JP2001196289A

JP2001196289A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2001196289A
Application number: JP2000003119A
Authority: JP
Inventors: Jiro Ito; 次郎伊藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-01-12
Filing date: 2000-01-12
Publication date: 2001-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】レジストパターンを形成する際に使用する現
像液が下地に侵入するのを、他に不具合を生じることな
く防止することができる半導体装置の製造方法を得るこ
とを目的とする。【解決手段】下地の上面にレジストのパターニングを
行う半導体装置の製造方法において、反射防止膜５０２
および合金膜５０１上に有機系薄膜５０９をＣＶＤ５０
５にて形成し、有機系薄膜５０９上に感光性のレジスト
５１２を形成し、レジスト５１２に所望のパターンにて
なるマスク５０６を介して光５０４を照射し、水溶性の
現像液５１５にレジスト５１２を浸漬させレジストパタ
ーン５０７を形成するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レジストパター
ンを形成する際に使用する現像液が下地に侵入するの
を、他に不具合を生じることなく防止することができる
半導体装置の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来の半導体装置の製造方法にお
けるレジストパターンの形成方法を示す断面図である。
まず、下地１０１に感光性のレジスト１０２を塗布する
（図７（ａ））。次に、Ｘ線や紫外線などの光１０４
を、所望なパターンにてなるマスク１０３を介して感光
性のレジスト１０２に照射して露光する（図７
（ｂ））。

【０００３】次に、露光部のレジストを除去するため
に、半導体装置をＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウム
ハイドライドの略）水溶液を主成分とする水溶性の現像
液１０５に接液させ、レジストパターン１０６を得る
（図７（ｃ））。そして、現像液１０５を洗浄する（図
７（ｄ））。

【０００４】この時に、下地１０１の現像液１０５に対
する溶解レートが高いと、下地１０１は腐食される。そ
してこの腐食された状態のままで次工程として、例えば
エッチング工程を行うと、パターン欠陥が生じたりし
て、半導体装置の機能が損なわれる。この下地１０１
が、ＡｌおよびＣｕの合金膜等の導電膜を含むような場
合は、以下のようなことが考えられる。

【０００５】図８は他の従来の半導体装置の製造方法に
おけるレジストによるパターニングを行う工程を示す断
面図である。まず、基板２０８上に形成されたＡｌおよ
びＣｕの合金膜２０１上に、露光時の反射防止膜として
のＴｉＮ膜２０２を形成する。この、ＴｉＮ膜２０２は
後述する現像液１０５に対して溶解レートが低いため腐
食されることはないが、ピンホール２０３が存在し、下
層の合金膜２０１を完全に覆っていない。

【０００６】次に、感光性のレジスト１０２を塗布し、
Ｘ線や紫外線などの光１０４を所望なパターンにてなる
マスク１０３を介して、感光性のレジスト１０２に照射
して露光する（図８（ａ））。次に、露光部のレジスト
を除去するために、ＴＭＡＨ水溶液を主成分とする水溶
性の現像液１０５に接液させ、レジストパターン２０７
を得る（図８（ｂ））。この時に、ＴｉＮ膜２０２のピ
ンホール２０３から現像液１０５が合金膜２０４に侵入
して腐食し、現像液１０５を洗浄した後に腐食痕２０４
が存在する（図８（ｃ））。

【０００７】このような状態で次工程のドライエッチン
グ２０５を行うと（図８（ｄ））、腐食痕２０４に沿っ
たＡｌＣｕの残渣２０６（図８（ｅ））が発生し、配線
間ショートを引き起こす原因となる。

【０００８】更に、レジストパターン２０７の再生工程
を行う場合、一旦形成されたレジストパターン２０７
は、３００℃前後の高温下で半導体装置を酸素プラズマ
雰囲気に曝しアッシングが行われ、除去し、また、形成
するという工程が繰り返される。この工程のように半導
体装置が高温に曝されると、その最上層のＴｉＮ膜２０
２に割れが生じ、再度レジストパターン２０７を形成す
る際に、現像液１０５がピンホール２０３以外のその割
れからも侵入し、上記示した不具合が顕著となる。

【０００９】この対策としてＴｉＮ膜２０２の膜厚を厚
くする方法も試みられたが、アッシングによるＴｉＮ膜
２０２の割れに対しては有効的でなかった。また、レジ
ストパターン２０７の除去方法としてアッシングの代わ
りに有機溶剤系による剥離も試みたが、レジストパター
ン２０７の除去性が悪く、パターン欠陥の増加を引き起
こし有効的でなかった。

【００１０】他の方法として現像液の侵入だけを考えた
場合、図９に示すように、例えば特開平６−１１０１９
９号公報に示された、基板４０２上に形成されたＡｌお
よびＣｕの合金膜４０１上に後述する現像液に対する溶
解レートの低い有機系反射防止膜３０２を回転塗布法に
て形成し、その有機系反射防止膜３０２上にレジスト３
０３を形成する方法がある。しかし有機系反射防止膜３
０２は、露光時の下地３０１からの反射を低減させるた
めには所定の膜厚が必要であり、例えば露光光として遠
紫外線を使用するような場合は１００ｎｍ程度と厚い膜
厚が必要となる。

【００１１】そして図９に示すように、基板４０２の上
部に形成された下地４０１表面に凹凸がある場合は、そ
の凹部４０１ａでの有機系反射防止膜４０３の膜厚がさ
らに厚くなる。そして、上記従来の場合と同様に、感光
性のレジスト４０５を塗布し（図９（ａ））、レジスト
パターン４０４を形成し（図９（ｂ））する。次に、ド
ライエッチング４０５ａを行い（図９（ｃ））、露出し
ている有機系反射防止膜４０３をエッチングする。

【００１２】しかし、凹部４０１ａ内には有機系反射防
止膜４０３ａが残存することが考えられる。この状態に
て、ドライエッチング４０５ｂを行い（図９（ｄ））、
露出している合金膜４０１のエッチングが行われると、
この凹部４０１ａに対応する箇所に残渣４０６が発生す
る可能性が高い（図９（ｅ））。

【００１３】また、有機系反射防止膜４０３の膜厚が厚
いと被エッチング部材のレジストパターンに対する寸法
変動が大きくなり、エッチング時の寸法変動を引き起こ
しやすい。また、この有機系反射防止膜４０３をパター
ニングの際に除去をする場合（図９（ｃ）から図９
（ｄ）の工程）、同じ有機物であるレジストパターン４
０４ａに体積減少が生じ、場合によっては後工程におけ
るレジストパターン４０４ａの膜厚に不足が生じること
も考えられる。

【００１４】また、他の方法として、現像液に対して溶
解レートの低い無機系膜を用いることも想定できるが、
無機系膜形成時には基板の変質が生じたり、パターニン
グの後の除去が必要な場合に、有機系膜と異なりアッシ
ングによるレジストパターンとの同時除去工程を用いる
ことができない。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置の製
造方法は上記のように行われているため、レジストをパ
ターニングする際に用いられる現像液の下地への侵入を
防止しようとすると、何らかの不具合が生じるという問
題点があった。

【００１６】この発明は上記のような問題点を解消する
ためなされたもので、他に不具合を生じることなく、レ
ジストのパターニングの際の現像液の下地への侵入を防
止することができる半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る請求項１
の半導体装置の製造方法は、下地の上面にレジストのパ
ターニングを行う半導体装置の製造方法において、下地
上に有機系薄膜を化学気相反応法または物理蒸着法にて
形成し、有機系薄膜上に感光性のレジストを形成し、レ
ジストに所望のパターンにてなるマスクを介して光を照
射し、水溶性の現像液にレジストを浸漬させレジストパ
ターンを形成するものである。

【００１８】また、この発明に係る請求項２の半導体装
置の製造方法は、請求項１において、有機系薄膜を構成
している分子の終端が、水素または／およびフッ素にて
なるものにて形成する。

【００１９】また、この発明に係る請求項３の半導体装
置の製造方法は、請求項１または請求項２において、有
機系薄膜の膜厚が、３０ｎｍより薄い膜厚にて形成され
ているものである。

【００２０】また、この発明に係る請求項４の半導体装
置の製造方法は、請求項１ないし請求項３のいずれかに
記載の半導体装置の製造方法にて形成されたレジストパ
ターンおよび有機系薄膜の除去を、アッシングを用いて
一工程にて行うものである。

【００２１】また、この発明に係る請求項５の半導体装
置の製造方法は、請求項１ないし請求項４のいずれかに
おいて、下地は、その表面が反射防止膜、反射防止膜の
下部に導電膜が形成されているものである。

【００２２】また、この発明に係る請求項６の半導体装
置の製造方法は、請求項５において、反射防止膜および
有機系薄膜の膜厚を、有機系薄膜を反射防止膜の一部と
して加味して設定するものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態について説明する。図１および図２はこの発
明の実施の形態１の半導体装置の製造方法を示す断面
図、図３は本発明の有機系薄膜を形成する際に使用する
プラズマＣＶＤ（化学気相反応法の略）装置の概略を示
す図である。図３において、８０２は半導体装置８０１
が載置され、温度制御するための支持台、そしてこれら
は金属製の反応室８０３内に形成されている。

【００２４】反応室８０３には薄膜形成原料ガスがガス
ボンベ８０４より流量制御バルブ８０５を通って供給さ
れると共に、反応室８０３内は圧力制御弁８０６および
真空ポンプ８０７によって所定の圧力に保持することが
できる。また、反応室８０３上部にはプラズマを発生さ
せるためにマイクロ波発振器８０８が接続され、反応室
８０３の外周には磁場発生用のコイル８０９が設置され
ている。

【００２５】次に図１および図２に基づいて、この発明
の実施の形態１における半導体装置の製造方法について
説明する。まず、基板５０８上に形成されたＡｌおよび
Ｃｕの合金膜５０１上に、露光時の反射防止膜としての
ＴｉＮ膜５０２を形成する。このＴｉＮ膜５０２には、
ピンホール５０３が存在し、下層の合金膜５０１を完全
に覆っていない。次にＣＶＤ５０５により基板５０８上
全面に有機系薄膜５０９を形成する（図１（ａ））。こ
の有機系薄膜５０９の形成に用いる原料ガスは、Ｃと、
Ｆまたは／およびＨとを含み、ＣＶＤの所定の条件で気
相状態である分子を用いる。

【００２６】例えば、原料ガスとして、フレオン系のＣ
₄Ｆ₈を用いると、図４に示すように分子の終端がＦとな
り、Ｃ₂Ｈ₄などの炭化水素を用いると、図５に示すよう
に分子の終端がＨとなり、両ガスの混合系を用いると、
図６に示すように分子の終端がＨとＦとになる。このよ
うに、分子の終端をＨまたは／およびＦとすると、それ
自体の性質が確実に親油性となり、後述する水溶性の現
像液に対する溶解レートは極めて低くなる。

【００２７】図３に基づいてＣＶＤでの有機系薄膜５０
２の形成方法の一例を説明する。まず、半導体装置８０
１が支持台８０２上に保持され、１００℃に温度調節さ
れる。反応室８０３に薄膜形成原料ガスであるＣ₄Ｆ₈を
５ｓｃｃｍでガスボンベ８０４から流量制御バルブ８０
５を介して導入する。そして、圧力制御弁８０６および
真空ポンプ８０７により反応室８０３内の圧力を０．５
Ｐａに保持する。

【００２８】次に、コイル８０９によって反応室８０３
上部の磁場を８７５Ｇａｕｓｓに設定して、マイクロ波
発振器８０８から５００Ｗのマイクロ波を供給し、ＥＣ
Ｒ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマを発生させる。
プラズマによってはＣ₄Ｆ₈は分解し、発散磁場によって
半導体装置８０３上に運ばれ、有機系薄膜５０９を形成
する。

【００２９】このような方法にて形成された有機系薄膜
５０９は、図４に示すようなＣｎＦｎのポリマーからな
り、１０ｎｍ／ｍｉｎの速度で成膜される。下地はＡｌ
およびＣｕの合金膜５０１上にＴｉＮ膜５０２を形成し
たものであり、現像液の浸み込みを防ぐためには、当該
有機系薄膜５０９の厚さは５ｎｍ程度でよいため、成膜
に要する時間は３０秒程度となる。このように成膜時間
をもって、安定した厚さの有機系薄膜５０９を形成して
もよいし、反応中の膜厚を光学干渉式膜厚計によって測
定することで膜厚の制御を行っても良い。

【００３０】尚、この際の有機系薄膜５０９の膜厚の上
限は、３０ｎｍより薄く設定する必要がある。これは、
エッチング時に有機系薄膜５０９の除去による不具合が
生じないためである。また、有機系薄膜５０９は反射防
止膜としても機能することから、先に形成されている反
射防止膜としてのＴｉＮ膜５０２の膜厚に、この有機系
薄膜５０９の膜厚も加味し、反射防止膜としての適当な
厚みに設定することもできる。

【００３１】次に、感光性のレジスト５１２を塗布し、
Ｘ線や紫外線などの光５０４を所望なパターンにてなる
マスク５０６を介して、感光性のレジスト５１２に照射
して露光する（図１（ｂ））。次に、露光部のレジスト
５１２を除去するために、ＴＭＡＨ水溶液を主成分とす
る水溶性の現像液５１５に接液させ、レジストパターン
５０７を得る（図１（ｃ））。この時に、ＴｉＮ膜５０
２のピンホール５０３から合金膜５０４への現像液５１
５の侵入は、ＴｉＮ膜５０２上に隙間なく積層された有
機系薄膜５０９により確実に防止され、合金膜２０４の
現像液５０８による腐食は存在しない。

【００３２】次に、有機系薄膜５０９のエッチングは、
エッチングガスとしてＡｒ、Ｃｌ₂、ＣＨＦ₃を用いるプ
ラズマのドライエッチング５１０ａにより容易に除去で
きる（図１（ｄ））。その際のレジストパターン５０７
は同一の性質を有する有機系膜であり、エッチングが伴
うものの、体積減少は６ｎｍ程度におさえことができ
る。よって、その後の下地のエッチングにおいてレジス
ト厚が不足したり寸法変動が発生したりするといった問
題は生じない。

【００３３】次に、ＴｉＮ膜５０２のエッチングは、エ
ッチングガスとしてＣｌ₂、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃、ＢＣｌ₃を
用いるプラズマのドライエッチング５１０ｂにより除去
する（図２（ａ））。次に、合金膜５０１のエッチング
は、エッチングガスとしてＣｌ₂、Ｎ₂、ＣＨＦ₃、ＢＣ
ｌ₃を用いるプラズマのドライエッチング５１０ｃによ
り除去する（図２（ｂ））。これら各膜のエッチング
は、エッチングガスやマイクロ波出力を変更することに
より容易に行うことができる。

【００３４】そして、合金膜５０１はパターニングされ
た（図２（ｃ））。次に、レジストパターン５０７と有
機系薄膜５０９との除去工程では、３００℃前後の高温
下で酸素プラズマ雰囲気に曝しアッシングを行い除去す
る。この際、有機系薄膜５０９のアッシングレートはレ
ジストパターン５０７とほぼ同等であり、残さなどは全
く発生せず、有機系薄膜５０９の膜厚が薄いため寸法誤
差等生じることなく一工程にて容易に除去することがで
きる。

【００３５】更に、レジストパターン５０７の再生工程
を行う場合、一旦形成されたレジストパターン５０７除
去し、形成する工程が繰り返えされ、最上層のＴｉＮ膜
５０２に割れが生じても、有機系薄膜５０９がこの割れ
の部分にも積層されるため、レジストパターン５０７を
形成する際に現像液５０５の下地への侵入は有機系薄膜
５０９により確実に防止され、上記にて示した場合と同
様の効果を奏することとなる。

【００３６】上記のように行われた実施の形態１の半導
体装置の製造方法は、レジストパターンを形成する下地
上の全面に、確実に有機系薄膜を形成して、レジストを
現像する際の現像液の下地への侵入を確実に防止してい
るため、現像液の侵入による不具合を解消するととも
に、有機系薄膜を化学気相反応法により薄膜にて形成し
ているため、有機系薄膜の除去などによる不具合を生じ
ることはない。

【００３７】尚、上記実施の形態では有機系薄膜の形成
を化学気相反応法を用いる例を示したが、例えば、有機
系薄膜の形成を物理蒸着法で行ってもよく、この場合も
上記実施の形態と同様に有機系薄膜を全面に確実に形成
することができるため、上記実施の形態と同様の効果を
奏することができる。上記実施の形態にて示した他の具
体例としては、例えば、１３．５６ＭＨｚのＲＦと平行
平板電極を用いた方法や、ガスの励起を紫外線で行う光
ＣＶＤを用いる方法等があげられる。

【００３８】また、上記実施の形態においては、下地と
して反射防止膜および合金膜を形成する例を示したがこ
れに限られることはなく、下地としてレジストのパター
ニングの際に、現像液からの保護が必要なものであれば
いずれの場合にも同様に有機系薄膜を用いることができ
ることは言うまでもない。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１によ
れば、下地の上面にレジストのパターニングを行う半導
体装置の製造方法において、下地上に有機系薄膜を化学
気相反応法または物理蒸着法にて形成し、有機系薄膜上
に感光性のレジストを形成し、レジストに所望のパター
ンにてなるマスクを介して光を照射し、水溶性の現像液
にレジストを浸漬させレジストパターンを形成するの
で、有機系薄膜が下地への現像液の侵入を防止すること
ができる半導体装置の製造方法を提供することが可能と
なる。

【００４０】また、この発明の請求項２によれば、請求
項１において、有機系薄膜を構成している分子の終端
が、水素または／およびフッ素にてなるものにて形成す
るので、有機系薄膜が下地への現像液の侵入を確実に防
止することができる半導体装置の製造方法を提供するこ
とが可能となる。

【００４１】また、この発明の請求項３によれば、請求
項１または請求項２において、有機系薄膜の膜厚が、３
０ｎｍより薄い膜厚にて形成されているので、他に不具
合を生じることなく有機系薄膜の除去工程を行うことが
できる半導体装置の製造方法を提供することが可能とな
る。

【００４２】また、この発明の請求項４によれば、請求
項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体装置の製
造方法にて形成されたレジストパターンおよび有機系薄
膜の除去を、アッシングを用いて一工程にて行うので、
工程数を増大させることなく行うことができる半導体装
置の製造方法を提供することが可能となる。

【００４３】また、この発明の請求項５によれば、請求
項１ないし請求項４のいずれかにおいて、下地は、その
表面が反射防止膜、反射防止膜の下部に導電膜が形成さ
れているので、反射防止膜上に形成された有機系薄膜に
より、導電膜に現像液の侵入を防止することができる半
導体装置の製造方法を提供することが可能となる。

【００４４】また、この発明の請求項６によれば、請求
項５において、反射防止膜および有機系薄膜の膜厚を、
有機系薄膜を反射防止膜の一部として加味して設定する
ので、反射防止を確実に行うことができる半導体装置の
製造方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１による半導体装置の
製造方法を示す断面図である。

【図２】この発明の実施の形態１による半導体装置の
製造方法を示す断面図である。

【図３】この発明の実施の形態１による半導体装置の
製造方法に使用する半導体製造装置の構成を示す図であ
る。

【図４】この発明の実施の形態１による有機系薄膜の
構成の終端部を示す図である。

【図５】この発明の実施の形態１による有機系薄膜の
構成の終端部を示す図である。

【図６】この発明の実施の形態１による有機系薄膜の
構成の終端部を示す図である。

【図７】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図で
ある。

【図８】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図で
ある。

【図９】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

５０１合金膜、５０２ＴｉＮ膜、５０３ピンホー
ル、５０４光、５０５ＣＶＤ、５０６マスク、５
０７レジストパターン、５０９有機系薄膜、５１２
レジスト、５１５現像液。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/28 Ｈ０１Ｌ 21/312 Ｄ５Ｆ０４６ 21/3065 Ｍ５Ｆ０５８ 21/312 21/30 ５６３ 21/302 Ｈ 21/3213 21/88 ＣＦターム(参考） 2H025 AB16 AC01 AC04 AD01 AD03 DA18 DA34 DA40 FA03 FA17 FA41 FA47 2H096 AA25 CA05 CA06 CA20 EA02 EA03 EA07 GA08 HA23 JA04 LA07 LA08 4M104 BB02 DD65 DD71 HH14 HH20 5F004 AA08 BA14 DA01 DA04 DA11 DA16 DA23 DA25 DA26 DB09 DB12 DB23 DB26 EA22 EA26 5F033 HH08 HH33 MM05 QQ03 QQ08 QQ12 QQ26 WW02 XX00 XX31 5F046 HA07 JA22 LA18 PA04 5F058 AA05 AA08 AA10 AC08 AD01 AD08 AF02 AF04 AF10 AG04 AH01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下地の上面にレジストのパターニングを
行う半導体装置の製造方法において、下地上に有機系薄
膜を化学気相反応法または物理蒸着法にて形成する工程
と、上記有機系薄膜上に感光性のレジストを形成する工
程と、上記レジストに所望のパターンにてなるマスクを
介して光を照射する工程と、水溶性の現像液に上記レジ
ストを浸漬させレジストパターンを形成する工程とを備
えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】有機系薄膜を構成している分子の終端
が、水素または／およびフッ素にてなるものにて形成す
ることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造
方法。
【請求項３】有機系薄膜の膜厚が、３０ｎｍより薄い
膜厚にて形成されていることを特徴とする請求項１また
は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかに記
載の半導体装置の製造方法にて形成されたレジストパタ
ーンおよび有機系薄膜の除去を、アッシングを用いて同
一工程にて行うことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項５】下地は、その表面が反射防止膜、上記反
射防止膜の下部に導電膜が形成されていることを特徴と
する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の半導体
装置の製造方法。
【請求項６】反射防止膜および有機系薄膜の膜厚を、
上記有機系薄膜を反射防止膜の一部として加味して設定
することを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製
造方法。