TW202315908A - 含矽之光阻下層膜形成用組成物、使用該組成物之積層體、及半導體元件之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種形成光阻下層膜之光阻下層膜形成用組成物,該光阻下層膜係可適合用作用以對Ru等選自元素週期表第6族、7族、8族、及9族所成群中之金屬的膜進行乾蝕刻之蝕刻遮罩,以便使用Ru等非Cu的新穎金屬藉由減成法來製造半導體元件。
本發明之含矽之光阻下層膜形成用組成物係形成含矽之光阻下層膜,且該含矽之光阻下層膜用於在對含有選自元素週期表第6族、7族、8族、及9族所成群中至少一種金屬之金屬膜進行乾蝕刻時作為蝕刻遮罩來使用。
Description
本發明係關於一種含矽之光阻下層膜形成用組成物、使用該組成物之積層體、及半導體元件之製造方法。
近年來,隨著矽半導體製品的微細化與高性能化,多用銅(Cu)配線。由於對銅進行乾蝕刻極為困難,因此Cu配線之形成一般係藉由具備以下步驟之一連串的步驟(鑲嵌法)進行:對配線間絕緣膜(亦稱為層間絕緣膜)進行乾蝕刻之配線槽形成步驟、對所形成之配線槽進行電鍍之銅嵌入步驟、以及化學機械研磨(CMP)之剩餘Cu膜的除去步驟及平坦化步驟。
藉由鑲嵌法所形成之半導體基板,已揭露一種形成有如Ta膜、Ti膜等阻擋金屬膜之半導體基板,且該阻擋金屬膜係設於層間絕緣膜的槽中形成之Cu配線與層間絕緣膜的槽之間(例如參照專利文獻1)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2012-69550號公報
[發明所欲解決之技術問題]
阻擋金屬層係防止Cu金屬原子從配線往周圍的絕緣膜擴散。阻擋金屬層係使用電阻率較Cu高的金屬材料。因此,阻擋金屬層會使配線電阻增加。
當縮小配線節距時,最好亦縮小阻擋金屬層的厚度。然而,若阻擋金屬層太薄,便不能防止Cu原子擴散。阻擋金屬層只能夠薄化至一定程度。
即,隨著微細化進行,從某一階段起配線截面中阻擋金屬層所占的比率會提升。阻擋金屬層的金屬的電阻率通常較Cu高。因此,電阻值因微細化而急速增大。
於是,為了解決此問題,在次世代超微細加工取向之半導體最尖端裝置中,期待Ru、W、Mo等新穎金屬應用於金屬配線上,而非Cu。
然而,除了上述鑲嵌法以外,亦可藉由例如減成法來製造具有半導體基板及金屬配線層(經圖案化之金屬膜)之半導體元件。
減成法中,在金屬膜上形成硬遮罩層,再對硬遮罩層進行蝕刻,以形成配線的圖案(原型)。接著,使用硬遮罩對金屬膜進行蝕刻(形成金屬配線層),以做出與硬遮罩相同的配線圖案。接下來,除去硬遮罩,藉由化學氣相沉積(CVD)將絕緣膜(介電質膜)嵌入。然後,藉由CMP將表面削平,使金屬配線層的表面露出。例如,便可如此經過上述一連串步驟而藉由減成法來製造半導體元件。
為了避免因阻擋金屬層引起之問題,最好是將非Cu的新穎金屬用於配線,再進一步藉由減成法來製造半導體元件,以製造出無需阻擋金屬層之半導體元件。
於是,本發明之目的係提供一種可適合用作用以對Ru等非Cu的新穎金屬的膜進行乾蝕刻之蝕刻遮罩之遮罩材料,以便使用該新穎金屬藉由減成法來製造具有半導體基板及金屬配線層之半導體元件。
更具體而言,本發明之目的係提供一種形成光阻下層膜之光阻下層膜形成用組成物,該光阻下層膜係可適合用作用以對Ru等選自元素週期表第6族、7族、8族、及9族所成群中之金屬的膜進行乾蝕刻之蝕刻遮罩,以便使用Ru等非Cu的新穎金屬藉由減成法來製造半導體元件。
[技術手段]
本發明人發現以下情事,從而完成本發明:由含矽之光阻下層膜形成用組成物所形成之含矽之光阻下層膜係可適合用作在對含有Ru等選自元素週期表第6族、7族、8族、及9族所成群中之金屬的金屬膜進行乾蝕刻時所使用之蝕刻遮罩,而且,藉由使用此等金屬膜及含矽之光阻下層膜來製造半導體元件,可適當獲得本來就不會發生上述阻擋金屬層問題的無阻擋金屬層之半導體元件。
即,本發明係包含以下態樣。
[1]一種含矽之光阻下層膜形成用組成物,其係形成含矽之光阻下層膜,且前述含矽之光阻下層膜用於在對含有選自元素週期表第6族、7族、8族、及9族所成群中至少一種金屬之金屬膜進行乾蝕刻時作為蝕刻遮罩來使用。
[2]如項[1]所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,前述金屬為釕(Ru)。
[3]如項[1]或[2]所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,前述含矽之光阻下層膜形成用組成物係含有:
[A]成分:聚矽氧烷、以及
[B]成分:溶劑。
[4]如項[1]至[3]中任一項所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,前述含矽之光阻下層膜係藉由塗布而形成之膜。
[5]如項[3]或[4]所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,前述[A]成分之聚矽氧烷中Si所占含量為30質量%以上。
[6]如項[3]至[5]中任一項所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,前述[A]成分之聚矽氧烷係將四官能烷氧基矽烷用作原料之聚矽氧烷。
[7]如項[3]至[6]中任一項所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,前述[A]成分之聚矽氧烷係將三官能烷氧基矽烷用作原料之聚矽氧烷。
[8]如項[3]至[7]中任一項所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,前述[A]成分之聚矽氧烷係含有矽醇基的至少一部分經醇改性或經縮醛保護之聚矽氧烷改性物。
[9]如項[8]所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,前述聚矽氧烷改性物係含有水解性矽烷化合物的水解縮合物與醇的脫水反應物。
[10]如項[3]至[9]中任一項所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,前述[B]成分之溶劑係含有醇系溶劑。
[11]如項[10]所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,前述[B]成分之溶劑係含有丙二醇單烷基醚、及甲基異丁基甲醇中至少任一種。
[12]如項[3]至[11]中任一項所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,前述含矽之光阻下層膜形成用組成物係進一步含有硝酸或乙酸。
[13]如項[3]至[12]中任一項所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,前述[B]成分之溶劑係含有水。
[14]如項[1]至[13]中任一項所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,前述含矽之光阻下層膜係ArF或EUV微影用的光阻下層膜。
[15]一種積層體,其具有:含有選自元素週期表第6族、7族、8族、及9族所成群中至少一種金屬之金屬膜、以及形成於前述金屬膜上之含矽之光阻下層膜;
前述含矽之光阻下層膜係使用如項[1]至[14]中任一項所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物來形成;且
對前述金屬膜進行乾蝕刻。
[16]一種半導體元件之製造方法,其係包含:
在半導體基板上,形成含有選自元素週期表第6族、7族、8族、及9族所成群中至少一種金屬之金屬膜之步驟;
在前述金屬膜上,使用如項[1]至[14]中任一項所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物來形成含矽之光阻下層膜之步驟;以及
在前述含矽之光阻下層膜上,形成光阻膜之步驟。
[17]如項[16]所述之半導體元件之製造方法,其中,在前述形成含矽之光阻下層膜之步驟中,使用經尼龍過濾器過濾之含矽之光阻下層膜形成用組成物。
[18]如項[16]或[17]所述之半導體元件之製造方法,其中,前述半導體元件之製造方法係包含:
在前述金屬膜上,塗布如項[1]至[14]中任一項所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物並燒成,從而形成含矽之光阻下層膜之步驟;以及
在前述含矽之光阻下層膜上,塗布光阻組成物,從而形成光阻膜之步驟。
[19]如項[16]至[18]中任一項所述之半導體元件之製造方法,其中,前述半導體元件之製造方法係包含:
對前述光阻膜進行曝光、顯影,從而獲得光阻圖案之步驟;
將經圖案化之前述光阻膜用作遮罩,並對前述含矽之光阻下層膜進行蝕刻之步驟;以及
將經圖案化之前述含矽之光阻下層膜用作遮罩,並對前述金屬膜進行乾蝕刻之步驟。
[20]如項[19]所述之半導體元件之製造方法,其中,在前述乾蝕刻之步驟中,前述含矽之光阻下層膜的蝕刻速度(蝕刻速率)會顯示出較前述金屬膜的蝕刻速度(蝕刻速率)更慢的值。
[21]如項[19]或[20]所述之半導體元件之製造方法,其中,前述半導體元件之製造方法係在對前述金屬膜進行乾蝕刻之步驟後,進一步包含:藉由使用藥液之濕式法來除去前述含矽之光阻下層膜之步驟。
[發明之效果]
根據本發明,可提供一種形成光阻下層膜之光阻下層膜形成用組成物,該光阻下層膜係可適合用作用以對Ru等選自元素週期表第6族、7族、8族、及9族所成群中之金屬的膜進行乾蝕刻之蝕刻遮罩,以便使用Ru等非Cu的新穎金屬藉由減成法來製造半導體元件。
(含矽之光阻下層膜形成用組成物)
本發明之含矽之光阻下層膜形成用組成物係用以形成含矽之光阻下層膜。
含矽之光阻下層膜係在對含有選自元素週期表第6族、7族、8族、及9族所成群中至少一種金屬(以下亦稱為「特定金屬」)之金屬膜進行乾蝕刻時作為蝕刻遮罩來使用。因被用作蝕刻遮罩,故含矽之光阻下層膜係形成於含有特定金屬之金屬膜上。
含矽之光阻下層膜理想係藉由塗布而形成之膜。
本發明人發現:由含矽之光阻下層膜形成用組成物所形成之含矽之光阻下層膜係可適合用作在對含有Ru等選自元素週期表第6族、7族、8族、及9族所成群中之金屬的金屬膜進行乾蝕刻時所使用之蝕刻遮罩。
本發明之含矽之光阻下層膜形成用組成物係含有作為[A]成分之聚矽氧烷、作為[B]成分之溶劑,並且可進一步視需要而含有其他成分。
<[A]成分:聚矽氧烷>
作為[A]成分之聚矽氧烷只要是具有矽氧烷鍵之聚合物,則無特別限定。
聚矽氧烷可以是將四官能烷氧基矽烷用作原料之聚矽氧烷。
此外,聚矽氧烷也可以是將三官能烷氧基矽烷用作原料之聚矽氧烷。
聚矽氧烷亦可含有矽醇基的至少一部分經改性之改性聚矽氧烷,例如可含有矽醇基的至少一部分經醇改性或經縮醛保護之聚矽氧烷改性物。
此外,聚矽氧烷的一例係含有水解性矽烷的水解縮合物,亦可含有水解縮合物與醇的脫水反應物,或者是可含有水解縮合物所具有之矽醇基的至少一部分經醇改性或經縮醛保護之改性聚矽氧烷。水解縮合物之水解性矽烷中可含有一種或兩種以上的水解性矽烷。
此外,聚矽氧烷可為具有籠型、梯型、直鏈型、及支鏈型中任一種主鏈之結構。而且,聚矽氧烷可使用市售的聚矽氧烷。
又,本發明中,水解性矽烷的「水解縮合物」,即經水解縮合之生成物不僅包含完全完成縮合之縮合物之聚有機矽氧烷聚合物,亦包含未完全完成縮合之部分水解縮合物之聚有機矽氧烷聚合物。如此之部分水解縮合物與完全完成縮合之縮合物相同,皆係使水解性矽烷進行水解及縮合而獲得之聚合物,但部分會止於水解而未縮合,因此會有Si-OH基殘存。此外,除了水解縮合物以外,含矽之光阻下層膜形成用組成物中亦可有未縮合之水解物(完全水解物、部分水解物)、及單體(水解性矽烷)殘存。
又,本說明書中,會有將「水解性矽烷」簡稱為「矽烷化合物」之情形。
聚矽氧烷可列舉例如含有由下述式(1)表示之至少一種水解性矽烷之水解性矽烷的水解縮合物。
式(1)中,R
1為與矽原子鍵結之基團,互相獨立表示可經取代之烷基、可經取代之芳基、可經取代之芳烷基、可經取代之鹵化烷基、可經取代之鹵化芳基、可經取代之鹵化芳烷基、可經取代之烷氧烷基、可經取代之烷氧芳基、可經取代之烷氧芳烷基、或可經取代之烯基,或是互相獨立表示具有環氧基之有機基、具有丙烯醯基之有機基、具有甲基丙烯醯基之有機基、具有巰基之有機基、具有胺基之有機基、具有烷氧基之有機基、具有磺醯基之有機基、或具有氰基之有機基、或者此等兩種以上的組合。
此外,R
2為與矽原子鍵結之基團或原子,互相獨立表示烷氧基、芳烷氧基、醯氧基、或鹵素原子。
a表示0~3的整數。
<<<R
1>>>
烷基可為直鏈狀、支鏈狀、或環狀,其碳數無特別限定,理想為40以下,更理想為30以下,更加理想為20以下,再更理想為10以下。
作為烷基,直鏈狀或支鏈狀烷基的具體例可列舉:甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、二級丁基、三級丁基、正戊基、1-甲基-正丁基、2-甲基-正丁基、3-甲基-正丁基、1,1-二甲基-正丙基、1,2-二甲基-正丙基、2,2-二甲基-正丙基、1-乙基-正丙基、正己基、1-甲基-正戊基、2-甲基-正戊基、3-甲基-正戊基、4-甲基-正戊基、1,1-二甲基-正丁基、1,2-二甲基-正丁基、1,3-二甲基-正丁基、2,2-二甲基-正丁基、2,3-二甲基-正丁基、3,3-二甲基-正丁基、1-乙基-正丁基、2-乙基-正丁基、1,1,2-三甲基-正丙基、1,2,2-三甲基-正丙基、1-乙基-1-甲基-正丙基、及1-乙基-2-甲基-正丙基等。
又,本說明書中,「異」意指「iso」、「二級」意指「sec」、「三級」意指「tert」。
環狀烷基的具體例可列舉:環丙基、環丁基、1-甲基-環丙基、2-甲基-環丙基、環戊基、1-甲基-環丁基、2-甲基-環丁基、3-甲基-環丁基、1,2-二甲基-環丙基、2,3-二甲基-環丙基、1-乙基-環丙基、2-乙基-環丙基、環己基、1-甲基-環戊基、2-甲基-環戊基、3-甲基-環戊基、1-乙基-環丁基、2-乙基-環丁基、3-乙基-環丁基、1,2-二甲基-環丁基、1,3-二甲基-環丁基、2,2-二甲基-環丁基、2,3-二甲基-環丁基、2,4-二甲基-環丁基、3,3-二甲基-環丁基、1-正丙基-環丙基、2-正丙基-環丙基、1-異丙基-環丙基、2-異丙基-環丙基、1,2,2-三甲基-環丙基、1,2,3-三甲基-環丙基、2,2,3-三甲基-環丙基、1-乙基-2-甲基-環丙基、2-乙基-1-甲基-環丙基、2-乙基-2-甲基-環丙基、及2-乙基-3-甲基-環丙基等環烷基;雙環丁基、雙環戊基、雙環己基、雙環庚基、雙環辛基、雙環壬基、及雙環癸基等交聯環式環烷基等。
芳基可為以下任一種:苯基、從縮合環芳香族碳氫化合物上移除一個氫原子而衍生之一價基團、及從環連接芳香族碳氫化合物上移除一個氫原子而衍生之一價基團;其碳數無特別限定,理想為40以下,更理想為30以下,更加理想為20以下。
例如,芳基可列舉碳數6~20的芳基,其一例可列舉:苯基、1-萘基、2-萘基、1-蒽基、2-蒽基、9-蒽基、1-菲基、2-菲基、3-菲基、4-菲基、9-菲基、1-稠四苯基、2-稠四苯基、5-稠四苯基、2-䓛基(2-chrysenyl group)、1-芘基、2-芘基、稠五苯基、苯并芘基、聯伸三苯基;聯苯-2-基(鄰聯苯基)、聯苯-3-基(間聯苯基)、聯苯-4-基(對聯苯基)、對聯三苯-4-基、間聯三苯-4-基、鄰聯三苯-4-基、1,1’-聯萘-2-基、2,2’-聯萘-1-基等,但不限於此等。
芳烷基係被芳基取代之烷基,如此芳基及烷基的具體例可列舉與前述相同的例示。芳烷基的碳數無特別限定,理想為40以下,更理想為30以下,更加理想為20以下。
芳烷基的具體例可列舉:苯基甲基(苄基)、2-苯基伸乙基、3-苯基-正丙基、4-苯基-正丁基、5-苯基-正戊基、6-苯基-正己基、7-苯基-正庚基、8-苯基-正辛基、9-苯基-正壬基、10-苯基-正癸基等,但不限於此等。
鹵化烷基、鹵化芳基、及鹵化芳烷基各別係經一個以上的鹵素原子取代之烷基、芳基、及芳烷基,如此烷基、芳基及芳烷基的具體例可列舉與前述相同的例示。
鹵素原子可列舉:氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等。
鹵化烷基的碳數無特別限定,理想為40以下,更理想為30以下,更加理想為20以下,再更理想為10以下。
鹵化烷基的具體例可列舉:單氟甲基、二氟甲基、三氟甲基、溴二氟甲基、2-氯乙基、2-溴乙基、1,1-二氟乙基、2,2,2-三氟乙基、1,1,2,2-四氟乙基、2-氯-1,1,2-三氟乙基、五氟乙基、3-溴丙基、2,2,3,3-四氟丙基、1,1,2,3,3,3-六氟丙基、1,1,1,3,3,3-六氟丙-2-基、3-溴-2-甲基丙基、4-溴丁基、全氟戊基等,但不限於此等。
鹵化芳基的碳數無特別限定,理想為40以下,更理想為30以下,更加理想為20以下。
鹵化芳基的具體例可列舉:2-氟苯基、3-氟苯基、4-氟苯基、2,3-二氟苯基、2,4-二氟苯基、2,5-二氟苯基、2,6-二氟苯基、3,4-二氟苯基、3,5-二氟苯基、2,3,4-三氟苯基、2,3,5-三氟苯基、2,3,6-三氟苯基、2,4,5-三氟苯基、2,4,6-三氟苯基、3,4,5-三氟苯基、2,3,4,5-四氟苯基、2,3,4,6-四氟苯基、2,3,5,6-四氟苯基、五氟苯基、2-氟-1-萘基、3-氟-1-萘基、4-氟-1-萘基、6-氟-1-萘基、7-氟-1-萘基、8-氟-1-萘基、4,5-二氟-1-萘基、5,7-二氟-1-萘基、5,8-二氟-1-萘基、5,6,7,8-四氟-1-萘基、七氟-1-萘基、1-氟-2-萘基、5-氟-2-萘基、6-氟-2-萘基、7-氟-2-萘基、5,7-二氟-2-萘基、七氟-2-萘基等,另可列舉此等基團中之氟原子(氟基)任意被氯原子(氯基)、溴原子(溴基)、碘原子(碘基)取代之基團,但不限於此等。
鹵化芳烷基的碳數無特別限定,理想為40以下,更理想為30以下,更加理想為20以下。
鹵化芳烷基的具體例可列舉:2-氟苄基、3-氟苄基、4-氟苄基、2,3-二氟苄基、2,4-二氟苄基、2,5-二氟苄基、2,6-二氟苄基、3,4-二氟苄基、3,5-二氟苄基、2,3,4-三氟苄基、2,3,5-三氟苄基、2,3,6-三氟苄基、2,4,5-三氟苄基、2,4,6-三氟苄基、2,3,4,5-四氟苄基、2,3,4,6-四氟苄基、2,3,5,6-四氟苄基、2,3,4,5,6-五氟苄基等,另可列舉此等基團中之氟原子(氟基)任意被氯原子(氯基)、溴原子(溴基)、碘原子(碘基)取代之基團,但不限於此等。
烷氧烷基、烷氧芳基、及烷氧芳烷基各別係經一個以上的烷氧基取代之烷基、芳基、及芳烷基,如此烷基、芳基及芳烷基的具體例可列舉與前述相同的例示。
作為取代基之烷氧基可列舉例如具有碳數1~20的直鏈狀、支鏈狀、及環狀中至少任一種的烷基部分之烷氧基。
直鏈狀或支鏈狀烷氧基可列舉例如:甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、異丁氧基、二級丁氧基、三級丁氧基、正戊氧基、1-甲基-正丁氧基、2-甲基-正丁氧基、3-甲基-正丁氧基、1,1-二甲基-正丙氧基、1,2-二甲基-正丙氧基、2,2-二甲基-正丙氧基、1-乙基-正丙氧基、正己氧基、1-甲基-正戊氧基、2-甲基-正戊氧基、3-甲基-正戊氧基、4-甲基-正戊氧基、1,1-二甲基-正丁氧基、1,2-二甲基-正丁氧基、1,3-二甲基-正丁氧基、2,2-二甲基-正丁氧基、2,3-二甲基-正丁氧基、3,3-二甲基-正丁氧基、1-乙基-正丁氧基、2-乙基-正丁氧基、1,1,2-三甲基-正丙氧基、1,2,2-三甲基-正丙氧基、1-乙基-1-甲基-正丙氧基、及1-乙基-2-甲基-正丙氧基等。
此外,環狀烷氧基可列舉例如:環丙氧基、環丁氧基、1-甲基-環丙氧基、2-甲基-環丙氧基、環戊氧基、1-甲基-環丁氧基、2-甲基-環丁氧基、3-甲基-環丁氧基、1,2-二甲基-環丙氧基、2,3-二甲基-環丙氧基、1-乙基-環丙氧基、2-乙基-環丙氧基、環己氧基、1-甲基-環戊氧基、2-甲基-環戊氧基、3-甲基-環戊氧基、1-乙基-環丁氧基、2-乙基-環丁氧基、3-乙基-環丁氧基、1,2-二甲基-環丁氧基、1,3-二甲基-環丁氧基、2,2-二甲基-環丁氧基、2,3-二甲基-環丁氧基、2,4-二甲基-環丁氧基、3,3-二甲基-環丁氧基、1-正丙基-環丙氧基、2-正丙基-環丙氧基、1-異丙基-環丙氧基、2-異丙基-環丙氧基、1,2,2-三甲基-環丙氧基、1,2,3-三甲基-環丙氧基、2,2,3-三甲基-環丙氧基、1-乙基-2-甲基-環丙氧基、2-乙基-1-甲基-環丙氧基、2-乙基-2-甲基-環丙氧基、及2-乙基-3-甲基-環丙氧基等。
烷氧烷基的具體例可列舉:甲氧基甲基、乙氧基甲基、1-乙氧基乙基、2-乙氧基乙基、乙氧基甲基等低級(碳數在5以下左右)烷氧基低級(碳數在5以下左右)烷基等,但不限於此等。
烷氧芳基的具體例可列舉:2-甲氧基苯基、3-甲氧基苯基、4-甲氧基苯基、2-(1-乙氧基)苯基、3-(1-乙氧基)苯基、4-(1-乙氧基)苯基、2-(2-乙氧基)苯基、3-(2-乙氧基)苯基、4-(2-乙氧基)苯基、2-甲氧基萘-1-基、3-甲氧基萘-1-基、4-甲氧基萘-1-基、5-甲氧基萘-1-基、6-甲氧基萘-1-基、7-甲氧基萘-1-基等,但不限於此等。
烷氧芳烷基的具體例可列舉:3-(甲氧基苯基)苄基、4-(甲氧基苯基)苄基等,但不限於此等。
烯基可為直鏈狀或支鏈狀,其碳數無特別限定,理想為40以下,更理想為30以下,更加理想為20以下,再更理想為10以下。
烯基的具體例可列舉:乙烯基(ethenyl group)(乙烯基(vinyl group))、1-丙烯基、2-丙烯基、1-甲基-1-乙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、2-甲基-1-丙烯基、2-甲基-2-丙烯基、1-乙基乙烯基、1-甲基-1-丙烯基、1-甲基-2-丙烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、3-戊烯基、4-戊烯基、1-正丙基乙烯基、1-甲基-1-丁烯基、1-甲基-2-丁烯基、1-甲基-3-丁烯基、2-乙基-2-丙烯基、2-甲基-1-丁烯基、2-甲基-2-丁烯基、2-甲基-3-丁烯基、3-甲基-1-丁烯基、3-甲基-2-丁烯基、3-甲基-3-丁烯基、1,1-二甲基-2-丙烯基、1-異丙基乙烯基、1,2-二甲基-1-丙烯基、1,2-二甲基-2-丙烯基、1-環戊烯基、2-環戊烯基、3-環戊烯基、1-己烯基、2-己烯基、3-己烯基、4-己烯基、5-己烯基、1-甲基-1-戊烯基、1-甲基-2-戊烯基、1-甲基-3-戊烯基、1-甲基-4-戊烯基、1-正丁基乙烯基、2-甲基-1-戊烯基、2-甲基-2-戊烯基、2-甲基-3-戊烯基、2-甲基-4-戊烯基、2-正丙基-2-丙烯基、3-甲基-1-戊烯基、3-甲基-2-戊烯基、3-甲基-3-戊烯基、3-甲基-4-戊烯基、3-乙基-3-丁烯基、4-甲基-1-戊烯基、4-甲基-2-戊烯基、4-甲基-3-戊烯基、4-甲基-4-戊烯基、1,1-二甲基-2-丁烯基、1,1-二甲基-3-丁烯基、1,2-二甲基-1-丁烯基、1,2-二甲基-2-丁烯基、1,2-二甲基-3-丁烯基、1-甲基-2-乙基-2-丙烯基、1-二級丁基乙烯基、1,3-二甲基-1-丁烯基、1,3-二甲基-2-丁烯基、1,3-二甲基-3-丁烯基、1-異丁基乙烯基、2,2-二甲基-3-丁烯基、2,3-二甲基-1-丁烯基、2,3-二甲基-2-丁烯基、2,3-二甲基-3-丁烯基、2-異丙基-2-丙烯基、3,3-二甲基-1-丁烯基、1-乙基-1-丁烯基、1-乙基-2-丁烯基、1-乙基-3-丁烯基、1-正丙基-1-丙烯基、1-正丙基-2-丙烯基、2-乙基-1-丁烯基、2-乙基-2-丁烯基、2-乙基-3-丁烯基、1,1,2-三甲基-2-丙烯基、1-三級丁基乙烯基、1-甲基-1-乙基-2-丙烯基、1-乙基-2-甲基-1-丙烯基、1-乙基-2-甲基-2-丙烯基、1-異丙基-1-丙烯基、1-異丙基-2-丙烯基、1-甲基-2-環戊烯基、1-甲基-3-環戊烯基、2-甲基-1-環戊烯基、2-甲基-2-環戊烯基、2-甲基-3-環戊烯基、2-甲基-4-環戊烯基、2-甲基-5-環戊烯基、2-亞甲基-環戊基、3-甲基-1-環戊烯基、3-甲基-2-環戊烯基、3-甲基-3-環戊烯基、3-甲基-4-環戊烯基、3-甲基-5-環戊烯基、3-亞甲基-環戊基、1-環己烯基、2-環己烯基、及3-環己烯基等,另亦可列舉雙環庚烯基(降莰基)等交聯環式烯基。
此外,前述烷基、芳基、芳烷基、鹵化烷基、鹵化芳基、鹵化芳烷基、烷氧烷基、烷氧芳基、烷氧芳烷基、及烯基中之取代基可列舉例如:烷基、芳基、芳烷基、鹵化烷基、鹵化芳基、鹵化芳烷基、烷氧烷基、芳氧基、烷氧芳基、烷氧芳烷基、烯基、烷氧基、芳烷氧基等,此等之具體例以及其理想的碳數可列舉與前述或後述相同的例示。
此外,取代基中所列舉之芳氧基係芳基經由氧原子(-O-)鍵結之基團,如此芳基的具體例可列舉與前述相同的例示。芳氧基的碳數無特別限定,理想為40以下,更理想為30以下,更加理想為20以下,其具體例可列舉苯氧基、萘-2-基氧基等,但不限於此等。
此外,當取代基存在兩個以上之情形時,取代基可彼此鍵結而形成環。
具有環氧基之有機基可列舉:環氧丙氧甲基、環氧丙氧乙基、環氧丙氧丙基、環氧丙氧丁基、環氧環己基等。
具有丙烯醯基之有機基可列舉:丙烯醯基甲基、丙烯醯基乙基、丙烯醯基丙基等。
具有甲基丙烯醯基之有機基可列舉:甲基丙烯醯基甲基、甲基丙烯醯基乙基、甲基丙烯醯基丙基等。
具有巰基之有機基可列舉:巰基乙基、巰基丁基、巰基己基、巰基辛基、巰基苯基等。
具有胺基之有機基可列舉:胺基、胺甲基、胺乙基、胺苯基、二甲胺基乙基、二甲胺基丙基等,但不限於此等。具有胺基之有機基,詳細將進一步於後述之。
具有烷氧基之有機基可列舉例如甲氧基甲基、甲氧基乙基,但不限於此等。惟,烷氧基直接與矽原子鍵結之基團除外。
具有磺醯基之有機基可列舉例如磺醯基烷基、及磺醯基芳基,但不限於此等。
具有氰基之有機基可列舉:氰乙基、氰丙基、氰苯基、氰硫基等。
具有胺基之有機基,可列舉具有一級胺基、二級胺基、及三級胺基中至少任一種之有機基。理想可使用水解縮合物且該水解縮合物係對具有三級胺基之水解性矽烷用強酸進行水解而形成之具有三級銨基之相對陽離子。此外,有機基中除了構成胺基之氮原子以外,還可含有氧原子、硫原子等雜原子。
具有胺基之有機基的一理想例,可列舉由下述式(A1)表示之基團。
[化2]
式(A1)中,R
101及R
102互相獨立表示氫原子或烴基,L互相獨立表示可經取代之伸烷基。*表示鍵結鍵。
烴基可列舉:烷基、烯基、芳基等,但不限於此等。此等烷基、烯基及芳基的具體例可列舉與R
1中前述相同的例示。
此外,伸烷基可為直鏈狀或支鏈狀,其碳數通常為1~10,理想為1~5。可列舉例如:亞甲基、伸乙基、三亞甲基、四亞甲基、五亞甲基、六亞甲基、七亞甲基、八亞甲基、九亞甲基、十亞甲基等直鏈狀伸烷基。
具有胺基之有機基可列舉:胺基、胺甲基、胺乙基、胺苯基、二甲胺基乙基、二甲胺基丙基等,但不限於此等。
<<<R
2>>>
R
2中之烷氧基,可列舉例如R
1說明中所例示之烷氧基。
R
2中之鹵素原子,可列舉例如R
1說明中所例示之鹵素原子。
芳烷氧基係從芳烷醇的羥基上移除氫原子而衍生之一價基團,芳烷氧基中之芳烷基的具體例可列舉與前述相同的例示。
芳烷氧基的碳數無特別限定,例如可為40以下,理想可為30以下,更理想可為20以下。
芳烷氧基的具體例可列舉:苯基甲基氧基(苄氧基)、2-苯基伸乙基氧基、3-苯基-正丙基氧基、4-苯基-正丁基氧基、5-苯基-正戊基氧基、6-苯基-正己基氧基、7-苯基-正庚基氧基、8-苯基-正辛基氧基、9-苯基-正壬基氧基、10-苯基-正癸基氧基等,但不限於此等。
醯氧基係從羧酸化合物的羧基(-COOH)上移除氫原子而衍生之一價基團,典型而言,可列舉:從烷基羧酸、芳基羧酸或芳烷基羧酸的羧基上移除氫原子而衍生之烷基羰氧基、芳基羰氧基或芳烷基羰氧基,但不限於此等。如此烷基羧酸、芳基羧酸及芳烷基羧酸中之烷基、芳基及芳烷基的具體例可列舉與前述相同的例示。
醯氧基的具體例可列舉碳數2~20的醯氧基,可列舉例如:甲基羰氧基、乙基羰氧基、正丙基羰氧基、異丙基羰氧基、正丁基羰氧基、異丁基羰氧基、二級丁基羰氧基、三級丁基羰氧基、正戊基羰氧基、1-甲基-正丁基羰氧基、2-甲基-正丁基羰氧基、3-甲基-正丁基羰氧基、1,1-二甲基-正丙基羰氧基、1,2-二甲基-正丙基羰氧基、2,2-二甲基-正丙基羰氧基、1-乙基-正丙基羰氧基、正己基羰氧基、1-甲基-正戊基羰氧基、2-甲基-正戊基羰氧基、3-甲基-正戊基羰氧基、4-甲基-正戊基羰氧基、1,1-二甲基-正丁基羰氧基、1,2-二甲基-正丁基羰氧基、1,3-二甲基-正丁基羰氧基、2,2-二甲基-正丁基羰氧基、2,3-二甲基-正丁基羰氧基、3,3-二甲基-正丁基羰氧基、1-乙基-正丁基羰氧基、2-乙基-正丁基羰氧基、1,1,2-三甲基-正丙基羰氧基、1,2,2-三甲基-正丙基羰氧基、1-乙基-1-甲基-正丙基羰氧基、1-乙基-2-甲基-正丙基羰氧基、苯基羰氧基、及甲苯磺醯基羰氧基等。
<<<由式(1)表示之水解性矽烷的具體例>>>
由式(1)表示之水解性矽烷的具體例可列舉:四甲氧基矽烷、四氯矽烷、四乙醯氧基矽烷、四乙氧基矽烷、四正丙氧基矽烷、四異丙氧基矽烷、四正丁氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、甲基三氯矽烷、甲基三乙醯氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、甲基三丙氧基矽烷、甲基三丁氧基矽烷、甲基三戊氧基矽烷、甲基三苯氧基矽烷、甲基三苄氧基矽烷、甲基三苯乙氧基矽烷、環氧丙氧甲基三甲氧基矽烷、環氧丙氧甲基三乙氧基矽烷、α-環氧丙氧乙基三甲氧基矽烷、α-環氧丙氧乙基三乙氧基矽烷、β-環氧丙氧乙基三甲氧基矽烷、β-環氧丙氧乙基三乙氧基矽烷、α-環氧丙氧丙基三甲氧基矽烷、α-環氧丙氧丙基三乙氧基矽烷、β-環氧丙氧丙基三甲氧基矽烷、β-環氧丙氧丙基三乙氧基矽烷、γ-環氧丙氧丙基三甲氧基矽烷、γ-環氧丙氧丙基三乙氧基矽烷、γ-環氧丙氧丙基三丙氧基矽烷、γ-環氧丙氧丙基三丁氧基矽烷、γ-環氧丙氧丙基三苯氧基矽烷、α-環氧丙氧丁基三甲氧基矽烷、α-環氧丙氧丁基三乙氧基矽烷、β-環氧丙氧丁基三乙氧基矽烷、γ-環氧丙氧丁基三甲氧基矽烷、γ-環氧丙氧丁基三乙氧基矽烷、δ-環氧丙氧丁基三甲氧基矽烷、δ-環氧丙氧丁基三乙氧基矽烷、(3,4-環氧環己基)甲基三甲氧基矽烷、(3,4-環氧環己基)甲基三乙氧基矽烷、β-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷、β-(3,4-環氧環己基)乙基三乙氧基矽烷、β-(3,4-環氧環己基)乙基三丙氧基矽烷、β-(3,4-環氧環己基)乙基三丁氧基矽烷、β-(3,4-環氧環己基)乙基三苯氧基矽烷、γ-(3,4-環氧環己基)丙基三甲氧基矽烷、γ-(3,4-環氧環己基)丙基三乙氧基矽烷、δ-(3,4-環氧環己基)丁基三甲氧基矽烷、δ-(3,4-環氧環己基)丁基三乙氧基矽烷、環氧丙氧甲基甲基二甲氧基矽烷、環氧丙氧甲基甲基二乙氧基矽烷、α-環氧丙氧乙基甲基二甲氧基矽烷、α-環氧丙氧乙基甲基二乙氧基矽烷、β-環氧丙氧乙基甲基二甲氧基矽烷、β-環氧丙氧乙基乙基二甲氧基矽烷、α-環氧丙氧丙基甲基二甲氧基矽烷、α-環氧丙氧丙基甲基二乙氧基矽烷、β-環氧丙氧丙基甲基二甲氧基矽烷、β-環氧丙氧丙基乙基二甲氧基矽烷、γ-環氧丙氧丙基甲基二甲氧基矽烷、γ-環氧丙氧丙基甲基二乙氧基矽烷、γ-環氧丙氧丙基甲基二丙氧基矽烷、γ-環氧丙氧丙基甲基二丁氧基矽烷、γ-環氧丙氧丙基甲基二苯氧基矽烷、γ-環氧丙氧丙基乙基二甲氧基矽烷、γ-環氧丙氧丙基乙基二乙氧基矽烷、γ-環氧丙氧丙基乙烯基二甲氧基矽烷、γ-環氧丙氧丙基乙烯基二乙氧基矽烷、乙基三甲氧基矽烷、乙基三乙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基三氯矽烷、乙烯基三乙醯氧基矽烷、甲基乙烯基二甲氧基矽烷、甲基乙烯基二乙氧基矽烷、甲基乙烯基二氯矽烷、甲基乙烯基二乙醯氧基矽烷、二甲基乙烯基甲氧基矽烷、二甲基乙烯基乙氧基矽烷、二甲基乙烯基氯矽烷、二甲基乙烯基乙醯氧基矽烷、二乙烯基二甲氧基矽烷、二乙烯基二乙氧基矽烷、二乙烯基二氯矽烷、二乙烯基二乙醯氧基矽烷、γ-環氧丙氧丙基乙烯基二甲氧基矽烷、γ-環氧丙氧丙基乙烯基二乙氧基矽烷、烯丙基三甲氧基矽烷、烯丙基三乙氧基矽烷、烯丙基三氯矽烷、烯丙基三乙醯氧基矽烷、烯丙基甲基二甲氧基矽烷、烯丙基甲基二乙氧基矽烷、烯丙基甲基二氯矽烷、烯丙基甲基二乙醯氧基矽烷、烯丙基二甲基甲氧基矽烷、烯丙基二甲基乙氧基矽烷、烯丙基二甲基氯矽烷、烯丙基二甲基乙醯氧基矽烷、二烯丙基二甲氧基矽烷、二烯丙基二乙氧基矽烷、二烯丙基二氯矽烷、二烯丙基二乙醯氧基矽烷、3-烯丙胺基丙基三甲氧基矽烷、3-烯丙胺基丙基三乙氧基矽烷、對苯乙烯基三甲氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、苯基三氯矽烷、苯基三乙醯氧基矽烷、苯基甲基二甲氧基矽烷、苯基甲基二乙氧基矽烷、苯基甲基二氯矽烷、苯基甲基二乙醯氧基矽烷、苯基二甲基甲氧基矽烷、苯基二甲基乙氧基矽烷、苯基二甲基氯矽烷、苯基二甲基乙醯氧基矽烷、二苯基甲基甲氧基矽烷、二苯基甲基乙氧基矽烷、二苯基甲基氯矽烷、二苯基甲基乙醯氧基矽烷、二苯基二甲氧基矽烷、二苯基二乙氧基矽烷、二苯基二氯矽烷、二苯基二乙醯氧基矽烷、三苯基甲氧基矽烷、三苯基乙氧基矽烷、三苯基乙醯氧基矽烷、三苯基氯矽烷、3-苯胺基丙基三甲氧基矽烷、3-苯胺基丙基三乙氧基矽烷、二甲氧基甲基-3-(3-苯氧基丙基硫基丙基)矽烷、三乙氧基((2-甲氧基-4-(甲氧基甲基)苯氧基)甲基)矽烷、苄基三甲氧基矽烷、苄基三乙氧基矽烷、苄基甲基二甲氧基矽烷、苄基甲基二乙氧基矽烷、苄基二甲基甲氧基矽烷、苄基二甲基乙氧基矽烷、苄基二甲基氯矽烷、苯乙基三甲氧基矽烷、苯乙基三乙氧基矽烷、苯乙基三氯矽烷、苯乙基三乙醯氧基矽烷、苯乙基甲基二甲氧基矽烷、苯乙基甲基二乙氧基矽烷、苯乙基甲基二氯矽烷、苯乙基甲基二乙醯氧基矽烷、甲氧基苯基三甲氧基矽烷、甲氧基苯基三乙氧基矽烷、甲氧基苯基三乙醯氧基矽烷、甲氧基苯基三氯矽烷、甲氧基苄基三甲氧基矽烷、甲氧基苄基三乙氧基矽烷、甲氧基苄基三乙醯氧基矽烷、甲氧基苄基三氯矽烷、甲氧基苯乙基三甲氧基矽烷、甲氧基苯乙基三乙氧基矽烷、甲氧基苯乙基三乙醯氧基矽烷、甲氧基苯乙基三氯矽烷、乙氧基苯基三甲氧基矽烷、乙氧基苯基三乙氧基矽烷、乙氧基苯基三乙醯氧基矽烷、乙氧基苯基三氯矽烷、乙氧基苄基三甲氧基矽烷、乙氧基苄基三乙氧基矽烷、乙氧基苄基三乙醯氧基矽烷、乙氧基苄基三氯矽烷、異丙氧基苯基三甲氧基矽烷、異丙氧基苯基三乙氧基矽烷、異丙氧基苯基三乙醯氧基矽烷、異丙氧基苯基三氯矽烷、異丙氧基苄基三甲氧基矽烷、異丙氧基苄基三乙氧基矽烷、異丙氧基苄基三乙醯氧基矽烷、異丙氧基苄基三氯矽烷、三級丁氧基苯基三甲氧基矽烷、三級丁氧基苯基三乙氧基矽烷、三級丁氧基苯基三乙醯氧基矽烷、三級丁氧基苯基三氯矽烷、三級丁氧基苄基三甲氧基矽烷、三級丁氧基苄基三乙氧基矽烷、三級丁氧基苄基三乙醯氧基矽烷、三級丁氧基苄基三氯矽烷、甲氧基萘基三甲氧基矽烷、甲氧基萘基三乙氧基矽烷、甲氧基萘基三乙醯氧基矽烷、甲氧基萘基三氯矽烷、乙氧基萘基三甲氧基矽烷、乙氧基萘基三乙氧基矽烷、乙氧基萘基三乙醯氧基矽烷、乙氧基萘基三氯矽烷、γ-氯丙基三甲氧基矽烷、γ-氯丙基三乙氧基矽烷、γ-氯丙基三乙醯氧基矽烷、3,3,3-三氟丙基三甲氧基矽烷、γ-甲基丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烷、γ-巰基丙基三甲氧基矽烷、γ-巰基丙基三乙氧基矽烷、β-氰乙基三乙氧基矽烷、氰硫基丙基三乙氧基矽烷、氯甲基三甲氧基矽烷、氯甲基三乙氧基矽烷、三乙氧基矽基丙基二烯丙基異氰脲酸酯(triethoxysilylpropyl diallyl isocyanurate)、雙環[2,2,1]庚烯基三乙氧基矽烷、苯磺醯基丙基三乙氧基矽烷、苯磺醯胺基丙基三乙氧基矽烷、二甲胺基丙基三甲氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、苯基甲基二甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、苯基甲基二乙氧基矽烷、γ-氯丙基甲基二甲氧基矽烷、γ-氯丙基甲基二乙氧基矽烷、二甲基二乙醯氧基矽烷、γ-甲基丙烯醯氧丙基甲基二甲氧基矽烷、γ-甲基丙烯醯氧丙基甲基二乙氧基矽烷、γ-巰基丙基甲基二甲氧基矽烷、γ-巰基甲基二乙氧基矽烷、甲基乙烯基二甲氧基矽烷、甲基乙烯基二乙氧基矽烷、及由下述式(A-1)至(A-41)表示之矽烷、由下述式(1-1)至(1-290)表示之矽烷等,但不限於此等。
式(1-1)至(1-290)中,T互相獨立表示烷氧基、醯氧基、或鹵素基團,例如,理想係表示甲氧基或乙氧基。
此外,[A]聚矽氧烷可列舉:含有由式(1)表示之水解性矽烷及由下述式(2)表示之水解性矽烷之水解性矽烷的水解縮合物,或者是含有由下述式(2)表示之水解性矽烷取代由式(1)表示之水解性矽烷之水解性矽烷的水解縮合物。
式(2)中,R
3為與矽原子鍵結之基團,互相獨立表示可經取代之烷基、可經取代之芳基、可經取代之芳烷基、可經取代之鹵化烷基、可經取代之鹵化芳基、可經取代之鹵化芳烷基、可經取代之烷氧烷基、可經取代之烷氧芳基、可經取代之烷氧芳烷基、或可經取代之烯基,或是互相獨立表示具有環氧基之有機基、具有丙烯醯基之有機基、具有甲基丙烯醯基之有機基、具有巰基之有機基、具有胺基之有機基、具有烷氧基之有機基、具有磺醯基之有機基、或具有氰基之有機基、或者此等兩種以上的組合。
此外,R
4為與矽原子鍵結之基團或原子,互相獨立表示烷氧基、芳烷氧基、醯氧基、或鹵素原子。
R
5為與矽原子鍵結之基團,互相獨立表示伸烷基或伸芳基。
b表示0或1,c表示0或1。
R
3中各基團的具體例以及其理想的碳數可列舉R
1中前述基團及碳數。
R
4中各基團及原子的具體例以及其理想的碳數可列舉R
2中前述基團及原子以及碳數。
R
5中伸烷基的具體例可列舉:亞甲基、伸乙基、三亞甲基、四亞甲基、五亞甲基、六亞甲基、七亞甲基、八亞甲基、九亞甲基、十亞甲基等直鏈狀伸烷基,1-甲基三亞甲基、2-甲基三亞甲基、1,1-二甲基伸乙基、1-甲基四亞甲基、2-甲基四亞甲基、1,1-二甲基三亞甲基、1,2-二甲基三亞甲基、2,2-二甲基三亞甲基、1-乙基三亞甲基等支鏈狀伸烷基等伸烷基;甲三基、乙-1,1,2-三基、乙-1,2,2-三基、乙-2,2,2-三基、丙-1,1,1-三基、丙-1,1,2-三基、丙-1,2,3-三基、丙-1,2,2-三基、丙-1,1,3-三基、丁-1,1,1-三基、丁-1,1,2-三基、丁-1,1,3-三基、丁-1,2,3-三基、丁-1,2,4-三基、丁-1,2,2-三基、丁-2,2,3-三基、2-甲基丙-1,1,1-三基、2-甲基丙-1,1,2-三基、2-甲基丙-1,1,3-三基等烷三基等,但不限於此等。
R
5中伸芳基的具體例可列舉:1,2-伸苯基、1,3-伸苯基、1,4-伸苯基;1,5-萘二基、1,8-萘二基、2,6-萘二基、2,7-萘二基、1,2-蒽二基、1,3-蒽二基、1,4-蒽二基、1,5-蒽二基、1,6-蒽二基、1,7-蒽二基、1,8-蒽二基、2,3-蒽二基、2,6-蒽二基、2,7-蒽二基、2,9-蒽二基、2,10-蒽二基、9,10-蒽二基等從縮合環芳香族碳氫化合物的芳香環上移除兩個氫原子而衍生之基團;4,4’-聯苯二基、4,4”-對聯三苯二基之從環連接芳香族碳氫化合物的芳香環上移除兩個氫原子而衍生之基團等,但不限於此等。
b理想為0。
c理想為1。
由式(2)表示之水解性矽烷的具體例可列舉:亞甲基雙三甲氧基矽烷、亞甲基雙三氯矽烷、亞甲基雙三乙醯氧基矽烷、伸乙基雙三乙氧基矽烷、伸乙基雙三氯矽烷、伸乙基雙三乙醯氧基矽烷、伸丙基雙三乙氧基矽烷、伸丁基雙三甲氧基矽烷、伸苯基雙三甲氧基矽烷、伸苯基雙三乙氧基矽烷、伸苯基雙甲基二乙氧基矽烷、伸苯基雙甲基二甲氧基矽烷、伸萘基雙三甲氧基矽烷、雙三甲氧基二矽烷、雙三乙氧基二矽烷、雙乙基二乙氧基二矽烷、雙甲基二甲氧基二矽烷等,但不限於此等。
此外,[A]聚矽氧烷可列舉:含有由式(1)表示之水解性矽烷及/或由式(2)表示之水解性矽烷、以及下述所列舉之其他水解性矽烷之水解性矽烷的水解縮合物。
其他水解性矽烷可列舉:分子內具有鎓基之矽烷化合物、具有磺基之矽烷化合物、具有磺醯胺基之矽烷化合物、分子內具有環狀尿素骨架之矽烷化合物等,但不限於此等。
<<分子內具有鎓基之矽烷化合物(水解性有機矽烷)>>
分子內具有鎓基之矽烷化合物係可望能夠有效果且有效率地促進水解性矽烷的交聯反應。
分子內具有鎓基之矽烷化合物的一理想例係由式(3)表示。
R
11為與矽原子鍵結之基團,表示鎓基或具有鎓基之有機基。
R
12為與矽原子鍵結之基團,互相獨立表示可經取代之烷基、可經取代之芳基、可經取代之芳烷基、可經取代之鹵化烷基、可經取代之鹵化芳基、可經取代之鹵化芳烷基、可經取代之烷氧烷基、可經取代之烷氧芳基、可經取代之烷氧芳烷基、或可經取代之烯基,或是互相獨立表示具有環氧基之有機基、具有丙烯醯基之有機基、具有甲基丙烯醯基之有機基、具有巰基之有機基、具有胺基之有機基、或具有氰基之有機基、或者此等兩種以上的組合。
R
13為與矽原子鍵結之基團或原子,互相獨立表示烷氧基、芳烷氧基、醯氧基、或鹵素原子。
f表示1或2,g表示0或1,並滿足1≦f+g≦2。
烷基、芳基、芳烷基、鹵化烷基、鹵化芳基、鹵化芳烷基、烷氧烷基、烷氧芳基、烷氧芳烷基、烯基、以及具有環氧基之有機基、具有丙烯醯基之有機基、具有甲基丙烯醯基之有機基、具有巰基之有機基、具有胺基之有機基及具有氰基之有機基、烷氧基、芳烷氧基、醯氧基、鹵素原子的具體例、還有烷基、芳基、芳烷基、鹵化烷基、鹵化芳基、鹵化芳烷基、烷氧烷基、烷氧芳基、烷氧芳烷基及烯基的取代基的具體例、以及其理想的碳數,R
12的部分可列舉與R
1相關之前述例示,R
13的部分可列舉與R
2相關之前述例示。
若要更加詳細闡述,鎓基的具體例可列舉環狀銨基或鏈狀銨基,理想為三級銨基或四級銨基。
即,鎓基或具有鎓基之有機基的理想具體例可列舉:環狀銨基、鏈狀銨基、或具有至少其一之有機基,理想為三級銨基、四級銨基、或具有至少其一之有機基。
又,當鎓基為環狀銨基之情形時,構成銨基之氮原子也身兼構成環之原子。此時,會有構成環之氮原子與矽原子直接或是經由二價連結基來進行鍵結之情形、以及構成環之碳原子與矽原子直接或是經由二價連結基來進行鍵結之情形。
理想態樣的一例中,作為與矽原子鍵結之基團之R
11為由下述式(S1)表示之雜芳香族環狀銨基。
[化55]
式(S1)中,A
1、A
2、A
3及A
4互相獨立表示由下述式(J1)至式(J3)中任一者表示之基團,但A
1~A
4中至少一個為由下述式(J2)表示之基團,並且根據式(3)中矽原子與A
1~A
4何者鍵結,來確定各A
1~A
4與其各自鄰接並共同構成環之原子之間的鍵結究竟係單鍵或雙鍵,從而使所構成之環顯示芳香族性。*表示鍵結鍵。
[化56]
式(J1)至式(J3)中,R
10互相獨立表示單鍵、氫原子、烷基、芳基、芳烷基、鹵化烷基、鹵化芳基、鹵化芳烷基或烯基,而烷基、芳基、芳烷基、鹵化烷基、鹵化芳基、鹵化芳烷基及烯基的具體例以及其理想的碳數可列舉與前述相同的例示。*表示鍵結鍵。
式(S1)中,R
14互相獨立表示烷基、芳基、芳烷基、鹵化烷基、鹵化芳基、鹵化芳烷基、烯基或羥基,當R
14存在兩個以上之情形時,兩個R
14可彼此鍵結而形成環,兩個R
14所形成之環可為交聯環結構,此種情形下,環狀銨基將具有金剛烷環、降莰烯環、螺環等。
如此烷基、芳基、芳烷基、鹵化烷基、鹵化芳基、鹵化芳烷基及烯基的具體例以及其理想的碳數可列舉與前述相同的例示。
式(S1)中,n
1為1~8的整數,m
1為0或1,m
2為0或從1至可在單環或多環上進行取代之最大數的正整數。
當m
1為0之情形時,會構成含有A
1~A
4之(4+n
1)元環。即,當n
1為1時構成五元環,當n
1為2時構成六元環,當n
1為3時構成七元環,當n
1為4時構成八元環,當n
1為5時構成九元環,當n
1為6時構成十元環,當n
1為7時構成十一元環,當n
1為8時構成十二元環。
當m
1為1之情形時,會形成含有A
1~A
3之(4+n
1)元環與含有A
4之六元環進行縮合而成之縮合環。
A
1~A
4會有在構成環之原子上具有氫原子之情形、及不具有氫原子之情形係取決於其為式(J1)至式(J3)何者,當A
1~A
4在構成環之原子上具有氫原子之情形時,該氫原子可取代為R
14。此外,R
14亦可在A
1~A
4中之環構成原子以外的環構成原子上進行取代。有鑑於如此情事,如前所述,m
2係選自0或從1至可在單環或多環上進行取代之最大數的整數。
由式(S1)表示之雜芳香族環狀銨基的鍵結鍵係存在於如此之單環或縮合環中存在之任意碳原子或氮原子,並且與矽原子直接鍵結,或是與連結基鍵結而構成具有環狀銨之有機基後其再與矽原子鍵結。
如此連結基可列舉:伸烷基、伸芳基、伸烯基等,但不限於此等。
伸烷基及伸芳基的具體例以及其理想的碳數可列舉與前述相同的例示。
此外,伸烯基係進一步從烯基上移除一個氫原子而衍生之二價基團,如此烯基的具體例可列舉與前述相同的例示。伸烯基的碳數無特別限定,理想為40以下,更理想為30以下,更加理想為20以下。
其具體例可列舉:伸乙烯基、1-甲基伸乙烯基、伸丙烯基、1-伸丁烯基、2-伸丁烯基、1-伸戊烯基、2-伸戊烯基等,但不限於此等。
具有由式(S1)表示之雜芳香族環狀銨基的由式(3)表示之矽烷化合物(水解性有機矽烷)的具體例可列舉由下述式(I-1)至式(I-50)表示之矽烷等,但不限於此等。
此外,另一例中,式(3)中作為與矽原子鍵結之基團之R
11可為由下述式(S2)表示之雜脂肪族環狀銨基。
式(S2)中,A
5、A
6、A
7及A
8互相獨立表示由下述式(J4)至式(J6)中任一者表示之基團,但A
5~A
8中至少一個為由下述式(J5)表示之基團。根據式(3)中矽原子與A
5~A
8何者鍵結,來確定各A
5~A
8與其各自鄰接並共同構成環之原子之間的鍵結究竟係單鍵或雙鍵,從而使所構成之環顯示非芳香族性。*表示鍵結鍵。
式(J4)至式(J6)中,R
10互相獨立表示單鍵、氫原子、烷基、芳基、芳烷基、鹵化烷基、鹵化芳基、鹵化芳烷基或烯基,而烷基、芳基、芳烷基、鹵化烷基、鹵化芳基、鹵化芳烷基及烯基的具體例以及其理想的碳數可列舉與前述相同的例示。*表示鍵結鍵。
式(S2)中,R
15互相獨立表示烷基、芳基、芳烷基、鹵化烷基、鹵化芳基、鹵化芳烷基、烯基或羥基,當R
15存在兩個以上之情形時,兩個R
15可彼此鍵結而形成環,兩個R
15所形成之環可為交聯環結構,此種情形下,環狀銨基將具有金剛烷環、降莰烯環、螺環等。
烷基、芳基、芳烷基、鹵化烷基、鹵化芳基、鹵化芳烷基及烯基的具體例以及其理想的碳數可列舉與前述相同的例示。
式(S2)中,n
2為1~8的整數,m
3為0或1,m
4為0或從1至可在單環或多環上進行取代之最大數的正整數。
當m
3為0之情形時,會構成含有A
5~A
8之(4+n
2)元環。即,當n
2為1時構成五元環,當n
2為2時構成六元環,當n
2為3時構成七元環,當n
2為4時構成八元環,當n
2為5時構成九元環,當n
2為6時構成十元環,當n
2為7時構成十一元環,當n
2為8時構成十二元環。
當m
3為1之情形時,會形成含有A
5~A
7之(4+n
2)元環與含有A
8之六元環進行縮合而成之縮合環。
A
5~A
8會有在構成環之原子上具有氫原子之情形、及不具有氫原子之情形係取決於其為式(J4)至式(J6)何者,當A
5~A
8在構成環之原子上具有氫原子之情形時,該氫原子可取代為R
15。此外,R
15亦可在A
5~A
8中之環構成原子以外的環構成原子上進行取代。
有鑑於如此情事,如前所述,m
4係選自0或從1至可在單環或多環上進行取代之最大數的整數。
由式(S2)表示之雜脂肪族環狀銨基的鍵結鍵係存在於如此之單環或縮合環中存在之任意碳原子或氮原子,並且與矽原子直接鍵結,或是與連結基鍵結而構成具有環狀銨之有機基後其再與矽原子鍵結。
如此連結基可列舉:伸烷基、伸芳基或伸烯基,而伸烷基、伸芳基及伸烯基的具體例以及其理想的碳數可列舉與前述相同的例示。
具有由式(S2)表示之雜脂肪族環狀銨基的由式(3)表示之矽烷化合物(水解性有機矽烷)的具體例可列舉由下述式(II-1)至式(II-30)表示之矽烷等,但不限於此等。
再另一例中,式(3)中作為與矽原子鍵結之基團之R
11可為由下述式(S3)表示之鏈狀銨基。
[化64]
式(S3)中,R
10互相獨立表示氫原子、烷基、芳基、芳烷基、鹵化烷基、鹵化芳基、鹵化芳烷基或烯基,而烷基、芳基、芳烷基、鹵化烷基、鹵化芳基、鹵化芳烷基及烯基的具體例以及其理想的碳數可列舉與前述相同的例示。*表示鍵結鍵。
由式(S3)表示之鏈狀銨基係與矽原子直接鍵結,或是與連結基鍵結而構成具有鏈狀銨基之有機基後其再與矽原子鍵結。
如此連結基可列舉:伸烷基、伸芳基或伸烯基,而伸烷基、伸芳基及伸烯基的具體例可列舉與前述相同的例示。
具有由式(S3)表示之鏈狀銨基的由式(3)表示之矽烷化合物(水解性有機矽烷)的具體例可列舉由下述式(III-1)至式(III-28)表示之矽烷等,但不限於此等。
<<具有磺基或磺醯胺基之矽烷化合物(水解性有機矽烷)>>
具有磺基之矽烷化合物、及具有磺醯胺基之矽烷化合物可列舉例如由下述式(B-1)至式(B-36)表示之化合物,但不限於此等。
下述式中,Me表示甲基,Et表示乙基。
<<分子內具有環狀尿素骨架之矽烷化合物(水解性有機矽烷)>>
分子內具有環狀尿素骨架之水解性有機矽烷可列舉例如由下述式(4-1)表示之水解性有機矽烷。
[化70]
式(4-1)中,R
401為與矽原子鍵結之基團,互相獨立表示由下述式(4-2)表示之基團。
R
402為與矽原子鍵結之基團,表示可經取代之烷基、可經取代之芳基、可經取代之芳烷基、可經取代之鹵化烷基、可經取代之鹵化芳基、可經取代之鹵化芳烷基、可經取代之烷氧烷基、可經取代之烷氧芳基、可經取代之烷氧芳烷基、或可經取代之烯基,或是表示具有環氧基之有機基、具有丙烯醯基之有機基、具有甲基丙烯醯基之有機基、具有巰基之有機基或具有氰基之有機基、或者此等兩種以上的組合。
R
403為與矽原子鍵結之基團或原子,互相獨立表示烷氧基、芳烷氧基、醯氧基或鹵素原子。
x為1或2,y為0或1,並滿足x+y≦2。
R
402的烷基、芳基、芳烷基、鹵化烷基、鹵化芳基、鹵化芳烷基、烷氧烷基、烷氧芳基、烷氧芳烷基、烯基、及具有環氧基之有機基、具有丙烯醯基之有機基、具有甲基丙烯醯基之有機基、具有巰基之有機基及具有氰基之有機基、以及R
403的烷氧基、芳烷氧基、醯氧基及鹵素原子、以及此等之取代基的具體例、理想的碳數等,可列舉與R
1及R
2相關之前述例示相同的例示。
[化71]
式(4-2)中,R
404互相獨立表示氫原子、可經取代之烷基、可經取代之烯基、或者具有環氧基之有機基或具有磺醯基之有機基;R
405互相獨立表示伸烷基、羥基伸烷基、硫鍵(-S-)、醚鍵(-O-)或酯鍵(-CO-O-或-O-CO-)。*表示鍵結鍵。
又,R
404的可經取代之烷基、可經取代之烯基及具有環氧基之有機基的具體例及理想的碳數等,可列舉與R
1相關之前述例示相同的例示,除此之外,R
404的可經取代之烷基理想為末端的氫原子被乙烯基取代之烷基,其具體例可列舉:烯丙基、2-乙烯基乙基、3-乙烯基丙基、4-乙烯基丁基等。
具有磺醯基之有機基,只要有含磺醯基則無特別限定,可列舉:可經取代之烷基磺醯基、可經取代之芳基磺醯基、可經取代之芳烷基磺醯基、可經取代之鹵化烷基磺醯基、可經取代之鹵化芳基磺醯基、可經取代之鹵化芳烷基磺醯基、可經取代之烷氧烷基磺醯基、可經取代之烷氧芳基磺醯基、可經取代之烷氧芳烷基磺醯基、可經取代之烯基磺醯基等。
此等基團中之烷基、芳基、芳烷基、鹵化烷基、鹵化芳基、鹵化芳烷基、烷氧烷基、烷氧芳基、烷氧芳烷基、及烯基、以及此等之取代基的具體例及理想的碳數等,可列舉與R
1相關之前述例示相同的例示。
伸烷基係進一步從烷基上移除一個氫原子而衍生之二價基團,可為直鏈狀、支鏈狀、及環狀中任一種,如此伸烷基的具體例可列舉與前述相同的例示。伸烷基的碳數無特別限定,理想為40以下,更理想為30以下,更加理想為20以下,再更理想為10以下。
此外,R
405的伸烷基可在其末端或中間,理想係在中間,具有選自硫鍵、醚鍵及酯鍵之一種或兩種以上。
伸烷基的具體例可列舉:亞甲基、伸乙基、三亞甲基、四亞甲基、五亞甲基、六亞甲基、七亞甲基、八亞甲基、九亞甲基、十亞甲基等直鏈狀伸烷基;甲基伸乙基、1-甲基三亞甲基、2-甲基三亞甲基、1,1-二甲基伸乙基、1-甲基四亞甲基、2-甲基四亞甲基、1,1-二甲基三亞甲基、1,2-二甲基三亞甲基、2,2-二甲基三亞甲基、1-乙基三亞甲基等支鏈狀伸烷基;1,2-環丙二基、1,2-環丁二基、1,3-環丁二基、1,2-環己二基、1,3-環己二基等環狀伸烷基等;-CH
2OCH
2-、-CH
2CH
2OCH
2-、-CH
2CH
2OCH
2CH
2-、-CH
2CH
2CH
2OCH
2CH
2-、-CH
2CH
2OCH
2CH
2CH
2-、-CH
2CH
2CH
2OCH
2CH
2CH
2-、-CH
2SCH
2-、-CH
2CH
2SCH
2-、-CH
2CH
2SCH
2CH
2-、-CH
2CH
2CH
2SCH
2CH
2-、-CH
2CH
2SCH
2CH
2CH
2-、-CH
2CH
2CH
2SCH
2CH
2CH
2-、-CH
2OCH
2CH
2SCH
2-等含有醚基等之伸烷基,但不限於此等。
羥基伸烷基係前述伸烷基中至少一個氫原子取代為羥基,其具體例可列舉:羥基亞甲基、1-羥基伸乙基、2-羥基伸乙基、1,2-二羥基伸乙基、1-羥基三亞甲基、2-羥基三亞甲基、3-羥基三亞甲基、1-羥基四亞甲基、2-羥基四亞甲基、3-羥基四亞甲基、4-羥基四亞甲基、1,2-二羥基四亞甲基、1,3-二羥基四亞甲基、1,4-二羥基四亞甲基、2,3-二羥基四亞甲基、2,4-二羥基四亞甲基、4,4-二羥基四亞甲基等,但不限於此等。
式(4-3)至式(4-5)中,R
406~R
410互相獨立表示氫原子、可經取代之烷基、可經取代之烯基、或者具有環氧基或磺醯基之有機基。可經取代之烷基、可經取代之烯基、及具有環氧基或磺醯基之有機基的具體例以及理想的碳數等,可列舉與R
1相關之前述例示相同的例示。此外,具有磺醯基之有機基的具體例以及理想的碳數等可列舉與R
404相關之前述例示相同的例示。*表示鍵結鍵。
其中,從再現性良好地實現優異的微影特性之觀點而言,X
401理想為由式(4-5)表示之基團。
從再現性良好地實現優異的微影特性之觀點而言,理想為R
404及R
406~R
410中至少一個係末端的氫原子被乙烯基取代之烷基。
由式(4-1)表示之水解性有機矽烷可使用市售品,亦可用國際公開第2011/102470號等所記載之習知方法進行合成。
以下,作為由式(4-1)表示之水解性有機矽烷的具體例,可列舉由下述式(4-1-1)至式(4-1-29)表示之矽烷等,但不限於此等。
在不損害本發明效果的範圍內,[A]聚矽氧烷可為含有前述例示以外之其他矽烷化合物之水解性矽烷的水解縮合物。
如前所述,[A]聚矽氧烷可使用矽醇基的至少一部分經改性之改性聚矽氧烷。例如可使用矽醇基的一部分經醇改性之聚矽氧烷改性物或經縮醛保護之聚矽氧烷改性物。
該改性物之聚矽氧烷可列舉:在前述水解性矽烷的水解縮合物中,該縮合物所具有之矽醇基的至少一部分與醇的羥基進行反應而獲得之反應生成物、該縮合物與醇之脫水反應物、還有該縮合物所具有之矽醇基的至少一部分被縮醛基保護之改性物等。
醇可使用一元醇,可列舉例如:甲醇、乙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、異丁醇、三級丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、1-庚醇、2-庚醇、三級戊醇、新戊醇、2-甲基-1-丙醇、2-甲基-1-丁醇、3-甲基-1-丁醇、3-甲基-3-戊醇、環戊醇、1-己醇、2-己醇、3-己醇、2,3-二甲基-2-丁醇、3,3-二甲基-1-丁醇、3,3-二甲基-2-丁醇、2-二乙基-1-丁醇、2-甲基-1-戊醇、2-甲基-2-戊醇、2-甲基-3-戊醇、3-甲基-1-戊醇、3-甲基-2-戊醇、3-甲基-3-戊醇、4-甲基-1-戊醇、4-甲基-2-戊醇、4-甲基-3-戊醇及環己醇。
此外,例如可使用:3-甲氧基丁醇、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、丙二醇單甲醚(1-甲氧基-2-丙醇)、丙二醇單乙醚(1-乙氧基-2-丙醇)、丙二醇單丁醚(1-丁氧基-2-丙醇)等含烷氧基之醇。
縮合物所具有之矽醇基與醇的羥基之間的反應,係可藉由使聚矽氧烷與醇接觸,在溫度40~160℃(例如60℃)下,進行反應0.1~48小時(例如24小時),從而獲得矽醇基經封端之改性聚矽氧烷。此時,封端劑之醇在含有聚矽氧烷之組成物中可用作溶劑。
此外,由水解性矽烷的水解縮合物所成之聚矽氧烷與醇之脫水反應物,係可藉由在作為觸媒之酸的存在下,使聚矽氧烷與醇進行反應,對矽醇基以醇封端,並將脫水所生成之生成水除去至反應系外來製造。
酸可使用酸解離常數(pka)在-1~5之有機酸,理想為pka在4~5之有機酸。例如,酸有三氟乙酸、馬來酸、苯甲酸、異酪酸、乙酸等,其中可例示苯甲酸、異酪酸、乙酸等。
此外,酸可使用具有70~160℃沸點之酸,可列舉例如:三氟乙酸、異酪酸、乙酸、硝酸等。
如此一來,酸理想係具有以下任一物性之酸:酸解離常數(pka)在4~5、或是沸點在70~160℃。即,可使用酸度較弱的酸,或是使用酸度雖強但沸點低的酸。
並且,酸亦能從酸解離常數、沸點之性質中利用任一性質。
縮合物所具有之矽醇基的縮醛保護,係可使用乙烯基醚,例如可使用由下述式(5)表示之乙烯基醚,藉由此等反應來將由下述式(6)表示之部分結構導入聚矽氧烷中。
[化76]
式(5)中,R
1a、R
2a、及R
3a各別表示氫原子或碳數1~10的烷基,R
4a表示碳數1~10的烷基,R
2a及R
4a可彼此鍵結而形成環。烷基可列舉前述例示。
[化77]
式(6)中,R
1’、R
2’、及R
3’各別表示氫原子或碳數1~10的烷基,R
4’表示碳數1~10的烷基,R
2’及R
4’可彼此鍵結而形成環。式(6)中,*表示與鄰接原子的鍵結。鄰接原子可列舉例如:矽氧烷鍵的氧原子、矽醇基的氧原子、或源自式(1)的R
1之碳原子。烷基可列舉前述例示。
由式(5)表示之乙烯基醚可使用例如:甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、異丙基乙烯基醚、正丁基乙烯基醚、2-乙基己基乙烯基醚、三級丁基乙烯基醚、及環己基乙烯基醚等脂肪族乙烯基醚化合物;或2,3-二氫呋喃、4-甲基-2,3-二氫呋喃、及3,4-二氫-2H-哌喃等環狀乙烯基醚化合物。尤其,理想可使用:乙基乙烯基醚、丙基乙烯基醚、丁基乙烯基醚、乙基己基乙烯基醚、環己基乙烯基醚、3,4-二氫-2H-哌喃、或2,3-二氫呋喃。
矽醇基的縮醛保護,可使用聚矽氧烷、乙烯基醚、與作為溶劑之丙二醇單甲醚乙酸酯、乙酸乙酯、二甲基甲醯胺、四氫呋喃、1,4-二噁烷等非質子性溶劑,並使用對甲苯磺酸吡啶(pyridium p-toluenesulfonate)、三氟甲磺酸、對甲苯磺酸、甲磺酸、鹽酸、硫酸等觸媒來實施。
又,此等矽醇基的經醇封端及縮醛保護可與後述之水解性矽烷的水解及縮合同時進行。
本發明之一理想態樣中,[A]聚矽氧烷係含有含以下物質之水解性矽烷的水解縮合物及其改性物中至少一種:由式(1)表示之水解性矽烷、還有視需要之由式(2)表示之水解性矽烷、及其他水解性矽烷。
一理想態樣中,[A]聚矽氧烷係含有水解縮合物與醇的脫水反應物。
水解性矽烷的水解縮合物(亦可包含其改性物)的重量平均分子量例如可為500~1,000,000。從抑制組成物中水解縮合物析出等之觀點等而言,重量平均分子量理想可為500,000以下,更理想可為250,000以下,更加理想可為100,000以下;從兼顧保存穩定性及塗布性之觀點等而言,理想可為700以上,更理想可為1,000以上。
又,重量平均分子量係藉由凝膠滲透層析(GPC)分析以聚苯乙烯換算而獲得之分子量。GPC分析例如可如下進行:GPC裝置(商品名HLC-8220GPC,東曹股份有限公司製),GPC管柱(商品名Shodex(註冊商標)KF803L、KF802、KF801,昭和電工股份有限公司製),管柱溫度設為40℃,使用四氫呋喃作為溶離液(溶出溶劑),流量(流速)設為1.0mL/min,標準樣品使用聚苯乙烯(昭和電工股份有限公司製Shodex(註冊商標))。
水解性矽烷的水解縮合物可藉由使前述矽烷化合物(水解性矽烷)進行水解及縮合來獲得。
前述矽烷化合物(水解性矽烷)係含有:與矽原子直接鍵結之烷氧基、芳烷氧基、醯氧基、或鹵素原子,即含有:烷氧基矽基、芳烷氧基矽基、醯氧基矽基、或鹵化矽基(以下稱為水解性基團)。
對於此等水解性基團的水解,每1莫耳的水解性基團,通常係使用0.1~100莫耳的水,例如使用0.5~100莫耳的水,理想係使用1~10莫耳的水。
在進行水解及縮合時,可基於促進反應之目的等而使用水解觸媒,亦可不使用水解觸媒來進行水解及縮合。當有使用水解觸媒之情形時,每1莫耳的水解性基團,通常可使用0.0001~10莫耳的水解觸媒,理想可使用0.001~1莫耳的水解觸媒。
進行水解及縮合時的反應溫度,通常係在室溫以上且可用於水解之有機溶劑在常壓下之回流溫度以下的範圍,例如可為20~110℃,另例如可為20~80℃。
水解可完全地進行水解,即將所有水解性基團變為矽醇基;水解亦可進行部分水解,即留下未反應的水解基團。
水解及縮合時可使用的水解觸媒可列舉:金屬螯合化合物、有機酸、無機酸、有機鹼、無機鹼。
作為水解觸媒之金屬螯合化合物可列舉例如:三乙氧基・單(乙醯丙酮)鈦、三正丙氧基・單(乙醯丙酮)鈦、三異丙氧基・單(乙醯丙酮)鈦、三正丁氧基・單(乙醯丙酮)鈦、三第二丁氧基・單(乙醯丙酮)鈦、三第三丁氧基・單(乙醯丙酮)鈦、二乙氧基・雙(乙醯丙酮)鈦、二正丙氧基・雙(乙醯丙酮)鈦、二異丙氧基・雙(乙醯丙酮)鈦、二正丁氧基・雙(乙醯丙酮)鈦、二第二丁氧基・雙(乙醯丙酮)鈦、二第三丁氧基・雙(乙醯丙酮)鈦、單乙氧基・參(乙醯丙酮)鈦、單正丙氧基・參(乙醯丙酮)鈦、單異丙氧基・參(乙醯丙酮)鈦、單正丁氧基・參(乙醯丙酮)鈦、單第二丁氧基・參(乙醯丙酮)鈦、單第三丁氧基・參(乙醯丙酮)鈦、肆(乙醯丙酮)鈦、三乙氧基・單(乙醯乙酸乙酯)鈦、三正丙氧基・單(乙醯乙酸乙酯)鈦、三異丙氧基・單(乙醯乙酸乙酯)鈦、三正丁氧基・單(乙醯乙酸乙酯)鈦、三第二丁氧基・單(乙醯乙酸乙酯)鈦、三第三丁氧基・單(乙醯乙酸乙酯)鈦、二乙氧基・雙(乙醯乙酸乙酯)鈦、二正丙氧基・雙(乙醯乙酸乙酯)鈦、二異丙氧基・雙(乙醯乙酸乙酯)鈦、二正丁氧基・雙(乙醯乙酸乙酯)鈦、二第二丁氧基・雙(乙醯乙酸乙酯)鈦、二第三丁氧基・雙(乙醯乙酸乙酯)鈦、單乙氧基・參(乙醯乙酸乙酯)鈦、單正丙氧基・參(乙醯乙酸乙酯)鈦、單異丙氧基・參(乙醯乙酸乙酯)鈦、單正丁氧基・參(乙醯乙酸乙酯)鈦、單第二丁氧基・參(乙醯乙酸乙酯)鈦、單第三丁氧基・參(乙醯乙酸乙酯)鈦、肆(乙醯乙酸乙酯)鈦、單(乙醯丙酮)參(乙醯乙酸乙酯)鈦、雙(乙醯丙酮)雙(乙醯乙酸乙酯)鈦、參(乙醯丙酮)單(乙醯乙酸乙酯)鈦等鈦螯合化合物;三乙氧基・單(乙醯丙酮)鋯、三正丙氧基・單(乙醯丙酮)鋯、三異丙氧基・單(乙醯丙酮)鋯、三正丁氧基・單(乙醯丙酮)鋯、三第二丁氧基・單(乙醯丙酮)鋯、三第三丁氧基・單(乙醯丙酮)鋯、二乙氧基・雙(乙醯丙酮)鋯、二正丙氧基・雙(乙醯丙酮)鋯、二異丙氧基・雙(乙醯丙酮)鋯、二正丁氧基・雙(乙醯丙酮)鋯、二第二丁氧基・雙(乙醯丙酮)鋯、二第三丁氧基・雙(乙醯丙酮)鋯、單乙氧基・參(乙醯丙酮)鋯、單正丙氧基・參(乙醯丙酮)鋯、單異丙氧基・參(乙醯丙酮)鋯、單正丁氧基・參(乙醯丙酮)鋯、單第二丁氧基・參(乙醯丙酮)鋯、單第三丁氧基・參(乙醯丙酮)鋯、肆(乙醯丙酮)鋯、三乙氧基・單(乙醯乙酸乙酯)鋯、三正丙氧基・單(乙醯乙酸乙酯)鋯、三異丙氧基・單(乙醯乙酸乙酯)鋯、三正丁氧基・單(乙醯乙酸乙酯)鋯、三第二丁氧基・單(乙醯乙酸乙酯)鋯、三第三丁氧基・單(乙醯乙酸乙酯)鋯、二乙氧基・雙(乙醯乙酸乙酯)鋯、二正丙氧基・雙(乙醯乙酸乙酯)鋯、二異丙氧基・雙(乙醯乙酸乙酯)鋯、二正丁氧基・雙(乙醯乙酸乙酯)鋯、二第二丁氧基・雙(乙醯乙酸乙酯)鋯、二第三丁氧基・雙(乙醯乙酸乙酯)鋯、單乙氧基・參(乙醯乙酸乙酯)鋯、單正丙氧基・參(乙醯乙酸乙酯)鋯、單異丙氧基・參(乙醯乙酸乙酯)鋯、單正丁氧基・參(乙醯乙酸乙酯)鋯、單第二丁氧基・參(乙醯乙酸乙酯)鋯、單第三丁氧基・參(乙醯乙酸乙酯)鋯、肆(乙醯乙酸乙酯)鋯、單(乙醯丙酮)參(乙醯乙酸乙酯)鋯、雙(乙醯丙酮)雙(乙醯乙酸乙酯)鋯、參(乙醯丙酮)單(乙醯乙酸乙酯)鋯等鋯螯合化合物;參(乙醯丙酮)鋁、參(乙醯乙酸乙酯)鋁等鋁螯合化合物等,但不限於此等。
作為水解觸媒之有機酸可列舉例如:乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、草酸、馬來酸、甲基丙二酸、己二酸、癸二酸、沒食子酸、酪酸、苯六甲酸、花生四烯酸、2-乙基己酸、油酸、硬脂酸、亞麻油酸、次亞麻油酸、水楊酸、苯甲酸、對胺基苯甲酸、對甲苯磺酸、苯磺酸、一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸、甲酸、丙二酸、磺酸、鄰苯二甲酸、富馬酸、檸檬酸、酒石酸等,但不限於此等。
作為水解觸媒之無機酸可列舉例如:鹽酸、硝酸、硫酸、氫氟酸、磷酸等,但不限於此等。
作為水解觸媒之有機鹼可列舉例如:吡啶、吡咯、哌嗪、吡咯烷、哌啶、甲吡啶、三甲胺、三乙胺、單乙醇胺、二乙醇胺、二甲基單乙醇胺、單甲基二乙醇胺、三乙醇胺、二氮雜雙環辛烷、二氮雜雙環壬烷、二氮雜雙環十一烯、四甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨、四丙基氫氧化銨、四丁基氫氧化銨、三甲基苯基氫氧化銨、苄基三甲基氫氧化銨、苄基三乙基氫氧化銨等,但不限於此等。
作為水解觸媒之無機鹼可列舉例如:氨、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋇、氫氧化鈣等,但不限於此等。
此等觸媒中,理想係金屬螯合化合物、有機酸、無機酸,此等可單獨使用一種,亦可組合使用兩種以上。
其中,本發明中可適當使用硝酸作為水解觸媒。藉由使用硝酸,可提升水解及縮合後反應溶液的保存穩定性,尤其可抑制水解縮合物的分子量變化。已知水解縮合物在液體中的穩定性係取決於溶液的pH。經深入研究後,發現藉由適量使用硝酸,可使溶液的pH處於穩定範圍。
此外,如前述,於獲得水解縮合物的改性物時(例如於矽醇基經醇封端時)亦可使用硝酸,故從其可同時有助於水解性矽烷之水解及縮合、水解縮合物之醇封端之兩種反應之觀點而言,亦為理想。
在進行水解及縮合時,亦可使用有機溶劑作為溶劑,其具體例可列舉:正戊烷、異戊烷、正己烷、異己烷、正庚烷、異庚烷、2,2,4-三甲基戊烷、正辛烷、異辛烷、環己烷、甲基環己烷等脂肪族烴系溶劑;苯、甲苯、二甲苯、乙苯、三甲苯、甲基乙基苯、正丙苯、異丙苯、二乙苯、異丁苯、三乙苯、二異丙苯、正戊萘等芳香族烴系溶劑;甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、二級丁醇、三級丁醇、正戊醇、異戊醇、2-甲基丁醇、二級戊醇、三級戊醇、3-甲氧基丁醇、正己醇、2-甲基戊醇、二級己醇、2-乙基丁醇、正庚醇、二級庚醇、3-庚醇、正辛醇、2-乙基己醇、二級辛醇、正壬醇、2,6-二甲基-4-庚醇、正癸醇、二級十一醇、三甲基壬醇、二級十四醇、二級十七醇、酚、環己醇、甲基環己醇、3,3,5-三甲基環己醇、苄醇、苯基甲基甲醇、二丙酮醇、甲酚等單醇系溶劑;乙二醇、丙二醇、1,3-丁二醇、2,4-戊二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、2,5-己二醇、2,4-庚二醇、2-乙基-1,3-己二醇、二乙二醇、二丙二醇、三乙二醇、三丙二醇、丙三醇等多元醇系溶劑;丙酮、甲基乙基酮、甲基正丙基酮、甲基正丁基酮、二乙基酮、甲基異丁基酮、甲基正戊基酮、乙基正丁基酮、甲基正己基酮、二異丁基酮、三甲基壬酮、環己酮、甲基環己酮、2,4-戊二酮、丙酮基丙酮、二丙酮醇、苯乙酮、葑酮等酮系溶劑;乙醚、異丙醚、正丁醚、正己醚、2-乙基己基醚、環氧乙烷、1,2-環氧丙烷、二氧雜環戊烷(dioxolane)、4-甲基二氧雜環戊烷、二噁烷、二甲基二噁烷、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇二乙醚、乙二醇單正丁醚、乙二醇單正己醚、乙二醇單苯醚、乙二醇單2-乙基丁醚、乙二醇二丁醚、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇單正丁醚、二乙二醇二正丁醚、二乙二醇單正己醚、乙氧基三乙二醇、四乙二醇二正丁醚、丙二醇單甲醚(1-甲氧基-2-丙醇)、丙二醇單乙醚(1-乙氧基-2-丙醇)、丙二醇單丙醚、丙二醇單丁醚、丙二醇單甲醚乙酸酯(1-甲氧基-2-丙醇單乙酸酯)、二丙二醇單甲醚、二丙二醇單乙醚、二丙二醇單丙醚、二丙二醇單丁醚、三丙二醇單甲醚、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃等醚系溶劑;碳酸二乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、γ-丁內酯、γ-戊內酯、乙酸正丙酯、乙酸異丙酯、乙酸正丁酯、乙酸異丁酯、乙酸二級丁酯、乙酸正戊酯、乙酸二級戊酯、乙酸3-甲氧基丁酯、乙酸甲基戊酯、乙酸2-乙基丁酯、乙酸2-乙基己酯、乙酸苄酯、乙酸環己酯、乙酸甲基環己酯、乙酸正壬酯、乙醯乙酸甲酯、乙醯乙酸乙酯、乙二醇單甲醚乙酸酯、乙二醇單乙醚乙酸酯、二乙二醇單甲醚乙酸酯、二乙二醇單乙醚乙酸酯、二乙二醇單正丁醚乙酸酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、丙二醇單乙醚乙酸酯、丙二醇單丙醚乙酸酯、丙二醇單丁醚乙酸酯、二丙二醇單甲醚乙酸酯、二丙二醇單乙醚乙酸酯、乙二醇二乙酸酯、甲氧基三乙二醇乙酸酯(methoxytriglycol acetate)、乙二醇二乙酸酯、三乙二醇甲醚乙酸酯、丙酸乙酯、丙酸正丁酯、丙酸異戊酯、草酸二乙酯、草酸二正丁酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸正丁酯、乳酸正戊酯、丙二酸二乙酯、鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯等酯系溶劑;N-甲基甲醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二乙基甲醯胺、乙醯胺、N-甲基乙醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基丙醯胺、N-甲基-2-吡咯烷酮等含氮系溶劑;二甲硫醚、二乙硫醚、噻吩、四氫噻吩、二甲基亞碸、環丁碸、1,3-丙烷磺內酯等含硫系溶劑等,但不限於此等。此等溶劑可使用一種或組合使用兩種以上。
在水解及縮合反應結束後,將反應溶液直接或是稀釋或濃縮後,將其中和,並使用離子交換樹脂進行處理,藉此可去除用於水解及縮合之酸或鹼等水解觸媒。此外,可在如此處理之前或之後,藉由減壓蒸餾等從反應溶液中除去副產物的醇及水、所使用之水解觸媒等。
如此所獲得之水解縮合物(以下亦稱為聚矽氧烷),係以溶解於有機溶劑中之聚矽氧烷清漆的形態獲得,其可直接用於含矽之光阻下層膜形成用組成物之調製中。即,反應溶液可直接(或是稀釋後)用於含矽之光阻下層膜形成用組成物之調製中,此時,只要不會損害本發明效果,用於水解及縮合之水解觸媒或副產物等亦可殘存於反應溶液中。例如,水解觸媒或矽醇基之醇封端時所使用之硝酸在聚合物清漆溶液中亦可殘存100ppm~5,000ppm左右。
所獲得之聚矽氧烷清漆可進行溶劑取代,或用適宜的溶劑稀釋。又,若所獲得之聚矽氧烷清漆的保存穩定性不差,則可蒸餾除去有機溶劑,使膜形成成分濃度為100%。又,膜形成成分係指從組成物的所有成分中除去溶劑成分後之成分。
用於聚矽氧烷清漆之溶劑取代或稀釋等之有機溶劑可與用於水解性矽烷之水解及縮合反應之有機溶劑相同或相異。該稀釋用溶劑無特別限定,可任意選用一種或兩種以上。
<[B]成分:溶劑>
作為[B]成分之溶劑,只要係可使[A]成分、及視需要之含矽之光阻下層膜形成用組成物中所含有之其他成分溶解、混合之溶劑,則可無特別限制地使用。
[B]溶劑理想為醇系溶劑,更理想為醇系溶劑之烷二醇單烷基醚,更加理想為丙二醇單烷基醚。此等溶劑亦為聚矽氧烷的矽醇基之封端劑,因此無須進行溶劑取代等,即可從調製[A]聚矽氧烷後所獲得之溶液來調製含矽之光阻下層膜形成用組成物。
烷二醇單烷基醚可列舉:乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丙醚、乙二醇單丁醚、丙二醇單甲醚(1-甲氧基-2-丙醇)、丙二醇單乙醚(1-乙氧基-2-丙醇)、甲基異丁基甲醇、丙二醇單丁醚等。
其他[B]溶劑的具體例可列舉:乙酸甲賽璐蘇、乙酸乙賽璐蘇、丙二醇丙二醇單甲醚乙酸酯(1-甲氧基-2-丙醇單乙酸酯)、丙二醇單乙醚乙酸酯、丙二醇單丙醚乙酸酯、丙二醇單丁醚乙酸酯、甲苯、二甲苯、甲基乙基酮、環戊酮、環己酮、2-羥基丙酸乙酯、2-羥基-2-甲基丙酸乙酯、乙氧基乙酸乙酯、羥基乙酸乙酯、2-羥基-3-甲基丁酸甲酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸甲酯、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、乙二醇單甲醚乙酸酯、乙二醇單乙醚乙酸酯、乙二醇單丙醚乙酸酯、乙二醇單丁醚乙酸酯、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇二丙醚、二乙二醇二丁醚、丙二醇單甲醚、丙二醇二甲醚、丙二醇二乙醚、丙二醇二丙醚、丙二醇二丁醚、乳酸乙酯、乳酸丙酯、乳酸異丙酯、乳酸丁酯、乳酸異丁酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、甲酸異丙酯、甲酸丁酯、甲酸異丁酯、甲酸戊酯、甲酸異戊酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸戊酯、乙酸異戊酯、乙酸己酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸異丙酯、丙酸丁酯、丙酸異丁酯、酪酸甲酯、酪酸乙酯、酪酸丙酯、酪酸異丙酯、酪酸丁酯、酪酸異丁酯、羥基乙酸乙酯、2-羥基-2-甲基丙酸乙酯、3-甲氧基-2-甲基丙酸甲酯、2-羥基-3-甲基酪酸甲酯、甲氧基乙酸乙酯、乙氧基乙酸乙酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、3-甲氧基丙酸乙酯、乙酸3-甲氧基丁酯、乙酸3-甲氧基丙酯、乙酸3-甲基-3-甲氧基丁酯、丙酸3-甲基-3-甲氧基丁酯、丁酸3-甲基-3-甲氧基丁酯、乙醯乙酸甲酯、甲苯、二甲苯、甲基乙基酮、甲基丙基酮、甲基丁基酮、2-庚酮、3-庚酮、4-庚酮、環己酮、N,N-二甲基甲醯胺、N-甲基乙醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、4-甲基-2-戊醇、γ-丁內酯等,且溶劑可單獨使用一種或組合使用兩種以上。
此外,本發明之含矽之光阻下層膜形成用組成物亦可含有水作為溶劑。在含有水作為溶劑之情形下,其含量相對於該組成物所含之溶劑的合計質量,例如可為30質量%以下,理想可為20質量%以下,更加理想可為15質量%以下。
<[C]成分:硝酸或乙酸>
含矽之光阻下層膜形成用組成物理想係含有[C]硝酸或乙酸,以調整含有該組成物之溶液的pH等。
[C]硝酸或乙酸可在調製含矽之光阻下層膜形成用組成物時添加,亦可在前述聚矽氧烷之製造中作為水解觸媒或於矽醇基之醇封端時使用,並將其殘存於聚矽氧烷清漆中之部分視為[C]硝酸或乙酸。
基於含矽之光阻下層膜形成用組成物的總質量,[C]硝酸或乙酸的配合量(硝酸殘留量)例如可為0.0001質量%~1質量%,或可為0.001質量%~0.1質量%,或可為0.005質量%~0.05質量%。
<[D]成分:硬化觸媒>
含矽之光阻下層膜形成用組成物雖可為不含硬化觸媒之組成物,但理想係含有硬化觸媒([D]成分)。
硬化觸媒可使用:銨鹽、膦類、鏻鹽、鋶鹽等。又,作為硬化觸媒的一例所記載之下述鹽類,能以鹽的形態添加,亦可為在組成物中形成鹽之物質(添加時作為另一種化合物添加並在系內形成鹽之物質)之任一種。
具有由式(D-2)表示之結構之四級銨鹽:
[化79]
(式中,R
22、R
23、R
24及R
25互相獨立表示烷基、芳基、或芳烷基,Y
-表示陰離子,且R
22、R
23、R
24、及R
25各別與氮原子鍵結。);
此外,鏻鹽可列舉由式(D-7)表示之四級鏻鹽:
[化84]
(式中,R
31、R
32、R
33、及R
34互相獨立表示烷基、芳基、或芳烷基,Y
-表示陰離子,且R
31、R
32、R
33、及R
34各別與磷原子鍵結。)。
此外,鋶鹽可列舉由式(D-8)表示之三級鋶鹽:
[化85]
(式中,R
35、R
36、及R
37互相獨立表示烷基、芳基、或芳烷基,Y
-表示陰離子,且R
35、R
36、及R
37各別與硫原子鍵結。)。
式(D-1)的化合物係由胺所衍生之四級銨鹽,m
a表示2~11的整數,n
a表示2~3的整數。該四級銨鹽的R
21例如表示碳數1~18、理想為碳數2~10的烷基,碳數6~18的芳基,或碳數7~18的芳烷基,可列舉例如:乙基、丙基、丁基等直鏈狀烷基,及苄基、環己基、環己基甲基、雙環戊二烯基等。此外,陰離子(Y
-)可列舉:氯離子(Cl
-)、溴離子(Br
-)、碘離子(I
-)等鹵化物離子,及羧酸根基(-COO
-)、磺酸根基(-SO
3 -)、醇鹽(-O
-)等酸基。
式(D-2)的化合物係由R
22R
23R
24R
25N
+Y
-表示之四級銨鹽。該四級銨鹽的R
22、R
23、R
24及R
25例如為乙基、丙基、丁基、環己基、環己基甲基等碳數1~18的烷基,苯基等碳數6~18的芳基,或苄基等碳數7~18的芳烷基。陰離子(Y
-)可列舉:氯離子(Cl
-)、溴離子(Br
-)、碘離子(I
-)等鹵化物離子,及羧酸根基(-COO
-)、磺酸根基(-SO
3 -)、醇鹽(-O
-)等酸基。該四級銨鹽可自市售品取得,可例示如:乙酸四甲銨、乙酸四丁銨、氯化三乙基苄基銨、溴化三乙基苄基銨、氯化三辛基甲基銨、氯化三丁基苄基銨、氯化三甲基苄基銨等。
式(D-3)的化合物係由1-取代咪唑所衍生之四級銨鹽,R
26及R
27的碳數例如為1~18,R
26及R
27的碳數總和理想為7以上。R
26可例示如:甲基、乙基、丙基等烷基,苯基等芳基,苄基等芳烷基;R
27可例示如:苄基等芳烷基,辛基、十八基等烷基。陰離子(Y
-)可列舉:氯離子(Cl
-)、溴離子(Br
-)、碘離子(I
-)等鹵化物離子,及羧酸根基(-COO
-)、磺酸根基(-SO
3 -)、醇鹽(-O
-)等酸基。該化合物雖可自市售品取得,但可例如使1-甲基咪唑、1-苄基咪唑等咪唑系化合物與溴化苄、溴化甲烷、溴化苯等芳烷基鹵化物、烷基鹵化物、芳基鹵化物反應來製造。
式(D-4)的化合物係由吡啶所衍生之四級銨鹽,R
28例如為碳數1~18、理想為碳數4~18的烷基,碳數6~18的芳基,或碳數7~18的芳烷基,可例示如:丁基、辛基、苄基、月桂基。陰離子(Y
-)可列舉:氯離子(Cl
-)、溴離子(Br
-)、碘離子(I
-)等鹵化物離子,及羧酸根基(-COO
-)、磺酸根基(-SO
3 -)、醇鹽(-O
-)等酸基。該化合物雖可自市售品取得,但可例如使吡啶與氯化月桂烷、氯化苄、溴化苄、溴化甲烷、溴化辛烷等烷基鹵化物或芳基鹵化物反應來製造。該化合物可例示如氯化N-月桂基吡啶鎓、溴化N-苄基吡啶鎓等。
式(D-5)的化合物係由甲吡啶等為代表之取代吡啶所衍生之四級銨鹽,R
29例如為碳數1~18、理想為碳數4~18的烷基,或為碳數6~18的芳基,又或為碳數7~18的芳烷基,可例示如:甲基、辛基、月桂基、苄基等。R
30例如為碳數1~18的烷基、碳數6~18的芳基、或碳數7~18的芳烷基,例如,當由式(D-5)表示之化合物係由甲吡啶所衍生之四級銨之情形時,R
30為甲基。陰離子(Y
-)可列舉:氯離子(Cl
-)、溴離子(Br
-)、碘離子(I
-)等鹵化物離子,及羧酸根基(-COO
-)、磺酸根基(-SO
3 -)、醇鹽(-O
-)等酸基。該化合物雖可自市售品取得,但可例如使甲吡啶等取代吡啶與溴化甲烷、溴化辛烷、氯化月桂烷、氯化苄、溴化苄等烷基鹵化物或芳基鹵化物反應來製造。該化合物可例示如:氯化N-苄基甲吡啶鎓、溴化N-苄基甲吡啶鎓、氯化N-月桂基甲吡啶鎓等。
式(D-6)的化合物係由胺所衍生之三級銨鹽,m
a表示2~11的整數,n
a表示2或3。此外,陰離子(Y
-)可列舉:氯離子(Cl
-)、溴離子(Br
-)、碘離子(I
-)等鹵化物離子,及羧酸根基(-COO
-)、磺酸根基(-SO
3 -)、醇鹽(-O
-)等酸基。本化合物可藉由使胺與羧酸或酚等弱酸進行反應來製造。羧酸可列舉甲酸或乙酸,當使用甲酸之情形時,陰離子(Y
-)為(HCOO
-);當使用乙酸之情形時,陰離子(Y
-)為(CH
3COO
-)。此外,當使用酚之情形時,陰離子(Y
-)為(C
6H
5O
-)。
式(D-7)的化合物係具有R
31R
32R
33R
34P
+Y
-結構之四級鏻鹽。R
31、R
32、R
33、及R
34例如為乙基、丙基、丁基、環己基甲基等碳數1~18的烷基,苯基等碳數6~18的芳基,或苄基等碳數7~18的芳烷基,理想係R
31~R
34的四個取代基中之三個為未取代之苯基或經取代之苯基,可例示如苯基或甲苯基,且剩餘的一個為碳數1~18的烷基、碳數6~18的芳基、或碳數7~18的芳烷基。此外,陰離子(Y
-)可列舉:氯離子(Cl
-)、溴離子(Br
-)、碘離子(I
-)等鹵化物離子,及羧酸根基(-COO
-)、磺酸根基(-SO
3 -)、醇鹽(-O
-)等酸基。該化合物可自市售品取得,可列舉例如:鹵化四正丁基鏻、鹵化四正丙基鏻等鹵化四烷基鏻;鹵化三乙基苄基鏻等鹵化三烷基苄基鏻;鹵化三苯基甲基鏻、鹵化三苯基乙基鏻等鹵化三苯基單烷基鏻;鹵化三苯基苄基鏻、鹵化四苯基鏻、鹵化三甲苯基單芳基鏻、或鹵化三甲苯基單烷基鏻(以上,鹵素原子為氯原子或溴原子)。尤其,理想為:鹵化三苯基甲基鏻、鹵化三苯基乙基鏻等鹵化三苯基單烷基鏻;鹵化三苯基苄基鏻等鹵化三苯基單芳基鏻;鹵化三甲苯基單苯基鏻等鹵化三甲苯基單芳基鏻;或鹵化三甲苯基單甲基鏻等鹵化三甲苯基單烷基鏻(鹵素原子為氯原子或溴原子)。
此外,膦類可列舉:甲膦、乙膦、丙膦、異丙膦、異丁膦、苯膦等一級膦;二甲膦、二乙膦、二異丙膦、二異戊膦、二苯膦等二級膦;三甲膦、三乙膦、三苯膦、甲基二苯基膦、二甲基苯基膦等三級膦。
式(D-8)的化合物係具有R
35R
36R
37S
+Y
-結構之三級鋶鹽。R
35、R
36、及R
37例如為乙基、丙基、丁基、環己基甲基等碳數1~18的烷基,苯基等碳數6~18的芳基,或苄基等碳數7~18的芳烷基,理想係R
35~R
37的三個取代基中之兩個為未取代之苯基或經取代之苯基,可例示如苯基或甲苯基,且剩餘的一個為碳數1~18的烷基、碳數6~18的芳基、或碳數7~18的芳烷基。此外,陰離子(Y
-)可列舉:氯離子(Cl
-)、溴離子(Br
-)、碘離子(I
-)等鹵化物離子,或羧酸根基(-COO
-)、磺酸根基(-SO
3 -)、醇鹽(-O
-)、馬來酸陰離子、硝酸陰離子等酸基。該化合物可自市售品取得,可列舉例如:鹵化三正丁基鋶、鹵化三正丙基鋶等鹵化三烷基鋶;鹵化二乙基苄基鋶等鹵化二烷基苄基鋶;鹵化二苯基甲基鋶、鹵化二苯基乙基鋶等鹵化二苯基單烷基鋶;鹵化三苯基鋶(以上,鹵素原子為氯原子或溴原子);羧酸三正丁基鋶、羧酸三正丙基鋶等羧酸三烷基鋶;羧酸二乙基苄基鋶等羧酸二烷基苄基鋶;羧酸二苯基甲基鋶、羧酸二苯基乙基鋶等羧酸二苯基單烷基鋶;羧酸三苯基鋶。此外,理想可使用鹵化三苯基鋶、羧酸三苯基鋶。
此外,可添加含氮之矽烷化合物作為硬化觸媒。含氮之矽烷化合物可列舉N-(3-三乙氧基矽基丙基)-4,5-二氫咪唑等含咪唑環之矽烷化合物。
含矽之光阻下層膜形成用組成物中[D]硬化觸媒的含量,從更充分獲得本發明效果之觀點而言,相對於[A]聚矽氧烷100質量份,理想為0.1~30質量份,更理想為0.5~25質量份,更加理想為1~20質量份。
<[E]成分:胺、氫氧化物>
從更充分獲得本發明效果之觀點而言,含矽之光阻下層膜形成用組成物理想係含有[E]選自胺及氫氧化物中至少一種。
胺可列舉:氨;單甲醇胺、單乙醇胺、單丙醇胺、甲胺、乙胺、丙胺、丁胺等一級胺;二甲胺、乙基甲基胺、二乙胺等二級胺;三甲胺、三乙胺、三丙胺、二甲基乙基胺、甲基二異丙基胺、二異丙基乙基胺、二乙基乙醇胺、三乙醇胺等三級胺;乙二胺、四甲基乙二胺等胺;吡啶、嗎啉等環狀胺等。
氫氧化物可列舉無機鹼氫氧化物、有機鹼氫氧化物。
無機鹼氫氧化物可列舉例如:氫氧化鈉、氫氧化鉀等。
有機鹼氫氧化物可列舉例如:四烷銨氫氧化物、三芳基鋶氫氧化物、二芳基錪鎓氫氧化物等。四烷銨氫氧化物可列舉例如:四甲銨氫氧化物、四乙銨氫氧化物、四丁銨氫氧化物等。三芳基鋶氫氧化物可列舉例如三苯基鋶氫氧化物、參(三級丁基苯基)鋶氫氧化物等。二芳基錪鎓氫氧化物可列舉例如二苯基錪鎓氫氧化物、雙(三級丁基苯基)錪鎓氫氧化物等。
含矽之光阻下層膜形成用組成物中[E]成分的含量,相對於[A]聚矽氧烷100質量份,理想可為0.05~20質量份,更理想可為0.1~15質量份,更加理想可為0.5~10質量份。
<其他添加劑>
含矽之光阻下層膜形成用組成物中可視組成物之用途而配合各種添加劑。
添加劑可列舉例如在形成光阻下層膜、抗反射膜、圖案反轉用膜等可被用於製造半導體裝置之各種膜之材料(組成物)中所配合之以下習知添加劑:交聯劑、交聯觸媒、穩定化劑(有機酸、水、醇等)、有機聚合物、酸產生劑、界面活性劑(非離子系界面活性劑、陰離子系界面活性劑、陽離子系界面活性劑、矽系界面活性劑、氟系界面活性劑、UV硬化型界面活性劑等)、pH調整劑、金屬氧化物、流變調整劑、接著輔助劑等。
又,以下雖例示出各種添加劑,但不限於此等。
<<穩定化劑>>
穩定化劑可基於讓水解性矽烷混合物的水解縮合物穩定化等目的而添加,其具體例,可添加有機酸、水、醇、或其等組合。
有機酸可列舉例如:草酸、丙二酸、甲基丙二酸、琥珀酸、馬來酸、蘋果酸、酒石酸、鄰苯二甲酸、檸檬酸、戊二酸、乳酸、水楊酸等。其中,理想為草酸、馬來酸。當有添加有機酸之情形時,相對於水解性矽烷混合物的水解縮合物的質量,有機酸的添加量為0.1~5.0質量%。此等有機酸亦可用作pH調整劑。
水可使用純水、超純水、離子交換水等,當有使用水之情形時,相對於含矽之光阻下層膜形成用組成物100質量份,水的添加量可為1~20質量份。
醇理想係容易藉由塗布後之加熱而飛散之醇,可列舉例如:甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇等。當有添加醇之情形時,相對於含矽之光阻下層膜形成用組成物100質量份,醇的添加量可為1~20質量份。
<<有機聚合物>>
有機聚合物,係可藉由添加至含矽之光阻下層膜形成用組成物中來調整由組成物形成之膜(光阻下層膜)的乾蝕刻速度(每單位時間的膜厚減少量)、及衰減係數或折射率等。有機聚合物無特別限制,可視其添加目的而從各種有機聚合物(縮合聚合聚合物及加成聚合聚合物)中適宜選擇。
其具體例可列舉:聚酯、聚苯乙烯、聚醯亞胺、丙烯酸聚合物、甲基丙烯酸聚合物、聚乙烯醚、苯酚酚醛清漆、萘酚酚醛清漆、聚醚、聚醯胺、聚碳酸酯等加成聚合聚合物及縮合聚合聚合物。
本發明中,含有作為吸光部位發揮功能之苯環、萘環、蒽環、三嗪環、喹啉環、喹㗁啉環等芳香環或雜芳香環之有機聚合物在有需如此功能之情形時亦可適當使用。如此有機聚合物的具體例可列舉:含有丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸苄酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸萘酯、甲基丙烯酸蒽酯、甲基丙烯酸蒽甲酯、苯乙烯、羥基苯乙烯、苄基乙烯基醚及N-苯基馬來醯亞胺等加成聚合性單體作為其結構單元之加成聚合聚合物;以及苯酚酚醛清漆及萘酚酚醛清漆等縮合聚合聚合物,但不限於此等。
當有機聚合物使用加成聚合聚合物之情形時,該聚合物可為均聚物或共聚物。
製造加成聚合聚合物時係使用加成聚合性單體,如此加成聚合性單體的具體例可列舉:丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯化合物、甲基丙烯酸酯化合物、丙烯醯胺化合物、甲基丙烯醯胺化合物、乙烯基化合物、苯乙烯化合物、馬來醯亞胺化合物、馬來酸酐、丙烯腈等,但不限於此等。
丙烯酸酯化合物的具體例可列舉:丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸異丙酯、丙烯酸環己酯、丙烯酸苄酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸蒽甲酯、丙烯酸2-羥乙酯、丙烯酸3-氯-2-羥丙酯、丙烯酸2-羥丙酯、丙烯酸2,2,2-三氟乙酯、丙烯酸2,2,2-三氯乙酯、丙烯酸2-溴乙酯、丙烯酸4-羥丁酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯、丙烯酸四氫糠酯、丙烯酸2-甲基-2-金剛烷酯、5-丙烯醯氧基-6-羥基降莰烯-2-甲酸-6-內酯、3-丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、丙烯酸縮水甘油酯等,但不限於此等。
甲基丙烯酸酯化合物的具體例可列舉:甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸異丙酯、甲基丙烯酸環己酯、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸蒽甲酯、甲基丙烯酸2-羥乙酯、甲基丙烯酸2-羥丙酯、甲基丙烯酸2,2,2-三氟乙酯、甲基丙烯酸2,2,2-三氯乙酯、甲基丙烯酸2-溴乙酯、甲基丙烯酸4-羥丁酯、甲基丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲基丙烯酸四氫糠酯、甲基丙烯酸2-甲基-2-金剛烷酯、5-甲基丙烯醯氧基-6-羥基降莰烯-2-甲酸-6-內酯、3-甲基丙烯醯氧丙基三乙氧基矽烷、甲基丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸2-苯乙酯、甲基丙烯酸羥苯酯、甲基丙烯酸溴苯酯等,但不限於此等。
丙烯醯胺化合物的具體例可列舉:丙烯醯胺、N-甲基丙烯醯胺、N-乙基丙烯醯胺、N-苄基丙烯醯胺、N-苯基丙烯醯胺、N,N-二甲基丙烯醯胺、N-蒽基丙烯醯胺等,但不限於此等。
甲基丙烯醯胺化合物的具體例可列舉:甲基丙烯醯胺、N-甲基甲基丙烯醯胺、N-乙基甲基丙烯醯胺、N-苄基甲基丙烯醯胺、N-苯基甲基丙烯醯胺、N,N-二甲基甲基丙烯醯胺、N-蒽基甲基丙烯醯胺等,但不限於此等。
乙烯基化合物的具體例可列舉:乙烯醇、2-羥乙基乙烯基醚、甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、苄基乙烯基醚、乙烯基乙酸、乙烯基三甲氧基矽烷、2-氯乙基乙烯基醚、2-甲氧基乙基乙烯基醚、乙烯基萘、乙烯基蒽等,但不限於此等。
苯乙烯化合物的具體例可列舉:苯乙烯、羥基苯乙烯、氯苯乙烯、溴苯乙烯、甲氧基苯乙烯、氰基苯乙烯、乙醯苯乙烯等,但不限於此等。
馬來醯亞胺化合物可列舉:馬來醯亞胺、N-甲基馬來醯亞胺、N-苯基馬來醯亞胺、N-環己基馬來醯亞胺、N-苄基馬來醯亞胺、N-羥乙基馬來醯亞胺等,但不限於此等。
當聚合物使用縮合聚合聚合物之情形時,如此聚合物可列舉例如二醇化合物與二羧酸化合物的縮合聚合聚合物。二醇化合物可列舉:二乙二醇、六亞甲二醇、丁二醇等。二羧酸化合物可列舉:琥珀酸、己二酸、對苯二甲酸、馬來酸酐等。另可列舉例如:聚均苯四甲酸醯亞胺、聚(對苯二甲醯對苯二胺)、聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸乙二酯等聚酯、聚醯胺、聚醯亞胺,但不限於此等。
當有機聚合物含有羥基之情形時,該羥基可與水解縮合物等進行交聯反應。
有機聚合物的重量平均分子量通常可為1,000~1,000,000。當有配合有機聚合物之情形時,從充分獲得作為聚合物之功能的效果且同時抑制組成物中之析出之觀點而言,其重量平均分子量例如可為3,000~300,000,或可為5,000~300,000,或是可為10,000~200,000等。
如此有機聚合物可單獨使用一種,亦可組合使用兩種以上。
當含矽之光阻下層膜形成用組成物含有有機聚合物之情形時,其含量係考慮到該有機聚合物的功能等而適宜決定,故無法一概規定,相對於[A]聚矽氧烷的質量,通常可為1~200質量%的範圍;從抑制組成物中之析出之觀點等而言,例如可為100質量%以下,理想可為50質量%以下,更理想可為30質量%以下;從充分獲得其效果之觀點等而言,例如可為5質量%以上,理想可為10質量%以上,更理想可為30質量%以上。
<<酸產生劑>>
酸產生劑可列舉熱酸產生劑及光酸產生劑,理想可使用光酸產生劑。
光酸產生劑可列舉鎓鹽化合物、磺醯亞胺化合物、二磺醯基重氮甲烷化合物等,但不限於此等。又,光酸產生劑例如後述之鎓鹽化合物中硝酸鹽或馬來酸鹽等羧酸鹽、及鹽酸鹽等,根據其種類亦可作為硬化觸媒發揮功能。
此外,熱酸產生劑可列舉例如四甲銨硝酸鹽等,但不限於此。
鎓鹽化合物的具體例可列舉:二苯基錪鎓六氟磷酸鹽、二苯基錪鎓三氟甲磺酸鹽、二苯基錪鎓九氟正丁磺酸鹽、二苯基錪鎓全氟正辛磺酸鹽、二苯基錪鎓樟腦磺酸鹽、雙(4-三級丁基苯基)錪鎓樟腦磺酸鹽、雙(4-三級丁基苯基)錪鎓三氟甲磺酸鹽等錪鎓鹽化合物;三苯基鋶六氟銻酸鹽、三苯基鋶九氟正丁磺酸鹽、三苯基鋶樟腦磺酸鹽、三苯基鋶三氟甲磺酸鹽、三苯基鋶硝酸鹽(nitrate)、三苯基鋶三氟乙酸鹽、三苯基鋶馬來酸鹽、三苯基氯化鋶等鋶鹽化合物等,但不限於此等。
磺醯亞胺化合物的具體例可列舉:N-(三氟甲磺醯氧基)琥珀醯亞胺、N-(九氟正丁磺醯氧基)琥珀醯亞胺、N-(樟腦磺醯氧基)琥珀醯亞胺、N-(三氟甲磺醯氧基)萘二甲醯亞胺等,但不限於此等。
二磺醯基重氮甲烷化合物的具體例可列舉:雙(三氟甲基磺醯基)重氮甲烷、雙(環己基磺醯基)重氮甲烷、雙(苯磺醯基)重氮甲烷、雙(對甲苯磺醯基)重氮甲烷、雙(2,4-二甲基苯磺醯基)重氮甲烷、甲基磺醯基-對甲苯磺醯基重氮甲烷等,但不限於此等。
當含矽之光阻下層膜形成用組成物含有酸產生劑之情形時,其含量係考慮到酸產生劑的種類等而適宜決定,故無法一概規定,相對於[A]聚矽氧烷的質量,通常係在0.01~5質量%的範圍;從抑制組成物中酸產生劑析出之觀點等而言,理想為3質量%以下,更理想為1質量%以下;從充分獲得其效果之觀點等而言,理想為0.1質量%以上,更理想為0.5質量%以上。
又,酸產生劑可單獨使用一種或組合使用兩種以上,此外亦可並用光酸產生劑與熱酸產生劑。
<<界面活性劑>>
界面活性劑,係在將含矽之光阻下層膜形成用組成物塗布於基板時可有效抑制針孔、條紋等產生。界面活性劑可列舉:非離子系界面活性劑、陰離子系界面活性劑、陽離子系界面活性劑、矽系界面活性劑、氟系界面活性劑、UV硬化型界面活性劑等。更具體而言,可列舉例如以下非離子系界面活性劑:聚氧乙烯月桂基醚、聚氧乙烯硬脂基醚、聚氧乙烯十六基醚、聚氧乙烯油基醚等聚氧乙烯烷基醚類,聚氧乙烯辛基酚醚、聚氧乙烯壬基酚醚等聚氧乙烯烷基芳基醚類,聚氧乙烯・聚氧丙烯嵌段共聚物類,山梨糖醇酐單月桂酸酯、山梨糖醇酐單棕櫚酸酯、山梨糖醇酐單硬脂酸酯、山梨糖醇酐單油酸酯、山梨糖醇酐三油酸酯、山梨糖醇酐三硬脂酸酯等山梨糖醇酐脂肪酸酯類,聚氧乙烯山梨糖醇酐單月桂酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐單棕櫚酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐單硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐三油酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐三硬脂酸酯等聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯類等;以下氟系界面活性劑:商品名EFTOP(註冊商標)EF301、EF303、EF352(三菱綜合材料電子化成股份有限公司(原Tohkem Products股份有限公司)製),商品名MEGAFACE(註冊商標)F171、F173、R-08、R-30、R-30N、R-40LM(DIC股份有限公司製),Fluorad FC430、FC431(日本3M股份有限公司製),商品名AsahiGuard(註冊商標)AG710(AGC股份有限公司製),Surflon(註冊商標)S-382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(AGC清美化學股份有限公司製)等;及有機矽氧烷聚合物KP341(信越化學工業股份有限公司製)等,但不限於此等。
界面活性劑可單獨使用一種或組合使用兩種以上。
當含矽之光阻下層膜形成用組成物含有界面活性劑之情形時,相對於[A]聚矽氧烷的質量,其含量通常為0.0001~5質量%,理想可為0.001~4質量%,更理想可為0.01~3質量%。
<<流變調整劑>>
流變調整劑,主要係基於提升含矽之光阻下層膜形成用組成物的流動性之目的而添加,尤其係基於在烘烤步驟中提升所形成之膜的膜厚均一性以及提高組成物對孔內部的填充性之目的而添加。具體例可列舉:鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二異丁酯、鄰苯二甲酸二己酯、鄰苯二甲酸丁基異癸基酯等鄰苯二甲酸衍生物;己二酸二正丁酯、己二酸二異丁酯、己二酸二異辛酯、己二酸辛基癸基酯等己二酸衍生物;馬來酸二正丁酯、馬來酸二乙酯、馬來酸二壬酯等馬來酸衍生物;油酸甲酯、油酸丁酯、油酸四氫糠酯等油酸衍生物;或硬脂酸正丁酯、硬脂酸甘油酯等硬脂酸衍生物等。
當有使用此等流變調整劑之情形時,相對於含矽之光阻下層膜形成用組成物的所有膜形成成分,其添加量通常未滿30質量%。
<<接著輔助劑>>
接著輔助劑,主要係基於提升基板或光阻與由含矽之光阻下層膜形成用組成物形成之膜(光阻下層膜)間的密著性之目的而添加,尤其係基於在顯影時抑制、防止光阻剝離之目的而添加。具體例可列舉:三甲基氯矽烷、二甲基乙烯基氯矽烷、甲基二苯基氯矽烷、氯甲基二甲基氯矽烷等氯矽烷類;三甲基甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、甲基二甲氧基矽烷、二甲基乙烯基乙氧基矽烷等烷氧基矽烷類;六甲基二矽氮烷、N,N’-雙(三甲基矽基)脲、二甲基三甲基矽基胺、三甲基矽基咪唑等矽氮烷類;γ-氯丙基三甲氧基矽烷、γ-胺基丙基三乙氧基矽烷、γ-環氧丙氧丙基三甲氧基矽烷等其他矽烷類;苯并三唑、苯并咪唑、吲唑、咪唑、2-巰基苯并咪唑、2-巰基苯并噻唑、2-巰基苯并噁唑、脲唑、硫脲嘧啶、巰基咪唑、巰基嘧啶等雜環式化合物;及1,1-二甲脲、1,3-二甲脲等尿素,或硫脲化合物。
當有使用此等接著輔助劑之情形時,相對於含矽之光阻下層膜形成用組成物的膜形成成分,其添加量通常未滿5質量%,理想係未滿2質量%。
<<pH調整劑>>
此外,pH調整劑可列舉除前述穩定化劑中所列舉之有機酸等具有一個或兩個以上羧酸基之酸以外者。當有使用pH調整劑之情形時,相對於[A]聚矽氧烷100質量份,其添加量可為0.01~20質量份的比例,或可為0.01~10質量份的比例,或可為0.01~5質量份的比例。
<<金屬氧化物>>
此外,可添加至含矽之光阻下層膜形成用組成物的金屬氧化物可列舉例如:錫(Sn)、鈦(Ti)、鋁(Al)、鋯(Zr)、鋅(Zn)、鈮(Nb)、鉭(Ta)及W(鎢)等金屬、以及硼(B)、矽(Si)、鍺(Ge)、砷(As)、銻(Sb)及碲(Te)等類金屬中一種或兩種以上組合的氧化物,但不限於此等。
含矽之光阻下層膜形成用組成物中膜形成成分的濃度,相對於該組成物的總質量,例如可為0.1~50質量%、0.1~30質量%、0.1~25質量%、0.5~20.0質量%。
膜形成成分中[A]聚矽氧烷的含量通常為20質量%~100質量%,從再現性良好地獲得本發明效果之觀點等而言,其下限值理想為50質量%,更理想為60質量%,更加理想為70質量%,再更理想為80質量%;其上限值理想為99質量%,剩餘部分可為後述之添加劑。
此外,該含矽之光阻下層膜形成用組成物理想係具有pH 2~5,更理想係具有pH 3~4。
含矽之光阻下層膜形成用組成物可藉由混合以下物質來製造:[A]聚矽氧烷、[B]溶劑、以及根據需要含有其他成分之情形時之該其他成分。此時,可事先準備含有[A]聚矽氧烷之溶液,再將此溶液與[B]溶劑及其他成分混合。
混合順序無特別限定。例如,可在含有[A]聚矽氧烷之溶液中加入[B]溶劑並混合,再將其他成分加入該混合物中;亦可同時混合含有[A]聚矽氧烷之溶液、[B]溶劑、以及其他成分。
如有必要,亦可在最後進一步追加加入[B]溶劑,或是混合物中先不含有相對容易溶解於[B]溶劑中之一部分成分,而是在最後才將其加入,但從抑制構成成分凝集及分離且再現性良好地調製均一性優異的組成物之觀點而言,理想係事先準備良好地溶解有[A]聚矽氧烷之溶液,再使用該溶液來調製組成物。又,應留意:[A]聚矽氧烷根據一同混合之[B]溶劑的種類及量、其他成分的量及性質等,可能會在混合此等時發生凝集或沉澱。此外,亦應留意:使用溶解有[A]聚矽氧烷之溶液來調製組成物之情形時,需決定[A]聚矽氧烷的溶液濃度及其使用量,以使最終所獲得之組成物中[A]聚矽氧烷可為所需的量。
調製組成物時,亦可在成分不會分解或變質之範圍內適宜加熱。
本發明中,亦可在製造含矽之光阻下層膜形成用組成物之中途階段、或是在混合所有成分之後,使用亞微米級的過濾器等進行過濾。又,此時所使用之過濾器的材料種類不拘,例如可使用尼龍製過濾器、氟樹脂製過濾器等。
本發明之含矽之光阻下層膜形成用組成物可適當用作用於微影步驟之光阻下層膜形成用組成物。
由本發明之含矽之光阻下層膜形成用組成物形成之含矽之光阻下層膜係可有效地用作ArF微影用光阻下層膜;或是有效地用作EUV微影用光阻下層膜,該EUV微影係使用能夠進行在使用ArF準分子雷射光之微影技術中難以進行加工、更微細尺寸的加工之極短波長的光。
(積層體)
積層體係具有:含有選自元素週期表第6族、7族、8族、及9族所成群中至少一種金屬之金屬膜、以及形成於該金屬膜上之含矽之光阻下層膜。
含矽之光阻下層膜係使用上述本發明之含矽之光阻下層膜形成用組成物來形成。
對上述金屬膜進行乾蝕刻。
本發明之積層體係具有使用本發明之含矽之光阻下層膜形成用組成物形成的含矽之光阻下層膜,藉由使用該積層體來製造半導體元件,可獲得無生物金屬層之半導體元件。
(半導體元件之製造方法)
以下,作為本發明之一態樣,將說明使用含矽之光阻下層膜之半導體元件之製造方法,該含矽之光阻下層膜係使用本發明之含矽之光阻下層膜形成用組成物來形成。
首先,在用於製造精密積體電路元件之基板[例如:被氧化矽膜或氮化矽膜或氮氧化矽膜覆蓋之矽晶圓等半導體基板、氮化矽基板、石英基板、玻璃基板(包含無鹼玻璃、低鹼玻璃、結晶化玻璃)、形成有ITO(氧化銦錫)膜或IZO(氧化銦鋅)膜之玻璃基板、塑膠(聚醯亞胺、PET等)基板、覆蓋有低介電常數材料(low-k材料)之基板、可撓性基板等]上,藉由蒸鍍等適當的形成方法來形成含有釕(Ru)等特定金屬之金屬膜。
藉由旋轉器、塗布機等適當的塗布方法將本發明之含矽之光阻下層膜形成用組成物塗布於金屬膜上,隨後,使用加熱板等加熱手段進行燒成,藉此使組成物成為硬化物,形成光阻下層膜。以下,本說明書中,光阻下層膜係指由本發明之含矽之光阻下層膜形成用組成物形成之膜。
燒成條件,係從燒成溫度40℃~400℃或80℃~250℃、燒成時間0.3分鐘~60分鐘之中適宜選擇。理想係燒成溫度為150℃~250℃,燒成時間為0.5分鐘~2分鐘。
於此所形成之光阻下層膜的膜厚無特別限制,可視目的而適宜設定,例如,最好是使光阻下層膜所表現之乾蝕刻速度(亦稱為乾蝕刻速率)的值相較於含有特定金屬之金屬膜所表現之乾蝕刻速率的值顯示理想範圍而設定光阻下層膜的膜厚。光阻下層膜的膜厚例如為10nm~1,000nm,理想為20nm~500nm,更理想為20nm~300nm,再更理想為20nm~200nm,尤其理想為20~150nm。
又,形成光阻下層膜時所使用之含矽之光阻下層膜形成用組成物,可使用經尼龍過濾器過濾之含矽之光阻下層膜形成用組成物。於此,經尼龍過濾器過濾之含矽之光阻下層膜形成用組成物係指在製造含矽之光阻下層膜形成用組成物之中途階段、或是在混合所有成分之後,經過尼龍過濾器過濾之組成物。
<含有特定金屬之金屬膜>
本發明之金屬膜係含有選自元素週期表第6族、7族、8族、及9族所成群中至少一種金屬。
上述金屬中,理想為釕(Ru)、鎢(W)、鉬(Mo),更理想為釕(Ru)、鉬(Mo),再更理想為釕(Ru)。
於此,基板上金屬膜的厚度無特別限定,可視目的而適宜選擇。金屬膜的厚度可列舉例如(1~500nm或1~300nm)的範圍。
本發明係採用在基板上形成金屬膜之後再於其上形成光阻下層膜之態樣。
藉由採用在基板上設置金屬膜,再於其上設置光阻下層膜,又再於其上設置後述之光阻膜之態樣,從而可選擇後述之適當的蝕刻氣體來對金屬膜進行加工。例如,可使用對光阻劑膜具有足夠快的蝕刻速度之氟系氣體作為蝕刻氣體,來對光阻下層膜進行加工;另可使用對光阻下層膜具有足夠快的蝕刻速度之含氧之氯系氣體作為蝕刻氣體,來對金屬膜進行加工,從而可製造半導體元件。
在光阻下層膜上形成例如光阻劑材料的層(光阻膜)。光阻膜之形成可用習知方法進行,即,將塗布型光阻材料(光阻膜形成用光阻組成物)塗布於光阻下層膜上並進行燒成。
光阻膜的膜厚例如為10nm~10,000nm,或為100nm~2,000nm,或為200nm~1,000nm,或為30nm~200nm。
形成於光阻下層膜上之光阻膜所使用之光阻劑材料,只要係可對用於曝光之光(例如KrF準分子雷射、ArF準分子雷射等)感光的材料,則無特別限定,無論負型光阻劑材料及正型光阻劑材料皆可使用。例如有:由酚醛清漆樹脂、及1,2-萘醌二疊氮磺酸酯所成之正型光阻劑材料;由具有因酸分解而使鹼溶解速度提升之基團之黏合劑、及光酸產生劑所成之化學增幅型光阻劑材料;由因酸分解而使光阻劑材料的鹼溶解速度提升之低分子化合物、鹼可溶性黏合劑、及光酸產生劑所成之化學增幅型光阻劑材料;以及由具有因酸分解而使鹼溶解速度提升之基團之黏合劑、因酸分解而使光阻劑材料的鹼溶解速度提升之低分子化合物、及光酸產生劑所成之化學增幅型光阻劑材料等。
可自市售品取得之具體例可列舉:Shipley公司製之商品名APEX-E、住友化學股份有限公司製之商品名PAR710、JSR股份有限公司製之商品名AR2772JN、及信越化學工業股份有限公司製之商品名SEPR430等,但不限於此等。此外,可列舉例如:如Proc. SPIE, Vol. 3999, 330-334 (2000)、Proc. SPIE, Vol. 3999, 357-364 (2000)、及Proc. SPIE, Vol. 3999, 365-374 (2000)中所記載之含氟原子聚合物系光阻劑材料。
此外,形成於光阻下層膜上之光阻膜,係可使用電子束微影用光阻膜(亦稱為電子束光阻膜)或EUV微影用光阻膜(亦稱為EUV光阻膜)來取代光阻劑膜,即,本發明之含矽之光阻下層膜形成用組成物係可用作用於形成電子束微影用光阻下層膜或用於形成EUV微影用光阻下層膜。尤其理想係作為用於形成EUV微影用光阻下層膜之組成物。
用以形成電子束光阻膜之電子束光阻材料無論負型材料、正型材料皆可使用。其具體例有:由酸產生劑、及具有因酸分解而使鹼溶解速度改變之基團之黏合劑所成之化學增幅型光阻材料;由鹼可溶性黏合劑、酸產生劑、及因酸分解而使光阻材料的鹼溶解速度改變之低分子化合物所成之化學增幅型光阻材料;由酸產生劑、具有因酸分解而使鹼溶解速度改變之基團之黏合劑、及因酸分解而使光阻材料的鹼溶解速度改變之低分子化合物所成之化學增幅型光阻材料;由具有因電子束分解而使鹼溶解速度改變之基團之黏合劑所成之非化學增幅型光阻材料;由具有因電子束切斷而使鹼溶解速度改變之部位之黏合劑所成之非化學增幅型光阻材料等。使用此等電子束光阻材料之情形,亦能以與照射源採用電子束並使用光阻劑材料之情形相同之方式形成光阻膜的圖案。
此外,用以形成EUV光阻膜之EUV光阻材料可使用甲基丙烯酸酯樹脂系光阻材料。
接著,通過指定的光罩(倍縮光罩,reticle)來對形成於光阻下層膜的上層之光阻膜進行曝光。曝光可使用KrF準分子雷射(波長248nm)、ArF準分子雷射(波長193nm)、F
2準分子雷射(波長157nm)、EUV(波長13.5nm)、電子束等。
曝光後,亦可視需要來進行曝光後加熱(post exposure bake)。曝光後加熱,係在從加熱溫度70℃~150℃、加熱時間0.3分鐘~10分鐘中適宜選擇之條件下進行。
接著,藉由顯影液(例如鹼顯影液)來進行顯影。藉此,例如使用正型光阻劑膜之情形時,已曝光部分的光阻劑膜被除去,從而形成光阻劑膜的圖案。
顯影液(鹼顯影液)之例示可列舉:氫氧化鉀、氫氧化鈉等鹼金屬氫氧化物的水溶液;氫氧化四甲銨、氫氧化四乙銨、膽鹼等氫氧化四級銨的水溶液;乙醇胺、丙胺、乙二胺等胺水溶液等之鹼性水溶液(鹼顯影液)等。而且,此等顯影液中亦可加入界面活性劑等。顯影條件可從溫度5~50℃、時間10秒~600秒中適宜選擇。
此外,本發明中,可使用有機溶劑作為顯影液,在曝光後藉由顯影液(溶劑)來進行顯影。藉此,例如使用負型光阻劑膜之情形時,未曝光部分的光阻劑膜被除去,從而形成光阻劑膜的圖案。
顯影液(有機溶劑)之例示可列舉例如:乙酸甲酯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、乙酸異丙酯、乙酸戊酯、乙酸異戊酯、甲氧基乙酸乙酯、乙氧基乙酸乙酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、乙二醇單乙醚乙酸酯、乙二醇單丙醚乙酸酯、乙二醇單丁醚乙酸酯、乙二醇單苯醚乙酸酯、二乙二醇單甲醚乙酸酯、二乙二醇單丙醚乙酸酯、二乙二醇單乙醚乙酸酯、二乙二醇單苯醚乙酸酯、二乙二醇單丁醚乙酸酯、二乙二醇單乙醚乙酸酯、乙酸2-甲氧基丁酯、乙酸3-甲氧基丁酯、乙酸4-甲氧基丁酯、乙酸3-甲基-3-甲氧基丁酯、乙酸3-乙基-3-甲氧基丁酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、丙二醇單乙醚乙酸酯、丙二醇單丙醚乙酸酯、乙酸2-乙氧基丁酯、乙酸4-乙氧基丁酯、乙酸4-丙氧基丁酯、乙酸2-甲氧基戊酯、乙酸3-甲氧基戊酯、乙酸4-甲氧基戊酯、乙酸2-甲基-3-甲氧基戊酯、乙酸3-甲基-3-甲氧基戊酯、乙酸3-甲基-4-甲氧基戊酯、乙酸4-甲基-4-甲氧基戊酯、丙二醇二乙酸酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丁酯、甲酸丙酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、乳酸丙酯、碳酸乙酯、碳酸丙酯、碳酸丁酯、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、丙酮酸丙酯、丙酮酸丁酯、乙醯乙酸甲酯、乙醯乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸異丙酯、2-羥基丙酸甲酯、2-羥基丙酸乙酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸乙酯、3-甲氧基丙酸丙酯等。而且,此等顯影液中亦可加入界面活性劑等。顯影條件可從溫度5℃~50℃、時間10秒~600秒中適宜選擇。
將如此形成之光阻劑膜的圖案作為保護膜來進行光阻下層膜之除去,接著,將由經圖案化之光阻下層膜所成之膜(即使是經圖案化之光阻膜與經圖案化之光阻下層膜貼合之狀態也無所謂)作為保護膜來進行含有特定金屬之金屬膜之圖案化。藉此,可製造出在半導體基板上具有經圖案化之金屬膜之半導體元件。
將光阻膜的圖案作為保護膜所進行之光阻下層膜之除去(圖案化)係藉由乾蝕刻進行,其可使用:四氟甲烷(CF
4)、全氟環丁烷(C
4F
8)、全氟丙烷(C
3F
8)、三氟甲烷、一氧化碳、氬、氧、氮、六氟化硫、二氟甲烷、三氟化氮、三氟化氯、氯、三氯硼烷、及二氯硼烷等氣體。
又,光阻下層膜之乾蝕刻理想係使用鹵素系氣體。由鹵素系氣體進行之乾蝕刻中,基本上由有機物質所成之光阻膜(光阻劑膜)不易被除去。相對於此,含有大量矽原子之光阻下層膜會迅速地被鹵素系氣體除去。因此,可抑制該光阻下層膜之乾蝕刻所伴隨而來之光阻劑膜的膜厚減少。並且,其結果,可將光阻劑膜以薄膜使用。因此,光阻下層膜之乾蝕刻理想係由氟系氣體進行,氟系氣體可列舉例如:四氟甲烷(CF
4)、全氟環丁烷(C
4F
8)、全氟丙烷(C
3F
8)、三氟甲烷、二氟甲烷(CH
2F
2)等,但不限於此等。
基板與光阻下層膜之間形成有含有特定金屬之金屬膜。
將由經圖案化之光阻下層膜所成之膜作為保護膜所進行之金屬膜之除去(圖案化)(經圖案化之光阻膜若有殘存之情形時則是將由經圖案化之光阻膜及經圖案化之光阻下層膜所成之膜作為保護膜所進行之金屬膜之除去),理想係藉由含氧之氯系氣體(氧氣與氯氣的混合氣體、氧氣與氯氣中進一步含有氬氣之混合氣體等)進行之乾蝕刻來進行。
含氧之氯系氣體進行之乾蝕刻中,本發明之光阻下層膜所表現之乾蝕刻速率與含有特定金屬之金屬膜所表現之乾蝕刻速率係顯示出在實用上能夠無阻地使用之良好的關係,因此本發明之光阻下層膜能夠有效地利用作含有特定金屬之金屬膜的蝕刻遮罩。
尤其,當光阻下層膜為使用聚矽氧烷中Si所占含量在30質量%以上之含矽之光阻下層膜形成用組成物形成的光阻下層膜之情形時,該含矽之光阻下層膜所表現之乾蝕刻速率為較含有特定金屬之金屬膜所表現之乾蝕刻速率更慢的值。也就是說,相對於含有特定金屬之金屬膜,該含矽之光阻下層膜具有更高的乾蝕刻耐性,因此可將該光阻下層膜用作蝕刻遮罩,藉此來有效地除去含有特定金屬之金屬膜。
可在金屬膜之加工(圖案化)後進行光阻下層膜之除去。光阻下層膜之除去可藉由乾蝕刻或使用藥液之濕式法(濕蝕刻)來實施。
光阻下層膜之乾蝕刻,如圖案化中所列舉,理想係藉由氟系氣體進行,可列舉例如:四氟甲烷(CF
4)、全氟環丁烷(C
4F
8)、全氟丙烷(C
3F
8)、三氟甲烷、二氟甲烷(CH
2F
2)等,但不限於此等。
光阻下層膜之濕蝕刻中所使用之藥液可列舉:稀氫氟酸(氫氟酸)、緩衝氫氟酸(HF與NH
4F的混合溶液)、含有鹽酸及過氧化氫之水溶液(SC-2藥液)、含有硫酸及過氧化氫之水溶液(SPM藥液)、含有氫氟酸及過氧化氫之水溶液(FPM藥液)、及含有氨及過氧化氫之水溶液(SC-1藥液)等鹼性溶液。此外,鹼性溶液除了前述之將氨及過氧化氫水及水混合而得之氨過水(SC-1藥液)之外,亦可列舉含有1~99質量%的以下物質之水溶液:氨、四甲基氫氧化銨(TMAH)、四乙基氫氧化銨、四丙基氫氧化銨、四丁基氫氧化銨、氫氧化膽鹼、苄基三甲基氫氧化銨、苄基三乙基氫氧化銨、DBU(二氮雜雙環十一烯)、DBN(二氮雜雙環壬烯)、羥胺、1-丁基-1-甲基氫氧化吡咯烷鎓、1-丙基-1-甲基氫氧化吡咯烷鎓、1-丁基-1-甲基氫氧化哌啶鎓、1-丙基-1-甲基氫氧化哌啶鎓、氫氧化甲哌鎓(mepiquat hydroxide)、三甲基氫氧化鋶、聯胺類、乙二胺類、或胍。此等藥液亦可混合使用。
此外,本發明之光阻下層膜,作為EUV光阻膜之下層膜,除了發揮作為硬遮罩之功能以外,例如亦可防止在EUV曝光(波長13.5nm)時不期望的曝光光如UV(紫外)光或DUV(深紫外)光(:ArF光、KrF光)從基板或界面反射,而不會有與EUV光阻膜發生互混之情形。因此,為了形成EUV光阻膜之下層抗反射膜,可適當使用本發明之含矽之光阻下層膜形成用組成物。即,可作為EUV光阻膜之下層有效率地防止反射。當用作EUV光阻下層膜之情形時,其製程可與光阻劑用下層膜同樣進行。
使用以上說明之具有以本發明之含矽之光阻下層膜形成用組成物形成的含矽之光阻下層膜、及含有特定金屬之金屬膜的積層體,並對該金屬膜進行乾蝕刻,藉此可適當地製造半導體元件。
此外,根據如上所述包含在半導體基板上形成含有特定金屬之金屬膜之步驟、在該金屬膜上使用本發明之含矽之光阻下層膜形成用組成物來形成含矽之光阻下層膜之步驟、及在該含矽之光阻下層膜上形成光阻膜之步驟的半導體元件之製造方法,可再現性良好地實現高精度的半導體元件,因此可期待穩定地製造半導體元件。
而且,根據如上所述包含對光阻膜進行曝光、顯影以獲得光阻圖案之步驟、將經圖案化之該光阻膜用作遮罩來對含矽之光阻下層膜進行蝕刻之步驟、及將經圖案化之該含矽之光阻下層膜用作遮罩來對金屬膜進行乾蝕刻之步驟的半導體元件之製造方法,可利用減成法來製造出將非Cu的新穎金屬用於配線而無需過去所需之阻擋金屬層之新穎的半導體元件。
[實施例]
以下列舉合成例及實施例來更具體說明本發明,但本發明不僅限於下述實施例。
又,實施例中,用於分析樣品物性之裝置及條件如下。
(1)分子量測定
本發明所使用之聚矽氧烷的分子量係藉由GPC分析以聚苯乙烯換算而得之分子量。
GPC的測定條件例如可如下進行:GPC裝置(商品名HLC-8220GPC,東曹股份有限公司製),GPC管柱(商品名Shodex(註冊商標)KF803L、KF802、KF801,昭和電工股份有限公司製),管柱溫度為40℃,溶離液(溶出溶劑)使用四氫呋喃,流量(流速)為1.0mL/min,標準樣品使用聚苯乙烯(昭和電工股份有限公司製)。
(2)
1H-NMR
使用JEOL製之核磁共振裝置
1H-NMR(400MHz)、溶劑d6-Acetone來進行評價。
(3)硝酸殘留量
以離子層析評價來測定殘存於系內之硝酸量。
[1]聚合物(水解縮合物)之合成
(合成例1)
300mL的燒瓶內放入:四乙氧基矽烷23.04g、苯基三甲氧基矽烷1.57g、甲基三乙氧基矽烷6.76g、1,3-二烯丙基-5-(3-(三乙氧基矽基)丙基)-1,3,5-三嗪烷-2,4,6-三酮0.65g、及丙二醇單乙醚48.04g,一邊以磁攪拌器攪拌所獲得之混合溶液一邊滴加0.1M硝酸水溶液19.93g。
滴加後,將燒瓶移至已調整為60℃之油浴,使之反應20小時。隨後,將反應副產物之乙醇、甲醇及水減壓蒸餾除去,並濃縮從而獲得水解縮合物(聚合物)溶液。
向所獲得之溶液中進一步加入丙二醇單乙醚,以丙二醇單乙醚100%的溶劑比率將濃度調整為在140℃下以固體殘餘物換算為20質量百分比,再用尼龍製過濾器(孔徑0.1μm)進行過濾。
所獲得之聚合物係含有含由下述式表示之結構之聚矽氧烷,其重量平均分子量藉由GPC以聚苯乙烯換算為Mw3,000。此外,根據
1H-NMR,相對於Si原子,被丙二醇單乙醚封端之量為2mol%。此外,聚合物溶液中硝酸殘留量為0.09%。此外,計算出Si含量為42質量%。於此,Si含量係以假定各別的矽烷單體已完全縮合之情形時聚合物中Si原子的重量比求得。
(合成例2)
300mL的燒瓶內放入:四乙氧基矽烷22.26g、甲基三乙氧基矽烷6.53g、1,3-二烯丙基-5-(3-(三乙氧基矽基)丙基)-1,3,5-三嗪烷-2,4,6-三酮3.16g、及丙二醇單乙醚48.45g,一邊以磁攪拌器攪拌所獲得之混合溶液一邊滴加0.2M硝酸水溶液19.93g及N,N-二甲基-3-(三甲氧基矽基)丙-1-胺0.35g的混合水溶液。
滴加後,將燒瓶移至已調整為60℃之油浴,使之反應20小時。隨後,將反應副產物之乙醇、甲醇及水減壓蒸餾除去,並濃縮從而獲得水解縮合物(聚合物)溶液。
向所獲得之溶液中進一步加入丙二醇單乙醚,以丙二醇單乙醚100%的溶劑比率將濃度調整為在140℃下以固體殘餘物換算為20質量百分比,再用尼龍製過濾器(孔徑0.1μm)進行過濾。
所獲得之聚合物係含有含由下述式表示之結構之聚矽氧烷,其重量平均分子量藉由GPC以聚苯乙烯換算為Mw2,500。此外,根據
1H-NMR,相對於Si原子,被丙二醇單乙醚封端之量為3mol%。此外,聚合物溶液中硝酸殘留量為0.16%。此外,計算出Si含量為38質量%。
(合成例3)
500mL的燒瓶內放入:四乙氧基矽烷22.2g(30mol%)、甲基三乙氧基矽烷44.4g(70mol%)、及丙酮100g,一邊以磁攪拌器攪拌該燒瓶內的混合溶液一邊向該混合溶液滴加0.01mol/L的鹽酸21.2g。滴加後,將燒瓶移至已調整為85℃之油浴,在加溫回流下使之反應4小時。隨後,將反應溶液冷卻至室溫,向該反應溶液加入4-甲基-2-戊醇100g,再將丙酮、水及鹽酸、以及反應副產物之乙醇從反應溶液中減壓蒸餾除去,並濃縮從而獲得共水解縮合物(聚矽氧烷)的4-甲基-2-戊醇溶液。固體成分濃度係調整為在140℃下以固體殘餘物換算為13質量%。對所製作之聚合物溶液15g加入乙酸20mg。將燒瓶移至已調整為150℃之油浴,在加溫回流下使之反應48小時。藉由GPC之重量平均分子量Mw以聚苯乙烯換算為5300。所獲得之聚矽氧烷係矽醇基的一部分被4-甲基-2-戊醇封端之聚矽氧烷。此外,根據
1H-NMR,相對於Si原子,被4-甲基-2-戊醇封端之量為20mol%。此外,計算出Si含量為35質量%。
(合成例4)
500mL的燒瓶內放入水91.16g,一邊以磁攪拌器攪拌混合溶液一邊向該混合溶液滴加二甲胺基丙基三甲氧基矽烷22.23g、三乙氧基矽基丙基琥珀酸酐8.16g。添加後,將燒瓶移至已調整為40℃之油浴,使之反應240分鐘。隨後,將反應溶液冷卻至室溫,向反應溶液加入水91.16g,再將反應副產物之乙醇、甲醇、水減壓蒸餾除去,並濃縮從而獲得水解縮合物(聚矽氧烷)水溶液。再進一步加入水,以水100%的溶劑比率(僅水的溶劑),進行調整以使在140℃下以固體殘餘物換算為20質量百分比。所獲得之聚合物係含有含由下述式表示之結構之聚矽氧烷。此外,計算出Si含量為19質量%。
[2]被光阻圖案塗布之組成物之調製
以表1所示之比例混合上述合成例中所獲得之聚矽氧烷(聚合物)、酸(添加劑1)、光酸產生劑(添加劑2)、及溶劑,用0.1μm的氟樹脂製過濾器進行過濾,藉此各別調製被光阻圖案塗布之組成物。表1中各添加量係以質量份表示。
又,水解縮合物(聚合物)雖係以合成例中所獲得之含有該縮合物之溶液來調製組成物,但表1中聚合物的添加比例並非表示聚合物溶液的添加量,而是表示聚合物本身的添加量。
表1中,作為溶劑,DIW意指超純水,PGEE意指丙二醇單乙醚,PGME意指丙二醇單甲醚,MIBC意指甲基異丁基甲醇。
而且,作為各種添加劑,MA意指馬來酸,TPSNO3意指三苯基鋶硝酸鹽,IMTEOS意指三乙氧基矽基丙基-4,5-二氫咪唑,NfA意指九氟丁-1-磺酸(FBSA)。
[表1]
※實施例1~4係進一步含有合成例1~4中所調製之聚合物溶液中所含之硝酸或乙酸。
| 聚合物 | 添加劑1 | 添加劑2 | 溶劑 | |||
| 實施例1 | 合成例1 | MA | IMTEOS | PGEE | PGME | DIW |
| (質量份) | 1 | 0.01 | 0.006 | 80 | 8 | 12 |
| 實施例2 | 合成例2 | MA | TPSNO3 | PGEE | PGME | DIW |
| (質量份) | 1 | 0.01 | 0.01 | 80 | 8 | 12 |
| 實施例3 | 合成例3 | MIBC | ||||
| (質量份) | 1 | 100 | ||||
| 實施例4 | 合成例4 | NfA | DIW | |||
| (質量份) | 1 | 0.01 | 100 |
[1]乾蝕刻耐性試驗
使用旋轉器將實施例1~4中所調製之組成物各別塗布於矽晶圓上。在加熱板上以215℃加熱1分鐘,各別形成含Si之光阻下層膜,並測量所獲得之下層膜的膜厚。
隨後,在SAMCO製之乾蝕刻機中以Cl
2及O
2的混合氣體進行乾蝕刻45秒,並測量所獲得之下層膜的膜厚。
作為參考例,亦對100nm膜厚的Ru基板在上述條件下進行乾蝕刻。
所獲得之蝕刻速率的測定結果示於表2。
[表2]
| 乾蝕刻速率 (nm/min) | |
| 實施例1 | 38.4 |
| 實施例2 | 34.9 |
| 實施例3 | 59.6 |
| 實施例4 | 122.4 |
| 參考例 (Ru基板) | 85.3 |
由上述結果可確認到:相較於Ru基板所表現之乾蝕刻速率,由本發明之含矽之光阻下層膜形成用組成物形成的含矽之光阻下層膜所表現之乾蝕刻速率,係在實用上能夠無阻地用作Ru基板的蝕刻遮罩之範圍內。因此,可知:由本發明之含矽之光阻下層膜形成用組成物形成的含矽之光阻下層膜,係可適合用作在對含有Ru等選自元素週期表第6族、7族、8族、及9族所成群中至少一種金屬之金屬膜進行乾蝕刻時所使用之蝕刻遮罩。
尤其,可確認到:實施例1~3的含矽之光阻下層膜所表現之乾蝕刻速率係較Ru基板所表現之乾蝕刻速率更慢,相對於Ru基板,具有更高的乾蝕刻耐性。
由此可知:含矽之光阻下層膜形成用組成物中聚矽氧烷之Si含量與乾蝕刻耐性存在關聯性,例如,如實施例1~3所示,由至少聚矽氧烷之Si所占含量在30質量%以上之含矽之光阻下層膜形成用組成物形成的含矽之光阻下層膜,係可更適合用作在對含有選自元素週期表第6族、7族、8族、及9族所成群中至少一種金屬之金屬膜進行乾蝕刻時所使用之蝕刻遮罩。
Claims (21)
- 一種含矽之光阻下層膜形成用組成物,其係形成含矽之光阻下層膜,且該含矽之光阻下層膜用於在對含有選自元素週期表第6族、7族、8族、及9族所成群中至少一種金屬之金屬膜進行乾蝕刻時作為蝕刻遮罩來使用。
- 如請求項1所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,該金屬為釕(Ru)。
- 如請求項1所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,該含矽之光阻下層膜形成用組成物係含有: [A]成分:聚矽氧烷、以及 [B]成分:溶劑。
- 如請求項1所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,該含矽之光阻下層膜係藉由塗布而形成之膜。
- 如請求項3所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,該[A]成分之聚矽氧烷中Si所占含量為30質量%以上。
- 如請求項3所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,該[A]成分之聚矽氧烷係將四官能烷氧基矽烷用作原料之聚矽氧烷。
- 如請求項3所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,該[A]成分之聚矽氧烷係將三官能烷氧基矽烷用作原料之聚矽氧烷。
- 如請求項3所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,該[A]成分之聚矽氧烷係含有矽醇基的至少一部分經醇改性或經縮醛保護之聚矽氧烷改性物。
- 如請求項8所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,該聚矽氧烷改性物係含有水解性矽烷化合物的水解縮合物與醇的脫水反應物。
- 如請求項3所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,該[B]成分之溶劑係含有醇系溶劑。
- 如請求項10所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,該[B]成分之溶劑係含有丙二醇單烷基醚、及甲基異丁基甲醇中至少任一種。
- 如請求項3所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,該含矽之光阻下層膜形成用組成物係進一步含有硝酸或乙酸。
- 如請求項3所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,該[B]成分之溶劑係含有水。
- 如請求項1所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物,其中,該含矽之光阻下層膜係ArF或EUV微影用的光阻下層膜。
- 一種積層體,其具有:含有選自元素週期表第6族、7族、8族、及9族所成群中至少一種金屬之金屬膜、以及形成於該金屬膜上之含矽之光阻下層膜; 該含矽之光阻下層膜係使用如請求項1至14中任一項所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物來形成;且 對該金屬膜進行乾蝕刻。
- 一種半導體元件之製造方法,其係包含: 在半導體基板上,形成含有選自元素週期表第6族、7族、8族、及9族所成群中至少一種金屬之金屬膜之步驟; 在該金屬膜上,使用如請求項1至14中任一項所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物來形成含矽之光阻下層膜之步驟;以及 在該含矽之光阻下層膜上,形成光阻膜之步驟。
- 如請求項16所述之半導體元件之製造方法,其中,在該形成含矽之光阻下層膜之步驟中,使用經尼龍過濾器過濾之含矽之光阻下層膜形成用組成物。
- 如請求項16所述之半導體元件之製造方法,其中,該半導體元件之製造方法係包含: 在該金屬膜上,塗布如請求項1至14中任一項所述之含矽之光阻下層膜形成用組成物並燒成,從而形成含矽之光阻下層膜之步驟;以及 在該含矽之光阻下層膜上,塗布光阻組成物,從而形成光阻膜之步驟。
- 如請求項16所述之半導體元件之製造方法,其中,該半導體元件之製造方法係包含: 對該光阻膜進行曝光、顯影,從而獲得光阻圖案之步驟; 將經圖案化之該光阻膜用作遮罩,並對該含矽之光阻下層膜進行蝕刻之步驟;以及 將經圖案化之該含矽之光阻下層膜用作遮罩,並對該金屬膜進行乾蝕刻之步驟。
- 如請求項19所述之半導體元件之製造方法,其中,在該乾蝕刻之步驟中,該含矽之光阻下層膜的蝕刻速度(蝕刻速率)會顯示出較該金屬膜的蝕刻速度(蝕刻速率)更慢的值。
- 如請求項19所述之半導體元件之製造方法,其中,該半導體元件之製造方法係在對該金屬膜進行乾蝕刻之步驟後,進一步包含:藉由使用藥液之濕式法來除去該含矽之光阻下層膜之步驟。
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