底部抗反射层及其制备方法与流程

1.本发明属于光刻胶技术领域，尤其涉及一种底部抗反射层及其制备方法。


背景技术：

2.随着半导体工艺的快速发展，光刻工艺达到的线宽越来越小，使得光刻胶直接涂布在硅片上后，光线在光刻胶底部界面在紫外光照射下出现反射，进而造成了光刻胶曝光过度的问题。
3.目前，通常预先在si衬底和光刻胶之间增加底部抗反射涂层(bottom anti-reflection coating，barc)来吸收多余的、到达光刻胶薄膜底部的曝光光线，避免或减少它反射，来达到消除驻波、提高线条形貌的目的。然而，现有的底部抗反射涂层主要是通过其n/k值与上层光刻胶的匹配度以达到消除驻波、提高线条形貌的目的，该方法在调控底部抗反射涂层的n/k值时，通常对barc的主体树脂结构进行修饰，以增加特定的吸收基团来调节n/k值，但是当主体树脂的具体结构发生变化时，极易导致barc的n/k值发生改变，而且在对主体树脂的结构进行修饰时，难以精确控制主体树脂组成，从而导致调节n/k值的难度较大。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种底部抗反射层及其制备方法，旨在解决现有技术中调控底部抗反射涂层的n/k值的难度较大的技术问题。
5.本发明实施例是这样实现的，一种底部抗反射层的制备方法，该方法包括以下步骤：
6.将第一吸光薄膜溶液旋涂在硅片上，以形成底部抗反射层的第一吸光薄膜层；
7.在所述第一吸光薄膜层上旋涂抗反射薄膜溶液，以形成底部抗反射层的抗反射薄膜层；
8.在所述抗反射薄膜层上旋涂第二吸光薄膜溶液，以形成底部抗反射层的第二吸光薄膜层。
9.优选地，在所述的底部抗反射层的制备方法中，该方法具体包括以下步骤：
10.将所述第一吸光薄膜溶液旋涂在硅片上，并以2000～3000转/分钟的速度旋转成膜，同时在150-250℃的热板上烘烤80-100s，冷却后得到所述第一吸光薄膜层；
11.在所述第一吸光薄膜层上旋涂抗反射薄膜溶液，并以500～3000转/分钟的速度旋转成膜，同时在60-300℃热板上后烘烤90-300s，冷却后得到所述抗反射薄膜层；
12.在所述抗反射薄膜层上旋涂第二吸光薄膜溶液，并以2000～3000转/分钟的速度旋转成膜，同时在150-250℃的热板上烘烤80-100s，冷却后得到所述第二吸光薄膜层。
13.更优选地，在所述的底部抗反射层的制备方法中，底部抗反射层的折射率为1.8-1.9，消光系数为0.3-0.4。
14.优选地，在所述的底部抗反射层的制备方法中，所述第一吸光薄膜、所述第二吸光
薄膜为相同材料的吸光薄膜。
15.更优选地，在所述的底部抗反射层的制备方法中，所述第一吸光薄膜溶液、所述第二吸光薄膜溶液包括以下重量百分比的原料：主体树脂1-30％、交联剂0.1-5％、热敏酸0.001-1％，余量为溶剂。
16.更优选地，在所述的底部抗反射层的制备方法中，所述主体树脂为取代(甲基)丙烯酸脂聚合物、取代苯乙烯聚合物或其它取代芳香族聚合物中一种或多种。
17.更优选地，在所述的底部抗反射层的制备方法中，所述主体树脂的结构为：
[0018][0019]
其中，吸光官能团、交联官能团和辅助官能团的数量比为(10-50％)：(5-40％)：(10-85％)；
[0020]
吸光官能团是含有芳香环的官能团，即苯基、甲苯基、二甲苯基、氯苯基、氟苯基、联苯基、萘基、蒽基以及其它苯环数在20以内的取代芳基衍生物；
[0021]
交联官能团是含羟基的官能团，即甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、环己基、降冰片、金刚烷、立方烷以及碳原子数在20以内的单羟基或多羟基烷基衍生物；
[0022]
辅助官能团是含酯基或/和刚性结构的烷基类或芳基类官能团，即甲醇、乙醇、丙醇、丙二醇、环己醇、降冰片醇、金刚烷醇以及碳原子数在20以内的酯类或/和刚性烷基衍生物。
[0023]
更优选地，在所述的底部抗反射层的制备方法中，所述交联剂为三聚氰胺树脂、氨基树脂、甘脲化合物、二环氧化物中的一种或多种；或/和
[0024]
所述热敏酸为苯磺酸及其衍生物中的一种或多种；所述苯磺酸衍生物包括：对甲苯磺酸、吡啶对甲苯磺酸、2、4、4、6-四溴环己二烯酮、苯偶因甲苯二烯酮、取代硝基苄基甲苯磺酸盐、烷基对甲苯苯磺酸铵盐；或/和
[0025]
所述溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇单醋酸醚、丙二醇单乙醚、丙二醇甲醚醋酸酯、二缩乙二醇甲醚、二缩乙二醇乙醚、醋酸丁酯、醋酸新戊酯、乳酸乙酯、甲基乙基酮、环己酮、甲基异丁基酮、n-甲基吡咯烷酮、n、n-二甲基甲酰胺、n、n-二甲基乙酰胺和二甲亚砜中的一种或多种。
[0026]
优选地，在所述的底部抗反射层的制备方法中，抗反射薄膜为纳米氧化硅抗反射薄膜。
[0027]
本发明实施例还提供一种底部抗反射层，应用于光刻胶，其由上述所述的底部抗反射层的制备方法制备得到。
[0028]
本发明实施例提供了一种底部抗反射层及其制备方法，该方法包括：将第一吸光薄膜溶液旋涂在硅片上，以形成底部抗反射层的第一吸光薄膜层；在所述第一吸光薄膜层上旋涂抗反射薄膜溶液，以形成底部抗反射层的抗反射薄膜层；在所述抗反射薄膜层上旋
涂第二吸光薄膜溶液，以形成底部抗反射层的第二吸光薄膜层。本发明通过上述方法在所述第一吸光薄膜层与所述第二吸光薄膜层之间增加了抗反射薄膜层，进一步提高了光刻胶底部界面的抗反射能力，从而使得底部抗反射层能较好的吸收多余的、到达光刻胶薄膜底部的曝光光线，避免或减少反射，进而达到消除驻波、提高线条形貌的目的。
具体实施方式
[0029]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0030]
本发明实施例提供了一种底部抗反射层及其制备方法，该方法在制备底部抗反射层的过程中，在在所述第一吸光薄膜层与所述第二吸光薄膜层之间增加了抗反射薄膜层，进一步提高了光刻胶底部界面的抗反射能力，从而使得底部抗反射层能较好的吸收多余的、到达光刻胶薄膜底部的曝光光线，避免或减少它反射，进而达到消除驻波、提高线条形貌的目的。
[0031]
在一实施例中，所述的底部抗反射层的制备方法具体包括以下步骤：
[0032]
将所述第一吸光薄膜溶液旋涂在硅片上，并以2000～3000转/分钟的速度旋转成膜，同时在150-250℃的热板上烘烤80-100s，冷却后得到所述第一吸光薄膜层；
[0033]
在所述第一吸光薄膜层上旋涂抗反射薄膜溶液，并以500～3000转/分钟的速度旋转成膜，同时在60-300℃热板上后烘烤90-300s，冷却后得到所述抗反射薄膜层；
[0034]
在所述抗反射薄膜层上旋涂第二吸光薄膜溶液，并以2000～3000转/分钟的速度旋转成膜，同时在150-250℃的热板上烘烤80-100s，冷却后得到所述第二吸光薄膜层。
[0035]
在一实施例中，底部抗反射层的折射率为1.8-1.9，消光系数为0.3-0.4。
[0036]
在一实施例中，所述第一吸光薄膜、所述第二吸光薄膜为相同材料的吸光薄膜。
[0037]
在一实施例中，所述第一吸光薄膜溶液、所述第二吸光薄膜溶液包括以下重量百分比的原料：主体树脂1-30％、交联剂0.1-5％、热敏酸0.001-1％，余量为溶剂。
[0038]
在一实施例中，所述主体树脂为取代(甲基)丙烯酸脂聚合物、取代苯乙烯聚合物或其它取代芳香族聚合物中一种或多种。
[0039]
其中，所述主体树脂的结构为：
[0040][0041]
其中，吸光官能团、交联官能团和辅助官能团的数量比为(10-50％)：(5-40％)：(10-85％)；
[0042]
吸光官能团是含有芳香环的官能团，即苯基、甲苯基、二甲苯基、氯苯基、氟苯基、联苯基、萘基、蒽基以及其它苯环数在20以内的取代芳基衍生物；
[0043]
交联官能团是含羟基的官能团，即甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、环己基、降冰片、金刚烷、立方烷以及碳原子数在20以内的单羟基或多羟基烷基衍生物；
[0044]
辅助官能团是含酯基或/和刚性结构的烷基类或芳基类官能团，即甲醇、乙醇、丙醇、丙二醇、环己醇、降冰片醇、金刚烷醇以及碳原子数在20以内的酯类或/和刚性烷基衍生物。
[0045]
在一实施例中，所述交联剂为三聚氰胺树脂、氨基树脂、甘脲化合物、二环氧化物中的一种或多种；所述热敏酸为苯磺酸及其衍生物中的一种或多种；所述苯磺酸衍生物包括：对甲苯磺酸、吡啶对甲苯磺酸、2、4、4、6-四溴环己二烯酮、苯偶因甲苯二烯酮、取代硝基苄基甲苯磺酸盐、烷基对甲苯苯磺酸铵盐；所述溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇单醋酸醚、丙二醇单乙醚、丙二醇甲醚醋酸酯、二缩乙二醇甲醚、二缩乙二醇乙醚、醋酸丁酯、醋酸新戊酯、乳酸乙酯、甲基乙基酮、环己酮、甲基异丁基酮、n-甲基吡咯烷酮、n、n-二甲基甲酰胺、n、n-二甲基乙酰胺和二甲亚砜中的一种或多种。
[0046]
在一实施例中，抗反射薄膜为纳米氧化硅抗反射薄膜。优选纳米二氧化硅抗反射薄膜。
[0047]
其中，纳米氧化硅抗反射薄膜是一种新型的纳米材料，具有特殊的光学、热学特征，在微电子、高功率激光等领域有许多潜在的应用前景。其可以用作低介电常数绝缘层等介电材料、反射和宽带抗反射膜、平面显示器、传感器晶体显示器衬底以及隔热材料。
[0048]
在本实施例中，纳米氧化硅抗反射薄膜中存在大小不一的孔道，使得纳米氧化硅抗反射薄膜的孔洞率会影响底部抗反射层的折射率，当纳米氧化硅抗反射薄膜的孔洞率越高，底部抗反射层的折射率越小。因此，本发明实施例中的底部抗反射层中添加纳米氧化硅抗反射薄膜可以使得底部抗反射层处于特定折射率范围，从而进一步提高了底部抗反射功能。
[0049]
本发明实施例还提供一种底部抗反射层，应用于光刻胶，其由上述所述的底部抗反射层的制备方法制备得到。
[0050]
实施例一
[0051]
一种底部抗反射层的制备方法，包括以下步骤：
[0052]
将所述第一吸光薄膜溶液旋涂在硅片上，并以2500转/分钟的速度旋转成膜，同时在200℃的热板上烘烤90s，冷却后得到所述第一吸光薄膜层；
[0053]
在所述第一吸光薄膜层上旋涂抗反射薄膜溶液，并以2000转/分钟的速度旋转成膜，同时在200℃热板上后烘烤200s，冷却后得到所述抗反射薄膜层；
[0054]
在所述抗反射薄膜层上旋涂第二吸光薄膜溶液，并以2500转/分钟的速度旋转成膜，同时在200℃的热板上烘烤90s，冷却后得到所述第二吸光薄膜层。
[0055]
上述制备得到的底部抗反射层的折射率为1.81，消光系数为0.38。
[0056]
其中，所述第一吸光薄膜溶液、所述第二吸光薄膜溶液为相同的吸光薄膜溶液，所述第一吸光薄膜溶液、所述第二吸光薄膜溶液均组成如下：
[0057]
树脂：主体树脂其比例为苯基：羟基：酯基＝20：40：40
[0058]
交联剂：四甲氧甲基甘脲
[0059]
热敏酸：ptsa
[0060]
混合溶剂：丙二醇甲醚醋酸酯(pgmea)：乳酸乙酯＝7：3
[0061]
所述第一吸光薄膜溶液、所述第二吸光薄膜溶液的制备方法为：
[0062]
在一个新的干净的100ml玻璃瓶中，加入2.5g树脂、0.5g热敏酸、60g混合溶剂，室温下，混合物在瓶中震荡24小时，使其充分溶解，并先后用0.22微米和0.02微米的过滤器过滤，得到所述第一吸光薄膜溶液、所述第二吸光薄膜溶液。
[0063]
所述抗反射薄膜溶液的制备方法为：
[0064]
将正硅酸乙酯、乙醇、去离子水按摩尔比为1：4：1.5混合，使用盐酸调节ph＝1.5；在60℃下搅拌1.5h；配置氨水的乙醇溶液(ph＝9)，然后缓慢滴加到上面的溶液中；室温下搅拌30min后，在50℃下干燥，形成凝胶，然后使用正己烷浸泡3次，每次24h，接着滴加10％三甲基氯硅烷的正己烷溶液，静置48h，再补加20％重量比的正己烷，并超声1.5h，得到所述抗反射薄膜溶液。
[0065]
实施例二
[0066]
一种底部抗反射层的制备方法，包括以下步骤：
[0067]
将所述第一吸光薄膜溶液旋涂在硅片上，并以2000转/分钟的速度旋转成膜，同时在150℃的热板上烘烤80s，冷却后得到所述第一吸光薄膜层；
[0068]
在所述第一吸光薄膜层上旋涂抗反射薄膜溶液，并以500转/分钟的速度旋转成膜，同时在60℃热板上后烘烤90s，冷却后得到所述抗反射薄膜层；
[0069]
在所述抗反射薄膜层上旋涂第二吸光薄膜溶液，并以2000转/分钟的速度旋转成膜，同时在150℃的热板上烘烤80s，冷却后得到所述第二吸光薄膜层。
[0070]
上述制备得到的底部抗反射层的折射率为1.85，消光系数为0.32。
[0071]
其中，所述第一吸光薄膜溶液、所述第二吸光薄膜溶液为相同的吸光薄膜溶液，所述第一吸光薄膜溶液、所述第二吸光薄膜溶液均组成如下：
[0072]
树脂：主体树脂其比例为苯基：羟基：酯基＝20：40：40
[0073]
交联剂：四甲氧甲基甘脲
[0074]
热敏酸：ptsa
[0075]
混合溶剂：丙二醇甲醚醋酸酯(pgmea)：乳酸乙酯＝7：3
[0076]
所述第一吸光薄膜溶液、所述第二吸光薄膜溶液的制备方法为：
[0077]
在一个新的干净的100ml玻璃瓶中，加入2.5g树脂、0.5g热敏酸、60g混合溶剂，室温下，混合物在瓶中震荡24小时，使其充分溶解，并先后用0.22微米和0.02微米的过滤器过滤，得到所述第一吸光薄膜溶液、所述第二吸光薄膜溶液。
[0078]
所述抗反射薄膜溶液的制备方法为：
[0079]
将正硅酸乙酯、乙醇、去离子水按摩尔比为1：4：1.5混合，使用盐酸调节ph＝1.5；在60℃下搅拌1.5h；配置氨水的乙醇溶液(ph＝9)，然后缓慢滴加到上面的溶液中；室温下搅拌30min后，在50℃下干燥，形成凝胶，然后使用正己烷浸泡3次，每次24h，接着滴加10％三甲基氯硅烷的正己烷溶液，静置48h，再补加20％重量比的正己烷，并超声1.5h，得到所述抗反射薄膜溶液。
[0080]
实施例三
[0081]
一种底部抗反射层的制备方法，包括以下步骤：
[0082]
将所述第一吸光薄膜溶液旋涂在硅片上，并以3000转/分钟的速度旋转成膜，同时在250℃的热板上烘烤100s，冷却后得到所述第一吸光薄膜层；
[0083]
在所述第一吸光薄膜层上旋涂抗反射薄膜溶液，并以3000转/分钟的速度旋转成膜，同时在300℃热板上后烘烤300s，冷却后得到所述抗反射薄膜层；
[0084]
在所述抗反射薄膜层上旋涂第二吸光薄膜溶液，并以3000转/分钟的速度旋转成膜，同时在250℃的热板上烘烤100s，冷却后得到所述第二吸光薄膜层。
[0085]
上述制备得到的底部抗反射层的折射率为1.83，消光系数为0.33。
[0086]
其中，所述第一吸光薄膜溶液、所述第二吸光薄膜溶液为相同的吸光薄膜溶液，所述第一吸光薄膜溶液、所述第二吸光薄膜溶液均组成如下：
[0087]
树脂：主体树脂其比例为苯基：羟基：酯基＝20：40：40
[0088]
交联剂：四甲氧甲基甘脲
[0089]
热敏酸：ptsa
[0090]
混合溶剂：丙二醇甲醚醋酸酯(pgmea)：乳酸乙酯＝7：3
[0091]
所述第一吸光薄膜溶液、所述第二吸光薄膜溶液的制备方法为：
[0092]
在一个新的干净的100ml玻璃瓶中，加入2.5g树脂、0.5g热敏酸、60g混合溶剂，室温下，混合物在瓶中震荡24小时，使其充分溶解，并先后用0.22微米和0.02微米的过滤器过滤，得到所述第一吸光薄膜溶液、所述第二吸光薄膜溶液。
[0093]
所述抗反射薄膜溶液的制备方法为：
[0094]
将正硅酸乙酯、乙醇、去离子水按摩尔比为1：4：1.5混合，使用盐酸调节ph＝1.5；在60℃下搅拌1.5h；配置氨水的乙醇溶液(ph＝9)，然后缓慢滴加到上面的溶液中；室温下搅拌30min后，在50℃下干燥，形成凝胶，然后使用正己烷浸泡3次，每次24h，接着滴加10％三甲基氯硅烷的正己烷溶液，静置48h，再补加20％重量比的正己烷，并超声1.5h，得到所述抗反射薄膜溶液。
[0095]
本发明实施例提供了一种底部抗反射层及其制备方法，该方法在制备底部抗反射层的过程中，在在所述第一吸光薄膜层与所述第二吸光薄膜层之间增加了抗反射薄膜层，进一步提高了光刻胶底部界面的抗反射能力，从而使得底部抗反射层能较好的吸收多余的、到达光刻胶薄膜底部的曝光光线，避免或减少它反射，进而达到消除驻波、提高线条形貌的目的。同时上述方法制备得到的底部抗反射层，可灵活调节其nk值，实现精确调控nk值，简化了底部抗反射层的制备难度。
[0096]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。