[发明专利]含有光碱产生剂与光酸产生剂的光致抗蚀剂组合物

说明书

本发明涉及一种含有光碱产生剂(缩写为“PBG”)的光致抗蚀剂组合物。更具体地说，本发明涉及一种光致抗蚀剂组合物，其包括(a)光致抗蚀剂树脂，(b)光酸产生剂，(c)有机溶剂，及(d)光碱产生剂。因为光致抗蚀剂的上部，其酸的浓度比光致抗蚀剂下部的酸浓度高，因此所述光碱产生剂可降低或避免斜线图案及I/D偏差。

目前正在研究利用化学放大型光致抗蚀剂(即，光致抗蚀剂组合物)在光刻工艺中使用光源，例如KrF、KrF、VUV及EUV，以在半导体装置的精细图像形成工艺中达到高感光性。该光致抗蚀剂组合物一般是由混合光酸产生剂与具有酸不稳定基团的基质树脂聚合物(即，光致抗蚀剂聚合物或光致抗蚀剂树脂)而制备的。

在光刻工艺中，成像的清晰度取决于所使用的光的波长。因此，波长越短清晰度越高，即，较短的波长可容许较小图案的生成。

为了使光致抗蚀剂组合物在光刻工艺有用，光致抗蚀剂组合物必须具有优良的抗蚀刻性、抗热性及粘附性。再者，为了降低半导体装置的制造成本，光致抗蚀剂组合物应能在常见的显影溶液，例如2.38wt％氢氧化四甲基铵(TMAH)水溶液中显影。这些特性在利用深紫外线光源(即，短波长光源)，其包括KrF(248nm)、ArF(193nm)、VUV(157nm)和EUV(13nm)的光刻工艺中尤其重要。

然而，要合成能满足所有上述要求的光致抗蚀剂组合物是相当困难的。例如，具有聚丙烯酸酯主链的光致抗蚀剂聚合物是容易获得的，但是其具有不佳的抗蚀刻性并且难以显影。

抗蚀刻性可由添加脂环族单元至光致抗蚀剂聚合物中来改善，然而，因为光致抗蚀剂聚合物中的脂环族单元的存在会导致在制造半导体元件的工艺过程中的问题。例如，当使用含脂环族单元的光致抗蚀剂树脂时，会形成斜线图案。不需被任何理论所约束，据信斜线图案的产生是由于PR组合物的上部比PR组合物的下部具有更多的曝光(参见图1)。据信，所述上部的更多的曝光是产生于PR组合物的空间像(或是树脂吸收光)。其它问题包括在孤立线与密集线之间严重的CD差异(即，I/D偏差)(参见图2及3)。

本发明者已发现当PR组合物被曝光于相同光能量下时，在图2的孤立线周围比图3的密集线具有更多能量。另外，发现在孤立线周围的酸浓度一般明显高于靠近密集线的区域。这种酸浓度的梯度会导致当PR组合物被曝光于相同光能量下时，酸会相当容易地移动，以导致孤立线比密集线更窄。

因此，需要一种能克服上述缺点的光致抗蚀剂组合物。

本发明的目的是提供一种光致抗蚀剂组合物，该组合物可明显降低或避免由光致抗蚀剂组合物的上部所生成酸的浓度高于光致抗蚀剂组合物的下部而引起的斜线图案(及因此发生严重的I/D偏差)。

本发明的另一目的是提供一种由使用光致抗蚀剂组合物所制造的半导体元件。

图1为当使用含光酸产生剂(PAG)而没有光碱产生剂(PBG)的光致抗蚀剂组合物(即，PR)时，图案生成的剖面图；

图2为当使用含PAG而没有PBG的PR时，孤立线图案生成的剖面图；

图3为当使用含PAG而没有PBG的PR时，密集线图案生成的剖面图；

图4为显示当使用含PBG的PR时，在PR的上部产生过多碱的剖面图；

图5为显示当使用含PBG及PAG的PR时，在PR的上部产生相当多酸及碱的剖面图；

图6为显示当使用含PAG而没有PBG的PR时，所获得的图案；

图7为显示当使用同时含有PAG及PBG的PR时，所获得的图案的照片。

本发明提供一种光致抗蚀剂组合物，其包括(a)光致抗蚀剂树脂，(b)光酸产生剂，(c)光碱产生剂，及(d)有机溶剂。

优选的用于本发明的光碱产生剂选自由化学式1的化合物及化学式2的化合物所组成的组中。然而，也可使用其它类型的光碱产生剂，例如说明于Prog.Polym.Sci.，1996年，第21册，第1-45页，ElsevierScience Ltd.，其全文并入作为参考：其中，

R′为经一或多个硝基所取代的芳基，优选苯基，优选邻位取代；

R₁及R₂分别为氢或可选择取代的直链或支链(C₁-C₁₀)烷基；

R₃为可选择取代的直链或支链(C₁-C₂₀)烷基，可选择取代的(C₃-C₂₀)环烷基，或可选择取代的(C₆-C₂₀)芳基；