JP2738132B2 - パターン形成方法 - Google Patents

パターン形成方法

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JP2738132B2
JP2738132B2 JP2137683A JP13768390A JP2738132B2 JP 2738132 B2 JP2738132 B2 JP 2738132B2 JP 2137683 A JP2137683 A JP 2137683A JP 13768390 A JP13768390 A JP 13768390A JP 2738132 B2 JP2738132 B2 JP 2738132B2
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高集積半導体等を製造する場合に採用され
るパターン形成方法に関する。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕
従来からポリシラン、即ちSi−Si結合を主鎖とするシ
リコン誘導体は、遠紫外光の照射により主鎖の分解を生
じ、ポジ型のレジストとなり得ることが知られている。
そこで、このポリシランを用いシリコン基板等にポジ型
パターンを形成することが考えられる。
しかしながら、ポリシランの主鎖は遠紫外線等の照射
により、分解すると同時に空気中の酸素などと反応し、
シロキサン結合を形成するなどして残留するが、現像溶
媒としてn−ヘキサン,n−ヘプタン,メチルシクロヘキ
サンなどの脂肪族炭化水素系溶媒やメタノール,エタノ
ール,イソプロピルアルコールなどの低級アルコール類
を単独で又は混合溶媒として用いた場合、これらの溶媒
はシロキサンに対しては貧溶媒であるため、上記のシロ
キサン結合部分が残留し、解像度やアスペクト比に劣る
パターンとなってしまう。
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、ポリシラ
ンを用いて解像度及びアスペクト比に優れたパターンを
形成することができ、高集積半導体等の製造に好適に採
用されるパターン形成方法を提供することを目的とす
る。
〔課題を解決するための手段及び作用〕
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ね
た結果、下記構造単位(1) R1R2Si ・・・(1) (ただし、式中R1,R2は同種又は異種の炭素数1〜16の
1価の有機基である) を有するポリシランにジメチルスルフォキシドを添加し
た混合物の層をシリコン等の基板に形成し、露光した
後、現像液として下記一般式(2) (ただし、式中R3は置換又は非置換の1価炭化水素基、
aは2〜3の正数である) で示される低分子量ポリシロキサンを主成分とする現像
液で現像することにより、上記露光によって混合物層の
ポリシランが分解され、ポリシロキサンを生成する反応
が混合物層中に添加されたジメチルスルフォキシドの作
用により良好に進行し、混合物層の露光部分が確実にポ
リシロキサンに変換されると共に、上記現像液の低分子
量ポリシロキサンにより、この露光によって生成したポ
リシロキサン部分が確実かつ速やかに溶解除去される一
方、この現像液は非露光部分のポリシランを溶解しない
ため、優れた解像度、アスペクト比をもって微細なパタ
ーンを形成し得ることを見い出した。またこの場合、混
合物層を形成する前に基板上にノボラック系レジスト材
料等の高分子材料層を形成し、その上に上記方法に従っ
て混合物層を形成し、露光し、現像した後、ドライエッ
チングを施すことにより、解像度、アスペクト比に優れ
た二層パターンを形成することもできることを知見し、
本発明を完成したものである。
従って、本発明は、基板上に下記構造単位(1) R1R2Si ・・・(1) (ただし、式中R1,R2は同種又は異種の炭素数1〜16の
1価の有機基である) を有するポリシランにジメチルスルフォキシドを添加し
た混合物の層を形成する工程と、この混合物層の所要部
分に活性放射線を露光する工程と、露光後、混合物層を
下記一般式(2) (ただし、式中R3は置換又は非置換の1価炭化水素基、
aは2〜3の正数である) で示される低分子量ポリシロキサンを主成分とする現像
液で現像して、上記混合物層の活性放射線露光部分を除
去する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方
法、及び、基板上に高分子材料層を形成する工程と、こ
の高分子材料層上に上記の方法に従って混合物層を形成
する工程、露光工程、現像工程を順次施した後、現像工
程で露出した部分の高分子材料層をドライエッチングす
る工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法を提
供する。
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明のパターン形成方法は、まず基板にポリシラン
にジメチルスルフォキシドを添加した混合物層を形成す
る工程を行う。この場合基板としては、特に制限はない
が、例示すると不純物をドープしたシリコン基板、この
シリコン基板から作製した半導体基板、ブランクマスク
等を挙げることができる。また、この基板にポリシラン
層を形成する前に必要により基板上に高分子材料層を形
成することができる。この高分子材料層を形成する高分
子材料としては、薄膜を形成し得る材料であればよく、
特に制限はないが、ノボラック系の紫外線用レジスト材
料などが好適に用いられる。
上記基板に形成される混合物層を構成するポリシラン
は、下記構造単位(1)で示されるものである。
R1R2Si ・・・(1) (ただし、式中R1,R2は同種又は異種の炭素数1〜16の
1価の有機基である) ここで、上記式(1)中のR1,R2としては、メチル
基,エチル基,プロピル基,n−ヘキシル基などのアルキ
ル基、ビニル基,アリル基,ヘキセニル基などのアルケ
ニル基、シクロヘキシル基,シクロヘプチル基などのシ
クロアルキル基、フェニル基,トリル基,キシリル基な
どのアリール基、ベンジル基,フェニルエチル基などの
アラルキル基、クロロフェニル基,テトラクロロフェニ
ル基,クロロメチル基などのハロゲン置換一価炭化水素
基が例示される。このR1,R2は同種でも異種であっても
構わないが、特にはメチル基とフェニル基との組み合わ
せ、あるいはフェニル基同士の組み合わせ、メチル基と
n−ヘキシル基との組み合わせ、n−ヘキシル基同士の
組み合わせなどが好ましい。なお、このポリシランの分
子量は、1,000〜1,000,000、特に5,000〜100,000である
ことが好ましい。
本発明方法では、このポリシランにジメチルスルフォ
キシドを添加混合し、基板上にこの混合物の層を形成す
るが、このジメチルスルフォキシドは次工程の活性放射
線の露光によりポリシランが分解するとき、シロキサン
結合の生成を容易にするもので、その添加量は重量比で
ポリシラン/ジメチルスルフォキシド=100/1〜5/1、特
に50/1〜10/1の範囲とすることが好ましい。
上記混合物の層を基板上に形成する方法としては、上
記混合物をテトラヒドロフラン(THF),トルエン,キ
シレン等の有機溶媒に溶解し、基板上に塗布する方法を
好適に採用し得る。また、この混合物層の厚さは、特に
制限されないが、0.01〜1μm、特に0.1〜0.5μmとす
ることが好ましい。
次に、上記混合物層を形成した後、適宜なマスクを用
いて、この混合物層の所望部分に活性放射線を照射する
工程を行う。
上記活性放射線としてはポリシランを分解し得るもの
であればいかなるものでもよく、紫外線、遠紫外線、X
線、電子線などが挙げられるが、特に取り扱いやすさ、
操作の簡便さから紫外線、遠紫外線が望ましい。
かかる露光により、露光部分の混合物層のポリシラン
が分解し、ポリシロキサンが残留する一方、非露光部分
の混合物層のポリシランは分解されずに残る。この場
合、混合物層に含有されたジメチルスルフォキシドの作
用により、ポリシランの分解及びポリシロキサンの生成
が確実に行われる。
本発明は、上記露光後の工程としてこの露光部分を溶
解除去する現像工程を行う。この場合に用いる現像液と
しては、下記一般式(2) (ただし、式中R3は置換又は非置換の1価炭化水素基、
aは2〜3の正数である) で示される低分子量ポリシロキサンを主成分とするもの
が用いられる。ここで、上記式(2)のR3としては、メ
チル基,エチル基,プロピル基,n−ヘキシル基などのア
ルキル基、ビニル基,アリル基,ヘキセニル基などのア
ルケニル基、シクロヘキシル基,シクロヘプチル基など
のシクロアルキル基、トリル基,フェニル基,キシリル
基などのアリール基、ベンジル基,フェニルエチル基な
どのアラルキル基、クロロフェニル基,テトラクロロフ
ェニル基,クロロメチル基などのハロゲン置換一価炭化
水素基が例示される。また、aは2〜3の正数である。
この低分子量ポリシロキサンは、上記活性放射線の露
光により生じたポリシロキサンは溶解するが、ポリシラ
ンは溶解しないものでもあり、これは線状、環状のいず
れの構造でもよい。またその重合度は10以下であること
が望ましい。この低分子量ポリシロキサンとしては、特
に限定されるものではないが、ヘキサメチルジシロキサ
ン、オクタメチルシクロテトラシロキサンなどが溶解性
も大きく、かつ揮発性も大きいことから好ましく用いら
れる。この低分子量ポリシロキサンは単独で用いても、
また2種以上を混合してもよい。また、n−ヘキサン,n
−ヘプタン,メチルシクロヘキサンなどの脂肪族炭化水
素系溶媒や、メタノール,エタノール,イソプロピルア
ルコールなどの低級アルコール類を適宜混合してもよい
が、その量は露光により残留した混合物層のポリシロキ
サンの溶解性を妨げない程度とする必要がある。
本発明のパターン形成方法は、上述したように基板上
に上記ポリシランにジメチルスルフォキシドを添加した
混合物層を形成し、この混合物層に活性放射線を照射
し、上記現像液で現像するものである。
この現象工程により、混合物層の露光部分が溶解除去
され、非露光部分が溶解されずに残って所望のパターン
が形成される。
なお、上述したように基板上に高分子材料層を形成し
た後、その上に混合物層を形成した場合は、上記混合物
層の露光部分の除去により表面に露呈した高分子材料層
をドライエッチングして除去することができる。このド
ライエッチングの方法としては、酸素プラズマによる方
法などが好適に採用される。
なお、以上のようにパターンを形成した後は、公知の
所用の工程を用いて高集積半導体等を常法により製造す
ることができる。
〔発明の効果〕
本発明のパターン形成方法によれば、微細なパターン
をポリシランを用いて解像度よく、しかも優れたアスペ
クト比で形成することができる。
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説
明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではな
い。
〔実施例1〕 分子量約10000のメチルフェニルポリシラン10gにジメ
チルスルフォキシド0.5gを加え、これをTHF200mlに溶解
し、ポリシランとジメチルスルフォキシドとの混合物溶
液を調製した。
この溶液をシリコンウエハ上に0.2μmの厚さになる
ように塗布し、乾燥し、さらに80℃で5分間ベーキング
した後、露光源として500WのXe−Heランプを用い、石英
ガラス製マスクを密着させてコンタクト露光を行った。
このシリコンウエハをヘキサメチルジシロキサン/オ
クタメチルシクロテトラシロキサン=7/3(容量比)の
混合液からなる現像液に25℃で30秒間浸漬して現像を行
った。この結果、0.6μmのラインアンドスペースのポ
ジ型パターンを解像することができた。
〔実施例2〕 シリコンウエハ上にノボラック系ポジ型レジストをス
ピンコートし、200℃でベークして厚さ1.5μmの平坦化
層を形成し、次いで実施例1で調製したポリシラン溶液
をこの平坦化層の上に塗布し、乾燥し、さらに80℃で5
分間ベーキングした後、露光源として500WのXe−Heラン
プを用い、石英ガラス製マスクを密着させ、コンタクト
露光を行った。
このシリコンウエハをヘキサメチルジシロキサン/オ
クタメチルシクロテトラシロキサン=7/3(容量比)の
混合液からなる現像液に25℃で30秒間浸漬して現像を行
い、ポジ型パターンを平坦化層上に形成した。
次に、このウエハをドライエッチング装置に配置し、
酸素ガス圧力4Pa,RF出力500Wの条件で平坦化層に対し酸
素プラズマによるドライエッチングを行った。この結
果、上層のポジ型パターンが下層の平坦化層に完全に転
写され、巾0.5μm、厚さ1.7μmの二層パターンを形成
できた。
〔比較例1〕 現像液としてエタノール/トルエン=9/1(容量比)
の混合液を用いた以外は実施例1と同様にしてシリコン
ウエハにポジ型パターンを形成したところ、現像液によ
る混合物層の照射部の溶解度が小さく、十分な解像度が
得られなかった。
上記の実施例1,2及び比較例の効果から、本発明のパ
ターン形成方法の優れた効果が確認された。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福島 基夫 神奈川県川崎市高津区坂戸100―1 信 越化学工業株式会社コーポレートリサー チセンター内 (72)発明者 田部井 栄一 神奈川県川崎市高津区坂戸100―1 信 越化学工業株式会社コーポレートリサー チセンター内 (56)参考文献 特開 昭61−151536(JP,A) 特開 昭60−119550(JP,A) 特開 昭63−218946(JP,A) 特開 昭62−73270(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に下記構造単位(1) R1R2Si ・・・(1) (ただし、式中R1,R2は同種又は異種の炭素数1〜16の
    1価の有機基である) を有するポリシランにジメチルスルフォキシドを添加し
    た混合物の層を形成する工程と、この混合物層の所要部
    分に活性放射線を露光する工程と、露光後、混合物層を
    下記一般式(2) (ただし、式中R3は置換又は非置換の1価炭化水素基、
    aは2〜3の正数である) で示される低分子量ポリシロキサンを主成分とする現像
    液で現像して、上記混合物層の活性放射線露光部分を除
    去する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方
    法。
  2. 【請求項2】基板上に高分子材料層を形成する工程と、
    この高分子材料層上に請求項1記載の方法に従って混合
    物層を形成する工程、露光工程、現像工程を順次施した
    後、現像工程で露出した部分の高分子材料層をドライエ
    ッチングする工程とを含むことを特徴とするパターン形
    成方法。
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JPS61151536A (ja) * 1984-12-26 1986-07-10 Hitachi Ltd レジストパタ−ンの形成方法
JPS6273270A (ja) * 1985-09-26 1987-04-03 Konishiroku Photo Ind Co Ltd 感光性平版印刷版用現像液組成物及び現像方法
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