JP2985884B1 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】より微細なパターンを比較的少ない工程数で製
造可能な半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】半導体基板１上の被エッチング膜２上に残
しパターンのレジストマスク３を、露光、現像により選
択的に形成する。レジストマスク３のサイズは露光量を
調節することによって露光波長以下まで小さくする。次
にレジストマスク３を用いて、被エッチング膜２の上部
を一部エッチングする。次にレジストマスク３を除去
し、一部エッチングされた被エッチング膜２上にエッチ
ングマスク４を形成する。次にエッチングマスク４を被
エッチング膜２の上部が露出するまでエッチングする。
次にエッチングマスク４を用いて、被エッチング膜２を
エッチングし、その後エッチングマスク４を除去して被
エッチング膜２の抜きパターンを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特に光露光技術を用いた微細パターンの形成
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の製造において、パター
ン形成には主に光露光技術が用いられる。光露光技術は
基板上に感光性樹脂等の感光性材料（以下レジストと呼
ぶ）を塗布し、露光・現像することによって、パターン
を形成するものである。露光には一般に縮小投影露光機
が用いられる。その原理を説明すると、露光光源からで
た光が、回路パターンが描かれたマスクに入射し、その
透過光がレンズで縮小され、基板に投影される。基板に
形成することができる抜きパターンの最少サイズは、使
用した露光波長程度である。縮小投影露光機に特別な工
夫をすることにより、露光波長以下のサイズも形成する
ことができるが、微細な抜きパターンを形成すればする
ほど焦点深度が小さくなり、安定して微細パターンを形
成することができない。したがって、半導体集積回路量
産工場では、せいぜい露光波長程度の抜きパターンしか
形成していない。

【０００３】図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃは、従来の一
製造方法を説明するために工程順に示した概略断面図で
ある。

【０００４】この従来の方法においては、まず、図２Ａ
に示すように、半導体基板５上に形成された被エッチン
グ膜６上にレジスト層７を形成し、その後、このレジス
ト層７を露光、現像することにより抜きパターンを形成
する。その後、図２Ｂに示すように、抜きパターンが形
成されたレジスト層７をマスクにして被エッチング膜６
をエッチングして被エッチング膜６に抜きパターンを形
成し、その後、図２Ｃに示すようにレジスト膜７を除去
する。

【０００５】このように、被エッチング膜６上に塗布さ
れたレジスト層７を露光、現像することにより、抜きパ
ターンを得ているが、露光用にｉ線ステッパーを用いた
場合、精度良く形成することができる抜きパターンのサ
イズはせいぜい０．３５μｍ程度である。

【０００６】このように抜きパターンのサイズを制御す
るのは困難であるが、一方で残しパターンはサイズを制
御するのが容易である。これを利用して残しパターンを
抜きパターンに反転する方法が提案されている（特開平
１−９４６２２号公報参照）。

【０００７】図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ、図３
Ｅ、図３Ｆ、図３Ｇおよび図３Ｈは、この従来の方法を
説明するために工程順に示した概略断面図である。

【０００８】この従来の方法においては、まず、図３Ａ
に示すように、半導体基板１６上に形成された被エッチ
ング膜１７上に、順次、有機膜８と、ＳＯＧ（スピンオ
ングラス：Spin On Glass ）中間膜９と、フォトレジス
トなどのレジスト膜１０を堆積し３層レジスト層を形成
する。

【０００９】次に、図３Ｂに示すように、被エッチング
膜１７に形成すべき抜きパターンの反転パターンである
レジストパターン１０ａを露光、現像により形成する。

【００１０】次に、図３Ｃに示すように、レジストパタ
ーン１０ａをマスクとして中間膜９をエッチングし、中
間膜９の反転パターン９ａを形成する。

【００１１】次に、図３Ｄに示すように、中間膜９の反
転パターン９ａをマスクとして有機膜８をその膜厚の途
中までエッチング除去し、有機膜８の反転パターン部分
８ａを形成する。

【００１２】そして、その後、図３Ｅに示すように、有
機膜８の反転パターン部分８ａ上に形成されている中間
膜９の反転パターン９ａをエッチング除去する。

【００１３】次に、図３Ｆに示すように、有機膜８の上
部全面に再びＳＯＧ膜１１を回転塗布する。

【００１４】その後、第３Ｇ図に示すように、ＳＯＧ膜
１１をエッチングすることにより有機膜８の反転パター
ン部分８ａの上部に形成されたＳＯＧ膜のみを除去す
る。

【００１５】その後、図３Ｈに示すように、このＳＯＧ
膜１１をマスクとして有機膜８をエッチングすることに
より、ＳＯＧ膜１１でマスクされて除去されずに残った
有機膜８ｂからなる抜きパターンを形成する。

【００１６】次に、この抜きパターン８ｂをマスクとし
て被エッチング膜１７をエッチングすることによって所
定の抜きパターンを得る。

【００１７】このように、この方法において、被エッチ
ング膜１７上に３層ものレジストを成膜しており、工程
数は１０以上になる。したがって実際の製造プロセスに
採用するのは難しい。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】半導体装置の製造方法
においては、解像力への要求はどんどん厳しくなってき
て、より微細なパターン幅が求められている。現状で
は、露光に使用する光源の波長をより短いものにするこ
とで対応しようとしているが、縮小投影露光装置は非常
に高価であるため、次世代の半導体装置に移行する際に
は非常に大きな設備投資が必要となる。

【００１９】従って、できれば、そうした設備投資なし
で次世代の半導体装置に対応可能な製造方法であって、
比較的少ない工程数で実現可能な製造方法が望まれてい
る。

【００２０】本発明の目的は、より微細なパターンを比
較的少ない工程数で製造可能な半導体装置の製造方法を
提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、半導
体基板上の被エッチング膜に微細パターンを形成する工
程を備える半導体装置の製造方法であって、前記微細パ
ターンを形成する工程が、前記被エッチング膜上にレジ
スト層を形成する工程と、前記レジスト層を露光、現像
し、前記微細パターンとはパターン形状が反転した第１
の反転微細パターンを前記レジスト層に形成する工程
と、前記第１の反転微細パターンをマスクとして前記被
エッチング膜の一部をエッチングして、前記被エッチン
グ膜の上部に前記第１の反転微細パターンと実質的に同
じパターン形状の第２の反転微細パターンを形成する工
程と、その後、前記レジスト層を取り除く工程と、その
後、前記被エッチング膜のエッチングマスクとなる材料
からなるエッチングマスク膜を前記被エッチング膜を覆
って形成する工程と、前記エッチングマスク膜を一部除
去して、前記被エッチング膜の前記第２の反転微細パタ
ーンを露出させることにより、前記エッチングマスク膜
に前記微細パターンと実質的に同じパターン形状の第２
の微細パターンを形成する工程と、前記第２の微細パタ
ーンをマスクとして前記被エッチング膜を選択的に除去
して前記被エッチング膜に前記微細パターンを形成する
工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方
法が提供される。

【００２２】そして好ましくは、前記微細パターンが形
成された後に、第２の微細パターンが形成されているエ
ッチングマスク膜を除去する。

【００２３】請求項２によれば、半導体基板上の被エッ
チング膜に微細パターンを形成する工程を備える半導体
装置の製造方法であって、前記微細パターンを形成する
工程が、前記微細パターンとはパターン形状が反転した
第１の反転微細パターンを前記被エッチング膜上に選択
的に形成する工程と、前記第１の反転微細パターンをマ
スクとして前記被エッチング膜の一部をエッチングし
て、前記被エッチング膜の上部に前記第１の反転微細パ
ターンと実質的に同じパターン形状の第２の反転微細パ
ターンを形成する工程と、前記第２の反転微細パターン
を利用して前記微細パターンと実質的に同じパターン形
状の第２の微細パターンを形成する工程と、前記第２の
微細パターンを利用して前記被エッチング膜に前記微細
パターンを形成する工程と、を有することを特徴とする
半導体装置の製造方法が提供される。

【００２４】請求項３によれば、前記微細パターンが抜
きパターンであることを特徴とする請求項１または２記
載の半導体装置の製造方法が提供される。

【００２５】請求項４によれば、前記微細パターンが露
光波長以下の抜きパターン幅を持つことを特徴とする請
求項３記載の半導体装置の製造方法が提供される。

【００２６】請求項５によれば、前記被エッチング膜が
シリコンの酸化膜であり、前記エッチングマスク膜が、
多結晶性ケイ素、窒化ケイ素、アルミニウム、銅、樹
脂、スピンオングラスからなる群より選ばれた少なくと
も一種類のものからなることを特徴とする請求項１乃至
４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法が提供され
る。

【００２７】請求項６によれば、前記第２の微細パター
ンを形成する工程が、ＣＭＰ（ケミカル・メカニカル・
ポリッシング）装置またはプラズマエッチング装置を用
いて前記エッチングマスク膜を一部除去して前記被エッ
チング膜の前記第２の反転微細パターンを露出させるこ
とにより、前記エッチングマスク膜に前記微細パターン
と実質的に同じパターン形状の前記第２の微細パターン
を形成する工程であることを特徴とする請求項１記載の
半導体装置の製造方法が提供される。

【００２８】請求項７によれば、前記第１の反転微細パ
ターンのサイズをアッシングにより調整する工程をさら
に備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに
記載の半導体装置の製造方法が提供される。

【００２９】

【発明の実施の形態】レジストへの露光には、主に縮小
投影露光機が用いられる。縮小投影露光機を用いて形成
することができる最少抜きパターンサイズは主に露光波
長に依存する。例えば水銀ランプのｉ線（３６５ｎｍ）
を露光波長としたとき、基板上に形成することができる
最小抜きパターンサイズはせいぜい０．３５μｍ程度で
ある。しかし残しパターンに関しては露光量等を調節す
ることによって、同じ装置で、露光波長の１／３程度ま
で解像力をよくすることができ、例えば水銀ランプのｉ
線を露光波長としたとき、幅０．１μｍ程度までのサイ
ズを安定して形成することができる。これは、次世代の
エキシマレーザーによる光源でやっと実現できる解像力
よりも良く、現状設備で次世代の半導体装置が製造可能
となり、そのための設備投資が不要になる。

【００３０】このように、露光量等を調節することによ
り形成された微細な残しパターンを、抜きパターンに反
転することにより、露光波長以下の抜きパターン形成で
きる。すなわち、被エッチング膜に露光波長以下の抜き
パターンを形成するのに、まず被エッチング膜上に前記
抜きパターンとはパターンが反転し、かつ露光波長以下
の残しパターン幅を有するレジストマスクを形成する。
最終的には被エッチング膜上にこのレジストマスクとは
パターン形状の反転した前記抜きパターンのエッチング
マスクが形成される。残しパターンのサイズは露光量を
調節することによって、レジストが自立するための強度
が許す限り、小さくすることができる。従って、使用し
た縮小投影露光機の露光波長以下の抜きパターンを有す
るエッチングマスクを形成することができ、被エッチン
グ膜に露光波長以下の抜きパターンを形成することがで
きる。

【００３１】本発明はこのような知見に基づくものであ
り、次に、本発明の半導体装置の製造方法の一実施の形
態を図面を参照して説明する。

【００３２】図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄ、図１Ｅ
および図１Ｆは、本発明の一実施の形態の半導体装置の
製造方法を説明するために工程順に示した概略断面図で
ある。

【００３３】まず、図１Ａに示すように、半導体基板１
上に被エッチング膜２を形成し、被エッチング膜２上に
レジストマスク３を選択的に形成する。レジストマスク
３は最終的に被エッチング膜に形成する抜きパターンの
パターン形状を反転した残しパターンである。レジスト
マスク３は被エッチング膜２上に設けられたレジスト層
を露光、現像して形成するが、レジストマスク３は残し
パターンであるのでレジストマスク３のサイズは露光量
を調節することによって露光波長以下まで小さくするこ
とができる。ｉ線（波長０．３６５μｍ）を使った縮小
投影露光機を用いた場合、厚さ１．０μｍレジストに対
して、０．１μｍ程度までレジストマスク３のサイズを
小さくできた。０．１μｍのサイズを精度良く形成する
のは困難であるが、０．１５μｍ以上のサイズであれば
容易に形成することが可能である。

【００３４】次にこのレジストマスク３を用いて、図１
Ｂに示すように被エッチング膜２の上部を一部エッチン
グする。この時エッチングする量は、図１Ｄで最終的に
形成されるエッチングマスク４の厚さ程度である。

【００３５】次にレジストマスク３を除去し、図１Ｃに
示すように一部エッチングされた被エッチング膜２上に
エッチングマスク４を形成する。エッチングマスク４と
してレジストを用いた場合、レジストは液状であるか
ら、図１Ｃに示した段差を有する被エッチング膜２上で
も、比較的平坦なマスク４を形成することができる。

【００３６】次に、図１Ｄに示すように、エッチングマ
スク４を被エッチング膜２の上部が露出するまでエッチ
ングする。このエッチングはプラズマエッチング装置を
用いて行った。

【００３７】以上の工程より形成されたエッチングマス
ク４を用いて、被エッチング膜２をエッチングすると図
１Ｅの様になり、その後エッチングマスク４を除去する
と図１Ｆの様になる。

【００３８】このようにして形成された被エッチング膜
２の抜きパターンの開口幅は、露光波長サイズ以下の
０．１５〜０．３５μｍである。これに対して、図２を
参照して説明したように、従来の方法では被エッチング
膜上にレジストを塗布しこれを露光することにより抜き
パターンを形成していたが、この方法では、安定して形
成することができる抜きパターンサイズは、せいぜい
０．３５μｍ程度である。

【００３９】図１Ｆで被エッチング膜２に形成された抜
きパターンのサイズは、図１Ａでレジストを用いて形成
される残しパターンのサイズで規定されている。図１Ａ
における残しパターンのサイズは、ｉ線ステッパーを用
いた場合、０．１μｍ程度まで小さくすることができ
る。従って、図１Ｆにおいて被エッチング膜に形成され
る抜きパターンのサイズも０．１μｍ程度まで小さくで
きる。

【００４０】そして、本実施の形態ではこのような微細
な抜きパターンを、図３を参照して説明した従来の方法
よりも少ない工程数で形成することができる。

【００４１】なお、上記の一実施の形態ではエッチング
マスク４としてレジストを用いたが、エッチングマスク
４として多結晶シリコン、窒化シリコン、アルミニウ
ム、銅、ＳＯＧ等を用い、ＣＭＰ技術と併用することに
より、上記一実施の形態と同様な効果を得ることができ
る。

【００４２】また、上記一実施の形態では、レジストマ
スク３のサイズは露光量を調節することによって小さく
したが、アッシングにより調整することもできる。

【００４３】

【発明の効果】被エッチング膜に、より微細なパターン
を比較的少ない工程数で製造できる。そして、本発明
は、被エッチング膜に形成すべきパターンが抜きパター
ン（スペースパターン）である場合に特に有効に作用
し、使用した露光波長以下の抜きパターンを精度良く形
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法
を説明するために工程順に示した概略断面図である。

【図２】従来の一製造方法を説明するために工程順に示
した概略断面図である。

【図３】従来の他の製造方法を説明するために工程順に
示した概略断面図である。

【符号の説明】 １…半導体基板 ２…被エッチング膜 ３…レジストマスク ４…エッチングマスク

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板上の被エッチング膜に微細パタ
   ーンを形成する工程を備える半導体装置の製造方法であ
   って、 前記微細パターンを形成する工程が、 前記被エッチング膜上にレジスト層を形成する工程と、 前記レジスト層を露光、現像し、前記微細パターンとは
   パターン形状が反転した第１の反転微細パターンを前記
   レジスト層に形成する工程と、 前記第１の反転微細パターンをマスクとして前記被エッ
   チング膜の一部をエッチングして、前記被エッチング膜
   の上部に前記第１の反転微細パターンと実質的に同じパ
   ターン形状の第２の反転微細パターンを形成する工程
   と、 その後、前記レジスト層を取り除く工程と、 その後、前記被エッチング膜のエッチングマスクとなる
   材料からなるエッチングマスク膜を前記被エッチング膜
   を覆って形成する工程と、 前記エッチングマスク膜を一部除去して、前記被エッチ
   ング膜の前記第２の反転微細パターンを露出させること
   により、前記エッチングマスク膜に前記微細パターンと
   実質的に同じパターン形状の第２の微細パターンを形成
   する工程と、 前記第２の微細パターンをマスクとして前記被エッチン
   グ膜を選択的に除去して前記被エッチング膜に前記微細
   パターンを形成する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】半導体基板上の被エッチング膜に微細パタ
   ーンを形成する工程を備える半導体装置の製造方法であ
   って、 前記微細パターンを形成する工程が、 前記微細パターンとはパターン形状が反転した第１の反
   転微細パターンを前記被エッチング膜上に選択的に形成
   する工程と、 前記第１の反転微細パターンをマスクとして前記被エッ
   チング膜の一部をエッチングして、前記被エッチング膜
   の上部に前記第１の反転微細パターンと実質的に同じパ
   ターン形状の第２の反転微細パターンを形成する工程
   と、 前記第２の反転微細パターンを利用して前記微細パター
   ンと実質的に同じパターン形状の第２の微細パターンを
   形成する工程と、 前記第２の微細パターンを利用して前記被エッチング膜
   に前記微細パターンを形成する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】前記微細パターンが抜きパターンであるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製
   造方法。
4. 【請求項４】前記微細パターンが露光波長以下の抜きパ
   ターン幅を持つことを特徴とする請求項３記載の半導体
   装置の製造方法。
5. 【請求項５】前記被エッチング膜がシリコンの酸化膜で
   あり、 前記エッチングマスク膜が、多結晶性ケイ素、窒化ケイ
   素、アルミニウム、銅、樹脂、スピンオングラスからな
   る群より選ばれた少なくとも一種類のものからなること
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体
   装置の製造方法。
6. 【請求項６】前記第２の微細パターンを形成する工程
   が、ケミカル・メカニカル・ポリッシング装置またはプ
   ラズマエッチング装置を用いて前記エッチングマスク膜
   を一部除去して前記被エッチング膜の前記第２の反転微
   細パターンを露出させることにより、前記エッチングマ
   スク膜に前記微細パターンと実質的に同じパターン形状
   の前記第２の微細パターンを形成する工程であることを
   特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
7. 【請求項７】前記第１の反転微細パターンのサイズをア
   ッシングにより調整する工程をさらに備えることを特徴
   とする請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体装置の
   製造方法。