JP3189773B2 - レジストパターン形成方法及びこれを用いた半導体装置の製造方法並びに半導体装置 - Google Patents
レジストパターン形成方法及びこれを用いた半導体装置の製造方法並びに半導体装置Info
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Description
おいて、レジストパターンを形成する際にパターンの分
離サイズ又はホール開口サイズを縮小する微細分離レジ
ストパターンの形成方法、およびエッチング後の微細分
離パターン側壁の粗面化を実現する加工方法を用いた半
導体装置の製造方法、及びこの製造方法によって製造さ
れた半導体装置に関するものである。
造プロセスに要求される配線及び分離幅は、非常に微細
化されている。一般的に、微細パターンの形成は、フォ
トリソグラフィ技術によりレジストパターンを形成し、
その後に、形成したレジストパターンをマスクとして、
下地の各種薄膜をエッチングする方法により行われてい
る。
フォトリソグラフィ技術が非常に重要となる。フォトリ
ソグラフィ技術は、レジスト塗布、マスク合わせ、露
光、現像で構成されており、微細化に対しては露光波長
の制約から、微細化には限界が生じている。
ラフィ技術の限界を超える微細なレジストパターンの形
成方法として、特開平6−250379号公報、特開平
7−134422号公報などの手法が提案されており、
これらの手法は、第1のレジストと第2のレジストの樹
脂成分の相互拡散を利用している。しかし、これらの方
法では、第2のレジストとして、第1のレジストを溶解
させうる有機溶媒に可溶なフォトレジスト材料を用いて
おり、第1のレジストパターンを変形させる問題が有
る。
は、第2レジストを露光し、酸を発生させ、第2レジス
トを溶解させうる現像液(TMAH(テトラメチルアン
モニウム水和物)水溶液などのアルカリ性現像液、ある
いはキシレンなど)を用いて第2のレジストを溶解除去
している。しかし、第2のレジストの露光時に、下地で
ある第1のレジストに対しても露光することにより、可
溶化することがある。可溶化された第1のレジストは、
第2のレジストを溶解させうる溶液に対して可溶となる
ことから、第2のレジストの溶解除去時に、第1のレジ
ストが溶解される可能性が高く、プロセスとしてのマー
ジンが小さい。
250379号公報に記載のポリビニルアルコールを用
いた場合には、その効果が小さいこと、処理後のパター
ン形状が悪いこと、また、水のみで現像を行うため、十
分な洗浄が行われず、パターン上にシミなどの現像残渣
が残りやすく、次工程におけるエッチング時にパターン
欠陥などを発生する問題が残る。
従来の露光によるフォトリソグラフィ技術では、その波
長の限界を超える微細なレジストパターンを形成するこ
とは極めて困難であった。また、波長限界を超えるパタ
ーン形成を可能とする手法も提案されているが、いくつ
かの問題が残っており、実際の半導体製造に適用するこ
とは難しい。本発明は、分離パターン、ホールパターン
の微細化に於て、波長限界を超えるパターン形成を可能
とする微細分離レジストパターン形成を実現する技術を
提供するものである。さらに、本発明は、パターン形状
に優れ、シミなどの残さが残らない極めて清浄なパター
ン形成手法を提供するものである。さらには、これらの
微細分離レジストパターン形成技術を用いた半導体装置
を提供するものである。
法は、基材上に、第1のレジストを成膜し、この膜をパ
ターン形成して、酸を供給し得る第1のレジストパター
ンを形成する工程と、この第1のレジストパターン上に
第1のレジストパターンを溶解せず、かつ酸の存在によ
り架橋反応を起こす、水溶性の樹脂、あるいは水溶性の
架橋剤、あるいはこれらの混合物である第2のレジスト
を形成する工程と、前記第1のレジストパターンからの
酸の供給により前記第1のレジストパターンに接する前
記第2のレジストの界面部分に架橋膜を形成する処理工
程と、前記第2のレジストの非架橋部分を除去し第2の
レジストパターンを形成する現像処理工程とを備え、前
記現像処理工程は、第1のレジストパターンを溶解させ
ないで、前記第2のレジストを溶解させうる溶解性の高
い、水にアルコール類あるいは水溶性の有機溶剤を混合
した溶液で現像した後、さらに溶解性の低い溶液でリン
スする多段階処理により行われるようにしたものであ
る。
形成方法は、前記第1のレジストパターン形成方法にお
いて、溶解性の低い溶液は、水であるものである。
形成方法は、前記第1のレジストパターン形成方法にお
いて、アルコール類は、メタノール、エタノール、プロ
パノール、またはブタノールであるものである。
形成方法は、前記第1のレジストパターン形成方法にお
いて、水溶性の有機溶剤は、N−メチルピロリドン、2
−ヘプタノン、またはアセトンであるものである。
形成方法は、前記第1のレジストパターン形成方法にお
いて、前記溶解性の高い溶液は、界面活性剤を含有する
ものである。
形成方法は、前記第1のレジストパターン形成方法にお
いて、前記第1のレジストは、露光により酸を発生する
レジストであるものである。
形成方法は、前記第1のレジストパターン形成方法にお
いて、前記第1のレジストは、加熱処理により酸を発生
するレジストであるものである。
形成方法は、前記第1のレジストパターン形成方法にお
いて、前記第1のレジストは、露光とか熱処理により酸
を発生するレジストであるものである。
形成方法は、前記第1のレジストパターン形成方法にお
いて、前記第1のレジストは、酸を含有するものであ
る。
ン形成方法は、前記第1のレジストパターン形成方法に
おいて、前記第1のレジストパターンを酸性液体、ある
いは酸性ガスにより、表面処理を施すことによって、酸
を供給し得るようにするものである。
ン形成方法は、前記第1のレジストパターン形成方法に
おいて、前記第1のレジストパターンの所定領域を、選
択的に露光し、加熱することにより、前記所定領域の第
1のレジストパターン表面に前記架橋膜を形成するよう
にするものである。
ン形成方法は、前記第1のレジストパターン形成方法に
おいて、前記第1のレジストパターンの所定領域に、選
択的に電子ビームを照射することにより、前記所定領域
以外の第1のレジスト表面に前記架橋膜を形成するよう
にするものである。
ン形成方法は、前記第1のレジストパターン形成方法に
おいて、前記第1のレジストは、ノボラック樹脂とナフ
トキノンジアジド系感光剤との混合物より形成されたレ
ジストであるものである。
ン形成方法は、前記第1のレジストパターン形成方法に
おいて、前記第1のレジストは、紫外線、EB(電子
線)、またはX線の照射により酸を発生する機構を用い
た化学増幅型レジストであるものである。
ン形成方法は、前記第1のレジストパターン形成方法に
おいて、前記水溶性の樹脂は、ポリアクリル酸、ポリビ
ニルアセタール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルア
ルコール、ポリエチレンイミン、スチレン−無水マレイ
ン酸共重合体、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、
オキサゾリン基含有水溶性樹脂、水溶性ウレタン、水溶
性フェノール、水溶性エポキシ、水溶性メラミン樹脂、
水溶性尿素樹脂、アルキッド樹脂、スルホンアミドおよ
びこれらの塩の1種類、または、2種類以上の混合物で
あるものである。
ン形成方法は、前記第1のレジストパターン形成方法に
おいて、水溶性の架橋剤は、メラミン誘導体、メチロー
ルメラミン誘導体などのメラミン系架橋剤、尿素誘導
体、メチロール尿素誘導体、エチレン尿素カルボン酸、
メチロールエチレン尿素誘導体などの尿素系架橋剤、お
よびベンゾグアナミン、グリコールウリル、イソシアネ
ートなどのアミノ系架橋剤の1種類、あるいは2種類以
上の混合物であるものである。
ン形成方法は、前記第1のレジストパターン形成方法に
おいて、第2のレジストとして、ポリビニルアセタール
樹脂を用い、このポリビニルアセタール樹脂のアセター
ル化度を調整することにより、前記第1のレジストパタ
ーンとの反応量を制御するものである。
ン形成方法は、前記第1のレジストパターン形成方法に
おいて、第2のレジストとして、水溶性の樹脂と水溶性
の架橋剤との混合物を用い、前記水溶性架橋剤の混合量
を調整することにより、第1のレジストパターンとの反
応量を制御するものである。
ン形成方法は、前記第1のレジストパターン形成方法に
おいて、第2のレジストは、さらに添加剤として、1種
類の可塑剤あるいは2種類以上の可塑剤の混合物を含有
するものである
ン形成方法は、前記第1のレジストパターン形成方法に
おいて、前記第2のレジストは、さらに、1種類の界面
活性剤あるいは2種類以上の界面活性剤の混合物を混合
するものである。
ン形成方法は、前記第1のレジストパターン形成方法に
おいて、前記第2のレジストの溶媒として、水、あるい
は水とアルコール、N−メチルピロリドンなどの水溶性
溶媒の混合溶媒を用いるものである。
方法は、半導体基材上に前記第1ないし21のいずれか
一つのレジストパターン形成方法を用いて形成されたレ
ジストパターンをマスクに前記半導体基材をエッチング
する工程を備えたものである。
記第1の半導体装置の製造方法によって製造したもので
ある。
で対象とする微細分離されたレジストパターンを形成す
るためのマスクパターンの例を示す図で、図1(a)は
微細ホールのマスクパターン100、図1(b)は微細
スペースのマスクパターン200、図1(c)は、孤立
の残しのパターン300を示す。図2、および図3は、
この発明の実施の形態1の微細分離レジストパターン形
成方法を説明するためのプロセスフロー図である。
の実施の形態の微細分離レジストパターン形成方法、な
らびにこれを用いた半導体装置の製造方法を説明する。
図2(a)で示すように、半導体基板(半導体ウェー
ハ)3に、適当な加熱処理により内部から酸を発生する
第1のレジスト1を塗布する(例えば、厚さ0.7〜
1.0μm程度)。この第1のレジスト1は、半導体基
板上3にスピンコートなどにより塗布し、次に、プリべ
ーク(70〜110℃で1分程度の熱処理)を施して第
1のレジスト1中の溶剤を蒸発させる。
するために、g線、i線、または、Deep−UV、K
rFエキシマ、ArFエキシマ、EB(電子線)、X−
rayなど、適用した第1のレジスト1の感光波長に対
応した光源を用い、図1に示すようなパターンを含むマ
スクを用い投影露光する。
定されるものではなく、加熱処理、あるいは、光などの
照射により、レジスト内部に酸性成分が発生する機構を
用いたレジストであればよく、例えば、KrFエキシ
マ、ArFエキシマ、EB(電子線)、X−rayなど
の照射により酸の発生が生じるレジストであればよく、
また、ポジ型、ネガ型レジストのどちらでもよい。例え
ば、第1のレジスト1としては、ノボラック樹脂、ナフ
トキノンジアジド系感光剤から構成されるポジ型レジス
トなどが挙げられる。さらに、第1のレジスト1として
は、露光により酸を発生する機構を用いた化学増幅型レ
ジストの適用も可能であり、露光により酸を発生する反
応系を利用したレジスト材料であれば、特に限定される
ことはない。
に応じて、PEB(露光後加熱)を行い(例えば、PE
B温度:50〜130℃)、フォトレジストの解像度を
向上させる。次に、TMAH(テトラメチルアンモニウ
ムハイドロオキサイド)などの約0.05〜3.0wt
%のアルカリ水溶液を用いて現像する。図2(b)は、
こうして形成された第1のレジストパターン1aを示
す。
トデベロッピングベークを行う場合もある(例えば、ベ
ーク温度は60〜120℃、60秒程度)。この熱処理
は、後の架橋反応に影響する為、用いる第1のレジス
ト、あるいは第2のレジスト材料に併せて、適切な温度
に設定することが望ましい。以上は、酸を発生する第1
のレジスト1を用いるという点を別にすれば、プロセス
としては、一般的なレジストプロセスによるレジストパ
ターンの形成と同様である。
板1上に、酸の存在により架橋する架橋性の化合物を含
み、図1に示した第1のレジスト1を溶解しない水、あ
るいは水と水溶性溶剤の混合溶液に溶解された第2のレ
ジスト2を塗布する。第2のレジスト2の塗布方法は、
第1のレジストパターン1a上に均一に塗布可能であれ
ば、特に限定されるものではなく、スプレーによる塗
布、あるいは、第2のレジスト溶液中に浸漬(ディッピ
ング)することにより塗布することも可能である。
応じてこれをプリベークし(例えば、85℃、60秒程
度)、第2のレジスト2の層を形成する。
板1に形成された第1のレジストパターン1aと、この
上に形成された第2のレジスト2とを加熱処理(ミキシ
ングベーク、以下必要に応じMBと略記する。加熱温度
は例えば、85〜150℃)し、第1のレジストパター
ン1aからの酸の拡散を促進させ、第2のレジスト2中
へ供給し、第2のレジスト2と第1のレジストパターン
1aとの界面において、架橋反応を発生させる。この場
合のMB温度/時間は、例えば、85〜150℃/60
〜120秒であり、用いるレジスト材料の種類、必要と
する反応層の厚みにより、最適な条件を設定すれば良
い。
1のレジストパターン1aを溶解しない水と水溶性の有
機溶媒(例えば、プロパノール)との混合溶液で洗浄
し、つぎに、水で洗浄し、乾燥することにより、架橋し
ていない第2のレジスト2を剥離する。以上の処理によ
り、ホール内径、または分離幅を縮小、あるいは、孤立
残しパターンの面積を拡大したレジストパターンを得る
ことが可能となる。
0wt%程度の範囲で設定すればよく、第1のレジスト
を溶解しない範囲で、かつ第2のレジストの未架橋部分
を十分溶解する範囲とすればよい。水に混合する他の水
溶性有機溶媒を混合する場合にも同様である。
トパターン形成方法では、第1のレジストパターン1a
上に第2のレジスト2の層を形成した後に、適当な加熱
処理により第1のレジストパターン1a中から、第2の
レジスト2へ酸を拡散する方法について説明した。
熱処理に先立って、露光により酸を発生させ、拡散する
方法について説明する。図3は、この場合の微細分離レ
ジストパターンの形成方法を説明するためのプロセスフ
ロー図である。まず、図3(a)〜(c)の工程は、図
2(a)〜(c)と同様であるから、説明を省略する。
なお、この場合に、第1のレジスト1としては、露光に
より酸を発生する機構を用いた化学増幅レジストの適用
も可能である。化学増幅レジストでは、光や電子線、X
線などによる酸触媒の生成反応が起こり、生成した酸の
触媒により引き起こされる増幅反応を利用する。
ト2の層を形成した後、図3(d)に示すように、再度
Hgランプのg線またはi線で半導体基板を全面露光
し、第1のレジストパターン1a中に酸を発生させ、こ
れにより図3(e)に示すように、第1のレジストパタ
ーン1aに接する第2のレジスト2の界面に架橋層4を
形成する。
ストの感光波長に応じて、Hgランプ、KrFエキシ
マ、ArFエキシマなどを用いることも可能であり、露
光により酸の発生が可能であれば特に限定されるもので
はなく、用いた第1のレジストの感光波長に応じた光
源、露光量を用いて露光すれば良い。
2の塗布後に露光し、第1のレジストパターン1a中に
酸を発生させるものであり、第1のレジストパターン1
aを、第2のレジスト2に覆われた状態で露光するた
め、第1のレジストパターン1a中で発生する酸の量を
露光量の調整により、広い範囲で正確に制御できるた
め、架橋層4の膜厚が精度良く制御できる。
処理(例えば、60〜130℃、ミキシングベーク)
し、第1のレジストパターン1aからの酸の拡散を促進
させ、第2のレジスト2中へ供給し、第2のレジスト2
と第1のレジストパターン1との界面において、架橋反
応を促進させる。この場合のMB温度/時間は、例え
ば、60〜130℃/60〜120秒であり、用いるレ
ジスト材料の種類、必要とする架橋層4の厚みにより、
最適な条件を設定すれば良い。
起こした架橋層4が、第1のレジストパターン1aを被
覆するように第2のレジスト2の中に形成される。
同様である。以上の処理により、ホール内径、または、
ラインパターンの分離幅を縮小し、あるいは、孤立残し
パターンの面積を拡大したレジストパターンを得ること
が可能となる。
に、露光により第1のレジストパターン1a中に酸成分
を発生させる工程は、適用する第1のレジスト1と第2
のレジスト2とも反応性が低い場合、あるいは、必要と
する架橋層の厚みが比較的厚い場合、または、架橋反応
を均一化する場合に特に適する。
料について説明する。第2のレジスト2としては、架橋
性の水溶性樹脂の単独あるいは2種類以上の混合物、ま
たは、水溶性架橋剤の単独あるいは2種類以上の混合
物、または、水溶性樹脂組成物と架橋剤との混合物が用
いられる。第2のレジスト2として混合物を用いる場合
には、それらの材料組成は、適用する第1のレジスト1
の種類、あるいは設定した反応条件などにより、最適な
組成を設定すれば良く特に限定されるものではない。
組成物の具体例としては、図4に示すようなポリビニル
アセタール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアク
リル酸樹脂、オキサゾリン含有水溶性樹脂、水性ウレタ
ン樹脂、ポリアリルアミン樹脂、ポリエチレンイミン樹
脂、ポリビニルアミン樹脂、水溶性フェノール樹脂、水
溶性エポキシ樹脂、ポリエチレンイミン樹脂、スチレン
−マレイン酸共重合体、などが特に有効であり、また、
酸性成分存在下で架橋反応を生じる、あるいは、架橋反
応が生じないか、低い場合には、水溶性架橋剤との混合
が可能であれば特に限定されない。また、これらを単独
で用いても、混合物として用いても有効である。
は、2種類以上の混合物として用いてもよく、下地レジ
ストとの反応量、反応条件などにより、適宜調整するこ
とが可能である。また、これらの水溶性樹脂は、水への
溶解性を向上させる目的で、塩酸塩などの塩にして用い
ても良い。
きる水溶性架橋剤としては、具体的には、図5に示すよ
うなメラミン誘導体、メチロールメラミン誘導体などの
メラミン系架橋剤、尿素誘導体、メチロール尿素誘導
体、エチレン尿素、エチレン尿素カルボン酸、メチロー
ルエチレン尿素誘導体などの尿素系架橋剤、イソシアネ
ート、ベンゾグアナミン、グリコールウリル等のアミノ
系架橋剤などが有効であるが、酸によって架橋を生じる
水溶性の架橋剤であれば特に限定されるものではない。
体的な水溶性レジスト材料としては、上述した水溶性樹
脂の単独あるいは混合物に、同じく上述した水溶性架橋
剤の単独または混合物を、相互に混合して用いることも
有効である。例えば、具体的には、水溶性樹脂組成物と
してはポリビニルアセタール樹脂を用い、水溶性架橋剤
としてはメトキシメチロールメラミン、あるいはエチレ
ン尿素などを混合して用いることができる。この場合、
相互溶解性が高いため、混合溶液の保存安定性に優れ
る。なお、第2のレジストに適用される材料は、水溶性
あるいは、第1のレジストパターンを溶解しない水溶性
溶媒に可溶であり、かつ、酸成分の存在下で、架橋反応
を生じる材料であれば特に限定されるものではない。
露光による酸発生を行わず、加熱処理だけで、架橋反応
を実現できることは先に説明したとおりであるが、この
場合には、第2のレジスト2として、反応性の高い適当
な材料を選択し、適当な加熱処理(例えば、85〜15
0℃)を行うことが望ましい。この場合の具体例とし
て、ポリビニルアセタール樹脂に、エチレン尿素、ポリ
ビニルアルコールとエチレン尿素、あるいは、これらを
適当な割合で混合した水溶性材料組成物を挙げることが
できる。
スト2との架橋反応の制御は、第1のレジストパターン
1a上に形成される架橋層4の厚みを制御することが重
要である。架橋反応の制御は、適用する第1のレジスト
と第2のレジストとの反応性、第1のレジストパターン
1aの形状、必要とする架橋反応層4の厚み、などに応
じて、最適化することが望ましい。
反応の制御は、プロセス条件の調整による手法と、第2
のレジスト材料の組成を調整する手法がある。
は、(1)第1のレジストパターンへの露光量を調整す
る、(2)MB(ミキシングベーク)温度、処理時間を
調整する、などの手法が有効である。特に、加熱して架
橋する時間を調整することにより、架橋層の厚みを制御
することが可能であり、非常に反応制御性の高い手法で
ある。
調整する手法として、(3)適当な2種類以上の水溶性
樹脂を混合し、その混合比を調節することにより、第1
のレジストとの反応量を調整する、(4)水溶性樹脂
に、適当な水溶性架橋剤を混合し、その混合比を調整す
ることにより、第1のレジストとの反応量を調整する、
などの手法が有効である。
は、一元的に決定されるようなものではなく、(1)第
2のレジスト材料と適用する第1のレジスト材料との反
応性、(2)第1のレジストパターンの形状、膜厚、
(3)必要とする架橋剤層の膜厚、(4)使用可能な露
光条件、あるいは加熱処理(MB)条件、(5)塗布条
件、などのさまざまな条件、を勘案して決定する必要が
ある。特に、第1のレジストと第2のレジストとの反応
性は、第1のレジスト材料の組成により、影響を受ける
ことが分かっており、そのため、実際に本発明を適用す
る場合には、上述した要因を勘案し、第2のレジスト材
料組成物を最適化することが望ましい。従って、第2の
レジストに用いられる水溶性材料の種類とその組成比
は、特に限定されるものではなく、用いる材料の種類、
熱処理条件などに応じて、最適化して用いる。
リコール、グリセリン、トリエチレングリコールなどの
可塑剤を添加剤として加えても良い。また、第2のレジ
スト材料に関して、成膜性向上を目的として、界面活性
剤、例えば、3M社製のフロラード、三洋化成社製のノ
ニポールなどの水溶性の界面活性剤を添加剤として加え
ても良い。
ついて説明する。第2のレジストの溶媒には、水あるい
は水溶性の有機溶媒を含む水溶液を用いる。第1のレジ
ストパターンを溶解させないこと、さらに水溶性材料を
十分に溶解させることが必要であり、これを満たす溶媒
であれば特に限定されるものではない。
水(純水)、または水とIPAなどのアルコール系溶
媒、あるいはN−メチルピロリドンなどの水溶性有機溶
媒の単独、あるいは水との混合溶液を用いればよい。水
に混合する溶媒としては、水溶性であれば、特に限定さ
れるものではなく、例を挙げるとエタノール、メタノー
ル、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、γ−
ブチロラクトン、アセトン、などを用いることが可能で
あり、第2のレジストに用いる材料の溶解性に合わせ
て、第1のレジストパターンを溶解しない範囲で混合す
れば良い。
レジストパターンを形成する方法について説明したが、
次に、半導体基板1の所望領域でのみ選択的に微細レジ
ストパターンを形成する方法について説明する。図6
は、この場合の製造方法のプロセスフロー図である。
〜(c)の工程と同様である。図6(c)に示したよう
に、第2のレジスト2の層を形成した後に、図6(d)
に示すように、半導体基板3の一部を遮光板5で遮光
し、選択された領域に対して、再度Hgランプのg線ま
たはi線で露光し、第1のレジストパターン1a中に酸
を発生させる。これにより、図6(e)に示すように、
露光されれ部分において、第1のレジストパターン1a
に接する第2のレジスト2の界面に架橋層4を形成す
る。
の工程と同様であるから、説明は省略する。このように
して、図6(f)に示すように、半導体基板3の選択さ
れた領域では、第1のレジストパターン1aの上に架橋
層4を形成し、その他の領域では第1のレジストパター
ン1a上に架橋層を形成しないようにすることが可能で
ある。
マスクを用いることにより、半導体基板3上で選択的に
露光して、露光部分と未露光部分を区別し、第2のレジ
ストパターン2aは第1のレジストパターン1aとの境
界部分において、架橋する領域と架橋しない領域とを形
成することができる。
異なる寸法の微細ホール、または微細スペースを形成す
ることができる。
択的に微細レジストパターンを形成するための他の形成
方法のプロセスフロー図である。図7(a)〜(b)の
工程は、図2(a)〜(b)の工程と同様である。図7
(b)のように、第1レジストパターン1aを形成した
後、図7(c)に示すように、半導体基板3の選択され
た領域を電子線遮蔽板6で遮蔽し、その他の領域に対し
て、電子線を照射する。
2を形成し、図7(e)の工程で、加熱処理を行うと、
電子線を照射した領域では、架橋層が形成されず、電子
線照射を遮蔽した領域でのみ架橋層4が形成される。
工程と同様であるので、説明は省略する。
に、半導体基板3の選択された領域では、第1のレジス
トパターン1aの上に架橋層4を形成し、その他に領域
では第1のレジストパターン1a上に架橋層を形成しな
いようにすることが可能である。これにより、同一半導
体基板上において、異なる寸法の微細ホールまたは、微
細スペースを形成することができる。
パターンを形成する形成方法について詳細に説明した
が、本発明の微細分離レジストパターンは、半導体基板
3の上に限られず、半導体装置の製造プロセスに応じ
て、シリコン酸化膜などの絶縁層の上に形成する場合も
あり、またポリシリコン膜などの導電層の上に形成する
こともある。
ターンの形成は、特に下地膜に制約されるものではな
く、レジストパターンを形成できる基材上であれば、ど
の場合においても適用可能であり、必要に応じた基材の
上に形成されるものである。これらを総称して、半導体
基材と称することとする。
成した微細分離レジストパターンをマスクとして、下地
の各種薄膜をエッチングし、下地薄膜に微細スペースあ
るいは、微細ホールを形成して、半導体装置を製造する
ものである。
および材料組成、あるいは加熱して架橋する時間(MB
時間)を適切に設定し、第1のレジストパターン1a上
に架橋層4を形成して得られた微細分離レジストパター
ン(第2のレジストパターン2a)をマスクとして、半
導体基材をエッチングすることにより、エッチング後の
基材パターンの側壁表面が粗面化される効果が有る。
形態2の微細分離レジストパターン形成方法を説明する
ためのプロセスフロー図である。図1および図8を参照
して、この実施の形態2の微細分離パターンの形成方
法、ならびにこれを用いた半導体装置の製造方法を説明
する。
に、内部に若干の酸性物質を含有する第1のレジスト1
1を塗布する。第1のレジスト11はプリベーク(70
〜100℃で1分程度の熱処理)を施した後、Hgラン
プのg線またはi線を用い、図1の様なパターンを含ん
だマスクを用いて投影露光する(図8では省略してい
る)。
しては、実施の形態1で説明したものが有効に用いられ
る。その詳細な説明は、重複を避けるために省略する。
また、第1のレジスト11に含ませる酸としては、具体
的には、カルボン酸系の低分子酸などが好適である。
30℃)で熱処理し、フォトレジストの解像度を向上さ
せた後、TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロ
オキサイド)の約2.0wt%希釈水浴液を用いて現像
する。図8(b)はこのようにして形成された第1のレ
ジストパターン11aを示すものである。
ベークを行う場合もある。この熱処理は後のミキシング
反応に影響する為、適切な温度に設定する必要がある。
以上は、酸を含む第1のレジスト11を用いるという点
を別にすれば、プロセスとしては従来のレジストプロセ
スによるレジストパターンの形成と同様である。
(c)に示すように、半導体基板(ウェーハ)3上に、
酸の存在によって架橋する架橋性化合物を含み、第1の
レジスト11を溶解しない溶剤に溶かされた第2のレジ
スト12を塗布する。
よびその溶媒は、実施の形態1で述べたものと同様なも
のが適用でき、また有効である。詳細な説明は重複する
ため省略する。
応じてこれをベークする。この熱処理は、後のミキシン
グ反応に影響するため、適切な温度に設定することが望
ましい。
板3を熱処理(60〜130℃)し、第1のレジスト1
1aに含れる若干の酸性物質からの酸の供給により、第
2のレジスト12の第1のレジストパターン11aとの
界面で架橋反応を起こさせる。これにより、第1のレジ
ストパターン11aを被覆するように架橋反応を起こし
た架橋層14が第2のレジスト12中に形成される。
1のレジストパターン11aを溶解しない水と水溶性の
有機溶媒(例えば、プロパノール)との混合溶液で洗浄
し、次に、水で洗浄することにより、架橋していない第
2のレジスト12を剥離する。以上の処理により、ホー
ル内径、または分離幅を縮小し、また、孤立残しパター
ンの面積を拡大したレジストパターンを得ることが可能
となる。
第1のレジスト11は、この第1のレジスト11自体に
酸を含むように調整されており、熱処理によりその酸を
拡散させて架橋させるようにしているので、露光によっ
て酸を発生させる必要がない。第1のレジスト11に含
ませる酸としては、カルボン酸系の低分子酸等が適して
いるが、第1のレジスト11に混合させせことが可能で
あれば特に限定されない。
ターン12aを各種の半導体基材上に形成し、これをマ
スクとして、半導体基材に微細な分離スペースあるいは
微細ホールなどを形成できることは、先に述べた実施の
形態1同様である。
形態3の微細分離レジストパターンの形成方法を説明す
るためのプロセスフロー図である。図1及び図9を照し
てこの実施の形態3の微細分離レジストパターンの形成
方法ならびにこれを用いた半導体装置の製造方法を説明
する。
板3に第1のレジスト21を塗布する。第1のレジスト
21にプリベーク(70〜100℃で1分程度の熱処
理)を施した後、第1のレジスト21の感光波長に応じ
て、例えば、Hgランプのg線またはi線を用い、図1
と同様なパターンを含むマスクを用いて投影露光する
(図9中では図示を省略している)。必要に応じてPE
B(10〜130℃)で熱処理しフオトレジストの解像
度を向上させた後、TMAH(テトラメチルアンモニウ
ムハイドロオキサイド)の約2.0wt%希釈水溶液を
用いて現像する。図9(b)は、こうして形成された、
第1のレジストパターン21aを示している。
グベークを行う場合もある。この熱処理は後のミキシン
グ反応に影響するため、適切な温度に設定する必要があ
る。以上は、プロセスとしては、従来のレジスとプロセ
スによるレジストパターンの形成方法と同様である。
に示すように、半導体基板(ウェーハ)3を酸性溶液で
浸漬処理する。その処理方法は、通常のパドル現象の方
式でよい。また、酸性溶液のベーパライズ(吹き付け)
で行っても良い。また、この場合の酸性溶液は、有機
酸、無機酸のいずれでもよい。具体的には、例えば、低
濃度の酢酸が好適な例として挙げられる。この工程にお
いて、酸が第1のレジストパターン21aの界面近傍に
染み込み、酸を含む薄い層が形成される。この後、必要
に応じて純水を用いてリンスする。
レジストパターン21aの上に、酸の存在により架橋す
る架橋性化合物を含み、第1のレジストパターン21a
を溶解しない溶剤に溶かされた第2のレジスト22を塗
布する。ここで用いる第2のレジスト22の構成、およ
びその溶媒は、実施の形態1で述べたものと同様なもの
が有効に用いられる。重複を避けるため、その詳細な説
明は省略する。次に、第2のレジスト22の塗布後、必
要に応じ、第2のレジスト22をプリベークする。この
熱処理は、後のミキシング反応に影響するため、適切な
温度に設定する。
板3を熱処理(60〜130℃)して、架橋ベークを行
い、第1のレジストパターン21aからの酸の拡散で第
2のレジスト22の第1のレジストパターン21aとの
界面で架橋反応を起こさせる。これにより、第1のレジ
ストパターン21aを被覆するように架橋反応を起こし
た架橋層24が第2のレジスト22中に形成される。
1のレジストを溶解しない水と水溶性の有機溶媒(例え
ば、プロパノール)の混合溶液で洗浄し、つぎに、水で
洗浄し、乾燥することにより、架橋していない第2のレ
ジスト22を剥離する。以上の処理により、ホール内
径、または分離幅を縮小、あるいは、孤立残しパターン
の面積を拡大したレジストパターンを得ることが可能と
なる。
ば、第1のレジストパターン21a上に第2のレジスト
22を成膜する前に、酸性液体による表面処理を施し、
熱処理により酸を拡散させて架橋するようにするもので
あるので、露光処理により、第1のレジストに酸を発生
させる工程を必要としない。
ターン22aを、各種の半導体基板上に形成し、これを
マスクとして、半導体基板上に微細な分離スペースある
いは、微細ホールなどを形成し、半導体装置を製造する
ことは、先に述べた実施の形態1および2と同様であ
る。
について説明する。一つの実施例が、一つ以上の実施の
形態に関連する場合があるので、第1のレジスト材料、
第2のレジスト材料および微細レジストパターン形成の
各実施例にまとめて説明することにする。まず、第1の
レジスト材料に関する実施例1〜4を説明する。 実施例1.第1のレジストとして、ノボラック樹脂とナ
フトキノンジアジドから構成され、溶媒として乳酸エチ
ルとプロピレングリコールモノエチルアセテートを用い
た三菱化学社製のi線レジストを用い、レジストパター
ンを形成した。まず、上記レジストを、Siウェーハ上
に滴下、回転塗布した後、85℃/70秒でプリベーク
を行い、レジスト中の溶媒を蒸発させて第1のレジスト
を膜厚約1.0μmで形成した。
装置を用い、露光マスクとして、図1に示したようなマ
スクを用いて第1のレジストを露光した。次に、120
℃/70秒でPEB処理を行い、続いて、アルカリ現像
液(東京応化工業社製、NMD3)を用いて現像を行
い、図10に示すような分離サイズをもつレジストパタ
ーンを得た。
ック樹脂とナフトキノンジアジドから構成され、溶媒と
して2−ヘプタノンを用いた住友化学工業社製のi線レ
ジストを用い、レジストパターンを形成した。
滴下、回転塗布することにより膜厚約0.8μmとなる
ように成膜した。次に、85℃/70秒でプリベークを
行い、レジスト中の溶媒を乾燥させた。続いて、i線縮
小投影露光装置を用い、図1に示したようなマスクを用
いて、露光を行った。
い、続いて、アルカリ現像液(東京応化社製、NMD
3)を用いて現像を行い、図11に示すような分離サイ
ズを持つレジストパターンを得た。
化社製の化学増幅型エキシマレジストを用い、レジスト
パターンを形成した。
滴下、回転塗布することにより膜厚約0.8μmとなる
ように成膜した。次に、90℃/90秒でプリベークを
行い、レジスト中の溶媒を乾燥させた。続いて、KrF
エキシマ縮小投影露光装置を用いて、図1に示したよう
なマスクを用いて、露光を行った。
い、続いて、アルカリ現像液(東京応化社製、NMD−
W)を用いて現像を行い、図12に示すようなレジスト
パターンを得た。
oc化ポリヒドロキシスチレンと酸発生剤から構成され
る菱電化成社製の化学増幅型レジスト(MELKER、
J.Vac.Sci.Technol.,B11(6)
2773,1993)を用い、レジストパターンを形成
した。
滴下、回転塗布することにより膜厚約0.52μmとな
るように成膜した。次に、120℃/180秒でベーク
を行い、レジスト中の溶媒を蒸発させた。続いて、この
レジスト上に帯電防止膜として、昭和電工社製のエスペ
イサーESP−100を同様にして回転塗布した後、8
0℃/120秒でベークを行った。
C/cm2で描画を行った。次に、80℃/120秒で
PEBを行ったのち、純水を用いて帯電防止膜を剥離
し、続いて、TMAHアルカリ現像液(東京応化社製、
NMD−W)を用いてレジストパターンの現像を行っ
た。その結果、図13に示すような、約0.2μmのE
Bレジストパターンを得た。
5〜12を説明する。 実施例5.第2のレジスト材料として、1L(リット
ル)メスフラスコを用い、積水化学社製のポリビニルア
セタール樹脂であるエスレックKW3、およびKW1の
20wt%水溶液のそれぞれ100gに純水の400g
を加え、室温で6時間攪拌混合し、ポリビニルアセター
ル樹脂KW3およびKW1の5wt%水溶液をそれぞれ
得た。
施例5のポリビニルアセタール樹脂をポリビニルアルコ
ール、オキサゾリン含有水溶性樹脂(日本触媒社製、エ
ポクロスWS500)、スチレン−無水マレイン酸共重
合体(ARCO chemical社製、SMA100
0、1440H)、に変更する以外は、実施例2と同様
にして、それぞれの5wt%水溶液を得た。
Lのメスフラスコを用いて、メトキシメチロールメラミ
ン(三井サイナミド社製、ザイメル370)の100g
と純水の780g、IPAの40gを室温にて6時間撹
はん混合し、約10wt%のメチロールメラミン水溶液
を得た。
のメスフラスコを用いて、(N−メトキシメチル)メト
キシエチレン尿素の100g、(N−メトキシメチル)
ヒドロキシエチレン尿素の100g、N−メトキシメチ
ル尿素の100g中に、それぞれ、純水の860g、I
PAの40gを室温にて6時間攪拌混合し、それぞれ、
約10wt%のエチレン尿素水溶液を得た。
施例5で得たポリビニルアセタールのKW3水溶液の1
60gと実施例7で得たメトキシメチロールメラミン水
溶液の20g、純水の20gを室温で6時間攪拌混合
し、水溶性樹脂と水溶性架橋剤の混合溶液を得た。
実施例5で得たポリビニルアセタールのKW3水溶液の
160gと実施例8で得た(N−メトキシメチル)メト
キシエチレン尿素水溶液の20g、(N−メトキシメチ
ル)ヒドロキシエチレン尿素の20g、N−メトキシメ
チル尿素の20g中に、それぞれ、純水の20gを室温
で6時間攪拌混合し、3種類の水溶性樹脂と水溶性架橋
剤の混合溶液を得た。
実施例5で得たポリビニルアセタールのKW3水溶液の
160gと実施例8で得たメトキシエチレン尿素水溶液
の10g、20g、30gと純水の20gをそれぞれを
室温下で6時間混合した。その結果、ポリビニルアセタ
ール樹脂に対する水溶性架橋剤であるメトキシエチレン
尿素の濃度が、約11wt%、20wt%、27wt%
の3種類の第2のレジスト水溶液を得た。
例5で得た5wt%のポリビニルアセタール樹脂水溶液
の100gに、実施例6で得た水溶性樹脂溶液のうち、
ポリビニルアルコール樹脂の5wt%水溶液を0g、3
5.3g、72.2gを混合し、室温下で、6時間攪拌
混合して、ポリビニルアセタール樹脂とポリビニルアル
コール樹脂の混合比の異なる3種類の混合溶液を得た。
る、実施例13〜22について説明する。 実施例13.実施例1で得た第1のレジストパターンが
形成されたSiウェーハ上に、実施例12で得た第2の
レジスト材料を滴下、スピンコートした後、85℃/7
0秒でプリベークを行い、第2のレジスト膜を形成し
た。
ク(MB)を行い、架橋反応を進行させた。次に、非架
橋層を、イソプロピルアルコール水溶液で10秒間静止
洗浄し、さらに水で60秒間洗浄することにより溶解除
去し、さらに、スピン乾燥した。
とにより、第1のレジストパターン上に第2のレジスト
架橋層を形成し、図14に示すように、第2のレジスト
パターンを形成した。
脂とポリビニルアルコール樹脂の混合量を変えて架橋層
を形成し、その後のホール径を測長部分として、水溶性
樹脂の混合比を変えて架橋層形成後のレジストパターン
サイズ(ホールサイズ)を測定した。
に、ポリビニルアセタール樹脂とポリビニルアルコール
樹脂の混合量を変えることにより、第1のレジスト上に
形成される架橋層の厚みを制御することが可能であるこ
とがわかった。
トパターンが形成されたSiウェーハ上に、実施例5で
得たKW3の樹脂水溶液を第2のレジスト材料として滴
下、スピンコートした後、85℃/70秒でプリベーク
を行い、第2のレジスト膜を形成した。
全面露光を行った。さらに、150℃/90秒でミキシ
ングベーク(MB)を行い、架橋反応を進行させた。
水溶液で10秒間静止洗浄し、さらに水で60秒間洗浄
することにより溶解除去し、さらにスピン乾燥した。
とにより、第1のレジストパターン上に第2のレジスト
架橋層を形成し、図16に示すように、第2のレジスト
パターンを形成した。なお、図中、0.36μmの値
は、架橋層を形成する前のホールサイズを示すものであ
る。
と、行っていない場合について、架橋層形成後のレジス
トパターンサイズ(ホールサイズ)を測定した。
の第1のレジストホールパターンサイズ、0.36μm
が、全面露光を行った場合には、約0.14μm、全面
露光を行わない場合には、約0.11μm縮小した。
ことにより、行わない場合に較べて、架橋反応がより進
行し、第1のレジスト表面に架橋層が厚く形成されるこ
とがわかった。
トパターンが形成されたSiウェーハ上に、実施例11
で得たポリビニルアセタール樹脂とエチレン尿素(20
wt%)の混合溶液を第2のレジストとして用いた。
した後、105℃/60秒、115℃/60秒、125
℃/60秒の3種類の条件でミキシングベーク(MB)
を行い、架橋反応を行った。
水溶液で10秒間静止洗浄し、さらに水で60秒間洗浄
することにより溶解除去し、さらにスピン乾燥した。
ことにより、第1のレジストパターン上に第2のレジス
ト架橋層を形成し、図18に示すように、第2のレジス
トパターン(ホールパターン、ラインパターンおよび孤
立残しパターン)を形成した。
層形成後の各レジストパターンの測長部分のサイズを測
定した。
で形成した0.36μmサイズのホールパターンの内
径、および、ラインパターンと孤立残しパターンにおけ
るスペースのサイズ(0.40μm)が、架橋層形成後
のレジストパターンでは縮小されており、その縮小量
は、MB温度が高くなるとともに増大した。
度良く架橋反応の制御が可能であることが分かる。
トパターンが形成されたSiウェーハ上に、実施例5で
得たポリビニルアセタール水溶液、実施例10で得たポ
リビニルアセタール樹脂水溶液と水溶性架橋剤であるメ
トキシエチレン尿素の濃度の異なる3種類の混合溶液を
第2のレジストとして用いた。
した後、115℃/60秒でミキシングベーク(MB)
を行い、架橋反応を行った。
水溶液で10秒間静止洗浄し、さらに水で60秒間洗浄
することにより溶解除去し、さらにスピン乾燥した。
とにより、第1のレジストパターン上に第2のレジスト
架橋層を形成し、図20に示すように、第2のレジスト
パターンを形成した。
えた場合の、架橋層形成後のレジストパターンサイズ
(ホールサイズ)を測定した。
に、実施例2で形成した約0.36μmサイズのホール
パターンの内径は縮小されており、その縮小量は、水溶
性架橋剤の混合量が増加するほど大きくなった。
することにより、精度良く架橋反応を制御できることが
分かる。
トパターンが形成されたSiウェーハ上に、実施例5で
得たポリビニルアセタール水溶液、実施例10で得たポ
リビニルアセタール樹脂水溶液と水溶性架橋剤である
(N−メトキシメチル)−ジメトキシエチレン尿素混合
水溶液、(N−メトキシメチル)メトキシヒドロキシエ
チレン尿素、N−メトキシメチル尿素の混合溶液を第2
のレジストとして用いた。第2のレジスト材料を滴下、
スピンコートした後、105℃/60秒でミキシングベ
ーク(MB)を行い、架橋反応を行った。
水溶液で10秒間静止洗浄し、さらに水で60秒間洗浄
することにより溶解除去し、さらにスピン乾燥した。
とにより、第1のレジストパターン上に第2のレジスト
架橋層を形成し、図20に示したものと同様に、第2の
レジストパターンを形成した。
えて、架橋層形成後のレジストパターンサイズ(ホール
サイズ)を測定した。
に、実施例3で形成した約0.24μmサイズのホール
パターンの内径は縮小されており、その縮小量は、水溶
性架橋剤の違いにより差が認められた。
の違いにより、架橋反応の制御が可能であることが分か
る。
トパターンが形成されたSiウェーハ上に、ポリビニル
アセタール樹脂水溶液と水溶性架橋剤であるN−メトキ
シメチル−ヒドロキシメトキシエチレン尿素混合水溶液
を第2のレジストとして用いた。
した後、所定の温度にて60秒のミキシングベーク(M
B)を行い、架橋反応を行った。
水溶液で10秒間静止洗浄し、さらに水で60秒間洗浄
することにより溶解除去し、さらにスピン乾燥した。
とにより、第1のレジストパターン上に第2のレジスト
架橋層を形成し、図20に示したものと同様に、第2の
レジストパターンを形成した。
ングベーク温度(MB温度)を変えて、架橋層形成後の
レジストパターンサイズ(ホールサイズ)を測定した。
に、実施例3で形成した約0.24μmのレジストパタ
ーンサイズは縮小されており、水溶性架橋剤量、MB温
度により差が認められた。
を発生する化学増幅型レジストを用いた場合にも、架橋
反応によるレジストパターサイズの制御が可能であるこ
とが分かる。
トパターンが形成されたSiウェーハ上に、実施例6で
得たポリビニルアルコール水溶液、および、実施例8で
得た(N−メトキシメチル)ジメトキシエチレン尿素と
ポリビニルアルコールを尿素の混合量が10wt%にな
るように調整した溶液を第2のレジスト材料として用い
た。
した後、95、105、115℃/60秒のミキシング
ベーク(MB)を行い、架橋反応を行った。
水溶液で1分間静止現像し、さらに水で約1分間洗浄す
ることにより溶解除去し、さらにスピン乾燥した。
とにより、第1のレジストパターン上に第2のレジスト
架橋層を形成し、図20に示したものと同様に、第2の
レジストパターンを形成した。
と、しない場合について、ミキシングベーク温度(MB
温度)を変えて、架橋層形成後のレジストパターンサイ
ズ(ホールサイズ)を測定した。
に、実施例3で形成した約0.24μmのレジストホー
ルサイズは縮小されており、架橋剤を添加することによ
り、架橋反応がより促進され、加熱処理温度により縮小
量が容易に制御可能であり、制御範囲も広くなることが
わかった。
トパターンが形成された8インチSiウェーハ上に、実
施例6で得たポリビニルアルコール水溶液、実施例19
で得たポリビニルアルコールとエチレン尿素(10wt
%)の混合溶液を第2のレジスト材料として用いた。
した後、115℃/60秒のミキシングベーク(MB)
を行い、架橋反応を行った。
0、180、300秒間洗浄、および、イソプロピルア
ルコール水溶液で10秒間静止洗浄し、さらに水で50
秒間洗浄することにより実施し、続いて、110℃でポ
ストベークを行うことにより、縮小パターンを得た。
A欠陥装置を用いて、欠陥、異物検査を行った結果、図
25のテーブルに示すように、水だけを用いて洗浄した
場合には、8インチウェーハ面内に、シミ状の欠陥、お
よび溶解残渣が多数観察されたが、イソプロピルアルコ
ール水溶液で洗浄し、さらに水で洗浄した場合には、シ
ミ状の欠陥、残渣は全く観察されなかった。また、水溶
性架橋剤を混合した場合には、未架橋部分の溶解性も向
上するため洗浄後のシミ、残渣も減少することがわか
る。
浄する2段階の洗浄方法が溶解残渣の無い有効な手法で
あることがわかった。
トパターンが形成されたSiウェーハ上に、実施例5で
得たポリビニルアセタールKW3水溶液、実施例10で
得たポリビニルアセタール樹脂KW3水溶液と水溶性架
橋剤であるメトキシエチレン尿素混合水溶液、実施例1
9で調整したポリビニルアルコールとメトキシエチレン
尿素(10wt%)の混合溶液を第2のレジストとして
用いた。
した後、85℃/70秒でプリベークを行い、第2のレ
ジスト膜を形成した。
ングベーク(MB)を行い、架橋反応を行った。
水溶液で10秒間静止洗浄し、さらに水で60秒間洗浄
することにより溶解除去し、さらにスピン乾燥した。
とにより、第1のレジストパターン上に第2のレジスト
架橋層を形成し、図20に示したものと同様に、第2の
レジストパターンを形成した。
形成後のレジストパターンサイズ(ホールサイズ)を測
定した。
に、実施例4で形成した約0.2μmサイズのレジスト
パターンのサイズは縮小されており、その縮小量は、水
溶性樹脂の違いにより差が認められる。
リヒドロキシスチレンと酸発生剤から構成される化学増
幅型のEBレジストを用いた場合にも、架橋反応による
レジストパターンサイズの制御が可能であることがわか
った。
トパターン上に、選択的に電子線を照射した。電子線の
照射量は、50μC/cm2を照射した。
ール樹脂水溶液と水溶性架橋剤であるメトキシエチレン
尿素(10wt%)混合水溶液を第2のレジストとして
電子線を照射したレジストパターン上に塗布した。塗布
は、第2のレジスト材料を滴下、スピンコートすること
により行い、さらに、110℃/60秒でミキシングベ
ーク(MB)を行い、架橋反応を行った。
水溶液で10秒間静止洗浄し、さらに水で60秒間洗浄
することにより溶解除去し、さらにスピン乾燥する。
とにより、第1のレジストパターン上に選択的に第2の
レジスト架橋層を形成し、図20に示したものと同様
に、第2のレジストパターンを形成した。
線未照射部分について、架橋層形成後のレジストパター
ンサイズ(ホールサイズ)を測定した。
に、実施例2で形成した約0.36μmのレジストパタ
ーンは、電子線を照射しなかった部分においては縮小さ
れており、選択的に電子線を照射した部分については、
架橋反応が発生せず、ホールサイズの縮小が見られなか
った。
ンの形成後、選択的に電子線を照射することにより、照
射した部分のパターンでは、反応が生じないため、選択
的なレジストパターンのサイズ制御が可能であることが
分かる。
ば、レジストの分離パターン、ホールパターンの微細化
に於て、波長限界を越えるパターン形成を可能とする微
細分離レジストパターン形成用材料とそれを用いた微細
パターン形成方法が得られるとともに、シミ状の欠陥あ
るいは溶解残渣等がない極めて清浄な微細パターンが得
られる。これにより、ホール系レジストパターンのホー
ル径を従来より縮小することができ、またスペース系レ
ジストパターンの分離幅を従来より縮小することができ
る。
ジストパターンをマスクとして用いて、半導体基材上に
微細分離されたスペースあるいはホール形成することが
できる。
離されたスペースあるいはホールを有する半導体装置を
得ることができる。
形成方法を説明するためのマスクパターンの図である。
形成方法を説明するための工程フロー図である。
形成方法を説明するための工程フロー図である。
脂組成物の具体例である。
橋剤組成物の具体例である。
形成方法を説明するための工程フロー図である。
形成方法を説明するための工程フロー図である。
形成方法を説明するための工程フロー図である。
形成方法を説明するための工程フロー図である。
トパターンを示す平面図である。
トパターンを示す平面図である。
トパターンを示す平面図である。
トパターンを示す平面図である。
ストパターンを示す平面図である。
ターンサイズの測定結果を示すテーブルである。
ストパターンを示す平面図である。
ターンサイズの測定結果を示すテーブルである。
ストパターンを示す平面図である。
ターンサイズの測定結果を示すテーブルである。
ストパターンを示す平面図である。
ターンサイズの測定結果を示すテーブルである。
ストパターンサイズの測定結果を示すテーブルである。
ストパターンサイズの測定結果を示すテーブルである。
ストパターンサイズの測定結果を示すテーブルである。
ストパターンサイズの測定結果を示すテーブルである。
ストパターンサイズの測定結果を示すテーブルである。
トパターンサイズの測定結果を示すテーブルである。
よび21a 第1のレジストパターン、2、12および
22 第2のレジスト、3 半導体基板(半導体基
材)、4、14および24 架橋層
Claims (23)
- 【請求項1】 基材上に、第1のレジストを成膜し、こ
の膜をパターン形成して、酸を供給し得る第1のレジス
トパターンを形成する工程と、この第1のレジストパタ
ーン上に第1のレジストパターンを溶解せず、かつ酸の
存在により架橋反応を起こす、水溶性の樹脂、あるいは
水溶性の架橋剤、あるいはこれらの混合物である第2の
レジストを形成する工程と、前記第1のレジストパター
ンからの酸の供給により前記第1のレジストパターンに
接する前記第2のレジストの界面部分に架橋膜を形成す
る処理工程と、前記第2のレジストの非架橋部分を除去
し第2のレジストパターンを形成する現像処理工程とを
備え、前記現像処理工程は、第1のレジストパターンを
溶解させないで、前記第2のレジストを溶解させうる溶
解性の高い、水にアルコール類あるいは水溶性の有機溶
剤を混合した溶液で現像した後、さらに溶解性の低い溶
液でリンスする多段階処理により行われることを特徴と
するレジストパターン形成方法。 - 【請求項2】 前記溶解性の低い溶液は、水であること
を特徴とする請求項1記載のレジストパターン形成方
法。 - 【請求項3】 前記アルコール類は、メタノール、エタ
ノール、プロパノール、またはブタノールであることを
特徴とする請求項1記載のレジストパターン形成方法。 - 【請求項4】 前記水溶性の有機溶剤は、N−メチルピ
ロリドン、2−ヘプタノン、またはアセトンであること
を特徴とする請求項1記載のレジストパターン形成方
法。 - 【請求項5】 前記溶解性の高い溶液は、界面活性剤を
含有することを特徴とする請求項1記載のレジストパタ
ーン形成方法。 - 【請求項6】 前記第1のレジストは、露光により酸を
発生するレジストであることを特徴とする請求項1記載
のレジストパターン形成方法。 - 【請求項7】 前記第1のレジストは、加熱処理により
酸を発生するレジストであることを特徴とする請求項1
記載のレジストパターン形成方法。 - 【請求項8】 前記第1のレジストは、露光とか熱処理
により酸を発生するレジストであることを特徴とする請
求項1記載のレジストパターン形成方法。 - 【請求項9】 前記第1のレジストは、酸を含有するレ
ジストであることを特徴とする請求項1記載のレジスト
パターン形成方法。 - 【請求項10】 前記第1のレジストパターンを酸性液
体、あるいは酸性ガスにより、表面処理を施すことによ
って、酸を供給し得るようにすることを特徴とする請求
項1記載のレジストパターン形成方法。 - 【請求項11】 前記第1のレジストパターンの所定領
域を、選択的に露光し、加熱することにより、前記所定
領域の第1のレジストパターン表面に前記架橋膜を形成
するようにすることを特徴とする請求項1記載のレジス
トパターン形成方法。 - 【請求項12】 前記第1のレジストパターンの所定領
域に、選択的に電子ビームを照射することにより、前記
所定領域以外の第1のレジスト表面に前記架橋膜を形成
するようにすることを特徴とする請求項1記載のレジス
トパターン形成方法。 - 【請求項13】 前記第1のレジストは、ノボラック樹
脂とナフトキノンジアジド系感光剤との混合物より形成
されたレジストであることを特徴とする請求項1記載の
レジストパターン形成方法。 - 【請求項14】 前記第1のレジストは、紫外線、EB
(電子線)、またはX線の照射により酸を発生する機構
を用いた化学増幅型レジストであることを特徴とする請
求項1記載のレジストパターン形成方法。 - 【請求項15】 前記水溶性の樹脂は、ポリアクリル
酸、ポリビニルアセタール、ポリビニルピロリドン、ポ
リビニルアルコール、ポリエチレンイミン、スチレン−
無水マレイン酸共重合体、ポリビニルアミン、ポリアリ
ルアミン、オキサゾリン基含有水溶性樹脂、水溶性ウレ
タン、水溶性フェノール、水溶性エポキシ、水溶性メラ
ミン樹脂、水溶性尿素樹脂、アルキッド樹脂、スルホン
アミドおよびこれらの塩の1種類、または、2種類以上
の混合物であることを特徴とする請求項1記載のレジス
トパターン形成方法。 - 【請求項16】 前記水溶性の架橋剤は、メラミン誘導
体、メチロールメラミン誘導体などのメラミン系架橋
剤、尿素誘導体、メチロール尿素誘導体、エチレン尿素
カルボン酸、メチロールエチレン尿素誘導体などの尿素
系架橋剤、および ベンゾグアナミン、グリコールウリ
ル、イソシアネートなどのアミノ系架橋剤の1種類、あ
るいは2種類以上の混合物であることを特徴とする請求
項1記載のレジストパターン形成方法。 - 【請求項17】 第2のレジストとして、ポリビニルア
セタール樹脂を用い、このポリビニルアセタール樹脂の
アセタール化度を調整することにより、前記第1のレジ
ストパターンとの反応量を制御することを特徴とする請
求項1記載のレジストパターン形成方法。 - 【請求項18】 前記第2のレジストとして、水溶性の
樹脂と水溶性の架橋剤との混合物を用い、前記水溶性架
橋剤の混合量を調整することにより、第1のレジストパ
ターンとの反応量を制御することを特徴とする請求項1
記載のレジストパターン形成方法。 - 【請求項19】 前記第2のレジストは、さらに添加剤
として、1種類の可塑剤あるいは2種類以上の可塑剤の
混合物を含有することを特徴とする請求項1記載のレジ
ストパターン形成方法。 - 【請求項20】 前記第2のレジストは、さらに、1種
類の界面活性剤あるいは2種類以上の界面活性剤の混合
物を混合したものであることを特徴とする請求項1記載
のレジストパターン形成方法。 - 【請求項21】 前記第2のレジストの溶媒として、
水、あるいは水とアルコール、N−メチルピロリドンな
どの水溶性溶媒の混合溶媒を用いることを特徴とする請
求項1記載のレジストパターン形成方法。 - 【請求項22】 半導体基材上に請求項1ないし請求項
21に記載のレジストパターン形成方法を用いて形成さ
れたレジストパターンをマスクに前記半導体基材をエッ
チングする工程を備えたことを特徴とする半導体装置の
製造方法。 - 【請求項23】 請求項22に記載の半導体装置の製造
方法を用いて製造された半導体装置。
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