一种光刻胶及光刻胶图案化方法

本发明属于光刻胶，具体涉及一种光刻胶、光刻胶的图案化方法。

背景技术：

1、随着半导体技术在电子设备、通讯设备及生活娱乐设备领域的应用需要不断增大，其技术手段也不断提升。而集成电路又是半导体行业中的核心领域，电路集成度的每一次提升都会促进相关领域的巨大进步。光刻技术是集成电路制造中最为关键的技术之一，光刻技术就是利用光源对衬底上涂覆的光刻胶进行曝光，将胶体上的精细图案转移至衬底上的工艺技术。图案的关键尺寸决定整个电路的集成度，而其尺寸大小取决于光源与光刻胶。

2、光刻技术进步的根本是光源波长的不断缩小，曝光波长经历了从全谱曝光、436nm的g线、365nm的i线、248nm的krf激光、193nmarf激光再到如今越来越成熟的13.5nm极紫外光，制程节点也随着波长的缩小不断从90nm降低至30nm，甚至更低。国际半导体技术发展协会认为极紫外光刻euvl是最有前景的下一代光刻技术，asml已制造出成熟的euvl工具，并在台积电等代工厂广泛使用制备10nm制程节点以下的芯片。euv光源波长较传统光源相比极低，传统的长波长光刻胶体系无法吸收足够的光子能量产生化学变化，因此需要全新的光刻胶体系。

3、有机无机杂化光刻胶由此研发，其是由金属氧化物作为无机核，有机羧酸作为有机壳的极小尺寸纳米颗粒。该光刻胶经极紫外光曝光，羧酸与金属的配位键断裂生成自由基，自由基不断交联反应最终生成不溶于显影液的化合物，由此实现曝光图案的形成。有机无机杂化光刻胶满足：分辨率＜16nm，lwr＜15％，灵敏度＜20mj/cm2的工业生产要求。光刻胶灵敏度与光刻成本息息相关，更高的灵敏度使光刻胶仅需更低的光刻功率进而降低能耗成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种通过混合配体的方法提高euv光刻灵敏度的光刻胶、光刻胶的图案化方法。

2、本发明提出的具体技术方案是：一种光刻胶，按质量份计，包括辐射敏感粒子1～50份、增敏组分0～2份且不为0份，有机溶剂、共溶剂，所述辐射敏感粒子包括金属氧化物以及螯合金属氧化物表面的有机配体，所述有机物配体具有可引发自由基聚合的基团。

3、本发明的光刻胶通过掺杂极紫外光原子吸收截面高的元素或基团可以有效提高光刻胶的灵敏度。目前极紫外光刻技术主要通过激光聚焦于液态锡以产生极紫外光辐射，光源强度远不如传统光源，经多次反射后其最终效率仅为2％左右。由于光刻功率的限制，光子的吸收率即euv光刻胶灵敏度成为首要考虑因素。euv照射辐射敏感粒子导致表面的有机配体解离，表面电荷改变，进一步导致辐射敏感粒子聚集形成团聚体，曝光区域在显影剂中溶解度降低，而非曝光区域溶解度未改变不溶于显影剂。其中虽然金属元素的加入使之较传统的聚合物光刻胶的灵敏度有显著提高，但有机配体主要由c和h等极紫外光原子吸收截面低的元素组成，导致灵敏度无法进一步提高。

4、与现有技术(j.mater.chem,2020,8,14757/proc.spie,2019,10957,109570b)不同的是，本发明采用比锆的极紫外吸收截面更高的金属元素，如锡、铟、钴及镍等，另外增敏组分更为多样且可为饱和羧酸。本发明通过在光刻胶中添加适量如氟、碘等高吸收截面的非金属元素进一步提高光刻胶的灵敏度。

5、在多种实施方案中，所述辐射敏感粒子的质量分数为5～25份。所述所述辐射敏感粒子的分子通式为mox(oh)y-l。其中m为高euv吸收截面的金属元素；x≥1,y≥0；l为有机配体。

6、在多种实施方案中，m可选自锡、铟、钴、及镍中任意一种或多种。l多为有机羧酸配体，可选自甲基丙烯酸(maa)、2，3-二甲基丙烯酸(dma)、苯甲酸(ba)中的一种或多种。在其中一个实施例中，所述金属氧化物为氧化锡，所述辐射敏感粒子的分子通式为snox(oh)y-x，x选自甲基丙烯酸、2，3-二甲基丙烯酸、苯甲酸中的一种或多种。

7、在多种实施方案中，增敏组分为氟化或碘化的有机羧酸配体，可选自包括二氟乙酸、三氟乙酸、2-氟丙酸、2，2-二氟丙酸、三氟甲基丙烯酸、邻氟苯甲酸、间氟苯甲酸、对氟苯甲酸、碘乙酸、3-碘丙酸、邻碘苯甲酸、间碘苯甲酸、对碘苯甲酸等中的一种或多种。

8、在多种实施方案中，所述共溶剂为氯仿、丙酮、甲苯、邻二甲苯等中的一种或多种。

9、在多种实施方案中，所述有机溶剂为丙二醇单甲醚醋酸酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、环戊酮中的一种或多种。

10、在其中一个实施例中，所述辐射敏感粒子在所述光刻胶中的质量分数为3wt％～25wt％，优选5wt％。所述增敏组分在所述光刻胶中的质量分数为0.5wt％～3wt％。所述有机溶剂与共溶剂的比例为1：9。

11、本发明还提出了一种光刻胶的图案化方法，包括以下步骤：

12、将所述光刻胶预定转速旋涂在衬底表面，一定温度下烘烤除去光刻胶中的有机溶剂和共溶剂，在所述衬底表面形成预定厚度的薄膜。

13、将薄膜曝光后置于显影剂中，使得薄膜未曝光区域溶解于显影剂中，薄膜中曝光区域由于形成不溶于显影剂的辐射敏感粒子聚集体而保留在衬底上。

14、在多种实施方案中，所述曝光剂量为4mj/cm2～150mj/cm2。

15、在多种实施方案中，所述显影剂可选自氯仿、甲苯、丙酮、邻二甲苯等中的一种或多种。

16、在多种实施方案中，所述衬底选自硅片。

技术特征：

1.一种光刻胶，其特征在于，按质量份计，包括辐射敏感粒子1～50份，增敏组分微量～2份，有机溶剂、共溶剂，所述辐射敏感粒子包括金属氧化物以及螯合金属氧化物表面的有机羧酸配体，所述有机羧酸配体具有可引发自由基聚合的基团，所述增敏组分为氟化或碘化的有机羧酸。

2.根据权利要求1中所述的光刻胶，其特征在于，所述辐射敏感粒子中的金属氧化物为极紫外高吸收金属元素，选自锡、钴、铟及镍中的一种或多种。

3.根据权利要求1中所述的光刻胶，其特征在于，所述有机羧酸配体含有不饱和并可引发自由基聚合的有机羧酸，选自甲基丙烯酸、2，3-二甲基丙烯酸、苯甲酸等中的一种或多种。

4.根据权利要求1中所述的光刻胶，其特征在于，所述氟化或碘化的有机羧酸选自氟乙酸、三氟乙酸、2-氟丙酸、2，2-二氟丙酸、三氟甲基丙烯酸、邻氟苯甲酸、间氟苯甲酸、对氟苯甲酸、碘乙酸、3-碘丙酸或邻碘苯甲酸中的一种或多种。

5.根据权利要求1中所述的光刻胶，其特征在于，所述的有机溶剂，选自丙二醇单甲醚醋酸酯、乳酸乙酯或乳酸丁酯中的一种或多种。

6.根据权利要求1中所述的光刻胶，其特征在于，所述的共溶剂选自氯仿、丙酮、甲苯或邻二甲苯中的一种或多种。

7.一种光刻胶图案化方法，使用如权利要求1至6任意项所述的光刻胶，包括以下步骤：

8.根据权利要求7中所述的光刻胶图案化方法，所述的曝光操作中，剂量为10mj/cm2～200mj/cm2。

9.根据权利要求7中所述的光刻胶图案化方法，所述的显影剂选自氯仿、甲苯或丙酮溶剂。

技术总结
本发明公开了一种光刻胶及光刻胶图案化方法，按质量份计，包括辐射敏感粒子1～50份，增敏组分微量～2份，有机溶剂、共溶剂，所述辐射敏感粒子包括金属氧化物以及螯合金属氧化物表面的有机羧酸配体，所述有机羧酸配体具有可引发自由基聚合的基团，所述增敏组分为氟化或碘化的有机羧酸。本发明通过混合配体的方法提高EUV光刻灵敏度。

技术研发人员：徐益升,朱为宏,王涛
受保护的技术使用者：华东理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15