[发明专利]形成构图结构的方法

说明书

关于联邦资助的研究或开发的声明

本发明是在由国防高级研究计划局（DARPA）资助的合同号为FA8650-10-C-7038的政府支持下作出的。政府具有对本发明的特定权利。

技术领域

本公开一般而言涉及形成纳米级结构的方法，更具体地涉及形成垂直于长度方向切割的纳米级鳍（fin）结构的方法以及形成所述纳米级鳍结构的结构。

背景技术

在半导体制造中以均匀的宽度沿着长度方向延伸的鳍结构是有用的。例如，半导体鳍可以用于形成鳍式场效应晶体管，所述鳍式场效应晶体管采用半导体鳍的侧壁作为该晶体管的沟道。

可以通过采用蚀刻掩膜和各向异性蚀刻工艺对诸如半导体材料层的材料层进行构图来形成鳍。各向异性蚀刻工艺通常倾向于图形系数（pattern factor），即构图区域的局部密度。因此，蚀刻偏差，即构图的材料层的物理侧壁与蚀刻掩膜层的上覆的（overlying）侧壁之间的横向偏移在被嵌套的特征（nested feature）与被隔离的特征之间是不同的。

因此，现有技术中开发了这样的方法：形成嵌套的鳍阵列，随后采用切割掩膜（cut mask）去除鳍的不需要的部分。然而，利用切割掩膜所产生的切割图形（cut pattern）与先前存在的图形的光刻对准是一个挑战。因此，期望一种非光刻方法来形成被切割成适当长度的鳍。

发明内容

在材料层之上形成包括有机平面化层、硬掩膜层和中性聚合物层的叠层。在所述中性聚合物层之上形成模板（template）层，并且所述模板层被构图以包括：沿着长度方向延伸的第一线状（linear）部分；具有小于所述第一线状部分的长度、沿着所述长度方向延伸并且具有均匀宽度的第二线状部分；以及具有大于所述第二线状部分的宽度的块状（blocking）模板结构。在所述中性聚合物层之上施加自组装嵌段共聚物材料，该自组装嵌段共聚物材料被诱导（induce）而围绕所述第一线状部分、所述第二线状部分和所述块状模板结构进行自组装。所述第一线状部分和所述第二线状部分诱导所述自组装嵌段共聚物材料在远离所述块状模板结构的区域中相分离（phase-separate）成包括第一聚合物嵌段成分或第二聚合物嵌段成分的交替薄层（lamella）。在靠近所述块状模板结构的区域中，所述块状模板结构扰乱所述薄层在长度方向的延伸并且引起所述薄层的终止。在去除所述第一和第二聚合物嵌段成分中的一者时，形成与所述第一和第二线状部分平行并且与所述宽度方向上延伸的部分自对准地终止的腔。所述腔的图形可以被反转（invert）并转移到所述材料层中以形成具有不同长度的鳍。

根据本公开的另一个方面，提供了一种形成构图结构（patterned structure）的方法。在衬底之上形成构图的模板层。所述模板层包含沿着长度方向延伸并且具有第一长度的第一线状部分、平行于所述第一线状部分并且具有小于所述第一长度的第二长度且具有均匀宽度的第二线状部分、以及具有大于所述均匀宽度的块状模板结构宽度的块状模板结构。在所述衬底之上以及所述构图的模板层上施加嵌段共聚物材料。采用所述构图的模板层作为用于对准的模板，诱导所述自组装嵌段共聚物材料中的聚合物嵌段成分的自组装。在所述块状模板结构中的块状模板结构对之间形成聚合物嵌段成分部分，所述聚合物嵌段成分部分平行于所述第一和第二线状部分、具有小于所述第二长度的第三长度且具有另一均匀宽度。

附图说明

图1A是根据本公开的实施例在衬底之上形成第一材料层、下伏的（underlying）有机平面化层（OPL）、第二材料层、有机平面化层（OPL）、硬掩膜层、中性聚合物层和构图的模板层的材料叠层之后的第一示例性构图结构的自顶向下视图。

图1B是沿着图1A的垂直平面B-B'的第一示例性构图结构的垂直截面视图。

图2A是根据本公开的实施例，在施加共聚物层之后的第一示例性构图结构的自顶向下视图。

图2B是沿着图2A的垂直平面B-B'的第一示例性构图结构的垂直截面视图。

图3A是根据本公开的实施例，在共聚物层中共聚物材料的相分离之后的第一示例性构图结构的自顶向下视图。

图3B是沿着图3A的垂直平面B-B'的第一示例性构图结构的垂直截面视图。

图4A是根据本公开的实施例，在相对于第二聚合物嵌段选择性地去除第一聚合物嵌段并且形成包括第二聚合物嵌段的第一图形之后的第一示例性构图结构的自顶向下视图。

图4B是沿着图4A的垂直平面B-B'的第一示例性构图结构的垂直截面视图。