[发明专利]用于抗反射或吸收辐射涂层的组合物及用于该组合物的化合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于抗反射或吸收辐射涂层的组合物；该组合物用于形成一种抗反射或吸收辐射涂层、一种单体染料、一种聚合染料或一种硬化剂化合物；一种形成抗反射或吸收辐射涂层的制备方法；以及利用这种抗反射或吸收辐射涂层制备抗蚀层图形或集成电路元件的方法。

现有技术

在半导体生产领域中，为了获得高集成化的集成电路，抗蚀层图形大小的小型化技术已得到研究，并且正在进行采用诸如远紫外线的短波长曝光工具开发和改进平版的方法。已知当远紫外线曝光时，对远紫外线(100～300nm)敏感的阴、阳极-工作化学放大光致抗蚀剂，因其高性能而显示出良好的特性。当这样的曝光工具结合了高性能的化学放大抗蚀层时，就能具有低于四分之一微米的几何图形。这样就产生了需要解决达到高分辨率的几个其它问题：一个在衬底表面受入射光和反射光干扰而产生的被称为“驻波”的在现有技术中是已知的问题；另一个问题是由于薄膜从高平面到无平面衬底而产生的干扰效果，因此在单层抗蚀层方法中控制抗蚀层图形均匀、线宽的限定是困难的。这些问题已受到很好地记录。参见，例如：《固态技术》1991年第57页，作者M·霍恩(M.Horn)；《会刊SPIE》，第1466卷(1991年)第297页，作者T·布伦纳(T.Brunner)。另外，由被称作反射刻痕的形状特性的光反射角而产生的图形失真由M·波尔森(M.Bolsen)，G·布尔(G.Buhr)，H·梅雷姆(H.Merrem)和K·范韦登(K·Van Werdem)在1986年2月的《固态技术》第83页中的讨论。

正如美国专利第4,575,480号、第4,882,260号等所述，能克服上述问题的方法之一是将染料加到这种光致抗蚀剂中。当一种染料加入光致抗蚀剂中而形成一种具有曝光波长的高光密度光致抗蚀剂时，造成这种抗蚀剂失去光敏性。当烘烤膜时，薄膜难以硬化，在碱性显影剂中抗蚀层变薄，染料升华。正如美国专利第4,370,405号所述，另一个克服这种问题的技术是形成的图形在反射形状方面是用顶面成像(TSI)方法和多层抗蚀层(MLR)形成方法。这种方法有助于防止与折射系数有关的问题，该方法不仅复杂，而且费用高，不是一个优选的方法。在半导体生产过程中，单层抗蚀层(SLR)方法被普遍应用，因为这种方法简单且成本低。

另一个取消光干扰的方法是通过应用所谓的底层抗反射涂层(BARC)降低衬底的反射性。这些涂层具有吸收光的性质，它通过光致抗蚀剂而不反射回去。已知这些涂层包括无机和有机两种类型，无机类包括如氮化钛(TiN)、氧氮化钛(TiNO)、钨化钛(TiW)和厚度为300埃的无机聚合物。例如见C·诺尔斯彻(C·Nolscher)等人的《会刊SPIE》(1989年)第1086卷第242页；K·巴瑟(K·Bather)，H·施赖伯(H·Schreiber)的《薄固体膜》(1991年)200,93；和G·切赫(G·Czech)等的《微电子工程》(1993年)21卷51页。另一些无机涂层的例子是钛，氧化铬，碳和α-硅。这些无机抗反射涂层一般用真空蒸发法、化学蒸汽沉积(CVD)、溅涂等方法形成。然而，这种无机抗反射涂层有这样的问题，如在这种抗蚀层涂层的现有技术中，需要严格地控制膜的厚度、膜的均匀性、特殊的沉淀设备、以及复合的粘合促进剂技术，前述的抗蚀层涂层，干蚀刻法可以分离并进行图形转化步骤。一些无机涂层显示了导电性，这种导电的涂层不适用在上述的抗反射涂层生产集成电路元件。

有机反射涂层通常通过加入具有曝光波长吸收光的染料而形成一种聚合涂层，[《会刊SPIE》(1985)539卷第342页]，在衬底上能用与抗蚀层涂层同样的方法产生这种有机抗反射涂层，因此不需用特殊的设备。这些掺合染料的涂层存在以下问题：(1)在旋涂涂层时聚合物和染料成份的分离；(2)染料溶解于抗蚀层溶剂；(3)热扩散进入烘烤过程的抗蚀层。所有这些都会引起抗蚀层性能下降，因此通过添加含有染料的聚合物涂层的组合物而形成抗反射涂层的方法不是一个优选的方法。