抗蚀剂顶涂层组合物和使用所述组合物形成图案的方法与流程

本公开涉及一种抗蚀剂顶涂层组合物(resist topcoat composition，抗蚀剂表涂层组合物)和使用其形成图案的方法。

背景技术：

1、近来，半导体工业已开发了具有尺寸几纳米至几十纳米的尺度的图案的超微技术的使用。适合的超微技术的实施本质上需要(或者期望)能够产生正确尺度的有效光刻工艺。

2、相当的光刻工艺包括在半导体衬底(substrate)上形成材料层，在其上涂覆光致抗蚀剂(photoresist，光刻胶)膜，曝光(exposing，暴露)并显影以形成光致抗蚀剂图案(photoresist pattern，光刻胶图案)，然后使用光致抗蚀剂图案作为掩模蚀刻所述材料层。由于光刻工艺的发展，图案一体化程度提高，并且持续需要用于解决该工艺的要求(例如，期望)所呈现的多种挑战的材料和技术。

3、例如，如果(例如，当)将远紫外(euv)波长光辐射到光致抗蚀剂上(例如，辐射至光致抗蚀剂)时，可以存在其中随机辐射比预定光量更多(例如，大量)或更少(例如，少量)的光量的一个或多个区域。这可能由于每个光子过量(例如，大量)的能量而发生，这被称为“光子散粒噪声(photo shot noise)”。随机辐射还可以是由于光致抗蚀剂顶部和底部之间的euv吸收差异所造成的，这可以造成图案分布劣化，如图案粗糙性(roughness)(例如，ler：线边缘粗糙性，和/或lwr：线宽度粗糙性)或ipu(点内均一性(in-pointuniformity))。因此，改善或改良这种图案分布劣化的光刻工艺的成功实施需要(或者期望)抗蚀剂顶涂层组合物技术的开发。

技术实现思路

1、本公开的实施方式的一个或多个方面涉及能够通过防止或降低图案劣化来减少图案分布的抗蚀剂顶涂层组合物。

2、本公开的实施方式的一个或多个方面涉及使用抗蚀剂顶涂层组合物形成图案的方法。将在以下描述中部分说明其它方面，并且根据描述，其它方面将是部分显而易见的，或者可以通过所呈现的本公开的实施方式的实践得知其它方面。

3、一个或多个实施方式提供了抗蚀剂顶涂层组合物，其包含：共聚物，所述共聚物包括由化学式m-1表示的第一结构单元和由化学式m-2表示的第二结构单元；和溶剂。

4、第一结构单元可以由化学式1表示。

5、化学式1

6、

7、在化学式1中，

8、r1可以是氢或者取代或未取代的c1至c10烷基，

9、ra、rb、rc、rd和r4可以各自独立地为氢、氟、羟基、取代或未取代的c1至c20烷基或它们的组合，

10、m2和m3可以各自独立地为1至10的整数之一，

11、x1可以是单键、-o-、-s-、-s(o)-、-s(o)2-、-c(o)-、-c(＝o)o-、-oc(＝o)-、-oc(＝o)o-、-nr’-(其中，r’是氢、氘或c1至c10烷基)或它们的组合，并且

12、ra、rb、rc、rd和r4中的至少一个包含氟和羟基。

13、例如，化学式1中的rc、rd和r4中的至少一个包含氟和羟基。

14、作为一个实例，化学式1中的rc和rd中的至少一个可以是氟或被至少一个氟取代的c1至c10烷基，并且r4可以是羟基或被至少一个羟基取代的c1至c10烷基。

15、作为一个实例，化学式1中的rc和rd中的至少一个可以是羟基或被至少一个羟基取代的c1至c10烷基，并且r4可以是氟或被至少一个氟取代的c1至c10烷基。

16、作为一个实例，在化学式1中，rc可以是羟基或被至少一个羟基取代的c1至c10烷基，rd可以是氟或被至少一个氟取代的c1至c10烷基，并且r4可以是羟基、氟或被氟和羟基中的至少一种取代的c1至c10烷基。

17、第一结构单元可以选自组i。

18、组i

19、

20、在组i中，

21、r20至r23可以各自独立地为氢或甲基，并且*可以是连接点。

22、第二结构单元可以由化学式2-1至2-3中的任一个表示。

23、

24、

25、在化学式2-1至2-3中，

26、r2可以是氢或甲基，

27、r5可以是氢或c(＝o)r7，

28、r7可以是取代或未取代的c1至c5烷基，

29、每个r6可以独立地为氢、卤素、羟基、取代或未取代的c1至c5烷基或它们的组合，

30、m1可以是1至4的整数，并且

31、*可以是连接点。

32、r6中的至少一个可以是卤素。

33、r6中的至少一个可以是碘基(iodine group)。

34、第二结构单元可以选自组ii。

35、组ii

36、

37、

38、

39、

40、在组ii中，

41、r2可以是氢或甲基，并且*可以是连接点。

42、在一些示例性实施方式中，共聚物还可以包括由化学式m-3表示的第三结构单元。

43、化学式m-3

44、

45、在化学式m-3中，

46、r3可以是氢或者取代或未取代的c1至c10烷基，

47、a可以是取代或未取代的c4至c30单环脂族环基团或者取代或未取代的c7至c50多环脂族环基团，并且a可以通过季碳连接至共聚物主链(即，共聚物的聚合物骨架)，

48、r8可以是取代或未取代的c1至c10烷基，并且

49、*可以是连接点。

50、a可以是取代或未取代的环丁基、取代或未取代的环戊基、取代或未取代的环己基、取代或未取代的环辛基、取代或未取代的双环已基、取代或未取代的双环庚基、取代或未取代的双环辛基、取代或未取代的双环壬基、取代或未取代的双环癸基、取代或未取代的三环癸基或者取代或未取代的四环癸基，并且a可以通过季碳连接至共聚物主链(即，共聚物的聚合物骨架)。

51、a可以选自组iii。

52、组iii

53、

54、在组iii中，*可以是连接点。

55、根据一些示例性实施方式的共聚物可以包括约30至约95摩尔百分比(即基于摩尔量的百分比)(mol％)的第一结构单元、约1至约20mol％的第二结构单元和约5至约50mol％的第三结构单元。

56、根据一些示例性实施方式的共聚物可以具有约1,000克每摩尔(g/mol)至约50,000g/mol的重均分子量。

57、基于抗蚀剂顶涂层组合物的总重量，可以以0.1重量百分比(即，基于重量或质量的百分比)(wt％)至10wt％的量包含根据一些示例性实施方式的共聚物。

58、在一些示例性实施方式中，还可以(例如，在抗蚀剂顶涂层组合物中)包含光可降解猝灭剂(photodecomposable quencher)(pdq)，所述光可降解猝灭剂包括由化学式3a或3b表示的阳离子和由化学式4a或4b表示的阴离子。

59、化学式3a

60、

61、化学式3b

62、

63、在化学式3a和3b中，

64、r9至r14可以各自独立地为氢、卤素、羧基、取代或未取代的c1至c10烷氧基或者取代或未取代的c1至c20烷基，并且

65、n1至n6可以各自独立地为1至5的整数；

66、化学式4a

67、

68、化学式4b

69、

70、在化学式4a和4b中，

71、r15至r17可以各自独立地为氢、卤素、羧基、取代或未取代的c1至c10烷氧基或者取代或未取代的c1至c20烷基，

72、r18可以是取代或未取代的c1至c20烷基、取代或未取代的c5至c30单环脂族环基团或者取代或未取代的c7至c50多环脂族环基团，

73、r19可以是氢、卤素、羟基、羧基、取代或未取代的c1至c10烷氧基或者取代或未取代的c1至c20烷基，

74、p可以是1至20的整数，并且

75、n7可以是1至5的整数。

76、r9至r14可以各自独立地为氢、氟基、碘基或者取代或未取代的c1至c10烷基。

77、光可降解猝灭剂(pdq)可以由化学式q1、化学式q2或化学式q3表示。

78、化学式q1

79、

80、化学式q2

81、

82、化学式q3

83、

84、基于共聚物的100重量份，可以以约0.1至约20重量份的量包含光可降解猝灭剂(pdq)。

85、根据一些示例性实施方式的共聚物可以包括约70至约99mol％的第一结构单元和约1至约30mol％的第二结构单元。

86、根据一些示例性实施方式的共聚物可以具有约1,000g/mol至约50,000g/mol的重均分子量。

87、基于抗蚀剂顶涂层组合物的总重量，可以以约0.1wt％至约10wt％的量包含根据一些示例性实施方式的共聚物。

88、根据一些示例性实施方式，溶剂可以是醚类溶剂(ether-based solvent)。

89、根据一些示例性实施方式，溶剂可以是醚类溶剂和醇类溶剂(alcohol-basedsolvent)的混合溶剂。

90、混合溶剂可以包括质量比为约99.9:0.1至约80:20的醚类溶剂和醇类溶剂。

91、醚类溶剂可以由化学式5表示。

92、化学式5

93、

94、在化学式5中，

95、r24和r25可以各自独立地为取代或未取代的c3至c20烷基。

96、一些示例性实施方式提供了形成图案的方法，所述方法包括在衬底上涂覆并且加热光致抗蚀剂组合物以形成光致抗蚀剂膜，在光致抗蚀剂膜上涂覆并且加热本文所公开的抗蚀剂顶涂层组合物以形成光致抗蚀剂顶涂层以及使光致抗蚀剂顶涂层和光致抗蚀剂膜曝光并且显影以形成图案(例如，抗蚀剂图案)。

97、如果(例如，当)暴露于远紫外(euv)时，根据一些示例性实施方式的抗蚀剂顶涂层组合物可以从光致抗蚀剂膜顶部除去过度激活的酸以防止或降低图案分布劣化。在一些实施方式中，图案分布劣化可以包括粗糙性，如线边缘粗糙性(ler)或线宽度粗糙性(lwr)。在一些实施方式中，图案分布劣化可以包括由于光致抗蚀剂膜顶部和底部之间euv吸收差异所造成的图案的点内均一性(ipu)，并且因此这可以改善图案分布并显著改善柱状图案的ipu，由此有利地有助于形成精细图案(例如，在光致抗蚀剂膜中形成精细图案或形成光致抗蚀剂膜的精细图案)。