[发明专利]含立方烷的丙烯酸酯系成膜树脂和ArF光刻胶及其制备方法和光刻方法

说明书

本发明属于半导体及集成电路领域，具体公开了一种含立方烷的丙烯酸酯系成膜树脂和ArF光刻胶及其制备方法和光刻方法。所述ArF光刻胶含有成膜树脂以及光致产酸剂，所述成膜树脂由质量分数为20‑60％的具有式(1)所示结构的单元单体Ⅰ和质量分数为40‑80％的具有式(2)所示结构的单元单体Ⅱ共聚得到，R₁和R¹各自独立地为氢原子或甲基，R₂为酸敏基团。本发明提供的光刻胶具有较好的耐刻蚀性，在光刻过程中无需采用硬掩模层，采用新的光刻工艺来替代硬掩模工艺，不仅能够省去硬掩模层，而且还能够达到与原工艺相当甚至更好的耐刻蚀性能。此外，本发明提供的光刻工艺只需要使用后续光刻的旋转匀胶机，不需要CVD机台，而达到降低材料成本和生产时间的目的。

技术领域

本发明属于半导体及集成电路领域，具体涉及一种含立方烷的丙烯酸酯系成膜树脂和ArF光刻胶及其制备方法和光刻方法。

背景技术

在半导体及集成电路制造的光刻工艺中，当关键尺寸(CD)小于90nm时，将会使用到ArF光刻胶。通常在ArF光刻胶和衬底(substrate)之间，需要使用非晶碳化合物(a-carbon)和氮氧化硅(SiON)作为硬掩模(hard mask)层来提高耐刻蚀性能，再搭配ArF的抗反射层来提高解析度。具体光刻工艺如图1中a所示，首先，在衬底(substrate)上依次形成非晶碳层(a-carbon)、氮氧化硅层(SiON)、抗反射层(BARC)和图案化的ArF光刻胶层(ArFPR)；以所述图案化的ArF光刻胶层作为掩膜，对所述抗反射层进行刻蚀，形成图案化的抗反射层，去除所述图案化的ArF光刻胶层；以所述图案化的抗反射层作为掩膜，对所述氮氧化硅层进行蚀刻，形成图案化的氮氧化硅层，去除所述图案化的抗反射层；以所述图案化的氮氧化硅层作为掩膜，对所述非晶碳层进行蚀刻，形成图案化的非晶碳层，去除所述图案化的氮氧化硅层；以所述图案化的非晶碳层作为掩膜，对所述衬底进行蚀刻，形成图案化的衬底，去除所述图案化的非晶碳层。因此，开发一种具有优异耐刻蚀性能的ArF光刻胶，在光刻过程中不需要采用硬掩模层，将缩短工艺路程，达到降低材料成本和生产时间的目的。

发明内容

本发明旨在提供一种具有优异耐刻蚀性能的含立方烷的丙烯酸酯系成膜树脂和ArF光刻胶及其制备方法和光刻方法。

具体地，本发明提供了一种含立方烷的丙烯酸酯系成膜树脂，其中，所述含立方烷的丙烯酸酯系成膜树脂由质量分数为20-60％的单元单体Ⅰ和质量分数为40-80％单元单体Ⅱ共聚得到，所述单元单体Ⅰ具有式(1)所示的结构，所述单元单体Ⅱ具有式(2)所示的结构：

其中，R₁和R¹各自独立地为氢原子或甲基，R₂为酸敏基团且其结构选自下列结构式系列(3)中的任意一种：

其中，X为甲基或乙基，表示与主体结构中氧的连接键。

优选地，所述单元单体Ⅱ选自以下物质中的至少一种：叔丁醇(甲基)丙烯酸酯、环戊醇(甲基)丙烯酸酯、环己醇(甲基)丙烯酸酯、异冰片(甲基)丙烯酸酯、2-甲基-2-金刚烷醇(甲基)丙烯酸酯、2-乙基-2-金刚烷醇(甲基)丙烯酸酯、叔丁氧羰基(甲基)丙烯酸酯、四氢呋喃-2-羟基-(甲基)丙烯酸酯、2-羰基-四氢呋喃-3-羟基-(甲基)丙烯酸酯、四氢吡喃-2-羟基-(甲基)丙烯酸酯、2-羰基-四氢吡喃-3-羟基-(甲基)丙烯酸酯。

优选地，所述含立方烷的丙烯酸酯系成膜树脂为二元共聚物、三元共聚物或者四元共聚物。

优选地，所述含立方烷的丙烯酸酯系成膜树脂的重均分子量为15000-50000，分子量分布为1.5-3.0。

本发明还提供了一种ArF光刻胶，所述ArF光刻胶含有上述含立方烷的丙烯酸酯系成膜树脂以及光致产酸剂。