光致抗蚀剂组合物及图案形成方法技术

光致抗蚀剂组合物包含：酸敏感聚合物，其包含由包含酸可分解基团的第一可自由基聚合单体形成的第一重复单元和由包含羧酸基团的第二可自由基聚合单体形成的第二重复单元；包含两个或更多个烯醇醚基团的化合物，其中所述化合物不同于所述酸敏感聚合物；包含碱不稳定基团的材料；光酸产生剂；以及溶剂。所述光致抗蚀剂组合物和使用所述光致抗蚀剂组合物的图案形成方法特别地可用于在半导体制造工业中形成精细光刻图案。形成精细光刻图案。

【技术实现步骤摘要】
光致抗蚀剂组合物及图案形成方法

技术介绍
1.专利

[0001]本专利技术总体上涉及电子装置的制造。更具体地，本专利技术涉及光致抗蚀剂组合物并且涉及使用此类组合物的图案形成方法。所述组合物和方法特别用于形成用于制造半导体装置的光刻图案。
[0002]2.相关技术说明
[0003]在半导体制造工业中，光致抗蚀剂层用于将图像转移到布置在半导体基底上的一个或多个下层，如金属、半导体或介电层，以及所述基底本身。为了增加半导体装置的集成密度并且使得形成具有在纳米范围内的尺寸的结构，已经并且继续开发具有高分辨率能力的光致抗蚀剂组合物和光刻处理工具。
[0004]化学增强的光致抗蚀剂组合物通常用于高分辨率处理。此类组合物典型地使用具有酸可分解基团的聚合物、光酸产生剂(PAG)和溶剂。将由此种光致抗蚀剂组合物形成的层以图案形式暴露于活化辐射使酸产生剂形成酸，在暴露后烘烤期间，所述酸使光致抗蚀剂层的暴露区域中的酸可分解基团断裂。这在显影剂溶液中层的暴露区域与未暴露区域之间产生了溶解度特性的差异。在正性显影(PTD)过程中，光致抗蚀剂层的暴露区域变得可溶于水性的碱性显影剂中并且从基底表面除去，并且不溶于显影剂的未暴露区域在显影后保留以形成正像。所得浮雕图像允许基底的选择性处理。
[0005]在半导体装置中实现纳米级特征尺寸的一个方法是在化学增强光致抗蚀剂的曝露过程中使用短波长的光，例如193纳米(nm)或更短。为了进一步改善光刻性能，已经开发了浸入式光刻工具(例如具有ArF(193nm)光源的浸入式扫描仪)以有效地增加成像装置的镜头的数值孔径(NA)。通过在成像装置的最后的表面和半导体晶片的上表面之间使用较高折射率的流体(典型地水)可实现这一点。通过使用多重(二级或更高级别的)图案化，ArF浸入式工具目前正在将光刻术的边界推至16nm和14nm节点。然而，随着光刻分辨率的增加，光致抗蚀剂图案的线宽粗糙度(LWR)在产生高分辨率图案中变得更重要。例如，沿栅极长度的过度线宽变化对阈值电压产生不利影响，并可能增加漏电流，这两者都会对装置性能和产量产生不利影响。因此，需要允许所需LWR特性的光致抗蚀剂组合物。
[0006]工艺生产量是半导体制造工业中非常感兴趣的领域。这对于光致抗蚀剂曝露工艺来说尤其如此，因为它在整个装置形成过程中出现的频率很高。先进的光致抗蚀剂暴露工具典型地在晶片上移动，一次曝露一个管芯的光致抗蚀剂层。处理晶片上所有管芯的时间可能相当长。具有改善的光敏性的光致抗蚀剂组合物将允许以更短的暴露时间实现目标临界尺寸(CD)。因此需要具有改善的灵敏度的光致抗蚀剂组合物。
[0007]美国申请公开号US 2006/0160022 A1公开了含有交联树脂的化学增强的正性光致抗蚀剂组合物。交联树脂含有由充当交联剂的单体形成的聚合单元。该聚合单元含有两个缩醛基团，所述缩醛基团旨在在暴露之后和暴露后烘烤期间通过与光生酸反应而分解，从而使光致抗蚀剂层的暴露区域可溶于水性显影剂中。此类光致抗蚀剂组合物被认为展现
出保质期稳定性问题，并且由于合成期间缩醛基团的相对不稳定性，也可能是制造的挑战。因此需要更稳定的光致抗蚀剂组合物。
[0008]因此，本领域中需要改进的光致抗蚀剂组合物和图案形成方法，其解决与现有技术相关的一个或多个问题。

技术实现思路

[0009]根据本专利技术的第一方面，提供了光致抗蚀剂组合物。所述光致抗蚀剂组合物包含：酸敏感聚合物，其包含由包含酸可分解基团的第一可自由基聚合单体形成的第一重复单元和由包含羧酸基团的第二可自由基聚合单体形成的第二重复单元；包含两个或更多个烯醇醚基团的化合物，其中所述化合物不同于所述酸敏感聚合物；包含碱不稳定基团的材料；光酸产生剂；以及溶剂。
[0010]还提供了图案形成方法。所述图案形成方法包括：(a)在基底上施加如本文所述的光致抗蚀剂组合物的层；(b)软烘烤所述光致抗蚀剂组合物层；(b)将所述软烘烤的光致抗蚀剂组合物层暴露于活化辐射；(d)暴露后烘烤所述光致抗蚀剂组合物层；以及(c)使所述暴露后烘烤的光致抗蚀剂组合物层显影以提供抗蚀剂浮雕图像。
具体实施方式
[0011]本文使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，而不旨在限制本专利技术。除非上下文另有指示，否则单数形式“一个/一种(a/an)”和“该/所述(the)”旨在包括单数和复数形式。本文所公开的全部范围包括端点，并且所述端点彼此可独立组合。当一个元件被称为是“在”另一个元件“之上”或“上”时，它可以与所述另一个元件直接接触或其间可能存在插入元件。相反，当一个元件被称为是“直接在”另一个元件“之上”时，不存在插入元件。
[0012]如本文使用，“酸可分解基团”是指以下基团，其中通过酸的催化作用(任选地并且典型地与热处理一起)使键断裂，导致极性基团(例如羧酸或醇基)在聚合物上形成以及任选地并且典型地，与断裂的键连接的部分从聚合物断开。酸可分解基团包括例如：叔烷基酯基团、仲或叔芳基酯基团、具有烷基和芳基基团的组合的仲或叔酯基团、或叔烷氧基基团。酸可分解基团在本领域中通常也称为“酸可裂解基团”、“酸可裂解保护基团”、“酸不稳定基团”、“酸不稳定保护基团”、“酸离去基团”以及“酸敏感基团”。
[0013]除非另有说明，否则“取代的”基团是指其氢原子中的一个或多个被一个或多个取代基取代的基团。示例性的取代基基团包括但不限于，羟基(
‑
OH)、卤素(例如
‑
F、
‑
Cl、
‑
I、
‑
Br)、C1‑
18
烷基、C1‑8卤代烷基、C3‑
12
环烷基、具有至少一个芳环的C6‑
12
芳基(例如苯基、联苯基、萘基等，每个环是取代或未取代的芳香族的)、具有至少一个芳环的C7‑
19
芳基烷基、C7‑
12
烷基芳基、及其组合。为了确定碳数的目的，当基团是取代的时，基团的碳原子数是此基团中的碳原子的总数，不包括任何取代基的那些。
[0014]本专利技术的光致抗蚀剂组合物包括酸敏感聚合物、包含两个或更多个烯醇醚基团的化合物(其中所述化合物不同于酸敏感聚合物)、包含碱不稳定基团的材料、光酸产生剂、以及溶剂，并且可以包括一种或多种任选的另外的组分。诸位专利技术人已经出人意料地发现，本专利技术的特定光致抗蚀剂组合物可以实现显著改善的光刻性能，诸如降低的线宽粗糙度(LWR)和改善的光敏性。
[0015]酸敏感聚合物包含由包含酸可分解基团的第一可自由基聚合单体形成的第一重复单元和由包含羧酸基团的第二可自由基聚合单体形成的第二重复单元，并且可以包括一种或多种另外类型的重复单元。聚合物应该在光致抗蚀剂组合物的溶剂中具有良好的溶解度。
[0016]酸可分解基团可以是在分解时在聚合物上形成羧酸基团或醇基团的类型。酸可分解基团优选地是叔酯基团，并且更优选地是叔烷基酯基团。具有酸可分解基团的合适的重复单元可以例如衍生自式(1a)、(1b)或(1d)中的一种或多种单体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光致抗蚀剂组合物，其包含：酸敏感聚合物，其包含由包含酸可分解基团的第一可自由基聚合单体形成的第一重复单元和由包含羧酸基团的第二可自由基聚合单体形成的第二重复单元；包含两个或更多个烯醇醚基团的化合物，其中所述化合物不同于所述酸敏感聚合物；包含碱不稳定基团的材料；光酸产生剂；以及溶剂。2.如权利要求1所述的光致抗蚀剂组合物，其中，所述化合物具有式(5)：其中：R
14
独立地表示
‑
H、C1‑4烷基、或C1‑4氟烷基，任选地包括作为其结构的一部分的选自
‑
O
‑
、
‑
S
‑
、
‑
N(R
15
)
‑
、
‑
C(O)
‑
、
‑
C(O)O
‑
、或
‑
C(O)N(R
15
)
‑
的一个或多个基团，其中R
15
表示氢或者取代或未取代的C1‑
10
烷基，并且任何两个R
14
基团一起任选地形成环；L5表示具有化合价d的连接基团；并且d是2至4的整数。3.如权利要求2所述的光致抗蚀剂组合物，其中，所述化合物具有式(5
‑
1)：CH2＝CH
‑
O
‑
R
17
‑
O
‑
CH＝CH2ꢀꢀꢀ
(5
‑
1)其中R
17
表示C1‑
10
直链亚烷基、C3‑
10
支链亚烷基、C3‑
10
环亚烷基、或其组合，其中的每一个可以是取代或未取代的。4.如权利要求1所述的光致抗蚀剂组合物，其中，所述化合物是包含第一重复单元的聚合物，所述第一重复单元包含侧接于聚合物骨架的烯醇醚基团。5.如权利要求4所述的光致抗蚀剂组合物，其中，所述化合物的第一重复单元由乙烯基芳香族单体或(甲基)丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯希森，李明琦，J，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：