近日，清華大學(xué)化學(xué)系許華平教授團(tuán)隊(duì)在極紫外（EUV）光刻材料上取得重要進(jìn)展，開發(fā)出一種基于聚碲氧烷（Polytelluoxane, PTeO）的新型光刻膠，為先進(jìn)半導(dǎo)體制造中的關(guān)鍵材料提供了新的設(shè)計(jì)策略。相關(guān)成果以“聚碲氧烷作為EUV光刻膠的理想配方”（Polytelluoxane as the ideal formulation for EUV photoresist）為題，于7月16日發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）期刊。

隨著集成電路工藝向7nm及以下節(jié)點(diǎn)不斷推進(jìn)，13.5 nm波長的EUV光刻成為實(shí)現(xiàn)先進(jìn)芯片制造的核心技術(shù)。但EUV光源反射損耗大、亮度低等特點(diǎn)，對光刻膠在吸收效率、反應(yīng)機(jī)制和缺陷控制等方面提出了更高挑戰(zhàn)。當(dāng)前主流EUV光刻膠多依賴化學(xué)放大機(jī)制或金屬敏化團(tuán)簇來提升靈敏度，但常面臨結(jié)構(gòu)復(fù)雜、組分分布不均、反應(yīng)容易擴(kuò)散，容易引入隨機(jī)缺陷等問題。如何突破這些瓶頸，構(gòu)建理想光刻膠體系，成為當(dāng)前EUV光刻材料領(lǐng)域的核心挑戰(zhàn)。學(xué)界普遍認(rèn)為，理想的EUV光刻膠應(yīng)同時(shí)具備以下四項(xiàng)關(guān)鍵要素：1）高EUV吸收能力，以減少曝光劑量，提升靈敏度；2）高能量利用效率，確保光能在小體積內(nèi)高效轉(zhuǎn)化為光刻膠材料溶解度的變化；3）分子尺度的均一性，避免組分隨機(jī)分布與擴(kuò)散帶來的缺陷噪聲；4）盡可能小的構(gòu)筑單元，以消除基元特征尺寸對分辨率的影響，減小線邊緣粗糙度（LER）。長期以來，鮮有材料體系能夠同時(shí)滿足這四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

許華平教授課題組基于團(tuán)隊(duì)早期發(fā)明的聚碲氧烷開發(fā)出一種全新的EUV光刻膠，滿足了上述理想光刻膠的條件。在該項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)將高EUV吸收元素碲（Te）通過Te─O鍵直接引入高分子骨架中。碲具有除惰性氣體元素氙（Xe）、氡（Rn）和放射性元素砹（At）之外最高的EUV吸收截面，EUV吸收能力遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)光刻膠中的短周期元素和Zn、Zr、Hf和Sn等金屬元素，顯著提升了光刻膠的EUV吸收效率。同時(shí)，Te─O鍵較低的解離能使其在吸收EUV后可直接發(fā)生主鏈斷裂，誘導(dǎo)溶解度變化，從而實(shí)現(xiàn)高靈敏度的正性顯影。這一光刻膠僅由單組份小分子聚合而成，在極簡的設(shè)計(jì)下實(shí)現(xiàn)了理想光刻膠特性的整合，為構(gòu)建下一代EUV光刻膠提供了清晰而可行的路徑。

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聚碲氧烷：理想的EUV光刻膠材料

該研究提供了一種融合高吸收元素Te、主鏈斷裂機(jī)制與材料均一性的光刻膠設(shè)計(jì)路徑，有望推動(dòng)下一代EUV光刻材料的發(fā)展，助力先進(jìn)半導(dǎo)體工藝技術(shù)革新。

清華大學(xué)化學(xué)系2024級博士生周睿豪為論文第一作者，2020級博士生曹木青參與了本工作。清華大學(xué)化學(xué)系許華平教授為通訊作者，清華大學(xué)集成電路學(xué)院客座教授馬克·奈瑟（Mark Neisser）與江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院譚以正副教授為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的資助支持。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adx1918