JPH03244116A - レジスト層の形成方法 - 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】 〔産業上の利用分野］ 本発明はレジスト層の形成力法に関し、特に多層レジス
ト法において有効なレジスト層の平坦化に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、段差を有する基体上にレジスト層を形成する
に際し、まず基体の表面が十分に平坦化されるように厚
いレジスト層を形成した後、前記レジスト層の厚さ方向
の一部を除去することにより、薄い膜厚によっても効果
的に基体表面を平坦化することを可能とし、さらに寸法
制御性およびスループットの向上を図るものである。

〔従来の技術〕

近年、半導体装置のデザイン・ルールが高度に微細化さ
れるに伴い、高解像度と垂直壁を有するレジスト・パタ
ーンへの要求は益々高まっている。

このようなレジスト・パターンを得るためには、レジス
ト層がその膜厚方向に沿って均一な露光を受けることが
必要であり、したがって膜厚が薄いほど有利となる。し
かしその一方で、レジスト層にはウェハ上のすべてのデ
バイス・パターンを被覆できるだけの膜厚を有すること
も要求される。

ＶＬＳ　Ｉデバイスでは、酸化物層や金属層により１μ
ｍ程度の表面段差が生していることも多く、かかる段差
を適切に被覆するためには少な（とも１μｍ以上、望ま
しくはより大きな膜厚が必要となる。しかし、このよう
な大きな膜厚は解像度の観点からは不利である。

そこで、表面段差を被覆するに十分な厚い下層レジスト
層と、高解像度を達成するに十分な薄い上層レジスト層
との少なくとも２種類のレジスト層を組み合わせた多層
レジスト法が開発された。

多層レジスト法としては、たとえばセ嵩コンダクタ−・
ワールド１９８７年１１月号第１０１〜１０６ページ（
プレスジャーナル社刊）にも総説されているように、レ
ジスト層の数、各レジスト層の性質等により様々なタイ
プの方法が提案されているが、大別すれば上層と下層の
両方が感光性を有し露光現像され得るタイプと、上層の
みが初期の像形成に関与し下層は該上層レジストをマス
クとしてエツチングによりパターン化されるタイプとな
る。

これらの方法において、上層レジスト層の材料としては
フォトレジスト、電子線レジスト、Ｘ線レジスト等が使
用される。

（発明が解決しようとする課題） ところで、多層レジスト法においては、通常下層レジス
ト層の膜厚は基体の表面段差を吸収して平坦化する必要
から極めて厚く、典型的には最大段差の２〜４倍程度と
されている。それは、次のような理由による。

いま、第２図に示すように、半導体材料等からなる基板
（１１）の上に導電材料等からなる材料層（１２）が形
成され段差が発生している基体上に２層のレジスト層を
形成する場合を考える。ここで、図示されるように下層
レジスト層（１３〉の膜厚が不足していると、該下層レ
ジスト層（１３）の表面にも上記刊料層（１２）に起因
する段差を反映した段差が発生する。さらにこの上に上
層レジスト層（１４）を薄く形成すると、該上層レジス
ト層（１４）にも段差ｄ、が発生する他、上記材料層（
１２）の上部における膜厚ｄ２とそれ以外の場所におけ
る膜厚ｄ３とが異なって（る。これらの段差や膜厚差は
上層レジスト層（１４）における焦点ずれや感度変化を
招き、寸法制御性を劣化させる原因となるので、下層し
シスト層（１３）は十分に厚く形成されなければならな
いのである。

ところが、この下層レジスト層も最終的にはマスク・パ
ターンを構成するものであるから、寸法制御性やスルー
プットを向上させる観点からは膜厚の薄い方が好ましい
。すなわち、下層レジスト層が露光・現像され得る材料
にて構成される場合には、露光・現像時間の短縮はもち
ろん、解像度を向上させる上でも有利となる。また、下
層レジスト層が初期の像形成に直接関与しない材料で構
成される場合にも、エツチングに要する時間が短縮され
る。

しかしながら、下層レジスト層の形成において十分な平
坦化を達成することと膜厚を減じることとは相反する要
件であり、従来の技術によりこれを同時に解決すること
は困難である。

そこで本発明は、膜厚が薄くても良好な平坦化が達成さ
れるレジスト層の形成方法を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明にかかるレジスト層の形成方法は上述の目的を達
成するために提案されるものであり、段差を有する基体
上にレジスト材料を塗布して該基体の表面を略平坦化し
得る厚さのレジスト層を形成した後、前記レジスト層の
厚さ方向の一部を除去することを特徴とするものである
。

〔作用〕

本発明では、レジスト材料を十分に厚く塗布して一旦基
体の表面を略平坦化した後、形成されたレジスト層の表
層部から深層部に向かって段差部を露出させない程度に
該レジスト層を除去してゆく。かかる除去は、露光条件
、現像条件、あるいは酸素プラズマアッシング条件等を
制御することにより可能とされるが、除去のプロセスは
いずれも一様に進行するので、残存するレジスト層の表
面もほぼ平坦なものとなる。

したがって、本発明をたとえば多層レジスト法における
下層レジスト層の形成に適用した場合には、前述の第２
図に示されるような段差は発生せず、下層レジスト層の
膜厚が薄くても基体の表面が良好に平坦化されるので、
その上に形成される上層レジスＩ・層にも段差や膜厚差
を発生さセることがない。これにより、寸法制御性およ
びスルーブツトが向上する。

（実施例〕 以下、本発明の好適な実施例について図面を参照しなが
ら説明する。

実施例１ 本実施例は、本発明を３層レジストプロセスに適用し、
下層レジスト層をポジ型フォトレジストを使用して形成
し、かつその膜厚を制御露光および現像により減した例
である。これを第１図（Ａ）ないし第１図（Ｃ）を参照
しながら説明する。

まず、第１図（Ａ）に示すように、基板（１）上に線幅
２〜３μｍ、高さ約４０００Åの材料層（２）が形成さ
れてなる基体上に、ノボランク系ポジ型フォトレジスト
（東京応化工業社製：商品名０ＦＰＲ８００）を約４μ
ｍの厚さに塗布して下層レジスト層（３）を形成した。

このとき、上記下層レジスト層（３）は材料層（２）の
高さに比べて極めて厚く形成されているために、基体の
表面はほぼ平坦化された。

次に、上記下層レジスト層（３）をその表層部から適量
除去して層厚を減少させるために、ｇ線（４３６ｎｍ）
を用いて露光パワー１００ｍＪにて露光を行った。この
露光は全面露光によっても、あるいはステッパーを使用
した露光でも良い。

ここで、露光部を光分解により可溶化させる通常のポジ
型フォトレジスト材料の使用法においては、露光パワー
は２００ｍＪ程度に設定されるのが普通であるが、本実
施例の露光はこれを約半分に滅した制御露光である。か
かる制御露光によれば、単位時間内におけるノボラック
樹脂の主鎖切断の度合いが全体として少なくなる他、下
層レジスト層（３）内でもその表層部から深層部にかけ
て切断の度合いに勾配が生ずる。

次に、上記基体を有機アルカリ現像液（東京応化工業社
製：商品名ＮＭＤ−３．アルカリ濃度２．３８％）中に
４０秒間浸漬することにより現像を行い、第１図（Ｂ）
に示すように、下層レジスト層（３）をその表層部から
一部除去し、最終的に１μｍまで膜厚を減少させた。こ
の結果、基体の表面は薄い下層レジスト層（３）で良好
に平坦化された状態となった。

ここで、」二連の現像過程においては、下層レジスト層
（３）の現像速度が前述の制御露光により全体として低
下している他、主鎖切断の度合いの比較的大きい表層部
から比較的少ない深層部に向かっても現像速度が低下す
るため、制御性は良好であった。

次に、第１図（Ｃ）に示すように、下層レジスト層（３
）の表面にたとえば酸化シリコンからなる中間層（４）
をＳＯＧ　（スピン・オン・グラス）塗布、あるいはス
パッタリング等の方法により０．１μｍの厚さに形成し
、さらにノボラック系ポジ型フォトレジスト（東京応化
工業社製：商品名ＴＳＭＲ−Ｖ３）を約０．５μｍの厚
さに塗布して上層レジストＮ（５）を形成し、３層レジ
スト系を構成した。このとき、下層レジスト層（３）が
ほぼ平坦化されているために、中間層（４）および上層
レジスト層（５）のいずれもほぼ平坦に形成され、前述
の第２図に示したような上層レジスト層の段差や膜厚差
は発生しなかった。

かかる３層レジスト系を使用して常法にしたがってバタ
ーニングを行ったところ、上層レジスト層（５）には高
解像度にて線幅の均一なパターンが形成され、また少な
くともこのパターンが転写された中間Ｎ（４）をマスク
とする下層レジスト層（３）のバターニングもその膜厚
が減じられていることから高い解像度をもって短時間で
行われた。

ところで、本発明はレジスト層の膜厚方向の一部を除去
することを主眼とするものであり、上述の実施例以外に
も種々の変法が考えられる。

まず、上述の実施例において上層レジスト層（５）の材
料として使用されたＴＳＭＲ−Ｖ　３は、下層レジスト
層（３）の材料としても使用することができる。この材
料は、制御露光により表層部において重点的に光分解を
生起せしめるのに適した特性を有している。

制御露光の方法としても、」１述のように露光パワーを
滅しる方法以外に、エキシマレーザ−等のより短波長の
露光光源を使用したり、あるいはレジスト材料にクマリ
ン系化合物等の紫外線吸収色素を混入する方法が考えら
れ、これによりレジスト層の表層部により多（の光を吸
収させることができる。

さらに、下層レジストＮ（３）の膜厚を滅しる方法も上
述の制御露光に限られない。

まず、制御露光の代わりに酸素プラズマアッシングを行
うことができる。この場合には下層レジスト層（３）の
利料として特に光分解性を有していない化合物、あるい
は使用される波長帯には吸収を持たない化合物も使用す
ることができる。−例として、ＰＭＭＡ　（ポリメチル
メタクリレート）ボリイごド、あるいはＰＭＩＰＫ［ポ
リ（メチルイソプロペニルケＩ・ン）］等が使用可能で
ある。

たとえば上記ＰＭ丁ＰＫ（東京応化工業社製：商品名○
Ｄ　Ｕ　Ｒ−１，Ｏｌ、Ｏ等）やＰＭＭＡはポジ型の遠
紫外線レジストであるから、上述のようなｇ線による露
光では感光せず、したがって制御露光よりは酸素プラズ
マアッシングに適していると言える。

あるいは、濃度の高い現像液を使用して露光自体を不要
とする方法もある。たとえば、ポジ型フォトレジストの
現像に使用される有機アルカリ現像液としてはアルカリ
濃度が５％程度のものも市販されているので、これを使
用すれば露光により光分解を住せしめなくともフォトレ
ジスト層を徐々に分解除去することができる。

実施例２ 本発明では、ネガ型レジストを使用することもできる。

以下に、その方法を述べる。

まず、前述の第１図（Ａ）に示したものと同様の基体上
にポリ（ビフェノール）＋アジド系ネガ型遠紫外線レジ
スト（日立化成工業社製：商品名ＲＤ　−２００ＯＮ　
）を約４μｍの厚さに塗布して下層１ル レジスト層を平坦に形成した。

かかる下層レジスト層は、露光を行うと光重合により不
溶化してアルカリ現像液による現像速度が大幅に低下し
てしまうので、ここでは露光を行わずに現像条件の制御
により膜厚の一部を除去した。すなわち、有機アルカリ
現像液（東京応化工業社製：商品名ＭＮＤ−３）に２０
秒間浸漬することにより膜厚を１μｍまで減少させ、第
１図（Ｂ）に示した状態と同様、薄い膜厚ながら良好な
平坦化を遠戚した。

ネガ型レジストとしては、上述の他にもたとえば環化ゴ
ム＋ビスアジド系ネガ型レジスト（東京応化工業社製：
商品名○ＭＲ−８３）を使用することができ、この場合
には２倍程度に希釈した現像液に短時間浸漬すれば、良
好な制御性をもって同様の結果が得られる。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかなように、本発明を適用すれば
、レジスト層による基体の平坦化が薄い１２ 膜厚でも可能となる。特に本発明を多層１／シスト法に
おける下層レジスト層の形成に適用した場合には、上層
レジスト層の段差や膜厚差を除去することができるので
寸法制御性が大幅に向上する他、下層レジス１へ層のパ
ターニングに要する時間も短縮されるのでスルーブツト
が向上する。したがって、本発明は高集積度を有する半
導体装置の製造等において極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）ないし第１図（Ｃ）は本発明を３層レジス
トプロセスに適用した一例をその工程順にしたがって示
す概略断面図であり、第１図（Ａ）は段差を有する基板
上における下層レジスト層の形成工程、第１図（Ｂ）は
下層レジスト層の膜厚を減少させる工程、第１図（Ｃ）
は中間層および上層レジスト層の形成工程をそれぞれ表
す。第２図は従来の多層レジスト法における問題点を説
明するための概略断面図である。 基板 材料層 下層レジスト層 中間層 上層レジスト層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 段差を有する基体上にレジスト材料を塗布して該基体の
   表面を略平坦化し得る厚さのレジスト層を形成した後、
   前記レジスト層の厚さ方向の一部を除去することを特徴
   とするレジスト層の形成方法。