JP3441439B2 - 微細レジストパターン形成方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体製造等に
適用される微細レジストパターン形成方法と、この方法
を用いて製造する半導体装置の製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体製造などにおける微細
パターンを形成するため、Ｓｉ含有のレジストを上層側
に用いた二層レジストプロセスが広く検討されている。

【０００３】図３（ａ）〜（ｅ）は、従来方法による半
導体製造工程等における微細パターン形成の工程を説明
するための模式図である。これは、Ｓｉ含有のレジスト
を上層側に用いた二層レジストプロセスを示している。

【０００４】まず、図３（ａ）に示すように、下地基板
１に下層レジスト２を塗布し熱架橋させる。次いで、図
３（ｂ）に示すように、下層レジスト２上にＳｉ含有の
上層レジスト３を塗布する。そして、図３（ｃ）に示す
ように、上層レジスト３の上方から露光４および湿式現
像（不図示）を行って、図３（ｄ）に示すＳｉ含有の上
層レジストパターン５を形成する。ここでいう露光に
は、周知の紫外線、Ｘ線、電子線等の高エネルギー照射
が可能な露光方法を適用できる。その後、図３（ｅ）に
示すように、Ｓｉ含有の上層レジストパターン５をエッ
チングマスクとして、前記下層レジスト２を酸素プラズ
マ等によりエッチングすることで下層レジストパターン
６が形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ようなＳｉ含有レジストを上層レジストに用いた二層レ
ジストプロセスでは、湿式現像処理後に形成される上層
レジストパターンより更なる微細なレジストパターンを
形成することはできない。

【０００６】そこで、前記従来技術が有する問題点に鑑
み、この発明では、半導体製造工程等において、湿式現
像で形成される上層レジストパターンよりもさらなる微
細なレジストパターンを容易に形成できる微細レジスト
パターン形成方法を提供することを課題とする。また、
この方法を用いて微細パターンを形成する半導体装置の
製造方法を提供することも、この発明の課題としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明は次のような特徴を備えている。

【０００８】この発明の微細レジストパターン形成方法
は、請求項１に記載のように、下地基板の上にシリル化
レジストを上層とした二層レジストを塗布形成後、上層
のレジストパターンを露光、湿式現像により形成し、前
記上層レジストパターンに対し全面露光を行うことによ
り前記上層レジストパターンの内奥部にのみ未反応な活
性レジストを残し、さらに前記上層レジストパターン全
面をシリル化処理することで前記上層のレジストパター
ンの内奥部のみにＳｉ元素を付与し、このＳｉ元素を含
む領域をマスクとして下層レジストのドライ現像を行う
ようにしたものである。

【０００９】また、この発明の半導体装置の製造方法
は、請求項２に記載のとおり、請求項１に記載の微細レ
ジストパターンの形成方法を用いて微細パターンを形成
し半導体装置を製造するものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図を用いてこの発明の実施
の形態を説明する。図１（ａ）〜（ｈ）は、この発明の
方法による半導体製造などにおける微細パターン形成の
工程を説明するための模式図である。また、図２は、こ
の発明の方法を用いて製造される半導体装置の構成を示
す模式図である。

【００１１】まず、図１（ａ）に示すように、下地基板
１１上に下層レジスト１２を0.5 μm 程度の厚さに回転
塗布し、200 〜300 ℃程度の温度で熱処理し熱架橋させ
る（第１の工程）。下層レジスト１２としては、一般的
なノボラックレジスト（例えば、住友化学工業製ｉ線レ
ジストＰＦＩ−３８）が使用可能である。

【００１２】次に、図１（ｂ）に示すように、熱架橋さ
せた下層レジスト１２上に上層レジスト１３を、回転塗
布法により0.03〜0.07um程度の薄膜状に塗布形成する
（第２の工程）。上層レジスト１３としては、一般的な
クリプトンフロライド(KrF) エキシマ露光用ネガ型レジ
スト（例えば、東京応化工業製ＴＤＵＲ−Ｎ９０８レジ
スト）が使用可能である。このとき、第１の工程におい
て塗布された下層レジスト１２は高温で熱架橋されてい
るため、上層レジスト１３は下層レジスト１２と混ざり
合うことなく良好に塗布される。

【００１３】次いで、図１（ｃ）に示すように、上層レ
ジスト１３上面の所望の箇所を好適な露光量で露光１４
（図面中、露光箇所を矢印で図示）し、露光後熱処理
（９０℃で１分）することにより上層レジスト１３の所
望の箇所を架橋させる（第３の工程）。この工程での露
光には、周知の紫外線、Ｘ線、電子線等の高エネルギー
照射が可能な露光方法の適用が可能であるが、仮にクリ
プトンフロライド(KrF)エキシマレーザにより露光を行
う場合、その照射量は3 〜8mJ/cm2 程度が好適である。

【００１４】そして、上層レジスト１３に対して湿式現
像を行うことにより、図１（ｄ）に示すような上層レジ
ストパターン１５を形成する（第４の工程）。このと
き、上層レジストパターン１５中には、第３の工程にお
ける露光処理による架橋反応に寄与しなかった未反応の
フェノール性水酸基が均一多量に残留している。

【００１５】次に、図１（ｅ）に示すように、上層レジ
ストパターン１５を含むウエハ全面を、例えばアルゴン
フロライド(ArF) エキシマ光（波長193nm ）で露光１６
する（第５の工程）。この工程における全面露光では最
適な露光量を供給することが肝要であり、アルゴンフロ
ライドエキシマ光を用いる場合、その露光量は10〜30mJ
/cm2が適量である。

【００１６】第５の工程における全面露光により上層レ
ジストパターン１５の表面近傍は架橋反応が進み、その
表面近傍の残留フェノール性水酸基の数を減らすことが
できる。すなわち、図１（ｆ）に示すように、上層レジ
ストパターン１５の内奥部１７にのみ未反応のフェノー
ル性水酸基を残すことが可能になるのである。

【００１７】次に、図１（ｇ）に示すように、内奥部１
７を含む上層レジストパターン１５をＳｉ元素を含む有
機ガス雰囲気（図中、Ｓｉで示す）に所望の時間晒すこ
とによりシリル化処理を行う（第６の工程）。この工程
におけるＳｉ元素を含む有機ガスには、例えばジメチル
シリルジメチルアミン（DMSDMA）ガスを用いる。

【００１８】このシリル化処理により、図１（ｈ）に示
すように、第５の工程で形成されたフェノール性水酸基
が残留した前記内奥部１７は、シリル化反応によりフェ
ノール性水酸基とジメチルシリルジメチルアミンとが反
応してレジスト内にＳｉ元素を取り込み、Ｓｉ元素含有
の領域１８を形成する。すなわち、フェノール性水酸基
が存在しない領域はシリル化反応が生ぜず、シリル化反
応を示すのは全面露光後にフェノール性水酸基が残留す
る上層レジストパターン１５の前記内奥部１７だけとな
る。シリル化処理によってＳｉ元素が取り込まれる領域
１８の大きさ（寸法）は、第５の工程における全面露光
照射の露光量、第２の工程における上層レジスト１２の
塗布膜厚、第６の工程におけるシリル化処理条件（温
度、時間、圧力、シリル化剤）等によって任意に制御で
きる。

【００１９】最後に、図１（ｈ）に示した状態で酸素プ
ラズマにより上層レジストパターン１５および下層レジ
スト１２の全面にエッチング処理を施すことにより、上
層レジストパターン１５のＳｉ元素を取り込んでいない
部位（領域１８以外の部位）および下層レジスト１２の
領域１８によってマスクされる部位以外がエッチング除
去（ドライ現像）される（第７の工程）。

【００２０】以上のような各工程を経ることにより、図
２に示すように、第５の工程までの過程で形成された前
記上層レジストパターン１５より細い微細レジストパタ
ーン１９が形成できる。ここで、前記下層レジスト１２
は高温でハードベークして熱架橋されているため、酸素
プラズマによるダメージを受け難くなっている。したが
って、微細レジストパターン１９も、パターン変形等の
ない良好なパターンとなる。

【００２１】なお、この実施の形態では、上層レジスト
としてネガ型のレジストを用いた場合の例を示したが、
ポジ型のレジストを用いても同様の効果が得られること
はいうまでもない。

【００２２】以上説明したように、この発明の方法によ
れば、前記第１ないし第７の工程を経ることにより、湿
式現像で形成される従来のレジストパターンよりもさら
なる微細なレジストパターンを容易に形成できる。

【００２３】以上に説明した下地基板１１は、絶縁膜で
ある場合も導電膜である場合もあり、その材質は限定さ
れるものではない。図２のように形成した微細レジスト
パターン１９をマスクとして下地基板１１をエッチング
すれば、下地基板１１の微細パターンを形成することが
できる。このような工程を半導体製造プロセスに適用す
れば、半導体基板上で絶縁膜あるいは導電膜の微細パタ
ーンを形成することができ、これにより例えば高密度の
半導体装置を製造することが可能になる。また、この発
明は半導体製造のみならず、微細パターンの形成を必要
とする他の電子デバイス等の製造工程にも広く適用でき
るものである。

【００２４】

【発明の効果】上述のように、この発明によれば、半導
体装置等の製造工程において、湿式現像で形成される従
来のレジストパターンよりもさらなる微細のレジストパ
ターンを容易に形成することができる。また、このよう
に形成した微細レジストパターンを用いて下地層に微細
パターンを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の方法による微細レジストパターン
形成の工程を説明するための模式図である。

【図２】 この発明の方法を用いて製造する半導体装置
の構成を示す模式図である。

【図３】 従来方法による微細レジストパターン形成の
工程を説明するための模式図である。

【符号の説明】

１、１１ 下地基板 ２、１２ 下層レジスト ３、１３ 上層レジスト ４、１４、１６ 露光 ５、１５ 上層レジストパターン ６ 下層レジストパターン １７ 内奥部 １８ 領域 １９ 微細レジストパターン

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下地基板の上にシリル化レジストを上層
   とした二層レジストを塗布形成後、上層のレジストパタ
   ーンを露光、湿式現像により形成し、前記上層レジスト
   パターンに対し全面露光を行うことにより前記上層レジ
   ストパターンの内奥部にのみ未反応な活性レジストを残
   し、さらに前記上層レジストパターンの全面をシリル化
   処理することで前記上層レジストパターンの内奥部のみ
   にＳｉ元素を付与し、このＳｉ元素を含む領域をマスク
   として下層レジストのドライ現像を行うようにしたこと
   を特徴とする微細レジストパターン形成方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の微細レジストパターン
   形成方法を用いて微細パターンを形成する工程を含むこ
   とを特徴とする半導体装置の製造方法。