[发明专利]正色调有机溶剂显像的化学增强抗蚀剂

说明书

联合研究协议

本文所述发明服从International Business Machines Corporation与JSR Corporation之间的联合研究协议。

技术领域

本发明一般性地涉及光致抗蚀剂(photoresist)。更具体而言，本发明涉及能够用多元醇基溶剂显像(develop)用于高分辨率成像的正色调(positive tone)抗蚀剂。

发明背景

由于半导体器件特征在尺寸方面持续收缩，满足关于高分辨率、低线边缘粗糙度(line edge roughness,LER)和高光速度(photo speed)的光致抗蚀剂性能要求的任务日益困难。同时满足关于分辨率、LER和敏感性的挑战在本领域中称为“RLS权衡”。设计为在碱性基础中显像的当代化学增强(chemically emplified)光致抗蚀剂能够达到高光速度，但当特征尺寸接近20nm时，显示出不令人满意的分辨率和LER。相比而言，高性能溶剂显像的非化学增强抗蚀剂，例如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)抗蚀剂具有优异的分辨率和LER，但在光学成像中具有不可接受的差光速度。

光刻法中溶剂显像的使用不是新想法。在20世纪50年代，最早的光致抗蚀剂体系使用有机溶剂将抗蚀剂膜显像。参见例如William S.DeForest，Photoresist：Materials and Processes，McGraw-Hill，New York，1975。25年前描述了用于在有机溶剂中显像的第一代248nm化学增强抗蚀剂，TBOC(叔丁氧基羰氧基)苯乙烯抗蚀剂。参见例如Ito等人，SPIE 0771,24(1987)；和Maltabes等人，SPIE 1262,2(1990)。由于TBOC抗蚀剂的发展，基本所有化学增强抗蚀剂都已设计为在碱水溶液中显像；因此，溶剂基抗蚀剂的发展作为现代高分辨率化学增强抗蚀剂的选择很大程度上被忽略。目前，在用于负色调化学增强抗蚀剂的有机显像剂方面存在持续的兴趣(参见例如美国专利No.7,851,140B2，Tsubaki)；然而，极少存在用于正色调化学增强抗蚀剂的有机显像剂的实例。本发明解决了本领域中的这一需要。

发明概述

本发明提供用包含多元醇的有机显像剂溶剂显像在化学增强抗蚀剂中的正色调图像的方法，其中有机显像剂溶剂具有不多于2.6×10^-4M氢氧根离子。在一个实施方案中，有机显像剂溶剂具有不多于1.0×10^-4M氢氧根离子，在另一实施方案中，有机显像剂溶剂不含氢氧根离子。

在本发明的另一实施方案中，多元醇选自乙二醇和甘油。显像剂可包含单独(纯)或与水或其它有机溶剂组合的多元醇溶剂。在一个实施方案中，显像剂包含乙二醇与异丙醇的混合物。在另一实施方案中，显像剂包含乙二醇与水的混合物。在另一实施方案中，显像剂包含甘油与异丙醇的混合物。

在另一实施方案中，化学增强抗蚀剂包含选自如下的组合物：分子玻璃(molecular glass)、聚羟基苯乙烯、具有一个或多个侧基六氟代醇基团的苯乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯氟代醇。

在一个实施方案中，化学增强抗蚀剂包含被2-甲基-2-金刚烷基保护的苯乙烯NORIA分子玻璃(NORIA-MAdMA)。

在另一实施方案中，化学增强抗蚀剂包含聚羟基苯乙烯聚合物，聚(4-羟基苯乙烯-共聚-甲基丙烯酸2-甲基-2-金刚烷基酯)(PHS-MAdMA)。