JP4198778B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体プロセスにおいて、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またはホール開口サイズを縮小するために、微細パターニング用の材料を用いた半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスの高集積化に伴って、製造プロセスに要求される配線および分離幅は、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。
【0003】
そのため、微細パターン形成においては、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、露光および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。
【0004】
そのため、従来の露光によるフォトリソグラフィ技術の限界を越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、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ある。
【0005】
また、第2のレジストを剥離する処理方法は、第2のレジストを露光し、酸を発生させ、第2のレジストを溶解させうる現像液(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またはキシレンなど)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、プロセスマージンが小さい。
【0006】
また、第2のレジストとして、特開平6―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を発生するという問題がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、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の形成は困難であった。
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のは困難である。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、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微細パターニング用の材料と、これを用いた微細分離レジストパターン形成技術による半導体装置の製造方法およびこの製造方法によって製造した半導体装置を提供しようとするものである。
上記製造方法により、現像残渣の解消、パターン形状の改善、およびプロセスマージンの拡大が実現される。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第1の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、光照射または加熱処理により酸を発生する第1のレジストにより、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上記酸により架橋反応を起こす第2のレジストを形成する工程と、上記酸の供給により上記第1のレジストパターンに接する上記第2のレジスト界面部分に架橋層を形成する工程と、上記第1のレジストパターンを溶解させないで上記第2のレジストの非架橋部分を溶解し現像して第2のレジストパターンを形成する工程と、この第2のレジストパターンをマスクとして上記半導体基板をエッチングする工程とを備えた半導体装置の製造方法であって、上記第2のレジスト材料は架橋剤および上記酸の存在下で上記架橋剤により架橋される樹脂を含有し、上記第2のレジスト材料に用いる溶媒および上記第2のレジストを現像する溶媒は、上記樹脂と上記架橋剤を溶解し、純水を含む上記第1のレジストを溶解しない1種もしくは2種以上の溶媒であり、上記架橋剤は、単一重合度のものであって、モノマー、2量体、3量体のいずれかであり、さらに上記樹脂は、分散度(Mw/Mn)11以下の分子量分布を有し、重量平均分子量は10万以下であることを特徴とするものである。
【0013】
本発明に係る第の半導体装置の製造方法は、上記第1の半導体装置の製造方法において、樹脂の分散度(Mw/Mn)を1〜3、かつ重量平均分子量を5万以下とするものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、本発明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を示す図で、マスクパターンの例として(a)〜(f)に示す。即ち、(a)は微細ホールのマスクパターン100、(b)は、微細スクエアのパターン200、(c)は微細スペースのマスクパターン300、(d)は孤立の残しのパターン400、(e)は孤立の残しのパターン500、(f)は孤立の残しのパターン600を示す。図2および図3は、本発明の実施の形態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。
【0018】
まず、図1〜3を参照しながら、この実施の形態に係わる微細分離レジストパターンの形成方法と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(半導体ウエハー)3に、光照射または加熱処理により内部に酸を発生する機構をもつ第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、半導体基板上にスピンコートなどにより塗布し、次に、プリべーク(70〜120℃で1分程度の熱処理)を施して第1のレジスト中の溶剤を蒸発させる。
【0019】
次に、第1のレジストパターンを形成するために、g線、i線、Deep―UV、KrFエキシマ、ArFエキシマ、EB(電子線)またはX―rayなど、用いた第1のレジストの感度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。
【0020】
ここで用いる第1のレジストは、特に限定されるものではなく、加熱処理また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)または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、ポジ型または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。
【0021】
上記のように第1のレジストの露光を行った後、必要に応じてPEB(露光後加熱)を行い(例えば、PEB温度:50〜130℃)現像することにより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%のアルカリ水浴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。
また、現像処理を行った後、必要に応じて、例えば、60〜120℃のベーク温度で60〜90秒間程度のポストデベロッピン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為、用いる第1のレジストまたは第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。
【0022】
以上のように、図2(b)のパターン1aを形成後、図2(c)に示すように、第1のレジスト1を溶解しない溶剤に溶解した酸の存在により架橋する第2のレジスト材料を、半導体基板3上の第1のレジストパターン1aに塗布する。
第2のレジスト材料の塗布方法は、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または第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。
次に、第2のレジスト2の塗布後、図2(d)に示すように、必要に応じてこれをプリベーク(例えば、85℃、60秒程度)し、第2のレジスト層2を形成する。
【0023】
次に、図2(e)に示す様に、半導体基板3を熱処理(60〜130℃、以下ミキシングベーク: MBと略記する)し、第1のレジストパターン1aからの酸を拡散させ、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MBにより第1のレジストパターン1aを被覆するように架橋反応した架橋層4が第2のレジスト2中に形成される。
この場合のMB温度/時間は、60〜130℃/60〜120sec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、最適な条件に設定すれば良い。
また、上記加熱して架橋する時間(MB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も可能であり、非常に反応制御性の高い手法である。
【0024】
次に、図2(f)に示すように、現像液を用いて第1のレジストパターンを溶解させないで、架橋していない第2のレジスト2を現像剥離する。以上の処理により、ホール内径または分離幅を縮小また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(第2のレジストパターン2a)を得ることが可能となる。
【0025】
以上、図2を参照して説明した製造方法では、第1のレジストパターン上に第2のレジスト層を形成した後に、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のレジストへ酸を拡散させる酸を発生させる手法について説明した。
第2のレジストとして、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℃〜150℃)を行うことにより、酸発生のための露光無しに、第1のレジストパターン中に存在する酸の拡散により、レジスト同士での界面が架橋反応を生じ、ホール内径または分離幅を縮小また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である。
【0026】
上述のように第1のレジストパターン1aの上に形成した微細分離レジストパターン2a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または微細ホールを形成して、半導体装置を製造する。
【0027】
次に、加熱処理に代わってまたは加熱処理に先だって、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)、(b)は図2(a)、(b)と同様であるから、説明を省略する。
【0028】
図3(c)に示すように、第2のレジスト層を形成した後、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のレジスト中に酸を発生させ、これにより、図3(d)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。
この時の露光に用いる光源は、第1のレジストの感光波長に応じて、Hgランプ、KrFエキシマまたは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。
なお、第1のレジストパターン1a中に酸成分を発生させる露光工程は、適用する第1のレジストと第2のレジストとも反応性が比較的低い場合か、必要とする架橋層の厚みが比較的厚い場合または選択的に架橋層を形成したい場合に適用することが望まししいが、特に限定されることはなく、適宜使用すれば良い。
【0029】
このように、図3の例では、第2のレジスト2の塗布後に露光し、第1のレジストパターン1aの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1a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。
【0030】
上述のように、形成し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、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または微細ホールを形成して、半導体装置を製造することができる。
【0031】
以上の例では、半導体基板3の全面に微細レジストパターン2aを形成する方法について説明したが、次に半導体基板3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4は、この場合の製造方法のプロセスフロー図である。
【0032】
つまり、図4に示したように、第1のレジストパターン上に、第2のレジストを形成した半導体基板3を全面露光する以外に、必要な所定部分にのみ、選択的に露光することも可能であり、この場合には、第2のレジストが第1のレジストパターンとの界面で架橋する領域と架橋しない領域とを区別することが可能である。
このように、適当な遮光板(露光マスク)5を用いることにより、半導体基板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が第1のレジストパターン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。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。
【0033】
図4(a)、(b)の工程は、図3(a)、(b)の工程と同様である。図4(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、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4(d)に示すように、露光された部分において、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。
【0034】
次に、上記第2のレジスト材料について説明する。
第2のレジスト材料としては、不飽和結合もしくは水酸基を有し酸により架橋する樹脂(架橋性の樹脂)の単独種類もしくは2種類以上の混合物や、架橋剤および酸の存在下でこの架橋剤により架橋される樹脂を含有するものを、例えば溶媒に溶解した溶液として用いる。
上記架橋剤により架橋される樹脂は、上記架橋性樹脂も用いることができるが、それに限定されず酸の存在下で架橋剤により架橋される樹脂ならよい。
また、第2のレジストの形成方法として、上記溶液を回転塗布または上記溶液への浸漬またはスプレー塗布により形成する。
第2のレジストとして樹脂の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のレジスト材料また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。
【0035】
つまり、第2のレジストに適用される材料は、第1のレジストパターン1aを溶解しない溶媒に可溶であり、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。
また、酸の存在により架橋反応を起こす第2のレジストは、レジスト材それ自身が架橋性化合物である場合を含んでおり、さらに、酸の存在により架橋反応を起す第2のレジストは、レジスト材としての化合物と架橋剤としての架橋性化合物を混合した場合を含む。
【0036】
上記樹脂としては、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、不飽和ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミン、ポリメタクリル酸メチル、スチレン―無水マレイン酸共重合体、アクリル樹脂、ポリイミド、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樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、セルローズ樹脂、スルフォンアミド樹脂、マレイン酸樹脂、ビニル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン系樹脂、不飽和オルガノポリシロキサン、不飽和オルガノポリシルセスキオキサン、メラミン樹脂、尿素樹脂、アルキッド樹脂もしくはスルホンアミド、またはその塩を用いる。
これらの樹脂は上記に限定されるものではなく、架橋反応を促進する反応部位、すなわち不飽和結合または水酸基を有するポリマーまたはオリゴマーで基板上に均一に塗布できるものであれば何でも良い。
上記樹脂として、シリコーン系樹脂を組み合わせることで、ドライエッチング耐性を向上させることができる。
【0037】
第2のレジスト材料に用いる樹脂は、上記樹脂の1種類または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り、これらの樹脂は、溶媒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。
とくに、上記樹脂の酸性成分下での架橋反応が生じないか低い場合には、さらにこれらの樹脂に架橋剤を混合して用いることも可能である。
【0038】
また、上記架橋剤は、酸の存在下で熱処理または光照射により樹脂同士を架橋し、その樹脂を有機溶媒に不溶化させ得るものであり、例えばグアニジン系、チアゾール系、チウラム系、ジチオイカルバメート系の有機促進剤や、メラミン誘導体、尿素誘導体、ベンゾグアナミン、グリコールウリル、イソシアネート、多官能エポキシ、多官能アクリル樹脂、多官能ウレタン、多官能シリコーン系樹脂のモノマーもしくはそのオリゴマーの1種類または2種類以上の混合物を用いることを特徴とするものである。これらの有機溶媒に可溶な架橋剤は上記に限定されるものではなく、第1のレジストとミキシングしない、また溶解させないもので、酸の供給によりレジストを架橋硬化できるものであれば何でも良い。
【0039】
また、第2のレジスト材料に用いる溶媒および前記第2のレジストを剥離(現像)する溶媒は、構成する樹脂と架橋剤を十分溶解し、前記第1のレジストを溶解しない、1種もしくは2種以上の混合溶媒を用いることを特徴とするものである。
溶媒としては、純水、アルコール系、ケトン系、エーテル系、エステル系、ハロゲン化炭化水素系、ベンゼン系、アルコキシベンゼン系、環状ケトン系などで、例えばトルエン、キシレン、メトキシベンゼン、エトキシベンゼン、ベンゼン、ピリジン、シクロヘキサン、ジオキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトン、酢酸t―ブチル、酢酸n―ブチル、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、N―メチルピロリドン、N,N’―ジメチルホルムアミド、エタノール、メタノール、、イソプロパノール、ブチルアルコール、エチレングリコール、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、n―ブチルエーテル、n―ヘキサン、 n―ヘプタン、メトキシベンゼン、エトキシベンゼン、フェネトール、ベラトロール、γ―ブチロラクトン、クロロホルムなどが挙げられ、それらの溶媒の単独または第2のレジストに用いる材料の溶解性に合わせて、第2のレジスト材料の良溶剤と貧溶剤とを第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。
【0040】
本発明においては、第1のレジストと第2のレジストとの架橋反応を制御し、第1のレジストパターン上に形成される架橋層の厚みを制御することが重要である。
架橋反応の制御は、本発明を適用する第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の形状、必要とする架橋反応層の厚みなどに応じて最適化することが望ましい。
【0041】
第1のレジストと第2のレジストとの架橋反応の制御は、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。
架橋反応のプロセス的な制御手法としては、
(1)第1のレジストパターンへの露光量を調整する、
(2)ミキシングベーク(MB)温度、処理時間を調整する、
第2のレジストに用いる材料組成の面からは、
(3)適当な2種類以上の樹脂を混合し、その混合比を調節する、
(4)樹脂に、適当な架橋剤を混合し、その混合比を調整する、
などの手法が有効である。
【0042】
しかしながら、これらの架橋反応の制御は一元的に決定されるものではなく、
(1)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または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。
【0043】
また、本発明は、上記のように、微細分離レジストパターンを半導体基板3上に形成するが、これは半導体装置の製造プロセスに応じて、シリコーン酸化膜などの絶縁層の上に形成する場合もあり、またポリシリコーン膜などの導電層の上に形成することもある。
本発明は、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。
【0044】
また、本発明においては、第1のレジストパターン上に第2のレジスト膜を形成する前に、第1のレジストパターンを熱処理し、第2のレジストの溶剤および現像液に対する耐溶剤性を制御するようにすることにより、第2のレジストの現像条件のマージンが広がり、得られる微細パターンまたは微細スペースの形状も良くすることができる。第1のレジストパターンの熱処理温度は使用するレジストの熱分解温度以下であればよく、特に60℃〜150℃の範囲で、例えばホットプレート上で30秒〜300秒の時間で処理すると良い。
【0045】
また、本発明においては、上記第2のレジストに用いる樹脂として、単分散または分散度(Mw/Mn)が11以下の分子量分布を有する樹脂を用いることは現像残渣が観察されずにレジストパターンの縮小化が進行するため好ましい。
【0046】
また、本発明においては、上記第2のレジストに用いる樹脂として、分子量が10万以下である樹脂を用いることは、現像残渣が観察されずにレジストパターンの縮小化が進行するため好ましい。
【0047】
また、本発明においては、上記第2のレジストに用いる架橋剤として、モノマー、ダイマーといった単一重合度のものを用いることは、熱処理や光照射に伴う樹脂との架橋反応を均一に進行させるため好ましい。
【0048】
また、上記架橋剤が、異なる重合度のものから成る混合物の場合、その構成比を調整することにより、第2のレジストの反応量を調整し、レジストパターンの縮小化を制御することができる。
【0049】
また、本発明において、架橋剤の架橋基数の調整を、例えば架橋反応に寄与する置換基数が異なる位置異性体の構成比など異性体比を調整しておこなう。架橋効率を上げるには、架橋に寄与する置換基が多い多官能架橋剤を用いると良い。
【0050】
さらに、本発明において、第2のレジスト材料として上記分散度または分子量を調整した樹脂、および単一重合度または架橋基数を調整した架橋剤を組み合わせたものを用いることより以下に示す効果を得ることができる。
まず、現像液への溶解性が増し、現像時間の短縮化、現像残渣の低減または解消に寄与でき、この効果は樹脂の分散度がより小さく、分子量がより低いほど大きく、特に分散度が(Mw/Mn)が1〜3で分子量が5万以下の樹脂が良い。また、架橋層の架橋密度が面内で均一化され、現像後のパターン形状を制御することことができる。この効果は、分散度がより小さく、分子量がより低い樹脂と、重合度がより低く、特に3量体以下の単一重合度の架橋剤と組み合わせるとより大きくなる。
また、樹脂の架橋反応性を変化させることで架橋層の厚みを制御することもでき、樹脂の分子量が大きく不飽和基や水酸基などの反応基数が多いほど、また架橋剤の異性体比のうち架橋基の多官能体の比が大きいものを用いるほど、架橋反応後の不溶解度が増し架橋層の厚みが大きくなる。
さらに、熱処理条件や現像条件などのプロセスマージンを拡大させることができ、分散度がより小さく、分子量のより低い樹脂と、単一で低重合度の架橋剤とを組み合わせるにより現像液に対する非架橋部の溶解性が増すため、プロセスマージンがより広がる。
【0051】
また、本発明の半導体製造装置は、上記それぞれの半導体装置の製造方法によって製造したものである。
【0052】
実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態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5を参照して、この実施の形態2の微細分離レジストパターンの形成方法とこれを用いた半導体装置の製造方法を説明する。
【0053】
図5(a)に示すように、半導体基板3に、内部に若干の酸性物質を含有する第1のレジスト11を塗布する。第1のレジスト11はプリベーク(60〜150℃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の様なパターンを食むマスクを用い投影露光する(図5では省略している)。この後、必要に応じ、PEB(10〜150℃)で熱処理し、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2.0%希釈水浴液を用いて現像する。
【0054】
この後、必要に応じポストデベロッピン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為、適切な温度に設定する必要がある。図5(b)はこうして形成された第1のレジストパターン11aを示す。
以上は、酸を含むレジスト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。
【0055】
次に図5(b)のレジストパターン形成後、図5(c)に示すように、半導体基板(ウエハ)3上に、酸の存在により架橋する架橋性化合物を、第1のレジストパターン11aを溶解しない溶剤に溶かした第2のレジスト12を塗布する。ここで用いる溶媒は実施の形態1で述べた構成と同じ材料を用いる。
次に、第2のレジスト12の塗布後、必要に応じこれをプリベークする。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ことが望ましい。
【0056】
次に図5(d)に示すように、半導体基板3を熱処理(60〜150℃)し、第1のレジストパターン11aに含ま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との界面近傍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。
【0057】
次に、図5(e)に示すように、現像液を用いて第1のレジストパターンを溶解させないで架橋していない第2のレジスト12を現像剥離する。以上の処理により、ホール内径または分離幅を縮小した第2のレジストパターン12aを得ることが可能となる。
【0058】
以上のように、この実施の形態2における第1のレジスト11は、露光によって酸を発生させる必要が無く、第1のレジスト膜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。この第1のレジストに含ませる酸としては、カルボン酸系の低分子酸等が好適であるが、レジスト溶液に混合することが可能であれば特に限定はされない。
【0059】
なお、実施の形能1で逆べた第1のレジストの材料、第2のレジストの材料は、それぞれこの実施の形態2においても用いることができる。
また、この微細分離レジストパターン2aを、各種の半導体基板の上に形成し、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または微細なホールなど形成することは、先に述べた実施の形態1と同様である。
【0060】
実施の形態3.
図6は、本発明の実施の形態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6を参照してこの実施の形態3の微細分割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。
【0061】
先ず、図6(a)に示すように、半導体基板3に、第1のレジスト21を塗布する。第1のレジストにプリベーク(60〜150℃で1分程度の熱処理)を施した後、第1のレジスト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の様なパターンを含むマスクを用いて投影露光する(図6中では省略)。
必要に応じて、PEB(10〜150℃)で熱処理しフォトレジストの解像度向上させた後、TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)の約2.0%希釈水溶液を用い現像する。図6(b)は、こうして形成された第1のレジストパターン21aを示す。
【0062】
この後、必要に応じポストデベロッピン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為、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。
【0063】
図6(b)のパターン形成後、図6(c)に示すように、半導体基板(ウェハ)3を酸性溶液で浸漬処理する。その処理方法は、通常のパドル現像の方式でよい。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。
【0064】
その後、図6(e)に示すように、第1のレジストパターン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21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のレジストおよび用いられた溶媒は、実施の形態1で述べた構成と同じ材料を用いることが可能である。
次に、第2のレジストの塗布後、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。
【0065】
次に、図6(f)に示すように、半導体基板3を熱処理(60〜150℃)して、ミキシングベークを行い、第1のレジスト21aからの酸の供給で第2のレジスト22の第1のレジストパターン21aとの界面近傍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。
【0066】
次に、図6(g)に示すように、現像液を用いて第1のレジストパターンを溶解させないで架橋していない第2のレジスト22を現像剥離する。以上の処理により、ホール内径または分離幅を縮小した第2のレジストパターン22aを得ることが可能となる。
【0067】
以上のように、この実施の形態3によれば、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せず、第1のレジスト上に第2のレジストを成膜する前に、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。
【0068】
この実施の形態3において、第1のレジスト21としては、実施の形態1で用いた、ノボラック樹脂と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、さらに、第1のレジストとしては、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く、実施の形態1で述べたその他のレジスト材料、第2のレジストの材料は、それぞれこの実施の形態3においても適用が可能である。
【0069】
また、このようにして形成した微細分離レジストパターン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また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。
【0070】
【実施例】
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2―ヘプタノンを用いたi線レジストを用い、レジストパターンを形成した。
即ち、上記レジストを、Siウェハー上に滴下、回転塗布した後、80℃/60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0.8μmで形成した。次に、露光装置として、i線縮小投影露光装置を用い、露光マスクとして、図1に示すようなマスクを用いて、第1のレジストを露光した。次に、110℃/90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7に示すような分離サイズをもつ各レジストパターンを得た。
【0071】
実施例2.
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i線レジストを用い、レジストパターンを形成した。
即ち、上記レジストを、Siウェハー上に滴下、回転塗布により膜厚が約1.0μm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、ニコン社製ステッパーを用い、図1に示すようなマスクを用いて、露光を行った。次に、115℃/90秒でPEB処理を行い、続いて、アルカリ現像液(NMD3:東京応化社製)を用いて現像を行い、図8に示すような分離サイズを持つ各レジストパターンを得た。
【0072】
実施例3.
第1のレジストとして、化学増幅型エキシマレジスト(東京応化社製)を用い、レジストパターンを形成した。
即ち、上記レジストを、Siウェハー上に滴下、回転塗布により膜厚約0.85μmとなるように成膜した。次に、80℃/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、KrFエキシマ縮小投影露光装置を用いて、図1に示すようなマスクを用いて、露光を行った。次に、110℃/60秒でPEB処理を行い、続いて、アルカリ現像液(NMD―W:東京応化社製)を用いて現像を行い、図9に示すような分離サイズを持つ各レジストパターンを得た。
【0073】
実施例4.
第1のレジストとして、t―Boc化ポ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レジストを用い、レジストパターンを形成した。
即ち、上記レジストを、Siウェハー上に滴下、回転塗布により膜厚約0.60μmとなるように成膜した。次に、115℃/120秒でベークを行い、レジスト中の溶媒を乾燥させた。続いて、このレジスト上に、帯電防止膜として、エスペイサーESP―100(昭和電工社製)を同様にして回転塗布した後、90℃/90秒でベークを行った。次に、EB描画装置を用いて、16.4μC/cm2で描画を行う。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、続くTMAHアルカリ現像液(NMD―W:東京応化社製)を用いてレジストパターンの現像を行い、図10に示すような、約0.28μmの各EBレジストパターンを得た。
【0074】
次に、第2のレジスト材料として用いる微細パターニング用材料に関する実施例について説明する。
【0075】
実施例5.
第2のレジスト材料として、1Lメスフラスコを用い、重合平均分量が1万、3万、10万、30万のポリビニルアセタール樹脂50gに純水855gとイソプロパノール95gを加え、室温で6時間撹拌混合し、ポリビニルアセタール樹脂の5wt%溶液を得た。
【0076】
実施例6.
第2のレジスト材料として、1Lメスフラスコを用い、重合平均分量が約3万で、分散度が約2、5、10、30のポリビニルアルコール樹脂50gに純水950gを加え、室温で6時間撹拌混合し、ポリビニルアルコール樹脂の5wt%溶液を得た。
【0077】
実施例7.
第2のレジスト材料として、1L栓瓶を用い、ポリビニルメチルシルセスキオキサン25gにキシレン475gを加え、ウェーブロータリーで室温下終夜混合溶解し、ポリビニルメチルシルセスキオキサンの5wt%溶液を得た。
【0078】
実施例8.
第2のレジスト材料として、1Lメスフラスコを用いて、メトキシメチレンメラミン100gとイソプロパノール900gを室温にて6時間撹拌混合し、約10wt%のメトキシメチレンメラミン溶液を得た。
【0079】
実施例9.
第2のレジスト材料として、1Lメスフラスコを用いて、1,3―ジ(N―メトキシメチル)―2―イミダゾリジノン、1,3―ジ(N―メトキシメチル)―4―ヒドロキシ―2―イミダゾリジノン、1,3―ジ(N―メトキシメチル)―4,5―ジヒドロキシ―2―イミダゾリジノンの位置異性体の混合比が、7:2:1、1:8:1、1:3:6と異なる架橋剤に、それぞれイソプロパノール900gを室温にて8時間撹拌混合し、それぞれ約10wt%溶液を得た。
【0080】
実施例10.
第2のレジスト材料として、1Lメスフラスコを用いて、2―イミダゾリジノン100g、1,3―ジ(N―メトキシメチル)―2―イミダゾリジノン100g、1,3―ジ(N―メトキシメチル)―4―ヒドロキシ―2―イミダゾリジノン100g、1,3―ジ(N―メトキシメチル)―4,5―ジヒドロキシ―2―イミダゾリジノン100g中に、それぞれイソプロパノール900gを室温にて8時間撹拌混合し、それぞれ約10wt%溶液を得た。
【0081】
実施例11.
第2のレジスト材料として、1Lメスフラスコを用いて、1,3―ジ(N―メトキシメチル)―4,5―ジヒドロキシ―2―イミダゾリジノンを基本構造とするモノマー100g、2量体100g、3量体100gおよびオリゴマー100g中に、それぞれイソプロパノール900gを室温にて8時間撹拌混合し、それぞれ約10wt%溶液を得た。
【0082】
実施例12.
第2のレジスト材料として、1Lメスフラスコを用いて、1,3―ジ(N―メトキシメチル)―4,5―ジヒドロキシ―2―イミダゾリジノンを基本構造とするオリゴマーを構成する重合体の混合比をモノマー:2量体:3量体:4量体以上=6:3:1:1、1:3:4:2、0:2:3:5とする架橋剤を用いて、各々100gを、それぞれイソプロパノール900gと室温にて8時間撹拌混合し、それぞれ約10wt%溶液を得た。
【0083】
実施例13.
第2のレジスト材料として、実施例5で得たポリビニルアセタール溶液160gと実施例8で得たメトキシメチロールメラミン溶液20g、イソプロパノール20gを室温で6時間撹拌混合し、樹脂と架橋剤の混合溶液を得た。
【0084】
実施例14.
第2のレジスト材料として、実施例6で得たポリビニルアルコール溶液180gと実施例9で得た各々のイミダゾリジノン溶液20gを室温で8時間撹拌混合し、樹脂と架橋剤の混合溶液を得た。
【0085】
実施例15.
第2のレジスト材料として、実施例7で得たポリビニルメチルシルセスキオキサン溶液180gと実施例10で得た各々のイミダゾリジノン溶液の20gを室温下で6時間混合した。
【0086】
実施例16.
第2のレジストとして、実施例5で得た重合平均分子量が3万のポリビニルアセタール樹脂溶液の100gに、実施例11で得た各々のイミダゾリジノン溶液の20gを混合し、室温下で、6時間撹拌混合して、ポリビニルアセタール樹脂溶液を得た。
【0087】
実施例17.
第2のレジストとして、実施例5で得た重合平均分子量が3万のポリビニルアセタール樹脂溶液の100gに、実施例12で得た各々のイミダゾリジノン溶液の20gを混合し、室温下で、6時間撹拌混合して、ポリビニルアセタール樹脂溶液を得た。
【0088】
実施例18.
実施例2で得た第1のレジストパターンが形成されたSiウェハー上に、実施例13で得た第2のレジスト材料を滴下、スピンコートした後、90℃/70秒でプリベークを行い、第2のレジスト膜を形成した。次に、115℃/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。次に、純水でリンスを行い、非架橋層を現像剥離し、続く100℃/90秒でポストベークを行うことにより、図11に示すように、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た。
この場合、本実施例における樹脂の重量平均分子量とレジストパターンサイズ等との関係を示す表1から、ポリビニルアセタール樹脂の重合平均分子量が大きくなるほど、架橋層の不溶化度が増すためレジストパターンの縮小化がより進行するが、逆に10万前後の重量平均分子量を超える樹脂の場合は現像残渣が観察され問題であることがわかる。また、重量平均分子量の低い樹脂(1万、3万)の場合、テーパが小さいパターンが得られた。なお、テーパ角の測定には図1における(f)パターンを用いた。
【0089】
【表1】

Figure 0004198778
【0090】
実施例19.
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ウェハー上に、実施例14で得た樹脂を第2のレジスト材料として滴下、スピンコートした後、90℃/70秒でプリベークを行い、第2のレジスト膜を形成した。
次に、135℃/70秒でミキシングベーク(MB)を行い、架橋反応を進行させた。次に、イソプロパノール10%を含む純水溶液を用いて現像を行い、非架橋層を現像剥離し、続く120℃/90秒でポストベークを行うことにより、図11に示すように、第1のレジストホールパターン上に第2のレジスト架橋層を形成した。
これにより、本実施例における樹脂の分散度とレジストパターンサイズ等の関係を示す表2から、重量平均分子量がほぼ等しい樹脂については、その分散度が現像後の残渣に影響を与えていることが判った。
【0091】
【表2】
Figure 0004198778
【0092】
さらには、架橋層を形成したレジストラインのテーパ角も分散度が低い樹脂の方が初期の角度に近い値を示している。なお、テーパ角の測定には図1における(f)パターンを用いた。
また、架橋反応に寄与する官能基(架橋基)数が多い架橋剤を用いるほど、レジストパターンの縮小率も高いが、構成する樹脂の分散度が大きいと現像残渣が顕著に観察される。
【0093】
実施例20.
実施例2で得た第1のレジストパターンが形成されたSiウェハー上に、実施例15で得たポリビニルメチルシルセスキオキサン樹脂溶液を第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、80℃/70秒でプリベークを行い、第2のレジスト膜を形成した。
次に、100℃/90秒、110℃/90秒、120℃/90秒の三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。次に、ヘキサンを用いて現像を行い、非架橋層を現像剥離し、続く90℃/90秒でポストベークを行うことにより、図11に示すように、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た。
その結果、実施例2で形成した0.4μm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が、架橋層形成後のレジストパターンでは、表3に示すように縮小されており、その縮小量は、MB温度が高くなるとともに増大している。
【0094】
【表3】
Figure 0004198778
【0095】
このことから、MBの温度制御により、精度良く架橋反応の制御が可能であることが分かる。
【0096】
実施例21.
実施例3で得た第1のレジストパターンが形成されたSiウェハーを110℃でキュアした後、そのウエハ上に、実施例16で得たポリビニルアセタール溶液を第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、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。
次に、65℃/70秒+100℃/90秒でミキシングベーク(MB)を行い、架橋反応を行った。次に、純水を用いて現像を行い、非架橋層を現像剥離し、続く90℃/90秒でポストベークを行うことにより、図12に示すように、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た。
その結果、実施例3で形成した約0.27μmサイズのホールパターンの内径は、本実施例における架橋剤の重合度とレジストパターン等の関係を示す表4からあきらかなように縮小されており、その縮小量は、重合度の増加と共に小さくなる。
【0097】
【表4】
Figure 0004198778
【0098】
このことから、架橋剤の単一重合体を用いることにより、精度良く架橋反応の制御が可能であることが分かる。
【0099】
実施例 22.
実施例4で得た第1のレジストパターンが形成されたSiウェハー上に、実施例17で得たポリビニルアセタール溶液を第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、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。
次に、70℃/70秒+110℃/90秒でミキシングベーク(MB)を行い、架橋反応を行った。次に、純水を用いて現像を行い、非架橋層を現像剥離し、続く85℃/90秒でポストベークを行うことにより、図12に示すように、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た。
その結果、本実施例における架橋剤の重合度分布とレジストパターン等の関係を示す表5から、実施例4で形成した約0.28μm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、架橋剤構成が低重合度のものが多いほど架橋に関与する置換基を多く含むため大きいことがわかる。
【0100】
【表5】
Figure 0004198778
【0101】
このことから、異なる重合度の架橋剤の混合比の違いにより、架橋反応の制御が可能であることが分かる。
【0102】
実施例23.
実施例3で得た第1のレジストパターンが形成されたSiウェハーを115℃で90秒キュアする前処理をした後、そのウエハ上に、実施例15で得た1,3―ジ(N―メトキシメチル)ー4ーヒドロキシー2ーイミダゾリジノン含有のポリビニルメチルシルセスキオキサン溶液にNMPを10%になるように添加した溶液、実施例16で得た1,3―ジ(N―メトキシメチル)ー4,5ージヒドロキシー2ーイミダゾリジノンのモノマーを含有するポリビニルアセタール樹脂溶液にイソプロパノールを計20%になるように滴下した溶液を第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、80℃/70秒でプリベークを行い、第2のレジスト膜を形成した。
次に、85℃/70秒+110℃/90秒でミキシングベーク(MB)を行い、架橋反応を行った。次に、ポリビニルメチルシルセスキオキサン樹脂膜についてはNMPを10%含むキシレン溶液で、ポリビニルアセタール樹脂膜についてはイソプロパノールを20%含む純水を用いて現像を行い、非架橋層を現像剥離し、続く110℃/90秒でポストベークを行うことにより、図12に示すように、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た。
その結果、本実施例における前処理の効果を示す表6からあきらかなように、実施例3で形成した約0.27μmサイズのホールパターンの内径は、縮小されているが、その縮小量は第1のレジストパターンの前処理(熱処理)をしなかった場合、第2のレジスト塗布時に下地の第1のレジストのダレや溶解が生じ、悪影響を及ぼした。
【0103】
【表6】
Figure 0004198778
【0104】
このことから、第1のレジストパターンを予め熱処理することにより、第2のレジストの溶剤や現像液をある程度用いる溶媒の種類や混合比に幅ができるため、その構成する樹脂の選択が広がる。
【0105】
実施例24.
実施例6の重量平均分子量が約3万で分散度が2のポリビニルアルコール溶液180gに、実施例11で得た1,3―ジ(N―メトキシメチル)ー4,5ージヒドロキシー2ーイミダゾリジノンのモノマー溶液20gを室温で6時間混合攪拌し、樹脂と架橋剤の混合溶液を得て、これを第2のレジストとして用いた。実施例3で得た第1のレジストパターンが形成されたSiウェハー上に、第2のレジスト材料を滴下、スピンコートした後、90℃/70秒でプリベークを行い、第2のレジスト膜を形成した。
次に、90℃/90秒、100℃/90秒、110℃/90秒、120℃/90秒でミキシングベーク(MB)を行い、架橋反応を行った。次に、純水を用いて現像を60秒、90秒、120秒、180秒を行い、非架橋層を現像剥離し、続く115℃/90秒でポストベークを行うことにより、図12に示すように、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た。
その結果、本実施例におけるプロセスマージンの効果を示す表7からあきらかなように、実施例3で形成した約0.27μmサイズのホールパターンの内径は、縮小されているが、低分散で比較的低分子量の樹脂と単一の低重合度の架橋剤を用いることで、MB温度と現像時間のマージンが拡大した。
【0106】
【表7】
Figure 0004198778
【0107】
比較として、分散度が10で重量平均分子量が30万のポリビニルアルコールを用いた場合と、1,3―ジ(N―メトキシメチル)ー4,5ージヒドロキシー2ーイミダゾリジノンのオリゴマーを架橋剤として用いた場合についても記載した。重量平均分子量が30万のポリビニルアルコールや架橋剤にオリゴマーを用いた際には、現像残渣が見られるものがあり、また条件によっては現像後にホールが開口しておらず測定できないものも観察された。なお、表7中太枠で囲んだ部分は現像残渣がある。
このことから、第2のレジスト材料の分子量、分散度や重合度を換えることにより、ある程プロセスマージンを広げることが出来る。
【0108】
実施例25.
実施例2で得た第1のレジストパターンを酸化膜が形成されたSiウエハ上に形成し、図13に示すような第1のレジストパターンを形成した。
次に実施例13で得た第2のレジスト材料を滴下し、スピンコートした後、80℃/70秒でプリベークを行った後、110℃/70秒でミキシングベーク(MB)を行い、架橋反応を進行させた。次に、純水を用いて現像を行い、非架橋層を現像剥離し、続く105℃/90秒でポストベークを行うことにより、第1のレジストホールパターン上に第2のレジスト架橋層を形成した。
さらに、エッチング装置を用いて下地酸化膜をエッチングし、エッチング後のパターン形状を観察した。
また、比較例として、本発明の処理を施さない図13に示した第1のレジストパターンを形成したウエハ(表中レジストのみ)についても同様にエッチングした。その結果、表8に示すように本発明を適用した場合には分離幅は縮小された。
【0109】
【表8】
Figure 0004198778
【0110】
以上、説明してきたように、本発明では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。
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。
また、このようにして形成した微細分離レジストパターンをマスクとして用いて、半導体基板上に微細分離されたスペースまたはホール形成することができる。
また、このような製造方法により、微細分離されたスペースまたはホールを有する半導体装置を得ることができる。
【0111】
【発明の効果】
本発明半導体装置の製造方法によれば、現像残渣の解消、パターン形状の改善、およびプロセスマージンの拡大が実現されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に用いるマスクパターン図である。
【図2】 本発明の実施の形態1のレジストパターン形成方法を説明するための工程フロー図である。
【図3】 本発明の実施の形態1のレジストパターン形成方法を説明するための工程フロー図である。
【図4】 本発明の実施の形態1のレジストパターン形成方法を説明するための工程フロー図である。
【図5】 本発明の実施の形態2のレジストパターン形成方法を説明するための工程フロー図である。
【図6】 本発明の実施の形態3のレジストパターン形成方法を説明するための工程フロー図である。
【図7】 本発明の実施例1における第1のレジストパターンを示す平面図である。
【図8】 本発明の実施例2における第1のレジストパターンを示す平面図である。
【図9】 本発明の実施例3における第1のレジストパターンを示す平面図である。
【図10】 本発明の実施例4における第1のレジストパターンを示す平面図である。
【図11】 本発明の実施例18〜20における第2のレジストパターンを示す平面図である。
【図12】 本発明の実施例21〜24における第2のレジストパターンを示す平面図である。
【図13】 本発明の実施例25における第2のレジストパターンを示す平面図である。
【符号の説明】
1、11および21 第1のレジスト、1a、11aおよび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 4、14および24 架橋層。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device using a material for fine patterning and a manufacturing method thereof in order to reduce a pattern separation size or a hole opening size when forming a resist pattern in a semiconductor process.
[0002]
[Prior art]
Along with the high integration of semiconductor devices, the wiring and isolation width required for the manufacturing process have become very fine. In general, a fine pattern is formed by a method in which a resist pattern is formed by a photolithography technique and various underlying thin films are etched using the formed resist pattern as a mask.
[0003]
Therefore, the photolithography technique is very important in forming a fine pattern. The photolithography technique is composed of resist coating, mask alignment, exposure, and development, and there is a limit to miniaturization due to restrictions on the exposure wavelength.
[0004]
Therefore, as a method for forming a fine resist pattern exceeding the limit of photolithography technology by conventional exposure, methods such as JP-A-6-250379 and JP-A-7-134422 have been proposed. The mutual diffusion of the resin components of the first resist and the second resist is utilized. However, a photoresist material that is soluble in an organic solvent that can dissolve the first resist is used as the second resist, and there is a problem that the first resist pattern is deformed.
[0005]
In addition, a processing method for removing the second resist includes a developer (an alkaline developer such as a tetramethylammonium hydrate aqueous solution or the like) that can expose the second resist, generate an acid, and dissolve the second resist. The second resist is dissolved and removed using xylene or the like. However, when the second resist is exposed, it may be solubilized by exposing the first resist which is the base. Since the solubilized first resist is soluble in a solution capable of dissolving the second resist, there is a high possibility that the first resist is dissolved when the second resist is dissolved and removed. The margin is small.
[0006]
In addition, when polyvinyl alcohol described in JP-A-6-250379 is used as the second resist, its effect is small, the pattern shape after processing is poor, and development is performed only with water. However, sufficient cleaning is not performed, and a development residue such as a stain is likely to remain on the pattern, which causes a pattern defect during etching in the next process.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, it has been difficult to form a fine resist pattern exceeding the wavelength limit by the conventional photolithography technique using exposure.
Further, although a technique that enables pattern formation exceeding the wavelength limit has been proposed, some problems remain and it is difficult to apply to actual semiconductor manufacturing.
The present invention has been made to solve such a problem, and for fine patterning for realizing fine separation resist pattern formation that enables formation of a pattern exceeding the wavelength limit in making the separation pattern and hole pattern finer. An object of the present invention is to provide a material, a method of manufacturing a semiconductor device using a finely divided resist pattern forming technique using the material, and a semiconductor device manufactured by the manufacturing method.
By the above manufacturing method, the development residue can be eliminated, the pattern shape can be improved, and the process margin can be expanded.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A first semiconductor device manufacturing method according to the present invention is provided on a semiconductor substrate. By the first resist that generates acid by light irradiation or heat treatment, Forming a first resist pattern on the first resist pattern; the above Forming a second resist that undergoes a crosslinking reaction with an acid; the above A step of forming a cross-linked layer at the second resist interface portion in contact with the first resist pattern by supplying acid; and dissolving the non-cross-linked portion of the second resist without dissolving the first resist pattern. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of developing to form a second resist pattern; and a step of etching the semiconductor substrate using the second resist pattern as a mask, wherein the second resist material comprises: , Cross-linking agent and the above In the presence of acid the above Containing a resin that is crosslinked by a crosslinking agent; The solvent used for the second resist material and the solvent for developing the second resist are one or more kinds that dissolve the resin and the crosslinking agent and do not dissolve the first resist containing pure water. A solvent, the cross-linking agent is of a single polymerization degree, and is either a monomer, a dimer or a trimer, Furthermore, the resin has a molecular weight distribution with a dispersity (Mw / Mn) of 11 or less. And the weight average molecular weight is 100,000 or less. It is characterized by this.
[0013]
According to the present invention 2 The method for manufacturing a semiconductor device is that in the first method for manufacturing a semiconductor device, the degree of dispersion (Mw / Mn) of the resin is 1 to 3 and the weight average molecular weight is 50,000 or less.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram showing a mask pattern for forming a finely separated resist pattern targeted by the present invention. Examples of the mask pattern are shown in (a) to (f). That is, (a) is a fine hole mask pattern 100, (b) is a fine square pattern 200, (c) is a fine space mask pattern 300, (d) is an isolated pattern 400, (e) is An isolated residual pattern 500, (f) shows an isolated residual pattern 600. 2 and 3 are process flow diagrams for illustrating the finely divided resist pattern forming method according to the first embodiment of the present invention.
[0018]
First, a method for forming a fine separation resist pattern according to this embodiment and a method for manufacturing a semiconductor device using the same will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 2A, a first resist 1 having a mechanism for generating an acid therein is applied to a semiconductor substrate (semiconductor wafer) 3 by light irradiation or heat treatment (for example, a thickness of 0.7). ˜1.0 μm).
The first resist 1 is applied on a semiconductor substrate by spin coating or the like, and then pre-baked (heat treatment at 70 to 120 ° C. for about 1 minute) to evaporate the solvent in the first resist. Let
[0019]
Next, in order to form the first resist pattern, the sensitivity wavelength of the first resist used, such as g-line, i-line, Deep-UV, KrF excimer, ArF excimer, EB (electron beam) or X-ray, is used. Projection exposure is performed using a light source corresponding to the above and using a mask including a pattern as shown in FIG.
[0020]
The first resist used here is not particularly limited, and may be any resist that uses a mechanism that generates an acidic component inside the resist by heat treatment or irradiation with light, for example, KrF excimer, ArF. Any resist may be used as long as it generates acid upon irradiation with excimer, EB (electron beam), X-ray or the like, and either a positive type or a negative type resist may be used.
For example, examples of the first resist include a positive resist composed of a novolak resin and a naphthoquinonediazide-based photosensitizer.
Furthermore, as the first resist, a chemically amplified resist using a mechanism that generates an acid upon exposure can be applied. The resist is not particularly limited as long as it is a resist material that uses a reaction system that generates an acid upon exposure. Never happen.
[0021]
After the exposure of the first resist as described above, PEB (post-exposure heating) is performed as needed (for example, PEB temperature: 50 to 130 ° C.) to develop the resist resolution.
Next, it develops using about 0.05-3.0 wt% alkaline water bath liquid, such as TMAH (tetramethylammonium hydroxide). FIG. 2B shows the first resist pattern 1a thus formed.
Further, after the development processing, if necessary, for example, post-development baking may be performed at a baking temperature of 60 to 120 ° C. for about 60 to 90 seconds.
Since this heat treatment affects the subsequent mixing reaction, it is desirable to set the temperature appropriately in accordance with the first resist or the second resist material to be used.
The process described above is the same as the formation of a resist pattern by a general resist process, except that the first resist 1 that generates an acid is used.
[0022]
As described above, after forming the pattern 1a of FIG. 2B, as shown in FIG. 2C, the second resist material is crosslinked by the presence of an acid dissolved in a solvent that does not dissolve the first resist 1. Is applied to the first resist pattern 1 a on the semiconductor substrate 3.
The method of applying the second resist material is not particularly limited as long as it can be uniformly applied onto the first resist pattern 1a, and is applied by spraying or dipped in the second resist solution. It is also possible to apply by.
Next, after the application of the second resist 2, as shown in FIG. 2 (d), this is pre-baked (for example, at about 85 ° C. for about 60 seconds) to form the second resist layer 2. .
[0023]
Next, as shown in FIG. 2 (e), the semiconductor substrate 3 is heat-treated (60 to 130 ° C., hereinafter abbreviated as “mixing bake: MB”) to diffuse the acid from the first resist pattern 1a. Then, a crosslinking reaction is generated at the interface between the second resist 2 and the first resist pattern 1a. A crosslinked layer 4 that has undergone a crosslinking reaction so as to cover the first resist pattern 1 a with the MB is formed in the second resist 2.
The MB temperature / time in this case is 60 to 130 ° C./60 to 120 sec, and it may be set to an optimum condition depending on the type of resist material to be used and the required thickness of the reaction layer.
In addition, the thickness of the cross-linked layer can be controlled by adjusting the time for heating and cross-linking (MB time), which is a highly reactive control method.
[0024]
Next, as shown in FIG. 2F, the second resist 2 that has not been cross-linked is developed and peeled off without dissolving the first resist pattern using a developer. By the above processing, it becomes possible to obtain a resist pattern (second resist pattern 2a) in which the hole inner diameter or separation width is reduced or the area of the isolated pattern is enlarged.
[0025]
In the manufacturing method described above with reference to FIG. 2, after the second resist layer is formed on the first resist pattern, the first resist pattern 1a is transferred from the first resist pattern 1a to the second resist by an appropriate heat treatment. A method for generating an acid that diffuses an acid has been described.
As the second resist, an appropriate material having high reactivity is selected, and an appropriate heat treatment (for example, 85 ° C. to 150 ° C.) is performed, so that there is no exposure for acid generation in the first resist pattern. It is possible to obtain a resist pattern in which the interface between the resists causes a cross-linking reaction due to the diffusion of the acid present in the resist, and the hole inner diameter or separation width is reduced or the area of the isolated pattern is enlarged.
[0026]
Using the fine separation resist pattern 2a formed on the first resist pattern 1a as a mask as described above, various underlying thin films are etched to form fine spaces or fine holes in the underlying thin film, thereby manufacturing a semiconductor device. .
[0027]
Next, a method of generating and diffusing an acid by exposure instead of heat treatment or prior to heat treatment will be described.
FIG. 3 is a process flow diagram for explaining the fine resist pattern forming method in this case. First, FIGS. 3A and 3B are the same as FIGS. 2A and 2B, and thus description thereof is omitted.
[0028]
As shown in FIG. 3C, after forming the second resist layer, the entire surface of the semiconductor substrate is again exposed with the g-line or i-line of the Hg lamp to generate an acid in the first resist. As shown in FIG. 3D, a crosslinked layer 4 is formed at the interface of the second resist 2 in contact with the first resist pattern 1a.
The light source used for exposure at this time can be an Hg lamp, KrF excimer, ArF excimer, or the like depending on the photosensitive wavelength of the first resist, and is particularly limited as long as it can generate an acid by exposure. What is necessary is just to expose using the light source and exposure amount according to the photosensitive wavelength of the used 1st resist instead of what.
The exposure step for generating an acid component in the first resist pattern 1a may be performed when the applied first resist and second resist are relatively low in reactivity, or the required thickness of the crosslinked layer is relatively low. Although it is desirable to apply it when it is thick or when it is desired to selectively form a crosslinked layer, it is not particularly limited and may be used as appropriate.
[0029]
As described above, in the example of FIG. 3, exposure is performed after the application of the second resist 2 to generate an acid in the first resist pattern 1 a, and the first resist pattern 1 a is used as the second resist. Since the exposure is performed in a state covered with 2, the amount of acid generated in the first resist pattern 1a can be accurately controlled over a wide range by adjusting the exposure amount, so that the thickness of the crosslinked layer 4 can be accurately controlled. it can.
[0030]
As described above, using the formed fine separation resist pattern (second resist pattern 2a) as a mask, various underlying thin films are etched to form a fine space or a fine hole in the underlying thin film, thereby manufacturing a semiconductor device. Can do.
[0031]
In the above example, the method for forming the fine resist pattern 2a on the entire surface of the semiconductor substrate 3 has been described. Next, a method for selectively forming a fine resist pattern only in a desired region of the semiconductor substrate 3 will be described. FIG. 4 is a process flow diagram of the manufacturing method in this case.
[0032]
That is, as shown in FIG. 4, in addition to exposing the entire surface of the semiconductor substrate 3 on which the second resist is formed on the first resist pattern, it is also possible to selectively expose only the necessary predetermined portions. In this case, it is possible to distinguish between a region where the second resist is cross-linked at the interface with the first resist pattern and a region where the second resist is not cross-linked.
In this way, by using an appropriate light shielding plate (exposure mask) 5, the semiconductor substrate is selectively exposed to distinguish between the exposed portion and the unexposed portion, and the second resist pattern becomes the first resist pattern. In the boundary part, a region to be cross-linked and a region not cross-linked can be formed. Thereby, fine holes or fine spaces having different dimensions can be formed on the same semiconductor substrate.
[0033]
The steps of FIGS. 4A and 4B are the same as the steps of FIGS. 3A and 3B. As shown in FIG. 4C, after the second resist 2 layer is formed, a part of the semiconductor substrate 3 is shielded from light by the light shielding plate 5, and the selected region is exposed to light. Acid is generated in the resist pattern 1a. As a result, as shown in FIG. 4D, a crosslinked layer 4 is formed at the interface of the second resist 2 in contact with the first resist pattern 1a in the exposed portion.
[0034]
Next, the second resist material will be described.
As the second resist material, an unsaturated bond or a hydroxyl group-containing resin (crosslinkable resin) which is cross-linked by an acid, or a mixture of two or more types, or a cross-linking agent and an acid in the presence of the cross-linking agent What contains resin to be bridge | crosslinked is used as a solution melt | dissolved in the solvent, for example.
The resin cross-linked by the cross-linking agent may be the above cross-linkable resin, but is not limited thereto, and any resin that is cross-linked by the cross-linking agent in the presence of an acid may be used.
As a second resist forming method, the solution is formed by spin coating, dipping in the solution or spray coating.
When a resin mixture is used as the second resist, the material composition is not particularly limited as long as an optimal composition is set depending on the first resist material to be applied or the set reaction conditions. .
[0035]
That is, the material applied to the second resist is particularly limited as long as it is a material that is soluble in a solvent that does not dissolve the first resist pattern 1a and that causes a crosslinking reaction in the presence of an acid component. is not.
The second resist that causes a crosslinking reaction in the presence of an acid includes a case where the resist material itself is a crosslinkable compound. Further, the second resist that causes a crosslinking reaction in the presence of an acid is a resist material. And the case where a compound as a crosslinking agent and a crosslinking compound as a crosslinking agent are mixed.
[0036]
Examples of the resin include polyacrylic acid, polyvinyl acetal, polyvinyl pyrrolidone, unsaturated polyester, polyvinyl alcohol, polyethyleneimine, polymethyl methacrylate, styrene-maleic anhydride copolymer, acrylic resin, polyimide, polyvinylamine, polyallylamine, Oxazoline group-containing resin, urethane resin, phenol resin, cellulose resin, sulfonamide resin, maleic acid resin, vinyl resin, epoxy resin, silicone resin, unsaturated organopolysiloxane, unsaturated organopolysilsesquioxane, melamine resin, Urea resin, alkyd resin or sulfonamide, or a salt thereof is used.
These resins are not limited to those described above, and any resin can be used as long as it can be uniformly coated on a substrate with a reaction site that promotes a crosslinking reaction, that is, a polymer or oligomer having an unsaturated bond or a hydroxyl group.
The dry etching resistance can be improved by combining a silicone resin as the resin.
[0037]
The resin used for the second resist material may be used as one or a mixture of two or more of the above resins, and can be appropriately adjusted depending on the reaction amount with the underlying resist, reaction conditions, etc. The resin may be used in the form of a salt such as hydrochloride for the purpose of improving the solubility in a solvent.
In particular, when the crosslinking reaction under the acidic component of the resin does not occur or is low, a crosslinking agent can be further mixed with these resins.
[0038]
The cross-linking agent is capable of cross-linking resins by heat treatment or light irradiation in the presence of an acid to insolubilize the resin in an organic solvent. For example, guanidine, thiazole, thiuram, dithioicarbamate Organic accelerators, melamine derivatives, urea derivatives, benzoguanamines, glycolurils, isocyanates, polyfunctional epoxies, polyfunctional acrylic resins, polyfunctional urethanes, monomers of polyfunctional silicone resins or oligomers thereof, or two or more of them It is characterized by using a mixture. The crosslinking agent soluble in these organic solvents is not limited to the above, and any crosslinking agent can be used as long as it does not mix with or dissolve in the first resist and can cure the resist by supplying an acid.
[0039]
In addition, the solvent used for the second resist material and the solvent for peeling (developing) the second resist sufficiently dissolve the constituent resin and the crosslinking agent and do not dissolve the first resist. The above mixed solvent is used.
Solvents include pure water, alcohols, ketones, ethers, esters, halogenated hydrocarbons, benzenes, alkoxybenzenes, cyclic ketones, such as toluene, xylene, methoxybenzene, ethoxybenzene, benzene , Pyridine, cyclohexane, dioxane, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, acetone, t-butyl acetate, n-butyl acetate, ethyl acetate, tetrahydrofuran, diethyl ether, isopropyl ether, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, N-methylpyrrolidone, N, N '-Dimethylformamide, ethanol, methanol, isopropanol, butyl alcohol, ethylene glycol, ethylbenzene, diethylbenzene, n-butyl ether, n-hexane, n-heptane, Toxibenzene, ethoxybenzene, phenetole, veratrol, γ-butyrolactone, chloroform, and the like. These solvents can be used alone or in accordance with the solubility of the material used for the second resist. What is necessary is just to mix a solvent in the range which does not melt | dissolve a 1st resist pattern.
[0040]
In the present invention, it is important to control the crosslinking reaction between the first resist and the second resist and to control the thickness of the crosslinked layer formed on the first resist pattern.
The control of the crosslinking reaction can be optimized according to the reactivity between the first resist and the second resist to which the present invention is applied, the shape of the first resist pattern, the thickness of the required crosslinking reaction layer, and the like. desirable.
[0041]
Control of the crosslinking reaction between the first resist and the second resist includes a method by adjusting process conditions and a method by adjusting the composition of the second resist material.
As a process control method of the crosslinking reaction,
(1) adjusting the exposure amount to the first resist pattern;
(2) Adjust mixing bake (MB) temperature and processing time.
From the aspect of the material composition used for the second resist,
(3) Mix two or more types of suitable resins and adjust the mixing ratio.
(4) The resin is mixed with an appropriate crosslinking agent, and the mixing ratio is adjusted.
Such a method is effective.
[0042]
However, the control of these cross-linking reactions is not determined centrally,
(1) Reactivity with the first resist material to be applied,
(2) First resist pattern shape, film thickness,
(3) Required film thickness of the crosslinking agent layer,
(4) Usable exposure conditions or MB conditions,
(5) It is necessary to determine in consideration of various conditions such as coating conditions.
In particular, it has been found that the reactivity between the first resist and the second resist is affected by the composition of the first resist material. Therefore, when the present invention is actually applied, the above-mentioned is described. It is desirable to optimize the second resist material composition in consideration of factors.
Accordingly, the type of material used for the second resist and the composition ratio thereof are not particularly limited, and are optimized and used according to the type of material used, heat treatment conditions, and the like.
[0043]
Further, according to the present invention, as described above, the fine separation resist pattern is formed on the semiconductor substrate 3, but this may be formed on an insulating layer such as a silicon oxide film according to the manufacturing process of the semiconductor device. It may also be formed on a conductive layer such as a polysilicon film.
The present invention is not particularly limited to the base film, and can be applied in any case as long as it is on a substrate on which a resist pattern can be formed, and is formed on a substrate as necessary. is there.
[0044]
In the present invention, before forming the second resist film on the first resist pattern, the first resist pattern is heat-treated to control the solvent resistance of the second resist to the solvent and the developer. By doing so, the margin of the development conditions of the second resist is widened, and the shape of the obtained fine pattern or fine space can be improved. The heat treatment temperature of the first resist pattern may be equal to or lower than the thermal decomposition temperature of the resist to be used. In particular, the heat treatment temperature is preferably in a range of 60 ° C. to 150 ° C., for example, 30 seconds to 300 seconds on a hot plate.
[0045]
In the present invention, as the resin used for the second resist, the use of a resin having a molecular weight distribution of monodispersion or dispersity (Mw / Mn) of 11 or less means that the resist pattern is not observed without developing residue. This is preferable because the shrinking proceeds.
[0046]
In the present invention, it is preferable to use a resin having a molecular weight of 100,000 or less as the resin used for the second resist because the development of the resist pattern proceeds without observing development residues.
[0047]
In the present invention, as the crosslinking agent used for the second resist, use of a monomer or dimer having a single polymerization degree causes the crosslinking reaction with the resin accompanying heat treatment or light irradiation to proceed uniformly. preferable.
[0048]
Further, in the case where the cross-linking agent is a mixture composed of different degrees of polymerization, the reaction amount of the second resist can be adjusted by controlling the composition ratio, and the reduction of the resist pattern can be controlled.
[0049]
In the present invention, the number of cross-linking groups of the cross-linking agent is adjusted by adjusting the isomer ratio such as the composition ratio of positional isomers having different numbers of substituents contributing to the cross-linking reaction. In order to increase the crosslinking efficiency, it is preferable to use a polyfunctional crosslinking agent having many substituents that contribute to crosslinking.
[0050]
Furthermore, in the present invention, the following effects can be obtained by using a combination of the resin whose dispersity or molecular weight is adjusted as the second resist material and the cross-linking agent whose degree of single polymerization or the number of cross-linking groups is adjusted. Can do.
First, the solubility in the developer increases, which can contribute to shortening the development time and reducing or eliminating the development residue. This effect is greater as the resin has a lower degree of dispersion and a lower molecular weight, and in particular, the degree of dispersion ( A resin having a Mw / Mn) of 1 to 3 and a molecular weight of 50,000 or less is preferable. Further, the crosslink density of the crosslink layer is made uniform in the plane, and the pattern shape after development can be controlled. This effect is even greater when combined with a resin having a lower degree of dispersion and a lower molecular weight and a crosslinker having a lower degree of polymerization, especially a single degree of polymerization below the trimer.
In addition, the thickness of the crosslinked layer can be controlled by changing the crosslinking reactivity of the resin. The greater the molecular weight of the resin and the greater the number of reactive groups such as unsaturated groups and hydroxyl groups, the more the isomer ratio of the crosslinking agent. The larger the ratio of the cross-linking group polyfunctional, the greater the insolubility after the cross-linking reaction and the thicker the cross-linking layer.
In addition, process margins such as heat treatment conditions and development conditions can be expanded, and a non-crosslinked portion with respect to the developer can be obtained by combining a resin having a lower degree of dispersion and a lower molecular weight with a single low polymerization degree crosslinker. The process margin is further increased due to the increased solubility of.
[0051]
The semiconductor manufacturing apparatus of the present invention is manufactured by the above-described manufacturing method of each semiconductor device.
[0052]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a process flow diagram for explaining the finely divided resist pattern forming method according to the second embodiment of the present invention. With reference to FIGS. 1 and 5, a method for forming a finely divided resist pattern according to the second embodiment and a method for manufacturing a semiconductor device using the same will be described.
[0053]
As shown in FIG. 5A, a first resist 11 containing a slight amount of acidic substance is applied to the semiconductor substrate 3. The first resist 11 is pre-baked (heat treatment at 60 to 150 ° C. for about 1 minute), and then is projected and exposed using a gg or i line of an Hg lamp and a mask that eats a pattern as shown in FIG. (It is omitted in FIG. 5). Then, if necessary, heat treatment is performed with PEB (10 to 150 ° C.) to improve the resolution of the resist, and then development is performed using an about 2.0% diluted water bath solution of TMAH (tetramethyl ammonium hydroxide).
[0054]
Thereafter, post-development baking may be performed as necessary. Since this heat treatment affects the subsequent mixing reaction, it is necessary to set the temperature appropriately. FIG. 5B shows the first resist pattern 11a formed in this way.
The process described above is the same as the formation of a resist pattern by a conventional resist process, except that a resist containing an acid is used.
[0055]
Next, after forming the resist pattern of FIG. 5B, as shown in FIG. 5C, a crosslinkable compound that crosslinks due to the presence of an acid is formed on the semiconductor substrate (wafer) 3 with the first resist pattern 11a. A second resist 12 dissolved in a solvent that does not dissolve is applied. As the solvent used here, the same material as that described in Embodiment Mode 1 is used.
Next, after the application of the second resist 12, it is pre-baked as necessary. Since this heat treatment affects the subsequent mixing reaction, it is desirable to set the temperature appropriately.
[0056]
Next, as shown in FIG. 5D, the semiconductor substrate 3 is heat-treated (60 to 150 ° C.), and the second resist 12 is supplied by supplying acid from some acidic substances contained in the first resist pattern 11a. A cross-linking reaction is caused in the vicinity of the interface with the first resist pattern 11a. As a result, a crosslinked layer 14 that has undergone a crosslinking reaction so as to cover the first resist pattern 11 a is formed in the second resist 12.
[0057]
Next, as shown in FIG. 5E, the second resist 12 that has not been cross-linked without developing the first resist pattern is developed and peeled off using a developer. By the above processing, it is possible to obtain the second resist pattern 12a having a reduced hole inner diameter or separation width.
[0058]
As described above, the first resist 11 in Embodiment 2 does not need to generate an acid by exposure, and is adjusted so that the first resist film 11 itself contains an acid. Is diffused to crosslink. The acid contained in the first resist is preferably a carboxylic acid-based low molecular acid or the like, but is not particularly limited as long as it can be mixed with the resist solution.
[0059]
Note that the first resist material and the second resist material reversed in the first embodiment can also be used in the second embodiment.
Further, the fine separation resist pattern 2a is formed on various semiconductor substrates, and using this as a mask, fine separation spaces or fine holes are formed on the semiconductor substrate. Same as 1.
[0060]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 is a process flow diagram for explaining the finely divided resist pattern forming method according to the third embodiment of the present invention. A method for forming a finely divided resist pattern according to the third embodiment and a method for manufacturing a semiconductor device using the same will be described with reference to FIGS.
[0061]
First, as shown in FIG. 6A, a first resist 21 is applied to the semiconductor substrate 3. After pre-baking the first resist (heat treatment at 60 to 150 ° C. for about 1 minute), depending on the photosensitive wavelength of the first resist, for example, using the g-line or i-line of the Hg lamp, as shown in FIG. Projection exposure is performed using a mask including such a pattern (omitted in FIG. 6).
If necessary, heat treatment is performed with PEB (10 to 150 ° C.) to improve the resolution of the photoresist, and then development is performed using an about 2.0% diluted aqueous solution of TMAH (tetramethylammonium hydroxide). FIG. 6B shows the first resist pattern 21a formed in this way.
[0062]
Thereafter, post-development baking may be performed as necessary. Since this heat treatment affects the subsequent mixing reaction, it is necessary to set the temperature appropriately. The above process is the same as the formation of a resist pattern by a conventional resist process.
[0063]
After the pattern formation of FIG. 6B, as shown in FIG. 6C, the semiconductor substrate (wafer) 3 is immersed in an acidic solution. The processing method may be a normal paddle development method. Moreover, you may carry out by vaporization (spraying) of an acidic solution. In this case, the acidic solution may be either an organic acid or an inorganic acid. Specifically, for example, a low concentration of acetic acid is a suitable example.
In this step, the acid soaks in the vicinity of the interface of the first resist pattern 21a, and a thin layer containing the acid is formed. Thereafter, rinsing is performed using pure water as necessary.
[0064]
Thereafter, as shown in FIG. 6E, the second resist dissolved in a solvent that contains a crosslinkable compound that crosslinks in the presence of an acid and does not dissolve the first resist 21 on the first resist pattern 21a. A resist 22 is applied.
The second resist used here and the solvent used can be formed using the same materials as those described in Embodiment Mode 1.
Next, after the application of the second resist, the second resist 22 is pre-baked as necessary. Since this heat treatment affects the subsequent mixing reaction, it is set to an appropriate temperature.
[0065]
Next, as shown in FIG. 6F, the semiconductor substrate 3 is heat-treated (60 to 150 ° C.), mixed and baked, and the second resist 22 is formed by supplying acid from the first resist 21a. A crosslinking reaction is caused in the vicinity of the interface with the first resist pattern 21a. As a result, a crosslinked layer 24 that has undergone a crosslinking reaction so as to cover the first resist pattern 21 a is formed in the second resist 22.
[0066]
Next, as shown in FIG. 6G, the second resist 22 that has not been cross-linked without developing the first resist pattern is developed and removed using a developer. By the above processing, it is possible to obtain the second resist pattern 22a with the hole inner diameter or the separation width reduced.
[0067]
As described above, according to the third embodiment, it is not necessary to generate an acid in the first resist by the exposure process, and before forming the second resist on the first resist, A surface treatment with an acidic liquid is performed, and the acid is diffused by heat treatment to crosslink.
[0068]
In the third embodiment, examples of the first resist 21 include a positive resist composed of a novolak resin and a naphthoquinonediazide-based photosensitizer used in the first embodiment. Further, as the first resist, It is possible to apply a chemically amplified resist using a mechanism that generates an acid upon exposure, and any resist material that uses a reaction system that generates an acid upon exposure is not particularly limited. The other resist materials and second resist materials described in the first embodiment can be applied to the third embodiment.
[0069]
Further, the fine separation resist pattern 22a thus formed is formed on various semiconductor substrates, and using this as a mask, fine separation spaces or fine holes are formed on the semiconductor substrate to manufacture a semiconductor device. This is the same as in the first and second embodiments described above.
[0070]
【Example】
Example 1.
As the first resist, an i-line resist composed of novolak resin and naphthoquinone diazide and using 2-heptanone as a solvent was used to form a resist pattern.
That is, after dropping and spin-coating the resist on a Si wafer, pre-baking was performed at 80 ° C./60 seconds to evaporate the solvent in the resist to form a first resist with a film thickness of about 0.8 μm. Next, the i-line reduced projection exposure apparatus was used as the exposure apparatus, and the first resist was exposed using the mask as shown in FIG. 1 as the exposure mask. Next, PEB treatment is performed at 110 ° C./90 seconds, followed by development using an alkaline developer (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., NMD3), and each resist pattern having a separation size as shown in FIG. Obtained.
[0071]
Example 2
A resist pattern was formed using an i-line resist composed of novolak resin and naphthoquinone diazide as the first resist and using ethyl lactate and propylene glycol monoethyl acetate as the solvent.
That is, the resist was formed on the Si wafer so as to have a film thickness of about 1.0 μm by dropping and spin coating. Next, pre-baking was performed at 85 ° C./70 seconds to dry the solvent in the resist. Subsequently, exposure was performed using a Nikon stepper and a mask as shown in FIG. Next, PEB treatment is performed at 115 ° C./90 seconds, followed by development using an alkaline developer (NMD3: manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) to obtain each resist pattern having a separation size as shown in FIG. It was.
[0072]
Example 3
As the first resist, a chemically amplified excimer resist (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was used to form a resist pattern.
That is, the resist was formed on the Si wafer so as to have a film thickness of about 0.85 μm by dropping and spin coating. Next, pre-baking was performed at 80 ° C./70 seconds to dry the solvent in the resist. Subsequently, exposure was performed using a mask as shown in FIG. 1 using a KrF excimer reduction projection exposure apparatus. Next, PEB treatment is performed at 110 ° C./60 seconds, followed by development using an alkali developer (NMD-W: manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.), and each resist pattern having a separation size as shown in FIG. Got.
[0073]
Example 4
A resist pattern was formed using a chemically amplified resist composed of t-Boc polyhydroxystyrene and an acid generator as the first resist.
That is, the resist was formed on the Si wafer so as to have a film thickness of about 0.60 μm by dropping and spin coating. Next, baking was performed at 115 ° C./120 seconds to dry the solvent in the resist. Subsequently, Espacer ESP-100 (manufactured by Showa Denko) was spin-coated on the resist as an antistatic film in the same manner, and then baked at 90 ° C./90 seconds. Next, using an EB drawing apparatus, 16.4 μC / cm 2 Draw with. Next, after PEB is performed at 80 ° C./120 seconds, the antistatic film is removed using pure water, and then the resist pattern is developed using a TMAH alkaline developer (NMD-W: manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.). As shown in FIG. 10, each EB resist pattern of about 0.28 μm was obtained.
[0074]
Next, examples relating to a fine patterning material used as the second resist material will be described.
[0075]
Example 5 FIG.
As a second resist material, use a 1 L measuring flask, add 855 g of pure water and 95 g of isopropanol to 50 g of polyvinyl acetal resin having an average polymerization amount of 10,000, 30,000, 100,000, and 300,000, and stir and mix at room temperature for 6 hours. A 5 wt% solution of polyvinyl acetal resin was obtained.
[0076]
Example 6
Using a 1 L volumetric flask as the second resist material Child 950 g of pure water was added to 50 g of polyvinyl alcohol resin having an amount of about 30,000 and dispersity of about 2, 5, 10, and 30, and stirred and mixed at room temperature for 6 hours to obtain a 5 wt% solution of polyvinyl alcohol resin.
[0077]
Example 7
As a second resist material, a 1 L stopper bottle was used, 475 g of xylene was added to 25 g of polyvinylmethylsilsesquioxane, and mixed and dissolved overnight at room temperature using a wave rotary to obtain a 5 wt% solution of polyvinylmethylsilsesquioxane.
[0078]
Example 8 FIG.
As a second resist material, using a 1 L measuring flask, 100 g of methoxymethylene melamine and 900 g of isopropanol were stirred and mixed at room temperature for 6 hours to obtain an about 10 wt% methoxymethylene melamine solution.
[0079]
Example 9
Using a 1 L volumetric flask as a second resist material, 1,3-di (N-methoxymethyl) -2-imidazolidinone, 1,3-di (N-methoxymethyl) -4-hydroxy-2- The mixing ratio of the regioisomers of imidazolidinone, 1,3-di (N-methoxymethyl) -4,5-dihydroxy-2-imidazolidinone is 7: 2: 1, 1: 8: 1, 1: To a crosslinking agent different from 3: 6, 900 g of isopropanol was stirred and mixed at room temperature for 8 hours to obtain about 10 wt% solutions respectively.
[0080]
Example 10
Using a 1 L volumetric flask as a second resist material, 2-imidazolidinone 100 g, 1,3-di (N-methoxymethyl) -2-imidazolidinone 100 g, 1,3-di (N-methoxymethyl) ) In 100 g of 4-hydroxy-2-imidazolidinone and 1,3-di (N-methoxymethyl) -4,5-dihydroxy-2-imidazolidinone, 900 g of isopropanol was stirred at room temperature for 8 hours. Each was mixed to obtain about 10 wt% solution.
[0081]
Example 11
As a second resist material, using a 1 L measuring flask, 100 g of a monomer having a basic structure of 1,3-di (N-methoxymethyl) -4,5-dihydroxy-2-imidazolidinone, 100 g of a dimer, In 100 g of the trimer and 100 g of the oligomer, 900 g of isopropanol was stirred and mixed at room temperature for 8 hours, respectively, thereby obtaining about 10 wt% solutions.
[0082]
Example 12 FIG.
As a second resist material, a 1 L volumetric flask is used, and a polymer constituting an oligomer having a basic structure of 1,3-di (N-methoxymethyl) -4,5-dihydroxy-2-imidazolidinone is mixed. 100 g each using a crosslinking agent with a ratio of monomer: dimer: trimer: tetramer or higher = 6: 3: 1: 1, 1: 3: 4: 2, 0: 2: 3: 5 Each was stirred and mixed with 900 g of isopropanol at room temperature for 8 hours to obtain about 10 wt% solutions respectively.
[0083]
Example 13
As a second resist material, 160 g of the polyvinyl acetal solution obtained in Example 5 and 20 g of the methoxymethylol melamine solution obtained in Example 8 and 20 g of isopropanol were stirred and mixed at room temperature for 6 hours to obtain a mixed solution of a resin and a crosslinking agent. It was.
[0084]
Example 14
As a second resist material, 180 g of the polyvinyl alcohol solution obtained in Example 6 and 20 g of each imidazolidinone solution obtained in Example 9 were stirred and mixed at room temperature for 8 hours to obtain a mixed solution of a resin and a crosslinking agent. .
[0085]
Example 15.
As a second resist material, 180 g of the polyvinylmethylsilsesquioxane solution obtained in Example 7 and 20 g of each imidazolidinone solution obtained in Example 10 were mixed at room temperature for 6 hours.
[0086]
Example 16
As a second resist, 20 g of each imidazolidinone solution obtained in Example 11 was mixed with 100 g of the polyvinyl acetal resin solution having a polymerization average molecular weight of 30,000 obtained in Example 5, and at room temperature, 6 The mixture was stirred and mixed for a time to obtain a polyvinyl acetal resin solution.
[0087]
Example 17.
As a second resist, 20 g of each imidazolidinone solution obtained in Example 12 was mixed with 100 g of the polyvinyl acetal resin solution having a polymerization average molecular weight of 30,000 obtained in Example 5, and 6% at room temperature. The mixture was stirred and mixed for a time to obtain a polyvinyl acetal resin solution.
[0088]
Example 18
The second resist material obtained in Example 13 was dropped on the Si wafer on which the first resist pattern obtained in Example 2 was formed and spin-coated, followed by prebaking at 90 ° C./70 seconds. 2 resist films were formed. Next, mixing baking (MB) was performed at 115 ° C./90 seconds to advance the crosslinking reaction. Next, rinsing is performed with pure water, the non-crosslinked layer is developed and peeled off, and then post-baking is performed at 100 ° C./90 seconds, whereby a second resist is formed on the first resist pattern as shown in FIG. A crosslinked layer was formed.
In this case, from Table 1 showing the relationship between the weight average molecular weight of the resin and the resist pattern size in this example, the resist pattern is reduced because the insolubility of the crosslinked layer increases as the polymerization average molecular weight of the polyvinyl acetal resin increases. However, in the case of a resin having a weight average molecular weight exceeding about 100,000, a development residue is observed, which is a problem. In the case of a resin having a low weight average molecular weight (10,000, 30,000), a pattern with a small taper was obtained. For measurement of the taper angle, the pattern (f) in FIG. 1 was used.
[0089]
[Table 1]
Figure 0004198778
[0090]
Example 19.
The resin obtained in Example 14 was dropped as a second resist material onto the Si wafer on which the first resist pattern obtained in Example 1 was formed and spin-coated, and then pre-baked at 90 ° C./70 seconds. A second resist film was formed.
Next, mixing baking (MB) was performed at 135 ° C./70 seconds to advance the crosslinking reaction. Next, development is performed using a pure aqueous solution containing 10% isopropanol, and the non-crosslinked layer is developed and peeled off, followed by post-baking at 120 ° C./90 seconds, as shown in FIG. A second resist cross-linked layer was formed on the hole pattern.
Thus, from Table 2 showing the relationship between the degree of dispersion of the resin and the resist pattern size in this example, the degree of dispersion of the resin having substantially the same weight average molecular weight affects the residue after development. understood.
[0091]
[Table 2]
Figure 0004198778
[0092]
Further, the taper angle of the resist line on which the crosslinked layer is formed shows a value closer to the initial angle for the resin having a lower degree of dispersion. For measurement of the taper angle, the pattern (f) in FIG. 1 was used.
Further, as the cross-linking agent having a larger number of functional groups (cross-linking groups) contributing to the cross-linking reaction is used, the reduction rate of the resist pattern is higher.
[0093]
Example 20.
The polyvinylmethylsilsesquioxane resin solution obtained in Example 15 was used as the second resist on the Si wafer on which the first resist pattern obtained in Example 2 was formed.
After the second resist material was dropped and spin-coated, prebaking was performed at 80 ° C./70 seconds to form a second resist film.
Next, mixing baking (MB) was performed under three conditions of 100 ° C./90 seconds, 110 ° C./90 seconds, and 120 ° C./90 seconds to perform a crosslinking reaction. Next, development is performed using hexane, and the non-crosslinked layer is developed and peeled off, followed by post-baking at 90 ° C./90 seconds, thereby forming the second resist pattern on the first resist pattern as shown in FIG. A resist cross-linked layer was formed.
As a result, the inner diameter of the 0.4 μm-sized hole pattern formed in Example 2 and the size of the space in the line pattern and the isolated remaining pattern were reduced as shown in Table 3 in the resist pattern after forming the crosslinked layer. The reduction amount increases as the MB temperature increases.
[0094]
[Table 3]
Figure 0004198778
[0095]
From this, it is understood that the crosslinking reaction can be accurately controlled by controlling the temperature of MB.
[0096]
Example 21.
After the Si wafer on which the first resist pattern obtained in Example 3 was formed was cured at 110 ° C., the polyvinyl acetal solution obtained in Example 16 was used as the second resist on the wafer.
After the second resist material was dropped and spin-coated, prebaking was performed at 85 ° C./70 seconds to form a second resist film.
Next, mixing baking (MB) was performed at 65 ° C./70 seconds + 100 ° C./90 seconds to perform a crosslinking reaction. Next, development is performed using pure water, and the non-crosslinked layer is developed and peeled off, followed by post-baking at 90 ° C./90 seconds, whereby the second resist layer is formed on the first resist pattern as shown in FIG. A resist cross-linked layer was formed.
As a result, the inner diameter of the hole pattern having a size of about 0.27 μm formed in Example 3 is clearly reduced from Table 4 showing the relationship between the degree of polymerization of the crosslinking agent and the resist pattern in this example, The amount of reduction decreases with increasing degree of polymerization.
[0097]
[Table 4]
Figure 0004198778
[0098]
This shows that the cross-linking reaction can be controlled with high accuracy by using a single polymer of the cross-linking agent.
[0099]
Example 22
The polyvinyl acetal solution obtained in Example 17 was used as the second resist on the Si wafer on which the first resist pattern obtained in Example 4 was formed.
After the second resist material was dropped and spin-coated, prebaking was performed at 85 ° C./70 seconds to form a second resist film.
Next, mixing baking (MB) was performed at 70 ° C./70 seconds + 110 ° C./90 seconds to perform a crosslinking reaction. Next, development is performed using pure water, and the non-crosslinked layer is developed and peeled off, followed by post-baking at 85 ° C./90 seconds, so that the second resist is formed on the first resist pattern as shown in FIG. A resist cross-linked layer was formed.
As a result, from Table 5 showing the relationship between the polymerization degree distribution of the crosslinking agent and the resist pattern in this example, the inner diameter of the hole pattern having a size of about 0.28 μm formed in Example 4 was reduced, and the reduction It can be seen that the amount is large because the more the crosslinking agent composition has a low degree of polymerization, the more substituents involved in crosslinking.
[0100]
[Table 5]
Figure 0004198778
[0101]
This shows that the crosslinking reaction can be controlled by the difference in the mixing ratio of the crosslinking agents having different polymerization degrees.
[0102]
Example 23.
The Si wafer on which the first resist pattern obtained in Example 3 was formed was pretreated by curing at 115 ° C. for 90 seconds, and then the 1,3-di (N— Methoxymethyl) -4-hydroxy-2-imidazolidinone-containing polyvinylmethylsilsesquioxane solution in which NMP was added to 10%, 1,3-di (N-methoxymethyl) obtained in Example 16 A solution in which isopropanol was dropped to a total of 20% in a polyvinyl acetal resin solution containing a monomer of -4,5-dihydroxy-2-imidazolidinone was used as the second resist.
After the second resist material was dropped and spin-coated, prebaking was performed at 80 ° C./70 seconds to form a second resist film.
Next, mixing baking (MB) was performed at 85 ° C./70 seconds + 110 ° C./90 seconds to perform a crosslinking reaction. Next, the polyvinylmethylsilsesquioxane resin film is developed with a xylene solution containing 10% NMP, and the polyvinyl acetal resin film is developed with pure water containing 20% isopropanol, and the non-crosslinked layer is developed and peeled off. By subsequently performing post-baking at 110 ° C./90 seconds, a second resist cross-linked layer was formed on the first resist pattern as shown in FIG.
As a result, as clearly shown in Table 6 showing the effect of the pretreatment in this example, the inner diameter of the hole pattern of about 0.27 μm size formed in Example 3 is reduced, but the reduction amount is the first. When the pre-treatment (heat treatment) of the first resist pattern was not performed, sagging or dissolution of the underlying first resist occurred when the second resist was applied, which had an adverse effect.
[0103]
[Table 6]
Figure 0004198778
[0104]
For this reason, since the first resist pattern is heat-treated in advance, the type and mixing ratio of the solvent that uses the solvent and developer of the second resist to some extent can be widened, so that the selection of the constituent resin is expanded.
[0105]
Example 24.
1,6-di (N-methoxymethyl) -4,5-dihydroxy-2-imidazolidinone obtained in Example 11 was added to 180 g of a polyvinyl alcohol solution having a weight average molecular weight of about 30,000 and a dispersity of 2 in Example 6. 20 g of the monomer solution was mixed and stirred at room temperature for 6 hours to obtain a mixed solution of resin and crosslinking agent, which was used as the second resist. A second resist material is dropped and spin coated on the Si wafer on which the first resist pattern obtained in Example 3 is formed, and then prebaked at 90 ° C./70 seconds to form a second resist film. did.
Next, mixing baking (MB) was performed at 90 ° C./90 seconds, 100 ° C./90 seconds, 110 ° C./90 seconds, and 120 ° C./90 seconds to perform a crosslinking reaction. Next, development is performed using pure water for 60 seconds, 90 seconds, 120 seconds, and 180 seconds, the non-crosslinked layer is developed and peeled, and then post-baked at 115 ° C./90 seconds, as shown in FIG. Thus, the 2nd resist bridge | crosslinking layer was formed on the 1st resist pattern.
As a result, as clearly shown in Table 7 showing the effect of the process margin in this example, the inner diameter of the hole pattern of about 0.27 μm size formed in Example 3 is reduced, but the dispersion is relatively low and relatively low. By using a low molecular weight resin and a single low polymerization cross-linking agent, the margin of MB temperature and development time was expanded.
[0106]
[Table 7]
Figure 0004198778
[0107]
As a comparison, a cross-linking agent was used when polyvinyl alcohol having a dispersity of 10 and a weight average molecular weight of 300,000 was used, and an oligomer of 1,3-di (N-methoxymethyl) -4,5-dihydroxy-2-imidazolidinone. The case of using was also described. When polyvinyl alcohol having a weight average molecular weight of 300,000 or an oligomer is used as a cross-linking agent, a development residue is observed, and depending on conditions, a hole is not opened after development and a measurement cannot be performed. . In addition, there is a development residue in a portion surrounded by a thick frame in Table 7.
From this, the process margin can be broadened to some extent by changing the molecular weight, dispersion degree and polymerization degree of the second resist material.
[0108]
Example 25.
The first resist pattern obtained in Example 2 was formed on the Si wafer on which the oxide film was formed, and the first resist pattern as shown in FIG. 13 was formed.
Next, after dropping the second resist material obtained in Example 13 and spin coating, pre-baking at 80 ° C./70 seconds, mixing baking (MB) at 110 ° C./70 seconds, and crosslinking reaction Made progress. Next, development is performed using pure water, and the non-crosslinked layer is developed and peeled off, followed by post-baking at 105 ° C./90 seconds to form a second resist crosslinked layer on the first resist hole pattern. did.
Furthermore, the underlying oxide film was etched using an etching apparatus, and the pattern shape after etching was observed.
Further, as a comparative example, a wafer (only the resist in the table) on which the first resist pattern shown in FIG. As a result, as shown in Table 8, when the present invention was applied, the separation width was reduced.
[0109]
[Table 8]
Figure 0004198778
[0110]
As described above, in the present invention, in the resist separation pattern and hole pattern miniaturization, a fine separation resist pattern forming material capable of forming a pattern exceeding the wavelength limit and the formation of a fine pattern using the same. A method is obtained.
As a result, the hole diameter of the hole resist pattern can be reduced as compared with the conventional one, and the separation width of the space resist pattern can be reduced as compared with the conventional one.
Further, by using the finely separated resist pattern thus formed as a mask, finely separated spaces or holes can be formed on the semiconductor substrate.
In addition, a semiconductor device having finely separated spaces or holes can be obtained by such a manufacturing method.
[0111]
【The invention's effect】
The present invention of According to the semiconductor device manufacturing method Current There are effects that the image residue can be eliminated, the pattern shape can be improved, and the process margin can be expanded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a mask pattern diagram used in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a process flow diagram for explaining a resist pattern forming method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a process flow diagram for explaining the resist pattern forming method according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a process flow diagram for explaining a resist pattern forming method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a process flow diagram for explaining a resist pattern forming method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a process flow diagram for explaining a resist pattern forming method according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view showing a first resist pattern in Example 1 of the present invention.
FIG. 8 is a plan view showing a first resist pattern in Example 2 of the present invention.
FIG. 9 is a plan view showing a first resist pattern in Example 3 of the present invention.
FIG. 10 is a plan view showing a first resist pattern in Example 4 of the present invention.
FIG. 11 is a plan view showing a second resist pattern in Examples 18 to 20 of the present invention.
FIG. 12 is a plan view showing a second resist pattern in Examples 21 to 24 of the present invention.
FIG. 13 is a plan view showing a second resist pattern in Example 25 of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 11 and 21 1st resist, 1a, 11a and 21a 1st resist pattern, 2, 12 and 22 2nd resist 3 Semiconductor substrate 4, 14, and 24 Crosslinked layer.

Claims (2)

半導体基板上に、光照射または加熱処理により酸を発生する第1のレジストにより、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上記酸により架橋反応を起こす第2のレジストを形成する工程と、上記酸の供給により上記第1のレジストパターンに接する上記第2のレジスト界面部分に架橋層を形成する工程と、上記第1のレジストパターンを溶解させないで上記第2のレジストの非架橋部分を溶解し現像して第2のレジストパターンを形成する工程と、この第2のレジストパターンをマスクとして上記半導体基板をエッチングする工程とを備えた半導体装置の製造方法であって、
上記第2のレジスト材料は
架橋剤および上記酸の存在下で上記架橋剤により架橋される樹脂を含有し、
上記第2のレジスト材料に用いる溶媒および上記第2のレジストを現像する溶媒は、
上記樹脂と上記架橋剤を溶解し、純水を含む上記第1のレジストを溶解しない1種もしくは2種以上の溶媒であり、
上記架橋剤は、単一重合度のものであって、モノマー、2量体、3量体のいずれかであり、
さらに上記樹脂は、分散度(Mw/Mn)11以下の分子量分布を有し、重量平均分子量は10万以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
On a semiconductor substrate, a first resist which generates an acid by light irradiation or heat treatment, and forming a first resist pattern, a second causing a crosslinking reaction by the acid in the first resist pattern on forming a resist, by the supply of the acid above and forming a crosslinked layer on the second resist surface portion in contact with the first resist pattern, the second not dissolve the first resist pattern A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of dissolving and developing a non-crosslinked portion of a resist to form a second resist pattern; and a step of etching the semiconductor substrate using the second resist pattern as a mask. ,
The second resist material,
Crosslinking agent and contains a resin that is crosslinked by the crosslinking agent in the presence of the acid,
The solvent used for the second resist material and the solvent for developing the second resist are:
One or more solvents that dissolve the resin and the crosslinking agent and do not dissolve the first resist containing pure water;
The cross-linking agent has a single polymerization degree and is either a monomer, a dimer, or a trimer.
Further the resin, a method of manufacturing a semiconductor device have a dispersity (Mw / Mn) 11 following molecular weight distribution, wherein the weight average molecular weight is 100,000 or less.
樹脂の分散度(Mw/Mn)は1〜3で、かつ重量平均分子量は5万以下であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the degree of dispersion (Mw / Mn) of the resin is 1 to 3 and the weight average molecular weight is 50,000 or less.
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