TWI491986B - 硬遮罩用組成物、使用該組成物形成圖案的方法，以及包括該圖案之半導體積體電路元件 - Google Patents

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Description

硬遮罩用組成物、使用該組成物形成圖案的方法，以及包括該圖案之半導體積體電路元件 1.領域
揭露一種硬遮罩用組成物，一種使用此組成物形成圖案之方法，及一種包括此圖案之半導體積體電路元件。
 2.相關技藝說明
於例如製造顯微結構(例如，微機器、磁阻磁頭的)與微電子之產業領域，需要藉由減小圖案尺寸提供比所提供晶片尺寸預期更多之多數個電路。
有效之微影術對於降低結構形狀之尺寸係重要。基於在一預定基材上使一圖案直接成像及提供典型上用於成像化之遮罩，微影術影響顯微結構之製造。
典型微影方法包含下列方法。首先，一輻射敏感性阻劑於圖案型式之方法曝光形成一經圖案化之阻劑層。其後，經曝光之阻劑層使用一顯影液顯影。然後，使存在於經圖案化之阻劑層的開口內之基材蝕刻使一圖案轉移至 下層材料。完成此轉移後，移除阻劑層之剩餘部份。
但是，於某些微影成像方法，用過的阻劑對於其後蝕刻步驟不能提供足夠阻性，使得預定圖案未被有效轉移至後表面上之層。因此，例如，當需要一超薄阻劑層時，稱為硬遮罩之下層係作為阻劑層與下層材料間之一中間層，其於欲被蝕刻之下層材料厚的情況；於需要一相當大蝕刻深度的情況；及/或需要一特定蝕刻劑用於預定之下層材料的情況，可自經圖案化之阻劑轉移而被圖案化。
硬遮罩層接收來自一經圖案化之阻劑層的一圖案，且需承受用於使一圖案轉移至一下層材料的一蝕刻方法。
硬遮罩層對於使用具有蝕刻選擇性及對多重蝕刻具足夠抗性之且亦能使阻劑與下層間之反射性達最小之硬遮罩用組成物之微影技術係需要。使用此一硬遮罩組成物之一圖案具有改良之光學性質。
 概要
一實施例提供具有優異耐蝕刻及抗反射特徵之一種硬遮罩用組成物。
另一實施例提供一種使用此硬遮罩組成物形成一圖案之方法。另一實施例提供一種使用此硬遮罩組成物形成一圖案之方法。
另一實施例提供半導體積體電路元件，其包含藉由此形成圖案之方法形成之一圖案。
依據一實施例，提供一種硬遮罩用組成物，其包含一含有以下列化學式1及2表示之重複單元之共聚物；及一溶劑。
於化學式1及2，R1 係一經取代或未經取代之C1至C20伸烷基基團、一經取代或未經取代之C2至C20伸烯基基團、一經取代或未經取代之C2至C20伸炔基基團，或一經取代或未經取代之C6至C30伸芳基基團。
R2 至R4 、R5 至R14 、R18 及R19 獨立地係氫、一羥基基團、一胺基基團、一硫醇基團、一經取代或未經取代之C1至C20烷基基團、一經取代或未經取代之C2至C20烯基基團、一經取代或未經取代之C2至C20炔基基團、一經取代或未經取代之C1至C20烷氧基基團、一經取代或未經取代之C3至C20環烷基基團、一經取代或未經取代之C3至C20環烯基基 團、一經取代或未經取代之C3至C20環炔基基團、一經取代或未經取代之C2至C20雜環烷基基團、一經取代或未經取代之C2至C20雜環烯基基團、一經取代或未經取代之C2至C20雜環炔基基團，或一經取代或未經取代之C6至C30芳基基團，只要R5 至R14 之至少一者係一羥基基團、一胺基基團，或一硫醇基團，且R18 及R19 包括至少一羥基基團，R15 及R16 獨立地係一經取代或未經取代之C6至C30伸芳基基團，R20 至R25 獨立地係一經取代或未經取代之C1至C20伸烷基基團、一經取代或未經取代之C2至C20伸烯基基團、一經取代或未經取代之C2至C20伸炔基基團，或一經取代或未經取代之C6至C30伸芳基基團，n2 至n4 獨立地係0n2 2，0n3 3，且0n4 4，n5 及n6 係範圍從1至10之整數，n7 至n10 係範圍從0至10之整數，x+y=1，0x1，0y1，n及m係範圍從1至200之整數，且*2 及*3 係彼此連接，*1 及*4 係彼此連接。
於化學式2，R15 及R16 可獨立地係一伸苯基、基團、伸萘基基團，或一C1至C20烷氧基伸苯基基團。
於化學式2，R20 至R25 獨立地係一經取代或未經取代之C1至C20伸烷基基團，或一經取代或未經取代之C6至C30伸芳基基團，且n7 至n10 獨立地係0至5之整數。
於化學式1及2，n及m獨立地係1至100之整數， m/n之莫耳比率係0.01至20。
共聚物可包括選自含有以下列化學式3-1表示之一結構單元之一共聚物、含有以下列化學式3-2表示之一結構單元之一共聚物、含有以下列化學式3-3表示之一結構單元之一共聚物、含有以下列化學式3-4表示之一結構單元之一共聚物，及含有以下列化學式3-5表示之一結構單元之一共聚物之至少一者。
於化學式3-1至3-5，x+y=1，0x1，0y1，且n及m個別係範圍從1至200之整數。
共聚物可具有1,000克/莫耳至1,000,000克/莫耳之重量平均分子量。
以硬遮罩用組成物之總量為基準，共聚物可以1重量%至50重量%之量被包括。
依據另一實施例，提供一種形成圖案之方法，其包含於一基材上提供一材料層；於此材料層上塗敷此硬遮罩用組成物形成一硬遮罩層；於此硬遮罩層上形成一含矽之薄層；於此含矽之薄層上形成一光阻層；使此光阻層曝光及顯影形成一光阻圖案；使用此光阻圖案選擇性移除此含矽之薄層及硬遮罩層以曝露出一部份之此材料層；及蝕刻此材料層之一露出部份。
此硬遮罩用組成物可使用旋塗式塗覆方法塗敷。
此方法可進一步包含在形成此含矽之薄層後，於此含矽之薄層上形成一底抗反射塗層(BARC)。
此硬遮罩層可於100℃至300℃熱處理。
依據另一實施例，提供一種半導體積體電路元件，其包含複數個使用此形成圖案之方法形成之圖案。
此後，本發明之進一步實施例將詳細說明。
此硬遮罩用組成物具有優異耐蝕刻性及抗反射性質。
 詳細說明
例示實施例將於後詳細說明。但是，此等實施例僅係例示，且不是限制本發明。
如本文中使用，當未提供其它定義時，術語'經取代'可指替代之一合物之至少一氫之一鹵素(F、Br、Cl，或I)、一羥基基團、一烷氧基基團、一硝基基團、一氰基基團、一胺基基團、一疊氮基基團、一甲脒基基團、一肼基基團、一亞肼基基團、一羰基基團、一氨甲醯基基團、一硫醇基團、一酯基團、一羧糧基團或其鹽類、一磺酸基團或其鹽類、一磷酸或其鹽類、一C1至C20烷基基團、一C2至C20烯基基團、一C2至C20炔基基團、一C6至C30芳基基團、一C7至C30芳基烷基基團、一C1至C4烷氧基基團、一C1至C20雜烷基基團、一C3至C20雜芳基烷基基團、一C3至C30環烷基基團、一C3至C15環烯基基團、一C6至C15環炔基基團、一C2至C20雜環烷基基團，及其等之組合。
於本文中使用，當未提供其它定義，術語“雜”係指包括選自N、O、S，及P之至少一雜原子者。
以下，說明依據一實施例之一硬遮罩用組成物。
依據一實施例之此硬遮罩用組成物包含一包含以下列化學式1及2表示之重複單元之共聚物。
於化學式1，R1 可為一經取代或未經取代之C1至C20伸烷基基團、一經取代或未經取代之C2至C20伸烯基基團、一經取代或未經取代之C2至C20伸炔基基團，或一經取代或未經取代之C6至C30伸芳基基團。
於化學式1及2，R2 至R4 、R5 至R14 、R18 及R19 可獨立地係氫、一羥基基團、一胺基基團、一硫醇基團、一經取代或未經取代之C1至C20烷基基團、一經取代或未經取代之C2至C20烯基基團、一經取代或未經取代之C2至C20炔基基團、一經取代或未經取代之C1至C20烷氧基基團、一經取代或未經取代之C3至C20環烷基基團、一經取代或未經取代之C3至C20環烯基基團、一經取代或未經取代之C3至C20環炔基基團、一經取代或未經取代之C2至C20雜環 烷基基團、一經取代或未經取代之C2至C20雜環烯基基團、一經取代或未經取代之C2至C20雜環炔基基團，或一經取代或未經取代之C6至C30芳基基團。n2 至n4 獨立地係0n2 2，0n3 3，及0n4 4，且n5 及n6 係範圍從1至10之整數。
此處，R5 至R14 之至少一者係一親水性基團，諸如，一羥基基團、一胺基基團，及一硫醇基團。位於R5 至R14 之至少一者中之親水性基團改良共聚物於溶劑中之溶解性。
R18 及R19 可個別包含至少一羥基基團。例如，當n5 及n6 個別係1時，R18 及R19 個別係羥基基團。當n5 及n6 個別係5時，R18 及R19 可個別具有五個取代位置。此處，一羥基基團可位於此五個取代基之至少一者。因為R18 及R19 個別包含至少一羥基基團，硬遮罩用組成物具有優異耐蝕刻性及抗反射性質。
於化學式2，R15 及R16 獨立地係一經取代或未經取代之C6至C30伸芳基基團。特別地，R15 及R16 可獨立地係一伸苯基基團、一伸萘基基團，或一C1至C20烷氧基伸苯基基團。C1至C20烷氧基伸苯基基團可為以一C1至C20烷氧基基團取代之一伸苯基基團。因為R15 及R16 具有此取代基，硬遮罩用組成物具有優異耐蝕刻性及抗反射性質。
於化學式2，R20 至R25 獨立地係一經取代或未經取代之C1至C20伸烷基基團、一經取代或未經取代之C2至C20伸烯基基團、一經取代或未經取代之C2至C20伸炔基基 團，或一經取代或未經取代之C6至C30伸芳基基團。n7 至n10 個別係範圍從0至10之整數。
特別地，R20 至R25 獨立地係一經取代或未經取代之C1至C20伸烷基基團，或一經取代或未經取代之C6至C30伸芳基基團，且n7 至n10 可為0至5之整數。因為R20 至R25 具有此取代基，硬遮罩用組成物具有優異耐蝕刻性及抗反射性質。
於上之化學式1，x及y表示每一重複單元之莫耳分率，x+y=1，且0x1且0y1。當x及y個別係於此範圍內，硬遮罩用組成物具有優異耐蝕刻性及抗反射性質。
於化學式1及2，n及m係範圍從1至200之整數，且特別係1至100。當n及m個別係於此範圍內，硬遮罩用組成物具有優異耐蝕刻性及抗反射性質。
此外，m/n具有範圍從0.01至20之莫耳比率，且特別地係從0.01至10。當m/n具有此範圍內之比率時，共聚物含有多個碳。因此，含有此共聚物之硬遮罩用組成物具有優異耐蝕刻性。
於化學式1及2，*表示化學部份連接之位置。於化學式1之*2 及於化學式2之*3 可彼此連接。於化學式1之*1 及於化學式2之*4 可彼此連接。
共聚物可為選自含有以下列化學式3-1表示之一結構單元之一共聚物、含有以下列化學式3-2表示之一結構單元之一共聚物、含有以下列化學式3-3表示之一結構單元之一共聚物、含有以下列化學式3-4表示之一結構單元之一 共聚物，及含有以下列化學式3-5表示之一結構單元之一共聚物。
於化學式3-1至3-5，x+y=1，0x1，0y1，且n 及m個別係範圍從1至200之整數。
當此共聚物被包含於硬遮罩用組成物，此共聚物包含多個碳。於蝕刻期間，含有此共聚物之硬遮罩用組成物對一硬遮罩層中之碳具有優異耐蝕刻性，但對一材料層中之矽具較少耐蝕刻性。因此，硬遮罩用組成物具有相較於矽係低的碳蝕刻選擇性，及優異抗反射性質。
共聚物可具有1,000克/莫耳至1,000,000克/莫耳，且特別是2,000克/莫耳至50,000克/莫耳之重量平均分子量。此外，共聚物具有範圍從1.3至3.0且特別是1.5至2.3之多分散性(Mw/Mn)。當共聚物具有此等範圍內之重量平均分子量及多分散性，硬遮罩用組成物具有優異耐蝕刻性及抗反射性質。
硬遮罩用組成物可進一步含有一溶劑。
溶劑可為對於共聚物具有足夠溶解性或分散性之任何者，但可為例如選自例如丙二醇、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，及乙醯丙酮之至少一者。
以硬遮罩用組成物之總量為基準，共聚物可以1重量%至50重量%且特別是1重量%至30重量%之量被包括。
溶劑可以依硬遮罩層厚度而調整之量被包括。特別地，以硬遮罩用組成物總量為基準，溶劑可以餘量且特別是50重量%至99重量%之量被包括。
硬遮罩組成物可包含一界面活性劑及一交聯劑 之一添加劑。
界面活性劑可為，例如，一烷基苯磺酸鹽、一烷基吡啶鹽、聚乙二醇、一四級銨鹽等，但不限於此等。
酸性催化劑係一熱活化之酸性催化劑。
酸性催化劑可包括諸如對-甲苯磺酸單水合物之有機酸，或一熱酸產生劑(TAG)，以確保貯存穩定性。熱酸產生劑係於熱處理期間釋放酸之一酸產生劑，例如，吡啶對-甲苯磺酸酯、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、有機磺酸之烷基酯等。
交聯劑可於酸性催化劑下經由加熱使聚合物之重複單元交聯，可為一胺基樹脂，諸如，經醚化之胺基樹脂；一乙炔脲化合物，諸如，以下列化學式A表示之一化合物；一雙環氧化合物，諸如，以下列化學式B表示之一化合物；一三聚氰胺化合物，諸如，N-甲氧基甲基三聚氰胺、N-丁氧基甲基三聚氰胺等；一三聚氰胺衍生物，諸如，以下列化學式C表示之一化合物；或此等之混合物。
以100重量份之硬遮罩用組成物為基準，界面活性劑、酸性催化劑，及交聯劑可以0.001至3重量份之每一者量被包括。
當以此範圍被包括時，可確保溶解性及交聯性質，同時未改變硬遮罩用組成物之光學性質。
以下，說明一種使用此硬遮罩用組成物形成圖案之方法。
依據一實施例之形成圖案的方法包含於一基材上提供一材料層，於此材料層上塗敷包含共聚物之硬遮罩用組成物形成一硬遮罩層，於此硬遮罩層上形成一含矽之薄層，於此含矽之薄層上形成一光阻層，使此光阻層曝光及顯影形成一光阻圖案，使用此光阻圖案選擇性移除此含矽之薄層及此硬遮罩層以露出此材料層之一部份，及蝕刻此材料層之此露出部份。
基材可為，例如，一矽晶圓、一玻璃基材，或一聚合物基材。
材料層係一最後被形成圖案之材料，且可為，例如，一金屬層，諸如，鋁、銅等；一半導體層，諸如，矽，或一絕緣層，諸如，氧化矽、氮化矽等。材料層可藉由， 例如，化學蒸氣沉積(CVD)獲得。
硬遮罩層可藉由塗敷此硬遮罩用組成物而形成。
此硬遮罩用組成物係與上述者相同。
此硬遮罩用組成物可以溶液製備，且可藉由旋塗式塗覆方法塗敷。經塗敷之硬遮罩用組成物經熱處理形成一硬遮罩層。
此處，硬遮罩用組成物以塗敷厚度、熱處理條件等而言並無特別限制，但可為，例如，500Å至10,000Å厚，且於範圍從100℃至300℃之溫度熱處理10秒至10分鐘。
含矽之薄層可由，例如，氮化矽或氧化矽製成。
一底抗反射塗層(BARC)可於含矽之薄層上形成。
然後，於含矽之薄層或底抗反射塗層(BARC)上，係塗覆一光阻層。光阻層可為含有光敏性材料之一輻射敏感性成像層。
其次，光阻層被曝光及顯影，形成一光阻圖案。曝光可藉由使用，例如，ArF、KrF、電子束等實施。此外，曝光可經由於100℃至500℃之溫度實施。
然後，作為遮罩之光阻圖案被用以選擇性移除含矽之薄層及硬遮罩層。此處，若被形成，底抗反射塗層可被移除。因此，光阻圖案底下之材料層可部份露出。
然後，材料層之露出部份被蝕刻。此處，蝕刻可為使用蝕刻氣體之乾式蝕刻。蝕刻氣體可包括，例如，CHF3 、CF4 、CH4 、Cl2 、BCl3 、其等之混合氣體等。
然後，硬遮罩層及光阻層可於未使用傳統分離器而移除，形成此材料層之複數個圖案。
此等複數個圖案可包含各種圖案，諸如，於一半導體積體電路元件內之一金屬圖案、一半導體圖案、一絕緣圖案等。包含於一半導體積體電路元件內之圖案可為一絕緣層，其含有，例如，一金屬線、一半導體圖案、一接觸孔、一偏向孔、一鑲嵌溝槽等。
以下，本發明係參考實例作更詳細例示說明。但是，其等係例示之實施例且非限制性。
(單體合成)
合成例1-1
30.6克(100毫莫耳)之以下列反應流程1中之化合物A表示之蒽嵌蒽酮，28g(200毫莫耳)之苯甲醯氯，及306克之二氯乙烷被置於一燒瓶內並且溶解。其次，緩慢添加26.7克(200毫莫耳)之氯化鋁(III)，且混合物加熱至最高達80℃，並且攪拌24小時。當反應完全時，反應物冷卻至室溫，且添加氫氧化鉀水溶液以便中和。然後，一有機層與形成產物分離，且剩餘溶液被濃縮，獲得48.3克(產率94.0%)之化合物B。
51.4克(100毫莫耳)之化合物B溶於514克之藉由使甲醇及水以1：1重量比率混合而製備之一水溶液內。其次，38.83克(1.0莫耳)之硼氫化鈉緩慢添加至此溶液，且混合物攪拌24小時。當反應完全時，10% HCl水溶液添加至此反應物以便中和，且添加乙酸乙酯以供萃取。經萃取之有 機層於減壓下濃縮，獲得46.4克(產率88.7%)之單體C。
合成例1-2
除了使用萘醯氯替代苯甲醯氯外，下列單體D(產率76%)係依據與合成例1-1相同方法合成。
合成例1-3
除了使用4-甲氧基苯甲醯氯替代苯甲醯氯外，下列單體E(產率83%)係依據與合成例1-1相同方法合成。
合成例1-4
除了使用100毫莫耳之苯甲醯氯及100毫莫耳之萘醯氯替代200毫莫耳之苯甲醯氯外，下列單體F(產率86%)係依據與合成例1-1相同方法合成。
合成例1-5
91.3克之苊烯，206.6克之4-乙醯氧基苯乙烯，1.97克之2,2'-偶氮雙異丁腈(AIBN)，及161.48克之丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)被置於一500毫升之具有一溫度計、一冷凝器、一氮氣沖洗噴嘴，及一機械攪拌器之4頸燒瓶內。製備之溶液被脫氣20分鐘。經溶劑之溶液加熱至最高達70℃，且於相同溫度攪拌24小時。經聚合之溶液冷卻至室溫，且於甲醇中沉澱。沉澱物於45℃之爐內乾燥24小時。形成產物與肼酐於1,4-二噁烷言混合以供水解(1：8：1之體積比率)。混合物於室溫攪拌12小時。然後，過量之快速攪拌的甲醇以滴液方式添加沉澱出一聚合物。固體聚合物被過濾，以甲醇清洗，及於45℃於真空下乾燥24小時，獲得以下列化學式4表示之聚合物。
獲得之聚合物具有10,800克/莫耳之重量平均分子量及1.3之多分散性，其中係使用GPC(凝膠滲透層析術)。
於化學式4，x=0.2且y=0.8。
(共聚物合成)
合成例2-1
13.2克之依據合成例1-1製備之單體C，4.25克之1,4-雙(甲氧基甲基)苯，及99.27克之丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)被攪拌20分鐘及溶解，且添加0.3克之硫二乙酯。混合物於130℃加熱8小時。其次，52.94克之依據合成例1-5製備之聚合物添加至反應混合物。形成混合物於相同溫度加熱4小時。獲得之共聚物於甲醇中沉澱，溶於20克之PGMEA，然後，於甲醇中再次沉澱。以此方式，獲得以下列化學式3-1表示之共聚物。
共聚物具有17,200克/莫耳之經GPC測得之重量平均分子量及1.7之多分散性。
於化學式3-1，x=0.2，y=0.8，n=90，且m=10。
合成例2-2
13.2克之依據合成例1-1之單體及0.92克之多聚甲醛置於99.27克之丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)。混合物攪拌20分鐘並且溶解，且添加0.3克之硫酸二乙酯。形成混合物於130℃加熱8小時。其次，52.94克之依據合成例1-5之聚合物添加至反應混合物，且獲得之混合物於相同溫度加熱4小時。獲得之共聚物於甲醇中沉澱，以20克之PGMEA溶解，然後，於甲醇中再次沉澱。以此方式，獲得以下列化學式3-2表示之共聚物。
共聚物具有16,500克/莫之之經GPC測得之重量平均分子量及1.7之多分散性。
於化學式3-2，x=0.2，y=0.8，n=90，且m=10。
合成例2-3
16.0克之依據合成例1-2之單體D及4.25克之1,4-雙(甲氧基甲基)苯置於99.27克之丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)，且混合物被攪拌及溶解20分鐘，且添加0.3克之硫酸二乙酯。形成混合物於130℃加熱8小時。其次，52.94克之依據合成例1-5之聚合物添加至反應混合物。形成混合物於相同溫度加熱4小時。獲得之共聚物於甲醇中沉澱，溶 於20克之PGMEA，然後，於甲醇中再次沉澱。以此方式，獲得以-下列化學式3-3表示之共聚物。
共聚物具有15,200克/莫耳之經GPC測得之重量平均分子量及1.8之多分散性。
於化學式3-3，x=0.2，y=0.8，n=90，且m=10。
合成例2-4
15.0克之依據合成例1-3之單體E及1,4-4.25克之雙(甲氧基甲基)苯置於99.27克之丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)。混合物被攪拌及溶解20分鐘，且添加0.3克之硫酸二乙酯。獲得之混合物於130℃加熱8小時。其次，52.94克之依據合成例1-5之聚合物添加至反應混合物，且獲得之混合物於相同溫度加熱4小時。然後，形成混合物於甲醇中沉澱，溶於20克之PGMEA，且於甲醇中再次沉澱。以此方式，獲得以下列化學式3-4表示之共聚物。
共聚物具有16,300克/莫耳之經GPC測得之重量平均分子量及1.9之多分散性。
於化學式3-4，x=0.2，y=0.8，n=90，且m=10。
合成例2-5
14.7克之依據合成例1-4之單體F及4.25克之1,4-雙(甲氧基甲基)苯置於99.27克之丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)。混合物被攪拌及溶解20分鐘，且添加0.3克之硫酸二乙酯。形成混合物於130℃加熱8小時。其次，52.94克之依據合成例1-5之聚合物添加至反應混合物。獲得之混合物於相同溫度加熱4小時。反應物於甲醇中沉澱，溶於20克之PGMEA，且於甲醇中再次沉澱。以此方式，獲得以下列化學式3-5表示之共聚物。
共聚物具有16,700克/莫耳之經測得之重量平均分子量及1.8之多分散性。
於化學式3-5，x=0.2，y=0.8，n=90，及m=10。
(製備硬遮罩用組成物)
範例1至5
0.8克之依據合成例2-1至2-5之每一共聚物，2毫克之作為酸性催化劑之吡啶對-甲苯磺酸鹽，0.2克之作為交聯劑之以下列化學式A表示之乙炔脲化合物，及9克之作為溶劑之丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)被混合及過濾，製備一硬遮罩用組成物。
比較例1
0.8克之依據合成例1-5之聚合物，2毫克之作為酸性催化劑之吡啶對-甲苯磺酸鹽，0.2克之作為交聯劑之以如上化學式A表示之乙炔脲化合物，及9克之作為溶劑之丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)被混合及過濾，製備一硬遮罩用組成物。
(形成硬遮罩層)
依據範例1至5及比較例之硬遮罩用組成物個別被旋塗式塗覆於一含有一氮化矽層之矽晶圓上，且於200℃加熱60秒，形成一1,500Å厚之硬遮罩層。
評估1：光學性質
依據範例1至5及比較例1之硬遮罩用組成物被個別塗覆形成硬遮罩層。硬遮罩被測量有關於折射率(n)及消 光係數(k)。結果係於下之表1中提供。折射率及消光係數係藉由個別以Ellipsometer(J.A.Woollam Co.)照射193nm及248nm波長之光而測量。
參考表1，藉由使用依據範例1至5之硬遮罩用組成物形成之硬遮罩層具有於193nm及248nm波長對於硬遮罩適合之折射率(n)及消光係數(k)。
評估2：耐蝕刻性
藉由使用依據範例1至5及比較例之硬遮罩用組成物形成之硬遮罩係以CF4 及CHF3 之混合氣體乾式蝕刻。硬遮罩層係藉由使用一薄膜厚度測量元件(K-MAC Co.Ltd.)測量有關於蝕刻前後之厚度。蝕刻係於下列之表2提供之條件下實施。結果係於下列之表3提供。
參考表3，藉由使用依據範例1至5之硬遮罩用組成物形成之硬遮罩層對於CF4 及CHF3 之混合氣體具有低蝕刻率，因此，具有優異耐蝕刻性。
(形成光阻圖案)
依據範例1至5及比較例1之硬遮罩用組成物係個別旋塗式塗覆於一含有一氮化矽(SiN)層之矽晶圓上，且於200℃熱處理60秒，形成4,000Å厚之硬遮罩層。
然後，一ArF光阻劑塗覆於硬遮罩層上達1,700Å厚，然後，於110℃熱處理60秒，且使用ASML(XT：1400,NA0.93)曝光。經曝光之產品於含有2.38重量%之四甲基銨氫氧化物(TMAH)之水溶液中顯影，形成一光阻圖案。
評估3：圖案形成
硬遮罩層係使用作為遮罩之此光阻圖案及O2 /N2 之混合氣體乾式蝕刻。然後，氮化矽係使用此硬遮罩及CHF3 /CF4 之混合氣體乾式蝕刻。剩餘硬遮罩及有機材料以O2 灰化及濕式刻離。蝕刻氮化矽及硬遮罩後，每一樣品以FE-SEM檢視截面。結果係於下列之表4提供。
參考表4，以範例1至5之硬遮罩用組成物形成之硬遮罩層及位於其下之氮化矽層皆經圖案化而具有異向性形狀，而由依據比較例1之硬遮罩用組成物形成之硬遮罩層經圖案化具有弓弧形或楔形。
原因係依據範例1至5之硬遮罩用組成物對蝕刻氣體具有足夠抗性，且良好地蝕刻，而依據比較例1之硬遮罩用組成物對蝕刻氣體具有不足夠之抗性，且因此對於使氮化矽圖案化具有適當輪廓缺乏蝕刻選擇性。
雖然本發明已結合現今被認為實際之例示實施例說明，但需瞭解本發明不限於所揭露之實施例，相反地，係意欲涵蓋包含於所附申請專利範圍之精神及範圍內之各種修改及等化安排。

Claims (13)

  1. 一種硬遮罩用組成物，包含一共聚物，其含有以下列化學式1及2表示之重複單元；及一溶劑： 其中，於化學式1及2，R1 係一經取代或未經取代之C1至C20伸烷基基團、一經取代或未經取代之C2至C20伸烯基基團、一經取代或未經取代之C2至C20伸炔基基團，或一經取代或未經取代之C6至C30伸芳基基團，R2 至R4 、R5 至R14 、R18 及R19 獨立地係氫、一羥基基團、一胺基基團、一硫醇基團、一經取代或未經取代之C1至C20烷基基團、一經取代或未經取代之C2至C20烯基基 團、一經取代或未經取代之C2至C20炔基基團、一經取代或未經取代之C1至C20烷氧基基團、一經取代或未經取代之C3至C20環烷基基團、一經取代或未經取代之C3至C20環烯基基團、一經取代或未經取代之C3至C20環炔基基團、一經取代或未經取代之C2至C20雜環烷基基團、一經取代或未經取代之C2至C20雜環烯基基團、一經取代或未經取代之C2至C20雜環炔基基團，或一經取代或未經取代之C6至C30芳基基團，只要R5 至R14 之至少一者係一羥基基團、一胺基基團，或一硫醇基團，且R18 及R19 個別包括至少一羥基基團，R15 及R16 獨立地係一經取代或未經取代之C6至C30伸芳基基團，R20 至R25 獨立地係一經取代或未經取代之C1至C20伸烷基基團、一經取代或未經取代之C2至C20伸烯基基團、一經取代或未經取代之C2至C20伸炔基基團，或一經取代或未經取代之C6至C30伸芳基基團，n2 至n4 獨立地係0n2 2，0n3 3，且0n4 4，n5 及n6 係範圍從1至10之整數，n7 至n10 係範圍從0至10之整數，x+y=1，0x1，0y1，n及m係範圍從1至200之整數，且*2 及*3 係彼此連接，*1 及*4 係彼此連接。
  2. 如申請專利範圍第1項之硬遮罩用組成物，其中，於化學式2，R15 及R16 獨立地係一伸苯基基團、一伸萘基基 團，或一C1至C20烷氧基伸苯基基團。
  3. 如申請專利範圍第1項之硬遮罩用組成物，其中，於化學式2，R20 至R25 獨立地係一經取代或未經取代之C1至C20伸烷基基團，或經取代或未經取代之C6至C30伸芳基基團，且n7 至n10 個別係0至5之整數。
  4. 如申請專利範圍第1項之硬遮罩用組成物，其中，於化學式1及2，n及m係1至100之整數。
  5. 如申請專利範圍第1項之硬遮罩用組成物，其中，於化學式1及2，m/n之莫耳比率係0.01至20。
  6. 如申請專利範圍第1項之硬遮罩用組成物，其中，該共聚物包含選自含有以下列化學式3-1表示之一結構單元之一共聚物、含有以下列化學式3-2表示之一結構單元之一共聚物、含有以下列化學式3-3表示之一結構單元之一共聚物、含有以下列化學式3-4表示之一結構單元之一共聚物，及含有以下列化學式3-5表示之一結構單元之一共聚物之至少一者： 其中，於化學式3-1至3-5，x+y=1，0x1，0y1，且n及m係範圍從1至200之整數。
  7. 如申請專利範圍第1項之硬遮罩用組成物，其中，該共聚物具有1,000至1,000,000克/莫耳之重量平均分子量。
  8. 如申請專利範圍第1項之硬遮罩用組成物，其中，以該硬遮罩用組成物之總重量為基準，該共聚物係以1重量 %至50重量%之量被包括。
  9. 一種形成圖案之方法，包含：於一基材上提供一材料層；於該材料層上塗敷如申請專利範圍第1至8項中任一項之硬遮罩用組成物以形成一硬遮罩層；於該硬遮罩層上形成一含矽之薄層；於該含矽之薄層上形成一光阻層；使該光阻層曝光及顯影形成一光阻圖案；使用該光阻圖案選擇性移除該含矽之薄層及該硬遮罩層以曝露出一部份之該材料層；及蝕刻該材料層之一露出部份。
  10. 如申請專利範圍第9項之形成圖案之方法，其中，該硬遮罩用組成物係使用一旋塗式塗覆方法塗敷。
  11. 如申請專利範圍第9項之形成圖案之方法，其中，該形成圖案之方法進一步包含於形成該含矽之薄層後於該含矽之薄層上形成一底抗反射塗層(BARC)。
  12. 如申請專利範圍第9項之形成圖案之方法，其中，塗敷於該材料層上之該硬遮罩用組成物係於100℃至300℃熱處理。
  13. 一種半導體積體電路元件，包含複數個使用如申請專利範圍第9項之形成圖案之方法形成之圖案。
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