Позитивный фоторезист

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 6

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕ НТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 О

21,0 — 22,5

0,5-5,8

Остальное (21) 3802818/04 (22) 17. l0.84 (46) 07.05,93. Бюл. М 17 (72) Н.A.Ñàõàðîâà, Э.А.Кабанова, Б.С.Челушкин, Р,Д.Эрлих, Б.Г.Герасимов, С.А.Гуров, Т.С.Перова, О.И.Кузнецова и

3.Ф.Мельникова (54)(57) ПОЗИТИВНЫЙ ФОТОРЕЗИСТ, включающий пленкообразующий компонент — ксиленолофенолформальдегидную

3-И-Д;М среднечисловой мол.м. 900 — 1100, кинематическоГ вязкостью 50 -ного спиртового раствора 120-140 мм /с, светочувствительный компонент — 1,2-нафтохинондиазид-(2)5сульфоэфир ксиленолофенолформальдегидной смолы общей формулы II где rn = 10-30 мол., n = 70 — 90 мол., со среднечисловой мол.м. 1600-1800 и ри Х вЂ” Н, Y — нафтохинондиазидная группа формулы

П! или при Y — Н, Х вЂ” нафтохинондиазидная группа формулы III

Изобретение относится к позитивным фоторезистам и может быть использовано в микроэлектронике.

„„ЯЯ„„1217128 А1

БОя и органический растворитель, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения светочувствителъности,вкачестве светочувствительного компонента фоторезист содержит сульфоэфир формулы II с массовой долей нафтохинондиазидных групп формулы

И! 35-42 мас. а в качестве органического растворителя — смесь этилцеллоэольвацетата, диметилового эфира диэтиленгликоля, нили изоамилового спирта и ксилола при следующем соотношении компонентов, мас,7;

Ксиленолофенолформал ьдегидная смола формулы I

Сульфоэфир формулы II с массовой долей нафтохинондиазидных групп формулы I!

35-42 мас. 7 11,5-13,0 н- или изоамиловый спирт

Диметиловый эфир диэтиленгликоля 10,0-11,0

Ксилол 0.5-6,5

Зтилцеллозольваце

Цель изобретения — повышение светочувствительности.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

1217128

П р и м ер 1. Получение 1,2-нафтохинондиазид (2}-5-сульфозфира ксиленолофенолформальдегиднай смолы общей формулы П.

В четырехгорловую колбу загружают

300 см диоксана и 34 r ксиленолофенолформальдегидной смолы СФ-051 с кинематической вязкостью 50$-ного спиртового раствора 133 мм /с, со среднечисловым значением молекулярной массы (мол.м.)

1050. К получен ному раствору приливают

300 см диоксанового раствора 1,2-нафтохи з нондиазид-{2)-5-сульфохлорида концентрации 10 r в 100 см раствора. При з интенсивном перемешивании в реакционную массу в течение 5-10 мин приливают

240 см 10%-ного водного раствора бихарбоната калия так, чтобы рН реакционной среды был равен 7,5 — 8,0. По окончании загрузки реакционную массу выдерживают при 40 С, при этом значение рН среды должно быть не ниже 7,0. После выдержки реакционную смесь охлаждают до 15ОС и при медлеHHîì перемешивании приливают к подкисленной смеси, содержащей 1500 см з дистиллированной воды, 500 г льда и 10 см з концентрированной соляной кислоты. Выделившийся осадок после отстаивания в течение 2 ч отфильтровывают, отмывают дистиллированной водой до отсутствия ионов хлора в промывных водах и сушат в вакуум-сушильном шкафу при температуре не выше 30 С нэд прокаленным хлористым кальцием.

Получают 52 r светочувствительного эфира со следующими характеристиками:

Массовая доля влаги, 1

Массовая доля остаточного

1,2-нафтохино ондиазид-(2)-5сульфохлорида, 7 0,3

Массовая доля

НХД-групп (степень замещения), 42, Пример ы 2-15 . Приготовление композиции фотореэиста.

В колбу при перемешивании.загружают последовательно этилцеллозольвацетат, диметиловый эфир диэтиленгликоля, и- или изоэмиловый спирт и ксилол, затем 1,2-нафтохинондиаэид-(2)-5-сульфоэфир ксиленолофенолформальдегидной смолы по примеру 1 и перемешивают при 18 — 23 С до полного растворения продукта. В полученный раствор вводят активный осветляющий порошкообразный уголь в-количестве 15 от массы светочувствительного продукта; размешивают 2 ч и фильтруют на лабораторном друк-фильтре через 1 слой фильтра "Синяя лента" при избыточном давлении азота в аппарате 0,133 кПа.

Фильтрат помещают в круглодонную колбу, добавляют измельченную ксиленолофенолформальдегидную смолу и размешивают

6 — 7 ч до полного растворения. Полученную композицию отфильтровывают через бумажный фильтр.

Количественный состав композиций фо10 торезиста (примеры 2-15) приведен в табл.1. Примеры 10-15 иллюстрируют ухудшение фотолитографических характеристик фоторезиста при использовании композиций с содержанием компонентов, выходя15 щим за предлагаемые пределы.

Фотореэист перед использованием фильтруют через фильтр типа "Владимир" с диаметром при 0,5 мкм.

Фоторезист, приготовленный указан20 ным способом, наносят на центрифуге при скорости вращения 3500 об/мин на свежеокисленные кремниевые пластины, предварительно обработанные промотором адгезии (гексаметилдисилазаном способом

25 окунания). Пленку фоторезиста сушат на воздухе в течение 20 мин, а затем в термошкафу при 97 С в течение 40 мин. Пленку экспонируют через фотошаблон с размером элемента 2 мкм на установке совмещения и 0 экспонирования 3М-512А(с источником УФизлучения — лампой ДРШ-250) при освещенности на пластине 45000 лк. Изображение проявляют в. щелочеборатном проявителе с концентрацией щелочного агента 0,26 моль/л

35 в течение 20 — 30 с, после чего пластину промывают дистиллированной водой и сушат сначала на центрифуге при скорости вращения 3500 об/мин в течение 30 с, а затем в сушильном шкафу при 120 С в течение 20

40 мин

Фоторезист может быть использован на различных полупроводниковых подложках— кремниевых пластинах со слоями термического или пиролитического окисла кремния, 45 нитрида кремния, фосфороборосиликатных стекал, алюминия.

Для улучшения адгеэии фоторезиста к поверхности подложки пластины перед нанесением фоторезиста обрабатывают промоторами

50 адгезии на основе кремнийорганических соединений, например гексаметидисилазаном. Обработку проводят окунанием, нанесением на центрифуге, выдержкой в парах.

Фоторезист наносят на подложку методом центрифугирования при скорости вращения ротора центрифуги 2500-6000 об/мин и сушат или на воздухе в течение

20-30 мин, а затем в термошкафу при 90110 С в течение 30-60 мин, или в ИК-сушке

1217128

1 2-Нвфтохпнанлказысг.

2-(53-сульфозфир хсиленолофенблфорнальлегнлнол сколы! иассовак долл в фоторезысте, иас.X

13,0 11,5 12,3 !2,3 !2,5 11„9 11,9

7,5 массозан лолк

BXlt""ãðóïï ы,эфире, мас. 2

42,0 35,0 42.О 40,4

40,6

39 9 415 41 ° 5

1600 !800 1700 1650 1650 1750 1750 срепхачыслозак нол.н.

Колле нолофе иолформ альдегйднел смола нассоаал долл з фоторезысте, нас.X

19,3 21,0 22+5 22,1 22.1 22„5 22,! 22, 1

170,0 12О,Î 133,О !27,0 133,0 l40,Î 133, Î 133,0 хнкеиатычесхак яхзкость, ьосэ/с срелнечыслоаек нол.м.

Анклыяофенолофориальлегилкаа скола, нас.X

Бутнльсрованньвс стнрональ, нас.X

%N 1000 980 !ООО 1100 1000 1000

0 88

50,4 48,8 49,8 48,4 48,9 48,9

Зтклпеллозолъв апетат, кас.X

Д!осетиловьа! эфир диэтклен гли колк, нас. X

50, 1

104 104 110 10 ° О 106 108 l08 н-АниловнС! спирт, мас. X о,5

5,8

4 5

4,5

Иэсакнловьсн спирт, иас.X

4.О 0,5 5,а!!склон, кас.X

Нетылэтилхетон, мас.X

12135365.0505!.о

Иетзслпелло зол ьл° .Х

68 42 установки "Лада-125" при 100-115 С в течение 8-15 мин.

Толщина полученной пленки 1-2 мкм.

Дефектность пленки фоторезиста 0,20,5 деф/см, разрешающая способность 5

1,5 — 2,0 мкм, величина микррнеровности пленки фоторезиста 100-120 А.

Высушенную пленку фоторезиста экспонируют при помощи источника УФ-излучения; например лампы ДРШ-250. 10

Проявление изображения проводчт щелочеборатным проявителем с концентрацией щелочного агента 0,2 — 0,3 моль/л или щелочефосфатным проявителем с содержа- 15 нием щелочного агента 0,15 — 0,25 моль/л, или проявителем на основе гидроокиси калия (натрия) с концентрацией щелочного агента 0,09 — 0,15 мол ь/л при 20 — 24 С в течение 20 — 60 с. После проявления пластины 20 промывают дистиллированной водой и сушат или в термошкафу при 95 — 130 С в течеwe 20-40 мин, или на ИК-сушке установки

"Лада-125" при 100-130 С в течение 8-15 мин, Технологические слои (окислы кремния, нитрид кремния, бор- и фасфорсиликатные стекла, алюминий) травят жидкостным или плазмохимическим способом в стандартных травителях и режимах на установках

"Лада-21" и "Лада-23". Данные, полученные при плазмохимическом травлении, приведены в табл.2.

Фотолитографические свойства пленок фоторезиста по примерам 2-15 в сравнении с таковыми по прототипу приведены в табл.3.

Данные табл,3 показывают, что применение предлагаемого фоторезиста позволяет cHèçlòü время зкспонирования пленки фоторезиста г в2раза,,что дает возможность существенно повысить производительность процесса и использовать фоторезист в процессе проекционного зкспонирования.

Т а б л ы и

121712 о

Продолже!1!1е табл. 1

Хоипоменты яоипознюа

Пример

12 13

9 10 14 15

11 5 11,5 13,0 10,0 13,5 15,0 !3,0 нассовал дол»

ИХЦ rpyan a. e нес. Х

42,0 44,0 30,0 41,5 39я9 40,4 35 ° 0

1800 1900 . !400 1750 1700 !700 1700

22 5 22!5 2!ьо 24зо 20я5 !9яо 210 княеиятяческал вязкость> ииз/с 133,0 120е0 140,0 170,0 1520 О30 !33,0

1000 900 100 1400 1304 1000 1000

504 494 492 502 493

52,5 45 5

104 104 110 100 10,6

5,0 12,0 и-Аинлаеыо спирт, нас.X

4,5

8,0 0,5

4 к

Изоаиняоаыа спирт, нас.X

4,5 - i,å 5,0

Кснлол, нас.2

О7 15 1О 1 3

Нетилзтмлкетон, няс.X

Нетилцеллозолъв ацетат нас.X

11 Р н и е ч а н » е» Прпиеон !0-15 - конпазнтт с саотнооеннен выход»егин за преилагаеиъи. продели

Т а компонентов, блнна 2

Технологнчесхнй слой

Показатель пллэнохнмичесхоро травления

Схорость травления Фото" ревиста, Л/мнн зоо

0,64 О,!

Коэффнир!ент селектннностн о,зо

О,4З

Резтни плазмохнннчесхого травлении: хачественный состао нларни соотновенпе хомпонейтов в e3íe9 смз/м) СС з+!!а,. СМ+СР„+0 Хл-23+0 ср +,о

20.5! ооо+5 00 5+5 вреия травления, ннн

2 5

2,0 тох нахала, Л!,о моцмость, Вт

700

l,2-Нафтоянномлиазид2-(5) "сулъфозфнр ксилемалофенолфориальдегилной смолы: иассова» долл в фоторезнсте, иас.X средвечясловая мол.н.

1снленолофеналфорн алъдегнднан сиопа нассоваа доля в фоторезнстея нас X средне»меловая мол.и.

Апилннсфенолофорн» альдегнднан сиопа, нас.X

Бутнлнрованюая стнРаналь, иасЛ

Эгнлиеллозольв ацетат, нас.X

Дниетнловчд зфнр днзтнленглнкал» ияс.X.инй оолннренннй Фосфоргнлн- ннтрнд нотное стехло хренннн

1217128

Таблица 3

Инкрадефектность, pe@,/c

Толщина пленки, мкм зрещающая особность„ мкм веточувствиельность

Пример время экспо" ирования пленки), с

Прототип

1,5к 25 . 0,30 1,5

13 . 0 25 1,5

13 0 30. 1,5

13 0,30 1,5 !

2 0,35 1,5

1,45

1,50 1 40

1,45

О 25

1в5

1,50

0,30

1,30

0,25

1,35

1,5

0,30

1,45 °

Выкристаллиэацнл светочувствительного компонента

11 1,50

12 1,50

1@30

17.

Гелеобраэные включения в пленке

1,52

Выкоисталлнэация светочувствительного компонента

1,48

" ) Нанесение при скорости вращения цеитрнфуги 2500 об/мин. 4) Кампоэиции 10-15 приготовлены с содержанием компонентов, выходящих эа предлагаемые пределы.

Составитель Н.Сахарова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л.Ливринц

Редактор

Заказ 1972 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101