JPH09115810A - 半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置の製造方法

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JPH09115810A
JPH09115810A JP27138995A JP27138995A JPH09115810A JP H09115810 A JPH09115810 A JP H09115810A JP 27138995 A JP27138995 A JP 27138995A JP 27138995 A JP27138995 A JP 27138995A JP H09115810 A JPH09115810 A JP H09115810A
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JP
Japan
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photoresist film
integrated circuit
circuit device
semiconductor integrated
manufacturing
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JP27138995A
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English (en)
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Yoshiko Fukumoto
佳子 福本
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多層レジスト法を用いてレジストパターンを
形成する際に、上層のレジスト膜と下層のレジスト膜と
の界面に相溶(ミキシング)が生じるのを防止する。 【解決手段】 半導体ウエハ1上に第1のフォトレジス
ト膜4を被着した後、第1のフォトレジスト膜4の表面
にHMDS(ヘキサメチルジシラザン)などのシリル化
剤を含んだシリル化剤溶液5を滴下してシリル化反応を
生じさせることにより、フォトレジスト膜4の表面に薄
いシリル化層6を形成する。その後、第1のフォトレジ
スト膜4上に第2のフォトレジスト膜を被着する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置の製造技術に関し、特に、フォトレジストを露光する
際の半導体ウエハからの反射光に起因するパターン寸法
の変動を低減するためのパターン形成方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】LSIの製造プロセスでは、シリコンウ
エハなどの基板上にフォトレジスト膜を形成してパター
ン露光をした後、現像処理を施し、基板上にレジストパ
ターンを形成するフォトリソグラフィ技術が用いられて
いる。
【0003】このフォトリソグラフィにおいて、レジス
トパターンの寸法が露光光の波長と同程度まで微細にな
ってくると、基板表面での露光光の反射に起因する定在
波効果やハレーション(基板段差からの乱反射)による
レジストパターン寸法の変動、パターン変形が大きな問
題となる。
【0004】従来、定在波効果やハレーションを低減さ
せる方法として、フォトレジスト膜の下層に感光性のな
い光吸収層(反射防止層)を設ける二層レジスト法が公
知である(特開昭59−93448号公報)。しかし、
この方法は、反射防止層が感光性を持たないため、上層
のフォトレジスト膜を露光、現像してパターンを形成し
た後、湿式(ウェット)または乾式(ドライ)エッチン
グで下層の反射防止膜を除去しなければならず、工程が
煩雑になるという欠点がある。
【0005】二層レジスト法の上記した欠点を解決する
方法として、上層のレジスト膜と下層の反射防止膜とを
同種の現像液に可溶な材料で構成し、1回の現像処理で
レジストパターンを形成する方法が提案されている(特
開昭60−227254号公報)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前述した二層レジスト
法は、上層のレジスト膜と下層の反射防止膜との界面に
相互溶解(ミキシング)が生じるという問題がある。二
層のレジスト膜の界面にミキシングが生じると、膜の平
坦性が低下したり、現像液に対する溶解性が変動したり
するために、微細なレジストパターンを高精度に形成す
ることができなくなる。特に、上層のレジスト膜と下層
の反射防止膜とを1回の現像工程で処理する場合は、レ
ジスト膜と反射防止膜とに類似した材料が使われること
が多く、従ってレジスト膜の塗布と反射防止膜の塗布に
同一ないしは類似の溶剤が使われることが多いので、ミ
キシングが生じ易い。
【0007】本発明の目的は、多層レジスト法を用いて
レジストパターンを形成する際に、上層のレジスト膜と
下層のレジスト膜との界面にミキシングが生じるのを有
効に防止することのできる技術を提供することにある。
【0008】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【0009】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
【0010】本発明の半導体集積回路装置の製造方法
は、半導体ウエハ上に被着したフォトレジスト膜を露
光、現像してフォトレジストパターンを形成するに際し
て、半導体ウエハ上に第1のフォトレジスト膜を被着し
た後、前記第1のフォトレジスト膜の表面に不溶化処理
を施し、次いで前記第1のフォトレジスト膜上に第2の
フォトレジスト膜を被着する工程を含むものである。
【0011】また、本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、前記第1のフォトレジスト膜と前記第2のフォ
トレジスト膜とを、同一の現像液による現像が可能な材
料で構成する。
【0012】また、本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、前記第1のフォトレジスト膜の露光光に対する
感度を前記第2のフォトレジスト膜に比べて高くする。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明する。
【0014】まず、図1に示すように、単結晶シリコン
などからなる半導体ウエハ1上にCVD法で酸化シリコ
ン膜2を堆積した後、この酸化シリコン膜2上にスパッ
タ法でAl膜3を堆積する。次に、図2に示すように、
Al膜3上に回転塗布法で第1のフォトレジスト膜4を
被着した後、100℃程度の温度でプリベークを行っ
て、フォトレジスト膜4中の溶媒を揮発させる。
【0015】上記第1のフォトレジスト膜4は、例えば
芳香環を有するアルカリ可溶性高分子化合物と、キノン
ジアジド化合物(感光剤)と、吸光剤とを含むポジ型の
フォトレジストである。
【0016】ここで、芳香環を有するアルカリ可溶性高
分子化合物としては、ノボラック樹脂、ハロゲン化ノボ
ラック樹脂、ポリビニルフェノール、アセトン−ピロガ
ロール樹脂、スチレン−無水マレイン酸共重合体などが
挙げられる。また、キノンジアジド化合物としては、
2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノンなどのポリ
ヒドロキシ化合物の1,2−ナフトキノンジアジド−5
−(および/または−4−)スルホニルクロリドとのエ
ステル化合物が挙げられる。これらのキノンジアジド化
合物は単独で、あるいは2種以上の組合せで用いること
ができる。
【0017】吸光剤としては、トリアゾール系、モノア
ゾ系、クマリン系、ピラゾロン系、イミダゾリン系、ア
ゾメチン系、スチルベン系、アセナフテン系、ベンゾフ
ェノン系、カルコン系、アントラセン系、ベンジリデン
インデン系などの材料が挙げられる。なお、吸光剤とし
てはこれらに限定されるものではなく、プリベークなど
の熱処理時に昇華せず、フォトレジストの感光特性、溶
解特性に悪影響を与えないものであれば上記以外のもの
を使用することもできる。これらの吸光剤は、単独で用
いてもよいし、また2種以上混合して用いることもでき
る。
【0018】次に、本実施の形態では、図3に示すよう
に、上記第1のフォトレジスト膜4の表面にHMDS
(ヘキサメチルジシラザン)などのシリル化剤を含んだ
シリル化剤溶液5を滴下してシリル化反応を生じさせる
ことにより、フォトレジスト膜4の表面に薄いシリル化
層6を形成する。
【0019】このとき、シリル化反応を促進するため
に、フォトレジスト膜4を加熱してもよい。フォトレジ
スト膜4を加熱するには、例えばフォトレジスト膜4の
表面に高温気体を吹き付けたり、半導体ウエハ1を載置
するステージを加熱したりする。シリル化反応を促進す
る他の方法として、シリル化剤溶液5中にフォトレジス
ト膜4の溶剤を少量添加しておき、シリル化剤がフォト
レジスト膜4中に滲み込み易くなるようにしてもよい。
【0020】次に、半導体ウエハ1の表面をシリル化剤
に用いられている溶剤でリンスしてシリル化剤溶液5を
除去し、さらに半導体ウエハ1をもう一度ベークして残
留揮発成分を除去した後、図4に示すように、上記フォ
トレジスト膜4上に回転塗布法で第2のフォトレジスト
膜7を被着し、次いで100℃程度のプリベークを行っ
てフォトレジスト膜7中の溶媒を揮発させる。第2のフ
ォトレジスト膜7を被着する際、第1のフォトレジスト
膜4の表面に薄いシリル化層6が形成されているので、
第1のフォトレジスト膜4と第2のフォトレジスト膜7
との界面に相互溶解(ミキシング)が生じるのを防止す
ることができる。
【0021】上記第2のフォトレジスト膜7は、第1の
フォトレジスト膜4と同様、例えば芳香環を有するアル
カリ可溶性高分子化合物とキノンジアジド化合物とを含
むポジ型のフォトレジストからなる。但し、第1のフォ
トレジスト膜4と異なり、吸光剤は含まれていないか、
あるいは第1のフォトレジスト膜4に比べて僅かしか吸
光剤が含まれていない。芳香環を有するアルカリ可溶性
高分子化合物およびキノンジアジド化合物としては、前
述した材料が挙げられる。
【0022】上記第1のフォトレジスト膜4は吸光剤を
含んでいるので、その吸収のために露光光が底部まで届
きにくい。従って、高精度なパターン形成をするために
は、第1のフォトレジスト膜4の感度をその上に重ねる
第2のフォトレジスト膜7の感度よりも高くすることが
望ましい。さらに、第1のフォトレジスト膜4の膜厚を
その上に重ねる第2のフォトレジスト膜7の膜厚よりも
小さくすることが望ましい。
【0023】次に、図5に示すように、フォトマスク8
を使って二層のフォトレジスト膜4,7の所望の領域を
i線(波長365nm)などの紫外光で露光する。このと
き、吸光剤を多く含んだ第1のフォトレジスト膜4が反
射防止膜として機能するので、Al膜3の表面での露光
光の反射に起因する定在波効果やハレーションを抑制す
ることができる。
【0024】次に、図6に示すように、アルカリ現像液
を用いて二層のフォトレジスト膜4,7を1回の現像で
パターン形成する。現像後の第1のフォトレジスト膜4
のパターン寸法は、その上にある第2のフォトレジスト
膜7のパターン寸法以下となることが望ましい。第1の
フォトレジスト膜4は、吸光度が大きく反射防止膜とし
て機能するため、そこでの露光光のプロファイルが悪
い。従って、得られるパターンは矩形になりにくく、そ
の部分の寸法制御性は悪い。これに対して、第2のフォ
トレジスト膜7は、下層に反射防止膜である第1のフォ
トレジスト膜4があり、それ自身の吸光度は小さく、そ
こでの露光プロファイルは良く、反射の影響もない。そ
の結果、得られるパターンは矩形で寸法制御性も良い。
ここで第1のフォトレジスト膜4の寸法が第2のフォト
レジスト膜7の寸法より大きいと、その後に続く配線を
加工するドライエッチングの際に、寸法制御性が悪い第
1のフォトレジスト膜4をマスクとしてエッチングが行
われるので、配線の寸法制御性が低下する。
【0025】前述したように、本実施の形態では、第1
のフォトレジスト膜4の感度が第2のフォトレジスト膜
7の感度よりも高いので、現像後のフォトレジスト膜4
の形状は台形であるものの、その寸法は、第2のフォト
レジスト膜7のパターン寸法以下になる。従って、Al
膜3をドライエッチングする際は、矩形に寸法精度良く
形成された上層の寸法でエッチングされることになる。
その結果、図7に示すように、Al配線3a,3bを寸
法精度良くパターン形成することができる。
【0026】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0027】第1および第2のフォトレジスト膜は、活
性放射線の照射により酸を発生する化合物、および芳香
環を有する高分子化合物を含み、露光または露光とその
後の加熱処理によりアルカリ可溶性が増大する化学増幅
系のポジ型フォトレジストを使用することもできる。
【0028】また、第1のフォトレジスト膜と第2のフ
ォトレジスト膜は、全く異なる材料であってもよい。例
えば第1のフォトレジスト膜として、ポリジメチルグル
タルイミドとキノンジアジド化合物を含む材料を用いて
もよい。
【0029】本発明は、二層レジスト法でレジストパタ
ーンを形成する場合のみならず、三層レジスト法でレジ
ストパターンを形成する場合にも適用することができ
る。
【0030】
【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。
【0031】本発明によれば、多層レジスト法を用いて
レジストパターンを形成する際に、上層のレジスト膜と
下層のレジスト膜との界面にミキシングが生じるのを有
効に防止することができるので、微細なレジストパター
ンを高精度に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装
置の製造方法を示す半導体ウエハの要部断面図である。
【図2】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装
置の製造方法を示す半導体ウエハの要部断面図である。
【図3】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装
置の製造方法を示す半導体ウエハの要部断面図である。
【図4】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装
置の製造方法を示す半導体ウエハの要部断面図である。
【図5】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装
置の製造方法を示す半導体ウエハの要部断面図である。
【図6】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装
置の製造方法を示す半導体ウエハの要部断面図である。
【図7】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装
置の製造方法を示す半導体ウエハの要部断面図である。
【符号の説明】
1 半導体ウエハ 2 酸化シリコン膜 3 Al膜 3a Al配線 3b Al配線 4 (第1の)フォトレジスト膜 5 シリル化剤溶液 6 シリル化層 7 (第2の)フォトレジスト膜 8 フォトマスク

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体ウエハ上に被着したフォトレジス
    ト膜を露光、現像してフォトレジストパターンを形成す
    る工程を有する半導体集積回路装置の製造方法であっ
    て、(a)前記半導体ウエハ上に第1のフォトレジスト
    膜を被着した後、前記第1のフォトレジスト膜の表面に
    不溶化処理を施す工程、(b)前記第1のフォトレジス
    ト膜上に第2のフォトレジスト膜を被着した後、前記第
    1および第2のフォトレジスト膜を露光、現像する工
    程、を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体集積回路装置の製
    造方法であって、前記第1のフォトレジスト膜の表面を
    液相シリル化法により前記第2のフォトレジストに対し
    て不溶化することを特徴とする半導体集積回路装置の製
    造方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の半導体集積回路装置の製
    造方法であって、前記第1のフォトレジスト膜の溶剤を
    シリル化剤中に少量添加することを特徴とする半導体集
    積回路装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1、2または3記載の半導体集積
    回路装置の製造方法であって、前記第1のフォトレジス
    ト膜は、前記第2のフォトレジスト膜に比べて、露光光
    を吸収する物質を多量に含むことを特徴とする半導体集
    積回路装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4のいずれか1項に記載の半
    導体集積回路装置の製造方法であって、前記第1のフォ
    トレジスト膜と前記第2のフォトレジスト膜は、同一の
    現像液による現像が可能な材料で構成されていることを
    特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5のいずれか1項に記載の半
    導体集積回路装置の製造方法であって、前記第1のフォ
    トレジスト膜は、前記第2のフォトレジスト膜に比べ
    て、露光光に対する感度が高いことを特徴とする半導体
    集積回路装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれか1項に記載の半
    導体集積回路装置の製造方法であって、前記第1のフォ
    トレジスト膜と前記第2のフォトレジスト膜は、芳香環
    を有するアルカリ可溶性高分子化合物と、キノンジアジ
    ド化合物とを含むポジ型のフォトレジストからなること
    を特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005140997A (ja) * 2003-11-06 2005-06-02 Semiconductor Leading Edge Technologies Inc フォトマスク、及び、パターン形成方法
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