JPH0414048A - レジストパターンの形成方法 - 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〕 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特にリソグラフ
ィー工程のパターン形成方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、微細パターン形成に対
する要求が高まっている。現在この微細パターン形成技
術（リソグラフィー技術）の主力はｇ線（４３６ｎｍ）
ｉ線（３６５ｎｍ）と呼ばれる水銀等からの輝線とノボ
ラック樹脂とナツトノンジアジド感光剤から構成される
ポジ型レジストを用いるもので０．５μｍレベルの設計
ルールを有する半導体デバイスまでカバーできるものと
考えられている。しかしながらさらに微細なパターン形
成にはｇ線、ｉ線では不十分であり一層の短波長化が必
要であり、ＫｒＦエキシマレーザ−光（２４９ｎｍ）、
水銀アーク光（２５０〜２６０ｎｍ）等の深紫外光（Ｄ
ＵＶ光）を用いたリソグラフィー技術の検討が進められ
ている。このＤＵＶ光に対応して開発されたレジストの
一種が酸触媒系レジストである。このレジスト中には光
照射によって酸を発生する酸発生剤が含まれ、その発生
した酸が、熱ベーク処理により拡散して触媒として働く
。その結果ネガ型レジストの場合は樹脂の架橋反応によ
り露光部の溶解性が減少しくこのためネガ型レジストは
酸発生剤、樹脂のほかに架橋材を含む場合が多い）、一
方ポジ型レジストの場合は樹脂の分解反応あるいは極性
変化により溶解性が増大する。

またこの酸触媒系レジストの特徴として、■酸が触媒と
なるため感度が高い、■露光波長（２５０ｎｍ前後）の
透過性のできるだけ高い樹脂を採用している、ことがあ
げられる。さらにこのレジストの一般的プロセス工程は
■ＤＵＶ光照射、■熱ベーク処理、■現像の３工程によ
りなっていた。

〔参考文献〕

ＯＨ，Ｉｔｏ、Ｐｒｏｃ、５ＰＩＥ、ｖｏｌ　９２０．
ｐｐ３３−４１（１９８８）。

ｏ　Ｒ，Ｌ、Ｗｏｏｄｓ、Ｃ，Ｆ、Ｌｙｏｎｓ、Ｒ，Ｍ
ｕｅｌｌｅｒ　ａｎｄ　Ｊ、ＣｏｎｗａｙＰｒｏｃ、Ｋ
ＴＩ　Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｓｅｍ１ｎ
ａｒ、ｖｏｌ　１０−１１．ｐｐ３４１−３５９（１９
８８）。

ｏ　Ｊ、Ｗ、Ｔｈａｃｈｅｒａｙ、Ｇ、Ｗ、０ｒｓｕｌ
ａ、Ｄ、Ｃａｎ１ｓｔｒｏ、Ｅ、に、Ｐａｖｅｌｃｈｅ
ｋ、Ｌ、Ｅ、Ｂｏｇａｎ、ｊｒ、、Ａ、に、Ｂｅｒｒｙ
、に、Ａ、Ｇｒａｚｉａｎｏ、Ｐｒｏｃ、５ＰＩＥ。

ｖｏｌ、１０８６−０５．ｉｎ　ｐｒｅｓｓ（１９８９
）。

〔発明が解決しようとする課題〕

この従来の酸触媒系レジストのパターン形成工程におい
ては樹脂の透過率をできるかぎり増加させているものの
芳香環を有するためｇ線、ｉ線と異なり、ＤＵＶ光（２
５０ｎｍ付近）の透過率アップには限界があり、そのた
めレジスト形状が矩形にならず傾斜を有したものになっ
てしまうという問題点があった。すなわち樹脂の吸収が
大きいとレジスト／基板界面に達する光量が減衰するた
め発生する酸の量がレジスト深部で減少しそのため溶解
性のコントラストが減少することになる。

そのためネガ型レジストの場合は第５図（ａ）の様なオ
ーバーハング形状、ポジ型レジストの場合は第５図（ｂ
）に示す台形上になるという問題点があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のレジストパターンの形成方法は露光後塩基であ
るアンモニア、メチルあるいはエチルアミン等のアミン
化合物をレジスト中に拡散させ、レジスト深さ方向に酸
濃度分布を均一化することによりレジスト形状を矩形に
することである。

次にその原理についてネガ型レジストを例にとって述べ
る。

第１図は露光後生成した酸濃度の深さ方向濃度を示した
ものである（Ａ）。これに適当な拡散温度および時間に
よりアミン化合物をレジスト中に拡散させると（Ｂ）に
示す様なアミン濃度になる。ここで塩基であるアミンは
酸を中和しそのため（Ａ）と（Ｂ）の差である（Ｃ）が
実際の酸濃度になる。（ｃ）は深さ方向の濃度変化がよ
り緩和されており矩形のレジスト形状が得られる。

またレジスト表面の矩形性をさらに向上させるため露光
後−旦熱ベーク処理を実態しレジスト表面付近の架橋構
造を強固にした後、アミンを拡散して表面付近の酸を中
和してもよい。その際立体構造の大小の差を利用するこ
とにより（例えばモノメチルアミンとトリメチルアミン
との差）拡散する領域を比較的任意に制御することがで
きる。

第２図は露光後熱ベーク処理を行なってレジスト表面近
傍の架橋反応をある程度進行させた後、２種のアミン化
合物（Ｂ、）（Ｂ２）を拡散させたものである。（Ｂ１
）はかさ高い大きな分子構造を示すアミン、（Ｂ２）は
小さなアミン分子の場合を表わしている。架橋構造形成
のためにかさ高いアミンは表面近傍のみに拡散しレジス
ト深部に到達できない。したがって表面領域の架橋反応
のみ抑制される。したがって表面部分のみを一部中和し
てから熱ベーク処理によりレジスト／基板界面近傍の架
橋反応を進行させることができる。以上によりレジスト
表面近傍の矩形性がより改善されたレジスト形状が実現
することができる。

〔実施例〕

次に本発明について図面を参照して説明する。

使用するレジストは酸発生剤−架橋材−樹脂の３成分よ
りなるネガ型レジスト、例えばシブレイ社５ＡＬ６０１
−ＥＲ７の場合について述べるが、ポジ型レジストの場
合も同様に適用できる。

第３図はＭＯＳ）ランジスタの微細ポリシリコンゲート
パターンの形成に本発明を適用した結果を示す。第３図
（ａ）はシリコン基板３０１にゲート酸化膜３０２を熱
酸化により形成し、さらにその上にポリシリコン膜３０
３を化学気相成長した後、 酸触媒系ネガ型レジスト３０４を塗布した後の姿態を示
す。その後ゲートポリシリコン電極を形成するためレジ
スト３０４にエキシマレーサー光３０５を照射しく第３
図（ｂ））、以下のベーク、現像処理を実施する。

まず第３図（Ｃ）に示す様に真空チャンノく一内３０６
で窒素置換した後、アミン化合物、例えばアンモニア、
メチルアミン等のアルキルアミンを窒素をキャリアガス
としてそれぞれの沸点、蒸気圧を考慮して室温〜５０℃
のプレート温度で１〜５分処理してレジスト中に拡散さ
せる。次に熱ベーク処理を１３０〜１６０℃、３０秒〜
３分程度実施し、酸触媒による架橋反応を進行させ、テ
トラメチルアンモニウムノ１イドライド等の７ルカリ水
溶液で現像すると第３図（ｄ）に示す矩形性の良好なレ
ジストパターン３０９が得られる。

最後に上記レジストパターン３０９をマスクとしポリシ
リコン膜３０３をＣＦ４．Ｃ（１２Ｆ２等の反応ガスプ
ラズマにより異方性エツチングしゲート電極３１０を形
成する。第３図（ｅ）はゲート電極形成後、レジスト除
去した姿態を示す。

斯くのごとく本発明を微細レジストパターン形成に適用
すると樹脂の吸収が多少あっても矩形性の優れたレジス
トパターンが形成できさらにレジスト寸法変動も小さく
抑えることが可能になる。

さらにレジスト表面近傍の矩形性を一層向上させること
を目的として紫外光を照射後−旦熱べ−り処理を実施し
表面付近の架橋反応を進行させた後、アミン拡散を行い
再度熱ベーク処理を追加した場合のポリシリ電極形成の
手順を第４図に示す。

第４図（ａ）　（ｂ）は第３図（ａ）　（ｂ）と同様で
ある。

次に熱ベーク処理を所定の処理時間の０．５〜０．８倍
程度実施（例えば１３０〜１６０℃、数十秒〜４分程度
）し、表面付近の架橋反応を進行させる（第４図（Ｃ）
）。次に表面部分にのみ拡散するかさ高い分子構造を有
するアミン、例えばトリマチルアミン、ジエチルアミン
等を室温〜８０℃で１〜５分程度拡散する（第４図（ｄ
））。さらにアンモニアあるいはメチルアンモニア等の
小さな分子を２重拡散してもよい。これによってレジス
ト深部の酸濃度をさらに均一化することが可能である。

次に熱ベーク処理を追加しく１３０〜１６０℃、数十秒
〜３分程度）レジスト／ポリシリ界面近傍の架橋反応を
進行させ、現像を行う。このときの姿態を第４図（ｅ）
に示す。レジスト表面上の矩形性は一層向上しているの
がわかる。最後に反応性プラズマガスにより異方性エツ
チングを行いレジストを除去すると第４図（「）に示す
ゲート電極が高い寸法精度で達成できる。

以上、微細ゲート電極形成に関してのみ述べたが本発明
は配線パターン、コンタクトホールパターン等、その他
の微細レジストパターン形成にも適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明は紫外線露光によって発生した
酸濃度のレジスト深さ方向変化を塩基であるアミン化合
物を拡散させることにより減少させ矩形性の優れたレジ
スト形状を達成できるという効果がある。

さらに露光後の熱ベーク処理によりレジスト表面近傍の
架橋反応を進行させた後アミン化合物を拡散させ、熱ベ
ーク処理を追加することにより表面領域のレジスト形状
をさらに向上できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の詳細な説明するための酸、塩
基濃度のレジスト深さ方向依存性を示したものである。 （Ａ）が酸濃度、（Ｂ）が塩基（アミン）濃度、（Ｃ）
は（Ａ）と（Ｂ）の差を示す。また（Ｂｌ）。 （Ｂ２）は表面近傍の架橋反応を進行させた後アミンを
拡散したときの塩基濃度で（Ｂ１）はかさ高い分子構造
を有する分子、（Ｂ２）は小さなアミン分子の場合を表
わしている。 第３図（ａ）〜（ｅ）および第４図（ａ）〜（「）はそ
れぞれ実施例１，２を説明したものであり第５図（ａ）
、　（ｂ）は通常の現像過程を行なったときのレジスト
形状を示している。 ３０１．４０１，５０１・・・・・・シリコン基板、３
０２゜４０２・・・・・・ゲート酸化膜、３０３，４０
３・・・・・・ポリシリコンｍ、３０４，４０３・・・
・・・レジスト、３０５．４０５・・・・・・エキシマ
レーザ光、３０６゜４０６・・・・・・露光領域、４０
７・・・・・・架橋領域、３０７゜４０８・・・・・・
真空チェンバー　３０８，４０９・・・・・アミン化合
物のガス流、３０９，４１０・・・・・・現像後のレジ
ストパターン（架橋領域）、３１０，４１１・・・・・
・ゲート電極、５０２・・・・・・ネガ型レジスト、５
０３・・・・・・ポジ型レジスト。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋 しジスト／ｌ鴻廻さ 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マスクパターンを半導体基板上に塗布された酸触媒
   型レジストに転写するリソグラフィー工程において、光
   露光後アンモニア、メチルあるいはエチルアミン等のア
   ミン化合物をレジスト中に拡散し、その後熱ベーク処理
   および現像を行うことを特徴とするレジストパターンの
   形成方法。 ２、前記リソグラフィー工程において光露光後熱ベーク
   処理を行い、その後アンモニア、メチルあるいはエチル
   アミン等のアミン化合物をレジスト中に拡散し、さらに
   第２の熱ベーク処理を行い現像を行うことを特徴とする
   レジストパターンの形成方法。