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CN108291013B - 聚合物、有机层组成物及图案形成方法 - Google Patents

聚合物、有机层组成物及图案形成方法 Download PDF

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CN108291013B CN201680070703.9A CN201680070703A CN108291013B CN 108291013 B CN108291013 B CN 108291013B CN 201680070703 A CN201680070703 A CN 201680070703A CN 108291013 B CN108291013 B CN 108291013B
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Abstract

本发明揭示一种聚合物，其包含由化学式1表示的结构单元及由化学式2表示的结构单元；包含所述聚合物的有机层组成物；及使用所述有机层组成物形成图案的方法。在化学式1及化学式2中，A1及A2独立地为二价基团，其包含经取代或未经取代的苯环中的至少一者，A3为包含四级碳的二价基团，且*为连接点。

Description

聚合物、有机层组成物及图案形成方法
[相关申请案之交叉引用]
本申请案主张2016年1月20日在韩国智慧财产局(Korean IntellectualProperty Office)申请的韩国专利申请案第10-2016-0007089号的优先权及权益，其全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明揭示一种聚合物、包含所述聚合物的有机层组成物以及使用所述有机层组成物来形成图案的方法。
背景技术
近年来，半导体工业朝向具有数至数十纳米尺寸的图案的超精细技术发展。此类超精细技术基本上需要有效微影技术。
典型微影技术包含于半导体基板上提供材料层；在其上涂布光阻层；使其曝光且显影以提供光阻图案；及使用光阻图案作为屏蔽来蚀刻材料层。
如今，根据欲形成小尺寸的图案，难以仅通过上文所提及的典型微影技术提供具有优良轮廓的精细图案。因此，可在材料层与光阻层之间形成称为硬质屏蔽层(hardmasklayer)的层以提供精细图案。
硬质屏蔽层发挥中间层的作用以经由选择性蚀刻制程将光阻剂的精细图案传递至材料层。因此，硬质屏蔽层需要具有如下特征，诸如耐热性及抗蚀刻性以在多个蚀刻制程期间耐受。
另一方面，近年来已表明旋涂式涂布(spin-on coating)法可替代化学气相沉积法来形成硬质屏蔽层。旋涂式涂布法不仅可容易地进行，而且可改良平坦化特征。在本文中，需要填充图案而使其无空隙的间隙填充特征，因为精细图案可能必须通过形成多个图案实现。另外，当基板具有梯级时，或当接近图案的区域及无图案区域一起存在于晶圆上时，硬质屏蔽层的表面需要通过底层平坦化。
需要一种有机层材料，其满足硬质屏蔽层所要的特征。
发明内容
本发明的一实施例提供一种同时具有抗蚀刻性、溶解性及储存稳定性的聚合物。
本发明的另一实施例提供一种有机层组成物，其提供具有机械特征及膜平坦化特性的有机层。
本发明的另一实施例提供一种使用有机层组成物来形成图案的方法。
根据一实施例，聚合物包含由化学式1表示的结构单元及由化学式2表示的结构单元。
[化学式1]
Figure GDA0002378517040000021
[化学式2]
Figure GDA0002378517040000022
在化学式1及化学式2中，
A1及A2独立地为二价基团，其包含经取代或未经取代的苯环中的至少一者，
A3为包含四级碳的二价环基，且
*为连接点。
A3可为族群1的基团中的一者。
[族群1]
Figure GDA0002378517040000023
在族群1中，
Ar1至Ar4独立地为经取代或未经取代的C6至C30芳基，
R11至R14独立地为羟基、亚硫酰基、硫醇基、氰基、经取代或未经取代的胺基、卤素原子、经取代或未经取代的C1至C30烷基、经取代或未经取代的C6至C30芳基、经取代或未经取代的C1至C30烷氧基、经取代或未经取代的C3至C30环烯基、经取代或未经取代的C1至C20烷基胺基、经取代或未经取代的C7至C20芳基烷基、经取代或未经取代的C1至C20杂烷基、经取代或未经取代的C2至C30杂环烷基、经取代或未经取代的C2至C30杂芳基、经取代或未经取代的C1至C4烷基醚基、经取代或未经取代的C7至C20芳基亚烷基醚基、经取代或未经取代的C1至C30卤烷基或其组合，
o、p、q及r独立地为0至3的整数，
L为单键、经取代或未经取代的C1至C6亚烷基、经取代或未经取代的C6至C30亚芳基或其组合，
m为在1至3范围内的整数，且
*为连接点。
A1及A2中的至少一者可为二价环基，在其结构中包含至少两个环。
A1及A2可独立地为衍生自族群2及族群3的化合物中的一者的二价基团，其中所述二价基团的至少一个氢经置换或未经置换。
[族群2]
Figure GDA0002378517040000031
[族群3]
Figure GDA0002378517040000041
在族群3中，
R1、R2及R3独立地为氢、经取代或未经取代的C1至C30烷基、经取代或未经取代的C3至C30环烷基、经取代或未经取代的C6至C30芳基、经取代或未经取代的C7至C30芳基烷基、经取代或未经取代的C1至C30杂烷基、经取代或未经取代的C2至C30杂环烷基、经取代或未经取代的C2至C30杂环基、经取代或未经取代的C2至C30烯基、经取代或未经取代的C2至C30炔基、羟基、卤素原子、含卤素基团或其组合。
A1与A2可彼此不同。
聚合物的重量平均分子量可在1,000至200,000范围内。
根据另一实施例，有机层组成物包含聚合物，聚合物包含由化学式1表示的结构单元及由化学式2表示的结构单元；以及溶剂。
以有机层组成物的总量计，聚合物及单体可以0.1重量％至50重量％的量包含。
根据另一实施例，图案形成方法包含：于基板上提供材料层；于材料层上涂覆有机层组成物；对有机层组成物进行热处理以形成硬质屏蔽层；于硬质屏蔽层上形成含硅薄层；于含硅薄层上形成光阻层；使光阻层曝光且显影以形成光阻图案；使用光阻图案来选择性移除含硅薄层及硬质屏蔽层以曝露材料层的一部分；以及对材料层的曝露部分进行蚀刻。
有机层组成物可使用旋涂式涂布法来涂覆。
所述图案形成方法可还包含在形成光阻层之前来形成底部抗反射涂层(BARC)。
本发明提供一种有机层材料，其具有膜平坦化特性以及机械特征，诸如抗蚀刻性及膜密度。
具体实施方式
下文详细描述本发明的例示性实施例，且其可由相关领域中技术人员容易地执行。然而，本发明可以多种不同形式实施，且不应解释为限于本文所阐述的例示性实施例。
在本说明书中，当不另外提供定义时，术语“经取代”可指基团经由如下基团中选出的取代基替代化合物的氢取代：卤素原子、羟基、烷氧基、硝基、氰基、胺基、迭氮基、甲脒基、肼基、亚肼基、羰基、胺甲酰基、硫醇基、酯基、羧基或其盐、磺酸基或其盐、磷酸或其盐、C1至C20烷基、C2至C20烯基、C2至C20炔基、C6至C30芳基、C7至C30芳基烷基、C1至C30烷氧基、C1至C20杂烷基、C2至C20杂芳基、C3至C20杂芳基烷基、C3至C30环烷基、C3至C15环烯基、C6至C15环炔基、C2至C30杂环烷基及其组合。
在本说明书中，当不另外提供定义时，“杂”指包含1至3个由N、O、S及P中选出的杂原子的基团。
在本说明书中，当不另外提供定义时，“*”指化合物或化合物部分(moiety)的连接点。
另外，衍生自化合物A的“单价基团”通过置换化合物A中的一个氢形成。举例而言，衍生自苯的基团的单价基团变为苯基。另外，衍生自化合物A的“二价基团”为通过置换化合物A中的两个氢及形成两个连接点获得的二价基团。举例而言，衍生自苯的基团的二价基团变为亚苯基。
在下文中，描述根据一实施例的聚合物。
根据一实施例的聚合物包含由化学式1表示的结构单元及由化学式2表示的结构单元。
[化学式1]
Figure GDA0002378517040000061
[化学式2]
Figure GDA0002378517040000062
在化学式1及化学式2中，
A1及A2独立地为二价基团，其包含经取代或未经取代的苯环中的至少一者，
A3为包含四级碳的二价环基，且
*为连接点。
聚合物可通过三聚作用合成。聚合物包含由化学式1表示的结构单元及由化学式2表示的结构单元，且例如在化学式1及化学式2中，A1与A2可彼此不同。
由化学式1表示的结构单元包含有包含苯环且由A1表示的化合物部分及由A3表示的含四级碳的环基部分。由化学式2表示的结构单元包含有包含苯环且由A2表示的化合物部分及由A3表示的含四级碳的环基部分。
归因于由化学式1表示的结构单元及由化学式2表示的结构单元，根据一实施例的聚合物可确保平坦化特征以及膜密度及抗蚀刻性。
在本说明书中，四级碳指在结合于碳的四个位点经另一基团替代氢取代的碳。
在化学式1及化学式2中，由A3表示的含四级碳的二价环基可为例如由族群1的基团中选出的基团，但不限于此。
[族群1]
Figure GDA0002378517040000071
在族群1中，
Ar1至Ar4独立地为经取代或未经取代的C6至C30芳基，
R11至R14独立地为羟基、亚硫酰基、硫醇基、氰基、经取代或未经取代的胺基、卤素原子、经取代或未经取代的C1至C30烷基、经取代或未经取代的C6至C30芳基、经取代或未经取代的C1至C30烷氧基、经取代或未经取代的C3至C30环烯基、经取代或未经取代的C1至C20烷基胺基、经取代或未经取代的C7至C20芳基烷基、经取代或未经取代的C1至C20杂烷基、经取代或未经取代的C2至C30杂环烷基、经取代或未经取代的C2至C30杂芳基、经取代或未经取代的C1至C4烷基醚基、经取代或未经取代的C7至C20芳基亚烷基醚基、经取代或未经取代的C1至C30卤烷基或其组合，
o、p、q及r独立地为0至3的整数，
L为单键、经取代或未经取代的C1至C6亚烷基、经取代或未经取代的C6至C30亚芳基或其组合，
m为在1至3范围内的整数，且
*为连接点。
举例而言，在化学式1及化学式2中，A1及A2中的至少一者可为结构中包含至少两个环的二价环基。特定言之，A1及A2中的至少一者可为例如衍生自族群2及族群3的化合物中的一者的二价基团，其中二价基团的至少一个氢可经取代或未经取代，但不限于此。
[族群2]
Figure GDA0002378517040000081
[族群3]
Figure GDA0002378517040000091
在族群3中，
R1、R2及R3独立地为氢、经取代或未经取代的C1至C30烷基、经取代或未经取代的C3至C30环烷基、经取代或未经取代的C6至C30芳基、经取代或未经取代的C7至C30芳基烷基、经取代或未经取代的C1至C30杂烷基、经取代或未经取代的C2至C30杂环烷基、经取代或未经取代的C2至C30杂环基、经取代或未经取代的C2至C30烯基、经取代或未经取代的C2至C30炔基、羟基、卤素原子、含卤素基团或其组合。
在族群3中，代表结合于氮(N)原子的官能基的R1、R2及R3可独立地为例如氢或经取代或未经取代的苯基，但不限于此。
举例而言，A1及A2可独立地为衍生自族群2中化合物中的一者的经取代或未经取代的二价基团，对于另一实例，A1及A2可独立地为衍生自族群3中化合物中的一者的经取代或未经取代的二价基团，且对于又一实例，A1及A2中的任一者可为衍生自族群2中化合物中的一者的经取代或未经取代的二价基团，而另一者可为衍生自族群3中化合物中的一者的经取代或未经取代的二价基团。
族群2及族群3的各化合物与化学式1及化学式2的连接点不受特定限制。另外，族群2及族群3的各化合物以未经取代的形式表示，但各化合物的任何氢可经另一取代基取代，其中所述取代基的类别及数目不受特定限制。
举例而言，A1及A2中的至少一者为来自族群2及族群3的化合物中的一者的二价基团，其中二价基团的至少一个氢可例如经如下基团置换：羟基、亚硫酰基、硫醇基、氰基、经取代或未经取代的胺基、卤素原子、经取代或未经取代的C1至C30烷基、经取代或未经取代的C6至C30芳基、经取代或未经取代的C1至C30烷氧基、经取代或未经取代的C3至C30环烯基、经取代或未经取代的C1至C20烷基胺基、经取代或未经取代的C7至C20芳基烷基、经取代或未经取代的C1至C20杂烷基、经取代或未经取代的C2至C30杂环烷基、经取代或未经取代的C2至C30杂芳基、经取代或未经取代的C1至C4烷基醚基、经取代或未经取代的C7至C20芳基亚烷基醚基、经取代或未经取代的C1至C30卤烷基或其组合，且取代基的类别及数目宜由于本领域技术人员考虑聚合物的特性选择。
举例而言，当A1及A2中的至少一者例如经诸如羟基的亲水性官能基取代时，聚合物可对下层具有增加的亲和力，因此自其制造的有机层可具有更改良的膜平坦化特性。
聚合物可分别包含多种由化学式1表示的结构单元及由化学式2表示的结构单元。多种由化学式1表示的结构单元可具有相同结构或不同结构，且同样，多种由化学式2表示的结构单元可具有相同结构或不同结构。
聚合物可归因于结构中的碳环基而基本上保持刚性(rigid)特征，且可改良溶解性及储存稳定性，因此，旋涂式涂布法归因于上述结构中的四级碳而有利地采用。另外，四级碳可使苯甲基氢(benzylic hydrogen)达最少，而使环参数(ring parameter)达最大，因此确保优良的热抗性。
举例而言，聚合物的重量平均分子量可为约1,000至200,000。当聚合物的重量平均分子量在所述范围内时，包含聚合物的有机层组成物(例如硬质屏蔽组成物)可通过调节碳的量及于溶剂中的溶解性而优化。
根据另一实施例，提供一种有机层组成物，其包含聚合物及溶剂。
溶剂可为对聚合物具有足够溶解性或分散液的任一物质且可为例如由以下物质中选出的至少一者：丙二醇、丙二醇二乙酸酯、甲氧基丙二醇、二乙二醇、二乙二醇丁基醚、三(乙二醇)单甲基醚、丙二醇单甲基醚、丙二醇单甲基醚乙酸酯、环己酮、乳酸乙酯、γ-丁内酯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、甲基吡咯啶酮、甲基吡咯啶酮、乙酰基丙酮及3-乙氧基丙酸乙酯。
以有机层组成物的总量计，聚合物可以约0.1重量％至50重量％的量包含。当包含所述范围内的聚合物时，可控制有机层的厚度、表面粗糙度及平坦化。
有机层组成物可更包含如下添加剂：界面活性剂、交联剂、热酸产生剂或塑化剂。
界面活性剂可包含例如烷基苯磺酸盐、烷基吡啶鎓盐、聚乙二醇或四级铵盐，但不限于此。
交联剂可为例如三聚氰胺类、经取代的脲类或聚合物类的交联剂。较佳地，其可为具有至少两个交联形成取代基的交联剂，例如诸如以下物质的化合物：甲氧基甲基化甘脲、丁氧基甲基化甘脲、甲氧基甲基化三聚氰胺、丁氧基甲基化三聚氰胺、甲氧基甲基化苯并胍胺、丁氧基甲基化苯并胍胺、甲氧基甲基化脲、丁氧基甲基化脲、甲氧基甲基化硫脲或丁氧基甲基化硫脲以及其类似物。
交联剂可为具有高耐热性的交联剂。具有高耐热性的交联剂可为分子中包含有包含芳族环(例如苯环或萘环)的交联取代基的化合物。
热酸产生剂可为例如为酸性化合物，诸如对甲苯磺酸、三氟甲烷磺酸、吡啶鎓对甲苯磺酸、水杨酸、磺基水杨酸、柠檬酸、苯甲酸、羟基苯甲酸、萘碳酸以及其类似物或/及2,4,4,6-四溴环己二烯酮、安息香甲苯磺酸酯、2-硝基苯甲基甲苯磺酸酯、有机磺有机磺酸烷基酯以及其类似物，但不限于此。
按100重量份有机层组成物计，添加剂可以约0.001重量份至40重量份的量存在。在所述范围内，溶解性可改良，同时有机层组成物的光学特性不改变。
根据另一实施例，提供一种使用有机层组成物制造的有机层。有机层可例如通过于基板上涂布有机层组成物且对其进行热处理以固化形成，且可包含例如硬质屏蔽层、平坦化层、牺牲层、填充层以及用于电子装置的其类似层。
下文描述一种通过使用有机层组成物形成图案的方法。
根据一实施例的图案形成方法包含于基板上提供材料层，于材料层上涂覆包含聚合物及溶剂的有机层组成物，对有机层组成物进行热处理以形成硬质屏蔽层，于硬质屏蔽层上形成含硅薄层，于含硅薄层上形成光阻层，使光阻层曝光且显影以形成光阻图案，使用光阻图案来选择性移除含硅薄层及硬质屏蔽层以曝露材料层的一部分以及蚀刻材料层的曝露部分。
基板可例如为硅晶圆、玻璃基板或聚合物基板。
材料层为欲最终图案化的材料，例如诸如铝层及铜层的金属层、诸如硅层的半导体层或诸如氧化硅层及氮化硅层的绝缘层。材料层可经由诸如化学气相沉积制程的方法形成。
有机层组成物与上述相同，且可通过旋涂式涂布法以溶液形式涂覆。在本文中，有机层组成物的厚度不受特别限制，但可为例如约50至10,000埃。
有机层组成物的热处理可例如在约100℃至500℃下进行约10秒至1小时。
含硅薄层可由例如SiCN、SiOC、SiON、SiOCN、SiC、SiN和/或其类似物形成。
所述方法可更包含于含硅薄层上形成光阻层前形成底部抗反射涂层(bottomanti-reflective coating，BARC)。
光阻层的曝露可例如使用ArF、KrF或EUV进行。在曝露后，可在约100℃至500℃下进行热处理。
材料层的曝露部分的蚀刻制程可经由使用蚀刻气体的干式蚀刻制程来进行，且蚀刻气体可例如为CHF3、CF4、Cl2、BCl3及其混合气体，但不限于此。
蚀刻材料层可以多种图案形成，且所述多种图案可为金属图案、半导体图案、绝缘图案以及其类似图案，例如半导体集成电路装置的不同图案。
下文参考实例更详细说明本发明。然而，这些实例为例示性的且本发明不限于此。
合成实例
合成实例1
将100克(0.46摩尔)1-羟基芘(1-Hydroxypyrene)、16.5克(0.11摩尔)1-萘酚(1-Naphthol)、87.7克(0.49摩尔)9-茀酮(9-Fluorenone)、55克(0.57摩尔)甲烷磺酸(Methanesulfonic acid)、30.4克(0.29摩尔)3-巯基丙酸(3-Mercaptopropionic acid)及86.4克1,4-二恶烷(1,4-Dioxane)置于500毫升的配备有机械搅拌器及冷凝器的2颈烧瓶中，且将其搅拌并随后加热至105℃且搅拌12小时。完成反应时，将所得物冷却至60℃-70℃，且向其中添加300克四氢呋喃以使化合物不硬化。用7％碳酸氢钠(Sodiumbicarbonate)水溶液处理所述化合物以使pH值为约5-6。随后，向其中倾倒1000毫升乙酸乙酯，继续搅拌混合物，且仅有机层用分液漏斗萃取。随后，有机层最终通过重复三次再次放置500毫升水于分液漏斗中且震荡分液漏斗以自其移除酸及钠盐萃取。
随后，用蒸发器浓缩所得有机溶液以得到化合物，且向其中添加500克四氢呋喃以得到溶液。以逐滴方式缓慢添加所述溶液至烧杯中的2500毫升己烷中，将其搅拌以形成沉淀物且获得聚合物。
使用凝胶渗透层析(Gel permeation chromatography：GPC)量测所合成聚合物的重量平均分子量(Mw)及多分散性(Polydispersity，PD)(Mw：1,780，PD：1.76)。
聚合物具有化学式1a中所示的结构单元。
[化学式1a]
Figure GDA0002378517040000141
合成实例2
除了使用2-羟基蒽(2-Hydroxyanthracene)替代1-羟基芘以外，根据合成实例1的相同方法获得聚合物。
使用凝胶渗透层析(Gel permeation chromatography：GPC)量测所合成聚合物的重量平均分子量(Mw)及多分散性(Polydispersity，PD)。(Mw：2,400，PD：1.75)
所述聚合物具有化学式1b中所示的结构单元。
[化学式1b]
Figure GDA0002378517040000142
合成实例3
除了使用1,6-二羟基芘(1,6-Dihydroxypyrene)替代1-羟基芘以外，根据合成实例1的相同方法获得聚合物。
使用凝胶渗透层析(Gel permeation chromatography：GPC)量测所合成聚合物的重量平均分子量(Mw)及多分散性(Polydispersity，PD)。(Mw：1,900，PD：1.65)
所述聚合物具有化学式1c中所示的结构单元。
[化学式1c]
Figure GDA0002378517040000143
合成实例4
除了使用1-羟基晕苯(1-Hydroxycoronene)替代1-羟基芘以外，根据合成实例1的相同方法获得聚合物。
使用凝胶渗透层析(Gel permeation chromatography：GPC)量测所合成聚合物的重量平均分子量(Mw)及多分散性(Polydispersity，PD)。(Mw：1,600，PD：1.51)
所述聚合物具有化学式1d中所示的结构单元。
[化学式1d]
Figure GDA0002378517040000151
合成实例5
除了使用1-羟基芘替代1-萘酚以外，根据合成实例4的相同方法获得聚合物。
使用凝胶渗透层析(Gel permeation chromatography：GPC)量测所合成聚合物的重量平均分子量(Mw)及多分散性(Polydispersity，PD)。(Mw：1,910，PD：1.57)
所述聚合物具有化学式1e中所示的结构单元。
[化学式1e]
Figure GDA0002378517040000152
合成实例6
除了使用1,6-二羟基芘替代1-萘酚以外，根据合成实例1的相同方法获得聚合物。
使用凝胶渗透层析(Gel permeation chromatography：GPC)量测所合成聚合物的重量平均分子量(Mw)及多分散性(Polydispersity，PD)。(Mw：1,900，PD：1.5)
所述聚合物具有化学式1f中所示的结构单元。
[化学式1f]
Figure GDA0002378517040000162
合成实例7
将1,1'-联萘-2,2'-二醇(22.9克，0.08摩尔)、茀酮(18.0克，0.1摩尔)、对甲苯磺酸单水合物(19.04克，0.1摩尔)及PGMEA(313.23克)置于500毫升的配备有温度计、冷凝器及机械搅拌器的烧瓶中且在120℃下搅拌。当每一小时获自聚合反应物的样品的重量平均分子量为1,000时，向其中添加1-苯基-1H-吲哚(3.6克，0.02摩尔)。当每一小时获自聚合反应物的所述样品的重量平均分子量为1,200至2,000时，反应完成。当所述反应完成时，在向其中添加少量四氢呋喃及乙酸乙酯后用蒸馏水移除酸催化剂的制程重复三次。随后，自其萃取有机溶剂层且在减压下处理，向其中添加50克四氢呋喃，随后于300克己烷中形成沉淀物且过滤，以得到聚合物。
使用凝胶渗透层析(Gel permeation chromatography：GPC)量测所合成聚合物的重量平均分子量(Mw)及多分散性(Polydispersity，PD)。(Mw：2,154，PD：1.67)
所述聚合物具有化学式1g中所示的结构单元。
[化学式1g]
Figure GDA0002378517040000161
合成实例8
将菲-2-醇(15.5克，0.08摩尔)、茀酮(23.03克，0.1摩尔)、甲烷磺酸(9.61克，0.1摩尔)、巯基丙酸(5.31克，0.05毫摩尔)及PGMEA(313.23克)置于500毫升的配备有温度计、冷凝器及机械搅拌器的烧瓶中且在120℃下搅拌。当每小时获自聚合反应物的样品的重量平均分子量为1,000时，向其中添加1-苯基-1H-吲哚(19.04克，0.1摩尔)。当每小时获自聚合反应物的所述样品的重量平均分子量为1,200至2,000时，反应完成。当所述反应完成时，在向其中添加少量四氢呋喃及乙酸乙酯后用蒸馏水移除酸催化剂的制程重复三次。随后，自其萃取有机溶剂层且在减压下处理，向其中添加50克四氢呋喃，随后于300克己烷中形成沉淀物且过滤，以得到聚合物。
使用凝胶渗透层析(Gel permeation chromatography：GPC)量测所合成聚合物的重量平均分子量(Mw)及多分散性(Polydispersity，PD)。(Mw：2,500，PD：1.78)
所述所得聚合物具有化学式1h中所示的结构单元。
[化学式1h]
Figure GDA0002378517040000171
比较合成实例1
将20克(0.103摩尔)1-羟基蒽及3.08克(0.103摩尔)多聚甲醛依序置于500毫升烧瓶且溶解于42克丙二醇单甲醚乙酸酯(PGMEA)中，向其中添加0.4克(0.002摩尔)对甲苯磺酸，且在90℃至120℃下搅拌混合物5至10小时。当每小时获自聚合反应物的样品的重量平均分子量为3,000至4,200时，反应完成，得到由化学式A表示的聚合物(Mw＝3,200，PD＝1.85)。
[化学式A]
Figure GDA0002378517040000172
比较合成实例2
将50克(0.23摩尔)1-羟基芘及35.9克(0.23摩尔)1-萘醛(1-Naphthaldehyde)依序置于500毫升烧瓶且溶解于200克丙二醇单甲醚乙酸酯(PGMEA)中，向其中添加1克(0.005摩尔)对甲苯磺酸，且在90℃至120℃下搅拌混合物约8小时。当每小时获自聚合反应物的样品的重量平均分子量为3,000至4,000时，反应完成，得到由化学式B表示的聚合物(Mw＝3,540，PD＝2.12)。
[化学式B]
Figure GDA0002378517040000182
比较合成实例3
将茀酮(2.3克，0.01摩尔)、咔唑(1.67克，0.01摩尔)、对甲苯磺酸单水合物(1.9克，0.01摩尔)及1,4-二恶烷(25克)置于烧瓶中且在120℃下搅拌。当每小时获自聚合反应物的样品的重量平均分子量为2,500至3,500时，反应完成。当所述反应完成时，向其中添加己烷(100克)以萃取，向其中添加1,4-二恶烷、水及甲醇以形成沉淀物，且通过使用甲醇移出过滤所述沉淀物后剩余的单体，得到由化学式C表示的聚合物(MW：3,100，PD＝1.75)。
[化学式C]
Figure GDA0002378517040000181
制备硬质屏蔽组成物
实例1
将合成实例1的聚合物溶解于丙二醇单甲醚乙酸酯(propylene glycolmonomethyl ether acetate，PGMEA)与环己酮(cyclohexanone)的混合溶剂(7:3(v/v))中且过滤溶液，以得到硬质屏蔽组成物。以硬质屏蔽组成物的总重量计，视所要厚度而定，将聚合物的量调节在3重量％至15重量％范围内。
实例2
除了使用合成实例2的聚合物替代合成实例1的聚合物以外，根据实例1的相同方法制备硬质屏蔽组成物。
实例3
除了使用合成实例3的聚合物替代合成实例1的聚合物以外，根据实例1的相同方法制备硬质屏蔽组成物。
实例4
除了使用合成实例4的聚合物替代合成实例1的聚合物以外，根据实例1的相同方法制备硬质屏蔽组成物。
实例5
除了使用合成实例5的聚合物替代合成实例1的聚合物以外，根据实例1的相同方法制备硬质屏蔽组成物。
实例6
除了使用合成实例6的聚合物替代合成实例1的聚合物以外，根据实例1的相同方法制备硬质屏蔽组成物。
实例7
除了使用合成实例7的聚合物替代合成实例1的聚合物以外，根据实例1的相同方法制备硬质屏蔽组成物。
实例8
除了使用合成实例8的聚合物替代合成实例1的聚合物以外，根据实例1的相同方法制备硬质屏蔽组成物。
比较实例1
除了使用比较合成实例1的聚合物替代合成实例1的聚合物以外，根据实例1的相同方法制备硬质屏蔽组成物。
比较实例2
除了使用比较合成实例2的聚合物替代合成实例1的聚合物以外，根据实例1的相同方法制备硬质屏蔽组成物。
比较实例3
除了使用比较合成实例3的聚合物替代合成实例1的聚合物以外，根据实例1的相同方法制备硬质屏蔽组成物。
评估
评估1：抗蚀刻性
将根据实例1至实例8及比较实例1至比较实例3的各硬质屏蔽组成物旋涂于硅晶圆上且分别于加热板上在240℃下进行热处理1分钟，以形成厚度为4,000埃的各薄膜。随后，使用K-MAC制造的薄膜厚度量测装置量测薄膜的厚度。随后，通过分别使用N2/O2的混合气体及CFx气体分别对薄膜进行干式蚀刻60秒及100秒，且再次量测其重量。使用干式蚀刻之前及之后的薄膜厚度及其蚀刻时间根据计算方程式1来计算主体蚀刻速率(bulk etchrate，BER)。
[计算方程式1]
主体蚀刻速率(Bulk etch rate，BER)＝(初始薄膜厚度-蚀刻后薄膜厚度)/蚀刻时间(埃/秒)
其结果展示于表1中。
[表1]
Figure GDA0002378517040000201
另一方面，通过将热处理温度及时间分别变为400℃及2分钟来计算蚀刻速率。其结果展示于表2中。
[表2]
Figure GDA0002378517040000211
参考表1及表2，相较于由根据比较实例1至比较实例3的硬质屏蔽组成物形成的膜，由根据实例1至实例8的硬质屏蔽组合物形成的各薄膜由于对蚀刻气体具有足够抗蚀刻性而展示改良的主体蚀刻特征。
评估2：溶解性及储存稳定性
分别将根据合成实例1至合成实例8及比较合成实例1及比较合成实例2的聚合物溶解于20克乳酸乙酯(Ethyl Lactate，EL)溶剂中而以肉眼检查其溶解性。通过量测20克乳酸乙酯溶剂中的聚合物的质量且将质量转化为百分比评估溶解性。
随后，将溶剂换成丙二醇单甲醚乙酸酯(Propylene glycol monomethyl etheracetate，PGMEA)及丙二醇单甲醚(Propylene glycol monomethyl ether，PGME)，且以如上相同方法评估聚合物的溶解性。
另一方面，通过分别将合成实例1至合成实例8及比较合成实例1及比较合成实例2的聚合物溶解于乳酸乙酯(Ethyl Lactate，EL)中以分别制备溶液(聚合物含量：10重量％)来评估储存稳定性，将所述溶液储存于用紫外线(ultraviolet；UV)封阻的洁净室中且在23℃下放置一个月，且通过使用凝胶渗透层析(Gel Permeation Chromatography：GPC)检验其趋势曲线变化。当无趋势曲线变化时，给出无储存稳定性(“X”)，而存在趋势曲线变化时，则给出储存稳定性(“O”)。
其结果展示于表3及表4中。
[表3]
EL(％) PGMEA(％) PGME(％)
实例1 45.7 50.3 51.6
实例2 59.7 61.9 65.3
实例3 55.6 57.3 59.7
实例4 28.4 29.4 30.7
实例5 23.4 25.7 24.9
实例6 35.2 34.1 40.7
实例7 37.2 34.1 39.2
实例8 35.4 25.7 24.9
比较实例1 13.2 10.0 12.2
比较实例2 3.5 9.2 7.2
[表4]
储存稳定性
实例1 O
实例2 O
实例3 O
实例4 O
实例5 O
实例6 O
实例7 O
实例8 O
比较实例1 X
比较实例2 X
参考表3及表4，相较于比较合成实例1及比较合成实例2的聚合物，合成实例1至合成实例8的聚合物在各溶剂中展示令人满意的储存稳定性以及优良溶解性。
尽管本发明已结合目前视为实用例示性实施例的内容来描述，但应了解本发明不限于所揭示的实施例，而是相反地，本发明意欲涵盖包含在所附权利要求的精神及范畴内的各种修改及等效配置。

Claims (8)

1.一种聚合物，其特征在于，包括：
由化学式1表示的结构单元；以及
由化学式2表示的结构单元，
[化学式1]
Figure FDA0002536002370000011
[化学式2]
Figure FDA0002536002370000012
其中，在所述化学式1及所述化学式2中，
A1及A2独立地为二价基团，其包含经取代或未经取代的苯环中的至少一者，其中A1及A2中的至少一者为衍生自族群2的化合物中的一者的二价基团，其中所述二价基团的至少一个氢经置换或未经置换，且A1与A2彼此不同，
A3为
Figure FDA0002536002370000013
R11及R12独立地为羟基、亚硫酰基、硫醇基、氰基、经取代或未经取代的胺基、卤素原子、经取代或未经取代的C1至C30烷基、经取代或未经取代的C6至C30芳基、经取代或未经取代的C1至C30烷氧基、经取代或未经取代的C3至C30环烯基、经取代或未经取代的C1至C20烷基胺基、经取代或未经取代的C7至C20芳基烷基、经取代或未经取代的C1至C20杂烷基、经取代或未经取代的C2至C30杂环烷基、经取代或未经取代的C2至C30杂芳基、经取代或未经取代的C1至C4烷基醚基、经取代或未经取代的C7至C20芳基亚烷基醚基、经取代或未经取代的C1至C30卤烷基或其组合，
o及p独立地为0至3的整数，且
*为连接点，
[族群2]
Figure FDA0002536002370000021
2.根据权利要求1所述的聚合物，其中所述聚合物的重量平均分子量在1,000至200,000范围内。
3.一种有机层组成物，其特征在于，包括：
聚合物，其包含：
由化学式1表示的结构单元；以及
由化学式2表示的结构单元；以及
溶剂：
[化学式1]
Figure FDA0002536002370000022
[化学式2]
Figure FDA0002536002370000023
其中，在所述化学式1及所述化学式2中，
A1及A2独立地为二价基团，其包含经取代或未经取代的苯环中的至少一者，其中A1及A2中的至少一者为衍生自族群2的化合物中的一者的二价基团，其中所述二价基团的至少一个氢经置换或未经置换，且A1与A2彼此不同，
A3为
Figure FDA0002536002370000031
R11及R12独立地为羟基、亚硫酰基、硫醇基、氰基、经取代或未经取代的胺基、卤素原子、经取代或未经取代的C1至C30烷基、经取代或未经取代的C6至C30芳基、经取代或未经取代的C1至C30烷氧基、经取代或未经取代的C3至C30环烯基、经取代或未经取代的C1至C20烷基胺基、经取代或未经取代的C7至C20芳基烷基、经取代或未经取代的C1至C20杂烷基、经取代或未经取代的C2至C30杂环烷基、经取代或未经取代的C2至C30杂芳基、经取代或未经取代的C1至C4烷基醚基、经取代或未经取代的C7至C20芳基亚烷基醚基、经取代或未经取代的C1至C30卤烷基或其组合，
o及p独立地为0至3的整数，且
*为连接点，
[族群2]
Figure FDA0002536002370000032
4.根据权利要求3所述的有机层组成物，其中所述聚合物的重量平均分子量在1,000至200,000范围内。
5.根据权利要求3所述的有机层组成物，其中以所述有机层组成物的总量计，所述聚合物以0.1重量％至50重量％的量被包含。
6.一种图案形成方法，其特征在于，包括
于基板上提供材料层；
于所述材料层上涂覆如权利要求3至权利要求5中任一权利要求所述的有机层组成物；
对所述有机层组成物进行热处理以形成硬质屏蔽层，
于所述硬质屏蔽层上形成含硅薄层；
于所述含硅薄层上形成光阻层；
使所述光阻层曝光且显影以形成光阻图案；
使用所述光阻图案来选择性移除所述含硅薄层及所述硬质屏蔽层以曝露所述材料层的一部分；以及
蚀刻所述材料层的曝露部分。
7.根据权利要求6所述的图案形成方法，其中所述有机层组成物使用旋涂式涂布法涂覆。
8.根据权利要求6所述的图案形成方法，其还包含在形成所述光阻层之前形成底部抗反射涂层。
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