專利名稱：化學增強的光刻膠的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學增強的光刻膠，它包括一種脂環(huán)丙烯酸(alicyclicacrylic polymer)聚合物和一種光酸發(fā)生劑(photoacid generator)，并加入一種芳環(huán)樹脂。它可被用作正膠，例如應用于圖形生成，其中這種正膠形成于半導體基片上，經(jīng)一塊掩?；蛞粔K原版受到ArF激光器發(fā)射光的曝光，經(jīng)過PEB(曝光后烘烤)處理，并用顯影劑顯影。
在常規(guī)的光刻技術(shù)中，主要使用溶解性被抑制的正膠；其中使用了酚醛清漆聚合物作為基質(zhì)聚合物， 加入萘醌二疊氮基(naphthoquinonediazido)作為對g-譜線(436nm)或i-譜線(365nm)曝光的感光劑。但隨著半導體集成電路精細刻蝕的發(fā)展，需要使用遠紫外線例如248nm或193nm的激光的光刻方法。對于受激發(fā)射的激光，上述常規(guī)的光刻膠并不適用，這是由于需與其過分增強的光靈敏度一起獲得良好的光刻膠圖形，它的光吸收太強了。因而，人們提出了使用酸催化劑感光的化學增強的光刻膠，該酸催化劑得自光酸發(fā)生劑(下文稱作PAG)，并開始擴展成短波長光刻或電子束刻蝕所需高靈敏度的光刻膠。
但是，應用于波長為193nm的ArF激光曝光的光刻方法中光刻膠就存在嚴重的光吸收問題，因而光刻膠材料中各組分的使用受到了嚴格的根制。對于用于ArF激光的化學增強的光刻膠來說，已提出了兩組分的由不存在光吸收的問題的脂環(huán)丙烯酸聚合物和一種PAG組成的正膠(例如，請參閱Nakano等，“positive Chemically Amplified Resistfor ArF Excimer Laser Lithography Composed of a Novel TransparentPhotoacid Generator and an Alicyclic Terpolymer”，Proceedingsof the Society of Photo-optical Instrumentation Engineers，Vol.2438，pp.433-444)。但是，這種兩組分正膠并不實用，因為它有低的熱穩(wěn)定性，并且對于在一層基底膜上對一光刻膠的顯影圖形進行干法刻蝕的抗蝕性很差。
至于具有提高的熱穩(wěn)定性和對干法刻蝕抗蝕性的光刻膠材料，在臨時公開號No.323610/’93的日本專利申請中提出了由一種酚醛聚合物和一種PAG組成并包括一種交取劑的化學增強的光刻膠。但是，用這種對ArF激光具有強的光吸收的光刻膠材料無法得到矩形截面的光刻膠圖形，在圖2中示意繪示出晶片201上顯影的光刻膠圖形202變成圓錐形。這種圓錐形光刻膠圖形對于精細圖形形成來說尤其是致命的，它降低了分辨率、聚焦和尺寸的精度。
因而，本發(fā)明的主要目的是提供一種化學增強的光刻膠，它在分辨率、聚焦和尺寸精度方面有良好的性能，解決了起因于光吸收的圓錐狀的光刻膠圖形問題，并同時具有高的熱穩(wěn)定性和對干法刻蝕的足夠的抗蝕性，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題。
為達到這一目的，在含有一種脂環(huán)丙烯酸聚合物和一種光酸發(fā)生劑的本發(fā)明的化學增強的光刻膠中加入具有一種芳香環(huán)的樹脂。
通過向常規(guī)的由一種不存在對ArF激光有光吸收問題的脂環(huán)丙烯酸聚合物和一種PAG組成的兩組分化學增強的光刻膠中加入具有提高熱穩(wěn)定性和對干法刻蝕的抗蝕性的芳香環(huán)樹脂，得到了一種最適用于ArF激光光刻方法的光刻膠材料，它圓滿地保持住了上述特性。位于芳香環(huán)中的碳原子和雙鍵具有提高熱穩(wěn)定性和干法刻蝕中光刻膠膜的耐蝕的作用。
本發(fā)明的上述及其它的目的、特征和優(yōu)點從以下說明、所附權(quán)利要求以及附圖中將會顯然可見。其中

圖1表示用本發(fā)明一個實施例的第一例化學增強光刻膠得到的正膠圖形的橫切面；和圖2表示用常規(guī)的化學增強的光刻膠在晶片201上產(chǎn)生的圓錐狀的光刻膠圖形202的橫切面。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例描述如下。
在本發(fā)明的化學增強的光刻膠中，一種脂環(huán)丙烯酸聚合物被用作基質(zhì)聚合物。
對于該脂環(huán)丙烯酸聚合物來說，用作化學增強的光刻膠基質(zhì)聚合物的常規(guī)樹脂，例如具有各種極性基團的脂環(huán)甲基丙烯酸酯聚合物或脂環(huán)丙烯酸酯聚合物可根據(jù)目的使用。一個具體的例子是聚(TCDA-THMPA-MAA三環(huán)(5.2.1.0.2，6)癸烷基丙烯酸酯-co-四氫吡喃基甲基丙烯酸酯-co-甲基丙烯酸)，描述于Nakano等人的上述文章。
對于需要加入到本發(fā)明化學增強的光刻膠中的PAG來說，可以使用常規(guī)的PAG，使如翁鹽，或二磺酰重氮基甲烷PAG，使用的種類和量可根據(jù)目的來確定。通常的情況是1至10重量份的PAG加入到100重量份的基質(zhì)聚合物中。
本發(fā)明的化學增強的光刻膠的特征在于其中加入了具有芳環(huán)的樹脂。
對于該具有芳環(huán)的樹脂來說，其種類和用量沒有限制，只要芳環(huán)中的碳原子和雙鍵能夠起到改善穩(wěn)定性和光刻膠膜對干法刻蝕的抗蝕的作用。優(yōu)選的平均分子量為8000至30000，該平均分子量是用GPC(氣體滲透色譜)法測量的苯乙烯轉(zhuǎn)換表示的。
最佳的具有芳環(huán)的樹脂是有下式(1)的多羥苯乙烯聚合物
其它優(yōu)選的具有芳環(huán)的樹脂有具有下式(2)的酚醛清漆聚合物，或具有一種微堿溶性保護基團的多羥苯乙烯聚合物，如下式(3)所示的t-BOC(叔丁氧羰基)保護的多羥苯乙烯聚合物。
這些具有芳環(huán)的聚合物的加入量最好為1至10重量份比100重量份的基質(zhì)聚合物，即脂環(huán)丙烯酸聚合物。
這里應強調(diào)的是，這些聚合物具有互不相同的堿溶解性，對光刻膠的分辨率和截面圖形產(chǎn)生不同的影響。因而，對于需要加入的樹脂來說，按照基質(zhì)聚合物的組成最好選用適當?shù)姆N類、分子量比率、混合比率和保護系數(shù)。也就是說，通過適當?shù)剡x擇這些因素，可進一步改善熱穩(wěn)定性和對干法刻蝕的抗蝕性并保持適當?shù)娜芙鈱Ρ榷?，這對光刻膠的分辨率來說最為重要。
而且，具有芳環(huán)的樹脂在193nm波長的ArF激光處具有強的光吸引。因而，通過選擇需加入樹脂的適當種類、分子量比率或量，它也可起到染料的作用。為達到本發(fā)明的目的，光刻膠膜在193nm的透光性最好被制作成40至70％/μm，最佳為50％/μm。這樣，可以得到有效阻止反射的光吸收，抑制從基底散射的反射光所引起的光刻膠圖形變形，從而抑制分辨率降低。
再者，在本發(fā)明的化學增強的光刻膠中可任選地加入交聯(lián)劑或其它添加劑。
下文描述本實施例的一些示例和實驗結(jié)果。
作為本實施例的第一示例，制備了用于ArF激光的液態(tài)化學增強的光刻膠，其中含有100重量份的平均分子量為20000的聚(TCDA-THPMA-MAA)作為基質(zhì)聚合物，5重量份的鎓鹽作為PAG，2重量份的平均分子量為12000的多羥苯乙烯作為具有芳環(huán)的樹脂，和80重量份的PGMEA(聚丙烯二醇單甲基乙醚乙酸脂)作為溶劑。
將該化學增強的光刻膠液體涂敷在硅晶片上，其厚度為0.5μm，用經(jīng)一掩模聚焦的193nm的ArF激光曝光，進行100°的PEB處理90秒鐘，并用堿性顯影劑顯影，從而得到0.18μm標準的正膠圖形。
圖1表示用按照本實施例第一示例的化學增強的光刻膠得到的正膠圖形的橫切面，其中，在晶片101上得到了矩形的光刻膠圖形102，它有很好的分辨率和尺寸精度。
然后將這種正膠圖形，用CL2HBr氣體，在100mm乇(Torr)的氣壓中以120w進行干法刻蝕120秒鐘，得到了很好的干蝕效果，沒有光刻膠膜受損或是光刻膠圖形變形。與下述的比較示例相比，在熱穩(wěn)定性和對干法刻蝕的抗蝕性方面得到約10％的改善。
作為一項比較示例，制備了具有與本實施例第一示例相同組成的化學增強的光刻膠液體，不同的是沒有加入多羥苯乙烯聚合物。將以同樣方式得到的光刻膠圖形進行干法刻蝕，其中觀察到了光刻膠膜的受損和光刻膠圖形的變形。
在第二示例中，僅將第一示例中的具有芳環(huán)的樹脂用1重量份的20000分子量的多羥苯乙苯烯替換，以與第一示例相同的方式獲得了同樣好的效果。
如上文所述，用本發(fā)明的加入了具有芳環(huán)的樹脂的化學增強的光刻膠，在ArF光刻方法中抑制了干法刻蝕中的光刻膠膜受損并能改善熱穩(wěn)定性。因而抑制了曝光后烘焙或干法刻蝕中光刻膠圖形的變形，獲得了高的分辨率。而且，具有芳環(huán)的樹脂具有染料的作用。
因而，根據(jù)本發(fā)明光刻方法的分辨率，聚焦和尺寸精確度可以得到改善，還能得到精細集成的器件圖形。也就是說，本發(fā)明的化學增強光刻膠對形成超精細的圖形非常有效，并對光刻膠的高性能或精細分辨率作出了一定的貢獻。
權(quán)利要求
1.含有一種脂環(huán)丙烯酸聚合物和一種光酸發(fā)生劑的化學增強的光刻膠，其特征在于，在它當中加入了具有芳環(huán)的樹脂。
2.按照權(quán)利要求1所述的化學增強的光刻膠，其特征在于，所說的具有芳環(huán)的樹脂為酚醛清漆聚合物和多羥苯乙烯聚合物中的至少一種。
3.按照權(quán)利要求1所述的化學增強的光刻膠，其特征在于，所說的具有芳環(huán)的樹脂為一種具有一種微堿溶性保護基團的多羥苯乙烯聚合物。
4.按照權(quán)利要求1所述的化學增強的光刻膠，其特征在于，將1至10重量份的具有芳環(huán)的樹脂加入到100重量份的脂環(huán)丙烯酸聚合物中。
全文摘要
通過解決由光吸收引起的圓錐狀光刻膠圖形的問題,提供具有良好分辨率、聚焦和尺寸精度的化學增強的光刻膠,并同時產(chǎn)生高的熱穩(wěn)定性和對干法刻蝕的足夠的抗蝕性,將具有芳環(huán)的樹脂加入到含有一種脂環(huán)丙烯酸聚合物和一種光酸發(fā)生劑的化學增強的光刻膠中。該具有芳環(huán)的樹脂最好為多羥苯乙烯聚合物、酚醛清漆聚合物或t－BOC保護的多羥苯乙烯聚合物。這些聚合物最佳的加入量為1至10重量份比100重量份的基質(zhì)聚合物。
文檔編號G03G5/047GK1193128SQ9810089
公開日1998年9月16日 申請日期1998年3月10日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月11日
發(fā)明者井谷俊郎 申請人:日本電氣株式會社