JPH02101463A

JPH02101463A - 微細パターン形成材料およびパターン形成方法

Info

Publication number: JPH02101463A
Application number: JP63255115A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Hashimoto; 和彦橋本; Taichi Koizumi; 太一小泉; Kenji Kawakita; 川北　憲司; Noboru Nomura; 登野村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-10-11
Filing date: 1988-10-11
Publication date: 1990-04-13

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、半導体素子や集積回路を荷電ビームを用いて
パターン形成して製作する際に使用する微細パターン形
成材料ならびに同材料を用いた微細パターン形成方法′
に関するものである。

従来の技術従来、ＩＣ及びＬＳＩ等の製造においては、紫外線を用
いたホトリソグラフィーによってパターン形成を行なっ
ている。素子の微細化に伴ない、ステッパーレンズの高
ＮＡ化、短波長光源の使用等がすすめられているが、そ
れによって焦点深度が浅くなるという欠点がある。また
、ＬＳＩ素子のパターン寸法の微細化、ムＳＩＣの製造
等にともない、電子ビームリソグラフィーが用いられる
ようになってきている。この電子ビームリソグラフィー
による微細パターン形成にはポジ型電子線レジストは欠
くことのできないものである。その中でポリメチルメタ
クリレート（ＰＭＭ人）は最も解像性の良いものとして
知られているが、低感度であることが欠点である。それ
故、近年ポジ型電子線レジストの感度を高める多くの報
告が行なわれており、例えば、ポリメタクリル酸ブチル
、メタクリル酸メチルとメタクリル酸との共重合体、メ
タクリル酸とアクリロニトリルとの共重合体、メタクリ
ル酸メチルとインブチレンとの共重合体、ポリブテン−
１−スルホン、ポリイソプロペニルケトン、含フッ素ポ
リメタクリレート等のポジ型電子線レジストが発表され
ている。これらのレジストはいずれも、側鎖に電子吸引
性基を導入、または、主鎖に分解しやすい結合を導入す
ることによって、電子ビームによる主鎖分解が容易にお
こるようにしたレジストであり、高感度化をねらったも
のであるが、解像度と感度の両方を十分に満たしたもの
であるとはいえない。

また、電子ビームリングラフイーにおいては、電子ビー
ムレジストの耐ドライエツチ性の悪さ、電子の前方散乱
、後方散乱のための近接効果によるパターン精度への影
響、また、露光電子のチャージ・アップによるパターン
描画への影響等の欠点がある。これらの欠点をおぎなう
ために、レジストの働きを感光層と平坦化層とに分けた
多層レジスト法は非常に有効な方法である。第４図は電
子ビームリソグラフィーにおける多層レジストプロセス
を説明する図である。近接効果をおさえるために下層膜
３２として有機膜を基板１上に２〜３μｍ厚塗布し、中
間層として５ｉ０２等の無機膜あるいは５ＯＧ（スピン
オングラス）等の無機膜３３を塗布し、上層に電子線レ
ジスト３４を塗布し、その上にチャージ・アップを防止
するためにアルミ層３５を約１００人魚着する（第４図
（ａ））。

電子線３６を露光後、アルカリ水溶液でアルミ層３６を
除去し、その後現像してレジストパターン３４ｐを形成
する（第４図（ｂ））。

次に、このレジストパターンをマスクトシて中間層のド
ライエツチングを行ない（第４図（Ｃ））、次に、中間
層をマスクとして下層のドライエツチングを行なう（第
４図（ｄ））。以上のような多層レジストプロセスを用
いることにより、微細なパターン３２ｐを高アスペクト
比で形成することができる。

しかし、アルミ層を蒸着する多層レジストでは工程がよ
υ複雑となり、また、コンタミネーション等の問題があ
シ、実用的であるとはいえない。

発明が解決しようとする課題上記のように、アルミ層つきの多層レジストプロセスは
有効な方法であるが、複雑な工程、アルミのコンタミネ
ーション等の問題点がある。また、アルミ層をとりのぞ
いた多層レジストプロセスではチャージ・アップの問題
がある。チャージ・アンプとは露光電子が絶縁体である
レジスト、中間層、または下層にたまる現象である。こ
のチャージ・アップ効果により、電子ビームリソグラフ
ィーにおいて、フィールド・バッティング、合わせ精度
の劣化等大きな問題点が生じる。また、単層レジストで
もこのチャージ・アンプ現象は見られ、三層レジストと
同様にフィールド・バッティング、合わせ精度の劣化を
まねく。

すなわち、電子ビームリソグラフィーにおいて、露光さ
れた電子はレジスト中を散乱するが、レジスト表面から
１〜１．５μｍの深さで止まってしまい、その領域でチ
ャージがたまってしまう。このたまったチャージにより
電子ビームが曲げられ、フィールド・バッティング、合
わせ精度の劣化をひきおこすと考えた。

本発明者らは、この現象を解決するために、導電性電子
線レジスト、また、それらを用いた微細パターン形成方
法を完成した。

課題を解決するだめの手段すなわち、本発明は一般式；（ただし、Ｒ，、Ｒ２は同−又は異なったアルキル基を
あられし、ｎは正の整数をあられす。）で表される、ラ
ダーポリシラン系導電性シリコン含有高分子物質を電子
線レジストとして使用することにより、上記のような問
題点を解消しようというものである。この高分子物質は
５ｉ−３ｉ　結合からなり、高い導電率を示すので、露
光時の電子によるチャージアップを防止することができ
る。

また、Ｓｉ　−Ｓｉ　　結合は電子ビームに対して分解
しやすいので、電子ビームに対して高い感度を示すポジ
型レジストになシうる。

また、一般式；％式％（ただし、Ｒ，、Ｒ２は同−又は異なったアルキル基又
はアルキルンリル基をあられし、ｎは正の整数をあられ
す。）で表される、パーシラポリアセチレン系導電性シリコン
含有高分子物質を電子線レジストとして使用することに
よって、上記のような問題点を解消しようというもので
ある。この高分子物質は主鎖が共役二重結合からなって
いるので高い導電率を示し、露光時の電子によるチャー
ジ・アップを防止することができる。また、５ｉ＝Ｓｉ
　結合に電子ビームに対して開裂しやすいので、電子ビ
ームに対して高い感度を示すネガ型レジストになりうる
。

また、三次元シリコン化合物であるオクタシラキュパン
を電子線レジストとして使用することによって、露光時
のチャージ・アップを防止することができ、また５ｉ＝
Ｓｉ結合からなっているので、電子ビームに対して高い
感度を示すポジ型電子線レジストになりうる。

これらのシリコン含有導電性高分子物質をレジストとし
て使用することにより、従来の三層レジストプロセスを
、より簡便な二層レジストにすることができる。また、
これらのシリコン含有導電性高分子物質を三層レジスト
の中間層として用いることによシ、アルミ層をつけずに
三層レジストを容易に形成することができ、チャージ・
アップによるパッティング・エラー、アライメントずれ
のない正確な微細パターンを形成することができる。

作用本発明は前記したシリコン含有導電性高分子物質、およ
び、それを用いたレジストプロセスによシ、容易にチャ
ージ・アップのおこらない正確な微細パターンを形成す
ることができる。特に、アルミ層を蒸着する必要がなく
、コンタミネーションの問題もなく、また、工程も簡略
化することができ、電子によるチャージ・アップを防止
して、正確な微細パターンを形成することができる。従
って、本発明を用いることによって、正確な高解像度な
微細パターン形成に有効に作用する〇実施例（実施例１）イソプロピルシリルトリクロロシランモノマーを金属ナ
トリウムと反応させることによって、分子量約１万のラ
ダー型ポリジイソプロピル７ランを得ることができた。

この重合体０．１９を１ｏＣＣのメチルイソブチルケト
ン溶液に溶解させたのち、不溶分をろ別し、レジスト溶
液とした。このレジスト溶液を半導体基板上に滴下し、
２００　Ｏｒｐｍでスピンコードし１５０’Ｃ，３０分
間ベーキングを行ない、１．２μｍ厚のレジスト膜を得
ることができた。次に、加速電圧２０ＫＶ、照射量１．
０×１ｏ　　Ｊ１３／ｄで電子線露光を行なった後、エ
チルアルコールで現像を行なった所、チャージ・アップ
によるフィールドパッティングエラーのない、正確なポ
ジ型レジストパターンが得られた。また、未照射部の膜
減りは全くなかった。なお、現像液はエチルアルコール
以外のアルコールであればいずれでもよい。

（実施例２）実施例１で得られたレジスト膜に、加速電圧２０ＫＶ、
照射量５．ＯＸ　１０　　Ｃｌ０ｄ　テ電子線露光を行
なった後、メチルインブチルケトンで現像を行なった所
、チャージ・アップによるフィールド・バッティングエ
ラーのない正確な、微細ネガ型レジストパターンが得ら
れた。現像液は、アルコール以外の溶媒ならいずれでも
よい。

（実施例３）トリエチルシリルトリクロロシランモノマーを金属ナト
リウムと反応させることによって、分子量約６千のビス
（トリエチルシリル）、パーシラポリアセチレンを得る
ことができた。この重合体０．１ｙをトルエン１ｏＣＣ
に溶解させたのち、不溶分をろ別し、レジスト溶液とし
た。このレジスト溶液を半導体基板上に滴下し２０００
　ｒｐＨ１でスピンコードし、１５０’Ｃ，３０分間の
ベーキングを行ない、１．２μｍ厚のレジスト膜を形成
することができた。次に、加速電圧２０ＫＶ、照射量５
×１０−６０／ｃＩＩ　で電子線露光を行なった後、メ
チルイソブチルケトンで現像を行なった所、チャージ・
アップによるフィールド・パッティングエラーのない正
確なネガ型レジストパターンを得ることができた。なお
、現像液はアルコール以外の有機溶媒ならいずれでもよ
い。

（実施例４）ｔ−フーｙ−ルジメチルシリルトリクロロシランモノマ
ーを金属ナトリウムと反応させることによって、分子量
約４００の三次元型のオクタシラキュパンを得ることが
できた。この化合物０，１　ｆ／をメチルイソブチルケ
トン１ｏＣＣ溶液に溶解させたのち、不溶分をろ別し、
レジスト溶液とした。このレジスト溶液を半導体基板上
に滴下し、２０００ｒｐｍでスピンコードし、１６０°
Ｃ，３０分間ベーキングを行ない、１μｍ厚のレジスト
膜を得ることができた。次に、加速電圧２０ＫＶ、照射
量１．ＯＸ　１０　　’　Ｏ／ｃ−で電子線露光を行な
った後、エチルアルコールで現像を行なった所、チャー
ジ・アップによるフィールド・バッティングエラーのな
い、正確なポジ型レジストパターンが得られた。

また、未照射部の膜減シは全くなかった。なお、現像部
はエチルアルコール以外のアルコールであればいずれで
もよい。

（実施例６）本発明の第６の実施例を第１図に示す。半導体基板１上
に下層膜２として高分子有機膜を塗布し・２２０’Ｃ，
２０分間ベーキングを行なう。この上に実施例１で得ら
れた重合体を、電子線レジスト３として塗布し、１５０
’Ｃ，２０分間ベーキングを行ない、０．３μｍ厚のレ
ジスト膜を形成した（第１図（ａ）　）　。次に、加速
電圧２０ＫＶ、照射量１ｘ１ｏ−５０／ｃｉ　　で電子
線４の露光を行ない、エチルアルコールで現像すると、
正確なポジ型微細しジストハターン３ｐが得られた（第
１図（ｂ））。このレジスト膜は導電性が良いのでチャ
ージ・アップによるフィールド・バッティングエラーは
全く見られなかった。また、このレジスト膜はシリコン
を１６チ以上含有しているので酸素に対する耐ドライエ
ツチ性も十分高い。このレジストパターン３ｐをマスク
として下層膜２のエツチングを行ない、正確で垂直な微
細レジストパターン２ｐｔ得ることができた（第１図（
Ｃ））。なお、現像液としてアルコール以外の有機溶媒
を用いることによってネガ型レジストパターンを得るこ
とができた。

また、電子線レジストとして実施例３で得られた化合物
を使用してもよい。

（実施例６ン本発明の第６の実施例を第２図に示す。半導体基板１上
に下層膜１２として高分子有機膜を塗布し、２２０℃、
２０分間ベーキングを行なう。この上に、実施例２で得
られた重合体を電子線レジスト１３として塗布し、１６
０°Ｃ，２０分間ベーキングを行ない、０．３μｍ厚の
レジスト膜を形成した（第２図（ＩＬ）　）。次に、加
速電圧２０ＫＶ、照射量５　Ｘ　１０　　’　Ｃ／（ｉ
　　で電子線１４の露光を行ない、メチルイノブチルケ
トンで現像すると正確なネガ型微細レジストパターン１
３ｐが得られた（第２図（ｂ））。このレジスト膜は導
電性が良いのでチャージ・アップによるフィールド・パ
ッティングエラーは全く見られなかった。また、このレ
ジスト膜はシリコンを２０％以上含有しているので酸素
に対するドライエッチ耐性も十分高い。このレジストパ
ターン１３ｐをマスクとして下層膜１２のエツチングを
行ない、正確で垂直な微細レジストパターン１２ｐを得
ることができた（第２図（Ｃ））。

（実施例７）本発明の第７の実施例を第３図に示す。半導体基板１上
に下層膜２２として高分子有機膜を塗布し、２２０’Ｃ
，２０分間のベーキングを行なう。

この上に中間層２３として実施例１で得られた重合体を
塗布し、２ｏＯ°Ｃ，２０分間ベーキングを行なう。こ
の上に、電子線レジスト２４としてポリメチルメタクリ
レ−）（ＰＭＭム）を塗布し１７０℃、２０分間のベー
キングを行なう（第３図（ａ））。次に、加速電圧２０
ＫＶ、照射量１．０×１０　　’　ＣｌＯ２で電子線２
６の露光を行ない、メチルイソブチルケトンとイソプロ
ピルアルコールの混合液で現像すると、正確な微細レジ
ストパターン２４ｐを形成することができた（第３図（
ｂ））。

中間層の導電性がよいので、チャージ・アップによるバ
ッティング・エラーは全く見られなかった。

このレジストパターンをマスクとして中間層２３のエツ
チングを行なった（第３図（Ｃ））。そして、中間層を
マスクとして下層膜２２のエツチングを行ない、正確で
垂直な微細レジストパターン２２ｐを得ることができた
（第３図（ｄ））。また、中間層として実施例２または
３で得られた化合物を使用してもよい。

発明の詳細な説明したように、本発明によれば、シリコン含有導電
性高分子物質を電子線レジストとして用いることにより
、高感度で高解像度のポジ又はネガ型のレジストパター
ンを形成することができる。これらのレジストを使用す
ることによって露光電子によるチャージ・アップの影響
はなくなシ、フィールド・バスティング、合わせ精度を
向上させることができる。また、三層レジストの中間層
として使用することによって、容易にチャージ・アップ
を防止することができ、正確で垂直な微細レジストパタ
ーンを形成することができ、超高密度集積回路の製造に
大きく寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における一実施例の工程断面図、第２図
は同地の実施例の工程断面図、第３図は同地の実施例の
工程断面図、第４図は従来の多層レジスト法の工程断面
図である。１・・・・・・半導体基板、２・・・・・・下層膜、３
・・・・・・電子線レジスト、４・・・・・電子線。代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一般式； ▲数式、化学式、表等があります▼ （ただし、Ｒ＿１、Ｒ＿２は同一又は異なったアルキル
基をあらわし、ｎは正の整数をあらわす。）で表される
、ラダーポリシランより成ることを特徴とする微細パタ
ーン形成材料。
（２）一般式； ▲数式、化学式、表等があります▼ （ただし、Ｒ＿１、Ｒ＿２は同一又は異なったアルキル
基又はアルキルシリル基をあらわし、ｎは正の整数をあ
らわす。）で表される、パーシラポリアセチレンより成ることを特
徴とする微細パターン形成材料。
（３）一般式； ▲数式、化学式、表等があります▼ （ただし、Ｒはアルキル基をあらわす。）で表される、オクタシラキュバンより成ることを特徴と
する微細パターン形成材料。
（４）半導体基板上に、有機高分子膜を塗布し熱処理す
る工程と、上記高分子有機膜上に、一般式；▲数式、化
学式、表等があります▼ （ただし、Ｒ＿１、Ｒ＿２は同一又は異なったアルキル
基をあらわし、ｎは正の整数を表す）または一般式； ▲数式、化学式、表等があります▼ （ただし、Ｒ＿１、Ｒ＿２は同一又は異なったアルキル
基を表し、ｎは正の整数をあらわす。）または、一般式； ▲数式、化学式、表等があります▼ （ただし、Ｒはアルキル基をあらわす）で表される、有機ケイ素化合物を塗布し熱処理する工程
と、上記有機ケイ素化合物にパターンを描画し現像する
工程と、上記レジストパターンをマスクとして高分子有
機膜をエッチングする工程とから成ることを特徴とする
微細パターン形成方法。
（５）半導体基板上に、有機高分子膜を塗布し熱処理す
る工程と、上記高分子有機膜上に、ラダーポリシラン、
パーシラポリアセチレンまたはオクタシラキュバンの含
シリコン導電性高分子を塗布し熱処理する工程と、上記
導電性高分子膜上に、電子線レジストを塗布し熱処理す
る工程と、上記レジストにパターンを描画し現像する工
程と、上記レジストパターンをマスクとして、含シリコ
ン高分子膜と、有機高分子膜をエッチングする工程とか
ら成ることを特徴とする微細パターン形成方法。