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JP3334662B2 - Chemically amplified negative resist material - Google Patents

Chemically amplified negative resist material

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Publication number
JP3334662B2
JP3334662B2 JP5395099A JP5395099A JP3334662B2 JP 3334662 B2 JP3334662 B2 JP 3334662B2 JP 5395099 A JP5395099 A JP 5395099A JP 5395099 A JP5395099 A JP 5395099A JP 3334662 B2 JP3334662 B2 JP 3334662B2
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JP
Japan
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negative resist
chemically amplified
negative
acid
photoacid generator
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Inventor
慎治 山名
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、化学増幅系ネガ
型レジスト材料に関し、特に、エッチング耐性に優れた
遠紫外線用の化学増幅系ネガ型レジスト材料に関する。
The present invention relates to a chemically amplified negative resist material, and more particularly to a chemically amplified negative resist material for far ultraviolet light having excellent etching resistance.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、化学増幅系のフォトレジスト材料
が知られている。このレジスト材料は、ベース樹脂、光
酸発生剤、更には架橋剤等を含み、露光により光酸発生
剤から発生した酸が触媒として働き、1つのターシャリ
ーブトキシカルボニル(tBOC)基を脱離させる反応
を起こした後、続けて多くのレジスト反応(化学増幅反
応)を起こさせることができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a chemically amplified photoresist material has been known. This resist material contains a base resin, a photoacid generator, and a crosslinking agent, and the acid generated from the photoacid generator upon exposure acts as a catalyst to remove one tertiary butoxycarbonyl (tBOC) group. After the reaction has occurred, many resist reactions (chemical amplification reactions) can be successively caused.

【0003】このようなレジスト材料として、例えば、
ポリヒドロキシスチレンのベース樹脂、光酸発生剤、及
びヘキサメトキシメチルメラミンの架橋剤からなる、化
学増幅系ネガ型レジスト材料がある。
As such a resist material, for example,
There is a chemically amplified negative resist material comprising a base resin of polyhydroxystyrene, a photoacid generator, and a crosslinker of hexamethoxymethylmelamine.

【0004】また、最近の集積回路における高集積化及
び高速化の要求により、パターンルールの微細化が進ん
でいるが、これに対応して、g線(波長436nm)又
はi線(波長365nm)よりも波長が短い遠紫外線を
露光光源として使用した、遠紫外線リソグラフィーが行
われている。この遠紫外線リソグラフィーでは、例え
ば、KrFエキシマレーザ(波長248nm)が露光光
源として使用される。
[0004] Further, with the recent demand for higher integration and higher speed in integrated circuits, the pattern rule is becoming finer. In response to this, g-line (wavelength 436 nm) or i-line (wavelength 365 nm) is required. Far ultraviolet lithography using far ultraviolet light having a shorter wavelength as an exposure light source has been performed. In this deep ultraviolet lithography, for example, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm) is used as an exposure light source.

【0005】このような状況のもと、従来の化学増幅系
ネガ型レジスト材料において、KrFエキシマレーザ光
を用いた遠紫外線リソグラフィーを行うことにより、光
酸発生剤から発生した酸を触媒として、樹脂が架橋剤に
より架橋され、露光部が現像液に溶けなくなってレジス
トパターンが形成される。
Under these circumstances, a conventional chemically amplified negative resist material is subjected to far ultraviolet lithography using a KrF excimer laser beam, whereby the acid generated from the photoacid generator is used as a catalyst to form a resin. Is cross-linked by the cross-linking agent, and the exposed portion is no longer dissolved in the developing solution to form a resist pattern.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
化学増幅系ネガ型レジスト材料を用いて遠紫外線リソグ
ラフィーにより形成したレジストパターンの場合、レジ
スト構造が全て有機物からなりエッチングガスに対する
選択比が十分ではないため、薄膜化するとエッチング時
のレジストの残膜率が低く、エッチング用マスクとして
の機能を確保することが困難であった。
However, in the case of a resist pattern formed by deep-ultraviolet lithography using a conventional chemically amplified negative resist material, the resist structure is entirely composed of an organic substance and the selectivity to an etching gas is not sufficient. Therefore, when the film is made thin, the residual film ratio of the resist at the time of etching is low, and it has been difficult to secure the function as an etching mask.

【0007】このように、エッチング耐性が弱いことか
らレジスト膜を厚くする必要があり、例えば、0.50
μmの膜厚でパターニングしていたが、KrFエキシマ
レーザ光の波長以下の0.15μmラインアンドスペー
ス(L&S)での焦点深度は、0.40μmと不十分で
あった。
As described above, since the etching resistance is weak, it is necessary to increase the thickness of the resist film.
Although patterning was performed with a film thickness of μm, the depth of focus at a line and space (L & S) of 0.15 μm below the wavelength of the KrF excimer laser beam was insufficient at 0.40 μm.

【0008】つまり、エッチング耐性の観点からレジス
トの薄膜化が困難となり、KrFエキシマレーザ光の波
長以下での十分な焦点深度の確保が困難となる。焦点深
度の条件が厳しくなって十分な焦点深度が得られなくな
ると、形状不良をもたらす。また、アスペクト比が高く
なってしまいパターン倒れを生じ易かった。
That is, it is difficult to make the resist thinner from the viewpoint of etching resistance, and it is difficult to secure a sufficient depth of focus at a wavelength equal to or less than the wavelength of the KrF excimer laser beam. If the depth of focus conditions become severe and a sufficient depth of focus cannot be obtained, a shape defect will result. In addition, the aspect ratio was increased and the pattern collapsed easily.

【0009】この発明の目的は、レジストを薄膜化して
も十分なエッチング耐性が得られ、十分な焦点深度を確
保することができる化学増幅系ネガ型レジスト材料を提
供することである。
An object of the present invention is to provide a chemically amplified negative resist material which can obtain sufficient etching resistance even if the resist is made thinner and can secure a sufficient depth of focus.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係る化学増幅系ネガ型レジスト材料は、
ポリヒドロキシスチレンのベース樹脂、光酸発生剤、
架橋剤を含有し、更に一般式Si(OR)n R′4-n
(式中、RおよびR′は互いに同一でも異なっていても
よい炭素数1〜8のアルキル基またはアリール基、nは
1〜4の整数を示し、nが2,3または4のときRは全
て同一でも異なっていてもよく、同様にnが1または2
のときR′は全て同一でも異なっていてもよい)で表さ
れるシラン単量体を含有することを特徴としている。
In order to achieve the above object, a chemically amplified negative resist material according to the present invention comprises:
Polyhydroxystyrene base resin, photoacid generator, and
And a crosslinking agent , and further has the general formula Si (OR) n R ′ 4-n
(Wherein, R and R ′ are an alkyl group or an aryl group having 1 to 8 carbon atoms which may be the same or different from each other, n represents an integer of 1 to 4, and when n is 2, 3 or 4, R represents All may be the same or different, and similarly, n is 1 or 2
Wherein all R's may be the same or different).

【0011】上記構成を有することにより、ポリヒドロ
キシスチレンのベース樹脂、光酸発生剤、及び架橋剤
含有し、更に一般式Si(OR)n R′4-n で表される
シラン単量体を含有する化学増幅系ネガ型レジスト材料
からなるネガ型レジストを形成することができる。これ
により、ネガ型レジストを薄膜化しても、十分なエッチ
ング耐性を得ることができ、十分な焦点深度を確保する
ことができる。
[0011] By having the above structure, the polyhydro
Base resin Kishisuchiren, photoacid generator, and a crosslinking agent
Thus, a negative resist comprising a chemically amplified negative resist material containing a silane monomer represented by the general formula Si (OR) n R ′ 4-n can be formed. Thereby, even if the negative resist is thinned, sufficient etching resistance can be obtained, and a sufficient depth of focus can be ensured.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0013】この発明の実施の形態に係る化学増幅系ネ
ガ型フォトレジスト材料は、ベース樹脂、光酸発生剤
(photo acid generator:PA
G)、架橋剤、及び一般式Si(OR)n R′4-n (式
中、RおよびR′は互いに同一でも異なっていてもよい
炭素数1〜8のアルキル基またはアリール基、nは1〜
4の整数を示し、nが2,3または4のときRは全て同
一でも異なっていてもよく、同様にnが1または2のと
きR′は全て同一でも異なっていてもよい)で表される
シラン単量体(モノマー)を含有している。
[0013] A chemically amplified negative photoresist material according to an embodiment of the present invention comprises a base resin and a photoacid generator (PA).
G), a crosslinking agent, and a general formula Si (OR) n R ′ 4-n (wherein R and R ′ may be the same or different and each may be an alkyl or aryl group having 1 to 8 carbon atoms; 1 to
Represents an integer of 4, and when n is 2, 3 or 4, all R may be the same or different, and when n is 1 or 2, all R's may be the same or different. Silane monomer (monomer).

【0014】このようなシラン単量体としては、一般式
Si(OR)4 で表されるアルコキシシラン、及び一般
式Si(OR)n R′4-n [但し、n=1,2,3]で
表されるアルコキシアルキルシランがある。
Examples of such a silane monomer include an alkoxysilane represented by the general formula Si (OR) 4 and a general formula Si (OR) n R ′ 4-n [where n = 1, 2, 3 And the alkoxyalkylsilane represented by the formula:

【0015】一般式Si(OR)4 で表すアルコキシシ
ランには、例えば、下記の化学構造で示す、(1)テト
ラメトキシシラン、(2)テトラエトキシシラン、
(3)ジメトキシジエトキシシラン等がある。
The alkoxysilane represented by the general formula Si (OR) 4 includes, for example, (1) tetramethoxysilane, (2) tetraethoxysilane,
(3) Dimethoxydiethoxysilane and the like.

【0016】[0016]

【化1】 Embedded image

【0017】一般式Si(OR)3 R′で表すアルコキ
シアルキルシランには、例えば、下記の化学構造で示
す、(4)トリメトキシメチルシラン、(5)トリメト
キシエチルシラン、(6)ジメトキシエトキシエチルシ
ラン、(7)トリメトキシフェニルシラン、(8)トリ
エトキシエチルシラン、(9)トリエトキシメチルシラ
ン、(10)メトキシジエトキシメチルシラン、(1
1)トリエトキシフェニルシラン等がある。
The alkoxyalkylsilane represented by the general formula Si (OR) 3 R 'includes, for example, (4) trimethoxymethylsilane, (5) trimethoxyethylsilane, and (6) dimethoxyethoxy represented by the following chemical structures. Ethylsilane, (7) trimethoxyphenylsilane, (8) triethoxyethylsilane, (9) triethoxymethylsilane, (10) methoxydiethoxymethylsilane, (1
1) Triethoxyphenylsilane and the like.

【0018】[0018]

【化2】 Embedded image

【0019】一般式Si(OR)2 R′2 で表すアルコ
キシアルキルシランには、例えば、下記の化学構造で示
す、(12)ジメトキジメチルシラン、(13)ジメト
キシメチルエチルシラン、(14)ジメトキシジエチル
シラン、(15)ジメトキシジフェニルシラン、(1
6)ジエトキシジエチルシラン、(17)ジエトキシメ
チルエチルシラン、(18)ジエトキシジメチルシラ
ン、(19)メトキシエトキシジフェニルシラン、(2
0)メトキシエトキシジメチルシラン、(21)メトキ
シエトキシメチルエチルシラン、(22)メトキシエト
キシジエチルシラン、(23)ジエトキシジフェニルシ
ラン、(24)ジメトキシメチルフェニルシラン、(2
5)ジメトキシエチルフェニルシラン、(26)メトキ
シエトキシメチルフェニルシラン、(27)メトキシエ
トキシエチルフェニルシラン、(28)ジエトキシメチ
ルフェニルシラン、(29)ジエトキシエチルフェニル
シラン等がある。
The alkoxyalkylsilane represented by the general formula Si (OR) 2 R ′ 2 includes, for example, (12) dimethoxydimethylsilane, (13) dimethoxymethylethylsilane, and (14) dimethoxy represented by the following chemical structures. Diethylsilane, (15) dimethoxydiphenylsilane, (1
6) diethoxydiethylsilane, (17) diethoxymethylethylsilane, (18) diethoxydimethylsilane, (19) methoxyethoxydiphenylsilane, (2)
0) methoxyethoxydimethylsilane, (21) methoxyethoxymethylethylsilane, (22) methoxyethoxydiethylsilane, (23) diethoxydiphenylsilane, (24) dimethoxymethylphenylsilane, (2)
5) Dimethoxyethylphenylsilane, (26) methoxyethoxymethylphenylsilane, (27) methoxyethoxyethylphenylsilane, (28) diethoxymethylphenylsilane, (29) diethoxyethylphenylsilane and the like.

【0020】[0020]

【化3】 Embedded image

【0021】[0021]

【化4】 Embedded image

【0022】[0022]

【化5】 Embedded image

【0023】一般式Si(OR)R′3 で表すアルコキ
シアルキルシランには、例えば、下記の化学構造で示
す、(30)メトキシトリメチルシラン、(31)メト
キシジメチルエチルシラン、(32)メトキシメチルジ
エチルシラン、(33)メトキシジメチルエチルシラ
ン、(34)エトキシトリメチルシラン、(35)エト
キシジメチルエチルシラン、(36)エトキシメチルジ
エチルシラン、(37)エトキシトリエチルシラン、
(38)メトキシジメチルフェニルシラン、(39)メ
トキシメチルエチルフェニルシラン、(40)メトキシ
ジエチルフェニルシラン、(41)エトキシジメチルフ
ェニルシラン、(42)エトキシメチルエチルフェニル
シラン、(43)エトキシジエチルフェニルシラン、
(44)メトキシメチルジフェニルシラン、(45)メ
トキシエチルジフェニルシラン、(46)エトキシメチ
ルジフェニルシラン、(47)エトキシエチルジフェニ
ルシラン、(48)メトキシトリフェニルシラン、(4
9)エトキシトリフェニルシラン等がある。
[0023] The alkoxyalkyl silanes represented by the general formula Si (OR) R '3, for example, represented by the chemical structure shown below, (30) methoxy trimethyl silane, (31) methoxy dimethylethyl silane, (32) methoxymethyl diethyl Silane, (33) methoxydimethylethylsilane, (34) ethoxytrimethylsilane, (35) ethoxydimethylethylsilane, (36) ethoxymethyldiethylsilane, (37) ethoxytriethylsilane,
(38) methoxydimethylphenylsilane, (39) methoxymethylethylphenylsilane, (40) methoxydiethylphenylsilane, (41) ethoxydimethylphenylsilane, (42) ethoxymethylethylphenylsilane, (43) ethoxydiethylphenylsilane,
(44) methoxymethyldiphenylsilane, (45) methoxyethyldiphenylsilane, (46) ethoxymethyldiphenylsilane, (47) ethoxyethyldiphenylsilane, (48) methoxytriphenylsilane, (4
9) Ethoxytriphenylsilane and the like.

【0024】[0024]

【化6】 Embedded image

【0025】[0025]

【化7】 Embedded image

【0026】[0026]

【化8】 Embedded image

【0027】化学増幅系ネガ型フォトレジスト材料に含
有されるアルコキシル基を含むシラン単量体は、上述し
たこれらアルコキシシラン或いはアルコキシアルキルシ
ランを、1種類或いは2種類以上含んで構成されてい
る。
The silane monomer containing an alkoxyl group contained in the chemically amplified negative photoresist material comprises one or more of these alkoxysilanes or alkoxyalkylsilanes.

【0028】また、光酸発生剤として、例えば、下記の
化学構造で示す、(50)トリフェニルスルホニウムト
リフルオロメタンスルホン酸、(51)トリフェニルス
ルホニウムメタンスルホン酸、(52)ジフェニルヨー
ドニウムトリフルオロメタンスルホン酸、(53)ジフ
ェニルヨードニウムメタンスルホン酸、(54)フタル
イミドトリフルオロメタンスルホン酸、(55)フタル
イミドトリメタンスルホン酸、(56)ナフタルイミド
トリフルオロメタンスルホン酸、(57)ナフタルイミ
ドメタンスルホン酸等の何れかを用いることができる。
As the photoacid generator, for example, (50) triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonic acid, (51) triphenylsulfonium methanesulfonic acid, and (52) diphenyliodonium trifluoromethanesulfonic acid represented by the following chemical structures: , (53) diphenyliodonium methanesulfonic acid, (54) phthalimide trifluoromethanesulfonic acid, (55) phthalimide trimethanesulfonic acid, (56) naphthalimide trifluoromethanesulfonic acid, (57) naphthalimide methanesulfonic acid, etc. Can be used.

【0029】[0029]

【化9】 Embedded image

【0030】同様に、光酸発生剤として、例えば、下記
の化学構造で示す、(58)トリフェニルスルホニウム
トルエンスルホン酸、(59)トリフェニルスルホニウ
ムシクロヘキシルスルホン酸、(60)ジフェニルヨー
ドニウムトルエンスルホン酸、(61)ジフェニルヨー
ドニウムシクロヘキシルスルホン酸、(62)フタルイ
ミドトルエンスルホン酸、(63)フタルイミドシクロ
ヘキシルスルホン酸、(64)ナフタルイミドトルエン
スルホン酸、(65)ナフタルイミドシクロヘキシルス
ルホン酸等の何れかを用いることができる。
Similarly, as the photoacid generator, for example, (58) triphenylsulfonium toluenesulfonic acid, (59) triphenylsulfonium cyclohexylsulfonic acid, (60) diphenyliodonium toluenesulfonic acid represented by the following chemical structure: It is possible to use any of (61) diphenyliodonium cyclohexylsulfonic acid, (62) phthalimidotoluenesulfonic acid, (63) phthalimidocyclohexylsulfonic acid, (64) naphthalimidotoluenesulfonic acid, (65) naphthalimidocyclohexylsulfonic acid, and the like. it can.

【0031】[0031]

【化10】 Embedded image

【0032】[0032]

【化11】 Embedded image

【0033】また、架橋剤として、例えば、下記の化学
構造で示す、(66)ヘキサメトキシメチルメラミン、
(67)テトラキス(メトキシメチル)グリコールウリ
ル、(68)1,3−ビス(メトキシメチル)−4,5
−ビス(メトキシ)エチレンウレア、(69)1,3−
(メトキシメチル)ウレア等の何れかを用いることがで
きる。
As the crosslinking agent, for example, (66) hexamethoxymethylmelamine represented by the following chemical structure:
(67) tetrakis (methoxymethyl) glycoluril, (68) 1,3-bis (methoxymethyl) -4,5
-Bis (methoxy) ethylene urea, (69) 1,3-
Any one of (methoxymethyl) urea and the like can be used.

【0034】[0034]

【化12】 Embedded image

【0035】次に、ベース樹脂(レジスト組成樹脂)と
してポリヒドロキシスチレン(PHS)、光酸発生剤、
架橋剤としてヘキサメトキシメチルメラミンを用い、テ
トラメトキシシランを対樹脂重量比で、例えば10%含
有する、化学増幅系のネガ型遠紫外線フォトレジスト材
料を作成した。
Next, polyhydroxystyrene (PHS) as a base resin (resist composition resin), a photoacid generator,
Using hexamethoxymethylmelamine as a cross-linking agent, a chemically amplified negative-type deep ultraviolet photoresist material containing, for example, 10% by weight of tetramethoxysilane to resin was prepared.

【0036】この化学増幅系のネガ型遠紫外線フォトレ
ジスト材料を用い、フォトレジストの初期膜厚を0.1
5μmとして、下記条件の下、レーザステッパにより、
ポリシリコン基板上に設けられた有機反射防止膜の上に
0.15μmL&Sを形成した。
Using this chemically amplified negative-type deep-ultraviolet photoresist material, the initial thickness of the photoresist is set to 0.1.
5 μm, with a laser stepper under the following conditions:
0.15 μmL & S was formed on the organic antireflection film provided on the polysilicon substrate.

【0037】基板:ポリシリコン基板 露光条件:KrFエキシマレーザー、投影レンズの開口
数(NA)0.60、レチクルへ向けてのレンズの開口
数(σ)0.75 現像条件:2.38%テトラメチルアンモニウムハイド
ロオキサイド(TMAH)水溶液/60秒 エッチング条件:Cl2 系ガス 図1は、この発明の実施の形態に係る化学増幅系ネガ型
レジストを用いたレジストパターンの形成工程を示す工
程図である。図1に示すように、先ず、ポリシリコン基
板10上に、スピンコート(回転塗布)方法により上述
したネガ型フォトレジスト材料を塗布する((a)参
照)。なお、ポリシリコン基板10上には、有機反射防
止膜(図示しない)が設けられている。
Substrate: Polysilicon substrate Exposure conditions: KrF excimer laser, numerical aperture (NA) of projection lens 0.60, numerical aperture (σ) of lens toward reticle 0.75 Development condition: 2.38% tetra Methylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution / 60 seconds Etching condition: Cl 2 -based gas FIG. 1 is a process diagram showing a resist pattern forming process using a chemically amplified negative resist according to the embodiment of the present invention. . As shown in FIG. 1, first, the above-mentioned negative photoresist material is applied onto a polysilicon substrate 10 by a spin coating (rotational coating) method (see (a)). An organic antireflection film (not shown) is provided on the polysilicon substrate 10.

【0038】次に、約80℃で90秒間、ホットプレー
ト等の加熱手段によりプリベーク(Prebake:P
B)処理を行い、約0.15〜0.35μmの膜厚を有
するネガ型フォトレジスト膜11を形成する((b)参
照)。
Next, at a temperature of about 80 ° C. for 90 seconds, a prebaking (Prebak: P) is performed by a heating means such as a hot plate.
B) A process is performed to form a negative photoresist film 11 having a thickness of about 0.15 to 0.35 μm (see (b)).

【0039】PB処理後、露光装置(図示しない)によ
り、KrFエキシマレーザー光を用い、ネガ型フォトレ
ジスト膜11を、フォトマスク12を介して選択的に露
光する((c)参照)。この露光により、ネガ型フォト
レジスト膜11の露光領域では、光酸発生剤から酸(H
+ )が発生する。
After the PB process, the negative type photoresist film 11 is selectively exposed through a photomask 12 using a KrF excimer laser beam by an exposure device (not shown) (see (c)). By this exposure, in the exposed area of the negative photoresist film 11, the acid (H
+ ) Occurs.

【0040】露光後、ネガ型フォトレジスト膜11を、
約105〜115℃で90秒間、加熱処理する((d)
参照)。この露光後の加熱処理(Post−Expos
ure Bake:PEB)時、ネガ型フォトレジスト
膜11の露光領域では、テトラメトキシシランが、光酸
発生剤から発生した酸(H+ )による酸触媒反応により
縮合重合反応を引き起こす。
After the exposure, the negative photoresist film 11 is
Heat treatment at about 105 to 115 ° C. for 90 seconds ((d)
reference). Heat treatment after this exposure (Post-Expos)
At the time of ure bake (PEB), in the exposed region of the negative photoresist film 11, tetramethoxysilane causes a condensation polymerization reaction by an acid catalyzed reaction by an acid (H + ) generated from a photoacid generator.

【0041】この縮合重合反応により、Si−O結合が
発生して樹脂の架橋が起こり、架橋反応により、有機高
分子がネガ型フォトレジスト膜11に架橋領域、即ち、
シリカ(SiO2 )のチェーンネットワークが形成され
る。この化学反応式を下記に示す。
By this condensation polymerization reaction, Si—O bonds are generated to cause cross-linking of the resin, and the cross-linking reaction causes the organic polymer to cross-link in the negative photoresist film 11,
A chain network of silica (SiO 2 ) is formed. The chemical reaction formula is shown below.

【0042】[0042]

【化13】 Embedded image

【0043】なお、光酸発生剤が異なることによりパタ
ーン形状が変化し、この変化により、焦点深度及び解像
度が影響を受ける。光酸発生剤による酸の発生が多い
と、拡散長が短くなって側壁の凹凸が大きくなるが、逆
に、拡散長が長過ぎると像のダレが生じる。
The pattern shape changes due to the difference in the photoacid generator, and the change affects the depth of focus and the resolution. If the photoacid generator generates a large amount of acid, the diffusion length becomes short and the irregularities on the side walls become large. Conversely, if the diffusion length is too long, image sag occurs.

【0044】その後、2.38%テトラメチルアンモニ
ウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液からなる現
像液に、60秒間浸漬する。これにより、ネガ型フォト
レジスト膜11の未露光部が選択的に溶解除去され、ポ
リシリコン基板10上にネガティブレジストパターン1
3が形成される((e)参照)。
Thereafter, it is immersed for 60 seconds in a developing solution comprising a 2.38% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH). As a result, the unexposed portions of the negative photoresist film 11 are selectively dissolved and removed, and the negative resist pattern 1 is formed on the polysilicon substrate 10.
3 is formed (see (e)).

【0045】上述したネガ型フォトレジスト膜11は、
テトラメトキシシラン添加量最適化によりTMAHによ
る現像が可能である。そして、Cl2 系ガスにより、有
機反射防止膜及びポリシリコンをエッチングしたとこ
ろ、フォトレジスト膜11の残膜率は50%であり、問
題なくエッチングできた。
The above-mentioned negative type photoresist film 11 is
Development by TMAH is possible by optimizing the amount of tetramethoxysilane added. Then, when the organic anti-reflection film and the polysilicon were etched with a Cl 2 -based gas, the remaining film ratio of the photoresist film 11 was 50%, and the etching could be performed without any problem.

【0046】つまり、シリカは、Cl2 ガスによりエッ
チングされず、ネガ型フォトレジスト膜11は、内部構
造にシリカを含有する有機無機ハイブリッド材料である
ために、基板の下地構造がSi酸化膜以外の、例えば、
有機反射防止膜及びポリシリコン等の場合、エッチング
耐性が飛躍的に向上する。因みに、このCl2 ガスによ
るエッチングレートは、ノボラック樹脂からなるi線レ
ジスト比で0.50であった。
That is, the silica is not etched by Cl 2 gas, and the negative photoresist film 11 is an organic-inorganic hybrid material containing silica in the internal structure. For example,
In the case of an organic antireflection film, polysilicon, or the like, the etching resistance is dramatically improved. Incidentally, the etching rate by this Cl 2 gas was 0.50 in terms of i-line resist made of novolak resin.

【0047】また、このネガ型フォトレジスト膜11は
薄膜化が可能なので、薄膜化により透過率が増すことか
ら、0.15μmL&Sにおける焦点深度は0.8μm
となり、0.50μm厚の従来のレジストの焦点深度
0.40μmよりも向上した。
Since the negative type photoresist film 11 can be made thinner, the transmittance is increased by making the film thinner. Therefore, the depth of focus at 0.15 μmL & S is 0.8 μm.
This is higher than the depth of focus of 0.40 μm of the conventional resist having a thickness of 0.50 μm.

【0048】更に、薄膜化によりアスペクト比が低くな
り安定化するため、パターン倒れは全くなく、TMAH
による現像のため、シリル化プロセスに比べ、ラフネス
が小さい矩形のレジストパターンを得ることができた。
また、残渣、即ち現像残りが出てしまうということもな
い。
Further, since the aspect ratio is lowered and stabilized by thinning, there is no pattern collapse at all, and the TMAH
As a result, a rectangular resist pattern having a smaller roughness than that of the silylation process could be obtained.
Further, there is no possibility that a residue, that is, a development residue is left out.

【0049】上記ネガ型フォトレジスト膜11と同様
に、光酸発生剤及び架橋剤に加えて、アルコキシル基を
含むシラン単量体(アルコキシシラン若しくはアルコキ
シアルキルシラン)を含有するネガ型遠紫外線フォトレ
ジスト材料において、アルコキシシラン若しくはアルコ
キシアルキルシラン、光酸発生剤、及び架橋剤につい
て、上述した各個を組み合わせた場合の実施例を、下記
の表(1)に示す。
Similarly to the above negative photoresist film 11, a negative deep ultraviolet photoresist containing a silane monomer containing an alkoxyl group (alkoxysilane or alkoxyalkylsilane) in addition to a photoacid generator and a crosslinking agent. The following Table (1) shows an example in which each of the above materials is combined with each other for the alkoxysilane or alkoxyalkylsilane, the photoacid generator, and the crosslinking agent.

【0050】この表(1)には、各架橋剤、各光酸発生
剤、及び各アルコキシシラン若しくは各アルコキシアル
キルシランの組み合わせが、それぞれの含有割合と共に
示され、更に、プリベークの温度/時間(℃/秒)、レ
ジスト膜厚(μm)、PEBの温度/時間(℃/秒)、
解像力(μm)、0.15μmL&Sでの焦点深度、及
び対i線レジスト比のエッチングレートが示されてい
る。
In Table (1), each crosslinker, each photoacid generator, each alkoxysilane or each combination of alkoxyalkylsilanes are shown together with their respective content ratios. ° C / sec), resist film thickness (μm), PEB temperature / time (° C / sec),
The resolving power (μm), the depth of focus at 0.15 μmL & S, and the etching rate of the i-line resist ratio are shown.

【0051】アルコキシシラン若しくはアルコキシアル
キルシランの対樹脂重量比含有率は、大略0.1〜50
%とし、望ましくは1〜20%とするが、含有率10%
前後で最適化するものと思われる。
The content ratio by weight of the alkoxysilane or the alkoxyalkylsilane to the resin is approximately 0.1 to 50.
%, Preferably 1 to 20%, but the content is 10%
It seems to be optimized before and after.

【0052】なお、表(1)に示す各実施例との比較の
ために、アルコキシシラン若しくはアルコキシアルキル
シランの何れも含有しない従来例を表(2)に示す。表
(2)は、表(1)と同様に表示され、表(2)の各従
来例の組み合わせは、アルコキシシラン若しくはアルコ
キシアルキルシランが「無し」である他は、表(1)の
各実施例の組み合わせと対応しており、同一番号が付さ
れている。
For comparison with the examples shown in Table (1), Table (2) shows a conventional example containing neither alkoxysilane nor alkoxyalkylsilane. Table (2) is displayed in the same manner as Table (1), and the combinations of the conventional examples in Table (2) are the same as those in Table (1) except that the alkoxysilane or alkoxyalkylsilane is “none”. Corresponding to the combination of the examples, the same numbers are assigned.

【0053】[0053]

【表1】 [Table 1]

【0054】[0054]

【表2】 [Table 2]

【0055】表(1)及び表(2)から分かるように、
実施例(表(1)参照)では、従来例(表(2)参照)
に比べ、レジスト膜厚が略半分になって焦点深度が向上
し、対i線レジスト比のエッチングレートが確実に改善
されている。
As can be seen from Tables (1) and (2),
In the embodiment (see Table (1)), the conventional example (see Table (2))
In comparison with the above, the resist film thickness is reduced to approximately half, the depth of focus is improved, and the etching rate of the i-line resist ratio is reliably improved.

【0056】エッチングレートの改善例としては、例え
ば、架橋剤がヘキサメトキシメチルメラミン10%、光
酸発生剤がトリフェニルスルホニウムトリフルオロメタ
ンスルホン酸3%、これらに加えて、テトラメトキシシ
ラン10%或いはエトキシメチルジフェニルシラン9%
を含有する場合、1.6から0.5へと略3倍程度改善
される。
As an example of improving the etching rate, for example, a crosslinking agent is 10% hexamethoxymethyl melamine, a photoacid generator is 3% triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonic acid, and in addition to these, 10% tetramethoxysilane or ethoxy. 9% methyldiphenylsilane
Is contained, the ratio is improved about 1.6 times from 1.6 to 0.5.

【0057】このように、この発明によれば、ベース樹
脂、光酸発生剤及び架橋剤に加えて、テトラメトキシシ
ランを出発組成とする、アルコキシル基を含むシラン単
量体を含有する化学増幅系のネガ型レジスト材料によ
り、ポリシリコン基板上にネガ型レジスト膜を形成する
ことができる。
As described above, according to the present invention, in addition to a base resin, a photoacid generator and a crosslinking agent, a chemical amplification system containing tetramethoxysilane as a starting composition and containing a silane monomer containing an alkoxyl group. By using the negative resist material, a negative resist film can be formed on the polysilicon substrate.

【0058】このポリシリコン基板上に形成されたネガ
型レジスト膜は、加熱処理を経ることで内部構造にシリ
カ(SiO2 )が発生することになり、エッチング耐性
に優れ、且つ、約0.30μm以下の薄膜化が可能な遠
紫外線用の化学増幅系のネガ型フォトレジスト膜とな
る。
[0058] The formed polysilicon substrate a negative resist film, will be silica (SiO 2) is generated in the internal structure by passing through a heat treatment, excellent etching resistance, and, about 0.30μm A chemically amplified negative photoresist film for far ultraviolet light that can be thinned as follows.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ポリヒドロキシスチレンのベース樹脂、光酸発生
剤、及び架橋剤を含有し、更に一般式Si(OR)
n R′4-n で表されるシラン単量体を含有する化学増幅
系ネガ型レジスト材料からなるネガ型レジストを形成す
ることができるので、ネガ型レジストを薄膜化しても、
十分なエッチング耐性を得ることができ、十分な焦点深
度を確保することができる。
As described above, according to the present invention, a polyhydroxystyrene base resin, a photoacid generator, and a crosslinking agent are contained, and further, the general formula Si (OR)
Since a negative resist composed of a chemically amplified negative resist material containing a silane monomer represented by nR ′ 4-n can be formed, even if the negative resist is thinned,
Sufficient etching resistance can be obtained, and a sufficient depth of focus can be secured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施の形態に係る化学増幅系ネガ型
レジストを用いたレジストパターンの形成工程を示す工
程図である。
FIG. 1 is a process diagram showing a resist pattern forming process using a chemically amplified negative resist according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ポリシリコン基板 11 ネガ型フォトレジスト膜 12 フォトマスク 13 ネガティブレジストパターン DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Polysilicon substrate 11 Negative photoresist film 12 Photomask 13 Negative resist pattern

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−366958(JP,A) 特開 平6−59444(JP,A) 特開 平6−27654(JP,A) 特開 平7−152156(JP,A) 特開 平5−204155(JP,A) 特開 平4−217249(JP,A) 特開 平7−43899(JP,A) 特開 平5−204158(JP,A) 特開 平8−76368(JP,A) 特開 平9−230586(JP,A) 特開 平8−325455(JP,A) 特開 平10−7709(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03F 7/038 G03F 7/075 Continuation of the front page (56) References JP-A-4-366958 (JP, A) JP-A-6-59444 (JP, A) JP-A-6-27654 (JP, A) JP-A-7-152156 (JP, A) JP-A-5-204155 (JP, A) JP-A-4-217249 (JP, A) JP-A-7-43899 (JP, A) JP-A-5-204158 (JP, A) 8-76368 (JP, A) JP-A-9-230586 (JP, A) JP-A-8-325455 (JP, A) JP-A-10-7709 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G03F 7/038 G03F 7/075

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ポリヒドロキシスチレンのベース樹脂、光
酸発生剤、及び架橋剤を含有し、更に一般式Si(O
R)n R′4-n (式中、RおよびR′は互いに同一でも
異なっていてもよい炭素数1〜8のアルキル基またはア
リール基、nは1〜4の整数を示し、nが2,3または
4のときRは全て同一でも異なっていてもよく、同様に
nが1または2のときR′は全て同一でも異なっていて
もよい)で表されるシラン単量体を含有することを特徴
とする化学増幅系ネガ型レジスト材料。
1. A polyhydroxystyrene base resin, a photoacid generator, and a crosslinking agent , further comprising a general formula Si (O
R) n R ′ 4-n (wherein, R and R ′ may be the same or different and are each an alkyl group or an aryl group having 1 to 8 carbon atoms, n is an integer of 1 to 4, and n is 2 , 3 or 4, all R's may be the same or different, and similarly, when n is 1 or 2, all R's may be the same or different.) A chemically amplified negative resist material characterized by the following:
【請求項2】前記一般式中、RおよびR′はメチル基、
エチル基またはフェニル基であることを特徴とする請求
項1に記載の化学増幅系ネガ型レジスト材料。
2. In the above general formula, R and R 'represent a methyl group,
The negative resist composition according to claim 1, wherein the negative resist composition is an ethyl group or a phenyl group.
【請求項3】前記シラン単量体を対樹脂重量比で0.1
〜50%含有することを特徴とする請求項1または2に
記載の化学増幅系ネガ型レジスト材料。
3. The method according to claim 1, wherein the silane monomer is contained in an amount of 0.1 to 0.1 by weight.
The chemically amplified negative resist material according to claim 1, wherein the content of the negative resist composition is from about 50% to about 50%.
【請求項4】ポリシリコン基板上に、請求項1〜3のい
ずれかに記載の化学増幅系ネガ型レジスト材料を塗布
し、ネガ型フォトレジスト膜を形成する工程と、 前記ネガ型フォトレジスト膜を露光し光酸発生剤から酸
を発生させる工程と、 露光後、前記ネガ型フォトレジスト膜を加熱処理し、酸
触媒反応により樹脂の架橋を引き起こす露光後加熱処理
工程と テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液に
より現像処理を行う工程と を有することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
4. The method according to claim 1, further comprising the steps of:
Applying a chemically amplified negative resist composition according to Zureka, forming a negative photoresist layer, a step of generating an acid from the negative photoresist film to expose the photoacid generator, after exposure Heat-treating the negative-type photoresist film, a post-exposure bake step to cause crosslinking of the resin by an acid-catalyzed reaction, and a tetramethylammonium hydroxide aqueous solution.
And a step of further performing a developing process .
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