[發(fā)明專利]一種新型負性化學(xué)放大光刻膠及其成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310277171.4
• 申請日: 2013-07-03
• 公開（公告）號: CN103309160A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫嘉;陳昕;羅杰·森特;李冰;刁翠梅;李海波;韓現(xiàn)濤
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科華微電子材料有限公司;北京科華豐園微電子科技有限公司
• 主分類號: G03F7/038
• 分類號: G03F7/038;G03F7/00
• 代理公司: 北京馳納智財知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11367
• 代理人: 謝亮;趙德蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子器件制造領(lǐng)域，具體涉及一種新型負性化學(xué)放大光刻膠及其成像方法。

背景技術(shù)

在微電子器件制造領(lǐng)域，光刻膠是實現(xiàn)圖形從掩膜板到基片轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵功能材料。其應(yīng)用工藝如下：首先將光刻膠涂布到基片上（一般采用旋轉(zhuǎn)涂布），然后進行預(yù)燒烤除去光刻膠中的溶劑，接著用特定波長的光源透過掩膜板照射到光刻膠上，被曝光的區(qū)域發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變其在顯影液中的溶解速率，然后通過顯影得到相應(yīng)的圖形，接著通過刻蝕、離子注入或金屬沉積等工藝步驟將圖形轉(zhuǎn)移到?jīng)]有光刻膠保護基片上，最后通過去膠液將光刻膠去除，完成圖形的轉(zhuǎn)移過程。

一般來講，根據(jù)化學(xué)作用機理不同，光刻膠可以分為正性光刻膠和負性光刻膠兩大類。正性光刻膠是指未曝光的光刻膠不溶于顯影液，可以保護被覆蓋在下面的基底材料不受下一步工藝的影響，而曝光部分的光刻膠薄膜可以溶于顯影液從而暴露出覆蓋于其下的基底材料，便于進行處理。而負性光刻膠形成薄膜后，未曝光部分可以溶于顯影液被洗去，被曝光部分變得不溶于顯影液留在基底上。

負性光刻膠的作用原理一般是，曝光區(qū)域的光敏劑在曝光后產(chǎn)生新物質(zhì)能夠引發(fā)樹脂聚合或交聯(lián)，而聚合或交聯(lián)后的樹脂區(qū)別于未曝光區(qū)域的樹脂，變得不溶于顯影液，從而在基底材料上留下與掩膜板相反的圖形。所以，一般負性光刻膠的組分包括含反應(yīng)活性官能團的樹脂、光敏劑、溶劑以及添加劑。基于光化學(xué)放大原理的負性光刻膠含有光致產(chǎn)酸劑，經(jīng)曝光后釋放出酸，能夠催化交聯(lián)劑與樹脂相互作用進而發(fā)生交聯(lián)。

現(xiàn)有的負性光刻膠一般由環(huán)化橡膠與雙疊氮化合物組成，其分辨率較低，不能滿足高檔光刻工藝的需求；這一體系還存在顯影液對曝光區(qū)域的溶脹現(xiàn)象而導(dǎo)致線條邊緣不整齊以及線條偏粗、精細度較差的情況，進一步降低了光刻膠的分辨率；另一方面，與之配套的顯影液一般含有二甲苯等毒害性比較高的物質(zhì)，對于操作人員的安全以及環(huán)境的保護都存在潛在的危險。

中國專利號為ZL01811264.1的發(fā)明專利公開了一種負作用化學(xué)放大的光刻膠組合物，該組合物包含有環(huán)鍵合羥基的酚類成膜聚合物粘合劑樹脂，至少兩種化學(xué)上不相似的交聯(lián)劑的組合物，和在曝露于成像輻射時產(chǎn)生酸的化合物（光酸產(chǎn)生劑）。該組合物可在堿性顯影液中顯影，但是該組合物分辨率較低，在顯影液中也會發(fā)生溶脹現(xiàn)象。

因此，微電子器件制造領(lǐng)域需要一種具有較高的分辨率與感光速度，且對環(huán)境更友好的一種新型負性光刻膠，得到線條邊緣更直、更清晰的圖形的同時，也減少環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中負性光刻膠分辨率低、與之相對應(yīng)的顯影液危害大、顯影過程存在溶脹等問題，本發(fā)明提供一種新型負性化學(xué)放大光刻膠，其采用的樹脂分子量是幾千甚至更小，交聯(lián)程度可以通過對交聯(lián)劑投放量的控制來控制，而且具有較高的分辨率與感光速度，尤其適用于紫外曝光設(shè)備及技術(shù)，可以與普通TMAH顯影液配套使用，而且對人員的操作和生產(chǎn)線機器的要求更低，對環(huán)境更友好，用這種負性光刻膠可以得到分辨率和感光速度更高、線條邊緣更直的圖形。

本發(fā)明提供的一種新型負性化學(xué)放大光刻膠，其含有：

a）苯酚類樹脂,能夠形成光刻膠薄膜的主體材料，該成膜樹脂在紫外光下有較好的透光性；

b）光致產(chǎn)酸劑，在光照時能夠產(chǎn)生一定強度的酸，并且可以通過酸的濃度來控制成膜樹脂的固化交聯(lián)速度，在光刻工藝過程中即體現(xiàn)為曝光速度的快慢；

c）交聯(lián)劑，在光致產(chǎn)酸劑產(chǎn)生的酸催化作用下，能夠與成膜樹脂中的酚羥基或鄰/對位羥甲基官能團發(fā)生縮和反應(yīng)形成次甲基鍵及少量的醚鍵，從而使成膜樹脂形成網(wǎng)狀的交聯(lián)結(jié)構(gòu)；

d）堿性添加劑，增強穩(wěn)定性，用來減輕環(huán)境中的堿對光致產(chǎn)酸劑受光照后產(chǎn)生的酸的影響，同時也能控制酸的擴散，提高曝光區(qū)和非曝光區(qū)的溶解速率反差；

e)敏化劑，一些染料類物質(zhì)對鎓鹽類光致產(chǎn)酸劑有敏化作用，在紫外光源曝光下有增感作用，可以提高光刻膠體系的感光速度。

f)光刻膠溶劑，對上述a）~e）物質(zhì)均有良好的溶解性，且在加熱的情況下化學(xué)穩(wěn)定性良好。有適宜的沸點，在高溫堅膜過程中能夠及時揮發(fā)逸出，且使a）~e）物質(zhì)混合后的液體能有比較小的表面張力，有利于光刻膠在半導(dǎo)體基體材料表面鋪展。

優(yōu)選的是，所述苯酚類樹脂、光致產(chǎn)酸劑、交聯(lián)劑、堿性添加劑、敏化劑和光刻膠溶劑的質(zhì)量配比為23-26：1-4：28-32：1-2：0-2：65-75。