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TWI468871B - 硬遮罩組成物和形成圖案之方法，以及包含該圖案之半導體積體電路元件（二） - Google Patents

硬遮罩組成物和形成圖案之方法，以及包含該圖案之半導體積體電路元件（二） Download PDF

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TWI468871B
TWI468871B TW100141842A TW100141842A TWI468871B TW I468871 B TWI468871 B TW I468871B TW 100141842 A TW100141842 A TW 100141842A TW 100141842 A TW100141842 A TW 100141842A TW I468871 B TWI468871 B TW I468871B
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宋知胤
金旼秀
田桓承
吳丞培
崔有廷
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第一毛織股份有限公司
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Description

硬遮罩組成物和形成圖案之方法，以及包含該圖案之半導體積體電路元件(二) 發明領域
提供了一種硬遮罩組成物、利用其形成圖案的方法以及包括該圖案的半導體積體電路元件。
 發明背景
包括微電子製造以及顯微結構製造(如微機械、磁阻磁頭等)的工業領域需要包括許多具有尺寸減小的圖案的電路的晶片。
有效的光刻技術在減小圖案尺寸方面是很重要的。
光刻不僅在使圖案直接在預定基材上成像方面影響顯微結構的製造，而且還在製造通常用於這種成像的遮罩方面影響顯微結構的製造。
典型的光刻方法包括藉由將放射性射線敏感的抗蝕劑曝光於成像放射性射線來形成圖案化抗蝕劑層的方法。
隨後，藉由以顯影液使曝光的抗蝕劑層顯影而獲得圖像。
然後，藉由在圖案化的抗蝕劑層的開口中蝕刻材料而將圖案轉印到下層材料上。
在圖案的轉印之後，除去剩餘的抗蝕劑層。
然而，在一些光刻成像方法中，在隨後的蝕刻過程中，所用的抗蝕劑不能提供足夠的抗性從而將預定圖案有效地轉印到抗蝕劑另一側的層上。
因此，當需要超薄膜抗蝕劑層時，當待蝕刻的不同表面上的材料較厚時，當需要較大的蝕刻厚度時，和/或當對於不同表面上的材料需要使用特定蝕刻劑時，將所謂的硬遮罩層用作抗蝕劑層和不同表面上的材料之間的中間層，該材料可藉由從圖案化的抗蝕劑轉印而被圖案化。
硬遮罩層適應於來自圖案化抗蝕劑層的圖案，並支援將圖案轉印到不同表面的材料上所需的蝕刻過程。
硬遮罩層需要藉由使用硬遮罩組成物而經歷光刻技術，該硬遮罩組成物具有高蝕刻選擇性和對多重蝕刻過程的足夠抗性，並使得抗蝕劑和不同表面層之間的反射率最小。
由這種硬遮罩組成物形成的圖案可具有改善的光學特性。
 發明概要
本發明的一種實施方式提供了具有高蝕刻選擇性和改善的光學特性的硬遮罩組成物。
本發明的另一種實施方式提供了一種用於形成硬遮罩組成物的圖案的方法。
本發明的再一種實施方式提供了一種包括由上述圖案形成方法形成的圖案的半導體積體電路元件。
根據本發明的一種實施方式，提供了一種硬遮罩組成物，該硬遮罩組成物包括由以下化學式1表示的含芳環化合物以及溶劑：
在化學式1中，A是取代的或未取代的芳環基團，R1 至R6 各自獨立地是取代或未取代的C1至C20烷基、取代或未取代的C3至C30環烷基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C3至C30環烯基、取代或未取代的C7至C20芳烷基、取代或未取代的C1至C20雜烷基、取代或未取代的C2至C30雜環烷基、取代或未取代的C2至C30雜芳基、取代或未取代的C2至C30烯基、取代或未取代的C2至C30炔基、取代或未取代的C1至C30烷氧基、或它們的組合，X1 至X6 各自獨立地是取代的或未取代的C1至C20烷基、取代或未取代的C3至C30環烷基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C1至C30烷氧基、取代或未取代的C1至C20烷基胺基、氨基、羥基、或它們的組合，n1 至n6 各自獨立地是0或1，並且1n1 +n2 +n3 +n4 +n5 +n6 6。
在這裡，A可以是選自下組1所示之取代或未取代的芳環基團之一。
該含芳環化合物可具有約300至約4000的分子量。
基於硬遮罩組成物的總量，所包括的含芳環化合物和溶劑的量可分別為約1wt%至約20wt%和約80wt%至約99wt%。
溶劑可包含選自丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)、丙二醇單甲醚(PGME)、環己酮、和乳酸乙酯中的至少一種。
根據本發明的另一種實施方式，提供了一種用於形成圖案的方法，包括：在基材上提供材料層，在該材料層上形成硬遮罩層，該硬遮罩層包括由以下化學式1表示的含芳環化合物；在該硬遮罩層上形成抗蝕劑層；藉由使抗蝕劑層曝光和顯影來形成抗蝕劑圖案；藉由利用抗蝕劑圖案並選擇性地除去硬遮罩層而暴露材料層的一部分；以及對材料層的暴露部分進行蝕刻。
在化學式1中，A是取代的或未取代的芳環基團，R1 至R6 各自獨立地是取代或未取代的C1至C20烷基、取代或未取代的C3至C30環烷基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C3至C30環烯基、取代或未取代的C7至C20芳烷基、取代或未取代的C1至C20雜烷基、取代或未取代的C2至C30雜環烷基、取代或未取代的C2至C30雜芳基、取代或未取代的C2至C30烯基、取代或未取代的C2至C30炔基、取代或未取代的C1至C30烷氧基、或它們的組合，X1 至X6 各自獨立地是取代的或未取代的C1至C20烷基、取代或未取代的C3至C30環烷基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C1至C30烷氧基、取代或未取代的C1至C20烷基胺基、氨基、羥基、或它們的組合，n1 至n6 各自獨立地是0或1，並且1n1 +n2 +n3 +n4 +n5 +n6 6。
在這裡，A可以是選自下組1所示之取代或未取代的芳環基團之一。
該含芳環化合物可具有約300至約4000的分子量。
溶劑可包括選自丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)、丙二醇單甲醚(PGME)、環己酮、和乳酸乙酯中的至少一種。
該硬遮罩層可藉由旋塗方法形成。
該製造方法可進一步包括在形成抗蝕劑層之前，在材料層上形成含矽的輔助層。
該製造方法可進一步包括在形成硬遮罩層之前形成底部抗反射塗層(BARC)。
根據本文公開內容的一種實施方式，提供了一種包括由上述圖案形成方法形成的圖案的半導體積體電路元件。
該硬遮罩組成物在確保對多重蝕刻的抗性的同時，具有高蝕刻選擇性和改善的光學性能。
 具體實施方式
在下文中將詳細描述本發明的示例性實施方式。然而，這些實施方式僅是示例性的而不限制本發明。如本領域技術人員瞭解，在所有的修改都不背離本發明的精神和範圍的前提下，可以以各種不同的方式對所描述的實施方式進行修改。
如本文中所使用的，當沒有另外提供定義時，術語“取代的”是指被選自如下的至少一個取代基取代：鹵素(F、Br、Cl或I)、羥基、C1至C20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、C1至C20烷基、C2至C20烯基、C2至C20炔基、C6至C30芳基、C7至C30芳烷基、C1至C4烷氧基、C1至C20雜烷基、C3至C20雜芳烷基、C3至C20環烷基、C3至C15環烯基、C6至C15環炔基、C1至C20雜環烷基、以及它們的組合。
如本文中所使用的，當沒有另外提供定義時，首碼“雜”是指包括選自N、O、S和P的1至3個雜原子。
在下文中，描述了根據一種實施方式的硬遮罩組成物。
根據本文公開的該實施方式，該硬遮罩組成物包括含芳環化合物和溶劑。
該含芳環化合物可以是由以下化學式1表示的化合物。
在化學式1中，A是取代的或未取代的芳環基團，R1 至R6 各自獨立地是取代或未取代的C1至C20烷基、取代或未取代的C3至C30環烷基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C3~C30環烯基、取代或未取代的C7至C20芳烷基、取代或未取代的C1至C20雜烷基、取代或未取代的C2至C30雜環烷基、取代或未取代的C2至C30雜芳基、取代或未取代的C2至C30烯基、取代或未取代的C2至C30炔基、取代或未取代的C1至C30烷氧基、或它們的組合，X1 至X6 各自獨立地是取代的或未取代的C1至C20烷基、取代或未取代的C3至C30環烷基，取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C1至C30烷氧基、取代或未取代的C1至C20烷基胺基、氨基、羥基、或它們的組合，n1 至n6 各自獨立地是0或1，並且1n1 +n2 +n3 +n4 +n5 +n6 6。
在化學式1中，A是芳環基團，其中該芳環基團是指電子非定域或共振的環狀基團，並且包括芳基、雜芳基或它們的組合。
A可以是選自下組1的取代或未取代的芳環基團。
可以在任何位置處而無限制地將組1中的芳環基團連接於上述化學式1的取代基。
另外，連接於組1中列出的芳環基團中的碳的至少一個氫可被另一個取代基取代。
芳環基團可吸收預定波長範圍的光，並且該預定波長範圍的光可以是從約193nm或243nm的短波長範圍的光。
由上述化學式1表示的含芳環化合物可以是單體。該單體型含芳環化合物可在高溫下發生交聯反應而不需要特定的催化劑，這防止了因催化劑，特別是因酸而造成的污染。
含芳環化合物可以是具有不同取代基的兩種或多種含芳環化合物的混合物。
該含芳環化合物可具有約300至約4000的分子量。在具有上述範圍的分子量的情況下，可藉由確保溶解性來實現塗布厚度，並由此可提供良好的薄膜。
基於硬遮罩組成物的總量，所包括的含芳環化合物的量可以是約1wt%至約20wt%。基於硬遮罩組成物的總量，所包括的含芳環化合物的量可以是約3wt%至約10wt%。當所包括的含芳環化合物在上述範圍內時，可以在確保施用特性的同時改善光學性能。
溶劑不限於特定的幾種，只要其對含芳環化合物具有足夠的溶解性或分散性即可。例如，溶劑可包括選自丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)、丙二醇單甲醚(PGME)、環己酮、和乳酸乙酯中的至少一種。
基於硬遮罩組成物的總量，所包括的溶劑的量可以為約80 wt%至約99 wt%。當所包括的溶劑在上述範圍內時，可確保穩定的溶解性，並由此可改善施用性能。
該硬遮罩組成物可進一步包括表面活性劑和交聯劑之類的添加劑。
表面活性劑可包括例如烷基苯磺酸鹽、烷基吡啶鹽、聚乙二醇、或季銨鹽，但不限於此。
交聯劑促進自交聯。交聯劑的實例包括氨基樹脂，如醚化的氨基樹脂；甘脲化合物，如由以下化學式A表示的化合物；雙環氧化合物，如由以下化學式B表示的化合物；密胺樹脂，如N-甲氧基甲基密胺樹脂、N-丁氧基甲基密胺樹脂、或由以下化學式C表示的化合物；或它們的混合物。
基於100重量份的硬遮罩組成物，所包括的表面活性劑和交聯劑的量可分別為約0.001至約1重量份。在該含量範圍內，可以在不改變硬遮罩組成物的光學性能的同時，確保溶解性和交聯性。
在下文中，描述了藉由利用上述硬遮罩組成物來形成圖案的方法。
根據本發明的另一種實施方式，形成圖案的方法包括：在基材上提供材料層；利用包括含芳環化合物和溶劑的硬遮罩組成物在該材料層上形成硬遮罩層；在該硬遮罩層上形成抗蝕劑層；將該抗蝕劑層曝光和顯影來提供抗蝕劑圖案；利用抗蝕劑圖案選擇性地除去該硬遮罩層以暴露材料層的一部分；以及對所暴露的材料層進行蝕刻。
基材可以是例如矽晶片、玻璃基材或聚合物基材。
材料層是最終被圖案化的材料，例如金屬層(如鋁層和銅層)、半導體層(如矽層)、或絕緣層(如氧化矽層和氮化矽層)。材料層可藉由諸如化學氣相沉積(CVD)法的方法來形成。
硬遮罩層可藉由施用硬遮罩組成物來形成。
該硬遮罩組成物包括含芳環化合物和溶劑。
該含芳環化合物是由以下化學式1表示的化合物。
在化學式1中，A是取代的或未取代的芳環基團，R1 至R6 各自獨立地是取代或未取代的C1至C20烷基、取代或未取代的C3至C30環烷基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C3至C30環烯基、取代或未取代的C7至C20芳烷基、取代或未取代的C1至C20雜烷基、取代或未取代的C2至C30雜環烷基、取代或未取代的C2至C30雜芳基、取代或未取代的C2至C30烯基、取代或未取代的C2至C30炔基、取代或未取代的C1至C30烷氧基、或其組合。
X1 至X6 各自獨立地是取代的或未取代的C1至C20烷基，取代或未取代的C3至C30環烷基，取代或未取代的C6至C30芳基，取代或未取代的C1至C30烷氧基，取代或未取代的C1至C20烷基胺基、氨基、羥基，或其組合。
n1 至n6 各自獨立地是0或1，以及1n1 +n2 +n3 +n4 +n5 +n6 6。
在化學式1中，A是芳環基團，其中該芳環基團是指電子非定域或共振的環狀基團，並且包括芳基、雜芳基或它們的組合。
A可以是下組1示出的取代或未取代的芳環基團。
化學式1中的芳環基團可吸收預定波長範圍的光，並且該預定波長範圍的光可以是從約193nm或約243nm的短波長範圍的光。
由上述化學式1表示的含芳環化合物可以是單體。該單體型含芳環化合物可在高溫下發生交聯反應而不需要特定的催化劑，這防止了因催化劑，特別是因酸而造成的污染。
含芳環化合物可以是具有不同取代基的兩種或多種含芳環化合物的混合物。
該含芳環化合物可具有約300至約4000的分子量。在具有上述範圍的分子量的情況下，可藉由確保溶解性來實現塗布厚度，並由此可提供良好的薄膜。
基於硬遮罩組成物的總量，所包括的含芳環化合物的量可以是約1至20wt%。基於硬遮罩組成物的總量，所包括的含芳環化合物的量可以是約3至10wt%。當所包括的含芳環化合物在上述範圍內時，可以在確保施用特性的同時改善光學性能。
溶劑不限於特定的幾種，只要其對含芳環化合物具有足夠的溶解性或分散性即可。例如，溶劑可包括選自丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)、丙二醇單甲醚(PGME)、環己酮、和乳酸乙酯中的至少一種。
基於硬遮罩組成物的總量，所包括的溶劑的量可以為約80wt%至約99wt%。當所包括的溶劑在上述範圍內時，可確保穩定的溶解性，並由此可改善施用性能。
該硬遮罩組成物可進一步包括添加劑，例如表面活性劑和交聯劑。
可以以溶液的形式製備硬遮罩組成物並藉由旋塗方法來施用。隨後，使所施用的組成物經歷熱處理從而形成硬遮罩層。
在本文中，對硬遮罩組成物的塗布厚度和熱處理的條件沒有具體的限制。例如，可以約500至7000的厚度施用硬遮罩組成物，並在約100至500℃下進行熱處理並持續10秒至10分鐘。
在形成硬遮罩層之前，可以形成另一個輔助層。在本文中，輔助層可以是含矽的薄層。例如，輔助層可以是由氮化矽或氧化矽形成的薄膜。
另外，在形成輔助層之前，可以進一步形成底部抗反射塗層(BARC)。
隨後，將抗蝕劑層施用到硬遮罩層上。該抗蝕劑層可以是包括感光材料的放射性射線敏感的成像層。
隨後，藉由使抗蝕劑層曝光和顯影來形成抗蝕劑圖案。
隨後，利用抗蝕劑圖案作為遮罩選擇性地除去硬遮罩層。在本文中，當形成有輔助層和/或底部抗反射塗層時，可以將它們一起除去。結果，可以使材料層的一部分暴露。
隨後，對材料層的暴露部分進行蝕刻。在本文中，可以藉由使用蝕刻氣體的乾式蝕刻方法來進行蝕刻，並且該蝕刻氣體可以是CHF3 、CF4 、CH4 、Cl2 、BCl3 或其混合氣體。
隨後，藉由使用典型的剝離方法除去硬遮罩層和抗蝕劑層來形成由材料層所形成的多個圖案。
該多個圖案可以是不同的，如金屬圖案、半導體圖案或絕緣圖案，並且它們可以是半導體積體電路元件內部的不同圖案。當半導體積體電路元件包括多個圖案時，該圖案可以是例如金屬線、半導體圖案或包括接觸孔、斜交孔和金屬鑲嵌溝道的絕緣層。
在下文中將參考實施例對本發明進行更詳細的說明。然而，這些實施例是本發明的示例性實施方式且不是意在進行限制。
含芳環化合物的合成 合成例1
將帶有機械攪拌器和冷凝器的1L三頸燒瓶浸入到90℃油恒溫器中。然後，將30.6g(0.1mol)羥甲基苯并苝、57.19g(0.3mol)2-萘醯氯和79.8g(0.6mol)三氯化鋁加入到1000g甲苯中。用攪拌器攪拌溶液10小時以進行反應。當反應完成時，用水除去三氯化鋁以獲得化合物，並將37.83g(1.0 mol)硼氫化鈉加入到該化合物中。使混合物反應17小時。反應之後，用水和甲醇的混合物除去反應副產物，從而獲得由以下化學式1a表示的含芳環化合物。
該含芳環化合物的分子量為770。
合成例2
根據與合成例1中相同的方法製備由以下化學式1b表示的含芳環化合物，不同之處在於，用25.2g(0.1mol)二萘嵌苯(苝)代替30.6g(0.1mol)羥甲基苯并苝，並且用26.4g(0.1mol)芘醯氯(pyrenoylchloride)代替57.19g(0.3 mol)2-萘醯氯。
該含芳環化合物的分子量為498。
合成例3
藉由用27.6g(0.1mol)苯并苝代替30.6g(0.1mol)羥甲基苯并苝，並且用79.2g(0.3mol)芘醯氯代替57.19g(0.3mol)2-萘醯氯，根據與合成例1中相同的方法製備由以下化學式1c表示的含芳環化合物。
該含芳環化合物的分子量為966。
合成例4
藉由用27.6g(0.1mol)苯并苝代替30.6g(0.1mol)羥甲基苯并苝，並且用76.25g(0.4mol)2-萘醯氯代替57.19g(0.3mol)2-萘醯氯，根據與合成例1中相同的方法製備由以下式1d表示的含芳環化合物。
該含芳環化合物的分子量為900。
合成例5
藉由用20.2g(0.1mol)芘代替30.6g(0.1mol)羥甲基苯并苝，並且用67.61g(0.2 mol)苯并苝醯氯代替57.19g(0.3mol)2-萘醯氯，根據與合成例1中相同的方法製備由以下式1e表示的含芳環化合物。
該含芳環化合物的分子量為810。
比較合成例1
在帶有冷凝器、機械攪拌器、用於以逐滴的方式添加的300ml漏斗、以及氮氣引入裝置的1L四頸燒瓶中有氮氣流過，將8.75g(0.05mol)α,α'-二氯對二甲苯、26.66g的氯化鋁和200g γ-丁內酯置於其中並將其攪拌在一起。
10分鐘之後，將藉由將35.03g(0.10 mol)4,4'-(9-亞芴基)聯苯酚溶解於200g γ-丁內酯中而製備的溶液逐滴添加到反應物中。在115℃下攪拌混合物13小時以進行聚合。
在反應之後，使用水從聚合的反應物中除去酸。利用蒸發器對所得產物進行濃縮。然後，用甲基戊基酮和甲醇稀釋聚合產物，並將濃度為15 wt%的甲基戊基酮/甲醇溶液以4/1的重量比添加到其中以調節其濃度。將所得溶液置於3 L分液漏斗中，並將正庚烷添加到其中以除去包括單體的低分子量產物，從而獲得重均分子量為12,000且多分散性為2.0並由以下化學式1f表示的聚合物。
比較合成例2
將帶有溫度計、冷凝器和機械攪拌器的500ml三頸燒瓶浸入到溫度範圍為90~100℃的油恒溫器中。然後，將恒溫器放在加熱板上，並利用攪拌棒進行攪拌，同時保持相同的溫度。在這裡，控制冷凝器中的冷卻水具有5℃的固定溫度。
然後，將28.32g(0.14mol)芘、28.83g(0.2mol)2-萘酚和12.08g(0.4mol)多聚甲醛放入該三頸燒瓶中，並將藉由將0.57g(3mmol)對甲苯磺酸一水合物溶解於163g丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)中而製備的溶液添加到三頸燒瓶中。將混合物攪拌18小時以進行聚合。
然後，每隔1小時從聚合產物中取樣。當其平均分子量為2500~3500時，反應完成。在這裡，藉由如下方式來測量重均分子量：從聚合產物中取1g樣品，並將其驟冷至室溫，然後取0.02g樣品並用四氫呋喃(THF)對其進行稀釋直到其具有4 wt%的固體。
當聚合反應完成時，在室溫下使反應物緩慢冷卻。
將反應物放入40g蒸餾水和400g甲醇中。劇烈攪拌該混合物，然後使其靜置。接著，在除去上清液之後，將沉澱物溶解於80g丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)中並使用320g甲醇進行劇烈攪拌，然後，使其靜置(第一次)。在這裡，再次除去新獲得的上清液之後，將沉澱物溶解於80g丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)中(第二次)。當將第一次和第二次過程看作一次迴圈提純過程時，總共進行三次提純過程。
將純化的聚合物溶解於80g丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)中，並在減壓下除去留在溶液中的甲醇和蒸餾水，從而獲得由以下化學式1g表示的聚合物。
利用凝膠滲透層析法(GPC)測量聚合物的重均分子量和多分散性。結果，其重均分子量為4,000的且多分散性為1.75。
硬遮罩組成物的製備 實施例1
將0.8g合成例1的含芳環化合物溶解於9g丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)中。對溶液進行過濾，從而製備硬遮罩組成物。
實施例2
利用合成例2的含芳環化合物代替合成例1的含芳環化合物，根據與實施例1相同的方法製備硬遮罩組成物。
實施例3
利用合成例3的含芳環化合物代替合成例1的含芳環化合物，根據與實施例1相同的方法製備硬遮罩組成物。
實施例4
利用合成例4的含芳環化合物代替合成例1的含芳環化合物，根據與實施例1相同的方法製備硬遮罩組成物。
實施例5
利用合成例5的含芳環化合物代替合成例1的含芳環化合物，根據與實施例1相同的方法製備硬遮罩組成物。
比較例1
利用比較合成例1的含芳環化合物代替合成例1的含芳環化合物，根據與實施例1相同的方法製備硬遮罩組成物。
比較例2
利用比較合成例2的含芳環化合物代替合成例1的含芳環化合物，根據與實施例1相同的方法製備硬遮罩組成物。
硬遮罩層的形成
藉由分別將實施例1至5以及比較例1和2的硬遮罩組成物旋塗到其中形成有氮化矽層的矽晶片上，並在400℃下烘烤60秒來形成厚度為約2500的每一硬遮罩層。
評價-1
測量由根據實施例1至5製備的硬遮罩組成物形成的硬遮罩層的折射率(n)和消光係數(k)。在照射光為193nm和248nm時，使用橢圓偏振儀(由J.A. Woollam公司製造)測量折射率和消光係數。
結果示於下表1。
參見表1，對於193nm和248nm的光，由根據實施例1至5製備的硬遮罩組成物形成的硬遮罩層表現出適合於硬遮罩層的折射率(n)和消光係數(k)。
抗蝕劑圖案的形成
藉由分別將實施例1至5以及比較例1和2的硬遮罩組成物施用到其中形成有氮化矽層的矽晶片上，並在400℃下烘烤60秒來形成厚度為5000的硬遮罩層。
利用ArF專用抗蝕劑塗布各硬遮罩層的上表面，然後將該硬遮罩層在110℃下烘烤60秒，並使用作為ArF曝光設備的ASML 1250(FN70 5.0 active，NA0.82)進行曝光。隨後，用2.38 wt%的四甲基氫氧化銨(TMAH)水溶液顯影以提供抗蝕劑圖案。
評價-2
觀察隨曝光量變化的曝光寬容度(EL)裕度和隨距光源的距離變化的聚焦深度(DoF)裕度。另外，利用FE-SEM觀察圖案化的硬遮罩層中是否發生底切。
將結果示於下表2中。
參見表2，與由根據比較例1和2製備的硬遮罩組成物形成的硬遮罩層相比，由根據實施例1至5製備的硬遮罩組成物形成的硬遮罩層表現出高EL裕度和DoF裕度。而且，在由根據實施例1至5製備的硬遮罩組成物形成的硬遮罩層中未觀察到底切。而是觀察到優異的剖面。
圖案的形成
利用圖案化的硬遮罩層作為遮罩和CHF3 /CF4 混合氣體進行氮化矽層的乾蝕刻。
隨後，利用氧氣(O2 )剩餘的有機材料全部除去。
評價-3
使用FE-SEM對硬遮罩層和氮化矽層的圖案進行檢查。結果示於下表3。
從表3中可看出，由根據比較例1製備的硬遮罩組成物形成的硬遮罩層和硬遮罩層下面的氮化矽層不是以垂直形狀各向異性地被圖案化，而是形成錐形，而由根據實施例1至5製備的硬遮罩組成物形成的硬遮罩層和硬遮罩層下面的氮化矽層都是以垂直形狀各向異性地被圖案化。
從以上事實可看出，當使用根據實施例1至5製備的硬遮罩組成物時，具有對蝕刻氣體的充分抗性並且可很好地進行蝕刻過程。另一方面，當使用根據比較例1製備的硬遮罩組成物時，對蝕刻氣體的抗性不夠，而這會導致對以適當形狀使氮化矽層圖案化的蝕刻選擇性不夠。
儘管以目前認為是可實施的示例性實施方式描述了本申請公開內容，但是應理解，本發明不限於所公開的實施方式，而是相反，本發明旨在包括所附權利要求的精神和範圍內的各種修改和等同安排。

Claims (15)

  1. 一種硬遮罩組成物，包含：由以下化學式1表示的含芳環化合物和溶劑： 在化學式1中，A是取代的或未取代的芳環基團，R1 至R6 各自獨立地是取代或未取代的C1至C20烷基、取代或未取代的C3至C30環烷基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C3至C30環烯基、取代或未取代的C7至C20芳烷基、取代或未取代的C1至C20雜烷基、取代或未取代的C2至C30雜環烷基、取代或未取代的C2至C30雜芳基、取代或未取代的C2至C30烯基、取代或未取代的C2至C30炔基、取代或未取代的C1至C30烷氧基、或它們的組合；X1 至X6 各自獨立地是取代的或未取代的C1至C20烷基、取代或未取代的C3至C30環烷基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C1至C30烷氧基、取 代或未取代的C1至C20烷基胺基、氨基、羥基、或它們的組合；n1 至n6 各自獨立地是0或1，並且1n1 +n2 +n3 +n4 +n5 +n6 6。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的硬遮罩組成物，其中，所述A是選自以下組1所示之取代或未取代的芳環基團之一：
  3. 如申請專利範圍第1項所述的硬遮罩組成物，其中，所述含芳環化合物是一單體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的硬遮罩組成物，其中，所述含芳環化合物的分子量為300至4000。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的硬遮罩組成物，其中，基於所述硬遮罩組成物的總量，所述含芳環化合物和所述溶劑的量分別為1wt%至20wt%和80wt%至99wt%。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的硬遮罩組成物，其中，所述溶劑包含選自丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)、丙二醇單甲醚(PGME)、環己酮、和乳酸乙酯中的至少一種。
  7. 一種用於形成圖案的方法，包括：在一基材上提供一材料層，在所述材料層上形成一硬遮罩層，所述硬遮罩層包含由以下化學式1表示的含芳環化合物；在所述硬遮罩層上形成一抗蝕劑層；藉由使所述抗蝕劑層曝光和顯影來形成一抗蝕劑圖案；藉由使用所述抗蝕劑圖案而選擇性地除去所述硬遮罩層；以及暴露所述材料層的一部分；並對所述材料層的所述暴露部分進行蝕刻， 在化學式1中，A是取代的或未取代的芳環基團，R1 至R6 各自獨立地是取代或未取代的C1至C20烷基、取代或未取代的C3至C30環烷基、取代或未取代的 C6至C30芳基、取代或未取代的C3至C30環烯基、取代或未取代的C7至C20芳烷基、取代或未取代的C1至C20雜烷基、取代或未取代的C2至C30雜環烷基、取代或未取代的C2至C30雜芳基、取代或未取代的C2至C30烯基、取代或未取代的C2至C30炔基、取代或未取代的C1至C30烷氧基、或它們的組合，X1 至X6 各自獨立地是取代的或未取代的C1至C20烷基、取代或未取代的C3至C30環烷基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C1至C30烷氧基、取代或未取代的C1至C20烷基胺基、氨基、羥基、或它們的組合，n1 至n6 各自獨立地是0或1，並且1n1 +n2 +n3 +n4+n5 +n6 6。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中，所述A是選自下組1所示之取代或未取代的芳環基團之一，
  9. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中，所述含芳環化合物是一單體。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中，所述含芳環化合物的分子量為300至4000。
  11. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中，所述溶劑包含選自丙二醇單甲醚乙酸酯(PGMEA)、丙二醇單甲醚(PGME)、環己酮、和乳酸乙酯中的至少一種。
  12. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中，所述硬遮罩層是藉由旋塗方法形成的。
  13. 如申請專利範圍第7項所述的方法，進一步包括在形成所述抗蝕劑層之前，在所述材料層上形成含矽的輔助層。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的方法，進一步包括在形成所述硬遮罩層之前，形成底部抗反射塗層(BARC)。
  15. 一種半導體積體電路元件，包括經由如申請專利範圍第7項之方法所形成的圖案。
TW100141842A 2010-12-16 2011-11-16 硬遮罩組成物和形成圖案之方法，以及包含該圖案之半導體積體電路元件（二） TWI468871B (zh)

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