有机膜形成用材料、基板、有机膜的形成方法、图案形成方法、以及有机膜形成用化合物技术

本发明专利技术涉及有机膜形成用材料、基板、有机膜的形成方法、图案形成方法、以及有机膜形成用化合物。本发明专利技术课题的目的为提供一种含有酰亚胺基的化合物，其不仅在空气中，在惰性气体中的成膜条件亦会硬化，能形成耐热性、形成于基板的图案的填埋、平坦化特性优良且对基板的密接性良好的有机下层膜，并提供含有该化合物的有机膜形成用材料。该课题的解决方法为一种有机膜形成用材料，其特征为含有：(A)下述通式(1A)表示的有机膜形成用化合物、及(B)有机溶剂。[化1]

【技术实现步骤摘要】
有机膜形成用材料、基板、有机膜的形成方法、图案形成方法、以及有机膜形成用化合物
本专利技术关于半导体装置制造步骤使用的有机膜形成用材料、使用该材料的半导体装置制造用基板、有机膜的形成方法、利用多层抗蚀剂法所为的图案形成方法、以及可理想地使用于该材料的有机膜形成用化合物。
技术介绍
以往，半导体装置的高集成化与高速化是利用作为通用技术的使用光曝光的光刻技术(光学光刻)中的光源的短波长化所为的图案尺寸的微细化来达成的。为了将如此的微细的电路图案形成于半导体装置基板(被加工基板)上，通常会使用将形成有图案的抗蚀剂膜作为蚀刻掩膜并利用干蚀刻对被加工基板进行加工的方法。但是，现实上并不存在能于抗蚀剂膜与被加工基板之间取得完全的蚀刻选择性的干蚀刻方法，故近年普遍利用多层抗蚀剂法所为的基板加工。此方法是使蚀刻选择性和抗蚀剂膜(以下称抗蚀剂上层膜)不同的中间膜插入到抗蚀剂上层膜与被加工基板之间，并于抗蚀剂上层膜获得图案后，将抗蚀剂上层膜图案作为干蚀刻掩膜，利用干蚀刻将图案转印到中间膜，再将中间膜作为干蚀刻掩膜，利用干蚀刻将图案转印到被加工基板的方法。多层抗蚀剂法中的一种为能使用单层抗蚀剂法所使用的一般的抗蚀剂组成物来实施的3层抗蚀剂法。此方法是通过于被加工基板上使用由含有有机树脂的组成物构成的有机下层膜材料进行涂布、煅烧来形成有机下层膜(以下称有机膜)，再通过于其上使用由含有含硅的树脂的组成物构成的抗蚀剂中间膜材料进行涂布、煅烧来形成含硅的膜(以下称硅中间膜)，再于其上形成一般的有机系抗蚀剂膜(以下称抗蚀剂上层膜)。将该抗蚀剂上层膜图案化后，实施氟系气体等离子所为的干蚀刻的话，有机系的抗蚀剂上层膜能获得相对于硅中间膜为良好的蚀刻选择比，故可将抗蚀剂上层膜图案转印到硅中间膜。根据此方法，即使使用不具有直接加工被加工基板所需的充分膜厚的抗蚀剂上层膜、或对于被加工基板的加工不具有充分的干蚀刻耐性的抗蚀剂上层膜，但通常由于硅中间膜的膜厚比起抗蚀剂上层膜为同等以下，故仍可轻易地将图案转印到硅中间膜。然后将转印有图案的硅中间膜作为干蚀刻掩膜，并利用氧系或氢系气体等离子所为的干蚀刻来将图案转印到有机下层膜，即可将图案转印到对基板的加工具有充分的干蚀刻耐性的有机下层膜。可使用氟系气体或氯系气体等对该转印有图案的有机下层膜图案进行干蚀刻来将图案转印到基板。另一方面，半导体装置的制造步骤中的微细化正逐渐接近源自光学光刻用光源的波长的本质上的极限。因此，近年已在探讨不依赖微细化的半导体装置的高集成化，就该方法之一，已在探讨具有多闸极结构等复杂的结构的半导体装置，且有部分已经实用化。以多层抗蚀剂法形成如此的结构时，可使用如下的有机膜材料：能以膜填埋形成在被加工基板上的孔洞、沟、鳍等微小图案而不留空隙、或能以膜填埋高低差、或图案密集部分与无图案区域并平坦化(planarization)。通过使用如此的有机膜材料来将平坦的有机下层膜表面形成于具有高低差的基板上，可抑制形成于其上的硅中间膜、抗蚀剂上层膜的膜厚变动，并抑制光学光刻的焦点宽容度、以及抑制其后在被加工基板的加工步骤中的宽容度降低。借此，能以良好产率制造半导体装置。另一方面，单层抗蚀剂法为了填补有高低差、或有图案的被加工基板，上层抗蚀剂膜的膜厚会变厚，因此导致曝光显影后的图案崩塌、或因曝光时的来自基板的反射造成图案形状劣化等，曝光时的图案形成宽容度变窄，难以用良好产率制造半导体装置。此外，就次世代的半导体装置的高速化的方法而言，已开始探讨例如使用了应变硅(strainedsilicon)或镓砷等的电子移动度高的新颖材料、或以埃单位进行控制的超薄膜多晶硅等精密材料的使用。但是，使用了如此的新颖精密材料的被加工基板中，在利用如上述般的有机下层膜材料来形成平坦化膜时的条件，例如于空气中、300℃以上的成膜条件中，会存有因空气中的氧造成该材料被腐蚀、半导体装置的高速化无法发挥如材料设计的性能、无法达成可实现工业上的生产的产率的可能性。于是，为了避免起因于如此的高温条件下的空气造成的基板的腐蚀所导致的产率的降低，期待在惰性气体中能成膜的有机下层膜材料。以往，将对于酚系、萘酚系化合物使用酮类或醛类等羰基化合物、芳香族醇类作为缩合剂而得的缩合树脂类作为多层抗蚀剂法用的有机膜形成用材料为已知的。例如可例示专利文献1所记载的双酚芴酚醛清漆树脂、专利文献2所记载的双酚化合物及其酚醛清漆树脂、专利文献3所记载的金刚烷酚化合物的酚醛清漆树脂、专利文献4所记载的双萘酚化合物及其酚醛清漆树脂等。如此的材料利用作为交联剂的羟甲基化合物所为的交联、或空气中的氧的作用所为的芳香环的于α位的氧化与其后的缩合所为的交联反应所表现的硬化作用，而形成对于下个步骤所使用的涂布膜材料具有溶剂耐性的膜。此外，已知有使用三键作为硬化性树脂的分子间交联基团的材料。已知有例如专利文献5～10等。这些材料不仅利用前述来自羟甲基的交联，且利用三键的聚合所致的交联来形成具有溶剂耐性的硬化膜。但是，这些有机膜形成用材料就形成于基板的图案的填埋特性、平坦化特性不足。又，就本专利技术所示的具有酰亚胺结构的化合物的例子而言，已知有专利文献11所记载的具有聚酰亚胺结构的树脂、使用有具有双马来酰亚胺结构的化合物的专利文献12等，然而针对这些材料，并非关于具有氮原子上的三键的末端取代基的例子，且针对在惰性气体中的硬化膜的形成、高温条件下的热分解所导致的膜厚变动、填埋特性、平坦化特性等未为人所知。现有技术文献专利文献[专利文献1]日本特开2005-128509号公报[专利文献2]日本特开2006-293298号公报[专利文献3]日本特开2006-285095号公报[专利文献4]日本特开2010-122656号公报[专利文献5]日本特开2010-181605号公报[专利文献6]WO2014-208324号[专利文献7]日本特开2012-215842号公报[专利文献8]日本特开2016-044272号公报[专利文献9]日本特开2016-060886号公报[专利文献10]日本特开2017-119671号公报[专利文献11]日本特开2013-137334号公报[专利文献12]WO2018-212116号
技术实现思路
专利技术要解决的问题本专利技术是鉴于上述事实而成的，目的为提供一种含有酰亚胺基的化合物，其不仅在空气中，在惰性气体中的成膜条件亦会硬化，能够形成耐热性、形成于基板的图案的填埋、平坦化特性优良且对基板的密接性良好的有机下层膜，并提供含有该化合物的有机膜形成用材料。此外，本专利技术还提供使用该材料的半导体装置制造用基板、有机膜的形成方法、及图案形成方法。用于解决问题的方案为了达成上述课题，本专利技术提供一种有机膜形成用材料，其特征为含有：(A)下述通式(1A)表示的有机膜形成用化合物，及(B)有机溶剂。[化1]式中，W1为n1价的有机基团，n1表示2～4的整数，X1为下述通式(1B)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机膜形成用材料，其特征为含有：/n(A)下述通式(1A)表示的有机膜形成用化合物，及/n(B)有机溶剂；/n

【技术特征摘要】
20190416 JP 2019-0780821.一种有机膜形成用材料，其特征为含有：
(A)下述通式(1A)表示的有机膜形成用化合物，及
(B)有机溶剂；



式中，W1为n1价的有机基团，n1表示2～4的整数，X1为下述通式(1B)、(1C)表示的基团中的任一者；



式中，R1为下式(1D)表示的基团中的任一者，也可将2种以上的R1组合使用；R2为氢原子或碳数1～20的直链状或分支状的饱和或不饱和的烃基，构成R2的亚甲基也可被取代为氧原子或羰基；



但，上述通式(1B)中，W1为



时，R1不为



中的任一者。


2.根据权利要求1所述的有机膜形成用材料，其中，该(A)成分为下述通式(1E)表示的化合物；



式中，W2为单键或2价有机基团，n2、n3为符合2≤n2+n3≤4的整数，式中的苯环上也可具有取代基，W2中的有机基团也可和苯环上的取代基键结并形成环状有机基团；X1为该通式(1B)、(1C)表示的基团中的任一者。


3.根据权利要求2所述的有机膜形成用材料，其中，该通式(1E)中的W2为单键、及下式(1F)表示的基团中的任一者；



上式中的芳香环上也可具有取代基。


4.根据权利要求2或3所述的有机膜形成用材料，其中，该通式(1E)中的n2、n3符合1≤n2≤2、1≤n3≤2、2≤n2+n3≤4的关系，且该X1为下述通式(1G)表示的基团；



式中，R3为下式(1H)表示的基团中的任一者，也可将2种以上的R3组合使用；





5.根据权利要求1至3中任一项所述的有机膜形成用材料，其中，该(A)成分利用凝胶渗透层析法所为的聚苯乙烯换算的重均分子量Mw与数均分子量Mn的比率Mw/Mn为1.00≤Mw/Mn≤1.10。


6.根据权利要求1至3中任一项所述的有机膜形成用材料，其中，该(B)成分为1种以上的沸点未达180度的有机溶剂与1种以上的沸点达180度以上的有机溶剂的混合物。


7.根据权利要求1至3中任一项所述的有机膜形成用材料，其中，该有机膜形成用材料更含有(C)酸产生剂、(D)表面活性剂、(E)交联剂、及(F)塑化剂中的1种以上。


8.一种半导体装置制造用基板，其特征为：
于基板上形成有根据权利要求1至7中任一项所述的有机膜形成用材料硬化而成的有机膜。


9.一种有机膜的形成方法，是适用于半导体装置的制造步骤，其特征为：
将根据权利要求1至7中任一项所述的有机膜形成用材料旋转涂布于被加工基板上，并将涂布有该有机膜形成用材料的被加工基板，在惰性气体环境下，以50℃以上且600℃以下的温度，于10秒～7200秒的范围施予热处理来获得硬化膜。


10.一种有机膜的形成方法，是适用于半导体装置的制造步骤，其特征为：
将根据权利要求1至7中任一项所述的有机膜形成用材料旋转涂布于被加工基板上，并将涂布有该有机膜形成用材料的被加工基板，在空气中，以50℃以上且250℃以下的温度，于5秒～600秒的范围进行热处理来形成涂布膜，然后在惰性气体环境下，以200℃以上且600℃以下的温度，于10秒～7200秒的范围施予热处理来获得硬化膜。


11.根据权利要求9或10所述的有机膜的形成方法，其中，该惰性气体中的氧浓度为1％以下。


12.根据权利要求9或10所述的有机膜的形成方法，其中，该被加工基板使用具有高度30nm以上的结构体或高低差的被加工基板。


13.一种图案形成方法，其特征为：
于被加工体上使用根据权利要求1至7中任一项所述的有机膜形成用材料来形成有机膜，于该有机膜之上使用含硅的抗蚀剂中间膜材料来形成含硅的抗蚀剂中间膜，于该含硅的抗蚀剂中间膜之上使用抗蚀剂组成物来形成抗蚀剂上层膜，于该抗蚀剂上层膜形成电路图案，以该形成有图案的抗蚀剂上层膜作为掩膜并利用蚀刻将图案转印于该含硅的抗蚀剂中间膜，以该转印有图案的含硅的抗蚀剂中间膜作为掩膜并利用蚀刻将图案转印于该有机膜，再以该转印有图案的有机膜作为掩膜并利用蚀刻将图案转印于该被加工体。


14.一种图案形成方法，其特征为：
于被加工体上使用根据权利要求1至7中任一项所述的有机膜形成用...

【专利技术属性】
技术研发人员：郡大佑，新井田惠介，泽村昂志，橘诚一郎，渡边武，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