JPH04245248A - レジスト組成物とレジストパターンの形成方法 - Google Patents

レジスト組成物とレジストパターンの形成方法

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JPH04245248A
JPH04245248A JP3010465A JP1046591A JPH04245248A JP H04245248 A JPH04245248 A JP H04245248A JP 3010465 A JP3010465 A JP 3010465A JP 1046591 A JP1046591 A JP 1046591A JP H04245248 A JPH04245248 A JP H04245248A
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慶二 渡部
Akira Oikawa
及川 朗
Takahisa Namiki
崇久 並木
Manami Fukuda
麻奈美 福田
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は本発明は二層構造上層用
ポジ型レジストと、そのレジストパターンの形成方法に
関する。
【0002】大量の情報を迅速に処理する必要から、情
報処理装置の主体を構成する半導体装置は集積化が進ん
でLSI やVLSIが実用化されている。こゝで、集
積化は単位素子の小形化により行われており、配線パタ
ーンの最小線幅はサブミクロンに達している。
【0003】また、多層配線が行われていることから、
集積回路を形成する半導体ウエハ上には微細な段差が数
多く存在している。さて、半導体集積回路の製造には半
導体基板上にレジストを被覆した後に選択露光を行い、
現像処理により露光部あるいは非露光部を溶解してレジ
ストを窓開けした後、ドライエッチングを行って導電膜
や絶縁膜をエッチングする写真蝕刻技術( フォトリソ
グラフィ或いは電子線リソグラフィ) が不可欠である
【0004】そのため、段差の影響を無くして精度よく
微細パターンを形成する方法として三層構造或いは二層
構造をとる多層レジスト法が用いられているが、中でも
工程数の少ない二層レジスト法が一般的に用いられてい
る。
【0005】
【従来の技術】二層構造レジスト法をとると、露光によ
り直接パターン形成するレジスト層の厚さを単層レジス
ト法に較べて格段に薄くできるため、高解像性の実現が
可能である。
【0006】こゝで、上層レジストに適用し得るレジス
トは酸素プラズマに対し充分な耐性を備えていることが
必要であり、次のような有機硅素重合体系樹脂(以下略
してシリコーン系樹脂)や有機硅素含有樹脂(以下略し
てシリコーン含有樹脂)が用いられている。
【0007】ポリ−P− クロロメチルフェニルシロキ
サン, ポリアリルシルセスキオキサン, ポリビニル
シルセスキオキサンなど。然し、このような材料よりな
るシリコーンレジストの露光後の現像には有機溶媒を使
用せざるを得ないことから、レジストの膨潤が激しく、
二層構造レジスト法の利点を充分に活かすことがてきず
、解像性はさほど向上しない。
【0008】そのため、サブミクロンパターンが要求さ
れる超LSI の製造に必要なレジストパターンを安定
して形成することができないと云う問題があった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】二層構造上層レジスト
として各種のシリコーンレジストが提案されているが、
先に記したように解像性はさほど向上していない。
【0010】ところで、上記のレジスト材料は総てネガ
型のレジストである。そのため、現像に当たって膨潤に
よる解像性の低下を生じないボジ型のパターン形成材料
が必要であった。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の課題は下記一般式
(1) で示されるシリコーン化合物を加水分解し、引
き続いて脱水縮重合して得られるポリマ中に残存する水
酸基を下記一般式(2) で示されるシリコーン化合物
で置換したシリコーン重合体と、このシリコーン重合体
のアルカリ水溶液に対する溶解抑止剤と、電離放射線の
照射により酸を発生する酸発生剤と、有機溶剤とからな
るレジスト組成物を使用し、二層構造レジストの上層レ
ジストを形成することにより解決することができる。
【0012】
【化3】
【0013】こゝで、R1 は水素,トリアルコキシシ
リル基,トリクロロシリル基の何れかを表し、同一また
は異なっていてもよく、R1 のうち少なくとも2つ以
上はトリアルコキシシリル基,またはトリクロロシリル
基であること、
【0014】
【化4】
【0015】こゝで、R2 は(CH2)m COOH
,  (CH2)n Ph COOH,(但し、m は
1〜10の整数,nは0〜10の整数),低級アルキル
基,アリール基または低級アルケニル基を示し、同一ま
たは異なっていてもよく、R2 のうち少なくとも20
%以上が(CH2)m COOHまたは (CH2)n
 Ph COOHであること。
【0016】
【作用】上記の一般式(1),(2) で表されるシリ
コーン重合体は単独ではテトラメチルアンモニウムハイ
ドロオキサイド(略称TMAH)のようなアルカリ水溶
液に可溶であるが、適当な溶解抑止剤を添加することに
より、アルカリ水溶液に溶けにくゝなる。
【0017】本発明は溶解抑止剤が酸に弱く、酸の存在
により溶解抑止効果を失う現象を利用するものである。 すなわち、溶解抑止剤に酸発生剤を添加しておき、電離
放射線の照射により酸発生剤が酸を発生し、この酸によ
り溶解抑止剤が溶解抑止効果を失い、シリコーン重合体
が再びアルカリ水溶液に可溶となるのを利用するもので
、このような溶解抑止剤としては特開昭63−2782
9に開示されている一般式(3) 〜(16)で示され
る低分子量の有機化合物群が挙げられる。
【0018】また、特開昭63−250642 や特開
昭63−241542 に開示されている一般式(17
)〜(24)で示される高分子化合物群も有効である。 また、酸発生剤としてはPh2I+ SbF6− ,P
h3S+ SbF6− などのオニウム塩、 (Ph2
I+ )2CO32− ,    (Ph2S+ )2
CO32− などの炭酸イオンを含む塩、  Ph2I
+ HCO3− ,Ph3S+ HCO3− などの炭
酸水素イオンを含む塩、クロロメチル基を有するトリア
ジン化合物, オルトニトロベンジルアルコールスルホ
ン酸エステルなどのトシレート系の化合物を挙げること
ができる。
【0019】本発明に係るレジスト組成物はこれらの酸
発生剤の存在の下で紫外線, 電子線, X線,イオン
線などの電離放射線を照射することにより溶解抑止剤が
分解し、有機シリコーン重合体がアルカリ水溶液に可溶
となるため、ポジ型のレジストとなる。
【0020】なお、本発明に係るレジスト組成物を電離
放射線で露光する際には必要に応じてアセトフェノン系
感光剤たとえば2,2−ジメトキシ2,フェニルアセト
フェノンを増感剤として添加するとよい。
【0021】また、本発明に係るレジスト組成物を構成
する有機シリコーン重合体,溶解抑止剤,酸発生剤,有
機溶剤の混合比は必要とする膜厚により異なるが、有機
溶剤1000重量部に対して、有機シリコーン重合体が
4〜20重量部、溶解抑止剤が0.2 〜20重量部、
酸発生剤が0.1〜10重量部、程度であることが好ま
しい。
【0022】また、二層構造レジストを構成する場合の
下層レジストとしてはフェノールノボラック樹脂または
クレゾールノボラック樹脂からなる市販のフォトレジス
ト、例えばOFPR( 東京応化製) が使用できる。
【0023】本発明に係るレジスト組成物はSi含有量
の多いシリコーン重合体を用いているために酸素プラズ
マ耐性に優れている。また、ポジ型であり、現像液とし
てアルカリ水溶液を用いることゝシリコーン重合体の耐
熱性が高いために解像性が優れている。
【0024】従って、二層構造用上層レジストとして不
可欠な酸素プラズマ耐性, 感度, 解像性の総てを兼
ね備えている。
【0025】
【実施例】合成例1(ポリマの製造例)容量が500c
c の4っ口フラスコにメチルイソブチルケトン(MI
BK) を40cc, メタノールを25cc, アセ
トンを25cc, 水を50cc, 濃塩酸を5ccお
よび1,3−ジフェニル−1,1,3,3− テトラメ
チルジシロキサンを4.05g を仕込み、加熱攪拌し
て還元状態とした。
【0026】次に、1,4 − ビス( トリメトキシ
シリル)ベンゼン15.9g を35ccのMIBKに
溶解し、フラスコ内に20分かけて滴下し、30分間攪
拌した。冷却した後、MIBKと水を50ccづつ加え
、分液漏斗を用いて上層のMIBK層を水で数回洗浄し
た。
【0027】次に、共沸により残存した水を取り除いた
後、反応溶液を多量の水に投入して樹脂を析出させ回収
した。そして分子量分別操作を行った後、凍結乾燥を行
って12g の白色粉末を得た。
【0028】これをケルパーミエ−ションクロマトグラ
フ( 略称GPC)により測定した重量平均分子量は標
準ポリスチレン換算で3.5×104 また分散度は2
.1 であった。次に、得られた樹脂の4%MIBK溶
液100 gにメチルジクロロフェニルクロロシランと
ピリジンをそれぞれ10cc加え、80℃で2時間攪拌
した。
【0029】冷却した後、これにMIBKと水を50c
cづつ加え、分液漏斗を用いて上層のMIBK層を水で
数回洗浄した後、共沸により残存した水を除いた。その
後、反応溶液を多量の水に投入して樹脂を析出させて回
収し、凍結乾燥を施して4.17gの白色粉末を得た。
【0030】その後、エタノールとアセトニトリルを用
いて低分子量オリゴマや不純物を洗浄して除き、最終的
に2.16gの白色粉末を得た。次に、GPCにより測
定した重量平均分子量は標準ポリスチレン換算で3.6
 ×104,分散度は2.2 であった。
【0031】このポリマを乾燥エチルエーテルに溶解し
、これを金属マグネシウム(Mg)2.4gの局片に注
いだ。次に、この溶液を細かく砕いたドライアイス20
gの上に注いだ後、5規定の塩酸10 ml を加える
ことにより合成ポリマにカルボン酸が付加し、アルカリ
水溶液に可溶なポリマを得ることができた。
【0032】実施例1(電子線露光例)合成例により得
られたポリマ1gと溶解抑止剤としてポリp−トリメチ
ルシリルオキシスチレン0.1 gと、酸発生剤として
ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート
0.02gとをメチルイソブチルケトン15 mlに溶
解し、孔径が0.1 μm のメンブレンフィルタで濾
過してレジスト溶液とした。
【0033】次に、Si基板上にノボラック系レジスト
(MP−1300, シプレー社) を2.0 μm 
の厚さになるように塗布し、ハードベークして平坦化層
とした。この上に、上記のレジスト溶液を0.2 μm
 の厚さになるように塗布し、80℃で20分間ベーキ
ングした。
【0034】こうして得られた二層レジスト膜に加速電
圧20KV, 露光量40μC/cm2 の条件で電子
線を露光し、110 ℃で2分間ポストベークを行った
後、2.5 %のテトラメチルアンモニウムヒドロキシ
ド水溶液を用いて現像を行った。
【0035】次に、試料を平行平板型のドライエッチン
グ装置に入れ、酸素プラズマ(真空度2Pa, 電力0
.22W/cm2 ) で15分間に亙ってドライエッ
チングを行い、上層パターンを下層に転写した。
【0036】この結果、0.7 μm の抜きパターン
を解像することができた。 実施例2:(エキシマレーザ露光例)合成例により得ら
れたポリマ1gと溶解抑止剤としてポリp−トリメチル
シリルオキシスチレン0.1 gと、酸発生剤としてジ
フェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート0
.02gとをメチルイソブチルケトン15 mlに溶解
し、孔径が0.1μm のメンブレンフィルタで濾過し
てレジスト溶液とした。
【0037】次に、Si基板上にノボラック系レジスト
(MP−1300, シプレー社) を2.0 μm 
の厚さになるように塗布し、ハードベークして平坦化層
とした。この上に、上記のレジスト溶液を0.2 μm
 の厚さになるように塗布し、80℃で20分間ベーキ
ングした。
【0038】こうして得られた二層レジスト膜にKrF
 エキシマレーザ装置( 波長248nm)を用い、2
00mJ/cm2 の露光量で露光し、110 ℃で2
分間ポストベークを行った後、2.5 %のテトラメチ
ルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて現像を行っ
た。次に、試料を平行平板型のドライエッチング装置に
入れ、酸素プラズマ(真空度2Pa, 電力0.22W
/cm2 ) で15分間に亙ってドライエッチングを
行い、上層パターンを下層に転写した。
【0039】この結果、1.0 μm のスペースパタ
ーンを解像することができた。 実施例3:(電子線露光で溶解抑止剤を変えた例)合成
例2により得られたポリマ1gと溶解抑止剤としてジタ
ーシャリブチルテレフタレート0.02gと、酸発生剤
としてジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモ
ネート0.02gとをメチルイソブチルケトン15 m
lに溶解し、孔径が0.1μm のメンブレンフィルタ
で濾過してレジスト溶液とした。
【0040】次に、Si基板上にノボラック系レジスト
(MP−1300, シプレー社) を2.0 μm 
の厚さになるように塗布し、ハードベークして平坦化層
とした。この上に、上記のレジスト溶液を0.2 μm
 の厚さになるように塗布し、80℃で20分間ベーキ
ングした。
【0041】こうして得られた二層レジスト膜に加速電
圧20KV, 露光量52μC/cm2 の条件で電子
線を露光し、110 ℃で2分間のポストベークを行っ
た後、2.5 %のテトラメチルアンモニウムヒドロキ
シド水溶液を用いて現像を行った。
【0042】次に、試料を平行平板型のドライエッチン
グ装置に入れ、酸素プラズマ(真空度2Pa, 電力0
.22W/cm2 ) で15分間に亙ってドライエッ
チングを行い、上層パターンを下層に転写した。
【0043】この結果、0.8 μm の抜きパターン
を解像することができた。
【0044】
【発明の効果】本発明に係るレジストは耐プラズマエッ
チング性に優れ三次元の網目構造をもつシルフェリレン
・シロキサン樹脂を主成分とするポジ型レジストであり
、また、現像をアルカリ水溶液を用いて行なえることか
ら解像性に優れたレジストパターンを得ることができる
【図面の簡単な説明】
【図1】溶解抑止剤の一般式(その1)である。
【図2】溶解抑止剤の一般式(その2)である。
【図3】溶解抑止剤の一般式(その3)である。
【図4】溶解抑止剤の一般式(その4)である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  下記一般式(1) で示される有機硅
    素化合物を加水分解し、引き続いて脱水縮重合して得ら
    れるポリマ中に残存する水酸基を下記一般式(2) で
    示される有機硅素化合物で置換した有機硅素重合体と、
    該有機硅素重合体のアルカリ水溶液に対する溶解抑止剤
    と、電離放射線の照射により酸を発生する酸発生剤と、
    有機溶剤とからなることを特徴とするレジスト組成物。 【化1】 こゝで、R1 は水素,トリアルコキシシリル基,トリ
    クロロシリル基の何れかを表し、同一または異なってい
    てもよく、R1 のうち少なくとも2つ以上はトリアル
    コキシシリル基,またはトリクロロシリル基であること
    、【化2】 こゝで、R2 は(CH2)m COOH,  (CH
    2)n Ph COOH,(但し、m は1〜10の整
    数,nは0〜10の整数,Phはフェニレン基),低級
    アルキル基,アリール基または低級アルケニル基を示し
    、同一または異なっていてもよく、R2 のうち少なく
    とも20%以上が(CH2)m COOHまたは (C
    H2)n Ph COOHであること。
  2. 【請求項2】  被処理基板上に有機高分子化合物を下
    層レジストとして塗布し、前記基板表面の段差を平坦化
    した後、請求項1記載のレジスト組成物を上層レジスト
    として塗布し、該上層レジストに電離放射線を選択露光
    してアルカリ現像液で現像し、形成された上層レジスト
    パターンをマスクとしてエッチングし、下層レジストに
    転写することを特徴とするレジストパターンの形成方法
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017090515A (ja) * 2015-11-02 2017-05-25 株式会社カネカ ネガ型硬化性組成物、硬化物および積層体

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