于基底上形成定向自组装层的方法与流程

本申请案与2016年4月18日提出申请且标题为「复合退火以及选择性沈积系统(combinedannealandselectivedepositionsystems)」、代理人案号为asmmc.129aus的美国非临时专利申请案15/132,084；以及2016年4月18日提出申请且标题为「复合退火以及选择性沈积制程(combinedannealandselectivedepositionprocess)」、代理人案号为imec929.001aus的美国非临时专利申请案15/132,091相关，所述美国非临时专利申请案的揭露内容全文并入本案供参考。

本发明可有关于一种于基底上形成定向自组装(directedself-assembled，dsa)层的方法。所述方法可例如包括：提供基底；在所述基底上施加包含自组装材料的层；以及藉由在所述基底周围提供受控的温度及受控的气体环境而将所述层的所述自组装材料退火以形成定向自组装层。

背景技术：

半导体装置的大小已被推动以使其变得越来越小。不同的图案化技术已被开发出来达成该些较小的大小。该些技术包括间隔壁界定四重图案化(spacerdefinedquadruplepatterning)、极紫外光微影(extremeultravioletlithography，euv)及间隔壁界定双重图案化(spacerdefineddoublepatterning)。该些方式能够在半导体装置上产生亚25奈米(sub-25nm)分辨率图案。

定向自组装(dsa)已被视为一种用于未来微影应用的选项。定向自组装可涉及使用嵌段共聚物(blockcopolymer)来界定用于自组装的图案。嵌段共聚物可包括聚(甲基丙烯酸甲酯)(poly(methylmethacrylate)，pmma)或聚苯乙烯(polystyrene，ps)，例如(举例而言)聚(苯乙烯-嵌段-甲基丙烯酸甲酯)(poly(styrene-block-methylmethacrylate)，ps-b-pmma)。其它嵌段共聚物可包括新兴的「高嵌段(high-chi)」聚合物，其可潜在地达成小的尺寸。

嵌段共聚物可在一定条件下发生相分离以形成周期性奈米结构，如在聚(苯乙烯-嵌段-甲基丙烯酸甲酯)中一般。相分离是类似于油与水的分离的情况。油与水由于它们是相分离的而不混溶。由于嵌段之间的不兼容性，嵌段共聚物可经历相分离。由于不兼容的嵌段彼此共价键合，因此它们无法在宏观上分离。在「相分离」期间，嵌段会形成奈米大小的结构，其中不兼容的嵌段最大限度地分离的同时仍然彼此共价键合，而兼容嵌段则可藉由找到相似的相邻嵌段而最大限度地组合在一起。端视每一嵌段的相对长度而定，可获得若干个结构。

定向自组装可用于例如以非常小的节距及临界尺寸(criticaldimension)形成并行线及空间结构或规则的孔数组。具体而言，定向自组装可在由表面形貌(surfacetopography)及/或表面化学图案化引导的同时，藉由自组装来界定亚25奈米辨析度图案。

定向自组装的缺点可能在于所获得的并行线或孔数组的结构可能在随机位置具有某些缺陷。所述缺陷可由退火步骤中的不充分的相分离(例如自组装)造成。

对于线数组而言，当完全相分离的两条并行线在同一位置被非相分离区域(桥)中断时；或者进一步被线的平行配置在某一位置畸变的错位(dislocation)中断时，可例如藉由桥来界定所述缺陷。

技术实现要素：

本发明的目标在于例如提供一种改良的或至少替代性的于基底上形成定向自组装(dsa)层的方法。

因此，在实施例中可提供一种于基底上形成定向自组装(dsa)层的方法，所述方法包括：提供基底；在所述基底上施加包含自组装材料的层；以及藉由在所述基底周围提供受控的温度及受控的气体环境而将所述层的所述自组装材料退火以形成定向自组装层，其中所述方法包括将所述受控的气体环境控制成以介于10帕至2000帕之间的分压包含含有氧元素的分子。

藉由将所述层的所述自组装材料退火以在所述基底周围在受控的温度下及受控的气体环境中形成定向自组装层，定向自组装层中的缺陷的数目可减少，其中所述方法包括将所述受控的气体环境控制成以介于10帕至2000帕之间的分压、较佳地介于50帕至1000帕之间的分压、且最佳地介于200帕至500帕之间的分压来包含含有氧元素的分子。

根据再一实施例，提供一种被构造及被配置成在基底上形成定向自组装(dsa)层的设备，所述设备包括：反应室，所述反应室被构造及被配置成容纳所述基底；加热组件，被配置成对所述基底上的层执行退火；以及气体控制系统，控制所述反应室中所述基底周围的所述气体环境，其中所述方法包括将所述受控的气体环境控制成以介于10帕至2000帕之间的分压包含含有氧元素的分子。

为了总结本发明及藉由先前技术而达成的优点，以上在本文中阐述了本发明的某些目标及优点。当然，应理解，未必根据本发明的任一特定实施例均可达成所有这些目标及优点。因此，举例而言，熟习此项技术者将认识到本发明可以如下方式实施或施行：所述方式会使得达成或优化本文中所教示或提出的一个优点或一组优点，但未必会达成本文中所可能教示或提出的其它目标或优点。

所有该些实施例皆旨在落于本文所揭露本发明的范围内。藉由参照附图阅读对某些实施例的以下详细说明，对于熟习此项技术者而言该些及其它实施例将变得显而易见，本发明不仅限于所揭露的任意一或多个特定实施例。

附图说明

以下参照某些实施例的图式来阐述本文所揭露本发明的该些及其它特征、态样及优点，所述图式旨在说明而非限制本发明。

图1是根据本发明至少一个实施例的方法的流程图。

图2是示出在根据本发明的退火方法之后的每平方公分的缺陷密度的曲线图。

应理解，图中的组件是出于简洁及清晰的目的而示出且未必是按比例绘制。举例而言，图中的某些组件的尺寸可相对于其它组件而言被夸大以帮助增强对本发明的所示实施例的理解。

具体实施方式

尽管以下揭露某些实施例及实例，然而，熟习此项技术者应理解，本发明会扩展超出所具体揭露的实施例及/或本发明的用途以及其明显润饰及等效形式。因此，旨在使所揭露本发明的范围不应受限于以下所述特定所揭露实施例。

图1说明根据本发明至少一个实施例的方法100。方法100包括第一步骤110，第一步骤110在处理室中提供具有自组装材料的基底(例如晶圆)。所述晶圆可具有至少一种dsa定向自组装材料，所述定向自组装材料除其它聚合物外尤其包含聚甲基丙烯酸甲酯及聚苯乙烯(ps)。处理室可为批次式反应器或具有两个批次式反应器的群集工具。潜在处理室的一个实例可包括来自asm国际公众有限公司(asminternationaln.v.)的a412系统，其可在两个反应室中运行相同的制程或者独立地或依序地运行两个不同的制程。

方法100可包括执行定向自组装聚合物的自组装退火的第二步骤120。退火制程的目的是激发自组装，例如定向自组装聚合物(例如嵌段共聚物)中的自组织。换句话说，聚合物中的并行线或孔的格网可根据基底上的引导结构的定向而形成。根据本发明的至少一个实施例，此可意味着聚甲基丙烯酸甲酯的域以及聚苯乙烯的域可以交替的方式形成。藉由自组装退火达成的益处可包括改良自组装制程、减少缺陷、改良线边缘/宽度粗糙度以及改良临界尺寸(cd)均匀性。另外，第二步骤120的退火可具有自聚合物排出湿气或其它污染物、使聚合物硬化或者自基底表面选择性地烧掉一种聚合物类型的目的。

为了在所获得的图案中达到低缺陷密度，制程参数(例如时间、温度以及退火制程的环境条件及压力)是至关重要的。可能需要长的退火时间才能获得低的缺陷密度。退火可藉由在芯片周围以介于100℃至400℃之间的温度、较佳地介于200℃至300℃之间的温度及最佳地约250℃的温度提供受控的温度环境来达成。退火可进行介于四分之一小时至四小时内、较佳地半小时至两小时内且最佳地约1小时。端视相分离的速度而定，亦可为其它温度及持续时间。然而，自组装退火的温度不应增加太高，否则聚合物可能会开始分解。

退火可在晶圆周围的受控气体环境中完成，晶圆周围的受控气体环境可包含氮气、氩气、氦气、氢气、氧气、一氧化二氮、臭氧、水蒸气、溶剂蒸气或该些气体的混合物。

藉由对自组装材料进行退火来在基底周围的受控温度及气体环境中形成定向自组装层，定向自组装层中的缺陷数目减少，其中将受控的气体环境控制成以介于10帕至2000帕之间的分压、较佳地介于50帕至1000帕之间的分压且最佳地介于200帕至500帕之间的分压包含含有氧元素的分子。退火被配置成在自组装材料内引发定向自组装。

含有氧元素的分子可选自包括氧气(o2)、水(h2o)及一氧化二氮(n2o)的群组。

受控的气体环境可包含至少一种惰性气体，例如(举例而言)，氮气(n2)、氩气(ar)或氦气(he)。

退火与膜沈积可在位于同一群集工具上的不同反应室内进行或者可在不同的群集工具的不同的反应式室内执行。反应室可为用于处理基底的批次式系统。反应室可被配置成处理多个基底。

对层进行施加及对层进行退火可在单个反应室内进行。对层进行施加及对层进行退火可在位于同一工具中的不同的反应室内进行。反应室可为用于处理基底的批次式系统。反应室可被配置成处理多个基底。

退火环境的压力可为介于极高真空(ultra-highvacuum)至大气压范围内的任意压力或甚至高于大气压。

根据本发明的一个实施例，可在单一晶圆热板(waferhotplate)上进行退火制程。根据本发明的另一实施例，批次式反应器可被证实有益于达成需要相当长退火时间的制程。批次式反应器可容纳介于2个与250个之间的基板、较佳地容纳介于5个与150个之间的基板或最佳地容纳约100个基板。举例而言，可以使得可对退火制程使用一个反应器的方式来操作a412。此可使得能够以成本有效的方式执行大约1至2小时的长时间退火。

图2是示出在根据本发明的退火方法之后每平方公分的缺陷密度的曲线图。图2绘示出y轴上的缺陷数目与x轴上的含有氧元素的分子(例如氧气)的浓度的函数关系。线201绘示出在退火期间每平方公分的缺陷总数目与氧气浓度的函数关系。线202绘示出在退火期间每平方公分的错位总数目与氧气浓度的函数关系。线203绘示出在退火期间每平方公分的桥总数目与氧气浓度的函数关系。线204绘示出在退火期间每平方公分的残渣总数目与氧气浓度的函数关系。所述图可表明在退火期间氧气的与10帕至2000帕之间的分压对应的0.01％至2％之间的浓度、较佳地与50帕至1000帕之间的分压对应的0.05％至1％之间的浓度及最佳地与介于200帕至500帕之间的分压对应的0.2％至0.5％之间的浓度可在此实验中减少缺陷。

所示出及阐述的特定实施方案用以说明本发明及其最佳方式，而绝非旨在以其它方式限制各态样及实施方案的范围。事实上，为简明起见，可能未详细阐述所述系统的传统制造、连接、准备及其它功能性态样。此外，各种图中所示的连接线旨在代表各种组件之间的示例性功能性关系及/或实体耦合。在实际系统中可存在诸多替代性或附加功能性关系或者实体连接及/或在某些实施例中可不存在所述替代性或附加功能性关系或者实体连接。

应理解，本文所述配置及/或方式本质上是示例性的，且该些具体实施例或实例不应被视为具有限制意义，乃因可存在众多变型。本文所述具体例程或方法可代表任意数目的处理策略中的一或多者。因此，可以所示顺序及以其它顺序执行所示各种动作；或在某些情形中省略各所示动作。

本发明的主题包括本文所揭露的各种制程、系统及配置与其它特征、功能、动作及/或性质的所有新颖及非显而易见的组合及子组合以及其任意及所有等效形式。