JPH07201990A

JPH07201990A - パターン形成方法

Info

Publication number: JPH07201990A
Application number: JP33862293A
Authority: JP
Inventors: Masanori Tsukamoto; 雅則塚本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-08-04

Abstract

(57)【要約】【構成】コンタクト・ホールを開口するためのフォト
リソグラフィには、ポリサイド配線層５上の反射防止膜
６と、この反射防止膜６上の反射防止条件を満たす絶縁
膜９とを用いる。絶縁膜９が反射防止条件を満たすため
には、フォトレジスト塗膜１１中に発生する定在波の振
幅比を極小とする絶縁膜９の膜厚を選択する。また、絶
縁膜９が多層膜より構成される場合、個々の膜がそれぞ
れ等しい光学定数を有するものであれば、膜厚の合計が
定在波の振幅比が極小となるように規定し、異なる光学
定数を有するものであれば、それぞれが反射防止条件を
満足するように規定すればよい。【効果】定在波効果を抑制できるため、優れた解像度
および線幅安定性をもってレジスト・パターンを形成で
きる。また、フォトリソグラフィを行う度に反射防止膜
を成膜する必要がないので生産性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多層配線構造を有する
半導体装置の製造プロセスにおいて、反射防止膜を用い
てレジスト・パターンを形成するパターン形成方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ＶＬＳＩ，ＵＬＳＩ等にみられるように
半導体装置の高集積化，高密度化が進行するに伴い、デ
バイス・チップ上では配線部分の占める割合が増大する
傾向にある。これによるチップ面積の大型化を防止する
ため、配線の多層化が進展している。このような多層配
線構造を有する半導体装置の製造工程では、上層側と下
層側の配線材料層を下地として接続孔（コンタクト・ホ
ール）を開口する行うプロセスが不可欠となっている。

【０００３】一方、半導体装置の配線材料としては、ア
ルミニウム（Ａｌ）系合金や高融点金属シリサイド等が
広く用いられているが、これらの光反射率の高い材料層
の表面には、フォトリソグラフィの精度を向上させる目
的で反射防止膜を設けることが必須となりつつある。こ
れは、半導体装置のデザイン・ルールの微細化に伴って
フォトレジスト塗膜に対する露光波長が短波長側へシフ
トし、しかもパターン寸法がその露光波長に近づいてい
るため、光反射率の高い材料層の上では安定した解像を
達成することが困難となっているからである。特にエキ
シマ・レーザ光のように単色性の強い露光光源を用いた
場合、反射防止膜を設けないと、定在波効果が強く現れ
てレジスト・パターンの変形が生じたり、得られる配線
パターンの線幅が変動しやすくなる。

【０００４】以下、多層配線構造を有する半導体装置の
製造プロセスにおいて、コンタクト・ホールを開口する
際に、反射防止膜を用いたパターニングを行った例につ
いて図１７，１８を参照しながら説明する。

【０００５】先ず、Ｓｉ基板１０１上にゲート絶縁膜１
０２および、ポリシリコン層１０３とタングステンシリ
サイド層１０４よりなるポリサイド配線層１０５が形成
されているウェハに対して、例えばチタン化合物よりな
る反射防止膜１０６を成膜してからフォトレジスト塗膜
１０８を形成する。そして、選択露光と現像処理によ
り、フォトレジスト塗膜１０８を所望の形状にパターニ
ングした後、図１７に示されるように、これをマスクと
してエッチングを行う。

【０００６】次いで、フォトレジスト塗膜１０８および
反射防止膜１０６を除去してから、ウェハ全面に亘って
層間絶縁膜１０９、反射防止膜１１０を成膜し、フォト
レジスト塗膜１１１を形成する。このフォトレジスト塗
膜１１１に対して選択露光と現像処理を行って所望の形
状にパターニングした後、図１８に示すように、これを
マスクとして上記反射防止膜１１０および層間絶縁膜１
０９のエッチングを行うと、下層配線であるポリサイド
配線層１０５を上層配線と接続させるためのコンタクト
・ホール１１２が形成される。

【０００７】以上のような半導体装置の製造プロセスに
おいては、フォトレジスト塗膜１０８，１１１を選択露
光する際、反射防止膜１０６，１１０にてタングステン
シリサイド層１０４からの反射光の影響を抑制すること
によって、フォトレジスト塗膜１０８，１１１のパター
ン変形を防止している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
にしてコンタクト・ホール１１２を形成した後、上層配
線を形成するに際し、反射防止膜１１０が導電性材料よ
りなる場合には少なくとも上層配線の非形成部分では該
反射防止膜１１０が十分に除去されている必要がある。
反射防止膜１１０が除去されていないと、図１９に示す
ように上層配線１１３がパターニングされたとき、この
上層配線１１３同士が、層間絶縁膜１０９上に延在され
る反射防止膜１１０を介してショートする虞れがあるか
らである。

【０００９】反射防止膜１１０を絶縁体より構成すれば
この反射防止膜１１０を除去する必要はなくなるが、該
反射防止膜１１０の構成材料の選択幅が狭くなる。ま
た、全面に亘って反射防止膜１１０が形成されたままと
するのは、多層配線構造の半導体装置を製造する場合、
ウェハの表面断差を必要以上に増大させることになり好
ましくない。

【００１０】反射防止膜１０６，１１０として、フォト
レジスト塗膜１１１のアッシング時に同時に除去できる
ような材料、例えばアモルファスカーボン膜等を用いれ
ば、除去の問題は解決される。しかしながら、後工程に
おいて再びフォトリソグラフィを行う場合には反射防止
膜を再度形成する必要がある。このように、フォトリソ
グラフィを行うたびにフォトレジスト塗膜の直下に反射
防止膜を形成し、終了後にその都度これを除去するのは
効率が悪い。

【００１１】そこで、上層の反射防止膜１１０を設けな
い代わりに下層の反射防止膜１０６を除去せずに残し、
この反射防止膜１０６によって反射光の影響を抑制して
フォトレジスト塗膜１１１を選択露光することが考えら
れる。しかし、この場合、フォトレジスト塗膜１１１と
反射防止膜１０６との間に屈折率が変化する界面が増え
ることになり、フォトレジスト塗膜１１１には様々な位
相の反射光が入射されることになる。そして、様々な位
相の反射光が互いに強め合う方向で光干渉を起こすと、
定在波効果が強く現れて、フォトレジスト塗膜１１１に
吸収される光量が膜厚方向で不均一となり、光学像が劣
化してしまう。

【００１２】図２０に示すように、層間絶縁膜１０９が
例えばＳｉＯ₂膜１１４，１１５の間にＳｉＮ膜１１６
が挟み込まれた多層膜である場合、フォトレジスト塗膜
１１１と反射防止膜１０６との間に屈折率が変化する界
面が多数存在するため、フォトレジスト塗膜１１１には
様々な位相の反射光が入射されることとなる。そして、
定在波効果が強く現れると、現像後のレジスト・パター
ンは、側壁面に波状の変形が生じたものとなる等、不安
定なものとなってしまう。

【００１３】また、図２１に示すように平坦化膜１１７
が設けられている場合、ポリサイド配線層１０５上方に
おいては、フォトレジスト塗膜１１１と反射防止膜１０
６との間にて屈折率が変化する層は１層である。ところ
が、ポリサイド配線層１０５の非形成部分においては、
平坦化膜１１７，層間絶縁膜１０９，ゲート絶縁膜１０
２といった屈折率が異なる複数の材料層の上方にてフォ
トレジスト塗膜１１１の選択露光を行うことになる。そ
して、ポリサイド配線層１０５上方とポリサイド配線層
１０５の非形成部分の上方とでフォトレジスト塗膜１１
１の露光状態が異なると、両者の現像後の開口径が異な
るものとなってしまう。

【００１４】そこで本発明は、かかる従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、フォトリソグラフィを行うた
びに反射防止膜を成膜せずとも、定在波効果が抑制で
き、安定した解像を達成することが可能なパターン形成
方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るパターン形
成方法は、上述の目的を達成するために提案されたもの
であり、反射防止膜を用いたフォトリソグラフィを行っ
て下層配線パターンを形成する工程と、前記下層配線パ
ターン上に前記反射防止膜を存続させたまま、これを光
透過性を有し反射防止条件を満たす絶縁膜で被覆する工
程と、前記絶縁膜上にフォトレジスト塗膜を形成する工
程と、フォトリソグラフィを行って前記下層配線パター
ンに臨む接続孔のパターンを有するレジスト・パターン
を形成する工程とを有するものである。

【００１６】即ち、絶縁膜上のフォトレジスト塗膜のパ
ターニングを行う際には、絶縁膜上には反射防止膜を設
けずに下層配線パターン上の反射防止膜を用いるが、こ
の反射防止膜上の絶縁膜が反射防止条件を満たすように
なすものである。

【００１７】他の本発明に係るパターン形成方法は、反
射防止膜と、反射防止条件を満たす膜厚を有する光透過
性の第１の絶縁膜との双方を用いたフォトリソグラフィ
を行って下層配線パターンを形成する工程と、前記下層
配線パターン上に前記反射防止膜と前記第１の絶縁膜と
を存続させたまま、これを光透過性を有し該第１の絶縁
膜と共同的に反射防止条件を満たす第２の絶縁膜で被覆
する工程と、前記第２の絶縁膜上にフォトレジスト塗膜
を形成する工程と、フォトリソグラフィを行って前記下
層配線パターンに臨む接続孔のパターンを有するレジス
ト・パターンを形成する工程とを有するものである。

【００１８】即ち、第２の絶縁膜上のフォトレジスト塗
膜のパターニングを行う際には、この第２の絶縁膜上に
は反射防止膜を設けず、下層配線パターン上の反射防止
膜を用いる。この場合、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜の
光学定数が等しいければ、両者の膜厚のみに着目し、こ
れらの膜厚の合計が反射防止条件を満たすようにすれば
よい。

【００１９】この場合の第１の絶縁膜は、例えば、ＬＤ
Ｄ（ＬｉｇｈｔｌｙＤｏｐｅｄＤｒａｉｎ）構造のＭ
ＯＳ−ＦＥＴ形成用のサイドウォールの高さを稼ぐため
のオフセット酸化膜として形成されたものであってもよ
いし、下層配線パターンのエッチング・マスクとして形
成されたものであってもよい。

【００２０】なお、絶縁膜は上述のように１層の絶縁
膜、あるいは第１の絶縁膜と第２の絶縁膜から構成され
る場合のみならず、３層以上の絶縁膜を積層した多層膜
であってもよい。但し、光学定数の異なる複数の絶縁膜
が積層されている場合には、各膜がそれぞれ反射防止条
件を満たしている必要がある。

【００２１】ここで、前記反射防止条件とは、例えばフ
ォトリソグラフィに用いられる露光光がフォトレジスト
塗膜中に形成する定在波の振幅比を極小となす膜厚条件
である。上記定在波の振幅比を極小とする膜厚を求める
には、先ず、絶縁膜の膜厚を横軸、フォトレジスト塗膜
に吸収される光量を縦軸にとったスイングカーブを作成
する。次に、スイングカーブの振幅の中心値からの各膜
厚における吸収光量のズレ量を求め、上記中心値に対す
る上記ズレ量の比を算出する。そして、この比の値が極
小となる膜厚を求めればよい。

【００２２】そして、絶縁膜の膜厚をフォトレジスト塗
膜中に形成される定在波の振幅比が極小となる値に規定
すると、見かけ上、スイングカーブの振幅が最小の条
件、即ち、定在波効果が最小の状態とすることができ
る。

【００２３】定在波の振幅比が極小となる条件を満たす
膜厚は周期的に現れるため、十分な絶縁性の確保や、実
用上の成膜制御性および加工所要時間等を考慮して、最
適な絶縁膜の膜厚を決定すればよい。絶縁膜を所望の膜
厚に形成するための方法は特に限定されないが、例えば
絶縁膜をＣＶＤによって成膜する際に予め求められた成
膜速度に基づいて成膜時間を管理したり、過剰な膜厚に
成膜しておき所望の膜厚になるまでエッチバックする方
法が考えられる。

【００２４】また、スイングカーブの位相は反射防止膜
の光学定数によって変化するため、反射防止膜の光学定
数を変化させれば、定在波の振幅比が極小となる絶縁膜
の膜厚を変化させることができる。即ち、反射防止膜の
光学定数を最適化すれば、反射防止条件を満たす絶縁膜
が所望の膜厚となるように設定することが可能である。

【００２５】反射防止膜を構成する材料としては、反射
防止条件を満たす絶縁膜が実用的な膜厚として設計でき
る光学定数を有するものであれば、導電性の有無を問わ
ず使用可能であるが、特に、ＳｉＯＮ系材料膜が好適で
ある。ＳｉＯＮ系材料膜をプラズマＣＶＤにて成膜する
と、原料ガスの流量比に基づいてその組成比を調整でき
るため、その光学定数を制御することができる。そし
て、上記光学定数を下地材料層の種類に応じて最適化す
ると、反射防止条件を満たす絶縁膜を広い膜厚範囲で設
計することが可能となる。

【００２６】具体的には、波長２４８ｎｍにおいて反射
屈折率ｎ＝２．４±０．６、吸収屈折率ｋ＝０．７±
０．２なる光学定数を有するＳｉＯＮ系材料膜を成膜す
ると、反射防止条件を満たす絶縁膜を実用的な膜厚範囲
にて得ることができる。なお、上記反射屈折率ｎおよび
吸収屈折率ｋは、複素屈折率Ｒの実数部および虚数部を
それぞれ示し、Ｒ＝ｎ＋ｋなる関係を有する。

【００２７】

【作用】本発明では、絶縁膜上のフォトレジスト塗膜を
所望のパターン形状に形成するに際し、下層配線パター
ン上の反射防止膜と、反射防止条件を満たす絶縁膜によ
って、安定した形状および寸法のレジスト・パターンを
形成できる。また、上記絶縁膜を第１の絶縁膜と第２の
絶縁膜とから構成する場合、これらの光学定数が異なっ
ていれば、各膜においてそれぞれ反射防止条件を満足さ
せ、また、光学定数が等しければ、これらの膜厚の合計
をもって反射防止条件を満足させることで、安定した線
幅のレジスト・パターンが形成できる。

【００２８】本発明において、反射防止条件を達成する
ために、絶縁膜の膜厚をフォトレジスト塗膜中に形成さ
れる定在波の振幅比を極小となす膜厚とするのは、以下
のような理由による。本来ならば、スイングカーブの振
幅を０とすることで、フォトレジスト塗膜の吸収光量を
安定させたいところであるが、例えば絶縁膜が多層膜で
ある場合にこのような状態を作り出すことは困難であ
る。そこで、定在波の振幅比が極小となる膜厚を選び、
見かけ上、スイングカーブの振幅が最小の条件、即ち、
定在波効果が最小の状態とする。絶縁膜の膜厚をこのよ
うな条件にて規定すると、フォトレジスト塗膜の吸収光
量が安定し、且つ光量分布が膜厚方向で一定となるた
め、安定した形状および寸法を有するレジスト・パター
ンが形成できるのである。

【００２９】なお、ＳｉＯＮ系材料膜よりなる反射防止
膜は、成膜時にその組成が調整されることにより光学定
数が制御できる。定在波の振幅比が極小となる絶縁膜の
膜厚は、反射防止膜の光学定数によって変化することか
ら、反射防止膜として光学定数を制御したＳｉＯＮ系材
料膜を用いれば、絶縁性が確保され、実用上の成膜制御
性および加工所要時間が適当な絶縁膜を設計することが
できる。

【００３０】また、本発明を適用すると、下層配線パタ
ーン上の反射防止膜を除去する工程、絶縁膜上の反射防
止膜を成膜する工程および除去する工程が不用となり、
生産性を向上させることができる。さらに、上層配線が
反射防止膜によってショートする虞れもない。

【００３１】

【実施例】以下、本発明を適用した具体的な実施例につ
いて、図面を参照しながら説明する。ここでは、多層配
線構造を有する半導体装置の製造プロセスにおいて、配
線間の電気的接続を図るための接続孔（コンタクト・ホ
ール）を開口する際に、本発明に係るパターン形成方法
を適用した。

【００３２】実施例１以下、図１〜７を参照しながら本実施例を説明する。先
ず、図１に示されるように、Ｓｉ基板１上にゲート絶縁
膜２および、ポリシリコン層３とタングステンシリサイ
ド層４よりなるポリサイド配線層５が形成されているウ
ェハに対して、反射防止膜６を成膜してからフォトレジ
スト塗膜８を形成した。

【００３３】なお、上記ポリシリコン層３およびタング
ステンシリサイド層４はそれぞれＣＶＤにより５０ｎｍ
なる膜厚に成膜されたものである。このタングステンシ
リサイド層４は、複素屈折率の実数部ｎおよび虚数部ｋ
がそれぞれ、ｎ＝１．９３、ｋ＝２．７３（以下、これ
らの光学定数ｎ，ｋとしては２４８ｎｍにおける値を示
す）なる値を有するものである。上記反射防止膜６は、
ｎ＝２．１２、ｋ＝０．６０なるＳｉＯＮ系材料膜がプ
ラズマＣＶＤによって２９ｎｍなる膜厚に成膜されたも
のである。上記フォトレジスト塗膜８は、ｎ＝１．８
０、ｋ＝０．０１１であり、８４０ｎｍなる膜厚に形成
されたものである。

【００３４】そして、タングステンシリサイド層４から
の反射光の影響を反射防止膜６により抑制した状態に
て、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）を用いてフォ
トレジスト塗膜８の選択露光を行った。続いて現像処理
することによって、このフォトレジスト塗膜８は、図２
に示されるように所望の下層配線パターンにしたがって
パターニングされた。

【００３５】次いで、上述のようにしてパターニングさ
れたフォトレジスト塗膜８をマスクとして、図３に示す
ように反射防止膜６およびポリサイド配線層５を選択的
にエッチングした。その後、図４に示すように、反射防
止膜６は存続させたまま、フォトレジスト塗膜８のみを
除去した。これより、所望の下層配線パターンが形成さ
れた。

【００３６】さらに、図５に示すように、ウェハ全面に
亘って、ｎ＝１．５２、ｋ＝０なるＳｉＯ₂材料膜を絶
縁膜９として１４０ｎｍ成膜した。この絶縁膜９にコン
タクト・ホールを開口するためのレジスト・パターンを
形成するに際しては、フォトレジスト塗膜８と同じ光学
定数を有するフォトレジスト塗膜１１を８４０ｎｍなる
厚さに塗布し、ＫｒＦエキシマレーザを用いた選択露光
を行った。

【００３７】上記フォトレジスト塗膜１１を解像度よく
露光するには、反射防止膜６の存在とともに、上記絶縁
膜９が反射防止条件を満たしている必要がある。この反
射防止条件を求めるには、先ず、絶縁膜９の膜厚に対す
るフォトレジスト塗膜１１の吸収光量、即ちスイングカ
ーブを作成し、これよりフォトレジスト塗膜１１中に形
成される定在波の振幅比を求める。そして、この定在波
の振幅比が極小となる膜厚が、フォトレジスト塗膜１１
に発生する定在波効果が抑制される条件、即ち反射防止
条件を満たす条件である。

【００３８】横軸に絶縁膜９の膜厚、縦軸に定在波の振
幅比をとったグラフを図１５に示す。図１５より、フォ
トレジスト塗膜１１中に形成される定在波の振幅比は、
上述の与えられた条件下で、絶縁膜９の膜厚が約６０ｎ
ｍ、約１４０ｎｍにおいて極小となることがわかる。

【００３９】ここでは、絶縁膜９が反射防止条件を満す
ように、約１４０ｎｍなる膜厚に規定したため、フォト
レジスト塗膜１１への膜厚方向の光量分布が一定してい
る状態にて、フォトレジスト塗膜１１に対する選択露光
を行うことができた。したがって、フォトレジスト塗膜
１１を現像処理すると、図６に示すように、このフォト
レジスト塗膜１１がコンタクト・ホールのパターン形状
にしたがって線幅安定性よくパターニングされた。

【００４０】そして、このフォトレジスト塗膜１１をマ
スクとして上記絶縁膜９のエッチングを行うと、図７に
示されるように、下層配線であるポリサイド電極層５を
上層配線と接続させるためのコンタクト・ホール１２を
線幅安定性よく形成できた。なお、フォトレジスト塗膜
１１を除去して、上層配線を形成すると、ポリサイド電
極層５と上層配線とがコンタクト・ホール１２を介して
電気的に接続された。

【００４１】以上のように、本実施例においては、フォ
トリソグラフィを行う毎に反射防止膜を形成する必要が
ない。また、フォトレジスト塗膜と反射防止膜との間に
絶縁膜が存在しても、反射防止条件を満たすように絶縁
膜の膜厚を規制すれば、レジスト・パターンを優れた解
像度をもって形成できる。また、コンタクト・ホールを
形成する際、絶縁膜上に反射防止膜を成膜していないの
で、上層配線が反射防止膜によってショートする虞れも
ない。

【００４２】実施例２本実施例は、反射防止膜６の光学定数と、絶縁膜の一部
がＬＤＤ構造のＭＯＳ−ＦＥＴ形成用のオフセット酸化
膜となっている点とが実施例１を異なる半導体装置を製
造するに際し、本発明に係るパターン形成方法を適用し
たものである。以下、図８〜１４を参照しながら本実施
例を説明する。

【００４３】先ず、実施例１と同様の構成のポリサイド
配線層５が形成されているウェハに対して、図８に示す
ように、実施例１にて用いた反射防止膜６とは光学定数
の異なる反射防止膜１６を成膜し、その上に、ＬＤＤ構
造のＭＯＳ−ＦＥＴ形成用のオフセット酸化膜である第
１の絶縁膜７を成膜した後、実施例１と同様にして、フ
ォトレジスト塗膜８を形成した。

【００４４】なお、上記反射防止膜１６は、プラズマＣ
ＶＤによって、ｎ＝２．１２、ｋ＝０．５４なる光学定
数を有し、２９ｎｍなる膜厚に成膜されたＳｉＯＮ系材
料膜である。上記第１の絶縁膜７は、実施例１における
絶縁膜９と同様の光学定数を有し、約１０ｎｍなる膜厚
に成膜されることによって反射防止条件を満たすように
なされたＳｉＯ₂材料膜である。

【００４５】そして、タングステンシリサイド層４から
の反射光の影響を反射防止膜１６と反射防止条件を満た
す第１の絶縁膜７とによって防止した状態にて、フォト
レジスト塗膜８に対してＫｒＦエキシマレーザを用いた
選択露光を行った。続いて現像処理すると、図９に示さ
れるように、このフォトレジスト塗膜８が所望の下層配
線パターンにしたがってパターニングされた。

【００４６】その後、このフォトレジスト塗膜８をマス
クとして、図１０に示すように、第１の絶縁膜７、反射
防止膜１６、ポリサイド配線層５を選択的にエッチング
したところ、線幅安定性よく下層配線パターンが形成で
きた。

【００４７】図１１に示すようにフォトレジスト塗膜８
を除去した後、第１の絶縁膜７と同様の光学定数を有
し、ＳｉＯ₂材料膜よりなる第２の絶縁膜９を約１６０
ｎｍなる膜厚にてウェハ全面に亘って成膜した。この第
２の絶縁膜９にコンタクト・ホールを開口するためのレ
ジスト・パターンを形成するには、先ず、図１２に示す
ようにフォトレジスト塗膜１１を８４０ｎｍなる厚さに
形成し、ＫｒＦエキシマレーザを用いた選択露光を行っ
た。

【００４８】このとき、上記フォトレジスト塗膜１１を
解像度よく露光するためには、反射防止膜１６の存在と
ともに、第１の絶縁膜７と第２の絶縁膜９とが共同的に
反射防止条件を満たしている必要がある。実際には、第
１の絶縁膜７と第２の絶縁膜９とが等しい光学定数を有
するＳｉＯ₂材料膜であることから、これらの合計の膜
厚を、フォトレジスト塗膜１１中に形成される定在波の
振幅比を極小となす膜厚に規定すればよい。

【００４９】ＳｉＯ₂材料膜の膜厚に対する、上記定在
波の振幅比を図１６に示す。図１６より、上述の与えら
れた条件下で、ＳｉＯ₂材料膜の膜厚が約１０ｎｍ、約
９０ｎｍ、約１７０ｎｍにおいて極小となることがわか
る。即ち、この膜厚に規定されたＳｉＯ₂材料膜は反射
防止条件を満たすものである。

【００５０】ここでは、第１の絶縁膜７の膜厚ｄ₁が約
１０ｎｍであり、第２の絶縁膜９の膜厚ｄ₂を約１６０
ｎｍなる膜厚としたので、第１の絶縁膜７と第２の絶縁
膜９との合計膜厚ｄ_sが約１７０ｎｍとなり、フォトレ
ジスト塗膜１１中に形成される定在波の振幅比を極小と
なす膜厚となっている。このため、第１の絶縁膜７と第
２の絶縁膜９は共同的に反射防止条件を満たすものであ
る。

【００５１】なお、もちろん、第１の絶縁膜７の膜厚ｄ
₁である約１０ｎｍも、フォトレジスト塗膜８中に形成
される定在波の振幅比を極小となす膜厚であるため、下
層配線パターンにしたがったフォトレジスト塗膜８のパ
ターニングは、第１の絶縁膜７が反射防止条件を満たす
状態にて行われている。

【００５２】このように、フォトレジスト塗膜１１への
膜厚方向の光量分布が一定している状態で選択露光がな
されたため、このフォトレジスト塗膜１１を現像処理す
ると、図１３に示すように、所望のパターン形状に線幅
安定性よくパターニングできた。

【００５３】パターニングされたフォトレジスト塗膜１
１をマスクとして第２の絶縁膜９、第１の絶縁膜７、反
射防止膜１６のエッチングを行うと、図１４に示される
ように、下層配線であるポリサイド電極層５を上層配線
と接続させるためのコンタクト・ホール１２が線幅安定
性よく形成できた。その後、フォトレジスト塗膜１１を
除去して、上層配線を形成すると、ポリサイド電極層５
と上層配線とがコンタクト・ホール１２を介して電気的
に接続された。

【００５４】以上のように、本実施例においては、フォ
トリソグラフィを行う毎に反射防止膜を形成する必要が
ない。また、フォトレジスト塗膜と反射防止膜との間に
第１の絶縁膜および第２の絶縁膜が存在するが、これら
が共同的に反射防止条件を満たすため、レジスト・パタ
ーンを優れた解像度をもって形成できる。また、コンタ
クト・ホールを形成する際、絶縁膜上に反射防止膜を成
膜していないので、上層配線が反射防止膜によってショ
ートする虞れもない。

【００５５】以上、本発明に係るパターン形成方法を適
用した具体例について説明したが、各材料層の構成や光
学定数は上述したものに限られない。例えば、フォトレ
ジスト塗膜と反射防止膜との間に光学定数の異なる複数
の絶縁膜が存在する場合には、各絶縁膜がそれぞれ反射
防止条件を満たすように各絶縁膜の膜厚を規定すればよ
い。

【００５６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
を適用し反射防止膜と反射防止条件を満たす絶縁膜とを
用いて、フォトレジスト塗膜のパターニングを行うと、
優れた解像度および線幅安定性をもってレジスト・パタ
ーンを形成できる。上記絶縁膜は反射防止条件を満たす
ものであれば、１層より構成されても、複数の層から構
成されていてもよいので、本発明を適用して作製される
デバイスの設計の自由度は大きい。

【００５７】また、下層の反射防止膜を用いてコンタク
ト・ホールのパターニングを行うので、上層配線が反射
防止膜によってショートする虞れがない。また、反射防
止膜の導電性も問わないので材料選択の幅も広い。

【００５８】さらに、フォトレジスト塗膜のパターニン
グを行う度にその直下に反射防止膜を形成する必要がな
く、工程数を削減できるので、生産性を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパターン形成方法を適用した半導体装
置製造プロセスの一例を示すものであり、Ｓｉ基板上に
ゲート絶縁膜，ポリサイド配線層，反射防止膜が成膜さ
れ、さらにフォトレジスト塗膜が形成されたウェハを示
す模式的断面図である。

【図２】図１のウェハにおいて、フォトレジスト塗膜の
パターニングがなされた状態を示す模式的断面図であ
る。

【図３】図２のウェハにおいて、パターニングがなされ
たフォトレジスト塗膜をマスクとしたポリサイド配線層
のエッチングがなされた状態を示す模式的断面図であ
る。

【図４】図３のウェハにおいて、フォトレジスト塗膜の
除去がなされた状態を示す模式的断面図である。

【図５】図４のウェハにおいて、絶縁膜が全面に成膜さ
れ、さらにフォトレジスト塗膜が形成された状態を示す
模式的断面図である。

【図６】図５のウェハにおいて、フォトレジスト塗膜の
パターニングがなされた状態を示す模式的断面図であ
る。

【図７】図６のウェハにおいて、パターニングがなされ
たフォトレジスト塗膜をマスクとした絶縁膜のエッチン
グがなされ、コンタクト・ホールが開口した状態を示す
模式的断面図である。

【図８】本発明のパターン形成方法を適用した半導体装
置製造プロセスの他の例を示すものであり、Ｓｉ基板上
にゲート絶縁膜，ポリサイド配線層，反射防止膜，第１
の絶縁膜が成膜され、さらにフォトレジスト塗膜が塗布
されたウェハを示す模式的断面図である。

【図９】図８のウェハにおいて、フォトレジスト塗膜の
パターニングがなされた状態を示す模式的断面図であ
る。

【図１０】図９のウェハにおいて、パターニングがなさ
れたフォトレジスト塗膜をマスクとしたポリサイド配線
層のエッチングがなされた状態を示す模式的断面図であ
る。

【図１１】図１０のウェハにおいて、フォトレジスト塗
膜の除去がなされた状態を示す模式的断面図である。

【図１２】図１１のウェハにおいて、第２の絶縁膜が全
面に成膜され、さらにフォトレジスト塗膜が形成された
状態を示す模式的断面図である。

【図１３】図１２のウェハにおいて、フォトレジスト塗
膜のパターニングがなされた状態を示す模式的断面図で
ある。

【図１４】図１３のウェハにおいて、パターニングがな
されたフォトレジスト塗膜をマスクとした絶縁膜のエッ
チングがなされ、コンタクト・ホールが開口した状態を
示す模式的断面図である。

【図１５】実施例１における反射防止膜上の絶縁膜の膜
厚とフォトレジスト塗膜中に発生する定在波の振幅比と
の関係を示す特性図である。

【図１６】実施例２における反射防止膜上の絶縁膜の膜
厚とフォトレジスト塗膜中に発生する定在波の振幅比と
の関係を示す特性図である。

【図１７】従来のパターン形成方法を適用した半導体装
置製造プロセスの例を示すものであり、反射防止膜上の
フォトレジスト塗膜をマスクとしたポリサイド配線層の
エッチングがなされて下層配線パターンが形成されたウ
ェハを示す模式的断面図である。

【図１８】図１７のウェハにおいて、層間絶縁膜を形成
してから再び反射防止膜上のフォトレジスト塗膜をマス
クとしたエッチングがなされて、コンタクト・ホールが
形成された状態を示す模式的断面図である。

【図１９】図１８のウェハにおいて、反射防止膜が除去
されないまま上層配線層が形成された状態を示す模式的
断面図である。

【図２０】従来のパターン形成方法を適用した半導体装
置製造プロセスの例を示すものであり、多層膜よりなる
絶縁膜上のフォトレジスト塗膜を、この直下に反射防止
膜を成膜することなくパターニングした状態を示す模式
的断面図である。

【図２１】従来のパターン形成方法を適用した半導体装
置製造プロセスの例を示すものであり、絶縁膜の厚さが
異なる部分上のフォトレジスト塗膜を、この直下に反射
防止膜を成膜することなくパターニングした状態を示す
模式的断面図である。

【符号の説明】

１・・・Ｓｉ基板２・・・ゲート絶縁膜３・・・ポリシリコン層４・・・タングステンシリサイド層５・・・ポリサイド配線層６，１６・・・反射防止膜７，９・・・絶縁膜８，１１・・・フォトレジスト塗膜１２・・・コンタクト・ホール

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【手続補正書】

【提出日】平成６年３月１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】ここで、前記反射防止条件とは、例えばフ
ォトリソグラフィに用いられる露光光がフォトレジスト
塗膜中に形成する定在波の振幅比を極小となす絶縁膜の
膜厚条件である。上記定在波の振幅比を極小とする絶縁
膜の膜厚を求めるには、先ず、絶縁膜のある膜厚ｄ_１に
おいて、フォトレジスト塗膜の膜厚を横軸、ここに吸収
される光量を縦軸にとったスイングカーブを作成し、フ
ォトレジスト塗膜のある膜厚におけるスイングカーブの
振幅の中心値からの吸収光量のズレ量を求め、（ズレ
量）／（中心値）の値（これが、定在波の振幅比ＳＲ_１
である。）を算出する。そして、上記絶縁膜の膜厚をｄ
_２，ｄ_３，・・・と変化させて、同様に定在波の振幅比
ＳＲ_２，ＳＲ_３，・・・を求め、これが極小なる絶縁膜
の膜厚ｄを求めればよい。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】具体的には、波長２４８ｎｍにおいて反射
屈折率ｎ＝２．４±０．６、吸収屈折率ｋ＝０．７±
０．２なる光学定数を有するＳｉＯＮ系材料膜を成膜す
ると、反射防止条件を満たす絶縁膜を実用的な膜厚範囲
にて得ることができる。なお、上記反射屈折率ｎおよび
吸収屈折率ｋは、複素屈折率Ｒの実数部および虚数部を
それぞれ示し、Ｒ＝ｎ＋ｉｋなる関係を有する。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】本発明において、反射防止条件を達成する
ために絶縁膜の膜厚をフォトレジスト塗膜中に形成され
る定在波の振幅比を極小となす膜厚とするのは、以下の
ような理由による。本来ならば、スイングカーブの振幅
を０とすることで、フォトレジスト塗膜の吸収光量を安
定させたいところであるが、フォトレジスト塗膜や絶縁
膜の膜厚のバラツキを考えると、このような状態とする
ことは困難である。そこで、定在波の振幅比が極小とな
る絶縁膜の膜厚を選び、見かけ上、スイングカーブの振
幅が最小の条件、即ち、定在波効果が最小の状態とす
る。絶縁膜の膜厚をこのような条件にて規定すると、フ
ォトレジスト塗膜の膜厚が局所的に変化しても吸収光量
の変化を小さく抑えられ、また、絶縁膜のバラツキに対
しても吸収光量の変化が小さいため、安定した形状およ
び寸法を有するレジスト・パターンが形成できる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３７】上記フォトレジスト塗膜１１を解像度よく
露光するには、反射防止膜６の存在とともに、上記絶縁
膜９が反射防止条件を満たしている必要がある。この反
射防止条件を求めるには、先ず、絶縁膜９のある膜厚に
おいて、フォトレジスト塗膜１１の膜厚と吸収光量との
関係を示すスイングカーブを作成し、フォトレジスト塗
膜１１のある膜厚における定在波の振幅比を算出する。
次いで、上記絶縁膜９の膜厚を変化させて同様に定在波
の振幅比を算出し、これが極小となる絶縁膜９の膜厚を
求める。そして、この絶縁膜９の膜厚が、フォトレジス
ト塗膜１１に発明する定在波効果を抑制する条件、即ち
反射防止条件を満たす条件である。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３８】横軸に絶縁膜９の膜厚、縦軸に定在波の振
幅比をとったグラフを図１５に示す。図１５より、フォ
トレジスト塗膜１１中に形成される定在波の振幅比は、
上述の与えられた条件下で、絶縁膜９の膜厚が約７０ｎ
ｍ、約１４０ｎｍにおいて極小となることがわかる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１５】

【手続補正７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１６】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０３Ｆ 7/11 ５０３ 7/20 ５２１Ｈ０１Ｌ 21/027

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反射防止膜を用いたフォトリソグラフィ
を行って下層配線パターンを形成する工程と、前記下層配線パターン上に前記反射防止膜を存続させた
まま、これを光透過性を有し反射防止条件を満たす絶縁
膜で被覆する工程と、前記絶縁膜上にフォトレジスト塗膜を形成する工程と、フォトリソグラフィを行って前記下層配線パターンに臨
む接続孔のパターンを有するレジスト・パターンを形成
する工程とを有することを特徴とするパターン形成方
法。
【請求項２】反射防止膜と、反射防止条件を満たす膜
厚を有する光透過性の第１の絶縁膜との双方を用いたフ
ォトリソグラフィを行って下層配線パターンを形成する
工程と、前記下層配線パターン上に前記反射防止膜と前記第１の
絶縁膜とを存続させたまま、これを光透過性を有し該第
１の絶縁膜と共同的に反射防止条件を満たす第２の絶縁
膜で被覆する工程と、前記第２の絶縁膜上にフォトレジスト塗膜を形成する工
程と、フォトリソグラフィを行って前記下層配線パターンに臨
む接続孔のパターンを有するレジスト・パターンを形成
する工程とを有することを特徴とするパターン形成方
法。
【請求項３】前記反射防止条件は、フォトリソグラフ
ィに用いられる露光光が前記フォトレジスト塗膜中に形
成する定在波の振幅比を極小となす膜厚条件であること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載のパターン
形成方法。
【請求項４】前記反射防止膜はＳｉＯＮ系材料膜によ
り構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項３
のいずれか１項に記載のパターン形成方法。