JPH1073927A - 微細パターン形成材料及びこれを用いた半導体装置の製造方法並びに半導体装置 - Google Patents
微細パターン形成材料及びこれを用いた半導体装置の製造方法並びに半導体装置Info
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- JPH1073927A JPH1073927A JP9080940A JP8094097A JPH1073927A JP H1073927 A JPH1073927 A JP H1073927A JP 9080940 A JP9080940 A JP 9080940A JP 8094097 A JP8094097 A JP 8094097A JP H1073927 A JPH1073927 A JP H1073927A
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Abstract
は、波長による微細化の限界があり、これを超える必要
がある。 【解決手段】 露光により酸を発生する材料を含むレジ
ストパターンの上を、酸の存在で架橋する材料を含むレ
ジストで覆う。加熱又は露光によりレジストパターン中
に酸を発生させ、界面に生じた架橋層をレジストパター
ンの被覆層として形成し、レジストパターンを太らせ
る。これにより、レジストのホール径の縮小、分離幅の
縮小ができる。
Description
おいて、レジストパターンを形成する際にパターンの分
離サイズ又はホール開口サイズを縮小する微細分離レジ
ストパターン用の材料と、それを用いた微細分離パター
ンの形成方法、さらにはこの微細分離レジストパターン
を用いた半導体装置の製造方法、ならびにこの製造方法
によって製造された半導体装置に関するものである。
造プロセスに要求される配線及び分離幅は、非常に微細
化されている。一般的に、微細パターンの形成は、フォ
トリソグラフィ技術によりレジストパターンを形成し、
その後に、形成したレジストパターンをマスクとして、
下地の各種薄膜をエッチングする方法により行われてい
る。
は、フォトリソグラフィー技術が非常に重要となる。フ
ォトリソグラフィー技術は、レジスト塗布、マスク合わ
せ、露光、現像で構成されており、微細化に対しては露
光波長の制約から、微細化には限界が生じている。さら
に、従来のリソグラフィプロセスでは、レジストの耐エ
ッチング性を制御することが困難であり、耐エッチング
性の制御により、エッチング後のパターン側壁表面を粗
面化するなど、表面形状を制御することは不可能であっ
た。
従来の露光によるフォトリソグラフィ技術では、その波
長の限界を超える微細なレジストパターンの形成は困難
であった。本発明は、分離パターン、ホールパターンの
微細化に於て、波長限界を超えるパターン形成を可能と
する微細分離レジストパターン形成を実現する、下地レ
ジストを溶解しない水溶性の材料を提供するとともに、
これを用いた微細分離レジストパターン形成技術を提供
するものであり、また、従来のリソグラフィ技術では制
御が困難であったエッチング後のパターン側壁表面形状
を粗面化する手法を提供するものである。さらにはその
微細分離レジストパターン形成技術を用いた半導体装置
の製造方法を提供するものであり、またこの製造方法に
よって製造した半導体装置を提供しようとするものであ
る。
形成材料は、水溶性樹脂の1種類、又は前記水溶性樹脂
の2種類以上の混合物、あるいは前記水溶性樹脂の2種
類以上による共重合物を主成分とし、酸の存在により架
橋反応を生じることを特徴とするものである。
は、前記水溶性樹脂として、ポリアクリル酸、ポリビニ
ルアセタール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアル
コール、ポリエチレンイミン、ポリエチレンオキシド、
スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリビニルアミ
ン、ポリアリルアミン、オキサゾリン基含有水溶性樹
脂、水溶性メラミン樹脂、水溶性尿素樹脂、アルキッド
樹脂、スルホンアミドのうちの1種類、又はこれらの2
種類以上の混合物、或いはこれらの塩を主成分とするこ
とを特徴とするものである。
は、水溶性架橋剤の1種類又は前記水溶性架橋剤の2種
類以上の混合物を主成分とし、酸の存在により架橋反応
を生じることを特徴とするものである。また、この発明
の微細パターン形成材料は、前記水溶性架橋剤として、
メラミン誘導体、尿素誘導体、ベンゾグアナミン、グリ
コールウリルのうちの1種類又はこれらの2種類以上の
混合物を主成分とすることを特徴とするものである。
は、前記メラミン誘導体として、メラミン、アルコキシ
メチレンメラミンのうちの1種類又はこれらの混合物を
主成分とすることを特徴とするものである。また、この
発明の微細パターン形成材料は、前記尿素誘導体とし
て、尿素、アルコキシメチレン尿素、N−アルコキシメ
チレン尿素、エチレン尿素、エチレン尿素カルボン酸の
1種類又はこれらの2種類以上の混合物を主成分とする
ことを特徴とするものである。
は、水溶性樹脂の1種類又は2種類以上と水溶性架橋剤
の1種類または2種類以上との混合物を主成分とし、酸
の存在により架橋反応を生じることを特徴とするもので
ある。また、この発明の微細パターン形成材料は、前記
水溶性樹脂としてポリビニルアセタール、ポリビニルア
ルコール、又はポリビニルアルコールとポリビニルアセ
タールとの混合物のいずれかを用い、前記水溶性架橋剤
としてメラミン誘導体、尿素誘導体、又はメラミン誘導
体と尿素誘導体との混合物のいずれかを用いることを特
徴とするものである。
は、可塑剤を添加剤として含むことを特徴とするもので
ある。また、この発明の微細パターン形成材料は、界面
活性剤を添加剤として含むことを特徴とするものであ
る。
は、第1のレジストにより半導体基材上に酸を発生し得
る第1のレジストパターンを形成する工程と、前記第1
のレジストパターンの上に酸の存在により架橋反応を起
こす第2のレジストを形成する工程と、前記第1のレジ
ストパターンからの酸の供給により前記第2のレジスト
の前記第1のレジストパターンに接する部分に架橋膜を
形成する処理工程と、前記第2のレジストの非架橋部分
を剥離して第2のレジストパターンを形成する工程と、
この第2のレジストパターンをマスクとして前記半導体
基材をエッチングする工程とを含むことを特徴とする。
は、前記第1のレジストパターンを加熱処理により酸を
発生するレジストで形成したことを特徴とするものであ
る。また、この発明の半導体装置の製造方法は、前記第
1のレジストパターンを露光により酸を発生するレジス
トで形成したことを特徴とするものである。
は、前記第1のレジストパターンを酸を含有するレジス
トで形成したことを特徴とするものである。また、この
発明の半導体装置の製造方法は、前記第1のレジストパ
ターンを酸性液体又は酸性気体により表面処理を施した
レジストで形成したことを特徴とするものである。
は、前記第1のレジストとして、ノボラック樹脂とナフ
トキノンジアジド系感光剤の混合物を主成分とするレジ
ストを用いることを特徴とするものである。また、この
発明の半導体装置の製造方法は、前記第1のレジストと
して、酸を発生する機構を有する化学増幅型レジストを
用いることを特徴とするものである。
は、前記第2のレジストとして、前記請求項1ないし1
1のいずれかに記載の微細パターン形成材料を用いるこ
とを特徴とするものである。また、この発明の半導体装
置の製造方法は、前記第2のレジストとして、前記請求
項7に記載の微細パターン形成材料を用い、前記水溶性
樹脂と前記水溶性架橋剤との混合量を調整することによ
り、前記第1のレジストとの反応量を制御することを特
徴とするものである。
は、第2のレジストとして、前記請求項8または9に記
載の微細パターン形成材料を用い、前記ポリビニルアセ
タールのアセタール化度を調整することにより、前記第
1のレジストとの反応量を制御することを特徴とするも
のである。また、この発明の半導体装置の製造方法は、
前記第2のレジストの溶媒として、水又は水溶性の混合
溶媒を用いることを特徴とするものである。
は、前記第1のレジストパターンと、前記第1のレジス
トパターンの上に形成された前記第2のレジストとを加
熱処理することにより、前記第1のレジストパターンの
表面に接して前記架橋膜を形成するようにしたことを特
徴とするものである。また、この発明の半導体装置の製
造方法は、前記第1のレジストパターンと、前記第1の
レジストパターンの上に形成された前記第2のレジスト
の上から所定領域を露光することにより、前記第1のレ
ジストパターンの前記所定領域で前記架橋膜を形成する
ようにしたことを特徴とするものである。
は、前記第1のレジストパターンの所定領域以外を電子
線照射し、この電子線照射された第1のレジストパター
ンの上に前記第2のレジストを形成し、前記第1のレジ
ストパターンの前記所定領域で前記架橋膜を形成するよ
うにしたことを特徴とするものである。また、この発明
の半導体装置は、前記のそれぞれの半導体装置の製造方
法によって製造したことを特徴とするものである。
されたレジストパターンを形成するためのマスクパター
ンの例を示す図で、図1(a)は微細ホールのマスクパ
ターン100、図1(b)は微細スペースのマスクパタ
ーン200、図1(c)は、孤立の残しのパターン30
0を示す。図2〜図7は、この発明の実施の形態1の微
細分離レジストパターン形成方法を説明するためのプロ
セスフロー図である。
実施の形態の微細分離レジストパターン形成方法、なら
びにこれを用いた半導体装置の製造方法を説明する。ま
ず、図2(a)で示すように、半導体基板(半導体ウェ
ハー)3に、適当な加熱処理により内部に酸を発生する
機構をもつ第1のレジスト1を塗布する(例えば、厚さ
0.7〜1.0μm程度)。この第1のレジスト1は、半
導体基板3上にスピンコートなどにより塗布し、次に、
プリべーク(70〜110℃で1分程度の熱処理)を施
して第1のレジスト1中の溶剤を蒸発させる。
ために、g線、i線、または、Deep−UV、KrF
エキシマ、ArFエキシマ、EB(電子線)、X−ra
yなど、適用した第1のレジスト1の感度波長に対応し
た光源を用い、図1に示すようなパターンを含むマスク
を用い投影露光する。
適当な加熱処理により、レジスト内部に酸性成分が発生
する機構を用いたレジストであればよく、また、ポジ
型、ネガ型レジストのどちらでもよい。例えば、第1の
レジストとしては、ノボラック樹脂、ナフトキノンジア
ジド系感光剤から構成されるポジ型レジストなどが挙げ
られる。さらに、第1のレジストとしては、酸を発生す
る機構を用いた化学増幅型レジストの適用も可能であ
り、加熱により酸を発生する反応系を利用したレジスト
材料であれば、その他のものでもよい。
に応じて、PEB(露光後加熱)を行い(例えば、PE
B温度:50〜130℃)、レジスト1の解像度を向上
させる。次に、TMAH(テトラメチルアンモニウムハ
イドロオキサイド)などの約0.05〜3.0wt%のア
ルカリ水浴液を用いて現像する。図2(b)は、こうし
て形成された第1のレジストパターン1aを示す。
トデベロッピングベークを行う場合もある(例えば、ベ
ーク温度は60〜120℃、60秒程度)。この熱処理
は、後のミキシング反応に影響する為、用いる第1のレ
ジスト、あるいは第2のレジスト材料に併せて、適切な
温度に設定することが望ましい。以上は、酸を発生する
第1のレジスト1を用いるという点を別にすれば、プロ
セスとしては、一般的なレジストプロセスによるレジス
トパターンの形成と同様である。
板1上に、酸の存在により架橋する架橋性の材料を主成
分とし、図1のレジスト1を溶解しない溶剤に溶解され
た第2のレジスト2を塗布する。第2のレジスト2の塗
布方法は、第1のレジストパターン1a上に均一に塗布
可能であれば、特に限定されるものではなく、スプレー
による塗布、回転塗布、あるいは第2のレジスト溶液中
に浸漬(ディッピング)することにより塗布することも
可能である。次に、第2のレジスト2の塗布後、必要に
応じてこれをプリベークし(例えば、85℃、60秒程
度)、第2のレジスト層2を形成する。
板1に形成された第1のレジストパターン1aと、この
上に形成された第2のレジスト2とを加熱処理(ミキシ
ングベーク、以下必要に応じMBと略記する。加熱温度
は、例えば85℃〜150℃)し、第1のレジストパタ
ーン1aから酸の拡散を促進させ、第2のレジスト2中
へ供給し、第2のレジスト2と第1のレジストパターン
1aとの界面において、架橋反応を発生させる。この場
合のミキシングベーク温度/時間は、例えば85℃〜1
50℃/60〜120secであり、用いるレジスト材
料の種類、必要とする反応層の厚みにより、最適な条件
に設定すれば良い。このミキシングベークにより、架橋
反応を起こした架橋層4が、第1のレジストパターン1
aを被覆するように第2のレジスト2の中に形成され
る。
いはTMAH等のアルカリ水溶液の現像液を用いて、架
橋していない第2のレジスト2を現像剥離し、第2のレ
ジストパターン2aを形成する。以上の処理により、ホ
ールパターンのホール内径、またはラインパターンの分
離幅を縮小し、あるいは、孤立残しパターンの面積を拡
大したレジストパターンを得ることが可能となる。る。
トパターンの形成方法では、第1のレジストパターン1
a上に第2のレジスト層2を形成した後に、適当な加熱
処理により第1のレジストパターン1a中で酸を発生さ
せ、第2のレジスト2へ拡散させる方法について説明し
た。つぎに、この加熱処理に代わって、あるいは加熱処
理に先立って、露光により酸を発させる方法について説
明する。図3は、この場合の微細分離レジストパターン
の形成方法を説明するためのプロセスフロー図である。
先ず、図3(a)〜(c)の工程は、図2(a)〜
(c)と同様であるから、説明を省略する。なお、この
場合に、第1のレジスト1としては、露光により酸を発
生する機構を用いた化学増幅型レジストの適用も可能で
ある。化学増幅型レジストでは、光や電子線、X線など
による酸触媒の生成反応が起り、生成した酸の触媒によ
り引き起こされる増幅反応を利用する。
ト層2を形成した後、図3(d)に示すように、再度H
gランプのg線またはi線で半導体基板1を全面露光
し、第1のレジストパターン1a中に酸を発生させ、こ
れにより、図3(e)に示すように、第1レジストパタ
ーン1aに接する第2のレジスト2の界面付近に架橋層
4を形成する。
スト1の感光波長に応じて、Hgランプ、KrFエキシ
マ、ArFエキシマなどを用いることも可能であり、露
光により酸の発生が可能であれば特に限定されるもので
はなく、用いた第1のレジスト1の感光波長に応じた光
源、露光量を用いて露光すれば良い。
ト2の塗布後に露光し、第1のレジストパターン1aの
中に酸を発生させるものであり、第1のレジストパター
ン1aを、第2のレジスト2に覆われた状態で露光する
ため、第1のレジストパターン1a中で発生する酸の量
を露光量の調整により、広い範囲で正確に制御できるた
め、反応層4の膜厚が精度良く制御できる。
(例えば60〜130℃、ミキシングベーク)する。こ
れにより、第1のレジストパターン1aからの酸を拡散
させ、第2のレジスト2中へ供給し、第2のレジスト2
と第1のレジストパターン1aとの界面において、架橋
反応を促進させる。この場合のミキシングベーク温度/
時間は、60〜130℃/60〜120secであり、
用いるレジスト材料の種類、必要とする反応層の厚みに
より、最適な条件に設定すれば良い。このミキシングベ
ークにより、架橋反応を起こした架橋層4が、第1のレ
ジストパターン1aを被覆するように第2のレジスト2
の中に形成される。
同様である。以上の処理により、ホール内径、またはラ
インパターンの分離幅を縮小し、あるいは、孤立残しパ
ターンの面積を拡大したレジストパターンを得ることが
可能となる。
ように、露光により第1のレジストパターン1a中に酸
成分を発生させる工程は、適用する第1のレジスト1と
第2のレジスト2とも反応性が比較的低い場合、あるい
は、必要とする架橋層の厚みが比較的厚い場合、または
架橋反応を均一化する場合に特に適する。
料について説明する。第2のレジストとしては、架橋性
の水溶性樹脂の単独、あるいはそれらの2種類以上の混
合物を用いることができる。また、水溶性架橋剤の単
独、あるいはそれらの2種類以上の混合物が用いられ
る。さらに、これら水溶性樹脂と水溶性架橋剤との混合
物が用いられる。第2のレジストとして混合物を用いる
場合には、それらの材料組成は、適用する第1のレジス
ト材料、あるいは設定した反応条件などにより、最適な
組成を設定すれば良く特に限定されるものではない。
成物の具体例としては、図4に示すような、ポリアクリ
ル酸、ポリビニルアセタール、ポリビニルピロリドン、
ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミン、ポリエチ
レンオキシド、スチレン−マレイン酸共重合体、ポリビ
ニルアミン樹脂、ポリアリルアミン、オキサゾリン基含
有水溶性樹脂、水溶性メラミン樹脂、水溶性尿素樹脂、
アルキッド樹脂、スルホンアミド樹脂、などが有効に適
用可能であり、また、酸性成分存在下で架橋反応を生じ
る、あるいは、架橋反応を生じない場合には、水溶性の
架橋剤と混合が可能であれば、特に限定されない。ま
た、これらを単独で用いても、混合物として用いても有
効である。
2種類以上の混合物として用いてもよく、下地の第1の
レジスト1との反応量、反応条件などにより、適宜調整
することが可能である。また、これらの水溶性樹脂は、
水への溶解性を向上させる目的で、塩酸塩などの塩にし
て用いても良い。
る水溶性架橋剤としては、具体的には、図5に示すよう
な尿素、アルコキシメチレン尿素、N−アルコキシメチ
レン尿素、エチレン尿素、エチレン尿素カルボン酸など
の尿素系架橋剤、メラミン、アルコキシメチレンメラミ
ン、などのメラミン系架橋剤、ベンゾグアナミン、グリ
コールウリル等のアミノ系架橋剤などが適用可能であ
る。しかし、アミノ系架橋剤に特に限定されるものでは
なく、酸によって架橋を生じる水溶性の架橋剤であれば
特に限定されるものではない。
な水溶性レジスト材料としては、上述したような水溶性
樹脂の単独あるいは混合物に、同じく上述したような水
溶性架橋剤の単独又は混合物を、相互に混合して用いる
ことも有効である。例えば、具体的には、第2のレジス
トとして、水溶性樹脂組成物としてはポリビニルアセタ
ール樹脂を用い、水溶性架橋剤としてはメトキシメチロ
ールメラミン、あるいはエチレン尿素などを混合して用
いることなどが挙げられる。この場合、水溶性が高いた
め、混合溶液の保存安定性が優れている。なお、第2の
レジストに適用される材料は、水溶性あるいは、第1の
レジストパターンを溶解しない水溶性溶媒に可溶であ
り、かつ、酸成分の存在下で、架橋反応を生じる材料で
あれば特に限定されるものではない。
露光による酸発生を行わず、加熱処理だけで、架橋反応
を実現できることは先に説明したとおりであるが、この
場合には、第2のレジスト2として、反応性の高い適当
な材料を選択し、適当な加熱処理(例えば、85℃〜1
50℃)を行うことが望ましい。この場合、例えば、具
体的には、第2のレジスト材料として、ポリビニルアセ
タール樹脂に、エチレン尿素、ポリビニルアルコールと
エチレン尿素、あるいは、これらを適当な割合で混合し
た水溶性材料組成物を用いることが有効である。
1と第2のレジスト2との架橋反応を制御し、第1のレ
ジストパターン1a上に形成される架橋層4の厚みを制
御することが重要である。架橋反応の制御は、適用する
第1のレジスト1と第2のレジスト2との反応性、第1
のレジストパターン1aの形状、必要とする架橋反応層
4の厚み、などに応じて、最適化することが望ましい。
反応の制御は、プロセス条件の調整による手法と、第2
のレジスト材料の組成を調整する手法がある。架橋反応
のプロセス的な制御手法としては、(1)第1のレジス
トパターン1aへの露光量を調整する、(2)MB(ミ
キシングベーク)温度、処理時間を調整する、などの手
法が有効である。特に、加熱して架橋する時間(MB時
間)を調整することにより、架橋層の厚みを制御するこ
とが可能であり、非常に反応制御性の高い手法といえ
る。また、第2のレジストに用いる材料組成の面から
は、(3)適当な2種類以上の水溶性樹脂を混合し、そ
の混合比を調整することにより、第1のレジストとの反
応量を制御する、(4)水溶性樹脂に、適当な水溶性架
橋剤を混合し、その混合比を調整することにより、第1
のレジストとの反応量を制御する、などの手法が有効で
ある。
は、一元的に決定されるものではなく、(1)第2のレ
ジスト材料と適用する第1のレジスト材料との反応性、
(2)第1のレジストパターンの形状、膜厚、(3)必
要とする架橋層の膜厚、(4)使用可能な露光条件、あ
るいはMB条件、(5)塗布条件、などのさまざまな条
件を勘案して決定する必要がある。特に、第1のレジス
トと第2のレジストとの反応性は、第1のレジスト材料
の組成により、影響を受けることが分かっており、その
ため、実際に本発明を適用する場合には、上述した要因
を勘案し、第2のレジスト材料組成物を最適化すること
が望ましい。従って、第2のレジストに用いられる水溶
性材料の種類とその組成比は、特に限定されるものでは
なく、用いる材料の種類、熱処理条件などに応じて、最
適化して用いる。
リコール、グリセリン、トリエチレングリコールなどの
可塑剤を添加剤と加えてもよい。また、第2のレジスト
材料に関して、成膜性向上を目的として、界面活性剤、
例えば、3M社製のフロラード、三洋化成社製のノニポ
ールなどの水溶性の界面活性剤を添加剤として加えても
よい。
ついて説明する。第2のレジストに用いる溶媒には、第
1のレジストのパターンを溶解させないこと、さらに水
溶性材料を十分に溶解させることが必要であるが、これ
を満たす溶媒であれば特に限定されるものではない。例
えば、第2のレジストの溶媒としては、水(純水)、ま
たは水とIPAなどのアルコール系溶媒、あるいはN−
メチルピロリドンなどの水溶性有機溶媒の単独、あるい
は混合溶液を用いればよい。
ば、特に限定されるものではなく、例を挙げるとエタノ
ール、メタノール、イソプロピルアルコールなどのアル
コール類、γ−プチロラクトン、アセトン、などを用い
ることが可能であり、第2のレジストに用いる材料の溶
解性に合わせて、第1のレジストパターンを溶解しない
範囲で混合すれば良い。
で微細レジストパターンを形成する方法について説明し
たが、次に半導体基板1の所望領域でのみ選択的に微細
レジストパターンを形成する方法について説明する。図
6は、この場合の製造方法のプロセスフロー図である。
先ず、図6(a)〜(c)の工程は、図3(a)〜
(c)と同様である。図6(c)のように、第2のレジ
スト層2を形成した後、次に、図6(d)に示すよう
に、半導体基板3の一部を遮光板5で遮光し、選択され
た領域に対して、再度Hgランプのg線またはi線で露
光し、第1のレジストパターン1a中に酸を発生させ
る。これにより、図6(e)に示すように、露光された
部分において、第1のレジストパターン1aに接する第
2のレジスト2の界面付近に架橋層4を形成する。
の工程と同様であるから、説明は省略する。このように
して、図6(f)に示すように、半導体基板3の選択さ
れた領域では、第1のレジストパターン1aの上に架橋
層4を形成し、その他の領域では第1のレジストパター
ンに架橋層を形成しないようにすることができる。この
ような形成方法によれば、適当な露光マスクを用いるこ
とにより、半導体基板1上で選択的に露光して、露光部
分と未露光部分を区別し、第2のレジストパターンが第
1のレジストパターンとの境界部分において、架橋する
領域と架橋しない領域とを形成することができる。これ
により、同一半導体基板上において、異なる寸法の微細
ホールまたは、微細スペースを形成することができる。
択的に微細レジストパターンを形成するための他の形成
方法のプロセスフロー図である。先ず、図7(a)〜
(c)の工程は、図2(a)〜(c)と同様である。図
7(c)のように、第2のレジスト層2を形成した後、
次に、図7(d)に示すように、半導体基板3の選択さ
れた領域を電子線遮蔽板6で遮蔽し、その他の領域に対
して、電子線を照射する。次に、図7(e)の工程で、
加熱処理を行うと、電子線を照射した領域では架橋層が
形成されず、電子線照射を遮蔽した所定領域でのみ架橋
層が形成される。
の工程と同様であるから、説明は省略する。このように
して、図7(f)に示すように、半導体基板3の選択さ
れた領域では、第1のレジストパターン1aの上に架橋
層4を形成し、その他の領域では第1のレジストパター
ンに架橋層を形成しないようにすることができる。これ
により、同一半導体基板上において、異なる寸法の微細
ホールまたは、微細スペースを形成することができる。
トパターンを形成する形成方法について詳細に説明した
が、本発明の微細分離レジストパターンは、半導体基板
3の上に限られず、半導体装置の製造プロセスに応じ
て、シリコン酸化膜などの絶縁層の上に形成する場合も
あり、またポリシリコン膜などの導電層の上に形成する
こともある。このように、本発明の微細分離レジストパ
ターンの形成は、下地膜に制約されるものではなく、レ
ジストパターンを形成できる基材上であれば、どの場合
においても適用可能であり、必要に応じた基材の上に形
成されるものである。これらを総称して、半導体基材と
称することとする。
成した微細分離レジストパターンをマスクとして、下地
の半導体基板あるいは各種薄膜などの半導体基材をエッ
チングし、半導体基材に微細スペース、あるいは微細ホ
ールなどを形成して、半導体装置を製造するものであ
る。また、第2のレジストの材料、及び材料組成、ある
いはMB温度を適切に設定し、第1のレジスト上に架橋
層を形成して得られた微細分離レジストパターンをマス
クとして、半導体基材をエッチングすることにより、エ
ッチング後の基材パターン側壁表面が粗面化される効果
がある。
形態2の微細分離レジストパターン形成方法を説明する
ためのプロセスフロー図である。図1および図8を参照
して、この実施の形態2の微細分離レジストパターンの
形成方法、ならびにこれを用いた半導体装置の製造方法
を説明する。
板3に、内部に若干の酸性物質を含有する第1のレジス
ト11を塗布する。第1のレジスト11はプリベーク
(70〜100℃で1分程度の熱処理)を施した後、H
gランプのg線またはi線を用い、図1の様なパターン
を含むマスクを用い投影露光する(図8では省略してい
る)。図8(b)はこうして形成された第1のレジスト
パターン11aを示す。ここで用いる第1のレジスト1
1の材料としては、実施の形態1で説明したものが有効
に用いられる。その詳細な説明は、重複を避けるため省
略する。また、第1のレジスト11に含ませる酸として
は、具体的には、カルボン酸系の低分子酸等が好適であ
る。
0℃)で熱処理し、レジストの解像度を向上させた後、
TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイ
ド)の約2.0%希釈水浴液を用いて現像する。この後、
必要に応じポストデベロッピングベークを行う場合もあ
る。この熱処理は後のミキシング反応に影響する為、適
切な温度に設定する必要がある。以上は、酸を含むレジ
スト11を用いるという点を別にすれば、プロセスとし
ては、従来のレジストプロセスによるレジストパターン
の形成と同様である。
(c)に示すように、半導体基板3上に、酸の存在によ
り架橋する架橋性材料を主成分とし、第1のレジスト1
1を溶解しない溶剤に溶かされた第2のレジスト12を
塗布する。ここで用いる第2のレジスト12の材料およ
びその溶媒は、実施の形態1で述べたものと同様のもの
が適用でき、また有効である。その詳細な説明は、重複
を省くため省略する。。次に、第2のレジスト12の塗
布後、必要に応じこれをプリベークする。この熱処理
は、後のミキシング反応に影響するため、適切な温度に
設定することが望ましい。
3を熱処理(60〜130℃)し、第1のレジストパタ
ーン11aに含まれる若干の酸性物質からの酸の供給に
より、第2のレジスト12の第1のレジストパターン1
1aとの界面近傍で架橋反応を起こさせる。これによ
り、第1のレジストパターン11aを被覆するように架
橋反応を起こした架橋層14が第2のレジスト12中に
形成される。
は、TMAH等の現像液を用いて第2のレジスト12の
架橋していない部分を現像剥離する。以上の処理によ
り、ホールパターンのホール内径または、ラインパター
ンの分離幅を縮小したレジストパターン、あるいは、孤
立残しパターンの面積を拡大したレジストパターンを得
ることが可能となる。
第1のレジスト11は、露光によって酸を発生させる必
要が無く、レジスト膜11自体に酸を含むように調整さ
れており、熱処理によりその酸を拡散させて架橋させる
ようにしている。この第1のレジスト11に含ませる酸
としては、カルボン酸系の低分子酸等が好適であるが、
レジスト溶液に混合することが可能であれば特に限定は
されない。
各種の半導体基材の上に形成し、これをマスクとして、
半導体基材上に微細な分離スペースあるいは微細なホー
ルなど形成することは、先に述べた実施の形態1と同様
である。
形態3の微細分離レジストパターンの形成方法を説明す
るためのプロセスフロー図である。図1及び図9を参照
してこの実施の形態3の微細分離レジストパターンの形
成方法、ならびにこれを用いた半導体装置の製造方法を
説明する。
板3に、第1のレジスト21を塗布する。第1のレジス
ト21にプリベーク(70−100℃で1分程度の熱処
理)を施した後、第1のレジスト21の感光波長に応じ
て、例えば、Hgランプのg線、またはi線を用い、図
1の様なパターンを含むマスクを用いて投影露光する
(図9では図示を省略している)。ここで用いる第1の
レジスト21の材料としては、実施の形態1で説明した
ものが有効に用いられる。その詳細な説明は、重複を避
けるため省略する。
0℃)で熱処理しレジストの解像度向上させた後、TM
AH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)の
約2.0%希釈水溶液を用い現像する。図9(b)は、こ
うして形成された第1のレジストのパターン21aを示
す。この後、必要に応じポストデベロッピングベークを
行う場合もある。この熱処理は後のミキシング反応に影
響する為、適切な温度に設定する必要がある。以上は、
プロセスとしては、従来のレジストプロセスによるレジ
ストパターンの形成と同様である。
(c)に示すように、半導体基板3を酸性溶液で浸漬処
理する。その処理方法は、通常のパドル現像の方式でよ
い。また、酸性溶液のベーパライズ(吹き付け)で行っ
ても良い。また、酸性ガスで表面処理をしてもよい。こ
の場合の酸性溶液または酸性ガスは、有機酸、無機酸の
いずれでもよい。具体的には、例えば、低濃度の酢酸が
好適な例として挙げられる。この工程において、酸が第
1のレジストパターン21aの界面近傍に染み込み、酸
を含む薄い層が形成される。この後、必要に応じて純水
を用いてリンスする。
レジストパターン21の上に、酸の存在により架橋する
架橋性材料を主成分とし、第1のレジスト21を溶解し
ない溶剤に溶かされた第2のレジスト22を塗布する。
ここで用いる第2のレジスト22の材料およびその溶媒
は、実施の形態1で述べたものと同様のものが有効に用
いられる。重複を避けるため、その詳細な説明は省略す
る。次に、第2のレジスト22の塗布後、必要に応じ、
第2のレジスト22をプリベークする。この熱処理は、
後のミキシング反応に影響するため、適切な温度に設定
する。
板3を熱処理(60〜130℃)して、架橋ベークを行
い、第1のレジストパターン21aからの酸の供給で、
第2のレジスト22の第1のレジストパターン21aと
の界面近傍で架橋反応を起こさせる。これにより、第1
のレジストパターン21aを被覆するように架橋反応を
起こした架橋層4が第2のレジスト22中に形成され
る。
は、TMAH等の現像液を用いて第2のレジスト22の
架橋していない部分を現像剥離する。以上の処理によ
り、ホールパターンのホール内径または、ラインパター
ンの分離幅を縮小したレジストパターンを得ることが可
能となる。
ば、露光処理により、第1のレジストに酸を発生させる
工程を必要とせず、第1のレジストパターン21a上に
第2のレジスト22を成膜する前に、酸性液体又は酸性
ガスによる表面処理を施しておき、後の工程での熱処理
により酸を拡散させて架橋するようにするものである。
ジストパターンを、各種の半導体基板上に形成し、これ
をマスクとして、半導体基板上に微細な分離スペースあ
るいは、微細ホールなどを形成し、半導体装置を製造す
ることは、先に述べた実施の形態1および2と同様であ
る。
実施例について説明する。一つの実施例が、一つ以上の
実施の形態に関係する場合があるので、まとめて説明す
る。先ず、第1のレジスト材料に関する実施例1〜5を
説明する。 実施例1.第1のレジストとして、ノボラック樹脂とナ
フトキノンジアジドから構成され、溶媒として乳酸エチ
ルとプロピレングリコールモノエチルアセテートを用い
たi線レジストを用い、レジストパターンを形成した。
まず、前記レジストを、Siウェハー上に滴下、回転塗
布した後、85℃/70秒でプリベークを行い、レジス
ト中の溶媒を蒸発させて第1のレジストを膜厚約1.0
μmで形成した。次に、露光装置として、i線縮小投影
露光装置を用い、露光マスクとして、図1に示すような
マスクを用いて、第1のレジストを露光した。次に、1
20℃/70秒でPEB処理を行い、続いて、アルカリ
現像液(東京応化工業社製、NMD3)を用いて現像を
行い、図10に示すような分離サイズをもつレジストパ
ターンを得た。
ック樹脂とナフトキノンジアジドから構成され、溶媒と
して2−ヘプタノンを用いたi線レジストを用い、レジ
ストパターンを形成した。まず、前記レジストを、Si
ウェハー上に滴下、回転塗布により膜厚約0.8μmと
なるように成膜した。次に、85℃/70秒でプリベー
クを行い、レジスト中の溶媒を乾燥させた。続いて、i
線縮小投影露光装置を用い、図1に示すようなマスクを
用いて、露光を行った。次に、120℃/70秒でPE
B処理を行い、続いて、アルカリ現像液(東京応化社
製、NMD3)を用いて現像を行い、図10に示すよう
な分離サイズを持つレジストパターンを得た。
ック樹脂とナフトキノンジアジドから構成され、溶媒と
して乳酸エチルと酢酸ブチルの混合溶媒を用いたi線レ
ジストを用い、レジストパターンを形成した。まず、前
記レジストを、Siウェハー上に滴下、回転塗布により
膜厚約1.0μmとなるように成膜した。次に、100
℃/90秒でプリベークを行い、レジスト中の溶媒を乾
燥させた。続いて、ニコン社製ステッバーを用いて、図
1に示すようなマスクを用いて、露光を行った。次に、
110℃/60秒でPEB処理を行い、続いて、アルカ
リ現像液(東京応化社製、NMD3)を用いて現像を行
い、図10に示すようなレジストパターンを得た。
化社製の化学増幅型エキシマレジストを用い、レジスト
パターンを形成した。まず、前記レジストを、Siウェ
ハー上に滴下、回転塗布により膜厚約0.8μmとなる
ように成膜した。次に、90℃/90秒でプリベークを
行い、レジスト中の溶媒を乾燥させた。続いて、KrF
エキシマ縮小投影露光装置を用いて、図1に示すような
マスクを用いて、露光を行った。次に、100℃/90
秒でPEB処理を行い、続いて、アルカリ現像液(東京
応化社製、NMD−W)を用いて現像を行い、図11に
示すようなレジストパターンを得た。
oc化ポリヒドロキシスチレンと酸発生剤から構成され
る菱電化成社製の化学増幅型レジスト(MELKER、
J.Vac.Sci.Technol.,B11(6)
2773,1993)を用い、レジストパターンを形成
した。まず、前記レジストを、Siウェハー上に滴下、
回転塗布により膜厚約0.52μmとなるように成膜し
た。次に、120℃/180秒でべークを行い、レジス
ト中の溶媒を乾燥させた。続いて、このレジスト上に、
帯電防止膜として、昭和電工社製エスペイサーESP‐
100を同様にして回転塗布した後、80℃/120秒
でべークを行った。次に、EB描画装置を用いて、1
7.4μC/cm2で描画を行なった。次に、80℃/
120秒でPEBを行ったのち、純水を用いて帯電防止
膜を剥離、続いてTMAHアルカリ現像液(東京応化社
製NMD−W)を用いてレジストパターンの現像を行っ
た。その結果、図12に示すような、約0.2μmのE
Bレジストパターンを得た。
6〜13について説明する。 実施例6.第2のレジスト材料として、1Lメスフラス
コを用い、積水化学社製のポリビニルアセタール樹脂エ
スレックKW3およびKW1の20wt%水溶液:それ
ぞれ100gに純水:400gを加え、室温で6時間攪
拌混合し、ポリビニルアセタール樹脂KW3,KW1の
5wt%水溶液をそれぞれ得た。
施例6のポリビニルアセタール樹脂に代えて、ポリビニ
ルアルコール樹脂、オキサゾリン含有水溶性樹脂(日本
触媒社製、エポクロスWS500)、スチレン−無水マ
レイン酸共重合体(ARCOchemical社製、S
MA1000、1440H)を用いて、実施例6と同様
にして、それぞれの5wt%水溶液を得た。
Lメスフラスコを用いて、メトキシメチロールメラミン
(三井サイナミド社製、サイメル370):100gと
純水:780g、IPA:40gを室温にて6時間攪拌
混合し、約10wt%のメチロールメラミン水溶液を得
た。
Lメスフラスコを用いて、(N−メトキシメチル)メト
キシエチレン尿素:100g、(N−メトキシメチル)
ヒドロキシエチレン尿素:100g、N−メトキシメチ
ル尿素:100g中に、それぞれ、純水:860g、I
PA:40gを室温にて6時間攪拌混合し、それぞれ、
約10wt%のエチレン尿素水溶液を得た。
実施例6で得たポリビニルアセタールのKW3水溶液:
160gと、実施例8で得たメトキシメチロールメラミ
ン水溶液:20g、純水:20gを室温で6時間撹伴混
合し、水溶性樹脂と水溶性架橋剤の混合溶液を得た。
実施例6で得たポリビニルアセタールのKW3水溶液:
160gと、実施例9で得た(N−メトキシメチル)メ
トキシエチレン尿素水溶液:20g、(N−メトキシメ
チル)ヒドロキシエチレン尿素:20g、N−メトキシ
メチル尿素:20g中に、それぞれ、純水:20gを室
温で6時間撹伴混合し、水溶性樹脂と水溶性架橋剤の混
合溶液を得た。
実施例6で得たポリビニルアセタールのKW3水溶液:
160gと、実施例9で得たメトキシエチレン尿素水溶
液の10g、20g、30gと純水:20gをそれぞれ
を室温下で6時間混合した。その結果、ポリビニルアセ
タール樹脂に対する水溶性架橋剤であるメトキシエチレ
ン尿素の濃度が、約1lwt%、20wt%、27wt
%の3種類の第2のレジスト水溶液を得た。
例6で得た5wt%のポリビニルアセタール樹脂水溶液
の100gに、実施例7で得た水溶性樹脂溶液のうち、
ポリビニルアルコール樹脂の5wt%水溶液を0g、3
5.3g、72.2gを混合し、室温下で、6時間攪拌
混合して、ポリビニルアセタール樹脂とポリビニルアル
コール樹脂の混合比の異なる3種類の混合溶液を得た。
14〜22について説明する。 実施例14.実施例3で得た第1のレジストパターンが
形成されたSiウェハー上に、実施例12で得た第2の
レジスト材料を、滴下し、スピンコートした後、85℃
/70秒でプリベークを行い、第2のレジスト膜を形成
した。次に、120℃/90秒でミキシングベーク(M
B)を行い、架橋反応を進行させた。次に、純水を用い
て現像を行い、非架橋層を現像剥離し、続く90℃/9
0秒でポストベークを行うことにより、第1のレジスト
パターン上に第2のレジスト架橋層を形成し、図13に
示すように、第2のレジストパターンを形成した。図1
3において、第2のレジストパターンのホール径を測長
場所として、水溶性樹脂の混合比を変えて架橋層形成後
のレジストパターンサイズを測定した。この結果を図1
4のテーブルに示す。この場合、ポリビニルアセタール
樹脂とポリビニルアルコール樹脂の混合量を変えること
により、第1のレジスト上に形成される架橋層の厚みを
制御することが可能であることがわかる。
トパターンが形成されたSiウェハー上に、実施例6で
得たKW1の樹脂水溶液を第2のレジスト材料として滴
下し、スピンコートした後、85℃/70秒でプリベー
クを行い、第2のレジスト膜を形成した。次に、i線露
光装置を用いて、ウェハーに全面露光を行った。さら
に、150℃/90秒でミキシングベーク(MB)を行
い、架橋反応を進行させた。次に、純水を用いて現像を
行い、非架橋層を現像剥離し、続いて110℃/90秒
でポストベークを行うことにより、図13に示したもの
と同様に、第1のレジストパターンであるホールパター
ン上に第2のレジスト架橋層を形成した。図13に示す
第2のレジストパターンのホール径を測長場所として、
全面露光をした場合としない場合について、架橋層形成
後のレジストパターンサイズを測定した。この結果を図
15のテーブルに示す。これにより、架橋層を形成する
前の第1の0.4μmのレジストホールパターンサイズ
が、全面露光を行った場合には、約0.14μm、全面
露光を行わない場合には、約0.11μm縮小してい
た。この場合、MBべーク前に全面露光を行うことによ
り、行わない場合に較べて、架橋反応がより進行し、第
1のレジスト表面に架橋層が厚く形成された。
トパターンが形成されたSiウェハー上に、実施例11
で得たポリビニルアセタール樹脂とエチレン尿素の混合
溶液を第2のレジストとして用いた。第2のレジスト材
料を滴下し、スピンコートした後、85℃/70秒でプ
リベークを行い、第2のレジスト膜を形成した。次に、
105℃/90秒、115℃/90秒、125℃/90
秒の三種類の条件でミキシングベーク(MB)を行い、
架橋反応を行った。次に、純水を用いて現像を行い、非
架橋剤を現像剥離し、続いて90℃/90秒でポストベ
ークを行うことにより、図16に示すように、第1のレ
ジストパターン上に第2のレジスト架橋層を形成した。
図16に示す第2のレジストパターンのホール径、ライ
ンパターン及び孤立残しパターンにおけるスペースを測
長場所として、ミキシングベーク(MB)の温度を変え
て、架橋層形成後のレジストパターンサイズを測定し
た。この結果を図17のテーブルに示す。その結果、実
施例2で形成した0.4μmサイズのホールパターンの
内径、および、ラインパターンと孤立残しパターンにお
けるスペースのサイズが、架橋層形成後のレジストパタ
ーンでは、図17に示すように縮小されており、その縮
小量は、MB温度が高くなるとともに増大している。こ
のことから、MBの温度制御により、精度良く架橋反応
の制御が可能であることが分かる。
トパターンが形成されたSiウェハー上に、実施例6で
得たポリビニルアセタール水溶液、実施例12で得たポ
リビニルアセタール樹脂とエチレン尿素混合水溶液、お
よび、ポリビニルアルコール樹脂とエチレン尿素混合水
溶液でエチレン尿素の濃度が異なる混合溶液を第2のレ
ジストとして用いた。第2のレジスト材料を滴下し、ス
ピンコートした後、85℃/70秒でプリベークを行
い、第2のレジスト膜を形成した。次に、65℃/70
秒+100℃/90秒でミキシングベーク(MB)を行
い、架橋反応を行った。次に、純水を用いて現像を行
い、非架橋層を現像剥離し、続いて90℃/90秒でポ
ストベークを行うことにより、図13に示したものと同
様に、第1のレジストパターン上に第2のレジスト架橋
層を形成した。図13に示す第2のレジストパターンの
ホール径を測長場所として、水溶性架橋剤の混合量を変
えて、架橋層形成後のレジストパターンサイズを測定し
た。この結果を図18のテーブルに示す。その結果、実
施例3で形成した約0.4μmサイズのホールパターン
の内径は、図18に示すように縮小されており、その縮
小量は、水溶性架橋剤の混合量が増加するほど大きくな
る。このことから、水溶性材料の混合比を調整すること
により、精度良く架橋反応の制御が可能であることが分
かる。また、架橋剤量が同じでも、水溶性樹脂の種類を
変更することにより、その縮小量を制御することが可能
であることが分かる。
トパターンが形成されたSiウェハー上に、実施例6で
得たポリビニルアセタール水溶液、実施例11で得たポ
リビニルアセタール樹脂水溶液と水溶性架橋剤であるN
−メトキシメチル−メトキシエチレン尿素混合水溶液、
(Nーメトキシメチル)ヒドロキシエチレン尿素、N−
メトキシメチル尿素の混合溶液を第2のレジストとして
用いた。第2のレジスト材料を滴下し、スピンコートし
た後、85℃/70秒でプリベークを行い、第2のレジ
スト膜を形成した。次に、65℃/70秒+100℃/
90秒でミキシングベーク(MB)を行い、架橋反応を
行った。次に、純水を用いて現像を行い、非架橋層を現
像剥離し、続いて90℃/90秒でポストベークを行う
ことにより、図13に示したものと同様に、第1のレジ
ストパターン上に第2のレジスト架橋層を形成した。図
13に示す第2のレジストパターンのホール径を測長場
所として、水溶性架橋剤を変えて、架橋層形成後のレジ
ストパターンサイズを測定した。この結果を図19のテ
ーブルに示す。その結果、実施例3で形成した約0.4
μmサイズのホールパターンの内径は、図19に示すよ
うに縮小されており、その縮小量は、水溶性架橋剤の違
いにより差が認められる。このことから、混合する水溶
性材料の種類の違いにより、架橋反応の制御が可能であ
ることが分かる。
トパターンが形成されたSiウェハー上に、実施例6で
得たポリビニルアセタール水溶液、実施例11で得たポ
リビニルアセタール樹脂水溶液と水溶性架橋剤であるメ
トキシエチレン尿素混合水溶液を第2のレジストとして
用いた。第2のレジスト材料を滴下し、スピンコートし
た後、85℃/70秒でプリベークを行い、第2のレジ
スト膜を形成した。次に、所定の温度にて90秒のミキ
シングベーク(MB)を行い、架橋反応を行った。次
に、純水を用いて現像を行い、非架橋層を現像剥離し、
続いて90℃/90秒でポストベークを行うことによ
り、図13に示したものと同様に、第1のレジストパタ
ーン上に第2のレジスト架橋層を形成した。図13に示
す第2のレジストパターンのホール径を測長場所とし
て、水溶性架橋剤の量と、反応温度とを変えて、架橋層
形成後のレジストパターンサイズを測定した。この結果
を図20のテーブルに示す。その結果、実施例4で形成
した約0.3μmのレジストパターンサイズは、図20
に示すように縮小されており、水溶性架橋剤量、反応温
度により差が認められる。このことから、光照射により
酸を発生する化学増幅型レジストを用いた場合にも、架
橋反応によるレジストパターンサイズの制御が可能であ
ることが分かる。
トパターンが形成されたSiウェハー上に、実施例6で
得たポリビニルアセタール水溶液、実施例11で得たポ
リビニルアセタール樹脂水溶液と水溶性架橋剤であるメ
トキシエチレン尿素混合水溶液を第2のレジストとして
用いた。第2のレジスト材料を滴下し、スピンコートし
た後、85℃/70秒でプリベークを行い、第2のレジ
スト膜を形成した。次に、105、115℃/90秒で
ミキシングベーク(MB)を行い、架橋反応を行った。
次に、純水を用いて現像を行い、非架橋層を現像剥離
し、続いて90℃/90秒でポストベークを行うことに
より、図13に示すように、第1のレジストパターン上
に第2のレジスト架橋層を形成した。図13に示す第2
のレジストパターンのホール径を測長場所として、水溶
性架橋剤の量と、反応温度とを変えて、架橋層形成後の
レジストパターンサイズを測定した。この結果を図21
のテーブルに示す。その結果、実施例5で形成した約
0.2μmサイズのレジストパターンのサイズは、図2
1に示すように縮小されており、その縮小量は、水溶性
材料の違いと、MB温度の違いにより差が認められる。
このことから、t−Boc化ポリヒドロキシスチレンと
酸発生剤から構成される化学増幅型のEBレジストを用
いた場合にも、架橋反応によるレジストパターンサイズ
の制御が可能であることがわかる。
トパターン上に、選択的に電子線を照射した。電子線の
照射量は、50μC/cm2を照射した。次に、実施例
11で得たポリビニルアセタール樹脂水溶液と水溶性架
橋剤であるメトキシエチレン尿素混合水溶液を第2のレ
ジストとして、電子線を照射した第1のレジストパター
ン上に塗布した。塗布は、第2のレジスト材料を滴下
し、スピンコートを行い、続いて、85℃/70秒でプ
リベークを行い、第2のレジスト膜を形成した。さら
に、120℃/90秒でミキシングベーク(MB)を行
い、架橋反応を行った。最後に、純水を用いて現像を行
い、非架橋層を現像剥離し、続く110℃/70秒でポ
ストベークを行うことにより、図13に示したものと同
様に、第1のレジストパターン上に選択的に第2のレジ
スト架橋膜を形成した。図13に示す第2のレジストパ
ターンのホール径を測長場所として、電子線の照射部分
と未照射部分とについて、架橋層形成後のレジストパタ
ーンサイズを測定した。この結果を図22のテーブルに
示す。その結果、実施例2で形成した約0.4μmのレ
ジストパターンは、電子線を照射しなかった部分におい
ては、図22に示すよう縮小されており、選択的に電子
線を照射した部分については、架橋反応が発生せず、ホ
ールサイズの縮小が見られなかった。このことから、レ
ジストパターンを形成後、選択的に電子線を照射するこ
とにより、照射した部分のパターンでは、反応が生じな
いため、選択的なレジストパターンのサイズ制御が可能
であることが分かる。
トパターンを酸化膜が形成されたSiウェハー上に形成
し、図23に示すような第1のレジストパターンを形成
した。次に、実施例12で得た第2のレジスト材料を、
滴下し、スピンコートした後、85℃/70秒でプリベ
ークを行った後、105℃/90秒でミキシングベーク
を行い、非架橋層を純水で現像剥離し、続いて90℃/
90秒でポストベークを行うことにより、第1のレジス
トパターン上に第2のレジスト架橋層を形成した。さら
に、エッチング装置を用いて下地酸化膜をエッチング
し、エッチング後のパターン形状を観察した。また、比
較例として、本発明の処理を施さない図23に示した第
1のレジストパターンを形成したウェハーについても同
様にエッチングを行った。その結果、本発明を適用しな
い場合の図24(a)と比較して、本発明を適用した場
合には、図24(b),(c)に示すように分離幅が縮
小されると同時に、側壁が粗面化された酸化膜パターン
が得られた。また、粗面化の程度が架橋剤の混合量によ
って制御可能であることが分かる。
よれば、レジストの分離パターン、ホールパターンの微
細化に於て、波長限界を越えるパターン形成を可能とす
る微細分離レジストパターン形成用材料と、それを用い
た微細パターン形成方法が得られる。これにより、ホー
ル系レジストパターンのホール径を従来より縮小するこ
とができ、またスぺース系レジストパターンの分離幅を
従来より縮小することができる。また、このようにして
形成した微細分離レジストパターンをマスクとして用い
て、半導体基材上に微細分離されたスペースあるいはホ
ール形成することができる。また、このような製造方法
により、微細分離されたスペースあるいはホールを有す
る半導体装置を得ることができる。
形成方法を説明するためのマスクパターンの図。
形成方法を説明するための工程フロー図。
形成方法を説明するための工程フロー図。
形成方法を説明するための工程フロー図。
形成方法を説明するための工程フロー図。
形成方法を説明するための工程フロー図。
形成方法を説明するための工程フロー図。
形成方法を説明するための工程フロー図。
形成方法を説明するための工程フロー図。
1のレジストパターン。
トパターン。
トパターン。
ストパターン。
の混合比と架橋層形成後のレジストパターンサイズを示
す図。
と架橋層形成後のレジストパターンサイズを示す図。
ストパターン
ベーク温度と架橋層形成後のレジストパターンサイズを
示す図。
の混合比と架橋層形成後のレジストパターンサイズを示
す図。
の種類と架橋層形成後のレジストパターンサイズを示す
図。
の量及びミキシングベーク温度と架橋層形成後のレジス
トパターンサイズを示す図。
の種類と架橋層形成後のレジストパターンサイズを示す
図。
の有無と架橋層形成後のレジストパターンサイズを示す
図。
ストパターンを示す図。
のエッチング後のパターン形状を示す図。
第1のレジストパターン、 2,12,22 第2の
レジスト、 2a,12a,22a 第2のレジストパ
ターン、 3 半導体基板(半導体基材)、 4,1
4,24 架橋層。
Claims (25)
- 【請求項1】 水溶性樹脂の1種類、又は前記水溶性樹
脂の2種類以上の混合物、あるいは前記水溶性樹脂の2
種類以上による共重合物を主成分とし、酸の存在により
架橋反応を生じることを特徴とする微細パターン形成材
料。 - 【請求項2】 前記水溶性樹脂として、ポリアクリル
酸、ポリビニルアセタール、ポリビニルピロリドン、ポ
リビニルアルコール、ポリエチレンイミン、ポリエチレ
ンオキシド、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリ
ビニルアミン、ポリアリルアミン、オキサゾリン基含有
水溶性樹脂、水溶性メラミン樹脂、水溶性尿素樹脂、ア
ルキッド樹脂、スルホンアミドのうちの1種類、又はこ
れらの2種類以上の混合物、或いはこれらの塩を主成分
とすることを特徴とする請求項1に記載の微細パターン
形成材料。 - 【請求項3】 水溶性架橋剤の1種類又は前記水溶性架
橋剤の2種類以上の混合物を主成分とし、酸の存在によ
り架橋反応を生じることを特徴とする微細パターン形成
材料。 - 【請求項4】 前記水溶性架橋剤として、メラミン誘導
体、尿素誘導体、ベンゾグアナミン、グリコールウリル
のうちの1種類又はこれらの2種類以上の混合物を主成
分とすることを特徴とする請求項3に記載の微細パター
ン形成材料。 - 【請求項5】 前記メラミン誘導体として、メラミン、
アルコキシメチレンメラミンのうちの1種類又はこれら
の混合物を主成分とすることを特徴とする請求項4に記
載の微細パターン形成材料。 - 【請求項6】 前記尿素誘導体として、尿素、アルコキ
シメチレン尿素、N−アルコキシメチレン尿素、エチレ
ン尿素、エチレン尿素カルボン酸の1種類又はこれらの
2種類以上の混合物を主成分とすることを特徴とする請
求項4に記載の微細パターン形成材料。 - 【請求項7】 水溶性樹脂の1種類又は2種類以上と水
溶性架橋剤の1種類または2種類以上との混合物を主成
分とし、酸の存在により架橋反応を生じることを特徴と
する微細パターン形成材料。 - 【請求項8】 前記水溶性樹脂としてポリビニルアセタ
ール、ポリビニルアルコール、又はポリビニルアルコー
ルとポリビニルアセタールとの混合物のいずれかを用
い、前記水溶性架橋剤としてメラミン誘導体、尿素誘導
体、又はメラミン誘導体と尿素誘導体との混合物のいず
れかを用いることを特徴とする請求項7に記載の微細パ
ターン形成材料。 - 【請求項9】 可塑剤を添加剤として含むことを特徴と
する請求項1ないし8のいずれかに記載の微細パターン
形成材料。 - 【請求項10】 界面活性剤を添加剤として含むことを
特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の微細パ
ターン形成材料。 - 【請求項11】 第1のレジストにより半導体基材上に
酸を発生し得る第1のレジストパターンを形成する工程
と、前記第1のレジストパターンの上に酸の存在により
架橋反応を起こす第2のレジストを形成する工程と、前
記第1のレジストパターンからの酸の供給により前記第
2のレジストの前記第1のレジストパターンに接する部
分に架橋膜を形成する処理工程と、前記第2のレジスト
の非架橋部分を剥離して第2のレジストパターンを形成
する工程と、この第2のレジストパターンをマスクとし
て前記半導体基材をエッチングする工程とを含むことを
特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項12】 前記第1のレジストパターンを加熱処
理により酸を発生するレジストで形成したことを特徴と
する請求項11に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項13】 前記第1のレジストパターンを露光に
より酸を発生するレジストで形成したことを特徴とする
請求項11に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項14】 前記第1のレジストパターンを酸を含
有するレジストで形成したことを特徴とする請求項11
に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項15】 前記第1のレジストパターンを酸性液
体又は酸性気体により表面処理を施したレジストで形成
したことを特徴とする請求項11に記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項16】 前記第1のレジストとして、ノボラッ
ク樹脂とナフトキノンジアジド系感光剤の混合物を主成
分とするレジストを用いることを特徴とする請求項11
ないし15のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項17】 前記第1のレジストとして、酸を発生
する機構を有する化学増幅型レジストを用いることを特
徴とする請求項11ないし15のいずれかに記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項18】 前記第2のレジストとして、前記請求
項1ないし10のいずれかに記載の微細パターン形成材
料を用いることを特徴とする請求項11に記載の半導体
装置の製造方法。 - 【請求項19】 前記第2のレジストとして、前記請求
項7に記載の微細パターン形成材料を用い、前記水溶性
樹脂と前記水溶性架橋剤との混合量を調整することによ
り、前記第1のレジストとの反応量を制御することを特
徴とする請求項11に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項20】 第2のレジストとして、前記請求項8
に記載の微細パターン形成材料を用い、前記ポリビニル
アセタールのアセタール化度を調整することにより、前
記第1のレジストとの反応量を制御することを特徴とす
る請求項11に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項21】 前記第2のレジストの溶媒として、水
又は水溶性の混合溶媒を用いることを特徴とする請求項
11ないし20のいずれかに記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項22】 前記第1のレジストパターンと、前記
第1のレジストパターンの上に形成された前記第2のレ
ジストとを加熱処理することにより、前記第1のレジス
トパターンの表面に接して前記架橋膜を形成するように
したことを特徴とする請求項11ないし21のいずれか
1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項23】 前記第1のレジストパターンと、前記
第1のレジストパターンの上に形成された前記第2のレ
ジストの上から所定領域を露光することにより、前記第
1のレジストパターンの前記所定領域で前記架橋膜を形
成するようにしたことを特徴とする請求項11にないし
21のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項24】 前記第1のレジストパターンの所定領
域以外を電子線照射し、この電子線照射された第1のレ
ジストパターンの上に前記第2のレジストを形成し、前
記第1のレジストパターンの前記所定領域で前記架橋膜
を形成するようにしたことを特徴とする請求項11にな
いし21のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項25】 前記請求項11ないし24のいずれか
に記載した半導体装置の製造方法によって製造したこと
を特徴とする半導体装置。
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