TW202130695A - 抗蝕劑底層組合物和使用所述組合物形成圖案的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種抗蝕劑底層組合物，包含含由化學式1表示的結構單元的聚合物和溶劑，以及一種使用抗蝕劑底層組合物形成圖案的方法。

Description

抗蝕劑底層組合物和使用所述組合物形成圖案的方法
本公開涉及一種抗蝕劑底層組合物和一種使用所述組合物形成圖案的方法。
最近，半導體行業已研發出具有幾奈米大小到幾十奈米大小的圖案的超精細技術。這種超精細技術本質上需要有效的光刻技術。
在光阻圖案的形成期間進行曝光是獲得具有高解析度的光阻圖像的重要因素中的一個因素。
通過使用啟動輻射進行光阻的曝光，啟動的輻射通常被反射且因此限制在光阻層中圖案化的圖像的解析度，且特定來說，當輻射在襯底和光阻層之間的介面上或在層間硬遮罩上反射時，啟動的輻射散射到光阻區中，光阻線寬可能變得不均勻且可能遮擋圖案形式。
另外，光阻底層組合物應吸收反射的輻射，且同時具有對光阻的高蝕刻選擇性，並在熱固化之後的後續工藝中需要針對溶劑的耐化學性和對光阻的優異粘附性來說明圖案化光阻。
為了減少反射的輻射，已通過在襯底與光阻層之間設置有機層（即所謂的抗蝕劑底層）來嘗試吸收穿過光阻的光且同時提高蝕刻選擇性、耐化學性以及對光阻的粘附性。
特定來說，隨著半導體圖案逐漸變得精細，用於光阻曝光的啟動輻射的使用擴大到例如i-線（365奈米的波長）的短波長，、KrF準分子雷射（248奈米的波長）、ArF準分子雷射（193奈米的波長）等，且因此，對適用於通過使用極紫外線（EUV；extreme ultraviolet）光源來形成約10奈米的超精細圖案的圖案化工藝的抗蝕劑底層的需求增加。
實施例提供一種抗蝕劑底層組合物，其能夠呈現出對EUV的提高的光吸收效率，且由此提高光阻的靈敏度。
另一實施例提供一種使用抗蝕劑底層組合物形成圖案的方法。
根據實施例，抗蝕劑底層組合物包含：包含由化學式1表示的結構單元的聚合物和溶劑。 [化學式1]
Figure 02_image001
在化學式1中， L1 、L2 以及L3 獨立地為經取代或未經取代的C1到C10伸烷基、經取代或未經取代的C1到C10伸雜烷基、經取代或未經取代的C3到C20伸環烷基、經取代或未經取代的C2到C20伸雜環烷基、經取代或未經取代的C6到C20伸芳基、經取代或未經取代的C1到C10伸雜芳基、羰基、酯基或其組合， R為氫、氘、鹵素（-F、-Cl、-Br或-I）、經取代或未經取代的C1到C10烷基、經取代或未經取代的C2到C20烯基、經取代或未經取代的C2到C20炔基、經取代或未經取代的C3到C20環烷基、經取代或未經取代的C6到C20芳基、經取代或未經取代的C1到C10雜烷基、經取代或未經取代的C2到C20雜烯基、經取代或未經取代的C3到C20雜環烷基或經取代或未經取代的C6到C20雜芳基， X1 和X2 獨立地為鹵素（-F、-Cl、-Br或-I）、經取代或未經取代的C1到C10烷基、經取代或未經取代的C1到C10雜烷基、經取代或未經取代的C3到C20環烷基、經取代或未經取代的C3到C20雜環烷基、經取代或未經取代的C6到C20芳基或經取代或未經取代的C6到C20雜芳基，前提是X1 和X2 中的至少一個選自鹵素（-F、-Cl、-Br或-I），且 k為1到10的整數，以及*為鍵聯點。
根據另一實施例，一種形成圖案的方法包含：在襯底上形成蝕刻目標層，在蝕刻目標層上塗布根據實施例的抗蝕劑底層組合物以形成抗蝕劑底層，在抗蝕劑底層上形成光阻圖案，以及使用光阻圖案作為蝕刻遮罩依序蝕刻抗蝕劑底層和蝕刻目標層。
根據實施例的抗蝕劑底層組合物可呈現出對EUV的提高的光吸收效率，由此提高光阻的靈敏度。
本公開的實例實施例將在下文中詳細描述，且可易於由本領域的技術人員進行。然而，本公開可以許多不同形式實施，且不應理解為限於本文中所闡述的實例實施例。
在圖式中，為清楚起見可放大層、膜、面板、區等的厚度，且在整個說明書中相同參考編號表示相同元件。將理解，當一個元件，例如層、膜、區或襯底被稱為“在”另一個元件“上”時，其可直接在另一個元件上，或還可存在插入元件。相比之下，當元件被稱作“直接在”另一元件“上”時，不存在插入元件。
如本文中所使用，當沒有另外提供定義時，“取代的”是指化合物的氫原子由選自以下各項的取代基置換：鹵素基團（-F、-Br、-Cl或-I）、羥基、烷氧基、硝基、氰基、氨基、疊氮基、脒基、肼基、亞肼基、羰基、氨甲醯基、硫醇基、酯基、羧基或其鹽、磺酸基或其鹽、磷酸基或其鹽、乙烯基、C1到C20烷基、C2到C20烯基、C2到C20炔基、C6到C30芳基、C7到C30芳烷基、C6到C30烯丙基、C1到C30烷氧基、C1到C20雜烷基、C3到C20雜芳基烷基、C3到C30環烷基、C3到C15環烯基、C6到C15環炔基、C3到C30雜環烷基以及其組合。
如本文中所使用，當未另外提供定義時，“雜”是指包含選自N、O、S以及P的1到3個雜原子的雜原子。
除非本說明書中另外指定，否則重量平均分子量是通過將粉末樣品溶解於四氫呋喃（tetrahydrofuran；THF）中，且接著使用安捷倫科技有限公司（Agilent Technologies）的1200系列凝膠滲透色譜法（Gel Permeation Chromatography；GPC）（色譜柱為昭和公司（Shodex Company）LF-804，標準樣品為昭和公司聚苯乙烯）來測量的。
下文描述根據實施例的抗蝕劑底層組合物。
根據實施例的抗蝕劑底層組合物包含：包含由化學式1表示的結構單元的聚合物和溶劑。 [化學式1]
Figure 02_image001
在化學式1中， L1 、L2 以及L3 獨立地為經取代或未經取代的C1到C10伸烷基、經取代或未經取代的C1到C10伸雜烷基、經取代或未經取代的C3到C20伸環烷基、經取代或未經取代的C2到C20伸雜環烷基、經取代或未經取代的C6到C20伸芳基、經取代或未經取代的C1到C10伸雜芳基、羰基、酯基或其組合， R為氫、氘、鹵素（-F、-Cl、-Br或-I）、經取代或未經取代的C1到C10烷基、經取代或未經取代的C2到C20烯基、經取代或未經取代的C2到C20炔基、經取代或未經取代的C3到C20環烷基、經取代或未經取代的C6到C20芳基、經取代或未經取代的C1到C10雜烷基、經取代或未經取代的C2到C20雜烯基、經取代或未經取代的C3到C20雜環烷基或經取代或未經取代的C6到C20雜芳基， X1 和X2 獨立地為鹵素（-F、-Cl、-Br或-I）、經取代或未經取代的C1到C10烷基、經取代或未經取代的C1到C10雜烷基、經取代或未經取代的C3到C20環烷基、經取代或未經取代的C3到C20雜環烷基、經取代或未經取代的C6到C20芳基或經取代或未經取代的C6到C20雜芳基，前提是X1 和X2 中的至少一個選自鹵素（-F、-Cl、-Br或-I）， k為1到10的整數，以及 *為鍵聯點，其中兩個或大於兩個結構單元彼此鍵聯。
在實施例中，L1 、L2 以及L3 中的每一個可彼此相同或不同。
在實施例中，L1 、L2 以及L3 可獨立地為經取代或未經取代的C1到C10伸烷基、經取代或未經取代的C1到C10伸雜烷基、經取代或未經取代的C3到C20伸環烷基、經取代或未經取代的C2到C20伸雜環烷基、羰基、酯基或其組合。
在實施例中，L1 、L2 以及L3 中的至少一個可為經取代或未經取代的C1到C10伸烷基、經取代或未經取代的C1到C10伸雜烷基、羰基或其組合。舉例來說，L1 、L2 以及L3 中的至少一個可為經取代或未經取代的C1到C10伸雜烷基、或經取代或未經取代的C1到C10伸烷基或經取代或未經取代的C1到C10伸雜烷基與羰基的組合。
在實施例中，L1 、L2 以及L3 中的至少一個可為經鹵素取代的C1到C10伸雜烷基或經鹵素取代的C1到C10伸烷基。
在實施例中，X1 和X2 中的每一個可彼此相同或不同。當X1 和X2 各自相同時，X1 和X2 可為選自鹵素基團的相同官能團（例如，-F）。
同時，在實施例中，X1 和X2 中的一個可選自鹵素基團，且另一個可為經鹵素取代的C1到C10烷基、經鹵素取代的C1到C10雜烷基、經鹵素取代的C3到C20環烷基或經鹵素取代的C3到C20雜環烷基。具體來說，當X1 為鹵素基團時，X2 可為經鹵素取代的C1到C10烷基或經鹵素取代的C1到C10雜烷基。在經鹵素取代的C1到C10烷基或經鹵素取代的C1到C10雜烷基中，鍵聯到終端部分的氫原子中的至少一個原子可被鹵素基團取代。
具體來說，由化學式1表示的結構單元可包含由化學式2表示的結構單元。 [化學式2]
Figure 02_image004
在化學式2中， L11 和L13 獨立地為經取代或未經取代的C1到C10伸烷基、經取代或未經取代的C1到C10伸雜烷基、經取代或未經取代的C3到C20伸環烷基、經取代或未經取代的C2到C20伸雜環烷基、羰基、酯基或其組合， L12 為經取代或未經取代的C1到C10伸烷基、經取代或未經取代的C1到C10伸雜烷基、經取代或未經取代的C3到C20伸環烷基或經取代或未經取代的C2到C20伸雜環烷基， R1 為氫、氘、鹵素（-F、-Cl、-Br、-I）、經取代或未經取代的C1到C10烷基、經取代或未經取代的C3到C20環烷基、經取代或未經取代的C6到C20芳基、經取代或未經取代的C1到C10雜烷基、經取代或未經取代的C3到C20雜環烷基或經取代或未經取代的C6到C20雜芳基， X11 和X12 獨立地為鹵素（-F、-Cl、-Br或-I）、經取代或未經取代的C1到C10烷基、經取代或未經取代的C1到C10雜烷基、經取代或未經取代的C3到C20環烷基或經取代或未經取代的C3到C20雜環烷基，前提是X11 和X12 中的至少一個選自鹵素（-F、-Cl、-Br、-I）， k1為1到10的整數， n為2到100的整數，以及 *為鍵聯點。
同時，包含結構單元的聚合物可包含由化學式3到化學式6表示的結構單元中的一或多個。 [化學式3]
Figure 02_image006
[化學式4]
Figure 02_image008
[化學式5]
Figure 02_image010
[化學式6]
Figure 02_image012
在化學式3到化學式6中，*為鍵聯點。
舉例來說，當構成抗蝕劑底層組合物的聚合物包含具有引入到側鏈中的鹵素的異氰脲酸酯類化合物時，具體來說，在主鏈和/或側鏈中具有呈“-O-CH2 -C(-鹵素)-”形式的化學鍵的異氰脲酸酯類化合物，異氰脲酸酯類化合物可在抗蝕劑底層組合物的曝光期間提高曝光光源的光吸收效率。
因此，當形成抗蝕劑底層組合物以形成抗蝕劑底層時，在光處理期間可另外產生二次電子。另外產生的二次電子可在光處理期間對光阻產生影響，且由此使酸產生效率最大化，且因此，提高光阻的光處理速率且增強光阻的靈敏度。
另外，即使以相對高的分子量狀態聚合，包含異氰脲酸酯類化合物的聚合物在例如丙二醇甲醚（propylene glycol methyl ether；PGME）等的有機溶劑中也具有優異的溶解度。因此，由於在有機溶劑中的優異溶解度，抗蝕劑底層組合物可呈現出優異的塗布屬性和耐剝離性。
此外，由於聚合物相對於有機溶劑和熱是穩定的，因此當包含聚合物的抗蝕劑底層組合物形成為抗蝕劑底層時，在光阻圖案的形成或由於化學物質等的產生而引起的副產物的產生的過程期間，抗蝕劑底層可通過溶劑或熱將其剝離最小化，且另外，由於上部光阻溶劑而引起的其厚度損失可最小化。
另一方面，在聚合物中所包含的呈“-O-CH2 -C(-鹵素)-”形式的化學鍵中，當鹵素基團為氟團（-F）時，與使用其它鹵素基團時相比，可獲得更優異的膜密度和抗蝕劑底層的二次離子產生。
另外，由於在乾式蝕刻工藝期間可通過呈“-O-CH2 -C(-鹵素)-”形式的化學鍵中所包含的鹵素提高抗蝕劑底層的蝕刻速率，因此抗蝕劑底層可呈現出改進的圖案形式。
另外，由於聚合物具有優異的溶解度且由此可形成具有優異的塗布均勻性和較強耐剝離性的抗蝕劑底層，因此當聚合物用作抗蝕劑底層的材料時，在烘烤過程期間在不降低厚度分佈或形成針孔和空隙的情況下不僅可形成均勻的薄膜，而且當下部襯底（或膜）中存在步驟差時或當形成圖案時，可提供優異的間隙填充和平坦化特性。
根據一個實施例的抗蝕劑底層組合物可實現優異的塗布均勻性和穩定性以及高折射率，且還實現快速的蝕刻速率，且因此，可將EUV（極紫外線）光刻工藝施加到其上。EUV光刻工藝為光刻技術，其使用約10奈米到約20奈米的波長（例如極短的波長，例如約13.5奈米）下的光以形成具有小於或等於約20奈米的寬度的超精細圖案。
同時，聚合物可具有約1,000克/莫耳到約100,000克/莫耳的重量平均分子量（Mw）。更具體來說，聚合物可具有約1,000克/莫耳到約50,000克/莫耳或約1,000克/莫耳到約30,000克/莫耳的重量平均分子量。當重量平均分子量在上述範圍內時，可調整包含聚合物的抗蝕劑底層組合物的溶劑中的碳含量和溶解度，且因此使其最優化。
只要溶劑在聚合物中具有足夠的溶解度或分散性，則溶劑不受特別限制，且可為以下各項的至少一個：丙二醇、丙二醇二乙酸酯、甲氧基丙二醇、二甘醇、二甘醇丁醚、三(乙二醇)單甲醚、丙二醇單甲醚、丙二醇單甲醚乙酸酯、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、甲基吡咯烷酮、甲基吡咯啶酮、乙醯丙酮以及3-乙氧基丙酸乙酯。
以抗蝕劑底層組合物的總量計，可包含呈約0.1重量%到約50重量%、約0.1重量%到約30重量%或約0.1重量%到約15重量%的量的聚合物。在上述範圍內，可調整抗蝕劑底層的厚度、表面粗糙度以及平坦化的程度。
另外，除了上文所描述的聚合物之外，抗蝕劑底層組合物可更包含丙烯酸樹脂、環氧樹脂、酚醛清漆樹脂、甘脲樹脂以及三聚氰胺樹脂中的至少一個其它聚合物，但不限於此。
抗蝕劑底層組合物可更包含以下各項中的添加劑：表面活性劑、熱酸產生劑、增塑劑或其組合。
表面活性劑可為例如烷基苯磺酸鹽、烷基吡啶鹽、聚乙二醇、季銨鹽或類似物，但不限於此。
熱酸產生劑可為酸性化合物，例如對甲苯磺酸、三氟甲烷磺酸、對甲苯磺酸吡啶鎓、水楊酸、磺基水楊酸、檸檬酸、苯甲酸、羥基苯甲酸、萘碳酸或/和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，且可使用其它有機磺酸烷基酯，但不限於此。
以抗蝕劑底層組合物的100重量份計，可包含呈約0.001重量份到約40重量份的量的添加劑。在上述範圍內，在不改變抗蝕劑底層組合物的光學屬性的情況下可提高溶解度。
根據另一實施例，提供使用前述抗蝕劑底層組合物所製備的抗蝕劑底層。可通過將前述抗蝕劑底層組合物塗布在例如襯底上且接著經由熱處理工藝固化來形成抗蝕劑底層。抗蝕劑底層可為例如抗反射塗層。
下文中，參考圖1到圖5描述使用前述抗蝕劑底層組合物形成圖案的方法。
圖1到圖5為示出使用根據本發明的抗蝕劑底層組合物形成圖案的方法的橫截面圖。
參考圖1，製備蝕刻目標。蝕刻目標可為形成於半導體襯底100上的薄膜102。下文中，蝕刻目標限於薄膜102。洗滌薄膜102的整個表面以去除其上殘留的雜質等。薄膜102可為例如氮化矽層、多晶矽層或氧化矽層。
隨後，通過應用旋塗法將包含具有由化學式1和化學式2表示的部分的聚合物和溶劑的抗蝕劑底層組合物塗布在已清潔的薄膜102的表面上。
接著，將塗布的組合物乾燥且烘烤以在薄膜102上形成抗蝕劑底層104。烘烤可在約100℃到約500℃（例如約100℃到約300℃）下進行。具體來說，抗蝕劑底層組合物在上文中詳細描述且因此將省略。
參考圖2，通過將光阻塗布在抗蝕劑底層104上來形成光阻層106。
光阻的實例可為含有萘醌二疊氮化合物和酚醛清漆樹脂的正型光阻、含有能夠經由曝光解離酸的酸產生劑的化學放大型正型光阻、在酸存在下分解且在鹼性水溶液中的可溶性增加的化合物，以及堿溶性樹脂、能夠施加提高鹼性水溶液中的可溶性的樹脂的含有堿溶性樹脂的化學放大型正型光阻等。
接著，初次烘烤具有光阻層106的襯底100。初次烘烤可在約90℃到約120℃下進行。
參考圖3，可選擇性地曝光光阻層106。
光阻層106的曝光可例如通過將具有預定圖案的曝光遮罩放置在曝光設備的遮罩臺上且在光阻層106上對準曝光遮罩110來進行。隨後，通過將光照射到曝光遮罩110中，使襯底100上形成的光阻層106的預定區選擇性地與穿過曝光遮罩的光反應。
舉例來說，在曝光期間所使用的光可包含短波長光，例如具有365奈米波長的啟動輻射i-線、具有248奈米波長的KrF準分子雷射以及具有193奈米波長的ArF準分子雷射。另外，可使用對應於極紫外線光的具有13.5奈米波長的EUV（極紫外線）。
與光阻層的非曝光區106b相比，光阻層的曝光區106a具有相對的親水性。因此，光阻層106的曝光區106a和非曝光區106b可具有彼此不同的溶解度。
隨後，二次烘烤襯底100。二次烘烤可在約90℃到約150℃下進行。光阻層的曝光區由於二次烘烤而變得容易溶解於預定溶劑。
參考圖4，光阻層的曝光區106a通過顯影溶液來溶解且去除，以形成光阻圖案108。具體來說，通過使用顯影溶液（例如四甲基氫氧化銨（tetra-methyl ammonium hydroxide，TMAH）等）來溶解且去除光阻層的曝光區106a，以完成光阻圖案108。
隨後，光阻圖案108用作蝕刻遮罩來蝕刻抗蝕劑底層。經由蝕刻，形成有機層圖案112。蝕刻可為例如通過使用蝕刻氣體的乾式蝕刻，且蝕刻氣體可為例如CHF3 、CF4 、Cl2 、O2 以及其混合氣體。如上文所描述，由於由根據實施例的抗蝕劑底層組合物形成的抗蝕劑底層具有快速的蝕刻速率，因此可在短時間內進行平滑蝕刻工藝。
參考圖5，將光阻圖案108施加為蝕刻遮罩，以蝕刻曝光的薄膜102。因此，薄膜形成為薄膜圖案114。在先前進行的曝光工藝中，通過使用例如啟動輻射i-線（365奈米的波長）、KrF準分子雷射（248奈米的波長）以及ArF準分子雷射（193奈米的波長）的短波長光源所進行的曝光工藝形成的薄膜圖案114可具有數十奈米到數百奈米的寬度，且通過使用EUV光源所進行的曝光工藝形成的薄膜圖案114可具有小於或等於約20奈米的寬度。
下文中，經由關於聚合物的合成和包含其的抗蝕劑底層組合物的製備的實例更詳細地描述本公開。然而，本公開在技術上不受以下實例實施例限制。
合成實例
合成實例 1
將5.0的1-[(羥乙基]-3,5-雙[3-[(2-羥乙基)硫代]丙基]-1,3,5-三嗪-2,4,6-三酮、5.0克2-丙烯酸,1,1'-(2,2,3,3,4,4,5,5-八氟-1,6-己二基)酯、0.22克AIBN以及16克N,N-二甲基甲醯胺（dimethyl formamide；DMF）放入配備有冷凝器的100毫升圓燒瓶中，且接著在用磁棒攪拌的同時加熱，以在80℃下進行聚合反應。在反應進行10小時之後，將所得物冷卻到室溫（23℃），並通過使用甲苯和己烷進行三次純化，以獲得包含由化學式3（分子量（Mw）=4,000克/莫耳）表示的結構單元的聚合物。
合成實例 2
將5.0克1,3-二烯丙基-5-(2-羥乙基)-1,3,5-三嗪烷-2,4,6-三酮、5.0克2-丙烯酸,1,1'-(2,2,3,3-四氟-1,4-丁二基)酯、0.22克AIBN以及16克N,N-二甲基甲醯胺（DMF）放入配備有冷凝器的100毫升圓燒瓶中，且接著在用磁棒攪拌的同時加熱，以在80℃下進行聚合反應。在反應進行10小時之後，將所得物冷卻到室溫（23℃），且通過使用甲苯和己烷進行三次純化，以獲得包含由化學式4（分子量（Mw）=3,800克/莫耳）表示的結構單元的聚合物。
合成實例 3
將5.0克1,3-二烯丙基-5-(2-羥乙基)-1,3,5-三嗪烷-2,4,6-三酮、5.0克2-丙烯酸,1,1'-(2,2,3,3,4,4-六氟-1,5-戊二基)酯、0.22克AIBN以及16克N,N-二甲基甲醯胺（DMF）放入配備有冷凝器的100毫升圓燒瓶中，且接著在用磁棒攪拌的同時加熱，以在80℃下進行聚合反應。在反應進行10小時之後，將所得物冷卻到室溫（23℃），且通過使用甲苯和己烷進行三次純化，以獲得包含由化學式5（分子量（Mw）=4,100克/莫耳）表示的結構單元的聚合物。
合成實例 4
將2克1,3-二烯丙基-5-(2-羥乙基)-1,3,5-三嗪烷-2,4,6-三酮和3.7克1,6-二羥基-2,2,3,3,4,4,5,5-八氟己烷溶解於50克丙二醇單甲基醚中。隨後，在0℃下將3.5克碘緩慢添加到反應溶液中，且接著加熱到室溫（23℃）。當反應起始材料完全耗盡時，將反應溶液用10%含水Na2 S2 O5 （500毫升）淬滅，以獲得包含由化學式6（分子量（Mw）=5,300克/莫耳）表示的結構單元的聚合物。
比較合成實例 1
將23.31克1,3-雙(異氰酸根合甲基)環己烷、62.7克三羥乙基異氰脲酸酯、0.67克DABCO以及201克四氫呋喃（THF）放入500毫升的2頸圓燒瓶中，且將冷凝器連接到其上。將所獲得的混合物加熱到75℃且反應5小時，且將對應的反應溶液冷卻到室溫（23℃）。隨後，將反應溶液移到1升廣口瓶，用己烷洗滌三次，且隨後用純水洗滌。將所獲得的呈膠狀物狀態的樹脂完全溶解於80克THF中，且接著邊攪拌邊以逐滴方式緩慢地添加到800克甲苯中。在倒出溶劑之後，通過使用真空泵去除殘留的溶劑，以獲得包含由化學式7（Mw=5,200克/莫耳）表示的結構單元的聚合物。 [化學式7]
Figure 02_image014
在化學式7中，*為鍵聯點。
比較合成實例 2
將9.3克三(2-羥乙基)異氰脲酸酯、10.0克3,3'-(5-烯丙基-異氰脲酸酯-1,3-二基)二丙酸二甲酯、0.2克對甲苯磺酸以及45克的苯甲醚放入配備有冷凝器的100毫升圓燒瓶中，且接著在用磁棒加熱引發的同時引發聚合反應。1小時之後，當內部溫度達到150℃或更高時，通過減壓去除20克反應副產物和溶劑，以產生增加內部固體且促進反應的環境。在反應進行15分鐘之後，將所得物冷卻到室溫（23℃），且通過使用異丙醇和己烷進行5次純化，以去除小分子和催化劑且最終獲得包含由化學式8（分子量（Mw）=8,000克/莫耳）表示的結構單元的聚合物。 [化學式8]
Figure 02_image016
在化學式8中，*為鍵聯點。
抗蝕劑 底層組合物的製備
實例 1 到實例 5 和比較例 1 到比較例 2
將1克根據合成實例1到合成實例5和比較合成實例1到比較合成實例2的每一聚合物與0.15克PD1174（硬化劑，TCI）和0.01克對甲苯磺酸吡啶鎓（pyridinium para-toluenesulfonate；PPTS）溶解於丙二醇單甲醚和乳酸乙酯（體積比=1:1）的98.84克混合溶劑中，且接著攪拌6小時，以分別製備抗蝕劑底層組合物。
塗層均勻性評估
將根據實例1到實例5和比較例1到比較例2的抗蝕劑底層組合物分別取2毫升，且接著施加於8英寸的晶片上，並通過使用自動軌道（ACT-8，TEL（東京電子有限公司（Tokyo Electron Ltd.）））以1，500轉/分旋塗20秒，且接著在210℃下固化90秒以分別形成300奈米厚的抗蝕劑底層。隨後，測量水準軸上的51個點處的厚度以比較塗層均勻性，且結果繪示於表1中。
在表1中，塗層均勻性（%）越小，塗層均勻性越優異。 （表1）
  塗層均勻性（%）
實例1 1.1
實例2 1.2
實例3 1.1
實例4 1.0
比較例1 1.5
比較例2 1.8
參考表1，與由根據比較例1到比較例2的抗蝕劑底層組合物所形成的膜相比，由根據實例1到實例4的抗蝕劑底層組合物所形成的膜呈現出優異的塗層均勻性。
膜密度評估
將根據實例1到實例4和比較例1到比較例2的抗蝕劑底層組合物分別旋塗在矽襯底上，且接著在加熱板上在205℃下熱處理1分鐘以形成約30奈米厚的抗蝕劑底層。
隨後，測量抗蝕劑底層的密度，且結果繪示於表2中。通過使用X射線繞射儀（模型：X'Pert PRO MPD，瑪律文帕納科有限公司（Malvern Panalytical Ltd.））來測量抗蝕劑底層的密度。 （表2）
  膜密度（克/立方釐米）
實例1 1.47
實例2 1.45
實例3 1.44
實例4 1.43
比較例1 1.33
比較例2 1.34
參考表2，與由根據比較例1到比較例2的抗蝕劑底層組合物所形成的膜相比，由根據實例1到實例4的抗蝕劑底層組合物所形成的膜呈現出高密度。換句話說，當使用根據實例的抗蝕劑底層組合物時，實例證明形成了具有比比較例更緻密的結構的膜。
曝光特性的評估
分別以旋塗法塗布實例1到實例4和比較例1到比較例2的組合物，且接著在加熱板上在205℃下熱處理1分鐘以形成約10奈米厚的抗蝕劑底層。
隨後，在光阻底層上，以旋塗法塗布光阻溶液，且接著在加熱板上在110℃下熱處理1分鐘以形成光阻層。通過使用e束曝光器（伊萊奧尼克斯有限公司（Elionix. Inc.））將光阻層暴露於100千電子伏特的加速電壓，且接著在110℃下熱處理60秒。隨後，在23℃下用2.38品質%的四甲基氫氧化銨（TMAH）水溶液顯影光阻層，且接著用純水沖洗15秒，以形成線和空間（line and space；L/S）的光阻圖案。
接著，評估光阻圖案的最優曝光劑量，且結果繪示於表3中。
本文中，最優曝光劑量為以1:1（微庫侖/平方釐米，Eop）解析40奈米線和空間的曝光劑量，且在最優曝光劑量中，將線和空間的最小線寬稱為解析度。通過用掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope；SEM）S-9260（日立有限公司（Hitachi Ltd.））測量極限解析度（奈米）來評估解析度。 （表3）
  Eop（微庫侖/平方釐米）
實例1 270
實例2 260
實例3 270
實例4 270
比較例1 330
比較例2 330
參考表3，與由根據比較例的組合物所形成的抗蝕劑底層相比，由根據實例的組合物所形成的抗蝕劑底層呈現出光阻圖案的優異的最優曝光劑量。換句話說，與根據比較例的抗蝕劑底層組合物相比，根據實例的抗蝕劑底層組合物證明形成了具有更優異靈敏度的光阻圖案。
在上文中，已描述且示出本發明的某些實施例，然而，本領域的普通技術人員顯而易見的是，本發明不限於如所描述的實施例，且可在不脫離本發明的精神和範圍的情況下進行各種修改和轉換。因此，修改或轉換的實施例因而可能無法單獨地從本發明的技術構想和方面來理解，且修改的實施例在本發明的申請專利範圍的範圍內。
100:半導體襯底 102:薄膜 104:抗蝕劑底層 106:光阻層 106a:曝光區 106b:非曝光區 108:光阻圖案 110:曝光遮罩 112:有機層圖案 114:薄膜圖案。
圖1到圖5為用於解釋使用根據實施例的抗蝕劑底層組合物形成圖案的方法的橫截面圖。
Figure 110102956-A0101-11-0003-3
100:半導體襯底
108:光阻圖案
112:有機層圖案
114:薄膜圖案

Claims (13)

  1. 一種抗蝕劑底層組合物，包括： 包含由化學式1表示的結構單元的聚合物；以及 溶劑： [化學式1]
    Figure 03_image001
    其中，在化學式1中， L1 、L2 以及L3 獨立地為經取代或未經取代的C1到C10伸烷基、經取代或未經取代的C1到C10伸雜烷基、經取代或未經取代的C3到C20伸環烷基、經取代或未經取代的C2到C20伸雜環烷基、經取代或未經取代的C6到C20伸芳基、經取代或未經取代的C1到C10伸雜芳基、羰基、酯基或其組合， R為氫、氘、鹵素、經取代或未經取代的C1到C10烷基、經取代或未經取代的C2到C20烯基、經取代或未經取代的C2到C20炔基、經取代或未經取代的C3到C20環烷基、經取代或未經取代的C6到C20芳基、經取代或未經取代的C1到C10雜烷基、經取代或未經取代的C2到C20雜烯基、經取代或未經取代的C3到C20雜環烷基或經取代或未經取代的C6到C20雜芳基， X1 和X2 獨立地為鹵素、經取代或未經取代的C1到C10烷基、經取代或未經取代的C1到C10雜烷基、經取代或未經取代的C3到C20環烷基、經取代或未經取代的C3到C20雜環烷基、經取代或未經取代的C6到C20芳基或經取代或未經取代的C6到C20雜芳基，前提是X1 和X2 中的至少一個選自鹵素， k為1到10的整數，以及 *為鍵聯點。
  2. 如請求項1所述的抗蝕劑底層組合物，其中L1 、L2 以及L3 獨立地為經取代或未經取代的C1到C10伸烷基、經取代或未經取代的C1到C10伸雜烷基、經取代或未經取代的C3到C20伸環烷基、經取代或未經取代的C2到C20伸雜環烷基、羰基、酯基或其組合。
  3. 如請求項2所述的抗蝕劑底層組合物，其中L1 、L2 以及L3 中的至少一個為經取代或未經取代的C1到C10伸烷基、經取代或未經取代的C1到C10伸雜烷基、羰基或其組合。
  4. 如請求項1所述的抗蝕劑底層組合物，其中 X1 和X2 中的一個選自鹵素，且 另一個為經鹵素取代的C1到C10烷基、經鹵素取代的C1到C10雜烷基、經鹵素取代的C3到C20環烷基或經鹵素取代的C3到C20雜環烷基。
  5. 如請求項1所述的抗蝕劑底層組合物，其中由化學式1表示的所述結構單元包括由化學式2表示的結構單元： [化學式2]
    Figure 03_image018
    其中，在化學式2中， L11 和L13 獨立地為經取代或未經取代的C1到C10伸烷基、經取代或未經取代的C1到C10伸雜烷基、經取代或未經取代的C3到C20伸環烷基、經取代或未經取代的C2到C20伸雜環烷基、羰基、酯基或其組合， L12 為經取代或未經取代的C1到C10伸烷基、經取代或未經取代的C1到C10伸雜烷基、經取代或未經取代的C3到C20伸環烷基或經取代或未經取代的C2到C20伸雜環烷基， R1 為氫、氘、鹵素、經取代或未經取代的C1到C10烷基、經取代或未經取代的C3到C20環烷基、經取代或未經取代的C6到C20芳基、經取代或未經取代的C1到C10雜烷基、經取代或未經取代的C3到C20雜環烷基或經取代或未經取代的C6到C20雜芳基， X11 和X12 獨立地為鹵素、經取代或未經取代的C1到C10烷基、經取代或未經取代的C1到C10雜烷基、經取代或未經取代的C3到C20環烷基或經取代或未經取代的C3到C20雜環烷基，前提是X11 和X12 中的至少一個選自鹵素， k1為1到10的整數， n為2到100的整數，以及 *為鍵聯點。
  6. 如請求項1所述的抗蝕劑底層組合物，其中所述聚合物包括由化學式3到化學式6表示的結構單元中的一或多個： [化學式3]
    Figure 03_image006
    [化學式4]
    Figure 03_image021
    [化學式5]
    Figure 03_image010
    [化學式6]
    Figure 03_image012
    其中，在化學式3到化學式6中，*為鍵聯點。
  7. 如請求項1所述的抗蝕劑底層組合物，其中所述聚合物具有1,000克/莫耳到100,000克/莫耳的重量平均分子量。
  8. 如請求項1所述的抗蝕劑底層組合物，其中以所述抗蝕劑底層組合物的總量計，包含呈0.1重量%到50重量%的量的所述聚合物。
  9. 如請求項1所述的抗蝕劑底層組合物，其中所述抗蝕劑底層組合物更包括丙烯酸樹脂、環氧樹脂、酚醛清漆樹脂、甘脲樹脂以及三聚氰胺樹脂中的至少一種聚合物。
  10. 如請求項1所述的抗蝕劑底層組合物，更包括表面活性劑、熱酸產生劑、增塑劑或其組合中的添加劑。
  11. 一種形成圖案的方法，包括： 在襯底上形成蝕刻目標層， 在所述蝕刻目標層上塗布如請求項1到請求項10中任一項所述的抗蝕劑底層組合物以形成抗蝕劑底層， 在所述抗蝕劑底層上形成光阻圖案，以及 使用所述光阻圖案作為蝕刻遮罩依序蝕刻所述抗蝕劑底層和所述蝕刻目標層。
  12. 如請求項11所述的形成圖案的方法，其中 所述光阻圖案的所述形成包括： 在所述抗蝕劑底層上形成光阻層， 曝光所述光阻層，以及 顯影所述光阻層。
  13. 如請求項11所述的形成圖案的方法，其中所述抗蝕劑底層的形成更包括在塗布所述抗蝕劑底層組合物之後，在100℃到500℃下進行的熱處理。
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