一种包含碳材料、金属有机化合物和溶剂的旋涂组合物以及一种在基材上方制造金属氧化物膜的方法技术

本发明专利技术涉及一种包含碳材料和金属有机化合物的旋涂组合物。本发明专利技术还涉及使用其在基材上方形成金属氧化物膜和制造器件的方法。上方形成金属氧化物膜和制造器件的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种包含碳材料、金属有机化合物和溶剂的旋涂组合物以及一种在基材上方制造金属氧化物膜的方法


[0001]本专利技术涉及一种包含碳材料和金属有机化合物的旋涂组合物以及使用该组合物在基材上方形成金属氧化物膜的方法。本专利技术还涉及一种使用该组合物制造器件的方法。

技术介绍

[0002]金属氧化物膜可用于多种应用，例如光刻硬掩模、用于抗反射涂层的底层和半导体领域中的电光器件。
[0003]作为例子，光致抗蚀剂/光刻胶(“抗蚀剂”)组合物例如在计算机芯片和集成电路的制造中用于微光刻工艺以制造小型化电子元器件。通常，将抗蚀剂组合物的薄涂层施涂到基材上，例如用于制造集成电路的硅晶片上。然后烘烤经涂覆的基材以从抗蚀剂中去除所需量的溶剂。然后将基材上的抗蚀剂膜以图像方式曝光于光化辐射，例如可见光、紫外线、极紫外线、电子束、粒子束和X射线辐射，并显影以形成图案。辐射在抗蚀剂的经曝光区域中引起化学转变。经曝光的涂层用显影剂溶液处理以溶解并去除抗蚀剂的经辐射曝光或未曝光的区域。
[0004]半导体器件小型化的趋势导致使用对越来越短的辐射波长敏感的新抗蚀剂，并且还导致使用复杂的多级系统来克服与这种小型化相关的困难。
[0005]包含大量耐热元素的底层可以用作硬掩模以及抗反射涂层。当上层抗蚀剂不能为用于将图像转移到下层半导体基材中的干法蚀刻提供足够高的抗性时，硬掩模是有用的。在这种情况下，使用称为硬掩模的材料，其抗蚀刻性足够高，可以将在其上创建的任何图案转移到下层半导体基材中。这之所以成为可能，是因为有机抗蚀剂与下层硬掩模不同，并且可以找到一种蚀刻气体混合物，它允许将抗蚀剂中的图像转移到下层硬掩模中。这种图案化的硬掩模然后可以以适当的蚀刻条件与气体混合物一起使用，以将图像从硬掩模转移到半导体基材中，而光刻胶本身无法通过单一的蚀刻工艺完成这项任务。
[0006]在这些情况下，研究了包含多配体取代的金属化合物和溶剂的组合物，其可用作高K金属氧化物的空气稳定前体并且可以制造金属硬掩模膜。参见例如专利文献1。
[0007]为了提供具有良好耐热性的化合物，以及能够良好地填充间隙、良好的平坦化和减少膜收缩的涂层，研究了某些有机碳材料。参见例如专利文献2。
[0008]引文清单
[0009][专利文献1]WO2019/048393A1
[0010][专利文献2]WO2019/121480A1

技术实现思路

[0011]技术问题
[0012]已经发现还存在一个或多个需要改进的明显问题，包括：溶质溶解度不足；溶质耐热性不足；在金属氧化物膜中可以发现开裂；金属氧化物膜的抗蚀刻性不足；在准备过程中
可能会发生沉淀；金属氧化物膜的密度低；组合物和/或金属氧化物膜的涂布性不足；金属氧化物膜的图案不易从基材上去除；可能发生金属氧化物膜与相邻涂层的混合；金属氧化物膜的精细图案化困难；组合物的间隙填充不足；膜的表面平坦度不足；膜的硬度不足；膜的内应力高；图案扭动经常发生。
[0013]下面描述的本专利技术解决了这些问题中的至少一个。
[0014]问题的解决方案
[0015]本专利技术提供了一种旋涂组合物，其包含碳材料(A)、金属有机化合物(B)和溶剂(C)，其中碳材料(A)包含由式(A1)表示的单元(A1)：
[0016][0017]Ar
11
是未取代或取代有R
11
的C6‑
60
烃，
[0018]R
11
是C1‑
20
直链、支链或环状的烷基、氨基或烷基氨基，
[0019]R
12
是I、Br或CN，
[0020]p
11
为0～5的整数，p
12
为0～1的整数，q
11
为0～5的整数，q
12
为0～1的整数，r
11
为0～5的整数，s
11
为0～5的整数，条件是p
11
、q
11
和r
11
不同时取0；
[0021]溶剂(C)包含有机溶剂；并且
[0022]碳材料(A)的质量与金属有机化合物(B)的质量的质量为约5至约100质量％。
[0023]在另一种实施方案中，组合物基本上由如上所述的组分(A)、(B)和(C)组成。在这样的实施方案中，(A)、(B)和(C)的总量不必等于100重量％，并且可以包括不会实质性地改变组合物有效性的其他成分(例如另外的溶剂，包括水、常用添加剂和/或杂质)。
[0024]在另一种实施方案中，组合物由如上所述的组分(A)、(B)和(C)组成。在这样的实施方案中，(A)、(B)和(C)的总量等于按重量计约100％，但可以包括以如此少量存在以至于它们实质上不存在的其他少量和/或痕量的添加剂改变组合物的有效性。例如，在一种这样的实施方案中，组合物可以包含2重量％或更少的添加剂。在另一种实施方案中，组合物可以包含1重量％或更少的添加剂。在进一步的实施方案中，组合物可以包含0.05重量％或更少的添加剂。
[0025]本专利技术还提供了一种旋涂金属硬掩模组合物。
[0026]本专利技术提供了一种制造金属氧化物膜的方法，包括(1)将上述旋涂组合物旋涂在基材上；并且(2)将旋涂组合物加热以形成金属氧化物膜。
[0027]本专利技术提供了一种制造抗蚀剂涂层的方法，包括：(3)在如上制造的金属氧化物膜上方施涂抗蚀剂组合物。
[0028]本专利技术提供了一种制造抗蚀剂图案的方法，包括：(4)通过辐射光对如上制造的抗蚀涂层进行曝光；(5)用显影剂对曝光后的抗蚀剂涂层进行显影；并且(6)从基材上移除显影剂。
[0029]本专利技术提供了一种制造经处理的基材的方法，包括：(7)用如上制造的抗蚀剂图案进行蚀刻；并且(8)处理基材。
[0030]本专利技术提供了一种制造器件的方法，包括如上所述的制造经处理的基材的方法。
[0031]专利技术的效果
[0032]旋涂组合物中的溶质在溶剂(C)中表现出良好的溶解性。旋涂组合物中的溶质表现出良好的耐热性。由旋涂组合物制成的金属氧化物膜减少了开裂。由旋涂组合物制成的金属氧化物膜表现出良好的抗蚀刻性。旋涂组合物的溶质减少了沉淀。金属氧化物膜增加了它的密度。金属氧化物膜在基材上表现出良好的涂布性。曾经用作掩模的金属氧化物膜的图案可以很容易地去除。金属氧化物膜减少了与相邻涂层(例如抗蚀剂涂层)的混合。金属氧化物膜的精细图案化是可能的。旋涂组合物表现出良好的间隙填充性能。金属氧化物膜具有良好的平坦度。金属氧化物膜的硬度高。可以抑制内部应力变得过高和/或图案扭动。
[0033]实施方案的描述
[0034]上面的概述及以下的详述是为了说明本专利技术而提供的，并非旨在限制所要求保护的专利技术。
具体实施方式
[0035]定义
[0036]在整个说明书中，除非明确限制或说明，否则以下定义符号、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种旋涂组合物，其包含碳材料(A)、金属有机化合物(B)和溶剂(C)，其中(i)碳材料(A)包含由式(A1)表示的单元(A1)：其中：Ar
11
是未取代或取代有R
11
的C6‑
60
烃，R
11
是C1‑
20
直链、支链或环状的烷基、氨基或烷基氨基，R
12
是I、Br或CN，p
11
为0～5的整数，p
12
为0～1的整数，q
11
为0～5的整数，q
12
为0～1的整数，r
11
为0～5的整数，s
11
为0～5的整数，并且条件是p
11
、q
11
和r
11
不同时取0；(ii)溶剂(C)包含有机溶剂；并且(iii)碳材料(A)与金属有机化合物(B)质量的质量比为约5至约100质量％，优选为约10至约75质量％，更优选为约10至约50质量％。2.根据权利要求1所述的旋涂组合物，其中该式(A1)为以下中的一种或多种：(i)式(A1
‑
1)：其中Ar
21
是C6‑
50
芳烃环，R
21
、R
22
和R
23
各自独立地是C6‑
50
芳烃环、氢或与另一个单元键合的单键，R
24
和R
25
各自独立地是C1‑4烷基，可选地，多个R
24
和/或R
25
可以相互结合以与相邻的苯形成芳环，n
21
为0～1的整数，n
24
和n
25
各自独立地为0～3的整数，并且R
12
是I、Br或CN，p
11
为0～5的整数，p
12
为0～1的整数，q
11
为0～5的整数，q
12
为0～1的整数，r
11
为0～5的整
数，s
11
为0～5的整数，并且条件是p
11
、q
11
和r
11
不同时取0；(ii)式(A1
‑
2)：其中L
31
和L
32
各自独立地是单键或亚苯基，n
31
、n
32
、m
31
和m
32
各自独立地为0～6的整数，R
12
是I、Br或CN，p
11
为0～5的整数，p
12
为0～1的整数，q
11
为0～5的整数，q
12
为0～1的整数，r
11
为0～5的整数，s
11
为0～5的整数，并且条件是p
11
、q
11
和r
11
不同时取0；和(iii)式(A1
‑
3)：其中：Ar
41
是C6‑
50
芳烃，R
41
和R
42
各自独立地是C1‑
10
烷基，可选地，R
41
和R
42
构成环状烃，*41位的碳原子是季碳原子，L
41
是C6‑
50
亚芳基，或与另一个单元键合的单键，R
12
是I、Br或CN，p
11
为0～5的整数，p
12
为0～1的整数，q
11
为0～5的整数，q
12
为0～1的整数，r
11
为0～5的整数，s
11
为0～5的整数，并且条件是p
11
、q
11
和r
11
不同时取0；并且其中，当碳材料(A)为聚合物时，除了在聚合物的末端位置以外，该聚合物不由或基本上不由仲碳原子和叔碳原子组成。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的旋涂组合物，其中该碳材料(A)还包含以下中的一种或多种：(iv)由式(A2)表示的单元(A2)：其中Cy
51
是C5‑
30
环状烃环；和(v)由式(A3)表示的单元(A3)：其中：Ar
61
是单键、C1‑6烷基、C6‑
12
环烷基或C6‑
14
芳基，Ar
62
是C1‑6烷基、C6‑
12
环烷基或C6‑
14
芳基，R
61
和R
62
各自独立地是C1‑6烷基、羟基、卤素或氰基，R
63
是氢、C1‑6烷基或C6‑
14
芳基，当Ar
62
是C1‑6烷基或C6‑
14
芳基并且R
63
是C1‑6烷基或C6‑
14
芳基时，Ar
62
和R
63
可选地彼此连接以形成烃环，r
61
和r
62
各自独立地为0～5的整数，由虚线包围的Cy
61
、Cy
62
和Cy
63
环中的至少一个是与相邻的芳烃环Ph
61
稠合的芳烃环，并且由虚线包围的Cy
64
、Cy
65
和Cy
66
环中的至少一个是与相邻的芳烃环Ph
62
稠合的芳烃环。4.根据权利要求1至3中任一项所述的旋涂组合物，其中该金属有机化合物(B)是包含可水解基团的金属有机络合物、包含可水解基团的金属有机络合物的水解产物、包含可水解基团的金属有机络合物的水解
‑
缩...

【专利技术属性】
技术研发人员：关藤高志，赵俊衍，
申请(专利权)人：默克专利有限公司，
类型：发明
国别省市：