JP4421566B2 - フォトレジスト下層膜用ハードマスク組成物及びこれを利用した半導体集積回路デバイスの製造方法 - Google Patents

フォトレジスト下層膜用ハードマスク組成物及びこれを利用した半導体集積回路デバイスの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、レジスト下層膜用ハードマスク組成物及びこれを利用した半導体集積回路デバイスの製造方法に関し、具体的にパターンの再現性に優れ、レジストとの密着性に優れ、レジストを露光した後用いる現象膜に耐性に優れ、レジストの酸素アッシング(Ash
ing)際の膜の減少が少ないレジストの下層膜用組成物を提供する。
大部分のリソグラフィー工程は、イメージ化層、例えばレジスト材料層と基板間の反射性を最小化させるのに反射防止コーティング材料(ARC)を用いて解像度を増加させる。しかし、このようなARC材料は、層の類似した基本組成によってイメージ化層に不良なエッチング選択性を付加する。そのため、パターニング後、ARCのエッチング中に多くのイメージ化層も消耗されて、後続するエッチングステップ中に追加のパターニングが必要となる。
又、一部リソグラフィー技術の場合、用いられたレジスト材料は、レジスト材料の下方に置かれた層に所定のパターンを効果的に転写することができるに十分な後続のエッチングステップに対する耐性を提供しない。多くの場合において、例えば、極めて薄いレジスト物質が用いられる場合、エッチングしようとする基板が厚い場合、実質的なエッチング深さが要求される場合、所定の基板層に対して特定のエッチング剤の使用が要望される場合、又は前記場合の任意の組合せでレジスト下層膜用ハードマスクが用いられる。レジスト下層膜用ハードマスクは、パターニングされたレジストとパターニングしようとする基板の間の中間層として役目をする。レジスト下層膜用ハードマスクは、パターニングされたレジスト層からパターンを収容し、パターンを基板に転写する。レジスト下層膜用ハードマスク層は、パターンを転写するのに要求されるエッチング工程に耐えなければならない。
一例として、シリコーン酸化膜などの基板を加工する際、レジストパターンをマスクとして用いるが、微細化と共にレジストの厚さも薄膜化したため、レジストのマスク性が不足で、損傷を与えないで酸化膜を加工するのが困難であった。そのため、レジストパターンをまず酸化膜加工用下層膜に転写した後、この膜をマスクとして酸化膜にドライエッチング加工する工程が行われる。酸化膜加工用下層膜とは、下層反射膜を兼ねながら反射防止膜の下層に形成される膜を意味する。
この工程では、レジストと酸化膜加工用下層膜のエッチング速度の差がほぼないので、レジストと前記下層膜の間にこの下層膜を加工することができるマスクを形成する必要がある。即ち、酸化膜上に酸化膜加工用下層膜-下層膜加工用マスク-レジストからなる多層膜が構成される。
下層膜加工用マスクの下方に形成される酸化膜加工用マスクの屈折率、吸光度及び厚さに応じて適した下層膜加工用マスクの屈折率と吸光度が変わるようになる。
下層膜加工用マスクに要求される特性には、ヘミング(hemming)現象などがないレジストパターンを形成することができること、レジストとの密着性に優れること、酸化膜加工用下層膜を加工する際十分なマスク性があることなどを挙げることができるが、全ての要求を満たす材料を探すことは難しい。特に、下層膜加工用マスクの屈折率と吸光度が不適切であり、反射防止特性を効果的に用いられなく、これにより、リソグラフィー工程のマージンを確保することができないという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、下層膜用ハードマスクの屈折率、吸光度を最適化することによって、反射防止特性を効果的に用いてリソグラフィー工程のマージンを確保することができる新規なレジスト下層膜用ハードマスク組成物を提供することを目的とする。
本発明では、(a) 下記一般式(1)で示される化合物、下記一般式(2)で示される化合
物から生成される重合体、(b) 下記一般式(3)で示される化合物、(c) 酸又は塩基性触媒及び(d) 有機溶媒からなることを特徴とするレジスト下層膜用ハードマスク組成物が
提供される。
Figure 0004421566
(nは3〜20である。)
Figure 0004421566
(Rは1価の有機基を示し、mは0ないし2の定数である。)
Figure 0004421566
又、本発明では (a) 下記一般式(1)で示される化合物と、下記一般式(2)で示される
化合物から生成される重合体、(b) 下記一般式(4)で示される化合物、(c) 酸又は塩基性触媒及び (c) 有機溶媒からなることを特徴とするレジスト下層膜用ハードマスク組成物が提供される。
Figure 0004421566
(nは3〜20である。)
Figure 0004421566
(Rは1価の有機基を示し、mは0ないし2の定数である。)
Figure 0004421566
又、本発明では、(a) 下記一般式(1)で示される化合物と、下記一般式(2)で示され
る化合物から生成される重合体、(b) 下記一般式(5)で示される化合物、(c) 酸又は塩基性触媒及び有機溶媒からなることを特徴とするレジスト下層膜用ハードマスク組成物が提供される。
Figure 0004421566
(nは3〜20である。)
Figure 0004421566
(Rは1価の有機基を示し、mは0ないし2の定数である。)
Figure 0004421566
又、本発明では、(a) 下記一般式(1)で示される化合物と、下記一般式(2)で示され
る化合物を混合して、加水分解又は縮合反応される重合体、(b) 下記一般式(6)で示さ
れる化合物、(c) 酸又は塩基性触媒及び (d) 有機溶媒からなることを特徴とするレジ
スト下層膜用ハードマスク組成物が提供される。
Figure 0004421566
(nは3〜20である。)
Figure 0004421566
(Rは1価の有機基を示し、mは0ないし2の定数である。)
Figure 0004421566
又、本発明では、(a) 重合体の中、珪素含有単位の総量を基準で10〜99モル%の
下記一般式(7)の繰り返し単位及び1〜90モル%の下記一般式(8)、又は下記一般式(
9)のうち、少なくとも一つの繰り返し単位を含むことを特徴とする重合体、(b) 下記一般式(3)ないし下記一般式(6)のうち、いずれか一つで示される化合物、(c) 酸又は塩
基性触媒及び(d) 有機溶媒からなることを特徴とするレジスト下層膜用ハードマスク組
成物が提供される。
Figure 0004421566
Figure 0004421566
Figure 0004421566
Figure 0004421566
又、本発明では、(a) 重合体の中、珪素含有単位の総量を基準で10〜99モル%の
下記一般式(7)の繰り返し単位及び1〜90モル%の下記一般式(8)又は下記一般式(9)のうち、少なくとも一つの繰り返し単位を含むことを特徴とする重合体と、(b) 前記一
般式(3)ないし前記一般式(6)のうち、いずれか一つの化合物と、(c) 酸又は塩基性触
媒及び有機溶媒とからなることを特徴とするレジスト下層膜用ハードマスク組成物が提供される。
Figure 0004421566
Figure 0004421566
(Rは1価の有機基である。)
Figure 0004421566
(R1、R2は1価の有機基であり、互いに同じ又は異なることができる。)
前記塩基性触媒は、NH4OH又はNR4OHで示されるアンモニウムヒドロキサシドのうち、選ばれるいずれか一つ(ただし、Rは1価の有機基である。)であることを特徴とする。
前記酸触媒は、p-トルエンスルホン酸一水塩(p-toluenesulfonic acid mono hydrate)、ピリジン p-トルエンスルホン酸(Pyridine
p-toluenesulfonic acid)、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及び有機スルホ
ン酸の他のアルキルエステルからなる群より選ばれるいずれかーつであることを特徴とする。
本発明のレジスト下層膜用ハードマスク組成物は、前記重合体が全体組成に対して1〜50重量部を含んだことを特徴とする。
本発明のレジスト下層膜用ハードマスク組成物は、前記一般式(3)ないし前記一般式(
6)のうち、いずれか一つの化合物が全体組成に対して1〜30重量部を含んだことを特
徴とする。
本発明のレジスト下層膜用ハードマスク組成物に含まれる、前記一般式(1)で示される化合物と、前記一般式(2)で示される化合物を混合して生成される重合体は下記一般式(
10)、(11)、(12)及び(13)のうち、少なくとも一つの構造を有することを特徴と
する。
Figure 0004421566
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(Rは1価の有機基を示し、mは0ないし2の定数である。)
Figure 0004421566
(Rは1価の有機基であり、xは10〜99モル%であり、yは1〜90モル%である。)
Figure 0004421566
(Rは1価の有機基であり、xは10〜99モル%であり、yは1〜90モル%である。)
前記組成物は、さらに架橋剤、又は界面活性剤を含むことを特徴とする。
又、本発明は、(a) 基板上に材料層を提供するステップ、(b) 材料層の上に有機物からなるハードマスク層を形成させるステップ、(c) 材料層の上に請求項1〜8のいずれ
かに記載のレジスト下層膜用ハードマスク組成物を利用した反射防止ハードマスク層を形成させるステップ、(d) 反射防止ハードマスク層の上に放射線-敏感性イメージ化層を形成させるステップ、(e) 放射線-敏感性イメージ化層をパターン方式にて放射線に露出させることで、イメージ化層内で放射線-露出された領域のパターンを生成させるステップ
、(f) 放射線-敏感性イメージ化層及び前記反射防止ハードマスク層部分を選択的に取り除いて、有機物含有ハードマスク材料層部分を露出させるステップ、(g) パターン化さ
れた反射防止ハードマスク層及び有機物含有ハードマスク材料層部分を選択的に取り除いて、材料層部分を露出させるステップ、(h) 材料層の露出された部分をエッチングする
ことで、パターン化された材料形状を形成させるステップを含むことを特徴とする半導体集積回路デバイスの製造方法が提供される。
又、本発明では、前記製造方法によって形成されることを特徴とする半導体集積回路デバイスが提供される。
本発明は、下層膜用ハードマスクの屈折率、吸光度を最適化することによって、反射防止特性を効果的に用いて、これにリソグラフィー工程マージンが確保できる、新規なレジスト下層膜用ハードマスク組成物を提供する。
以下、本発明をより詳しく説明する。
本発明のレジスト下層膜用ハードマスク組成物は、下記一般式(1)で示される化合物と、下記一般式(2)で示される化合物を混合して生成される加水分解物の重合体、下記一般式(3)で示される化合物、酸或いは塩基性触媒及び有機溶媒を含む。
Figure 0004421566
(nは3〜20である。)
Figure 0004421566
(Rは1価の有機基を示し、mは0ないし2の定数である。)
Figure 0004421566
又、本発明のレジスト下層膜用ハードマスク組成物は、(a) 前記一般式(1)で示され
る化合物、前記一般式(2)で示される化合物から生成される重合体、(b) 下記一般式(4)で示される化合物、(c) 酸又は塩基性触媒及び (d) 有機溶媒を含む。
Figure 0004421566
又、本発明のレジスト下層膜用ハードマスク組成物は、(a) 前記一般式(1)で示され
る化合物と、前記一般式(2)で示される化合物から生成される重合体、(b) 下記一般式(5)で示される化合物、(c) 酸又は塩基性触媒及び有機溶媒を含む。
Figure 0004421566
又、本発明のレジスト下層膜用ハードマスク組成物は、(a) 前記一般式(1)で示され
る化合物と、前記一般式(2)で示される化合物を混合して、加水分解、又は縮合反応される重合体、(b) 下記一般式(6)で示される化合物、(c) 酸又は塩基性触媒及び (d) 有機溶媒からなることを特徴とするレジスト下層膜用ハードマスク組成物が提供される。
Figure 0004421566
前記一般式(1)の化合物は、三菱社の商品名MS51(分子量600)或いはMS56(
分子量1200)のシリケート(Silicate)を例として挙げられ、加水分解及び
縮合反応を通じて、本発明のための樹脂を生成させることができる。Si含量を調節することによって、上部フォトレジスト層及び下部有機物からなるハードマスク層の間のエッ
チング選択比を付与することができる。
前記一般式(2)の化合物は、フェニルトリメトキシシランである。本物質に含むフェニル基は、DUV領域で吸収スペクトラムを示すことを活用して、反射防止特性が高い材料を提供することと同時にフェニル基の濃度比を調節することで、特定波長から所望の吸収度と屈折率を有したハードマスク組成物を提供することができる。
前記一般式(3)の化合物は、アントラセン含有アクリル共重合体である。本物質に含むナフタレンは、DUV領域で吸収スペクトラムを示すだけでなく、本化合物の添加量に応じて特定厚さで最適屈折率及び吸収度を提供することができる。
前記酸触媒は、p-トルエンスルホン酸一水塩、ピリジンp-トルエンスルホン酸、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及び有機スルホン酸の他のアルキルエステルからなる群より選ばれる、いずれか一つであるのが望ましい。
又、前記塩基性触媒は、NH4OH、又はNR4OHで示されるアンモニウムヒドロキシドのうち、選ばれるいずれか一つであるのが望ましい。(ただし、Rは1価の有機基であ
る。)
前記酸触媒或いは塩基性触媒は、その種類、投入量及び投入方法を調節して樹脂合成のときの加水分解或いは縮合反応を適切に制御することができる。
又、本発明の他の側面は、(a) 重合体の中、珪素含有単位の総量を基準で10〜99
モル%の下記一般式(7)の繰り返し単位及び1〜90モル%の下記一般式(8)、又は下記一般式(9)のうち、少なくとも一つの繰り返し単位を含む重合体、(b) 前記一般式(3)
ないし前記一般式(6)のうち、いずれか一つで示される化合物、(c) 酸或いは塩基性触
媒及び (d) 有機溶媒からなることを特徴とするレジスト下層膜用ハードマスク組成物
が提供される。
Figure 0004421566
Figure 0004421566
(Rは1価の有機基)
Figure 0004421566
(R1、R2は1価の有機基であり、互いに同じ又は異なることができる。)
本発明で、前記ハードマスク組成物は、酸又は塩基性触媒下で前記一般式(1)で示される化合物と、前記一般式(2)で示される化合物から生成される重合体、又は前記一般式(
7)の繰り返し単位及び前記一般式(8)と、前記一般式(9)の繰り返し単位のうち、少な
くとも一つを含む重合体は、全体組成に対して1〜50重量部であるのが望ましく、より望ましくは1〜30重量部である。
本発明で、前記一般式(3)ないし前記一般式(6)のうち、いずれか一つの化合物は全体組成に対して1〜30重量部を含む。
本発明で、前記有機溶媒は、単独、又は2種以上の溶媒を混合して用いることができ、少なくとも一つは高沸騰溶媒を用いる。高沸騰溶媒はボイド(Void)を防止し、フィルムを低速度で乾燥化することによって、平坦性を向上させる。ここで、"高沸騰溶媒"とは発明物質のコーティング、乾燥、そして硬化際の温度より少し低い温度近くで揮発する溶媒を意味する。
本発明で、前記一般式(1)の化合物と前記一般式(2)の化合物を酸、又は塩基性触媒下で反応して生成された重合体は、望ましくは下記一般式(10)、(11)、(12)及び(1
3)のうち、少なくとも一つの構造を有する。
Figure 0004421566
Figure 0004421566
(Rは1価の有機基を示し、mは0ないし2の定数である。)
Figure 0004421566
(Rは1価の有機基であり、xは10〜99モル%であり、yは1〜90モル%である。)
Figure 0004421566
(Rは1価の有機基であり、xは10〜99モル%であり、yは1〜90モル%である。)
本発明で、前記組成物は、架橋剤又は界面活性剤をさらに含むことができる。
又、本発明では (a) 基板上に材料層を提供するステップ、
(b) 材料層の上に有機物からなるハードマスク層を形成させるステップ、
(c) 材料層の上に前記のレジスト下層膜用ハードマスク組成物を利用した反射防止ハー
ドマスク層を形成させるステップ、
(d) 反射防止ハードマスク層の上に放射線-敏感性イメージ化層を形成させるステップ、(e) 放射線-敏感性イメージ化層をパターン方式で放射線に露出させることで、イメージ化層内で放射線-露出された領域のパターンを生成させるステップ、
(f) 放射線-敏感性イメージ化層及び前記反射防止ハードマスク層部分を選択的に取り除いて、有機物含有ハードマスク材料層部分を露出させるステップ、
(g) パターン化された反射防止ハードマスク層及び有機物含有ハードマスク材料層の部
分を選択的に取り除いて、材料層の部分を露出させるステップ、
(h) 材料層の露出された部分をエッチングすることによって、パターン化された材料形
状を形成させるステップを含むことを特徴とする半導体集積回路デバイスの製造方法が提供される。
前記発明は、パターニングされた材料層構造物、例えば、金属ワイヤリングライン、接触孔又はバイアス、絶縁セクション、例えば、セルロートレンチ(Cell low t
rench)絶縁、キャパシタ構造物用トレンチ、例えば、集積回路装置の設計に用いら
れるものなどを形成するのに用いることができる。前記発明は、特に酸化物、窒化物、ポリシリコン及びクロムのパターニングされた層の形成に特に有用である。
又、本発明では、前記製造方法によって形成されることを特徴とする半導体集積回路デバイスが提供される。
以下、実施例をよって本発明をより具体的に説明するが、このような実施例は本発明を限定するものではない。
[合成例1]
機械撹拌器、冷却管、1000ml滴下漏斗、窒素ガス導入管を備えた1リットルの四つ口フラスコにメチルトリメトキシシラン(methyltrimethoxysila
ne)63.6gとメチルシリケート(methylsilicate:MS-56)56.4
gをPGMEA269gに溶解させた後、溶液温度を60℃で維持した。続いてp-トル
エンスルホン酸一水塩1.2gを溶解させたイオン交換水47.4gを1時間にわたって溶液に添加した。その後、60℃で4時間反応させた後、反応液を室温まで冷却した。この反応液から59.5gのメタノールを含むPGMEA溶液を取り除いてサンプルを得た。
[合成例2]
機械撹拌器、冷却管、1000ml滴下漏斗、窒素ガス導入管を備えた1リットルの四つ口フラスコにメチルトリメトキシシラン29.6gとフェニルトリメトキシシラン(phenyltrimethoxysilane)3.96gとメチルシリケート26.4gを
PGMEA134.6gに溶解させた後、溶液温度を60℃で維持した。続いてp-トルエンスルホン酸一水塩0.6gを溶解させたイオン交換水23.2gを1時間にわたって溶液に添加した。その後、60℃で4時間反応させた後、反応液を室温まで冷却した。この反応液から28.8gのメタノールを含むPGMEA溶液を取り除いてサンプルを得た。
[合成例3]
機械撹拌器、冷却管、1000ml滴下漏斗、窒素ガス導入管を備えた1リットルの四つ口フラスコにメチルトリメトキシシラン48.0gとフェニルトリメトキシシラン17.9gとメチルシリケート54.1gをPGMEA269.2gに溶解させた後、溶液温度を60℃で維持した。続いてp-トルエンスルホン酸一水塩1.2gを溶解させたイオン交換水47.4gを1時間にわたって溶液に添加した。その後、60℃で4時間反応させた後
、反応液を室温まで冷却した。この反応液から47.4gのメタノールを含むPGMEA
溶液を取り除いてサンプルを得た。
[合成例4]
機械撹拌器、冷却管、1000ml滴下漏斗、窒素ガス導入管を備えた1リットルの四つ口フラスコにメチルトリメトキシシラン30.3gとプロピルトリメトキシシラン(propyltrimethoxysilane)1.5gとメチルシリケート28.2gをP
GMEA134gに溶解させた後、溶液温度を60℃で維持した。続いてp-トルエンス
ルホン酸一水塩0.6gを溶解させたイオン交換水23.2gを1時間にわたって溶液に添加した。その後、60℃で4時間反応させた後、反応液を室温まで冷却した。この反応液から31.3gのメタノールを含むPGMEA溶液を取り除いてサンプルを得た。
[合成例5]
Figure 0004421566
機械撹拌器、冷却管、300ml滴下漏斗、窒素ガス導入管を備えた1リットルの四つ口フラスコに窒素ガスを流入しながら、1、4-ビス(メトキシメチル)ベンゼン(1、4-
Bis(methoxymethyl)benzene)8.31g(0.05モル)と、硫酸
ジエチル(Diethyl Sulfate)0.154g(0.001モル)と200gのγ-ブチロラクトンを浸けて、よくまぜた。10分後、4、4'-(9-フルオレニリデン)ジフ
ェノール28.02g(0.08モル)を200gのγ-ブチロラクトンに溶かした溶液を3
0分間ゆっくり滴下した後、12時間反応を実施した。反応終了後、水を用いて酸を取り除いた後に蒸発器にて濃縮した。続いて、MAKとメタノールを用いて希釈し、15重量%濃度のMAK/メタノール=4/1(重量比)の溶液に調整した。この溶液を3リットル分液漏斗に入れ、これにn-ヘプタンを添加してモノマーを含有する低分子量体を取り除い
て、目的とするフェノール重合体(Mw=12000、polydispersity=
2.0、n=23)を得た。
[合成例6]
Figure 0004421566
機械撹拌器、冷却管、窒素ガス導入管を備えた1リットルの四つ口フラスコに窒素ガスを流入しながら、アントラセンメチルメタクリレート(Anthracene methyl methacrylate:AMMA)100g(0.36モル)、メチルメタクリレー
ト(Methylmethacrylate:MMA)36.23g(0.36モル)、ヒドロ
キシメチルメタクリレート(Hydroxymethylmethacrylate)62.8g(0.48モル)、V65 1.5g、そして400gのTHFを入れ、70℃条件で6時間反応を実施した。反応終了後、反応溶液を12Lのへキサン(Hexane)に滴下しながら沈澱させた。沈澱されたポリマーは、漏斗を用いて分離し、真空オーブンで72時間乾燥して目的とする重合体(Mw=23400、polydispersity=3.5、n=44)を得た。
[合成例7]
Figure 0004421566
機械撹拌器、冷却管、滴下漏斗、窒素ガス導入管を備えた1リットルの四つ口フラスコに9、9-ビス(ヒドロキシルフェニル)フルオレン(9、9-bis(hydroxyphenyl)fluorene)122.64gと、エピクロロヒドリン(epichlorohydrin)323.82gを入れ、溶液温度80℃になるように加熱しながら、30分間撹拌した。続いて、50%NaOH水溶液28gを4時間にわたって滴下した。反応物を水で洗浄した後、残余反応溶媒を蒸発器(Evaporater)で蒸発させた後、50℃の真空オーブンで48時間乾燥してサンプルを得た。
[合成例8]
Figure 0004421566
機械撹拌器、冷却管、滴下漏斗、窒素ガス導入管を備えた1リットルの四つ口フラスコに、合成例5で製造したジグリシジルエーテル(diglycidyl ethers)1
00gを投入し、150℃から210℃まで2時間ゆっくり昇温した。その後、9、9-
ビス(ヒドロキシルフェニル)フルオレン126gをゆっくり投入してジグリシジルエーテルとよく撹拌した。9、9-ビス(ヒドロキシルフェニル)フルオレンを全て投入した後、
1時間程度追加撹拌した。この際、反応触媒としてはp-トルエンスルホン酸0.5wt%を用いた。このように得られた三量体 (Trimer)と同様のモルのジグリシジルエー
テルを反応して、末端にエポキシ(epoxy)を有する四量体 (Tetramer)を製
造した。
[合成例9]
Figure 0004421566
機械撹拌器、冷却管、滴下漏斗、窒素ガス導入管を備えた1リットルの四つ口フラスコに、合成例6で製造したテトラマー90gと9-ヒドロキシメチルアントラセン(9-hy
droxymethyl antracene)63gとPGMEA300g、そして、p-トルエンスルホン酸0.32gを投入し、150℃で4時間反応した。この後、反応物を水で洗浄した後、残余反応溶媒を蒸発器で蒸発させた後、50℃の真空オーブンで48時間乾燥してサンプルを得た。
[合成例10]
Figure 0004421566
機械撹拌器、冷却管、滴下漏斗、窒素ガス導入管を備えた1リットルの四つ口フラスコに、合成例6で製造した四量体90gと9-アントラセンカルボン酸(9-antrace
necarboxylic acid)66gとPGMEA300g、そしてp-トルエンスルホン酸0.32gを投入し、150℃で4時間反応した。この後、反応物を水で洗浄
した後、残余反応溶媒を蒸発器で蒸発させた後、50℃の真空オーブンで48時間乾燥してサンプルを得た。
[合成例11]
機械撹拌器、冷却管、窒素ガス導入管を備えた1リットルの四つ口フラスコに窒素ガス
を流入しながら、アントラセンメチルプロパンスルホン化エステル(APS)10g、ポリハイドロキシスタイレン(PHS)30g、 ナトリウム水素化物(sodium hydride)(NaH、60%)2g、テトラヒドロフランポリヒドロキシスタイレン-co-ア
ントラセンオキシスタイレンを製造した。反応終了後、反応溶液を8Lのヘキサンに滴下しながら沈澱させた。沈澱されたポリマーは、漏斗を用いて分離し、真空オーブンで72時間乾燥して目的とする次の重合体 (Mw=12400、polydispersity=2.4、n=26)を得た。
Figure 0004421566
[実施例1]
前記合成例1で作られた溶液48.12gに合成例5で得られた重合体5gを溶かして
、さらにPGMEA131gとシクロヘキサノン(Cycloheexanone)70.
5gを入れて、希釈溶液を作る。この溶液に10wt%ピリジン(Pyridine)溶液(溶媒PGMEA)0.624gを入れて、最終サンプル溶液を作る。
[実施例2]
合成例2で作られた溶液48.12gに合成例5で得られた重合体5gを溶かして、さ
らにPGMEA131gとシクロヘキサノン70.5gを入れて、希釈溶液を作る。この
溶液に10wt%ピリジン溶液(溶媒PGMEA)0.624gを入れて、最終サンプル溶
液を作る。
[実施例3]
合成例3で作られた溶液48.12gに合成例5で得られた重合体5gを溶かして、さ
らにPGMEA131gとシクロヘキサノン70.5gを入れて、希釈溶液を作る。この
溶液に10wt%ピリジン溶液(溶媒PGMEA)0.624gを入れて、最終サンプル溶
液を作る。
[実施例4]
合成例4で作られた溶液48.12gに合成例5で得られた重合体5gを溶かして、さ
らにPGMEA131gとシクロヘキサノン70.5gを入れて、希釈溶液を作る。この
溶液に10wt%ピリジン溶液(溶媒PGMEA)0.624gを入れて、最終サンプル溶
液を作る。
[実施例5]
合成例1で作られた溶液48.12gに合成例6で得られた重合体5gを溶かして、さ
らにPGMEA131gとシクロヘキサノン70.5gを入れて、希釈溶液を作る。この
溶液に10wt%ピリジン溶液(溶媒PGMEA)0.624gを入れて、最終サンプル溶
液を作る。
[実施例6]
合成例2で作られた溶液48.12gに合成例6で得られた重合体5gを溶かして、さ
らにPGMEA131gとシクロヘキサノン70.5gを入れて、希釈溶液を作る。この
溶液に10wt%ピリジン溶液(溶媒PGMEA)0.624gを入れて、最終サンプル溶
液を作る。
[実施例7]
合成例3で作られた溶液48.12gに合成例6で得られた重合体5gを溶かして、さ
らにPGMEA131gとシクロヘキサノン70.5gを入れて、希釈溶液を作る。この
溶液に10wt%ピリジン溶液(溶媒PGMEA)0.624gを入れて、最終サンプル溶
液を作る。
[実施例8]
合成例4で作られた溶液48.12gに合成例6で得られた重合体5gを溶かして、さ
らにPGMEA131gとシクロヘキサノン70.5gを入れて、希釈溶液を作る。この
溶液に10wt%ピリジン溶液(溶媒PGMEA)0.624gを入れて、最終サンプル溶
液を作る。
[実施例9]
合成例1で作られた溶液48.12gに合成例9で得られた重合体5gを溶かして、さ
らにPGMEA131gとシクロヘキサノン70.5gを入れて、希釈溶液を作る。この
溶液に10wt%ピリジン溶液(溶媒PGMEA)0.624gを入れて、最終サンプル溶
液を作る。
[実施例10]
合成例2で作られた溶液48.12gに合成例10で得られた重合体5gを溶かして、
さらにPGMEA131gとシクロヘキサノン70.5gを入れて、希釈溶液を作る。こ
の溶液に10wt%ピリジン溶液(溶媒PGMEA)0.624gを入れて、最終サンプル
溶液を作る。
[実施例11]
合成例3で作られた溶液48.12gに合成例10で得られた重合体5gを溶かして、
さらにPGMEA131gとシクロヘキサノン70.5gを入れて、希釈溶液を作る。こ
の溶液に10wt%ピリジン溶液(溶媒PGMEA)0.624gを入れて、最終サンプル
溶液を作る。
[実施例12]
合成例4で作られた溶液48.12gに合成例10で得られた重合体5gを溶かして、
さらにPGMEA131gとシクロヘキサノン70.5gを入れて、希釈溶液を作る。こ
の溶液に10wt%ピリジン溶液(溶媒PGMEA)0.624gを入れて、最終サンプル
溶液を作る。
[実施例13]
合成例1で作られた溶液48.12gに合成例11で得られた重合体5gを溶かして、
さらにPGMEA131gとシクロヘキサノン70.5gを入れて、希釈溶液を作る。こ
の溶液に10wt%ピリジン溶液(溶媒PGMEA)0.624gを入れて、最終サンプル
溶液を作る。
[実施例14]
合成例2で作られた溶液48.12gに合成例11で得られた重合体5gを溶かして、
さらにPGMEA131gとシクロヘキサノン70.5gを入れて、希釈溶液を作る。こ
の溶液に10wt%ピリジン溶液(溶媒PGMEA)0.624gを入れて、最終サンプル
溶液を作る。
[実施例15]
合成例3で作られた溶液48.12gに合成例11で得られた重合体5gを溶かして、
さらにPGMEA131gとシクロヘキサノン70.5gを入れて、希釈溶液を作る。こ
の溶液に10wt%ピリジン溶液(溶媒PGMEA)0.624gを入れて、最終サンプル
溶液を作る。
[実施例 16]
合成例4で作られた溶液48.12gに合成例11で得られた重合体5gを溶かして、
さらにPGMEA131gとシクロヘキサノン70.5gを入れて、希釈溶液を作る。こ
の溶液に10wt%ピリジン溶液(溶媒PGMEA)0.624gを入れて、最終サンプル
溶液を作る。
[比較例1]
合成例6で作られた重合体0.8gと、次の構造単位の繰り返しからなるオリゴマー状
態である架橋剤(Powderlink 1174)0.2gと、ピリジニウムP-トルエン
スルホネート(Pyridinium P-toluene sulfonate)2mgを
PGMEA9gに入れて溶かした後、濾過してサンプル溶液を作った。
Powderlink1174の構造
Figure 0004421566
[比較例2]
合成例1で作られた溶液48.12gにPGMEA131gとシクロヘキサノン70.5gを入れて、希釈溶液を作る。この溶液に10wt%ピリジン溶液(溶媒PGMEA)0.
624gを入れて、最終サンプル溶液を作る。
[比較例3]
合成例2で作られた溶液48.12gにPGMEA131gとシクロヘキサノン70.5gを入れて、希釈溶液を作る。この溶液に10wt%ピリジン溶液(溶媒PGMEA)0.
624gを入れて、最終サンプル溶液を作る。
[比較例4]
合成例3で作られた溶液49.10gにPGMEA130gとシクロヘキサノン70.5gを入れて、希釈溶液を作る。この溶液に10wt%ピリジン溶液(溶媒PGMEA)0.
624gを入れて、最終サンプル溶液を作る。
[比較例5]
合成例4で作られた溶液47.34gにPGMEA132gとシクロヘキサノン70.5gを入れて、希釈溶液を作る。この溶液に10wt%ピリジン溶液(溶媒PGMEA)0.
624gを入れて、最終サンプル溶液を作る。
[比較例6]
合成例5で作られた重合体0.8gと、次の構造単位の繰り返しからなるオリゴマー状
態である架橋剤(Powderlink 1174)0.2gと、ピリジニウムP-トルエン
スルホネート2mgをPGMEA9gに入れて溶かした後、濾過してサンプル溶液を作った。
Powderlink1174の構造
Figure 0004421566
[比較例7]
合成例9で得られた重合体0.8gと、次の構造単位の繰り返しからなるオリゴマー状
態である架橋剤(Powderlink 1174)0.2gと、ピリジニウムP-トルエン
スルホネート2mgをPGMEA9gに入れて溶かした後、濾過してサンプル溶液を作った。
Powderlink1174の構造
Figure 0004421566
[比較例8]
合成例10で得られた重合体0.8gと、次の構造単位の繰り返しからなるオリゴマー
状態である架橋剤(Powderlink 1174)0.2gと、ピリジニウムP-トルエ
ンスルホネート2mgをPGMEA9gに入れて溶かした後、濾過してサンプル溶液を作った。
[比較例9]
合成例11で作られた重合体0.8gと、次の構造単位の繰り返しからなるオリゴマー状態である架橋剤(Powderlink 1174)0.2gと、ピリジニウムP-トルエン
スルホネート2mgをPGMEA9gに入れて溶かした後、濾過してサンプル溶液を作った。
Powderlink1174の構造
Figure 0004421566
実施例及び比較例で作られたサンプルをシリコンウエハにスピン-コーティング法にて
コーティングして、60秒間200℃で焼き付けて厚さ1000Åのフィルムを形成させた。
前記フィルムに対する屈折率(refractive index)nと、吸光係数(extinction coefficient)kを求めた。使用器機は、Ellipsometer(J. A. Woollam社)であり、測定結果は表1に示す。
Figure 0004421566
合成例5で作られた重合体0.8gと、次の構造単位の繰り返しからなるオリゴマー状
態である架橋剤(Powderlink 1174)0.2gと、ピリジニウムP-トルエン
スルホネート2mgをPGMEA9gに入れて溶かした後、濾過してサンプル溶液を作った。
このサンプルをシリコンウエハにスピン-コーティング法にてコーティングして、60
秒間200℃で焼き付けて厚さ5000Åのフィルムを形成させた。
実施例と比較例で作られたサンプルを、前記製造されたウエハ(wafer)の上にスピン-コーティング法にてコーティングして、60秒間200℃で焼き付けて厚さ1500
Åのフィルムを形成させた。製造されたフィルムの上にKrF用フォトレジストをコーティングし、110℃から60秒間焼き付け、ASML(XT:1400、NA0.93)社の露光装備を用いて、露光した後TMAH(2.38wt%水溶液)で現像した。そしてFE-SEMを用いて、90nmのラインアンドスペース(line and space)パタ
ーンを考察した結果、下記表2のような結果を得た。露光量の変化によるEL(expo
se latitude)マージン(margine)と、光源との距離変動によるDoF(
depth of focus)マージンを考察して、表2に示した。
Figure 0004421566
パターン化された試片をCHF3/CF4混合ガスを用いて、ドライエッチングを行い、
続いて、酸素が含まれたCHF3/CF4混合ガスを用いて、再度ドライエッチングを行っ
た後、最後にBCl3/Cl2混合ガスを用いて、ドライエッチングを行った。最後にO2ガスを用いて、残っている全ての有機物を取り除いた後、FE SEMで断面を考察して、
表3に結果を示した。
Figure 0004421566
合成例5で作られた重合体0.8gと、次の構造単位の繰り返しからなるオリゴマー状
態である架橋剤(Powderlink1174) 0.2gと、ピリジニウムP-トルエン
スルホネート2mgをPGMEA9gに入れて溶かした後、濾過してサンプル溶液を作った。このサンプルをシリコンウエハにスピン-コーティング法にてコーティングして、6
0秒間200℃で焼き付けて、厚さ5000Åのフィルムを形成させた。実施例と比較例で作られたサンプルを、前記製造されたウエハの上にスピン-コーティング法にてコーテ
ィングして、60秒間200℃で焼き付けて、厚さ1500Åのフィルムを形成させた。製造されたフィルムの上にArF用フォトレジストをコーティングして、110℃で60秒間焼き付けArF露光装備であるASML1250(FN70 5.0 active、NA0.82)を用いて、露光した後TMAH(2.38wt%水溶液)で現像した。そして、
FE-SEMを用いて80nmのラインアンドスペース(line and space)パ
ターンを考察した結果、下記表4のような結果を得た。 露光量の変化によるEL(expose latitude)マージンと光源との距離変動によるDoF(depth of
focus)マージンを考察して、表4に示した。
Figure 0004421566
前記表4のパターン化された試片をCHF3/CF4混合ガスを用いて、ドライエッチン
グを行い、続いて酸素が含まれたCHF3/CF4混合ガスを用いて、再度ドライエッチン
グを行った後、CHF3/CF4混合ガスを用いてドライエッチングを再度行った。最後に
2ガスを用いて残っている全ての有機物を取り除いた後、FE SEMで断面を考察して表5に結果を示した。
Figure 0004421566

Claims (14)

  1. (a)下記一般式(1)で示される化合物と、下記一般式(2)で示される化合物とを混合して、加水分解、又は縮合反応される重合体、
    (b)下記一般式(3)で示される化合物、
    (c)酸、又は塩基性触媒、
    (d)有機溶媒からなることを特徴とするレジスト下層膜用ハードマスク組成物。
    Figure 0004421566
    上記一般式(1)中、nは3〜20である。)
    Figure 0004421566
    上記式(2)中、Rはメチル基、プロピル基、水酸基、メトキシ基またはフェニル基を示し、mは0ないし2の定数である。)
    Figure 0004421566
    Figure 0004421566
  2. (a)下記一般式(1)で示される化合物と、下記一般式(2)で示される化合物とを混合して、加水分解、又は縮合反応される重合体、
    (b)下記一般式(4)で示される化合物、
    (c)酸、又は塩基性触媒、
    (d)有機溶媒からなることを特徴とするレジスト下層膜用ハードマスク組成物。
    Figure 0004421566
    上記式(1)中、nは3〜20である。)
    Figure 0004421566
    上記式(2)中、Rはメチル基、プロピル基、水酸基、メトキシ基またはフェニル基を示し、mは0ないし2の定数である。)
    Figure 0004421566
    Figure 0004421566
    Figure 0004421566
    Figure 0004421566
  3. (a)下記一般式(1)で示される化合物と、下記一般式(2)で示される化合物を混合して、加水分解、又は縮合反応される重合体、
    (b)下記一般式(5)で示される化合物、
    (c)酸、又は塩基性触媒、
    (d)有機溶媒からなることを特徴とするレジスト下層膜用ハードマスク組成物。
    Figure 0004421566
    上記式(1)中、nは3〜20である。)
    Figure 0004421566
    上記式(2)中、Rはメチル基、プロピル基、水酸基、メトキシ基またはフェニル基を示し、mは0ないし2の定数である。)
    Figure 0004421566
    上記式(5)中、Rは、
    Figure 0004421566
  4. (a)下記一般式(1)で示される化合物と、下記一般式(2)で示される化合物を混合して、加水分解、又は縮合反応される重合体、
    (b)下記一般式(6)で示される化合物、
    (c)酸、又は塩基性触媒、
    (d)有機溶媒からなることを特徴とするレジスト下層膜用ハードマスク組成物。
    Figure 0004421566
    上記式(1)中、nは3〜20である。)
    Figure 0004421566
    (上記式(2)中、Rはメチル基、プロピル基、水酸基、メトキシ基またはフェニル基を示し、mは0ないし2の定数である。)
    Figure 0004421566
    Figure 0004421566
  5. (a)下記一般式(1)で示される化合物と、下記一般式(2)で示される化合物を混合して、加水分解、又は縮合反応される重合体、
    (b)下記一般式(14)で示される化合物、
    (c)酸、又は塩基性触媒、
    (d)有機溶媒からなることを特徴とするレジスト下層膜用ハードマスク組成物。
    Figure 0004421566
    上記式(1)中、nは3〜20である。)
    Figure 0004421566
    (上記式(2)中、Rはメチル基、プロピル基、水酸基、メトキシ基またはフェニル基を示し、mは0ないし2の定数である。)
    Figure 0004421566
  6. (a)重合体の中、珪素含有単位の総量を基準で10〜99モル%の下記一般式(7)の繰り返し単位及び1〜90モル%の下記一般式(8)、又は下記一般式(9)のうち、少なくとも一つの繰り返し単位を含むことを特徴とする重合体、
    (b)下記一般式(3)ないし下記一般式(6)および下記一般式(14)のうち、いずれか一つで示される化合物、
    (c)酸、又は塩基性触媒、
    (d)有機溶媒からなることを特徴とするレジスト下層膜用ハードマスク組成物。
    Figure 0004421566
    Figure 0004421566
    Figure 0004421566
    Figure 0004421566
    Figure 0004421566
    Figure 0004421566
    Figure 0004421566
    (上記式(8)中、Rは、メチル基、プロピル基、フェニル基、水酸基、またはメトキシ基である。)
    Figure 0004421566
    (上記式(9)中、R およびR は、それぞれ独立であって、メチル基、プロピル基、フェニル基、水酸基、またはメトキシ基である。)
  7. 前記塩基性触媒は、NHOH、又は、NROHで示されるアンモニウムヒドロキシドのうち、選ばれるいずれか一つ(ただし、Rは1価の有機基である。)であることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のレジスト下層膜用ハードマスク組成物。
  8. 前記酸触媒は、p−トルエンスルホン酸一水塩、ピリジンp−トルエンスルホン酸、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及び有機スルホン酸の他のアルキルエステルからなる群より選ばれる、いずれか一つであることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のレジスト下層膜用ハードマスク組成物。
  9. 前記重合体は、全体組成に対して1〜50重量部を含んだことを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のレジスト下層膜用ハードマスク組成物。
  10. 前記一般式(3)ないし前記一般式(6)および一般式(14)のうち、いずれか一つの化合物は、全体組成に対して1〜30重量部を含んだことを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のレジスト下層膜用ハードマスク組成物。
  11. 前記一般式(1)で示される化合物と、前記一般式(2)で示される化合物を混合して生成される重合体は、下記一般式(10)、(11)、(12)及び(13)のうち、少なくとも一つの構造を有することを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のレジスト下層膜用ハードマスク組成物。
    Figure 0004421566
    Figure 0004421566
    (Rはメチル基、プロピル基、水酸基、メトキシ基またはフェニル基を示し、mは0ないし2の定数である。)
    Figure 0004421566
    (Rはメチル基、プロピル基、水酸基、メトキシ基またはフェニル基であり、xは10〜99モル%であり、yは1〜90モル%である。)
    Figure 0004421566
    (Rはメチル基、プロピル基、水酸基、メトキシ基またはフェニル基であり、xは10〜99モル%であり、yは1〜90モル%である。)
  12. 上記組成物は、さらに架橋剤又は界面活性剤を含むことを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のレジスト下層膜用ハードマスク組成物。
  13. (a)基板上に材料層を提供するステップ、
    (b)材料層の上に有機物からなるハードマスク層を形成させるステップ、
    (c)材料層の上に請求項1〜のいずれかに記載のレジスト下層膜用ハードマスク組成物を利用した反射防止ハードマスク層を形成させるステップ、
    (d)反射防止ハードマスク層の上に放射線−敏感性イメージ化層を形成させるステップ、
    (e)放射線−敏感性イメージ化層をパターン方式で放射線に露出させることで、イメージ化層内で放射線−露出された領域のパターンを生成させるステップ、
    (f)放射線−敏感性イメージ化層及び前記反射防止ハードマスク層部分を選択的に取り除いて、有機物含有ハードマスク材料層部分を露出させるステップ、
    (g)パターン化された反射防止ハードマスク層及び有機物含有ハードマスク材料層部分を選択的に取り除いて、材料層部分を露出させるステップ、
    (h)材料層の露出さた部分をエッチングすることによって、パターン化された材料形状を形成させるステップを含むことを特徴とする半導体集積回路デバイスの製造方法。
  14. 請求項13の方法によって形成されることを特徴とする半導体集積回路デバイス。
JP2006072742A 2005-12-26 2006-03-16 フォトレジスト下層膜用ハードマスク組成物及びこれを利用した半導体集積回路デバイスの製造方法 Active JP4421566B2 (ja)

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