高耐蚀刻性旋涂式碳硬掩膜组合物以及利用该组合物的图案化方法技术

本发明专利技术为了提供有用于半导体光刻工艺的具有高耐蚀刻性的硬掩膜组合物，提供包含二苯并咔唑(dibenzo carbazole)聚合物的旋涂式硬掩膜组合物以及通过旋涂将该组合物进行涂敷于被蚀刻层上部的工艺以及烘烤工艺形成硬掩膜层的图案化方法，本发明专利技术的硬掩膜具有能够承受多重蚀刻(mutil etch)过程的高耐蚀刻性、优秀的溶解度特性以及机械特性的效果。

A spin-coated carbon hard mask composition with high etching resistance and a patterning method utilizing the composition

The invention provides a hard mask composition with high etching resistance for semiconductor lithography process, a spin-coating hard mask composition comprising dibenzo carbazole polymer, a process for coating the composition on the upper part of the etched layer by spin-coating and a patterning method for forming a hard mask layer by baking process. The hard mask of the invention has the property of energy. Sufficient to withstand multi-etching process with high etching resistance, excellent solubility and mechanical properties.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高耐蚀刻性旋涂式碳硬掩膜组合物以及利用该组合物的图案化方法
本专利技术涉及有用于半导体光刻工艺的具有高耐蚀刻性的硬掩膜组合物，更详细地说涉及具有能够承受多重蚀刻(mutiletch)过程的高耐蚀刻性的二苯并咔唑(dibenzocarbazole)聚合物的硬掩膜组合物与图案化方法。
技术介绍
近来，随着半导体器件的小型化和集成化，正在要求精细的图案，作为形成这种精细图案的方法，通过曝光设备的开发或者通过附加工艺的导入的光致抗蚀剂图案精细化非常有效。作为增加半导体装置的集成密度并且形成具有更加微小的纳米范围尺寸的结构的方法，正在开发具有高分辨率的光致抗蚀剂以及光刻工艺工具。在制造半导体工艺中，过去使用波长为365nm的i线(i-line)光源在半导体基板上形成图案，但为了形成更加精细的图案需要具有更小波长带的光源。实际上，从KrF(248nm)开始正在开发利用ArF(198nm)、EUV(extremeultraviolet-极端紫外线，13.5nm)光源的光刻(lithography)技术，且目前已经商用化或者正在商用化，进而能够实现更加精细的波长。随着图案尺寸变小，光致抗蚀剂的厚度逐渐变薄，以防止光致抗蚀剂图案的坍塌。使用变薄的光致抗蚀剂图案不能蚀刻被蚀刻层，因此在光致抗蚀剂层和蚀刻层之间导入具有优异的耐蚀刻性的膜，该膜被称为硬掩模。硬掩模工艺是指利用光致抗蚀剂图案蚀刻硬掩模进行图案化之后利用硬掩模的图案蚀刻被蚀刻层的工艺。所述硬掩膜由化学气相沉积(Chemicalvapordeposition:CVD)方法或者旋涂(SpinOnCoating)方法制造而成。通过CVD方法制造的硬掩模膜具有由于使用蒸发器而出现的初始成本增加以及处理时间增加、颗粒问题等的缺点，因为这些缺点硬掩膜工艺正在利用可旋涂的材料而非沉积的材料，以持续努力缩短工艺时间。旋涂法的硬掩膜工艺相比于CVD法具有初期投资成本低、涂敷均匀、容易控制涂敷厚度以及能够缩短工艺时间的优点。另一方面，随着近年来半导体工艺变得更精细，线宽变得更窄，而高度保持不变或变得相对变高，使得图案的纵横比变高。随着硬掩模层的高度增加，在蚀刻工艺期间出现诸如弯曲(bowing)现象的问题，而且因为蚀刻的选择比不足而难以正常执行掩模功能。因此，正在要求改善蚀刻性的新的硬掩膜材料。
技术实现思路
(要解决的问题)本专利技术涉及半导体制造工艺中的利用旋涂碳硬掩膜的高抗蚀性图案化方法以及组合物，目的在于提供蚀刻选择性高、对多次蚀刻具有足够的耐受性以及溶解性优秀的硬掩膜组合物以及利用该组合物的图案化方法.(解决问题的手段)根据本专利技术的一实施例，一种旋涂式硬掩膜组合物，具有由所述化学式1表示的二苯并咔唑(dibenzocarbazole)衍生物聚合物，并且重均分子量为3,000至8,000；(化学式1)在所述化学式中，l、m以及n的范围分别在1≤l≤20、1≤m≤20、1≤n≤20；R1包含氢(H)、中的任何一种；R2包含中的任何一种；R3包含中的任何一种。根据本专利技术另一实施例，所述硬掩膜组合物包含：1重量％至50重量％的由所述化学式1表示的聚合物；50％至99重量％的有机溶剂；0至2重量％的表面活性剂。根据本专利技术另一实施例，所述有机溶剂可从由丙二醇甲醚(PGME)、丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)、环己酮、γ-丁内酯、乳酸乙酯(EL)、甲基乙基酮、n-乙酸正丁酯、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、3-甲氧基丙酸甲酯(MMP)、3-乙氧基丙酸乙酯(EEP)、二甲基甲酰胺(DMF)中选择的一种或者两种以上的混合物组成的群组中选择。根据本专利技术另一实施例，所述表面活性剂可从由聚氧乙烯烷基醚类、聚氧乙烯烷基苯基醚类、聚氧乙烯壬基苯醚类、聚氧乙烯辛基苯醚类、聚氧乙烯聚氧丙烯类、聚氧乙烯十二烷基醚类、聚氧乙烯山梨糖醇类中选择的一种或者两种以上的混合物组成的群组中选择。根据本专利技术另一实施例，提供一种形成硬掩膜层的图案化方法，将所述组合物通过旋涂进行涂敷于被蚀刻层上部的工艺以及烘烤工艺。根据本专利技术另一实施例，所述形成硬掩膜层的图案化方法是所述烘烤工艺在150℃至400℃的温度下进行1至5分钟。(专利技术的效果)本专利技术的高抗蚀性硬掩膜组合物可提供蚀刻选择性高、对多次蚀刻具有足够的耐受性以及溶解性优秀的效果。附图说明图1是由实施例2制造的聚合物的1H-NMR谱。具体实施方式以下，更加详细说明本专利技术。本专利技术提供如下的旋涂式硬掩膜组合物：具有由以下化学式1表示的二苯并咔唑(dibenzocarbazole)衍生物聚合物或者包括该聚合物的结构，重均分子量在3,000至8,000，优选为3,500至7,000，更加优选为5,000至6,000；(化学式1)在所述化学式中，l、m以及n的范围分别在1≤l≤20、1≤m≤20、1≤n≤20；R1包含氢(H)、中的任何一种；R2包含中的任何一种；R3包含中的任何一种。在所述化学式中，R2主要在酸(acid)催化剂条件下构成，具有提高所形成的高分子材料在有机溶剂中的溶解度的作用。在所述化学式中，R3具有主要用于改善整个高分子结构的热固化反应性和蚀刻选择比的作用。由所述化学式1表示的聚合物的特征在于，重均分子量为3,000至8,000，优选为3,500至7,000，更加优选为5,000至6,000。在由所述化学式1表示的聚合物重均分子量未满3,500的情况下，不生成足够量的聚合物结构，因此降低耐蚀刻性；如果超过7,000的情况下，涂覆表面的物理性质可能不均匀。所述硬掩膜组合物可包含：1重量％至50重量％的由所述化学式1表示的聚合物、50重量％至99重量％的有机溶剂、0至2重量％的表面活性剂。所述聚合物成分未满1重量％或者超过50重量％的情况下，未满或者超过目标涂层厚度，因此难以正确调整涂层厚度；若超过涂层厚度，则涂敷性可变差。所述有机溶剂可从由丙二醇甲醚(PGME)、丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)、环己酮、γ-丁内酯、乳酸乙酯(EL)、甲基乙基酮、n-乙酸正丁酯、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、3-甲氧基丙酸甲酯(MMP)、3-乙氧基丙酸乙酯(EEP)、二甲基甲酰胺(DMF)中选择的一种或者一种以上的混合物构成的群组中选择。所述表面活性剂是聚氧乙烯烷基醚类、聚氧乙烯烷基苯基醚类、聚氧乙烯壬基苯醚类、聚氧乙烯辛基苯醚类、聚氧乙烯聚氧丙烯类、聚氧乙烯十二烷基醚类、聚氧乙烯山梨糖醇类等非离子表面活性剂，可使用由这些表面活性剂单独或者混合物构成的群组中选择的。所述表面活性剂可降低表面张力并增加铺展性和渗透性，进而可有助于可涂布性和间隙填充(Gapfill)性能。根据本专利技术的另一实施例，提供一种图案化方法，通过旋涂将所述组合物进行涂敷于被蚀刻层上部以及烘烤工艺形成硬掩膜层。对于所述组合物的涂敷厚度，不作特别限制，而是涂敷厚度可以是至所述烘烤工艺可在150℃至400℃的温度下进行1分钟至5分钟。在所述烘烤步骤中，所述组合物可引起自交联(self-crosslinking)反应。(本专利技术的实施方式)以下，说明本专利技术的优选实施例以及比较例。但是，以下的实施例不过是本专利技术的优选实施例，不得由以下的实施例限定本专利技术。实施例1(合成二苯并咔唑系环聚合物)加入20g的7-苯基二苯并[C,G]咔唑、9.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋涂式硬掩膜组合物，其特征在于，作为由以下化学式1表示的二苯并咔唑衍生物聚合物，包含重均分子量在3,000至8,000的聚合物；(化学式1)

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.13 KR 10-2016-01327961.一种旋涂式硬掩膜组合物，其特征在于，作为由以下化学式1表示的二苯并咔唑衍生物聚合物，包含重均分子量在3,000至8,000的聚合物；(化学式1)在所述化学式中，l、m以及n的范围分别在1≤l≤20、1≤m≤20、1≤n≤20；R1包含氢、中的任何一种；R2包含中的任何一种；R3包含中的任何一种。2.根据权利要求1所述的旋涂式硬掩膜组合物，其特征在于，聚合物的重均分子量在3,500至7,000。3.根据权利要求2所述的旋涂式硬掩膜组合物，其特征在于，聚合物的重均分子量在5,000至6,000。4.根据权利要求1所述的旋涂式硬掩膜组合物，其特征在于，所述硬掩膜组合物包含：二苯并咔唑衍生物聚合物、有机溶剂以及表面活性剂。5.根据权利要求4所述的旋涂式硬掩膜组合物，其特征在于，聚合物占据所述组合物总量的1至50重量％。6.根据权利要求4所述的旋涂式硬掩膜组合物，其特征在于，有机溶剂占据所述组合物总量的50至99重量％。7.根据权利要求4所述的旋涂式硬掩膜组合物，其特征在于，表面活性剂占据所述组合物总量的0至2重量％。8.根据权利要求4所述的旋涂式硬掩膜组合物，其特征在于，有机溶剂从由丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、环己酮、γ-丁内酯、乳酸乙酯、甲基乙基酮、n-乙酸正丁酯、N-甲基吡咯烷酮、3-甲氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、二甲基甲酰胺中选择的一种或者两种...

【专利技术属性】
技术研发人员：金起洪，李秀珍，李昇炫，李昇勋，
申请(专利权)人：荣昌化学制品株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR