JPH0425694B2 - - Google Patents

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、とくに感光性
樹脂膜を用いた微細なパターン形成工程を有する
半導体装置の製造方法に関する。

従来例の構成とその問題点 半導体基板上に感光性樹脂膜パターンを形成す
る工程において、パターン巾が２〜3μｍ以下の
微細加工では通常ポジ型感光性樹脂膜が用いられ
ている。このポジ型感光性樹脂の露光方法とし
て、歩留まり向上および半導体基板の反りの補正
が可能であるという理由により、ステツプアンド
リピート方式の投影露光方法が用いられる。

この投影露光方法は第１図に示すように、マス
ク１を通過した光線Ｘをレンズ２を介して半導体
基板３上のレジスト（感光性樹脂）４上に結像す
るようにしたものである。ただし、この方法はレ
ンズ２を使用するため、通常の光線を使用したの
では色収差を生じパターンの微細化に支障をきた
すので、その光線Ｘとしては単色光を用いなけれ
ばならない。しかしながら、単色光を用いたため
に、入射光Ｘとその基板３からの反射光により定
在波が発生する。

このことを第２図を用いて説明する。同図に示
すように、半導体基板５上に異なる膜厚を有する
二酸化硅素膜６，７を形成した後、この二酸化硅
素膜６，７上に感光性樹脂膜８を塗布する。この
とき、二酸化硅素膜６，７と感光性樹脂膜８の屈
折率がほぼ等しいため、感光性樹脂膜８上から光
照射しても二酸化硅素膜６，７と感光性樹脂膜８
との界面での反射はおこらない。その代り入射光
は半導体基板５で反射した光と干渉し、二酸化硅
素膜６，７およびレジスト膜８内に定在波９がで
きる。定在波の腹と節は入射光の波長が4358〓と
すると、743〓の周期でできる。従つて、二酸化
硅素膜６，７の膜厚d₁およびd₂の差（d₁−d₂）が
743〓の奇数倍のとき感光性樹脂膜８との界面で
の光強度差が大きくなる。

この為、例えば二酸化硅素膜６の表面では定在
波９の節ができ、一方、二酸化硅素膜７の表面で
は定在波９の腹ができる。この様な場合、二酸化
硅素膜６表面では入射光の照射強度が弱くなり、
現像、リンス後に感光性樹脂膜８が充分除去でき
ないということが発生する。また、現像して樹脂
膜８のパターンを形成すると二酸化硅素膜６，７
上での感光性樹脂膜８のパターン巾が異なるとい
つた問題も発生する。

また、アルミニウムなどのように反射率の大き
い金属膜上に感光性樹脂膜を形成した場合、金属
膜と感光性樹脂膜界面付近に定在波の節ができる
ので薄い膜が残りやすく、寸法精度の良い樹脂膜
パターン形成が困難であつた。

以上の様なことは、特に段差を有する基板上に
おいては段差部で感光性樹脂膜厚の変化が大き
く、微細パターンが精度よく形成できないという
欠点をもたらすことになる。

発明の目的 本発明は上記欠点にかんがみなされたもので、
微細パターンの必要な半導体装置、特に投影露光
方法を用いてパターン形成を行なう半導体装置の
製造において、微細パターンを基板の種類および
段差に関係なく形成出来る方法を提供せんとする
ものである。

発明の構成 本発明は、基板の段差および種類によるパター
ン巾変化を少なくし、かつ樹脂膜厚の厚いパター
ンを得るために、半導体基板上に第１の樹脂層を
形成した後、前記第１の樹脂層を溶解せずかつ前
記第１の樹脂の溶剤より低沸点の溶液で前記第１
の樹脂層処理し、冷却した後、第２の樹脂層を形
成する。第１の樹脂層としては、たとえば非感光
のアルカリ可溶性の樹脂あるいは感光性樹脂を塗
布したのち感光波長の光を全面に照射してアルカ
リ可溶性としたものを用いる。第２の樹脂層とし
ては、たとえば感光性樹脂を用い、選択的に感光
波長を照射した後アルカリ可溶性とする。こうし
たのち前記第２の樹脂層と第１の樹脂層を同じア
ルカリ溶液で処理して所定のパターンを形成す
る。

実施例の説明 本発明の一実施例を第３図を用いて説明する。
半導体基板１１上に形成した異なる膜厚を有する
二酸化硅素膜１７，１８上に第１の樹脂としてた
とえばポジ型感光性樹脂層１２を前記二酸化硅素
膜１７，１８の段差より厚く形成するＡ。次に全
面に感光波長の光を照射して樹脂層１２をアルカ
リ可溶性とした後、前記第１の樹脂を溶解せずか
つ前記第１の樹脂の溶剤たとえばセロソルブアセ
テートより低沸点の溶液、たとえば沸点が100℃
以下の１，１，２，トリクロロトリフロロエタ
ン、石油エーテルあるいは正ペンタン中に基板を
浸漬するかあるいはこの液を基板上に塗布して感
光性樹脂層１２の少なくとも表面をたとえば15℃
以下に冷却する。このように低沸点溶液を前記感
光性樹脂層１２に接触させることにより、樹脂の
温度が下がり、樹脂の溶剤に対する溶解度が減少
し変質層１３が形成されるＢ。また樹脂中の溶剤
と低沸点溶液が溶解し、かつ低沸点溶液とともに
溶剤が蒸発し、第１の樹脂層１２中の溶剤の含有
率が減少する。

次に第２の樹脂たとえば未感光の感光性樹脂膜
１４を前記第１の樹脂層１２より薄く塗布する。
このとき、第１の樹脂層１２中の溶剤の含有率を
前記工程にて減少させてあるため、第２の樹脂層
１４と第１の樹脂層１２の混合が生じにくく、樹
脂層１２と１４の全体の膜厚の減少が少ない均一
な樹脂膜を得ることができる。すなわち第１、第
２の樹脂層１２，１４の混合が多く生じると全体
の膜厚が個々の樹脂層の和よりも小さくなるが、
上記変質層１３を形成しておくと混合が生じにく
く、膜厚の減少が生じにくい。

次に前記第２の樹脂層１４のフオトマスク（図
示せず）等を用いて選択的に感光波長の光を照射
し、一部１４ａをアルカリ可溶性にした後Ｃ、ア
ルカイ現像液により前記第２の樹脂のアルカリ可
溶性領域１４ａとその下方の第１の樹脂層１２を
現像除去し、所定のパターン開孔部１５を形成す
るＤ。次に前記パターン開孔部１６より半導体基
板を加工し、半導体装置を製造する。なお、残さ
れた樹脂層１２，１３，１４からなるパターンを
リフトオフ材として用いリフトオフ法により開孔
部１６に金属配線層等を形成してもよい。

また、第１および第２の樹脂層とも未感光の感
光性樹脂を用いて、第１の樹脂層塗布後直ちに低
沸点溶液処理をし、第２の樹脂を塗布してもよ
い。

第２の樹脂層は第１の樹脂層厚より厚くてもよ
いが、第２の樹脂塗布時に第１の樹脂もある程度
溶解して混合層が生じるので、パターン端部を垂
直にするには第２の樹脂層を第１の樹脂層厚より
薄くした方がよい。

また、第１の樹脂層１２として非感光のアルカ
リ可溶性の樹脂を用いれば、全面感光は必要でな
く、工程が簡単となる。

以上の第３図の方法では表面が平坦な第１の樹
脂層上に第２の樹脂層を形成することができるた
め、第３図Ｃに示すように、基板で生じた定在波
１９の節および腹が、基板段差に関係なく第２の
樹脂層１４に均一に作用し、第２図のごとき現象
を生じることなく均一なパターンを有する樹脂膜
パターンが形成できる。

また本発明は、第４図Ａに示すような段差物を
有するSiO₂膜１７上に形成したアルミニウムな
どの反射係数の大きい金属層２０の凹部に樹脂パ
ターン形成した場合特に効果が大きい。従来の１
層レジスト法では段差部からの反射光２３により
フオトマスク２１のしやへい領域２２の下部の放
射線感応性樹脂まで感応し、すなわち放射線感応
性樹脂膜厚2.4μｍの場合第４図Ｂのに示すよう
に、段差部中心からの距離ｄが0.5〜1.5μｍの範
囲にある樹脂膜も感光され、しやへい領域２２の
パターン巾が2μｍ以下のとき、現像後樹脂膜は
残存せず、残存するパターンの巾Ｗは０になりパ
ターン形成が不可能となる。しかし本発明の方法
では、第１層の放射線感応性樹脂膜厚を段差部よ
り厚く形成してあるため、パターン形成のための
第２層の放射線感応樹脂膜への放射線照射時の段
差部からの反射光２３が第２層の樹脂膜に達する
ことがなく、第１０図のに示すように段差部の
有無に関係なく一定なパターン巾を有する放射線
感応性樹脂パターンを形成できる。なお、第１０
図Ｂにおける本発明の特性は第１、第２層樹脂
の合計膜厚を3.4μｍとした場合の例である。

発明の効果 本発明の方法によれば低沸点溶液により、第１
の樹脂層が冷却されるため、第１の樹脂と第２の
樹脂の溶剤が同じ場合でも、第２の樹脂層形成時
第１の樹脂との混合が少なく、均一性のよい多層
膜が形成できる。また、低沸点溶液をノズルから
塗布する場合には、第１の樹脂の塗布、低沸点溶
液塗布および第２の樹脂の塗布を連続して同一の
装置で処理できるため、工程および装置が簡単で
容易に多層膜が形成できる。また、本発明の方法
では第１の樹脂層を基板段差より厚く形成してお
き、第２の樹脂層にパターン形成をし、第２の樹
脂パターンをマスクに第１の樹脂を選択的に現像
するため、第１および第２の樹脂のパターンは基
板の段差および種類に関係寸法精度のよいパター
ンが形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来のパターン形成を説
明するための構造断面図、第３図Ａ〜Ｄは本発明
の一実施例のパターン形成方法を説明するための
工程、断面図、第４図Ａは本発明において反射光
の存在する状態の断面図、第４図Ｂは反射光によ
るパターン巾の特性図である。 １１……半導体基板、１２，１４……樹脂層、
１５……開孔部、１７，１８……二酸化硅素膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板上に形成した第１の樹脂層の表面
   を前記第１の樹脂層を溶解せずかつ前記第１の樹
   脂層の溶剤より低沸点の溶液で前記第１の樹脂層
   を処理した後、前記第１の樹脂層上に第２の樹脂
   層を形成する工程と、前記第１および第２の樹脂
   に所定のパターンを形成する工程とを含むことを
   特徴とする半導体装置の製造方法。 ２ 第１の樹脂層をアルカリ可溶性の樹脂、第２
   の樹脂層を感光性樹脂とし、前記第２の樹脂層を
   感光させ選択的にアルカリ可溶性とした後、アル
   カリ性溶液により前記第２と第１の樹脂層に所定
   のパターンを形成することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の半導体装置の製造方法。