[发明专利]一种新型负性化学放大光刻胶及其成像方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子器件制造领域，具体涉及一种新型负性化学放大光刻胶及其成像方法。

背景技术

在微电子器件制造领域，光刻胶是实现图形从掩膜板到基片转移的关键功能材料。其应用工艺如下：首先将光刻胶涂布到基片上（一般采用旋转涂布），然后进行预烧烤除去光刻胶中的溶剂，接着用特定波长的光源透过掩膜板照射到光刻胶上，被曝光的区域发生化学反应，改变其在显影液中的溶解速率，然后通过显影得到相应的图形，接着通过刻蚀、离子注入或金属沉积等工艺步骤将图形转移到没有光刻胶保护基片上，最后通过去胶液将光刻胶去除，完成图形的转移过程。

一般来讲，根据化学作用机理不同，光刻胶可以分为正性光刻胶和负性光刻胶两大类。正性光刻胶是指未曝光的光刻胶不溶于显影液，可以保护被覆盖在下面的基底材料不受下一步工艺的影响，而曝光部分的光刻胶薄膜可以溶于显影液从而暴露出覆盖于其下的基底材料，便于进行处理。而负性光刻胶形成薄膜后，未曝光部分可以溶于显影液被洗去，被曝光部分变得不溶于显影液留在基底上。

负性光刻胶的作用原理一般是，曝光区域的光敏剂在曝光后产生新物质能够引发树脂聚合或交联，而聚合或交联后的树脂区别于未曝光区域的树脂，变得不溶于显影液，从而在基底材料上留下与掩膜板相反的图形。所以，一般负性光刻胶的组分包括含反应活性官能团的树脂、光敏剂、溶剂以及添加剂。基于光化学放大原理的负性光刻胶含有光致产酸剂，经曝光后释放出酸，能够催化交联剂与树脂相互作用进而发生交联。

现有的负性光刻胶一般由环化橡胶与双叠氮化合物组成，其分辨率较低，不能满足高档光刻工艺的需求；这一体系还存在显影液对曝光区域的溶胀现象而导致线条边缘不整齐以及线条偏粗、精细度较差的情况，进一步降低了光刻胶的分辨率；另一方面，与之配套的显影液一般含有二甲苯等毒害性比较高的物质，对于操作人员的安全以及环境的保护都存在潜在的危险。

中国专利号为ZL01811264.1的发明专利公开了一种负作用化学放大的光刻胶组合物，该组合物包含有环键合羟基的酚类成膜聚合物粘合剂树脂，至少两种化学上不相似的交联剂的组合物，和在曝露于成像辐射时产生酸的化合物（光酸产生剂）。该组合物可在碱性显影液中显影，但是该组合物分辨率较低，在显影液中也会发生溶胀现象。

因此，微电子器件制造领域需要一种具有较高的分辨率与感光速度，且对环境更友好的一种新型负性光刻胶，得到线条边缘更直、更清晰的图形的同时，也减少环境污染。

发明内容

为了解决现有技术中负性光刻胶分辨率低、与之相对应的显影液危害大、显影过程存在溶胀等问题，本发明提供一种新型负性化学放大光刻胶，其采用的树脂分子量是几千甚至更小，交联程度可以通过对交联剂投放量的控制来控制，而且具有较高的分辨率与感光速度，尤其适用于紫外曝光设备及技术，可以与普通TMAH显影液配套使用，而且对人员的操作和生产线机器的要求更低，对环境更友好，用这种负性光刻胶可以得到分辨率和感光速度更高、线条边缘更直的图形。

本发明提供的一种新型负性化学放大光刻胶，其含有：

a）苯酚类树脂,能够形成光刻胶薄膜的主体材料，该成膜树脂在紫外光下有较好的透光性；

b）光致产酸剂，在光照时能够产生一定强度的酸，并且可以通过酸的浓度来控制成膜树脂的固化交联速度，在光刻工艺过程中即体现为曝光速度的快慢；

c）交联剂，在光致产酸剂产生的酸催化作用下，能够与成膜树脂中的酚羟基或邻/对位羟甲基官能团发生缩和反应形成次甲基键及少量的醚键，从而使成膜树脂形成网状的交联结构；

d）碱性添加剂，增强稳定性，用来减轻环境中的碱对光致产酸剂受光照后产生的酸的影响，同时也能控制酸的扩散，提高曝光区和非曝光区的溶解速率反差；

e)敏化剂，一些染料类物质对鎓盐类光致产酸剂有敏化作用，在紫外光源曝光下有增感作用，可以提高光刻胶体系的感光速度。

f)光刻胶溶剂，对上述a）~e）物质均有良好的溶解性，且在加热的情况下化学稳定性良好。有适宜的沸点，在高温坚膜过程中能够及时挥发逸出，且使a）~e）物质混合后的液体能有比较小的表面张力，有利于光刻胶在半导体基体材料表面铺展。

优选的是，所述苯酚类树脂、光致产酸剂、交联剂、碱性添加剂、敏化剂和光刻胶溶剂的质量配比为23-26：1-4：28-32：1-2：0-2：65-75。