有机膜形成用组合物、图案形成方法及有机膜形成用树脂技术

本发明专利技术提供一种成为具有高度的嵌入/平坦化特性、蚀刻耐性的有机膜形成用组合物的材料的树脂、该组合物、及使用该组合物的图案形成方法。所述有机膜形成用组合物含有：(I)树脂，其在重复单元的至少一部分包含下述通式(1)所示的、包含芳香环的环结构AR与同四个所述AR键合的螺结构SP交替重复的结构；以及(II)有机溶剂。[化学式1]

【技术实现步骤摘要】
有机膜形成用组合物、图案形成方法及有机膜形成用树脂
本专利技术涉及有机膜形成用组合物、图案形成方法及有机膜形成用树脂。
技术介绍
近年来，随着半导体元件的高集成化与高速度化，人们正在寻求图案规则的精细化，其中，在现在被用作通用技术的使用光曝光的平版印刷中，针对如何进行精细且高精度的图案加工，对所使用的光源进行了各种技术开发。作为形成抗蚀图案时使用的平版印刷用的光源，在集成度低的部分，广泛地使用有以汞灯的g线(436nm)或i线(365nm)为光源的光曝光。另一方面，在集成度高且需要精细化的部分，使用了更短波长的KrF准分子激光(248nm)、ArF准分子激光(193nm)的平版印刷也得到实用化，在需要进一步的精细化的最先端世代中，利用极紫外线(EUV、13.5nm)的平面印刷的实用化也不再遥远。众所周知，如上所述地，随着抗蚀图案的细线化，用作典型的抗蚀图案形成方法的单层抗蚀剂法中，图案高度相对于图案线宽的比(高宽比)变大、且显影时因显影液的表面张力会引起图案崩塌。因此，对于在段差基板上形成高高宽比的图案而言，已知使干法蚀刻特性不同的膜层叠而形成图案的多层抗蚀剂法优异，已经开发有：将基于含硅光敏聚合物的光致抗蚀剂层与基于以碳、氢及氧为主构成元素的有机类聚合物、例如酚醛清漆类聚合物的下层组合而成的双层抗蚀剂法(专利文献1)；或者将基于使用于单层抗蚀剂法的有机类光敏聚合物的光致抗蚀层、基于硅类聚合物或硅类CVD膜的中间层、及基于有机类聚合物的下层组合而成的三层抗蚀剂法(专利文献2)。该三层抗蚀剂法中，首先，使用氟碳类的干法蚀刻气体将光致抗蚀剂层的图案转印至含硅的中间层，然后以该图案为掩模，利用含氧气体、通过干法蚀刻将图案转印至以碳及氢为主构成元素的有机下层膜，将其作为掩模并通过干法蚀刻在被加工基板上进行图案形成。然而，20nm世代以下的半导体元件制造工艺中，若将该有机下层膜图案作为硬掩模并通过干法蚀刻将图案转印至被加工基板，则在该下层膜图案中会观察到扭曲或弯曲的现象。作为形成在被加工基板正上方的碳硬掩模，通常有利用CVD法以甲烷气体、乙烷气体、乙炔气体等为原料制成的无定形碳(以下写作CVD-C)膜。关于该CVD-C膜，已知膜中的氢原子可以极度减少、并且对上述那样的图案的扭曲或弯曲非常有效，但是也已知当基底的被加工基板上存在段差时，由于CVD工艺的特性而难以将这样的段差填埋至平坦。因此，若在利用CVD-C膜填埋具有段差的被加工基板后，利用光致抗蚀剂进行图案化，则由于被加工基板的段差的影响而在光致抗蚀剂的涂布面上产生段差，因此光致抗蚀剂的膜厚变得不均匀，结果平版印刷时的焦点裕度或图案形状变差。另一方面，已知利用旋转涂布法形成作为在被加工基板正上方形成的碳硬掩模的下层膜时，具有能够平坦地填埋段差基板的段差的优势。若利用该下层膜材料将该基板平坦化，则能够抑制在其上成膜的含硅中间层或光致抗蚀剂的膜厚变动，能够扩大平板印刷的焦点裕度，能够形成正常的图案。因此，寻求一种能够利用旋转涂布法形成有机下层膜的下层膜材料及用于形成下层膜的方法，该有机下层膜在进行被加工基板的干法蚀刻加工时的蚀刻耐性高、可在被加工基板上形成具有高平坦性的膜。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平6-118651号公报专利文献2：日本专利4355943号
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题本专利技术是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种产生具有高度的嵌入/平坦化特性、蚀刻耐性的有机膜形成用组合物的有机膜形成用树脂、含有该树脂的有机膜形成用组合物、及使用了该组合物的图案形成方法。解决技术问题的技术手段为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种有机膜形成用组合物，其特征在于，含有：(I)树脂，其在重复单元的至少一部分包含下述通式(1)所示的、包含芳香环的环结构AR与同四个所述AR键合的螺结构SP交替重复的结构；以及(II)有机溶剂，[化学式1]上述通式(1)中，SP为下述式(1-1)所示的螺结构，AR为下述式(1-2)、(1-3)、(1-4)、(1-5)、(1-6)或(1-7)所示的、包含芳香环的环结构，S1为0～3的整数，S2、S3、S4、S5各自独立地为0～4的整数，S1+S2+S3+S4+S5＝4；此处，虚线表示所述SP的环结构与所述AR的芳香环共有一边并键合，＊表示所述AR的芳香环与相邻重复单元的螺结构的环结构共有一边并键合，[化学式2]上述式(1-1)中，X为羟基、碳原子数为1～10的烷氧基、酰氧基、烷基磺酸氧基(alkylsulfoxygroup)、或芳基磺酸氧基(arylsulfoxygroup)，各基团的氢原子可以被氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、烷氧基、酰基、或酰氧基取代；虚线表示上述式(1-1)的环结构与上述通式(1)中的AR的芳香环共有一边并键合；另外，所述AR仅与螺结构的、相邻的边不被其他AR的芳香环共有且不具有所述X或螺键(スピロ結合)的边键合，[化学式3]上述式(1-2)中，R可以全部相同或不同，其为碳原子数为1～20的饱和或不饱和的一价烃基，Q为-O-、-CO-、-(CO)-O-、或-O-(CO)-，q为0或1，R11为0～4的整数，S11为1～3的整数，2≤R11+2×S11≤6；虚线表示上述式(1-2)的芳香环与所述螺结构的环结构共有一边并键合；另外，所述螺结构仅与上述式(1-2)的芳香环的、相邻的边不被其他螺结构的环结构共有的边键合，[化学式4]上述式(1-3)中，R、Q、q与上述相同，R21为0～4的整数，R22为0～4的整数，S21为0～2的整数，S22为0～2的整数，1≤S21+S22≤4、2≤R21+R22+2×(S21+S22)≤8；虚线表示上述式(1-3)的芳香环与所述螺结构的环结构共有一边并键合；另外，所述螺结构仅与上述式(1-3)的芳香环的、相邻的边不被其他螺结构的环结构共有的边键合，[化学式5]上述式(1-4)中，R、Q、q与上述相同，R31为0～4的整数，R32为0～4的整数，R33为0～2的整数，S31为0～2的整数，S32为0～2的整数，1≤S31+S32≤4、2≤R31+R32+R33+2×(S31+S32)≤10；虚线表示上述式(1-4)的芳香环与所述螺结构的环结构共有一边并键合；另外，所述螺结构仅与上述式(1-4)的芳香环的、相邻的边不被其他螺结构的环结构共有的边键合，[化学式6]上述式(1-5)中，R、Q、q与上述相同，R41为0～4的整数，R42为0～2的整数，R43为0～4的整数，S41为0～2的整数，S42为0或1的整数，S43为0～2的整数，1≤S41+S42+S43≤5、2≤R41+R42+R43+2×(S41+S42+S43)≤10；虚线表示上述式(1-5)的芳香环与所述螺结构的环结构共有一边并键合；另外，所述螺结构仅与上述式(1-5)的芳香环的、相邻的边不被其他螺结构的环结构共有的边键合，[化学式7]上述式(1-6)中，R、Q、q与上述相同，R51为0～3的整数，R52为0～3的整数，R53为0～3的整数，S51为0或1的整数，S52为0或1的整数，S53为0或1的整数，1≤S51+S52+S53≤3、2≤R51+R52+R53+2×(S51+S52+S53)≤9；虚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机膜形成用组合物，其特征在于，含有：(I)树脂，其在重复单元的至少一部分包含下述通式(1)所示的、包含芳香环的环结构AR与同四个所述AR键合的螺结构SP交替重复的结构；以及(II)有机溶剂，[化学式1]

【技术特征摘要】
2017.07.21 JP 2017-1422161.一种有机膜形成用组合物，其特征在于，含有：(I)树脂，其在重复单元的至少一部分包含下述通式(1)所示的、包含芳香环的环结构AR与同四个所述AR键合的螺结构SP交替重复的结构；以及(II)有机溶剂，[化学式1]上述通式(1)中，SP为下述式(1-1)所示的螺结构，AR为下述式(1-2)、(1-3)、(1-4)、(1-5)、(1-6)或(1-7)所示的、包含芳香环的环结构，S1为0～3的整数，S2、S3、S4、S5各自独立地为0～4的整数，S1+S2+S3+S4+S5＝4；此处，虚线表示所述SP的环结构与所述AR的芳香环共有一边并键合，＊表示所述AR的芳香环与相邻重复单元的螺结构的环结构共有一边并键合，[化学式2]上述式(1-1)中，X为羟基、碳原子数为1～10的烷氧基、酰氧基、烷基磺酸氧基、或芳基磺酸氧基，各基团的氢原子可以被氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、烷氧基、酰基、或酰氧基取代；虚线表示上述式(1-1)的环结构与上述通式(1)中的AR的芳香环共有一边并键合；另外，所述AR仅与螺结构的、相邻的边不被其他AR的芳香环共有且不具有所述X或螺键的边键合，[化学式3]上述式(1-2)中，R可以全部相同或不同，其为碳原子数为1～20的饱和或不饱和的一价烃基，Q为-O-、-CO-、-(CO)-O-、或-O-(CO)-，q为0或1，R11为0～4的整数，S11为1～3的整数，2≤R11+2×S11≤6；虚线表示上述式(1-2)的芳香环与所述螺结构的环结构共有一边并键合；另外，所述螺结构仅与上述式(1-2)的芳香环的、相邻的边不被其他螺结构的环结构共有的边键合，[化学式4]上述式(1-3)中，R、Q、q与上述式(1-2)中的R、Q、q相同，R21为0～4的整数，R22为0～4的整数，S21为0～2的整数，S22为0～2的整数，1≤S21+S22≤4、2≤R21+R22+2×(S21+S22)≤8；虚线表示上述式(1-3)的芳香环与所述螺结构的环结构共有一边并键合；另外，所述螺结构仅与上述式(1-3)的芳香环的、相邻的边不被其他螺结构的环结构共有的边键合，[化学式5]上述式(1-4)中，R、Q、q与上述式(1-2)中的R、Q、q相同，R31为0～4的整数，R32为0～4的整数，R33为0～2的整数，S31为0～2的整数，S32为0～2的整数，1≤S31+S32≤4、2≤R31+R32+R33+2×(S31+S32)≤10；虚线表示上述式(1-4)的芳香环与所述螺结构的环结构共有一边并键合；另外，所述螺结构仅与上述式(1-4)的芳香环的、相邻的边不被其他螺结构的环结构共有的边键合，[化学式6]上述式(1-5)中，R、Q、q与上述式(1-2)中的R、Q、q相同，R41为0～4的整数，R42为0～2的整数，R43为0～4的整数，S41为0～2的整数，S42为0或1的整数，S43为0～2的整数，1≤S41+S42+S43≤5、2≤R41+R42+R43+2×(S41+S42+S43)≤10；虚线表示上述式(1-5)的芳香环与所述螺结构的环结构共有一边并键合；另外，所述螺结构仅与上述式(1-5)的芳香环的、相邻的边不被其他螺结构的环结构共有的边键合，[化学式7]上述式(1-6)中，R、Q、q与上述式(1-2)中的R、Q、q相同，R51为0～3的整数，R52为0～3的整数，R53为0～3的整数，S51为0或1的整数，S52为0或1的整数，S53为0或1的整数，1≤S51+S52+S53≤3、2≤R51+R52+R53+2×(S51+S52+S53)≤9；虚线表示上述式(1-6)的芳香环与所述螺结构的环结构共有一边并键合；另外，所述螺结构仅与上述式(1-6)的芳香环的、相邻的边不被其他螺结构的环结构共有的边键合，[化学式8]上述式(1-7)中，R、Q、q与上述式(1-2)中的R、Q、q相同，R61为0～3的整数，R62为0或1的整数，R63为0～3的整数，R64为0～2的整数，S61为0或1的整数，S62为0或1的整数，S63为0或1的整数，S64为0或1的整数，1≤S61+S62+S63+S64≤4、2≤R61+R62+R63+R64+2×(S61+S62+S63+S64)≤10；虚线表示上述式(1-7)的芳香环与所述螺结构的环结构共有一边并键合；另外，所述螺结构仅与上述式(1-7)的芳香环的、相邻的边不被其他螺结构的环结构共有的边键合。2.根据权利要求1所述的有机膜形成用组合物，其特征在于，所述有机膜形成用组合物进一步含有产酸剂。3.一种图案形成方法，其特征在于，使用权利要求1所述的有机膜形成用组合物在被加工体上形成有机膜，使用含硅抗蚀剂下层膜材料在该有机膜上形成含硅抗蚀剂下层膜，使用光致抗蚀剂组合物在该含硅抗蚀剂下层膜上形成抗蚀剂上层膜，并在该抗蚀剂上层膜上形成电路图案，将该形成有电路图案的抗蚀剂上层膜作为掩模并通过蚀刻将图案转印至所述含硅抗蚀剂下层膜，将该转印有图案的含硅抗蚀剂下层膜作为掩模并通过蚀刻将图案转印至所述有机膜，进一步，将该转印有图案的有机膜作为掩模并通过蚀刻将图案转印至所述被加工体。4.一种图案形成方法，其特征在于，使用权利要求1所述的有机膜形成用组合物在被加工体上形成有机膜，使用含硅抗蚀剂下层膜材料在该有机膜上形成含硅抗蚀剂下层膜，在该含硅抗蚀剂下层膜上形成有机抗反射膜，使用光致抗蚀剂组合物在该有机抗反射膜上形成抗蚀剂上层膜，从而制成四层膜结构，在该抗蚀剂上层膜上形成电路图案，将该形成有电路图案的抗蚀剂上层膜作为掩模并通过蚀刻将图案转印至所述有机抗反射膜及所述含硅抗蚀剂下层膜，将该转印有图案的含硅抗蚀剂下层膜作为掩模并通过蚀刻将图案转印至所述有机膜，进一步，将该转印有图案的有机膜作为掩模并通过蚀刻将图案转印至所述被加工体。5.一种图案形成方法，其特征在于，使用权利要求1所述的有机膜形成用组合物在被加工体上形成有机膜，在该有机膜上形成选自氧化硅膜、氮化硅膜、及氮氧化硅膜中的无机硬掩模中间膜，使用光致抗蚀剂组合物在该无机硬掩模中间膜上形成抗蚀剂上层膜，在该抗蚀剂上层膜上形成电路图案，将该形成有电路图案的抗蚀剂上层膜作为掩模并通过蚀刻将图案转印至所述无机硬掩模中间膜，将该形成有图案的无机硬掩模中间膜作为掩模并通过蚀刻将图案转印至所述有机膜，进一步，将该形成有图案的有机膜作为掩模并通过蚀刻将图案转印至所述被加工体。6.一种图案形成方法，其特征在于，使用权利要求1所述的有机膜形成用组合物在被加工体上形成有机膜，在该有机膜上形成选自氧化硅膜、氮化硅膜、...

【专利技术属性】
技术研发人员：郡大佑，荻原勤，
申请(专利权)人：信越化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP