JP2000171979A - パタ―ン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被エッチング膜と感光性材料膜との間に有機
材料からなる反射防止膜が存在しているにも拘わらず、
反射防止膜の上に反応生成物が生成される事態を防止す
ることにより、被エッチング膜からなる残渣の数を低減
する。 【解決手段】 半導体基板１０の上に、ポリシリコン膜
からなる被エッチング膜１１及び有機材料からなる反射
防止膜１２を順次堆積する。反射防止膜１２の上にスル
ホニル化合物を含有する感光性材料膜１３を堆積する。
感光性材料膜１３に対してエネルギービーム１５を照射
した後、感光性材料膜１３を現像して、パターン化され
た感光性材料膜１３Ａを形成する。パターン化された感
光性材料膜１３Ａをマスクにして反射防止膜１２に対し
てドライエッチングを行なってパターン化された反射防
止膜を形成した後、パターン化された感光性材料膜及び
反射防止膜をマスクにして被エッチング膜１１に対して
ドライエッチングを行なってパターンを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパターン形成方法に
関し、特に、半導体基板上の被エッチング膜に対して、
該被エッチング膜の上に有機材料からなる反射防止膜を
介して形成されたパターン化された感光性材料膜をマス
クとしてドライエッチングを行なって、被エッチング膜
からなるパターンを形成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】複雑な半導体集積回路を使用したシステ
ムの小型化に伴って、パターン化された感光性材料膜を
マスクとして用いるパターンリソグラフィ法では小さい
サイズのチップ上に複雑な回路を転写することは極めて
困難になってきている。その理由としては、被エッチン
グ膜に照射されるエネルギービームの短波長化に伴っ
て、エネルギービームの反射率が高くなり、エネルギー
ビームが感光性材料膜の不均一な段差形状の影響を受け
て感光性材料膜を通過した後に不均一な方向に反射し、
感光性材料膜における不必要な部位（エネルギービーム
を照射したくない部位）を感光させることが挙げられ
る。これは、リソグラフィ法により形成されたパターン
に多数の人為的欠陥及び寸法ばらつきを発生させる。

【０００３】そこで、感光性材料膜の下にエネルギービ
ームを吸収する反射防止膜を形成して、エネルギービー
ムが感光性材料膜を通過した後に不均一な方向に反射す
る事態を防止する方法が提案されている。

【０００４】以下、反射防止膜を用いた従来のパターン
形成方法について、図４（ａ）、（ｂ）を参照しながら
説明する。

【０００５】図４（ａ）に示すように、半導体基板１上
に堆積された被エッチング膜２の上に有機材料からなり
エネルギービームを吸収する反射防止膜３を堆積した
後、該反射防止膜３の上に感光性材料膜を堆積する。次
に、感光性材料膜にマスクを介してエネルギービームを
照射した後、感光性材料膜の照射部又は未照射部を現像
液により除去して、感光性材料膜の未照射部又は照射部
からなるパターン化された感光性材料膜４を形成する。
次に、反射防止膜３に対してパターン化された感光性材
料膜４をマスクとしてドライエッチングを行なって、反
射防止膜３におけるパターン化された感光性材料膜４の
開口部と対応する領域を除去する。

【０００６】次に、図４（ｂ）に示すように、被エッチ
ング膜２に対してパターン化された感光性材料膜４をマ
スクとしてドライエッチングを行なった後、反射防止膜
３及び感光性材料膜４を除去すると、半導体基板１の上
に被エッチング膜２からなるパターン２Ａが得られる。

【０００７】前記のようにしてパターン２Ａを形成する
と、被エッチング膜２と感光性材料膜４との間に反射防
止膜３が存在しているため、感光性材料膜４を通過した
エネルギービームは反射防止膜３に吸収されるので、感
光性材料膜４に不均一な段差形状があっても、不均一な
反射光が感光性材料膜４を感光させる事態を防止でき、
これにより、被エッチング膜２からなるパターン２Ａは
寸法精度良く形成される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図４（ａ）
に示すように、反射防止膜３と感光性材料膜４との界面
に反応生成物５が生成され、該反応生成物５は反射防止
膜３及び感光性材料膜４を除去した際に被エッチング膜
２の上に残留する。

【０００９】その後、パターン化された感光性材料膜４
をマスクとして被エッチング膜２に対してドライエッチ
ングを行なうと、被エッチング膜２の上に残留する反応
生成物５がマスクになってしまう。このため、図４
（ｂ）に示すように、被エッチング膜２におけるエッチ
ングされるべき領域（スペース領域）に被エッチング膜
２からなる残渣６が形成されたり、垂直な形状が求めら
れる被エッチング膜２のパターン側壁２ａが不均一な形
状になったりするという問題が発生する。特に、ここで
いう反応生成物５に起因する残渣６は、０．１μｍ以下
という極めて小さなサイズであり、被エッチング膜２を
ドライエッチングする条件が不十分で発生するような残
渣（例えば残渣のサイズが０．２μｍ以上のもの）とは
基本的に異なる特異なものである。

【００１０】また、残渣６は感光性材料膜４のパターン
開口率の影響は受けることなく、つまりパタ−ンの粗密
に関係なく均一に発生する。従って、残渣６はパターン
が密集している領域におけるパターン同士の間の空間部
にも発生する。

【００１１】そこで、反射防止膜３と感光性材料膜４と
の界面に生成されている反応生成物５を、反射防止膜３
に対するドライエッチングにより反射防止膜３と一緒に
除去する方法が考慮されるが、この方法は以下に説明す
る理由によって被エッチング膜のパターン形成方法とし
ては有効な手段ではない。すなわち、パターン化された
感光性材料膜４をマスクとする反射防止膜３に対するド
ライエッチング工程においては、反射防止膜３はできる
だけ多く除去することが好ましい反面、パターン化され
た感光性材料膜４はできるだけ除去されないことが好ま
しい。ところが、反射防止膜３及び感光性材料膜４は、
いずれも有機材料からなるため、極めて類似するドライ
エッチング特性（例えば、エッチングレート）を有して
いる。従って、パターン化された感光性材料膜４がドラ
イエッチングによりできるだけ除去されないようなエッ
チング条件を用いて反射防止膜３に対してドライエッチ
ングを行なうと、被エッチング膜２の上に反応生成物５
及び反射防止膜３が多く残留し、反応生成物５が残留し
ないようなエッチング条件を用いて反射防止膜３に対し
てドライエッチングを行なうと、パターン化された感光
性材料膜４がドライエッチングにより除去されてしまう
ので、マスク機能を発揮することができない。しかも実
際は、仮に感光性材料膜４のマスクの機能を無視して反
応生成物５を除去しようとするドライエッチングを行な
った（例えば、エッチング時間を増加させる等）として
も、残渣６を低減させることはできない。

【００１２】また、反射防止膜３に対する寸法制御性を
向上させるために、反射防止膜３の側壁に堆積物が形成
されるようなドライエッチングプロセスを用いると、反
射防止膜３の側壁から剥がれ落ちた堆積物が被エッチン
グ膜２の上に付着しやすくなり、該堆積物がマスクとな
って被エッチング膜からなる残渣６が形成されてしま
う。

【００１３】半導体基板１の上に被エッチング膜２から
なる残渣６が存在したり、被エッチング膜２のパターン
側壁２ａが不均一な形状になったりすると、以下に説明
するような問題が発生する。

【００１４】被エッチング膜２が例えばポリシリコン等
の導電性材料からなる場合には、半導体集積回路装置に
おいて、同一の導電層に形成されている配線パターン同
士が導電性の残渣６を介して電気的に接続されたり、半
導体基板１に形成されている導電層と該導電層の上に層
間絶縁膜を介して形成されている配線パターンとが導電
性の残渣６を介して電気的に接続されたりするために、
配線パターン同士の間又は導電層と配線パターンとの間
にリーク電流が流れ、半導体集積回路装置の特性が劣化
したり歩留まりが低下したりするという問題が発生す
る。

【００１５】図５は図４（ｂ）における一点鎖線の領域
の拡大図であって、図５に示すように、半導体基板１の
上には被エッチング膜であるポリシリコン膜からなるゲ
ート電極７が形成されていると共に、半導体基板１にお
けるゲート電極７同士の間の領域つまりソース・ドレイ
ン領域にはポリシリコン膜からなる残渣６が存在してい
る。また、ゲート電極７の側面にはＳｉ₃Ｎ₄、ＴＥＯＳ
又はＨＴＯ等の絶縁性材料からなるサイドウオール８が
形成されていると共に、集積回路素子の低抵抗化を図る
ために、ゲート電極７及びソース・ドレイン領域の表面
はＴｉＳｉ₂ 等によってシリサイド化されてシリサイド
層９により覆われている。ところが、ゲート電極７の側
面形状が不均一であるためにゲート電極７がサイドウォ
ール８から露出しており、ゲート電極７におけるサイド
ウォール８から露出している領域にシリサイド層９が形
成されていると共に、ポリシリコンの残渣６の表面にも
シリサイド層９が形成されている。

【００１６】このため、ゲート電極７とソース・ドレイ
ン領域とは、ゲート電極７の表面のシリサイド層９又は
残渣６の表面のシリサイド層９を介して電気的に接続さ
れてしまうので、ゲート電極７とソース・ドレイン領域
との間に異常なリーク電流が流れてしまい、素子特性の
劣化を招くという問題も発生する。

【００１７】前記に鑑み、本発明は、被エッチング膜と
感光性材料膜との間に有機材料からなる反射防止膜が存
在しているにも拘わらず、反射防止膜の上に反応生成物
が生成される事態を防止し、これにより、被エッチング
膜からなる残渣の数を低減することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】ところで、本願発明者
は、反射防止膜と感光性材料膜との界面に反応生成物が
生成される原因について検討した結果、以下に説明する
メカニズムで反応生成物が生成されること、及びスルホ
ニル化合物が反応生成物の生成を抑制する働きを有する
ことを見出した。

【００１９】感光性材料と有機材料による反射防止膜と
の界面で感光性材料がエネルギービームの露光により芳
香族（アロマティック）の遊離基（ラジカル）を生じ
る。次に、そのラジカルが反射防止膜に含まれる芳香族
化合物と連鎖反応を起こすことによりエッチング耐性の
高い高分子芳香族化合物（反応生成物５）が生じる。こ
のため、被エッチング膜をドライエッチング後に形成さ
れたパターン空間部には残渣が生じるのである。

【００２０】特に、感光性材料膜中に例えばオニウム塩
系の酸発生剤が含まれている場合には、エネルギービー
ムが照射されたときに、反射防止膜と感光性材料膜との
界面においてアロマチックな反応生成物がより多く生成
されるので（感光性材料膜中においてもアロマチックな
反応生成物が生成されるので）、残渣の量が増加するの
である。

【００２１】しかしながら、スルホニル化合物を添加す
ると、エネルギービームの露光により副生成物としてア
リール系のラジカルを発生する。この場合、芳香族系の
ラジカルがラジカル連鎖反応により高分子芳香族化合物
（反応生成物５）を発生させる際に、アリール系のラジ
カルはカップリング反応を起こし、芳香族のラジカルの
連鎖反応を防ぐのである。すなわち、アリール系のラジ
カルは芳香族系のラジカルの連鎖反応に対して、反応抑
制剤として働くのである。従って、スルホニル化合物を
添加することにより、エッチング耐性の高い高分子芳香
族化合物（反応生成物５）の発生を防ぎ、被エッチング
膜をドライエッチングした後に形成されるパターンには
残渣が生じないのである。

【００２２】本発明は前記の知見に基づいてなされたも
のであって、感光性材料膜にスルホニル化合物を含有さ
せることにより、反射防止膜と感光性材料膜との界面に
おいてアロマチックな反応生成物が生成される事態を抑
制するものである。

【００２３】具体的には、本発明に係るパターン形成方
法は、半導体基板上に形成された被エッチング膜の上に
有機材料からなりエネルギービームを吸収する反射防止
膜を堆積する工程と、反射防止膜の上に感光性材料膜を
堆積する工程と、感光性材料膜にエネルギービームを照
射した後、感光性材料膜の照射部又は未照射部を選択的
に除去して、パターン化された感光性材料膜を形成する
工程と、反射防止膜に対してパターン化された感光性材
料膜をマスクとしてドライエッチングを行なって、パタ
ーン化された反射防止膜を形成する工程と、被エッチン
グ膜に対してパターン化された反射防止膜をマスクとし
てドライエッチングを行なって、被エッチング膜からな
るパターンを形成する工程とを備えたパターン形成方法
を前提とし、感光性材料膜は、スルホニル化合物を含む
感光性材料からなる。

【００２４】本発明のパターン形成方法によると、感光
性材料膜がスルホニル化合物を含有しているため、感光
性材料膜にエネルギービームが照射されたときに、スル
ホニル化合物からアリール系の酸が発生し、発生したア
リール系の酸が反射防止膜と感光性材料膜との界面にお
けるラジカル反応を抑止する。

【００２５】本発明のパターン形成方法において、スル
ホニル化合物を酸発生剤として用いることが好ましい。

【００２６】本発明のパターン形成方法において、感光
性材料膜が、アルカリ難溶性樹脂と、酸を発生する酸発
生剤例えばオニウム塩とを含んでいることができる。

【００２７】本発明のパターン形成方法において、感光
性材料膜は、アルカリ難溶性樹脂を含む一方、酸を発生
する酸発生剤を含んでいないことが好ましい。

【００２８】

【発明の実施の形態】（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）及び図２（ａ）〜（ｃ）を参照しなが
ら説明する。

【００２９】まず、図１（ａ）に示すように、シリコン
からなり、段差を有する半導体基板１０の上に、エッチ
ングストッパーとなる例えばシリコン酸化膜を介して、
例えばポリシリコン膜からなる被エッチング膜１１を堆
積した後、該被エッチング膜１１の上に有機材料からな
り、光、電子線又はＸ線からなるエネルギービームを吸
収する反射防止膜１２を堆積する。

【００３０】次に、図１（ｂ）に示すように、反射防止
膜１２の上に、ベースポリマーとしてのアルカリ難溶性
樹脂であるポリビニルフェノ−ル誘導体と、酸を発生す
る酸発生剤（例えばオニウム塩）と、添加剤としてのス
ルホニル化合物と、溶媒とからなる感光性材料（化学増
幅型レジスト材料）を塗布して、スルホニル化合物を含
有する感光性材料膜１３を堆積する。

【００３１】次に、図１（ｃ）に示すように、感光性材
料膜１３に対してマスク１４を介して、光、電子線又は
Ｘ線からなるエネルギービーム１５を照射した後、感光
性材料膜１３の照射部１３ａを現像液に溶解させて、図
１（ｄ）に示すように、感光性材料膜１３の未照射部１
３ｂからなるパターン化された感光性材料膜１３Ａを形
成する。尚、これに代えて、感光性材料膜１３の未照射
部１３ｂを現像液に溶解させて、感光性材料膜１３の照
射部１３ａからなるパターン化された感光性材料膜を形
成してもよい。

【００３２】次に、図２（ａ）に示すように、パターン
化された感光性材料膜１３Ａをマスクにして反射防止膜
１２に対してドライエッチングを行なうことにより、パ
ターン化された感光性材料膜１３Ａのパターン形状を反
射防止膜１２に転写して、パターン化された反射防止膜
１２Ａを形成する。

【００３３】次に、図２（ｂ）に示すように、パターン
化された感光性材料膜１３Ａ及び反射防止膜１２Ａをマ
スクにして被エッチング膜１１に対してドライエッチン
グを行なうことにより、パターン化された感光性材料膜
１３Ａのパターン形状を被エッチング膜１１に転写し
て、被エッチング膜１１からなるパターン１１Ａを形成
する。

【００３４】次に、図２（ｃ）に示すように、半導体基
板１０の上のパターン化された感光性材料膜１３Ａ及び
反射防止膜１２Ａを除去すると、半導体基板１０の上に
被エッチング膜１１からなるパターン１１Ａが得られ
る。

【００３５】第１の実施形態によると、スルホニル化合
物を添加することにより、エネルギービームの露光によ
り副生成物としてアリール系のラジカルを発生させる。
この場合、芳香族系のラジカルがラジカル連鎖反応によ
り高分子芳香族化合物（反応生成物５）を発生させる際
に、アリール系のラジカルはカップリング反応を起こ
し、芳香族のラジカル連鎖反応を防ぐのである。すなわ
ち、アリール系のラジカルは芳香族系のラジカルの連鎖
反応に対して、反応抑止剤として働くのである。

【００３６】従って、スルホニル化合物を添加すること
により、エッチング耐性の高い高分子芳香族化合物（反
応生成物５）の発生を防ぎ、被エッチング膜をドライエ
ッチング後に形成されたパターンには残渣が生じないの
である。

【００３７】従って、パターン化された感光性材料膜１
３Ａ及び反射防止膜１２Ａをマスクにして被エッチング
膜１１に対してドライエッチングを行なって、被エッチ
ング膜１１からなるパターン１１Ａを形成したときに、
半導体基板１０の上に形成される被エッチング膜１１か
らなる残渣の数を低減することができる。

【００３８】図３は図２（ｃ）における一点鎖線の領域
の拡大図であって、図３に示すように、半導体基板１０
の上には被エッチング膜１１であるポリシリコン膜から
なるゲート電極１６が形成されていると共に、ゲート電
極１６の側面にはＳｉ₃Ｎ₄、ＴＥＯＳ又はＨＴＯ等の絶
縁性材料からなるサイドウオール１７が形成されてい
る。また、ゲート電極１６の表面及び半導体基板１０に
おけるゲート電極１６同士の間のソース・ドレイン領域
の表面はＴｉＳｉ₂ 等によってシリサイド化されてシリ
サイド層１８により覆われている。これに対して、ソー
ス・ドレイン領域の上には残渣が存在していないと共
に、ゲート電極１６の側面形状が均一であるためにゲー
ト電極１６がサイドウォール１７から露出していないた
め、ゲート電極１６の側面にはシリサイド層１８が形成
されていない。

【００３９】従って、ゲート電極１６とソース・ドレイ
ン領域とが、ゲート電極１６の表面のシリサイド層又は
残渣の表面のシリサイド層を介して電気的に接続されな
いため、ゲート電極１６とソース・ドレイン領域との間
に異常なリーク電流が流れないので、素子特性の劣化を
防止することができる。

【００４０】第１の実施形態で説明しているスルホニル
化合物とは、スルホン化合物及びスルホネート化合物を
含み、スルホン化合物としては、β−ケトンスルホン、
β−スルホニルスルホン、α−ジアゾ化合物等が挙げら
れる。後述する［化１］〜［化５］もスルホン化合物で
ある。スルホネート化合物としては、アルキルスルホン
酸エステル、ホロアルキルスルホン酸エステル等が挙げ
られる。後述する［化６］もスルホネート化合物であ
る。また、ここでは、スルホン酸エステル系のイミド化
合物もスルホネート化合物に含まれるものとする。この
イミド化合物としてはＮ−カンフォルスルホニルオキシ
ナフタルイミド、Ｎ−ペンタフルオロフェニルスルホニ
ルオキシナフタルイミドがある。

【００４１】以下、反射防止膜１２及び感光性材料膜１
３の具体的な形成方法、及び残渣の数についての実験結
果について説明する。

【００４２】（第１の具体例）まず、シリコンからなる
２００ｍｍの半導体基板１０の上にエッチングストッパ
ーとしてのシリコン酸化膜を介してポリシリコンからな
る被エッチング膜１１を堆積した後、ポリスルフォン共
重合体を溶媒としてのシクロヘキサノンに溶解させた有
機材料を被エッチング膜１１の上に塗布して、１５０ｎ
ｍの膜厚を有する反射防止膜１２を形成した。

【００４３】次に、ベースポリマーとしてのアルカリ難
溶性樹脂であるポリビニルフェノ−ル誘導体と、酸を発
生する酸発生剤としてのオニウム塩と呼ばれるトリフェ
ニルスルフォニウムアセテートと、ベースポリマーに対
して１ｗｔ％の［化１］で示されるスルホニル化合物
と、溶媒としてのプロピレングリコールモノエチルエー
テルアセテートとからなる感光性材料（化学増幅型レジ
スト材料）を反射防止膜１２の上に塗布して、７００ｎ
ｍの膜厚を有する感光性材料膜１３を形成した。尚、
［化１］は、ビスシクロヘキシルスルホニルジアゾメタ
ンである。

【００４４】

【化１】

【００４５】次に、感光性材料膜１３に対してマスク１
４を介してＫｒＦエキシマレーザを照射した後、感光性
材料膜１３の照射部１３ａを２．３８％テトラメチルア
ンモニウムハイドロオキサイド（以下、ＴＭＡＨと称す
る。）水溶液からなる現像液に溶解させて、感光性材料
膜１３の未照射部１３ｂからなるパターン化された感光
性材料膜１３Ａを形成した。

【００４６】次に、反射防止膜１２に対して、パターン
化された感光性材料膜１３Ａをマスクとして二硫化硫黄
ガス（ＳＯ₂ ）と酸素ガス（Ｏ₂ ）との混合ガスからな
るエッチングガスによりドライエッチングを行なって、
パターン化された反射防止膜１２Ａを形成した。

【００４７】次に、ポリシリコンからなる被エッチング
膜１１に対して、パターン化された感光性材料膜１３Ａ
及び反射防止膜１２Ａをマスクとして臭化水素ガス（Ｈ
Ｂｒ）と酸素ガス（Ｏ₂ ）との混合ガスからなるエッチ
ングガスによりドライエッチングを行なって、被エッチ
ング膜１１からなるパターン１１Ａを形成した。この場
合、パターン１１Ａとしては、０．２５μｍのデザイン
ルールを有する配線パターンを粗密を変化させて形成
し、パターン占有率は約５％であった。

【００４８】約０．１μｍまでの大きさを有する残渣の
数を測定したところ、約６０００個／ウエハであった。

【００４９】第１の参考例として、半導体基板の上に堆
積されたポリシリコンからなる被エッチング膜の上に第
１の具体例と同様の反射防止膜を形成し、該反射防止膜
の上に、［化１］で示すスルホニル化合物を含有してお
らず、その他の条件は第１の具体例と同様の感光性材料
膜を堆積し、第１の具体例と同様の条件で被エッチング
膜からなるパターンを形成したところ、残渣の数は約１
００００個／ウエハであった。

【００５０】第１の具体例と第１の参考例との比較から
分かるように、第１の具体例によると、残渣の数を約４
０％減少させることができた。この結果、半導体集積回
路装置における配線パターン同士の間又は導電層と配線
パターンとの間のリーク電流の発生を約４０％低減する
ことができる。

【００５１】また、第２の参考例として、半導体基板の
上に堆積されたポリシリコンからなる被エッチング膜の
上に、反射防止膜を形成することなく、第１の具体例と
同様の感光性材料膜を堆積し、第１の具体例と同様の条
件で被エッチング膜からなるパターンを形成したとこ
ろ、残渣の数は約５００個／ウエハであった。

【００５２】ところで、反射防止膜を形成するための有
機材料として、ＤＵＶ−１８、ＣＤ９、ＣＤ１１（すべ
てブリュ−ワ・サイエンス社製）、ＡＲ２（シプレイ社
製）、ＳＷＫ−ＥＸ２（東京応化工業社製）、ＫｒＦ−
２Ａ（クラリアント社製）等の材料を用いて、第１の具
体例と同様の評価試験をしたところ、残渣の数は第２の
参考例の場合に比べてかなり多かった。このことから、
被エッチング膜と感光性材料膜との間に反射防止膜を介
在させる場合には、反射防止膜を介在させない場合に比
べて、残渣の数の増加は避けられないことが分かった。

【００５３】しかしながら、被エッチング膜と感光性材
料膜との間に反射防止膜を介在させる場合には、第１の
具体例にように、感光性材料膜に［化１］に示すスルホ
ニル化合物を含有させると、残渣の数を大きく減少させ
ることができるのである。

【００５４】（第２の具体例）以下、第２の具体例とし
て、感光性材料に添加するスルホニル化合物の種類を代
えた場合について説明する。すなわち、第２の具体例に
おいては、［化２］に示すスルホニル化合物をベースポ
リマーに対して３ｗｔ％添加した。この結果、残渣の数
は約８４００個／ウエハであって、残渣の数を第１の参
考例に比べて約１６％減少させることができた。尚、
［化２］は、ビスシクロヘキシルスルホニルメタンであ
る。

【００５５】

【化２】

【００５６】（第３の具体例）以下、第３の具体例とし
て、感光性材料に添加するスルホニル化合物の種類を代
えた場合について説明する。すなわち、第３の具体例に
おいては、［化３］に示すスルホニル化合物をベースポ
リマーに対して３ｗｔ％添加した。この結果、残渣の数
は約６０００個／ウエハであって、残渣の数を第１の参
考例に比べて約４０％減少させることができた。尚、
［化３］は、ビス（４−メチルフェニルスルホニル）ジ
アゾメタンである。

【００５７】

【化３】

【００５８】（第４の具体例）以下、第４の具体例とし
て、感光性材料に添加するスルホニル化合物の種類を代
えた場合について説明する。すなわち、第４の具体例に
おいては、［化４］に示すスルホニル化合物をベースポ
リマーに対して１ｗｔ％添加した。この結果、残渣の数
は約４６００個／ウエハであって、残渣の数を第１の参
考例に比べて約６４％減少させることができた。尚、
［化４］は、ビス（４−クロロフェニルスルホニル）ジ
アゾメタンである。

【００５９】

【化４】

【００６０】（第５の具体例）以下、第５の具体例とし
て、感光性材料に添加するスルホニル化合物の種類を代
えた場合について説明する。すなわち、第５の具体例に
おいては、［化５］に示すスルホニル化合物をベースポ
リマーに対して１ｗｔ％添加した。この結果、残渣の数
は約６０００個／ウエハであって、残渣の数を第１の参
考例に比べて約４０％減少させることができた。

【００６１】

【化５】

【００６２】（第６の具体例）以下、第６の具体例とし
て、感光性材料に添加するスルホニル化合物の種類を代
えた場合について説明する。すなわち、第６の具体例に
おいては、［化６］に示すスルホニル化合物をベースポ
リマーに対して１ｗｔ％添加した。この結果、残渣の数
は約４５００個／ウエハであって、残渣の数を第１の参
考例に比べて約５５％減少させることができた。尚、
［化６］は、ピロガロールトリスメタンスルホニネート
である。

【００６３】

【化６】

【００６４】第１〜第６の具体例から、感光性材料に種
々のスルホニル化合物を添加しても、残渣の数を大きく
減少できることが確認できたので、第１〜第６の具体例
に示していない他のスルホニル化合物を用いる場合で
も、残渣の数を大きく減少できることは明らかである。

【００６５】以下、パターン化された感光性材料膜１３
Ａをマスクにして反射防止膜１２に対してドライエッチ
ングを行なうエッチングガスとして、塩素ガス（Ｃｌ
₂ ）と酸素ガス（Ｏ₂ ）との混合ガスからなるエッチン
グガス（以下、塩素系のエッチングガスと称する。）を
用いる場合、窒素ガス（Ｎ₂ ）と酸素ガス（Ｏ₂ ）との
混合ガスからなるエッチングガス（以下、窒素系のエッ
チングガスと称する。）を用いる場合、及び二硫化硫黄
ガス（ＳＯ₂ ）と酸素ガス（Ｏ₂ ）との混合ガスからな
るエッチングガス（以下、硫黄系のガスと称する。）を
用いる場合についてそれぞれ検討する。

【００６６】（塩素系のエッチングガス）塩素系のエッ
チングガスは、硫黄系のエッチングガスに比べて、イオ
ン性つまりスパッタリング性が強いため、反射防止膜１
２に対するドライエッチング工程において、エッチング
ガスにより生成される堆積物が反射防止膜１２の側壁に
付着した後に剥がれて反射防止膜１２の上面に付着する
程度が低いと共に、反射防止膜と感光性材料膜との界面
に発生する反応生成物をエッチングによって除去する働
きが大きいので、堆積物又は反応生成物がマスクとなっ
て発生する被エッチング膜からなる残渣の数は少ない。

【００６７】酸素ガス等の流量比が第１の具体例と同様
の条件に設定された塩素系のエッチングガスを用いて、
反射防止膜１２に対してパターン化された感光性材料膜
１３Ａをマスクとしてドライエッチングを行なった後、
第１の具体例と同様にして残渣の数を測定したところ、
約５０００個／ウエハであって、第１の具体例よりも少
ない。

【００６８】しかしながら、塩素系のエッチングガス
は、反射防止膜１２に対するドライエッチングに引き続
いて、ポリシリコンからなる被エッチング膜１１もエッ
チングしてしまう現象がみられた。これは、被エッチン
グ膜１１のポリシリコン中のシリコン（Ｓｉ）と塩素
（Ｃｌ₂ ）とが反応してＳｉＣｌ₄ が生成される反応性
のドライエッチングが進行するためである。このため、
被エッチング膜１１に対してドライエッチングを行なう
工程において、被エッチング膜１１における塩素系ガス
によるドライエッチングが行なわれた部位にオーバーエ
ッチングが発生してしまい、本来エッチングを行なうべ
きでない半導体基板１０までもエッチングされるという
問題が生じた。

【００６９】従って、塩素系のエッチングガスは、硫黄
系のエッチングガスに比べて、残渣の数を低減できる
が、半導体基板１０がエッチングされてしまうので、半
導体集積回路装置の歩留まりが低下してしまうという問
題がある。

【００７０】（窒素系のエッチングガス）窒素系のエッ
チングガスも、硫黄系のエッチングガスに比べて、イオ
ン性つまりスパッタリング性が強いため、反射防止膜１
２に対するドライエッチング工程において、エッチング
される反射防止膜１２からなる堆積物が反射防止膜１２
の側壁に付着する程度が低いと共に、反射防止膜と感光
性材料膜との界面において発生する反応生成物をエッチ
ングによって除去する働きが大きいので、堆積物又は反
応生成物がマスクとなって発生する残渣の数は少ない。

【００７１】酸素ガス等の流量比が第１の具体例と同様
の条件に設定された窒素系のエッチングガスを用いて、
反射防止膜１２に対してパターン化された感光性材料膜
１３Ａをマスクとしてドライエッチングを行なった後、
第１の具体例と同様にして残渣の数を測定したところ、
約５０００個／ウエハであって、第１の具体例よりも少
ない。また、塩素系のエッチングガスの場合にみられた
ポリシリコンからなる被エッチング膜１１がエッチング
されるという現象も現われなかった。

【００７２】しかしながら、反射防止膜１２に対するド
ライエッチング工程において、パターン化された感光性
材料膜１３Ａも大きく削られてしまうので、パターン化
された反射防止膜１２Ａの寸法変動及び寸法ばらつきが
大きくなるという問題が生じた。これは、エッチングガ
スにより生成される堆積物が感光性材料膜１３Ａ及び反
射防止膜１２の側壁に付着する程度が塩素系のエッチン
グガスの場合に比べて少ないためである。このため、
０．２５μｍのデザインルールを有するラインパターン
を形成するエッチング工程において、硫黄系のエッチン
グガスでは、パターン幅が０．２３μｍであって、デザ
インルールに対して０．０２μｍ程度細る程度であると
共にパターンの疎な領域及び密な領域における寸法変動
が等しいのに対して、窒素系のエッチングガスを用いる
と、孤立パターンではパターン幅が０．１８μｍであ
り、ライン幅：スペース幅が１：１の領域ではパターン
幅が０．２０μｍであって、デザインルールに対する寸
法変動が大きいと共にパターンの疎な領域及び密な領域
における寸法変動も大きかった。

【００７３】従って、窒素系のエッチングガスは、硫黄
系のエッチングガスに比べて、残渣の数を低減できる
が、被エッチング膜１１からなるパターン１１Ａの寸法
変動及び寸法ばらつきが大きいので、半導体集積回路装
置の歩留まりが低下するという問題がある。

【００７４】（硫黄系のエッチングガス）硫黄系のエッ
チングガスを用いると、塩素系又は窒素系のエッチング
ガスを用いる場合に比べて、反応生成物がマスクとなっ
て発生する被エッチング膜１１からなる残渣が半導体基
板１０の上に多く存在するという問題はあるが、塩素系
のエッチングガスのように半導体基板１０がエッチング
されるという問題、及び窒素系のエッチングガスのよう
に被エッチング膜１１からなるパターン１１Ａの寸法変
動及び寸法ばらつきが大きくなるという問題は発生しな
い。

【００７５】ところで、第１の実施形態のように、感光
性材料がスルホニル化合物を含有していると、前述した
ように、反射防止膜１２と感光性材料膜１３との界面に
おけるアロマティックな反応生成物の生成を防止できる
ため、被エッチング膜１１からなるパターン１１Ａを形
成したときに、半導体基板１０の上に形成される被エッ
チング膜１１からなる残渣の数を低減することができ
る。

【００７６】従って、スルホニル化合物を含有するパタ
ーン化された感光性材料膜１３Ａをマスクとし且つ硫黄
系のエッチングガスを用いて被エッチング膜１１に対し
てドライエッチングを行なうと、被エッチング膜１１に
対する選択性を向上させることができると共に、被エッ
チング膜１１からなるパターン１１Ａの寸法変動及び寸
法ばらつきを低減できる上に、半導体基板１０の上に形
成される被エッチング膜１１からなる残渣の数を低減す
ることができる。

【００７７】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態に係るパターン形成方法について説明する。

【００７８】第２の実施形態は、反射防止膜１２の上
に、ベースポリマーとしてのアルカリ難溶性樹脂である
ポリビニルフェノ−ル誘導体と、スルホニル化合物と、
溶媒とからなる感光性材料（化学増幅型レジスト材料）
を塗布して、スルホニル化合物を含有する感光性材料膜
１３を堆積することを特徴とする。すなわち、第１の実
施形態に比べて、感光性材料に、酸発生剤としてのオニ
ウム塩が含まれていない。尚、第２の実施形態における
ベースポリマーとしてのポリビニルフェノ−ル誘導体
は、感光性材料に酸発生剤としてのオニウム塩が含まれ
ていないことに起因して、第１の実施形態におけるベー
スポリマーとしてのポリビニルフェノ−ル誘導体とは異
なった種類である。

【００７９】以下、第２の実施形態における感光性材料
膜１３を形成する方法、及び残渣の数についての実験結
果について説明する。

【００８０】ベースポリマーとしてのアルカリ難溶性樹
脂であるポリビニルフェノ−ル誘導体と、ベースポリマ
ーに対して１ｗｔ％の［化１］で示されるスルホニル化
合物と、溶媒としてのプロピレングリコールモノエチル
エーテルアセテートとからなる感光性材料（化学増幅型
レジスト材料）を反射防止膜１２の上に塗布して、感光
性材料膜１３を形成する。尚、第２の実施形態において
は、前述したように、感光性材料が異なる以外は、第１
の実施形態と同様であるので、他の工程については説明
を省略する。

【００８１】第２の実施形態によりパターンを形成した
ところ、約５０ｎｍ以上の大きさを有する残渣の数は約
３０００個／ウエハであって、反射防止膜と感光性材料
膜との界面においてアロマチックな反応生成物を生成さ
せるオニウム塩が感光性材料に含まれていないので、第
１の実施形態に比べて、残渣の数をより減少させること
ができる。

【００８２】また、感光性材料にオニウム塩が含まれて
いないが、パターン化された感光性材料膜１３Ａのパタ
ーン形状は良好であった。

【００８３】尚、［化１］で示されるスルホニル化合物
に代えて、［化２］〜［化６］で示されるスルホニル化
合物を酸発生剤として用いる場合には、これらのスルホ
ニル化合物と組み合わせた場合に、これらのスルホニル
化合物から効率良く酸を発生させるようなベースポリマ
ーを用いることが好ましい。

【００８４】スルホニル化合物とは、スルホン化合物及
びスルホネート化合物を含んでいるが、第１の実施形態
でスルホニル化合物を添加剤として使う場合は、スルホ
ン化合物又はスルホネート化合物のどちらかを添加して
もよいし、もちろんこの両方を添加してもよい。第２の
実施形態のようにスルホニル化合物を酸発生剤として使
用する場合であっても同様、スルホン化合物又はスルホ
ネート化合物のどちらかを酸発生剤として使用してもよ
いし、もちろんこの両方を酸発生剤として使用してもよ
い。

【００８５】尚、本実施形態では、すべて反射防止膜１
２をドライエッチングする工程では、すべて反射防止膜
１２のみをドライエッチングし、下層である被エッチン
グ膜１１に対してドライエッチングを行なわなかった。
この方法では仮に反射防止膜１２のドライエッチング工
程のトラブルにより寸法の変動又は残留物や異物の増加
等が確認された場合、感光性材料１３と反射防止膜１２
を除去し、新たに図１（ａ）から工程をやり直すことが
できる。従って、工程間でウエハ特性の状況を確認で
き、未然に特性不良ウエハの発生を防ぐことができる。
しかし、一方では、工程を短縮できるという大きなメリ
ットも持っているので、反射防止膜１２と被エッチング
膜１１を同一のドライエッチングで行なう方法が有用で
あることも明らかである。

【００８６】

【発明の効果】本発明のパターン形成方法によると、感
光性材料膜がスルホニル化合物を含有しているため、感
光性材料膜にエネルギービームが照射されたときに、ス
ルホニル化合物から発生するアリール系の酸が反射防止
膜と感光性材料膜との界面におけるラジカル反応を抑止
するので、反射防止膜と感光性材料膜との界面における
アロマティックな反応生成物の生成を防止できる。従っ
て、パターン化された感光性材料膜及び反射防止膜をマ
スクにして被エッチング膜に対してドライエッチングを
行なって、被エッチング膜からなるパターンを形成した
ときに、半導体基板の上に形成される被エッチング膜か
らなる残渣の数を低減することができる。

【００８７】このため、本発明のパターン形成方法によ
ると、被エッチング膜が導電性膜である場合には、半導
体集積回路装置において、同一の導電層に形成されてい
る配線パターン同士が導電性の残渣を介して電気的に接
続されたり、半導体基板に形成されている導電層と配線
パターンとが導電性の残渣を介して電気的に接続された
りして、配線パターン同士の間又は導電層と配線パター
ンとの間にリーク電流が流れ、半導体集積回路装置の特
性が劣化する事態を確実に防止できる。

【００８８】本発明のパターン形成方法において、感光
性材料膜が、アルカリ難溶性樹脂と、酸を発生する酸発
生剤例えばオニウム塩とを含んでいても、感光性材料膜
にスルホニル化合物が含まれており、該スルホニル化合
物が酸発生剤により生成される反応生成物を抑制するの
で、反応生成物に起因する残渣数の増加を抑制すること
ができる。

【００８９】本発明のパターン形成方法において、感光
性材料膜が酸を発生する酸発生剤を含んでいなくても、
感光性材料膜に含まれるスルホニル化合物から酸を発生
させることができるので、酸発生剤により生成される反
応生成物ひいては残渣の数を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第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。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第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。

【図３】本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方
法の効果を説明する拡大断面図である。

【図４】（ａ）、（ｂ）は従来のパターン形成方法の各
工程及び問題点を説明する断面図である。

【図５】従来のパターン形成方法の問題点を説明する拡
大断面図である。

【符号の説明】

１０ 半導体基板 １１ 被エッチング膜 １１Ａ パターン １２ 反射防止膜 １２Ａ パターン化された反射防止膜 １３ 感光性材料膜 １３ａ 照射部 １３ｂ 未照射部 １３Ａ パターン化された反射防止膜 １４ マスク １５ エネルギービーム １６ ゲート電極 １７ サイドウォール １８ シリサイド層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に形成された被エッチング
   膜の上に有機材料からなりエネルギービームを吸収する
   反射防止膜を堆積する工程と、 前記反射防止膜の上に感光性材料膜を堆積する工程と、 前記感光性材料膜にエネルギービームを選択的に照射し
   た後、前記感光性材料膜の照射部又は未照射部を除去し
   て、パターン化された感光性材料膜を形成する工程と、 前記反射防止膜に対して、前記パターン化された感光性
   材料膜をマスクとしてドライエッチングを行なって、パ
   ターン化された反射防止膜を形成する工程と、 前記被エッチング膜に対して前記パターン化された感光
   性材料膜をマスクとしてドライエッチングを行なって、
   前記被エッチング膜からなるゲート電極を形成する工程
   とを備え、 前記感光性材料膜は、スルホニル化合物を含む感光性材
   料からなることを特徴とするパターン形成方法。
2. 【請求項２】 半導体基板上に形成された被エッチング
   膜の上に有機材料からなりエネルギービームを吸収する
   反射防止膜を堆積する工程と、 前記反射防止膜の上に感光性材料膜を堆積する工程と、 前記感光性材料膜にエネルギービームを選択的に照射し
   た後、前記感光性材料膜の照射部又は未照射部を除去し
   て、パターン化された感光性材料膜を形成する工程と、 前記反射防止膜に対して、前記パターン化された感光性
   材料膜をマスクとしてドライエッチングを行なって、パ
   ターン化された反射防止膜を形成する工程と、 前記被エッチング膜に対して前記パターン化された感光
   性材料膜をマスクとしてドライエッチングを行なって、
   前記被エッチング膜からなるゲート電極を形成する工程
   と、 前記ゲート電極の側面に絶縁性材料からなるサイドウォ
   ールを形成する工程と、 前記半導体基板における前記ゲート電極同士の間の領域
   であるソース・ドレイン領域の表面にシリサイド層を形
   成する工程とを備え、 前記感光性材料膜は、スルホニル化合物を含む感光性材
   料からなることを特徴とするパターン形成方法。