[发明专利]光致抗蚀剂组合物及图案形成方法

说明书

一种光致抗蚀剂组合物，其包含：第一聚合物，所述第一聚合物含有包含羟基‑芳基的第一重复单元和包含酸不稳定基团的第二重复单元；第二聚合物，所述第二聚合物含有包含酸不稳定基团的第一重复单元、包含内酯基团的第二重复单元、和包含碱可溶解的基团的第三重复单元，其中，所述碱可溶解的基团具有小于或等于12的pKa，并且其中所述碱可溶解的基团不包含羟基取代的芳基；光酸产生剂；和溶剂；其中所述第一聚合物和所述第二聚合物彼此不同。

技术领域

本发明涉及含有光活性组分和两种不同的聚合物的共混物的光致抗蚀剂组合物以及使用此类光致抗蚀剂组合物的图案形成方法。本发明在半导体制造工业中在光刻应用中找到了具体可用性。

背景技术

光致抗蚀剂材料是典型地用于将图像转移到布置在半导体基底上的一个或多个下层，如金属、半导体或介电层上的光敏感组合物。为了增加半导体装置的集成密度并且允许形成具有在纳米范围内的尺寸的结构，已经并且继续开发具有高分辨率能力的光致抗蚀剂和光刻处理工具。

正性化学增强的光致抗蚀剂通常用于高分辨率处理。此类抗蚀剂典型地使用具有酸不稳定基团的聚合物和光酸产生剂。通过光掩模进行图案化暴露至活化辐射使酸产生剂形成酸，在暴露后烘烤期间，所述酸使在聚合物的暴露区域中的酸不稳定基团断裂。这在显影剂溶液中抗蚀剂的曝光与未曝光区域之间产生了溶解度特性的差异。在正性显影(PTD)过程中，光致抗蚀剂层的曝光区域可溶于显影剂中并且从基底表面除去，而不溶于所述显影剂的未曝光区域在显影后保留以形成正像。所得浮雕图像允许基底的选择性处理。参见例如Uzodinma Okoroanyanwu,Chemistry和Lithography，SPIE出版社和John Wiley andSons,Inc.，2010和Chris Mack,光平版印刷基本原理(Fundamental Principles ofOptical Lithography),John Wiley and Sons,Inc.,2007。

在半导体装置中实现纳米级特征尺寸的一个方法是在化学增强光致抗蚀剂的曝光过程中使用短波长的光，例如193纳米(nm)或更短。为了进一步改善光刻性能，已经开发了浸入式光刻工具(例如具有KrF(248nm)或ArF(193nm)光源的扫描仪)以有效地增加成像装置的镜头的数值孔径(NA)。通过在成像设备的最后的表面和半导体晶片的上表面之间使用较高折射率的流体(典型地水)可实现这一点。通过使用多重(二级或更高级别的)图案化，ArF浸入式工具目前正在将光刻术的边界推至16nm和14nm节点。然而，使用多重图案化通常在增加材料使用和所需的处理步骤数目(相比于单步)、直接成像的图案方面是成本昂贵的。这已经为开发下一代技术，如极紫外(EUV)光刻术和电子束光刻术提供动力。然而，由于光刻清晰度变得越来越高，光致抗蚀剂图案的线宽粗糙度(LWR)和临界尺寸一致性(CDU)在形成高保真性图案中已经变得越来越重要。

EUV和电子束光致抗蚀剂组合物和它们的使用已经描述在文献中。例如，美国专利公开号2019/0243244公开了电子束光致抗蚀剂组合物，其包含单一的聚合物或具有含有结合到芳环的羟基的重复单元的聚合物的共混物。所得电子束光刻图像是粗糙的图案，其LWR值对于100nm线/空间1/1图案是从16至19nm，并且CDU对于100nm接触孔直径的接触孔图案是从6至9nm。

尽管有抗蚀剂技术取得的进步，仍然需要解决与现有技术相关的一个或多个问题的光致抗蚀剂组合物。具体地，持续需要具有良好的敏感性的光致抗蚀剂组合物，包括对于线/空间图案能达到更低的LWR、对于接触孔图案能达到更低的CDU的光致抗蚀剂组合物。

发明内容

提供一种光致抗蚀剂组合物，其包含第一聚合物，所述第一聚合物含有包含羟基-芳基的第一重复单元和包含酸不稳定基团的第二重复单元；第二聚合物，所述第二聚合物含有包含酸不稳定基团的第一重复单元、包含内酯基团的第二重复单元、和包含碱可溶解的基团的第三重复单元，其中，所述碱可溶解的基团具有小于或等于12的pKa，并且其中所述碱可溶解的基团不包括羟基-芳基基团；光酸产生剂；和溶剂；其中所述第一聚合物和所述第二聚合物彼此不同。