【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は半導体装置の製造工程において、エッチング
マスクに使用するレジスト膜のパターン形成に必要なレ
ジスト膜のドライエッチング方法に関するものである。
従来の技術
従来、エッチングマスクに使用するレジスト膜のパタ
ーン形成はレジスト膜の塗布後に露光し、現像液のウェ
ット処理で行なっていた。しかし、半導体装置の高集積
化に伴なって加工の微細化が進み又、厚いレジスト膜の
パターン形成の要求にも、現像液のウェット処理では下
地段差の影響も含めて、レジスト膜のパターン形成が不
可能になってきた。そこで、近年、多層レジスト構造に
よるアスペクト比の高いレジスト膜のパターン形成法が
注目をあびており、特に多層レジスト構造の厚いレジス
ト膜のドライエッチング方法が重要な技術になってい
る。以下図面を参照しながら上述した従来のレジスト膜
のドライエッチング方法の一例について説明する。第４
図は従来の多層レジスト構造によるアスペクト比の高い
レジスト膜のパターン形成法を説明する概略図を示すも
のである。第４図ａにおいて、１は半導体基板（あるい
は半導体基板上に形成された膜）である。２は第１レジ
スト膜であり、第１レジスト膜２の膜厚は２〜３μｍで
ある。３は塗布−焼成法で形成されたSiO2膜である。４
は第２のレジスト膜であり、第２レジスト膜４の膜厚は
１μｍ以下である。第１レジスト膜２と第２レジスト膜
４は同一のものでも良く、又異なった組成のものでも良
い。
以上のように構成された多層レジスト構造によるアス
ペクト比の高いレジスト膜のパターン形成法において、
以下そのプロセスについて説明する。まず第４図ｂに示
すように第２レジスト膜４に通常の露光，現像処理を行
なってマスクパターンを形成する。次に第４図ｃに示す
ように第２レジスト膜４をマスクとして、塗布−焼成法
で形成したSiO2膜３を例えば弗素系のガスでドライエッ
チングする。最後に第４図ｄに示すように前記SiO2膜３
をマスクとして、膜厚の厚い第１レジスト膜２をＯ2ガ
スでドライエッチングし、アスペクト比の高いレジスト
膜のパターン形成を行なう（例えば「Solid State Tech
nology/日本版」July 1983年64ページ〜71ページ）。
発明が解決しようとする問題点
しかしながら上記のようなプロセスでは次のような問
題点を有する。すなわち、第４図ｄに示す構造を得るた
めにＯ2ガスのプラズマを利用したレジスト膜のドライ
エッチングを行なっているが、我々が行った上記プロセ
スの実験では第１表に示す結果となり、前記SiO2膜３は
エッチングマスクとしての役割を果すことができない。
本発明は上記問題点に鑑み、多層レジスト構造による
アスペクト比の高いレジストパターン形成法において、
前記第１レジスト膜２をエッチングする場合に、前記Si
O2膜３が十分にマスク材料としての役割を果すだけの耐
エッチングを有するレジスト膜のドライエッチング方法
を提供するものである。
問題点を解決するための手段
上記問題点を解決するために本発明のレジスト膜のド
ライエッチング方法は塗布−焼成法で形成されたSiO2膜
をマスク材料にしてレジスト膜をエッチングし、パター
ニングするドライエッチングにおいて、反応ガスとして
酸素と窒素との混合ガスを用い、窒素ガスを全体の10〜
40％としたことを特徴とするものである。
作用
本発明は上記した反応ガスを用いることによりＮ2の
プラズマ成分が塗布−焼成法で形成されたSiO2膜とＯ2
のプラズマ成分とのプラズマ反応を抑制することを実験
的に見い出した。その結果、上記反応ガスを用いること
により、レジスト膜のエッチング速度を維持したまま
で、前記SiO2膜のエッチング速度を減少させ、前記SiO2
膜が十分にマスク材料としての役割を果すだけの耐エッ
チング性を得ることができた。塗布−焼成法で形成され
たSiO2膜は非常に多孔質であり、しかも熱酸化で形成さ
れたSiO2膜に比べて結合エネルギが弱いためＯ2のプラ
ズマにより高いエッチング速度を有してしまうものと考
えられる。
実施例
以下本発明の一実施例のレジスト膜のドライエッチン
グ方法について、図面を参照しながら説明する。第１図
は本発明の実施例におけるレジスト膜のドライエッチン
グ方法のエッチング特性を示すものである。第１図から
わかるように、反応ガスとしてＯ2とＮ2との混合ガスを
用い、Ｎ2ガスの添加量を10％〜40％とすることによ
り、塗布−焼成法で形成したSiO2膜のエッチング速度が
急激に減少し、厚いレジスト膜をドライエッチングする
際に前記塗布−焼成法で形成したSiO2膜が十分にマスク
材料としての役割を果すことができる。なお、Ｎ2ガス
の添加量として10％未満の場合はSiO2膜のエッチング速
度が早くマスク材料としての役割を果たすことができ
ず、また、40％を超えるとレジスト膜のエッチング速度
が低下するため、Ｎ2ガスの添加量としては、10％〜40
％が望ましい。実施例で用いたエッチング試料は第４図
ｃに示す構造であり、シリコン基板１上に通常の塗布方
法でフォトレジスト２であるOFPR-800（東京応化工業の
商品名）を膜厚２μｍスピンコートし、さらにその上に
ケイ素化合物であるOCD（東京応化工業の商品名）を塗
布した後、200℃で焼成しSiO2膜３を1,200Å形成した。
さらにその上に前記同様のフォトレジスト４を膜厚0.8
μｍスピンコートし、通常の露光，現像処理を行ないマ
スクパターンを形成した。次に前記フォトレジスト４を
マスクパターンとして、前記塗布−焼成法で形成したSi
O2膜３をCF4とＯ2との混合ガスを用いたドライエッチン
グで除去し、エッチング試料を作製した。レジスト膜の
ドライエッチング条件はＯ2とＮ2との混合ガス流量:100
SCCM,反応圧力:80mTorr,RFパワー:200W（13.56MHz）で
ある。以上のように本実施例によれば、レジスト膜のド
ライエッチング方法において、反応ガスとしてＯ2とＮ2
との混合ガスを用いることにより、塗布−焼成法で形成
したSiO2膜のエッチング速度を急激に減少することがで
き、その塗布−焼成方法で形成したSiO2膜を前記レジス
ト膜のドライエッチング方法におけるマスク材料として
用いることができる。
〔参考例〕
以下本発明の参考例について、図面を参照しながら説
明する。エッチング試料は実施例と同様である。第２図
及び第３図は参考例を示すレジスト膜のドライエッチン
グ方法のエッチング特性を示すものである。実施例の構
成と異なるのはレジスト膜のドライエッチングにおい
て、反応ガスとして、Ｏ2とＮ2と弗素系化合物（CF4あ
るいはSF6）との混合ガスを用いた点である。エッチン
グ条件はＯ2と10％Ｎ2と弗素系化合物（CF4あるいはS
F6）との混合ガス流量:100SCCM,反応圧力:80mTorr,RFパ
ワー:200W（13.56MHz）である。第２図はレジスト膜の
ドライエッチングにおいて、Ｏ2と10％Ｎ2との混合ガス
にCF4を添加した場合のエッチング速度であり、第３図
は上記と同様のエッチングにおいてＯ2と10％Ｎ2との混
合ガスにSF6を添加した場合のエッチング速度である。
第２図，第３図からあきらかなように、反応ガスとして
Ｏ2と10％Ｎ2との混合ガスに弗素系化合物（CF4あるい
はSF6）を添加することにより、レジスト膜のエッチン
グ速度を向上することができると共に、塗布−焼成法で
形成したSiO2膜も十分にマスク材料としての役割を果す
ことができる。
なお、実施例において、レジスト膜のドライエッチン
グに際して、その上のマスク材料３は塗布−焼成法で形
成したSiO2膜としたが、マスク材料３は塗布−焼成法以
外で形成したSiO2膜でも良いし、その他の膜質でも良
い。
発明の効果
以上のように本発明は、塗布−焼成法で形成したSiO2
膜をマスク材料とするレジスト膜のドライエッチングに
おいて、反応ガスとしてＯ2とＮ2の混合ガスを用いるこ
とにより、Ｎ2のプラズマ成分がSiO2膜とＯ2のプラズマ
成分とのプラズマ反応を抑制するため、レジスト膜のエ
ッチング速度を維持したままでSiO2膜のエッチング速度
を低減することができ、SiO2膜が十分にマスク材料とし
ての役割を果たすだけの耐エッチング性を得ることがで
きる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method for a resist film required for forming a pattern of a resist film used as an etching mask in a semiconductor device manufacturing process. 2. Description of the Related Art Conventionally, pattern formation of a resist film used as an etching mask has been performed by applying a resist film, exposing it to light, and performing a wet process with a developing solution. However, the miniaturization of processing is progressing along with the high integration of semiconductor devices. The pattern formation of the resist film is also required in the wet processing of the developing solution, including the influence of the step of the base, in addition to the demand for the pattern formation of the thick resist film. Has become impossible. Therefore, in recent years, a pattern formation method of a resist film having a high aspect ratio using a multilayer resist structure has attracted attention. In particular, a dry etching method of a thick resist film having a multilayer resist structure has become an important technique. Hereinafter, an example of the above-described conventional dry etching method for a resist film will be described with reference to the drawings. 4th
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a conventional method of forming a resist film pattern having a high aspect ratio using a multilayer resist structure. In FIG. 4a, reference numeral 1 denotes a semiconductor substrate (or a film formed on the semiconductor substrate). Reference numeral 2 denotes a first resist film, and the thickness of the first resist film 2 is 2 to 3 μm. Reference numeral 3 denotes an SiO 2 film formed by a coating-firing method. 4
Denotes a second resist film, and the thickness of the second resist film 4 is 1 μm or less. The first resist film 2 and the second resist film 4 may be the same or may have different compositions. In the method of forming a resist film having a high aspect ratio by the multilayer resist structure configured as described above,
Hereinafter, the process will be described. First, as shown in FIG. 4B, the second resist film 4 is subjected to ordinary exposure and development processing to form a mask pattern. Next, as shown in FIG. 4C, using the second resist film 4 as a mask, the SiO 2 film 3 formed by the coating and baking method is dry-etched with, for example, a fluorine-based gas. Finally the as shown in FIG. 4 d SiO 2 film 3
Is used as a mask, the thick first resist film 2 is dry-etched with O 2 gas to form a pattern of a resist film having a high aspect ratio (for example, “Solid State Tech”).
nology / Japan Version ”July 1983, pages 64 to 71). Problems to be Solved by the Invention However, the above process has the following problems. That is, the dry etching of the resist film using the plasma of O 2 gas is performed to obtain the structure shown in FIG. 4d. The SiO 2 film 3 cannot serve as an etching mask. In view of the above problems, the present invention relates to a method for forming a resist pattern having a high aspect ratio using a multilayer resist structure,
When the first resist film 2 is etched, the Si
An object of the present invention is to provide a dry etching method for a resist film having an etching resistance enough for the O 2 film 3 to sufficiently serve as a mask material. Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the dry etching method of the resist film of the present invention uses the SiO 2 film formed by the coating-firing method as a mask material to etch and pattern the resist film. In dry etching, a mixed gas of oxygen and nitrogen is used as a reaction gas, and nitrogen gas is
It is characterized by being 40%. Action The present invention is a plasma component of N 2 is applied by using a reactive gas as described above - SiO 2 film formed by the baking method and O 2
It has been found experimentally that the plasma reaction with the plasma component is suppressed. As a result, by using the reaction gas, the etching rate of the SiO 2 film is reduced while maintaining the etching rate of the resist film, and the SiO 2
It was possible to obtain etching resistance enough for the film to play a sufficient role as a mask material. The SiO 2 film formed by the coating-firing method is very porous, and has a lower binding energy than the SiO 2 film formed by thermal oxidation, so that it has a higher etching rate due to O 2 plasma. It is considered something. Embodiment A dry etching method for a resist film according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the etching characteristics of a dry etching method for a resist film according to an embodiment of the present invention. As can be seen from FIG. 1, a mixed gas of O 2 and N 2 is used as the reaction gas, and the addition amount of the N 2 gas is set to 10% to 40%, so that the SiO 2 film formed by the coating-firing method. When the thick resist film is dry-etched, the SiO 2 film formed by the coating and baking method can sufficiently serve as a mask material. If the addition amount of N 2 gas is less than 10%, the etching rate of the SiO 2 film is too fast to serve as a mask material, and if it exceeds 40%, the etching rate of the resist film decreases. Therefore, the addition amount of N 2 gas is 10% to 40%.
% Is desirable. The etching sample used in the embodiment has a structure shown in FIG. 4c, and a photoresist 2 OFPR-800 (trade name of Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is spin-coated on a silicon substrate 1 by a normal coating method to a thickness of 2 μm. Then, OCD (trade name of Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.), which is a silicon compound, was applied thereon, and then baked at 200 ° C. to form a 1,200 ° SiO 2 film 3.
Further, a photoresist 4 similar to that described above was formed thereon to a
After performing a normal exposure and development process, a mask pattern was formed. Next, using the photoresist 4 as a mask pattern, the Si
The O 2 film 3 was removed by dry etching using a mixed gas of CF 4 and O 2 to produce an etched sample. Dry etching conditions for the resist film were as follows: mixed gas flow rate of O 2 and N 2 : 100
SCCM, reaction pressure: 80 mTorr, RF power: 200 W (13.56 MHz). As described above, according to the present embodiment, in the dry etching method of the resist film, O 2 and N 2
By using the mixed gas of the coating - the etching rate of the SiO 2 film formed by sintering method can be reduced sharply, the coating - the dry etching method of the SiO 2 film formed by sintering method, the resist film Can be used as a mask material. Reference Example Hereinafter, a reference example of the present invention will be described with reference to the drawings. The etching sample is the same as in the example. 2 and 3 show the etching characteristics of the resist film dry etching method according to the reference example. The difference from the structure of the embodiment is that in the dry etching of the resist film, a mixed gas of O 2 , N 2 and a fluorine-based compound (CF 4 or SF 6 ) is used as a reaction gas. The etching conditions are O 2 , 10% N 2, and a fluorine compound (CF 4 or S
The mixed gas flow rate with F 6 ) is 100 SCCM, the reaction pressure is 80 mTorr, and the RF power is 200 W (13.56 MHz). FIG. 2 shows an etching rate when CF 4 is added to a mixed gas of O 2 and 10% N 2 in dry etching of a resist film. FIG. 3 shows an etching rate of O 2 and 10% in the same etching as described above. This is the etching rate when SF 6 is added to a mixed gas with N 2 .
As apparent from FIGS. 2 and 3, by adding a fluorine-based compound (CF 4 or SF 6 ) to a mixed gas of O 2 and 10% N 2 as a reaction gas, the etching rate of the resist film was reduced. In addition to the improvement, the SiO 2 film formed by the coating-firing method can sufficiently serve as a mask material. In the embodiment, when dry etching the resist film, the mask material 3 on the resist film was an SiO 2 film formed by a coating and baking method, but the mask material 3 may be an SiO 2 film formed by other than the coating and baking method. Good, and other film qualities are acceptable. Advantageous Effects of the Invention As described above, the present invention relates to SiO 2 formed by a coating-firing method.
In dry etching of a resist film using the film as a mask material, the plasma reaction of N 2 suppresses the plasma reaction between the SiO 2 film and the plasma component of O 2 by using a mixed gas of O 2 and N 2 as a reaction gas Therefore, it is possible to reduce the etching rate of the SiO 2 film while maintaining the etching rate of the resist film, and it is possible to obtain etching resistance enough for the SiO 2 film to sufficiently serve as a mask material.
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例におけるレジスト膜のドライエ
ッチング方法のエッチング特性を示すグラフ、第２図は
参考例におけるCF4を添加した場合のレジスト膜のドラ
イエッチング方法のエッチング特性を示すグラフ、第３
図は参考例におけるSF6を添加した場合のレジスト膜の
ドライエッチング方法のエッチング特性を示すグラフ、
第４図は従来の多層レジスト構造によるアスペクト比の
高いレジスト膜のパターン形成法を説明する概略図であ
る。
２……レジスト膜、３……SiO2膜。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a graph showing the etching characteristics of a dry etching method for a resist film according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a dry etching method for a resist film when CF 4 is added in a reference example. Graph showing the etching characteristics of No. 3,
The figure is a graph showing the etching characteristics of the dry etching method of the resist film when SF 6 is added in the reference example,
FIG. 4 is a schematic view for explaining a conventional method for forming a resist film pattern having a high aspect ratio using a multilayer resist structure. 2 ... resist film, 3 ... SiO 2 film.
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フロントページの続き
(72)発明者 山田 雄一郎
門真市大字門真1006番地 松下電器産業
株式会社内
(56)参考文献 特開 昭59−163826（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−225639（ＪＰ，Ａ)
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Continuation of front page
(72) Inventor Yuichiro Yamada
1006 Kadoma Kadoma Matsushita Electric Industrial
Inside the corporation
(56) References JP-A-59-163826 (JP, A)
JP-A-58-225639 (JP, A)