JPH03114217A - 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】 〔概要〕 本発明はパターン形成方法、特に反射率の高い薄膜によ
るパターンの形成方法に関し、露光に際しての反射光、
散乱光を抑えてパターニング精度を向上し、且つ製造コ
ストの増大を抑えた高反射率薄膜のパターニング方法の
提供を目的とし、レジスト膜からなるマスクを用いて被
パターニング膜をパターニングするに際し、被パターニ
ング膜上に、レジストの溶剤及び該レジストの現像液に
不溶な高分子材料に該レジストを露光する際の露光波長
の光を吸収する染料を混合してなる反射防止膜を形成す
る工程と、該反射防止膜上にレジスト膜を塗布する工程
と、　露光・現像により該レジスト膜をパターニングす
る工程と、該レジストパターンをマスクにし、ドライエ
ツチング手段により表出する該反射防止膜及びその下部
の被パターニング膜を順次選択的に除去する工程とを含
み構成するかまたは、被パターニング膜上にレジストを
露光する際の露光波長の光を吸収する染料を含み、レジ
ストの溶剤に不溶でかつ高分子有機物材料からなる反射
防止膜を形成する工程と、該反射防止膜上に感光性レジ
スト膜を塗布する工程と、該レジスト膜を露光する工程
と、該レジスト膜にシリル化剤を作用させて該レジスト
膜の露光部分にシリル化層を形成する工程と、該シリル
化層をマスクとしてドライエツチングすることにより該
レジスト膜と該反射防止膜とを選択的に除去する工程と
、該シリル化層を有するレジスト膜をマスクとして被パ
ターニング膜を選択除去する工程とを含み構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はパターン形成方法、特に反射率の高い薄膜によ
るパターンの形成方法に関する。

近時、ＬＳＩ等半導体装置が極端に高集積化され素子が
著しく微細化されてきている。

かかる状況において、半導体装置の製造歩留りや信顛性
を向上させるために、高精度で微細パターンを形成でき
るフォトリソグラフィ技術が必要であり、特に金属やシ
リサイド等のように光の反射率の高い薄膜をパターニン
グする際には、フォトプロセスにおいて、露光される紫
外光の薄膜面からの反射や散乱によりパターンの露光精
度が低下するので、その改善が望まれている。

〔従来の技術〕

アルミニウム（Ａ２）やタングステンシリサイド（ＷＳ
ｉｚ）等の高反射率を有する金属やシリサイド等の薄膜
をパターニングする際のフォトリソグラフィ工程におい
てパターニング精度を高めるためには、露光にさいして
の上記高反射率薄膜からの反射光や散乱光を抑えてやる
必要がある。

その手段として当初は、レジスト全体に露光波長の光を
吸収するような染料を混在する方法が用いられたが、こ
の方法では高反射率基体からの反射光や散乱光が弱まる
と同時に、レジストを感光させる入射光も弱められるの
で、露光効率が低下し、且つレジストパターンの形状が
だれた台形状等に変形してエツチングに際してのレジス
トのマスク精度が低下するという欠点があった。

そこで高反射率薄膜からの光の反射や散乱を抑え、且つ
入射光量を減少させない方法として、高反射率薄膜とレ
ジスト膜との間に薄膜からの反射光や散乱光を吸収する
反射防止膜を介在させ、この反射防止膜によって薄膜か
らの反射・散乱光を抑えた状態でレジスト膜に露光を行
い現像を行って開孔の形成されたレジスト膜をマスクに
しその開孔内に表出する反射防止膜を除去した後、この
レジスト膜をマスクにして高集積化反射率薄膜のパター
ニングを行う方法が考案された。

そして上記考案に基づき従来上として用いられていた方
法は、レジストの現像液に溶解し且つ感光性を持たない
高分子膜に露光波長の光を吸収する染料を混合してなる
反射防止膜を用い、現像によって形成されたレジスト膜
の開孔内に表出する上記高分子膜が現像と同時に溶解除
去されるようにして工程の簡略化を図った方法であった
。

〔発明が解決しようとする課題〕

そのため上記従来方法によると第３図（ａ）に示すよう
に、例えばコンタクト窓３を有する絶縁膜２が形成され
た半導体基ｖｉｌ上に表出された配線材料である高反射
率のアルミニウム（Ａ　Ｉ　）膜４を形成した後、この
アルミニウム膜４上にレジストの現像液に溶解する性質
を有する前記反射防止膜５５を形成し、その上にポジレ
ジスト膜６を形成し、フォトマスク７の透光領域７Ａを
介して紫外光（ＵＶ）露光（８は露光領域）を行った後
、現像を行うと、第３図（ｂ）に示すように、上記現像
液に熔解する反射防止膜５５は横方向にも溶解されて、
その端面５５Ｐがレジスト膜６に露光領域８に対応して
形成される開孔９の側面９Ｐから後退し、レジスト膜６
をマスクにしてＡＩ膜４のエツチングを行う際、上記高
分子膜５５の後退部１５５に表出するＡｌ膜４もエツチ
ングされてパターンの形成精度が低下するという問題が
あった。

そこで上記問題点を除くためにレジストの現像液に溶解
しない反射防止膜として、露光波長の光にたいして吸収
量が大きくなるような厚さを有する光に透明な例えば二
酸化シリコン（ＳｉＯｚ）やＳｔ等の無気質の気相成長
膜を用い、レジスト膜に露光・現像により開孔形成後、
ドライエツチング手段によって開孔内に表出する上記気
相成長膜をエツチング除去する方法も試みられたが、こ
の方法にはフォトリソグラフィ工程に異質の気相成長工
程が含まれるために、工程が複雑になり、且つ反射防止
膜とレジスト膜の形成が同一装置内で連続して行えない
ために大幅な工程増になって、製造コストが増大すると
いう問題があった。

そこで本発明は、パターニング精度を向上し、且つ製造
コストの増大を抑えた高反射率被膜のパターニング方法
の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、レジスト膜からなるマスクを用いて被パタ
ーニング膜をパターニングするに際し、被パターニング
膜上に、レジストの溶剤及び該レジストの現像液に不溶
な高分子材料に該レジストを露光する際の露光波長の光
を吸収する染料を混合してなる反射防止膜を形成する工
程と、該反射防止膜上にレジスト膜を塗布する工程と、
露光・現像により該レジスト膜をパターニングする工程
と、該レジストパターンをマスクにし、ドライエツチン
グ手段により表出する該反射防止膜及びその下部の被パ
ターニング膜を順次選択的に除去する工程とを有するこ
とを特徴とするパターン形成方法か、または、被パター
ニング膜上にレジストを露光する際の露光波長の光を吸
収する染料を含み、レジストの溶剤に不溶でかつ高分子
有機物材料からなる反射防止膜を形成する工程と、該反
射防止膜上に感光性レジスト膜を塗布する工程と、該レ
ジスト膜を露光する工程と、該レジスト膜にシリル化剤
を作用させて該レジスト膜の露光部分にシリル化層を形
成する工程と、該シリル化層をマスクとしてドライエツ
チングすることにより該レジスト膜と該反射防止膜とを
選択的に除去する工程と、該シリル化層を有するレジス
ト膜をマスクとして被パターニング膜を選択除去する工
程とを含むことを特徴とするパターン形成方法によって
解決される。

〔作用〕

本発明の第１の方法は、反射防止膜にレジスト膜の溶剤
に不溶であるが故に反射防止膜上べのレジスト膜の連続
塗布が可能で、感光性の有無に係わらずレジストの現像
に際して不溶な高分子材料に、露光波長の光を吸収する
染料を混在した高分子膜を用いる。

これによって、反射防止膜の形成工程はレジストとの連
続塗布が可能なことによって簡略、効率化され、且つ被
パターニング膜からの反射・散乱光は反射防止膜で抑止
された状態で高精度の露光がなされ、現像で溶解される
のはレジスト膜のみであるので被パターニング膜のエツ
チングに際してのマスクパターンの精度が向上し、また
反射防止膜の除去と被パターニング膜のエツチングとが
ドライエツチング手段により連続してなされ、且つレジ
スト膜とその下部の反射防止膜の除去が同一アッシング
工程によりなされるので工程増を伴わない。

かくて、高反射防止膜に対する高精度のパターニングが
可能になり、且つ工程が簡略して低コスト化が図れる。

本発明の第２の方法も反射防止膜がレジストの溶剤に不
溶なので、反射防止膜上べのレジスト膜の連続塗布が可
能である。従って、工程が簡略化、効率化される。また
、レジストを露光する際の露光波長の光を吸収する染料
を含む反射防止膜を用いるので、被パターニング膜から
の反射・散乱光は反射防止膜で抑止された状態で高精度
の露光がなされる。そして、反射防止膜を熱処理によっ
て架橋した後、シリル化層をマスクとしてレジスト膜と
反射防止膜とをドライエツチングで除去するのでレジス
ト膜及び反射防止膜の厚さにかかわらず被パターニング
膜のエツチングに際してのマスクパターンの精度が向上
すると共にプロセスを簡略化できる。すなわち、シリル
化層を有するレジストパターンをマスクにドライ現像す
ることによって、より精度良（パターンを形成できるの
で段差を有する高反射膜に微細パターンを形成する際に
も有効である。そして、引き続き被パターニング膜の選
択除去がドライエツチング手段により連続してなされる
ので工程増を伴わない。かくて、高反射率薄膜に対する
高精度のパターニングが可能になり、且つ工程が簡略化
して低コスト化が図れる０以上より、本発明は凹凸段差
を有する高反射膜の微細パターン形成を簡略化したプロ
セスで精度良く行える。

〔実施例〕

以下本発明を一実施例について、第１図（ａ）〜（ｆ）
に示す工程断面図を参照し具体的に説明する。

第１図（ａ）参照 本発明の方法により例えば半導体基板面から絶縁膜上に
導出されるＡＩ配線を形成するに際しては、図示しない
半導体素子等の形成された半導体基板１上に、半導体基
板面を表出するコンタクト窓３を存する厚さ３０００〜
４０００人程度の絶縁膜２が形成された被処理基板上に
通常通り配線材料である厚さ５０００〜６０００人程度
のＡＩ膜４を形成した後、このＡ１膜４上に、ノボラッ
ク系ポジレジストの溶剤に不溶で、例えば上記レジスト
の露光波長を有する光である紫外（ＵＶ）光に感光性を
持たず上記レジストの現像に際して不溶な高分子材料で
あるアクリル系の高分子材料例えばポリメチルメタクリ
レート（ＰＭＭＡ）に２〜３％程度の上記ＵＶを吸収す
る黄色の染料例えばカヤライ）−０（日本化薬製）等を
混入してなる反射防止用高分子膜５を、例えば５０００
人〜ｌｔＩｍ程度の厚さにスピンコードし、この高分子
膜５を１００〜１２０°Ｃでベーキングして固化せしめ
た後、続いてこの高分子膜５上に厚さ１μｍ程度のノボ
ラック系のポジレジスト膜６をスピンコードし、このレ
ジスト膜６を１００〜１２０°Ｃでベーキングして固化
させる。

第１図（ｂ）参照 次いで上記ポジレジスト膜６にフォトマスク７の透光領
域７Ａを介しＵＶ光によるパターンの露光を行う。この
際レジスト膜６と高反射率を有するＡＩ膜４との間に介
在する前記ＵＶ光を吸収する色素を含む反射防止用高分
子膜５により、ＡＩ膜４表面からのレジスト膜６の下面
に入射するＵＶ光の反射光及び散乱光は殆ど吸収阻止さ
れるので、高精度のパターン露光がなされる。なお、図
中、７Ｂは遮光膜パターン、８Ａ、８Ｂは感光領域を示
す。

第１図（Ｃ）参照 次いで通常の現像を行い前記感光領域８Ａ及び８Ｂを溶
解してレジスト膜６にエツチング用の開孔９Ａ及び９Ｂ
を形成する。面この現像において、レジスト下部の反射
防止用高分子膜５は溶解しないので前記９Ａ、９Ｂ周囲
のレジスト膜６下部にアンダカット部が形成されること
がなく、エツチング用開孔９Ａ、９Ｂは高精度に形成さ
れる。

第１図（ｄ）参照 次いでレジスト膜６をマスクにし、エツチングガスに〔
酸素（０□）＋４フツ化炭素（ＣＦ４）〕を用いる通常
のりアクティブイオンエツチング（ＲＩＥ）処理により
レジスト膜６の開孔９Ａ。

９Ｂの底部に表出する反射防止用高分子膜５を選択的に
除去し、上記開孔９Ａ、９Ｂの底部にＡＩ膜４を表出せ
しめる。このエツチングにおいて上２高分子膜５のエツ
チングレートはレジスト膜６に対して２〜１０倍程度あ
るので、レジスト膜６の厚みは高分子膜５の２倍程度あ
れば充分である。

尚、レジスト膜６の厚さを薄（抑えて開孔９Ａ、９Ｂ等
の形成精度を向上させるためには、上記高分子膜ニレジ
スト膜のエツチングレート比は２以上あることが望まし
い。

第１図（ｅ）参照 引き続いて上記レジスト膜６の開孔９Ａ、９Ｂ等内に表
出したＡＩ膜４を、エツチングガスに４塩化炭素（ｃｃ
１４　）等の塩素系のガスを用いるＲＩＥＩ理により選
択的に除去してＡｌ膜４のパターニングを完了する。

第１図（ｆ）参照 次いで通常の０２プラズマによるアッシング処理により
レジスト膜６とその下部の反射防止用高分子膜５を除去
し、高反射率を有するＡＩＩ線パターン４Ａ、４Ｂが完
成する。尚、上記高分子膜５の０２プラズマに対するエ
ツチング耐性もレジスト膜６に比べて小さいので、その
除去は極めて容易である。

本発明の方法において、レジスト膜は上記実施例に示す
ノボラック系ポジレジストに限られるものではなく、ま
た反射防止用高分子膜もアクリル系の高分子膜に限られ
るものではない。要は高分子膜がレジストの溶剤及びレ
ジストの現像に際して溶解せず、望ましくはレジスト膜
より高分子膜のエツチング耐性の小さいレジスト材料と
高分子材料の組み合わせを選択すればよい。

また、本発明を遠紫外光による露光に適用する場合には
、遠紫外光露光に適したレジストを用い、上記条件を満
足する反射防止膜の高分子材料が選択される。また、こ
の高分子膜に混入する色素に要求される吸収波長も当然
具なってくる。

次に、本発明の他の実施例を説明する。第２図（ａ）〜
（ｆ）は本発明の方法の他の実施例の工程断面図である
。この第２の実施例はＡＩ膜に最大１．０μｍ程度の段
差を有する場合でも所望のパターニングを形成できる方
法を示している。以下、第２図（ａ）〜（ｆ）を参照し
つつ具体的に説明する。

第２図（ａ）参照。

半導体基板上にＡＩ配線を形成するに際しては図示しな
い半導体素子等の形成された半導体基板１上に通常通り
配線材料であるＡＩ膜４を所望の計上に形成する。ＡＩ
膜４は最大１．０μｍ程度の段差を有している。ＡＩ膜
膜上上まずノボラック系ポジレジストの溶剤に不溶でか
つ例えば上記レジストの露光波長を有する光である紫外
（ＵＶ）光に感光性を持たない性質を有し、有機物から
なる反射防止用高分子膜５、例えばポリメチルメタクリ
レート（ＰＭＭＡ）を厚さ例えば１０００〜２０００人
スピンコードする。この反射防止用高分子膜５には塗布
後のハードベータの際の温度１８０〜２５０“Ｃでも昇
華しなくて、かつ上記ＵＶを吸収する染料が数％混入さ
れている。染料としてはＫａｙａｓｅｔ　　Ｙｅｆｌｏ
ｗ　　ＧＮ。

Ｋａｙａｓｅｔ　　Ｙｅｌｌｏｗ、ＦＣ，Ｋａｙａｌｉ
ｇｈｔ　　Ｏ３Ｒ，Ｏｉｌ　　Ｙｅｌｌｏｗ　　＃８１
８、Ｏｉｌ　　Ｙｅｌｌｏｗ　　１０５．０ｐａｓ　　
　Ｙｅｌｌｏｗ　　　１４０．０ｐａｓ　　　Ｙｅｌｌ
ｏｗ　　　１３６．　　Ｉｌｕｍｉｒａｒｌ　　　ＢＭ
ＢＥ。

Ｕｖｉｎｖｌ　　Ｍ−４０等が掲げられる。

次に、反射防止用高分子膜５を１８０〜２５０℃でハー
ドベークして架橋させる。ハードベークによって高分子
膜５の耐ドライエツチング性が向上するのでマスキング
性も良くなる。

第２図（ｂ）参照。

続いて、この高分子膜５上に厚さ２μｍ程度のノボラッ
ク系のポジレジスト膜６をスピンコードする。このレジ
スト膜６を通常の温度でベーキングして固化させる。そ
して、上記ポジレジスト膜６にフォトマスク７の透光領
域７Ａを介しＵＶ光によるパターンの露光を行う。この
際レジスト膜６と高反射率を有するＡＩ膜４との間に介
在する前記ＵＶ光を吸収する色素を含む反射防止用高分
子膜５により、ＡＩ膜４表面からのレジスト膜６の下面
に入射するＵＶ光の反射光及び散乱光は殆ど吸収阻止さ
れるので、高精度のパターン露光がなされる。尚、図中
、７Ｂは遮光膜パターン、８Ａ、８Ｂは感光領域を示す
。

第２図（ｃ）参照。

次にノボラックレジスト６全面を例えばヘキサメチルジ
シラザン（ＨＭＤＳ）でシリル化処理を施すと第２図（
ｂ）で露光した感光領域８Ａ、８Ｂが選択的にシリル化
されて、該感光領域８Ａ。

８Ｂの表層部に５００人程度のシリル化層１０Ａ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レジスト膜からなるマスクを用いて被パターニン
   グ膜をパターニングするに際し、被パターニング膜上に
   、レジストの溶剤及び該レジストの現像液に不溶な高分
   子材料に該レジストを露光する際の露光波長の光を吸収
   する染料を混合してなる反射防止膜を形成する工程と、 該反射防止膜上にレジスト膜を塗布する工程と、露光・
   現像により該レジスト膜をパターニングする工程と、 該レジストパターンをマスクにし、ドライエッチング手
   段により表出する該反射防止膜及びその下部の被パター
   ニング膜を順次選択的に除去する工程とを有することを
   特徴とするパターン形成方法。
2. （２）被パターニング膜上にレジストを露光する際の露
   光波長の光を吸収する染料を含み、レジストの溶剤に不
   溶でかつ高分子有機物材料からなる反射防止膜を形成す
   る工程と、 該反射防止膜上に感光性レジスト膜を塗布する工程と、 該レジスト膜を露光する工程と、 該レジスト膜にシリル化剤を作用させて該レジスト膜の
   露光部分にシリル化層を形成する工程と、該シリル化層
   をマスクとしてドライエッチングすることにより該レジ
   スト膜と該反射防止膜とを選択的に除去する工程と、 該シリル化層を有するレジスト膜をマスクとして被パタ
   ーニング膜を選択除去する工程とを含むことを特徴とす
   るパターン形成方法。