[发明专利]用于负显影的含保护羟基的光致抗蚀剂组合物和使用其的图案形成方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及光刻法，更具体涉及能够使用有机溶剂作为显影剂进行负显影的光致抗蚀剂组合物。本发明还涉及使用这种光致抗蚀剂组合物的图案形成方法。

背景技术

光刻法广泛用于半导体工业中制造电子器件。光刻法是利用光将几何图案从光掩模转印到衬底例如硅晶片上的方法。在光刻法过程中，首先在衬底上形成光致抗蚀剂层。烘烤所述衬底以除去光致抗蚀剂层中残存的任何溶剂。所述光致抗蚀剂然后通过具有期望图案的光掩模暴露于光化辐射源。辐射暴露引起在光致抗蚀剂的暴露区域中的化学反应，并在光致抗蚀剂层中产生与掩模图案对应的潜像。所述光致抗蚀剂接下来在显影液，通常是碱性水溶液中显影，以在光致抗蚀剂层中形成图案。图案化的光致抗蚀剂然后可以用作掩模，用于衬底上的后续制造过程例如沉积、刻蚀或离子注入过程。

两种类型的光致抗蚀剂已经用于光刻法：正性抗蚀剂和负性抗蚀剂。正性抗蚀剂起初不溶于显影液中。曝光之后，所述抗蚀剂的曝光区域变得可溶于显影液，并然后在后续的显影步骤期间被所述显影液选择性除去。正性抗蚀剂的未曝光区域保留在衬底上，在光致抗蚀剂层中形成图案。因此，选择性除去光致抗蚀剂的曝光区域被称为“正显影”。

负性抗蚀剂表现为相反的方式。负性抗蚀剂起初可溶于显影液。暴露于辐射通常引起交联反应，其导致负性抗蚀剂的曝光区域变得不溶于显影液。在后续的显影步骤期间，负性抗蚀剂的未曝光区域被所述显影液选择性除去，在衬底上留下曝光区域以形成图案。与“正显影”相反，“负显影”是指选择性除去光致抗蚀剂的未曝光区域的过程。

用于193nm光刻法的大多数商业光致抗蚀剂是正性抗蚀剂。然而，随着半导体基本规则持续缩小，使用传统的正性抗蚀剂以碱性水溶液显影剂来印刷小特征，尤其是诸如沟槽和通孔的空间已经变得越来越具有挑战性，因为用来产生沟槽和通孔的暗场掩模的光学图像对比度差。因此，需要可以印刷小特征，特别是小尺寸空间的光致抗蚀剂组合物和图案形成方法。

发明概述

本发明提供了能够利用有机溶剂显影剂进行负显影的光致抗蚀剂组合物。本发明还提供了能够印刷小尺寸的沟槽和通孔的图案形成方法。

在一个方面，本发明涉及能够负显影的光致抗蚀剂组合物。所述光致抗蚀剂组合物包括成像聚合物、交联剂和辐射敏感型产酸剂。该成像聚合物包括具有酸不稳定部分取代的羟基的单体单元。

在另一个方面，本发明涉及在衬底上形成图案化的材料结构的方法。所述方法包括以下步骤：提供具有所述材料层的衬底；将光致抗蚀剂组合物施加到所述衬底上，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成像聚合物、交联剂和辐射敏感型产酸剂，所述成像聚合物包含具有酸不稳定部分取代的羟基的单体单元；将所述衬底按图案(patternwise)暴露于辐射，从而由所述辐射敏感型产酸剂产生酸；和将所述光致抗蚀剂层与包含有机溶剂的显影剂接触，从而所述光致抗蚀剂层的未曝光区域被所述显影剂选择性除去，以在光致抗蚀剂层中形成图案化的结构。

上述方法中的显影剂可以选自醚、乙二醇醚、芳烃、酮、酯和两种或更多种前述溶剂的组合。

上述方法还可以包括至少一个下面的步骤：在按图案曝光步骤之后且在接触步骤之前，在约70℃至约150℃的温度下烘烤衬底；在接触步骤之后用第二有机溶剂漂洗光致抗蚀剂层；和将图案化的结构转印到材料层。第二有机溶剂可以选自1-丁醇、甲醇、乙醇、1-丙醇、乙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,2-丙二醇、1-甲基-2-丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、1-己醇、2-己醇、3-己醇、1-庚醇、2-庚醇、3-庚醇、4-庚醇、2-甲基-1-戊醇、2-甲基-2-戊醇、2-甲基-3-戊醇、3-甲基-1-戊醇、3-甲基-2-戊醇、3-甲基-3-戊醇、4-甲基-1-戊醇、4-甲基-2-戊醇、2,4-二甲基-3-戊醇、3-乙基-2-戊醇、1-甲基环戊醇、2-甲基-1-己醇、2-甲基-2-己醇、2-甲基-3-己醇、3-甲基-3-己醇、4-甲基-3-己醇、5-甲基-1-己醇、5-甲基-2-己醇、5-甲基-3-己醇、4-甲基环己醇、1,3-丙二醇和两种或更多种前述溶剂的组合。

成像聚合物的酸不稳定部分可以选自碳酸叔烷基酯(tertiary alkyl carbonate)、叔烷基醚、缩醛、缩酮和原酸酯。优选地，所述酸不稳定部分是缩醛或缩酮基团。另外，成像聚合物的单体单元优选含有脂环结构。成像聚合物还可以包含具有内酯基团的第二单体单元。