[发明专利]一种硬掩膜单体和组合物及图案形成方法

说明书

本发明属于光刻领域，公开了一种硬掩膜单体和组合物及图案形成方法。所述硬掩膜组合物含有式(1)所示的硬掩膜单体、聚合物以及溶剂，式(1)中，Ar₁和Ar₂各自独立地表示碳原子数为6‑30的芳基，m为1‑4的整数。本发明提供的硬掩膜组合物兼具有优异的耐刻蚀性能、间隙填充特征和平坦化特征。

技术领域

本发明属于光刻领域，具体涉及一种硬掩膜单体和组合物及图案形成方法。

背景技术

在半导体制造工艺中，为获得精细的高纵横比的刻蚀图案，通常采用多层硬掩膜堆叠的工艺。典型堆叠结构为双层结构或三层结构。对于双层结构，下层是通过化学气相沉积形成的无定型碳层，上层是能实现图案的光刻抗蚀剂层；对于三层结构，下层是通过化学气相沉积形成的厚的无定型碳层，中间层是薄的富硅层，上层是能实现图案的薄光刻抗蚀剂层。薄光致抗蚀剂层足以使富硅层图案化，因此可以避免图案坍塌；富硅层依序被用做硬掩膜，实现下层碳的图案化；通过已图案化的碳层为硬掩膜，最终在晶圆上得到高纵横比的图案。

上述工艺中的硬掩膜层通常是通过化学气相沉积制备的。通过化学气相沉积方法制备的硬掩膜层具有优异的耐刻蚀性和刻蚀选择性，但在也存在一些问题，例如粒子污染以及启动设备投资巨大。因此，近年来，化学气相沉积的硬掩膜材料逐渐被旋涂硬掩膜材料替代。旋涂硬掩膜材料需要具有在一般溶剂中良好的溶解性，与光刻胶接近的干刻蚀速率的选择比、或具有比光刻胶小的干刻蚀速率的选择比、以及比半导体衬底小的干刻蚀速率的选择比。

此外，在光刻工艺中，对平坦度的要求很高。严重的高低差会导致光致抗蚀剂厚度不同，而厚度不同将导致关键尺寸(CD)大小存在差异，因此要求旋涂硬掩膜材料具有间隙填充和平坦化特性，而旋涂硬掩膜材料的间隙填充和平坦化特性通常与其溶解性有关，所以已尝试使用溶解度容易控制的单体化合物作为旋涂硬掩膜材料的单体组分。然而，与聚合物相比，单体化合物的耐刻蚀性和耐热性通常略差，需要加以改善以得到综合性能更为优异的硬掩膜组合物。

发明内容

本发明旨在提供一种新的硬掩膜单体和组合物及图案形成方法，该硬掩膜组合物不仅具有高耐刻蚀性，而且还兼具有间隙填充特性和平坦化特性。

具体地，本发明提供了一种硬掩膜单体，所述硬掩膜单体具有式(1)所示的结构：

式(1)中，Ar₁和Ar₂各自独立地表示碳原子数为6-30的芳基，m为1-4的整数。

进一步的，Ar₁和Ar₂各自独立地选自如下组(1)所列基团中的至少一种：

进一步的，所述硬掩膜单体选自如下化学式1-1～化学式1-9中的至少一者：

本发明还提供了一种硬掩膜组合物，其中，所述硬掩膜组合物含有硬掩膜单体、聚合物以及溶剂。

进一步的，所述聚合物为酚醛树脂。

进一步的，所述酚醛树脂的重均分子量为400-5000，多分散度为1.5-2.5。

进一步的，所述聚合物的结构单元选自如下化学式2-1～化学式2-6中的至少一者：

进一步的，所述硬掩膜单体与所述聚合物的重量比为9:1-1:9。

进一步的，以所述硬掩膜组合物的总重量为基准，所述硬掩膜单体和聚合物的总含量为4-25wt％。

进一步的，所述溶剂选自丙二醇单甲醚乙酸酯、丙二醇单甲醚、乳酸乙酯、乳酸丁酯和环己酮中的至少一种。