JP2018182199A - Composition for film formation for semiconductor, method for producing composition for film formation for semiconductor, method for producing member for semiconductor, and method for producing process material for semiconductor - Google Patents
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Abstract
【課題】凝集体及びピットが少なく、平滑性の高い膜が得られる半導体用膜形成用組成物を提供する。【解決手段】環構造と1級窒素原子及び2級窒素原子の少なくとも1つを含むカチオン性官能基を有し、重量平均分子量が90以上600以下である化合物(A)と、分子内に−C(=O)OX基(Xは、水素原子又は炭素数1以上6以下のアルキル基である)を3つ以上有し、3つ以上の−C(=O)OX基のうち、1つ以上6つ以下が−C(=O)OH基であり、重量平均分子量が200以上600以下である架橋剤(B)と、アミノ基を有さずカルボキシ基を有する重量平均分子量46以上195以下の酸(C−1)及び環構造を有さず窒素原子を有する重量平均分子量17以上120以下の塩基(C−2)からなる群より選ばれる少なくとも1種の添加剤(C)と、極性溶媒(D)と、を含む半導体用膜形成用組成物。【選択図】なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film forming composition for a semiconductor, which can obtain a film having high smoothness with few aggregates and pits. SOLUTION: A compound (A) having a ring structure and a cationic functional group containing at least one of a primary nitrogen atom and a secondary nitrogen atom and having a weight average molecular weight of 90 or more and 600 or less, and a compound (A) in the molecule-. One of three or more -C (= O) OX groups having three or more C (= O) OX groups (X is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 or more and 6 or less carbon atoms). The above 6 or less are -C (= O) OH groups, and the cross-linking agent (B) having a weight average molecular weight of 200 or more and 600 or less and a weight average molecular weight of 46 or more and 195 or less having a carboxy group without an amino group. At least one additive (C) selected from the group consisting of the acid (C-1) of the above and a base (C-2) having a weight average molecular weight of 17 or more and 120 or less having a nitrogen atom and having no ring structure, and polarity. A composition for forming a film for a semiconductor, which comprises a solvent (D). [Selection diagram] None
Description
本発明は、半導体用膜形成用組成物、半導体用膜形成用組成物の製造方法、半導体用部材の製造方法、及び半導体用工程材の製造方法に関する。 The present invention relates to a composition for forming a film for semiconductor, a method for producing the composition for forming a film for semiconductor, a method for producing a member for semiconductor, and a method for producing a process material for semiconductor.
従来より、電子デバイス分野等の各種の技術分野において、ポリマーを含有する組成物を部材に付与することが行われている。
例えば、カチオン性官能基を有し重量平均分子量が2000〜1000000であるポリエチレンイミン、ポリエチレンイミン誘導体などのポリマーを含有するpHが2.0〜11.0の組成物を、所定の条件を有する部材A及び部材Bの表面に付与する複合体の製造方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、特許文献1には、組成物が付与された複合部材を、多価カルボン酸を含むリンス液で洗浄することが記載されている。
Heretofore, in various technical fields such as the field of electronic devices, it has been practiced to apply a composition containing a polymer to a member.
For example, a composition having a cationic functional group and a polymer such as polyethyleneimine and a polyethyleneimine derivative having a weight average molecular weight of 2000 to 100000 and having a pH of 2.0 to 11.0 is a member having predetermined conditions A method of producing a composite to be applied to the surface of A and member B is known (see, for example, Patent Document 1). Further, Patent Document 1 describes that the composite member to which the composition is applied is washed with a rinse solution containing a polyvalent carboxylic acid.
特許文献1では、ポリエチレンイミンなどのポリマーを部材に塗布し、その上に多価カルボン酸を含むリンス液を塗布した後、加熱反応により架橋させており、工程数が多い。しかし、ポリエチレンイミンなどのポリマー及び多価カルボン酸を混合して部材に塗布する組成物を調製しようとすると、ポリマー及び多価カルボン酸が凝集して組成物が白濁化してしまい、その組成物を部材に塗布した場合に凝集体、ピットなどの形成により凹凸が大きく、平滑性が不十分な膜になってしまうという問題がある。 In patent document 1, after apply | coating polymers, such as a polyethylene imine, to a member and apply | coating the rinse solution containing polyvalent carboxylic acid on it, it is made to bridge | crosslink by heating reaction, and there are many processes. However, when it is attempted to prepare a composition in which a polymer such as polyethylene imine and a polyvalent carboxylic acid are mixed and applied to a member, the polymer and the polyvalent carboxylic acid aggregate to cause the composition to become cloudy, and the composition When it apply | coats to a member, there exists a problem that an unevenness | corrugation will be large by formation of an aggregate, a pit, etc. and it will become a film | membrane with inadequate smoothness.
本発明の一態様は、上記問題に鑑みてなされたものであり、凝集体及びピットが少なく、平滑性の高い膜が得られる半導体用膜形成用組成物、その製造方法、その半導体用膜形成用組成物を用いた半導体用部材の製造方法及びその半導体用膜形成用組成物を用いた半導体用工程材の製造方法を提供することを目的とする。 One aspect of the present invention is made in view of the above problems, and is a composition for forming a film for a semiconductor from which a film having a small amount of aggregates and pits and high smoothness can be obtained, a method for producing the same, and the film formation for the semiconductor It is an object of the present invention to provide a method for producing a semiconductor member using the composition for a semiconductor and a method for producing a semiconductor processing material using the composition for forming a film for a semiconductor.
前記課題を解決するための具体的手段は以下のとおりである。
<1> 環構造と1級窒素原子及び2級窒素原子の少なくとも1つを含むカチオン性官能基とを有し、重量平均分子量90以上600以下である化合物(A)と、分子内に−C(=O)OX基(Xは、水素原子又は炭素数1以上6以下のアルキル基である)を3つ以上有し、3つ以上の−C(=O)OX基のうち、1つ以上6つ以下が−C(=O)OH基であり、重量平均分子量が200以上600以下である架橋剤(B)と、アミノ基を有さずカルボキシ基を有する重量平均分子量46以上195以下の酸(C−1)及び環構造を有さず窒素原子を有する重量平均分子量17以上120以下の塩基(C−2)からなる群より選ばれる少なくとも1種の添加剤(C)と、極性溶媒(D)と、を含む、半導体用膜形成用組成物。
<2> さらに、前記架橋剤(B)は、分子内に環構造を有する、<1>に記載の半導体用膜形成用組成物。
<3> 前記環構造は、ベンゼン環及びナフタレン環の少なくとも一方である、<1>又は<2>に記載の半導体用膜形成用組成物。
<4> さらに、前記架橋剤(B)は、前記3つ以上の−C(=O)OX基において、少なくとも1つのXが炭素数1以上6以下のアルキル基である、<1>〜<3>のいずれか1つに記載の半導体用膜形成用組成物。
<5> 基板に形成された凹部の充填材料に用いられる、<1>〜<4>のいずれか1つに記載の半導体用膜形成用組成物。
<6> 多層レジスト法に用いられる、<1>〜<5>のいずれか1つに記載の半導体用膜形成用組成物。
The specific means for solving the said subject are as follows.
<1> ring structure and having a cationic functional group containing at least one of a nitrogen atom and 2 nitrogen atom, the weight average molecular weight of 90 to 600 or less is compound (A), -C in the molecule (= O) OX group (X is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms) has three or more, and one or more of three or more —C (= O) OX groups A crosslinking agent (B) having 6 or less of -C (= O) OH group and having a weight average molecular weight of 200 to 600, and a weight average molecular weight of 46 to 195 having no amino group and having a carboxy group At least one additive (C) selected from the group consisting of an acid (C-1) and a base (C-2) having a weight average molecular weight of 17 or more and 120 or less having a nitrogen atom without having a ring structure, and a polar solvent The composition for film formation for semiconductors containing (D) and.
<2> The composition for forming a semiconductor film according to <1>, wherein the crosslinking agent (B) further has a ring structure in a molecule.
<3> The composition for forming a semiconductor film according to <1> or <2>, wherein the ring structure is at least one of a benzene ring and a naphthalene ring.
<4> Furthermore, in the three or more —C (= O) OX groups, in the crosslinker (B), at least one X is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, <1> to < The composition for film formation for semiconductors as described in any one of 3>.
The composition for film formation for semiconductors as described in any one of <1>-<4> used for the filling material of the recessed part formed in the <5> board | substrate.
The composition for film formation for semiconductors as described in any one of <1>-<5> used for <6> multilayer resist method.
<7> <1>〜<6>のいずれか1つに記載の半導体用膜形成用組成物を製造する製造方法であって、前記化合物(A)と、前記架橋剤(B)と、前記添加剤(C)と、を混合する混合工程を含む半導体用膜形成用組成物の製造方法。
<8> 前記添加剤(C)は、アミノ基を有さずカルボキシ基を有する重量平均分子量46以上195以下の酸(C−1)を少なくとも含み、前記混合工程は、前記酸(C−1)と前記化合物(A)との混合物と、前記架橋剤(B)と、を混合する工程である<7>に記載の半導体用膜形成用組成物の製造方法。
<9> 前記添加剤(C)は、環構造を有さず窒素原子を有する重量平均分子量17以上120以下の塩基(C−2)を少なくとも含み、前記混合工程は、前記塩基(C−2)と前記架橋剤(B)との混合物と、前記化合物(A)と、を混合する工程である<7>に記載の半導体用膜形成用組成物の製造方法。
It is a manufacturing method which manufactures the composition for film formation for semiconductors as described in any one of <7><1>-<6>, Comprising: The said compound (A), the said crosslinking agent (B), and the said The manufacturing method of the composition for film formation for semiconductors containing the mixing process of mixing an additive (C).
<8> The additive (C) contains at least an acid (C-1) having a weight average molecular weight of 46 to 195 and not having an amino group and having a carboxy group, and the mixing step includes the acid (C-1) The manufacturing method of the composition for film formation for semiconductors as described in <7> which is the process of mixing the mixture of the said, and the said compound (A), and the said crosslinking agent (B).
<9> The additive (C) contains at least a base (C-2) having a weight average molecular weight of 17 or more and 120 or less having a ring structure and a nitrogen atom, and the mixing step contains the base (C-2) The manufacturing method of the composition for film formation for semiconductors as described in <7> which is the process of mixing the mixture of the said, and the said crosslinking agent (B), and the said compound (A).
<10> <1>〜<6>のいずれか1つに記載の半導体用膜形成用組成物を用いて半導体用部材を製造する製造方法であって、前記半導体用膜形成用組成物を基板に付与する付与工程と、前記半導体用膜形成用組成物が付与された前記基板を温度100℃以上425℃以下の条件で加熱する加熱工程と、を有する、半導体用部材の製造方法。 It is a manufacturing method which manufactures the member for semiconductors using the composition for film formation for semiconductors in any one of <10> <1>-<6>, Comprising: The said composition for film formation for semiconductors is a board | substrate A manufacturing method of a member for semiconductors which has a heating process which heats the above-mentioned substrate to which temperature of 100 ° C or more and 425 ° C or less the above-mentioned substrate to which the composition for film formation for semiconductors given was given.
<11> <1>〜<6>のいずれか1つに記載の半導体用膜形成用組成物を用いて半導体用工程材を製造する製造方法であって、前記半導体用膜形成用組成物を基板に付与する付与工程と、前記半導体用膜形成用組成物が付与された前記基板を温度100℃以上425℃以下の条件で加熱する加熱工程と、を有する、半導体用工程材の製造方法。 <11> A method for producing a semiconductor processing material using the composition for forming a film for a semiconductor according to any one of <1> to <6>, which is the composition for forming a film for a semiconductor A method for producing a semiconductor processing material, comprising: an applying step of applying to a substrate; and a heating step of heating the substrate to which the composition for forming a film for a semiconductor has been applied under conditions of a temperature of 100 ° C to 425 ° C.
本発明の一態様は、凝集体及びピットが少なく、平滑性の高い膜が得られる半導体用膜形成用組成物、その製造方法、その半導体用膜形成用組成物を用いた半導体用部材の製造方法及びその半導体用膜形成用組成物を用いた半導体用工程材の製造方法を提供することができる。 One aspect of the present invention is a composition for forming a film for a semiconductor which can obtain a film having high smoothness, which has few aggregates and pits, a method for producing the same, and a member for producing a semiconductor using the composition for forming a film for a semiconductor The method and the manufacturing method of the process material for semiconductors using the composition for film formation for semiconductors can be provided.
本明細書において、「〜」又は「−」を用いて表される数値範囲は、「〜」又は「−」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。 In the present specification, a numerical range represented using "to" or "-" means a range including numerical values described before and after "to" or "-" as the lower limit value and the upper limit value.
〔半導体用膜形成用組成物〕
以下、本発明に係る半導体用膜形成用組成物の一実施形態について説明する。本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物(以下、「組成物」と称することもある。)は、環構造と1級窒素原子及び2級窒素原子の少なくとも1つを含むカチオン性官能基とを有し、重量平均分子量が90以上600以下である化合物(A)と、分子内に−C(=O)OX基(Xは、水素原子又は炭素数1以上6以下のアルキル基である)を3つ以上有し、3つ以上の−C(=O)OX基のうち、1つ以上6つ以下が−C(=O)OH基であり、重量平均分子量が200以上600以下である架橋剤(B)と、アミノ基を有さずカルボキシ基を有する重量平均分子量46以上195以下の酸(C−1)及び環構造を有さず窒素原子を有する重量平均分子量17以上120以下の塩基(C−2)からなる群より選ばれる少なくとも1種の添加剤(C)と、極性溶媒(D)と、を含む。
[Composition for forming a film for semiconductor]
Hereinafter, one embodiment of the composition for film formation for semiconductors concerning the present invention is described. The composition for film formation for semiconductors according to this embodiment (hereinafter sometimes referred to as “composition”) has a cationic functional group containing a ring structure and at least one of a primary nitrogen atom and a secondary nitrogen atom. And a compound (A) having a weight average molecular weight of 90 or more and 600 or less, and a —C (OO) OX group (X is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 or more and 6 or less carbon atoms) in the molecule And three or more, and among three or more -C (= O) OX groups, one or more and six or less are -C (= O) OH groups, and the weight average molecular weight is 200 or more and 600 or less A certain crosslinking agent (B), an acid (C-1) having a weight average molecular weight of 46 to 195 having no amino group and having a carboxy group, and a weight average molecular weight of 17 to 120 having no ring structure and having a nitrogen atom At least one addition selected from the group consisting of (C-2) Comprising (C), and a polar solvent (D), the.
本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物を用いる、具体的には、この半導体用膜形成用組成物を部材に塗布して膜を形成することで、凝集体及びピットが少なく、平滑性の高い膜が得られる。また、本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物を用いることで、前述の特許文献1(国際公開第2014/156616号)の技術よりも容易に平滑性の高い膜を得ることができる。 Using the composition for forming a film for a semiconductor according to the present embodiment, specifically, by applying the composition for forming a film for a semiconductor to a member to form a film, the number of aggregates and pits is small, and the smoothness is High membrane can be obtained. In addition, by using the composition for forming a film for a semiconductor according to the present embodiment, a film with high smoothness can be easily obtained as compared with the technology of the above-mentioned Patent Document 1 (International Publication No. 2014/156616).
本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物を用いることで、凹凸が小さく平滑性がよい膜を形成することができ、例えば、シリコン基板などの平滑な基板上に本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物を用いて成膜した場合に、SEM(走査型電子顕微鏡)の20万倍率で500nm幅視野内にて、膜厚の最大値と最小値との差が平均膜厚の25%以下である膜を形成することができる。 By using the composition for forming a film for a semiconductor according to the present embodiment, a film with small unevenness and good smoothness can be formed, and for example, for a semiconductor according to the present embodiment on a smooth substrate such as a silicon substrate. When film formation is carried out using a composition for film formation, the difference between the maximum value and the minimum value of the film thickness is 25 of the average film thickness within a 500 nm wide field of view at 200,000 magnification of SEM (scanning electron microscope). It is possible to form a film that is less than 10%.
さらに、前述の特許文献1の技術では、ポリエチレンイミンなどのポリマーを部材に塗布し、その上に多価カルボン酸を含むリンス液を塗布した後、加熱反応により架橋させているため、塗布されたポリマーが多価カルボン酸を含むリンス液に溶解してしまうおそれがある。そのため、部材に形成される膜において、大口径ウェハにおける面内の膜厚が均一になりにくく、膜厚の制御も容易ではない。 Furthermore, in the technique of Patent Document 1 described above, a polymer such as polyethylene imine is applied to a member, a rinse solution containing a polyvalent carboxylic acid is applied thereon, and then crosslinking is performed by a heating reaction. The polymer may be dissolved in the rinse solution containing polyvalent carboxylic acid. Therefore, in the film formed on the member, the in-plane film thickness of the large-diameter wafer does not easily become uniform, and control of the film thickness is not easy.
また、前述の特許文献1の技術では、数十ナノメートル以上の厚い膜を形成する場合、多価カルボン酸が部材とポリマーとの界面まで浸透しにくいため、膜厚方向の組成が均一になりにくい。 Further, in the case of forming a thick film of several tens of nanometers or more, the polyvalent carboxylic acid hardly penetrates to the interface between the member and the polymer, so that the composition in the film thickness direction becomes uniform. Hateful.
一方、本実施形態では、化合物(A)、架橋剤(B)、及び添加剤(C)を含む半導体用膜形成用組成物を部材に塗布して膜を形成することで、平滑性を高め、かつ膜厚方向における組成の均一性を高めることができる。 On the other hand, in the present embodiment, the composition for forming a film for a semiconductor containing the compound (A), the crosslinking agent (B), and the additive (C) is applied to a member to form a film, thereby enhancing smoothness. And, the uniformity of the composition in the film thickness direction can be enhanced.
本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物を用いることで、平滑性及び膜厚方向における組成の均一性に優れ、例えば、0.5nm以上5μm以下の膜厚を有する膜を形成することができる。また、大口径シリコン基板の表面に平滑性に優れる膜を形成することができ、例えば、膜厚が5nm以上150nmとしたときに300ミリφシリコン基板の中心と端部との膜厚ばらつきを±15%以下とすることができ、好ましくは±10%以下とすることができる。 By using the composition for forming a film for a semiconductor according to the present embodiment, it is possible to form a film having excellent smoothness and uniformity of composition in the film thickness direction, for example, having a film thickness of 0.5 nm or more and 5 μm or less. it can. In addition, a film excellent in smoothness can be formed on the surface of a large-diameter silicon substrate. For example, when the film thickness is 5 nm or more and 150 nm, the film thickness variation between the center and the end of a 300 mmφ silicon substrate It can be 15% or less, preferably ± 10% or less.
また、本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物は、半導体装置用の膜を生成するための組成物であり、例えば、基板に形成された凹部に充填されるギャップフィル材料(埋め込み平坦化膜)、基板に形成された凹部に充填される絶縁材料(埋め込み絶縁膜)、多孔質材料などの低誘電率材料と金属との間に設けられ、絶縁性、密着性、ポアシール性などを有するバリア材料(バリア膜)、シリコン貫通ビア基板のビア側壁において、金属とシリコン基板との間又は金属と絶縁膜との間に設けられ、密着性、絶縁性を有する絶縁材料(シリコン貫通ビア用絶縁膜)などの形成に用いられる。
特に、基板に形成された凹部の充填材料(埋め込み平坦化膜)は基板の複雑加工に用いられる場合がある。
The composition for forming a film for a semiconductor according to the present embodiment is a composition for forming a film for a semiconductor device, and, for example, a gap fill material (embedding planarization to be filled in a recess formed in a substrate Film, an insulating material (embedded insulating film) filled in a recess formed in a substrate, or a low dielectric constant material such as a porous material and a metal, and having insulating property, adhesion property, pore sealing property, etc. A barrier material (barrier film), an insulating material having adhesion and insulation provided between metal and silicon substrate or between metal and insulating film on a via sidewall of a through silicon via substrate (insulating for through silicon via Film, etc.).
In particular, the filling material (embedded planarization film) of the recess formed in the substrate may be used for complex processing of the substrate.
ハードマスクを利用してリソグラフィーパターンを被加工基板に転写する方法の一つとして、多層レジスト法がある。この多層レジスト法は、例えば、フォトレジスト膜、即ち上層レジスト膜と、エッチング選択性が異なる中間レジスト膜と、被加工基板の凹凸にギャップフィル膜が充填された埋め込み平坦化膜、即ち下層レジスト膜と、を用いる。多層レジスト法は、例えば被加工基板の凹凸上に形成された下層レジスト膜を設けた後、更にケイ素を含有する中間レジスト膜を上層レジスト膜と下層レジスト膜との間に介在させ、上層レジスト膜にパターンを設けた後、上層レジストパターンをエッチングマスクとして、中間レジスト膜にパターンを転写し、更に中間レジストパターンをエッチングマスクとして、被加工基板にパターンを転写する方法である。 There is a multilayer resist method as one of methods for transferring a lithography pattern to a substrate to be processed using a hard mask. In this multilayer resist method, for example, a photoresist film, that is, an upper layer resist film, an intermediate resist film having different etching selectivity, and a buried planarization film in which unevenness of a substrate to be processed is filled with a gap fill film, that is, a lower layer resist film And. In the multilayer resist method, for example, after providing a lower resist film formed on the unevenness of a substrate to be processed, an intermediate resist film further containing silicon is interposed between the upper resist film and the lower resist film to form an upper resist film. The upper layer resist pattern is used as an etching mask to transfer the pattern to the intermediate resist film, and the intermediate resist pattern is used as an etching mask to transfer the pattern to the substrate to be processed.
このような多層レジスト法で使用される下層レジスト膜の組成物として、例えば、CVDによるアモルファスカーボン膜等がある(例えば、米国特許出願公開第2016/0314964号明細書等)。
しかしながら、半導体装置の微細化が更に進行するにつれ、パターンの線幅が微細になるだけでなく、パターンの倒れを防止するために上層レジスト膜の膜厚が薄くなり、下層レジスト膜に要求される性能においても、従来よりも微細なパターンにおける埋め込み性の改善が求められるようになってきた。
As a composition of the lower layer resist film used by such a multilayer resist method, there is, for example, an amorphous carbon film by CVD (for example, US Patent Application Publication No. 2016/0314964 etc.).
However, as the miniaturization of semiconductor devices progresses further, not only the line width of the pattern becomes finer, but also the film thickness of the upper layer resist film becomes thinner in order to prevent pattern collapse, which is required for the lower layer resist film Also in the performance, improvement of the embeddability in a finer pattern than ever has been required.
また、昨今のリソグラフィーの限界領域における半導体装置の製造プロセスにおいては、前述のようなダブルパターニング等の複雑な工程が提案されている。更に、集積回路素子等のデバイスのさらなる複雑化も進み、配線溝(トレンチ)、プラグ溝(ビア)等のパターン化された基板に対し、多層レジストパターン形成を行う方法、パターン形成を複数回行うことにより、複雑なパターンを形成する方法等も行われている。 In addition, in the process of manufacturing a semiconductor device in the limit area of the recent lithography, complicated processes such as double patterning as described above have been proposed. Further, as the complexity of devices such as integrated circuit elements is further advanced, a method of forming a multilayer resist pattern on a patterned substrate such as a wiring trench (trench), a plug trench (via), etc. Therefore, methods of forming complicated patterns are also performed.
従来の多層レジスト法で実用化されている下層レジスト膜は、上記のようなCVDによるアモルファスカーボン膜等が殆どであった。しかしながら、従来のCVD法ではオーバーハングなどの問題により微細な溝をボイド無く埋め込むことが困難になってきている。
また、下層レジスト膜には耐熱性(例えば、下層レジスト膜形成後に施されることがある熱処理に対する耐性)が要求されることがある。
なお、上述の埋め込み性及び耐熱性の要求は、微細パターンの形成を実現する観点から、レジスト膜以外の膜(例えば埋め込み絶縁膜(浅溝型素子分離膜(STI膜)、プリメタル絶縁膜(PMD膜)、配線層間絶縁膜(IMD膜)等)にも求められている。
The lower layer resist film put into practical use by the conventional multilayer resist method is mostly an amorphous carbon film or the like by CVD as described above. However, in the conventional CVD method, it is becoming difficult to embed fine grooves without voids due to problems such as overhangs.
In addition, the lower resist film may be required to have heat resistance (for example, resistance to heat treatment which may be applied after forming the lower resist film).
From the viewpoint of realizing the formation of a fine pattern, the above-mentioned requirements for the burying property and heat resistance are films other than the resist film (for example, a burying insulating film (shallow trench isolation film (STI film), premetal Film), wiring interlayer insulating film (IMD film), etc.
本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物は、埋め込み性及び耐熱性に優れているため、多層レジスト法にて用いる下層レジスト膜、下層レジスト膜以外の前述の膜の製造に用いることができる。 Since the composition for forming a film for a semiconductor according to the present embodiment is excellent in embedding property and heat resistance, it can be used for the production of the above-mentioned films other than the lower layer resist film used in the multilayer resist method and the lower layer resist film. .
また、微細パターンを形成する別の手法として、感光後のフォトレジスト上に塗布し、感光又は非感光部分のフォトレジストと置き換えることにより形成される反転レジストを形成する目的に本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物を用いてもよい。反転レジストを形成することにより、エッチング耐性に優れ、かつパターン倒れの少ない膜を形成することが可能となる。 In addition, as another method of forming a fine pattern, the semiconductor according to the present embodiment is applied to a photo resist after photosensitivity, and for forming a reverse resist which is formed by replacing the photo resist of photo sensitive or non photo sensitive portion. You may use the composition for film formation. By forming the reverse resist, it becomes possible to form a film which is excellent in etching resistance and less in pattern collapse.
(化合物(A))
本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物は、環構造と1級窒素原子及び2級窒素原子の少なくとも1つを含むカチオン性官能基とを有し、重量平均分子量が90以上600以下である化合物(A)を含む。
(Compound (A))
The composition for forming a film for a semiconductor according to the present embodiment has a ring structure and a cationic functional group containing at least one of a primary nitrogen atom and a secondary nitrogen atom, and has a weight average molecular weight of 90 or more and 600 or less. It contains a certain compound (A).
化合物(A)は、前記の通り、分子内に環構造を有する。化合物(A)が有する環構造としては、例えば、脂環構造、芳香環構造、複素環構造(ヘテロ環構造)等が挙げられる。化合物(A)は、分子内に環構造を1つのみ有してもよく、複数の環構造を有してもよい。また、化合物(A)が複数の環構造を有する場合、前記複数の環構造は互いに同じであっても異なっていてもよく、複数の環構造が縮合した縮合環構造(すなわち、2以上の環が2以上の原子を共有して結合した環構造)であってもよい。
なお、化合物(A)は、半導体用膜形成用組成物における熱的安定性の観点から、芳香環構造を有することが好ましく、芳香族複素環以外の芳香環構造を有することが好ましい。
The compound (A) has a ring structure in the molecule as described above. As a ring structure which a compound (A) has, an alicyclic structure, an aromatic ring structure, a heterocyclic structure (hetero ring structure) etc. are mentioned, for example. The compound (A) may have only one ring structure in the molecule, or may have a plurality of ring structures. Furthermore, when the compound (A) has a plurality of ring structures, the plurality of ring structures may be the same or different from each other, and a condensed ring structure in which a plurality of ring structures are fused (ie, two or more rings Is a ring structure in which two or more atoms are shared and bonded.
The compound (A) preferably has an aromatic ring structure from the viewpoint of the thermal stability of the composition for forming a film for a semiconductor, and preferably has an aromatic ring structure other than an aromatic heterocycle.
脂環構造としては、例えば、炭素数3以上8以下の脂環構造、好ましくは炭素数4以上6以下の脂環構造が挙げられ、環構造内は飽和であっても不飽和であってもよい。より具体的には、脂環構造としては、シクロプロパン環、シクロブタン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロヘプタン環、シクロオクタン環などの飽和脂環構造;シクロプロペン環、シクロブテン環、シクロペンテン環、シクロヘキセン環、シクロヘプテン環、シクロオクテン環などの不飽和脂環構造が挙げられる。 Examples of the alicyclic structure include alicyclic structures having 3 to 8 carbon atoms, preferably 4 to 6 carbon atoms, and the ring structure may be saturated or unsaturated. Good. More specifically, as an alicyclic structure, a saturated alicyclic structure such as cyclopropane ring, cyclobutane ring, cyclopentane ring, cyclohexane ring, cycloheptane ring, cyclooctane ring, etc .; cyclopropene ring, cyclobutene ring, cyclopentene ring, Examples thereof include unsaturated alicyclic structures such as cyclohexene ring, cycloheptene ring and cyclooctene ring.
芳香環構造としては、芳香族性を示す環構造であれば特に限定されず、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ペリレン環などのベンゼン系芳香環、ピリジン環、チオフェン環などの芳香族複素環(すなわち、芳香環構造かつ複素環構造である環構造)、フルオレン環、インデン環、アズレン環などの非ベンゼン系芳香環などが挙げられる。 The aromatic ring structure is not particularly limited as long as it is a ring structure exhibiting aromaticity, and is, for example, an aromatic ring such as benzene ring, benzene ring such as naphthalene ring, anthracene ring and perylene ring, pyridine ring and thiophene ring Heterocyclic rings (that is, ring structures having an aromatic ring structure and a heterocyclic ring structure), non-benzene aromatic rings such as a fluorene ring, an indene ring and an azulene ring, and the like can be mentioned.
複素環構造としては、ヘテロ原子として硫黄原子を含む複素環(例えば、チオフェン環)、又は、ヘテロ原子として窒素原子を含む複素環(例えば、ピロール環、ピロリジン環、ピラゾール環、イミダゾール環、トリアゾール環等の5員環;イソシアヌル環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピペリジン環、ピペラジン環、トリアジン環等の6員環;インドール環、インドリン環、キノリン環、アクリジン環、ナフチリジン環、キナゾリン環、プリン環、キノキサリン環等の縮合環等)などが挙げられる。 As the heterocyclic structure, a heterocyclic ring containing a sulfur atom as a hetero atom (for example, thiophene ring), or a heterocyclic ring containing a nitrogen atom as a hetero atom (for example, pyrrole ring, pyrrolidine ring, pyrazole ring, pyrazole ring, imidazole ring, triazole ring 6 membered rings such as isocyanuric ring, pyridine ring, pyridazine ring, pyrimidine ring, pyrazine ring, piperidine ring, piperazine ring, triazine ring, etc .; indole ring, indoline ring, quinoline ring, quinoline ring, acridine ring, naphthyridine ring, And quinazoline rings, purine rings, fused rings such as quinoxaline rings, and the like.
化合物(A)が分子内に有する環構造としては、例えば、シクロブタン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、ベンゼン環、ナフタレン環、及びフルオレン環からなる群より選択される少なくとも1つが好ましく、半導体用膜形成用組成物から得られる膜の耐熱性をより高める点から、ベンゼン環、ナフタレン環、及びフルオレン環の少なくとも一方がより好ましい。 As a ring structure which a compound (A) has in a molecule, For example, At least one selected from the group which consists of a cyclobutane ring, a cyclopentane ring, a cyclohexane ring, a benzene ring, a naphthalene ring, and a fluorene ring is preferable, The film for semiconductors From the viewpoint of further improving the heat resistance of the film obtained from the composition for formation, at least one of a benzene ring, a naphthalene ring and a fluorene ring is more preferable.
化合物(A)は、1級窒素原子及び2級窒素原子の少なくとも1つを含むカチオン性官能基を有する化合物である。カチオン性官能基としては、正電荷を帯びることができ、かつ1級窒素原子及び2級窒素原子の少なくとも1つを含む官能基であれば特に限定されない。 The compound (A) is a compound having a cationic functional group containing at least one of a primary nitrogen atom and a secondary nitrogen atom. The cationic functional group is not particularly limited as long as it can be positively charged and is a functional group containing at least one of a primary nitrogen atom and a secondary nitrogen atom.
なお、化合物(A)は、1級窒素原子を含むカチオン性官能基、2級窒素原子を含むカチオン性官能基、並びに1級窒素原子及び2級窒素原子を含むカチオン性官能基の少なくとも1つを有していればよい。すなわち、化合物(A)は、1級窒素原子又は2級窒素原子を含むカチオン性官能基を1つ又は2以上有してもよく、1級窒素原子及び2級窒素原子を含むカチオン性官能基を有してもよい。
ただし、化合物(A)は、耐熱性の高い膜を得る観点から、少なくとも1級窒素原子を含むカチオン性官能基を有することが好ましく、1級窒素原子を含むカチオン性官能基を2以上有することがより好ましい。
また、化合物(A)は、上記のように1級窒素原子及び2級窒素原子の少なくとも一方を含むが、3級窒素原子をさらに含んでいてもよい。
The compound (A) is at least one of a cationic functional group containing a primary nitrogen atom, a cationic functional group containing a secondary nitrogen atom, and a cationic functional group containing a primary nitrogen atom and a secondary nitrogen atom. As long as you have That is, the compound (A) may have one or more cationic functional groups containing a primary nitrogen atom or a secondary nitrogen atom, and a cationic functional group containing a primary nitrogen atom and a secondary nitrogen atom. May be included.
However, from the viewpoint of obtaining a film having high heat resistance, the compound (A) preferably has a cationic functional group containing at least a primary nitrogen atom, and has two or more cationic functional groups containing a primary nitrogen atom. Is more preferred.
In addition, the compound (A) contains at least one of a primary nitrogen atom and a secondary nitrogen atom as described above, but may further contain a tertiary nitrogen atom.
本明細書において、「1級窒素原子」とは、水素原子2つ及び水素原子以外の原子1つのみに結合している窒素原子(例えば、1級アミノ基(−NH2基)に含まれる窒素原子)、又は、水素原子3つ及び水素原子以外の原子1つのみに結合している窒素原子(カチオン)を指す。
また、「2級窒素原子」とは、水素原子1つ及び水素原子以外の原子2つのみに結合している窒素原子(即ち、下記式(a)で表される官能基に含まれる窒素原子)、又は、水素原子2つ及び水素原子以外の原子2つのみに結合している窒素原子(カチオン)を指す。
また、「3級窒素原子」とは、水素原子以外の原子3つのみに結合している窒素原子(即ち、下記式(b)で表される官能基である窒素原子)、又は、水素原子1つ及び水素原子以外の原子3つのみに結合している窒素原子(カチオン)を指す。
In the present specification, the term "primary nitrogen atom" refers to a nitrogen atom (eg, primary amino group (-NH 2 group)) bonded to only two hydrogen atoms and one atom other than hydrogen atoms. A nitrogen atom) or a nitrogen atom (cation) bonded to only three hydrogen atoms and one atom other than a hydrogen atom.
In addition, “secondary nitrogen atom” means a nitrogen atom bonded to only one hydrogen atom and two atoms other than hydrogen atom (ie, a nitrogen atom contained in a functional group represented by the following formula (a)) Or a nitrogen atom (cation) bonded to only two hydrogen atoms and two atoms other than hydrogen atoms.
In addition, “tertiary nitrogen atom” refers to a nitrogen atom bonded to only three atoms other than a hydrogen atom (ie, a nitrogen atom which is a functional group represented by the following formula (b)), or a hydrogen atom It refers to a nitrogen atom (cation) bound to only one and three atoms other than hydrogen atoms.
式(a)及び式(b)において、*は、水素原子以外の原子との結合位置を示す。
ここで、前記式(a)で表される官能基は、2級アミノ基(−NHRa基;ここで、Raはアルキル基を表す)の一部を構成する官能基であってもよいし、その他の2価の連結基であってもよい。
また、前記式(b)で表される官能基(即ち、3級窒素原子)は、3級アミノ基(−NRbRc基;ここで、Rb及びRcは、それぞれ独立に、アルキル基を表す)の一部を構成する官能基であってもよいし、その他の3価の連結基であってもよい。
In Formula (a) and Formula (b), * indicates a bonding position to an atom other than a hydrogen atom.
Here, the functional group represented by the above-mentioned formula (a) may be a functional group constituting a part of a secondary amino group (-NHR a group; here, R a represents an alkyl group) And other divalent linking groups.
In addition, the functional group represented by the formula (b) (ie, tertiary nitrogen atom) is a tertiary amino group (-NR b R c group; wherein R b and R c are each independently alkyl It may be a functional group that constitutes a part of the group) or may be another trivalent linking group.
化合物(A)の重量平均分子量は、90以上600以下であり、100以上400以下であることが好ましく、100以上300以下であることが更に好ましい。 The weight average molecular weight of the compound (A) is 90 or more and 600 or less, preferably 100 or more and 400 or less, and more preferably 100 or more and 300 or less.
また、化合物(A)は、必要に応じて、アニオン性官能基やノニオン性官能基をさらに有していてもよい。
前記ノニオン性官能基は、水素結合受容基であっても、水素結合供与基であってもよい。前記ノニオン性官能基としては、例えば、ヒドロキシ基、カルボニル基、エーテル基(−O−)、等を挙げることができる。
前記アニオン性官能基は、負電荷を帯びることができる官能基であれば特に制限はない。前記アニオン性官能基としては、例えば、カルボン酸基、スルホン酸基、硫酸基等を挙げることができる。
In addition, the compound (A) may further have an anionic functional group or a nonionic functional group, as necessary.
The nonionic functional group may be a hydrogen bond accepting group or a hydrogen bond donating group. As said nonionic functional group, a hydroxy group, a carbonyl group, an ether group (-O-) etc. can be mentioned, for example.
The anionic functional group is not particularly limited as long as it can be negatively charged. As said anionic functional group, a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, a sulfuric acid group etc. can be mentioned, for example.
化合物(A)としては、例えば、環構造を有するアミン(例えば第1級アミン、第2級アミン等)が挙げられ、さらに具体的には、例えば、脂環式アミン、芳香族アミン、複素環(ヘテロ環)アミン等が挙げられる。前記の通り、化合物(A)は、分子内に複数の環構造を有していてもよく、複数の環構造は、同じであっても異なっていてもよい。環構造を有するアミン化合物としては、熱的に、より安定な化合物が得られ易いため、芳香環構造を有する化合物がより好ましい。 Examples of the compound (A) include amines having a ring structure (for example, primary amines, secondary amines and the like), and more specifically, for example, alicyclic amines, aromatic amines, heterocycles (Heterocyclic) amines and the like. As described above, the compound (A) may have a plurality of ring structures in the molecule, and the plurality of ring structures may be the same or different. As the amine compound having a ring structure, a compound having an aromatic ring structure is more preferable because a thermally more stable compound is easily obtained.
また、分子内に環構造を有する重量平均分子量90以上600以下のアミン化合物としては、架橋剤(B)とともにイミド構造、イミドアミド構造、アミド構造などの熱架橋構造の数を多くし易く、耐熱性をより高めることができる点から、1級アミノ基を2つ有するジアミン化合物、1級アミノ基を3つ有するトリアミン化合物等が好ましい。 Moreover, as an amine compound having a weight average molecular weight of 90 or more and 600 or less having a ring structure in the molecule, the number of thermally crosslinked structures such as imide structure, imidamide structure, and amide structure can be easily increased with the crosslinking agent (B), and heat resistance From the viewpoint of being able to further enhance, it is preferable to use a diamine compound having two primary amino groups, a triamine compound having three primary amino groups, and the like.
脂環式アミンとしては、例えば、シクロヘキシルアミン、N−メチルシクロヘキシルアミンなどが挙げられる。
芳香族アミンとしては、例えば、ジアミノジフェニルエーテル、キシレンジアミン(好ましくはパラキシレンジアミン)、ジアミノベンゼン、ジアミノトルエン、メチレンジアニリン、ジメチルジアミノビフェニル、ビス(トリフルオロメチル)ジアミノビフェニル、ジアミノベンゾフェノン、ジアミノベンズアニリド、ビス(アミノフェニル)フルオレン、ビス(アミノフェノキシ)ベンゼン、ビス(アミノフェノキシ)ビフェニル、ジカルボキシジアミノジフェニルメタン、ジアミノレゾルシン、ジヒドロキシベンジジン、ジアミノベンジジン、1,3,5−トリアミノフェノキシベンゼン、2,2’−ジメチルベンジジン、トリス(4−アミノフェニル)アミン、2,7−ジアミノフルオレン、1,9−ジアミノフルオレン、ジベンジルアミンなどが挙げられる。
Examples of alicyclic amines include cyclohexylamine, N-methylcyclohexylamine and the like.
Examples of aromatic amines include diaminodiphenyl ether, xylene diamine (preferably paraxylene diamine), diaminobenzene, diaminotoluene, methylenedianiline, dimethyldiaminobiphenyl, bis (trifluoromethyl) diaminobiphenyl, diaminobenzophenone, diaminobenzanilide Bis (aminophenyl) fluorene, bis (aminophenoxy) benzene, bis (aminophenoxy) biphenyl, dicarboxydiaminodiphenylmethane, diaminoresorcinol, dihydroxybenzidine, diaminobenzidine, 1,3,5-triaminophenoxybenzene, 2,2 '-Dimethylbenzidine, tris (4-aminophenyl) amine, 2,7-diaminofluorene, 1,9-diaminofluorene, dibenzyl An amine etc. are mentioned.
複素環アミンとしては、例えば、窒素原子を含有する複素環構造を有する複素環アミンとして、メラミン、アンメリン、メラム、メレム等が挙げられる。また、硫黄原子を含有する複素環構造を有する複素環アミンとしては、例えば、5−チアゾールアミン、2−アミノベンゾチアゾール等が挙げられる。
更に、複素環構造と芳香族複素環以外の芳香環構造との両方を有するアミン化合物としては、N2,N4,N6−トリス(4−アミノフェニル)―1,3,5−トリアジン−2,4,6−トリアミン、2,4−ジアミノ−6−フェニル−1,3,5−トリアジンなどが挙げられる。
As the heterocyclic amine, for example, as a heterocyclic amine having a heterocyclic structure containing a nitrogen atom, melamine, ammerin, melam, melem etc. may be mentioned. Moreover, as a heterocyclic amine which has a heterocyclic structure containing a sulfur atom, 5-thiazole amine, 2-amino benzothiazole etc. are mentioned, for example.
Furthermore, as an amine compound having both a heterocyclic structure and an aromatic ring structure other than an aromatic heterocyclic ring, N2, N4, N6-tris (4-aminophenyl) -1,3,5-triazine-2,4 can be used. , 6-triamine, 2,4-diamino-6-phenyl-1,3,5-triazine and the like.
化合物(A)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 As the compound (A), one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
本実施形態において、半導体用膜形成用組成物中における化合物(A)の含有量は、特に制限されないが、例えば、組成物全体に対して0.001質量%以上20質量%以下とすることができ、0.01質量%以上20質量%以下であることが好ましく、0.05質量%以上10質量%以下であることがより好ましい。 In the present embodiment, the content of the compound (A) in the composition for film formation for a semiconductor is not particularly limited, but may be, for example, 0.001% by mass or more and 20% by mass or less with respect to the entire composition. The content is preferably 0.01% by mass or more and 20% by mass or less, and more preferably 0.05% by mass or more and 10% by mass or less.
(架橋剤(B))
本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物は、分子内に−C(=O)OX基(Xは、水素原子又は炭素数1以上6以下のアルキル基である)を3つ以上有し、3つ以上の−C(=O)OX基(以下、「COOX」とも称する。)のうち、1つ以上6つ以下が−C(=O)OH基(以下、「COOH」とも称する。)であり、重量平均分子量が200以上600以下である架橋剤(B)を含む。
(Crosslinking agent (B))
The composition for forming a film for a semiconductor according to the present embodiment has three or more —C (= O) OX groups (X is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms) in the molecule. Among the three or more —C (= O) OX groups (hereinafter also referred to as “COOX”), one or more and six or less are also referred to as —C (= O) OH groups (hereinafter also referred to as “COOH”). And a cross-linking agent (B) having a weight average molecular weight of 200 or more and 600 or less.
架橋剤(B)は、分子内に−C(=O)OX基(Xは、水素原子又は炭素数1以上6以下のアルキル基である。)を3つ以上有する化合物であるが、好ましくは、分子内に−C(=O)OX基を3つ以上6つ以下有する化合物であり、より好ましくは、分子内に−C(=O)OX基を3つ又は4つ有する化合物である。 The crosslinking agent (B) is a compound having three or more —C (= O) OX groups (X is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms) in the molecule, but preferably And a compound having three or more and six or less -C (= O) OX group in the molecule, and more preferably a compound having three or four -C (= O) OX group in the molecule.
架橋剤(B)において、−C(=O)OX基中のXとしては、水素原子又は炭素数1以上6以下のアルキル基が挙げられ、中でも、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基が好ましい。なお、−C(=O)OX基中のXは互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。 In the crosslinking agent (B), examples of X in -C (= O) OX group include a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and among them, a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group and a propyl group Is preferred. In addition, X in -C (= O) OX group may mutually be the same, and may differ.
架橋剤(B)は、分子内にXが水素原子である−C(=O)OH基を1つ以上6つ以下有する化合物であるが、好ましくは、分子内に−C(=O)OH基を1つ以上4つ以下有する化合物であり、より好ましくは、分子内に−C(=O)OH基を2つ以上4つ以下有する化合物であり、更に好ましくは、分子内に−C(=O)OH基を2つ又は3つ有する化合物である。 The crosslinking agent (B) is a compound having in the molecule one or more and six or less -C (= O) OH group in which X is a hydrogen atom, but preferably, in the molecule, -C (= O) OH It is a compound having one or more and four or less groups, more preferably a compound having two or more and four or less -C (= O) OH groups in the molecule, and still more preferably -C (in the molecule). OO) a compound having two or three OH groups.
架橋剤(B)は、重量平均分子量が200以上600以下の化合物である。好ましくは、200以上400以下の化合物である。 The crosslinking agent (B) is a compound having a weight average molecular weight of 200 or more and 600 or less. Preferably, it is a compound of 200 or more and 400 or less.
架橋剤(B)は、分子内に環構造を有することが好ましい。環構造としては、脂環構造、芳香環構造などが挙げられる。また、架橋剤(B)は、分子内に複数の環構造を有していてもよく、複数の環構造は、同じであっても異なっていてもよい。 The crosslinking agent (B) preferably has a ring structure in the molecule. The ring structure includes an alicyclic structure, an aromatic ring structure and the like. The crosslinking agent (B) may have a plurality of ring structures in the molecule, and the plurality of ring structures may be the same or different.
脂環構造としては、例えば、炭素数3以上8以下の脂環構造、好ましくは炭素数4以上6以下の脂環構造が挙げられ、環構造内は飽和であっても不飽和であってもよい。より具体的には、脂環構造としては、シクロプロパン環、シクロブタン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロヘプタン環、シクロオクタン環などの飽和脂環構造;シクロプロペン環、シクロブテン環、シクロペンテン環、シクロヘキセン環、シクロヘプテン環、シクロオクテン環などの不飽和脂環構造が挙げられる。 Examples of the alicyclic structure include alicyclic structures having 3 to 8 carbon atoms, preferably 4 to 6 carbon atoms, and the ring structure may be saturated or unsaturated. Good. More specifically, as an alicyclic structure, a saturated alicyclic structure such as cyclopropane ring, cyclobutane ring, cyclopentane ring, cyclohexane ring, cycloheptane ring, cyclooctane ring, etc .; cyclopropene ring, cyclobutene ring, cyclopentene ring, Examples thereof include unsaturated alicyclic structures such as cyclohexene ring, cycloheptene ring and cyclooctene ring.
芳香環構造としては、芳香族性を示す環構造であれば特に限定されず、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ペリレン環などのベンゼン系芳香環、ピリジン環、チオフェン環などの芳香族複素環(すなわち、芳香環構造かつ複素環構造である環構造)、フルオレン環、インデン環、アズレン環などの非ベンゼン系芳香環などが挙げられる。 The aromatic ring structure is not particularly limited as long as it is a ring structure exhibiting aromaticity, and is, for example, an aromatic ring such as benzene ring, benzene ring such as naphthalene ring, anthracene ring and perylene ring, pyridine ring and thiophene ring Heterocyclic rings (that is, ring structures having an aromatic ring structure and a heterocyclic ring structure), non-benzene aromatic rings such as a fluorene ring, an indene ring and an azulene ring, and the like can be mentioned.
複素環構造としては、ヘテロ原子として硫黄原子を含む複素環(例えば、チオフェン環)、又は、ヘテロ原子として窒素原子を含む複素環(例えば、ピロール環、ピロリジン環、ピラゾール環、イミダゾール環、トリアゾール環等の5員環;イソシアヌル環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピペリジン環、ピペラジン環、トリアジン環等の6員環;インドール環、インドリン環、キノリン環、アクリジン環、ナフチリジン環、キナゾリン環、プリン環、キノキサリン環等の縮合環等)などが挙げられる。 As the heterocyclic structure, a heterocyclic ring containing a sulfur atom as a hetero atom (for example, thiophene ring), or a heterocyclic ring containing a nitrogen atom as a hetero atom (for example, pyrrole ring, pyrrolidine ring, pyrazole ring, pyrazole ring, imidazole ring, triazole ring 6 membered rings such as isocyanuric ring, pyridine ring, pyridazine ring, pyrimidine ring, pyrazine ring, piperidine ring, piperazine ring, triazine ring, etc .; indole ring, indoline ring, quinoline ring, quinoline ring, acridine ring, naphthyridine ring, And quinazoline rings, purine rings, fused rings such as quinoxaline rings, and the like.
架橋剤(B)が分子内に有する環構造としては、例えば、シクロブタン環、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、ベンゼン環及びナフタレン環からなる群より選択される少なくとも1つが好ましく、半導体用膜形成用組成物から得られる膜の耐熱性をより高める点から、ベンゼン環及びナフタレン環の少なくとも一方がより好ましい。 As a ring structure which a crosslinking agent (B) has in a molecule | numerator, at least one selected from the group which consists of a cyclobutane ring, a cyclopentane ring, a cyclohexane ring, a benzene ring, and a naphthalene ring is preferable, for example, The composition for film formation for semiconductors From the viewpoint of further improving the heat resistance of the film obtained from the material, at least one of a benzene ring and a naphthalene ring is more preferable.
前述したように、架橋剤(B)は、分子内に複数の環構造を有していてもよく、環構造がベンゼンの場合、ビフェニル構造、ベンゾフェノン構造、ジフェニルエーテル構造などを有してもよい。 As described above, the crosslinking agent (B) may have a plurality of ring structures in the molecule, and when the ring structure is benzene, it may have a biphenyl structure, a benzophenone structure, a diphenyl ether structure, and the like.
架橋剤(B)は、分子内にフッ素原子を有することが好ましく、分子内に1つ以上6つ以下のフッ素原子を有することがより好ましく、分子内に3つ以上6つ以下のフッ素原子を有することが更に好ましい。例えば、架橋剤(B)は、分子内にフルオロアルキル基を有していてもよく、具体的には、トリフルオロアルキル基又はヘキサフルオロイソプロピル基を有していてもよい。 The crosslinking agent (B) preferably has a fluorine atom in the molecule, more preferably has 1 or more and 6 or less fluorine atoms in the molecule, and has 3 or more and 6 or less fluorine atoms in the molecule. It is more preferable to have. For example, the crosslinking agent (B) may have a fluoroalkyl group in the molecule, and specifically, may have a trifluoroalkyl group or a hexafluoroisopropyl group.
さらに、架橋剤(B)としては、脂環カルボン酸、ベンゼンカルボン酸、ナフタレンカルボン酸、ジフタル酸、フッ化芳香環カルボン酸などのカルボン酸化合物;脂環カルボン酸エステル、ベンゼンカルボン酸エステル、ナフタレンカルボン酸エステル、ジフタル酸エステル、フッ化芳香環カルボン酸エステルなどのカルボン酸エステル化合物が挙げられる。なお、カルボン酸エステル化合物は、分子内にカルボキシ基(−C(=O)OH基)を有し、かつ、3つ以上の−C(=O)OX基において、少なくとも一つのXが炭素数1以上6以下のアルキル基(すなわち、エステル結合を有する)である化合物である。本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物では、架橋剤(B)がカルボン酸エステル化合物であることにより、組成物中における化合物(A)と架橋剤(B)との会合による凝集が抑制され、凝集体及びピットが少なくなり、かつ平滑性がより高い膜や膜厚の大きな膜を得ること及び膜厚の調整が容易となる。 Furthermore, as the crosslinking agent (B), carboxylic acid compounds such as alicyclic carboxylic acid, benzene carboxylic acid, naphthalene carboxylic acid, diphthalic acid and fluorinated aromatic carboxylic acid; alicyclic carboxylic acid ester, benzene carboxylic acid ester, naphthalene Examples thereof include carboxylic acid ester compounds such as carboxylic acid ester, diphthalic acid ester and fluorinated aromatic ring carboxylic acid ester. In addition, a carboxylic acid ester compound has a carboxy group (-C (= O) OH group) in the molecule, and at least one X in the three or more -C (= O) OX group is a carbon number It is a compound which is an alkyl group of 1 or more and 6 or less (that is, having an ester bond). In the composition for forming a film for a semiconductor according to the present embodiment, the crosslinking agent (B) is a carboxylic acid ester compound, thereby suppressing aggregation due to association between the compound (A) and the crosslinking agent (B) in the composition. As a result, the number of aggregates and pits is reduced, and a film having a higher smoothness and a larger film thickness can be easily obtained and the film thickness can be easily adjusted.
前記カルボン酸化合物としては、−C(=O)OH基を4つ以下含む4価以下のカルボン酸化合物であることが好ましく、−C(=O)OH基を3つ又は4つ含む3価又は4価のカルボン酸化合物であることがより好ましい。 The carboxylic acid compound is preferably a tetravalent or less carboxylic acid compound containing four or less —C (= O) OH groups, and a trivalent containing three or four —C ((O) OH groups. Or a tetravalent carboxylic acid compound is more preferred.
前記カルボン酸エステル化合物としては、分子内にカルボキシ基(−C(=O)OH基)を3つ以下含み、かつエステル結合を3つ以下含む化合物であることが好ましく、分子内にカルボキシ基を2つ以下含み、かつエステル結合を2つ以下含む化合物であることがより好ましい。 The carboxylic acid ester compound is preferably a compound containing three or less carboxy groups (-C (= O) OH group) in the molecule and three or less ester bonds, and the carboxy group is preferably contained in the molecule. It is more preferable that it is a compound containing two or less and containing two or less ester bonds.
また、前記カルボン酸エステル化合物では、3つ以上の−C(=O)OX基において、Xが炭素数1以上6以下のアルキル基である場合、Xは、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などが好ましいが、組成物中における化合物(A)と架橋剤(B)との会合による凝集をより抑制する点から、エチル基又はプロピル基であることが好ましい。 In the carboxylic acid ester compound, when X is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms in three or more -C (= O) OX groups, X is a methyl group, an ethyl group, a propyl group, Although a butyl group etc. are preferable, it is preferable that it is an ethyl group or a propyl group from the point which suppresses aggregation more by association with a compound (A) and a crosslinking agent (B) in a composition more.
前記カルボン酸化合物の具体例としては、これらに限定されないが、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸、1,3,5−シクロヘキサントリカルボン酸、1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸、1,2,3,4,5,6−シクロヘキサンヘキサカルボン酸等の脂環カルボン酸;1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,3,5−ベンゼントリカルボン酸、ピロメリット酸、ベンゼンペンタカルボン酸、メリト酸等のベンゼンカルボン酸;1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸等のナフタレンカルボン酸;3,3’,5,5’−テトラカルボキシジフェニルメタン、ビフェニル−3,3’,5,5’−テトラカルボン酸、ビフェニル−3,4’,5−トリカルボン酸、ビフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸、ベンゾフェノン−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸;4,4’−オキシジフタル酸、3,4’−オキシジフタル酸、1,3−ビス(フタル酸)テトラメチルジシロキサン、4,4’−(エチン−1,2−ジニル)ジフタル酸(4,4'-(Ethyne-1,2-diyl)diphthalic acid)、4,4‘−(1,4−フェニレンビス(オキシ))ジフタル酸(4,4'-(1,4-phenylenebis(oxy))diphthalic acid)、4,4’−([1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジルビス(オキシ))ジフタル酸(4,4'-([1,1'-biphenyl]-4,4'-diylbis(oxy))diphthalic acid)、4,4’−((オキシビス(4,1−フェニレン))ビス(オキシ))ジフタル酸(4,4'-((oxybis(4,1-phenylene))bis(oxy))diphthalic acid)等のジフタル酸;ペリレン−3,4,9,10−テトラカルボン酸等のペリレンカルボン酸;アントラセン−2,3,6,7−テトラカルボン酸等のアントラセンカルボン酸;4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸、9,9−ビス(トリフルオロメチル)−9H−キサンテン−2,3,6,7−テトラカルボン酸、1,4−ジトリフルオロメチルピロメリット酸等のフッ化芳香環カルボン酸;3,3',3''-(2,4,6-トリオキソ-1,3,5-トリアジン-1,3,5-トリル)トリプロピオン酸(3,3',3''-(2,4,6-trioxo-1,3,5-triazinane-1,3,5-triyl)tripropionic acid)等の複素環カルボン酸;等が挙げられる。 Specific examples of the carboxylic acid compounds include, but are not limited to, 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic acid, 1,2,3,4-cyclopentanetetracarboxylic acid, 1,3,5-cyclohexane Alicyclic carboxylic acids such as tricarboxylic acid, 1,2,4-cyclohexanetricarboxylic acid, 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic acid, 1,2,3,4,5,6-cyclohexanehexacarboxylic acid; 1 , 2,4-benzene tricarboxylic acid, 1,3,5-benzene tricarboxylic acid, pyromellitic acid, benzene pentacarboxylic acid, benzene carboxylic acids such as mellitic acid; 1,4,5,8-naphthalene tetracarboxylic acid, 2 Naphthalene carboxylic acids such as 3,3,6,7-naphthalene tetracarboxylic acid; 3,3 ', 5,5'-tetracarboxydiphenyl Tan, biphenyl-3,3 ', 5,5'-tetracarboxylic acid, biphenyl-3,4', 5-tricarboxylic acid, biphenyl-3,3 ', 4,4'-tetracarboxylic acid, benzophenone-3, 3 ', 4,4'-tetracarboxylic acid; 4,4'-oxydiphthalic acid, 3,4'-oxydiphthalic acid, 1,3-bis (phthalic acid) tetramethyldisiloxane, 4,4'-(ethine-) 1,2-Dinyl) diphthalic acid (4,4 ′-(Ethyne-1,2-diyl) diphthalic acid), 4,4 ′-(1,4-phenylene bis (oxy)) diphthalic acid (4,4 ′ -(1,4-phenylenebis (oxy)) diphthalic acid), 4,4 '-([1,1'-biphenyl] -4,4'-zylbis (oxy)) diphthalic acid (4,4'-([ 1,1'-biphenyl] -4,4'-diylbis (oxy) diphthalic acid), 4,4 '-((oxybis (4,1-phenylene)) bis (oxy)) diphthalic acid Diphthalic acid such as acid (4,4 ′-((oxybis (4,1-phenylene)) bis (oxy)) diphthalic acid; perylene carboxylic acid such as perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid; Anthracene carboxylic acids such as anthracene-2,3,6,7-tetracarboxylic acid; 4,4 '-(hexafluoroisopropylidene) diphthalic acid, 9,9-bis (trifluoromethyl) -9H-xanthene-2, A fluorinated aromatic carboxylic acid carboxylic acid such as 3,6,7-tetracarboxylic acid, 1,4-ditrifluoromethyl pyromellitic acid; 3,3 ′, 3 ′ ′-(2,4,6-trioxo-1,3 , 5-Triazine-1,3,5-tolyl) tripropionic acid (3,3 ', 3' '-(2,4,6-trioxo-1,3,5-triazinane-1,3,5-triyl) and heterocyclic carboxylic acids such as tripropionic acid) and the like.
前記カルボン酸エステル化合物の具体例としては、前述のカルボン酸化合物の具体例における少なくとも1つのカルボキシ基がエステル基に置換された化合物が挙げられる。カルボン酸エステル化合物としては、例えば、下記一般式(B−1)〜(B−6)で表されるハーフエステル化された化合物が挙げられる。 As a specific example of the said carboxylic acid ester compound, the compound by which the at least 1 carboxy group in the specific example of the above-mentioned carboxylic acid compound was substituted by the ester group is mentioned. As a carboxylic acid ester compound, the half-esterified compound represented by the following general formula (B-1)-(B-6) is mentioned, for example.
一般式(B−1)〜(B−6)におけるRは、炭素数1以上6以下のアルキル基であり、中でもメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基が好ましく、エチル基、プロピル基がより好ましい。 R in the general formulas (B-1) to (B-6) is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, among which a methyl group, an ethyl group, a propyl group and a butyl group are preferable, and an ethyl group and a propyl group are preferable. More preferable.
ハーフエステル化された化合物は、例えば、前述のカルボン酸化合物の無水物であるカルボン酸無水物を、アルコール溶媒に混合し、カルボン酸無水物を開環させて生成することが可能である。 The half-esterified compound can be produced, for example, by mixing a carboxylic acid anhydride, which is an anhydride of the above-mentioned carboxylic acid compound, in an alcohol solvent and opening the carboxylic acid anhydride.
本実施形態において、半導体用膜形成用組成物中における架橋剤(B)の含有量は、特に制限されないが、例えば、化合物(A)中の全窒素原子の数に対する架橋剤(B)中のカルボキシ基の数の比率(COOH/N)は、0.1以上3.0以下であることが好ましく、0.3以上2.5以下であることがより好ましく、0.4以上2.2以下であることが更に好ましい。COOH/Nが0.1以上3.0以下であることにより、半導体用膜形成用組成物を用いることで、加熱処理後に化合物(A)と架橋剤(B)との間にアミド、イミドなどの架橋構造を有し、耐熱性により優れた膜を製造することができる。 In the present embodiment, the content of the crosslinking agent (B) in the composition for film formation for a semiconductor is not particularly limited, and, for example, the content in the crosslinking agent (B) relative to the number of total nitrogen atoms in the compound (A). The ratio of the number of carboxy groups (COOH / N) is preferably 0.1 or more and 3.0 or less, more preferably 0.3 or more and 2.5 or less, and 0.4 or more and 2.2 or less It is further preferred that When COOH / N is 0.1 or more and 3.0 or less, by using the composition for forming a film for a semiconductor, an amide, an imide, or the like can be formed between the compound (A) and the crosslinking agent (B) after the heat treatment. It is possible to produce a film which has a cross-linked structure and is more excellent in heat resistance.
(添加剤(C))
本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物は、アミノ基を有さずカルボキシ基を有する重量平均分子量46以上195以下の酸(C−1)及び環構造を有さず窒素原子を有する重量平均分子量17以上120以下の塩基(C−2)からなる群より選ばれる少なくとも1種の添加剤(C)を含む。
半導体用膜形成用組成物は、添加剤(C)として、酸(C−1)のみを含んでもよく、塩基(C−2)のみを含んでもよく、酸(C−1)及び塩基(C−2)の両方を含んでもよい。
(Additive (C))
The composition for forming a film for a semiconductor according to this embodiment has a weight average molecular weight of 46 or more and 195 or less acid (C-1) having no amino group and having a carboxy group, and a weight having a nitrogen atom without having a ring structure. It includes at least one additive (C) selected from the group consisting of bases (C-2) having an average molecular weight of 17 or more and 120 or less.
The composition for film formation for semiconductors may contain only an acid (C-1) as an additive (C), may contain only a base (C-2), an acid (C-1) and a base (C). -2) may be included.
酸(C−1)は、アミノ基を有さずカルボキシ基を有する重量平均分子量46以上195以下の酸である。本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物は、添加剤(C)として酸(C−1)を含むことにより、化合物(A)におけるアミノ基と酸(C−1)におけるカルボキシ基とがイオン結合を形成することで、化合物(A)と架橋剤(B)との会合による凝集が抑制されると推測される。より詳細には、化合物(A)におけるアミノ基に由来するアンモニウムイオンと酸(C−1)におけるカルボキシ基に由来するカルボキシラートイオンとの相互作用(例えば、静電相互作用)が、化合物(A)におけるアミノ基に由来するアンモニウムイオンと架橋剤(B)におけるカルボキシ基に由来するカルボキシラートイオンとの相互作用よりも強いため、凝集が抑制されると推測される。なお、本発明は上記推測によって何ら限定されない。 An acid (C-1) is an acid which has a weight average molecular weight 46 or more and 195 or less which does not have an amino group and has a carboxy group. By containing the acid (C-1) as the additive (C), the composition for forming a film for a semiconductor according to the present embodiment is such that the amino group in the compound (A) and the carboxy group in the acid (C-1) are By forming an ionic bond, it is speculated that aggregation due to association of the compound (A) with the crosslinker (B) is suppressed. More specifically, the interaction (for example, electrostatic interaction) between the ammonium ion derived from the amino group in the compound (A) and the carboxylate ion derived from the carboxy group in the acid (C-1) is the compound (A). Since it is stronger than the interaction between the ammonium ion derived from the amino group in (1) and the carboxylate ion derived from the carboxy group in the crosslinker (B), it is presumed that the aggregation is suppressed. The present invention is not limited by the above estimation.
酸(C−1)としては、アミノ基を有さず、カルボキシ基を有し、かつ重量平均分子量46以上195以下の化合物であれば特に限定されず、モノカルボン酸化合物、ジカルボン酸化合物、オキシジカルボン酸化合物などが挙げられる。より具体的には、酸(C−1)としては、ギ酸、酢酸、マロン酸、シュウ酸、クエン酸、安息香酸、乳酸、グリコール酸、グリセリン酸、酪酸、メトキシ酢酸、エトキシ酢酸、フタル酸、テレフタル酸、ピコリン酸、サリチル酸、3,4,5−トリヒドロキシ安息香酸などが挙げられる。 The acid (C-1) is not particularly limited as long as it is a compound having no amino group, a carboxy group, and a weight average molecular weight of 46 or more and 195 or less, and a monocarboxylic acid compound, a dicarboxylic acid compound, oxy A dicarboxylic acid compound etc. are mentioned. More specifically, as the acid (C-1), formic acid, acetic acid, malonic acid, oxalic acid, citric acid, benzoic acid, lactic acid, glycolic acid, glyceric acid, butyric acid, methoxyacetic acid, ethoxyacetic acid, phthalic acid, Terephthalic acid, picolinic acid, salicylic acid, 3,4,5-trihydroxybenzoic acid and the like can be mentioned.
本実施形態において、半導体用膜形成用組成物中における酸(C−1)の含有量は、特に制限されないが、例えば、化合物(A)中の全窒素原子の数に対する酸(C−1)中のカルボキシ基の数の比率(COOH/N)が、0.01以上10以下であることが好ましく、0.02以上6以下であることがより好ましく、0.5以上3以下が更に好ましい。 In the present embodiment, the content of the acid (C-1) in the composition for film formation for a semiconductor is not particularly limited, and, for example, the acid (C-1) with respect to the number of total nitrogen atoms in the compound (A) The ratio (COOH / N) of the number of carboxy groups in the group is preferably 0.01 or more and 10 or less, more preferably 0.02 or more and 6 or less, and still more preferably 0.5 or more and 3 or less.
塩基(C−2)は、環構造を有さず窒素原子を有する重量平均分子量17以上120以下の塩基である。本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物は、添加剤(C)として塩基(C−2)を含むことにより、架橋剤(B)におけるカルボキシ基と塩基(C−2)におけるアミノ基とがイオン結合を形成することで、化合物(A)と架橋剤(B)との会合による凝集が抑制されると推測される。より詳細には、架橋剤(B)におけるカルボキシ基に由来するカルボキシラートイオンと塩基(C−2)におけるアミノ基に由来するアンモニウムイオンとの相互作用が、化合物(A)におけるアミノ基に由来するアンモニウムイオンと架橋剤(B)におけるカルボキシ基に由来するカルボキシラートイオンとの相互作用よりも強いため、凝集が抑制されると推測される。なお、本発明は上記推測によって何ら限定されない。 The base (C-2) is a base having a ring structure and having a nitrogen atom and having a weight average molecular weight of 17 or more and 120 or less. The composition for forming a film for a semiconductor according to the present embodiment contains the base (C-2) as the additive (C), whereby the carboxy group in the crosslinking agent (B) and the amino group in the base (C-2) It is inferred that aggregation due to association between the compound (A) and the crosslinking agent (B) is suppressed by the formation of an ionic bond. More specifically, the interaction between the carboxylate ion derived from the carboxy group in the crosslinking agent (B) and the ammonium ion derived from the amino group in the base (C-2) is derived from the amino group in the compound (A) It is speculated that aggregation is suppressed because the interaction between the ammonium ion and the carboxylate ion derived from the carboxy group in the crosslinking agent (B) is stronger. The present invention is not limited by the above estimation.
塩基(C−2)としては、環構造を有さず、窒素原子を有し、かつ重量平均分子量17以上120以下の化合物であれば特に限定されず、モノアミン化合物、ジアミン化合物などが挙げられる。より具体的には、塩基(C−2)としては、アンモニア、エチルアミン、エタノールアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、N−アセチルエチレンジアミン、N−(2−アミノエチル)エタノールアミン、N−(2−アミノエチル)グリシンなどが挙げられる。 The base (C-2) is not particularly limited as long as it is a compound having no ring structure, a nitrogen atom, and a weight average molecular weight of 17 or more and 120 or less, and a monoamine compound, a diamine compound, etc. may be mentioned. More specifically, as the base (C-2), ammonia, ethylamine, ethanolamine, diethylamine, triethylamine, ethylenediamine, N-acetylethylenediamine, N- (2-aminoethyl) ethanolamine, N- (2-amino) Ethyl) glycine and the like.
本実施形態において、半導体用膜形成用組成物中における塩基(C−2)の含有量は、特に制限されないが、例えば、架橋剤(B)中のカルボキシ基の数に対する塩基(C−2)中の窒素原子の数の比率(N/COOH)が、0.5以上15以下であることが好ましく、0.9以上10以下であることがより好ましい。また、架橋剤(B)において、−C(=O)OX基中のXとして炭素数1以上6以下のアルキル基を有する場合、架橋剤(B)中のカルボキシ基の数に対する塩基(C−2)中の窒素原子の数の比率(N/COOH)が、5以上10以下であることがさらに好ましい。 In the present embodiment, the content of the base (C-2) in the composition for forming a film for a semiconductor is not particularly limited. For example, the base (C-2) relative to the number of carboxy groups in the crosslinking agent (B) The ratio of the number of nitrogen atoms (N / COOH) is preferably 0.5 or more and 15 or less, and more preferably 0.9 or more and 10 or less. In addition, in the crosslinking agent (B), when it has an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms as X in -C (= O) OX group, the base (C-to the number of carboxy groups in the crosslinking agent (B) More preferably, the ratio (N / COOH) of the number of nitrogen atoms in 2) is 5 or more and 10 or less.
(極性溶媒(D))
本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物は、極性溶媒(D)を含む。ここで、極性溶媒(D)とは、室温(25℃)における比誘電率が5以上である溶媒を指す。極性溶媒(D)としては、具体的には、水、重水などのプロトン性無機化合物;メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、イソブチルアルコール、イソペンチルアルコール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、ベンジルアルコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、グリセリンなどのアルコール類;テトラヒドロフラン、ジメトキシエタンなどのエーテル類;フルフラール、アセトン、エチルメチルケトン、シクロヘキサンなどのアルデヒド・ケトン類;無水酢酸、酢酸エチル、酢酸ブチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、ホルムアルデヒド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル-2-ピロリドン、ヘキサメチルリン酸アミドなどの酸誘導体;アセトニトリル、プロピロニトリルなどのニトリル類;ニトロメタン、ニトロベンゼンなどのニトロ化合物;ジメチルスルホキシドなどの硫黄化合物;等が挙げられる。極性溶媒(D)としては、プロトン性溶媒を含むことが好ましく、水を含むことがより好ましく、超純水を含むことが更に好ましい。
半導体用膜形成用組成物中における極性溶媒(D)の含有量は、特に限定されないが、例えば、組成物全体に対して1.0質量%以上99.99896質量%以下が挙げられ、40質量%以上99.99896質量%以下であることが好ましい。
(Polar solvent (D))
The composition for film formation for semiconductors concerning this embodiment contains a polar solvent (D). Here, the polar solvent (D) refers to a solvent having a dielectric constant of 5 or more at room temperature (25 ° C.). Specific examples of the polar solvent (D) include protic inorganic compounds such as water and heavy water; methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, isopentyl alcohol, Alcohols such as cyclohexanol, ethylene glycol, propylene glycol, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, benzyl alcohol, diethylene glycol, triethylene glycol and glycerin; ethers such as tetrahydrofuran and dimethoxyethane; furfural, acetone, ethyl methyl ketone Aldehydes and ketones such as cyclohexane; acetic anhydride, ethyl acetate, butyl acetate, ethylene carbonate, propylene carbonate, formaldehyde, N-methyl formamide, N, -Acid derivatives such as dimethylformamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone and hexamethylphosphoric acid amide; Nitriles such as acetonitrile and propronitrile; Nitro such as nitromethane and nitrobenzene Compounds; sulfur compounds such as dimethyl sulfoxide; and the like. The polar solvent (D) preferably contains a protic solvent, more preferably water, and still more preferably ultrapure water.
Although content of the polar solvent (D) in the composition for film formation for semiconductors is not specifically limited, For example, 1.0 mass% or more and 99.99896 mass% or less are mentioned with respect to the whole composition, 40 mass It is preferable that it is% or more and 99.99896 mass% or less.
(その他の成分)
本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物は、ナトリウム及びカリウムの含有量がそれぞれ元素基準で10質量ppb以下であることが好ましい。ナトリウム又はカリウムの含有量がそれぞれ元素基準で10質量ppb以下であれば、トランジスタの動作不良など半導体装置の電気特性に不都合が発生することを抑制できる。
(Other ingredients)
The composition for forming a film for a semiconductor according to this embodiment preferably has a content of sodium and potassium of 10 mass ppb or less on an element basis. When the content of sodium or potassium is 10 mass ppb or less on an element basis, occurrence of inconvenience in the electrical characteristics of the semiconductor device such as malfunction of the transistor can be suppressed.
本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物は、極性溶媒(D)以外の溶媒を含んでいてもよく、例えば、ノルマルヘキサンなどが挙げられる。 The composition for forming a film for a semiconductor according to the present embodiment may contain a solvent other than the polar solvent (D), and examples thereof include normal hexane and the like.
また、本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物は、例えば銅の腐食を抑制するため、ベンゾトリアゾール又はその誘導体を含有していてもよい。 Further, the composition for forming a film for a semiconductor according to the present embodiment may contain, for example, benzotriazole or a derivative thereof in order to suppress corrosion of copper.
本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物のpHとしては、特に限定されないが、2.0以上12.0以下であることが好ましい。 The pH of the composition for forming a film for a semiconductor according to the present embodiment is not particularly limited, but is preferably 2.0 or more and 12.0 or less.
〔半導体用膜形成用組成物の製造方法〕
以下、本発明の一実施形態に係る半導体用膜形成用組成物の製造方法について説明する。本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物の製造方法は、化合物(A)と、架橋剤(B)と、カルボキシ基を有する重量平均分子量46以上195以下の酸(C−1)及び窒素原子を有する重量平均分子量17以上120以下の環構造を有さない塩基(C−2)からなる群より選ばれる少なくとも1種の添加剤(C)と、を混合する混合工程を含む。なお、添加剤(C)を添加するタイミングは特に限定されない。
なお、前述のように、半導体用膜形成用組成物は、極性溶媒(D)を含んでいるが、半導体用膜形成用組成物を製造する任意のタイミングにて、極性溶媒(D)を添加してもよい。すなわち、化合物(A)、架橋剤(B)、及び添加剤(C)にそれぞれ極性溶媒(D)を添加してもよく、これらの混合物(例えば、化合物(A)と添加剤(C)との混合物、架橋剤(B)と添加剤(C)との混合物、化合物(A)と架橋剤(B)と添加剤(C)との混合物等)に極性溶媒(D)を添加してもよい。また、その他の成分を添加するタイミングも特に限定されない。
[Method for producing composition for film formation for semiconductor]
Hereinafter, the manufacturing method of the composition for film formation for semiconductors which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated. The method for producing a composition for forming a film for a semiconductor according to the present embodiment comprises a compound (A), a crosslinking agent (B), and an acid (C-1) having a weight average molecular weight of 46 to 195 having a carboxy group and nitrogen The mixing process which mixes the at least 1 sort (s) of additive (C) chosen from the group which consists of a base (C-2) which does not have a ring structure of weight average molecular weight 17 or more and 120 or less which has an atom is included. In addition, the timing which adds an additive (C) is not specifically limited.
As mentioned above, although the composition for film formation for semiconductors contains a polar solvent (D), a polar solvent (D) is added at arbitrary timing which manufactures a composition for film formation for semiconductors. You may That is, the polar solvent (D) may be added to the compound (A), the crosslinking agent (B), and the additive (C), respectively, or a mixture thereof (for example, the compound (A) and the additive (C) Mixtures of the cross-linking agent (B) and the additive (C), and mixtures of the compound (A), the cross-linking agent (B) and the additive (C), etc. Good. Moreover, the timing which adds another component is not specifically limited, either.
また、添加剤(C)として酸(C−1)を添加する場合、混合工程は、酸(C−1)と化合物(A)との混合物と、架橋剤(B)と、を混合する工程であることが好ましい。すなわち、化合物(A)と架橋剤(B)とを混合する前に、化合物(A)と酸(C−1)とを予め混合しておくことが好ましい。これにより、化合物(A)と架橋剤(B)とを混合した際に、組成物の白濁及びゲル化(ゲル化すると組成物の透明化に時間がかかる場合があり、好ましくない)を好適に抑制することができる。 Moreover, when adding an acid (C-1) as an additive (C), a mixing process mixes the mixture of an acid (C-1) and a compound (A), and a crosslinking agent (B) Is preferred. That is, it is preferable to previously mix a compound (A) and an acid (C-1), before mixing a compound (A) and a crosslinking agent (B). Thereby, when the compound (A) and the crosslinking agent (B) are mixed, clouding and gelation of the composition (the gelation may take a long time to clarify the composition, which is not preferable) are preferable. It can be suppressed.
また、添加剤(C)として塩基(C−2)を添加する場合、混合工程は、塩基(C−2)と架橋剤(B)との混合物と、化合物(A)と、を混合する工程であることが好ましい。すなわち、化合物(A)と架橋剤(B)とを混合する前に、架橋剤(B)と塩基(C−2)とを予め混合しておくことが好ましい。これにより、化合物(A)と架橋剤(B)とを混合した際に、組成物の白濁及びゲル化(ゲル化すると組成物の透明化に時間がかかる場合があり、好ましくない)を好適に抑制することができる。 Moreover, when adding a base (C-2) as an additive (C), a mixing process mixes the mixture of a base (C-2) and a crosslinking agent (B), and a compound (A) Is preferred. That is, before mixing a compound (A) and a crosslinking agent (B), it is preferable to mix a crosslinking agent (B) and a base (C-2) previously. Thereby, when the compound (A) and the crosslinking agent (B) are mixed, clouding and gelation of the composition (the gelation may take a long time to clarify the composition, which is not preferable) are preferable. It can be suppressed.
〔半導体用部材の製造方法〕
以下、本実施形態に係る半導体用部材の製造方法について説明する。本実施形態に係る半導体用部材の製造方法は、半導体用膜形成用組成物を基板に付与する付与工程と、半導体用膜形成用組成物が付与された基板を温度100℃以上425℃以下(好ましくは250℃以上425℃以下)の条件で加熱する加熱工程と、を有する。
[Method of manufacturing member for semiconductor]
Hereinafter, the manufacturing method of the member for semiconductors concerning this embodiment is explained. In the method for manufacturing a member for a semiconductor according to the present embodiment, an applying step of applying a composition for forming a film for a semiconductor to a substrate, and a substrate to which the composition for forming a film for a semiconductor is applied And the heating step of heating under the conditions of 250 ° C. or more and 425 ° C. or less).
<付与工程>
本実施形態における付与工程は、半導体用膜形成用組成物を基板に付与する工程である。
基板としては、シリコン基板等の半導体基板、ガラス基板、石英基板、ステンレス基板、プラスチック基板等が挙げられる。基板の形状も特に制限されず、板状、皿状等のいずれであってもよい。例えば、シリコン基板としては、層間絶縁層(Low−k膜)が形成されたシリコン基板であってもよく、また、シリコン基板には、微細な溝(凹部)、微細な貫通孔などが形成されていてもよい。
<Applying process>
The applying step in the present embodiment is a step of applying the composition for forming a film for semiconductor to a substrate.
Examples of the substrate include semiconductor substrates such as silicon substrates, glass substrates, quartz substrates, stainless steel substrates, plastic substrates and the like. The shape of the substrate is also not particularly limited, and may be plate-like, plate-like or the like. For example, the silicon substrate may be a silicon substrate on which an interlayer insulating layer (low-k film) is formed, and a fine groove (concave portion), a fine through hole, etc. are formed in the silicon substrate. It may be
本実施形態における付与工程において、半導体用膜形成用組成物を付与する方法としては特に制限はなく、通常用いられる方法を用いることができる。
通常用いられる方法としては、例えば、ディッピング法、スプレー法、スピンコート法、バーコード法などが挙げられる。例えば、ミクロンサイズの膜厚を有する膜を形成する場合、バーコード法を用いることが好ましく、ナノサイズ(数nm〜数百nm)の膜厚を有する膜を形成する場合、スピンコート法を用いることが好ましい。
There is no restriction | limiting in particular as a method to apply the composition for film formation for semiconductors in the provision process in this embodiment, The method used normally can be used.
Examples of commonly used methods include dipping, spraying, spin coating, and barcode methods. For example, in the case of forming a film having a film thickness of micron size, it is preferable to use the barcode method, and in the case of forming a film having a film thickness of nanosize (several nm to several hundreds of nm), a spin coating method is used. Is preferred.
例えば、スピンコート法による半導体用膜形成用組成物の付与方法としては特に限定はなく、例えば、基板をスピンコーターで回転させながら、基板の表面に半導体用膜形成用組成物を滴下し、次いで基板の回転数を上げて乾燥させる方法を用いることができる。
スピンコート法による半導体用膜形成用組成物の付与方法において、基板の回転数、半導体用膜形成用組成物の滴下量及び滴下時間、乾燥時の基板の回転数などの諸条件については特に制限はなく、形成する膜の厚さなどを考慮しながら適宜調整できる。
For example, the method for applying the composition for film formation for a semiconductor by spin coating is not particularly limited. For example, while rotating the substrate with a spin coater, the composition for film formation for a semiconductor is dropped on the surface of the substrate and then It is possible to use a method in which the number of rotations of the substrate is increased and dried.
In the method of applying the composition for film formation for semiconductor by spin coating method, various conditions such as the number of rotations of the substrate, the dropping amount and dropping time of the composition for film formation for semiconductor, and the number of rotations of the substrate at drying are particularly limited. However, the thickness can be appropriately adjusted in consideration of the thickness of the film to be formed.
<乾燥工程>
本実施形態に係る製造方法は、後述する加熱工程の前に、半導体用膜形成用組成物が付与された基板を、温度80℃以上250℃以下の条件で乾燥する乾燥工程を有していてもよい。なお、前記温度は、基板の半導体用膜形成用組成物が付与された面の温度を指す。
上記温度は、90℃以上200℃以下がより好ましく、100℃以上150℃以下がより好ましい。
<Drying process>
The manufacturing method according to the present embodiment has a drying step of drying the substrate to which the composition for film formation for a semiconductor is applied under the conditions of a temperature of 80 ° C. or more and 250 ° C. or less before the heating step described later. It is also good. In addition, the said temperature points out the temperature of the surface where the composition for film formation for semiconductors of the board | substrate was provided.
As for the said temperature, 90 degreeC or more and 200 degrees C or less are more preferable, and 100 degreeC or more and 150 degrees C or less are more preferable.
本工程における乾燥は通常の方法によって行うことができるが、例えばホットプレートを用いて行うことができる。
本工程における乾燥を行う雰囲気には特に制限はなく、例えば、大気雰囲気下で行ってもよいし、不活性ガス(窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等)雰囲気下で行なってもよい。
Drying in this step can be performed by a conventional method, but can be performed using, for example, a hot plate.
There is no restriction | limiting in particular in the atmosphere which performs the drying in this process, For example, you may carry out in air | atmosphere atmosphere, and you may carry out in inert gas (nitrogen gas, argon gas, helium gas, etc.) atmosphere.
乾燥時間については特に制限はないが、300秒以下が好ましく、200秒以下がより好ましく、120秒以下が更に好ましく、80秒以下が特に好ましい。
乾燥時間の下限には特に制限はないが、下限は、例えば10秒(好ましくは20秒、より好ましくは30秒)とすることができる。
The drying time is not particularly limited, but is preferably 300 seconds or less, more preferably 200 seconds or less, still more preferably 120 seconds or less, and particularly preferably 80 seconds or less.
The lower limit of the drying time is not particularly limited, but the lower limit can be, for example, 10 seconds (preferably 20 seconds, more preferably 30 seconds).
<洗浄工程>
本実施形態に係る製造方法は、後述する加熱工程の前に、基板に付与された余分な半導体用膜形成用組成物を除去するために、半導体用膜形成用組成物が付与された基板を水等で洗浄する洗浄工程を有していてもよい。また、本実施形態に係る製造方法が、前述の乾燥工程を有する場合、乾燥工程の後に、洗浄工程を行うことが好ましい。
<Washing process>
In the manufacturing method according to the present embodiment, the substrate to which the composition for forming a film for semiconductor is applied in order to remove the excess composition for forming a film for semiconductor applied to the substrate before the heating step described later It may have a washing step of washing with water or the like. Moreover, when the manufacturing method which concerns on this embodiment has the above-mentioned drying process, it is preferable to perform a washing process after a drying process.
<加熱工程>
本実施形態に係る製造方法は、更に、半導体用膜形成用組成物が付与された基板を、温度100℃以上425℃以下の条件で加熱する加熱工程を有する。
なお、前記温度は、基板の半導体用膜形成用組成物が付与された面の温度を指す。
この加熱工程を有することにより、化合物(A)と架橋剤(B)とが加熱により反応して反応物が得られ、その反応物を含む膜が形成される。
前記温度は、200℃以上425℃以下が好ましく、250℃以上400℃以下がより好ましく、300℃以上400℃以下がさらに好ましい。
<Heating process>
The manufacturing method according to the present embodiment further includes a heating step of heating the substrate provided with the composition for forming a film for a semiconductor under the conditions of a temperature of 100 ° C. or more and 425 ° C. or less.
In addition, the said temperature points out the temperature of the surface where the composition for film formation for semiconductors of the board | substrate was provided.
By having this heating step, the compound (A) and the crosslinking agent (B) react by heating to obtain a reactant, and a film containing the reactant is formed.
The temperature is preferably 200 ° C. or more and 425 ° C. or less, more preferably 250 ° C. or more and 400 ° C. or less, and still more preferably 300 ° C. or more and 400 ° C. or less.
また、加熱工程における加熱が行なわれる圧力には特に制限はないが、絶対圧17Pa超大気圧以下が好ましい。
前記絶対圧は、1000Pa以上大気圧以下がより好ましく、5000Pa以上大気圧以下が更に好ましく、10000Pa以上大気圧以下が特に好ましい。
Further, the pressure at which heating is performed in the heating step is not particularly limited, but an absolute pressure of 17 Pa or more and an atmospheric pressure or less is preferable.
The absolute pressure is more preferably 1000 Pa or more and atmospheric pressure or less, still more preferably 5000 Pa or more and atmospheric pressure or less, and particularly preferably 10000 Pa or more and atmospheric pressure or less.
加熱工程における加熱は、炉又はホットプレートを用いた通常の方法により行うことができる。炉としては、例えば、アペックス社製のSPX−1120、光洋サーモシステム(株)製のVF−1000LP等を用いることができる。
また、本工程における加熱は、大気雰囲気下で行なってもよく、不活性ガス(窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等)雰囲気下で行なってもよい。
The heating in the heating step can be carried out by the usual method using a furnace or a hot plate. As the furnace, for example, SPX-1120 manufactured by Apex, VF-1000LP manufactured by Koyo Thermo System Co., Ltd., or the like can be used.
Further, the heating in this step may be performed in the air, or may be performed in an inert gas (nitrogen gas, argon gas, helium gas, etc.) atmosphere.
加熱工程における加熱時間については特に制限はないが、例えば1時間以下であり、30分間以下が好ましく、10分間以下がより好ましく、5分間以下が特に好ましい。加熱の時間の下限には特に制限はないが、例えば0.1分間とすることができる。 The heating time in the heating step is not particularly limited, but is, for example, 1 hour or less, preferably 30 minutes or less, more preferably 10 minutes or less, and particularly preferably 5 minutes or less. The lower limit of the heating time is not particularly limited, and may be, for example, 0.1 minute.
加熱工程時間を短縮させる目的で、基板の半導体用膜形成用組成物が付与された面に紫外線照射を行ってもよい。紫外線としては波長170nm〜230nmの紫外光、波長222nmエキシマ光、波長172nmエキシマ光などが好ましい。また不活性ガス雰囲気下で紫外線照射を行うことが好ましい。 In order to shorten the heating process time, the surface of the substrate to which the composition for forming a film for a semiconductor is applied may be irradiated with ultraviolet light. As the ultraviolet light, ultraviolet light of wavelength 170 nm to 230 nm, wavelength 222 nm excimer light, wavelength 172 nm excimer light and the like are preferable. In addition, it is preferable to perform ultraviolet irradiation in an inert gas atmosphere.
<半導体用部材の例>
半導体用部材の例としては、基板に形成された凹部にギャップフィル材料(埋め込み平坦化膜)が充填された半導体用部材、基板に形成された凹部に絶縁材料(埋め込み絶縁膜)が充填された半導体用部材、多孔質材料などの低誘電率材料を含む基板と金属との間に絶縁性、密着性、ポアシール性などを有するバリア材料(バリア膜)が設けられた半導体用部材、シリコン貫通ビア基板のビア側壁において、金属とシリコン基板との間又は金属と絶縁膜との間に設けられ、密着性、絶縁性を有する絶縁膜(シリコン貫通ビア用絶縁膜)が設けられた半導体用部材、反転レジスト形成用の半導体用部材などが挙げられる。
<Example of member for semiconductor>
As an example of a member for a semiconductor, a member for a semiconductor in which a gap fill material (embedded planarization film) is filled in a recess formed in a substrate, an insulating material (embedded insulating film) is filled in a recess formed in a substrate Semiconductor member, semiconductor member provided with barrier material (barrier film) having insulating property, adhesion property, pore sealing property, etc. between substrate and metal containing low dielectric constant material such as porous material, through silicon via A member for a semiconductor provided on a via sidewall of a substrate between a metal and a silicon substrate or between a metal and an insulating film, wherein an insulating film having adhesion and insulating properties (insulating film for through silicon via) is provided. The member for semiconductors for inversion resist formation etc. are mentioned.
基板に形成された凹部に埋め込み平坦化膜が充填された半導体用部材では、埋め込み平坦化膜の厚さは、例えば、30nm以上200nm以下であり、好ましくは50nm以上150nm以下である。
なお、この半導体用部材は、銅多層配線をデュアルダマシンプロセスにて形成する際、例えばビアファーストプロセスにおいて、ビアに埋め込み平坦化膜が設けられた部材として用いることができる。
また、凹部の幅が狭く、アスペクト比(深さ/幅)の大きな溝に埋め込み平坦化膜を形成する場合には、溝への充填性を高める点から、本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物を凹部に付与(好ましくは、スピンコート法により付与)して埋め込み平坦化膜を形成することが好ましい。
In the member for a semiconductor, in which the planarizing film is filled in the concave portion formed in the substrate, the thickness of the planarizing film is, for example, 30 nm or more and 200 nm or less, preferably 50 nm or more and 150 nm or less.
The semiconductor member can be used as a member having a buried planarizing film in a via, for example, in a via first process when forming a copper multilayer wiring by a dual damascene process.
In addition, in the case of forming a planarizing film embedded in a groove having a narrow width and a large aspect ratio (depth / width), the film formation for a semiconductor according to this embodiment from the viewpoint of enhancing the filling property to the groove. It is preferable to apply the composition for a recessed part (preferably by spin coating method), and to form an embedding planarizing film.
基板に形成された凹部に埋め込み絶縁膜が充填された半導体用部材では、埋め込み絶縁膜の厚さは、例えば、30nm以上200nm以下であり、好ましくは50nm以上150nm以下である。
なお、この半導体用部材としては、例えば、絶縁性を有する埋め込み絶縁膜をシリコン基板の溝に設けて素子分離領域を形成する手法(STI:シャロートレンチアイソレーション)を用いた部材、絶縁性を有する埋め込み絶縁膜を予め形成されたMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)などのスイッチング素子間に設けた部材、絶縁性を有する埋め込み絶縁膜をMOSFET上にプリメタル絶縁膜(PMD)として設けた部材、絶縁性を有する埋め込み絶縁膜を予め形成された最下層配線(W、Ti/TiN/AlCu/TiNなど)の間に設けた部材、絶縁性を有する埋め込み絶縁膜を最下層配線上にインターメタル絶縁膜(IMD)として設けた部材、絶縁性を有する埋め込み絶縁膜を予め形成された銅配線間の溝に配線層間絶縁膜(ILD)として設けた部材などが挙げられる。
また、凹部の幅が狭く、アスペクト比(深さ/幅)の大きな溝に埋め込み絶縁膜を形成する場合には、溝への充填性を高める点から、本実施形態に係る半導体用膜形成用組成物を凹部に付与(好ましくは、スピンコート法により付与)して埋め込み絶縁膜を形成することが好ましい。
In the semiconductor member in which the recess formed in the substrate is filled with the buried insulating film, the thickness of the buried insulating film is, for example, 30 nm or more and 200 nm or less, preferably 50 nm or more and 150 nm or less.
As the semiconductor member, for example, a member using a method (STI: shallow trench isolation) for forming an element isolation region by providing a buried insulating film having an insulating property in a groove of a silicon substrate, the insulating property is provided. A member provided between switching elements such as a MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) in which a buried insulating film is formed in advance, and a buried insulating film having insulation property are provided as a premetal insulating film (PMD) on the MOSFET A member, a member provided between the lowermost layer wiring (W, Ti / TiN / AlCu / TiN etc.) in which a buried insulating film having insulating properties is formed in advance, an embedded buried insulating film having insulating properties on the lowermost layer wiring A member provided as a metal insulating film (IMD), a buried insulating film having an insulating property is formed in a groove between copper wirings formed in advance A member provided as an interlayer insulating film (ILD) may, for example, be mentioned.
In addition, in the case of forming a buried insulating film in a groove having a narrow width and a large aspect ratio (depth / width), the filling property to the groove is enhanced. The composition is preferably applied to the recess (preferably applied by spin coating) to form a buried insulating film.
多孔質材料などの低誘電率材料を含む基板と金属との間に、絶縁性、密着性、ポアシール性などを有するバリア膜が設けられた半導体用部材では、バリア膜の厚さは、例えば、0.5nm以上15nm以下であり、好ましくは1.5nm以上12nm以下である。この半導体用部材は、例えば、基板に形成された貫通孔の壁面と、貫通孔に配置された金属と、の間に密着層となるバリア膜が設けられた部材であってもよい。 In a semiconductor member in which a barrier film having insulating properties, adhesion properties, pore sealing properties and the like is provided between a substrate containing a low dielectric constant material such as a porous material and a metal, the thickness of the barrier film is, for example, 0.5 nm or more and 15 nm or less, preferably 1.5 nm or more and 12 nm or less. The member for semiconductor may be, for example, a member provided with a barrier film to be an adhesive layer between the wall surface of the through hole formed in the substrate and the metal disposed in the through hole.
シリコン貫通ビア基板のビア側壁において金属とシリコン基板との間にシリコン貫通ビア用絶縁膜が設けられた半導体用部材では、シリコン貫通ビア絶縁膜の厚さは、例えば、100nm以上5μm以下であり、好ましくは500nm以上2μm以下である。 In the semiconductor member in which the insulating film for through silicon via is provided between the metal and the silicon substrate on the via sidewall of the through silicon via substrate, the thickness of the through silicon via insulating film is, for example, 100 nm to 5 μm, Preferably they are 500 nm or more and 2 micrometers or less.
シリコン貫通ビア基板のビア側壁において金属と絶縁膜との間にシリコン貫通ビア用絶縁膜が設けられた半導体用部材では、シリコン貫通ビア絶縁膜の厚さは、例えば、0.5nm〜100nmであり、好ましくは1nm〜30nmである。 In the semiconductor member in which the insulating film for through silicon via is provided between the metal and the insulating film on the via sidewall of the through silicon via substrate, the thickness of the through silicon via insulating film is, for example, 0.5 nm to 100 nm. , Preferably 1 nm to 30 nm.
〔半導体用工程材の製造方法〕
以下、本実施形態に係る半導体用工程材の製造方法について説明する。本実施形態に係る半導体用工程材の製造方法は、半導体用膜形成用組成物を基板に付与する付与工程と、半導体用膜形成用組成物が付与された基板を温度100℃以上425℃以下(好ましくは250℃以上425℃以下)の条件で加熱する加熱工程を有する。
なお、半導体用工程材の製造方法の各工程は、前述の半導体用部材の製造方法の各工程と同様であるため、その説明を省略する。
[Method of manufacturing process material for semiconductor]
Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor processing material according to the present embodiment will be described. In the method for manufacturing a semiconductor processing material according to the present embodiment, an applying step of applying a composition for film formation for a semiconductor to a substrate, and a substrate provided with the composition for forming a film for a semiconductor are at a temperature of 100 ° C. to 425 ° C. It has the heating process heated on the conditions of (preferably 250 degreeC or more and 425 degrees C or less).
In addition, since each process of the manufacturing method of the process material for semiconductors is the same as each process of the manufacturing method of the above-mentioned member for semiconductors, the description is abbreviate | omitted.
<半導体用工程材の例>
半導体用工程材としては、半導体装置の製造工程にて一時的に形成され、後工程にて除去される犠牲膜などが挙げられる。
<Example of process material for semiconductor>
Examples of the semiconductor processing material include a sacrificial film which is temporarily formed in the manufacturing process of the semiconductor device and removed in a later process.
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
以下において、「水」としては、超純水(Millipore社製Milli−Q水、抵抗18MΩ・cm(25℃)以下)を使用した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.
In the following, as “water”, ultrapure water (Millipore Milli-Q water, resistance 18 MΩ · cm (25 ° C. or less)) was used.
<混合試験>
実施例1〜実施例4の半導体用膜形成用組成物を調製した。詳細は以下に示す通りである。なお、混合工程においては、化合物(A)の溶液、化合物(A)に酸(C−1)を加えた溶液、架橋剤(B)の溶液、及び架橋剤(B)に塩基(C−2)を加えた溶液の各溶液に沈殿物がないことを確認してから混合した。
同様にして、比較例1〜比較例3の組成物を調製した。詳細は以下に示す通りである。なお、混合工程においては、化合物(A)の溶液及び架橋剤(B)の各溶液に沈殿物がないことを確認してから混合した。
<Mixing test>
The composition for film formation for semiconductors of Example 1- Example 4 was prepared. Details are as follows. In the mixing step, a solution of compound (A), a solution of acid (C-1) added to compound (A), a solution of crosslinking agent (B), and a base (C-2) as crosslinking agent (B) It was mixed after making sure that there was no precipitate in each solution to which the solution was added.
The compositions of Comparative Examples 1 to 3 were prepared in the same manner. Details are as follows. In the mixing step, the solution of the compound (A) and the solution of the crosslinking agent (B) were mixed after it was confirmed that there was no precipitate.
〔実施例1〕
化合物(A)であるパラキシレンジアミン(以下「pXDA」ともいう)を、水と1−プロパノール(以下「1PrOH」ともいう)との混合溶媒に溶解した後、一晩静置し、pXDA溶液1を得た。
架橋剤(B)である1,3,5−ベンゼントリカルボン酸(以下「135BTC」ともいう)に、塩基(C−2)であるエチルアミン(以下「EA」ともいう)と水とを混合させて、135BTCとEAとの混合溶液1とした。
次いで、pXDA溶液1、135BTCとEAとの混合溶液1、及び水を表1に示す濃度となるように混合して、半導体用膜形成用組成物を調製した。
Example 1
After dissolving para-xylene diamine (hereinafter also referred to as “pXDA”) which is the compound (A) in a mixed solvent of water and 1-propanol (hereinafter also referred to as “1PrOH”), the mixture is allowed to stand overnight to obtain pXDA solution 1 I got
A cross-linking agent (B) 1,3,5-benzenetricarboxylic acid (hereinafter also referred to as “135 BTC”) is mixed with ethylamine (hereinafter also referred to as “EA”) as a base (C-2) and water. , 135 BTC and EA as a mixed solution 1.
Subsequently, pXDA solution 1, a mixed solution 1 of 135 BTC and EA, and water were mixed so as to have the concentrations shown in Table 1 to prepare a composition for forming a semiconductor film.
〔実施例2〕
化合物(A)であるpXDAを、水と1PrOHとの混合溶媒に溶解した後、一晩静置し、pXDA溶液2を得た。
架橋剤(B)である1,2,4−ベンゼントリカルボン酸(以下「124BTC」ともいう)に、塩基(C−2)であるEAと水とを混合させて、124BTCとEAとの混合溶液2とした。
次いで、pXDA溶液2、124BTCとEAとの混合溶液2、及び水を表1に示す濃度となるように混合して、半導体用膜形成用組成物を調製した。
Example 2
The compound (A) pXDA was dissolved in a mixed solvent of water and 1PrOH, and allowed to stand overnight to obtain pXDA solution 2.
A mixed solution of 124 BTC and EA is prepared by mixing EA, which is the base (C-2), with water in 1,2,4-benzenetricarboxylic acid (hereinafter also referred to as "124 BTC") which is the crosslinking agent (B). It was 2.
Subsequently, pXDA solution 2, a mixed solution 2 of 124 BTC and EA, and water were mixed so as to have the concentrations shown in Table 1 to prepare a composition for forming a film for semiconductor.
〔実施例3〕
化合物(A)であるpXDAを、水とエタノール(以下「EtOH」ともいう)との混合溶媒に溶解した後、一晩静置し、pXDA溶液3を得た。
架橋剤(B)であるエチルハーフエステルオキシジフタル酸(以下「eheOPDA」ともいう)に、塩基(C−2)であるアンモニア(以下「NH3」ともいう)とEtOHと水を混合させて、eheOPDAとNH3との混合溶液3とした。
次いで、pXDA溶液3、eheOPDAとNH3との混合溶液3、及び水を表1に示す濃度となるように混合して、半導体用膜形成用組成物を調製した。
[Example 3]
The compound (A) pXDA was dissolved in a mixed solvent of water and ethanol (hereinafter also referred to as “EtOH”), and allowed to stand overnight to obtain pXDA solution 3.
Ammonia (hereinafter also referred to as "NH3") which is a base (C-2), EtOH and water are mixed with ethyl half ester oxydiphthalic acid (hereinafter also referred to as "eheOPDA") which is a crosslinking agent (B), It was set as the mixed solution 3 of eheOPDA and NH3.
Subsequently, pXDA solution 3, a mixed solution 3 of eheOPDA and NH3, and water were mixed so as to have the concentrations shown in Table 1 to prepare a composition for forming a film for semiconductor.
〔実施例4〕
化合物(A)である2,7−ジアミノフルオレン(以下「DAF」ともいう)を、酸(C−1)である酢酸(以下「AA」ともいう)と水とエタノール(EtOH)との混合溶媒に溶解した後、一晩静置し、DAFとAAとの混合溶液4を得た。
架橋剤(B)であるエチルハーフエステルオキシジフタル酸(eheOPDA)とエチルハーフエステルベンゾフェノンテトラカルボン酸(以下「eheBTDA」ともいう)とをそれぞれEtOHに溶解させて、eheOPDA溶液4及びeheBTDA溶液4とした。
次いで、DAFとAAとの混合溶液4、eheOPDA溶液4、eheBTDA溶液4、及び水を表2に示す濃度となるように混合して、半導体用膜形成用組成物を調製した。
Example 4
Compound (A) 2,7-diaminofluorene (hereinafter also referred to as “DAF”) is a mixed solvent of acetic acid (hereinafter also referred to as “AA”) as acid (C-1), water and ethanol (EtOH) The solution was allowed to stand overnight to obtain a mixed solution 4 of DAF and AA.
A crosslinker (B), ethyl half ester oxydiphthalic acid (eheOPDA) and ethyl half ester benzophenone tetracarboxylic acid (hereinafter also referred to as "eheBTDA") are respectively dissolved in EtOH, and eheOPDA solution 4 and eheBTDA solution 4 did.
Subsequently, a mixed solution 4 of DAF and AA, eheOPDA solution 4, eheBTDA solution 4 and water were mixed so as to have the concentrations shown in Table 2 to prepare a composition for forming a semiconductor film.
〔比較例1〕
化合物(A)であるパラキシレンジアミン(pXDA)を、水と1−プロパノール(1PrOH)との混合溶媒に溶解した後、一晩静置し、pXDA溶液C1を得た。
架橋剤(B)である1,3,5−ベンゼントリカルボン酸(135BTC)を、EtOHに溶解した後、一晩静置し、135BTC溶液C1を得た。
次いで、pXDA溶液C1、135BTC溶液C1、1PrOH、及び水を表1に示す濃度となるように混合して、半導体用膜形成用組成物を調製した。
Comparative Example 1
After dissolving paraxylene diamine (pXDA) which is a compound (A) in the mixed solvent of water and 1-propanol (1PrOH), it was left to stand overnight to obtain pXDA solution C1.
After dissolving the crosslinking agent (B) 1,3,5-benzenetricarboxylic acid (135 BTC) in EtOH, it was allowed to stand overnight to obtain a 135 BTC solution C1.
Next, the pXDA solution C1, 135 BTC solution C1, 1 PrOH, and water were mixed so as to have the concentrations shown in Table 1 to prepare a composition for forming a semiconductor film.
〔比較例2〕
化合物(A)であるパラキシレンジアミン(pXDA)を、水と1−プロパノール(1PrOH)との混合溶媒に溶解した後、一晩静置し、pXDA溶液C2を得た。
架橋剤(B)である1,2,4−ベンゼントリカルボン酸(124BTC)を、EtOHに溶解した後、一晩静置し、124BTC溶液C2を得た。
次いで、pXDA溶液C2、124BTC溶液C2、1PrOH、及び水を表1に示す濃度となるように混合して、半導体用膜形成用組成物を調製した。
Comparative Example 2
After dissolving paraxylene diamine (pXDA) which is a compound (A) in the mixed solvent of water and 1-propanol (1PrOH), it was left to stand overnight to obtain pXDA solution C2.
After dissolving the crosslinking agent (B) 1,2,4-benzenetricarboxylic acid (124 BTC) in EtOH, the solution was allowed to stand overnight to obtain 124 BTC solution C2.
Next, the pXDA solution C2, 124 BTC solution C2, 1 PrOH, and water were mixed so as to have the concentrations shown in Table 1 to prepare a composition for forming a semiconductor film.
〔比較例3〕
化合物(A)であるパラキシレンジアミン(pXDA)を、水とエタノール(EtOH)との混合溶媒に溶解した後、一晩静置し、pXDA溶液C3を得た。
架橋剤(B)であるエチルハーフエステルピロメリット酸(以下「ehePMA」ともいう)を、EtOHに溶解した後、一晩静置し、ehePMA溶液C3を得た。
次いで、pXDA溶液C3、ehePMA溶液C3、1PrOH、及び水を表1に示す濃度となるように混合して、半導体用膜形成用組成物を調製した。
Comparative Example 3
After dissolving paraxylene diamine (pXDA) which is the compound (A) in a mixed solvent of water and ethanol (EtOH), it was allowed to stand overnight to obtain pXDA solution C3.
After dissolving ethyl half ester pyromellitic acid (hereinafter also referred to as "ehePMA") which is a crosslinking agent (B) in EtOH, it was allowed to stand overnight to obtain an ehePMA solution C3.
Subsequently, pXDA solution C3, ehePMA solution C3, 1 PrOH, and water were mixed so as to obtain the concentrations shown in Table 1 to prepare a composition for forming a semiconductor film.
なお、表1中では、pXDA(3質量%)、pXDA(1質量%)、及びDAF(1.7質量%)におけるカッコ内の濃度は、組成物中におけるpXDA及びDAFの濃度を表している。
また、表1中、135BTC[1]、124BTC[1.5]、ehePMA[1]、eheOPDA[1]、eheOPDA[0.5]、及びeheBTDA[0.5]におけるカッコ内の数値は、化合物(A)中の全窒素原子の数に対する、135BTC、124BTC、ehePMA、及びeheOPDA中のカルボキシ基の数の比率(COOH/N)を表している。表2〜表4についても同様である。
また、表1中、EA<1.1>及びNH3<8>のカッコ内の数値は、架橋剤(B)中のカルボキシ基の数に対するEA及びNH3中の窒素原子の数の比率(N/COOH)を表している。表2〜表4についても同様である。
また、表1中、AA{0.52}のカッコ内の数値は、化合物(A)中の全窒素原子の数に対するAA中のカルボキシ基の数の比率(COOH/N)を表している。表2〜表4についても同様である。
また、表1中、1PrOH(50質量%)、EtOH(29.3質量%)、1PrOH(12質量%)、1PrOH(33.3質量%)、EtOH(44.1質量%)、EtOH(22.1質量%)、1PrOH(71質量%)、EtOH(60.3質量%)、及びEtOH(74.6質量%)におけるカッコ内の濃度は、組成物中における1PrOH及びEtOHの濃度を表している。表2〜表4についても同様である。
調整した、半導体用膜形成用組成物の白濁の有無を目視で観察した、結果を表1に示す。
In Table 1, the concentrations in parentheses in pXDA (3% by mass), pXDA (1% by mass), and DAF (1.7% by mass) represent the concentrations of pXDA and DAF in the composition. .
Further, in Table 1, the numerical values in parentheses in 135 BTC [1], 124 BTC [1.5], ehePMA [1], eheOPDA [1], eheOPDA [0.5], and eheBTDA [0.5] are compounds. It represents the ratio (COOH / N) of the number of carboxy groups in 135 BTC, 124 BTC, ehePMA, and eheOPDA relative to the total number of nitrogen atoms in (A). The same applies to Tables 2 to 4.
Further, in Table 1, the numerical values in parentheses of EA <1.1> and NH3 <8> indicate the ratio of the number of nitrogen atoms in EA and NH3 to the number of carboxy groups in the crosslinking agent (B) (N / COOH) is shown. The same applies to Tables 2 to 4.
Further, in Table 1, the numerical values in parentheses of AA {0.52} represent the ratio of the number of carboxy groups in AA to the number of total nitrogen atoms in compound (A) (COOH / N). The same applies to Tables 2 to 4.
In Table 1, 1PrOH (50% by mass), EtOH (29.3% by mass), 1PrOH (12% by mass), 1PrOH (33.3% by mass), EtOH (44.1% by mass), EtOH (22%) The concentrations in parentheses in .1 wt%), 1PrOH (71 wt%), EtOH (60.3 wt%), and EtOH (74.6 wt%) represent the concentrations of 1PrOH and EtOH in the composition. There is. The same applies to Tables 2 to 4.
The presence or absence of white turbidity of the prepared composition for film formation for semiconductors was visually observed. The results are shown in Table 1.
実施例1〜4では、半導体用膜形成用組成物が白濁せず、透明性を維持することができた。白濁せずに凝集が抑制された半導体用膜形成用組成物を用いて膜を形成することで、凹凸の少ない平滑な膜が形成できることが推測される。
比較例1〜3では、化合物(A)と架橋剤(B)との混合溶液は白濁していた。
In Examples 1 to 4, the composition for forming a film for a semiconductor did not become cloudy, and the transparency could be maintained. By forming a film using the composition for forming a film for a semiconductor in which aggregation is suppressed without causing white turbidity, it is presumed that a smooth film with less unevenness can be formed.
In Comparative Examples 1 to 3, the mixed solution of the compound (A) and the crosslinking agent (B) was cloudy.
<半導体用膜形成用組成物の調製>
〔実施例5〜8、比較例4〜6〕
<膜の形成>
実施例5〜8、比較例4〜6では、実施例1〜4、比較例1〜3で調整した半導体用膜形成用組成物を用いて、膜を形成した。
半導体用膜形成用組成物(以下、「組成物」とも称する。)を塗布する基板としてシリコン基板を準備した。シリコン基板をスピンコーターの上にのせ、各実施例及び各比較例で調製した組成物1.0mLを10秒間一定速度で滴下し、13秒間保持した後、2000rpm(rpmは回転速度)で1秒間、600rpmで30秒間回転させた後、2000rpmで10秒間回転させて乾燥させた。このようにして、シリコン基板上に膜を形成した。
次いで、大気中において125℃で1分乾燥後、窒素雰囲気(30kPa)下において、300℃で10分間、膜を加熱した後、さらに、400℃で10分間、膜を加熱した(つまり、同じサンプルを連続処理した)。
<Preparation of composition for film formation for semiconductors>
[Examples 5 to 8 and Comparative Examples 4 to 6]
<Formation of film>
In Examples 5 to 8 and Comparative Examples 4 to 6, a film was formed using the composition for forming a film for a semiconductor prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3.
The silicon substrate was prepared as a board | substrate which apply | coats the composition for film formation for semiconductors (henceforth a "composition"). The silicon substrate is placed on a spin coater, and 1.0 mL of the composition prepared in each of the examples and comparative examples is dropped at a constant speed for 10 seconds and held for 13 seconds, and then 1 minute at 2000 rpm (rpm is the rotation speed). After rotating at 600 rpm for 30 seconds, it was dried by rotating at 2000 rpm for 10 seconds. Thus, a film was formed on the silicon substrate.
Then, after drying the film at 125 ° C. for 1 minute in the air, the film was heated at 300 ° C. for 10 minutes under a nitrogen atmosphere (30 kPa), and then heated at 400 ° C. for 10 minutes (that is, the same sample Processed continuously).
<屈折率、消衰係数、及び膜厚の測定>
上記400℃で10分間加熱後のサンプルにおいて、シリコン基板上に形成された膜の屈折率及び消衰係数を測定した。屈折率及び消衰係数は、エリプソメーターを使用して測定した。膜厚は、エリプソメーターによる測定で得られた光学データより計算した。空気/(コーシー+ローレンツ振動子モデル)/自然酸化膜/シリコン基板の光学モデルでフィッティングすることで膜厚を求めた。
結果を表2に示す。
表2において、「N633」は波長633nmにおける屈折率を表す。
表2において、「K633」は波長633nmにおける消衰係数を表す。
<Measurement of refractive index, extinction coefficient, and film thickness>
The refractive index and extinction coefficient of the film formed on the silicon substrate were measured in the sample after heating at 400 ° C. for 10 minutes. The refractive index and extinction coefficient were measured using an ellipsometer. The film thickness was calculated from optical data obtained by measurement with an ellipsometer. The film thickness was determined by fitting with an optical model of air / (Cauchy + Lorentz oscillator model) / natural oxide film / silicon substrate.
The results are shown in Table 2.
In Table 2, "N633" represents the refractive index at a wavelength of 633 nm.
In Table 2, "K633" represents the extinction coefficient at a wavelength of 633 nm.
<架橋構造>
膜の架橋構造をFT−IR(フーリエ変換赤外分光法)で測定した。用いた分析装置は以下のとおりである。
〜FT−IR分析装置〜
赤外吸収分析装置(DIGILAB Excalibur(DIGILAB社製))
〜測定条件〜
IR光源:空冷セラミック、
ビームスプリッター:ワイドレンジKBr、
検出器:ペルチェ冷却DTGS、
測定波数範囲:7500cm−1〜400cm−1、
分解能:4cm−1、
積算回数:256、
バックグラウンド:Siベアウェハ使用、
測定雰囲気:N2(10L/min)、
IR(赤外線)の入射角:72°(=Siのブリュースター角)
〜判断条件〜
イミド結合は1770cm−1、1720cm−1の振動ピークの存在で判断した。アミド結合は1650cm−1、1520cm−1の振動ピークの存在で判断した。
結果を表2に示す。
<Crosslinked structure>
The crosslinked structure of the membrane was measured by FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy). The analyzers used are as follows.
~ FT-IR analyzer ~
Infrared absorption analyzer (DIGILAB Excalibur (made by DIGILAB))
~Measurement condition~
IR light source: air-cooled ceramic,
Beam splitter: wide range KBr,
Detector: Peltier cooling DTGS,
Measurement wave number range: 7500 cm −1 to 400 cm −1 ,
Resolution: 4 cm -1 ,
Number of integrations: 256,
Background: Using Si bare wafer,
Measurement atmosphere: N 2 (10 L / min),
Incident angle of IR (infrared): 72 ° (= Brewster's angle of Si)
~ Judgment condition ~
The imide bond was judged by the presence of vibrational peaks at 1770 cm -1 and 1720 cm -1 . Amide bond 1650 cm -1, was determined in the presence of vibration peak of 1520 cm -1.
The results are shown in Table 2.
<SEM形態観察(平滑性)>
膜の平滑性をSEMによる形態観察で評価した。走査型電子顕微鏡(SEM)であるS−5000(日立製作所製)を用い、加速電圧3kV、200,000倍、500nm幅視野で測定した。平均膜厚に対して、最大膜厚と最小膜厚との差が25%以下である場合には「平滑性あり」と判断し、評価を「A」とした。また、最大膜厚と最小膜厚との差が25%を超える場合の評価を「B」とした。
結果を表2に示す。
<SEM morphology observation (smoothness)>
The smoothness of the film was evaluated by morphological observation by SEM. Using an S-5000 (manufactured by Hitachi, Ltd.) which is a scanning electron microscope (SEM), measurement was made at an acceleration voltage of 3 kV, 200,000 times, 500 nm wide field of view. When the difference between the maximum film thickness and the minimum film thickness is 25% or less with respect to the average film thickness, it was judged as "smooth", and the evaluation was made "A". Moreover, evaluation in case the difference of the largest film thickness and the minimum film thickness exceeds 25% was made into "B."
The results are shown in Table 2.
各実施例及び各比較例に係る半導体用膜形成用組成物を用いて形成した膜における各物性の測定結果及び評価結果を表2に示す。なお、平滑性の評価が「B」である比較例4、比較例5、及び比較例6においては、膜厚、屈折率、及び消衰係数の測定が困難であるため行っておらず、架橋構造の測定も行わなかった。 Table 2 shows the measurement results and the evaluation results of the physical properties of the film formed using the composition for forming a film for a semiconductor according to each example and each comparative example. In Comparative Example 4 and Comparative Example 5 and Comparative Example 6 in which the evaluation of the smoothness is "B", the measurement of the film thickness, the refractive index, and the extinction coefficient is difficult. The structure was not measured.
実施例5、実施例6、実施例7、及び実施例8では、SEM形態観察の結果、膜は平滑であった。
一方、比較例4〜6では、膜表面が鏡面にならないか、あるいは微小なピンホールが多数存在し、平滑ではなかった。
In Example 5, Example 6, Example 7, and Example 8, as a result of SEM form observation, the film was smooth.
On the other hand, in Comparative Examples 4 to 6, the film surface did not become a mirror surface, or a large number of minute pinholes were present, and the film was not smooth.
<トレンチにおける充填性>
〔比較例7〕
ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(以下「BPDA」ともいう)とパラフェニレンジアミン(以下「pDA」ともいう)とをN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶媒中で反応させる事により、BPDAとpDAとからなるポリアミック酸(2.5質量%)を常法にて調整した。
<Fillability in trench>
Comparative Example 7
BPDA and pDA can be obtained by reacting biphenyltetracarboxylic acid dianhydride (hereinafter also referred to as “BPDA”) with paraphenylenediamine (hereinafter also referred to as “pDA”) in an N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solvent. The polyamic acid (2.5 mass%) which consists of these was adjusted by the conventional method.
次に、100nm幅、200nm深さのトレンチパターンを設けた酸化ケイ素基板に、組成物0.5mLを10秒間一定速度で滴下し、23秒間保持した後、2000rpmで1秒間、600rpmで30秒間回転させた後、2000rpmで10秒間回転させて乾燥させた。次いで、滴下された組成物を100℃で1分間乾燥後、300℃で10分間加熱し、更に400℃で10分間加熱処理を行った。
そして、断面SEMでトレンチに組成物が充填されているか観察した。充填された面積がトレンチ内面積の90%以上である場合をA(充填性が良好)とし、充填された面積がトレンチ内面積の90%未満である場合をBとした。
結果を表3に示す。
Next, 0.5 mL of the composition is dropped at a constant speed for 10 seconds on a silicon oxide substrate provided with a trench pattern having a width of 100 nm and a depth of 200 nm, held for 23 seconds, and then rotated at 600 rpm for 1 second and rotated at 600 rpm for 30 seconds After drying, it was dried by rotating at 2000 rpm for 10 seconds. Next, the dropped composition was dried at 100 ° C. for 1 minute, heated at 300 ° C. for 10 minutes, and further heated at 400 ° C. for 10 minutes.
Then, it was observed whether or not the trench was filled with the composition by a cross-sectional SEM. The case where the filled area is 90% or more of the in-trench area is referred to as A (the fillability is good), and the case where the filled area is less than 90% of the in-trench area is referred to as B.
The results are shown in Table 3.
〔実施例9〕
比較例7で調整した組成物のかわりに、実施例4で調整した半導体用膜形成用組成物を用いたこと以外は、比較例7と同様の方法で充填性を評価した。
結果を表3に示す。
[Example 9]
The filling property was evaluated in the same manner as in Comparative Example 7 except that the composition for forming a film for a semiconductor prepared in Example 4 was used instead of the composition prepared in Comparative Example 7.
The results are shown in Table 3.
比較例7の組成物からはポリイミド膜が形成されるが、埋め込み性試験の結果、100nm幅トレンチにおいてボイドが観察された。
実施例9では、化合物(A)と、架橋剤(B)と、酸(C−1)の混合液からなる半導体用膜形成用組成物を用いた場合には、100nm幅トレンチにおいて良好な充填特性が観察された。
A polyimide film was formed from the composition of Comparative Example 7, but as a result of the embedding test, voids were observed in a 100 nm wide trench.
In Example 9, when the composition for film formation for semiconductors which consists of a liquid mixture of a compound (A), a crosslinking agent (B), and an acid (C-1), it is a favorable filling in a 100-nm width trench. Characteristics were observed.
<分解温度評価>
〔実施例10〜12〕
実施例1〜3と同じ半導体用膜形成用組成物を用いて、分解温度評価を行った。
<Evaluation of decomposition temperature>
[Examples 10 to 12]
The decomposition temperature evaluation was performed using the same composition for film formation for semiconductors as Examples 1-3.
(評価方法)
ポリマーの分解温度評価は、以下の方法で行った。
実施例1〜3で用意した各試料100mgを試料カップに入れ、熱重量測定装置(島津製作所社製:DTG−60(型番))を用いて、窒素雰囲気で30℃から550℃まで昇温速度30℃/分で加熱し、各温度での質量を測定した。300℃における質量から10%減少したときの温度を表4に示す。
(Evaluation method)
The decomposition temperature of the polymer was evaluated by the following method.
100 mg of each sample prepared in Examples 1 to 3 is placed in a sample cup, and the temperature rising rate from 30 ° C. to 550 ° C. in a nitrogen atmosphere using a thermogravimetric measurement apparatus (manufactured by Shimadzu Corporation: DTG-60 (model number)) It heated at 30 degrees C / min and measured the mass in each temperature. The temperature at 10% reduction from the mass at 300 ° C. is shown in Table 4.
300℃まで昇温した段階で、各試料は固体になっており、さらに昇温することで、固体となったポリマーが分解すると重量減少が起こる。300℃における質量から10%減少したときの温度で分解温度を評価した。
表4中に示されるように、化合物(A)と架橋剤(B)と塩基(C−2)を含有する実施例10〜12の組成物から得られる固体は、350℃以上の高い分解温度を有していた。
この結果から、化合物(A)と架橋剤(B)と塩基(C−2)を含有する実施例10〜12の組成物を用いることで、分解温度が高いポリマー膜を形成できることが示された。
When the temperature is raised to 300 ° C., each sample becomes solid, and when the temperature is further raised, weight loss occurs when the solid polymer is decomposed. The decomposition temperature was evaluated at a temperature that decreased 10% from the mass at 300 ° C.
As shown in Table 4, the solids obtained from the compositions of Examples 10 to 12 containing the compound (A), the crosslinking agent (B) and the base (C-2) have high decomposition temperatures of 350 ° C. or higher Had.
From this result, it was shown that a polymer film having a high decomposition temperature can be formed by using the compositions of Examples 10 to 12 containing the compound (A), the crosslinking agent (B) and the base (C-2). .
Claims (11)
分子内に−C(=O)OX基(Xは、水素原子又は炭素数1以上6以下のアルキル基である)を3つ以上有し、3つ以上の−C(=O)OX基のうち、1つ以上6つ以下が−C(=O)OH基であり、重量平均分子量が200以上600以下である架橋剤(B)と、
アミノ基を有さずカルボキシ基を有する重量平均分子量46以上195以下の酸(C−1)及び環構造を有さず窒素原子を有する重量平均分子量17以上120以下の塩基(C−2)からなる群より選ばれる少なくとも1種の添加剤(C)と、
極性溶媒(D)と、
を含む、半導体用膜形成用組成物。 A compound (A) having a ring structure and a cationic functional group containing at least one of a primary nitrogen atom and a secondary nitrogen atom, and having a weight average molecular weight of 90 or more and 600 or less;
It has three or more —C (= O) OX groups (X is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms) in the molecule, and three or more —C (= O) OX groups Among them, a crosslinking agent (B) in which one or more and six or less are —C (= O) OH groups and the weight average molecular weight is 200 or more and 600 or less,
Acid (C-1) having a weight average molecular weight of 46 or more and 195 or less having an amino group and having a carboxy group and a base (C-2) having a ring structure and a nitrogen atom and having a weight average molecular weight of 17 or more and 120 or less At least one additive (C) selected from the group consisting of
Polar solvent (D),
And a composition for forming a semiconductor film.
前記化合物(A)と、前記架橋剤(B)と、前記添加剤(C)と、を混合する混合工程を含む半導体用膜形成用組成物の製造方法。 It is a manufacturing method which manufactures the constituent for film formation for semiconductors according to any one of claims 1 to 6,
The manufacturing method of the composition for film formation for semiconductors containing the mixing process which mixes the said compound (A), the said crosslinking agent (B), and the said additive (C).
前記混合工程は、前記酸(C−1)と前記化合物(A)との混合物と、前記架橋剤(B)と、を混合する工程である請求項7に記載の半導体用膜形成用組成物の製造方法。 The additive (C) contains at least an acid (C-1) having a weight average molecular weight of 46 or more and 195 or less having no amino group and having a carboxy group,
The composition for forming a film for a semiconductor according to claim 7, wherein the mixing step is a step of mixing a mixture of the acid (C-1) and the compound (A) with the crosslinking agent (B). Manufacturing method.
前記混合工程は、前記塩基(C−2)と前記架橋剤(B)との混合物と、前記化合物(A)と、を混合する工程である請求項7に記載の半導体用膜形成用組成物の製造方法。 The additive (C) contains at least a base (C-2) having a weight average molecular weight of 17 or more and 120 or less and having a nitrogen atom without having a ring structure,
The composition for forming a film for a semiconductor according to claim 7, wherein the mixing step is a step of mixing a mixture of the base (C-2) and the crosslinking agent (B) with the compound (A). Manufacturing method.
前記半導体用膜形成用組成物を基板に付与する付与工程と、
前記半導体用膜形成用組成物が付与された前記基板を温度100℃以上425℃以下の条件で加熱する加熱工程と、
を有する、半導体用部材の製造方法。 It is a manufacturing method which manufactures a member for semiconductors using composition for film formation for semiconductors of a statement in any 1 paragraph of Claims 1-6,
Applying the composition for forming a film for a semiconductor to a substrate;
Heating the substrate to which the composition for forming a film for a semiconductor has been applied under conditions of a temperature of 100 ° C. or more and 425 ° C. or less;
The manufacturing method of the member for semiconductors which has.
前記半導体用膜形成用組成物を基板に付与する付与工程と、
前記半導体用膜形成用組成物が付与された前記基板を温度100℃以上425℃以下の条件で加熱する加熱工程と、
を有する、半導体用工程材の製造方法。 It is a manufacturing method which manufactures the process material for semiconductors using the composition for film formation for semiconductors according to any one of claims 1 to 6,
Applying the composition for forming a film for a semiconductor to a substrate;
Heating the substrate to which the composition for forming a film for a semiconductor has been applied under conditions of a temperature of 100 ° C. or more and 425 ° C. or less;
The manufacturing method of the process material for semiconductors which has these.
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