JP2004193367A - 微細パターンの形成方法、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】フッ素樹脂レジストのエッチング耐性を向上させる。
【解決手段】シリコン基板1上にポリシリコン膜2を形成し、その上にフッ素樹脂レジスト3を形成する。フッ素樹脂レジスト3にマスクパターンを転写して、フッ素樹脂レジストパターン31を形成する。このフッ素樹脂レジストパターン31に、高いエッチング耐性を有するフッ素化合物の存在下で、エキシマランプ又はエキシマレーザ12から紫外光13を照射する。紫外光13を照射した後、フッ素樹脂レジストパターン32をマスクとして、ポリシリコン膜2をドライエッチングする。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、フッ素を含む重合体を含有するフッ素樹脂レジストを用いる微細加工技術に係り、特にフッ素樹脂レジストのエッチング耐性の向上に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路をはじめとする各種の電子部品には微細加工技術が必要とされ、その微細加工技術にはレジストが広く用いられている。また、電子部品の高集積化及び多機能化に伴い、より微細なパターン形成技術が求められている。
光リソグラフィ技術においては光学像を基板に投影して加工が行われるため、その解像性の限界は露光光の波長に依存している。より微細な加工を行うために露光光の短波長化が進んでおり、ゲート寸法が70nm以下である次世代の半導体素子の製造には真空紫外領域の光、例えば波長157nmのFエキシマレーザを光源として用いるFエキシマリソグラフィ技術が主流になる。そして、この真空紫外領域の光に対して実用的な透明性が得られるレジスト材料の代表例として、フッ素樹脂が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−179733号公報 (要約)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高濃度にフッ素置換されたフッ素樹脂レジストは、その透明性によりレジスト膜厚に対するマージンは十分に得られるが、エッチング耐性が低いという問題があった。このため、フッ素樹脂レジストを用いて微細パターンを形成することが困難であった。
【0005】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、フッ素樹脂レジストのエッチング耐性を向上させることを目的とする。
【0006】
【課題を解決する為の手段】
この発明に係る微細パターンの形成方法は、基板上に被加工膜を形成する工程と、
前記被加工膜上にフッ素樹脂レジストを塗布する工程と、
前記フッ素樹脂レジストにマスクパターンを転写する工程と、
前記マスクパターンを転写した後、エッチング耐性が高い官能基を有するホウ素化合物の存在下で、前記フッ素樹脂レジストに紫外光を照射する工程と、
前記紫外光が照射された前記フッ素樹脂レジストをマスクとして、前記被加工膜をドライエッチングする工程と、
を含むことを特徴とするものである。
【0007】
この発明に係る形成方法において、前記ホウ素化合物の雰囲気中に前記基板を保持した状態で、前記紫外光を照射することができる。
【0008】
この発明に係る形成方法において、前記ホウ素化合物の溶液中に前記基板を浸漬させた状態で、前記紫外光を照射することができる。
【0009】
この発明に係る形成方法において、前記紫外光を照射する工程で、前記フッ素樹脂レジストのフッ素原子と、前記官能基とが光化学反応により置換する。
【0010】
この発明に係る形成方法において、前記ホウ素化合物が、前記官能基として芳香族、脂環式炭化水素基、シリコン含有基を有することが好適である。さらに、前記脂環式炭化水素基が、ノルボニル基、アダマンタンチル骨格を有する基またはステロイド骨格を有する基であることが好適である。
【0011】
この発明に係る形成方法において、エキシマランプ又はエキシマレーザを用いて前記紫外光を照射することができる。
【0012】
この発明に係る半導体装置の製造方法は、上記微細パターンの形成方法を用いて微細パターンを形成する工程を含むことを特徴とするものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。
【0014】
図1を参照して、本実施の形態による半導体装置の製造方法、詳細には、微細パターンの形成方法について説明する。
図1は、本発明の実施の形態による半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【0015】
先ず、図1(a)に示すように、基板1としてのシリコン基板上に、被加工膜2としてのポリシリコン膜を形成する。次に、ポリシリコン膜2上に、フッ素樹脂レジスト3を回転塗布により形成する。そして、塗布後加熱処理(プリベーク)を行う。
ここで、基板1は、シリコン基板に限らず、石英基板やセラミックス基板であってもよい。また、被加工膜2は、ポリシリコン膜に限らず、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜のような絶縁膜や、Al膜、Al−Si合金膜、Al−Si−Cu合金膜、タングステン膜のような導電膜であってもよい。また、被加工膜2とフッ素樹脂レジスト3との間に、有機もしくは無機の反射防止膜を形成してもよい。
【0016】
次に、フォトマスクを介して、Fエキシマレーザ光をフッ素樹脂レジスト3に照射する。そして、露光後加熱処理(PEB:post-exposure bake)を行い、続いて現像処理を行う。これにより、図1(b)に示すように、フッ素樹脂レジスト3にマスクパターンが転写される。すなわち、ポリシリコン膜2上にフッ素樹脂レジストパターン31が形成される。
【0017】
次に、図1(c)に示すように、エッチング耐性が高い官能基を有するホウ素化合物11の存在下で、フッ素樹脂レジストパターン31に紫外光13を照射する。この紫外光13はエキシマランプ光又はエキシマレーザ光であり、その照射方法については後述する。この紫外光13の照射により、下式(1)に示すような光化学反応が起こり、フッ素樹脂レジスト(PF)のフッ素原子(F)と、ホウ素化合物(BR)の上記官能基(R)とが置換する。換言すれば、フッ素樹脂レジスト(PF)から遊離したフッ素原子(F)が、ホウ素(B)と結合してBFとなる。これにより、フッ素樹脂レジストパターン31が改質され、そのエッチング耐性が向上する。また、BFのB−F結合は、フッ素樹脂レジスト(PF)のC−F結合に比べて非常に強い結合であるので、下式(1)の逆反応(右辺から左辺への反応)は起こらず、円滑に置換反応は進行する。
PF + 1/3 BR → PR + 1/3 BF …(1)
上式(1)において、官能基(R)は、例えば、ベンゼン、ナフタレン、アントラセンなどの芳香族や、ノルボニル基、アダマンタンチル骨格を有する基、ステロイド骨格を有する基などの脂環式炭化水素基や、シロキサン、有機シリコン残基などのシリコン含有基等である。
【0018】
上記紫外光13の照射方法は、次の2つの方法がある。
先ず、第1の方法は、処理部10であるチャンバ内に気体のホウ素化合物11を導入して、チャンバ10内をホウ素化合物の雰囲気にし、この雰囲気中にシリコン基板1を保持した状態で、エキシマランプ又はエキシマレーザ12から紫外光13を照射する方法である。なお、ホウ素化合物11の反応性によっては、上述した気体のホウ素化合物11と共に、窒素や希ガス類を希釈ガスとしてチャンバ10内に導入してもよい。
次に、第2の方法は、処理部10である処理槽内にホウ素化合物の溶液11を貯留し、この溶液11中にシリコン基板1を浸漬させた状態で、エキシマランプ又はエキシマレーザ12から紫外光13を照射する方法である。この溶液11は、官能基(R)の濃度に応じて、定期的に交換される。また、ホウ素化合物の溶液11として、液体のホウ素化合物をそのまま用いる以外に、固体又は液体のホウ素化合物を溶媒に溶解させたものを用いてもよい。この溶媒は、PGMEA(propylene glycol mono methyl ether acetate)やEL(ethyl lactate、乳酸エチル)等のレジストの溶媒に相溶せず、且つレジストを溶解しないものであり、例えば蒸留水(HO)、ベンゼン、ジ塩化メタン等である。
【0019】
また、上記エキシマランプ又はエキシマレーザ12として、例えば、XeCl、KrF、ArF、F、Kr、KrAr、Arエキシマレーザや、Xe、Krエキシマランプが用いられる。
【0020】
また、フッ素樹脂レジストパターン31中のC−F結合を完全に置換する必要はなく、必要なエッチング耐性に応じて適宜置換する量を制御すればよい。どの程度置換反応を進めるかは、反応体であるフッ素樹脂レジスト(PF)及びホウ素化合物(BR)の濃度や、反応温度により可変させることができる。
【0021】
また、処理部(チャンバ、処理槽)10へのホウ素化合物の供給方法は任意であってよい。例えば、市販の試薬もしくは前もって合成されたものを処理部10に接続された供給ラインにより供給することができる。
【0022】
上述した紫外光の照射の後、シリコン基板1の洗浄処理を行う。
そして、図1(d)に示すように、改質されたフッ素樹脂レジストパターン32をマスクとして、ポリシリコン膜2をCF/Oガス系でドライエッチングする。
【0023】
最後に、図1(e)に示すように、フッ素樹脂レジストパターン32を除去する。これにより、シリコン基板1上に、ポリシリコン膜からなる微細パターン21が形成される。
【0024】
以上説明したように、本実施の形態では、フッ素樹脂レジスト3にマスクパターンを転写した後、すなわちフッ素樹脂レジストパターン31を形成した後、エッチング耐性に優れた官能基(R)を有するホウ素化合物(BR)の存在下で、フッ素樹脂レジストパターン31に紫外光13を照射した。
これにより、フッ素樹脂レジストパターン31が改質され、フッ素樹脂レジストのエッチング耐性を向上させることができる。そして、改質されたフッ素樹脂レジストパターン32を用いて、被加工膜2としてのポリシリコン膜を微細パターン21に加工することができる。
【0025】
また、フッ素樹脂レジストにおけるフッ素の含有量が高いほど真空紫外領域の光に対する透明性が向上するが、本発明の改質プロセスではフッ素含有量が高いほど置換反応の効率が上がり、エッチング耐性が向上する効果が大きくなるので、フッ素樹脂レジストの実用性の効果も大きくなる。
【0026】
【発明の効果】
本発明によれば、フッ素樹脂レジストのエッチング耐性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
1 基板(シリコン基板)
2 被加工膜(ポリシリコン膜)
3 フッ素樹脂レジスト
10 処理部(チャンバ、処理槽)
11 ホウ素化合物
12 エキシマランプ、エキシマレーザ
13 紫外光(エキシマランプ光、エキシマレーザ光)
21 微細パターン
31,32 フッ素樹脂レジストパターン

Claims (8)

  1. 基板上に被加工膜を形成する工程と、
    前記被加工膜上にフッ素樹脂レジストを塗布する工程と、
    前記フッ素樹脂レジストにマスクパターンを転写する工程と、
    前記マスクパターンを転写した後、エッチング耐性が高い官能基を有するホウ素化合物の存在下で、前記フッ素樹脂レジストに紫外光を照射する工程と、
    前記紫外光が照射された前記フッ素樹脂レジストをマスクとして、前記被加工膜をドライエッチングする工程と、
    を含むことを特徴とする微細パターンの形成方法。
  2. 請求項1に記載の形成方法において、
    前記ホウ素化合物の雰囲気中に前記基板を保持した状態で、前記紫外光を照射することを特徴とする微細パターンの形成方法。
  3. 請求項1に記載の形成方法において、
    前記ホウ素化合物の溶液中に前記基板を浸漬させた状態で、前記紫外光を照射することを特徴とする微細パターンの形成方法。
  4. 請求項1から3の何れかに記載の形成方法において、
    前記紫外光を照射する工程で、前記フッ素樹脂レジストのフッ素原子と、前記官能基とを置換することを特徴とする微細パターンの形成方法。
  5. 請求項1から4の何れかに記載の形成方法において、
    前記官能基が、芳香族、脂環式炭化水素基、シリコン含有基の何れかであることを特徴とする微細パターンの形成方法。
  6. 請求項5に記載の形成方法において、
    前記脂環式炭化水素基が、ノルボニル基、アダマンタンチル骨格を有する基、ステロイド骨格を有する基の何れかであることを特徴とする微細パターンの形成方法。
  7. 請求項1から6の何れかに記載の形成方法において、
    エキシマランプ又はエキシマレーザを用いて前記紫外光を照射することを特徴とする微細パターンの形成方法。
  8. 請求項1から7の何れかに記載の微細パターンの形成方法を用いて微細パターンを形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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