JP2002057085A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor device

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JP2002057085A
JP2002057085A JP2000240565A JP2000240565A JP2002057085A JP 2002057085 A JP2002057085 A JP 2002057085A JP 2000240565 A JP2000240565 A JP 2000240565A JP 2000240565 A JP2000240565 A JP 2000240565A JP 2002057085 A JP2002057085 A JP 2002057085A
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film
thickness
resist
variation
semiconductor device
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Yasushi Tanaka
寧 田中
Minoru Sugawara
稔 菅原
Seiji Sato
政治 佐藤
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor device which can form a resist pattern having small linewidth fluctuations on a transparent film. SOLUTION: In the method for manufacturing a semiconductor device, a resist film 14 is coated on a silicon substrate 11 through a pad oxide film 12 and a silicon nitride film 13, and then the resist film 14 is subjected to a lithography process to form a resist pattern. In an allowable thickness range of the flat-surfaced silicon nitride film 13 and in an allowable thickness range of the flat-surfaced resist film 14, optimum values of the thicknesses of the films 13 and 14 are selected so that the resist pattern have optimal film thickness.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特には表面平坦化された透明膜上にレジスト
パターンを形成する場合の透明膜及びレジスト膜の膜厚
を最適化する半導体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for optimizing the thickness of a transparent film and a resist film when a resist pattern is formed on a transparent film having a planarized surface. It relates to a manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】高反射基板上の層間絶縁膜上にレジスト
パターンを形成するためのリソグラフィーにおいては、
層間絶縁膜が露光光に対して透明性を有することから、
基板表面や層間絶縁膜とレジスト膜との界面で露光光が
反射して多重干渉を起こし易い。このため、レジストパ
ターンの線幅にはばらつき(いわゆる定在波効果)が生
じ易い。特に、表面段差の大きな層間絶縁膜上に塗布さ
れたレジスト膜は、膜厚のばらつきが大きいため部分的
に定在波効果が生じ易く、基板面内においてもレジスト
パターンの線幅ばらつきが生じることになる。
2. Description of the Related Art In lithography for forming a resist pattern on an interlayer insulating film on a highly reflective substrate,
Since the interlayer insulating film has transparency to exposure light,
Exposure light is reflected on the surface of the substrate or at the interface between the interlayer insulating film and the resist film to easily cause multiple interference. For this reason, variation (so-called standing wave effect) easily occurs in the line width of the resist pattern. In particular, a resist film applied on an interlayer insulating film having a large surface step has a large thickness variation, so that a standing wave effect is likely to occur partially, and a line width variation of the resist pattern occurs even in the substrate surface. become.

【0003】そこで、基板と層間絶縁膜との界面及び層
間絶縁膜とレジスト膜との界面、さらにはレジスト膜の
表面等に反射防止膜を設けたり、反射防止膜と光吸収性
の高い高吸収膜とを積層することによって露光光の反射
を防止して定在波効果の発生を抑えるようにしている。
Therefore, an antireflection film is provided on the interface between the substrate and the interlayer insulating film, the interface between the interlayer insulating film and the resist film, the surface of the resist film, or the like. By stacking a film, the reflection of exposure light is prevented, and the occurrence of the standing wave effect is suppressed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
複数層の反射防止膜や反射防止膜と高吸収膜との積層膜
を設ける方法は、工程数の増加を招き製造コストを増大
させる要因になっている。近年、平坦化技術の発達によ
り層間絶縁膜の表面の段差は縮小され、この上部に塗布
されるレジスト膜の膜厚のばらつきも縮小される傾向に
ある。このため、上述したように、レジスト膜の膜厚ば
らつきが大きいことを前提としている上述の製造方法に
換えて、レジスト膜の膜厚ばらつきが小さい場合に対応
するプロセス適正化手法が求められている。
However, such a method of providing an antireflection film having a plurality of layers or a laminated film of an antireflection film and a high-absorbing film causes an increase in the number of steps and an increase in manufacturing cost. Has become. In recent years, the level difference on the surface of the interlayer insulating film has been reduced due to the development of the planarization technology, and the variation in the thickness of the resist film applied thereon has also been reduced. Therefore, as described above, instead of the above-described manufacturing method on the assumption that the thickness variation of the resist film is large, a process optimization method corresponding to the case where the thickness variation of the resist film is small is required. .

【0005】そこで本発明は、表面平坦な透明膜上に線
幅ばらつきの小さいレジストパターンを形成することが
可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とす
る。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming a resist pattern having a small line width variation on a transparent film having a flat surface.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明は、基板上に透明膜を形成し、当該透明
膜上にレジスト膜を塗布した後、当該レジスト膜のリソ
グラフィー加工を行うことで透明膜上にレジストパター
ンを形成する半導体装置の製造方法であり、表面平坦な
透明膜上にレジストパターンの線幅ばらつきが最小とな
るように、レジスト膜の膜厚許容範囲において当該レジ
スト膜の膜厚の最適値を選択することを特徴としてい
る。ここで、透明膜とは、半透明膜も含むこととし、具
体的な例としては、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、
窒化酸化シリコン膜、ポリシリコン膜、アモルファスシ
リコン膜、窒化チタン膜などであることとする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for forming a transparent film on a substrate, applying a resist film on the transparent film, and subjecting the resist film to lithographic processing. This is a method of manufacturing a semiconductor device in which a resist pattern is formed on a transparent film by performing the resist pattern in an allowable range of the thickness of the resist film so as to minimize the line width variation of the resist pattern on the transparent film having a flat surface. It is characterized in that the optimum value of the film thickness is selected. Here, the transparent film includes a translucent film, and specific examples include a silicon nitride film, a silicon oxide film,
It is a silicon nitride oxide film, a polysilicon film, an amorphous silicon film, a titanium nitride film, or the like.

【0007】以上のような製造方法では、表面平坦な透
明膜上に塗布される膜厚ばらつきの小さい(膜厚の均一
な)レジスト膜の膜厚の最適化を対象とし、レジストパ
ターンの線幅ばらつきが最小となるようにレジスト膜の
膜厚の最適値が選択される。このため、透明膜上には、
選択された最適値に対してばらつきの小さいレジスト膜
が塗布されることになる。したがって、透明膜上には、
定在波効果の発生を防止するための反射防止膜や光高吸
収膜を設けることなく、初期の線幅に対して線幅ばらつ
きが小さく抑えられたレジストパターンが形成されるこ
とになる。
The above-described manufacturing method aims at optimizing the thickness of a resist film having a small thickness variation (uniform thickness) applied on a transparent film having a flat surface, and aims at optimizing the line width of the resist pattern. The optimum value of the thickness of the resist film is selected so as to minimize the variation. For this reason, on the transparent film,
A resist film having a small variation with respect to the selected optimum value is applied. Therefore, on the transparent film,
Without providing an anti-reflection film or a high light absorption film for preventing the occurrence of the standing wave effect, a resist pattern in which the line width variation is suppressed to be small relative to the initial line width is formed.

【0008】この際、予め設定された透明膜の膜厚に対
して、前記レジストパターンの線幅ばらつきが最小とな
るようにレジスト膜の膜厚を最適化する場合、レジスト
パターンの線幅ばらつきが最小となるように、レジスト
膜の膜厚をその膜厚許容範囲内において選択すればよ
い。
At this time, when the thickness of the resist film is optimized so that the line width variation of the resist pattern is minimized with respect to a predetermined film thickness of the transparent film, the line width variation of the resist pattern is reduced. The thickness of the resist film may be selected within the allowable range of the thickness so as to minimize the thickness.

【0009】また、レジスト膜上及びレジスト膜下の少
なくともどちらか一方に、反射防止膜が設けられている
場合には、反射防止膜の膜厚を設定した後、レジスト膜
の膜厚許容範囲において、レジストパターンの線幅ばら
つきが最小となるように、当該反射防止膜の膜厚の最適
値を選択する。この際、透明膜の膜厚ばらつきに対する
レジストパターンの線幅ばらつきが最小になるようにレ
ジスト膜の膜厚の最適値を選択する。
In the case where an anti-reflection film is provided on at least one of the resist film and the resist film, after setting the thickness of the anti-reflection film, the thickness of the anti-reflection film is set within the allowable range of the resist film. The optimum value of the thickness of the antireflection film is selected so that the line width variation of the resist pattern is minimized. At this time, the optimum value of the thickness of the resist film is selected so that the line width variation of the resist pattern with respect to the thickness variation of the transparent film is minimized.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0011】(第1実施形態)図1は、基板の表面側に
素子分離を形成する工程を説明するための断面図であ
り、本第1実施形態においてはこの図に基づいて基板の
表面側に素子分離を形成する場合における各膜の膜厚の
最適化方法を説明する。
(First Embodiment) FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a step of forming an element isolation on the front surface side of a substrate. In the first embodiment, FIG. A method for optimizing the film thickness of each film in the case where element isolation is formed will be described.

【0012】ここで、素子分離を形成する際には、先
ず、シリコン基板11上に膜厚10nm程度の極薄いパ
ッド酸化膜(酸化シリコンからなる)12を形成し、次
にこのパッド酸化膜12上に窒化シリコン膜13を形成
する。次に、窒化シリコン膜13上にレジスト膜14を
塗布し、このレジスト膜14をリソグラフィー加工して
レジストパターンを形成する。そして、このレジストパ
ターンをマスクに用いて窒化シリコン膜14をエッチン
グし、さらにパッド酸化膜12及びシリコン基板11を
エッチングすることによって、シリコン基板11の表面
側に素子分離用のトレンチを形成する。
Here, when forming the element isolation, first, an extremely thin pad oxide film (made of silicon oxide) 12 having a thickness of about 10 nm is formed on a silicon substrate 11, and then this pad oxide film 12 is formed. A silicon nitride film 13 is formed thereon. Next, a resist film 14 is applied on the silicon nitride film 13, and the resist film 14 is lithographically processed to form a resist pattern. Then, using the resist pattern as a mask, the silicon nitride film 14 is etched, and further, the pad oxide film 12 and the silicon substrate 11 are etched to form trenches for element isolation on the surface side of the silicon substrate 11.

【0013】以上の工程においては、高反射性基板であ
るシリコン基板11上に、透明膜であるパッド酸化膜1
2および窒化シリコン膜13を介してレジスト膜14が
設けられる。このため、リソグラフィー工程におけるパ
ターン露光の際には、シリコン基板11の表面および窒
化シリコン膜13とレジスト膜14と界面での露光光h
の反射による多重干渉が生じ、定在波効果が発生する場
合がある。ただし、レジスト膜14は、表面平坦な窒化
シリコン膜13上に塗布されるため、その膜厚ばらつき
は1%以下に抑えられる。
In the above steps, a pad oxide film 1 as a transparent film is formed on a silicon substrate 11 as a highly reflective substrate.
2 and a resist film 14 are provided via the silicon nitride film 13. Therefore, during pattern exposure in the lithography process, the exposure light h at the surface of the silicon substrate 11 and at the interface between the silicon nitride film 13 and the resist film 14 is exposed.
Reflection may cause multiple interference, and a standing wave effect may occur. However, since the resist film 14 is applied on the silicon nitride film 13 having a flat surface, the thickness variation thereof is suppressed to 1% or less.

【0014】そこで、次のようにしてレジスト膜14と
窒化シリコン膜13の膜厚を最適化する。ここでは、プ
ロセスによって規定される窒化シリコン膜13の膜厚許
容範囲の中から、レジスト加工によって形成されるレジ
ストパターンの寸法ばらつきが最も小さくなる膜厚を選
択する。これと共に、プロセスによって規定されるレジ
スト膜14の膜厚許容範囲の中から、レジスト加工によ
って形成されるレジストパターンの寸法ばらつきが最も
小さくなる膜厚を選択する。尚、パッド酸化膜12も透
明膜であるが、その膜厚は10nmと極薄いことから、
ここでは窒化シリコン膜14の膜厚のみを最適化すれば
良い。
Therefore, the thicknesses of the resist film 14 and the silicon nitride film 13 are optimized as follows. Here, from the allowable range of the thickness of the silicon nitride film 13 defined by the process, the thickness that minimizes the dimensional variation of the resist pattern formed by the resist processing is selected. At the same time, a film thickness that minimizes the dimensional variation of the resist pattern formed by the resist processing is selected from the allowable thickness range of the resist film 14 defined by the process. Although the pad oxide film 12 is also a transparent film, its thickness is as thin as 10 nm.
Here, only the thickness of the silicon nitride film 14 may be optimized.

【0015】先ず、窒化シリコン膜13の膜厚およびそ
の他の条件を固定し、レジスト膜14の膜厚を因子とし
たサンプルを作製してレジストパターンを形成する。こ
の際、窒化シリコン膜13の膜厚は、プロセスによって
規定される膜厚許容範囲内の一定値(例えば中央値であ
り、ここでは148nm)に固定されることとする。そ
して、これらのレジストパターンの線幅を測定し、その
ばらつきが最も小さい膜厚をレジスト膜14の膜厚の最
適値として選択する。
First, the thickness of the silicon nitride film 13 and other conditions are fixed, and a sample is formed using the thickness of the resist film 14 as a factor to form a resist pattern. At this time, the thickness of the silicon nitride film 13 is fixed to a constant value (for example, a median value, here, 148 nm) within an allowable thickness range defined by the process. Then, the line widths of these resist patterns are measured, and the film thickness having the smallest variation is selected as the optimum value of the film thickness of the resist film 14.

【0016】図2は、レジスト膜14の膜厚とレジスト
パターンの線幅のばらつき(3σ)との関係を示すグラ
フである。ここでは、プロセスによって規定されるレジ
スト膜14の膜厚許容範囲が500nm〜580nmで
あることとし、この膜厚許容範囲において10nmの毎
のステップでレジスト膜14を塗布したサンプルを作製
してレジストパターンの線幅を測定した。このグラフか
ら、レジスト膜14の膜厚が500nm〜580nmの
範囲においては、膜厚540nmでレジストパターンの
線幅のばらつきが極小値となり最も小さくなることが確
認され、レジスト膜14の膜厚の最適値として540n
mを選択する。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the thickness of the resist film 14 and the line width variation (3σ) of the resist pattern. Here, the allowable range of the thickness of the resist film 14 defined by the process is assumed to be 500 nm to 580 nm, and a sample in which the resist film 14 is applied in steps of 10 nm in the allowable range of the thickness is prepared to form a resist pattern. Was measured. From this graph, it was confirmed that when the film thickness of the resist film 14 was in the range of 500 nm to 580 nm, the variation in the line width of the resist pattern was the smallest and the smallest at the film thickness of 540 nm. 540n as value
Select m.

【0017】次に、以上のようにして選択されたレジス
ト膜14の最適値において、レジストパターンの線幅ば
らつきが最小となるように窒化シリコン膜13の膜厚を
最適化する。ここでは、レジスト膜14の膜厚およびそ
の他の条件を固定し、窒化シリコン膜13の膜厚許容範
囲を因子としたサンプルを作製してレジストパターンを
形成する。そして、これらのレジストパターンの線幅を
測定し、そのばらつきが最も小さい膜厚を窒化シリコン
膜13の膜厚の最適値として選択する。
Next, the thickness of the silicon nitride film 13 is optimized so that the line width variation of the resist pattern is minimized at the optimum value of the resist film 14 selected as described above. Here, the resist pattern is formed by fixing the film thickness of the resist film 14 and other conditions and fabricating a sample using the allowable thickness range of the silicon nitride film 13 as a factor. Then, the line widths of these resist patterns are measured, and the film thickness with the smallest variation is selected as the optimum value of the film thickness of the silicon nitride film 13.

【0018】図3は、窒化シリコン膜13の膜厚とレジ
ストパターンの線幅(Critical Dimension)との関係を
示すグラフである。ここでは、プロセスによって規定さ
れる窒化シリコン膜13の膜厚許容範囲が125nm〜
165nmであることとした。なお、レジスト膜14の
膜厚は、その最適値として選択された540nmに固定
した。このグラフから、窒化シリコン膜13の膜厚が1
25nm〜165nm範囲においては、膜厚148nm
において最もレジストパターンの線幅のばらつきが小さ
いことを確認し、窒化シリコン膜13の膜厚の最適値と
して148nmを選択する。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the thickness of the silicon nitride film 13 and the line width (Critical Dimension) of the resist pattern. Here, the allowable thickness range of the silicon nitride film 13 specified by the process is 125 nm to
It was 165 nm. The thickness of the resist film 14 was fixed at 540 nm, which was selected as the optimum value. From this graph, it can be seen that the thickness of the silicon nitride film 13 is 1
In the range of 25 nm to 165 nm, the film thickness is 148 nm.
It is confirmed that the variation in the line width of the resist pattern is smallest in the above, and 148 nm is selected as the optimum value of the thickness of the silicon nitride film 13.

【0019】以上のようにして、窒化シリコン膜13及
びレジスト膜14の膜厚の最適値を選択した後、ここで
選択した膜厚にしたがって図1を用いて説明した構成
で、各膜を積層してリソグラフィー加工を行う。これに
よって、窒化シリコン膜13上に素子分離トレンチ加工
用のレジストパターンを形成する。
After selecting the optimum values of the thicknesses of the silicon nitride film 13 and the resist film 14 as described above, the respective films are laminated in the configuration described with reference to FIG. And perform lithography processing. Thus, a resist pattern for device isolation trench processing is formed on the silicon nitride film 13.

【0020】このような製造方法によれば、表面平坦な
窒化シリコン膜13上に形成されることで、膜厚ばらつ
きの小さい(膜厚の均一な)レジスト膜14を対象と
し、レジストパターンの線幅ばらつきが最小となるよう
にレジスト膜14及び窒化シリコン膜13の膜厚が最適
化される。このため、窒化シリコン膜13上の各部に
は、定在波効果の発生を防止するための反射防止膜や光
高吸収膜を設けることなく、初期の線幅に対して膜厚ば
らつきの小さいレジストパターンを形成することが可能
になる。したがって、反射防止膜や光高吸収膜の製造工
程を省き、半導体装置の製造工程数の削減を図ることが
可能になる。
According to such a manufacturing method, since the resist film 14 is formed on the silicon nitride film 13 having a flat surface, the resist film 14 having a small thickness variation (uniform thickness) is targeted. The thicknesses of the resist film 14 and the silicon nitride film 13 are optimized so that the width variation is minimized. Therefore, a resist having a small thickness variation with respect to the initial line width is not provided on each part on the silicon nitride film 13 without providing an anti-reflection film or a high light absorption film for preventing the standing wave effect from occurring. It becomes possible to form a pattern. Therefore, it is possible to omit the manufacturing process of the antireflection film and the high light absorption film, and to reduce the number of manufacturing processes of the semiconductor device.

【0021】尚、第1実施形態においては、レジスト膜
14の膜厚の最適値を選択した後、窒化シリコン膜13
の膜厚の最適値を選択したが、予め設定されている窒化
シリコン膜13の膜厚おいてレジスト膜14の最適膜厚
を選択するようにしても良い。このような手順にするこ
とによって、窒化シリコン膜13の膜厚に厳しい制約が
ある場合にも、本発明の適用が可能になる。
In the first embodiment, after selecting the optimum value of the thickness of the resist film 14, the silicon nitride film 13
Although the optimum value of the film thickness is selected, the optimum film thickness of the resist film 14 may be selected at a predetermined film thickness of the silicon nitride film 13. By adopting such a procedure, the present invention can be applied even when the thickness of the silicon nitride film 13 is severely restricted.

【0022】(第2実施形態)図4は、基板上にポリサ
イド構造のゲート配線を形成する工程を説明するための
断面図であり、本第2実施形態においてはこの図に基づ
いて基板上にゲート配線を形成する場合における各膜の
膜厚の最適化方法を説明する。
(Second Embodiment) FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a step of forming a gate wiring having a polycide structure on a substrate. In the second embodiment, FIG. A method of optimizing the thickness of each film when forming a gate wiring will be described.

【0023】ここで、ゲート配線を形成する際には、先
ず、表面に素子分離11aが形成されたシリコン基板1
1上にゲート酸化膜21を介してポリサイド膜22を形
成する。ポリサイド膜22は、例えばポリシリコン膜上
にタングステンシリサイド(WSi)からなるシリサイ
ド膜を積層してなることとする。次に、このポリサイド
膜22上に、オフセット膜となる酸化シリコン膜23を
形成し、さらに反射防止膜24を介してレジスト膜25
を形成する。そして、リソグラフィー加工によってこの
レジスト膜25からなるレジストパターンを形成し、こ
のレジストパターンをマスクに用いて反射防止膜24、
酸化シリコン膜23、及びポリサイド膜22をエッチン
グする。これによって、シリコン基板11上に酸化シリ
コンからなるオフセット膜を有するポリサイド構造のゲ
ート配線を形成するのである。
Here, when forming the gate wiring, first, the silicon substrate 1 having the element isolation 11a formed on the surface thereof is used.
A polycide film 22 is formed on 1 through a gate oxide film 21. The polycide film 22 is formed, for example, by stacking a silicide film made of tungsten silicide (WSi) on a polysilicon film. Next, a silicon oxide film 23 serving as an offset film is formed on the polycide film 22, and a resist film 25 is further interposed via an antireflection film 24.
To form Then, a resist pattern composed of the resist film 25 is formed by lithography, and the antireflection film 24 is formed by using the resist pattern as a mask.
The silicon oxide film 23 and the polycide film 22 are etched. Thus, a gate wiring having a polycide structure having an offset film made of silicon oxide on the silicon substrate 11 is formed.

【0024】以上の工程においては、高反射面であるポ
リサイド膜22上に、透明膜である酸化シリコン膜23
を介してレジスト膜25が設けられる。酸化シリコン膜
23とレジスト膜25との間には反射防止膜24(いわ
ゆるBARC)が設けられているものの、この反射防止
膜24の膜厚にはプロセス上の制約がある。このため、
リソグラフィー工程におけるパターン露光の際には、多
重干渉による定在波効果が発生する場合がある。ただ
し、レジスト膜25は、表面平坦な酸化シリコン膜23
上に塗布されるため、その膜厚ばらつきは1%以下に抑
えられる。
In the above steps, the silicon oxide film 23 as a transparent film is formed on the polycide film 22 as a highly reflective surface.
A resist film 25 is provided through the substrate. Although an antireflection film 24 (so-called BARC) is provided between the silicon oxide film 23 and the resist film 25, the thickness of the antireflection film 24 has process restrictions. For this reason,
During pattern exposure in the lithography process, a standing wave effect due to multiple interference may occur. However, the resist film 25 is a silicon oxide film 23 having a flat surface.
Since it is applied on top, its thickness variation is suppressed to 1% or less.

【0025】そこで、次のようにしてレジスト膜25と
酸化シリコン膜23の膜厚を最適化する。先ず、プロセ
ス条件に鑑みて反射防止膜24の膜厚を設定する。ここ
では、例えば反射防止膜24の膜厚は、その後の加工性
を考慮して65nmに設定する。
Therefore, the thicknesses of the resist film 25 and the silicon oxide film 23 are optimized as follows. First, the film thickness of the antireflection film 24 is set in consideration of the process conditions. Here, for example, the film thickness of the antireflection film 24 is set to 65 nm in consideration of workability thereafter.

【0026】次に、図5に示すように、リソグラフィー
の際のパターン露光において、レジスト膜に吸収される
エネルギー(エネルギー吸収率)を、酸化シリコン膜2
3の膜厚とレジスト膜25の膜厚との関数として求め
る。この際、酸化シリコン膜23の膜厚とレジスト膜2
5の膜厚とは、プロセスによって規定される膜厚許容範
囲において変化させる。ここでは例えば、酸化シリコン
膜23の膜厚許容範囲が0.12μm〜0.20μmで
あり、レジスト膜25の膜厚許容範囲が0.39μm〜
0.54μmであることとする。また、各膜の複素屈折
率の実数成分nと、虚数成分kは下記表1の値を用い
た。
Next, as shown in FIG. 5, in pattern exposure at the time of lithography, the energy (energy absorption rate) absorbed by the resist film is changed by the silicon oxide film 2.
3 and the thickness of the resist film 25. At this time, the thickness of the silicon oxide film 23 and the resist film 2
The film thickness of 5 is changed in a film thickness allowable range defined by the process. Here, for example, the allowable thickness of the silicon oxide film 23 is 0.12 μm to 0.20 μm, and the allowable thickness of the resist film 25 is 0.39 μm to
It is assumed to be 0.54 μm. The real component n and the imaginary component k of the complex refractive index of each film used the values shown in Table 1 below.

【表1】 [Table 1]

【0027】そして、この図5から、レジスト膜25に
おけるエネルギー吸収率が最も安定している領域、すな
わちエネルギー吸収率が安定した値を示すことでレジス
トパターンの線幅が安定する領域を示す酸化シリコン膜
23の膜厚とレジスト膜25の膜厚とを最適値として選
択する。ここでは、例えば酸化シリコン膜23の膜厚ば
らつきが±15%程度であるとし、この膜厚ばらつきを
吸収できるような領域を示す酸化シリコン膜23の膜厚
とレジスト膜25の膜厚とを最適値として選択する。そ
こで、レジスト膜25の膜厚の最適値として0.46μ
mを選択した。レジスト膜25の膜厚が0.46μmで
あれば、酸化シリコン膜23の膜厚が0.12μm〜
0.20μmの範囲でばらついても、安定したエネルギ
ー吸収率でのパターン露光が行われる。また、酸化シリ
コン膜23の最適膜厚は、膜厚ばらつきが±15%程度
である場合に、このばらつきが0.12μm〜0.20
μmの範囲に入るように、0.15μmを選択した。
From FIG. 5, it can be seen from FIG. 5 that the silicon oxide shows the region where the energy absorption rate in the resist film 25 is most stable, that is, the area where the line width of the resist pattern is stable because the energy absorption rate shows a stable value. The film thickness of the film 23 and the film thickness of the resist film 25 are selected as optimal values. Here, for example, it is assumed that the thickness variation of the silicon oxide film 23 is about ± 15%, and the thickness of the silicon oxide film 23 and the thickness of the resist film 25 indicating a region capable of absorbing the thickness variation are optimized. Select as a value. Therefore, the optimum value of the thickness of the resist film 25 is 0.46 μm.
m was selected. If the thickness of the resist film 25 is 0.46 μm, the thickness of the silicon oxide film 23 is 0.12 μm or less.
Even if it varies in the range of 0.20 μm, pattern exposure with a stable energy absorption rate is performed. The optimum thickness of the silicon oxide film 23 is 0.12 μm to 0.20 μm when the thickness variation is about ± 15%.
0.15 μm was selected to be in the range of μm.

【0028】以上のようにして、酸化シリコン膜23及
びレジスト膜25の膜厚を設定した後、ここで設定した
膜厚にしたがって図4を用いて説明した構成で、各膜を
積層してリソグラフィー加工を行う。これによって、ゲ
ート配線のオフセット膜となる酸化シリコン膜23上
に、ゲート配線加工用のレジストパターンを形成する。
After setting the film thicknesses of the silicon oxide film 23 and the resist film 25 as described above, the respective films are stacked according to the film thicknesses set in this manner and described with reference to FIG. Perform processing. As a result, a resist pattern for processing a gate wiring is formed on the silicon oxide film 23 serving as an offset film of the gate wiring.

【0029】このような製造方法によれば、第1実施形
態と同様に、表面平坦な酸化シリコン膜23上のレジス
ト膜25を対象とし、レジストパターンの線幅ばらつき
が最小となるようにレジスト膜25及び酸化シリコン膜
23の膜厚が選択されているため、基板上の各部に初期
の線幅を有するレジストパターンを形成することが可能
になる。したがって、定在波効果の発生を防止するため
の反射防止膜や光高吸収膜を設ける場合には、より小さ
い膜厚やより少ない膜数で良いことになり、成膜時間や
工程数の削減を図ることが可能になる。
According to such a manufacturing method, similarly to the first embodiment, the resist film 25 on the silicon oxide film 23 having a flat surface is targeted, and the resist film is formed so that the line width variation of the resist pattern is minimized. Since the thicknesses of the silicon oxide film 25 and the silicon oxide film 23 are selected, it is possible to form a resist pattern having an initial line width on each part on the substrate. Therefore, when providing an anti-reflection film or a high light absorption film to prevent the occurrence of the standing wave effect, a smaller film thickness or a smaller number of films is sufficient, and the film formation time and the number of processes are reduced. Can be achieved.

【0030】(第3実施形態)図6は、基板上の金属配
線を覆う絶縁膜に接続孔を形成する工程を説明するため
の断面図であり、本第3実施形態においてはこの図に基
づいて金属配線上に接続孔を形成する場合における各膜
の膜厚の最適化方法を説明する。
(Third Embodiment) FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a step of forming a connection hole in an insulating film covering a metal wiring on a substrate. In the third embodiment, FIG. A method of optimizing the thickness of each film when forming a connection hole on a metal wiring will be described.

【0031】ここで、接続孔を形成する場合には、先
ず、表面が窒化チタン膜(TiN)で覆われた金属配線
31を覆う状態で基板(図示省略)上に酸化シリコン膜
32を形成し、この酸化シリコン膜32の表面をCMP
(Chemical Mechanical Polishing)研磨にて平坦化す
る。その後、酸化シリコン膜32上にレジスト膜33を
塗布し、このレジスト膜33上に反射防止膜34を形成
する。そして、リソグラフィー加工によってこのレジス
ト膜33からなるレジストパターンを形成し、このレジ
ストパターンをマスクに用いて酸化シリコン膜32をエ
ッチングする。これによって、金属配線31に達する接
続孔を酸化シリコン膜32に形成するのである。
Here, when forming the connection hole, first, a silicon oxide film 32 is formed on a substrate (not shown) in a state of covering the metal wiring 31 whose surface is covered with a titanium nitride film (TiN). The surface of the silicon oxide film 32 is
(Chemical Mechanical Polishing) Flatten by polishing. Thereafter, a resist film 33 is applied on the silicon oxide film 32, and an antireflection film 34 is formed on the resist film 33. Then, a resist pattern composed of the resist film 33 is formed by lithography, and the silicon oxide film 32 is etched using the resist pattern as a mask. As a result, a connection hole reaching the metal wiring 31 is formed in the silicon oxide film 32.

【0032】以上の工程においては、金属配線31上に
透明膜である酸化シリコン膜32を介してレジスト膜3
3が設けられる。このレジスト膜33上に反射防止膜3
4(いわゆるTARC)が設けられているものの、この
反射防止膜34の膜厚にはプロセス上の制約がある。こ
のため、リソグラフィー工程におけるパターン露光の際
には、金属配線31の表面及び酸化シリコン膜32とレ
ジスト膜33との界面で露光光hが反射して多重干渉に
よる定在波効果が発生する場合がある。また、CMP研
磨後における酸化シリコン膜32の表面は、下地の金属
配線の疎密による研磨速度のばらつきに依存した段差が
生じる。このため、CMP研磨後における金属配線31
上の酸化シリコン膜32の膜厚は、平坦化されていると
はいえ、露光波長λに対して1周期分(ただし1周期は
λ/2×n、ただしnは酸化シリコン膜の屈折率である
こととする)以上のばらつきが生じる。
In the above steps, the resist film 3 is formed on the metal wiring 31 via the transparent silicon oxide film 32.
3 are provided. The anti-reflection film 3 is formed on the resist film 33.
Although 4 (so-called TARC) is provided, the thickness of the antireflection film 34 has process restrictions. Therefore, at the time of pattern exposure in the lithography process, the exposure light h is reflected on the surface of the metal wiring 31 and the interface between the silicon oxide film 32 and the resist film 33, and a standing wave effect due to multiple interference may occur. is there. Further, the surface of the silicon oxide film 32 after the CMP polishing has a step depending on the variation of the polishing rate due to the density of the underlying metal wiring. For this reason, the metal wiring 31 after the CMP is polished.
The thickness of the upper silicon oxide film 32 is one cycle with respect to the exposure wavelength λ (however, one cycle is λ / 2 × n, where n is the refractive index of the silicon oxide film, even though it is flattened). The above-mentioned variation occurs.

【0033】そこで、次のようにしてレジスト膜33と
酸化シリコン膜32の膜厚を最適化する。先ず、プロセ
ス条件に鑑みて反射防止膜34の膜厚を設定する。ここ
では、例えば反射防止膜34としてHDP膜、すなわち
HDP(high density plasma)−CVD(chemical vap
or deposition)法によって形成された酸化シリコン膜を
用いた場合、その後の加工性を考慮して、反射防止膜3
4の膜厚を46nmに設定する。
Therefore, the thicknesses of the resist film 33 and the silicon oxide film 32 are optimized as follows. First, the film thickness of the antireflection film 34 is set in consideration of the process conditions. Here, for example, an HDP film as the antireflection film 34, that is, HDP (high density plasma) -CVD (chemical vap) is used.
or a silicon oxide film formed by the deposition method, the anti-reflection film 3 is used in consideration of workability thereafter.
4 is set to 46 nm.

【0034】次に、図7に示すように、酸化シリコン膜
32の膜厚ばらつきに対する露光量ばらつきと、レジス
ト膜33の膜厚との関係を求める。この際、酸化シリコ
ン膜32は、プロセス上の制約から750nmに設定さ
れ、±250nmの範囲のばらつきを有していることと
する。また、レジスト膜33の膜厚は、プロセスによっ
て規定される膜厚許容範囲において、0.70μm〜
0.80μmの間で変動させる。下記表2に、各膜の複
素屈折率の実数成分n及び虚数成分kと膜厚dとを示
す。尚、金属膜配線31表面のTiN膜は、膜厚が70
nmあることから、金属配線31においては、このTi
N膜をバルク材料としている。
Next, as shown in FIG. 7, the relationship between the exposure amount variation with respect to the thickness variation of the silicon oxide film 32 and the film thickness of the resist film 33 is obtained. At this time, the silicon oxide film 32 is set to 750 nm due to process restrictions, and has a variation in the range of ± 250 nm. The thickness of the resist film 33 is 0.70 μm or more within the allowable thickness range defined by the process.
Vary between 0.80 μm. Table 2 below shows the real component n and the imaginary component k of the complex refractive index of each film and the film thickness d. The TiN film on the surface of the metal film wiring 31 has a thickness of 70 nm.
Therefore, in the metal wiring 31, this Ti
The N film is used as a bulk material.

【表2】 [Table 2]

【0035】そして、この図7から、酸化シリコン膜3
2の膜厚が750nm±250nmの範囲でばらつく場
合の膜厚レジスト膜33の最適値として、露光量ばらつ
きの変動が最も少ない0.775μmを選択する。
FIG. 7 shows that the silicon oxide film 3
As the optimum value of the resist film 33 in the case where the film thickness of No. 2 varies in the range of 750 nm ± 250 nm, 0.775 μm with the smallest variation in the exposure dose is selected.

【0036】以上のようにして、酸化シリコン膜32及
びレジスト膜33の膜厚を設定した後、ここで設定した
膜厚にしたがって図5を用いて説明した構成で、各膜を
積層してリソグラフィー加工を行う。
After setting the film thicknesses of the silicon oxide film 32 and the resist film 33 as described above, the respective films are laminated according to the film thicknesses set in this manner with the configuration described with reference to FIG. Perform processing.

【0037】このような製造方法によれば、レジストパ
ターンの線幅ばらつきが最小となるように酸化シリコン
膜32のばらつきの範囲内においてレジスト膜33の膜
厚の最適値を選択しているため、下地の透明膜(酸化シ
リコン膜32)の膜厚がばらついていても、金属配線3
1上の各部に初期の線幅を有するレジストパターンを形
成することが可能になる。したがって、定在波効果の発
生を防止するための反射防止膜や光高吸収膜を設ける場
合には、より少ない膜数で良いことになり、工程数の削
減を図ることが可能になる。
According to such a manufacturing method, the optimum value of the thickness of the resist film 33 is selected within the range of the variation of the silicon oxide film 32 so that the variation in the line width of the resist pattern is minimized. Even if the thickness of the underlying transparent film (silicon oxide film 32) varies, the metal wiring 3
It is possible to form a resist pattern having an initial line width on each part on the first line. Therefore, when an anti-reflection film or a high light absorption film is provided to prevent the occurrence of the standing wave effect, a smaller number of films is required, and the number of steps can be reduced.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の製造方法によれば、表面平坦な透明膜上のレジスト膜
を当該透明膜の膜厚と共に最適化することで、基板上の
各部に初期の線幅を有するレジストパターンを形成する
ことが可能になる。したがって、定在波効果の発生を防
止するための反射防止膜や光高吸収膜を設ける必要はな
く、また設ける場合にはより小さい膜厚やより少ない膜
数で良いことになり、成膜時間や工程数の削減とこれに
よる製造コストの低減を図ることが可能になる。
As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, by optimizing the resist film on the transparent film having a flat surface together with the thickness of the transparent film, each part on the substrate can be formed. It becomes possible to form a resist pattern having an initial line width. Therefore, it is not necessary to provide an antireflection film or a high light absorption film for preventing the occurrence of the standing wave effect, and when it is provided, a smaller film thickness or a smaller number of films may be used. It is possible to reduce the number of processes and the number of steps and thereby reduce the manufacturing cost.

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

【図1】第1実施形態を説明する断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a first embodiment.

【図2】レジスト膜厚とレジストパターンの線幅ばらつ
きとの関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a resist film thickness and a line width variation of a resist pattern.

【図3】窒化シリコン膜の膜厚とレジストパターンの線
幅との関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the thickness of a silicon nitride film and the line width of a resist pattern.

【図4】第2実施形態を説明する断面図である。FIG. 4 is a sectional view illustrating a second embodiment.

【図5】酸化シリコン膜とレジスト膜の膜厚を因子とし
たレジスト膜のエネルギー吸収率の分布図である。
FIG. 5 is a distribution diagram of an energy absorptivity of the resist film with the thickness of the silicon oxide film and the resist film as factors.

【図6】第3実施形態を説明する断面図である。FIG. 6 is a sectional view illustrating a third embodiment.

【図7】レジスト膜厚と酸化シリコン膜のばらつきに対
する露光量ばらつきとの関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a resist film thickness and a variation in exposure amount with respect to a variation in a silicon oxide film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…基板、12…パッド酸化膜、13…窒化シリコン
膜、14,25,33…レジスト膜、22…ポリサイド
膜、23,32…酸化シリコン膜、31…金属配線、2
4,34…反射防止膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Substrate, 12 ... Pad oxide film, 13 ... Silicon nitride film, 14, 25, 33 ... Resist film, 22 ... Polycide film, 23, 32 ... Silicon oxide film, 31 ... Metal wiring, 2
4,34 ... Anti-reflective coating

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 政治 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 Fターム(参考) 2H025 AA03 AB16 BJ00 DA03 DA18 DA34 DA40 5F033 HH04 HH26 KK33 QQ01 QQ04 QQ08 QQ09 QQ37 RR04 XX00 XX33 XX34 5F046 JA21  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Sato Politics 4-1-1, Kamidadanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture F-term in Fujitsu Limited (reference) 2H025 AA03 AB16 BJ00 DA03 DA18 DA34 DA40 5F033 HH04 HH26 KK33 QQ01 QQ04 QQ08 QQ09 QQ37 RR04 XX00 XX33 XX34 5F046 JA21

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に透明膜を形成し、当該透明膜上
にレジスト膜を塗布した後、当該レジスト膜のリソグラ
フィー加工を行い前記透明膜上にレジストパターンを形
成する半導体装置の製造方法において、 表面平坦な前記透明膜上に、前記レジストパターンの線
幅ばらつきが最小となるように、前記レジスト膜の膜厚
許容範囲において当該レジスト膜の膜厚の最適値を選択
することを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a transparent film on a substrate, applying a resist film on the transparent film, and performing lithography on the resist film to form a resist pattern on the transparent film. An optimal value of the thickness of the resist film is selected within an allowable range of the thickness of the resist film so that a line width variation of the resist pattern is minimized on the transparent film having a flat surface. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項2】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 前記レジスト膜の膜厚の最適値を選択すると共に、前記
透明膜の膜厚許容範囲において当該透明膜の膜厚の最適
値を選択することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein an optimum value of the thickness of the resist film is selected, and the optimum value of the thickness of the transparent film is set within an allowable range of the thickness of the transparent film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: selecting a semiconductor device;
【請求項3】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 予め設定された前記透明膜の膜厚に対して、前記レジス
トパターンの線幅ばらつきが最小となるように前記レジ
スト膜の膜厚の最適値を選択することを特徴とする半導
体装置の製造方法。
3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the resist film is set so that a line width variation of the resist pattern is minimized with respect to a predetermined thickness of the transparent film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising selecting an optimum value of
【請求項4】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 前記レジスト膜上及び前記レジスト膜下の少なくともど
ちらか一方に、反射防止膜が設けられ、 前記反射防止膜の膜厚を設定した後、 前記レジストパターンの線幅ばらつきが最小となるよう
に、前記レジスト膜の膜厚許容範囲において当該レジス
ト膜の最適値を選択する前記ことを特徴とする半導体装
置の製造方法。
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein an antireflection film is provided on at least one of the resist film and the resist film, and the thickness of the antireflection film is set. And a method of manufacturing the semiconductor device, wherein an optimum value of the resist film is selected within an allowable thickness range of the resist film so that a line width variation of the resist pattern is minimized.
【請求項5】 請求項4記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 前記透明膜の膜厚ばらつきに対する前記レジストパター
ンの線幅ばらつきが最小になるように前記レジスト膜の
膜厚の最適値を選択することを特徴とする半導体装置の
製造方法。
5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein an optimum value of the thickness of the resist film is selected such that a variation in line width of the resist pattern with respect to a variation in thickness of the transparent film is minimized. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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