抗蚀底膜的硬掩模层组合物及半导体集成电路装置的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种抗蚀底膜硬掩模层组合物，其中在某些实施方式中，硬掩模层组合物含有（ａ）由式１的化合物与式２的化合物反应制得的第一聚合物，其中ｎ为３－２０的数，Ｒ为一价有机基团，ｍ为０、１或２；（ｂ）包括式３－６所示结构中的至少一种结构的第二聚合物；（ｃ）酸性或碱性催化剂；以及（ｄ）有机溶剂。本发明专利技术还提供了利用本发明专利技术实施方式的硬掩模层组合物制造半导体集成电路装置的方法。另外，本发明专利技术还提供了按照本发明专利技术方法实施方式制造的半导体集成电路装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于抗蚀底膜的硬掩模层组合物以及采用该硬掩模层组合物制造半导体集成电路装置的方法。
技术介绍
为了提高光刻方法(lithographic processes)的清晰度，可以在成像层如光致抗蚀层和基材之间使用抗反射涂层(ARC)材料以使反射率最小。然而，由于抗蚀层经常会有类似ARC材料的组成，因此ARC材料的蚀刻选择性有可能比成像层的低。因此，由于在图形化的ARC蚀刻过程中，大部分的成像层会除去，因此在接下来的蚀刻步骤中可能需要另外形成图形(pattern)。 但是，在一些光刻成像(lithographic imaging)方法中，抗蚀材料所提供的蚀刻强度(etch resistance)不足以将所需图形传递到抗蚀材料底层。在实际应用中，被称为抗蚀底膜(resist underlayer film)的硬掩模层(hardmask)可以用作在图形化的抗蚀层(patterned resist)和即将图形化的基材之间的中间层(intermediate layer)。例如，当使用一种超薄的抗蚀材料膜，待蚀刻的基材较厚，需要一定的蚀刻深度，和/或对于特殊的基材，需要使用特殊的蚀刻剂时，抗蚀底膜的硬掩模层可以获得满意的结果。抗蚀底膜的硬掩模层能够从图形化的抗蚀层中接收图形并将图形传递到基材。抗蚀底膜的硬掩模层应该能够承受将图形传递到底层材料所需的蚀刻过程。 例如，当加工一种基材如二氧化硅膜时，可以使用抗蚀图形作为掩膜层。这时，抗蚀剂有可能以减小的厚度被微模型化。由于抗蚀层(resist)的遮蔽性(masking property)不够，因此加工基材时有可能造成对基材的损害。为此，可以使用通过将抗蚀图形先传递到用于加工基材的底层膜，然后使用底层膜作为掩模层用干刻蚀法处理基材的方法。用于加工基材的底层膜是指在抗反射涂层下形成的用作底层抗反射膜的膜。在此过程中，抗蚀层的蚀刻速度与用于加工基材的底层的速度相似。因此，在抗蚀层和底层膜之间形成用于加工底层膜的掩模层是很必要的。因而，可能在基材上形成由用于加工基材的底层膜组成的多层膜、用于加工底层膜的掩模层及抗蚀层。 用于加工底层膜的掩模层的折射率和吸光度随用于加工基材的下底层膜的折射率、吸光度和厚度而变化。 希望用于加工底层膜的掩膜层符合以下条件i)掩膜层能够形成一个具有最小卷边的抗蚀图形；ii)掩膜层能够很好地附着于抗蚀层上；和iii)在用于加工基材的底层膜加工时掩膜应具有足够的遮蔽性。更希望用于加工底层膜的硬掩模层表现高蚀刻选择性且足以抵抗多次蚀刻。而且，硬掩模层还应使抗蚀层与底层之间的反射率最小。因此，用于加工底层膜的掩膜层的折射率和吸光度应该优化，以有效利用抗反射性并保证光刻值(lithographicprocess margin)。迄今为止，能够满足以上所有要求的掩膜层材料还没有开发出来。
技术实现思路
按照本专利技术的某些实施方式，抗蚀底膜的硬掩模层组合物含有(a)由式1的化合物与式2的化合物反应制得的第一聚合物其中n为3-20的数，(R)m-Si-(OCH3)4-m(2)其中R为一价有机基团，m为0、1或2；(b)包括式3所示结构的第二聚合物 其中R1为芳基，R2、R3和R4各自独立地为氢、烷基、芳基或烯丙基，a、b和c各自独立地为正整数；(c)酸性或碱性催化剂；以及(d)有机溶剂。 按照本专利技术的某些实施方式，抗蚀底膜的硬掩模层组合物含有(a)由式1的化合物与式2的化合物反应制得的第一聚合物 其中n为3-20的数，(R)m-Si-(OCH3)4-m(2)其中R为一价有机基团，m为0、1或2；(b)包括式4所示结构的第二聚合物 其中R5是亚芳基，R6是羟芳基、环氧取代芳基、芳烷基或芳羰基，d是正整数；(c)酸性或碱性催化剂；以及(d)有机溶剂。 按照本专利技术的某些实施方式，抗蚀底膜的硬掩模层组合物含有(a)由式1的化合物与式2的化合物反应制得的第一聚合物 其中n为3-20的数，(R)m-Si-(OCH3)4-m(2)其中R为一价有机基团，m为0、1或2；(b)包括式5所示结构的第二聚合物 其中R8是氢、烷基、芳基或烯丙基，R9为羟亚芳基(hydroxyarylene)，e是正整数；(c)酸性或碱性催化剂；以及(d)有机溶剂。 按照本专利技术的某些实施方式，抗蚀底膜的硬掩模层组合物含有(a)由式1的化合物与式2的化合物反应制得的第一聚合物 其中n为3-20的数，(R)m-Si-(OCH3)4-m(2) 其中R是一价有机基团，m为0、1或2；(b)包括式6所示结构的第二聚合物 其中R14为芳基，R15和R16各自独立地为氢、烷基、芳基或烯丙基，f和g各自独立地为正整数；(c)酸性或碱性催化剂；以及(d)有机溶剂。 按照本专利技术的某些实施方式，抗蚀底膜的硬掩模层组合物含有(a)以含硅单体单元的总摩尔数计，含有约10-99摩尔％的下述式7所述单体单元和1-90摩尔％的选自下述式8和9中的至少一种单体单元的第一聚合物 其中R、R’和R”分别独立地为一价有机基团；(b)至少包括式3-6中所示结构中的至少一种的第二聚合物；(c)酸性或碱性催化剂；以及(d)有机溶剂。 本专利技术的实施方式还包括制备半导体集成电路装置的方法，该方法包括以下步骤(a)在基材上提供材料层(material layer)；(b)在材料层上形成硬掩模层，其中该硬掩模层由有机物构成；(c)使用按照本专利技术实施方式的抗蚀底膜组合物在材料层上形成用于抗蚀底膜的抗反射硬掩模层；(d)在抗反射硬掩模层上形成对辐射敏感的成像层；(e)将成像层图形化曝光(patternwise exposing)，以在成像层形成辐射曝光区的图形；(f)选择性地移除部分对辐射敏感的成像层和抗反射硬掩模层，以使部分含有有机物质的硬掩模材料层曝光；(g)选择性地移除部分图形化的抗反射硬掩模层和含有有机物质的硬掩模材料层，以使部分材料层曝光；并(h)蚀刻材料层的曝光部分以得到图形化的材料层。 本专利技术的实施方式还包括由本专利技术实施方式的方法制备的半导体集成电路装置。具体实施方式以下将对本专利技术进行更加详细的描述。然而，本专利技术可以以多种不同的实施方式来体现，而不应仅仅限制于这里所表述的实施方式。此外，提供这些实施例是为了使本专利技术的公开完全彻底，使本领域技术人员能够充分理解本专利技术的范围。 当一个元素或一个层被认为在另一个元素或另一个层“上”时，可以理解为该元素或层直接在、连接到或与另一个元素或层结合在一起，或者有中间元素或层存在。相反，当一个元素被认为“直接在”另一个元素或层上、“直接连接到”或“直接结合”另一个元素或层时，就没有中间元素或层存在。相同的符号至始表示相同的元素。这里所用的“和/或”包括与所列条目相关的任意一个或它们中一个或多个的所有组合。 这里使用术语的目的仅仅是为了描述具体实施方式，而不是限制本专利技术。同时还应了解，当在说明书中使用术语“含有”和/或“包括”时，就表示指定所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或组分的存在，但并不排除存在或添加有一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组分和/或它们的组合。 除非特别限定，这里所用的所有术语(包括技术和科学术语)同样具有与本专利技术所属
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【技术保护点】
一种抗蚀底膜的硬掩模层组合物，该组合物含有：（ａ）由式１的化合物与式２的化合物反应制得的第一聚合物Ｈ↓［３］ＣＯ－（－＊－）↓［ｎ］－ＣＨ↓［３］（１）其中ｎ为３－２０的数，（Ｒ）↓［ｍ］－Ｓｉ－（ＯＣＨ↓［３］）↓［４－ｍ］（２）其中Ｒ为一价有机基团，ｍ是０、１或２；（ｂ）包括式３所示结构的第二聚合物＊＊＊（３）其中Ｒ↓［１］是芳基，Ｒ↓［２］、Ｒ↓［３］和Ｒ↓［４］分别独立地选自由氢、烷基、芳基和烯丙基组成的组中，ａ、ｂ和ｃ分别独立地为正整数；（ｃ）酸性或碱性催化剂；以及（ｄ）有机溶剂。

【技术特征摘要】
KR 2005-12-26 10-2005-0130022;KR 2005-12-26 10-2001.一种抗蚀底膜的硬掩模层组合物，该组合物含有(a)由式1的化合物与式2的化合物反应制得的第一聚合物 其中n为3-20的数， 其中R为一价有机基团，m是0、1或2；(b)包括式3所示结构的第二聚合物 其中R1是芳基，R2、R3和R4分别独立地选自由氢、烷基、芳基和烯丙基组成的组中，a、b和c分别独立地为正整数；(c)酸性或碱性催化剂；以及(d)有机溶剂。2.根据权利要求1所述的硬掩模层组合物，其中，R1选自由苯基、萘基和蒽基组成的组中，R2、R3和R4分别独立地选自由氢、C1-10的烷基、C6-10的芳基和烯丙基组成的组中，；a、b和c分别独立地为1-60的整数。3.根据权利要求1所述的硬掩模层组合物，其中，所述碱性催化剂含有一种或多种式NH4OH或N(R’)4OH的氢氧化铵，其中R’是一价有机基团。4.根据权利要求1所述的硬掩模层组合物，其中，所述酸性催化剂选自由对甲苯磺酸一水合物、对甲苯磺酸吡啶鎓盐、2，4，4，6-四溴环己二烯酮、二苯乙醇酮甲苯磺酸盐、2-硝基卞基甲苯磺酸盐和有机磺酸烷基酯组成的组中。5.根据权利要求1所述的硬掩模层组合物，其中，以组合物的总重量计，所述第一聚合物以约1-50重量％的含量范围存在。6.根据权利要求1所述的硬掩模层组合物，其中，以组合物的总重量计，所述第二聚合物以约1-30重量％的含量范围存在。7.根据权利要求1所述的硬掩模层组合物，其中，所述第一聚合物包括选自式10-14所示结构中的至少一种结构 其中R为一价有机基团，w、x、y和z分别独立地为正整数。8.根据权利要求1所述的硬掩模层组合物，其中，该组合物还含有交联剂和表面活性剂中的一种或多种。9.一种抗蚀底膜的硬掩模层组合物，该组合物含有(a)由式1的化合物与式2的化合物反应制得的第一聚合物 其中n为3-20的数，其中R为一价有机基团，m为0、1或2；(b)包括式4所示结构的第二聚合物 其中R5是亚芳基，R6选自由羟芳基、环氧取代芳基、芳烷基和芳羰基组成的组中，d是正整数；(c)酸性或碱性催化剂；以及(d)有机溶剂。10.根据权利要求9所述的硬掩模层组合物，其中，R5选自下列两种亚芳基中的一种 R6选自由R5OH、 CH2R7和C(＝O)R7组成的组中，其中R7选自由蒽基、萘基和苯基组成的组中；d为3-20的整数。11.根据权利要求9所述的硬掩模层组合物，其中，所述碱性催化剂含有一种或多种式NH4OH或N(R’)4OH的氢氧化铵，其中R’是一价有机基团。12.根据权利要求9所述的硬掩模层组合物，其中，所述酸性催化剂选自由对甲苯磺酸一水合物、对甲苯磺酸吡啶鎓盐、2，4，4，6-四溴环己二烯酮、二苯乙醇酮甲苯磺酸盐、2-硝基卞基甲苯磺酸盐和有机磺酸烷基酯组成的组中。13.根据权利要求9所述的硬掩模层组合物，其中，以组合物的总重量计，所述第一聚合物以约1-50重量％的含量范围存在。14.根据权利要求9所述的硬掩模层组合物，其中，以组合物的总重量计，所述第二聚合物以约1-30重量％的含量范围存在。15.根据权利要求1所述的硬掩模层组合物，其中，所述第一聚合物包括式10-14所示结构中的至少一种结构 其中R为一价有机基团，w、x、y和z分别独立地为正整数。16.根据权利要求9所述的硬掩模层组合物，其中，该组合物还含有交联剂和表面活性剂中的一种或多种。17.一种抗蚀底膜硬掩模层组合物，该组合物含有(a)由式1的化合物与式2的化合物反应制得的第一聚合物 其中n为3-20的数， 其中R为一价有机基团，m为0、1或2；(b)包括下式5所示结构的第二聚合物 其中R8选自由氢、烷基、芳基和烯丙基组成的组中；R9为羟亚芳基，e是正整数；(c)酸性或碱性催化剂；以及(d)有机溶剂。18.根据权利要求17所述的硬掩模层组合物，其中，R8选自由氢、C1-10烷基、C6-10芳基和烯丙基组成的组中，R9选自由羟亚萘基、羟亚苯基和具有如下结构的化合物组成的组中， 其中，R10和R11分别独立地选自由氢、羟基、C1-10烷基、C6-10芳基、烯丙基和卤素组成的组中，R12和R13分别独立选自由氢、交联官能团和生色团组成的组中，e为1-190的整数。19.根据权利要求17所述的硬掩模层组合物，其中，所述碱性催化剂含有一种或多种式NH4OH或N(R’)4OH的氢氧化铵，其中R’是一价有机基团。20.根据权利要求17所述的硬掩模层组合物，其中，所述酸性催化剂选自由对甲苯磺酸一水合物、对甲苯磺酸吡啶鎓盐、2，4，4，6-四溴环己二烯酮、二苯乙醇酮甲苯磺酸盐、2-硝基卞基甲苯磺酸盐和有机磺酸烷基酯组成的组中。21.根据权利要求17所述的硬掩模层组合物，其中，以组合物的总重量计，所述第一聚合物以约1-50重量％的含量范围存在。22.根据权利要求17所述的硬掩模层组合物，其中，以组合物的总重量计，所述第二聚合物以约1-30重量％的含量范围存在。23.根据权利要求17所述的硬掩模层组合物，其中，所述第一聚合物包括式10-14所示结构中的至少一种结构 其中R为一价有机基团，w、x、y和z分别独立地为正整数。24.根据权利要求17所述的硬掩模层组合物，其中，该组合物还含有交联剂和表面活性剂中的一种或多种。25.一种抗蚀底膜硬掩模层组合物，该组合物含有(a)由式1的化合物与式2的化合物反应制得的第一聚合物 其中n为3-20个数， 其中R是一价有机基团，m为0、1或2；(b)包括式6所示结构的第二聚合物 其中R14为芳基，R15和R16各自独立地选自由氢、烷基、芳基和烯丙基组成的组中；f和g各自独立地为正整数；(c)酸性或碱性催化剂；以及(d)有机溶剂。26.根据权利要求25所述的硬掩模层组合物，其中，R14选自由苯基、萘基和蒽基组成的组中；R15和R16分别独立选自由氢、C1-10烷基、C6-10芳基和烯丙基组成的组中；f和g分别为1-60的整数。27.根据权利要求25所述的硬掩模层组合物，其中，所述碱性催化剂含有一种或多种式NH4OH或N(R’)4OH的氢氧化铵，其中R’是一价有机基团。28.根据权利要求25所述的硬掩模层组合物，其中，所述酸性催化剂选自由对甲苯磺酸一水合物、对甲苯磺酸吡啶鎓盐、2，4，4，6-四溴环己二烯酮、二苯乙醇酮甲苯磺酸盐、2-硝基卞基甲苯磺酸盐和有机磺酸烷基酯组成的组中。29.根据权利要求25所述的硬掩模层组合物，其中，以组合物的总重量计，所述第一聚合物以约1-50重量％的含量范围存在。30.根据权利要求25所述的硬掩模层组合物，其中，以组合物的总重量计，所述第二聚合物以约1-30重量％的含量范围存在。31.根据权利要求25...

【专利技术属性】
技术研发人员：鱼东善，吴昌一，金到贤，尹熙灿，李镇国，伊丽娜南，金钟涉，
申请(专利权)人：第一毛织株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]