以有机金属溶液为主的高分辨率图案化组合物制造技术

本发明专利技术涉及以有机金属溶液为主的高分辨率图案化组合物。已发现有机金属溶液可提供使用薄涂层的以高分辨率辐射为主的图案化。所述图案化可涉及辐照具有所选图案的经涂布表面和用显影剂使所述图案显影以形成经显影的图像。基于使用有机显影剂或水性酸或碱显影剂，所述可图案化涂层容易正型图案化或负型图案化。辐射敏感涂层可包含具有有机配体的金属氧/羟网状物。前体溶液可包含有机液体和金属多核氧‑羟阳离子，其具有含有金属碳键和/或金属羧酸盐键的有机配体。

High resolution patterning composition mainly composed of organic metal solution

【技术实现步骤摘要】
以有机金属溶液为主的高分辨率图案化组合物本申请是申请日为2014年7月25日、申请号为201480051859.3、专利技术名称为“以有机金属溶液为主的高分辨率图案化组合物”的专利技术专利申请的分案申请。关于政府权利的说明本文所述本专利技术的研发至少部分地是经由美国国家科学基金会(U.S.NationalScienceFoundation)资助IIP-0912921并由政府提供资金支持，并且美国政府享有本专利技术的某些权利。
本专利技术涉及使用有机金属涂料组合物的图案化材料的性能的以辐射为主的方法。本专利技术进一步涉及可沉积以形成可利用辐射以极高分辨率图案化的有机金属涂层的前体溶液，并且涉及在图案化之前和之后利用所述前体溶液形成的经涂布衬底和涂层。
技术介绍
对于以半导体为主的装置以及其它电子装置或其它复杂精细结构的形成，通常将材料图案化以整合结构。因此，所述结构通常经由依序沉积和蚀刻步骤的反复工艺(经由其形成各种材料的图案)形成。以此方式，可将大量装置形成于小区域中。业内的一些发展可涉及减少装置的占用面积，此可是增强性能所需的。可使用有机组合物作为辐射图案化抗蚀剂，以使用辐射图案来改变与图案相应的有机组合物的化学结构。举例来说，图案化半导体晶片的工艺可需要将所需图像从有机辐射敏感性材料的薄膜光刻转移。抗蚀剂的图案化通常涉及若干步骤，包括(例如)经由掩模将抗蚀剂暴露于选择能量源，以记录潜像和接着显影并去除抗蚀剂的所选区。对于正型抗蚀剂来说，暴露区经转变以使得所述区可选择性去除，而对于负型抗蚀剂来说，未暴露区更易于去除。通常，可利用辐射、反应性气体或液体溶液使图案显影以去除抗蚀剂的选择性敏感部分，而抗蚀剂的其它部分用作保护性抗蚀刻层。液体显影剂对于使图像显影可尤其有效。可经由保护性抗蚀层的剩余区域中的窗或空隙选择性蚀刻衬底。或者，可经由保护性抗蚀层的剩余区域中的显影窗或空隙将所需材料沉积到下伏衬底的暴露区中。最后，去除保护性抗蚀层。可重复所述过程以形成其它图案化材料层。可使用化学气相沉积、物理气相沉积或其它所需方法沉积功能性无机材料。可使用其它处理步骤，例如导电材料的沉积或掺杂剂的植入。在微型制作和纳米制作领域中，集成电路中的特征大小已变得极小以实现高整合密度并改良电路功能。
技术实现思路
在第一方面中，本专利技术涉及利用辐射图案化衬底的方法，所述方法包含以下步骤：沿所选图案辐照经涂布衬底以形成具有经辐照涂层的区和具有未经辐照涂层的区的经辐照结构和使经辐照结构选择性显影以去除经辐照涂层或未经辐照涂层的实质性部分以形成图案化衬底。经涂布衬底通常包含涂层，所述涂层包含金属氧-羟(oxo-hydroxo)网状物，其具有含有金属碳键和/或金属羧酸盐键的有机配体。在又一方面中，本专利技术涉及经涂布衬底，其包含具有不超过约10微米的平均厚度和沿涂层在任何点处与平均值相差不超过约50％的厚度变化的辐射敏感涂层，所述涂层包含金属氧-羟网状物，其中金属阳离子具有含有金属碳键和/或金属羧酸盐键的有机配体。在另一方面中，本专利技术涉及图案化衬底，其包含具有表面和第一涂层的衬底，所述第一涂层在沿表面的所选区中且在沿表面的其它区中不存在。通常，第一涂层包含金属氧-羟网状物和有机配体，其中金属阳离子具有含有金属碳键和/或金属羧酸盐键的有机配体。或者，第一涂层可溶于至少一些有机液体中，或第一涂层可溶于碱水溶液中。在其它方面中，本专利技术涉及前体溶液，所述前体溶液包含有机液体和约0.01M到约1.4M金属多核氧/羟阳离子，所述阳离子具有含有金属碳键和/或金属羧酸盐键的有机配体，所述前体溶液具有约0.5厘泊(cP)到约150cP的粘度。所述有机液体可具有至少10℃的闪点和于20℃下小于约10kPa的蒸气压力。附图说明图1是具有潜像的辐射图案化结构的示意性透视图。图2是图1的结构的侧视平面图。图3是在使潜像显影以去除未经辐照涂层材料以形成图案化结构之后，图1的结构的示意性透视图。图4是图3的图案化结构的侧视图。图5是在使潜像显影以去除经辐照涂层材料以形成图案化结构之后，图1的结构的示意性透视图。图6是图5的图案化结构的侧视图。图7是在蚀刻底层后图3和4的图案化结构的侧视平面图。图8是在蚀刻以去除图案化的缩合涂层材料之后，图7的结构的侧视平面图。图9是“热冷冻”双重图案化工艺流程的侧视平面图。在烘烤以使得第一层不溶于第二层之后，重复图1-3中所示的工艺。图10A是具有单丁基氧化锡水合物的前体溶液的自相关性散射强度衰减对时间的曲线。图10B是包含单丁基氧化锡水合物于4-甲基-2-戊醇中的前体溶液的计算的质量平均粒径分布的直方图。图11A是负型图案化涂层的扫描电子显微照片，其在涂层材料中具有节距为36nm的18nm宽线，所述涂层材料是利用单丁基氧化锡水合物在以1191μC/cm2剂量的30kV电子束辐照且在4-甲基-2-戊醇中显影后形成。图11B是负型图案化涂层的扫描电子显微照片，其在涂层材料中具有节距为36nm的18nm宽线，所述涂层材料是利用单丁基氧化锡水合物在以1191μC/cm2剂量的30kV电子束辐照且在乳酸乙酯中显影后形成。图11C是负型图案化涂层的扫描电子显微照片，其在涂层材料中具有节距为36nm的18nm宽线，所述涂层材料是利用单丁基氧化锡水合物在以1191μC/cm2剂量的30kV电子束辐照且在丙二醇单甲基醚(PGMEA)中显影后形成。图11D是负型图案化涂层的扫描电子显微照片，其在涂层材料中具有节距为36nm的18nm宽线，所述涂层材料是利用单丁基氧化锡水合物在以1191μC/cm2剂量的30kV电子束辐照且在乙酸正丁基酯中显影后形成。图12A是负型图案化涂层的扫描电子显微照片，其在涂层材料中具有节距为44nm的22nm宽线，所述涂层材料是利用单丁基氧化锡水合物在以101mJcm-2剂量的13.5nm辐射通过EUV投影光刻术辐照且利用PGMEA显影后形成。图12B是负型图案化涂层的扫描电子显微照片，其在涂层材料中具有节距为36nm的18nm宽线，所述涂层材料是利用单丁基氧化锡水合物在以101mJcm-2剂量的13.5nm辐射通过EUV投影光刻术辐照且利用PGMEA显影后形成。图13是从利用单丁基氧化锡水合物形成的涂层材料的C-H伸缩模式吸光度的FTIR透射测量计算的相对烃浓度对电子束剂量的曲线。图14是正型图案化涂层的扫描电子显微照片，其在涂层材料中具有30-nm宽线和60nm节距，所述涂层材料是利用单丁基氧化锡水合物在以511μC/cm2剂量的30kV电子束辐照且利用2.38％TMAH显影后形成。图15A是负型图案化涂层的扫描电子显微照片，其在涂层材料中具有节距为36nm的18nm宽线和2.78nm的线-宽粗糙度(LWR)，所述涂层材料是利用单丁基氧化锡水合物在以1191μC/cm2剂量的30kV电子束辐照从新鲜制备的前体溶液沉积的膜且立即在PGMEA中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种前体溶液，其包含有机液体和具有支链烷基配体的金属多核氧/羟阳离子，所述支链烷基配体具有金属浓度为从约0.01M到约1.4M的金属碳键，其中具有支链烷基配体的所述金属多核氧/羟阳离子形成氧-羟网状物，所述氧-羟网状物同时具有M-O-H连接键和M-O-M连接键。/n

【技术特征摘要】
20130822 US 13/973,0981.一种前体溶液，其包含有机液体和具有支链烷基配体的金属多核氧/羟阳离子，所述支链烷基配体具有金属浓度为从约0.01M到约1.4M的金属碳键，其中具有支链烷基配体的所述金属多核氧/羟阳离子形成氧-羟网状物，所述氧-羟网状物同时具有M-O-H连接键和M-O-M连接键。


2.根据权利要求1所述的前体溶液，其中所述有机液体包括醇。


3.根据权利要求1所述的前体溶液，其中所述有机液体包括酯或酮。


4.根据权利要求1所述的前体溶液，其中所述支链烷基配体包括叔丁基配体。


5.根据权利要求1所述的前体溶液，其中所述金属为锡。


6.一种图案化衬底，其包含具有表面和第一涂层的衬底，所述第一涂层在沿所述表面的选择区域处且在沿所述表面的其它区域处不存在，所述第一涂层包含金属氧-羟网状物和具有金属阳离子的支链烷基配体，所述金属阳离子具有含有金属碳键和/或金属羧酸盐键的有机配体，其中所述氧-羟网状物同时具有M-O-H连接键和M-O-M连接键，其中所述第一涂层可溶于至少一种有机液体中。


7.根据权利要求6所述的图案化衬底，其中所述支链烷基配体包括叔丁基配体。


8.根据权利要求6所述的图案化衬底，所述第一涂层具有不超过约10微米的平均厚度和沿所述涂层在任何点处与所述平均值相差不超过约50％的厚度变化。


9.根据权利要求6所述的图案化衬底，其中连接到具有金属碳键的所述金属阳离子的有机配体与所述金属阳离子之间的摩尔比是约0.5到约3。


10.根据权利要求6所述的图案化衬底，其中所述金属为锡。


11.根据权利要求6所述的图案化衬底，其中所述第一涂层有效溶于选自下列的至少一些有机液体：芳香化合物、酯、醇、酮、醚和其组合，并且所述图案化衬底进一步包括第二涂层，所述第二涂层在沿所述表面的不存在所述第一涂层的区域处，其中所述第二涂层溶于碱水溶液中。

【专利技术属性】
技术研发人员：S·T·迈耶斯，D·A·凯斯勒，蒋凯，J·安德森，A·格伦维尔，
申请(专利权)人：因普利亚公司，
类型：发明
国别省市：美国;US