TW201723664A - 有機層組成物以及形成圖案的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明揭露一種有機層組成物,包含有包含由化學式1表示之結構單元的聚合物、由化學式2表示之添加劑以及溶劑,及使用所述有機層組成物形成圖案之方法。化學式1及化學式2與實施方式中所定義相同。
Description
本發明是有關於一種有機層組成物及使用所述有機層組成物形成圖案之方法。
近來,根據電子裝置之尺寸下調(小型化)和複雜性之高度整合設計已經加快先進材料和及其相關製程之發展,且因此,使用習知光阻劑之微影亦需要新穎圖案化材料及技術。在圖案化製程中,稱為硬罩幕層之有機層可形成為硬夾層以將光阻劑之精細圖案轉移至基板上之足夠深度處而不導致所述圖案崩塌。硬罩幕層發揮間層之作用以經由選擇性蝕刻製程將光阻劑之精細圖案轉移至材料層。因此,硬罩幕層需要諸如耐熱性、抗蝕刻性及其類似特徵之特徵以經受多蝕刻製程(multi-etching processes)。另一方面,近年來已表明旋塗式塗佈法可替代化學氣相沈積(chemical vapor deposition;CVD)法以形成硬罩幕層。旋塗式塗佈法不僅可容易執行而且會改良間隙填充特徵及平坦化特徵。一般而言,因為耐熱性及抗蝕刻性與旋塗特徵具有折衷(trade-off)關係,故需要滿足所有特徵之有機層材料。
一個實施例提供能夠改良間隙填充特徵及平面化特徵以及抗蝕刻性之有機層組成物。
另一實施例提供一種使用有機層組成物形成圖案之方法。
根據一實施例,有機層組成物包含有包含由化學式1表示之結構單元的聚合物、由化學式2表示之添加劑以及溶劑。 [化學式1]
在化學式1中, A1
為經取代或未經取代之二價環基或經取代或未經取代之二價雜環基, B1
為二價有機基團,且 *為連接點: [化學式2]
在化學式2中, k、m以及n獨立地為0或1,且k、m以及n之總和為2或3, 當k+m+n為3時,X為-CH-或氮(N), 當k+m+n為2時,X為直接鍵、-(Cq
H2q
)-、-(Ct
Rw 2t
)-、氧(O)、硫(S)或-S(O2
)-,其中q及t獨立地為1至5之整數,且Rw
為經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C6至C30芳基、經取代或未經取代之C3至C30環烯基、經取代或未經取代之C1至C20烷胺基、經取代或未經取代之C7至C20芳基烷基、經取代或未經取代之C1至C20雜烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜環烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜芳基、經取代或未經取代之C1至C4烷基醚基、經取代或未經取代之C7至C20芳基伸烷基醚基、經取代或未經取代之C1至C30鹵烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合,且 R、R'及R"獨立地為氫、羥基、經取代或未經取代之C3至C30單價環基、經取代或未經取代之C1至C30單價直鏈基團或其組合。
在化學式1中,A1
可為二價環基,在其結構中包含至少兩個環。
在化學式1中,A1
可為自族群1及族群2之化合物中之一者衍生的二價環基,且二價基團之至少一個氫原子可經置換或未經置換。 [族群1]
在族群1中, M為經取代或未經取代之C1至C5伸烷基、-O-、-S-、-SO2
-或羰基, [族群2]
在族群2中, R0
及R1
獨立地為氫、羥基、甲氧基、乙氧基、鹵素原子、含鹵素之基團、經取代或未經取代之C1至C30烷基、經取代或未經取代之C6至C30芳基或其組合。
在化學式1中,B1
可由化學式3表示。 [化學式3]
在化學式3中, a及b獨立地為0至2之整數,且 L為自族群1之化合物中之一者衍生的二價環基且二價基團之至少一個氫原子可經置換或未經置換,或自族群3之基團中之一者衍生的二價環基。 [族群1]
在族群1中, M為經取代或未經取代之C1至C5伸烷基、-O-、-S-、-SO2
-或羰基, [族群3]在族群3中, X1
及X2
獨立地為經取代或未經取代之C6至C50伸芳基、經取代或未經取代之C1至C10含環氧烷(alkylene oxide)之基團或其組合, Y1
及Y2
獨立地為氫、羥基、甲氧基、乙氧基、鹵素、經取代或未經取代之C6至C30芳基或其組合,其限制條件為Y1
及Y2
中之至少一者為經取代或未經取代之C6至C30芳基, Z7
至Z10
獨立地為羥基、甲氧基、乙氧基、鹵素、經取代或未經取代之C6至C30芳基、經取代或未經取代之C3至C30環烯基、經取代或未經取代之C1至C20烷胺基、經取代或未經取代之C7至C20芳基烷基、經取代或未經取代之C1至C20雜烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜環烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜芳基、經取代或未經取代之C1至C4烷基醚基、經取代或未經取代之C7至C20芳基伸烷基醚基、經取代或未經取代之C1至C30鹵烷基或其組合, g、h、i及j獨立地為0至2之整數, k為1至3之整數,且 「*」為連接點。
在族群3中,X1
及X2
獨立地為經取代或未經取代之C6至C50伸芳基,其中所述C6至C50伸芳基可為自族群4之化合物中之一者衍生的二價基團。 [族群4]
在族群3中,當Y1
及Y2
中之一者或兩者為經取代或未經取代之C6至C30芳基時,所述C6至C30芳基可為自族群4之化合物中之一者衍生的單價基團。
有機層組成物可包含兩種不同類型之聚合物。
添加劑可由化學式2-1或化學式2-2表示。 [化學式2-1]
在化學式2-1中, Xa
為-CH-或氮(N),且 R1a
至R15a
獨立地為氫、羥基或由化學式A至化學式C中之一者表示之基團。
R1a
至R5a
中之至少一者、R6a
至R10a
中之至少一者及R11a
至R15a
中之至少一者可獨立地為由化學式A至化學式C中之一者表示之基團。 [化學式A] *-(CH2
)a
-Y0
-Y1
[化學式B][化學式C] *-CRx
Ry
Rz
在化學式A至化學式C中, a及b獨立地為0至10範圍內之整數, c及d獨立地為1至10範圍內之整數, Y0
為氧、硫或-S(O2
)-, Y1
及Y2
獨立地為氫、經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C6至C30芳基、經取代或未經取代之C3至C30環烯基、經取代或未經取代之C1至C20烷胺基、經取代或未經取代之C7至C20芳基烷基、經取代或未經取代之C1至C20雜烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜環烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜芳基、經取代或未經取代之C1至C4烷基醚基、經取代或未經取代之C7至C20芳基伸烷基醚基、經取代或未經取代之C1至C30鹵烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合, Rx
至Rz
獨立地為氫、羥基、經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C1至C20烷氧基、經取代或未經取代之C6至C30芳基或其組合,且 *為連接點。 [化學式2-2]
在化學式2-2中, Xa
為-CH-或氮(N),且 R1
至R3
獨立地為由化學式A、化學式B或化學式C表示之基團。
在化學式2-1中,R1a
至R5a
中之至少一者、R6a
至R10a
中之至少一者及R11a
至R15a
中之至少一者可獨立地為由化學式A表示之基團。
在化學式A中,a可為1,Y0
可為氧,且Y1
可為經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合。
添加劑可由化學式2-3或化學式2-4表示。 [化學式2-3]
在化學式2-3中, Xb
為直接鍵、-(Cq
H2q
)-、-(Ct
Rw 2t
)-、氧(O)、硫(S)或-S(O2
)-,其中q及t獨立地為1至5之整數,且Rw
為經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C6至C30芳基、經取代或未經取代之C3至C30環烯基、經取代或未經取代之C1至C20烷胺基、經取代或未經取代之C7至C20芳基烷基、經取代或未經取代之C1至C20雜烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜環烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜芳基、經取代或未經取代之C1至C4烷基醚基、經取代或未經取代之C7至C20芳基伸烷基醚基、經取代或未經取代之C1至C30鹵烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合,且 R1b
至R10b
獨立地為氫、羥基或由化學式A至化學式C中之一者表示之基團。 [化學式A] *-(CH2
)a
-Y0
-Y1
[化學式B][化學式C] *-CRx
Ry
Rz
在化學式A至化學式C中, a及b獨立地為0至10範圍內之整數, c及d獨立地為1至10範圍內之整數, Y0
為氧、硫或-S(O2
)-, Y1
及Y2
獨立地為氫、經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C6至C30芳基、經取代或未經取代之C3至C30環烯基、經取代或未經取代之C1至C20烷胺基、經取代或未經取代之C7至C20芳基烷基、經取代或未經取代之C1至C20雜烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜環烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜芳基、經取代或未經取代之C1至C4烷基醚基、經取代或未經取代之C7至C20芳基伸烷基醚基、經取代或未經取代之C1至C30鹵烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合, Rx
至Rz
獨立地為氫、羥基、經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C1至C20烷氧基、經取代或未經取代之C6至C30芳基或其組合,且 *為連接點。 [化學式2-4] R1
-Xb
-R2
在化學式2-4中, Xb
為直接鍵、-(Cq
H2q
)-、-(Ct
Rw 2t
)-、氧(O)、硫(S)或-S(O2
)-,其中q及t為1至5之整數,且Rw
為經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C6至C30芳基、經取代或未經取代之C3至C30環烯基、經取代或未經取代之C1至C20烷胺基、經取代或未經取代之C7至C20芳基烷基、經取代或未經取代之C1至C20雜烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜環烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜芳基、經取代或未經取代之C1至C4烷基醚基、經取代或未經取代之C7至C20芳基伸烷基醚基、經取代或未經取代之C1至C30鹵烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合,且 R1
及R2
獨立地為由化學式A、化學式B或化學式C表示之基團。
在化學式2-3中,R1b
至R5b
中之至少一者及R6b
至R10b
中之至少一者可獨立地為由化學式A表示之基團。
在化學式A中,a可為0或1,Y0
可為氧,且Y1
為經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合。
在化學式2-3中,Xb
可為氧,且R1b
至R5b
中之至少一者及R6b
至R10b
中之至少一者可獨立地為由化學式C表示之基團。
在化學式C中,Rx
至Rz
中之至少一者可為羥基。
添加劑可由化學式2A至化學式2G中之一者表示。 [化學式2A][化學式2B][化學式2C][化學式2D][化學式2E][化學式2F][化學式2G]
在化學式2A至化學式2G中, R33
至R88
獨立地為經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C6至C30芳基、經取代或未經取代之C3至C30環烯基、經取代或未經取代之C1至C20烷胺基、經取代或未經取代之C7至C20芳基烷基、經取代或未經取代之C1至C20雜烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜環烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜芳基、經取代或未經取代之C1至C4烷基醚基、經取代或未經取代之C7至C20芳基伸烷基醚基、經取代或未經取代之C1至C30鹵烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合,且 e、f、g以及h獨立地為1至10範圍內之整數。
聚合物之重量平均分子量可為500至200,000且添加劑之分子量可為150至50,000。
在有機層組成物中,可包括重量比為90:10至50:50之聚合物及添加劑。
根據另一實施例,形成圖案的方法包含於基板上提供材料層,於材料層上塗覆有機層組成物,熱處理有機層組成物以形成硬罩幕層,於硬罩幕層上形成含矽薄層,於含矽薄層上形成光阻層,使光阻層曝光且顯影以形成光阻圖案,使用光阻圖案選擇性移除含矽薄層及硬罩幕層以曝光材料層之一部分,以及蝕刻材料層之曝光部分。
有機層組成物可使用旋塗式塗佈法塗覆。
在形成光阻層之前,所述方法可更包含形成底部抗反射塗層(antireflective coating;BARC)。
有機層組成物因聚合物及添加劑會同時改良抗蝕刻性及溶解度。
下文將詳細描述本發明之例示性實施例,且可由具有先前技術中常識之人員容易地進行。然而,本發明可以多種不同形式實施,且不應解釋為限於本文所闡述之實例實施例。
在本說明書中,當定義未另外規定時,術語『經取代』可指經由下列各者中選出之取代基取代或替代化合物之氫:鹵素原子(F、Br、Cl或I)、羥基、烷氧基、硝基、氰基、胺基、疊氮基、脒基、肼基、亞肼基、羰基、胺甲醯基、硫醇基、酯基、羧基或其鹽、磺酸基團或其鹽、磷酸或其鹽、C1至C20烷基、C2至C20烯基、C2至C20炔基、C6至C30芳基、C7至C30芳基烷基、C1至C30烷氧基、C1至C20雜烷基、C2至C20雜芳基、C3至C20雜芳基烷基、C3至C30環烷基、C3至C15環烯基、C6至C15環炔基、C2至C30雜環烷基及其組合。
在本說明書中,當定義未另外規定時,『雜』是指包含1至3個由下列各者中選出的雜原子:B、N、O、S及P。
在本說明書中,自化合物A『衍生之單價基團』指示由置換化合物A中之一個氫形成之單價基團。舉例而言,自苯基(benzene group)衍生之單價基團變成苯基(phenyl group)。另外,自化合物A『衍生之二價基團』指示藉由置換化合物A中之兩個氫形成之具有兩個連接點的二價基團。舉例而言,自苯基衍生之二價基團變成伸苯基。
下文描述根據一實施例之有機層組成物。
根據一實施例之有機層組成物包含有包含由化學式1表示之結構單元的聚合物、由化學式2表示之添加劑以及溶劑。 [化學式1]
在化學式1中, A1
為經取代或未經取代之二價環基或經取代或未經取代之二價雜環基, B1
為二價有機基團,且 *為連接點。 [化學式2]
在化學式2中, k、m以及n獨立地為0或1,且k、m以及n之總和為2或3, 當時k+m+n為3,X為-CH-或氮(N), 當k+m+n為2時,X為直接鍵、-(Cq
H2q
)-、-(Ct
Rw 2t
)-、氧(O)、硫(S)或-S(O2
)-,其中q及t獨立地為1至5之整數,且Rw
為經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C6至C30芳基、經取代或未經取代之C3至C30環烯基、經取代或未經取代之C1至C20烷胺基、經取代或未經取代之C7至C20芳基烷基、經取代或未經取代之C1至C20雜烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜環烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜芳基、經取代或未經取代之C1至C4烷基醚基、經取代或未經取代之C7至C20芳基伸烷基醚基、經取代或未經取代之C1至C30鹵烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合,且 R、R'及R"獨立地為氫、羥基、經取代或未經取代之C3至C30單價環基、經取代或未經取代之C1至C30單價直鏈基團或其組合。
在本文中,C3至C30單價環基可為例如脂環族環基或芳族環基,但不限於此。C1至C30單價直鏈基團是指除C1至C30環基外之單價基團,且不限制為特定元素或結構。
有機層組成物可因聚合物及添加劑具有預定結構而同時確保抗蝕刻性及間隙填充特徵。因此,由有機層組成物形成之有機層具有改良之薄膜密度及平坦化特徵。
首先,描述聚合物。聚合物可包含多個由化學式1表示之結構單元,且所述多個結構單元可相同或不同。
舉例而言,在化學式1中,A1
可為自族群1之化合物中之一者衍生的二價環基,且所述二價環基之至少一個氫原子可經置換或未經置換,但不限於此。 [族群1]
在族群1中,M為經取代或未經取代之C1至C5伸烷基、-O-、-S-、-SO2
-或羰基。
聚合物藉由在結構單元中包含自族群1之化合物中之一者衍生的環基可具有剛性特徵。
舉例而言,在化學式1中,A1
可為二價環基,在其結構中包含至少兩個環。
舉另一實例而言,在化學式1中,A1
可為自族群2之化合物中之一者衍生的二價環基,且所述二價環基之至少一個氫原子可經置換或未經置換,但不限於此。 [族群2]
在族群2中,R0
及R1
獨立地為氫、羥基、甲氧基、乙氧基、鹵素原子、含鹵素之基團、經取代或未經取代之C1至C30烷基、經取代或未經取代之C6至C30芳基或其組合。
聚合物可藉由包含自族群2之化合物中之一者衍生的環基而因雜原子改良聚合物之極性且因此改良溶解度,亦即環基在其結構中包含諸如氮、氧或硫之雜原子。另外,聚合物可藉由在其結構單元中包含烴環基確保包含聚合物之有機層之薄膜密度改良。
舉例而言,在化學式2中,A1
之至少一個氫原子可經以下各者置換:羥基、亞硫醯基、硫醇基、氰基、胺基、C1至C10烷基、C6至C30芳基、C1至C30烷氧基或其組合。
舉例而言,在化學式1中,由B1
表示之鍵聯基團可由化學式3表示。 [化學式3]
在化學式3中, a及b獨立地為0至2之整數,且 L為自族群1之化合物中之一者衍生的二價環基且二價基團之至少一個氫原子可經置換或未經置換,或自族群3之基團中之一者衍生的二價環基。 [族群1]
在族群1中, M為經取代或未經取代之C1至C5伸烷基、-O-、-S-、-SO2
-或羰基。 [族群3]
在族群3中, X1
及X2
獨立地為經取代或未經取代之C6至C50伸芳基、經取代或未經取代之C1至C10含環氧烷之基團或其組合, Y1
及Y2
獨立地為氫、羥基、甲氧基、乙氧基、鹵素、經取代或未經取代之C6至C30芳基或其組合,其限制條件為Y1
及Y2
中之至少一者為經取代或未經取代之C6至C30芳基, Z7
至Z10
獨立地為羥基、甲氧基、乙氧基、鹵素、經取代或未經取代之C6至C30芳基、經取代或未經取代之C3至C30環烯基、經取代或未經取代之C1至C20烷胺基、經取代或未經取代之C7至C20芳基烷基、經取代或未經取代之C1至C20雜烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜環烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜芳基、經取代或未經取代之C1至C4烷基醚基、經取代或未經取代之C7至C20芳基伸烷基醚基、經取代或未經取代之C1至C30鹵烷基或其組合, g、h、i及j獨立地為0至2之整數, k為1至3之整數,且 「*」為連接點。
聚合物可藉由在其結構單元中包含鍵聯基團而增加聚合物之可撓性。此類可撓結構會藉由增大聚合物之自由體積而改良溶解度,且藉由降低玻璃態轉化溫度(Tg
)及增加焙烤製程期間之回焊(reflow)而改良間隙填充效能及平坦化。
舉例而言,在族群3中,X1
及X2
可獨立地為經取代或未經取代之C6至C50伸芳基,其中所述C6至C50伸芳基可為自族群4之化合物中之一者衍生的二價基團。 [族群4]
舉例而言,在族群3中,當Y1
及Y2
中之一者或兩者為經取代或未經取代之C6至C30芳基時,所述C6至C30芳基可為自族群4之化合物中之一者衍生的單價基團。
舉例而言,聚合物之重量平均分子量可為500至200,000。在所述範圍內,包含聚合物之有機層組成物(例如硬罩幕組成物)之碳含量及於溶劑中之溶解度可達最佳。
有機層組成物可包含兩個或更多個類型之包含由化學式1表示之結構單元的聚合物。以此方式,當摻合兩個或更多個類型之聚合物時,可充分實現所需特性。
在下文中,描述包括於根據實施例之有機層組成物中之添加劑。
如上文所述,有機層組成物包含由化學式2表示之添加劑。添加劑可包含多個由化學式1表示之部分,且所述多個部分可具有相同結構或不同結構。
由化學式2表示之添加劑具有由X表示之核心或兩個或三個苯環取代基連接至化學式2中之核心的結構。當由化學式2表示之添加劑具有三個取代基時,核心為碳或氮,且當由化學式2表示之添加劑具有兩個取代基時,核心為直接鍵、碳、氧、硫或-S(O2
)-。
舉例而言,當添加劑具有三個取代基連接至核心之結構時,添加劑可由化學式2-1或化學式2-2表示。 [化學式2-1]
在化學式2-1中, Xa
為-CH-或氮(N),且 R1a
至R15a
獨立地為氫、羥基或由化學式A至化學式C中之一者表示之基團。
R1a
至R5a
中之至少一者、R6a
至R10a
中之至少一者及R11a
至R15a
中之至少一者可獨立地為由化學式A至化學式C中之一者表示之基團。 [化學式A] *-(CH2
)a
-Y0
-Y1
[化學式B][化學式C] *-CRx
Ry
Rz
在化學式A至化學式C中, a及b獨立地為0至10範圍內之整數, c及d獨立地為1至10範圍內之整數, Y0
為氧、硫或-S(O2
)-, Y1
及Y2
獨立地為氫、經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C6至C30芳基、經取代或未經取代之C3至C30環烯基、經取代或未經取代之C1至C20烷胺基、經取代或未經取代之C7至C20芳基烷基、經取代或未經取代之C1至C20雜烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜環烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜芳基、經取代或未經取代之C1至C4烷基醚基、經取代或未經取代之C7至C20芳基伸烷基醚基、經取代或未經取代之C1至C30鹵烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合, Rx
至Rz
獨立地為氫、羥基、經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C1至C20烷氧基、經取代或未經取代之C6至C30芳基或其組合,且 *為連接點。 [化學式2-2]
在化學式2-2中, Xa
為-CH-或氮(N),且 R1
至R3
獨立地為由化學式A、化學式B或化學式C表示之基團。
舉例而言,在化學式2-1中,R1a
至R5a
中之至少一者、R6a
至R10a
中之至少一者及R11a
至R15a
中之至少一者可獨立地為由化學式A表示之基團。對於具體實例,在化學式A中,a可為1,Y0
可為氧,且Y1
可為經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合。
另一方面,當添加劑具有兩個取代基連接至核心之結構時,添加劑可由化學式2-3或化學式2-4表示。 [化學式2-3]
在化學式2-3中, Xb
為直接鍵、-(Cq
H2q
)-、-(Ct
Rw 2t
)-、氧(O)、硫(S)或-S(O2
)-,其中q及t獨立地為1至5之整數,且Rw
為經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C6至C30芳基、經取代或未經取代之C3至C30環烯基、經取代或未經取代之C1至C20烷胺基、經取代或未經取代之C7至C20芳基烷基、經取代或未經取代之C1至C20雜烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜環烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜芳基、經取代或未經取代之C1至C4烷基醚基、經取代或未經取代之C7至C20芳基伸烷基醚基、經取代或未經取代之C1至C30鹵烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合,且 R1b
至R10b
獨立地為氫、羥基或由化學式A至化學式C中之一者表示之基團。 [化學式A] *-(CH2
)a
-Y0
-Y1
[化學式B][化學式C] *-CRx
Ry
Rz
在化學式A至化學式C中, a及b獨立地為0至10範圍內之整數, c及d獨立地為1至10範圍內之整數, Y0
為氧、硫或-S(O2
)-, Y1
及Y2
獨立地為氫、經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C6至C30芳基、經取代或未經取代之C3至C30環烯基、經取代或未經取代之C1至C20烷胺基、經取代或未經取代之C7至C20芳基烷基、經取代或未經取代之C1至C20雜烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜環烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜芳基、經取代或未經取代之C1至C4烷基醚基、經取代或未經取代之C7至C20芳基伸烷基醚基、經取代或未經取代之C1至C30鹵烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合, Rx
至Rz
獨立地為氫、羥基、經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C1至C20烷氧基、經取代或未經取代之C6至C30芳基或其組合,且 *為連接點。 [化學式2-4] R1
-Xb
-R2
在化學式2-4中, Xb
為直接鍵、-(Cq
H2q
)-、-(Ct
Rw 2t
)-、氧(O)、硫(S)或-S(O2
)-,其中q及t獨立地為1至5之整數,且Rw
為經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C6至C30芳基、經取代或未經取代之C3至C30環烯基、經取代或未經取代之C1至C20烷胺基、經取代或未經取代之C7至C20芳基烷基、經取代或未經取代之C1至C20雜烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜環烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜芳基、經取代或未經取代之C1至C4烷基醚基、經取代或未經取代之C7至C20芳基伸烷基醚基、經取代或未經取代之C1至C30鹵烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合,且 R1
及R2
獨立地為由化學式A、化學式B或化學式C表示之基團。
舉例而言,在化學式2-3中,R1b
至R5b
中之至少一者及R6b
至R10b
中之至少一者可獨立地為由化學式A表示之基團。對於具體實例,當R1b
至R5b
中之至少一者及R6b
至R10b
中之至少一者獨立地由化學式A表示時,a可為0或1,Y0
可為氧,且Y1
可為經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合。
舉例而言,在化學式2-3中,Xb
可為氧,且R1b
至R5b
中之至少一者及R6b
至R10b
中之至少一者可獨立地為由化學式C表示之基團。對於具體實例,在化學式C中,Rx
至Rz
中之至少一者可為羥基,且Rx
至Rz
中之至少一者可為經取代或未經取代之C1至C20烷基,但不限於此。
舉例而言,添加劑可由化學式2A至化學式2G中之一者表示,但不限於此。 [化學式2A][化學式2B][化學式2C][化學式2D][化學式2E][化學式2F][化學式2G]
在化學式2A至化學式2G中, R33
至R88
獨立地為經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C6至C30芳基、經取代或未經取代之C3至C30環烯基、經取代或未經取代之C1至C20烷胺基、經取代或未經取代之C7至C20芳基烷基、經取代或未經取代之C1至C20雜烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜環烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜芳基、經取代或未經取代之C1至C4烷基醚基、經取代或未經取代之C7至C20芳基伸烷基醚基、經取代或未經取代之C1至C30鹵烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合,且 e、f、g以及h獨立地為1至10範圍內之整數。
化學式2E可例如由化學式2E'表示,化學式2F可例如由化學式2F'表示,且化學式2G可例如由化學式2G'表示,但不限於此。 [化學式2E'][化學式2F'][化學式2G']
舉例而言,添加劑可為交聯劑。有機層組成物包含具有此結構之添加劑,且因此可增加具有茀結構之聚合物之交聯區域,因此降低有機層組成物之黏度,且因而改良有機層之初始平坦度。
舉例而言,添加劑之分子量可為約150至50,000。
溶劑可為對聚合物具有足夠溶解度或分散度之任一溶劑且可為例如由以下各者中選出之至少一者:丙二醇、丙二醇二乙酸酯、甲氧基丙二醇、二乙二醇、二乙二醇丁基醚、三(乙二醇)單甲基醚、丙二醇單甲基醚、丙二醇單甲基醚乙酸酯、環己酮、乳酸乙酯、γ-丁內酯、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、甲基吡咯啶酮(methylpyrrolidone, methylpyrrolidinone)、乙醯基丙酮及3-乙氧基丙酸乙酯。
聚合物可以按有機層組成物之總量計約0.1重量%至約50重量%之量存在。當聚合物包含於所述範圍內時,可控制有機層之厚度、表面粗糙度及平坦化。
添加劑可以按有機層組成物之總量計約0.1重量%至約50重量%之量存在。當添加劑包含在所述範圍內時,可改良有機層之初始平坦化。
舉例而言,在有機層組成物中,可包含重量比為約90:10至50:50,例如約70:30至50:50之包含由化學式1表示之結構單元的聚合物及由化學式2表示之添加劑。當聚合物及添加劑之含量在所述範圍內時,可確保有機層組成物之塗佈特性且可改良所述層之機械特徵及平坦度。
有機層組成物可更包含界面活性劑、熱酸產生劑或塑化劑之添加劑。
界面活性劑可包含例如烷基苯磺酸鹽、烷基吡啶鹽、聚乙二醇或四級銨鹽,但不限於此。
熱酸產生劑可為例如酸性化合物,諸如對甲苯磺酸、三氟甲烷磺酸、吡啶鎓對甲苯磺酸、柳酸、磺基柳酸、檸檬酸、苯甲酸、羥基苯甲酸、萘碳酸以及其類似物或/及2,4,4,6-四溴環己二烯酮、安息香甲苯磺酸酯、2-硝基苯甲基甲苯磺酸酯、其他有機磺酸烷基酯以及其類似物,但不限於此。
根據另一實施例,提供一種使用有機層組成物製造之有機層。有機層可例如藉由於基板上塗佈有機層組成物且對其進行熱處理以固化來形成,且可包含例如硬罩幕層、平坦化層、犧牲層、填充劑以及用於電子裝置之其類似物。
下文描述使用有機層組成物形成圖案之方法。
根據一個實施例之形成圖案的方法包含:在基板上提供材料層,塗覆包含聚合物及溶劑之有機層組成物,熱處理有機層組成物以形成硬罩幕層,在硬罩幕層上形成含矽薄層,在含矽薄層上形成光阻層,使光阻層曝光且顯影以形成光阻圖案,使用光阻圖案選擇性地移除含矽薄層及硬罩幕層以使一部分材料層曝光,以及蝕刻材料層之曝光部分。
基板可為例如矽晶圓、玻璃基板或聚合物基板。
材料層為欲最終圖案化之材料,例如金屬層(諸如鋁層及銅層)、半導體層(諸如矽層)或絕緣層(諸如氧化矽層及氮化矽層)。材料層可經由諸如化學氣相沈積(CVD)法之方法形成。
有機層組成物與上述相同,且可藉由旋塗式塗佈法以溶液形式塗覆。在本文中,有機層組成物之厚度不受特定限制,但可為例如約50埃至約10,000埃。
有機層組成物之熱處理可例如在約100℃至500℃下進行約10秒至1小時。
含矽薄層可由例如SiCN、SiOC、SiON、SiOCN、SiC、SiN及/或其類似物形成。
方法可更包含於含矽薄層上形成光阻層前形成底部抗反射塗層(BARC)。
光阻層之曝光可使用例如ArF、KrF或EUV進行。曝光後,可在約100℃至500℃下進行熱處理。
材料層之曝光部分之蝕刻製程可經由乾式蝕刻製程使用蝕刻氣體進行,且蝕刻氣體可為例如(但不限於)CHF3
、CF4
、Cl2
、BCl3
以及其混合氣體。
可以多個圖案形成經蝕刻之材料層,並且多個圖案可以是金屬圖案、半導體圖案、絕緣圖案以及其類似圖案,例如半導體積體電路裝置之不同圖案。
在下文中,參考實例更詳細說明本發明。然而,這些實例為例示性的且本發明不限於此。
聚合物合成
合成實例
1a
將1H-吲哚(11.7公克,0.1莫耳)、6-羥基菲-1-甲醛(22.2公克,0.1莫耳)、對甲苯磺酸單水合物(p-toluene sulfonic acid monohydrate;pTSA,9.5公克,0.05莫耳)以及1,4-二噁烷(60公克)置於燒瓶中且接著在100℃下攪拌。當每一小時自聚合反應反應物取出之樣品之重量平均分子量為3,100時,終止反應。當反應完成時,向其中添加100公克蒸餾水以萃取用作催化劑之pTSA,攪拌混合物且靜置,移除上清液之後,過濾由向其中添加甲醇所形成之沈澱物,且移除仍殘留之單體,以獲得包含由化學式1a表示之結構單元的聚合物(Mw:3,500)。 [化學式1a]
合成實例
2a
將1,2,3,4-四氫喹啉(13.3公克,0.1莫耳)、9-芴酮(18公克,0.1莫耳)、對甲苯磺酸單水合物(9.5公克,0.05莫耳)以及1,4-二噁烷(94公克)置於燒瓶中且接著在100℃下攪拌。當每一小時自聚合反應反應物取出之樣品之重量平均分子量為3,300時,終止反應。當反應完成時,向其中添加100公克蒸餾水以萃取用作催化劑之pTSA,攪拌混合物且靜置,自其移除上清液,向其中添加甲醇以形成沈澱物,且使用甲醇移除在過濾沈澱物之後仍殘留之單體,以獲得包含由化學式2a表示之結構單元的聚合物(Mw:3,700)。 [化學式2a]
合成實例
3a
將硫茚(13.4公克,0.1莫耳)、9-芴酮(18公克,0.1莫耳)、對甲苯磺酸單水合物(9.5公克,0.05莫耳)以及1,4-二噁烷(92公克)置於燒瓶中,且接著在100℃下攪拌。當每一小時自其取出之樣本之重量平均分子量為2,900時,反應終止。當反應完成時,向其中添加100公克蒸餾水以萃取用作催化劑之pTSA,攪拌混合物且靜置,自其移除上清液,過濾由向其中添加甲醇形成之沈澱物,且使用甲醇移除仍殘留的單體,以獲得包含由化學式3a表示之結構單元的聚合物(Mw:3,200)。 [化學式3a]
合成實例
4a
將9(10H)-氮蒽酮(19.5公克,0.1莫耳)、二苯甲酮(18.2公克,0.1莫耳)、對甲苯磺酸單水合物(9.5公克,0.05莫耳)及1,4-二噁烷(98公克)置燒瓶於且接著在100℃下攪拌。當每一小時自聚合反應反應物取出之樣品之重量平均分子量為2,300時,終止反應。當反應完成時,向其中添加100公克蒸餾水以萃取用作催化劑之pTSA,攪拌混合物且靜置,向其中添加甲醇以在自其移除上清液之後形成沈澱物,過濾沈澱物且自其移除仍殘留之單體,以獲得包含由化學式4a表示之結構單元的聚合物(重量平均分子量:2,800)。 [化學式4a]
合成實例
5a
將9H-咔唑(16.7公克,0.15莫耳)、蒽酮(17.5公克,0.09莫耳)、對甲苯磺酸單水合物(9.5公克,0.05莫耳)及1,4-二噁烷(152公克)置燒瓶於且接著在105℃下攪拌。當每一小時自聚合反應反應物取出之樣品之重量平均分子量為3,500時,終止反應。當反應完成時,向其中添加100公克蒸餾水以萃取用作催化劑之pTSA,攪拌混合物且靜置,在自其移除上清液之後向其中添加甲醇以形成沈澱物,且使用甲醇移除在過濾沈澱物之後仍殘留之單體,以獲得包含由化學式5a表示之結構單元的聚合物(Mw:3,800)。 [化學式5a]
合成實例
6a
將1H-吲哚(5.8公克,0.05莫耳)、6,6'-(9H-茀-9,9-二基)二萘-2-醇(22.5公克,0.05莫耳)、苝-3-甲醛(28公克,0.1莫耳)、對甲苯磺酸單水合物(pTSA,9.5公克,0.05莫耳)及1,4-二噁烷(60公克)置於燒瓶中且接著在100℃下攪拌。當每一小時自聚合反應反應物取出之樣品之重量平均分子量為2,200時,終止反應。當反應完成時,向其中添加100公克蒸餾水以萃取用作催化劑之pTSA,攪拌混合物且靜置,在自其移除上清液之後向其中添加甲醇以形成沈澱物,且使用甲醇移除在過濾沈澱物之後仍殘留之單體,以獲得包含由化學式6a表示之結構單元的聚合物(Mw:2,600)。 [化學式6a]
合成實例
7
a
1,8-二羥基萘(20.0公克,0.125莫耳)、1,4-雙(甲氧基甲基)苯(在下文中,稱為BMMB)(20.8公克,0.125莫耳)、硫酸二乙酯(0.58公克,3.75毫莫耳)及PGMEA(62.0公克)置於500毫升2頸燒瓶中且接著在100℃下攪拌2小時至15小時以進行聚合反應。當聚合物之重量平均分子量達到2,000至3,500時,終止反應。當聚合反應完成時,使反應物逐漸冷卻至室溫,以逐滴方式向其中添加40公克蒸餾水及400公克甲醇,且劇烈攪拌所得混合物且靜置。在自其移除上清液之後,將自其獲得之沈澱物溶解於80公克PGMEA中且使用320公克甲醇及320公克水劇烈攪拌溶液且靜置。在本實例中,再次移除來自其之上清液,且將自其獲得之沈澱物溶解於80公克PGMEA中。當冷卻後之製程視為一個純化製程時,執行總計三個純化製程。將純化之聚合物溶解於80公克PGMEA中,減壓移除溶液中殘留之溶劑,以獲得包含由化學式7a表示之結構單元的聚合物(Mw:3,700)。 [化學式7a]
合成實例
8a
根據與合成實例7a相同之合成製程獲得包含由化學式8a表示之結構單元的聚合物(Mw:3,500),但其中改用於500毫升2頸燒瓶中之1,3,6-三羥基萘(20.0公克,0.114莫耳)、4,4'-氧基雙((甲氧基甲基)苯)(在下文中稱為OBMMB)(29.3公克,0.114莫耳)、硫酸二乙酯(0.53公克,3.41毫莫耳)以及PGMEA(75公克)。 [化學式8a]
合成實例
9a
根據與合成實例7a相同之合成製程獲得包含由化學式9a表示之結構單元的聚合物(Mw:3,800),但其中改用於500毫升2頸燒瓶中之9-菲酚(20.0公克,0.103莫耳)、OBMMB(26.6公克,0.103莫耳)、硫酸二乙酯(0.48公克,3.09毫莫耳)以及PGMEA(71公克)。 [化學式9a]
合成實例
10a
根據與合成實例7a相同之合成製程獲得包含由化學式10a表示之結構單元的聚合物(Mw:3,500),但其中改用於500毫升2頸燒瓶中之4,4'-(9H-茀-9,9-二基)二苯-1,3-二醇(30.0公克,0.078莫耳)、BMMB(13.0公克,0.078莫耳)、硫酸二乙酯(0.36公克,2.35毫莫耳)以及PGMEA(65公克)。 [化學式10a]
合成實例
11a
根據與合成實例7a相同之合成製程獲得包含由化學式11a表示之結構單元的聚合物(Mw:3,200),但其中改用於500毫升2頸燒瓶中之4,4'-(9H-茀-9,9-二基)二萘-1,3-二醇(40.0公克,0.083莫耳)、OBMMB(21.4公克,0.083莫耳)、硫酸二乙酯(0.38公克,2.49毫莫耳)以及PGMEA(93公克)。 [化學式11a]
合成實例
12a
根據與合成實例7a相同之合成製程獲得包含由化學式12a表示之結構單元的聚合物(Mw:2,800),但其中改用於500毫升2頸燒瓶中之1-羥基芘(12.4公克,0.057莫耳)、1,4,8-三羥基萘(10公克,0.057莫耳)、OBMMB(29.3公克,0.114莫耳)、硫酸二乙酯(0.53公克,3.41毫莫耳)以及PGMEA(78公克)。 [化學式12a]
合成實例
13a
根據與合成實例7a相同之合成製程獲得包含由化學式13a表示之結構單元的聚合物(Mw:3,500),但其中改用於500毫升2頸燒瓶中之4,4'-(9H-茀-9,9-二基)二苯-1,3-二醇(15.0公克,0.039莫耳)、1,5-二羥基萘(6.28公克,0.039莫耳)、BMMB(13.0公克,0.078莫耳)、硫酸二乙酯(0.36公克,2.35毫莫耳)以及PGMEA(52公克)。 [化學式13a]
合成實例
14a
根據與合成實例7a相同之合成製程獲得包含由化學式14a表示之結構單元的聚合物(Mw:3,600),但其中改用於500毫升2頸燒瓶中之1,8-二羥基萘(20.0公克,0.125莫耳)、BMMB(10.4公克,0.063莫耳)、OBMMB(16.1公克,0.063莫耳)、硫酸二乙酯(0.58公克,3.75毫莫耳)以及PGMEA(71.0公克)。 [化學式14a]
合成實例
15a
將菲-3-醇(24.3公克,0.125莫耳)、1,4-雙(甲氧基甲基)苯(在下文中,稱為BMMB)(20.8公克,0.125莫耳)、硫酸二乙酯(0.58公克,3.75毫莫耳)以及PGMEA(62.0公克)置燒瓶於且接著在100℃下攪拌,以進行聚合反應,且當聚合物之重量平均分子量為2,000至3,500時終止反應。當聚合反應完成時,使反應物逐漸冷卻至室溫,以逐滴方式向其中添加40公克蒸餾水及400公克甲醇,且劇烈攪拌混合物且靜置。在自其移除上清液之後,將自其獲得之沈澱物溶解於80公克PGMEA中且使用320公克甲醇及320公克水劇烈攪拌溶液且靜置。在本實例中,再次移除來自其之上清液,且將自其獲得之沈澱物溶解於PGMEA(80公克)中。當冷卻後之製程視為一個純化製程時,執行總計三個純化製程。將純化之聚合物溶解於PGMEA(80公克)中,且減壓移除溶液中殘留之溶劑,以獲得包含由化學式15a表示之結構單元的聚合物(Mw:3,700)。 [化學式15a]
合成實例
16a
根據與合成實例15a相同之合成製程獲得包含由化學式16a表示之結構單元的聚合物(Mw:3,500),但其中改用於500毫升2頸燒瓶中之苝-2-醇(30.6公克,0.114莫耳)、4,4'-氧基雙((甲氧基甲基)苯)(在下文中,稱為OBMMB)(29.3公克,0.114莫耳)、硫酸二乙酯(0.53公克,3.41毫莫耳)以及PGMEA(75公克)。 [化學式16a]
合成實例
17a
根據與合成實例15a相同之合成製程獲得包含由化學式17a表示之結構單元的聚合物(Mw:3,800),但其中改用於500毫升2頸燒瓶中之4,4'-(9H-茀-9,9-二基)二醇(45.5公克,0.103莫耳)、2,6-雙(甲氧基甲基)萘(22.3公克,0.103莫耳)、硫酸二乙酯(0.48公克,3.09毫莫耳)及PGMEA(71公克)。 [化學式17a]
合成實例
18a
根據與合成實例15a相同之合成製程獲得包含由化學式18a表示之結構單元的聚合物(Mw:3,500),但其中改用於500毫升2頸燒瓶中之7H-苯并[c]咔唑(16.9公克,0.078莫耳)、6-羥基-2-萘甲醛(13.4公克,0.078莫耳)、硫酸二乙酯(0.36公克,2.35毫莫耳)以及PGMEA(65公克)。 [化學式18a]
合成實例
19a
根據與合成實例15a相同之合成製程獲得包含由化學式19a表示之結構單元的聚合物(Mw:3,200),但其中改用於500毫升2頸燒瓶中之9,10-二氫吖啶(15.0公克,0.083莫耳)、蒽-9(10H)-酮(16.1公克,0.083莫耳)、硫酸二乙酯(0.38公克,2.49毫莫耳)以及PGMEA(93公克)。 [化學式19a]
合成實例
20a
根據與合成實例15a相同之合成製程獲得包含由化學式20a表示之結構單元的聚合物(Mw:2,800),但其中改用於500毫升2頸燒瓶中之吖啶-9(10H)-酮(11.1公克,0.057莫耳)、6-羥基蒽-2-甲醛(12.7公克,0.057莫耳)、硫酸二乙酯(0.53公克,3.41毫莫耳)以及PGMEA(78公克)。 [化學式20a]
添加劑合成
合成實例
1b
於燒瓶中將三苯胺(5公克,20.38毫莫耳)溶解於二甲基甲醯胺(dimethyl formamide;DMF,30公克)中,以逐滴方式添加N-溴代丁二醯亞胺(11.97公克,67.23毫莫耳),且在室溫下攪拌混合物12小時。使用二氯甲烷(DCM)進行萃取,且經由管柱層析分離移除溶劑之後獲得之產物,以獲得化合物S1。[化合物S1]
於燒瓶中將化合物S1(0.5公克,1.04毫莫耳)溶解於四氫呋喃(THF,5毫升)中,且隨後在-78℃下以逐滴方式向其中緩慢添加1.6 M正丁基鋰(n-BuLi)之己烷溶液(2.3毫升,3.64毫莫耳)。隨後,以逐滴方式向其中添加溴甲基甲醚(0.65公克,5.2毫莫耳),且攪拌混合物1小時30分鐘,同時緩慢加熱。使用NH4
Cl溶液淬滅所得物,使用乙酸乙酯(EtOAc)進行萃取,且經由管柱層析分離移除溶劑之後獲得之產物,以獲得由化學式1b表示之化合物。 [化學式1b]
合成實例
2b
將3,3',5,5'-四(甲氧基甲基)-[1,1'-聯二苯]-4,4'-二醇(3公克,8.27毫莫耳)溶解於DMF(30公克)中,在0℃下以逐滴方式向其中添加於礦物油中之60%NaH(0.83公克,20.75毫莫耳),且以逐滴方式向其中另外添加碘甲烷(MeI)(2.93公克,20.64毫莫耳)。在室溫下攪拌混合物12小時,向其中添加NH4
Cl溶液,且在使用EtOAc進行萃取之後移除溶劑。經由管柱層析分離來自其之產物,以獲得由化學式2b表示之化合物。 [化學式2b]
合成實例
3b
將1,1'-氧基雙[4-甲氧基-苯](3公克,13.02毫莫耳)溶解於50毫升DCM中,且在0℃下以逐滴方式向其中添加AlCl3
(8公克,60毫莫耳)。隨後,以逐滴方式向其中另外添加乙醯氯(4.71公克,60毫莫耳),且在室溫下攪拌混合物12小時。向其中添加HCl溶液,且經由用DCM萃取來移除溶劑。自其獲得之產物經由管柱層析純化,以獲得化合物S2。[化合物S2]
將化合物S2(3公克,7.52毫莫耳)溶解於50公克無水THF中,在0℃下以逐滴方式向其中添加氫化鋰鋁(1.138公克,30毫莫耳),且在室溫下攪拌混合物2小時。向其中添加6N NaOH,且在用EtOAc萃取之後移除溶劑。自其獲得之產物經由管柱層析純化,以獲得由化學式3b表示之化合物。 [化學式3b]
製備硬罩幕
組成物
實例
1
至實例
20
將具有表1中所示之各組成物之固體溶解於各丙二醇單甲基醚乙酸酯(PGMEA)溶劑中,且過濾溶液以製備硬罩幕組成物。 [表1]
在表1中,添加劑2之化學式1c、化學式2c及化學式3c表示如下。 [化學式1c][化學式2c][化學式3c]
另外,將具有表2中所示之各組成物固體溶解於體積比7:3之丙二醇單甲基醚乙酸酯(PGMEA)及乳酸乙酯(EL)之各混合溶劑中,且過濾溶液以製備硬罩幕組成物。 [表2]
評估
1
:間隙填充特徵及平坦化特徵
將根據實例1、實例3、實例7、實例9、實例10、實例14、實例16、實例18、實例21、實例22以及實例23及比較例2、比較例3、比較例5、比較例7以及比較例9之硬罩幕組成物(聚合物含量:約6重量%)分別塗佈於圖案化晶圓上且在350℃下焙烤2分鐘,且使用V-SEM設備檢查其間隙填充特徵。
硬罩幕組成物之平坦化特徵藉由分別量測來自經由SEM檢查之圖案之截面圖像之單元中形成之硬罩幕層之高度及周圍中硬罩幕層之高度且計算其差(階梯差(step))來評估。
步驟較小時,平坦化特徵較佳。
結果示於表3中。 [表3]
參見表3,由根據比較例2、比較例3、比較例5以及比較例7之硬罩幕組成物形成之各薄膜具有大階梯差,且因此展示不充分之平坦化特徵,且亦顯示圖案內部之空隙,且因此顯示不充分之間隙填充效能。
相反,與由根據比較例2、比較例3、比較例5、比較例7及比較例9之硬罩幕組成物形成之各薄膜相比,由根據實例1、實例3、實例7、實例9、實例10、實例14、實例16、實例18、實例21、實例22以及實例23之硬罩幕組成物形成之各薄膜顯示無空隙且因此顯示令人滿意之間隙填充效能,以及顯示小階梯差且因此顯示極佳平坦化。
評估
2
:評估抗蝕刻性
將根據實例1、實例2、實例3、實例5、實例8、實例11、實例14、實例16、實例18、實例21、實例22以及實例23及比較例1、比較例3、比較例4、比較例5、比較例7及比較例9之硬罩幕組成物(聚合物含量:約14重量%)分別旋塗塗佈於圖案化矽晶圓上。隨後,在400℃下對塗佈之硬罩幕組成物進行熱處理持續120秒,且使用由K-MAC製造之ST5000薄膜厚度計來量測形成之薄膜的厚度。
接著,使用N2
/O2
混合氣體(50mT/300W/10O2
/50N2
)對薄膜進行乾式蝕刻維持60秒且接著再量測薄膜之厚度。使用乾式蝕刻之前及之後的薄膜厚度及其蝕刻時間根據計算方程式1計算塊體蝕刻速率(bulk etch rate;BER)。
另一方面,將根據實例1、實例2、實例3、實例5、實例8、實例11、實例14、實例16、實例18、實例21、實例22以及實例23及比較例1、比較例3、比較例4、比較例5、比較例7及比較例9之硬罩幕組成物(聚合物含量:約14重量%)分別旋塗塗佈於圖案化矽晶圓上。隨後,在400℃下對塗佈之硬罩幕組成物進行熱處理持續120秒,且使用由K-MAC製造之ST5000薄膜厚度計來量測形成之薄膜的厚度。
接著,使用CFx氣體(100mT/600W/42CF4
/600Ar/15O2
)對薄膜進行乾式蝕刻維持60秒且接著再量測薄膜之厚度。使用乾式蝕刻之前及之後的薄膜厚度及其蝕刻時間根據計算方程式1計算塊體蝕刻速率(BER)。 [計算方程式1] 塊體蝕刻速率(BER) = (初始薄膜厚度-蝕刻後之薄膜厚度)/蝕刻時間(埃/秒)
結果示於表4中。 [表4]
參見表4,與分別由根據比較例1、比較例3、比較例4、比較例5、比較例7及比較例9之硬罩幕組成物形成之薄膜相比,分別由根據實例1、實例2、實例3、實例5、實例8、實例11、實例14、實例16、實例18、實例21、實例22以及實例23之硬罩幕組成物形成之薄膜展示低之N2
/O2
混合氣體及CFx氣體之蝕刻速率。
因此,與根據比較例1、比較例3、比較例4、比較例5、比較例7及比較例9之硬罩幕組成物相比,根據實例1、實例2、實例3、實例5、實例8、實例11、實例14、實例16、實例18、實例21、實例22以及實例23之硬罩幕組成物展示改良之塊體蝕刻特徵。
評估
3
:圖案形成特徵
用化學氣相沈積(CVD)法在矽晶圓上形成3000埃厚之氧化矽(SiOx
)層。隨後,將根據實例1、實例4、實例6、實例9、實例12、實例13、實例14、實例15以及實例16及比較例1、比較例2及比較例5之硬罩幕組成物分別旋塗於氧化矽層上且在350℃下熱處理2分鐘,從而形成硬罩幕層。
在硬罩幕層上,用化學氣相沈積(CVD)法形成氮化矽(SiNx
)層。隨後,將用於KrF之光阻劑旋塗且在110℃下熱處理60秒,且接著使用ASML(XT:1400,NA 0.93)曝光設備曝光且使用氫氧化四甲基銨(2.38重量% TMAH水溶液)顯影。
接著,使用作為罩幕之圖案化光阻劑及CHF3
/CF4
混合氣體電漿對氮化矽(SiNx
)層進行乾式蝕刻。使用整個製程中作為罩幕之圖案化氮化矽(SiNx
)層及N2
/O2
混合氣體電漿對分別由根據實例1、實例4、實例6、實例9、實例12、實例13、實例14、實例15以及實例16及比較例1、比較例2及比較例5之硬罩幕組成物形成之硬罩幕層進行乾式蝕刻。接著,使用電子掃描顯微鏡(electron scanning microscope,SEM)檢查硬罩幕圖案之橫截面。結果展示於表5中。 [表5]
參見表5,由根據實例1、實例4、實例6、實例9、實例12、實例13、實例14、實例15以及實例16之硬罩幕組成物形成之硬罩幕層均垂直圖案化,但由根據比較例1、比較例2及比較例5之硬罩幕組成物形成之硬罩幕層未垂直圖案化,但發生楔形化以使得向上具有更窄之橫截面或因對於較低層之黏著性不夠而崩塌。
儘管本發明已結合目前視為實用例示性實施例之內容來描述,但應瞭解,本發明不限於所揭露之實施例,但相反,本發明意欲涵蓋包含在所附申請專利範圍之精神及範疇內的各種修改及等效配置。
無
無
無
Claims (21)
- 一種有機層組成物,包括: 包含由化學式1表示之結構單元的聚合物; 由化學式2表示之添加劑;及 溶劑, [化學式1]其中,在化學式1中, A1 為經取代或未經取代之二價環基或經取代或未經取代之二價雜環基, B1 為二價有機基團,且 *為連接點, [化學式2]其中,在化學式2中, k、m以及n獨立地為0或1,且k、m以及n之總和為2或3, 當k+m+n為3時,X為-CH-或氮(N),且 當k+m+n為2時,X為直接鍵、-(Cq H2q )-、-(Ct Rw 2t )-、氧(O)、硫(S)或-S(O2 )-,其中q及t獨立地為1至5之整數,且Rw 為經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C6至C30芳基、經取代或未經取代之C3至C30環烯基、經取代或未經取代之C1至C20烷胺基、經取代或未經取代之C7至C20芳基烷基、經取代或未經取代之C1至C20雜烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜環烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜芳基、經取代或未經取代之C1至C4烷基醚基、經取代或未經取代之C7至C20芳基伸烷基醚基、經取代或未經取代之C1至C30鹵烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合,R、R'及R"獨立地為氫、羥基、經取代或未經取代之C3至C30單價環基、經取代或未經取代之C1至C30單價直鏈基團或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機層組成物,其中在化學式1中,A1 為在其結構中包含至少兩個環之二價環基。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機層組成物,其中在化學式1中,A1 為自族群1及族群2之化合物中之一者衍生的二價環基且所述二價基團之至少一個氫原子可經置換或未經置換, [族群1]其中,在族群1中, M為經取代或未經取代之C1至C5伸烷基、-O-、-S-、-SO2 -或羰基, [族群2]其中,在族群2中, R0 及R1 獨立地為氫、羥基、甲氧基、乙氧基、鹵素原子、含鹵素之基團、經取代或未經取代之C1至C30烷基、經取代或未經取代之C6至C30芳基或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機層組成物,其中在化學式1中,B1 由化學式3表示: [化學式3]其中,在化學式3中, a及b獨立地為0至2之整數,且 L為自族群1之化合物中之一者衍生的二價環基且所述二價基團之至少一個氫原子可經置換或未經置換,或自族群3之基團中之一者衍生的二價環基, [族群1]其中,在族群1中, M為經取代或未經取代之C1至C5伸烷基、-O-、-S-、-SO2 -或羰基, [族群3]其中,在族群3中, X1 及X2 獨立地為經取代或未經取代之C6至C50伸芳基、經取代或未經取代之C1至C10含環氧烷之基團或其組合, Y1 及Y2 獨立地為氫、羥基、甲氧基、乙氧基、鹵素、經取代或未經取代之C6至C30芳基或其組合,其限制條件為Y1 及Y2 中之至少一者為經取代或未經取代之C6至C30芳基, Z7 至Z10 獨立地為羥基、甲氧基、乙氧基、鹵素、經取代或未經取代之C6至C30芳基、經取代或未經取代之C3至C30環烯基、經取代或未經取代之C1至C20烷胺基、經取代或未經取代之C7至C20芳基烷基、經取代或未經取代之C1至C20雜烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜環烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜芳基、經取代或未經取代之C1至C4烷基醚基、經取代或未經取代之C7至C20芳基伸烷基醚基、經取代或未經取代之C1至C30鹵烷基或其組合, g、h、i及j獨立地為0至2之整數, k為1至3之整數,且 *為連接點。
- 如申請專利範圍第4項所述之有機層組成物,其中在族群3中,X1 及X2 獨立地為經取代或未經取代之C6至C50伸芳基,其中所述C6至C50伸芳基為自族群4之化合物中之一者衍生的二價基團: [族群4]。
- 如申請專利範圍第4項所述之有機層組成物,其中當Y1 及Y2 中之一者或兩者為經取代或未經取代之C6至C30芳基時,所述C6至C30芳基為自族群4之化合物中之一者衍生的單價基團: [族群4]。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機層組成物,其中所述有機層組成物包含兩個不同類型之聚合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機層組成物,其中所述添加劑由化學式2-1或化學式2-2表示: [化學式2-1]其中,在化學式2-1中, Xa 為-CH-或氮(N),且 R1a 至R15a 獨立地為氫、羥基或由化學式A至化學式C中之一者表示之基團: [化學式A] *-(CH2 )a -Y0 -Y1 [化學式B][化學式C] *-CRx Ry Rz 其中,在化學式A至化學式C中, a及b獨立地為0至10範圍內之整數, c及d獨立地為1至10範圍內之整數, Y0 為氧、硫或-S(O2 )-, Y1 及Y2 獨立地為氫、經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C6至C30芳基、經取代或未經取代之C3至C30環烯基、經取代或未經取代之C1至C20烷胺基、經取代或未經取代之C7至C20芳基烷基、經取代或未經取代之C1至C20雜烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜環烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜芳基、經取代或未經取代之C1至C4烷基醚基、經取代或未經取代之C7至C20芳基伸烷基醚基、經取代或未經取代之C1至C30鹵烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合, Rx 至Rz 獨立地為氫、羥基、經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C1至C20烷氧基、經取代或未經取代之C6至C30芳基或其組合,且 *為連接點, [化學式2-2]其中,在化學式2-2中, Xa 為-CH-或氮(N),且 R1 至R3 獨立地為由化學式A、化學式B或化學式C表示之基團。
- 如申請專利範圍第8項所述之有機層組成物,其中在化學式2-1中,R1a 至R5a 中之至少一者、R6a 至R10a 中之至少一者及R11a 至R15a 中之至少一者獨立地為由化學式A表示之基團。
- 如申請專利範圍第8項所述之有機層組成物,其中在化學式A中,a為1,Y0 為氧,且Y1 為經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機層組成物,其中所述添加劑由化學式2-3或化學式2-4表示: [化學式2-3]其中,在化學式2-3中, Xb 為直接鍵、-(Cq H2q )-、-(Ct Rw 2t )-、氧(O)、硫(S)或-S(O2 )-,其中q及t獨立地為1至5之整數,且Rw 為經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C6至C30芳基、經取代或未經取代之C3至C30環烯基、經取代或未經取代之C1至C20烷胺基、經取代或未經取代之C7至C20芳基烷基、經取代或未經取代之C1至C20雜烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜環烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜芳基、經取代或未經取代之C1至C4烷基醚基、經取代或未經取代之C7至C20芳基伸烷基醚基、經取代或未經取代之C1至C30鹵烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合,且 R1b 至R10b 獨立地為氫、羥基或由化學式A至化學式C中之一者表示之基團, [化學式A] *-(CH2 )a -Y0 -Y1 [化學式B][化學式C] *-CRx Ry Rz 其中,在化學式A至化學式C中, a及b獨立地為0至10範圍內之整數, c及d獨立地為1至10範圍內之整數, Y0 為氧、硫或-S(O2 )-, Y1 及Y2 獨立地為氫、經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C6至C30芳基、經取代或未經取代之C3至C30環烯基、經取代或未經取代之C1至C20烷胺基、經取代或未經取代之C7至C20芳基烷基、經取代或未經取代之C1至C20雜烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜環烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜芳基、經取代或未經取代之C1至C4烷基醚基、經取代或未經取代之C7至C20芳基伸烷基醚基、經取代或未經取代之C1至C30鹵烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合, Rx 至Rz 獨立地為氫、羥基、經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C1至C20烷氧基、經取代或未經取代之C6至C30芳基或其組合,且 *為連接點, [化學式2-4] R1 -Xb -R2 其中,在化學式2-4中, Xb 為直接鍵、-(Cq H2q )-、-(Ct Rw 2t )-、氧(O)、硫(S)或-S(O2 )-,其中q及t為1至5之整數,且Rw 為經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C6至C30芳基、經取代或未經取代之C3至C30環烯基、經取代或未經取代之C1至C20烷胺基、經取代或未經取代之C7至C20芳基烷基、經取代或未經取代之C1至C20雜烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜環烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜芳基、經取代或未經取代之C1至C4烷基醚基、經取代或未經取代之C7至C20芳基伸烷基醚基、經取代或未經取代之C1至C30鹵烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合,且 R1 及R2 獨立地為由化學式A、化學式B或化學式C表示之基團。
- 如申請專利範圍第11項所述之有機層組成物,其中在化學式2-3中,R1b 至R5b 中之至少一者及R6b 至R10b 中之至少一者獨立地為由化學式A表示之基團。
- 如申請專利範圍第11項所述之有機層組成物,其中在化學式A中,a為0或1,Y0 為氧,且Y1 為經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合。
- 如申請專利範圍第11項所述之有機層組成物,其中在化學式2-3中,Xb 為氧,且R1b 至R5b 中之至少一者及R6b 至R10b 中之至少一者獨立地為由化學式C表示之基團。
- 如申請專利範圍第11項所述之有機層組成物,其中在化學式C中,Rx 至Rz 中之至少一者為羥基。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機層組成物,其中所述添加劑由化學式2A至化學式2G中之一者表示: [化學式2A][化學式2B][化學式2C][化學式2D][化學式2E][化學式2F][化學式2G]其中,在化學式2A至化學式2G中, R33 至R88 獨立地為經取代或未經取代之C1至C20烷基、經取代或未經取代之C6至C30芳基、經取代或未經取代之C3至C30環烯基、經取代或未經取代之C1至C20烷胺基、經取代或未經取代之C7至C20芳基烷基、經取代或未經取代之C1至C20雜烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜環烷基、經取代或未經取代之C2至C30雜芳基、經取代或未經取代之C1至C4烷基醚基、經取代或未經取代之C7至C20芳基伸烷基醚基、經取代或未經取代之C1至C30鹵烷基、經取代或未經取代之C2至C20烯基或其組合,且 e、f、g以及h獨立地為1至10範圍內之整數。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機層組成物,其中所述聚合物之重量平均分子量為500至200,000,且所述添加劑之分子量為150至50,000。
- 如申請專利範圍第1項所述之有機層組成物,其中所述聚合物及所述添加劑以90:10至50:50之重量包含。
- 一種形成圖案的方法,包括: 於基板上提供材料層; 於所述材料層上塗覆如申請專利範圍第1項至第18項中任一項所述之有機層組成物; 熱處理所述有機層組成物以形成硬罩幕層; 於所述硬罩幕層上形成含矽薄層; 於所述含矽薄層上形成光阻層; 使所述光阻層曝光且顯影以形成光阻圖案; 使用所述光阻圖案選擇性移除所述含矽薄層及所述硬罩幕層以曝光所述材料層之一部分;以及 蝕刻所述材料層之曝光部分。
- 如申請專利範圍第19項所述之方法,其中所述有機層組成物使用旋塗式塗佈法塗覆。
- 如申請專利範圍第19項所述之方法,其中在形成所述光阻層之前,所述方法更包含形成底部抗反射塗層(BARC)。
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