JP2014063901A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device manufacturing method

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JP2014063901A JP2012208547A JP2012208547A JP2014063901A JP 2014063901 A JP2014063901 A JP 2014063901A JP 2012208547 A JP2012208547 A JP 2012208547A JP 2012208547 A JP2012208547 A JP 2012208547A JP 2014063901 A JP2014063901 A JP 2014063901A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device manufacturing method which can form resist patterns on both of a surface region having a larger level difference and a surface region having a smaller level difference in a wafer surface with high resolution.SOLUTION: A semiconductor device manufacturing method for a semiconductor wafer 2 which has a level difference formed by a first surface 2a and a second surface 2b lower than the first surface 2a comprises: a first exposure process of providing a positive photoresist layer 1 on the second surface in a manner such that a height of a surface of the second surface is restricted to be lower than a height of the first surface and selectively exposing the resist layer 1; a process of removing the exposed part by developing the positive photoresist layer; a second exposure process of exposing the first resist pattern to laminate a positive photoresist layer; a third exposure process of exposing a part on the first surface 2a and a part stacked on the first resist pattern; and a process of removing the exposed part by developing the first resist pattern and the positive photoresist layer to form second resist patterns 17a, 17b.

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、フォトリソグラフィ技術を用いたフォトレジストのパターニングを行う半導体装置の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device that performs photoresist patterning using a photolithography technique.

従来、例えば、下記の特許文献1(特開平4−99016号公報)に開示されているように、段差を備えた半導体ウェハ上にレジストパターンを形成する技術について改善された半導体装置の製造方法が知られている。以下、間便のためフォトレジストを単にレジストと称することがある。フォトリソグラフィにおいて投影光学系を用いるパターニングを行う際には、その投影光学系の焦点を適切に調節する必要がある。焦点深度とは、光学系の焦点をずらしたときに焦点の前後で十分な解像力が得られる範囲を意味している。焦点深度を超えない程度の高さの凹凸(段差)を有する半導体ウェハに対しては、その段差の高い面と低い面とに対して、共通の工程でフォトリソグラフィによるレジストパターニングが可能である。   Conventionally, as disclosed in, for example, the following Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 4-99016), there has been an improved method for manufacturing a semiconductor device with respect to a technique for forming a resist pattern on a semiconductor wafer having a step. Are known. Hereinafter, the photoresist may be simply referred to as a resist for convenience. When patterning using a projection optical system in photolithography, it is necessary to adjust the focus of the projection optical system appropriately. The depth of focus means a range in which sufficient resolving power can be obtained before and after the focus when the focus of the optical system is shifted. For semiconductor wafers having irregularities (steps) whose height does not exceed the depth of focus, resist patterning by photolithography can be performed in a common process on the high and low steps.

しかし半導体ウェハの凹凸の高さが焦点深度の有効範囲を大きく超える場合には、凹部表面(段差の低い側の面)と凸部表面(段差の高い側の面)に対して共通に露光を行うことができない。すなわち、半導体ウェハの凹部に焦点を合わせた場合には、凸部でのパターンコントラストが不十分となる。逆に、半導体ウェハの凸部で焦点を合わせた場合には、凹部でのパターンコントラストが不十分となる。このように、段差の大きさによっては、正確なレジストパターニングが困難となる場合がある。   However, if the height of the unevenness of the semiconductor wafer greatly exceeds the effective range of the depth of focus, exposure is commonly performed on the concave surface (the surface on the lower step side) and the convex surface (the surface on the higher step side). I can't do it. That is, when focusing on the concave portion of the semiconductor wafer, the pattern contrast at the convex portion becomes insufficient. On the contrary, when the focus is adjusted by the convex portion of the semiconductor wafer, the pattern contrast in the concave portion becomes insufficient. Thus, depending on the size of the step, accurate resist patterning may be difficult.

このように、凹凸を有する半導体ウェハにおいて、露光を行う投影光学系の焦点深度よりもその凹凸による段差が大きい場合では、一度の露光では所望のパターンが得られないか、もしくは正確に形成されないという問題がある。焦点深度を超える領域におけるパターンコントラストが、レジストをパターニングすることができるしきい値を下回ってしまうためである。   In this way, in a semiconductor wafer having irregularities, when the step due to the irregularities is larger than the depth of focus of the projection optical system that performs the exposure, a desired pattern cannot be obtained or formed accurately. There's a problem. This is because the pattern contrast in the region exceeding the depth of focus falls below a threshold value at which the resist can be patterned.

そこで、特許文献1では、段差の高い面上のレジストに対して第1の焦点位置で露光を行って、さらに、段差の低い面上のレジストに対して第2の焦点位置で露光を行うようにしている。これにより、段差による焦点位置ずれをカバーして、半導体ウェハの凹凸があっても十分なパターンコントラストが得られるようにレジストに対する露光を行うことができる。   Therefore, in Patent Document 1, exposure is performed at a first focal position on a resist on a surface with a high level difference, and exposure is performed at a second focal position on a resist on a surface with a low level difference. I have to. Thereby, it is possible to expose the resist so as to cover a focal position shift due to a step and to obtain a sufficient pattern contrast even if the semiconductor wafer is uneven.

特開平4−99016号公報Japanese Patent Laid-Open No. 4-99016 特開平4−107915号公報JP-A-4-107915

しかしながら、特許文献1にかかる技術では、次のような問題があった。すなわち、特許文献1では、半導体ウェハの段差に対してレジストを塗布する際に、段差の凸部と凹部の両方にまたがってレジストが設けられることを前提としている。この場合、不可避的に、レジストがある程度の厚みを有することになる。そうすると、その厚いレジストに対してのパターニングは、深い開口を形成するもの、つまりアスペクト比が高いものとならざるを得ない。一般に、高アスペクト比のパターニングは微細なパターニングが困難であるため、高解像度のレジストパターンを形成することが難しい。従来の技術は、この点においていまだ改善の余地を有するものであった。   However, the technique according to Patent Document 1 has the following problems. That is, in Patent Document 1, it is assumed that the resist is provided across both the convex part and the concave part of the step when applying the resist to the step of the semiconductor wafer. In this case, the resist inevitably has a certain thickness. In this case, the patterning for the thick resist must be one that forms a deep opening, that is, one that has a high aspect ratio. In general, it is difficult to form a high-resolution resist pattern because fine patterning is difficult in high aspect ratio patterning. The prior art still has room for improvement in this regard.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、半導体ウェハ表面における段差の高い面と低い面の両方にレジストパターンを高解像度に形成することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a method for manufacturing a semiconductor device capable of forming a resist pattern with high resolution on both a high and low step surface on a semiconductor wafer surface. The purpose is to provide.

本発明にかかる半導体装置の製造方法は、
第1の面および前記第1の面の隣に位置し前記第1の面よりも低い第2の面からなる段差を備えた半導体ウェハを準備する工程と、
前記第2の面に、表面の高さが前記第1の面の高さ以下となるように第1レジスト層を設ける工程と、
前記第1レジスト層を選択的に露光する第1露光工程と、
前記第1レジスト層を現像することにより前記第1露光工程で露光した部分を除去し、第1レジストパターンを形成する工程と、
前記第1レジストパターンを露光する第2露光工程と、
前記第2露光工程後に、前記第1の面および前記第1レジストパターンに重ねて、第2レジスト層を積層する工程と、
前記第2レジスト層のうちの前記第1の面上の一部と前記第2レジスト層のうち前記第1レジストパターン上に積み重なった部分とを露光する第3露光工程と、
前記第3露光工程後に、前記第1レジストパターンおよび前記第2レジスト層を現像することにより露光した部分を除去し、第2レジストパターンを形成する現像工程と、
を備えることを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
Preparing a semiconductor wafer having a step formed by a first surface and a second surface located next to the first surface and lower than the first surface;
Providing a first resist layer on the second surface such that the height of the surface is equal to or less than the height of the first surface;
A first exposure step of selectively exposing the first resist layer;
Removing the exposed portion in the first exposure step by developing the first resist layer, and forming a first resist pattern;
A second exposure step of exposing the first resist pattern;
After the second exposure step, a step of laminating a second resist layer on the first surface and the first resist pattern;
A third exposure step of exposing a portion of the second resist layer on the first surface and a portion of the second resist layer stacked on the first resist pattern;
After the third exposure step, the exposed portion is removed by developing the first resist pattern and the second resist layer to form a second resist pattern;
It is characterized by providing.

本発明によれば、半導体ウェハ表面における段差の高い面(第1の面)と低い面(第2の面)の両方にレジストパターンを高解像度に形成することができる。段差の高い面(第1の面)と低い面(第2の面)にレジストパターンを用いた工程を共通して行うより、段差の高い面(第1の面)と低い面(第2の面)に一度で高解像度の微細構造を形成することができる。   According to the present invention, it is possible to form a resist pattern with high resolution on both a high-level surface (first surface) and a low-level surface (second surface) on the semiconductor wafer surface. The step (first surface) and the lower surface (second surface) are higher than the step using the resist pattern in common on the surface (first surface) and the surface (second surface) where the step is high. A high-resolution fine structure can be formed at a time.

本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造過程を示す図である。It is a figure which shows the manufacture process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造過程を示す図である。It is a figure which shows the manufacture process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造過程を示す図である。It is a figure which shows the manufacture process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造過程を示す図である。It is a figure which shows the manufacture process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造過程を示す図である。It is a figure which shows the manufacture process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造過程を示す図である。It is a figure which shows the manufacture process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造過程を示す図である。It is a figure which shows the manufacture process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造過程を示す図である。It is a figure which shows the manufacture process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacture flow of the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention.

実施の形態.
以下、本発明の実施の形態を図1乃至図9を用いて説明する。図1〜図8は、本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造過程を示す図である。図9は、本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の製造フローを示すフローチャートである。
Embodiment.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. FIGS. 1-8 is a figure which shows the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. FIG. 9 is a flowchart showing a manufacturing flow of the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment of the present invention.

本実施の形態にかかる製造方法では、先ず、半導体ウェハ2を準備する工程を行う(ステップS100)。このステップの工程は図示しないが、図1以降において図示する半導体ウェハ2を準備するものである。半導体ウェハ2は、第1の面2aおよび第2の面2bからなる段差を備えている。第2の面2bは、第1の面2aの隣に位置しており、第1の面2aよりも低い。段差の高さは、段差側面2cの高さである。この段差の高さは、以後の露光工程で用いる投影光学系(ステッパー)の有効焦点深度以上の高さである。以下、「半導体ウェハ2上における第1の面2aにかかる部分」を凸部2dとも称し、「半導体ウェハ2における第2の面2bにかかる部分」を凹部2eとも称す。   In the manufacturing method according to the present embodiment, first, a process of preparing the semiconductor wafer 2 is performed (step S100). Although the process of this step is not shown, the semiconductor wafer 2 shown in FIG. 1 and subsequent figures is prepared. The semiconductor wafer 2 includes a step formed by the first surface 2a and the second surface 2b. The second surface 2b is located next to the first surface 2a and is lower than the first surface 2a. The height of the step is the height of the step side surface 2c. The height of the step is higher than the effective depth of focus of the projection optical system (stepper) used in the subsequent exposure process. Hereinafter, the “portion on the first surface 2a on the semiconductor wafer 2” is also referred to as a protrusion 2d, and the “portion on the second surface 2b in the semiconductor wafer 2” is also referred to as a recess 2e.

次に、図1および図2に示すように、第2の面2bに、表面の高さが第1の面2aの高さ以下となるようにポジ型フォトレジスト層1(第1レジスト層)を設ける工程を行う。本実施の形態では、この工程では、先ず、図1に示すように、半導体ウェハ2上にポジ型フォトレジスト層1を塗布する工程を行う(ステップS102)。レジスト塗布は、スピンコータを用いたスピンコート法で行うものとする。図1においては、半導体ウェハ2に、ポジ型フォトレジスト層1が積層されている。ポジ型フォトレジスト層1は、g線〜i線でのパターニングが可能なものが好ましい。高圧水銀灯g線(波長436nm)h線(波長405nm)i線(波長365nm)を意味している。これらは特に投影露光においては焦点深度が比較的大きいので、本実施の形態に用いるのに適しているからである。   Next, as shown in FIGS. 1 and 2, the positive photoresist layer 1 (first resist layer) is formed on the second surface 2b so that the height of the surface is equal to or lower than the height of the first surface 2a. The process of providing is performed. In the present embodiment, in this step, first, as shown in FIG. 1, a step of applying a positive photoresist layer 1 on the semiconductor wafer 2 is performed (step S102). The resist coating is performed by a spin coat method using a spin coater. In FIG. 1, a positive photoresist layer 1 is laminated on a semiconductor wafer 2. The positive photoresist layer 1 is preferably one that can be patterned with g-line to i-line. High-pressure mercury lamp g-line (wavelength 436 nm) h-line (wavelength 405 nm) i-line (wavelength 365 nm). This is because the depth of focus is relatively large particularly in projection exposure, and is suitable for use in the present embodiment.

次に、ポジ型フォトレジスト層1に対してプリベーク工程を実施する(ステップS104)。半導体ウェハ2にポジ型フォトレジスト層1を塗布し、90〜170℃でプリベークして、ポジ型フォトレジスト層1に含まれる溶媒を揮発させる。   Next, a pre-bake process is performed on the positive photoresist layer 1 (step S104). The positive photoresist layer 1 is applied to the semiconductor wafer 2 and prebaked at 90 to 170 ° C. to volatilize the solvent contained in the positive photoresist layer 1.

次に、本実施の形態では、図2にあるように、半導体ウェハ2の凹部2eにのみポジ型フォトレジスト層1が残るまで、ポジ型フォトレジスト層1を溶解させるための液体に浸漬させる(ステップS106)。これにより、凹部2eにおけるポジ型フォトレジスト層1の膜厚を自由に設定することができる。
ここで用いる溶液はポジ型フォトレジスト層1を溶解させる液体と溶解させない液体の混合比で溶解速度を制御できるものが好ましい。これは加工対象となる半導体ウェハ2の段差やポジ型フォトレジスト層1の塗布時の膜厚によって溶解させる膜厚が異なるためである。特に酢酸ノルマルブチルをイソプロピルアルコールで希釈したものを使用することが好ましい。一般に使用されるポジ型レジストの溶解速度を制御する上での制御性に優れており、また入手および取り扱いが容易で、危険性も少ないからである。
Next, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the positive photoresist layer 1 is immersed in a liquid for dissolving the positive photoresist layer 1 until the positive photoresist layer 1 remains only in the recess 2e of the semiconductor wafer 2 (see FIG. Step S106). Thereby, the film thickness of the positive photoresist layer 1 in the recessed part 2e can be set freely.
The solution used here is preferably one in which the dissolution rate can be controlled by the mixing ratio of the liquid that dissolves the positive photoresist layer 1 and the liquid that does not dissolve it. This is because the film thickness to be dissolved differs depending on the level difference of the semiconductor wafer 2 to be processed and the film thickness at the time of application of the positive photoresist layer 1. In particular, it is preferable to use a solution obtained by diluting normal butyl acetate with isopropyl alcohol. This is because it has excellent controllability in controlling the dissolution rate of commonly used positive resists, is easy to obtain and handle, and has little danger.

ポジ型フォトレジスト層1を凹部2e底面にのみ残し、かつ凹部2eのレジスト膜厚を制御することが凹部2eのパターン寸法の制御性を保つのに重要である。このため、溶解速度はパターンの寸法制御を100nm/sec以下になるように溶液を希釈し調整する。なお溶解速度は10nm/sec〜50nm/secが好ましい。   It is important to keep the positive photoresist layer 1 only on the bottom surface of the recess 2e and to control the resist film thickness of the recess 2e in order to maintain controllability of the pattern size of the recess 2e. Therefore, the dissolution rate is adjusted by diluting the solution so that the dimensional control of the pattern is 100 nm / sec or less. The dissolution rate is preferably 10 nm / sec to 50 nm / sec.

次に、図3に示すように、ポジ型フォトレジスト層1を選択的に露光する第1露光工程を行う(ステップS108)。
図3においては、フォトマスク3は、1μm以上の幅のパターンを有するものである。感光済ポジ型フォトレジスト4は、ポジ型フォトレジスト層1が感光したものである。
Next, as shown in FIG. 3, a first exposure step of selectively exposing the positive photoresist layer 1 is performed (step S108).
In FIG. 3, the photomask 3 has a pattern with a width of 1 μm or more. The exposed positive photoresist 4 is one in which the positive photoresist layer 1 is exposed.

次に、図4に示すように、ポジ型フォトレジスト層1を現像することにより第1露光工程で露光した部分を除去し、第1レジストパターン11を形成する工程を行う(ステップS110)。図3のようにフォトマスク3を用いて露光、さらに現像し、図4のような構造を得るのである。   Next, as shown in FIG. 4, the positive photoresist layer 1 is developed to remove the portion exposed in the first exposure process, thereby forming a first resist pattern 11 (step S110). As shown in FIG. 3, the photomask 3 is used for exposure and further development to obtain the structure shown in FIG.

次に、図5に示すように、第1レジストパターン11を露光する第2露光工程を行う(ステップS112)。このステップでは、図5のように、半導体ウェハ2全面を露光することで、第1レジストパターン11を露光する。ポジ型フォトレジスト層1を用いているから、この半導体ウェハ2全面の露光により、凹部2eに形成された第1レジストパターン11は現像液に溶解するようになる。   Next, as shown in FIG. 5, a second exposure process for exposing the first resist pattern 11 is performed (step S112). In this step, as shown in FIG. 5, the first resist pattern 11 is exposed by exposing the entire surface of the semiconductor wafer 2. Since the positive photoresist layer 1 is used, the first resist pattern 11 formed in the recess 2e is dissolved in the developer by the exposure of the entire surface of the semiconductor wafer 2.

次に、図6に示すように、第2露光工程後に、第1の面2aに重ねて、および第1レジストパターン11にかぶせるように、ポジ型フォトレジスト層5(第2レジスト層)を積層する工程を行う(ステップS114)。図6においては、ポジ型フォトレジスト層5が塗布される。ポジ型フォトレジスト層5も、g線〜i線でのパターニングが可能なものがよい。また、ポジ型フォトレジスト層1とポジ型フォトレジスト層5は同じレジスト材料であることが好ましい。「レジスト材料が同じ」とは、材料、溶媒および感度が同一であることをいう。具体的には、同一の品名で、同一規格での調製品である。これにより、ステップS102とステップS114とにおいてレジスト塗布装置を共通化することができる。   Next, as shown in FIG. 6, after the second exposure step, a positive photoresist layer 5 (second resist layer) is laminated so as to overlap the first surface 2 a and cover the first resist pattern 11. The process to perform is performed (step S114). In FIG. 6, a positive photoresist layer 5 is applied. The positive photoresist layer 5 is also preferably one that can be patterned with g-line to i-line. The positive photoresist layer 1 and the positive photoresist layer 5 are preferably the same resist material. “The resist material is the same” means that the material, the solvent and the sensitivity are the same. Specifically, it is a preparation with the same product name and the same standard. Thereby, the resist coating apparatus can be made common in step S102 and step S114.

さらにプリベーク工程を実施する(ステップS116)。ここでは、図6のようにポジ型フォトレジスト層5を塗布した後に、90〜120℃でプリベークする。特に120℃以上かつ3分以上の加熱を行うとレジスト同士の界面が混ざり合ってしまい、現像時に凹部2eのパターンが解像しなくなるため、好ましくない。そこで、溶媒が揮発しかつ混ざり合わない温度として90〜100℃、時間は3分未満が好ましい。温度範囲等の上限を超えると、先に形成した第1レジストパターン11が変形してしまい、パターンの形成が困難となるからである。   Further, a pre-baking process is performed (step S116). Here, after the positive type photoresist layer 5 is applied as shown in FIG. 6, it is pre-baked at 90 to 120.degree. In particular, heating at 120 ° C. or more for 3 minutes or more is not preferable because the interface between the resists is mixed and the pattern of the recesses 2e is not resolved during development. Therefore, the temperature at which the solvent volatilizes and does not mix is preferably 90 to 100 ° C., and the time is preferably less than 3 minutes. If the upper limit of the temperature range or the like is exceeded, the previously formed first resist pattern 11 is deformed, making it difficult to form the pattern.

次に、図7に示すように、第3露光工程を行う(ステップS118)。第3露光工程では、「ポジ型フォトレジスト層5のうちの第1の面2a上の一部」と「ポジ型フォトレジスト層5のうち第1レジストパターン上に積み重なった部分」との両方に対して、同時に露光を行う。
図7において、フォトマスク6は、フォトマスク3の露光部と遮光部が反転した1μm以上のパターンを有するフォトマスクである。感光済ポジ型フォトレジスト7は、第3露光工程により、「ポジ型フォトレジスト層5のうち第1レジストパターン上に積み重なった部分」が感光したものである。
なお、フォトマスク3とフォトマスク6は露光部と遮光部が反転した関係になくてもよい。変形例として、フォトマスク3は凹部2eのみのパターンを有するフォトマスクとしてもよい。フォトマスク6は、凹部2eと凸部2dのパターンから構成されるフォトマスクとしてもよい。この場合には、2つのフォトマスクはパターンが反転した関係には当たらない。
Next, as shown in FIG. 7, a third exposure step is performed (step S118). In the third exposure step, both "a part of the positive photoresist layer 5 on the first surface 2a" and "a part of the positive photoresist layer 5 stacked on the first resist pattern" On the other hand, exposure is performed simultaneously.
In FIG. 7, a photomask 6 is a photomask having a pattern of 1 μm or more in which the exposed portion and the light shielding portion of the photomask 3 are reversed. The exposed positive photoresist 7 is one in which “a portion of the positive photoresist layer 5 stacked on the first resist pattern” is exposed by the third exposure step.
Note that the photomask 3 and the photomask 6 do not have to have a relationship in which the exposure portion and the light shielding portion are reversed. As a modification, the photomask 3 may be a photomask having a pattern of only the recesses 2e. The photomask 6 may be a photomask composed of a pattern of the concave portions 2e and the convex portions 2d. In this case, the two photomasks do not correspond to the inverted pattern.

次に、図8に示すように、第3露光工程後に、第1レジストパターンおよびポジ型フォトレジスト層5を現像することにより露光した部分を除去し、第2レジストパターン17aおよび第2レジストパターン17bを形成する現像工程を行う(ステップS120)。図7のようにフォトマスク6を用いて露光し、さらに現像することで、半導体ウェハ2の凹部2eにある焦点深度の有効範囲外のパターンも解像することとなり、図8のように、凹部2e、凸部2dにそれぞれパターン(第2レジストパターン17aおよび第2レジストパターン17b)を形成することができる。このときの現像液は、図4の構造を作る際に用いた現像液と同一のものを使用する。特にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを水で2〜3wt%程度に希釈したものが望ましい。ポジ型フォトレジストの現像に最も一般的に使われているものだからである。   Next, as shown in FIG. 8, after the third exposure step, the exposed portion is removed by developing the first resist pattern and the positive photoresist layer 5, and the second resist pattern 17a and the second resist pattern 17b are removed. A developing process for forming the film is performed (step S120). By performing exposure using a photomask 6 as shown in FIG. 7 and further development, a pattern outside the effective range of the focal depth in the recess 2e of the semiconductor wafer 2 is also resolved. As shown in FIG. Patterns (second resist pattern 17a and second resist pattern 17b) can be formed on 2e and convex portion 2d, respectively. The developer used at this time is the same as the developer used in making the structure of FIG. In particular, a solution obtained by diluting tetramethylammonium hydroxide with water to about 2 to 3 wt% is desirable. This is because it is most commonly used for developing a positive photoresist.

その後、この第2レジストパターン17aおよび第2レジストパターン17bを用いて、エッチングを行ったり成膜を行ったりすることで、半導体ウェハ2上に微細構造を形成することができる。   Thereafter, a fine structure can be formed on the semiconductor wafer 2 by performing etching or film formation using the second resist pattern 17a and the second resist pattern 17b.

以上説明した本実施の形態にかかる製造方法によれば、段差の高い面(第1の面)と低い面(第2の面)にレジストパターンを形成するときに、段差の低い面(第2の面)側のレジストパターンを高解像度に形成することができる。このレジストパターンを用いることで、段差の高い面(第1の面)と低い面(第2の面)に高解像度の微細構造を形成することができる。   According to the manufacturing method according to the present embodiment described above, when a resist pattern is formed on a surface having a high step (first surface) and a surface having a low step (second surface), the surface having a low step (second surface). Can be formed with high resolution. By using this resist pattern, a fine structure with high resolution can be formed on a surface with a high level difference (first surface) and a surface with a low level (second surface).

本実施の形態にかかるポジ型フォトレジスト層1を設ける工程は、第2の面に第1レジスト層を塗布する塗布工程(ステップS102)および、この塗布工程の後にポジ型フォトレジスト層1の厚さを低減する薄膜化のための工程(ステップS106)とを含んでいる。しかしながら、本発明はこれに限られない。当初からポジ型フォトレジスト層1を段差側面2c以下の高さの厚みに塗布しても良い。塗布方法は、スピンコータを用いたスピンコート法でもよく、スプレーコータを用いたスプレー塗布法でもよい。   The step of providing the positive photoresist layer 1 according to the present embodiment includes an application step (step S102) of applying the first resist layer to the second surface, and the thickness of the positive photoresist layer 1 after this application step. And a process for reducing the thickness (step S106). However, the present invention is not limited to this. From the beginning, the positive photoresist layer 1 may be applied to a thickness not higher than the step side surface 2c. The coating method may be a spin coating method using a spin coater or a spray coating method using a spray coater.

なお、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の用途としては種々のものが考えられる。例えば、リッジ型半導体レーザのリッジ形成後における加工工程では、半導体ウェハにリッジによる凹凸があるので、本実施の形態を用いることができる。また、リッジ型半導体レーザの電極直下に位置すべき絶縁膜にたいして加工(開口を設けて電極とのコンタクトホールとするなど)を施す際にも、本実施の形態を用いることができる。   Various applications of the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment are conceivable. For example, in the processing step after the ridge formation of the ridge type semiconductor laser, the semiconductor wafer has irregularities due to the ridge, so that this embodiment can be used. The present embodiment can also be used when processing (such as providing an opening to form a contact hole with an electrode) is performed on an insulating film to be positioned immediately below the electrode of the ridge type semiconductor laser.

なお、凸部と凹部とにそれぞれパターンニングと加工を個別に行うという方法(特許文献2を参照)も考えられるが、この場合にはレジストパターニングと加工工程とを複数回繰り返さねばならない。その結果、ウェハ加工工程が複雑化してしまい、これに起因してパターンばらつきや加工精度の低下をも招くおそれがある。この点、本実施の形態によれば、露光工程を複数回繰り返して第2レジストパターン17aおよび第2レジストパターン17bを形成した後に、加工工程を行うことができるので、特許文献2のような加工精度低下の問題を回避できる。   In addition, although the method (refer patent document 2) of performing patterning and a process separately to a convex part and a recessed part, respectively is considered, in this case, a resist patterning and a process process must be repeated in multiple times. As a result, the wafer processing process becomes complicated, which may lead to pattern variations and a decrease in processing accuracy. In this regard, according to the present embodiment, the processing step can be performed after the exposure step is repeated a plurality of times to form the second resist pattern 17a and the second resist pattern 17b. The problem of reduced accuracy can be avoided.

1 ポジ型フォトレジスト層、2 半導体ウェハ、2a 第1の面、2b 第2の面、2c 段差側面、2d 凸部、2e 凹部、3 フォトマスク、4 感光済ポジ型フォトレジスト、5 ポジ型フォトレジスト、6 フォトマスク、7 感光済ポジ型フォトレジスト、11 第1レジストパターン、17a 第2レジストパターン、17b 第2レジストパターン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive type photoresist layer, 2 Semiconductor wafer, 2a 1st surface, 2b 2nd surface, 2c Step side surface, 2d Convex part, 2e Concave, 3 Photomask, 4 Photosensitized positive type photoresist, 5 Positive type photo resist Resist, 6 photomask, 7 exposed positive photoresist, 11 first resist pattern, 17a second resist pattern, 17b second resist pattern

Claims (8)

第1の面および前記第1の面の隣に位置し前記第1の面よりも低い第2の面からなる段差を備えた半導体ウェハを準備する工程と、
前記第2の面に、表面の高さが前記第1の面の高さ以下となるように第1レジスト層を設ける工程と、
前記第1レジスト層を選択的に露光する第1露光工程と、
前記第1レジスト層を現像することにより前記第1露光工程で露光した部分を除去し、第1レジストパターンを形成する工程と、
前記第1レジストパターンを露光する第2露光工程と、
前記第2露光工程後に、前記第1の面および前記第1レジストパターンに重ねて、第2レジスト層を積層する工程と、
前記第2レジスト層のうちの前記第1の面上の一部と前記第2レジスト層のうち前記第1レジストパターン上に積み重なった部分とを露光する第3露光工程と、
前記第3露光工程後に、前記第1レジストパターンおよび前記第2レジスト層を現像することにより露光した部分を除去し、第2レジストパターンを形成する現像工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Preparing a semiconductor wafer having a step formed by a first surface and a second surface located next to the first surface and lower than the first surface;
Providing a first resist layer on the second surface such that the height of the surface is equal to or less than the height of the first surface;
A first exposure step of selectively exposing the first resist layer;
Removing the exposed portion in the first exposure step by developing the first resist layer, and forming a first resist pattern;
A second exposure step of exposing the first resist pattern;
After the second exposure step, a step of laminating a second resist layer on the first surface and the first resist pattern;
A third exposure step of exposing a portion of the second resist layer on the first surface and a portion of the second resist layer stacked on the first resist pattern;
After the third exposure step, the exposed portion is removed by developing the first resist pattern and the second resist layer to form a second resist pattern;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1露光工程は、前記第2の面上に第1マスクパターンを有する第1フォトマスクを用いた露光を行うものであり、
前記第3露光工程は、前記第1マスクパターンに対して前記第2の面上における露光位置および非露光位置が逆転した第2マスクパターンを有する第2フォトマスクを用いて前記第2の面上の前記第2レジスト層に対する露光を行うものであることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
The first exposure step is to perform exposure using a first photomask having a first mask pattern on the second surface;
The third exposure step uses the second photomask having a second mask pattern in which an exposure position and a non-exposure position on the second surface are reversed with respect to the first mask pattern. 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second resist layer is exposed.
前記第1レジスト層を設ける工程は、
前記第2の面に前記第1レジスト層を塗布する塗布工程と、
前記塗布工程の後に前記第1レジスト層の厚さを低減する薄膜化工程と、
を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
The step of providing the first resist layer includes:
An application step of applying the first resist layer to the second surface;
A thinning step for reducing the thickness of the first resist layer after the coating step;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
前記薄膜化工程は、前記第1レジスト層を液体に浸漬させることにより前記塗布した前記第1レジスト層を薄くする工程を含み、
前記液体は、酢酸ノルマルブチルをイソプロピルアルコールで希釈したものであることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
The thinning step includes a step of thinning the applied first resist layer by immersing the first resist layer in a liquid,
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the liquid is a solution obtained by diluting normal butyl acetate with isopropyl alcohol.
前記第1レジスト層のレジスト材料および前記第2レジスト層のレジスト材料は、材料、溶媒および感度が同一であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   5. The semiconductor device manufacturing method according to claim 1, wherein the resist material of the first resist layer and the resist material of the second resist layer have the same material, solvent, and sensitivity. 6. Method. 前記第1レジスト層および前記第2レジスト層は、g線〜i線でのパターニングが可能なレジスト材料からなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the first resist layer and the second resist layer are made of a resist material that can be patterned with g-line to i-line. Method. 前記第2レジスト層を積層した後に、90℃〜120℃でかつ3分未満の間プリベークを実施する工程を備えることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   The semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of performing pre-baking at 90 ° C. to 120 ° C. for less than 3 minutes after the second resist layer is stacked. Production method. 前記現像工程は、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを水で2wt%以上〜3wt%以下の濃度に希釈したものを現像液として用いることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   8. The semiconductor according to claim 1, wherein the developing step uses tetramethylammonium hydroxide diluted with water to a concentration of 2 wt% to 3 wt% as a developing solution. Device manufacturing method.
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