CN1321352C - 光刻抗反射硬掩模合成物及其使用 - Google Patents

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Abstract

本发明给出用于半导体器件工艺的合成物和技术。在本发明一个方面，给出抗反射硬掩模合成物。合成物包含完全压缩多面体低聚硅倍半环氧乙烷{RSiO1.5}n，其中n等于8；以及至少一种发色半族和透明半族。在本发明另一方面，给出加工半导体器件的方法。方法包含下列步骤：在衬底上给出材料层；在材料层之上形成抗反射硬掩模层。抗反射硬掩模层包含完全压缩多面体低聚硅倍半环氧乙烷{RSiO1.5}n，其中n等于8；以及至少一种发色半族和透明半族。

Description

光刻抗反射硬掩模合成物及其使用
技术领域
本发明涉及半导体器件，更特定地，涉及半导体器件工艺。
背景技术
在微电子工业中，以及在其它包括微观结构构造——例如微机械和磁阻磁头——的工业中，需要进一步减小结构特征的尺寸。尤其在微电子工业中，当微电子器件的尺寸减小时，对于给定芯片尺寸需要更多的电路系统。
有效的光刻技术对于减小结构特征的尺寸来说是必要的。光刻影响到微观结构的制造，不仅是在所需结构上的直接成像构图方面，也在制作通常用于这种成像的掩模方面。
大多数光刻工艺使用抗反射涂层(ARC)来使成像层——例如辐射敏感光刻胶材料层——和下层之间的反射率最小化以提高分辨率。然而，由于这些层相似的元素合成物，这些ARC材料使得成像层的腐蚀选择性变差。因此，在构图之后的ARC的腐蚀过程中，也消耗了许多成像层，而后者对随后的腐蚀步骤过程中的其它光刻来说可能是有用的。
另外，对于某些光刻技术来说，所用的辐射敏感光刻胶材料没有为随后的腐蚀步骤提供足够的抗蚀性以使所需图形有效地转移到辐射敏感光刻胶材料之下的层上。在许多情形中，使用硬掩模层，例如，在使用超薄辐射敏感光刻胶材料时，在要腐蚀的下层较厚时，在需要很大腐蚀深度时，在需要对给定下层使用特定腐蚀剂时，或者上述情形的任何组合。硬掩模层用作已构图辐射敏感光刻胶材料和要构图的下层之间的中间层。硬掩模层从已构图辐射敏感光刻胶材料层接受图形并转移给下层。硬掩模应当能够耐受转移图形所需的腐蚀工艺。
虽然已知很多材料可用作ARC合成物，还是需要对辐射敏感光刻胶材料、对硬掩模层和对下层具有高腐蚀选择性的改善的ARC合成物。此外，许多已知的ARC难以用到衬底上，例如，使用这些ARC会需要用到化学气相沉积、物理气相沉积、特殊溶剂、高温烘焙或上面这些的任何组合。
需要进行具有高腐蚀选择性和对多次腐蚀具有足够抗蚀性的光刻技术。这些光刻技术将使得能够制作高度复杂半导体器件。
发明内容
本发明给出用于半导体器件工艺的合成物和技术。在本发明一个方面，给出抗反射硬掩模合成物。该合成物包含完全压缩多面体低聚硅倍半环氧乙烷{RSiO1.5}n，其中n等于8；以及至少一种发色半族和透明半族。合成物可包含产酸剂、交联成分和附加交联成分的任何组合。
在本发明另一方面，给出加工半导体器件的方法。该方法包含下列步骤：在衬底上给出材料层；在材料层之上形成抗反射硬掩模层。抗反射硬掩模层包含完全压缩多面体低聚硅倍半环氧乙烷{RSiO1.5}n，其中n等于8；以及至少一个发色半族和透明半族。该方法可进一步包含下列步骤：在抗反射层之上形成辐射敏感成像层；将辐射敏感成像层构图似地暴露在辐射下，以在成像层中形成辐射曝光区域的图形；选择除去部分辐射敏感成像层和抗反射硬掩模层以暴露部分材料层；腐蚀材料层的暴露部分，从而在衬底上形成已构图的材料特征形状。
更具体地说，本发明提供一种合成物的用途，用作抗反射硬掩模，该合成物包含：完全压缩多面体低聚硅倍半环氧乙烷{RSiO1.5}n，其中n等于8；以及其中R原子团包含发色半族和/或透明半族。
根据本发明的上述合成物的用途，该合成物固态下包含从50wt.％至98wt.％的多面体低聚硅倍半环氧乙烷。
根据本发明的上述合成物的用途，该合成物固态下包含从70wt.％至80wt.％的多面体低聚硅倍半环氧乙烷。
根据本发明的上述合成物的用途，其中每个发色半族选自下列这些：苯基、 、芘、氟蒽烯、蒽酮、苯甲酮、噻吨酮、蒽、蒽衍生物、9-蒽甲醇、苯酚噻嗪、含有不饱和碳-碳双键的非芳香化合物、含有饱和碳-碳键的化合物。
根据本发明的上述合成物的用途，其中每个透明半族不舍不饱和碳一碳双键。
根据本发明的上述合成物的用途，其中至少一个透明半族包含氟。
根据本发明的上述合成物的用途，其中少于或等于百分之50的透明半族不含不饱和碳-碳键。
根据本发明的上述合成物的用途，其中每个透明半族对157纳米辐射透明。
根据本发明的上述合成物的用途，该合成物包含相等数量的发色和透明半族。
根据本发明的上述合成物的用途，其中R原子团进一步包含交联成分。
根据本发明的上述合成物的用途，其中交联成分选自下列这些：环氧化物、醇、羟基苯基、苯酚、羟基甲基苯基、环己酰、氨基原子团、乙烯醚。
根据本发明的上述合成物的用途，其中所述醇包括芳香醇、脂环醇、非环状醇、氟碳醇、脂肪醇。
根据本发明的上述合成物的用途，该合成物固态下包含少于或等于50wt.％的交联成分。
根据本发明的上述合成物的用途，该合成物固态下包含从5wt.％至25wt.％的交联成分。
根据本发明的上述合成物的用途，其中R原子团进一步包含附加交联成分。
根据本发明的上述合成物的用途，其中附加交联成分选自下列这些：甘脲、甲基化甘脲、丁基化甘脲、四甲氧基甲基甘脲、甲基丙基四甲氧基甲基甘脲、甲基苯基四甲氧基甲基甘脲、2，6-双(羟基甲基)-p-甲酚、醚化氨基树脂、甲基化三聚氰胺树脂、N-甲氧基甲基-三聚氰胺、丁基化三聚氰胺树脂、N-丁氧基甲基-三聚氰胺、双-环氧树脂、双-苯酚、双苯酚-A。
根据本发明的上述合成物的用途，该合成物进一步包含产酸剂。
根据本发明的上述合成物的用途，其中产酸剂选自下列这些：2，4，4，6-四溴环六二烯酮、二苯乙醇酮甲苯磺酸盐、2-硝基苯甲基甲苯磺酸盐、有机磺酸的烷基醚。
根据本发明的上述合成物的用途，其中产酸剂为热致产酸剂。
根据本发明的上述合成物的用途，固态下包含1wt.％至20wt.％的产酸剂。
根据本发明的上述合成物的用途，固态下包含1wt.％至15wt.％的产酸剂。
本发明还提供一种加工半导体器件的方法，该方法包含下列步骤：在衬底上给出材料层；在材料层之上形成抗反射硬掩模层，抗反射硬掩模层包含：完全压缩多面体低聚硅倍半环氧乙烷{RSiO1.5}n，其中n等于8；以及其中R原子团包含发色半族和/或透明半族。
根据本发明的上述方法，进一步包含下列步骤：在抗反射硬掩模层之上形成辐射敏感成像层；将辐射敏感成像层构图似地暴露在辐射下，从而在成像层中形成辐射曝光区域的图形；选择性地除去部分辐射敏感成像层和抗反射硬掩模层以暴露部分材料层；以及腐蚀材料层的暴露部分，从而在衬底上形成已构图材料特征形状。
根据本发明的上述方法，进一步包含从材料层上除去剩余辐射敏感成像层和抗反射硬掩模层的步骤。
根据本发明的上述方法，其中辐射为波长小于或等于200纳米的紫外辐射。
根据本发明的上述方法，其中辐射为电子束辐射。
根据本发明的上述方法，其中材料层包含选自下列的材料：导电材料、半导体材料、磁性材料、绝缘材料、金属、介电材料以及至少包含前述材料之一的组合。
根据本发明的上述方法，其中材料层至少包含氧化物、氮化物、多晶硅和铬之一。
根据本发明的上述方法，其中抗反射硬掩模层的厚度从0.03微米至五微米。
根据本发明的上述方法，其中形成步骤包含烘焙抗反射硬掩模层的步骤。
本发明还提供一种构图的光刻结构，包含：衬底；衬底之上的材料层；材料层之上的已构图抗反射硬掩模层，已构图抗反射硬掩模层包含：完全压缩多面体低聚硅倍半环氧乙烷{RSiO1.5}n，其中n等于8；R原子团包含发色半族和/或透明半族；以及抗反射硬掩模层之上的已构图辐射敏感成像层。
通过参考下面的详细说明和附图将能获得对本发明的更完整了解以及本发明的其它特征和优点。
附图说明
图1为示出根据本发明实施方案加工半导体器件的示例性技术的流程图。
具体实施方式
此处公开抗反射硬掩模合成物(以下称为“合成物”)。该合成物包含完全压缩多面体低聚硅倍半环氧乙烷(POSS)材料。完全压缩POSS材料可包含单元{RSiO1.5}n，其中n等于6至12。
在示例性实施方案中，完全压缩POSS材料选自化学式{RSiO1.5}n的立方半族，其中n等于8，包含SiO键。完全压缩POSS材料应当具有有助于用传统旋涂来成膜的溶解和成膜特性。
完全压缩POSS材料可具有如下所示的通用结构I和II之一：
其中R包含发色半族和/或透明半族。R原子团可进一步用作交联成分。取决于R原子团的化学性质，R原子团可以是带有或不带有附加交联成分的交联成分。附加交联成分在下面描述。在某些情形中，在同一POSS单元上会出现多个功能半族。这样，例如，在同一POSS单元上会出现发色半族和透明半族。可能会需要混合具有发色半族、透明半族和/或交联成分的POSS单元。
通常，所有完全压缩POSS材料都适合于抗反射硬掩模应用，因为不存在SiOH原子团或包含最少的SiOH原子团提高了POSS材料存储的稳定性。然而，优选上面所述的通用结构I和II。如通用结构II中所示，POSS材料可在立方半族的每个角上包含OSiMe2单元。
本发明的抗反射硬掩模合成物可包含，固态下，从大约50重量百分比(wt.％)到大约98wt.％的POSS材料。例如，合成物可包含，固态下，从大约70wt.％至大约80wt.％的POSS材料。
合适的发色半族包括那些能够结合到POSS材料的SiO半族上、具有合适的辐射吸收特性并且对抗反射硬掩模合成物或任何上层辐射敏感层的性能不会有负面影响的那些发色半族，正如下面将要详细描述的。合适的发色半族包括，但不局限于，苯基、屈、芘、氟蒽烯、蒽酮、苯甲酮、噻吨酮和蒽。还可以使用蒽衍生物，例如Renner，美国专利4,371,605“含有N-羟基酰胺和N-羟基酰亚胺磺酸盐的光聚合成物(Photopolymerizable Compositions Containing N-hydroxyamideand N-hydroxyimide Sulfonates)”，其公开在此引入作为参考。对于248纳米(nm)应用来说，9-蒽甲醇是优选的发色团。发色半族优选地不含有氮，除了有可能被去活化了的氨基氮，例如在苯酚噻嗪中的。对于193nm辐射来说，含有不饱和碳键——例如碳-碳双键——的非芳香化合物也是合适的发色团。对于157nm辐射来说，含有饱和碳-碳键的化合物可作为发色团。
发色半族可通过酸催化O-烷化作用或酸催化C-烷化作用，例如通过Friedel-Crafts烷化作用化学连接到POSS单元的SiO成分上。作为替代，发色半族可以通过酯化机制连接到POSS单元上。在示例性实施方案中，从大约百分之五到大约百分之四十的POSS单元含有发色半族。用于发色半族连接的位置可以是芳香原子团，例如羟基苯甲基或羟基甲基苯甲基原子团。作为替代，发色半族可以通过与其它半族——例如环己醇或其它醇——反应而连接到POSS单元上。用于连接发色半族的反应可包含醇(OH)原子团的酯化。
合适的透明半族可根据波长或成像辐射的特性而改变。在193或157nm成像辐射情形中，透明半族优选地包含氢和/或有机原子团(C1或更高)，基本不含不饱和碳-碳键。例如，适合于193nm应用的透明半族为醇或环氧化物。在157nm成像辐射情形中，会需要含有氟的透明半族。透明半族的数量优选地与提供所需的能量吸收和抗反射组合的发色团的数量相平衡。这样在示例性实施方案中，合成物包含相同数量的发色半族和透明半族。
如上所述，R原子团可用作交联成分。交联成分能够在所产生的酸所催化和/或热所催化的反应中交联POSS单元。R原子团可用作带有或不带有附加交联成分的交联成分。合适的R原子团交联成分包括，但不局限于，环氧化物或醇，例如芳香醇，包括羟基苯基、苯酚、羟基甲基苯基，或者脂环醇，包括环己酰。作为替代，也可使用非环状醇，例如氟碳醇、脂肪醇、氨基原子团、乙烯醚。
通常发色半族、透明半族和/或交联成分可以通过硅氢化反应或在POSS合成前选择适当功能化的前置体(RSiOR3或RSiCl3)而连接到POSS材料的SiO单元。参见F.J.Feher，“多面体低聚硅倍半环氧乙烷和异硅倍半环氧乙烷”(Polyhedral Oligosilsesquioxanes andHeterosilsesquioxanes)，Gelest Catalog，43-59(1998)，其公开在此引入作为参考。
具有用作交联成分的R原子团的合适的POSS材料的实施例包括下式中所示的那些：
本发明的抗反射硬掩模合成物可包含，固态下，小于或等于约50wt.％的交联成分。例如，合成物可包含，固态下，从大约5wt.％至大约25wt.％的交联成分。
合成物可进一步包含附加交联成分，它可与POSS单元在所产生的酸催化和/或在热催化的反应中发生反应。通常，用于合成物中的附加交联成分可以是负性光刻胶技术中已知的任何合适的交联剂。附加交联成分用于有所产生的酸存在时交联POSS单元。附加交联成分包括，但不局限于，甘脲化合物，例如，四甲氧基甲基甘脲、甲基丙基四甲氧基甲基甘脲和甲基苯基四甲氧基甲基甘脲，可从CytecIndustries购得，商标POWDERLINK；2，6-双(羟基甲基)-p-甲酚化合物，例如Masaaki，日本专利申请JP1293339A2，“光刻胶合成物(Photoresist Compositions)”中所能找到的那些，该申请的公开在此引入作为参考；醚化氨基树脂，例如甲基化三聚氰胺树脂或丁基化三聚氰胺树脂(N-甲氧基甲基-三聚氰胺或N-丁氧基甲基-三聚氰胺)；甲基化甘脲和丁基化甘脲，例如在Kirchmayr，加拿大专利1204547，“基于酸固化树脂的可固化合成物以及固化这一树脂的方法(CurableComposition Based On an Acid-Curable Resin，and Process forCuring this Resin)”能找到的那些，该申请的公开在此引入作为参考。还可以使用其它交联剂，例如双-环氧树脂或双-苯酚，例如双苯酚-A。可以使用交联剂的组合。在某些情形中，例如反应原子团为环氧化物时，附加交联剂不是必要的。
在某些情形中交联可以通过用电子束辐射(以下称作“e束”)照射材料来实现。在这些情形中，添加附加交联成分以及产酸剂和/或加热都是可选的。
合适的产酸剂包括在热加工时释放酸的酸发生化合物，例如热致产酸剂。可使用多种已知的热致产酸剂，例如2，4，4，6-四溴环六二烯酮、二苯乙醇酮甲苯磺酸盐、2-硝基苯甲基甲苯磺酸盐以及其它有机磺酸的烷基醚。在活化时放出磺酸的化合物通常是合适的。其它合适的热活化产酸剂在Sinta等人，美国专利5,886,102，“抗反射涂层合成物(Antireflective Coating Composition)”(以下称作“Sinta”)中和Pavelchek等人，美国专利，5,939,236，“包含光产酸剂的抗反射涂层合成物(Antireflective Coating Composition comprising PhotoacidGenerators)”(以下称作“Pavelchek”)中有所描述，它们的公开在此引入作为参考。如果需要，可使用辐射敏感的产酸剂作为热致产酸剂的替代或与之组合使用。合适的辐射敏感的产酸剂的实施例在Sinta和Pavelchek中都有描述。在光刻胶技术中已知的其它辐射敏感的产酸剂也可使用，只要它们能与合成物的其它成分相容。使用辐射敏感的产酸剂时，可通过应用适当的辐射来引起酸的发生——这反过来催化了交联反应——以降低合成物的固化——例如交联——温度。即使使用辐射敏感的产酸剂，也优选地对合成物进行热加工以加速交联过程，例如，在生产线制作的情形中。
本发明的抗反射硬掩模合成物可包含，固态下，从大约1wt.％至大约20wt.％的产酸剂。例如，合成物可包含，固态下，从大约1wt.％至大约15wt.％的产酸剂。
合成物可以与任何所需的光刻胶材料组合使用以形成光刻结构。优选地，光刻胶是可以用更短波长的紫外辐射，例如，短于200nm波长，或用e束辐射来成像的。合适的光刻胶材料的实施例在Bucchignano等人，美国专利6,037,097，“E束在使用新的改善KRS光刻胶系统的掩模的制作中的应用(E-beam Application to MaskMaking Using New Improved KRS Resist System)”中进行了描述，其公开在此引入作为参考。
合成物在用于所需衬底之前将通常包含溶剂。溶剂可以是任何传统上用于光刻胶的溶剂，换句话说它不会对合成物的抗反射硬掩模性能产生任何过多负面影响。合适的溶剂包括，但不局限于，丙烯乙二醇一甲基乙醚醋酸盐、环己酮和乳酸乙酯。要用于衬底的合成物中溶剂的总量应当足以获得大约5wt.％至大约20wt.％的固态含量。更高固态含量的配方将通常得到更厚的覆盖层。合成物可进一步含有少量辅助成分，例如基添加剂，如本技术中已知的那些。
合成物可以通过将POSS材料、交联成分和产酸剂以及任何其它使用传统方法所需的配料混合而制备。使用该合成物的抗反射硬掩模层的形成在下面描述。
抗反射硬掩模层对于用于半导体衬底上的集成电路的制造中的光刻工艺来说是有用的。例如，抗反射硬掩模层对于使用248nm、193nm、157nm、X射线、e束或其它成像辐射的光刻工艺尤其有用。这样，此处进一步公开的是用于加工半导体器件的方法，如图1所示。
半导体光刻应用通常包含将图形转移到半导体衬底上的材料层上，如图1的步骤102所示。材料层可以是金属导电层、陶瓷绝缘层、半导体层或其它材料层，这取决于制造工艺的阶段和成品所需的材料组。合成物可以形成为抗反射硬掩模层并优选地通过旋涂方法直接涂到要构图的材料层上，如图1的步骤104所示。然后烘焙合成物以除去溶剂并固化，例如交联，合成物。
合成物可通过旋涂然后烘焙以实现交联和溶剂除去而形成为衬底上的抗反射硬掩模层。烘焙在大约250摄氏度(℃)或更低的温度下进行。例如，烘焙在从大约150℃至大约220℃的温度下进行。烘焙时间可根据层厚度和烘焙温度而改变。
抗反射硬掩模层的厚度可根据所需功能而改变。对于通常的应用，抗反射硬掩模层的厚度从大约0.03微米(μm)至大约5.0μm。
如果需要，合成物可以按类似于传统旋压玻璃材料的方式用作介电材料。抗反射硬掩模层抵抗侧向腐蚀，即使在传统上与有机抗反射层相关的薄的膜厚度时也能用作硬掩模。
然后可在固化合成物上直接或间接地加上辐射敏感成像层，如图1的步骤106所示。可使用旋涂技术来施加辐射敏感成像层。然后可将具有材料层、抗反射硬掩模层和辐射敏感成像层的衬底加热，例如，预曝光烘焙，以除去溶剂并提高辐射敏感成像层的黏着性。辐射敏感成像层应当尽可能薄，同时又基本均匀并且足以耐受随后的工艺，例如反应离子刻蚀，以将光刻图形转移到下层衬底材料层上。预曝光烘焙步骤优选地进行大约十秒至大约900秒。例如，预曝光烘焙的持续时间可以从大约15秒至大约60秒。预曝光烘焙温度可根据辐射敏感成像层的玻璃化温度来改变。
在除去溶剂之后，将辐射敏感层构图似地暴露在所需辐射——例如193nm紫外辐射——下，如图1的步骤108所示。在使用扫描微粒束——例如电子束——时，构图似地曝光可通过将射束扫描过衬底并选择性地将射束照射在所需构图中来实现。更典型地，在使用波状辐射——例如193nm紫外辐射——时，构图似地曝光通过置于辐射敏感成像层之上的掩模来进行。对于193nm UV辐射，总的曝光能量小于或等于大约100毫焦每平方厘米(毫焦/cm2)。例如，曝光能量可小于或等于大约50毫焦/cm2。进一步，曝光能量可以从大约15毫焦/cm2至大约30毫焦/cm2。
在所需的构图似地曝光之后，辐射敏感成像层通常被烘焙，即曝光后烘焙，以进一步完成酸催化反应并提高以曝光图形的反差。曝光后烘焙在从大约60℃至大约175℃的温度下进行。例如，曝光后烘焙在从大约90℃至大约160℃的温度下进行。曝光后烘焙的持续时间从大约30秒至大约300秒。
在曝光后烘焙之后，通过将辐射敏感层与碱溶液接触来得到，例如显影，具有所需图形的辐射敏感成像层，碱溶液选择溶解辐射敏感成像层在辐射下暴露过的区域，如图1的步骤110所示。优选碱溶液，例如显影液，包括四甲基氢氧化铵的水溶液。然后将衬底上所得的光刻结构干燥以除去任何残余显影剂溶液。
然后通过使用已知技术用四氟化碳(CF4)或其它合适的腐蚀剂腐蚀将来自辐射敏感成像层的图形转移到抗反射硬掩模层的暴露部分上。然后除去抗反射硬掩模层的这些部分，如图1的步骤110所示。
然后可使用适合于那种材料的腐蚀剂腐蚀暴露的要构图的下层材料层，如图1的步骤112所示。例如，当材料层包含金属，例如铬(Cr)时，可使用氯气/氧气混合物(Cl2/O2)作为干式腐蚀剂。
一旦进行了图形转移，可使用传统的剥离技术除去任何剩余辐射敏感成像层和抗反射硬掩模层。如果抗反射硬掩模层严格地用作硬掩模层，那么合成物可使用四氟化碳/氧气(CF4/O2)等离子体来除去。
这样，可使用合成物和所得光刻结构来产生已构图材料层结构，例如金属布线，用于触点或通孔的孔洞，绝缘部分，例如波纹沟槽或浅沟槽绝缘、用于电容结构的沟槽，例如可能用于集成电路器件设计中的那些。合成物在形成氧化物、氮化物、多晶硅和/或铬的构图层上尤其有用。
可使用本发明的合成物的通常光刻工艺的实施例在Douglas，美国专利4,855,017，“用于单晶片RIE干法刻蚀反应器的沟槽刻蚀工艺(Trench Etch Process for a Single-Wafer RIE Dry Etch Reactor)”，Bronner等人，美国专利5,362,663，“形成双阱衬底平面沟槽DRAM单元阵列的方法(Method of Forming Double Well Substrate PlateTrench DRAM Cell Array)”，Akiba等人，美国专利5,429,710，“干法刻蚀方法(Dry Etching Method)”，Nulty，美国专利5,562,801，“腐蚀氧化物层的方法(Method of Etching an Oxide Layer)”，Golden等人，美国专利5,618,751，“使用光刻胶填充凹进制作单级沟槽的方法(Method of Making Single-Step Trenches Using Resist FillRecess)”，Chan等人，美国专利5,744,376，“制造具有顶阻挡层的铜互连的方法(Method of Manufacturing Copper Interconnect WithTop Barrier Layer)”，Yew等人，美国专利5,801,094，“双波纹工艺(Dual Damascene Process)”，Shanmugham，美国专利5,821,469，“用于保护通信系统中的电缆的器件(Device for Securing Cables in aTelecommunications System)”，Kornblit，美国专利5,948,570，“干法光刻刻蚀工艺(Process for Dry Lithographic Etching)”，它们的公开在此引入作为参考。图形转移工艺的其它实施例在W.MOREAU，SEMICONDUCTOR LITHOGRAPHY，PRINCIPLES，PRACTICES，AND MATERIALS，ch.12-13(1988)中进行了描述，其公开在此引入作为参考。虽然在此描述并参考了示例性光刻工艺，但是应当理解，本发明不应局限于任何特定光刻技术或器件结构。
在此进一步公开的是构图光刻结构。构图光刻结构包含：衬底；衬底之上的材料层；材料层之上的构图抗反射硬掩模层，构图抗反射硬掩模层包含合成物；以及抗反射硬掩模层之上的构图辐射敏感成像层。
尽管这里描述了本发明的说明性实施方案，但是应当理解，本发明并不局限于那些精确的实施方案，只要不超出本发明的范围和精神，本领域技术人员能够做出各种其它改变和调整。
下面的实施例是说明本发明的精神和范围。因为这些实施例只是作为说明性目的而给出，因此在此实施的发明不应该局限于这些。
实施例
实施例1
POSS材料八{(glycidoxy丙基)二甲基硅氧基}硅倍半环氧乙烷、八{(乙基环己基丙基)二甲基硅氧基}硅倍半环氧乙烷、八{(丙醇)二甲基硅氧基}硅倍半环氧乙烷和八{(乙基苯基醋酸基)二甲基硅氧基}硅倍半环氧乙烷可从TAL Materials，Inc.购买到。
实施例2
配方
所需的来自实施例1的POSS材料溶解在丙烯乙二醇一甲基乙醚醋酸盐(PGMEA)或乙基乳酸盐中，浓度为与溶剂之比12％重量百分比至与溶剂之比14％重量百分比。在溶液中加入交联剂四甲氧基甲基甘脲和二(t-丁基苯基)碘基全氟丁基磺酸盐(DtBPI-PFBuS)，前者来自DayChem，浓度为重量相对于POSS为八份，后者浓度为重量相对于POSS为四份。
实施例3
膜的形成和光学特性
分别包含八{(glycidoxy丙基)二甲基硅氧基}硅倍半环氧乙烷、八{(乙基环己基丙基)二甲基硅氧基}硅倍半环氧乙烷、八{(丙醇)二甲基硅氧基}硅倍半环氧乙烷和八{(乙基苯基醋酸基)二甲基硅氧基}硅倍半环氧乙烷，如实施例2所描述的那样制备的配方POSS A、POSS B、POSSC和POSS D以每分钟3000转旋涂到200毫米硅晶片上，时间60秒。膜厚度从1700至2500埃。旋涂膜在200℃下固化60秒。使用n&kTechnology，Inc.制造的n&k Analyzer测量193nm处的光学常数、折射率n和消光系数k。
膜对于193nm辐射的光学特性如下：
 膜POSS     n     K
 POSS A     1.611     0.030
 POSS B     1.645     0.050
 POSS C     1.647     0.026
 POSS D     1.689     0.205
 POSS A&D(4∶1wt/wt)     1.735     0.278
 POSS B&D(4∶1wt/wt)     1.762     0.308
实施例4
193nm光刻和腐蚀抗反射硬掩模层：
使用POSS A和POSS D的混合物如实施例3描述的那样形成硬掩模层。在固化抗反射硬掩模层之上旋涂一层PAR 715丙烯酸基光刻胶(来自Sumitomo)至大约300nm的厚度。光刻胶在130℃下烘焙60秒。然后使用带有传统环形照明的0.6NA 193nm Nikon Stepper用APSM刻度片成像光刻胶层。在构图似地曝光之后，光刻胶层在130℃下烘焙60秒。然后使用商用显影液(0.26M TMAH)显影图像。所得图形显示出113.75nm和122.5nm等线和间距图形。
然后通过使用TEL DRM工具的20秒基于碳氟化合物的腐蚀将图形转移到抗反射硬掩模层中。光刻胶和抗反射硬掩模层之间的腐蚀选择性超过十比一，表明在抗反射硬掩模开孔腐蚀过程中几乎没有损失光刻胶。
使用在TEL DRM工具上进行的基于碳氟化合物的腐蚀时，对于光刻胶(PAR 715)来说，抗反射硬掩模层和含有材料层的氧化物之间出现的膜之间的腐蚀选择性决定于来自实施例3的聚合物膜，分别为2.5比一和3.3比一。合成腐蚀选择性给出图形从氧化物转移到有机光刻胶上时大于20比一的总的腐蚀选择性，这好于任何已知的有机硬掩模。

Claims (31)

1.一种合成物的用途，用作抗反射硬掩模，该合成物包含：
完全压缩多面体低聚硅倍半环氧乙烷{RSiO1.5}n，其中n等于8；以及
其中R原子团包含发色半族和/或透明半族。
2.根据权利要求1的合成物的用途，该合成物固态下包含从50wt.％至98wt.％的多面体低聚硅倍半环氧乙烷。
3.根据权利要求1的合成物的用途，该合成物固态下包含从70wt.％至80wt.％的多面体低聚硅倍半环氧乙烷。
4.根据权利要求1的合成物的用途，其中每个发色半族选自下列这些：苯基、 、芘、氟蒽烯、蒽酮、苯甲酮、噻吨酮、蒽、蒽衍生物、9-蒽甲醇、苯酚噻嗪、含有不饱和碳-碳双键的非芳香化合物、含有饱和碳-碳键的化合物。
5.根据权利要求1的合成物的用途，其中每个透明半族不含不饱和碳-碳双键。
6.根据权利要求1的合成物的用途，其中至少一个透明半族包含氟。
7.根据权利要求1的合成物的用途，其中少于或等于百分之50的透明半族不合不饱和碳-碳键。
8.根据权利要求1的合成物的用途，其中每个透明半族对157纳米辐射透明。
9.根据权利要求1的合成物的用途，该合成物包含相等数量的发色和透明半族。
10.根据权利要求1的合成物的用途，其中R原子团进一步包含交联成分。
11.根据权利要求10的合成物的用途，其中交联成分选自下列这些：环氧化物、醇、羟基苯基、苯酚、羟基甲基苯基、环己酰、氨基原子团、乙烯醚。
12.根据权利要求11的合成物的用途，其中所述醇包括芳香醇、脂环醇、非环状醇、氟碳醇、脂肪醇。
13.根据权利要求10的合成物的用途，该合成物固态下包含少于或等于50wt.％的交联成分。
14.根据权利要求10的合成物的用途，该合成物固态下包含从5wt.％至25wt.％的交联成分。
15.根据权利要求1的合成物的用途，其中R原子团进一步包含附加交联成分。
16.根据权利要求15的合成物的用途，其中附加交联成分选自下列这些：甘脲、甲基化甘脲、丁基化甘脲、四甲氧基甲基甘脲、甲基丙基四甲氧基甲基甘脲、甲基苯基四甲氧基甲基甘脲、2，6-双(羟基甲基)-p-甲酚、醚化氨基树脂、甲基化三聚氰胺树脂、N-甲氧基甲基-三聚氰胺、丁基化三聚氰胺树脂、N-丁氧基甲基-三聚氰胺、双-环氧树脂、双-苯酚、双苯酚-A。
17.根据权利要求1的合成物的用途，该合成物进一步包含产酸剂。
18.根据权利要求17的合成物的用途，其中产酸剂选自下列这些：2，4，4，6-四溴环六二烯酮、二苯乙醇酮甲苯磺酸盐、2-硝基苯甲基甲苯磺酸盐、有机磺酸的烷基醚。
19.根据权利要求17的合成物的用途，其中产酸剂为热致产酸剂。
20.根据权利要求17的合成物的用途，固态下包含1wt.％至20wt.％的产酸剂。
21.根据权利要求17的合成物的用途，固态下包含1wt.％至15wt.％的产酸剂。
22.一种加工半导体器件的方法，该方法包含下列步骤：
在衬底上给出材料层；
在材料层之上形成抗反射硬掩模层，抗反射硬掩模层包含：
完全压缩多面体低聚硅倍半环氧乙烷{RSiO1.5}n，其中n等于8；以及
其中R原子团包含发色半族和/或透明半族。
23.根据权利要求22的方法，进一步包含下列步骤：
在抗反射硬掩模层之上形成辐射敏感成像层；
将辐射敏感成像层构图似地暴露在辐射下，从而在成像层中形成辐射曝光区域的图形；
选择性地除去部分辐射敏感成像层和抗反射硬掩模层以暴露部分材料层；以及
腐蚀材料层的暴露部分，从而在衬底上形成已构图材料特征形状。
24.根据权利要求23的方法，进一步包含从材料层上除去剩余辐射敏感成像层和抗反射硬掩模层的步骤。
25.根据权利要求23的方法，其中辐射为波长小于或等于200纳米的紫外辐射。
26.根据权利要求23的方法，其中辐射为电子束辐射。
27.根据权利要求22的方法，其中材料层包含选自下列的材料：导电材料、半导体材料、磁性材料、绝缘材料、金属、介电材料以及至少包含前述材料之一的组合。
28.根据权利要求22的方法，其中材料层至少包含氧化物、氮化物、多晶硅和铬之一。
29.根据权利要求22的方法，其中抗反射硬掩模层的厚度从0.03微米至五微米。
30.根据权利要求22的方法，其中形成步骤包含烘焙抗反射硬掩模层的步骤。
31.一种构图的光刻结构，包含：
衬底；
衬底之上的材料层；
材料层之上的已构图抗反射硬掩模层，已构图抗反射硬掩模层包含：
完全压缩多面体低聚硅倍半环氧乙烷{RSiO1.5}n，其中n等于8；
R原子团包含发色半族和/或透明半族；以及
抗反射硬掩模层之上的已构图辐射敏感成像层。
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