[发明专利]光活性化合物

说明书

技术领域

本发明涉及可用在微光刻领域中的光致抗蚀剂组合物中，尤其可用于在半导体器件制造中将负性和正性图案成像的新型光活性化合物，以及光致抗蚀剂组合物和将光致抗蚀剂成像的方法。

背景技术

在如在电脑芯片和集成电路的制造中，用于制造小型化电子部件的微光刻法中，使用光致抗蚀剂组合物。通常，在这些方法中，首先在衬底材料，如用于制造集成电路的硅晶片上涂施光致抗蚀剂组合物膜的薄涂层。然后烘烤涂覆的衬底以蒸发光致抗蚀剂组合物中的任何溶剂并使涂层固定到衬底上。涂在衬底上的光致抗蚀剂接着进行对辐射成像式曝光。

辐射曝光造成经涂覆的表面的曝光区域中的化学转化。可见光、紫外(UV)光、电子束和X-射线辐射能是如今在微光刻法中常用的辐射类型。在这种成像式曝光后，用显影剂溶液处理经涂覆的衬底以溶解和除去光致抗蚀剂的辐射曝光或未曝光区域。半导体器件的小型化趋势已导致使用在越来越低的辐射波长下敏感的新型光致抗蚀剂，并且也已导致使用复杂的多级体系，以克服与这类小型化相关的难题。

有两种类型的光致抗蚀剂组合物：负性工作和正性工作的。在光刻加工中的特定点所用的光致抗蚀剂的类型取决于半导体器件的设计。负性工作的光致抗蚀剂组合物在辐射下成像式曝光时，暴露在辐射中的光致抗蚀剂组合物的区域变得对于显影剂溶液较不可溶(例如发生交联反应)，而光致抗蚀剂涂层的未曝光区域保持对于这样的溶液相对可溶。因此，用显影剂处理曝光的负性工作的抗蚀剂导致除去光致抗蚀剂涂层的非曝光区域并在涂层中形成负像，由此露出下方衬底表面的所需部分，在该衬底表面上沉积光致抗蚀剂组合物。

另一方面，正性工作的光致抗蚀剂组合物在辐射下成像式曝光时，暴露在辐射下的光致抗蚀剂组合物的那些区域变得对于显影剂溶液更加可溶(例如发生重排反应)，而那些未曝光区域保持对于显影剂溶液相对不可溶。因此，用显影剂处理曝光的正性工作的光致抗蚀剂导致除去涂层的曝光区域并在光致抗蚀剂涂层中形成正像。再次露出下方表面的所需部分。

光致抗蚀剂分辨率定义为该抗蚀剂组合物在曝光和显影后可以以高图像边缘锐度从光掩模转移到衬底上的最小特征。如今在许多前沿制造应用中，小于半微米的数量级的光致抗蚀剂分辨率是必需的。此外，几乎总是希望的是，显影的光致抗蚀剂壁轮廓几乎垂直于衬底。抗蚀剂涂层的显影和未显影区域之间的这样的分界转化为掩模图像向衬底上精确的图案转印。随着向小型化的推进降低器件上的临界尺寸，这变得更加关键。在光致抗蚀剂尺寸已减小到低于150nm的情况下，光致抗蚀剂图案的粗糙度已变成关键问题。通常，对于线和间距图案作为沿光致抗蚀剂线的粗糙度，且对于接触孔作为侧壁粗糙度，观察边缘粗糙度(常被称作线边缘粗糙度)。边缘粗糙度可能对光致抗蚀剂的光刻性能具有不利影响，尤其在降低临界尺寸宽容度和在将光致抗蚀剂的线边缘粗糙度转移到衬底上方面。因此，使边缘粗糙度最小化的光致抗蚀剂是高度希望的。

在需要亚半微米的几何结构的场合经常使用对大约100纳米至大约300纳米的短波长敏感的光致抗蚀剂。特别优选的是包含非芳族聚合物、光致酸生成剂、任选的溶解抑制剂和溶剂的光致抗蚀剂。

高分辨率的化学增强的深紫外(100-300纳米)正和负色调光致抗蚀剂可用于将具有小于1/4微米几何尺寸的图像图案化。迄今，有三种主要的深紫外(UV)曝光技术，它们已提供小型化方面的显著进展，且这些使用发射248纳米、193纳米和157纳米辐射的激光器。深UV中所用的光致抗蚀剂通常包含具有酸不稳定基团并可以在酸存在下脱保护的聚合物，在吸收光时产生酸的光活性组分，和溶剂。

用于248纳米的光致抗蚀剂典型地基于取代的聚羟基苯乙烯及其共聚物，如US 4,491,628和US 5,350,660中所述的那些。另一方面，用于193纳米曝光的光致抗蚀剂需要非芳族聚合物，因为芳族化合物在该波长下是不透明的。US 5,843,624和GB 2,320,718公开了可用于193纳米曝光的光致抗蚀剂。通常，含脂环族烃的聚合物用于低于200纳米曝光用的光致抗蚀剂。脂环族烃出于许多原因引入聚合物中，主要由于它们具有相对较高的碳:氢比率，这改进了耐蚀刻性，它们还提供在低波长下的透明度且它们具有相对较高的玻璃化转变温度。在157纳米下敏感的光致抗蚀剂基于氟化聚合物，其已知在该波长下基本透明。在WO 00/67072和WO 00/17712中描述了由含有氟化基团的聚合物衍生的光致抗蚀剂。