硬掩膜组合物和硬掩膜及形成图案的方法技术

本发明专利技术属于光刻领域，公开了一种硬掩膜组合物和硬掩膜及形成图案的方法。所述硬掩膜组合物含有聚合物以及溶剂，所述聚合物具有化学式1所示的结构，其中，R

Hard mask composition and hard mask and method of forming pattern

【技术实现步骤摘要】
硬掩膜组合物和硬掩膜及形成图案的方法
本专利技术属于光刻领域，具体涉及一种硬掩膜组合物和硬掩膜及形成图案的方法。技术背景近年来，半导体工业已开发具有数纳米至数十纳米尺寸图案的超精细技术。为实现如此精细化的图案，一方面光刻用光源的波长向短波化方向发展，例如由先前广泛使用的水银灯的g-line(436nm)、i-line(365nm)，向KrF受激准分子激光器(248nm)、ArF受激准分子激光器(193nm)发展；另一方面，为了防止精细化的光致抗蚀剂图案溃散，光致抗蚀剂膜的厚度在逐渐减薄。然而，减薄的光致抗蚀剂图案难以提供足够耐刻蚀性来刻蚀材料层，因此需要在光致抗蚀剂与材料层之间引入耐刻蚀强的无机物膜或有机物膜，该膜称为抗蚀下层膜或硬掩膜。作为硬掩膜的无机物通常有氮化硅、氮氧化硅、多晶硅、氮化硅、无定型碳等，通常需要通过化学气相沉积(CVD)法制备，具有耐刻蚀性优良的特点，但同时也存在颗粒问题和设备费用投入高昂等问题。作为解决这些问题的方法，近年来提出了采用旋涂的有机物硬掩膜替代上述化学气相沉积的无机硬掩膜。为了获得上述有机物硬掩膜，要求形成该有机物硬掩膜的组合物具有高耐刻蚀性。同时，为了扩大硬掩膜的应用范围，可以通过旋涂法在预定图案上形成抗蚀剂下层膜，在这种情况下，需要硬掩膜组合物具有良好的溶解性以及间隙填充和平坦化的特性。目前，有机物硬掩膜组合物中所含的聚合物通常为含芘基的酚醛树脂、芴酚醛树脂或者咔唑酚醛树脂，由此形成的硬掩膜虽然具有较高的耐刻蚀性，但是该硬掩膜组合物的溶解溶解性以及间隙填充和平坦化特性均较差，难以采用旋涂法形成硬掩膜。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种含由芘衍生物和醛或二醇类化合物缩聚而成的聚合物的硬掩膜组合物和硬掩膜及形成图案的方法，该硬掩膜组合物具有良好的溶剂溶解性、间隙填充特性和平坦化特性并且由其形成的硬掩膜具有良好的耐刻蚀性。具体地，本专利技术提供了一种硬掩膜组合物，其中，所述硬掩膜组合物含有聚合物以及溶剂，所述聚合物具有化学式1所示的结构：化学式1其中，R1和R2各自独立地表示被至少一个氧原子间隔开的碳原子数为2～15的取代或非取代烷基或含有羰基的基团；R3表示碳原子数为1～5的取代或非取代烷基或者碳原子数为6～50的直链或支链芳基；n为1～500的整数。进一步的，所述聚合物具有化学式1-1或化学式1-2所示的结构：化学式1-1化学式1-2其中，R1表示被至少一个氧原子间隔开的碳原子数为2～12的取代或非取代烷基或含有羰基的基团；Ar1表示氢原子或碳原子数为6～30的直链或支链芳基；Ar2为碳原子数为6～30的直链或支链芳基；n为1～500的整数。进一步的，R1具有化学式2、化学式3或化学式4所示的结构：化学式2化学式3化学式4其中，p、q、t和k均为正整数，且1≤p≤9，2≤q×t+k≤12，﹡为连接点。进一步的，所述硬掩膜组合物还含有交联剂、催化剂、表面活性剂和增塑剂中的至少一种。进一步的，以所述硬掩膜组合物的总重量为基准，所述聚合物的质量占比为4％～25％，所述交联剂的质量占比为0.4～3％，所述催化剂的质量占比为0.001％～0.05％，所述表面活性剂的质量占比为0.01％～0.1％，所述增塑剂的质量占比为0.4％～2.5％，所述溶剂的质量占比为69.5％～95.1％。进一步的，所述交联剂选自N-甲氧基甲基三聚氰胺树脂、N-丁氧基甲基三聚氰胺树脂、甘脲衍生物、2,6-双(羟甲基)-对甲酚和双环氧化合物中的至少一种。进一步的，所述催化剂为酸性化合物。进一步的，所述表面活性剂选自聚氧乙烯烷基醚类、聚氧乙烯烷基芳基醚类、失水山梨糖醇脂肪酸酯类和聚氧乙烯失水山梨糖醇脂肪酸酯类中的至少一种。进一步的，所述增塑剂选自邻苯二甲酸酯、己二酸酯、油酸酯、马来酸酯和硬脂酸酯中的至少一种。本专利技术还提供了由所述硬掩膜组合物形成的硬掩膜。此外，本专利技术还提供了一种形成图案的方法，包括：在基板上提供材料层；将上述硬掩膜组合物施加在所述材料层上；热处理所述硬掩膜组合物以形成硬掩膜；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，所述硬掩膜组合物采用旋涂法施加至所述材料层上。本专利技术提供的硬掩膜组合物中所含的聚合物由芘衍生物和醛或二醇类化合物缩聚而成，其中所含氮原子与柔性基团而非氢原子键连，这种特定的结构确保了所述硬掩膜组合物具有优异的溶剂溶解性、空隙填充特性和平坦化特性并且由其形成的硬掩膜具有良好的耐刻蚀性。具体实施方式下面详细描述本专利技术。当没有额外的定义时，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。本专利技术提供的硬掩膜组合物含有芘衍生物的聚合物和溶剂。而且根据需要还可以含有交联剂、催化剂、表面活性剂、增塑剂等。根据本专利技术的一种具体实施方式，所述硬掩膜组合物由聚合物、溶剂、交联剂、催化剂、表面活性剂和增塑剂组成。进一步地，以所述硬掩膜组合物的总重量为基准，所述聚合物的质量占比可以为4％～25％，所述交联剂的质量占比可以为0.4％～3％，所述催化剂的质量占比可以为0.001％～0.05％，所述表面活性剂的质量占比可以为0.01％～0.1％，所述增塑剂的质量占比可以为0.4％～2.5％，所述溶剂的质量占比可以为69.5％～95.1％。聚合物所述聚合物具有化学式1所示的结构：化学式1其中，R1和R2各自独立地表示被至少一个氧原子间隔开的碳原子数为2～15的取代或非取代烷基或含有羰基的基团；R3表示碳原子数为1～5的取代或非取代烷基或者碳原子数为6～50的直链或支链芳基；n为1～500的整数。根据本专利技术的一种优选实施方式，所述聚合物具有化学式1-1或化学式1-2所示的结构：化学式1-1化学式1-2其中，R1表示被至少一个氧原子间隔开的碳原子数为2～12的取代或非取代烷基或含有羰基的基团；Ar1表示氢原子或碳原子数为6～30的直链或支链芳基；Ar2为碳原子数为6～30的直链或支链芳基；n为1～500的整数。R1可具有化学式2、化学式3或化学式4所示的结构：化学式2化学式3化学式4其中，1≤p≤9(p为正整数)，2≤q×t+k≤12(q、t、k均为正整数)，﹡为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硬掩膜组合物，其特征在于，所述硬掩膜组合物含有聚合物以及溶剂，所述聚合物具有化学式1所示的结构：/n化学式1/n

【技术特征摘要】
1.一种硬掩膜组合物，其特征在于，所述硬掩膜组合物含有聚合物以及溶剂，所述聚合物具有化学式1所示的结构：
化学式1



其中，R1和R2各自独立地表示被至少一个氧原子间隔开的碳原子数为2～15的取代或非取代烷基或含有羰基的基团；R3表示碳原子数为1～5的取代或非取代烷基或者碳原子数为6～50的直链或支链芳基；n为1～500的整数。


2.根据权利要求1所述的硬掩膜组合物，其特征在于，所述聚合物具有化学式1-1或化学式1-2所示的结构：
化学式1-1



化学式1-2



其中，R1表示被至少一个氧原子间隔开的碳原子数为2～12的取代或非取代烷基或含有羰基的基团；Ar1表示氢原子或碳原子数为6～30的直链或支链芳基；Ar2为碳原子数为6～30的直链或支链芳基；n为1～500的整数。


3.根据权利要求2所述的硬掩膜组合物，其特征在于，R1具有化学式2、化学式3或化学式4所示的结构：
化学式2



化学式3



化学式4



其中，p、q、t和k均为正整数，且1≤p≤9，2≤q×t+k≤12，﹡为连接点。


4.根据权利要求1～3中任意一项所述的硬掩膜组合物，其特征在于，所述硬掩膜组合物还含有交联剂、催化剂、表面活性剂和增塑剂中的至少一种。


5.根据权利要求4所述的硬掩膜组合物，其特征在于，以所述硬...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静，肖楠，宋里千，
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