一类单分散部分保护的分子及其制备方法和在光刻中的应用技术

本发明专利技术公开了一种下式(I)所示的单分散部分保护的化合物及其制备方法和应用。该化合物作为分子玻璃光刻胶相比于多分散部分保护的分子玻璃光刻胶，其合成重复性高，组分均一。曝光区域在显影液中溶解速率一致，有利于改善线边缘和线宽粗糙度；相比于全保护的分子玻璃光刻胶，裸露的羟基增多，更小的曝光剂量即可实现曝光区和非曝光区的溶解性差异，进一步提高了光刻胶的灵敏性。了光刻胶的灵敏性。了光刻胶的灵敏性。了光刻胶的灵敏性。

【技术实现步骤摘要】
一类单分散部分保护的分子及其制备方法和在光刻中的应用


[0001]本专利技术属于材料
，具体涉及一类单分散部分保护的分子及其制备方 法和在光刻中应用。

技术介绍

[0002]光刻胶是一类光子或电子敏感的薄膜材料，经过辐射之后，曝光区域和非曝 光区域产生明显的溶解性差异，进一步通过显影得到光刻图案。光刻胶薄膜作为 阻挡层，其性能决定了光刻图案的质量，进而影响后续的刻蚀工艺以及基底图案 的质量。
[0003]光刻胶的性能一般从分辨率(Resolution)、灵敏度(Sensitivity)、线边缘 粗糙度(Line Edge Roughness，LER)/线宽粗糙度(Line Width Roughness， LWR)、对比度(Contrast)、抗刻蚀性(Etching Durability)和产气量(Outgassing) 等方面来评估。为满足半导体工业对芯片集成度日益增加的需求，优异的光刻胶 必须同时具备高分辨率、高灵敏度、低的线边缘粗糙度、高的抗刻蚀性和低的产 气量等特点。因此，发展高性能光刻胶具有十分重要的意义。
[0004]传统的化学放大光刻胶主体材料通常采用分子量5000～15000道尔顿的聚合 物树脂，其光刻分辨率受限于分子尺寸和酸分布不均匀性，同时因聚合物分子体 积大、分子量多分散和分子链缠绕等因素，易造成较大的线边缘粗糙度，不适合 作为下一代极紫外光刻的主体材料。目前极紫外光刻胶的研究热点集中于分子玻 璃，这类小分子化合物具有明确的分子结构，稳定的无定型态和高的玻璃化转变 温度，同时兼具聚合物的热稳定性和成膜性，适宜作为高分辨率光刻胶主体材料。 根据相关文献报道，以分子玻璃作为光刻胶主体材料已取得非常欣喜的结果，部 分分子玻璃光刻胶借助极紫外光刻技术，光刻条纹的分辨率可达20nm以下 (Performance of EUV molecular resists based on fullerene derivatives
‑‑
Proc. SPIE 7972(2011)797209)。但目前分子玻璃光刻胶的主体材料基本是酸敏感基 团多分散的部分保护结构。这种多分散的部分保护结构是一种混合物，其合成得 到的分子结构不完全相同，保护基团的位置和数目是不确定的。而在更为精细的 光刻过程中，分子结构上细微的差别也会对光刻结果造成很大的影响。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一类单分散部分保护的分子玻璃化 合物及其制备方法和应用。本专利技术所述单分散部分保护的分子玻璃具有确定的结 构，其是通过精准的化学合成、调控其部分保护的比例而得到的。可实现更高的 分辨率，获得性能更佳的光刻效果。
[0006]本专利技术首先提供了一种式I所示的化合物：
[0007][0008]其中，A选自
‑
S
‑
、
‑
S(O)
‑
、
‑
S(O)2‑
、
‑
C(CH3)2‑
或亚金刚烷基；
[0009]R1相同，R2相同，R3相同，R1、R2与R3相同或不同，彼此独立地选自H、OR
a
或C1‑
12
烷基，所述R
a
为酸敏感基团；且R1、R2与R3中的一个为OR
a
。
[0010]根据本专利技术的实施方案，以式(I)化合物中，酸敏感基团个数/(酸敏感基 团个数+OH个数)的值记为保护比例，所述保护比例约为67％，分数表示为三分 之二。
[0011]根据本专利技术的实施方案，所述的酸敏感基团是指在酸催化条件下，能从主体 材料上脱落的基团。
[0012]根据本专利技术的实施方案，所述R
a
选自如下基团：
[0013][0014]其中，表示连接键。
[0015]根据本专利技术的实施方案，式(I)所示化合物具有如下式(IA)所示的结构：
[0016][0017]其中，R2选自OR
a
，A、R
a
如上所定义。
[0018]根据本专利技术的实施方案，式(I)所示化合物选自以下结构：
[0019][0020][0021]其中，R1、R2、R3彼此独立地具有上文所述的定义。
[0022]根据本专利技术的实施方案，式(I)所示化合物具有以下结构：
[0023][0024]本专利技术还提供式(I)所示化合物的制备方法，包括如下步骤：
[0025][0026]其中A、R1、R2、R3如上述所定义，R
b
为氧保护基，例如无取代或被C1‑6烷 基、C1‑6烷氧基取代的苄基；
[0027]A1)将式(I
‑
3)化合物与R
b
‑
X反应，得到式(I
‑
2)化合物，其中X为卤素；
[0028]A2)再将式(I
‑
2)化合物与式(I
‑
4)化合物或其酯(例如频哪醇酯)反应 得到式(I
‑
1)化合物，
[0029][0030]其中，R1、R2、R3如上述所定义，
[0031]A3)再将式(I
‑
1)化合物进行脱保护反应得到式(I)化合物。
[0032]本专利技术还提供上述化合物作为光刻胶主体材料的应用。
[0033]本专利技术进一步提供了一种正性光刻胶组合物，包括上述化合物。
[0034]根据本专利技术，所述光刻胶组合物包括上述化合物、光致产酸剂和光刻胶溶剂。
[0035]根据本专利技术，所述光刻胶组合物中，以质量分数计，所述化合物占所述正性 光刻胶组合物总质量的1～10wt％，所述光致产酸剂占所述正性光刻胶组合物总质 量的0.01～1wt％，其余为光刻胶溶剂。
[0036]根据本专利技术，所述光致产酸剂选自离子型或非离子型光致产酸剂，包括三氟 甲磺酸三苯基硫鎓盐、全氟丁基磺酸三苯基硫鎓盐、对甲苯磺酸二(4
‑
叔丁基苯 基)碘鎓盐或N
‑
羟基萘酰亚胺三氟甲磺酸盐中的一种或几种。
[0037]根据本专利技术，所述光刻胶溶剂选自丙二醇单甲醚醋酸酯、乳酸乙酯、乙二醇 单甲醚或环己酮中的一种或多种。
[0038]本专利技术还提供了一种正性光刻胶薄膜，包括所述化合物。
[0039]本专利技术还提供了一种正性光刻胶薄膜的制备方法，包括将所述正性光刻胶组 合物施加在基底上成膜得到所述正性光刻胶薄膜。
[0040]在一个实施方式中，所述施加方式为旋涂法。
[0041]在一个实施方式中，所述基底可以为硅片。
[0042]本专利技术还提供如上所述正性光刻胶组合物、正性光刻胶薄膜在光刻中的应 用。
[0043]在一个实施方式中，所述正性光刻胶组合物、正性光刻胶薄膜用于248nm光 刻、193nm光刻、极紫外光刻(EUV)、纳米压印光刻或电子束光刻等光刻技术 中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种式I所示的化合物：其中，A选自
‑
S
‑
、
‑
S(O)
‑
、
‑
S(O)2‑
、
‑
C(CH3)2‑
或亚金刚烷基；R1相同，R2相同，R3相同，R1、R2与R3相同或不同，彼此独立地选自H、OR
a
或C1‑
12
烷基，所述R
a
为酸敏感基团；且R1、R2与R3中的一个为OR
a
。2.根据权利要求1所述的化合物，其特征在于，所述R
a
选自如下基团：其中，表示连接键。3.根据权利要求1或2所述的化合物，其特征在于，式(I)所示化合物具有如下式(II)所示的结构：R2选自OR
a
，A、R
a
具有权利要求1或2所述的定义。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的化合物，其特征在于，式(I)所示化合物选自以下结构：
其中，R1、R2、R3彼此独立地具有权利要求1
‑
3任一项所述的定义。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的化合物，其特征在于，式(I)所示化合物选自以下结构：6.权利要求1
‑
5中任一项所述化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：其中A、R1、R2、R3彼此独立地具有权利要求1
‑
5中任一项所述的定义，R
b
为氧保护基，例如无取代或被C1‑6烷基、C1‑6烷氧基取代的苄基；；A1)将式(I
‑
3)化合物与...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈金平，胡盛文，李嫕，于天君，曾毅，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：