[发明专利]可溶性金属氧化物羧酸盐的旋涂组合物及其使用方法

说明书

本公开涉及含有至少一种金属氧化物二羧酸盐和该金属氧化物二羧酸盐可溶于其中或在其中胶体稳定的有机溶剂的旋涂组合物。该二羧酸盐能够在热处理过程中分解以提供固化的金属氧化物膜。本公开还涉及使用该旋涂组合物的方法。

技术领域

本发明涉及可用于制备适于光刻法的多种底层的有机溶剂稳定的金属氧化物羧酸盐材料的旋涂组合物。该金属氧化物羧酸盐化合物具有改善的稳定性。本发明还涉及使用本发明的组合物制备此类底层的方法。

发明背景

金属氧化物膜用于半导体行业中的多种应用，如光刻硬掩模、用于抗反射涂层的底层和光电器件。

例如，光致抗蚀剂组合物用于制造小型化电子组件的微光刻法，如在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涂到衬底(如用于制造集成电路的硅基晶片)上。该经涂覆的基底随后烘烤以便从光致抗蚀剂中除去所需量的溶剂。该衬底的经烘烤的经涂覆表面随后依图像曝光于光化辐射，如可见光、紫外线、极紫外线、电子束、粒子束和X射线辐射。

辐射在该光致抗蚀剂的曝光区域内引发化学转化。经曝光的涂层用显影剂溶液处理以溶解和除去光致抗蚀剂的经辐射曝光的或未曝光的区域。

半导体器件的小型化趋势已导致使用对越来越短的波长的辐射敏感的新型光致抗蚀剂，并还导致使用复杂的多级系统以克服与此类小型化相关的困难。

光刻法中的吸收性抗反射涂层和底层用于减少由通常为高反射性的衬底反射的辐射所造成的问题。经反射的辐射导致薄膜干涉效果和反射刻痕。薄膜干涉或驻波导致在光致抗蚀剂厚度改变时，由光致抗蚀剂膜中总光强度的变化所引起的临界线宽度尺寸的改变。经反射和入射的曝光辐射的干涉可导致驻波效应，该效应扭曲了在该厚度内的辐射均匀性。当光致抗蚀剂在含有形貌特征的反射性基底上图案化时，反射刻痕变得严重，所述形貌特征散射光穿过该光致抗蚀剂膜，导致线宽度变化，并在极端情况下形成所需尺寸完全损失的区域。在光致抗蚀剂下方和在反射性基底上方涂覆的抗反射涂层膜提供了该光致抗蚀剂的光刻性能的显著改善。通常，在衬底上施涂底部抗反射涂层并固化，随后施涂光致抗蚀剂层。该光致抗蚀剂依图像曝光和显影。在曝光区域中的抗反射涂层随后通常使用各种蚀刻气体干法蚀刻，由此将该光致抗蚀剂图案转印到该衬底上。

含有高含量难熔元素的底层可以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足够高的对用于将图像转印到下方的半导体衬底中的干法蚀刻的耐受性时，硬掩模是有用的。在此类情况下，其耐蚀刻性高到足以将在其上生成的任何图案转印到下方的半导体衬底中的材料被称为硬掩模。这是有可能的，因为有机光致抗蚀剂不同于下方的硬掩模，并且可以找到允许将光致抗蚀剂中的图像转印到下方的硬掩模中的蚀刻气体混合物。这种图案化的硬掩模随后可以以合适的蚀刻条件和气体混合物用于将图像从该硬掩模转印到该半导体衬底中，这是采用单一蚀刻过程由光致抗蚀剂自身无法实现的任务。

在新的光刻技术中使用多个抗反射层和底层。在其中光致抗蚀剂不能提供足够的干法蚀刻耐受性的情况下，在衬底蚀刻过程中充当硬掩模并具有高耐蚀刻性的用于光致抗蚀剂的底层和/或抗反射涂层是优选的。一种方法是将硅、钛、锆或其它金属材料掺入有机光致抗蚀剂层下方的层中。此外，可以在含金属的抗反射层下方放置另一高碳含量抗反射层或掩模层，如用于改善该成像过程的光刻性能的高碳膜/硬掩模膜/光致抗蚀剂的三层。常规硬掩模可以通过化学气相沉积如溅射法来施加。但是，旋涂法与前述常规方法相比的相对简单性使得亟需开发在膜内具有高浓度金属材料的新型旋涂硬掩模或抗反射涂层。

含有金属氧化物的用于半导体应用的底层组合物已经显示提供干法蚀刻耐受性以及抗反射性质。当在底层中存在更高浓度的金属氧化物时，可以实现改善的耐蚀刻性和导热性。但是，已经发现常规金属氧化物组合物对空气中的水分非常不稳定，产生许多问题，包括货架期稳定性、涂覆问题和性能缺点。此外，常规组合物通常含有非金属氧化物材料如聚合物、交联剂和降低耐蚀刻性和导热性所需的金属氧化物性质的其它材料。因此存在对制备含有高水平稳定可溶性金属氧化物(其是可溶的或胶体稳定的)的旋涂硬掩模、抗反射和其它底层的突出需要。