JP2000292924A - Radiation sensitive composition and pattern forming method, and manufacture of semiconductor apparatus - Google Patents

Radiation sensitive composition and pattern forming method, and manufacture of semiconductor apparatus

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JP2000292924A
JP2000292924A JP10371499A JP10371499A JP2000292924A JP 2000292924 A JP2000292924 A JP 2000292924A JP 10371499 A JP10371499 A JP 10371499A JP 10371499 A JP10371499 A JP 10371499A JP 2000292924 A JP2000292924 A JP 2000292924A
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Koji Hattori
孝司 服部
Hiroko Tsuchiya
裕子 土屋
Yoshiyuki Yokoyama
義之 横山
Hiroaki Oiizumi
博昭 老泉
Hiroshi Shiraishi
洋 白石
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radiation sensitive composition having a chemical structure transparent to ArF excimer laser beams having a wavelength of 193 nm and high in resistance to dry etching, and a method for forming a negative pattern free from swelling and high in resolution and superior in developability by using an aqueous developing solution of widely used tetramethylammonium hydroxide. SOLUTION: This radiation sensitive composition contains as the base resin of a resist a polymer having a γ-hydroxyacid structure synthesized by reducing and opening a ring of at least one part of the acid anhydride of a copolymer comprising at least 2 kinds of monomers of a nonconjugated cyclic diene of 5-methylenebicyclo[2,2,1]hepto-2-ene, and citraconic acid anhydride.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置等の製
造プロセスの微細加工技術に用いられる感光性組成物お
よびそれを用いたマイクロリソグラフィプロセス、およ
びこのマイクロリソグラフィプロセスを含む半導体装置
等の製造方法に関する。さらに詳しくは、現用の紫外光
源である高圧水銀ランプやKrFエキシマレーザ等より
短波長の線源であるArFエキシマレーザ光等の波長2
20nm以下の遠紫外線を用いた光リソグラフィプロセ
ス、特に位相シフト方のような超解像技術を用いるリソ
グラフィプロセスに好適なネガ型の感放射線組成物およ
びパタン形成方法および半導体装置の製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photosensitive composition used in microfabrication technology in a manufacturing process of a semiconductor device and the like, a microlithography process using the same, and a method of manufacturing a semiconductor device and the like including the microlithography process. About. More specifically, a wavelength 2 of ArF excimer laser light or the like, which is a shorter wavelength light source than a high-pressure mercury lamp or a KrF excimer laser, which is a current ultraviolet light source, is used.
The present invention relates to a negative-type radiation-sensitive composition, a pattern forming method, and a semiconductor device manufacturing method suitable for a photolithography process using far ultraviolet rays of 20 nm or less, particularly a lithography process using a super-resolution technique such as a phase shift method.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体等の電子装置中にミクロンあるい
はサブミクロン単位の微細パタンをつくり込むフォトリ
ソグラフィ技術は、量産微細加工技術の中核を担ってき
た。最近の半導体装置の高集積化、高密度化の要求は、
微細加工技術に多くの進歩をもたらした。特に最小加工
寸法が露光波長に迫るのに伴い、高圧水銀ランプのg線
(436nm)、i線(365nm)からKrFエキシマレ
ーザ(248nm)と、より短波長の光源を用いたフォト
リソグラフィ技術が開発されてきた。これら露光波長の
変更に応じて、フォトレジストもそれぞれの波長に対応
した材料が開発されてきた。
2. Description of the Related Art A photolithography technique for forming a fine pattern on the order of microns or submicrons in an electronic device such as a semiconductor has played a central role in mass production fine processing technology. The recent demand for higher integration and higher density of semiconductor devices is
Many advances have been made in microfabrication technology. In particular, as the minimum processing size approaches the exposure wavelength, photolithography technology using a KrF excimer laser (248 nm) from g-line (436 nm) and i-line (365 nm) of a high-pressure mercury lamp and a shorter wavelength light source is developed. It has been. In response to these changes in the exposure wavelength, materials corresponding to the respective wavelengths of the photoresist have been developed.

【0003】従来、これらの波長に適したフォトレジス
トでは、各々感光剤あるいは感光機構は異なるが、いず
れもフェノール構造を有する樹脂あるいは高分子材料の
水性アルカリ可溶性を利用した水性アルカリ現像が工業
的に利用されてきた。これら樹脂あるいは高分子材料は
必然的に芳香環を多く含み、これはレジストパタン形成
後のドライエッチング工程でのエッチング耐性を高める
化学構造要素でもあった。
Conventionally, photoresists suitable for these wavelengths have different sensitizers or photosensitive mechanisms. However, aqueous alkali development using the aqueous alkali solubility of a resin or polymer material having a phenol structure is industrially required. Has been used. These resins or polymer materials inevitably contain a large amount of aromatic rings, which was also a chemical structural element for improving the etching resistance in a dry etching step after the formation of a resist pattern.

【0004】このようなフェノール構造を有する樹脂を
用いたネガ型レジストとしては、特開昭62−1640
45のような架橋型のものと特開平4−165359の
ような溶解阻害型のものがある。いずれの場合も、膨潤
することなくサブミクロンの微細パタンの形成が可能で
ある。
A negative resist using such a resin having a phenol structure is disclosed in JP-A-62-1640.
45 and a dissolution inhibiting type as disclosed in JP-A-4-165359. In any case, a submicron fine pattern can be formed without swelling.

【0005】近年、最小加工寸法が0.25ミクロンよ
りさらに小さい領域のフォトリソグラフィとしてArF
エキシマレーザ(193nm)を光源に用いたフォトリソ
グラフィへの期待が大きくなっている。しかし、この波
長は芳香環による吸収極大にあたり、従来工業的に利用
されてきたフェノール構造を主成分とするフォトレジス
ト材料では、露光潜像が形成できるのはフォトレジスト
膜のごく表面に限定され、水性アルカリ現像により微細
なレジストパタンを形成するのが困難であった。
In recent years, ArF has been used as a photolithography in a region where the minimum processing size is smaller than 0.25 μm.
Expectations for photolithography using an excimer laser (193 nm) as a light source are increasing. However, this wavelength is the absorption maximum due to the aromatic ring, and in a photoresist material having a phenol structure as a main component which has been conventionally used industrially, an exposure latent image can be formed only on the very surface of the photoresist film, It was difficult to form a fine resist pattern by aqueous alkali development.

【0006】これに対して、この波長領域で透過率が高
く、かつドライエッチング耐性も高い種々のレジスト材
料が提案されている。ArFエキシマレーザの波長19
3nmを含む遠紫外線領域で透明で、ドライエッチング耐
性をレジスト材料に付与できる化学構造として、芳香環
に代えてアダマンタン骨格の利用が特開平4−3966
5、特開平5−265212に、同様にノルボルナン骨
格の利用が特開平5−80515、特開平5−2572
84に開示されている。また、これらの構造に加え、ト
リシクロデカニル基等、脂環族構造一般が有効であるこ
とは特開平7−28237、特開平8−259626に
開示されている。
On the other hand, various resist materials having high transmittance in this wavelength region and high dry etching resistance have been proposed. ArF excimer laser wavelength 19
As a chemical structure which is transparent in a far ultraviolet region including 3 nm and can impart dry etching resistance to a resist material, use of an adamantane skeleton in place of an aromatic ring is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-3966.
5, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-265212, and Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-80515 and 5-2572 similarly disclose the use of a norbornane skeleton.
84. In addition to these structures, it is disclosed in JP-A-7-28237 and JP-A-8-259626 that general alicyclic structures such as a tricyclodecanyl group are effective.

【0007】ArFエキシマレーザの波長193nmを含
む遠紫外線領域で透明な化学構造を持った高分子で、水
性アルカリ現像性可能にしたレジスト材料に関しては、
特開平4−39665、特開平4−184345、特開
平4−226461、特開平5−80515等で開示さ
れているように、アクリル酸あるいはメタクリル酸のカ
ルボン酸構造を利用することが試みられている。これら
では、水性アルカリ現像で現像液に溶解する部分の水性
アルカリ可溶性を、アクリル酸あるいはメタクリル酸の
カルボン酸構造によっている。また、特開平8−259
626には、メタクリル酸エステル側鎖に導入された脂
環族構造にカルボン酸基を付与した高分子化合物が開示
されている。
As for a resist material which is made of a polymer having a chemical structure transparent in a far ultraviolet region including a wavelength of 193 nm of an ArF excimer laser and which can be developed with aqueous alkali,
As disclosed in JP-A-4-39665, JP-A-4-184345, JP-A-4-226461, JP-A-5-80515, etc., attempts have been made to utilize a carboxylic acid structure of acrylic acid or methacrylic acid. . In these, the aqueous alkali solubility of the portion dissolved in the developer in aqueous alkali development depends on the carboxylic acid structure of acrylic acid or methacrylic acid. Also, JP-A-8-259
No. 626 discloses a polymer compound in which a carboxylic acid group is added to an alicyclic structure introduced into a methacrylic ester side chain.

【0008】従来、アルカリ可溶性基として用いられて
きたフェノール構造では、pKa=10.0(フェノー
ル)であるのに対して、これらカルボン酸構造では、p
Ka=4.8(酢酸)と値が低く酸性度が高い。したが
って、それらをベース樹脂のアルカリ可溶性基として用
いる場合、一般に同じモル分率では、カルボン酸構造を
有する樹脂の方が水性アルカリ中での溶解速度が大き
く、またフェノール構造を有する樹脂が溶けない低濃度
のアルカリ現像液中でも、カルボン酸構造を有する樹脂
は溶解する。
In the phenol structure conventionally used as an alkali-soluble group, pKa = 10.0 (phenol), whereas in these carboxylic acid structures, pKa is
The value is low at Ka = 4.8 (acetic acid) and the acidity is high. Therefore, when they are used as the alkali-soluble groups of the base resin, the resin having a carboxylic acid structure generally has a higher dissolution rate in an aqueous alkali at the same mole fraction, and has a lower dissolution rate than the resin having a phenol structure. The resin having a carboxylic acid structure dissolves even in an alkaline developer having a high concentration.

【0009】上記のようなカルボン酸を有する樹脂を用
いた場合、特開昭62−164045に見られるような
架橋剤を用いると、架橋した部分に酸性度が高いカルボ
ン酸が残存するために、そこにアルカリ現像液が浸潤
し、膨潤して微細パタンを形成できないという欠点があ
った。また、特開平4−165359に見られる、露光
で発生した酸で溶解阻害作用のある化合物が形成される
ものを用いると、カルボン酸を有する樹脂では溶解のコ
ントラストがつかず、ネガ型レジストにならないという
欠点があった。
When a resin having a carboxylic acid as described above is used, if a crosslinking agent as disclosed in JP-A-62-164045 is used, a carboxylic acid having a high acidity remains in a crosslinked portion. There was a drawback that the alkali developer infiltrated there and swelled to form a fine pattern. In addition, when a compound having a dissolution inhibiting action is formed by an acid generated upon exposure as disclosed in JP-A-4-165359, a resin having a carboxylic acid does not provide a dissolution contrast and does not produce a negative resist. There was a disadvantage.

【0010】これに対してカルボン酸構造を有する樹脂
を用いて、非膨潤でネガ型のパタン形成をする方法とし
ては、特願平9−210360に見られるγ−またはδ
−ヒドロキシ酸構造が、酸触媒反応によりγ−ラクトン
またはδ−ラクトン構造に変わることを利用したものが
知られている。
On the other hand, a method for forming a non-swelling negative pattern using a resin having a carboxylic acid structure is disclosed in Japanese Patent Application No. 9-210360.
-Hydroxy acid structures are known which utilize the fact that they are converted into γ-lactone or δ-lactone structures by an acid-catalyzed reaction.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】特願平9−21036
0に見られるγ−またはδ−ヒドロキシ酸構造を有する
樹脂を用いたパタン形成方法において、そこで用いられ
る樹脂は、5−メチレンビシクロ〔2.2.1〕ヘプト
−2−エンのような非共役環状ジエンと無水マレイン酸
をラジカル共重合して、その無水マレイン酸部分を還元
してラクトン化し、それを加水分解して変性することに
より合成される。しかしながら、この樹脂は、その親水
性が高いために、従来のg線、i線およびKrFエキシ
マレーザ用レジストを用いるマイクロリソグラフィプロ
セスで使われてきた標準的な現像液である2.38重量
%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で
は、現像液濃度が高すぎ、高解像性が得られないという
欠点があった。
Problems to be Solved by the Invention Japanese Patent Application No. 9-21036
In the method for forming a pattern using a resin having a γ- or δ-hydroxy acid structure, the resin used therein is a non-conjugated resin such as 5-methylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene. It is synthesized by radical copolymerization of a cyclic diene and maleic anhydride, reducing the maleic anhydride portion to lactone, and hydrolyzing and modifying it. However, because of its high hydrophilicity, this resin is 2.38% by weight, a standard developer used in microlithography processes using conventional g-line, i-line and KrF excimer laser resists. The tetramethylammonium hydroxide aqueous solution has a disadvantage that the developer concentration is too high and high resolution cannot be obtained.

【0012】本発明の第1の目的はγ−ヒドロキシカル
ボン酸のエステル化反応を用い、かつ汎用の標準現像液
である2.38重量%のテトラメチルアンモニウムヒド
ロキシドを用いて、膨潤することなく微細パタンを現像
できる解像性能の優れたネガ型の感放射線組成物を提供
することにある。
A first object of the present invention is to use the esterification reaction of .gamma.-hydroxycarboxylic acid and to use 2.38% by weight of tetramethylammonium hydroxide which is a general-purpose standard developer without swelling. An object of the present invention is to provide a negative-type radiation-sensitive composition having excellent resolution performance capable of developing a fine pattern.

【0013】また本発明の第2の目的は、そのような感
放射線組成物を用いたネガ型のパタン形成方法を提供す
ることにある。さらに本発明の第3の目的は、そのよう
なパタン形成方法を用いた半導体装置の製造方法を提供
することである。
A second object of the present invention is to provide a method for forming a negative pattern using such a radiation-sensitive composition. Further, a third object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device using such a pattern forming method.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記の第1の目的を達成
するために、本発明の感放射線組成物は、非共役環状ジ
エンおよびシトラコン酸無水物の少なくとも2種類のモ
ノマーからなる共重合体の酸無水物部分の少なくとも一
部を、還元して開環することにより合成したγ−ヒドロ
キシ酸構造を有するポリマーと酸発生剤を少なくとも含
むようにしたものである。
In order to achieve the first object, the radiation-sensitive composition of the present invention comprises a copolymer comprising at least two kinds of monomers, a non-conjugated cyclic diene and a citraconic anhydride. At least a part of the acid anhydride portion of the above (1), which contains at least a polymer having a γ-hydroxy acid structure synthesized by reducing and opening a ring, and an acid generator.

【0015】シトラコン酸無水物は、マレイン酸無水物
の二重結合部分の水素原子1つをメチル基に置換した構
造を持つ。したがって、シトラコン酸無水物から生成す
る共重合体は、構造としてそのメチル基の分だけ疎水性
になっている。このことが、その共重合体から誘導され
たγ−ヒドロキシ酸構造を有するポリマーの溶解性を、
2.38重量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシ
ド水溶液に適したものにした理由と考えられる。
Citraconic anhydride has a structure in which one hydrogen atom in the double bond of maleic anhydride is substituted with a methyl group. Therefore, the copolymer formed from citraconic anhydride is hydrophobic in structure by the amount of the methyl group. This increases the solubility of the polymer having a γ-hydroxy acid structure derived from the copolymer,
This is considered to be the reason for making it suitable for a 2.38% by weight aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide.

【0016】上記のような樹脂は、非共役環状ジエンお
よびシトラコン酸無水物をラジカル共重合体して、その
無水物部分を還元してラクトン化し、それを加水分解し
て変性することにより得られる。なお、これらの樹脂の
重量平均分子量は、1,000〜300,000である
ことが望ましい。
The resin as described above can be obtained by subjecting a non-conjugated cyclic diene and citraconic anhydride to a radical copolymer, reducing the anhydride portion to form a lactone, and hydrolyzing and modifying the lactone. . The weight average molecular weight of these resins is desirably 1,000 to 300,000.

【0017】上記非共役環状ジエンとしては、5−メチ
レンビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−2−エン、シクロ
オクタ−1,5−ジエン、5−エチレンビシクロ〔2.
2.1〕ヘプト−2−エン、5−ビニルビシクロ〔2.
2.1〕ヘプト−2−エン等があげられるが、これらに
限定されるものではない。
As the non-conjugated cyclic diene, 5-methylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene, cycloocta-1,5-diene, 5-ethylenebicyclo [2.
2.1] Hept-2-ene, 5-vinylbicyclo [2.
2.1] hept-2-ene and the like, but are not limited thereto.

【0018】非共役環状ジエンおよびシトラコン酸無水
物の、少なくとも2種類のモノマーからなる共重合体の
酸無水物部分の少なくとも一部を還元して開環すること
により合成したγ−ヒドロキシ酸構造を有するポリマー
に対して、酸発生剤は、0.1重量部から50重量部用
いるのが望ましく、より好ましくは0.5重量部から2
0重量部の範囲である。
A γ-hydroxy acid structure synthesized by reducing and ring-opening at least a part of an acid anhydride portion of a copolymer comprising at least two kinds of monomers of a non-conjugated cyclic diene and a citraconic anhydride is used. The acid generator is preferably used in an amount of 0.1 to 50 parts by weight, more preferably 0.5 to 2 parts by weight, based on the weight of the polymer.
The range is 0 parts by weight.

【0019】酸発生剤としては、トリフェニルスルホニ
ウムトリフレート、ジメチルフェニルスルホニウムトリ
フレート、ジメチル−4−ヒドロキシナフチルトリフレ
ート等のオニウム塩、N−トリフルオロメタンスルホニ
ルオキシナフチルイミド、N−メタンスルホニルオキシ
ナフチルイミド、N−トリフルオロメタンスルホニルオ
キシスクシイミド、N−パーフルオロオクタンスルホニ
ルオキシスクシイミド等のスルホニルオキシイミド、さ
らにはスルホン酸エステル等が挙げられるが、活性化学
線、例えばArFエキシマレーザ等の照射により酸を発
生するものであればよく、これらに限定されるものでは
ない。またこれらの酸発生剤は2種類以上を同時に用い
てもよい。
Examples of the acid generator include onium salts such as triphenylsulfonium triflate, dimethylphenylsulfonium triflate, dimethyl-4-hydroxynaphthyl triflate, N-trifluoromethanesulfonyloxynaphthylimide, and N-methanesulfonyloxynaphthylimide. , N-trifluoromethanesulfonyloxysuccinimide, sulfonyloxyimides such as N-perfluorooctanesulfonyloxysuccinimide, and furthermore, sulfonic acid esters and the like, and active actinic radiation such as ArF excimer laser irradiation. What is necessary is just to generate | occur | produce an acid, and it is not limited to these. Further, two or more of these acid generators may be used at the same time.

【0020】また本発明の感放射線組成物には、解像性
向上やプロセス安定性および保存安定性向上のための、
2−ベンジルピリジン、トリペンチルアミン、トリエタ
ノールアミンなどの塩基性化合物や、よう化テトラメチ
ルアンモニウム、塩化テトラペンチルアンモニウムなど
の塩を添加してもよい。これら塩基性化合物や塩は、用
いる酸発生剤に対して0.01重量部から100重量部
を添加することが望ましい。
Further, the radiation-sensitive composition of the present invention has a composition for improving resolution, process stability and storage stability.
Basic compounds such as 2-benzylpyridine, tripentylamine and triethanolamine, and salts such as tetramethylammonium iodide and tetrapentylammonium chloride may be added. It is desirable to add 0.01 to 100 parts by weight of these basic compounds and salts to the acid generator used.

【0021】さらに本発明の感放射線組成物は、ドライ
エッチング耐性および透過率を向上させるための脂環族
構造を有する化合物を含んでもよい。脂環族構造として
は、アダマンチル、ノルボルナン、トリシクロデカンや
アンドロスタンの構造があげられる。これらの構造は遠
紫外領域で透明であり、ドライエッチング耐性を有す
る。
Further, the radiation-sensitive composition of the present invention may contain a compound having an alicyclic structure for improving dry etching resistance and transmittance. Examples of the alicyclic structure include adamantyl, norbornane, tricyclodecane and androstane structures. These structures are transparent in the deep ultraviolet region and have dry etching resistance.

【0022】上記第2の目的を達成するために、本発明
のパタン形成方法は、上記記載のいずれかの感放射線組
成物からなる塗膜を基体上に形成する工程と、その塗膜
に所定のパタンの活性化学線を照射する工程、活性放射
線の照射後に基板を加熱する工程、基板の加熱後に塗膜
をアルカリ水溶液にさらして活性放射線の未照射部を除
去する工程を含むようにしたものである。
In order to achieve the second object, the pattern forming method of the present invention comprises a step of forming a coating film comprising any of the above-described radiation-sensitive compositions on a substrate, A step of irradiating the pattern with active actinic radiation, a step of heating the substrate after irradiation with actinic radiation, and a step of exposing the coating film to an aqueous alkali solution after heating the substrate to remove the unirradiated portions of the actinic radiation. It is.

【0023】本発明に用いる活性化学線は、波長250
nm以下の遠紫外光、特にArFエキシマレーザ光のよう
な真空紫外光が挙げられる。なお電子線、EUV、エッ
クス線等も用いることができる。
The actinic radiation used in the present invention has a wavelength of 250.
Far ultraviolet light of nm or less, particularly vacuum ultraviolet light such as ArF excimer laser light. Note that an electron beam, EUV, X-ray, or the like can also be used.

【0024】本発明で所定のパタンの活性放射線を照射
する際、ArFエキシマレーザ光のような真空紫外光
を、通常のマスクやレチクルを介して所定のパタン状に
する。この際のマスクは位相シフトマスクであると、高
解像性のパタンが得られるのでより望ましい。位相シフ
トマスクとしては、レベンソン型、アウトリガー型、ハ
ーフトーン型、シフタエッジ利用型などがあるが、いず
れの位相シフトマスクを用いてもよい。
In the present invention, when irradiating a predetermined pattern of actinic radiation, vacuum ultraviolet light such as ArF excimer laser light is formed into a predetermined pattern through a usual mask or reticle. In this case, it is more preferable that the mask be a phase shift mask since a pattern with high resolution can be obtained. As the phase shift mask, there are a Levenson type, an outrigger type, a halftone type, a shifter edge type, and the like, but any phase shift mask may be used.

【0025】本発明で用いる水性アルカリ現像液は、炭
素数1から5のテトラアルキルアンモニウムヒドロキシ
ド水溶液であることが望ましい。またi線およびg線レ
ジスト、KrFエキシマレーザレジストの現像に使われ
てきた汎用の2.38重量%のテトラメチルアンモニウ
ムヒドロキシド水溶液が適している。
The aqueous alkaline developer used in the present invention is preferably an aqueous solution of a tetraalkylammonium hydroxide having 1 to 5 carbon atoms. Also suitable is a general-purpose 2.38% by weight aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide that has been used for developing i-line and g-line resists and KrF excimer laser resists.

【0026】上記第3の目的を達成するための本発明の
半導体装置の製造方法は、半導体基板上に上記記載のい
ずれかのパタン形成方法によりレジストパタンを形成
し、それをもとに、基板をエッチング加工する工程か、
もしくは基板にイオンを打ち込む工程を含むようにした
ものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a resist pattern on a semiconductor substrate by any one of the above-described pattern forming methods; Process of etching
Alternatively, the method includes a step of implanting ions into the substrate.

【0027】本発明の半導体の製造方法で用いられるエ
ッチング加工法としては、プラズマエッチング、反応性
イオンエッチング、反応性イオンビームエッチング等の
ドライエッチング法や、ウエットエッチング法が挙げら
れる。
Examples of the etching method used in the semiconductor manufacturing method of the present invention include dry etching methods such as plasma etching, reactive ion etching, and reactive ion beam etching, and wet etching methods.

【0028】本発明の半導体装置の製造方法において加
工される基板としては、CVD法や熱酸化法で形成され
た二酸化珪素膜、塗布性ガラス膜などの酸化膜、あるい
は窒化珪素膜等の窒化膜が挙げられる。またアルミニウ
ムやその合金、タングステンなどの各種金属膜、多結晶
シリコン等が挙げられる。
The substrate to be processed in the semiconductor device manufacturing method of the present invention is an oxide film such as a silicon dioxide film or a coating glass film formed by a CVD method or a thermal oxidation method, or a nitride film such as a silicon nitride film. Is mentioned. In addition, various metal films such as aluminum and its alloys, tungsten, and polycrystalline silicon can be used.

【0029】本発明の半導体装置の製造方法で作られる
素子、特にメモリ素子は、微細なパタン形成が可能であ
ることから、その集積度を上げることができる。したが
って、素子を小さく作ることができるため、1枚のウェ
ハから取れる素子の数が増え、歩留まりが向上する。
[0029] Since elements formed by the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, particularly memory elements, can be formed with a fine pattern, the degree of integration can be increased. Therefore, since the elements can be made small, the number of elements that can be obtained from one wafer increases, and the yield improves.

【0030】本発明では、カルボン酸のエステル化の中
でも反応性の高いラクトン化を利用することにより、露
光により発生した酸による触媒反応で効率的にカルボン
酸からカルボン酸エステルへの変換を行うことができ
る。この反応は分子内のエステル化であるので、分子間
の架橋等も起きず、単純にカルボン酸の量が露光部と未
露光部で変化する。カルボン酸とアルコールが別々の分
子である場合は、現実的に適用できる条件下では、酸触
媒反応により膜中で数%のカルボン酸しかエステル化し
ない。これに対して、本発明のパタン形成方法で用いて
いるγ−ヒドロキシ酸をγ−ラクトン化する反応では、
露光部では30%以上のカルボン酸をエステル化でき
る。また生成したエステルは、通常用いられているテト
ラアルキルアンモニウムヒドロキシド水溶液では加水分
解されず、現像中も安定である。そのため、溶解速度が
大きく変化し、しかも架橋反応は起きていないので、膨
潤が避けられ、微細パタンを形成できる。
In the present invention, by utilizing lactonization having high reactivity among esterification of carboxylic acids, conversion of carboxylic acid to carboxylic acid ester can be efficiently performed by a catalytic reaction using an acid generated by exposure. Can be. Since this reaction is intramolecular esterification, cross-linking between molecules does not occur, and the amount of the carboxylic acid simply changes between the exposed portion and the unexposed portion. If the carboxylic acid and the alcohol are separate molecules, only a few percent of the carboxylic acid is esterified in the membrane by the acid-catalyzed reaction under practically applicable conditions. On the other hand, in the reaction for converting γ-hydroxy acid into γ-lactone used in the pattern forming method of the present invention,
In the exposed part, 30% or more of the carboxylic acid can be esterified. Further, the produced ester is not hydrolyzed by a commonly used aqueous solution of tetraalkylammonium hydroxide and is stable during development. Therefore, the dissolution rate greatly changes, and since no cross-linking reaction occurs, swelling can be avoided and a fine pattern can be formed.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、実施例により本発明をさら
に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限
定されるものではない。まず実施例に先立ち、本発明で
用いた材料の合成例を示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited to these examples. First, prior to the examples, synthetic examples of the materials used in the present invention will be described.

【0032】〈合成例1〉 γ−ヒドロキシ酸構造を有するポリマー(1b)の合成 温度計、冷却管、窒素導入管をつけた容量500mlの
3つ口フラスコに、5−メチレンビシクロ〔2.2.
1〕ヘプト−2−エンを26.4g、シトラコン酸無水
物を25.2g、2,2’−アゾビス(イソブチロニト
リル)を4.1g、テトラヒドロフランを300g入
れ、窒素を導入しながら70℃で加熱環流し、8時間重
合を行った。重合後、n−ヘキサン1000mlに溶液
を注ぎ、ポリマーを析出させ、乾燥して19.4gの5
−メチレンビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−2−エン−
シトラコン酸無水物共重合体(1a)を得た(収率38
%)。
<Synthesis Example 1> Synthesis of polymer (1b) having γ-hydroxy acid structure In a 500 ml three-necked flask equipped with a thermometer, a cooling tube and a nitrogen inlet tube, 5-methylenebicyclo [2.2] .
1] 26.4 g of hept-2-ene, 25.2 g of citraconic anhydride, 4.1 g of 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 300 g of tetrahydrofuran, and 70 ° C. while introducing nitrogen , And the polymerization was carried out for 8 hours. After the polymerization, the solution was poured into 1000 ml of n-hexane to precipitate the polymer, which was dried to obtain 19.4 g of 5
-Methylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene-
A citraconic anhydride copolymer (1a) was obtained (yield 38).
%).

【0033】得られたポリマーの構造は、種々の分析法
から化1の構造が主であることがわかった。ここで、式
中、nは整数を表す。また、ゲルパーミエーションクロ
マトグラフィー(GPC)により、テトラヒドロフラン
中でこのポリマーのポリスチレン換算の分子量を調べた
ところ、重量平均分子量が2,200、数平均分子量が
1,600であった。
The structure of the obtained polymer was found to be mainly the structure of Chemical Formula 1 from various analytical methods. Here, in the formula, n represents an integer. In addition, when the molecular weight of this polymer in terms of polystyrene was examined in tetrahydrofuran by gel permeation chromatography (GPC), the weight average molecular weight was 2,200 and the number average molecular weight was 1,600.

【0034】[0034]

【化1】 Embedded image

【0035】500mlの3つ口フラスコに水素化ホウ
素ナトリウム3.0gとテトラヒドロフラン100gを
入れ、アイスバスで0℃に冷却し、窒素下で攪拌しなが
ら上記のように合成した5−メチレンビシクロ〔2.
2.1〕ヘプト−2−エン−シトラコン酸無水物共重合
体17.4gをテトラヒドロフラン120gに溶解した
ものを約1時間かけて滴下した。滴下後数時間攪拌し、
一晩放置した。
A 500 ml three-necked flask was charged with 3.0 g of sodium borohydride and 100 g of tetrahydrofuran, cooled to 0 ° C. in an ice bath, and stirred under nitrogen to synthesize 5-methylenebicyclo [2] as described above. .
2.1] A solution of 17.4 g of hept-2-ene-citraconic anhydride copolymer in 120 g of tetrahydrofuran was added dropwise over about 1 hour. Stir for several hours after dropping,
Left overnight.

【0036】溶液を約300mlの水に注ぎ攪拌した
後、それに約1N塩酸水溶液を徐々に加えて、pH4程
度の弱酸性にした。この溶液に酢酸エチル約200ml
を加えて抽出を2回行い、得られた有機層を150ml
の水で3回洗浄した。洗浄後、有機層を無水硫酸ナトリ
ウムで乾燥し、乾燥後、溶媒を減圧留去して減らし、n
−ヘキサン800mlへ注ぎ、沈殿したポリマーを乾燥
して白色粉末状のポリマー13.8gを得た。
After the solution was poured into about 300 ml of water and stirred, about 1N aqueous hydrochloric acid was gradually added to the solution to make it weakly acidic at about pH 4. About 200 ml of ethyl acetate
Was added and extraction was performed twice, and the obtained organic layer was added to 150 ml.
Of water three times. After washing, the organic layer was dried over anhydrous sodium sulfate, and after drying, the solvent was removed by distillation under reduced pressure.
The mixture was poured into 800 ml of hexane, and the precipitated polymer was dried to obtain 13.8 g of a white powdery polymer.

【0037】得られたポリマーの構造は、種々の分析法
から(1a)の無水物の部分が還元されてラクトン化し
た構造およびそれがさらに開環したγ−ヒドロキシ酸構
造を少なくとも有する化2または化3のポリマー(1
b)であることがわかった。ここで、式中、lおよびm
は整数を表す。
According to various analytical methods, the structure of the obtained polymer was determined to be a structure in which the anhydride portion of (1a) was reduced to form a lactone, and a compound having at least a ring-opened γ-hydroxy acid structure. The polymer of Formula 3 (1
b). Where l and m
Represents an integer.

【0038】[0038]

【化2】 Embedded image

【0039】[0039]

【化3】 Embedded image

【0040】得られたポリマー(1b)100重量部を
ジアセトンアルコール600重量部に溶解し、孔径0.
2μmのフィルタで濾過した。それをシリコン基板上に
回転塗布し、100℃で2分間ベークしてポリマー膜を
得た。上記塗布膜(膜厚410nm)をテトラメチルアン
モニウムヒドロキシド水溶液(濃度2.38重量%)に
浸したところ、干渉色が変化しながら8.2秒で溶け、
残膜が0になった。また溶解速度モニターを用いて溶解
性を調べたところ、膨潤せずに表面から逐次的に溶解し
ていることがわかった。なお希釈したテトラメチルアン
モニウムヒドロキシド水溶液(濃度0.113重量%)
に浸した場合、溶解は起きなかった。
100 parts by weight of the obtained polymer (1b) was dissolved in 600 parts by weight of diacetone alcohol to obtain a polymer having a pore size of 0.
Filtered with a 2 μm filter. It was spin-coated on a silicon substrate and baked at 100 ° C. for 2 minutes to obtain a polymer film. When the coating film (410 nm in thickness) was immersed in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (concentration: 2.38% by weight), the interference color changed and dissolved in 8.2 seconds.
The remaining film became zero. In addition, when the solubility was examined using a dissolution rate monitor, it was found that they were sequentially dissolved from the surface without swelling. In addition, the diluted tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (concentration: 0.113% by weight)
When immersed, no dissolution occurred.

【0041】フッ化リチウム基板上に上記ポリマー溶液
を塗布した膜の吸収スペクトルを、真空紫外分光装置
(ARC社製)で測定したところ、193nmの吸光度
が、膜厚1.0μmで0.80であり、吸収が小さいこ
とがわかった。
The absorption spectrum of the film obtained by coating the above-mentioned polymer solution on a lithium fluoride substrate was measured by a vacuum ultraviolet spectroscope (manufactured by ARC). The absorbance at 193 nm was 0.80 at a film thickness of 1.0 μm. Yes, it was found that the absorption was small.

【0042】〈合成例2〉 γ−ヒドロキシ酸構造を有するポリマー(2b)の合成 合成例1で用いた5−メチレンビシクロ〔2.2.1〕
ヘプト−2−エンの代わりに、シクロオクタ−1、5−
ジエンを24.3g用いて合成例1と同様にラジカル重
合を行い、16.3gのシクロオクタ−1、5−ジエン
−シトラコン酸無水物共重合体(2a)を得た(収率3
3%)。得られたポリマーの構造は、種々の分析法から
化4の構造が主であることがわかった。ここで、式中n
は整数を表す。また、このポリマーのポリスチレン換算
の分子量は、重量平均分子量が1,700、数平均分子
量が1,200であった。
<Synthesis Example 2> Synthesis of polymer (2b) having γ-hydroxy acid structure 5-methylenebicyclo [2.2.1] used in Synthesis Example 1
Instead of hept-2-ene, cycloocta-1,5-
Radical polymerization was carried out in the same manner as in Synthesis Example 1 using 24.3 g of diene to obtain 16.3 g of cycloocta-1,5-diene-citraconic anhydride copolymer (2a) (yield 3).
3%). The structure of the obtained polymer was found to be mainly the structure of Chemical Formula 4 from various analytical methods. Where n
Represents an integer. As for the molecular weight of this polymer in terms of polystyrene, the weight average molecular weight was 1,700 and the number average molecular weight was 1,200.

【0043】[0043]

【化4】 Embedded image

【0044】合成例1と同様にして、水素化ホウ素ナト
リウムにより無水の部分を還元、加水分解したところ、
得られたポリマーの構造は、種々の分析法から(2a)
の無水物の部分が還元されてラクトン化した構造および
それがさらに開環したγ−ヒドロキシ酸構造を少なくと
も有する化5または化6のポリマー(2b)であること
がわかった。ここで、式中lおよびmは整数を表す。
When the anhydrous portion was reduced and hydrolyzed with sodium borohydride in the same manner as in Synthesis Example 1,
The structure of the obtained polymer was determined from various analytical methods (2a)
Was found to be a polymer (2b) of formula (5) or (6) having at least a structure in which the anhydride portion was reduced and lactonized, and at least a ring-opened γ-hydroxy acid structure. Here, l and m represent an integer.

【0045】[0045]

【化5】 Embedded image

【0046】[0046]

【化6】 Embedded image

【0047】〈合成例3〉 γ−ヒドロキシ酸構造を有するポリマー(3b)の合成 合成例1で用いた5−メチレンビシクロ〔2.2.1〕
ヘプト−2−エンの代わりに、5−エチレンビシクロ
〔2.2.1〕ヘプト−2−エンを27.0g用いて合
成例1と同様にラジカル重合を行い、16.0gの5−
エチレンビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−2−エン−シ
トラコン酸無水物共重合体(3a)を得た(収率30
%)。得られたポリマーの構造は、種々の分析法から化
7の構造が主であることがわかった。ここで、式中nは
整数を表す。また、このポリマーのポリスチレン換算の
分子量は、重量平均分子量が2,200、数平均分子量
が1,700であった。
<Synthesis Example 3> Synthesis of Polymer (3b) Having γ-Hydroxy Acid Structure 5-Methylenebicyclo [2.2.1] used in Synthesis Example 1
Radical polymerization was carried out in the same manner as in Synthesis Example 1 except that 27.0 g of 5-ethylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene was used instead of hept-2-ene, and 16.0 g of 5-
Ethylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene-citraconic anhydride copolymer (3a) was obtained (yield: 30).
%). The structure of the obtained polymer was found to be mainly the structure of Chemical Formula 7 from various analytical methods. Here, n represents an integer. The molecular weight of this polymer in terms of polystyrene was 2,200 as the weight average molecular weight and 1,700 as the number average molecular weight.

【0048】[0048]

【化7】 Embedded image

【0049】合成例1と同様にして、水素化ホウ素ナト
リウムにより無水の部分を還元、加水分解したところ、
得られたポリマーの構造は、種々の分析法から(3a)
の無水物の部分が還元されてラクトン化した構造および
それがさらに開環したγ−ヒドロキシ酸構造を少なくと
も有する化8または化9のポリマー(3b)であること
がわかった。ここで、式中lおよびmは整数を表す。
The anhydrous portion was reduced and hydrolyzed with sodium borohydride in the same manner as in Synthesis Example 1.
The structure of the obtained polymer was determined by various analytical methods (3a)
Was found to be a polymer (3b) of Formula 8 or 9 having at least a structure in which the anhydride portion was reduced and lactonized, and at least a ring-opened γ-hydroxy acid structure. Here, l and m represent an integer.

【0050】[0050]

【化8】 Embedded image

【0051】[0051]

【化9】 Embedded image

【0052】〈合成例4〉 γ−ヒドロキシ酸構造を有するポリマー(4b)の合成 合成例1で用いた5−メチレンビシクロ〔2.2.1〕
ヘプト−2−エンの代わりに、5−ビニルビシクロ
〔2.2.1〕ヘプト−2−エンを27.0g用いて合
成例1と同様にラジカル重合を行い、17.1gの5−
ビニルビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−2−エン−シト
ラコン酸無水物共重合体(4a)を得た(収率32
%)。得られたポリマーの構造は、種々の分析法から化
10の構造が主であることがわかった。ここで、式中n
は整数を表す。また、このポリマーのポリスチレン換算
の分子量は、重量平均分子量が2,000、数平均分子
量が1、500であった。
<Synthesis Example 4> Synthesis of polymer (4b) having γ-hydroxy acid structure 5-methylenebicyclo [2.2.1] used in Synthesis Example 1
Radical polymerization was carried out in the same manner as in Synthesis Example 1 using 27.0 g of 5-vinylbicyclo [2.2.1] hept-2-ene instead of hept-2-ene, and 17.1 g of 5-
Vinyl bicyclo [2.2.1] hept-2-ene-citraconic anhydride copolymer (4a) was obtained (yield: 32).
%). The structure of the obtained polymer was found to be mainly the structure of Chemical Formula 10 from various analytical methods. Where n
Represents an integer. The polystyrene-equivalent molecular weight of this polymer was 2,000 in weight average molecular weight and 1,500 in number average molecular weight.

【0053】[0053]

【化10】 Embedded image

【0054】合成例1と同様にして、水素化ホウ素ナト
リウムにより無水の部分を還元、加水分解したところ、
得られたポリマーの構造は、種々の分析法から(4a)
の無水物の部分が還元されてラクトン化した構造および
それがさらに開環したγ−ヒドロキシ酸構造を少なくと
も有する化11または化12のポリマー(4b)である
ことがわかった。ここで、式中lおよびmは整数を表
す。
The anhydride was reduced and hydrolyzed with sodium borohydride in the same manner as in Synthesis Example 1.
The structure of the obtained polymer was determined by various analytical methods (4a)
Was found to be a polymer (4b) of formula (11) or formula (12) having at least a structure in which the anhydride portion was reduced and lactonized, and at least a ring-opened γ-hydroxy acid structure. Here, l and m represent an integer.

【0055】[0055]

【化11】 Embedded image

【0056】[0056]

【化12】 Embedded image

【0057】〈実施例1〉合成例1で合成したγ−ヒド
ロキシ酸構造を有するポリマー(1b)100重量部、
酸発生剤トリフェニルスルホニウムトリフレート3重量
部をジアセトンアルコール600重量部に溶解し、孔径
0.20μmのテフロン(登録商標)フィルタを用いて
ろ過し、レジスト溶液とした。
Example 1 100 parts by weight of the polymer (1b) having a γ-hydroxy acid structure synthesized in Synthesis Example 1
3 parts by weight of an acid generator, triphenylsulfonium triflate, was dissolved in 600 parts by weight of diacetone alcohol, and filtered using a Teflon (registered trademark) filter having a pore size of 0.20 μm to obtain a resist solution.

【0058】ヘキサメチルジシラザンで処理したシリコ
ン基板上に、上記のレジスト溶液を回転塗布し、塗布後
100℃で2分間加熱処理して、膜厚0.30μmのレ
ジスト膜を形成した。この膜の吸収スペクトルを、紫外
可視分光光度計で測定したところ、193nmの透過率は
43%であった。
The resist solution was spin-coated on a silicon substrate treated with hexamethyldisilazane, and heated at 100 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.30 μm. When the absorption spectrum of this film was measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer, the transmittance at 193 nm was 43%.

【0059】ArFエキシマレーザステッパ(NA=
0.60)により、レベンソン型の位相シフトマスクを
介して、上記のレジスト膜の露光を行った。露光後、1
00℃で2分間、露光後ベークを行った。続いて23℃
のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(2.
38重量%)にレジスト膜を浸漬したところ、膜の未露
光部は10秒で溶解した。そこで現像は、その4倍の時
間の40秒間行い、続いて60秒間純水でリンスした。
その結果、露光量62mJ/cm2で、ネガ型の0.12
μmラインアンドスペースパタンが得られた。この際、
パタンの膨潤は見られなかった。また、得られたパタン
のついた基板をテトラヒドロフランに浸漬したところ、
パタンは瞬時に溶解し、架橋が起きていないことがわか
った。
ArF excimer laser stepper (NA =
0.60), the resist film was exposed through a Levenson-type phase shift mask. After exposure, 1
A post-exposure bake was performed at 00 ° C. for 2 minutes. Then 23 ° C
Of tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (2.
(38% by weight), the unexposed portion of the film dissolved in 10 seconds. Therefore, development was carried out for 40 seconds, which is four times longer than that, followed by rinsing with pure water for 60 seconds.
As a result, when the exposure amount was 62 mJ / cm 2 ,
A μm line and space pattern was obtained. On this occasion,
No swelling of the pattern was observed. Also, when the obtained substrate with the pattern was immersed in tetrahydrofuran,
The pattern dissolved instantaneously, indicating that no crosslinking had occurred.

【0060】さらに上記のレジスト膜について、CHF
3ガスを用いて平行平板型の反応性イオンエッチング装
置により、エッチングを行った。条件は、CHF3流量
35sccm、ガス圧10mTorr、RFバイアスパ
ワー150Wを用いた。その結果、このレジストのエッ
チレートは、市販のノボラック樹脂を1.0とした比較
で1.21であり、実用上問題のない十分高いドライエ
ッチング耐性を有することがわかった。また上記のレジ
スト膜を塗布後、100℃ではなく、160℃で2分間
加熱したものは、エッチレート比1.15を示し、さら
にドライエッチング耐性が高くなることがわかった。
Further, regarding the above resist film, CHF
Etching was performed using a parallel plate type reactive ion etching apparatus using three gases. The conditions were a CHF 3 flow rate of 35 sccm, a gas pressure of 10 mTorr, and an RF bias power of 150 W. As a result, the etch rate of this resist was 1.21 in comparison with a commercially available novolak resin of 1.0, and it was found that the resist had sufficiently high dry etching resistance without practical problems. In addition, when the resist film was coated and heated at 160 ° C. for 2 minutes instead of 100 ° C., the etch rate ratio was 1.15, and it was found that the dry etching resistance was further increased.

【0061】NaCl板上に塗布した上記レジストに、
ArFエキシマ光を62mJ/cm2照射し、露光前お
よび露光後ベーク後の赤外吸収スペクトルを測定した。
その結果、露光後ベーク後にカルボン酸および水酸基に
起因する3300cm-1のピークが大きく減少している
ことがわかった。またカルボン酸の1735cm-1のピ
ークが減少して、ラクトンに起因する1780cm-1
ピークが増加していることがわかった。これらの吸収の
強度から、露光前にあったカルボン酸のうちの約70%
が、露光後にラクトン化していることがわかった。
The above resist applied on the NaCl plate is
ArF excimer light was irradiated at 62 mJ / cm 2 , and infrared absorption spectra before and after baking after exposure were measured.
As a result, it was found that the peak at 3300 cm -1 due to the carboxylic acid and the hydroxyl group was significantly reduced after the post-exposure bake. It was also found that the peak at 1735 cm -1 of carboxylic acid decreased and the peak at 1780 cm -1 caused by lactone increased. From the intensity of these absorptions, about 70% of the carboxylic acid that was
Was found to be lactonized after exposure.

【0062】レジスト膜は初めγ−ヒドロキシ酸構造を
有するポリマー(1b)の構造であり、そのカルボン酸
によりアルカリ可溶であった。ArFエキシマレーザ露
光により、酸発生剤トリフェニルスルホニウムトリフレ
ートからトリフルオロメタンスルホン酸が発生した。露
光後ベーク中にその酸を触媒として、ポリマー中のγ−
ヒドロキシ酸の構造が分子内脱水してエステル化し、γ
−ラクトンの構造を生じた。その結果、露光部が2.3
8重量%のアルカリ現像液に不溶となり、ネガ型のパタ
ンが形成された。この際のネガ化の機構は架橋反応では
なく、ラクトン化によるカルボン酸量の大幅な減少であ
るために、膨潤をしょうずることなく、微細パタンが形
成できた。
The resist film initially had the structure of the polymer (1b) having a γ-hydroxy acid structure, and was alkali-soluble by the carboxylic acid. ArF excimer laser exposure generated trifluoromethanesulfonic acid from the acid generator triphenylsulfonium triflate. During the post-exposure bake, using the acid as a catalyst, the γ-
The structure of the hydroxy acid is esterified by intramolecular dehydration, and γ
Resulting in the structure of the lactone. As a result, the exposed portion was 2.3
It became insoluble in 8% by weight of an alkali developing solution, and a negative pattern was formed. The mechanism of the negative conversion at this time was not a crosslinking reaction but a large decrease in the amount of carboxylic acid due to lactonization, so that a fine pattern could be formed without swelling.

【0063】〈実施例2〉実施例1で用いたγ−ヒドロ
キシ酸構造を有するポリマー(1b)の代わりに、合成
例2で合成したポリマー(2b)を100重量部、酸発
生剤トリフルオロメタンスルホニルオキシナフチルイミ
ド2重量部をジアセトンアルコール600重量部に溶解
し、孔径0.20μmのテフロンフィルタを用いてろ過
し、レジスト溶液とした。
Example 2 Instead of the polymer (1b) having a γ-hydroxy acid structure used in Example 1, 100 parts by weight of the polymer (2b) synthesized in Synthesis Example 2 was used, and an acid generator trifluoromethanesulfonyl was used. 2 parts by weight of oxynaphthylimide was dissolved in 600 parts by weight of diacetone alcohol, and filtered using a Teflon filter having a pore size of 0.20 μm to obtain a resist solution.

【0064】実施例1と同様にヘキサメチルジシラザン
で処理したシリコン基板上に、上記のレジスト溶液を回
転塗布し、塗布後100℃で2分間加熱処理し、膜厚
0.33μmのレジスト膜を形成した。この膜の吸収ス
ペクトルを、紫外可視分光光度計で測定したところ、波
長193nmでの透過率は60%であった。
On a silicon substrate treated with hexamethyldisilazane in the same manner as in Example 1, the above-mentioned resist solution was spin-coated, and after coating, heat-treated at 100 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.33 μm. Formed. When the absorption spectrum of this film was measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer, the transmittance at a wavelength of 193 nm was 60%.

【0065】実施例1と同様にArFエキシマレーザス
テッパによりクロムマスクを介して、露光を行い、その
後100℃で2分間露光後ベークを行った。23℃のテ
トラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(2.38
重量%)にレジスト膜を浸漬したところ、膜の未露光部
は8秒で溶解した。そこで現像は、その4倍の時間の3
2秒間行い、続けて60秒間純水でリンスした。その結
果、露光量70mJ/cm2で、ネガ型の0.18μmラ
インアンドスペースパタンが得られた。この際、パタン
の膨潤は見られなかった。
Exposure was performed through a chromium mask using an ArF excimer laser stepper in the same manner as in Example 1, followed by baking after exposure at 100 ° C. for 2 minutes. An aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide at 2.degree.
(% By weight), the unexposed portion of the film was dissolved in 8 seconds. Therefore, development takes 3 times as long as 4 times
This was performed for 2 seconds, and then rinsed with pure water for 60 seconds. As a result, a negative 0.18 μm line and space pattern was obtained at an exposure dose of 70 mJ / cm 2 . At this time, no swelling of the pattern was observed.

【0066】さらに上記レジスト膜について、実施例1
の条件でエッチングを行った。その結果、このレジスト
のエッチレートは、市販のノボラック樹脂の塗膜のエッ
チングレートを1.0としたときに、1.30でありド
ライエッチング耐性が高いことがわかった。
Further, with respect to the above resist film, Example 1
Etching was performed under the following conditions. As a result, the etch rate of this resist was 1.30 when the etching rate of a coating film of a commercially available novolak resin was 1.0, indicating that the dry etching resistance was high.

【0067】〈実施例3〉実施例1で用いたγ−ヒドロ
キシ酸構造を有するポリマー(1b)を100重量部、
酸発生剤ジメチルフェニルスルホニウムトリフレート3
重量部、2−ベンジルピリジン0.15重量部をジアセ
トンアルコール600重量部に溶解し、孔径0.20μ
mのテフロンフィルタを用いてろ過しレジスト溶液とし
た。
Example 3 100 parts by weight of the polymer (1b) having a γ-hydroxy acid structure used in Example 1
Acid generator dimethylphenylsulfonium triflate 3
Parts by weight, 0.15 parts by weight of 2-benzylpyridine was dissolved in 600 parts by weight of diacetone alcohol, and the pore size was 0.20 μm.
The solution was filtered using a Teflon filter of m to obtain a resist solution.

【0068】実施例1と同様にヘキサメチルジシラザン
で処理したシリコン基板上に、上記のレジスト溶液を回
転塗布し、塗布後90℃で2分間加熱処理して、膜厚
0.33μmのレジスト膜を形成した。この膜の吸収ス
ペクトルを、紫外可視分光光度計で測定したところ、波
長193nmでの透過率は50%であった。
On a silicon substrate treated with hexamethyldisilazane in the same manner as in Example 1, the above-mentioned resist solution was spin-coated, followed by heating at 90 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.33 μm. Was formed. When the absorption spectrum of this film was measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer, the transmittance at a wavelength of 193 nm was 50%.

【0069】実施例1と同様にArFエキシマレーザス
テッパによりレベンソン型の位相シフトマスクを介して
露光を行い、その後90℃で2分間露光後ベークを行っ
た。23℃のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水
溶液(2.38重量%)にレジスト膜を浸漬したとこ
ろ、膜の未露光部は8秒で溶解した。そこで現像は、そ
の4倍の時間の32秒間行い、続けて60秒間純水でリ
ンスした。その結果、露光量85mJ/cm2で、ネガ型
の0.125μmラインアンドスペースパタンが得られ
た。この際、パタンの膨潤は見られなかった。
Exposure was performed using an ArF excimer laser stepper through a Levenson-type phase shift mask in the same manner as in Example 1, followed by baking after exposure at 90 ° C. for 2 minutes. When the resist film was immersed in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (2.38% by weight) at 23 ° C., the unexposed portion of the film dissolved in 8 seconds. Therefore, the development was performed for 32 seconds, which is four times longer than that, followed by rinsing with pure water for 60 seconds. As a result, a negative 0.125 μm line and space pattern was obtained at an exposure amount of 85 mJ / cm 2 . At this time, no swelling of the pattern was observed.

【0070】〈実施例4〉実施例1で用いたγ−ヒドロ
キシ酸構造を有するポリマー(1b)の代わりに、合成
例3で合成したγ−ヒドロキシ酸構造を有するポリマー
(3b)を100重量部、酸発生剤ジフェニルヨードニ
ウムトリフレート5重量部、よう化テトラメチルアンモ
ニウム0.25重量部をジアセトンアルコール400重
量部に溶解し、孔径0.20μmのテフロンフィルタを
用いてろ過しレジスト溶液とした。
Example 4 In place of the polymer (1b) having a γ-hydroxy acid structure used in Example 1, 100 parts by weight of the polymer (3b) having a γ-hydroxy acid structure synthesized in Synthesis Example 3 was used. Then, 5 parts by weight of an acid generator, diphenyliodonium triflate, and 0.25 parts by weight of tetramethylammonium iodide were dissolved in 400 parts by weight of diacetone alcohol, and filtered using a Teflon filter having a pore diameter of 0.20 μm to obtain a resist solution.

【0071】実施例1と同様にヘキサメチルジシラザン
で処理したシリコン基板上に、上記のレジスト溶液を回
転塗布し、塗布後100℃で2分間加熱処理して、膜厚
0.55μmのレジスト膜を形成した。
The resist solution described above was spin-coated on a silicon substrate treated with hexamethyldisilazane in the same manner as in Example 1, and then heated at 100 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.55 μm. Was formed.

【0072】これを加速電圧50kVの電子線描画装置
を用いて、ラインアンドスペースパタンの露光を行っ
た。露光後ベークを100℃で2分間行った後、23℃
のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(2.
38重量%)にレジスト膜を浸漬したところ、膜の未露
光部は15秒で溶解した。そこで現像は、その4倍の時
間の60秒間行い、続けて60秒間純水でリンスした。
その結果、露光量10μC/cm2で、ネガ型の0.18
μmラインアンドスペースパタンが得られた。この際、
パタンの膨潤は見られなかった。
This was exposed to a line and space pattern using an electron beam lithography apparatus with an acceleration voltage of 50 kV. After exposure baking at 100 ° C for 2 minutes,
Of tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (2.
(38% by weight), the unexposed portion of the film dissolved in 15 seconds. Therefore, development was performed for 60 seconds, which is four times longer than that, followed by rinsing with pure water for 60 seconds.
As a result, at an exposure amount of 10 μC / cm 2 , a negative 0.18
A μm line and space pattern was obtained. On this occasion,
No swelling of the pattern was observed.

【0073】さらに上記レジスト膜について、実施例1
の条件でエッチングを行った。その結果、このレジスト
のエッチレートは、市販のノボラック樹脂の塗膜のエッ
チングレートを1.0としたときに、1.33でありド
ライエッチング耐性が高いことがわかった。
Further, with respect to the above resist film, Example 1
Etching was performed under the following conditions. As a result, the etch rate of this resist was 1.33 when the etching rate of the coating film of a commercially available novolak resin was 1.0, indicating that the dry etching resistance was high.

【0074】〈実施例5〉実施例1で用いたγ−ヒドロ
キシ酸構造を有するポリマー(1b)の代わりに、合成
例4で合成したγ−ヒドロキシ酸構造を有するポリマー
(4b)を100重量部、酸発生剤カンファースルホニ
ルオキシナフチルイミド5重量部をジアセトンアルコー
ル500重量部に溶解し、孔径0.20μmのテフロン
フィルタを用いてろ過しレジスト溶液とした。
<Example 5> Instead of the polymer (1b) having a γ-hydroxy acid structure used in Example 1, 100 parts by weight of the polymer (4b) having a γ-hydroxy acid structure synthesized in Synthesis Example 4 was used. Then, 5 parts by weight of an acid generator, camphorsulfonyloxynaphthylimide, was dissolved in 500 parts by weight of diacetone alcohol, and filtered using a Teflon filter having a pore size of 0.20 μm to obtain a resist solution.

【0075】実施例1と同様にヘキサメチルジシラザン
で処理したシリコン基板上に、上記のレジスト溶液を回
転塗布し、塗布後100℃で2分間加熱処理して、膜厚
0.52μmのレジスト膜を形成した。
The above resist solution was spin-coated on a silicon substrate treated with hexamethyldisilazane in the same manner as in Example 1, and then heated at 100 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.52 μm. Was formed.

【0076】このレジスト膜をKrFエキシマレーザス
テッパー(NA=0.45)を用いて、レベンソン型の
位相シフトマスクを介して露光をおこなった。露光後ベ
ークを90℃で2分間行った後、23℃のテトラメチル
アンモニウムヒドロキシド水溶液(2.38重量%)に
レジスト膜を浸漬したところ、膜の未露光部は12秒で
溶解した。そこで現像は、その4倍の時間の48秒間行
い、続けて60秒間純水でリンスした。その結果、露光
量20mJ/cm2で、ネガ型の0.18μmラインアンド
スペースパタンが得られた。この際、パタンの膨潤は見
られなかった。
The resist film was exposed through a Levenson-type phase shift mask using a KrF excimer laser stepper (NA = 0.45). After baking at 90 ° C. for 2 minutes after exposure, the resist film was immersed in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (2.38% by weight) at 23 ° C., and the unexposed portion of the film dissolved in 12 seconds. Therefore, the development was performed for 48 seconds, which is four times longer than that, followed by rinsing with pure water for 60 seconds. As a result, a negative 0.18 μm line and space pattern was obtained at an exposure amount of 20 mJ / cm 2 . At this time, no swelling of the pattern was observed.

【0077】さらに上記レジスト膜について、実施例1
の条件でエッチングを行った。その結果、このレジスト
のエッチレートは、市販のノボラック樹脂の塗膜のエッ
チングレートを1.0としたときに、1.35でありド
ライエッチング耐性が高いことがわかった。
Further, with respect to the above resist film, Example 1
Etching was performed under the following conditions. As a result, the etch rate of this resist was 1.35 when the etching rate of a coating film of a commercially available novolak resin was 1.0, indicating that the dry etching resistance was high.

【0078】〈実施例6〉図1に公知のMOS(金属−
酸化物−半導体)型トランジスタの断面図を示す。図に
おいて、12はフィールド酸化膜、13はソースコンタ
クト、14はドレインコンタクト、15は多結晶シリコ
ン、16はソース電極、17はドレイン電極、18はゲ
ート電極、19は保護膜である。上記トランジスタは、
ゲート電極18に印加する電圧により、ソース電極16
およびドレイン電極17間に流れるドレイン電流を制御
する構造となっている。
<Embodiment 6> FIG. 1 shows a well-known MOS (metal-
1 shows a cross-sectional view of an (oxide-semiconductor) transistor. In the figure, 12 is a field oxide film, 13 is a source contact, 14 is a drain contact, 15 is polycrystalline silicon, 16 is a source electrode, 17 is a drain electrode, 18 is a gate electrode, and 19 is a protective film. The transistor is
The voltage applied to the gate electrode 18 causes the source electrode 16
And the drain current flowing between the drain electrodes 17 is controlled.

【0079】ここで、このような構造を作る工程は、十
数工程からなるが、それらを大きく分けるとフィールド
酸化膜形成までの工程と、ゲート形成までの工程と、最
終工程の3つにグループ分けすることができる。ここで
はじめのフィールド酸化膜形成までの工程(図2)に
は、窒化シリコン膜上でレジストパタンを形成する工程
が含まれる。このフィールド酸化膜形成を以下の実施例
のようにして行った。
Here, the steps for fabricating such a structure consist of dozens of steps. These steps can be roughly divided into three steps: a step up to the formation of a field oxide film, a step up to the formation of a gate, and a final step. Can be divided. Here, the process up to the first field oxide film formation (FIG. 2) includes a process of forming a resist pattern on the silicon nitride film. This field oxide film was formed as in the following examples.

【0080】公知の方法により、図2(a)のようにp
型シリコンウェハ21上に50nmの酸化膜22を形成
し、その上にプラズマCVDにより、200nmの窒化シ
リコン膜23を形成し、基板とする。この基板に実施例
2に示した材料および方法により、0.30μmライン
のレジストパタン24の形成を行う(図2(b))。こ
のレジストパタンをマスクとして、公知の方法で窒化シ
リコン膜23をエッチングした後(図2(c))、この
レジストパタン24を再びマスクにして、チャンネルス
トッパのためのホウ素のイオン打ち込みを行う。レジス
トを剥離後(図2(d))、窒化シリコン膜23をマス
クとする選択酸化により、素子分離領域に1.2μmの
フィールド酸化膜25を形成する(図2(e))。
According to a known method, as shown in FIG.
A 50 nm oxide film 22 is formed on a mold silicon wafer 21, and a 200 nm silicon nitride film 23 is formed thereon by plasma CVD to form a substrate. A resist pattern 24 having a 0.30 μm line is formed on the substrate by using the material and the method described in the second embodiment (FIG. 2B). After the silicon nitride film 23 is etched by a known method using the resist pattern as a mask (FIG. 2C), boron ions for channel stopper are implanted using the resist pattern 24 as a mask again. After removing the resist (FIG. 2D), a 1.2 μm field oxide film 25 is formed in the element isolation region by selective oxidation using the silicon nitride film 23 as a mask (FIG. 2E).

【0081】このあと公知の方法に従い、ゲート形成の
工程と、最終工程を行った。窒化シリコン膜をエッチン
グ後、ゲートを酸化し、多結晶シリコン26の成長を行
う(図2(f))。この基板に、実施例1に示したパタ
ン形成方法を用いて0.12μmラインのレジストパタ
ン27の形成を行う(図2(g))。このレジストパタ
ン27をマスクとして、公知の方法で多結晶シリコン2
6のエッチングを行い、ゲート28を形成する(図2
(h))。
Thereafter, a gate forming step and a final step were performed according to a known method. After etching the silicon nitride film, the gate is oxidized and polycrystalline silicon 26 is grown (FIG. 2F). A resist pattern 27 having a 0.12 μm line is formed on the substrate by using the pattern forming method described in the first embodiment (FIG. 2G). Using this resist pattern 27 as a mask, polycrystalline silicon 2 is formed by a known method.
6 is formed to form a gate 28 (FIG. 2).
(H)).

【0082】以下は図示を省略するが、ソース、ドレイ
ンの薄い酸化膜をエッチングし、ついで多結晶シリコン
ゲートとソースおよびドレインにヒ素を拡散し、多結晶
シリコンゲートとソース、ドレイン領域に酸化膜を形成
する。ゲート、ソース、ドレインへのアルミニウム配線
のためのコンタクトを開口し、アルミニウム上着とパタ
ンニングを行い、さらに保護膜を形成し、ボンディング
のためのパッドを開口する。このようにして図1のよう
なMOS型トランジスタが形成される。
Although not shown below, the thin oxide film of the source and drain is etched, arsenic is diffused in the polycrystalline silicon gate and the source and drain, and an oxide film is formed in the polycrystalline silicon gate and the source and drain regions. Form. Open contacts for aluminum wiring to the gate, source, and drain, perform aluminum coating and patterning, further form a protective film, and open pads for bonding. Thus, a MOS transistor as shown in FIG. 1 is formed.

【0083】ここではMOS型トランジスタについて、
特にフィールド酸化膜の形成方法を記述したが、本発明
はこれに限らないのは言うまでもなく、他の半導体素子
の製造方法、工程に適用できる。
Here, regarding the MOS transistor,
In particular, a method for forming a field oxide film has been described. However, it is needless to say that the present invention is not limited to this, but can be applied to other semiconductor device manufacturing methods and processes.

【0084】〈実施例7〉本発明の実施例1から3に示
したパタン形成方法を使って半導体メモリ素子を作製し
た。図3は素子の製造の主な工程を示す断面図である。
Example 7 A semiconductor memory device was manufactured by using the pattern forming method shown in Examples 1 to 3 of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view showing main steps of manufacturing the device.

【0085】図3(a)に示すように、P型のSi半導
体31を基板に用い、その表面に公知の素子分離技術を
用い素子分離領域32を形成する。次に、例えば厚さ1
50nmの多結晶Siと厚さ200nmのSiO2を積層し
た構造のワード線33を形成し、さらに化学気相成長法
を用いて例えば150nmのSiO2を被着し、異方的に
加工してワード線の側壁にSiO2のサイドスペーサ3
4を形成する。次に、通常の方法でn拡散層35を形成
する。次に図3(b)に示すように、通常の工程を経て
多結晶Siまたは高融点金属金属シリサイド、あるいは
これらの積層膜からなるデータ線36を形成する。
As shown in FIG. 3A, a P-type Si semiconductor 31 is used as a substrate, and an element isolation region 32 is formed on the surface thereof by using a known element isolation technique. Next, for example, thickness 1
A word line 33 having a structure in which 50 nm of polycrystalline Si and 200 nm of SiO 2 are laminated is formed, and further, for example, 150 nm of SiO 2 is deposited using a chemical vapor deposition method, and is processed anisotropically. Side spacers 3 of SiO 2 on side walls of word lines
4 is formed. Next, the n diffusion layer 35 is formed by a usual method. Next, as shown in FIG. 3B, a data line 36 made of polycrystalline Si, a refractory metal silicide, or a laminated film of these is formed through a normal process.

【0086】次に図3(c)に示すように、通常の工程
を経て多結晶Siからなる蓄積電極38を形成する。そ
の後、Ta25、Si34、SiO2、BST、PZ
T、強誘電体、あるいはこれらの複合膜などを被着し、
キャパシタ用絶縁膜39を形成する。引き続き多結晶S
i、高融点金属、高融点金属シリサイド、あるいはA
l、Cu等の低抵抗な導体を被着しプレート電極40を
形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, a storage electrode 38 made of polycrystalline Si is formed through a normal process. Then, Ta 2 O 5 , Si 3 N 4 , SiO 2 , BST, PZ
T, ferroelectric, or a composite film of these,
The capacitor insulating film 39 is formed. Continue with polycrystalline S
i, refractory metal, refractory metal silicide, or A
A plate electrode 40 is formed by applying a low-resistance conductor such as l or Cu.

【0087】次に図3(d)に示すように、通常の工程
を経て配線41を形成する。次に通常の配線形成工程や
パッシベーション工程を経てメモリ素子を作製した。な
お、ここでは、代表的な製造工程のみを説明したが、こ
れ以外は通常の製造工程を用いた。また、各工程の順番
が前後しても本発明は適用できる。
Next, as shown in FIG. 3D, a wiring 41 is formed through a normal process. Next, a memory element was manufactured through a normal wiring forming step and a passivation step. Note that, here, only typical manufacturing steps have been described, but other than this, ordinary manufacturing steps were used. Further, the present invention can be applied even if the order of each step is changed.

【0088】上記素子製造工程におけるリソグラフィ工
程では、ほとんどの工程に本発明の実施例1から3に示
したパタン形成材料および方法を適用したが、ネガ型レ
ジストでパタン形成するのが不向きな工程や、パタンの
寸法が大きい工程には、必ずしも本発明を適用する必要
はない。例えばパッシベーション工程での導通孔形成工
程や、イオン打ち込みマスク形成用工程のパタン形成に
は本発明は適用しなかった。
In the lithography process in the device manufacturing process, the pattern forming materials and the methods described in the first to third embodiments of the present invention are applied to almost all processes. The present invention is not necessarily applied to a process in which the size of the pattern is large. For example, the present invention was not applied to a conductive hole forming step in a passivation step or a pattern formation in an ion implantation mask forming step.

【0089】次に、リソグラフィで形成したパタンにつ
いて説明する。図4は製造したメモリ素子を構成するメ
モリ部の代表的なパタン配置を示す。42がワード線、
43がデータ線、44がアクティブ領域、45が蓄積電
極、46が電極取り出し孔のパタンである。この例にお
いても、ここに示した電極取り出し孔46の形成以外の
すべてに本発明の実施例1から3のパタン形成材料およ
び方法を用いた。ここに示したパタン形成以外でも、最
小設計ルールを用いる工程では本発明を用いた。
Next, a pattern formed by lithography will be described. FIG. 4 shows a typical pattern arrangement of a memory unit constituting a manufactured memory element. 42 is a word line,
43 is a data line, 44 is an active area, 45 is a storage electrode, and 46 is a pattern of an electrode extraction hole. Also in this example, the pattern forming materials and the methods of Examples 1 to 3 of the present invention were used for all except the formation of the electrode extraction hole 46 shown here. In addition to the pattern formation shown here, the present invention was used in the process using the minimum design rule.

【0090】本発明を用いて作製した素子は、従来法を
用いて作製した素子と比較するとパタン間の寸法を小さ
くできた、そのため同じ構造の素子が小さくでき、半導
体素子を製造する際に1枚のウェハから製造できる個数
が増え、歩留まりが向上した。
In the device manufactured by using the present invention, the size between the patterns could be reduced as compared with the device manufactured by using the conventional method. Therefore, the device having the same structure could be reduced. The number of wafers that can be manufactured from one wafer has increased, and the yield has improved.

【0091】〈比較例1〉 γ−ヒドロキシ酸構造を有するポリマー(5b)の合成 合成例1で用いたシトラコン酸無水物の代わりにマレイ
ン酸無水物を用いて重合を行った。5−メチレンビシク
ロ〔2.2.1〕ヘプト−2−エン21.2gと無水マ
レイン酸19.6gを2,2’−アゾビス(イソブチロ
ニトリル)2.56gにより重合して、37.5gの5
−メチレンビシクロ〔2.2.1〕ヘプト−2−エン−
無水マレイン酸共重合体(5a)を得た(収率92
%)。得られたポリマーの構造は、種々の分析法から化
13の構造が主であることがわかった。
Comparative Example 1 Synthesis of Polymer (5b) Having γ-Hydroxy Acid Structure Polymerization was performed using maleic anhydride instead of citraconic anhydride used in Synthesis Example 1. 21.2 g of 5-methylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene and 19.6 g of maleic anhydride were polymerized with 2.56 g of 2,2′-azobis (isobutyronitrile) to obtain 37.5 g. Of 5
-Methylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene-
A maleic anhydride copolymer (5a) was obtained (yield 92).
%). The structure of the obtained polymer was found to be mainly the structure of Chemical Formula 13 from various analytical methods.

【0092】ここで、式中、nは整数を表す。また、こ
のポリマーのポリスチレン換算の分子量を調べたとこ
ろ、重量平均分子量が5,800、数平均分子量が2,
500であった。
Here, in the formula, n represents an integer. Further, when the molecular weight of this polymer in terms of polystyrene was examined, the weight average molecular weight was 5,800 and the number average molecular weight was 2,
500.

【0093】[0093]

【化13】 Embedded image

【0094】合成例1と同様にして、水素化ホウ素ナト
リウムにより無水物の部分を還元し、加水分解したとこ
ろ、得られたポリマーの構造は、種々の分析法から(5
a)の無水物の部分が還元されてラクトン化した構造お
よびそれがさらに開環したγ−ヒドロキシ酸構造を少な
くとも有する化14または化15のポリマー(5b)で
あることがわかった。ここで、式中、lおよびmは整数
を表す。
When the anhydride portion was reduced and hydrolyzed with sodium borohydride in the same manner as in Synthesis Example 1, the structure of the obtained polymer was determined by various analytical methods according to (5).
It was found that the anhydride portion of a) was a reduced lactonized structure and that it was a polymer (5b) of Formula 14 or Formula 15 having at least a ring-opened γ-hydroxy acid structure. Here, in the formula, l and m represent integers.

【0095】[0095]

【化14】 Embedded image

【0096】[0096]

【化15】 Embedded image

【0097】得られたポリマー(5b)100重量部を
ジアセトンアルコール600重量部に溶解し、孔径0.
2μmのフィルタで濾過した。それを回転塗布し、10
0℃で2分間ベークしてポリマー膜を得た。
100 parts by weight of the obtained polymer (5b) was dissolved in 600 parts by weight of diacetone alcohol to obtain a polymer having a pore size of 0.
Filtered with a 2 μm filter. Spin it on, 10
Baking was performed at 0 ° C. for 2 minutes to obtain a polymer film.

【0098】シリコン基板上に塗布した膜(膜厚470
nm)をテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液
(濃度0.113重量%)に浸したところ、干渉色が変
化しながら6.2秒で溶け、残膜が0になった。次にそ
の膜を2.38重量%のテトラメチルアンモニウムヒド
ロキシド水溶液に浸したところ、膜は瞬時にして溶解
し、溶解速度は測定できなかった。
The film (film thickness 470) applied on the silicon substrate
nm) was immersed in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (concentration: 0.113% by weight). The solution melted in 6.2 seconds while the interference color changed, and the residual film became zero. Next, when the film was immersed in a 2.38% by weight aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide, the film was instantaneously dissolved, and the dissolution rate could not be measured.

【0099】上記ポリマー(5b)100重量部、酸発
生剤トリフェニルスルホニウムトリフレート3重量部を
ジアセトンアルコール600重量部に溶解し、孔径0.
20μmのテフロンフィルタを用いてろ過しレジスト溶
液とした。ヘキサメチルジシラザンで処理したシリコン
基板上に、上記のレジスト溶液を回転塗布し、塗布後9
0℃で2分間加熱処理して、膜厚0.40μmのレジス
ト膜を形成した。
100 parts by weight of the polymer (5b) and 3 parts by weight of an acid generator, triphenylsulfonium triflate, were dissolved in 600 parts by weight of diacetone alcohol.
The solution was filtered using a 20 μm Teflon filter to obtain a resist solution. The above resist solution is spin-coated on the silicon substrate treated with hexamethyldisilazane,
Heat treatment was performed at 0 ° C. for 2 minutes to form a resist film having a thickness of 0.40 μm.

【0100】実施例1と同様にArFエキシマレーザス
テッパ(NA=0.60)により、マスクを介して、上
記のレジスト膜の露光を行った。露光後、90℃で2分
間、露光後ベークを行った。続いて23℃のテトラメチ
ルアンモニウムヒドロキシド水溶液(0.113重量
%)にレジスト膜を浸漬したところ、膜の未露光部は1
2秒で溶解した。そこで現像は、その4倍の時間の48
秒間行い、続いて60秒間純水でリンスした。その結
果、露光量24mJ/cm2で、ネガ型の0.17μmライ
ンアンドスペースパタンが得られた。この際、パタンの
膨潤は見られなかった。
In the same manner as in Example 1, the resist film was exposed through an ArF excimer laser stepper (NA = 0.60) through a mask. After exposure, a post-exposure bake was performed at 90 ° C. for 2 minutes. Subsequently, the resist film was immersed in an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (0.113% by weight) at 23 ° C.
Dissolved in 2 seconds. Therefore, development takes 48 times as long as that time.
Rinsing with pure water for 60 seconds. As a result, a negative 0.17 μm line and space pattern was obtained at an exposure dose of 24 mJ / cm 2 . At this time, no swelling of the pattern was observed.

【0101】次に上記の条件で、露光および露光後ベー
クしたレジスト膜を、2.38重量%のテトラメチルア
ンモニウムヒドロキシド水溶液で現像したところ、膜の
未露光部は瞬時に溶解した。10秒間現像を行い、続い
て60秒間純水でリンスした。その結果、露光量30m
J/cm2で、ネガ型の0.30μmラインアンドスペース
パタンが得られたが、それ以下のパタンは解像できなか
った。
Next, the resist film exposed and baked after the exposure under the above conditions was developed with a 2.38% by weight aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide, and the unexposed portion of the film was instantaneously dissolved. Development was performed for 10 seconds, followed by rinsing with pure water for 60 seconds. As a result, the exposure amount is 30 m
At J / cm 2 , a negative 0.30 μm line and space pattern was obtained, but a pattern smaller than that could not be resolved.

【0102】[0102]

【発明の効果】本発明によれば、汎用の2.38重量%
のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液による
現像で、高解像度で微細パタンを膨潤することなしに形
成できた。しかもドライエッチング耐性の高い、ArF
エキシマレーザリソグラフィに適したネガ型の感放射線
組成物、およびそれを用いたパタン形成方法、さらには
それを用いた半導体装置の製造方法を提供できた。
According to the present invention, 2.38% by weight of general-purpose
By developing with a tetramethylammonium hydroxide aqueous solution, a high-resolution pattern could be formed without swelling the fine pattern. ArF with high dry etching resistance
A negative radiation-sensitive composition suitable for excimer laser lithography, a pattern forming method using the same, and a method for manufacturing a semiconductor device using the same were provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】MOS(金属−酸化物−半導体)型トランジス
タの断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a MOS (metal-oxide-semiconductor) transistor.

【図2】本発明のパタン形成方法を用いたフィールド酸
化膜、およびシリコンゲートの形成方法を示す断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a method for forming a field oxide film and a silicon gate using the pattern forming method of the present invention.

【図3】本発明のパタン形成方法を用いた半導体メモリ
素子の製造方法の過程の断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a process of a method of manufacturing a semiconductor memory device using the pattern forming method of the present invention.

【図4】メモリ素子を構成するメモリ部の代表的なパタ
ン配置を示す平面図。
FIG. 4 is a plan view showing a typical pattern arrangement of a memory unit constituting a memory element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12…フィールド酸化膜、13…ソースコンタクト、1
4…ドレインコンタクト、15…多結晶シリコン、16
…ソース電極、17…ドレイン電極、18…ゲート電
極、19…保護膜、22…酸化膜、23…窒化シリコン
膜、24…レジストパタン、25…フィールド酸化膜、
26…多結晶シリコン膜、27…レジストパタン、28
…多結晶シリコンゲート、31…P型Si半導体基板、
32…素子分離領域、33、42…ワード線、34…サ
イドスペーサ、35…n拡散層、36、43…データ
線、38、45…蓄積電極、39…キャパシタ用絶縁
膜、40…プレート電極、41…配線、44…アクティ
ブ領域、46…電極取り出し孔。
12 ... field oxide film, 13 ... source contact, 1
4 ... Drain contact, 15 ... Polycrystalline silicon, 16
... source electrode, 17 ... drain electrode, 18 ... gate electrode, 19 ... protective film, 22 ... oxide film, 23 ... silicon nitride film, 24 ... resist pattern, 25 ... field oxide film,
26 ... polycrystalline silicon film, 27 ... resist pattern, 28
... polycrystalline silicon gate, 31 ... P-type Si semiconductor substrate,
32 element isolation regions, 33, 42 word lines, 34 side spacers, 35 n diffusion layers, 36, 43 data lines 38, 45 storage electrodes, 39 insulating films for capacitors, 40 plate electrodes, 41: wiring, 44: active area, 46: electrode extraction hole.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C08F 236/20 C08F 236/20 5F046 C08K 5/36 C08K 5/36 C08L 45/00 C08L 45/00 47/00 47/00 G03F 7/20 502 G03F 7/20 502 521 521 7/32 7/32 7/38 501 7/38 501 H01L 21/027 H01L 21/30 502R 569E (72)発明者 横山 義之 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 老泉 博昭 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 白石 洋 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Fターム(参考) 2H025 AA02 AA04 AA09 AB16 AC04 AC08 AD01 BE00 BE10 CB11 CB41 CB43 CB45 FA12 FA17 FA39 FA41 2H096 AA25 BA06 EA03 EA05 FA01 GA09 HA11 HA30 2H097 CA13 CA17 FA02 HB03 JA02 JA03 LA10 4J002 BH021 BK001 BL021 EV236 EV246 EV296 FD206 GP03 4J100 AK31Q AR16P AS15P BA03H CA04 DA62 HA06 HA08 HA61 HB25 HB63 JA38 5F046 BA08 CA04 CB17 JA04 JA22 LA12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C08F 236/20 C08F 236/20 5F046 C08K 5/36 C08K 5/36 C08L 45/00 C08L 45/00 47 / 00 47/00 G03F 7/20 502 G03F 7/20 502 521 521 7/32 7/32 7/38 501 7/38 501 H01L 21/027 H01L 21/30 502R 569E (72) Inventor Yoshiyuki Yokoyama Yoshiyuki Kokubunji, Tokyo 1-280 Higashi Koigakubo, Hitachi, Ltd., Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Hiroaki Oizumi 1-280 Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo, Japan No. 280 F-term in Hitachi Central Research Laboratory, Ltd. (Reference) 2H025 AA02 AA04 AA09 AB 16 AC04 AC08 AD01 BE00 BE10 CB11 CB41 CB43 CB45 FA12 FA17 FA39 FA41 2H096 AA25 BA06 EA03 EA05 FA01 GA09 HA11 HA30 2H097 CA13 CA17 FA02 HB03 JA02 JA03 LA10 4J002 BH021 BK001 BL021 EV236 EV246 EV296 FD206 GP03 BA03 4 HB25 HB63 JA38 5F046 BA08 CA04 CB17 JA04 JA22 LA12

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】非共役環状ジエンおよびシトラコン酸無水
物の少なくとも2種類のモノマーからなる共重合体の酸
無水物部分の少なくとも一部を、還元して開環すること
により合成したγ−ヒドロキシ酸構造を有するポリマー
と酸発生剤を少なくとも含むことを特徴とする感放射線
組成物。
1. A γ-hydroxy acid synthesized by reducing and ring-opening at least a part of an acid anhydride portion of a copolymer comprising at least two kinds of monomers, a non-conjugated cyclic diene and a citraconic anhydride. A radiation-sensitive composition comprising at least a polymer having a structure and an acid generator.
【請求項2】請求項1に記載の感放射線組成物におい
て、上記非共役環状ジエンが5−メチレンビシクロ
〔2.2.1〕ヘプト−2−エンであることを特徴とす
る感放射線組成物。
2. The radiation-sensitive composition according to claim 1, wherein the non-conjugated cyclic diene is 5-methylenebicyclo [2.2.1] hept-2-ene. .
【請求項3】請求項1または2に記載の感放射線組成物
において、上記γ−ヒドロキシ酸構造を有するポリマー
100重量部に対して、上記酸発生剤を0.1重量部か
ら50重量部用いることを特徴とする感放射線組成物。
3. The radiation-sensitive composition according to claim 1, wherein the acid generator is used in an amount of 0.1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer having a γ-hydroxy acid structure. A radiation-sensitive composition, comprising:
【請求項4】基体上に請求項1から3のいずれかに記載
の感放射線組成物からなる塗膜を形成する工程、前記塗
膜に所定のパタンの活性化学線を照射する工程、前記活
性放射線の照射後に基板を加熱する工程、前記基板の加
熱後に上記塗膜をアルカリ水溶液にさらして、活性放射
線の未照射部を除去することを特徴とするネガ型のパタ
ン形成方法。
4. A step of forming a coating film comprising the radiation-sensitive composition according to claim 1 on a substrate, a step of irradiating the coating film with an actinic ray of a predetermined pattern, A method for forming a negative-type pattern, comprising: a step of heating a substrate after irradiation with radiation; and exposing the coating film to an aqueous alkali solution after heating the substrate to remove a non-irradiated portion of active radiation.
【請求項5】請求項4に記載のパタン形成方法におい
て、上記活性化学線が波長250nm以下の遠紫外光であ
ることを特徴とするパタン形成方法。
5. The pattern forming method according to claim 4, wherein said active actinic ray is far ultraviolet light having a wavelength of 250 nm or less.
【請求項6】請求項4または5に記載のパタン形成方法
において、上記活性化学線がArFエキシマレーザ光で
あることを特徴とするパタン形成方法。
6. The pattern forming method according to claim 4, wherein said active actinic ray is ArF excimer laser light.
【請求項7】請求項4から6のいずれかに記載のパタン
形成方法において、上記所定のパタンの活性化学線が位
相シフトマスクを介したArFエキシマレーザ光である
ことを特徴とするパタン形成方法。
7. The pattern forming method according to claim 4, wherein the active actinic radiation of the predetermined pattern is ArF excimer laser light through a phase shift mask. .
【請求項8】請求項4から7のいずれかに記載のパタン
形成方法において、上記アルカリ水溶液はテトラアルキ
ルアンモニウムヒドロキシド水溶液であることを特徴と
するパタン形成方法。
8. The pattern forming method according to claim 4, wherein said alkaline aqueous solution is a tetraalkylammonium hydroxide aqueous solution.
【請求項9】請求項4から8のいずれかに記載のパタン
形成方法により、半導体基板上にレジストパタンを形成
する工程、前記レジストパタンをもとに、前記半導体基
板をエッチング加工する工程またはイオンを打ち込む工
程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. A step of forming a resist pattern on a semiconductor substrate by the pattern forming method according to claim 4, a step of etching the semiconductor substrate based on the resist pattern, or a step of ion etching. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8088554B2 (en) * 2005-04-14 2012-01-03 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd Bottom resist layer composition and patterning process using the same

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