一种硬掩膜单体和组合物及图案形成方法技术

本发明专利技术属于光刻领域，公开了一种硬掩膜单体和组合物及图案形成方法。所述硬掩膜组合物含有式(1)所示的硬掩膜单体、聚合物以及溶剂，式(1)中，Ar1和Ar2各自独立地表示碳原子数为6‑30的芳基，m为1‑4的整数。本发明专利技术提供的硬掩膜组合物兼具有优异的耐刻蚀性能、间隙填充特征和平坦化特征。

A hard mask monomer and composition and a pattern forming method

【技术实现步骤摘要】
一种硬掩膜单体和组合物及图案形成方法
本专利技术属于光刻领域，具体涉及一种硬掩膜单体和组合物及图案形成方法。
技术介绍
在半导体制造工艺中，为获得精细的高纵横比的刻蚀图案，通常采用多层硬掩膜堆叠的工艺。典型堆叠结构为双层结构或三层结构。对于双层结构，下层是通过化学气相沉积形成的无定型碳层，上层是能实现图案的光刻抗蚀剂层；对于三层结构，下层是通过化学气相沉积形成的厚的无定型碳层，中间层是薄的富硅层，上层是能实现图案的薄光刻抗蚀剂层。薄光致抗蚀剂层足以使富硅层图案化，因此可以避免图案坍塌；富硅层依序被用做硬掩膜，实现下层碳的图案化；通过已图案化的碳层为硬掩膜，最终在晶圆上得到高纵横比的图案。上述工艺中的硬掩膜层通常是通过化学气相沉积制备的。通过化学气相沉积方法制备的硬掩膜层具有优异的耐刻蚀性和刻蚀选择性，但在也存在一些问题，例如粒子污染以及启动设备投资巨大。因此，近年来，化学气相沉积的硬掩膜材料逐渐被旋涂硬掩膜材料替代。旋涂硬掩膜材料需要具有在一般溶剂中良好的溶解性，与光刻胶接近的干刻蚀速率的选择比、或具有比光刻胶小的干刻蚀速率的选择比、以及比半导体衬底小的干刻蚀速率的选择比。此外，在光刻工艺中，对平坦度的要求很高。严重的高低差会导致光致抗蚀剂厚度不同，而厚度不同将导致关键尺寸(CD)大小存在差异，因此要求旋涂硬掩膜材料具有间隙填充和平坦化特性，而旋涂硬掩膜材料的间隙填充和平坦化特性通常与其溶解性有关，所以已尝试使用溶解度容易控制的单体化合物作为旋涂硬掩膜材料的单体组分。然而，与聚合物相比，单体化合物的耐刻蚀性和耐热性通常略差，需要加以改善以得到综合性能更为优异的硬掩膜组合物。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种新的硬掩膜单体和组合物及图案形成方法，该硬掩膜组合物不仅具有高耐刻蚀性，而且还兼具有间隙填充特性和平坦化特性。具体地，本专利技术提供了一种硬掩膜单体，所述硬掩膜单体具有式(1)所示的结构：式(1)中，Ar1和Ar2各自独立地表示碳原子数为6-30的芳基，m为1-4的整数。进一步的，Ar1和Ar2各自独立地选自如下组(1)所列基团中的至少一种：进一步的，所述硬掩膜单体选自如下化学式1-1～化学式1-9中的至少一者：本专利技术还提供了一种硬掩膜组合物，其中，所述硬掩膜组合物含有硬掩膜单体、聚合物以及溶剂。进一步的，所述聚合物为酚醛树脂。进一步的，所述酚醛树脂的重均分子量为400-5000，多分散度为1.5-2.5。进一步的，所述聚合物的结构单元选自如下化学式2-1～化学式2-6中的至少一者：进一步的，所述硬掩膜单体与所述聚合物的重量比为9:1-1:9。进一步的，以所述硬掩膜组合物的总重量为基准，所述硬掩膜单体和聚合物的总含量为4-25wt％。进一步的，所述溶剂选自丙二醇单甲醚乙酸酯、丙二醇单甲醚、乳酸乙酯、乳酸丁酯和环己酮中的至少一种。进一步的，所述硬掩膜组合物还含有交联剂、催化剂和表面活性剂中的至少一种。本专利技术还提供了一种图案形成方法，其中，该图案形成方法包括以下步骤：在基板上形成材料层；将上述硬掩膜组合物施加在所述材料层上并进行热处理，以形成硬掩膜；在所述硬掩膜上形成含硅薄层；在所述含硅薄层上形成光刻胶抗蚀层；将所述光刻胶抗蚀层曝光并显影以形成光刻胶图案；使用所述光刻胶图案选择性去除部分所述含硅薄层和所述硬掩膜以暴露所述材料层的一部分；刻蚀所述材料层的暴露部分。进一步的，将所述硬掩膜组合物施加在所述材料层上的方式为旋涂法。本专利技术的有益效果如下：本专利技术提供的硬掩膜组合物兼具有优异的耐刻蚀性能、间隙填充特征和平坦化特征。附图说明图1为表面平坦化特征的高度h1和高度h2之间差异的剖面图。具体实施方式下面详细描述本专利技术。单体本专利技术提供的硬掩膜单体具有式(1)所示的结构：式(1)中，Ar1和Ar2各自独立地表示碳原子数为6-30的芳基，m为1-4的整数。本专利技术提供的硬掩膜单体具有稠环芳烃和苯并噁嗪结构单元，单体分子中碳含量高，且单体分子中的噁嗪环在高温下开环发生交联反应，形成类似酚醛树脂的交联网络结构，确保了硬掩膜组合物具有良好的耐刻蚀性能、间隙填充特征和平坦化特征。从耐刻蚀的角度出发，Ar1和Ar2优选各自独立地为联萘基团、芘基或苯并苝基，更优选各自独立地选自如下组(1)所列基团中的至少一种：根据本专利技术的一种特别优选的实施方式，所述硬掩膜单体选自如下化学式1-1～化学式1-9中的至少一者：聚合物所述硬掩膜组合物含有聚合物。所述聚合物优选为酚醛树脂。所述酚醛树脂的重均分子量优选为400-5000，多分散度优选为1.5-2.5。所述酚醛树脂可以通过商购获得，也可以通过将含有芳香环的化合物与醛或酮在酸催化剂的存在下通过缩聚反应获得。所述含有芳香环的化合物的具体实例包括但不限于：苯、苯酚、萘、羟基萘、芴、咔唑、二苯胺、三苯胺、蒽、芘、羟基芘等。所述醛的具体实例包括但不限于：甲醛、多聚甲醛、乙醛、丙醛及相应的同分异构体、丁醛及相应的同分异构体、戊醛及相应的同分异构体、己醛及相应的同分异构体、苯甲醛、萘甲醛、蒽甲醛、芘甲醛、水杨醛等。所述酮的具体实例包括但不限于：二苯基酮、苯基、萘基酮、二萘基酮、9-芴酮等二芳基酮等。在形成酚醛树脂的缩聚反应中，当含有芳香环的化合物为1当量时，醛或酮的用量一般为0.1-10当量。所述酸催化剂可以为例如硫酸、磷酸、高氯酸等无机酸，也可以为例如对苯甲磺酸、甲酸、草酸等有机酸。当含有芳香环的化合物的用量为100质量份时，酸催化剂的用量可以为0.1-100质量份。上述缩聚反应通常在溶剂中进行。所述溶剂可以为现有的各种惰性液态物质，只要不阻碍反应均可以使用，其具体实例包括但不限于四氢呋喃、丙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚等。此外，当所使用的酸催化剂如果为甲酸那样的液态物质时，则也可以兼做溶剂。所述缩聚反应的温度通常为40-200℃，反应时间根据反应温度和分子量要求进行选择，通常为30分钟到50小时左右。根据本专利技术的一种优选实施方式，所述聚合物的结构单元选自如下化学式2-1～化学式2-6中的至少一者：在本专利技术中，所述硬掩膜单体与所述聚合物的重量比优选为9:1-1:9，更优选为3:7-7:3。此外，以所述硬掩膜组合物的总重量为基准，所述硬掩膜单体和聚合物的总含量优选为4-25wt％，更优选为8-20wt％。所述硬掩膜组合物的间隙填充特性和平坦化特性通常与硬掩膜组合物中单体和聚合物的分子量和溶解性有关，单体和聚合物的分子量越小，溶解性越好，硬掩膜组合物的间隙填充特性和平坦化特性越好。本专利技术提供的用于硬掩膜组合物的单体优选具有300-2000的数均分子量，分子量较低，因此确保了溶解性，并由此可提供具有良好间隙填充特性和平坦化特性的薄膜。溶剂所述硬掩膜组合物中的溶剂可以为足够溶解或分散单体和聚合物的任何物质，例如可以选自乙二醇单甲醚、乙二醇单乙基醚、甲基溶纤剂乙酸酯、乙基溶纤剂乙酸酯、二甘醇单甲醚、二甘醇单乙基醚、丙二醇、丙二醇单甲基醚、丙二醇单甲醚乙酸酯、丙二醇单乙基醚、丙二醇单乙基醚乙酸酯、甲苯、二甲苯、甲基乙基酮、环戊酮、环己酮、2-羟基丙酸乙酯、2-羟基-2-甲基丙酸乙酯、乙氧基乙酸乙酯、羟基乙酸乙酯、2-羟基-3-甲基丁酸甲酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸甲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硬掩膜单体，其特征在于，所述硬掩膜单体具有式(1)所示的结构：

【技术特征摘要】
1.一种硬掩膜单体，其特征在于，所述硬掩膜单体具有式(1)所示的结构：式(1)中，Ar1和Ar2各自独立地表示碳原子数为6-30的芳基，m为1-4的整数。2.根据权利要求1所述的硬掩膜单体，其特征在于，Ar1和Ar2各自独立地选自如下组(1)所列基团中的至少一种：3.根据权利要求1或2所述的硬掩膜单体，其特征在于，所述硬掩膜单体选自如下化学式1-1～化学式1-9中的至少一者：4.一种硬掩膜组合物，其特征在于，所述硬掩膜组合物含有权利要求1-3中任意一项所述的硬掩膜单体、聚合物以及溶剂。5.根据权利要求4所述的硬掩膜组合物，其特征在于，所述聚合物为酚醛树脂；优选地，所述酚醛树脂的重均分子量为400-5000，多分散度为1.5-2.5；优选地，所述聚合物的结构单元选自如下化学式2-1～化学式2-6中的至少一者：6.根据权利要求4或5所述的硬掩膜组合物，其特征在于，所述硬掩膜单体与所述聚合物的重量比为9:1-1:9；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静，肖楠，
申请(专利权)人：福建泓光半导体材料有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35