JPH0247660A - 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パターン形成方法に係わり、特にシ
リル化プロセスにより、パターンを形成する方法に関す
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により、下地薄膜がエツチングされる。

このため、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では
、これらの要求に応じることは難しく多層レジストプロ
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プロセスはレジスト多層にする
ことによりレジストに課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、まず２〜３ｔＩＭ厚のレジ
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。この上に高解像力レジスト
でパターニングすれば、下地から分離された理想的条件
下で露光現像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。

以上は多層レジストの基本的な考え方であるが。

具体的な方法は層の数、下層へのパターン転写方法等多
岐にわたる０代表的な多層プロセスとして上下レジスト
層間に中間層を設けた３層レジスト法がある。この３層
レジスト法では、上層から中間層および中間層から下層
へのパターン転写は２段階のりアクティブオンエツチン
グ（ＲＩＥ、以下ＲＩＥと略す）により行う。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ＲＩＥ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Ｓ。

Ｑ　、　Ｇ　（Ｓｐｉｎ　Ｏｎ　Ｇｌａｓｓ　：有機シ
リコンガラス）が最もよく用いられている。この３層レ
ジストによる方法はその他の技術にくらべかなり安定し
たプロセスであるが、前述したようにＲＩＥが２度にわ
たるなど工程がかなり複雑となり、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り様々なプロセス
が検討されている。その中で有望な技術のひとつとして
シリル化プロセスがある。この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、突極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）の工程断面図に示される
如きものが知られている。すなわち、基材０表面に感光
性樹脂層■を塗布する（第１図（、））、　　次いでマ
スク■を介し、紫外線などの露光線（イ）により露光を
行ない、前記感光性樹脂層■に露光部（ハ）を作る（第
１図（ｂ））、　　この露光部■に対し、珪素化合物を
選択的に吸収させて前記樹脂層■表面にシリル化層■を
形成する（第１Ｑｉ！Ｉ（ｃ））。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
■の非露光部を選択的に除去し所望のネガバター−ンを
得る（第１図（ｄ））、　　以上が。

代表的なシリル化プロセスであるが、このような従来の
シリル化プロセスでは前記反応性イオンエツチング等の
エツチングにおいて、感光性樹脂層■の露光部と非露光
部の選択性が悪いために前記パターンに９化が生じ、高
精度のパターン形成を行なうことは、難しかった。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように従来のシリル化プロセスでは露光部と非
露光部でエツチングの際の選択性が悪く。

高精度のパターン形成を行なえないという問題点があっ
た。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、シリル化層を
形成したのち、酸素プラズマ等にさらすことにより、前
記シリル化層表面に８１０□構造の珪素化合物層を形成
して、硬化せしめ耐エツチング性を向上させた後、反応
性イオンエツチング等の選択エツチングを行い、高選択
比で高精度のパターンを形成すことのできるパターン形
成方法を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、シリル化プロセスにおいて酸化プロズ
マの処理を行なう等して、所望パターン硬化、処理を行
なった後、反応性イオンエツチング等のエツチングによ
り、選択的に所望のパターンを形成することにある。

（作　　用） 本発明によれば、シリル化プロセスにおいて反応性イオ
ン鳳ツチング等のエツチングを行う前に酸素プラズマに
より処理することで、露光されたレジスト等の感光性樹
脂層表面にＳｉｎ、構造の膜を形成し、その後の酸素等
による反応性イオンエツチング時における前記露光され
たレジストの分解反応を抑制するものであり、これによ
り前記露光されていないレジスト部分に対して高選択比
で所望のパターンを高精度に形成することが可能である
。

ここで、前記高選択比のパターン形成は、酸素のプラズ
マ処理により露光部を感光性樹脂層表面のＳｉｎ、構造
により、カバーせしめ表面がカバーされない非露光部よ
りも分解反応速度を相対的に低めることにより、達成さ
れる。

（実　施　例） 大凰Ｍ上 以下本発明による一実施例について詳細に説明する。第
１図（ａ）〜（ｄ）は、本発明による一実施例を説明す
るための工程断面図であり、第２図と同一の部分は同一
の符号を付して示した。まず、ポリマーとしてノボラッ
ク樹脂８ｇと光活性物質として例えばナフトキノンジア
ジドを含む感光剤２ｇをエチルセロソルブアセテート２
３ｇ中で溶解し、感光性樹脂を調整した。第１図（ａ）
のように基材として用いるシリコンウェハー■を予めヘ
キサメチルジシラザンの雰囲気中に１２０秒間さらし、
接着性向上の為の表面改質を行った後、前記感光性樹脂
を３５０Ｏｒｐｍで前記シリコンウェハー上にスピンコ
ードし、９０℃５分のペイキングを行ない、感光性樹脂
層■として形成した。このウェハーに対して、マスク■
等を用いて同図（ｂ）に示すように水銀ランプのｇ線等
のビーム（イ）を選択的に照射した後、同図（ｃ）に示
すようにチャンバーに入れ、内気を窒素で置換し、ヘキ
サメチルジシランの蒸気を前記チャンバー内に導入する
ことにより、シリル化処理を行った。このシリル化処理
により、前記ビームが照射された露光部の表面には選択
的に珪素化合物層■が形成されたものとなっている。

次いで、前記ウェハーを真空チャンバーに入れ、内圧を
０．ＩＴｏｒｒとした後、０□ガスを注入するとともに
ガス圧をＩ　Ｔｏｒｒとし、ｓｏｏｗで０８プラズマ処
理を６０秒行った。この０□プラズマ処理により、前記
選択的に形成された珪素化合物層（Ｏの少なくとも表面
にＳｉＯ□構造の膜■が形成される。ここでプラズマを
発生させないで、酸素を含むガス雰囲気にさらしても同
様に表面にＳｉＯ□構造の膜■を形成することが可能で
あるがプラズマによる方が耐エツチング性を得るのに有
利である０次に酸素ガスによる反応性イオンエツチング
等による選択エツチングを０□流量１０１００５ｅ、圧
力６．ＯＰａ、パワー１５０ｖの条件で行なうと同図（
ｄ）に示すように０．５μｓの所望のパターンが精度良
く得られた。この実施例において、酸素プラズマの処理
に先立ち、シリル化処理のなされていない部分の表面に
付着した珪素化合物を除去すると尚、良好なパターンを
得ることができる。

ヌ】１」１ 次に、本発明による他の実施例について述べる。

この実施例では、ポリマーとしてポリビニルフェノール
を用い、ナフトキノンジアジドを含む感光剤をエチルセ
ロソルブアテート中で溶解し、実施例１と同様に基材の
シリコンウェハー■に塗布し、これを露光したものを、
窒素雰囲気中でヘキサメチルジシラザンの蒸気によりシ
リル化処理を行った。その後、酸素プラズマ処理を１　
、０Ｔｏｒｒ、５００ｗで３０秒行ったのち、酸素反応
性イオンエツチングを流量１００ｓｃｃ＋ｍ、圧力６　
、　ＯＰａ、パワー１５０Ｗで行なった結果、実施例１
と同様に０．５−のパターンが精度良く得られた。

上記実施例１および実施例２では酸素プラズマ処理を行
なう例を示したが、酸素、　Ｃｏ、、　Ｎｏ、、ＳＯ□
等のガス雰囲気、あるいはこれらのプラズマガス雰囲気
にさらして、シリル化層の硬化処理を行なうようにして
もよい。また、感光性樹脂層への露光は、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等により行ない得る。

さらにまた、上記実施例ではネガパターンを得るために
、露光部をシリル化する例を示したが、ポジパターンを
得る場合は、非露光部をシリル化して前記実施例と同様
の効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、シリル化プロセス
において、酸素プラズマ等による硬化処理を行うことに
より、露光部と非露光部とが高選択比を得ることができ
、従って、高精度のパターン形成を行うことが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は１本発明の一実施例にょるシリ
ル化プロセスを説明するための工程断面図、第２図は、
従来例を説明するための断面図である。 １・・・基材、　　　　　　　２・・・感光性樹脂。 ３・・・マスク、　　　　　４・・・紫外線、５・・・
露光域、　　　　　　６・・・シリル化層、７・・・Ｓ
ｉｎ、層。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　松山光之 第１図 第２図

Claims (6)

【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上に形成する工程と、前記感光性
   樹脂層の所望領域に可視光、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
   を照射し、露光する工程と、前記露光領域あるいは、非
   露光領域のいずれかに選択的に珪素化合物を吸収させシ
   リル化する工程と、シリル化された前記感光性樹脂層の
   表面の硬化処理を行なうことによりシリル化されていな
   い感光性樹脂層よりも耐エッチング性を高める工程と、
   その後、前記シリル化されていない感光性樹脂層を選択
   エッチングにより除去し、所望のパターンを得る工程を
   含むパターン形成方法。
2. （２）前記感光性樹脂層の表面の硬化処理は酸素を含む
   ガス雰囲気中にさらすことにより前記表面に酸化膜を形
   成する処理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）前記酸素を含むガス雰囲気は酸素、ＣＯ＿２、Ｎ
   Ｏ＿２、ＳＯ＿２である請求項２記載のパターン形成方
   法。
4. （４）前記酸素を含むガス雰囲気はプラズマ雰囲気であ
   る請求項２記載のパターン形成方法。
5. （５）前記露光領域に選択的に珪素化合物を吸収させシ
   リル化する工程は、その後の所望のパターンを得る工程
   でネガ型パターンを得るための工程であり、前記非露光
   領域に選択的に珪素化合物を吸収させシリル化する工程
   は、その後の所望のパターンを得る工程でポジ型パター
   ンを得るための工程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。
6. （６）前記感光性樹脂層に選択的に珪素化合物を吸収さ
   せシリル化する工程の後、硬化処理の前にシリル化され
   ていない感光性樹脂層表面に付着した珪素化合物を除去
   する工程を含むことを特徴とする請求項１記載のパター
   ン形成方法。