JPH0232356A

JPH0232356A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH0232356A
Application number: JP63180265A
Authority: JP
Inventors: Shoji Shiba; 昭二芝; Kazumasa Saito; 斎藤　和正; Yoko Kawasaki; 陽子川崎; Keiji Watabe; 慶二渡部; Yasuhiro Yoneda; 泰博米田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-07-21
Filing date: 1988-07-21
Publication date: 1990-02-02

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〕三層レジスト膜を使用してなす写真食刻技術工程を有す
る半導体装置の製造方法の改良に関し、三層構造レジス
トの中間層としてすぐれた材料を提供し、三層構造レジ
ストｔｉｌｌを使用してなす写真食刻技術を含む半導体
装置の製造方法を改良することを目的とし、式％式％Ｒ１はビニル基またはアリル基であり、Ｒ″はアリール
基であり、２、ｍ、ｎのそれぞれは、１〜１０，０００の正の整数
である。

をもって表されるシリコーン化合物中に含まれるシラノ
ール基の水素原子を、下式をもって表される基Ｒ】ｉＲａ但し、Ｒ，、Ｒ，、Ｒ３のそれぞれは、炭素数が１〜４のアル
キル基、炭素数が２〜４のアルケニル基、または、アリ
ール基であり、３者のいづれか二つまたは三かが相互に
同一であることを妨げない。

をもって置換することにより製造されるシリコーン化合
物を中間層とする三層構造レジストを使用してなす写真
食刻技術を使用する工程を有する半導体装置の製造方法
をもって構成される。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体装置の製造方法の改良に関する。特に
、三層レジスト膜を使用してなす写真食刻技術の改良に
関する。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造方法においては、フォトリソグラフィ
ー法や電子線リソグラフィー法等の写真食刻技術（感光
や電子線照射によって不溶性または可溶性に変質する高
分子化合物等（レジスト）の薄膜の所望の領域に光照射
や電子線照射をなして、この領域を選択的に不溶化また
は可溶化し、可溶性領域のみを選択的に溶解（現像）し
て所望のパターンを形成し、このパターンをマスクとし
て、その下地をなす半導体層等を食刻する技術）が必須
であることは周知である。

そして、集積度の向上と云う半導体装置固有の要請にも
とづき、半導体装１は逐次微細化し、写真食刻技術をも
って実現しうる線幅もますます微細化することが求めら
れている。

一方、集積度の向上と云う半導体装置固有の要請にもと
づき、半導体装置は立体化することが求められており、
特に、金属配線は多層化することが求められているので
、１〜２ｎ程度の段差上に写真食刻技術を実行すること
が求められる場合が多い。

ところで、一般に、写真食刻技術は、紫外線露光方式の
場合は、光の散乱や反射の影響、定在波の影響等による
パターンの変形や歪みによる影響を、また、電子線露光
方式の場合は、レジスト膜に入射した電子線の広がりに
よるパターンの変形による影響等を、それぞれ、受ける
ことが知られている。

また、段差を存する下地に写真食刻技術をもって微細パ
ターンを実現するためには、レジスト膜を１膜化するこ
とが存効であることが知られている。そして、レジスト
膜を薄膜化する手段の一つとしては、シリコン等半導体
装置の材料をエツチングするエッチャントをもってはエ
ツチングされないが、酸素ドライエツチング法をもって
はエツチングされうる材料を使用して下層を形成し、こ
の下層をもって段差を平旦化し、上層として、耐酸素ド
ライエツチング性と感光性（感光によって不溶化または
可溶化する性Ｘ）を有する材料を使用する手段（二層レ
ジスト方式）がある、この手段（二層レジスト方式）は
、上層をもって微細パターンを正確に再現し、この上層
をマスクとして、下１１（平旦化層）を正確にパターニ
ング（エツチング）して、微細パターンを正確に具現し
たエツチング用マスクを実現するものである。レジスト
膜を薄膜化する手段の他の一つとしては、シリコン等半
導体装置の材料をエツチングするエッチャントをもって
はエツチングされないが、酸素ドライエツチング法をも
ってはエツチングされうる材料を使用して下層を形成し
、この下層をもって段差を平旦化し、何らかのエツチン
グ法をもってエツチングすることはできるが耐酸素ドラ
イエツチング性を有する材料を使用して中間層とし、そ
の上に、通常のレジストをもって上層とする手段（三層
レジスト方式）がある。この手段（三層しシスト方式）
は、上層をもって微細パターンを正確に再現し、この上
層をマスクとして、耐酸素ドライエツチング性の中間層
をバターニングし、この耐酸素ドライエツチング性の中
間層をマスクとして、酸素ドライエツチング法を使用し
て、下層（平旦化層）を正確にパターニング（エツチン
グ）して、微細パターンを正確に具現したエツチング用
マスクを実現するものである。

本発明は、この三層レジスト方式の写真食刻技術の改良
であるが、三層レジスト方式の各層の有するべき要件を
整理すると、下記のとおりとなる。

ｌ下層 −ＪＬ」１− 平旦化層の材料としてすぐれている。

酸素ドライエツチング法をもって容易に除去しうる。すなわち、酸素プラズマによって容易に分解・気化する。シリコン等半導体装置の材料をエツチングするエツチング法（例えば、４フツ化炭素、４塩化炭素等を使用するドラ中間層上層イエッチング法）等によって容易にエツチングされない。

耐酸素ドライエツチング性がある。すなわち、酸素プラズマによっては、容易に分解・気化しない、低温プロセスをもって形成しうる。４フツ化炭素等フッ素系プラズマまたは４塩化化炭環塩素系プラズマによって容易に分解される。

感光性または電子線反応性を有する。

すなわち、光照射または電子線照射によって不溶性または可溶性に変化する。

上記の要件を満たす材料として、従来、下層としては、
ヘキスト製ＡＺ　１，３５０レジスト、東京応化製０Ｆ
ＰＲ−８００，０ＦＰＩＩ　−５０００等が、中間層と
しては、二酸化シリコンやスピンオングラスが、上層と
しては、通常のノボラック系レジストが、それぞれ、使
用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のとおり、上層の材料の選択範囲は極めて広く、現
実に全く痛痒を感じない、下層の材料の選択は、その下
層材料（三層レジストを使用してエツチングされる材料
）によっても制限を受けるが、現実に、特に問題はない
。

問題は中間層であり、二酸化シリコンを中間層として使
用するときはＣＶＤ法によらざるを得す、工程が煩雑で
あるといる欠点を避は難く、また、スピンオングラスを
中間層として使用するときは、この材料が反応性の高い
官能基を多量に含んだシリコーンポリマーであるため経
時変化を起こしやすく、工程上の制約を受けるという欠
点を避は難い。

本発明の目的は、三層構造レジスト膜を使用してなす写
真食刻技術を含む半導体装置の製造方法の改良にあり、
特に、三層構造レジストの中間層としてすぐれた材料を
提供することにある。

（課題を解決するための手段）上記の目的は、式％式％Ｒ’　はビニル基またはアリル基であり、Ｒ２はアリー
ル基であり、ｌＳｍ、ｎのそれぞれは、１〜１０．０００の正の整数
である。

をもって表されるシリコーン化合物中に含まれるシラノ
ール基の水素原子を、下式をもって表される基Ｒ１１Ｒ４Ｒ。

但し、Ｒｓ　、Ｒ４、Ｒｓのそれぞれは、炭素数が１〜４のア
ルキル基、炭素数が２〜４のアルケニル基、または、ア
リール基であり、３者のいづれか二つまたは三かが相互
に同一であることを妨げない。

をもって置換することにより製造されるシリコーン化合
物を中間層とする三層構造レジストを使用してなす写真
食刻技術を使用する工程を有する半導体装置の製造方法
によって達成される。

る、また、上記の本発明の要旨に係るシリル化ポリオル
ガノシルセスキオキサンは、波長２６０ｎ＋ｍの光を中
心に芳香族環に起因した吸収帯を有しており、ＫｒＦレ
ーザを使用して上層レジストを露光した場合、反射防止
膜としても機能し、パターンの変形を防止しうるという
副次的効果もある。

〔作用〕

上記の本発明の要旨に係るシリコーン化合物は、シリル
化ポリオルガノシルセスキオキサンの１種であるが、本
発明は、シリル化ポリオルガノシルセスキオキサンが、
（イ）耐酸素プラズマ性にすぐれており、（ロ）多くの
有機溶媒に可溶性であり、（ハ）被膜形成が容易であり
、（ニ）化学的に安定で経時変化しにくいという性質を
有することは周知であり、この性質を利用すれば、シリ
ル化ポリオルガノシルセスキオキサンが、三層構造レジ
ストの中間層として利用しうる可能性があるという点に
着目して、多くの実験を繰り返して、その可能性を実験
的に実証して完成したものであ〔実施例〕以下、図面を参照して、本発明の一実施例の要旨に係る
電子線露光方式の写真食刻工程について説明する。

イ、中間層を構成するシリル化ポリオルガノシルセスキ
オキサンの合成工程メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）　１００　ｄにピ
リジン１８ｍ１を加え、−６０°Ｃに冷却した。これに
、ビニルトリクロルシラン１３ｄを滴下し、フェニルト
リクロルシラン１６ｄを滴下し、次いで、イオン交換水
１８ｄを滴下し、反応溶液を徐々に昇温した。

さらに、窒素ガスでバブリングを行いながら、１２０°
Ｃで５時間縮重合反応を行った。反応終了後、溶液を５
〜６回水洗し、ＭＩＢＫ層を分離収集した。

次に、トリメチルクロルシラン３０ｄとピリジン３０ｄ
とを加え、６０℃で２時間の加熱を行い、未反応水酸基
をシリル化した０次に、反応溶液を十回水洗し、アセト
ニトリル中に投入してシリル化ポリオルガノシルセスキ
オキサンを沈澱回収した。得られた樹脂をベンゼン５０
−に溶解し、凍結乾燥を行った。

本合成工程により得られたシリル化ポリオルガノシルセ
スキオキサンの重量平均分子量”ＩＩＪ−は５、Ｏｘ　
１０’であり、分散度ＵＮ　／Ｋｎは１．８であった。

口、中間層用溶液の調整工程上記合成工程をもって得られたシリル化ポリオルガノシ
ルセスキオキサンＩｇをメチルイソブチルケトン（ＭＩ
ＢＫ）　９　ｇに溶解して、中間層用溶液を調整した。

ハ、レジス）Ｉｌｌの形成工程第１ａ図参照段差１１を有するシリコン基板１上に、ヘキスト社製Ａ
ＺＩ、３５０レジストを、膜厚が２ｎになるようにスピ
ンコードした後、２００°Ｃの温度において１時間加熱
して硬化して、下層２を形成する。

その上に、先に調整したシリル化ポリオルガノシルセス
キオキサンのＭＩＢＫ溶液を膜厚が０．２ｐｍになるよ
うにスピンコードした後、溶剤乾燥の後、遠紫外線露光
を行って硬化させ、中間層３を形成する。

この中間層３は、シリル化ポリオルガノシルセスキオキ
サンの層であるから、（イ）耐酸素プラズマ性にすぐれ
ており、（ロ）多くの有機溶媒に可溶性であり、（ハ）
被膜形成が容易であり、（ニ）化学的に安定で経時変化
しにくく三層構造レジストの中間層として好適なことは
自明である。

さらにその上に、（株）富士通研究所製ポジ型電子線レ
ジストＣＭＲを、膜厚が０．２ｎになるようにスピンコ
ードし、溶剤乾燥を行って上１１４を形成する。

第１ｂ図参照電子線を使用して、パターン描画をなして、上層４を所
望のパターン状に露光した後、上層４の現像を行う。

第１ｃ図参照所望のパターン状に残留した上Ｎ４をマスクとして、８
フツ化３炭素ガスを使用してなすドライエツチング法を
実行して、上層４のパターンを中間層３に転写する。

第１ｄ図参照所望のパターン状に残留した中間層３をマスクとして、
酸素ガスプラズマを使用してなすドライエツチング法を
実行して、中間層３のパターンを下ＩＩ２に転写する。

この工程において、上層４も同時にエツチングされるが
、下層２のパターン精度は極めて正確であり、０．２ｎ
のラインスペース間隔を正確に実現することができる。

〔発明の効果〕

以上説明せるとおり、本発明に係る半導体装置の製造方
法に含まれる写真食刻工程に使用される三層構造レジス
トの中間層としては、シリル化ポリオルガノシルセスキ
オキサンが使用されており、この材料は（イ）耐酸素プ
ラズマ性にすぐれており、（ロ）多くの有機溶媒に可溶
性であり、（ハ）被膜形成が容易であり、（ニ）化学的
に安定で経時変化しにくいので、段差を存する下地に対
しても微細パターンを正確に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１ａと第１ｂ図とは、本発明の一実施例に係る半導体
装置の製造方法の工程中、本発明の要旨に係る手段の工
程図である。第１ｄ図は、本発明の一実施例に係る半導体装置の製造
方法の工程中、本発明の要旨に係る手段完了後の基板断
面図である。１・・・段差を有する基板、１１・・・基板の段差、２・・・下層、３・・・中間層、４・・・上層。

Claims

【特許請求の範囲】式 ▲数式、化学式、表等があります▼ 但し、Ｒ＾１はビニル基またはアリル基であり、Ｒ＾２はアリール基であり、ｌ、ｍ、ｎのそれぞれは、１〜１０，０００の正の整数
である。をもって表されるシリコーン化合物中に含まれるシラノ
ール基の水素原子を、下式をもって表される基 ▲数式、化学式、表等があります▼ 但し、Ｒ＿３、Ｒ＿４、Ｒ＿５のそれぞれは、炭素数が１〜４
のアルキル基、炭素数が２〜４のアルケニル基、または
、アリール基であり、３者のいづれか二つまたは三かが
相互に同一であることを妨げない。をもって置換されてなるシリコーン化合物を中間層とす
る三層構造レジストを使用してなす写真食刻技術を使用
する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。