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_2

文档序号:9713708阅读:来源:国知局
案化区域上对比,第一类型的聚合物可选择性地或优先地在第一DSAAP材料上定位或对准。有利地,这可有助于将下伏的第一图案化区域(例如其尺寸和/或其间距)转移或重建成组装层的上覆的组装结构。
[0031]组装结构的尺寸(例如他们的临界或横截面尺寸)不需要通过光刻方式来定义,而是主要取决于聚合物的性质(例如聚合物嵌段的长度)。在一些实施例中,组装结构可用于形成极其小的结构(例如互连结构)和/或间距极小的结构。例如,在一些实施例中,组装结构可用于形成具有约20nm或更小的临界尺寸的互连结构或间距约为50nm或更小的互连结构。这样的极小结构和/或间距通常趋向于给光刻带来挑战。其它实施例不限于这样的小尺寸和/或间距。
[0032]图3A-E是用于形成DSAAP层、然后在DSAAP层上形成组装层的方法的实施例的不同阶段的横截面图。该方法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。以下描述的用于该方法的特征可任选地与图2的方法一起使用。替代地,该方法可与图2的方法的相似或不同的方法一起使用。此外,图2的方法可具有相同、相似或不同的方法和相应特征。
[0033]图3A示出衬底308。在一些实施例中,衬底可代表半导体衬底。半导体衬底可代表用于制造集成电路的一般工件对象。该半导体衬底通常包括硅或其它半导体材料的晶片或其它部件。合适的半导体衬底包括但不限于单晶硅、多晶硅、和绝缘体上硅(SOI)、以及由其它类型的半导体材料形成的衬底。取决于制造的阶段,半导体衬底通常具有形成于其中的晶体管、集成电路以及类似物。除了半导体之外,衬底还可包括金属、电介质、掺杂剂、以及集成电路中常见的其它材料。或者,可替代地使用已知用于嵌段共聚物的定向自组装的任何其它类型的衬底(即,不仅限于集成电路制造)。
[0034]衬底308可具有表面309。该表面具有第一图案化区域310,该第一图案化区域具有第一材料311。该表面还具有第二图案化区域312,该第二图案化区域具有不同的第二类型的材料。例如,材料中的一种可代表金属或导电材料,而材料中的另一种可代表电介质材料。在其它实施例中,可在表面处暴露其它材料和/或三种或三种以上不同的材料。例如,在一个替代实施例中,材料中的一种可以是金属材料之上的覆盖材料,而另一种材料可以是电介质材料。
[0035]图3B示出在图3A的衬底308的表面309上形成的DSAAP层315B。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316。如图所示,第一 DSAAP材料在第一材料311上方(例如之上)选择性地形成,但基本上不在第二材料313上方形成(即在第二材料的上方不超过约10%)。实际上,可能存在第一DSAAP材料在第二材料上的稍微侵占,不过一般预期侵占量较小。
[0036]在一些实施例中,第一DSAAP材料316可通过与第二材料313相比对于第一材料311是选择性或至少优先的反应在第一材料311上选择性地形成。第一 DSAAP材料可代表与第二材料相比对于第一材料选择性地或至少优先地反应的前驱物材料的反应产物。在各个实施例中,与在第二材料上相比,该反应可在第一材料上以更高的速率和/或更大的范围(或二者的组合)来进行。
[0037]图3C示出在图3B的DSAAP层315B中形成的用于形成DSAAP层315C的可选的第二DSAAP材料317。第二 DSAAP材料317在第二图案化区域312上选择性地形成。如图所示,第二DSAAP材料可在第二材料313上方(例如之上)选择性地形成,但基本上不在第一材料311上方形成(即通常不超过约10%)。
[0038]在一些实施例中,第二DSAAP材料317可代表与在第一图案化区域310上方的第一DSAAP材料316相比对于第二材料313选择性地或优先地反应的前驱物材料的反应产物。提高的选择性和/或优先性可基于更高的反应速率、更大的反应范围或二者的组合。第二DSAAP材料317是可选的。在其它实施例中,第一DSAAP材料316可能能够实现期望的定位或对准。例如,第二材料可能已经具有足够的化学属性和/或它可能足以在存在第一 DSAAP材料316的情况下吸引、对准或定位一种而不是两种聚合物。
[0039]图3D示出未组装层318,包括在图3C的DSAAP层315C的上方形成的第一聚合物和不同的第二类型的聚合物。在一些实施例中,该未组装层可包括嵌段共聚物材料的层。可按照各种各样不同的方式来施加该未组装层。作为示例,可将嵌段共聚物材料溶解在溶剂中,然后例如通过旋涂、浸涂、浸镀、喷涂或用于嵌段共聚物层的其它方法将嵌段共聚物材料涂覆或施加在该表面上。在此未组装形式下,嵌段共聚物尚未实质性地相分离和/或自组装以形成结构,确切而言,嵌段共聚物的位置和取向基本上是随机化的。
[0040]图3E示出从图3D的未组装层318形成的组装层319。该组装层包括在第一DSAAP材料316上方的多个组装结构320。组装结构中的每一个主要包括(例如至少70%)在第一DSAAP材料上方的第一类型的聚合物。组装结构中的每一个主要(例如至少70%)被第二图案化区域317上方的不同的第二类型的聚合物321相邻包围。
[0041]在一些实施例中,与第一材料311对于第一类型的聚合物320或第二类型的聚合物321的化学亲和势相比,第一DSAAP材料316对于第一类型的聚合物320的化学亲和势可更高。与第一DSAAP材料316对于第二类型的聚合物321的化学亲和势相比,第一DSAAP材料316对于第一类型的聚合物320的化学亲和势更高。在一个特定示例中,第一和第二类型的聚合物可代表聚苯乙烯一(聚(甲基丙烯酸甲酯))嵌段共聚物。聚苯乙烯(PS)比聚甲基丙烯酸甲酯或PMMA更疏水。聚苯乙烯具有约90°的水接触角。PMMA具有约70°的水接触角。在一些实施例中,DSAAP材料中的一种的水接触角可在聚合物嵌段之一(例如聚苯乙烯)中为约+/-5°、约+/-3°、或约+/-1°之内,而另一种DSAAP材料的水接触角可在另一聚合物嵌段(例如PMMA)中为约+/-5°、约+/-3°、或约+/-1°之内。
[0042]如本申请中别处所描述,组装结构可通过自组装或微相分离而形成。在一些实施例中,可加热未组装层或将其温度升高,以启动、加速微相分离和/或自组装、提高其质量、或以其它方式促进微相分离和/或自组装。例如,可通过烘烤衬底、在炉中加热衬底、用热灯加热未组装层、对未组装层应用红外辐射、或以其它方式对未组装层加热和/或升高未组装层的温度,来实现上述目的。加热或升高的温度可提供能量以使嵌段共聚物分子更具移动性/更灵活并且能够重新定位。所施加的热量和/或最高温度应当一般足以实现微相分离和/或自组装,且不会损坏聚合物或任何其它重要的热敏感材料或结构。通常,所需温度可在约150°C至约350°C的范围内,或在约170°C至约300°C的范围内,但不超过任何重要的热退化限制。
[0043]有利地,第一DSAAP材料316相对于不同的下伏的图案化材料边界对准(例如相对于第一材料311对准)。第一 DSAAP材料316可有助于使第一聚合物的组装结构320相对于该第一 DSAAP材料对准或定位。作为结果,引申开来,可使组装结构相对于不同的下伏的图案化材料边界对准(例如,相对于第一材料311对准)。该对准不需要依赖于用于第一 DSAAP材料的图案化的光刻法。在一些实施例中,可进一步处理组装结构并将其用于形成其它结构,诸如互连结构、微机电系统(MEMS)、纳米线或其它结构。
[0044]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DSAAP层的方法425的实施例的流程框图。在一些实施例中,图4的方法可在图2的方法中使用和/或与图3A-E的方法一起使用。替代地,图4的方法可在相似或不同的方法或方式中使用。此外,图2的方法和/或图3A-E的方法可使用与图4的方法相似或不同的方法。
[0045]该方法包括,在框426,在第一图案化区域上方选择性地形成第一DSAAP材料,但基本上不在第二图案化区域上形成第一DSAAP材料。在一些实施例中,这包括执行与第二图案化区域的第二不同材料相比对于第一图案化区域的第一材料优先或至少是选择性的反应。
[0046]该方法包括,在框427,可选地在第二图案化区域上方选择性地形成不同的第二DSAAP材料,但基本上不在第一图案化区域上形成第二 DSAAP材料。在一些实施例中,这包括执行与第一图案化区域上方的第一 DSAAP材料相比对于第二图案化区域的第二材料优先或至少是选择性的反应。
[0047]为进一步说明某些概念,考虑几个说明性的示例会是有帮助的。在一些情况下,一种材料可以是电介质材料,而另一种材料可以是金属材料或聚合物材料或不与氨基硅烷、卤代硅烷或烷氧基硅烷反应的其它材料。与金属材料相比,氨基硅烷、卤代硅烷(例如氯硅烷、氟硅烷等等)或烷氧基硅烷(例如甲氧基硅烷、乙氧基硅烷或其它烷氧基硅烷)能够与电介质材料的表面上的羟化集团选择性地或至少优先地反应。合适的硅烷的具体示例包括但不限于十八烷基三氯硅烷、十八烷基氯硅烷、二乙氨基三甲基硅烷、双(二甲氨基)二甲基硅烷、甲氧基硅烷、乙氧基硅烷、或其它相似的硅烷以及以上的组合。这些反应的反应产物可用于选择性地覆盖电介质材料的暴露表面。如果某些一般更少量的反应确实发生在金属材料上,则可通过例如水洗来去除它。硅烷可包括一个或多个其它基团,诸如烷烃直链、烷烃支链、其它有机直链或支链、苄基或其它基团、或各种其它已知的官能基团,以改变硅烷的化学性质并实现最终想要的表面涂层的化学性质或亲和势(例如亲水性或疏水性)。作为另一示例,双官能、三官能、多官能的亲电体或其组合可与材料(例如ILD)的羟化基团反应,然后与聚合物的官能基团反应,得到活化的反应产物。
[0048]作为对于电介质材料是选择性的反应的另一示例,利用六甲基二硅氮烷(HMDS)的蒸汽涂底(priming)能够与电介质材料的大致亲水表面反应,并附着约单层的三甲基娃烧基团以产生在约50°至约60°的范围之内的水接触角。在一些实施例中,第二组分可用于改变该接触角和/或实现不同的接触角范围(这取决于两种组分的相对量)。例如,可与HMDS—起包括变化量的相对更反应性的组分二乙氨基三甲基硅氮烷(DEATS),以随时将水接触角增大到从约50°至约60°、至约80°中的任一点。允许反应的循环数量和/或材料的量提供控制层的最终性质(例如水接触角)的另一方式。此外,DEATS还可能有助于提高金属表面、聚合物或其它表面上的选择性或优先性。除了蒸汽涂底之外,还可利用液相来施加这样的材料。
[0049]在一些情况下,一种材料可以是金属材料,而另一种材料可以是电介质材料或聚合物材料或不与磷酸反应的其它材料。各种磷酸能够与(原生的或经过氧化的)金属表面选择性地或至少优先地反应,以在电介质材料(例如硅的氧化物)的表面上优先地或甚至选择性地形成强结合的金属磷酸盐。合适的磷酸的具体示例是十八烷基磷酸。这样的表面涂层一般倾向于在许多有机溶剂中稳定,但可利用温和的水性酸和基液来去除。磷酸可包括一个或多个其它基团,诸如烷烃直链、烷烃支链、其它有机直链或支链、苄基或其它基团、或各种其它已知的官能基团,以改变其化学性质并实现最终想要的表面涂层的化学性质或亲和势(例如亲水性或疏水性)。
[0050]与电介质材料或聚合物材料或其它材料相比对于金属材料是选择性或至少优先的反应的另一示例是各种金属腐蚀抑制剂,诸如在化学机械抛光期间被使用以用于保护互连结构的金属腐蚀抑制剂。具体示例包括苯并三唑、其它三唑官能基团、其它合适的杂环基团(例如基于杂环的腐蚀抑制剂)、以及本领域中已知的其它金属腐蚀抑制剂。除了三唑基团之外,其它官能基团也可用于提供所需的对于金属的吸引力或反应性。各种金属螯合剂也可能是合适的。
[0051]作为再一示例,可替代地使用各种硫醇,以与不倾向于与硫醇显著反应的电介质、聚合物或其它表面相比与金属表面选择性地或至少优先地反应。作为另一示例,可使用I,2,4-三卩坐或相似的芳香族杂环化合物,以与电介质和某些其它
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