扫码添加微信，获取更多半导体相关资料
本文讨论了自旋上的有机和无机硬掩模的研究进展，与CVD选项相比，附加选项提供了高吞吐量和几种替代材料选项，自旋碳(SOC)是一种含高碳的聚合物溶液，作为涂层材料，需要溶于有机溶性。介绍了在良好填充、低排气、高热稳定性和平面化性能方面的进展。
图1
图1显示了SOC聚合物的一般结构，图2是由1-（9-邻烯烯基）-3-苯基-2-丙基-1-醇(A)、对苯酚(PP)和二苯基苯(DVB)组成的SOC聚合物示例。通过将高碳聚合物溶解在上述安全溶剂中，得到了一种典型的SOC配方。有些聚合物在一定的烘烤温度以上是自交联。一般使用自交联聚合物可以有效地交联，有助于减少废气。根据聚合物类型的不同，配方中加入了交联剂和热酸发生器(TAG)等其他成分，以便在随后的BARC和抵抗涂层中烘烤后不会发生混合。典型的SOC烘烤温度范围在220到400°C之间。
图2
在烘烤过程中应尽量减少废气，因为在烘烤过程中产生的可凝结气体侧产品会污染热板单元，造成生产环境缺陷。在石英晶体平衡上累积收集在250°C烘烤的20个6英寸晶圆60秒的可凝材料的优化SOC配方的废气量，新版本的SOC配方有助于减少排气量，比旧版本减少约4倍。在三层过程中，通过氟碳等离子体蚀刻，如四氟化碳、CHF3或C4F8，将抗蚀剂图案转移到SiBARC上，用氧等离子体将模式从SiBARC转移到SOC层，然后用氟碳等离子体将模式转移到基底中，在大多数情况下，使用TEOS二氧化硅层，其中蚀刻的SOC模式用作掩模，优化后的SOC对氟碳等离子体的蚀刻率低，对氧等离子体的蚀刻率高，这是三层反应过程中良好的蚀刻选择性所必需的。
在一些涉及双图案或涉及地形的应用中，需要良好的填充和平面化，以在随后的光刻过程中实现良好的CDU，SOC配方在600nm深度250nm厚度，75nm图案涂层，在240°C/60秒下烘烤。
该SOC配方的交联温度为180-190°C，低于交联温度的聚合物由于交联前的良好流动，能够很好地填充，在聚合物3中加入增塑剂(Tg149°C)，通过提高SOC4的充填性能，与Via图案不同，SOC1以200nm的速度涂在100nm高度的线图案晶片上，并在150°C/60s+400°C/120s下烘烤，55nmLS完全填充，配方具有良好的平面化能力。
随着时间的推移，这种冷凝物会落回到晶片上而导致缺陷，如果冷凝物过多，就会引发频繁清洗热板室盖，并降低吞吐量，使用类似于第2.2节所述的石英晶体微天平测量废气，用于这些测量的烘焙温度是推荐的配方烘焙条件如下：OBARCs200°C，Si-BARC230°C，TiMHM240°C，ZrOx250°C和WOx300°C，全部为60秒。
这里描述的金属硬掩模可以覆盖从低至10nm到300nm厚度的良好膜均匀性，此外，使用SC1可以很容易地剥离包含在有机HM上的MHM膜，而不影响有机HM，这是与Si-BARCHM相比的另一个优点，因为它们很难湿条。
由于采用CVD工艺沉积的无机SiON和SiN等硬掩模是保形型，因此在没有任何空洞形成的情况下，特别是对于高纵横比，填充地形是非常具有挑战性的。除了蚀刻、易于湿去除和通量优势外，基于TiOx的MHM配方被发现可以提供高达50%的EUV光敏性提高。AZ®Spin-onTiOx材料也证明了与有机底层相比具有增强的光敏性。以AZ®Spin-onTiOx的金属底层材料作为EUV底层(EBL92A)在225、240°C/60、270°C/60s时，EUV抗蚀灵敏度分别提高了29.4%、39.7%和49.2%，在较高的烘烤条件下，可以观察到更多的光敏性提高，然而，在光敏性和LWR之间存在着权衡，LWR随着光敏性的增强而恶化，对含有光阻剂或底层的金属氧化物纳米颗粒具有较高的EUV光敏性，金属氧化物帮助从EUV辐射中产生更多的二次电子。
制造基于自旋金属氧化物溶液的保质期稳定性可达6个月是一个挑战，因为金属氧化物具有高度亲水，导致吸水，而且倾向于随着时间的推移形成粒子。我们修改了配方来解决这些问题，如表6所示，以基于ZrOx的MHM为例，基于实时老化研究，所有AZ®自旋MHM材料都具有良好的保质期性能。表6显示了AZ®自旋ZrOx样品在不同温度存储条件下的LPC测量值。在-20°C、-20°C、250°C和40°C6个月内，液体颗粒计数(LPC)无显著变化。通过对AZ®自旋TiOx样品的保质期研究，获得了更低的粒子计数。
我们设计了高碳聚合物，并通过聚合物和配方设计提高了SOC的性能，使用可交联的聚合物减少了排出的气体，低Tg聚合物具有良好的填充性能，并在高Tg聚合物中加入增塑剂，提高了填充性能，优化后的基于PGMEA的SOC配方具有高碳含量，良好的填/找平性能，光刻性能适用于三层工艺。在无机硬掩模上，研制了耐高卤素等离子体刻蚀的新型TiOx、ZrOx和WOx材料，还具有良好的剥离性和大多数标准湿化学物质，通过保质期或锅的寿命研究，验证了AZ®自旋MHM样品的材料稳定性。整体AZ®自旋ZrOx材料比TiOx和WOx材料具有更好的耐蚀性。