一种基于硫杂素馨烯的硫鎓盐单分子树脂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种式(I)所示的基于硫杂素馨烯的硫鎓盐单分子树脂及其制备方法。还涉及包含所述式(I)化合物的光刻胶组合物以及应用。本发明专利技术的化合物具有产酸和酸敏感双重功能，有助于实现了对酸扩散的调控和边缘粗糙度的有效降低。效降低。效降低。效降低。

【技术实现步骤摘要】
一种基于硫杂素馨烯的硫鎓盐单分子树脂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料
，具体涉及一种基于硫杂素馨烯的硫鎓盐单分子树脂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]光刻胶又称为光致抗蚀剂，是一类在光束、电子束、离子束或x射线等能量辐射后，溶解度发生变化的耐蚀刻薄膜材料，广泛用于集成电路和半导体分立器件的微细加工。随着半导体工业的迅速发展，光刻技术要求达到的分辨率越来越高，要求达到的边缘粗糙度越来越小，因此，对光刻胶材料的综合性能提出了更高的要求。
[0003]传统的光刻胶主体材料采用分子量为5000～15000道尔顿的聚合物树脂，这类聚合物树脂由于分子体积太大、分子量分散度高以及分子链的缠绕等因素，导致光刻图案的分辨率和边缘粗糙度无法满足更为精细的刻线要求。
[0004]目前通过化学合成控制的方法来降低光刻胶主体材料树脂的分子量，同时使其达到单一分子状态，形成单分子树脂，是实现高分辨光刻的一种重要方法。单分子树脂既保留有树脂本身的成膜特性和易于加工性能，同时还具有确定的分子结构，易于合成和修饰，基于单分子树脂的光刻胶材料有望满足高分辨光刻的要求。
[0005]自从1982年IBM公司提出“化学放大”的概念以来，光致产酸剂(PhotoAcid Generator，PAG)就成为光刻胶组分中的关键组成部分。所谓“化学放大”是指PAG在光照后分解产生酸，酸引发一系列化学反应，使得光照区域和非光照区域的光刻胶材料溶解性发生显著变化，然后通过显影就可以实现图案转移，因此光酸产生剂的产酸效率、在材料中的分布状况对图案质量具有重要影响。
[0006]通常光刻胶是由树脂主体材料、PAG以及各种微量添加剂组成的混合物，这种简单的物理混合一方面容易造成产酸剂在主体材料中形成不均匀分布的微小区域，从而会影响光刻图案的边缘粗糙度；另一方面，物理混合使得产生的酸在主体材料中的扩散速度很难控制，对图案的边缘粗糙度产生不利影响。
[0007]为解决上述问题，目前通常采用的方法是将产酸剂共价连接到高分子树脂的主链上(J.Vac.Sci.Technol.B 2007,25,2136)，使得产酸剂和主体材料成为一体，一方面可以让产酸剂在主体材料中的分布更加均匀，另一方面可以控制酸扩散的范围发生在与PAG相邻的主体材料范围内，从而大大降低边缘粗糙度。将单分子树脂和PAG进行结合，既能够利用单分子树脂实现高分辨光刻的要求，同时，还可以对光酸产生剂的分布和酸扩散进行有效调控，实现边缘粗糙度的有效降低。
[0008]目前关于硫鎓盐类光产酸剂的专利报道已有很多，硫鎓盐类产酸剂具有热稳定性好，产酸效率高等优势，但普通的硫鎓盐光产酸剂例如三苯基硫鎓盐的吸收波长短，且合成方法较复杂。

技术实现思路

[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于硫鎓盐的单分子树脂，该树脂含有硫鎓盐基团和酸敏基团，其可以用作光刻胶中的产酸剂和/或光刻胶主体材料。
[0010]本专利技术提供一种化合物，其具有式(I)所示的结构：
[0011][0012]其中：R
a1
～R
a6
相同或不同，彼此独立地选自H、羟基、C1‑
15
烷氧基、或
‑ꢀ
OR
b
，所述R
b
为具有酸敏感性的基团；
[0013]A选自
‑
S
‑
或
‑
S
‑
S
‑
；D选自
‑
S
‑
、
‑
S
‑
S
‑
或
‑
S
+
(R)(Y
‑
)
‑
；
[0014]R选自未取代，或任选被一个、两个或更多个Rs1取代的如下基团：C1‑
15
烷基、C3‑
20
环烷基、C6‑
20
芳基、5
‑
20元杂芳基、3
‑
20元杂环基、
‑
C1‑
15
烷基
‑
C6‑
20
芳基、
‑
C1‑
15
烷基
‑5‑
20元杂芳基、
‑
C1‑
15
烷基
‑
CO
‑
C6‑
20
芳基、
‑
C1‑
15
烷基
‑
CO
‑5‑ꢀ
20元杂芳基、
‑
C1‑
15
烷基
‑
CO
‑
C1‑
15
烷基、
‑
C1‑
15
烷基
‑
CO
‑
C3‑
20
环烷基；
[0015]Rs1选自NO2、卤素、C1‑
15
烷基、C1‑
15
烷氧基、C3‑
20
环烷基、C6‑
20
芳基、5
‑ꢀ
20元杂芳基；
[0016]X
–
为阴离子，例如卤离子、烷基磺酸根、卤代烷基磺酸根(如三氟甲磺酸根、全氟丙基磺酸根、全氟丁基磺酸根)、对甲苯磺酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、双三氟甲烷磺酰亚氨离子。
[0017]根据本专利技术，所述R为C1‑
10
烷基、C3‑
10
环烷基、C6‑
10
芳基、
‑
C1‑3烷基
‑
C6‑
10
芳基、
‑
CH2‑
CO
‑
C1‑
10
烷基、
‑
CH2‑
CO
‑
C6‑
10
芳基，所述烷基、环烷基、芳基可以进一步被一个或多个如下基团所取代：C1‑
10
烷基、C1‑
10
烷氧基、卤素、硝基。
[0018]根据本专利技术，所述式(I)化合物具有如下结构：
[0019][0020]根据本专利技术，所述酸敏基团为可在酸性条件下发生反应，形成新的化合物，使得反应和未反应的区域溶解度发生显著变化。
[0021]根据本专利技术的实施方案，所述具有酸敏感性的基团R
b
为
‑
CR1‑
O
‑
R1、
‑
CO
‑ꢀ
O
‑
R1、
‑
CH2‑
CO
‑
O
‑
R1、
[0022]其中R1相同或不同，独立地选自未取代或任选被一个、两个或更多个R
s2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化合物，其特征在于，其具有式(I)所示的结构：其中：R
a1
～R
a6
相同或不同，彼此独立地选自H、羟基、C1‑
15
烷氧基、或
‑
OR
b
，所述R
b
为具有酸敏感性的基团；A选自
‑
S
‑
或
‑
S
‑
S
‑
；D选自
‑
S
‑
、
‑
S
‑
S
‑
或
‑
S
+
(R)(Y
‑
)
‑
；R选自未取代、或任选被一个、两个或更多个Rs1取代的如下基团：C1‑
15
烷基、C3‑
20
环烷基、C6‑
20
芳基、5
‑
20元杂芳基、3
‑
20元杂环基、
‑
C1‑
15
烷基
‑
C6‑
20
芳基、
‑
C1‑
15
烷基
‑5‑
20元杂芳基、
‑
C1‑
15
烷基
‑
CO
‑
C6‑
20
芳基、
‑
C1‑
15
烷基
‑
CO
‑5‑
20元杂芳基、
‑
C1‑
15
烷基
‑
CO
‑
C1‑
15
烷基、
‑
C1‑
15
烷基
‑
CO
‑
C3‑
20
环烷基；Rs1选自NO2、卤素、C1‑
15
烷基、C1‑
15
烷氧基、C3‑
20
环烷基、C6‑
20
芳基、5
‑
20元杂芳基；X
–
为阴离子，例如卤离子、烷基磺酸根、卤代烷基磺酸根(如三氟甲磺酸根、全氟丙基磺酸根、全氟丁基磺酸根)、对甲苯磺酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、双三氟甲烷磺酰亚氨离子。2.根据权利要求1所述的化合物，其特征在于，所述具有酸敏感性的基团R
b
为
‑
CR1‑
O
‑
R1、
‑
CO
‑
O
‑
R1、
‑
CH2‑
CO
‑
O
‑
R1、其中R1相同或不同，独立地选自未取代或任选被一个、两个或更多个R
s2
取代的如下基团：C1‑
15
烷基、C3‑
20
环烷基、C7‑
20
桥环基；的环上任选被一个、两个或更多个R
s2
取代；其中m为1至4的任一整数、表示基团与主体结构的连接键；R
s2
相同或不同，彼此独立地选自如下基团：C1‑8烷基、C1‑8烷氧基、C3‑
10
环烷基；优选地，R
a1
～R
a6
中至少三分之一的基团为羟基或
‑
OR
b
；优选地，R
a1
～R
a6
中在每一个苯环上至少有一个基团为羟基或
‑
OR
b
；优选地，所述具有酸敏感性的基团选自如下：3.根据权利要求1所述的化合物，其特征在于，所述R为C1‑
10
烷基、C3‑
10
环烷基、C6‑
10
芳基、
‑
C1‑3烷基
‑
C6‑

【专利技术属性】
技术研发人员：李嫕，王志昊，陈金平，于天君，曾毅，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：