[发明专利]超平面化旋涂碳材料

说明书

提供了在单个薄层涂覆工艺中在使得表面平面化的同时在基材上填充通道和/或沟槽的平面化和旋涂‑碳(SOC)组合物。组合物可以使得具有约20nm至约220nm宽、且高达约700nm深的通道或沟槽的基材宽度范围平面化。这些出色的性质来自于在材料中使用的聚合物的低分子量、聚合物上的热不稳定保护基团、以及延迟的交联反应。

背景技术

相关申请

本申请要求于2015年6月22日提交的、题为“超平面化旋涂碳材料(SUPERPLANARIZING SPIN-ON CARBON MATERIALS)”的美国临时专利申请系列号62/183,046的优先权，该文的全部内容通过引用纳入本文。

发明领域

本发明广义上涉及用于填充通道或沟槽以及使得光刻结构平面化的组合物和方法。

现有技术说明

半导体装置的光刻涉及在彼此顶部对多层进行图案化。随着各层沉积和图案化，在其顶部沉积均匀且平坦的材料层变得很关键，且越来越难，特别是具有高纵横比或大沟槽或通道的图案的情况尤其如此。使得这些结构平面化的一个方法是在结构上外涂(overcoat)较大厚度的材料以提供平坦的顶部表面。然而，大量材料(以及导致的过载)对于其它加工步骤是不理想的。其它平面化材料和工艺需要回流烘烤、化学机械抛光(CMP)、或化学显影的多个步骤，或等离子体深蚀刻(etch back)，以实现克服这些困难结构的平面化，而不在结构顶部留下过量的平面化材料。

现有的商用产品具有一些限制或问题，包括光刻胶中毒和旋转碗(spin-bowl)兼容性问题。这些组合物中聚合物上的官能团通常是弱碱性的，并且可以使得光刻胶中毒，导致形成基脚(footing)或形成浮沫(scumming)。它们还可以与相同旋转碗中所用其它材料的酸基团反应，导致材料的凝胶化或沉淀，这将堵塞旋转碗的管道系统。

目前可获得产品的其它限制是在开放区域和密集通道或沟槽区域之间产生的高偏差。“偏差”、特别是“高偏差”显示于附图(“图”)1中。使得平面化层10沉积在基材14的表面12上。表面12具有形成于其中的形貌特征。在此情况下，这些特征是通道16。表面12具有开放区域18和密集区域20。特征密度的差异导致开放-密集偏差(open-dense bias)，其中，平面化层的深度或厚度在类似区域18的开放区域装置特征区域中大于类似区域20中的密集装置特征区域(即，AB，其称为“正偏差”)中。该高偏差是由于需要额外材料填充通道或沟槽，并且由高分子量导致的粘性材料没有足够的时间从开放区域流动到密集通道或沟槽区域以完全补偿。该偏差导致需要额外加工步骤以避免可能由于过度高偏差导致的装置问题。

发明内容

本发明通过提供形成平面化层的方法克服了现有技术的问题。该方法包括在基材表面上形成平面化组合物的起始层。所述基材表面包括形成于其中的开口，所述平面化组合物包含分散或溶解在溶剂体系中的化合物，所述化合物具有保护基团，并且所述起始层具有起始正偏差。对所述层进行加热，在此期间，开始从化合物上去除所述保护基团，并且所述化合物交联形成最终的平面化层。最终平面化层的最终偏差小于起始偏差且小于约30nm。

本发明进一步提供形成平面化层的方法，该方法包括在基材表面上形成平面化组合物的起始层。所述基材表面包括形成于其中的开口，所述平面化组合物包含分散或溶解在溶剂体系中的化合物。所述化合物具有包含保护基团的重复单体(I)，并且所述起始层具有起始偏差。对所述层进行加热，在此期间，开始从重复单体(I)上去除所述保护基团，并且形成具有最终偏差的最终平面化层。最终偏差小于起始偏差且小于约30nm。

本发明还提供平面化结构，所述结构包括：具有包含形成于其中的开口的表面的基材、以及与所述基材表面相邻且均匀地沉积在开口中的平面化层。平面化层包含含有重复单体(I)的交联聚合物，所述聚合物通过在重复单体(I)上的各羟基进行交联。平面化层的偏差小于约30nm，平均厚度小于约150nm。