[发明专利]抗蚀剂下层膜形成用新型聚合物、包含其的抗蚀剂下层膜形成用组合物和利用该组合物制造半导体元件的方法

说明书

本发明涉及一种用于半导体和显示器的制造工艺的具有新结构的聚合物、包含该聚合物的用于半导体和显示器的制造工艺的下层膜组合物以及利用该下层膜组合物制造半导体元件的方法，更具体地，本发明的新型聚合物具有优化的蚀刻选择比和平坦化特性以及优异的耐热性，因此包含该聚合物的下层膜组合物可以在半导体多层光刻工艺中用作硬掩膜。

技术领域

本发明涉及一种用于半导体和显示器的制造工艺的具有新结构的聚合物、包含该聚合物的用于半导体和显示器的制造工艺的下层膜组合物以及利用该下层膜组合物制造半导体元件的方法，更具体地，本发明的新型聚合物具有优化的蚀刻选择比和平坦化特性以及优异的耐热性，因此包含该聚合物的下层膜组合物可以在半导体多层光刻(lithography)工艺中用作硬掩膜。

背景技术

随着半导体元件的小型化和高度集成化，图案的尺寸正在迅速减小，这使得光刻胶图案的塌陷现象在工艺中成为最大的难点，因此不可避免的是光刻胶膜的厚度逐渐变薄以实现高分辨率。但是，难以使用由变薄的光刻胶形成的图案以充分的蚀刻选择比蚀刻待蚀刻层，因此在光刻胶和待蚀刻层之间导入具有强耐蚀刻(etch)性的无机物膜或有机物膜。该膜称为硬掩膜，硬掩膜工艺通常是指利用光刻胶图案来蚀刻硬掩膜以进行图案化后利用硬掩膜的图案来蚀刻待蚀刻层的工艺。用于所述硬掩膜工艺的硬掩膜的材料利用各种膜，例如多晶硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化钛、无定形碳(amorphous carbon)等，并且通常通过化学气相沉积法(chemical vapor deposition，CVD)来制造。

通过所述化学气相沉积法形成的硬掩膜在蚀刻选择性或耐蚀刻性方面具有优异的物理性能，但是存在产生颗粒(particle)、在段差大的部分产生空隙(void)等问题，特别是存在初期设备投资成本高的问题。作为解决这些问题的方法，开发旋涂式(spin on)硬掩膜组合物来代替所述沉积式硬掩膜的需求呈上升趋势，该旋涂式硬掩膜组合物可以利用在半导体生产线中的光刻工艺中使用的轨道系统(track system)容易地进行旋涂，并且已经尝试开发用于其的具体材料。通过所述旋涂形成的硬掩膜(旋涂式硬掩膜)在耐蚀刻(etching)性方面难以具有与通过CVD工艺形成的硬掩膜相同的性能，但是优点在于，通过溶液状态的涂覆更容易形成薄膜，并且具有提高的涂覆均匀性和改善的薄膜表面的粗糙度。此外，还具有初期投资成本少于化学气相沉积法的优点。

如上所述，近年来，根据大规模集成电路(large scale integrated circuit，LSI)的持续性高度集成化的光刻工艺的微型化已经达到了实现为现有的最前沿的氟化氩浸没式光刻胶的极限，特别是为了进行30nm节点(node)以下的超微细图案化工艺，光刻工艺中使用的光刻胶的分辨率已成为决定性的重要因素。但是，由于现有的光刻胶在实现30nm以下的图案方面具有局限性，因此正在开发新的附加工艺来克服该局限性。

在目前开发的许多工艺技术中应用于实际工艺中的技术是进行两次曝光工艺和蚀刻工艺的双重图案化方法以及利用间隔物的双重图案化工艺(SPT)，在该附加工艺中起到硬掩膜作用的材料统称为下层膜组合物。需要注意的是，除了在初期代替无定形碳来用作硬掩膜之外，作为用于实现高分辨率的新工艺的双重图案化(Double patterning)工艺在ArF光刻工艺中处于领先地位的情况下，作为新硬掩膜材料的下层膜组合物的使用量也急剧增加。这种下层膜所需的最主要的物理性能有高耐蚀刻性、热稳定性、在常规有机溶剂中的优异的溶解性、储存稳定性、粘合性等特性和优异的涂覆均匀性等。需要热稳定性的原因在于，在形成下层膜后，在该下层膜上在高温下进行真空沉积工艺作为后续工艺，为了稳定的真空沉积工艺，通常耐热性要求在400℃下的聚合物的低分解率和5％以下的膜的减少。对于蚀刻底层(substrate)并同时具有最小厚度的下层膜而言，耐蚀刻性是另一个非常重要的因素。原因在于，随着膜厚度的增加，在工艺过程中图案自然塌陷的风险增加。聚合物的碳含量越高，则越有利于耐蚀刻性，但是考虑到在溶剂中的溶解度和涂覆均匀性等，聚合物的碳含量优选为82％以上。