[发明专利]水溶性正性光致抗蚀组合物

说明书

发明背景

本发明涉及适用作正性的水溶性光致抗蚀剂的水溶性聚合物。

光致抗蚀组合物用于微蚀刻工艺来制造微型化电子元件例如用于制造计算机芯片和集成电路的微型化电子元件。一般来说，在这些工艺中，先在基片(如用于制造集成电路的硅片)上涂布一层薄的光致抗蚀组合物涂层或涂膜。然后将经涂布的基片加热以使光致抗蚀组合物中溶剂蒸发，使涂层粘固在该基片上。接着，基片的已涂布表面以掩膜掩蔽并进行辐射曝光。

这种辐射曝光会在已涂布表面的曝光区域引起化学转变。可见光、紫外光(UV)、电子束和X-射线辐射能都是目前微蚀刻工艺中通常采用的辐照形式。掩蔽曝光后，用显影液处理已涂布基片以溶解和除去该基片上已涂布表面上经辐射曝光区域或未经曝光区域的涂层。

有两类光致抗蚀组合物，负性抗蚀组合物或正性光致抗蚀组合物。当负性光致抗蚀组合物经辐射曝光时，暴露在辐射线下的区域上的光致抗蚀组合物会变成不那么溶于显影液，而未曝光区域上的光致抗蚀剂涂层仍溶于这种显影液。因此，用显影液处理这种经曝光的负性抗蚀剂除去未曝光区域的光致抗蚀剂涂层，可使光致抗蚀剂涂层形成负象，在沉积有光致抗蚀组合物的下层基片上的所要部分没有被覆盖。

另一方面，当正性光致抗蚀剂组合物经辐射曝光时，暴露在辐射线下的区域上的光致抗蚀组合物会变得更易溶于显影液中，而未曝光的光致抗蚀剂仍不溶于显影液。因此，用显影剂处理曝光后的正性光致抗蚀剂除去曝光区域的涂层，可使光致抗蚀剂涂层形成正象。同样，下层基片表面上所要的部分没有被覆盖。

显影后，可利用基片-蚀刻剂溶液或等离子气体等处理部分未保护的基片。用蚀刻剂溶液或等离子气体对显影过程中基片上光致抗蚀剂涂层已被除去的那部分区域进行蚀剂。基片上仍保留有光致抗蚀剂涂层的区域受到了保护，因此，在基片材料上形成了与用作辐射曝光的光掩膜相对应的蚀刻图形。之后，通过剥离操作除去仍保留在基片上的光致抗蚀剂涂层，从而在基片表面上留下清晰的蚀刻图形。在某些情况下，在显影步骤后和蚀刻步骤前，最好对留下的光致抗蚀剂涂层进行热处理，以提高其对下层基片的粘附性和对蚀刻液的抗蚀性。

光致抗蚀剂的分辨率规定为，在经曝光和显影后，光致抗蚀组合物能以高图象边缘锐度的最小特征使光掩膜图形转移到基片上。对于现今大多数制造用途来说，光致抗蚀剂的分辨率需要低于1微米数量级。光蚀刻工艺已经从可见光进展到紫外光(所谓在波长365纳米附近的i-线)并还在不断发展。此外，总是希望经显影后的光致抗蚀剂图象的侧面轮廓几乎与基片相垂直。这种抗蚀剂涂层的显影区域与未显影区域之间的界线转变成精确的图形从而将掩膜上图象转移到基片上。

一般来说，正性光致抗蚀剂具有优异的分辨能力，因而较负性光致抗蚀剂更为优选。本发明正性光致抗蚀剂能在i-线波长下操作。本发明光致抗蚀剂组合物是水溶性的，因此涂布在基片上时不会引起环境问题。

发明概述

本发明涉及形成正性的水溶性光致抗蚀剂的水溶性聚合物，其中水溶性光致抗蚀剂不需要使用光酸生成剂。本发明光致抗蚀剂可以精细的分辨率在i-线波长下操作。此外，由于本发明光致抗蚀剂使用的溶剂是水，因此在半导体制造业中使用这种光致抗蚀剂不会产生环境问题。本发明聚合物是由通过键合基团连接有β-氧代羧酸盐的适宜主链(例如聚乙烯基醚)构成的。通过第二键合基团使磺化重氮萘醌(DNQ)部分连接到主链上。主链和任何共聚单体的选择受其在水中溶解度的影响，因为初始聚合物必须是能充分溶于水中以达到适合的制剂粘度。在光致抗蚀剂组合物涂布在基片上后，通过加热使光致抗蚀组合物转变成不溶于水的状态。这种加热作用会使β-氧代羧酸盐经Hoffamn降解后紧接进行脱羧作用而释放出氨和CO₂。由这种热消除反应得到的聚合产物是不溶于水的。当接着在i-线辐射下曝光时，DNQ部分会经历Wolff重排，这种重排经烯酮中间产物最终得到茚羧酸。由这种光化学重排得到的聚合物产物是溶于水的。由于起始聚合物经受两次溶解度转变，从溶于水到不溶于水(加热后)和转变回溶于水(光化学反应后)，因此，当在水性碱溶液中显影时，该光致抗蚀剂就会溶于显影液中，从而形成正象。

优选实施方案的说明