JP4917985B2

JP4917985B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP4917985B2
Application number: JP2007190464A
Authority: JP
Inventors: 俊樹権田
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2007-07-23
Filing date: 2007-07-23
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2027-07-23
Also published as: JP2009027062A

Description

本発明は、ベーク処理によるレジストパターンの熱収縮を防止した半導体装置の製造方法に関する。

図６に、一般的な従来のレジストパターンを形成する工程断面図を示す。レジストパターンを形成する工程は、まず、基板１１上にレジストを塗布してレジスト層１２を形成する（図６(a)）。次に、所望パターンを配したレチクル１５を用いてレジスト層１２に露光する。レジスト層１２の感光した領域は現像液により除去され、レジストパターン１８が形成される（図６(ｃ)）。最後にレジストパターン１８のベーク処理を実施する。ベーク処理は、レジストやポリイミドなど高分子樹脂膜のピンホール防止、基板との密着性向上、脱ガス低減、ドライエッチング耐性向上等の効果があり、一般的に広く使用されている。また、主にホールを形成する際、レジストのベーク処理温度を最適化することで樹脂を変形させ、現像後のホールパターンより縮小した寸法のパターンを意図的に形成するサーマルフロー技術も用いられている。

しかし、図６（ｄ）に示すように、パターンが形成されたレジストパターン１８が、ベーク処理によりパターンエッジから内側に向かって収縮し変形することがある。このベーク処理によるレジストパターンの変形度合いは、ベーク温度が高温、レジスト膜が厚膜、パターンサイズが大きい部分程大きくなる傾向があり、また微細化に伴い無視できないものも増えてきている。

具体的に、上述のレジストパターンをイオン注入工程用マスクとして用いた例について説明する。図７は、レジストパターンのベーク処理による形状変化がない理想的な工程断面図を示している。

理想的なレジスト膜を想定すると、ベーク処理後、レジストパターン１８はパターンエッジにおいて矩形を維持している（図７（ａ））。このレジストパターン１８をマスクにしてイオン注入を行う（図７（ｂ））。その結果、図７（ｃ）に示すように、基板１１の所望の領域に所望の注入量で注入することにより、注入領域A２８が形成される。

一方、図８は、ベーク処理によるレジスト形状の変形が発生した状態でイオン注入を行った例を示す工程断面図である。図８（ａ）に示すように、大面積のパターンエッジ部のレジスト形状がテーパー形状となり、テーパー部分のレジスト膜は薄くなる。このため、レジストパターン１８をマスクにしてイオン注入処理を行うと(図８（ｂ）)、図8（ｃ）に示すように、レジスト膜厚が薄くなった領域の基板部分にもイオンが注入される。その結果、正常な注入領域Ａ２８以外に、注入領域Ｂ２９が形成され、半導体装置の電気的不良の原因となることが予想される。

ベーク処理によるこのようなレジスト変形を防止する方法として、特許文献1には、レジストの平面形状に凹凸状もしくは鋸状の収縮防止パターンを形成し、凹凸状もしくは鋸状の角部の存在により、ベーク処理によるレジストパターンの変形を防止することが記載されている。
特開平６−５３１５９号公報

しかしながら、上記文献記載の技術は、レジストの平面形状に凹凸を形成しているため、注入領域も平面的な凹凸形状もしくは鋸状といったパターンを形成する必要がある。これにより、設計が複雑化し、微細パターンに適用することが困難である。また、エッチング工程など他のプロセスへの適用が困難である。

本発明によれば、基板上にレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層に所定の感光領域を形成する工程と、前記レジスト層に溝形成用感光領域を形成する工程と、前記レジスト層に現像液を接触させ開口部を有するレジストパターンを形成するとともに前記レジストパターンの表層に溝を形成する工程と、前記レジストパターンをベーク処理する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、レジスト層に、所定のパターンに対応した感光領域を形成し、さらに、溝形成用パターンに対応した感光領域を形成して、該レジスト層に、現像液を接触させることにより、開口部を有するレジストパターンを形成するとともにレジストパターンの表層に溝を形成することができる。そのため、ベーク処理によりレジストパターンの熱収縮を防止することができ、所望のレジストパターンを形成することができる。

本発明によれば、レジストパターンの表面に溝を形成して、ベーク処理によるレジストパターンの熱収縮を防止した半導体装置の製造方法が提供される。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

(第1の実施形態)
図１は、本実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。本実施形態の半導体装置の製造工程は、基板１０１上にレジスト層１０２を形成する工程と、レジスト層１０２に所定の感光領域を形成する工程(図１（ａ）)と、レジスト層１０２に溝形成用感光領域を形成する工程(図１（ｂ）)と、レジスト層１０２に現像液を接触させ開口部を有するレジストパターン１１２を形成するとともにレジストパターン１１２の表層に溝１１３を形成する現像工程(図１（ｃ）)と、レジストパターン１１２をベーク処理する工程(図１（ｄ）)とを含む。
ここで、レジスト層１０２に所定の感光領域を形成する工程と、レジスト層１０２に溝形成用感光領域を形成する工程とは、どちらの工程を先に実施してもよい。ただし、これらは別の工程とする。

以下に各工程について詳述する。まず、基板１０１上にレジストを塗布してレジスト層１０２を形成する。ここで用いるレジストとして、化学増幅型レジストを例示できるが、これに限定されない。図１（ａ）に示すように、レチクル１１０を用いて露光してレジスト層１０２に所定の感光領域を形成するする。レチクル１１０は、ガラス基板などの透明基板１０４に遮光膜１０３を積層した構成になっている。次に、図１（ｂ）に示すように、レチクル３１０を用いて露光してレジスト層１０２に溝形成用感光領域を形成する。レチクル３１０は、ガラス基板などの透明基板３０４に遮光膜３０３を積層した構成になっている。

ここで、図２に、レチクル３１０の平面図を示す。レチクル３１０は、遮光部３０３ａと、透過部３０４ａとからなる溝形成用パターンがレチクルの全面に設けられている。レチクル３１０において、透過部３０４ａは、露光によりレジストパターン１１２の表層の溝１１３に対応するように設けられている。

図１（ｂ）に示すように、レチクル３１０を用いてレジスト層１０２を露光する際、所定の感光領域を形成する工程におけるレジスト層１０２を露光する露光量よりも少ない露光量とする。例えば、所定の感光領域を形成する工程におけるレジスト層１０２を露光する露光量の約５０％以下の露光量とするのが好ましい。レジスト層１０２の透過部３０４ａに対応する部分が完全に露光されて、レジストパターン１１２に膜抜けが生じない程度であればよい。これにより、露光後にレジスト層１０２に現像液を接触させることで、レジスト層１０２が浸食された部分が溝１１３となる。ここで、図１（ｂ）のレジスト層１０２に設けた境界線は、現像後に形成されるパターンを明確にするためのものであって、溝に対応する部分において、レジスト層１０２の露光の有無を表示しているわけではない。

さらに、レチクル３１０は、透過部３０４ａの代わりに、露光する光の透過率を低く抑えたハーフトーン膜を含む低透過部を設けることができる。すなわち、レチクル３１０は、透明基板３０４にハーフトーン膜と遮光膜３０３を積層した構成であってもよい。この場合、溝形成用感光領域を形成する工程における露光条件を、所定の感光領域を形成する工程における露光条件と同じにすることができる。

ここで、ハーフトーン膜は、光の透過率を透過部３０４ａよりも低くすることが目的であるため、位相について特に限定はなく、同一の位相であっても異なっていてもよい。また、遮光膜３０３には、遮光クロム膜を用いることができる。

さらに、低透過部は、解像限界以下の複数のスリットを形成した遮光膜で構成されていてもよい。

次に、レジスト層１０２に現像液を接触させ、図１（ｃ）に示すように、レジストパターン１１２とレジストパターン１１２の表層に溝１１３とを形成する。ここで、溝１１３の深さＤは、レジストパターンの膜厚をｄとしたとき、Ｄ／ｄが１／５以上１／２以下であればよい。

また、レジストパターンの表面における溝１１３の幅は、１０μｍ以下であればよい。さらに、溝１１３は、断面視において略Ｖ字状であれば好適である。略Ｖ字状とは、例えばＵ字状でもよく、溝の底部の面積が小さい溝形状であればよい。

このような溝を形成することにより、ベーク処理によって生ずるレジスト膜の応力を緩和することができる。一方、レジストパターンの表面における溝の幅が大きく、かつ断面視において溝の形状が矩形になる程度に大きい溝を形成した場合、溝を形成しない場合のレジストパターンと同様に、溝底部のレジストパターンの面積に応じて溝底部のレジストパターンに応力がかかると考えられる。

また、該レジストパターンを除去するアッシング処理を行った場合、溝の幅が大きく、溝形状が断面視において矩形であれば、溝を形成しない領域よりも溝を形成した領域においてアッシングが進行し、レジストパターンの下地膜に過剰なアッシングダメージがかかる場合がある。これに対して、本実施形態における略Ｖ字状の溝にすることにより、レジストパターンの下地にこのようなダメージを与える影響を抑制することができる。

また、溝１１３は、図１に示したように複数の溝であればより好ましい。これらの複数の溝は、それぞれ平行に設けられていても、格子状に設けられていてもよい。

続いて、ベーク処理を行う。図１（ｄ）に示すように、レジストパターン１１２のベーク処理による変形がみられず、断面視において矩形のパターンエッジを形成することができる。ここでのベーク処理は公知の条件とすることができるが、ベーク温度は９０℃〜１６０℃と例示することができる。

次に本実施形態における半導体装置の製造方法の効果を説明する。

本実施形態における半導体装置の製造方法によれば、レジスト層に、所定のパターンに対応した感光領域を形成し、さらに、溝形成用のパターンに対応した感光領域を形成して、該レジスト層に現像液を接触させることにより、表層に溝が形成されたレジストパターンを形成することができる。そのため、ベーク処理によりレジストパターンの熱収縮を防止することができ、所望のレジストパターンを形成することができる。

レジストパターンのベーク処理による熱収縮は、レジストパターンを構成する高分子樹脂膜がベークにより収縮することに起因する。これは高分子樹脂膜中に含まれる溶剤蒸発の影響が大きいためと考えられる。また、樹脂の熱架橋反応、変性反応の影響も考えられる。このため、高分子樹脂膜そのものの膜厚が厚く、形成するパターンが大面積であり、ベーク温度が高温な程、変形度合いは大きくなる。また、高分子樹脂のガラス転移点温度近傍までベークする場合、液状化により変形度合いは更に大きくなる。

一方、本実施形態によれは、レジスト膜（レジストパターン）の表層に溝を形成することにより樹脂を切断することができ、その後のベーク処理によるレジストパターンの熱収縮を緩和することが出来る。

また、本実施形態によれば、所定のレジストパターンと溝形成用パターンをそれぞれ別のレチクルを用いて露光処理を行う。このため、パターンの設計自由度が阻害されることなく、溝をレジストパターン上に形成することができる。また、溝形成用パターンのレチクルは、所定のレジストパターンを形成するための他のレチクルとも組み合わせて用いることができ、汎用性がある。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

たとえば、第一の実施形態において、上述した図２のようなパターンのレチクルの他に、図４や図５で示したように、遮光部４０３ａと透過部４０４ａからなるレチクル４１０や、遮光部５０３ａと、透過部５０４ａとからなるレチクル５１０でも同様の効果が期待でき、さらにここに示したパターンに限定されるものではない。また、透過部４０４ａ及び５０４ａの代わりにハーフトーン膜からなる低透過部を設けてもよい。

また、図３はベーク処理後のレジストパターン１１２をマスクとしてイオン注入処理を行う工程断面図を示している。図３の（ａ）〜（ｃ）は、上述した図８の（ａ）〜（ｃ）とそれぞれ同じ工程における工程断面図を示している。図３（ｂ）に示すとおり表層に溝を形成したレジストパターン１１２を用いることにより、レジストパターン１１２が所望の形状で形成されているため、イオン注入を行っても、図３（ｃ）に示したように、レジストパターン１１２のパターンと一致した注入領域Ａ２０８を確保することができる。これにより、図８において見られたような、意図しない注入領域Ｂ２９は形成されない。

本発明の第一の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。レチクルの平面図である。ベーク処理後のレジストパターンをマスクとしてイオン注入処理を行う工程断面図である。レチクルの変形例を示す平面図である。レチクルの変形例を示す平面図である。従来のレジストパターンを形成する工程断面図である。ベーク処理による形状変化がないレジストパターンを形成する工程断面図である。ベーク処理によるレジスト形状の変形が発生した状態でイオン注入を行った例を示す工程断面図である。

符号の説明

１１基板
１２レジスト層
１５レチクル
１８レジストパターン
２８注入領域Ａ
２９注入領域Ｂ
１０１基板
１０２レジスト層
１０３遮光膜
１０４透明基板
１１０レチクル
１１２レジストパターン
１１３溝
２０８注入領域Ａ
３０３遮光膜
３０３ａ遮光部
３０４透明基板
３０４ａ透過部
３１０レチクル
４０３ａ遮光部
４０４ａ透過部
４１０レチクル
５０３ａ遮光部
５０４ａ透過部
５１０レチクル

Claims

基板上にレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層に所定の感光領域を形成する工程と、
前記レジスト層に溝形成用感光領域を形成する工程と、
前記レジスト層に現像液を接触させ開口部を有するレジストパターンを形成するとともに前記レジストパターンの表層に溝を形成する工程と、
前記レジストパターンをベーク処理する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記溝は、複数の溝からな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。
前記複数の溝は、平行に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
前記複数の溝は、格子状に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
レジスト層に溝形成用感光領域を形成する前記工程において、溝形成用パターンを全面に配したレチクルを用いることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
レジスト層に溝形成用感光領域を形成する前記工程において、前記レチクルは、遮光部と、透過部とからなり、前記レジスト層を露光する露光量が、所定の感光領域を形成する前記工程における前記レジスト層を露光する露光量よりも少ないことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
レジスト層に溝形成用感光領域を形成する前記工程において、前記レチクルは、遮光部と、低透過部と、からなり、
前記低透過部は、ハーフトーン膜を含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
レジスト層に溝形成用感光領域を形成する前記工程において、前記レチクルは、遮光部と、低透過部と、からなり、
前記低透過部は、解像限界以下の複数のスリットを形成した遮光膜を含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
前記溝の深さＤは、前記レジストパターンの膜厚をｄとしたとき、Ｄ／ｄが１／５以上１／２以下であることを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記レジストパターンの表面における前記溝の幅が、１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記溝は、断面視において略Ｖ字状であることを特徴とする請求項１乃至１０いずれかに記載の半導体装置の製造方法。