光敏树脂及应用该光敏树脂的光刻胶组合物制造技术

本发明专利技术公开了一种光敏树脂及应用该光敏树脂的光刻胶组合物。该光敏树脂包括树脂型光敏阴离子和硫鎓盐阳离子，其中，树脂型光敏阴离子的结构式为硫鎓盐阳离子的结构式为其中，R1、R2为H或甲基；R3为改性结构；R4、R5、R6为氢原子数为1～40之间的整数、且碳原子数为1～20之间的整数的烷基、芳基或含硫/氧/氮杂原子的取代基中的一种或多种；n为2～200之间的整数，R7为烷基、芳基或含硫/氧/氮杂原子的官能结构中的一种或多种。本发明专利技术的光敏树脂应用到光刻胶组合物中能提高光刻胶组合物的成膜能力，改善光刻图形，提高光刻胶分辨率，并降低线宽粗糙度，从而使光刻胶组合物能够应用于大规模集成电路的光刻技术中。成电路的光刻技术中。成电路的光刻技术中。

【技术实现步骤摘要】
光敏树脂及应用该光敏树脂的光刻胶组合物


[0001]本专利技术属于光刻胶
，尤其涉及一种光敏树脂及应用该光敏树脂的光刻胶组合物。

技术介绍

[0002]光刻胶组合物是集成电路制造领域的关键材料之一，其主要成分为成膜树脂、光敏剂、酸抑制剂和溶剂等组成的对光敏感的混合液体。它在紫外光、深紫外光、电子束、离子束等光照或辐射照射下，成分的溶解度发生变化，经适当显影液处理，溶去可溶性部分，得到最终所需光刻胶图像。随着制造技术的不断发展，对光刻胶的技术要求越来越高，为了满足日益苛刻的工艺条件，需要开发更高性能的光刻胶产品。
[0003]光刻胶的三个重要参数包括分辨率、灵敏度和线宽粗糙度，它们决定了光刻胶在芯片制造时的工艺窗口。随着半导体芯片性能的不断提升，集成电路的集成度呈指数型增加，集成电路中的图形不断缩小。为了制作更小尺寸的图形，必须提高光刻胶的上述三个性能指标。根据瑞利方程式，在光刻工艺中使用短波长的光源可以提高光刻胶的分辨率。光刻工艺的光源波长从365nm(I-线)发展到248nm(KrF)、193nm(ArF)、13nm(EUV)。为提高光刻胶的灵敏度，目前主流的KrF、ArF、EUV光刻胶采用了化学放大型光敏树脂。
[0004]光敏剂是光刻胶的关键组成，它的作用是在光照下发生分解，产生自由基；自由基进一步夺取附近树脂结构中的H，并形成新的自由基，H和光敏剂的阴离子部分结合形成光酸，引发和催化成膜树脂中酸敏基团的去保护反应，改变成膜树脂在显影液中的溶解性；而之前形成的新自由基，再次夺取附近树脂结构中的H，形成光酸，并向外扩散，由此形成链式放大反应，将曝光区内的成膜树脂完全转变为可溶于显影液的极性树脂，最后通过显影将曝光区的极性树脂洗去，从而将非曝光区的成膜树脂保留，在光刻胶膜中形成光刻胶图形。其中，在化学放大型光刻胶曝光之后，光酸的感光能力、酸性及其扩散能力是影响光刻胶分辨率、线宽粗糙度和曝光能量的关键因素之一。
[0005]随着浸没式光刻技术的发展，光刻胶中小分子化合物在纯水中的微量析出，会污染昂贵的光刻机镜头。为避免这个问题，将光敏剂聚合成高分子化合物是一个可行的方案。由于光敏剂分子极性较大，聚合后较大的极性导致聚合型的光敏剂的溶解性极差，很容易在光刻胶溶液在析出。因此，将光敏剂结构接枝到成膜树脂结构中，是目前普遍的做法。专利CN101080673介绍了将三苯基硫鎓盐接枝到丙烯酸树脂结构中，在一定程度上解决了光敏剂析出的问题。但是，光敏剂分子接枝后成膜树脂既要承担光敏剂的效果，还要发挥成膜树脂的作用，这就大大增加了开发光刻胶配方的难度。同时，光敏剂阳离子部分聚合后，阴离子部分酸扩散控制的问题依然存在。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，有必要提供一种光敏树脂及应用该光敏树脂的光刻胶组合物，以解决上述的技术问题。本专利技术将光敏剂阴离子部分和其它功能基团聚合，形成新的光敏树脂。其
包含链长可调的聚合型阴离子结构，可以有效控制酸扩散范围；多取代的三苯基硫鎓盐能最大化增强光敏树脂的曝光能力；功能基团能提高光敏树脂的溶解性和曝光后的水溶性。同时，该光敏树脂还能和其它成膜树脂一起，形成ArF光刻胶配方组分，大大降低了光刻胶配方的调配难度。
[0007]一种光敏树脂，其包括树脂型光敏阴离子和硫鎓盐阳离子，其结构通式为
[0008][0009]其中，
[0010]为所述树脂型光敏阴离子的结构式，
[0011]为所述硫鎓盐阳离子的结构式；
[0012]所述R1、R2为H或甲基；R3为改性结构；R4、R5、R6为氢原子数为1～40之间的整数、且碳原子数为1～20之间的整数的烷基、芳基或含硫/氧/氮杂原子的取代基中的一种或多种；n为2～200之间的整数，R7为烷基、芳基或含硫/氧/氮杂原子的官能结构中的一种或多种。
[0013]更进一步地，所述硫鎓盐阳离子为如下结构中的任一种：
[0014][0015]其中，R8、R9、R
10
为H或含碳原子数为1～20之间的整数的碳链结构；R
11
、R
12
、R
13
为含杂原子的碳原子数为1～20之间的整数的碳链结构。
[0016]更进一步地，所述通式(2)为如下结构中的任意一种：
[0017][0018][0019]更进一步地，所述通式(3)为如下结构中的任意一种：
[0020][0021][0022][0023][0024]更进一步地，R7为烷基时，所述光敏剂阴离子的结构式为如下结构中的任意一种：
[0025][0026]其中，n1为1～50之间的整数；
[0027]R7为含杂原子基团时，所述光敏剂阴离子的结构式为如下结构的任意一种：
[0028][0029]其中，n2为1～50之间的整数，n3为1～50之间的整数。
[0030]更进一步地，所述改性结构R3为刚性结构、酸敏结构或极性结构，其包含如下结构中的任意一种或多种：
[0031][0032][0033]本专利技术的另一方面，还提供了一种光刻胶组合物，其包括成膜树脂、光敏树脂、酸抑制剂及有机溶剂，该光敏树脂为上述光敏树脂。
[0034]更进一步地，所述成膜树脂具有酸活性，包含酸敏基团和极性基团，其结构式如下：
[0035][0036]所述酸敏基团的结构通式如下：
[0037][0038]其中，R
a
为H或碳原子数为1～20的碳链，R
b
为碳原子数为6～30之间碳链；
[0039]所述极性基团的结构通式如下：
[0040][0041]其中，R
c
为H或碳原子数为1～20的碳链，R
d
为碳原子数在6～30之间的含极性基团的(甲基)丙烯酸酯。
[0042]更进一步地，所述光刻胶组合物中，所述成膜树脂的质量百分含量的范围为1～20％，所述光敏树脂的质量百分含量的范围为0.01～10％，所述酸抑制剂的质量百分含量的范围为0.01～10％，所述有机溶剂的质量百分含量的范围为60～99.98％。
[0043]更进一步地，所述有机溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇单醋酸醚、丙二醇单乙醚、丙二醇甲醚醋酸酯、二缩乙二醇甲醚、二缩乙二醇乙醚、醋酸丁酯、醋酸新戊酯、乳酸乙酯、甲基乙基酮、环己酮、甲基异丁基酮中、N-甲基吡咯烷酮、N、N-二甲基甲酰胺、N、N-二甲基乙酰胺、N、N-二乙基甲酰胺中的一种或多种。
[0044]与现有技术相比，本专利技术具有下列优点：
[0045](1)本专利技术在光刻胶组合物中引入光敏树脂结构，该光敏树脂是一种树脂型光敏剂，该光敏树脂与常规的小分子离子型光敏剂不同，是以聚合物的形式加入到光刻胶组合物体系中，在保留现有的光敏剂优点的前提下，本专利技术的光敏树脂还具有较大的分子体积，能够更好的控制光酸扩散性能，改善光刻胶的性能。
[0046](2)本专利技术的光敏树脂采用与光刻胶组合物中的成膜树脂相同的树脂结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光敏树脂，其特征在于：该光敏树脂包括树脂型光敏阴离子和硫鎓盐阳离子，该光敏树脂的结构通式为：其中，为所述树脂型光敏阴离子的结构式，为所述硫鎓盐阳离子的结构式，所述R1、R2为H或甲基；R3为改性结构；R4、R5、R6为氢原子数为1～40之间的整数、且碳原子数为1～20之间的整数的烷基、芳基或含硫/氧/氮杂原子的取代基中的一种或多种；n为2～200之间的整数，R7为烷基、芳基或含硫/氧/氮杂原子的官能结构中的一种或多种。2.如权利要求1所述的光敏树脂，其特征在于：所述硫鎓盐阳离子为如下结构中的任意一种：其中，R8、R9、R
10
为H或含碳原子数为1～20之间的整数的碳链结构；R
11
、R
12
、R
13
为含杂原子的碳原子数为1～20之间的整数的碳链结构。3.如权利要求2所述的光敏树脂，其特征在于：所述通式(2)为如下结构中的任意一种：
4.如权利要求2所述的光敏树脂，其特征在于：所述通式(3)为如下结构中的任意一种：
5.如权利要求1所述的光敏树脂，其特征在于：R7为烷基时，所述树脂型光敏阴离子的结构式为如下结构中的任意一种：
其中，n1为1～50之间的整数；R7为含杂原子基团时，所述树脂型光敏阴离子的结构式为如下结构的任意一种：其中，n2为1～50之间的整数，n3为1～50之间的整数。6.如权利要求1所述的光敏树脂，其特征在于：所述改...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾大公，余绍山，齐国强，毛智彪，许从应，许东升，方涛，陈玲，
申请(专利权)人：江苏南大光电材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：