JPH046563A - Material for intermediate layer in three-layer resist and formation of pattern - Google Patents

Material for intermediate layer in three-layer resist and formation of pattern

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JPH046563A
JPH046563A JP10832990A JP10832990A JPH046563A JP H046563 A JPH046563 A JP H046563A JP 10832990 A JP10832990 A JP 10832990A JP 10832990 A JP10832990 A JP 10832990A JP H046563 A JPH046563 A JP H046563A
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JP
Japan
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layer
resist
polyorganosiloxane
intermediate layer
pattern
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Application number
JP10832990A
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Japanese (ja)
Inventor
Hisahiro Muramoto
村本 尚裕
Hideo Ikitsu
英夫 生津
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DuPont Toray Specialty Materials KK
NTT Inc
Original Assignee
Dow Corning Toray Silicone Co Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To attain formation of a hardened film having uniform thickness without generation of a crack in a short period by using a thermosetting polyorganosiloxane component consisting of a specified polyorganosiloxane and an organic peroxide having a catalytic amount. CONSTITUTION:The thermosetting polyorganosiloxane component for an intemediate layer in a three-layer resist is consisting of the polyorganiosiloxane which has an aliphatic unsaturated group bonded to at least two silicon atoms in the molecule and the softening point is higher than a normal temp, and is soluble in organic solvents, and a catalytic amount of organic peroxide. Hence when an upper layer of the resist is applied, the dissolution coating the upper resist and the dissolution in forming the mixing layer and the dissolution in for the forming of the mixing layer and the development of the upper resist are eliminated. Thus the hardening of the film is performed by a heat treatment in a short period and the by-product in the hardening reaction s hardly generated, so that the hardened film without a cruck is easily formed.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、半導体集積回路を始めとする各種の固体素子
の製造に際して、基板上に微細なレジストパターンを高
精度に形成するための3層レジストリソグラフィ技術用
の中間層材料に関し、特には、経時変化が少なく保存安
定性に優れ、短時間の熱処理で硬化でき、上層レジスト
を均一な薄膜に作業性良く形成することができ、酸素エ
ツチング耐性に優れ、下層レジストへのパターン転写性
に優れた3層レジスト用中間層材料及び該中間層材料を
用いた基板上への1<ターン形成法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention is a three-layer method for forming fine resist patterns on a substrate with high precision in the manufacture of various solid-state devices including semiconductor integrated circuits. Regarding intermediate layer materials for resist lithography technology, in particular, they have excellent storage stability with little change over time, can be cured with short heat treatment, can form the upper layer resist into a uniform thin film with good workability, and are resistant to oxygen etching. The present invention relates to an intermediate layer material for a three-layer resist that has excellent pattern transferability to a lower resist layer, and a method for forming 1< turns on a substrate using the intermediate layer material.

[従来の技術] LSIやバブルメモリ素子等の製造における半導体基板
のパターン形成においては、育種系レジストと近紫外光
の縮小投影露光、電子線直接描画、あるいはX線露光の
組合せによるリソグラフィ法が用いられている。近年、
高集積化に伴いサブミクロンレベルの微細なノfターン
の高精度な加工が要求されており、現像により得られる
レジストパターンを精度良(基板に転写するためには、
従来のウェットエツチングに変わってガスプラズマ、反
応性スパッタエツチング、イオンミリング等によるドラ
イエツチングを用いることが必要になり、これに伴って
レジストに対して高感度、高解像性に加えドライエツチ
ング耐性に優れていることも要求されるようになった。
[Prior Art] In forming patterns on semiconductor substrates in the manufacture of LSIs, bubble memory devices, etc., lithography methods are used that combine a breeding resist and reduction projection exposure using near-ultraviolet light, direct electron beam writing, or X-ray exposure. It is being recent years,
High-precision processing of fine nof turns at the sub-micron level is required as the integration becomes higher.
Instead of conventional wet etching, it has become necessary to use dry etching using gas plasma, reactive sputter etching, ion milling, etc., and with this, it has become necessary to use dry etching techniques such as gas plasma, reactive sputter etching, and ion milling. Excellence is now required.

また、実際の素子製造過程においては、被加工基板上の
段差を平坦化するためにレジスト層を厚く塗布しなけれ
ばならないことがあり、このように膜厚が大きかったり
、膜厚が変動するような場合、レジストの解像度は一般
に低下する。また、パターン寸法が微細化するに従って
、光露光の場合には基板からの反射光による定在波効果
が、電子線描画の場合には反射電子による近接効果が形
成パターン精度低下の主な原因となっており、これは、
高感度で高解像度かつドライエツチング耐性の高いレジ
ストを用いても回避することはできない露光時の本質的
な問題である。
In addition, in the actual device manufacturing process, it is sometimes necessary to apply a thick resist layer to flatten the steps on the substrate to be processed. In such cases, the resolution of the resist generally decreases. Additionally, as pattern dimensions become finer, the main causes of decreased pattern accuracy are the standing wave effect caused by light reflected from the substrate in the case of light exposure, and the proximity effect caused by reflected electrons in the case of electron beam lithography. This is,
This is an essential problem during exposure that cannot be avoided even if a resist with high sensitivity, high resolution, and high dry etching resistance is used.

かかる問題点を解決するために3層レジスト法が、ジェ
イ・エム・モラン(J 、M、Mo r a n)によ
ってジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アン
ド・テクノロジー(J、Vaccum。
To solve these problems, a three-layer resist method was proposed by J.M. Moran in the Journal of Vacuum Science and Technology (J, Vacuum.

Sci、and、Technol、)、第16巻第16
20ページ(1979年)に提案されている。これは、
第1層として基板を加工するためのドライエツチングに
対して耐性の大きい有機高分子材料(下層レジスト)を
厚く塗布することで基板上の段差を平坦化した後、中間
層としてこの第1層を加工するための酸素を使用するド
ライエツチング耐性に優れる無機化合物材料層を形成し
、しかるのち、この中間層の上に第3層としてレジスト
層(上層レジスト)を形成する。このレジスト層を光や
電子線等を用いた公知の方法でパターン露光した後、現
像し、得られたレジストパターンをマスクとして中間層
をドライエツチングする。続いてこのパターン転写され
た中間層をマスクとして酸素系のドライエツチングによ
り第1層を加工し、厚く微細なパターンを得る。尚、こ
の酸素系ドライエツチングにより第3層のレジスト層は
同時に除去される。かかる3層レジスト法を用いると、
パターン形成用のレジスト層は薄くてすみ、その上、レ
ジスト層が基板から隔てられることにより定在波等の基
板からの影響を直接受は難くなるので、基板加工時のド
ライエツチング耐性に優れた微細なレジストパターンを
高解像度で得ることが可能となる。かかる3層レジスト
法の問題点としては工程が従来に比べて長くなるという
点があげられ、近年、この点を鑑み、酸素系ドライエツ
チング耐性に優れた無機系材料からなるレジストを用い
、3層レジスト法における中間層を省いた2層構造とし
て工程を簡略化する2層レジスト法も提案されている。
Sci, and,Technol,), Volume 16, No. 16
It is proposed on page 20 (1979). this is,
After flattening the steps on the substrate by thickly coating an organic polymer material (lower layer resist) that is highly resistant to dry etching for processing the substrate as the first layer, this first layer is applied as an intermediate layer. An inorganic compound material layer having excellent dry etching resistance using oxygen for processing is formed, and then a resist layer (upper resist layer) is formed as a third layer on this intermediate layer. This resist layer is pattern-exposed by a known method using light or an electron beam, and then developed, and the intermediate layer is dry-etched using the resulting resist pattern as a mask. Subsequently, using this pattern-transferred intermediate layer as a mask, the first layer is processed by oxygen-based dry etching to obtain a thick and fine pattern. Note that the third resist layer is removed at the same time by this oxygen-based dry etching. Using such a three-layer resist method,
The resist layer for pattern formation can be thin, and since the resist layer is separated from the substrate, it is less likely to be directly affected by standing waves and other effects from the substrate, so it has excellent dry etching resistance during substrate processing. It becomes possible to obtain fine resist patterns with high resolution. A problem with this three-layer resist method is that the process is longer than the conventional method. A two-layer resist method has also been proposed that simplifies the process by creating a two-layer structure by omitting the intermediate layer in the resist method.

しかしながら、各露光源に対して十分な感度と解像度を
育する2層レジスト法用のレジストとして上層されてい
るものは数えるほどしかなく、従来通りのレジスト、露
光法、現像法をそのまま適用可能な3而レジストの方が
現段階では有用である。
However, there are only a few resists that are used as an upper layer for the two-layer resist method that develops sufficient sensitivity and resolution for each exposure source, and conventional resists, exposure methods, and development methods can be applied as is. 3 resists are more useful at this stage.

[発明が解決しようとする課題] 3層レジストの中間層としては第1層加工時のマスクと
なるため十分な酸素系ドライエツチング耐性を存する材
料、例えばS++  S 1021AI等の無機材料が
適用されている。この中間層の形成法としては、一般に
CVD法、スパッタ法、蒸着法のいずれかが用いられて
いる。しかしながら、最近では、通常の有機高分子と同
様に基板上にスピンコード法により膜形成が出来、かつ
無機材料同様の化学的特性を有するポリオルガノシロキ
サン(通称シリコーン樹脂)あるいは51o472塗布
液(通称スピンオングラス:5OG)が上記中間層とし
て用いられるようになってきた。これはスピンコード法
が、CVD法、スパッタ法、蒸着法に比べ形成時間が極
端に短くかつ簡単な操作で実施出来るためである。前記
31Q47a塗布液としてはシラノール化合物を主成分
とするコーティング剤が製品化されているが、このもの
は、上層レジスト塗布時に溶解しない完全な硬化皮膜と
するためにはゆるやかな昇温による高温かつ比較的長時
間の熱処理が必要であり、熱処理時の厳密な条件管理が
必要である。限定された条件外で熱処理した場合には完
全に硬化した皮膜が形成しないかまたは皮膜にクラック
が入ってしまうという欠点を有している。また、硬化反
応が水分に敏感な縮合反応であるため経時変化を起こし
易く、スピンコード用ノズルの先端で硬化してしまった
り、長期間保存しているうちにゲル化してしまうという
欠点を存していた。
[Problems to be Solved by the Invention] As the intermediate layer of the three-layer resist, a material having sufficient oxygen-based dry etching resistance, such as an inorganic material such as S++S 1021AI, is used as it serves as a mask during processing of the first layer. There is. As a method for forming this intermediate layer, generally any one of a CVD method, a sputtering method, and a vapor deposition method is used. However, recently, polyorganosiloxane (commonly known as silicone resin) or 51o472 coating liquid (commonly known as spin-on Glass: 5OG) has come to be used as the above-mentioned intermediate layer. This is because the spin code method takes an extremely short formation time and can be performed with simple operations compared to the CVD method, sputtering method, and vapor deposition method. As the above-mentioned 31Q47a coating liquid, a coating agent containing a silanol compound as a main component has been commercialized, but in order to obtain a completely cured film that does not dissolve when applying the upper layer resist, it is necessary to slowly raise the temperature at a high temperature and compare It requires heat treatment for a relatively long time, and strict control of conditions during heat treatment is required. If heat treatment is performed outside the specified conditions, a completely cured film may not be formed or cracks may appear in the film. In addition, since the curing reaction is a condensation reaction that is sensitive to moisture, it tends to change over time, and has the disadvantage that it may harden at the tip of the spin cord nozzle or gel during long-term storage. was.

一方、前記シリコーン樹脂は、特開昭60−26215
0に開示されている。このものは、一般式: %式%) (式中、Rは、同一でも異なっていてもよく、−価炭化
水素基、水素、水酸基、  アルコキシ基からなる肝か
ら選ばれるm個の基であり、−+n”p+q=1、譜〉
0、+1.p、Q≧Oであり、I/Q≦1((但しq≠
0))または、■/p≦0.3((但しp≠0))でp
及びqが同時にOとならない) で表されるポリオルガノシロキサンであり、熱軟化温度
が非常に高いため皮膜表面はベトツかず、耐熱性に優れ
た皮膜を形成することができる。また、分子中に珪素原
子が多く含まれるため、極めて優れた酸素系ドライエツ
チング耐性を有している。更に、上記SOGのような縮
合硬化型のものに比べて極めて保存安定性が優れている
。この為、通常使用されているフォトレジストのように
、溶媒がセロソルブないしアルコール系、現像液が水系
というように、ポリオルガノシロキサン化合物に対して
溶解力の低い溶剤のみが用いられる系においては問題な
く使用できるため、優れた中間層材料として注目されて
いる。しかしながら、このものは非硬化型であるために
除去が溶剤を用いて容易に行えるという利点を有する反
面、特にEBレジストのように溶媒ないし現像液として
ケトン系や芳香族系などの溶剤が用いられている場合に
は上層レジスト塗布時に中間層が溶解したり、上層との
界面にミキシング層を形成したり、上層レジスト現像時
に中間層が溶解してしまう可能性があり、安心して用い
ることが出来ないといった問題が残されていた。
On the other hand, the silicone resin is
0. This product has the general formula: %Formula%) (wherein R is m groups selected from the group consisting of -valent hydrocarbon groups, hydrogen, hydroxyl groups, and alkoxy groups, which may be the same or different) , -+n”p+q=1, score〉
0, +1. p, Q≧O, and I/Q≦1 ((however, q≠
0)) or ■/p≦0.3 ((however, p≠0))
It is a polyorganosiloxane represented by (and q are not O at the same time) and has a very high heat softening temperature, so the film surface is not sticky and a film with excellent heat resistance can be formed. Furthermore, since the molecule contains many silicon atoms, it has extremely excellent resistance to oxygen-based dry etching. Furthermore, it has extremely superior storage stability compared to condensation curing type materials such as the above-mentioned SOG. Therefore, there is no problem in systems where only solvents with low dissolving power for polyorganosiloxane compounds are used, such as commonly used photoresists, where the solvent is cellosolve or alcohol-based and the developer is aqueous. Because of its versatility, it is attracting attention as an excellent intermediate layer material. However, since it is a non-curing type, it has the advantage that it can be easily removed using a solvent, but on the other hand, a ketone-based or aromatic-based solvent is used as a solvent or developer, especially in the case of EB resist. If the upper resist layer is coated, the intermediate layer may dissolve when the upper resist layer is applied, a mixing layer may be formed at the interface with the upper layer, or the intermediate layer may dissolve when the upper resist layer is developed, so it cannot be used with confidence. The problem remained that there was no such thing.

[発明が解決しようとする問題点コ そこで、本発明の目的は、スピンコード法及び短時間の
熱処理により、クラックのない均一な厚さの硬化皮膜を
形成でき、上層レジスト塗布時の溶解やミキシング層形
成及び上層レジスト現像時の溶解が起こらず、酸素系ド
ライエツチング耐性に極めて優れ、しかも経時変化が少
なく保存安定性に優れた3層レジスト中間層用のポリオ
ルガノシロキサン組成物を提供することにある。
[Problems to be Solved by the Invention] Therefore, the purpose of the present invention is to be able to form a cured film with a uniform thickness without cracks using the spin code method and short-time heat treatment, and to prevent dissolution and mixing during application of the upper layer resist. To provide a polyorganosiloxane composition for an intermediate layer of a three-layer resist, which does not dissolve during layer formation and upper layer resist development, has excellent resistance to oxygen-based dry etching, and has little change over time and excellent storage stability. be.

さらに、本発明のもう一つの目的は上記中間層材料を用
いた3F!レジストにより、基板上に高精度のパターン
を形成する方法を提供することにある。
Furthermore, another object of the present invention is to use 3F! using the above-mentioned intermediate layer material! An object of the present invention is to provide a method of forming a highly accurate pattern on a substrate using a resist.

[課題を解決する為の手段とその作用コ前記目的は、分
子中に少なくとも2個のケイ素原子に結合した脂肪族不
飽和基を有し、軟化温度が常温より高く有機溶剤可溶性
のポリオルガノシロキサンと、触媒量の有機過酸化物か
らなることを特徴とする、3層レジスト中間層用の熱硬
化性ポリオルガノシロキサン組成物および基板上にパタ
ーンを形成する3層レジスト法において中間層として前
記ポリオルガノシロキサン組成物を用いることにより達
成される。
[Means for Solving the Problems and Their Effects] The above object is to produce a polyorganosiloxane which has at least two aliphatic unsaturated groups bonded to silicon atoms in its molecule and has a softening temperature higher than room temperature and is soluble in organic solvents. and a catalytic amount of an organic peroxide, a thermosetting polyorganosiloxane composition for a three-layer resist intermediate layer, and a thermosetting polyorganosiloxane composition for forming a pattern on a substrate as an intermediate layer in a three-layer resist method. This is achieved by using organosiloxane compositions.

まず、本発明の3層レジスト中間層用の熱硬化性ポリオ
ルガノシロキサン組成物において、(A) 成分である
ポリオルガノシロキサンはベースポリマーであって、第
1に、熱硬化性を保持するために分子内に少なくとも2
個のケイ素原子に結合した脂肪族不飽和基を有すること
が必要であり、第2に、スピンコード皮膜の表面がベト
ツかず、均一な膜厚となるために、軟化温度が常温より
高いことが必要である。軟化温度が常温より高いという
ときの常温とは、およそ10〜40 ’Cの範囲の温度
を意味するが、パターン形成作業時の雰囲気より高い温
度である必要があるということはいうまでもない。脂肪
族不飽和基は、架橋剤として含有されている有機過酸化
物の熱分解によって発生するラジカルによって再結合2
量化ないし連鎖重合などの反応を起こし得る構造であれ
ばなんでもよく、例えば、 CH2:CH−CH2=C
H(CH2)、−(ここでn=1.2,3,4)、シク
ロへキセニル基含有基、CHR、= CR2COO(C
H2)、−(ここでR+はHまたはC6H6、R2はH
またはCH3、m= 1.2.3.4 )からなる群か
ら選択される。
First, in the thermosetting polyorganosiloxane composition for a three-layer resist intermediate layer of the present invention, the polyorganosiloxane as the component (A) is a base polymer. at least 2 in the molecule
It is necessary to have an aliphatic unsaturated group bonded to silicon atoms, and secondly, in order for the surface of the spin cord film to be non-sticky and to have a uniform thickness, the softening temperature must be higher than room temperature. is necessary. When the softening temperature is higher than room temperature, room temperature means a temperature in the range of about 10 to 40'C, but it goes without saying that the temperature needs to be higher than the atmosphere during the pattern forming operation. Aliphatic unsaturated groups are recombined by radicals generated by thermal decomposition of the organic peroxide contained as a crosslinking agent.
Any structure that can cause a reaction such as quantification or chain polymerization may be used, for example, CH2:CH-CH2=C
H (CH2), - (where n = 1.2, 3, 4), cyclohexenyl group-containing group, CHR, = CR2COO (C
H2), -(where R+ is H or C6H6, R2 is H
or CH3, m=1.2.3.4).

(A)成分のポリオルガノシロキサンは上記脂肪族不飽
和基以外の1価炭化水素基を有することができ、例えば
、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル
基、ブチル基、ペンチル基、フェニル基、トリル基、キ
シリル基が例示されるが、合成の容易さ、保存安定性、
耐熱性及び酸素系ドライエツチング耐性といった観点か
らはメチル基またはフェニル基であることが望ましい。
The polyorganosiloxane of component (A) may have a monovalent hydrocarbon group other than the above aliphatic unsaturated group, such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, a butyl group, a pentyl group, Examples include phenyl group, tolyl group, and xylyl group, but ease of synthesis, storage stability,
From the viewpoint of heat resistance and oxygen-based dry etching resistance, a methyl group or a phenyl group is preferable.

尚、以下の本文中で略号として使用するRはすべて一価
炭化水素基を意味するものとする。 (A)成分のポリ
オルガノシロキサンの軟化温度は常温より高いが、ここ
にいう常温とは、およそ10〜40°Cの範囲を意味す
る。有機溶剤可溶性で軟化温度の高いポリオルガノシロ
キサンの代表例としては、一般式:[R510272]
で表される構造単位を基本骨格とするポリオルガノシル
セスキオキサンや式:[5102]で表される構造単位
を基本骨格とするかまたは骨格中に有するポリオルガノ
シロキサンが挙げられる。
In addition, all R used as an abbreviation in the following text shall mean a monovalent hydrocarbon group. The softening temperature of the polyorganosiloxane component (A) is higher than room temperature, and room temperature here means a range of approximately 10 to 40°C. A typical example of a polyorganosiloxane that is soluble in organic solvents and has a high softening temperature is the general formula: [R510272]
Examples include polyorganosilsesquioxanes having a structural unit represented by the following as a basic skeleton and polyorganosiloxanes having a structural unit represented by the formula: [5102] as a basic skeleton or in the skeleton.

ポリオルガノシルセスキオキサンは、末端を有さない、
いわゆる、かご型ポリシルセスキオキサンであっても、
末端に一般式:  [XOl、2コ(ここでXはRまた
はRa5i)で表される基を有する、いわゆる、ラダー
型ポリシロキサンであってもよく、また、皮膜に柔軟性
を付与するなどの目的で骨格中に一般式: [R25i
O]で表される構造単位が部分的に導入されたものや、
加水分解縮合残基としてのSIY基(ここでYはOH,
ORまたはC1)が含まれるものであってもよいが、軟
化温度が常温より高くなるためには分子量がある程度以
上高いか、または、 [R3l0372]構造単位中の
Rとして芳香族基が多く含有されることが必要である。
Polyorganosilsesquioxane has no terminals,
Even if it is a so-called cage type polysilsesquioxane,
It may be a so-called ladder type polysiloxane having a group represented by the general formula: [XOl, 2 (here, X is R or Ra5i) at the end, or The general formula: [R25i
those in which the structural unit represented by O] is partially introduced,
SIY group as a hydrolyzed condensation residue (where Y is OH,
OR or C1) may be included, but in order for the softening temperature to be higher than room temperature, the molecular weight must be higher than a certain level, or the R in the [R3l0372] structural unit must contain many aromatic groups. It is necessary to

一方また、一般式:  [:5tOa、□コで表される
構造単位を骨格中に有する扁軟化温度のポリオルガノシ
ロキサンとしては、例えば、一般式=[R351012
] a [5102] b T:示され;4ようなもの
が挙げられ、また、これに皮膜の柔軟性を裏めるなどの
目的で一般式:  ERzSiOコ及び/または[:R
81Oh721で表される構造単位を部分的に導入した
ものや、加水分解縮合残基としてのSiY基(ここでY
はOH10RまたはCI)が含まれるものであってもよ
いが、軟化温度が常温より高くなるためには分子量があ
る程度以上高いか、または、[R3S lo 12]構
造単位中のRとして芳香族基が多く含有されることが必
要であり、更に、上記一般式中のbに対するaのモル比
が0.25〜1.5、即ち、1分子中の[Sl○2コ構
造単位の含Hが40〜80モル%の範囲にあることが望
ましい。このモル比が 0.25未満の場合には合成時
に分子量が高くなりすぎるか、または、ゲル化して有機
溶剤可溶性のものを収率よく得ることが困難である一方
、1.5 より大きな場合には分子量を高くすることが
困難なため常温で液状のものしか得られない。常温より
高い軟化温度を有するものを収率よく合成できるために
は、このモル比が0.3〜1.2の範囲内にあることが
好ましい。
On the other hand, as a polyorganosiloxane having a softening temperature in its skeleton and having a structural unit represented by the general formula: [:5tOa, □, for example, the general formula = [R351012
] a [5102] b T: Indicated;
81Oh721 partially introduced structural unit, and SiY group as a hydrolyzed condensation residue (here, Y
may contain OH10R or CI), but in order for the softening temperature to be higher than room temperature, the molecular weight must be higher than a certain level, or the R in the [R3S lo 12] structural unit must contain an aromatic group. Furthermore, the molar ratio of a to b in the above general formula is 0.25 to 1.5, that is, the H content of the [Sl○2 costructural unit in one molecule is 40 It is desirable that the content be in the range of ~80 mol%. If this molar ratio is less than 0.25, the molecular weight will become too high during synthesis, or it will be difficult to gel and obtain a product soluble in organic solvents in good yield. Because it is difficult to increase the molecular weight, it is only possible to obtain a liquid form at room temperature. This molar ratio is preferably within the range of 0.3 to 1.2 in order to be able to synthesize a material having a softening temperature higher than room temperature with good yield.

ポリオルガノシロキサンないし珪素原子含有ポリマーの
酸素系ドライエツチング耐性については、ポリマー中の
珪素原子含量と相関のあることが公知であり(例えば、
Sem1con、11orld。
It is known that the oxygen dry etching resistance of polyorganosiloxanes or silicon-containing polymers is correlated with the silicon atom content in the polymer (for example,
Sem1con, 11orld.

19811i(1)、p、59P、59〜p、65、 
 高分子、  1988. 37巻(Ili)、  P
、4GO〜p、4G3、  J、Electroche
LSoc、、 1983、 vol、130. p、1
9G2など)、下層である育種系レジスト、例えばポリ
イミドなどを工・ソチングする際の十分なマスクとして
機能し得るためには、耐熱性に加えて少なくとも10重
量%の硅素原子を含有していることが必要でであり、一
方、逆にポリマー中に含まれる育種基は脱離し易いか、
含量が少ない程好ましいことが原理的に信じられている
。従って、上記したように、分子骨格中に一般式:  
[:R8I○372コ及び/または[S io2コで表
される構造単位を導入することはポリオルガノシロキサ
ンの軟化温度を高めるために必要であるのに加え、その
結果として分子中に含まれるR基の割合が[R2510
コ構造のものに比べて小さくなるので、その分、酸素系
ドライエツチングに対する耐性も向上し、通常のポリオ
ルガノシロキサンよりも優れた3層レジスト中間層材料
として機能する。
19811i(1), p, 59P, 59-p, 65,
Polymer, 1988. Volume 37 (Ili), P
, 4GO~p, 4G3, J, Electroche
LSoc, 1983, vol. 130. p, 1
9G2, etc.), and in order to function as a sufficient mask when etching and sowing the underlying breeding resist, such as polyimide, in addition to being heat resistant, it must contain at least 10% by weight of silicon atoms. On the other hand, on the other hand, whether the breeding group contained in the polymer is easily detached or not,
It is believed in principle that the lower the content, the better. Therefore, as mentioned above, in the molecular skeleton the general formula:
Introducing structural units represented by [:R8I○372co and/or [Sio2co] is necessary to increase the softening temperature of polyorganosiloxane, and as a result, R contained in the molecule The proportion of groups is [R2510
Since it is smaller than a co-structured material, its resistance to oxygen-based dry etching is correspondingly improved, and it functions as a three-layer resist intermediate layer material superior to ordinary polyorganosiloxane.

1分子中に少なくとも2個存在することが必須である脂
肪族不飽和基は、これらのポリオルガノシロキサン中に
いずれのRとして含まれていてもよいが、1分子中に含
まれる脂肪族不飽和基の割合が低すぎる場合には、本発
明の組成物全体としての硬化性が悪くなったり、硬化皮
膜の架橋密度が低くなり、上層レジストに対するその塗
布時ないし現像時の密着性が悪(なる場合がある。十分
な硬化反応性及び密着性を有するためには、1分子中に
脂肪族不飽和基が少なくとも10モル%以上含まれるこ
とが望ましい。
The aliphatic unsaturated groups, which must exist at least two times in one molecule, may be contained as any R in these polyorganosiloxanes, but the aliphatic unsaturated groups contained in one molecule If the ratio of the groups is too low, the curability of the composition of the present invention as a whole may deteriorate, the crosslinking density of the cured film may become low, and the adhesion to the upper resist layer during coating or development may become poor. In order to have sufficient curing reactivity and adhesion, it is desirable that one molecule contains at least 10 mol % of aliphatic unsaturated groups.

コレラのポリオルガノシロキサンは公知の方法で合成で
きる。即ち、各構造単位に相当するトリオルガノクロル
シラン、ジオルガノジクロルシラン、オルガノトリクロ
ルシラン、テトラクロルシランの1種〜4種またはトリ
オルガノアルコキシシラン、ジオルガノジアルコキシシ
ラン、オルガノトリアルコキシシラン、テトラアルコキ
シシランの1種〜4種を酸性または塩基性条件下に加水
分解及び縮合させることにより比較的容易に合成される
。尚、このような縮合重合反応によるポリオルガノシロ
キサンは、多くの場合、比較的広い分子量範囲のポリオ
ルガノシロキサンの混合物として得られるが、軟化温度
が低いうえ、低分子量の成分は硬化皮膜の表面ににじみ
出て上層レジストに対する密着性を低下させ易いので、
例えばメタノールやアセトンのような低分子量のポリオ
ルガノシロキサンに対してのみ溶解力のある溶剤、で抽
出ないし再沈澱精製を行うことによって除去することが
望ましい。
Cholera polyorganosiloxane can be synthesized by known methods. That is, one to four types of triorganochlorosilane, diorganodichlorosilane, organotrichlorosilane, and tetrachlorosilane corresponding to each structural unit; or triorganoalkoxysilane, diorganodialkoxysilane, organotrialkoxysilane, and tetrachlorosilane; It is relatively easily synthesized by hydrolyzing and condensing one to four alkoxysilanes under acidic or basic conditions. Polyorganosiloxane produced by such a condensation polymerization reaction is often obtained as a mixture of polyorganosiloxanes with a relatively wide molecular weight range, but in addition to having a low softening temperature, the low molecular weight components do not reach the surface of the cured film. Because it tends to ooze out and reduce the adhesion to the upper resist,
For example, it is desirable to remove it by extraction or reprecipitation purification with a solvent that has the ability to dissolve only low-molecular-weight polyorganosiloxanes, such as methanol or acetone.

次に、 (B)成分である有機過酸化物は、 (A)成
分であるポリオルガノシロキサンを熱硬化させるための
架橋剤として作用する。その具体例としては、メチルエ
チルケトンパーオキサイド、メチルシクロヘキサンパー
オキサイド等のケトンパーオキサイド類、ベンゾイルパ
ーオキサイド、アセチルパーオキサイド等のジアシルパ
ーオキサイド類、t−ブチルハイドロパーオキサイド等
のハイドロパーオキサイド類、ジクミルパーオキサイド
、ジブチルパーオキサイド等のジアルキルパーオキサイ
ド類、ジブチルパーオキシトリメチルシクロヘキサン等
のパーオキシケタール類、ジブチルパーオキシベンゾエ
ート、ジブチルパーオキシアゼレート等のアルキルパー
エステル類、ブチルパーオキシイソプロビルカーボネー
ト等のパーカーボネート類が挙げられる。この内、反応
性、安定性、ポリオルガノシロキサン及び溶媒との相溶
性という観点からは、ジクミルパーオキサイド、ジブチ
ルパーオキサイド及びジブチルパーオキシベンゾエート
が特に好ましい。
Next, the organic peroxide which is component (B) acts as a crosslinking agent for thermosetting the polyorganosiloxane which is component (A). Specific examples include ketone peroxides such as methyl ethyl ketone peroxide and methyl cyclohexane peroxide, diacyl peroxides such as benzoyl peroxide and acetyl peroxide, hydroperoxides such as t-butyl hydroperoxide, dicumyl Peroxide, dialkyl peroxides such as dibutyl peroxide, peroxyketals such as dibutylperoxytrimethylcyclohexane, alkyl peresters such as dibutylperoxybenzoate and dibutylperoxyazelate, butylperoxyisopropyl carbonate, etc. Examples include percarbonates. Among these, dicumyl peroxide, dibutyl peroxide, and dibutyl peroxybenzoate are particularly preferred from the viewpoint of reactivity, stability, and compatibility with polyorganosiloxane and solvent.

(B)成分は(A)成分に対して1〜20重量%添加す
るのが好適である。
Component (B) is preferably added in an amount of 1 to 20% by weight relative to component (A).

硬化時間は硬化温度に依存するが、半導体製造のリソグ
ラフィープロセスにおいて使用するためには、180℃
以下の温度で、しかも短時間で硬化することが望ましい
。120″Cで120分以内、180℃であれば30分
以内で硬化させることが望ましい。
The curing time depends on the curing temperature, but for use in the lithography process of semiconductor manufacturing, the curing time is 180°C.
It is desirable to cure at a temperature below and in a short time. It is desirable to cure within 120 minutes at 120″C, and within 30 minutes at 180°C.

本発明のポリオルガノシロキサン組成物は、スピンフー
ト法により皮膜を形成できるように、通常、その所定量
を有機溶剤に溶解させて使用する。溶解量は必要とする
膜厚に応じて適宜状めればよい。有機溶剤は下層レジス
トへの影響、各条件下における塗布特性に応じて選択す
ればよい。一般に本発明で使用するポリオルガノシロキ
サンは有機基を有しているため、珪酸等に比べて有機溶
剤に対する溶解性に優れており溶媒の選択幅が大きい。
The polyorganosiloxane composition of the present invention is usually used by dissolving a predetermined amount in an organic solvent so that a film can be formed by the spin foot method. The amount of dissolution may be determined as appropriate depending on the required film thickness. The organic solvent may be selected depending on the influence on the underlying resist and the coating characteristics under each condition. Since the polyorganosiloxane used in the present invention generally has an organic group, it has excellent solubility in organic solvents compared to silicic acid, etc., and has a wide range of solvent selection.

また、有機溶剤としては、塗布後のベークで容易に除去
できるように、沸点が180°C以下、好ましくは16
0°C以下のものを選択することが望ましい。具体的に
は、ヘフタン、オクタン、キシレン、プロパツール、イ
ンブタノール、アミルアルコール、ンクロヘキサノン、
メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、酢酸ブ
チル、酢酸イソアミル、エチルセロソルブアセテートな
どが挙げられる。
In addition, the organic solvent should have a boiling point of 180°C or less, preferably 16°C or less, so that it can be easily removed by baking after application.
It is desirable to select one with a temperature below 0°C. Specifically, heftane, octane, xylene, propatool, imbutanol, amyl alcohol, nclohexanone,
Examples include methyl isobutyl ketone, diisobutyl ketone, butyl acetate, isoamyl acetate, and ethyl cellosolve acetate.

尚、本発明のポリオルガノシロキサン組成物には必要に
応じて少量の色素、顔料、界面活性剤、接着向上剤、耐
熱剤などを含有させることも可能である。
Incidentally, the polyorganosiloxane composition of the present invention may contain small amounts of dyes, pigments, surfactants, adhesion promoters, heat resistant agents, etc., if necessary.

次に、本願第2の発明である上記ポリオルガノシロキサ
ン組成物を中間層として用いた3層レジストによるパタ
ーン形成法について説明する。それには、加工すべき基
板上に、有機高分子材料からなる下層レジスト層と上記
ポリオルガノシロキサン組成物の硬化物からなる中間層
と放射線照射で架橋もしくは分解する茜分子材料からな
る上層レジスト層とを順次積層し、該上層レジスト層を
露光現像することにより所望のパターンを該上層レジス
ト層に形成した後、前記中間層、下層レジスト層を順次
エツチングし、次いで基板をエツチングする。このパタ
ーン形成法の好ましい実施態様は次のとおりである。先
ず、半導体基板上に下層レジストを通常1〜2μmの厚
さにスピンコードし、加熱処理を行う。次に、中間層と
して上記ポリオルガノシロキサン組成物を0.15〜0
.4μm程度の厚さにスピンコードした後、120〜1
80°Cで120〜30分程度の加熱処理によってスピ
ンコード溶媒を完全に除去すると同時に硬化皮膜とする
。次に上履レジストとして任意のレジストを所定条件に
てスピンコードし加熱処理した後、露光及び現像するこ
とによって上層レジストパターンを得る。この時上層レ
ジストの柵類によっては中間層のポリオルガノシロキサ
ン硬化皮膜表面との密着性が惑<、上層レジスト塗布時
の膜厚不均一化や現像時のレジストパターンはがれなど
の生ずる可能性がある。このような場合には、中間層を
塗布後または加熱硬化後、その表面を極短時間の酸素プ
ラズマないし03などで処理することによって解決でき
る。
Next, a pattern forming method using a three-layer resist using the polyorganosiloxane composition as an intermediate layer, which is the second invention of the present application, will be described. To do this, a lower resist layer made of an organic polymeric material, an intermediate layer made of a cured product of the polyorganosiloxane composition, and an upper resist layer made of an madder molecular material that crosslinks or decomposes when irradiated with radiation are placed on the substrate to be processed. After forming a desired pattern on the upper resist layer by exposing and developing the upper resist layer, the intermediate layer and the lower resist layer are sequentially etched, and then the substrate is etched. A preferred embodiment of this patterning method is as follows. First, a lower resist layer is spin-coded onto a semiconductor substrate to a thickness of usually 1 to 2 μm, and then heated. Next, as an intermediate layer, the above polyorganosiloxane composition was applied in an amount of 0.15 to 0.
.. After spin-coding to a thickness of about 4 μm,
A heat treatment at 80° C. for about 120 to 30 minutes completely removes the spin cord solvent and at the same time forms a cured film. Next, an arbitrary resist is spin-coded as a shoe resist under predetermined conditions, heat-treated, and then exposed and developed to obtain an upper resist pattern. At this time, depending on the fences of the upper layer resist, the adhesion with the surface of the cured polyorganosiloxane film of the intermediate layer may be compromised, resulting in non-uniform film thickness when applying the upper layer resist or peeling of the resist pattern during development. . Such a case can be solved by treating the surface of the intermediate layer with oxygen plasma or 03 for a very short time after coating or heat curing the intermediate layer.

次に、通常は CF aなとのF原子含有ガスを用いた
異方性のりアクティブイオンエツチング(RIE)によ
り、先に形成された上層レジスト層のパターンをマスク
として中間層をエツチングする。続いて通常は酸素系の
ガスを用いたRIEにより下層をエツチングし、上層レ
ジストパターンを下層に転写する。この後、この得られ
た下層レジストパターンをマスクとして任意の手法によ
り半導体基板を加工する。ここで、3層レジストの下層
レジスト材料は、厚膜を形成でき、耐ドライエツチング
性、耐熱性及び平坦化性に優れ、酸素系RrEにより加
工可能な育種高分子であれば特には限定されず、ノボラ
ック樹脂やポリイミド樹脂が例示される。また、下層レ
ジスト材料は、上層レジストパターニング時に照射光が
基板で反射することによる悪影響を防ぐために光吸収剤
を含有していてもよい。
Next, the intermediate layer is etched by anisotropic active ion etching (RIE) using a gas containing F atoms, usually CF a, using the previously formed pattern of the upper resist layer as a mask. Next, the lower layer is usually etched by RIE using an oxygen-based gas, and the upper resist pattern is transferred to the lower layer. Thereafter, the semiconductor substrate is processed by any method using the obtained lower resist pattern as a mask. Here, the lower resist material of the three-layer resist is not particularly limited as long as it is a bred polymer that can form a thick film, has excellent dry etching resistance, heat resistance, and planarization properties, and can be processed by oxygen-based RrE. , novolak resin and polyimide resin. Further, the lower resist material may contain a light absorber in order to prevent adverse effects caused by reflection of irradiated light on the substrate during upper resist patterning.

また、3層レジストの上層材料としてはUVレジスト、
EBレジスト、電子線レジスト、X線レジスト、イオン
ビームレジストとなどかある。
In addition, the upper layer material of the three-layer resist is UV resist,
There are EB resists, electron beam resists, X-ray resists, ion beam resists, etc.

また、ここで加工したい基板が有機系の材料やアルミニ
ウムなどである場合には、特に下履を必要とすることな
く本発明のポリオルガノシロキサン組成物を下層レジス
トとする2層構造で基板を精度よく加工することが可能
である。
In addition, if the substrate to be processed is an organic material or aluminum, etc., the substrate can be processed with precision using a two-layer structure using the polyorganosiloxane composition of the present invention as a lower layer resist, without the need for special underwear. It can be processed well.

アルミニウムを加工する場合には塩素系ガスによるRI
Eを行うことが有効である。
When processing aluminum, RI using chlorine gas
It is effective to do E.

また、本発明のポリオルガノシロキサン組成物は、上記
したように優れたドライエツチング耐性及び耐熱性を有
しているため、他のレジストプロセス、例えばT、l5
hli、 T、Matsuda、 K、Harada、
 85 Sympo、 onVLSI Technol
、 Digest、 P、7G (1985)に提案さ
れている5IEL法におけるマスク材料などとしても存
効に使用可能である。
In addition, since the polyorganosiloxane composition of the present invention has excellent dry etching resistance and heat resistance as described above, it can be used in other resist processes such as T, 15
hli, T., Matsuda, K., Harada,
85 Sympo, onVLSI Technology
It can also be effectively used as a mask material in the 5IEL method proposed in , Digest, P, 7G (1985).

[実施例コ 以下に、実施例、比較例を挙げ本発明をさらに具体的に
説明するが、本発明はこれら実施例により何等限定され
るものではない。
[Example] The present invention will be described in more detail below with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples in any way.

合成例1 トルエン/アルコール/水からなる溶液を激しく攪拌し
つつ、これにジメチルジクロロシランとγ−タクリロキ
シブロピルトリクロロシランに少量のハイドロキノンを
添加したトルエン溶液を滴下して加水分解した後、トル
エン層を十分水洗し、脱水及び濾過を行った。この濾液
中に固体酸触媒とへキサメチルジンロキサンを投入し8
0℃で5時間反応した。冷却後a過した反応溶液をメタ
ノール中に投入することによりメタクリル基を硬化性反
応基とするポリオルガノシロキサン(ベースポリマーA
)を合成した。
Synthesis Example 1 While vigorously stirring a solution consisting of toluene/alcohol/water, a toluene solution in which a small amount of hydroquinone was added to dimethyldichlorosilane and γ-tacryloxypropyltrichlorosilane was added dropwise to hydrolyze the solution, and then toluene was added. The layer was thoroughly washed with water, dehydrated and filtered. A solid acid catalyst and hexamethyldinoxane were added to this filtrate.
The reaction was carried out at 0°C for 5 hours. After cooling, the reaction solution was poured into methanol to form a polyorganosiloxane (base polymer A) having methacrylic groups as curable reactive groups.
) was synthesized.

得られたポリマーは、メタクリロキシプロピル基の含量
が 65.7重量%、Si含量が17.1重量%、分子
量が重量平均で21000゜軟化温度が約70°Cであ
った。
The obtained polymer had a methacryloxypropyl group content of 65.7% by weight, a Si content of 17.1% by weight, a weight average molecular weight of 21,000°, and a softening temperature of about 70°C.

合成例2 トルエン/アルコール/水からなる溶液を激しく攪拌し
つつ、これにフェニルトリクロロシランを滴下して加水
分解した後、トルエン層を十分水洗後、脱水した。この
トルエン濾液にγ−メタクリロキシプロピルジメチルク
ロルシランを加えて80〜100℃で8時間反応させた
Synthesis Example 2 While vigorously stirring a solution consisting of toluene/alcohol/water, phenyltrichlorosilane was added dropwise to the solution for hydrolysis, and the toluene layer was thoroughly washed with water and then dehydrated. γ-methacryloxypropyldimethylchlorosilane was added to this toluene filtrate and reacted at 80 to 100°C for 8 hours.

この反応濾液を中和及び濾過した後、メタノール中に投
入することにより末端がγ−メタクリロキシプロピルジ
メチルシロキシ化されたラダー型のフェニルポリシロキ
サンを合成した(ベースポリマーB)。
This reaction filtrate was neutralized and filtered, and then poured into methanol to synthesize a ladder-type phenylpolysiloxane whose terminal was γ-methacryloxypropyldimethylsiloxylated (base polymer B).

得られたポリマーは、γ−メタクリロキシプロピル基の
含量が9.96重量%、Si含量が20.6重量%、分
子量が重量平均で5100、軟化温度が約230℃であ
った。
The obtained polymer had a γ-methacryloxypropyl group content of 9.96% by weight, a Si content of 20.6% by weight, a weight average molecular weight of 5100, and a softening temperature of about 230°C.

合成例3 合成例2におけるフェニルトリクロロシランの代わりに
メチルトリクロルシランと5−ヘキセニルトリクロルシ
ランの混合物を用い、γ−メタクリロキシプロピルジメ
チルクロルシランの代わりにトリメチルクロルシランを
用いて同様の操作を行い、ヘキセニル基を硬化性反応基
とするポリオルガノシロキサン(ベースポリマーC)を
得た。
Synthesis Example 3 Perform the same operation as in Synthesis Example 2 using a mixture of methyltrichlorosilane and 5-hexenyltrichlorosilane instead of phenyltrichlorosilane, and using trimethylchlorosilane instead of γ-methacryloxypropyldimethylchlorosilane, A polyorganosiloxane (base polymer C) having a hexenyl group as a curable reactive group was obtained.

得られたポリマーは、5−ヘキセニル基の含量が46.
4重量%、S1含量が25.9重量%、分子量が重量平
均で105001 軟化温度が約185℃であった。
The resulting polymer had a content of 5-hexenyl groups of 46.
4% by weight, the S1 content was 25.9% by weight, the weight average molecular weight was 105001, and the softening temperature was about 185°C.

合成例4 加熱攪伴下にあるアルコール/トルエン/トリメチルク
ロルシラン/S−へキセニルジメチルクロルシラン/テ
トラクロルシランからなる溶液中に希塩酸を除滴し、5
時間の加熱還流を行なった後、トルエン層を十分水洗し
た。このトルエン溶液を共沸により脱水し、ヘキサメチ
ルジシラザンを加えて4時間加熱下還流を行なった後、
冷却後のトルエン溶液をメタノール中に投入することに
より[S+○2コ単位を基本骨格とするポリオルガノシ
ロキサンを合成した(ベースポリマーD)。
Synthesis Example 4 Dilute hydrochloric acid was dropped into a solution consisting of alcohol/toluene/trimethylchlorosilane/S-hexenyldimethylchlorosilane/tetrachlorosilane under stirring with heating, and 5
After heating under reflux for an hour, the toluene layer was thoroughly washed with water. This toluene solution was dehydrated by azeotropy, hexamethyldisilazane was added, and the mixture was refluxed under heating for 4 hours.
By pouring the cooled toluene solution into methanol, a polyorganosiloxane having [S+○2 co-units as a basic skeleton was synthesized (base polymer D).

得られたポリマーは、平均組成式が[:(CH3)*S
iO+z2コi、+s[(CHs)2(CH2=  C
H(CH2)4)S10t72コQlTロ5IO2コ4
.で表され、 Si含量が33.4重量%、 [Si○
2コ含量が64.5モル%、分子量が重量平均で450
001  軟化温度が300°C以上であった。
The obtained polymer has an average compositional formula of [:(CH3)*S
iO+z2koi,+s[(CHs)2(CH2=C
H(CH2)4)S10t72koQlTro5IO2ko4
.. It is expressed as , Si content is 33.4% by weight, [Si○
2 content is 64.5 mol%, molecular weight is 450 on weight average
001 Softening temperature was 300°C or higher.

合成例5 水/塩ftl/アルコール/トルエン/ヘキサメチルジ
シロキサンからなる溶液を80〜100°Cで攪拌しつ
つテトラエトキシシランとγ−メタクリロキシプロピル
トリクロロシランの混合物を除滴し、8時間加熱還流を
行なった後、トルエン層を十分水洗した。このトルエン
溶液を共沸により脱水し、ヘキサメチルジシラザンを加
えて4時間加熱還流を行なった後、冷却後の反応溶液を
メタノール中に投入することにより[5j02:]単位
を基本骨格とし、硬化性反応基がメタクリル基であるポ
リオルガノシロキサンを合成した(ベースポリマーE)
Synthesis Example 5 While stirring a solution consisting of water/salt ftl/alcohol/toluene/hexamethyldisiloxane at 80 to 100°C, a mixture of tetraethoxysilane and γ-methacryloxypropyltrichlorosilane was dropped and heated for 8 hours. After refluxing, the toluene layer was thoroughly washed with water. This toluene solution was dehydrated by azeotropy, hexamethyldisilazane was added, and the mixture was heated under reflux for 4 hours.The cooled reaction solution was poured into methanol to form the [5j02:] unit as a basic skeleton and harden. A polyorganosiloxane whose sexually reactive group is a methacrylic group was synthesized (base polymer E).
.

得られたポリマーは、平均組成式が[(CH3)5 S
 iO+72]a、s+[CH2= C(CH3)CO
○(CH2)3S 103/2コθ、s−[S +04
・2コ1.1  で表され1Si含量が39.9重量%
、 [Sl○4/2コ含量が66.2モル%、分子量が
重量平均で79000、軟化温度が300°C以上であ
った。
The obtained polymer has an average compositional formula of [(CH3)5S
iO+72]a, s+[CH2= C(CH3)CO
○(CH2)3S 103/2koθ, s-[S +04
・It is expressed as 2 1.1 and the 1Si content is 39.9% by weight.
The [Sl○4/2] content was 66.2 mol%, the weight average molecular weight was 79,000, and the softening temperature was 300°C or higher.

実施例1 上記合成例1〜5で合成したベースポリマーA−E各1
00重量部、ジブチルパーオキサイド5重量部をn−オ
クタンに15重量%溶液となるように溶解することによ
り、溶液a −eを調製した。
Example 1 1 each of base polymers A to E synthesized in Synthesis Examples 1 to 5 above
Solutions a to e were prepared by dissolving 00 parts by weight of dibutyl peroxide and 5 parts by weight of dibutyl peroxide in n-octane to form a 15% by weight solution.

各々の溶液をSiウェハ上にスピンコードし、170″
Cのホットプレート上にて20分間加熱したところ、い
ずれも全くクラックのない均一な厚さの皮膜が形成され
た。このウェハを、n−ヘプタン、MIBK及びキシレ
ンに各々浸漬したところ、いずれの皮膜も、どの溶剤中
でも全く侵されることなく完全に硬化していた。
Each solution was spin-coded onto a Si wafer, 170″
When heated for 20 minutes on a C hot plate, a film of uniform thickness with no cracks was formed in each case. When this wafer was immersed in n-heptane, MIBK, and xylene, each film was completely cured without being attacked by any of the solvents.

尚、ジブチルパーオキサイドの代わりにジブチルパーオ
キシベンゾエートを使用し、n−オクタンの代わりに使
用しMIBK場合も全く同様の結果が得られた。
In addition, exactly the same results were obtained in the case of MIBK in which dibutyl peroxybenzoate was used instead of dibutyl peroxide and n-octane was used.

比較例1 実施例1においてジブチルパーオキサイドを添加しなか
ったこと以外は全く同様にしてn−オクタン溶液を調製
し、スピンコード及び加熱したところ、いずれも全くク
ラックのない均一な厚さの皮膜が形成された。しかしな
がら、このウェハを、n−へブタン、MIBK及びキシ
レンに各々浸漬したところ、いずれの皮膜も、完全に溶
解してしまった。
Comparative Example 1 An n-octane solution was prepared in exactly the same manner as in Example 1 except that dibutyl peroxide was not added, and when it was spin-corded and heated, a film of uniform thickness with no cracks was obtained in both cases. Been formed. However, when this wafer was immersed in n-hebutane, MIBK, and xylene, all of the films were completely dissolved.

実施例2 実施例1の硬化皮膜を有するSiウェハを、高周波電力
150W、  酸素ガス流量20SCCM1  ガス圧
力2Paなる条件下でRIEを行ったところ、いずれの
硬化皮膜も膜厚の減少速度(エツチングレート)は5分
間の平均で40/分以下であった。一方、これと同一条
件下における市販のノボラック樹脂系レジストを250
’C15分加熱してなる皮膜のエツチングレートは10
00/分以上であった。従って、実施例1における各硬
化皮膜は十分な酸素エツチング耐性を有していると判断
できる。
Example 2 When RIE was performed on the Si wafer having the hardened film of Example 1 under the conditions of high frequency power of 150 W, oxygen gas flow rate of 20 SCCM, and gas pressure of 2 Pa, the rate of decrease in film thickness (etching rate) for all of the hardened films was shown. was 40/min or less on average over 5 minutes. On the other hand, a commercially available novolac resin resist under the same conditions was
The etching rate of the film formed by heating for 15 minutes at 'C is 10
00/min or more. Therefore, it can be judged that each cured film in Example 1 has sufficient oxygen etching resistance.

実施例3 0.5μm厚のアルミニウム薄膜を堆積したシリコン基
板上に、下層レジストとして東京応化社製0FPR−8
00を 2μmの厚さにスピンニートし、250℃にて
5分間加熱処理した。
Example 3 0FPR-8 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. was used as a lower layer resist on a silicon substrate on which a 0.5 μm thick aluminum thin film was deposited.
00 was spin-neated to a thickness of 2 μm and heat-treated at 250° C. for 5 minutes.

次に中間層として実施例1で調製された溶液aを0.2
μmの厚さとなるようにスピンコードし、170°Cの
ホットプレート上で20分間加熱した。この後、上層レ
ジストとして電子線ポジ型レジストであるFBM−Gを
0.5μm厚にスピンコードし、電子線照射及び現像処
理することにより所望の上層レジストパターンを形成し
た。
Next, as an intermediate layer, 0.2% of the solution a prepared in Example 1 was added.
It was spin-coded to a thickness of μm and heated on a hot plate at 170°C for 20 minutes. Thereafter, FBM-G, which is an electron beam positive type resist, was spin-coded to a thickness of 0.5 μm as an upper layer resist, and subjected to electron beam irradiation and development treatment to form a desired upper layer resist pattern.

次ぎに、CF4+25%H2混合ガスを用いたRIE(
300W、50SCCM110Pa) により、上層レ
ジストパターンをマスクとして中間層をエツチングした
。次に、ガスを酸素に切り換え、 150 W120 
S CC’M、  2 P aの条件下で、中間層パタ
ーンをマスクとして下層を工+7 チ7グした。続いて
、アルミニウム薄膜ヲ300W1 CC1aガス50S
CCM125Paのガスプラズマによりエツチングした
後、100 WlCF * + 5%酸素混合ガス、1
50SCCM110Paの条件により中間層をプラズマ
エツチングで除去し、最後に200W、150Paの酸
素プラズマを用いて下層を灰化することによって、基板
上に0.4μm幅のアルミニウム薄膜パターンを得た。
Next, RIE using CF4 + 25% H2 mixed gas (
Using the upper resist pattern as a mask, the intermediate layer was etched using the upper resist pattern as a mask. Next, switch the gas to oxygen, 150 W120
Under conditions of S CC'M and 2 Pa, the lower layer was etched using the intermediate layer pattern as a mask. Next, aluminum thin film 300W1 CC1a gas 50S
After etching with CCM125Pa gas plasma, 100 WlCF* + 5% oxygen mixed gas, 1
The intermediate layer was removed by plasma etching under the conditions of 50 SCCM and 110 Pa, and finally the lower layer was ashed using oxygen plasma of 200 W and 150 Pa, thereby obtaining an aluminum thin film pattern with a width of 0.4 μm on the substrate.

尚、中蘭層としてここで用いた溶液aの代わりに、実施
例1で調製された溶液す、  c、  d及びeを用い
た場合にも同様の結果が得られた。
Note that similar results were obtained when solutions S, c, d, and e prepared in Example 1 were used instead of solution a used here as the Zhongran layer.

比較例2 実施例3において、中間層として溶液aの代わりに、比
較例1で用いた各溶液を用いた場合には、上層レジスト
であるFBM−Gをスピンコード時にミキシング層を形
成したか、または、その露光後の現像時に中間層が溶解
したため所望の上層レジストパターンが得られなかった
Comparative Example 2 In Example 3, when each solution used in Comparative Example 1 was used instead of solution a as the intermediate layer, a mixing layer was formed when FBM-G, which is the upper layer resist, was spin coded. Alternatively, the desired upper resist pattern could not be obtained because the intermediate layer was dissolved during development after exposure.

実施例4 0.3μm厚の多結晶シリコンを堆積したンリコン基板
上に、下層レジストとして、クレゾール・ホルムアルデ
ヒド・ノボラック樹脂の組成物であるシブレー社製ホト
レジストAZ −1350Jt−1μmの厚さにスピン
コードシ、窒素雰囲気下150°Cにて、30分間加熱
処理した。
Example 4 A photoresist AZ-1350Jt manufactured by Sibley Co., Ltd., which is a composition of cresol formaldehyde novolac resin, was spin-coded to a thickness of 1 μm as a lower layer resist on a silicone substrate on which polycrystalline silicon was deposited with a thickness of 0.3 μm. , heat treatment was performed at 150° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere.

次に中間層として実施例1で調製された溶液aを0.2
μmの厚さとなるようにスピンコードし170°Cのホ
ットプレート上で20分間加熱した。この後、上層レジ
ストとしてAZ−1350Jを1μm厚にスピンコード
し、438nmの紫外線露光、現像処理することにより
所望の上層レジストパターンを形成した。次いで、実施
例3と同様にして中間層及び下層をニノチンクシタ。続
イテ、500W1 C012F2ガス25SCCM、1
2Paの条件で多結晶シリコンをエツチングした。この
後、100°Cに加熱しtoo−)クロルベンゼン−テ
トラクロルエチレン混合液を用いて下層及び中間層を除
去することによって、基板上に1.0μm幅の多結晶シ
リコンパターンを得た。
Next, as an intermediate layer, 0.2% of the solution a prepared in Example 1 was added.
It was spin-coded to a thickness of μm and heated on a hot plate at 170°C for 20 minutes. Thereafter, AZ-1350J was spin-coded to a thickness of 1 μm as an upper layer resist, exposed to ultraviolet light at 438 nm, and developed to form a desired upper layer resist pattern. Next, in the same manner as in Example 3, the middle layer and lower layer were coated. Continued item, 500W1 C012F2 gas 25SCCM, 1
Polycrystalline silicon was etched under conditions of 2 Pa. Thereafter, the lower layer and intermediate layer were removed by heating to 100°C and using a too-)chlorobenzene-tetrachloroethylene mixture to obtain a polycrystalline silicon pattern with a width of 1.0 μm on the substrate.

尚、中間層としてここで用いた溶液aの代わりに、実施
例1で調製された溶液す、C+  d及びeを用いた場
合にも同様の結果が得られた。
Note that similar results were obtained when solutions S, C+ d, and e prepared in Example 1 were used as the intermediate layer instead of solution a used here.

[発明の効果コ 本発明の3層レジスト中間層用の熱硬化性ポリオルガノ
シロキサン組成物は上層レジスト塗布時の溶解やミキシ
ング層形成及び上層レジスト現像時の溶解という問題は
起こらず、従来の縮合型のものとは異なり、皮膜の硬化
を短時間の熱処理で行うことが出来、硬化反応時に副生
成物も殆ど発生しないため、クラックのない硬化皮膜を
容易に形成することができる。また、雰囲気中の水分に
対して影響を受けないため使用時の経時変化が少なく、
保存安定性にも優れる。また、組成物中のベースポリマ
ーとして軟化温度が常温より高い有機溶剤可溶性のポリ
オルガノシロキサンを使用しているため、表面がべとつ
いてゴミが付着したすせず、皮膜形成時に膜厚のムラを
生じたりすることなく、均一な薄膜を簡便なスピンコー
ド法により形成することができる。
[Effects of the Invention] The thermosetting polyorganosiloxane composition for the three-layer resist intermediate layer of the present invention does not have the problems of dissolution during coating of the upper resist layer, dissolution during mixing layer formation, and dissolution during development of the upper resist layer, and does not have the problems of dissolution during coating of the upper resist layer and dissolution during the development of the upper resist layer, and does not require the conventional condensation process. Unlike molds, the coating can be cured with a short heat treatment, and almost no by-products are generated during the curing reaction, so a crack-free cured coating can be easily formed. In addition, since it is not affected by moisture in the atmosphere, there is little change over time during use.
It also has excellent storage stability. In addition, as the base polymer in the composition is an organic solvent-soluble polyorganosiloxane with a softening temperature higher than room temperature, the surface will become sticky and dust will not adhere to it, and the film will not have uneven film thickness during film formation. A uniform thin film can be formed by a simple spin-coding method without causing any problems.

また、本発明の組成物による硬化皮膜は耐熱性に優れ、
更に組成物中に多くの珪素原子を含有することから下層
加工時の酸素系ドライエツチング耐性にも極めて優れて
おり、本発明の組成物を3屓レジストの中間層材料とし
て用いることにより、基板上に高精度のサブミクロンパ
ターンを確実に形成することが出来る。
In addition, the cured film formed by the composition of the present invention has excellent heat resistance,
Furthermore, since the composition contains many silicon atoms, it has excellent resistance to oxygen-based dry etching during lower layer processing, and by using the composition of the present invention as an intermediate layer material of a 3-layer resist, it is possible to It is possible to reliably form highly accurate submicron patterns.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1(A)1分子中に少なくとも2個のケイ素原子に結合
した脂肪族不飽和基を有し、軟化温度が常温より高く、
有機溶剤可溶性のポリオルガノシロキサンと、(B)触
媒量の有機過酸化物からなることを特徴とする、3層レ
ジスト中間層用の熱硬化性ポリオルガノシロキサン組成
物 2(A)成分のポリオルガノシロキサンがポリオルガノ
シルセスキオキサンである、特許請求の範囲第1項記載
のポリオルガノシロキサン組成物 3(A)成分のポリオルガノシロキサンが分子中に式S
iO_4_/_2で表される構造単位を有する、特許請
求の範囲第1項記載のポリオルガノシロキサン組成物 4 加工すべき基板上に有機高分子材料からなる下層レ
ジスト層と中間層と、放射線で架橋もしくは分解する高
分子材料からなる上層レジスト層を順次積層し、該上層
レジスト層を露光、現像することにより所望のパターン
を該上層レジスト層に形成した後、前記中間層、下層レ
ジスト層を順次エッチングし、次いで基板をエッチング
することにより基板上にパターンを形成する3層レジス
ト法において、前記中間層として、特許請求の範囲第1
項、第2項または第3項記載のポリオルガノシロキサン
組成物を用いることを特徴とする、パターン形成方法
[Claims] 1(A) has at least two aliphatic unsaturated groups bonded to silicon atoms in one molecule, and has a softening temperature higher than room temperature;
Thermosetting polyorganosiloxane composition 2 (A) component polyorganosiloxane for a three-layer resist intermediate layer, characterized by comprising an organic solvent soluble polyorganosiloxane and (B) a catalytic amount of an organic peroxide. The polyorganosiloxane composition 3 (A) of the polyorganosiloxane composition according to claim 1, wherein the siloxane is a polyorganosilsesquioxane, has a formula S in the molecule.
Polyorganosiloxane composition 4 according to claim 1, having a structural unit represented by iO_4_/_2 A lower resist layer and an intermediate layer made of an organic polymer material are cross-linked with radiation on a substrate to be processed. Alternatively, an upper resist layer made of a decomposable polymeric material is sequentially laminated, a desired pattern is formed on the upper resist layer by exposing and developing the upper resist layer, and then the intermediate layer and the lower resist layer are sequentially etched. In a three-layer resist method in which a pattern is formed on a substrate by then etching the substrate, the intermediate layer is
A pattern forming method characterized by using the polyorganosiloxane composition according to item 1, 2 or 3.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6743885B2 (en) 2001-07-31 2004-06-01 Sumitomo Chemical Company, Limited Resin composition for intermediate layer of three-layer resist
US7198886B2 (en) 2000-09-27 2007-04-03 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for forming pattern
JP2007335450A (en) * 2006-06-12 2007-12-27 Renesas Technology Corp Manufacturing method of semiconductor device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6743885B2 (en) 2001-07-31 2004-06-01 Sumitomo Chemical Company, Limited Resin composition for intermediate layer of three-layer resist
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