JPH0766191B2 - 非平坦面リソグラフィを用いたデバイス製作法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.発明の分野 本発明は半導体デバイスのようなデバイスを生成するた
めのリソグラフイプロセスに係る。

2.技術背景 リソグラフイプロセスは半導体デバイスのようなデバイ
スの製作において、重要な役割を果す。そのようなデバ
イスの製作中、基板はレジストとよばれるエネルギーを
感じる材料で被覆される。レジストの選択された部分
が、与えられた現像剤又はエツチヤントに対し、露出さ
れた部分の溶解度又は反応性を変化させる形のエネルギ
ーに露出される。現像剤又はエツチヤントでレジストを
処理することにより、レジストのより可溶性又は反応性
部分が除去され、基板部分が露出される。次に、基板の
露出された部分が、たとえばエツチング又は金属部形成
といつた処理を受ける。

有機及び無機材料の両方が、レジストとして用いられて
きた。有機材料は典型的な場合、キノンジアジド感光剤
を含むノボラクのような有機ポリマであるが、無機材料
の例は、セレン化銀（Ag₂ Se）の比較的薄い層を支持す
るゲルマニウム‐セレン（Ge-Se）ガラス薄膜のよう
な、カルコゲナイドガラスを基板とした材料である。
（カルコゲナイドガラスを基礎とした材料は、非晶質構
造を示す材料で、その主成分はイオウ、セレン、テルル
又はそれらの混合物である。）有機ポリマレジストは典
型的な場合、基板上にスピン堆積される。一方、Ge-Se
ガラス薄膜は典型的な場合、基板上にたとえばe-ビーム
蒸着又はrf-スパツタにより蒸着される。薄膜を適当な
増感槽中に浸すことにより、Ge-Seガラス薄膜の表面上
に、As₂ Se層が形成される。

二つの型のレジストすなわち有機及び無機レジストは、
本質的に平坦な基板表面のパターン形成には有用ではあ
るが、段差のある基板表面のような非平坦基板表面をパ
ターン形成する時は、難点が生じる。たとえば、（約1-
2μｍの典型的な厚さをもつ）有機ポリマレジストを、
約５μｍ以上の段差をもつ段差表面上にスピン堆積させ
る時、得られる被膜の厚さは不連続か本質的に不均一で
ある。すなわち、表面の段差部分を被覆する被膜は、表
面の平坦な部分を被覆する被覆部分より、著しく薄い
（典型的な場合、約50パーセント以上薄い）。厚いレジ
スト部分を確実に露出するのに十分なエネルギーは、薄
い部分を過度に露出する。この露出過剰により、基板中
へのパターン転写中、線幅の制御性が失われる。

段差表面のパターン形成に付随した難点を克服しようと
する試みには、たとえば二層のような多層レジストの使
用が含まれている。たとえば二層レジストを用いる場
合、比較的薄いレジスト領域が段差表面上の比較的厚
い、従つて平坦な有機ポリマ（これはエネルギーに感度
をもつ必要はない）の層上に形成される。（たとえば、
カルコゲナイドレジストの場合、レジストの堆積前に段
差があるか平坦であるかにかかわらず、厚い平坦化層が
常に基板表面上に堆積される。（露出及び現像後、レジ
スト中に規定されたパターンは、平坦化された層のエツ
チング中、エツチマスクとしてレジストを用いることに
より、平坦化された層中に転写される。最後に、パター
ン形成された平坦層を通してたとえば、基板表面をエツ
チング又は金属部形成することにより、基板はパターン
形成される。

（他の多層レジストと同様）二層レジストは、段差が約
５μｍ以下の段差表面のパターン形成に有用である。し
かし、二層レジスト（及び他の多層レジスト）は約５μ
ｍ以上の段差をもつ段差表面をパターン形成するのにも
有用であるが、難点が生じる。たとえば、（平坦部分間
に点々と存在する段差を有する表面中の）５μｍの段差
を被覆する平坦化層の厚さは、平坦部分を被覆するもの
より、著しく薄い（典型的な場合、約50パーセント以
下）従つて、たとえば等方性エツチヤントを用いて平坦
化層にパターンを転写する時、平坦化層の薄い部分は、
比較的厚い部分を貫いてエツチするのに必要な余分の時
間に、過度に横方向エツチングを受ける。この過度の横
方向エツチングにより、基板中へのパターン転写中、線
幅の制御性が失われる。あるいは、たとえば反応性イオ
ンエツチングのような非等方性エツチング技術が用いら
れるならば、平坦化層の最も厚い部分を貫いてエツチす
るのに必要な余分の時間に、上のレジストのパターンが
浸食され、それに伴い線幅の制御性が失われる。

非平坦面基板をパターン形成するのに付随した難点によ
り、最上面、底面あるいは深い（約５μｍ以上深い）Ｖ
溝又は高い（約５μｍ以上）段差の側壁にすら要素を有
するデバイスといつた、三次元形状をもつ半導体集積回
路のようなデバイスの製作に、制約ができている。三次
元デバイスにより通常の設計則を用いて充てん密度が高
まる可能性があるが、これまで議論されてきたように、
そのようなデバイスを実現するための非平坦面基板のパ
ターン形成技術は、達成しがたい目的であることがわか
つている。

発明の要約 本発明は非平坦面基板上にデバイスを製作するためのリ
ソグラフイ技術と得られたデバイスに係る。この技術に
従うと、非平坦面基板は最初本質的に適合したレジスト
領域、すなわち本質的に均一な厚さをもつ領域を、パタ
ーン形成すべき非平坦面基板（たとえば同一平面、異な
る面及び表面の傾斜部分も含む）上に形成することによ
り、パターン形成される。そのような領域は、気相（ガ
ス）又はレジスト材料を含む団塊又は液滴を含む霧か
ら、基板表面上にレジストを堆積させることにより得ら
れる。団塊又は液滴の大きさは、表面中の任意の本質的
な段差又はくぼみの最小の高さ又は深さの約４分の３よ
り小さくすべきである。加えて、気相の原子又は分子あ
るいは霧の団塊又は液滴の動きが、十分無秩序で、それ
によつてパターン形成すべき非平坦面上の任意の点にお
ける流速角分布は、パターン形成すべき表面上の他の任
意の点におけるそれと、本質的に同一になるようにす
る。このようにして生じた適合マスクを用いると、下の
基板中へのパターン転写では、（従来技術に比べ）著し
く改善された線幅の制御性が、容易に実現される。

図面の簡単な説明 第１図は非平坦基板表面の断面図、 第２図は非平坦面基板上に有機ポリマレジストを適合さ
せて堆積させるのに有用な超音波ノズルの断面図であ
る。

詳細な記述 本発明は、デバイスの製作方法とこの方法により形成さ
れたデバイスに係る。

本発明の製作方法は、非平坦面基板表面を、リソグラフ
イでパターン形成するための技術を含む。本発明の目的
としては、第１図に示されるように、非平坦表面10は少
くとも１つのくぼみ20又は少くとも１つの段差30を含
む。（可能なくぼみと段差の例として）その深さｄ又は
高さｈは約５μｍ以上が等しい。（くぼみの深さ又は段
差の高さは、たとえば最初のウエハ表面のような最初の
基板表面に最小二乗面近似をした面を基準に定義され
る。最初の面は表面中に何らかのくぼみ又は段差が形成
される前に存在した。本発明の目的のため、一つの条件
が満たされる限り、くぼみの深さは約５μｍ以上といえ
る。即ち、くぼみの（基準面に対する）最低の点（その
ような最低点が複数存在するならば、くぼみ側壁に最も
近い最低点）から、表面10中のもっとも近い極大値の一
つの高さまで延びる基準面に垂直な長さが、約５μｍ以
上である場合である。同様に、段差の高さが約５μｍ以
上であるとは、段差の（基準面に対する）最高の点（も
し最高点が複数存在するならば、段差側壁に最も近い最
高点）から、表面10中のもっとも近い極小値の一つの高
さまで延びる基準面に垂直な長さが、約５μｍ以上であ
ることをいう。加えて、断面でみた時、すなわち上の最
小二乗面に垂直な任意の面で切つた面でみた時、パター
ン形成すべきくぼみ又は段差の側壁の部分は、レジスト
でその部分を本質的に適合するように被覆するため、特
定の角度形状をもつべきである。すなわち、側壁部分の
左側又は右側の最小二乗近似線と面との交差部におけ
る、（断面で示されるように）パターン形成すべき側壁
部分の左側又は右側の最小二乗近似線と、最小二乗近似
面の最上部からの垂直投影との間の鋭角θ（第１図参
照）は、０度より大きいか等しく、しかし、約45度より
小さいか等しい。くぼみ側壁の左側（第１図に示され
る）又は段差側壁の右側に対し、鋭角θは正である。た
だし、角度は側壁の左又は右側の最小二乗近似に対する
垂直線から、反時計方向に延びるならばである。他方、
くぼみ側壁の右側又は段差側壁の左側に対し、鋭角θは
正である。ただし、角度は側壁の右又は左側の最小二乗
近似に対する垂直線から時計方向に延びるとすればであ
る。

本発明に従うと、非平坦基板表面は最初基板表面上に被
覆することが望ましい基板表面の部分を本質的に適合し
て被覆するレジストを形成することにより、パターン形
成される。ここで用いるように、本質的に適合したレジ
スト被覆というのは、次の二つの条件を満すものであ
る。（１）被覆すべき非平坦基板表面上の任意の点にお
ける被膜厚が、平均被膜厚（被覆することが望ましい表
面の部分に対する平均厚）から、約50パーセント以下か
それと等しいだけしか異なつていない。（２）被膜の平
均厚は、被覆すべき非平坦基板表面の一部又は複数の部
分上の最も深いくぼみ又は最も高い段差の高さのより大
きな方より小さいこと。（レジストの厚さは、被覆すべ
き基板表面上の任意の点から測定され、その点からレジ
ストの上部表面へ延びる最短の線と定義される。）一般
に、条件（２）により課される厚さの制限により、非常
に望ましい結果が得られる。しかし、特定の状況におい
ては、平均レジスト厚さは有利なことにこの制限以下で
ある。例えば、特定の形状寸法を達成する（例えば、線
幅ａを作成する）ためには平均レジスト層は所望の形状
寸法の約３倍以下の厚さ（例えば、3a以下の厚さ）を有
するようにすべきである。更に、レジストは十分薄く、
そのため露出プロセス中、レジストはその厚さ全体を通
して露出されることが望ましい。すなわち、十分な露出
エネルギーはレジストの底部まで浸透し、溶解度又は反
応性に検出しうる変化を生じさせる。強度の限られたあ
る種の露出装置の場合、レジスト厚は条件（２）により
課せられた厚さの制限より小さいことが望ましい。

本質的に適合したレジスト被膜は、気相（ガス）から基
板上に、レジストを堆積させることにより、非平坦基板
表面上に形成されることが、見出されている。あるい
は、レジストはレジスト材料を含む団塊又は液滴を含む
霧から堆積させる。これらの団塊や液滴のたとえば直径
又は主軸といつた最大の寸法は、被覆すべき表面中の任
意の非平坦形状、すなわち、約５μｍ又はそれ以上の深
さ又は高さと０度かそれ以上、しかし約＋45度かそれ以
下の側壁角θをもつくぼみ又は段差の最小深さ又は高さ
の約４分の３又はそれ以下にすべきである。加えて、
１）気相の原子又は分子又は２）霧の団塊又は液滴の動
きが、十分ランダムで、被覆すべき表面の任意の点にお
ける流束角分布（単位立体角及び単位時間当りに入射す
る粒子、たとえば原子、分子、団塊又は液滴の数）は、
被覆すべき表面上の他の任意の点におけるそれと本質的
に同一である必要がある。本発明の目的の場合、流束角
分布が本質的に同一であることは、被覆すべき非平坦面
上の任意の点において、（その点における表面を包む立
体角に対し）積分した流束角分布（IAFD）が、平均IAFD
（被覆すべき非平坦表面の部分についての平均）から、
約50パーセント又はそれ以下異なるだけであれば実現さ
れる。ある点におけるIAFDはその点における堆積された
材料の厚さの増加率に対応するから、上の条件は被覆す
べき非平坦表面上の任意の点における堆積材料の厚さの
増加率（試験用基板試料上に堆積された材料の厚さの増
加率を測定することにより、容易に測定される）が、被
覆すべき非平坦表面の部分に渡る厚さの平均増加率か
ら、約50パーセントかそれ以下しか異ならないことに対
応する。

各種の堆積技術を用いて、各種のレジスト材料が、容易
に気相堆積される。たとえば、Gf-Seのようなカルコゲ
ナイドガラス基礎材料は通常のe-ビーム蒸着又はrf-ス
パツタリング技術を用いて、容易に気相堆積される。加
えて、多くのレジスト材料、特にパリサデスパーク、ニ
ユージヤージのフントケミカル社からHPR-204の商品名
で売られているような有機ポリマレジストは、容易に霧
から堆積される。このことは、たとえば流れている液体
を液滴に変える（以下で述べる）超音波ノズルのような
振動ノズルを通して、レジスト溶液（有機ポリマレジス
トは、典型的な場合溶液の形で市販品を購入する）を流
すことにより、実現される。

適合性を得るために必要な（上で述べた）ランダムさの
程度を生みだすために、多くの技術が使用できる。たと
えば、気相の場合、必要なランダムさの程度は、気相の
原子又は分子の平均自由行程（衝突間に移動する平均距
離）が、被覆すべき非平坦表面の一部又は被覆の部分の
トポグラフイに関連した特定の値かそれ以下であれば、
自動的に実現される。特定の値はパターン形成すべき非
平坦表面の一部又は複数の部分に本質的に適合する最も
厚い仮想の層を、最初（理論的又は実験的に）形成する
ことにより、容易に決められる。そのような仮想の層
は、たとえばパターン形成すべき非平坦表面の各点に中
心をおき、その周囲に等しい半径の球を描くことによ
い、形成される。非平坦表面上に延びる球の部分に接す
る表面は、仮想層の上面を構成する。（このプロセス
は、ホイヘンス波の波面を規定するのに用いるプロセス
と同様である。この点に関しては、たとえばBorne（ボ
ルネ）及びWolfe（ウオルフエ）、光学原理（Principle
of Optics）、第３編（パーガモンプレス、オツクスフ
オード、1965を参照のこと）特定の値は仮想層の最も薄
い部分の厚さそのままである。

周知のように、具体的な雰囲気中の原子又は分子の平均
自由行程λは、その原子又は分子の衝突断面積、雰囲気
圧力ｐ、雰囲気温度Ｔと、次式のような関係がある。

ここで、ｋはボルツマン定数である。（上の関係に関し
ては、たとえば薄膜技術ハンドブツク（Handbook of Th
in Film Technology）、L.I.Maissel（エル．アイ．マ
イセル）及びR.Glang（アール．グラング）編（マグロ
ーヒル、ニユーヨーク、1970、1-21頁を参照のこと）原
子又は分子の衝突断面積は、（もし表になれば）通常の
技術を用いて容易に測定される。（この点に関しては、
たとえばS.Dushman（エス．デユツシユマン）、真空技
術の科学的基礎（Scientific Foundations of Vacuum T
echnique）、ウイリー・アンド・サンズ・ニユーヨー
ク、1962）39頁を参照のこと）従つて、σを知ることに
より、（適合性を得るために必要な）所望の平均自由行
程は、（上の関係に従い）適当なｐ及びＴの値を用いて
容易に得られる。加えて、圧力ｐ及び温度Ｔの関数とし
ての平均自由行程λは各種の原子及び分子について表に
示されている（たとえば上で引用した薄膜技術ハンドブ
ツクを参照のこと）か（たとえばBerne（ベルネ）及びP
ecora（ペコラ）により、動的光散乱（Dynamic Light S
cattering、ウイリー・インターサイエンス、ニユーヨ
ーク、1976に述べられているように）容易に測定され
る。

たとえばrf-スパツタリング法により形成されるレジス
ト気体中のランダムさを発生させたり、増したりする別
の技術は、適合被膜を形成すべき基板を支持するスパツ
タ装置の電極にDCバイアスを印加することを含む。すな
わち（固体状の）レジスト材料がスパツタ装置の（通常
パワー電極である）第１の電極上にマウントされ、適合
被膜を形成すべき基板は、（典型的な場合接地電極であ
る）第２の電極上にマウントされ、たとえばアルゴン又
はクリプトン又はキセノンといつた不活性ガス（又は複
数のガス）が、電極を含む容器中に導入される。もし、
たとえば13.56MHzの信号のrf信号を第１の電極に印加
し、一方（rfスパツタリング中の通常のプロセスのよう
に）第２の電極を接地するならば、ガス中にプラズマ放
電が始り、第１電極上にDCバイアスが生じる。このDCバ
イアスの影響下で、プラズマ中のイオンは固体レジスト
ターゲツトに向けて加速され、衝突の衝撃によりレジス
ト材料を除去し、所望のレジスト蒸気を作る。しかし、
（レジスト蒸気中の平均自由行程が上で述べた特定の値
かそれ以下でなければ）非平坦面上の適合レジスト被膜
を生成するために必要なレジスト蒸気の原子又は分子の
動きのランダムさが不十分になる。たとえば、非平坦形
状の側壁上に本質的な適合被膜を生成するには、ランダ
ムさが不十分である。しかし、本発明のランダム化技術
に従い、第２の（基板支持）電極にDCバイアス（接地に
対するもので、第１の電極上のものとは異なる）を印加
することにより、ランダムさは容易に増す。そのような
DCバイアスは、たとえばrf信号（その周波数又はピーク
の大きさは、第１の電極に印加したrf信号のそれとは異
なる）を第２電極に印加することにより、生じる。第２
（基板‐支持）電極上のDCバイアスの影響下で、プラズ
マ中のイオンはやはり第２電極に向け加速され、衝突
し、基板表面から堆積したレジスト材料を除去し、たと
えば非平坦形状の側壁上にレジスト材料を再堆積させ
る。所望のランダム化を起させるのに必要な第２電極上
のDCバイアスは、一般に経験的に決められる。たとえ
ば、非平坦基板表面の試験用試料上の複数の点における
厚さの増加率を測定することによる。

ランダムさはまた、気体又は霧の中に、（通常の技術を
用いて）乱れや渦の動きを導入するか、レジストを堆積
させる非平坦基板表面を加熱することによつて、気体又
は霧の中で実現あるいは増加させられる。所望の程度の
ランダムさを得るために必要な乱れ、渦又は基板加熱の
程度は、実験的に容易に決められる。

上で述べたように、非平坦基板表面上に、一度本質的に
適合したレジスト被膜が形成されると、表面は通常の技
術を用いてパターン形成される。すなわち、レジストは
（通常の技術を用いて）露出及び現像され、レジスト中
に規定されるパターンは、たとえばパターン形成された
レジストを通して基板をエツチングするか金属部形成す
ることにより、下の基板中に、線幅の制御性をほとんど
失うことなく、転写される。次に、所望のデバイスの製
作を完了するため、通常のプロセス行程が用いられる。

本発明をより完全に理解するという教育的目的で、銀化
合物を含む層、たとえばAg₂ Se層（無機レジスト）及び
HPR-204（有機ポリマレジスト）を支持するGe-Seガラス
薄膜を用いて、非平坦基板表面をリソグラフイでパター
ン形成することに含まれる行程について、以下で述べ
る。

非平坦基板表面は最初たとえばe-ビーム蒸着又はrfスパ
ツタリングを用いて、気相から基板表面上にGe-Seガラ
ス層を堆積させることにより、Ge-Se/銀化合物レジスト
を用いたリソグラフイ的にパターン形成される。もし蒸
着を用いるならば、被覆すべき非平坦基板とともに、Ge
-びSeを含むターゲットを、真空排気された容器中に置
き、Ge及びSeを含むターゲツトに電子ビームを照射し、
Se_n（ｎ＝1,2,…８）原子及び分子とGe-Se分子の蒸気を
発生させる。基板はターゲツトから除去された材料が、
基板に入射するようにターゲツトに対して配置される。
排気された容器中の背景となる圧力は、約1.33×10^-3Pa
（10^-5torr）以下が好ましく、一方ビームパワーは少く
とも100ワツトが望ましい。これらの条件下で、Se_n（ｎ
＝1,2,…８）原子及び分子とGe-Se分子の平均自由行程
は、約１μｍないし約20μｍの範囲である。約1.33×10
^-3Pa（10^-5torr）以上の圧力は得られた堆積膜が、しば
しば外部からの物質で汚染されるため望ましくなく、一
方約100ワツト以下のビームパワーは得られる堆積速度
が、好ましくないほど低いため、（除かれはしないが）
好ましくない。

Ge-Seガラス層を気相堆積させるため、rfスパツタ技術
を用いるならば、被覆すべき非平坦基板はたとえば平行
平板プラズマスパツタリング装置の接地された電極上に
マウントされ、Ge及びSeを含むターゲツトは装置のパワ
ー電極上にマウントされる。不活性ガスが装置中に導入
され、パワー電極にたとえば13.56MHzの信号のようなrf
-信号を印加することにより、ガス中にプラズマグロー
放電を起させる。有用な不活性ガスには、たとえばアル
ゴン、クリプトン及びキセノンが含まれる。プラズマス
パツタリング装置内の雰囲気圧力は、約0.4Pa（３×10
^-3torr）ないし約26.7Pa（２×10^-1torr）ないし約6.7P
a（５×10^-2torrの範囲が好ましい。一方、パワー密度
は約0.3ワツト／cm²ないし約0.75ワツト／cm²の範囲で
ある。これらの圧力及びパワー密度の範囲では、Se
_n（ｎ＝1,2,…８）原子及び分子とGe-Se分子の平均自由
行程λは、約１μｍないし約20μｍである。更に、圧力
又はパワー密度が増加すると、平均自由行程は減少す
る。約0.4Pa（３×10^-3torr）以下の圧力は、不可能で
はないがプラズマを発生させることが困難なため、望ま
しくない。一方、約26.7Pa（２×10^-1torr）以上の圧力
は、堆積速度が好ましくないほど低くなるため、（除か
れはしないが）望ましくない。更に、約0.3ワツト／cm²
以下のパワー密度も、堆積速度が好ましくないほど低く
なるため、（除かれはしないが）望ましくない。一方、
約0.75ワツト／cm²以上のパワー密度は、基板の加熱に
よる損傷が著しいため、望ましくない。

（被覆すべき最も深いくぼみの深さ又は最も高い段差の
高さより、小さい）非平坦基板上に堆積されたGe-Seガ
ラス層の（平均）厚は、約0.1μｍないし約１μｍの範
囲である。約0.1μｍ以下の厚さは、得られた薄膜が好
ましくないほど多数の欠陥をもつため望ましくない。一
方、約１μｍ以上の厚さは、そのような厚い薄膜では好
ましくないほど長い現像時間を必要とするため、望まし
くない。

Ge-Seガラス薄膜の堆積後、本質的に適合した銀化合物
を含む層が、ガラス薄膜の上部表面上に形成される。そ
のような層を形成する一つのプロセスは、ガラスで被覆
された基板を、適当な増感槽に浸すことである。たとえ
ば、ガラスで被覆した基板を、たとえばKAg（CN）₂のよ
うな〔Ag（CN）₂〕^-を含む水溶液に浸すことにより、ガ
ラス薄膜上にAg₂ Se層が形成される。あるいは、増感槽
は配位子場が疎水基と親水基の両方を含む銀錯体を含
む。そのような配位子場はたとえばエチレンジアミンで
ある。上の槽及びそれらの適切な動作については、1982
年８月10日にA.Heller（エイ・ヘラー）及びR.G.Vadims
ky（アール・ジー・デバイムスキ）に承認された米国特
許第4,343,887号及び1983年５月６日にC.H.Tzinis（シ
ー・エイチ・チニス）及びR.G.Vadimsky（アール・ジー
・バデイムスキ）により申請された審査中の米国特許出
願番号第492,434号（1984年５月５日申請され1984年11
月14日に公開されたヨーロツパ特許出願番号第8410514
2.8号に対応する。）Ag₂ Se層の厚さは、約5nmないし約
15nmの範囲で、約10nmが好ましい。約5nm以下又は約15n
m以上の厚さは、（露出プロセス中）下のGe-Seガラスの
露出された部分の溶解度の変化が好ましくないほど小さ
いため、望ましくない。

Ge-Seガラス薄膜は最初ガラスの選択された部分を、Ag₂
Se層からの銀イオンを、Ge-Seガラス薄膜の露出された
領域中に移動させる形のエネルギーに露出し、これら領
域の特定の現像剤に対する溶解度を減少させることによ
つて、パターン形成される。有用な露出エネルギーにつ
いては、たとえば上で引用したTzinis（チニス）‐Vadi
msky（バデイムスキ）の特許で述べられている。次に、
Ge-Seガラス薄膜の表面上に残つたSe及びAg₂Seを、たと
えばAg₂Se及びSeを溶解、すなわちSeO₃ ^2-及びAgI₄ ^3-の
形に酸化するKI-I₂溶液中に浸すことにより、除去す
る。パターン形成はGe-Se薄膜を乾式現像又は湿式現像
することにより、達成される。乾式現像はたとえばCF₄
雰囲気中のプラズマに接触させることにより、行える。
有用な湿式現像剤には水酸化テトラエチルアンモニウム
及び硫化ナトリウムのような水酸化物塩基を含む。最後
に、Ge-Seレジスト中に規定されたパターンは一連の通
常の工程により、下の非平坦基板中に転写される。

Ge-Seガラス薄膜を基板上に直接堆積させるのではな
く、Ge-Se薄膜の画像機能及びマスク機能を分離し、後
者の機能はGe-Se薄膜の堆積に先だち、パターン形成す
べき非平坦表面上に、最初マスク層を形成することによ
り果す。このマスク層はたとえば、エツチマスク、金属
マスク又はイオン注入マスクである。マスク層の厚さは
本質的に一様、すなわち任意の点における厚さが、約50
パーセントかそれ以下しか違わないことが好ましい。そ
のようなマスク層には、たとえば二酸化シリコン又はシ
リコン窒化物の層が含まれ、それはたとえば通常の化学
気相堆積技術を用いて、基板上に堆積させる。マスク層
の（平均の）厚さは、その後の用途に依存するが、通常
のものである。

マスク層の形成後、Ge-Se薄膜が上で述べたように堆
積、露出及び現像される。次に、Ge-Se薄膜中に規定さ
れたパターンは、（二酸化シリコンの場合の）緩衝HF又
は（シリコン窒化物の場合の）リン酸といつた湿式エツ
チヤントを用いて、下のマスク層中に転写すなわちエツ
チされる。パターン形成されたGe-Se薄膜は、たとえば
次亜塩素酸ナトリウム及びチオ硫酸ナトリウムを用いて
除去され、次に、マスク層中に規定されたパターンは、
水酸化カリウムのような湿式エツチヤントを用いるか、
あるいはたとえばCFCl₃及びCl₂雰囲気中のプラズマに接
触させることにより、下の基板、たとえばシリコン基板
中にエツチされる。

HPR-204レジストを用いた非平坦面基板のリソグラフイ
によるパターン形成は、霧から基板上にレジストを堆積
させることにより、実現される。そのような霧はたとえ
ばポーキープシー、ニユーヨーク（Poughkeepsie,New Y
ork）のソノ‐テク社（Sono-Tek Corporation）から販
売され、第２図に描かれている超音波噴霧ノズルのよう
な超音波ノズルを通して、レジスト溶液を流すことによ
り、形成される。作動中（液体）レジスト溶液が液体入
力パイプ40（第２図参照）中に導入され、超音波噴霧ノ
ズル表面60に中央開口50を通して流れ、ここでレジスト
溶液は表面張力の影響下で、薄い液体薄膜を形成する。
ピエゾ電気結晶70にAC電圧を印加することにより、ノズ
ルは（第２図に示されるように）垂直方向に振動し、表
面60から液滴が振り落される。

具体的なレジスト溶液及び具体的なノズル‐基板間隔に
対し、ノズルにより生成する液滴の大きさは、ノズルを
通る溶液の流速に基本的に依存するとともに、ピエゾ電
気結晶70に印加されるAC電圧信号の振幅及び周波数に依
存する。あまり著しくはないが、液滴の大きさも、被覆
すべき非平坦基板への液滴の飛行時間に依存する。（飛
行時間が増すと、レジスト溶媒の蒸発が増し、従つて液
滴の大きさはより小さくなる）（フント ケミカル社
（Hunt Chemical Company）から市販されているよう
な）HPR-204レジスト溶液の場合、10cc/minの流速にお
いて、78KHzのAC周波数で、振幅が25ボルトないし27.6
ボルトに変化するAC信号を印加すると、ノズル端から15
cm（６インチ）に置かれた基板での平均液滴寸法は、約
44μｍないし約60μｍの範囲となる。

超音波ノズルにより生じる（液滴の動きにおける）ラン
ダムさの程度は、各種の非平坦基板を本質的に適合する
ように被覆するのに十分である。しかし、ランダムさは
液滴の流れの中に、渦の動きを導入することにより増
す。たとえば、ノズル直下に、直径15cm（６インチ）の
円筒表面を置き、約30l/minの流速でノズル下の液滴を
含む雰囲気中にN₂ガスを（円筒表面に対し）接線方向に
注入することによつて、ランダムさは増す。予想しなか
つたことであるが、これにより平均液滴寸法も増す。た
とえば、上で述べた流速及び周波数条件の場合、24ボル
トないし26.5ボルトにAC電圧信号の振幅を変えると、
〔ノズル端から15cm（６インチ）に置かれた基板におい
て〕約26μｍないし約16μｍの範囲の平均液滴寸法を生
じる。更に、AC電圧振幅を26.5ボルトないし28.5ボルト
に変えることにより、約16μｍないし約22μｍの範囲の
平均液滴寸法を生じる。

堆積したHPR-204レジストの厚さは、約0.3μｍないし約
２μｍの範囲が好ましい。約0.3μｍ以下の厚さは、た
とえばピンホールのような欠陥を、好ましくないほど多
く含むため、望ましくない。一方、約２μｍ以上の厚さ
は、そのように厚いレジストでは好ましくないほどパタ
ーン分解能が下るため、望ましくない。

非平坦基板上にHPR-204の層が一度本質的に適合して堆
積したら、レジストは露出及び現像され、基板は通常の
技術を用いてパターン形成される。

第１例 以下では非平坦表面を形成するための7.6cm（3-イン
チ）シリコンウエハの100表面のパターン形成と、Ge
_0.15 Se_0.85の本質的に適合した層を、この非平坦表面
上にe-ビーム堆積させることについて述べる。

通常の熱酸化技術を用いて、7.6cm（3-インチ）シリコ
ンウエハの100表面上に、500nm厚さのSiO₂層を成長させ
た。SiO₂層を緩衝HF中で選択的にエツチし、100μｍ×2
00μｍの長方形SiO₂アイランドを形成した。各アイラン
ドの４辺のそれぞれは、４つの＜110＞方向の異なる１
つに合わせた。パターン形成されたSiO₂層をエツチマス
クとして用いて、下のシリコンをKOH及びイソプロピル
アルコールの溶液中で、非等方的すなわち結晶方位にあ
わせて、エツチし、十文字の溝を形成した。溝の深さ及
び幅は、それぞれ約80μｍ及び約100μｍであつた。更
に、各溝の側壁はシリコンウエハの最初の100表面に垂
直な方向に対し、＋35.26度の鋭角をなした。溝のエツ
チング後、SiO₂エツチマスクは緩衝HFで除去した。

パターン形成されたシリコンウエハは通常のe-ビーム堆
積装置の平板上に置いた。Ge及びSeを含む（Ge_0.15 uSe
_0.85）ターゲツトもe-ビーム装置中に置いた。装置中の
雰囲気圧力は、約2.67×10^-4Pa（２×10^-6torr）であつ
た。次に、ターゲツトに約200ワツトのパワーをもつ電
子ビームを照射した。通常の石英結晶厚さモニターで決
めたシリコンウエハのパターン形成された表面上のGe
_0.15 Se_0.85の堆積速度は、毎秒約1.2nmであつた。堆積
は（やはり石英結晶モニターで決めた）堆積したGe_0.15
Se_0.85の平均厚が約200nmになるまで続けた。

e-ビーム装置中のSe_n（ｎ＝1,2,…８）原子及び分子とG
e-Se分子の平均自由行程は、10μｍ以下と評価された。
この評価はGe_0.15 Se_0.85ターゲツトがe-ビームにより
溶融したことに気づいたためこの結論となつた。Ge_0.15
Se_0.85の融点は約520℃である（この点に関しては、た
とえばF.A.Shunk（エフ・エイ・シユンク）、二元合金
の成分（Constitution of Binary Alloy）第２編、マグ
ローヒル、1969、394頁を参照のこと）ため、堆積温度
は少くとも約520℃である。この温度において、Se_n（ｎ
＝1,2,…８）及びGe-Seの分圧はそれぞれ2000Pa（15tor
r）及び60Pa（0.45torr）である。（この点に関して
は、たとえばプロシーデイング・オブ・ザ・エレクトロ
ケミカル・シンポジウム・オン・インオーガニク・レジ
スト・システム（Proceedings of the Electrochemi
cal Symposium on Inorganic Resist System）、
モントリオール、1982、227頁及びその中の引用文献を
参照のこと）従つて、2000Pa（15torr）の分圧を仮定す
ると、0.2-0.5nmの範囲の実効断面積をもつ原子及び分
子の場合、上で引用した薄膜技術ハンドブツクの1-22頁
にある平均自由行程を分圧に対してプロツトすると、上
で示した実効断面積がSe_n（ｎ＝1,2,…８）及びGe-Seの
実効断面積の範囲を含めた、評価したような平均自由行
程に達した。

Ge_0.15 Se_0.85で被覆したシリコンウエハ断面の走査電
子顕微鏡（SEM）写真をとつた。換算定規（1cm＝１μ
ｍ）を用い、シリコンウエハの全非平坦面に渡り、堆積
したGe_0.15 Se_0.85層の平均厚は約200nmと測定され、厚
さの変動は±15パーセントかそれ以下であつた。

第２例 第１例で述べたように、非平坦表面を形成するため、7.
6cm（3-インチ）シリコンウエハの100面に、パターン形
成した。500nm厚のSiO₂層を、通常の熱酸化技術を用い
て非平坦表面上に成長させた。（SiO₂層の厚さはSiO₂被
覆ウエハの断面のSEM写真から決めた。）SiO₂層上にGe
_0.15 Se_0.85の層を堆積させ、やはり200nm±15パーセン
トの厚さを得た。

第３例 通常の熱酸化技術を用いて、10cm（4-インチ）シリコン
ウエハの100表面上に、２μｍ厚のSiO₂層を成長させ
た。SiO₂層の厚さを貫いて、1cm×1cmの正方形の窓のア
レイをエツチするため、緩衝HFを用いた。各窓の４つの
辺のそれぞれは、４つの＜110＞方向の異なる１つにあ
わせた。パターン形成されたSiO₂層をエツチマスクとし
て用いて、次にKOH及びイソプロピルアルコール溶液中
で、下のシリコンを結晶方向にあわせてエツチし、シリ
コン中に井戸のアレイを形成した。最初のウエハ表面に
おいて、井戸は1cm×1cmの大きさの正方形であつた。各
井戸の深さは約200μｍであつた。各井戸の各側壁は、
シリコンウエハの最初の100表面に垂直な方向と＋35.26
度の鋭角をなした。井戸のエツチング後、SiO₂エツチマ
スクを緩衝HFで除去した。

通常の熱酸化技術を用いて、シリコンウエハのパターン
形成された表面上に、500nmの厚さのSiO₂層を成長させ
た。それぞれ50nm、500nm及び500nmの厚さをもつTi、Pd
及びAuの層を、通常のrf堆積技術を用いてSiO₂層上に順
次堆積させた。

SiO₂及び金属で被覆したシリコンウエハを、rf-スパツ
タ堆積装置の平行平板の接地された電極上に置いた。Ge
及びSeを含む（Ge_0.15 Se_0.85）ターゲツトを、接地電
極から5cm（２インチ）離れた装置のパワー電極上に置
いた。装置を排気し、アルゴンを装置中に流して、約0.
67Pa（５×10^-3torr）の圧力とした。13.56MHzのAC信号
をパワー電極に印加し、0.5ワツト／cm²のパワー密度を
発生させ、シリコンウエハ上にGe_0.15Se _0.85をスパツ
タ堆積させた。これらの条件下で、第１例のプロセスを
用いたところ、スパツタ堆積装置中の原子及び分子の平
均自由行程は、10μｍ以下と評価された。先の実験か
ら、堆積速度は毎秒0.7nmであつた。堆積はGe_0.15 Se
_0.85の200nm厚の層を堆積させるのに十分な時間続け
た。

シリコンウエハ断面のSEM写真をとつた。換算定規（1cm
＝１μｍ）を用いると、堆積したGe_0.15 Se_0.85層の平
均の厚さ及び厚さの変動は、第１及び第２例と同じであ
つた。

第４例 第１例で述べたように、非平坦表面を形成するために、
7.6cm（３インチ）のシリコンウエハの100表面を、パタ
ーン形成した。パターン形成したウエハを、ポーキープ
シー、ニユーヨークのソノ‐テク社から市販され、第２
図に描かれた超音波噴霧ノズルの出力端から、15cm（６
インチ）の所に置いた。次に、フントケミカル社から市
販されているようなHPR-204レジスト溶液を、10cc/min
で１分間ノズルを通して流し、78KHzの周波数と24ボル
トの振幅をもつAC信号を、ノズルのピエゾ電気結晶に印
加した。ウエハ表面で得られた平均の液滴サイズは、
（先の実験から）約44μｍであることがわかつた。

レジストで被覆したシリコンウエハ断面のSEM写真をと
つた。換算規定（1cm＝１μｍ）を用いたところ、最初
の100シリコンウエハ表面とウエハ中にエツチされた溝
の側壁との交差部で規定される角において、堆積したHP
R-204の厚さは、0.5μｍと測定された。それ以外のあら
ゆる所で、厚さは0.7μｍであつた。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 タイ，キング リエン アメリカ合衆国 07922 ニユージヤーシ イ，バークレイ ハイツ，パーク アヴエ ニユー 344 (72)発明者 ウオング，イウーフエン アメリカ合衆国 07922 ニユージヤーシ イ，バークレイ ハイツ，ミー ドライヴ 21 (56)参考文献 特開 昭57−186750（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】デバイスを製作するためのリソグラフィ方
   法であって、 基板表面上にエネルギーを感じる材料を形成する工程
   と、 前記エネルギーを感じる材料の選択された部分をエネル
   ギーに露出する工程と、 現像剤で前記エネルギーを感じる材料を処理する工程
   と、 前記デバイスの製作を完了する工程と を含むリソグラフィ方法において、 前記基板表面は、非平坦であって約５μｍ以上の深さも
   しくは高さを有する少なくとも１つのくぼみもしくは少
   なくとも１つの段差を含み、 前記エネルギーを感じる材料は、前記表面内に含まれる
   段差もしくはくぼみの最小高さもしくは最小深さの約3/
   4倍よりも小さい寸法の団塊もしくは液滴の蒸気もしく
   は霧であって、前記非平坦基板表面上の任意の点におけ
   る流束角分布が前記表面上の他の任意の点におけるもの
   と実質的に同一になるような充分にランダムな動きをも
   った蒸気もしくは霧を堆積させることによって形成さ
   れ、これによって前記エネルギーを感じる材料が実質的
   に均一な厚さを有する膜を前記基板上に形成するように
   したことを特徴とするリソグラフィ方法。
2. 【請求項２】請求の範囲第１項に記載された方法におい
   て、 前記エネルギーを感じる材料が、有機ポリマを含むこと
   を特徴とするリソグラフィ方法。
3. 【請求項３】請求の範囲第１項に記載された方法におい
   て、 前記エネルギーを感じる材料が、カルコゲナイドガラス
   を含むことを特徴とするリソグラフィ方法。
4. 【請求項４】請求の範囲第３項に記載された方法におい
   て、 前記カルコゲナイドガラスがGe-Seガラスであることを
   特徴とするリソグラフィ方法。
5. 【請求項５】請求の範囲第１項に記載された方法におい
   て、 前記エネルギーを感じる材料の形成前に、前記非平坦基
   板表面上に、マスク層を形成することを特徴とするリソ
   グラフィ方法。