TW200303453A - Compositions for anti-reflective light absorbing layer and method for forming patterns in semiconductor device using the same - Google Patents

Description

200303453

玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 技術領域:

本發明係關於一種光吸收層組合物及使用該組合物於 製作一種半導體裝置之方法。更特定言之，本發明係關於 在製造一種積體電路裝置期間在一種光刻方法中曝光期 間，用於抗反射吸收層之一種組合物其能防止光自一種基 材反射，及使用該組合物在一種半導體裝置形成圖案之方 法。 先前技術

隨著朝高-密度半導體裝置之趨勢，在光微影方法中， 晚近已開發一種供用於以次微程度形成超微圖案之微-方 法。在一種光微影方法中，塗覆一種光阻層在一種基材上 及接受曝光及顯像程序以形成一種罩圖案。通常，該基材 具高-反射性材料層在其上。因此，在曝光期間經光阻層 之光是被該基材反射，尤以當該基材具一種step時為甚， 是以可能造成反射切口，駐波，光刻層圖案之尺寸重大差 異。基於此理由，已有人建議一種技術，使用一種抗反射 塗層其能吸收一種曝光光源以防止自下面層反射。 用於半導體裝置之製造中之抗反射塗層，根據其材料， 分為兩個組群，一種無機抗反射塗層及一種有機抗反射塗 層。不像該無機反射塗層其是藉化學沈積形成，該有機反 射塗層可以是簡便藉旋轉塗覆形成，及因此其用途是日增。 然而，該有機反射塗層在其基本化學結構方面是與光刻 200303453 (3) 發明說明績頁、 J f rr:： ,λ - 膠材料相似及在乾蝕刻期間對一種光阻層具低蝕刻選擇 性。其結果為，在蚀刻以移除該有機抗反射塗層期間，光 阻層之消耗增加。因此，當導入該有機反射塗層時，需要 增加該光阻層之厚度。 通常，用供光刻術之光刻膠之較小厚度造成較高共振。 尚有，解析度之界限較低，用供防止光刻膠圖案崩頹之目 的之該光阻層之厚度較小。就此觀之，用供光刻術之光阻 層之厚度是受限於該有機抗-反射層之納入。

發明内容 為解決上述之問題，本發明之一種體系之一個特點是提 供一種供用於抗-反射光吸收層之組合物適合用於在一種 積體電路裝置上藉光刻術形成圖案。

本發明之一種體系之另一個特點是提供一種方法，使用 該抗-反射吸收層組合物，在一種半導體裝置上形成圖案 ，在其中在一種光阻層曝光之後，該光阻層及該抗-反射 光吸收層是同時顯像，是以防止在該抗-反射光吸收層之 移除期間該光阻層之消耗。 根據本發明之一種特點，提供一種組合物供作為一種抗 -反射光吸收層，該組合物包括一種聚合物具一種（甲基） 丙晞酸酯重覆單位，一種重氮醌之光吸收基團化學結合至 該（甲基）丙烯酸酯重覆單位，一種光酸發生劑，一種交聯 劑其熱交聯該聚合物及是藉一種酸自該聚合物分解，及一 種催化劑供該聚合物之交聯反應。 合宜是該聚合物具一種光吸收重覆單位具以下之結構 200303453 明、 一辱 議邏 式

Η C

R——c——c——〇——D 〇 其中Ri是一個氫原子或一個甲基，及D是一個光-吸收基 團。該光-吸收基團可以具一種結構式選自以下之式：

合罝是，該聚合物包含一種以上之結構式之光-吸收性 重覆單位及一種非-光吸收性重覆單位與該光-吸收性重 覆單位共聚合。 在根據本發明之該供作為一種抗反射吸收層之組合物 中，該光-吸收基團之含量，基於該聚合物之總重量，是 1 0 - 6 0 重量 ％。 在該聚合物中，合宜是該光-吸收性重覆單位與該非光-吸收性重覆單位是以10:90 - 90:10之比存在。該聚合物之非 光-吸收性重覆單位可以包含（甲基）丙烯酸酯衍生物。 該光酸發生劑之含量，基於該聚合物之總重量，宜是0.1 -1.0重量％。該光酸發生劑可以包括，例如，三芳基競鹽 ，二芳基碘鑌鹽，磺酸鹽，或這些化合物之一種混合物。 -9 200303453 (5) 1 _麵解 該交聯劑之含量，基於該聚合物之總重量，宜是4 - 20 重量％。該交聯劑可以包括，例如，三聚氰胺或氰尿酸。 該催化劑之含量，基於該聚合物之總重量，宜是0.1 - 1.0 重量％。。該催化劑可以包括一種酸性催化劑或一種驗性 催化劑。更宜是該催化劑包含一種一級胺，一種二級胺， 或一種三級胺。

根據本發明之另一特點，提供一種用於在一種半導體裝 置上形成圖案之方法，該方法包括使用一種光吸收層組合 物其包括一種聚合物具一種光吸收性重覆單位與一種重 氮S昆之光吸收基團結合，一種光酸發生劑，及一種交聯劑 在一種半導體基材上形成一層抗-反射層，形成一層光阻 層在該抗反射層上，將該光阻層及該反射塗層經一個光罩 同時曝光，該半導體經其曝光形成光阻層圖案及抗反射層 圖案，將該曝光之光阻層及抗反射層同時顯像，及藉使用 該光阻層圖案作為蝕刻罩形成圖案在該半導體上。

合宜是，形成該抗反射層包括塗覆該光吸收層組合物在 該半導體基材上及烘烤該塗覆之光吸收層組合物以誘發 在該抗反射層中之聚合物之交聯。在此案例中，可以藉旋 轉塗覆法進行塗覆該光吸收層組合物。合宜是於70 - 200°C 之溫度進行烘烤該塗覆之光吸收層組合物。 根據本發明之抗反射光吸收層組合物，當用於形成一層 抗反射層其是藉光刻術在一種半導體裝置上形成圖案所 需者是有利。該由根據本發明之組合物形成之抗反射層及 一種光阻層於該光阻層曝光後是同時顯像，是以不需要藉 -10- 200303453

效防止該光 (6) 蝕刻移除該抗反射層之程序。其結果為可以有 阻層之消耗，及因此不需要增加該光阻層之厚度。 圖式簡述 本發明之以上之特點及優點，參照附後之圖式對較可取 的體系作詳細描述，將更為明顯，在圖式中： 圖1是含於根據本發明之一種可取的體系中之一種供用 於抗反射光吸收層之組合物中之一種聚合物之光吸收性 重覆單位之結構式；及

圖2至7描繪一種半導體裝置之剖面，說明一種根據本發 明之一種可取的體系之供用於在一種半導體裝置上形成 圖案之方法之每一步驟。 詳細說明

一種根據本發明之一種體系供用作一種抗反射光吸收 層之組合物，基本上包含一種聚合物具一種預定的光吸收 性重覆單元在其結構中。一種光吸收基團是化學結合至該 聚合物之光-吸收性重覆單位之側鏈。根據本發明之抗反 射光吸收層組合物包含一種光酸發生劑及一種交聯劑。在 曝光期間該光酸發生劑藉使用光產生酸以分解該聚合物 之交聯是以在曝光之後該聚合物可以顯像。該交聯劑熱交 聯該聚合物及可以是偶合至該聚合物之側鏈其是將藉一 種酸自該交聯之聚合物分解。使用一種催化劑以加速該聚 合物藉該交聯劑之交聯反應。 圖1是含於根據本發明之一種抗反射光吸收層組合物中 之一種聚合物之一種光吸收性重覆單位之結構之一個例 -11 - 200303453 玥說閉績頁 ..........I議懸戀_議_讓_____ 。在圖1中，R!是一個氫原子或一個甲基，及D是一個基 於重氮醌之光吸收基團。例如，該光吸收基團可以具一種 結構選自以下式1

含於根據本發明之組合物中之光吸收基團是一種基於 重氮醌芳族化合物具一個-so2基團偶合至該聚合物之側 鏈於位置1至6之任何位置。 為形成該具示於圖1中之結構之光吸收性單位，經由示 於以下反應方案1中合成一種單體。 反應方案1

+

'C〇〇H

Γ 〇 之 明 發 本 據 根 於 含 結 之 中 之 式 合 聚基 之甲 中性 收 吸 光 ,Ε 種 物 合 物 丙 圖與 於位 示 單 如覆 具 重 以酯 可酸 晞 一 重 之性 位收 單吸 覆光 重非 性該 收與 吸位 光單 非覆 種重 一 性 結 物 聚 共 」7·ι 種 共 之 位 單 覆 收之 吸構 光結 該物 具合 聚 -12 -

200303453 /n\ 參晚發动譜:買 (8) '說為:*、一'、、;''3、/: 一個典型例是示於以下式2中。 式2 —(―CH]—CH—)—(―CH3—CH—)—(~CH3 CH —) 丄 P | q I 「 〇^\〇 CO2CH3 c〇2h

I so2 如示於以上式2中，該非光吸收性重覆單位宜是一種（甲 基）丙晞酸S旨衍生物。 含該以上式2之聚合物之根據本發明之組合物，於曝光 時，在該聚合物之未曝光部分及曝光部分發生以次之結構 改變，如示於以下式3中： 式3

-13 - 200303453 (9)

-CHz—CH—)—(-CH3—CH_ ) 丄p I q C〇2CH3

S〇2 CO2H

曝光部分 其中X是一種交聯劑。 如示於以上式3中，根據本發明之組合物於曝光後轉變 成為一種可顯像結構。 在根據本發明之抗反射光吸收層組合物中，該聚合物之 光吸收性重覆單位與該非光吸收性重覆單位是以約10:90 -9 0:10之比存在。例如，在以上式2之聚合物中，該光吸 收性重覆單位部分（p)對其他重覆單位（q + r)，是即，p/(q + r) ，是在約0.1 - 0.9之範圍。 在該根據本發明之抗反射光吸收層組合物中，包括於其 中之光吸收基團D之量，基於該聚合物之總重量，是約1 〇 -60重量％。 在該根據本發明之抗反射光吸收層組合物中，包括於其 中之光酸發生劑之量，基於該聚合物之總重量，是約〇 . 1 至1 · 0重量％。供用於該根據本發明之組合物之適當光酸 發生劑包括三芳基魏鹽，二芳基破鑌鹽，橫酸鹽，或這些 化合物之一種混合物。 該組合物之交聯劑之含量，是該聚合物之總重量之約4 - -14 - 200303453 (10) 20重量％。供用於根據本發明之組合物之適當交聯劑包括 三聚氰胺或氰尿酸。 可以使用一種酸性催化劑或一種驗性催化劑作為催化 劑供加速該聚合物之交聯反應，但以鹼性催化劑為可取。 例如，可以使用一種一級胺，一種二級胺，或一種三級胺 作為該催化劑。催化劑之含量是該聚合物之總重量之0.1-1.0重量％。

在以下將參照以次之體系詳細描述一種供用於根據本 發明在一種半導體裝置形成圖案之方法。然而，本發明可 以是以多種不同形狀賦形及請勿解釋為本發明限於下列 之體系；而是，提供這些體系是以此揭示將是透徹及完全 ，及將完全傳遞本發明之觀念至精於此技藝者。在圖式中 ，為清晰之目的層及區域之厚度是誇大的。也請了解當一 層是被指稱為“在”另一層或基材上，其可以是直接在該其 他層或基材上，或也可以有間隔層存在。

圖2至7描繪根據本發明之一種可取的體系一種供用於 在一種半導體裝置形成圖案之方法之可取的體系之每一 步驟。 參照圖2，形成一層抗反射層2 0在一層絕緣層1 4上，該 絕緣層覆蓋於形成一種半導體基材1 0上之較低結構1 2。該 抗反射層2 0是由根據本發明如以上所述之抗反射光吸收 層組合物形成。換言之，在形成於該半導體基材1 0上之絕 緣層1 4上，藉旋轉塗覆法塗覆根據本發明之組合物，其包 含一種聚合物具一種光吸收性重覆單位與一種基於重氮 -15 - 200303453 (11) 賴關 醌之光吸收基團結合，/種光酸發生劑，一種交聯劑，及 一種催化劑。然後於溫虞約70 - 2〇〇°c烘烤該塗覆之組合物 以誘發在該組合物中該聚合物之X聯，由是形成該抗反射 層2 0 〇 其次，形成一層光阻層22在該抗反射層2〇上，如示於圖 如示於圖4中，該光阻層2 2及該抗反射層2 〇是經由一個 光罩3 0同時曝光。其結果為，在該抗反射層2 〇及該光阻層 22分別形成曝光部分2〇a及22a。在該抗反射層20之曝光光 部分2 0 a ’違聚合物結構由於曝光期間被光酸發生劑產生 之酸之作用，是轉變為能被顯像，如示於以上式（3)。 其次’如示於圖5中，該曝光之光阻層22及抗反射層20 是同時顯像以形成抗反射層圖案2 〇 b及光阻層圖案2 2 b經 這些圖案曝露在該半導體基材丨〇上之絕緣層丨4。於是，如 以上所述’該抗反射層2 〇之曝光部分2 〇 a可以經由使用同 一顯像劑溶液顯像簡易移除。 其次’如示於圖6中，使用該光阻層圖案2 2 b作為蝕刻罩 蚀刻該絕緣層i 4，以形成絕緣層圖案丨4 a。 其次，如示於圖7中，移除該光阻層圖案22b及該抗反射 層圖案20b。 如以上所述，在形成該絕緣層圖案14a在該半導體基材 1 0上時’根據本發明之組合物形成之抗反射層2 0及該光阻 層2 2 ’在該光阻層2 2曝光之後可以同時顯像。因此可以^ 去，在該絕緣層丨4作為圖案之前，一種用於移除該抗反射 -16- 200303453 «IS翻 (12) 層2 0之一部分之蝕刻程序，由是防止該光阻層2 2被移除。 於是，不需要增加該光阻層2 2之厚度以補償該光阻層2 2 之一部分其可能被触刻移除者。

如以上所述，一種根據本發明之抗反射光吸收層組合物 包含一種聚合物具一種光吸收性重覆單位，重氮醌之一種 光吸收基團化學結合至該光吸收性重覆單位，一種光酸發 生劑，一種交聯劑，及一種催化劑供該聚合物之交聯反應 。因此，當施加該根據本發明之抗反射光吸收層組合物以 形成一層抗反射層供用於藉光刻術在一種半導體裝置形 成圖案時，該抗反射層及光阻層，可以在該光阻層曝光之 後，同時顯像。於是，不需要藉另外的蝕刻移除該抗反射 層。因此，該光阻層是受免於藉蝕刻移除抗反射層之保護 ，由是不需要增加該光阻層之厚度。其結果為增進用於形 成圖案之光微影方法之解析度，及該整體方法可以簡化。 因此，使用該根據本發明之抗反射光吸收層組合物之一種 用於在一種半導體裝置形成圖案之方法，可以是有利地應 用至高度積體化半導體電裝置之製造。 本發明已參照其可取的體系展示及描述，精於此技藝者 可以了解可以作形式及細節之多種改變而不偏離如界定 於附後之申請專利範圍中之精神及範圍。 圖式代表符號說明 10 基材 12 較低結構 14 絕緣管 -17- 200303453〇3) Γ1«« 20 抗反射層 22 光阻層 20a 曝光部分 22a 曝光部分 20b 抗反射層圖案 22b 光阻層圖案

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Claims (1)

1. 200303453 拾、申請專利範圍 :.，該 含位至 包單合 物覆結 合重地 組酯性 該酸學 ，烯化 物丙係 合幻其 組甲， 之 {團； 層種基泣 收一收P 吸具吸 光其光 射，之 反物醌 抗合氮 為聚重 ，一£ .jgl 用種種 種一一基 - 甲 單 覆 重 酯 酸 烯 丙 劑其及其圍之 生，；，範式 發劑解劑利構 酸聯分化專結 光交物催請式 VE^h UCul . 種種名 種申下一 一聚一據具 該¾# 2 ΈΙ 酸種 一 藉 並 物 合 聚 該 聯 交 熱 係 合 重 聚飪性 該之欠R · 供Ζ 係第光 合 具 物 。 合 應聚 反該 聯中 交其位 之 單 物物覆 2 Η C C 〇 - C —〇—D 結 之 式 或第構 子 圍結 原範下 氫利以 個專自 一 請選 是1巾種 tR據一 其根具 3 。 團 團基 基4: 收吸 吸光 光該 該中 是其 D 合式 基a構 甲，：， 個 之 項

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   N sa— 200303453 1— 、爵(獲 二is一變 讓 含 包 物 合 聚 該 中 其 物 合 組 之 項 第 圍 範 利 專 請 中 據 根 4 式 構 結 之 下 以 具 位 單 覆 ,一°一 | 性 收 吸 光 種 2 Η C 或 子 原 氯 是 R 中 其 R1丨c1cI〇丨D 個 〇一一 團 基 收 吸 光 該 是 D 及 基 甲 及 一種非-光吸收性重覆單位與該光吸收性重覆單位 共聚合。 5. 根據申請專利範圍第4項之組合物，其中該光吸收基團 之含量，基於該聚合物之總重量，是約10 - 60重量％。 6. 根據申請專利範圍第4項之組合物，其中在該聚合物中 該光吸收性重覆單位與該非光吸收性重覆單位是以約 10:90 - 90:10之比存在。 7. 根據申請專利範圍第4項之組合物，其中該非光吸收性 重覆單位包含（甲基）丙晞酸酯衍生物。 8. 根據申請專利範圍第1項之組合物，其中該光酸發生劑 之含量，基於該聚合物之總重量，是約0 . 1至1重量％。 9. 根據申請專利範圍第1項之組合物，其中該光酸發生劑 包含三芳基巯鹽，二芳基碘鑌鹽，磺酸鹽，或這些化 合物之一種混合物。 10.根據申請專利範圍第1項之組合物，其中該交聯劑之含 200303453 量，基於該聚合物之總重量，是約4至2 0重量％ 11. 根據申請專利範圍第1項之組合物，其中該交聯 三聚氰胺或氰尿酸。 12. 根據申請專利範圍第1項之組合物，其中該催化 量，基於該聚合物之總重量，是約0.1至1重量％ 13. 根據申請專利範圍第1項之組合物，其中該催化 一種酸性催化劑或一種驗性催化劑。 14. 根據申請專利範圍第1 3項之組合物，其中該催化 一種一級胺、二級胺或三級胺。 15. —種用於在一種半導體裝置形成圖案之方法，該 含·· 使用一種光吸收層組合物，其包括一種聚合物， 種光吸收性重覆單位，與一種重氮醌之光吸收基團 一種光酸發生劑，及一種交聯劑，以形成一層抗反 一種半導體基材上； 形成一層光阻層在該抗反射層上； 經一個光罩將該光阻層及該抗反射層同時曝光； 藉將該曝光之光阻層及抗反射層同時顯像，以於 之半導體基材上形成光阻層圖案及抗反射層圖案； 藉使用該光阻層圖案作為蝕刻罩形成圖案在該 基材上。 16. 根據申請專利範圍第1 5項之方法，其中形成該抗 包含： 劑包含 劑之含 〇 劑包含 劑包含 方法包 其具一 結合， 射層在 經曝光 及 半導體 反射層 塗覆該光吸收層組合物在該半導體基材上；及 烘烤該塗覆之光吸收層組合物以誘發在該抗反射層

   200303453 聯 交 之 物 合 聚 該 中 親 ®l 7 法 覆 塗 轉 旋 由 藉 係 其 法 方 之 項 。 16物 第 合 圍組 利 專 青 、一 ：° 中 據 根 ο 7 約 度 溫 於 係 其 法 方 之 項 6 f:--*· 第 組 圍 /r巳 層 聋 收利 吸專 光請 該申 覆據 塗根 〇6 種 - 具 物 合 聚 。 該 物申： 合其位 組法單 層方覆 收之重 吸項陡 光15收 之第吸 覆圍光 塗範之 該利式 烤專構 烘請結 下申列 0°c據下 2 根具 9. Η C 〇 收 吸 光 個 I 是 D 及 基 甲 個 1 或 子 原 氮 個 1 是 R 中 。 JL(團 基 ο 2 具 團 基 收 吸 光 該 中 其 法 方 之 項 ： 5 式 11 第構 圍結 範之 利 請 申選 .E 據種 一 ?乂 式 下 νΠΤΤ

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   N sa- 含 包 物 合 聚 該 中 其 法 方 之 項 5 第 圍 利 專 主ϋϋ 、\--σ 中 據 g.v< 才 11 2 位 單 覆 重 性 收 吸 光 之 式 構 結 下 以 具 4°^ 種 -4- 200303453 及 2 Η C RIC 〇I 一 C —〇—D 基 甲 個 一 或 子 原 氫 是 R 中 其 Λίι » 醫 團 基 收 吸 光 該 是 D 及 一種非光吸收性重覆單位與該光吸收性重覆單位共 聚合。 22. 根據申請專利範圍第2 1項之方法’其中光吸收基團之含 量，基於該聚合物之總重量，是約10 - 60重量％。 23. 根據申請專利範圍第2 1項之方法，其中在該聚合物中該 光吸收性重覆單位與該非光吸收性重覆單位是以約 10:90 - 90:10之比存在。 24. 根據申請專利範圍第2 1項之方法，其中該非光吸收性重 覆單位包含（甲基）丙烯酸酯衍生物。 25. 根據申請專利範圍第1 5項之方法，其中該光酸發生劑之 含量，基於該聚合物之總重量，是約0.1 - 1.0重量％。 26. 根據申請專利範圍第1 5項之方法，其中該交聯劑之含量 ，基於該聚合物之總重量，是約4 - 20重量％。 27. 根據申請專利範圍第1 5項之方法，其中該交聯劑包含三 聚氰胺或氰尿酸。 28. 根據申請專利範圍第1 6項之方法’其中該光吸收層組合 物且包含一種催化劑供該聚合物之交聯反應。 29.根據申請專利範圍第2 8項之方法，其中該催化劑之含量 200303453

   ，基於該聚合物之總重量，是約0.1 - 1.0重量％。 30.根據申請專利範圍第2 8項之方法，其中該催化劑包含一 種一級胺、二級胺或三級胺。

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