JPH0242715A - パターン形成方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、パターン形成方法に係り、特に収束エネルギ
ービームを用いて直接描画するパターン形成方法に関す
る。

（従来の技術） 従来、半導体デバイスの形成に際して用いられる微細パ
ターンの形成工程は、通常フォトリソ法或いは電子ビー
ム露光法によって選択的なレジストパターンを形成する
方法が用いられる。

例えば、配線パターンの形成は、次のようにして行われ
る。予め、タングステン等の配線材料を基板表面全体に
形成し、この上層にレジストと呼ばれる耐エツチング性
の右ＩＩＷ！Ｉを塗布した後、光や電子ビーム等の荷電
ビームを用いて選択的に露光を行い、レジストパターン
を形成する。そして、このレジストパターンを耐エツチ
ングマスクとする反応性イオンエッヂング等のエツチン
グ工程を行った後、不要となったレジストパターンを剥
離除去し、配線パターンが形成される。

このように、従来の微細加工工程では、Ｒ終的に形成さ
れるパターンの精度は、エネルギービムの分解能以外に
、レジスト材料、現像工程、エツチング技術の精度に強
く依存しており、その向上のためには、これらの全ての
工程の精度を同時に向上させる必要がある。

特に、０．１μｍ以下のパターン精度を自損したナノメ
ータリソグラフィは原理的には不可能ではないにしても
、解決すべき課題が多く実用上は不可能であるとされて
いる。

また、所定のガスふんい気中で、基板に電子ビームや、
光などのエネルギービームを照射し、照射部にのみ選択
的に気相成表をうながす方法も検討されているが、ガス
圧力が低いと成長速度が小さく、ガス圧力が高いとビー
ムが試料に到達する前に吸収されてしまう問題があった
。

（発明が解決しようとする問題点） このように、従来の微細加工技術によれば、パターンｍ
度が、エネルギービームの分解能以外に、レジスト材料
、現像工程、エツチング技術の精度に強く依存するため
、特に、０．１μｍ以下のパターンを精度良く形成する
のは極めて困難であった。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、微細パタ
ーン形成工程の短縮と解Ｉｌ！限界の向上をはかること
を目的とする。

〔発明の構成］ （課題を解決するための手段） そこで、本発明では、被処理基板上に選択的にパターン
を形成する工程を、被処理基板上に極低圧のガス雰囲気
中で、パターンを形成すべき領域に選択的に収束エネル
ギービームを照射するバタン露光工程と、該被！２！Ｌ
理基板を前記パターン露光工程よりもやや圧力の高いガ
ス雰囲気にさらし、前記領域に選択的にパターンを析出
させる堆積工程とから構成するようにしている。

望ましくは、前記パターン露光工程および萌記堆禎工程
を、同一領域に対し少なくとも２回以上繰り返すように
する。

（作用） 本発明は、薄膜形成後、これを選択的に除去し、パター
ニングするのではなく、直接パターンを描画するように
したものである。

すなわち、まず、パターン露光工程では、所望の領域に
精度良く、収束エネルギービームを照射するために、彼
処＠！基板をパターン形成元素を含む極低圧のガス雰囲
気中に置き、ビーム照射により、ガスが分解されて被照
射領域に薄く薄膜が成長する。この工程では堆積速度は
極めて小さい。

次いで、堆積工程では、より圧力を高めたパターン形成
元素を含むガス雰囲気中で、パターン露光工程で形成さ
れた薄膜の自己触媒効果によりガスの解離が促進され、
効率よくパターンを形成する。

このようにして、極めて容易に高精度のパターンを形成
することができる。

また、このパターン露光工程および堆積工程を、同一領
域に対し少なくとも２回以上繰り返すことにより、アス
ペクト比の高いパターン形成が可能となる。

これは、次のような理由によるものと考えられる。

すなわち、薄膜の成長はパターンの高さ方向と幅方向に
等しい速度で進むため、−回目の堆積工程では、俵形と
なり被照射領域以外にも広がったパターンとなってしま
う。

この状態で、再び、同一領域にパターン露光を行うとビ
ームの当たった上部の触媒活性が向上し、第２回目の堆
積工程では、上方向の１ｔＬ槓速度が横方向の堆積速度
に比べて高くなり、実質的には上方向に選択的に成長す
ることになる。

このように、パターン露光工程および堆積工程を、同一
領域に対し繰り返せば繰り返す程、アスペクト比が向上
する。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。

実施例１ ここで用いられる薄膜形成装置は、第１図に示すように
、試料室本体１１と、試料室本体の周囲に配設され試料
室を加熱する第１のヒータ１２と、被処理基板をｆ！置
する基板支持台１３と、試料室の上方に配設され、電子
ビーム１４を苑生じ走査する電子光学系を備えた鏡筒１
５と、材料ガスを導入するためのガス供給系１６と、試
料室内を真空排気するための排気系１７とから構成され
ており、基板支持台１３上に載置された被処理基板１表
面にガス雰囲気中で電子ビームによるパターン描画を行
うと共に、試料室内のガス圧を調整できるように構成さ
れている。

鏡筒１５、ガス供給系１６、排気系１７と試料室本体１
１との間にはそれぞれ第１乃至第３のバルブ１８．１９
．２０が配設されている。

また、ガス供給系１６は、固体のＷ（Ｃｏ）６を第２の
ヒータ２１によって加熱し、ガス化するように構成され
ている。

次に、この薄膜形成装置を用いて半導体デバイスの配線
パターンを形成する方法について説明する。

まず、第２図（ａ）に示すごとく、素子分離のなされた
ｐ型のシリコン基板１上にｎ＋型型数散層２の素子領域
を形成した後、表面を二酸化シリコン膜３で覆い、この
二酸化シリコンＩＥＡ３に対してコンタクトホール４を
形成する。

このシリコン基板を、１Ｏ−７Ｔｏｒｒまで真空排気し
た第１図に示した薄膜形成装置内の基板支持台１３に設
置する。

そして、第１のヒータ１３を駆動し、試料室本体１１内
を１００℃に加熱すると共に、第２のヒータ２１によっ
て固体のＷ（Ｇｏ）ｓを３００℃に加熱し、ガス化する
。

こののち、第２のバルブ１９を開き、Ｗ（Ｇｏ）６ガス
を試料室内に導入し、圧力が１０−５Ｔｏｒｒとなるよ
うに調整し、第１のバルブ１８を聞き、電子ビーム１４
をシリコン基板１表面に照射し、配線パターン形成領域
に沿って電子ビームパターンを描画する（第１の工程）
。このときの照射条件は加速エネルギー１０ＫｅＶ、照
！）Ｊｆｆｌ（Ｉｍｃ／ｄ）、照射時間（３０秒）とし
た。この工程で、Ｗ（Ｃｏ）６が電子ビーム照射により
分解されて、金属タングステン膜５が、第２図（ｂ）に
示すごとく、ビームの走査領域に沿って形成される。た
だし、この工程では、圧力が１０−５Ｔｏｒｒ程度と低
いため、堆積速度が小さく、膜厚は１０八程度である。

続いて、第１のバルブ１８を閉じて、ビームを遮断し、
再び、第２のバルブ１９を聞き、Ｗ（Ｃｏ）６ガスを試
料室内に導入し、圧力がｉ　Ｔｏｒｒとなるように調整
する。そしてこの状態で１分間保持する（第２の工程）
と、第２図（Ｃ）に示すように、前述した薄いタングス
テン膜５上に約１００へのタングステン膜６が形成され
る。

これは、前記第１の工程で堆積したタングステン膜５が
自己触媒効果を発揮し、Ｗ（Ｇｏ＞６の解離を仔進する
ためであると考えられる。

このようにして、楊めて高精度の微細パターンを形成す
ることが可能となる。

また、レジストの塗布工程も、露光■稈も、エツチング
工程も不要となるため、従来の方法に比べ、工数が大幅
に低減される。

実施例２ 次に、アスペクト比の高い配線パターンの形成方法につ
いて説明する。

この方法は、実施例１の方法−露光工程である第１の工
程および堆積工程である第２の工程−を複数回繰り返す
ことにより、アスペクト比を高めようとすものである。

すなわち、この方法では、実施例１の方法でタングステ
ン膜６の形成されたシリコン基板を、薄膜形成装置内に
設置したまま、再び排気系を駆動し、圧力が１０−５Ｔ
ｏｒｒとなるように調整し、第１のバルブ１８を聞き、
電子ビーム１４をシリコン基板１表面に照射し、配線パ
ターン形成領域に沿って電子ビームパターンを描画する
（第１の工程）。

そして、更に第１のバルブ１８を閉じて、ビームを遮断
し、再び、第２のバルブ１９を開き、Ｗ（ＣＯ）６ガス
を試料室内に導入し、圧力が１　Ｔｏｒｒとなるように
調整する。そしてこの状態で１分間保持する（第２の工
程）という工程を５０回繰り返す。

これにより、第３図に示すように、パターン幅０．１μ
ｍ、Ｈ厚０．５μｍのアスペクト比の高い配線パターン
７が形成される。

これは、１回目の堆積工程では、第４図（ａ）に示すよ
うに、等方的に成長するため、俵形パターンＴとなるの
に対し、２回目の工程では、ビーム照射によって、タン
グステンパターン上面にのみビームが当り、この領域で
の触媒活性のみが向上し、２回目の堆積工程では上方向
の堆積速度が横方向の堆積速度に比べ大幅に高くなるた
め、第４図（ｂ）に示すように、パターンエツジの急峻
なパターンＱとなるものとと考えられる。この堆積速度
の比は、初期工程では約２０：１となり、実質的に上方
向に選択的に堆積することになる。

なお、前記実施例では、Ｗ（Ｇｏ）ｓを材料ガスとして
用いたタングステン膜の形成について述べたが、これに
限定されることなく、トリメチルアルミを材料として用
いたアルミニウムパターンの形成など、他の材料につい
ても適用可能であることはいうまでもない。

さらに、露光工程と堆積工程とのガス圧は、実施例に限
定されることなく、適宜変更可能であるが、露光工程で
は、ビーム照射精度の向上のためにより低圧であること
が望ましく（１０−５程度は必要）、堆積工程では常圧
Ｉ　Ｔｏｒｒ以上にしても良い。

実施例３ 次に、本発明の第３の実施例として、タングステンのよ
うに直接配線パターンを描画する方法ではなく、微細加
工を行うため、のマスクとなるレジストパターンの形成
方法を説明する。

この方法では、まず、第５図（ａ）に示すように、所定
の素子領域の形成されたシリコン基板３１の表面全体に
タングステン膜３５を形成したものを被処理基板としく
３２は拡散層、３３は酸化シリコン膜、３４はコンタク
トホール）、これを第１図に示したよう薄膜形成８置内
に３ｑ置し、第１及び第２の実施例の場合と同様に、試
料室内を１Ｏ−７Ｔｏｒｒ程度まで真空排気し、メチル
メタクリレート（ＭＭＡ）ガスを導入して、圧力を１０
−５■０「「程度に調整し、電子ビームを照射する（露
光工程）。この工程では、第５図（ｂ）に示すように、
薄いパターン３６ａが形成されている。

この後、ＭＭＡガスの導入量を増大し、圧力を５　Ｔｏ
ｒｒ程度まで上げて、１０秒間保持する（堆積工程）。

この工程を２０回繰り返し、第５図（Ｃ）にボずように
、パターン幅０．０５μｍＷＡ厚０．３μｍのレジスト
パターン３６が形成される。

このようにして形成されたパターンは極めて高精度とな
っている。

そしてこのレジストパターンを耐エツチングマスクとし
てタングステン膜のエツチングを行い、第５図（ｄ）に
示すように、タングステンの配線パターンＰが形成され
る。

この方法でも、高精度のレジストパターンがレジスト塗
布、現像等の工程を経ることなく、容易に形成され、配
線パターンの精度向上と工数の低減に極めて有効な効力
を発揮する。

なお、実施例では、収束性エネルギービームとして、電
子ビームを用いたが、この他、イオンビーム、レーザビ
ーム等を用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明の方法によれば、被処
理基板上に選択的にパターンを形成する工程を、被処理
基板上に極低圧のガス雰囲気中で、パターンを形成すべ
き領域に選択的に収束エネルギービームを照射するパタ
ーン露光工程と、該被処理基板を前記パターン露光工程
よりもやや圧力の高いガス雰囲気にさらし、前記領域に
選択的にパターンを析出させる堆積工程とから構成する
ようにしているため、工数の大幅な低減をはかることが
できると共に、極めて容易に高精度のパターンを形成す
ることができる。

また、本発明の方法によれば、前記パターン露光工程お
よび前記堆積工程を、同一領域に対し少なくとも２回以
上繰り返すようにしているため、極めてアスペクト比の
高いパターン形成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の方法で用いる薄膜形成装置を示
す図、第２図（ａ）乃至第２図（Ｃ）は本発明の第１の
実施例のタングステンパターンの形成工程を示す図、第
３図は本光明の第２の実施例の方法で形成したタングス
テンパターンを示す説明図、第４図（ａ）は第２の実施
例の方法における第１回目の堆積工程でのタングステン
膜の堆積状態を示す説明図、第４図（ｂ）は第２の実施
例の方法における第２回目の堆ｆｆ１Ｉ程でのタングス
テン膜の堆積状態を示す説明図、第５図（ａ）乃至第５
図（ｄ）は本発明の第３の実施例のタングステンパター
ンの形成工程を示す図である。 １・・・シリコン基板、２・・・拡散層、３・・・二酸
化シリコン膜、４・・・コンタクトホール、１１・・・
試料室本体、１２・・・第１のヒータ、１３・・・基板
支持台、１４・・・電子ビーム、１５・・・鏡筒、１６
・・・ガス供給系、１７・・・排気系、１８・・・第１
のバルブ、１９・・・第２のバルブ、２０・・・第３の
バルブ、２１・・・第２のヒータ、３１・・・シリコン
基板、３２・・・拡散層、３３・・・二酸化シリコン膜
、３４・・・コンタクトホール、３５・・・タングステ
ン膜、３６・・・レジストパターン、Ｐ、７・・・配線
パターン。 第２図に） 第１図 第２図（Ｃ） 第３図 第４図（（１） 第４図（ｂ） 第５図（ｄ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被処理基板上に選択的にパターンを形成する方法
   において、 被処理基板上に、パターン形成元素を含む極低圧のガス
   雰囲気中で、パターンを形成すべき領域に選択的に収束
   エネルギービームを照射するパターン露光工程と、 該被処理基板を前記パターン露光工程よりもやや圧力の
   高いパターン形成元素を含むガス雰囲気にさらし、前記
   領域に選択的にパターンを析出させる堆積工程とを含む
   ことを特徴とするパターン形成方法。
2. （２）前記パターン露光工程および前記堆積工程が、同
   一領域に対し少なくとも２回以上繰り返されていること
   を特徴とする請求項（１）に記載のパターン形成方法。