JPH06104171A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エッチング用のレジストパターンの段差また
は凹部の垂壁に、順テーパー、または順傾斜を、レジス
トパターンの寸法を制御しながら設ける。このレジスト
パターンの形状を被加工層にエッチングにより転写し
て、被加工層上に積層される層の段差切れを防止するこ
とにより、半導体装置の微細加工の製造効率を高めるこ
と。 【構成】 段差または凹部に垂壁を有するレジストパタ
ーンを硬化した後、全面に薄膜レジスト層を付着し、一
括露光する。レジストパターンの垂壁部分以外の薄膜レ
ジスト層が露光されて、そして現像されて除去される。
その後に垂壁部分の薄膜レジスト層を加熱再フロー化し
て、エッチング用のレジストパターンの垂壁を順テーパ
ー、又は順傾斜を有する側壁にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造
法、特に、半導体製造過程におけるドライエッチング処
理時のマスクとなるレジストパターンの製法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の集積度を上げるために、レ
ジストマスクパターンを被加工膜又は被加工層に垂直に
転写する異方性ドライエッチングが広く用いられてい
る。垂直な断面形状は高集積化に適しているが、段差部
が急峻な直角となり後工程で付着されるの配線等の段差
切れを招きやすい。このため、加工断面形状を順テーパ
ーにするために、レジストを熱処理により再フロー化
（再流動化）してレジスト断面に順テーパーを持たせ、
この順テーパーを被加工膜又は被加工層にドライエッチ
ングで転写する方法が用いられてきた。

【０００３】しかしながら、このような加熱再フロー処
理では再フローのされ方がレジストの平面形状により違
いが出てくる。すなわち、平面面積の大きな部分では再
フロー効果が大きく、混みあった微細パターンでは小さ
く、全体の寸法制御が難しい。このような問題点を解決
するための従来例として、特開昭６２−２４６２８号に
示されるものがある。この従来例は垂直側面の開口部周
辺を除いた部分をあらかじめ露光して硬化させておき、
熱処理する際に開口部周辺のみが再フロー化し、垂壁断
面に順テーパーを形成する。しかし、この従来例では、
ホトマスクに開口部周辺を露光しないための遮光マスク
を必要とし、微細なパターン加工には適しない。

【０００４】さらに、別の従来例としてＩＢＭ ＴＤＢ
Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．５ ｐ．３７１及びＩＢＭ Ｔ
ＤＢ Ｖｏｌ．３２ Ｎｏ．４Ａ ｐｐ．１４９−１５
２に示されるものがある。前者に示されるものはホトレ
ジスト層を露光後に再フロー化することにより、ホトレ
ジスト層の垂壁の傾斜を制御することを開示している。
後者は、再フロー化処理の際にホトレジスト層が下面の
凹凸の影響を受けてパターンの移動を生じることを防ぐ
ため、ホトレジスト層を２層化して下層に再フロー化し
ないホトレジスト層を設けている。これらに開示される
内容は、いずれも再フロー化されるホトレジスト層の平
面部分が大きい場合と小さい場合では、再フロー化によ
る開口垂壁の傾斜の大きさに差異を生じる。したがっ
て、従来技術の問題点を解決していない。

【０００５】さらに、別の従来例として特開平２−２７
３９１６号に示されるものがある。この従来例に開示さ
れるものはホトレジストの再フロー化に伴う側面の形状
変化の大小を解決するものではないが、パターン感光の
際にホトレジストの側面に生ずる光波長に起因した凹凸
をなくすため、その側面に低粘度のレジスト層を付着す
ることが開示されている。この従来技術には垂壁に順テ
ーパーを再フロー化で形成することの示唆がない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、加熱によ
る再フロー効果がレジストパターンに依存せずに一定に
なるようなレジストマスクを形成することを目的とす
る。この発明は、微細な加工パターンに適し、かつ加工
パターンの垂壁縁部の断面形状にその上に被着される配
線パターン等の断差切れを引き起こさない程度の順テー
パー又は順傾斜を形成するレジストパターンの製法を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の方法は以下の（Ａ）〜（Ｅ）の工程から
構成される。 （Ａ）垂直な側壁の段差または凹部を持つレジストパタ
ーンを被加工面上に形成する。 （Ｂ）レジストパターンを再フロー化しないように硬化
する。 （Ｃ）レジストパターン全面に低粘度レジストを塗布し
て段差または凹部形状に沿った薄膜レジスト層を形成す
る。 （Ｄ）垂直方向に一括露光を行い薄膜レジスト層を感光
させる。この時、露光量を調整してレジストパターン垂
壁上の薄膜レジスト層の大部分は感光しないようにす
る。 （Ｅ）薄膜レジスト層を現像してレジストパターンの垂
壁上の薄膜レジスト層のみを残して除去する。 （Ｆ）残された薄膜レジスト層を加熱再フロー化して、
レジストパターンの垂壁に順テーパーまたは順傾斜を付
け加える。

【０００８】

【作用】このようにして形成された薄膜レジスト層に熱
処理を加えて再フロー化しても、硬化されたレジストパ
ターンは影響を受けず、垂壁上の薄膜レジスト層のみが
再フローされ安定した順テーパーの断面形状が得られ
る。再フロー化される部分が垂壁の薄膜レジスト層に限
られるため、再フローによるパターンの形状変化はレジ
ストパターンの平面形状の大きさに依存しなくなり、パ
ターンの寸法制御が容易になる。さらに、レジストパタ
ーンの段差又は凹部の垂壁に薄膜レジスト層を自己整合
的に高精度に付着できるので微細パターン加工にこの発
明の方法は適用できる。エッチング加工後の被加工面上
に被着される配線等の段差切れを防ぐことができる。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の一実施例について添付図面
を参照して説明する。第１図（ａ）〜（ｆ）は、この発
明の一実施例によるレジストパターンの成形方法を示す
工程断面図である。 （ａ）まず、従来の工程を行ってレジストパターン１を
被加工面２上に形成する。このレジストパターン１は被
加工面２にドライエッチングによる微細加工を行う際に
エッチングマスクの一部構成するものである。レジスト
材料は例えば通常のポジタイプレジストであってよい。
被加工面２の全面に塗布されたレジスト材料層に縮小投
影露光装置（Ｇライン（水銀輝線）・ステッパー）で露
光しその後現像してレジストパターン１を得る。この工
程は従来技術と同じであるのでこれ以上説明しない。レ
ジストパターン１は、平面部３と平面部３に対して実質
的に直角で垂直な側壁（垂壁）４を持つた段差または凹
部５を有する。例として、このレジストパターン１内の
最小パターン間隔Ｌは１ミクロン程度であり、最大パタ
ーン間隔Ｍは１００ミクロン程度である。レジストパタ
ーン１の厚みは１ミクロンである。

【００１０】（ｂ）レジストパターン１の耐熱性を上げ
て加熱しても再フローをしないようにするために加熱型
遠紫外光硬化等によりレジストパターン１を硬化する。
この遠紫外光の波長域は例えば１５００乃至３０００オ
ングストロームで２分間の基板加熱型照射である。こう
して、このレジストパターン１は熱にも光にも反応しな
くなる硬化レジストパターン６になる。

【００１１】（ｃ）低粘度レジストによる薄膜レジスト
層７を硬化レジストパターン６の全面に厚さ約０．１ミ
クロンで一様に塗布する。低粘度レジストとしては例え
ば（ａ）のレジスト材料を溶剤で数倍に希釈したものを
用いる。硬化レジストパターン６は硬化処理が終わって
いるために全面に塗布される薄膜レジスト層７の溶剤に
浸かされることはない。低粘度レジストのために硬化レ
ジストパターン６の形状に沿って被加工面２上も含み全
面に薄膜レジスト層７が塗布される。

【００１２】（ｄ）図中垂直方向の一括露光により薄膜
レジスト層７を感光させる。この感光に使う光は、Ｇ線
又はＩ線（水銀輝線）の平行光線を用いて１０乃至５０
ミリ秒間の照射である。このように調整された露光量に
より、硬化レジストパターン６の垂壁４上の薄膜レジス
ト層７は、光の進行方向に厚みをもっているためほとん
ど感光しない。ほかの部分、すなわち、硬化レジストパ
ターン６の平面部３上及び被加工面２上の薄膜レジスト
層７は、垂直方向に厚みをほとんどもたないため底面ま
で全部感光する。

【００１３】（ｅ）薄膜レジスト層７をアルカリ性の現
像液、例えば水酸化４メチルアンモニウム又は水酸化カ
リウムを用いて現像する。硬化レジストパターン６の垂
壁４上を除いて薄膜レジスト層７は感光しているので現
像液に溶解し、垂壁４上の薄膜レジスト層７のみが残
る。

【００１４】（ｆ）硬化レジストパターン６の垂壁４上
に残された薄膜レジスト層７は、軟化点約１３０゜Ｃま
で上昇することにより再フロー化されて、その形状が垂
れ下がった形８になり、垂壁４と一緒に順テーパーまた
は順傾斜のついた側面断面形状を形成する。この温度で
は硬化レジストパターン６は再フロー化することなく形
状を保つ。この薄膜レジスト層８の再フロー化後に工程
（ｂ）と同様の硬化を行って、この再フロー化された薄
膜レジスト層８と硬化レジストパターン６がエッチング
マスク用の合成マスク９となる。この合成マスク９を用
いて下の被加工面２に異方性のドライエッチング加工を
することで、層８とパターン６の合成形状９が被加工面
２に転写される。この工程が図２に示される。

【００１５】図２の（ａ）には、半導体基板１０と、そ
の上に積層された被加工層２、例えば二酸化シリコンの
絶縁層１１と、その上に図１の（ｆ）で作られたエッチ
ング用のマスク９とが示されている。このマスク９を用
いて従来方法の異方性のドライエッチング、例えばイオ
ンエッチング、を絶縁層１１に対して行ない、半導体基
板１０上に通じる穴を絶縁層１１に開ける。異方性ドラ
イエッチングを垂直方向に行うことで、絶縁層１１にマ
スク９の形状が転写される。その後にマスク９を除去す
る（図２の（ｂ））。

【００１６】ドライエッチング加工された絶縁層１１の
形状はマスク９の形状と同じで、その段差又は凹部１２
の側壁１３は、順テーパーまたは順傾斜が形成されてい
る。絶縁層１１の凹部１２により開口された半導体基板
１０に電気的に接続するためのアルミニウムの配線層１
４が、従来方法により、絶縁層１１の上及び凹部１２内
に積層して付着される（図２の（ｃ））。

【００１７】絶縁層１１の段差または凹部１２の側壁は
順テーパーが形成されているので、その上に積層付着さ
れる配線層１４の段差切れを防止することが出来る。な
お、図１の工程（ｆ）で説明した薄膜レジスト層７の再
フロー化工程を省略してもよい。この場合は、図１の工
程（ｅ）に示す再フロー化前の薄膜レジスト層７と硬化
レジストパターン６の組み合せを図２の工程（ａ）のエ
ッチング工程のマスクとして用いる。エッチング工程に
ともなう加熱で薄膜レジスト層７は再フロー化し、図１
の工程（ｆ）に示すようにマスクパターンの垂壁に順傾
斜を形作る。従って、マスク６、７の下の被加工層２に
は、順傾斜の側壁パターンが転写され、結果として図２
の（ｂ）に示すのと同じ形状が形成される。

【００１８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、自己整合
型の薄膜レジスト層が硬化されたレジストパターンの凹
部または段差の垂壁に付着され、そして加熱再フロー処
理を経て、被加工層の側面に順テーパーの断面形状をも
ったパターンを形成するためのレジストパターンが製造
される。このため、レジストパターンの形状の制御が加
熱再フロー処理の際に容易で、被加工層の微細加工が可
能となる。この発明によるレジストパターンを用いれ
ば、半導体装置の多層構造での段差切れを抑制し、製造
効率を上げることができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるレジストパターンを
形成する工程を示す断面図である。

【図２】この発明の一実施例により作られたレジストパ
ターンを用いて被加工層を加工しその上にさらに新たな
層を積層する半導体製造工程を示す断面図である。

【符号の説明】

１ レジストパターン ２ 被加工面 ３ 平面部 ４ 垂壁 ５ 凹部 ６ 硬化レジストパターン ７ 薄膜レジスト層 ８ 再フロー後の薄膜レジスト層 ９ 合成マスク １０ 半導体基板 １１ 絶縁層 １２ 凹部 １３ 側壁 １４ 配線層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体装置の製造方法において、 実質的に垂直な垂壁を持つ段差または凹部を有するレジ
   ストパターンを被加工面上に形成し、 前記レジストパターンを硬化させ、 前記レジストパターンの全面に薄膜レジスト層を塗布
   し、 該薄膜レジスト層を垂直方向に露光して前記垂壁上の前
   記薄膜レジスト層のみを残して除去し、 残された前記薄膜レジスト層を加熱して再フロー化す
   る、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】前記レジストパターン及び前記垂壁上の再
   フロー化された前記薄膜レジスト層をエッチングマスク
   として用いて前記被加工面にドライエッチングを行うこ
   とを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】前記残された薄膜レジスト層を加熱して再
   フロー化する工程を、前記被加工面にエッチングを行う
   際に同時に行うことを特徴とする請求項１記載の半導体
   装置の製造方法。