JP6215777B2 - 塗布型bpsg膜形成用組成物、該組成物で膜を形成した基板、及び前記組成物を用いたパターン形成方法 - Google Patents
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Description
下記一般式(1)で示されるケイ酸を骨格とする構造のうち1種類以上、下記一般式(2)で示されるリン酸を骨格とする構造のうち1種類以上、及び下記一般式(3)で示されるホウ酸を骨格とする構造のうち1種類以上を含有する塗布型BPSG膜形成用組成物を提供する。
R1R2R3SiOR (A−1−1)
R4R5Si(OR)2 (A−1−2)
R6Si(OR)3 (A−1−3)
Si(OR)4 (A−1−4)
(式中、Rは炭素数1〜6の炭化水素基であり、R1、R2、R3、R4、R5、R6は前記と同様である。)
PX3 (A−2−1)
POX3 (A−2−2)
P2O5 (A−2−3)
H(HPO3)aOH (A−2−4)
R7PX2 (A−2−5)
R7POX2 (A−2−6)
(式中、R7は前記と同様であり、Xはハロゲン原子、水酸基又は炭素数1〜6のアルコキシ基であり、aは1以上の整数である)
BX3 (A−3−1)
B2O3 (A−3−2)
R8BX2 (A−3−3)
(式中、R8、Xは前記と同様である。)
R1B b1R2B b2R3B b3Si(OR0B)(4−b1−b2−b3) (B−1)
(式中、R0Bは炭素数1〜6の炭化水素基であり、R1B、R2B、R3Bはそれぞれ水素原子又は炭素数1〜30の1価の有機基である。また、b1、b2、b3は0又は1であり、1≦b1+b2+b3≦3である。)
また、本発明の塗布型BPSG膜形成用組成物を用いて平坦化膜や絶縁膜を形成すると、成膜時にパーティクルが発生することなくBPSG膜を形成することができる。
さらに、本発明の塗布型BPSG膜形成用組成物を用いてパターンを形成すると、塗布型有機下層膜や炭素を主成分とするCVD膜の組合せを最適化することで、サイズ変換差を生じさせることなくフォトレジストで形成されたパターンを基板上に形成できる。
ケイ酸を骨格とする構造中のSiO2は必須の単位である。また、それぞれの単位がこのような比率であれば、良好なドライエッチング耐性、パターン密着性、及びウエットエッチング性能をバランスよく具備する塗布型BPSG膜形成用組成物を得ることができる。
リン酸を骨格とする構造中のPO1.5又はPO2.5は必須の単位である。また、それぞれの単位がこのような比率であれば、良好なドライエッチング耐性、パターン密着性、及びウエットエッチング性能をバランスよく具備する塗布型BPSG膜形成用組成物を得ることができる。
ホウ酸を骨格とする構造中のそれぞれの単位は、どちらか一方のみでもよく、両方を含んでもよい。
上記の塗布型BPSG膜形成用組成物は、(A)成分として、下記一般式(A−1−1)〜(A−1−4)で示されるもののうち1種類以上のケイ素化合物に、下記一般式(A−2−1)〜(A−2−6)で示されるもののうち1種類以上のリン化合物及び下記一般式(A−3−1)〜(A−3−3)で示されるもののうち1種類以上のボロン化合物のいずれか又は両方を含む混合物の加水分解物、縮合物又は加水分解縮合物から選ばれる1種類以上のポリマーと溶剤とを含むものであることが好ましい。
R1R2R3SiOR (A−1−1)
R4R5Si(OR)2 (A−1−2)
R6Si(OR)3 (A−1−3)
Si(OR)4 (A−1−4)
(式中、Rは炭素数1〜6の炭化水素基であり、R1、R2、R3、R4、R5、R6は前記と同様である。)
PX3 (A−2−1)
POX3 (A−2−2)
P2O5 (A−2−3)
H(HPO3)aOH (A−2−4)
R7PX2 (A−2−5)
R7POX2 (A−2−6)
(式中、R7は前記と同様であり、Xはハロゲン原子、水酸基又は炭素数1〜6のアルコキシ基であり、aは1以上の整数である)
BX3 (A−3−1)
B2O3 (A−3−2)
R8BX2 (A−3−3)
(式中、R8、Xは前記と同様である。)
(A)成分として用いることができるケイ素化合物としては、下記一般式(A−1−1)で示されるものが挙げられる。
R1R2R3SiOR (A−1−1)
(式中、Rは炭素数1〜6の炭化水素基であり、R1、R2、R3はそれぞれ水素原子又は炭素数1〜30の有機基であり、該有機基中の水素原子はハロゲン原子で置換されていてもよい。)
上記一般式(A−1−1)で示されるケイ素化合物としては、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルエチルメトキシシラン、ジメチルエチルエトキシシラン、ジメチルフェニルメトキシシラン、ジメチルフェニルエトキシシラン、ジメチルベンジルメトキシシラン、ジメチルベンジルエトキシシラン、ジメチルフェネチルメトキシシラン、ジメチルフェネチルエトキシシラン等が好ましい。
R4R5Si(OR)2 (A−1−2)
(式中、Rは炭素数1〜6の炭化水素基であり、R4、R5はそれぞれ水素原子又は炭素数1〜30の有機基であり、該有機基中の水素原子はハロゲン原子で置換されていてもよい。)
上記一般式(A−1−2)で示されるケイ素化合物としては、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルエチルジメトキシシラン、メチルエチルジエトキシシラン、ジメチルジプロポキシシラン、ジメチルジイソプロポキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジプロポキシシラン、ジエチルジイソプロポキシシラン、ジプロピルジメトキシシラン、ジプロピルジエトキシシラン、ジプロピルジプロポキシシラン、ジプロピルジイソプロポキシシラン、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、ジブチルジメトキシシラン、ジブチルジエトキシシラン、ジブチルジプロポキシシラン、ジブチルジイソプロポキシシラン、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t−ブチルジメトキシシラン、ジt−ブチルジエトキシシラン、ジt−ブチルジプロポキシシラン、ジt−ブチルジイソプロポキシシラン、ジシクロプロピルジメトキシシラン、ジシクロプロピルジエトキシシラン、ジシクロプロピルジプロポキシシラン、ジシクロプロピルジイソプロポキシシラン、ジシクロブチルジメトキシシラン、ジシクロブチルジエトキシシラン、ジシクロブチルジプロポキシシラン、ジシクロブチルジイソプロポキシシラン、ジシクロペンチルジメトキシシラン、ジシクロペンチルジエトキシシラン、ジシクロペンチルジプロポキシシラン、ジシクロペンチルジイソプロポキシシラン、ジシクロヘキシルジメトキシシラン、ジシクロヘキシルジエトキシシラン、ジシクロヘキシルジプロポキシシラン、ジシクロヘキシルジイソプロポキシシラン、ジシクロヘキセニルジメトキシシラン、ジシクロヘキセニルジエトキシシラン、ジシクロヘキセニルジプロポキシシラン、ジシクロヘキセニルジイソプロポキシシラン、ジシクロヘキセニルエチルジメトキシシラン、ジシクロヘキセニルエチルジエトキシシラン、ジシクロヘキセニルエチルジプロポキシシラン、ジシクロヘキセニルエチルジイソプロポキシシラン、ジシクロオクチルジメトキシシラン、ジシクロオクチルジエトキシシラン、ジシクロオクチルジプロポキシシラン、ジシクロオクチルジイソプロポキシシラン、ジシクロペンタジエニルプロピルジメトキシシラン、ジシクロペンタジエニルプロピルジエトキシシラン、ジシクロペンタジエニルプロピルジプロポキシシラン、ジシクロペンタジエニルプロピルジイソプロポキシシラン、ビス(ビシクロヘプテニル)ジメトキシシラン、ビス(ビシクロヘプテニル)ジエトキシシラン、ビス(ビシクロヘプテニル)ジプロポキシシラン、ビス(ビシクロヘプテニル)ジイソプロポキシシラン、ビス(ビシクロヘプチル)ジメトキシシラン、ビス(ビシクロヘプチル)ジエトキシシラン、ビス(ビシクロヘプチル)ジプロポキシシラン、ビス(ビシクロヘプチル)ジイソプロポキシシラン、ジアダマンチルジメトキシシラン、ジアダマンチルジエトキシシラン、ジアダマンチルジプロポキシシラン、ジアダマンチルジイソプロポキシシラン、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、メチルフェニルジメトキシシラン、メチルフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジプロポキシシラン、ジフェニルジイソプロポキシシラン等が好ましい。
R6Si(OR)3 (A−1−3)
(式中、Rは炭素数1〜6の炭化水素基であり、R6は水素原子又は炭素数1〜30の有機基であり、該有機基中の水素原子はハロゲン原子で置換されていてもよい。)
上記一般式(A−1−3)で示されるケイ素化合物としては、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリプロポキシシラン、トリイソプロポキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリプロポキシシラン、エチルトリイソプロポキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリプロポキシシラン、ビニルトリイソプロポキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、プロピルトリプロポキシシラン、プロピルトリイソプロポキシシラン、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、ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ブチルトリプロポキシシラン、ブチルトリイソプロポキシシラン、sec−ブチルトリメトキシシラン、sec−ブチルトリエトキシシラン、sec−ブチルトリプロポキシシラン、sec−ブチルトリイソプロポキシシラン、t−ブチルトリメトキシシラン、t−ブチルトリエトキシシラン、t−ブチルトリプロポキシシラン、t−ブチルトリイソプロポキシシラン、シクロプロピルトリメトキシシラン、シクロプロピルトリエトキシシラン、シクロプロピルトリプロポキシシラン、シクロプロピルトリイソプロポキシシラン、シクロブチルトリメトキシシラン、シクロブチルトリエトキシシラン、シクロブチルトリプロポキシシラン、シクロブチルトリイソプロポキシシラン、シクロペンチルトリメトキシシラン、シクロペンチルトリエトキシシラン、シクロペンチルトリプロポキシシラン、シクロペンチルトリイソプロポキシシラン、シクロヘキシルトリメトキシシラン、シクロヘキシルトリエトキシシラン、シクロヘキシルトリプロポキシシラン、シクロヘキシルトリイソプロポキシシラン、シクロヘキセニルトリメトキシシラン、シクロヘキセニルトリエトキシシラン、シクロヘキセニルトリプロポキシシラン、シクロヘキセニルトリイソプロポキシシラン、シクロヘキセニルエチルトリメトキシシラン、シクロヘキセニルエチルトリエトキシシラン、シクロヘキセニルエチルトリプロポキシシラン、シクロヘキセニルエチルトリイソプロポキシシラン、シクロオクチルトリメトキシシラン、シクロオクチルトリエトキシシラン、シクロオクチルトリプロポキシシラン、シクロオクチルトリイソプロポキシシラン、シクロペンタジエニルプロピルトリメトキシシラン、シクロペンタジエニルプロピルトリエトキシシラン、シクロペンタジエニルプロピルトリプロポキシシラン、シクロペンタジエニルプロピルトリイソプロポキシシラン、ビシクロヘプテニルトリメトキシシラン、ビシクロヘプテニルトリエトキシシラン、ビシクロヘプテニルトリプロポキシシラン、ビシクロヘプテニルトリイソプロポキシシラン、ビシクロヘプチルトリメトキシシラン、ビシクロヘプチルトリエトキシシラン、ビシクロヘプチルトリプロポキシシラン、ビシクロヘプチルトリイソプロポキシシラン、アダマンチルトリメトキシシラン、アダマンチルトリエトキシシラン、アダマンチルトリプロポキシシラン、アダマンチルトリイソプロポキシシラン、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、フェニルトリプロポキシシラン、フェニルトリイソプロポキシシラン、ベンジルトリメトキシシラン、ベンジルトリエトキシシラン、ベンジルトリプロポキシシラン、ベンジルトリイソプロポキシシラン、アニシルトリメトキシシラン、アニシルトリエトキシシラン、アニシルトリプロポキシシラン、アニシルトリイソプロポキシシラン、トリルトリメトキシシラン、トリルトリエトキシシラン、トリルトリプロポキシシラン、トリルトリイソプロポキシシラン、フェネチルトリメトキシシラン、フェネチルトリエトキシシラン、フェネチルトリプロポキシシラン、フェネチルトリイソプロポキシシラン、ベンゾイルオキシメチルトリメトキシシラン、ベンゾイルオキシメチルトリエトキシシラン、ベンゾイルオキシメチルトリプロポキシシラン、ベンゾイルオキシメチルトリブトキシシラン、3−ベンゾイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−ベンゾイルオキシプロピルトリエトキシシラン、3−ベンゾイルオキシプロピルトリプロポキシシラン、3−ベンゾイルオキシプロピルトリブトキシシラン、ナフチルトリメトキシシラン、ナフチルトリエトキシシラン、ナフチルトリプロポキシシラン、ナフチルトリイソプロポキシシラン等が好ましい。
Si(OR)4 (A−1−4)
(式中、Rは炭素数1〜6の炭化水素基である。)
上記一般式(A−1−4)で示されるケイ素化合物としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン等が好ましい。
(式中、Uは水素原子、ヒドロキシル基、
(A)成分として用いることができるリン化合物としては、下記一般式(A−2−1)で示されるものが挙げられる。
PX3 (A−2−1)
(式中、Xはハロゲン原子、水酸基又は炭素数1〜6のアルコキシ基である。)
上記一般式(A−2−1)で示されるリン化合物としては、三塩化リン、三臭化リン、亜リン酸、亜リン酸トリメチル、亜リン酸トリエチル、亜リン酸トリプロピル等が好ましい。
POX3 (A−2−2)
(式中、Xはハロゲン原子、水酸基又は炭素数1〜6のアルコキシ基である。)
上記一般式(A−2−2)で示されるリン化合物としては、オキシ三塩化リン、オキシ三臭化リン、リン酸、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリプロピル等が好ましい。
P2O5 (A−2−3)
H(HPO3)aOH (A−2−4)
(式中、aは1以上の整数である。)
上記一般式(A−2−3)で示される五酸化二リン、上記一般式(A−2−4)で示されるポリリン酸やポリリン酸エステル等をリン化合物として用いることができる。
R7PX2 (A−2−5)
(式中、R7は水素原子又は炭素数1〜30の有機基であり、該有機基中の水素原子はハロゲン原子で置換されていてもよい。Xはハロゲン原子、水酸基又は炭素数1〜6のアルコキシ基である。)
上記一般式(A−2−5)で示されるリン化合物としては、CH3PCl2、C2H5PCl2、CH3OPCl2等が好ましい。
R7POX2 (A−2−6)
(式中、R7は水素原子又は炭素数1〜30の有機基であり、該有機基中の水素原子はハロゲン原子で置換されていてもよい。Xはハロゲン原子、水酸基又は炭素数1〜6のアルコキシ基である。)
上記一般式(A−2−6)で示されるリン化合物としては、HPO(OCH3)2、HPO(OC2H5)2、CH3PO(OH)2、CH3PO(OCH3)2、CH3POCl2、C6H5PO(OH)2、C6H5POCl2、C6H5CH2PO(OC2H5)2等が好ましい。
(A)成分として用いることができるボロン化合物としては、下記一般式(A−3−1)で示されるものが挙げられる。
BX3 (A−3−1)
(式中、Xはハロゲン原子、水酸基又は炭素数1〜6のアルコキシ基である。)
上記一般式(A−3−1)で示されるボロン化合物としては、三フッ化ボロン、三塩化ボロン、ホウ酸、ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリエチル、ホウ酸トリプロピル、ホウ酸トリブチル、ホウ酸トリアミル、ホウ酸トリヘキシル、ホウ酸トリシクロペンチル、ホウ酸トリシクロヘキシル、ホウ酸トリアリル、ホウ酸トリフェニル、ホウ酸エチルジメチル等が好ましい。
B2O3 (A−3−2)
上記一般式(A−3−2)で示される酸化ホウ素をボロン化合物として用いることができる。
R8BX2 (A−3−3)
(式中、R8は水素原子又は炭素数1〜30の有機基であり、該有機基中の水素原子はハロゲン原子で置換されていてもよい。Xはハロゲン原子、水酸基又は炭素数1〜6のアルコキシ基である。)
上記一般式(A−3−3)で示されるボロン化合物としては、C6H5B(OH)2、CH3B(OC3H7)2、CH3B(OH)2、C6H11B(OH)2等が好ましい。
また、上記の酸触媒を用いる際と同様の水溶性有機溶剤と水難溶性有機溶剤の混合物を用いて塩基性触媒を除去することもできる。なお、水溶性有機溶剤と水難溶性有機溶剤との混合割合も、上記の酸触媒を用いる際と同様の割合でよい。
本発明の塗布型BPSG膜形成用組成物は、上記の(A)成分に加えて、さらに(B)成分として、下記一般式(B−1)で示されるもののうち1種類以上のケイ素化合物、該ケイ素化合物の加水分解物、縮合物又は加水分解縮合物から選ばれる1種類以上を含むものであることが好ましい。
R1B b1R2B b2R3B b3Si(OR0B)(4−b1−b2−b3) (B−1)
(式中、R0Bは炭素数1〜6の炭化水素基であり、R1B、R2B、R3Bはそれぞれ水素原子又は炭素数1〜30の1価の有機基である。また、b1、b2、b3は0又は1であり、1≦b1+b2+b3≦3である。)
なお、下記構造式にはエナンチオ異性体(enantiomer)やジアステレオ異性体(diastereomer)が存在し得るが、各構造式はこれらの立体異性体のすべてを代表して表す。これらの立体異性体は単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。
このような有機化合物を添加することで、ウエットエッチングの際にBPSG膜の崩壊が加速され剥離が容易になる。
本発明の塗布型BPSG膜形成用組成物には、熱架橋促進剤を添加してもよい。本発明の塗布型BPSG膜形成用組成物に用いることができる熱架橋促進剤として、具体的には、特開2007−302873号公報に記載されている熱架橋促進剤が挙げられる。なお、上記熱架橋促進剤は1種類を単独で又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。また、熱架橋促進剤の添加量は、上記(A)成分のポリマー100質量部に対して、好ましくは0.01〜50質量部、より好ましくは0.1〜40質量部である。
また、本発明は、半導体装置の製造工程に用いる基板であって、上記塗布型BPSG膜形成用組成物を被加工体上に塗布してBPSG膜を形成した基板を提供する。
本発明では、被加工体上に塗布型有機下層膜材料を用いて有機下層膜を形成し、該有機下層膜の上に塗布型BPSG膜形成用組成物を用いてBPSG膜を形成し、該BPSG膜上に上層レジスト膜を形成し、該上層レジスト膜にパターンを形成し、該パターンが形成された上層レジスト膜をマスクにしてBPSG膜にエッチングでパターン転写し、該パターンが転写されたBPSG膜をマスクにして前記有機下層膜にエッチングでパターン転写して、被加工体を加工するためのマスクパターンを形成することでパターンを形成することができる。
[合成例(A1)]
メタノール120g、70%硝酸1g及び脱イオン水60gの混合物にフェニルトリメトキシシラン[化100]5.0g、メチルトリメトキシシラン[化101]17.0g、テトラメトキシシラン[化102]45.7g、リン酸トリブチル[化112]6.3g及びホウ酸トリメチル[化115]2.6gの混合物を添加し、12時間、40℃に保持し、加水分解縮合させた。反応終了後、PGEE300gを加え、副生アルコール及び過剰の水を減圧で留去して、ケイ素含有化合物(A1)のPGEE溶液270g(ポリマー濃度12%)を得た。このもののポリスチレン換算分子量を測定したところMw=2,500であった。
合成例(A1)と同様の条件で下記表1に示されるモノマーを使用して合成例(A2)〜(A4)を合成し、それぞれケイ素含有化合物(A2)〜(A4)のPGEE溶液を得た。
メタノール120g、85%リン酸[化113]3g、70%硝酸1g及び脱イオン水60gの混合物にフェニルトリメトキシシラン[化100]5.0g、メチルトリメトキシシラン[化101]10.2g、テトラメトキシシラン[化102]53.3g及びホウ酸トリメチル[化115]2.6gの混合物を添加し、12時間、40℃に保持し、加水分解縮合させた。反応終了後、PGEE300gを加え、副生アルコール及び過剰の水を減圧で留去して、ケイ素含有化合物(A5)のPGEE溶液290g(ポリマー濃度11%)を得た。このもののポリスチレン換算分子量を測定したところMw=3,000であった。
メタノール120g、ホウ酸[化116]1.5g、70%硝酸1g及び脱イオン水60gの混合物にフェニルトリメトキシシラン[化100]5.0g、メチルトリメトキシシラン[化101]17g、テトラメトキシシラン[化102]45.7g及びリン酸トリブチル[化112]6.3gの混合物を添加し、12時間、40℃に保持し、加水分解縮合させた。反応終了後、PGEE300gを加え、副生アルコールおよび過剰の水を減圧で留去して、ケイ素含有化合物(A6)のPGEE溶液290g(ポリマー濃度11.1%)を得た。このもののポリスチレン換算分子量を測定したところMw=2,700であった。
メタノール120g、85%リン酸[化113]3g、ホウ酸[化116]1.5g、70%硝酸1g及び脱イオン水60gの混合物にフェニルトリメトキシシラン[化100]5.0g、メチルトリメトキシシラン[化101]17g及びテトラメトキシシラン[化102]45.7gの混合物を添加し、12時間、40℃に保持し、加水分解縮合させた。反応終了後、PGEE300gを加え、副生アルコール及び過剰の水を減圧で留去して、ケイ素含有化合物(A7)のPGEE溶液300g(ポリマー濃度10.6%)を得た。このもののポリスチレン換算分子量を測定したところMw=3,100であった。
メタノール120g、85%リン酸[化113]3g、70%硝酸1g及び脱イオン水60gの混合物に4−フルオロフェニルトリメトキシシラン[化104]5.4g及びテトラメトキシシラン[化102]68.5gの混合物を添加し、12時間、40℃に保持し、加水分解縮合させた。反応終了後、PGEE300gを加え、副生アルコールおよび過剰の水を減圧で留去して、ケイ素含有化合物(A8)のPGEE溶液270g(ポリマー濃度12.0%)を得た。このもののポリスチレン換算分子量を測定したところMw=3,400であった。
メタノール120g、70%硝酸1g及び脱イオン水60gの混合物にフェニルトリメトキシシラン[化100]5.0g、ホウ酸トリメチル[化115]5.2g及びテトラメトキシシラン[化102]64.7gの混合物を添加し、12時間、40℃に保持し、加水分解縮合させた。反応終了後、PGEE300gを加え、副生アルコール及び過剰の水を減圧で留去して、ケイ素含有化合物(A9)のPGEE溶液260g(ポリマー濃度11.7%)を得た。このもののポリスチレン換算分子量を測定したところMw=2,700であった。
メタノール120g、85%リン酸[化113]3g、ホウ酸[化116]1.5g、70%硝酸1g及び脱イオン水60gの混合物に4−クロロフェニルトリメトキシシラン[化105]5.8g及びテトラメトキシシラン[化102]64.7gの混合物を添加し、12時間、40℃に保持し、加水分解縮合させた。反応終了後、PGEE300gを加え、副生アルコール及び過剰の水を減圧で留去して、ケイ素含有化合物(A10)のPGEE溶液310g(ポリマー濃度10.5%)を得た。このもののポリスチレン換算分子量を測定したところMw=3,000であった。
メタノール120g、85%リン酸[化113]3g、ホウ酸[化116]1.5g、70%硝酸1g及び脱イオン水60gの混合物にフェニルトリメトキシシラン[化100]5.0g、メチルトリメトキシシラン[化101]13.6g、4−アセトキシ−4,4−ビストリフルオロメチルブチルトリメトキシシラン[化106]9.3g及びテトラメトキシシラン[化102]45.7gの混合物を添加し、12時間、40℃に保持し、加水分解縮合させた。反応終了後、PGEE300gを加え、副生アルコールおよび過剰の水を減圧で留去して、ケイ素含有化合物(A11)のPGEE溶液300g(ポリマー濃度10.6%)を得た。このもののポリスチレン換算分子量を測定したところMw=2,700であった。
メタノール120g、85%リン酸[化113]3g、ホウ酸[化116]1.5g、70%硝酸1g及び脱イオン水60gの混合物にフェニルトリメトキシシラン[化100]5.0g及びテトラメトキシシラン[化102]64.7gの混合物を添加し、12時間、40℃に保持し、加水分解縮合させた。反応終了後、PGEE300gを加え、副生アルコール及び過剰の水を減圧で留去して、ケイ素含有化合物(A12)のPGEE溶液270g(ポリマー濃度11.5%)を得た。このもののポリスチレン換算分子量を測定したところMw=2,800であった。
メタノール120g、ホスホン酸[化111]2.1g、70%硝酸1g及び脱イオン水60gの混合物にテトラメトキシシラン[化102]68.5g及びホウ酸トリメチル[化115]2.6gの混合物を添加し、12時間、40℃に保持し、加水分解縮合させた。反応終了後、PGEE300gを加え、副生アルコール及び過剰の水を減圧で留去して、ケイ素含有化合物(A13)のPGEE溶液290g(ポリマー濃度11.2%)を得た。このもののポリスチレン換算分子量を測定したところMw=3,100であった。
[合成例(B1)]
メタノール120g、メタンスルホン酸1g及び脱イオン水60gの混合物にメチルトリメトキシシラン[化101]34.1g及びホウ酸トリメチル[化115]26.0gの混合物を添加し、12時間、40℃に保持し、加水分解縮合させた。反応終了後、PGEE300gを加え、副生アルコール及び過剰の水を減圧で留去して、ケイ素含有化合物(B1)のPGEE溶液300g(ポリマー濃度13%)を得た。このもののポリスチレン換算分子量を測定したところMw=3,200であった。
メタノール120g、メタンスルホン酸1g及び脱イオン水60gの混合物にフェニルトリメトキシシラン[化100]9.9g、メチルトリメトキシシラン[化101]54.5g及びリン酸トリブチル[化112]12.5gの混合物を添加し、12時間、40℃に保持し、加水分解縮合させた。反応終了後、PGEE300gを加え、副生アルコール及び過剰の水を減圧で留去して、ケイ素含有化合物(B2)のPGEE溶液310g(ポリマー濃度11.9%)を得た。このもののポリスチレン換算分子量を測定したところMw=3,500であった。
メタノール120g、メタンスルホン酸1g及び脱イオン水60gの混合物にメチルトリメトキシシラン[化101]61.3g及びテトラメトキシシラン[化102]7.6gの混合物を添加し、12時間、40℃に保持し、加水分解縮合させた。反応終了後、PGEE300gを加え、副生アルコール及び過剰の水を減圧で留去して、ケイ素含有化合物(B3)のPGEE溶液300g(ポリマー濃度11.1%)を得た。このもののポリスチレン換算分子量を測定したところMw=3,500であった。
メタノール120g、メタンスルホン酸1g及び脱イオン水60gの混合物にメチルトリメトキシシラン[化101]34.1g及び4−t−ブトキシフェニルトリメトキシシラン[化120]67.6gの混合物を添加し、24時間、40℃に保持し、加水分解縮合させた。反応終了後、PGEE500gを加え、副生アルコール及び過剰の水を減圧で留去して、ケイ素含有化合物(B4)のPGEE溶液570g(ポリマー濃度11.7%)を得た。このもののポリスチレン換算分子量を測定したところMw=2,700であった。
合成例(B4)と同様の条件で下記表2に示されるモノマーを使用して合成例(B5)〜(B11)を合成し、それぞれケイ素含有化合物(B5)〜(B11)のPGEE溶液を得た。
上記合成例で得られたA成分としてのケイ素含有化合物(A1)〜(A13)、B成分としてのケイ素含有化合物(B1)〜(B11)、添加剤、溶剤を表3に示す割合で混合し、0.1μmのフッ素樹脂製のフィルターで濾過することによって、塗布型BPSG膜形成用組成物溶液をそれぞれ調製し、それぞれSol.1〜26とした。
TPSH2PO4 :リン酸モノ(トリフェニルスルホニウム)
TPSH2BO3 :ホウ酸モノ(トリフェニルスルホニウム)
TPSMA :マレイン酸モノ(トリフェニルスルホニウム)
TPSNO3 :硝酸トリフェニルスルホニウム
QMANO3 :硝酸テトラメチルアンモニウム
TPSNf :ノナフルオロブタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム
TAEOH :トリエタノールアミン
PEOL :ペンタエリスリトール
TMOL :トリメチロールエタン
SORBOL :ソルビトール
XYTOL :キシリトール
シリコンウエハー上に、塗布型BPSG膜形成用組成物溶液Sol.1〜26を回転塗布し、240℃で160秒間加熱成膜して、膜厚35nmのBPSG膜Film1〜26を作製した。これらのBPSG膜を0.6%アンモニア含有1%過酸化水素水(以下アンモニア過水とする)中に50℃、10分間浸漬し残った膜厚をJAウーラム社製M−2000高速分光エリプソメーターで測定した。その結果を下記の表4に示す。
シリコンウエハー上に、信越化学工業(株)製スピンオンカーボン膜ODL−50(カーボン含有量80質量%)を膜厚200nmで形成した。その上に塗布型BPSG膜形成用組成物溶液Sol.1〜24を塗布して240℃で60秒間加熱して、膜厚35nmのBPSG膜Film1〜24を作製した。
次いで、これらをArF液浸露光装置((株)ニコン製;NSR−S610C,NA1.30、σ0.98/0.65、35度ダイポール偏光照明、6%ハーフトーン位相シフトマスク)で露光し、100℃で60秒間ベーク(PEB)し、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液で30秒間現像し、43nm1:1のポジ型のラインアンドスペースパターンを得た。
このようにして得られた基板に対し、(株)日立製作所製電子顕微鏡(S−9380)で断面形状を、(株)日立ハイテクノロジーズ製電子顕微鏡(CG4000)でパターン倒れを観測した。
ArFレジストポリマー1:分子量(Mw)=7,800
分散度(Mw/Mn)=1.78
シリコンウエハー上に、信越化学工業(株)製スピンオンカーボン膜ODL−50(カーボン含有量80質量%)を膜厚200nmで形成した。その上に塗布型BPSG膜形成用組成物溶液Sol.11〜18を塗布して240℃で60秒間加熱して、膜厚35nmのBPSG膜Film11〜18を作製した。
次いで、これらをArF液浸露光装置((株)ニコン製;NSR−S610C,NA1.30、σ0.98/0.65、35度ダイポール偏光照明、6%ハーフトーン位相シフトマスク)で露光し、100℃で60秒間ベーク(PEB)した。次に、30rpmで回転させながら現像ノズルから現像液として酢酸ブチルを3秒間吐出し、その後回転を止めてパドル現像を27秒間行い、ジイソアミルエーテルでリンス後スピンドライし、100℃で20秒間ベークしてリンス溶剤を蒸発させた。このパターニングにより、43nm1:1のネガ型のラインアンドスペースパターンを得た。
このようにして得られた基板に対し、(株)日立製作所製電子顕微鏡(S−4700)で断面形状を、(株)日立ハイテクノロジーズ製電子顕微鏡(CG4000)でパターン倒れを観測した。
ArFレジストポリマー2:分子量(Mw)=8,600
分散度(Mw/Mn)=1.88
Claims (13)
- 下記一般式(1)で示されるケイ酸を骨格とする構造のうち1種類以上、下記一般式(2)で示されるリン酸を骨格とする構造のうち1種類以上、及び下記一般式(3)で示されるホウ酸を骨格とする構造のうち1種類以上を含む化合物を含有するものであり、
(A)成分として、下記一般式(A−1−1)〜(A−1−4)で示されるもののうち1種類以上のケイ素化合物に、下記一般式(A−2−1)〜(A−2−6)で示されるもののうち1種類以上のリン化合物及び下記一般式(A−3−1)〜(A−3−3)で示されるもののうち1種類以上のボロン化合物の両方を含む混合物の縮合物又は加水分解縮合物から選ばれる1種類以上のポリマーと溶剤とを含み、
さらに(B)成分として、下記一般式(B−1)で示されるもののうち1種類以上のケイ素化合物、該ケイ素化合物の縮合物又は加水分解縮合物から選ばれる1種類以上を含むものであることを特徴とする塗布型BPSG膜形成用組成物。
R1R2R3SiOR (A−1−1)
R4R5Si(OR)2 (A−1−2)
R6Si(OR)3 (A−1−3)
Si(OR)4 (A−1−4)
(式中、Rは炭素数1〜6の炭化水素基であり、R1、R2、R3、R4、R5、R6は前記と同様である。)
PX3 (A−2−1)
POX3 (A−2−2)
P2O5 (A−2−3)
H(HPO3)aOH (A−2−4)
R7PX2 (A−2−5)
R7POX2 (A−2−6)
(式中、R7は前記と同様であり、Xはハロゲン原子、水酸基又は炭素数1〜6のアルコキシ基であり、aは1以上の整数である)
BX3 (A−3−1)
B2O3 (A−3−2)
R8BX2 (A−3−3)
(式中、R8、Xは前記と同様である。)
R1B b1R2B b2R3B b3Si(OR0B)(4−b1−b2−b3) (B−1)
(式中、R0Bは炭素数1〜6の炭化水素基であり、R1B、R2B、R3Bはそれぞれ水素原子又は炭素数1〜30の1価の有機基である。また、b1、b2、b3は0又は1であり、1≦b1+b2+b3≦3である。) - 前記一般式(B−1)中のR1B、R2B、R3Bのうち1つ以上が酸不安定基で置換された水酸基又はカルボキシル基を有する有機基であることを特徴とする請求項1に記載の塗布型BPSG膜形成用組成物。
- 前記(B)成分が、前記一般式(A−1−1)〜(A−1−4)で示されるもののうち1種類以上のケイ素化合物、前記一般式(A−2−1)〜(A−2−6)で示されるもののうち1種類以上のリン化合物、及び前記一般式(A−3−1)〜(A−3−3)で示されるもののうち1種類以上のボロン化合物のそれぞれ単独、これらの混合物、これらの縮合物又は加水分解縮合物から選ばれる1種類以上を含むものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の塗布型BPSG膜形成用組成物。
- さらに、1分子中に2個以上の水酸基又はカルボキシル基を有する有機化合物を含むものであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の塗布型BPSG膜形成用組成物。
- 半導体装置の製造工程に用いる基板であって、請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の塗布型BPSG膜形成用組成物を被加工体上に塗布してBPSG膜を形成したものであることを特徴とする基板。
- 前記BPSG膜がレジスト下層膜、平坦化膜、絶縁膜のうちの少なくとも1つとして機能するものであることを特徴とする請求項5に記載の基板。
- 前記被加工体が半導体回路の一部又は全部が形成されている半導体装置基板であり、該半導体装置基板上に前記塗布型BPSG膜形成用組成物を回転塗布し、焼成することで前記BPSG膜を形成したものであることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の基板。
- 被加工体上に塗布型有機下層膜材料を用いて有機下層膜を形成し、該有機下層膜の上に請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の塗布型BPSG膜形成用組成物を用いてBPSG膜を形成し、該BPSG膜上に上層レジスト膜を形成し、該上層レジスト膜にパターンを形成し、該パターンが形成された前記上層レジスト膜をマスクにして前記BPSG膜にエッチングでパターン転写し、該パターンが転写された前記BPSG膜をマスクにして前記有機下層膜にエッチングでパターン転写して、前記被加工体を加工するためのマスクパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。
- 被加工体上に炭素を主成分とするハードマスクをCVD法で形成し、前記ハードマスクの上に請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の塗布型BPSG膜形成用組成物を用いてBPSG膜を形成し、該BPSG膜上に上層レジスト膜を形成し、該上層レジスト膜にパターンを形成し、該パターンが形成されたレジスト膜をマスクにして前記BPSG膜にエッチングでパターン転写し、該パターンが転写された前記BPSG膜をマスクにして前記ハードマスクにエッチングでパターン転写して、前記被加工体を加工するためのマスクパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。
- 前記被加工体を加工するためのマスクパターンを形成する工程を行った後、ウエットエッチングにより前記BPSG膜を除去する工程を行うことを特徴とする請求項8又は請求項9に記載のパターン形成方法。
- 前記被加工体が、半導体回路の一部もしくは全部が形成されている半導体装置基板に被加工層として金属膜、アモルファス金属膜、金属炭化膜、金属酸化膜、金属窒化膜、金属酸化炭化膜、又は金属酸化窒化膜のいずれかを製膜したものであることを特徴とする請求項8乃至請求項10のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
- 前記被加工体を構成する金属がケイ素、チタン、タングステン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム、ゲルマニウム、銅、アルミニウム、インジウム、ガリウム、ヒ素、パラジウム、鉄、タンタル、イリジウム、モリブデン、又はこれらの合金を含むことを特徴とする請求項8乃至請求項11のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
- 前記上層レジスト膜のパターン形成を、波長が300nm以下の光もしくはEUV光を用いたリソグラフィー法、電子線直接描画法、誘導自己組織化法又はナノインプリンティングリソグラフィー法によって行うことを特徴とする請求項8乃至請求項12のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
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