JPH01140721A - レジストの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野」 本発明は、例えば半導体装置の製造工程等で用いられる
レジストの形成方法に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、半導体装置の製造工程等で用いるレジストの
形成方法において、原料ガスを含む雰囲気中で基板上に
所要のパターンで荷電粒子線を照射し、パターンに沿っ
た原料ガスよりの生成物を沈積するに当り、荷′屯粒子
線を複数の方向から照射して基部よりも上部が幅広の沈
積物即ちレジストを形成する。この様な形状のレジスト
を利用することにより、セルファライン工程の導入をβ
Ｊ能とし、微細化された半導体装置等の製造を可能にす
るものである。

〔従来の技術〕

従来、大規模巣積回路（ＬＳＩ＞等の微細構造を製造す
るに際しては、光を用いた所謂フォトリソグラフィが主
流として用いられてきた。しかし、数百大寸法の微細構
造の製造になると、例え遠紫外線を用いても１桁大き過
ぎ、さらにＸ線を用いても難しい。すなわち、数百人の
微細構造を製造するには、それ以ドの分解能が必要であ
り、波長が数百Å以下であることが必要となる。これは
Ｘ線の領域であり、光源とマスク材の両面で解決すべき
問題が山積しているのが現状である。

一方、これに代わる方法として電子ビームによるバター
ニングが最近行なわれ始めてきた。第４図及びＳ５図に
その例を示す。

第４図はポジ型レジストを使用した場合であり、基板（
１）上にポジ型レジスト（２）を塗布しく第４図Ｃ参照
）、電子ビーム露光（４）及び現像によりレジスト（２
）のパターニングを行う（第４図Ｃ参照）。次に全面に
パターン形成材料（３）を被着形成しく第４図Ｃ参照）
レジスト（２）をその上のパターン形成材料（３）と共
に剥離（リフトオフ）して基板（１１上に所定パターン
のパターン形成材料（３）を形成する（第４図り参照）
。

第５図はネガ型レジストを使用した場合であり、基板（
１１）上にパターン形成材料（１２）を形成し、さらに
この上にネガ型しジス１−（１３）を被着形成しく第４
図Ｃ参照）、電子ビーム露光（１４）及び現像によりレ
ジスト（１３）のバターニングを行う（第４図Ｃ参照）
。次にレジスト（１３）をマスクにパターン形成材料（
１２）を選択エツチングしてパターン形成材料（１２）
のパターニングを行う（第５図Ｃ参照）。そして、レジ
ス１−（１３）を剥離する（第５図り参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の電子ビームによるバターニング方法は、ポジ型、
ネガ型のいずれのレジストも、予めレジストを数千人塗
布した後、電子ビーム露光でレジスト材質を変化させて
所望のパターンを得るようにしている。この場合の最終
目的であるパターンを形成するところの出発物質は固体
のレジストであり、入射電子ビームに対し、多車敗乱体
として働く。このとき、例えばウィルキンソン氏等が示
すように（Ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｓ　ａｎｄ　Ｍｉ
ｃｒｏｓｔｙｕｃｔｕｒｅｓ。

Ｖｏｌ、１２、Ｎｏ、６．１９８６）　、第６図及び第
７図のような電子の軌跡が予想される。第６図は５μｍ
厚のＳｉ基板（２１）上に形成した厚さ０．３μｍのレ
ジスト層（２２）に５０ｋＶの電子ビーム（２３）を入
射した後の散乱した１００個の電子の軌跡を示し、第７
図は１０ｋＶの電子ビーム（２４）を同じ試料に入射し
た後の電子の軌跡を示す。

この図からも判るように、レジスト中での電子の多重散
乱によりレジスト通過中に当初の空間分解能が失われる
。特にネガ型レジストでは致命的である。また、電子の
基板からの後方散乱のため他所のレジストをも電子が叩
くことになる。図はＳｉ基板であるが、ＧａＡｓ基板な
どではこの効果は拡大する。従って、電子が通過したと
ころのレジストは好むと、好まざるとにかかわらず感光
するので、これらは全て極微細構造の製造の妨げとなる
。

面、パターン形成方法として、金属或は半導体等の構成
物質を含むガス雰囲気中に基板を配し、その基板表面の
所望の部分に電子ビームを照射して所望のパターンの金
属或は半導体を基板上に堆積させる方法が知られている
（特開昭６２−４２４１７号公報参照）。また、気体レ
ジスト雰囲気中に基板を配し、基板表面に電子ビームを
照射して所定パターンのレジストを基板上に堆積させる
方法も知られている（＾ｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ
　Ｌｅｔｔｅｒｓ　５Ｖｏ１．２９、Ｎｏ、９．１９７
６５９６真〜５９８頁参照）。

本発明は、上述の点に鑑み、微細化された半導体装置等
の製造を可能にするレジストの形成方法を提供するもの
である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、原料ガスを含む雰囲気中で基板（５１）に所
要のパターンで例えば電子、陽電子、ミニ−オン等の荷
電粒子線（４１）を照射することによりパターンに沿っ
た原料ガス（３７）よりの生成物を沈積するに当り荷電
粒子線（４１）を複数の方向から照射することにより基
部よりも上部が幅広の沈積物（５３）を形成することを
特徴とするレジストの形成方法である。

〔作用〕 原料ガス即ち気化されたレジストを含む雰囲気中に基板
（５１）を配し、この基板（５１）に荷電粒子線（４１
）を照射すると、基板（５１）の荷電粒子線（４１）が
照射された部分上に微小幅のレジストの生成物が荷電粒
子線の照射方向に沿って沈積する。そして、基板（５１
）上に荷電粒子線を所要のパターンに沿って照射すれば
このパターンに沿ってレジストの生成物が形成される。

このレジストの生成物の場合、出発物質が気体であるた
めにしシスト中の電子の多重散乱がなく、又、基板から
の電子の後方散乱の影響も少ないので分解能のよい（微
細な）パターンが形成される。

しかして、荷電粒子線（４１）を複数の方向から照射す
ると、レンズＩ・の生成物すなわち沈積物（５３）は夫
々の照射方向に沿って沈積される。その結果得られたレ
ジストの沈積物（５３）は厚み方向の断面をみると基部
よりも上部が幅広となる。

従って、例えば基１（５１）上に第１のパターン形成材
料（５２）を形成したのち、上記のレジストの沈積物（
５３）を形成し、この沈積物（５３）をマスクに＄１の
パターン形成材料（５２）をパターニングした後、レジ
ストの沈積物を含めて基板（５１）の表面上に第２のパ
ターン形成材料（５４）を蒸着等により形成すれば、第
１のパターン形成材料（５２）に対し第２のパターン形
成材料（５４）は所謂セルファラインで形成され、互に
分離した状態でしかも極め近接した微細パターンが形成
される。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明によるレジストの形成方法
の実施例を説明する。

第２図は本実施例で用いる装置の構成図である。

同図において、（３１）は電子ビーム照射系、（３２）
はチェンバー（３３）内に設けられた試料室、（３４）
は試料室（３２）のサセプタ（３５）上に配された試料
としての基板である。（３８）はチェンバー（３３）の
排気系、（３９）は試料室（３２）の排気系である。

試料室（３２）には配管（３６）を通じて原料ガス（３
７）が導入されるようになされる。本例では、ネガ型レ
ジスト（炭化水素）を構成物質として含むガス、例えば
アルキルナフタレンを原料ガス（３７）に用い、これを
試料室（３２）内に導入する。

チェンバー（３３）内及び試料室（３２）は同程度の商
真空に排気される。原料ガス材（３７）であるアルキル
ナフタレンは大気中で液体であるが、真空中ではガス化
する。また、このアルキルナフタレンはこのままでは蒸
気圧が高く或は付着係数が小さく基板（３２）とは何ら
相互作用しない。試料室（３２）　（７）１ｍ材料ス雰
囲気の圧力は１０−’　Ｔｏｒｒ〜１０−’’ｒｏｒｒ
ｓ標準的には１０″”　Ｔｏｒｒ程度である。基板温度
は室温〜−３０℃程度の範囲内で適正温度に保つ。

そして、例えば加速電圧６　ｋＶ、ビーム電流２０μＡ
の電子ビーム（４１）を収速レンズ（４０）で収束して
原料ガス雰囲気中ダの基板（３４）上の所望の部分に５
秒間照射することにより、原料ガスよりレジストが生成
され、その所望部分上にレジスト膜が沈積する。レジス
ト膜としては良好な耐酸性、耐ＲＩＥ性で且つ選択エピ
タキシャル用のレジスト膜が形成される。

ここでは、レジストの出発物質が固体でなく気体を用い
ているため、レジスト中の多重散乱がなく、また基板（
３４）からの後方散乱による反跳電子も固体レジストに
対するほど悪影響はなく、ぼけも小さくなる０分解能と
しては所謂ライン・アンド・スペースで（すなわちスト
ライブ状のレジスト膜を形成したときのストライプ幅と
、隣り合うストライプ間の空間幅とが夫々）約２５０程
度度まで得られているが、電子ビーム（４１）の加速電
圧の最適化等で１００Å以下の分解能を得ることがｕＪ
能である。この値は電子ビームのぼけ（４０人程度）と
炭化水素膜のポリマリゼーション厚（数十人＋’Ｊ度）
の和で下限が支えられる。そして第３図に示すように電
子ビーム（４１）を走査することにより、基板（３４）
表面に微小幅のレジストパターン（４２）が直接描画さ
れる。

実施例１ ショットキ障壁ＦＥＴの製造に通用した場合につき述べ
る。

第１図Ａに示すように半導体基板例えばＧａＡｓ基板（
５１）の表面全面にショットキメタル（５２）を蒸着し
た後、これを前述の第２図の装置内に配置し、アルキル
ナフタレン雰囲気中で基板（５１）に対して２方向から
電子ビーム（４１）　　（（４１＾）及び（４１Ｂ））
を照射して第１図Ｂに示すようにショットキメタル（５
２）上に夫々の電子ビーム（４１Ａ）及び（４１Ｂ）に
よる沈積物（５３八）及び（５３Ｂ）を形成して、結果
として基部よりも上部が’Ｉ（ｉｌ広のレンズ）１％（
５３）を形成する。この場合、電子ビーム（４１）を傾
けるか、或は基板（５１）を佃けて電子ビームの照射方
向を異ならして２回同様のビーム照射を行うようになす
。電子ビームの調整を最適化して分解能を上げ、電子ビ
ームの照射時間を長くすると第１図Ｂに示すように基部
の幅ｌが１０００人程度程度高さｄｌが３０００人のレ
ジスト膜（５３）が形成される。なお、図ボせざるも基
部側では裾状に薄いレジストが形成されるときはその裾
状部分をＲＩＥ　（反応性イオンエツチング）等により
トリミングする。

次に、第１図Ｃに示すように、このレジスト膜（５３）
をマスクにウェットエツチングによりショットキメタル
（５２）を選択的に除去し、ゲート電極（５２）を形成
する。

次に、全面にオーミックメタル（５４）を蒸着してソー
ス電極（５４Ｓ　）及びドレイン電極（５４Ｄ　）を形
成しく第１図Ｌ））　、Ｌかる後レジス）１１９（５３
）と共にその上のオーミックメタル（５４）を除去する
。斯くして、第１図Ｅに示すようにゲート長しが数百人
程度のショットキ障壁型のＧａＡｓＦ　Ｅ　Ｔ（５５）
が得られる。

上潮では、本性をシ＝１７１・キ障壁型Ｆ　Ｅ　Ｔの製
造に適用したが、他の半導体装置の製造にも通用できる
。

（発明の効果〕 本発明によれば、原料ガスを含む雰囲気中で基板上に所
要パターンで荷電粒子線を照射し、パターンに沿った原
料ガスよりの生成物を沈積するに当って、荷電粒子線を
複数の方向から照射することにより基部よりも上部が幅
広の沈積物即ちレジスト膜が形成される。このレジスト
膜をパターン形成用のマスクとして利用すれば、セルフ
ァラインをもって極微細パターンの形成が可能となる。

従って、本性は特に極微細構造が要求される大規模集積
回路等の半導体装置の製造プロセスに用いて好適ならし
めるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ−Ｅは本発明をショットキＩＩ　’２．型ＦＥ
１”の製造に通用した場合の工程図、第２図は本発明の
実施に通用される装置の構成図、第３図は第２図の装置
を用いて基板上に直接レジストパターンを形成する状態
を示す斜視図、第４図Ａ−Ｄは従来のポジ型レジストを
用いた場合のパターン形成の例を示す工程図、第５図Ａ
−Ｄは従来のネガ型レジストを用いた場合のパターン形
成の例を示す工程図、第６図及び第７図は夫々レジスト
膜を電子ビーム露光したときの電子の散乱状態を示す図
である。 （３１）は′電子ビーム照射系、（３２）は試料室、（
３４）は基板、（３７）は原料ガス、（５１）はショッ
トキメタル、（５３）はレジスト膜、（５４）はオーミ
ックメタルである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　原料ガスを含む雰囲気中で基板上に所要のパターンで
   荷電粒子線を照射することにより上記パターンに沿った
   原料ガスよりの生成物を沈積するに当り荷電粒子線を複
   数の方向から照射することにより基部よりも上部が幅広
   の沈積物を形成することを特徴とするレジストの形成方
   法。