[發(fā)明專利]光敏組合物

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010625231.3
• 申請日: 2010-12-30
• 公開（公告）號: CN102153695A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·W·撒克里;E·阿恰達
• 申請（專利權(quán)）人: 羅門哈斯電子材料有限公司
• 主分類號: C08F220/32
• 分類號: C08F220/32;C08F220/18;C08F220/30;C08F220/38;C08F220/34;C08F220/28;G03F7/039;B32B27/06;G03F7/00;H01L21/027
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 郭輝

基于35U.S.C.§119(e)，本申請主張享有2009年12月31日遞交的美國臨時申請No.61/335,169的優(yōu)先權(quán)利益，其全部內(nèi)容在此引入并作參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光敏組合物及其使用方法。更特別地，本發(fā)明涉及正性化學(xué)放大光致抗蝕組合物，其包含增加光致輻射下曝光的感光速度的分子結(jié)構(gòu)，特別是波長小于300nm，如深紫外(DUV-248nm)、193nm和遠紫外(EUV-13.4nm)以及電子束輻射。所述光敏組合物特別適用于光刻工藝，如半導(dǎo)體制造。

背景技術(shù)

抗蝕劑是用于將圖像轉(zhuǎn)化到基板上的光敏薄膜。抗蝕劑層形成在基板上，接著上述抗蝕劑層通過光掩膜在激活輻射源下曝光。光掩膜具有對于活化輻射不透明的區(qū)域和對于活化輻射透明的其它區(qū)域。曝光于活化輻射得到抗蝕劑涂層的光誘導(dǎo)化學(xué)轉(zhuǎn)化，因此將光掩膜的圖案轉(zhuǎn)化到抗蝕劑涂覆基板上。接著進行曝光，抗蝕劑經(jīng)顯影得到浮雕圖像，其使基底能進行選擇性處理。

隨著下一代光刻(浸潤式光刻、兩次圖形曝光、EUV和電子束)的入口節(jié)點朝著更小的節(jié)點發(fā)展，抗蝕劑及其相關(guān)問題在半導(dǎo)體微刻技術(shù)發(fā)展中已經(jīng)成為更重要的因素。利用瑞利方程(Rayleigh?equation)，采用0.25的數(shù)值孔徑，k₁為0.5，波長為13.4nm，那么EUV光刻的最小半節(jié)距分辨率為26.8nm半節(jié)距。EUV光刻過程證實化學(xué)放大抗蝕劑對低于30nm的分辨率更具潛力。抗蝕劑應(yīng)顯示優(yōu)異的光刻速度、線邊緣粗糙度(LER)和分辨率，上述均在單一抗蝕劑體系內(nèi)。抗蝕劑敏感度，特別地，對于EUV技術(shù)的實施是很大的障礙。

同時達到可接受分辨率、敏感度和LER的能力已經(jīng)成為EUV光刻商業(yè)化的最高潛在風(fēng)險障礙。當(dāng)分辨率和LER要求也滿足于193nm浸潤式光刻時，敏感度對于EUV光刻特別重要，因為EUV源中可利用的能量有限。分辨率、敏感度和LER特性緊緊地聯(lián)系在一起。例如，催化鏈長度增加，可提高敏感度，但可導(dǎo)致分辨率降低。雖然需要酸擴散消除初始酸分布時的粗糙度，但過度擴散通常導(dǎo)致LER的增加。而且，曝光劑量或堿淬滅劑負載的增加一般會抑制LER，但是同時減少敏感度。由于這樣的情況，尋找高敏感度的EUV抗蝕劑極具挑戰(zhàn)性。

化學(xué)放大光致抗蝕劑用于光刻工藝，一般是DUV和較短波長，由于在較短波長時的較大吸收，因此增加了對曝光能量的敏感度。化學(xué)放大正性抗蝕劑一般是保護的聚合物和光生酸劑(PAG)的混合物。所述放大過程始于曝光時產(chǎn)生自PAG的光致酸。接下來酸催化裂解聚合物上的酸性不穩(wěn)定保護基團，使上述抗蝕劑聚合物的曝光部分溶于顯影液中。

該混合型-PAG復(fù)合材料的缺點包括由于低PAG溶解度導(dǎo)致的低的最大PAG負載、PAG聚集和分離導(dǎo)致的非均勻抗蝕劑薄膜和光致酸擴散導(dǎo)致臨界尺寸控制的模糊和消失。這些限制導(dǎo)致需要在獲得高分辨率、高敏感度和低LER的所需圖形特征之間進行折衷。為了減少這些問題，已經(jīng)研究了在聚合物主鏈中加入離子型和非離子型PAGs。這些結(jié)構(gòu)相對于混合型PAG抗蝕劑而言，似乎對減少放氣以及降低LER是重要的。特別地，合成途徑和單體PAGs是很有限的，并且通過合理的規(guī)模生產(chǎn)它們也是困難的。

EUV和電子束輻射的高能量超過了一般光致抗蝕劑的電離勢。在這方面，抗蝕劑材料相對于具有92.5eV能量的EUV而言通常具有10eV電離勢，而電子束輻射更大。已經(jīng)建議酸生成機理從PAG的直接活化改變成高于抗蝕劑材料電離勢的堿性聚合物光誘導(dǎo)離子化機理。在離子化機理中，酸質(zhì)子通過堿聚合物的脫質(zhì)子化生成。因此，酸生成效率高度取決于聚合物結(jié)構(gòu)(參見Proc.Of?SPIE第6923欄，692319，(2008)和J.Vac.Sci.Technol.B?22(6)，第3489-3492頁(Nov/Dec?2004))。

目前可用的包括堿性聚合物和PAG的混合物的光致抗蝕劑適用于許多申請。但是，它們表現(xiàn)出了明顯的缺點，特別是在高性能應(yīng)用中如高解析的半亞微米和四分之一亞微米特征。雖然已經(jīng)努力將PAG組分共價連到抗蝕樹脂作為混合體系的替代(參見美國專利No.7,049,044)，已經(jīng)報道了低光敏性的聚合物-結(jié)合PAG體系(參見美國Appl.Pub.No.2007/0117043A1；美國Appl.Pub.No.2008/0206671A1；和美國Appl.Pub.No.2008/0102407A1)。雖然已知的聚合物結(jié)合PAGs能減少與相分離和基于聚合物-PAG混合體的化學(xué)放大抗蝕體系中的非均勻酸分布相關(guān)的問題，但是它們對DUV、EUV和電子束光刻應(yīng)用也顯示了相對的低敏感度。