含芘侧基聚合物和硬掩膜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，公开了一种含芘侧基聚合物和硬掩膜组合物及图案形成方法。所述硬掩膜组合物含有含芘侧基聚合物和溶剂以及任选的交联剂、催化剂和表面活性剂，所述含芘侧基聚合物具有式(1)和/或式(2)所示的结构。本发明专利技术通过对苯酚聚合物的侧基采用含芘基团进行修饰改性而获得含芘侧基聚合物，该含芘侧基聚合物具有较高的碳含量，能够提高硬掩膜组合物的耐刻蚀性和耐热性，并且该含芘侧基聚合物中高碳含量的芘基位于侧链，不会因为碳含量高而影响聚合物的溶解性，从而确保了硬掩膜组合物具有良好的溶解性，容易通过旋涂方式涂布于基板上，进而可获得平坦化特征和填隙特征均良好的硬掩膜。

Pyrene containing side group polymer and hard mask composition and pattern forming method

【技术实现步骤摘要】
含芘侧基聚合物和硬掩膜组合物及图案形成方法
本专利技术属于光刻领域，具体涉及一种含芘侧基聚合物和硬掩膜组合物及图案形成方法。
技术介绍
一直以来，在半导体器件的制造中，都是通过光致抗蚀剂的光刻实现图案化。典型的光刻工艺包括：在半导体衬底上形成材料层，在材料层上涂覆光致抗蚀剂，曝光并显影光致抗蚀剂层以提供光致抗蚀剂图案，使用光致抗蚀剂图案作为掩模刻蚀材料层。近年来，随着半导体器件的高集成化和高速化，作为光致抗蚀剂图案形成时使用的光刻光源，由KrF准分子激光器(248nm)向ArF准分子激光器(193nm)短波长化发展。为了确保透光率，ArF光致抗蚀剂中使用的树脂优选不含芳香环的聚合物，导致ArF光致抗蚀剂的耐刻蚀比较差，因此为了得到精细化的图案，提出了三层抗蚀剂法，其工艺过程包括：在半导体衬底上形成材料层，通过化学气相沉积在材料层上形成厚的无定型碳层，中间层是薄的富含硅的层，上层是能实现图案的ArF光致抗蚀剂层。ArF光致抗蚀剂层足以使富硅层图案化；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，最终在材料层上得到精细化的图案。此外，为了降低设备投入并提高硬掩膜质量，近来在形成硬掩膜层时，更建议使用旋涂法而非化学气相沉积法。旋涂法需要使用同时具有良好的耐刻蚀性和溶解性的硬掩膜组合物。然而，硬掩膜组合物的耐刻蚀与溶解性之间存在制约关系，一般高碳含量的聚合物具有良好的耐刻蚀性，但是溶解性却不好，进而会影响硬掩膜的平坦化特征和填隙特征，因此需要不断地研究开发同时满足上述两种性能的硬掩膜组合物。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有的硬掩膜材料无法同时兼具优异的耐刻蚀性和溶解性的缺陷，而提供一种新的含芘侧基聚合物和硬掩膜组合物及图案形成方法，含有该含芘侧基聚合物的硬掩膜组合物同时兼具有优异的耐刻蚀性和溶解性。具体地，本专利技术提供了一种含芘侧基聚合物，其中，所述含芘侧基聚合物具有式(1)和/或式(2)所示的结构：其中，R1为氢原子或者碳原子数为1-6的烷基，R2为氢原子、碳原子数为1-10的烷基或碳原子数为6-30的取代的或非取代的芳基，R3为氢原子或碳原子数为6-30的取代的或非取代的芳基，Ar1为碳原子数为6-30的取代的或非取代的芳基，m为1-500的整数。进一步的，R1为氢原子或者碳原子数为1-3的烷基，R2为氢原子、碳原子数为1-6的烷基或碳原子数为6-10的取代的或非取代的芳基，R3为氢原子或碳原子数为6-20的取代的或非取代的芳基，Ar1为碳原子数为6-20的取代的或非取代的芳基，m为5-20的整数。进一步的，所述含芘侧基聚合物的重均分子量为500-10000。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上述含芘侧基聚合物和溶剂。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、环己酮和乳酸乙酯中的至少一种。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。进一步的，所述硬掩膜组合物含有3-20wt％的含芘侧基聚合物、0.4-3wt％的交联剂、0.004-0.1wt％的催化剂、0.001-1wt％的表面活性剂和76-95.6wt％的溶剂。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：本专利技术通过对苯酚聚合物的侧基采用含芘基团进行修饰改性而获得含芘侧基聚合物，该含芘侧基聚合物具有较高的碳含量，能够提高硬掩膜组合物的耐刻蚀性和耐热性，并且该含芘侧基聚合物中高碳含量的芘基位于侧链，不会因为碳含量高而影响聚合物的溶解性，从而确保了硬掩膜组合物具有良好的溶解性，容易通过旋涂方式涂布于基板上，进而可获得平坦化特征和填隙特征均良好的硬掩膜。具体实施方式下面详细描述本专利技术。当没有额外定义时，本文中使用的术语“取代的”是指用下述至少一种取代基取代，所述取代基选自卤素、羟基、硝基、氰基、碳原子数为1-20的烷基基团、碳原子数为2-20的烯基基团、碳原子数为2-20的炔基基团、碳原子数为1-20的烷氧基基团、碳原子数为6-30的芳基基团、碳原子数为7-30的芳烷基基团等中的至少一种。在本专利技术中，术语“碳含量”是指化合物中碳原子的质量数与总质量数的比值。本专利技术提供的硬掩膜组合物含有含芘侧基聚合物和溶剂，而且根据需要还可以含有交联剂、催化剂和表面活性剂中的至少一种。根据本专利技术的一种具体实施方式，所述硬掩膜组合物含有3-20wt％的含芘侧基聚合物、0.4-3wt％的交联剂、0.004-0.1wt％的催化剂、0.001-1wt％的表面活性剂和76-95.6wt％的溶剂。聚合物本专利技术提供的含芘侧基聚合物具有式(1)和/或式(2)所示的结构：其中，R1、R2、R3、Ar1、m的定义与之前的定义相同。根据本专利技术的一种具体实施方式，具有式(1)所示结构的含芘侧基聚合物由含有芘侧基的苯酚及其衍生物与醛化合物或其合成等同物(例如半缩醛、缩醛化合物)通过缩聚反应而生成。所述醛化合物可以为脂肪醛和/或芳香醛。其中，所述脂肪醛的具体实例包括但不限于：甲醛、低聚甲醛、乙醛、丙醛、丁醛等中的至少一种。所述芳香醛的具体实例包括但不限于；苯甲醛、萘甲醛、蒽甲醛、芘甲醛、对羟基苯甲醛等中的至少一种。根据本专利技术的一种具体实施方式，具有式(2)所示结构的含芘侧基聚合物由含有芘侧基的苯酚及其衍生物与具有式(3)所示结构的化合物通过缩聚反应而生成。式(3)中，Ar1为碳原子数为6-30的取代的或非取代的芳基，R6和R7各自独立地表示氢原子、甲基或乙基。作为具有式(3)所示结构的化合物的例子，可以列举出如下化学式3-1或化学式3-2所表示的化合物。化学式3-1化学式3-2在本专利技术中，所述含有芘侧基的苯酚衍生物是指含有芘侧基的苯酚中的酚羟基上的氢原子被碳原子数为1-6的烷基取代的化合物。在本专利技术中，所述碳原子数为1-6的烷基可以列举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、环丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、1-甲基-环丙基、2-甲基-环丙基、正戊基、1-甲基-正丁基、2-甲基-正丁基、3-甲基-正丁基、1,1-二甲基-正丙基、1,2-二甲基-正丙基、2,2-二甲基-正丙基、1-乙基-正丙基、环戊基、1-甲基-环丁基、2-甲基-环丁基、3-甲基-环丁基、1,2-二甲基-环丙基、2,3-二甲基-环丙基、1-乙基-环丙基、2-乙基-环丙基、正己基、1-甲基-正戊基、2-甲基-正戊基、3-甲基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含芘侧基聚合物，其特征在于，所述含芘侧基聚合物具有式(1)和/或式(2)所示的结构：/n

【技术特征摘要】
1.一种含芘侧基聚合物，其特征在于，所述含芘侧基聚合物具有式(1)和/或式(2)所示的结构：



其中，R1为氢原子或者碳原子数为1-6的烷基，R2为氢原子、碳原子数为1-10的烷基或碳原子数为6-30的取代的或非取代的芳基，R3为氢原子或碳原子数为6-30的取代的或非取代的芳基，Ar1为碳原子数为6-30的取代的或非取代的芳基，m为1-500的整数。


2.根据权利要求1所述的含芘侧基聚合物，其特征在于，R1为氢原子或者碳原子数为1-3的烷基，R2为氢原子、碳原子数为1-6的烷基或碳原子数为6-10的取代的或非取代的芳基，R3为氢原子或碳原子数为6-20的取代的或非取代的芳基，Ar1为碳原子数为6-20的取代的或非取代的芳基，m为5-20的整数。


3.根据权利要求1或2所述的含芘侧基聚合物，其特征在于，所述含芘侧基聚合物的重均分子量为500-10000。


4.一种硬掩膜组合物，所述硬掩膜组合物含有聚合物和溶剂，其特征在于，所述聚合物为权利要求1-3中任意一项所述的含芘侧基聚合物。


5.根据权利要求4所述的硬掩膜组合物，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静，肖楠，
申请(专利权)人：厦门恒坤新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35