JP5159144B2 - 半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体素子の製造方法に関する。
益々微細化する半導体素子を製造するため、パターンの大きさも益々小さくなる傾向である。これまで微細なパターンを得るため、露光装備とそれに対応するレジストを開発する方向で研究が進められてきた。
露光装備において、露光の光源は主に２４８ｎｍ波長のＫｒＦまたは１９３ｎｍ波長のＡｒＦ光源が生産工程に適用されたが、次第にＦ２(１５７ｎｍ)またはＥＵＶ(１３ｎｍ)などのような短波長化光源とレンズ開口数(numerical aperture)を増やすための努力が試みられている。
ところが、Ｆ２またはＥＵＶなど新しい光源を採用する場合は新しい露光装置が必要になるので、製造コストの面で効率的でなく、開口数を増やす案も焦点深度の幅が低下するという問題点がある。
最近、このような問題を解決するため、高屈折率を有するイマージョン溶液を用いるイマージョンリソグラフィ工程が開発されたが、未だに量産に適用するには多くの問題点がある。
一方、二重露光方法を用いてリソグラフィ限界以上の解像度を有する微細パターンを形成したが、重畳度及び整列度マージンの確保が容易でなく、コスト及び工程時間などが過度に費やされるという問題点がある。
露光装備において、露光の光源は主に２４８ｎｍ波長のＫｒＦまたは１９３ｎｍ波長のＡｒＦ光源が生産工程に適用されたが、次第にＦ２(１５７ｎｍ)またはＥＵＶ(１３ｎｍ)などのような短波長化光源とレンズ開口数(numerical aperture)を増やすための努力が試みられている。
ところが、Ｆ２またはＥＵＶなど新しい光源を採用する場合は新しい露光装置が必要になるので、製造コストの面で効率的でなく、開口数を増やす案も焦点深度の幅が低下するという問題点がある。
最近、このような問題を解決するため、高屈折率を有するイマージョン溶液を用いるイマージョンリソグラフィ工程が開発されたが、未だに量産に適用するには多くの問題点がある。
一方、二重露光方法を用いてリソグラフィ限界以上の解像度を有する微細パターンを形成したが、重畳度及び整列度マージンの確保が容易でなく、コスト及び工程時間などが過度に費やされるという問題点がある。
本発明は、前記のような従来の技術の問題点を解決するため、通常の露光装備と二重積層構造の有機高分子膜を用いることにより、リソグラフィ限界以上のピッチを有する微細パターンを形成することができる方法を提供することにその目的がある。
本発明は、次の段階を含む半導体素子の製造方法を提供する。
（ａ）被食刻層が形成された半導体基板上に第１ピッチを有する厚さｔ１のハードマスクパターンを形成する段階と、
（ｂ）この結果物上に光透過性薄膜をコンフォーマルな形でｔ２の厚さに形成する段階と、
（ｃ）この結果物上に光吸収性薄膜をプラナー形に形成する段階と、
（ｄ）光が前記被食刻層の表面からＴの高さまで到達するよう調整しながら、この結果物にブランク露光工程を行う段階（ｔ２＜Ｔ≦ｔ１＋ｔ２）と、
（ｅ）この結果物に対し現像工程を行い、前記ハードマスクパターンの間に光透過性薄膜及び光吸収性薄膜が積層された有機マスクパターンを形成する段階と、
（ｆ）前記ハードマスクパターン及び有機マスクパターンを食刻マスクにして前記被食刻層を食刻し、第１ピッチより小さい第２ピッチを有する被食刻層パターンを形成する段階と、
を含む半導体素子の製造方法。
（ａ）被食刻層が形成された半導体基板上に第１ピッチを有する厚さｔ１のハードマスクパターンを形成する段階と、
（ｂ）この結果物上に光透過性薄膜をコンフォーマルな形でｔ２の厚さに形成する段階と、
（ｃ）この結果物上に光吸収性薄膜をプラナー形に形成する段階と、
（ｄ）光が前記被食刻層の表面からＴの高さまで到達するよう調整しながら、この結果物にブランク露光工程を行う段階（ｔ２＜Ｔ≦ｔ１＋ｔ２）と、
（ｅ）この結果物に対し現像工程を行い、前記ハードマスクパターンの間に光透過性薄膜及び光吸収性薄膜が積層された有機マスクパターンを形成する段階と、
（ｆ）前記ハードマスクパターン及び有機マスクパターンを食刻マスクにして前記被食刻層を食刻し、第１ピッチより小さい第２ピッチを有する被食刻層パターンを形成する段階と、
を含む半導体素子の製造方法。
前記本発明の方法において、前記（ｅ)段階後に（ｂ）〜（ｅ)段階を繰り返して行う段階をさらに含むことと、
前記第１ピッチは第２ピッチの約２倍より大きいことと、
前記（ａ）段階のハードマスクパターンはポリシリコン、酸化膜、窒化膜、金属及びこれらの組合せでなる群から選ばれる一つで形成されることと、
前記光透過性薄膜は１９３ｎｍ波長の光を透過させる有機高分子化合物、光酸発生剤及び有機溶媒を含む組成物を９０〜１５０℃の温度で３０〜１８０秒間ベークして形成し、
前記有機高分子化合物はポリ（ｔ−ブチルアクリレート／無水マレイン酸／ｔ−ブチル
５−ノルボルネン−２−カルボキシレート／２−ヒドロキシエチル ５−ノルボルネン−２−カルボキシレート）であり、前記有機溶媒はメチル ３−メトキシプロピオネート、エチル ３−エトシキプロピオネート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン、２−ヘプタノン、ノルマルブタノール及びエチルラクテートでなる群から選ばれた１以上の化合物であることと、
前記光吸収性薄膜は、１９３ｎｍ波長の光を吸収する有機高分子化合物、光酸発生剤及び有機溶媒を含む組成物を９０〜１５０℃の温度で３０〜１８０秒間ベークして形成し、
前記有機高分子化合物は芳香族基を含み、好ましくはポリ（アクリル酸／２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロブチルメタクリレート／ｔ−ブチルアクリレート／スチレン）であり、前記有機溶媒は１−ブタノール、２−ブタノール、２−メチル−１−プロパノール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、２−メチル−１−ブタノール、３−メチル−１−ブタノール、１，２−ジメチル−１−プロパノール、１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、２−メチルペンタノール、３−メチルペンタノール、４−メチルペンタノール、１，３−ジメチルブタノール、１，２−ジメチルブタノール、ヘプタノール及びオクタノールでなる群から選ばれる炭素数４〜８のアルコール化合物であることと、
前記（ｄ）段階のブランク露光工程は、１０〜２００ｍＪ／ｃｍ２の露光エネルギーで行われることと、
前記被食刻層はワードライン、ビットラインまたは金属配線を形成する物質の中で選ばれる一つからなることと、
前記（ａ）段階は、前記被食刻層の上部にハードマスク層を形成する段階と、前記ハードマスク層の上部に感光膜を形成する段階と、前記感光膜に露光マスクを用いた露光工程及び現像工程を行い感光膜パターンを形成する段階と、前記感光膜パターンをマスクにして前記ハードマスク層を食刻しハードマスクパターンを形成する段階と、前記感光膜パターンを除去する段階と、を含むことと、
前記ハードマスクパターンの間の空間で、光透過性薄膜の上部に光吸収性薄膜が形成され得るよう、前記光透過性薄膜はハードマスクパターンに対してコンフォーマルな形に形成されることを特徴とする。
前記第１ピッチは第２ピッチの約２倍より大きいことと、
前記（ａ）段階のハードマスクパターンはポリシリコン、酸化膜、窒化膜、金属及びこれらの組合せでなる群から選ばれる一つで形成されることと、
前記光透過性薄膜は１９３ｎｍ波長の光を透過させる有機高分子化合物、光酸発生剤及び有機溶媒を含む組成物を９０〜１５０℃の温度で３０〜１８０秒間ベークして形成し、
前記有機高分子化合物はポリ（ｔ−ブチルアクリレート／無水マレイン酸／ｔ−ブチル
５−ノルボルネン−２−カルボキシレート／２−ヒドロキシエチル ５−ノルボルネン−２−カルボキシレート）であり、前記有機溶媒はメチル ３−メトキシプロピオネート、エチル ３−エトシキプロピオネート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン、２−ヘプタノン、ノルマルブタノール及びエチルラクテートでなる群から選ばれた１以上の化合物であることと、
前記光吸収性薄膜は、１９３ｎｍ波長の光を吸収する有機高分子化合物、光酸発生剤及び有機溶媒を含む組成物を９０〜１５０℃の温度で３０〜１８０秒間ベークして形成し、
前記有機高分子化合物は芳香族基を含み、好ましくはポリ（アクリル酸／２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロブチルメタクリレート／ｔ−ブチルアクリレート／スチレン）であり、前記有機溶媒は１−ブタノール、２−ブタノール、２−メチル−１−プロパノール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、２−メチル−１−ブタノール、３−メチル−１−ブタノール、１，２−ジメチル−１−プロパノール、１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、２−メチルペンタノール、３−メチルペンタノール、４−メチルペンタノール、１，３−ジメチルブタノール、１，２−ジメチルブタノール、ヘプタノール及びオクタノールでなる群から選ばれる炭素数４〜８のアルコール化合物であることと、
前記（ｄ）段階のブランク露光工程は、１０〜２００ｍＪ／ｃｍ２の露光エネルギーで行われることと、
前記被食刻層はワードライン、ビットラインまたは金属配線を形成する物質の中で選ばれる一つからなることと、
前記（ａ）段階は、前記被食刻層の上部にハードマスク層を形成する段階と、前記ハードマスク層の上部に感光膜を形成する段階と、前記感光膜に露光マスクを用いた露光工程及び現像工程を行い感光膜パターンを形成する段階と、前記感光膜パターンをマスクにして前記ハードマスク層を食刻しハードマスクパターンを形成する段階と、前記感光膜パターンを除去する段階と、を含むことと、
前記ハードマスクパターンの間の空間で、光透過性薄膜の上部に光吸収性薄膜が形成され得るよう、前記光透過性薄膜はハードマスクパターンに対してコンフォーマルな形に形成されることを特徴とする。
本発明では通常の露光装備と二重積層構造の有機高分子膜を用いることにより、リソグラフィ限界以上のピッチを有する微細パターンを形成することができる。これとともに、前記方法を数回繰り返して行うことにより、さらに微細なパターンも解像が可能になる。
以下、図を参照しながら、本発明を詳しく説明する。
図１ａ〜図１ｆは、本発明に係る半導体素子の製造方法を示した断面図である。
図１ａ〜図１ｆは、本発明に係る半導体素子の製造方法を示した断面図である。
図１ａに示されているように、半導体基板１１上に第１被食刻層１３及び第２被食刻層１５を形成する。
前記第１被食刻層１３及び第２被食刻層１５はワードライン、ビットラインまたは金属配線を形成する物質の中から選ばれる一つからなる。
次に、第２被食刻層１５の上部に厚さｔ１のハードマスクパターン１７をリソグラフィ工程の限界である最小のピッチサイズＡに形成する。
前記第１被食刻層１３及び第２被食刻層１５はワードライン、ビットラインまたは金属配線を形成する物質の中から選ばれる一つからなる。
次に、第２被食刻層１５の上部に厚さｔ１のハードマスクパターン１７をリソグラフィ工程の限界である最小のピッチサイズＡに形成する。
この場合、ハードマスクパターン１７の形成工程は次の通りである。
まず、第２被食刻層１５の上部にハードマスク層（図示省略）物質を形成し、その上部に感光膜（図示省略）を塗布する。ここで、前記ハードマスク層の物質としては、ポリシリコン、酸化膜、窒化膜、金属及びこれらの組合せでなる群から選ばれた一つを用いることができる。
次に、前記感光膜の上側に露光マスクを配置させ、これを利用して露光及び現像工程を行い感光膜パターン（図示省略）を形成する。
その次に、前記感光膜パターンを食刻マスクにして前記ハードマスク層を食刻することにより、ハードマスクパターン１７を形成した後、前記感光膜パターンを除去する。
まず、第２被食刻層１５の上部にハードマスク層（図示省略）物質を形成し、その上部に感光膜（図示省略）を塗布する。ここで、前記ハードマスク層の物質としては、ポリシリコン、酸化膜、窒化膜、金属及びこれらの組合せでなる群から選ばれた一つを用いることができる。
次に、前記感光膜の上側に露光マスクを配置させ、これを利用して露光及び現像工程を行い感光膜パターン（図示省略）を形成する。
その次に、前記感光膜パターンを食刻マスクにして前記ハードマスク層を食刻することにより、ハードマスクパターン１７を形成した後、前記感光膜パターンを除去する。
図１ｂに示されているように、ハードマスクパターン１７が形成された前記構造物の表面に光透過性薄膜１９をコンフォーマルな形でｔ２の厚さに形成する。
この際、光透過性薄膜１９は、１９３ｎｍ波長の光を透過させる有機高分子化合物、即ちＡｒＦ用フォトレジスト重合体１００重量部に対し、光酸発生剤０．５〜５重量部及び有機溶媒１０００〜８０００重量部を含む組成物を１０００〜５０００ｒｐｍでスピンコーティングした後、９０〜１５０℃の温度で３０〜１８０秒間ベークして形成する。
この際、光透過性薄膜１９は、１９３ｎｍ波長の光を透過させる有機高分子化合物、即ちＡｒＦ用フォトレジスト重合体１００重量部に対し、光酸発生剤０．５〜５重量部及び有機溶媒１０００〜８０００重量部を含む組成物を１０００〜５０００ｒｐｍでスピンコーティングした後、９０〜１５０℃の温度で３０〜１８０秒間ベークして形成する。
前記有機高分子化合物としては、１９３ｎｍ波長の光を透過させるＡｒＦ用フォトレジスト重合体であれば何でも使用可能で、好ましくはポリ（ｔ−ブチルアクリレート／無水マレイン酸／t-ブチル ５−ノルボルネン−２−カルボキシレート／２−ヒドロキシエチル ５−ノルボルネン−２−カルボキシレート）を用いる。
さらに、前記光酸発生剤としては、ジフェニルヨード塩ヘキサフルオロホスフェート、ジフェニルヨード塩ヘキサフルオロアルセネート、ジフェニルヨード塩ヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニルパラメトキシフェニルトリプレート、ジフェニルパラトルエニルトリプレート、ジフェニルパライソブチルフェニルトリプレート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムトリプレート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート及びジブチルナフチルスルホニウムトリプレートでなる群から選ばれた1以上の化合物を用いる。
さらに、前記有機溶媒としては、メチル ３−メトキシプロピオネート、エチル ３−エトシキプロピオネート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン、２−ヘプタノン、ノルマルブタノール及びエチルラクテートでなる群から選ばれた１以上の化合物を用いる。
図１ｃに示されているように、光透過性薄膜１９の上部に光吸収性薄膜２１をプラナー形に形成する。
この際、光吸収性薄膜２１は、１９３ｎｍ波長の光を吸収する有機高分子化合物１００重量部に対し、光酸発生剤０．５〜５重量部及び有機溶媒４００〜５０００重量部を含む組成物を１０００〜５０００ｒｐｍでスピンコーティングした後、９０〜１５０℃の温度で３０〜１８０秒間ベークして形成する。
この際、光吸収性薄膜２１は、１９３ｎｍ波長の光を吸収する有機高分子化合物１００重量部に対し、光酸発生剤０．５〜５重量部及び有機溶媒４００〜５０００重量部を含む組成物を１０００〜５０００ｒｐｍでスピンコーティングした後、９０〜１５０℃の温度で３０〜１８０秒間ベークして形成する。
前記有機高分子化合物としては、１９３ｎｍ波長の光を吸収するものであって、ポジティブタイプで芳香族基を含む重合体であれば何でも使用可能であり、好ましくはポリ（アクリル酸／２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロブチルメタクリレート／ｔ−ブチルアクリレート／スチレン）であるのが好ましく、前記光酸発生剤は光透過性薄膜１９に用いられたものを同じく用いることができる。
さらに、光吸収性薄膜２１を形成する組成物に含まれる有機溶媒としては、光透過性薄膜１９を溶解させないもので、１−ブタノール、２−ブタノール、２−メチル−１−プロパノール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、２−メチル−１−ブタノール、３−メチル−１−ブタノール、１，２−ジメチル−１−プロパノール、１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、２−メチルペンタノール、３−メチルペンタノール、４−メチルペンタノール、１，３−ジメチルブタノール、１，２−ジメチルブタノール、ヘプタノールまたはオクタノールなどの炭素数４〜８のアルコール化合物を用いる。
次に、露光マスクがないまま１０〜２００ｍＪ／ｃｍ２の露光エネルギーでブランク露光工程を行うものの、光が被食刻層１５の表面からＴの高さまで到達するよう調整しながら行う（ｔ２＜Ｔ≦ｔ１＋ｔ２）。
前記露光工程の際、露光エネルギーの量は如何なる露光装備を用いるかによって異なって調節することができ、露光時間も露光装備の種類によって当業者が適切に調節することが可能である。
その後、９０〜１５０ ℃の温度で３０〜１８０秒間ベークする。その後、ＴＭＡＨ ２．３８ｗｔ％の水溶液を現像液として用いて現像工程を行う。
前記露光工程の際、露光エネルギーの量は如何なる露光装備を用いるかによって異なって調節することができ、露光時間も露光装備の種類によって当業者が適切に調節することが可能である。
その後、９０〜１５０ ℃の温度で３０〜１８０秒間ベークする。その後、ＴＭＡＨ ２．３８ｗｔ％の水溶液を現像液として用いて現像工程を行う。
図１ｄに示されているように、前記現像工程の結果ハードマスクパターン１７が露出しながら、ハードマスクパターン１７の間には光透過性薄膜１９及び光吸収性薄膜２１が積層された有機マスクパターンが形成される。
一方、本発明では前記光透過性薄膜１９及び光吸収性薄膜２１の形成工程、ブランク露光工程及び現像工程を数回繰り返して行うことにより、さらに微細なパターンも解像が可能になる。
図１ｅに示されているように、光透過性薄膜１９と光吸収性薄膜２１が積層された有機マスクパターン及びハードマスクパターン１７を食刻マスクにして第２被食刻層１５を食刻し第２被食刻層１５パターンを形成する。
その結果、第２被食刻層１５パターンはリソグラフィ工程の限界である最小のピッチサイズのパターンの間にもう一つのパターンが形成されたもので、最小のピッチサイズより小さいピッチサイズ（Ａ／２）のパターンで形成されたものである。
その結果、第２被食刻層１５パターンはリソグラフィ工程の限界である最小のピッチサイズのパターンの間にもう一つのパターンが形成されたもので、最小のピッチサイズより小さいピッチサイズ（Ａ／２）のパターンで形成されたものである。
図１ｆに示されているように、洗浄工程により第２被食刻層１５パターンの上部のハードマスクパターン１７及び光透過性薄膜１９と光吸収性薄膜２１が積層された有機マスクパターンを除去する。
以下、本発明を実施例によって詳しく説明する。但し、実施例は発明を例示することに過ぎず、本発明が下記の実施例によって限定されるものではない。
＜合成例１＞
（光透過性薄膜１９形成用の有機高分子化合物の合成）
・ポリ（ｔ−ブチルアクリレート／無水マレイン酸／ｔ−ブチル ５−ノルボルネン−２−カルボキシレート／２−ヒドロキシエチル ５−ノルボルネン−２−カルボキシレート） 合成
ｔ−ブチルアクリレート３０ｇ、無水マレイン酸１０ｇ、ｔ−ブチル ５−ノルボルネン−２−カルボキシレート１２．０５ｇ及び２−ヒドロキシエチル ５−ノルボルネン−２−カルボキシレート７．４７ｇを重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ)１．２ｇとともに重合溶媒であるプロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ)１５７ｇと混合して６７℃で１２時間反応させた後、ノルマルヘキサンで沈澱を取り、真空乾燥して標題の有機高分子化合物を４８％の歩留まりで得た（図２のＮＭＲスペクトラムを参照）。
（光透過性薄膜１９形成用の有機高分子化合物の合成）
・ポリ（ｔ−ブチルアクリレート／無水マレイン酸／ｔ−ブチル ５−ノルボルネン−２−カルボキシレート／２−ヒドロキシエチル ５−ノルボルネン−２−カルボキシレート） 合成
ｔ−ブチルアクリレート３０ｇ、無水マレイン酸１０ｇ、ｔ−ブチル ５−ノルボルネン−２−カルボキシレート１２．０５ｇ及び２−ヒドロキシエチル ５−ノルボルネン−２−カルボキシレート７．４７ｇを重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ)１．２ｇとともに重合溶媒であるプロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ)１５７ｇと混合して６７℃で１２時間反応させた後、ノルマルヘキサンで沈澱を取り、真空乾燥して標題の有機高分子化合物を４８％の歩留まりで得た（図２のＮＭＲスペクトラムを参照）。
＜合成例２＞
（光吸収性薄膜２１形成用の有機高分子化合物の合成）
・ポリ（アクリル酸／２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロブチルメタクリレート／ｔ−ブチルアクリレート／スチレン）合成
アクリル酸４．２ｇ、２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロブチルメタクリレート１４ｇ、ｔ−ブチルアクリレート１４ｇ及びスチレン８．２６ｇを重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ)４ｇとともに重合溶媒であるプロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ)１４５ｇと混合して６７℃で１２時間反応させた後、ノルマルヘキサンで沈澱を採取し、真空乾燥して標題の有機高分子化合物を８２％の歩留まりで得た（図３のＮＭＲスペクトラムを参照）。
（光吸収性薄膜２１形成用の有機高分子化合物の合成）
・ポリ（アクリル酸／２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロブチルメタクリレート／ｔ−ブチルアクリレート／スチレン）合成
アクリル酸４．２ｇ、２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロブチルメタクリレート１４ｇ、ｔ−ブチルアクリレート１４ｇ及びスチレン８．２６ｇを重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ)４ｇとともに重合溶媒であるプロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ)１４５ｇと混合して６７℃で１２時間反応させた後、ノルマルヘキサンで沈澱を採取し、真空乾燥して標題の有機高分子化合物を８２％の歩留まりで得た（図３のＮＭＲスペクトラムを参照）。
＜実施例１＞
（光透過性薄膜１９形成用の組成物の製造）
前記合成例１で製造された有機高分子化合物１０ｇ、及び光酸発生剤であるトリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート０．３ｇを有機溶媒であるプロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）４００ｇに溶解させ、光透過性薄膜１９形成用の組成物を製造した。
（光透過性薄膜１９形成用の組成物の製造）
前記合成例１で製造された有機高分子化合物１０ｇ、及び光酸発生剤であるトリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート０．３ｇを有機溶媒であるプロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）４００ｇに溶解させ、光透過性薄膜１９形成用の組成物を製造した。
＜実施例２＞
（光吸収性薄膜２１形成用の組成物の製造）
前記合成例２で製造された有機高分子化合物１０ｇ及び光酸発生剤であるトリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート０．３ｇを有機溶媒であるノルマルブタノール１３２ｇに溶解させ、光吸収性薄膜２１形成用の組成物を製造した。
（光吸収性薄膜２１形成用の組成物の製造）
前記合成例２で製造された有機高分子化合物１０ｇ及び光酸発生剤であるトリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート０．３ｇを有機溶媒であるノルマルブタノール１３２ｇに溶解させ、光吸収性薄膜２１形成用の組成物を製造した。
＜実施例３＞
（微細パターンの製造）
ポリシリコンの厚さが８０ｎｍであるライン／スペースパターンが形成された半導体基板の全面に前記合成例１で製造された組成物を２０００ｒｐｍの速度でスピンコーティングした後、１３０℃の温度で９０秒間ベークし、全体的に５０ｎｍの厚さになるようコンフォーマルな形の光透過性薄膜１９を形成した。
次に、前記結果物上に前記合成例２で製造された組成物を２０００ｒｐｍの速度でスピンコーティングした後、１７０℃の温度で９０秒間ベークし、光透過性薄膜の上部から１５０ｎｍの厚さになるようプラナー形の光吸収性薄膜２１を形成した。
その次に、ＡｒＦ露光装備を利用して５０ｍＪ／ｃｍ２の露光エネルギーでブランク露光工程を行い、１７３℃の温度で９０秒間ベークした後、ＴＭＡＨ ２．３８ｗｔ％の水溶液で現像し、５０ｎｍサイズの微細パターンを得た（図４のＳＥＭ写真を参照）。
（微細パターンの製造）
ポリシリコンの厚さが８０ｎｍであるライン／スペースパターンが形成された半導体基板の全面に前記合成例１で製造された組成物を２０００ｒｐｍの速度でスピンコーティングした後、１３０℃の温度で９０秒間ベークし、全体的に５０ｎｍの厚さになるようコンフォーマルな形の光透過性薄膜１９を形成した。
次に、前記結果物上に前記合成例２で製造された組成物を２０００ｒｐｍの速度でスピンコーティングした後、１７０℃の温度で９０秒間ベークし、光透過性薄膜の上部から１５０ｎｍの厚さになるようプラナー形の光吸収性薄膜２１を形成した。
その次に、ＡｒＦ露光装備を利用して５０ｍＪ／ｃｍ２の露光エネルギーでブランク露光工程を行い、１７３℃の温度で９０秒間ベークした後、ＴＭＡＨ ２．３８ｗｔ％の水溶液で現像し、５０ｎｍサイズの微細パターンを得た（図４のＳＥＭ写真を参照）。
なお、本発明について、好ましい実施の形態を基に説明したが、これらの実施の形態は、例を示すことを目的として開示したものであり、当業者であれば、本発明に係る技術思想の範囲内で、多様な改良、変更、付加等が可能である。このような改良、変更等も、特許請求の範囲に記載した本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
１１ 半導体基板
１３ 第１被食刻層
１５ 第２被食刻層
１７ ハードマスクパターン
１９ 光透過性薄膜
２１ 光吸収性薄膜
１３ 第１被食刻層
１５ 第２被食刻層
１７ ハードマスクパターン
１９ 光透過性薄膜
２１ 光吸収性薄膜
Claims (17)
- （ａ）被食刻層が形成された半導体基板上に第１ピッチを有する厚さｔ１のハードマスクパターンを形成する段階と、
（ｂ）この結果物上に光透過性薄膜をコンフォーマルな形でｔ２の厚さに形成する段階と、
（ｃ）この結果物上に光吸収性薄膜をプラナー形に形成する段階と、
（ｄ）光が前記被食刻層の表面からＴの高さまで到達するよう調整しながら、この結果物にブランク露光工程を行う段階（ｔ２＜Ｔ≦ｔ１+ｔ２）と、
（ｅ）この結果物に対し現像工程を行い、前記ハードマスクパターンの間に光透過性薄膜及び光吸収性薄膜が積層された有機マスクパターンを形成する段階と、
（ｆ）前記ハードマスクパターン及び有機マスクパターンを食刻マスクにして前記被食刻層を食刻し、第１ピッチより小さい第２ピッチを有する被食刻層パターンを形成する段階と、
を含む半導体素子の製造方法。 - 前記（ｅ）段階後に、（ｂ)〜（ｅ)段階を繰り返して行う段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記第１ピッチは、第２ピッチの約２倍より大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記（ａ）段階のハードマスクパターンはポリシリコン、酸化膜、窒化膜、金属及びこれらの組合せでなる群から選ばれる一つで形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記光透過性薄膜は、１９３ｎｍ波長の光を透過させる有機高分子化合物、光酸発生剤及び有機溶媒を含む組成物により形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記光透過性薄膜は、前記組成物を９０〜１５０℃の温度で３０〜１８０秒間ベークして形成することを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記有機高分子化合物は、ポリ（ｔ-ブチルアクリレート／無水マレイン酸／ｔ-ブチル ５−ノルボルネン−２−カルボキシレート／２−ヒドロキシエチル ５−ノルボルネン−２−カルボキシレート）であることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記有機溶媒はメチル ３−メトキシプロピオネート、エチル ３−エトシキプロピオネート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン、２−ヘプタノン、ノルマルブタノール及びエチルラクテートでなる群から選ばれた１以上の化合物であることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記光吸収性薄膜は、１９３ｎｍ波長の光を吸収する有機高分子化合物、光酸発生剤及び有機溶媒を含む組成物により形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記光吸収性薄膜は、前記組成物を９０〜１５０℃の温度で３０〜１８０秒間ベークして形成することを特徴とする請求項９に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記有機高分子化合物は、芳香族基を含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記有機高分子化合物は、ポリ（アクリル酸／２，２，３，４，４，４−ヘキサフルオロブチルメタクリレート／ｔ−ブチルアクリレート／スチレン）であることを特徴とする請求項９に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記有機溶媒は１−ブタノール、２−ブタノール、２−メチル−１−プロパノール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、２−メチル−１−ブタノール、３−メチル−１−ブタノール、１，２−ジメチル−１−プロパノール、１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、２−メチルペンタノール、３−メチルペンタノール、４−メチルペンタノール、１，３−ジメチルブタノール、１，２−ジメチルブタノール、ヘプタノール及びオクタノールでなる群から選ばれる炭素数４〜８のアルコール化合物であることを特徴とする請求項９に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記（ｄ）段階のブランク露光工程は、１０〜２００ｍＪ／ｃｍ２の露光エネルギーで行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記被食刻層はワードライン、ビットラインまたは金属配線を形成する物質の中で選ばれる一つからなることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記（ａ）段階は
前記被食刻層の上部にハードマスク層を形成する段階と、
前記ハードマスク層の上部に感光膜を形成する段階と、
前記感光膜に露光マスクを用いた露光工程及び現像工程を行い感光膜パターンを形成する段階と、
前記感光膜パターンをマスクにして前記ハードマスク層を食刻しハードマスクパターンを形成する段階と、
前記感光膜パターンを除去する段階と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。 - 前記ハードマスクパターンの間の空間で、光透過性薄膜の上部に光吸収性薄膜が形成され得るよう、前記光透過性薄膜はハードマスクパターンに対してコンフォーマルな形に形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
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