[发明专利]用于光刻法的可非共价交联的材料

说明书

相关申请 

本申请要求2007年7月30日提交的序列号为60/952667的题为“用于光刻法的缝隙填充材料”的临时申请的优先权，该申请通过参考结合于此。 

发明领域

本发明宽泛地涉及新颖的树脂组合物以及使用该树脂组合物形成非共价交联的组合物的方法，该非共价交联的组合物适用于形成用于光刻法的、可溶于含水碱性显影剂的缝隙填充材料、蚀刻掩模组合物、旋涂碳组合物和减反射涂层组合物。 

发明背景 

1.填充组合物 

集成电路制造商一直试图尽可能增大基材晶片尺寸和尽可能减小器件特征元件尺度，从而提高产率、减小单元包装并增加芯片上计算能力。随着集成电路器件越来越小，对更小尺寸和特征元件集成度提高的多层互连的需求增加。镶嵌集成方案(damascene integration scheme)是使得能够随着设计规律继续缩小集成电路器件而增加基材上的芯片密度的一种方式。该镶嵌法不需要对提供互连的金属层进行蚀刻，允许存在更密集间隔的互连，而且不需要介电缝隙填充材料。 

有两类基本的镶嵌法(damascene process)：单镶嵌和双重镶嵌。单镶嵌法通过形成透过介电层的导电塞来连接至下方导电层从而制造互连。然后形成另一个介电层，在该第二层中对实际互连金属化布线进行图案化。双重镶嵌法构成尺寸小于单镶嵌法的多层互连。在单介电层中形成通孔和沟槽图案，然后在一个步骤中用导电材料如金属填充。双重镶嵌法包括较少的步骤，获得较小、更复杂的集成电路器件，从而降低制造复杂性和成本。 

虽然双重镶嵌法具有这些优点，但是双重镶嵌法使得图案化和蚀刻过程变得更为困难，原因在于特征元件形貌和更复杂的层叠层。已经开发了几种技术 来解决这些问题，包括自对齐双重镶嵌、沟槽优先双重镶嵌和通孔优先双重镶嵌法。自对齐双重镶嵌的应用有限，因为该法要求厚的中间层作为减反射层、接近完美的沟槽和通孔的对齐、以及介电层和蚀刻停止层之间非常高的蚀刻选择性。沟槽优先双重镶嵌法包括首先掩蔽和蚀刻沟槽，然后将通孔图案与新蚀刻的沟槽对齐。成功的沟槽优先双重镶嵌法要求获得非常均匀的沟槽，并且对通孔保持严格的尺度控制，从而要求在介电层和蚀刻停止层之间具有高蚀刻选择性。使用蚀刻停止层也会增大该介电材料的介电常数，可能导致器件故障。 

通孔优先双重镶嵌是一种比较简单的技术，因为通孔在全部层叠层的顶部形成。对通孔进行蚀刻，然后通过光刻法形成沟槽图案。通孔优先双重镶嵌要求一种能在沟槽蚀刻步骤期间保护通孔底部、并且能够平化该表面使得能够更容易地进行沟槽图案化的填充组合物。通常使用一种有机材料来部分或完全填充通孔或接触孔并且保护该底部和侧壁以免在沟槽蚀刻期间进一步受到蚀刻侵袭。在部分填充过程中，缝隙填充材料仅保护通孔的底部，要求连贯的覆盖和深度控制。在完全填充过程中，对通孔进行完全填充并对该层进行平化。这些有机填充材料还可作为底部减反射涂层(如以下讨论)从而减少或消除对沟槽层进行图案化时的图案劣化和线宽变化，前提是该填充材料覆盖介电层表面。填充过程之后，在顶层上进行蚀刻过程。 

用缝隙填充材料填充这些结构之后，用有机减反射涂层涂覆该材料，然后是光刻胶层。对光刻胶进行成像，然后使用反应性离子蚀刻将该图案向下转移至基材中。在这个过程中，几乎总有残余的缝隙填充材料残留在介电层中的结构(通孔或沟槽)中，需要去除。三层法中也会发生这种现象，在三层法中，用旋涂碳材料涂覆基材，该旋涂碳材料而不是缝隙填充材料也填充通孔和沟槽。然后用无机硬掩模层涂覆该旋涂碳层，然后是光刻胶层。 

从通孔和沟槽去除缝隙填充材料或旋涂碳材料的常规方法已有使用高功率氧等离子体，称为“灰法”，该法将这些材料基本燃烧去除。这种技术适合于较早的技术；但是，随着工业向着较低k电介质发展，可能出现问题。例如，这些低k电介质通常是有机物而非无机物，一些是多孔性的。因此，这些新介电材料非常容易发生蚀刻损坏，特别是受到氧灰法的损坏。一种问题是常规清除技术会导致该材料的介电常数增大，抵消了开始使用低k电介质的目的。 

2.减反射涂层 

在光刻胶图案化步骤过程中，必需通过使用减反射涂层控制来自下方材料 的反射以防止光刻胶图案的扭曲。如果缝隙填充材料具有合适的光吸收性质，则也可作为减反射层。或者，可以在施用光刻胶之前在缝隙填充材料上施用减反射层。虽然减反射涂层能有效地防止或尽可能减小反射，但是它们的使用要求在该过程中增加额外的突破步骤以去除该涂层。这必然导致处理成本增加。