在光刻工艺中，有机旋涂碳（Spin-On-Carbon, SOC）材料是一种重要的辅助材料，用于减少曝光时的反射并提高刻蚀时的选择性。SOC材料的制备通常采用旋涂工艺沉积在硅片上，相比于化学气相沉积（CVD）过程，在先进IC应用中具有较低的制造成本和相对简单的工艺流程。

    SOC的主要成分是高碳含量的聚合物，碳的含量达80%~90%。SOC图案的侧壁本身就含有丰富的碳-氢（C-H）键。在碳氟化合物等离子体中，存在氟自由基。SOC图案侧壁上的C-H键很容易与氟自由基发生反应而转化为C-F 键。由于氟原子比氢原子大，C-F 键的长度比C-H键的长度长，因此这种转换会在SOC图案上产生内应力。此外，由于C-F键的形成是放热的，因此会产生热量。在衬底蚀刻过程中，由于体积膨胀而产生的应力和由于产生热量而可能导致的局部温度升高等问题，给高分辨率SOC图形带来了严峻挑战。

用于SOC的富勒烯结构的高含碳材料

    SOC材料在多层材料系统中，如三层光刻材料（包括光刻胶、含Si的抗反射涂层和旋涂的有机碳材料），能够提供更稳定的底层，减少反射和折射问题，从而有助于图案的精确传递。例如，含有90.4wt%碳的SOC薄膜在KrF和ArF光刻波长下的抗干法蚀刻和抗反射性能得到了研究，显示出优异的性能（DOI:10.2494/photopolymer.14.439）。此外，SOC材料在光刻过程中还起到硬掩模的作用，通过控制图案密度来实现高分辨率的图案转移。

三层光刻工艺

    SOC材料在旋涂过程中产生的高表面拓扑结构需要通过化学机械平坦化（CMP）来移除，以实现高表面平坦度。为了提高CMP过程中的抛光速率，可以通过形成碳铁复合物来实现C-C键的断裂，从而显著提高SoC薄膜表面的转化率（DOI:10.3390/nano12060969）。为了满足先进半导体节点的需求，如7nm和5nm工艺，SOC材料需要具备良好的平坦化性能和高温稳定性。这些特性对于实现复杂的高分辨率结构图案化至关重要。因此，开发新的SOC材料时，需要考虑其基础聚合物的粘弹性以及碳密度等因素，以优化其平坦化性能。

    SoC材料的发展也面临着一些挑战，包括如何提高其在高温处理下的热稳定性，以及如何改善其在高深宽比接触和沟槽中的填充能力。总之，有机旋涂碳材料在光刻工艺中扮演着关键角色，通过提供稳定的底层和减少反射，帮助实现高精度的图案转移和复杂的结构设计。