JP2872298B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2872298B2 JP1286450A JP28645089A JP2872298B2 JP 2872298 B2 JP2872298 B2 JP 2872298B2 JP 1286450 A JP1286450 A JP 1286450A JP 28645089 A JP28645089 A JP 28645089A JP 2872298 B2 JP2872298 B2 JP 2872298B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [概要] 半導体装置の製造方法、特に凹凸の大きい被エッチン
グ層をエッチングするのに適した多層レジスト技術に関
し、 段差のある被エッチング層に対して、シフトすること
なく設計寸法通りのパターンでエッチングすることがで
きる半導体装置の製造方法を提供することを目的とし、 被エッチング層を平坦化する平坦化層を形成する第1
工程と、前記平坦化層上に所定形状にパターニングされ
たマスク層を形成する第2工程と、前記マスク層をマス
クとして前記平坦化層を途中までエッチングする第3工
程と、前記平坦化層のエッチングガスに耐性のある耐性
層を全面に堆積する第4工程と、異方性エッチングする
ことにより前記耐性層を前記平坦化層の側壁に残すこと
により、前記第3工程で削られた前記マスク層の目減り
を回復補正する第4工程と、前記マスク層と、前記平坦
化層の側壁上の耐性層をマスクとして前記平坦化層をエ
ッチングする工程とを有するように構成する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a multilayer resist technique suitable for etching a layer to be etched having large irregularities. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device which can be etched with a pattern according to dimensions.
A second step of forming a mask layer patterned into a predetermined shape on the flattening layer, a third step of etching the flattening layer halfway using the mask layer as a mask, A fourth step of depositing a resistance layer having resistance to an etching gas on the entire surface, and the mask shaved in the third step by anisotropically etching to leave the resistance layer on a side wall of the planarization layer. A fourth step of recovering and correcting the loss of the layer; and a step of etching the flattening layer using the mask layer and a resistant layer on a sidewall of the flattening layer as a mask.

[産業上の利用分野] 本発明は半導体装置の製造方法、特に凹凸の大きい被
エッチング層をエッチングするのに適した多層レジスト
技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a multilayer resist technique suitable for etching a layer to be etched having large irregularities.

半導体集積回路の微細化及び複雑化にともない、エッ
チングされる層が平坦でなく大きな凹凸形状となる場合
が多くなってきた。このような凹凸の大きい被エッチン
グ層を正確な微細形状にパターニングするために開発さ
れたのが多層レジスト技術である。
2. Description of the Related Art As a semiconductor integrated circuit becomes finer and more complicated, a layer to be etched is often not flat but has a large uneven shape. The multilayer resist technology has been developed to pattern such an etched layer having large irregularities into an accurate fine shape.

[従来の技術] 従来の多層レジスト技術による半導体装置の製造方法
を第3図に示す。
[Prior Art] FIG. 3 shows a method of manufacturing a semiconductor device by a conventional multilayer resist technique.

まず、エッチングされるべき半導体基板、層間絶縁
層、導電性金属層等の被エッチング層10上に、段差を平
坦化するために例えばレジストの厚さ4.0μmの平坦化
層12を塗布する。続いて平坦化層12上に厚さ0.2μmの
レジスト層14を塗布する(第3図(a))。
First, a flattening layer 12 having a resist thickness of, for example, 4.0 μm is applied on a layer 10 to be etched such as a semiconductor substrate to be etched, an interlayer insulating layer, a conductive metal layer, or the like in order to flatten a step. Subsequently, a resist layer 14 having a thickness of 0.2 μm is applied on the flattening layer 12 (FIG. 3A).

次に、上層のレジスト層14を例えば電子ビーム露光
し、上層のレジスト層14のみをエッチングして所定形状
にパターニングする(第3図(b))。
Next, the upper resist layer 14 is exposed to, for example, an electron beam, and only the upper resist layer 14 is etched and patterned into a predetermined shape (FIG. 3B).

次に、パターニングされたレジスト層14をマスクとし
て、酸素の反応性イオンエッチングにより平坦化層12を
異方性エッチングする(第3図(c))。
Next, using the patterned resist layer 14 as a mask, the planarizing layer 12 is anisotropically etched by reactive ion etching of oxygen (FIG. 3C).

このように多層レジスト技術によれば、平坦化層上の
レジスト層を正確にパターニングし、そのパターニング
されたレジスト層をマスクとして厚い平坦化層をエッチ
ングするようにしているので、被エッチング層に大きな
段差があっても微細なマスクを形成することができる。
As described above, according to the multilayer resist technique, the resist layer on the flattening layer is accurately patterned, and the thick flattening layer is etched using the patterned resist layer as a mask. Even if there is a step, a fine mask can be formed.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、従来の多層レジスト技術では、平坦化
層12を反応性イオンエッチングする際に、マスクである
レジスト層14も物理的スパッタ作用により縁部から削れ
てしまい、第3図(c)に示すように、最終的に平坦化
層12のパターンが設計寸法から長さaずつシフトしてし
まうという問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional multilayer resist technology, when the planarization layer 12 is subjected to reactive ion etching, the resist layer 14 as a mask is also scraped off from the edge by a physical sputtering action, As shown in FIG. 3 (c), there is a problem that the pattern of the planarizing layer 12 eventually shifts by a length a from the design dimension.

本発明の目的は、段差のある被エッチング層に対し
て、シフトすることなく設計寸法通りのパターンでエッ
チングすることができる半導体装置の製造方法を提供す
ることにある。
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can etch a layer to be etched having a step with a pattern according to design dimensions without shifting.

[課題を解決するための手段] 上記目的は、被エッチング層を平坦化する平坦化層を
形成する第1工程と、前記平坦化層上に所定形状にパタ
ーニングされたマスク層を形成する第2工程と、前記マ
スク層をマスクとして前記平坦化層を途中までエッチン
グする第3工程と、前記平坦化層のエッチングガスに耐
性のある耐性層を全面に堆積する第4工程と、異方性エ
ッチングすることにより前記耐性層を前記平坦化層の側
壁に残すことにより、前記第3工程で削られた前記マス
ク層の目減りを回復補正する第4工程と、前記マスク層
と、前記平坦化層の側壁上の耐性層をマスクとして前記
平坦化層をエッチングする工程とを有することを特徴と
する半導体装置の製造方法によって達成される。
[Means for Solving the Problems] The object is to provide a first step of forming a flattening layer for flattening a layer to be etched, and a second step of forming a mask layer patterned in a predetermined shape on the flattening layer. A third step of partially etching the flattening layer using the mask layer as a mask, a fourth step of depositing a resistance layer having resistance to an etching gas for the flattening layer on the entire surface, and anisotropic etching. A fourth step of recovering and correcting the loss of the mask layer removed in the third step by leaving the resistant layer on the side wall of the planarization layer, Etching the flattening layer using the resistive layer on the side wall as a mask.

[作用] 本発明によれば、平坦化層のエッチングによるシフト
量を側壁に残った耐性膜で補正して設計寸法通りの配線
パターン、スルーホールパターン等を形成する。
[Operation] According to the present invention, the shift amount due to the etching of the flattening layer is corrected by the resistive film remaining on the side wall to form a wiring pattern, a through-hole pattern and the like as designed.

[実施例] 本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を第1
図を用いて説明する。第3図と同一の構成要素には同一
の符号を付して説明を簡略又は省略する。
Embodiment A method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention
This will be described with reference to the drawings. The same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be simplified or omitted.

本実施例は多層レジスト技術の二層レジスト法に本発
明を適用したものである。
In this embodiment, the present invention is applied to a two-layer resist method of a multilayer resist technique.

まず、エッチングされるべき半導体基板、層間絶縁
層、導電性金属層等の被エッチング層10上に、例えばレ
ジスト(NPR−820:長瀬産業製)の厚さ4.0μmの平坦化
層12を塗布する。塗布後、約300℃に加熱し平坦化層12
表面が平らになるようにする。続いて平坦化層12上に厚
さ0.2μmのレジスト層14を塗布する。このレジスト層1
4は例えばSiを含む高分子材料であるポリ・メチル・シ
スセスキオキサ(PMSS)により構成する。続いて、レジ
スト層14に電子ビーム露光した後に現像して所定形状に
パターニングする(第1図(a))。
First, a flattening layer 12 of, for example, a resist (NPR-820: manufactured by Nagase & Co., Ltd.) having a thickness of 4.0 μm is applied on a layer 10 to be etched such as a semiconductor substrate to be etched, an interlayer insulating layer, and a conductive metal layer. . After application, heat to about 300 ° C and planarize layer 12
Make the surface flat. Subsequently, a resist layer 14 having a thickness of 0.2 μm is applied on the flattening layer 12. This resist layer 1
4 is made of, for example, polymethylcissesquioxa (PMSS) which is a polymer material containing Si. Subsequently, the resist layer 14 is exposed to an electron beam, developed, and patterned into a predetermined shape (FIG. 1A).

次に、パターニングされたレジスト層14をマスクとし
て、酸素の反応性イオンエッチングにより平坦化層12を
途中まで異方性エッチングする。O2ガス流量が400SCC
M、0.03Torr、3.8W/cm2の条件でエッチングを行う。こ
のとき、従来と同様にレジスト層14が削れて長さaだけ
シフトする(第1図(b))。
Next, using the patterned resist layer 14 as a mask, the planarizing layer 12 is anisotropically etched halfway by oxygen reactive ion etching. O 2 gas flow rate is 400SCC
Etching is performed under the conditions of M, 0.03 Torr, and 3.8 W / cm 2 . At this time, the resist layer 14 is scraped off and shifted by a length a as in the conventional case (FIG. 1B).

次に、酸素の反応性エッチングに耐性のある耐性膜と
して、SiO2膜16をCVD法により全面に堆積させる(第1
図(c))。このとき、SiO2膜16は、エッチングされた
平坦化層12の側壁にも堆積する。レジスト層14のシフト
長aを補正する厚さだけ、側壁に付着するようにSiO2
16を形成する。例えば、SiH4流量を6SCCM、N2O流量を26
0SCCM、N2流量を50SCCMで、0.25W/cm2、200℃の条件でS
iO2膜16を堆積させる。
Next, an SiO 2 film 16 is deposited on the entire surface by a CVD method as a resistant film resistant to oxygen reactive etching (first method).
Figure (c). At this time, the SiO 2 film 16 is also deposited on the side wall of the etched planarization layer 12. The SiO 2 film is adhered to the side wall by a thickness that corrects the shift length a of the resist layer 14.
Form 16. For example, a SiH 4 flow rate of 6 SCCM and an N 2 O flow rate of 26
0 SCCM, and N 2 flow rate 50 SCCM, S under the conditions of 0.25W / cm 2, 200 ℃
An iO 2 film 16 is deposited.

次に、CF4系ガスにより全面に反応性イオンエッチン
グを行ってSiO2膜16を平坦化層12の側壁だけに残す(第
1図(d))。例えば、CF4ガスが100SCCM、0.3Torr、
4.5W/cm2の条件で反応性イオンエッチングを行う。レジ
スト層14と側壁に残ったSiO2膜16とを合わせて、設計寸
法通りのマスクが形成されることになる。
Next, reactive ion etching is performed on the entire surface with a CF 4 -based gas to leave the SiO 2 film 16 only on the side wall of the planarization layer 12 (FIG. 1D). For example, CF 4 gas is 100 SCCM, 0.3 Torr,
Reactive ion etching is performed under the condition of 4.5 W / cm 2 . By combining the resist layer 14 and the SiO 2 film 16 remaining on the side walls, a mask having the designed dimensions is formed.

次に、レジスト層14と側壁に残ったSiO2膜16をマスク
として、酸素の反応性イオンエッチングにより平坦化層
12を最後までエッチング(第1図(e))。レジスト層
14がシフトした長さaを側壁のSiO2膜16で補正すること
により、設計寸法通りに平坦化層12がエッチングされ
る。
Next, using the resist layer 14 and the SiO 2 film 16 remaining on the side walls as a mask, a planarizing layer is formed by reactive ion etching of oxygen.
12 is etched to the end (FIG. 1 (e)). Resist layer
By correcting the length a shifted by 14 with the SiO 2 film 16 on the side wall, the flattening layer 12 is etched according to the design dimensions.

このように本実施例によれば、平坦化層のエッチング
によるレジスト層のシフト量をSiO2膜で補正して設計寸
法通りのパターンを形成することができる。
As described above, according to the present embodiment, the shift amount of the resist layer due to the etching of the flattening layer can be corrected by the SiO 2 film to form a pattern as designed.

本発明の他の実施例による半導体装置の製造方法を第
2図を用いて説明する。第1図と同一の構成要素には同
一の符号を付して説明を簡略にする。
A method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description will be simplified.

本実施例は多層レジスト技術の三層レジスト法に本発
明を適用したものである。
In this embodiment, the present invention is applied to a three-layer resist method of a multilayer resist technique.

まず、被エッチング層10上に例えばレジスト(NPR−8
20:長瀬産業製)の厚さ4.0μmの平坦化層12を形成す
る。続いて、平坦化層12に厚さ0.2μmの例えばOLD7F11
2(東京応化製)の中間層18を形成する。次に、中間層1
8上にNPR−820の上層のレジスト層20を形成し、光露光
及び現像により所定形状にパターニングする(第2図
(a))。
First, for example, a resist (NPR-8
20: Nagase & Co., Ltd.) and a flattening layer 12 having a thickness of 4.0 μm. Subsequently, a 0.2 μm-thick, for example, OLD7F11
2 (manufactured by Tokyo Ohka) is formed. Next, middle layer 1
A resist layer 20, which is the upper layer of NPR-820, is formed on 8 and patterned into a predetermined shape by light exposure and development (FIG. 2 (a)).

次に、パターニングされたレジスト層20をマスクとし
て、中間層18をエッチングする(第2図(b))。CF4
ガス流量が100SCCM、0.3Torr、5W/cm2の条件で中間層18
をパターニングする。
Next, using the patterned resist layer 20 as a mask, the intermediate layer 18 is etched (FIG. 2B). CF 4
Under the conditions of a gas flow rate of 100 SCCM, 0.3 Torr, 5 W / cm 2 , the intermediate layer 18
Is patterned.

次に、パターニングされた中間層18をマスクとして酸
素の反応性イオンエッチングにより平坦化層12を途中ま
で異方性エッチングする。このとき、中間層18が削れて
長さaだけシフトする(第2図(c))。
Next, the planarizing layer 12 is anisotropically etched halfway by reactive ion etching of oxygen using the patterned intermediate layer 18 as a mask. At this time, the intermediate layer 18 is scraped and shifted by the length a (FIG. 2 (c)).

その後は第1図の実施例と同様に、CVD法により全面
にSiO2膜16を堆積させた(第2図(d))後、CF4系ガ
スにより全面に反応性イオンエッチングを行ってSiO2
16を平坦化層12の側壁に残し(第2図(e))、中間層
18のシフトをSiO2膜16で補正する。続いて、中間層18と
側壁に残ったSiO2膜16をマスクとして、酸素の反応性イ
オンエッチングにより平坦化層12を最後までエッチング
する(第2図(f))。
Thereafter, as in the embodiment of FIG. 1, an SiO 2 film 16 is deposited on the entire surface by the CVD method (FIG. 2 (d)), and reactive ion etching is performed on the entire surface with a CF 4 -based gas. 2 membrane
16 is left on the side wall of the planarizing layer 12 (FIG. 2 (e)),
The shift of 18 is corrected by the SiO 2 film 16. Subsequently, using the intermediate layer 18 and the SiO 2 film 16 remaining on the side walls as a mask, the planarization layer 12 is etched to the end by reactive ion etching of oxygen (FIG. 2 (f)).

このように本実施例によれば、平坦化層のエッチング
による中間層のシフト量をSiO2膜で補正して設計寸法通
りのパターンを形成することができる。
As described above, according to the present embodiment, the shift amount of the intermediate layer due to the etching of the flattening layer can be corrected by the SiO 2 film to form a pattern as designed.

本発明は上記実施例に限らず種々の変形が可能であ
る。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.

例えば、上記実施例では耐性層をSiO2層で構成した
が、平坦化層のエッチングガスに耐性のあるものであれ
ば、PSG膜などの他の材料層でもよい。
For example, in the above-described embodiment, the resistance layer is formed of the SiO 2 layer, but another material layer such as a PSG film may be used as long as the layer has resistance to the etching gas for the flattening layer.

また、平坦化層が厚いため、マスク層と側壁上の耐性
層をマスクとして平坦化層をエッチングしたときにもマ
スクが削れてシフトする場合には、平坦化層のエッチン
グを途中で停止し、全面に第2の耐性層を形成し、異方
性エッチングにより側壁に残した第2の耐性層で補正
し、マスク層と側壁上の第2の耐性層とをマスクとして
平坦化層をエッチングするようにしてもよい。
In addition, since the flattening layer is thick, if the mask is scraped and shifted even when the flattening layer is etched using the resist layer on the mask layer and the side wall as a mask, the etching of the flattening layer is stopped halfway, A second resistant layer is formed on the entire surface, corrected by the second resistant layer left on the side wall by anisotropic etching, and the planarization layer is etched using the mask layer and the second resistant layer on the side wall as a mask. You may do so.

[発明の効果] 以上の通り、本発明によれば、段差のある被エッチン
グ層に対して、シフトすることなく設計寸法通りのパタ
ーンでエッチングすることができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, an etching target layer having a step can be etched in a pattern according to design dimensions without shifting.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図の本発明の一実施例による半導体装置の製造方法
の工程図、 第2図は本発明の他の実施例による半導体装置の製造方
法の工程図、 第3図は従来の半導体装置の製造方法の工程図である。 図において、 10……被エッチング層 12……平坦化層 14……レジスト層 16……SiO2膜 18……中間層 20……レジスト層
FIG. 1 is a process diagram of a method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a process diagram of a method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention, and FIG. It is a process drawing of a manufacturing method. In the figure, 10 ... layer to be etched 12 ... planarization layer 14 ... resist layer 16 ... SiO 2 film 18 ... intermediate layer 20 ... resist layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/302 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/302

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】被エッチング層を平坦化する平坦化層を形
成する第1工程と、 前記平坦化層上に所定形状にパターニングされたマスク
層を形成する第2工程と、 前記マスク層をマスクとして前記平坦化層を途中までエ
ッチングする第3工程と、 前記平坦化層のエッチングガスに耐性のある耐性層を全
面に堆積する第4工程と、 異方性エッチングすることにより前記耐性層を前記平坦
化層の側壁に残すことにより、前記第3工程で削られた
前記マスク層の目減りを回復補正する第4工程と、 前記マスク層と、前記平坦化層の側壁上の耐性層をマス
クとして前記平坦化層をエッチングする工程と を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first step of forming a flattening layer for flattening a layer to be etched; a second step of forming a mask layer patterned into a predetermined shape on the flattening layer; and masking the mask layer. A third step of partially etching the flattening layer, a fourth step of depositing a resistance layer having a resistance to an etching gas for the flattening layer over the entire surface, and forming the resistance layer by anisotropic etching. A fourth step of recovering and correcting the loss of the mask layer shaved in the third step by leaving it on the side wall of the flattening layer; and using the resist layer on the side wall of the mask layer and the flattening layer as a mask. Etching the flattening layer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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