JP2002260990A - 微細レジストパターンの形成方法及び半導体装置 - Google Patents
微細レジストパターンの形成方法及び半導体装置Info
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Abstract
レジストパターンの形成方法及び半導体装置を提供す
る。 【解決手段】 基板1上に第一レジスト層2を形成する
工程と、特定ガスに接触して特定元素と結合しエッチン
グガスに対する耐性が強化される性質を有する第二レジ
スト層5を形成する工程と、特定ガスに接触しても特定
元素と結合しない性質を有する第三レジスト層6のレジ
ストパターン6aを形成する工程と、レジストパターン
6aをマスクにして第二レジスト層5の露出領域5a1
とその近傍領域5a2とを特定元素と結合させる工程
と、レジストパターン6aをマスクにして第二レジスト
層5の露出領域5a1をエッチング除去する工程と、レ
ジストパターン6aと非結合領域5bとを除去するとと
もに、残存領域5cをマスクとして第一レジスト層2を
エッチング除去する工程とを備えた。
Description
ターンの形成方法及び半導体装置に関し、特に、ウエハ
等の表面に微細なパターンを形成するための微細レジス
トパターンの形成方法及び半導体装置に関するものであ
る。
来の微細レジストパターンの形成方法、すなわち2層レ
ジストプロセスについて説明する。図2(A)〜(D)
は、従来の微細レジストパターンの形成方法において、
各工程における半導体装置を示す概略断面図である。
積層工程が行われる。すなわち、基板1上に、下層レジ
スト2を塗布した後に、これを熱架橋する。その後、さ
らに、下層レジスト2上に、シリコンを含有した上層レ
ジスト3を塗布する。これにより、半導体装置のレジス
ト積層工程が終了する。
が行われる。すなわち、レジスト積層工程後の半導体装
置において、上層レジスト3上に露光4をして、所望の
潜像としての上層レジストパターンを作成する。これに
より、半導体装置の露光工程が終了する。
が行われる。すなわち、露光工程後の半導体装置におい
て、露光工程にて潜像化された上層レジストパターン
を、現像化された上層レジストパターン3aとする。こ
れにより、半導体装置の現像工程が終了する。なお、同
図において、露光4がされる領域と、上層レジストパタ
ーン3aが形成される領域とは、一致している。すなわ
ち、ここでの上層レジスト3は、いわゆるネガ型レジス
トである。
ング工程が行われる。すなわち、現像工程後の半導体装
置において、現像化された上層レジストパターン3aを
エッチングマスクとして、下層レジスト2の露出した領
域を、酸素プラズマ等により除去する。これにより、所
望の下層レジストパターン2aが形成されて、半導体装
置の微細レジストパターン形成についての全工程が完了
することになる。
細化に対する要求は益々高まる傾向にあり、これにとも
なって、ウエハ等の表面に微細なパターンを形成する新
しい技術の開発が盛んに進められている。
微細なレジストパターンを形成するためには、露光・現
像工程にて形成される上層レジストパターンを、それに
対応した微細なパターンとする必要があった。したがっ
て、さらなる微細化されたレジストパターン形成が可能
であるか否かは、露光装置の解像力によるところが大き
かった。しかし、露光装置の解像力を向上するために
は、光線波長やレンズ開口数をさらに厳しい条件に設定
する必要があり、設備費用が高くなる等の経済的問題の
他にも、難しい技術的問題が多々あった。
るためになされたもので、露光装置の解像力によること
なく、半導体装置の表面にさらに微細なパターンを形成
することができる微細レジストパターンの形成方法及び
半導体装置を提供することを課題とする。
を解決するために研究を重ねた結果、次の事項を知るに
至った。すなわち、所定の分子量を有するポリビニルフ
ェノール樹脂にて形成されたレジストは、その表面の露
出した領域を特定の元素としてのシリコン(Si元素)
を含むガス(シリル化ガス)にさらすと、その露出領域
とその近傍の領域とがシリコンと結合(シリル化)をし
てシリル化領域を形成する。そして、このシリル化領域
は、所定のエッチングガスとしての酸素ガスに対する耐
性が強化されるという性質を有する。さらに、このレジ
スト(シリル化レジスト)の膜厚と、シリコンとの結合
条件(処理温度、処理時間、圧力、シリコン含有量等)
とを一定値に管理することで、シリル化される近傍領域
の範囲を、微細レジストパターンに対応した極めて微細
な範囲とすることができる。
解決するためになされたものであり、すなわち、この発
明の請求項1記載の発明にかかる微細レジストパターン
形成方法は、基板上に第一のレジスト層を形成する工程
と、前記第一のレジスト層の上に、特定の元素を含む特
定のガスに接触して当該特定の元素と結合し所定のエッ
チングガスに対する耐性が強化される性質を有する第二
のレジスト層を形成する工程と、前記第二のレジスト層
の上に、前記特定の元素を含む特定のガスに接触しても
前記特定の元素と結合しない性質を有する第三のレジス
ト層のレジストパターンを形成する工程と、前記第三の
レジスト層のレジストパターンをマスクにして前記第二
のレジスト層の露出した領域を前記特定の元素を含む特
定のガスにさらすことにより前記露出した領域とその近
傍の領域とを前記特定の元素と結合させる工程と、前記
第三のレジスト層のレジストパターンをマスクにして前
記第二のレジスト層の露出した領域をエッチング除去す
る工程と、前記第三のレジスト層のレジストパターンと
前記第二のレジスト層の前記特定の元素と結合していな
い領域とを除去するとともに、前記第二のレジスト層の
前記特定の元素と結合した残存領域をマスクとして前記
第一のレジスト層をエッチング除去して前記第一のレジ
スト層の微細レジストパターンを形成する工程とを備え
たものである。
ジストパターン形成方法は、上記請求項1に記載の発明
において、前記特定の元素を、シリコンとしたものであ
る。
ジストパターン形成方法は、上記請求項1又は請求項2
に記載の発明において、前記所定のエッチングガスを、
酸素ガスとしたものである。
ジストパターン形成方法は、上記請求項1〜請求項3の
いずれかに記載の発明において、前記第二のレジスト層
の露出した領域をエッチング除去する工程を、CF系ガ
スを用いたプラズマ処理工程としたものである。
ジストパターン形成方法は、上記請求項1〜請求項4の
いずれかに記載の発明において、前記第二のレジスト層
の前記特定の元素と結合した残存領域を、前記第二のレ
ジスト層の膜厚又は前記特定の元素との結合条件によっ
て制御したものである。
かかる半導体装置は、前記請求項1〜請求項5のいずれ
かに記載の微細レジストパターンの形成方法によって製
造されたものである。
施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1(A)
〜(G)は、本実施の形態の微細レジストパターンの形
成方法において、各工程における半導体装置を示す概略
断面図である。なお、同図において、半導体装置におけ
る基板1より下方の領域については、簡単のため図示を
省略する。
積層工程が行われる。すなわち、まず、第一のレジスト
層としての下層レジスト2を、基板1上に塗布した後
に、これを熱架橋する。ここで、下層レジスト2として
は、例えば、材質にノボラックレジスト(例えば、住友
化学製i線レジストPFI-38)を用いることができ
る。さらに、このときの下層レジスト2の膜厚は、いわ
ゆる回転塗布により0.5μm程度の膜厚とすることが好
適であり、その場合の熱架橋は 200〜300℃の温度にて
達成することができる。
ジスト5を、下層レジスト2上に塗布した後に、これを
熱架橋する。ここで、中間層レジスト5は、一定のシリ
コンを含むガス中にてシリコンと結合してシリル化領域
を形成する性質を有するシリル化レジストであり、例え
ば、材質としては分子量が2〜3万のポリビニルフェノ
ール樹脂を用いることができる。さらに、このときの中
間層レジスト5の膜厚は、0.05〜0.07μmの膜厚とする
ことが好適であり、その場合の熱架橋は130〜150℃にて
達成することができる。
上層レジスト6を、中間層レジスト5上に塗布する。こ
こで、上層レジスト6は、特定ガスとしてのシリコン含
有気体と接触しても、シリル化せずにシリル化領域を形
成しない性質を有する非シリル化レジストであり、例え
ば、材質としてはArFエキシマ露光用のアクリル系ポ
ジ型レジストを用いることができる。さらに、このとき
の上層レジスト6の膜厚は、回転塗布により0.3〜0.4μ
mの膜厚とすることが好適である。
層工程が終了する。なお、下層レジスト2又は中間層レ
ジスト5は、上述のように、塗布工程後に高温で熱処理
されている。そのため、その後に塗布される中間層レジ
スト5又は上層レジスト6は、下層レジスト2又は中間
層レジスト5と混ざり合うことなく良好に塗布されるこ
とになる。
が行われる。すなわち、レジスト積層工程後の半導体装
置において、上層レジスト6上に露光7をして、所望の
潜像としての上層レジストパターンを作成する。これに
より、半導体装置の露光工程が終了する。ここで、露光
7としては、紫外線、X線、電子線等の高エネルギ照射
が可能な光源を用いることができ、 例えば、ArFエ
キシマレーザを光源とした場合には、その照射量を3〜
8mJ/cm2とすることが好適である。
が行われる。すなわち、露光工程後の半導体装置は、約
90℃にて約1分間熱処理される。そして、露光工程に
て潜像化された上層レジストパターンを、現像化された
上層レジストパターン6aとする。これにより、半導体
装置の現像工程が終了する。なお、同図において、露光
7がされる領域と、上層レジストパターン6aが形成さ
れない領域とは、一致している。すなわち、ここでの上
層レジスト3は、いわゆるポジ型レジストである。ま
た、ここでの現像は、いわゆる湿式現像方式とすること
ができる。
シリル化処理工程が行われる。すなわち、同図(D)に
示すように、現像工程後の半導体装置は、シリル化ガス
としてのシリコン含有気体にさらされる。ここで、シリ
コン含有気体としては、例えば、ジメチルシリルジメチ
ルアミン(DMSDMA)を用いることができる。なお、図1
(D)中の記号Siはシリコン含有気体を示し、半導体
装置の露出面がシリコン含有気体と接触している状態で
ある。
装置における中間層レジスト5の露出領域は、シリコン
含有気体と接触することにより、シリル化領域5aを形
成する。ここで、シリル化領域5aは、例えば、フェノ
ール性水酸基とDMSDMAとの化学反応により形成されたも
のであり、結果的に中間層レジスト5内にシリコン元素
が取り込まれることになる。
気体に直接さらされる露出領域5a 1と、シリコン含有
気体には直接接触せずに露出領域の近傍の領域5a
2(後述する残存シリル化領域としての中間層レジスト
パターン5cの領域である。)とで、形成される。すな
わち、上層レジストパターン6aの下方には、シリル化
された近傍領域5a2と、シリル化されていない非シリ
ル化領域5bとが存在することになる。
層レジストパターン5c)は、上述したように、処理温
度、処理時間、圧力、シリコン含有量等のシリコンとの
結合条件によって、任意に設定することができる。例え
ば、上述のDMSDMAをシリコン含有気体とした場合であれ
ば、処理温度を80℃とし、圧力を7.3kPa(55Torr)と
して、処理時間を15秒間とすると、近傍領域5a2の幅
を0.03μmに設定することができる。このようにして、
半導体装置のシリル化処理工程が終了する。
処理工程が行われる。すなわち、シリル化処理工程後の
半導体装置において、上層レジストパターン6aをマス
クとして、シリル化領域5aの露出領域5a1を除去す
る。すなわち、中間層レジスト5について、非シリル化
領域5bと、中間層レジストパターン5cとが、除去さ
れずに残存する。
しては、例えば、CF系ガスを用いたプラズマ処理(異
方性エッチング処理)を用いることができる。この場
合、例えば、CF系ガスがC2F6と酸素の混合ガスで
あれば、最高出力が200W、最低出力が5Wの処理装
置(例えば、ラムリサーチ社製TCP-9400)を用
いて、その処理時間は30秒程度となる。このようにし
て、半導体装置の第一除去処理工程が終了する。
去処理工程が行われる。すなわち、第一除去処理工程後
の半導体装置において、上層レジストパターン6aと非
シリル化領域5bとを除去するとともに、中間層レジス
トパターン5cをマスクとしてその領域以外の領域の下
層レジスト2を除去する。すなわち、3層のレジスト層
のうち、残存シリル化領域としての中間層レジストパタ
ーン5cと、下層レジストパターン2aとが、除去され
ずに残存する。
しては、例えば、酸素ガスを用いたプラズマ処理を用い
ることができる。すなわち、中間層レジストパターン5
cについては、シリル化されており所定のエッチングガ
スとしての酸素ガスに対する耐性が強化されているため
に、酸素プラズマ処理を受けてもエッチング除去されな
いことになる。また、下層レジストパターン2aについ
ても、上述したように、高温熱処理にて熱架橋されてい
るため、酸素プラズマ処理による損傷が生じにくくなっ
ている。このようにして、半導体装置の第二除去処理工
程が終了し、所望の微細レジストパターンが形成された
半導体装置が完成する。
に構成された微細レジストパターンの形成方法及び半導
体装置においては、極めて微細であって、パターン変形
等のない良好なパターンを形成することができる。な
お、本実施例においては、上層レジスト6としてポジ型
レジストを用いたが、その代わりに、上層レジスト6と
してネガ型レジストを用いても、本実施例と同様の効果
を奏することになる。
れず、本発明の技術思想の範囲内において、実施の形態
は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構
成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定され
ず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にす
ることができる。
で、特に露光装置の解像力を向上しなくても、ウエハ等
の半導体装置の表面に極めて微細かつ良好なパターンを
形成することができる微細レジストパターンの形成方法
及び半導体装置を提供することができる。
ーン形成方法において、各工程における半導体装置を示
す概略断面図である。
て、各工程における半導体装置を示す概略断面図であ
る。
パターン、3、6 上層レジスト、 3a、6a 上層
レジストパターン、4、7 露光、 5 中間層レジス
ト、 5a シリル化領域、5a1 露出領域、 5
a2 近傍領域、 5b 非シリル化領域、5c 中
間層レジストパターン。
Claims (6)
- 【請求項1】 基板上に第一のレジスト層を形成する工
程と、前記第一のレジスト層の上に、特定の元素を含む
特定のガスに接触して当該特定の元素と結合し所定のエ
ッチングガスに対する耐性が強化される性質を有する第
二のレジスト層を形成する工程と、前記第二のレジスト
層の上に、前記特定の元素を含む特定のガスに接触して
も前記特定の元素と結合しない性質を有する第三のレジ
スト層のレジストパターンを形成する工程と、前記第三
のレジスト層のレジストパターンをマスクにして前記第
二のレジスト層の露出した領域を前記特定の元素を含む
特定のガスにさらすことにより前記露出した領域とその
近傍の領域とを前記特定の元素と結合させる工程と、前
記第三のレジスト層のレジストパターンをマスクにして
前記第二のレジスト層の露出した領域をエッチング除去
する工程と、前記第三のレジスト層のレジストパターン
と前記第二のレジスト層の前記特定の元素と結合してい
ない領域とを除去するとともに、前記第二のレジスト層
の前記特定の元素と結合した残存領域をマスクとして前
記第一のレジスト層をエッチング除去して前記第一のレ
ジスト層の微細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微細レジストパターンの形成方
法。 - 【請求項2】 前記特定の元素は、シリコンであること
を特徴とする請求項1に記載の微細レジストパターンの
形成方法。 - 【請求項3】 前記所定のエッチングガスは、酸素ガス
であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の
微細レジストパターンの形成方法。 - 【請求項4】 前記第二のレジスト層の露出した領域を
エッチング除去する工程は、CF系ガスを用いたプラズ
マ処理工程であることを特徴とする請求項1〜請求項3
のいずれかに記載の微細レジストパターンの形成方法。 - 【請求項5】 前記第二のレジスト層の前記特定の元素
と結合した残存領域は、前記第二のレジスト層の膜厚又
は前記特定の元素との結合条件によって制御されたこと
を特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の微
細レジストパターンの形成方法。 - 【請求項6】 前記請求項1〜請求項5のいずれかに記
載の微細レジストパターンの形成方法によって製造され
たことを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
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JP2001059799A JP3553897B2 (ja) | 2001-03-05 | 2001-03-05 | 微細レジストパターンの形成方法及び半導体装置の製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP3553897B2 JP3553897B2 (ja) | 2004-08-11 |
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Country | Link |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100816753B1 (ko) | 2006-10-09 | 2008-03-25 | 삼성전자주식회사 | 반도체 소자의 형성방법 |
JP2008171859A (ja) * | 2007-01-09 | 2008-07-24 | Toppan Printing Co Ltd | レジストパターン形成方法及び電子素子の製造方法並びに半導体集積回路の製造方法 |
KR100859636B1 (ko) | 2007-09-14 | 2008-09-23 | 주식회사 동부하이텍 | 반도체 장치의 제조 방법 |
JP2009016653A (ja) * | 2007-07-06 | 2009-01-22 | Tokyo Electron Ltd | 基板の処理方法及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体 |
-
2001
- 2001-03-05 JP JP2001059799A patent/JP3553897B2/ja not_active Expired - Fee Related
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