材料。作为再一示例，在一些实施例中，第一和第二图案化区域之一可具有比另一个更深的孔隙，可将第一DSAAP材料引入到更深的孔隙中，然后可使用化学机械抛光或蚀刻来去除该第一定向自组装的全部(除孔隙之中深处的部分之外)。相应地，在一些实施例中，第一图案化区域的边界可用于在第一图案化区域上选择性地对准或形成第一DSAAP材料，和/或可被“运送至”第一 DSAAP材料的图案之中。
[0028]可能的替代方法将会是使用光刻图案化在第一图案化区域上选择性地形成第一DSAAP材料。例如，这可涉及沉积第一 DSAAP材料的层。然后，通过利用一个或多个掩模按照光刻方式使该层暴露于图案化的光化辐射，并基于以光刻方式图案化的暴露来去除该层的图案化部分，可按照光刻方式来图案化该层。然而，尤其是在图案化极其小的尺寸和/或间距时，对光刻法的如此使用可能趋向于具有【背景技术】部分中提及的缺点。此外，对光刻法的如此使用不会原生地/自然地利用下伏第一图案化区域的边界来在第一图案化区域上选择性地对准或形成第一 DSAAP材料。最终，附加的光刻操作趋向于显著增加整个工艺的成本，并可能趋向于引入套刻误差。
[0029]DSAAP层和/或第一 DSAAP材料可用于向随后将自组装于其上的两种或两种以上不同聚合物呈现与下伏表面的化学性质不同的化学性质。在一些实施例中，对准促进层和/或材料可用于呈现比下伏表面的化学性质更适合于实现组装聚合物结构的预期/所需位置的化学性质。例如，对准促进层和/或材料可用于呈现比下伏表面的化学性质更类似于不同类型的聚合物中的一种或一种以上的化学性质(例如亲水性、疏水性、水接触角等等)。作为另一示例，对准促进层和/或材料可用于呈现比下伏表面的化学性质相对更不同的化学性质。在一些实施例中，与下伏表面所具有的对于将被组装于其上的聚合物中的任一种的化学亲和势相比，第一DSAAP材料所具有的对于第一类型的聚合物的化学亲和势更高。
[0030]再次参考图2，该方法还包括在框206通过定向自组装在DSAAP层上形成组装层。在一些实施例中，这可包括形成组装结构，这些组装结构各自主要(例如超过70 %体积)包括在第一DSAAP材料上的第一类型的聚合物。组装结构可各自主要(例如超过70 %体积)被第二图案化区域上的不同的第二类型的聚合物相邻包围。DSAAP层和/或第一 DSAAP材料可在自组装期间化学地影响并有助于对准或定位第一聚合物以及可选的第二聚合物。例如，与在第二图案化区域上对比，第一DSAAP材料可有助于呈现有利的表面能条件，以导致第一类型的聚合物在第一 DSAAP材料上分凝、聚团或微相分离。作为结果，与在第二图