[发明专利]金属硬掩模组合物和用于在半导体基底上形成精细图案的方法

说明书

本发明涉及具有改进的稳定性的新的组合物，其包含可溶性多配体取代的金属化合物、多元醇化合物和溶剂，其用于将材料填充在具有微光刻特征的良好沟槽或通孔填充特性的光致抗蚀剂图案上，其中填充图案在基于氧的等离子体中具有良好的耐等离子体蚀刻性，并且用作在半导体基底上形成精细图案中的硬掩模，所述精细图案通过该硬掩模的图案转移形成。本发明还涉及在用于制造电子器件的方法中使用该组合物。

发明领域

本发明涉及包含多元醇添加剂和可溶性多配体取代的金属化合物的组合物，其用作金属硬掩模，其显示对于沟槽或通孔(via)微光刻特征的改进的空隙填充能力，以及在基于氧的等离子体中的良好的耐等离子体蚀刻性；这些组合物用于通过硬掩模的图案转移在半导体基底上形成精细图案中的方法。

背景

金属氧化物膜可用于半导体工业中的各种应用，例如光刻硬掩模、用于抗反射涂层的底层和电光器件。

作为实例，光致抗蚀剂组合物用于微光刻工艺中，用于制造小型化的电子部件，例如用于计算机芯片和集成电路的制造中。通常，将光致抗蚀剂组合物的薄涂层施加到基底，如用于制造集成电路的硅晶片。然后烘烤涂覆的基底以从光致抗蚀剂中去除希望量的溶剂。然后将基底上的光致抗蚀剂膜成影像地暴露于光化辐射，例如可见光、紫外线、极紫外线、电子束、粒子束和X射线辐射，并显影以形成图案。辐射引起光致抗蚀剂的暴露区域中的化学转化。用显影剂溶液处理暴露的涂层以溶解和去除光致抗蚀剂的暴露于辐射或未暴露于辐射的区域。

半导体器件小型化的趋势导致对越来越短的辐射波长敏感的新光致抗蚀剂的使用，并且还导致复杂的多级系统的使用，以克服与这种小型化有关的困难。

光刻中的吸收抗反射涂层和底层被用于减少由通常高反射性的基底反射的辐射引起的问题。反射的辐射导致薄膜干涉效应和反射性刻痕。当光致抗蚀剂的厚度变化时，薄膜干涉或驻波导致光致抗蚀剂膜中总光强度变化引起的临界线宽度尺寸的变化。反射和入射曝光辐射的干扰可以引起驻波效应，其使得贯穿厚度的辐射的均匀性变形。光致抗蚀剂在包含形貌特征的反射基底上图案化时，反射性刻痕变得严重，所述形貌特征通过光致抗蚀剂膜散射光，导致线宽变化，并且在极端情况下，形成希望的尺寸完全损失的区域。涂覆在光致抗蚀剂下方和反射基底上方的抗反射涂层膜为光致抗蚀剂的光刻性能提供显著的改进。通常，将底部抗反射涂层施加在基底上并固化，然后施加一层光致抗蚀剂。光致抗蚀剂成影像地曝光和显影。然后通常使用各种蚀刻气体对暴露区域中的抗反射涂层进行干蚀刻，从而将光致抗蚀剂图案转移到基底。

含有大量耐熔元素的底层可用作硬掩模以及抗反射涂层。当上覆的光致抗蚀剂不能提供对用于将图像转移到下面的半导体基底中的干蚀刻的足够高的耐受性时，硬掩模是有用的。在这种情况下，使用称为硬掩模的材料，其耐蚀刻性足够高以将在其上产生的任何图案转移到下面的半导体基底中。这因为有机光致抗蚀剂不同于下面的硬掩模而成为可能，并且可以找到允许将光致抗蚀剂中的图像转移到下面的硬掩模中的蚀刻气体混合物。然后，该图案化的硬掩模可以与适宜的蚀刻条件和气体混合物一起使用，以将图像从硬掩模转移到半导体基底中，这是光致抗蚀剂本身用单一蚀刻法无法实现的任务。

在新的光刻技术中使用了多个抗反射层和底层。在光致抗蚀剂不能提供足够的抗干蚀刻性的情况下，优选充当硬掩模并且在基底蚀刻期间具有高耐蚀刻性的光致抗蚀剂的底层和/或抗反射涂层。一种方法是将硅、钛或其它金属材料掺入有机光致抗蚀剂层下面的层中。此外，另一种高碳含量抗反射或掩模层可以放置在含金属抗反射层的下面，例如使用高碳膜/硬掩模膜/光致抗蚀剂的三层来改进成像过程的光刻性能。常规的硬掩模可以通过化学气相沉积，如溅射来施加。然而，旋涂相对于上述常规方法的相对简单性使得开发在膜中具有高浓度金属材料的新的旋涂硬掩模或抗反射涂层非常理想。