JP2006319152A - 膜パターンおよびその形成方法、配線構造体、ならびに半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 精密で微細な膜パターンを得ることができる膜パターンの形成方法、該膜パターンの形成方法により得られた膜パターン、該膜パターンを含む配線構造体、ならびに該配線構造体を含む半導体装置を提供する。
【解決手段】 本発明の膜パターンの形成方法は、（ａ）エネルギー硬化型の膜形成用材料を基体上に配置する工程と、（ｂ）凸部および凹部を含むパターンを有するテンプレートを使用して、前記パターンと前記膜形成用材料とを接触させた状態で、該膜形成用材料にエネルギーを付与する工程と、を含む。
【選択図】 図４

Description

本発明は、膜パターンおよびその形成方法、配線構造体、ならびに半導体装置に関する。

近年、あらゆる技術分野において、デバイス内に設けられた膜の微細加工技術が求められている。例えば、光学部材（例えば、光学レンズ、光学フィルタ、回折格子、フォトニック結晶）を形成する場合や、半導体装置内の絶縁膜やバイオチップ基板をパターニングする場合、精密な微細加工技術が求められている。

膜の微細加工技術としては、一般に、リソグラフィーが用いられている。リソグラフィーとは、膜を切削することにより、膜を所定のパターンに加工する技術である。しかしながら、リソグラフィーを使用して膜をパターニングする場合、膜を切削する際にダメージが膜に加わり、膜質が劣化することがある。

本発明の目的は、工程を簡略化することができ、かつ、ダメージが低減された精密で微細な膜パターンを得ることができる膜パターンの形成方法を提供することである。

本発明の他の目的は、前記膜パターンの形成方法によって得られた膜パターン、該膜パターンを含む配線構造体、ならびに半導体装置を提供することである。

本発明の膜パターンの形成方法は、
（ａ）エネルギー硬化型の膜形成用材料を基体上に配置する工程と、
（ｂ）凸部および凹部を含むパターンを有するテンプレートを使用して、前記パターンと前記膜形成用材料とを接触させた状態で、該膜形成用材料にエネルギーを付与する工程と、
を含む。

本発明において、「エネルギー硬化型の膜形成用材料」とは、エネルギーを付与すると硬化する性質を有する膜形成用材料をいう。

ここで、上記本発明の膜パターンの形成方法において、前記工程（ｂ）の後、前記テンプレートを剥離する工程をさらに含むことができる。

ここで、上記本発明の膜パターンの形成方法において、前記前記エネルギーは、熱および／または放射線であることができる。

ここで、上記本発明の膜パターンの形成方法において、前記放射線は、赤外線、可視光線、紫外線、電子線、およびＸ線から選択される少なくとも１種であることができる。

ここで、上記本発明の膜パターンの形成方法において、前記膜形成用材料は、有機シリカゾルおよび有機溶剤を含むことができる。

本発明の膜パターンは、上記本発明の膜パターンの形成方法により得られる。

本発明の配線構造体は、上記本発明の膜パターンおよび配線層を含み、
前記膜パターンが絶縁膜からなり、かつ凹部を含み、
前記配線層は前記凹部に設けられた。

本発明の半導体装置は、上記本発明の配線構造体を含む。

本発明の膜パターンの形成方法によれば、凸部および凹部を含むパターンを有するテンプレートを使用して、前記パターンと前記膜形成用材料とを接触させた状態で、該膜形成用材料にエネルギーを付与する工程を含むことにより、工程を簡略化することができ、かつ、ダメージが低減された精密で微細な膜パターンを形成することができる。

本発明の配線構造体によれば、上記本発明の膜パターンおよび配線層を含み、前記膜パターンが絶縁膜からなり、かつ凹部を含み、前記配線層が前記凹部に設けられていることにより、微細なパターンを有し、かつ、良好に絶縁された配線層を含むことができる。

本発明の半導体装置によれば、上記本発明の配線構造体を含み、該配線構造体はダメージが低減された精密で微細な膜パターンを含むため、信頼性の向上、高集積化および微細化が達成可能である。

以下、本実施の形態の膜パターンの形成方法、該形成方法によって得られた膜パターン、配線構造体、ならびに半導体装置について、詳細に説明する。

１．膜パターンの形成方法
図１〜図５はそれぞれ、本実施の形態の膜パターンの形成方法の一工程を模式的に示す断面図である。

本実施の形態の膜パターンの形成方法は、（ａ）エネルギー硬化型の膜形成用材料１２ａを配置する工程（図１および図２参照）と、（ｂ）凸部１６ａおよび凹部１６ｂを含むパターン１６ｃを有するテンプレート（型）１６を使用して、パターン１６ｃと膜形成用材料１２ａとを接触させた状態で、膜形成用材料１２ａにエネルギー１８を付与する工程（図３および図４参照）と、を含む。以上の工程により、膜形成用材料１２ａが硬化することにより、膜パターン１２が基体１０上に形成される（図５参照）。以下、本実施の形態の膜パターンの形成方法について、より具体的に説明する。

まず、図１に示すように、膜パターン１２を形成するための基体１０を準備する。基体１０の材質は、膜パターン１２を形成することができる表面を有するものであれば特に限定されない。基体１０の種類については、「膜パターン」の項にて後述する。

次に、図２に示すように、材料供給部１４から、エネルギー硬化型の膜形成用材料１２ａを基体１０の表面１０ａ上に配置する。膜形成用材料１２ａは、後述する工程において、テンプレート１６を接触させる際に変形可能な材料であり、例えば、液体、または流動性を有する固体であることが好ましい。

膜形成用材料１２ａを基体１０上に配置する方法としては、膜形成用材料１２ａを基体１０の表面１０ａに塗布する方法や、膜形成用材料１２ａを基体１０の表面１０ａに吐出する方法が挙げられる。また、図２においては、膜形成用材料１２ａからなる塗布膜が基体１０上に配置されている場合を示したが、膜形成用材料１２ａの配置態様はこれに限定されない。すなわち、基体１０上に配置される膜形成用材料１２ａの量、範囲およびパターンは、形成する膜パターン１２（図５参照）の形状、範囲および膜厚に応じて適宜調整するのが好ましい。

膜形成用材料１２ａを基体１０の表面１０ａに塗布する方法としては、例えば、スピンコート法、浸漬法、ロールコート法、スプレー法などの手段が挙げられる。また、膜形成用材料１２ａを基体１０の表面１０ａに吐出する方法としては、ディスペンサ法、インクジェット法等の手段が挙げられる。

膜形成用材料１２ａは、エネルギー硬化型の材料であれば特に限定されない。例えば、膜形成用材料１２ａとしては、エネルギーを付与することによりシリカ系膜を形成可能な材料を使用することができ、このような材料としては、例えば、液体状の膜形成用組成物が挙げられる。液体状の膜形成用組成物は例えば、有機シリカゾルおよび有機溶剤を含む。この液体状の膜形成用組成物を膜形成用材料１２ａとして使用する場合、エネルギーの付与により有機シリカゾルが硬化して、膜（シリカ系膜）が得られる。また、有機溶剤としては、有機シリカゾルを溶解させることができるものであれば特に限定されない。

シリカ系膜を形成可能な膜形成用材料１２ａとしては、例えば、下記の膜形成用組成物Ａが挙げられる。膜形成用組成物Ａは、下記一般式（１）で表される化合物１、下記一般式（２）で表される化合物２、下記一般式（３）で表される化合物３、および下記一般式（４）で表される化合物４から選ばれたシラン化合物を加水分解、縮合して得られた加水分解縮合物であって、炭素原子を１１．８〜１６．７モル％含有する有機シリカゾルと、有機溶剤と、を含む。膜形成用組成物Ａは、熱および紫外線を用いて硬化することが好ましい。このように、加熱および紫外線照射を同時に行なうことにより、比較的低温かつ短時間で有機シリカゾルの縮合反応を充分に達成することができる。

膜形成用組成物Ａは、上述の組成および炭素濃度を有するため、この膜形成用組成物Ａから膜パターン１２を形成する場合、低温で短時間に膜を形成することができ、かつ、比誘電率や弾性率などの絶縁膜特性に優れた膜パターン１２を得ることができる。すなわち、膜形成用組成物Ａは膜形成用材料１２ａとして、絶縁膜からなる膜パターン１２を形成するのに有用である。

Ｒ^１Ｓｉ（ＯＲ^２）_３ ・・・・・（１）
（式中、Ｒ^１はアルキル基またはアリール基、Ｒ^２はアルキル基またはアリール基を示す。）
Ｓｉ（ＯＲ^３）_４ ・・・・・（２）
（式中、Ｒ^３はアルキル基またはアリール基を示す。）
（Ｒ^４）_２Ｓｉ（ＯＲ^５）_２ ・・・・・（３）
（式中、Ｒ^４はアルキル基またはアリール基、Ｒ^５はアルキル基またはアリール基を示す。）
Ｒ^６ _ｂ（Ｒ^７Ｏ）_３−ｂＳｉ−（Ｒ^１０）_ｄ−Ｓｉ（ＯＲ^８）_３−ｃＲ^９ _ｃ・・・（４）
（式中、Ｒ^６〜Ｒ^９は同一または異なり、それぞれアルキル基またはアリール基を示し、ｂおよびｃは同一または異なり、０〜２の数を示し、Ｒ^１０は酸素原子、フェニレン基または−（ＣＨ_２）_ｍ−で表される基（ここで、ｍは１〜６の整数である）、ｄは０または１を示す。）

上記一般式（１）において、Ｒ^２は、特にアルキル基またはフェニル基であることが好ましい。ここで、アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などが挙げられ、好ましくは炭素数１〜５であり、これらのアルキル基は鎖状でも、分岐していてもよく、さらに水素原子がフッ素原子などに置換されていてもよい。上記一般式（１）において、アリール基としては、フェニル基、ナフチル基、メチルフェニル基、エチルフェニル基、クロロフェニル基、ブロモフェニル基、フルオロフェニル基などを挙げることができる。また、上記一般式（２）〜（４）において、Ｒ^３〜Ｒ^９としては、上記一般式（１）のＲ^１，Ｒ^２として例示したものと同様の基を挙げることができる。

化合物１の具体例としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリ−ｎ−プロポキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、メチルトリ−ｎ−ブトキシシラン、メチルトリ−ｓｅｃ−ブトキシシラン、メチルトリ−ｔｅｒｔ−ブトキシシラン、メチルトリフェノキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリ−ｎ−プロポキシシラン、エチルトリイソプロポキシシラン、エチルトリ−ｎ−ブトキシシラン、エチルトリ−ｓｅｃ−ブトキシシラン、エチルトリ−ｔｅｒｔ−ブトキシシラン、エチルトリフェノキシシラン、ｎ−プロピルトリメトキシシラン、ｎ−プロピルトリエトキシシラン、ｎ−プロピルトリ−ｎ−プロポキシシラン、ｎ−プロピルトリイソプロポキシシラン、ｎ−プロピルトリ−ｎ−ブトキシシラン、ｎ−プロピルトリ−ｓｅｃ−ブトキシシラン、ｎ−プロピルトリ−ｔｅｒｔ−ブトキシシラン、ｎ−プロピルトリフェノキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン、イソプロピルトリ−ｎ−プロポキシシラン、イソプロピルトリイソプロポキシシラン、イソプロピルトリ−ｎ−ブトキシシラン、イソプロピルトリ−ｓｅｃ−ブトキシシラン、イソプロピルトリ−ｔｅｒｔ−ブトキシシラン、イソプロピルトリフェノキシシラン、ｎ−ブチルトリメトキシシラン、ｎ−ブチルトリエトキシシラン、ｎ−ブチルトリ−ｎ−プロポキシシラン、ｎ−ブチルトリイソプロポキシシラン、ｎ−ブチルトリ−ｎ−ブトキシシラン、ｎ−ブチルトリ−ｓｅｃ−ブトキシシラン、ｎ−ブチルトリ−ｔｅｒｔ−ブトキシシラン、ｎ−ブチルトリフェノキシシラン、ｓｅｃ−ブチルトリメトキシシラン、ｓｅｃ−ブチルイソトリエトキシシラン、ｓｅｃ−ブチルトリ−ｎ−プロポキシシラン、ｓｅｃ−ブチルトリイソプロポキシシラン、ｓｅｃ−ブチルトリ−ｎ−ブトキシシラン、ｓｅｃ−ブチルトリ−ｓｅｃ−ブトキシシラン、ｓｅｃ−ブチルトリ−ｔｅｒｔ−ブトキシシラン、ｓｅｃ−ブチルトリフェノキシシラン、ｔｅｒｔ−ブチルトリメトキシシラン、ｔｅｒｔ−ブチルトリエトキシシラン、ｔｅｒｔ−ブチルト−ｎ−プロポキシシラン、ｔｅｒｔ−ブチルトリイソプロポキシシラン、ｔｅｒｔ−ブチルトリ−ｎ−ブトキシシラン、ｔｅｒｔ−ブチルトリ−ｓｅｃ−ブトキシシラン、ｔｅｒｔ−ブチルトリ−ｔｅｒｔ−ブトキシシラン、ｔｅｒｔ−ブチルトリフェノキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリ−ｎ−プロポキシシラン、フェニルトリイソプロポキシシラン、フェニルトリ−ｎ−ブトキシシラン、フェニルトリ−ｓｅｃ−ブトキシシラン、フェニルトリ−ｔｅｒｔ−ブトキシシラン、フェニルトリフェノキシシランが挙げられる。これらは、１種あるいは２種以上を同時に使用してもよい。

化合物１として特に好ましい化合物は、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリ−ｎ−プロポキシシラン、メチルトリ−ｉｓｏ−プロポキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシランなどである。

化合物２の具体例としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ−ｎ−プロポキシシラン、テトラ−ｉｓｏ−プロポキシシラン、テトラ−ｎ−ブトキシラン、テトラ−ｓｅｃ−ブトキシシラン、テトラ−ｔｅｒｔ−ブトキシシラン、テトラフェノキシシランなどを挙げることができ、特に好ましい化合物としてはテトラメトキシシラン、テトラエトキシシランが挙げられる。これらは、１種あるいは２種以上を同時に使用してもよい。

化合物３の具体例としては、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジ−ｎ−プロポキシシラン、ジメチルジイソプロポキシシラン、ジメチルジ−ｎ−ブトキシシラン、ジメチルジ−ｓｅｃ−ブトキシシラン、ジメチルジ−ｔｅｒｔ−ブトキシシラン、ジメチルジフェノキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジ−ｎ−プロポキシシラン、ジエチルジイソプロポキシシラン、ジエチルジ−ｎ−ブトキシシラン、ジエチルジ−ｓｅｃ−ブトキシシラン、ジエチルジ−ｔｅｒｔ−ブトキシシラン、ジエチルジフェノキシシラン、ジ−ｎ−プロピルジメトキシシラン、ジ−ｎ−プロピルジエトキシシラン、ジ−ｎ−プロピルジ−ｎ−プロポキシシラン、ジ−ｎ−プロピルジイソプロポキシシラン、ジ−ｎ−プロピルジ−ｎ−ブトキシシラン、ジ−ｎ−プロピルジ−ｓｅｃ−ブトキシシラン、ジ−ｎ−プロピルジ−ｔｅｒｔ−ブトキシシラン、ジ−ｎ−プロピルジ−フェノキシシラン、ジイソプロピルジメトキシシラン、ジイソプロピルジエトキシシラン、ジイソプロピルジ−ｎ−プロポキシシラン、ジイソプロピルジイソプロポキシシラン、ジイソプロピルジ−ｎ−ブトキシシラン、ジイソプロピルジ−ｓｅｃ−ブトキシシラン、ジイソプロピルジ−ｔｅｒｔ−ブトキシシラン、ジイソプロピルジフェノキシシラン、ジ−ｎ−ブチルジメトキシシラン、ジ−ｎ−ブチルジエトキシシラン、ジ−ｎ−ブチルジ−ｎ−プロポキシシラン、ジ−ｎ−ブチルジイソプロポキシシラン、ジ−ｎ−ブチルジ−ｎ−ブトキシシラン、ジ−ｎ−ブチルジ−ｓｅｃ−ブトキシシラン、ジ−ｎ−ブチルジ−ｔｅｒｔ−ブトキシシラン、ジ−ｎ−ブチルジ−フェノキシシラン、ジ−ｓｅｃ−ブチルジメトキシシラン、ジ−ｓｅｃ−ブチルジエトキシシラン、ジ−ｓｅｃ−ブチルジ−ｎ−プロポキシシラン、ジ−ｓｅｃ−ブチルジイソプロポキシシラン、ジ−ｓｅｃ−ブチルジ−ｎ−ブトキシシラン、ジ−ｓｅｃ−ブチルジ−ｓｅｃ−ブトキシシラン、ジ−ｓｅｃ−ブチルジ−ｔｅｒｔ−ブトキシシラン、ジ−ｓｅｃ−ブチルジ−フェノキシシラン、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルジメトキシシラン、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルジエトキシシラン、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルジ−ｎ−プロポキシシラン、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルジイソプロポキシシラン、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルジ−ｎ−ブトキシシラン、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルジ−ｓｅｃ−ブトキシシラン、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルジ−ｔｅｒｔ−ブトキシシラン、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルジ−フェノキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジ−ｎ−プロポキシシラン、ジフェニルジイソプロポキシシラン、ジフェニルジ−ｎ−ブトキシシラン、ジフェニルジ−ｓｅｃ−ブトキシシラン、ジフェニルジ−ｔｅｒｔ−ブトキシシラン、ジフェニルジフェノキシシランが挙げられる。

化合物３として特に好ましい化合物は、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシランなどである。これらは１種あるいは２種以上を同時に使用してもよい。

上記一般式（４）において、ｄ＝０である化合物４としては、ヘキサメトキシジシラン、ヘキサエトキシジシラン、ヘキサフェノキシジシラン、１，１，１，２，２−ペンタメトキシ−２−メチルジシラン、１，１，１，２，２−ペンタエトキシ−２−メチルジシラン、１，１，１，２，２−ペンタフェノキシ−２−メチルジシラン、１，１，１，２，２−ペンタメトキシ−２−エチルジシラン、１，１，１，２，２−ペンタエトキシ−２−エチルジシラン、１，１，１，２，２−ペンタフェノキシ−２−エチルジシラン、１，１，１，２，２−ペンタメトキシ−２−フェニルジシラン、１，１，１，２，２−ペンタエトキシ−２−フェニルジシラン、１，１，１，２，２−ペンタフェノキシ−２−フェニルジシラン、１，１，２，２−テトラメトキシ−１，２−ジメチルジシラン、１，１，２，２−テトラエトキシ−１，２−ジメチルジシラン、１，１，２，２−テトラフェノキシ−１，２−ジメチルジシラン、１，１，２，２−テトラメトキシ−１，２−ジエチルジシラン、１，１，２，２−テトラエトキシ−１，２−ジエチルジシラン、１，１，２，２−テトラフェノキシ−１，２−ジエチルジシラン、１，１，２，２−テトラメトキシ−１，２−ジフェニルジシラン、１，１，２，２−テトラエトキシ−１，２−ジフェニルジシラン、１，１，２，２−テトラフェノキシ−１，２−ジフェニルジシラン、１，１，２−トリメトキシ−１，２，２−トリメチルジシラン、１，１，２−トリエトキシ−１，２，２−トリメチルジシラン、１，１，２−トリフェノキシ−１，２，２−トリメチルジシラン、１，１，２−トリメトキシ−１，２，２−トリエチルジシラン、１，１，２−トリエトキシ−１，２，２−トリエチルジシラン、１，１，２−トリフェノキシ−１，２，２−トリエチルジシラン、１，１，２−トリメトキシ−１，２，２−トリフェニルジシラン、１，１，２−トリエトキシ−１，２，２−トリフェニルジシラン、１，１，２−トリフェノキシ−１，２，２−トリフェニルジシラン、１，２−ジメトキシ−１，１，２，２−テトラメチルジシラン、１，２−ジエトキシ−１，１，２，２−テトラメチルジシラン、１，２−ジフェノキシ−１，１，２，２−テトラメチルジシラン、１，２−ジメトキシ−１，１，２，２−テトラエチルジシラン、１，２−ジエトキシ−１，１，２，２−テトラエチルジシラン、１，２−ジフェノキシ−１，１，２，２−テトラエチルジシラン、１，２−ジメトキシ−１，１，２，２−テトラフェニルジシラン、１，２−ジエトキシ−１，１，２，２−テトラフェニルジシラン、１，２−ジフェノキシ−１，１，２，２−テトラフェニルジシランなどを挙げることができる。

これらのうち、ヘキサメトキシジシラン、ヘキサエトキシジシラン、１，１，２，２−テトラメトキシ−１，２−ジメチルジシラン、１，１，２，２−テトラエトキシ−１，２−ジメチルジシラン、１，１，２，２−テトラメトキシ−１，２−ジフェニルジシラン、１，２−ジメトキシ−１，１，２，２−テトラメチルジシラン、１，２−ジエトキシ−１，１，２，２−テトラメチルジシラン、１，２−ジメトキシ−１，１，２，２−テトラフェニルジシラン、１，２−ジエトキシ−１，１，２，２−テトラフェニルジシランなどを、好ましい例として挙げることができる。

さらに、上記一般式（４）において、Ｒ^１０がｄ＝１の化合物としては、ビス（トリメトキシシリル）メタン、ビス（トリエトキシシリル）メタン、ビス（トリ−ｎ−プロポキシシリル）メタン、ビス（トリ−ｉｓｏ−プロポキシシリル）メタン、ビス（トリ−ｎ−ブトキシシリル）メタン、ビス（トリ−ｓｅｃ−ブトキシシリル）メタン、ビス（トリ−ｔｅｒｔ−ブトキシシリル）メタン、１，２−ビス（トリメトキシシリル）エタン、１，２−ビス（トリエトキシシリル）エタン、１，２−ビス（トリ−ｎ−プロポキシシリル）エタン、１，２−ビス（トリ−ｉｓｏ−プロポキシシリル）エタン、１，２−ビス（トリ−ｎ−ブトキシシリル）エタン、１，２−ビス（トリ−ｓｅｃ−ブトキシシリル）エタン、１，２−ビス（トリ−ｔｅｒｔ−ブトキシシリル）エタン、１−（ジメトキシメチルシリル）−１−（トリメトキシシリル）メタン、１−（ジエトキシメチルシリル）−１−（トリエトキシシリル）メタン、１−（ジ−ｎ−プロポキシメチルシリル）−１−（トリ−ｎ−プロポキシシリル）メタン、１−（ジ−ｉｓｏ−プロポキシメチルシリル）−１−（トリ−ｉｓｏ−プロポキシシリル）メタン、１−（ジ−ｎ−ブトキシメチルシリル）−１−（トリ−ｎ−ブトキシシリル）メタン、１−（ジ−ｓｅｃ−ブトキシメチルシリル）−１−（トリ−ｓｅｃ−ブトキシシリル）メタン、１−（ジ−ｔｅｒｔ−ブトキシメチルシリル）−１−（トリ−ｔｅｒｔ−ブトキシシリル）メタン、１−（ジメトキシメチルシリル）−２−（トリメトキシシリル）エタン、１−（ジエトキシメチルシリル）−２−（トリエトキシシリル）エタン、１−（ジ−ｎ−プロポキシメチルシリル）−２−（トリ−ｎ−プロポキシシリル）エタン、１−（ジ−ｉｓｏ−プロポキシメチルシリル）−２−（トリ−ｉｓｏ−プロポキシシリル）エタン、１−（ジ−ｎ−ブトキシメチルシリル）−２−（トリ−ｎ−ブトキシシリル）エタン、１−（ジ−ｓｅｃ−ブトキシメチルシリル）−２−（トリ−ｓｅｃ−ブトキシシリル）エタン、１−（ジ−ｔｅｒｔ−ブトキシメチルシリル）−２−（トリ−ｔｅｒｔ−ブトキシシリル）エタン、ビス（ジメトキシメチルシリル）メタン、ビス（ジエトキシメチルシリル）メタン、ビス（ジ−ｎ−プロポキシメチルシリル）メタン、ビス（ジ−ｉｓｏ−プロポキシメチルシリル）メタン、ビス（ジ−ｎ−ブトキシメチルシリル）メタン、ビス（ジ−ｓｅｃ−ブトキシメチルシリル）メタン、ビス（ジ−ｔｅｒｔ−ブトキシメチルシリル）メタン、１，２−ビス（ジメトキシメチルシリル）エタン、１，２−ビス（ジエトキシメチルシリル）エタン、１，２−ビス（ジ−ｎ−プロポキシメチルシリル）エタン、１，２−ビス（ジ−ｉｓｏ−プロポキシメチルシリル）エタン、１，２−ビス（ジ−ｎ−ブトキシメチルシリル）エタン、１，２−ビス（ジ−ｓｅｃ−ブトキシメチルシリル）エタン、１，２−ビス（ジ−ｔｅｒｔ−ブトキシメチルシリル）エタン、１，２−ビス（トリメトキシシリル）ベンゼン、１，２−ビス（トリエトキシシリル）ベンゼン、１，２−ビス（トリ−ｎ−プロポキシシリル）ベンゼン、１，２−ビス（トリ−ｉｓｏ−プロポキシシリル）ベンゼン、１，２−ビス（トリ−ｎ−ブトキシシリル）ベンゼン、１，２−ビス（トリ−ｓｅｃ−ブトキシシリル）ベンゼン、１，２−ビス（トリ−ｔｅｒｔ−ブトキシシリル）ベンゼン、１，３−ビス（トリメトキシシリル）ベンゼン、１，３−ビス（トリエトキシシリル）ベンゼン、１，３−ビス（トリ−ｎ−プロポキシシリル）ベンゼン、１，３−ビス（トリ−ｉｓｏ−プロポキシシリル）ベンゼン、１，３−ビス（トリ−ｎ−ブトキシシリル）ベンゼン、１，３−ビス（トリ−ｓｅｃ−ブトキシシリル）ベンゼン、１，３−ビス（トリ−ｔｅｒｔ−ブトキシシリル）ベンゼン、１，４−ビス（トリメトキシシリル）ベンゼン、１，４−ビス（トリエトキシシリル）ベンゼン、１，４−ビス（トリ−ｎ−プロポキシシリル）ベンゼン、１，４−ビス（トリ−ｉｓｏ−プロポキシシリル）ベンゼン、１，４−ビス（トリ−ｎ−ブトキシシリル）ベンゼン、１，４−ビス（トリ−ｓｅｃ−ブトキシシリル）ベンゼン、１，４−ビス（トリ−ｔｅｒｔ−ブトキシシリル）ベンゼンなど挙げることができる。

これらのうち、ビス（トリメトキシシリル）メタン、ビス（トリエトキシシリル）メタン、１，２−ビス（トリメトキシシリル）エタン、１，２−ビス（トリエトキシシリル）エタン、１−（ジメトキシメチルシリル）−１−（トリメトキシシリル）メタン、１−（ジエトキシメチルシリル）−１−（トリエトキシシリル）メタン、１−（ジメトキシメチルシリル）−２−（トリメトキシシリル）エタン、１−（ジエトキシメチルシリル）−２−（トリエトキシシリル）エタン、ビス（ジメトキシメチルシリル）メタン、ビス（ジエトキシメチルシリル）メタン、１，２−ビス（ジメトキシメチルシリル）エタン、１，２−ビス（ジエトキシメチルシリル）エタン、１，２−ビス（トリメトキシシリル）ベンゼン、１，２−ビス（トリエトキシシリル）ベンゼン、１，３−ビス（トリメトキシシリル）ベンゼン、１，３−ビス（トリエトキシシリル）ベンゼン、１，４−ビス（トリメトキシシリル）ベンゼン、１，４−ビス（トリエトキシシリル）ベンゼンなどを好ましい例として挙げることができる。上述した化合物４は、１種あるいは２種以上を同時に使用してもよい。

膜形成用組成物Ａにおいて、炭素原子の割合は、１１．８〜１６．７モル％である。炭素含量が１１．８モル％より少ないと、固相反応での拡散障壁が高く、紫外線を照射しても反応が促進されにくい。炭素含量が１６．７モル％より多すぎると、分子の運動性が高まりすぎて、弾性率が低く、場合によってはガラス転移点を示すような膜となり好ましくない。

また、膜形成用組成物Ａにおいて、上記一般式（１）で表される化合物１は、シラン化合物の好ましくは６０モル％以上、より好ましくは６５〜９５モル％の割合で含まれる。また、シラン化合物中の上記一般式（２）で表される化合物２は、好ましくは４０モル％以下、より好ましくは化合物５〜３５モル％の割合で含まれる。膜形成用組成物Ａにおいては、上述したように、少なくとも化合物１と化合物２とを含む。

膜形成用組成物Ａは、必要に応じて、上記一般式（３）で表される化合物３および上記一般式（４）で表される化合物４を含むことができる。これらの化合物３，４の含有量は、シラン化合物全体に対して３５モル％以下であることが望ましい。化合物３および化合物４の含有量が３５モル％を越えると、膜形成用組成物Ａを得る段階で、有機シリカゾルの分子量を制御することが極めて難しく、場合によってはゲル化を起こすことがあり、好ましくない。

膜形成用組成物Ａにおける有機シリカゾルの分子量は、５００〜５００，０００であることができる。分子量がこの範囲より大きすぎると、粒子が生成しやすく、また、シリカ系膜内の細孔が大きくなりすぎて好ましくない。一方、分子量がこの範囲より低いと、塗布性や保存安定性に問題が生じやすい。

また、膜形成用材料１２ａとして、エネルギーを付与することにより有機系膜を形成可能な材料を使用してもよい。

後述する工程において、膜形成用材料１２ａに付与するエネルギーは、膜形成用材料１２ａを硬化させることができるものを使用する。ここで、エネルギーは、熱および／または放射線であるのが好ましい。すなわち、熱および放射線を同時に付与してもよいし、あるいは熱および放射線のいずれか一方を付与してもよい。

膜形成用材料１２ａに付与するエネルギーとして熱を用いる場合、膜形成用材料１２ａに熱を付与する際の方法としては、例えば、ホットプレート、オーブン、ファーネスなどを使用することができ、加熱雰囲気としては、例えば、大気下、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、真空下、酸素濃度をコントロールした減圧下などで行なうことができる。

膜形成用材料１２ａに付与するエネルギーとして放射線を用いる場合、放射線は、より具体的には、赤外線、可視光線、紫外線、電子線、およびＸ線から選択される少なくとも１種であることができ、紫外線または電子線を使用するのが特に好ましい。また、膜形成用材料１２ａの硬化速度を制御するため、必要に応じて、段階的に加熱したり、窒素、空気、酸素などの雰囲気下で硬化させたりしてもよく、減圧下で硬化させてもよい。

次いで、図３に示すように、テンプレート１６を膜形成用材料１２ａ上に配置する。テンプレート１６は、複数の凸部１６ａおよび凹部１６ｂを含むパターン１６ｃを有する。テンプレート１６の凸部１６ａおよび凹部１６ｂは、後述する工程にて形成される膜パターン１２の形状に対応する形状を有する。

テンプレート１６の材質は、後述する工程にて膜形成用材料１２ａを硬化させて膜パターン１２を形成した後、テンプレート１６から膜パターン１２を剥離することができることが好ましい。また、膜形成用材料１２ａに付与するエネルギーが熱の場合、テンプレート１６は熱を伝播できる材質からなることが好ましく、該エネルギーが放射線の場合、テンプレート１６は放射線を透過できる材質からなることが好ましい。以上の構成によれば、膜形成用材料１２ａにエネルギーを効率よく付与することができる。

次いで、図４に示すように、テンプレート１６のパターン１６ｃと膜形成用材料１２ａとを接触させた状態で、膜形成用材料１２ａにエネルギー１８を付与する。これにより、膜形成用材料１２ａが硬化して、膜パターン１２が基体１０上に形成される。次いで、図５に示すように、テンプレート１６を剥離する。

ここで、テンプレート１６のパターン１６ｃと膜形成用材料１２ａとを接触させた状態で膜形成用材料１２ａにエネルギー１８を付与する際、パターン１６ｃの凹部１６ｂと膜形成用材料１２ａとの間に隙間が生じないようにするのが好ましい。すなわち、パターン１６ｃの凹部１６ｂに膜形成用材料１２ａが隙間無く埋め込まれるようにするのが好ましい。これにより、テンプレート１６のパターン１６ｃに対応する所望の膜パターン１２を形成することができる。

本発明の膜パターン１２の形成方法によれば、凸部１６ａおよび凹部１６ｂを含むパターン１６ｃを有するテンプレート１６を使用して、パターン１６ｃと膜形成用材料１２ａとを接触させた状態で、膜形成用材料１２ａにエネルギー１８を付与する工程を含む。この方法によれば、膜を切削することなく、所定の形状を有する膜パターン１２を形成することができる。これにより、工程を簡略化することができ、かつ、ダメージが低減された膜パターン１２を得ることができる。さらに、パターン１６ｃの形状（例えば、凸部１６ａおよび凹部１６ｂの幅、範囲、間隔など）に応じて、所望の膜パターン１２を得ることができる。これにより、精密で微細な膜パターンを形成することができる。

２．膜パターン
本実施の形態の膜パターン１２は、図５に示すように、基体１０の表面１０ａ上に形成され、複数の凸部１２ｘおよび凹部１２ｙを有する。膜パターン１２は例えば、シリカ系膜であることができる。ここで、シリカ系膜としては、例えば、ポリシロキサン、ポリカルボシラン、およびこれらのハイブリッド体が挙げられる。また、膜パターン１２は例えば、有機系膜であることができる。ここで、有機系膜としては、例えば、ポリアリーレン、ポリアリーレンエーテル、ポリベンゾオキサゾール、およびポリイミドが挙げられる。

本実施の形態の膜パターン１２は、様々な用途に応じて様々な態様をとることができる。本実施の形態の膜パターン１２の用途は特に限定されないが、例えば、光学部材（例えば、光学レンズ、光学フィルタ、回折格子、フォトニック結晶）、半導体装置の絶縁膜、ラボ・オン・チップなどのバイオチップ基板が挙げられる。

例えば、基体１０が半導体基板である場合、膜パターン１２は絶縁膜であることができる（後述する）。また、基体１０が発光素子または受光素子などの光素子である場合、膜パターン１２は光学部材であることができる。

３．配線構造体
図６は、本実施の形態の配線構造体３０を模式的に示す断面図である。配線構造体３０は図６に示すように、膜パターン２２および配線層２０を有する。本実施の形態の配線構造体３０においては、膜パターン２２は絶縁膜からなる。また、配線層２０は膜パターン２２の凹部２２ｙに設けられている。さらに、隣り合う配線層２０は、膜パターン２２によって分離されている。

上述の膜パターン１２を形成する方法（図１〜図５参照）と同様の方法にて膜パターン２２（図６参照）を形成し、この膜パターン２２の凹部２２ｙに導電材料を埋め込んで配線層２０を形成することにより、配線構造体３０を得ることができる。配線層２０は、公知の方法（例えば、ＣＶＤ法やスパッタリング法）を用いて凹部２２ｙに配置することができる。

本実施の形態の配線構造体３０によれば、膜パターン２２が絶縁膜からなり、膜パターン２２は凹部２２ｙを含み、膜パターン２２と、凹部２２ｙに設けられた配線層２０と、を含む。本実施の形態の配線構造体３０において、膜パターン２２は上述の形成方法により得られるため、膜パターン２２の凹部２２ｙを微細かつ精密に形成することができる。また、配線層２０は、膜パターン２２の凹部２２ｙに設けられる。このため、本実施の形態の配線構造体３０は、精密で微細なパターンを有する配線層２０を含むことができ、かつ、配線層２０を良好に絶縁することができる。

４．半導体装置
本実施の形態の半導体装置は、図６に示す配線構造体３０を含む。この場合、半導体装置は特に限定されないが、例えば、ＬＳＩ、システムＬＳＩ、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、ＲＤＲＡＭ、Ｄ−ＲＤＲＡＭであることができる。また、本実施の形態の半導体装置において、配線構造体３０に含まれる膜パターン２２は、例えば、層間絶縁膜、エッチングストッパ膜、半導体素子の表面コート膜などの保護膜、多層レジストを用いた半導体作製工程の中間層、多層配線基板の層間絶縁膜、液晶表示素子用の保護膜や絶縁膜などであることができる。

本発明の半導体装置によれば、本実施の形態の配線構造体３０を含むことにより、ダメージが低減された精密で微細な膜パターン２２を含むため、信頼性の向上、高集積化および微細化が達成可能である。

上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

本実施の形態の膜パターンの形成方法の一工程を模式的に示す図である。 本実施の形態の膜パターンの形成方法の一工程を模式的に示す断面図である。 本実施の形態の膜パターンの形成方法の一工程を模式的に示す断面図である。 本実施の形態の膜パターンの形成方法の一工程を模式的に示す断面図である。 本実施の形態の膜パターンの形成方法の一工程を模式的に示す断面図である。 本実施の形態の配線構造体を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１０・・・基体
１０ａ・・・基体の表面
１２，２２・・・膜パターン
１２ａ，２２ａ・・・膜形成用材料
１２ｘ，２２ｘ・・・凸部
１２ｙ，２２ｙ・・・凹部
１４・・・材料供給部
１６・・・テンプレート（型）
１６ａ・・・凸部
１６ｂ・・・凹部
１６ｃ・・・パターン
１８・・・エネルギー
２０・・・配線層
３０・・・配線構造体

Claims (8)

1. （ａ）エネルギー硬化型の膜形成用材料を基体上に配置する工程と、
   （ｂ）凸部および凹部を含むパターンを有するテンプレートを使用して、前記パターンと前記膜形成用材料とを接触させた状態で、該膜形成用材料にエネルギーを付与する工程と、
   を含む、膜パターンの形成方法。
2. 請求項１において、
   前記工程（ｂ）の後、前記テンプレートを剥離する工程をさらに含む、膜パターンの形成方法。
3. 請求項１または２において、
   前記エネルギーは、熱および／または放射線である、膜パターンの形成方法。
4. 請求項３において、
   前記放射線は、赤外線、可視光線、紫外線、電子線、およびＸ線から選択される少なくとも１種である、膜パターンの形成方法。
5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
   前記膜形成用材料は、有機シリカゾルおよび有機溶剤を含む、膜パターンの形成方法。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の膜パターンの形成方法により得られた膜パターン。
7. 請求項６記載の膜パターンおよび配線層を含み、
   前記膜パターンが絶縁膜からなり、かつ凹部を含み、
   前記配線層は前記凹部に設けられた、配線構造体。
8. 請求項７記載の配線構造体を含む、半導体装置。

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