【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及光刻材料。更具體地，涉及光刻膠主體材料、其制備方法及包含其的光刻膠組合物和光刻膠涂層。
技術(shù)介紹
1、隨著半導(dǎo)體工業(yè)的迅速發(fā)展，半導(dǎo)體器件的集成度越來(lái)越高，對(duì)光刻技術(shù)要求達(dá)到的分辨率也越來(lái)越高，高分辨光刻圖形的質(zhì)量也提出了更高的要求，尤其是圖形的線寬粗糙度(lwr)和線邊緣粗糙度(ler)要求越來(lái)越嚴(yán)苛。
2、光刻膠是半導(dǎo)體器件加工過(guò)程中光刻圖形轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵材料。將光刻膠涂覆在不同基底上，通過(guò)光束、電子束、離子束或x射線等能量輻射后，溶解度發(fā)生變化，再通過(guò)顯影、刻蝕工藝就將對(duì)應(yīng)的圖案轉(zhuǎn)移到基底上，因此光刻膠形成的圖案所能達(dá)到的分辨率對(duì)器件的集成度影響巨大。
3、為了滿足光刻技術(shù)的特點(diǎn)和需求，聚合物材料、單分子樹(shù)脂材料和金屬納米復(fù)合材料等被設(shè)計(jì)合成出來(lái)用于高分辨光刻領(lǐng)域中，這為得到高分辨率、高靈敏度和低線邊緣粗糙度的光刻膠材料奠定了基礎(chǔ)。不過(guò)隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)聚合物光刻膠分子體積大且分子量分布不均，影響光刻膠的分辨率，限制了其在制備納米級(jí)別圖案中的應(yīng)用。而單分子樹(shù)脂雖然分子尺寸小，有利于提高光刻膠的分辨率，但通常其合成工藝復(fù)雜，且根據(jù)光刻膠中碳?xì)湓乇仍礁呖箍涛g性能越強(qiáng)的規(guī)律，可以預(yù)測(cè)單分子樹(shù)脂的抗刻蝕性能是有限的。由于金屬納米顆粒材料中引入了金屬元素，因此提高了抗刻蝕性，同時(shí)還具有分辨率高、靈敏度高和易于制備等優(yōu)點(diǎn)，但金屬離子在光刻工藝中的解離以及金屬膠的殘留可能造成加工器件污染。
4、碳量子點(diǎn)是一種由sp2/sp3雜化碳原子的核心和附著態(tài)組成的小于10nm的碳納米材料，由于其低
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的第一個(gè)目的在于提供一種基于碳量子點(diǎn)的光刻膠主體材料。該光刻膠主體材料粒徑尺寸小且粒徑分布窄，有利于制備出高分辨率圖案，同時(shí)含碳量較高，可以在不引入金屬元素的條件下增強(qiáng)光刻膠的抗刻蝕性。
2、本專利技術(shù)的第二個(gè)目的在于提供一種制備基于碳量子點(diǎn)的光刻膠主體材料的制備方法。
3、本專利技術(shù)的第三個(gè)目的在于提供一種利用如上所述的光刻膠主體材料在制備光刻膠中的應(yīng)用。
4、本專利技術(shù)的第四個(gè)目的在于提供一種光刻膠組合物。
5、本專利技術(shù)的第五個(gè)目的在于提供一種光刻膠涂層。
6、本專利技術(shù)的第六個(gè)目的在于提供一種利用如上所述的光刻膠涂層在光刻中的應(yīng)用。
7、為達(dá)到上述第一個(gè)目的，本專利技術(shù)采用下述技術(shù)方案：
8、本專利技術(shù)公開(kāi)一種基于碳量子點(diǎn)的光刻膠主體材料，所述光刻膠主體材料的通式結(jié)構(gòu)如下所示：
9、
10、其中，ra選自h、c1-15烷基、c1-15烷氧基、c3-20環(huán)烷基、3至20元雜環(huán)基中的任意一種；
11、rb、rc相同或不同，彼此獨(dú)立選自h、c1-15烷基、c3-20環(huán)烷基、c6-20芳基、5至20元雜芳基、3至20元雜環(huán)基、-c1-15烷基-c6-20芳基、-c1-15烷基-5至20元雜芳基、-c1-15烷基-co-c6-20芳基、-c1-15烷基-co-5至20元雜芳基、-c1-15烷基-co-c1-15烷基、-c1-15烷基-co-c3-20環(huán)烷基中的任意一種；
12、x-代表陰離子，選自鹵素離子、羧酸根、硫酸根、烷基磺酸根、鹵代烷基磺酸根、對(duì)甲苯磺酸根、四氟硼酸根、六氟銻酸根、六氟磷酸根、雙三氟甲烷磺酰亞氨離子中的任意一種；
13、代表帶有側(cè)基的碳量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)。需要說(shuō)明的是，由于在光刻膠主體材料的制備過(guò)程中，碳量子點(diǎn)上的基團(tuán)cooh會(huì)被其他功能基團(tuán)修飾，為了更好地表示側(cè)基的修飾關(guān)系，特將碳量子點(diǎn)上的羧基畫出，表示為上述形式。
14、在本專利技術(shù)中，將自制的碳量子點(diǎn)作為核心，在側(cè)基進(jìn)行修飾(即-coora-端)，并將芳基硫鎓鹽基團(tuán)通過(guò)岡伯格-巴赫曼反應(yīng)接枝在碳量子點(diǎn)核心sp2/sp3碳原子上，得到了一種光刻膠主體材料，該光刻膠主體材料保留了碳量子點(diǎn)原有的典型特性，例如粒徑尺寸小、粒徑分布窄、含碳量高等，從而有效地解決了現(xiàn)有光刻膠分子尺寸過(guò)大，抗刻蝕性較差等問(wèn)題。并且，由于制備的光刻膠主體材料中含有極性官能團(tuán)，可以溶解在極性溶劑中，當(dāng)以此制備的光刻膠薄膜被曝光后，極性的硫鎓鹽官能團(tuán)分解，使聚合物的極性減小，從而產(chǎn)生溶解度差異，形成光刻圖案。因此，當(dāng)選擇較大極性的溶劑進(jìn)行顯影時(shí)，則利用該光刻膠主體材料制備的光刻膠組合物可作為負(fù)性光刻膠進(jìn)行使用；如果選擇相對(duì)小極性的溶劑進(jìn)行顯影，則利用該光刻膠主體材料制備的光刻膠組合物可作為正性光刻膠進(jìn)行使用。此外，技術(shù)人員還可以根據(jù)應(yīng)用需要，方便快捷地調(diào)控與碳原子點(diǎn)相連的基團(tuán)來(lái)改變光刻膠主體材料的光物理性質(zhì)和光刻性能，從而影響光刻膠組合物的性能。
15、術(shù)語(yǔ)“c1-15烷基”應(yīng)理解為表示具有1-15個(gè)碳原子的直鏈或支鏈飽和一價(jià)烴基。例如，“c1-6烷基”表示具有1、2、3、4、5或6個(gè)碳原子的直鏈和支鏈烷基，所述烷基例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、異丙基、異丁基、仲丁基、叔丁基、異戊基、2-甲基丁基、1-甲基丁基、1-乙基丙基、1,2-二甲基丙基、新戊基、1,1-二甲基丙基、4-甲基戊基、3-甲基戊基、2-甲基戊基、1-甲基戊基、2-乙基丁基、1-乙基丁基、3,3-二甲基丁基、2,2-二甲基丁基、1,1-二甲基丁基、2,3-二甲基丁基、1,3-二甲基丁基或1,2-二甲基丁基等或它們的異構(gòu)體。
16、術(shù)語(yǔ)“c1-15烷氧基”應(yīng)理解為-o-c1-15烷基，其中c1-15烷基具有上述定義。
17、術(shù)語(yǔ)“c3-20環(huán)烷基”應(yīng)理解為表示飽和的一價(jià)單環(huán)、雙環(huán)烴環(huán)或多環(huán)烴環(huán)(也稱稠環(huán)烴環(huán))，其具有3-20個(gè)碳原子。雙環(huán)或多環(huán)環(huán)烷基包括并環(huán)環(huán)烷基、橋環(huán)烷基、螺環(huán)烷基；所述并環(huán)是指由兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)狀結(jié)構(gòu)彼此公用兩個(gè)相鄰的環(huán)原子(即共用一個(gè)鍵)所形成的稠環(huán)結(jié)構(gòu)。所述橋環(huán)是指有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)裝結(jié)構(gòu)彼此共用兩個(gè)非相鄰的環(huán)原子所形成的稠環(huán)結(jié)構(gòu)。所述螺環(huán)是指由兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)狀結(jié)構(gòu)彼此共用一個(gè)環(huán)原子所形成的稠環(huán)結(jié)構(gòu)。例如所述c3-20環(huán)烷基可以選自c3-8單環(huán)環(huán)烷基，如環(huán)丙基、環(huán)丁基、環(huán)戊基、環(huán)己基、環(huán)庚基、環(huán)辛基，或者是c7-12并環(huán)環(huán)烷基，如十氫化萘環(huán)；也可以是c7-12橋環(huán)環(huán)烷基，如降冰片烷、金剛烷、二環(huán)[2,2,2]辛烷。
18、術(shù)語(yǔ)“3至20元雜環(huán)基”意指飽和或不飽和的一價(jià)單環(huán)或雙環(huán)烴環(huán)，且包含1-5個(gè)獨(dú)立選自n、o或s的雜原子，優(yōu)選為“3至10元雜環(huán)基”。術(shù)語(yǔ)“3至10元雜環(huán)基”意指飽和的一價(jià)單環(huán)或雙環(huán)烴環(huán)，且包含1-5個(gè)，優(yōu)選為1-3個(gè)選自n、o或s的雜原子。所述雜環(huán)基可以通過(guò)所述碳原子中的任一個(gè)或氮原子(如果存在的話)與分子的其余部分連接。特別地，所述雜環(huán)基可以包括但不限于：4元環(huán)，如氮雜環(huán)丁烷基、氧雜環(huán)丁烷基；5元環(huán)，如四氫呋喃基、二氧雜環(huán)戊烯基、吡咯烷基、咪唑烷基、吡唑本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于碳量子點(diǎn)的光刻膠主體材料，其特征在于，所述光刻膠主體材料的通式結(jié)構(gòu)如式I所示：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻膠主體材料，其特征在于，所述RA選自H或C1-8烷基；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻膠主體材料，其特征在于，所述光刻膠主體材料選自如下所示結(jié)構(gòu)的一種：
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的光刻膠主體材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述碳量子點(diǎn)按照如下步驟制備得到：
6.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的光刻膠主體材料在制備光刻膠中的應(yīng)用。
7.光刻膠組合物，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的光刻膠主體材料；
8.光刻膠涂層，其特征在于，包括如權(quán)利要求7所述的光刻膠組合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光刻膠涂層，其特征在于，采用旋涂法或滴涂法將所述光刻膠組合物施加在基板表面，得到光刻膠涂層；
10.如權(quán)利要求8或9所述的光刻膠涂層在光刻中的應(yīng)用。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于碳量子點(diǎn)的光刻膠主體材料，其特征在于，所述光刻膠主體材料的通式結(jié)構(gòu)如式i所示：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻膠主體材料，其特征在于，所述ra選自h或c1-8烷基；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻膠主體材料，其特征在于，所述光刻膠主體材料選自如下所示結(jié)構(gòu)的一種：
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的光刻膠主體材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述碳量子點(diǎn)按照...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李嫕，劉華萌，于天君，陳金平，曾毅，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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