專利名稱：抗反射硬掩模組合物以及使用其制備圖案化材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件以及，更具體而言，涉及抗反射硬掩模組合物以及抗反射硬掩模組合物用于加工半導(dǎo) 體器件的技術(shù)。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件生產(chǎn)中保持成本以及性能具有競爭性的需要一直驅(qū)使該工業(yè)持續(xù)增加設(shè)備密度從而伴隨著器件幾何尺寸的縮小。為促進(jìn)設(shè)備尺寸縮小，正在研究新型光刻材料，方法和工具。典型的光刻技術(shù)包括形成圖案化抗蝕劑層通過使該輻射-敏感的抗蝕劑對成像福射進(jìn)行圖案形成(patternwise)曝光。隨后該圖像通過使曝光的抗蝕劑層接觸材料而顯影(一般為含水的堿性顯影劑)以有選擇地除去部分抗蝕劑層以顯示所想要的圖案。隨后，通過蝕刻在圖案化抗蝕劑層開口中的材料，將圖案轉(zhuǎn)移至下層材料。在該轉(zhuǎn)移完成之后，然后除去殘留抗蝕劑層。一般，采用248nm以及193nm光刻印刷亞200nm結(jié)構(gòu)。為使此完成，具有更高數(shù)值孔徑(NA)的工具正在出現(xiàn)。更高NA使分辨率提高但空間圖像投射到該抗蝕劑之上的景深減小。因為景深減小，所需要的抗蝕劑更薄。隨著抗蝕劑的厚度減小，該抗蝕劑作為掩模用于隨后干蝕刻圖象轉(zhuǎn)印至下層襯底的有效性變差。通過當(dāng)前的單層抗蝕劑顯示出的耐蝕刻性無顯著改善，對于高分辨率的光刻而言，這些體系不能提供所需要的光刻法以及蝕刻性能。單層抗蝕劑體系的另一問題是臨界尺寸(CD)控制。眾所周知在紫外光(UV)波長下以及深紫外光(DUV)波長下襯底反射產(chǎn)生駐波效應(yīng)以及抗蝕劑凹痕，其嚴(yán)重地限制單層抗蝕劑的CD控制。凹痕由襯底表面狀態(tài)以及不均勻的襯底反射產(chǎn)生，其引起在抗蝕劑上的曝光能量的局部變化。駐波是薄膜干涉(TFI)或者穿過該抗蝕劑厚度方向的光強度的周期變化。這些光學(xué)偏差的引入是因為抗蝕劑的平面化表現(xiàn)出的貫穿下層構(gòu)形的厚度不同。由于光學(xué)相位方面改變很少，薄膜干涉在單層光致抗蝕工藝CD控制中起支配的作用，引起有效曝光劑量方面大的改變。薄膜干涉效應(yīng)公開在"抗蝕劑工藝的光學(xué)性能的優(yōu)化"(T.Brunner, SPIE論文集第1466卷，第297頁，1991)中，其教導(dǎo)引入本文作為參考。底部抗反射涂層或者BARC已經(jīng)與單層抗蝕劑一起使用以減少薄膜干涉。然而，這些薄吸收BARC具有根本的局限。對于一些光刻成像處理來說，所使用的抗蝕劑無法對隨后蝕刻步驟提供足夠的耐受性而無法使得所需要的圖案有效轉(zhuǎn)移至該抗蝕劑之下的層。該抗蝕劑一般在將該圖案轉(zhuǎn)移進(jìn)入下層的BARC以及襯底之中后有所損耗。此外，遷移至更小的亞-90nm結(jié)點構(gòu)造尺度需要用超薄型抗蝕劑(>200nm)以免圖像破壞。在許多需要大蝕刻深度，和/或需要應(yīng)用某些蝕刻劑用于給定的下部材料的情況下，該抗蝕劑厚度不足以完成該蝕刻過程。此外，使用的輻射-敏感的抗蝕劑材料無法對隨后蝕刻步驟提供足夠的耐受性，不足以使所需要圖案有效轉(zhuǎn)移至該輻射-敏感抗蝕劑以及抗反射涂層(ARC)之下的層。在許多待蝕刻的下部的材料層厚，需要大刻蝕深度、需要應(yīng)用某些蝕刻劑用于給定的下層材料、或者上述任何組合的情況下，需要使用抗反射硬掩模。該抗反射硬掩模層可以作為在該圖案化的輻射-敏感抗蝕劑材料以及下部的待圖案化的材料層之間的中間層。該抗反射硬掩模層通過活性離子刻蝕(RIE)接收來自該圖案化的輻射-敏感的抗蝕劑材料層的圖案繼之以將圖案轉(zhuǎn)移至下部的材料層。該抗反射硬掩模層應(yīng)能承受將圖案轉(zhuǎn)移至下部的材料層之上所需要的刻蝕過程。此外，需要薄的抗反射硬掩模層來通過RIE接收來自該抗蝕劑層的圖案，尤其是如果使用薄抗蝕劑的話。盡管許多用作ARC組合物的材料是已知的，但是對改進(jìn)的對該輻射-敏感的抗蝕劑材料以及下部的材料層具有高度蝕刻選擇性的抗反射硬掩模組合物存在需要。此外，許多已知的抗反射硬掩模難以涂布于該襯底，例如，涂布這些ARC可能需要利用化學(xué)氣相淀積(US 6316167;US 6514667)。有益的是通過旋涂技術(shù)涂布該抗反射硬掩模材料，如同目前用于生產(chǎn)的常規(guī)的有機BARC。此外，在圖形傳遞以后，難以除去抗反射硬掩模材料。一般，有機的BARC通過濕或者干灰化方法除去。CVD在沒有損傷下部的電介質(zhì)襯底的情況下，難以除去沉積硬掩模層。理想的是，該抗反射硬掩模材料可以通過對下部襯底的高選擇性濕汽提容易地除去。由此，需要能實施具有高蝕刻選擇性還足以耐受多次蝕刻的光刻技術(shù)。上述光刻 技術(shù)將會制造出高度復(fù)雜的半導(dǎo)體器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供抗反射硬掩模組合物以及抗反射硬掩模組合物用于加工半導(dǎo)體器件的技術(shù)。在本發(fā)明的一個方面中，提供用于光刻法的抗反射硬掩模層。該抗反射硬掩模層包含聚合物以及交聯(lián)組分，該聚合物具有Si-O主鏈包含結(jié)合進(jìn)該主鏈之中的非硅基無機組成部分，該主鏈包含至少一種發(fā)色團(tuán)組成部分和至少一種透明組成部分。該聚合物可以包含酸產(chǎn)生劑以及附加交聯(lián)組分的任何組合。在本發(fā)明的另一方面中，提供加工半導(dǎo)體器件的方法。該方法包含的步驟為在襯底上提供材料層；在該材料層上形成抗反射硬掩模層，在該抗反射硬掩模層上形成福射-敏感的圖像層；該福射-敏感的圖像層對福射進(jìn)行圖像形成曝光(patternwiseexposing)由此在該圖像層中產(chǎn)生輻射-曝光區(qū)域圖案；選擇性除去輻射-敏感的圖像層以及該抗反射硬掩模層的一部分用于使該材料層的部分曝露；以及蝕刻該材料層的曝露部分，由此在該襯底上形成圖案化材料構(gòu)造(feature)。此外本發(fā)明還公開在形成圖案以后殘余的抗反射硬掩模層的脫除。對本發(fā)明更完整的理解，以及本發(fā)明另外的特征以及優(yōu)勢，將參考以下詳細(xì)說明以及附圖
公開。優(yōu)選實施方案詳細(xì)說明本申請公開包含抗反射硬掩模組合物(在下文為"該組合物")的光刻結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的一個方面中該組合物包含具有Si-O主鏈的聚合物，該聚合物包含結(jié)合進(jìn)該
主鏈的非硅無機組成部分，該聚合物包含至少一種發(fā)色團(tuán)組成部分，至少一種透明組成
部分，以及交聯(lián)組分。該聚合物可以包含酸產(chǎn)生劑以及附加交聯(lián)組分的任何組合。該
組合物包含具有Si-O主鏈的聚合物以及結(jié)合入該主鏈的非硅無機單元具有選自如下
R
IR
的重復(fù)結(jié)構(gòu)式(a)十巧一O姑無機單元(b)十無機單元和
R，，
權(quán)利要求
1.抗反射硬掩模組合物，其包含具有Si-O聚合物主鏈以及結(jié)合進(jìn)所述Si-O聚合物主鏈的非硅無機組成部分的聚合物。
2.權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述Si-O聚合物主鏈包含發(fā)色團(tuán)組成部分以及透明組成部分，以及所述組合物包括交聯(lián)組分，在所述Si-O聚合物主鏈之上，或者外部，或者既在外部又在所述聚合物主鏈之上提供該交聯(lián)組分。
3.權(quán)利要求2所述的組合物，還包含酸產(chǎn)生劑，附加交聯(lián)組分，或者其組合。
4.抗反射硬掩模組合物，包含聚合物，該聚合物具有選自以下的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元O細(xì)單元舍
5.權(quán)利要求2所述的組合物，其中所述聚合物還包含酸產(chǎn)生劑。
6.權(quán)利要求5所述的組合物，其中所述聚合物還包含附加交聯(lián)組分。
7.權(quán)利要求4所述的組合物，其中所述無機單元是
8.權(quán)利要求6所述的組合物，其中所述附加交聯(lián)組分選自甘脲，甲氧基化甘脲，丁基化甘脲，四甲氧基甲基甘脲，甲基丙基四甲氧基甲基甘脲，2，6-雙(羥甲基)-對-甲酚，醚化氨基樹脂，甲基化蜜胺樹脂，N-甲氧基甲基蜜胺，丁基化蜜胺樹脂，N- 丁氧基甲基蜜胺，雙環(huán)氧基物質(zhì)，雙酚，雙酚A，及其混合物。
9.權(quán)利要求6所述的組合物，其中所述附加交聯(lián)組分存在的濃度，基于固體，為約Iwt. %-約 20wt. %。
10.權(quán)利要求5所述的組合物，其中所述酸產(chǎn)生劑選自2，4，4，6-四溴環(huán)己二烯酮，苯偶姻甲苯磺酸酯，2-硝基芐基甲苯磺酸酯，有機磺酸的烷基或者全氟烷基酯，及其混合物。
11.權(quán)利要求5所述的組合物，其中所述酸產(chǎn)生劑存在的濃度，基于固體，為約Iwt. %-約 20wt. %。
12.權(quán)利要求3所述的組合物，其包含基于固體為約5wt.%-約20wt. %的有機溶劑。
13.權(quán)利要求3所述的組合物，其中所述組合物為厚度約30納米-約500納米的層。
14.權(quán)利要求3所述的組合物，其中所述聚合物的重均分子量為至少約500。
15.權(quán)利要求14所述的組合物，其中所述重均分子量范圍為約1，000-約10，000。
16.在襯底上形成圖案化材料的方法，包括如下步驟 (a)在襯底上提供材料層； (b)在所述材料層上形成抗反射硬掩模組合物； (C)在所述抗反射硬掩模組合物上方形成輻射-敏感的成像層； (d)使所述成像層對輻射進(jìn)行圖案形成曝光由此在所述成像層中產(chǎn)生輻射-曝光區(qū)域的圖案； (e)有選擇地除去所述成像層和所述下面的抗反射硬掩模組合物的一部分以使所述材料層的一部分曝露；以及 (f)蝕刻所述材料層的所述曝露部分由此形成圖案化材料構(gòu)造。
17.權(quán)利要求16所述的方法，其中所述材料層是導(dǎo)電材料，半導(dǎo)體材料，磁性材料，絕緣材料，金屬，電介質(zhì)材料，或者其組合。
18.權(quán)利要求17所述的方法，其中所述材料層選自氧化硅，氮化硅，多晶硅，以及包含娃、碳以及氧的低-k電介質(zhì)材料。
19.權(quán)利要求16所述的方法，其中所述輻射選自波長小于200納米的紫外線，以及電子束輻射。
20.權(quán)利要求16所述的方法，其中通過在等離子體中反應(yīng)性離子蝕刻發(fā)生所述蝕刻，該等離子體包含碳、氟、氯、溴、硫、氫、氧或其混合物。
21.權(quán)利要求16所述的方法，其中所述步驟(e)發(fā)生通過所述襯底與顯影劑接觸而發(fā)生，該顯影劑選自有機溶劑、氫氧化四甲銨水溶液、氫氧化銨水溶液、及其混合物。
全文摘要
該抗反射硬掩模組合物層包含聚合物，該聚合物在主鏈之中具有Si-O以及非硅無機組成部分。該聚合物包含至少發(fā)色團(tuán)組成部分和透明組成部分以及交聯(lián)組分?？狗瓷溆惭谀＝M合物層用于在襯底之上形成圖案化材料的方法。
文檔編號G03F7/00GK102770807SQ201080064595
公開日2012年11月7日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月24日
發(fā)明者D·R·梅代羅斯, D·法伊弗, S·D·伯恩斯 申請人:國際商業(yè)機器公司