JP2008192692A - Resist pattern forming method and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a resist pattern forming method capable of forming a satisfactory minute pattern, and to provide a manufacturing method of a semiconductor device that employs the same. <P>SOLUTION: The resist pattern forming method comprises a step of forming a first resist pattern 101a, capable of supplying an acid on a semiconductor substrate 103; a step of forming a second resist 102 on the first resist pattern; a step of forming a bridging layer 104 on an interface portion of the second resist, contacting the first resist pattern; and a step of removing a non-bridging portion of the second resist to form a second resist pattern. The step of forming the second resist pattern 102a includes a first developing step for developing using water, a second developing step of developing with a solution having higher solderbility with respect to the second resist than that of the water, after the first developing step, and a step of rinsing with water after the second developing step. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、レジストパターン形成方法および半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a resist pattern forming method and a semiconductor device manufacturing method.

近年、半導体装置の集積度の増加に伴い個々の素子の寸法は微小化が進み、各素子を構成する配線やゲート等の幅も微細化されている。一般に、微細パターンの形成は、フォトリソグラフィ技術を用いて所望のレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとして下地の各種薄膜をエッチングすることにより行われる。そのため、微細パターンの形成においては、フォトリソグラフィ技術が非常に重要である。   In recent years, with the increase in the degree of integration of semiconductor devices, the dimensions of individual elements have been miniaturized, and the widths of wirings and gates constituting each element have also been miniaturized. In general, a fine pattern is formed by forming a desired resist pattern using a photolithography technique and then etching various underlying thin films using the resist pattern as a mask. Therefore, photolithography technology is very important in forming a fine pattern.

フォトリソグラフィ技術は、レジストの塗布、マスクの位置合せ、露光および現像の各工程からなる。しかしながら、近年の先端デバイスではそのパターン寸法が光露光の限界解像度に近づきつつあることから、より高解像度の露光技術の開発が急務となっている。   The photolithographic technique includes steps of resist application, mask alignment, exposure, and development. However, in recent advanced devices, the pattern dimensions are approaching the limit resolution of light exposure, so the development of higher resolution exposure technology has become an urgent task.

ところで、一般に、レジスト材料の感度を短波長側にシフトしようとすると、レジストの耐エッチング性は低下する。例えば、分子内に芳香環を有するレジストの場合、耐エッチング性は良好であるが、300nm以上の長波長に感度を有するようになる。一方、分子内に芳香環を有しないレジストであればより低波長に感度を有するようになるが、耐エッチング性が低下する。このため、レジスト膜がエッチングされて、最終的に形成される薄膜のパターン精度が低下するという問題が起こる。   By the way, in general, when the sensitivity of the resist material is shifted to the short wavelength side, the etching resistance of the resist is lowered. For example, in the case of a resist having an aromatic ring in the molecule, the etching resistance is good, but it has sensitivity at a long wavelength of 300 nm or more. On the other hand, a resist having no aromatic ring in the molecule has sensitivity at a lower wavelength, but the etching resistance is lowered. For this reason, a problem arises that the resist film is etched and the pattern accuracy of the finally formed thin film is lowered.

これに対して、酸触媒と反応して架橋する性質を有する水溶性樹脂を用い、レジスト側面にいわゆる有機枠を形成することによって、微細なレジストパターンを形成する方法が開示されている(例えば、特許文献1および2参照。)。この方法によれば、露光波長の限界を超えて微細なパターンを形成することが可能となる。   On the other hand, a method for forming a fine resist pattern by forming a so-called organic frame on the resist side surface using a water-soluble resin having a property of cross-linking by reacting with an acid catalyst is disclosed (for example, (See Patent Documents 1 and 2.) According to this method, it is possible to form a fine pattern exceeding the limit of the exposure wavelength.

また、デバイス回路の微細化に伴い、パターンサイズのみならず、パターンピッチ自体の微細化も進み、例えばコンタクトホール工程ではホールサイズの微細化も必要となるがその間隔も微細化されている。このような場合、ホールと隣接するホールの間隔が解像限界に近くなり、前述のレジスト側面に形成する有機枠の幅も従来の60nm〜100nmから、30nm〜60nmと小さくなり、且つその精度の向上が要求される。   Further, along with the miniaturization of device circuits, not only the pattern size but also the pattern pitch itself has been miniaturized. For example, in the contact hole process, it is necessary to miniaturize the hole size, but the interval is also miniaturized. In such a case, the distance between adjacent holes is close to the resolution limit, and the width of the organic frame formed on the resist side surface is reduced from 30 nm to 60 nm from the conventional 60 nm to 100 nm. Improvement is required.

特許第3071401号明細書Japanese Patent No. 3071401 特許第3189773号明細書Japanese Patent No. 3189773

酸触媒と反応して架橋する性質を有する水溶性樹脂を用いる方法では、まず、酸を供給し得る第1のレジストパターンを形成し、次いで、この第1のレジストパターンの上に、酸の存在によって架橋反応を起こす第2のレジストを形成する。次に、第1のレジストパターンと第2のレジストの界面で架橋反応を起こした後、第2のレジストの非架橋部分を除去してレジストパターンを形成する。これにより、第1のレジストパターンより微細なパターンを形成することができる。   In the method using a water-soluble resin having a property of cross-linking by reacting with an acid catalyst, first, a first resist pattern capable of supplying an acid is formed, and then the presence of an acid is formed on the first resist pattern. To form a second resist that causes a crosslinking reaction. Next, after causing a crosslinking reaction at the interface between the first resist pattern and the second resist, the non-crosslinked portion of the second resist is removed to form a resist pattern. Thereby, a finer pattern than the first resist pattern can be formed.

従来の第2のレジストパターンの形成では、現像液として水単独による方法(特許第3071401号明細書)または、水にアルコール類などの水溶性の有機溶剤を混合した溶液処理の後に水でリンスする方法(特許第3189773号明細書)が用いられていた。しかし、第2のレジストと第1のレジストの界面付近では図4に示すように徐々に酸との反応度、即ち架橋密度が変化している為、水で現像した場合には、後のリンス工程の水に溶け出した中途半端な低架橋密度層が溶解し、その溶解物がスピン乾燥時に再析出し、レジストパターンに付着してパターン不良を起こすという問題があった。また、水にアルコール類などの水溶性の有機溶剤を混合した溶液処理の後に水でリンスする方法では、有機溶剤の第2および第1レジストへの高浸透性の為に溶剤浸透による膨潤によるパターン間の糸状の残渣欠陥を生じるという問題と、浸透した溶剤の乾燥時に第2および第1レジスト膜が収縮する過程で、収縮応力でパターンに亀裂(クラック)欠陥を生じるという問題があった。   In the conventional formation of the second resist pattern, a method using water alone (Japanese Patent No. 3071401) as a developing solution or a solution treatment in which a water-soluble organic solvent such as alcohol is mixed with water is rinsed with water. The method (Japanese Patent No. 3189773) was used. However, in the vicinity of the interface between the second resist and the first resist, as shown in FIG. 4, the reactivity with the acid, that is, the crosslink density gradually changes. There was a problem that the halfway low crosslink density layer dissolved in the water of the process was dissolved, and the dissolved material was reprecipitated at the time of spin drying and adhered to the resist pattern to cause a pattern defect. In addition, in the method of rinsing with water after solution treatment in which water-soluble organic solvent such as alcohol is mixed in water, the pattern due to swelling due to solvent penetration for the high permeability of the organic solvent into the second and first resists. There was a problem that a thread-like residue defect was generated in the meantime, and a crack (crack) defect was generated in the pattern due to the contraction stress in the process in which the second and first resist films contracted when the permeated solvent was dried.

また、上記の方法では、第2のレジストパターンを形成することによって、例えば、第1のレジストパターンに設けられたホールパターンの内径を小さくすることができる。しかし、水で現像、または水にアルコール類などの水溶性の有機溶剤を混合した溶液処理の後に水でリンスする方法では、ホールパターンの内径が小さくなりすぎて、ホールが塞がってしまうという問題があった。これについては、第1のレジストパターンに設けるホールの内径を予め大きくして対処することもできるが、これは前述のようにパターンピッチ自体の微細化のため、例えばコンタクトホール工程ではホールと隣接するホールの間隔が解像限界に近くなり不可能な場合が生じていた。また、限界近傍で用いた場合は、第1のレジストパターンに対しより厳密な寸法制御が必要となってしまう。   Further, in the above method, by forming the second resist pattern, for example, the inner diameter of the hole pattern provided in the first resist pattern can be reduced. However, in the method of developing with water or rinsing with water after solution processing in which water-soluble organic solvents such as alcohols are mixed in water, the inner diameter of the hole pattern becomes too small and the holes are blocked. there were. This can be dealt with by increasing the inner diameter of the hole provided in the first resist pattern in advance, but this is adjacent to the hole in the contact hole process, for example, for the purpose of miniaturizing the pattern pitch as described above. In some cases, the distance between the holes was close to the resolution limit and was impossible. Further, when used in the vicinity of the limit, stricter dimensional control is required for the first resist pattern.

本発明は、こうした問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、良好な微細パターンを形成することのできるレジストパターン形成方法と、これを用いた半導体装置の製造方法とを提供することにある。   The present invention has been made in view of these problems. That is, an object of the present invention is to provide a resist pattern forming method capable of forming a good fine pattern and a semiconductor device manufacturing method using the resist pattern forming method.

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。   Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description.

本発明の一実施例によれば、基材の上に酸を供給し得る第1のレジストパターンを形成する工程と、第1のレジストパターンの上に第2のレジストを形成する工程と、第1のレジストパターンからの酸の供給によって、第1のレジストパターンに接する第2のレジストの界面部分に架橋層を形成する工程と、第2のレジストの非架橋部分を除去して第2のレジストパターンを形成する工程とを備えたレジストパターン形成方法が提供される。第2のレジストは、第1のレジストパターンを溶解せずに酸の存在によって架橋反応を起こす、水溶性の樹脂、水溶性の架橋剤およびこれらの混合物のいずれかを含む。第2のレジストパターンを形成する工程は、水で現像する第1の現像工程と、第1の現像工程の後に、第2のレジストに対する溶解性が水より高い溶液で現像する第2の現像工程と、第2の現像工程の後に、水でリンスする工程とを含む。   According to one embodiment of the present invention, a step of forming a first resist pattern capable of supplying an acid on a substrate, a step of forming a second resist on the first resist pattern, A step of forming a crosslinked layer at an interface portion of the second resist in contact with the first resist pattern by supplying an acid from the first resist pattern; and removing the non-crosslinked portion of the second resist to form the second resist A method of forming a resist pattern is provided. The second resist includes any one of a water-soluble resin, a water-soluble cross-linking agent, and a mixture thereof that does not dissolve the first resist pattern and causes a cross-linking reaction in the presence of an acid. The step of forming the second resist pattern includes a first development step of developing with water, and a second development step of developing with a solution having a higher solubility in the second resist than water after the first development step. And a step of rinsing with water after the second development step.

水で現像する第1の現像工程の役割は、現像液の浸透によるおこるパターン間の糸状の残渣欠陥および亀裂(クラック)欠陥を抑制する為に、浸透性が低い水で被浸透性の高い第2のレジストの非架橋部分と、図4に示す徐々に反応度が変化する第1のレジストとの界面近傍に形成された架橋密度の低い部分を溶解剥離することにある。   The role of the first development step of developing with water is to prevent the formation of thread-like residue defects and crack defects between patterns caused by the penetration of the developing solution, so that the first penetration step is highly penetrable with water having low permeability. 4 is to dissolve and peel a portion having a low crosslink density formed in the vicinity of the interface between the non-crosslinked portion of the resist 2 and the first resist whose degree of reactivity gradually changes as shown in FIG.

第2のレジストに対する溶解性が水より高い溶液で現像する第2の現像工程の役割は、後の水によるリンスへの低架橋密度層が溶解し、その溶解物がスピン乾燥時に再析出し、レジストパターンに付着してパターン不良を起こすという問題を解消すると共に、レジスト側面に形成する有機枠の幅をデバイス回路の微細化のニーズを満たすべく小さくすることにある。また、この工程での膨潤層の幅は先に実施された第1の現像工程で非膨潤層が除去されている為、小さくすることが出来ている。   The role of the second development step of developing with a solution having a higher solubility in the second resist than water is to dissolve the low crosslink density layer into the rinse with water later, and the dissolved matter is reprecipitated during spin drying. An object of the present invention is to eliminate the problem of pattern defects caused by adhering to a resist pattern, and to reduce the width of an organic frame formed on the side surface of the resist so as to satisfy the needs for miniaturization of device circuits. In addition, the width of the swollen layer in this step can be reduced because the non-swelled layer is removed in the first developing step that has been performed previously.

最後の水でのリンスする工程では、既に水に溶解する低架橋密度層は、溶解剥離されており、再溶解による再析出の懸念はない。また、先に述べたように、リンス工程は水での洗浄の後に、スピン乾燥工程を含み、この段階で浸透した溶剤が揮発するため、膜収縮が起こりパターンに亀裂(クラック)を生じることがある。本発明で第2のレジストに対する溶解性が水より高い溶液としてTMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)を用いた場合は、TMAHには揮発性がない為この亀裂(クラック)を生じないプロセスを提供することが出来る。   In the final rinsing step with water, the low cross-linking density layer that has already dissolved in water is dissolved and peeled, and there is no concern of reprecipitation due to redissolution. In addition, as described above, the rinsing process includes a spin drying process after washing with water, and the solvent that permeates at this stage volatilizes, so that film contraction occurs and cracks occur in the pattern. is there. In the present invention, when TMAH (tetramethylammonium hydroxide) is used as a solution having a higher solubility in the second resist than water, TMAH has no volatility and therefore provides a process that does not cause this crack. I can do it.

この実施例によれば、良好な微細パターンを形成することができる。   According to this embodiment, a good fine pattern can be formed.

図1(a)〜(c)に、この発明で対象とする微細分離されたレジストパターンを形成するためのマスクパターンの例を示す。図1(a)は微細ホールのマスクパターン100、図1(b)は微細スペースのマスクパターン200、図1(c)は孤立の残しのパターン300である。図2および図3は、レジストパターンの形成方法を説明するためのプロセスフロー図である。   FIGS. 1A to 1C show examples of mask patterns for forming a finely separated resist pattern as an object of the present invention. FIG. 1A shows a fine hole mask pattern 100, FIG. 1B shows a fine space mask pattern 200, and FIG. 1C shows an isolated pattern 300. 2 and 3 are process flow diagrams for explaining a resist pattern forming method.

まず、図1および図2を参照しながら、レジストパターンの形成方法の一例について述べる。   First, an example of a resist pattern forming method will be described with reference to FIGS.

図2(a)に示すように、基材としての半導体基板(半導体ウェハ)103の上に、酸を供給し得る第1のレジスト101を塗布する。第1のレジスト101の厚さは、例えば、0.7μm〜1.0μm程度とすることができる。尚、第1のレジスト101は、ポジ型およびネガ型のいずれであってもよい。   As shown in FIG. 2A, a first resist 101 capable of supplying an acid is applied on a semiconductor substrate (semiconductor wafer) 103 as a base material. The thickness of the first resist 101 can be, for example, about 0.7 μm to 1.0 μm. The first resist 101 may be either a positive type or a negative type.

第1のレジスト101としては、例えば、加熱処理および/または光などの照射によって、レジストの内部に酸性成分が発生するものが用いられる。具体的には、第1のレジスト101を、ノボラック樹脂とナフトキノンジアジド系感光剤から構成されるものとすることができる。また、第1のレジスト101として、露光によって酸を発生する化学増幅型レジストを用いることもできる。さらに、第1のレジスト101は、カルボン酸などの酸性物質を含有し、加熱によりこの酸性物質が拡散するように構成されたものであってもよい。但し、後述する第1のレジストパターンと第2のレジストの反応性がともに低い場合や、必要とする架橋層の厚みが比較的厚い場合、あるいは、架橋反応を均一化する場合には、光などを照射することによって酸が発生するようにすることが望ましい。   As the first resist 101, for example, a resist in which an acidic component is generated inside the resist by heat treatment and / or irradiation with light or the like is used. Specifically, the first resist 101 can be composed of a novolak resin and a naphthoquinonediazide-based photosensitizer. Further, as the first resist 101, a chemically amplified resist that generates an acid upon exposure can be used. Further, the first resist 101 may contain an acidic substance such as a carboxylic acid, and the acidic substance may be configured to diffuse by heating. However, when both the reactivity of the first resist pattern and the second resist described later are low, when the required thickness of the cross-linked layer is relatively thick, or when the cross-linking reaction is made uniform, light, etc. It is desirable to generate an acid by irradiating with.

第1のレジスト101は、スピンコート法などを用いて塗布することができる。塗布後は、必要に応じて、プリべーク(70〜110℃で1分程度の熱処理)を行い、第1のレジスト101に含まれる溶媒を蒸発させる。   The first resist 101 can be applied using a spin coating method or the like. After application, pre-baking (heat treatment at 70 to 110 ° C. for about 1 minute) is performed as necessary to evaporate the solvent contained in the first resist 101.

次いで、第1のレジストパターン101aを形成するために、図1(a)〜(c)のいずれかに示すようなパターンを含むマスクを介し、第1のレジスト101に対して選択的な露光を行う。露光に用いる光源は、第1のレジスト101の感度波長に対応したものであればよい。例えば、g線、i線、深紫外光、KrFエキシマレーザ光(248nm)、ArFエキシマレーザ光(193nm)、EB(電子線)またはX線などを第1のレジスト101に照射する。   Next, in order to form the first resist pattern 101a, the first resist 101 is selectively exposed through a mask including a pattern as shown in any of FIGS. Do. The light source used for the exposure only needs to correspond to the sensitivity wavelength of the first resist 101. For example, the first resist 101 is irradiated with g-line, i-line, deep ultraviolet light, KrF excimer laser light (248 nm), ArF excimer laser light (193 nm), EB (electron beam), or X-ray.

露光を行った後は、必要に応じてPEB処理(露光後加熱処理)を行う。これにより、第1のレジスト101の解像度を向上させることができる。PEB処理は、例えば、50℃〜130℃の熱処理を施すことにより行う。   After the exposure, PEB treatment (post-exposure heat treatment) is performed as necessary. Thereby, the resolution of the first resist 101 can be improved. The PEB treatment is performed by performing a heat treatment at 50 ° C. to 130 ° C., for example.

次に、適当な現像液を用いて現像処理を行い、第1のレジスト101のパターニングを行う。現像液としては、例えば、TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)などの0.05重量%〜3.0重量%程度のアルカリ水溶液を用いることができる。図2(b)は、こうして形成された第1のレジストパターン101aを示す。   Next, development processing is performed using an appropriate developer, and the first resist 101 is patterned. As a developing solution, about 0.05 to 3.0 weight% alkaline aqueous solution, such as TMAH (tetramethylammonium hydroxide), can be used, for example. FIG. 2B shows the first resist pattern 101a formed in this way.

現像処理を行った後、必要に応じて、ポストデベロッピングベークを行う場合もある。この熱処理は、後の架橋反応に影響することから、用いる第1のレジストまたは第2のレジストを構成する材料によって、適切な温度に設定することが望ましい。例えば、ホットプレートを用いて60℃〜120℃で60秒程度加熱することができる。   After development processing, post-development baking may be performed as necessary. Since this heat treatment affects the subsequent crosslinking reaction, it is desirable to set the temperature appropriately depending on the material constituting the first resist or the second resist to be used. For example, it can be heated at 60 ° C. to 120 ° C. for about 60 seconds using a hot plate.

次に、図2(c)に示すように、第1のレジストパターン101aを被覆するようにして、半導体基板103の上に第2のレジスト102を塗布する。第2のレジスト102の塗布方法は、第1のレジストパターン101aの上に均一に塗布できるものであればよく、特に限定されない。例えば、スプレー法、スピンコート法またはディップ法などを用いて塗布することができる。   Next, as shown in FIG. 2C, a second resist 102 is applied on the semiconductor substrate 103 so as to cover the first resist pattern 101a. The method for applying the second resist 102 is not particularly limited as long as it can be applied uniformly on the first resist pattern 101a. For example, it can apply | coat using a spray method, a spin coat method, or a dip method.

第2のレジスト102は、第1のレジストパターン101aを溶解せずに酸の存在によって架橋反応を起こす、水溶性の樹脂、水溶性の架橋剤およびこれらの混合物のいずれかを含んでいる。これらは、水、N−メチルピロリドンなどの水溶性有機溶媒、または、水にイソプロピルアルコール若しくはN−メチルピロリドンなどの水溶性溶媒を混合した溶媒に溶解した状態で、半導体基板103の上に塗布することができる。尚、水に混合する溶媒は、水溶性であれば特に限定されるものではなく、上記以外にも、エタノールおよびメタノールなどの他のアルコール類、γ−ブチロラクトンまたはアセトンなどを挙げることができる。第2のレジスト102の溶媒には、第1のレジストパターン101aを溶解させないこと、および、上記の水溶性材料を十分に溶解させることが必要とされるが、これらを満たすものであれば、特に限定はされない。また、混合溶媒を用いる場合には、第2のレジスト102に用いる材料の溶解性に合わせて、第1のレジストパターン101aを溶解しない範囲で混合すればよい。   The second resist 102 includes one of a water-soluble resin, a water-soluble cross-linking agent, and a mixture thereof that cause a cross-linking reaction in the presence of an acid without dissolving the first resist pattern 101a. These are coated on the semiconductor substrate 103 in a state of being dissolved in water, a water-soluble organic solvent such as N-methylpyrrolidone, or a water-soluble solvent such as isopropyl alcohol or N-methylpyrrolidone mixed in water. be able to. In addition, the solvent mixed with water is not particularly limited as long as it is water-soluble, and in addition to the above, other alcohols such as ethanol and methanol, γ-butyrolactone, acetone and the like can be mentioned. In the solvent of the second resist 102, it is necessary not to dissolve the first resist pattern 101a and to sufficiently dissolve the above water-soluble material. There is no limitation. In the case of using a mixed solvent, the first resist pattern 101a may be mixed within a range that does not dissolve in accordance with the solubility of the material used for the second resist 102.

第2のレジスト102に適用可能な水溶性の樹脂としては、例えば、ポリアクリル酸、ポリビニルアセタール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミン、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、オキサゾリン基含有水溶性樹脂、水溶性ウレタン、水溶性フェノール、水溶性エポキシ、水溶性メラミン樹脂、水溶性尿素樹脂、アルキッド樹脂、スルホンアミドおよびこれらの塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種を挙げることができる。   Examples of water-soluble resins applicable to the second resist 102 include polyacrylic acid, polyvinyl acetal, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyethyleneimine, styrene-maleic anhydride copolymer, polyvinylamine, polyallylamine, and oxazoline. Examples include at least one selected from the group consisting of a group-containing water-soluble resin, water-soluble urethane, water-soluble phenol, water-soluble epoxy, water-soluble melamine resin, water-soluble urea resin, alkyd resin, sulfonamide, and salts thereof. it can.

第2のレジスト102に適用可能な水溶性の架橋剤としては、例えば、メラミン誘導体およびメチロールメラミン誘導体などのメラミン系架橋剤、尿素誘導体、メチロール尿素誘導体、エチレン尿素カルボン酸およびメチロールエチレン尿素誘導体などの尿素系架橋剤、並びに、ベンゾグアナミン、グリコールウリルおよびイソシアネートなどのアミノ系架橋剤よりなる群から選ばれる少なくとも1種を挙げることができる。   Examples of water-soluble crosslinking agents applicable to the second resist 102 include melamine-based crosslinking agents such as melamine derivatives and methylol melamine derivatives, urea derivatives, methylol urea derivatives, ethylene urea carboxylic acid, and methylol ethylene urea derivatives. Mention may be made of at least one selected from the group consisting of urea-based crosslinking agents and amino-based crosslinking agents such as benzoguanamine, glycoluril and isocyanate.

尚、第2のレジスト102は、水溶性の樹脂、水溶性の架橋剤またはこれらの混合物といった成分の他に、添加剤として他の成分を含んでいてもよい。例えば、第2のレジスト102は、少なくとも1種の可塑剤を含むことができる。可塑剤としては、例えば、エチレングリコール、グリセリンまたはトリエチレングリコールなどが挙げられる。また、第2のレジスト102には、塗布性を向上させるなどの目的で少なくとも1種の界面活性剤を添加することもできる。この場合の面活性剤としては、例えば、3M社製のフロラードまたは三洋化成社製のノニポールなどの水溶性の界面活性剤などが挙げられる。   Note that the second resist 102 may contain other components as additives in addition to components such as a water-soluble resin, a water-soluble crosslinking agent, or a mixture thereof. For example, the second resist 102 can include at least one plasticizer. Examples of the plasticizer include ethylene glycol, glycerin, triethylene glycol, and the like. In addition, at least one surfactant can be added to the second resist 102 for the purpose of improving coating properties. Examples of the surfactant in this case include water-soluble surfactants such as 3M Fluorard or Sanyo Kasei nonipol.

第2のレジスト102を塗布した後は、必要に応じ、プリベーク処理を行って溶媒を蒸発させる。プリベーク処理は、例えば、ホットプレートを用い、85℃程度で1分間程度の熱処理を施すことにより行う。   After applying the second resist 102, a pre-bake treatment is performed as necessary to evaporate the solvent. The pre-baking process is performed, for example, by performing a heat treatment at about 85 ° C. for about 1 minute using a hot plate.

第1のレジスト101が加熱処理によって酸を発生する場合には、次に、半導体基板103の上に形成された第1のレジストパターン101aと、この上に形成された第2のレジスト102に対して、加熱処理(ミキシングベーク処理;以下、必要に応じて「MB処理」と略記する。)を行う。これにより、第1のレジストパターン101a中での酸の拡散が促進されて、第1のレジストパターン101aから第2のレジスト102へ酸が供給される。すると、図2(d)に示すように、第2のレジスト102に架橋反応が起こって、第1のレジストパターン101aとの界面付近に架橋層104が形成される。MB処理は、例えば、ホットプレートを用いて70℃〜150℃で60秒〜120秒加熱することにより行われる。用いるレジスト材料の種類や、必要とする反応層の厚みに応じて、最適なMB処理の条件を設定することが好ましい。   When the first resist 101 generates an acid by heat treatment, next, the first resist pattern 101a formed on the semiconductor substrate 103 and the second resist 102 formed on the first resist pattern 101 Then, heat treatment (mixing bake treatment; hereinafter, abbreviated as “MB treatment” if necessary) is performed. Thereby, the diffusion of the acid in the first resist pattern 101a is promoted, and the acid is supplied from the first resist pattern 101a to the second resist 102. Then, as shown in FIG. 2D, a crosslinking reaction occurs in the second resist 102, and a crosslinked layer 104 is formed in the vicinity of the interface with the first resist pattern 101a. The MB treatment is performed, for example, by heating at 70 ° C. to 150 ° C. for 60 seconds to 120 seconds using a hot plate. It is preferable to set optimum MB processing conditions according to the type of resist material used and the required thickness of the reaction layer.

加熱処理に代わって、あるいは、加熱処理に先立って、露光により酸を発生する場合には、第2のレジスト102の層を形成した後に露光を行う。これにより、第1のレジストパターン101a中に酸を発生させて、第1のレジストパターン101aと第2のレジスト102の界面に架橋層104を形成する。この時の露光に用いる光源には、第1のレジスト101の感光波長に応じて、Hgランプ、KrFエキシマレーザ光またはArFエキシマレーザ光などを用いることができる。但し、露光による酸の発生が可能であれば特に限定されるものではなく、第1のレジスト101の感光波長に応じた光源および露光量で露光すればよい。   In the case where acid is generated by exposure instead of heat treatment or prior to heat treatment, exposure is performed after the second resist layer 102 is formed. As a result, an acid is generated in the first resist pattern 101 a to form a cross-linked layer 104 at the interface between the first resist pattern 101 a and the second resist 102. As a light source used for exposure at this time, an Hg lamp, a KrF excimer laser beam, an ArF excimer laser beam, or the like can be used depending on the photosensitive wavelength of the first resist 101. However, there is no particular limitation as long as acid can be generated by exposure, and exposure may be performed with a light source and an exposure amount corresponding to the photosensitive wavelength of the first resist 101.

露光によって酸を発生させる場合には、第1のレジストパターン101aを、第2のレジスト102に覆われた状態で露光するので、第1のレジストパターン101a中で発生する酸の量を、露光量の調整によって広い範囲で正確に制御できる。したがって、架橋層104の膜厚を精度よく制御することが可能となる。   When acid is generated by exposure, the first resist pattern 101a is exposed in a state covered with the second resist 102. Therefore, the amount of acid generated in the first resist pattern 101a is determined by the exposure amount. It can be controlled accurately in a wide range by adjusting. Therefore, the thickness of the crosslinked layer 104 can be controlled with high accuracy.

尚、必要に応じて、露光の後にMB処理を行うことができる。これにより、第1のレジストパターン101aからの酸の拡散が促進されるので、第2のレジスト102と第1のレジストパターン101aとの界面における架橋反応を促進することができる。MB処理の温度および時間は、用いるレジスト材料の種類や、必要とする架橋層104の厚みによって、最適な条件を設定することが望ましい。一例として、ホットプレートを用い、60℃〜130℃で60秒〜120秒加熱することができる。   If necessary, MB processing can be performed after exposure. Thereby, since the diffusion of the acid from the first resist pattern 101a is promoted, the crosslinking reaction at the interface between the second resist 102 and the first resist pattern 101a can be promoted. It is desirable to set optimum conditions for the MB treatment temperature and time depending on the type of resist material used and the required thickness of the crosslinked layer 104. As an example, using a hot plate, heating can be performed at 60 ° C. to 130 ° C. for 60 seconds to 120 seconds.

第1のレジストパターン101aと第2のレジスト102との架橋反応の制御には、プロセス条件の調整による手法と、第2のレジスト102を構成する材料の組成を調整する手法とがある。   Control of the cross-linking reaction between the first resist pattern 101 a and the second resist 102 includes a method by adjusting process conditions and a method by adjusting the composition of the material constituting the second resist 102.

プロセス条件の調整による手法としては、例えば、第1のレジストパターン101aへの露光量を調整したり、MB処理の温度および時間を調整したりすることなどが挙げられる。特に、MB処理の条件によって架橋時間を調整する方法によれば、架橋層104の厚みを精度よく制御することができる。   Examples of the method by adjusting the process conditions include adjusting the exposure amount of the first resist pattern 101a and adjusting the temperature and time of MB processing. In particular, according to the method of adjusting the crosslinking time depending on the MB treatment conditions, the thickness of the crosslinked layer 104 can be accurately controlled.

第2のレジスト102の組成を調整する手法としては、例えば、適当な2種以上の水溶性樹脂を混合し、混合比を調節して第1のレジストパターン101aとの反応量を制御したり、水溶性樹脂に適当な水溶性架橋剤を混合し、混合比を調整して第1のレジストパターン101aとの反応量を制御したりすることなどが挙げられる。具体的には、第2のレジスト102としてポリビニルアセタール樹脂を用い、ポリビニルアセタール樹脂のアセタール化度を調整することによって、第1のレジストパターン101aとの反応量を制御することができる。また、例えば、第2のレジスト102として、上記の水溶性の樹脂と水溶性の架橋剤とを混合して用い、水溶性架橋剤の混合量を調整することによって、第1のレジストパターン101aとの反応量を制御することもできる。   As a method for adjusting the composition of the second resist 102, for example, two or more appropriate water-soluble resins are mixed and the mixing ratio is adjusted to control the reaction amount with the first resist pattern 101a. For example, an appropriate water-soluble crosslinking agent may be mixed with the water-soluble resin, and the mixing ratio may be adjusted to control the amount of reaction with the first resist pattern 101a. Specifically, the amount of reaction with the first resist pattern 101a can be controlled by using a polyvinyl acetal resin as the second resist 102 and adjusting the degree of acetalization of the polyvinyl acetal resin. Further, for example, the second resist 102 is a mixture of the water-soluble resin and the water-soluble crosslinking agent, and the first resist pattern 101a is adjusted by adjusting the mixing amount of the water-soluble crosslinking agent. The reaction amount of can also be controlled.

但し、上記の架橋反応の制御は、一元的に決定されるものではない。(1)第1のレジストパターン101aおよび第2のレジスト102に適用する各材料の反応性、(2)第1のレジストパターン101aの形状および膜厚、(3)必要とする架橋層104の膜厚、(4)使用可能な露光条件またはMB処理の条件、並びに、(5)塗布条件などを勘案して決定する必要がある。特に、第1のレジストパターン101aと第2のレジスト102との反応性は、第1のレジストパターン101aを構成する材料の組成に影響されることが分かっており、そのため、実際に本発明を適用する場合には、上記の点を勘案して第2のレジスト102を構成する材料の組成を最適化することが望ましい。   However, the control of the crosslinking reaction is not determined in a centralized manner. (1) Reactivity of each material applied to the first resist pattern 101a and the second resist 102, (2) shape and film thickness of the first resist pattern 101a, and (3) required film of the crosslinked layer 104 It is necessary to determine the thickness, (4) usable exposure conditions or MB processing conditions, and (5) coating conditions. In particular, it has been found that the reactivity between the first resist pattern 101a and the second resist 102 is influenced by the composition of the material constituting the first resist pattern 101a. Therefore, the present invention is actually applied. In this case, it is desirable to optimize the composition of the material constituting the second resist 102 in consideration of the above points.

さらに、本実施の形態においては、必ずしも第1のレジスト101に酸を供給する材料を用いる必要はない。例えば、酸性の液体または酸性の気体によって、第1のレジストパターン101aに表面処理を行う方法を用いてもよい。この方法では、酸が第1のレジストパターン101aに染み込むことにより、第1のレジストパターン101aの表面に酸を含む薄い層が形成される。したがって、第1のレジスト101に酸を供給する材料を用いなくても、第2のレジスト102に酸を供給することが可能となる。   Further, in this embodiment mode, a material for supplying an acid to the first resist 101 is not necessarily used. For example, a method of performing surface treatment on the first resist pattern 101a with an acidic liquid or an acidic gas may be used. In this method, the acid soaks into the first resist pattern 101a, whereby a thin layer containing acid is formed on the surface of the first resist pattern 101a. Therefore, it is possible to supply acid to the second resist 102 without using a material that supplies acid to the first resist 101.

MB処理を行った後は、第2のレジスト102の非架橋部分を除去して、第2のレジストパターン102aを形成する。この工程は、水で現像する第1の現像工程と、第1の現像工程の後に、第2のレジスト102に対する溶解性が水より高い溶液で現像する第2の現像工程と、第2の現像工程の後に、水でリンスする工程とを含むことを特徴とする。   After the MB treatment, the non-crosslinked portion of the second resist 102 is removed to form a second resist pattern 102a. This step includes a first development step of developing with water, a second development step of developing with a solution having a higher solubility in the second resist 102 after the first development step, and a second development step. And a step of rinsing with water after the step.

図3(a)〜(i)を用いて、第2のレジストパターン102aの形成工程について説明する。尚、図3(b)〜(i)では、半導体基板103の上に設けられた各パターン等について省略している。   The formation process of the second resist pattern 102a will be described with reference to FIGS. In FIGS. 3B to 3I, each pattern provided on the semiconductor substrate 103 is omitted.

まず、図3(b)に示すように、水を用いてリンスを行う。具体的には、第2のレジスト102が形成された半導体基板103の上に、半導体基板103を回転させながら水105を供給する。次いで、水105の供給を止め、回転を停止した状態で所定時間おいて、第1の現像を行う(図3(c))。   First, as shown in FIG.3 (b), it rinses using water. Specifically, water 105 is supplied onto the semiconductor substrate 103 on which the second resist 102 is formed while rotating the semiconductor substrate 103. Next, the supply of water 105 is stopped, and the first development is performed after a predetermined time with the rotation stopped (FIG. 3C).

再び、半導体基板103を回転させながら水106を供給して、リンスを行う(図3(d))。次いで、水106の供給を停止した状態で回転を続け、残存してる水106を振り切る処理(以下、必要に応じて「振りきり処理」と称す。)を行って、半導体基板103の表面を乾燥させる(図3(e))。   Again, rinsing is performed by supplying water 106 while rotating the semiconductor substrate 103 (FIG. 3D). Next, the rotation of the semiconductor substrate 103 is continued in a state where the supply of the water 106 is stopped, and the remaining water 106 is shaken off (hereinafter referred to as “shake-off treatment” as necessary) to dry the surface of the semiconductor substrate 103. (FIG. 3E).

その後、再び、半導体基板103を回転させながら水107を供給して、リンスを行う(図3(f))。次いで、水107に代えて、TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)を水に2.38重量%の濃度で溶解させた水溶液108を供給し、半導体基板103の回転を停止した状態で所定時間おいて、第2の現像を行う(図3(g))。   Thereafter, water 107 is supplied again while rotating the semiconductor substrate 103 to perform rinsing (FIG. 3F). Next, an aqueous solution 108 in which TMAH (tetramethylammonium hydroxide) is dissolved in water at a concentration of 2.38 wt% is supplied instead of the water 107, and the semiconductor substrate 103 is stopped rotating for a predetermined time. Second development is performed (FIG. 3G).

再び、半導体基板103を回転させながら水109を供給して、リンスを行う(図3(h))。次いで、水109の供給を停止した状態で回転を続け、残存してる水109を振り切る処理を行って、半導体基板103の表面を乾燥させる(図3(i))。   Again, rinsing is performed by supplying water 109 while rotating the semiconductor substrate 103 (FIG. 3H). Next, the rotation is continued with the supply of water 109 stopped, and the remaining water 109 is shaken off to dry the surface of the semiconductor substrate 103 (FIG. 3I).

以上の工程によって、図2(e)に示すような第2のレジストパターン102aが形成される。本発明によれば、第1のレジストパターン101aのホール内径若しくはラインパターンの分離幅を縮小し、または、孤立残しパターンの面積を拡大したレジストパターンを得ることが可能となる。そして、このパターンは、従来法によって形成されたパターンに比較して、良好な形状の微細パターンとなる。この点について詳述する。   Through the above process, a second resist pattern 102a as shown in FIG. According to the present invention, it is possible to obtain a resist pattern in which the hole inner diameter or line pattern separation width of the first resist pattern 101a is reduced, or the area of the isolated remaining pattern is enlarged. This pattern is a fine pattern having a better shape than a pattern formed by a conventional method. This point will be described in detail.

従来の第2のレジストパターン102aの形成では、現像液として水が用いられていた。しかし、水で現像した場合には、水に溶け出した第2のレジスト102が再析出し、第2のレジストパターン102aに付着してパターン不良を起こすという問題があった。このパターン不良は、円形の残渣として観察される。しかし、本発明者は、鋭意研究した結果、TMAHを用いて現像することにより、こうした円形残渣の発生を抑制できることを見出した。このメカニズムについて、図4を用いて説明する。   In the conventional formation of the second resist pattern 102a, water is used as a developer. However, when developed with water, there is a problem that the second resist 102 dissolved in water re-deposits and adheres to the second resist pattern 102a, causing a pattern defect. This pattern defect is observed as a circular residue. However, as a result of intensive studies, the present inventors have found that the development of such circular residues can be suppressed by developing using TMAH. This mechanism will be described with reference to FIG.

図4は、第2のレジスト102中での第1のレジストパターン101aの端部からの距離を横軸にとり、第2のレジスト102と酸との反応度を縦軸にとったものである。第1のレジストパターン101aからの距離が遠くなるほど酸との反応度が低下するので、架橋層104は、第1のレジストパターン101aと第2のレジスト102の界面付近に形成されることになる。   FIG. 4 shows the distance from the edge of the first resist pattern 101a in the second resist 102 on the horizontal axis, and the reactivity between the second resist 102 and the acid on the vertical axis. Since the reactivity with the acid decreases as the distance from the first resist pattern 101a increases, the crosslinked layer 104 is formed near the interface between the first resist pattern 101a and the second resist 102.

図4において、点線は水の溶解限界を示しており、破線はTMAH水溶液の溶解限界を示している。これらから分かるように、水とTMAH水溶液では、第2のレジスト102の非架橋部分を溶解する点で共通するものの、架橋層104に対する溶解度に差がある。すなわち、TMAH水溶液は、酸との反応度が高い第2のレジストに対して水よりも高い溶解性を示す。   In FIG. 4, the dotted line indicates the solubility limit of water, and the broken line indicates the solubility limit of the TMAH aqueous solution. As can be seen from these, water and the TMAH aqueous solution are common in that the non-crosslinked portion of the second resist 102 is dissolved, but there is a difference in solubility in the crosslinked layer 104. That is, the TMAH aqueous solution exhibits higher solubility than water in the second resist having a high reactivity with acid.

一般に、現像の後に行うリンスでは水が使用される。したがって、水を用いて現像を行った場合には、現像工程で溶解しきれなかった架橋層104の一部がリンス工程で溶解する。つまり、現像およびリンスのいずれの工程でも、第2のレジスト102の溶解が起こるために、水に溶け出した第2のレジスト102が再析出しやすく、第2のレジストパターンに付着してパターン不良を起こすといった問題が生じやすい。一方、TMAH水溶液を用いて現像を行った場合には、その後のリンス工程で架橋層104の一部が水に溶解することはほとんどない。TMAH水溶液での現像後に残る架橋層104は、酸との反応度が高いものであり、水に対する溶解性は小さいからである。したがって、TMAH水溶液を用いて現像を行えば、リンス工程で第2のレジスト102が溶解するのを抑えられるので、第2のレジスト102の析出によるパターン不良の発生を抑制することが可能となる。   Generally, water is used for rinsing after development. Therefore, when development is performed using water, a part of the crosslinked layer 104 that could not be dissolved in the development process is dissolved in the rinse process. In other words, since the second resist 102 is dissolved in both the development and rinsing steps, the second resist 102 dissolved in water easily re-deposits and adheres to the second resist pattern, resulting in a pattern defect. It is easy for problems to occur. On the other hand, when development is performed using a TMAH aqueous solution, a part of the cross-linked layer 104 is hardly dissolved in water in the subsequent rinsing step. This is because the cross-linked layer 104 remaining after development with an aqueous TMAH solution has a high reactivity with an acid and has low solubility in water. Therefore, if development is performed using the TMAH aqueous solution, it is possible to suppress the dissolution of the second resist 102 in the rinsing step, and thus it is possible to suppress the occurrence of pattern defects due to the deposition of the second resist 102.

ところで、TMAH水溶液を用いて現像を行うと、現像残渣の問題が発生する。この不良は、TMAH水溶液によって膨潤した第2のレジスト102が、糸を引くようにして第2のレジストパターン102aに付着した状態となって観察される。しかしながら、本発明者は、TMAH水溶液による現像の前に水による現像を行うことにより、この問題を解決できることを見出した。つまり、水で現像する第1の現像工程と、第1の現像工程の後に、第2のレジスト102に対する溶解性が水より高い溶液で現像する第2の現像工程と、第2の現像工程の後に水でリンスする工程とによって、水に溶け出した第2のレジスト102が再析出して第2のレジストパターン102aに付着することによる円形残渣の問題と、第2のレジスト102が第2のレジストパターン102aに糸を引いた状態となって付着する糸引きの問題とを、同時に解消することが可能となる。尚、この方法によって糸引きの問題が改善できるのは、予め水に溶解するものを除いてからTMAH水溶液で現像することにより、TMAH水溶液による第2のレジスト102の膨潤が極力抑えられるためと考えられる。   By the way, when development is performed using a TMAH aqueous solution, a problem of development residue occurs. This defect is observed in a state where the second resist 102 swollen by the TMAH aqueous solution is attached to the second resist pattern 102a so as to pull the yarn. However, the present inventor has found that this problem can be solved by performing development with water before development with an aqueous TMAH solution. That is, a first development step in which development is performed with water, a second development step in which development is performed with a solution having higher solubility in water than water after the first development step, and a second development step. In the subsequent rinsing with water, the second resist 102 dissolved in water re-deposits and adheres to the second resist pattern 102a, and the second resist 102 becomes the second resist 102. It is possible to simultaneously solve the problem of stringing that is adhered to the resist pattern 102a in a state where the string is pulled. Note that the threading problem can be improved by this method because the swelling of the second resist 102 due to the TMAH aqueous solution can be suppressed as much as possible by developing with a TMAH aqueous solution after removing what is previously dissolved in water. It is done.

以下に、工程の違いによる円形残渣と糸引きの発生の違いについて述べる。   Below, the difference in the occurrence of circular residue and stringing due to the difference in process will be described.

表1には、水を用いて行う第1の現像工程と、TMAHを用いて行う第2の現像工程とを有する実施例1〜3と、水を用いた現像工程のみを行う比較例1と、TMAHを用いた現像工程のみを行う比較例2とを示している。これらの例では、いずれも、第2のレジストを形成してMB処理を行うまでの工程を次のようにして行った。   Table 1 shows Examples 1 to 3 having a first developing process performed using water and a second developing process performed using TMAH, and Comparative Example 1 performing only a developing process using water. And Comparative Example 2 in which only the developing process using TMAH is performed. In these examples, the steps from the formation of the second resist to the MB processing were performed as follows.

まず、半導体ウェハの上に、反射防止膜(BARC:Bottom Anti-Reflection Coating)として、東京応化工業社製のコーティング材(商品名:SWK−EX3)を塗布した。次いで、ホットプレートを用いて230℃で90秒加熱し、厚さ130nmの膜を形成した。次に、この膜の上に、第1のレジストとして、JSR社製の化学増幅型レジスト(商品名:KrF−M211Y)を塗布した。その後、ホットプレートを用いて120℃で60秒のプリベークを行い、厚さ585nmの膜を形成した。次に、第1のレジストの上に、反射防止膜(TARC:Top Anti-Reflection Coating)として、東京応化工業社製のコーティング材(商品名:TSP−10A)を、44nmの厚さで形成した。その後、マスクを介して露光をした後、PEB処理を行った。PEB処理の条件は、ホットプレートを用いて130℃で60秒の加熱とした。次に、2.38重量%のTMAH水溶液を3秒間吐出して第1のレジストの現像を行った後、回転数300rpm〜1800rpmで回転させながら水を75秒間吐出させてリンスを行った。現像工程でTARCは全て現像液に溶解し、後には第1のレジストパターンが得られた。   First, a coating material (trade name: SWK-EX3) manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. was applied as an antireflection film (BARC: Bottom Anti-Reflection Coating) on a semiconductor wafer. Subsequently, it heated at 230 degreeC for 90 second using the hotplate, and formed the film | membrane with a thickness of 130 nm. Next, a chemically amplified resist (trade name: KrF-M211Y) manufactured by JSR was applied as a first resist on the film. Thereafter, pre-baking was performed at 120 ° C. for 60 seconds using a hot plate to form a film having a thickness of 585 nm. Next, a coating material (trade name: TSP-10A) manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. was formed in a thickness of 44 nm as an antireflection film (TARC: Top Anti-Reflection Coating) on the first resist. . Then, after exposing through a mask, PEB processing was performed. The PEB treatment was performed using a hot plate at 130 ° C. for 60 seconds. Next, the 2.38 wt% TMAH aqueous solution was discharged for 3 seconds to develop the first resist, and then rinsed by discharging water for 75 seconds while rotating at a rotation speed of 300 rpm to 1800 rpm. In the development process, all TARC was dissolved in the developer, and a first resist pattern was obtained later.

次に、第1のレジストパターンの上に、第2のレジストとして、AZエレクトロニックマテリアルズ社製のレジスト(商品名:R200)を塗布して、厚さ350nmの膜を形成した。次いで、ホットプレートを用い、110℃で70秒加熱してMB処理を行った。   Next, a resist (trade name: R200) manufactured by AZ Electronic Materials was applied as a second resist on the first resist pattern to form a film having a thickness of 350 nm. Next, MB treatment was performed by heating at 110 ° C. for 70 seconds using a hot plate.

表1.

Figure 2008192692
*リンスには全て純水を使用し、振り切り処理で乾燥。
*○:不良がほとんど見られないレベル
△:若干の不良は見られるが実用上問題のないレベル
×:実用上問題となるレベル
Table 1.
Figure 2008192692
* Use pure water for rinsing and dry by shaking off.
* ○: Level at which almost no defects are observed.

表1において、最初に行うリンス処理の条件は、いずれも、吐出時間20秒で回転数1000rpmである。実施例1〜3と、比較例1における水現像の条件は、静止させた状態で吐出時間45秒である。実施例1および2と、比較例1における水現像後のリンス処理の条件は、回転数2000rpmで回転させながら20秒間水を吐出した後、回転数を600rpmにして15秒間水を吐出させるというものである。実施例1と比較例2におけるTMAH現像前のリンス処理の条件は、吐出時間20秒で回転数1000rpmである。実施例1〜3と、比較例2におけるTMAH現像の条件は、静止させた状態で、2.38重量%のTMAH水溶液を45秒間吐出させるというものである。実施例1〜3と、比較例2におけるTMAH現像後のリンス処理の条件は、回転数2000rpmで回転させながら20秒間水を吐出した後、回転数を600rpmにして15秒間水を吐出させるというものである。   In Table 1, the conditions of the rinse treatment performed first are all that the discharge time is 20 seconds and the rotation speed is 1000 rpm. The conditions of water development in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 are a discharge time of 45 seconds in a stationary state. The conditions of the rinsing process after water development in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 are that water is discharged for 20 seconds while rotating at a rotation speed of 2000 rpm, and then water is discharged for 15 seconds at a rotation speed of 600 rpm. It is. The conditions for the rinse treatment before TMAH development in Example 1 and Comparative Example 2 are a discharge time of 20 seconds and a rotation speed of 1000 rpm. The conditions of TMAH development in Examples 1 to 3 and Comparative Example 2 are such that a 2.38 wt% TMAH aqueous solution is discharged for 45 seconds in a stationary state. The conditions of the rinse treatment after TMAH development in Examples 1 to 3 and Comparative Example 2 are that water is discharged for 20 seconds while rotating at a rotational speed of 2000 rpm, and then water is discharged for 15 seconds at a rotational speed of 600 rpm. It is.

表1から分かるように、比較例1では円形残渣が発生し、比較例2では糸引きが発生する。一方、実施例1〜3では、円形残渣はほとんど見られない。また、糸引きもほとんど見られないか、または、見られても実用上問題のないレベルとなっている。したがって、水を用いて行う第1の現像工程と、第1の現像工程の後にTMAHを用いて行う第2の現像工程と、第2の現像工程の後に水を用いて行うリンス工程とによって、円形残渣と糸引きの発生を抑制できることが分かる。   As can be seen from Table 1, in Comparative Example 1, a circular residue is generated, and in Comparative Example 2, stringing is generated. On the other hand, in Examples 1-3, a circular residue is hardly seen. In addition, there is almost no stringing, or even if it is seen, there is no practical problem. Therefore, by the first development process performed using water, the second development process performed using TMAH after the first development process, and the rinse process performed using water after the second development process, It turns out that generation | occurrence | production of a circular residue and stringing can be suppressed.

実施例1は、糸引きがほとんど見られず、実施例2や3に比較しても良好なパターンを形成できる。これは、第1の現像工程と第2の現像工程の間で、基板上に残存してる水を振り切る処理を行って、基板の表面を乾燥させているためと考えられる。したがって、本発明においては、第1の現像工程を行った後に、水を振り切る処理を行ってから、第2の現像工程を行うことが好ましい。   In Example 1, stringing is hardly observed, and a good pattern can be formed even when compared with Examples 2 and 3. This is probably because the surface of the substrate is dried by performing a process of shaking off the water remaining on the substrate between the first development step and the second development step. Therefore, in the present invention, it is preferable to perform the second development step after performing the first development step and then performing the process of shaking off water.

次に、第2の現像工程における現像時間と不良の関係について考察する。   Next, the relationship between development time and defects in the second development step will be considered.

表2は、TMAHによる現像時間と、円形残渣および糸引きの発生との関係を調べた結果の一例である。この例では、第2のレジストを形成してMB処理を行うまでの工程を次のようにして行った。   Table 2 shows an example of the results of examining the relationship between the development time by TMAH and the occurrence of circular residues and stringing. In this example, the process from the formation of the second resist to the MB processing was performed as follows.

まず、半導体ウェハの上に、反射防止膜(BARC:Bottom Anti-Reflection Coating)として、日産化学社製のコーティング材(商品名:DUV112)を塗布した。次いで、ホットプレートを用いて180℃で90秒加熱し、厚さ62nmの膜を形成した。次に、この膜の上に、第1のレジストとして、JSR社製の化学増幅型レジスト(商品名:KrF−M211Y)を塗布した。その後、ホットプレートを用いて120℃で60秒のプリベークを行い、厚さ480nmの膜を形成した。次に、第1のレジストの上に、反射防止膜(TARC:Top Anti-Reflection Coating)として、東京応化工業社製のコーティング材(商品名:TSP−10A)を、44nmの厚さで形成した。その後、マスクを介して露光をした後、PEB処理を行った。PEB処理の条件は、ホットプレートを用いて180℃で90秒の加熱とした。次に、2.38重量%のTMAH水溶液を3秒間吐出して第1のレジストの現像を行った後、回転数300rpm〜1800rpmで回転させながら水を75秒間吐出させてリンスを行った。現像工程でTARCは全て現像液に溶解し、後には第1のレジストパターンが得られた。   First, a coating material (trade name: DUV112) manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd. was applied as an antireflection film (BARC: Bottom Anti-Reflection Coating) on a semiconductor wafer. Subsequently, it heated at 180 degreeC for 90 second using the hotplate, and the film | membrane with a thickness of 62 nm was formed. Next, a chemically amplified resist (trade name: KrF-M211Y) manufactured by JSR was applied as a first resist on the film. Thereafter, pre-baking was performed at 120 ° C. for 60 seconds using a hot plate to form a film having a thickness of 480 nm. Next, a coating material (trade name: TSP-10A) manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. was formed in a thickness of 44 nm as an antireflection film (TARC: Top Anti-Reflection Coating) on the first resist. . Then, after exposing through a mask, PEB processing was performed. The PEB treatment was performed using a hot plate at 180 ° C. for 90 seconds. Next, the 2.38 wt% TMAH aqueous solution was discharged for 3 seconds to develop the first resist, and then rinsed by discharging water for 75 seconds while rotating at a rotation speed of 300 rpm to 1800 rpm. In the development process, all TARC was dissolved in the developer, and a first resist pattern was obtained later.

次に、第1のレジストパターンの上に、第2のレジストとして、AZエレクトロニックマテリアルズ社製のレジスト(商品名:R200)を塗布して、厚さ350nmの膜を形成した。次いで、ホットプレートを用い、110℃で70秒加熱してMB処理を行った。   Next, a resist (trade name: R200) manufactured by AZ Electronic Materials was applied as a second resist on the first resist pattern to form a film having a thickness of 350 nm. Next, MB treatment was performed by heating at 110 ° C. for 70 seconds using a hot plate.

第2のレジストパターンの形成は、表1の実施例1と同様にした。具体的には、まず、吐出時間20秒で回転数1000rpmとして、水を用いたリンス処理を行った。次に、静止させた状態で水を45秒間吐出して、第1の現像工程を行った。次いで、回転数2000rpmで回転させながら20秒間水を吐出した後、回転数を600rpmにして15秒間水を吐出させて、リンス処理を行った。その後、水の供給を停止して振り切り処理を行って乾燥させた後、吐出時間20秒で回転数1000rpmとして、水を用いたリンス処理を行った。次に、静止させた状態で、2.38重量%のTMAH水溶液を表2に示す各時間で吐出し、第2の現像工程を行った。その後、回転数2000rpmで回転させながら20秒間水を吐出した後、回転数を600rpmにして15秒間水を吐出させて、リンス処理を行った。最後に、水の供給を停止して振り切り処理を行って乾燥させた。   The second resist pattern was formed in the same manner as in Example 1 in Table 1. Specifically, first, a rinsing process using water was performed with a discharge time of 20 seconds and a rotation speed of 1000 rpm. Next, the first development process was performed by discharging water for 45 seconds in a stationary state. Subsequently, water was discharged for 20 seconds while rotating at a rotation speed of 2000 rpm, and then the water was discharged for 15 seconds at a rotation speed of 600 rpm to perform a rinsing process. Thereafter, the supply of water was stopped, a swing-off process was performed, and drying was performed. Then, a rinse process using water was performed at a discharge time of 20 seconds and a rotation speed of 1000 rpm. Next, a 2.38 wt% TMAH aqueous solution was discharged at each time shown in Table 2 in a stationary state, and a second development process was performed. Thereafter, water was discharged for 20 seconds while rotating at a rotational speed of 2000 rpm, and then the water was discharged at a rotational speed of 600 rpm for 15 seconds to perform a rinsing process. Finally, the supply of water was stopped, and a shake-off process was performed for drying.

表2.

Figure 2008192692
*○:不良がほとんど見られないレベル
△:若干の不良は見られるが実用上問題のないレベル
×:実用上問題となるレベル
Table 2.
Figure 2008192692
* ○: Level at which almost no defects are observed.

表2より、現像時間が長くなると、糸引きが発生することが分かる。一方、円形残渣については、表2の範囲では現像時間による違いが見られない。したがって、糸引きおよび円形残渣を抑制するには、現像時間を短くすることが好ましい。   From Table 2, it can be seen that stringing occurs as the development time increases. On the other hand, for the circular residue, no difference due to the development time is observed in the range of Table 2. Therefore, in order to suppress stringing and circular residues, it is preferable to shorten the development time.

尚、第2の現像工程に用いる現像液は、第2のレジストに対する溶解性が水より高い溶液であればよく、TMAH水溶液に限られるものではない。例えば、IPA(イソプロピルアルコール)を用いて、第2の現像工程を行うこともできる。但し、現像液が蒸発する際に第2のレジストの表面に発生する内部応力が大きいと、第2のレジストにクラックが発生するおそれがある。したがって、IPAを用いる場合には、水溶液中での濃度を調整するなどして蒸発速度を遅くすることが好ましい。一方、TMAH水溶液による現像では、クラックの発生の懸念が少ない。したがって、本発明においては、TMAHを用いることがより好ましい。   Note that the developer used in the second development step is not limited to the TMAH aqueous solution as long as it has a higher solubility in the second resist than water. For example, the second development process can be performed using IPA (isopropyl alcohol). However, if the internal stress generated on the surface of the second resist when the developer evaporates is large, there is a risk that cracks will occur in the second resist. Therefore, when using IPA, it is preferable to slow down the evaporation rate by adjusting the concentration in an aqueous solution. On the other hand, in development with an aqueous TMAH solution, there is little concern about the occurrence of cracks. Therefore, in the present invention, it is more preferable to use TMAH.

水に対するIPAの濃度は、例えば、1重量%〜30重量%程度の範囲で設定することができる。このうち、第2のレジストの種類によっては、IPAを水で7重量%の濃度に希釈した溶液は、10重量%の濃度に希釈した溶液に比較して、クラックの発生を効果的に抑制できる場合がある。したがって、第2のレジストの種類に応じて、IPA濃度を調整することが重要である。但し、IPAの濃度を、第1のレジストを溶解しない範囲であって、第2のレジストの未架橋部分を十分に溶解する範囲とすることは言うまでもない。そして、こうしたことは、水に混合する他の水溶性有機溶媒を混合する場合においても同様である。   The concentration of IPA relative to water can be set, for example, in the range of about 1% to 30% by weight. Of these, depending on the type of the second resist, a solution in which IPA is diluted with water to a concentration of 7% by weight can effectively suppress the occurrence of cracks compared to a solution diluted to a concentration of 10% by weight. There is a case. Therefore, it is important to adjust the IPA concentration according to the type of the second resist. However, it goes without saying that the concentration of IPA is in a range in which the first resist is not dissolved, and in which the uncrosslinked portion of the second resist is sufficiently dissolved. This also applies to the case of mixing other water-soluble organic solvents mixed with water.

以上の処理によって、図2(e)に示すような第2のレジストパターン2aを得ることができる。第2のレジストパターン2aは、第1のレジストパターン1aで、ホール内径または分離幅を縮小するパターンとすることもできるし、あるいは、孤立残しパターンの面積を拡大するパターンとすることもできる。   Through the above processing, a second resist pattern 2a as shown in FIG. 2E can be obtained. The second resist pattern 2a can be a pattern that reduces the hole inner diameter or separation width with the first resist pattern 1a, or a pattern that increases the area of the isolated remaining pattern.

また、本発明によれば、第1のレジストパターン1aに設けられたパターンを、所望の大きさにすることが可能であるので、第1のレジストパターン1aに対して厳密な寸法制御を行わなくても良好な微細パターンを得ることができる。このことについて、表3を用いてさらに説明する。   In addition, according to the present invention, the pattern provided on the first resist pattern 1a can be set to a desired size, so that strict dimensional control is not performed on the first resist pattern 1a. However, a good fine pattern can be obtained. This will be further described with reference to Table 3.

表3は、現像液の種類と、第1のレジストパターンに設けられたホールの内径を縮小できる寸法との関係を示したものである。さらに、現像およびリンスを終えた後に形成される第2のレジストパターンのホール内径についても示している。   Table 3 shows the relationship between the type of the developing solution and the dimension capable of reducing the inner diameter of the hole provided in the first resist pattern. Further, the hole inner diameter of the second resist pattern formed after the development and rinsing is also shown.

表3.

Figure 2008192692
Table 3.
Figure 2008192692

表3から分かるように、水で現像する場合に比較して、IPAやTMAHを用いた場合には、ホールの内径を縮小する寸法を小さくすることができる。したがって、IPAやTMAHを用いることにより、第1のレジストパターンに設けられたホールの内径が小さくなりすぎて、ホールが塞がってしまう問題を解消することが可能である。特に、TMAHでは、この点について高い効果が得られる。尚、第1のレジストパターンに設けられた分離幅を縮小する場合にも同様のことが言える。また、第1のレジストパターンが孤立の残しのパターンであり、この面積を拡大する場合にも、IPAやTMAHを用いることによって、パターンが拡大し過ぎてパターン同士が繋がってしまうのを回避することができる。   As can be seen from Table 3, when IPA or TMAH is used, the size for reducing the inner diameter of the hole can be reduced as compared with the case of developing with water. Therefore, by using IPA or TMAH, it is possible to solve the problem that the inner diameter of the hole provided in the first resist pattern becomes too small and the hole is blocked. In particular, in TMAH, a high effect can be obtained in this respect. The same applies to the case where the separation width provided in the first resist pattern is reduced. In addition, when the first resist pattern is an isolated remaining pattern and this area is enlarged, by using IPA or TMAH, it is avoided that the patterns are enlarged and the patterns are connected to each other. Can do.

尚、本実施の形態において、第2のレジストパターン102aは、半導体基板103の全面に形成することもできるし、半導体基板103の所望の領域にのみ選択的に形成することもできる。後者の場合には、第2のレジスト102を形成した後に、半導体基板103の一部を遮光した状態で露光し、第1のレジストパターン101a中に酸を発生させる。これにより、露光した部分の第1のレジストパターン101aと第2のレジスト102の界面にのみ架橋層104を形成することができる。したがって、同一の半導体基板103の上において、異なる寸法のホール内径や分離幅、あるいは、異なる面積の孤立残しパターンを有する微細パターンを形成することができる。   Note that in this embodiment mode, the second resist pattern 102 a can be formed over the entire surface of the semiconductor substrate 103, or can be selectively formed only in a desired region of the semiconductor substrate 103. In the latter case, after the second resist 102 is formed, a part of the semiconductor substrate 103 is exposed in a light-shielded state to generate an acid in the first resist pattern 101a. Thereby, the crosslinked layer 104 can be formed only at the interface between the first resist pattern 101a and the second resist 102 in the exposed portion. Therefore, on the same semiconductor substrate 103, it is possible to form a fine pattern having hole inner diameters and separation widths having different dimensions, or isolated remaining patterns having different areas.

本発明のレジストパターン形成方法は、半導体基板上に形成するレジストパターンに適用するだけでなく、必要に応じて、半導体装置の製造方法における各工程に適用することも可能である。例えば、シリコン酸化膜などの絶縁層の上に形成するレジストパターンや、ポリシリコン膜などの導電層の上に形成するレジストパターンなどに適用することができる。すなわち、本発明のレジストパターン形成方法は、下地膜に制約されるものではなく、レジストパターンを形成できる基材上であれば、どの場合にも適用することができる。換言すると、本発明によって形成されるレジストパターンは、必要に応じた基材の上に形成されるものであり、本願ではこれらの基材を総称して半導体基材と称する。   The resist pattern forming method of the present invention can be applied not only to a resist pattern formed on a semiconductor substrate, but also to each step in a method of manufacturing a semiconductor device as necessary. For example, the present invention can be applied to a resist pattern formed on an insulating layer such as a silicon oxide film or a resist pattern formed on a conductive layer such as a polysilicon film. That is, the resist pattern forming method of the present invention is not limited to the base film, and can be applied to any substrate as long as it is on a substrate capable of forming a resist pattern. In other words, the resist pattern formed according to the present invention is formed on a base material as required, and in the present application, these base materials are collectively referred to as a semiconductor base material.

本発明においては、上述のように形成したレジストパターンをマスクとして、下地の各種薄膜をエッチングする。これにより、下地薄膜に微細スペースまたは微細ホールが形成されるので、所望の仕様の半導体装置を製造することができる。   In the present invention, various underlying thin films are etched using the resist pattern formed as described above as a mask. As a result, a minute space or a minute hole is formed in the underlying thin film, so that a semiconductor device having a desired specification can be manufactured.

以下に、上記のレジストパターン形成方法を用いて、半導体装置を製造する方法の一例を述べる。具体的には、図5〜図13を用いて、CMIS(Complementary Metal Insulator Semiconductor)デバイスを製造する方法について説明する。   Hereinafter, an example of a method for manufacturing a semiconductor device using the above resist pattern forming method will be described. Specifically, a method for manufacturing a CMIS (Complementary Metal Insulator Semiconductor) device will be described with reference to FIGS.

まず、図5に示すように、p型の単結晶シリコンからなる半導体基板1を用意する。半導体基板1は、一般に半導体ウェハと称される、平面略円形状の半導体の薄板である。   First, as shown in FIG. 5, a semiconductor substrate 1 made of p-type single crystal silicon is prepared. The semiconductor substrate 1 is a planar thin semiconductor plate generally called a semiconductor wafer.

次に、半導体基板1の主面に素子分離領域4を形成する。例えば、半導体基板1をエッチングして深さ0.35μmの溝を形成し、続いて、半導体基板1の主面上にCVD法により絶縁膜(例えば、酸化シリコン膜)を堆積する。次いで、溝の外部の絶縁膜をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により除去する。これにより、素子分離領域4を形成することができる。   Next, the element isolation region 4 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1. For example, the semiconductor substrate 1 is etched to form a groove having a depth of 0.35 μm, and then an insulating film (for example, a silicon oxide film) is deposited on the main surface of the semiconductor substrate 1 by a CVD method. Next, the insulating film outside the trench is removed by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. Thereby, the element isolation region 4 can be formed.

次に、半導体基板1のnMIS形成領域に、p型不純物(例えば、ボロン)をイオン注入してp型ウェル6を形成する。また、半導体基板1のpMIS形、成領域に、n型不純物(例えば、リン)をイオン注入して、n型ウェル8を形成する。この後、p型ウェル6またはn型ウェル8に、nMISまたはpMISのしきい値を制御するための不純物をイオン注入してもよい。   Next, a p-type well 6 is formed by ion implantation of a p-type impurity (for example, boron) in the nMIS formation region of the semiconductor substrate 1. In addition, an n-type impurity (for example, phosphorus) is ion-implanted into the pMIS type and formation region of the semiconductor substrate 1 to form an n-type well 8. Thereafter, an impurity for controlling the threshold value of nMIS or pMIS may be ion-implanted into the p-type well 6 or the n-type well 8.

次に、フッ酸水溶液を用いたウェットエッチングなどによって、半導体基板1の表面を洗浄する。次いで、半導体基板1を熱酸化して、例えば厚さ5nmのゲート絶縁膜9を半導体基板1の表面、詳しくは、p型ウェル6およびn型ウェル8の各表面に形成する。   Next, the surface of the semiconductor substrate 1 is cleaned by wet etching using a hydrofluoric acid aqueous solution. Next, the semiconductor substrate 1 is thermally oxidized to form, for example, a gate insulating film 9 having a thickness of 5 nm on the surface of the semiconductor substrate 1, specifically, on each surface of the p-type well 6 and the n-type well 8.

次に、ゲート絶縁膜9の上に、例えば厚さ0.14μmのゲート電極用の導体膜を形成する。次いで、レジストパターンをマスクとしたドライエッチングによって、ゲート電極用の導体膜を加工して導体膜からなるゲート電極10n,10pを形成して、図6の構造を得ることができる。ここで、用いるレジストパターンの形成には、本発明を適用することができる。本発明によれば、良好な微細パターンが形成されるので、ゲート電極10n,10pの幅を微細なものとすることが可能である。   Next, a conductive film for a gate electrode having a thickness of, for example, 0.14 μm is formed on the gate insulating film 9. Next, the gate electrode 10n, 10p made of the conductor film is formed by processing the gate electrode conductor film by dry etching using the resist pattern as a mask, and the structure of FIG. 6 can be obtained. Here, the present invention can be applied to the formation of the resist pattern to be used. According to the present invention, a good fine pattern is formed, so that the width of the gate electrodes 10n and 10p can be made fine.

ゲート電極用の導体膜は、例えば、CVD法により形成された多結晶シリコン膜からなる。そして、nMIS形成領域には、n型不純物が導入された多結晶シリコン膜からなるゲート電極10nが形成され、pMIS形成領域には、p型不純物が導入された多結晶シリコン膜からなるゲート電極10pが形成される。   The conductor film for the gate electrode is made of, for example, a polycrystalline silicon film formed by a CVD method. Then, a gate electrode 10n made of a polycrystalline silicon film doped with n-type impurities is formed in the nMIS formation region, and a gate electrode 10p made of a polycrystalline silicon film doped with p-type impurities is formed in the pMIS formation region. Is formed.

次に、p型ウェル6にn型不純物、例えばヒ素をイオン注入し、nMISのゲート電極10nに対して自己整合的に、相対的に低濃度なソース・ドレイン拡張領域11を形成する。同様に、n型ウェル8にもp型不純物、例えばフッ化ボロンをイオン注入し、pMISのゲート電極10pに対して自己整合的に、相対的に低濃度なソース・ドレイン拡張領域12を形成する。上記ソース・ドレイン拡張領域11,12の深さは、例えば30nmである。   Next, an n-type impurity, for example, arsenic is ion-implanted into the p-type well 6 to form a relatively low concentration source / drain extension region 11 in a self-aligned manner with respect to the nMIS gate electrode 10n. Similarly, a p-type impurity, for example, boron fluoride is ion-implanted into the n-type well 8 to form a relatively low concentration source / drain extension region 12 in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 10p of the pMIS. . The depth of the source / drain extension regions 11 and 12 is, for example, 30 nm.

次に、図7に示すように、半導体基板1の主面上に、例えば厚さ10nmの酸化シリコン膜13をCVD法により堆積した後、さらに、酸化シリコン膜13上に窒化シリコン膜をCVD法により堆積する。続いて、窒化シリコン膜をRIE(Reactive Ion Etching)法により異方性エッチングして、nMISのゲート電極10nおよびpMISのゲート電極10pのそれぞれの側壁に、サイドウォール15を形成する。その後、p型ウェル6にn型不純物、例えばヒ素をイオン注入し、nMISのゲート電極10nおよびサイドウォール15に対して自己整合的に、相対的に高濃度なソース・ドレイン拡散領域16を形成する。同様に、n型ウェル8にp型不純物、例えばフッ化ボロンをイオン注入し、pMISのゲート電極10pおよびサイドウォール15に対して自己整合的に、相対的に高濃度なソース・ドレイン拡散領域17を形成する。上記ソース・ドレイン拡散領域16,17の深さは、例えば80nmである。   Next, as shown in FIG. 7, after a silicon oxide film 13 having a thickness of, for example, 10 nm is deposited on the main surface of the semiconductor substrate 1 by a CVD method, a silicon nitride film is further formed on the silicon oxide film 13 by a CVD method. It accumulates by. Subsequently, the silicon nitride film is anisotropically etched by RIE (Reactive Ion Etching) to form sidewalls 15 on the respective sidewalls of the nMIS gate electrode 10n and the pMIS gate electrode 10p. Thereafter, an n-type impurity, for example, arsenic is ion-implanted into the p-type well 6 to form a relatively high concentration source / drain diffusion region 16 in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 10n and the sidewall 15 of the nMIS. . Similarly, a p-type impurity, for example, boron fluoride is ion-implanted into the n-type well 8, and the source / drain diffusion region 17 having a relatively high concentration is self-aligned with the gate electrode 10p and the sidewall 15 of the pMIS. Form. The depth of the source / drain diffusion regions 16 and 17 is, for example, 80 nm.

次に、サリサイド技術により、nMISのゲート電極10nおよびソース・ドレイン拡散領域16の表面およびpMISのゲート電極10pおよびソース・ドレイン拡散領域17の表面に、低抵抗のニッケルシリサイド(NiSi)層18を形成する。尚、ここでは、ニッケルシリサイド層18を例示したが、他のシリサイド層、例えば、ニッケル合金シリサイド層、コバルトシリサイド層、タングステンシリサイド層または白金シリサイド層等を形成することもできる。ニッケルシリサイド層18は、例えば、以下に説明する方法により形成される。   Next, a low-resistance nickel silicide (NiSi) layer 18 is formed on the surface of the nMIS gate electrode 10n and the source / drain diffusion region 16 and the surface of the pMIS gate electrode 10p and the source / drain diffusion region 17 by salicide technology. To do. Although the nickel silicide layer 18 is illustrated here, other silicide layers such as a nickel alloy silicide layer, a cobalt silicide layer, a tungsten silicide layer, or a platinum silicide layer may be formed. The nickel silicide layer 18 is formed by, for example, a method described below.

まず、半導体基板1の主面上に、スパッタリング法により、ニッケル膜および窒化チタン膜を順次堆積する。ニッケル膜の厚さは、例えば10nm、窒化チタン膜の厚さは、例えば15nmである。窒化チタン膜は、ニッケル膜の酸化を防止するために、ニッケル膜上に設けられる。尚、窒化チタン膜に代えて、チタン膜を用いてもよい。続いて、半導体基板1にRTA(Rapid Thermal Anneal)法を用いて、例えば温度350℃の熱処理を30秒施す。これにより、ニッケル膜とnMISのゲート電極10nを構成するn型多結晶シリコン膜、および、ニッケル膜とnMISのソース・ドレイン拡散領域16が形成された半導体基板1を構成する単結晶シリコンとを選択的に反応させて、ニッケルシリサイド層18を形成する。同様に、ニッケル膜とpMISのゲート電極10pを構成するp型多結晶シリコン膜、および、ニッケル膜とpMISのソース・ドレイン拡散領域17が形成された半導体基板1を構成する単結晶シリコンとを選択的に反応させて、ニッケルシリサイド層18を形成する。続いて、硫酸を用いたウエット洗浄、または、硫酸と過酸化水素水とを用いたウエット洗浄等により、未反応のニッケル膜および窒化チタン膜を除去する。その後、半導体基板1にRTA法を用いて、例えば、温度550℃の熱処理を30秒施すことにより、ニッケルシリサイド層18の低抵抗化を行う。   First, a nickel film and a titanium nitride film are sequentially deposited on the main surface of the semiconductor substrate 1 by sputtering. The nickel film has a thickness of 10 nm, for example, and the titanium nitride film has a thickness of 15 nm, for example. The titanium nitride film is provided on the nickel film in order to prevent oxidation of the nickel film. Note that a titanium film may be used instead of the titanium nitride film. Subsequently, the semiconductor substrate 1 is subjected to, for example, a heat treatment at a temperature of 350 ° C. for 30 seconds using an RTA (Rapid Thermal Anneal) method. As a result, the nickel film and the n-type polycrystalline silicon film constituting the nMIS gate electrode 10n and the single-crystal silicon constituting the semiconductor substrate 1 on which the nickel film and the nMIS source / drain diffusion regions 16 are formed are selected. Thus, a nickel silicide layer 18 is formed. Similarly, a nickel film and a p-type polycrystalline silicon film constituting the pMIS gate electrode 10p, and a single crystal silicon constituting the semiconductor substrate 1 on which the nickel film and the pMIS source / drain diffusion regions 17 are formed are selected. Thus, a nickel silicide layer 18 is formed. Subsequently, the unreacted nickel film and titanium nitride film are removed by wet cleaning using sulfuric acid or wet cleaning using sulfuric acid and hydrogen peroxide solution. Thereafter, the resistance of the nickel silicide layer 18 is reduced by performing a heat treatment at a temperature of 550 ° C. for 30 seconds using the RTA method on the semiconductor substrate 1.

次に、図8に示すように、半導体基板1の主面上に、CVD法により窒化シリコン膜を堆積して、第1絶縁膜19aを形成する。続いて、第1絶縁膜19a上に、プラズマCVD法によりTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)膜を堆積して、第2絶縁膜19bを形成する。これにより、第1および第2絶縁膜19a,19bからなる層間絶縁膜が形成される。その後、第2絶縁膜19bの表面をCMP法により研磨する。下地段差に起因して第1絶縁膜19aの表面に凹凸形状が形成されていても、第2絶縁膜19bの表面をCMP法により研磨することにより、その表面が平坦化された層間絶縁膜が得られる。   Next, as shown in FIG. 8, a silicon nitride film is deposited on the main surface of the semiconductor substrate 1 by a CVD method to form a first insulating film 19a. Subsequently, a TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) film is deposited on the first insulating film 19a by plasma CVD to form a second insulating film 19b. Thereby, an interlayer insulating film composed of the first and second insulating films 19a and 19b is formed. Thereafter, the surface of the second insulating film 19b is polished by a CMP method. Even if an uneven shape is formed on the surface of the first insulating film 19a due to the base step, by polishing the surface of the second insulating film 19b by the CMP method, an interlayer insulating film whose surface is flattened is formed. can get.

次に、レジストパターンをマスクとして、第1および第2絶縁膜19a,19bをエッチングし、接続孔20を所定の箇所に形成する。例えば、nMISのゲート電極10nおよびソース・ドレイン拡散領域16、並びに、pMISのゲート電極10pおよびソース・ドレイン拡散領域17の上方に位置する、第1および第2絶縁膜19a,19bに形成する。接続孔20の口径は、0.1μm以下、例えば0.08μmである。ここで、用いるレジストパターンの形成には、本発明を適用することができる。本発明によれば、良好な微細パターンが形成されるので、第1および第2絶縁膜19a,19bに微細な接続孔20を形成することができる。   Next, using the resist pattern as a mask, the first and second insulating films 19a and 19b are etched to form connection holes 20 at predetermined locations. For example, it is formed on the first and second insulating films 19a and 19b located above the gate electrode 10n and source / drain diffusion region 16 of nMIS and the gate electrode 10p and source / drain diffusion region 17 of pMIS. The diameter of the connection hole 20 is 0.1 μm or less, for example, 0.08 μm. Here, the present invention can be applied to the formation of the resist pattern to be used. According to the present invention, a good fine pattern is formed, so that the fine connection hole 20 can be formed in the first and second insulating films 19a and 19b.

次に、図9に示すように、接続孔20の内部を含む半導体基板1の主面上に、チタン膜および窒化チタン膜を順次形成して、この積層膜からなるバリアメタル膜21を形成する。チタン膜は、酸素原子を25at%まで固溶できることから、ニッケルシリサイド層18の表面の還元剤として用いられて、ニッケルシリサイド層18との接触抵抗を低減する機能を有する。また、窒化チタン膜は、後の工程で、接続孔20の内部に埋め込まれる金属膜の構成原子が拡散するのを抑制または防止する機能を有する。バリアメタル膜21の厚さは、例えば3nmから10nmである。尚、以下の説明においては、チタン膜およびその上に形成された窒化チタン膜をバリアメタル膜21と称し、接続孔20の内部に埋め込まれて主導電材料となる金属膜、例えばタングステン膜と区別する。   Next, as shown in FIG. 9, a titanium film and a titanium nitride film are sequentially formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 including the inside of the connection hole 20 to form a barrier metal film 21 made of this laminated film. . Since the titanium film can dissolve oxygen atoms up to 25 at%, it is used as a reducing agent on the surface of the nickel silicide layer 18 and has a function of reducing contact resistance with the nickel silicide layer 18. Further, the titanium nitride film has a function of suppressing or preventing diffusion of constituent atoms of the metal film embedded in the connection hole 20 in a later step. The thickness of the barrier metal film 21 is, for example, 3 nm to 10 nm. In the following description, the titanium film and the titanium nitride film formed thereon are referred to as a barrier metal film 21 and are distinguished from a metal film, for example, a tungsten film, embedded in the connection hole 20 and serving as a main conductive material. To do.

次に、図10に示すように、例えばCMP法によりタングステン膜22の表面を平坦化することによって、接続孔20の内部にタングステン膜22を埋め込み、タングステン膜22を主導電材料とするプラグを形成する。   Next, as shown in FIG. 10, the surface of the tungsten film 22 is flattened by, for example, a CMP method to bury the tungsten film 22 in the connection hole 20 and form a plug using the tungsten film 22 as a main conductive material. To do.

尚、前述した接続孔20の内部にプラグを形成する工程では、プラグの主導電材料をタングステン膜22とし、バリアメタル膜21をチタン膜21a,21b上に窒化チタン膜21cが形成された積層膜としたが、これに限定されるものではなく、種々変更することは可能である。例えば、バリアメタル膜を前述したバリアメタル膜21とし、プラグの主導電材料を銅膜とすることもできる。この場合、まず、前述した製造方法と同様にしてバリアメタル膜21を成膜する。次いで、CVD法またはスパッタリング法により、バリアメタル膜21上に、シード層、例えば銅またはルテニウムのシード層を形成する。その後、電解めっき法を用いてシード層上に銅めっき膜を形成することによって、接続孔20の内部に銅めっき膜を埋め込む。   In the step of forming the plug in the connection hole 20 described above, the main conductive material of the plug is the tungsten film 22, and the barrier metal film 21 is a laminated film in which the titanium nitride film 21c is formed on the titanium films 21a and 21b. However, the present invention is not limited to this, and various changes can be made. For example, the barrier metal film can be the barrier metal film 21 described above, and the main conductive material of the plug can be a copper film. In this case, first, the barrier metal film 21 is formed in the same manner as the manufacturing method described above. Next, a seed layer, for example, a copper or ruthenium seed layer is formed on the barrier metal film 21 by CVD or sputtering. Thereafter, a copper plating film is formed on the seed layer using an electrolytic plating method, thereby embedding the copper plating film in the connection hole 20.

次に、図11に示すように、半導体基板1の主面上に、ストッパ絶縁膜24および配線形成用の絶縁膜25を順次形成する。ストッパ絶縁膜24は、絶縁膜25への溝加工の際にエッチングストッパとなる膜であり、絶縁膜25に対してエッチング選択比を有する材料を用いる。ストッパ絶縁膜24は、例えば、プラズマCVD法により形成される窒化シリコン膜とすることができる。また、絶縁膜25は、例えば、プラズマCVD法により形成される酸化シリコン膜とすることができる。尚、ストッパ絶縁膜24と絶縁膜25には、次に説明する第1層目の配線が形成される。   Next, as shown in FIG. 11, the stopper insulating film 24 and the wiring forming insulating film 25 are sequentially formed on the main surface of the semiconductor substrate 1. The stopper insulating film 24 is a film that becomes an etching stopper when a groove is formed in the insulating film 25, and a material having an etching selectivity with respect to the insulating film 25 is used. The stopper insulating film 24 can be, for example, a silicon nitride film formed by a plasma CVD method. The insulating film 25 can be a silicon oxide film formed by, for example, a plasma CVD method. The stopper insulating film 24 and the insulating film 25 are formed with a first layer wiring described below.

次に、シングルダマシン法により、第1層目の配線を形成する。まず、レジストパターンをマスクとしたドライエッチングによって、ストッパ絶縁膜24および絶縁膜25の所定の領域に配線溝26を形成する。尚、用いるレジストパターンの形成には、本発明のレジストパターン形成方法を適用することができる。次いで、半導体基板1の主面上に、バリアメタル膜27を形成する。バリアメタル膜27は、例えば、窒化チタン膜、窒化タンタル膜または窒化タンタル膜の上に、タンタル膜を積み重ねた積層膜とすることができる。あるいは、窒化タンタル膜上に、ルテニウム膜を積み重ねた積層膜とすることもできる。続いて、CVD法またはスパッタリング法により、バリアメタル膜27の上に銅のシード層を形成し、さらに、電解めっき法を用いて、シード層上に銅めっき膜を形成する。銅めっき膜によって、配線溝26の内部を埋め込む。続いて、配線溝26以外の領域の銅めっき膜、シード層およびバリアメタル膜27をCMP法により除去して、銅膜を主導電材料とする第1層目の配線M1を形成する。   Next, a first layer wiring is formed by a single damascene method. First, wiring trenches 26 are formed in predetermined regions of the stopper insulating film 24 and the insulating film 25 by dry etching using a resist pattern as a mask. The resist pattern forming method of the present invention can be applied to the formation of the resist pattern to be used. Next, a barrier metal film 27 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1. For example, the barrier metal film 27 can be a laminated film in which a tantalum film is stacked on a titanium nitride film, a tantalum nitride film, or a tantalum nitride film. Alternatively, a laminated film in which ruthenium films are stacked on a tantalum nitride film can also be used. Subsequently, a copper seed layer is formed on the barrier metal film 27 by a CVD method or a sputtering method, and further a copper plating film is formed on the seed layer by an electrolytic plating method. The inside of the wiring groove 26 is embedded with a copper plating film. Subsequently, the copper plating film, the seed layer, and the barrier metal film 27 in a region other than the wiring trench 26 are removed by CMP to form a first layer wiring M1 using the copper film as a main conductive material.

次に、デュアルダマシン法により、第2層目の配線を形成する。まず、図12に示すように、半導体基板1の主面上に、キャップ絶縁膜28、層間絶縁膜29および配線形成用のストッパ絶縁膜30を順次形成する。キャップ絶縁膜28および層間絶縁膜29には、後に説明するように接続孔が形成される。キャップ絶縁膜28は、層間絶縁膜29に対してエッチング選択比を有する材料で構成され、例えば、プラズマCVD法により形成される窒化シリコン膜とすることができる。さらに、キャップ絶縁膜28は、第1層目の配線M1を構成する銅の拡散を防止する保護膜としての機能を有している。層間絶縁膜29は、例えば、プラズマCVD法により形成されるTEOS膜とすることができる。ストッパ絶縁膜30は、層間絶縁膜29、および、後にストッパ絶縁膜30の上層に堆積される配線形成用の絶縁膜に対して、エッチング選択比を有する絶縁材料で構成され、例えば、プラズマCVD法により形成される窒化シリコン膜とすることができる。   Next, a second layer wiring is formed by a dual damascene method. First, as shown in FIG. 12, a cap insulating film 28, an interlayer insulating film 29, and a stopper insulating film 30 for wiring formation are sequentially formed on the main surface of the semiconductor substrate 1. As will be described later, connection holes are formed in the cap insulating film 28 and the interlayer insulating film 29. The cap insulating film 28 is made of a material having an etching selectivity with respect to the interlayer insulating film 29, and can be, for example, a silicon nitride film formed by a plasma CVD method. Further, the cap insulating film 28 has a function as a protective film for preventing diffusion of copper constituting the first-layer wiring M1. The interlayer insulating film 29 can be a TEOS film formed by plasma CVD, for example. The stopper insulating film 30 is made of an insulating material having an etching selection ratio with respect to the interlayer insulating film 29 and the wiring forming insulating film deposited later on the stopper insulating film 30. For example, a plasma CVD method is used. It can be set as the silicon nitride film formed by.

次に、孔形成用のレジストパターンをマスクとしたドライエッチングにより、ストッパ絶縁膜30を加工した後、ストッパ絶縁膜30上に、配線形成用の絶縁膜31を形成する。絶縁膜31は、例えばTEOS膜とすることができる。尚、用いるレジストパターンの形成には、本発明のレジストパターン形成方法を適用することができる。   Next, after the stopper insulating film 30 is processed by dry etching using a resist pattern for hole formation as a mask, an insulating film 31 for wiring formation is formed on the stopper insulating film 30. The insulating film 31 can be a TEOS film, for example. The resist pattern forming method of the present invention can be applied to the formation of the resist pattern to be used.

次に、配線溝形成用のレジストパターンをマスクとしたドライエッチングにより、絶縁膜31を加工する。この際、ストッパ絶縁膜30が、エッチングストッパとして機能する。続いて、ストッパ絶縁膜30および配線溝形成用のレジストパターンをマスクとしたドライエッチングにより、層間絶縁膜29を加工する。この際、キャップ絶縁膜28が、エッチングストッパとして機能する。続いて、露出したキャップ絶縁膜28をドライエッチングにより除去することにより、キャップ絶縁膜28および層間絶縁膜29に接続孔32が形成され、ストッパ絶縁膜30および絶縁膜31に配線溝33が形成される。尚、上記の各レジストパターンの形成には、本発明のレジストパターン形成方法を適用することができる。   Next, the insulating film 31 is processed by dry etching using a resist pattern for wiring trench formation as a mask. At this time, the stopper insulating film 30 functions as an etching stopper. Subsequently, the interlayer insulating film 29 is processed by dry etching using the stopper insulating film 30 and a wiring trench forming resist pattern as a mask. At this time, the cap insulating film 28 functions as an etching stopper. Subsequently, by removing the exposed cap insulating film 28 by dry etching, a connection hole 32 is formed in the cap insulating film 28 and the interlayer insulating film 29, and a wiring groove 33 is formed in the stopper insulating film 30 and the insulating film 31. The The resist pattern forming method of the present invention can be applied to the formation of each resist pattern.

次に、接続孔32および配線溝33の内部に、第2層目の配線を形成する。第2層目の配線は、バリアメタル層および主導電材料である銅膜からなり、この配線と下層配線である第1層目の配線M1とを接続する接続部材は、第2層目の配線と一体に形成される。まず、接続孔32および配線溝33の内部を含む半導体基板1の主面上に、バリアメタル膜34を形成する。バリアメタル膜34は、例えば、窒化チタン膜、窒化タンタル膜または窒化タンタル膜上に、タンタル膜を積み重ねた積層膜とすることができる。あるいは、窒化タンタル膜上に、ルテニウム膜を積み重ねた積層膜とすることもできる。バリアメタル膜34を形成する前には、前述したドライクリーニング処理が行われる。このとき、100℃から150℃の温度での加熱と、150℃よりも高い温度での加熱とを半導体ウェハに対して行い、接続孔32の底面並びに接続孔32および配線溝33の側壁に生成した生成物の除去を行ってもよい。これにより、バリアメタル膜34と第1層目の配線M1との接触抵抗のばらつきを低減することができ、また、キャップ絶縁膜28、層間絶縁膜29、ストッパ絶縁膜30および絶縁膜31からのバリアメタル膜34の剥がれを防止することができる。続いて、CVD法またはスパッタリング法により、バリアメタル膜34上に銅のシード層を形成し、さらに、電解めっき法を用いて、シード層上に銅めっき膜を形成する。銅めっき膜により、接続孔32および配線溝33の内部を埋め込む。続いて、接続孔32および配線溝33以外の領域の銅めっき膜、シード層およびバリアメタル膜34をCMP法により除去して、銅膜を主導電材料とする第2層目の配線M2を形成する。   Next, a second layer wiring is formed inside the connection hole 32 and the wiring groove 33. The second layer wiring is composed of a barrier metal layer and a copper film that is a main conductive material, and the connecting member that connects this wiring to the first layer wiring M1 is a second layer wiring. And formed integrally. First, the barrier metal film 34 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 including the insides of the connection holes 32 and the wiring grooves 33. For example, the barrier metal film 34 may be a laminated film in which a tantalum film is stacked on a titanium nitride film, a tantalum nitride film, or a tantalum nitride film. Alternatively, a laminated film in which ruthenium films are stacked on a tantalum nitride film can also be used. Before the barrier metal film 34 is formed, the above-described dry cleaning process is performed. At this time, heating at a temperature of 100 ° C. to 150 ° C. and heating at a temperature higher than 150 ° C. are performed on the semiconductor wafer, and generated on the bottom surfaces of the connection holes 32 and the side walls of the connection holes 32 and the wiring grooves 33. The product removed may be removed. As a result, variation in contact resistance between the barrier metal film 34 and the first-layer wiring M1 can be reduced, and from the cap insulating film 28, the interlayer insulating film 29, the stopper insulating film 30, and the insulating film 31. The barrier metal film 34 can be prevented from peeling off. Subsequently, a copper seed layer is formed on the barrier metal film 34 by a CVD method or a sputtering method, and further a copper plating film is formed on the seed layer by an electrolytic plating method. The inside of the connection hole 32 and the wiring groove 33 is embedded with a copper plating film. Subsequently, the copper plating film, the seed layer, and the barrier metal film 34 in regions other than the connection hole 32 and the wiring groove 33 are removed by CMP to form a second-layer wiring M2 using the copper film as a main conductive material. To do.

その後、図13に示すように、例えば、前述した第2層目の配線M2と同様の方法により、さらに上層の配線を形成する。図13では、第3層目から第6層目の配線M3,M4,M5,M6を形成したCMISデバイスを例示している。続いて、第6層目の配線M6上に窒化シリコン膜35を形成し、窒化シリコン膜35上に酸化シリコン膜36を形成する。これらの窒化シリコン膜35および酸化シリコン膜36は、外部からの水分や不純物の侵入防止およびα線の透過の抑制を行うパッシベーション膜として機能する。   After that, as shown in FIG. 13, for example, an upper layer wiring is formed by the same method as that for the second layer wiring M2. FIG. 13 illustrates a CMIS device in which wirings M3, M4, M5, and M6 from the third layer to the sixth layer are formed. Subsequently, a silicon nitride film 35 is formed on the sixth-layer wiring M 6, and a silicon oxide film 36 is formed on the silicon nitride film 35. These silicon nitride film 35 and silicon oxide film 36 function as a passivation film that prevents moisture and impurities from entering from the outside and suppresses the transmission of α rays.

次に、窒化シリコン膜35および酸化シリコン膜36を、レジストパターンをマスクとしたエッチングにより加工して、第6層目の配線M6の一部(ボンディングパッド部)を露出させる。ここで、用いるレジストパターンの形成には、本発明のレジストパターン形成方法を適用することができる。続いて、露出した第6層目の配線M6上に、金膜およびニッケル膜等の積層膜からなるバンプ下地電極37を形成する。そして、バンプ下地電極37上に、金または半田等からなるバンプ電極38を形成することにより、CMISデバイスが略完成する。尚、このバンプ電極38は外部接続用電極となる。この後、半導体ウェハSWから半導体チップに個々に切り分けられ、パッケージ基板等に実装されて半導体装置が完成するが、それらの説明は省略する。   Next, the silicon nitride film 35 and the silicon oxide film 36 are processed by etching using a resist pattern as a mask to expose a part of the sixth-layer wiring M6 (bonding pad portion). Here, the resist pattern forming method of the present invention can be applied to the formation of the resist pattern to be used. Subsequently, a bump base electrode 37 made of a laminated film such as a gold film and a nickel film is formed on the exposed wiring M6 of the sixth layer. A bump electrode 38 made of gold, solder, or the like is formed on the bump base electrode 37, whereby the CMIS device is substantially completed. The bump electrode 38 serves as an external connection electrode. Thereafter, the semiconductor wafer SW is cut into individual semiconductor chips and mounted on a package substrate or the like to complete the semiconductor device, but the description thereof is omitted.

尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

(a)〜(c)は、レジストパターンを形成するためのマスクパターンの例である。(A)-(c) is an example of the mask pattern for forming a resist pattern. レジストパターンの形成方法を説明するプロセスフロー図である。It is a process flow figure explaining the formation method of a resist pattern. (a)〜(i)は、レジストパターンの形成方法を説明する図である。(A)-(i) is a figure explaining the formation method of a resist pattern. 第1のレジストパターンの端部からの距離と、第2のレジストと酸との反応度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the distance from the edge part of a 1st resist pattern, and the reactivity of a 2nd resist and an acid. CMISデバイスの製造工程を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing process of a CMIS device. CMISデバイスの製造工程を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing process of a CMIS device. CMISデバイスの製造工程を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing process of a CMIS device. CMISデバイスの製造工程を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing process of a CMIS device. CMISデバイスの製造工程を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing process of a CMIS device. CMISデバイスの製造工程を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing process of a CMIS device. CMISデバイスの製造工程を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing process of a CMIS device. CMISデバイスの製造工程を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing process of a CMIS device. CMISデバイスの製造工程を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing process of a CMIS device.

符号の説明Explanation of symbols

101 第1のレジスト
102 第2のレジスト
103 半導体基板
104 架橋層
101a 第1のレジストパターン
102a 第2のレジストパターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 1st resist 102 2nd resist 103 Semiconductor substrate 104 Crosslinking layer 101a 1st resist pattern 102a 2nd resist pattern

Claims (19)

基材の上に、酸を供給し得る第1のレジストパターンを形成する工程と、
前記第1のレジストパターンの上に、第1のレジストパターンを溶解せずに酸の存在によって架橋反応を起こす、水溶性の樹脂、水溶性の架橋剤およびこれらの混合物のいずれかを含む第2のレジストを形成する工程と、
前記第1のレジストパターンからの酸の供給によって、前記第1のレジストパターンに接する前記第2のレジストの界面部分に架橋層を形成する工程と、
前記第2のレジストの非架橋部分を除去して第2のレジストパターンを形成する工程とを備えたレジストパターン形成方法であって、
前記第2のレジストパターンを形成する工程は、水で現像する第1の現像工程と、
前記第1の現像工程の後に、前記第2のレジストに対する溶解性が水より高い溶液で現像する第2の現像工程と、
前記第2の現像工程の後に、水でリンスする工程とを含むことを特徴とするレジストパターン形成方法。
Forming a first resist pattern capable of supplying an acid on a substrate;
A second solution containing any one of a water-soluble resin, a water-soluble cross-linking agent, and a mixture thereof that causes a cross-linking reaction in the presence of an acid without dissolving the first resist pattern on the first resist pattern. Forming a resist of
Forming a cross-linked layer at an interface portion of the second resist in contact with the first resist pattern by supplying an acid from the first resist pattern;
A method of forming a second resist pattern by removing a non-crosslinked portion of the second resist,
The step of forming the second resist pattern includes a first development step of developing with water,
After the first development step, a second development step of developing with a solution having a higher solubility in the second resist than water;
And a step of rinsing with water after the second development step.
前記第1の現像工程の後で前記水を振り切る処理を行ってから、前記第2の現像工程を行うことを特徴とする請求項1に記載のレジストパターン形成方法。   2. The resist pattern forming method according to claim 1, wherein after the first development step, the second development step is performed after the water is removed. 前記第2のレジストに対する溶解性が水より高い溶液は、TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)またはIPA(イソプロピルアルコール)のいずれか一方を含む水溶液であることを特徴とする請求項1または2に記載のレジストパターン形成方法。   3. The solution according to claim 1, wherein the solution having higher solubility in water than the second resist is an aqueous solution containing either TMAH (tetramethylammonium hydroxide) or IPA (isopropyl alcohol). Resist pattern forming method. 前記第1のレジストパターンを、加熱によって酸を発生するレジストで形成する請求項1〜3のいずれか1項に記載のレジストパターン形成方法。   The resist pattern forming method according to claim 1, wherein the first resist pattern is formed of a resist that generates an acid by heating. 前記第1のレジストパターンを、露光によって酸を発生するレジストで形成する請求項1〜3のいずれか1項に記載のレジストパターン形成方法。   The resist pattern forming method according to claim 1, wherein the first resist pattern is formed of a resist that generates an acid upon exposure. 前記第1のレジストパターンを、露光と加熱によって酸を発生するレジストで形成する請求項1〜3のいずれか1項に記載のレジストパターン形成方法。   The resist pattern forming method according to claim 1, wherein the first resist pattern is formed of a resist that generates an acid by exposure and heating. 前記第1のレジストパターンを、酸を含有するレジストで形成する請求項1〜3のいずれか1項に記載のレジストパターン形成方法。   The resist pattern forming method according to claim 1, wherein the first resist pattern is formed of a resist containing an acid. 前記第1のレジストパターンに、酸性液体または酸性気体で表面処理を施すことによって、酸を供給し得るようにすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のレジストパターン形成方法。   The resist pattern formation according to any one of claims 1 to 3, wherein an acid can be supplied by subjecting the first resist pattern to a surface treatment with an acidic liquid or an acidic gas. Method. 前記架橋層を形成する工程は、前記第1のレジストパターンの所定領域を選択的に露光する工程を含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のレジストパターン形成方法。   The resist pattern forming method according to claim 1, wherein the step of forming the cross-linked layer includes a step of selectively exposing a predetermined region of the first resist pattern. 前記架橋層を形成する工程は、前記第1のレジストパターンの所定領域に選択的に電子線を照射する工程を含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のレジストパターン形成方法。   The resist pattern according to any one of claims 1 to 8, wherein the step of forming the cross-linked layer includes a step of selectively irradiating a predetermined region of the first resist pattern with an electron beam. Forming method. 前記第1のレジストパターンを、ノボラック樹脂とナフトキノンジアジド系感光剤とを含むレジストを用いて形成することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載のレジストパターン形成方法。   The resist pattern forming method according to claim 1, wherein the first resist pattern is formed using a resist containing a novolac resin and a naphthoquinone diazide-based photosensitizer. 前記第1のレジストパターンを化学増幅型レジストを用いて形成することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載のレジストパターン形成方法。   The resist pattern forming method according to claim 1, wherein the first resist pattern is formed using a chemically amplified resist. 前記水溶性の樹脂は、ポリアクリル酸、ポリビニルアセタール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミン、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、オキサゾリン基含有水溶性樹脂、水溶性ウレタン、水溶性フェノール、水溶性エポキシ、水溶性メラミン樹脂、水溶性尿素樹脂、アルキッド樹脂、スルホンアミドおよびこれらの塩よりなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載のレジストパターン形成方法。   The water-soluble resin is polyacrylic acid, polyvinyl acetal, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyethyleneimine, styrene-maleic anhydride copolymer, polyvinylamine, polyallylamine, oxazoline group-containing water-soluble resin, water-soluble urethane, water-soluble The water-soluble epoxy, water-soluble epoxy, water-soluble melamine resin, water-soluble urea resin, alkyd resin, sulfonamide and at least one selected from the group consisting of these salts, 2. The resist pattern forming method according to item 1. 前記水溶性の架橋剤は、メラミン系架橋剤、尿素系架橋剤およびアミノ系架橋剤よりなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載のレジストパターン形成方法。   The said water-soluble crosslinking agent is at least 1 sort (s) chosen from the group which consists of a melamine type crosslinking agent, a urea type crosslinking agent, and an amino type crosslinking agent, The any one of Claims 1-13 characterized by the above-mentioned. Resist pattern forming method. 第2のレジストとしてポリビニルアセタール樹脂を用い、該ポリビニルアセタール樹脂のアセタール化度を調整することにより、前記第1のレジストパターンとの反応量を制御することを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載のレジストパターン形成方法。   The polyvinyl acetal resin is used as the second resist, and the reaction amount with the first resist pattern is controlled by adjusting the degree of acetalization of the polyvinyl acetal resin. 2. The resist pattern forming method according to claim 1. 前記第2のレジストとして水溶性の樹脂と水溶性の架橋剤との混合物を用い、該水溶性架橋剤の混合量を調整することにより、前記第1のレジストパターンとの反応量を制御することを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載のレジストパターン形成方法。   Using a mixture of a water-soluble resin and a water-soluble crosslinking agent as the second resist and adjusting the amount of the water-soluble crosslinking agent to control the amount of reaction with the first resist pattern The method for forming a resist pattern according to claim 1, wherein: 前記第2のレジストは、少なくとも1種の可塑剤を含むことを特徴とする請求項1〜16のいずれか1項に記載のレジストパターン形成方法。   The resist pattern forming method according to claim 1, wherein the second resist includes at least one plasticizer. 前記第2のレジストは、少なくとも1種の界面活性剤を含むことを特徴とする請求項1〜17のいずれか1項に記載のレジストパターン形成方法。   The resist pattern forming method according to claim 1, wherein the second resist contains at least one surfactant. 半導体基材上に、請求項1〜請求項18のいずれか1項に記載の方法を用いてレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記半導体基材をエッチング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。
A step of forming a resist pattern on a semiconductor substrate using the method according to any one of claims 1 to 18,
And a step of etching the semiconductor substrate using the resist pattern as a mask.
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