JP7269720B2 - リソグラフィー用基板処理組成物及びこれを利用する半導体素子の製造方法 - Google Patents

リソグラフィー用基板処理組成物及びこれを利用する半導体素子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明はリソグラフィー工程に利用される基板処理組成物及びこれを利用する半導体素子の製造方法に関し、特に、レジストパターンの崩壊を抑制できるリソグラフィー用基板処理組成物及びこれを利用する半導体素子の製造方法に関する。
近年の電子機器の高速化、低消費電力化に応じてこれに埋め込まれる半導体装置もやはり速い動作速度及び／又は低い動作電圧等が要求されている。
このような要求特性を充足させるために半導体装置はより高集積化してきている。
したがって、半導体装置の集積度向上のための主要製造技術としてフォトリソグラフィー技術のような微細加工技術に対する要求も厳しくなっている。
フォトリソグラフィー技術は、半導体装置を製造する時、基板上に微細な電子回路パタ－ンを生成するのに使用される方法である。
即ち、感光性物質が塗布されている基板に回路が印刷されているマスクを通じて光を転写することによってマスクの回路パタ－ンを基板に転写する工程である。
フォトリソグラフィー工程で使用する光源としてＧ－ＬＩＮＥ、Ｉ－ＬＩＮＥ、ＫｒＦ、ＡｒＦ等があり、最近には電子回路のパターンが超微細化されることによってＥＵＶ（ｅｘｔｒｅｍｅ ＵＶ）等を使用して微細し、精巧なフォトレジストパターンを形成している。
しかしながら、例えば、基板とフォトレジストパターンとの間に接着促進層が要求され、一般的に、ＥＵＶリソグラフィー工程で接着促進層として利用されるアンダーレイヤー（ｕｎｄｅｒｌａｙｅｒ）は基板上にコーティングされる物質の塗布厚さに応じて相対的に厚い厚さになり、エッチング工程の間にアンダーレイヤーの少なくとも一部がエッチングされなく、フォトレジストパターンの間に残る場合、パターンの間にブリッジ欠陥（ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｆｅｃｔ）がもたらされる可能性があるという問題があった。
米国特許第９，０２３，５８３号明細書 米国特許第９，０２３，５８８号明細書 特開１９９４－２６７８９２号公報
本発明は上記従来のフォトリソグラフィー技術における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、レジストパターンの崩壊を抑制できる単分子層を形成するための基板処理組成物を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、微細パターンを容易に形成できる半導体素子の製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明によるリソグラフィー用基板処理組成物は、 第１モノマーと、
第２モノマーと、
酸と、を有し、
前記第１モノマーは、下記に示す化学式１で表され、
前記第２モノマーは、下記に示す化学式７で表され、
前記第１モノマー、前記第２モノマー、及び前記酸を含む固形分（ｓｏｌｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔ）の分子量は、１、０００ｇ／ｍｏｌ．～５０、０００ｇ／ｍｏｌ．であることを特徴とする。
（化１）
Ｘ－Ｓｉ（Ｒ１）２（Ｒ２） ・・・化学式１
（ここで、Ｒ１及びＲ２の各々は、炭素数１～２０のアルキル基又は炭素数１～２０のアルコキシ基（ａｌｋｏｘｙ ｇｒｏｕｐ）であり、Ｘは、
ｉ）環形アミン（ｃｙｃｌｉｃ ａｍｉｎｅ）又はこれを含む有機基（ｏｒｇａｎｉｃ ｇｒｏｕｐ）であるか、或いは
ｉｉ）少なくとも１つの水素がアミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ）で置換された炭素数１～２０のアルキル基、少なくとも１つの水素がアミノ基又はヒドロキシ基（ｈｙｄｒｏｘｙ ｇｒｏｕｐ）で置換されたフェニル基（ｐｈｅｎｙｌ ｇｒｏｕｐ）、エステル（ｅｓｔｅｒ）結合、又はこれらの組み合わせである。）
（化７）
Ｙ－Ｓｉ（Ｒ３）３ ・・・化学式７
（ここで、Ｒ３は、炭素数１～２０のアルコキシ基（ａｌｋｏｘｙ ｇｒｏｕｐ）であり、Ｙは、
ｉ）環形アミン又はこれを含む有機基であるか、或いは
ｉｉ）少なくとも１つの水素がアミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ）で置換された炭素数１～２０のアルキル基、スルフィド結合（ｓｕｌｆｉｄｅ ｂｏｎｄ）、エーテル（ｅｔｈｅｒ）結合、スルホニル基（ｓｕｌｆｏｎｙｌ ｇｒｏｕｐ）に結合された炭素数１～２０のアルキル基、又はこれらの組み合わせである。）
上記目的を達成するためになされた本発明による半導体素子の製造方法は、基板上に第１モノマー及び第２モノマーを含む組成物を塗布する段階と、ベーク工程を遂行して前記基板上に単分子層を形成する段階と、前記単分子層上にフォトレジストパターンを形成する段階と、を有し、前記第１モノマー及び第２モノマーを含む組成物は本発明によるリソグラフィー用基板処理組成物であり、前記単分子層は、前記第１モノマー及び前記第２モノマーの脱水縮合生成物（ｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ－ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔ）を含むことを特徴とする。
本発明に係るリソグラフィー用基板処理組成物及びこれを利用する半導体素子の製造方法によれば、単分子層が疎水性を有するように形成することによって、単分子層は基板とフォトレジストパターンとの間の接着促進層として機能し、レジストパターンの崩壊を抑制できる単分子層を形成するための基板処理組成物が提供することができ、微細パターンを容易に形成きる半導体素子の製造方法が提供することができる。
本発明の一実施形態に係る半導体素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る半導体素子の製造方法を説明するための概略断面図である。 図２のＡ部分の拡大図である。 本発明の一実施形態に係る半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。
次に、本発明に係るリソグラフィー用基板処理組成物及びこれを利用する半導体素子の製造方法を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
本発明の一実施形態によれば、基板処理組成物は、第１モノマー、第２モノマー、酸、及び溶剤を含む。
酸は、カルボン酸（ｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄ）、一例としてマレイン酸（ｍａｌｅｉｃ ａｃｉｄ）である。
溶剤は、ＰＧＥＥ（Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ＰＧＭＥＡ（Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｍｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ ａｃｅｔａｔｅ）、ＰＧＭＥ（Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｍｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）、及び脱イオン水の内の少なくとも１つを含む。
第１モノマーは、下記に示す化学式１の有機シラン（ｏｒｇａｎｉｃ ｓｉｌａｎｅ）である。
（化１）
Ｘ－Ｓｉ（Ｒ１）２（Ｒ２） ・・・化学式１

Ｒ１及びＲ２の各々は、炭素数１～２０のアルキル基又は炭素数１～２０のアルコキシ基（ａｌｋｏｘｙ ｇｒｏｕｐ）である。
Ｘは、
ｉ）環形アミン（ｃｙｃｌｉｃ ａｍｉｎｅ）又はこれを含む有機基（ｏｒｇａｎｉｃ ｇｒｏｕｐ）であるか、或いは
ｉｉ）少なくとも１つの水素がアミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ）で置換された炭素数１～２０のアルキル基、少なくとも１つの水素がアミノ基又はヒドロキシ基（ｈｙｄｒｏｘｙ ｇｒｏｕｐ）で置換されたフェニル基（ｐｈｅｎｙｌ ｇｒｏｕｐ）、エステル（ｅｓｔｅｒ）結合、又はこれらの組み合わせである。
化学式１のＲ１及びＲ２の各々はＳｉ－Ｃ結合又はＳｉ－Ｏ結合によってＳｉ原子に結合される。
化学式１のＸは、Ｓｉ－Ｃ結合によってＳｉ原子に結合される。
化学式１のＸは、下記に示す化学式２、化学式３、化学式４、化学式５、又は化学式６の構造である。
Figure 0007269720000001
Figure 0007269720000002
Figure 0007269720000003
Figure 0007269720000004
Figure 0007269720000005
第１モノマーは、一例として、下記に示す化学式（１－１）、化学式（１－２）、化学式（１－３）、化学式（１－４）、化学式（１－５）、又は化学式（１－６）の有機シランである。
Figure 0007269720000006
Figure 0007269720000007
Figure 0007269720000008
Figure 0007269720000009
 （ここで、Ｒは炭素数１～２０のアルキル基である。）
Figure 0007269720000010
 （ここで、Ｒは炭素数１～２０のアルキル基である。）
Figure 0007269720000011
第２モノマーは、下記に示す化学式７の有機シランである。
（化７）
Ｙ－Ｓｉ（Ｒ３）３ ・・・化学式７

Ｒ３は、炭素数１～２０のアルコキシ基（ａｌｋｏｘｙ ｇｒｏｕｐ）である。
Ｙは、
ｉ）環形アミン又はこれを含む有機基であるか、或いは
ｉｉ）少なくとも１つの水素がアミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ）で置換された炭素数１～２０のアルキル基、スルフィド結合（ｓｕｌｆｉｄｅ ｂｏｎｄ）、エーテル（ｅｔｈｅｒ）結合、スルホニル基（ｓｕｌｆｏｎｙｌ ｇｒｏｕｐ）に結合された炭素数１～２０のアルキル基、又はこれらの組み合わせである。
化学式７のＲ３は、Ｓｉ－Ｏ結合によってＳｉ原子に結合され、化学式７のＹは、Ｓｉ－Ｃ結合によってＳｉ原子に結合される。
化学式７のＹは、下記に示す化学式８、化学式９、化学式１０、化学式１１、化学式１２、又は化学式１３の構造である。
Figure 0007269720000012
 （ここで、Ｔｓはｐ－トルエンスルホニル基（ｐ－ｔｏｌｕｅｎｅｓｕｌｆｏｎｙｌ ｇｒｏｕｐ）である。）
Figure 0007269720000013
 （ここで、Ｍｓはメタンスルホニル基（ｍｅｔｈａｎｅｓｕｌｆｏｎｙｌ ｇｒｏｕｐ）である。）
Figure 0007269720000014
 （ここで、Ｍｓはメタンスルホニル基（ｍｅｔｈａｎｅｓｕｌｆｏｎｙｌ ｇｒｏｕｐ）である。
Figure 0007269720000015
Figure 0007269720000016
Figure 0007269720000017
第２モノマーは、一例として下記に示す化学式（７－１）、化学式（７－２）、化学式（７－３）、化学式（７－４）、化学式（７－５）、又は化学式（７－６）の有機シランである。
Figure 0007269720000018
 （ここで、Ｔｓはｐ－トルエンスルホニル基（ｐ－ｔｏｌｕｅｎｅｓｕｌｆｏｎｙｌ ｇｒｏｕｐ）である。）
Figure 0007269720000019
 （ここで、Ｍｓはメタンスルホニル基（ｍｅｔｈａｎｅｓｕｌｆｏｎｙｌ ｇｒｏｕｐ）である。）
Figure 0007269720000020
 （ここで、Ｍｓはメタンスルホニル基（ｍｅｔｈａｎｅｓｕｌｆｏｎｙｌ ｇｒｏｕｐ）である。）
Figure 0007269720000021
Figure 0007269720000022
Figure 0007269720000023
基板処理組成物中固形分（ｓｏｌｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔ）の分子量は、約１、０００ｇ／ｍｏｌ．より大きいか、或いは同一であり、約１００、０００ｇ／ｍｏｌ．より小さい。
固形分は、基板処理組成物の全体成分の中で溶剤を除外した成分である。
固形分は、第１モノマー、第２モノマー、及び酸を含む。
固形分の分子量は一例として、約１、０００ｇ／ｍｏｌ．～約５０、０００ｇ／ｍｏｌ．である。
固形分の分子量が１００、０００ｇ／ｍｏｌ．以上である場合、基板処理組成物がゲル化されて後述するコーティング工程を遂行することが困難な場合がある。
固形分の分子量が約１、０００ｇ／ｍｏｌ．より小さい場合、後述される単分子層の形成が困難な場合がある。
基板処理組成物は、半導体素子の製造のためのリソグラフィー工程に利用される。
基板処理組成物は、基板上にフォトレジストパターンが形成される前に、基板の表面処理のために利用される。
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。
図２、図４～図６は、本発明の一実施形態に係る半導体素子の製造方法を説明するための断面図であり、図３は図２のＡ部分の拡大図である。
図１及び図２を参照すると、基板１００上に基板処理組成物を塗布する（ステップＳ１０）。
基板１００は、支持基板１０２、及び支持基板１０２上の下部膜１０４を含む。
支持基板１０２は、半導体基板（一例として、シリコン基板、ゲルマニウム基板、又はシリコン－ゲルマニウム基板）である。
下部膜１０４は、導電膜及び／又は絶縁膜を含む。
基板処理組成物は、一例としてスピン－コーティング方法で基板１００の表面１００Ｓに塗布される。
基板１００の表面１００Ｓは、下部膜１０４の表面に対応する。
基板１００の表面１００Ｓに隣接する、下部膜１０４の上部はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及び／又はシリコン酸窒化膜を含む。
一実施形態によれば、下部膜１０４は省略してもよい。この場合、基板処理組成物は支持基板１０２の表面に塗布される。
図１、図２、及び図３を参照すると、ベーク工程（ｂａｋｅ ｐｒｏｃｅｓｓ；Ｂ）を遂行して基板１００上に単分子層（ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）１１０を形成する（ステップＳ２０）。
ベーク工程（Ｂ）によって、基板処理組成物内に、第１モノマー及び第２モノマーの脱水縮合反応が遂行される。
これによって、基板１００の表面１００Ｓ上に単分子層１１０が形成される。
単分子層１１０は、第１モノマー及び第２モノマーの脱水縮合生成物を含む。
一例として、第１モノマーのシリコン原子（即ち、化学式１のＳｉ）は、化学式１のＲ１又はＲ２が基板１００のシラノール（Ｓｉ－ＯＨ）と反応することによって、Ｓｉ－Ｏ結合を通じて基板１００のシリコン原子に結合される。
第２モノマーのシリコン原子（即ち、化学式７のＳｉ）は、化学式７のＲ３が基板１００のシラノール（Ｓｉ－ＯＨ）と反応することによって、Ｓｉ－Ｏ結合を通じて基板１００のシリコン原子に結合される。
第１モノマーのシリコン原子（即ち、化学式１のＳｉ）及び第２モノマーのシリコン原子（即ち、化学式７のＳｉ）は、化学式１のＲ１又はＲ２と化学式７のＲ３が互いに反応することによって、Ｓｉ－Ｏ結合を通じて互いに結合される。
第１モノマーの疎水性基（ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｇｒｏｕｐ、即ち、化学式１のＸ）、及び第２モノマーの疎水性基（即ち、化学式７のＹ）は脱水縮合反応に参加しなく、単分子層１１０内に配列される。
第１モノマーの疎水性基（化学式１のＸ）、及び第２モノマーの疎水性基（化学式７のＹ）によって、単分子層１１０は疎水性を有する。
ベーク工程（Ｂ）は、一例として約１１０℃～約２４０℃の温度で遂行される。
単分子層１１０は、基板１００の表面１００Ｓに接する。
即ち、単分子層１１０内のシリコン原子はＳｉ－Ｏ結合を通じて基板１００のシリコン原子に結合される。
単分子層１１０の厚さ（１１０Ｔ）は約３ｎｍ以下である。
図１及び図４を参照すると、単分子層１１０が形成された基板１００上にフォトレジストパターン１２０を形成する（ステップＳ３０）。
フォトレジストパターン１２０を形成することは、単分子層１１０が形成された基板１００上にフォトレジスト膜を塗布すること、及びフォトレジスト膜上に露光工程及び現像工程を遂行することを含む。
露光工程に利用される光源は、一例としてＥＵＶ（ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）であり、現像工程はＰＴＤ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ－ｔｏｎｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）工程又はＮＴＤ（ｎｅｇａｔｉｖｅ－ｔｏｎｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）工程である。
基板１００に対するフォトレジストパターン１２０の接着性を増加させるため、基板１００とフォトレジストパターン１２０との間に接着促進層（ａｄｈｅｓｉｏｎ ｐｒｏｍｏｔｅｒ）が要求される。
ＥＵＶリソグラフィー工程の場合、接着促進層に光の反射度を制御する機能が要求されないので、接着促進層の厚さが薄いほど、後続のエッチング工程で有利である。
一般的に、ＥＵＶリソグラフィー工程で接着促進層として利用されるアンダーレイヤー（ｕｎｄｅｒｌａｙｅｒ）は基板１００上にコーティングされる物質の塗布厚さに応じた制約によって約５ｎｍ以上の厚さに形成する。
フォトレジストパターン１２０をエッチングマスクとして利用するエッチング工程を遂行する場合、アンダーレイヤー（ｕｎｄｅｒｌａｙｅｒ）は相対的に厚い厚さによってエッチング工程の間にエッチング負荷（ｅｔｃｈ ｂｕｒｄｅｎ）になる。
加えて、エッチング工程の間にアンダーレイヤーの少なくとも一部がエッチングされなく、フォトレジストパターン１２０の間に残る場合、エッチング工程によって基板１００をパターニングすることによって形成されるパターンの間にブリッジ欠陥（ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｆｅｃｔ）がもたらされる可能性がある。
本発明によれば、第１モノマー及び第２モノマーを含む基板処理組成物を利用して、基板１００上に疎水性を有する単分子層１１０が形成される。
単分子層１１０は約３ｎｍ以下の厚さに形成される。
単分子層１１０が疎水性を有することによって、単分子層１１０は基板１００とフォトレジストパターン１２０との間の接着促進層（ａｄｈｅｓｉｏｎ ｐｒｏｍｏｔｅｒ）として機能する。
加えて、単分子層１１０が相対的に薄い厚さに形成されることによって、フォトレジストパターン１２０をエッチングマスクとして利用するエッチング工程で単分子層１１０のエッチングが容易である。
したがって、エッチング工程によって基板１００をパターニングすることによって形成されるパターンの間にブリッジ欠陥（ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｆｅｃｔ）を抑制することができる。
図１及び図５を参照すると、フォトレジストパターン１２０を利用して基板１００がパターニングされる（ステップＳ４０）。
基板１００をパターニングすることは、フォトレジストパターン１２０をエッチングマスクとして利用して単分子層１１０及び基板１００の上部（即ち、下部膜１０４）をエッチングすることを含む。
したがって、支持基板１０２上に下部パターン１０４Ｐが形成され、フォトレジストパターン１２０の各々と下部パターン１０４Ｐの各々との間に単分子層１１０の残部１１０Ｐが介在する。
一実施形態によれば、下部膜１０４は省略することができ、この場合、基板１００をパターニングすることは、フォトレジストパターン１２０をエッチングマスクとして利用して単分子層１１０及び基板１００の上部（即ち、支持基板１０２の上部）をエッチングすることを含む。
この場合、単分子層１１０の残部１１０Ｐは、フォトレジストパターン１２０の各々と支持基板１０２内パターンの各々の間に介在する。
本発明によれば、単分子層１１０が相対的に薄い厚さに形成されることによって、フォトレジストパターン１２０をエッチングマスクとして利用するエッチング工程で単分子層１１０のエッチングが容易である。
したがって、エッチング工程によって、基板１００をパターニングすることによって形成されるパターン（即ち、下部パターン１０４Ｐ又は支持基板１０２内のパターン）の間のブリッジ欠陥（ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｆｅｃｔ）を抑制することができる。
図６を参照すれば、パターン（即ち、下部パターン１０４Ｐ又は支持基板１０２内のパターン）が形成された後、フォトレジストパターン１２０を除去する。
フォトレジストパターン１２０の除去工程は、アッシング及び／又はストリップ工程を含む。
単分子層１１０の残部１１０Ｐは、フォトレジストパターン１２０の除去工程によって除去する。
＜基板処理組成物の調製例＞
溶剤に第１モノマーを下記に示す表１の比率で添加して溶液を製造した。
Figure 0007269720000024
溶液内に酸及び第２モノマーを下記に示す表２の比率で添加して基板処理組成物を製造した。
酸はマレイン酸（ｍａｌｅｉｃ ａｃｉｄ）である。
Figure 0007269720000025
 基板処理組成物内の固形分の分子量は２、０００ｇ／ｍｏｌ．であった。
固形分は組成物の全体成分の中で溶剤を除外した成分である。
＜単分子層の表面特性評価＞
｛実験例１｝
シリコン基板を準備した。
上述した調製例に応じて製造された基板処理組成物を基板上に１ｍｌ塗布し、１５００ｒｐｍ／６０秒の条件でスピンコーティング工程を遂行した。
以後、約１１０℃の温度にベーク工程を遂行して基板上に単分子層を形成した。
単分子層が形成された基板の表面に対して水の接触角（ｃｏｎｔａｃｔ ａｎｇｌｅ）を測定した。
｛実験例２｝
シリコン窒化膜が形成された基板を準備した。
上述した調製例に応じて製造された基板処理組成物をシリコン窒化膜上に１ｍｌ塗布し、１５００ｒｐｍ／６０秒の条件でスピンコーティング工程を遂行した。
実験例１と同様に、ベーク工程を遂行してシリコン窒化膜上に単分子層を形成した。
単分子層が形成されたシリコン窒化膜の表面に対して水の接触角を測定した。
｛比較例１｝
シリコン基板を準備した。
基板上に別のコーティング膜（ｃｏａｔｉｎｇ ｆｉｌｍ）を形成せず、基板の表面に対して水の接触角を測定した。
｛比較例２｝
シリコン窒化膜が形成された基板を準備した。
比較例１と同様に、別のコーティング膜を形成せず、シリコン窒化膜の表面に対して水の接触角を測定した。
｛比較例３｝
シリコン基板を準備した。
基板上に従来のアンダーレイヤーを形成した後、基板の表面に対して水の接触角を測定した。
下記に示す表３に接触角の評価結果を示す。
Figure 0007269720000026
接触角の評価結果、基板処理組成物を利用して基板上に形成される単分子層が疎水性を有することを確認した。
加えて、単分子層の疎水性の程度が既存のアンダーレイヤーに対比して同等であるか、それより改善されたことを確認した。
＜ＥＵＶパターニング評価＞
｛実験例１｝
シリコン窒化膜が形成された基板を準備した。
シリコン窒化膜上に上述した調製例によって製造された基板処理組成物をコーティングし、約１１０℃のベーク工程を遂行して単分子層を形成した。
単分子層が形成された基板上にフォトレジスト膜をコーティングした。
フォトレジスト膜をＥＵＶ露光器を利用して露光した後、現像してフォトレジストパターンを形成した。
フォトレジストパターンのサイズは約１６ｎｍであった。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を利用してフォトレジストパターンのパターンの崩壊の可否を検査した。
｛実験例２｝
単分子層の形成の時、２４０°Ｃのベーク工程を遂行することを除外すれば、実験例１と同様に遂行した。
｛比較例１｝
シリコン窒化膜が形成された基板を準備した。
シリコン窒化膜上にＨＭＤＳ（Ｈｅｘａ ＭｅｔｈｙｌＤｉ Ｓｉｌａｚａｎｅ）処理の後、基板上に実験例１と同様にフォトレジストパターンを形成した。
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を利用してフォトレジストパターンのパターンの崩壊の可否を検査した。
下記に示す表４にフォトレジストパターンの評価結果を示す。
Figure 0007269720000027
フォトレジストパターンの評価結果、単分子層上に形成されたフォトレジストパターンのパターン崩壊が発生しないことを確認した。
即ち、単分子層がフォトレジストパターンに対して要求される接着特性を有することを確認した。
本発明によれば、基板処理組成物は、第１モノマー、第２モノマー、酸、及び溶剤を含む。
第１モノマー及び第２モノマーの各々は疎水性基を有する。
溶剤を除外した固形分の分子量は約１、０００ｇ／ｍｏｌ．より大きいか、或いは同一であり、約１００、０００ｇ／ｍｏｌ．より小さい。
基板処理組成物を基板１００上に塗布し、ベーク工程（Ｂ）を遂行して単分子層１１０を形成する。
単分子層１１０が疎水性を有するように形成することによって、単分子層１１０は基板１００とフォトレジストパターン１２０との間の接着促進層（ａｄｈｅｓｉｏｎ ｐｒｏｍｏｔｅｒ）として機能する。
これによって、フォトレジストパターン１２０の崩壊が抑制される。
加えて、単分子層１１０が相対的に薄い厚さに形成されることによって、フォトレジストパターン１２０をエッチングマスクとして利用するエッチング工程で単分子層１１０のエッチングが容易である。
この場合、エッチング工程によって基板１００をパターニングすることによって形成されるパターンの間でのブリッジ欠陥（ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｆｅｃｔ）が抑制され、その結果、相対的に小さいピッチ（ｐｉｔｃｈ）を有する微細パターンを容易に形成することができる。
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
１００ 基板
１００Ｓ 基板の表面
１０２ 支持基板
１０４ 下部膜
１０４Ｐ 下部パターン
１１０ 単分子層
１１０Ｐ 単分子層の残部
１２０ フォトレジストパターン

Claims (20)

  1. 基板上にリソグラフィー用基板処理組成物を塗布する段階と、ベーク工程を遂行して前記基板上に単分子層を形成する段階と、前記単分子層上にフォトレジストパターンを形成する段階と、を有する半導体素子の製造方法に供されるリソグラフィー用基板処理組成物であって、
    第１モノマーと、
    第２モノマーと、
    酸と、を有し、
    前記第１モノマーは、下記に示す化学式１で表され、
    前記第２モノマーは、下記に示す化学式７で表され、
    前記第１モノマー、前記第２モノマー、及び前記酸を含む固形分（ｓｏｌｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔ）の分子量は、１，０００ｇ／ｍｏｌ．～５０，０００ｇ／ｍｏｌ．であることを特徴とするリソグラフィー用基板処理組成物。
    （化１）
    Ｘ－Ｓｉ（Ｒ１）２（Ｒ２） ・・・化学式１
    （ここで、Ｒ１及びＲ２の各々は、炭素数１～２０のアルキル基又は炭素数１～２０のアルコキシ基（ａｌｋｏｘｙ ｇｒｏｕｐ）であり、Ｘは、
    ｉ）環形アミン（ｃｙｃｌｉｃ ａｍｉｎｅ）又はこれを含む有機基（ｏｒｇａｎｉｃ ｇｒｏｕｐ）であるか、或いは
    ｉｉ）少なくとも１つの水素がアミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ）で置換された炭素数１～２０のアルキル基、少なくとも１つの水素がアミノ基又はヒドロキシ基（ｈｙｄｒｏｘｙ ｇｒｏｕｐ）で置換されたフェニル基（ｐｈｅｎｙｌ ｇｒｏｕｐ）、エステル（ｅｓｔｅｒ）結合、又はこれらの組み合わせである。）
    （化７）
    Ｙ－Ｓｉ（Ｒ３）３ ・・・化学式７
    （ここで、Ｒ３は、炭素数１～２０のアルコキシ基（ａｌｋｏｘｙ ｇｒｏｕｐ）であり、Ｙは、
    ｉ）環形アミン又はこれを含む有機基であるか、或いは
    ｉｉ）少なくとも１つの水素がアミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ）で置換された炭素数１～２０のアルキル基、スルフィド結合（ｓｕｌｆｉｄｅ ｂｏｎｄ）、エーテル（ｅｔｈｅｒ）結合、スルホニル基（ｓｕｌｆｏｎｙｌ ｇｒｏｕｐ）に結合された炭素数１～２０のアルキル基、又はこれらの組み合わせである。）
  2. 前記Ｘは、Ｓｉ－Ｃ結合によってＳｉ原子に結合され、前記Ｙは、Ｓｉ－Ｃ結合によってＳｉ原子に結合されることを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィー用基板処理組成物。
  3. 前記Ｘは、下記に示す化学式２、化学式３、化学式４、化学式５、又は化学式６で表されることを特徴とする請求項２に記載のリソグラフィー用基板処理組成物。
    Figure 0007269720000028
    Figure 0007269720000029
    Figure 0007269720000030
    Figure 0007269720000031
    Figure 0007269720000032
  4. 前記Ｒ１及び前記Ｒ２の各々は、Ｓｉ－Ｃ結合又はＳｉ－Ｏ結合によってＳｉ原子と結合されることを特徴とする請求項２に記載のリソグラフィー用基板処理組成物。
  5. 前記Ｒ３は、Ｓｉ－Ｏ結合によってＳｉ原子と結合されることを特徴とする請求項４に記載のリソグラフィー用基板処理組成物。
  6. 前記Ｙは、下記に示す化学式８、化学式９、化学式１０、化学式１１、化学式１２、又は化学式１３で表されることを特徴とする請求項２に記載のリソグラフィー用基板処理組成物。
    （化学式中、Ｔｓはｐ－トルエンスルホニル基（ｐ－ｔｏｌｕｅｎｅｓｕｌｆｏｎｙｌ）、Ｍｓはメタンスルホニル基（Ｍｅｔｈａｎｓｕｌｆｏｎｙｌ）を示す。）
    Figure 0007269720000033
    Figure 0007269720000034
    Figure 0007269720000035
    Figure 0007269720000036
    Figure 0007269720000037
    Figure 0007269720000038
  7. 溶剤をさらに有し、
    前記固形分は、前記基板処理組成物の全体成分の中で前記溶剤を除外した成分であることを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィー用基板処理組成物
  8. 前記溶剤は、ＰＧＥＥ（Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ＰＧＭＥＡ（Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｍｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ ａｃｅｔａｔｅ）、ＰＧＭＥ（Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｍｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）、及び脱イオン水の内の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項７に記載のリソグラフィー用基板処理組成物。
  9. 前記酸は、カルボン酸であることを特徴とする請求項８に記載のリソグラフィー用基板処理組成物。
  10. 前記第１モノマーは、下記に示す化学式（１－１）、化学式（１－２）、化学式（１－３）、化学式（１－４）、化学式（１－５）、又は化学式（１－６）で表される有機シランであることを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィー用基板処理組成物。
    Figure 0007269720000039
    Figure 0007269720000040
    Figure 0007269720000041
    Figure 0007269720000042
     （ここで、Ｒは、炭素数１～２０のアルキル基である。）
    Figure 0007269720000043
     （ここで、Ｒは、炭素数１～２０のアルキル基である。）
    Figure 0007269720000044
  11. 前記第２モノマーは、下記に示す化学式（７－１）、化学式（７－２）、化学式（７－３）、化学式（７－４）、化学式（７－５）、又は化学式（７－６）で表される有機シラ
    ンであることを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィー用基板処理組成物。
    （化学式中、Ｔｓはｐ－トルエンスルホニル基（ｐ－ｔｏｌｕｅｎｅｓｕｌｆｏｎｙｌ）、Ｍｓはメタンスルホニル基（Ｍｅｔｈａｎｓｕｌｆｏｎｙｌ）を示す。）
    Figure 0007269720000045
    Figure 0007269720000046
    Figure 0007269720000047
    Figure 0007269720000048
    Figure 0007269720000049
    Figure 0007269720000050
  12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のリソグラフィー用基板処理組成物を基板上に塗布する段階と、
    ベーク工程を遂行して前記基板上に単分子層を形成する段階と、
    前記単分子層上にフォトレジストパターンを形成する段階と、を有し、
    前記リソグラフィー用基板処理組成物は、第１モノマー及び第２モノマーを含み、
    前記第１モノマーは、下記に示す化学式１で表され、
    前記第２モノマーは、化学式７で表され、
    前記単分子層は、前記第１モノマー及び前記第２モノマーの脱水縮合生成物（ｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ－ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔ）を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
    （化１）
    Ｘ－Ｓｉ（Ｒ１）２（Ｒ２） ・・・化学式１
    （ここで、Ｒ１及びＲ２の各々は、炭素数１～２０のアルキル基又は炭素数１～２０のアルコキシ基（ａｌｋｏｘｙ ｇｒｏｕｐ）であり、Ｘは、
    ｉ）環形アミン（ｃｙｃｌｉｃ ａｍｉｎｅ）又はこれを含む有機基（ｏｒｇａｎｉｃ ｇｒｏｕｐ）であるか、或いは
    ｉｉ）少なくとも１つの水素がアミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ）で置換された炭素数１乃至２０のアルキル基、少なくとも１つの水素がアミノ基又はヒドロキシ基（ｈｙｄｒｏｘｙ ｇｒｏｕｐ）で置換されたフェニル基（ｐｈｅｎｙｌ ｇｒｏｕｐ）、エステル（ｅｓｔｅｒ）結合、又はこれらの組み合わせである。）
    （化７）
    Ｙ－Ｓｉ（Ｒ３）３
    （ここで、Ｒ３は、炭素数１～２０のアルコキシ基（ａｌｋｏｘｙ ｇｒｏｕｐ）であり、Ｙは、
    ｉ）環形アミン又はこれを含む有機基であるか、或いは
    ｉｉ）少なくとも１つの水素がアミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ）で置換された炭素数１～２０のアルキル基、スルフィド結合（ｓｕｌｆｉｄｅ ｂｏｎｄ）、エーテル（ｅｔｈｅｒ）結合、スルホニル基（ｓｕｌｆｏｎｙｌ ｇｒｏｕｐ）に結合された炭素数１～２０のアルキル基、又はこれらの組み合わせである。）
  13. 前記単分子層内シリコン（Ｓｉ）原子は、Ｓｉ－Ｏ結合を通じて前記基板内シリコン（Ｓｉ）原子に結合されることを特徴とする請求項１２に記載の半導体素子の製造方法。
  14. 前記単分子層は、疎水性を有することを特徴とする請求項１２に記載の半導体素子の製造方法。
  15. 前記単分子層の厚さは、３ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体素子の製造方法。
  16. 前記組成物は、酸及び溶剤をさらに含み、
    前記溶剤を除外した固形分（ｓｏｌｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔ）の分子量は、１、０００ｇ／ｍｏｌ．～５０、０００ｇ／ｍｏｌ．であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体素子の製造方法。
  17. 前記組成物を塗布する段階は、スピンコーティング工程を遂行して前記組成物を前記基板上にコーティングする段階を含むことを特徴とする請求項１６に記載の半導体素子の製造方法。
  18. 前記Ｘは、下記に示す化学式２、化学式３、化学式４、化学式５、又は化学式６で表されることを特徴とする請求項１２に記載の半導体素子の製造方法。
    Figure 0007269720000051
    Figure 0007269720000052
    Figure 0007269720000053
    Figure 0007269720000054
    Figure 0007269720000055
  19. 前記Ｙは、下記に示す化学式８、化学式９、化学式１０、化学式１１、化学式１２、又は化学式１３で表されることを特徴とする請求項１２に記載の半導体素子の製造方法。
    （化学式中、Ｔｓはｐ－トルエンスルホニル基（ｐ－ｔｏｌｕｅｎｅｓｕｌｆｏｎｙｌ）、Ｍｓはメタンスルホニル基（Ｍｅｔｈａｎｓｕｌｆｏｎｙｌ）を示す。）
    Figure 0007269720000056
    Figure 0007269720000057
    Figure 0007269720000058
    Figure 0007269720000059
    Figure 0007269720000060
    Figure 0007269720000061
  20. 前記フォトレジストパターンを形成する段階は、前記単分子層上にフォトレジスト膜を形成する段階と、
    ＥＵＶ光源を利用して前記フォトレジスト膜を露光する段階と、
    前記露光されたフォトレジスト膜を現像する段階と、を含むことを特徴とする請求項１２に記載の半導体素子の製造方法。
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