JPH0457051A - 微細レジストパターン形成方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、エキシマレーザ−光や電子線によるレジス
トパターン形成に関し、特に矩形で高解像度のレジスト
パターンを形成する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体集積回路の高集積化、高速化に伴い、微細加工技
術に対する要求は厳しいものになってきており、高感度
、高解像度のレジスト材料やプロセスの開発が必要とな
っている。

現在、基板段差の平坦化および高解像度を両立させるた
め、耐熱性、耐ドライエツチング性に富んだ平坦化樹脂
下層、有機シリコンガラスの中間層、高解像度のレジス
トの上層から成る三層レジストに異方性エツチングを組
み合わせた三層レジストプロセスが用いられている。

以下、従来の三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を第５図を用いて工程順に説明する
。

半導体基板３上に耐熱性、耐ドライエツチング性に富む
厚さ２．０μｍ程度の平坦化層２を、樹脂のスピンコー
ド、２００℃以上でのハードベークにより形成し、次い
で該平坦化樹脂層２上に厚さ０．１μｍ程度の５ｉＯｚ
中間層６を有機シリコンガラスのスピンコードにより形
成し、次いで該Ｓｉｎ７中間層６上に厚さ０．　５μｍ
程度のｇ線あるいはｉ線用高解像度レジスト膜５を形成
する（図（ａ））。ただしこのレジストは図中ではネガ
型であるが、ポジ型でもよい。

最上層高解像度ネガ型レジスト膜５にｇ線やｉ線などの
紫外光１０をレチクル１２を通して選択的に照射し、Ｓ
ｉＯ□中間層６上に、架橋反応により、現像液に不溶で
ありかつ、後の工程のＳｉＯ□中間層６に対するフッ素
系ガスによるエツチング１３のマスクとなるｇ／ｉ線用
ネガ型レジストパターン８を形成する（図（ｂ））。

レジスト膜５の未露光部を適当な現像液によって溶出さ
せ、得られたレジストパターン８をマスクとしてＳ　ｉ
　Ｏ２中間層６を、フッ素系ガスによるエツチング１３
を行なうことで平坦化樹脂層２に対する異方性酸素プラ
ズマエツチング１４のマスクとなるようにパターニング
する（図（Ｃ））。

次いで図（ｄ）に示すようにパターニングされたＳｉｎ
７中間層６をマスクとして、異方性酸素プラズマエツチ
ング１４により、平坦化樹脂層２のエツチングを行い、
図（ｅ）に示すような矩形性の良好な高アスペクト比の
レジストパターンを形成する。

第６図は、上記のレジストパターン形成方法により形成
されたレジストパターンプロファイルを示す図であり、
図において、３は半導体基板、２はパターニングされた
下層平坦化樹脂層であり、６はパターニングされたＳｉ
ｎ、中間層である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の三層レジストプロセスを用いた微細レジストパタ
ーン形成方法は以上のように構成されており、矩形の良
好なレジストパターンが得られるが、そのプロセスが非
常に複雑であり、また上層レジストがｇ線あるいはｉ線
用のものであることから感度、解像度の向上が難しい等
の問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、エキシマレーザ−光や電子線を用いたレジス
トパターン形成において、高感度高解像度で矩形の良好
なプロファイルのレジストパターンを形成することがで
きる微細レジストパターン形成方法を得ることを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る微細レジストパターン形成方法は、平坦
化樹脂層の上層に、酸発生剤にシリコンを含有させた酸
素プラズマエツチング耐性をもつ化学増幅型レジスト膜
、あるいはベース樹脂であるフェノール樹脂の一部をシ
リル化した酸素プラズマエツチング耐性をもつ化学増幅
型レジスト膜を形成するとともに、エキシマレーザ−光
あるいは電子線で上層を露光、ベーク、現像した後に異
方性酸素プラズマエツチングを行いレジストパターンを
形成するようにしたものである。

〔作用〕

この発明にいては、平坦化樹脂層の上層に、酸発生剤に
シリコンを含有させた酸素プラズマエツチング耐性をも
つ化学増幅型レジスト膜を形成するとともに、エキシマ
レーザ−光あるいは電子線で上層を露光、ベーク、現像
した後に異方性酸素プラズマエツチングを行いレジスト
パターンを形成するようにしたので、平坦化樹脂層の上
層の化学増幅ネガ型レジスト膜は、エキシマレーザ−光
あるいは電子線露光で酸発生剤から発生した酸により露
光後のベーク時、シリコンを含む酸発生剤の分解反応生
成物を取り込みながらベース樹脂が架橋し、現像操作に
よりシリコン化合物を含有するレジストパターンが形成
され、これが異方性酸素プラズマエツチング時に酸化シ
リコン層を形成しエツチングのマスクとして作用する。

あるいは平坦化樹脂層の上層にフェノール樹脂の一部が
シリル化されたベース樹脂を用いた化学増幅ネガ型レジ
スト膜を形成するとともに、エキシマレーザ−光あるい
は電子線による露光で酸発生剤から発生した酸により露
光後のベータ時、ベース樹脂の架橋反応と一部で脱シリ
ル化が起こり、現像操作によりシリコン化合物を含有す
るレジストパターンが形成され、これが異方性酸素プラ
ズマエツチング時に酸化シリコン層を形成しエツチング
のマスクとして作用することとなる。

［実施例〕 第１図はこの発明の一実施例による微細レジスドパター
ン形成方法に用いるシリコンを含ませた酸発生剤の構造
式を示す図であり、図（ａ）はトリアリルスルホニウム
塩の一般構造式であり、アリル基の１つにシリコンを含
む基を１つ有し酸発生剤となるものである。

図において、Ｚはシリコンを含む基を示し、図（ハ）に
示すシラン結合あるいは図（Ｃ）に示すシロキサン結合
を少なくとも１つ含むものである。Ｒは水素あるいはア
ルキル基を示し、添字Ｘは任意の自然数で酸発生剤のシ
リコン含有量や溶解性に関するパラメータである。ｅＢ
はトリアリルスルホニウムカチオンの対アニオンであり
、例えば第１図（ｄ）のようなものであり、Ｍはヒ素や
アンチモン等の金属元素、Ｘはハロゲン元素を示し、添
字ｎは金属元素の配位数である。

上述の酸発生剤を含む化学増幅型レジスト材料の化学構
造式の一例（ネガ型）を第２図に示す。

図（ａ）はベース樹脂となるポリ・パラ・ビニルフェノ
ール樹脂であり、ｎはその重合度を表す自然数である。

図（ロ）はメラミン架橋剤であり、Ｒはアルキル基を示
す。図（Ｃ）は、第１図に示したシリコン含有酸発生剤
の一例である。

以下、第３図を用いて微細レジストパターンの形成を工
程順に説明する。

図において、１は第２図（Ｃ）に−例を示した化学増幅
ネガ型レジスト膜であり、４はこのレジスト膜１中に存
在するシリコン含有酸発生剤である。

１１はエキシマレーザ−光あるいは電子線、７はレジス
ト膜１が露光、ベータされてできた架橋部、９は架橋部
７の酸化により形成されたＳｉＯ□膜である。

半導体基板３上に耐熱性、耐ドライエツチング性に冨む
厚さ２．０μｍ程度の平坦化層２を、樹脂のスピンコー
ド、２００°Ｃ以上でのハードベークにより形成し、次
いで該平坦化樹脂層２上に酸発生剤をシリコンを含ませ
た厚さ０．　５〜１．０μｍ程度の化学増幅ネガ型レジ
スト膜１をスピンコード法により形成する（図（ａ））
。

上層化学増幅ネガ型レジスト膜１に例えば５０ｍｊ／ｃ
＋ｆｌ程度のエキシマレーザ−光１１をレチクル１２を
通“して選択的に照射しシリコン含有酸発生剤４から酸
を発生させ、次いで例えば１１０°Ｃで６０秒間加熱し
てベース樹脂にシリコンを含む酸発生剤の分解反応生成
物を取り込ませながら酸触媒架橋反応をおこなわせ、シ
リコン化合物を含有する架橋部（レジストパターン）７
を形成する（図（ｂ））。

次いで図（Ｃ）に示すようにレジスト膜１の未露光部を
適当な現像液によって溶出させ、得られたレジストパタ
ーン７をマスクとして異方性酸素プラズマエツチング１
４により下層平坦化樹脂層２のエツチングを行い、図（
ｄ）に示すように矩形性の良好な高アスペクト比のレジ
ストパターンを形成する。

第３図（ｅ）および第４図は、上記のレジストパターン
形成方法により形成されたレジストパターンプロファイ
ルを示す図である。

図において、３は半導体基板、２はパターニングされた
下層平坦化樹脂層であり、９は異方性酸素プラズマエツ
チング１４により、シリコンを含む酸発生剤の分解反応
生成物を含むネガ型レジストパターン７より生成したＳ
ｉｎ、膜であり、これが酸素プラズマエツチングのマス
クとして作用する。

なお、上記実施例では酸発生剤としてアリル基の１つに
シラン結合を有する芳香族化合物であるトリフェニルス
ルホニウムトリフレート類を用いた場合について説明し
たが、酸発生剤はこれに限られるものではなく、シリコ
ンを含有する他の化合物であってもよい。

さらに、上層化学増幅型レジストとしては、架橋剤のか
わりに溶解抑制剤を含むポジ型のものであってもよい。

この場合、露光部はベータ時の溶解抑制剤の分解反応に
より、現像操作により除去されるため、未露光部にはシ
リコン化合物を含有するレジストパターンが形成され同
様の効果が現れる。

次に本発明の他の実施例を説明する。

第７図は本発明の他の実施例による微細レジスドパター
ン形成方法に用いられる化学増幅型レジスト材料の化学
構造式の一例を示す図であり、図（ａ）は部分的にシリ
ル化したベース樹脂であるポリ・パラ・ビニルフェノー
ル樹脂で、図中ｍ、ｎは自然数であり、ｍとｎの比はシ
リル化の程度により変化する。図（ロ）はメラミン架橋
剤であり、Ｒはアルキル基を示す。図（Ｃ）は、エキシ
マレーザ−光や電子線照射により酸を発生する酸発生剤
としてのトリフェニルスルホニウムトリフレートである
。

次に第８図を用いて微細レジストパターン形成方法を説
明する。

半導体基板３上に耐熱性、耐ドライエツチング性に富む
厚さ２．０μｍ程度の平坦化層２を、樹脂のスピンコー
ド　２００°Ｃ以上でのハードベークにより形成し、次
いで該平坦化樹脂層２上に厚さ０．５〜１．０μｍ程度
のベース樹脂の一部がシリル化された化学増幅ネガ型膜
１５をスピンコード法により形成する（図（ａ））。

上層化学増幅ネガ型レジスト膜１５に例えば５０ｍｊ／
Ｃｌｌ１程度のエキシマレーザ−光１１をレチクル１２
を通して選択的に照射し酸発生剤から酸を発生させ、次
いで例えば１１０°Ｃで６０秒加熱して酸触媒架橋反応
を行わせ、シリル化したフェノール樹脂１６を含むネガ
型レジストパターン１７を形成する（図（ｂ））。

次いで図（Ｃ）に示すようにレジスト膜１５の未露光部
を適当な現像液によって溶出させ、得られたレジストパ
ターン１７をマスクとして異方性酸素プラズマエツチン
グ１４により下層平坦化樹脂層２のエツチングを行い、
図（ｅ）に示すような矩形性の良好な高アスペクト比の
レジストパターンを形成する。

第９図は、第８図に示した方法で形成されたレジストパ
ターンプロファイルを示す図であり、図において３は半
導体基板、２はパターニングされた下層平坦化樹脂層で
あり、９は異方性酸素プラズマエツチング１４により、
シリル化したフェノール樹脂１６を含むネガ型レジスト
パターン１７により生成した５ｉＯｚ膜であり、これが
酸素プラズマエツチングのマスクとして作用する。

なお、上記実施例では、ポリ・パラ・ビニルフェノール
をベース樹脂とし、そのフェノール部位の一部をシリル
化した化学増幅ネガ型レジストを用いて説明したが、ベ
ース樹脂はシリル化のためのフェノール基を有するもの
であれば他の構造を有する樹脂であってもよい。

さらに、化学増幅型レジストとして、架橋剤のかわりに
溶解抑制剤を含むポジ型のものを用いてもよい。この場
合、露光部はベータ時に溶解抑制剤の分解反応と脱シリ
ル化が起こり、現像操作により除去されるため、未露光
部にはシリコン化合物を含有するレジストパターンが形
成されることとなりネガ型同様の効果を奏する。

また上記両実施例では、エキシマレーザ−露光の場合に
ついて説明したが、電子線露光であってもよいのはいう
までもない。

〔発明の効果〕

この発明に係る微細レジストパターン形成方法によれば
、半導体基板上の平坦化樹脂層の上層にシリコンを含有
する酸発生剤を用いた化学増幅型レジストを塗布する、
あるいはフェノール樹脂の一部がシリル化されたベース
樹脂を用いた化学増幅ネガ型レジスト膜を塗布し、エキ
シマレーザ−光あるいは電子線を照射した後、加熱（露
光後ベータ）、現像によりシリコン含有レジストパター
ンを形成し、異方性酸素プラズマエツチングにより下層
平坦化樹脂層のパターニングを行うようにしたので、従
来の三層レジストプロセスに比ベニ程が簡略化されると
ともに段差のある基板上で高感度、高解像度な矩形の良
好なプロファイルのレジストパターンが得られるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第Ｆ図はこの発明の一実施例における微細レジストパタ
ーン形成に用いられる酸発生剤を構成するアリル基の１
つに少なくとも１つシラン結合やシロキサン結合を持つ
芳香族化合物を用いたシリコン含有酸発生剤の化学構造
式を示す図、第２図はこの発明の一実施例におけるシリ
コン含有酸発生剤を用いた化学増幅ネガ型レジストを示
す図、第３図はこの発明の一実施例における微細レジス
ドパターン形成方法を工程順に示す図、第４図はこの発
明の一実施例における微細レジストパターン形成方法に
より形成されたレジストパターンプロファイルを示す図
、第５図は従来の三層レジストプロセスにおけるレジス
トパターン形成を工程順に示す図、第６図は従来の三層
レジストプロセスにより形成されたレジストパターンプ
ロファイルを示す図、第７図は本発明の他の実施例にお
ける微細レジストパターン形成方法に用いられる化学増
幅型レジスト材料の化学構造式の一例を示す図、第８図
は本発明の他の実施例における微細レジストパターン形
成方法を工程順に示す図、第９図は本発明の他の実施例
における微細レジストパターン形成方法により形成され
たレジストパターンプロファイルを示す図である。 図において、１．１５は化学増幅ネガ型レジスト、２は
平坦化樹脂層、３は半導体基板、４はシリコン含有酸発
生剤、７，１７は化学増幅ネガ型レジストパターン、９
はＳｉＯ□膜、１１はエキシマレーザ−光あるいは電子
線、１２はレチクル、１４は異方性酸素プラズマエツチ
ング、１６はシリル化したフェノール樹脂である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エキシマレーザー光あるいは電子線を用い、ベー
   ス樹脂、架橋剤、酸発生剤を材料としたレジストパター
   ン形成方法において、 上記ベース樹脂または酸発生剤のいずれか一方にシリコ
   ンを含有させて形成した化学増幅型レジストを基板平坦
   化樹脂層の上層に塗布し、イメージ露光、ベーク、現像
   により、異方性酸素プラズマエッチングのマスクとなる
   レジストパターンを得ることを特徴とする微細レジスト
   パターン形成方法。