半导体光刻胶组合物和使用所述组合物形成图案的方法技术

本发明专利技术公开一种包含由化学式1表示的有机金属化合物、光酸产生剂(PAG)以及溶剂的半导体光刻胶组合物和使用其形成图案的方法。化学式1的细节如详细描述中所定义。[化学式1]。。。

【技术实现步骤摘要】
半导体光刻胶组合物和使用所述组合物形成图案的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请案要求2020年4月02日在韩国知识产权局申请的韩国专利申请案第10
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2020
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0040507号的优先权和权益，所述申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。


[0003]本公开涉及一种半导体光刻胶组合物和使用所述半导体光刻胶组合物形成图案的方法。

技术介绍

[0004]极紫外(extreme ultraviolet；EUV)光刻作为用于制造下一代半导体装置的一种基本技术而受到关注。EUV光刻是使用具有约13.5纳米的波长的EUV射线作为曝光光源的图案形成技术。根据EUV光刻，已知可在半导体装置的制造期间在曝光工艺中形成极精细图案(例如，宽度小于或等于约20纳米)。
[0005]极紫外(EUV)光刻通过相容的光刻胶的显影来实现，其可在小于或等于约16纳米的空间分辨率下进行。目前，正在努力满足用于下一代装置的传统化学放大(chemically amplified；CA)光刻胶的不足规格，例如分辨率、感光速度以及特征粗糙度(或也称为线边缘粗糙度或LER(line edge roughness；LER))。
[0006]因这些聚合物型光刻胶中的酸催化反应所致的固有图像模糊限制小特征大小中的分辨率，这在电子束(electron beam；e
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beam)光刻中已长期为人所知。化学放大(CA)光刻胶针对高灵敏度设计，但由于其典型元素组成降低光刻胶在约13.5纳米的波长下的光吸收且因此降低其灵敏度，所以化学放大(CA)光刻胶在EUV曝光下可能部分地具有更多困难。
[0007]另外，由于粗糙度问题，CA光刻胶可能在小特征大小方面具有困难，且在实验上，CA光刻胶的线边缘粗糙度(LER)增加，因为感光速度部分地因酸催化剂工艺的本质而降低。因此，由于CA光刻胶的这些缺陷和问题，在半导体工业中需要新颖高性能光刻胶。
[0008]基于与钨、铌、钛和/或钽混合的钨的过氧多元酸(peroxopolyacid)的无机光刻胶已报告为用于图案化的辐射敏感材料(US5061599；H.冈本(H.Okamoto)，T.岩柳(T.Iwayanagi)，K.持地(K.Mochiji)，H.梅崎(H.Umezaki)，T.工藤(T.Kudo)，应用物理学快报(Applied Physics Letters)，49 5,298
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300,1986)。
[0009]这些材料有效地图案化用于双层配置的大间距，如远紫外(深UV)、X射线以及电子束源。最近，已在将阳离子金属氧化物硫酸铪(HfSOx)材料与过氧络合剂一起用于通过投影EUV曝光使15纳米半间距(half
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pitch；HP)成像的情况下获得令人印象深刻的性能(US2011
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0045406；J.K.斯托尔斯(J.K.Stowers)，A.特莱茨基(A.Telecky)，M.科奇什(M.Kocsis)，B.L.克拉克(B.L.Clark)，D.A.凯斯勒(D.A.Keszler)，A.格伦威尔(A.Grenville)，C.N.安德森(C.N.Anderson)，P.P.诺罗(P.P.Naulleau)，国际光学工程学会会刊(Proc.SPIE)，7969,796915,2011)。这一系统呈现非化学放大光刻胶(non
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CAphotoresist)的高性能，且具有接近于EUV光刻胶的需求的可实行感光速度。然而，具有
过氧络合剂的金属氧化物硫酸铪材料具有几个实际缺点。首先，这些材料涂布在腐蚀性硫酸/过氧化氢的混合物中且具有不足的保存期稳定性。第二，作为一种复合混合物，其对于性能改进的结构改变并不容易。第三，应在四甲基铵氢氧化物(tetramethylammonium hydroxide；TMAH)溶液中以约25重量％等的极高浓度进行研发。
[0010]为了克服化学放大(CA)有机感光组合物的前述缺点，已研究了无机感光组合物。无机感光组合物主要用于负性图案化，所述负性图案化由于通过非化学放大机制的化学修饰而具有抵抗由显影剂组合物去除的耐性。无机组合物含有具有比烃化合物更高的EUV吸收速率的无机元素，且因此可通过非化学放大机制确保灵敏度，且另外，对随机效应更不敏感，且因此已知具有低线边缘粗糙度和较少量缺陷。
[0011]近年来，由于已知含有锡的分子具有极好的极紫外线吸收，因此已进行了主动研究。对于其中的有机锡聚合物，烷基配体通过由其产生的光吸收或次级电子解离且通过氧键与相邻链交联，且因此实现可能不由有机显影液去除的负性图案化。这种有机锡聚合物呈现极大地改进的灵敏度以及维持分辨率和线边缘粗糙度，但需要另外改进图案化特性以用于商业可用性。

技术实现思路

[0012]一个实施例提供一种具有改进的抗蚀刻性、灵敏度、分辨率以及图案形成能力的半导体光刻胶组合物。
[0013]另一实施例提供一种使用半导体光刻胶组合物形成图案的方法。
[0014]根据实施例的半导体光刻胶组合物包含由化学式1表示的有机金属化合物、光酸产生剂(photoacid generator；PAG)以及溶剂。
[0015][化学式1][0016][0017]在化学式1中，
[0018]R为经取代或未经取代的C1到C20烷基、经取代或未经取代的C3到C20环烷基、包含至少一个双键或三键的经取代或未经取代的C2到C20脂肪族不饱和有机基团、经取代或未经取代的C6到C30芳基、乙氧基(ethoxy group)、丙氧基(propoxy group)或其组合，
[0019]X、Y以及Z独立地为
‑
OR1或
‑
OC(＝O)R2，
[0020]R1为经取代或未经取代的C1到C20烷基、经取代或未经取代的C3到C20环烷基、经取代或未经取代的C2到C20烯基、经取代或未经取代的C2到C20炔基、经取代或未经取代的C6到C30芳基或其组合，且
[0021]R2为氢、经取代或未经取代的C1到C20烷基、经取代或未经取代的C3到C20环烷基、经取代或未经取代的C2到C20烯基、经取代或未经取代的C2到C20炔基、经取代或未经取代的C6到C30芳基或其组合。
[0022]光酸产生剂(PAG)可包含由化学式2、化学式3或化学式4表示的阳离子化合物。
[0023][化学式2][0024][0025][化学式3][0026][0027][化学式4][0028][0029]在化学式2到化学式4中，
[0030]M1为F、Cl、Br或I，
[0031]M2为O、S、Se或Te，
[0032]M3为N、P、As或Sb，且
[0033]R3到R
11
独立地为经取代或未经取代的C1到C20烷基、经取代或未经取代的C3到C20环烷基、包含至少一个双键或三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体光刻胶组合物，包括：由化学式1表示的有机金属化合物、光酸产生剂以及溶剂：[化学式1]其中，在化学式1中，R为经取代或未经取代的C1到C20烷基、经取代或未经取代的C3到C20环烷基、包含至少一个双键或三键的经取代或未经取代的C2到C20脂肪族不饱和有机基团、经取代或未经取代的C6到C30芳基、乙氧基、丙氧基或其组合，X、Y以及Z独立地为
‑
OR1或
‑
OC(＝O)R2，R1为经取代或未经取代的C1到C20烷基、经取代或未经取代的C3到C20环烷基、经取代或未经取代的C2到C20烯基、经取代或未经取代的C2到C20炔基、经取代或未经取代的C6到C30芳基或其组合，且R2为氢、经取代或未经取代的C1到C20烷基、经取代或未经取代的C3到C20环烷基、经取代或未经取代的C2到C20烯基、经取代或未经取代的C2到C20炔基、经取代或未经取代的C6到C30芳基或其组合。2.根据权利要求1所述的半导体光刻胶组合物，其中所述光酸产生剂包括由化学式2、化学式3或化学式4表示的阳离子化合物：[化学式2][化学式3][化学式4]其中，在化学式2到化学式4中，M1为氟、氯、溴或碘，M2为氧、硫、硒或碲，M3为氮、磷、砷或锑，且
R3到R
11
独立地为经取代或未经取代的C1到C20烷基、经取代或未经取代的C3到C20环烷基、包含至少一个双键或三键的经取代或未经取代的C2到C20脂肪族不饱和有机基团、经取代或未经取代的C6到C30芳基或其组合。3.根据权利要求1所述的半导体光刻胶组合物，其中所述光酸产生剂包括由化学式5或化学式6表示的阳离子化合物：[化学式5][化学式6]其中，在化学式5和化学式6中，R3到R7独立地为经取代或未经取代的C1到C20烷基、经取代或未经取代的C3到C20环烷基、包含至少一个双键或三键的经取代或未经取代的C2到C20脂肪族不饱和有机基团、经取代或未经取代的C6到C30芳基或其组合。4.根据权利要求1所述的半导体光刻胶组合物，其中包含呈99:1到60:40的重量比的由化学式1表示的所述有机金属化合物和所述光酸产生剂。5.根据权利要求1所述的半导体光刻胶组合物，其中包含呈95:5到85:15的重量比的由化学式1表示的所述有机金属化合物和所述光酸产生剂。6.根据权利要求1所述的半导体光刻胶组合物，其中所述半导体光刻胶组合物进一步包括由化学式7表示的有机金属化合物、由化学式8表示的有机金属化合物或其组合：[化学式7][化学式8]其中，在化学式7和化学式8中，X
a
和X
b
独立地为
‑
OR
12
或
‑
OC(＝O)R
13
，R
12
为经取代或未经取代的C1到C20烷基、经取代或未经取代的C3到C20环烷基、经取代或未经取代的C2到C20烯基、经取代或未经取代的C2到C20炔基、经取代或未经取代的C6到C30芳基或其组合，
R
13
为氢、经取代或未经取代的C1到C20烷基、经取代或未经取代的C3到C20环烷基、经取代或未经取代的C2到C20烯基、经取代或未经取代的C2到C20炔基、经取代或未经取代的C6到C30芳基或其组合，M4和M5独立地为锡、铟以及锑中的一个，且L为单键、经取代或未经取代的二价C1到C20饱和脂肪族烃基、经取代或未经取代的二价C3到C20饱和或不饱和脂环族烃基、包含至少一个双键或三键的经取代或未经取代的二价C2到C20不饱和脂肪族烃基、经取代或未经取代的二价C6到C20芳族烃基、
‑
O
‑
、
‑
C(＝O)
‑
或其组合。7.根据权利要求6所述的半导体光刻胶组合物，其中由化学式7表示的所述有机金属化合物、由化学式8表示的所述有机金属化合物或由化学式7表示的所述有机金属化合物及由化学...

【专利技术属性】
技术研发人员：禹昌秀，姜恩美，金宰贤，金智敏，金兑镐，南宫烂，文京守，田桓承，蔡承龙，韩承，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：