JPH02174216A

JPH02174216A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH02174216A
Application number: JP32794188A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Izawa; 哲夫伊澤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-12-27
Filing date: 1988-12-27
Publication date: 1990-07-05

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】〔概　要〕半導体装置の製造方法に関し、より詳しくは、電子線リ
ソグラフィを用いた多層レジスト技術によりレジストパ
ターンを形成する方法に関し、電子線リソグラフィでの
電子線による不利益をなくし、電子線量を低減すること
なく電子線が半導体素子に達しない方法を提案すること
を目的とし、下記工程（ア）〜（オ）：（ア）第１導電
層が形成された基板上に絶縁層を形成する工程；　（イ
）前記絶縁層上に第２導電層を形成する工程；　（つ）
前記第２導電層上に荷電粒子線感光層を形成する工程；
　（１）前記第２導電層に第１導電層に対し荷電粒子の
電荷の正負と反対の電位を印加しておいて、荷電粒子線
を荷電粒子線感光層に照射する工程；　（オ）前記荷電
粒子線感光層を所定パターンに現像する工程；からなる
半導体装置の製造力よ、構　　　　　　　　　　　　　
　　　以下余白成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、より詳しくは
、電子線リソグラフィを用いた多層レジスト技術により
レジストパターンを形成する方法に関する。

本発明のパターン形成方法は、集積回路、バブルメモリ
ー素子等の半導体装置、その他の製造において有利に適
用できる。

（従来の技術〕近年、ＩＣ、ＬＳＩ等の集積回路では、高性能化、高集
積化のために微細加工が求められており、電子線直接描
画法あるいはＸ線露光法が微細パターン形成技術として
重要である。特に、電子線直接描画法は、高精度の位置
合せが可能であり、また、露光パターンマスクが不要で
あるのでカスタムＬＳＩの開発に適合するなどの多くの
利点を有している。この場合には、電子線露光装置にお
いて加速された電子（すなわち、電子線）を電子線レジ
ストに照射して、レジスト高分子を分解し、溶媒に溶け
やすくするか、あるいは、レジスト高分子を橋かけして
溶媒に溶けなくするわけである。

〔発明が解決しようとする課題〕

この電子線直接描画法では高エネルギーを有する電子が
半導体素子までも達することがあり、そのために、ＭＯ
Ｓ）ランジスタの場合に、ゲート酸化膜中に正の固定電
荷、中性トラ・ンプ、あるいは酸化膜−半導体基板界面
に界面準位を生成し、素子特性を変動させるし、バイポ
ーラトランジスタの場合には結晶中の欠陥を増加させ、
電流増幅率を低下させる。さらには、ホントキャリア効
果などの経時劣化に対し、劣化速度を増大させるなどの
効果もあり、高性能、高信頬性のＬＳＩを得るには、電
子線の損傷を極力減少させる必要がある。半導体素子に
到達する電子線の影響を減少させル手段として、レジス
トを高感度化させて照射量を減少させる方法や、加速エ
ネルギーを低下させる方法が考えられるが、いずれも限
度があり、特に後者は解像度低下の大きな原因となる。

本発明の目的は、上述した欠点のない電子線リソグラフ
ィを可能にすることであり、電子線量を低減することな
く電子線が半導体素子に達しない方法を提案することで
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的が、下記工程（ア）〜（オ）＝（ア）第１導
電層が形成された基板上に絶縁層を形成する工程；　（
イ）絶縁層上に第２導電層を形成する工程；　（つ）第
２導電層上に荷電粒子線感光層を形成する工程；　（１
）第２導電層に第１導電層に対し荷電粒子の電荷の正負
と反対の電位を印加しておいて、荷電粒子線を荷電粒子
線感光層に照射する工程；　（オ）荷電粒子線感光層を
所定パターンに現像する工程；からなる半導体装置の製
造方法によって達成される。

前記第２導電層と前記荷電粒子線感光層とを兼ねた導電
性荷電粒子線感光層を形成することが好ましく、この場
合には第２導電層形成工程が省略でき、かつ電圧印加の
ための電極形成工程が容易になる。

さらに、被エツチング層が導電性であるならば、この被
エツチング層を第１導電層とすることも可能である。

〔作　用〕

本発明では、荷電粒子線（例えば、電子線）照射の際に
、荷電粒子（例えば、電子）が荷電粒子線源と第２導電
層間に印加される電位差によってエネルギーを得て、該
エネルギーの荷電粒子によって荷電粒子線感光層を感光
させる。そして、荷電粒子は感光層および第２導電層を
通過した後は、第２導電層と第１導電層との間に印加さ
れるエネルギーを与える電位とは逆向きの電位（電界）
によって制動を受け、さらに、第２絶縁層中での荷電粒
子線の散乱による運動エネルギー損失も加わり、結果と
して第１導電層より下へ荷電粒子は到達しないか、ある
いは到達数が激減する。このように、第１導電層下の半
導体素子へ荷電粒子（電子）が達することなく、一方、
感光層への照射量は従来通りで解像度低下はない。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して、本発明をより詳しく説明す
る。

第１ａ図に本発明にしたがって電子線照射（直接描画）
している状態を示し、第２ａ図〜第２ｆ図に本発明に係
るパターン形成および被エツチング層の選択エツチング
までの工程を示す。

まず、第１ａ図および第２ａ図に示すように、半導体基
板（シリコン基板）１上に、順次、被エツチング層（例
えば、ＳｉＯ□絶縁体層）２、第１絶縁層（第ルジスト
層）３、第１導電層（例えば、タングステン層）４、第
２絶縁層（第２レジスト層）５、第２導電層（例えば、
タングステン層）６および荷電粒子線感光層（例えば、
電子レジスト層）７を形成する。これらの多層形成工程
の途中で、第２ａ図に示すように、第１導電層４の上に
第１電極（金属片）１１および第２導電層６上に第２電
極（金属片）１２を形成する。

上述した層形成を次のように行なうことができる。シリ
コン基板１上に熱酸化法によってＳｉ０２層２を形成す
る。その上に、ノボラック樹脂（例えば、東京応化工業
株式会社製０ＦＰＲレジスト）をスピンコード法で０．
４　ｔｍ厚さに塗布し、２００’Ｃのベーキングによっ
て第２レジスト層３を形成する。

該第ルジスト層３の上に、タングステン層（厚さ：０．
２廊）をＣＶＤ法によって堆積して第１導電層４とする
。タングステンの他にチタン、銅、モリブデンなどの金
属を用いてもよい。次に、その上に前述のノボラック樹
脂を厚さ２μｍ塗布し、２００°Ｃにてベーキングして
第２レジスト層５を形成する。該第２レジスト層５上に
タングステン層（厚さ：０．２ｍ）をＣＶＤ法によって
堆積して第２導電層６とする。最上層の感光層７として
ポジ型電子線レジストであるＰＭＭＡを厚さ０．２趨塗
布し、２００℃にてベーキングして形成する。ポジ型レ
ジストの代わりにネガ型電子線レジストであるＣＭＳを
厚さ０．２　ｔｎｎ塗布し、１００″Ｃにてベーキング
して形成することもできる。

第１電極１１の形成については、第１導電層４の形成後
に、シリコン基板ｌの周辺部の一部に対応する箇所にタ
ングステンを選択的に形成することによってなされ、そ
して、第２導電層６の形成後に、シリコン基板の周辺部
で別な部分に対応する箇所に同じ金属を選択的に形成す
ることによって第２電極１２の形成がなされる。感光層
７を形成した後で、それぞれの電極の上にある感光層７
、第２導電層６および第２レジスト層５を機械的に剥離
して電極１１　、１２を表出させる。

次に、このように多層形成した半導体基板１を電子線露
光装置（直接描画装置）内にセットとして、第１ａ図に
示すように、第１導電Ｎ４と第２導電層６との間に負電
圧（例えば、−１ＫｅＶ）を印加した状態で電子線２１
を所定パターンにしたがって感光層７に照射する。

電子線露光装置は、従来より使用されている装置であっ
て、基本的には電子線源２２、加速電極２３、アパーチ
ャ２４、コンデンサレンズ２５、投影レンズ２６および
偏向コイル２７とからなる。

電子線露光時には、電子線源（カソード電極）２２を一
２０Ｋｅνとし、第２導電層６を接地レベル（ゼロボル
ト）とし、第１導電層４および半導体基板１を−Ｉ　Ｋ
ｅＶとする。このときの電位（負ポテンシャル）を第１
ｂ図に示す。電子線源２２から出た電子（ｋｉＡ）２１
は加速電極２３で加速され、第２導電層６の接地レベル
まで加速された状態で感光層７に当る。そして、感光層
７および第２導電Ｎ６を通った電子は第２導電Ｎ６と第
１導電層４との間の電圧（露光装置でのバイアスとは逆
バイアス）によって制動される。かつ第２レジスト層５
中での電子線散乱による運動エネルギー損失もあって、
第１導電層４より下へは電子は到達しないか、あっても
極くわずかとなる。

ポジ型（ＰＭＭＡ）感光層７の電子線露光（照射）部は
その高分子が分解して溶媒に溶けやすくなる（なお、ネ
ガ型感光層の場合には、逆に高分子が橋かけで溶けにく
くなる）。

第２ｂ図に示すように、感光層７を所定の溶剤（現像液
）にて現像して照射部分を除去する。この感光層７をマ
スクとして、四塩化炭素（ｃｃｚ４）のエッチャントガ
スを用いた反応性イオンエツチングにて第２導電層のタ
ングステン層６を選択エツチングしてパターンを転写す
る。

次に、タングステン層６をマスクとして、酸素（０２）
プラズマの反応性イオンエンチングにて第２レジスト層
５を、第２Ｃ図に示すように、選択エツチング（アッシ
ング）してパターンを転写する。このとき、感光層７は
除去される。

続いて、再びＣＣ＃！、ａガスの反応性イオンエツチン
グを行って、第２ｄ図に示すように、表出しているタン
グステン層（第２導電層）６および第２レジスト層５で
覆われていないタングステン層（第１導電層）４をエツ
チング除去する。再び酸素プラズマの反応性イオンエツ
チングにて、第２ｅ図に示すように、第２レジスト層５
およびタングステン層４で覆われていない第ルジスト層
３をエツチング除去する。このようにパターンが次々と
転写される。残った第ルジスト層３およびタングステン
層（第１導電層）４が被エツチングＪｉＪ（ＳｉＯ□層
）２のマスクパターンとなる。

そして、ＣＦ４およびＨ２（又はＣＩＩＩ’３）のエツ
チングガスを用いた反応性イオンエツチングによって、
第２ｆ図に示すように、５ｉ０２層２をエツチング除去
する。このときに、タングステン層４はエツチング除去
される。そして、第ルジスト層３を酸素プラズマの反応
性イオンエツチングで除去する。このようにして、被エ
ツチング層（Ｓｉｎ２層）３をパターニングすることが
できる。

上述の場合には、被エツチング物層２が第ルジスト層３
を介して第１導電層４の下にあるが、被エツチング物層
が導電性層、例えば、アルミニウム層などである場合に
は、このアルミニウム層自身を第１導電層としてもよい
。このようにすると、第ルジスト層および第１導電層の
形成工程が省略でき、これらの層のエツチング工程も省
略できる。

さらに、感光層７にＡｍＳＳ（Ａｍｍｏｎｉｕｍ、ｐｏ
ｌｙ　５ｔｙｒｅｎｅＳｕ　ｌ　ｆｏｎａ　ｔｅ）等の
導電性レジスト層を用いるならば、第２導電層６を省略
することが可能になる。要するに、第２導電層６と感光
層７とをひとつにしたようなもので、工程数が低減でき
てかつ第２電極の形成が容易となる（場合によっては、
電圧印加用探針を直接に導電性レジスト層に接触させて
第２電極は不用となる）。この場合には、電子線照射に
よる感光層のチャージアップを防止することが同時にで
きる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、電子線（荷電粒子線
）照射（露光）の際に半導体素子には電子線が到達しな
いかほとんど到達しないようにすることができるので、
従来の到達電子が招く不利益を防止することができる。

一方、照射量は従来と同じでよく、電子線直接描画法に
よる微細加工が半導体装置の性能低下を招くことなく十
分に行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は、本発明に係るパターン形成方法での電子線
照射工程での電子線露光装置および半導体基板の概略図
であり、第１ｂ図は、電子線照射時の電圧印加を示すグラフであ
り、第２ａ図〜第２ｆ図は、本発明に係るパターン形成方法
および被エツチング層のバターニングまでの工程を説明
する半導体基板の概略断面図である。２・・・被エツチング層、３・・・第１絶縁層（第ルジスト層）、４・・・第１導
電層、５・・・第２絶縁層（第２レジスト層）、６・・・第２
導電層、　７・・・感光層、２１・・・電子線。（ｂ）第図５・・・絶縁署（第２レジスト層）２］・・・電子騰（Ｃ） ζ （ｄ）（ｅ）第図（ａ）（ｂ）第図手続補正書（方式）％式％事件の表示昭和６３年特許Ｉ！ｉ第３２７９４１号２゜発明の名称半導体装置の製造方法３゜補正をする者事件との関係

Claims

【特許請求の範囲】１、下記工程（ア）〜（オ）：（ア）第１導電層が形成された基板上に絶縁層を形成す
る工程；（イ）前記絶縁層上に第２導電層を形成する工程；（ウ）前記第２導電層上に荷電粒子線感光層を形成する
工程；（エ）前記第２導電層に前記第１導電層に対し荷電粒子
の電荷の正負と反対の電位を印加しておいて、荷電粒子
線を前記荷電粒子線感光層に照射する工程；（オ）前記荷電粒子線感光層を所定パターンに現像する
工程；からなる半導体装置の製造方法。２、前記第２導電層と前記荷電粒子線感光層とを兼ねた
導電性荷電粒子線感光層を形成することを特徴とする請
求項１記載の半導体装置の製造方法。