圖案、掩模圖案形成方法和半導體器件制造方法技術

本發明專利技術公開一種圖案形成方法、掩模圖案形成方法和半導體器件制造方法，涉及半導體工藝技術領域。該圖案形成方法包括：提供襯底；在襯底上形成包括嵌段共聚物的聚合物薄膜，其中構成嵌段共聚物的組分彼此之間不混溶；通過壓模壓印聚合物薄膜形成第一圖案；對第一圖案內的共聚物進行定向自組裝形成分別由共聚物的不同組分組成的域；選擇性地去除共聚物的組分組成的域以形成第二圖案。本發明專利技術的實施例中，將壓印技術與DSA工藝結合，獲得更精細的節距圖案，上述過程不需要曝光，和現有技術相比具有工藝簡單的優點。此外，壓印所用的壓模可以具有相對寬的節距，使得壓模容易制造和對準。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體工藝
，尤其涉及一種圖案形成方法、掩模圖案形成方法和半導體器件制造方法。
技術介紹
隨著技術工藝按比例縮小，用當前的平版印刷技術(Lithography)很難獲得更精細的節距(Pitch)圖案，雙圖案技術是一種具有可行性的潛在解決方案。目前雙圖案技術關注于LELE (LITH0-ETCH-LITH0-ETCH,光刻-蝕刻-光刻-蝕刻)、LFLE (LITH0-FREEZE-LITH0-ETCH,光刻-凍結-光刻-蝕刻)、和側壁間隔物(SIDEWALLSPACER)。 然而，使用常規光學平版印刷，甚至昂貴和復雜的雙圖案形成方法，也很難越過22nm關鍵點。作為制作更小尺寸圖案問題的可能解決方案，DSA(Directed self-assembly,定向自組裝)技術已經引起人們的關注。DSA技術是將嵌段共聚合物(Block Copolymer,BCP)或是聚合物混合物沉積在襯底上，通常采用旋轉涂布，并經由退火過程以‘指揮’其形成有序的結構。DSA能夠形成小節距圖案。在正確條件下，此類共聚物相的嵌段分離為微域(也稱為“域”(domain))，且在此過程中，形成不同的化學組合物的納米級特征。嵌段共聚物形成此類特征的能力使它們可用在納米圖案形成中，且達到形成具有更小特征尺寸(CD)的特征，這應該能夠構建使用常規平版印刷難以印刷的特征。DSA作為可能的備選方案，其通過在平版印刷限定的已形成圖案的襯底上產生自組裝納米級域來擴大目前平版印刷的分辨率極限。這種方法將自組裝方面與平版印刷限定的基板結合，以控制特定自組裝BCP域的空間排列。—種DSA工藝是制圖外延法(Graphoepitaxy),其中自組裝由平版印刷已預先形成圖案的襯底的形貌特征(Topographical feature)所引導。制圖外延法提供子平版印刷的、自組裝的特征，其具有比預圖案本身特征尺寸更小的特征尺寸。圖IA至圖IE示意性地示出現有技術的制圖外延法中嵌段共聚物自組裝的圖案形成流程。如圖IA所示，通過掩模版114對正性光刻膠113進行曝光，其中，在襯底111上依次形成 ARC (Anti-reflection Coating,抗反射層)/PS (polystyrene,聚苯乙烯)刷層(Brush layer) 112 和光刻膠 113 層。如圖IB所示，對光刻膠113進行曝光后，曝光的光刻膠113區域在顯影液中被去除，暴露位于光刻膠層下方的刷層112。如圖IC所示，在暴露的刷層112上方涂布包括嵌段共聚物的聚合物薄膜115。如圖ID所示，聚合物薄膜115中的嵌段共聚物進行定向自組裝，形成不同的組分組成的域116和117。如圖IE所示，選擇性地去除例如域117，形成由域116構成的圖案。另外一種DSA技術是表面化學圖案法(Surface chemicalpattern)。圖2A至圖2G示意性地示出現有技術的表面化學圖案法中嵌段共聚物自組裝的圖案形成流程。如圖2A所示，通過掩模版214對正性光刻膠213進行曝光，其中，在襯底211上依次形成ARC/PS刷層212和光刻膠213層。如圖2B所示，對光刻膠213進行曝光后，形成圖案化光刻膠213層，暴露位于光刻膠層下方的刷層212。如圖2C所示，對暴露的刷層212進行氧化獲得氧化的刷層215。如圖2D所示，去除光刻膠層213，暴露出圖案化的刷層212。·如圖2E所示，在圖案化的刷層212上涂布包括嵌段共聚物的聚合物薄膜216。如圖2F所示，圖案化的刷層212作為模板控制聚合物薄膜216中的嵌段共聚物進行定向自組裝，形成不同的組分組成的域217和218。如圖2G所示，選擇性地去除例如域217，形成由域218構成的圖案。但是，現有技術中的DSA技術通常都需要曝光，需要制造掩模版等工藝，工藝復雜，成本高。
技術實現思路
鑒于以上問題提出本專利技術。本專利技術的一個目的是提供一種圖案形成方法，能夠形成更精細的節距，工藝簡單。根據本專利技術的一個方面，提供一種圖案形成方法，包括提供襯底；在襯底上形成包括嵌段共聚物的聚合物薄膜，其中構成嵌段共聚物的組分彼此之間不混溶；通過壓模壓印聚合物薄膜形成第一圖案；對第一圖案內的共聚物進行定向自組裝，形成分別由共聚物的不同組分組成的域；選擇性地去除共聚物的組分組成的域以形成第二圖案。優選地，嵌段共聚物為二嵌段共聚物。優選地，嵌段共聚物選自以下物質組成的組 聚(苯乙烯_b-乙烯基吡啶)、聚(苯乙烯-b_ 丁二烯)、聚(苯乙烯-b_異戊二烯)、聚(苯乙烯_b-甲基丙稀酸甲酯)、聚(苯乙烯_b-烯基芳族化合物)、聚(異戊二烯_b-環氧乙烷)、聚(苯乙烯-b_(乙烯-丙稀))、聚(環氧乙烷_b-己內酯)、聚(丁二烯-b_環氧乙烷)、聚(苯乙烯-b_(甲基)丙稀酸叔丁酯)、聚(甲基丙稀酸甲酯_b-甲基丙稀酸叔丁酯)、聚(環氧乙烷-b-環氧丙烷)、聚(苯乙烯_b-四氫呋喃)和前述嵌段共聚物的組合。優選地，襯底包括在包括嵌段共聚物的聚合物薄膜下的掩模層。優選地，掩模層包括聚合物、金屬、氧化物、氮化物、和碳化物材料中的至少一種。優選地，在掩模層上依次形成刷層、包括嵌段共聚物的聚合物薄膜。優選地，通過干法刻蝕或者濕法刻蝕選擇性地去除共聚物的組分組成的域。優選地，嵌段共聚物為PS-b-PMMA ;選擇性地去除共聚物的組分組成的域以形成第二圖案包括選擇性地去除PMMA組成的域以形成第二圖案。優選地，選擇性地去除PMMA組成的域以形成第二圖案包括通過濕法刻蝕選擇性地去除PMMA組成的域以形成第二圖案。優選地,壓印為納米壓印(nano-imprint)。優選地，納米壓印采用熱壓印(HEL)、紫外壓印(UV-NIL)、步進-閃光壓印(S-FIL)、或微接觸印刷(μ CP)。優選地，壓模由Si，Si02，氮化硅、或金剛石材料形成。優選地,第一圖案內的共聚物通過分子交互作用(MolecularInteraction)進行定向自組裝。優選地，第一圖案內的共聚物通過分子交互作用進行定向自組裝包括第一圖案內的共聚物根據模板在氧化還原劑(REDOX)作用下進行定向自組裝；或者，第一圖案內的共聚物根據模板在溶劑(SOLVENT)作用下進行定向自組裝；或者，第一圖案內的共聚物在PH值條件、和金屬離子作用下進行定向自組裝；或者，第一圖案內的共聚物在溫度條件下發生溫度引發的DNA株(Strain)的變性(Denaturation);或者,第一圖案內的共聚物在光條件下發生光致異構化。優選地，通過外部場第一圖案內的共聚物進行定向自組裝。其中，外部場包括電場、磁場、流體場(Flow Field)、液體界面(Liquidinterfaces)、或者上述場的組合。 根據本專利技術的一個方面的圖案方法，將壓印技術與DSA工藝結合，從而獲得更精細的節距圖案，且工藝簡單。根據本專利技術的另一方面，還提供一種掩模圖案形成方法，包括使用上述的圖案形成方法形成聚合物薄膜的第二圖案；利用第二圖案對掩模層蝕刻形成掩模圖案。根據本專利技術的又一方面，還提供一種半導體器件的制造方法，包括使用形成有上述的掩模圖案的掩模蝕刻襯底上形成的半導體層，從而對半導體層進行圖案化。通過以下參照附圖對本專利技術的示例性實施例的詳細描述，本專利技術的其它特征及其優點將會變本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種圖案形成方法，其特征在于，包括：提供襯底；在所述襯底上形成包括嵌段共聚物的聚合物薄膜，其中構成所述嵌段共聚物的組分彼此之間不混溶；通過壓模壓印所述聚合物薄膜形成第一圖案；對所述第一圖案內的共聚物進行定向自組裝，形成分別由所述共聚物的不同組分組成的域；選擇性地去除所述共聚物的組分組成的域以形成第二圖案。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：周俊卿，孟曉瑩，張海洋，
申請(專利權)人：中芯國際集成電路制造北京有限公司，
類型：發明
國別省市：