光致抗蚀剂和光刻方法技术

本发明专利技术公开了一种光致抗蚀剂以及使用该光致抗蚀剂进行光刻的方法。光致抗蚀剂中含有第一组分和第二组分，并且第一组分和第二组分对光的敏感波段基本不同。通过使用波长为两个敏感波段之一的光对光致抗蚀剂进行曝光，使得第一组分产生第一化学物质，然后使用另一个敏感波段的光对光致抗蚀剂进行均匀照射，使得第二组分产生第二化学物质，从而能够改善在光致抗蚀剂中所形成的第一化学物质的潜像的对比度，由此得到的光刻图案具有更好的边缘粗糙度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光致抗蚀剂和使用该光致抗蚀剂的光刻方法，特别涉及一种使用化学 放大作用的光致抗蚀剂和使用该光致抗蚀剂的光刻方法。
技术介绍
微电子产业的飞速发展要求半导体器件的特征尺寸越来越小，器件特征尺寸的减 小一方面依赖于曝光工具，另一方面也与光致抗蚀剂的选择密切相关。因此，与光刻技术相 应的光致抗蚀剂的选择与应用也成为光刻工艺中的一个重要研究内容。光刻技术的进步促进了光致抗蚀剂性能的不断完善。利用化学放大作用的光致抗 蚀剂具有高灵敏度、强的耐干法腐蚀性等优点，有利于半导体后续加工工艺的进行，因此在 半导体工艺领域具有广阔的应用前景。在光刻领域正逐渐受到人们的关注。可以相信，工 艺性能得到更加完善稳定的化学放大光致抗蚀剂将在半导体工业中发挥重要作用。化学放大光致抗蚀剂一般包括三个部分基质树脂、有机溶剂和用于产生化学放 大作用的光致产酸剂(photoacid generator, PAG)。化学放大光致抗蚀剂经曝光或光照 后，PAG吸收能量发生光分解，生成自由酸，发生酸催化反应，使曝光区域的基质树脂发生 保护基团的去除反应或树脂与交联剂之间的交联反应，形成正性或负性潜像，在一定的溶 剂中显影形成曝光图案。此外，也有一些化学放大光致抗蚀剂使用光致产碱剂(photobase generator,PBG)来替代光致产酸剂,通过光碱(photo-base)来产生碱催化反应，同样可以 与基质树脂发生保护基团的去除反应或树脂与交联剂之间的交联反应，形成正性或负性潜 像。但是，有两种因素会降低潜像的对比度。一种因素是光酸(photo-acid)的扩散。通过第一波段的光照射产生的光酸会通 过自由运动从质量浓度高的地方逐渐扩散到质量浓度低的地方。这样，光酸的质量浓度分 布将偏离光学图像，从而使光酸的潜像的对比度降低。第二种因素是光学衍射。理论上，通过掩模形成的光学图像应该是简单的二值图 像，即光学图像中，对应于被掩模遮挡部分的图像的光强为零，而对应于掩模的透光部分的 图像的光强为常数。然而，实际上，随着半导体工艺关键尺寸的不断减小，光的衍射效应越 来越明显，使得光学图像中原本光强应当为零的部分也具有一定的光强。由此，导致光酸的 潜像的对比度进一步降低。现有技术中，通常采用限制光酸扩散长度的方式来提高潜像的对比度。但是，这种 做法的缺陷在于使得去除反应或交联反应的效率降低。此外，现有技术中的方法也不能克 服由于衍射效应而导致的潜像对比度降低。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人发现上述现有技术中存在问题，并因此针对所述问题中的至少一 个问题提出了一种新的技术方案。本专利技术的一个目的是提供一种光致抗蚀剂。本专利技术的另一个目的是提供一种使用该光致抗蚀剂进行光刻的方法。根据本专利技术的第一方面，提供了一种光致抗蚀剂，包括基质树脂；用于产生化学放大作用的第一组分，该第一组分能够在第一波段的光的照射下产生第一化学物质，所述第一化学物质能够与所述基质树脂发生反应以形成潜像；以及第二组分，该第二组分能够在第二波段的光的照射下产生第二化学物质，所述第二化学物质能够与所述第一化学物质发生反应，从而降低第一化学物质在光致抗蚀剂中的质量浓度。优选地，所述第一组分是光致产酸剂，并且所述第一化学物质是光酸；以及所述第二组分是光致产碱剂，并且所述第二化学物质是光碱。例如，所述光致产酸剂可以为(4-叔丁基苯基)二苯基锍三氟甲基磺酸酯或三苯基硫三氟甲烷磺酸盐等，所述光致产碱剂可以为季铵盐等。进一步地，所述光致产酸剂的质量浓度可以为例如1%至30%，所述光致产碱剂的质量浓度可以为例如O.1 %至20%。进一步地，所述基质树脂为聚羟基苯乙烯或聚丙烯酸酯等。根据本专利技术的第二方面，提供了一种使用本专利技术的光致抗蚀剂进行光刻的方法， 包括以下步骤提供表面覆盖有所述光致抗蚀剂的衬底；使用第一波段的光对所述光致抗蚀剂表面的选定区域进行选择性照射；使用第二波段的光对所述光致抗蚀剂表面的所有区域进行均匀照射；对所述光致抗蚀剂进行显影处理，从而形成所需要的光致抗蚀剂图案。优选地，第一波段的光的照射剂量为O. 1-100毫焦耳/平方厘米。优选地，第二波段的光的照射剂量为O. 1-100毫焦耳/平方厘米。优选地，基本上同时进行第一波段的光的照射步骤和第二波段的光的照射步骤。本专利技术的一个优点在于，利用光碱来中和部分光酸，从而提高了潜像的对比度。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。附图说明构成说明书的一部分的附图描述了本专利技术的实施例，并且连同说明书一起用于解释本专利技术的原理。参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本专利技术，其中图1是示出使用本专利技术的一个实施例的光致抗蚀剂进行光刻的方法的流程图。图2是示出根据本 专利技术的实施例的使用第一波段的光对光致抗蚀剂进行曝光的图3示出根据本专利技术的实施例的在光致抗蚀剂中产生的光酸的质量浓度的分布示意图。曲线。图4是示出根据本专利技术的实施例的在光致抗蚀剂中产生的光酸的质量浓度分布的示意图。图5是示出根据本专利技术的实施例的使用第二波段的光对光致抗蚀剂进行照射的示意图。图6是示出根据本专利技术的实施例的在光致抗蚀剂中产生的光碱的质量浓度分布的示意图。图7示出根据本专利技术的实施例的经过光酸和光碱的中和反应之后，光致抗蚀剂中 的光酸的质量浓度分布曲线。图8是示出根据本专利技术的实施例的经过光酸和光碱的中和反应之后，光致抗蚀剂 中的光酸的质量浓度分布的示意图。图9是示出根据本专利技术的实施例的对光致抗蚀剂进行显影处理的示意图。图10是示出根据本专利技术的实施例的光刻方法得到的光致抗蚀剂图案的示意图。具体实施方式现在将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应注意到除非另外具 体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本 专利技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际 的比例关系绘制的。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术 及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适 当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不 是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一 个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。本专利技术提供的光致抗蚀剂包括基质树脂；用于产生化学放大作用的第一组分， 该第一组分能够在第一波段的光的照射下产生第一化学物质，所述第一化学物质能够与所 述基质树脂发生反应以形成潜像；以及第二组分，该第二组分能够在第二波段的光的照射 下产生第二化学物质，所述第二化学物质能够与所述第一化学物质发生反应，从而降低第 一化学物质在光致抗蚀剂中的质量浓度。 在本专利技术的一个实施例中，提供了 一种光致抗蚀剂，该光致抗蚀剂包括光致产酸 剂(photoacid generator, PAG)、光致产喊剂(photobase generator, PBG)、基质树脂和有 机溶剂。对于基质树脂，可以选用例如聚轻基苯乙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光致抗蚀剂，包括：基质树脂；用于产生化学放大作用的第一组分，该第一组分能够在第一波段的光的照射下产生第一化学物质，所述第一化学物质能够与所述基质树脂发生反应以形成潜像；以及第二组分，该第二组分能够在第二波段的光的照射下产生第二化学物质，所述第二化学物质能够与所述第一化学物质发生反应，从而降低第一化学物质在光致抗蚀剂中的质量浓度。

【技术特征摘要】
1.一种光致抗蚀剂，包括基质树脂；用于产生化学放大作用的第一组分，该第一组分能够在第一波段的光的照射下产生第一化学物质，所述第一化学物质能够与所述基质树脂发生反应以形成潜像；以及第二组分，该第二组分能够在第二波段的光的照射下产生第二化学物质，所述第二化学物质能够与所述第一化学物质发生反应，从而降低第一化学物质在光致抗蚀剂中的质量浓度。2.根据权利要求1所述的光致抗蚀剂，其中，所述第一组分是光致产酸剂，并且所述第一化学物质是光酸；以及所述第二组分是光致产碱剂，并且所述第二化学物质是光碱。3.根据权利要求2所述的光致抗蚀剂，其特征在于，所述光致产酸剂为(4-叔丁基苯基)二苯基锍三氟甲基磺酸酯或三苯基硫三氟甲烷磺酸盐。4.根据权利要求2所述的光致抗蚀剂，其特征在于，所述光致产碱剂为季铵盐。5.根据权利要求2所述的光致抗蚀剂，其特征在于，所述光致产酸剂的质量浓度为1% 至 30%。...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍强，顾一鸣，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：