专利名称：抗反射硬掩模组合物以及使用其制备图案化材料的方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件以及，更具体而言，涉及抗反射硬掩模组合物以及抗反射硬掩模组合物用于加工半导 体器件的技术。
背景技术：
在半导体器件生产中保持成本以及性能具有竞争性的需要一直驱使该工业持续增加设备密度从而伴随着器件几何尺寸的缩小。为促进设备尺寸缩小，正在研究新型光刻材料，方法和工具。典型的光刻技术包括形成图案化抗蚀剂层通过使该辐射-敏感的抗蚀剂对成像福射进行图案形成(patternwise)曝光。随后该图像通过使曝光的抗蚀剂层接触材料而显影(一般为含水的碱性显影剂)以有选择地除去部分抗蚀剂层以显示所想要的图案。随后，通过蚀刻在图案化抗蚀剂层开口中的材料，将图案转移至下层材料。在该转移完成之后，然后除去残留抗蚀剂层。一般，采用248nm以及193nm光刻印刷亚200nm结构。为使此完成，具有更高数值孔径(NA)的工具正在出现。更高NA使分辨率提高但空间图像投射到该抗蚀剂之上的景深减小。因为景深减小，所需要的抗蚀剂更薄。随着抗蚀剂的厚度减小，该抗蚀剂作为掩模用于随后干蚀刻图象转印至下层衬底的有效性变差。通过当前的单层抗蚀剂显示出的耐蚀刻性无显著改善，对于高分辨率的光刻而言，这些体系不能提供所需要的光刻法以及蚀刻性能。单层抗蚀剂体系的另一问题是临界尺寸(CD)控制。众所周知在紫外光(UV)波长下以及深紫外光(DUV)波长下衬底反射产生驻波效应以及抗蚀剂凹痕，其严重地限制单层抗蚀剂的CD控制。凹痕由衬底表面状态以及不均匀的衬底反射产生，其引起在抗蚀剂上的曝光能量的局部变化。驻波是薄膜干涉(TFI)或者穿过该抗蚀剂厚度方向的光强度的周期变化。这些光学偏差的引入是因为抗蚀剂的平面化表现出的贯穿下层构形的厚度不同。由于光学相位方面改变很少，薄膜干涉在单层光致抗蚀工艺CD控制中起支配的作用，引起有效曝光剂量方面大的改变。薄膜干涉效应公开在"抗蚀剂工艺的光学性能的优化"(T.Brunner, SPIE论文集第1466卷，第297页，1991)中，其教导引入本文作为参考。底部抗反射涂层或者BARC已经与单层抗蚀剂一起使用以减少薄膜干涉。然而，这些薄吸收BARC具有根本的局限。对于一些光刻成像处理来说，所使用的抗蚀剂无法对随后蚀刻步骤提供足够的耐受性而无法使得所需要的图案有效转移至该抗蚀剂之下的层。该抗蚀剂一般在将该图案转移进入下层的BARC以及衬底之中后有所损耗。此外，迁移至更小的亚-90nm结点构造尺度需要用超薄型抗蚀剂(>200nm)以免图像破坏。在许多需要大蚀刻深度，和/或需要应用某些蚀刻剂用于给定的下部材料的情况下，该抗蚀剂厚度不足以完成该蚀刻过程。此外，使用的辐射-敏感的抗蚀剂材料无法对随后蚀刻步骤提供足够的耐受性，不足以使所需要图案有效转移至该辐射-敏感抗蚀剂以及抗反射涂层(ARC)之下的层。在许多待蚀刻的下部的材料层厚，需要大刻蚀深度、需要应用某些蚀刻剂用于给定的下层材料、或者上述任何组合的情况下，需要使用抗反射硬掩模。该抗反射硬掩模层可以作为在该图案化的辐射-敏感抗蚀剂材料以及下部的待图案化的材料层之间的中间层。该抗反射硬掩模层通过活性离子刻蚀(RIE)接收来自该图案化的辐射-敏感的抗蚀剂材料层的图案继之以将图案转移至下部的材料层。该抗反射硬掩模层应能承受将图案转移至下部的材料层之上所需要的刻蚀过程。此外，需要薄的抗反射硬掩模层来通过RIE接收来自该抗蚀剂层的图案，尤其是如果使用薄抗蚀剂的话。尽管许多用作ARC组合物的材料是已知的，但是对改进的对该辐射-敏感的抗蚀剂材料以及下部的材料层具有高度蚀刻选择性的抗反射硬掩模组合物存在需要。此外，许多已知的抗反射硬掩模难以涂布于该衬底，例如，涂布这些ARC可能需要利用化学气相淀积(US 6316167;US 6514667)。有益的是通过旋涂技术涂布该抗反射硬掩模材料，如同目前用于生产的常规的有机BARC。此外，在图形传递以后，难以除去抗反射硬掩模材料。一般，有机的BARC通过湿或者干灰化方法除去。CVD在没有损伤下部的电介质衬底的情况下，难以除去沉积硬掩模层。理想的是，该抗反射硬掩模材料可以通过对下部衬底的高选择性湿汽提容易地除去。由此，需要能实施具有高蚀刻选择性还足以耐受多次蚀刻的光刻技术。上述光刻 技术将会制造出高度复杂的半导体器件。
发明内容
本发明提供抗反射硬掩模组合物以及抗反射硬掩模组合物用于加工半导体器件的技术。在本发明的一个方面中，提供用于光刻法的抗反射硬掩模层。该抗反射硬掩模层包含聚合物以及交联组分，该聚合物具有Si-O主链包含结合进该主链之中的非硅基无机组成部分，该主链包含至少一种发色团组成部分和至少一种透明组成部分。该聚合物可以包含酸产生剂以及附加交联组分的任何组合。在本发明的另一方面中，提供加工半导体器件的方法。该方法包含的步骤为在衬底上提供材料层；在该材料层上形成抗反射硬掩模层，在该抗反射硬掩模层上形成福射-敏感的图像层；该福射-敏感的图像层对福射进行图像形成曝光(patternwiseexposing)由此在该图像层中产生辐射-曝光区域图案；选择性除去辐射-敏感的图像层以及该抗反射硬掩模层的一部分用于使该材料层的部分曝露；以及蚀刻该材料层的曝露部分，由此在该衬底上形成图案化材料构造(feature)。此外本发明还公开在形成图案以后残余的抗反射硬掩模层的脱除。对本发明更完整的理解，以及本发明另外的特征以及优势，将参考以下详细说明以及附图
公开。优选实施方案详细说明本申请公开包含抗反射硬掩模组合物(在下文为"该组合物")的光刻结构。
在本发明的一个方面中该组合物包含具有Si-O主链的聚合物，该聚合物包含结合进该
主链的非硅无机组成部分，该聚合物包含至少一种发色团组成部分，至少一种透明组成
部分，以及交联组分。该聚合物可以包含酸产生剂以及附加交联组分的任何组合。该
组合物包含具有Si-O主链的聚合物以及结合入该主链的非硅无机单元具有选自如下
R
IR
的重复结构式(a)十巧一O姑无机单元(b)十无机单元和
R，，
权利要求
1.抗反射硬掩模组合物，其包含具有Si-O聚合物主链以及结合进所述Si-O聚合物主链的非硅无机组成部分的聚合物。
2.权利要求I所述的组合物，其中所述Si-O聚合物主链包含发色团组成部分以及透明组成部分，以及所述组合物包括交联组分，在所述Si-O聚合物主链之上，或者外部，或者既在外部又在所述聚合物主链之上提供该交联组分。
3.权利要求2所述的组合物，还包含酸产生剂，附加交联组分，或者其组合。
4.抗反射硬掩模组合物，包含聚合物，该聚合物具有选自以下的重复结构单元O細单元舍
5.权利要求2所述的组合物，其中所述聚合物还包含酸产生剂。
6.权利要求5所述的组合物，其中所述聚合物还包含附加交联组分。
7.权利要求4所述的组合物，其中所述无机单元是
8.权利要求6所述的组合物，其中所述附加交联组分选自甘脲，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-双(羟甲基)-对-甲酚，醚化氨基树脂，甲基化蜜胺树脂，N-甲氧基甲基蜜胺，丁基化蜜胺树脂，N- 丁氧基甲基蜜胺，双环氧基物质，双酚，双酚A，及其混合物。
9.权利要求6所述的组合物，其中所述附加交联组分存在的浓度，基于固体，为约Iwt. %-约 20wt. %。
10.权利要求5所述的组合物，其中所述酸产生剂选自2，4，4，6-四溴环己二烯酮，苯偶姻甲苯磺酸酯，2-硝基苄基甲苯磺酸酯，有机磺酸的烷基或者全氟烷基酯，及其混合物。
11.权利要求5所述的组合物，其中所述酸产生剂存在的浓度，基于固体，为约Iwt. %-约 20wt. %。
12.权利要求3所述的组合物，其包含基于固体为约5wt.%-约20wt. %的有机溶剂。
13.权利要求3所述的组合物，其中所述组合物为厚度约30纳米-约500纳米的层。
14.权利要求3所述的组合物，其中所述聚合物的重均分子量为至少约500。
15.权利要求14所述的组合物，其中所述重均分子量范围为约1，000-约10，000。
16.在衬底上形成图案化材料的方法，包括如下步骤 (a)在衬底上提供材料层； (b)在所述材料层上形成抗反射硬掩模组合物； (C)在所述抗反射硬掩模组合物上方形成辐射-敏感的成像层； (d)使所述成像层对辐射进行图案形成曝光由此在所述成像层中产生辐射-曝光区域的图案； (e)有选择地除去所述成像层和所述下面的抗反射硬掩模组合物的一部分以使所述材料层的一部分曝露；以及 (f)蚀刻所述材料层的所述曝露部分由此形成图案化材料构造。
17.权利要求16所述的方法，其中所述材料层是导电材料，半导体材料，磁性材料，绝缘材料，金属，电介质材料，或者其组合。
18.权利要求17所述的方法，其中所述材料层选自氧化硅，氮化硅，多晶硅，以及包含娃、碳以及氧的低-k电介质材料。
19.权利要求16所述的方法，其中所述辐射选自波长小于200纳米的紫外线，以及电子束辐射。
20.权利要求16所述的方法，其中通过在等离子体中反应性离子蚀刻发生所述蚀刻，该等离子体包含碳、氟、氯、溴、硫、氢、氧或其混合物。
21.权利要求16所述的方法，其中所述步骤(e)发生通过所述衬底与显影剂接触而发生，该显影剂选自有机溶剂、氢氧化四甲铵水溶液、氢氧化铵水溶液、及其混合物。
全文摘要
该抗反射硬掩模组合物层包含聚合物，该聚合物在主链之中具有Si-O以及非硅无机组成部分。该聚合物包含至少发色团组成部分和透明组成部分以及交联组分。抗反射硬掩模组合物层用于在衬底之上形成图案化材料的方法。
文档编号G03F7/00GK102770807SQ201080064595
公开日2012年11月7日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年2月24日
发明者D·R·梅代罗斯, D·法伊弗, S·D·伯恩斯 申请人:国际商业机器公司