JP2022159999A - ハードマスク組成物、ハードマスク層およびパターン形成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
Aは、ヒドロキシメトキシピレンモイエティ(moiety;部分)であり、
Bは、置換または非置換のピレニル基であり、
Cは、水素原子、重水素原子、置換もしくは非置換の炭素数1~30のアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数6~30のアリール基、ハロゲン基、ニトロ基、アミノ基、ヒドロキシ基またはこれらの組み合わせである。
素数2~30のアルケニル基、置換もしくは非置換の炭素数2~30のアルキニル基、置換もしくは非置換の炭素数3~30のシクロアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数6~30のアリール基、置換もしくは非置換の炭素数3~30のヘテロ環基、またはこれらの組み合わせであり得る。
Cは、水素原子、重水素原子、置換もしくは非置換の炭素数1~30のアルキル基、置
換もしくは非置換の炭素数6~30のアリール基、ハロゲン基、ニトロ基、アミノ基、ヒドロキシ基、またはこれらの組み合わせである。
前記ハードマスク層の上にフォトレジスト層を形成する段階と、
前記フォトレジスト層を露光および現像してフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンを用いて前記ハードマスク層を選択的に除去して前記材料層の一部を露出する段階と、
前記材料層の露出された部分をエッチングする段階と、を含むパターン形成方法を提供する。
て、結合手が2個あることを意味するものであり、例えば、置換もしくは非置換のフェニレン基、置換もしくは非置換のナフタレン基、置換もしくは非置換のアントラセニレン基、置換もしくは非置換のフェナントリレン基、置換もしくは非置換のナフタセニレン基、置換もしくは非置換のピレニレン基、置換もしくは非置換のビフェニレン基、置換もしくは非置換のテルフェニレン基、置換もしくは非置換のクアテルフェニレン基、置換もしくは非置換のクリセニレン基、置換もしくは非置換のトリフェニレニレン基、置換もしくは非置換のペリレニレン基、置換もしくは非置換のインデニレン基、これらの組み合わせ、またはこれらの組み合わせが縮合した形態であり得るが、これらに限定されるものではない。
なる環で置換してもよい。より具体的には、それぞれピレン環のうちの互いに対向する環で置換してもよく、それぞれピレン環のうちの隣接した環で置換してもよい。
換または非置換のピレニル基(B)を含むことによって、硬い重合体層を形成することができる十分な炭素含量を確保することができる。また、形成された重合体層は高い耐エッチング性によって、後のエッチング工程で曝露されるエッチングガスによる損傷を減らすか、防止することができる。さらに、重合体を含む組成物から膜を形成する際、下部基板(あるいは膜)に段差が存在する場合、あるいはパターンを形成する場合、優れたギャップフィル特性および平坦化特性を提供することができる。
これらの組み合わせであり得る。
の炭素数1~30のアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数2~30のアルケニル基、置換もしくは非置換の炭素数2~30のアルキニル基、置換もしくは非置換の炭素数3~30のシクロアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数6~30のアリール基、置換もしくは非置換の炭素数3~30のヘテロ環基、またはこれらの組み合わせであり得る。
デヒド、ジメトキシピレンカルボキシアルデヒド、ニトロピレンカルボキシアルデヒド、アセチルピレン、アセチルヒドロキシピレン、アセチルメトキシピレン、アセチルヒドロキシメトキシピレン、またはこれらの組み合わせであり得るが、これらに限定されるものではない。
リジニウムp-トルエンスルホン酸、サリチル酸、スルホサリチル酸、クエン酸、安息香酸、ヒドロキシ安息香酸、ナフタレンカルボン酸などの酸性化合物、および/または2,4,4,6-テトラブロモシクロヘキサジエノン、ベンゾイントシレート、2-ニトロベンジルトシレート、その他に有機スルホン酸アルキルエステルなどを使用することができるが、これらに限定されるものではない。
ング方法で塗布できる。この時、ハードマスク組成物の塗布厚さは特に限定されないが、例えば、50Å~200,000Åの厚さで塗布できる。
coating、BARC)をさらに形成することもできる。
(合成例1a)
フラスコに6-メトキシ-1-ピレンカルボキシアルデヒド(26.0g、0.1mol)と、m-クロロ過安息香酸(34.5g、0.2mol)とを250mLのジクロロメタンに溶解させた後、40℃で12時間攪拌した。反応が終結した後、減圧下でジクロロメタンを除去し、10質量%のNaHCO3溶液(200mL)を入れて常温で3時間攪拌した。その後、固体をろ過した後、10質量%のNaOH溶液(50mL)に入れて常温で3時間追加的に攪拌した。その後、固体をろ過し、500mLの蒸留水で洗浄した後、カラムクロマトグラフィーで分離して下記化学式1aで表される化合物を得た。
3-ペリレンカルボキシアルデヒド(56.0g、0.2mol)および臭素酸(38.7g、0.3mol)を酢酸(300mL)に入れ、常温で3時間攪拌した。反応が終結した後、1Lの冷たい水に徐々に滴下し、生成された固体をろ過して下記化学式2aで表される化合物を得た。
フラスコ中で、1,8-ジメトキシピレン(52.5g、0.2mol)を500mLの無水ジクロロメタンに溶解させた後、窒素気流下で0℃に温度を下げて攪拌した。ボロントリブロミド(17質量%ジクロロメタン溶液、400mL、0.4mol)を、注射器を使用して当該フラスコに1時間にわたって徐々に滴下した後、常温で5時間攪拌した。
フラスコ中で、1-ピレンカルボキシアルデヒド(23.0g、0.1mol)を500mLの酢酸に溶解させた後、窒素気流下で0℃に温度を下げて攪拌した。硝酸(70質量%、16mL)を、注射器を使用して当該フラスコに1時間にわたって徐々に滴下した後、常温で20時間攪拌した。
(合成例1)
合成例1aから得られた化学式1aで表される化合物(11.7g、0.05mol)および1-ピレンカルボキシアルデヒド(11.5g、0.05mol)をジオキサン(50mL)に溶解させた後、p-トルエンスルホン酸一水和物(0.19g)を入れ、90~100℃で5~12時間攪拌して重合反応を行った。
1-ピレンカルボキシアルデヒド(11.5g、0.05mol)の代わりに化学式4a(13.8g、0.05mol)の化合物を使用したことを除いては、合成例1と同様の方法で、下記の化学式1-2で表される構造単位を含む重合体2を得た。
1-ピレンカルボキシアルデヒド(11.5g、0.05mol)の代わりに6-ヒドロキシ-1-ピレンカルボキシアルデヒド(12.3g、0.05mol)を使用したことを除いては、合成例1と同様の方法で、下記の化学式1-3で表される構造単位を含む重合体3を得た。
1-ピレンカルボキシアルデヒド(11.5g、0.05mol)の代わりに1-アセチルピレン(12.2g、0.05mol)を使用したことを除いては、合成例1と同様の方法で、下記の化学式1-4で表される構造単位を含む重合体4を得た。
1-ヒドロキシ-6-メトキシピレン(11.7g、0.05mol)の代わりに1-ヒドロキシ-8-メトキシピレン(11.7g、0.05mol)を使用したことを除いては、合成例1と同様の方法で、下記の化学式1-5で表される構造単位を含む重合体5を得た。
化学式1aで表される化合物(11.7g、0.05mol)の代わりに1-ヒドロキシピレン(10.9g、0.05mol)を使用したことを除いては、合成例1と同様の方法で、下記の化学式Aで表される構造単位を含む比較重合体1を得た。
合成例1aから得られた化学式1aで表される化合物(11.7g、0.05mol)の代わりに合成例2aから得られた化学式2cで表される化合物(14.9g、0.05mol)を使用したことを除いては、合成例1と同様の方法で、下記の化学式Bで表される構造単位を含む比較重合体2を得た。
合成例1aから得られた化学式1aで表される化合物(11.7g、0.05mol)および1-ピレンカルボキシアルデヒド(11.5g、0.05mol)の代わりに1-ナフトール(28.83g、0.2mol)、ベンゾペリレン(41.4g、0.15mol)およびパラホルムアルデヒド(6.0g、0.2mol)を使用したことを除いては、合成例1と同様の方法で、下記の化学式Dで表される構造単位を含む比較重合体3を得た。
1-ヒドロキシ-6-メトキシピレン(11.7g、0.05mol)の代わりに1,8-ジメトキシピレン(13.1g、0.05mol)を使用したことを除いては、合成例1と同様の方法で、下記の化学式Eで表される構造単位を含む重合体4を得た。
PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)/ANONE(シクロヘキサノン)(7/3体積比)混合溶媒に、合成例1~5および比較合成例1~4の重合体を、それぞれ固形分の濃度が10~20質量%になるように溶かして、実施例1-1~5-1および比較例1-1~4-1のハードマスク組成物を製造した。
図1は、平坦化特性の評価方法を説明するためにハードマスク層の段差を例示的に示す参考図である。
PGMEA/ANONE(7:3体積比)に合成例1~5および比較合成例1~4の重合体をそれぞれ固形分の濃度が3~5質量%になるように溶かして、実施例1-3~5-3および比較例1-3~4-3のハードマスク組成物を製造した。
、膜密度が向上したことを確認することができる。
Claims (12)
- 前記化学式1中のBは、非置換のピレニル基または少なくとも1つの置換基で置換されたピレニル基であり、
前記置換基は、それぞれ独立して、重水素原子、ハロゲン基、ニトロ基、アミノ基、ヒドロキシ基、置換もしくは非置換の炭素数1~30のアルコキシ基、置換もしくは非置換の炭素数1~30のアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数2~30のアルケニル基、置換もしくは非置換の炭素数2~30のアルキニル基、置換もしくは非置換の炭素数3~30のシクロアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数6~30のアリール基、置換もしくは非置換の炭素数3~30のヘテロ環基、またはこれらの組み合わせである、請求項1に記載のハードマスク組成物。 - 前記置換基は、それぞれ独立して、ニトロ基、ヒドロキシ基、置換もしくは非置換のメトキシ基、置換もしくは非置換のエトキシ基、置換もしくは非置換のプロポキシ基、置換もしくは非置換のブトキシ基、置換もしくは非置換のメチル基、置換もしくは非置換のエチル基、置換もしくは非置換のプロピル基、置換もしくは非置換のブチル基、置換もしくは非置換のエテニル基、置換もしくは非置換のプロペニル基、置換もしくは非置換のブテニル基、置換もしくは非置換のエチニル基、置換もしくは非置換のプロピニル基、置換もしくは非置換のブチニル基、またはこれらの組み合わせである、請求項3に記載のハードマスク組成物。
- 前記化学式1中のBは、ピレニル基、1-ヒドロキシピレニル基、1-メトキシピレニル基、1-ヒドロキシ-6-メトキシピレニル基、1,6-ジヒドロキシピレニル基、1,6-ジメトキシピレニル基、1-ニトロピレニル基、またはこれらの組み合わせである、請求項1に記載のハードマスク組成物。
- 前記化学式1で表される構造単位は、ヒドロキシメトキシピレン、および置換または非置換のピレンカルボニル化合物を含む反応混合物由来の構造単位である、請求項1に記載のハードマスク組成物。
- 前記置換または非置換のピレンカルボニル化合物は、ピレンカルボキシアルデヒド、ヒドロキシピレンカルボキシアルデヒド、メトキシピレンカルボキシアルデヒド、ヒドロキシメトキシピレンカルボキシアルデヒド、ジヒドロキシピレンカルボキシアルデヒド、ジメトキシピレンカルボキシアルデヒド、ニトロピレンカルボキシアルデヒド、アセチルピレン、アセチルヒドロキシピレン、アセチルメトキシピレン、アセチルヒドロキシメトキシピレン、またはこれらの組み合わせである、請求項7に記載のハードマスク組成物。
- 請求項1~9のいずれか1項に記載のハードマスク組成物の硬化物を含む、ハードマスク層。
- 前記硬化物は、縮合多環芳香族炭化水素をさらに含む、請求項10に記載のハードマスク層。
- 材料層の上に請求項1~9のいずれか1項に記載のハードマスク組成物を塗布し熱処理してハードマスク層を形成する段階と、
前記ハードマスク層の上にフォトレジスト層を形成する段階と、
前記フォトレジスト層を露光および現像してフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンを用いて前記ハードマスク層を選択的に除去して前記材料層の一部を露出する段階と、
前記材料層の露出された部分をエッチングする段階と、を含むパターン形成方法。
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