[发明专利]用于负显影的光致抗蚀剂组合物和使用其的图案形成方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及光刻法，更具体涉及能够使用有机溶剂作为显影剂进行负显影的光致抗蚀剂组合物。本发明还涉及使用这种光致抗蚀剂组合物的图案形成方法。

背景技术

光刻法是利用光将几何图案从光掩模转印到衬底例如硅晶片上的方法。在光刻法过程中，首先在衬底上形成光致抗蚀剂层。烘烤所述衬底以除去光致抗蚀剂层中残存的任何溶剂。所述光致抗蚀剂然后通过具有预定图案的光掩模暴露于光化辐射源。辐射暴露引起在光致抗蚀剂的暴露区域中的化学反应，并在光致抗蚀剂层中产生与掩模图案对应的潜像。所述光致抗蚀剂接下来在显影液、通常是碱性水溶液中显影，从而在光致抗蚀剂层中形成图案。图案化的光致抗蚀剂然后可以在衬底的后续制造过程例如沉积、刻蚀或离子注入过程中用作掩模。

有两种类型的光致抗蚀剂：正性抗蚀剂和负性抗蚀剂。正性抗蚀剂起初不溶于显影液中。曝光之后，所述抗蚀剂的曝光区域变得可溶于显影液，并然后在后续的显影步骤期间被所述显影液选择性除去。正性抗蚀剂的未曝光区域保留在衬底上，在光致抗蚀剂层中形成图案。因此，选择性除去光致抗蚀剂的曝光区域被称为“正显影”。

负性抗蚀剂表现为相反的方式。负性抗蚀剂起初可溶于显影液。暴露于辐射通常引起交联反应，其导致负性抗蚀剂的曝光区域变得不溶于显影液。在后续的显影步骤期间，负性抗蚀剂的未曝光区域被所述显影液选择性除去，在衬底上留下曝光区域形成图案。与“正显影”相反，“负显影”是指选择性除去光致抗蚀剂的未曝光区域的过程。

用于193nm光刻法的多数市售光致抗蚀剂是正性抗蚀剂。然而，随着半导体基本规则（ground rule）变得更小，使用传统的正性抗蚀剂以碱性水溶液显影剂来印刷小特征例如小尺寸的沟槽和通孔已经变得更具挑战性，因为用来产生沟槽和通孔的暗场掩模的光学图像对比度差。因此，需要可以印刷小特征、特别是小尺寸的沟槽和通孔的光致抗蚀剂组合物和图案形成方法。

发明概述

本发明提供了能够利用有机溶剂显影剂进行负显影的光致抗蚀剂组合物。本发明还提供了能够印刷小尺寸的沟槽和通孔的图案形成方法。

在一个方面，本发明涉及能够负显影的光致抗蚀剂组合物。所述组合物包括成像聚合物和辐射敏感型产酸剂。成像聚合物包括具有酸不稳定侧链部分的第一单体单元和包含反应性醚部分、异氰化物部分或异氰酸酯部分的第二单体单元。

在另一个方面，本发明涉及能够负显影的光致抗蚀剂组合物。所述组合物包括聚合物、辐射敏感型产酸剂和一种组分(component)。所述聚合物包含具有酸不稳定侧链部分的单体单元。所述组分包含醇部分、反应性醚部分、异氰化物部分或异氰酸酯部分。

在另一个方面，本发明涉及在衬底上形成图案化的材料结构的方法。所述方法包括以下步骤：提供具有所述材料层的衬底；将光致抗蚀剂组合物施加到所述衬底上以在所述材料层上形成光致抗蚀剂层，所述光致抗蚀剂组合物包含成像聚合物和辐射敏感型产酸剂，所述成像聚合物包含具有酸不稳定侧链部分的第一单体单元和包含伯醇部分、仲醇部分、反应性醚部分、异氰化物部分或异氰酸酯部分的第二单体单元；将所述衬底按图案（patternwise）暴露于辐射，由此在光致抗蚀剂层的曝光区域中所述辐射敏感型产酸剂通过辐射产生酸；和将所述光致抗蚀剂层与包含有机溶剂的显影剂接触，从而所述光致抗蚀剂层的未曝光区域被所述显影剂溶液选择性除去，以在光致抗蚀剂层中形成图案化的结构。

在另一个方面，本发明涉及在衬底上形成图案化的材料结构的方法。所述方法包括以下步骤：提供具有所述材料层的衬底；将光致抗蚀剂组合物施加到所述衬底上以在所述材料层上形成光致抗蚀剂层，所述光致抗蚀剂组合物包含聚合物、辐射敏感型产酸剂和一个组分，所述聚合物包含具有酸不稳定侧链部分的单体单元，所述组分包含醇部分、反应性醚部分、异氰化物部分或异氰酸酯部分；将所述衬底按图案暴露于辐射，由此在光致抗蚀剂层的曝光区域中所述辐射敏感型产酸剂通过辐射产生酸；和将所述光致抗蚀剂层与包含有机溶剂的显影剂接触，从而所述光致抗蚀剂层的未曝光区域被所述显影剂溶液选择性除去，以在光致抗蚀剂层中形成图案化的结构。

优选实施方式的详细描述

应该理解当部件，例如层，被称为在另一个部件“上”或“上方”时，它可以是直接在另一个部件上或者也可以存在居间部件。相反，当部件被称为“直接在另一个部件上”或“直接在另一个部件上方”时，不存在居间部件。