JPH03261129A - 半導体装置の製造方法 - 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】 ［１ａ要］ 多層レジストプロセスによる微細レジストパターンの形
成方法に関し、 多層レジスト法を用い、紫外線露光法によって０．４μ
ｍあるいはそれ以下の微細パターンを高精度に形成する
ことを目的とし、 被エツチング膜上に第１層として酸素イオンエツチング
の可能な有機樹脂膜を塗布して固化し、第２層として感
光性レジスト膜、第３層としてシリコン化合物を含有し
た膜、第４層として前記第２層と同じ感光性レジスト膜
を順次に塗布して固化し、 次いで、光照射によって前記第４１ｍを選択的に露光し
て、第４層を現像した後、該第４層をマスクにして第３
層をイオンエツチングして第３層パターンを形成し、 次いで、前記第３層および第４層をマスクにして前記第
２層および第１層をパターンニングして、第３層、第２
層および第１層からなるレジストパターンを形成する工
程が含まれることを特徴とする。

［産業上の利用分野］ 本発明は半導体装置の製造方法のうち、特に、多層レジ
ストプロセスによる微細レジストパターンの形成方法に
関する。

ＬＳＩなどの高集積化ＩＣにおいては、微細パターンを
高精度に形成しなければならないため、多層レジストプ
ロセスによってパターンニングする方法が重用されてい
る。

しかし、このような多層レジストプロセスによるパター
ン形成にも限度があって、更に微細なパターンの高精度
な形成法が望まれている。

［従来の技術］ 近年、サブミクロン・パターンが要求されて、線幅が０
．５μｍ前後のレジストパターンを形成しなければなら
なくなっている。しかし、微細パターンを高精度に形成
するためにはマスクとなるレジストパターンの形状を方
形に近い形状に保って、しかも、ドライエッチに耐性の
ある厚みを必要とする。しかし、従来の露光法による０
、５μｍ以下のパターンは、単層レジストではそのよう
な形状を保持することが困難になってきた。そこで、パ
ターンニングのレジストの厚みを軽減した多層レジスト
プロセスによる多層レジストパターンの形成法が開発さ
れている。

その多層レジストプロセスにおいて、特に汎用されてい
る方法に３層レジスト法（トリレベル法；　ｔｒｉ−１
ｅｖｅｌ法）があり、第３図（ａ）　〜（ｆ）に３層レ
ジスト法による従来の形成方法の工程順断面図を示して
いる。

第３図（ａ）参照；まず、半導体基板１に設けた被エツ
チング膜２上に下層３を平坦化するまで厚く（膜厚１．
５〜２μｍ程度）塗布し、ベーキングして固化する。こ
の下層３は非感光性の有機樹脂膜であるが、また、ネガ
型レジスト膜を全面露光してベーキングして使用しても
良い。

第３図（ｂ）参照：次いで、その上に、中間層４（膜厚
０．１〜０．２μｍ程度）を塗布して固化する。この中
間層４はシリコンを含有した膜で、例えば、０ＣＤＩ！
（商品名；スピンオングラス（ＳＯＧ）膜の一種）であ
り、塗布後に加熱して固化させる。

第３図（Ｃ）参照；更に、その上に上層５　（膜厚０．
３〜０．５μｍ程度）を塗布して固化する。この上層は
高感度な解像性の良い感光性のレジスト膜（例えばポジ
型）で、固化のために温度１００″Ｃ程度でベーキング
する。

第３図（イ）参照：しかる後、紫外線露光法によって上
層５を選択的に露光し、現像して上層５のパターンを形
成する。この露光に用いる紫外光はｇ線（波長４３６ｎ
ｉｇ　）またはｉ線（波長３６５ｎＩｌｌ）のような短
い波長の光線を用いるが、それは解像度が向上するから
である。

第３図（ｅ）参照；次いで、その上層５のパターンをマ
スクにして、中間層４をドライエンチングして中間層４
のパターンを形成する。

第３図（ｆ）参照；次いで、その中間層４パターンをマ
スクにして、下層３を酸素（０□）ガスで垂直にリアク
ティブイオンエツチングし、このようにして３層のパタ
ーンが形成される。

この３層レジスト法は中間層４パターンが耐酸素ドライ
エツチング性が良いために膜厚の厚い下層３パターンが
精度良く形成され、そのために、サブミクロン・パター
ンの形成に好適なものである。なお、第３図（ｆ）に上
層５のパターンを図示していないが、この上層５のパタ
ーンはイオンエツチングなどの際に消滅することが多い
からである。

［発明が解決しようとする諜Ｂ］ ところで、上記した３層レジスト法を用いると、最近の
光露光技術の向上とレジスト材料の改良とが相まって０
．５μｍ程度のレジストパターンを形成することが可能
であり、それは露光装置の高ＮＡにューメリカルアバー
チャ；レンズの開口係数が大きくなること）化とレジス
トの改良によるためで、例えば、露光光線としてｇ線（
波長４３６ｎ−）を用いて、開口係数０．５４のレンズ
を用いると、線幅０．４〜０．５μｍのパターンを形成
することができる。また、ｉ線（波長３６５ｎｍ　）　
と開口係数０゜４５のレンズを用いると、同程度のパタ
ーンを形成することができる。

しかし、それ以上に狭い線幅を形成することは露光光線
としてｇ線、ｉ線を使用しても困難で、精々０．４μｍ
が限度である。また、この０．４μｍパターンも技術的
に可能であっても、生産面ではパターン精度が低下して
無理である。

そこで、従来の３層レジスト法によって線幅０゜４μｍ
の方形パターンを形成する過程を検討すると、上層５の
パターンは解像力は十分であるが、パターンプロファイ
ルが悪い欠点があり、その際、露光量を増やすとパター
ン精度が低下しく例えば、方形パターンの隅部分が丸く
なり）、また、露光量を少なくすると露光不足のために
パターンが抜けなくなる状態になる。そのため、従来の
３層レジスト法によって上層５パターンを高精度に形成
する制御が不可能であり、従って、線幅０．４μｍ程度
あるいはそれ以下のパターンは形成できない。

一方、電子ビーム露光法を用いれば、線幅０．４μｍ以
下の微細パターンの形成はできるが、量産性が良くない
問題があって、そのため、０．４μｍや０．３５μｍと
いった微細パターンをｇ線、ｉ線を用いた紫外線露光法
によって形成する方法が望まれている。

従って、本発明は上記のような多層レジスト法を用いて
、紫外線露光法により０．４μｍあるいはそれ以下の微
細パターンを高精度に形成することを目的とした製造方
法を提案するものである。

［ｌ［！ｌを解決するための手段］ その課題は、第１図に示す実施例のように、被エツチン
グ膜２上に第１層１１として酸素イオンエツチングの可
能な有機樹脂膜を塗布して固化し、第２層１２として感
光性レジスト膜、第３層１３としてシリコン化合物を含
有した膜、第４層１４として前記第２層と同じ感光性レ
ジスト膜を順次に塗布して固化し、 次いで、光照射によって前記第４層１４と第２層１２と
を選択的に露光して、第４層を現像した後、該第４層を
マスクにして第３Ｎ１３をイオンエツチングして第３層
パターンを形成し、 次いで、前記第３層および第４層をマスクにして前記第
２層１２および第１層１１とをパターン精度グして、第
３層、第２層および第１層からなるレジストパターンを
形成する工程が含まれる製造方法によって解決される。

［作用］ 即ち、本発明は、同じ感光性レジスト膜からなる第４層
１４および第２層１２の間に、シリコン化合物を含有し
た膜からなる第３層１３を挟持した多層レジスト膜を形
成する。そして、第２層と第４層との合計膜厚を従来法
における上層の膜厚より厚く形成する。そうして、露光
量を制御すれば第４層のパターンプロファイルが良くな
り、例えば、方形パターンの隅部分もパターンに忠実に
形成されて、パターンニング精度が向上する。

従って、第４層の高精度なパターンによって、第１層ま
で精度良いパターンが形成できて、線幅０．４μｍ以下
の微細パターンの形成も可能になる。

［実施例コ 以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。

第１図（ａ）〜（ロ）は本発明にかかる形成方法の工程
順断面図を示している。

第１図（ａ）参照：半導体基板１の被エツチングｌ！２
上に第１層１１として酸素イオンエツチングの可能な非
感光性有機樹脂膜を膜厚１．５〜２μｍ程度に塗布して
固化させる。この非感光性有機樹脂膜には例えば、ＯＢ
Ｃ（商品名；東京応化型）を用いる。

第１図（ロ）参照；次いで、第１層１１の上に第２Ｎ１
２として感光性レジスト膜を膜厚０．５〜０．６μｍ程
度に塗布して固化させるが、この感光性レジスト膜とし
ては優れた解像性をもつポジ型レジストのＴＳＭＲ−Ｖ
３　（商品名；東京応化型）を用いる。

第１図（Ｃ）参照；次いで、第２層１２の上に第３層１
３としてシリコン化合物を含有した膜を膜厚０．０５〜
０．１　μｍ程度に塗布してベーキング温度１２０°Ｃ
以下で固化させる。この膜厚は従来の膜厚と同程度か、
または、やや薄＜シた第２層のレジストとインターミッ
クス（混合）しない従来と同様の０ＣＤ（商品名；東京
応化製ニスピンオングラスの一種）を用いる。

第１図（ｄ）参照；さらに、第３層１３の上に第４層１
４として、第２層１２と同じ感光性レジスト膜を膜厚０
．０５〜０．１μｍ程度に塗布して固化させる。即ち、
この感光性レジスト膜は第２Ｎと同じポジ型レジストの
ＴＳＭＲ−Ｖ３を用いるが、その膜厚は従来法における
上層よりもやや厚く、且つ、第２層と第４層との合計膜
厚を１μｍ程度（第２層、第３層および第４層の合計膜
厚を１．２μｍ程度）に厚く形成する。これは従来法に
おける上層の膜厚０．３〜０．５μｍ（中間層と上層と
の合計膜厚０．４〜０．７　μｍ）程度より十分に厚い
感光性レジスト膜の膜厚である。

第１図（ｅ）参照；しかる後、ｇ線またはｉ線を用いた
紫外線露光によって第４層１４を選択的に露光する。そ
の際、この紫外線露光によって透明な第３層を透過して
第２層１２も表面が一部露光される。

第２図にその本発明にかかる形成方法の露光状態を示し
ており、露光部分を点線で示している。

第１図（ｆ）参照；次いで、その第４層１４のパターン
をマスクにして、第３層１３をドライエツチングして第
３層１３のパターンを形成する。エツチングガスとして
はＣＦ、などのフレオン系ガスを用い、リアクティブイ
オンエツチング（ＲＩＥ）をおこなう。

第１図（ｇ）参照；次いで、再び現像して第２層１２の
表面の露光部分を除去し、まだ下部に残りのレジストを
有する第２層１２のパターンを形成する。即ち、第４層
１４の現像時はまだ第３層１３が介在するために現像し
てもパターンニングされていないから、再び現像して第
２層１２の露光された表面部分を除去する。しかし、第
１図（ｅ）の工程で説明した紫外線露光では完全に下部
まで露光されず、第２１ｔｉ１２の露光下部にレジスト
残部１２Ｒ（未露光部分）が残っている。

第１図（ロ）参照：次いで、第３層１３および第４層１
４のパターンをマスクにして、第２層の残部１２Ｒと第
１層１１を一緒に酸素（０２）イオンで垂直にリアクテ
ィブイオンエツチング（ＲＩＥ）して、第３層１３．第
２層１２および第１層１１からなるパターンを形成する
。

なお、上記第１図（ｇ）に説明した第２層１２の露光部
分の現像工程を省き、第２層１２すべてを第１層１１と
共にイオンエツチングのみにてエツチング除去する方法
を採っても良い。

以降は、この多層レジストパターンをマスクにして被エ
ッチ゛／グ膜２をエツチングして、高精度な微細パター
ンを精度良く形成する。

上記のような多層レジスト法によって多層レジストパタ
ーンを形成すれば、露光光線としてｇｖＡまたはｉ線を
用いた紫外線露光法によっても線幅０．４μｍ以下の微
細パターンを精度良く形成することができる。

なお、この実施例は感光性レジスト膜としてポジ型を用
いた例であるが、解像度、コントラストの良いネガ型の
感光性レジスト膜であれば、同様に０．４μｍ以下の微
細パターンを精度良く形成することができる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明にかかる製造方
法によれば紫外線露光法を用いて線幅０゜４μｍ以下の
微細パターンを精度良く形成することが可能になり、Ｌ
ＳＩなど微細なサブミクロンパターンが必要な半導体装
置の量産化に大きく役立つものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ロ）は本発明にかかる形成方法の工程
順断面図、 第２図は本発明にかかる形成力法の露光を示す図、第３
図（ａ）〜（ｆ）は従来の形成方法の工程順断面図であ
る。 図において、 １は半導体基板、 ２は被エツチング膜、 ３は下層、 ４は中間層、 ５は上層、 １１は第１層、 １２は第２層、 １３は第３層、 １４は第４層、 ２Ｒ は残部 を示している。 ＋発明ｊｉｆｆ・ｐ・３力級ル乏ハエ粁−１タ０博第１
ＩＩ（予の２） 不発朔＋Ｊｌ・ｐ・）乃塵τ造。工社吋討飴ｍｊ１１　
　図　（ろ／＋１） ４発ＥＪＪｌ＝７）・Ｐｊ形形成珪の［Ｕ六Ｔ図第２ｓ 従来／ｌ形＾゛方２にのＩ百惜社励図 第３図（’ｆ／ＩＤ ｇｉ／１万２区′）「３夫の工オシ【グ費ｔｔφ６カＧ
σ第　　３　図　　　くイ＾２）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　被エッチング膜上に第１層として酸素イオンエッチン
   グの可能な有機樹脂膜を塗布して固化し、第２層として
   感光性レジスト膜、第３層としてシリコン化合物を含有
   した膜、第４層として前記第２層と同じ感光性レジスト
   膜を順次に塗布して固化し、 次いで、光照射によって前記第４層を選択的に露光して
   、第４層を現像した後、該第４層をマスクにして第３層
   をイオンエッチングして第３層パターンを形成し、 次いで、前記第３層および第４層をマスクにして前記第
   ２層および第１層をパターンニングして、第３層、第２
   層および第１層からなるレジストパターンを形成する工
   程が含まれてなることを特徴とする半導体装置の製造方
   法。