有机膜形成材料、有机膜的形成方法、图案形成方法、以及化合物技术

本发明专利技术涉及有机膜形成材料、有机膜的形成方法、图案形成方法、以及化合物。本发明专利技术提供用以形成兼顾高程度的填埋特性/高程度的平坦化特性/和基板间的优良的密合力的有机膜的有机膜材料。提供含有下列通式(1)表示的化合物及有机溶剂的有机膜形成材料。该通式(1)中，X为碳数2～50的n1价的有机基团，n1表示2～10的整数，R1为下式(2)～(4)中的至少一者以上；该通式(3)中，l1表示0或1；该通式(4)中，l2表示0或1。l2表示0或1。

【技术实现步骤摘要】
有机膜形成材料、有机膜的形成方法、图案形成方法、以及化合物


[0001]本专利技术是关于有机膜形成材料、有机膜的形成方法、图案形成方法、及化合物。

技术介绍

[0002]伴随LSI的高整合化及高速度化，图案尺寸的微细化急速进展。光刻技术，伴随此微细化，通过光源的短波长化及相应的抗蚀剂组成物的适当选择，达成了微细图案的形成。其中心者为以单层使用的正型光致抗蚀剂组成物。此单层正型光致抗蚀剂组成物，在抗蚀剂树脂中具有对于利用氯系或氟系的气体等离子所为的干蚀刻带有蚀刻耐性的骨架，且带有曝光部会溶解的抗蚀剂机构，借此，使曝光部溶解而形成图案，并以残存的抗蚀剂图案作为蚀刻掩膜，将已涂布抗蚀剂组成物的被加工基板进行干蚀刻加工。
[0003]然而若以此状态将使用的光致抗蚀剂膜的膜厚微细化，亦即使图案宽缩小时，光致抗蚀剂膜的分辨率会降低，且若欲以显影液将光致抗蚀剂膜进行图案显影，所谓的纵横比会变得过大，结果会引起图案崩塌。所以，伴随微细化，光致抗蚀剂膜厚会越来越薄膜化
[0004]另一方面，被加工基板的加工方面，通常采用以已形成图案的光致抗蚀剂膜作为蚀刻掩膜，利用干蚀刻来加工基板的方法，但现实上，并没有能够在光致抗蚀剂膜与被加工基板之间取得完全的蚀刻选择性的干蚀刻方法，故基板加工时抗蚀剂膜也会受损，基板加工中会发生抗蚀剂膜崩塌，无法精确地将抗蚀剂图案转印在被加工基板。故伴随图案微细化，也对于抗蚀剂组成物要求更高的干蚀刻耐性。又，由于曝光波长的短波长化，光致抗蚀剂组成物使用的树脂，需无在曝光波长的光吸收小的树脂，故针对向i射线、KrF、ArF的推移，向酚醛清漆树脂、聚羟基苯乙烯、带脂肪族多环状骨架的树脂逐渐推移，不过现实上，变成上述干蚀刻条件的蚀刻速度变快者，分辨率高的最近的光致抗蚀剂组成物反而有蚀刻耐性减弱的倾向。
[0005]因而不得不以更薄而蚀刻耐性更弱的光致抗蚀剂膜将被加工基板进行干蚀刻加工，在此加工步骤中的确保材料及处理成为当务之急。
[0006]解决如此的问题的方法之一为多层抗蚀剂法。此方法，是使抗蚀剂上层膜与被加工基板之间插入和光致抗蚀剂膜(亦即抗蚀剂上层膜)有不同蚀刻选择性的中间膜，于抗蚀剂上层膜获得图案后，将抗蚀剂上层膜图案作为干蚀刻掩膜，利用干蚀刻将图案转印在中间膜，再将中间膜作为干蚀刻掩膜，利用干蚀刻将图案转印在被加工基板的方法。
[0007]多层抗蚀剂法之一有能使用在单层抗蚀剂法使用的一般抗蚀剂组成物实施的3层抗蚀剂法。此3层抗蚀剂法，例如在被加工基板上形成酚醛清漆树脂等获得的有机膜作为抗蚀剂下层膜，于其上形成含硅膜作为抗蚀剂中间膜，并于其上形成通常的有机系光致抗蚀剂膜作为抗蚀剂上层膜。当利用氟系气体等离子进行干蚀刻时，有机系的抗蚀剂上层膜能对于含硅的抗蚀剂中间膜取得良好的蚀刻选择比，因此，抗蚀剂上层膜图案可以依利用氟系气体等离子所为的干蚀刻转印到含硅的抗蚀剂中间膜。再者，对于使用氧气或氢气的蚀刻，含硅抗蚀剂中间膜对于有机下层膜取得良好的蚀刻选择比，故含硅中间层膜图案可利
用使用氧气或氢气的蚀刻而转印到下层膜。依此方法，即使是使用难以形成为了直接被加工基板的足够膜厚的图案的抗蚀剂组成物、不具有对于基板加工为充分的干蚀刻耐性的抗蚀剂组成物，若能够将图案转印在含硅膜(抗蚀剂中间膜)，则能获得对于基板加工有充分的干蚀刻耐性的酚醛清漆树脂等制得的有机膜(抗蚀剂下层膜)的图案。
[0008]如上述有机下层膜已有多数技术为公知(例如:专利文献1)，但近年除了干蚀刻耐性，优良的填埋特性、平坦化特性或对于基板的密合性的必要性也逐渐升高。例如:基底的被加工基板有孔洞、沟渠等微小图案结构体时，需有将图案内无空隙地以膜填埋的填埋特性。又，基底的被加工基板有高低差时、于同一晶圆上存在图案密集部分与无图案的区域时，需利用下层膜使膜表面平坦化。通过使下层膜表面平坦化，可抑制于其上成膜的中间层、光致抗蚀剂的膜厚变动，扩大光刻的对焦宽容度、之后的被加工基板的加工步骤宽容度。再者，于该有机下层膜上形成无机硬掩膜时，需与基板有密合力。通过密合力提高，可防止在有机膜正上形成使用CVD法、ALD法的无机硬掩膜时的膜剥离，可形成处理裕度优异的有机膜。
[0009]就使下层膜材料的填埋/平坦化特性改善的方法而言，有人提案添加聚醚多元醇等液状添加剂(专利文献2)。但是依此方法形成的有机膜，含有大量蚀刻耐性不佳的聚醚多元醇单元，故蚀刻耐性会大幅下降，不适合作为3层抗蚀剂用下层膜。又，就使下层膜材料和基板的密合力改善的方法而言，有人提案以内酯环结构作为构成成分的抗蚀剂下层膜材料(专利文献3)。但是该抗蚀剂下层膜材料存有对于基板的密合性难因应最先进器件中的要求的问题。如此，寻求兼顾优良的填埋/平坦化特性/和基板间的密合力及充分的蚀刻耐性的抗蚀剂下层膜材料、及使用此材料的图案形成方法。
[0010]又，填埋特性/平坦化特性/和基板间的密合力优异的有机膜材料的用途，不限于3层抗蚀剂用下层膜，也可广泛使用作为在例如利用纳米压模所为的图案化前的基板平坦化等半导体装置制造用平坦化材料。再者，半导体装置制造步骤中的全面平坦化目前一般采用CMP处理，但CMP是高成本处理，期待本专利技术能作为替代其的全面平坦化法的材料。
[0011]现有技术文献
[0012]专利文献
[0013][专利文献1]日本特开2004
‑
205685号公报
[0014][专利文献2]日本专利第4784784号公报
[0015][专利文献3]日本专利第3985165号公报

技术实现思路

[0016]专利技术要解决的问题
[0017]本专利技术有鉴于上述事实，目的为提供用以形成兼顾高程度的填埋特性/高程度的平坦化特性/和基板间的优良密合力的有机膜的有机膜材料。
[0018]用于解决问题的方案
[0019]为了解决上述课题，本专利技术提供包含下列通式(1)表示的化合物及有机溶剂的有机膜形成材料。
[0020][化1][0021][0022]上述通式(1)中，X为碳数2～50的n1价的有机基团，n1表示2～10的整数，R1为下列通式(2)～(4)中的至少一者以上。
[0023][化2][0024][0025]上述通式(2)中，＊(星号)代表和前述有机基团X的键结部位，R
a
及R
b
表示氢原子、或碳数1～10的直链或分支状的饱和或不饱和的烃基，R
c
表示氢原子、甲基或苯基，m1及m2表示0或1的整数，n2及n3表示1～7的整数，符合1≤n2+n3≤7的关系，n4表示1～10的整数；
[0026][化3][0027][0028]上述通式(3)中，＊表示对于前述有机基团X的键结部位，R
d
及R
e
表示氢原子、或碳数1～10的直链或分支状的饱和或不饱和的烃基，R
f
表示氢原子、甲基或苯基，m3及m4表示0或1的整数，n5及n6表示1～7的整数，且符合1≤n5+n6≤7的关系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机膜形成材料，其特征为包含下列通式(1)表示的化合物及有机溶剂；该通式(1)中，X为碳数2～50的n1价的有机基团，n1表示2～10的整数，R1为下列通式(2)～(4)中的至少一者以上；该通式(2)中，＊代表对于前述有机基团X的键结部位，R
a
及R
b
表示氢原子、或碳数1～10的直链或分支状的饱和或不饱和的烃基，R
c
表示氢原子、甲基或苯基，m1及m2表示0或1的整数，n2及n3表示1～7的整数，符合1≤n2+n3≤7的关系，n4表示1～10的整数；该通式(3)中，＊代表对于前述有机基团X的键结部位，R
d
及R
e
表示氢原子、或碳数1～10的直链或分支状的饱和或不饱和的烃基，R
f
表示氢原子、甲基或苯基，m3及m4表示0或1的整数，n5及n6表示1～7的整数，符合1≤n5+n6≤7的关系；l1表示0或1，l1＝1时，氧原子作为醚键而形成芳香环间的桥联结构，l1＝0时，不存在成为芳香环间的桥联结构的醚键；该通式(4)中，＊代表对于前述有机基团X的键结部位，R
g
及R
h
表示氢原子、或碳数1～10的直链或分支状的饱和或不饱和的烃基，m5及m6表示0或1的整数，n7及n8表示1～7的整数且符合1≤n7+n8≤7的关系；l2表示0或1，l2＝1时，氧原子作为醚键而形成芳香环间的桥联结构，l2＝0时，不存在成为芳香环间的桥联结构的醚键。2.根据权利要求1所述的有机膜形成材料，其中，该通式(1)中的该有机基团X为下列通
式(5)、(7)、(8)、(9)、(10)、(11)、(12)、(13)、(14)及(15)中的任意者；该通式(5)中，m7及m8各自独立地表示0或1，W为单键或下列(6)所示结构中的任意者；R1为前述R1基团，且n9及n10各自独立地表示0至4的整数，n9+n10为1以上8以下；该通式(6)中，n11表示0至3的整数，Ri、Rj、Rk、Rl、Rm及Rn互相独立地表示氢原子、或也可以经氟取代的碳数1～10的烷基或苯基，Ri与Rj也可键结而形成环状化合物；该通式(7)中，R1为前述R1基团，Ro表示氢原子、甲基或苯基；
该通式(8)～(12)中，R1为前述R1基团，Rp、Rq、Rr、Rs、Rt、Ru及Rv各表示氢原子、碳数1～10的烷基、碳数2～10的炔基、碳数2～10的烯基、或在芳香环上也可以有取代基的苄基或苯基；Y表示前述R1基团、氢原子、碳数1～10的烷基、碳数2～10的炔基、或碳数2～10的烯基，且式(12)中的4个Y中的至少二者为前述R1基团；R1O
‑
Rw
‑
OR1ꢀꢀꢀ
(13)
该通式(13)中的Rw表示碳数1～20的直链、分支状、或环状的饱和或不饱和的烃基，该通式(14)中的Rx表示氢原子或碳数1～10的烷基；该通式(13)～(15)中的R1为前述R1基团。3.根据权利要求1或2所述的有机膜形成材料，其中，该通式(1)中的该R1基团由该通式(2)～(4)表示的任1种以上与下列通式(16)及(17)表示的任1种以上构成；该通式(16)中的R2表示碳数1～30的直链、分支、或环状的饱和或不饱和的烃基，且构成R2基团的亚甲基也可经氧原子或羰基取代；该通式(17)中的R3表示氢原子、或碳数1～10的直链或分支状的烃基，R4表示碳数1～10的直链或分支状的烃基、卤素原子、硝基、氨基、腈基、碳数1～10的烷氧基羰基、或碳数1～10的烷酰氧基；n11表示0～2，n12及n13表示芳香环上的取代基的数，n12及n13表示0～7的整数，且符合n12+n13为0以上7以下的关系。4.根据权利要求1或2所述的有机膜形成材料，更含有表面活性剂、交联剂、及塑化剂中的1种以上。5.根据权利要求1或2所述的有机膜形成材料，其中，该有机溶剂是1种以上的沸点未达180℃的有机溶剂与1种以上的沸点180℃以上的有机溶剂的混合物。6.一种有机膜的形成方法，是半导体装置的制造步骤采用作为有机平坦膜而作用的有机膜的形成方法，其特征为:将根据权利要求1至5中任一项所述的有机膜形成材料旋转涂布于被加工基板上，将该基板于100℃以上600℃以下的温度于10秒～600秒的范围进行热处理以形成硬化膜。7.一种有机膜的形成方法，是半导体装置的制造步骤采用作为有机平坦膜而作用的有机膜的形成方法，其特征为:
将根据权利要求1至5中任一项所述的有机膜形成材料旋转涂布于被加工基板上，将该基板于氧浓度0.1％以上21％以下的气体环境进行热处理以形成硬化膜。8.根据权利要求6或7所述的有机膜的形成方法，使用具有高度30nm以上的结构体或高低差的被加工基板作为该被加工基板。9.一种图案形成方法，其特征为:在被加工体上使用根据权利要求1至5中任一项所述的有机膜形成材料形成抗蚀剂下层膜，在该抗蚀剂下层膜之上使用含硅的抗蚀剂中间层膜材料形成抗蚀剂中间层膜，在该抗蚀剂中间层膜之上使用含光致抗蚀剂组成物的抗蚀剂上层膜材料形成抗蚀剂上层膜，在该抗蚀剂上层膜形成电路图案，以该形成有图案的该抗蚀剂上层膜作为掩膜，将该抗蚀剂中间层膜进行蚀刻，而将图案转印在该抗蚀剂中间层膜，以该已转印图案的该抗蚀剂中间层膜作为掩膜，将该抗蚀剂下层膜进行蚀刻，而将图案转印在该抗蚀剂下层膜，再者，将该已转印图案的该抗蚀剂下层膜作为掩膜，将该被加工体进行蚀刻，而于该被加工体形成图案。10.一种图案形成方法，其特征为:在被加工体上使用根据权利要求1至5中任一项所述的有机膜形成材料形成抗蚀剂下层膜，在该抗蚀剂下层膜之上使用含硅原子的抗蚀剂中间层膜材料形成抗蚀剂中间层膜，于该抗蚀剂中间层膜之上形成有机抗反射膜，在该有机抗反射膜上使用含光致抗蚀剂组成物的抗蚀剂上层膜材料，形成抗蚀剂上层膜而制成4层膜结构，在该抗蚀剂上层膜形成电路图案，将该已形成图案的该抗蚀剂上层膜作为掩膜，将该有机抗反射膜与该抗蚀剂中间层膜进行蚀刻，将图案转印在该有机抗反射膜及该抗蚀剂中间层膜，将该已转印图案的该抗蚀剂中间层膜作为掩膜，将该抗蚀剂下层膜进行蚀刻，而将图案转印在该抗蚀剂下层膜，再者，将该已转印图案的该抗蚀剂下层膜作为掩膜，将该被加工...

【专利技术属性】
技术研发人员：郡大佑，中原贵佳，美谷岛祐介，野田和美，
申请(专利权)人：信越化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：