用于底层的芳香族树脂制造技术

聚亚芳基树脂和含有其的组合物在半导体制造方法中适用作底层。

Aromatic resin used in the bottom

The polyarylene resin and the composition containing it are suitable for the bottom layer in the semiconductor manufacturing method.

【技术实现步骤摘要】
用于底层的芳香族树脂本专利技术大体上涉及制造电子装置的领域，并且更具体地说涉及用于半导体制造的材料的领域。在光刻工艺中熟知的是，如果抗蚀剂图案太高(高纵横比)，那么抗蚀剂图案可以因为来自所用的显影剂的表面张力而塌陷。已经设计多层抗蚀剂工艺(如三层和四层工艺)，其可以在需要高纵横比时解决这一图案塌陷问题。这类多层工艺使用抗蚀剂顶层、一个或多个中间层以及底部层(bottomlayer)(或底层(underlayer))。在这类多层抗蚀剂工艺中，使顶部光致抗蚀剂层成像并且以典型的方式显影以提供抗蚀剂图案。接着典型地通过蚀刻将所述图案转移到一个或多个中间层。选择每个中间层，使得使用不同的蚀刻工艺，如不同的等离子蚀刻。最后，典型地通过蚀刻将所述图案转移到底层。这类中间层可以由各种材料构成，而底层材料典型地由高碳含量材料构成。选择底层材料以提供所期望的抗反射特性、平坦化特性以及蚀刻选择性。用于底层的上覆技术包括化学气相沉积(CVD)碳和经过溶液处理的高碳含量聚合物。CVD材料具有几个显著限制，包括所有权的成本高、不能在衬底上的表面形态上形成平坦化层以及在633nm处用于图案对准的高吸光度。出于这些原因，业界已经移动到经过溶液处理的高碳含量材料作为底层。理想底层需要满足以下特性：能够通过旋涂工艺被浇铸到衬底上；在加热时热定形，具有低脱气和升华；可溶于良好设备相容性的常用处理溶剂中；具有适当的n/k比率以与目前所用的硅硬掩模和底部抗反射(BARC)层协同工作以赋予为光致抗蚀剂成像所必需的低反射率；以及热稳定高达>400℃以便在后续氮氧化硅(SiON)CVD工艺期间不受损坏。熟知的是相对低分子量的材料具有相对低的粘度，流入衬底中的特征中，如通孔和沟槽，从而获得平坦化层。底层材料必须能够平坦化，具有相对低的脱气高达400℃。对于用作高碳含量底层，必不可少的是使任何组合物在加热时热定形。国际专利申请WO2013/080929公开具有下式的材料的热定形底层组合物：其中Ar1、Ar2、Ar3以及Ar4各自表示二价芳香族基团，R1表示单键或C1-20二价烃；Y表示羰基或磺酰基；m是0或1；并且n是0或1。在这些组合物中使用相对低分子量的交联添加剂以便提供所期望的底层特性。然而，这类相对低分子量交联添加剂易于在固化过程期间发生不希望的脱气或升华。美国公开专利申请第2016/0085152号公开形成含有下式化合物的抗蚀剂底层的组合物其中R1、R2以及R3各自表示RA-C≡C-RB-；Ra、Rb、Rc以及Rd独立地表示卤素、羟基、氨基、硫烷基或具有1到20个碳原子并且不包括芳香族环的单价有机基团；RA表示H、芳基或未被取代或被羟基和芳基中的至少一个取代的烷基；并且RB表示单键或亚芳基。这类化合物以其未聚合化形式用于所公开的组合物中，并且在沉积的底层膜中明显地通过交联固化。本公开申请公开到具有其中三个苯环键结到中央苯环的1、3和5位的骨架的这类化合物产生具有增强的稳定性和优异的耐热性的底层。在本文献中不公开通过使这类化合物与双环戊二烯反应而制备的聚亚芳基。聚亚芳基聚合物作为电介质材料为众所周知的并且具有许多所期望的特性。举例来说，国际专利申请第WO97/10193号公开由某些被乙炔基取代的芳香族化合物和双环戊二烯酮单体制备的某些聚亚芳基寡聚物。聚亚芳基寡聚物是在相对高温度下在具有相对高沸点(典型地≥150℃)的有机溶剂中制备。然而，这类反应溶剂在电子行业中作为浇铸溶剂是不良的选择，而聚亚芳基寡聚物必须从反应溶剂沉淀并且溶解于适于浇铸这些聚合物的膜的具有低得多的沸点的不同有机溶剂中。这类聚亚芳基寡聚物在电子行业通常所用的某些有机溶剂中的溶解度有限，限制这些聚合物的使用。2016年2月29日提交的美国专利申请第15/056,352号(Gilmore等人)公开用作电介质材料的具有改良溶解度的某些聚亚芳基寡聚物。半导体工业仍然在寻找适合于形成满足工业要求的底层并且在后续加热步骤期间不具有脱气或升华组分的组合物。本专利技术提供一种式(1)化合物其中Ar是C5-60芳基部分；每个Ar3和Ar4独立地是C5-30芳基部分；每个R1独立地选自卤基、-OR3、C1-10羟基烷基、-C(＝O)OR3、-C(＝O)N(R4)2、-O-C(＝O)R5、-NR4C(＝O)R6、-N(R4)2、-N(R4)3+An-、-NO2；-S(＝O)2-OR7、-O-S(＝O)2-R8、-NR4-S(＝O)2-R6以及-S(＝O)2-N(R4)2；每个R2独立地选自C1-10烷基、C1-10卤烷基、C5-30芳基、CN以及卤基；R3＝H、C1-10烷基、C1-10羟基烷基、C1-10氨基烷基、C5-30芳基或M；每个R4独立地是H、C5-30芳基或C1-10烷基；每个R5独立地选自H、C1-10烷基、C1-10羟基烷基、C5-30芳基、-O(C1-10烷基)、-O(C5-10芳基)以及-N(R4)2；R6＝H、C1-10烷基、C1-10羟基烷基、C5-30芳基、-O(C1-10烷基)或-NH(C1-10烷基)；R7＝H、C1-10烷基、C5-30芳基或M；R8＝C5-30芳基、C1-10烷基以及卤基C1-10烷基；M＝碱金属离子、碱土金属离子或铵离子；An-是选自卤化物和C1-20羧酸根的阴离子；每个a3独立地是0到3；每个a4独立地是0到3；b1＝1到4；b2＝0到4；每个c3独立地是0到3；每个c4独立地是0到3；a3+a4＝1到6；并且b1+b2＝2到6。本专利技术也提供一种聚亚芳基树脂，其包含一种或多种上文所描述的式(1)的第一单体和一种或多种包含两个或更多个环戊二烯酮部分的第二单体作为聚合单元。本专利技术也提供一种聚亚芳基树脂组合物，其包含上文所描述的聚亚芳基树脂和一种或多种有机溶剂。此外，本专利技术提供一种形成图案化层的方法，其包含：(a)将上文所描述的聚亚芳基树脂组合物层涂布在衬底上；(b)去除有机溶剂以形成聚亚芳基树脂层；(c)将光致抗蚀剂层涂布在聚亚芳基树脂层上；(d)通过掩模使光致抗蚀剂层曝光于光化辐射；(e)使曝光的光致抗蚀剂层显影以形成抗蚀剂图案；以及(f)将所述图案转移到聚亚芳基树脂层以暴露部分所述衬底。本专利技术还提供一种用于填充间隙(或孔口)的方法，所述方法包含：(a)提供在表面上具有浮雕图像的半导体衬底，浮雕图像包含多个待填充的间隙；(b)将上文所描述的聚亚芳基树脂组合物涂覆在浮雕图像上；以及(c)在足以固化聚亚芳基树脂的温度下加热聚亚芳基树脂组合物。再进一步，本专利技术提供一种聚亚芳基树脂，其包含聚乙炔第一单体和一种或多种包含两个或更多个环戊二烯酮部分的第二单体作为聚合单元；其中聚乙炔第一单体具有包含乙炔部分和C5-40芳基部分的主链；并且其中C5-40芳基部分中的至少一个包含极性部分。应理解，当元件被称为“在”另一元件“上”时，其可以直接在所述另一元件上或可在其之间存在插入元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在插入元件。如本文所使用，术语“和/或”包括相关联所列项目中的一项或多项的任何和所有组合。应理解，虽然本文中可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、组件、区、层和/或区段，但这些元件、组件、区、层和/或区段本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚亚芳基树脂，包含一种或多种式(1)的第一单体

【技术特征摘要】
2016.12.05 US 62/4299281.一种聚亚芳基树脂，包含一种或多种式(1)的第一单体其中Ar是C5-60芳基部分；每个Ar3和Ar4独立地是C5-30芳基部分；每个R1独立地选自卤基、-OR3、C1-10羟基烷基、-C(＝O)OR3、-C(＝O)N(R4)2、-O-C(＝O)R5、-NR4C(＝O)R6、-N(R4)2、-N(R4)3+An-、-NO2；-S(＝O)2-OR7、-O-S(＝O)2-R8、-NR4-S(＝O)2-R6以及-S(＝O)2-N(R4)2；每个R2独立地选自C1-10烷基、C1-10卤烷基、C5-30芳基、CN以及卤基；R3＝H、C1-10烷基、C1-10羟基烷基、C1-10氨基烷基、C5-30芳基或M；每个R4独立地是H、C5-30芳基或C1-10烷基；每个R5独立地选自H、C1-10烷基、C1-10羟基烷基、C5-30芳基、-O(C1-10烷基)、-O(C5-10芳基)以及-N(R4)2；R6＝H、C1-10烷基、C1-10羟基烷基、C5-30芳基、-O(C1-10烷基)或-NH(C1-10烷基)；R7＝H、C1-10烷基、C5-30芳基或M；R8＝C5-30芳基、C1-10烷基以及卤基C1-10烷基；M＝碱金属离子、碱土金属离子或铵离子；An-是选自卤化物和C1-20羧酸根的阴离子；每个a3独立地是0到3；每个a4独立地是0到3；b1＝1到4；b2＝0到4；每个c3独立地是0到3；每个c4独立地是0到3；a3+a4＝1到6；并且b1+b2＝2到6；和一种或多种包含两个或更多个环戊二烯酮部分的第二单体作为聚合单元。2.根据权利要求1所述的聚亚芳基树脂，具有式其中Ar1是C5-30芳基部分；a1＝0到3；并且c1＝0到3。3.根据权利要求1所述的聚亚芳基树脂，其中每个R1独立地选自卤基、-OR3、C1-4羟基烷基、-C(＝O)OR3、-C(＝O)N(R4)2、-O-C(＝O)R5、--S(＝O)2-OR6以及S(＝O)2-N(R4...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·刘，山田晋太郎，J·F·卡梅伦，崔莉，S·M·科莱，J·A·凯茨，K·张，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US