[发明专利]光刻胶组合物,其制备方法和用其形成图纹的方法

说明书

本发明涉及一种光刻胶(photoresist)组合物，其制备方法和在半导体加工中使用该组合物形成图纹的方法。尤其涉及一种具有高感度、高分辨率的、可供制造具有优良轮廓图纹的正性光刻胶组合物。

近年来，由于计算机在快速发展的信息媒体中的广泛应用，使得对具有高速和大的操作存储容量的半导体存储器有很强的需求。目前制造半导体存储器的方法正在不断发展，以提高集成度，可靠性和响应时间。作为提高存储器集成度的关键技术的光刻技术的开发就尤其重要。

目前，提高集成度的技术正在不断发展。举例来说，例如16兆和64兆的DRAM(动态随机存取存储器)现在正在大量生产，并且256兆的DRAM正在开发以进行大量生产。另外，可以大量生产的千兆DRAM目前也正在开发。

随着这些高集成度的半导体器件的生产，在制造这些器件一般采用的光刻技术中涉及到的一些因素被越来越严格的控制。特别是，在研制这些半导体器件方面，用于光刻工艺的专用的光刻胶就是一个最基本的因素。因此，对光刻胶质量的要求就逐年递增。

以下描述了使用普通的光刻胶组合物采用光刻工艺制备图纹的惯用方法。首先，一个光刻胶层被涂在基板上，该光刻胶层通常是一个有机层，其相对于碱溶液的溶解性在经过例如紫外光或X射线的曝光后会改变，在该基片上将形成打算加图纹的一层，例如一个介电层或导电层。一个能够使该光刻胶层的一定区域选择性地曝光的有一定图纹的掩膜被放置在该光刻胶层上，光通过该掩膜对该光刻胶层进行曝光。然后，具有高溶解度的部分(正性光刻胶的曝光部分)一般用显影溶液(一般指显影剂)除去，具有低溶解度的部分保留下来，由此产生了一个光刻胶图纹。现在基板上被光刻胶图纹曝露出来的部分可以被刻蚀掉，以在基板上形成图纹，然后残留的光刻胶被除去，以获得所希望的用于布线和形成电极的图形。

作为曝光的光源，具有G-line波长(436nm)的光经常作为紫外光使用。然而，当考虑到分辨率和焦深时，具有稍短一些I-line波长(365nm)光更好。本领域的普通技术人员将会理解，光刻胶组合物的组分将会因为光源的不同而改变。

一般用于光刻胶组合物的感光物质包括例如多羟基二苯甲酮，萘醌叠氮-5-磺酸等酯类化合物。特别是2，3，4，4′-四羟基二苯甲酮的酯类化合物被经常使用(见Shoji Kawata，Motofumi Kashiwagi，等，聚合物科学与技术，Vol．4，No．1pp．101-108(1991))。但是，这种化合物对具有I-line波长的光不透光。其结果是，它在曝光后吸收具有I-line波长的光，采用具有I-line波长的光源得到的这种光刻胶图纹其轮廓和分辨率不能令人满意。

包括甲酚-甲醛型酚醛树脂以及叠氮取代的萘醌型感光物质的光刻胶组合物已经在美国专利Nos．3，046，118，3，106，465，3，148，983，4，115，128，和4，173，470以及日本专利公开说明书昭62-28457中公开。包括酚醛树脂和三羟基二苯甲酮-1，2-萘醌叠氮磺酸酯的一般光刻胶组合物在L．F．Thompson，“Introduction to Microlithography，”ACS Publishing Co．Ltd．，No．219pp．112-121．中已经公开。另外，美国专利No．5，648，194公开了包括由碱溶性树脂，邻-萘醌叠氮磺酸酯和乙烯醚组成的光刻胶组合物，美国专利No．5，468，590公开了含有用苯醌叠氮化合物和多酚制成的碱溶性树脂的光刻胶组合物。包括酚醛树脂，苯醌叠氮化合物和多酚的物理性质获得改善的光刻胶组合物在美国专利No．5，413，895中公开。

如上所述，具有萘醌叠氮官能团的化合物可以被用做感光物质，其中萘醌叠氮-5-磺酸酯，萘醌叠氮-4-磺酸酯等特别适合(见J．Kosar，感光体系，John Wiley & Sons Inc．pp．343-361)。美国专利No．5，714，620中公开包括多酚的苯醌叠氮磺酸盐化合物的正性光刻胶组合物。

为提高萘醌叠氮官能团的感光能力以得到高分辨率，使用具有大量的三酯基基团的感光物质的方法在日本专利公开说明书昭60-158440中公开。另外，添加溶解度参数是11-12的有机溶剂的方法在日本专利公开说明书昭61-260239中公开。但是，由于使用了例如二甲基亚砜的溶剂，含有该溶剂的光刻胶组合物在储存过程中不稳定，并且组合物的感光性和分辨率在超过储存期之后显著下降。