[发明专利]具有改善的热稳定性可用作硬掩膜的含旋涂式无机氧化物的组合物和填充材料

说明书

本发明涉及一种组合物，其包含：组分a.c.和d；以及任选的组分b，其中，组分a.是具有结构(I)的金属化合物，任选的组分b，是具有结构(VI)的多元醇添加剂，组分c.是高性能聚合物添加剂，并且组分d.是溶剂。本发明进一步涉及在制造电子器件的方法中使用这样的组合物，所述方法通过在半导体基底上形成包含金属氧化物的高K材料的图案化膜，或通过形成覆盖在半导体基底上的包含金属氧化物的图案化层，所述组合物可以用于用氟等离子体选择性地蚀刻半导体基底。

发明领域

本发明涉及一种组合物，其包含可溶性多配位体取代的金属化合物，高性能的任选的多元醇添加剂，和溶剂，其可用作高K金属氧化物的空气稳定的前体。这些前体对于沟槽或通过微光刻特征显示出改善的空隙填充能力，并且在处理这些填充的光刻特征之后，可以在不采用化学气相沉积(CVD)的情况下产生包含图案化的高K金属氧化物的基底。这些材料也可以用作硬掩模材料。

背景

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

作为示例，光刻胶组合物用于微光刻方法中以制造小型化的电子组件，例如用于计算机芯片和集成电路的制造中。通常，将光刻胶组合物的薄涂层施加至基底，例如用于制造集成电路的硅晶片。然后将涂覆的基底烘烤以从光刻胶中除去所需量的溶剂。然后将基底上的光刻胶膜成像曝光于光化辐射，例如可见光，紫外光，远紫外光，电子束，粒子束和X射线辐射，并显影以形成图案。辐射在光刻胶的曝光区域中引起化学转变。用显影剂溶液处理曝光的涂层，以溶解和去除光刻胶的辐射曝光或未曝光区域。

半导体器件小型化的趋势已导致使用对越来越短的辐射波长敏感的新型光刻胶，并且还导致使用复杂的多级系统来克服与这种小型化相关的困难。

光刻中的吸收性抗反射涂层和底层用于减少从经常是高反射性的基底反射的辐射引起的问题。反射的辐射会导致薄膜干涉效应和反射缺口。薄膜干涉或驻波由于光刻胶膜中总光强度随光刻胶厚度的变化导致临界线宽尺寸的变化。反射和入射曝光辐射的干涉会导致驻波效应，该效应使得沿厚度使辐射均匀性改变。当在包含形貌特征的反射基底上对光刻胶进行图案化时，反射刻痕变得严重，其通过光刻胶膜使光散射，导致线宽变化，并且在极端情况下，形成完全失去所需尺寸的区域。涂覆在光刻胶下方和反射基底上方的抗反射涂层膜大大改善了光刻胶的光刻性能。通常，将底部抗反射涂层施加在基底上并固化，然后施加光刻胶层。将光刻胶成像曝光并显影。然后通常使用各种蚀刻气体对暴光区域中的抗反射涂层进行干法蚀刻，从而将光刻胶图案转印到基底上。

包含大量难熔元素的底层可用作硬掩模以及抗反射涂层。当上面的光刻胶不能提供足够高的抗干蚀刻性时，硬掩模是有用的，该干蚀刻用于将图像转印到下面的半导体基底中。在这种情况下，使用一种被称为硬掩模的材料，其抗蚀刻性足够高以将其上产生的任何图案转印到下面的半导体基底中。这是可能的，因为有机光刻胶不同于下面的硬掩模，并且可以找到一种蚀刻气体混合物从而允许将光刻胶中的图像转印到下面的硬掩模中。然后，可以在适当的蚀刻条件和气体混合物下使用该图案化的硬掩模，以将图像从硬掩模转印到半导体基底中，光刻胶本身仅通过单个蚀刻方法不能完成这一任务。

在新的光刻技术中正在使用多个抗反射层和底层。在光刻胶不能提供足够的抗干蚀刻性的情况下，用作硬掩模并且在基底刻蚀期间具有高抗蚀刻性的光刻胶底层和/或抗反射涂层是优选的。一种方法是将硅，钛或其他金属材料结合到有机光刻胶层下面的层中。此外，可以在含金属的抗反射层下面放置另一个高碳含量的抗反射层或掩模层，例如使用三层高碳膜/硬掩模膜/光刻胶来改善成像方法的光刻性能。常规的硬掩模可以通过化学气相沉积例如溅射来施加。然而，旋涂相对于前述常规方法的相对简单性使得非常需要开发一种新的在膜中具有高浓度的金属材料的旋涂硬掩模或抗反射涂层。

已经显示包含金属氧化物的用于半导体应用的底层组合物提供抗干蚀刻性以及抗反射性能。然而，已经发现形成金属氧化物膜的常规可溶性金属化合物例如金属醇盐对于空气中的水分非常不稳定，因此产生各种问题，包括保存期限稳定性，涂覆问题和性能缺陷。金属氧化物在半导体工业中通常使用和接受的溶剂中具有溶解性问题。