JP2003158072A - フォトレジストのパターン間の寸法を小さくする方法 - Google Patents

フォトレジストのパターン間の寸法を小さくする方法

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JP2003158072A
JP2003158072A JP2002245175A JP2002245175A JP2003158072A JP 2003158072 A JP2003158072 A JP 2003158072A JP 2002245175 A JP2002245175 A JP 2002245175A JP 2002245175 A JP2002245175 A JP 2002245175A JP 2003158072 A JP2003158072 A JP 2003158072A
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JP
Japan
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layer
photoresist
semiconductor
substrate
material layer
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JP2002245175A
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Imin Sho
維民 鍾
Shingi Sai
信誼 蔡
Meichu Ryo
明中 梁
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Macronix International Co Ltd
Original Assignee
Macronix International Co Ltd
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォトレジスト層上のパターンを隔てる間隔
を小さくする方法を提供する。 【解決手段】 基板を形成するステップと、前記基板上
にポリシリコン層を被着させるステップと、前記ポリシ
リコン層上にフォトレジスト層を被着させるステップ
と、前記フォトレジスト層をパターン形成するステップ
と、前記パターン形成したフォトレジスト層上に共形か
つ非感光性の無機材料層を被着させるステップと、前記
無機材料層および半導体材料層に異方性エッチングを施
すステップとを含むことを特徴とする半導体製造方法で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造方法に
係り、特に、フォトレジストのパターン間の寸法を小さ
くするフォトリソグラフィ方法に関する。
【0002】
【従来の技術】サブミクロン半導体製造方法が普及して
きたために、高解像度のフォトリソグラフィ方法に対す
る要求が高まっている。従来のフォトリソグラフィ方法
の解像度は、主に光源の波長に依存するために、フォト
レジストのパターン間にある一定の間隔が要求される。
光源の波長よりも小さいパターンを隔てる間隔を正確に
パターン形成することはできなかった。
【0003】通常、低波長を有する従来技術の光源が高
解像度フォトリソグラフィ方法で使用される。さらに、
高解像度フォトリソグラフィ方法の焦点深度は、相対的
に解像度が低いフォトリソグラフィ方法と比較して浅
い。結果として、従来のフォトリソグラフィ方法には、
薄いフォトレジスト層が必要になる。しかし、薄いフォ
トレジスト層は半導体製造工程における後続のエッチン
グステップの影響を受けやすい。このようにエッチング
に対する耐性が相対的に低いために、フォトレジストの
パターン形成の精度が低下してしまう。このような制限
があるために、フォトレジストのパターンの寸法を小さ
くできない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
主目的は、フォトレジスト層上のパターンを隔てる間隔
を小さくする方法を提供することである。また、本発明
の別の目的は、パターニングされたフォトレジスト層の
エッチング耐性を改善する方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、基板上
に半導体材料層を被着させるステップと、前記半導体材
料層上にフォトレジスト層を準備するステップと、前記
フォトレジスト層をパターン形成するステップと、前記
パターン形成されたフォトレジスト層上に非感光性の無
機材料層を被着させるステップと、前記無機材料層およ
び半導体材料層に異方性エッチングを施すステップと、
前記パターン形成されたフォトレジスト層を除去するス
テップとを含む半導体製造方法が提供される。
【0006】別の態様では、前記無機材料層はほぼ共形
である。さらに別の態様では、前記無機材料を被着させ
るステップは、前記パターン形成されたフォトレジスト
層の安定温度よりも低い温度で実行される。
【0007】また、本発明によれば、基板を形成するス
テップと、前記基板上に半導体材料層を被着させるステ
ップと、前記半導体材料層上にフォトレジスト層を準備
するステップと、前記フォトレジスト層をパターン形成
して少なくとも1つのほぼ垂直な側壁と1つのほぼ水平
な上面とを有する少なくとも1つのフォトレジスト構造
物を形成するステップと、前記少なくとも1つのフォト
レジスト構造物および前記半導体材料層上に非感光性材
料を被着させるステップと、前記非感光性材料をエッチ
ングするステップと、前記少なくとも1つのフォトレジ
スト構造物を除去するステップとを含み、前記フォトレ
ジスト構造物の上面に被着した前記非感光性材料の量
が、前記フォトレジスト構造物の少なくとも1つの側壁
に被着した非感光性材料の量よりも実質的に大きいこと
を特徴とする半導体製造方法が提供される。1つの態様
では、前記フォトレジスト構造物の上面に被着した前記
非感光性材料の量が、前記半導体材料層上に被着した非
感光性材料の量よりも実質的に大きい。
【0008】本発明によれば、さらに、基板を形成する
ステップと、前記基板上に第1の層を準備するステップ
と、前記第1層上にフォトレジスト層を準備するステッ
プと、前記フォトレジスト層をパターン形成して、ほぼ
垂直な側壁とほぼ水平な上面とを有し、スペースによっ
て隔てられた少なくとも2つのフォトレジスト構造物を
形成するステップと、前記フォトレジスト構造物の上面
および前記フォトレジスト構造物を隔てる前記スペース
上にポリマ層を被着させるステップと、前記フォトレジ
スト構造物の上面、前記フォトレジスト構造物間のスペ
ース、および前記第1層上の前記ポリマ層をエッチング
するステップとを含み、前記フォトレジスト構造物の上
面に被着した前記ポリマの量が、前記フォトレジスト構
造物の側壁に被着したポリマの量よりも実質的に大きい
ことを特徴とする半導体製造方法が提供される。1つの
態様では、前記第1層は誘電体層である。
【0009】本発明の別の目的および利点は、以下の記
載に示されたり、以下の記載から自明であったり、ま
た、本発明の実施によって分かったりする。本発明の目
的および利点は、特に、添付の特許請求の範囲で示す構
成要素およびその組合せにより実現および達成される。
【0010】以上の大まかな説明および以下の詳細な説
明はどちらも例示説明的なものに過ぎず、特許請求され
た本発明を限定するものではないことを理解されたい。
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面
は、この記載とともに本発明の種々の実施形態を例示
し、本発明の原理を説明するのに役立つ。本発明の例示
的な実施形態を、添付図面を参照して以下で詳細に説明
する。同じまたは類似の部分を参照するために、図面を
通して可能な限り同じ参照番号を使用する。
【0011】
【発明の実施の形態】図1乃至3は、本発明の半導体製
造工程ステップを示す断面図である。図1について説明
する。本発明の方法はウェファ基板100を形成するこ
とから始まる。ウェファ基板100は、シリコンなどの
任意の周知の半導体基板材料からできていて良い。次
に、第1層110がウェファ基板100上に準備され
る。1つの実施形態では、第1層110は、ポリシリコ
ンなどの半導体材料である。第1層110は、また、誘
電体層または金属層であっても良い。第1層110は、
任意の周知の蒸着プロセスによってウェファ基板100
上に被着されても良い。別の実施形態では、第1層11
0は誘電体材料であり、その場合には第1層110はウ
ェファ基板100上に被着しても成長しても良い。
【0012】反射防止コーティング(ARC)層120
をオプションで第1層110上に準備して、後続の製造
ステップにおける第1層110からの反射を減らしても
良い。次に、フォトレジスト層130をARC層120
上に準備する。ARC層が準備されない実施形態では、
フォトレジスト層130は第1層110上に被着され
る。次に、フォトレジスト層130は、周知のフォトリ
ソグラフィプロセスによってパターン形成され、複数の
フォトレジスト構造物130を有するパターン形成され
たフォトレジスト層が形成される。フォトレジスト構造
物130は、ほぼ垂直な側壁132およびほぼ水平な上
面134を備える。第1層110が半導体材料である
時、フォトレジスト構造物130が第1層110から導
体を形成する役目をする。
【0013】図2について説明する。第2層150が、
周知の化学蒸着装置140によりパターン形成されたフ
ォトレジスト層130上に被着する。周知の化学蒸着プ
ロセスには、プラズマ増強化学蒸着(PECVD)およ
び低圧化学蒸着(LPCVD)が含まれる。第2層15
0は有機的または無機的であって良く、非感光性であ
る。1つの実施形態では、第2層150はポリマ層であ
る。別の実施形態では、第2層150はほぼ共形であ
り、フォトレジスト構造物130の上面134と側壁1
32の両方を覆う。1つの実施形態では、フォトレジス
ト構造物130の上面134上に被着した第2層150
の量は、側壁132に被着した量よりも実質的に大き
い。実質的により多くの第2層150が上面134上に
被着するために、フォトレジスト構造物130は後続の
エッチングステップに対してより抵抗を増し、その結果
フォトリソグラフィプロセスの精度が保たれる。さら
に、第2層150を被着させるステップはフォトレジス
ト構造物130の安定温度よりも低い温度で実行され
る。つまり、第2層150はフォトレジスト構造物13
0の構造安定性に影響を及ぼさない温度で被着する。第
2層150の被着後、フォトレジスト構造物130間の
スペースが、例えば0.22ミクロンから0.02ミク
ロンに減少する。
【0014】PECVDプロセスでは、使用される圧力
はおよそ10から20mトールの範囲にある。電力はお
よそ500から800ワットに及ぶ。蒸着速度はおよそ
毎分3000Δから6000Δの間である。さらに、ポ
リマ層150は、ポリマを形成するソースである、弗素
に部分的に置換された少なくとも1つの炭化水素を含
む。部分的に置換された炭化水素を、ジフルオロメタン
(CH)、ジフルオロメタンとオクタフルオロブ
タン(C)の混合物、およびジフルオロメタンと
トリフルオロメタン(CHF)の混合物から選択して
も良い。1つの実施形態では、部分的に置換された炭化
水素がCHのみを含む時、ポリマ層150の1つ
の部分の厚さ“a”は、ポリマ層150の別の部分の厚
さ“b”と同じになる。別の実施形態では、CH
とCの混合物、またはCHとCHFの混
合物が使用される時、厚さ“a”は厚さ“b”よりも大
きい。したがって、厚さ“a”および“b”はCH
対Cの比率、またはCH対CHFの比
率を調整することによって変えられる。
【0015】さらに、アルゴン(Ar)および一酸化炭
素(CO)をPECVDプロセス時に導入されたガスと
混合しても良い。アルゴンはフォトレジスト層130お
よびARC層120のエッチング均一性を改善するため
のキャリアとしての役割を果たす。一酸化炭素の役割
は、フルオロで置換された炭化水素により生成される弗
素ラジカルおよび弗化物イオンを捕捉することである。
したがって、蒸着プロセス時のポリマのエッチングが抑
制され、ポリマ層150の蒸着速度が高まる。また、酸
素(O)および窒素(N)ガスをPECVDプロセ
スに加えても良い。一酸化炭素の役割とは反対に、酸素
の存在はポリマ層150をエッチングするのに役立つ。
したがって、ポリマ層150の蒸着速度を制御できる。
また、ヘキサフルオロエタン(C)やテトラフル
オロメタン(CF)などのパーフルオロ炭化水素を、
蒸着時にプラズマと結合したガスと混合しても良い。な
ぜなら、これらのガスは、酸素ガスと同様に、ポリマ層
150をエッチングするからである。
【0016】図3(a)および(b)について説明す
る。第2層150、フォトレジスト構造物130、AR
C層120、および第1層110には、プラズマベース
のドライエッチングプロセスにより、異方的にエッチン
グされる。ドライエッチングプロセスはエッチ液として
プラズマ160を使用する。“a”が“b”より厚い実
施形態では、第2層150の厚さは、ARC層120上
に被着した第2層150が完全にエッチング除去された
後、“a”から“a−b”に変化する。このことは、第
2層150がプラズマエッチングプロセスに対する優れ
た耐性を提供し、したがってフォトレジスト構造物13
0のエッチング耐性を向上させることを示している。
【0017】図3(b)に示すように、異方性ドライエ
ッチングプロセスが続く時、第2層150はエッチング
ストップとして働き、フォトレジスト構造物130の側
壁に残留する。したがって、パターン形成されたフォト
レジストと下にあるパターン形成された第1層110と
の間の寸法が小さくなる。フォトレジスト構造物130
は任意の従来技術により除去しても良い。
【0018】ここで開示した本発明の明細書および手順
から、本発明の別の実施形態が当業者には明らかとなる
であろう。本明細書および例は例示説明的なものであ
り、本発明の真の範囲および精神は特許請求の範囲によ
って示すものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体製造工程ステップを示す断面図
である。
【図2】本発明の半導体製造工程ステップを示す断面図
である。
【図3】(a)および(b)は、本発明の半導体製造工
程ステップを示す断面図である。
【符号の説明】
100:ウェファ基板 110:第1層 120:反射防止コーティング(ARC)層 130:フォトレジスト層(構造物) 132:側壁 134:上面 140:化学蒸着装置 150:第2層 160:プラズマ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H096 AA25 CA05 HA23 HA30 JA04 LA01 5F004 AA04 DB02 EA03 EA12 EA22 5F046 LA18 5F058 AA03 AA10 AC06 AF01 AH04 AH07

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体製造方法であって、 半導体基板上に半導体材料層を被着させるステップと、 前記半導体材料層上にフォトレジスト層を準備するステ
    ップと、 前記フォトレジスト層をパターン形成するステップと、 前記パターン形成されたフォトレジスト層上に非感光性
    の無機材料層を被着させるステップと、 前記無機材料層および前記半導体材料層に異方性エッチ
    ングを施すステップと、 前記パターン形成されたフォトレジスト層を除去するス
    テップとを含むことを特徴とする半導体製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体製造方法であって、 基板を形成するステップと、 前記基板上に半導体材料層を被着させるステップと、 前記半導体材料層上にフォトレジスト層を準備するステ
    ップと、 前記フォトレジスト層をパターン形成して少なくとも1
    つのほぼ垂直な側壁と1つのほぼ水平な上面とを有する
    少なくとも1つのフォトレジスト構造物を形成するステ
    ップと、 前記少なくとも1つのフォトレジスト構造物および前記
    半導体材料層上に非感光性材料を被着させるステップ
    と、 前記非感光性材料および前記半導体材料層をエッチング
    するステップと、 前記少なくとも1つのフォトレジスト構造物を除去する
    ステップとを含み、 前記フォトレジスト構造物の上面に被着した前記非感光
    性材料の量が、前記フォトレジスト構造物の少なくとも
    1つの側壁に被着した非感光性材料の量よりも実質的に
    大きいことを特徴とする半導体製造方法。
  3. 【請求項3】 半導体製造方法であって、 基板を形成するステップと、 前記基板上に第1の層を準備するステップと、 前記第1層上にフォトレジスト層を準備するステップ
    と、 前記フォトレジスト層をパターン形成して、ほぼ垂直な
    側壁とほぼ水平な上面とを有し、スペースによって隔て
    られた少なくとも2つのフォトレジスト構造物を形成す
    るステップと、 前記フォトレジスト構造物の上面および前記フォトレジ
    スト構造物を隔てる前記スペース上にポリマ層を被着さ
    せるステップと、 前記フォトレジスト構造物の上面、前記フォトレジスト
    構造物間のスペース、および前記第1層上の前記ポリマ
    層をエッチングするステップとを含み、 前記フォトレジスト構造物の上面に被着した前記ポリマ
    の量が、前記フォトレジスト構造物の側壁に被着したポ
    リマの量よりも実質的に大きいことを特徴とする半導体
    製造方法。
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