[发明专利]酚系自交联高分子及包含其的抗蚀剂下层膜组合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种酚系自交联高分子，更具体地说，涉及即使没有用于固化高分子的添加剂，也在加热时引起自交联反应的酚系自交联高分子及包含其的抗蚀剂下层膜组合物。

背景技术

随着半导体设备的小型化及集成化引起的图案的大小变小，为了防止光致抗蚀剂图案的坍塌现象，使光致抗蚀剂膜及图案的厚度逐渐变薄。但是，由于使用变薄的光致抗蚀剂图案来蚀刻（etch）被蚀刻层是困难的，所以在光致抗蚀剂与被蚀刻层之间导入耐蚀刻性强的无机物或有机物膜质，将该膜质称为下层膜，所谓下层膜工艺是在使用光致抗蚀剂图案来蚀刻下层膜并图案化后，使用下层膜的图案来蚀刻被蚀刻层的工艺。上述下层膜工艺中使用的下层膜的材质是氮化硅、氮氧化硅、多晶硅、氮化钛、无定形碳（amorphous carbon）等，通常，由化学气相沉积（chemical vapor deposition：CVD）法制备。

虽然根据上述化学气相沉积法生成的下层膜在蚀刻选择性以及耐蚀刻性方面具有的良好物性，但是存在颗粒问题、初期投资费用问题等几个问题。作为用于解决该问题的方法，可以使用如下的方法：使用可旋涂的旋涂碳（spin-on-carbon）下层膜组合物来代替上述沉积式下层膜，形成旋涂碳下层膜。上述旋涂下层膜（旋涂碳下层膜）虽然在耐蚀刻性方面难以表现出与CVD工艺中所形成的下层膜相同的性能，但是由于以溶液状态涂覆，因此具有更均一的涂覆性，具有改善薄膜表面的粗糙度的优点。而且，与化学气相沉积法相比，初期投资费用少，具有经济性的优点。

为了形成上述旋涂碳下层膜，需要一种满足高蚀刻选择比及热稳定性、对常规的有机溶液的溶解性、保存稳定性、粘接性等特性的旋涂碳下层膜组合物。为了满足这种特性，目前在旋涂碳下层膜组合物中使用碳含量及极性高、热稳定性高的酚系高分子，虽然目前对酚系高分子进行各种研究，但是，在常规的旋涂碳下层膜组合物的情况下，包含用于进行固化工艺的额外的添加剂，在该情况下，添加剂不仅存在使下层膜的耐蚀刻性变差的担忧，而且在高温烘烤时，随着不参与固化反应的添加剂升华产生气体（out gassing），存在下层膜污染及设备污染的担忧。

发明内容

技术课题

因此，本发明的目的是提供一种即使没有用于固化高分子的添加剂，也可以通过加热（烘烤）来进行自交联反应，从而耐蚀刻性优异、固化时气体产生量少的酚系自交联高分子及包含其的抗蚀剂下层膜组合物。

解决课题的方法

为了实现上述目的，本发明提供选自由以下述化学式1表示的高分子、以下述化学式2表示的高分子和以下述化学式3表示的高分子组成的组中的酚系自交联高分子。

[化学式1]

[化学式2]

[化学式3]

上述化学式1至3中，R₁、R₂、R₄、R₅、R₈及R₉各自独立地为氢原子或者包含或不包含杂原子的碳数1至20的直链型、支链型、单环型或多环型的饱和或不饱和烃基；R₃、R₇及R₁₀各自独立地为包含或不包含杂原子的碳数1至30的直链型、支链型、单环型或多环型的饱和或不饱和烃基；R₆是碳数1至40的直链型、支链型、单环型或多环型的饱和或不饱和烃基；m是1或者2，在m为2的情况下，各m重复单元可以直接连接或者可以通过碳数1至40的直链型、支链型、单环型或多环型的饱和或不饱和烃基连接；n是0至100的整数。

发明效果

根据本发明的酚系自交联高分子是将酚系高分子羟基的氢原子以氰酸酯基取代、或者将酚系高分子羟基的α位氢原子以烯丙基（allyl group）取代而成的，因此，即使没有用于高分子固化（交联）的添加剂，也可以在加热（bake，烘烤）时引起固化，且热稳定性优异。因此，上述包含酚系自交联高分子及有机溶剂的根据本发明的抗蚀剂下层膜形成用组合物适合作为要求热稳定性的旋涂碳下层膜组合物，且由于不包含固化剂，因此在固化或后续工艺时（以约400℃加热）气体产生量少。此外，具有借助于上述高分子的自交联的高蚀刻选择比，填凹（gab-fill）时平坦化（planarization）性能优异。

附图说明

图1至3分别为根据本发明的实施例7和11、以及比较例1的下层膜样品的热重分析法（TGA）曲线图。