JPH09244249A - Pattern forming method - Google Patents

Pattern forming method

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JPH09244249A
JPH09244249A JP7934396A JP7934396A JPH09244249A JP H09244249 A JPH09244249 A JP H09244249A JP 7934396 A JP7934396 A JP 7934396A JP 7934396 A JP7934396 A JP 7934396A JP H09244249 A JPH09244249 A JP H09244249A
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resist
sog
resist material
pattern
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JP7934396A
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Japanese (ja)
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Kazunari Miyoshi
一功 三好
Kimikichi Deguchi
公吉 出口
Tatsuya Kunioka
達也 國岡
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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  • Micromachines (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pattern forming method by which the adhesion of constituent layers is improved and resolution is improved. SOLUTION: A desired pattern is formed using a substrate to be worked, an adhesion improving layer and a resist material layer. The adhesion improving layer is a layer of a spin-on-glass(SOG) material represented by the formula Rn Si(OH)4-n [where R is at least one kind of group selected from among satd. aliphatic hydrocarbon, unsatd. aliphatic hydrocarbon and cyclic satd. hydrocarbon and (n) is an integer of 1-3] and having one or more silanol groups (Si-OH). Heat treatment is preferably carried out after coating with the SOG material layer.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、LSI、マイクロ
マシンなどの加工に使用される被加工体基板上に、X
線、紫外線、電子線などのエネルギー線に対して感応性
を有するレジスト材料層を被覆し、前記エネルギー線に
より選択的に照射し、更に現像処理を行い、所望の形状
を有するレジストパタンを形成し、このレジストパタン
をマスクとした被加工体に対する選択的加工処理を行う
パタン形成法の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an X-axis on a substrate to be processed used for processing LSIs, micromachines and the like.
A resist material layer having sensitivity to energy rays such as rays, ultraviolet rays, and electron rays is coated, selectively irradiated with the energy rays, and further developed to form a resist pattern having a desired shape. The present invention relates to an improvement in a pattern forming method for performing a selective processing process on an object to be processed using the resist pattern as a mask.

【0002】[0002]

【従来の技術】以下、従来技術のLSI、及びマイクロ
マシン製造における被加工体基板に対するパタン形成法
について説明する。まずLSI製造では、例えば表面に
シリコン酸化膜を形成した被加工体であるシリコン基板
に微細パタンを形成するには、当該被加工体基板上に密
着増強材として例えばヘキサメチルジシラザン(以下、
HMDSと略す)を被覆し、当該密着増強材上にX線、
紫外線、電子線などのエネルギー線に対して感応性を有
するレジスト材料層を被覆し、前記エネルギー線により
選択的に照射し、更に現像・リンス・乾燥処理を行い、
所望の形状を有するレジストパタンを形成し、このレジ
ストパタンをマスクとした被加工体に対する選択的加工
処理を行うパタン形成方法が用いられてきた。前記HM
DSの被覆は、HMDSの蒸気雰囲気中に被加工体を暴
露して被覆する方法が用いられ、膜厚は0.01〜0.
03μmである。被加工体の選択的加工処理を行う方法
としては、例えば前記レジストパタンをマスクとしてイ
オンエッチング、反応性スパッタエッチング、及びプラ
ズマエッチング等によるドライエッチング方法が主に用
いられている。レジストパタンと被加工体との間のHM
DSは、HMDSの膜厚が極めて薄いために被加工体の
加工と同時に除去される。なお、前記レジスト材料を密
着増強材上に被覆する方法として、1μm程度の薄膜が
要求されるLSIでは、一般的には液状のレジスト材料
をスピンコーティングで被覆する方法を用いる。一方マ
イクロマシン製造では、表面に銅膜を被覆した被加工体
であるシリコン基板に微細パタンを形成するには、当該
被加工体基板上に密着増強材として例えばHMDSを被
覆し、当該密着増強材上にX線、紫外線、電子線などの
エネルギー線に対して感応性を有するレジスト材料層を
被覆し、前記エネルギー線により選択的に照射し、更に
現像・リンス・乾燥処理を行い、所望の形状を有するレ
ジストパタンを形成し、レジストパタンを鋳型として前
記銅膜上に電気メッキプロセスにより新たに導電体材料
を選択的にメッキし、導電体パタンを形成するいわゆる
マイクロマシンプロセスによる被加工体の選択的加工処
理を行うパタン形成方法が用いられている。なお、前記
レジスト材料を密着増強材上に被覆する方法として、1
0μm以上の厚膜が要求されるマイクロマシン製造レジ
ストでは、予め膜状にしたレジスト材料、いわゆるドラ
イフィルムを被加工体上に載せて熱処理により密着、被
覆する方法が一般的に用いられる。
2. Description of the Related Art A conventional pattern forming method for a substrate to be processed in manufacturing an LSI and a micromachine will be described below. First, in LSI manufacturing, for example, in order to form a fine pattern on a silicon substrate that is a workpiece having a silicon oxide film formed on its surface, hexamethyldisilazane (hereinafter,
(Abbreviated as HMDS), and X-rays on the adhesion enhancing material.
A resist material layer having sensitivity to energy rays such as ultraviolet rays and electron rays is coated, selectively irradiated with the energy rays, and further developed, rinsed, and dried.
A pattern forming method has been used in which a resist pattern having a desired shape is formed and a selective processing is performed on an object to be processed using the resist pattern as a mask. The HM
The coating of the DS is performed by exposing the work piece in a vapor atmosphere of HMDS for coating, and the film thickness is 0.01 to 0.
It is 03 μm. As a method for selectively processing the object to be processed, a dry etching method such as ion etching, reactive sputter etching, and plasma etching is mainly used with the resist pattern as a mask. HM between resist pattern and workpiece
Since the film thickness of HMDS is extremely thin, DS is removed simultaneously with the processing of the object to be processed. As a method of coating the resist material on the adhesion enhancing material, in the case of an LSI requiring a thin film of about 1 μm, a method of coating a liquid resist material by spin coating is generally used. On the other hand, in micromachine manufacturing, in order to form a fine pattern on a silicon substrate, which is a workpiece whose surface is coated with a copper film, for example, HMDS is coated on the workpiece substrate as an adhesion enhancing material, and the adhesion enhancing material is applied. Then, a resist material layer having sensitivity to energy rays such as X-rays, ultraviolet rays, and electron rays is coated on the surface, selectively irradiated with the energy rays, and further developed, rinsed, and dried to obtain a desired shape. Selective processing of an object to be processed by a so-called micromachine process of forming a resist pattern having, forming a conductor pattern by selectively electroplating a new conductor material on the copper film using the resist pattern as a template A pattern forming method of performing processing is used. As a method of coating the resist material on the adhesion enhancing material, 1
For a resist manufactured by a micromachine, which requires a thick film of 0 μm or more, a method is generally used in which a film-shaped resist material, that is, a so-called dry film is placed on a workpiece and adhered and coated by heat treatment.

【0003】前記LSI、及びマイクロマシン製造にお
けるパタン寸法(以下、Sと略す)に対するレジスト膜
厚(以下、Tと略す)の比であるアスペクト比(以下、
Aと略す、A=T/S)は、年々大きくなってきてい
る。何故なら、前者のLSIプロセス技術では、パタン
寸法の縮小傾向が顕著であるにもかかわらず、エッチン
グの際に要求されるレジスト材料の膜厚は、さほど減少
していないからである。つまり、レジスト材料の膜厚
は、被加工体をエッチングする際に十分な耐性を有して
いることが要求され、パタン寸法の縮小傾向ほど被加工
体の膜厚は減少してないために要求される前記Aが大き
くなる。一方後者のマイクロマシンプロセス技術でも微
細なパタンで十分な導電性や強度を得ようとするとレジ
スト膜厚を厚くして銅の体積を増大させる方法が採ら
れ、そのために前記Aを大きくする必要がある。すなわ
ち、プロセスは異なるがLSI、及びマイクロマシン製
造とも大きなAが要求される。
An aspect ratio (hereinafter referred to as "T") which is a ratio of a resist film thickness (hereinafter referred to as "T") to a pattern size (hereinafter referred to as "S") in manufacturing the LSI and micromachines.
The abbreviation A, A = T / S) is increasing year by year. This is because, in the former LSI process technology, the film thickness of the resist material required at the time of etching is not so much reduced, although the pattern size tends to be significantly reduced. In other words, the film thickness of the resist material is required to have sufficient resistance when etching the object to be processed, and is required because the film thickness of the object to be processed does not decrease as the pattern size tends to decrease. The above-mentioned A becomes large. On the other hand, even in the latter micromachine process technology, in order to obtain sufficient conductivity and strength with a fine pattern, there is adopted a method of increasing the resist film thickness to increase the volume of copper. Therefore, it is necessary to increase A above. . That is, although the processes are different, large A is required for both LSI and micromachine manufacturing.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】LSI製造では、前記
レジストパタンのAを大きくすると現像時にレジストパ
タンと被加工体との接着面に加わる力が増大し、レジス
トパタンが被加工体よりはく離する要因となった。ま
た、マイクロマシン製造では、レジストパタンのAを大
きくすると前記現像時のパタンはく離現象に加えて、導
電体材料をメッキする工程でレジストパタンと被加工体
基板との接着面にメッキ液が浸透し、浸透部分に導電体
材料がメッキされたり、メッキ途中でレジストパタンが
はく離する要因となった。本発明の目的は、上記の課題
を解決したパタン形成法を提供することにある。
In LSI manufacturing, when A of the resist pattern is increased, the force applied to the adhesive surface between the resist pattern and the workpiece during development is increased, which causes the resist pattern to separate from the workpiece. Became. Further, in micromachine manufacturing, if A of the resist pattern is increased, in addition to the pattern peeling phenomenon at the time of development, the plating solution penetrates into the bonding surface between the resist pattern and the substrate to be processed in the step of plating the conductive material, This is a factor that the conductive material is plated on the permeated portion and the resist pattern is peeled off during the plating. An object of the present invention is to provide a pattern forming method that solves the above problems.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明はパタン形成法に関する発明であって、被加工体基
板、密着増強材料層、及びレジスト材料層とによって所
望のパタンを得るパタン形成法において、前記密着増強
材料層として一般式:Rn Si(OH)4-n (式中Rは
飽和脂肪族炭化水素基、不飽和脂肪族炭化水素基、及び
環式飽和炭化水素基よりなる群から選択される少なくと
も一種の基、nは1、2、3のいずれかの整数を示す)
で表される、シラノール基(Si−OH)を少なくとも
一以上含有するスピンオングラス(以下、SOGと略
す)材料層を用いることを特徴とする。
The present invention will be described in brief. The present invention relates to a pattern forming method, in which a desired pattern is obtained by a substrate to be processed, an adhesion enhancing material layer, and a resist material layer. In the forming method, as the adhesion enhancing material layer, a general formula: R n Si (OH) 4-n (wherein R is a saturated aliphatic hydrocarbon group, an unsaturated aliphatic hydrocarbon group, or a cyclic saturated hydrocarbon group) is used. (At least one group selected from the group consisting of n and n is an integer of 1, 2, or 3)
A spin-on-glass (hereinafter abbreviated as SOG) material layer containing at least one silanol group (Si—OH) represented by is used.

【0006】本発明の前記LSI、及びマイクロマシン
製造での被加工体基板の加工方法において、密着性を増
強させるには、密着増強効果の高い二つの手段を複合的
に用いる必要がある。すなわち、第一の解決手段として
は、被加工体基板とレジスト材料層との密着性を増強さ
せるための密着増強材を提供することで、第二の解決手
段としては、第一の解決手段の密着増強材に対して密着
性の高いレジスト材料を提供することにある。そこで、
本発明者らは、前記第一の課題を解決するための密着増
強材料層として一般式:Rn Si(OH)4-n で表され
るSOG材料層を密着増強剤として使用すること、及び
前記第二の課題を解決するためのレジスト材料層として
はレジスト材料層中、あるいはレジスト材料層表面にO
H基を含有するレジスト材料層を使用することにより密
着性が高く、且つ前記Aの大きなレジストパタン形成が
可能で有ることを見出し、本発明を完成するに至った。
In the above-described LSI of the present invention and the method for processing a substrate to be processed in micromachine manufacturing, in order to enhance the adhesion, it is necessary to use two means having a high adhesion enhancing effect in combination. That is, as the first solving means, by providing an adhesion enhancing material for enhancing the adhesion between the workpiece substrate and the resist material layer, as the second solving means, the first solving means It is to provide a resist material having high adhesion to an adhesion enhancing material. Therefore,
The present inventors use an SOG material layer represented by the general formula: R n Si (OH) 4 -n as an adhesion enhancing agent as an adhesion enhancing material layer for solving the first problem, and As a resist material layer for solving the second problem, O is formed in the resist material layer or on the surface of the resist material layer.
The inventors have found that the use of a resist material layer containing an H group makes it possible to form a resist pattern having a high adhesiveness and a large A, and has completed the present invention.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に説明す
る。まず前記したように、レジスト材料層としてはレジ
スト材料層中、あるいはレジスト材料層表面にOH基を
含有するレジスト材料層を用いることが好適である。ま
た、前記レジスト材料層としてはレジスト材料層中、あ
るいはレジスト材料層表面にOH基を含有するレジスト
材料層と、前記密着増強材料層として、前記したSOG
材料層とを組合せた層を用いることが好ましい。前記S
OG材料層塗布後に、熱処理工程を含むことも好適であ
る。しかして、該熱処理は、窒素雰囲気中で、95〜1
00℃の範囲で2分間ベークしてSOG材料層とするこ
とが好ましい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be specifically described below. First, as described above, it is preferable to use a resist material layer containing an OH group in the resist material layer or on the surface of the resist material layer as the resist material layer. As the resist material layer, a resist material layer containing an OH group in the resist material layer or on the surface of the resist material layer, and the SOG described above as the adhesion enhancing material layer
Preference is given to using layers in combination with material layers. Said S
It is also preferable to include a heat treatment step after coating the OG material layer. Then, the heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at 95-1.
It is preferable to bake in the range of 00 ° C. for 2 minutes to form an SOG material layer.

【0008】[0008]

【実施例】以下、本発明を実施例により更に具体的に説
明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0009】実施例1 この実施例では、いわゆるLSI製造プロセスへの適用
例について説明する。被加工体基板であるシリコンウエ
ハ基板上に密着増強材として(CH3 2 Si(OH)
2 で表されるSOG材料を膜厚0.05μmの厚さとな
るように被覆・塗布し、窒素雰囲気中のホットプレート
上で100℃、2分間ベークしてSOG材料層とし、当
該SOG材料層上にOH基を含有する市販化学増幅系ネ
ガ型レジストのシップレイ社製SAL601を1.0μ
mの膜厚となるように被覆・塗布し、窒素雰囲気中のホ
ットプレート上で125℃、2分間ベークした。次に当
該レジスト材料層に高エネルギー線であるX線で所望の
領域に、100〜400mJ/cm2 の照射量で照射し
た後にポスト・エックスポージャー・ベークを窒素雰囲
気中のホットプレート上で105℃、1分間処理し、次
に現像液として0.27規定のテトラメチルアンモニウ
ムヒドロキシド(以下、TMAHと略す)溶液にて5分
間現像処理を行い、次に純水を用いて1分間リンス処理
を行い、最後に乾燥処理を行うことにより所望のレジス
トパタンを得た。従来より密着増強材として用いてきた
HMDSでは、レジスト材料層膜厚が1.0μmの場合
の最小解像パタン寸法が0.2μmで、最大Aは5であ
ったが、本発明のSOG材料層を密着増強材として用い
た場合の最小解像パタン寸法は0.18μmで、最大A
が5.6であり、解像性、及び最大Aが向上した。これ
らが向上した主要因は、密着増強材にHMDSを用いた
場合よりもSOG材料層を用いた場合の方が被加工体基
板とレジストパタンとが強固に密着したためにパタンの
はがれや倒れ現象が減少したためである。
Example 1 In this example, an application example to a so-called LSI manufacturing process will be described. (CH 3 ) 2 Si (OH) as an adhesion enhancing material on a silicon wafer substrate which is the substrate to be processed
The SOG material represented by 2 is coated and applied so as to have a thickness of 0.05 μm, and baked at 100 ° C. for 2 minutes on a hot plate in a nitrogen atmosphere to form an SOG material layer. 1.0 μ of SAL601 manufactured by Shipley Co., Ltd., which is a commercial type chemically amplified negative resist containing OH group in
It was coated and applied so as to have a film thickness of m, and baked at 125 ° C. for 2 minutes on a hot plate in a nitrogen atmosphere. Next, after irradiating the resist material layer with a high energy X-ray to a desired region with a dose of 100 to 400 mJ / cm 2 , post exposure bake is performed at 105 ° C. on a hot plate in a nitrogen atmosphere. Processing for 1 minute, followed by development with a 0.27N tetramethylammonium hydroxide (hereinafter abbreviated as TMAH) solution for 5 minutes, and then rinsed with pure water for 1 minute. Then, a desired resist pattern was obtained by finally performing a drying process. In the HMDS that has been used as an adhesion enhancing material, the minimum resolution pattern dimension was 0.2 μm and the maximum A was 5 when the resist material layer thickness was 1.0 μm. The minimum resolution pattern size is 0.18 μm and maximum A is
Was 5.6, and the resolution and the maximum A were improved. The main reason for these improvements is that when the SOG material layer is used as the adhesion enhancing material, the work substrate and the resist pattern are more firmly adhered to each other than when HMDS is used. This is because it has decreased.

【0010】前記解像性が向上した要因について図1、
図2により説明する。図1及び図2において、符号1は
被加工体基板、2はSOG材料層、3はレジスト材料層
を意味する。図1の被加工体基板1であるシリコン(以
下、Siと略す)表面ではSiの自然酸化膜が形成さ
れ、更に空気中の水分の影響で、図1の被加工体基板1
の極表層ではSi−OHが形成されている。被加工体基
板表面に主成分が(CH3 2Si(OH)2 で示され
るSOG材料層2を密着増強材として被覆し、熱処理を
行うと脱水縮合反応を起こし、図1の被加工体基板1と
SOG材料層2との間でシロキサン結合(Si−O−S
i)を形成し、強固に密着するものと推定される。図1
のようにSOG材料層は昇温により脱水縮合して水が発
生する。したがって、水の発生量を測定できれば脱水縮
合の程度が分かり、SOG材料層中に残存するOH基の
量が推定できる。
Regarding the factor of the improvement in the resolution, FIG.
This will be described with reference to FIG. In FIGS. 1 and 2, reference numeral 1 is a substrate to be processed, 2 is an SOG material layer, and 3 is a resist material layer. A natural oxide film of Si is formed on the surface of silicon (hereinafter abbreviated as Si) which is the object substrate 1 to be processed in FIG. 1, and further, the object substrate 1 to be processed in FIG.
Si-OH is formed on the outermost surface layer. When the SOG material layer 2 whose main component is (CH 3 ) 2 Si (OH) 2 is coated on the surface of the substrate to be processed as an adhesion enhancing material and a heat treatment is performed, a dehydration condensation reaction occurs, and the object to be processed in FIG. Siloxane bond (Si-OS) between the substrate 1 and the SOG material layer 2
It is presumed that i) is formed and firmly adheres. FIG.
As described above, the SOG material layer is dehydrated and condensed by heating to generate water. Therefore, if the amount of water generated can be measured, the degree of dehydration condensation can be known, and the amount of OH groups remaining in the SOG material layer can be estimated.

【0011】図3はSOG材料層中の水の昇温脱離を調
べた結果を示すグラフである。図3において縦軸は規格
化した水のイオン強度、横軸は温度(℃)を示す。測定
は、密閉容器中にSOG材料層を塗布したSi基板を入
れて昇温し、発生する水をイオン化質量分析器で測定す
ることにより行った。図3よりSOG材料層は100℃
より急激に水の脱離が始まる。これは、脱水縮合による
ものとSOG材料層表面の吸着水や材料層中に内包する
水であると推定される。150℃付近で水の脱離と吸着
が平衡状態になり、更に150℃以上に昇温すると水が
脱離する。これは150℃以上での水脱離が脱水縮合が
支配的になるためと推定される。つまり、図1のSOG
材料層2塗布後のベークを本実施例では100℃、2分
間ベークとしたがこれ以上の温度でベークすると図1の
SOG材料層2中での脱水縮合反応が支配的に進むため
図1のSOG材料層2中OH基が減少して、密着性が低
下した。SOG材料層2の表面には、前記脱水縮合反応
を起こさなかったOH基が存在する。図2のSi−OH
はSOG材料層の表層ではSi−OH基が存在すること
を示す。図2のSOG材料層2上にOH基を含有する市
販レジストSAL601(Pはモノマー単位のレジスト
を表し、P−OHでレジスト中にOH基が含有すること
を示す)である図2のレジスト材料層3を塗布・被覆
し、125℃、2分間ベークすると図2のSOG材料層
2と図2のレジスト材料層3との間に脱水縮合反応が進
みSi−O−Pを形成して、強固に密着するものと推定
される。なお、本実施例の場合、ベーク温度を100
℃、2分間としたが、ベーク温度を95〜105℃とし
ても、ほぼ同様の結果が得られた。このように本発明で
は、被加工体基板とSOG材料層、SOG材料層とレジ
スト材料層の相互が脱水縮合反応によって強固に化学結
合するために、密着性が向上して解像性が向上したこと
は明白である。
FIG. 3 is a graph showing the results of examining the temperature programmed desorption of water in the SOG material layer. In FIG. 3, the vertical axis represents the normalized ionic strength of water and the horizontal axis represents the temperature (° C.). The measurement was performed by putting a Si substrate coated with the SOG material layer in a closed container, heating the temperature, and measuring the generated water with an ionization mass spectrometer. From Figure 3, SOG material layer is 100 ℃
Desorption of water begins more rapidly. It is presumed that this is due to dehydration condensation, adsorbed water on the surface of the SOG material layer, and water contained in the material layer. Desorption and adsorption of water are in equilibrium at around 150 ° C, and water is desorbed when the temperature is further raised to 150 ° C or higher. It is presumed that this is because dehydration condensation becomes dominant in water desorption at 150 ° C or higher. That is, the SOG of FIG.
In this embodiment, the baking after coating the material layer 2 was 100 ° C. for 2 minutes, but if the baking is performed at a temperature higher than this, the dehydration condensation reaction in the SOG material layer 2 in FIG. The OH groups in the SOG material layer 2 decreased, and the adhesiveness decreased. On the surface of the SOG material layer 2, there are OH groups that have not caused the dehydration condensation reaction. Si-OH in Figure 2
Indicates that Si—OH groups are present in the surface layer of the SOG material layer. A commercially available resist SAL601 containing an OH group on the SOG material layer 2 of FIG. 2 (P represents a resist of a monomer unit, and P-OH indicates that the OH group is contained in the resist). When the layer 3 is applied / covered and baked at 125 ° C. for 2 minutes, a dehydration condensation reaction proceeds between the SOG material layer 2 of FIG. 2 and the resist material layer 3 of FIG. It is estimated that the In the case of this embodiment, the baking temperature is set to 100.
Although the temperature was 2 ° C. for 2 minutes, almost the same result was obtained even when the baking temperature was 95 to 105 ° C. As described above, in the present invention, the substrate to be processed and the SOG material layer and the SOG material layer and the resist material layer are strongly chemically bonded to each other by the dehydration condensation reaction, so that the adhesion is improved and the resolution is improved. That is clear.

【0012】実施例2 この実施例では、いわゆるマイクロマシンプロセスへの
適用例について説明する。Si基板上に導電性材料層と
して銅膜をスパッタリング法で0.1μmの厚さとなる
ように蒸着・被覆した。当該銅膜上に密着増強材の主成
分が(CH3 2 Si(OH)2 で表されるSOG材料
を膜厚0.05μmの厚さとなるように被覆・塗布し、
窒素雰囲気中のホットプレート上で100℃、2分間ベ
ークした。レジスト材料層としては、キャスティング法
でポジ型レジスト材料ポリメチルメタクリレート(以
下、PMMAと略す)を100μm厚の膜状に形成し
た。当該PMMA膜を硫酸溶液中に30分間浸漬した。
当該硫酸溶液処理したレジスト材料層を前記SOG材料
層上に設置して、200℃、30分間窒素雰囲気中のホ
ットプレート上で熱処理した。次に当該レジスト材料層
に高エネルギー線であるX線で所望の領域に、400〜
1000mJ/cm2 の照射量で照射した。次に現像液
としてメチルイソブチルケトン(MiBK)を用いて3
0分間現像処理を、イソプロピルアルコール(IPA)
を用いてリンス処理を行い、最後に乾燥処理を行うこと
により所望のレジストパタンを得た。次に反応性イオン
エッチングによって非パタン領域のSOG材料層を除去
し、当該SOG材料層の下層にある銅の導電性材料層を
露出させた。その次に当該レジストパタンを鋳型マスク
として硫酸銅メッキ液によって銅の電気メッキを行っ
て、厚さ90μmで非パタン領域への所望の銅パタンを
得た。従来のHMDS材料層上、あるいは200℃超で
ベークしたSOG材料層上にレジスト材料層を形成した
場合は、硫酸銅メッキ液がレジストパタンとSOG材料
層、あるいはSOG材料層と導電性材料層との間に浸漬
し、レジストパタンがはく離・倒壊したが、本発明のS
OG材料層を密着増強材として用いた場合には、強固な
密着性を有するために、前記パタンのはがれや倒れ現
象、及び銅メッキ液が前記箇所に浸透する現象が皆無で
あり、マイクロマシン製造プロセスでの性能・歩留まり
が向上した。例えば、銅メッキ膜厚90μmで寸法が5
×30μmの矩形状パタンの歩留は、従来法が60%程
度で、本発明の方法で95%以上であった。
Example 2 In this example, an application example to a so-called micromachine process will be described. A copper film as a conductive material layer was vapor-deposited and coated on the Si substrate by a sputtering method so as to have a thickness of 0.1 μm. The SOG material represented by (CH 3 ) 2 Si (OH) 2 as the main component of the adhesion enhancing material is coated and applied on the copper film to a thickness of 0.05 μm,
Baking was performed at 100 ° C. for 2 minutes on a hot plate in a nitrogen atmosphere. As the resist material layer, a positive resist material polymethylmethacrylate (hereinafter abbreviated as PMMA) was formed into a film having a thickness of 100 μm by a casting method. The PMMA film was immersed in a sulfuric acid solution for 30 minutes.
The sulfuric acid solution-treated resist material layer was placed on the SOG material layer and heat-treated on a hot plate in a nitrogen atmosphere at 200 ° C. for 30 minutes. Next, the high-energy X-rays are applied to the resist material layer in a desired region of 400 to 400
Irradiation was performed at a dose of 1000 mJ / cm 2 . Next, using methyl isobutyl ketone (MiBK) as a developing solution,
0 minute development process, isopropyl alcohol (IPA)
A desired resist pattern was obtained by performing a rinsing process using the above, and finally performing a drying process. Next, the SOG material layer in the non-patterned region was removed by reactive ion etching to expose the copper conductive material layer under the SOG material layer. Then, copper electroplating was performed with a copper sulfate plating solution using the resist pattern as a template mask to obtain a desired copper pattern in a non-patterned region with a thickness of 90 μm. When the resist material layer is formed on the conventional HMDS material layer or the SOG material layer baked at more than 200 ° C., the copper sulfate plating solution forms the resist pattern and the SOG material layer, or the SOG material layer and the conductive material layer. The resist pattern was peeled off and collapsed.
When the OG material layer is used as an adhesion enhancing material, since it has a strong adhesion, there is no phenomenon of peeling or falling of the pattern, and the phenomenon that the copper plating solution penetrates into the area, and the micromachine manufacturing process. Performance and yield have improved. For example, copper plating film thickness 90μm and size 5
The yield of the rectangular pattern of × 30 μm was about 60% in the conventional method and 95% or more in the method of the present invention.

【0013】前記マイクロマシンプロセスでの性能・歩
留まり向上の要因を図4、図5で説明する。なお、図
4、及び図5において、符号1は被加工体基板、4は銅
の導電性材料層、5はSOG材料層、6はレジスト材料
層を意味する。図4の被加工体基板1であるSi基板上
に図4の導電性材料層4としての銅膜をスパッタリング
法で0.1μmの厚さとなるように蒸着・被覆した。当
該図4の導電性材料層4表面では銅の自然酸化膜が形成
され、更に空気中の水分の影響でCu−OHが形成され
ている。該被加工体基板表面に(CH3 2 Si(O
H)2 で示される図4のSOG材料層5を密着増強材と
して0.05μmの厚さとなるように被覆し、熱処理を
行うと脱水縮合反応を起こし、図4の導電性材料層4と
図4のSOG材料層5、及び図4のSOG材料層5内部
でシロキサン結合(Si−O−Si)を形成し、強固に
密着するものと推定される。図5のSOG材料層5表面
には、前記脱水縮合反応を起こさなかったOH基が存在
する。キャスティング法で形成したPMMAのレジスト
材料層は、OH基をレジスト材料層中に含有していな
い。しかし、前記硫酸溶液処理によってレジスト材料層
表面に脱水分解を起こしてOH基を形成するために、O
H基を含有するレジスト材料層を使用した場合と同様の
効果がある。次に、図5のSOG材料層5上にキャステ
ィング法で形成し、硫酸処理した図5のPMMAレジス
ト材料層6を設置し、200℃、30分間ベークすると
脱水縮合反応を起こし、強固に密着した。なお、図5の
SOG材料層5塗布後のベークを本実施例では100
℃、2分間ベークとしたが100℃を越える温度と2分
間を越える時間でベークするとSOG材料層中での脱水
縮合反応が過度に進みOH基が減少して、図5のSOG
材料層5と図5のレジスト材料層6との脱水縮合反応の
量が減少して密着性が低下した。このように本発明で
は、被加工体基板とSOG材料層、SOG材料層とレジ
スト材料層の相互が脱水縮合反応によって強固に化学結
合するために、密着性が向上して解像性が向上したこと
は明白である。
Factors for improving the performance and yield in the micromachine process will be described with reference to FIGS. In FIGS. 4 and 5, reference numeral 1 denotes a substrate to be processed, 4 a conductive material layer of copper, 5 an SOG material layer, and 6 a resist material layer. A copper film as the conductive material layer 4 of FIG. 4 was vapor-deposited and coated on the Si substrate, which is the substrate 1 to be processed of FIG. 4, by the sputtering method so as to have a thickness of 0.1 μm. A natural oxide film of copper is formed on the surface of the conductive material layer 4 in FIG. 4, and further Cu—OH is formed under the influence of moisture in the air. On the surface of the substrate to be processed, (CH 3 ) 2 Si (O
H) 2 is applied to the SOG material layer 5 shown in FIG. 4 as an adhesion enhancer so as to have a thickness of 0.05 μm, and heat treatment causes a dehydration condensation reaction, so that the conductive material layer 4 shown in FIG. It is presumed that a siloxane bond (Si-O-Si) is formed in the SOG material layer 5 of No. 4 and the SOG material layer 5 of FIG. On the surface of the SOG material layer 5 in FIG. 5, there are OH groups that have not caused the dehydration condensation reaction. The resist material layer of PMMA formed by the casting method does not contain OH groups in the resist material layer. However, the treatment with sulfuric acid causes dehydration and decomposition on the surface of the resist material layer to form OH groups.
The same effect is obtained as when a resist material layer containing an H group is used. Next, the PMMA resist material layer 6 of FIG. 5 which was formed by the casting method and treated with sulfuric acid was placed on the SOG material layer 5 of FIG. 5 and was baked at 200 ° C. for 30 minutes to cause a dehydration condensation reaction and firmly adhered. . The baking after coating the SOG material layer 5 in FIG.
Although the baking was performed at 2 ° C. for 2 minutes, when the baking was performed at a temperature exceeding 100 ° C. and a time exceeding 2 minutes, the dehydration condensation reaction in the SOG material layer proceeded excessively and the OH groups decreased, and
The amount of dehydration condensation reaction between the material layer 5 and the resist material layer 6 of FIG. 5 was reduced, and the adhesion was lowered. As described above, in the present invention, the substrate to be processed and the SOG material layer and the SOG material layer and the resist material layer are strongly chemically bonded to each other by the dehydration condensation reaction, so that the adhesion is improved and the resolution is improved. That is clear.

【0014】実施例3 Siウエハ基板上に導電性材料層として銅膜をスパッタ
リング法で0.1μmの厚さとなるように蒸着・被覆し
て被加工体基板とした。当該銅膜上に密着増強材として
SOG材料層を被覆、塗布した。レジスト材料層は、P
MMAレジスト溶液に重合開始剤である2,2−アゾビ
スイソブチロニトリル(以下、AIBNと略す)を含有
させてキャスティング法で100μm厚のレジスト材料
層とした。このレジスト材料層はレジスト中のAIBN
によりキャスティング時にPMMAが熱架橋した。以下
は実施例2と同様の方法、条件のマイクロマシン製造プ
ロセスにより銅の導電性パタンを得た。本発明のSOG
材料層を密着増強材として用いた場合には、強固な密着
性を有するために、前記パタンのはがれや倒れ現象、及
び銅メッキ液がレジストパタンと導電性材料層との界面
に浸透する現象が皆無であった。このような解像性を有
する銅パタンが得られた主要因は、被加工体基板とSO
G材料層、SOG材料層とレジスト材料層の相互が強固
に密着したためである。すなわち、本発明のSOG材料
層を密着増強材として用いたために、解像性が向上した
ことは明白である。
Example 3 A copper film was deposited and coated as a conductive material layer on a Si wafer substrate by a sputtering method so as to have a thickness of 0.1 μm to obtain a substrate to be processed. An SOG material layer was coated and applied as an adhesion enhancing material on the copper film. The resist material layer is P
The MMA resist solution was made to contain a polymerization initiator, 2,2-azobisisobutyronitrile (hereinafter abbreviated as AIBN), to obtain a resist material layer having a thickness of 100 μm by a casting method. This resist material layer is the AIBN in the resist.
Caused the PMMA to thermally crosslink during casting. Below, a copper conductive pattern was obtained by the micromachine manufacturing process under the same method and conditions as in Example 2. SOG of the present invention
When the material layer is used as an adhesion enhancing material, since it has strong adhesion, peeling and collapse phenomenon of the pattern, and the phenomenon that the copper plating solution penetrates into the interface between the resist pattern and the conductive material layer, There was none. The main reason for obtaining the copper pattern having such a resolution is that the substrate to be processed and the SO
This is because the G material layer, the SOG material layer, and the resist material layer are firmly adhered to each other. That is, it is obvious that the resolution was improved by using the SOG material layer of the present invention as the adhesion enhancing material.

【0015】[0015]

【発明の効果】本発明の密着増強パタン形成法はレジス
ト材料層を被加工体基板に被覆する前に被加工体基板表
面に密着増強材としてSOG材料層を被覆させることに
より、被加工体基板とSOG材料層との密着性を向上さ
せ、併せて、SOG材料層とレジスト材料層との密着性
を向上させることを特徴とする。この方法により、LS
I製造プロセス、及びマイクロマシン製造プロセスでの
アスペクト比の大きなパタン形成、マイクロマシン製造
プロセスの電気メッキ工程でのメッキ液が被加工体基板
とレジストパタンとの界面に侵入するのを防止するなど
効果を有する特徴を持つ。なお、SOG材料層はLSI
製造プロセスで層間絶縁膜、パッシベーション膜、ステ
ップカバリング膜等として広く用いられている。但し、
これらの用途では、塗布後の熱処理を200℃超の高温
で実施する。これは、高温熱処理によってSOG膜中の
有機成分を除去し、無機質なSiO2 に変質させて使用
するためである。本発明では、塗布後の熱処理を100
℃程度の低温で実施するため、無機質なSiO2 はほと
んど形成されない。すなわち、本発明でのSOGと一般
的に使用されるSOGでは、膜形成後の形態が全く異な
る。
According to the adhesion enhancing pattern forming method of the present invention, the surface of the substrate to be processed is coated with the SOG material layer as an adhesion enhancing material before the resist material layer is coated onto the substrate to be processed. Of the SOG material layer and the SOG material layer are improved, and at the same time, the adhesion between the SOG material layer and the resist material layer is improved. By this method, LS
(1) Forming a pattern having a large aspect ratio in the manufacturing process and the micromachine manufacturing process, and preventing the plating solution from entering the interface between the substrate to be processed and the resist pattern in the electroplating process of the micromachine manufacturing process. With characteristics. The SOG material layer is LSI
It is widely used as an interlayer insulating film, a passivation film, a step covering film, etc. in the manufacturing process. However,
In these applications, the heat treatment after coating is carried out at a high temperature above 200 ° C. This is because the organic component in the SOG film is removed by the high temperature heat treatment, and the SOG film is used after being transformed into inorganic SiO 2 . In the present invention, the heat treatment after coating is 100
Since it is carried out at a low temperature of about C, inorganic SiO 2 is hardly formed. That is, the SOG used in the present invention and the SOG generally used are completely different in the form after the film formation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】LSIプロセスに適用した場合の本発明の原理
を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the principle of the present invention when applied to an LSI process.

【図2】LSIプロセスに適用した場合の本発明の原理
を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the principle of the present invention when applied to an LSI process.

【図3】SOG材料層の水の昇温脱離分析結果を示すグ
ラフである。
FIG. 3 is a graph showing the results of thermal desorption analysis of water in the SOG material layer.

【図4】マイクロマシンプロセスに適用した場合の本発
明の原理を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the principle of the present invention when applied to a micromachine process.

【図5】マイクロマシンプロセスに適用した場合の本発
明の原理を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the principle of the present invention when applied to a micromachine process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:被加工体基板、2:SOG材料層、3:レジスト材
料層、4:銅の導電性材料層、5:SOG材料層、6:
レジスト材料層
1: substrate to be processed, 2: SOG material layer, 3: resist material layer, 4: copper conductive material layer, 5: SOG material layer, 6:
Resist material layer

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被加工体基板、密着増強材料層、及びレ
ジスト材料層とによって所望のパタンを得るパタン形成
法において、前記密着増強材料層として一般式:Rn
i(OH)4-n (式中Rは飽和脂肪族炭化水素基、不飽
和脂肪族炭化水素基、及び環式飽和炭化水素基よりなる
群から選択される少なくとも一種の基、nは1、2、3
のいずれかの整数を示す)で表される、シラノール基
(Si−OH)を少なくとも一以上含有するスピンオン
グラス材料層を用いることを特徴とするパタン形成法。
1. In a pattern forming method for obtaining a desired pattern with a substrate to be processed, an adhesion enhancing material layer, and a resist material layer, the adhesion enhancing material layer is represented by the general formula: R n S
i (OH) 4-n (wherein R is at least one group selected from the group consisting of a saturated aliphatic hydrocarbon group, an unsaturated aliphatic hydrocarbon group, and a cyclic saturated hydrocarbon group, n is 1, A few
Represented by any of the above), a spin-on-glass material layer containing at least one silanol group (Si—OH) is used.
【請求項2】 上記レジスト材料層として、レジスト材
料層中、あるいはレジスト材料層表面にOH基を含有す
るレジスト材料層を用いることを特徴とする請求項1に
記載のパタン形成法。
2. The pattern forming method according to claim 1, wherein a resist material layer containing an OH group in the resist material layer or on the surface of the resist material layer is used as the resist material layer.
【請求項3】 前記レジスト材料層として、レジスト材
料層中、あるいはレジスト材料層表面にOH基を含有す
るレジスト材料層と前記密着増強材料層として一般式:
n Si(OH)4-n (式中Rは飽和脂肪族炭化水素
基、不飽和脂肪族炭化水素基、及び環式飽和炭化水素基
よりなる群から選択される少なくとも一種の基、nは
1、2、3のいずれかの整数を示す)で表される、シラ
ノール基(Si−OH)を少なくとも一以上含有するス
ピンオングラス材料層とを組合せた請求項1に記載のパ
タン形成法。
3. As the resist material layer, a resist material layer containing an OH group in the resist material layer or on the surface of the resist material layer and the adhesion enhancing material layer have the general formula:
R n Si (OH) 4-n (wherein R is at least one group selected from the group consisting of a saturated aliphatic hydrocarbon group, an unsaturated aliphatic hydrocarbon group, and a cyclic saturated hydrocarbon group, n is The method for forming a pattern according to claim 1, which is combined with a spin-on-glass material layer containing at least one silanol group (Si—OH) represented by any one of 1, 2, and 3).
【請求項4】 前記スピンオングラス材料層塗布後に熱
処理工程を含むことを特徴とする請求項1に記載のパタ
ン形成法。
4. The pattern forming method according to claim 1, further comprising a heat treatment step after coating the spin-on-glass material layer.
【請求項5】 前記スピンオングラス材料層塗布後の熱
処理が、窒素雰囲気中で95〜105℃の範囲で2分間
ベークしてスピンオングラス材料層とする処理である請
求項1に記載のパタン形成法。
5. The pattern forming method according to claim 1, wherein the heat treatment after coating the spin-on-glass material layer is a treatment of baking in a nitrogen atmosphere at 95 to 105 ° C. for 2 minutes to form a spin-on-glass material layer. .
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7235490B2 (en) 2003-02-28 2007-06-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing semiconductor device

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