[发明专利]图案化的无机层、基于辐射的图案化组合物和相应方法

说明书

相关申请案的交叉参考

本申请案主张斯托文思(Stowers)等人的标题为“可光图案化的无机硬掩模(Photopatternable Inorganic Hardmask)”的同在申请的美国临时专利申请案第61/350,103号的优先权，所述申请案以引用的方式并入本文中。

有关政府权利的声明

本文中描述的发明的研究至少部分通过美国国家科学基金会(U.S.National Science Foundation)许可DGE-0549503和IIP-0912921得到了政府支持，且美国政府对本发明享有某些权利。

技术领域

本发明涉及图案化的无机层，其可用于形成装置元件和/或作为抗蚀剂来有助于其它材料的图案化。本发明还涉及用于执行图案化的基于辐射的方法，以及可沉积形成一种涂层的前驱物溶液，所述涂层可用辐射以极高分辨率图案化。

背景技术

为了形成基于半导体的装置以及其它电子装置，一般将材料图案化以整合结构。因此，这些结构一般是通过连续沉积和蚀刻步骤的反复过程形成，在这一过程中，图案由各种材料形成。以此方式，大量装置可形成于较小区域中。此项技术中的一些进展可涉及减少装置的占地面积，而这是增强性能所需的。

有机组合物可用作辐射图案化抗蚀剂，由此使用辐射图案来改变与图案相对应的有机组合物的化学结构。举例来说，半导体晶片的图案化工艺会需要从有机辐射敏感性材料的薄膜中所需图像的石版转印。抗蚀剂图案化一般涉及数个步骤，包括将抗蚀剂暴露于所选能源(诸如经由掩模)，以记录潜像，随后显影和去除抗蚀剂的所选区域。对于正色调抗蚀剂，暴露的区域经变换以使这些区域可选择性地去除，而对于负色调抗蚀剂，未暴露的区域可更易去除。

一般说来，可以用辐射、活性气体或液态溶液来使图案显影，以去除抗蚀剂的选择性敏感部分，而抗蚀剂的其它部分则充当保护性抗蚀刻层。然而，液体显影剂可有效用于图像显影。可通过保护性抗蚀层其余区域中的窗口或间隙选择性蚀刻衬底。或者，可通过保护性抗蚀层其余区域中显影的窗口或间隙，将所需材料沉积于底层衬底的暴露区域中。最后，去除保护性抗蚀层。可重复这一工艺，形成额外的图案化材料层。功能性无机材料可以使用化学气相沉积法、物理气相沉积法或其它所需方法来沉积。也可使用额外的加工步骤，诸如沉积导电材料或植入掺杂剂。在微纳制造领域中，为了获得高集成密度和改进电路功能，集成电路中的特征尺寸已变得很小。

发明内容

第一方面，本发明涉及一种水性无机图案化前驱物溶液，其包含水、金属低氧化物阳离子、多原子无机阴离子与包含过氧化物基团的配位基的混合物，其中所述组合物中配位基与金属低氧化物阳离子的摩尔浓度比为至少约2，且其中在不进行额外混合的情况下，所述抗蚀剂组合物对于相分离可稳定至少约2小时。

另一方面，本发明涉及一种形成辐射敏感性无机涂层前驱物溶液的方法，所述方法包含将包含金属低氧化物阳离子的第一水溶液、包含具有过氧化物基团的配位基的络合溶液和包含多原子无机阴离子的组合物组合，以形成涂层前驱物溶液。在一些实施例中，配位基与金属低氧化物阳离子的摩尔浓度比为至少约2。

另一方面，本发明涉及一种图案化衬底上的无机材料的方法，所述方法包含形成辐射可图案化涂层材料层，以形成经涂覆衬底；加热经涂覆衬底，以去除至少一部分溶剂；将经涂覆衬底暴露给辐射图案；以及在照射后，加热经涂覆衬底。一般说来，图案化的涂层材料包含金属低氧化物阳离子、包含过氧化物基团的配位基和无机多原子阴离子。照射经涂覆衬底可使照射位置的涂层凝固。在照射后，可将经涂覆衬底加热到至少约45℃温度，随后使涂层与显影剂接触。

在其它方面中，本发明涉及一种图案化结构，其包含衬底和在衬底表面上的图案化无机材料。所述图案化的无机材料可包含图案化半导体材料或图案化电介质材料，并且图案化无机材料可具有平均线宽粗糙度不超过约2.25nm的边缘，间距不超过约60nm，或对于个别特征，平均宽度不超过约30nm。