JP3453369B2 - 微細パターンの形成方法、半導体装置の製造方法および半導体装置 - Google Patents
微細パターンの形成方法、半導体装置の製造方法および半導体装置Info
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- JP3453369B2 JP3453369B2 JP2001059798A JP2001059798A JP3453369B2 JP 3453369 B2 JP3453369 B2 JP 3453369B2 JP 2001059798 A JP2001059798 A JP 2001059798A JP 2001059798 A JP2001059798 A JP 2001059798A JP 3453369 B2 JP3453369 B2 JP 3453369B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置を製造
する工程などにおいて、基板上に薄膜の微細パターンを
形成する方法に関する。
する工程などにおいて、基板上に薄膜の微細パターンを
形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造工程において多層配線
を実現するために、有機樹脂に、溝状パターンと穴状パ
ターンとが共存する微細パターンを形成したい場合があ
る。図３は、このような場合の微細パターンの形成方法
として、従来から知られている方法を説明するための図
である。
を実現するために、有機樹脂に、溝状パターンと穴状パ
ターンとが共存する微細パターンを形成したい場合があ
る。図３は、このような場合の微細パターンの形成方法
として、従来から知られている方法を説明するための図
である。
【０００３】図３（ａ）から（ｈ）は、パターン形成過
程における半導体装置の断面図を表した図である。はじ
めに、図３（ａ）に示すように、下地ウエハ基板１上に
有機樹脂２を塗布し、熱架橋させる。次いで、その有機
樹脂２上に、図３（ｂ）に示すように、真空蒸着により
ＳｉＯ２膜３を成膜する。さらに、そのＳｉＯ２膜３の
上に、回転塗布法によりレジスト４を塗布する。
程における半導体装置の断面図を表した図である。はじ
めに、図３（ａ）に示すように、下地ウエハ基板１上に
有機樹脂２を塗布し、熱架橋させる。次いで、その有機
樹脂２上に、図３（ｂ）に示すように、真空蒸着により
ＳｉＯ２膜３を成膜する。さらに、そのＳｉＯ２膜３の
上に、回転塗布法によりレジスト４を塗布する。
【０００４】次に、図３（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示す
ように公知のホトリソグラフィ技術とエッチング手法を
用いて、穴状のパターンを形成する。すなわち、まず、
図３（ｃ）に示すように所望の箇所（矢印で図示）のみ
を露光、現像して穴状パターンを形成する。次に、その
穴状パターンを、エッチングによりＳｉＯ２膜３に転写
して、図３（ｄ）に示すように、穴状ＳｉＯ２膜パター
ン５を形成し、さらに、酸素プラズマエッチングによ
り、その穴状ＳｉＯ２膜パターンを有機樹脂２に転写し
て、図３（ｅ）に示すように、穴状有機樹脂パターン６
を形成する。
ように公知のホトリソグラフィ技術とエッチング手法を
用いて、穴状のパターンを形成する。すなわち、まず、
図３（ｃ）に示すように所望の箇所（矢印で図示）のみ
を露光、現像して穴状パターンを形成する。次に、その
穴状パターンを、エッチングによりＳｉＯ２膜３に転写
して、図３（ｄ）に示すように、穴状ＳｉＯ２膜パター
ン５を形成し、さらに、酸素プラズマエッチングによ
り、その穴状ＳｉＯ２膜パターンを有機樹脂２に転写し
て、図３（ｅ）に示すように、穴状有機樹脂パターン６
を形成する。
【０００５】その後、図３（ｆ）に示すように、前記工
程により形成された穴状パターンを埋めるように、ウエ
ハ全面に有機樹脂７を塗布して熱架橋させ、その有機樹
脂７上に真空蒸着によりＳｉＯ２膜８を成膜し、さらに
ＳｉＯ２膜８上に回転塗布法によりレジスト９を塗布す
る。
程により形成された穴状パターンを埋めるように、ウエ
ハ全面に有機樹脂７を塗布して熱架橋させ、その有機樹
脂７上に真空蒸着によりＳｉＯ２膜８を成膜し、さらに
ＳｉＯ２膜８上に回転塗布法によりレジスト９を塗布す
る。
【０００６】次に、公知のホトリソグラフィ技術とエッ
チング手法を用いて、溝状のパターンを形成する。すな
わち、まず、図３（ｆ）に示すように、所望の箇所（矢
印で図示）を露光して溝状レジストパターンを形成す
る。次に、図３（ｇ）に示すように、エッチングにより
そのレジストパターンを転写して、溝状ＳｉＯ２膜パタ
ーン１０を形成する。さらに、図３（ｈ）に示すよう
に、溝状ＳｉＯ２膜パターン１０を酸素プラズマエッチ
ングなどを行って有機樹脂７に転写し、溝状有機樹脂パ
ターン１１を形成する。
チング手法を用いて、溝状のパターンを形成する。すな
わち、まず、図３（ｆ）に示すように、所望の箇所（矢
印で図示）を露光して溝状レジストパターンを形成す
る。次に、図３（ｇ）に示すように、エッチングにより
そのレジストパターンを転写して、溝状ＳｉＯ２膜パタ
ーン１０を形成する。さらに、図３（ｈ）に示すよう
に、溝状ＳｉＯ２膜パターン１０を酸素プラズマエッチ
ングなどを行って有機樹脂７に転写し、溝状有機樹脂パ
ターン１１を形成する。
【０００７】さらに一旦埋められた穴の部分をエッチン
グ処理することにより、穴状パターン１２を形成する。
図４は、溝状パターンおよび穴状パターンが形成された
基板を上から見た図を、断面図（図３（ｈ）と同じ）と
ともに示した図である。
グ処理することにより、穴状パターン１２を形成する。
図４は、溝状パターンおよび穴状パターンが形成された
基板を上から見た図を、断面図（図３（ｈ）と同じ）と
ともに示した図である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法は、有機樹
脂に、溝状パターンと穴状パターンとが共存する微細パ
ターンを形成することはできるものの、前述のように２
回の真空蒸着処理が必要となるため、全体として工程が
複雑であった。本発明は、溝状パターンと穴状パターン
とが共存する微細パターンを、真空蒸着処理を行わず
に、より簡単に形成する方法を提供することを目的とす
る。
脂に、溝状パターンと穴状パターンとが共存する微細パ
ターンを形成することはできるものの、前述のように２
回の真空蒸着処理が必要となるため、全体として工程が
複雑であった。本発明は、溝状パターンと穴状パターン
とが共存する微細パターンを、真空蒸着処理を行わず
に、より簡単に形成する方法を提供することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の、微細パターン
の形成方法は、基板上に下層レジストを塗布形成する工
程と、当該下層レジスト上に、表層から無機物元素が付
与されると所定のエッチングガスによるドライエッチン
グに対して耐性が強くなる材料からなる中間層レジスト
を塗布形成する工程と、当該中間層レジスト上に、表層
からの前記無機物元素の付与が困難な材料からなる上層
レジストを塗布形成する工程と、前記上層レジストを露
光、現像して、前記中間層レジストの一部が露出するよ
うな上層レジストパターンを形成する工程と、前記上層
レジストパターン形成後の基板を、前記無機物元素を含
むガスにさらして、前記中間層レジストの露出部分に、
前記ガス中に含まれる無機物元素を付与し、前記上層レ
ジストパターンの下に、無機物元素非付与領域を残存さ
せる工程と、前記上層レジストパターンの前記無機物元
素非付与領域の上の部分を、穴状に露光、現像して穴状
パターンを形成し、前記所定のエッチングガスを用い
て、当該穴状パターンの下の中間層レジストおよび下層
レジストをドライエッチングする工程と、前記上層レジ
ストを除去する工程と、前記上層レジスト除去後にドラ
イエッチングを行って、前記中間層レジストの無機物非
付与領域および当該無機物非付与領域の下の下層レジス
トについての溝状パターンを形成する工程と、を含むこ
とにより、穴状パターンと溝状パターンとが共存する微
細パターンを形成することを特徴とする方法である。
の形成方法は、基板上に下層レジストを塗布形成する工
程と、当該下層レジスト上に、表層から無機物元素が付
与されると所定のエッチングガスによるドライエッチン
グに対して耐性が強くなる材料からなる中間層レジスト
を塗布形成する工程と、当該中間層レジスト上に、表層
からの前記無機物元素の付与が困難な材料からなる上層
レジストを塗布形成する工程と、前記上層レジストを露
光、現像して、前記中間層レジストの一部が露出するよ
うな上層レジストパターンを形成する工程と、前記上層
レジストパターン形成後の基板を、前記無機物元素を含
むガスにさらして、前記中間層レジストの露出部分に、
前記ガス中に含まれる無機物元素を付与し、前記上層レ
ジストパターンの下に、無機物元素非付与領域を残存さ
せる工程と、前記上層レジストパターンの前記無機物元
素非付与領域の上の部分を、穴状に露光、現像して穴状
パターンを形成し、前記所定のエッチングガスを用い
て、当該穴状パターンの下の中間層レジストおよび下層
レジストをドライエッチングする工程と、前記上層レジ
ストを除去する工程と、前記上層レジスト除去後にドラ
イエッチングを行って、前記中間層レジストの無機物非
付与領域および当該無機物非付与領域の下の下層レジス
トについての溝状パターンを形成する工程と、を含むこ
とにより、穴状パターンと溝状パターンとが共存する微
細パターンを形成することを特徴とする方法である。
【００１０】この際、より微細なパターンを形成するた
めには、前記無機物元素非付与領域を残存させる工程に
おいて、前記中間層レジストの露出部分のみならず非露
出部分の所定の範囲にも、前記ガス中に含まれる無機物
元素を付与し、前記上層レジストパターンの幅より狭い
幅の無機物元素非付与領域を残存させることが好まし
い。無機物元素非付与領域の幅は、基板をガスにさらす
ときの条件、すなわち温度、時間、圧力、ガスの種類に
よって任意に制御することができる。無機物元素非付与
領域の幅が、後に形成する溝状パターンの溝幅となるの
で、所望の溝幅が得られるように条件を決定すればよ
い。
めには、前記無機物元素非付与領域を残存させる工程に
おいて、前記中間層レジストの露出部分のみならず非露
出部分の所定の範囲にも、前記ガス中に含まれる無機物
元素を付与し、前記上層レジストパターンの幅より狭い
幅の無機物元素非付与領域を残存させることが好まし
い。無機物元素非付与領域の幅は、基板をガスにさらす
ときの条件、すなわち温度、時間、圧力、ガスの種類に
よって任意に制御することができる。無機物元素非付与
領域の幅が、後に形成する溝状パターンの溝幅となるの
で、所望の溝幅が得られるように条件を決定すればよ
い。
【００１１】また、「表層から無機物元素が付与される
と所定のエッチングガスによるドライエッチングに対し
て耐性が強くなる材料からなる」レジストとは、例えば
ケイ素（Ｓｉ）元素を含むガスにさらすことによりＳｉ
と水酸基とが結合してレジスト中にＳｉが取り込まれ
る、いわゆるシリル化レジストなどをいう。具体的に
は、ポリビニルフェノール系レジストなどが好ましい。
その他、Ｓｉ以外の金属を取り込むことができる材料か
らなるレジストでもよい。
と所定のエッチングガスによるドライエッチングに対し
て耐性が強くなる材料からなる」レジストとは、例えば
ケイ素（Ｓｉ）元素を含むガスにさらすことによりＳｉ
と水酸基とが結合してレジスト中にＳｉが取り込まれ
る、いわゆるシリル化レジストなどをいう。具体的に
は、ポリビニルフェノール系レジストなどが好ましい。
その他、Ｓｉ以外の金属を取り込むことができる材料か
らなるレジストでもよい。
【００１２】この際、中間層レジストの一部に無機物元
素を付与するためには、上層レジストパターンを形成し
た後に、基板全体を無機物元素を含むガスにさらさなけ
ればならない。したがって、中間層レジストのみに無機
物元素を付与し、上層レジストパターンには無機物元素
が付与されないようにするためには、上層レジストは、
「表層からの無機物元素の付与が困難な材料からなる」
レジストである必要がある。ここで「困難な」とは、中
間層レジストに無機物元素を付与するのと同じ方法では
無機物元素を付与することができない程度の困難性をい
う。このような上層レジストとしては、例えばアクリル
系のＳｉ含有レジストが好ましい。
素を付与するためには、上層レジストパターンを形成し
た後に、基板全体を無機物元素を含むガスにさらさなけ
ればならない。したがって、中間層レジストのみに無機
物元素を付与し、上層レジストパターンには無機物元素
が付与されないようにするためには、上層レジストは、
「表層からの無機物元素の付与が困難な材料からなる」
レジストである必要がある。ここで「困難な」とは、中
間層レジストに無機物元素を付与するのと同じ方法では
無機物元素を付与することができない程度の困難性をい
う。このような上層レジストとしては、例えばアクリル
系のＳｉ含有レジストが好ましい。
【００１３】また、「上層レジストパターンの前記無機
物元素非付与領域の上の部分を、露光、現像して穴状パ
ターンを形成し、」とは、前述のように、無機物元素非
付与領域は溝状パターンとなる部分なので、溝の底に穴
状のパターンがあるような微細パターンを形成するため
には、「前記無機物元素非付与領域の上」に穴状パター
ンを形成する必要があるからである。
物元素非付与領域の上の部分を、露光、現像して穴状パ
ターンを形成し、」とは、前述のように、無機物元素非
付与領域は溝状パターンとなる部分なので、溝の底に穴
状のパターンがあるような微細パターンを形成するため
には、「前記無機物元素非付与領域の上」に穴状パター
ンを形成する必要があるからである。
【００１４】前記穴状パターン形成のためのドライエッ
チングおよび溝状パターン形成のためのドライエッチン
グは、中間層レジストの無機物付与領域はエッチングさ
れないが、上層レジストと下層レジストはエッチングさ
れるような方法で行う必要がある。例えば、「所定のエ
ッチングガス」が酸素ガスである場合、すなわち中間層
レジストに対し、酸素ガスによるエッチング耐性が強く
なるように無機物を付与した場合には、穴状パターン形
成のためのドライエッチングおよび溝状パターン形成の
ためのドライエッチングは、酸素プラズマにより処理す
るのがよい。
チングおよび溝状パターン形成のためのドライエッチン
グは、中間層レジストの無機物付与領域はエッチングさ
れないが、上層レジストと下層レジストはエッチングさ
れるような方法で行う必要がある。例えば、「所定のエ
ッチングガス」が酸素ガスである場合、すなわち中間層
レジストに対し、酸素ガスによるエッチング耐性が強く
なるように無機物を付与した場合には、穴状パターン形
成のためのドライエッチングおよび溝状パターン形成の
ためのドライエッチングは、酸素プラズマにより処理す
るのがよい。
【００１５】なお、本発明は、「基板」上に微細パター
ンを形成する方法であるが、ここで「基板」とは、広く
微細パターン形成の土台となる層を意味する。したがっ
て、ウエハ基板上にパターンを形成する場合はもちろん
のこと、ウエハ基板上に積層されたいずれかの層の上に
パターンを形成する場合も含むものとする。
ンを形成する方法であるが、ここで「基板」とは、広く
微細パターン形成の土台となる層を意味する。したがっ
て、ウエハ基板上にパターンを形成する場合はもちろん
のこと、ウエハ基板上に積層されたいずれかの層の上に
パターンを形成する場合も含むものとする。
【００１６】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
上記方法により微細パターンを形成する工程と、形成さ
れた微細パターンにＣｕ，Ｎｉなどの導電性材料を埋め
込んで配線を行う工程とを含むことを特徴とする方法で
ある。また、本発明の半導体装置は、そのような半導体
装置の製造方法により製造される半導体装置である。
上記方法により微細パターンを形成する工程と、形成さ
れた微細パターンにＣｕ，Ｎｉなどの導電性材料を埋め
込んで配線を行う工程とを含むことを特徴とする方法で
ある。また、本発明の半導体装置は、そのような半導体
装置の製造方法により製造される半導体装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。図１（ａ）から（ｊ）
は、本発明の方法により微細パターンを形成する際の、
各過程における半導体装置の断面図を表した図である。
いて、図面を参照して説明する。図１（ａ）から（ｊ）
は、本発明の方法により微細パターンを形成する際の、
各過程における半導体装置の断面図を表した図である。
【００１８】はじめに、図１（ａ）に示すように、下地
ウエハ基板１上に、下層レジストとなる有機樹脂１３を
０．５μｍ程度の厚さに回転塗布し、２００〜３００℃
程度の温度で熱処理して熱架橋させる。本実施の形態で
は有機樹脂１３として、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）を用いる。
ウエハ基板１上に、下層レジストとなる有機樹脂１３を
０．５μｍ程度の厚さに回転塗布し、２００〜３００℃
程度の温度で熱処理して熱架橋させる。本実施の形態で
は有機樹脂１３として、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）を用いる。
【００１９】次に、図１（ｂ）に示すように、中間層と
なるシリル化レジスト１４を０．１〜０．２μｍ程度の
厚さに塗布し、１３０〜１５０℃程度の温度で熱処理す
る。本実施の形態では、シリル化レジスト１４として、
分子量２〜３万程度のポリビニルフェノール系レジスト
を用いる。さらに、その中間層となるシリル化レジスト
１４の上に、上層レジストとしてＳｉ含有レジスト１５
を、回転塗布法により厚さ０．０５〜０．０７μｍ程度
に塗布形成する。本実施の形態では、Ｓｉ含有レジスト
１５として、ＡｒＦエキシマ露光用アクリル系Ｓｉ含有
ポジ型レジスト（例えば、Ｓｉ含有エキシマ露光用シロ
キサンレジスト 富士写真フィルム製Ｖ２Ｅレジスト）
を用いる。ここで、有機樹脂１３およびシリル化レジス
ト１４は高温で熱処理してあるので、中間層は下層レジ
ストと混ざり合うことなく、また上層レジストも中間層
と混ざり合うことなく、いずれも良好に塗布することが
できる。
なるシリル化レジスト１４を０．１〜０．２μｍ程度の
厚さに塗布し、１３０〜１５０℃程度の温度で熱処理す
る。本実施の形態では、シリル化レジスト１４として、
分子量２〜３万程度のポリビニルフェノール系レジスト
を用いる。さらに、その中間層となるシリル化レジスト
１４の上に、上層レジストとしてＳｉ含有レジスト１５
を、回転塗布法により厚さ０．０５〜０．０７μｍ程度
に塗布形成する。本実施の形態では、Ｓｉ含有レジスト
１５として、ＡｒＦエキシマ露光用アクリル系Ｓｉ含有
ポジ型レジスト（例えば、Ｓｉ含有エキシマ露光用シロ
キサンレジスト 富士写真フィルム製Ｖ２Ｅレジスト）
を用いる。ここで、有機樹脂１３およびシリル化レジス
ト１４は高温で熱処理してあるので、中間層は下層レジ
ストと混ざり合うことなく、また上層レジストも中間層
と混ざり合うことなく、いずれも良好に塗布することが
できる。
【００２０】次に、図１（ｃ）に示すように、Ｓｉ含有
レジスト１５の所望の箇所（矢印で図示）のみを適切な
露光量で露光する。露光方法としては、紫外線、Ｘ線、
電子線等、高エネルギー照射が可能なあらゆる方法を適
用できるが、本実施の形態では、アルゴンフロライド
（ＡｒＦ）エキシマレーザを用いるものとし、照射量は
３〜８ｍＪ／ｃｍ２としている。露光後、９０℃の温度
で１分程度熱処理することによりＳｉ含有レジスト１５
の所望箇所を分解させ、その後、Ｓｉ含有レジスト１５
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１６を形成する。この上層レ
ジストパターン１６はアクリル系レジストであるため、
後に行うシリル化処理によりシリル化反応しにくい。
レジスト１５の所望の箇所（矢印で図示）のみを適切な
露光量で露光する。露光方法としては、紫外線、Ｘ線、
電子線等、高エネルギー照射が可能なあらゆる方法を適
用できるが、本実施の形態では、アルゴンフロライド
（ＡｒＦ）エキシマレーザを用いるものとし、照射量は
３〜８ｍＪ／ｃｍ２としている。露光後、９０℃の温度
で１分程度熱処理することによりＳｉ含有レジスト１５
の所望箇所を分解させ、その後、Ｓｉ含有レジスト１５
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１６を形成する。この上層レ
ジストパターン１６はアクリル系レジストであるため、
後に行うシリル化処理によりシリル化反応しにくい。
【００２１】次に、図１（ｅ）に示すように、上層レジ
ストパターン１６を含むウエハ全面を、Ｓｉ元素を含む
有機ガス雰囲気１７（図ではＳｉと表す）の中に適切な
時間さらす。本実施の形態では、Ｓｉ元素を含む有機ガ
スとして、ジメチルシリルジメチルアミン(ＤＭＳＤＭ
Ａ)を用いている。
ストパターン１６を含むウエハ全面を、Ｓｉ元素を含む
有機ガス雰囲気１７（図ではＳｉと表す）の中に適切な
時間さらす。本実施の形態では、Ｓｉ元素を含む有機ガ
スとして、ジメチルシリルジメチルアミン(ＤＭＳＤＭ
Ａ)を用いている。
【００２２】この処理により、図１（ｆ）に示すよう
に、中間層のシリル化レジスト１４の露出部がシリル化
される。これは、中間層の露出部では、シリル化レジス
ト１４（ポリビニルフェノール系レジスト）のフェノー
ル性水酸基とジメチルシリルジメチルアミンが反応して
Ｓｉ元素が中間層のレジスト内に取り込まれることによ
る。
に、中間層のシリル化レジスト１４の露出部がシリル化
される。これは、中間層の露出部では、シリル化レジス
ト１４（ポリビニルフェノール系レジスト）のフェノー
ル性水酸基とジメチルシリルジメチルアミンが反応して
Ｓｉ元素が中間層のレジスト内に取り込まれることによ
る。
【００２３】ここで、前記シリル化反応は、適切な条件
により行えば、露出部のみならず上層レジストパターン
１６の下の一部の領域１９まで進行させることができ
る。例えば、本実施の形態では、前述のようにＳｉ元素
を含む有機ガスとしてジメチルシリルジメチルアミンを
用いているが、この場合、温度８０℃、気圧７３３３Ｐ
ａ（５５ｔｏｒｒ）の条件で１５秒間処理を行うと、上
層レジストパターン１６の端部から０．０３μｍ程度の
領域１９までシリル化が進行することが確認されてい
る。前記端部からの寸法、すなわち領域１９の大きさ
は、シリル化レジスト１４の塗布膜厚、シリル化処理を
行う温度、時間、気圧、シリル化剤として用いる有機ガ
スの種類などによって、任意の大きさに制御することが
できる。
により行えば、露出部のみならず上層レジストパターン
１６の下の一部の領域１９まで進行させることができ
る。例えば、本実施の形態では、前述のようにＳｉ元素
を含む有機ガスとしてジメチルシリルジメチルアミンを
用いているが、この場合、温度８０℃、気圧７３３３Ｐ
ａ（５５ｔｏｒｒ）の条件で１５秒間処理を行うと、上
層レジストパターン１６の端部から０．０３μｍ程度の
領域１９までシリル化が進行することが確認されてい
る。前記端部からの寸法、すなわち領域１９の大きさ
は、シリル化レジスト１４の塗布膜厚、シリル化処理を
行う温度、時間、気圧、シリル化剤として用いる有機ガ
スの種類などによって、任意の大きさに制御することが
できる。
【００２４】次に、上層レジストパターン１６を形成し
たときと同様、露光と湿式現像を行って、図１（ｇ）に
示すように、上層レジストパターン１６の中央部に穴状
のパターン２０を形成する。その後、酸素ガスプラズマ
でウエハ全面を異方性エッチング処理することにより、
穴状のパターン２０の下部に位置するシリル化レジスト
１４および有機樹脂１３をエッチングし、図１（ｈ）に
示すように、下地ウエハ基板１に達する穴状のパターン
２１を形成する。この際、Ｓｉ元素含有領域１８は酸素
ガスプラズマではエッチングされないため、穴状パター
ン２０の下部についてのみ良好にエッチングを行うこと
ができる。本実施の形態では、エッチングガスとしてＣ
２Ｆ６／Ｏ２混合ガスを用い、ラムリサーチ社製エッチ
ング装置ＴＣＰ−９４００を使用して、トップパワー２
００Ｗ、ボトムパワー５Ｗの条件で３０秒程度のエッチ
ングを行っている。
たときと同様、露光と湿式現像を行って、図１（ｇ）に
示すように、上層レジストパターン１６の中央部に穴状
のパターン２０を形成する。その後、酸素ガスプラズマ
でウエハ全面を異方性エッチング処理することにより、
穴状のパターン２０の下部に位置するシリル化レジスト
１４および有機樹脂１３をエッチングし、図１（ｈ）に
示すように、下地ウエハ基板１に達する穴状のパターン
２１を形成する。この際、Ｓｉ元素含有領域１８は酸素
ガスプラズマではエッチングされないため、穴状パター
ン２０の下部についてのみ良好にエッチングを行うこと
ができる。本実施の形態では、エッチングガスとしてＣ
２Ｆ６／Ｏ２混合ガスを用い、ラムリサーチ社製エッチ
ング装置ＴＣＰ−９４００を使用して、トップパワー２
００Ｗ、ボトムパワー５Ｗの条件で３０秒程度のエッチ
ングを行っている。
【００２５】その後、図１（ｉ）に示すようにウエハ全
面をＣＦ系ガスプラズマでエッチング処理することによ
り上層レジストパターン１６を除去する。本実施の形態
では、エッチングガスとしてＣ２Ｆ６／Ｏ２混合ガスを
用い、ラムリサーチ社製エッチング装置ＴＣＰ−９４０
０を使用して、トップパワー２００Ｗ、ボトムパワー５
Ｗの条件で３０秒程度のエッチングを行っている。ここ
で、上層レジストパターン１６は、塗布膜厚が０．０５
μｍ程度であり、中間層のシリル化レジスト１４の塗布
膜厚は０．１０μｍであるため、中間層を残したまま上
層レジストパターン１６を除去することができる。
面をＣＦ系ガスプラズマでエッチング処理することによ
り上層レジストパターン１６を除去する。本実施の形態
では、エッチングガスとしてＣ２Ｆ６／Ｏ２混合ガスを
用い、ラムリサーチ社製エッチング装置ＴＣＰ−９４０
０を使用して、トップパワー２００Ｗ、ボトムパワー５
Ｗの条件で３０秒程度のエッチングを行っている。ここ
で、上層レジストパターン１６は、塗布膜厚が０．０５
μｍ程度であり、中間層のシリル化レジスト１４の塗布
膜厚は０．１０μｍであるため、中間層を残したまま上
層レジストパターン１６を除去することができる。
【００２６】その後、図１（ｊ）に示すように、再度酸
素プラズマにより適切な時間エッチング処理をすること
により、シリル化レジスト１４のＳｉ元素含有領域１８
以外の部分、およびその下にある有機樹脂１３をエッチ
ングして、溝状パターン２２を形成する。図２は、パタ
ーンが形成された基板を上から見た図を、断面図（図１
（ｊ）と同じ）とともに示した図である。溝状パターン
２２の深さおよび穴状パターン２１の深さは、有機樹脂
膜１３の塗布膜厚やエッチングの時間によって、任意に
制御することができる。
素プラズマにより適切な時間エッチング処理をすること
により、シリル化レジスト１４のＳｉ元素含有領域１８
以外の部分、およびその下にある有機樹脂１３をエッチ
ングして、溝状パターン２２を形成する。図２は、パタ
ーンが形成された基板を上から見た図を、断面図（図１
（ｊ）と同じ）とともに示した図である。溝状パターン
２２の深さおよび穴状パターン２１の深さは、有機樹脂
膜１３の塗布膜厚やエッチングの時間によって、任意に
制御することができる。
【００２７】以上のようにして形成された穴状パターン
２１および溝状パターン２２に、Ｃｕ、Ｎｉなど配線に
適した導電性材料を埋め込むことにより、半導体装置の
微細な配線パターンを実現することができる。
２１および溝状パターン２２に、Ｃｕ、Ｎｉなど配線に
適した導電性材料を埋め込むことにより、半導体装置の
微細な配線パターンを実現することができる。
【００２８】ここで、本実施の形態では、図１（ｆ）に
示す工程で、上層レジストパターン１６の下部領域１９
にまでシリル化を進行させているが、シリル化レジスト
１４の露出部分のみをシリル化してもよい。この場合、
形成される溝状パターンの幅は、本実施の形態に比べれ
ば、広くなるが、真空蒸着処理などの複雑な工程を行わ
ずに穴状パターンと溝状パターンが共存する微細パター
ンを形成するという本発明の目的は達することができ
る。
示す工程で、上層レジストパターン１６の下部領域１９
にまでシリル化を進行させているが、シリル化レジスト
１４の露出部分のみをシリル化してもよい。この場合、
形成される溝状パターンの幅は、本実施の形態に比べれ
ば、広くなるが、真空蒸着処理などの複雑な工程を行わ
ずに穴状パターンと溝状パターンが共存する微細パター
ンを形成するという本発明の目的は達することができ
る。
【００２９】また、本実施の形態は、シリル化を行って
パターン形成を行うものであるが、Ｓｉ以外の金属を中
間層レジストに導入することによって、同様のパターン
形成を実現することも可能である。また、各レジストの
材料と、エッチングガスの組み合わせは、上記工程にお
いて必要となるエッチング選択性を確保できるように決
定すればよく、本実施の形態に限定されるものではな
い。
パターン形成を行うものであるが、Ｓｉ以外の金属を中
間層レジストに導入することによって、同様のパターン
形成を実現することも可能である。また、各レジストの
材料と、エッチングガスの組み合わせは、上記工程にお
いて必要となるエッチング選択性を確保できるように決
定すればよく、本実施の形態に限定されるものではな
い。
【００３０】また、本実施の形態は、微細パターンをウ
エハ基板上に形成する形態であるが、本発明の微細パタ
ーンの形成方法が、ウエハ基板上に積層されたいずれか
の層上に微細パターンを形成する際にも適用できること
はいうまでもない。
エハ基板上に形成する形態であるが、本発明の微細パタ
ーンの形成方法が、ウエハ基板上に積層されたいずれか
の層上に微細パターンを形成する際にも適用できること
はいうまでもない。
【００３１】さらに、本発明の微細パターンの形成方法
は、半導体装置の製造工程のみならず、液晶素子その他
の電子デバイスなどの製造工程においても適用できるも
のである。
は、半導体装置の製造工程のみならず、液晶素子その他
の電子デバイスなどの製造工程においても適用できるも
のである。
【００３２】
【発明の効果】本発明の微細パターンの形成方法では、
３層レジストの中間層として、塗布形成した後に表面か
ら無機物元素を付与することによって所定のガスに対す
るエッチング耐性を強めることができる材質のレジスト
を採用し、上層レジストパターンの形成後に、中間層レ
ジストの露出部分から、無機物元素を付与する。その
後、上層レジストパターンに穴状のパターンを形成して
中間層および下層レジストをエッチングして穴状パター
ンを形成し、上層レジストパターン除去後、エッチング
耐性が強められなかった部分のドライエッチングするこ
とにより溝状パターンを形成する。この方法によれば、
３層のレジストは全て塗布形成すればよく、真空蒸着処
理を必要としないため、簡便に、穴状パターンと溝状パ
ターンとが共存する微細パターンを形成することができ
る。
３層レジストの中間層として、塗布形成した後に表面か
ら無機物元素を付与することによって所定のガスに対す
るエッチング耐性を強めることができる材質のレジスト
を採用し、上層レジストパターンの形成後に、中間層レ
ジストの露出部分から、無機物元素を付与する。その
後、上層レジストパターンに穴状のパターンを形成して
中間層および下層レジストをエッチングして穴状パター
ンを形成し、上層レジストパターン除去後、エッチング
耐性が強められなかった部分のドライエッチングするこ
とにより溝状パターンを形成する。この方法によれば、
３層のレジストは全て塗布形成すればよく、真空蒸着処
理を必要としないため、簡便に、穴状パターンと溝状パ
ターンとが共存する微細パターンを形成することができ
る。
【００３３】特に、中間層レジストに無機物元素を付与
する際に、露出部のみならず上層レジストパターンに覆
われた領域の一部にまで無機物元素を付与するようにす
れば、より微細な溝状パターンを形成することができ
る。
する際に、露出部のみならず上層レジストパターンに覆
われた領域の一部にまで無機物元素を付与するようにす
れば、より微細な溝状パターンを形成することができ
る。
【図１】 本発明の微細パターンの形成方法を説明する
ための図
ための図
【図２】 本発明の方法により形成された穴状パター
ン、溝状パターンを２方向から見た図
ン、溝状パターンを２方向から見た図
【図３】 従来の微細パターンの形成方法を説明するた
めの図
めの図
【図４】 従来方法により形成された穴状パターン、溝
状パターンを２方向から見た図
状パターンを２方向から見た図
１ 下地ウエハ基板、 ２ 有機樹脂、 ３ ＳｉＯ２
膜、 ４ レジスト、５ 穴状ＳｉＯ２膜パターン、
６ 穴状有機樹脂パターン、 ７ 有機樹脂、８ Ｓｉ
Ｏ２膜、 ９ レジスト、 １０ 溝状ＳｉＯ２膜パタ
ーン、１１ 溝状有機樹脂パターン、 １２ 穴状パタ
ーン、１３ 有機樹脂（下層レジスト）、 １４ シリ
ル化レジスト（中間層レジスト）、１５ Ｓｉ含有レジ
スト（上層レジスト）、 １６ 上層レジストパター
ン、１７ Ｓｉ元素を含む有機ガス雰囲気、 １８ Ｓ
ｉ元素含有領域、１９ 領域、 ２０ 穴状パターン、
２１ 穴状パターン、２２ 溝状パターン。
膜、 ４ レジスト、５ 穴状ＳｉＯ２膜パターン、
６ 穴状有機樹脂パターン、 ７ 有機樹脂、８ Ｓｉ
Ｏ２膜、 ９ レジスト、 １０ 溝状ＳｉＯ２膜パタ
ーン、１１ 溝状有機樹脂パターン、 １２ 穴状パタ
ーン、１３ 有機樹脂（下層レジスト）、 １４ シリ
ル化レジスト（中間層レジスト）、１５ Ｓｉ含有レジ
スト（上層レジスト）、 １６ 上層レジストパター
ン、１７ Ｓｉ元素を含む有機ガス雰囲気、 １８ Ｓ
ｉ元素含有領域、１９ 領域、 ２０ 穴状パターン、
２１ 穴状パターン、２２ 溝状パターン。
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｌ 21/30 ５７３
(56)参考文献 特開 平４−285961（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−69959（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−176814（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−188447（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−25424（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−280061（ＪＰ，Ａ)
特開2000−91189（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−187237（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−180986（ＪＰ，Ａ)
特公 昭63−60893（ＪＰ，Ｂ１)
特表 平11−504446（ＪＰ，Ａ)
特表 平10−513572（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G03F 7/00 - 7/42
H01L 21/027
Claims (8)
- 【請求項１】 基板上に下層レジストを塗布形成する工
程と、 当該下層レジスト上に、表層から無機物元素が付与され
ると所定のエッチングガスによるドライエッチングに対
して耐性が強くなる材料からなる中間層レジストを塗布
形成する工程と、 当該中間層レジスト上に、表層からの前記無機物元素の
付与が困難な材料からなる上層レジストを塗布形成する
工程と、 前記上層レジストを露光、現像して、前記中間層レジス
トの一部が露出するような上層レジストパターンを形成
する工程と、 前記上層レジストパターン形成後の基板を、前記無機物
元素を含むガスにさらして、前記中間層レジストの露出
部分に、前記ガス中に含まれる無機物元素を付与し、前
記上層レジストパターンの下に、無機物元素非付与領域
を残存させる工程と、 前記上層レジストパターンの前記無機物元素非付与領域
の上の部分を、穴状に露光、現像して穴状パターンを形
成し、前記所定のエッチングガスを用いて、当該穴状パ
ターンの下の中間層レジストおよび下層レジストをドラ
イエッチングする工程と、 前記上層レジストを除去する工程と、 前記上層レジスト除去後にドライエッチングを行って、
前記中間層レジストの無機物非付与領域および当該無機
物非付与領域の下の下層レジストについての溝状パター
ンを形成する工程と、を含むことにより、穴状パターン
と溝状パターンとが共存する微細パターンを形成するこ
とを特徴とする微細パターンの形成方法。 - 【請求項２】 前記無機物元素非付与領域を残存させる
工程において、 前記中間層レジストの露出部分のみならず非露出部分の
所定の範囲にも、前記ガス中に含まれる無機物元素を付
与し、前記上層レジストパターンの幅より狭い幅の無機
物元素非付与領域を残存させることを特徴とする請求項
１記載の微細パターンの形成方法。 - 【請求項３】 前記中間層レジストが、シリル化可能な
レジストであり、 前記無機物元素を含むガスが、ケイ素（Ｓｉ）元素を含
むガスであることを特徴とする請求項１または２記載の
微細パターンの形成方法。 - 【請求項４】 前記シリル化可能なレジストが、ポリビ
ニルフェノール系レジストであることを特徴とする請求
項３記載の微細パターンの形成方法。 - 【請求項５】 前記上層レジストがアクリル系のＳｉ含
有レジストであることを特徴とする請求項１から４のい
ずれかに記載の微細パターンの形成方法。 - 【請求項６】 前記所定のエッチングガスが酸素ガスで
あり、前記穴状パターン形成のためのドライエッチング
および溝状パターン形成のためのドライエッチングが、
酸素プラズマによるエッチングであることを特徴とする
請求項１から５のいずれかに記載の微細パターンの形成
方法。 - 【請求項７】 請求項１から６のいずれかに記載の微細
パターンの形成方法により微細パターンを形成する工程
と、 形成された微細パターンに導電性材料を埋め込むことに
より、配線を行う工程とを含むことを特徴とする半導体
装置の製造方法。 - 【請求項８】 請求項７記載の半導体装置の製造方法を
用いて製造されることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001059798A JP3453369B2 (ja) | 2001-03-05 | 2001-03-05 | 微細パターンの形成方法、半導体装置の製造方法および半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001059798A JP3453369B2 (ja) | 2001-03-05 | 2001-03-05 | 微細パターンの形成方法、半導体装置の製造方法および半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002258492A JP2002258492A (ja) | 2002-09-11 |
| JP3453369B2 true JP3453369B2 (ja) | 2003-10-06 |
Family
ID=18919307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001059798A Expired - Fee Related JP3453369B2 (ja) | 2001-03-05 | 2001-03-05 | 微細パターンの形成方法、半導体装置の製造方法および半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3453369B2 (ja) |
-
2001
- 2001-03-05 JP JP2001059798A patent/JP3453369B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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