[发明专利]杂化光致抗蚀剂组合物和使用它的图案形成方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及光刻法，更具体地涉及同时具有正和负特性的杂化光致抗蚀剂组合物。本发明还涉及使用此种光致抗蚀剂组合物的图案形成方法。

背景技术

光刻法是用于制造半导体器件、集成光路和光掩模的一类平版印刷方法。在光刻方法中，使用光将几何图案从光掩模转移到基材如硅晶片。首先在基材上形成光致抗蚀剂层。烘烤该基材以除去任何残留在光致抗蚀剂层中的溶剂。然后使所述光致抗蚀剂通过具有所需图案的光掩模暴露于光化辐射源如紫外线(UV)、远紫外线(EUV)、电子束或X射线。所述辐射曝光引起所述光致抗蚀剂的曝光区域中的化学反应并在所述光致抗蚀剂层中产生与掩模图案对应的潜像。接下来在显影剂溶液，通常碱水溶液中将所述光致抗蚀剂显影，以在所述光致抗蚀剂层中形成图案。

所述图案化的光致抗蚀剂然后可以作为掩模用于在基材上的后续制造方法，例如沉积、蚀刻或离子注入方法。

传统上，有两种类型的光致抗蚀剂：正抗蚀剂和负抗蚀剂。它们的特征在于溶解曲线，其中随着光致抗蚀剂暴露于增加水平的光化辐射，存在从第一溶解速率到第二溶解速率的单一转变。正抗蚀剂最初不溶于显影剂溶液。在曝光后，所述抗蚀剂的曝光区域变得可溶于显影剂溶液。

负抗蚀剂以相反的方式表现。负抗蚀剂最初可溶于显影剂溶液。暴露于辐射通常引发交联反应，该交联反应使负抗蚀剂的曝光区域变得不溶于显影剂溶液。对于正和负光致抗蚀剂两者来说，光致抗蚀剂的可溶区域基本上溶解在显影剂中而变成空间，而不溶区域在随后的显影步骤中作为光致抗蚀剂的线保留下来。

随着半导体程序变得越来越小，对在给定区域中印刷许多线和空间的需要也显著地增加。作为响应，半导体工业已经做出了许多努力来提高光刻方法的分辨率。例如，持续开发相移掩模、较短波长曝光工具、浸没式光刻(immersion lithography)、较高数字光圈曝光工具和具有选择性照明系统的工具，以改进集成电路的图案密度。然而，上述的所有这些途径伴随着高成本。

另外，由于用来产生小空间特征的掩模的差的光学图像对比度，使用常规正或负光致抗蚀剂以精确图像控制印刷这些特征如小尺寸的沟和通孔变得越来越具挑战性。

因此，需要能够以相对低的成本实现改进的分辨率并且能够印刷具有精确图像控制的小特征，尤其是小尺寸的空间的光致抗蚀剂组合物和图案形成方法。

发明公开

本发明提供能够同时具有正和负特性以实现改进的分辨率的光致抗蚀剂组合物。本发明还提供能够印刷小尺寸的空间的图案形成方法。

在一个方面，本发明涉及杂化光致抗蚀剂组合物。所述组合物包括辐射敏感性酸产生剂、交联剂和具有疏水性单体单元和含羟基的亲水性单体单元的聚合物。所述羟基中的至少一些用具有低活化能的酸不稳定性结构部分保护。所述光致抗蚀剂能够对单一曝光产生杂化响应，使得：所述光致抗蚀剂的在所述单一曝光过程中未曝光的第一部分不溶于显影剂；所述光致抗蚀剂的暴露于所述单一曝光的第一光化能量水平的第二部分也不溶于显影剂；和所述光致抗蚀剂的在所述单一曝光过程中暴露于比所述第一光化能量水平小的第二光化能量水平的第三部分变得可溶于显影剂。

在另一个方面，本发明涉及在基材上形成图案化结构的方法。所述方法包括以下步骤：提供具有材料层的基材；将光致抗蚀剂组合物施涂到所述基材上以在所述材料层上形成光致抗蚀剂层，所述光致抗蚀剂组合物包含辐射敏感性酸产生剂、交联剂和具有疏水性单体单元和含羟基的亲水性单体单元的聚合物，其中所述羟基中的至少一些用具有低活化能的酸不稳定性结构部分保护，并且其中所述光致抗蚀剂能够对单一曝光产生杂化响应，使得：所述光致抗蚀剂的在所述单一曝光过程中未曝光的第一部分不溶于显影剂；所述光致抗蚀剂的暴露于所述单一曝光的第一光化能量水平的第二部分也不溶于显影剂；和所述光致抗蚀剂的在所述单一曝光过程中暴露于比所述第一光化能量水平小的第二光化能量水平的第三部分变得可溶于显影剂；使所述光致抗蚀剂层图案化地暴露于辐射；和用所述显影剂除去所述光致抗蚀剂层的一部分，以在所述光致抗蚀剂层中形成图案化的特征。

实施方案的详细描述

应当理解，当一个元件如一个层被提及为“在另一元件上”或“在另一元件上方”时，它可以直接地在所述另一元件上，或者也可以存在介于其间的元件。相反，当一个元件被提及为“直接地在另一元件上”或“直接地在另一元件上方”时，不存在介于其间的元件。