JP2001033984A - パターン形成方法およびこれを用いた半導体装置の製造方法、並びに半導体装置 - Google Patents
パターン形成方法およびこれを用いた半導体装置の製造方法、並びに半導体装置Info
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- Materials For Photolithography (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 露光波長限界を超えるパターン形成を可能と
するパターン形成方法を得る。 【解決手段】 第１のネガ型レジストパターン６ａに、
塩基性の有機膜を設け、熱処理して、第１のネガ型レジ
ストパターン６ａの表面部へ塩基性成分を拡散し、剥離
液により有機膜と第１のネガ型レジストパターン６ａの
表面部を溶解除去して第２のネガ型レジストパターン８
を形成する。
するパターン形成方法を得る。 【解決手段】 第１のネガ型レジストパターン６ａに、
塩基性の有機膜を設け、熱処理して、第１のネガ型レジ
ストパターン６ａの表面部へ塩基性成分を拡散し、剥離
液により有機膜と第１のネガ型レジストパターン６ａの
表面部を溶解除去して第２のネガ型レジストパターン８
を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微細なパターンの
形成方法とこれを用いた半導体装置の製造方法と半導体
装置に関するものである。さらに詳しくは、ＬＳＩ半導
体素子、液晶表示パネル、プリント基板などの微細加工
におけるネガ型レジストパターンの形成方法に関するも
ので、高精度で微細なネガ型レジストパターンの形成方
法に関するものである。
形成方法とこれを用いた半導体装置の製造方法と半導体
装置に関するものである。さらに詳しくは、ＬＳＩ半導
体素子、液晶表示パネル、プリント基板などの微細加工
におけるネガ型レジストパターンの形成方法に関するも
ので、高精度で微細なネガ型レジストパターンの形成方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１０（ａ）〜（ｃ）は、従来のフォト
リソグラフィーによるレジストパターンの形成方法を工
程順に示す説明図であり、図において、２は半導体基
板、３は配線等による段差、４は化学増幅型のネガ型レ
ジスト膜、５はフォトマスクで５ａはその開口部、６
ｂ、６ｃはレジストパターンである。
リソグラフィーによるレジストパターンの形成方法を工
程順に示す説明図であり、図において、２は半導体基
板、３は配線等による段差、４は化学増幅型のネガ型レ
ジスト膜、５はフォトマスクで５ａはその開口部、６
ｂ、６ｃはレジストパターンである。
【０００３】まず、段差３が形成された半導体基板２の
上に、エキシマ用化学増幅型ネガレジスト４を２０００
〜２００００Åの膜厚で塗布する｛図１０（ａ）｝。な
お、上記ネガレジスト４を塗布する前に、段差３が形成
された半導体基板２表面をヘキサメチレンジシラザン等
により処理し、レジスト４との密着性を強化してもよ
い。また、レジスト４上に上層材を塗布してもよい。ま
た、塗布後に熱処理を行ってもよい。
上に、エキシマ用化学増幅型ネガレジスト４を２０００
〜２００００Åの膜厚で塗布する｛図１０（ａ）｝。な
お、上記ネガレジスト４を塗布する前に、段差３が形成
された半導体基板２表面をヘキサメチレンジシラザン等
により処理し、レジスト４との密着性を強化してもよ
い。また、レジスト４上に上層材を塗布してもよい。ま
た、塗布後に熱処理を行ってもよい。
【０００４】次に、０．１５μｍの線幅のパターン（開
口部５ａに相当）が得られるように調整したフォトマス
ク５（５：１縮小投影露光の場合は、０．７５μｍの線
幅）を用いて、エキシマ用化学増幅型ネガレジスト４に
向けて露光光としてＫｒＦを選択的に照射する｛図１０
（ｂ）｝。なお、露光は半導体基板２上の段差３の下部
に焦点を合わせて行う。次に、現像処理をおこない、半
導体基板２上では、０．１５μｍのレジストパターン６
ｂ、段差３上では０．２０μｍのレジストパターン６ｃ
が得られる。
口部５ａに相当）が得られるように調整したフォトマス
ク５（５：１縮小投影露光の場合は、０．７５μｍの線
幅）を用いて、エキシマ用化学増幅型ネガレジスト４に
向けて露光光としてＫｒＦを選択的に照射する｛図１０
（ｂ）｝。なお、露光は半導体基板２上の段差３の下部
に焦点を合わせて行う。次に、現像処理をおこない、半
導体基板２上では、０．１５μｍのレジストパターン６
ｂ、段差３上では０．２０μｍのレジストパターン６ｃ
が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
パターン形成方法では、半導体基板２上では、０．１５
μｍのレジストパターン６ｂが、段差３上では０．２０
μｍのレジストパターン６ｃが得られ、刊行物｛半導体
集積回路用レジスト材料ハンドブック、１９９６年 リ
アライズ社刊 第２７８頁｝に示すように、レジストパ
ターンのデフォーカス依存性により、パターンの線幅に
変動が生じる。
パターン形成方法では、半導体基板２上では、０．１５
μｍのレジストパターン６ｂが、段差３上では０．２０
μｍのレジストパターン６ｃが得られ、刊行物｛半導体
集積回路用レジスト材料ハンドブック、１９９６年 リ
アライズ社刊 第２７８頁｝に示すように、レジストパ
ターンのデフォーカス依存性により、パターンの線幅に
変動が生じる。
【０００６】つまり、上記従来のレジストパターンの形
成方法に示すように、ステッパーにより最適焦点で露光
してネガ型レジストパターンを形成した場合は、ステッ
パーの光源波長より大きい線幅のレジストパターンおよ
び光源波長以下の微細な線幅のレジストパターンとも、
フォトマスクのパターンにほぼ忠実にレジストパターン
を形成することができる。しかし、ステッパーにより焦
点がずれた状態で露光してネガ型レジストパターンを形
成した場合では、ステッパーの光源波長より大きい線幅
のレジストパターンは問題なくフォトマスクのパターン
にほぼ忠実な寸法を得ることができるが、光源波長以下
の微細な線幅のレジストパターンでは、寸法変動が大き
くなり所望の寸法が得られないという問題があった。つ
まり、従来の露光によるフォトリソグラフィ技術では、
その露光波長の限界を超える微細なレジストバターンを
安定して形成することは困難であった。
成方法に示すように、ステッパーにより最適焦点で露光
してネガ型レジストパターンを形成した場合は、ステッ
パーの光源波長より大きい線幅のレジストパターンおよ
び光源波長以下の微細な線幅のレジストパターンとも、
フォトマスクのパターンにほぼ忠実にレジストパターン
を形成することができる。しかし、ステッパーにより焦
点がずれた状態で露光してネガ型レジストパターンを形
成した場合では、ステッパーの光源波長より大きい線幅
のレジストパターンは問題なくフォトマスクのパターン
にほぼ忠実な寸法を得ることができるが、光源波長以下
の微細な線幅のレジストパターンでは、寸法変動が大き
くなり所望の寸法が得られないという問題があった。つ
まり、従来の露光によるフォトリソグラフィ技術では、
その露光波長の限界を超える微細なレジストバターンを
安定して形成することは困難であった。
【０００７】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたものであり、露光波長限界を超えるパターン形成
を可能とするパターン形成方法を得ることを目的とする
ものである。また、上記パターン形成方法を用いること
により、微細なパターンを有する半導体装置の製造方法
と半導体装置を得ることを目的とするものである。
されたものであり、露光波長限界を超えるパターン形成
を可能とするパターン形成方法を得ることを目的とする
ものである。また、上記パターン形成方法を用いること
により、微細なパターンを有する半導体装置の製造方法
と半導体装置を得ることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第１のパタ
ーン形成方法は、ネガ型レジスト膜を露光し現像して第
１のネガ型レジストパターンを形成する第１の工程、こ
の第１のネガ型レジストパターンの表面に有機膜を設け
る第２の工程、並びに上記第１のネガ型レジストパター
ンの一部と上記有機膜を除去して第２のネガ型レジスト
パターンを形成する第３の工程を施す方法である。
ーン形成方法は、ネガ型レジスト膜を露光し現像して第
１のネガ型レジストパターンを形成する第１の工程、こ
の第１のネガ型レジストパターンの表面に有機膜を設け
る第２の工程、並びに上記第１のネガ型レジストパター
ンの一部と上記有機膜を除去して第２のネガ型レジスト
パターンを形成する第３の工程を施す方法である。
【０００９】本発明に係る第２のパターン形成方法は、
上記第１のパターン形成方法において、有機膜が、塩基
性有機膜の方法である。
上記第１のパターン形成方法において、有機膜が、塩基
性有機膜の方法である。
【００１０】本発明に係る第３のパターン形成方法は、
上記第１または第２のパターン形成方法において、第１
の工程と第２の工程の間または第２の工程と第３の工程
の間で熱処理する工程を施す方法である。
上記第１または第２のパターン形成方法において、第１
の工程と第２の工程の間または第２の工程と第３の工程
の間で熱処理する工程を施す方法である。
【００１１】本発明に係る第４のパターン形成方法は、
上記第１ないし第３のいずれかのパターン形成方法にお
いて、第１の工程と第２の工程の間、または第２の工程
と第３の工程の間で、光照射する工程を施す方法であ
る。
上記第１ないし第３のいずれかのパターン形成方法にお
いて、第１の工程と第２の工程の間、または第２の工程
と第３の工程の間で、光照射する工程を施す方法であ
る。
【００１２】本発明に係る第５のパターン形成方法は、
上記第４のパターン形成方法において、選択的に光照射
する方法である。
上記第４のパターン形成方法において、選択的に光照射
する方法である。
【００１３】本発明に係る第６のパターン形成方法は、
上記第２のパターン形成方法において、塩基性有機膜が
塩基性樹脂の方法である。
上記第２のパターン形成方法において、塩基性有機膜が
塩基性樹脂の方法である。
【００１４】本発明に係る第７のパターン形成方法は、
上記第６のパターン形成方法において、塩基性樹脂がポ
リビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリアクリ
ルイミド、ポリビニルアミンまたはポリアクリルアミン
の方法である。
上記第６のパターン形成方法において、塩基性樹脂がポ
リビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリアクリ
ルイミド、ポリビニルアミンまたはポリアクリルアミン
の方法である。
【００１５】本発明に係る第８のパターン形成方法は、
上記第２のパターン形成方法において、塩基性有機膜
が、塩基成分を含有する樹脂の方法である。
上記第２のパターン形成方法において、塩基性有機膜
が、塩基成分を含有する樹脂の方法である。
【００１６】本発明に係る第９のパターン形成方法は、
上記第８のパターン形成方法において、樹脂がポリビニ
ルアルコール、ポリアクリル酸、ポリビニルアセター
ル、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルエーテル、ポ
リビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリアクリ
ルイミド、ポリエチレングリコール、ポリエーテルポリ
オールまたはポリエステルポリオールであり、塩基成分
が、アミノ化合物、イミノ化合物、水酸化物、ピリジン
塩基またはそれらの化合物塩の方法である。
上記第８のパターン形成方法において、樹脂がポリビニ
ルアルコール、ポリアクリル酸、ポリビニルアセター
ル、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルエーテル、ポ
リビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリアクリ
ルイミド、ポリエチレングリコール、ポリエーテルポリ
オールまたはポリエステルポリオールであり、塩基成分
が、アミノ化合物、イミノ化合物、水酸化物、ピリジン
塩基またはそれらの化合物塩の方法である。
【００１７】本発明に係る第１０のパターン形成方法
は、上記第２のパターン形成方法において、塩基性有機
膜に酸性成分または界面活性剤を添加する方法である。
は、上記第２のパターン形成方法において、塩基性有機
膜に酸性成分または界面活性剤を添加する方法である。
【００１８】本発明に係る第１１のパターン形成方法
は、上記第１０のパターン形成方法において、酸性成分
が、アルキルカルボン酸、アルキルスルホン酸またはサ
リチル酸の方法である。
は、上記第１０のパターン形成方法において、酸性成分
が、アルキルカルボン酸、アルキルスルホン酸またはサ
リチル酸の方法である。
【００１９】本発明に係る第１２のパターン形成方法
は、上記第１ないし第６のいずれかのパターン形成方法
において、第１のネガ型レジストパターンの表面部と有
機膜を剥離液により溶解除去して第２のネガ型レジスト
パターンを形成する方法である。
は、上記第１ないし第６のいずれかのパターン形成方法
において、第１のネガ型レジストパターンの表面部と有
機膜を剥離液により溶解除去して第２のネガ型レジスト
パターンを形成する方法である。
【００２０】本発明に係る第１３のパターン形成方法
は、上記第１ないし第６のいずれかのパターン形成方法
において、ネガ型レジストが、化学増幅型ネガレジスト
の方法である。
は、上記第１ないし第６のいずれかのパターン形成方法
において、ネガ型レジストが、化学増幅型ネガレジスト
の方法である。
【００２１】本発明に係る第１４のパターン形成方法
は、上記第１３のパターン形成方法において、化学増幅
型ネガ型レジストが、残存するフェノール性水酸基によ
る酸性膜の方法である。
は、上記第１３のパターン形成方法において、化学増幅
型ネガ型レジストが、残存するフェノール性水酸基によ
る酸性膜の方法である。
【００２２】本発明に係る第１５のパターン形成方法
は、上記第１２ないし第１４のいずれかのパターン形成
方法において、剥離液が塩基性剥離液の方法である。
は、上記第１２ないし第１４のいずれかのパターン形成
方法において、剥離液が塩基性剥離液の方法である。
【００２３】本発明に係る第１６のパターン形成方法
は、上記第１５のパターン形成方法において、塩基性剥
離液が、アミノ化合物、イミノ化合物、水酸化物、ピリ
ジン塩基もしくはこれらの化合物塩である塩基性化合物
を水溶液、有機溶剤、または有機溶剤と水との混合溶剤
に添加したものの方法である。
は、上記第１５のパターン形成方法において、塩基性剥
離液が、アミノ化合物、イミノ化合物、水酸化物、ピリ
ジン塩基もしくはこれらの化合物塩である塩基性化合物
を水溶液、有機溶剤、または有機溶剤と水との混合溶剤
に添加したものの方法である。
【００２４】本発明に係る第１７のパターン形成方法
は、上記第１５または第１６のパターン形成方法におい
て、塩基性剥離液が、テトラメチルアンモニウムハイド
ロオキサイド含有塩基性水溶液またはこの塩基性水溶液
にアルコールを添加したものの方法である。
は、上記第１５または第１６のパターン形成方法におい
て、塩基性剥離液が、テトラメチルアンモニウムハイド
ロオキサイド含有塩基性水溶液またはこの塩基性水溶液
にアルコールを添加したものの方法である。
【００２５】本発明に係る第１８のパターン形成方法
は、上記第１２ないし第１４のいずれかのパターン形成
方法において、剥離液が、有機溶剤または水と有機溶剤
との混合溶剤を用いる方法である。
は、上記第１２ないし第１４のいずれかのパターン形成
方法において、剥離液が、有機溶剤または水と有機溶剤
との混合溶剤を用いる方法である。
【００２６】本発明に係る第１９のパターン形成方法
は、上記第１６または１８のパターン形成方法におい
て、水と有機溶剤との混合割合を調整して溶解除去量を
制御する方法である。
は、上記第１６または１８のパターン形成方法におい
て、水と有機溶剤との混合割合を調整して溶解除去量を
制御する方法である。
【００２７】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、ネガ型レジスト膜を形成した後
に、上記第１ないし１９のいずれかのパターン形成方法
によりレジストパターンを形成する方法である。
は、半導体基板上に、ネガ型レジスト膜を形成した後
に、上記第１ないし１９のいずれかのパターン形成方法
によりレジストパターンを形成する方法である。
【００２８】本発明に係る第１の半導体装置は、上記第
１の半導体装置の製造方法により製造したものである。
１の半導体装置の製造方法により製造したものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】実施の形態１．本発明の第１の実
施の形態のパターン形成方法は、半導体基板上に、ネガ
型レジスト（第１のネガ型レジストパターン）をパター
ン形成した（第１の工程）後に、形成したレジストパタ
ーン上に例えば塩基性の有機膜を形成し（第２の工
程）、上記有機膜の塩基成分をレジスト中に拡散させ、
レジストパターンの表面層を可溶化させ、上記有機膜と
上記可溶化させたレジストパターンの表面層を例えば剥
離液により除去する（第３の工程）方法で、露光波長以
下のサイズを有するパターン（第２のネガ型レジストパ
ターン）の形成を実現することができる。また、上記第
２と第３の工程の間、即ち第１のネガ型レジストパター
ン上に塩基性の有機膜を形成した後、熱処理により、上
記有機膜の塩基成分を効率的に第１のネガ型レジストパ
ターンへ拡散することができる。
施の形態のパターン形成方法は、半導体基板上に、ネガ
型レジスト（第１のネガ型レジストパターン）をパター
ン形成した（第１の工程）後に、形成したレジストパタ
ーン上に例えば塩基性の有機膜を形成し（第２の工
程）、上記有機膜の塩基成分をレジスト中に拡散させ、
レジストパターンの表面層を可溶化させ、上記有機膜と
上記可溶化させたレジストパターンの表面層を例えば剥
離液により除去する（第３の工程）方法で、露光波長以
下のサイズを有するパターン（第２のネガ型レジストパ
ターン）の形成を実現することができる。また、上記第
２と第３の工程の間、即ち第１のネガ型レジストパター
ン上に塩基性の有機膜を形成した後、熱処理により、上
記有機膜の塩基成分を効率的に第１のネガ型レジストパ
ターンへ拡散することができる。
【００３０】また、上記塩基性有機膜材料として、例え
ばポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリア
クリルイミドもしくはポリビニルアミンまたはその塩等
のそれ自体が塩基性の塩基性樹脂を用いることができ
る。これらの樹脂は上記に限定されるものではなく、塩
基性を有するポリマーまたはオリゴマーで基板上に均一
に塗布できるものであれば何でも良く、特に、水溶性樹
脂が塗布時に第１のネガ型レジストパターンが変質する
ことが防止されるため好ましい。
ばポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリア
クリルイミドもしくはポリビニルアミンまたはその塩等
のそれ自体が塩基性の塩基性樹脂を用いることができ
る。これらの樹脂は上記に限定されるものではなく、塩
基性を有するポリマーまたはオリゴマーで基板上に均一
に塗布できるものであれば何でも良く、特に、水溶性樹
脂が塗布時に第１のネガ型レジストパターンが変質する
ことが防止されるため好ましい。
【００３１】また、上記塩基性有機膜として、樹脂に塩
基成分を添加した有機膜材料を用いることができる。上
記樹脂としては、ポリビニルアルコール、ポリアクリル
酸、ポリビニルアセタール、ポリエチレンオキサイド、
ポリビニルエーテル、ポリビニルピロリドン、ポリエチ
レンイミン、ポリアクリルイミド、ポリエチレングリコ
ール、ポリエーテルポリオールもしくはポリエステルポ
リオールまたはその塩等を用いることができ、これに限
定されるものではなく、レジストパターンを溶解させな
い溶剤に溶解するポリマーまたはオリゴマーで基板上に
均一に塗布できるものであれば、特に限定されない。特
に、水溶性樹脂が好ましい。
基成分を添加した有機膜材料を用いることができる。上
記樹脂としては、ポリビニルアルコール、ポリアクリル
酸、ポリビニルアセタール、ポリエチレンオキサイド、
ポリビニルエーテル、ポリビニルピロリドン、ポリエチ
レンイミン、ポリアクリルイミド、ポリエチレングリコ
ール、ポリエーテルポリオールもしくはポリエステルポ
リオールまたはその塩等を用いることができ、これに限
定されるものではなく、レジストパターンを溶解させな
い溶剤に溶解するポリマーまたはオリゴマーで基板上に
均一に塗布できるものであれば、特に限定されない。特
に、水溶性樹脂が好ましい。
【００３２】また、上記塩基成分としては、アミノ化合
物、イミノ化合物、水酸化物もしくはピリジン塩基また
はそれらの化合物塩を用いることができ、例えば、テト
ラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、エタノール
アミン、トリエチルアミン、アンモニア、メチルアミ
ン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ヘ
キシルアミン、シクロヘキシルアミン、デシルアミン、
セシルアミン、ヒドラジン、テトラメチレンジアミン、
ヘキサメチレンジアミン、ベンジルアミン、アニリン、
ナフチルアミン、フェニレンジアミン、トルエンジアミ
ン、ジアミノジフェニルメタン、ヘキサメチルテトラミ
ン、ピペリジンまたはピペラジンなどが挙げられ、特に
テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、エタノ
ールアミンまたはアンモニア等の有機アミンが好ましい
が、上記に限定されるものではなく、レジストパターン
を溶解させない溶剤に溶解するものであれば、特に限定
されない。
物、イミノ化合物、水酸化物もしくはピリジン塩基また
はそれらの化合物塩を用いることができ、例えば、テト
ラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、エタノール
アミン、トリエチルアミン、アンモニア、メチルアミ
ン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ヘ
キシルアミン、シクロヘキシルアミン、デシルアミン、
セシルアミン、ヒドラジン、テトラメチレンジアミン、
ヘキサメチレンジアミン、ベンジルアミン、アニリン、
ナフチルアミン、フェニレンジアミン、トルエンジアミ
ン、ジアミノジフェニルメタン、ヘキサメチルテトラミ
ン、ピペリジンまたはピペラジンなどが挙げられ、特に
テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、エタノ
ールアミンまたはアンモニア等の有機アミンが好ましい
が、上記に限定されるものではなく、レジストパターン
を溶解させない溶剤に溶解するものであれば、特に限定
されない。
【００３３】また、上記有機膜材料を用いて有機膜を形
成する場合の上記溶剤としては、水が好ましいが、レジ
ストパターンを溶解させない有機溶剤または有機溶剤と
水との混合溶剤が用いられる。
成する場合の上記溶剤としては、水が好ましいが、レジ
ストパターンを溶解させない有機溶剤または有機溶剤と
水との混合溶剤が用いられる。
【００３４】また、上記塩基性有機膜中に酸性成分を添
加することにより、塩基性有機膜からレジストへの塩基
の拡散長を抑制する効果がある。上記酸性成分として
は、アルキルカルボン酸、アルキルスルホン酸またはサ
リチル酸等を用いることができる。
加することにより、塩基性有機膜からレジストへの塩基
の拡散長を抑制する効果がある。上記酸性成分として
は、アルキルカルボン酸、アルキルスルホン酸またはサ
リチル酸等を用いることができる。
【００３５】また、上記有機膜中に、成膜性向上させる
目的で界面活性剤を添加剤として含むことができる。界
面活性剤は、少量の添加で基板上に均一に成膜させるこ
とができれば、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面
活性剤、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤または
フッ素系界面活性剤が良く、例えば、エチレンオキサイ
ド付加物、ポリエチレングリコール誘導体、レシチン誘
導体、プロピレングリコール脂肪酸エステル、グリセリ
ン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセリン脂肪
酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ソルビタ
ン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪
酸エステル、ポリオキシエチレンソルビット脂肪酸エス
テル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキ
シエチレンアルキルフェノール、ポリオキシエチレンア
ルキルフェニルホルムアルデヒド縮合物、ポリオキシエ
チレンヒマシ油もしくは硬化ヒマシ油、ポリオキシエチ
レンステロールもしくは水素添加ステロール、ポリエチ
レングリコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンア
ルキルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピ
レンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフ
ェニルエーテル、ポリオキシエチレンラノリン、ラノリ
ンアルコールもしくはミツロウ誘導体、ポリオキシエチ
レンアルキルアミンもしくは脂肪酸アミド、ポリオキシ
エチレンアルキルエーテルリン酸もしくはリン酸塩、ア
ルキルエーテルカルボン酸塩、アルキルリン酸塩とポリ
オキシエチレンアルキルエーテルリン酸塩、アルキルベ
ンゼンスルホン酸塩、スルホン酸塩、第４級アンモニウ
ム塩、オクチルピロリドン、アルキルピロリドン、アル
キルピリジニウム塩、酢酸ベタイン型両性界面活性剤、
イミダゾリン型両性界面活性剤、エチレンオキサイドと
プロピレンオキサイドとのブロック重合型非イオン系界
面活性剤、パーフルオロアルキルスルホン酸塩、パーフ
ルオロアルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキルポ
リオキシエチレンエタノール、パーフルオロアルキル第
４アンモニウムヨウ化物、フッ素化アルキルエステルま
たはパーフルオロアルキルポリエチレンオキサイドなど
が挙げられる。特に、水溶性界面活性剤が好ましい。
目的で界面活性剤を添加剤として含むことができる。界
面活性剤は、少量の添加で基板上に均一に成膜させるこ
とができれば、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面
活性剤、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤または
フッ素系界面活性剤が良く、例えば、エチレンオキサイ
ド付加物、ポリエチレングリコール誘導体、レシチン誘
導体、プロピレングリコール脂肪酸エステル、グリセリ
ン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセリン脂肪
酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ソルビタ
ン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪
酸エステル、ポリオキシエチレンソルビット脂肪酸エス
テル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキ
シエチレンアルキルフェノール、ポリオキシエチレンア
ルキルフェニルホルムアルデヒド縮合物、ポリオキシエ
チレンヒマシ油もしくは硬化ヒマシ油、ポリオキシエチ
レンステロールもしくは水素添加ステロール、ポリエチ
レングリコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンア
ルキルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピ
レンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフ
ェニルエーテル、ポリオキシエチレンラノリン、ラノリ
ンアルコールもしくはミツロウ誘導体、ポリオキシエチ
レンアルキルアミンもしくは脂肪酸アミド、ポリオキシ
エチレンアルキルエーテルリン酸もしくはリン酸塩、ア
ルキルエーテルカルボン酸塩、アルキルリン酸塩とポリ
オキシエチレンアルキルエーテルリン酸塩、アルキルベ
ンゼンスルホン酸塩、スルホン酸塩、第４級アンモニウ
ム塩、オクチルピロリドン、アルキルピロリドン、アル
キルピリジニウム塩、酢酸ベタイン型両性界面活性剤、
イミダゾリン型両性界面活性剤、エチレンオキサイドと
プロピレンオキサイドとのブロック重合型非イオン系界
面活性剤、パーフルオロアルキルスルホン酸塩、パーフ
ルオロアルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキルポ
リオキシエチレンエタノール、パーフルオロアルキル第
４アンモニウムヨウ化物、フッ素化アルキルエステルま
たはパーフルオロアルキルポリエチレンオキサイドなど
が挙げられる。特に、水溶性界面活性剤が好ましい。
【００３６】また、上記ネガ型レジストとしては、剥離
液による表面処理により再溶解可能なものを用いるが、
例えば、化学増幅型ネガレジストを用いる。化学増幅型
ネガレジストとしては、特に、酸触媒化学増幅型ネガレ
ジストが好ましい。酸触媒化学増幅型ネガレジストとし
ては、例えばノボラック樹脂、メラミン（架橋剤）およ
び酸発生剤から構成されるもので、架橋した部分はフェ
ノール性水酸基が残存している酸性膜である。
液による表面処理により再溶解可能なものを用いるが、
例えば、化学増幅型ネガレジストを用いる。化学増幅型
ネガレジストとしては、特に、酸触媒化学増幅型ネガレ
ジストが好ましい。酸触媒化学増幅型ネガレジストとし
ては、例えばノボラック樹脂、メラミン（架橋剤）およ
び酸発生剤から構成されるもので、架橋した部分はフェ
ノール性水酸基が残存している酸性膜である。
【００３７】また、上記酸触媒化学増幅型ネガレジスト
を用いた場合、上記剥離液として、塩基性剥離液を用い
ることが好ましい。塩基性剥離液としては、例えば、ア
ミノ化合物、イミノ化合物、水酸化物、ピリジン塩基も
しくはそれらの化合物塩などの塩基性化合物を溶剤に溶
解したものが用いられ、溶剤としては、水溶液、有機溶
剤または有機溶剤と水との混合溶剤が挙げられる。ま
た、塩基性化合物濃度を調整することにより、レジスト
の溶解量を制御することができる。上記塩基性化合物と
しては、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオ
キサイド、エタノールアミン、トリエチルアミン、アン
モニア、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミ
ン、ブチルアミン、ヘキシルアミン、シクロヘキシルア
ミン、デシルアミン、セシルアミン、ヒドラジン、テト
ラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ベンジ
ルアミン、アニリン、ナフチルアミン、フェニレンジア
ミン、トルエンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、
ヘキサメチルテトラミン、ピペリジンまたはピペラジン
などが挙げられるが、上記に限定されるものではなく、
溶剤に溶解するものであれば何でも良い。具体例とし
て、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド含有
塩基性水溶液、またはこの塩基性水溶液にアルコールな
どの極性有機溶剤を添加したものが挙げられる。
を用いた場合、上記剥離液として、塩基性剥離液を用い
ることが好ましい。塩基性剥離液としては、例えば、ア
ミノ化合物、イミノ化合物、水酸化物、ピリジン塩基も
しくはそれらの化合物塩などの塩基性化合物を溶剤に溶
解したものが用いられ、溶剤としては、水溶液、有機溶
剤または有機溶剤と水との混合溶剤が挙げられる。ま
た、塩基性化合物濃度を調整することにより、レジスト
の溶解量を制御することができる。上記塩基性化合物と
しては、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオ
キサイド、エタノールアミン、トリエチルアミン、アン
モニア、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミ
ン、ブチルアミン、ヘキシルアミン、シクロヘキシルア
ミン、デシルアミン、セシルアミン、ヒドラジン、テト
ラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ベンジ
ルアミン、アニリン、ナフチルアミン、フェニレンジア
ミン、トルエンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、
ヘキサメチルテトラミン、ピペリジンまたはピペラジン
などが挙げられるが、上記に限定されるものではなく、
溶剤に溶解するものであれば何でも良い。具体例とし
て、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド含有
塩基性水溶液、またはこの塩基性水溶液にアルコールな
どの極性有機溶剤を添加したものが挙げられる。
【００３８】また、上記剥離液として、有機溶剤または
水と有機溶剤との混合溶剤を用いることができる。有機
溶剤としては、アルコール系、ケトン系、エーテル系、
エステル系、ハロゲン化炭化水素系、ベンゼン系、アル
コキシベンゼン系、環状ケトン系などで、例えばトルエ
ン、キシレン、メトキシベンゼン、エトキシベンゼン、
フェノール、ベンゼン、ピリジン、シクロヘキサン、ジ
オキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケト
ン、アセトン、酢酸ｔ―ブチル、酢酸ｎ―ブチル、酢酸
エチル、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、イソ
プロピルエーテル、メチルセロソルブ、エチルセロソル
ブ、Ｎ―メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、
Ｎ，Ｎ’―ジメチルホルムアミド、エタノール、メタノ
ール、イソプロパノール、ブチルアルコール、エチレン
グリコール、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、ｎ―
ブチルエーテル、ｎ―ヘキサン、ｎ―ヘプタン、メトキ
シベンゼン、エトキシベンゼン、フェネトール、ベラト
ロール、γ−ブチロラクトンまたはクロロホルムなどが
挙げられ、それらの溶剤の単独またはレジスト膜に用い
る材料の溶解性に合わせて、レジストパターンを完全溶
解しない範囲で混合すれば良い。特に、レジストパター
ンを溶解させる良溶剤である極性有機溶剤と貧溶剤であ
る水との混合液を剥離液とするのが好ましい。
水と有機溶剤との混合溶剤を用いることができる。有機
溶剤としては、アルコール系、ケトン系、エーテル系、
エステル系、ハロゲン化炭化水素系、ベンゼン系、アル
コキシベンゼン系、環状ケトン系などで、例えばトルエ
ン、キシレン、メトキシベンゼン、エトキシベンゼン、
フェノール、ベンゼン、ピリジン、シクロヘキサン、ジ
オキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケト
ン、アセトン、酢酸ｔ―ブチル、酢酸ｎ―ブチル、酢酸
エチル、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、イソ
プロピルエーテル、メチルセロソルブ、エチルセロソル
ブ、Ｎ―メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、
Ｎ，Ｎ’―ジメチルホルムアミド、エタノール、メタノ
ール、イソプロパノール、ブチルアルコール、エチレン
グリコール、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、ｎ―
ブチルエーテル、ｎ―ヘキサン、ｎ―ヘプタン、メトキ
シベンゼン、エトキシベンゼン、フェネトール、ベラト
ロール、γ−ブチロラクトンまたはクロロホルムなどが
挙げられ、それらの溶剤の単独またはレジスト膜に用い
る材料の溶解性に合わせて、レジストパターンを完全溶
解しない範囲で混合すれば良い。特に、レジストパター
ンを溶解させる良溶剤である極性有機溶剤と貧溶剤であ
る水との混合液を剥離液とするのが好ましい。
【００３９】以下、本実施の形態を図を用いて説明す
る。図１（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第１の実施の形態
のレジストパターンの形成方法を工程順に示す説明図で
あり、２は半導体基板、３は配線等による段差、４は例
えば化学増幅型のネガレジスト膜、５はフォトマスクで
５ａはその開口部、６ａは第１のネガ型レジストパター
ン、７は有機膜で、加熱により塩基を発生する。８は第
２のネガ型レジストパターン、１１は表面可溶層であ
る。
る。図１（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第１の実施の形態
のレジストパターンの形成方法を工程順に示す説明図で
あり、２は半導体基板、３は配線等による段差、４は例
えば化学増幅型のネガレジスト膜、５はフォトマスクで
５ａはその開口部、６ａは第１のネガ型レジストパター
ン、７は有機膜で、加熱により塩基を発生する。８は第
２のネガ型レジストパターン、１１は表面可溶層であ
る。
【００４０】まず、段差３が形成された半導体基板２の
上に、エキシマ用化学増幅型ネガレジスト膜４を２００
０〜２００００Åの膜厚で設ける｛図１（ａ）｝。尚、
上記ネガレジストを塗布する前に上記半導体基板２表面
をヘキサメチレンジシラザン等により処理し、レジスト
膜４との密着性を強化してもよい。また、レジスト膜４
上に上層材を塗布してもよい。また、塗布後に熱処理を
行ってもよい。さらには、反射防止膜を形成してもよ
い。
上に、エキシマ用化学増幅型ネガレジスト膜４を２００
０〜２００００Åの膜厚で設ける｛図１（ａ）｝。尚、
上記ネガレジストを塗布する前に上記半導体基板２表面
をヘキサメチレンジシラザン等により処理し、レジスト
膜４との密着性を強化してもよい。また、レジスト膜４
上に上層材を塗布してもよい。また、塗布後に熱処理を
行ってもよい。さらには、反射防止膜を形成してもよ
い。
【００４１】次に、０．２５μｍの線幅のパターン（開
口部５ａの幅に相当）が得られるように調整したフォト
マスク５（５：１縮小投影露光の場合は、１．２５μｍ
の線幅）を用いて、半導体基板２の段差３の下部に焦点
を合わせて、エキシマ用化学増幅型ネガレジスト膜４に
向けて選択的に露光光（ＫｒＦ光）を照射した。
口部５ａの幅に相当）が得られるように調整したフォト
マスク５（５：１縮小投影露光の場合は、１．２５μｍ
の線幅）を用いて、半導体基板２の段差３の下部に焦点
を合わせて、エキシマ用化学増幅型ネガレジスト膜４に
向けて選択的に露光光（ＫｒＦ光）を照射した。
【００４２】次に、ＰＥＢ（露光後ベーク）を行った
後、現像処理を行うと、本実施の形態では、露光光の波
長よりパターンの寸法が大きいので、段差３上部でも下
部でも、０．２５μｍの第１のネガ型レジストパターン
６ａが得られた｛図１（ｃ）｝。
後、現像処理を行うと、本実施の形態では、露光光の波
長よりパターンの寸法が大きいので、段差３上部でも下
部でも、０．２５μｍの第１のネガ型レジストパターン
６ａが得られた｛図１（ｃ）｝。
【００４３】次に、第１のネガ型レジストパターン６ａ
上に、上記ネガ型レジストパターン６ａ中に塩基を拡散
させるための有機膜７として、例えばポリアクリルイミ
ドを塗布する。その後、ホットプレート（図示せず）の
上に載せて、有機膜７に対して、１２０℃、６０秒の熱
処理を行うのが好ましい。これは、有機膜７を加熱して
塩基を第１のネガ型レジストパターン６ａへの拡散を促
進させることにより、第１のネガ型レジストパターン６
ａを部分的に剥離液に可溶化させるためで、このように
して、第１のネガ型レジストパターン６ａの表面に表面
可溶層１１を形成する。
上に、上記ネガ型レジストパターン６ａ中に塩基を拡散
させるための有機膜７として、例えばポリアクリルイミ
ドを塗布する。その後、ホットプレート（図示せず）の
上に載せて、有機膜７に対して、１２０℃、６０秒の熱
処理を行うのが好ましい。これは、有機膜７を加熱して
塩基を第１のネガ型レジストパターン６ａへの拡散を促
進させることにより、第１のネガ型レジストパターン６
ａを部分的に剥離液に可溶化させるためで、このように
して、第１のネガ型レジストパターン６ａの表面に表面
可溶層１１を形成する。
【００４４】次に、モノエタノールアミンを５ｗｔ％、
エタノールを２０ｗｔ％を添加した水溶液を塩基性剥離
液として浸漬処理を行うと、第１のネガ型レジストパタ
ーン６ａの表面可溶層１１と有機膜７が溶解し、線幅
が、０．１０μｍシュリンクし、０．１５μｍの第２の
ネガ型レジストパターン８が得られた。
エタノールを２０ｗｔ％を添加した水溶液を塩基性剥離
液として浸漬処理を行うと、第１のネガ型レジストパタ
ーン６ａの表面可溶層１１と有機膜７が溶解し、線幅
が、０．１０μｍシュリンクし、０．１５μｍの第２の
ネガ型レジストパターン８が得られた。
【００４５】なお、上記熱処理温度を高くすること、ま
た熱処理時間を長くすることで、表面可溶層１１の厚み
は大きくなり、線幅のシュリンク量は大きくなる。ま
た、上記第１と第２の工程の間、即ち上記有機膜を設け
る前に、熱処理を第１のネガ型レジストパターンに施す
と、第１のネガ型レジストパターンの架橋が追加され、
表面可溶層１１の厚みは小さくなり、線幅のシュリンク
量は小さくなる。
た熱処理時間を長くすることで、表面可溶層１１の厚み
は大きくなり、線幅のシュリンク量は大きくなる。ま
た、上記第１と第２の工程の間、即ち上記有機膜を設け
る前に、熱処理を第１のネガ型レジストパターンに施す
と、第１のネガ型レジストパターンの架橋が追加され、
表面可溶層１１の厚みは小さくなり、線幅のシュリンク
量は小さくなる。
【００４６】本実施の形態において、塩基性の有機膜を
上層膜として用いるが、上層膜は樹脂単独あるいはその
他の成分と混合したものが適用できる。
上層膜として用いるが、上層膜は樹脂単独あるいはその
他の成分と混合したものが適用できる。
【００４７】上記第１と第２の工程の間、または上記第
２と第３の工程の間に、光照射を行い、上記剥離により
溶解除去可能なレジストパターンの表面層の厚みを制御
することができるが、詳細は下記実施の形態３に示す。
２と第３の工程の間に、光照射を行い、上記剥離により
溶解除去可能なレジストパターンの表面層の厚みを制御
することができるが、詳細は下記実施の形態３に示す。
【００４８】なお、有機膜７を熱処理して、第１のネガ
型レジストパターン６ａの表面可溶層１１を塩基性水溶
液の剥離液に可溶化させるメカニズムは次のように説明
される。エキシマ用化学増幅型ネガレジストでは、ノボ
ラック樹脂、メラミン（架橋剤）と酸発生剤から構成さ
れるものが広く使用されており、アルカリ可溶性になっ
ている。これに光照射すると、酸が発生し、ノボラック
樹脂とメラミンとの間で架橋反応が起こって分子量が増
加し、所定濃度のテトラメチルアンモニウムハイドロオ
キサイド含有のアルカリ現像液に難溶化する。すなわ
ち、このレジストの特徴は、照射部と未照射部との塩基
性剥離液に対する溶解度差が大きいことである。しか
し、光照射で架橋させた部分の分子構造には、フェノー
ル性水酸基が残存するため、塩基の濃度や種類によって
は可溶化する。したがって、第１のネガ型レジストパタ
ーン６ａに熱処理によって発生した塩基を作用させる
と、レジスト表面層は高い濃度の塩基が供給されること
になり、アルカリ可溶となり、塩基性剥離液で処理する
ことにより、レジスト中に塩基が拡散した部分のみが溶
解し、レジストパターン幅（レジストの残し部分）を細
くすることができ、これにより、露光波長以下の微細パ
ターンを安定して形成することができる。
型レジストパターン６ａの表面可溶層１１を塩基性水溶
液の剥離液に可溶化させるメカニズムは次のように説明
される。エキシマ用化学増幅型ネガレジストでは、ノボ
ラック樹脂、メラミン（架橋剤）と酸発生剤から構成さ
れるものが広く使用されており、アルカリ可溶性になっ
ている。これに光照射すると、酸が発生し、ノボラック
樹脂とメラミンとの間で架橋反応が起こって分子量が増
加し、所定濃度のテトラメチルアンモニウムハイドロオ
キサイド含有のアルカリ現像液に難溶化する。すなわ
ち、このレジストの特徴は、照射部と未照射部との塩基
性剥離液に対する溶解度差が大きいことである。しか
し、光照射で架橋させた部分の分子構造には、フェノー
ル性水酸基が残存するため、塩基の濃度や種類によって
は可溶化する。したがって、第１のネガ型レジストパタ
ーン６ａに熱処理によって発生した塩基を作用させる
と、レジスト表面層は高い濃度の塩基が供給されること
になり、アルカリ可溶となり、塩基性剥離液で処理する
ことにより、レジスト中に塩基が拡散した部分のみが溶
解し、レジストパターン幅（レジストの残し部分）を細
くすることができ、これにより、露光波長以下の微細パ
ターンを安定して形成することができる。
【００４９】なお、上記説明では、半導体基板２の上に
レジストパターンを形成する場合を挙げた。しかし、半
導体装置の製造におけるレジストパターンの形成は、半
導体基板の上だけではなく、シリコン酸化膜などの絶縁
膜の上またはポリシリコン膜、金属膜などの各種の膜の
上に形成される。本実施の形態は、これら全ての下地膜
の上にレジスト膜を形成する際に適用できるものとす
る。この明細書で、「半導体基板の上に」という場合
は、これら全ての場合を含むものとする。
レジストパターンを形成する場合を挙げた。しかし、半
導体装置の製造におけるレジストパターンの形成は、半
導体基板の上だけではなく、シリコン酸化膜などの絶縁
膜の上またはポリシリコン膜、金属膜などの各種の膜の
上に形成される。本実施の形態は、これら全ての下地膜
の上にレジスト膜を形成する際に適用できるものとす
る。この明細書で、「半導体基板の上に」という場合
は、これら全ての場合を含むものとする。
【００５０】実施の形態２．図２（ａ）〜（ｄ）は、本
発明の第２の実施の形態のパターン形成方法で、具体的
には間隔の狭いホールパターンの形成方法を上面から示
して工程順に示す説明図であり、１７は第１のネガ型レ
ジストパターン、１８は第２のネガ型レジストパターン
である。
発明の第２の実施の形態のパターン形成方法で、具体的
には間隔の狭いホールパターンの形成方法を上面から示
して工程順に示す説明図であり、１７は第１のネガ型レ
ジストパターン、１８は第２のネガ型レジストパターン
である。
【００５１】図３は、従来の方法により形成したホール
パターンを示す平面図で、１９はホールパターン、２０
はディンプルである。即ち、従来技術により、ＫｒＦ用
酸触媒化学増幅型ネガレジストを用いてパターンを得る
と、ホール間隔の狭いパターン、例えば、図３に示すよ
うに、ホールサイズが０．３０μｍ、ホール間隔が０．
１８μｍ（露光波長より小）のアレイパターンの形成
で、ハーフトーンマスクを用いた場合、サブピークによ
りディンプル（くぼみ）２０が発生し、エッチング後に
不要な穴が空いてしまう。
パターンを示す平面図で、１９はホールパターン、２０
はディンプルである。即ち、従来技術により、ＫｒＦ用
酸触媒化学増幅型ネガレジストを用いてパターンを得る
と、ホール間隔の狭いパターン、例えば、図３に示すよ
うに、ホールサイズが０．３０μｍ、ホール間隔が０．
１８μｍ（露光波長より小）のアレイパターンの形成
で、ハーフトーンマスクを用いた場合、サブピークによ
りディンプル（くぼみ）２０が発生し、エッチング後に
不要な穴が空いてしまう。
【００５２】しかし、本実施の形態においては、下記の
ように、サブピークの影響が少なく、ディンプルが発生
しない。以下、本実施の形態を図２を用いて説明する。
まず、半導体基板上に、通常のフォトリソグラフィによ
り、ＫｒＦレーザ用化学増幅型ネガレジストによるホー
ルサイズが０．２４μｍ、ホール間隔が０．２４μｍの
第１のネガ型レジストパターンであるホールパターン１
７を形成する｛図２（ａ）｝。このように、光源波長
（この場合、０．２４μｍ）以上のホール間隔の場合
は、フォーカスマージンに余裕があり、サブピークの影
響が少なく、図３に示したようなディンプルは発生しな
い。
ように、サブピークの影響が少なく、ディンプルが発生
しない。以下、本実施の形態を図２を用いて説明する。
まず、半導体基板上に、通常のフォトリソグラフィによ
り、ＫｒＦレーザ用化学増幅型ネガレジストによるホー
ルサイズが０．２４μｍ、ホール間隔が０．２４μｍの
第１のネガ型レジストパターンであるホールパターン１
７を形成する｛図２（ａ）｝。このように、光源波長
（この場合、０．２４μｍ）以上のホール間隔の場合
は、フォーカスマージンに余裕があり、サブピークの影
響が少なく、図３に示したようなディンプルは発生しな
い。
【００５３】次に、第１のネガ型レジストパターン１７
を含む半導体基板上に塩基成分を含む有機膜７を形成す
る｛図２（ｂ）｝。次に、実施の形態１と同様に、熱処
理を行い、これにより、第１のネガ型レジストパターン
１７の表面可溶層１１を形成する｛図２（ｃ）｝。な
お、この後、第１のネガ型レジストパターンの露光処理
を行って、架橋密度を制御し、次ステップの剥離処理で
除去する表面可溶層１１の厚みを制御しても良いが詳細
は下記実施の形態３に示す。
を含む半導体基板上に塩基成分を含む有機膜７を形成す
る｛図２（ｂ）｝。次に、実施の形態１と同様に、熱処
理を行い、これにより、第１のネガ型レジストパターン
１７の表面可溶層１１を形成する｛図２（ｃ）｝。な
お、この後、第１のネガ型レジストパターンの露光処理
を行って、架橋密度を制御し、次ステップの剥離処理で
除去する表面可溶層１１の厚みを制御しても良いが詳細
は下記実施の形態３に示す。
【００５４】実施の形態１と同様に、第１のネガ型レジ
ストパターンの表面可溶層１１と有機膜７を剥離液で除
去する。具体的には、テトラメチルアンモニウムハイド
ロオキサイドの３．０ｗｔ％水溶液を剥離液として剥離
する。結果として、有機膜の露光された部分のレジスト
ホールパターンの寸法が０．０６μｍ後退し、ディンプ
ルのないホールサイズが０．３０μｍの第２のネガ型レ
ジストパターンであるホールパターン１８が得られた
｛図２（ｄ）｝。すなわち、従来技術では得られなかっ
たホール間隔の狭い第２のネガ型レジストパターン１８
を形成することができる。
ストパターンの表面可溶層１１と有機膜７を剥離液で除
去する。具体的には、テトラメチルアンモニウムハイド
ロオキサイドの３．０ｗｔ％水溶液を剥離液として剥離
する。結果として、有機膜の露光された部分のレジスト
ホールパターンの寸法が０．０６μｍ後退し、ディンプ
ルのないホールサイズが０．３０μｍの第２のネガ型レ
ジストパターンであるホールパターン１８が得られた
｛図２（ｄ）｝。すなわち、従来技術では得られなかっ
たホール間隔の狭い第２のネガ型レジストパターン１８
を形成することができる。
【００５５】本実施の形態は実施の形態１のプロセスを
レジストホールパターンに応用したものであり、生成す
るレジストパターンが異なるが、プロセスとその効果は
同様であるから、重複説明は省略する。また、この効果
は、ハーフトーンマスクやノーマルマスクを用いて形成
したレジストホールパターンに対しても適用可能であ
る。
レジストホールパターンに応用したものであり、生成す
るレジストパターンが異なるが、プロセスとその効果は
同様であるから、重複説明は省略する。また、この効果
は、ハーフトーンマスクやノーマルマスクを用いて形成
したレジストホールパターンに対しても適用可能であ
る。
【００５６】実施の形態３．本発明の第３の実施の形態
のパターン形成方法は、上記第１または第２の実施の形
態において、上記第２と第３の工程の間、即ち第１のネ
ガ型レジストパターン上に有機膜を形成した後、熱処理
を行う前に光照射を行う方法で、上記剥離液によりレジ
ストパターンの溶解除去可能な表面可溶層の厚みを制御
することができる。
のパターン形成方法は、上記第１または第２の実施の形
態において、上記第２と第３の工程の間、即ち第１のネ
ガ型レジストパターン上に有機膜を形成した後、熱処理
を行う前に光照射を行う方法で、上記剥離液によりレジ
ストパターンの溶解除去可能な表面可溶層の厚みを制御
することができる。
【００５７】また、第１のネガ型レジストパターン形成
時および上記光照射には、Ｈｇランプのｇ線、ｉ線、Ｋ
ｒＦエキシマ、ＡｒＦエキシマ、Ｄｅｅｐ−ＵＶ、ＥＢ
（電子線）、またはＸ−ｒａｙを用いることができ、上
記ネガレジストの感光波長を照射することが好ましい。
時および上記光照射には、Ｈｇランプのｇ線、ｉ線、Ｋ
ｒＦエキシマ、ＡｒＦエキシマ、Ｄｅｅｐ−ＵＶ、ＥＢ
（電子線）、またはＸ−ｒａｙを用いることができ、上
記ネガレジストの感光波長を照射することが好ましい。
【００５８】また、上記光照射をフォトマスクを用いて
行うことにより、溶解除去可能な厚さを制御する部分を
選択することができる。
行うことにより、溶解除去可能な厚さを制御する部分を
選択することができる。
【００５９】以下、図面を参照して、本実施形態につい
て説明する。図４（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第３の実
施の形態のパターン形成方法、具体的には微細レジスト
パターンの形成方法を工程順に示す説明図であり、８
１、８２は各々第２のネガ型レジストパターンの光照射
を経た部分とその他の部分、９は第１のネガ型レジスト
パターンの光照射された部分、１０はフォトマスクで１
０ａはその開口部である。
て説明する。図４（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第３の実
施の形態のパターン形成方法、具体的には微細レジスト
パターンの形成方法を工程順に示す説明図であり、８
１、８２は各々第２のネガ型レジストパターンの光照射
を経た部分とその他の部分、９は第１のネガ型レジスト
パターンの光照射された部分、１０はフォトマスクで１
０ａはその開口部である。
【００６０】まず、半導体基板２上に、通常のフォトリ
ソグラフィにより、ＫｒＦレーザ用酸触媒化学増幅型ネ
ガレジストによる０．２５μｍ幅Ｌ／Ｓの第１のネガ型
レジストパターン６ａを形成する｛図４（ａ）｝。
ソグラフィにより、ＫｒＦレーザ用酸触媒化学増幅型ネ
ガレジストによる０．２５μｍ幅Ｌ／Ｓの第１のネガ型
レジストパターン６ａを形成する｛図４（ａ）｝。
【００６１】次に、上記の０．２５μｍ幅Ｌ／Ｓの第１
のネガ型レジストパターン６ａに、塩基成分を含む有機
膜７を形成する。言い換えれば、塩基成分を含む樹脂に
よる膜を形成する。具体的な例としては、ベース樹脂と
してポリビニルピロリドンを溶液に対して１０ｗｔ％、
テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドをベース
樹脂に対して３ｗｔ％を含む水溶液をスピンコートし、
ホットプレート上で６０〜１５０℃で約１０秒〜３分間
の熱処理を行うすることにより有機膜７を形成する｛図
４（ｂ）｝。
のネガ型レジストパターン６ａに、塩基成分を含む有機
膜７を形成する。言い換えれば、塩基成分を含む樹脂に
よる膜を形成する。具体的な例としては、ベース樹脂と
してポリビニルピロリドンを溶液に対して１０ｗｔ％、
テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドをベース
樹脂に対して３ｗｔ％を含む水溶液をスピンコートし、
ホットプレート上で６０〜１５０℃で約１０秒〜３分間
の熱処理を行うすることにより有機膜７を形成する｛図
４（ｂ）｝。
【００６２】上記第１のネガ型レジストパターン６ａに
対し、線幅を細くしたくない部分にのみ開口１０ａを有
する、所望のパターンを含むフォトマスク１０を用い、
有機膜７に対してＫｒＦエキシマにより１０〜３０００
ｍＪ／ｃｍ2の光照射を行う｛図４（ｃ）｝。第１のネ
ガ型レジストパターン６ａには、この露光処理によっ
て、露光された部分９のみに選択的に架橋反応が進行
し、より難溶化する。
対し、線幅を細くしたくない部分にのみ開口１０ａを有
する、所望のパターンを含むフォトマスク１０を用い、
有機膜７に対してＫｒＦエキシマにより１０〜３０００
ｍＪ／ｃｍ2の光照射を行う｛図４（ｃ）｝。第１のネ
ガ型レジストパターン６ａには、この露光処理によっ
て、露光された部分９のみに選択的に架橋反応が進行
し、より難溶化する。
【００６３】次に、半導体基板２を、ホットプレートで
６０〜１５０℃で約１０秒〜３分間の熱処理を行う。こ
れにより、有機膜７中の塩基成分を第１のネガ型レジス
トパターン６ａ（レジストの残し部分）中に拡散させ、
且つその塩基触媒作用で第１のネガ型レジストパターン
６ａ（レジストの残し部分）の表面層を剥離液に可溶化
させ、表面可溶層１１を形成する｛図４（ｄ）｝。
６０〜１５０℃で約１０秒〜３分間の熱処理を行う。こ
れにより、有機膜７中の塩基成分を第１のネガ型レジス
トパターン６ａ（レジストの残し部分）中に拡散させ、
且つその塩基触媒作用で第１のネガ型レジストパターン
６ａ（レジストの残し部分）の表面層を剥離液に可溶化
させ、表面可溶層１１を形成する｛図４（ｄ）｝。
【００６４】次に、有機膜７と第１のネガ型レジストパ
ターン６ａの表面可溶層１１を剥離液で剥離、除去す
る。具体的には、テトラメチルアンモニウムハイドロオ
キサイドの２．５ｗｔ％水溶液で剥離する｛図４
（ｅ）｝。その後、剥離後のパターン中の水分等を除去
するため１００〜１３０℃で約１〜３分間の熱処理を行
う。結果として、有機膜７の露光された部分と接触する
第１のネガ型レジストパターン（レジストの残し部分）
９の寸法が０．０１μｍ後退８１したのに対し、それ以
外の部分８２では０．１μｍ後退し、当初ＫｒＦエキシ
マレーザのフォトリソグラフィーでは形成不可能であっ
た０．１５μｍＬ／０．３５μｍＳのレジスト配線パタ
ーン（第２のネガ型レジストパターン）を選択的に形成
することができた。
ターン６ａの表面可溶層１１を剥離液で剥離、除去す
る。具体的には、テトラメチルアンモニウムハイドロオ
キサイドの２．５ｗｔ％水溶液で剥離する｛図４
（ｅ）｝。その後、剥離後のパターン中の水分等を除去
するため１００〜１３０℃で約１〜３分間の熱処理を行
う。結果として、有機膜７の露光された部分と接触する
第１のネガ型レジストパターン（レジストの残し部分）
９の寸法が０．０１μｍ後退８１したのに対し、それ以
外の部分８２では０．１μｍ後退し、当初ＫｒＦエキシ
マレーザのフォトリソグラフィーでは形成不可能であっ
た０．１５μｍＬ／０．３５μｍＳのレジスト配線パタ
ーン（第２のネガ型レジストパターン）を選択的に形成
することができた。
【００６５】なお、有機膜材料および剥離液としては、
実施の形態１と同様のを用いることができる。また、有
機膜を熱処理して、第１のネガ型レジストパターン６ａ
の表面可溶層７を剥離液に可溶化させるメカニズムは、
実施の形態１で説明したところと同じであるから、重複
した説明は省略する。
実施の形態１と同様のを用いることができる。また、有
機膜を熱処理して、第１のネガ型レジストパターン６ａ
の表面可溶層７を剥離液に可溶化させるメカニズムは、
実施の形態１で説明したところと同じであるから、重複
した説明は省略する。
【００６６】即ち、本実施の形態においては、第１のネ
ガ型レジストパターンに形成した塩基性有機膜に光照射
してレジストパターンの架橋反応を促進させ、剥離液へ
の溶解性を低下させるが、上記光の照射量によるレジス
トパターンの溶解性制御や、上記熱処理時間等を調整し
て塩基の拡散長の制御により、レジストパターン寸法の
縮小量を制御させることができ、光照射の際、フォトマ
スクを使用し、選択的に露光することにより、架橋コン
トロールによる溶解性制御を行い、レジストパターンを
選択的に細くすることができる。
ガ型レジストパターンに形成した塩基性有機膜に光照射
してレジストパターンの架橋反応を促進させ、剥離液へ
の溶解性を低下させるが、上記光の照射量によるレジス
トパターンの溶解性制御や、上記熱処理時間等を調整し
て塩基の拡散長の制御により、レジストパターン寸法の
縮小量を制御させることができ、光照射の際、フォトマ
スクを使用し、選択的に露光することにより、架橋コン
トロールによる溶解性制御を行い、レジストパターンを
選択的に細くすることができる。
【００６７】実施の形態４．本発明の第４の実施の形態
のパターン形成方法は、上記第３の実施の形態における
光照射を、上記第１と第２の工程の間、即ち有機膜を設
ける前に第１のネガ型レジストパターンに施す方法で、
上記剥離液によりレジストパターンの溶解除去可能な表
面可溶層の厚みを制御することができる。
のパターン形成方法は、上記第３の実施の形態における
光照射を、上記第１と第２の工程の間、即ち有機膜を設
ける前に第１のネガ型レジストパターンに施す方法で、
上記剥離液によりレジストパターンの溶解除去可能な表
面可溶層の厚みを制御することができる。
【００６８】図５（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第４の実
施の形態のパターン形成方法、具体的には微細レジスト
パターンの形成方法を工程順に示す説明図である。
施の形態のパターン形成方法、具体的には微細レジスト
パターンの形成方法を工程順に示す説明図である。
【００６９】まず、半導体基板２上に、通常のフォトリ
ソグラフィにより、ＫｒＦレーザ用酸触媒化学増幅型ネ
ガレジストによる０．２５μｍ幅Ｌ／Ｓの第１のネガ型
レジストパターン６ａを形成する｛図５（ａ）｝。
ソグラフィにより、ＫｒＦレーザ用酸触媒化学増幅型ネ
ガレジストによる０．２５μｍ幅Ｌ／Ｓの第１のネガ型
レジストパターン６ａを形成する｛図５（ａ）｝。
【００７０】次に、上記の０．２５μｍ幅Ｌ／Ｓの第１
のネガ型レジストパターン６ａに、線幅を細くしたくな
い部分にのみ開口１０ａを有する、所望のパターンを含
むフォトマスク１０を用い、ＫｒＦエキシマにより１０
〜３０００ｍＪ／ｃｍ2の光照射を行う｛図５
（ｂ）｝。第１のネガ型レジストパターン６ａには、こ
の露光処理によって、露光された部分のみに選択的に架
橋反応が進行し、より難溶化する。
のネガ型レジストパターン６ａに、線幅を細くしたくな
い部分にのみ開口１０ａを有する、所望のパターンを含
むフォトマスク１０を用い、ＫｒＦエキシマにより１０
〜３０００ｍＪ／ｃｍ2の光照射を行う｛図５
（ｂ）｝。第１のネガ型レジストパターン６ａには、こ
の露光処理によって、露光された部分のみに選択的に架
橋反応が進行し、より難溶化する。
【００７１】次に、上記第１のネガ型レジストパターン
６ａに、塩基成分を含む有機膜７を形成する。言い換え
れば、塩基成分を含む樹脂による膜を形成する。具体的
な例としては、ベース樹脂としてポリビニルピロリドン
を溶液に対して１０ｗｔ％、テトラメチルアンモニウム
ハイドロオキサイドをベース樹脂に対して３ｗｔ％を含
む水溶液をスピンコートし、ホットプレート上で６０〜
１５０℃で約１０秒〜３分間の熱処理を行うことにより
有機膜７を形成する｛図５（ｃ）｝。
６ａに、塩基成分を含む有機膜７を形成する。言い換え
れば、塩基成分を含む樹脂による膜を形成する。具体的
な例としては、ベース樹脂としてポリビニルピロリドン
を溶液に対して１０ｗｔ％、テトラメチルアンモニウム
ハイドロオキサイドをベース樹脂に対して３ｗｔ％を含
む水溶液をスピンコートし、ホットプレート上で６０〜
１５０℃で約１０秒〜３分間の熱処理を行うことにより
有機膜７を形成する｛図５（ｃ）｝。
【００７２】以下、実施の形態３と同様にして第２のネ
ガ型レジストパターンを形成する。結果として、第２の
ネガ型レジストパターンの光照射を経た部分８１（レジ
ストの残し部分）の寸法が０．０１μｍ後退したのに対
し、それ以外の部分８２では０．１μｍ後退し、当初Ｋ
ｒＦエキシマレーザのフォトリソグラフィーでは形成不
可能であった０．１５μｍＬ／０．３５μｍＳのレジス
ト配線パターン８を選択的に形成することができた。
ガ型レジストパターンを形成する。結果として、第２の
ネガ型レジストパターンの光照射を経た部分８１（レジ
ストの残し部分）の寸法が０．０１μｍ後退したのに対
し、それ以外の部分８２では０．１μｍ後退し、当初Ｋ
ｒＦエキシマレーザのフォトリソグラフィーでは形成不
可能であった０．１５μｍＬ／０．３５μｍＳのレジス
ト配線パターン８を選択的に形成することができた。
【００７３】本実施の形態と実施の形態３とは、光照射
する段階が異なるが、プロセスとその効果は同様である
から、これ以上の重複説明は省略する。
する段階が異なるが、プロセスとその効果は同様である
から、これ以上の重複説明は省略する。
【００７４】即ち、本実施の形態では、第１のネガ型レ
ジストパターンに有機膜を設ける前に光照射してレジス
トパターンの架橋反応を促進させ、剥離液への溶解性を
低下させるが、光の照射量を調整することによりレジス
トパターンの溶解性を制御したり、熱処理時間等の調整
によって塩基の拡散長を制御して、レジストパターン寸
法の縮小量を変化させることができる。また、光照射の
際、フォトマスクを使用し、選択的に露光することによ
り、レジストパターン（レジストの残し部分）を選択的
に細くすることができる。
ジストパターンに有機膜を設ける前に光照射してレジス
トパターンの架橋反応を促進させ、剥離液への溶解性を
低下させるが、光の照射量を調整することによりレジス
トパターンの溶解性を制御したり、熱処理時間等の調整
によって塩基の拡散長を制御して、レジストパターン寸
法の縮小量を変化させることができる。また、光照射の
際、フォトマスクを使用し、選択的に露光することによ
り、レジストパターン（レジストの残し部分）を選択的
に細くすることができる。
【００７５】実施の形態５．図６（ａ）〜（ｅ）は、本
発明の第４の実施の形態のパターン形成方法、具体的に
は微細レジストパターンの形成方法を上面から示して工
程順に示す説明図であり、１０はフォトマスク、１０ａ
は開口部、１０ｂは遮蔽部、１２は第２のネガ型レジス
トパターン、１２ａはその細くなった部分である。
発明の第４の実施の形態のパターン形成方法、具体的に
は微細レジストパターンの形成方法を上面から示して工
程順に示す説明図であり、１０はフォトマスク、１０ａ
は開口部、１０ｂは遮蔽部、１２は第２のネガ型レジス
トパターン、１２ａはその細くなった部分である。
【００７６】まず、実施の形態３と同様にして、第１の
ネガ型レジストパターン６ａを形成し｛図６（ａ）｝、
この上に有機膜７を設ける｛図６（ｂ）｝。
ネガ型レジストパターン６ａを形成し｛図６（ａ）｝、
この上に有機膜７を設ける｛図６（ｂ）｝。
【００７７】次に、上記の０．２５μｍ幅Ｌ／Ｓの第１
のネガ型レジストパターン６ａに対し、線幅を細くした
い部分を遮蔽できるパターン（帯状部分１０ｂ）を含む
フォトマスク１０を用い、有機膜に対してＫｒＦエキシ
マにより１０〜３０００ｍＪ／ｃｍ2の光照射を行う
｛図６（ｃ）｝。本実施の形態では、帯状部分１０ｂが
光を遮蔽し、その上下の帯状部分１０ａは光を照射す
る。この露光処理によって、露光された部分のみに選択
的に架橋反応が進行し、より難溶化する。
のネガ型レジストパターン６ａに対し、線幅を細くした
い部分を遮蔽できるパターン（帯状部分１０ｂ）を含む
フォトマスク１０を用い、有機膜に対してＫｒＦエキシ
マにより１０〜３０００ｍＪ／ｃｍ2の光照射を行う
｛図６（ｃ）｝。本実施の形態では、帯状部分１０ｂが
光を遮蔽し、その上下の帯状部分１０ａは光を照射す
る。この露光処理によって、露光された部分のみに選択
的に架橋反応が進行し、より難溶化する。
【００７８】次に、実施の形態３と同様に熱処理を行
い、これにより表面可溶層１１を形成する。次に、実施
の形態３と同様に、有機膜と表面可溶層１１を剥離液で
除去する。具体的には、Ｎ―メチルピロリドンの３．２
０ｗｔ％水溶液で剥離する。結果として、有機膜の露光
された部分と接触するレジストパターン寸法が０．０１
μｍ後退したのに対し、それ以外の部分では０．１μｍ
後退し、部分的に線幅が細くなった部分１２ａを有する
第２のネガ型レジストパターン１２を形成することがで
きた。本実施の形態と実施の形態３とは、光照射するフ
ォトマスクのパターンが異なり、生成するレジストパタ
ーンが異なるが、プロセスとその効果は同様であるか
ら、これ以上の重複説明は省略する。
い、これにより表面可溶層１１を形成する。次に、実施
の形態３と同様に、有機膜と表面可溶層１１を剥離液で
除去する。具体的には、Ｎ―メチルピロリドンの３．２
０ｗｔ％水溶液で剥離する。結果として、有機膜の露光
された部分と接触するレジストパターン寸法が０．０１
μｍ後退したのに対し、それ以外の部分では０．１μｍ
後退し、部分的に線幅が細くなった部分１２ａを有する
第２のネガ型レジストパターン１２を形成することがで
きた。本実施の形態と実施の形態３とは、光照射するフ
ォトマスクのパターンが異なり、生成するレジストパタ
ーンが異なるが、プロセスとその効果は同様であるか
ら、これ以上の重複説明は省略する。
【００７９】実施の形態６．上記実施の形態のパターン
形成方法により形成したレジストパターンを用いて半導
体装置を製造する工程について説明する。第１の例とし
て、図７（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態の半導体
装置の製造方法を工程順に示す説明図で、図中１３は絶
縁膜、１４は導電膜で、１４ａ、１４ｂは配線パターン
である。まず、半導体基板２の上に絶縁膜１３を形成
し、さらにその上にポリシリコン膜あるいはアルミ膜な
どの導電膜１４を形成し、この導電膜１４の上に実施の
形態１の方法により、第２のネガ型レジストパターン８
を形成した｛図７（ａ）｝。次に、導電膜１４を第２の
ネガ型レジストパターン８を介してエッチングすること
により、線幅が露光波長より狭い、細い配線パターン１
４ａを形成した｛図７（ｂ）｝。例えば、線幅が０．１
５μｍの配線パターンを安定して形成することができ
る。
形成方法により形成したレジストパターンを用いて半導
体装置を製造する工程について説明する。第１の例とし
て、図７（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態の半導体
装置の製造方法を工程順に示す説明図で、図中１３は絶
縁膜、１４は導電膜で、１４ａ、１４ｂは配線パターン
である。まず、半導体基板２の上に絶縁膜１３を形成
し、さらにその上にポリシリコン膜あるいはアルミ膜な
どの導電膜１４を形成し、この導電膜１４の上に実施の
形態１の方法により、第２のネガ型レジストパターン８
を形成した｛図７（ａ）｝。次に、導電膜１４を第２の
ネガ型レジストパターン８を介してエッチングすること
により、線幅が露光波長より狭い、細い配線パターン１
４ａを形成した｛図７（ｂ）｝。例えば、線幅が０．１
５μｍの配線パターンを安定して形成することができ
る。
【００８０】第２の例として、図８（ａ）、（ｂ）は本
発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を工程順に示
す説明図である。まず、半導体基板２の上に絶縁膜１３
を形成し、さらにその上にポリシリコン膜あるいはアル
ミ膜などの導電膜１４を形成し、この導電膜１４の上に
実施の形態３の方法により、第２のネガ型レジストパタ
ーン８１、８２を形成した｛図８（ａ）｝。次に、導電
膜１４を第２のネガ型レジストパターン８１、８２を介
してエッチングすることにより、例えば、線幅が０．１
５μｍのごとく、線幅の細い配線パターン１４ａと、例
えば、線幅が０．２４μｍのごとく、ほぼ通常の線幅の
配線パターン１４ｂとを形成した｛図８（ｂ）｝。
発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を工程順に示
す説明図である。まず、半導体基板２の上に絶縁膜１３
を形成し、さらにその上にポリシリコン膜あるいはアル
ミ膜などの導電膜１４を形成し、この導電膜１４の上に
実施の形態３の方法により、第２のネガ型レジストパタ
ーン８１、８２を形成した｛図８（ａ）｝。次に、導電
膜１４を第２のネガ型レジストパターン８１、８２を介
してエッチングすることにより、例えば、線幅が０．１
５μｍのごとく、線幅の細い配線パターン１４ａと、例
えば、線幅が０．２４μｍのごとく、ほぼ通常の線幅の
配線パターン１４ｂとを形成した｛図８（ｂ）｝。
【００８１】第３の例として、図９（ａ）〜（ｃ）は、
本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を工程順に
示す説明図で、１５は層間絶縁膜、１６ａは導線プラ
グ、１６ｂは配線である。まず、半導体基板２の上に絶
縁膜１３を形成し、さらにその上にポリシリコン膜ある
いはアルミ膜などの導電膜１４を形成し、この導電膜１
４の上に実施の形態４の方法により、第２のネガ型レジ
ストパターン１２を形成した｛図９（ａ）｝。導電膜１
４を第２のネガ型レジストパターン１２を介してエッチ
ングすることにより、部分的に線幅の狭い配線パターン
１４ａを形成した｛図９（ｂ）｝。その後さらに、層間
絶縁膜１５を形成し、この層間絶縁膜１５の中で細くな
った２本の配線パターン１４ａの間に垂直に伸びる導線
プラグ１６ａを形成し、層間絶縁膜１５の上に形成した
配線１６ｂと接続している｛図９（ｃ）｝。この例を半
導体メモリに適用すると、配線パターン１４ａはワード
線、配線１６ｂはビット線となる。
本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法を工程順に
示す説明図で、１５は層間絶縁膜、１６ａは導線プラ
グ、１６ｂは配線である。まず、半導体基板２の上に絶
縁膜１３を形成し、さらにその上にポリシリコン膜ある
いはアルミ膜などの導電膜１４を形成し、この導電膜１
４の上に実施の形態４の方法により、第２のネガ型レジ
ストパターン１２を形成した｛図９（ａ）｝。導電膜１
４を第２のネガ型レジストパターン１２を介してエッチ
ングすることにより、部分的に線幅の狭い配線パターン
１４ａを形成した｛図９（ｂ）｝。その後さらに、層間
絶縁膜１５を形成し、この層間絶縁膜１５の中で細くな
った２本の配線パターン１４ａの間に垂直に伸びる導線
プラグ１６ａを形成し、層間絶縁膜１５の上に形成した
配線１６ｂと接続している｛図９（ｃ）｝。この例を半
導体メモリに適用すると、配線パターン１４ａはワード
線、配線１６ｂはビット線となる。
【００８２】以上説明した工程の後、さらに半導体製造
工程は継続するが、これは従来から知られている方法な
ので、その説明は省略する。以上のような方法により、
露光波長の限界を超えた線幅の微細なパターンを有する
半導体装置を製造することができる。
工程は継続するが、これは従来から知られている方法な
ので、その説明は省略する。以上のような方法により、
露光波長の限界を超えた線幅の微細なパターンを有する
半導体装置を製造することができる。
【００８３】
【実施例】実施例１．半導体基板上に化学増幅型ネガレ
ジストを用い、実施の形態１に記載のパターン形成方法
により、０．３５μｍＬ／Ｓのレジスト配線パターンを
形成する。即ち、まず、レジストをＳｉウェハー上に滴
下、回転塗布した後、８０℃／９０秒でプリベークを行
い、レジスト中の溶剤を蒸発させてレジストを膜厚約
０．７５μｍで形成した。次に、露光装置として、Ｋｒ
Ｆエキシマ縮小投影露光装置を用い、０．３５μｍＬ／
Ｓパターンを有する露光フォトマスクを用いて、レジス
トを露光した。次に、１１０℃／９０秒でＰＥＢ（露光
後ベーク）処理を行い、続いて、アルカリ現像液｛商品
名：ＮＭＤ３，東京応化工業（株）製｝を用いて現像を
行い、０．３５μｍＬ／Ｓのレジスト配線パターン（第
１のネガ型レジストパターン）を得た。
ジストを用い、実施の形態１に記載のパターン形成方法
により、０．３５μｍＬ／Ｓのレジスト配線パターンを
形成する。即ち、まず、レジストをＳｉウェハー上に滴
下、回転塗布した後、８０℃／９０秒でプリベークを行
い、レジスト中の溶剤を蒸発させてレジストを膜厚約
０．７５μｍで形成した。次に、露光装置として、Ｋｒ
Ｆエキシマ縮小投影露光装置を用い、０．３５μｍＬ／
Ｓパターンを有する露光フォトマスクを用いて、レジス
トを露光した。次に、１１０℃／９０秒でＰＥＢ（露光
後ベーク）処理を行い、続いて、アルカリ現像液｛商品
名：ＮＭＤ３，東京応化工業（株）製｝を用いて現像を
行い、０．３５μｍＬ／Ｓのレジスト配線パターン（第
１のネガ型レジストパターン）を得た。
【００８４】次に、重量平均分子量が１０万のポリビニ
ルアミンの１０ｗｔ％と、樹脂に対して３ｗｔ％のジメ
チルスルホキシドを、３００ｐｐｍのパーフルオロアル
キルポリエチレンオキサイドを含む水溶液に溶解させた
上層剤を、レジストパターン上に２０００ｒｐｍで回転
塗布し、約２０００Åの上層膜（有機膜）を形成する。
次に、ホットプレート上に載せて、８０℃〜１８０℃で
６０秒間熱処理（ＭＢ；ミキシングベーク）を行い、塩
基成分をレジストパターン中へ拡散させ、表面に可溶層
を形成した後、表１に記載の剥離液に６０秒間浸漬し、
その部分を溶解除去する。さらに、純水で洗浄し、１１
０℃／６０秒でポストベークを行った。
ルアミンの１０ｗｔ％と、樹脂に対して３ｗｔ％のジメ
チルスルホキシドを、３００ｐｐｍのパーフルオロアル
キルポリエチレンオキサイドを含む水溶液に溶解させた
上層剤を、レジストパターン上に２０００ｒｐｍで回転
塗布し、約２０００Åの上層膜（有機膜）を形成する。
次に、ホットプレート上に載せて、８０℃〜１８０℃で
６０秒間熱処理（ＭＢ；ミキシングベーク）を行い、塩
基成分をレジストパターン中へ拡散させ、表面に可溶層
を形成した後、表１に記載の剥離液に６０秒間浸漬し、
その部分を溶解除去する。さらに、純水で洗浄し、１１
０℃／６０秒でポストベークを行った。
【００８５】
【表１】
【００８６】これにより、表１に記載する寸法の配線パ
ターンが得られた。純水を剥離液とした場合には、配線
寸法は全く変化がないが、有機溶剤または塩基の添加し
た水溶液を剥離液とした場合は、配線寸法が細くなって
いる。
ターンが得られた。純水を剥離液とした場合には、配線
寸法は全く変化がないが、有機溶剤または塩基の添加し
た水溶液を剥離液とした場合は、配線寸法が細くなって
いる。
【００８７】また、ＭＢ温度が８０℃と低い温度の場合
は、上層剤中の溶剤が蒸発しきらず残存しているため、
剥離処理後にはパターンが膨潤した。一方、１５０℃を
超えるＭＢ温度では、剥離処理時に上層膜が完全に除去
できず、残渣が生じた。さらには、剥離液中の有機溶剤
または塩基の添加量が多いほど、縮小量が大きいが、あ
る添加濃度以上では溶解力が強く、パターンが完全に溶
解してしまうことがわかった。
は、上層剤中の溶剤が蒸発しきらず残存しているため、
剥離処理後にはパターンが膨潤した。一方、１５０℃を
超えるＭＢ温度では、剥離処理時に上層膜が完全に除去
できず、残渣が生じた。さらには、剥離液中の有機溶剤
または塩基の添加量が多いほど、縮小量が大きいが、あ
る添加濃度以上では溶解力が強く、パターンが完全に溶
解してしまうことがわかった。
【００８８】実施例２．実施の形態３のパターン形成方
法を用いて、部分的に細くなったパターンを形成した。
即ち、まず、半導体基板上に通常のフォトリソグラフィ
により、ＫｒＦレーザ用酸触媒化学増幅型ネガレジスト
を用い、膜厚約０．７μｍで０．２５μｍ幅Ｌ／Ｓのレ
ジスト配線パターン（第１のネガ型レジストパターン）
を形成した。
法を用いて、部分的に細くなったパターンを形成した。
即ち、まず、半導体基板上に通常のフォトリソグラフィ
により、ＫｒＦレーザ用酸触媒化学増幅型ネガレジスト
を用い、膜厚約０．７μｍで０．２５μｍ幅Ｌ／Ｓのレ
ジスト配線パターン（第１のネガ型レジストパターン）
を形成した。
【００８９】次に、重量平均分子量が１００万のポリビ
ニルアルコールの８ｗｔ％と、樹脂に対して２．５ｗｔ
％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを、
３００ｐｐｍのポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エ
ステルを含む水溶液に溶解させた上層剤を、レジストパ
ターン上に２０００ｒｐｍで回転塗布し、約１０００Å
の上層膜（有機膜）を形成する。
ニルアルコールの８ｗｔ％と、樹脂に対して２．５ｗｔ
％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを、
３００ｐｐｍのポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エ
ステルを含む水溶液に溶解させた上層剤を、レジストパ
ターン上に２０００ｒｐｍで回転塗布し、約１０００Å
の上層膜（有機膜）を形成する。
【００９０】次に、ホットプレート上に載せて、９０℃
で６０秒間熱処理を行い、０．２５０μｍ幅Ｌ／Ｓのレ
ジスト配線パターンに対し、線幅を細くしたくない配線
にのみ開口を有するフォトマスクを用いて、ＫｒＦエキ
シマにより５０〜３０００ｍＪ／ｃｍ2の露光処理を行
った。さらに、ホットプレート上に載せて、１２０℃で
６０秒間熱処理（ＭＢ；ミキシングベーク）を行い、塩
基成分をレジストパターン中へ拡散させ、表面に可溶層
を形成した後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキ
サイドを２．３８ｗｔ％水溶液の剥離液に６０秒間浸漬
し、その部分を溶解除去する。さらに、純水で洗浄し、
１１０℃／６０秒でポストベークを行った（第２のネガ
型レジストパターン）。表２に露光部および未露光部の
配線寸法とその縮小量を示す。露光量が高くなるにつ
れ、露光部の配線の縮小量が小さくなっている。これ
は、露光処理によるレジスト膜の架橋密度が上昇し、耐
溶剤性が向上しているからである。
で６０秒間熱処理を行い、０．２５０μｍ幅Ｌ／Ｓのレ
ジスト配線パターンに対し、線幅を細くしたくない配線
にのみ開口を有するフォトマスクを用いて、ＫｒＦエキ
シマにより５０〜３０００ｍＪ／ｃｍ2の露光処理を行
った。さらに、ホットプレート上に載せて、１２０℃で
６０秒間熱処理（ＭＢ；ミキシングベーク）を行い、塩
基成分をレジストパターン中へ拡散させ、表面に可溶層
を形成した後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキ
サイドを２．３８ｗｔ％水溶液の剥離液に６０秒間浸漬
し、その部分を溶解除去する。さらに、純水で洗浄し、
１１０℃／６０秒でポストベークを行った（第２のネガ
型レジストパターン）。表２に露光部および未露光部の
配線寸法とその縮小量を示す。露光量が高くなるにつ
れ、露光部の配線の縮小量が小さくなっている。これ
は、露光処理によるレジスト膜の架橋密度が上昇し、耐
溶剤性が向上しているからである。
【００９１】
【表２】
【００９２】実施例３．絶縁膜として２０００Åの酸化
膜を形成している半導体基板上に、スパッタ装置にてア
ルミ膜を形成する。このアルミ膜上に、実施の形態４の
パターン形成方法により、部分的に線幅の細くなったパ
ターンを形成した。即ち、まず、通常のフォトリソグラ
フィによりＫｒＦレーザ用酸触媒化学増幅型ネガレジス
トを用い、膜厚約０．７μｍで０．２５μｍ幅Ｌ／Ｓの
レジスト配線パターン（第１のネガ型レジストパター
ン）を形成した。
膜を形成している半導体基板上に、スパッタ装置にてア
ルミ膜を形成する。このアルミ膜上に、実施の形態４の
パターン形成方法により、部分的に線幅の細くなったパ
ターンを形成した。即ち、まず、通常のフォトリソグラ
フィによりＫｒＦレーザ用酸触媒化学増幅型ネガレジス
トを用い、膜厚約０．７μｍで０．２５μｍ幅Ｌ／Ｓの
レジスト配線パターン（第１のネガ型レジストパター
ン）を形成した。
【００９３】次に、０．２５０μｍ幅Ｌ／Ｓのレジスト
配線パターンに対し、配線中の線幅を細くしたくない配
線にのみ開口を有するフォトマスクを用いて、ＫｒＦエ
キシマにより１５００ｍＪ／ｃｍ2の露光処理を行っ
た。
配線パターンに対し、配線中の線幅を細くしたくない配
線にのみ開口を有するフォトマスクを用いて、ＫｒＦエ
キシマにより１５００ｍＪ／ｃｍ2の露光処理を行っ
た。
【００９４】次に、重量平均分子量が３０万のポリビニ
ルピロリドンの１３ｗｔ％と、樹脂に対して２．５ｗｔ
％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを、
３００ｐｐｍのポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エ
ステルを含む水溶液に溶解させた上層剤、あるいはその
上層剤中にトリフルオロ酢酸を樹脂に対して０．５ｗｔ
％添加した上層剤を、レジストパターン上に２０００ｒ
ｐｍで回転塗布し、約２５００Åの上層膜（有機膜）を
形成する。
ルピロリドンの１３ｗｔ％と、樹脂に対して２．５ｗｔ
％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを、
３００ｐｐｍのポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エ
ステルを含む水溶液に溶解させた上層剤、あるいはその
上層剤中にトリフルオロ酢酸を樹脂に対して０．５ｗｔ
％添加した上層剤を、レジストパターン上に２０００ｒ
ｐｍで回転塗布し、約２５００Åの上層膜（有機膜）を
形成する。
【００９５】さらに、ホットプレート上に載せて、１１
５℃で６０秒間熱処理（ＭＢ；ミキシングベーク）を行
い、塩基成分をレジストパターン中へ拡散させ、表面に
可溶層を形成した後、モノエタノールアミンを１．０ｗ
ｔ％とＮ−メチルピロリドンを３ｗｔ％水溶液の剥離液
に６０秒間浸漬し、その部分を溶解除去する。さらに、
純水で洗浄し、１１０℃／６０秒でポストベークを行っ
た（第２のネガ型レジストパターン）。
５℃で６０秒間熱処理（ＭＢ；ミキシングベーク）を行
い、塩基成分をレジストパターン中へ拡散させ、表面に
可溶層を形成した後、モノエタノールアミンを１．０ｗ
ｔ％とＮ−メチルピロリドンを３ｗｔ％水溶液の剥離液
に６０秒間浸漬し、その部分を溶解除去する。さらに、
純水で洗浄し、１１０℃／６０秒でポストベークを行っ
た（第２のネガ型レジストパターン）。
【００９６】その結果、トリフルオロ酢酸未添加の上層
剤を用いた場合、露光部の線幅が０．２２μｍ、未露光
部の線幅が０．１３μｍの部分的に線幅が異なる配線、
添加した場合は、露光部の線幅が０．２３μｍ、未露光
部の線幅が０．１６μｍの部分的に線幅が異なる配線を
得た。トリフルオロ酢酸を添加することによって、配線
幅の縮小量を制御できることが判った。
剤を用いた場合、露光部の線幅が０．２２μｍ、未露光
部の線幅が０．１３μｍの部分的に線幅が異なる配線、
添加した場合は、露光部の線幅が０．２３μｍ、未露光
部の線幅が０．１６μｍの部分的に線幅が異なる配線を
得た。トリフルオロ酢酸を添加することによって、配線
幅の縮小量を制御できることが判った。
【００９７】図９に示すように、この形成したレジスト
パターンを介して、アルミ膜をエッチングすることによ
り、部分的に線幅の狭いアルミ配線を形成した。さら
に、層間絶縁膜および線幅が細くなった２本の配線パタ
ーンの間に、垂直に伸びる導線プラグを形成し、層間絶
縁膜上のアルミ配線と接続した。このプロセスを、半導
体メモリへ適用した。
パターンを介して、アルミ膜をエッチングすることによ
り、部分的に線幅の狭いアルミ配線を形成した。さら
に、層間絶縁膜および線幅が細くなった２本の配線パタ
ーンの間に、垂直に伸びる導線プラグを形成し、層間絶
縁膜上のアルミ配線と接続した。このプロセスを、半導
体メモリへ適用した。
【００９８】
【発明の効果】本発明の第１のパターン形成方法は、ネ
ガ型レジスト膜を露光し現像して第１のネガ型レジスト
パターンを形成する第１の工程、この第１のネガ型レジ
ストパターンの表面に有機膜を設ける第２の工程、並び
に上記第１のネガ型レジストパターンの一部と上記有機
膜を除去して第２のネガ型レジストパターンを形成する
第３の工程を施す方法で、露光波長の限界を超えた微細
レジストパターンを安定して形成することができるとい
う効果がある。
ガ型レジスト膜を露光し現像して第１のネガ型レジスト
パターンを形成する第１の工程、この第１のネガ型レジ
ストパターンの表面に有機膜を設ける第２の工程、並び
に上記第１のネガ型レジストパターンの一部と上記有機
膜を除去して第２のネガ型レジストパターンを形成する
第３の工程を施す方法で、露光波長の限界を超えた微細
レジストパターンを安定して形成することができるとい
う効果がある。
【００９９】本発明の第２のパターン形成方法は、上記
第１のパターン形成方法において、有機膜が、塩基性有
機膜の方法で、露光波長の限界を超えた微細レジストパ
ターンを安定して形成することができるという効果があ
る。
第１のパターン形成方法において、有機膜が、塩基性有
機膜の方法で、露光波長の限界を超えた微細レジストパ
ターンを安定して形成することができるという効果があ
る。
【０１００】本発明の第３のパターン形成方法は、上記
第１または第２のパターン形成方法において、第１の工
程と第２の工程の間または第２の工程と第３の工程の間
で熱処理する工程を施す方法で、さらに、塩基性有機膜
の塩基成分を効率的に拡散することができるという効果
がある。
第１または第２のパターン形成方法において、第１の工
程と第２の工程の間または第２の工程と第３の工程の間
で熱処理する工程を施す方法で、さらに、塩基性有機膜
の塩基成分を効率的に拡散することができるという効果
がある。
【０１０１】本発明に係る第４のパターン形成方法は、
上記第１ないし第３のいずれかのパターン形成方法にお
いて、第１の工程と第２の工程の間、または第２の工程
と第３の工程の間で、光照射する工程を施す方法で、第
１のネガ型レジストパターンを除去する程度を制御する
ことができるという効果がある。
上記第１ないし第３のいずれかのパターン形成方法にお
いて、第１の工程と第２の工程の間、または第２の工程
と第３の工程の間で、光照射する工程を施す方法で、第
１のネガ型レジストパターンを除去する程度を制御する
ことができるという効果がある。
【０１０２】本発明の第５のパターン形成方法は、上記
第４のパターン形成方法において、選択的に光照射する
方法で、第１のネガ型レジストパターンを除去する程度
を制御する場所を選択できるという効果がある。
第４のパターン形成方法において、選択的に光照射する
方法で、第１のネガ型レジストパターンを除去する程度
を制御する場所を選択できるという効果がある。
【０１０３】本発明の第６のパターン形成方法は、上記
第２のパターン形成方法において、塩基性有機膜が塩基
性樹脂の方法で、露光波長の限界を超えた微細レジスト
パターンを安定して形成することができるという効果が
ある。
第２のパターン形成方法において、塩基性有機膜が塩基
性樹脂の方法で、露光波長の限界を超えた微細レジスト
パターンを安定して形成することができるという効果が
ある。
【０１０４】本発明の第７のパターン形成方法は、上記
第６のパターン形成方法において、塩基性樹脂がポリビ
ニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリアクリルイ
ミド、ポリビニルアミンまたはポリアクリルアミンの方
法で、露光波長の限界を超えた微細レジストパターンを
安定して形成することができるという効果がある。
第６のパターン形成方法において、塩基性樹脂がポリビ
ニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリアクリルイ
ミド、ポリビニルアミンまたはポリアクリルアミンの方
法で、露光波長の限界を超えた微細レジストパターンを
安定して形成することができるという効果がある。
【０１０５】本発明の第８のパターン形成方法は、上記
第２のパターン形成方法において、塩基性有機膜が、塩
基成分を含有する樹脂の方法で、露光波長の限界を超え
た微細レジストパターンを安定して形成することができ
るという効果がある。
第２のパターン形成方法において、塩基性有機膜が、塩
基成分を含有する樹脂の方法で、露光波長の限界を超え
た微細レジストパターンを安定して形成することができ
るという効果がある。
【０１０６】本発明の第９のパターン形成方法は、上記
第８のパターン形成方法において、樹脂がポリビニルア
ルコール、ポリアクリル酸、ポリビニルアセタール、ポ
リエチレンオキサイド、ポリビニルエーテル、ポリビニ
ルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリアクリルイミ
ド、ポリエチレングリコール、ポリエーテルポリオール
またはポリエステルポリオールであり、塩基成分が、ア
ミノ化合物、イミノ化合物、水酸化物、ピリジン塩基ま
たはそれらの化合物塩の方法で、露光波長の限界を超え
た微細レジストパターンを安定して形成することができ
るという効果がある。
第８のパターン形成方法において、樹脂がポリビニルア
ルコール、ポリアクリル酸、ポリビニルアセタール、ポ
リエチレンオキサイド、ポリビニルエーテル、ポリビニ
ルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリアクリルイミ
ド、ポリエチレングリコール、ポリエーテルポリオール
またはポリエステルポリオールであり、塩基成分が、ア
ミノ化合物、イミノ化合物、水酸化物、ピリジン塩基ま
たはそれらの化合物塩の方法で、露光波長の限界を超え
た微細レジストパターンを安定して形成することができ
るという効果がある。
【０１０７】本発明の第１０のパターン形成方法は、上
記第２のパターン形成方法において、塩基性有機膜に酸
性成分または界面活性剤を添加する方法で、さらに、有
機膜の成膜性を向上することができるという効果があ
る。
記第２のパターン形成方法において、塩基性有機膜に酸
性成分または界面活性剤を添加する方法で、さらに、有
機膜の成膜性を向上することができるという効果があ
る。
【０１０８】本発明の第１１のパターン形成方法は、上
記第１０のパターン形成方法において、酸性成分が、ア
ルキルカルボン酸、アルキルスルホン酸またはサリチル
酸の方法で、有機膜の成膜性を向上することができると
いう効果がある。
記第１０のパターン形成方法において、酸性成分が、ア
ルキルカルボン酸、アルキルスルホン酸またはサリチル
酸の方法で、有機膜の成膜性を向上することができると
いう効果がある。
【０１０９】本発明の第１２のパターン形成方法は、上
記第１ないし第６のいずれかのパターン形成方法におい
て、第１のネガ型レジストパターンの表面部と有機膜を
剥離液により溶解除去して第２のネガ型レジストパター
ンを形成する方法で、露光波長の限界を超えた微細レジ
ストパターンを安定して形成することができるという効
果がある。
記第１ないし第６のいずれかのパターン形成方法におい
て、第１のネガ型レジストパターンの表面部と有機膜を
剥離液により溶解除去して第２のネガ型レジストパター
ンを形成する方法で、露光波長の限界を超えた微細レジ
ストパターンを安定して形成することができるという効
果がある。
【０１１０】本発明の第１３のパターン形成方法は、上
記第１ないし第６のいずれかのパターン形成方法におい
て、ネガ型レジストが、化学増幅型ネガレジストの方法
で、露光波長の限界を超えた微細レジストパターンを安
定して形成することができるという効果がある。
記第１ないし第６のいずれかのパターン形成方法におい
て、ネガ型レジストが、化学増幅型ネガレジストの方法
で、露光波長の限界を超えた微細レジストパターンを安
定して形成することができるという効果がある。
【０１１１】本発明の第１４のパターン形成方法は、上
記第１３のパターン形成方法において、化学増幅型ネガ
型レジストが、残存するフェノール性水酸基による酸性
膜の方法で、露光波長の限界を超えた微細レジストパタ
ーンを安定して形成することができるという効果があ
る。
記第１３のパターン形成方法において、化学増幅型ネガ
型レジストが、残存するフェノール性水酸基による酸性
膜の方法で、露光波長の限界を超えた微細レジストパタ
ーンを安定して形成することができるという効果があ
る。
【０１１２】本発明の第１５のパターン形成方法は、上
記第１２ないし第１４のいずれかのパターン形成方法に
おいて、剥離液が塩基性剥離液の方法で、露光波長の限
界を超えた微細レジストパターンを安定して形成するこ
とができるという効果がある。
記第１２ないし第１４のいずれかのパターン形成方法に
おいて、剥離液が塩基性剥離液の方法で、露光波長の限
界を超えた微細レジストパターンを安定して形成するこ
とができるという効果がある。
【０１１３】本発明の第１６のパターン形成方法は、上
記第１５のパターン形成方法において、塩基性剥離液
が、アミノ化合物、イミノ化合物、水酸化物、ピリジン
塩基もしくはこれらの化合物塩である塩基性化合物を水
溶液、有機溶剤、または有機溶剤と水との混合溶剤に添
加したものの方法で、露光波長の限界を超えた微細レジ
ストパターンを安定して形成することができるという効
果がある。
記第１５のパターン形成方法において、塩基性剥離液
が、アミノ化合物、イミノ化合物、水酸化物、ピリジン
塩基もしくはこれらの化合物塩である塩基性化合物を水
溶液、有機溶剤、または有機溶剤と水との混合溶剤に添
加したものの方法で、露光波長の限界を超えた微細レジ
ストパターンを安定して形成することができるという効
果がある。
【０１１４】本発明の第１７のパターン形成方法は、上
記第１５または第１６のパターン形成方法において、塩
基性剥離液が、テトラメチルアンモニウムハイドロオキ
サイド含有塩基性水溶液またはこの塩基性水溶液にアル
コールを添加したものの方法、露光波長の限界を超えた
微細レジストパターンを安定して形成することができる
という効果がある。
記第１５または第１６のパターン形成方法において、塩
基性剥離液が、テトラメチルアンモニウムハイドロオキ
サイド含有塩基性水溶液またはこの塩基性水溶液にアル
コールを添加したものの方法、露光波長の限界を超えた
微細レジストパターンを安定して形成することができる
という効果がある。
【０１１５】本発明の第１８のパターン形成方法は、上
記第１２ないし第１４のいずれかのパターン形成方法に
おいて、剥離液が、有機溶剤または水と有機溶剤との混
合溶剤を用いる方法で、露光波長の限界を超えた微細レ
ジストパターンを安定して形成することができるという
効果がある。
記第１２ないし第１４のいずれかのパターン形成方法に
おいて、剥離液が、有機溶剤または水と有機溶剤との混
合溶剤を用いる方法で、露光波長の限界を超えた微細レ
ジストパターンを安定して形成することができるという
効果がある。
【０１１６】本発明の第１９のパターン形成方法は、上
記第１６または１８のパターン形成方法において、水と
有機溶剤との混合割合を調整して溶解除去量を制御する
方法で、第１のネガ型レジストパターンを除去する程度
を制御することができるという効果がある。
記第１６または１８のパターン形成方法において、水と
有機溶剤との混合割合を調整して溶解除去量を制御する
方法で、第１のネガ型レジストパターンを除去する程度
を制御することができるという効果がある。
【０１１７】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、ネガ型レジスト膜を形成した後
に、上記第１ないし１９のいずれかのパターン形成方法
によりレジストパターンを形成する方法で、導電膜・絶
縁膜を問わず、露光波長の限界を超えた微細パターンを
安定して形成することができるという効果がある。
は、半導体基板上に、ネガ型レジスト膜を形成した後
に、上記第１ないし１９のいずれかのパターン形成方法
によりレジストパターンを形成する方法で、導電膜・絶
縁膜を問わず、露光波長の限界を超えた微細パターンを
安定して形成することができるという効果がある。
【０１１８】本発明に係る第１の半導体装置は、上記第
１の半導体装置の製造方法により製造したもので、微細
パターンを有することができるという効果がある。
１の半導体装置の製造方法により製造したもので、微細
パターンを有することができるという効果がある。
【図１】 本発明の第１の実施の形態のレジストパター
ンの形成方法を工程順に示す説明図である。
ンの形成方法を工程順に示す説明図である。
【図２】 本発明の第２の実施の形態のパターン形成方
法を上面から示して工程順に示す説明図である。
法を上面から示して工程順に示す説明図である。
【図３】 従来の方法により形成したホールパターンを
示す平面図である。
示す平面図である。
【図４】 本発明の第３の実施の形態のパターン形成方
法を工程順に示す説明図である。
法を工程順に示す説明図である。
【図５】 本発明の第４の実施の形態のパターン形成方
法を上面から示して工程順に示す説明図である。
法を上面から示して工程順に示す説明図である。
【図６】 本発明の第５の実施の形態の半導体装置の製
造方法を工程順に示す説明図である。
造方法を工程順に示す説明図である。
【図７】 本発明の第６の実施の形態の半導体装置の製
造方法を工程順に示す説明図である。
造方法を工程順に示す説明図である。
【図８】 本発明の第６の実施の形態の半導体装置の製
造方法を工程順に示す説明図である。
造方法を工程順に示す説明図である。
【図９】 本発明の第６の実施の形態の半導体装置の製
造方法を工程順に示す説明図である。
造方法を工程順に示す説明図である。
【図１０】 従来のフォトリソグラフィーによるレジス
トパターンの形成方法を工程順に示す説明図である。
トパターンの形成方法を工程順に示す説明図である。
１ 半導体基板、３ 段差、４ 化学増幅型ネガレジス
ト膜、５，１０ フォトマスク、６ａ 第１のネガ型レ
ジストパターン、７ 有機膜、８ 第２のネガ型レジス
トパターン、１０ フォトマスク、１１ 表面可溶層、
１２ 第２のネガ型レジストパターン、１３ 絶縁膜、
１４ 導電膜、１５ 層間絶縁膜、１６ａ導線プラグ、
１６ｂ 配線、１７ 第１のネガ型レジストパターン、
１８ 第２のネガ型レジストパターン。
ト膜、５，１０ フォトマスク、６ａ 第１のネガ型レ
ジストパターン、７ 有機膜、８ 第２のネガ型レジス
トパターン、１０ フォトマスク、１１ 表面可溶層、
１２ 第２のネガ型レジストパターン、１３ 絶縁膜、
１４ 導電膜、１５ 層間絶縁膜、１６ａ導線プラグ、
１６ｂ 配線、１７ 第１のネガ型レジストパターン、
１８ 第２のネガ型レジストパターン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 健夫 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2H025 AB16 AC08 AD01 EA05 FA09 FA17 FA33 2H096 AA25 BA01 CA14 DA01 EA05 EA30 FA01 GA08 HA02 JA04 5F046 MA02 MA18
Claims (21)
- 【請求項１】 ネガ型レジスト膜を露光し現像して第１
のネガ型レジストパターンを形成する第１の工程、この
第１のネガ型レジストパターンの表面に有機膜を設ける
第２の工程、並びに上記第１のネガ型レジストパターン
の一部と上記有機膜を除去して第２のネガ型レジストパ
ターンを形成する第３の工程を施すパターン形成方法。 - 【請求項２】 有機膜が、塩基性有機膜であることを特
徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。 - 【請求項３】 第１の工程と第２の工程の間または第２
の工程と第３の工程の間で熱処理する工程を施すことを
特徴とする請求項１または請求項２に記載のパターン形
成方法。 - 【請求項４】 第１の工程と第２の工程の間、または第
２の工程と第３の工程の間で、光照射する工程を施すこ
とを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記
載のパターン形成方法。 - 【請求項５】 選択的に光照射することを特徴とする請
求項４に記載のパターン形成方法。 - 【請求項６】 塩基性有機膜が塩基性樹脂であることを
特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。 - 【請求項７】 塩基性樹脂がポリビニルピロリドン、ポ
リエチレンイミン、ポリアクリルイミド、ポリビニルア
ミンまたはポリアクリルアミンであることを特徴とする
請求項６に記載のパターン形成方法。 - 【請求項８】 塩基性有機膜が、塩基成分を含有する樹
脂であることを特徴とする請求項２に記載のパターン形
成方法。 - 【請求項９】 樹脂がポリビニルアルコール、ポリアク
リル酸、ポリビニルアセタール、ポリエチレンオキサイ
ド、ポリビニルエーテル、ポリビニルピロリドン、ポリ
エチレンイミン、ポリアクリルイミド、ポリエチレング
リコール、ポリエーテルポリオールまたはポリエステル
ポリオールであり、塩基成分が、アミノ化合物、イミノ
化合物、水酸化物、ピリジン塩基またはそれらの化合物
塩であることを特徴とする請求項８に記載のパターン形
成方法。 - 【請求項１０】 塩基性有機膜に酸性成分または界面活
性剤を添加することを特徴とする請求項２に記載のパタ
ーン形成方法。 - 【請求項１１】 酸性成分が、アルキルカルボン酸、ア
ルキルスルホン酸またはサリチル酸であることを特徴と
する請求項１０に記載のパターン形成方法。 - 【請求項１２】 第１のネガ型レジストパターンの表面
部と有機膜を剥離液により溶解除去して第２のネガ型レ
ジストパターンを形成することを特徴とする請求項１な
いし請求項６のいずれかに記載のパターン形成方法。 - 【請求項１３】 ネガ型レジストが、化学増幅型ネガレ
ジストであることを特徴とする請求項１ないし請求項６
のいずれかに記載のパターン形成方法。 - 【請求項１４】 化学増幅型ネガ型レジストが、残存す
るフェノール性水酸基による酸性膜であることを特徴と
する請求項１３に記載のパターン形成方法。 - 【請求項１５】 剥離液が塩基性剥離液であることを特
徴とする請求項１２ないし請求項１４のいずれかに記載
のパターン形成方法。 - 【請求項１６】 塩基性剥離液が、アミノ化合物、イミ
ノ化合物、水酸化物、ピリジン塩基もしくはこれらの化
合物塩である塩基性化合物を水溶液、有機溶剤、または
有機溶剤と水との混合溶剤に添加したものであることを
特徴とする請求項１５に記載のパターン形成方法。 - 【請求項１７】 塩基性剥離液が、テトラメチルアンモ
ニウムハイドロオキサイド含有塩基性水溶液またはこの
塩基性水溶液にアルコールを添加したものであることを
特徴とする請求項１５または請求項１６に記載のパター
ン形成方法。 - 【請求項１８】 剥離液が、有機溶剤または水と有機溶
剤との混合溶剤を用いることを特徴とする請求項１２な
いし請求項１４のいずれかに記載のパターン形成方法。 - 【請求項１９】 水と有機溶剤との混合割合を調整して
溶解除去量を制御することを特徴とする請求項１６また
は請求項１８に記載のパターン形成方法。 - 【請求項２０】 半導体基板上に、ネガ型レジスト膜を
形成した後に、請求項１ないし請求項１９のいずれかに
記載のパターン形成方法によりレジストパターンを形成
する半導体装置の製造方法。 - 【請求項２１】 請求項２０に記載の半導体装置の製造
方法により製造した半導体装置。
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