JP2764542B2 - 微細レジストパターン形成方法 - Google Patents
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Description
エッチングプロセスに関し、特に、単層レジストの解像
度及び側面形状を向上させることができるシリル化プロ
セスを用いる単層レジスト膜の微細パターン形成方法に
関するものである。
伴い、半導体素子の製造工程ごとに高精度の微細加工法
が必要になった。
以後の世代は、マイクロリソグラフィー技術が重要な変
数として作用することになると予想されるが、ソリッド
チャージ(solid charge)形成による段差
の問題、露光均一性の限界およびレジストの均一な塗布
などは、単層レジストの製造時に解決すべき課題であ
る。
化学処理する技術が開発されてきており、その代表的な
例としては、シリル化工程(silylation p
rocess)である。このシリル化工程は、レジスト
がO2RIE(reactive ion etchi
ng)に対して抵抗性を有するように処理することによ
り、レジストのドライエッチングを可能にする工程であ
る。初期にはシリコンを含んだポリーマを用いてO2R
IEに対して抵抗性を有するよう処理する工程が開発さ
れたが、1986年F.CoopmansとB.Rol
andとが、Advanced in Resist
Technology and Processing
III、SPIE Proceedings Vo
l.631,1986に“DESIRE(Diffus
ion Enbanced Silylated Re
sist)PROCESS”を発表し、O2RIEに対
する抵抗性が画期的に改善されて、段差状態でも0.5
μmの鮮明なパターンが得られるようになった。
を表面処理して、露光部分のみをシリル化することによ
って、ドライエッチングO2現像時に、耐性を増大させ
る方法である。
436nm)からi−ライン(露光波長365nm)に
変わることにより、解像度がさらに改善されている。
ン形成方法は、米国特許No.4,882,008号、
米国特許No.5,094,936号、米国特許No.
4,810,601号および米国特許No.4,80
3,181号によく開示されている。
たが、これに反し、多くの問題点が発生した。特に、シ
リル化層の厚さの調節が容易でないため、レジストパタ
ーンの線幅比を正確に合わせることができなかった。
ル化層を用いた単層レジストの微細パターン形成工程図
である。
部半導体層11上の表面にポジティブ無機質レジスト膜
12を蒸着する(a)。
ィブ有機質レジスト膜12を光に露出させると、ポジテ
ィブ無機質のレジスト膜12は露光部分12−1と非露
光部分12−2とに分けられ、露光されたレジスト膜1
2−1には潜在イメージパターン14が形成される
(b)。
lazane)シリル化剤(silylation a
gent)でシリル化処理を行うと、露光されたレジス
ト膜12−1の表面がシリル化される(c)。すなわ
ち、HMDS雰囲気中において加熱すると、HMDSが
露光されたレジスト膜12−1の表面内に拡散して入り
込んで行きつつ樹脂(ノボラックレジン)のOH基と置
き換え反応を起こし、露光されたレジスト膜12−1の
表面にシリル化層15を形成する。
したものである。
膜12−1の表面に処理されたシリコン含有層であり、
O2ドライエッチングの時にマスクとして作用すること
になる。
O2プラズマエッチング法によりドライエッチングし
て、選択的に除去する(d)。この時、シリル化層15
は、O2RIEエッチングの時酸化膜となり、酸素に対
する抵抗性が一層増大するので、エッチングマスクとし
て作用する。最終的に残っているシリル化層15を除去
し、微細レジストパターン12を得る。
てレジストパターンを形成する場合には、レジストパタ
ーンが急峻な勾配を有していないので、レジストパター
ンの垂直輪郭が良くない。また、ドライエッチング時
に、エッチングマスク層として作用するシリル化層15
の厚さが薄いと、所望の線幅のレジストパターンよりも
狭い線幅のレジストパターンを得ることになる。そのた
め、このようなレジストパターンをマスクとして後続の
エッチングプロセスで金属膜や半導体層(示されていな
い)をパターニングすれば、正確に金属膜や半導体層を
パターニングすることができない。
た単層レジスト膜の微細パターン形成工程図である。
同一符号を付けた。図2の微細レジストパターン形成プ
ロセスも、図1のプロセスと同様である。但し、図2で
は厚膜のシリル化層15′を形成した。図2において
も、図1と同様にレジストパターンの垂直輪郭が良くな
い。なお、エッチングの時、エッチングマスク層として
作用するシリル化層15′が厚いので、微細レジストパ
ターンの線幅は所望の線幅よりも広く形成され、このレ
ジストパターンをマスクとして用いて、後続のプロセス
において正確に下部層をパターニングすることができな
いようになる。
スト膜の表面にアルカリ処理をする方法も提示されてい
るが、1988年、日本でM.EndowなどがDig
est of Papers Micro Proce
ss Conf.164に発表したHARD法、および
YoshimuraなどがJ.Voc.Sci.Tec
hnol.,B6(6),1988,pp.2249に
発表したPRISM法などがある。
ターン形成方法は、レジスト膜を塗布し、塗布されたレ
ジスト膜の表面にアルカリ処理をしてレジスト膜の表面
に難溶層(insoluable layer)を形成
し、露光および段階的現像プロセスを行って、微細レジ
ストパターンを形成する方法であり、解像度を向上させ
るフォーカス深度の範囲を拡張させる方法である。
面処理を用いた微細レジストパターン形成工程図であ
る。
に、PFI−15(25cp)レジストを1.0μm程
度の厚さに塗布してレジスト膜32を形成し、110℃
の温度で90秒間軟化ベーク(soft bake)処
理をする。続いて、塗布されたレジスト膜32の表面を
Tok NMD−W原液で所定時間の間、アルカリ処理
をして、一次難溶層33を形成する(a)。
itachi LD5011:Aステッパを用いて露光
する(b)。露光されたレジスト膜32−1には、潜在
イメージパターン35が形成される。露光の後、レジス
ト膜32を110℃の温度で90秒間ベーク処理をし、
パッドルタイプNMD−Wで現像して、二次難溶層36
を形成する。現像の時、一次難溶層33の深さだけレジ
スト膜32を現像する(c)。
溶層33の深さよりも現像の深さを深く現像して三次難
溶層37を形成し(d)、最終的に基板31が露出され
るまで現像して微細レジストパターン32′を形成す
る。段階的現像を行って、一次難溶層33の深さよりも
現像の深さが深くなると、レジストパターン32′の上
面に突出部が生じる。
ン形成時のアルカリ表面処理時間によるパターン輪郭は
表面処理時間が長くなるに伴って上面突出がより激しく
発生する。また、そのため、アルカリ表面処理を用いて
微細レジストパターンを形成する場合、所望の線幅のレ
ジストパターンを得ることはできるが、上面突出の発生
により、フォーカス深度が狭くなり、レジスト輪郭の不
良が起こり、解像度の向上に限界が発生する。
のレジストパターンの断面図である。単層レジスト膜の
パターン形成時に発生される他の問題点としては、レジ
ストの条件、露光条件、ベーキング条件、および現像条
件などによって、コンタクトホール形成時にレジストパ
ターン42の下部にμ−溝が発生されるという点であ
る。
したような従来の問題点を解決するためになされたもの
で、シリル化プロセスとアルカライ表面処理プロセスと
を併用して、線幅偏差の問題および上面突出の問題を解
決することができる改善された微細レジストパターン形
成方法を提供することにある。
めに、本発明による微細レジストパターン形成方法は、
シリコン基板上にレジスト膜を塗布するステップと、塗
布されたレジスト膜をアルカリ溶液で表面処理して一次
難溶層を形成するステップと、露光用マスクを用いてレ
ジスト膜を露光させ、露光された部分に潜在イメージパ
ターンを形成するステップと、露光されたレジスト膜を
一次難溶層の深さだけ選択的にエッチングして、非露光
レジスト膜との表面段差を形成するステップと、シリル
化プロセスを行って、エッチングされた露光レジスト膜
の表面にシリル化層を形成するステップと、シリル化層
をマスクとして非露光レジスト膜をO2RIE法で除去
するステップと、シリル化層を除去してレジストパター
ンを形成するステップとを含むことを特徴とする。
詳細に説明する。
例による微細レジストパターン形成工程図を示す。図5
を参照すると、シリコン基板や下部半導体層61の上に
単層のポジティブ有機質レジスト膜62を塗布し、レジ
スト膜62をアルカリ溶液で表面処理して、一次難溶層
63を形成する(a)。
H(Tetra methylammonium hy
droxide)を用いる。露光用マスク64を用いて
レジスト膜62を露光させる(b)。
外線、電子ビーム、及びX線などにより感光される。こ
の時、マスク露光は、最適エネルギーで露光された部分
62−1に潜在イメージパターン65を形成する。続い
て、ウェット現像を施して、露光されたレジスト膜62
−1を一次難溶層63の厚さだけエッチングする。ウェ
ット現像の時にアルカリ溶液を用いるので、エッチング
された部分に二次難溶層66が形成されるようになる
(c)。
は、全レジスト膜62の厚さの1/2以上を現像する
と、レジストパターンに上面突出が起こる。これを防止
するために、全レジスト膜62の厚さの1/2以内で最
小の深さにエッチングして、非露光レジスト膜62−2
と表面段差を有するようにする。露光および現像して段
差を形成した後、シリル化プロセスを行う(d)。
光されたレジスト膜62−1の表面内にシリコンが拡散
され、エッチングされた露光レジスト膜62−1の表面
にシリル化層67を形成する。このシリル化層67は、
シリコン含有層であり、O2RIEに対する耐性を有す
るので、後続の非露光レジスト膜62−2のエッチング
の時にエッチングマスク層として作用する。O2RIE
法により非露光レジスト膜62−2をエッチングする
(e)。
67は、ドライ現像の時に酸化膜に変化する。最終的
に、酸化膜に変化されたシリル化層67を除去すると、
レジストパターン62′を得る(f)。得られたレジス
トパターン62′は、一次難溶層63の厚さだけ最小の
深さにウェットエッチングされるので、アルカリ表面処
理による上面突出の発生が防止され、シリル化層67の
厚さによる線幅の変化も防止されて、急峻な勾配を有す
る垂直輪郭を有する。
例による微細レジストパターン形成工程図である。図6
を参照すれば、第2実施例はそのプロセスが図5の第1
実施例と同様である。但し、第1実施例ではポジティブ
有機質単層レジスト膜を用いているのに対して、第2実
施例ではネガティブ有機質単層レジスト膜を用いた点の
みが異なっている。したがって、第2実施例では、露光
後、非露光レジスト膜72−2に潜在イメージパターン
75が形成され(b)、潜在イメージパターン75が形
成されない露光レジスト膜72−1は、後続のドライエ
ッチングプロセスの時に除去されるべき部分である。
時、非露光レジスト膜72−2の表面に二次難溶層76
が形成され(c)、シリル化プロセスを行うと、非露光
レジスト膜72−2の表面にシリル化層77が形成され
る(d)。
チング時、エッチングの深さは全レジスト膜72の厚さ
の1/4以下にする。そのため、O2RIE法により露
光されたレジスト膜72−1を除去し(e)、レジスト
パターン72′を形成する(f)。この第2実施例でも
図示のように急峻な勾配のプロファイルを有するレジス
トパターン72が得られる。
リ処理後、シリル化プロセスを行うことにより、アルカ
リ処理によるレジストパターンの上面部の突出の発生を
防止して、エッチングプロファイルが改善でき、しか
も、シリル化層による線幅の変化を防止して、高精度の
レジストパターンが得られる。これにより、解像度を向
上させることができる。また、急峻な勾配のレジストプ
ロファイルが得られるので、エッチング臨界寸法バイア
スを減少させる事ができる。また、レジスト現像の時、
大部分をドライ現像で進行しているので、レジストパタ
ーンの定在波効果を除去する事ができる。
トパターン形成工程図。
トパターン形成工程図。
トパターン形成工程図。
ターンの断面図。
形成工程図。
ーン形成工程図。
63,73…一次難溶層、64,74…露光用マスク、
65,75…潜在イメージパターン、66,76…二次
難溶層、67,77…シリル化層、68,78…酸化
膜、62′,72′…レジストパターン。
Claims (8)
- 【請求項1】 シリコン基板(61)上にレジスト膜
(62)を塗布するステップと、 上記塗布されたレジスト膜(62)をアルカリ溶液で表
面処理して、一次難溶層(63)を形成するステップ
と、 露光用マスク(64)を用いてレジスト膜(62)を露
光させ、露光された部分(62−1)に潜在イメージパ
ターン(65)を形成するステップと、 上記露光されたレジスト膜(62−1)を一次難溶層の
厚さに相当する深さだけ選択的にエッチングして、非露
光レジスト膜(62−2)との表面段差を形成するステ
ップと、 シリル化工程を行って、上記エッチングされた露光レジ
スト膜(62−1)の表面にシリル化層(67)を形成
するステップと、 上記非露光レジスト膜(62−2)をエッチングするス
テップと、 上記シリル化層(67)を除去して、レジストパターン
(62′)を形成するステップとを含むことを特徴とす
る微細レジストパターン形成方法。 - 【請求項2】 表面処理用アルカリ溶液として、TMA
Hを使用することを特徴とする請求項1に記載の微細レ
ジストパターン形成方法。 - 【請求項3】 上記シリル化工程は、HMDSを用いる
ことにより、上記露光レジスト膜(62−1)を表面処
理することを特徴とする請求項1に記載の微細レジスト
パターン形成方法。 - 【請求項4】 上記シリル化層(67)は、O2RIE
に対する抵抗性を有して、上記非露光レジスト膜(62
−2)のエッチング時、エッチングマスク層として作用
することを特徴とする請求項1に記載の微細レジストパ
ターン形成方法。 - 【請求項5】 シリコン基板(71)上にレジスト膜
(72)を塗布するステップと、 上記塗布されたレジスト膜(72)をアルカリ溶液で表
面処理して、一次難溶層(73)を形成するステップ
と、 露光用マスク(74)を用いて上記レジスト膜(72)
を露光させ、非露光部分(72−2)に潜在イメージパ
ターン(75)を形成するステップと、 上記非露光レジスト膜(72−2)を一次難溶層の厚さ
に相当する深さだけ選択的にエッチングして、露光され
たレジスト膜(72−1)との表面段差を形成するステ
ップと、 シリル化工程を行って、上記エッチングされた非露光レ
ジスト膜(72−2)の表面にシリル化層(77)を形
成するステップと、 上記露光レジスト膜(72−1)をエッチングして除去
するステップと、 上記シリル化層(77)を除去して、レジストパターン
(72′)を形成するステップとを含むことを特徴とす
る微細レジストパターン形成方法。 - 【請求項6】 表面処理用アルカリ溶液としては、TM
AHを使用することを特徴とする請求項5に記載の微細
レジストパターン形成方法。 - 【請求項7】 上記非露光レジスト膜(72−2)のエ
ッチング深さは、全レジスト膜(72)の厚さの1/4
にすることを特徴とする請求項5に記載の微細レジスト
パターン形成方法。 - 【請求項8】 上記シリル化工程は、HMDSを用いる
ことにより、上記非露光レジスト膜(72−2)を表面
処理することを特徴とする請求項5に記載の微細レジス
トパターン形成方法。
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