一种高深宽比光刻胶及其使用方法与流程

本申请涉及光刻胶，尤其涉及一种高深宽比的光刻胶及其使用方法。

背景技术：

1、光刻胶指的是受到紫外光、x射线、电子束、离子束等辐射照射后溶解度能够发生变化的一类薄膜材料，其包含聚合物树脂、光酸等组成成分。聚合物树脂含酸不稳定基团，能够在酸作用下发生脱保护反应，使得光刻胶溶解性发生变化。光刻胶使用时，曝光区域光酸接收到光后产酸，催化聚合物树脂发生脱保护反应，使得光刻胶溶解性发生变化，从而使光刻胶曝光区域与非曝光区域溶解性产生差异，这样光刻胶就可以在显影后留下光刻图案。

2、在krf光刻胶中，高活化能光刻胶(主要为escap类型)由于其显影时间延迟(ped)稳定、保质期长、升华物少、抗刻蚀性能强等优点而在大规模集成电路、超大规模集成电路中被广泛应用。

3、对于高活化能光刻胶，当其应用于高深宽比场景时，由于光线穿透能力不足，光刻胶底部的光线被极大减弱。光刻胶底部接收到的光线减弱，使得底部的光酸产生的酸不足以使聚合物树脂的酸不稳定基团完全脱保护，导致底部光刻胶在曝光后溶解性不能发生变化，从而使得光刻胶在显影后出现底部站脚(footing)或底部残留(scumming)的问题。这导致工艺窗口，特别是对焦深度的减小。为了克服高活化能胶在高深宽比应用场景中出现的上述问题，有必要降低其在248nm处的吸光度。在光刻胶各组分中，光酸组成对光刻胶的吸收有较大的贡献。因此，使用高透光率的且曝光后具有强酸性的光酸不失为解决光刻胶footing或scumming问题的有利方法。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种能有效解决上述问题的光刻胶，本发明的另一个目的是提供其使用方法。

2、第一方面，本发明提供一种高深宽比光刻胶，所述光刻胶包含(a)聚合物树脂、(b)光酸、(c)猝灭剂、(d)流平剂和(e)溶剂；

3、所述(a)聚合物树脂包含衍生自羟基苯乙烯的第一重复单元、衍生自苯乙烯的第二重复单元和衍生自丙烯酸叔丁酯的第三重复单元；

4、所述(b)光酸选自(i)离子型光酸或(ii)非离子型光酸中的至少一种；

5、所述(i)离子型光酸的阳离子选自以下结构中至少一种：

6、

7、其中，r1为氢、氟、含氟烷基、羟基或c1～c6的烷基；r2、r3、r6独立地为r4为羟基、c1～c12的烷基醚；r5、r7、r8独立地为c1～c12的烷基；n1、n2独立地为1～5的正整数。

8、(i)离子型光酸的阴离子为以下结构：

9、

10、其中，n3为1～10的正整数；优选地，n3为1～5的正整数。

11、优选地，所述(i)离子型光酸的阳离子选自以下结构中至少一种：

12、

13、

14、

15、优选地，所述的(ii)非离子型光酸选自以下结构中至少一种：

16、

17、其中，n4、n5、n6独立地为1～10的正整数。

18、优选地，所述(a)聚合物树脂还包括以下技术特征中至少一项：

19、a1)所述(a)聚合物树脂第一重复单元的结构式为式-ⅰ，第二重复单元的结构式为式-ⅱ，第三重复单元的结构式为式-ⅲ：

20、

21、其中，ra、rb、rc独立地为c1～c6的烷基；

22、a2)以构成聚合物树脂所有重复单元的总和为基准计，第一重复单元的摩尔分数为50％～70％，第二重复单元摩尔分数为10％～30％，第三重复单元摩尔分数为10～20％；

23、a3)所述聚合物树脂的重均分子量mw为8～20k；

24、a4)所述聚合物树脂的分子量分布mw/mn≤2.5。

25、优选地，所述(c)猝灭剂选自三乙醇胺、四丁基氢氧化铵、三(3,6二氧杂庚基)胺、三辛胺、三异丙醇胺、三乙烯二胺、2-乙基-n,n-双(2-乙己基)-1-己胺、2-苯基苯并咪唑或二苯胺中的至少一种。

26、优选地，所述(d)流平剂选自3m氟碳表面活性剂fc-4430和特洛伊troysol s366中的至少一种。

27、优选地，其特征在于：所述(e)溶剂选自丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇甲醚、乳酸乙酯、苯甲醚、丙二醇单醋酸酯、丙二醇单乙醚、二缩乙二醇甲醚、二缩乙二醇乙醚、二缩乙二醇甲乙醚、醋酸丁酯、醋酸新戊酯、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、环戊酮、环己酮、双丙酮醇或γ-丁内脂中的至少一种。

28、优选地，所述光刻胶包括如下质量百分数的各组分：

29、

30、第二方面，本发明还提供一种所述的高深宽比光刻胶的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括如下步骤：将所述正性光刻胶涂布在硅片上，依次经过前烘、曝光、后烘和显影，得到光刻图案。

31、优选地，所述使用方法还包括如下技术特征中的至少一项：

32、b1)前烘温度为70～150℃；

33、b2)前烘时间为30～180s；

34、b3)所述曝光使用的曝光机为krf曝光机；

35、b4)后烘温度为90～200℃；

36、b5)后烘时间为10～180s

37、b6)所述显影采用的显影液为四甲基氢氧化铵水溶液；

38、b7)显影时间为30～130s。

39、本发明的有益效果：本发明提供的光刻胶选取了高透光率且曝光后具有强酸性的光酸，并选取了合适的聚合物树脂以及合适的组分比例，使得光刻胶具有高透光率，增强了底部光刻胶接收到的光线，从而增加了光酸的产酸效率，解决了高深宽比光刻胶底部站脚(footing)、底部残留(scumming)的问题，提高了光刻胶工艺窗口。

技术特征：

1.一种高深宽比光刻胶，其特征在于：所述光刻胶包含(a)聚合物树脂、(b)光酸、(c)猝灭剂、(d)流平剂和(e)溶剂；

2.根据权利要求1所述的高深宽比光刻胶，其特征在于，所述(i)离子型光酸的阳离子选自以下结构中至少一种：

3.根据权利要求1所述的高深宽比光刻胶，其特征在于，所述的(ii)非离子型光酸选自以下结构中至少一种：

4.根据权利要求1所述的高深宽比光刻胶，其特征在于，所述(a)聚合物树脂还包括以下技术特征中至少一项：

5.根据权利要求1所述的高深宽比光刻胶，其特征在于：所述(c)猝灭剂选自三乙醇胺、四丁基氢氧化铵、三(3,6二氧杂庚基)胺、三辛胺、三异丙醇胺、三乙烯二胺、2-乙基-n,n-双(2-乙己基)-1-己胺、2-苯基苯并咪唑或二苯胺中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的高深宽比光刻胶，其特征在于：所述(d)流平剂选自3m氟碳表面活性剂fc-4430和特洛伊troysol s366中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的高深宽比光刻胶，其特征在于：所述(e)溶剂选自丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇甲醚、乳酸乙酯、苯甲醚、丙二醇单醋酸酯、丙二醇单乙醚、二缩乙二醇甲醚、二缩乙二醇乙醚、二缩乙二醇甲乙醚、醋酸丁酯、醋酸新戊酯、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、环戊酮、环己酮、双丙酮醇或γ-丁内脂中的至少一种。

8.根据权利要求1～7任一项所述的高深宽比光刻胶，其特征在于，所述光刻胶包括如下质量百分数的各组分：

9.根据权利要求1～8任一项所述的高深宽比光刻胶的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括如下步骤：将所述正性光刻胶涂布在硅片上，依次经过前烘、曝光、后烘和显影，得到光刻图案。

10.根据权利要求9所述的高深宽比光刻胶的使用方法，其特征在于，所述使用方法还包括如下技术特征中的至少一项：

技术总结
本发明提供了一种高深宽比光刻胶及其使用方法，所述光刻胶包含(A)聚合物树脂、(B)光酸、(C)猝灭剂、(D)流平剂和(E)溶剂；所述(A)聚合物树脂包含衍生自羟基苯乙烯的第一重复单元、衍生自苯乙烯的第二重复单元和衍生自丙烯酸叔丁酯的第三重复单元；所述(B)光酸自(i)离子型光酸或(ii)非离子型光酸中的至少一种。本发明提供的光刻胶能解决高深宽比光刻胶在显影后出现的底部站脚(Footing)或底部残留(Scumming)的问题，增大光刻胶的工艺窗口。

技术研发人员：傅志伟,朱玉呈,吴信,王文毅,张余,梅崇余,潘新刚
受保护的技术使用者：徐州博康信息化学品有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12