JP2692227B2 - レジストパターンの形成方法 - Google Patents

レジストパターンの形成方法

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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 二層レジスト法によるパターンニング方法に関し、 上層レジストの耐酸素プラズマエッチング性を向上し
て下層レジストのパターンシフトを無くすることを目的
とし、 被処理基板上に下層レジストを形成して平坦化する工
程と、分子中に二個の硅素原子を含むポリ4,4,7,7−テ
トラメチル−4,6−ジシラ−2−ヘプチンまたはポリ4,
4,7,7−テトラメチル−4,7−ジシラ−2−オクチンに紫
外線吸収剤を添加してなるレジストを上層レジストとし
て塗布する工程と、紫外線露光によりパターンを露光し
た後、前記被処理基板を減圧下で加熱して未反応紫外線
吸収剤を除去する工程と、酸素と弗化炭素ガスを含む雰
囲気中でのプラズマのダウンフローでエッチングを行
い、上層レジストのパターンニングを行う工程と、異方
性プラズマエッチングにより上層レジストパターンをマ
スクとして下層レジストをエッチングする工程とを有し
てレジストパターンの形成方法を構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は二層レジスト法において、下層パターンシフ
トをなくしたレジストパターンの形成方法に関する。
半導体集積回路の形成には薄膜形成技術と写真蝕刻技
術(フォトリソグラフィ或いは電子線リソグラフィ)が
多用されており、これらの技術の進歩によって半導体単
位素子は益々微細化されてLSIやVLSIのような集積回路
が実用化されている。
すなわち、配線パターンについて言えば、被処理基板
上に形成した配線形成材料からなる薄膜の上にレジスト
を被覆し、これに選択的に紫外線露光を施した後に現像
してレジストパターンを作り、これをマスクとしてウエ
ットエッチング或いはドライエッチングを行って微細な
配線パターンを形成する方法がとられている。
このように薄膜形成技術と写真蝕刻技術とによって微
細パターンが形成されているが、集積度が進むに従っ
て、製造歩留まりと集積回路の特性を向上するためにレ
ジストパターンの精度の向上はますます重要になってい
る。
〔従来の技術〕
LSI,VLSIのような半導体素子製造プロセスにおいて
は、回路の多層化が必要であり、この際、下層に配線パ
ターンが存在すると、この上に膜形成する絶縁層の表面
に1〜2μmの段差を生ずることが多く、かゝる場合に
従来の単層レジスト法を適用すると微細パターンを高精
度に形成することが不可能になる。
そこで、まず下層レジストを用いて平坦化し、この上
に耐酸素ドライエッチング性の優れた上層レジストを薄
く形成してドライエッチングし、微細パターンを形成す
る二層構造レジストが用いられている。
二層構造レジストは下層レジストとしてフェノールノ
ボラック樹脂或いはクレゾールノボラック樹脂のように
酸素(O2)プラズマにより容易にドライエッチングされ
る材料を被処理基板の上に例えば2μm程度にスピンコ
ートして基板面の凹凸を平坦化する。
次に、この上に上層レジストとしてポジ型の場合は、
紫外線照射により原子間の結合(ボンド)が切れて現像
剤に対して可溶な状態となるが、非照射部はO2プラズマ
に対して耐性のある高分子材料を、また、ネガ型の場合
は紫外線照射により架橋などの反応を生じ、現像剤に対
して不溶な状態となり、且つO2プラズマに対して耐性の
ある高分子材料を0.2〜0.5μm程度に薄く塗布すること
により形成されている。
そして、レジストパターンの形成法としてはマスクを
通しての投影露光あるいは密着露光を施して上層レジス
トを感光せしめた後、現像液を用いて現像し、上層レジ
ストパターンを形成した後、O2ガスを用いる反応性イオ
ンエッチング(略称RIE)を行って上層のレジストパタ
ーンを下層に転写している。
然し、最近ではLSIやVLSI製造用のレジストパターン
を精度よく形成する方法として、上層レジストパターン
の形成を現像液によらずO2と弗化炭素ガスを含む雰囲気
中でのプラズマのダウン・フローを用いて行う方法も採
られるようになった。
この方法は、O2と弗化炭素ガスを含む減圧ガスに導波
管を通じてマイクロ波を照射してプラズマを発生せし
め、この中で生じたガス構成原子のラジカル(中性活性
種)のみを取り出して被処理基板と反応させるもので、
従来のRIEのようにプラズマ化により発生するイオンに
よる衝撃が無くなるために、被エッチング材料に対する
高いエッチング選択性を与えることが可能となった。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来のダウン・フロー用二層レジストの上層に使用す
るネガ型レジストとしては、ポリマーとして下記の構造
式で示すポリ1−トリメチルシリルプロピン{Poly 1−
(trimethylsilyl)propyne略称PTMSP}に紫外線吸収作
用のある材料例えば色素などを付加剤として加えて構成
されていた。
然し、かゝる上層レジストはO2ガスプラズマで下層レ
ジストをドライエッチングする際の耐性が不充分であっ
て、下層レジストをRIEした後は一般にエッチング速度
が不均一なことによるエッチング残部が生ずるのを防止
するため、オーバエッチングが行われているが、この際
に上層レジストの上部と角の部分が著しくエッチングさ
れて下層パターンのシフトを生ずると云う問題があり、
これを解決することが課題であった。
〔課題を解決するための手段〕
上記の問題はダウン・フロー現象が可能で且つO2ガス
プラズマエッチング耐性の優れた上層レジストを使用す
ることにより解決するもので、具体的には、被処理基板
上に下層レジストを形成して平坦化する工程と、分子中
に二個の硅素原子を含むポリ4,4,7,7−テトラメチル−
4,6−ジシラ−2−ヘプチンまたはポリ4,4,7,7−テトラ
メチル−4,7−ジシラ−2−オクチンに紫外線吸収剤を
添加してなるレジストを上層レジストとして塗布する工
程と、紫外線露光によりパターンを露光した後、前記被
処理基板を減圧下で加熱して未反応の紫外線吸収剤を除
去する工程と、酸素と弗化炭素ガスを含む雰囲気中での
プラズマのダウンフローで選択的にエッチングを行い、
上層レジストのパターンニングを行う工程と、酸素を含
む反応ガスを用いた反応性プラズマエッチングにより上
層レジストパターンをマスクとして下層レジストをエッ
チングする工程とを有してレジストパターンの形成方法
を構成することにより解決することができる。
〔作用〕
本発明は上層レジストのプラズマエッチング耐性を向
上する方法として、下図に構造式を示すポリ4,4,6,6−
テトラメチル−4,6−ジシラ−2−ヘプチン(Poly 4,4,
6,6−tetramethyl−4,6−disila−2−heptyne 略称PT
MDSH)またはポリ4,4,7,7−テトラメチル−4,7−ジシラ
−2−オクチン(Poly 4,4,7,7−tetramethyl−4,7−di
sila−2−octyne 略称PTMDSO)のように分子中の主鎖
に不飽和結合を、側鎖に二個以上のSi原子をもつSi含有
率の大きなポリマーを使用するものである。
このようにするとO2プラズマエッチング耐性を大幅に
高めることが可能となり、これにより上層レジストパタ
ーンを下層に転写する際に生ずるパターンシフトを抑制
することができる。
〔実施例〕
実施例1: Si基板上に下層レジストとしてクレゾールノボラック
レジスト(OFPR-800,東京応化(株))を1.5μmの厚さ
に塗布した後、200℃で加熱処理し、この上にPTMDSHと
色素である2,6−ディクロロキノン−4−クロイミド
(2,6−Dichloroquinone−4−chloroimide略称DCQI)
を2:1の量比でキシレンに溶解して作ったレジスト溶液
をスピンコートして0.45μmの厚さの上層レジストを形
成した。
次に、高圧Xe−Hgランプを光源とし、マスクの密着露
光を行って後、被処理基板を0.05torrの減圧下で50℃で
5分間加熱し、未反応のDCQIを気化させて除いた。
次に、被処理基板をドライエッチング装置にセット
し、O2の流量1000cc/分,CF4の流量500cc/分,減圧度6t
orrに保ったプラズマ発生室に出力700Wでマイクロ波を
照射し、O2とCF4の混合ガスをプラズマ化し、メタル製
のメッシュを通って出てくる混合ガスのラジカルを被処
理基板上に導き、上層レジストをエッチングし、ネガ型
のパターンを得た。
次に、被処理基板をRIE装置内にセットし、O2の流量2
0cc/分,真空度0.08torr,RF電力500Wの条件で上層レジ
ストをマスクとしてRIEを行い、パターンシフトの殆ど
ない下層レジストパターンを得ることができた。
こゝで、上層レジストと下層レジストとのエッチング
速度比はPTMSPを用いる従来のものが20倍前後であるの
に対し、68倍であった。
実施例2: 二個のSi原子を含むモノマーとしてPTMDSOを用いた以
外は実施例1と同様にして上層レジストパターンを作
り、実施例1と同様にRIEを行って上層レジストパター
ンを下層レジストに転写したが、パターンシフトは殆ど
なく、またエッチング速度比は52倍であった。
第1図はPTMSP,PTMDSH,PTMDSOの三者についてSiの含
有量とエッチング速度比との関係を示すもので、エッチ
ング速度比はノボラック系レジスト(品名OFPR-800)の
上記三種類のレジストに対する速度比を示しており、Si
含有量が増すに従って速度比が向上することを示してい
る。
なお、こゝで使用した色素はDCQIである。
実施例3: 第2図は紫外線吸収剤としてDCQI(色素)を添加した
PTMSP,PTMDSH,PTMDSOの三種類のレジスト膜について、K
rFエキシマーレーザ光(波長248nm)の照射エネルギー
と露光後の残膜率との関係を示したものであるが、従来
使用されているPTMSPに較べ、本発明に係るPTMDSHおよ
びPTMDSOのほうが感度においても優れていることが判
る。
〔発明の効果〕
以上記したように本発明の使用により二層レジスト法
における下層レジストのRIEを行うときのパターンシフ
トを極めて少なくすることが可能となり、これにより半
導体集積回路の製造歩留まりの向上と特性の向上とが可
能となる。
【図面の簡単な説明】 第1図はモノマー中のSi含有量とO2プラズマRIEによる
エッチング速度比との関係図、 第2図は照射エネルギーと残膜率との関係図、である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被処理基板上に下層レジストを形成して平
    坦化する工程と、 分子中の主鎖に不飽和結合を、側鎖に二個以上の硅素原
    子を含むポリ置換アセチレンに紫外線吸収剤を添加して
    なるレジストを上層レジストとして塗布する工程と、 紫外線露光によりパターンを露光した後、前記被処理基
    板を減圧下で加熱して未反応の紫外線吸収剤を除去する
    工程と、 酸素と弗化炭素ガスを含む雰囲気中でのプラズマのダウ
    ンフローで前記上層レジストを選択的にエッチングし
    て、前記上層レジストのパターンニングを行う工程と、 酸素を含む反応ガスを用いた反応性イオンエッチングに
    より上層レジストパターンをマスクとして下層レジスト
    をエッチングする工程と、 を有することを特徴とするレジストパターンの形成方
    法。
  2. 【請求項2】請求項1記載のレジストパターンの形成方
    法において、 前記上層レジストは,分子中の主鎖に不飽和結合を、側
    鎖に二個以上の硅素原子を含むポリ置換アセチレンがポ
    リ4,4,6,6−テトラメチル−4,6−ジシラ−2−ヘプチン
    またはポリ4,4,7,7,−テトラメチル−4,7−ジシラ−2
    −オクチンからなるレジストであることを特徴とするレ
    ジストパターンの形成方法。
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