光刻膠和方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2014年5月16日提交的標(biāo)題為"光刻膠和方法"的美國臨時申請第 61/994, 741號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
[0003] 本發(fā)明和與當(dāng)前申請同時提交的、代理人案號為TSM13-1765的申請相關(guān)，其全部 內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明涉及光刻膠和方法。
【背景技術(shù)】
[0005] 隨著消費類器件響應(yīng)于消費者的需求而變得越來越小，這些器件的單獨的組件的 尺寸也已減小。構(gòu)成器件（諸如手機(jī)、平板電腦等）的主要組件的半導(dǎo)體器件已經(jīng)被迫變 得越來越小，相應(yīng)地迫使半導(dǎo)體器件內(nèi)的單獨的器件（例如，晶體管、電阻器、電容器等）的 尺寸也減小。
[0006] 在半導(dǎo)體器件的制造工藝中使用的一個使能技術(shù)是使用光刻材料。將這些材料應(yīng) 用至表面，然后將其曝光于其自身已被圖案化的能量下。這種曝光改變了光刻材料的曝光 區(qū)域的化學(xué)和物理性質(zhì)。光刻材料的未曝光區(qū)未改變，可以利用這種改變來去除一個區(qū)域 而不去除其他區(qū)域。
[0007] 然而，由于單獨的器件的尺寸已經(jīng)減小，用于光刻處理的工藝窗口變得越來越緊 湊。同樣，需要光刻處理領(lǐng)域的進(jìn)步以保持按比例縮小器件的能力，并且需要進(jìn)一步的改進(jìn) 以滿足期望的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，從而可以保持組件朝著越來越小的方向發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種光刻膠，包 括：烴主鏈；高抗蝕刻結(jié)構(gòu)，附接至所述烴主鏈；以及將分解的基團(tuán)，鍵合至所述高抗蝕刻 結(jié)構(gòu)。
[0009] 在上述光刻膠中，所述高抗蝕刻結(jié)構(gòu)具有以下結(jié)構(gòu)中的一種：
[0010]
[0011]

[0012] 其中，R1是甲基基團(tuán)、乙基基團(tuán)、丙基基團(tuán)、異丙基基團(tuán)、丁基基團(tuán)、異丁基基團(tuán)、戊 基基團(tuán)和異戊基基團(tuán)等；以及私是Cl至C3烷基鏈，并且其中，R 2具有以下結(jié)構(gòu)：
[0013]
[0014] 其中，&是所述將分解的基團(tuán)。
[0015] 在上述光刻膠中，還包括具有交聯(lián)位點的非離去單體。
[0016] 在上述光刻膠中，所述交聯(lián)位點具有以下結(jié)構(gòu)：
[0017]
[0018] 其中，R14是 H、OH、0CH3、0C2H5、0C3H 7、OC4H9、環(huán)氧基、CH20CH3、CH 20C2H5、CH20C3H 7、 CH20C4H9、CH2CH30CH 3、CH2CH30C2H5、CH 2CH3OC3H7或 CH2CH3OC4H9，并且其中，R15是 Cl 至 C5 烷基 鏈。
[0019] 在上述光刻膠中，所述將分解的基團(tuán)具有以下結(jié)構(gòu)：
[0020]
[0021 ] 其中，R18是氣、甲基基團(tuán)、乙基基團(tuán)、丙基基團(tuán)、異丙基基團(tuán)、丁基基團(tuán)、異丁基基團(tuán) 或異戊基基團(tuán)，以及R19是環(huán)氧基基團(tuán)、醇基基團(tuán)、氨基基團(tuán)或羧酸基基團(tuán)。
[0022] 在上述光刻膠中，還包括交聯(lián)劑。
[0023] 在上述光刻膠中，所述交聯(lián)劑具有以下結(jié)構(gòu)：
[0024]
[0025] 其中，R25是氫、環(huán)氧基、CH 20CH3、CH2OC2H5、CH 2OC3H7、CH2OC4H 9、CH2CH3OCH3、 CH2CH3OC2H5' CH2CH3OC3H7或 CH 2CH30C4H9 〇
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種光刻膠，包括：將分解的基團(tuán)，鍵合至烴主 鏈；以及再附接基團(tuán)，鍵合至所述將分解的基團(tuán)。
[0027] 在上述光刻膠中，所述再附接基團(tuán)是0CH3、0C2H 5、0C3H7、OC4H9、環(huán)氧基、CH 20CH3、 CH2OC2H5、CH2OC3H 7、CH2OC4H9、CH2CH 3OCH3、CH2CH3OC2H 5、CH2CH3OC3H7或 CH2CH3OC4H9O
[0028] 在上述光刻膠中，所述再附接基團(tuán)是H或0H。
[0029] 在上述光刻膠中，還包括具有交聯(lián)位點的非離去單體。
[0030] 在上述光刻膠中，所述交聯(lián)位點具有以下結(jié)構(gòu)：
[0031]
[0032] 其中，R14是 H、OH、0CH3、0C2H5、0C3H 7、OC4H9、環(huán)氧基、CH20CH3、CH 20C2H5、CH20C3H 7、 CH20C4H9、CH2CH30CH 3、CH2CH30C2H5、CH 2CH3OC3H7或 CH2CH3OC4H9，并且其中，R15是 Cl 至 C5 烷基 鏈。
[0033] 在上述光刻膠中，所述交聯(lián)位點具有以下結(jié)構(gòu)：
[0034]
[0035] 其中，R14是 H、OH、0CH3、0C2H5、0C3H 7、OC4H9、環(huán)氧基、CH20CH3、CH 20C2H5、CH20C3H 7、 CH20C4H9、CH2CH30CH 3、CH2CH30C2H5、CH 2CH3OC3H7或 CH2CH3OC4H9，并且其中，R15是 Cl 至 C5 烷基 鏈。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括：將 光刻膠分配至襯底上，其中，所述光刻膠包括：附接至烴主鏈的高抗蝕刻結(jié)構(gòu)；和鍵合至所 述高抗蝕刻結(jié)構(gòu)的將分解的基團(tuán)；將所述光刻膠曝光于圖案化的能量源；以及顯影所述光 刻膠。
[0037] 在上述方法中，所述高抗蝕刻結(jié)構(gòu)具有以下結(jié)構(gòu)：
[0038] LiN 丄uouydszb /\ o/jo jm
[0039] 其中，R1是甲基基團(tuán)、乙基基團(tuán)、丙基基團(tuán)、異丙基基團(tuán)、丁基基團(tuán)、異丁基基團(tuán)、戊 基基團(tuán)或異戊基基團(tuán)，并且其中，R 2具有以下結(jié)構(gòu)：
[0040]
[0041] 其中，&是所述將分解的基團(tuán)。
[0042] 在上述方法中，所述高抗蝕刻結(jié)構(gòu)具有以下結(jié)構(gòu)：
[0043]
[0044] 其中，私是Cl至C3烷基鏈，并且R2具有以下結(jié)構(gòu)：
[0045] …*t
見
[0046] 其中，&是所述將分解的基團(tuán)。
[0047] 在上述方法中，曝光所述光刻膠誘導(dǎo)具有交聯(lián)位點的單體中的交聯(lián)反應(yīng)。
[0048] 在上述方法中，所述交聯(lián)反應(yīng)包括交聯(lián)劑。
[0049] 在上述方法中，所述交聯(lián)劑具有以下結(jié)構(gòu)：
[0050]
[0051] 其中，R25是氫、環(huán)氧基、CH 20CH3、CH2OC2H5、CH 2OC3H7、CH2OC4H 9、CH2CH3OCH3、 CH2CH3OC2H5' CH2CH3OC3H7或 CH 2CH30C4H9 〇
[0052] 在上述方法中，顯影所述光刻膠還包括應(yīng)用負(fù)性顯影劑。
【附圖說明】
[0053] 當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時，從以下詳細(xì)描述可最佳地理解本發(fā)明的各個方面。應(yīng)該 注意，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實踐，各個部件未按比例繪制。實際上，為了清楚的討論，各種部件 的尺寸可以被任意增大或減小。
[0054] 圖1示出了根據(jù)一些實施例的具有將被圖案化的層和光刻膠的襯底；
[0055] 圖2示出了根據(jù)一些實施例的具有將分解的基團(tuán)的光刻膠；
[0056] 圖3示出了根據(jù)一些實施例的具有交聯(lián)位點的光刻膠；
[0057] 圖4示出了根據(jù)一些實施例的具有將分解的再附接（reattaching)基團(tuán)的光刻 膠；
[0058] 圖5示出了根據(jù)一些實施例的光刻膠的曝光；
[0059] 圖6A至圖6C示出了據(jù)一些實施例的光刻膠樹脂將與質(zhì)子反應(yīng)的機(jī)理；
[0060] 圖7示出了根據(jù)一些實施例的光刻膠的顯影；
[0061] 圖8示出了根據(jù)一些實施例的顯影劑的去除；
[0062] 圖9示出了與光刻膠一起利用底部抗反射層和中間層的另一實施例；以及
[0063] 圖10示出了使用底部抗反射層、中間層和光刻膠來圖案化將被圖案化的層。
【具體實施方式】
[0064] 以下公開內(nèi)容提供了許多用于實現(xiàn)所提供主題的不同特征的不同實施例或?qū)嵗?下面描述了組件和布置的具體實例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實例，而不旨在限制本 發(fā)明。此外，在隨后的說明書中，在第二工藝之前實施第一工藝可包括在第一工藝之后立即 實施第二工藝的實施例，并且還可以包括在第一工藝和第二工藝之間可實施額外工藝的實 施例。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二 部件以直接接觸的方式形成的實施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形 成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實施例。此外，本發(fā)明可在 各個實例中重復(fù)參考標(biāo)號和/或字符。該重復(fù)是為了簡單和清楚的目的，并且其本身不指 示所討論的各個實施例和/或配置之間的關(guān)系。
[0065] 現(xiàn)參考圖1，其中示出具有襯底101、位于襯底101上的有源器件103、位于有源器 件103上方的層間介電（ILD)層105、位于ILD層105上方的金屬化層107、位于ILD層105 上方的將被圖案化的層109和將被圖案化的層109上方的光刻膠111的半導(dǎo)體器件100。 襯底101可以是基本上導(dǎo)電的或半導(dǎo)電的（具有小于IO 3體積電阻率的電阻），并且可以包 括摻雜或未摻雜的塊狀硅或絕緣體上硅（SOI)襯底的有源層。一般地，SOI襯底包括半導(dǎo) 體材料層，半導(dǎo)體材料諸如硅、鍺、硅鍺、S0I、絕緣體上硅鍺（SGOI)或它們的組合?？梢允?用的其他襯底包括多層襯底、梯度襯底或混合取向襯底。
[0066] 有源器件103在圖1中表示為單個晶體管。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，可以 使用諸如電容器、電阻器和電感器等的各種有源器件來產(chǎn)生用于半導(dǎo)體器件100的設(shè)計的 期望的結(jié)構(gòu)和功能需求。可以使用任何合適的方法在襯底101內(nèi)或襯底101的表面上形成 有源器件103。
[0067] ILD層105可包括諸如硼磷硅酸鹽玻璃（BPSG)的材料，但是任何合適的電介質(zhì) 可以用于任一層?？梢允褂弥T如PECVD的工藝形成ILD層105,但是可以可選地使用諸如 LPCVD的其他工藝。ILD層105可形成為具有約丨ooA和約3000A之間的厚度。
[0068] 金屬化層107形成在襯底101、有源器件103和ILD層105上方并且設(shè)計成連接各 個有源器件103以形成功能電路。雖然金屬化層107在圖1中示出為單層，但是金屬化層 107由交替的介電層和導(dǎo)電材料層形成，并且可以通過任何合適的工藝（諸如沉積、鑲嵌、 雙鑲嵌等）形成。在實施例中，可以有通過ILD層105與襯底101分離的四個金屬化層，但 金屬化層107的確切數(shù)目取決于半導(dǎo)體器件100的設(shè)計。
[0069] 將被圖案化或者使用光刻膠111以其他方式處理的將被圖案化的層109形成在金 屬化層107的上方。將被圖案化的層109可以是半導(dǎo)體材料層、金屬化層107的上層或者可 以是在金屬化層107的上方形成的介電層（諸如鈍化層）。在將被圖案化的層109是半導(dǎo) 體材料的實施例中，將被圖案化的層109可以是不具有介于中間的有源器件、金屬化層107 和介電材料的襯底101 (未在圖1中單獨地示出的實施例）。
[0070] 可選地，在將被圖案化的層109是金屬化層的實施例中，將被圖案化的層109可以 使用類似于金屬化層所用的工藝（例如，鑲嵌、雙鑲嵌、沉積等）的工藝由導(dǎo)電材料形成。在 具體實施例中，用于將被圖案化的層109的導(dǎo)電材料包括至少一種金屬、金屬合金、金屬氮 化物、金屬硫化物、金屬硒化物、金屬氧化物或金屬硅化物。例如，導(dǎo)電材料可以具有分子式 MX a，其中M是金屬并且X是氣、娃、硒、氧或娃，并且其中a在0. 4和2. 5之間。具體的實例 包括銅、鈦、鋁、鈷、釕、氮化鈦、氮化鎢（WN2)和氮化鉭，盡管可以可選地利使任何合適的材 料。
[0071] 在另一實施例中，將被圖案化的層109是具有在約1至約40之間的介電常數(shù)的 介電層。在該實施例中，將被圖案化的層包括硅、具有分子式MX b的金屬氧化物或金屬氮化 物，其中M是金屬或硅，X是氮或氧，并且b在約0. 4和2. 5之間。在具體實例中，用于將被 圖案化的層109的介電層可以是使用諸如沉積、氧化等的工藝形成的氧化硅、氮化硅、氧化 錯、氧化給、氧化銅等。
[0072] 然而，如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到的，雖然在實施例中描述了材料、工藝和 其他細(xì)節(jié)，但是這些細(xì)節(jié)僅僅旨在說明實施例，并且不旨在以任何方式限制。相反，可以可 選地使用由任何合適的材料通過任何合適的工藝制成的具有任何合適的厚度的任何合適 的層。所有這些層都旨在完全包括在實施例的范圍內(nèi)。
[0073] 光刻膠111應(yīng)用至將被圖案化的層109。在實施例中，光刻膠111包括溶劑中的聚 合物樹脂以及一種或多種光活性化合物（PAC)。將溶劑內(nèi)的聚合物樹脂和PAC應(yīng)用至將被 圖案化的層109以及實施預(yù)曝光烘烤以便加熱和驅(qū)除溶劑，從而去除溶劑并且留下聚合物 樹脂和PAC以用于曝光。
[0074] 圖2示出可用于光刻膠111的聚合物樹脂的一個實施例。在該實施例中，聚合物 樹脂可以包括烴結(jié)構(gòu)（諸如脂環(huán)烴結(jié)構(gòu)，表示于圖2中虛線框201內(nèi)），該烴結(jié)構(gòu)包含一個 或多個高抗蝕刻部分（high etching resistance moiety)(通過標(biāo)記為203的符號6丨表 示于圖2中），該高抗蝕刻部分進(jìn)一步鍵合至將分解的基團(tuán)（通過標(biāo)記為205的符號心表 示于圖2中）或當(dāng)與PAC生成的酸、堿或由自由基混合時以其他方式反應(yīng)的基團(tuán)（如下面 進(jìn)一步描述的）。在實施例中，烴結(jié)構(gòu)201包括形成聚合物樹脂的骨架主鏈的重復(fù)單元。這 種重復(fù)單元可以包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、巴豆酸酯、乙烯基酯、馬來酸二酯、富馬酸二 酯、衣康酸二酯、（甲基）丙烯腈、（甲基）丙烯酰胺、苯乙烯、乙烯基醚或這些的組合等。
[0075] 可用于烴結(jié)構(gòu)201的重復(fù)單元的具體結(jié)構(gòu)包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸 正丙酯、丙烯酸異丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸正己酯、丙烯 酸2-乙基己酯、丙烯酸乙酰氧乙酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸2-羥乙酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯、 丙烯酸2-乙氧基乙酯、丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯、丙烯酸環(huán)己酯、丙烯酸芐酯、 2-烷基-2-金剛烷基（甲基）丙烯酸酯或二烷基（1-金剛烷基）甲基（甲基）丙烯酸酯、 甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸異丙酯、甲基丙烯酸正 丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸正己酯、2-乙基己基甲基丙烯酸 酯、乙酰氧乙基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸苯酯、2-羥乙基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸2-甲 氧基乙酯、甲基丙烯酸2-乙氧基乙酯、甲基丙烯酸2-(2-甲氧基乙氧基）乙酯、甲基丙烯酸 環(huán)己酯、甲基丙烯酸芐酯、3-氯-2-羥丙基甲基丙烯酸酯、3-乙酰氧基-2-羥丙基甲基丙烯 酸酯、3-氯乙酰氧基-2-羥丙基甲基