多层结构的下层及使用其的方法与流程

1.本文涉及半导体器件和图案化方法，尤其是多层结构的下层及 使用其的方法。


背景技术：

2.半导体集成电路(integrated circuit，ic)行业经历着指数增长。 ic材料和设计方面的技术进步已经产生了几代ic，其中每一代都比 上一代具有更小、更复杂的电路。在ic发展过程中，功能密度(即 每个芯片面积的互连器件数量)普遍增加，而几何尺寸(即，可以 使用制造工艺创建的最小组件(或线路))已减小。这种按比例缩 小的过程通常通过提高生产效率和降低相关成本来提供好处。这种 按比例缩小还增加了加工和制造ic的复杂性。
3.在一个示例性方面，光刻是在半导体微制造中用于选择性地去 除部分薄膜或部分衬底的工艺。该工艺使用光将图案(例如，几何 图案)从光掩模转印到衬底上面的光敏层(例如，光致抗蚀剂层)。 光在光敏层的暴露区域中引起化学变化(例如，增加或减少溶解 度)。烘烤工艺可以在暴露衬底之前和/或之后实施，例如在暴露前 的烘烤工艺和/或暴露后的烘烤工艺中。然后，显影过程使用显影剂 溶液选择性地去除暴露或未暴露区域，从而在衬底中形成暴露图案。 最后，实施从下面的材料层去除(或剥离)剩余的光致抗蚀剂的工 艺，下面的材料层可经历额外的电路制作步骤。对于复杂的ic器件， 衬底可经历多次光刻图案化工艺。


技术实现要素：

4.本公开的一个方面涉及一种图案化方法，所述方法包括：
5.提供衬底；
6.在所述衬底上方形成底层，其中，所述底层包含聚合物、第一 交联剂和不同于所述第一交联剂的第二交联剂，所述第二交联剂包 含一个或多个含氟的官能团；
7.热处理所述底层；
8.在热处理后的底层上方形成硬掩模层；
9.在所述硬掩模层上方形成光致抗蚀剂层；
10.将所述光致抗蚀剂层根据图案暴露于辐射源；
11.显影所述光致抗蚀剂层；
12.进行第一蚀刻工艺，以在所述底层和所述硬掩膜层中形成图案， 但不在所述衬底中形成图案；和
13.进行第二蚀刻工艺，以在所述衬底中形成图案。
14.本公开的另一个方面涉及一种图案化方法，所述方法包括：
15.提供衬底，所述衬底包含导电层；
16.在所述衬底上方形成底层，其中，所述底层包含多种聚合物、 多种第一交联剂和不同于所述第一交联剂的多种第二交联剂，所述 形成底层包括在底层表面附近浓缩第二
交联剂；
17.用所述多种第一交联剂和所述多种第二交联剂使所述底层的聚 合物交联；
18.在所述底层上方形成光致抗蚀剂层；
19.将所述光致抗蚀剂层根据图案暴露于辐射源；
20.显影所述光致抗蚀剂层；
21.进行第一蚀刻工艺，以在所述底层中形成图案，而不在所述导 电层中形成图案；和
22.进行第二蚀刻工艺，以在所述导电层中形成图案。
23.本公开的又一个方面涉及一种图案化方法，所述方法包括：
24.提供衬底，所述衬底包含栅极材料层；
25.在所述栅极材料层上方形成底部抗反射涂层，其中，所述底部 抗反射涂层包含：选自以下的一种或多种聚合物：聚羟基苯乙烯聚 合物、酚醛树脂聚合物和聚羟基苯乙烯与酚醛树脂的共聚物；多种 第一交联剂；和不同于所述第一交联剂的多种第二交联剂，所述第 二交联剂选自包含至少一个含氟单体单元的丙烯酸酯聚合物、酚醛 清漆聚合物、聚羟基苯乙烯聚合物、聚羟基苯乙烯与酚醛清漆共聚 物；
26.在所述底部抗反射涂层的表面附近浓缩所述第二交联剂；
27.用所述多种第一交联剂和所述多种第二交联剂使底部抗反射涂 层的聚合物交联；
28.在所述底层上方形成光致抗蚀剂层；
29.将所述光致抗蚀剂层根据图案暴露于辐射源；
30.显影所述光致抗蚀剂层；
31.进行第一蚀刻工艺，以在所述底层中形成图案，而不在所述栅 极材料层中形成图案；和
32.进行第二蚀刻工艺，以在所述栅极材料层中形成图案。
附图说明
33.结合附图阅读以下详细描述，可以最好地理解本公开的各方面。 需要注意的是，根据行业中的标准实践，各种特征并未按比例绘制。 事实上，为了讨论的清楚起见，可以任意放大或缩小各种特征的尺 寸。
34.图1a和1b是按照本公开的实施方案的方法的流程图。
35.图2-7是根据本公开各个方面的处于各个制造阶段的ic器件的 各个实施方案的视图。
36.图8-14是根据本公开各个方面的处于各个制造阶段的ic器件的 各个实施方案的视图。
37.图15和16根据本公开各个方面的处于特定制造阶段的ic器件 的各个实施方案的视图。
具体实施方式
38.以下公开提供许多不同的实施方案或实例，用于实施所提供主 题的不同特征。下
文描述部件和布置的具体实例以简化本公开。当 然，这些仅仅是示例而非限制性的。例如，在下文的描述中，在第 二特征上方(over)或上或上面(on)形成第一特征可以包括第一 特征和第二特征以直接接触的方式形成的实施方案，并且还可以包 括可以在第一特征和第二特征之间形成附加特征以使得第一特征和 第二特征可以不直接接触的实施方案。此外，本公开可以在各实例 中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简单和清楚的目的，其 本身并不规定所讨论的各种实施方案和/或配置之间的关系。
39.此外，为了便于描述，本文中可以使用空间相对术语，例如
ꢀ“
下面(beneath)”、“下方(below)”、“下部(lower)”、
ꢀ“
上方(above)”、“上部(upper)”等来描述图中所示的一个 元素或特征与另一个元素或特征的关系。空间相对术语旨在除了图 中描绘的取向之外，涵盖在使用或操作中的器件的不同取向。装置 可以以其他方式取向(旋转90度或处于其他取向)并且本文使用的 空间相对描述词语同样可以相应地解释。
40.表示相对程度的术语，例如“约”、“基本上”等，应以本领 域具有普通知识的技术人员鉴于当前的技术标准的理解解释。通常， 术语“基本上”表示比“大约”更严格的公差。例如，“约100个 单位”的厚度包括更大范围的值，例如，70个单位至30个单位 ( /-30％)，而“基本上100个单位”的厚度包括更小范围的值， 例如，95个单位至105个单位( /-5％)。同样，这种公差( /
‑ꢀ
30％、 /-5％等)可取决于工艺和/或设备，并且不应解释为比本领 域具有普通知识的技术人员知晓的所讨论的技术标准更多或更少的 限制，除此之外，“约”作为相对术语在类似上下文中使用时没有
ꢀ“
基本上”那么严格。
41.一般而言，本公开涉及半导体器件，且更具体而言，涉及场效 应晶体管(field-effect transistor，fet)，例如平面fet、三维鳍线 fet(fin-line fet，finfet)或全环绕栅极(gate all around，gaa) 器件。全环绕栅极(gaa)晶体管结构可以通过任何合适的方法图 案化。例如，所述结构可以使用一种或多种光刻工艺图案化，所述 一种或多种光刻工艺包括双重图案化工艺或多重图案化工艺。双重 图案化工艺或多重图案化工艺通常结合光刻工艺和自对准工艺，从 而允许待创建的图案具有例如比使用单一直接光刻工艺可获得的更 小间距(pitch)的图案。
42.一般而言，本公开涉及ic器件制造，且更具体地而言，涉及使 用多层(例如，双层或三层)结构的器件图案化方法。双层结构可 以包括金属层或衬底上面的底层(例如，底部抗反射涂层(bottomanti-reflective coating)或barc)和光致抗蚀剂层。这种底层在本文 中也可称为下层(underlayer)。三层结构可以包括在金属层或衬底 上面形成的底层(例如底部抗反射涂层或barc)、中间层(例如 硬掩模层)和光致抗蚀剂层。这种双层和三层结构具有的经验证的 优势在于，使光(例如辐射)源的衬底反射率最小化和增加底层和 硬掩模层之间的蚀刻选择性。然而，用于先进图案化工艺的双层结 构和三层结构仍需要改进。例如，已经观察到，用于蚀刻双层或三 层结构下面的层(例如金属和/或衬底层)的材料可以渗透到底层中， 例如穿过底层的上表面渗透到底层中，从而导致底层溶胀。底层的 溶胀向底层中和/或与底层接触的材料中引入应力。这种应力可导致 底层的分层或变形以及与底层接触的材料层的分层或变形。这种不 希望的分层或变形对使用底层图案化的各个特征的再现性和/或临界 尺寸产生负面影响。根据本文描述的实施方案，以本文描述的方式 修改底层起到减轻或补偿这种不希望的溶胀和这种溶胀伴随的不利 影响的作用，从而提高在光刻图案化工艺期间使用的底层的品质。
43.本公开的实施方案适用于半导体结构，所述半导体结构包括位 于下层上方的有机材料层，所述有机材料层例如旋涂的有机材料的 层，例如背面抗反射涂层(backside antireflective coating，即 barc)，所述下层例如一层或多层导电材料或半导电材料(例如， 金属材料)或非导电材料(例如，介电材料)，有机材料层的去除 需要将有机材料层暴露于会导致有机材料层溶胀的化学物质。
44.参照图15，根本公开实施方案的结构150包括：衬底202、衬 底202上方的导电层203和导电层203上方的底层204。在以下描述 中，衬底可用于描述如图15所示的衬底202或衬底202与衬底202 上面的导电层或半导电层203的组合。底层204在本文中也可称为下 层。根据本公开的实施方案，底层204包括多种聚合物205、多种第 一交联剂207和多种第二交联剂209。如图1a中所示，聚合物205 被第一交联剂207和第二交联剂209交联。在图15所示的实施方案 中，底层204包括上部204u和下部204l。根据本公开的实施方案， 底层204的上部204u包括的第二交联剂209的浓度大于下部204l 中的第二交联剂209的浓度。根据其他实施方案，上部204u包括的 第一交联剂207和第二交联剂209的浓度大于底层204下部204l的 第一交联剂207和第二交联剂209的浓度。如下文更详细描述的，上 部204u中交联剂的这种增加的浓度导致经由第一和第二交联剂的聚 合物205的交联的浓度增加，因此使底层204的上部204u不易被用 于蚀刻和去除部分导电层203和/或衬底202的试剂渗透。
45.参照图16，示出根据本公开的实施方案的结构160。结构160的 一些特征类似于图15示出的结构150的特征。这些类似的结构在图 16中使用与图15中使用的相同的参考标记指代。上文针对图15提 供的那些相同结构的描述等同适用于图16中的相同结构的描述，不 再赘述。结构160与图15的结构150的不同之处在于，在图16的底 层204的上部204u中，存在不同聚合物205之间的直接交联，存在 各个单个第一交联剂207之间的交联，以及存在各个单个第二交联 剂209之间的交联。图16的结构中的这种额外的交联使得底层204 的上部204u甚至更能抵抗用于蚀刻和去除部分导电层203和/或衬底 202的试剂的渗透。
46.在底层为barc层的实施方案中，底层204包括聚合物树脂， 所述聚合物树脂包含一种或多种下述聚合物、交联剂和下述改性交 联剂以及可选的催化剂。barc底层204的这些元件在分散之前放置 在barc溶剂内，这使得分散更容易。一旦在溶剂内分散，就可以 对底层204(例如barc层)进行烘烤和/或用电磁辐射(例如光能 照射)，如下文所更详细描述的。
47.底层204的聚合物包括酚醛清漆(novolac)型聚合物、聚羟基 苯乙烯聚合物例如聚(4-羟基苯乙烯)、酚醛清漆/羟基苯乙烯共聚物 以及酚醛清漆聚合物与聚羟基苯乙烯聚合物的共混物。酚醛型聚合 物为苯酚甲醛聚合物(phenol formaldehyde，pf)或酚醛聚合物，所 述酚醛聚合物是通过苯酚或取代的苯酚与甲醛反应获得的合成聚合 物。酚醛清漆聚合物具有通式结构，其中n为1或更多：
[0048][0049]
聚(4-羟基苯乙烯)聚合物具有通式，其中n为1或更多：
[0050][0051]
当用作barc时，这些类型的聚合物的分子量大于约3000，且 可以大于约10,000。
[0052]
在一种实施方案中，底层204的聚合物(例如barc)包含多 个重复单体单元，例如表面能改性单体单元(具有表面能改性基团 或部分)、可选的发色团单体单元和交联单体单元。表面能改性部 分用于使底层204的表面能与衬底材料的表面能相匹配。通过匹配 表面能，在必要时，毛细力可用于提高底层204的间隙填充性能。
[0053]
在一个实施方案中，表面能改性部分可用于增加底层204的表 面能。在这样的实施方案中，为了提高底层204的表面能，表面能 改性单体单元包括含有羟基、羧基、胺基或酰胺基中的一种或多种 的部分。在一个具体的实施方案中，表面能改性单元可以具有如下 结构：
[0054][0055]
其中，r1和r2基团共同形成表面能改性部分，且其中r1是连接 到烃的具有氢的烷基并且其中r1可以具有直链、支链或环状结构。 r1内的烷基还可包含杂原子，例如包含氮或氧原子。r2可包含羟基 基团、羧基基团、胺基团或酰胺基团中的至少一种。
[0056]
在具体的实施方案中，表面能改性单体单元可以包括丙烯酸单 体、甲基丙烯酸单体、氢苯乙烯单体或衍生自丙烯酸2-羟乙酯的单 体，这些单体中的一些单体具有允许其作为表面能改性单体、发色 团单体和交联单体的特征。例如，在表面能改性单体单元为氢苯乙 烯单体的实施方案中，表面能改性单体可以具有以下结构：
[0057][0058]
在表面能改性单体为丙烯酸单体的一个实施方案中，表面能改 性单体可以具有以下结构：
[0059][0060]
在表面能改性单体为衍生自丙烯酸2-羟乙酯的单体的一个实施 方案中，表面能改性单体可具有以下结构：
[0061][0062]
然而，如本领域普通技术人员所认识到的，所描述的用于提高 底层204的表面能的精确结构和实例旨在是说明性的而非旨在进行 限制。反而，可以替代地使用提高底层204的表面能的任何合适单 体内的任何合适的官能团。所有这些都完全旨在包括在本文描述的 实施方案的范围内。
[0063]
或者，表面能改性单体可用于降低底层204的表面能。在这样 的一个实施方案中，为了降低底层204材料的表面能，表面能改性 单体内的表面能改性部分包含烷基、氟基或苄基中的一种或多种。 在具体的实施方案中，表面能改性基团部分可包含直链、支链或环 状的烷基或氟官能团。
[0064]
在一个具体的实施方案中，表面能改性单体可具有例如下面的 结构：
[0065][0066]
其中，r3和r4基团共同形成表面能改性部分，且其中r3是连接 到烃上的具有氢的烷基并且其中r3可以具有直链、支链或环状结构。 r3内的烷基还可包含杂原子，例如包含氮原子或氧原子。然而，在 该实施方案中，r4可包含烷基、氟或苄基中的至少一种，并可包含 直链、支链或环状烷基或氟基。例如，在一些实施方案中，具有表 面能改性单体的聚合物可以具有以下结构：
[0067][0068]
通过利用表面能改性单体，聚合物以及同样地底层204材料的 表面能可以被改变，使得更接近于衬底202的表面能。通过调节表 面能，底层材料不会被下面的材料排斥，而是会通过毛细力被拉入 结构之间的小开口中。这有助于底层无空隙地填充此类间隙。例如， 在一个实施方案中，聚合物的表面能可以在衬底202的下层材料的 表面能的约20dyne/m2以内。
[0069]
在一个实施方案中，发色团单体可以包含发色团部分，所述发 色团部分例如含有如下基团的乙烯基化合物：取代和未取代苯基； 取代和未取代的蒽基；取代和未取代的菲基；取代和未取代的萘基； 取代和未取代的杂环，所述杂环含有杂原子例如氧、氮、硫或其组 合，例如吡咯烷基、吡喃基、哌啶基、吖啶基、喹啉基。这些单元 中的取代基可以是任何烃基并且可以进一步包含杂原子例如氧、氮、 硫或其组合，例如碳原子为1到12之间的亚烷
基、酯基、醚键或其 组合。
[0070]
在特定的实施方案中，发色团部分包括苯乙烯、苯基、萘基、 蒽基、菲基、羟基苯乙烯、乙酰氧基苯乙烯、苯甲酸乙烯酯、4-叔 丁基苯甲酸乙烯酯、乙二醇苯醚丙烯酸酯、丙烯酸苯氧基丙基酯、 n-甲基马来酰亚胺、2-(4-苯甲酰基-3-羟基苯氧基)乙基丙烯酸酯、2
‑ꢀ
羟基-3-苯氧基丙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸苄酯、 甲基丙烯酸9-蒽基甲酯、9-乙烯基蒽、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 苯基偶氮)苯基甲基丙烯酰胺、n-(3-羟基-4-乙氧基羰基苯基偶氮)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-乙 酰氨基苯基)偶氮-4-羟基苯乙烯、3-(4-乙氧基羰基苯基)偶氮-乙酰乙 酰氧基乙基甲基丙烯酸酯、3-(4-羟基苯基)偶氮-乙酰乙酰氧基乙基 甲基丙烯酸酯、3-(4-磺苯基)偶氮乙酰乙酰氧基乙基甲基丙烯酸酯的 四氢硫酸铵盐。然而，可以替代地使用具有发色团部分以吸收入射 光并防止光被反射的任何合适的单体，并且所有这些单体完全旨在 包括在本文所述的实施方案的范围内。
[0071]
在发色团部分包含苯的一个实施方案中，发色团基团204可具 有以下结构：
[0072][0073]
在发色团部分204包含蒽的一个实施方案中，发色团204可具有 以下结构：
[0074][0075]
在发色团部分包含菲的一个实施方案中，发色团部分可以具有 以下结构：
[0076][0077]
交联单体可用于将单体与聚合物交联以改变底层204的溶解度， 并且可以任选地具有酸敏基团。在一些实施方案中，底层204的聚 合物包括约1-20个交联部分，而在其他实施方案中，底层204的聚 合物包括约1-10个交联部分。在一个具体实施方案中，交联单体可 包含烃链，所述烃链还包含例如交联部分，例如羟基基团、羧酸基 团、羧酸酯基团、环氧基团、氨基甲酸酯基团、酰胺基团、缩水甘 油醚基团、烷基氧化物基团、烯烃基团、炔烃基团、三氮烯基团、 这些的组合等。可以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)；通过至少一种以下单体的聚合获得的均聚物和/或共聚物：苯乙 烯、羟基苯乙烯、(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、(甲 基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(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-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)。
[0078]
在一个具体实施方案中，交联单体可具有以下结构:
[0079][0080]
其中，r5包含连接到烃结构的具有氢的烷基，其中所述烷基可 具有直链、支链或环状结构。此外，所述烷基还可包含杂原子，例 如包含氮原子或氧或氟原子，或甚至包含烷基氟。
[0081]
在替代性的实施方案中，交联单体可具有以下结构：
[0082][0083][0084]
其中，r5与上述相同，且其中r6代表氢原子或具有1至10个碳 原子的烷基，且其中n代表2至6的整数，且其中x为可选的交联 单元或间隔基团，具有2到8个碳原子，例如为烷烃单元。
[0085]
在一些实施方案中，交联单体具有在暴露于热能时交联的交联 部分。这种在暴露于热能时交联的交联部分包括选自如下的官能团：
ꢀ‑
oh、-or、-roh、-r(oh)2、-nr2、-nrh、-c＝ch、-c≡ch、
‑ꢀ
cooh、-rcooh、-sh和-rsh，其中r是其中r＝-c
nh2n
、-o-c
nh2n-； x＝环氧树脂、-or、-nh2、-nrah，其中ra是-c
nh2n 1
且n＝1-4。在 一些实施方案中，交联单体是在暴露于光能时交联的交联部分，即 光敏的交联部分。光敏的交联部分的实例包括二烯(-c＝ch-ch＝c)、
ꢀ‑
c＝ch、-c≡ch或n＝n＝n。此外，如本领域普通技术人员认识到 的，以上对可聚合以形成用于底层204的聚合物的各种单体的描述 旨在说明性而并非旨在以任何方式限制实施方案。相反，也可以使 用实现本文所述单体的所需功能的任何合适的单体或单体的组合。 所有这样的单体全部旨在包括在本文所述的实施方案的范围内。
[0086]
在一个实施方案中，表面能改性单体在聚合物内的负载量可以 为约1％至约100％，例如约90％。此外，发色团单体在聚合物内的 负载量可为约0％至约100％(例如当表面能改性单体也可充当发色 团单体时)，例如约5％，并且交联单体的负载量可为约0％至约100％ (例如当表面能改性单体也可充当交联单体时)，例如约5％。然而， 这些描述旨在说明性的，因为可以使用聚合物的各种单体之间的任 何合适的负载量，并且所有这些负载量全部旨在包括在本文所述的 实施方案的范围内。
[0087]
催化剂可以是用于产生化学活性物质并引发聚合物树脂的聚合 物之间的交联反应的化合物，并且可以是例如热生酸产生剂、光生 酸产生剂或光生碱产生剂、这些的适当组合等。在催化剂为热生酸 产生剂的一个实施方案中，当足够的热量施用至底层204时，催化 剂将产生酸。热生酸产生剂的具体实例包括：丁磺酸；三氟甲磺酸； 九氟丁烷磺酸；硝基苄基甲苯磺酸酯/盐，例如2-硝基苄基甲苯磺酸 酯/盐、2,4-二硝基苄基甲苯磺酸酯/盐、2,6-二硝基苄基甲苯磺酸酯/ 盐、4-硝基苄基甲苯磺酸酯/盐；苯磺酸酯/盐，例如2-三氟甲基-6-硝 基苄基4-氯苯磺酸酯/盐、2-三氟甲基-6-硝基苄基4-硝基苯磺酸酯/盐； 酚磺酸酯/盐，例如苯基4-甲氧基苯磺酸酯/盐；有机酸的烷基铵盐， 例如10-樟脑磺酸的三乙基铵盐；或这些的组合等。
[0088]
在催化剂为光生酸产生剂的一个实施方案中，催化剂可包括卤 代三嗪、鎓盐、重氮盐、芳族重氮盐、鏻盐、锍盐、碘鎓盐、酰亚 胺磺酸盐、肟磺酸盐、重氮二砜、二砜、邻硝基苄基磺酸盐、磺化 酯、卤代磺酰氧基二甲酰亚胺、α-氰氧基胺-磺酸盐、亚胺磺酸盐、 酮重氮砜、磺酰基重氮酯、1,2-二(芳基磺酰基)肼、硝基苄基酯和均 三嗪，以及这些的合适的组合等。
[0089]
可以使用的光生酸产生剂的特定实例包括：α-(三氟甲基磺酰氧 基)-双环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酰亚胺(mdt)；n-羟基-萘二甲酰 亚胺(ddsn)；安息香甲苯磺酸酯/盐；叔丁基苯基-α-(对甲苯磺酰 氧基)-乙酸酯/盐和叔丁基-α-(对甲苯磺酰氧基)-乙酸酯/盐；三芳基锍 鎓和二芳基碘鎓六氟锑酸盐，六氟砷酸盐；三氟甲烷磺酸盐；碘鎓 全氟辛烷磺酸盐；n-樟脑基磺酰基氧基萘酰亚胺；n-全氟苯基磺酰 基氧基萘酰亚胺；离子型碘鎓磺酸盐，例如二芳基碘鎓(烷基或芳基) 磺酸盐和双-(二-叔丁基苯基)碘鎓莰基磺酸盐；全氟烷烃磺酸酯/盐， 例如全氟戊烷磺酸酯/盐、全氟辛烷磺酸酯/盐、全氟甲烷磺酸酯/盐； 芳基三氟甲磺酸酯/盐(例如苯基三氟甲磺酸酯/盐或苄基三氟甲磺酸 酯/盐)，例如三苯基锍鎓三氟甲磺酸酯/盐或双-(叔-丁基苯基)碘鎓 三氟甲磺酸酯/盐；连苯三酚衍生物(例如，连苯三酚的三氟甲磺酸 酯/盐)；羟基酰亚胺的三氟甲烷磺酸酯/盐；α
’‑
双-磺酰基-重氮甲烷； 硝基取代的苯甲醇的磺酸酯/盐；萘醌-4-二叠氮化物；烷基二砜等。
[0090]
在其他实施方案中，催化剂可以是光生碱产生剂。在这样的一 个实施方案中，光生碱产生剂可包含二硫代氨基甲酸季铵盐、氨基 酮、含肟-氨基甲酸酯的分子例如二苯甲酮肟六亚甲基二氨基甲酸酯、 四有机基硼酸铵盐(ammoniumtetraorganylborate salt)和n-(2-硝基 苄氧基羰基)环胺、这些的合适组合等。
[0091]
在特定的实施方案中，催化剂可以利用胺，其将淬灭(例如酸 官能团的)酸度。因此，将通过除去胺产生酸，例如通过(在例如 烘烤过程中)蒸发胺产生酸。在该实施方案中，催化剂可以具有以 下结构：
[0092][0093]
除了上述聚合物树脂和可选的催化剂之外，底层204还包括如 下面所描述的基础交联剂(图15和图16中的207)和改性交联剂 (图15和16中的209)。如下文更详细描述的，基础交联剂与底层 204的聚合物树脂的聚合物205反应以使聚合物树脂的聚合物205交 联。这种交联响应于聚合物树脂的聚合物和交联剂暴露于足够的热 能而发生，以促进本文所述的聚合物树脂的聚合物与交联剂的交联。 这种交联有助于增加底层材料的交联密度。用于响应热能而使聚合 物树脂的聚合物交联的合适的交联剂包括交联部分，例如环氧基团 (ror)、酯(r-coor)基团、醚(r-or)、甲苯磺酸酯基团 (r-ot)、-c＝ch、-c≡c、sh或酸酐，其中r可以是具有1至10 个碳原子的烷基、苄基、二烯、烯丙基、苯基或杂环。此外，聚合 物树脂的聚合物与交联剂的交联可以通过使聚合物树脂的聚合物和 与聚合物反应的光敏交联剂响应于暴露于光能而交联来实现。合适 的光敏交联剂可包括一种或多种光敏交联部分，例如-ch＝ch2、
‑ꢀ
ch＝ch-ch＝ch2、丙烯酸酯(-co-ch＝ch2)、环状亚烷基等。 这种交联有助于增加底层材料的交联密度。此外，光敏交联剂也可 以相互交联以进一步增加底层204的材料的密度。在一些实施方案 中，合适的交联剂包括来自以上紧邻两句话中描述的各类型部分的 部分。
[0094]
在一种实施方案中，基础交联剂可以是基于三聚氰胺的试剂、 基于尿素的试剂、基于亚乙基脲的试剂、基于亚丙基脲的试剂、基 于甘脲的试剂、具有羟基的脂族环烃、羟烷基基团或这些的组合； 脂族环烃的含氧衍生物、甘脲化合物、醚化氨基树脂、聚醚多元醇、 聚缩水甘油醚、乙烯基醚、三嗪、烯烃和炔烃，或这些的组合等。
[0095]
可用作基础交联剂的材料的特定实例包括：三聚氰胺；乙酰胍 胺；苯胍胺；尿素；亚乙基脲或具有甲醛的甘脲；具有甲醛和低级 醇的组合的甘脲；六甲氧基甲基三聚氰胺；双甲氧基甲基脲；双甲 氧基甲基双甲氧基亚乙基脲；四甲氧基甲基甘脲和四丁氧基甲基甘 脲；单-羟甲基化甘脲、二-羟甲基化甘脲、三-羟甲基化甘脲或四-羟 甲基化甘脲；单-甲氧基甲基化甘脲、二-甲氧基甲基化甘脲、三-甲 氧基甲基化甘脲和/或四-甲氧基甲基化甘脲；单-乙氧基甲基化甘脲、 二-乙氧基甲基化甘脲、三-乙氧基甲基化甘脲和/或四-乙氧基甲基化 甘脲；单-丙氧基甲基化甘脲、二-丙氧基甲基化甘脲、三-丙氧基甲 基化甘脲和/或四-丙氧基甲基化甘脲；和单-丁氧基甲基化甘脲、二
‑ꢀ
丁氧基甲基化甘脲、三-丁氧基甲基化甘脲和/或四-丁氧基甲基化甘 脲；2,3-二羟基-5-羟基甲基降冰片烷；2-羟基-5,6-双(羟甲基)降冰片 烷；环己烷二甲醇；3,4,8-三羟基三环癸烷或3,4,9-三羟基三环癸烷； 2-甲基-2-金刚烷醇；1,4-二氧六环-2,3-二醇和1,3,5-三羟基环己烷； 四甲氧基甲基甘脲、甲基丙基四甲氧基甲基甘脲和甲基苯基四甲氧 基甲基甘脲；2,6-双(羟甲基)对甲酚；n-甲氧基甲基-三聚氰胺或n
‑ꢀ
丁氧基甲基-三聚氰胺。此外，化合物还可以通过以下方式获得：使 甲醛与含氨基的化合物反应或者使甲醛和低级醇与含氨基的化合物 反应，所述含氨基的化合物例如三聚氰胺、乙酰胍胺、苯并胍胺、 尿素、亚乙基脲、甘脲等；并以羟甲基或低级烷氧基甲基取代氨基 的氢原子，实例为六甲氧基甲基三聚氰胺、双甲氧基甲基脲、双甲 氧
基甲基双甲氧基亚乙基脲、四甲氧基甲基甘脲和四丁氧基甲基甘 脲、甲基丙烯酸3-氯-2-羟基丙基酯与甲基丙烯酸的共聚物、甲基丙 烯酸3-氯-2-羟基丙基酯与甲基丙烯酸环己酯与甲基丙烯酸的共聚物、 甲基丙烯酸3-氯-2-羟基丙基酯和甲基丙烯酸苄基酯与甲基丙烯酸的 共聚物、酚醛清漆聚合物的聚(3-氯-2-羟基丙基)醚、双酚a-二(3-氯
‑ꢀ
2-羟丙基)醚、酚醛清漆聚合物的聚(3-乙酰氧基-2-羟基丙基)醚、季 戊四醇四(3-氯-2-羟基丙基)醚、三羟甲基甲烷三(3-氯-2-羟丙基)醚酚、 双酚a-二(3-乙酰氧基-2-羟丙基)醚、季戊四醇四(3-乙酰氧基-2-羟基 丙基)醚、季戊四醇聚(3-氯乙酰氧基-2-羟基丙基)醚、三羟甲基甲烷 三(3-乙酰氧基-2-羟丙基)醚或这些的组合等。
[0096]
根据本公开的实施方案，可用作基础交联剂的材料的其他具体 实例包括：被r-x官能化的基于丙烯酸酯单体的丙烯酸酯聚合物 (其中r＝-c
nh2n
、-o-c
nh2n-；x＝环氧基、-or、-nh2、-nrah，其 中ra是
–cnh2n 1
且n＝1-4)；被r-x功能化的基于4-羟基苯乙烯单 体的聚(4-羟基苯乙烯)聚合物(其中r＝-c
nh2n
、-o-c
nh2n-；x＝环 氧基、-or、-nh2、-nrah，其中ra是
–cnh2n 1
且n＝1-4)；被r-x 官能化的具有4-羟基苯乙烯单体的酚醛清漆型聚合物(其中r＝
‑ꢀcnh2n
、-o-c
nh2n-、x＝环氧基、-or、-nh2、-nrah，其中ra是
–ꢀcnh2n 1
且n＝1-4)；以及它们的共聚物或共混物。
[0097]
根据本公开的实施方案，底层204的材料，除了基础交联剂 (图15和图16中的207)外，还包括一种或多种改性交联剂(图15 和16中的209)，其已被改性以改变其对底层204中的其他组分的亲 合力或改变底层204中的其他组分的亲合力。这种改性的交联剂区 别于上文所述的交联剂，上文所述的交联剂在本文中称为“基础
”ꢀ
交联剂。改性交联剂可包括上述这些基础交联剂，如下文所述进行 改性。
[0098]
根据本公开的实施方案，基础交联剂通过用其他官能团替换基 础交联剂的某些官能团来改性，所述其他官能团使得改性的交联剂 对/与底层204中的其他材料具有相比于基础交联剂针对底层204中 其他材料(例如聚合物或基础交联剂)所具有的吸引力较低的吸引 力(氢键吸引力、范德华吸引力、偶极吸引力等)。这种降低的吸 引力允许改性的交联剂在未交联的底层内上升。例如，改性的交联 剂包括任何上述基础交联剂，其已被改性以用官能团替换一个或更 多官能团，用于替换的官能团使得改性交联剂对底层中的其他材料 具有相比于基础交联剂对其他材料的吸引力较低的吸引力。例如， 基础交联剂的官能团可以用含氟官能团替换。含氟官能团的实例包 括满足以下化学式的官能团：-(ch
xfy
)nch
zfm
，其中n为1至10， x y＝2且z m＝3。例如，根据本公开的实施方案，改性交联剂包括， 比例在10:1至1:10范围内的含氟单体单元与其他单体单元。当含氟 单体单元与其他单体单元的比例大于约10:1时，改性交联剂对底层 中其他材料的吸引力的降低可能大于所期望的。当含氟单体单元与 其他单体单元的比例小于约1:10时，改性交联剂对底层中其他材料 的吸引力的降低可能没有所期望的多。含氟官能团是导致改性交联 剂对底层其他材料的吸引力低于基础交联剂对底层其他材料的吸引 力的官能团的实例。与所述含氟官能团类似的对底层中的其他材料 表现出较低吸引力(与基础交联剂的官能团相比)的其他官能团也 在本公开的范围内。
[0099]
本公开的实施方案中有用的改性交联剂的具体实例包括分子量 为约200至3000的丙烯酸酯低聚物/聚合物，所述丙烯酸酯低聚物/ 聚合物具有用-(o-c
nf2n 1
)官能化的丙烯酸酯单体单元，其中n＝1～10， 或具有用-(o-c
nf2n 1
)和一个或多个选自如下的官能基团
部分地官能 化的丙烯酸酯单体单元：环氧基、-or、-nh2、-nrh(其中r为
‑ꢀcnh2n 1
且n＝1-4)，其中
–
(o-c
nf2n 1
)与(环氧基、-or、-nh2、
‑ꢀ
nrh(其中r为
–cnh2n 1
且n＝1-4)的比例为约0.1至10。本公开 的实施方案中有用的其他改性交联剂包括：酚醛清漆型聚合物、聚 (4-羟基苯乙烯)基聚合物或酚醛/聚(4-羟基苯乙烯)共聚物以及酚醛型 聚合物与基于聚(4-羟基苯乙烯)的聚合物的共混物。
[0100]
为了进一步举例说明本发明的某些方面，本发明还具体地提供 了如下的一些非限制性示例：
[0101]
示例1.一种方法，所述方法包括：
[0102]
提供衬底；
[0103]
在所述衬底上方形成底层，其中，所述底层包含聚合物、第一 交联剂和不同于所述第一交联剂的第二交联剂，所述第二交联剂包 含一个或多个含氟的官能团；
[0104]
热处理所述底层；
[0105]
在热处理后的底层上方形成硬掩模层；
[0106]
在所述硬掩模层上方形成光致抗蚀剂层；
[0107]
将所述光致抗蚀剂层根据图案暴露于辐射源；
[0108]
显影所述光致抗蚀剂层；
[0109]
进行第一蚀刻工艺，以在所述底层和所述硬掩膜层中形成图案， 但不在所述衬底中形成图案；和
[0110]
进行第二蚀刻工艺，以在所述衬底中形成图案。
[0111]
示例2.根据示例1所述的方法，其中，所述形成底层包含形成 barc材料的层。
[0112]
示例3.根据示例1所述的方法，其中，所述提供衬底包含提供 导电的衬底。
[0113]
示例4.根据示例1所述的方法，其中，所述第二交联剂包含满 足下式之一的含氟基团：
[0114]-(ch
xfy
)nch
zfm
，其中，n是1到10，x y＝2且z m＝3；和
[0115]-(o-c
nf2n 1
)，其中，n＝1到10。
[0116]
示例5.根据示例4所述的方法，其中，所述底层包含至少一种 选自如下的聚合物：丙烯酸酯聚合物、酚醛清漆聚合物和羟基苯乙 烯聚合物。
[0117]
示例6.根据示例1所述的方法，其中，所述形成底层包含在所 述底层和所述硬掩模层之间的界面附近浓缩所述第二交联剂。
[0118]
示例7.一种方法，所述方法包括：
[0119]
提供衬底，所述衬底包含导电层；
[0120]
在所述衬底上方形成底层，其中，所述底层包含多种聚合物、 多种第一交联剂和不同于所述第一交联剂的多种第二交联剂，所述 形成底层包括在底层表面附近浓缩第二交联剂；
[0121]
用所述多种第一交联剂和所述多种第二交联剂使所述底层的聚 合物交联；
[0122]
在所述底层上方形成光致抗蚀剂层；
[0123]
将所述光致抗蚀剂层根据图案暴露于辐射源；
[0124]
显影所述光致抗蚀剂层；
[0125]
进行第一蚀刻工艺，以在所述底层中形成图案，而不在所述导 电层中形成图案；
和
[0126]
进行第二蚀刻工艺，以在所述导电层中形成图案。
[0127]
示例8.根据示例7所述的方法，还包括使所述底层的聚合物彼 此直接交联、使所述第一交联剂彼此直接交联和使所述第二交联剂 彼此直接交联中的至少一种。
[0128]
示例9.根据示例8所述的方法，其中，所述使所述底层的聚合 物彼此直接交联、使第一交联剂彼此直接交联和使第二交联剂彼此 直接交联中的至少一种包括在形成所述光致抗蚀剂层之前将所述底 层暴露于光能。
[0129]
示例10.根据示例9所述的方法，其中，所述光能具有介于10 纳米与1000纳米之间的波长。
[0130]
示例11.根据示例8所述的方法，其中，所述使所述底层的聚合 物彼此直接交联、使第一交联剂彼此直接交联和使第二交联剂彼此 直接交联中的至少一种包括在显影光致抗蚀剂层之后将所述底层暴 露于光能。
[0131]
示例12.根据示例7所述的方法，还包括在所述底层上方形成光 致抗蚀剂层之前，在所述底层上方形成硬掩模层。
[0132]
示例13.根据示例7所述的方法，其中，所述用所述多种第一交 联剂和所述多种第二交联剂使底层的聚合物交联包括将所述底层的 温度调节至150℃至300℃。
[0133]
示例14.根据示例13所述的方法，其中，将所述底层的温度调 节至150℃至300℃在单个加热步骤中发生或在多个加热步骤中发 生。
[0134]
示例15.根据示例7所述的方法，其中，所述导电层是金属栅极 材料。
[0135]
示例16.根据示例7所述的方法，其中，所述底层是底部抗反射 涂层。
[0136]
示例17.一种方法，所述方法包括：
[0137]
提供衬底，所述衬底包含栅极材料层；
[0138]
在所述栅极材料层上方形成底部抗反射涂层，其中，所述底部 抗反射涂层包含：选自以下的一种或多种聚合物：聚羟基苯乙烯聚 合物、酚醛树脂聚合物和聚羟基苯乙烯与酚醛树脂的共聚物；多种 第一交联剂；和不同于所述第一交联剂的多种第二交联剂，所述第 二交联剂选自包含至少一个含氟单体单元的丙烯酸酯聚合物、酚醛 清漆聚合物、聚羟基苯乙烯聚合物、聚羟基苯乙烯与酚醛清漆共聚 物；
[0139]
在所述底部抗反射涂层的表面附近浓缩所述第二交联剂；
[0140]
用所述多种第一交联剂和所述多种第二交联剂使底部抗反射涂 层的聚合物交联；
[0141]
在所述底层上方形成光致抗蚀剂层；
[0142]
将所述光致抗蚀剂层根据图案暴露于辐射源；
[0143]
显影所述光致抗蚀剂层；
[0144]
进行第一蚀刻工艺，以在所述底层中形成图案，而不在所述栅 极材料层中形成图案；和
[0145]
进行第二蚀刻工艺，以在所述栅极材料层中形成图案。
[0146]
示例18.根据示例17所述的方法，其中，所述第二交联剂的所 述至少一个含氟单体单元与其他单体单元的比例为10:1至1:10。
[0147]
示例19.根据示例17所述的方法，其中，所述底部抗反射涂层 的所述一种或多种
聚合物与所述第一交联剂和所述第二交联剂的组 合的重量比为4:1至1:4。
[0148]
示例20.根据示例17所述的方法，其中，所述多种第二交联剂 包含热交联剂和光敏交联剂的组合，所述热交联剂与所述光敏交联 剂的重量比为9:1至2:1。
[0149]
此外，如本领域普通技术人员所认识到的，上面列出的关于可 在聚合物树脂内使用的化合物(包括聚合物、交联剂和催化剂)的 结构和基团的精确实例是说明性的，并非旨在列出可使用的每个可 能的结构或基团。可在聚合物树脂内中使用的化合物——包括聚合 物、交联剂和催化剂——的任何合适的替代结构和任何合适的替代 基团并且所有此类结构和基团，全部旨在包括在本文描述的实施方 案的范围内。
[0150]
如上所述，已经观察到，用于蚀刻位于双层或三层阻挡结构下 面的层的材料例如金属和/或衬底层可渗入底层中，导致底层溶胀。 底层的溶胀将应力引入底层或与底层接触的材料中。这种应力可导 致底层和与底层接触的材料层的分层或变形。这种不希望的分层或 变形不利地影响使用底层图案化的特征的再现性和/或临界尺寸。根 据本文描述的实施方案，利用本公开实施方案的改性交联剂起到减 轻或补偿这种不希望的溶胀和这种溶胀的伴随的不利影响的作用， 从而提高在光刻图案化工艺期间使用的底层的质量。
[0151]
不受理论的束缚，认为本公开的实施方案的改性交联剂的提供 使得改性交联剂在旋涂的底层内上升，从而底层内改性交联剂的浓 度梯度从底层的下部向底层的上部增加。认为改性交联剂在底层的 上表面处附近的这种增加的浓度增加了底层204的上表面处的交联 密度，所述底层204的上表面与用于蚀刻底层204下面的特征所用的 材料或半导体加工中使用的其他材料相接触。认为这种增加的交联 密度抑制这种蚀刻剂或半导体加工中使用的其他材料渗入底层204 中，从而在暴露于这种蚀刻剂或半导体加工中使用的其他材料时减 少底层204的不希望的溶胀。
[0152]
图1a示出本公开一些方面的用于图案化工件200的方法100的 流程图。方法100仅为示例，且并非旨在将本公开限制为权利要求 中明确记载以外的内容。可以在方法100之前、期间和之后提供额 外的操作，并且所描述的一些操作可以被替换、消除或者以不同于 图1a所示的顺序完成。方法100的中间步骤参照图2至图7所示的 工件200的截面图来描述。为了清楚和易于解释，图中的一些元素 已被简化。
[0153]
参考图1a的框102和图2，提供(或接收)包括衬底202的工 件200用于图案化。衬底202可包括：元素(单一元素)半导体，例 如硅和/或锗；化合物半导体，例如碳化硅、砷化镓、磷化镓、磷化 铟、砷化铟和/或锑化铟；合金半导体，例如sige、gaasp、alinas、 algaas、gainas、gainp和/或gainasp；非半导体材料，例如钠钙 玻璃、熔融二氧化硅(fused silica)、熔融石英(fused quartz)和/或 氟化钙(caf2)；和/或其组合。
[0154]
衬底202可以是具有组成均匀的单层材料；或者，衬底202可以 包括多个材料层，所述多个材料层具有适合于ic器件制造的相似或 不同的组成。在一个实例中，衬底202可以是绝缘体上硅(silicon
‑ꢀ
on-insulator，soi)衬底，其具有在氧化硅层上形成的半导体硅层。 在其他实例中，例如图2中描绘的实例，衬底202包括导电层或特 征203例如金属层或特征203、半导体层、介电层、其他层和/或它 们的组合。
[0155]
衬底202可以包括形成在其上的各种电路特征，包括例如场效 应晶体管(field effect transistor，fet)、金属氧化物半导体场效应 晶体管(metal-oxide semiconductor field effect transistor，mosfet)、 cmos晶体管、高压晶体管、高频晶体
管、双极结型晶体管、二极 管、电阻器、电容器、电感器、变容二极管、其他合适的器件和/或 它们的组合。
[0156]
在衬底202包括fet的一些实施方案中，在衬底202上面形成 各种掺杂区，例如源极区/漏极区。掺杂区可以掺杂有p-型掺杂剂， 例如磷或砷，和/或掺杂n-型掺杂剂，例如硼或bf2，取决于设计 要求。掺杂区可以是平面的或非平面的(例如，在鳍状fet器件中) 并且可以直接形成在衬底202上面、p-阱结构中、n-阱结构中、双 阱结构中，或使用凸起结构。掺杂区可以通过掺杂剂原子的注入、 原位掺杂外延生长和/或其他合适的技术形成。
[0157]
参考图1a的框104和图2，底层204(也称为下层)形成在衬 底202上，例如，当存在于衬底202中或上时，底层204形成在衬底 202上方或在导电层203上方。在许多实施方案中，底层204是底部 抗反射涂层(barc)，其组成选择为使在底层204上方形成的后续 形成的光致抗蚀剂层(例如，图3中的光致抗蚀剂层214)的暴露过 程中施加的光源的反射率最小化。底层204可以通过如下方式形成： 将包括上文所述交联剂的barc旋涂到衬底202的顶部表面(或多 层衬底202的最顶部材料层的顶部表面)上；烘烤barc或将barc 暴露于光，下文将更详细地描述。
[0158]
如上所述，衬底202可以是非半导体材料。例如，衬底202可以 是金属氧化物，例如钛氧化物、铪氧化物、钇氧化物、镧氧化物、 钛锶氧化物、铪硅氧化物、铪硅氧氮化物、铪钽氧化物、钛铪氧化 物、铪铝氧氮化物、铪锆氧化物、钛硅氮化物或铝氧化物；或金属 氮化物，例如钛氮化物、钛硅氧氮化物、钽氮化物、钨氮化物、钼 氮化物，在其中将根据本文所述的实施方案形成紧密间隔的特征或 开口。这些和所有其他合适的衬底材料可以替代地使用，并且所有 这些材料旨在全部包括在所描述的实施方案的范围内。图2中，底 层204施加在衬底202上方，并且可以填充衬底的特征之间的区域以 准备施加光致抗蚀剂层214。在一种实施方案中，底层204是底部抗 反射涂层，顾名思义，底部抗反射涂层的作用在于在光致抗蚀剂层 214暴露期间防止能量(例如，光)不受控制和不希望地反射回到上 覆的光致抗蚀剂层214中，从而防止反射光在光致抗蚀剂层214的不 期望区域中引起反应。另外，底层204可用于在衬底202上方以及在 衬底202上或衬底202中的特征上方提供平坦表面，有助于减少能量 以一定角度撞击的负面影响。
[0159]
然而，如本领域普通技术人员将认识到的，作为底层204的 barc仅是一个说明性实施方案，并非旨在将底层204限制为barc。 相反，底层204的材料可以用于其他用途，例如用于间隙填充以及 减轻化学机械抛光工艺、蚀刻工艺、注入工艺的影响的材料，或者 甚至作为光致抗蚀剂。底层204的材料可以用于任何合适的目的并 且所有这些目的完全旨在包括在实施方案的范围内。
[0160]
根据本公开的实施方案，通过在约100℃至300℃之间的温度 下烘烤底层来促进底层204的聚合物(例如barc聚合物)与底层 204中的交联剂的交联。在一些实施方案中，底层的烘烤进行30秒 至240秒。本公开的实施方案不限于在上述温度范围内或在上述时 间内烘烤底层。例如，可以采用高于或低于上述范围的温度来使聚 合物与底层204中的交联剂交联。此外，底层的烘烤可进行比上述 范围更长或更短的时间段，以将聚合物与底层204中的交联剂交联。
[0161]
根据本公开的另一个实施方案，通过多步烘烤工艺来促进底层 的聚合物与底层204中的交联剂的交联。多步烘烤工艺的实例包括： 在第一烘烤步骤中在100℃至180℃之
间的温度范围内烘烤底层约 30秒至180秒的一段时间，然后在第二烘烤步骤中在180℃至 300℃的温度范围内烘烤底层30秒至180秒的一段时间。本公开的 实施方案不限于如上所述的多步骤烘烤工艺。例如，第一烘烤步骤 的温度和时间可以不在上述范围内。此外，第二烘烤步骤的温度和 时间可以落在上述范围之外。
[0162]
根据本公开的一个实施方案，其中采用热烘烤来促进底层204 的聚合物和底层204的交联剂的交联，底层204的聚合物与基础交联 剂207和改性交联剂209的总量的重量比为4:1至1:4。当底层204 的聚合物与基础交联剂207和改性交联剂209的总量的重量比大于约 4:1时，可能发生底层聚合物的过量交联。当底层204的聚合物与基 础交联剂207和改性交联剂209的总量的重量比小于约1:4时，可能 发生底层聚合物的不充分交联。在一些实施方案中，改性交联剂209 占底层204中基础交联剂207和改性交联剂209的总量的约1至80 重量％。
[0163]
根据本公开的其他实施方案，通过使底层204暴露于电磁能 (例如光)来促进基础层204的聚合物与基础交联剂207和改性交联 剂209的交联，以及基础层204的聚合物之间的交联，以及各个交联 剂207和209之间的交联。可用于促进这种交联的光的实例包括波长 在10nm至1000nm范围内的光。暴露于光进行一段时间，足以使得 达到所期望的交联水平。例如，当光源具有1毫焦耳至500毫焦耳的 强度时，光暴露可以进行约1至600秒范围内的时间段。用于进行这 种暴露的光可以是单一波长的光、具有多个波长的光或宽带光。根 据这些实施方案，底层204的聚合物与基础交联剂207和改性交联剂 209的组合量的重量比在4:1至1:4的范围内。在一些实施方案中， 改性交联剂209占基础交联剂207和改性交联剂209的总量的约1至 80重量％。此外，根据本公开的实施方案，其中利用光能促进基础 交联剂207、改性交联剂209和底层的聚合物205之间的交联，热活 化基础交联剂207与光活化(光敏)基础交联剂207的比例在约9:1 至2:1之间的范围内。根据本公开的一些实施方案，其中利用光能促 进基础交联剂207、改性交联剂209和底层的聚合物205之间的交联， 热活化改性交联剂209与光活化(光敏)改性交联剂209的比例在约 9:1至2:1之间的范围内。当热活化改性交联剂209和光活化(光敏) 改性交联剂209的比例大于约9:1时，基础层204的聚合物之间的交 联量以及单独交联剂207和209之间的交联量可能低于预期。当热 活化改性交联剂209和光活化(光敏)改性交联剂209的比例小于约 2:1时，基础层204的聚合物之间的交联量和单独交联剂207和209 之间的交联量可能高于预期。本公开的实施方案不限于热活化交联 剂和光活化交联剂的上述比例。例如，在一些实施方案中，底层中 热活化交联剂与光活化交联剂的比率可以落在上述范围之外。
[0164]
当利用光能促进基础交联剂207、改性交联剂209和底层的聚合 物205之间的交联时，可以利用多个光暴露步骤完成光暴露。例如， 在一个实施方案中，第一次暴露发生在底层204形成之后并且在光 致抗蚀剂层214或硬掩模层206形成之前，并且第二次光暴露发生在 底层204的图案化之后并且在蚀刻金属层203或衬底202之前。本公 开的实施方案不限于这种多步光暴露工艺。例如，本公开的一些实 施方案仅利用上述光暴露步骤之一。当使用多个光暴露步骤时，每 个步骤使用的光波长可以相同或不同。此外，每个单独的暴露步骤 的时间长度可以相同或不同。例如，当采用两步光暴露工艺时，在 光源强度为约1至500mj时，第一光暴露步骤的光暴露和第二步骤 的光暴露可以进行约1至约600秒的时间。
[0165]
参考图1a中的框106和图3，在底层204上方形成光致抗蚀剂 层214。光致抗蚀剂层
214可以包括任何光刻敏感抗蚀剂材料，并且 在许多实施方案中，光致抗蚀剂层214包括对辐射源(例如，uv光、 深紫外线(deep ultraviolet，duv)辐射和/或euv辐射)敏感的光 致抗蚀剂材料。然而，本公开的原理同样适用于电子束抗蚀剂和其 他直接写入(direct-write)抗蚀剂材料。光致抗蚀剂层214可以是正 性或负性抗蚀剂材料并且可以具有多层结构。此外，光致抗蚀剂层 214可以用化学放大(chemical amplification，ca)抗蚀剂材料实施。 在一个实施方案中，正性ca抗蚀剂材料包括聚合材料(未描述)， 该聚合材料在聚合物暴露于酸性部分后变得可溶于显影剂。或者， 负性ca抗蚀剂材料包括聚合物材料(未描述)，该聚合材料在聚 合物暴露于酸性部分后的变得不溶于显影剂。
[0166]
参考图1a的框108和图4，光致抗蚀剂层214暴露于产生辐射 216的辐射源。在一些实施方案中，辐射源产生具有约365nm波长 的辐射，产生duv辐射例如krf准分子激光(波长约248nm)或 arf准分子激光(波约193nm)、euv辐射(波长为约1nm至约 100nm)、x射线、电子束、离子束和/或其他合适的辐射。框108 的光暴露工艺可以在空气中、液体中(浸没式光刻)或真空中(例 如，对于euv光刻和电子束光刻)进行。在一个示例性实施方案中， 框108的光暴露工艺使用包括图案218的光掩模220来实施光刻技 术。光掩模220可以是透射掩模或反射掩模，反射掩模可以进一步 实施分辨率增强技术，例如相移、离轴照明(off-axis illumination， oai))和/或光学邻近校正(optical proximity correction，opc)。光 掩模使光致抗蚀剂层214的部分222暴露于辐射216而一些部分230 不暴露于辐射216。如图4所示，光致抗蚀剂层214的暴露区域222 经历化学变化，同时未光暴露区域230的化学性质基本保持不变。 如下所述，这些化学变化会影响在显影剂溶液中的溶解度。
[0167]
参考图1a的框108以及图4和图5，在工件200上执行显影工 艺。框108的显影工艺溶解或以其他方式去除在正性抗蚀剂显影工 艺的情况下的光暴露区域222或在负性抗蚀剂显影工艺的情况下的 未光暴露区域230。框108的显影工艺可以从光暴露后烘烤工艺开始。 在可选的暴露后烘烤工艺之后，将显影剂施加到工件200，从而去除 光致抗蚀剂层214的特定区域(光暴露区域222或未光暴露区域 230)。合适的正性显影剂包括四甲基氢氧化铵(tmah)、koh、 naoh和/或其他合适的溶剂，且合适的负性显影剂包括溶剂例如乙 酸正丁酯、乙醇、己烷、苯、甲苯和/或其他合适的溶剂。在所描述 的实施方案中，显影剂是正性碱性溶剂，例如tmah。在许多实施 方案中，在框108的显影工艺之后在工件200上执行暴露后烘烤以进 一步稳定光致抗蚀剂层214的图案。
[0168]
参考图1a的框110和图6，在框110的蚀刻工艺中使用图案化 光致抗蚀剂层214作为蚀刻掩模来选择性地去除底层204的部分(例 如，barc层)。框110处的蚀刻/图案化工艺示出对下方衬底202 上方的底层204和/或衬底上的导电层203的蚀刻选择性。在图7所 示的实施方案中，在蚀刻衬底202或衬底202上的导电层203之前， 通过任何合适的方法从工件200去除图案化光致抗蚀剂层214。在其 他实施方案中，在蚀刻衬底202或衬底202上的导电层203之前不去 除图案化光致抗蚀剂层214。
[0169]
参考图1a的框112和图7，使用图案化底层204作为掩模和蚀 刻剂211处理包括金属层203的衬底202。如上所述，如果不去除图 案化光致抗蚀剂层214，则包括金属层203的衬底202的蚀刻通过图 案化光致抗蚀剂层214和图案化底层204进行。金属层203可以包括 金属例如tialc、tial、taalc、taal、钨、钴、钌、铱、钼、铜、 铝或其组合。在图7所示的示例性实施方案中，使用图案化的底层 204作为蚀刻掩模通过蚀刻来去除金属层203的一部分。在
一些实施 方案中，使用任何合适的湿蚀刻化学品和工艺来蚀刻金属层203。例 如，在一些实施方案中，金属层是使用酸性或碱性溶液的湿蚀刻的。 湿蚀刻液可以含有氧化剂，也可以不含氧化剂。这种湿蚀刻溶液的 实例包括已知为sc-1、sc-2、过氧化氢、盐酸、氨水等的那些。本 公开的实施方案不限于湿蚀刻金属层203，例如，可以使用干蚀刻工 艺、rie工艺或其他合适的蚀刻工艺或其组合来蚀刻金属层203。
[0170]
应理解，本公开的概念适用于在衬底202上实施的任何制造工 艺。在各实例中，处理过的衬底202用于制造栅叠层，制造互连结 构，通过蚀刻以暴露鳍(fin)或通过外延生长鳍材料来形成非-平面 器件，和/或用于其他合适的应用。在处理衬底202之后，底层204 随后使用任何合适的方法去除。
[0171]
然后可以提供工件200用于额外的制造工艺。例如，工件200可 用于制造集成电路芯片、片上系统(system-on-a-chip，soc)和/或 其一部分，因此随后的制造工艺可形成各种无源和有源微电子器件， 例如电阻器、电容器、电感器、二极管、金属氧化物半导体场效应 晶体管(metal-oxide semiconductor field effect transistor，mosfet)、 互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor， cmos)晶体管、双极结型晶体管(bipolar junction transistor， bjt)、横向扩散mos(laterally diffused mos，ldmos)晶体管、 高功率mos晶体管、其他类型的晶体管和/或其他电路元件。
[0172]
根据本公开的实施方案，如上所述，在底层204的上部204u中 增加的交联密度使得底层204的上部204u更不易被用于去除导电层 203或衬底202的部分的湿蚀刻剂渗透。减少或防止湿蚀刻剂渗透到 底层204(即减少或防止渗透到底层204的上表面207)会减少或防 止底层204由于吸收湿蚀刻剂而发生的溶胀。减少底层204的溶胀 会减少底层中和/或与底层接触的材料中的应力，如上所述，应力会 导致底层的分层或变形以及导致与底层接触的材料层的分层或变形。 根据本文描述的实施方案，以本文描述的方式修改底层起到减轻或 补偿这种不希望的溶胀和这种溶胀所伴随的不利影响的作用，从而 提高在光刻图案化工艺期间使用的底层的品质。
[0173]
图1b是本公开方法118的另一个实施方案的流程图。图1a所 示的方法100利用包括底层和光致抗蚀剂层的双层光致抗蚀剂结构。 图1b的方法118与图1的方法100的不同之处在于，图1b的方法 118采用三层光致抗蚀剂结构，所述三层光致抗蚀剂结构包括底层、 硬掩模和光致抗蚀剂层。关于图1a的步骤102、104和112的描述 适用于如下所述的步骤120、122和134。
[0174]
参考图1b的框120和图2，提供包括衬底202的工件200用于 图案化。以上关于图1a和步骤102提供衬底的描述同样适用于步骤 120，在此不再赘述。
[0175]
参考图1b的步骤122和图2，在衬底202上形成底层204(也 称为下层)，例如，在衬底202上方或在导电层203(如存在)上方。 以上关于图1a和步骤104在衬底上方形成有机底层的描述也适用于 图1b的步骤122，在此不再赘述。
[0176]
参考图1b的步骤124和图8，在底层204上方形成硬掩模层206。 硬掩模层206可以是单层结构或可以包括多个层，每个层可以包括 电介质、金属、金属化合物和/或其他合适的材料。在许多实施方案 中，硬掩模层206包括介电材料，例如半导体氧化物、半导体氮化 物、半导体氮氧化物和/或半导体碳化物材料。在一个示例性实施方 案中，硬掩模层206包括硅碳化物、硅氮化物、硅碳氧化物、硅氮 氧化物或其他合适的介电材料。硬掩膜层206的
组成选择为使得硬 掩膜层206可以被选择性地蚀刻而基本上不蚀刻底层204。换言之， 硬掩膜层206和底层204包括针对给定蚀刻剂具有不同蚀刻敏感性的 材料。硬掩模层206可以通过任何合适的工艺形成，包括化学气相 沉积(chemical vapor deposition，cvd)、低压cvd(low-pressurecvd，lpcvd)、等离子体增强cvd(plasma-enhanced cvd， pecvd)、物理气相沉积(physical vapor deposition，pvd)、原子 层沉积(atomic layer deposition，ald)、旋涂和/或其他合适的技术， 并且可以形成为任何合适的厚度。
[0177]
参考图1b中的框126和图9，光致抗蚀剂层214形成在硬掩模 层206上方。光致抗蚀剂层214可以包括任何光刻敏感的抗蚀剂材 料，并且在许多实施方案中，光致抗蚀剂层214包括对辐射源(例 如，uv光、深紫外(duv)辐射和/或euv辐射，如图9所示)敏 感的光致抗蚀剂材料。然而，本公开的原理同样适用于电子束抗蚀 剂和其他直接写入抗蚀剂材料。光致抗蚀剂层214可为正性或负性 的抗蚀剂材料且可具有多层结构。此外，光致抗蚀剂层214可以用 化学放大(ca)抗蚀剂材料实现。在一个实施方案中，正性ca抗 蚀剂材料包括聚合物材料(未描述)，所述聚合材料在聚合物暴露 于酸性部分之后变得可溶于显影剂。或者，负性ca抗蚀剂材料包括 聚合物材料(未描述)，所述聚合物材料在聚合物暴露于酸性部分 后变得不溶于显影剂。
[0178]
光致抗蚀剂层214可以通过任何合适的技术施加，并且在一个 示例性实施方案中，光致抗蚀剂层214使用旋涂(spin-on/spincoating)技术以液体形式施加。旋涂工艺可以使用离心力将液体形 式的光致抗蚀剂层214以均匀的厚度分散在下层的整个表面上。为 了便于施加，光致抗蚀剂层214可以包括溶剂，溶剂在去除时使得 光致抗蚀剂层214以固体或半固体形式(例如膜)保留。溶剂可以 是以下一种或多种：丙二醇甲醚乙酸酯、丙二醇单甲醚、γ-丁内酯、 乳酸乙酯、环己酮、乙酸正丁酯、乙酮、二甲基甲酰胺、醇(例如 异丙醇或乙醇)或其他合适的溶剂。在沉降过程中和/或在涂覆后烘 烤/暴露前烘烤过程中，溶剂可作为旋涂的一部分除去。暴露前烘烤 工艺可以通过任何合适的设备(例如加热板)在适合光致抗蚀剂层 214和所用溶剂的特定组合物的任何温度下实施。
[0179]
参考图1b的框128和图10，光致抗蚀剂层214暴露于辐射源。 在许多实施方案中，辐射源具有约365nm的波长216、duv辐射例 如krf准分子激光(波长约248nm)或arf准分子激光(波长约 193nm)、euv辐射(波长为约1nm至约100nm)、x射线、电子 束、离子束和/或其他合适的辐射。框128的暴露工艺可以在空气中、 液体中(浸没式光刻)或真空中(例如，对于euv光刻和电子束光 刻)进行。在一个示例性实施方案中，框128的暴露工艺使用包括 图案218的光掩模220来实施光刻技术。光掩模220可以是透射掩模 或反射掩模，反射掩模可以进一步实施分辨率增强技术，例如相移、 离轴照明(oai)和/或光学邻近校正(opc)。在替代实施方案中， 具有波长216的辐射源被直接调制为具有预定图案，例如ic布局， 而不使用光掩模220(例如使用数字图案生成器或直接写入模式)。 在一个示例性实施方案中，具有波长216的辐射源是euv辐射并且 框128的暴露工艺在euv光刻系统中执行。相应地，可以使用反射 光掩模来图案化光致抗蚀剂层214。
[0180]
继续参考图1b的框128和图11，在工件200上实施显影工艺。 显影工艺溶解或以其他方式去除在正性抗蚀剂显影工艺的情况下的 暴露区域222或在负性抗蚀剂显影的情况下的未暴露区域230。框 128的显影工艺可以从暴露后烘烤工艺开始。在可选的暴露后烘烤工 艺之后，将显影剂施加到工件200，从而去除光致抗蚀剂层214的特 定区域(暴露区域
222或未暴露区域230)。合适的正性显影剂包括 四甲基氢氧化铵(tmah)、koh、naoh和/或其他合适的溶剂， 且合适的负性显影剂包括溶剂例如乙酸正丁酯、乙醇、己烷、苯、 甲苯和/或其他合适的溶剂。在一些实施方案中，在框128的显影工 艺之后在工件200上进行暴露后烘烤以进一步稳定光致抗蚀剂层214 的图案。在步骤128之后得到的具有图案化光致抗蚀剂层214的结构 在图11中示出。
[0181]
参考图1b的框130和图12，光致抗蚀剂层214可以用作蚀刻掩 模以选择性地去除部分硬掩模层206。在所描述的实施方案中，框 130的蚀刻工艺包括蚀刻硬掩模层206。在光致抗蚀剂层214中形成 的图案218允许对硬掩模层206的暴露部分进行选择性蚀刻。这样， 框130的蚀刻工艺实质上移除了部分硬掩模层206，从而表现出对底 层204上方的硬掩模层206的蚀刻选择性。图12中示出了由这种硬 掩模层206的蚀刻所产生的结构。在一种实施方案中，在去除部分 底层204之前，通过任何合适的方法从工件200去除图案化的光致抗 蚀剂层214。在其他实施方案中，在去除部分底层204之前，不从工 件去除图案化的光致抗蚀剂层214。
[0182]
如图1b中的框132和图13所示，图案化的光致抗蚀剂层214和 图案化的硬掩模层206一起用作蚀刻掩模以在框132的蚀刻工艺中选 择性去除部分底层204。图13中示出了在步骤132中去除部分底层 204所得到的结构。在一些实施方案中，在步骤134中去除部分金属 层203之前，使用任何合适的方法去除光致抗蚀剂层214。在其他实 施方案中，在步骤134中去除部分金属层203之前，不去除图案化的 光致抗蚀剂层214。
[0183]
参考图1b的步骤134和图14，使用任何合适的湿蚀刻化学品和 工艺来蚀刻金属层203。例如，在一些实施方案中，使用酸性或碱性 溶液来湿蚀刻金属层。湿蚀刻液可以含有氧化剂，也可以不含有氧 化剂。这种湿蚀刻溶液的实例包括已知为sc-1、sc-2、过氧化氢、 盐酸、氨水等的那些。本公开的实施方案不限于使用此类溶液湿蚀 刻金属层203，例如，金属层203可以使用干蚀刻工艺、rie工艺或 其他合适的蚀刻工艺或其组合来蚀刻。
[0184]
应理解，本公开的概念适用于在衬底202上实施的任何制造工 艺。在各实例中，处理后的衬底202用于制造栅叠层，制造互连结 构，通过蚀刻以暴露鳍或通过外延生长鳍材料来形成非-平面器件， 和/或用于其他合适的应用。在处理衬底202之后，随后使用任何合 适的方法去除底层204和硬掩模层206。
[0185]
随后可以提供工件200用于额外的制造工艺。例如，工件200可 用于制造集成电路芯片、片上系统(soc)和/或其一部分，因此随 后的制造工艺可形成各种无源和有源微电子器件，例如电阻器、电 容器、电感器、二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管 (mosfet)、互补金属氧化物半导体(cmos)晶体管、双极结 型晶体管(bjt)、横向扩散mos(ldmos)晶体管、高功率 mos晶体管、其他类型的晶体管和/或其他电路元件。
[0186]
根据本公开的实施方案，如上所述，底层204的上部204u中增 加的交联密度使得底层204的上部204u更不易被用于去除导电层 203或衬底202的部分的湿蚀刻剂渗透。减少或防止湿蚀刻剂渗透到 底层204中(即减少或防止渗透到底层204的上表面207中)会减 少或防止底层204由于吸收湿蚀刻剂而溶胀。减少底层204的溶胀 会减少了底层中和/或与底层接触的材料中的应力，如上所述，应力 会导致底层的分层或变形以及与底层接触的材料层的分层或变形。 根据本文描述的实施方案，以本文描述的方式修改底层起到减轻或 补偿这种不希望的溶胀和这种溶胀的伴随不利影响的作用，从而提 高在光刻图案化工艺期
间使用的底层的品质。
[0187]
根据至少一个实施方案，一种方法提供衬底。衬底可以包括导 电的特征。在衬底上方提供底层(例如barc层)。底层包括聚合 物、第一交联剂和不同于第一交联剂的第二交联剂。第二交联剂包 括一个或多个含氟的官能团。所提供的底层被热处理以使聚合物与 第一交联剂和/或第二交联剂交联。在硬掩模层上方形成光致抗蚀剂 层之前，在经热处理的底层上方形成硬掩模。光致抗蚀剂层暴露于 辐射源以在光致抗蚀剂层中形成图案。光致抗蚀剂层随后显影并进 行第一蚀刻工艺以在底层和硬掩模层中形成图案而非在衬底中形成 图案。进行第二蚀刻步骤以在衬底中形成图案。
[0188]
根据至少一个实施方案，一种方法包括提供包括导电层的衬底。 在衬底上方形成底层(例如barc层)。底层包括多种聚合物、多 种第一交联剂和多种不同于第一交联剂的第二交联剂。底层的形成 包括在底层表面附近浓缩第二交联剂。该方法包括使用多种第一交 联剂和第二交联剂使底层的聚合物交联。在根据图案将光致抗蚀剂 层暴露于辐射源之前，在交联的底层上方形成光致抗蚀剂。图案化 的光致抗蚀剂层随后显影。进行第一蚀刻工艺以在底层中形成图案 而非在导电层中形成图案。进行第二蚀刻步骤以在导电层中形成图 案。
[0189]
根据至少一个实施方案，一种方法包括提供包括栅极材料层的 衬底。在栅极材料层上方形成底部抗反射涂层。底部抗反射涂层包 括选自以下的一种或多种聚合物：聚羟基苯乙烯聚合物、酚醛清漆 聚合物以及聚羟基苯乙烯和酚醛清漆共聚物。底部抗反射涂层还包 括多种第一交联剂和多种不同于第一交联剂的第二交联剂。第二交 联剂包括含有至少一种含氟单体单元的丙烯酸酯聚合物、酚醛清漆 聚合物、聚羟基苯乙烯聚合物、聚羟基苯乙烯和酚醛清漆共聚物。 该方法包括在底部抗反射涂层的表面附近浓缩第二交联剂。底部抗 反射涂层的聚合物使用多种第一交联剂和多种第二交联剂来进行交 联。在根据图案将光致抗蚀剂层暴露于辐射源之前，在交联的底层 上方形成光致抗蚀剂层。图案化的光致抗蚀剂层随后显影。进行第 一蚀刻工艺以在底层中形成图案而非在栅极材料层中形成图案。进 行第二蚀刻步骤以在栅极材料层中形成图案。
[0190]
以上概述了几个实施方案的特征，以使本领域技术人员可以更 好地理解本公开的各个方面。本领域技术人员应理解，他们可以容 易地以本公开为基础设计或修改其他工艺和结构，从而实现与本文 描述的实施方案相同的目的和/或实现相同的优点。本领域技术人员 也应该意识到，这样的等效构造并不脱离本发明的精神和范围，在 不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本文进行各种变化、 替换和改变。