[发明专利]正性光致抗蚀剂的显影方法和所用的组合物

说明书

本发明一般涉及正性光致抗蚀剂基片的显影方法，更具体涉及适合于正性光致抗蚀剂的含有表面活性剂的含水碱类显影剂组合物的应用。用于本发明的显影剂组合物，特别是当用于适宜粘合剂体系中的重氮萘醌光敏化合物时，包括烷基烷氧基化物类的表面活性剂，以增进影像的形成。

光致抗蚀剂对本领域的技术人员而言是众所周知的。一般说来，它们必须是对光敏感的，以便能在其中形成图像，而且它们还必须选择性地耐随后的蚀刻或其他加工过程，以便能将图像转移到基片上。当前，在集成电路的生产中使用的主要光致抗蚀剂体系是线性酚醛清漆树脂/重氮萘醌组合物。在正性光致抗蚀剂中所用的这类萘醌，典型地是通过萘醌二叠氮化物磺酰氯与酚类化合物反应而形成的。这样形成的反应产物可能包括萘醌(1,2)二叠氮化物(5)-磺酰、萘醌(1,2)二叠氮化物(4)-磺酰、萘醌(2,1)二叠氮化物(5)-磺酰、或萘醌(2,1)二叠氮化物4-磺酰基团。当然，这样合成的磺酸酯类可能包括所有适宜的酚类化合物的残余物。这些二叠氮化物还算是可溶于有机溶剂但不易溶于水的非极性有机分子。

在曝光时，重氮萘醌光敏化合物按下式形成极性的、可溶于碱的羧酸：因而，采用含水碱作为显影剂时，曝光了的光敏化合物较为可溶，而未曝光的光敏化合物则较为不溶；这样，就产生了形成成像基础的溶解度差。

然而，简单地改变光敏化合物的溶解度是不够的，而必须改变整个光致抗蚀剂混合物的溶解度。因此，光敏化合物与粘合剂树脂的相互反应同样是重要的考虑因素，其吸收光谱也是如此。因此，正性光致抗蚀剂组合物通常包括线性酚醛清漆树脂类的酚醛树脂或有时包括羟基苯乙烯聚合物，例如聚(4-羟基苯乙烯)。其他聚合物组分，包括苯乙烯、甲基苯乙烯、苯乙烯-马来酐组分也可以与上述的组分配合使用。有关正性光致抗蚀剂的详细资料通常可参阅Hoechst Celanese Corporation,Somerville,NewJersey的美国专利4,732,836和4,863,827。

由于显影是集成电路生产过程的主要方面，显影剂组合物的选择对光致抗蚀剂的使用相当重要。总体生产的最优化通常是尝试法。显影是采用浸没法或采用搅拌法(Puddle)还是采用喷雾法就是如此。Cawston等人的美国专利4,628,023公开和申请保护一种包括无金属的碱和表面活性剂的含水无金属离子的显影剂组合物。据报道，所述显影剂可导致抗蚀剂曝光所需的能量降低而对影像质量和清晰度没有有害的影响。在Schwalm等人的美国专利5,039,595(以下简称为’539)中介绍了另一种带有杂环羟烷基化合物作为羟基源的含水显影剂。在’539专利中指出可以采用下列表面活性剂：壬基苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇、辛基苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇或市售氟化的表面活性剂(第4列第45-51行)。当然，市售的氟化表面活性剂可包括许多不同类型例如离子型或非离子型的候选表面活性剂化合物。

如J.M.Lewis和A.J.Blakeney的美国专利4,710,449(以下简称为’449)中所述，采用表面活性剂，在某些方面是需要的，经常使显影过程难以控制。在’449专利中说明在含水碱类显影剂中1％(10,000ppm，重量)的氟化烷基烷氧基化物简直是太具有侵蚀性，从而导致不良的壁角、反差以及不能接受的膜损耗。这些问题可以通过用含有阳离子表面活性剂的含水碱类显影剂溶液预浸的方法，预处理光致抗蚀剂基片而明显地排除。然而，从器材和供应的观点来看，增加处理步骤的数量是不合乎要求的。

在美国专利4,784,937中公开了一种采用含氟的表面活性剂的显影剂溶液。所提出的一些实施例表明，当采用100-2,000ppm(重量)的表面活性剂含量时，可获得A级质量的图像(均匀性良好)。当表面活性剂的含量为50ppm、以及没有表面活性剂且显影时间为40秒钟时，得到B级质量的图像(均匀性差)。该专利还公开称，当表面活性剂的含量太低时，不能完全获得所需的改进润湿性的效果。