JP5293168B2 - レジスト組成物及びそれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
前記電子線露光によるパターン形成技術は、紫外線露光によるパターン形成技術では不可能な0.1μm以下の微細パターンを比較的容易に形成可能であることから、次世代のパターン形成技術として有望視されている。しかしながら、前記電子線露光によるパターン形成技術は、電子線の特有の描画方式に起因して露光時間が長いため、スループットが低いという問題がある。
この問題を解決するために、電子線レジストの感度を向上させ、露光時間を短くしてスループットを向上させる検討がなされている。
電子線レジストの感度を向上させる方法として、電子線レジストの下地に、電子散乱係数の大きい材料(Pt、Mo等)からなる電子散乱層を形成する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。この方法では、前記電子散乱層における電子散乱の増大によって、散乱電子が電子線入射位置近傍に多数分布し、この電子線入射位置近傍に分布した散乱電子が前記電子線レジストの感光に利用されるため、前記電子線レジストの感度が向上する。しかし、この方法においては、前記電子散乱層を前記電子線レジストの下地に形成する工程がさらに必要となり、被加工面にパターンを形成した後に、前記電子散乱層を選択的に除去する工程が必要となるため、作業が煩雑になるという問題がある。
さらに、電子線レジストの感度を向上させる方法として、電子線レジスト上に2次電子発生効率が高い上層膜(芳香族ベンゼン等を含む膜)を成膜する方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。この方法では、前記上層膜における荷電粒子の拡散によって、高密度の2次電子が発生し、この発生した2次電子が前記電子線レジストを通過して、前記電子線レジスト中の2次電子の発生効率が向上するため、前記電子線レジストの感度が向上する。しかし、この方法においても、前記上層膜を前記電子線レジスト上に成膜する工程がさらに必要となり、被加工面にパターンを形成した後に、前記上層膜を選択的に除去する工程が必要となるため、作業が煩雑になるという問題がある。
また、電子線レジストにおいて、高感度化と高解像度化とは、トレードオフの関係にある。例えば、電子線レジスト組成物における酸発生剤の含有量を増やすと、電子線レジストの感度は、向上するものの、電子線レジストの解像度は、低下してしまうという問題がある。
よって、電子線レジストの解像度を損うことなく、電子線レジストの感度を向上させる材料やプロセス技術の開発が切望されている。
即ち、本発明は、レジストの解像度を損うことなく、レジストの感度を向上させることができるレジスト組成物、及び該レジスト組成物を用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明のレジスト組成物は、金属塩、樹脂、及び溶剤を含むことを特徴とする。
該レジスト組成物においては、含有された金属塩が電子線の散乱を促して、該レジスト組成物における反応を促進することにより、レジストの解像度を損うことなく、レジストの感度を向上させることができる。
該半導体装置の製造方法では、前記レジスト膜形成工程において、被加工面上に、本発明のレジスト組成物が塗布されてレジスト膜が形成される。前記レジストパターン形成工程において、前記レジスト膜が露光され、現像されてレジストパターンが形成される。前記パターニング工程において、前記レジストパターンをマスクとして、前記被加工面がエッチングによりパターニングされる。その結果、スループットを向上させることができ、低コストでの製造が可能となる。
本発明のレジスト組成物は、金属塩、樹脂、及び溶剤を少なくとも含み、更に必要に応じて適宜選択した、その他の成分を含む。
前記金属塩としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記レジスト組成物に対する溶解性が高い塩が形成しやすいという点で、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩が好ましく、セシウム塩、バリウム塩がより好ましい。前記金属塩の前記レジスト組成物に対する溶解性が高いと、前記金属塩が前記レジスト組成物中に均一に分散し、電子線散乱の効果を高めることができる。
前記樹脂としては、レジスト樹脂として用いられる一般的な材料であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アクリル系樹脂、スチレン樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、尿素系樹脂、イミド系樹脂、ポリエチレン系樹脂、などが挙げられる。
また、前記樹脂として、各種水溶性樹脂を用いることもできる。
前記電子供与基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ハロゲン基、炭素数1〜8のアルコキシ基、アルケニル基、アルキル基、などが挙げられる。
前記芳香族アンモニウムイオンとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アニリン、2−メトキシアニリン、3−メトキシアニリン、4−メトキシアニリン、これらの骨格を有する誘導体のアンモニウムイオン、などが挙げられる。
前記芳香族複素環の四級イオンとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ピペリジン、ピロリジン、モルホリン、ピペラジン、ピリジン、α-ピコリン、β-ピコリン、γ-ピコリン、キノリン、イソキノリン、ピロリン、これらの骨格を有する誘導体のアンモニウムイオン、などが挙げられる。
前記溶剤は、有機溶剤及び水の少なくともいずれかを含み、更に必要に応じて適宜選択した、その他の溶剤を含む。
前記有機溶剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記レジスト組成物の各成分を溶解可能で、かつ、適当な乾燥速度を有し、該有機溶剤が蒸発した後に均一で平滑な塗膜を形成可能であることが求められる。
これらの有機溶剤は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記グリコールエーテル類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、エチルセロソルブ、メチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、などが挙げられる。
前記エステル類としては、乳酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル、ピルビン酸エチル、などが挙げられる。
前記エーテル類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アニソール、などが挙げられる。
前記ケトン類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、2−ヘプタノン、シクロヘキサノン、などが挙げられる。
前記環状エステル類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、γ−ブチロラクトン、などが挙げられる。
前記アルコール類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、メターノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、などが挙げられる。
前記その他の成分として、本発明の効果を害しない限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知の各種添加剤が挙げられる。前記公知の各種添加剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、溶解助剤、界面活性剤、光酸発生剤、架橋剤、などが挙げられる。
前記溶解助剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、イソプロピルアルコールなど、が挙げられる。
前記溶解助剤及び前記界面活性剤を添加することにより、前記レジスト組成物の溶解性や塗布性を向上させることができる。
前記界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、非イオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両性界面活性剤、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、金属イオンを含有しない点で、非イオン性界面活性剤が好ましい。
前記光酸発生剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ヨードニウム塩化合物(iodonium salt compounds)、スルホニウム塩化合物(sulphonium salt compounds)、ハロゲン化合物(halogen compounds)、トリフェニルスルフォニウムノナワルオロブタンスルホネート等のスルホン酸エステル化合物(sulfonate compounds)、イミド化合物(imide compounds)、カルボニル化合物(carbonyl compounds)、ジスルフォン化合物(disulfone compounds)、α,α−ビスアリルスルフォニルジアゾメタン化合物(α,α−bis allyl sulfonyl diazomethane compounds)、ジアゾニウム塩化合物(diazonium salt compounds)、などが挙げられる。
前記架橋剤としては、前記樹脂を架橋する機能を有するものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アミノ系架橋剤、などが挙げられる。
前記アミノ系架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、メラミン誘導体、ユリア誘導体、ウリル誘導体、などが好適に挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記ユリア誘導体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、尿素、アルコキシメチレン尿素、N−アルコキシメチレン尿素、エチレン尿素、エチレン尿素カルボン酸、これらの誘導体、などが挙げられる。
前記ウリル誘導体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ベンゾグアナミン、グリコールウリル、これらの誘導体、などが挙げられる。
前記ポジ型レジスト組成物としては、例えば、前記樹脂が酸解離性保護基で修飾され、さらに、前記光酸発生剤が添加されたレジスト組成物など、が挙げられる。
前記ネガ型レジスト組成物としては、例えば、前記現像液に溶解する金属塩を含むレジスト組成物、前記架橋剤が添加されたレジスト組成物、などが挙げられる。
本発明の半導体装置の製造方法は、レジスト膜形成工程と、レジストパターン形成工程と、パターニング工程とを少なくとも含み、更に必要に応じて適宜選択した、その他の工程を含む。
前記レジスト膜形成工程は、被加工面上に、本発明のレジスト組成物を塗布してレジスト膜を形成する工程である。なお、「被加工面上」とは、「被加工面と接すること」乃至「被加工面上方」を意味する。
該塗布の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スピンコート法、などが好適に挙げられる。該スピンコート法の場合、スピンコーターの回転数としては、100rpm〜10,000rpmが好ましく、800rpm〜5,000rpmがより好ましく、スピンコートの時間としては、1秒間〜10分間程度が好ましく、1秒間〜90秒間がより好ましい。
前記塗布されたレジスト組成物の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記被加工面としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、半導体装置等の電子デバイスにおける半導体基板表面、磁気ヘッド等における合金基板表面、などが挙げられる。具体的には、シリコンウェハー、AlTiCウエハー等の基板の表面、各種酸化膜の表面、などが好適に挙げられる。
前記レジストパターン形成工程は、前記レジスト膜を露光し、現像してレジストパターンを形成する工程である。
前記露光は、公知の露光装置により好適に行うことができ、前記レジスト膜に選択的に露光光が照射されることにより行われる。前記レジスト組成物中に光酸発生剤が含まれている場合、該露光光の照射により、露光領域における前記レジスト組成物中の光酸発生剤が分解されて酸を発生することにより、レジスト組成物の硬化反応が生じてパターン潜像が形成される。また、レジスト組成物の構成材料によっては、前記露光を後述する第一の加熱工程の後に行ってもよい。
前記現像では、前記レジスト膜の露光した(露光しなかった)領域を硬化させた後、未硬化領域を除去する。
前記パターニング工程は、前記レジストパターンをマスクとして(マスクパターン等として用いて)、前記被加工面をエッチングによりパターニングする工程である。
前記エッチングの方法としては、特に制限はなく、公知の方法の中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、選択的な蒸着、ドライエッチングが好適に挙げられる。該エッチングの条件としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
パターニング工程において、前記レジストパターン形成工程により形成されたレジストパターンをマスクとして、選択的な蒸着やエッチングなどを行うことにより、線幅が一定で極めて狭い、金属などの材料からなる微細加工パターンを有する装置を製造することができ、例えば、線間幅が50nm程度の配線を有する半導体装置を作製することができる。
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、第一の加熱工程、第二の加熱工程、などが挙げられる。
前記第一の加熱工程は、前記レジスト膜を加熱する工程である。
前記第一の加熱工程においては、前記レジスト組成物の塗布の際乃至その後で、塗布したレジスト組成物をベーク(加温及び乾燥)するのが好ましい。前記第1の加熱工程における加熱温度、加熱時間等の条件、方法などとしては、前記レジスト膜を分解させない限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記加熱温度としては、50℃〜250℃程度が好ましく、100℃〜200℃がより好ましい。前記加熱温度が50℃未満であると、溶剤の乾燥が十分に進行せず、前記加熱温度が250℃を超えると、樹脂が熱分解する恐れがある。また、前記加熱時間としては、10秒間〜5分間程度が好ましく、30秒間〜90秒間がより好ましい。
前記第二の加熱工程は、前記レジスト膜を露光した後に、前記レジスト膜を加熱する工程である。
前記レジスト組成物に光酸発生剤を添加し、前記レジスト膜を化学増幅型レジストとして機能させる場合は、前記第二の加熱工程を行うことが、前記露光領域での前記レジスト膜の溶解性変化、極性変化を促進させる点で好ましい。
−レジスト組成物の調製−
表1に示す組成を有するレジスト組成物を調製した。
また、表1の「金属塩」の欄における「A−1」は、炭酸セシウム(関東化学(株)製)を表す。
表1の「樹脂」の欄における、「B−1」は、ポリメチルメタクリレート(シグマ・アルドリッチジャパン(株)製)を表し、「B−2」は、30%t−Boc化ポリ−p−ヒドロキシスチレン(丸善石油化学(株)製)を表し、「B−3」は、ポリ−p−ヒドロキシスチレン(日本曹達(株)製)を表し、「B−4」は、3−アミノ−4−メトキシベンゼンスルホン酸ポリマー(特開平8−109351号公報の段落〔0064〕に記載の方法により合成)を表す。
表1の「架橋剤」の欄における、「C−1」は、ヘキサメトキシメチルメラミン(東京化成工業(株)製)を表し、「C−2」は、N,N’−ジメトキシメチルジメトキシエチレンユリア((株)三和ケミカル製)を表し、「C−3」は、テトラメトキシメチルグリコールウリル(東京化成工業(株)製)を表す。
表1の「光酸発生剤」の欄における「D−1」は、ジフェニルヨードニウムノナフルオロブタンスルフォネート(みどり化学(株)製)を表す。
表1の「溶剤」の欄における「E−1」は、アニソール(関東化学(株)製)を表し、「E−2」は、乳酸エチル(関東化学(株)製)を表し、「E−3」は、γ−ブチロラクトン(関東化学(株)製)を表し、「E−4」は、水を表し、「E−5」は、イソプロピルアルコール(関東化学(株)製)を表す。
なお、実施例1〜9及び比較例1〜4のレジスト組成物の調製に際しては、レジストの安定性を向上させるために、ヘキシルアミン(関東化学(株)製)0.2質量部を全てのレジスト組成物に添加した。
表1に示す組成を有するレジスト組成物を、シリコン基板にスピンコート法によりシリコン基板の表面に塗布した後、表1に示す加熱(ベーク)温度にてベークを行い、被膜(レジスト膜)を形成した。なお、被膜(レジスト膜)の厚さは、特に断りが無い限り、スピン回転数の調整により、全て1,500Å(150nm)とした。
前記レジスト膜を成膜したシリコン基板に対し、加速電圧50keVの電子線露光機((株)エリオニクス製 ELS−5700)を用いて、露光量を段階的に変えて、幅100nmのラインパターンを複数本描画した。
比較例1及び実施例1のレジスト膜については、描画の後、メチルエチルケトン及びメチルイソブチルケトンを質量比1/1の割合で混合した現像液で、60秒間の現像を行った。
また、比較例2〜4及び実施例2〜9のレジスト膜については、描画の後、110℃で90秒の加熱(べーク)を行い、2.38%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液で60秒間の現像を行った。
以上の方法により形成されたラインパターンの線幅を走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−4500)にて計測し、100nmの線幅でパターンが形成される露光量を感度と定義した。
実施例1〜9及び比較例1〜4のレジスト膜の感度を表2に示す。
−フラッシュメモリ及びその製造−
実施例10は、本発明のレジスト組成物を用いた半導体装置及びその製造方法の一例である。なお、この実施例10では、以下のレジスト膜26、27、29及び32が、実施例1〜9で用いたレジスト組成物を用いて、実施例1〜9と同様の方法で形成されたものである。
以上により、図3Iに示すように、半導体装置としてFLASH EPROMを製造した。
以上により、図3Lに示すように、半導体装置としてFLASH EPROMを製造した。
なお、図3Kにおいて、44aは第1ゲート部を示し、44bは第2ゲート部を示す。さらに、図3Lにおいて、45a、45b、46a、46bはS/D(ソース・ドレイン)領域層を示し、47は層間絶縁膜を示し、48a、48b、49a、49bはコンタクトホールを示し、50a、50b、51a、51bはS/D(ソース・ドレイン)電極を示す。
なお、ここでは、高融点金属膜(第4導電体膜)として高融点金属膜(第4導電体膜)42a及び42bを用いているが、チタンシリサイド(TiSi)膜等の高融点金属シリサイド膜を用いてもよい。
なお、ここでは、第3導電体膜53a又は53bと、高融点金属膜(第4導電体膜)42とをそれぞれ別々に形成しているが、共通の高融点金属膜として同時に形成してもよい。
−磁気ヘッドの製造−
実施例11は、本発明のレジスト組成物によって形成されたレジストパターンの応用例としての磁気ヘッドの製造に関する。なお、この実施例11では、以下のレジストパターンR2Aが、実施例1で用いたレジスト組成物を用いて形成したレジスト膜に、電子線を照射して形成したレジストパターンである。
図4Aを参照するに、まずAl2O3−TiC基板(図示せず)上にAl2O3膜(図示せず)を介してNiFe合金からなる下部磁気シールド層131を電解メッキ法により形成し、Al2O3のギャップスペーサ層131Aを介してスピンバルブ構造膜115Lをスパッタリング法により形成する。
次いで、レジストマスクを除去したのち、Arイオンを用いたイオンミリングを施すことによってメッキベース層の露出部を除去し、次いで、全面にAl2O3保護膜を形成した後、基板を切断し、磁気抵抗効果素子115を含む読出ヘッドと書き込み用の誘導型の薄膜磁気ヘッドとを集積化した磁気ヘッドスライダが得られる。
なお、図5において、132は磁気抵抗効果素子を示す。
23 フィールド酸化膜
24a 第1ゲート絶縁膜
24b 第2ゲート絶縁膜
25a 第1閾値制御層
25b 第2閾値制御層
26 レジスト膜
27 レジスト膜
28 第1ポリシリコン層(第1導電体膜)
28a フローティングゲート電極
28b ゲート電極(第1ポリシリコン膜)
28c フローティングゲート電極
29 レジスト膜
30a キャパシタ絶縁膜
30b キャパシタ絶縁膜
30c キャパシタ絶縁膜
30d SiO2膜
31 第2ポリシリコン層(第2導電体膜)
31a コントロールゲート電極
31b 第2ポリシリコン膜
32 レジスト膜
33a 第1ゲート部
33b 第2ゲート部
33c 第2ゲート部
35a S/D(ソース・ドレイン)領域層
35b S/D(ソース・ドレイン)領域層
36a S/D(ソース・ドレイン)領域層
36b S/D(ソース・ドレイン)領域層
37 層間絶縁膜
38a コンタクトホール
38b コンタクトホール
39a コンタクトホール
39b コンタクトホール
40a S/D(ソース・ドレイン)電極
40b S/D(ソース・ドレイン)電極
41a S/D(ソース・ドレイン)電極
41b S/D(ソース・ドレイン)電極
42 高融点金属膜(第4導電体膜)
42a 高融点金属膜(第4導電体膜)
42b 高融点金属膜(第4導電体膜)
43 レジスト膜
44a 第1ゲート部
44b 第2ゲート部
45a S/D(ソース・ドレイン)領域層
45b S/D(ソース・ドレイン)領域層
46a S/D(ソース・ドレイン)領域層
46b S/D(ソース・ドレイン)領域層
47 層間絶縁膜
48a コンタクトホール
48b コンタクトホール
49a コンタクトホール
49b コンタクトホール
50a S/D(ソース・ドレイン)電極
50b S/D(ソース・ドレイン)電極
51a S/D(ソース・ドレイン)電極
51b S/D(ソース・ドレイン)電極
52a 開口部
52b 開口部
53a 高融点金属膜(第3導電体膜)
53b 高融点金属膜(第3導電体膜)
54 絶縁膜
115 磁気抵抗効果素子
115L スピンバルブ構造膜
116 ハードバイアス膜
116A ハードバイアスパターン
116B ハードバイアスパターン
117 有機ポリマー膜
117A 有機ポリマー膜パターン
117B アンダーカット
120 リフトオフマスクパターン
131 下部磁気シールド層
131A ギャップスペーサ層
132 磁気抵抗効果素子
133 読出し電極層
133A 読出し電極パターン
133a Ta膜
133b Au膜
133c Ta膜
133B 読出し電極パターン
134 NiFe合金層
135 書き込みコイル
136A 書き込み電極
136B 書き込み電極
137 上部磁極層
138 書き込み磁極
Claims (3)
- セシウム塩、樹脂、及び溶剤を含むことを特徴とするレジスト組成物。
- 前記セシウム塩の含有量が、前記樹脂に対し、5質量%〜50質量%である請求項1に記載のレジスト組成物。
- 被加工面上に、請求項1から2のいずれか1項に記載のレジスト組成物を塗布してレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、前記レジスト膜を露光し、現像してレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、前記レジストパターンをマスクとして、前記被加工面をエッチングによりパターニングするパターニング工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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