光刻胶和方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2014年5月16日提交的标题为"光刻胶和方法"的美国临时申请第 61/994, 741号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
[0003] 本发明和与当前申请同时提交的、代理人案号为TSM13-1765的申请相关，其全部 内容结合于此作为参考。
技术领域
[0004] 本发明涉及光刻胶和方法。
【背景技术】
[0005] 随着消费类器件响应于消费者的需求而变得越来越小，这些器件的单独的组件的 尺寸也已减小。构成器件（诸如手机、平板电脑等）的主要组件的半导体器件已经被迫变 得越来越小，相应地迫使半导体器件内的单独的器件（例如，晶体管、电阻器、电容器等）的 尺寸也减小。
[0006] 在半导体器件的制造工艺中使用的一个使能技术是使用光刻材料。将这些材料应 用至表面，然后将其曝光于其自身已被图案化的能量下。这种曝光改变了光刻材料的曝光 区域的化学和物理性质。光刻材料的未曝光区未改变，可以利用这种改变来去除一个区域 而不去除其他区域。
[0007] 然而，由于单独的器件的尺寸已经减小，用于光刻处理的工艺窗口变得越来越紧 凑。同样，需要光刻处理领域的进步以保持按比例缩小器件的能力，并且需要进一步的改进 以满足期望的设计标准，从而可以保持组件朝着越来越小的方向发展。
【发明内容】
[0008] 为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种光刻胶，包 括：烃主链；高抗蚀刻结构，附接至所述烃主链；以及将分解的基团，键合至所述高抗蚀刻 结构。
[0009] 在上述光刻胶中，所述高抗蚀刻结构具有以下结构中的一种：
[0010]
[0011]
[0012] 其中，R1是甲基基团、乙基基团、丙基基团、异丙基基团、丁基基团、异丁基基团、戊 基基团和异戊基基团等；以及私是Cl至C3烷基链，并且其中，R 2具有以下结构：
[0013]
[0014] 其中，&是所述将分解的基团。
[0015] 在上述光刻胶中，还包括具有交联位点的非离去单体。
[0016] 在上述光刻胶中，所述交联位点具有以下结构：
[0017]
[0018] 其中，R14是 H、OH、0CH3、0C2H5、0C3H 7、OC4H9、环氧基、CH20CH3、CH 20C2H5、CH20C3H 7、 CH20C4H9、CH2CH30CH 3、CH2CH30C2H5、CH 2CH3OC3H7或 CH2CH3OC4H9，并且其中，R15是 Cl 至 C5 烷基 链。
[0019] 在上述光刻胶中，所述将分解的基团具有以下结构：
[0020]
[0021 ] 其中，R18是氣、甲基基团、乙基基团、丙基基团、异丙基基团、丁基基团、异丁基基团 或异戊基基团，以及R19是环氧基基团、醇基基团、氨基基团或羧酸基基团。
[0022] 在上述光刻胶中，还包括交联剂。
[0023] 在上述光刻胶中，所述交联剂具有以下结构：
[0024]
[0025] 其中，R25是氢、环氧基、CH 20CH3、CH2OC2H5、CH 2OC3H7、CH2OC4H 9、CH2CH3OCH3、 CH2CH3OC2H5' CH2CH3OC3H7或 CH 2CH30C4H9 〇
[0026] 根据本发明的又一方面，还提供了一种光刻胶，包括：将分解的基团，键合至烃主 链；以及再附接基团，键合至所述将分解的基团。
[0027] 在上述光刻胶中，所述再附接基团是0CH3、0C2H 5、0C3H7、OC4H9、环氧基、CH 20CH3、 CH2OC2H5、CH2OC3H 7、CH2OC4H9、CH2CH 3OCH3、CH2CH3OC2H 5、CH2CH3OC3H7或 CH2CH3OC4H9O
[0028] 在上述光刻胶中，所述再附接基团是H或0H。
[0029] 在上述光刻胶中，还包括具有交联位点的非离去单体。
[0030] 在上述光刻胶中，所述交联位点具有以下结构：
[0031]
[0032] 其中，R14是 H、OH、0CH3、0C2H5、0C3H 7、OC4H9、环氧基、CH20CH3、CH 20C2H5、CH20C3H 7、 CH20C4H9、CH2CH30CH 3、CH2CH30C2H5、CH 2CH3OC3H7或 CH2CH3OC4H9，并且其中，R15是 Cl 至 C5 烷基 链。
[0033] 在上述光刻胶中，所述交联位点具有以下结构：
[0034]
[0035] 其中，R14是 H、OH、0CH3、0C2H5、0C3H 7、OC4H9、环氧基、CH20CH3、CH 20C2H5、CH20C3H 7、 CH20C4H9、CH2CH30CH 3、CH2CH30C2H5、CH 2CH3OC3H7或 CH2CH3OC4H9，并且其中，R15是 Cl 至 C5 烷基 链。
[0036] 根据本发明的又一方面，还提供了一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：将 光刻胶分配至衬底上，其中，所述光刻胶包括：附接至烃主链的高抗蚀刻结构；和键合至所 述高抗蚀刻结构的将分解的基团；将所述光刻胶曝光于图案化的能量源；以及显影所述光 刻胶。
[0037] 在上述方法中，所述高抗蚀刻结构具有以下结构：
[0038] LiN 丄uouydszb /\ o/jo jm
[0039] 其中，R1是甲基基团、乙基基团、丙基基团、异丙基基团、丁基基团、异丁基基团、戊 基基团或异戊基基团，并且其中，R 2具有以下结构：
[0040]
[0041] 其中，&是所述将分解的基团。
[0042] 在上述方法中，所述高抗蚀刻结构具有以下结构：
[0043]
[0044] 其中，私是Cl至C3烷基链，并且R2具有以下结构：
[0045] …*t
见
[0046] 其中，&是所述将分解的基团。
[0047] 在上述方法中，曝光所述光刻胶诱导具有交联位点的单体中的交联反应。
[0048] 在上述方法中，所述交联反应包括交联剂。
[0049] 在上述方法中，所述交联剂具有以下结构：
[0050]
[0051] 其中，R25是氢、环氧基、CH 20CH3、CH2OC2H5、CH 2OC3H7、CH2OC4H 9、CH2CH3OCH3、 CH2CH3OC2H5' CH2CH3OC3H7或 CH 2CH30C4H9 〇
[0052] 在上述方法中，显影所述光刻胶还包括应用负性显影剂。
【附图说明】
[0053] 当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳地理解本发明的各个方面。应该 注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件 的尺寸可以被任意增大或减小。
[0054] 图1示出了根据一些实施例的具有将被图案化的层和光刻胶的衬底；
[0055] 图2示出了根据一些实施例的具有将分解的基团的光刻胶；
[0056] 图3示出了根据一些实施例的具有交联位点的光刻胶；
[0057] 图4示出了根据一些实施例的具有将分解的再附接（reattaching)基团的光刻 胶；
[0058] 图5示出了根据一些实施例的光刻胶的曝光；
[0059] 图6A至图6C示出了据一些实施例的光刻胶树脂将与质子反应的机理；
[0060] 图7示出了根据一些实施例的光刻胶的显影；
[0061] 图8示出了根据一些实施例的显影剂的去除；
[0062] 图9示出了与光刻胶一起利用底部抗反射层和中间层的另一实施例；以及
[0063] 图10示出了使用底部抗反射层、中间层和光刻胶来图案化将被图案化的层。
【具体实施方式】
[0064] 以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。 下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本 发明。此外，在随后的说明书中，在第二工艺之前实施第一工艺可包括在第一工艺之后立即 实施第二工艺的实施例，并且还可以包括在第一工艺和第二工艺之间可实施额外工艺的实 施例。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二 部件以直接接触的方式形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形 成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可在 各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指 示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
[0065] 现参考图1，其中示出具有衬底101、位于衬底101上的有源器件103、位于有源器 件103上方的层间介电（ILD)层105、位于ILD层105上方的金属化层107、位于ILD层105 上方的将被图案化的层109和将被图案化的层109上方的光刻胶111的半导体器件100。 衬底101可以是基本上导电的或半导电的（具有小于IO 3体积电阻率的电阻），并且可以包 括掺杂或未掺杂的块状硅或绝缘体上硅（SOI)衬底的有源层。一般地，SOI衬底包括半导 体材料层，半导体材料诸如硅、锗、硅锗、S0I、绝缘体上硅锗（SGOI)或它们的组合。可以使 用的其他衬底包括多层衬底、梯度衬底或混合取向衬底。
[0066] 有源器件103在图1中表示为单个晶体管。然而，本领域技术人员将认识到，可以 使用诸如电容器、电阻器和电感器等的各种有源器件来产生用于半导体器件100的设计的 期望的结构和功能需求。可以使用任何合适的方法在衬底101内或衬底101的表面上形成 有源器件103。
[0067] ILD层105可包括诸如硼磷硅酸盐玻璃（BPSG)的材料，但是任何合适的电介质 可以用于任一层。可以使用诸如PECVD的工艺形成ILD层105,但是可以可选地使用诸如 LPCVD的其他工艺。ILD层105可形成为具有约丨ooA和约3000A之间的厚度。
[0068] 金属化层107形成在衬底101、有源器件103和ILD层105上方并且设计成连接各 个有源器件103以形成功能电路。虽然金属化层107在图1中示出为单层，但是金属化层 107由交替的介电层和导电材料层形成，并且可以通过任何合适的工艺（诸如沉积、镶嵌、 双镶嵌等）形成。在实施例中，可以有通过ILD层105与衬底101分离的四个金属化层，但 金属化层107的确切数目取决于半导体器件100的设计。
[0069] 将被图案化或者使用光刻胶111以其他方式处理的将被图案化的层109形成在金 属化层107的上方。将被图案化的层109可以是半导体材料层、金属化层107的上层或者可 以是在金属化层107的上方形成的介电层（诸如钝化层）。在将被图案化的层109是半导 体材料的实施例中，将被图案化的层109可以是不具有介于中间的有源器件、金属化层107 和介电材料的衬底101 (未在图1中单独地示出的实施例）。
[0070] 可选地，在将被图案化的层109是金属化层的实施例中，将被图案化的层109可以 使用类似于金属化层所用的工艺（例如，镶嵌、双镶嵌、沉积等）的工艺由导电材料形成。在 具体实施例中，用于将被图案化的层109的导电材料包括至少一种金属、金属合金、金属氮 化物、金属硫化物、金属硒化物、金属氧化物或金属硅化物。例如，导电材料可以具有分子式 MX a，其中M是金属并且X是氣、娃、硒、氧或娃，并且其中a在0. 4和2. 5之间。具体的实例 包括铜、钛、铝、钴、钌、氮化钛、氮化钨（WN2)和氮化钽，尽管可以可选地利使任何合适的材 料。
[0071] 在另一实施例中，将被图案化的层109是具有在约1至约40之间的介电常数的 介电层。在该实施例中，将被图案化的层包括硅、具有分子式MX b的金属氧化物或金属氮化 物，其中M是金属或硅，X是氮或氧，并且b在约0. 4和2. 5之间。在具体实例中，用于将被 图案化的层109的介电层可以是使用诸如沉积、氧化等的工艺形成的氧化硅、氮化硅、氧化 错、氧化給、氧化铜等。
[0072] 然而，如本领域的普通技术人员将认识到的，虽然在实施例中描述了材料、工艺和 其他细节，但是这些细节仅仅旨在说明实施例，并且不旨在以任何方式限制。相反，可以可 选地使用由任何合适的材料通过任何合适的工艺制成的具有任何合适的厚度的任何合适 的层。所有这些层都旨在完全包括在实施例的范围内。
[0073] 光刻胶111应用至将被图案化的层109。在实施例中，光刻胶111包括溶剂中的聚 合物树脂以及一种或多种光活性化合物（PAC)。将溶剂内的聚合物树脂和PAC应用至将被 图案化的层109以及实施预曝光烘烤以便加热和驱除溶剂，从而去除溶剂并且留下聚合物 树脂和PAC以用于曝光。
[0074] 图2示出可用于光刻胶111的聚合物树脂的一个实施例。在该实施例中，聚合物 树脂可以包括烃结构（诸如脂环烃结构，表示于图2中虚线框201内），该烃结构包含一个 或多个高抗蚀刻部分（high etching resistance moiety)(通过标记为203的符号6丨表 示于图2中），该高抗蚀刻部分进一步键合至将分解的基团（通过标记为205的符号心表 示于图2中）或当与PAC生成的酸、碱或由自由基混合时以其他方式反应的基团（如下面 进一步描述的）。在实施例中，烃结构201包括形成聚合物树脂的骨架主链的重复单元。这 种重复单元可以包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、巴豆酸酯、乙烯基酯、马来酸二酯、富马酸二 酯、衣康酸二酯、（甲基）丙烯腈、（甲基）丙烯酰胺、苯乙烯、乙烯基醚或这些的组合等。
[0075] 可用于烃结构201的重复单元的具体结构包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸 正丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸正己酯、丙烯 酸2-乙基己酯、丙烯酸乙酰氧乙酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸2-羟乙酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯、 丙烯酸2-乙氧基乙酯、丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸苄酯、 2-烷基-2-金刚烷基（甲基）丙烯酸酯或二烷基（1-金刚烷基）甲基（甲基）丙烯酸酯、 甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸正 丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸正己酯、2-乙基己基甲基丙烯酸 酯、乙酰氧乙基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸苯酯、2-羟乙基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸2-甲 氧基乙酯、甲基丙烯酸2-乙氧基乙酯、甲基丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯、甲基丙烯酸 环己酯、甲基丙烯酸苄酯、3-氯-2-羟丙基甲基丙烯酸酯、3-乙酰氧基-2-羟丙基甲基丙烯 酸酯、3-氯乙酰氧基-2-羟丙基甲基