JP3195941B2 - ホールパターンの形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はホールパターンの形
成方法に関し、特に、半導体基板上の被エッチング膜に
対して、ホールパターン化された感光性材料膜をマスク
としてドライエッチングを行なって、被エッチング膜か
らなるホールパターンを形成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】以下、従来のホールパターンの形成方法
について、図１(a) 〜図１(c) を参照しながら説明す
る。

【０００３】まず図１(a) に示すように、半導体基板１
上の被エッチング膜２上に、ホールパターン化（４）さ
れた感光性材料（以下、レジストと呼ぶ）被膜３を形成
する。これは、レジスト３を被エッチング膜２の上に堆
積する工程と、可視光（波長７００〜４００ｎｍ）ある
いは近紫外線（波長４００〜３００ｎｍ）を、露光光源
として、レジスト被膜３に照射する工程と、レジスト３
の照射部，または未照射部を、現像液に浸水させて溶解
させる工程からなる。

【０００４】次に図１(b) に示すように、ホールパター
ン化（４）されたレジスト被膜３をマスクにして、被エ
ッチング膜２に対してドライエッチングを行なうことに
より、ホールパターン化（４）されたレジスト被膜３の
パターン形状を、被エッチング膜２に転写して、該被エ
ッチング膜３からなるホールパターン５を形成する。

【０００５】次に図１(c) に示すように、ホールパター
ン化されたレジスト被膜３を除去することにより、半導
体基板１上に、被エッチング膜からなるホールパターン
５が得られる。

【０００６】上記の、可視光（波長７００〜４００ｎ
ｍ）あるいは近紫外線（波長４００〜３００ｎｍ）の露
光光源に対応する代表的なレジストとしては、ベースポ
リマーにノボラック樹脂を、感光性成分にキノンジアシ
ド化合物を、用いたものが用いられる（以下、このレジ
ストを、ノボラック型レジストと呼ぶ）。このレジスト
は、光露光された部分のアルカリ可溶性が増大するた
め、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（以下、Ｔ
ＭＡＨと呼ぶ）などに代表される希アルカリ水溶液の現
像液に浸水させる（以下、現像と呼ぶ）と、露光部分が
溶解除去される。これは、上記感光性成分をなすキノン
ジアシド化合物は、上記ベースポリマーであるノボラッ
ク樹脂に対して溶解阻止能を有するが、該キノンジアシ
ド化合物は、上記露光光源による露光によりインデンカ
ルボン酸となり、逆に上記ベースポリマーであるノボラ
ック樹脂に対して溶解促進作用を示すためである。

【０００７】また、上記レジストにより形成されたホー
ルパターン４をマスクとして、上記被エッチング膜２を
ドライエッチングするためには、反応性イオンエッチン
グ方式が用いられている。この反応式イオンエッチング
方式には、容量結合型プラズマタイプ、誘導結合型プラ
ズマタイプ、電子サイクロン共鳴タイプ、容量結合型プ
ラズマ２周波タイプ、表面波プラズマタイプなどがあ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】複雑な半導体集積回路
を使用したシステムの小型化に伴って、コンタクトホー
ル（以下、ホールと呼ぶ）も微細化が求められている。
このため、リソグラフィプロセスでは、露光光源の短波
長化が求められている。このような短波長の放射線を用
いるリソグラフィプロセスとしては、ＫｒＦエキシマレ
ーザー（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー
（波長１９３ｎｍ）等の遠紫外線や、シンクロトロン放
射線等のＸ線，あるいは電子線等の荷電粒子線を使用す
る方法が提案されている。そして、このような短波長の
放射線に対応する高解像度のレジストとして、インター
ナショナル・ビジネス・マシーン（ＩＢＭ）社より「化
学増幅型レジスト」が提唱されている。化学増幅型レジ
ストは、それに含有される感放射線性酸発生剤への放射
線の露光により酸を発生させ、この酸の触媒反応により
レジスト被膜中で、例えば、極性の変化、化学結合の開
裂、架橋反応等の化学反応を生起させ、現像液に対する
溶解性が露光部において変化する現象を利用して、パタ
ーンを形成するものである。したがって、従来のノボラ
ック型レジストとは異なった化学反応機構を持つ材料で
ある。

【０００９】一方、レジストにより形成されたホールパ
ターン４をマスクとして、被エッチング膜２をドライエ
ッチングすると、ホールサイズの微細化に伴い、ホール
サイズに対する被エッチング膜２の相対的厚さ（以下、
この比をアスペクト比と呼ぶ）が厚くなる。このため、
複雑な半導体集積回路を使用したシステムの小型化に伴
って、高アスペクト比のホールを形成可能なドライエッ
チングプロセスが求められている。高アスペクト比のホ
ールを実現するためには、高真空、高プラズマ密度を有
するプロセスが必要となる。このため、ドライエッチン
グ装置は、単一電源を用いた方式から、主にプラズマを
発生させるソース電源と、主にイオンを基板に引き込む
バイアス電源との２つ以上の電源を持ち、該ソース電源
と、バイアス電源とを独立して制御する方式のものに移
行しつつある。また、プラズマ発生方式も、反応性イオ
ンエッチングでは、単一電源である容量結合型プラズマ
タイプから、２つ以上の電源を持った誘導結合型プラズ
マタイプ、電子サイクロン共鳴タイプ、容量結合型プラ
ズマ２周波タイプ、表面波プラズマタイプが、用いられ
るようになっている。

【００１０】ここで、化学増幅型レジストをマスクとし
た場合において、反応性エッチングに電源が一つの容量
結合型プラズマタイプのエッチング装置を用いた場合に
は、被エッチング膜に形成されるホールパターンは、星
型形状にはならず、その大きさも大きいものとはならな
い。しかしながら、図２に示すように、化学増幅型レジ
ストを用いたホールパターンをマスクとして、誘導結合
型プラズマタイプ、電子サイクロン共鳴タイプ、容量結
合型プラズマ２周波タイプ、表面波プラズマタイプ，の
反応性エッチングにより、被エッチング膜２をドライエ
ッチングすると、即ち，例えば、酸発生剤にジアゾメタ
ン化合物を、反応性エッチングに誘導結合型プラズマタ
イプを用いた場合、あるいは、酸発生剤にオニウム塩化
合物とジアゾメタン化合物の混合物を、反応性エッチン
グに誘導結合型プラズマタイプを用いた場合には、被エ
ッチング膜に形成されるホールパターン５は星型形状に
なり、また、ホールサイズは、化学増幅型レジストを用
いたホールパターン４よりも極端に大きくなる。

【００１１】そして、半導体集積回路において、図２の
ような星型形状，かつ大きなサイズのコンタクトホール
が形成されてしまうと、図２のような星型形状，かつ大
きなサイズのコンタクトホールと、配線とが不要に相互
接続されてしまうことにより、異常なリーク電流が流
れ、素子特性の劣化を招くという問題が発生する。

【００１２】また、従来のノボラック型レジストをマス
クとした場合には、電源がひとつの容量結合型プラズマ
タイプのエッチング装置を用いると、被エッチング膜に
形成されるホールパターンは、星型形状にはならず、そ
の大きさも大きいものとはならない。しかるに、これに
よっては、高アスペクト比のホールパターンを形成する
ことができない。

【００１３】本発明は、上記の点に鑑み、化学増幅型レ
ジストによるホールパターンをマスクとして、誘導結合
型プラズマタイプ、電子サイクロン共鳴タイプ、容量結
合型プラズマ２周波タイプ、表面波プラズマタイプ，の
反応性エッチングによりドライエッチングを行って、被
エッチング膜にホールパターンを形成しても、高アスペ
クト比の丸型のホールパターン形状を得ることができ、
異常なリーク電流が流れ、素子特性の劣化を招く等の問
題が発生することのない、ホールパターンの形成方法を
提供することを目的とする。

【００１４】

【００１５】

【課題を解決するための手段】ところで、本願発明者
は、被エッチング膜のホールパターンが星型形状になる
原因について検討をした結果、化学増幅型レジストの酸
発生剤が原因であることを見出した。また、特定の酸発
生剤を用いることにより、化学増幅型レジストによるホ
ールパターンをマスクとして、誘導結合型プラズマタイ
プ、電子サイクロン共鳴タイプ、容量結合型プラズマ２
周波タイプ、表面波プラズマタイプ，の反応性エッチン
グによりドライエッチングを行って、被エッチング膜に
ホールパターンを形成するようにしても、丸型のホール
パターン形状を得ることができることを発見した。

【００１６】そこで、本発明の請求項１にかかるホール
パターンの形成方法は、半導体基板上に形成された被エ
ッチング膜の上に、ホールパターン化された感光性材料
膜を形成する第１の工程と、前記ホールパターン化され
た感光性材料膜をマスクの一部として、前記被エッチン
グ膜に対して１×１０ ¹⁰ ｃｍ ^-3 以上の高密度プラズマに
よりドライエッチングを行ない、前記被エッチング膜か
らなる高アスペクト比の丸型のホールパターンを形成す
る第２の工程と、を含み、前記感光性材料膜を構成する
感光性材料は、酸発生剤として、オニウム塩化合物，ス
ルホンイミド化合物のうちの少なくとも１種類の化合物
を含む化学増幅型レジストを使用することを特徴とする
ものである。また、本発明の請求項２にかかるホールパ
ターンの形成方法は、請求項１記載のホールパターンの
形成方法において、前記被エッチング膜を高密度プラズ
マによりドライエッチングする装置は、プラズマを発生
させるソース電源と、イオンを基板に引き込むバイアス
電源とを備えたものであることを特徴とするものであ
る。また、本発明の請求項３にかかるホールパターンの
形成方法は、請求項１記載のホールパターンの形成方法
において、前記被エッチング膜を高密度プラズマにより
ドライエッチングする装置は、誘導結合型プラズマタイ
プ、電子サイクロトロン共鳴タイプ、容量結合型プラズ
マ２周波タイプ、表面波プラズマタイプのプラズマドラ
イエッチング装置であることを特徴とするものである。

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、本発明の
実施の形態によるホールパターンの形成方法について、
図１(a) 〜(c) を参照しながら説明する。

【００２３】まず、図１(a) に示すように、被エッチン
グ膜２上にホールパターン化（４）されたレジスト被膜
３を形成する。これは、レジスト３を被エッチング膜２
の上に堆積する工程と、露光光源としてＫｒＦエキシマ
レーザー（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー
（波長１９３ｎｍ）等の遠紫外線や、シンクロトロン放
射線等のＸ線，あるいは電子線等の荷電粒子線をレジス
ト被膜３に照射する工程と、レジスト被膜３の照射部，
または未照射部を現像液に溶解させる工程とからなるも
のである。

【００２４】次に、図１(b) に示すように、ホールパタ
ーン化（４）されたレジスト被膜３をマスクにして、被
エッチング膜２に対してドライエッチングを行なうこと
により、ホールパターン化（４）されたレジスト被膜３
のパターン形状を、被エッチング膜２に転写して、被エ
ッチング膜２からなるホールパターン５を形成する。

【００２５】次に、図１(c) に示すように、ホールパタ
ーン化（４）されたレジスト被膜３を除去することによ
り、半導体基板１上に、被エッチング膜２からなるホー
ルパターン５が得られる。

【００２６】既に述べたことでもあるが、上記の工程で
は、従来は、露光光源として可視光（波長７００〜４０
０ｎｍ）や近紫外線（波長４００〜３００ｎｍ）を用い
ていた。また、上述したように、上記の露光光源に対応
する代表的なレジストとしては、ベースポリマーにノボ
ラック樹脂を、感光性成分にキノンジアシド化合物を用
いている。このレジストは、光露光された部分のアルカ
リ可溶性が増大するため、ＴＭＡＨ（テトラメチルアン
モニウムヒドロキシド）などに代表される希アルカリ水
溶液の現像液に浸水させると、露光部分が溶解除去され
る。これは、上記感光性成分をなすキノンジアシド化合
物は上記ベースポリマーであるノボラック樹脂に対して
溶解阻止能を有するが、該キノンジアシド化合物は、上
記露光光源による露光によりインデンカルボン酸とな
り、逆に上記ベースポリマーであるノボラック樹脂に対
して溶解促進作用を示すためである。

【００２７】これに対して、近年、複雑な半導体集積回
路を使用したシステムの小型化に伴って、コンタクトホ
ールも微細化が求められており、このため、リソグラフ
ィプロセスでは、レジストへの露光光源の短波長化が求
められている。このような短波長の放射線を用いるリソ
グラフィプロセスとしては、ＫｒＦエキシマレーザー
（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１
９３ｎｍ）等の遠紫外線や、シンクロトロン放射線等の
Ｘ線，あるいは電子線等の荷電粒子線を使用する方法が
提案されている。そして、このような短波長の放射線に
対応する高解像度のレジストとして、上述した、化学増
幅型レジストが提唱されており、これは、それに含有さ
れる感放射線性酸発生剤への放射線の露光により酸を発
生させ、この酸の触媒反応により感光性材料被膜中で、
例えば極性の変化、化学結合の開裂、架橋反応等の化学
反応を生起させ、現像液に対する溶解性が露光部におい
て変化する現象を利用して、パターンを形成するもので
ある。したがって、従来のノボラック型レジストとは異
なった化学反応機構を持つ材料である。

【００２８】この化学増幅型レジストの構成材料である
酸発生剤としては、オニウム塩化合物、スルホンイミド
化合物、ハロゲン含有化合物、スルホン化合物、スルホ
ン酸エステル化合物、キノンジアシド化合物、ジアゾメ
タン化合物が挙げられる。

【００２９】しかしながら、上記の酸発生剤のうち、ビ
スシクロヘキシルスルホニルジアゾメタン、ビス（３−
メチルフェニルスルホニル）ジアゾメタンなどに代表さ
れるジアゾメタン化合物を用いた化学増幅型レジスト
は、丸型のホールパターン化されたレジスト被膜４をマ
スクとして、被エッチング膜２に対しドライエッチング
を行う際に、２つ以上の電源をもつドライエッチング装
置を用いると、図２に示すように、被エッチング膜によ
るホールパターン５は星型形状になる。これは、他の酸
発生剤が、熱（例えば１６０℃を超えるまでの温度）や
プラズマに対して安定性が高いのに対し、ジアゾメタン
化合物は、他の酸発生剤よりも、熱やプラズマに対して
安定性が低く、昇華するためである。

【００３０】そして、半導体集積回路において、図２の
ような形状，かつ大きなサイズのコンタクトホール５を
形成すると、図２のような星型形状，かつ大きなサイズ
のコンタクトホール５と、配線とが不要に相互接続され
てしまうことにより、異常なリーク電流が流れ、素子特
性の劣化を招くという問題が発生することとなる。

【００３１】本実施の形態で説明しているオニウム塩化
合物としては、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、ピリ
ジウム塩、ホスオニウム塩、オキソニウム塩、アンモニ
ウム塩が挙げられる。スルホンイミド化合物としては、
Ｎ−スルホニルオキシナフタルイミド酸発生体が挙げら
れる。

【００３２】本実施の形態で説明している、２つ以上の
電源をもつドライエッチング方式としては、主にプラズ
マを発生させるソース電源と、主にイオンを基板に引き
込むバイアス電源とを、別々に持つ装置が挙げられる。
具体的な例としては、誘導結合型プラズマ（ICP, Induc
tion Coupling Plasma）タイプ、電子サイクロン共鳴
（ECR ，Electron Cyclotron Resonance）タイプ、容量
結合型プラズマ２周波（RIE, Reactive Ion Etcing - D
ouble Freqency Plasma ）タイプ、表面波プラズマ（SW
P, Surface Wave Plasma）タイプが挙げられる。

【００３３】一方、電源が単一であるドライエッチング
方式としては、容量結合型プラズマ（RIE, Reactive Io
n Etcing - Plasma ) タイプが挙げられる。

【００３４】２つ以上の電源をもつドライエッチング方
式と、電源が単一であるドライエッチング方式とを比較
すると、２つ以上の電源をもつドライエッチング方式の
方が、高密度のプラズマを発生することができる。した
がって、高アスペクト比のホールパターンを形成するこ
とができる。

【００３５】図３に、プラズマ密度とホールサイズ，及
びホール形状の関係を示す。条件として、シリコンから
なる半導体基板１の上にＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ−Ｐｈｏｓ
ｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）からなる被エ
ッチング膜２を、１２００ｎｍ堆積した。レジスト膜厚
は、１０００ｎｍ、リソグラフィ後のホールサイズは、
３００ｎｍとした。この場合、ＲＩＥの領域であるプラ
ズマ密度１×１０ ¹⁰ ｃｍ ^-3 までの低密度プラズマ領域で
は、被エッチング膜のホールパターン５は丸型形状であ
り、ドライエッチング後のホールサイズもリソグラフィ
後とほぼ同等の３００ｎｍである。しかし、１×１０ ¹⁰
ｃｍ ^-3 以上の高密度プラズマ領域になるにつれて、被エ
ッチング膜のホールパターン５は星型形状になり、ホー
ルサイズも拡大していくことがわかる。この結果から、
被エッチング膜のホールパターン５の形状はプラズマ密
度と大きく関係していることがわかる。

【００３６】ところが、従来のノボラック型レジストを
マスクとした場合、あらゆるタイプの反応性エッチング
を用いて被エッチング膜２によるホールパターン５を形
成しても、被エッチング膜２によるホールパターン５は
星型形状にはならない。また、化学増幅型レジストをマ
スクとした場合でも、容量結合型プラズマタイプの反応
性エッチングを用いて被エッチング膜２によるホールパ
ターン５を形成しても、被エッチング膜２によるホール
パターン５は星型形状にはならないことが以下に示す具
体例，及び参考例から明らかである。このため、ホール
パターン５の星型形状への変形は、特定の化学増幅型レ
ジスト（酸発生剤としてジアゾメタン化合物を用いたも
の）を特定のドライエッチングプロセス（２つ以上の電
源をもつドライエッチング方式）に組み合わせることに
より発生する、ことが明らかとなったことは驚くべきこ
とである。

【００３７】また、以下に示す具体例，及び参考例に示
すように、化学増幅型レジストの構成部分である保護基
は、ホールパターンの星型形状への変形には依存性がな
いことがほぼ明らかとなった。また、レジストの耐熱性
やドライエッチングによるレジストの削られ速度は、ホ
ールパターンの星型形状への変形には依存性がないこと
がほぼ明らかとなった。また、レジスト被膜のアニーリ
ング処理は、ホールパターンの星型形状への変形には依
存性がないことがほぼ明らかとなった。また、レジスト
の溶媒は、ホールパターンの星型形状への変形には依存
性がないことがほぼ明らかとなった。

【００３８】以下、レジスト，及びドライエッチング方
式の違いによる，ホールパターンの形状についての実験
結果について説明する。また、まとめを表１に示す。

【００３９】（第１の具体例）まず、シリコンからなる
半導体基板１の上に、ＢＰＳＧからなる被エッチング膜
２を、１２００ｎｍ堆積した。次に、ベースポリマーと
してのアルカリ難溶性樹脂であるＰＨＳ（ポリヒドロキ
シスチレン）誘導体、ベースポリマーに結合している保
護基としてのアクリル酸ｔ−ブチルエステル基、酸発生
剤としてのスルホンイミド化合物であるＮ−カンフォル
スルホニルオキシナフタルイミド、溶媒としての乳酸エ
チルとからなるレジスト（化学増幅型レジスト）を、被
エッチング膜２上に塗布して、次に１４０℃で６０秒加
熱処理を行い、１０００ｎｍの膜厚を有するレジスト被
膜３を形成した。

【００４０】次に、レジスト被膜３に対して、マスクを
介して、ＫｒＦエキシマレーザを照射した後、露光後ベ
ーク（以下、ＰＥＢ,post-exposure baking,と呼ぶ）と
して、１５０℃で９０秒の加熱処理をした。次に、レジ
スト被膜３の照射部を、２．３８％ＴＭＡＨ水溶液から
なる現像液に溶解させて、レジスト被膜３の未照射部か
らなる，開口サイズ（ホールの直径）が３００ｎｍであ
る，ホールパターン化されたレジスト被膜４を形成し
た。

【００４１】なお、このレジストは、レジスト塗布後の
加熱処理条件として、保護基が結合したベースポリマー
のガラス転移温度近くでの処理を行ない、該アニーリン
グ処理により自由堆積を減少し、空気中の塩基が拡散浸
透してくることを防ぐことを目的としたレジストである
（以下、この処理をアニーリング処理と呼ぶ）。この処
理により、レジストの耐熱性は、ガラス転移温度である
１５０℃付近までの加熱処理によってもレジストパター
ン形状は変形しなくなるものとなる。また、この耐熱性
は、従来のノボラック型レジストよりも優れた特性を持
つものである。

【００４２】次に、ホールパターン化されたレジスト被
膜４をマスクとして、被エッチング膜２のドライエッチ
ングを行なった。ドライエッチング装置は、誘導結合型
プラズマタイプを使用した。ドライエッチング条件は、
エッチングガスとしては、Ｃ₂ Ｆ₆ 、チャンバ真空度
は、５〜１０ｍＴｏｒｒ、バイアスパワーは、１０００
Ｗ、ソースパワーは、２１００Ｗである。この時のプラ
ズマ密度は、８×１０ ¹⁰ ｃｍ ^-3 である。また、上記レジ
ストと被エッチング膜２とのエッチング選択比は、ノボ
ラック型レジストと比較して約９０％であった（すなわ
ち、化学増幅型レジストのほうが削られやすい）。

【００４３】上記のレジスト，及びドライエッチング条
件により被エッチング膜２にホールパターン５を形成し
たところ、図４(a) に示すように、該ホールパターン５
はきれいな丸型形状となり、良好な特性が得られた。ま
た、ホールサイズは約３１０ｎｍであり、寸法の極端な
拡大もなく良好な特性であった。

【００４４】（第１の参考例）ベースポリマーとしての
アルカリ難溶性樹脂であるＰＨＳ（ポリヒドロキシスチ
レン）誘導体、ベースポリマーに結合している保護基と
してのアクリル酸ｔ−ブチルエステル基、酸発生剤とし
てのジアゾメタン化合物であるビスシクロヘキシルスル
ホニルジアゾメタン、溶媒としての乳酸エチルとからな
るレジスト（化学増幅型レジスト）を、被エッチング膜
２上に塗布して、次に１４０℃で６０秒加熱処理を行
い、１０００ｎｍの膜厚を有するレジスト被膜３を形成
した。この結果、レジストの耐熱性、及びレジストと被
エッチング膜とのエッチング選択比は、第１の具体例と
同一であった。また、その他の実験条件は、第１の具体
例と同一である。

【００４５】上記のレジスト，及びドライエッチング条
件により被エッチング膜２にホールパターン５を形成し
たところ、図４(c) に示すように、径のかなり大きい,
星型形状となった。また、ホールサイズは約３６０ｎｍ
であり、寸法の極端な拡大が見られ、非常に好ましくな
いものであった。

【００４６】（第２の参考例）ベースポリマーとしての
アルカリ難溶性樹脂であるＰＨＳ（ポリヒドロキシスチ
レン）誘導体、ベースポリマーに結合している保護基と
してのアセタール基、酸発生剤としてのジアゾメタン化
合物であるビスシクロヘキシルスルホニルジアゾメタ
ン、溶媒としての乳酸エチルとからなるレジスト（化学
増幅型レジスト）を、被エッチング膜２上に塗布して、
次に８０℃で９０秒加熱処理を行い、１０００ｎｍの膜
厚を有するレジスト被膜３を形成した。このレジスト
は、保護基にアセタール基を用いているため、１３０℃
程度で脱保護が起こり、アニーリング処理は行なわれて
いない。

【００４７】次に、レジスト被膜３に対してマスクを介
してＫｒＦエキシマレーザを照射した後、ＰＥＢとして
１１０℃で９０秒の加熱処理をした。次に、レジスト被
膜３の照射部を、２．３８％ＴＭＡＨ水溶液からなる現
像液に溶解させて、レジスト被膜３の未照射部からな
る、開口サイズ（ホールの直径）が３００ｎｍであるホ
ールパターン化されたレジスト被膜４を形成した。

【００４８】次に、パターン化されたレジスト被膜４を
マスクとして、被エッチング膜２のドライエッチングを
行なった。ドライエッチング装置は、容量結合型プラズ
マタイプを使用した。ドライエッチング条件は、エッチ
ングガスとしては、ＣＨＦ₃とＣＦ₄ ，及びＡｒの混合
ガスを用い、チャンバ真空度は１５０ｍＴｏｒｒ、電源
パワーは１０００Ｗとした。この時のプラズマ密度は、
５×１０ ⁹ ｃｍ ^-3 である。

【００４９】上記のレジスト，及びドライエッチング条
件により被エッチング膜にホールパターン５を形成した
ところ、図４(d) に示すように、丸型形状となり良好な
特性が得られた。また、ホールサイズは約３０５ｎｍで
あり、寸法の極端な拡大もなく良好な特性であった。

【００５０】（第２の具体例）ベースポリマーとしての
アルカリ難溶性樹脂であるＰＨＳ（ポリヒドロキシスチ
レン）誘導体、ベースポリマーに結合している保護基と
してのアセタール基、酸発生剤としてのオニウム塩化合
物であるトリフェニルスルホニウムトリフレート、溶媒
としての乳酸エチルとからなるレジスト（化学増幅型レ
ジスト）を、被エッチング膜２上に塗布して、次に８０
℃で９０秒加熱処理を行い、１０００ｎｍの膜厚を有す
るレジスト被膜３を形成した。このレジストは、保護基
にアセタール基を用いているため、１３０℃程度で脱保
護基（保護基の離脱）が起こり、アニーリング処理は行
なわれていない。

【００５１】次に、レジスト被膜３に対してマスクを介
してＫｒＦエキシマレーザを照射した後、ＰＥＢとして
１１０℃で９０秒の加熱処理をした。次に、レジスト被
膜３の照射部を、２．３８％ＴＭＡＨ水溶液からなる現
像液に溶解させて、レジスト被膜３の未照射部からな
る，開口サイズ（ホールの直径）が３００ｎｍであるホ
ールパターン化されたレジスト被膜４を形成した。

【００５２】次に、パターン化されたレジスト被膜３を
マスクとして、被エッチング膜２のドライエッチングを
行なった。条件は第１の具体例と同一であり、誘導結合
型プラズマタイプで行なった。上記レジストと被エッチ
ング膜との選択比は、ノボラック型レジストと比較し
て、約８０％であった。すなわち、化学増幅型レジスト
のほうが削られやすい、ことが示された。

【００５３】上記のレジスト，及びドライエッチング条
件により被エッチング膜２にホールパターン５を形成し
たところ、図４(b) に示すように、丸型形状となり良好
な特性が得られた。またホールサイズは約３０５ｎｍで
あり、寸法の極端な拡大もなく良好な特性であった。

【００５４】（第３の参考例）ベースポリマーとしての
アルカリ難溶性樹脂であるＰＨＳ（ポリヒドロキシスチ
レン）誘導体、ベースポリマーに結合している保護基と
してのアセタール基、酸発生剤としての、オニウム塩化
合物であるトリフェニルスルホニウムトリフレートとジ
アゾメタン化合物であるビス（３−メチルフェニルスル
ホニル）ジアゾメタンの両者よりなる添加物、溶媒とし
てのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテー
トとからなるレジスト（化学増幅型レジスト）を、被エ
ッチング膜２上に塗布して、次に８０℃で９０秒加熱処
理を行い、１０００ｎｍの膜厚を有するレジスト被膜３
を形成した。このレジストは、保護基にアセタール基を
用いているため、１３０℃程度で脱保護基（保護基の離
脱）が起こり、アニーリング処理は行なわれていない。

【００５５】次に、レジスト被膜３に対して、マスクを
介して、ＫｒＦエキシマレーザを照射した後、ＰＥＢと
して１１０℃で９０秒の加熱処理をした。

【００５６】次に、パターン化されたレジスト被膜３を
マスクとして、被エッチング膜２のドライエッチングを
行なった。条件は第１の具体例と同一であり、誘導結合
型プラズマタイプで行なった。上記レジストと被エッチ
ング膜２との選択比は、ノボラック型レジストと比較し
て約８０％であった。すなわち、化学増幅型レジストの
ほうが削られやすい、ことを示した。

【００５７】上記のレジスト，及びドライエッチング条
件により被エッチング膜２にホールパターン５を形成し
たところ、図４(e) に示すように、径の大きい、星型形
状となった。またホールサイズは、約３４５ｎｍであ
り、寸法の極端な拡大が見られ、非常に好ましくないも
のであった。

【００５８】（第４の参考例）ベースポリマーとしての
アルカリ難溶性樹脂であるノボラック樹脂、感光剤とし
てのキノンジアシド化合物、溶媒としてのプロピレング
リコールモノメチルエーテルアセテートとからなるレジ
スト（ノボラック型レジスト）を、被エッチング膜２上
に塗布して、次に、８０℃で９０秒加熱処理を行い、１
０００ｎｍの膜厚を有するレジスト被膜４を形成した。

【００５９】次に、レジスト被膜３に対してマスクを介
してｉ線（波長３６５ｎｍ）を照射した後、ＰＥＢとし
て、１１０℃で９０秒の加熱処理をした。次に、レジス
ト被膜３の照射部を、２．３８％ＴＭＡＨ水溶液からな
る現像液に溶解させて、レジスト被膜３の未照射部から
なる開口サイズ（ホールの直径）が３００ｎｍであるホ
ールパターン化されたレジスト被膜４を形成した。レジ
ストパターン４の耐熱性は１３０℃であった。

【００６０】次に、ホールパターン化されたレジスト被
膜４をマスクとして、被エッチング膜２のドライエッチ
ングを行なった。条件は第１の具体例と同一である誘導
結合型プラズマタイプと、第２の参考例と同一である容
量結合型プラズマタイプで、それぞれドライエッチング
を行なった。

【００６１】上記のレジスト，及びドライエッチング条
件により被エッチング膜２にホールパターン５を形成し
たところ、図４(f) に示すように、ホールパターンは、
どちらのドライエッチング条件でも、丸型形状となり、
ほぼ良好な特性が得られた。

【００６２】またホールサイズは約３０５ｎｍであり、
寸法の極端な拡大もなく、良好な特性であった。

【００６３】

【表１】

【００６４】

【発明の効果】請求項１に記載のホールパターンの形成
方法によれば、半導体基板上に形成された被エッチング
膜の上に、ホールパターン化された感光性材料膜を形成
する第１の工程と、前記ホールパターン化された感光性
材料膜をマスクの一部として、前記被エッチング膜に対
して１×１０ ¹⁰ ｃｍ ^-3 以上の高密度プラズマによりドラ
イエッチングを行ない、前記被エッチング膜からなる高
アスペクト比の丸型のホールパターンを形成する第２の
工程と、を含み、前記感光性材料膜を構成する感光性材
料は、酸発生剤として、オニウム塩化合物，スルホンイ
ミド化合物のうちの少なくとも１種類の化合物を含む化
学増幅型レジストを使用するようにしたので、プラズマ
密度を１×１０ ¹⁰ ｃｍ ^-3 以上の高密度プラズマとするこ
とにより、化学増幅型レジストを用いる場合でも、被エ
ッチング膜に高アスペクト比の丸形のホールパターンを
形成することができ、通常のサイズのコンタクトホール
と配線とが不要な相互接続を生ずることなく、優れた素
子特性を得ることができる、ホールパターンの形成方法
が得られる効果がある。また、請求項２に記載のホール
パターンの形成方法によれば、請求項１に記載のホール
パターンの形成方法において、前記被エッチング膜を高
密度プラズマによりドライエッチングする装置は、プラ
ズマを発生させるソース電源と、イオンを基板に引き込
むバイアス電源とを備えるものとしたので、この種の２
電源のドライエッチング装置を使用することにより、化
学増幅型レジストを用いる場合でも、被エッチング膜に
丸形のホールパターンを形成することができ、通常のサ
イズのコンタクトホールと配線とが不要な相互接続を生
ずることなく、優れた素子特性を得ることができる、ホ
ールパターンの形成方法が得られる効果がある。また、
請求項３に記載のホールパターンの形成方法によれば、
請求項１に記載のホールパターンの形成方法において、
前記被エッチング膜を高密度プラズマによりドライエッ
チングする装置は、誘導結合型プラズマタイプ、電子サ
イクロトロン共鳴タイプ、容量結合型プラズマ２周波タ
イプ、表面波プラズマタイプのプラズマドライエッチン
グ装置であるものとしたので、これらのいずれかのプラ
ズマドライエッチング装置を使用することにより、化学
増幅型レジストを用いる場合でも、被エッチング膜に丸
形のホールパターンを形成することができ、通常のサイ
ズのコンタクトホールと配線とが不要な相互接続を生ず
ることなく、優れた素子特性を得ることができる、ホー
ルパターンの形成方法が得られる効果がある。

【００６５】

【００６６】

【００６７】

【００６８】

【００６９】

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) 〜(c) は本発明，及び従来例によるホール
パターン形成方法の各工程を示す表面図，断面図、断面
図、及び表面図，断面図である。

【図２】従来のホールパターン形成方法における問題点
を説明する表面図，及び断面図である。

【図３】本発明にかかるホールパターンの形成方法にお
けるプラズマ密度とホール形状、サイズとの関係を表す
図である。

【図４】(a) 〜(f) は具体例１〜２及び参考例１〜４の
各条件下で被エッチング膜上に形成されたホールパター
ンの形状を示す図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 被エッチング膜 ３ レジスト被膜 ４ ホールパターン ５ ホールパターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−3169（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−337616（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−146610（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−142770（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−64395（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−195379（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03F 7/00 - 7/42 H01L 21/027 H01L 21/3065

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に形成された被エッチング
   膜の上に、ホールパターン化された感光性材料膜を形成
   する第１の工程と、 前記ホールパターン化された感光性材料膜をマスクの一
   部として、前記被エッチング膜に対して１×１０ ¹⁰ ｃｍ
   ^-3 以上の高密度プラズマによりドライエッチングを行な
   い、前記被エッチング膜からなる高アスペクト比の丸型
   のホールパターンを形成する第２の工程と、 を含み、 前記感光性材料膜を構成する感光性材料は、酸発生剤と
   して、オニウム塩化合物，スルホンイミド化合物のうち
   の少なくとも１種類の化合物を含む化学増幅型レジスト
   を使用することを特徴とするホールパターンの形成方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のホールパターンの形成
   方法において、 前記被エッチング膜を高密度プラズマによりドライエッ
   チングする装置は、 プラズマを発生させるソース電源と、 イオンを基板に引き込むバイアス電源とを備えたもので
   あることを特徴とするホールパターンの形成方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のホールパターンの形成
   方法において、 前記被エッチング膜を高密度プラズマによりドライエッ
   チングする装置は、 誘導結合型プラズマタイプ、電子サイクロトロン共鳴タ
   イプ、容量結合型プラズマ２周波タイプ、表面波プラズ
   マタイプのプラズマドライエッチング装置であることを
   特徴とするホールパターンの形成方法。