CN1713352A

CN1713352A - 半导体装置的制造方法

Info

Publication number: CN1713352A
Application number: CN 200510077481
Authority: CN
Inventors: 小泉玄太
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2005-06-21
Publication date: 2005-12-28

Abstract

本发明的目的在于提供一种不必增加剥离处理时间，也能够容易地形成尺寸精度优异的微细图案的半导体装置的制造方法。其中，表面抗蚀剂层(15)是仅有所述图案曝光区域以外作为通常的正型抗蚀剂来显影。然后，底层的抗蚀剂层(13)是反转成负型的表面抗蚀剂层(15)的图案曝光区域底部也显影，从而成为底层抗蚀剂层(13)对于表面抗蚀剂层(15)被底切的截面形状。表面抗蚀剂层(15)由于与底层抗蚀剂层(13)的相互扩散的影响而具有倒梯形。

Description

半导体装置的制造方法

技术领域

本发明涉及半导体装置的制造方法，其包含采用剥离(lift-off)法形成成为电极和配线的金属膜的图案的工序。

背景技术

作为半导体器件的电极和配线的加工方法，多采用剥离法来形成图案，如图5(a)所示，在形成于半导体晶片41上的抗蚀剂层43上，以该抗蚀剂层43为掩膜，由真空蒸镀处理形成金属膜45，将其在丙酮等有机溶剂中浸渍以去除抗蚀剂层43及形成于抗蚀剂层43上的金属膜45。

但是采用此剥离法的图案形成中，由于在金属膜45的真空蒸镀处理时的蒸镀金属粒子的散射，使得在抗蚀剂层43的侧壁部形成薄的金属的侧壁附着层45s。该侧壁附着层45s将妨碍有机溶剂对抗蚀剂层43的渗透。因此，通常采用一边把半导体晶片41浸渍于有机溶剂中一边施加超声波振动等物理力量来破坏侧壁附着层45s的方法。

但是，通常使用的正型抗蚀剂层43的截面形状并非为垂直形状，而是有点正梯形，因此，当加厚金属膜45时，侧壁附着层45s也会变厚，从而导致剥离变得困难，处理时间加长。

进而，在剥离处理后形成的规定图案的金属膜45上，如图5(b)所示，在剥离中尚未完全去除的侧壁附着层45s的一部分作为毛边附着在其上(毛边45b)、或者附着在金属膜45附近的晶片表面(毛边45a)或是以从金属膜45突出的状态残留(毛边45c)。其结果是，存在产生配线间的短路或多层配线时的配线的断线或短路等问题。因此，迄今为止为了使抗蚀剂层43的侧壁附着层45s变薄而进行过各种各样的研究。

例如，可有如下方法，如图6(a)所示，将正型的抗蚀剂层51曝光后进行氯苯处理或照射深紫外线，将抗蚀剂层51的表面层进行对显影液的难溶处理后，进行显影，而使抗蚀剂层51的截面形状成为近乎T字的形状(将表面层作成屋檐形)的方法；或如图6(b)所示，形成一层抗蚀剂层61后，进行全面曝光，进而在其上形成抗蚀剂层61，进行图案曝光，显影，将抗蚀剂层61的截面形状制成倒梯形的方法。

但是，这些方法存在抗蚀剂层图案的精度低的问题。另一方面，也有将正型的抗蚀剂层通过图象反转处理制成负型来进行显影，如图6(c)所示，将抗蚀剂层71的截面形状制成垂直或倒梯形的方法，但在垂直图案时，使侧壁附着层45s变薄的效果小，并且制成倒梯形的情况，又不得不刻意地降低抗蚀剂图案清晰度，而且还存在无法控制形状的问题。

为了解决这种问题，也有一种半导体装置的制造方法是在基板上或形成于其上的覆膜上，形成由曝光后只通过热处理而反转的表面抗蚀剂层、和由重氮·清漆型光致抗蚀剂形成的底层抗蚀剂层构成的光致抗蚀剂膜(如参照特许3339331号公报)。

根据特许3339331号公报中记载的半导体装置的制造方法，进行导电性膜的真空蒸镀时，从抗蚀剂图案的斜向入射的金属粒子阻塞在形成为正梯形的表面抗蚀剂层，因此被加工成底切(undercut)形状的底层的抗蚀剂层上不会附着蒸镀金属粒子。其结果是，不会形成与成为电极和配线的金属图案部分连接的侧壁附着层，从而能够大幅度缩短剥离处理时间，同时还能够防止由剥离处理形成的金属图案的外周部产生毛边。

发明内容

但是，根据特许3339331号公报中记载的半导体装置的制造方法，表面抗蚀剂层形成为正梯形形状，因此对应于成为半导体器件电极和配线的金属图案的微细化时存在限度，难以确保微细金属图案的形状精度。这是因为，一般来说，正梯形形状的抗蚀剂图案与倒梯形形状的抗蚀剂图案相比，梯形的精度对在其后形成的金属图案形状精度的影响甚大。即，倒梯形形状的抗蚀剂图案时，由于在该抗蚀剂图案的横方向最为突出的部分处于该抗蚀剂图案的最上面，因此即使锥角有些误差，对在其后形成的金属图案形状精度的影响也小，而正梯形形状的抗蚀剂图案时，由于在该抗蚀剂图案的横方向最为突出的部分处于该抗蚀剂图案的最下面，因此即使产生于锥角的误差小，对在其后形成的金属图案形状精度的影响也大。

从而，本发明的目的在于，提供一种不必增加剥离处理时间，也能够容易地形成尺寸精度优异的微细图案的半导体装置的制造方法。

本发明为了达到上述目的，提供一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括如下工序：在基板上或形成于其上的覆膜上，形成正型光致抗蚀剂膜的抗蚀剂形成工序，所述光致抗蚀剂膜包括由重氮·清漆型光致抗蚀剂形成的底层抗蚀剂层和曝光后仅由热处理反转成负型的表面抗蚀剂层；对所述正型光致抗蚀剂膜进行掩膜曝光、热处理，以使所述表面抗蚀剂层反转成负型的反转工序；对所述光致抗蚀剂膜进行全面曝光的曝光工序；通过使所述全面曝光后的所述光致抗蚀剂膜显影，以加工成所述表面抗蚀剂层为倒梯形形状、且所述底层抗蚀剂层对于所述表面抗蚀剂层为底切形状的抗蚀剂图案的加工工序；在所述抗蚀剂图案上形成成为电极和配线材料的金属膜的金属膜形成工序；通过用溶剂溶解所述抗蚀剂图案，同时去除所述抗蚀剂图案上的所述金属膜，形成图案的图案形成工序。

并且，本发明为了达到上述目的，提供一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括如下工序：在基板上或形成于其上的覆膜上，形成正型光致抗蚀剂膜的抗蚀剂形成工序，所述光致抗蚀剂膜包括由重氮·清漆型光致抗蚀剂形成的底层抗蚀剂层和曝光后仅由热处理反转成负型的表面抗蚀剂层；对于所述正型光致抗蚀剂膜进行掩膜曝光、热处理，以使所述表面抗蚀剂层反转成负型的反转工序；对于所述光致抗蚀剂膜进行全面曝光的曝光工序；通过使所述全面曝光后的所述光致抗蚀剂膜显影，以加工成倒梯形形状抗蚀剂图案的加工工序；在所述抗蚀剂图案上形成成为电极和配线材料的金属膜的金属膜形成工序；用溶剂溶解所述抗蚀剂图案，同时去除所述抗蚀剂图案上的所述金属膜，来形成图案的图案形成工序。

这些本发明与以往技术(特别是特许3339331号公报)相比，表面抗蚀剂层和抗蚀剂图案并非为其梯形的精度对在其后形成的金属图案的形状精度影响大的正梯形，而是底层抗蚀剂层对于倒梯形表面抗蚀剂层为底切形状，或者是抗蚀剂图案整体为倒梯形，因此，在此点上有优势。即，在以往技术中并不是在形成抗蚀剂图案之前反转(形成抗蚀剂图案后反转)，因此，所形成抗蚀剂图案为正梯形，相对于此，本发明中是在形成抗蚀剂图案之前反转，所以底层的抗蚀剂层对于倒梯形表面抗蚀剂层为底切形状、或者抗蚀剂图案整体为倒梯形。

另外，本发明与以往技术相比，在容易变更抗蚀剂图案形状方面也具有优点。即，以往技术中为了变更抗蚀剂图案形状，除了将抗蚀剂材料自身变更为其形状以外别无他法。但在本发明中，为了变更抗蚀剂图案形状，在形状变更小的情况下，只变更全面曝光的底层抗蚀剂层的曝光量即可，在不能适应其程度的形状变更大的情况下，则变化构成抗蚀剂膜的多个抗蚀剂层的膜厚比例即可，因此在这方面尤其比以往技术优异。

本发明中的所述反转工序，优选在100～110℃进行所述热处理。

本发明中的所述曝光工序，优选在所述全面曝光量为90mj/cm²·sec～300mj/cm²·sec的范围进行。

并且，本发明为了达到上述目的，提供一种抗蚀剂图案，其特征在于，由在基板上或形成于其上的覆膜上形成的为倒梯形形状的表面抗蚀剂层和对于所述表面抗蚀剂层为底切形状的底层抗蚀剂层构成。

并且，本发明提供一种图案，其特征在于使用所述抗蚀剂图案制作。

另外，本发明提供一种半导体装置，其特征在于具有所述图案。

根据本发明，由于金属图案不会与侧壁附着层连接，所以剥离变得容易，能够大幅度缩短剥离处理时间。并且，所加工金属图案完全没有毛边产生，并且在图案精度方面，也与蒸镀膜的铺展容易程度相当，即使是微细的金属图案，也能够通过容易地控制抗蚀剂截面形状来形成高精度图案。

附图说明

图1是表示在抗蚀剂图案上真空蒸镀成为电极和配线的金属材料的状态的半导体晶片的截面图。

图2是表示本实施方式中的抗蚀剂图案制造方法的截面图。

图3是表示形成于半导体晶片上的金属图案的截面图。

图4是表示基于全面曝光条件的设定的截面形状变化的图。

图5是由以往方法形成的金属图案，(a)是表示以正型抗蚀剂膜作为掩膜来形成金属膜的状态的截面图；(b)是表示对(a)的半导体晶片实施剥离处理的状态的截面图。

图6是表示由以往方法在半导体晶片上形成抗蚀剂图案的状态的截面图。

图中，

10抗蚀剂图案

11半导体晶片

13底层的抗蚀剂层

15表面抗蚀剂层

20金属膜

20p金属图案

20o金属膜

20s侧壁附着层

41半导体晶片

43抗蚀剂层

45金属膜

45a、45b、45c毛边

45s侧壁附着层

51、61、71抗蚀剂层

具体实施方式

<抗蚀剂图案的制造方法>

下面，参照图2(a)～(e)说明本实施方式中的抗蚀剂图案的制造方法。

首先，如图2(a)所示，在半导体晶片11上形成膜厚为1.5～2.5μm的重氮·清漆型的正型光致抗蚀剂，然后根据需要施加全面曝光，形成底层的抗蚀剂层13。对于该全面曝光条件将在后面说明，其是控制与在后面形成的多用于图象反转技术等的表面抗蚀剂层15的相互扩散量的重要条件。

接着，如图2(b)所示，形成膜厚为2.5～3.5μm的所述多用于图象反转技术等的表面抗蚀剂层15。该表面抗蚀剂层15的正型光致抗蚀剂与通常的重氮·清漆型的正型光致抗蚀剂相比，即使曝光后不进行胺类催化剂的扩散处理，仅由曝光、热处理也可以反转成负型，曝光后的区域对碱显影液具有不溶的特征。

接着，如图2(c)所示，对所形成由双层抗蚀剂层构成的光致抗蚀剂膜进行图案曝光及热处理(100～110℃)。由此，表面抗蚀剂层15的曝光部从正型抗蚀剂变成负型抗蚀剂。(图象反转)

接着，如图2(d)所示，施加全面曝光，进行显影。

图2(e)是表示显影后的抗蚀剂层13、15的图。表面抗蚀剂层15是仅有所述图案曝光区域以外作为通常的正型抗蚀剂来显影。然后，底层的抗蚀剂层13是反转成负型的表面抗蚀剂层15的图案曝光区域底部也显影，从而成为底层抗蚀剂层13对于表面抗蚀剂层15被底切的截面形状。表面抗蚀剂层15由于与底层抗蚀剂层13的相互扩散的影响而具有倒梯形。

图4是表示基于全面曝光条件的设定的截面形状变化的图。所述底层的抗蚀剂层13的全面曝光是控制被底切截面形状的重要参数，可以通过设定全面曝光条件来控制截面形状。

图4(a)是表示全面曝光量小的情况的截面形状的图。在该条件下，底层抗蚀剂层13与表面抗蚀剂层15的相互扩散小，底层的抗蚀剂层13对于表面抗蚀剂层15具有底切量大为约5μm的截面形状。

图4(b)是表示调节全面曝光量以使底切量成为约1μm时的截面形状的图。

图4(c)是表示全面曝光量大时的截面形状的图。在该条件下，底层抗蚀剂层13与表面抗蚀剂层15的相互扩散增大，具有将底切量控制在0.0～0.5μm的近似倒梯形形状。

究竟制成图4(a)(b)(c)中的哪一种截面形状，则取决于下一工序的金属膜蒸镀工序。一般来说，对抗蚀剂侧壁部的金属粒子的铺展量因蒸镀装置而异(金属粒子的入射角)。因此，如在采用金属粒子容易铺展到抗蚀剂侧壁部的蒸镀装置的情况，由于金属膜容易附着在底切部，所以考虑图案精度时，不使用图4(a)条件，而设定为(b)或(c)条件。

本实施方式中的全面曝光量，在(a)条件下为90mj/cm²·sec，在(b)条件下为200mj/cm² sec，在(c)条件下为300mj/cm²·sec。

图1是表示在抗蚀剂图案10上真空蒸镀成为电极和配线的金属材料的状态的半导体晶片的截面图。是本实施方式中形成的抗蚀剂图案10和以该抗蚀剂图案10为掩膜而形成的蒸镀了金属膜的剥离处理前的状态。

如图1所示，本发明的金属图案的结构为，侧壁附着层20s从由抗蚀剂图案10包围的半导体晶片11上分离。

这样，通过把该形成有金属膜20o的半导体晶片浸渍于丙酮等有机溶剂中，对底层抗蚀剂层13、表面抗蚀剂层15及形成于其表面的金属膜20o进行剥离处理，仅形成成为半导体器件的电极和配线的金属图案20p。如此形成的金属图案20p示于图3。

本实施方式的效果如下：

(1)如图1所示，通过确实地在抗蚀剂侧壁部形成金属膜的切段，大幅度缩短了剥离处理时间，并且金属图案20p的外周部完全不产生毛边。

(2)在金属图案的尺寸精度方面，与制造半导体器件时所要求的精度相当，通过控制抗蚀剂截面形状，来得到所需的尺寸精度。

Claims

1.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括如下工序：

在基板上或形成于其上的覆膜上，形成正型光致抗蚀剂膜的抗蚀剂形成工序，所述光致抗蚀剂膜包括由重氮·清漆型光致抗蚀剂形成的底层抗蚀剂层和曝光后仅由热处理反转成负型的表面抗蚀剂层；

对所述正型光致抗蚀剂膜进行掩膜曝光、热处理，以使所述表面抗蚀剂层反转成负型的反转工序；

对所述光致抗蚀剂膜进行全面曝光的曝光工序；

通过使所述全面曝光后的所述光致抗蚀剂膜显影，以加工成所述表面抗蚀剂层为倒梯形形状、且所述底层抗蚀剂层对于所述表面抗蚀剂层为底切形状的抗蚀剂图案的加工工序；

在所述抗蚀剂图案上形成成为电极和配线材料的金属膜的金属膜形成工序；

通过用溶剂溶解所述抗蚀剂图案，同时去除所述抗蚀剂图案上的所述金属膜，形成图案的图案形成工序。

2.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括如下工序：

对所述光致抗蚀剂膜进行全面曝光的曝光工序；

通过使所述全面曝光后的所述光致抗蚀剂膜显影，以加工成倒梯形形状抗蚀剂图案的加工工序；

3.根据权利要求1或2记载的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述反转工序是在100～110℃进行所述热处理。

4.根据权利要求1或2记载的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述曝光工序是在全面曝光量为90mj/cm²·sec～300mj/cm²·sec的范围进行。

5.一种抗蚀剂图案，其特征在于，由在基板上或形成于其上的覆膜上形成的且为倒梯形形状的表面抗蚀剂层和对于所述表面抗蚀剂层为底切形状的底层抗蚀剂层构成。

6.一种图案，其特征在于，使用权利要求5记载的所述抗蚀剂图案制作。

7.一种半导体装置，其特征在于，具有权利要求6记载的所述图案。