專利名稱：光刻膠及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含酚類組分并且對(duì)于離子注入光刻(ion implantinglithography) 應(yīng)用特別有用的新型光刻膠。本發(fā)明的光刻膠可顯示增強(qiáng)的聚焦深度(曝光寬容度 (exposure latitude))0
背景技術(shù)：
光刻膠是用于將圖像轉(zhuǎn)移到基片上的光敏薄膜。在基片上形成光刻膠涂層，然后使光刻膠層透過光掩模被活化輻射源曝光。離子注入技術(shù)一直被用于摻雜半導(dǎo)體晶片。通過這種方法，離子束注入器在真空 (低壓)容器中產(chǎn)生離子束，并使離子定向和“注入”到晶片中。然而現(xiàn)有的離子注入方法存在大量問題。具體來說，難以獲得可接受的聚焦深度 (DOF)，尤其是在高分辨應(yīng)用中，其中致密和獨(dú)立的形狀一起成像。如果顯影的光刻膠線條或其它功能元件與最鄰近的光刻膠形狀間隔達(dá)到兩倍或更多倍于其線寬的距離，則通常被認(rèn)為是“獨(dú)立的(isolated)”。例如，如果一條線被印刷成0.25 μ m的寬度，又倘若下一條鄰近的光刻膠形狀與該線間隔至少約0. 50微米，那么這條線被認(rèn)為是獨(dú)立的(而不是致密的)。能提供良好分辨率，包括良好的聚焦深度的新型光刻膠體系是非常需要的。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)在我們提供用于短波成像(例如193nm)的新型化學(xué)放大光刻膠組合物，除了含有光酸不穩(wěn)定基團(tuán)的樹脂外，該組合物還包含酚類組分，以及一種或多種光產(chǎn)酸劑化合物。令人^C奇地發(fā)現(xiàn)，酚類組分(例如酚類樹脂)的加入可以大幅度增加光刻膠的聚焦深度(曝光寬容度)。本發(fā)明的光刻膠在離子注入光刻方案中特別有用。
具體實(shí)施例方式酚類組分適宜為酚類樹脂，例如聚羥基苯乙烯，可以相對(duì)少量地存在，例如小于光刻膠組合物總固體(除溶劑載體外的所有組分)重量的百分之10、8、6、5、4或2或甚至于百分之1。除聚合性酚類化合物外，還可使用包含一個(gè)或多個(gè)酚基的非聚合性材料。本發(fā)明優(yōu)選的光刻膠可以在短波下成像，包括亞-300nm和亞_200nm，如248nm、 193nm 和 EUV。本發(fā)明特別優(yōu)選的光刻膠包含本文公開的酚類組分、有效成像量的一種或多種光產(chǎn)酸劑化合物(PAG)，以及選自下述組的樹脂1)包含酸不穩(wěn)定基團(tuán)的酚類樹脂，上述酸不穩(wěn)定基團(tuán)可提供化學(xué)放大的正性光刻膠，尤其適用在MSnm成像。特別優(yōu)選的此類樹脂包括i)包含乙烯基酚和丙烯酸烷基酯聚合單元的聚合物，其中聚合的丙烯酸烷基酯單元在光酸存在下會(huì)發(fā)生脫封反應(yīng)?？蛇M(jìn)行光酸誘發(fā)的脫封反應(yīng)的示例性丙烯酸烷基酯包括如丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸甲基金剛烷酯、甲基丙烯酸甲基金剛烷酯，以及可以發(fā)生光酸誘發(fā)反應(yīng)的其它丙烯酸非環(huán)烷基酯、丙烯酸脂環(huán)基酯，例如美國專利6，042，997和5，492，793中的聚合物，以引用的方式并入本文；ii)包含乙烯基酚、不含羥基或羧基環(huán)取代基的任選取代的乙烯苯基(如苯乙烯)、以及丙烯酸烷基酯(如上述聚合物i)中描述的脫封基團(tuán))聚合單元的聚合物，例如美國專利6，042，997中描述的聚合物，以引用的方式并入本文；iii)含有包括將與光酸反應(yīng)的縮醛或縮酮部分的重復(fù)單元和任選的芳香族重復(fù)單元如苯或酚基團(tuán)的聚合物。2)基本或完全不含有苯基和其它芳香族基團(tuán)的樹脂，上述基團(tuán)能提供尤其適合于在亞-200nm的波長如193nm成像的化學(xué)放大正性光刻膠。特別優(yōu)選的此類樹脂包括i)包含非芳香族環(huán)烯烴(內(nèi)環(huán)雙鍵)(例如任選取代的降冰片烯)聚合單元的聚合物，例如以引用的方式并入本文的美國專利5，843,6 中描述的聚合物；ii)包含丙烯酸烷基酯單元，如丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸甲基金剛烷酯、甲基丙烯酸甲基金剛烷酯，以及其它丙烯酸非環(huán)烷基酯和丙烯酸脂環(huán)基酯的聚合物，例如在美國專利6，057，083中描述的聚合物。本發(fā)明的光刻膠也可以包括不同種類PAG的混合物，通常為兩種或三種不同的 PAG的混合物，更通常為由總共兩種不同PAG組成的混合物。本發(fā)明還提供了形成本發(fā)明的光刻膠的浮雕像(relief image)的方法，包括形成亞-四分之一微米或更小尺寸，例如亞-0. 2微米尺寸或亞-0. 1微米尺寸的高分辨光刻膠圖案化影像(例如，具有基本上垂直的側(cè)壁的圖案化線條)的方法。本發(fā)明還包括含基片的制品，上述基材例如為其上涂布有本發(fā)明光刻膠和浮雕像的微電子晶片。本發(fā)明還包括制造微電子晶片以及其它制品的方法。另外，如以上所述，在一個(gè)優(yōu)選方案中，本發(fā)明提供公知的離子注入方法。上述方法可包括將摻雜離子(例如第III和/或V族離子，如硼、砷、磷等)注入基片(如半導(dǎo)體晶片)的表面，其上具有所公開的用作掩膜的有機(jī)光刻膠。將上述光刻膠遮掩的基片放入可提供低壓和可以從離子化源提供離子等離子體的反應(yīng)容器中。上述離子包括前文提到過的當(dāng)注入基材時(shí)具有電活性的摻雜劑?？梢栽诜磻?yīng)容器中施加電壓(例如通過導(dǎo)電性容器壁)來選擇性地注入摻雜離子。本發(fā)明的其它方面在下文中描述。如前文所述，我們現(xiàn)在提供新型的光刻膠，其適宜包括1)適宜包含光酸不穩(wěn)定基團(tuán)的樹脂組分，幻一種或多種光產(chǎn)酸劑化合物和幻可以為聚合性或非聚合性的酚類組分。優(yōu)選這些組分1)、幻和；3)是獨(dú)立的，即，沒有共價(jià)連接并且各自為不同材料。本發(fā)明優(yōu)選的光刻膠為正性作用光刻膠，尤其是化學(xué)放大光刻膠。本發(fā)明也包括負(fù)性作用光刻膠， 其中光刻膠可包含樹脂、交聯(lián)官能物質(zhì)和本文公開的酚類組分。本發(fā)明中特別的光刻膠將包含以下獨(dú)立組分1)樹脂組分，幻一種或多種光產(chǎn)酸劑化合物以及幻可為聚合性或非聚合性的酚類組分，其中樹脂組分1)不含有或至少基本不含(少于5重量％)苯基或酚性基團(tuán)，并且優(yōu)選上述樹脂總重復(fù)單元中的50%為非芳香族的，更優(yōu)選上述樹脂總重復(fù)單元中少于40%或35%的單元為非芳香族的。在很多優(yōu)選實(shí)施方案中，樹脂1)基本不含任何芳香族重復(fù)單元，此時(shí)在樹脂總重復(fù)單元中少于百分之 15、10、5、3、2或1的單元為芳香族的。特別優(yōu)選的酚類組分包括酚類樹脂(phenolic resin)，該酚類樹脂可以是包含酚類基團(tuán)重復(fù)單元的均聚物(例如聚羥基苯乙烯均聚物)，或者可以是包含酚類基團(tuán)重復(fù)單元和其它聚合基團(tuán)的共聚物。本發(fā)明的光刻膠的酚類組分也可以包含多種其它基團(tuán)，例如鹵素、氰基、烷氧基、 醚、任選取代的C1J烷基。如以上所述，酚類組分可為非聚合性的，S卩，不包含多個(gè)重復(fù)單元。然而在很多優(yōu)選方案中，上述酚類組分為聚合性的。在本發(fā)明的這些方案中，酚類組分添加劑適宜具有相對(duì)較高分子量，例如重均分子量超過1000，2000，5000，10000，15000，20000的分子量。優(yōu)選地，酚類組分在光刻膠組合物中是穩(wěn)定的，并且不防礙光刻膠的光刻過程。也就是說，酚類組分優(yōu)選并不促進(jìn)光刻膠的過早降解(即縮短的保質(zhì)期)或者必須改變光刻工藝條件。上述酚類組分通常是另一種獨(dú)立的光刻膠組分，除了其它光刻膠組分如光酸不穩(wěn)定或脫封樹脂、光產(chǎn)酸劑、堿性添加劑(basic additive)、表面活性劑/流平劑、增塑劑、和 /或溶劑。從而至少在某些方案中，光刻膠中使用的優(yōu)選酚類組分將不會(huì)包含光酸不穩(wěn)定部分，如光酸不穩(wěn)定的酯或縮醛基團(tuán)，上述基團(tuán)會(huì)由于光刻膠曝光步驟而進(jìn)行脫封(deblock) 反應(yīng)。然而，上述酚類組分可對(duì)光刻膠組合物提供其它功能，例如提供或增加固體組分的溶解性。但是，不像其它易揮發(fā)的溶劑，酚類組分添加劑將在任何預(yù)曝光熱處理之后在光刻膠層中保留有效的劑量，例如，優(yōu)選至少占配入液體光刻膠組合物中的酚類組分約百分之10、20、30、40或50摩爾量的部分將會(huì)在任何預(yù)曝光熱處理之后留存在光刻膠組合物中。 通常，只有少量的酚類組分添加劑需要在任何熱處理之后保留在光刻膠涂布層中以得到有效結(jié)果，例如，揮發(fā)性溶劑移除之后，上述酚類組分添加劑適宜以光刻膠層總量的0. 05%或 0. 1% -5%存在。如本文所述，光刻膠中組分的各種取代基團(tuán)可以任選被取代。被取代部分適宜在一個(gè)或多個(gè)可取代的位置取代，所述取代基例如鹵素如F、Cl、Br和/或I、硝基、氰基、磺酰氧基(sulfono)、包括C1,烷基并優(yōu)選CV8烷基的烷基、鹵代烷基如氟代烷基(例如三氟甲基)和全鹵代烷基如全氟代Cy的烷基、包括具有一個(gè)或多個(gè)氧鍵的C1,烷氧基并優(yōu)選CV8 烷氧基的烷氧基、包括C2_12烯基并優(yōu)選C2_8烯基的烯基、包括C2_12炔基并優(yōu)選C2_8炔基的炔基、芳基如苯基或萘基以及取代芳基如被鹵素、烷氧基、烯基、炔基和/或烷基取代的芳基， 優(yōu)選具有對(duì)于上述相應(yīng)基團(tuán)而提及的碳原子數(shù)。優(yōu)選的取代芳基包括取代的苯基、蒽基和萘基。本發(fā)明的光刻膠通常包括樹脂粘合劑、光敏組分和酚類組分。在很多具體實(shí)施方案中，優(yōu)選化學(xué)放大的正性作用光刻膠。大量這種光刻膠組合物例如描述在美國專利號(hào) 4，968，581 ；4，883，740 ；4，810，613 和 4，491，628 以及加拿大專利申請(qǐng) 2，001，384 中。本發(fā)明使用的光刻膠還包括光敏組分，尤其是一種或多種光產(chǎn)酸劑(即“PAG”)， 該光產(chǎn)酸劑適宜以足以在曝光于活化輻射時(shí)使光刻膠涂布層中產(chǎn)生潛像的量進(jìn)行使用。用于在193nm和248nm成像的優(yōu)選PAG包括酰亞胺磺酸酯(imidosulfonate)，如以下結(jié)構(gòu)式
的化合物
權(quán)利要求
1.一種提供離子注入的半導(dǎo)體基片的方法，包括提供其上涂敷有化學(xué)放大的正性作用光刻膠組合物浮雕像的半導(dǎo)體基片，其中光刻膠包含樹脂、光敏組分和酚類組分；和施加離子到基片上。
2.權(quán)利要求1中所述的方法，其中酚類組分為酚類樹脂。
3.權(quán)利要求1或2中所述的方法，其中光刻膠是化學(xué)放大的正性光刻膠，并且樹脂組分包括含有少于50wt%的芳香族基團(tuán)的樹脂。
4.一種經(jīng)過涂敷的基片，包括其上涂敷有化學(xué)放大的正性作用光刻膠組合物的浮雕像的半導(dǎo)體晶片，上述光刻膠組合物包含獨(dú)立組分(1)樹脂、(2)光敏組分和( 酚類組分；和施加了摻雜離子的晶片。
5.一種形成光刻膠浮雕像的方法，包括(a)在基片上施加光刻膠，上述光刻膠包含樹脂、光敏組分和酚類組分；和(b)用圖案化的活化輻射對(duì)光刻膠涂層曝光。
6.權(quán)利要求1-3和5任一項(xiàng)中所述的方法，其中輻射為193nm。
7.權(quán)利要求1_3、5和6任一項(xiàng)中所述的方法，其特征在于所述光刻膠組合物被施加到無機(jī)表面。
8.一種包含非酚類樹脂、光敏組分和酚類組分的光刻膠組合物。
全文摘要
光刻膠及其使用方法。本發(fā)明提供新型光刻膠，其優(yōu)選包含作為獨(dú)立組分的樹脂、光敏組分和酚類組分。本發(fā)明優(yōu)選的光刻膠可用于離子注入光刻方案。提供了一種提供離子注入的半導(dǎo)體基片的方法，包括提供其上涂敷有化學(xué)放大的正性作用光刻膠組合物浮雕像的半導(dǎo)體基片，其中光刻膠包含樹脂、光敏組分和酚類組分；和施加離子到基片上。
文檔編號(hào)H01L21/266GK102201333SQ20101062528
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者G·珀勒斯 申請(qǐng)人:羅門哈斯電子材料有限公司