JPS61256731A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はパターン形成方法に関し、詳しくは高い集積度
を有する半導体集積回路や磁気バブル素子の微細パター
ン形成に特に有用なパターン形成方法に関する。

〔発明の背景〕

近年、半導体集積回路の規模は増大し、高密度化、パタ
ーンの微細化が要求されている。高密度化にともないパ
ターン寸法は微細になるにもかかわらず、段差深さはむ
しろ増大し、したがって基板表面の凹凸はますます急峻
かつ激しくなってきた。

基板表面に凹凸がある場合、凹部と凸部ではレジスト膜
厚が異なるために寸法精度が低下する。

さらに、基板からの反射光の影響によって解像度が低下
し、また寸法精度も低下する。これらの問題点を解決す
るために多層レジスト法とよばれる方法が提案されてい
る。

多層レジスト法は基板の凹凸を厚い流動性有機物で平坦
化した後、その上に通常の方法、すなわちレジスト層を
形成し露光・現像を行なってパターンを形成し、ここで
形成したパターンを順次下地層に反応性プラズマエツチ
ング、スパッタエツチングなどにより転写するものであ
る。

第１層有機物層とレジストは双方有機物であるため、パ
ターンを上記第１層有機物層に直接転写することは困難
である。そこでパターン転写の除用いる反応性イオンエ
ツチングにおいて十分選択比のとれる層（中間層）を第
１層有機物層とレジストの間に形成し、レジスト／中間
層／第１暦有機物層からなる三層構造でパターンを形成
する方法が一般的である。

厚い第１層有機物層に吸光性を持たせることにより、基
板からの反射光の影響を低減することができる。

流動性の高い厚い有機物層により第１層有機物層の表面
は基板に大きな凹凸があるにもかかわらず比較的平坦に
なる。このためレジスト膜厚差にともなう寸法精度の低
下を防止することができる。

しかしながら、基板上の相対的な凹凸はパターンが微細
になるほど大きくなり、現在ではアスペクト比が１を越
えるものや、段差が１μｍを超えるものも存在する。こ
のような場合には流動性の高い厚い有機物層を用いても
十分には表面を平坦にすることができない。

中間層には量産性の面からジャーナル・オブ・ケミカル
ソサイテイ（Ｊ、　Ｅ１ｅｃｔｒｏｃｈｅ＋ａ、　Ｓｏ
ｃ、）第１２９巻２１５２ページに報告されて居ように
塗布形成膜であるＳ　ＯＧ　（Ｓｐｉｎ　ｏｎ　Ｇｌａ
ｓｓ　）が用いられている。しかしＳＯＧは塗布形成膜
であるために塗布面が平坦でないと膜厚が場所によって
変化する。ＳＯＧはその構造上クラックを生じやすく、
膜厚を厚くすることができない。したがって基板段差が
激しい場合には中間層ＳＯＧが極端に薄い部分が生じ、
中間層本来の機能である第１層有機物層の加工マスクと
しての機能を果たさなくなるという問題があった。

またＳＯＧは光学的な面からも問題がある。レジストと
ＳＯＧとでは屈折率が異なるため（おのおの約１．６８
　．１．４５　）上層レジストと中間層ＳＯＧおよび中
間層ＳＯＧと第１層有機物層との界面で光反射を生じ、
この反射光がパターン精度を低下させていた。

眉間絶縁膜にポリイミド膜を用いる場合にも多層レジス
トの場合とほぼ同様の問題がある。レジスト膜とポリイ
ミド膜はともに有機膜であるため、レジスト上に形成し
たパターンをドライエツチングによってポリイミド膜へ
転写するためにはレジスト膜とポリイミド膜との間に無
機物でできた中間層を形成する必要がある。中間層は量
産性の面から塗布形成膜が好ましいが、ＳＯＧでは多層
レジストの中間層に用いた場合と全く同様の問題点をも
つ。特にポリイミド膜は多層レジストに用いる第１層有
機物膜より平坦化の能力が劣るので基板に段差がある場
合中間層ＳＯＧの膜厚差が多層レジストの場合より大き
くなり９時としてマスクにならないことがある。なおＳ
ｏＧの膜厚を厚くするとクラックが生ずる。

以上、従来用いられていた多層レジストの中間層として
のＳｏＧおよびポリイミド膜等の有機膜の加工マスクと
してのＳＯＧは基板の凹凸にともなうマスク機能の低下
、欠陥の発生および寸法精度の低下といった問題点をも
つ。

なお、第１層有機物層を十分に厚く形成するとその表面
は平坦となるため基板段差にともなう中間層の膜厚変化
は小さくなる。そのためＳＯＧを中間層に用いた場合で
もパターン形成は可能となる。しかし第１層有機物層が
十分に厚いため多層レジストパターンのアスペクト比は
極めて大きくなり、被加工膜のエツチングが困難になる
という問題がある。また第１層有機物層がポリイミドの
ような眉間絶縁膜の場合には素子特性に影響を与え、ま
た配線間の導通をとることが困難になるという問題を生
ずる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来の問題を解決し、基板表面に
凹凸が存在しても微細な各種パターンを極めて高い精度
で、かつ極めて低い欠陥密度で形成することのできるパ
ターン形成方法を提供することである。

〔発明の概要〕

多層レジスト法における中間層および有機膜加工用マス
クは量産性の面から塗布形成膜が好ましい。そこで塗布
形成膜でかつ厚膜であってもクラックを生じない材料を
各種検討した。その結果、ラダー型シリコン樹脂が適し
ていることがわかった。しかしラダー型シリコン樹脂の
屈折率は約１．４〜１．５　とレジストの屈折率約１．
６８　に比べて低いためレジスト膜とラダー型シリコン
膜およびラダー型シリコン膜と第１Ｒ有機物層界面で光
反射を生ずる。そこでラダー型シリコン樹脂に金属錯体
化合物を混入して屈折率を高めてこれらの界面での光反
射を低減し、寸法精度を向上させた。金属錯体化合物は
ベークする、二とにより酸化金属化するのでドライエツ
チングに対して有機物と十分なエッチレート比がとれる
。このためマスク材料として好ましい。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

まず第１図（ａ）に示すように段差をもっＳｉ基板１上
に被加工膜であるＡ１膜２を形成した。

本実施例ではＳｉ基板上の段差を０．８　　μｍおよび
１．５　μｍとしたが、この段差に限らない。また被加
工膜にはＡ１膜を用いたがこれに限らず、Ｗ、Ｍｏなど
の金属膜、ＳｉＯ２，リンガラス膜。

窒化シリコン膜などの絶縁膜、　Ｐｏ１ｙ　Ｓｉ　、タ
ングステンシリサイド、モリブデンシリサイドなどのシ
リサイドあるいはポリサイド膜でもかまわない。

次に被加工膜であるＡ１膜２上に第１層有機物層３を約
２μｍの厚さで形成した。この膜厚は平坦部での膜厚で
ある。ここで第１層有機物層３にはＡＺ１３５０Ｊ　　
（Ｓｈｉｐｌｅｙ社商品名）を用いたが、ＡＺ１３５０
Ｊニ限らず０ＦＰＲ８００，０ＮＰＲ８３０（東京応化
工業（株）商品名）　、　ＨＰＲ２０４（Ｈｕｎｔ　Ｃ
ｈｅｍ。

社命品名）などのフェノールノボラック系レジスト、　
ＲＤ２０ＯＮ　、　ＲＵｌｏｏＯＮ　（日立化成工業（
株）社命品名）などのポリビニルフェノール系レジスト
。

ＫＴＦＲ（Ｋｏｄａｋ商品名）、ＣＢＲ（日本合成ゴム
（株）社命品名）などの環化ゴム系レジスト。

ＰＭにＡ、　ＰＭＩＰＫ　、あるいはポリサルフオン樹
脂なども用いることができる。しかる後約２００℃３０
分の熱処理を行なった。その後、ポリメチルシルセスキ
オサンとジプロポキシアセチルアセトナトチタンの等量
（重量比）混合物をブタノールに溶解し、上記第１層有
機物層上にスピン塗布・２００℃３０分の熱処理を行な
って第２層中間膜４を形成した。中間膜４の膜厚は第１
層有機物層表面が平坦でないために場所によって異なり
、その値は約０．０５〜０．２５　μｍであった。なお
、第１層有機物層３の熱処理によって、第１層有機物層
３と中間層４は混じりあうことはなかった。

その後、通常の方法でＡＺ１３５０Ｊを用いたフォトレ
ジスト層に縮小投影露光法によってパターン５を形成し
た。使用した露光光の波長は３６５μｍである。パター
ン５の寸法精度は約０．０５　　μｍであった。ここで
は３６５μｍの波長の露光光を用いた場合を示したがこ
の波長に限らず、４０５゜４３６ｎｍなど他の波長の光
を用いてもがまわない、また縮小投影露光法に限らず、
１：１プロジェクション法、コンタクト露光法およびプ
ロキシミテイ露光法などでもかまわない。ちなみにポリ
メチルシルセスキオキサンのみをブタノールに溶かした
溶液を用いて中間層４を形成した場合では、パターン５
の寸法精度は約０．１　　μであり、ジプロポキシアセ
チルアセトナトチタンとの混合物を用いた場合に比べ、
約２倍はど寸法精度が低かった。中間層にＳＯＧを用い
た場合でもパターン５の寸法精度は約０．１　　μｍで
ありポリメチルシルセスキオキサンのみの溶液を用いた
場合と同様に寸法精度が低かった。

しかる後、第１図（ｃ）に示したように通常のドライエ
ツチングにより、レジストパターン５を中間層４に転写
し、パターン４′を形成した。４レジストＡＺ１３５０
Ｊと中間層４との選択比は大きく、良好なパターン転写
ができた。しかる後第１図（ｄ）に示したように通常の
方法によりパターン４′をマスクとして第１層有機物層
３にパターンを転写しパターン３′を形成した。中間層
４の０２ガスを用いた反応性イオンエツチングのエッチ
レートは約０．５　　ｎｍ／ｗｉｎであり、第１層有機
物層（ＡＺ１３５０Ｊ　）のエッチレートは約５０ｎｍ
／ｗｉｎであるので、中間層と第１層有機物層との選択
比はこの場合も十分大きく良好なパターン転写ができた
。中間層４の膜厚は最も薄い部分でも約０・０５　μｍ
あったので第１層有機物層のエツチング後にも中間層４
′は残り、マスクとしての機能を十分果たした。

ポリメチルシルセスキオキサンとジプロポキシアセチル
アセトナトチタンの混合溶液による塗布形成膜は約０．
４　μｍの膜厚でもクランクを生じなかった。上述の実
施例でもクラック等の欠陥は認められなかった。一方、
中間層にＳＯＧを用いた場合には約０．２　　μｍ以上
の膜厚でクラックが生じた。ＳＯＧの原液とジプロポキ
シアセチルアセトナトチタンの混合溶液による塗布形成
膜を中間層に用いた場合には約０．１３　μｍ以上の膜
厚でクラックが生じた。したがってクラックに比較的強
いＳＯＧを中間層に用いた場合でも膜厚は約０．２　μ
ｍ以下にする必要があった。中間層４にポリメチルシル
セスキオキサンとジプロポキシアセチルアセトナトチタ
ンの混合溶液による塗布形成膜を用いる代わりに膜厚が
最も厚いところで約０．２　μｍのＳＯＧを用いて、上
述の工程に従ってパターンを形成した。この場合、基板
膜差部付近で中間層ＳＯＧが薄くなるため、第１層有機
物層を加工するときに中間層パターン４′がエツチング
に耐えず、一部本来あるべきパターンが欠如していた。

すなわち、中間層ＳＯＧはマスク材料としての機能を果
たさなかった。

上記実施例ではポリメチルシルセスキオキサンとジプロ
ポキシアセチルアセトナトチタンの混合物の場合を説明
したが、この材料に限らず、ポリメチルシルセスキオキ
サンの代わりにポリエチルシルセスキオキサン、ポリフ
ェニルシルセスキオキサンなどのラダー型シリコンを用
いてもよい。

またジプロポキシアセチルアセトナトチタンの代わりに
イソプロポキシチタネート、テトラブトキシチタンなど
のチタン錯体化合物あるいはＣｅ。

Ｈｆ、Ｉｎ、Ｌａ、Ｓｂ、Ｔａ、Ｔｈ、Ｙ、Ｚｒ＊Ｓｎ
などの錯体化合物も用いることができる。またこれらの
混合物の溶剤もブタノールに限らず、エタノール、メタ
ノール、プロパツールなどのアルコール、ブチルアセテ
ートおよびアセテートとアルコールの混合物などを用い
ることができる。

以上のことから、中間層にラダー型シリコンと錯体化合
物の混合物を用いることにより、基板段差が大きな場合
でも、欠陥が少なくかつ精度の高いパターンを形成する
ことができた。

以上多層レジストの場合を説明してきたが、有機膜の加
工マスクとしてもラダー型シリコンと錯体化合物の混合
物は多層レジストの中間層に用いた場合と同様に効果が
あった。

第１図に示す工程にしたがって上記実施例と長様な方法
でパターン形成を行なった。ただし、この場合の被加工
膜は第１層有機物層３であり、第１層化合物層３にはポ
リイミド膜を用いた。ポリイミド膜はポリイミド溶液（
Ｐ　Ｉ　Ｑ　：日立化層（株）社製）を塗布した後２０
０　”Ｃ３０分、その後３５０℃３０分の熱処理を行な
って形成した。

ポリイミド膜の平坦部での膜厚は熱処理後で約２μｍで
ある。ポリイミド膜は熱処理したレジスト膜より段差に
忠実に形成されるのでポリイミド膜の表面は基板段差に
応じて起伏に豊み、熱処理レジスト膜より平坦度は低か
った。

第１層有機物層３の加工マスクとしての中間層４には上
記実施例と同様にポリメチルシルセスキオキサンとジプ
ロポキシアセトナトチタンの混合溶液による塗布形成膜
を用いた。この場合の膜厚は最も薄い場所で約０．０５
　μｍ、厚い場所で約０・３　μｍであった。

上記実施例と同様な方法で形成したレジストパターン５
の寸法精度は約０．０５　μｍであった。

そして第１層有機物層であるポリイミド膜に高精度でか
つ欠陥のないパターン３′を形成することができた。

なお中間層４にＳＯＧを用いると場所による中間層の膜
厚変化が大きいために欠陥なしにパターンを形成するこ
とはできなかった。またラダー型シリコン樹脂のみを用
いて中間層４を形成するとレジストパターン５の寸法精
度は約０．１　　μｍであり良好ではあるが、錯体化合
物を含む場合よりは寸法精度が低かった。

〔発明の効果〕

基板表面に急峻な段差が存在する場合においても本発明
に用いれば極めて高い精度で、かつ極めて低い欠陥密度
で微細な各種パターンを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例を示す工程図
である。 １・・・Ｓｉ基板、２・・・ＡＱ膜、３・・・第１層有
機物層、３′・・・第１層有機物層に転写されたパター
ン、４・・・中間層、４′中間層に転写されたパターン
、５・・・レジストパターン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被加工基板上に第１層有機物層、第２層化合物層、
   および第３層レジスト層を積層して形成し、順次前記第
   ３層、第２層および第１層に所望パターンを転写し、被
   加工膜の加工マスクを形成する方法において、ラダー型
   シリコンと錯体化合物を含有する溶液を塗布・加熱する
   ことによって形成した膜を第２層化合物層として用いる
   ことを特徴とするパターン形成方法。 ２、被加工物層である第１層有機物層上に第２層化合物
   層、および第３層レジスト層を形成し、順次前記第３層
   、第２層、第１層に所望パターンを転写し、被加工層で
   ある第１層有機物層を加工する方法において、第２層化
   合物層にラダー型シリコンと錯体化合物を含有する溶液
   を塗布・加熱することによって形成した膜を用いること
   を特徴とするパターン形成方法。