單體、包含所述單體的硬遮罩組成物及使用所述硬遮罩組成物形成圖案的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 揭示單體、包含所述單體的硬遮罩組成物，及使用所述硬遮罩組成物形成圖案的 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，半導(dǎo)體工業(yè)已經(jīng)發(fā)展了一種具有數(shù)納米到數(shù)十納米尺寸的圖案的超細(xì) (ultra-fine)技術(shù)。這種超細(xì)技術(shù)特別需要有效的光刻（lithographic)技術(shù)。
[0003] 典型的光刻技術(shù)，包括提供材料層于半導(dǎo)體基材上；涂布光刻膠層于其上；對其 進(jìn)行曝光及顯影以提供光刻膠圖案；以及以所述光刻膠圖案作為遮罩蝕刻所述材料層。
[0004] 如今，為了縮小所形成的圖案的尺寸，僅通過前述典型的光刻技術(shù)很難提供具有 優(yōu)異輪廓的精細(xì)圖案。因此，稱為硬遮罩層（hardmask layer)的層可以形成于所述材料層 及所述光刻膠層之間以提供精細(xì)圖案。
[0005] 所述硬遮罩層起到一個(gè)用于將光刻膠的精細(xì)圖案通過選擇性的蝕刻工藝轉(zhuǎn)印至 所述材料層的中間層的作用。因此，所述硬遮罩層必須具有如耐熱性及耐蝕刻性等的性質(zhì)， 以耐受多個(gè)蝕刻工藝期間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 欲解決的問題
[0007] -實(shí)施例提供了用于硬遮罩組成物的單體，由于優(yōu)異的交聯(lián)而減少釋氣 (out-gas)〇
[0008] 另一實(shí)施例提供包含所述單體的硬遮罩組成物。
[0009] 又一實(shí)施例提供一種使用所述硬遮罩組成物形成圖案的方法。
[0010] 采用的手段
[0011] 根據(jù)一實(shí)施例，提供一種用于硬遮罩組成物的單體，是以下列化學(xué)式1表示：
[0012] [化學(xué)式1]
[0013]
[0014] 在以上的化學(xué)式1中，
[0015] A是取代或未取代的多環(huán)芳香基，A'是取代或未取代的C6-C20亞芳基，X是環(huán)氧 基，Y是氫、羥基、Cl至ClO烷基胺基、胺基（-NH2)、羰基（=0)，或它們的組合，1是0至6 的整數(shù)，及m和η是各自獨(dú)立地為1至4的整數(shù)。
[0016] 所述A是選自于下列基團(tuán)1的取代或未取代的多環(huán)芳香基：
[0017] [基團(tuán) 1]
[0018]
[0019] 所述A '是經(jīng)羥基、亞硫?；╰hionyl group)、硫醇基（thiol group)、氰基 (cyano group)取代的C6-C20亞芳基（arylene)、取代或未取代的胺基、取代或未取代的Cl 至ClO的烷基胺基，或它們的組合。
[0020] 所述單體，是由下列化學(xué)式2至5之一表示：
[0021] [化學(xué)式2]
[0022]
[0023] [化學(xué)式3]
[0024]
[0025] [化學(xué)式4]
[0026]
[0029] 在上述化學(xué)式2至5中，η各自獨(dú)立地是1至4的整數(shù)。
[0030] 所述單體的分子量為200至5000。
[0031] 根據(jù)另一實(shí)施例，提供一種包含所述單體及溶劑的硬遮罩組成物。
[0032] 以所述硬遮罩組成物的總量計(jì)，所述單體的含量為0. 1至50wt %。
[0033] 根據(jù)又一實(shí)施例，一種形成圖案的方法，包括提供材料層于基材上，施予所述硬遮 罩組成物于所述材料層上，熱處理所述硬遮罩組成物使形成硬遮罩層，形成含硅薄層于所 述硬遮罩層上，形成光刻膠層于所述含硅薄層上，曝光并顯影所述光刻膠層使形成光刻膠 圖案，使用所述光刻膠圖案選擇性地移除所述含硅薄層及所述硬遮罩層以暴露部分的材料 層，及蝕刻所述材料層暴露的部分。
[0034] 所述硬遮罩組成物是通過旋轉(zhuǎn)涂布法形成。
[0035] 有益效果
[0036] 所述硬遮罩層是通過100°C至500°C的熱處理形成。
[0037] 所述硬遮罩組成物由于優(yōu)異的交聯(lián)而減少釋氣產(chǎn)生，同時(shí)提高耐蝕刻性。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 于下文中，本發(fā)明的示例性實(shí)施例將詳細(xì)描述，以使本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域具有通 常知識者可以理解。然而，本揭示內(nèi)容還可以許多不同的形式體現(xiàn)，且并不解釋為僅限于這 里所闡述的示例性實(shí)施例。
[0039] 于本說明書中，除非定義另有規(guī)定，"取代的（substituted) "是指至少一個(gè)選自于 鹵素原子（F、Cl、Br或I)、羥基、烷氧基、硝基、氰基、胺基、疊氮基（azido group)、甲脒基 (amidino group)、月井基（hydrazino group)、亞餅基（hydrazono group)、幾基（carbonyl group)、氨甲?；╟arbamyl group)、疏基（thiol group)、酯基、羧基或其鹽、磺酸基 (sulfonic acid group)或其鹽、磷酸（phosphoric acid)或其鹽、Cl 至 C20 的烷基、C2 至 C20的烯基、C2至C20的炔基、C6至C30芳基、C7至C30芳烷基、Cl至C4烷氧基、Cl至C20 的雜烷基（heteroalkyl group)、C3 至 C20 的雜芳烷基（hetero arylalkyl group)、C3 至 C30環(huán)烷基、C3至C15環(huán)烯基、C6至C15環(huán)炔基、C2至C30雜環(huán)烷基（heterocycloalkyl group)，以及它們的組合的取代基取代，而不是氫的化合物。
[0040] 于本說明書中，除非定義另有規(guī)定，"雜（hetero) "是指一個(gè)包括1至3個(gè)選自于 N、0、S及P的雜原子。
[0041] 于下文中，對根據(jù)實(shí)施例的用于硬遮罩組成物的單體進(jìn)行說明。
[0042] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述一種用于硬遮罩組成物的單體，可以是以下列化學(xué)式1表 示：
[0043] [化學(xué)式1]
[0044]
[0045] 在以上的化學(xué)式1中，
[0046] A是取代或未取代的多環(huán)芳香基，A'是取代或未取代的C6至C20亞芳基，X是環(huán) 氧基，Y是氫、羥基、Cl至ClO烷基胺基、胺基（-NH2)、羰基（=0)，或它們的組合，1是0至 6的整數(shù)，及m和η是各自獨(dú)立地為1至4的整數(shù)。
[0047] 所述單體包含在核心（core)的多環(huán)芳基，以及與所述多環(huán)芳基連接的環(huán)氧基。
[0048] 所述單體具有多環(huán)芳基，并因此確保剛性（rigid)。
[0049] 所述環(huán)氧基可以提升所述單體在固化（curing)期間的交聯(lián)能力，并因此提升交 聯(lián)密度。因此，所述硬遮罩組成物是在相對低溫下固化且可形成具有優(yōu)異耐化學(xué)性、耐蝕刻 性和高均勻性的薄膜。與所述多環(huán)芳基連接的所述環(huán)氧基的數(shù)量為1至4,例如，大于或等 于2。
[0050] 另一方面，與所述核心連接的取代基包括C6至C20的亞芳基（arylene group)，且 所述亞芳基的碳數(shù)可以改變以調(diào)整所述單體的性質(zhì)。
[0051 ] 所述單體可以包括位于核心于所述取代基中的環(huán)氧基。
[0052] A可以是選自于下列基團(tuán)1的取代或未取代的多環(huán)芳香基：
[0053] [基團(tuán) 1]
[0054]
[0055] 于所述基團(tuán)1中，每個(gè)環(huán)的連接位置可被取代的或未取代，而沒有特別的限制。設(shè) 置于基團(tuán)1中的環(huán)是被例如Cl至C20的烷基、鹵素原子、羥基等所取代，但所述取代基并沒 有特別的限制。
[0056] 所述C6至C20的亞芳基可以被至少一羥基、亞硫酰氯基、硫醇基、氰基、取代或未 取代的胺基、取代或未取代的Cl至ClO烷基胺基，或它們的組合取代，而能夠經(jīng)由與化學(xué)式 1中以Y表示的官能基進(jìn)行縮合反應(yīng)來進(jìn)行放大的交聯(lián)。
[0057] 所述單體，可以是由下列化學(xué)式2至5之一表示：
[0058] [化學(xué)式2]
[0059]
[0060] [化學(xué)式3]
[0061]
[0062][化學(xué)式4]
[0066] 在上述化學(xué)式2至5中，η各自獨(dú)立地是1至4的整數(shù)。
[0067] 所述單體的分子量為200至5000,例如，300至2000。當(dāng)所述單體的分子量在上述 范圍時(shí)，可以改善含碳量高的所述單體對溶劑的溶解度，并且可以改善經(jīng)由旋轉(zhuǎn)涂布得到 的薄膜。
[0068] 于下文中，說明根據(jù)實(shí)施例的硬遮罩組成物。
[0069] 根據(jù)一實(shí)施例，所述硬遮罩組成物包含前述單體及溶劑。
[0070] 所述單體是與前述相同，且可以包含單獨(dú)一種所述單體或混合兩種或兩種以上的 所述單體。
[0071] 所述溶劑并沒有特別的限制，只要是對于所述溶劑有足夠的溶解度或分 散性，且可以，例如是至少一種選自于丙二醇（propylene glycol)、丙二醇二乙 酸酯（propylene glycol diacetate)、甲氧基丙二醇（methoxy propane diol)、 二甘醇（diethylene glycol)、二甘醇丁釀（diethylene glycol butylether)、 三（乙二醇）單甲釀（tri (ethyleneglycol)monomethylether)、丙二醇單甲釀 (propylene glycol monomethylether)、丙二醇單甲釀乙酸酯（propylene glycol monomethylether acetate)、環(huán)己酉同（cyclohexanone)、乳酉愛乙酯（ethyllactate)、 丁內(nèi)酯（gamma-butyrolactone)、甲基 P比略燒酮（methyl pyrrolidone)、乙酰丙酮 (acetylacetone)，及 3_ 乙氧基丙酸乙酯（ethyl 3-ethoxy propionate)。
[0072] 以所述硬遮罩組成物的總量計(jì)，所述單體的含量可以是0. 1至50wt%。當(dāng)所述單 體的含量在上述范圍內(nèi)，可以涂布成具有所需厚度的薄膜。
[0073] 所述硬遮罩組成物可以進(jìn)一步包括界面活性劑。
[0074] 所述界面活性劑可以包括，例如，烷基苯磺酸鹽（alkylbenzene sulfonate salt)、烷基[!比啶鐵鹽（alkyl pyridinium salt)、聚乙二醇（polyethylene glycol)、四級 銨鹽（quaternary ammonium salt)，但并不限于此。
[0075] 以所述硬遮罩組成物為100重量份計(jì)，所述界面活性劑的含量可以是0. 001至3 重量份。于上述含量范圍內(nèi)，可以在不改變所述硬遮罩組成物的光學(xué)性質(zhì)的情況下確保溶 解度及交聯(lián)程度。
[0076] 于下文中，說明以所述硬遮罩組成物形成圖案的方法。
[0077] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種形成圖案的方法包括提供材料層于基材上，施予所述包含 所述單體及溶劑的硬遮罩組成物于所述材料層上，熱處理所述硬遮罩組成物以形成硬遮罩 層，形成含硅薄層于所述硬遮罩層上，形成光刻膠層于所述含硅薄層上，曝光并顯影所述光 刻膠層以形成光刻膠圖案，使用所述光刻膠圖案選擇性地移除所述含硅薄層及所述硬遮罩 層以暴露部分的所述材料層，及蝕刻所述材料層暴露的部分。
[0078] 所述基材可以是，例如，硅晶片、玻璃基板，或聚合物基板。
[0079] 所述材料層是最終被圖案化的材料，例如金屬層如鋁層及銅層，半導(dǎo)體層如硅層， 或絕緣層如氧化娃層及氮化娃層