JP2766268B2 - パターン形成方法 - Google Patents
パターン形成方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は半導体装置の製造工程のリソグラフィー工程
に用いられるレジストのパターン形成方法に係わり、特
にシリル化プロセスにより、パターンを形成するパター
ン形成方法に関する。
に用いられるレジストのパターン形成方法に係わり、特
にシリル化プロセスにより、パターンを形成するパター
ン形成方法に関する。
（従来の技術） 半導体技術の進歩とともに半導体装置ひいては半導体
素子の高速化、高集積化が進められてきている。それに
伴いパターン微細化の必要性は増々高くなり、パターン
寸法も高精度化が要求されるようになっている。現在の
プロセスでは感光性ポリマー（レジスト）パターンをマ
スクとしてRIEにより、下地薄膜をエッチングするため
リソグラフィー技術においては、段差のある素子表面に
微細なレジストパターンを高アスペクト比でかつ寸法精
度よく形成することが要求される。光リソグラフィー技
術において従来の単層プロセスは、これらの要求に応じ
ることは難しくそのため多層レジストプロセスの意味が
ますます重要なものになってきた。
素子の高速化、高集積化が進められてきている。それに
伴いパターン微細化の必要性は増々高くなり、パターン
寸法も高精度化が要求されるようになっている。現在の
プロセスでは感光性ポリマー（レジスト）パターンをマ
スクとしてRIEにより、下地薄膜をエッチングするため
リソグラフィー技術においては、段差のある素子表面に
微細なレジストパターンを高アスペクト比でかつ寸法精
度よく形成することが要求される。光リソグラフィー技
術において従来の単層プロセスは、これらの要求に応じ
ることは難しくそのため多層レジストプロセスの意味が
ますます重要なものになってきた。
前記多層レジストによる方法は多層にすることにより
レジストに課せられた役割を分担させようというもので
ある。すなわち、この方法はまず２〜３μｍ厚にレジス
ト層を設け、素子表面段差を平坦化するとともに下地か
らの反射光を吸収させるようにする。この上に高解像力
レジストでパターニングを行なうことにより、下地から
分離された理想的条件下で露光現像を行うことができ高
解像で寸法精度のよいパターンが形成されるというもの
である。
レジストに課せられた役割を分担させようというもので
ある。すなわち、この方法はまず２〜３μｍ厚にレジス
ト層を設け、素子表面段差を平坦化するとともに下地か
らの反射光を吸収させるようにする。この上に高解像力
レジストでパターニングを行なうことにより、下地から
分離された理想的条件下で露光現像を行うことができ高
解像で寸法精度のよいパターンが形成されるというもの
である。
以上が多層レジストの基本的な方法であるが、より具
体的な方法は層の数、下層へのパターン転写方法より多
岐にわたる。代表的な多層プロセスとしては上下レジス
ト層間に中間層を設けた３層レジスト法がある。この３
層レジスト法は上層から中間層および中間層から下層へ
のパターン転写は２段階のリアクティブイオンエッチン
グ（以下RIEと略す。）により行う。ここでは中間層は
上下層レジスト間の相互作用防止と下層レジストRIEに
耐圧をもたせる２つの役割をになう。そのため中間層の
材料は回転塗布法で成膜可能なS.O.G（Spin On Glass:
有機シリコンガラス）が最もよく用いられている。この
方法はその他の技術にくらべかなり安定したプロセスで
あるが、RIEが２度にわたるなど工程がかなり複雑であ
り、量産を目的とした実用化には適さない。そこで工程
の簡略化が大きな課題となり様々なプロセスが検討され
ている。その有望な技術のひとつにシリル化プロセスが
ある。シリル化プロセスは単層レジストで上述の３層レ
ジストにおける機能を実現するもので、究極的かつ理想
的なレジストプロセスと言えるものである。
体的な方法は層の数、下層へのパターン転写方法より多
岐にわたる。代表的な多層プロセスとしては上下レジス
ト層間に中間層を設けた３層レジスト法がある。この３
層レジスト法は上層から中間層および中間層から下層へ
のパターン転写は２段階のリアクティブイオンエッチン
グ（以下RIEと略す。）により行う。ここでは中間層は
上下層レジスト間の相互作用防止と下層レジストRIEに
耐圧をもたせる２つの役割をになう。そのため中間層の
材料は回転塗布法で成膜可能なS.O.G（Spin On Glass:
有機シリコンガラス）が最もよく用いられている。この
方法はその他の技術にくらべかなり安定したプロセスで
あるが、RIEが２度にわたるなど工程がかなり複雑であ
り、量産を目的とした実用化には適さない。そこで工程
の簡略化が大きな課題となり様々なプロセスが検討され
ている。その有望な技術のひとつにシリル化プロセスが
ある。シリル化プロセスは単層レジストで上述の３層レ
ジストにおける機能を実現するもので、究極的かつ理想
的なレジストプロセスと言えるものである。
特開昭61−107346によれば代表的なシリル化プロセス
は第２図（ａ）〜（ｄ）の工程断面図に示される如きも
のが知られている。すなわち、基材（１）表面に感光性
樹脂層（２）を塗布する（第２図（ａ））。次いでマス
ク（３）を介し、紫外線などの露光線（４）により露光
を行ない、前記感光性樹脂層（２）に露光部（５）を作
る（第２図（ｂ））。この露光部（５）に対し、珪素化
合物を選択的に吸収させて前記樹脂層（２）表面にシリ
ル化層（６）を形成する（第２図（ｃ））。続いて反応
性イオンエッチング等のエッチングにより、前記感光性
樹脂層（２）の非露光部を除去し、パターンを得る（第
２図（ｄ））。
は第２図（ａ）〜（ｄ）の工程断面図に示される如きも
のが知られている。すなわち、基材（１）表面に感光性
樹脂層（２）を塗布する（第２図（ａ））。次いでマス
ク（３）を介し、紫外線などの露光線（４）により露光
を行ない、前記感光性樹脂層（２）に露光部（５）を作
る（第２図（ｂ））。この露光部（５）に対し、珪素化
合物を選択的に吸収させて前記樹脂層（２）表面にシリ
ル化層（６）を形成する（第２図（ｃ））。続いて反応
性イオンエッチング等のエッチングにより、前記感光性
樹脂層（２）の非露光部を除去し、パターンを得る（第
２図（ｄ））。
以上が代表的なシリル化プロセスによるパターン形成
方法であるが前記従来のシリル化プロセスでは、露光部
のみならず未露光部も前記シリル化層（６）よりその程
度は少ないがその表層（6a）がシリル化され、このため
パターンの選択性が悪く、実用に供することは難しいと
いう問題があった。
方法であるが前記従来のシリル化プロセスでは、露光部
のみならず未露光部も前記シリル化層（６）よりその程
度は少ないがその表層（6a）がシリル化され、このため
パターンの選択性が悪く、実用に供することは難しいと
いう問題があった。
（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記した従来のシリル化処理によるパター
ン形成方法では、露光部のみならず光露光部もシリル化
され、このためパターンの選択性が悪く、良好なパター
ンが得られないという問題を解決するためになされたも
のであり、感光性樹脂層の所望の領域のみを選択的にシ
リル化して良好なパターンを得ることを目的とする。
ン形成方法では、露光部のみならず光露光部もシリル化
され、このためパターンの選択性が悪く、良好なパター
ンが得られないという問題を解決するためになされたも
のであり、感光性樹脂層の所望の領域のみを選択的にシ
リル化して良好なパターンを得ることを目的とする。
（課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するために感光性樹脂層の露
光の前あるいは後に前記感光性樹脂層を塩基性物質で処
理する工程を設け、その後シリル化処理を行なうように
したことを特徴とする。
光の前あるいは後に前記感光性樹脂層を塩基性物質で処
理する工程を設け、その後シリル化処理を行なうように
したことを特徴とする。
（作用） 本発明による作用について以下説明する。
レジスト等の感光性樹脂層に含まれる光活性物質であ
るジアゾキノン誘導体は、光を照射することで、ケテン
となりこのケテンがさらに空気中の水と反応してカルボ
ン酸となる。このカルボン酸は前記感光性樹脂層に含ま
れるポリマー中の−OH基と水素結合を起こす。また、前
記カルボン酸は加熱により脱水縮重反応を起こしてエス
テルとなる。これらカルボン酸の水素結合や脱水縮合反
応の現像は、前記ポリマー中への珪素化合物の吸収やポ
リマーと珪素化合物の反応を妨げる方向に働く。
るジアゾキノン誘導体は、光を照射することで、ケテン
となりこのケテンがさらに空気中の水と反応してカルボ
ン酸となる。このカルボン酸は前記感光性樹脂層に含ま
れるポリマー中の−OH基と水素結合を起こす。また、前
記カルボン酸は加熱により脱水縮重反応を起こしてエス
テルとなる。これらカルボン酸の水素結合や脱水縮合反
応の現像は、前記ポリマー中への珪素化合物の吸収やポ
リマーと珪素化合物の反応を妨げる方向に働く。
このように感光性樹脂層中にカルボン酸が多く存在し
ていると、シリル化した後、露光部と非露光部の選択性
が悪く良好なパターンが得られない。
ていると、シリル化した後、露光部と非露光部の選択性
が悪く良好なパターンが得られない。
従って、本発明では前記カルボン酸が塩基性物質によ
り脱炭酸反応を生じることを利用し、露光した後の感光
性樹脂層を塩基性物質で処理することにより、前記感光
性樹脂層中のカルボン酸を分解し、ポリマーと硅素化合
物の反応を妨げる方向に働く水素結合を決断すること
で、その後の前記感光性樹脂層中への珪素化合物の吸収
をすみやかに行なわせることを可能とし、高選択比で良
好なパターンを得ることができる。
り脱炭酸反応を生じることを利用し、露光した後の感光
性樹脂層を塩基性物質で処理することにより、前記感光
性樹脂層中のカルボン酸を分解し、ポリマーと硅素化合
物の反応を妨げる方向に働く水素結合を決断すること
で、その後の前記感光性樹脂層中への珪素化合物の吸収
をすみやかに行なわせることを可能とし、高選択比で良
好なパターンを得ることができる。
また、露光前に塩基性物質を感光性樹脂層中に吸収さ
せた場合でも露光時に生じるカルボン酸あるいはカルボ
ン酸塩が前記塩基性物質により速やかに分解する。従っ
てこの場合も前記感光性樹脂層中への珪素化合物の吸収
を速やかに行なえ、高選択比で良好なパターンを形成す
ることができる。
せた場合でも露光時に生じるカルボン酸あるいはカルボ
ン酸塩が前記塩基性物質により速やかに分解する。従っ
てこの場合も前記感光性樹脂層中への珪素化合物の吸収
を速やかに行なえ、高選択比で良好なパターンを形成す
ることができる。
（実施例） 以下、本発明による実施例を図面を用いて詳細に説明
する。
する。
実施例１ 第１図は、本発明による一実施例を示す工程断面図で
ある。ここで第２図と同一の部分は同一の符号を付して
示した。
ある。ここで第２図と同一の部分は同一の符号を付して
示した。
まず、第１図（ａ）に示すようにシリコンウェハー
（１）上に感光性樹脂層（２）を3500npmでスピンコー
トし、90℃,5分のベイキングを行った試料を用意した。
ここで、前記感光性樹脂層（２）をコーティングする前
にウェハーを予めヘキサメチルジシラザンの雰囲気中に
120秒さらし、接着性向上のための表面改質を行った。
また、前記感光性樹脂層（２）は、ノボラック樹脂8gと
光活性物質のナフトキノンジアジドを含む感光剤2gをエ
チルセロソルブアセテート23g中で溶解し、調整したも
のを用いた。
（１）上に感光性樹脂層（２）を3500npmでスピンコー
トし、90℃,5分のベイキングを行った試料を用意した。
ここで、前記感光性樹脂層（２）をコーティングする前
にウェハーを予めヘキサメチルジシラザンの雰囲気中に
120秒さらし、接着性向上のための表面改質を行った。
また、前記感光性樹脂層（２）は、ノボラック樹脂8gと
光活性物質のナフトキノンジアジドを含む感光剤2gをエ
チルセロソルブアセテート23g中で溶解し、調整したも
のを用いた。
次いで、第１図（ｂ）に示すように前記試料上にマス
ク（３）を設け、前記マスク（３）を介して、水銀ラン
プのｇ線（４）で露光し、選択的に0.5μｍ線幅のパタ
ーンとなる露光部（５）を形成した。ここで、この露光
工程は紫外線の他に可視光，遠紫外線,X線等の放射線、
または電子線，イオンビーム等の荷電粒子線等により行
ってもよい。
ク（３）を設け、前記マスク（３）を介して、水銀ラン
プのｇ線（４）で露光し、選択的に0.5μｍ線幅のパタ
ーンとなる露光部（５）を形成した。ここで、この露光
工程は紫外線の他に可視光，遠紫外線,X線等の放射線、
または電子線，イオンビーム等の荷電粒子線等により行
ってもよい。
さらにこの試料を塩基性物質としてアンモニアガスで
処理するためのチャンバー内に導入し、前記チャンバー
の内気を窒素で置換し、圧力を5Torr、温度を90℃に保
持してアンモニアガスを流した。この処理によって、前
記感光性樹脂層（２）に存在しているカルボン酸は、分
解される。また、ここでアンモニアガスの代わりにアン
モニアを含む溶液中に前記試料を導入するようにしても
よい。
処理するためのチャンバー内に導入し、前記チャンバー
の内気を窒素で置換し、圧力を5Torr、温度を90℃に保
持してアンモニアガスを流した。この処理によって、前
記感光性樹脂層（２）に存在しているカルボン酸は、分
解される。また、ここでアンモニアガスの代わりにアン
モニアを含む溶液中に前記試料を導入するようにしても
よい。
また、塩基性物質による処理は少なくとも60℃以上で
行った場合に良好な結果を得ることができる。その後、
前記チャンバーの内気を窒素で置換し、第１図（ｃ）に
示すように前記露光部（５）に選択的に珪素化合物を吸
収させて、シリル化層（6b）を形成する。
行った場合に良好な結果を得ることができる。その後、
前記チャンバーの内気を窒素で置換し、第１図（ｃ）に
示すように前記露光部（５）に選択的に珪素化合物を吸
収させて、シリル化層（6b）を形成する。
前記シリル化層（6b）は、アンモニアガスによる処理
を行っているので、前記感光性樹脂層（２）の非露光領
域（5a）にはほとんど形成されない。従ってその後第１
図（ｄ）に示すように反応性イオンエッチング等のエッ
チングにより前記非露光領域（5a）を選択的に除去し、
表層にSiO2層（７）が形成された所望の0.5μｍのネガ
パターンを得ることができる。
を行っているので、前記感光性樹脂層（２）の非露光領
域（5a）にはほとんど形成されない。従ってその後第１
図（ｄ）に示すように反応性イオンエッチング等のエッ
チングにより前記非露光領域（5a）を選択的に除去し、
表層にSiO2層（７）が形成された所望の0.5μｍのネガ
パターンを得ることができる。
また、従来の代表的なシリル化プロセスでは、パター
ンに洲が形成されていたが、この実施例では全く形成さ
れなかった。これは、塩基性物質の処理によりシリル化
の時に露光部へシリコンが吸収されやすくなりシリコン
の密度が高くなり、SiO2層（７）の硬化の程度が向上し
たためと考えられる。
ンに洲が形成されていたが、この実施例では全く形成さ
れなかった。これは、塩基性物質の処理によりシリル化
の時に露光部へシリコンが吸収されやすくなりシリコン
の密度が高くなり、SiO2層（７）の硬化の程度が向上し
たためと考えられる。
ここで、前記非露光領域（5a）のエッチングは平行平
板電極を有し、その一方に試料を配置した減圧容器に酸
素ガスを導入するとともに前記電極間に高周波電圧を印
加し、酸素プラズマを生成せしめることにより行った。
板電極を有し、その一方に試料を配置した減圧容器に酸
素ガスを導入するとともに前記電極間に高周波電圧を印
加し、酸素プラズマを生成せしめることにより行った。
実施例２ この実施例では、感光性樹脂層としてナフトキノンジ
アジドを含む感光剤とポリマーであるポリビニルフェノ
ールをエチルセロソルブアセテート中で溶解し調整した
ものを用いた。
アジドを含む感光剤とポリマーであるポリビニルフェノ
ールをエチルセロソルブアセテート中で溶解し調整した
ものを用いた。
この感光性樹脂層を実施例１と同様にシリコンウェハ
ーに塗布した後、露光する。
ーに塗布した後、露光する。
その後、、窒素雰囲気中で塩基性物質としてイミダゾ
ールを用い、前記感光性樹脂層に存在するカルボン酸を
分解せしめた。その後、実施例１と全く同様にしてヘキ
サメチルジシラザンのガスによりシリル化処理を行なっ
た後、酸素の反応性イオンエッチングを行ない0.5μｍ
のパターンを高精度に得ることができた。
ールを用い、前記感光性樹脂層に存在するカルボン酸を
分解せしめた。その後、実施例１と全く同様にしてヘキ
サメチルジシラザンのガスによりシリル化処理を行なっ
た後、酸素の反応性イオンエッチングを行ない0.5μｍ
のパターンを高精度に得ることができた。
本発明は、上記実施例１および実施例２に限定される
ものではなく、種々変形して適用することが可能であ
る。
ものではなく、種々変形して適用することが可能であ
る。
すなわち、例えば前記実施例では露光後に試料を塩基
性物質で処理したが、露光前に前記試料を塩基性物質で
処理しその後、露光を行ってもよく、これでも同様の効
果があることが確認された。
性物質で処理したが、露光前に前記試料を塩基性物質で
処理しその後、露光を行ってもよく、これでも同様の効
果があることが確認された。
また、塩基性物質としては、上記実施例の他に （ここでＲはアルキル基またはアリール基） 等のアミンであれで何でもよく、また、イミダゾール，
ジメチルアミン，トリメチルアミンあるいはこれらの誘
導体で上記の化合物の少なくとも２種の混合物であって
もよい。
ジメチルアミン，トリメチルアミンあるいはこれらの誘
導体で上記の化合物の少なくとも２種の混合物であって
もよい。
さらにまた、感光性樹脂層のポリマーとしてはクレゾ
ールノボラック系樹脂，キシレゾールノボラック樹脂，
ビニルフェノール系樹脂等を用いることができる。
ールノボラック系樹脂，キシレゾールノボラック樹脂，
ビニルフェノール系樹脂等を用いることができる。
以上述べたように本発明によれば感光性樹脂層を塩基
性物質で処理するので前記感光性樹脂層中のカルボン酸
を分解することができ、その後のシリル化処理を良好に
行なえ、従って精度良くパターンを形成することができ
る。
性物質で処理するので前記感光性樹脂層中のカルボン酸
を分解することができ、その後のシリル化処理を良好に
行なえ、従って精度良くパターンを形成することができ
る。
第１図は、本発明の一実施例を示す工程断面図、第２図
は従来例を説明するための工程断面図である。 １……基材、２……感光性樹脂層、３……マスク、４…
…紫外線、5,5a……露光部、6,6a,6b……シリル化層、
７……SiO2層。
は従来例を説明するための工程断面図である。 １……基材、２……感光性樹脂層、３……マスク、４…
…紫外線、5,5a……露光部、6,6a,6b……シリル化層、
７……SiO2層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６９Ｈ ５６５
Claims (6)
- 【請求項１】光活性物質と混合または結合させたポリマ
ーを含む感光性樹脂層を基材に塗布する工程と、可視光
・紫外線・遠紫外線・Ｘ線等の放射線または電子線・イ
オンビーム等の荷電粒子線により前記感光性樹脂層の所
望領域を露光する工程と、前記感光性樹脂層の露光量に
応じて選択的に硅素化合物を吸収させる工程と、前記感
光性樹脂層の硅素吸収量の少ない部分を選択エッチング
により選択的に除去し、所望のパターンを得るパターン
形成方法において、前記感光性樹脂層を露光する工程と
硅素化合物を吸収させる工程の間あるいは前記感光性樹
脂層を基材に塗布する工程と露光する工程の間に前記感
光性樹脂層を塩基性物質で処理する工程を含むことを特
徴とするパターン形成方法。 - 【請求項２】前記塩基性物質はアミンであることを特徴
とする請求項１記載のパターン形成方法。 - 【請求項３】前記塩基性物質はアンモニア，イミダゾー
ル，ジメチルアミン，トリメチルアミンあるいはこれら
の誘導体で上記化合物の少なくとも１種類を含むことを
特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。 - 【請求項４】前記塩基性物質による処理を少なくとも60
℃以上で行うことを特徴とする請求項１記載のパターン
形成方法。 - 【請求項５】前記感光性樹脂層にポリマー中に水酸基を
有し、かつ光活性物質として光照射によりカルボン酸が
生成するものが少なくとも含まれていることを特徴とす
る請求項１記載のパターン形成方法。 - 【請求項６】前記感光性樹脂層中のポリマー：光活性物
質の重量組成比がほぼ4:1であることを特徴とする請求
項１記載のパターン形成方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19711888A JP2766268B2 (ja) | 1988-08-09 | 1988-08-09 | パターン形成方法 |
| EP89114657A EP0354536B1 (en) | 1988-08-09 | 1989-08-08 | Pattering method |
| DE68927989T DE68927989T2 (de) | 1988-08-09 | 1989-08-08 | Bilderzeugungsverfahren |
| KR1019890011326A KR940007054B1 (ko) | 1988-08-09 | 1989-08-09 | 패턴형성방법 |
| US07/990,822 US5407786A (en) | 1988-08-09 | 1992-12-14 | Method of forming a mask on a semiconductor substrate via photosensitive resin deposition, ammonia treatment and selective silylation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19711888A JP2766268B2 (ja) | 1988-08-09 | 1988-08-09 | パターン形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0247659A JPH0247659A (ja) | 1990-02-16 |
| JP2766268B2 true JP2766268B2 (ja) | 1998-06-18 |
Family
ID=16369033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19711888A Expired - Fee Related JP2766268B2 (ja) | 1988-08-09 | 1988-08-09 | パターン形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2766268B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR970002427B1 (en) * | 1994-01-14 | 1997-03-05 | Lg Semicon Co Ltd | Fine patterning method of photoresist film |
-
1988
- 1988-08-09 JP JP19711888A patent/JP2766268B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0247659A (ja) | 1990-02-16 |
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