JPS61218133A - 半導体デバイスのパタ−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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は半導体回路およびシステムの製造に用いる多層
被膜に関するものである。この被膜は上記回路またはシ
ステムの永久的部分となることもあり、または加工中に
除去されるマスクとして使用し、最終の回路またはシス
テムの部品とはならないこともある。

本発明は、特に少くとも１層は耐エツチング性である重
合体材料の多層被膜を製造する方法に関するものである
。

Ｂ、従来技術 パッケージングを含む半導体導体チップおよびシステム
の製造において、多層被膜は絶縁体、半導体および導体
として使用される。パターンを有する装置の製造におい
て、多層被膜はパターンを転写するために用いられるこ
とが多い。

パターン転写の応用例として、多層被膜を加工工程中に
マスクとして使用することがあげられる。

マスクのための多層被膜は重合体を用いることが多く、
これは、この材料の使用が容易で、価格が比較的安いた
めである。転写されるパターンによって、多層マスクは
いくつかの異なる重合体材料で形成してもよく、この場
合それぞれの材料が特定の役割を持つ。たとえば、マス
クをかける基板は多くの幾何学形状を示してもよく、こ
の場合はパターンをつける間、精度を保つために、パタ
ーンをつけたマスクのＮ（作像層）を形成する前に平坦
化層を使用する必要がある。作像層にパターンがつけら
れると、平坦化層を通してパターンを基板に転写する必
要が生じる。半導体産業の最近の傾向として、平坦化層
を通してパターンを転写するのに、乾式エツチングが多
く用いられる。これは、平坦化層を通してパターンを転
写するのに溶剤を用いる従来の湿式法では、現在のシス
テムのパラメータ内で最適な寸法制御を行うのに必要と
考えられている異方性除去機構が得られないからである
。

乾式現像が可能なパターンをつけた多層被膜（レジスト
）の例は、土材らの米国特許第４４２６２４７号、Ｍｅ
ｙｅｒらの米国特許第４４３３０４４号、　ＫｉＬｉｃ
ｈｏｗｓｋｉらの米国特許第４３５７．３６９号、およ
びＧｌｅａｓｏｎらの米国特許第４４３０１５３号明細
書に記載されている。上記すべての特許において、レジ
スト層の１つはシリコンを含有する重合体である。シリ
コンを含有する層は作像され、現像されてパターンを形
成する。次に、パターン化したレジスト層は、酸素プラ
ズマに露出され、または反応性イオン・エツチングを行
う。

これにより、パターン化した層内に酸化シリコンが生じ
、これが下にある重合体層を保護し、下にある重合体層
を通してパターンが転写される。

最近、シリコンを含有しないレジスト層の一部を選択的
にシリコンを含有する耐エツチング層に変換する方法が
開発された。このレジスト層は、作像されるが現像され
ず、層内の潜像を有機金属試薬と反応させて、層内にシ
リコン等の酸化物を形成する金属を混合させる。次に潜
像を乾式現像可能にした後、耐エツチング像を下の平坦
化層とともに酸素プラズマを用いて乾式エツチングして
、現像と同時にパターンを下の基板に転写する。

この乾式現像可能な多層レジストを得るための方法の例
は、米国特許出願第６０９６９０号および６７９５２７
号明細書に記載されている。

しかし、上記２件の出願中の米国特許明細書に記載され
た乾式現像可能な多層レジストを生成する方法では、陰
画のパターンが得られ、多くの半導体産業関係者の好む
陽画のパターンは得られない。さらに、上記２つの方法
では、半導体産業におけるリソグラフィで最も一般的に
用いられる型のノボラック・レジスト材料に適用するに
は問題がある。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 この発明の目的は、有機金属との反応によって耐エツチ
ング性の層を形成することによりパターンを作成する方
法において、陰画または陽画のどちらのパターンでも形
成できるような方法を提供することにある。

Ｄ０問題点を解決するための手段 本発明によれば、少くとも１層はパターン化された耐エ
ツチング性の層であり、陰画でも陽画でも得られる多層
被膜を形成する方法が提供される。

酸素プラズマ等のエツチング剤を、下層等の（ただしこ
れには限定されない）耐エツチング性のパターン化層に
よりじゃ閉された隣接の重合体層を通じて、耐エツチン
グ層中のパターンを転写するのに用いることができる。

本発明の１実施例では、半導体回路およびシステムの製
造に用いる、少くとも１層の耐エツチング層を含む、パ
ターンを有する多層被膜を形成する方法において。

（ａ）少くとも１層の重合体材料の下層の表面上に、重
合体材料の作像層を設け、 （ｂ）上記の作像層内に潜像を形成し、（ｃ）上記の潜
像を現像して、前記の少くとも１層の重合体材料の下層
の表面上に、パターンを有する重合体材料層を形成し、 （ｄ）上記のパターンを有する重合体材料層を有機金属
試薬と反応させて、上記のパターンを有する重合体材料
層を耐エツチング性とすることを特徴とする方法が開示
される。

上記の実施例では、感光材料層が、照射前および現像後
に、有機金属試薬と反応可能である場合、感光材料の照
射を受けた部分が現像工程（Ｑ）において選択的に除去
されれば、陽画のパターンが得られる。工程（ｃ）の後
、残った感光材料の部分は直接有機金属試薬と反応する
。感光材料の照射を受けた部分が（ｃ）の現像工程に対
して選択的に耐える場合には陰画のパターンが得られ１
層の照射を受けない部分が現像により除去される。

現像後に残る層の照射を受けた部分が次に有機金属試薬
と反応する。

他の実施例は、所定のパターンを得るために照射後感光
材料中の像を直接現像することができないもので、現像
の前に反応工程を追加する必要がある。この場合は、同
じ工程（ａ）および（ｂ）の後に、感光材料層をさらに
反応させて、現像特性を変える工程（Ｃ）、反応させた
像を現像しで、少くとも１層の重合体材料の表面上にパ
ターンを形成する工程（ｄ）、及び、現像した像を有機
金属試薬と反応させて、耐エツチング性の材料とする工
程（ｅ）を用いる。この場合も、工程（、ｂ）、（ｃ）
および（ｄ）が、使用する特定の感光材料に与える影響
によって、陽画、陰画のいずれを得ることもできる。

上記の実施例にいずれにおいても、感光材料は照射前お
よび現像後に、有機金属試薬と反応することが可能であ
る。照射の目的は像を作成することのみであり、照射後
、現像前に行われる他の工程すべての目的は、最初に照
射された部分と照射されなかった部分を区別して、現像
により所要のパターンを形成させることである。

本発明の他の実施例では、感光材料が照射前には有機金
属試薬と反応しない。この実施例では、感光材料が有機
金属との反応が可能になるように。

その化学組成が変化する反応を開始させるための照射を
必要とする。感光材料により、照射後に材料が有機金属
試薬と反応できるようにするための反応工程を追加して
もよい。

感光材料が照射前に有機金属試薬と反応できないものを
用いて、陽画のパターンを形成するための１本発明によ
る方法は、 （、）少くとも１層の重合体材料の下層の表面上に１重
合体材料の作像層を設け、 （ｂ）上記の作像層内に潜像を作成し、（Ｑ）上記の潜
像を現像して、前記の少くとも１層の重合体材料の下層
の表面上に、陽画パターンを形成し。

（ｄ）現像した感光材料のパターンを有する層を放射に
露出し。

（ｅ）現像し、照射した工程（ｄ）の層を有機金属試薬
と反応させて、耐エツチング性の材料とすることを特徴
とする。

現像した像をさらに照射する工程（ｄ）が追加されてい
るが、これは、現像後に残った感光材料はまた照射され
ておらず、照射しないと有機金属試薬と反応しないため
である。

照射しないと感光材料が有機試薬と反応しない場合で、
陰画パターンを形成させたい場合の本発明による方法は
、工程（ｄ）は不要なため除く以外は上記の方法と同じ
である。

本発明の他の実施例は、照射前に感光材料が有機金属試
薬と反応せず、所要の現像特性または有機金属試薬との
反応性を得るため、照射だけでは不十分な場合で、この
場合は反応工程を追加する必要がある。この反応工程は
、所要の現像特性を得るためには現像前に、有機金属試
薬との反応性を得るためには現像前または現像後に行う
ことができる。

この場合は、本発明の方法の１例として、上記の工程（
ａ）および（ｂ）と同じ工程の後、感光材料層をさらに
反応させて現像特性１反応性のいずれかまたは両方を変
化させる工程（ｃ）を行う。

工程（ｃ）の後、反応した像を現像して少くとも１層の
重合体材料層の表面上にパターンを形成する工程（ｄ）
と、現像した現を有機金属試薬と反応させ、耐エツチン
グ性とする工程（ｅ）を行う。

この場合も、使用する感光材料と、使用する照射および
現像の特定な組合わせにより、陽画、陰画のいずれも得
ることができる。

上記の実施例のすべてにおいて、耐エツチング性の材料
が形成されれば、酸素プラズマ（または機能的に同等な
乾式エツチング剤）を使用して。

耐エツチング性材料中のパターンを、パターン化された
耐エツチング層でじゃ閉された隣接の重合体層を通して
転写することができる。

本発明の方法を、マスキングのため、およびパターン化
した被膜が回路またはシステムの恒久的な部品となる用
途のためのパターン化した多層皮膜を作成するのに用い
ることができる。後者の場合は、パターン転写後にパタ
ーン化した作像層を除去し、またはパターン転写後に残
った有機金属成分および金属化合物のいずれかまたは両
方を除去する反応を追加することが望ましい。

Ｅ。実施例 実施例中には、感光材料層が照射前にも現像後にも有機
金属試薬と反応できる例が含まれる。この条件を満たす
同光材料は、ＯＨ，Ｃ０ＯＨ，ＮＨ，ＳＲ等の反応性官
能基を含有する重合体材料からなる。活性基の形態は、
場合により次の工程中に変化させることもできるが、反
応基は現像後もある形態を残していなければならない。

この種の重合体材料として代表的なものは、ノボラック
・ポリビニルフェノール、およびポリアクリレートであ
る。ノボラックとポリビニルフェノールは、ジアゾキノ
ン誘導体、ジアジドまたはアジド等の増感剤の添加によ
り感光性にすることができる。

上記の種類の重合体を用いて作成した陽画パターンを有
する多層被膜は第１〜６図に示す方法で作成する。第１
図では、基板１０の表面上に重合体平坦化層１２を被覆
する０重合体平坦化層１２は１反応基を含有している必
要はなく、事実、実施例では含有していない。さらに、
平坦化層は、次に高温処理工程ができるように、高温に
耐える材料でつくられる。この高温に耐える平坦化層は
、ポリイミド、市販のノボラック・フォトレジストを約
２００℃以上で焼付けて熱安定性を増し、有機金属試薬
との反応性を低下させたもの、または他の熱に安定な重
合体からなる１次に、感光材料層１４を、重合体平坦化
層の表面に被覆させる。

次に、第２図に示すように、感光材料１４の表面を放射
に露出させて、その中に第３図に示すような像１６を形
成させる。

説明のため、本明細書の以下の部分、および特許請求の
範囲において、「放射」とは、フォトン（１５０ｎ　ｍ
　〜６００　ｎ　ｍの紫外線）と、Ｘ線、電子線、イオ
ン・ビーム等の、放射源の両方を含むものとする。使用
する特定の放射源は、使用する重合体と増感剤の感度に
より異なる。

次に像を現像して、第４図に示すようなパターンを、感
光材料層の照射した部分を除去することにより形成する
。この除去は照射した部分を溶解し、照射しない部分を
溶解しない溶剤を用いて行われる。

次に、現像したパターンを有機金属試薬と反応させて、
第５図に示す耐エツチング性のパターン１８を得る。次
に酸素プラズマまたは反応性イオン・エツチング技術を
用いて、下の平坦化層１２を通して耐エツチング層１８
のパターンを第６図に示すように、基板の表面２０に転
写する。エツチングの方法および条件によって、平坦化
層は第６図に示すように側壁が垂直に、またはアンダー
カットにエツチングされる。

感光材料を耐エツチング性にするのに用いる有機金属試
薬は、前に参照した米国特許出願番号第６０９６９０号
および第６７９５２７号明細書記載の型のものでよい。

この試薬はまた１本願出願と同時に本願出願人により出
願されたＢａｂｉｃｈらの「耐プラズマ重合体材料の製
造および使用法」（Ｐｌａｓｍａ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ
　Ｐｏｌｙｍｓｒｉｃ　Ｍａｔｅｒｉａｌ。

Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　Ｔｈｅｒｅｏｆ、　Ａｎｄ　
Ｕｓｅ　Ｔｈｅｒｅｏｆ）と題する特許出願明細書に記
載する型のものでもよい。

陰画のパターンを有する多層被膜は、第７〜１３図に示
す方法で形成される。第７図では、基板３０の表面上に
重合体平坦化層を形成させる。この平坦化層は、有機金
属試薬と反応性を有する基を含まないことが好ましい。

次に感光材料層３４を、重合体平坦化層３２の表面に被
覆させる０次に、第８図に示すように、感光材料３４の
表面を。

パターン化した放射に露出して、その中に第９図に示す
ような像３６を生成させる。

続いてこの像を、作像層の照射されない部分３４を除去
することにより現像し、陰画パターンを得る０作像層３
４の照射されない部分を、照射された部分３６に影響を
与えない方法（たとえば溶剤に溶解、または選択的エツ
チング）により除去することができれば、像は直接現像
されて、第１１図に示すような構造が得られる。照射さ
れた像３６と照射されない材料３４が、同様に除去方法
の影響を受ける場合は、照射された像３６は（第１０図
に示すように）その化学構造または成分を変化させて、
照射され、反応した像３８に影響を与えない方法で照射
されない材料３４を除去するように、反応工程を追加し
なければならない。

第１１図に示すように、現像を行った後、現像したパタ
ーン３８を前述の有機金属試薬と反対させて第１２図に
示す耐エツチング性の材料４０を形成する。次に、酸素
プラズマまたは反応性イオン・エツチング技術を用□い
て、耐エツチング層４０のパターンを下の平坦化層３２
を通して、第１３図に示すように基板の表面４２に転写
することができる。

他の実施例では、耐照射性材料が、照射前に有機金属試
薬と反応しない例が含まれる。パターン化した多層被膜
を作成する２つの方法が、前に参照した特許出願番号第
６０９６９０号および第６７９５２７号明細書に記載さ
れている。上記第１の明細書には、照射によって増感剤
が重合体材料と反応する酸を生成し１重合体材料に反応
性の水素を生成する、増感剤と化合する重合体材料の使
用につき述べている１重合体材料は次に有機金属試薬と
反応させる。この方法に用いる重合体材料の代表的なも
のに、ポリ（ｔブチル・メタクリレート）、ポリ（ｔブ
チルオキシカーボニルオキシスチレン）、およびこれら
の共重合体がある。この種の重合体材料は他に、本明細
書に参照した伊藤らの米国特許第４４９１６２８号明細
書に記載されている。第１の明細書にはさらに、増感剤
使用の必要がないように、参照により直接反応性の水素
を生成するポリ（ｐホルミルオキシスチレン）等の重合
体の使用について述べている。第２の明細書には、増感
剤を必要としない別の方法が記載されている。この方法
では、照射によって反応性となる官能基が所要の重合体
の分子に付加される。

このような官能基の代表例として、０ニトロベンジル誘
導体（放射に露出すると配列が変化し、アルコール、＊
、およびアミンを生成する）、フォト・フライの反応性
ユニット、ジアゾケトン類等がある。

上記の型の増感重合体を用いて形成した陽画の多層被膜
は、第１４〜２１図に示す方法で形成される。第１４図
で、基板５０の表面上に重合体平坦化層５２を形成する
０次に１重合体平坦化層５２の表面上に感光材料層５４
を形成する６次に、感光材料層５４の表面を第１５図に
示すようにパターン化した放射に露出し、第１６図に示
すような像５６を作成する。

この像を引続き、作像層の照射した部分５６を除去する
ことにより現像して、陽画のパターンを作成する。照射
した像５６が、照射しない材料に影響を与えない方法（
溶剤に溶解または選択的乾式エツチング）により除去で
きる場合は、像を直接現像して第１８図に示すような陽
画のパターンが得られる。照射した像５６と照射しない
材料５６が同様に除去法の影響を受ける場合は、照射し
た像５６は、化学構造または組成を変化させて。

照射しない材料５４が影響を受けない方法で除去できる
ように、反応工程を追加しなければならない。化学的に
変化させ、照射した像を第１７図の５８で示す、続いて
、照射し、化学的に変化させた像５８を、第１８図に示
すように現像することができる。

現像後に残った作像層５４は、反応基を含有しないため
５反応基を生成させるために第１９図に示すように照射
を行い、変化させた材料６ｏを得なければならない。こ
の場合も、照射だけでは有機金属試薬と反応する基が生
成しない場合には、さらに反応工程が必要となる。

次に、変化させた作像層６０を有機金属試薬と反応させ
て、第２０図に示す耐エツチング性のパターン化層６２
を生成させる。酸素プラズマまたは反応性イオン・エツ
チング技術を用いて、耐エツチング層６２のパターンを
、下の平坦化層５２を通して第２１図に示すように基板
表面６４上に転写することができる。

陰画パターンを有する多層被膜は、第２２〜２８図に示
す方法で作成することができる。第２２図で、基板７０
の表面上に重合体平坦化層７２を形成する０次に重合体
平坦化層の表面上に感光材料層７４を形成させる０次に
第２３図に示すように、感光材料層７４の表面をパター
ン化した放射に露出して、第２４図に示す像７６を作成
する。

続いてこの像を１作像層の照射されない部分７４を除去
することにより現像して、陰画像を得る。

照射されない材料７４が、照射した像７６に影響を与え
ない方法で除去できる場合は、像を直接現像して第２６
図に示す構造とすることができる。

照射された像７６と、照射されない像７４が同様に除去
方法の影響を受ける場合は、照射された像７６は、第２
５図に示すように、その化学構造または組成を変化させ
て、照射されない材料７４が、照射された像７６に影響
を与えない方法で除去されるようにするための反応工程
を追加しなければならない。この化学的に変化させ、照
射した像を第２５図の７８で示す。引続き、化学的に変
化させ、照射した像７８を、第２６図に示すように現像
することができる。

像を形成した層は、前の工程で生成させた活性基を含有
するため、現像した像７８は第２７図に示すように、有
機金属試薬と反応させ、耐エツチング性のパターン化層
８０を形成させることができる。次に、酸素プラズマま
たは反応性イオン・エツチング技術を用いて、第２８図
に示すように耐エツチング層８０のパターンを下の平坦
化層７２を通して、基板表面８２に転写することができ
る。

本発明の各実施例により、陰画、陽画のいずれも作成さ
れ、半導体産業で通常使用されているレジスト・システ
ムを用いることが可能で、必要な装置のコストと、処理
速度の点で好ましい作像層の湿式現像が可能となる。

一例」２ 第１の例は、照射前、現像後に、反応基を含有する重合
体を使用してパターンを有する多層被膜を作成するもの
である。生成したパターンは陽画であり、パターンを有
する多層被膜の上層は耐乾式エツチング性を有する。パ
ターンを有する多層被膜を作成する方法は第１〜６図に
示すものである。

予めイミド化したポリイミド（平坦化）層１２を、標準
的なスピン・コーティング技術を用いて、シリコン・ウ
ェーハ基板１０上に形成させた。このポリイミドは平均
分子量約７０，０００のものである。引続きポリイミド
のγブチロラクトン・キャリアを、２５０℃で約３０分
間加熱して除去した。ポリイミド層１２の厚みは約２．
０ミクロンとした。

ジアゾキノン誘導体で増感したノボラック重合体レジス
トの作像層１４を、ポリイミド層１２の表面上にスピン
・コーティングにより塗布した。

次にノボラック・ベースのレジストの酢酸エチル・セロ
ソルブのキャリアを８５℃で約３０分間加熱して除去し
た。ノボラックを主体とするレジストの厚みは約１．２
ミクロンである。形成した構造は第１図に示すものであ
る。作像層１４は、密着印画により、約２５ｍＪ／ａＪ
の線量の近紫外線を用いて第２図に示すように照射し、
第３図の１６に示すような像を作成した。

次のこの像を塩基性水溶液の現像を用いて照射した像を
除去することにより現像し、第４図に示す陽画パターン
を得た。現像した像を走査型電子顕微鏡で観察すると、
シャープで、平坦化層１２と作像層１４の間には層間の
混合は見られなかった。

現像後、第４図に示す構造をＭｉｃｒｏｌｉｔａ　１２
６ＰＣＰｈｏｔｏｓｔａｂｉｌｉｚａｒ　（Ｆｕｓｉｏ
ｎ　ＳｙｓｔｅｍｓＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製）を最大
出力にして約３０秒間露出し、次に沸騰したベキサメチ
ルジシラザン（ＨＭＤＳ）の蒸気に約４５分間露出して
、第５図に示すシリコンを含有する耐エツチング層１８
を生成させた。ポリイミド層１２は反応基を含有しない
ので、ＨＭＤＳはポリイミド層とは反応しないと考えら
れた。

耐エツチング性の像を形成した層１８のパターンを引続
いて平行板ＲＩＥ装置を用いた酸素反応性イオン・エツ
チングにより、ポリイミド層１２を通してシリコン・ウ
ェーハの基板１０の表面２０に転写した。

シリコン・ウェーハ上の２層のパターン化した被膜の構
造を走査型電子顕微鏡で観察すると、平坦化層１２の上
に耐エツチング性の作像材料の層１８が見られ、平坦化
材料の側壁は垂直で、露出した基板表面上には、破片ま
たは明らかな汚染は見られなかった。

班ス 第２の例は、照射前に反応基を含有しない重合体を用い
て、パターンを有する多層被膜を作成するものである。

作成したパターンは陽画で、パターンを有する被膜の上
層は耐乾式エツチング性を有するものであった。パター
ンを有する多層被膜を作成するのに用いた方法は第１４
〜２１図に示すものである。

シリコン・ウェーハ５０の表面上に、標準のスピン・コ
ーティング技術を用いて、ノボラック重合体材料層５２
を塗布した。ノボラックのキャリアは、オーブンで加熱
して除去した。オーブンによる加熱は、２００℃以上に
加熱することにより、熱安定性を高めるとともに、有機
金属試薬（次工程で使用）が浸透し、ノボラックの官能
基と反応するのを抑制する効果がある。

トリフェニルスルホニウム・ヘキサフルオロアーセネー
トを全固型分に対して１８．５％含有する、ポリ（ｔブ
トキシカルボニルオキシスチレン）（ＰＢＯＣ８）の作
像層５４を、標準のスピン・コーティングによりノボラ
ック層５４の表面上に塗布した。続いて１００℃で約１
５分間加熱し、ＰＢＣＣ８−トリフェニルスルホニウム
・ヘキサフルオロアーセネートの酢酸セロソルブ・キャ
リアを除去した。生成した構造は第１４図に示すような
ものであった。次に、作像層５４を第１５図に示すよう
に、約５　ｍ　Ｊ　／　ｃｉの線量の、２５４ｎｍの放
射に露出して、第１６図に示す像５６を作成した。

ＰＢ０１Ｃ８中の潜像５６を、約１００’Ｃに約２分間
加熱し、第１７図に示す必要な反応性を示す形ｆｉ５８
に変換した。

引続き、変換した像５８を、イソプロピル・アルコール
の現像溶剤を用いて約２分間現像した後、イソプロピル
・アルコールですすぎ、第１８図に示す陽画像を得た。

照射されない作像層５４は上記の工程後に反応基を含有
しないため、この材料を照射する必要がある。この構造
の表面を、第１９図に示すように。

約５　ｍ　Ｊ　／　ａｌｌの線量で２５４ｎｍの放射に
フラッド露出した後、１００℃で約２分間加熱してＰＢ
ＯＣＳ重合体を活性水素を含有する、作像層６゜で代表
される形態に変換した。

層５２および６０を被覆したシリコン・ウェーハ５０を
、５０トルを超える圧力のヘキサメチルジシラザン（Ｈ
ＭＤＳ）とともに、１１０℃に加熱した真空オーブンに
約１０分量大れた。第２０図は作像層６０中の活性水素
とＨＭＤＳとの反応により、層６０がシリコンを含有す
る耐エツチング性の材料６２に変換されたことを示す。

次に作像層６２中のパターンをＴａｇａｌ平行板ＲＩＥ
装置を用いた酸素反応性イオン・エツチングにより、平
坦化層５２を通してシリコン・ウェーハ５０の表面６４
に転写した。

シリコン・ウェーハ上の２層の重合体被膜の構造を、走
査型電子顕微鏡で観察したところ、平坦化層の側壁は垂
直であり、基板５０の表面６４には、破片は見られなか
った。

上記の工程はまた、全固型分に対して約４重量％という
低い濃度のヘキサフルオロアンチモネートを含有するＰ
ＢＯＣ８を用いても行うことができた。不安定な循環性
の酸ヘンダント基と、陽イオン性光開始剤を化合させた
、他のレジスト組成は、伊藤らの米国特許第４４９１６
２８号明細書に記載されている。

童１ｉ 第３の例は、照射前に反応基を含有しない重合体を用い
て作成したパターンを有する多層被膜に関するものであ
る。パターンは陰画で、パターンを有する被膜の上層は
耐乾式エツチング性である。

パターンを有する多層被膜の製造に用いた方法は第２２
〜２８図に示す。

ノボラック・フォトレジスト重合体層７２を、標準のス
ピン・コーティングにより、シリコン・ウェーハ７０の
表面に塗布した０次にノボラック重合体のキャリアをオ
ーブン加熱により除去した。

キャリア除去後のノボラック層の厚みは約２〜４ミクロ
ンであった。

トリフェニルスルホニウム・ヘキサフルオロアーセネー
トを全固型分に対して１８．５％含有するポリ（ｔブト
キシカルボニルオキシスチレン）（ＰＢＯＣ８）の作像
層７４を、標準のスピン・コーティングによりノボラッ
ク層７２の表面上に塗布した１次に、ＰＢＯＣ８−トリ
フェニルスルホニウム・ヘキサフルオロアーセネートの
酢酸セロソルブ・キャリアを、約１００℃のオーブンで
約１５分間加熱して除去した。ＰＢＣＯ８作像層の厚み
は約１ミクロンであった。作成した構造は第２２図に示
すようなものであった。

作像層７４を第２３図に示すように、約５ｍＪ／ｄの２
５４ｎｍの放射に露出し、第２４図に示す潜像を形成し
た。次にこの作像層を約１００℃で数分間オーブン加熱
してＰＢＣＣ８中に反応性官能基を生成させた。第２５
図は化学的に変化させた像７８を示したものである。

次にこの像を、アニソール現像剤を用いて約２分間現像
した後、アニソールですすぎ、第２６図に示す陰画パタ
ーンを作成した。

次に層７２および７８で被覆されたシリコン・ウェーハ
７０を、例２で述べたように真空オーブンに入れ、ＨＭ
ＤＳと反応させた。第２７図は、耐エツチング性の材料
８０を生成させるためにＨＭＤＳと反応させた後の作像
層７８を示したものである。

耐エツチング性の層８０内のパターンを反応性イオン・
エツチングにより、第２８図に示すように、平坦化層５
２を通して、シリコン・ウェーハ７０の表面８２上に転
写させた。

シリコン・ウェーハ上の２層の被膜構造を走査型電子顕
微鏡で観察すると、平坦化層７２上に作像層８０があり
、平坦化層の側壁はわずかにアンダーカットを示した。

Ｆ１発明の効果 以上のように、この発明によれば、湿式パターン化工程
と、有機金属による耐エツチング化工程とを組み合わせ
たことにより、有機金属との反応による耐エツチング層
を含む構造により陽画と陰画のどちらのパターンでも形
成できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は、陽画パターンを有する多層被膜
を形成するための一連の工程を示す図で。 上層は耐エツチング性であり、上の被膜（作像）層は照
射前および現像後に反応性を有する基を゛含有するもの
である。 第７図ないし第１３図は、陰画パターンを有する多層被
膜を形成するための一連の工程を示す図で上層は耐エツ
チング性であり、上の被膜（作像）層は照射前および現
像後に反応性を有する基を含有するものである。 第１４図ないし第２１図は、陽画パターンを有する多層
被膜を形成するための一連の工程を示す図で、上層は耐
エツチング性であり、上の被膜（作像）層は照射前に反
応性を基する基を含有しない感光材料であり、感光材料
中に所定の形態の活性基を生成させるための反応工程を
必要とするものである。 第２２図ないし第２８図は、陰画パターンを有する多層
被膜を形成するための一連の工程を示す図で、上層は耐
エツチング性であり、上の被膜（作像）層は照射前に反
応性を有する基を含有しない感光材料で、感光材料中に
活性基を生成させるための反応工程を必要とするもので
ある。 １０．３ｏ、５０．７０　・−・・基板、１２．３２．
５２．７２・・・・平坦化層、１４．３４．５４．７４
・・・・感光材料層、１６．３６．５６．７６・・・・
像。 出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人　　弁理士　　山　　本　　仁　　朗（外１名） 第５図 ■の行者 第７図 慎ｊし性イオＳ／１ツチレグ 稟２８面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体回路およびシステムの製造に用いる、少く
   とも１層の耐エッチング層を含む、パターンを有する多
   層被膜を形成する工程を含む半導体デバイスの製造方法
   において、 （ａ）少くとも１層の重合体材料の下層の表面上に、パ
   ターンを形成するための重合体材料の作像層を設け、 （ｂ）上記の作像層内に潜像を作成し、 （ｃ）上記の潜像を現像して、前記の少くとも１層の重
   合体材料の下層の表面上に、パターンを有する重合体材
   料層を形成し、 （ｄ）上記のパターンを有する重合体材料層を有機金属
   試薬と反応させて、上記のパターンを有する重合体材料
   層を耐エッチング性とする工程を含む半導体デバイスの
   パターン形成方法。
2. （２）半導体回路およびシステムの製造に用いる、少く
   とも１層の耐エッチング層を含む、パターンを有する多
   層被膜を形成する工程を含む半導体デバイスの製造方法
   において、 （ａ）少くとも１層の重合体材料の下層の表面上に、パ
   ターンを形成するための重合体材料の作像層を設け、 （ｂ）上記の作像層内に潜像を作成し、 （ｃ）上記の潜像を現像して、前記の少くとも１層の重
   合体材料の下層の表面上に、パターンを有する重合体材
   料層を形成し、 （ｄ）上記の現像したパターンを有する重合体材料層を
   、有機金層試薬と反応するよう改質し、（ｅ）上記のパ
   ターンを有する重合体材料層を有機金属試薬と反応させ
   て、上記のパターンを有する重合体材料層を耐エッチン
   グ性とする工程を含む半導体デバイスのパターン形成方
   法。