用于后段(beol)圖案切割和插塞的曝光激活化學放大定向自組裝(dsa)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明的實施例屬于半導體結構及工藝的領域，并且具體而言屬于后段(backend of line) (BE0L)互連的自對準過孔和插塞圖案化的領域。
【背景技術】
[0002]在過去的幾十年，集成電路中特征的縮放已經(jīng)是不斷發(fā)展的半導體產(chǎn)業(yè)背后的驅動力?？s放到越來越小的特征使半導體芯片的有限的不動產(chǎn)上的功能單元的密度增大。例如，縮小的晶體管尺寸允許在芯片上包含增大數(shù)目的存儲器件，導致具有增大的容量的產(chǎn)品的制造。然而，對不斷增大的容量的驅動不是沒有問題的。優(yōu)化每個器件的性能的必要性變得越來越重要。
[0003]集成電路通常包括在本行業(yè)中被稱為過孔的導電微電子結構，以將過孔之上的金屬線或其它互連電連接至過孔之下的金屬線或其它互連。過孔典型地由光刻工藝形成。代表性地，可以在電介質層之上旋涂光刻膠層，可以通過圖案化掩模使所述光刻膠層曝光于圖案化光化輻射，之后對經(jīng)過曝光的層顯影，以形成光刻膠層內(nèi)的開口。接下來，可以通過采用光刻膠層內(nèi)的開口作為蝕刻掩模在電介質層內(nèi)蝕刻出用作過孔的開口。將這一開口稱為過孔開口。最后，采用一種或多種金屬或其它導電材料填充所述過孔開口，以形成過孔。
[0004]過去，過孔的尺寸和間隔已經(jīng)逐步降低，并且預計將來過孔的尺寸和間隔還將繼續(xù)逐步降低，至少對于某些類型的集成電路(例如，高級微處理器、芯片組部件、圖形芯片等)如此。過孔尺寸的一個測度是過孔開口的臨界尺寸。過孔間隔的一個測度是過孔間距。過孔間距表示最接近的相鄰過孔之間的中心到中心距離。
[0005]在通過這樣的光刻工藝對具有極小間距的極小過孔圖案化時，將出現(xiàn)幾個挑戰(zhàn)，尤其是在間距約為70納米(nm)或更低和/或過孔開口的臨界尺寸約為35nm或更低的時候。一個這樣的挑戰(zhàn)是:過孔與上層互連之間的重疊、和過孔與底層著陸互連之間的重疊，一般需要被控制到過孔間距的四分之一的量級上的高容差。由于隨著時間的推移過孔間距越來越小，重疊容差傾向于隨之以更高的速度縮放，以至光刻設備無法跟上這一速度。
[0006]另一個這樣的挑戰(zhàn)是:過孔開口的臨界尺寸一般傾向于比光刻掃描儀的分辨能力更快地縮放。存在縮小過孔開口的臨界尺寸的縮小技術。但是，縮小量傾向于受到最小過孔間距以及縮小工藝的能力的限制，以達到充分的光學接近修正(0PC)中性，而且不顯著損害線寬粗糙度(LWR)和/或臨界尺寸均勻性(CDU)。
[0007]又一個這樣的挑戰(zhàn)是:光刻膠的LWR和/或⑶U特征一般需要隨著過孔開口的臨界尺寸的降低而改善，以保持相同的臨界尺寸預算的整體分數(shù)(fract1n)。但是，當前大多數(shù)光刻膠的LWR和/或CDU特征的改善并不像過孔開口的臨界尺寸的降低那樣迅速。
[0008]再一個這樣的挑戰(zhàn)是:極小過孔間距一般傾向于超出超紫外線(EUV)光刻掃描儀的分辨能力。因此，通?？梢圆捎脙A向于提高成本的兩種、三種或者更多種不同的光刻掩模。在某一點上，如果間距繼續(xù)降低，那么即使采用多個掩模也不可能采用EUV掃描儀印刷出用于這些極小間距的過孔開口。
[0009 ]因而，過孔制造技術的領域有待改進。
【附圖說明】
[0010]圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的先前層金屬化結構的平面圖和各選項的對應截面圖。
[0011]圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的在圖1的結構之上形成了層間電介質(ILD)線110之后圖1的結構的平面圖和對應的截面圖。
[0012]圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的將可能的過孔位置中的所有位置與插塞位置中的所有位置任選地區(qū)分開之后圖2的結構的平面圖和對應的截面圖。
[0013]圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的在向圖3的底層金屬的暴露部分和ILD線添加了差異性聚合物之后圖3的結構的平面圖和對應截面圖。
[0014]圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的未曝光的光敏DSA結構和曝光后的光敏DSA結構的平面圖。
[0015]圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的演示對光敏DSA結構圖案化的三種可能性的平面圖。
[0016]圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖6的所有可能情形的顯影之后的平面圖和對應截面圖。
[0017]圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的示出與在曝光(hv)時裂解以提供裂解對的PAG相關聯(lián)的PS/PMMA鍵合的不意圖。
[0018]圖9圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的基于縮醛的結點和三苯甲基醚結點中的每個的示意圖和對應的時鐘共聚物圖像。
[0019]圖10圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的形成了金屬線、過孔和插塞之后基于DSA的結構的平面圖和對應截面圖。
[0020]圖11圖示了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的計算設備。
【具體實施方式】
[0021]描述了用于后段(BE0L)互連的自對準過孔和插塞圖案化。在以下描述中，闡述了諸如具體集成和材料機制等許多具體細節(jié)，以提供對本發(fā)明的實施例的透徹理解。對本領域的技術人員將顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下實現(xiàn)本發(fā)明的實施例。在其它實例中，沒有詳細描述諸如集成電路設計布局等公知的特征以免使本發(fā)明的實施例難以理解。此外，應該理解的是，附圖中所示的各種實施例為說明性的表示并且不必按比例被繪出。
[0022]一個或多個實施例針對的是用于BE0L圖案切割及插塞(plugging)的曝光激活化學放大定向自組裝(DSA)。一個或多個實施例至少部分地解決了半導體制造產(chǎn)業(yè)所面臨的兩個重要問題。第一個問題涉及對于非常短的波長的圖案化技術而言，例如，對于電子束光刻法或者極超紫外線(EUV)光刻法而言，線寬粗糙度(LWR)和臨界尺寸(CDU)相對于劑量的權衡。第二個問題涉及選擇用于開口的DSA結構的子集?？傊?，本文所描述的一個或多個實施例通過提供光敏DSA方法而為上述問題提供了解決方案。
[0023]此外，關于用于開口的DSA結構的選擇，應當理解，DSA材料的使用能夠提供生成小的特征尺寸和非常緊湊的間距的相對廉價的途徑，產(chǎn)生該小的特征尺寸和非常緊湊的間距完全超出了常規(guī)光刻技術的能力(例如，完全超越了 193nm光刻法和EUV光刻法)。但是，在生產(chǎn)當中實施DSA仍然存在顯著的挑戰(zhàn)。例如，在所提出的一些基于DSA的方法中，相對于最終的總過孔量生成了比實際需要更多的許多可能的過孔位置。在下文描述了更多的背景細節(jié)的具體情況中，在將形成過孔的地方生成了所有的所需聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)圓柱，但是在不會形成過孔的地方也生成了很多更多的圓柱。在沒有區(qū)分這樣的過孔位置的工藝操作的情況下，那么會將所有的過孔都蝕刻到襯底內(nèi)，從而生成無功能的電路。存在選擇要打開的過孔的傳統(tǒng)方式，例如，對DSA之上的ArF抗蝕劑、EUV抗蝕劑或電子束抗蝕劑圖案化。但是，這一方法需要涂覆另一層硬掩模、抗蝕劑和/或其它層，并且接下來要進行蝕刻操作以對這樣的材料進行蝕刻并將蝕刻材料從晶片上清除。額外的操作增加了工藝的費用和處理所需的時間，而且提供了更多的引入缺陷的機會，從而對成品率造成影響。根據(jù)本文描述的一個或多個實施例，通過以以下方式修改DSA的化學性質來降低工藝操作的絕對數(shù)量:使得PMMA(或聚苯乙烯(PS)圓柱具有光敏感性或者電子束敏感性，并且能夠在不使用額外的抗蝕劑或襯底的情況下通過這些光刻技術中的任何一種獨立地處理這些圓柱。
[0024]此外，關于控制用于EUV圖案化和電子束圖案化的LWR、⑶U以及劑量，應當理解，就現(xiàn)有技術而言EUV光刻面臨著幾個關鍵缺點，例如，吞吐量挑戰(zhàn)和LWR/CDU挑戰(zhàn)。EUV源沒有強大到足以允許工具以使得EUV經(jīng)濟有效的速率處理晶片。此外，相比于對于成熟的193nm光刻法，對于EUV而言，特征的線寬粗糙度和作為目標CD的分數(shù)的孔CD均勻性要高得多。盡管可以將抗蝕劑調配為更加靈敏，因而需要更低的劑量以打開特征，但是對LWR和CDU可能有有害影響?？雌饋頍o法同時取得CDU目標和劑量目標，而且不清楚是否有可能采用當前的技術達到平衡。因而，根據(jù)本文描述的一個或多個實施例，通過解除LWR/CDU和劑量與采用標準EUV抗蝕劑的相關性，曝光敏感DSA有效地被用作抗蝕劑，從而允許以DSA所固有的顯著降低的LWR和CDU以及低得多的劑量要求來印刷孔和溝槽。
[0025]更一般而言，本文中描述的一個或多個實施例針對的是先前層的自對準過孔和插塞圖案化。本文中描述的工藝的自對準方面可以基于定向自組裝(DSA)機制，下文將對其予以更加詳細的描述。在實施例中，本文中描述的工藝使能實現(xiàn)用于后段特征制造的自對準金屬化。作為背景信息，對間距低于大約50納米的特征圖案化和對準需要很多標線和臨界對準策略，這些策略對于半導體制造工藝而言是極為昂貴的。
[0026]本文中描述的實施例涉及基于底層的位置來制造金屬和過孔圖案。即，有效地反轉了金屬互連過程，而且該過程是由先前層建立的。這與常規(guī)方法形成了對比，在常規(guī)方法中，首先沉積層間電介質(ILD)，接下來在其內(nèi)圖案化出用于金屬層和過孔層的圖案。在常規(guī)方法中，采用光刻掃描儀對準系統(tǒng)來執(zhí)行與先前層的對準。然后，蝕刻ILD。
[0027]更具體而言，一個或多個實施例針對的是一種采用底層金屬作為模板來構建導電過孔以及金屬之間的非導電間隔或中斷(稱為“插塞”)的方法。根據(jù)定義，過孔被用于著陸在先前層的金屬圖案上。在這一脈絡當中，本文中描述的實施例實現(xiàn)了更加健壯的互連制造方案，因為光刻設備的對準不再影響過孔或插塞放置。與采用常規(guī)方法對這樣的特征進行圖案化所需的相比，這樣的互連制造方案可以用于節(jié)省很多對準/曝光、可以用于改善電接觸(例如，通過降低過孔電阻)、并且可以用于減少總的工藝操作和處理時間。
[0028]下面的【附圖說明】了代表自對準過孔和金屬圖案化方法中的各項操作的各集成電路層的部分。
[0029]圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的先前層金屬化結構的平面圖和各選項的對應截面圖。參考所述平面圖和對應的截面圖選項(a)，起始結構100包括金屬線102和層間電介質(ILD)線104的圖案。如果采用自組裝材料，可以按照柵狀圖案對起始結構100圖案化，該圖案具有按照恒定間距隔開并且具有恒定寬度的金屬線，如圖1所示。線中的一些可能與下層過孔相關聯(lián)，例如，在截面圖中作為例子示出的線102’。
[0030]再次參考圖1，替代選項(b)-(f)處理在金屬線102和層間電介質線104之一或兩者的表面上形成(例如，沉積、生長或者作為前面的圖案化過程的剩余產(chǎn)物而留下)額外膜的情況。在示例(b)中，在層間電介質線104上設置額外膜106。在示例(c)中，在金屬線102上設置額外膜108。在示例(d)中，在層間電介質線104上設置額外膜106，在金屬