JPS61296717A - Formation of fine pattern - Google Patents
Formation of fine patternInfo
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- JPS61296717A JPS61296717A JP60138718A JP13871885A JPS61296717A JP S61296717 A JPS61296717 A JP S61296717A JP 60138718 A JP60138718 A JP 60138718A JP 13871885 A JP13871885 A JP 13871885A JP S61296717 A JPS61296717 A JP S61296717A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は微細パターン形成法に関し、特に大規模集積回
路に好適な微細パターン形成法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for forming fine patterns, and particularly to a method for forming fine patterns suitable for large-scale integrated circuits.
近年LSI及び超LSIなどの半導体装置において、l
チップの中に数十刃〜数百万までの半導体素子を含むも
のが出現し、それにより半導体装置中の素子の実装密度
は極めて大きくなり、半導体基板上に形成する素子パタ
ーンの微細化が要求されている。In recent years, in semiconductor devices such as LSI and VLSI,
Chips containing several dozen to millions of semiconductor elements have appeared, and as a result, the packaging density of elements in semiconductor devices has become extremely high, requiring miniaturization of element patterns formed on semiconductor substrates. has been done.
そのため、これら大規模集積回路で要求される微細パタ
ーンを形成するために多層レジスト法かは、例えば第2
図(a)〜(f)に示すような工程により行なわれる。Therefore, it is difficult to decide whether to use a multilayer resist method to form the fine patterns required for these large-scale integrated circuits.
The process is performed as shown in Figures (a) to (f).
まず、半導体基板lの表面に約0.5μmの表面段差2
があるとする。その上にフェノール・ノボラック系材質
のポジ型フォトレジスト(例えばシラプレー(5hip
ley)社製のマイクロポジット(Microposi
t ) 1300−38)をスピンコード法により約1
.8μmの厚さに塗布した後、200 Cのホットプレ
ート上で90秒間加熱処理して段差のない平坦な表面を
有する下層フォトレジスト層11を形成する(第2図(
a))。First, a surface step 2 of approximately 0.5 μm is formed on the surface of the semiconductor substrate l.
Suppose there is. On top of that, apply a positive photoresist made of phenol/novolak material (for example, Silapray (5hip)
Microposit manufactured by Ray)
t) 1300-38) to about 1 by the spin code method.
.. After coating to a thickness of 8 μm, the lower photoresist layer 11 is heated on a hot plate at 200 C for 90 seconds to form a lower photoresist layer 11 having a flat surface with no steps (see FIG. 2).
a)).
次に、下層フォトレジスト層11上にスピンオングラ、
x、 (5pin Qn Qlass )材(例えば東
京応化工業社製の0CD)を同じくスピンコード法によ
り塗布し190C,60秒間ホットプレート加熱処理し
て厚さ0.12μmのシリカ材質による中間層、H2を
形成する(第2図(b))。Next, on the lower photoresist layer 11, a spin-on photoresist layer is formed.
x, (5pin Qn Qlass) material (for example, 0CD manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was coated by the same spin code method and heated on a hot plate at 190C for 60 seconds to form an intermediate layer of silica material H2 with a thickness of 0.12 μm. (Fig. 2(b)).
次−11で、シリカ中間層12上にポジ型フォトレジス
ト(例えばシラプレー社製のマイクロボジッ)1400
−10)をスピンコード法により0.6μmの厚さに塗
布し、100C,45秒間のホットプレート加熱処理を
行なって上層フォトレジスト層13を形成する(第2図
(C))。In step-11, a positive photoresist (for example, Microbodi manufactured by Silapray) 1400 is applied on the silica intermediate layer 12.
-10) is applied to a thickness of 0.6 .mu.m by a spin code method and subjected to hot plate heat treatment at 100 C for 45 seconds to form the upper photoresist layer 13 (FIG. 2(C)).
次に、縮小投影型露光装置(例えばGCA社製のDSW
4800) による選択的露光および水酸化テトラメ
チルアンモニウム(CHI )4 N・OHを主成分と
する現像液により、上層フォトレジスト層130所定露
光部分3を除去して上層フォトレジストパターン13A
を形成する(第2図(d))。Next, a reduction projection type exposure device (for example, DSW manufactured by GCA)
4800) and a developer containing tetramethylammonium hydroxide (CHI)4N.OH as a main component, a predetermined exposed portion 3 of the upper photoresist layer 130 is removed to form the upper photoresist pattern 13A.
(Fig. 2(d)).
次に、平行平板型反応性イオンエツチング装置を用い、
CFaとH8の混合ガスのプラズマ中で上層フォトレジ
ストパターン13Aをマスクしてシリカ中間層120所
定部分をエツチング除去し、シリカ中間層パターン12
Aを形成する(第2図(e))。Next, using a parallel plate reactive ion etching device,
The upper photoresist pattern 13A is masked in plasma of a mixed gas of CFa and H8, and a predetermined portion of the silica intermediate layer 120 is removed by etching.
A is formed (Fig. 2(e)).
続いて、反応性エツチング装置のエツチングガスを02
に変更して、シリカ中間層パターン12Aをマスクとし
てさらにエツチング処理を所定時間性なうと、下層フォ
トレジスト層11の所定部分及び上層フォトレジストパ
ターン13Aは除去されて、下層フォトレジストパター
ンIIAが形成され2層レジストパターン形成が完成す
る。(第2図(f))。Next, the etching gas of the reactive etching device was
When etching is further performed for a predetermined period of time using the silica intermediate layer pattern 12A as a mask, a predetermined portion of the lower photoresist layer 11 and the upper photoresist pattern 13A are removed, and a lower photoresist pattern IIA is formed. Two-layer resist pattern formation is completed. (Figure 2(f)).
以上の方法による多層レジスト法は、下層のフォトレジ
スト層11により半導体基板表面の段差が平坦化され、
上層フォトレジスト層13の膜厚を単層フォトレジスト
法の場合より薄くできるため、パターンの解像性及び寸
法制御性が著しく向上する。In the multilayer resist method according to the above method, the steps on the surface of the semiconductor substrate are flattened by the lower photoresist layer 11,
Since the thickness of the upper photoresist layer 13 can be made thinner than in the case of a single-layer photoresist method, pattern resolution and dimensional controllability are significantly improved.
上述した従来の多層レジスト法は、シリカ中間層のスピ
ンオングラス材料を塗布した後これを加熱処理すると、
特に半4体基板の段差部2上でクラックが入りやすく、
そのためパターンの欠陥が通常の単層し″シスト法に比
べて増大してしまい製品のコスト及び性能に悪影響を及
ぼす。In the conventional multilayer resist method described above, when a spin-on glass material with a silica intermediate layer is applied and then heat-treated,
Cracks are particularly likely to occur on the stepped portion 2 of the half-quad board.
As a result, pattern defects are increased compared to the conventional single-layer "sist" method, which adversely affects the cost and performance of the product.
この問題の原因は、シリカ中間層のベーク時に下層フォ
トレジスト膜が体積収縮するためであり、解決方法とし
て、下層フォトレジスト層のベーク温度を上げるか、シ
リカ中間層のベーク温度を下げることが考えられる。し
かしながら、下層フォトレジスト層のベーク温度を従来
より大幅に上げるとノボラック樹脂が変質劣化するので
、後工程で半導体基板面のエツチング時にマスクとして
使用できなくなるし、また、中間層のスピンオングラス
材のベーク温度を従来より下げると、材質中の溶剤成分
が充分に除去できず、そのため後の上層フォトレジスト
パターン形成に悪影響がある。The cause of this problem is that the lower photoresist film shrinks in volume when baking the silica intermediate layer.The possible solution is to increase the baking temperature of the lower photoresist layer or lower the baking temperature of the silica intermediate layer. It will be done. However, if the baking temperature of the lower photoresist layer is raised significantly higher than before, the novolac resin will deteriorate and become unusable as a mask when etching the semiconductor substrate surface in the later process. If the temperature is lower than the conventional temperature, the solvent component in the material cannot be removed sufficiently, which will have an adverse effect on the subsequent formation of the upper layer photoresist pattern.
本発明の微細パターン形成法は、半導体基板表面(半導
体基板表面に絶縁層、半導体層、金属層のいずれかが単
独であるいは組合わされて積層されている場合を含む)
に樹脂層を形成する工程と、前記樹脂層に紫外光を照射
しながら加熱処理する工程と、前記樹脂層上に無機層を
積層する工程と、前記無機層上にフォトレジスト層を積
層する工程と、前記フォトレジスト層を選択的に除去し
て上層レジストパターンを形成する工程と、前記上層レ
ジストパターンをマスクして前記無機層の所定部分を除
去する工程と、前記無機層をマスクとして前記樹脂層の
所定部分を除去する工程とを含むことを特徴とする。The fine pattern forming method of the present invention is applied to the surface of a semiconductor substrate (including cases where an insulating layer, a semiconductor layer, or a metal layer is laminated on the surface of a semiconductor substrate, singly or in combination).
a step of forming a resin layer on the resin layer, a step of heating the resin layer while irradiating it with ultraviolet light, a step of laminating an inorganic layer on the resin layer, and a step of laminating a photoresist layer on the inorganic layer. a step of selectively removing the photoresist layer to form an upper resist pattern; a step of removing a predetermined portion of the inorganic layer by masking the upper resist pattern; and a step of removing the resin using the inorganic layer as a mask. and removing a predetermined portion of the layer.
次に、本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.
第1図(a)〜(f)は本発明の微細パターン形成法の
一実施例を示す工程順の縦断面図である。FIGS. 1(a) to 1(f) are longitudinal cross-sectional views showing the steps of an embodiment of the fine pattern forming method of the present invention.
まず、半導体基板1上に約0.5μmの表面段差2があ
るとする。その上にフェノールeノボラツり系材質のポ
ジ凰フォトレジスト(例えばシラプレー(5hiple
y)社製のマイクロポジット(Micro−posit
) 1300−38 )をスピンコード法により約1
.8μmの厚さに塗布した後、遠紫外光照射装置(例え
ばフェージョン(Fusion )社製のMicrol
ite Photostabilizer 126PA
)を用いて、遠紫外光4を照射すると同時にホットプレ
ートにより加熱処理を行なって段差のない平坦な表面を
有する下層フォトレジスト層21を形成する(第1図(
a))。ここで照射条件として、波長域200〜300
rlmの遠紫外光を照度0.75 W/mで60秒間
照射する。加熱条件として、照射開始時に100Cにホ
ットプレート温度を設定し、その後2.OC/秒の割合
でホットプレート温度を上昇させ、60秒経過してホッ
トプレート温度が220Cに達して照射終了し、照射終
了した時点から水冷方式により60秒内にホットプレー
ト温度を室温(22〜230〕まで冷却する。First, it is assumed that there is a surface step 2 of about 0.5 μm on the semiconductor substrate 1. On top of that, a positive photoresist made of phenol-e-novolatile material (for example, Silaplay (5hiple)) is applied.
y) Micro-posit manufactured by
) 1300-38) to about 1 by the spin code method.
.. After coating to a thickness of 8 μm, a deep ultraviolet light irradiation device (for example, Microl manufactured by Fusion) was applied.
ite Photostabilizer 126PA
) is used to irradiate deep ultraviolet light 4 and at the same time perform heat treatment using a hot plate to form a lower photoresist layer 21 having a flat surface with no steps (see FIG.
a)). Here, the irradiation conditions are in the wavelength range 200 to 300.
Rlm deep ultraviolet light is irradiated for 60 seconds at an illuminance of 0.75 W/m. As heating conditions, the hot plate temperature was set at 100C at the start of irradiation, and then 2. The hot plate temperature is increased at a rate of OC/sec, and irradiation is completed when the hot plate temperature reaches 220C after 60 seconds.From the time the irradiation is completed, the hot plate temperature is lowered to room temperature (22~22C) within 60 seconds by water cooling method. 230].
次に、下層フォトレジスト層21上にスピンオングラス
材(例えば東京応化工業社製の0CD)をスピンコード
法により塗布し、2201:l’、60秒間ホットプレ
ート加熱処理して厚さ0.12μmのシリカ材質による
中間層12を形成する(第1図(b))。Next, a spin-on glass material (for example, 0CD manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is coated on the lower photoresist layer 21 by a spin code method, and heated on a hot plate at 2201:1' for 60 seconds to form a film with a thickness of 0.12 μm. An intermediate layer 12 made of silica material is formed (FIG. 1(b)).
次いで、シリカ中間層12上にポジ型フォトレジスト(
例えばシラプレー(8hipley)社製のマイクロポ
ジット(Microposit ) 1400−10
)をスピンコード法により塗布し10(1,45秒間の
ホットプレート加熱処理を行って上層フォトレジスト層
13を形成する(第1図(C))。Next, a positive photoresist (
For example, Microposit 1400-10 manufactured by 8hipley
) is coated by a spin code method and subjected to hot plate heating treatment for 1.45 seconds to form an upper photoresist layer 13 (FIG. 1(C)).
次に、縮小投影露光装!(例えばGCA社製のDSW4
800) による選択的露光及び水酸化テトラメチル
アンモニウム(CHs )4 N 110Hな主成分と
する現像液により、上層フォトレジスト層13の所定露
光部分3を除去して、上層フォトレジストパターン13
Aを形成する(第1図(d))。Next, a reduction projection exposure system! (For example, GCA's DSW4
800) and a developer containing tetramethylammonium hydroxide (CHs)4N110H as a main component, a predetermined exposed portion 3 of the upper photoresist layer 13 is removed, and the upper photoresist pattern 13 is removed.
A is formed (Fig. 1(d)).
続いて、平行平板型反応性イオンエツチング装置を用い
てCF4 とH2の混合ガスのプラズマで処理して、
上層フォトレジストパターン13Aをマスクにしてシリ
カ中間層120所定部分を除去してシリカ中間層パター
ン12Aを形成する(第1図(e))。Next, using a parallel plate type reactive ion etching device, processing was performed with a plasma of a mixed gas of CF4 and H2.
Using the upper photoresist pattern 13A as a mask, a predetermined portion of the silica intermediate layer 120 is removed to form a silica intermediate layer pattern 12A (FIG. 1(e)).
さらに、反応性イオンエツチング装置のエツチングガス
を02に変更し、シリカ中間層パターン12Aをマスク
として所定の時間エツチング処理を行う。これにより下
層レジスト層21の所定部分及び上層フォトレジストパ
ターン13Aをエツチング除去して、下層フォトレジス
トパターン21Aを形成し、本発明による微細レジスト
パターン形成が完成する($1図(f))つ〔発明の効
果〕
以上説明したように本発明は、下層フォトレジスト層に
紫外光照射すると共に加熱処理することにより、フォト
レジスト材料の主成分のフェノール・ノボラック樹脂の
重合が著しく促進される。Further, the etching gas of the reactive ion etching apparatus is changed to 02, and etching is performed for a predetermined time using the silica intermediate layer pattern 12A as a mask. As a result, a predetermined portion of the lower resist layer 21 and the upper layer photoresist pattern 13A are etched away to form a lower layer photoresist pattern 21A, completing the formation of a fine resist pattern according to the present invention (Figure 1 (f)). Effects of the Invention As explained above, in the present invention, by irradiating the lower photoresist layer with ultraviolet light and heat-treating it, the polymerization of the phenol-novolac resin, which is the main component of the photoresist material, is significantly promoted.
そのため、下層フォトレジスト層の耐熱性が向上し、か
つ、次のシリカ中間層のベーク時における体積収縮は従
来のi/10以下とすることが出来る。Therefore, the heat resistance of the lower photoresist layer is improved, and the volumetric shrinkage during baking of the next silica intermediate layer can be reduced to i/10 or less compared to the conventional method.
このため、シリカ中間層のベーク時にシリカ中間層のス
ピンオングラス材料に生ずるクラックは従来に比べてl
/100 以下と無視しうる程度まで低減することが可
能となった。従っ、て、量産工程における製品の歩留り
向上と低価格化に極めて好ましい。For this reason, cracks that occur in the spin-on glass material of the silica intermediate layer during baking of the silica intermediate layer are smaller than in the past.
It has become possible to reduce this to a negligible level of /100 or less. Therefore, it is extremely preferable for improving product yield and lowering prices in mass production processes.
第1図(a)乃至(f)は本発明の微細パターン形成法
の一実施例を示す工程順の縦断面図、第2図(a)乃至
(f)は従来の微細パターン形成法の工程順の縦断面図
である。
1・・・・・・半導体基板、2・・・・・・表面段差、
3・川・・所定露光部分、4・川・・遠紫外光、11.
21 ・・・・・・下層フォトレジスト層、IIA、
21A・・川・下層フォトレジストパターン、12・・
・・・・シリカ中間層、12A・・・・・・シリカ中間
層パターン、13・・・・・・上層フォトレジスト層、
13A・・・・・・上層フォトレジストパターン。
ぐ・し/
$ l 図
一$ 2 図FIGS. 1(a) to (f) are vertical cross-sectional views showing an example of the fine pattern forming method of the present invention in the order of steps, and FIGS. 2(a) to (f) are steps of the conventional fine pattern forming method. FIG. 1...Semiconductor substrate, 2...Surface step,
3. River: predetermined exposure area, 4. River: far ultraviolet light, 11.
21 ... lower photoresist layer, IIA,
21A... River/lower photoresist pattern, 12...
... Silica intermediate layer, 12A... Silica intermediate layer pattern, 13... Upper photoresist layer,
13A... Upper layer photoresist pattern. Gu・shi / $ l Figure 1 $ 2 Figure
Claims (1)
に紫外光を照射しながら加熱処理する工程と、前記樹脂
層上に無機層を積層する工程と、前記無機層上にフォト
レジスト層を積層する工程と、前記フォトレジスト層を
選択的に除去して上層レジストパターンを形成する工程
と、前記上層レジストパターンをマスクにして前記無機
層の所定部分を除去する工程と、前記無機層をマスクと
して前記樹脂層の所定部分を除去する工程とを含むこと
を特徴とする微細パターンの形成法。A step of forming a resin layer on the surface of a semiconductor substrate, a step of heat-treating the resin layer while irradiating it with ultraviolet light, a step of laminating an inorganic layer on the resin layer, and a step of depositing a photoresist layer on the inorganic layer. a step of laminating the photoresist layer; a step of selectively removing the photoresist layer to form an upper resist pattern; a step of removing a predetermined portion of the inorganic layer using the upper resist pattern as a mask; and a step of removing the inorganic layer as a mask. and removing a predetermined portion of the resin layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60138718A JPS61296717A (en) | 1985-06-25 | 1985-06-25 | Formation of fine pattern |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60138718A JPS61296717A (en) | 1985-06-25 | 1985-06-25 | Formation of fine pattern |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61296717A true JPS61296717A (en) | 1986-12-27 |
Family
ID=15228514
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60138718A Pending JPS61296717A (en) | 1985-06-25 | 1985-06-25 | Formation of fine pattern |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61296717A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06196399A (en) * | 1991-04-26 | 1994-07-15 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | Method for formation of patterned film on substrate |
-
1985
- 1985-06-25 JP JP60138718A patent/JPS61296717A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06196399A (en) * | 1991-04-26 | 1994-07-15 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | Method for formation of patterned film on substrate |
JPH0795521B2 (en) * | 1991-04-26 | 1995-10-11 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション | Method for forming a patterned film on a substrate |
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