JPH0669118A - レジストパターンの形成方法 - Google Patents

レジストパターンの形成方法

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JPH0669118A
JPH0669118A JP13643492A JP13643492A JPH0669118A JP H0669118 A JPH0669118 A JP H0669118A JP 13643492 A JP13643492 A JP 13643492A JP 13643492 A JP13643492 A JP 13643492A JP H0669118 A JPH0669118 A JP H0669118A
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JP
Japan
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resist
pattern
chemically amplified
region
formation
Prior art date
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Withdrawn
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JP13643492A
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English (en)
Inventor
Kunihiko Kasama
邦彦 笠間
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】化学増幅系(ポジ型,もしくはネガ型)レジス
トのドライエッチング耐性を向上させるとともに、その
際のレジストエッチング特性の深さ方向依存性を解消す
る。 【構成】化学増幅系ポジ型レジスト103に通常の方法
でコンタクトパターン106を形成し、再度光107に
よる全面露光,ベーク処理して酸触媒反応を充分行な
い、このレジスト106に保護基の離脱した領域108
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【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レジストパターン形成
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、LSIの高集積化に伴ない、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
光露光技術であり、縮小投影露光装置(ステッパー)の
性能向上(レンズの高NA化,大口径化,および重ね合
わせ精度の改善等)と合わせて、レジストの高解像度化
が図られている。これまで光露光技術の主力となってき
なのはHgランプのg線,i線を利用するg線あるいは
i線ステッパーとノボラック系ポジ型レジストとの組み
合わせであり、0.5μm程度の微細化に対してはこの
技術で対応できると考えられている。さらにその先のサ
ブハーフミクロン領域のパターン形成技術として有望視
されているのが、KrFレーザーあるいはHgアークラ
ンプ等の250nm付近の深紫外(DeepUV)光を
利用した深紫外露光法である。
【0003】この深紫外領域においては、従来のノボラ
ック系レジストは、樹脂の強い吸収のため、レジストパ
ターン形状がテーパー状になり、下地への正確なパター
ン転写ができない。さらにDeepUV光はg,i線に
較べて照度が弱いため、感度の高い(30mJ/c
2 )レジスト系が必要とそれる。
【0004】以上の要求を満たすため1984年のアメ
リカン・ケミカル・ソサイティー・シンポジュームのシ
リーズ第242巻,11頁(American Che
mical Society Symposium,
Series No.242,p.11,(198
4))に提案されたのが酸触媒系化学増幅系レジストで
ある。化学増幅系レジストにはポジ型とネガ型との2種
類がある。
【0005】1989年のザ・ソサイティー・オブ・フ
ォト−オプテカル・インストルメント・エンジニアーズ
予稿集第1086巻2頁(Proceeding of
The Society of Photo−Opt
ical Instrument Engineer
s,No.1086,p.2(1989))の報告を参
照すると、ポジ型の化学増幅系レジストは本来アルカリ
現像液に溶解する透過性の高い樹脂(例えばポリビニル
フェノール(PVP))をt−フトキシカルボン基等で
現像液から保護した樹脂と酸発生剤とから構成されてい
るものが多い。PVPを例にすると、露光により酸発生
剤より生成した酸は露光後ベーク処理(Post Ex
posure Bake,PEBと略す)中に、
【0006】
【0007】………(1) の反応を繰り返して(数百〜千回前後)保護基を除去
し、アルカル現像液に可溶となる。
【0008】一方、ネガ型の化学増幅系レジストは、樹
脂,酸発生剤,および架橋剤の3成分よりなるものが一
般的である。1989年のザ・ソサイティー・オブ・フ
ォト−オプテカル・インストルメント・エンジニアーズ
予稿集第1086巻38頁(Proceeding o
f The Society of Photo−Op
tical Instrument Engineer
s,No.1086,p.38(1989))の報告を
参照すると、例えば樹脂がPVP,架橋剤がメラミン系
架橋剤の場合、
【0009】
【0010】………(2) に示すように、露光により生成した酸がメラミン系架橋
剤の反応を触媒し、樹脂間に架橋が生じる。
【0011】以上の化学増幅系レジストの解像度は、K
rFエキシマレーザーステッパー(レンズ開口数NA;
0.4前後)を用いて0.3〜0.35μm(線幅,線
間隔)に達しており、感度も数mJ/cm2 から30m
J/cm2 前後とノボラック系レジスト(100mJ/
cm2 前後)より優れた特性を示している。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上述した酸触媒系の化
学増幅系レジストでは、レジストパターンの形成後のド
ライエッチング工程で、以下に示すような問題点があ
る。
【0013】まず、ポジ型の化学増幅系レジストの場
合、未露光部がパターンとして残るため、ドライエッチ
ング工程中にプラズマ中で発生する電子,イオンおよび
紫外線により酸発生剤から酸が発生する。この酸と熱と
により、式(1)に示したPEB工程と同様の反応が生
じる。したがって、エッチング中に起る保護基と2酸化
炭素との発生により、レジストのドライエッチング速度
が増大し、このレジストのドライエッチング耐性が劣化
する。さらにこの反応は、プラズマ照射直後に最も大き
く、反応種(保護基)の減少とともに低下する。したが
って、レジストエッチング速度に深さ方向依存性があ
り、安定なトライエッチングができないという問題点が
ある。
【0014】一方、ネガ型の化学増幅系レジストにおい
ては、レジスト上面付近の架橋量がレジスト内部(およ
び下部)の架橋量よりも大きい。したがって、ポジ型と
同様にレジストエッチング速度の深さ方向依存性が生じ
るという問題点がある。さらにネガ型の場合、露光−未
露光部の溶解コントラストを上げるため、一般にポジ型
に較べ分子量が小さい。そのため、耐ドライエッチング
性が若干低いという問題点がある。
【0015】
【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、半導体基板上に塗布された化学増幅系
レジストにマスクパターンを転写するリソグラフィー工
程において、この化学系レジストに光露光,露光後ベー
ク処理,および現像処理を施すことによりレジストパタ
ーンを形成し、このレジストパターンの全面に感光性の
光を照射し、さらにベーク処理を行なうという特徴を有
している。
【0016】
【実施例】次に、本発明を半導体基板上に設けられた絶
縁膜へのコンタクトホールの形成に適用した場合につい
て、図面を参照して説明する。
【0017】絶縁膜へのコンタクトホールの形成を説明
するための工程順の断面図である図1を参照すると、本
発明の第1の実施例は、まず、化学気相成長法によりシ
リコン基板101上にシリコン酸化膜等の絶縁膜102
を形成し、絶縁膜102上に化学増幅系ポジ型レジスト
103を塗布する。なお、化学増幅系ポジ型レジスト1
03は、前述のような酸発生剤と保護基の付加された樹
脂とからなる2成分系,あるいは酸発生剤とアルカリ現
像液に可溶な樹脂と溶解促成剤とからなる3成分系(発
生した酸がPEB処理中に溶解抑制剤と反応して抑制効
果を失なわせる)等がある。その後、ポジ型のコンタク
トマスクパターン(図示せず)に対応して、KrFエキ
シマレーザー,あるいはHgアークランプによる光10
4を露光する〔図1(a)〕。
【0018】次に、110〜150℃の温度で、露光後
ベーク処理(PEB)を行なう。レジスト103の露光
部では、この処理により酸触媒反応が起り、このレジス
ト103の露光部が易溶化した領域105となる〔図1
(b)〕。続いて、2%前後のテトラメチルアンモニウ
ム(TMAH)水溶液で現像すると、この易溶化した領
域105のみが除去され、レジスト103にコンタクト
パターン106が形成される。引き続いて、コンタクト
パターン106を有するレジスト103の全面に、Hg
アークランプ等により再び光107を照射する〔図1
(c)〕。
【0019】さらにPEB処理と同様の温度でベーク処
理を行なうことにより、残されたレジスト103は保護
基の離脱が生じた領域108になる〔図1(d)〕。
(この段階までが本実施例である。)次に、この保護基
の離脱が生じた領域108をマスクにして、下地の絶縁
膜102をCF4 あるいはCHF3 等の反応ガスプラズ
マにより異方性エッチングし、コンタクトホール109
を形成する。最後に、この保護基の離脱が生じた領域1
08を有するレジスト103を剥離する〔図1
(e)〕。
【0020】半導体基板上に設けられた絶縁膜へのコン
タクトホールの形成に上記第1の実施例を適用すると、
後工程のドライエッチング工程におけるプラズマ照射初
期の急激なレジスト膜厚の減少はなくなり、レジスト減
少量を一定に保ち,安定したドライエッチングが可能と
なる。
【0021】絶縁膜へのコンタクトホールの形成を説明
するための工程順の断面図である図2を参照すると、本
発明の第2の実施例は、まず、化学気相成長法によりシ
リコン基板201上にシリコン酸化膜等の絶縁膜202
を形成し、絶縁膜202上に化学増幅系ネガ型レジスト
203を塗布する。なお、化学増幅系ネガ型レジスト2
03は、従来と同様に、酸発生剤とアルカリ可溶性樹脂
と架橋剤とからなる3成分系である。その後、ネガ型の
コンタクトマスクパターン(図示せず)に対応して、K
rFエキシマレーザー,あるいはHgアークランプによ
る光204を露光する〔図2(a)〕。
【0022】次に、110〜150℃の温度で1〜3分
間のPEB処理を行なう。この処理によりレジスト20
3の露光部では酸触媒反応が起り、このレジスト203
の露光部が不溶化した領域205となる〔図2
(b)〕。続いて、2%前後のTMAH水溶液で現像す
ると、この不溶化した領域205のみが除去されずに残
り、レジスト203にコンタクトパターン206が形成
される。引き続いて、コンタクトパターン206を有す
るレジスト203の全面に、Hgアークランプ等により
再び光207を照射する〔図2(c)〕。
【0023】さらにPEB処理と同様の温度でベーク処
理を行なう。これらの処理により、レジスト203の深
部でも充分な架橋反応が起り、不溶化した領域205は
ほぼ均一な架橋構造を有し,ドライエッチング耐性の向
上した架橋反応が生じた領域208になる〔図2
(d)〕。(この段階までが本実施例である。)次に、
この架橋反応が生じた領域208をマスクにして、下地
の絶縁膜202をCF4 あるいはCHF3 等の反応ガス
プラズマにより異方性エッチングし、コンタクトホール
209を形成する。最後に、この架橋反応が生じた領域
208を有するレジスト203を剥離する〔図2
(e)〕。
【0024】半導体基板上に設けられた絶縁膜へのコン
タクトホールの形成に上記第2の実施例を適用すると、
後工程のドライエッチング工程におけるネガ型レジスト
の耐ドライエッチング性を向上させるっとともに、下地
のエッチング時のレジスト膜厚の減少量を一定に保ち,
安定したドライエッチングが可能となる。
【0025】上記第1,第2の実施例は絶縁膜へのコン
タクトホールの形成へそれぞれ適用した場合について述
べたが、本発明は配線パターン等の他の微細レジストパ
ターンの形成にも適用することは可能である。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明のレジストパ
ターンの形成方法は、化学増幅系レジストを用いたリソ
グラフィー工程において、露光,PEB処理,現像処理
により一旦レジストパターンを形成した後、再度全面露
光,ベーク処理を施してレジスト内部で酸触媒反応を充
分に行なうことにより、次工程のドライエッチング工程
が安定に行なわれるという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための工程順
の断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例を説明するための工程順
の断面図である。
【符号の説明】
101,201 シリコン基板 102,202 絶縁膜 103 化学増幅系ポジ型レジスト 104,107,204,207 光 105 易溶化した領域 106,206 コンタクパターン 108 保護基の離脱が生じた領域 109,209 コンタクトホール 203 化学増幅系ネガ型レジスト 205 不溶化した領域 208 架橋反応が生じた領域

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に塗布された化学増幅系レ
    ジストにマスクパターンを転写するリソグラフィー工程
    において、 前記化学増幅系レジストに光露光,露光後ベーク処理,
    および現像処理を施すことにより、レジストパターンを
    形成し、 前記レジストパターンの全面に感光性の光を照射し、 前記レジストパターンにベーク処理を行なうことを特徴
    とするレジストパターンの形成方法。
JP13643492A 1992-05-28 1992-05-28 レジストパターンの形成方法 Withdrawn JPH0669118A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2004059392A1 (ja) * 2002-12-26 2004-07-15 Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. ポジ型レジスト組成物およびレジストパターン形成方法
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