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JPH0817711A - Designing method of antireflection film - Google Patents

Designing method of antireflection film

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JPH0817711A
JPH0817711A JP14831394A JP14831394A JPH0817711A JP H0817711 A JPH0817711 A JP H0817711A JP 14831394 A JP14831394 A JP 14831394A JP 14831394 A JP14831394 A JP 14831394A JP H0817711 A JPH0817711 A JP H0817711A
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JP14831394A
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Inventor
Hiroyuki Nakano
Masanori Tsukamoto
博之 中野
雅則 塚本
Original Assignee
Sony Corp
ソニー株式会社
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Abstract

PURPOSE:To restrain a halation and a staging-wave effect on materials layers by a method wherein change regions of the optical constant and the film thickness of an antireflection film which can suppress the standing-wave effect to a prescribed amount or lower are found regarding the respective material layers and the optical constant and the film thickness which are contained in common regions in the respective change regions are selected. CONSTITUTION:Change regions of optical constants [(n), (k)] and the film thickness (d) of an antireflection film which can suppress a standing-wave effect to a prescribed amount or lower are found regarding respective material layers. Then, the optical constants [(n), (k)] and the film thickness (d) which are contained in common regions of the respective change regions are selected so as to be optimized. As a means for optimization, the standing-wave effect is computed by a simulation. Then, the change regions which are converged to the prescribed amount or lower are narrowed down.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスの製造工程で行われるフォトリソグラフィの解像度を向上させるために用いられる反射防止膜の設計方法に関し、特に光学定数の異なる複数の材料層が同一基板上に共存する場合に、いずれの材料層上においても良好な解像度を達成する方法に関する。 The present invention relates to a relates to a design method of the antireflection film used in order to improve the resolution of photolithography is performed in the manufacturing process of semiconductor devices, in particular the same substrate different material layers having optical constants when coexisting above relates to a method also achieves good resolution on any material layer.

【0002】 [0002]

【従来の技術】半導体装置の高集積化が加速度的に進行するに伴い、その最小加工寸法も急速に縮小されている。 Along with high integration of semiconductor devices proceeds at an accelerated, is rapidly reduced as the minimum feature size. たとえば、量産ラインに移行されている現世代の1 For example, the current generation that has been migrated to the mass-production line 1
6MDRAMの最小加工寸法は約0.5μmであるが、 Although the minimum feature size of 6MDRAM is about 0.5 [mu] m,
次世代の64MDRAMでは0.35μm以下、次々世代の256MDRAMでは0.25μm以下に縮小されるとみられている。 The next generation in 64MDRAM of 0.35μm or less, are expected to be reduced to less than 0.25μm in successive generations 256MDRAM.

【0003】この微細化度は、マスク・パターンを形成するフォトリソグラフィ工程の解像度に大きく依存している。 [0003] The fine degree is highly dependent on the resolution of the photolithography process of forming a mask pattern. 0.35μm〜0.25μm(ディープ・サブミクロン)クラスの加工では、KrFエキシマ・レーザ光(波長248nm)等の遠紫外光源が必要となる。 0.35μm~0.25μm in machining (deep submicron) class, far ultraviolet light source such as KrF excimer laser beam (wavelength 248 nm) is required. しかし、エキシマ・レーザ光のような単色光を用いるプロセスでは、ハレーションや定在波効果によるコントラストや解像度の低下が顕著に現れる。 However, in the process using a monochromatic light such as excimer laser light, decrease in contrast and resolution due to halation and standing wave effect appears remarkably.

【0004】ハレーションとは、下地材料膜の段差部分からの反射光により特定の領域の光強度が高くなる現象であり、実害としてはポジ型フォトレジスト・パターンにおけるくびれの発生が挙げられる。 [0004] The halation, a phenomenon that the light intensity is higher in the specific region by the reflected light from the step portion of the base material film, the actual damage include occurrence of constriction in the positive photoresist pattern. 一方、定在波効果とは、フォトレジスト膜内あるいは下地膜との間で生ずる多重反射によりフォトレジスト膜の膜厚方向に光強度分布が生ずる現象であり、実害としてはレジスト・パターンの側壁面の波状の変形や、基板内におけるレジスト感度のバラつき等が挙げられる。 On the other hand, the standing wave effect, a phenomenon that the light intensity distribution in a thickness direction of the photoresist film is caused by multiple reflection occurring between the photoresist film or the underlying film, the sidewall surface of the resist pattern as a harmless deformation and wavy, variation or the like of the resist sensitivity and the like in the substrate.

【0005】かかるハレーションや定在波効果を低減させるためには、下地材料膜からの反射光を弱めれば良い。 [0005] In order to reduce such halation and standing wave effect, Yowamere light reflected from the underlying material film. このため、光反射率の高い材料層とフォトレジスト膜との間に反射防止膜を設けることが今後は必須になるとみられている。 Therefore, be provided with an antireflection film is seen as the future become essential between the high material layer and the photoresist film light reflectance. 近年、この反射防止膜の構成材料としてSiO xy (酸窒化シリコン)系材料が提案されている。 Recently, SiO x N y (silicon oxynitride) based materials have been proposed as a material of the antireflection film. SiO xy系材料は、CVDによる成膜時のガス組成の制御により組成を細かく調整することができ、 SiO x N y based material, it is possible to finely adjust the composition by controlling the gas composition at the time of film formation by CVD,
これに伴って光学定数(n,k)(ただし、nは複素屈折率の実数部、kは同じく虚数部係数を表す。)を広範囲に変化させることができるため、あらゆる露光波長、 Optical constants Along with this (n, k) (where, n is the real part of the complex refractive index, k is also represents the imaginary part coefficient.) It is possible to extensively changed, all the exposure wavelength,
レジスト材料、下地材料層に対して最適化された反射防止膜を提供できるというメリットを有している。 Resist material has the advantage that it provides an optimized anti-reflection film with respect to the underlying material layer. 特に、 Especially,
エキシマ・レーザ波長域のような遠紫外領域で化学増幅系レジスト材料を用いるプロセスにおいて、効果的な反射防止効果を示す膜は極めて少なく、この意味においてもSiO xyには大きな期待が寄せられている。 In the process of using the chemically amplified resist material in deep ultraviolet region, such as an excimer laser wavelength range, film exhibiting effective antireflection effect is very small, high expectations are submitted to the SiO x N y in this sense ing.

【0006】上記SiO xy系材料をある特定の材料層の上で反射防止膜として用いる場合の光学定数(n, [0006] The optical constants of the case of using as an antireflection film on a particular material layer in the SiO x N y based material (n,
k)の最適化方法については、本願出願人が先にSPI For optimization method k), SPI present applicant previously
E第1927巻、オプティカル/レーザ・マイクロリソグラフィVI (Optical/Laser Microlithography VI(1 E The 1927 Volume, Optical / Laser Microlithography VI (Optical / Laser Microlithography VI (1
993) , p. 993), p. 263〜272において記載している。 It is described in the 263-272.
この方法では、(1)まず、任意のレジスト膜厚と任意の反射防止膜の膜厚dの下で該反射防止膜の光学定数(n,k)の変化に対するレジスト膜の吸収光量の変化の軌跡を求め、(2)次に、他の複数のレジスト膜厚についても同様に軌跡を求め、(3)これら各軌跡の共通領域に存在する光学定数(n,k)を求める。 In this method, (1) First, any resist film thickness and any optical constants of the reflection preventing film under a film thickness d of the antireflection film (n, k) resist film changes in amount of light absorbed to changes in seek trajectory (2) Next, determine the trajectory Similarly, the other of the plurality of resist film thickness to obtain the (3) optical constants that are present in the common area of ​​each of these loci (n, k). 他の異なる反射防止膜の膜厚dについても上述(1)〜(3)のプロセスを順次行うと、反射防止膜の膜厚に応じて反射防止膜の最適光学条件(n,k,d)を求めることができる。 Above also the thickness d of the other different antireflective film (1) to (3) For sequential processes, the optimum optical condition of the anti-reflection film in accordance with the film thickness of the antireflection film (n, k, d) it can be obtained.

【0007】 [0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の方法は、ある特定の単一種類の下地材料層の上で光学条件(n,k,d)を最適化するものである。 [SUMMARY OF THE INVENTION Incidentally, the above method is to optimize the optical conditions (n, k, d) the over certain single type of liner material layer. しかし、実際の半導体デバイスの製造プロセス中には、基板上に光学定数の異なる複数の材料層が露出しており、これらのいずれの材料層の上でもレジスト・パターンを形成しなければならない場合がある。 However, during the actual manufacturing process of a semiconductor device, if a plurality of material layers having different optical constants on a substrate is exposed, which must form a resist pattern even on these any material layer is there. このような場合に、上述の方法で最適化された反射防止膜を使用しても、ある特定の材料層の上でしかハレーションや定在波効果が抑制できない虞れがある。 In such a case, the use of optimized anti-reflection film in the manner described above, there is a possibility that halation and standing wave effect only on a certain material layer can not be suppressed. この問題を、MOS−FETのソース/ドレイン領域(Si基板)とゲート電極(高融点金属シリサイド層)の両方へ臨むコンタクト・ホール・パターンを形成するプロセスを例として、図1および図10 The problem, as an example a process for forming a contact hole pattern facing to both of the source / drain regions of the MOS-FET (Si substrate) and the gate electrode (high melting point metal silicide layer), FIG. 1 and FIG. 10
を参照しながら説明する。 It refers to the will be described.

【0008】図1は、Si基板1上でSiO xからなるゲート絶縁膜2とW−ポリサイド膜からなるゲート電極3とをパターニングし、その全面をSiO xy系膜からなる薄い反射防止膜4で被覆し、この上をコンフォーマルなSiO x層間絶縁膜5で被覆し、さらにその上をフォトレジスト膜6で平坦化した状態を示している。 [0008] Figure 1 is to pattern the gate electrode 3 consisting of the gate insulating film 2 and W- polycide film consisting of SiO x on Si substrate 1, a thin anti-reflection film to the entire surface thereof made of SiO x N y based layer coated with 4, was coated over this conformal SiO x interlayer insulating film 5, it illustrates a further state of flattened thereon a photoresist film 6. いま、フォトレジスト膜6の開口予定領域I,IIにおいて、ゲート電極3とSi基板1の双方に臨むコンタクト・ホール・パターンに倣った開口部をフォトリソグラフィにより形成するプロセスを考える。 Now, the opening region where I of the photoresist film 6, in II, consider a process of forming by photolithography an opening conforming to the contact hole pattern facing to both of the gate electrode 3 and the Si substrate 1. 従来の方法では、 In the conventional method,
反射防止膜の光学定数(n,k)および膜厚dは、ゲート電極3上かSi基板1上のいずれか一方においてのみ最適化されている。 The optical constants of the anti-reflection film (n, k) and the thickness d are optimized only at either on or Si substrate 1 on the gate electrode 3. したがって、たとえばゲート電極3 Thus, for example, the gate electrode 3
上で最適な光学定数を持つように成膜された反射防止膜4が、Si基板1上で最適な光学定数を持つとは限らない。 Antireflection film 4 which is formed to have optimum optical constants above are not necessarily have the optimum optical constants on a Si substrate 1. この結果、たとえば図10に示されるように、ゲート電極3上の開口予定領域Iではフォトレジスト膜6に良好な形状を有するコンタクトホール・パターン7が形成できても、Si基板1上の開口予定領域IIでは定在波効果が抑制できず、側壁面に波状の変形を生じたコンタクトホール・パターン8sが形成されてしまう。 As a result, for example, as shown in FIG. 10, be able to form a contact hole pattern 7 in a good shape in the photoresist film 6, open plan area I on the gate electrode 3, the opening will on the Si substrate 1 It can not be suppressed standing wave effect in the region II, a contact hole pattern 8s resulting wavy deformation in the side wall surface is formed. Si基板1上で光学定数を最適化すれば、これとは逆のことが生ずる。 By optimizing the optical constants on in the Si substrate 1, opposite it arises from this.

【0009】したがって、光学条件の異なる材料層の上でフォトリソグラフィを行う際にも、あらゆる材料層上でハレーションや定在波効果が抑制されるように光学定数(n,k)および膜厚dを設定できる反射防止膜の設計方法が必要とされている。 Accordingly, even when performing photolithography on the different material layers having optical conditions, optical constants (n, k) as halation and standing wave effect on any material layer is suppressed and the film thickness d What is needed is a design method of the antireflection film can be set. 本発明は、かかる反射防止膜の設計方法を提供することを目的とする。 The present invention aims at providing a method of designing such an antireflection film.

【0010】 [0010]

【課題を解決するための手段】本発明の反射防止膜の設計方法は、上述の目的を達成するために提案されるものであり、光学定数の異なる複数の材料層が露出する基板上で、これらの材料膜を被覆する透明絶縁膜をパターニングするために反射防止膜を用いてフォトリソグラフィを行うに際し、該反射防止膜の光学定数(n,k)(ただし、nは複素振幅屈折率の実数部、kは同じく虚数部係数、dは膜厚をそれぞれ表す。)および膜厚dを最適化する際に、前記材料層の各々について定在波効果を所定量以下に抑制し得る前記反射防止膜の光学定数(n, Design method of the antireflection film of the present invention SUMMARY OF] is what is proposed in order to achieve the above object, on a substrate in which a plurality of material layers having different optical constants are exposed, when performing photolithography using the anti-reflection film for patterning the transparent insulating film covering these material films, the optical constants of the reflection preventing film (n, k) (where, n is a real number of the complex amplitude index of refraction parts, k is also represents the imaginary part coefficient, d is the thickness, respectively.) and in optimizing the film thickness d, the antireflection which for each of the material layer can suppress standing wave effect below a predetermined amount optical constants of the film (n,
k)および膜厚dの変化領域を求め、これら各変化領域の共通部分に含まれる光学定数(n,k)および膜厚d k) and obtains the change in area of ​​the film thickness d, the optical constants in the intersection of the respective changing area (n, k) and the film thickness d
を選択することにより前記最適化を行うものである。 And it performs the optimization by selecting.

【0011】上記光学定数(n,k)および膜厚dを最適化する方法としては、n,k,dに同時に色々な数値を代入してマトリクス的に定在波効果をコンピュータ・ [0011] The optical constants (n, k) and as a method of optimizing the film thickness d, n, k, computer matrix to standing wave effect by substituting simultaneously different numerical values ​​to d
シミュレーションにより計算し、最終的にこれが所定量以下に収束する変化領域を絞り込む方法も可能である。 Calculated by simulation, a method of finally which narrow down the change area to converge to a predetermined amount or less is also possible.
あるいは、これら3個のパラメータのうちいずれかひとつを固定すれば、シミュレーションすべきパラメータの数を減らすことができる。 Alternatively, if fixed to any one of these three parameters, it is possible to reduce the number of to be simulated parameters. この場合、膜厚dを一定として光学定数(n,k)を決定することも理論上は可能であるが、より簡便で現実的な方法は、光学定数nを固定した条件下で残る光学定数kは膜厚dを変化させる方法である。 In this case, optical constants (n, k) the film thickness d is constant but it is theoretically possible to determine a more convenient and practical way, the optical constants remain under the conditions fixed optical constants n k is a method of changing the film thickness d. 光学定数(n,d)を本質的に決定するものは、反射防止膜の原子組成比であるが、この原子組成比を変動させてもnはkほど大きく変化しないことが経験的に知られているので、このようなことが可能となる。 Which essentially determine the optical constants (n, d) is a atomic composition ratio of the anti-reflection film, also by varying the atomic composition ratio n does not change significantly as the k is empirically known since the are, it is possible to such a thing.

【0012】前記定在波効果は、振幅比の値をもって表す。 [0012] The standing wave effect, represented with a value of the amplitude ratio. 振幅比とは、図3に示されるように、フォトレジスト膜の膜厚に対してフォトレジスト膜中の光吸収量をプロットして得られる曲線(スイング・カーブ)において、任意の膜厚dにおける該スイング・カーブの振幅Δ The amplitude ratio, as shown in FIG. 3, the curve obtained by plotting the light absorption amount in the photoresist film to the film thickness of the photoresist film (swing curve), in any film thickness d the amplitude of the swing curve Δ
Aと、図中に破線で示される該スイング・カーブの振幅の中心線までの高さA(すなわち定在波効果が全く無い場合の光吸収量)との比として定義される。 And A, is defined as the ratio of the up amplitude of the center line of the swing curve represented by the broken line height A (i.e. the light absorption amount in the case is absolutely no standing wave effect) in FIG.

【0013】本発明では、実用的なフォトリソグラフィ解像度を達成するために、上記振幅比を10%以内に抑制し得る変化領域を求める。 In the present invention, in order to achieve a practical resolution of photolithography, for change region capable of suppressing the amplitude ratio within 10%. 振幅比の下限は特に限定されるものではないが、余り小さく設定し過ぎると変化領域の共通部分が見出せなくなる虞れもあるので、異なる光学定数を有する材料層の数および種類に応じて適宜設定すれば良い。 Since there is no particular limitation lower limit of the amplitude ratio, there is also a risk that not Midase the intersection of the change area set too too small, appropriately set depending on the number and type of material layers having different optical constants it is sufficient.

【0014】なお、反射防止膜は絶縁膜の上下いずれにあっても構わない。 [0014] The reflection preventing film may be in either the upper and lower insulating films. 本発明においては、前記反射防止膜をSiO xy系膜にて構成することが特に好適である。 In the present invention, it is particularly preferred to constitute the antireflection film in SiO x N y based layer. SiO xy系膜は、平行平板型プラズマCVD装置やECRプラズマCVD装置を使用して成膜することができる。 SiO x N y based layer may be deposited using a parallel plate type plasma CVD apparatus or an ECR plasma CVD apparatus. このプラズマCVDの代表的な原料ガスとしては、SiH 4 /O 2 /N 2混合ガス、あるいはSiH Typical feed gas for the plasma CVD, SiH 4 / O 2 / N 2 mixed gas or SiH,
4 /N 2 O混合ガスがある。 There are 4 / N 2 O mixture gas. なお、実際に成膜されるS It should be noted, it is actually deposited S
iO xy系膜には少量の水素が含まれているため、このことを明示するために、以下の明細書中ではSiO x iO x N for the y-based film contains a small amount of hydrogen, in order to demonstrate this, SiO x is in the following specification
y :H膜の表記を用いる。 N y: using notation H film.

【0015】上記SiO xy :H膜の原子組成比は原料ガスの流量比にもとづいて変化させることができ、これにもとづいて光学定数(n,k)を変化させることができる。 [0015] The SiO x N y: atomic composition ratio of the H film can be varied based on the flow rate of the raw material gas, it is possible to change the optical constants (n, k) based on this. なお、上記光学定数(n,k)および膜厚dの好ましい変化範囲は、下地の材料層の種類によって異なる。 Incidentally, the optical constants (n, k) and preferred range of variation of the thickness d depends on the type of the material layer of the substrate. すなわち、下地がSi系材料層である場合はn= That is, if the base is a Si-based material layer is n =
1.8〜2.6,k=0.1〜0.8,d=20〜15 1.8~2.6, k = 0.1~0.8, d = 20~15
0nm;下地がAlやCuの純金属層,シリサイド層または合金層である場合にはn=1.78〜2.38,k 0 nm; pure metal layer underlying Al and Cu, when a silicide layer or alloy layer n = 1.78 to 2.38, k
=0.55〜1.15,d=20〜40nm;下地が高融点金属層または高融点金属シリサイド層である場合にはn=1.8〜3.0,k=0.5〜0.9,d=15 = 0.55~1.15, d = 20~40nm; when the base is a refractory metal layer or refractory metal silicide layer is n = 1.8~3.0, k = 0.5~0. 9, d = 15
〜35nmである。 It is ~35nm.

【0016】ところで、光学定数の異なる複数の材料層が基板の表面に露出している状態は、通常の半導体デバイスの製造プロセスの様々な段階で現れる可能性がある。 By the way, a state in which a plurality of material layers having different optical constants is exposed on the surface of the substrate may appear at various stages of the manufacturing process of the ordinary semiconductor device. 典型的には、Si基板上にMOS−FETのゲート電極が形成された時のように、Siからなる層と配線材料からなる層が現れる場合がある。 Typically, as when the gate electrode of the MOS-FET is formed on a Si substrate, there is a case where a layer consisting of a layer and a wiring material made of Si appears. ただし、異なる材料層の数は2つに限られるものではなく、3つ以上であっても良い。 However, the number of different material layers is not limited to two and may be three or more.

【0017】 [0017]

【作用】本発明の反射防止膜の設計方法では、光学定数の異なる複数の材料層が露出する基板上であっても、これら材料層の各々について定在波効果を所定量以下、好ましくは10%以下に抑制し得る反射防止膜の光学定数(n,k)および膜厚dを選択するため、いずれの材料層の上においても反射防止膜に実用上十分な反射防止効果を発揮させることができる。 The design method of the antireflection film of the present invention, even on a substrate having a plurality of material layers having different optical constants is exposed, a predetermined amount or less standing wave effect for each of these material layers, preferably 10 % optical constants (n, k) of the anti-reflection film that can suppress below and to select the film thickness d, can also exert a practically sufficient anti-reflection effect in the antireflection film in on any material layer it can.

【0018】上述の光学条件の選択は、実際には余り大きく変動しない光学定数nを固定してパラメータの数を減少させた条件で行うことにより、極めて簡便かつ短時間で行うことができる。 [0018] Selection of the optical conditions described above, by performing in practice reduced the number of parameters to fix the optical constants n does not vary too greatly on the conditions, it can be carried out very easily and in a short time. 前記反射防止膜としてSiO x SiO x as the anti-reflection film
y系膜を用いると、プラズマCVDにおける成膜ガスの流量比を変化させることにより、上述のように選択された光学定数(n,k)を満たす反射防止膜を成膜することができる。 With N y based film, by changing the flow ratio of the deposition gas in the plasma CVD, it is possible to form a reflection preventing film which satisfies the selected optical constants as described above (n, k).

【0019】したがって、たとえばSiからなる層と配線材料からなる層とが露出した基板上において、上述のように設計されたSiO xy系反射防止膜でこれらの層を被覆し、この上で透明絶縁膜をパターニングするためのフォトリソグラフィを行えば、両層の上で共に良好な形状を有するフォトレジスト・パターンを形成することができる。 [0019] Thus, for example, in the layer and the substrate in which a layer exposed consisting wiring material consisting of Si, covering these layers with SiO x N y based antireflection film which is designed as described above, on this by performing photolithography for patterning the transparent insulating film, it is possible to form a photoresist pattern having both good shape on both layers.

【0020】 [0020]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明する。 BRIEF DESCRIPTION specific examples of the present invention. 実施例1本実施例は、本発明をMOS−FETのゲート・コンタクトおよびソース/ドレイン・コンタクトを形成するためのレジスト・パターニングをKrFエキシマ・レーザ・リソグラフィ(露光波長248nm)により行う場合に、反射防止膜として用いるSiO xy :H膜の光学条件を最適化した例である。 Example 1 This example, when the resist patterning for the present invention forms a gate contact and source / drain contacts of the MOS-FET performed by KrF excimer laser lithography (exposure wavelength 248 nm), reflection SiO x N y is used as the barrier film: is an example of optimizing the optical conditions of the H film. 本実施例を、図1、図2、 The present embodiment, FIG. 1, FIG. 2,
図4および図5を参照しながら説明する。 With reference to FIGS. 4 and 5 will be described.

【0021】まず、本実施例においてフォトリソグラフィを行う際の基板の状態は、前出の図1に示されるとおりである。 Firstly, state of the substrate when performing photolithography in the present embodiment is as shown in Figure 1, supra. すなわち、Si基板1上でSiO xからなるゲート絶縁膜2とW−ポリサイド膜からなるゲート電極3とをパターニングし、その全面を薄いSiO xy That is, by patterning the gate electrode 3 consisting of the gate insulating film 2 and W- polycide film consisting of SiO x on Si substrate 1, the entire thin SiO x N y:
H膜からなる反射防止膜4で被覆し、この上をコンフォーマルなSiO x層間絶縁膜5で被覆し、さらにその上をフォトレジスト膜6で平坦化した。 Coated with an anti-reflection film 4 composed of a H film was coated over this conformal SiO x interlayer insulating film 5, and flattened further thereon with a photoresist film 6.

【0022】ここで、上記Si基板1には、既にイオン注入によりソース/ドレイン領域となる不純物拡散層が形成されている。 [0022] Here, the above-mentioned Si substrate 1, which is an impurity diffusion layer already a source / drain region by ion implantation is formed. 上記ゲート電極3の表面はWSi Surface of the gate electrode 3 is WSi
x (タングステン・シリサイド)膜からなる。 x consisting of (tungsten silicide) film. 上記フォトレジスト膜6は、化学増幅系ポジ型フォトレジスト材料WKR−PT1(商品名;和光純薬社製)からなる。 The photoresist film 6, a chemical amplification type positive photoresist material WKR-PT1; consisting (trade name manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.).
また、上記SiO x層間絶縁膜5はコンフォーマルに成膜されており、ゲート電極上における膜厚D 1とSi基板上における膜厚D 2はいずれも500nmである。 Further, the SiO x interlayer insulating film 5 is deposited conformally, a 500nm any thickness D 2 is the thickness D 1 and the Si substrate on the gate electrode.

【0023】コンタクト・ホールの開口予定領域I,II [0023] The contact hole of the opening scheduled region I, II
は、それぞれゲート電極上とSi基板上にある。 Are each on the gate electrode and the Si substrate. 上記反射防止膜の光学定数(n,k)および膜厚dを決定するためのシミューレションにあたって考慮すべき積層系は、開口予定領域IではWSi The optical constants of the anti-reflection film (n, k) and stacking systems should be considered when sheet Mühle Deployment for determining the thickness d is, WSi the opening region where I x /SiO xy :H/ x / SiO x N y: H /
SiO x /フォトレジスト積層系、開口予定領域IIではSi/SiO xy :H/SiO x /フォトレジスト積層系となる。 SiO x / photoresist laminate system, open plan area II in Si / SiO x N y: the H / SiO x / photoresist laminate system.

【0024】上記シミュレーションに用いた各材料の光学定数(n,k)を以下に示す。 The optical constants (n, k) of each material used in the simulation is shown below. Si(Si基板1) :n=1.57,k=3.58 WSi x (ゲート電極3) :n=1.93,k=2.73 SiO x (SiO x層間絶縁膜5) :n=1.52,k=0 フォトレジスト(フォトレジスト膜6):n=1.80,k=0.01 まず、SiO xy :H膜(反射防止膜4)のnを2. Si (Si substrate 1): n = 1.57, k = 3.58 WSi x ( gate electrode 3): n = 1.93, k = 2.73 SiO x (SiO x interlayer insulating film 5): n = 1.52, k = 0 photoresist (photoresist film 6): n = 1.80, k = 0.01 first, SiO x n y: H film n of (antireflection film 4) 2.
10に固定し、kとdを変化させた場合の開口予定領域Iにおける定在波効果を計算した結果を図4に示す。 Fixed in 10, Figure 4 shows the results of calculating the standing wave effect in the opening region where I, varying k and d.

【0025】同じく、SiO xy :H膜(反射防止膜4)のnを2.10に固定し、kとdを変化させた場合の開口予定領域IIにおける定在波効果を計算した結果を図5に示す。 [0025] Similarly, SiO x N y: H film was fixed to 2.10 to n of (antireflection film 4), results of calculating the standing wave effect in the open plan area II, varying k and d It is shown in Figure 5. これら図4と図5は、定在波効果の判断指標となる振幅比が同じ値になる領域を等高線のように結んだものであり、各線は1%刻みで表示されている。 These FIGS. 4 and 5 is for connecting a region where the amplitude ratio as a determination index of the standing wave effect is the same value as the contour lines, each line is displayed in units of 1%.

【0026】図中、斜線を施した2ヵ所は、両図において振幅比が共に2%以下となる共通領域を示すものである。 [0026] In the figure, two positions of the shaded shows a common region where the amplitude ratio are both 2% or less in both FIG. これら共通領域のおおよそ中心の座標(k,d)より、SiO xy :H膜の好適な光学条件は、n=2. Approximate center coordinates (k, d) of the common area than, SiO x N y: suitable optical conditions H film, n = 2.
10,k=0.56,d=30nm、もしくはn=2. 10, k = 0.56, d = 30nm or n = 2,.
10,k=0.27,d=87nmとなる。 10, k = 0.27, the d = 87nm. 前者の光学条件(n,k)=(2.10,0.56)はSiO 0.67 The former optical conditions (n, k) = (2.10,0.56 ) is SiO 0.67
0.22 :Hの組成により、また後者の光学条件(n, N 0.22: The composition of the H, the latter optical conditions (n,
k)=(2.10,0.27)はSiO 0.750. 25 :H k) = (2.10,0.27) is SiO 0.75 N 0. 25: H
の組成により、それぞれ達成可能である。 The composition of, respectively achievable. ただし、同じ定在波効果の抑制効果が得られる限りでは、膜厚dが小さいに越したことはないので、ここでは膜厚dが30n However, as far as the effect of suppressing the same standing wave effect is obtained, since no hurts the thickness d is small, where the film thickness d is 30n
mで済む前者の光学条件を選択し、成膜すべき反射防止膜4の組成をSiO 0.670.22 :Hと決定した。 Select the former optical conditions requires only m, the composition of SiO 0.67 N 0.22 antireflection film 4 to be deposited: was determined with H.

【0027】かかる組成の反射防止膜4は、本願出願人が行った以前の実験より、SiH 4 /N 2 Oの流量比を1.2〜1.3としてプラズマCVDを行うことにより成膜することができる。 [0027] Such anti-reflection film 4 of the composition, from previous experiments that the applicant has made, the flow rate ratio of SiH 4 / N 2 O is deposited by plasma CVD as 1.2-1.3 be able to. 成膜条件の一例を以下に記す。 An example of the deposition conditions described below. 装置 平行平板型プラズマCVD装置 SiH 4流量 50 SCCM N 2 O流量 40 SCCM ガス圧 333 Pa(2.5 Torr) RFパワー 190 W(13.56 MHz) 成膜温度 360 ℃ 電極間距離 1 cm(400 mils) この反射防止膜4を用いてKrFエキシマ・レーザ・リソグラフィによるフォトレジスト膜6のパターニングを行ったところ、図2に示されるように、開口予定領域I,IIのいずれにおいても、コンタクト・ホール・パターンに倣った開口部7,8を良好な形状をもって形成することができた。 Device parallel plate plasma CVD apparatus SiH 4 flow rate 50 SCCM N 2 O flow rate 40 SCCM gas pressure 333 Pa (2.5 Torr) RF power 190 W (13.56 MHz) film forming temperature 360 ° C. distance between electrodes 1 cm (400 mils) was subjected to patterning of the photoresist film 6 by KrF excimer laser lithography by using the antireflection film 4, as shown in FIG. 2, the aperture region where I, in any of the II, contact holes the openings 7 and 8 that follows the pattern could be formed with good shape.

【0028】 実施例2本実施例は、同じくMOS−FETのゲート・コンタクトおよびソース/ドレイン・コンタクトを形成するためのレジスト・パターニングをKrFエキシマ・レーザ・ [0028] Example 2 This example also KrF excimer laser resist patterning for forming the gate contact and source / drain contacts of the MOS-FET,
リソグラフィにより行った例であるが、SiO x層間絶縁膜で基板を一旦平坦化した。 An example in which by lithography, but once planarizing a substrate with SiO x interlayer insulating film. 本実施例を、図6ないし図9を参照しながら説明する。 This embodiment will be described with reference to FIGS.

【0029】まず、本実施例においてフォトリソグラフィを行う際の基板の状態は、図6に示されるとおりである。 Firstly, state of the substrate when performing photolithography in the present embodiment is as shown in FIG. すなわち、Si基板11上でSiO xからなるゲート絶縁膜12とW−ポリサイド膜からなるゲート電極1 That is, the gate electrode 1 made of the gate insulating film 12 and the W- polycide film consisting of SiO x on Si substrate 11
3とをパターニングし、その全面を薄いSiO xy 3 and is patterned, thin the entire surface of SiO x N y:
H膜からなる反射防止膜14で被覆し、この上をSiO Coated with an anti-reflection film 14 made of H film, SiO over this
x層間絶縁膜15で一旦平坦化し、さらにその上にフォトレジスト膜6を形成した。 once flattened by x interlayer insulating film 15 and further a photoresist film 6 thereon.

【0030】上記SiO x層間絶縁膜5の開口予定領域Iにおける膜厚D 1は500nm、開口予定領域IIにおける膜厚D 2は700nmである。 The thickness D 1 at the opening region where I described SiO x interlayer insulating film 5 is 500 nm, the thickness D 2 at the opening will region II is 700 nm. ここで、実施例1で上述した各材料層の光学定数を用い、nを2.10に固定してkとdを変化させた場合の開口予定領域Iにおける定在波効果の計算結果を図8に、同じく開口予定領域 Here, FIG calculation results of the standing wave effect in the open plan area I when the optical constants of the material layer described above using, by fixing the n to 2.10 by changing the k and d in Example 1 8, also opening scheduled area
IIにおける計算結果を図9にそれぞれ示す。 Respectively the calculation results in II in FIG.

【0031】図中、斜線を施した2ヵ所は、両図において振幅比が共に4%以下となる共通領域を示すものである。 [0031] figure, two positions of the shaded shows a common region where the amplitude ratio are both made 4% or less in both FIG. これら共通領域のおおよそ中心の座標(k,d)より、SiO xy :H膜の好適な光学条件は、n=2. Approximate center coordinates (k, d) of the common area than, SiO x N y: suitable optical conditions H film, n = 2.
10,k=0.60,d=25nm、もしくはn=2. 10, k = 0.60, d = 25nm or n = 2,.
10,k=0.27,d=82nmとなる。 10, k = 0.27, the d = 82nm. 前者の光学条件(n,k)=(2.10,0.60)はSiO 0.67 The former optical conditions (n, k) = (2.10,0.60 ) is SiO 0.67
0.22 :Hの組成により、また後者の光学条件(n, N 0.22: The composition of the H, the latter optical conditions (n,
k)=(2.10,0.27)はSiO 0.750. 25 :H k) = (2.10,0.27) is SiO 0.75 N 0. 25: H
の組成により、それぞれ達成可能である。 The composition of, respectively achievable. ここでは、膜厚dが25nmで済む前者の光学条件を選択し、成膜すべき反射防止膜4の組成をSiO 0.670. 22 :Hと決定した。 It selects the former optical conditions thickness d requires only 25 nm, the composition of the anti-reflection film 4 is to be deposited SiO 0.67 N 0. 22: was determined with H.

【0032】かかる組成の反射防止膜4を用いてKrF [0032] Using the anti-reflection film 4 having such a composition KrF
エキシマ・レーザ・リソグラフィによるフォトレジスト膜16のパターニングを行ったところ、図9に示されるように開口予定領域I,IIのいずれにおいてもコンタクト・ホール・パターンに倣った開口部17,18を良好な形状をもって形成することができた。 Was subjected to patterning of the photoresist film 16 by excimer laser lithography, excellent openings 17 and 18 following the contact hole pattern in both the open plan areas I, II, as illustrated in FIG. 9 It could be formed with a shape. 以上、本発明を2例の実施例にもとづいて説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。 Has been described based on an embodiment of the second example of the present invention, the present invention is not intended to be limited to these Examples.

【0033】たとえば、上述の実施例では共通領域を決定するための振幅比の範囲を2%以下および4%以下に設定したが、この値を10%を超えない範囲でより大きく設定すれば、SiO xy :H膜の原子組成比の選択幅を広げることができる。 [0033] For example, it was set to less than 2% and 4% range of the amplitude ratio for determining a common region in the embodiment described above, if a larger set this value not exceeding 10%, SiO x N y: it is possible to widen the selection range of the H film of atomic composition ratios. この他、露光波長、フォトレジスト材料の種類、基板の構成は適宜選択可能である。 In addition, the exposure wavelength, the type of photoresist material, the configuration of the substrate can be appropriately selected.

【0034】 [0034]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発明の反射防止膜の設計方法を適用すれば、光学定数の異なる材料層上でも定在波効果を一定レベルに抑制することができ、フォトレジスト膜の解像を安定化させることができる。 As is clear from the foregoing description, by applying the design method of the antireflection film of the present invention, it is possible to suppress the standing wave effect can different material layers on optical constants at a constant level , it is possible to stabilize the resolution of the photoresist film. 本発明は、フォトリソグラフィの露光波長の短波長化に伴って反射防止膜の採用が必須となる中で、 The present invention, in the adoption of the antireflection film is indispensable with the shorter exposure wavelength photolithography,
この反射防止膜の実用性能を向上させるものであり、ひいては半導体デバイスの微細化、高集積化、高性能化に大きく貢献するものである。 It is intended to improve the practical performance of the antireflection film, thus miniaturization of semiconductor devices, higher integration is intended to contribute greatly in performance.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】MOS−FETのゲート・コンタクトおよびソース/ドレイン・コンタクトを形成するプロセスにおいて、フォトリソグラフィを行う前の基板の状態を示す模式的断面図である。 In the process of forming the FIG. 1 gate contact and source / drain contacts of the MOS-FET, a schematic sectional view showing a state before the substrate performing photolithography.

【図2】図1のフォトレジスト膜にコンタクト・ホール・パターンに倣った開口部を形成した状態を示す模式的断面図である。 2 is a schematic sectional view showing a state of forming an opening conforming to the contact hole pattern in the photoresist film of FIG.

【図3】振幅比の定義を説明するためのスイング・カーブである。 3 is a swing curve for explaining the definition of the amplitude ratio.

【図4】WSi x /SiO xy :H/SiO x (D 1 [4] WSi x / SiO x N y: H / SiO x (D 1
=500nm)/フォトレジスト積層系における定在波効果のシミュレーション結果を表す図である。 = 500 nm) / is a diagram illustrating a simulation result of a standing wave effect in the photoresist stack system.

【図5】Si/SiO xy :H/SiO x (D 2 =5 [5] Si / SiO x N y: H / SiO x (D 2 = 5
00nm)/フォトレジスト積層系における定在波効果のシミュレーション結果を表す図である。 It is a diagram illustrating a simulation result of a standing wave effect in nm) / photoresist laminate system.

【図6】MOS−FETのゲート・コンタクトおよびソース/ドレイン・コンタクトを形成する他のプロセスにおいて、フォトリソグラフィを行う前の基板の状態を示す模式的断面図である。 In Figure 6 MOS-FET other processes for forming a gate contact and source / drain contacts of a schematic sectional view showing a state before the substrate performing photolithography.

【図7】図6のフォトレジスト膜にコンタクト・ホール・パターンに倣った開口部を形成した状態を示す模式的断面図である。 7 is a schematic sectional view showing a state of forming an opening conforming to the contact hole pattern in the photoresist film in FIG.

【図8】WSi x /SiO xy :H/SiO x (D 1 [8] WSi x / SiO x N y: H / SiO x (D 1
=500nm)/フォトレジスト積層系における定在波効果のシミュレーション結果を表す図である。 = 500 nm) / is a diagram illustrating a simulation result of a standing wave effect in the photoresist stack system.

【図9】WSi x /SiO xy :H/SiO x (D 2 [9] WSi x / SiO x N y: H / SiO x (D 2
=700nm)/フォトレジスト積層系における定在波効果のシミュレーション結果を表す図である。 = 700 nm) / is a diagram illustrating a simulation result of a standing wave effect in the photoresist stack system.

【図10】図1に示した基板について従来の反射防止膜を用いてフォトリソグラフィを行い、定在波効果により断面形状の劣化した開口部が形成された状態を示す模式的断面図である。 [10] The substrate shown in FIG. 1 performs photolithography using a conventional anti-reflection film is a schematic sectional view showing a state in which the opening degraded sectional shape by the standing wave effect was formed.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1,11 Si基板 3,13 ゲート電極 4,14 反射防止膜 5,15 SiO x層間絶縁膜 6,16 フォトレジスト膜 7,17 (開口予定領域Iにおける)開口部 8,18 (開口予定領域IIにおける) 開口部 d 反射防止膜の膜厚 D 1 (開口予定領域Iにおける)SiO x層間絶縁膜の膜厚 D 2 (開口予定領域IIにおける)SiO x層間絶縁膜の膜厚 1, 11 Si substrate 3,13 gate electrode 4 and 14 anti-reflection film 5,15 SiO x interlayer insulating film 6 and 16 photoresist film 7, 17 (in the opening region where I) the opening 8 and 18 (opening scheduled region II of) the opening d antireflection film in a thickness D 1 (thickness of the film thickness D 2 (in the open plan area II) SiO x interlayer insulating film opening scheduled in region I) SiO x interlayer insulating film

Claims (5)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 光学定数の異なる複数の材料層が露出する基板上で、これらの材料層を被覆する透明絶縁膜をパターニングするために反射防止膜を用いてフォトリソグラフィを行うに際し、該反射防止膜の光学定数(n, In 1. A substrate having multiple layers of materials having different optical constants is exposed, when performing photolithography using the anti-reflection film for patterning the transparent insulating film covering these material layers, the antireflection optical constants of the film (n,
    k)(ただし、nは複素振幅屈折率の実数部、kは同じく虚数部係数をそれぞれ表す。)および膜厚dを最適化する反射防止膜の設計方法であって、 前記最適化は、前記材料層の各々について定在波効果を所定量以下に抑制し得る前記反射防止膜の光学定数(n,k)および膜厚dの変化領域を求め、これら各変化領域の共通部分に含まれる光学定数(n,k)および膜厚dを選択することにより行うことを特徴とする反射防止膜の設計方法。 k) (where, n is the real part of the complex amplitude refractive index, k is a also represents the imaginary part coefficient, respectively.) and design method of the antireflection film to optimize the film thickness d, the optimization, the each optical constants (n, k) of the anti-reflection film capable of suppressing the standing wave effect below a predetermined amount and the change in area of ​​film thickness d determined for the material layer, optical contained in the common part of the change region constants (n, k) and the design method of the antireflection film, which comprises carrying out by selecting the film thickness d.
  2. 【請求項2】 前記最適化は、光学定数nを一定とした条件下で定在波効果を所定量以下に抑制し得る光学定数kおよび膜厚dの変化領域を求めることにより行うことを特徴とする請求項1記載の反射防止膜の設計方法。 Wherein said optimization characterized in that by determining the change in area of ​​the optical constants k and thickness d capable of suppressing the standing wave effect below a predetermined amount under the conditions in which the optical constants n and constant method of designing the anti-reflection film of claim 1 wherein.
  3. 【請求項3】 前記定在波効果を所定量以下に抑制し得る変化領域を、振幅比を10%以内に抑制し得る変化領域として定義することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の反射防止膜の設計方法。 3. A change region capable of suppressing the standing wave effect below a predetermined amount, the amplitude ratio to claim 1 or claim 2, characterized in that defined as the change area that can suppress within 10% method of designing the anti-reflection film according.
  4. 【請求項4】 前記反射防止膜はSiO xy系膜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項に記載の反射防止膜の設計方法。 Wherein said anti-reflection film designing method of the antireflection film according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is composed of SiO x N y based layer.
  5. 【請求項5】 前記光学定数の異なる複数の材料層は、 5. A plurality of material layers having the different optical constants,
    Siからなる層と配線材料からなる層であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の反射防止膜の設計方法。 Method of designing the anti-reflection film according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a composed of Si layer is a layer made of a wiring material.
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