JPH0247659A - 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） 本発明は半導体装置の製造工程のリソグラフィー工程に
用いられるレジストのパターン形成方法に係わり、特に
シリル化プロセスによυ、パターンを形成するパターン
形成方法に関する。

（従来の技術） 半導体技術の進歩とともに半導体装置ひいては半導体素
子の高速化、高集積化が進められてきている。それに伴
いパターン微細化の必要性は増々高くなり、パターン寸
法も高精度化が要求されるようになっている。現在のプ
ロセスでは感光性ポリマー（レジスト）パターンをマス
クとしてＲＩＥによシ、下地薄膜をエツチングするため
リソグラフィー技術においては、段差のある素子表面に
微細なレジストパターンを高アスペクト比でかつ寸法精
度よく形成することが要求される。光リソグラフィー技
術において従来の単層プロセスは、これらの要求に応じ
ることは難しくそのため多層レジストプロセスの意味が
ますます重要なものになってきた。

前記多層レジストによる方法は多層にすることによシレ
ジストに！！せられた役割を分担させようというもので
ある。すなわち、この方法はまず２〜３μｍ厚にレジス
ト層を設け、素子表面段差を平坦化するとともに下地か
らの反射光を吸収させるようＫする。この上に高解像力
レジストでパターニングを行なうことによシ、下地から
分離された理想的条件下で露光現儂を行うことができ高
解像で寸法精度のよいパターンが形成されるというもの
である。

以上が多層レジストの基本的な方法であるが、よシ具体
的な方法は層の数、下層へのパターン転写方法より多岐
にわたる。代表的な多層プロセスとしては上下レジスト
層間に中間層を設けた３層レジスト法がある。この３層
レジスト法は上層から中間層および中間層から１下層へ
のパターン転写は２段階のりアクティブイオンエツチン
グ（以下ＲＩＥと略す。）によシ行う。ここでは中間層
は上下層レジスト間の相互作用防止と下層レジストＲＩ
Ｂに耐圧をもたせる２つの役割をになう。そのため中間
層の材料は回転塗布法で成膜可能な８．０．Ｇ　（５ｐ
ｉｎ　Ｏｎ　Ｇｌａｓｓ　：有機、７　＋）　コｙ　カ
ラス）が最もよく用いられている。この方法はその他の
技術にくらべかなシ安定したプロセスであるが、ＲＩＥ
が２度にわたるなど工程がかなシ複雑であシ、量産を目
的とした実用化には適さない。そこで工程の簡略化が大
きな課題となシ様々なプロセスが検討されている。その
有望な技術のひとつにシリル化プロセスがある。シリル
化プロセスは単層レジストで上述の３層レジストにおけ
る機能を実現するもので、究標的かつ理想的なレジスト
プロセスと言えるものである。

特開昭６１−１０７３４６によれば代表的なシリル化プ
ロセスは第２図（ａ）〜（ｄ）の１檻断面図に示される
如きものが知られている。すなわち、基材（１）表面に
感光性樹脂層（２）を塗布する（第７図（ａ））。次い
でマスク（３）ヲ介し、紫外線などの露光線（４）によ
り露光を行ない、前記感光性樹脂層（２）に露光部（５
）を作る（第堂図（ｂ））。この露光部（５）に対し、
珪素化合物ｆ、選択的に吸収させて前記樹脂層（２）表
面にシリ−化層（６）を形成する（第φ図（・））。続
いて反応性イオンエツチング等のエツチングにより、前
記感光性樹脂層（２）の非露光部を除去し、パターンを
得る（第７図（ｄ））。　　　　　　　　　　　　　４
以上が代表的なシリル化プロセスによるパターン形成方
法であるが前記従来のシリル化プロセスでは、露光部の
みならず未露光部も前記シリル化層（６）よりその程度
は少ないがその表層（６ａ）がシリル化され、このため
パターンの選択性が悪く、実用に供することは難しいと
いう問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記し次従来のシリル化処理によるパターン
形成方法では、露光部のみならず非露光部キシリル化さ
れ、このためパターンの選択性が悪く、良好なパターン
が得られないという問題を解決するためになされたもの
であシ、感光性樹脂層の所望の領域のみを選択的にシリ
ル化して良好なパターンを得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） 本発明は上記目的を達成するために感光性樹脂層の露光
の前あるいは後に前記感光性樹脂層を塩基性物質で処理
ある工程を設け、その後シリル化処理を行なうようＫし
たことを特徴とする。

（作用） 本発明による作用について以下説明する。

レジスト等の感光性樹脂層に含まれる光活性物質である
ジアゾキノン誘導体は、光を照射することで、ケテンと
なシこのケテンがさらに空気中の水と反応してカルボン
酸となる。このカルボン酸は前記感光性樹脂層に含まれ
るポリマー中の一〇Ｈ基と水素結合を起こす。また、前
記カルボ／酸は加熱により脱水縮重反応を起こしてエス
テルとなる。これらカルボン酸の水素結合や脱水縮合反
応の現像は、前記ポリマー中への珪素化合物の吸収やポ
リマーと珪素化合物の反応を妨げる方向に働く。

このように感光性樹脂層中にカルボン酸が多く存在して
いると、シリル化した後、露光部と非露光部の選択性が
悪く良好なパターンが得られない。

従って、本発明では前記カルボン酸が塩基性物質によシ
脱炭酸反応を生じることを利用し、露光した後の感光性
樹脂層を塩基性物質で処理することにより、前記感光性
樹脂層中のカルボン酸を分解し、その後の前記感光性樹
脂層中への珪素化合物の吸収をすみやかに行なわせるこ
とを可能とし、高選択比で良好なパターンを得ることが
できる。

また、露光前に塩基性物質を感光性樹脂層中に吸収させ
た場合でも露光時に生じるカルボン酸あるいはカルボン
酸塩が前記塩基性物質によシ速やかに分解する。従って
この場合も前記感光性樹脂層中への珪素化合物の吸収を
速やかに行なえ、高選択比で良好なパターンを形成する
ことができる。

（実施例） 以下、本発明による実施例を図面を用いて詳細に説明す
る。

実施例１ 第１図は、本発明による一実施例を示す工程断面図であ
る。ここで第２図と同一の部分は同一の符号を付して示
した。

まず、第１図（ａ）に示すようにシリコンウェハー（１
１上に感光性樹脂層（２）をａｓｏｏｎｐｍでスピンコ
ードし、９０℃、５分のペイキングを行った試料を用意
した。ここで、前記感光性樹脂層（２）をコーティング
する前にウェハーを予めヘキサメチルジシラザンの雰囲
気中に１２０秒さらし、接着性向上のための表面改質を
行った。ま九、前記感光性樹脂層（２）は、ノボラック
樹脂８ｇと光活性物質のナフトキノンジアジドを含む感
光剤２ｇをエチルセロソルブアセテート２３ｇ中で溶解
し、調整したものを用いた。

次いで、第１図（ｂ）に示すように前記試料上にマスク
（３）を設け、前記マスク（３）を介して、水銀ランプ
のｇ線（４）で露光し、選択的に０．５μｍ　線幅のパ
ターンとなる露光部（５）を形成した。こむで、この露
光工程は紫外線の他に可視光、遠紫外線、ｘａ等の放射
線、または電子線、イオンビーム等の荷電粒子線等によ
シ行ってもよい。

さらにこの試料を塩基性物質としてアンモニアガスで処
理するためのチャンバー内に導入し、前記チャンバーの
内気を窒素で置換し、圧力を５Ｔｏ　ｒ　ｒ、温度を９
０℃に保持してアンモニアガスを流した。この処理によ
って、前記感光性樹脂層（２）に存在しているカルボン
酸は、分解される。また、ここでアンモニアガスの代わ
りにアンモニアを含む溶液中に前記試料を導入するよう
Ｋしてもよい。

また、塩基性物質による処理は少なくとも６０℃以上で
行った場合に良好な結果を得ることができる。その後、
前記チャンバーの内気を窒素で置換し、第１図（Ｃ）に
示すように前記露光部（５）Ｋ選択的に珪素化合物を吸
収させて、シリル化層（６ｂ）を形成する。

前記シリル化層（６ｂ）は、アンモニアガスによる処理
を行っているので、前記感光性樹脂層（２）の非露光領
域（５ａ）にはほとんど形成されない。従ってその後第
１図（ｄ）　Ｋ示すように反応性イオンエツチング等の
エッチングにより前記非露光領域（５ａ）を選択的に除
去し、表層Ｋ”ＳＩＯ，層（７）が形成された所望の０
．５μｍのネガパターンを得ることができる。

また、従来のプロセスでは、パターンに洲カ形成されて
いたが、この実施例では全く形成されなかった。これは
、塩基性物質の処理にょシシリル化の時に露光部へシリ
コンが吸収されやすくなりシリコンの密度が高くなり、
ＳｔＯ，層（刀の°硬化の程度が向上し九ためと考えら
れる。

ここで、前記非露光領域（５ａ）のエツチングは平行平
板電極を有し、その一方に試料を配置した減圧容器に酸
素ガスを導入するとともに前記電極間に高周波電圧を印
加し、酸素プラズマを生成せしめることによシ行った。

実施例２ この実施例では、感光性樹脂層としてナフトキノンジア
ジドを含む感光剤とポリマーであるポリビニルフェノー
ルをエチルセロソルブアセテート中で溶解し調整したも
のを用いた。

この感光性樹脂層を実施例１と同様にシリコンウェハー
に塗布し九後、露光する。

その後、窒素雰囲気中で塩基性物質としてイミダゾール
を用い、前記感光性樹脂層に存在するカルボン酸を分解
せしめた。その後、実施例１と全く同様にしてヘキサメ
チルジシラザンのガスによりシリル化処理を行なった後
、酸素の反応性イオンエツチングを行ない０．５ａｍの
パターンを高精度に得ることができ九。

本発明は、上記実施例１および実施例２に限定されるも
のではなく、種々変形して適用することが可能である。

すなわち、例えば前記実施例では露光後に試料を塩基性
物質で処理したが、露光前に前記試料を塩基性物質で処
理しその後、露光を行ってもよく、これでも同様の効果
があることが確認された。

また、塩基性物質としては、上記実施例の他に（ここで
Ｒはアルキル基ま九はアリール基）等のアミンであれで
何でもよく、また、イミダゾール、ジメチルアミン、ト
リメチルアミンあるいはこれらの誘導体で上記の化合物
の少なくとも２種の混合物でありてもよい。

さらにまた、感光性樹脂層のポリマーとしてはクレゾー
ルノボラッ系樹脂、キシレゾールノボラック樹脂、ビニ
ルフェノール系樹脂等を用いることができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば感光性樹脂層を塩基性
物質で処理するので前記感光性樹脂層中のセルボン酸を
分解することができ、その後のシリル化処理を良好に行
なえ、従って精度良くパターンを形成することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す工程断面図、第２図
は従来例を説明するための工程断面図である。 １・・・基材、２・・・感光性樹脂層、３・・・マスク
、４・・・紫外線、５，５ａ−・・露光部、６，６ａ、
６ｂ・・・シリル化層、７・・・８ｉ０．層。 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　　　　松　　山　　光　之寓１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光活性物質と混合または結合させたポリマーを含
   む感光性樹脂層を基材に塗布する工程と、可視光・紫外
   線・遠紫外線・Ｘ線等の放射線または電子線・イオンビ
   ーム等の荷電粒子線により前記感光性樹脂層の所望領域
   を露光する工程と、前記感光性樹脂層の露光部に選択的
   に珪素化合物を吸収させる工程と、前記感光性樹脂層の
   非露光部分を選択エッチングにより選択的に除去し、所
   望のパターンを得るパターン形成方法において、前記感
   光性樹脂層を露光する工程と珪素化合物を吸収させる工
   程の間あるいは前記感光性樹脂層を基材に塗布する工程
   と露光する工程の間に前記感光性樹脂層を塩基性物質で
   処理する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法
   。
2. （２）前記塩基性物質はアミンであることを特徴とする
   請求項１記載のパターン形成方法。
3. （３）前記塩基性物質はイミダゾール、ジメチルアミン
   、トリメチルアミンあるいはこれらの誘導体で上記化合
   物の少なくとも２種類の混合物からなることを特徴とす
   る請求項１記載のパターン形成方法。