光致酸生成剂、含它的光致抗蚀剂组合物及用其形成图案的方法技术

光致抗蚀剂组合物包含：约４％至约１０重量％的光致抗蚀剂树脂；约０．１％至约０．５重量％的光致酸生成剂，所述光致酸生成剂具有锍盐阳离子基团和含有羧基作为亲水部位的锍盐阴离子基团；和余量的溶剂。所述光致抗蚀剂组合物可以形成具有均匀外形的光致抗蚀剂图案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的示例性实施方案涉及光致酸生成剂(photoacid generators)、包含该光致酸生成剂的光致抗蚀剂组合物以及使用该光致抗蚀剂组合物形成图案的方法。例如，本专利技术的某些实施方案涉及能够用于在衬底上形成具有均匀外形(profile)的图案的光致酸生成剂、包含该光致酸生成剂的光致抗蚀剂组合物以及使用该光致抗蚀剂组合物形成图案的方法。
技术介绍
现在，具有更高集成度的半导体器件正处于高度需要之中。因此，正在对形成线宽等于或小于100nm的精细图案的方法进行积极的研究。可以使用具有光敏特性的光致抗蚀剂，通过光刻方法形成精细图案。 光刻方法典型地包括形成光致抗蚀剂膜的步骤、将光致抗蚀剂膜对准(aligning)/曝光的步骤和将光致抗蚀剂膜显影以形成光致抗蚀剂图案的步骤。在形成光致抗蚀剂膜的步骤中，将可以通过光改变其分子结构的光致抗蚀剂涂布在衬底上以形成光致抗蚀剂膜。在将光致抗蚀剂膜对准/曝光的步骤中，将具有电路图案的掩模在形成于衬底上的光致抗蚀剂膜上对准。之后，将具有掩模的电路图案的图像的光辐照在光致抗蚀剂膜上，以产生光化学反应。辐照导致光致抗蚀剂膜的曝光部分的分子结构选择性变化。之后，将光致抗蚀剂膜显影，以在衬底上形成光致抗蚀剂图案。 在将光致抗蚀剂膜显影的步骤中，将曝光的光致抗蚀剂膜选择性除去或保留，以形成形状与电路图案对应的光致抗蚀剂图案。光致抗蚀剂图案的分辨率可以由下式1表示。 <式1> R＝k1λ/NA(R最大分辨率，λ波长，k1常数，NA透镜的数值孔径) 当用于曝光步骤的光的波长减小时，光致抗蚀剂图案的分辨率提高，并且光致抗蚀剂图案的线宽减小。因此，在形成具有纳米级分辨率的精细图案中，可以认为光的最小允许波长、基于该波长的曝光装置和光致抗蚀剂的最大分辨率是重要的。 光致抗蚀剂可以分为负性光致抗蚀剂或正性光致抗蚀剂。在正性光致抗蚀剂的情况下，光致抗蚀剂膜的固化部分依赖于由光致酸生成剂生成的酸所引起的保护基团的分离反应。例如，由光致酸生成剂生成的酸用于从光致抗蚀剂膜的树脂中分离与该树脂组合的特定保护基团。因此，改变了从中分离保护基团的树脂，以使其在随后的显影处理中容易溶解于显影溶液中。 当将用于形成线宽等于或小于75nm的图案的氟化氩(ArF)的光致抗蚀剂用于形成图案时，等密度线(iso-dense)图案的制造极限可能不足。等密度线图案的制造极限不足可能导致在其中图案密度比单元区(cell area)低的外围区域中的实际临界尺寸和需要临界尺寸之间的很大差别。为了防止和/或降低上述问题，可以增加光致酸生成剂的量。然而，光致抗蚀剂图案可能受到损害，使得光致抗蚀剂图案的上部可能具有圆的(round)形状。而且，光致酸生成剂可以具有疏水特性，使得光致酸生成剂不容易与具有亲水特性的树脂混合。因此，光致酸生成剂可能不均匀地分布。 例如，参考图1，光致抗蚀剂膜10的光致酸生成剂14具有与树脂12不同的特性。因此，在树脂12附近没有发现光致酸生成剂14，并且光致酸生成剂14在光致抗蚀剂膜10的上部相互粘附。因此，由光致酸生成剂14生成的酸扩散通过的通道增大，使得由光致抗蚀剂膜10形成的光致抗蚀剂图案不可能具有均匀的外形。
技术实现思路
本专利技术的示例性实施方案提供具有亲水特性并且能够分布在光致抗蚀剂膜中的光致酸生成剂。 本专利技术的示例性实施方案还提供包含在此描述的光致酸生成剂的光致抗蚀剂组合物。 本专利技术的示例性实施方案还提供形成图案的方法，该方法能够提高临界线宽极限并且形成具有均匀外形的图案。 根据本专利技术的一个方面，光致酸生成剂具有选自由下列化学式1、2、3和4表示的化合物中的锍盐阳离子基团和由下列化学式5表示且含有羧基作为亲水部位的锍盐阴离子基团。 <化学式1> <化学式2> <化学式3> <化学式4> <化学式5> 在化学式1至5中，R1、R2、R3和R4独立地表示氢原子或含1至5个碳原子的烷基，n表示1至3的自然数，并且X表示选自含4至10个碳原子的环状基团、金刚烷基和含有氧原子的环庚基中的一个。 根据本专利技术的另一个方面，该光致抗蚀剂组合物包含约4％至约10重量％的光致抗蚀剂树脂、约0.1％至约0.5重量％的具有锍盐阳离子基团的光致酸生成剂以及余量的溶剂。该光致酸生成剂含有选自由化学式1、2、3和4表示的化合物中的一个，并且含有由化学式5表示且含有羧基作为亲水部位的锍盐阴离子基团。 根据本专利技术的另一个方面，提供一种形成图案的方法。将光致抗蚀剂组合物涂布在目标层上，以形成光致抗蚀剂膜。该光致抗蚀剂组合物包含约4％至约10重量％的光致抗蚀剂树脂、约0.1％至约0.5重量％的具有锍盐阳离子基团的光致酸生成剂以及余量的溶剂。该光致酸生成剂含有选自由化学式1、2、3和4表示的化合物中的一个，并且含有由化学式5表示且含有羧基作为亲水部位的锍盐阴离子基团。将该光致抗蚀剂膜曝光。将该光致抗蚀剂膜显影以形成光致抗蚀剂图案。通过使用光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模，蚀刻目标层的曝光部分。因此，可以形成具有均匀外形的图案的目标层。 例如，可以使所述光致酸生成剂与光反应，以生成由下列化学式6表示的磺酸。 <化学式6> 在化学式6中，n表示1至3的自然数，并且X可以表示含4至10个碳原子的环状基团、金刚烷基、含有氧原子的环庚基等。 例如，光致酸生成剂可以由下列化学式1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2、4-1或4-2表示。在化学式1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2、4-1或4-2中，n表示1至3的自然数，并且R1、R2、R3和R4独立地表示氢原子或含1至5个碳原子的烷基。 <化学式111> <化学式1-2> <化学式2-1> <化学式2-2> <化学式3-1> <化学式3-2> <化学式4-1> <化学式4-2> 根据本专利技术的实施方案，光致酸生成剂具有与光致抗蚀剂组合物的树脂类似的亲水特性，使得该光致酸生成剂可以容易地与树脂混合。因此，所述光致酸生成剂可以均匀地分布于光致抗蚀剂膜中。因此，在光致抗蚀剂膜中由光致酸生成剂生成的酸移动到树脂的保护基团的扩散长度短，使得光致抗蚀剂图案可以具有均匀的外形。而且，包含该光致酸生成剂的光致抗蚀剂组合物可以提高以密集图案形式形成的相同图案(iso-patterns)的临界线宽极限，并且可以形成其上部不受损害的光致抗蚀剂图案。 附图说明 本专利技术的上述和其它特征和优点通过在其详细的示例性实施方案中参考附图描述而将变得更加明显，在附图中 图1是说明光致酸生成剂在由常规的光致抗蚀剂组合物形成的光致抗蚀剂膜中的分布的横截面图； 图2、3、4和5是说明根据本专利技术的一个示例性实施方案的形成图案本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光致酸生成剂，所述光致酸生成剂具有选自由下列化学式１、２、３和４表示的化合物中的锍盐阳离子基团和由下列化学式５表示且含有羧基作为亲水部位的锍盐阴离子基团，其中Ｒ↓［１］、Ｒ↓［２］、Ｒ↓［３］和Ｒ↓［４］独立地表示氢原子或含１至５个碳原子的烷基，ｎ表示１至３的自然数，并且Ｘ表示选自含４至１０个碳原子的环状基团、金刚烷基和含有氧原子的环庚基中的一个，　　　　＊＊＊。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：尹孝镇，权宁吉，金永虎，金导永，崔在喜，白世卿，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]