用于旋涂碳应用的可溶性聚酰亚胺和二酰亚胺的制作方法

本发明一般涉及制造微电子结构的方法。相关领域的描述根据摩尔定律，随着特征尺寸变得越来越小，半导体设备的光刻技术已经转向多层图案化。该方法涉及到对于在彼此之上的多层进行图案化，如在旋涂碳("soc")层之上的硬掩膜层之上的光刻胶层，以增加较小特征的耐刻蚀性。随着每一层的沉积和图案化，在其上面沉积均匀、平坦化的材料层对于准确的图案转移和特征尺寸(critical dimension，"cd")控制变得至关重要。当通过化学气相沉积法("cvd")来沉积硬掩膜层时，需要具有高温稳定性的soc层。众所周知，聚酰亚胺是热稳定的聚合物。其通常作为聚酰胺酸前体涂覆在基材上。在烘烤过程中，通常在200-300℃，聚酰胺酸前体被转化为聚酰亚胺，在此期间，由于水和其他小分子的失去，涂层厚度通常会收缩。同时，聚合物通过分子间亚胺化和其他副反应而交联。涂层收缩和交联都会对平坦化产生不利影响，因为收缩会使沟槽/通孔区域的材料(此处有更多的soc材料)比开放区域(open area)或线条顶部的材料(此处有更少的soc材料)更容易"下沉"。这导致这两个区域之间的偏差增加，从而对平坦化产生负面影响。不幸的是，热回流是有限的，因为聚酰胺酸通过分子间亚胺化和其他副反应过早地交联，使材料迅速从流体状态变成凝胶状态或固体状态。此外，soc经常被涂覆在由sio2、tin和其他金属形成或涂覆的基材上。干法蚀刻是一种经常优选的将图案转移到基材上的方法，然而，干法蚀刻过程中使用的等离子体会损坏薄氧化物和氮化物层。因此，当存在薄氧化物或氮化物层时，经常使用湿法蚀刻来将图案转移到基材上。氮化钛(tin)的湿法蚀刻是在sc1清洗溶液中在温和的温度(50-70℃)下进行的，sc1清洗溶液是氢氧化铵和过氧化氢的水性溶液。该湿法蚀刻的一个问题是，由于soc层与tin的附着力较弱，在受保护区域内的tin会受到soc层底切(undercutting)的不希望的蚀刻。随着特征尺寸的不断缩小，这样不希望的蚀刻变得越来越成问题。由聚酰胺酸形成的现有技术的soc也不溶于普通溶剂pgmea，其用于光刻胶、硬掩膜和其他soc溶液。由于该不溶性，现有技术的soc可能会在涂覆设备中沉淀，导致旋涂机排水管线的堵塞和/或废液槽的沉积。

背景技术：

1、相关申请

2、本申请要求2020年8月10日提交的题为“用于旋装碳应用的可溶性聚酰亚胺和二酰亚胺”的美国临时专利申请系列第63/063,623号的优先权，其通过引用全文纳入本文。

技术实现思路

1、在一个实施方式中，本公开广泛涉及一种形成微电子结构的方法。该方法包括任选地在基材表面形成一个或多个中间层。如果存在一个或多个中间层，则在基材表面上具有最上层的中间层。如果存在最上层的中间层，则将组合物施加在最上层的中间层上，如果不存在中间层，则将组合物施加在基材表面上。该组合物包含溶解或分散在溶剂体系中的二酰亚胺或聚酰亚胺中的一种或两种。加热该组合物以形成富碳层，该富碳层在经过cvd存活性测试时具有呈现出少于约0.1个缺陷/cm2层表面积的特性。用于确定该特性是否存在的cvd存活性测试包括在真空和约400℃温度下通过等离子体增强化学气相沉积(pecvd)在富碳层上形成siox或sinx层，并观察siox或sinx层的缺陷。

2、在另一个实施方式中，公开了一种形成微电子结构的方法，其中任选地在基材表面上形成一个或多个中间层，如果存在一个或多个中间层，则在该基材表面上具有最上层的中间层。如果存在最上层的中间层，则将组合物施加在最上层的中间层上，如果不存在中间层，则将组合物施加在基材表面上。该组合物包含溶解或分散在溶剂体系中的二酰亚胺或聚酰亚胺中的一种或两种。加热该组合物以形成具有耐sc1特性的富碳层。

3、在另一个实施方式中，提供了一种形成微电子结构的方法，其中该方法包括任选地在基材表面形成一个或多个中间层。如果存在一个或多个中间层，则在基材表面上具有最上层的中间层。如果存在最上层的中间层，则将组合物施加在最上层的中间层上，如果不存在中间层，则将组合物施加在基材表面上。该组合物包含溶解或分散在溶剂体系中的组分以及二酰亚胺或聚酰亚胺中的一种或两种。该组分选自：包含至少四个酚环的多酚、多羟基化合物、磷化合物及其组合。加热所述组合物以形成富碳层。

4、在另一个实施方式中，本发明提供了一种形成微电子结构的方法，其中该方法包括在包含丙二醇单甲醚的溶剂体系中对二酰胺酸或聚酰胺酸中的一种或两种进行亚胺化，从而形成包含二酰亚胺或聚酰亚胺中的一种或两种的组合物。任选地在基材表面上形成一个或多个中间层，如果存在一个或多个中间层，则在该基材表面上具有最上层的中间层。在不去除任何丙二醇单甲醚的情况下，将组合物施加到最上层的中间层(如果存在)，或施加到基材表面(如果不存在中间层)。加热所述组合物以形成富碳层。

5、本发明还提供了一种形成微电子结构的方法，其中该方法包括任选地在基材表面上形成一个或多个中间层，如果存在一个或多个中间层，则在该基材表面上具有最上层的中间层。如果存在最上层的中间层，则将组合物施加至最上层的中间层，如果不存在中间层，则将组合物施加至基材表面。该组合物包含溶解或分散在溶剂体系中的聚酰亚胺，其重均分子量为约2,000道尔顿至约7,000道尔顿。加热所述组合物以形成富碳层。

6、在另一个实施方式中，提供了一种组合物，该组合物包含：

7、二酰亚胺

8、选自以下的组分：

9、包含至少四个酚环的多酚；

10、多羟基化合物；

11、磷化合物；以及

12、上述组分的组合；以及

13、溶剂体系。

14、在另一个实施方式中，提供一种微电子结构，其包含具有表面的微电子基材。在基材表面上任选地具有一个或多个中间层，如果存在一个或多个中间层，则在该基材表面上具有最上层的中间层。组合物层在最上层的中间层(如果存在)上，或在基材表面(如果不存在中间层)上。所述组合物包含：

15、二酰亚胺或聚酰亚胺中的一种或两种；

16、选自以下的组分：

17、包含至少四个酚环的多酚；

18、多羟基化合物；

19、磷化合物；以及

20、上述组分的组合；以及

21、溶剂体系。

22、在另一个实施方式中，本发明提供一种微电子结构，其包含：

23、微电子基材，其具有表面。在基材表面上任选地具有一个或多个中间层，如果存在一个或多个中间层，则在该基材表面上具有最上层的中间层。富碳层在最上层的中间层(如果存在)上，或在基材表面(如果不存在中间层)上。该富碳层包含：

24、交联二酰亚胺或交联聚酰亚胺中的一种或两种；以及

25、选自以下的组分：

26、包含至少四个酚环的多酚；

27、多羟基化合物；

28、磷化合物；以及

29、上述组分的组合。

技术特征：

1.一种形成微电子结构的方法，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：

3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述基材表面包含中间层，并且所述中间层选自tin或sio2。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述富碳层具有耐sc1的特性。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述组合物进一步包含选自以下的组分：

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述溶剂体系包含丙二醇单甲醚，并且所述施加所述组合物是在所述施加前不去除一些或全部所述丙二醇单甲醚的情况下进行的。

7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述组合物包含由选自以下化合物形成的二酰胺酸形成的二酰亚胺：

8.如权利要求7所述的方法，其中：

9.一种形成微电子结构的方法，所述方法包括：

10.如权利要求9所述的方法，其中所述基材表面包含中间层，所述中间层选自tin或sio2。

11.如权利要求9或10中所述的方法，其中所述富碳层具有耐sc1的特性。

12.如权利要求9至11中任一项所述的方法，其中所述组合物进一步包含选自以下的组分：

13.如权利要求9至12中任一项所述的方法，其中所述溶剂体系包含丙二醇单甲醚，并且所述施加所述组合物是在所述施加前不去除一些或全部所述丙二醇单甲醚的情况下进行的。

14.如权利要求9至13中任一项所述的方法，其中所述组合物包含由选自以下化合物形成的二酰胺酸形成的二酰亚胺：

15.如权利要求14所述的方法，其中：

16.一种形成微电子结构的方法，所述方法包括：

17.如权利要求16所述的方法，其中所述基材表面包含中间层，所述中间层选自tin或sio2。

18.如权利要求16至17中所述的方法，其中所述组合物进一步包含选自以下的组分：

19.如权利要求16至18中任一项所述的方法，其中所述溶剂体系包含丙二醇单甲醚，并且所述施加所述组合物是在所述施加前不去除一些或全部所述丙二醇单甲醚的情况下进行的。

20.如权利要求16至19中任一项所述的方法，其中所述组合物包含由选自以下化合物形成的二酰胺酸形成的二酰亚胺：

21.如权利要求20所述的方法，其中：

22.一种形成微电子结构的方法，所述方法包括：

23.如权利要求22所述的方法，其中所述基材表面包含中间层，所述中间层选自tin或sio2。

24.如权利要求22或23所述的方法，其中所述溶剂体系包含丙二醇单甲醚，并且所述施加所述组合物是在所述施加前不去除一些或全部所述丙二醇单甲醚的情况下进行的。

25.如权利要求22至24中任一项所述的方法，其中所述组合物包含由选自以下化合物形成的二酰胺酸形成的二酰亚胺：

26.如权利要求25所述的方法，其中：

27.如权利要求11至26中任一项所述的方法，其中：

28.一种形成微电子结构的方法，所述方法包括：

29.如权利要求28所述的方法，其进一步包括：

30.如权利要求28或29所述的方法，其中所述基材表面包含中间层，并且所述中间层选自tin或sio2。

31.如权利要求28至30中任一项所述的方法，其中所述组合物包含由选自以下化合物形成的二酰胺酸形成的二酰亚胺：

32.如权利要求31所述的方法，其中：

33.一种形成微电子结构的方法，所述方法包括：

34.如权利要求33所述的方法，其中所述基材表面包含中间层，所述中间层选自tin或sio2。

35.一种组合物，其包含：

36.如权利要求35所述的组合物，其中，所述溶剂体系包含丙二醇单甲醚。

37.如权利要求35或36中所述的组合物，其中所述组合物包含由选自以下化合物形成的二酰胺酸形成的二酰亚胺：

38.如权利要求37所述的组合物，其中：

39.如权利要求35至38中任一项所述的组合物，其中：

40.一种微电子结构，其包含：

41.如权利要求40所述的结构，其中所述基材表面包含中间层，并且所述中间层选自tin或sio2。

42.如权利要求40或41所述的结构，其中，所述溶剂体系包含丙二醇单甲醚。

43.如权利要求40至42中任一项所述的结构，其中所述组合物包含由选自以下化合物形成的二酰胺酸形成的二酰亚胺：

44.如权利要求43所述的结构，其中：

45.一种微电子结构，其包含：

46.如权利要求45所述的结构，其中所述基材表面包含中间层，并且所述中间层选自tin或sio2。

47.如权利要求45或46中所述的结构，其中所述组合物包含由选自以下化合物形成的二酰胺酸形成的交联二酰亚胺：

48.如权利要求47所述的结构，其中：

49.如权利要求45至48中任一项所述的结构，其进一步包括：

技术总结
提供了一种高温稳定的旋涂碳("SOC")材料，其在一步薄层涂覆工艺中填补基材上的形貌特征，同时使其表面平坦化。该材料包含在溶液中而不是在晶片上进行预酰亚胺化的低分子量聚酰亚胺或二酰亚胺。该SOC层可以在苛刻的CVD条件下存活，并且耐SC1，特别是在TiN和SiOx表面。

技术研发人员：钟幸福,黄润辉,徐固,S·西蒙斯,D·史维娅特,J·科扎
受保护的技术使用者：布鲁尔科技公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11