填隙方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明大體上涉及電子裝置的制造。更確切地說，本發(fā)明涉及適用于半導體裝置 制造的填隙方法。所述方法特別適用于以具有抗反射特性的材料填充較小的高縱橫比間 隙。
【背景技術】
[0002] 在半導體制造行業(yè)中，很多的電子裝置是在半導體襯底上制造的。隨著每個新設 計節(jié)點越來越高集成密度的出現(xiàn)，裝置使用了特征之間具有較小間距和較高縱橫比的越來 越小的幾何結(jié)構(gòu)愈來愈緊密地包裝在一起，帶來了各種工藝挑戰(zhàn)。
[0003] 一個此類挑戰(zhàn)在于，在表面包括多個間隙，例如溝槽、孔洞、線間的間距等的襯底 上提供抗反射材料，如底部抗反射涂層（bottom antireflective coating，BARC)材料。 BARC材料在光刻法中典型地被用作光致抗蝕劑底層以使曝光期間從襯底表面反射到外涂 布的光致抗蝕劑層中的光減到最少。然而，常規(guī)的BARC材料一般不適用于以實質(zhì)上無空隙 的方式填充較小的高縱橫比間隙并得到平面化表面?？障兜拇嬖跁鹑睋p并且以另外的 方式不利地影響裝置的可靠性。舉例來說，空隙的形成會在外涂布的光致抗蝕劑層成像時 引起圖案缺陷，從而導致裝置良率降低。此外，空隙的形成還會損害獨立圖案區(qū)域（iso)與 密集圖案區(qū)域之間的蝕刻均一性，因所述iso圖案區(qū)域中過蝕刻而導致襯底損壞。在填充 的間隙意圖提供裝置隔離功能的情況下，空隙形成會導致相鄰裝置之間的電流泄漏。為了 使所形成的裝置中的缺陷最少，需要以一種實質(zhì)上無空隙的方式填充間隙。然而，由于裝置 幾何結(jié)構(gòu)較小以及BARC材料和工藝條件的限制，這可能難以實現(xiàn)。
[0004] 為了解決在含間隙的襯底表面上提供BARC底層的問題，已經(jīng)提出一種多步驟工 藝，所述工藝采用了涂布填隙材料，隨后在填隙材料上涂布BARC材料的獨立步驟。參見例 如，S.塔克亞（S. Takeia)等人，先通孔雙重鑲嵌平版印刷工藝中使用糊精衍生物的高蝕 刻速率底部抗反射涂層及填隙材料（High-etch-rate bottom-antireflective coating and gap fill materials using dextrin derivatives in via first dual-damascene lithography process)，《抗蝕劑材料和工藝技術進展XXV》（Advances in Resist Materials and Technology XXV)，《SPIE 會刊》（Proc. of SPIE)第 6923 卷，69232P (2008)。 這一文獻披露了一種雙重鑲嵌工藝，所述工藝涉及在襯底上涂布一層較厚的平面化填隙材 料以填充間隙，隨后在填充間隙的襯底表面上涂布BARC材料。然后，在BARC層上涂布光致 抗蝕劑層并通過曝光和顯影工藝形成抗蝕劑圖案，隨后通過蝕刻轉(zhuǎn)印圖案。這一工藝的缺 點在于需要的工藝步驟的總數(shù)，導致較差的工藝生產(chǎn)量。相對較高的工藝步驟數(shù)量還會增 加由顆粒產(chǎn)生而引起缺陷的可能。
[0005] 半導體制造行業(yè)中仍然需要可用于填充小間隙并提供抗反射特性，而且解決了現(xiàn) 有技術水平相關的一個或多個問題的改良方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了填隙方法。所述方法包括：(a)提供半導體襯底， 在所述襯底的表面上具有凸紋圖像，所述凸紋圖像包括多個有待填充的間隙，其中所述間 隙的寬度是50nm或低于50nm ; (b)在所述凸紋圖像上施加填隙組合物，其中所述填隙組合 物包含：含可交聯(lián)基團的第一聚合物、含發(fā)色團的第二聚合物，其中所述第一聚合物與所述 第二聚合物不同；交聯(lián)劑；酸催化劑；及溶劑，其中所述填隙組合物是安置于所述間隙中； (c)在一定溫度下加熱所述填隙組合物以使所述第一聚合物自交聯(lián)和/或與所述第二聚合 物交聯(lián)而形成交聯(lián)聚合物；(d)在包含所述交聯(lián)聚合物填充的間隙的所述襯底上形成光致 抗蝕劑層；（e)使所述光致抗蝕劑層逐圖案曝露于活化輻射；以及（f)使所述光致抗蝕劑層 顯影以形成光致抗蝕劑圖案。所述方法特別適用于在半導體裝置的制造中填充高縱橫比間 隙。
[0007] 本文中所使用的術語僅出于描述具體實施例的目的并且無意限制本發(fā)明。如本文 所使用，單數(shù)形式"一個（種）"以及"所述"也意圖包含復數(shù)形式，除非上下文另外清楚地 指示。
【附圖說明】
[0008] 將參照以下附圖描述本發(fā)明，其中相同的元件符號表示相同的特征，其中：
[0009] 圖1A-1D示出了根據(jù)本發(fā)明的第一填隙工藝的流程；
[0010] 圖2A-2F示出了根據(jù)本發(fā)明的第二填隙工藝的流程；
[0011] 圖3A-3B顯示了用本發(fā)明的填隙材料對溝槽圖案進行填隙之后的SEM顯微照片；
[0012] 圖4A-4D顯示了用本發(fā)明的填隙材料對溝槽圖案進行填隙之后的SEM顯微照片； 以及
[0013] 圖5A-5B顯示了分別在比較性填隙材料層和本發(fā)明的填隙組合物層上形成的光 致抗蝕劑圖案的SEM顯微照片。
【具體實施方式】
[0014] 本發(fā)明的填隙方法涉及將抗反射填隙組合物施加于襯底表面上的凸紋圖像上。所 述填隙組合物包括了含可交聯(lián)基團的第一聚合物、含發(fā)色團并且不同于第一聚合物的第二 聚合物、交聯(lián)劑、酸催化劑及溶劑，并且可以包括一種或多種另外的可任選的組分。
[0015] 第一聚合物（在本文中也被稱作"可交聯(lián)聚合物"）包括了允許第一聚合物與具有 抗反射特性的第二聚合物（在本文中也被稱作"抗反射聚合物"）之間交聯(lián)并且允許在第一 聚合物內(nèi)交聯(lián)的可交聯(lián)基團。所述可交聯(lián)基團可以例如選自羥基、羧基、硫醇、胺、環(huán)氧基、 烷氧基、酰胺及乙烯基中的一種或多種。其中，優(yōu)選羥基。
[0016] 第一聚合物優(yōu)選包含具有通式（I)和/或通式（II)的含可交聯(lián)基團的單元，如下 所示：
[0018] 其中=R1選自氫、氟、C「C3烷基及C1-C3氟烷基；并且R 2選自：任選取代的C ^C12 直鏈、分支鏈或環(huán)狀烷基；以及任選含有雜原子的任選取代的(：6至C 15芳基（例如，苯基、萘 基、蒽基），這些可任選的取代基包括例如鹵素、硝基、氰基及(^至C5烷基；其中RJP/或R 2 上的至少一個氫原子被可交聯(lián)官能團，例如獨立地選自羥基、羧基、硫醇、胺、環(huán)氧基、烷氧 基、酰胺及乙烯基的可交聯(lián)基團取代。其中，優(yōu)選羥基。這些官能團在私上的位置不受限制 并且可以例如在伯位、仲位或叔位上。在例如羥基的情況下，可以使用伯醇、仲醇或叔醇。
[0020] 其中R3選自氫、氟、C1-C3烷基及C 1-C3氟烷基，其中氫是典型的；并且Ar1是任選 取代的芳基，這些可任選的取代基包括例如鹵素、硝基、氰基及(^至C 5烷基，其中R 3和/或 Ar1I的至少一個氫原子被可交聯(lián)官能團，例如獨立地選自羥基、羧基、硫醇、胺、環(huán)氧基、烷 氧基、酰胺及乙烯基的可交聯(lián)基團取代。在這些可交聯(lián)基團中，羥基是優(yōu)選的。優(yōu)選地，Ar 1 包括1、2或3個芳香族碳環(huán)和/或雜芳香族環(huán)。優(yōu)選芳基包含單一芳環(huán)，并且更優(yōu)選包含 苯環(huán)。在存在多個芳環(huán)的情況下，這些環(huán)可以稠合，例如萘基或蒽基。芳基任選被例如以下 基團取代：鹵素；硝基；氰基；任選取代的C 1-C15直鏈、分支鏈或環(huán)狀烷基，例如氟化或未氟 化的丁基、異丁基、己基、癸基、環(huán)己基、金剛烷基或降冰片基；烯基；炔基；C 6-C18芳基，例如 苯甲基、苯基、萘基或蒽基；及其組合。
[0021] 使第一聚合物具有交聯(lián)功能性的適合單元包括例如以下：
[0022]


[0025] 以第一聚合物計，第一聚合物中可交聯(lián)單元的存在量典型地是5摩爾％至100摩 爾％。
[0026] 在一個方面中，第一聚合物的重復單元僅包括含可交聯(lián)基團的單元，例如具有通 式（I)和/或通式（II)的單元，即，第一聚合物由含可交聯(lián)基團的單元組成。在此情況下， 第一聚合物可以由單一類型的具有通式（I)或通式（II)的單元所組成。或者，第一聚合物 可以包括不同類型的例如具有通式（I)和/或通式（II)的含可交聯(lián)基團的單元。
[0027] 第一聚合物可以包括一個或多個不具有交聯(lián)功能性的另外的單元。所述聚合物可 以例如包括一個或多個另外的單元以達到調(diào)整填隙組合物的特性（例如蝕刻速率和溶解 性）的目的。適合的另外的單元包括例如選自（甲基）丙烯酸酯（用于溶解性）；乙烯基 醚、乙烯基酮和乙烯基酯（用于更快蝕刻）；以及苯乙烯系單元（用于熱穩(wěn)定性）的一個或 多個單元。
[0028] 適合的另外的單元包括例如以下：
[0029]
[0030] 在這些另外的單元中，優(yōu)選苯乙烯單元。第一聚合物中的所述一個或多個另外的 單元（如果存在）的存在量典型地高達95摩爾％。
[0031] 第一聚合物的重量平均分子量Mw典型地是低于30, 000, 3000至30, 000,優(yōu)選是 4000至10,000、3000至6000、4000至6000，其中4500至6000是典型的。優(yōu)選分子量將允 許合成期間的合理產(chǎn)率以及針對使用時與填隙組合物接觸的溶劑（例如光致抗蝕劑和顯 影劑材料中使用的溶劑）的低膨脹/高剝離抗性。高膨脹/低剝離抗性會在外涂布的光致 抗蝕劑圖案化期間引起圖案萎陷。
[0032] 第一聚合物的多分散指數(shù)（polydispersity indeXADI)不受特別限制。典型地， 第一聚合物的多分散指數(shù)（PDI)是1. 05或大于1. 05,典型地是1. 05至2. 0。填隙組合物 中第一聚合物的存在量以所述組合物的總固體計典型地是50重量％至95重量％，例如50 重量％至85重量％或50重量％至65重量％。
[0033] 適合作為具有可交聯(lián)基團的第一聚合物的聚合物包括例如以下：
[0034]

[0036] 填隙組合物中第二聚合物的存在賦予或增強了在外涂布的光致抗蝕劑層曝光期 間所述組合物的抗反射特性。這些抗反射特性，例如η值和k值，可以通過調(diào)整第二聚合物 與第一聚合物的比率精細地調(diào)節(jié)。典型地，對于圖案化工藝中使用的蝕刻劑，第二聚合物具 有比第一聚合物更快的蝕刻速率，這樣使得第二聚合物可以賦予處于涂布、固化狀態(tài)的組 合物更快的蝕刻速率。
[0037] 第二聚合物包括一個或多個含發(fā)色團的單元，用于使上覆的光致抗蝕劑