JPS5891632A - 微細パタ−ン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、Ｖ−ＬＳＩ等の半導体デバイス、磁気バブル
デバイス、表面弾性波素子等の製造に好適な微細・膏タ
ーン形成方法に関するものである。

一般に半導体デバイス等の製造プロセスにおいてけ維の
工程にわたって基板上の絶縁膜、半導体膜、金属膜の微
細回路ノｆター／が形成される。かかる微細パターン形
成方法の一例を第１図によシ説明する。

即ち第１図（（転）において、ｌは半導体基板、２嬬そ
の表面のシリコン酸化膜であり、かかるシリコン酸化膜
２を有する半導体基板ｌ上にレジスト膜３が形成される
６通常このレジスト膜３は、半導体基板１上にレジスト
をスピン塗布法で０．３〜２μｍ厚程度に塗布した後、
該レノスト所定の温度（１００℃程度）でプリベークし
て溶剤を除去することにより形成される。

次に所望のツクターン形状に焼付けるために、上記レジ
スト膜３に光または電離性放射ｌｓ４を照射する（第１
図（ｂ）　）、そして、その後半導体基板ｌｔ現像液５
で洗浄して、この半導体基板１上のレジスト膜３の非照
射部即ち、可溶部分を除去しレジスト膜パターン３′を
得る（第１図（ｃ）及び（ｄ）　）。

次に、上記洗浄により柔軟化したレジスト膜・ぐターン
３′はこれを乾燥硬化させて半導体基板ｌとの密着性を
よくすると共に、シリコン熱酸化膜２のエツチングに耐
えられるようにするため約百数十度（’Ｏ）の乾燥雰囲
気でベーキングを行うものである、なおとのベーキング
後レジスト膜パターン３’ｔ−保護マスクとして化学エ
ッチ液またはガスプラズマにて前記シリコン熱酸化膜２
の不要部分はエツチング除去される。

そしてさらにこ（１）エツチング後に残存するシリコン
熱酸化膜２上のレノスト膜・母ターンは適宜溶剤または
酸素プラズマアツシャなどの方法で除去さ−れる（第１
図（ｅ））。

かかる従来の微細パ塘−ン形成方法においては。

レジストとして、ネガ形と４ゾ形の両方を使用すること
ができるが、ここでネガ影線照射部が架橋結合を生じる
もの、又ポジ形は照射部の分子が崩壊するものをいう。

前記ネガ形のうち、主として光に感度を有するレジスト
は、分子量２０万程度の？リビニル桂皮酸エステルに小
量の増感剤を添加したものや、ポリイソグレンを主成分
とする環化ゴムと光架橋剤であるビスアジドを添加した
ものなどが一般に知られている。

かかる光に感度を有する他の？ジ形のレジストｆ　　　
ｈ　Ｌ、”Ｃ１ｌ’！、　Ｈ１ｌｒＲ＊ｓ−ｒ　１７７
１／ＭｍｌＩＣ＃）　ｙＪ７ｆイド類の分子をマルホン
基を介して結合したものである。

また電離性放射線に感度を有するレジストとしては、ポ
リメチルメタクリレ−）（ＰＭＭＡ）が最゛も著名なＩ
ジ形レジストであシ、同様にネガ形としては％ポリグリ
シジルメタクリレートがある。

これらレジスト膜３に対する焼付け（露ｊｔ）には、光
あるいは電離性放射線が用いられ、いずれの場合におい
ても上述の如くネガ形レジスト膜では照射部が架橋反応
してその部分の分子量を増大させて不溶化し、またデジ
形レノストｗでは逆に分子量を低下させて現像液５に溶
出し、また感光剤の光分解によって感光部分を可溶化す
るものである。

したがってレジスト膜３の現像液５に対する溶解性が／
ぐターンニング特性に大きく依存することから、例えば
レノストの製造ロット６るいは現像液５の製造ロットに
よってノ譬ターンニング特性に大きなバラツキが生ずる
などの欠点がある。

またネガ形レジストでは、現像液５のレジスト膜３への
浸透により、レジストノ譬ターンのｊｉ＠ＧＥ生じやす
く微細パターン形成が困峻になる場合が多い。

一方ネガ形レノストの場合は基板との密着性が一般に乏
しいことから、現像液５のレノスト膜３への浸透により
時には微細ノ量ター／の剥＃＃流出が生じる場合も認め
られる。

そして更に現像液５により柔らかくなったレノスト膜ノ
やターン３′はこれを乾燥硬化させるポストペーキ／グ
工程を必賛とし、さらに現像液５はこれが大量に消費さ
れるばかりでなくこれに関する公害対策も考慮しなけれ
ばならないなど多くの欠点があった。

そこで半導体製造プロセスにおいて、かかる所謂湿式現
像方法に替えて所謂乾式現像方法に対する要求が高まる
事情にあった。

例えば酸素プラズマ等を使用した現像方法に関シ、へ７
　リ−、グエ／ター−ヒユースト、シェド拳グイ・ケラ
ー祉、特開昭５２−１５５５３１号において、ホトレジ
スト層の放射線に対する露光に次いで未繕光部や未架橋
ホトレジスト重合体を急速に除去する酸素プラズマ雰囲
気での処理により現＠、！メーンが形紙できるとと【提
唱している。

ここで用しられるレジストは、エチレン不飽和芳香族ビ
ニルモノマー、桂皮酸ポリビニル、ポリイソグレン、天
然ゴム樹脂、ホルムアルデヒドノがラック、シンナミリ
デン、又はＩリアクリル酸エステルに基ずく組成物を含
むレジストであシ、これらの例として商品名騙凪、ＫＰ
Ｒ−２，ＫＴＦＲ。

ＫＯＲ等を示している。

しかしかかる市販のレジストを用いて前述の故。

射線ｍ党を行った場合に、該レジストの架橋反応の有無
による後の酸素プラズマによる選択的除去は、あま）に
も崖党部と未露ｉｓｏ選択的除去量の差異が乏しく、そ
の結果前記レジストの便用による微細／ｆターン形成に
は多くの問題が生ずるのが避けられないのである。

例えば第３図の曲線Ｃは、かかるレノスト組賊物、中の
τつのＩリメチルメタクリレー）　（ＰＭＭＡ　）につ
いて放射線（電子ビーム）をｊｌｌｊｌ、久いで酸素グ
ラノｉによル現像を行ったときの露光部と未露元部の除
去率の差異が着るしく小さいことを示し、前記レノスト
においては微細Ａターン形成に未解決の極めて困難な問
題があるととｔ示している。

ここに本発明は上記の点に鑑み、レノスト膜のドライパ
ターンニングの作業性及び実用性を著しく向上させる等
前記従来の欠点ｔ−解決した微細・皆ターン形成方法を
提供することを目的とする。

即ち本発明は、放射億感光性樹脂を非プロトン性溶媒又
は塩基性溶媒に溶解し、この溶液にシリル化剤を添加混
合してなるレノストヲ半導体基板に塗布し、放射線によ
り所定・ぐターンの露光を行った後、前記基板をプラズ
マ中に放置し現像することを特徴とする微細パターンの
形成方法である。

本発明は特に、前述の従来のレゾスト組成物のプラズマ
に対する除去率を極めて顕著に向上させるよう、該レノ
スト組成物の官能基音シリル化させるべくその溶媒とし
て非ノロトン性溶媒を用いると共にこのレジスト用の溶
媒にシリル化剤を添（加混合するととｔ−特徴としてい
るものである。

この発明で用いられる非ノロトン性溶媒はトルエン、塩
基性溶媒としてピリジンに代表されるが、これらの溶媒
に限定されるものでなく、非プロトン性溶媒として他に
ヘキサン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、ジメ
チルホルムアミド等を用いても同様な効果が得られ、ま
た塩基性溶媒も他にトリエチルアミン等が使用され得る
。

又シリル化剤としては、特にヘキサメチルジシラザンが
好適であるが、他にトリメチルク、ロルシ２ン、ジメチ
ルアミノトリメチルシラン、ビス（トリメチルシリル）
アセトアミド、トリメチルシリルジフェニル尿素、ビス
（トリメチルシリル）尿素、トリメチルシリルイミダゾ
ール等数多くのシリル化剤が用いられ得る。この発明で
使用するレジスト材料としては前記に列挙されたものが
略例外なしに使用されるのでその説明を省略する。

又このレジス）１一基板に塗布する手段、放射線による
所定パターンの露光手段及びプラズマによる現像手段も
公知の常用手段で実施すれば良い。

この酸素プラズマによる現像に除しては、フレオンガス
、４塩化炭素ガス、あるいはアルシン、ネオン、ヘリウ
ム、窒素または水蒸気、水素等を混合して使用すること
ができる。

次に本発明の具体的実施例を図面を参照して説明する。

実施例１ 第２図はこの発明の詳細な説明するための図である。ま
ずレジストとしてポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ
）を非ノロトン性溶媒でめるトルエンに溶解し、前記レ
ノスト溶液１０ｆ６に対し、シリル化剤ヘキサメテルノ
シラザン（ＨＭＤＳ）１溶を混合したレジス）１準備す
る。

第２図（＆）において、１１は半導体基板、１２ｉｊそ
の表面のシリコン熱酸化膜であり、まずこのような半導
体基板１１上に前記ＰＭＭＡとＨＭＤＳとの混合溶液を
スピン塗布法で０．５〜２μｍの厚さに塗布した後５０
℃で３０分間ベークを行いレノスト膜１３を得る。

次に所望のＡＩターン形状を焼付けるために電子線１４
を照射する。（第２図（ｂ）　）　Ｌかる後半導体基板
１１をＯＲプラズマ中に放置することにより半導体基板
ｌｌ上のレノスト膜１３の上記電子ｌｌ１ｉ！１４の未
照射部をエツチング除去する。この現像工程は第２図（
Ｃ）に例示されている。図中１５社高岡波電源、１６は
多数の小孔を有する金鵬性円筒からなるシールドチュー
ブ（通常エッチトンネル）、１７祉ヘガス導入口、１８
はロータリーポンプによる排気口である。上記エッチト
ンネル１６によシ、現像に必要なラジカルは小孔を通し
て半導体基板１１の位置まで拡散してくるが、グラズマ
自体は半導体基板１１に直接触れない。

現像条件Ｒ−Ｆ出力１００Ｗ、圧力８Ｔｏｒｒにおいて
は、約３０分で約１．８μｍのレジスｉｆが現像される
。このようにしてレジスト族１３の不要部分を除去しレ
ジスト膜パターン１３′を得る（第２図（ｄ）　）。

次にこのレジスト膜１３′を保護膜としてイオンエッチ
またはプラズマエツチングを行ないシリコン熱酸化膜１
２の不要部分を除去し７、さらに残存するレジスト膜ノ
母ターン１３′を酸素グ・ズマまたは熱硫酸にて除去す
ることによりシリコン熱酸化膜１２のノぐターンニング
形成がなされる（第２図（ｅ））。

一般にレジストの現像におけるパターン特性は、レノス
トの露光部と未露光部がプラズマ現像における感度曲線
で示される１本実施例において、レジスト溶媒にトルエ
ンを使用したＰＭＭＡレジストと、レジスト溶媒にモノ
クロルベンゼンを使用したＰＭＭＡレジストとにそれぞ
れシリル化剤ＨＭＤＳを添加混合したものと、トルエン
溶媒ＰＭＭＡレジストとの王者レノストの感度特性を電
子ビーム照射量に対してプロットしたものが第３図曲線
Ａ。

ＢおよびＣである。

同図から明らかなように、上記トルエンを用いシリル化
剤としてＨＭＤＳを添加混合したレノスト（曲線Ａ）が
露光部と未露光部の現像選択比が顕著に向上しているこ
とが判る　これに対しシリル化剤のＨＭＤＳを含まない
レジベト（曲＃Ｃ）また溶媒がモノクロルベンゼンでめ
るレノスト（曲線Ｂ）は、プラズマによるノ９ターンニ
ングは極めて（，４アあ６．ヶオいい６．。わあ、ツウ
４化剤１（ＭＤＳｔ−有効に作用せしめるに非プロトン
性溶媒でめる゛トルエンが必要であることが明白でめる
。

実施例２ 実施例１におけるトルエンに替えてテトラヒドロフラン
を用いて同様にＰＭＭＡレジストを溶解し、このレジス
ト溶液にシリル他剤ＨＭＤＩ添加混合し得られたレジス
トを実施例１と同様に線光、現像した結果は実施例１と
略同様に満足し得るものであった。

実施例３ レジスト溶媒としてピリジンを用い、シリル化剤として
Ｎ−）リメチルシリルイミダゾール全添加混合して得た
レノストを、実施例１と同様にして露光、現像を行った
結果は実施例１と略同様ｔこ満足し得るものでめった。

以上記載の如く本発明は、放射線感光性情脂を非ゾ田ト
ン性溶媒又祉塩基性溶媒に溶解し、この溶液にシリル化
剤を添加混合してなるレノストヲ半導体基板に塗布し、
放射線によシ所定・譬ターンの露光を行った後、前記基
板をプラズマ中に放置し現像したものでろ９、この結果
前記レノストはその未露光部が容易に気化しやすく、他
方露光部は分子開裂後架橋が生じ、該架橋反応が極めて
酸票デラズ！に対してエツチング耐性を高めドライ現像
で容易に微細／ｌターン形成を可能ならしめることにな
る。そして前記従来の湿式法、即ち現像液を用いる場合
の如く、ノ々ターンニング特性のノＺ２ツキおよび該現
像液による膨潤や微小ノ臂ターンの剥離流出は全くなく
、さらに公害対策の必要性が絶無であるなど前記の諸問
題は解消される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の湿式現像法の一例の微細・９ターン形成
方法を説明するための図、第２図は本発明のパターン形
成方法を示す図、第３図り本発明及び比較例におけるレ
ジストの感度特性を示す図である。 １．１１・・・半導体基板、３．１３・・・レジスト膜
、４．１４−・・放射線、３’　、　１３’・・・レジ
ストノ臂ターン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 放射線感光性樹脂を非プロトン性溶媒又祉塩基性溶媒に
   溶解し、この溶液にシリル化剤を添加混合してなるレジ
   ストを半導体基板に塗布し、放射線によ〕所定ノリ−ン
   の篇光を行った後前記基板をプラズマ中に放置し現像す
   ることを特徴とする微細ノ譬ターンの形成方法。