JPH1184683A - Pattern forming method and production of semiconductor device - Google Patents

Pattern forming method and production of semiconductor device

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JPH1184683A
JPH1184683A JP9242382A JP24238297A JPH1184683A JP H1184683 A JPH1184683 A JP H1184683A JP 9242382 A JP9242382 A JP 9242382A JP 24238297 A JP24238297 A JP 24238297A JP H1184683 A JPH1184683 A JP H1184683A
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JP
Japan
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film
group
silylating agent
hydroxyl group
semiconductor device
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Application number
JP9242382A
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Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Matsuo
隆弘 松尾
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance etching selectivity in dry development and to obtain a resist pattern having a rectangular section. SOLUTION: The top of a semiconductor substrate 10 is coated with a resist contg. polyvinyl phenol resin having T-BOC as a protective group and a photo- acid generator to form a resist film 11 and this resist film 11 is patternwise exposed. A silylating agent having three or more functional groups, e.g. liq. tris(dimethylamino)silane 14 is fed to the top of the patternwise exposed resist film 11 and a polysiloxane layer 15 is selectively formed on the surface of the exposed part 11a of the resist film 11. The resist film 11 is then dry-etched using the polysiloxane layer 15 as a mask to form the objective resist pattern 18.

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】本発明は半導体デバイス等の
製造プロセスにおける微細加工技術に適用されるパター
ン形成方法及び半導体装置の製造方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a pattern and a method of manufacturing a semiconductor device applied to a fine processing technique in a process of manufacturing a semiconductor device or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体デバイスは微細化の一途を
たどり、半導体デバイスのデザインルールは実用レベル
で0.25μm、開発レベルで0.18〜0.13μm
にまで到達している。そして、露光光源としては、i線
(波長:365nm)からKrFエキシマレーザ(波
長:248nm)に進み、さらにArFエキシマレーザ
(波長:193nm)の開発が行われている。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices have been steadily miniaturized, and the design rules of semiconductor devices are 0.25 μm at a practical level and 0.18 to 0.13 μm at a development level.
Has been reached. As an exposure light source, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm) has been developed from an i-line (wavelength: 365 nm), and an ArF excimer laser (wavelength: 193 nm) is being developed.

【0003】ところで、露光光の解像度Rは、R=k1
・λ/NAの式から分かるように、波長:λを小さくす
ることにより向上するが、一方、焦点深度Dは、D=k
2 ・λ/NA2 の式から分かるように、波長:λが小さ
くなると小さくなる。そこで、露光光の解像度を維持し
ながら焦点深度を向上させるために、表面解像プロセス
が有望視されている。
Incidentally, the resolution R of the exposure light is R = k 1
As can be seen from the formula of λ / NA, the wavelength is improved by decreasing the wavelength: λ, while the depth of focus D is D = k
As can be seen from the equation 2 · λ / NA 2 , it decreases as the wavelength: λ decreases. Therefore, in order to improve the depth of focus while maintaining the resolution of the exposure light, a surface resolution process is considered promising.

【0004】表面解像プロセスの代表例としては、F. C
oopmanらが提案したシリル化プロセスが知られている
(Proc. SPIE, 631, p. 34)。このシリル化プロセスと
は、レジスト膜に選択的に露光した後、レジスト膜に対
してシリル化処理を行なうことにより、レジスト膜の露
光部又は未露光部において、選択的にシリル化反応を起
こさせてシリコン含有層を形成する。その後、シリコン
含有層をマスクにして、レジスト膜に対して酸素プラズ
マによるドライ現像を行なうと、レジスト膜の露光部又
は未露光部にレジストパターンが形成されると言うプロ
セスである。
As a typical example of the surface resolution process, F.C.
The silylation process proposed by oopman et al. is known (Proc. SPIE, 631, p. 34). In the silylation process, after selectively exposing the resist film, the silylation process is performed on the resist film to selectively cause a silylation reaction in an exposed portion or an unexposed portion of the resist film. To form a silicon-containing layer. Thereafter, when the resist film is dry-developed with oxygen plasma using the silicon-containing layer as a mask, a resist pattern is formed in an exposed portion or an unexposed portion of the resist film.

【0005】シリル化処理は気相又は液相で行なわれ、
該シリル化処理により、シリル化剤がレジスト膜中に拡
散し、レジスト膜中の水酸基と反応してシリコン含有層
が形成される。例えば、ポリビニルフェノール樹脂を含
むレジスト膜に対してシリル化剤としてヘキサメチルジ
シラザン(HMDS)を用いて気相でシリル化処理を行
なうと、HMDSとポリビニルフェノール樹脂とは[化
5]に示すような化学反応を行なう。
The silylation treatment is performed in a gas phase or a liquid phase,
By the silylation treatment, the silylating agent diffuses into the resist film and reacts with hydroxyl groups in the resist film to form a silicon-containing layer. For example, when a silylation treatment is performed on a resist film containing a polyvinyl phenol resin in a gas phase using hexamethyldisilazane (HMDS) as a silylating agent, the HMDS and the polyvinyl phenol resin are expressed as shown in [Chemical Formula 5]. Perform a great chemical reaction.

【0006】[0006]

【化5】 Embedded image

【0007】以下、表面解像プロセスの一例として、US
P4,808,511及びProc. Reg. Tech. Conf. Photopolymer
s, p.177(1985)に示されている、レジスト膜の露光部に
のみシリル化層を形成するネガ型のシリル化プロセスに
ついて、図4(a)〜(d)を参照しながら説明する。
In the following, US Pat.
P4,808,511 and Proc. Reg. Tech. Conf. Photopolymer
s, p.177 (1985), a negative-type silylation process for forming a silylation layer only on exposed portions of a resist film will be described with reference to FIGS. 4 (a) to 4 (d). .

【0008】まず、図4(a)に示すように、エネルギ
ービームが照射されると酸を発生する光酸発生剤と、酸
の作用により保護基が脱離してフェノール性水酸基が形
成されるようなフェノール樹脂とを含むレジストを半導
体基板1の上に塗布してレジスト膜2を形成した後、レ
ジスト膜2に対してKrFエキシマレーザ3をマスク4
を介して照射する。
First, as shown in FIG. 4 (a), a photoacid generator which generates an acid when irradiated with an energy beam and a protective group is eliminated by the action of the acid to form a phenolic hydroxyl group. A resist containing a phenol resin is coated on the semiconductor substrate 1 to form a resist film 2, and the resist film 2 is exposed to a KrF excimer laser 3 on a mask 4.
Irradiation through.

【0009】次に、レジスト膜2に対して加熱処理を行
なうと、レジスト膜2の露光部2aにおいては、パター
ン露光及び加熱処理により光酸発生剤から発生した酸の
作用によって、フェノール樹脂から保護基が脱離して、
図4(b)に示すようにフェノール性水酸基が選択的に
形成される。
Next, when the resist film 2 is subjected to a heat treatment, the exposed portion 2a of the resist film 2 is protected from the phenol resin by the action of the acid generated from the photoacid generator by the pattern exposure and the heat treatment. The group is eliminated,
As shown in FIG. 4B, phenolic hydroxyl groups are selectively formed.

【0010】次に、図4(c)に示すように、レジスト
膜2の上にシリル化剤としてのHMDSの蒸気5を供給
してレジスト膜2をシリル化剤の雰囲気にさらすと、レ
ジスト膜2の露光部2aに選択的にシリル化層6が形成
される。
Next, as shown in FIG. 4C, when HMDS vapor 5 as a silylating agent is supplied onto the resist film 2 to expose the resist film 2 to the atmosphere of the silylating agent, The silylated layer 6 is selectively formed on the second exposed portion 2a.

【0011】次に、図4(d)に示すように、図示しな
いRIE装置内でレジスト膜2に対してO2 プラズマ7
を照射してレジスト膜2をドライ現像すると、ネガ型の
レジストパターン8が形成される。
Next, as shown in FIG. 4D, an O 2 plasma 7 is applied to the resist film 2 in an RIE apparatus (not shown).
And the resist film 2 is dry-developed to form a negative resist pattern 8.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】ところで、矩形状の断
面を有するネガ型のレジストパターンを形成するために
は、ドライ現像時におけるエッチング選択比(エッチン
グレートの比)の大きいことが必要であるが、前記従来
のパターン形成方法では、エッチング選択比が大きくな
いので、矩形状の断面を有するレジストパターンが得ら
れない。矩形状の断面を有するレジストパターンを得る
ためには、ドライ現像時の寸法シフトによる寸法制御の
不安定要因を考慮すると、エッチング選択比としては1
00以上が必要である。
By the way, in order to form a negative resist pattern having a rectangular cross section, it is necessary to have a large etching selectivity (ratio of etching rate) during dry development. In the conventional pattern forming method, a resist pattern having a rectangular cross section cannot be obtained because the etching selectivity is not large. In order to obtain a resist pattern having a rectangular cross section, considering an unstable factor of dimensional control due to a dimensional shift during dry development, an etching selectivity of 1 is required.
00 or more is required.

【0013】ドライ現像におけるエッチング選択比を大
きくするためには、シリル化層に含まれるシリコンの量
(シリコンの密度)を多くすることが重要であると考え
られる。
In order to increase the etching selectivity in dry development, it is considered important to increase the amount of silicon (silicon density) contained in the silylated layer.

【0014】ところで、全てのフェノール性水酸基に保
護基を導入しておくと、レジスト膜の未露光部において
は、前記の[化5]に示すシリル化反応が全く起こらな
い一方、レジスト膜の露光部においてはシリル化反応が
起こるので、露光部に高い選択比でシリル化層が形成さ
れるはずである。
By the way, if a protecting group is introduced into all phenolic hydroxyl groups, the silylation reaction shown in the above [Chemical Formula 5] does not occur at all in the unexposed portion of the resist film, while the exposure of the resist film does not occur. Since the silylation reaction occurs in the portions, the silylation layer should be formed at a high selectivity in the exposed portions.

【0015】ところが、前記の[化5]の反応式に示す
ように、1個のフェノール性水酸基に対して1個のシリ
コンしか導入されないため、レジスト膜の露光部におけ
るシリコンの量が余り多くならないので、エッチング選
択比は不十分である。
However, as shown in the above-mentioned reaction formula, only one silicon is introduced into one phenolic hydroxyl group, so that the amount of silicon in the exposed portion of the resist film does not increase so much. Therefore, the etching selectivity is insufficient.

【0016】前記に鑑み、本発明は、ドライ現像におけ
るエッチング選択比が100以上になるようにして、矩
形状の断面を有するレジストパターンが得られるように
することを目的とする。
In view of the above, it is an object of the present invention to provide a resist pattern having a rectangular cross section so that the etching selectivity in dry development is 100 or more.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本件発明者は、官能基が
3つ以上存在するシリル化剤を用いてシリル化処理を行
なうと、1つの水酸基に対して3次元的に多重反応が起
こって、3次元的なポリシロキサンが形成され、シリル
化層に含まれるシリコンの量が極めて多くなることを見
い出した。これにより、1つの水酸基に対して極めて多
くのシリコンが導入されると共に、O2 プラズマに対し
て化学的に安定な3次元的なポリシロキサンが形成され
るので、ドライ現像におけるエッチング選択比が高くな
るのである。
Means for Solving the Problems The present inventors have found that when a silylation treatment is performed using a silylating agent having three or more functional groups, a multiple reaction occurs three-dimensionally for one hydroxyl group. It has been found that a three-dimensional polysiloxane is formed, and the amount of silicon contained in the silylated layer becomes extremely large. As a result, an extremely large amount of silicon is introduced into one hydroxyl group, and a three-dimensional polysiloxane chemically stable with respect to O 2 plasma is formed. It becomes.

【0018】例えば、Ki-Ho Baikら報告(J. Vac. Sci.
Technol.,B9, p.3399)によると、保護基を有しないノ
ボラック樹脂に気相のHMDSを供給してシリル化する
と、エッチング選択比が11程度であって低いことが分
かる。ところで、前記従来のパターン形成方法では、シ
リコン含有量が少ないので、エッチング選択比は11よ
りも低くなるはずである。また、官能基を2つ有するビ
スジメチルアミノジメチルシラン(B(DMA)DS)
を用いて液相シリル化すると、多重のシリル化反応が起
こり、1つの水酸基に多数のシリコンが導入されて、エ
ッチング選択比を23程度まで上げることができる。以
上の考察からも、官能基が3つ以上存在するシリル化剤
を用いてシリル化処理を行なうと、シリル化層に含まれ
るシリコンの量が多くなって、ドライ現像におけるエッ
チング選択比が高くなることが理解できる。
For example, a report by Ki-Ho Baik et al. (J. Vac. Sci.
According to Technol., B9, p. 3399), when a gas-phase HMDS is supplied to a novolak resin having no protective group to perform silylation, the etching selectivity is about 11 and low. By the way, in the conventional pattern forming method, since the silicon content is small, the etching selectivity should be lower than 11. Bisdimethylaminodimethylsilane having two functional groups (B (DMA) DS)
When liquid silylation is carried out using, multiple silylation reactions occur, and a large number of silicons are introduced into one hydroxyl group, so that the etching selectivity can be increased to about 23. From the above considerations, when the silylation treatment is performed using a silylating agent having three or more functional groups, the amount of silicon contained in the silylated layer increases, and the etching selectivity in dry development increases. I can understand.

【0019】本発明に係るパターン形成方法は、前記の
知見に基づいてなされたものであって、具体的には、半
導体基板上に感光性樹脂を塗布して樹脂膜を形成した
後、該樹脂膜に対してパターン露光を行なう第1の工程
と、パターン露光された樹脂膜の上に3つ以上の官能基
を有するシリル化剤を供給して、樹脂膜における露光部
の表面に選択的にシリル化層を形成する第2の工程と、
樹脂膜に対してシリル化層をマスクとしてドライエッチ
ングを行なって、樹脂膜よりなるパターンを形成する第
3の工程とを備えている。
The pattern forming method according to the present invention is based on the above findings. Specifically, a photosensitive resin is coated on a semiconductor substrate to form a resin film, and then the resin is formed. A first step of subjecting the film to pattern exposure, and supplying a silylating agent having three or more functional groups onto the pattern-exposed resin film to selectively expose the surface of the resin film at the exposed portion. A second step of forming a silylated layer;
A third step of performing dry etching on the resin film using the silylation layer as a mask to form a pattern made of the resin film.

【0020】本発明のパターン形成方法によると、3つ
以上の官能基を有するシリル化剤を供給するため、樹脂
膜の露光部においてシリル化の多重反応が起こるので、
シリコン密度が高いと共に3次元的なネットワークを有
するポリシロキサンよりなるシリル化層が形成される。
According to the pattern forming method of the present invention, since a silylating agent having three or more functional groups is supplied, a multiple silylation reaction occurs in an exposed portion of the resin film.
A silylated layer made of polysiloxane having a high silicon density and a three-dimensional network is formed.

【0021】本発明のパターン形成方法の第2の工程
は、シリル化剤を液相で供給する工程を含むことが好ま
しい。
The second step of the pattern forming method of the present invention preferably includes a step of supplying a silylating agent in a liquid phase.

【0022】本発明のパターン形成方法の第2の工程に
おけるシリル化剤は、一般式
The silylating agent in the second step of the pattern forming method of the present invention has the general formula

【0023】[0023]

【化6】 Embedded image

【0024】(但し、R1 、R2 、R3 、R4 、R5
びR6 は、同種又は異種であって、水素原子、メチル
基、エチル基又はブチル基のうちのいずれかである。)
により表わされるものであることが好ましい。
(Provided that R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are the same or different and are any of a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group or a butyl group) .)
Is preferably represented by

【0025】シリル化剤として、一般式[化6]により
表わされるものを用いると、シリル化剤における官能基
の存在しない部位に大きさが極めて小さいH原子が吸着
しているため、OH基のSi原子に対する攻撃が起こり
易くなるので、樹脂膜の露光部におけるシリル化の多重
反応が一層起こりやすくなる。
When a silylating agent represented by the general formula [Chemical Formula 6] is used, an extremely small H atom is adsorbed at a site where no functional group is present in the silylating agent. Since the attack on the Si atoms is more likely to occur, multiple reactions of silylation in the exposed portion of the resin film are more likely to occur.

【0026】この場合、第1の工程における感光性樹脂
は、光が照射されると酸を発生する酸発生剤と、酸の作
用により保護基が脱離して水酸基又はカルボン酸基を発
生する樹脂とを含むことが好ましい。
In this case, the photosensitive resin in the first step includes an acid generator that generates an acid when irradiated with light, and a resin that generates a hydroxyl group or a carboxylic acid group by removing a protective group by the action of an acid. It is preferable to include

【0027】また、この場合、第1の工程における感光
性樹脂は、一般式
In this case, the photosensitive resin in the first step is represented by the general formula

【0028】[0028]

【化7】 Embedded image

【0029】(但し、R7 は酸の作用により脱離する保
護基である。)又は
(Provided that R 7 is a protecting group which is eliminated by the action of an acid) or

【0030】[0030]

【化8】 Embedded image

【0031】(但し、R8 は酸の作用により脱離する保
護基である。)により表わされるものであることが好ま
しい。
(However, R 8 is preferably a protecting group which is eliminated by the action of an acid.)

【0032】本発明に係る第1の半導体装置の製造方法
は、半導体基板上に形成された第1の導電膜の表面に選
択的に水酸基を発生させる第1の工程と、第1の導電膜
の上に多官能型のシリル化剤を供給して、第1の導電膜
における水酸基が発生した領域の表面に選択的にポリシ
ロキサンよりなる層間絶縁膜を形成する第2の工程と、
第1の導電膜及び層間絶縁膜の上に第2の導電膜を形成
する第3の工程とを備えている。
A first method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a first step of selectively generating hydroxyl groups on a surface of a first conductive film formed on a semiconductor substrate; A second step of supplying a polyfunctional silylating agent on the surface of the first conductive film to selectively form an interlayer insulating film made of polysiloxane on the surface of a region where a hydroxyl group has been generated in the first conductive film;
Forming a second conductive film on the first conductive film and the interlayer insulating film.

【0033】第1の半導体装置の製造方法によると、第
1の導電膜の表面に選択的に水酸基を発生させた後、多
官能型のシリル化剤を供給して、水酸基が発生した領域
の表面に選択的にポリシロキサンよりなる層間絶縁膜を
形成するため、フォトリソグラフィ工程及びドライエッ
チング工程を行なうことなく、パターン化された層間絶
縁膜を形成することができる。
According to the first method for manufacturing a semiconductor device, after a hydroxyl group is selectively generated on the surface of the first conductive film, a polyfunctional silylating agent is supplied to the region where the hydroxyl group is generated. Since an interlayer insulating film made of polysiloxane is selectively formed on the surface, a patterned interlayer insulating film can be formed without performing a photolithography step and a dry etching step.

【0034】第1の半導体装置の製造方法の第1の工程
は、第1の導電膜の表面に単官能型のシリル化剤を供給
して、第1の導電膜の表面に存在する水酸基をシリル基
で終端させる工程と、第1の導電膜の表面に選択的にエ
ネルギービームを照射して、水酸基を終端させているシ
リル基を水酸基に置換する工程とを含むことが好まし
い。
In the first step of the first method for manufacturing a semiconductor device, a monofunctional silylating agent is supplied to the surface of the first conductive film to remove hydroxyl groups present on the surface of the first conductive film. It is preferable to include a step of terminating with a silyl group and a step of selectively irradiating the surface of the first conductive film with an energy beam to replace the silyl group terminating the hydroxyl group with a hydroxyl group.

【0035】本発明に係る第2の半導体装置の製造方法
は、半導体基板上に形成された被加工膜の表面に選択的
に水酸基を発生させる第1の工程と、被加工膜の上に多
官能型のシリル化剤を供給して、被加工膜における水酸
基が発生した領域の表面に選択的にポリシロキサン膜を
形成する第2の工程と、被加工膜に対してポリシロキサ
ン膜をマスクとしてエッチングを行なう第3の工程とを
備えている。
According to a second method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a first step of selectively generating hydroxyl groups on the surface of a film to be processed formed on a semiconductor substrate is provided. A second step of supplying a functional silylating agent to selectively form a polysiloxane film on the surface of a region where a hydroxyl group has been generated in the film to be processed, and using the polysiloxane film as a mask for the film to be processed. And a third step of performing etching.

【0036】第2の半導体装置の製造方法によると、被
加工膜の表面に選択的に水酸基を発生させた後、多官能
型のシリル化剤を供給して、水酸基が発生した領域の表
面に選択的にポリシロキサン膜を形成し、該ポリシロキ
サン膜をマスクとしてドライエッチングを行なうので、
通常用いられている有機材料よりなるレジストに比べ
て、ドライエッチングの選択比が極めて高くなる。
According to the second method for manufacturing a semiconductor device, after a hydroxyl group is selectively generated on the surface of the film to be processed, a polyfunctional silylating agent is supplied to the surface of the region where the hydroxyl group has been generated. Since a polysiloxane film is selectively formed and dry etching is performed using the polysiloxane film as a mask,
The selectivity of dry etching is extremely high as compared with a resist made of an organic material which is generally used.

【0037】第2の半導体装置の製造方法の第1の工程
は、被加工膜の表面に単官能型のシリル化剤を供給し
て、被加工膜の表面に存在する水酸基をシリル基で終端
させる工程と、被加工膜の表面に選択的にエネルギービ
ームを照射して、水酸基を終端させているシリル基を水
酸基に置換する工程とを含むことが好ましい。
In the first step of the second method for manufacturing a semiconductor device, a monofunctional silylating agent is supplied to the surface of the film to be processed, and hydroxyl groups existing on the surface of the film to be processed are terminated with silyl groups. The method preferably includes a step of selectively irradiating the surface of the film to be processed with an energy beam to replace a silyl group terminating the hydroxyl group with a hydroxyl group.

【0038】第1又は第2の半導体装置の製造方法の第
2の工程における多官能型のシリル化剤は、3つ以上の
官能基を有していることが好ましい。
The polyfunctional silylating agent in the second step of the first or second method for manufacturing a semiconductor device preferably has three or more functional groups.

【0039】また、第1又は第2の半導体装置の製造方
法の第2の工程における多官能型のシリル化剤は、一般
The polyfunctional silylating agent in the second step of the first or second method for manufacturing a semiconductor device is represented by the general formula:

【0040】[0040]

【化9】 Embedded image

【0041】(但し、R1 、R2 、R3 、R4 、R5
びR6 は、同種又は異種であって、水素原子、メチル
基、エチル基又はブチル基のうちのいずれかである。)
により表わされることが好ましい。
(However, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are the same or different and are any of a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group or a butyl group. .)
Is preferably represented by

【0042】また、第1又は第2の半導体装置の製造方
法の第2の工程は、多官能型のシリル化剤を液相で供給
する工程を含むことが好ましい。
The second step of the first or second method for manufacturing a semiconductor device preferably includes a step of supplying a polyfunctional silylating agent in a liquid phase.

【0043】[0043]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1の実施形態)以下、本発明の第1の実施形態に係
るパターン形成方法について、図1(a)〜(d)を参
照しながら説明する。
(First Embodiment) Hereinafter, a pattern forming method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (d).

【0044】第1の実施形態に係るパターン形成方法に
おいては、保護基としてtert−ブトキシカルボン酸
エステル(以下、t−BOCと称する。)を有するポリ
ビニルフェノール樹脂と、光酸発生剤としてのオニウム
塩とが有機溶媒に溶解されてなるレジストを用いる。
In the pattern forming method according to the first embodiment, a polyvinyl phenol resin having tert-butoxycarboxylic acid ester (hereinafter, referred to as t-BOC) as a protecting group, and an onium salt as a photoacid generator Is dissolved in an organic solvent.

【0045】また、液相シリル化処理に用いるシリル化
溶液としては、全体に対して30vol%の[化10]
に示すトリス(ジメチルアミノ)シラン(T(DMA)
S)よりなるシリル化剤と、全体に対して2vol%の
N−メチル−2−ピロリドン(NMP)とをキシレン溶
媒に溶解したものを用いる。
The silylation solution used for the liquid-phase silylation treatment is 30 vol% based on the whole.
Tris (dimethylamino) silane (T (DMA))
A solution obtained by dissolving a silylating agent composed of S) and 2 vol% of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) in a xylene solvent is used.

【0046】[0046]

【化10】 Embedded image

【0047】まず、図1(a)に示すように、シリコン
基板10の上に前記のレジストを塗布してレジスト膜1
1を形成した後、該レジスト膜11に対して90℃の温
度下における90秒間の熱処理を施す。その後、レジス
ト膜11に対して、所望のパターン形状を有するマスク
12を介してKrFエキシマレーザ13を照射する。
First, as shown in FIG. 1A, the above-mentioned resist is applied on a silicon substrate 10 to form a resist film 1.
After forming 1, the resist film 11 is subjected to a heat treatment at a temperature of 90 ° C. for 90 seconds. After that, the resist film 11 is irradiated with a KrF excimer laser 13 via a mask 12 having a desired pattern shape.

【0048】次に、レジスト膜11を120℃の温度下
において1分間加熱処理すると、レジスト膜11の露光
部11aにおいては、光酸発生剤から酸が発生し、発生
した酸の作用により、保護基であるT−BOCが脱離し
て、図1(b)に示すように、フェノール性水酸基が生
じる。
Next, when the resist film 11 is heated at a temperature of 120 ° C. for 1 minute, an acid is generated from the photoacid generator in the exposed portion 11a of the resist film 11, and the exposed acid 11a is protected by the action of the generated acid. T-BOC which is a group is eliminated, and a phenolic hydroxyl group is generated as shown in FIG. 1 (b).

【0049】次に、図1(c)に示すように、レジスト
膜11を前記のシリル化溶液14に1分間浸けてシリル
化処理をすると、フェノール性水酸基が存在する露光部
11aにのみ選択的にポリシロキサン層15が形成され
る。
Next, as shown in FIG. 1C, when the resist film 11 is immersed in the silylation solution 14 for one minute to perform silylation treatment, the resist film 11 is selectively applied only to the exposed portions 11a where phenolic hydroxyl groups are present. Then, a polysiloxane layer 15 is formed.

【0050】次に、図1(d)に示すように、RIE装
置内でレジスト膜11にO2 プラズマ16を照射してド
ライ現像を行なうと、ネガ型のレジストパターン18が
形成される。
Next, as shown in FIG. 1D, when the resist film 11 is subjected to dry development by irradiating the resist film 11 with O 2 plasma 16 in an RIE apparatus, a negative resist pattern 18 is formed.

【0051】以下、レジスト膜11の露光部11aに形
成されるポリシロキサン層15の生成メカニズムについ
て、[化11]を参照しながら説明する。
Hereinafter, the formation mechanism of the polysiloxane layer 15 formed on the exposed portion 11a of the resist film 11 will be described with reference to [Chem. 11].

【0052】[0052]

【化11】 Embedded image

【0053】T−BOCが脱離してフェノール性水酸基
が生じたポリビニルフェノールにおけるフェノール性水
酸基と、シリル化剤である[化10]に示したT(DM
A)Sとが反応して(以下、この反応を第1の反応と称
する。)、1つのフェノール性水酸基に対して1つのシ
リコン原子が導入される。尚、T−BOCが脱離してフ
ェノール性水酸基が生じるメカニズムについては、周知
であるので、化学反応式は省略する。
The phenolic hydroxyl group in polyvinyl phenol in which T-BOC has been eliminated to form a phenolic hydroxyl group, and T (DM) shown in [Chemical Formula 10] which is a silylating agent.
A) S reacts (hereinafter, this reaction is referred to as a first reaction), and one silicon atom is introduced into one phenolic hydroxyl group. Since the mechanism of elimination of T-BOC to generate a phenolic hydroxyl group is well known, the chemical reaction formula is omitted.

【0054】次に、レジスト膜11中に浸透したシリル
化溶液に含まれるH2 Oの作用により、シリコン原子に
結合している2つのジメチルアミノ基(N(CH32
が加水分解して、OH基を2つ有するシラノール基が形
成される(以下、この反応を第2の反応と称する。)。
つまり、1つのシリコン原子が導入されていると共にO
H基の数が増加している。尚、この化学反応において
は、OH基の数が増加しているので、後述するシリル化
の多重反応が起こり易いが、OH基の数は増加しなくて
もよい。
Next, two dimethylamino groups (N (CH 3 ) 2 ) bonded to the silicon atoms by the action of H 2 O contained in the silylation solution permeated into the resist film 11.
Is hydrolyzed to form a silanol group having two OH groups (hereinafter, this reaction is referred to as a second reaction).
That is, one silicon atom is introduced and O
The number of H groups is increasing. In this chemical reaction, since the number of OH groups increases, a multiple reaction of silylation described later is likely to occur, but the number of OH groups does not need to increase.

【0055】次に、T(DMA)SとH2 Oとの作用に
より、シラノール基が前駆体となってシリル化の多重反
応が起こり、3次元的なポリシロキサンが形成される。
つまり、前記の第1の反応と第2の反応とが繰り返し起
こることにより、シラノール基にT(DMA)Sが順々
に反応していき、3次元的なシロキサン結合を有するシ
ロキサン層が形成される。
Next, by the action of T (DMA) S and H 2 O, a silanol group becomes a precursor to cause multiple silylation reactions to form a three-dimensional polysiloxane.
That is, by the repetition of the first reaction and the second reaction, T (DMA) S reacts with the silanol group one after another to form a siloxane layer having a three-dimensional siloxane bond. You.

【0056】第1の実施形態によると、[化10]に示
すように、シリル化剤が3つの官能基を有しているた
め、3次元的なシロキサン結合が形成される。この3次
元的に結合したシロキサンよりなるポリシロキサン層
は、シリコン密度が高いと共に、シロキサン結合の3次
元的なネットワークが形成されているためO2 プラズマ
に対して十分な耐性を有するので、100程度の高いエ
ッチング選択比が得られる。
According to the first embodiment, as shown in [Chemical Formula 10], since the silylating agent has three functional groups, a three-dimensional siloxane bond is formed. The polysiloxane layer composed of the three-dimensionally bonded siloxane has a high silicon density and a sufficient resistance to O 2 plasma due to the formation of a three-dimensional network of siloxane bonds. High etching selectivity can be obtained.

【0057】尚、シリル化剤が2つの官能基しか有して
いない場合には、2次元的なシロキサン結合(Si−O
−Si−O−Si−O−Si)を有するポリシロキサン
層しか形成されないので、シリコン密度が十分に高いと
は言えないと共にO2 プラズマに対する耐性が弱い。
When the silylating agent has only two functional groups, a two-dimensional siloxane bond (Si—O
Since only a polysiloxane layer having —Si—O—Si—O—Si) is formed, the silicon density cannot be said to be sufficiently high and the resistance to O 2 plasma is weak.

【0058】従って、第1の実施形態によると、レジス
ト膜の表面部に、ドライ現像に対して十分に高い選択比
を有する表面修飾層を形成することができるので、矩形
状の断面を有する高精度なレジストパターンの形成が可
能となる。
Therefore, according to the first embodiment, a surface modification layer having a sufficiently high selectivity with respect to dry development can be formed on the surface of the resist film. An accurate resist pattern can be formed.

【0059】また、第1の実施形態によると、シラノー
ル基が前駆体となってシリル化の多重反応が起こるの
で、レジスト中に少量の水酸基が存在するだけで、ポリ
シロキサン層を形成することができる。このため、大き
なエネルギーの露光光を照射して全ての保護基を完全に
脱離させなくてもよいので、高感度化を図ることもでき
る。
Further, according to the first embodiment, since a silanol group becomes a precursor and a multiple silylation reaction occurs, the polysiloxane layer can be formed only by a small amount of hydroxyl group in the resist. it can. Therefore, it is not necessary to completely remove all the protective groups by irradiating exposure light with a large energy, so that high sensitivity can be achieved.

【0060】また、第1の実施形態においては、シリル
化剤としてT(DMA)Sを用いたが、これに限られ
ず、例えば、官能基を3つ有するトリス(ジエチルアミ
ノ)シラン又は官能基を4つ有するテトラキス(ジメチ
ルアミノ)シラン等のように、官能基を3つ以上有する
シリル化剤であればよい。
In the first embodiment, T (DMA) S is used as a silylating agent. However, the present invention is not limited to this. For example, tris (diethylamino) silane having three functional groups or four functional groups may be used. Any silylating agent having three or more functional groups, such as tetrakis (dimethylamino) silane, may be used.

【0061】もっとも、シリル化剤としては、前記の
[化6]に示すように、3つの官能基を有し且つSi−
H結合を有するものは、4つの官能基を有しSi−H結
合を有しないものに比べて、シリル化剤の反応性が高い
ので好ましい。その理由は次の通りである。
However, as the silylating agent, as shown in the above [Chemical Formula 6], it has three functional groups and has a Si—
Those having an H bond are preferable because they have higher reactivity of the silylating agent than those having four functional groups and no Si—H bond. The reason is as follows.

【0062】レジスト中に存在するOH基又は成長途中
のポリシロキサン中に存在するOH基とシリル化剤との
反応は、OH基がシリル化剤における官能基(アミノ
基)の存在しない部位に対して攻撃することにより起き
るSN2 置換反応に基づいて起きる。従って、シリル化
剤における官能基が存在しない部位に結合している基が
大きい場合には、この大きい基の立体障害作用により、
シリル化剤における官能基の存在しない部位に対するO
H基の攻撃が妨げられるので、OH基とシリル化剤との
反応が起こり難い。ところが、第1の実施形態のよう
に、シリル化剤における官能基の存在しない部位にH原
子が付着していると、H原子は大きさが極めて小さいた
め、OH基のH原子に対する攻撃が起こり易くなるの
で、フェノール性水酸基とシリル化剤との間の前記の第
1の反応が促進され、これにより前記の第2の反応が促
進される。
The reaction between the OH group present in the resist or the OH group present in the growing polysiloxane and the silylating agent is carried out in such a manner that the OH group reacts with a portion of the silylating agent where no functional group (amino group) is present. It occurs on the basis of the S N 2 displacement reaction caused by attacking Te. Therefore, when the group bonded to the site where the functional group does not exist in the silylating agent is large, the steric hindrance action of this large group causes
O at a site where no functional group is present in the silylating agent
Since the attack of the H group is prevented, the reaction between the OH group and the silylating agent hardly occurs. However, if an H atom is attached to a portion of the silylating agent where no functional group is present as in the first embodiment, the H atom is extremely small in size, so that the OH group attacks the H atom. This facilitates the first reaction between the phenolic hydroxyl group and the silylating agent, thereby promoting the second reaction.

【0063】また、第1の実施形態においては、シリル
化溶液にNMPを混合したが、これは、シリル化処理の
時間を短縮するために混合したものであって、シリル化
溶液にNMPを混合しなくてもよいし、NMPに代え
て、PGMEA等のようにレジストの溶剤を混合しても
よい。
In the first embodiment, NMP was mixed with the silylation solution. However, NMP was mixed in order to shorten the time of the silylation treatment, and NMP was mixed with the silylation solution. Alternatively, a resist solvent such as PGMEA may be mixed instead of NMP.

【0064】また、レジスト中に導入される保護基とし
ては、T−BOCt−BOCを用いたが、これに代え
て、テトラヒドロピラニル基、3−オクソヘキシル基、
イソプロピルオキシ基、又はアセタール系の保護基を用
いてもよい。
As the protective group introduced into the resist, T-BOCt-BOC was used. Instead, a tetrahydropyranyl group, a 3-oxohexyl group,
An isopropyloxy group or an acetal-based protecting group may be used.

【0065】さらに、露光光としては、KrFエキシマ
レーザを用いたが、これに代えて、I線、ArFエキシ
マレーザ、X線又は電子ビームを用いてもよい。
Further, although the KrF excimer laser is used as the exposure light, an I-line, an ArF excimer laser, an X-ray, or an electron beam may be used instead.

【0066】(第2の実施形態)以下、本発明の第2の
実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図2
(a)〜(d)を参照しながら説明する。
(Second Embodiment) Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to (a) to (d).

【0067】第2の実施形態においては、液相シリル化
処理に用いるシリル化溶液としては、全体に対して30
vol%の[化10]に示すトリス(ジメチルアミノ)
シラン(T(DMA)S)よりなるシリル化剤をキシレ
ン溶媒に溶解したものを用いる。
In the second embodiment, the silylation solution used for the liquid-phase silylation treatment is 30
vol% tris (dimethylamino)
A solution in which a silylating agent composed of silane (T (DMA) S) is dissolved in a xylene solvent is used.

【0068】まず、図2(a)に示すように、シリコン
基板20の上に、シリコン酸化膜層21及びアルミニウ
ムよりなる第1の配線層22を順次形成した後、第1の
配線層22の表面を気相のヘキサメチルジシラザン(H
MDS)を用いてシリル化処理する。このようにする
と、HMDSと第1の配線層22の表面に存在する水酸
基とが反応して、水酸基がトリメチルシリル基に置換さ
れるので、第1の配線層22の上にトリメチルシリルよ
りなるモノレーヤー23が形成される。
First, as shown in FIG. 2A, a silicon oxide film layer 21 and a first wiring layer 22 made of aluminum are sequentially formed on a silicon substrate 20, and then the first wiring layer 22 is formed. Gas phase hexamethyldisilazane (H
(MDS). In this case, the HMDS reacts with the hydroxyl group present on the surface of the first wiring layer 22 to replace the hydroxyl group with the trimethylsilyl group, so that the monolayer 23 made of trimethylsilyl is formed on the first wiring layer 22. It is formed.

【0069】次に、図2(b)に示すように、トリメチ
ルシリルよりなるモノレーヤー23に対して、所望のパ
ターン形状を有するマスク24を介してArFエキシマ
レーザ25を照射する。このようにすると、モノレーヤ
ー23の露光部が揮発して、第1の配線層22の露光部
の表面に水酸基が再び出現する。
Next, as shown in FIG. 2B, the monolayer 23 made of trimethylsilyl is irradiated with an ArF excimer laser 25 through a mask 24 having a desired pattern shape. By doing so, the exposed portion of the monolayer 23 volatilizes, and a hydroxyl group appears again on the surface of the exposed portion of the first wiring layer 22.

【0070】次に、図2(c)に示すように、第1の配
線層22を前記のシリル化溶液26に1分間浸けてシリ
ル化処理をすると、第1の配線層22における水酸基が
存在する露光部にのみ選択的にポリシロキサン層27が
形成される。
Next, as shown in FIG. 2C, when the first wiring layer 22 is immersed in the above-mentioned silylation solution 26 for one minute to perform silylation treatment, the hydroxyl groups in the first wiring layer 22 are present. The polysiloxane layer 27 is selectively formed only on the exposed portions.

【0071】次に、図2(d)に示すように、O2 プラ
ズマを照射して残存するトリメチルシリルよりなるモノ
レーヤー23を除去した後、全面に亘ってアルミニウム
よりなる第2の配線層28を堆積する。選択的に形成さ
れたポリシロキサン層27は、比誘電率が低いので、第
1の配線層22と第2の配線層28との間の良好な層間
絶縁膜となる。
Next, as shown in FIG. 2D, after the remaining monolayer 23 made of trimethylsilyl is removed by irradiating O 2 plasma, a second wiring layer 28 made of aluminum is deposited on the entire surface. I do. Since the selectively formed polysiloxane layer 27 has a low relative dielectric constant, it becomes a good interlayer insulating film between the first wiring layer 22 and the second wiring layer 28.

【0072】第2の実施形態によると、フォトリソグラ
フィ工程及びドライエッチング工程を必要とすることな
く、ポリシロキサン層27よりなる層間絶縁膜を選択的
に形成することができる。従って、ポリシロキサン層2
7よりなる層間絶縁膜の形成工程を大きく低減すること
ができる。
According to the second embodiment, the interlayer insulating film composed of the polysiloxane layer 27 can be selectively formed without requiring a photolithography step and a dry etching step. Therefore, the polysiloxane layer 2
7 can significantly reduce the number of steps of forming the interlayer insulating film.

【0073】また、第2の実施形態によると、前述した
ように、3次元的に結合したシロキサンよりなるポリシ
ロキサン層27が形成されるので、耐熱性に優れた層間
絶縁膜が得られる。
Further, according to the second embodiment, as described above, since the polysiloxane layer 27 made of siloxane bonded three-dimensionally is formed, an interlayer insulating film having excellent heat resistance can be obtained.

【0074】尚、第2の実施形態においては、シリル化
剤としてT(DMA)Sを用いたが、これに限られず、
例えば、官能基を2つ有するビスジメチルアミノジメチ
ルシラン(B(DMA)DS)、官能基を3つ有するト
リス(ジエチルアミノ)シラン又は官能基を4つ有する
テトラキス(ジメチルアミノ)シラン等のように、官能
基を2つ以上有するシリル化剤であればよい。
In the second embodiment, T (DMA) S is used as a silylating agent. However, the present invention is not limited to this.
For example, bisdimethylaminodimethylsilane (B (DMA) DS) having two functional groups, tris (diethylamino) silane having three functional groups, or tetrakis (dimethylamino) silane having four functional groups, Any silylating agent having two or more functional groups may be used.

【0075】もっとも、シリル化剤としては、3つの官
能基を有し且つSi−H結合を有するものは、前述した
ように、シリル化剤の反応性が高いので好ましい。
However, as the silylating agent, one having three functional groups and having a Si—H bond is preferable because the reactivity of the silylating agent is high as described above.

【0076】また、露光光としては、ArFエキシマレ
ーザを用いたが、これに代えて、I線、KrFエキシマ
レーザ、X線又は電子ビームを用いてもよい。
Although an ArF excimer laser is used as the exposure light, an I-ray, a KrF excimer laser, an X-ray, or an electron beam may be used instead.

【0077】また、トリメチルシリルよりなるモノレー
ヤー23を形成する下地膜である第1の配線層22とし
ては、アルミニウム膜を用いたが、これに代えて、ポリ
シリコン膜やタングステンシリサイド膜を用いてもよ
い。
Although the aluminum film is used as the first wiring layer 22 which is the base film for forming the monolayer 23 made of trimethylsilyl, a polysilicon film or a tungsten silicide film may be used instead. .

【0078】(第3の実施形態)以下、本発明の第3の
実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図3
(a)〜(d)を参照しながら説明する。
(Third Embodiment) Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to (a) to (d).

【0079】第3の実施形態においては、液相シリル化
処理に用いるシリル化溶液としては、全体に対して30
vol%の[化10]に示すトリス(ジメチルアミノ)
シラン(T(DMA)S)よりなるシリル化剤をキシレ
ン溶媒に溶解したものを用いる。
In the third embodiment, the silylation solution used for the liquid-phase silylation treatment is 30
vol% tris (dimethylamino)
A solution in which a silylating agent composed of silane (T (DMA) S) is dissolved in a xylene solvent is used.

【0080】まず、図3(a)に示すように、シリコン
基板30の上に、シリコン酸化膜31及びアルミニウム
よりなる金属膜32を順次形成した後、金属膜32の表
面を気相のヘキサメチルジシラザン(HMDS)を用い
てシリル化処理する。このようにすると、HMDSと金
属膜32の表面に存在する水酸基とが反応して、水酸基
がトリメチルシリル基に置換されるので、金属膜32の
上にトリメチルシリルよりなるモノレーヤー33が形成
される。
First, as shown in FIG. 3A, a silicon oxide film 31 and a metal film 32 made of aluminum are sequentially formed on a silicon substrate 30, and the surface of the metal film 32 is A silylation treatment is performed using disilazane (HMDS). By doing so, the HMDS reacts with the hydroxyl group present on the surface of the metal film 32, and the hydroxyl group is replaced with a trimethylsilyl group, so that a monolayer 33 made of trimethylsilyl is formed on the metal film 32.

【0081】次に、図3(b)に示すように、トリメチ
ルシリルよりなるモノレーヤー33に対して、所望のパ
ターン形状を有するマスク34を介してArFエキシマ
レーザ35を照射する。このようにすると、モノレーヤ
ー33の露光部が揮発して、金属膜32の露光部の表面
に水酸基が再び出現する。
Next, as shown in FIG. 3B, the monolayer 33 made of trimethylsilyl is irradiated with an ArF excimer laser 35 through a mask 34 having a desired pattern shape. By doing so, the exposed portion of the monolayer 33 is volatilized, and the hydroxyl group appears again on the surface of the exposed portion of the metal film 32.

【0082】次に、図3(c)に示すように、金属膜3
2を前記のシリル化溶液36に1分間浸けてシリル化処
理をすると、金属膜32における水酸基が存在する露光
部にのみ選択的にポリシロキサン層37が形成される。
Next, as shown in FIG.
2 is immersed in the silylation solution 36 for one minute to perform the silylation treatment, whereby the polysiloxane layer 37 is selectively formed only on the exposed portions of the metal film 32 where the hydroxyl groups are present.

【0083】次に、図3(d)に示すように、金属膜3
2に対して選択的に形成されたポリシロキサン層37を
マスクにしてドライエッチング38を行なって、金属膜
32よりなる金属配線層39を形成する。
Next, as shown in FIG.
Dry etching 38 is performed using the polysiloxane layer 37 formed selectively with respect to 2 as a mask to form a metal wiring layer 39 made of the metal film 32.

【0084】第3の実施形態によると、ドライエッチン
グの選択比としては10程度が得られ、通常用いられて
いる有機材料よりなるレジストをマスクとするドライエ
ッチング(選択比は2程度である。)に比べて、ドライ
エッチングの選択比が極めて高いので、良好な形状を有
する配線パターンが得られる。
According to the third embodiment, a dry etching selectivity of about 10 can be obtained, and dry etching using a commonly used resist made of an organic material as a mask (selectivity is about 2). Since the selectivity of dry etching is extremely higher than that of the above, a wiring pattern having a good shape can be obtained.

【0085】また、第3の実施形態によると、前述した
ように、3次元的に結合したシロキサンよりなるポリシ
ロキサン層37が形成されるので、ドライエッチングに
対する耐性に優れたマスクが得られるので、金属膜32
に対して高精度な加工を行なうことができる。
According to the third embodiment, as described above, since the polysiloxane layer 37 made of siloxane bonded three-dimensionally is formed, a mask excellent in dry etching resistance can be obtained. Metal film 32
Can be processed with high precision.

【0086】尚、第3の実施形態においては、シリル化
剤としてT(DMA)Sを用いたが、これに限られず、
例えば、官能基を2つ有するビスジメチルアミノジメチ
ルシラン(B(DMA)DS)、官能基を3つ有するト
リス(ジエチルアミノ)シラン又は官能基を4つ有する
テトラキス(ジメチルアミノ)シラン等のように、官能
基を2つ以上有するシリル化剤であればよい。
In the third embodiment, T (DMA) S is used as a silylating agent. However, the present invention is not limited to this.
For example, bisdimethylaminodimethylsilane (B (DMA) DS) having two functional groups, tris (diethylamino) silane having three functional groups, or tetrakis (dimethylamino) silane having four functional groups, Any silylating agent having two or more functional groups may be used.

【0087】もっとも、シリル化剤としては、3つの官
能基を有し且つSi−H結合を有するものは、前述した
ように、シリル化剤の反応性が高いので好ましい。
However, as the silylating agent, one having three functional groups and having a Si—H bond is preferable because the reactivity of the silylating agent is high as described above.

【0088】また、露光光としては、ArFエキシマレ
ーザを用いたが、これに代えて、I線、KrFエキシマ
レーザ、X線又は電子ビームを用いてもよい。
Although the ArF excimer laser is used as the exposure light, an I-ray, a KrF excimer laser, an X-ray, or an electron beam may be used instead.

【0089】また、被加工膜となる金属膜32として
は、アルミニウム膜を用いたが、これに代えて、ポリシ
リコン膜やタングステンシリサイド膜を用いてもよい。
Although the aluminum film is used as the metal film 32 to be processed, a polysilicon film or a tungsten silicide film may be used instead.

【0090】[0090]

【発明の効果】本発明のパターン形成方法によると、3
つ以上の官能基を有するシリル化剤を供給するため、シ
リコン密度が高いと共に3次元的なネットワークを持
ち、O2プラズマに対して十分な耐性有するポリシロキ
サンよりなるシリル化層が形成されるので、100程度
の高いエッチング選択比が得られる。このように、レジ
スト膜の露光部の表面に、ドライ現像に対して十分に高
い選択比を有するシリル化層を形成でき、シリル化層の
パターン幅を忠実にパターン寸法に反映できるので、矩
形状の断面を有する精度の高いレジストパターンを形成
することができると共に、シリル化層のシリコン密度が
高いため、露光光のエネルギーを抑制できるので、露光
工程において高感度化を図ることができる。
According to the pattern forming method of the present invention, 3
Since a silylating agent having one or more functional groups is supplied, a silylated layer composed of polysiloxane having a high silicon density, a three-dimensional network, and sufficient resistance to O 2 plasma is formed. , A high etching selectivity of about 100 can be obtained. As described above, a silylated layer having a sufficiently high selectivity with respect to dry development can be formed on the surface of the exposed portion of the resist film, and the pattern width of the silylated layer can be faithfully reflected in the pattern dimension. A high-precision resist pattern having a cross-section can be formed, and since the silicon density of the silylated layer is high, the energy of the exposure light can be suppressed, so that high sensitivity can be achieved in the exposure step.

【0091】本発明のパターン形成方法の第2の工程に
おいて、シリル化剤を液相で供給すると、シリル化の反
応性が向上するので、シリコン密度の高いポリシロキサ
ンを確実に形成することができる。
In the second step of the pattern forming method of the present invention, if the silylating agent is supplied in a liquid phase, the silylation reactivity is improved, so that a polysiloxane having a high silicon density can be surely formed. .

【0092】本発明のパターン形成方法の第2の工程に
おけるシリル化剤として、一般式[化6]に示されるも
のを用いると、OH基のH原子に対する攻撃が起こり易
くなるため、樹脂膜の露光部におけるシリル化の多重反
応が一層起こりやすくなり、シリコン密度がより高いポ
リシロキサンを形成できるので、ドライ現像のエッチン
グ選択比を一層高くすることができる。
When a silylating agent represented by the general formula [Chemical Formula 6] is used as the silylating agent in the second step of the pattern forming method of the present invention, an attack on an H atom of an OH group is likely to occur. Multiple reactions of silylation in the exposed area are more likely to occur, and a polysiloxane having a higher silicon density can be formed, so that the etching selectivity in dry development can be further increased.

【0093】この場合、感光性樹脂が、光の照射により
酸を発生する酸発生剤と、酸の作用により保護基が脱離
して水酸基又はカルボン酸基を発生する樹脂とを含む
と、レジスト膜の露光部にのみ確実にポリシロキサンよ
りなるシリル化層を形成できるため、ドライ現像により
矩形状の断面を有するネガ型のパターンを確実に形成す
ることができる。また、少量の水酸基又はカルボン酸基
が前駆体となってポリシロキサンを形成することができ
るため、露光により保護基を完全に脱離させなくてもよ
いので、露光光のエネルギーを抑制できる。従って、エ
ッチング選択比が高いと共に寸法精度が高いネガ型のレ
ジスタパターンを形成することができる。
In this case, when the photosensitive resin contains an acid generator that generates an acid upon irradiation with light and a resin that generates a hydroxyl group or a carboxylic acid group by the removal of a protective group by the action of an acid, the resist film Since the silylated layer made of polysiloxane can be reliably formed only on the exposed portion, a negative pattern having a rectangular cross section can be reliably formed by dry development. Further, since a small amount of a hydroxyl group or a carboxylic acid group can form a polysiloxane as a precursor, it is not necessary to completely remove the protective group by exposure, and thus the energy of exposure light can be suppressed. Therefore, a negative-type register pattern having a high etching selectivity and a high dimensional accuracy can be formed.

【0094】また、この場合、感光性樹脂が、一般式
[化7]又は一般式[化8]により表わされると、レジ
スト膜の露光部におけるシリル化反応の反応性を一層高
くできるので、シリコン密度がより高いポリシロキサン
を形成することができる。
In this case, when the photosensitive resin is represented by the general formula [Chemical formula 7] or [Chemical formula 8], the reactivity of the silylation reaction in the exposed portion of the resist film can be further increased. Higher density polysiloxanes can be formed.

【0095】第1の半導体装置の製造方法によると、第
1の導電膜の表面に選択的にポリシロキサンよりなる層
間絶縁膜を形成できるため、フォトリソグラフィ工程及
びドライエッチング工程を行なうことなく、パターン化
された層間絶縁膜を形成できるので、層間絶縁膜を形成
工程を大きく低減することができる。
According to the first method for manufacturing a semiconductor device, an interlayer insulating film made of polysiloxane can be selectively formed on the surface of the first conductive film, so that the pattern can be formed without performing a photolithography step and a dry etching step. Since a simplified interlayer insulating film can be formed, the step of forming the interlayer insulating film can be greatly reduced.

【0096】第1の半導体装置の製造方法の第1の工程
が、第1の導電膜の表面に単官能型のシリル化剤を供給
して表面に存在する水酸基をシリル基で終端させた後、
エネルギービームを選択的に照射して、水酸基を終端さ
せているシリル基を水酸基に置換する工程を含むと、第
1の導電膜の表面に選択的に水酸基を発生させる工程を
確実に行なうことができる。
The first step of the first method for manufacturing a semiconductor device is to supply a monofunctional silylating agent to the surface of the first conductive film to terminate hydroxyl groups present on the surface with the silyl group. ,
When a step of selectively irradiating an energy beam to replace a silyl group terminating a hydroxyl group with a hydroxyl group is included, the step of selectively generating a hydroxyl group on the surface of the first conductive film can be surely performed. it can.

【0097】第2の半導体装置の製造方法によると、被
加工膜の表面に選択的に形成されたポリシロキサン膜を
マスクとしてドライエッチングを行なうので、通常用い
られている有機材料よりなるレジストに比べて、ドライ
エッチングの選択比が極めて高くなるので、良好な断面
形状を有する被加工膜よりなるパターンを形成すること
ができる。
According to the second method for manufacturing a semiconductor device, dry etching is performed using the polysiloxane film selectively formed on the surface of the film to be processed as a mask, so that the dry etching is performed in comparison with a resist made of a commonly used organic material. As a result, the selectivity of dry etching becomes extremely high, so that a pattern composed of a film to be processed having a good sectional shape can be formed.

【0098】第2の半導体装置の製造方法の第1の工程
が、被加工膜の表面に単官能型のシリル化剤を供給して
表面に存在する水酸基をシリル基で終端させた後、エネ
ルギービームを選択的に照射して、水酸基を終端させて
いるシリル基を水酸基に置換する工程を含むと、被加工
膜の表面に選択的に水酸基を発生させる工程を確実に行
なうことができる。
In the first step of the second method for manufacturing a semiconductor device, a monofunctional silylating agent is supplied to the surface of the film to be processed to terminate the hydroxyl groups present on the surface with the silyl group. When the step of selectively irradiating a beam to replace the silyl group terminating the hydroxyl group with the hydroxyl group is included, the step of selectively generating the hydroxyl group on the surface of the film to be processed can be reliably performed.

【0099】第1又は第2の半導体装置の製造方法の第
2の工程におけるシリル化剤として、一般式[化9]に
示されるものを用いると、OH基のH原子に対する攻撃
が起こり易くなるため、シリル化の多重反応が一層起こ
りやすくなり、シリコン密度がより高いポリシロキサン
を形成することができる。
When a silylating agent represented by the general formula [Chemical Formula 9] is used as a silylating agent in the second step of the first or second method for manufacturing a semiconductor device, an attack on an H atom of an OH group is likely to occur. Therefore, multiple reactions of silylation are more likely to occur, and a polysiloxane having a higher silicon density can be formed.

【0100】第1又は第2の半導体装置の製造方法の第
2の工程において、シリル化剤を液相で供給すると、シ
リル化の反応性が確実になるので、シリコン密度の高い
ポリシロキサンを確実に形成することができる。
In the second step of the first or second method for producing a semiconductor device, if the silylating agent is supplied in a liquid phase, the silylation reactivity is ensured, so that the polysiloxane having a high silicon density can be reliably obtained. Can be formed.

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

【図1】(a)〜(d)は、発明の第1の実施形態に係
るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
FIGS. 1A to 1D are cross-sectional views showing respective steps of a pattern forming method according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)〜(d)は、本発明の第2の実施形態に
係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。
FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views illustrating respective steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】(a)〜(d)は、本発明の第3の実施形態に
係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。
FIGS. 3A to 3D are cross-sectional views illustrating respective steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図4】(a)〜(d)は、従来のパターン形成方法の
各工程を示す断面図である。
FIGS. 4A to 4D are cross-sectional views showing respective steps of a conventional pattern forming method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 半導体基板 11 レジスト膜 11a 露光部 12 マスク 13 KrFエキシマレーザ 14 シリル化溶液 15 ポリシロキサン層 16 O2 プラズマ 18 レジストパターン 20 シリコン基板 21 シリコン酸化膜層 22 第1の配線層 23 トリメチルシリルよりなるモノレーヤー 24 マスク 25 ArFエキシマレーザ 26 シリル化溶液 27 ポリシロキサン層 28 第2の配線層 30 半導体基板 31 シリコン酸化膜 32 金属膜 33 トリメチルシリルよりなるモノレーヤー 34 マスク 35 ArFエキシマレーザ 36 シリル化溶液 37 ポリシロキサン層 38 金属配線層 39 ドライエッチング10 semiconductor substrate 11 resist film 11a exposed portion 12 mask 13 KrF excimer laser 14 silylating solution 15 polysiloxane layer 16 O 2 plasma 18 resist pattern 20 silicon substrate 21 a silicon oxide film layer 22 monolayer 24 consisting of the first wiring layer 23 trimethylsilyl Mask 25 ArF excimer laser 26 Silylation solution 27 Polysiloxane layer 28 Second wiring layer 30 Semiconductor substrate 31 Silicon oxide film 32 Metal film 33 Monolayer made of trimethylsilyl 34 Mask 35 ArF excimer laser 36 Silylation solution 37 Polysiloxane layer 38 Metal Wiring layer 39 Dry etching

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に感光性樹脂を塗布して樹
脂膜を形成した後、該樹脂膜に対してパターン露光を行
なう第1の工程と、 パターン露光された前記樹脂膜の上に3つ以上の官能基
を有するシリル化剤を供給して、前記樹脂膜における露
光部の表面に選択的にシリル化層を形成する第2の工程
と、 前記樹脂膜に対して前記シリル化層をマスクとしてドラ
イエッチングを行なって、前記樹脂膜よりなるパターン
を形成する第3の工程とを備えていることを特徴とする
パターン形成方法。
A first step of applying a photosensitive resin on a semiconductor substrate to form a resin film and then subjecting the resin film to pattern exposure; A second step of supplying a silylating agent having at least one functional group to selectively form a silylated layer on the surface of the exposed portion of the resin film; A third step of forming a pattern made of the resin film by performing dry etching as a mask.
【請求項2】 前記第2の工程は、前記シリル化剤を液
相で供給する工程を含むことを特徴とする請求項1に記
載のパターン形成方法。
2. The pattern forming method according to claim 1, wherein the second step includes a step of supplying the silylating agent in a liquid phase.
【請求項3】 前記第2の工程におけるシリル化剤は、
一般式 【化1】 (但し、R1 、R2 、R3 、R4 、R5 及びR6 は、同
種又は異種であって、水素原子、メチル基、エチル基又
はブチル基のうちのいずれかである。)により表わされ
ることを特徴とする請求項1に記載のパターン形成方
法。
3. The silylating agent in the second step,
General formula (However, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are the same or different and are any of a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group or a butyl group.) The pattern forming method according to claim 1, wherein the pattern is formed.
【請求項4】 前記第1の工程における感光性樹脂は、
光が照射されると酸を発生する酸発生剤と、酸の作用に
より保護基が脱離して水酸基又はカルボン酸基を発生す
る樹脂とを含むことを特徴とする請求項3に記載のパタ
ーン形成方法。
4. The photosensitive resin in the first step,
The pattern formation according to claim 3, comprising an acid generator that generates an acid when irradiated with light, and a resin that generates a hydroxyl group or a carboxylic acid group by removing a protecting group by the action of the acid. Method.
【請求項5】 前記第1の工程における感光性樹脂は、
一般式 【化2】 (但し、R7 は酸の作用により脱離する保護基であ
る。)又は 【化3】 (但し、R8 は酸の作用により脱離する保護基であ
る。)により表わされることを特徴とする請求項3に記
載のパターン形成方法。
5. The photosensitive resin in the first step,
General formula (However, R 7 is a protecting group which is eliminated by the action of an acid.) Or 4. The pattern forming method according to claim 3, wherein R 8 is a protecting group which is eliminated by the action of an acid.
【請求項6】 半導体基板上に形成された第1の導電膜
の表面に選択的に水酸基を発生させる第1の工程と、 前記第1の導電膜の上に多官能型のシリル化剤を供給し
て、前記第1の導電膜における水酸基が発生した領域の
表面に選択的にポリシロキサンよりなる層間絶縁膜を形
成する第2の工程と、 前記第1の導電膜及び層間絶縁膜の上に第2の導電膜を
形成する第3の工程とを備えていることを特徴とする半
導体装置の製造方法。
6. A first step of selectively generating a hydroxyl group on a surface of a first conductive film formed on a semiconductor substrate; and a polyfunctional silylating agent on the first conductive film. A second step of supplying and selectively forming an interlayer insulating film made of polysiloxane on a surface of a region where a hydroxyl group is generated in the first conductive film; And a third step of forming a second conductive film.
【請求項7】 前記第1の工程は、 前記第1の導電膜の表面に単官能型のシリル化剤を供給
して、前記第1の導電膜の表面に存在する水酸基をシリ
ル基で終端させる工程と、 前記第1の導電膜の表面に選択的にエネルギービームを
照射して、水酸基を終端させている前記シリル基を水酸
基に置換する工程とを含むことを特徴とする請求項6に
記載の半導体装置の製造方法。
7. In the first step, a monofunctional silylating agent is supplied to the surface of the first conductive film, and a hydroxyl group present on the surface of the first conductive film is terminated with a silyl group. 7. The method according to claim 6, further comprising: irradiating an energy beam selectively to a surface of the first conductive film to replace the silyl group terminating the hydroxyl group with a hydroxyl group. The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
【請求項8】 半導体基板上に形成された被加工膜の表
面に選択的に水酸基を発生させる第1の工程と、 前記被加工膜の上に多官能型のシリル化剤を供給して、
前記被加工膜における水酸基が発生した領域の表面に選
択的にポリシロキサン膜を形成する第2の工程と、 前記被加工膜に対して前記ポリシロキサン膜をマスクと
してエッチングを行なう第3の工程とを備えていること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
8. A first step of selectively generating a hydroxyl group on a surface of a film to be processed formed on a semiconductor substrate, and supplying a polyfunctional silylating agent onto the film to be processed,
A second step of selectively forming a polysiloxane film on the surface of the region where the hydroxyl groups have been generated in the film to be processed; and a third step of etching the film to be processed using the polysiloxane film as a mask. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項9】 前記第1の工程は、 前記被加工膜の表面に単官能型のシリル化剤を供給し
て、前記被加工膜の表面に存在する水酸基をシリル基で
終端させる工程と、 前記被加工膜の表面に選択的にエネルギービームを照射
して、水酸基を終端させている前記シリル基を水酸基に
置換する工程とを含むことを特徴とする請求項8に記載
の半導体装置の製造方法。
9. The first step comprises: supplying a monofunctional silylating agent to the surface of the film to be processed to terminate hydroxyl groups present on the surface of the film to be processed with a silyl group; 9. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, comprising a step of selectively irradiating an energy beam to a surface of the film to be processed to replace the silyl group terminating a hydroxyl group with a hydroxyl group. Method.
【請求項10】 前記第2の工程における多官能型のシ
リル化剤は、3つ以上の官能基を有していることを特徴
とする請求項6又は8に記載の半導体装置の製造方法。
10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the polyfunctional silylating agent in the second step has three or more functional groups.
【請求項11】 前記第2の工程における多官能型のシ
リル化剤は、一般式 【化4】 (但し、R1 、R2 、R3 、R4 、R5 及びR6 は、同
種又は異種であって、水素原子、メチル基、エチル基又
はブチル基のうちのいずれかである。)により表わされ
ることを特徴とする請求項6又は8に記載の半導体装置
の製造方法。
11. The polyfunctional silylating agent in the second step is represented by the general formula: (However, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are the same or different and are any of a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group or a butyl group.) The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein:
【請求項12】 前記第2の工程は、前記多官能型のシ
リル化剤を液相で供給する工程を含むことを特徴とする
請求項6又は8に記載の半導体装置の製造方法。
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the second step includes a step of supplying the polyfunctional silylating agent in a liquid phase.
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US10662526B2 (en) * 2018-10-02 2020-05-26 Lam Research Corporation Method for selective deposition using a base-catalyzed inhibitor

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