[发明专利]光致抗蚀剂和光刻方法

说明书

技术领域

本发明涉及光致抗蚀剂和使用该光致抗蚀剂的光刻方法，特别涉及一种使用化学放大作用的光致抗蚀剂和使用该光致抗蚀剂的光刻方法。

背景技术

微电子产业的飞速发展要求半导体器件的特征尺寸越来越小，器件特征尺寸的减小一方面依赖于曝光工具，另一方面也与光致抗蚀剂的选择密切相关。因此，与光刻技术相应的光致抗蚀剂的选择与应用也成为光刻工艺中的一个重要研究内容。

光刻技术的进步促进了光致抗蚀剂性能的不断完善。利用化学放大作用的光致抗蚀剂具有高灵敏度、强的耐干法腐蚀性等优点，有利于半导体后续加工工艺的进行，因此在半导体工艺领域具有广阔的应用前景。在光刻领域正逐渐受到人们的关注。可以相信，工艺性能得到更加完善稳定的化学放大光致抗蚀剂将在半导体工业中发挥重要作用。

化学放大光致抗蚀剂一般包括三个部分：基质树脂、有机溶剂和用于产生化学放大作用的光致产酸剂(photoacid generator，PAG)。化学放大光致抗蚀剂经曝光或光照后，PAG吸收能量发生光分解，生成自由酸，发生酸催化反应，使曝光区域的基质树脂发生保护基团的去除反应或树脂与交联剂之间的交联反应，形成正性或负性潜像，在一定的溶剂中显影形成曝光图案。此外，也有一些化学放大光致抗蚀剂使用光致产碱剂(photobase generator，PBG)来替代光致产酸剂，通过光碱(photo-base)来产生碱催化反应，同样可以与基质树脂发生保护基团的去除反应或树脂与交联剂之间的交联反应，形成正性或负性潜像。

但是，有两种因素会降低潜像的对比度。

一种因素是光酸(photo-acid)的扩散。通过第一波段的光照射产生的光酸会通过自由运动从质量浓度高的地方逐渐扩散到质量浓度低的地方。这样，光酸的质量浓度分布将偏离光学图像，从而使光酸的潜像的对比度降低。

第二种因素是光学衍射。理论上，通过掩模形成的光学图像应该是简单的二值图像，即光学图像中，对应于被掩模遮挡部分的图像的光强为零，而对应于掩模的透光部分的图像的光强为常数。然而，实际上，随着半导体工艺关键尺寸的不断减小，光的衍射效应越来越明显，使得光学图像中原本光强应当为零的部分也具有一定的光强。由此，导致光酸的潜像的对比度进一步降低。

现有技术中，通常采用限制光酸扩散长度的方式来提高潜像的对比度。但是，这种做法的缺陷在于使得去除反应或交联反应的效率降低。此外，现有技术中的方法也不能克服由于衍射效应而导致的潜像对比度降低。

发明内容

本发明的发明人发现上述现有技术中存在问题，并因此针对所述问题中的至少一个问题提出了一种新的技术方案。

本发明的一个目的是提供一种光致抗蚀剂。

本发明的另一个目的是提供一种使用该光致抗蚀剂进行光刻的方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种光致抗蚀剂，包括：基质树脂；用于产生化学放大作用的第一组分，该第一组分能够在第一波段的光的照射下产生第一化学物质，所述第一化学物质能够与所述基质树脂发生反应以形成潜像；以及第二组分，该第二组分能够在第二波段的光的照射下产生第二化学物质，所述第二化学物质能够与所述第一化学物质发生反应，从而降低第一化学物质在光致抗蚀剂中的质量浓度。

优选地，所述第一组分是光致产酸剂，并且所述第一化学物质是光酸；以及所述第二组分是光致产碱剂，并且所述第二化学物质是光碱。例如，所述光致产酸剂可以为(4-叔丁基苯基)二苯基锍三氟甲基磺酸酯或三苯基硫三氟甲烷磺酸盐等，所述光致产碱剂可以为季铵盐等。

进一步地，所述光致产酸剂的质量浓度可以为例如1％至30％，所述光致产碱剂的质量浓度可以为例如0.1％至20％。

进一步地，所述基质树脂为聚羟基苯乙烯或聚丙烯酸酯等。

根据本发明的第二方面，提供了一种使用本发明的光致抗蚀剂进行光刻的方法，包括以下步骤：提供表面覆盖有所述光致抗蚀剂的衬底；使用第一波段的光对所述光致抗蚀剂表面的选定区域进行选择性照射；使用第二波段的光对所述光致抗蚀剂表面的所有区域进行均匀照射；对所述光致抗蚀剂进行显影处理，从而形成所需要的光致抗蚀剂图案。

优选地，第一波段的光的照射剂量为0.1-100毫焦耳/平方厘米。

优选地，第二波段的光的照射剂量为0.1-100毫焦耳/平方厘米。

优选地，基本上同时进行第一波段的光的照射步骤和第二波段的光的照射步骤。

本发明的一个优点在于，利用光碱来中和部分光酸，从而提高了潜像的对比度。