JPS6184022A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体集積回路、磁気バブルメモリ等の製造
に適用される微細なパターンの形成に適するパターン形
成方法に関するものである。

（従来技術とその問題点） 集積回路、バブルメモリ素子などの製造において、光学
的リソグラフィまたは電子ビームリソグラフィが主要な
手段として用いられている。これらの手段を用いて微細
なパターンを形成する際、光学的リソグラフィにおいて
は基板からの反射波の影響、電子ビームリソグラフィに
おいては電子の散乱の影響によりレジストが厚い場合は
解像度が低下することが知られている。また、高解像の
レジストパターンを得るためにレジスト材料くすると、
後のプロセスにおけるレジストの耐性が不充分になると
いう不都合さがある。さらに、基板に段差がある場合に
は、従来のリソグラフィによって微細がレジストパター
ンを形成することは著しく困難である。

かかる不都合さを解決するために三層構造レジストがジ
、イ・エム・モラン（Ｊ、　Ｍ、　Ｍｏｒａｎ）らによ
ってジャーナル拳オプｅバキエーム　サイエンス　アン
ド　テクノロジー（Ｊ、　Ｖａｃｕｕｍ　５ｃｉｅｎｃ
ｅａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏ１’ｏｇｙ）第１６巻１６２０
ページ（１９７９年）に提案されているう三層構造にお
いては、第一層（最下層）に厚い有機層を塗布したのち
シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン膜がどのよ
うに０２　　を使用するドライエツチングにおいて蝕刻
され難い薄膜を中間層として形成する。しかる後、中間
層の上にレジストをスピン塗布し、電子ビームや光によ
りレジスト材料光し、現像するっ得うれたレジストパタ
ーンをマスクに中間層をドライエツチングし、しかる後
、中間層をマスクに第一層の厚い有機層を０２　ｋ用い
た反応性スパッタエツチング法によりエツチングする。

この方法により高解像度の薄いレジストパターンを厚い
有機層のパターンに変換することが出来る。しかしなが
らこのような方法においては第一層を形成した後、中間
層を蒸着法、スバフタ法あるいはプラズマＣＶＤ法によ
り形成し、さらにパターンニング用レジストを塗布する
ため工程が複雑でかつ長くなるという欠点がある。

本発明者らはかかる欠点を克服するために、基板上に有
機高分子膜を形成する工程、該高分子膜上に、トリアル
キルシリル基またはジメチルツー二ルシリル基金有する
高分子よりなるレジストを塗布する工程、リソグラフィ
技術を用いて前記レジスト膜に所望のパターンを形成す
る工程、前記パターンが形成された前記レジスト膜をマ
スクとして、前記有機高分子膜をドライエツチングする
工程を有することを特徴とする微細パターン形成方法を
提供し、この方法が、三層構造に比ベニ程が簡略化され
ており、実用的であることを示した。

（この成果の一部は、ジャーナル・オブ・ジ・エレクト
ロケミカル・ノサエティ、　Ｊ、　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈ
ｅｍ。

Ｓｏｃ　、第１３０巻、１９６２ページ（１９８３年）
に発表した）。発表した前記パターン形成方法はネガ型
のパタンを形成するものであり、ポジ型のパターンを形
成し得るレジスト組成物およびパターン形成方法が望ま
れていた。

（発明の目的） 本発明は、ケイ素原子を含むノボラック樹脂を一成分と
するポジ型レジストを用いて微細で高精度なポジ型パタ
ーンを形成する方法？提供しようとするものである。

（発明の構成） 本発明によれば、基板上に有機高分子膜を塗布する工程
、該有機高分子膜上にケイ素原子を含むノボラック樹脂
を含有するレジスト材料を塗布する工程、リソグラフィ
技術を用いて該レジスト膜に所望のパターンを形成する
工程、該パターンを深紫外線照射により硬化させる工程
、およびその硬化したパターンをマスクに前記有機高分
子膜をドライエツチングする工程を含むことを特徴とす
る微細パターン形成方法が得られる。

（構成の詳細な説明） 本発明は上述の構成をとることによシ、従来技術の問題
点を解決した。以下に本発明の構成を詳細に説明する。

本発明の微細パターン形成方法において用いられるノボ
ラック樹脂は、ケイ素原子を含むノボラック樹脂をすべ
て含むが、−例としては、一般式ＡあるいＨＢで表わさ
れる単位構造を少なくとも含むものがあげられる。

式中ｎは１またけ３ 該樹脂は一般式ＡあるいはＢで示される構造のほかに、 などで示される構造を含んでいてもよい。アルカリ水溶
液への溶解度の点からは、 ために何らかの溶剤に可溶である必要があり、また現像
に適した溶剤（例えば、アルカリ性物質を含む水溶液）
に可溶である必要があるので、ノボラック樹脂中の一般
式ＡあるいはＢの含有率は８０ｍｏｌ　１以下が望まし
い。また十分なドライエツチング耐性をもたせるために
は一般式ＡあるいはＢの含有率は２０　ｍｏ１％以上が
望ましい。

前記ノボラック樹脂に感光剤として添加されるジアゾ化
合物としては、電子線、イオンビーム。

Ｘ線、深紫外線、紫外線、あるいは可視光線？照射する
ことにより、アルカリ性水溶液に不溶である状態からア
ルカリ性水溶液に可溶彦状態へ変化する物質をすべて含
むが、光学露光に関しては、キノンジアジド化合物が望
ましい。深紫外線露光にはメルドラム酸のジアゾ化物が
使える。

キノンジアジド化合物としては、ナフトキノンジアジド
基やベンゾキノンジアジド基を含む低分子および高分子
化合物、例えばす７トキノンジアジドスルホン酸クロリ
ドやベンゾキノンジアジドスルホン酸クロリドと水酸基
を有する低分子化合物や高分子化合物の縮合生成物があ
げられる。ここで、水酸基を有する低分子化合物の例と
しては、ヒドロキノン、レゾルシン、フロログルシン、
２゜４−ジヒドロキシペンシフ−ノン、２，３．４−ト
リヒドロキシベンシフ−ノン等があげられ、高分子化合
物の例としてはツーノール系樹脂、ポリヒドロキシスチ
レン等があげられる。

感光剤の添加量は、ケイ素原子を含むノボラック樹脂１
００グラムに対して５ないし１００グラムの範囲である
ことが望ましく、１５ないし５０グラムの範囲であるこ
とがさらに望ましい。感光剤以外に、付加的々添加物と
して、少量の付加的な樹脂（例えば有機膜との接Ｍｋｍ
上させるためのもの）、可塑剤、顔料、染料（光吸収剤
）などが添加されていてもよい。

つづいて、パターンを形成する方法を詳細に説明する。

第一層に厚い有機膜？スピン塗布し、蒸発乾固せしめた
後、該有機膜上に、ケイ素原子を含むノボラ７り樹脂全
含有するレジスト組成物をスピン塗布する。塗布の際の
溶剤としては、キシレン、酢酸イソアミル、エチル酢酸
セロソルブ。

メチル酢酸セロンルプ、酢酸セロンルプ、およびこれら
の混合物があげられる。第一層の有機膜を溶解・変形し
ない溶剤″ｆｒ：選択する必要がある。塗布後、適当な
条件で加熱乾燥し之後、本発明のレジスト組成物を、電
子線番イオンビーム−Ｘｍ１１深紫外線・紫外線・可視
光線等で露光し、現像することにより、所定のレジスト
パターンを描くことができるが、現像に適する現像液と
しては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の無機ア
ルカリ水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム、コリ
ン等の有機アルカリを含む水溶液など、アルカリ性を示
す水浴液をすべて含む。アルカリ性物質の他に、界面活
性剤等の付加的な添加剤が加えられていてもよい。

ラッカて、現像により得られたパターンヲ、深紫外光に
より硬化させる。深紫外光照射は全面に行なえばよく、
また、２０００ないし３０００Ｘの波長の範囲であれば
光源は何でもよい。照射量は数百ｍＪ／ｃＩＩないし数
Ｊ／ｃｒＩ　が望ましい。

引き続いて、硬化した該パターンをマスクに、第一層の
厚い有機膜を、酸素を用いた反応性イオンエツチングや
、酸素イオンビームエツチングに代表されるドライエツ
チング法によってエツチングする。しかる後、微細パタ
ーンが形成された厚い有機層が得られる。

金属を含まない有機レジスト膜上に描かれ念パターンを
深紫外線照射にＬって硬化させ、加熱による変形を防ご
うとする報告はすでにあるが（例えば、弔問ら、ジャー
ナル・オブ・エレクトロケミカル・ンサエティＪ、ＥＩ
ｅｃｔｒｏｃｈｅｍ、Ｓｏｃ、、第１２８巻、　２６４
５ページ（１９８１年））、そのような有機レジスト膜
を硬化させても、酸素等によるドライエツチングに対す
る耐性はほとんど向上しない。それに対して本発明で用
いるケイ素原子を含むレジスト膜は、深紫外線照射によ
って硬化させると酸素等によるドライエツチングに対す
る耐性が著しく向上するので、本発明の深紫外光照射に
よる硬化方法Ｆｉ第一層の厚い有機膜をエツチングする
際に使用するマスク（すなわち上層のレジストパターン
）の硬化処理として非常に有効である。

本発明における深紫外光照射によって硬化したパターン
は酸素による反応性イオンエツチングや酸素イオンビー
ムエツチングやＮ２＋Ｈ，による反応性イオンエツチン
グ等のドライエツチング法に対して極めて強いので、１
５００Ａ程の膜厚があれば、１５０００Ｘ程度の厚い有
機膜をエツチングする際のマスクとなり得る。

また、硬化を行なわ彦い場合よりもエツチング時の形状
変化が少なく、パターンの寸法精度が向上する。

また第一層に厚い有機膜があるため、基板からの反射等
の悪影響、段差部における異常な近接効へ果を除くこと
ができる。また工程も三層構造に比べ簡略化でき、かつ
光学露光で高精度のポジ型レジストパターンが容易に得
られるという利点金持つため、より実用的である。以下
に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明する。

（実施例） シリコン基板上にデーポン社製ボリイばド樹脂ＰＩ−２
５５５を１３０００Ｘの厚みになるよう塗布し、３５０
°Ｃで１時間焼きしめを行なっ友。つづいて５．０９の
２−メチル−５−（トリメチルシリルメトキシ）７−ノ
ール、３．０１！の２−メチルレゾルシン、４．１．９
の３５チホルマリンより得たノボラック樹脂（以下？−
１と略記する）１０部、およびナフト中ノン−（１、２
）−ジアジド−（２１−５−スルホン酸クロリドと２．
３．４−トリヒドロキシベンゾ７１ノンの縮合反応物３
部、およびセロソルブアセテート８７部より成るレジス
ト液を３００ＯＡの厚みになるようＰＩ−２５５５上に
スピン塗布し友。８０℃で３０分間乾燥してから、クロ
ムマスクを使用して、露光機カスパー２００１Ｐを用い
て４０００Ｘの光源で露光した（露光の時間２０秒）。

０．３規定の水酸化ナトリウム水溶液による現像を行々
った後に、キセノン−水銀灯を全面露光しく２Ｊ２る−
）、得られたパターンを硬化させた。つづいて、平行平
板型反応性イオンエツチング装置を用いて、酸素による
ドライエツチングを行なったところ、サブミクロンのレ
ジスト像が焼きしめたＰＩ−２５５５に精度よく転写さ
れｔ０転写精度は、キセノン−水銀灯を全面露光しない
場合よりも良好であり、具体的には、転写にともなうパ
ターンの細りが、照射しない場合にはパターン両側で０
．１５μ扉であるのく対し、０．０５μｍに減少した。

また、パターンの矩形性も良くなり、転写による「ダレ
」は全く観察されない。転写により得られた厚いパター
ンは引きつづいて基板の加工（エツチング、イオン注入
、す７トオフ等）を行なう場合に充分々マスク効果を有
するものである。

さらに、上述の工程で用いた１０部のＰ−１のかわりに
、５．０９の４−（４−）リメテルシリルプテル）レゾ
ルシン、２．ＯＦの２−メチルレゾルジノ、および３．
２ｇの３５９６ホルマリンより得たノボラック樹脂１０
部を用いて調製したレジスト液を使用しても、深紫外光
照射によって全く同様の効果が得られた。

（発明の効果） 本発明によって、ケイ素原子を含むノボラック樹脂を含
有するポジ型パターンを硬化させ、つづいてドライエツ
チングのマスクとして使用する、新規カボジ型パターン
形成方法が得られた。深紫外光によって硬化し念、ケイ
素原子を含むノボラックを含有するポジ型パターンは、
深紫外光により硬化させない場合と比較して、エツチン
グ中に変形や寸法変化を生じにくいという点で優れてい
ることがわかり之。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、基板上に有機高分子膜を塗布する工程、該有機高分
   子膜上にケイ素原子を含むノボラツク樹脂を含有するレ
   ジスト材料を塗布する工程、リソグラフィ技術を用いて
   該レジスト膜に所望のパターンを形成する工程、該パタ
   ーンを深紫外線照射により硬化させる工程、およびその
   硬化したパターンをマスクに前記有機高分子膜をドライ
   エッチングする工程を含むことを特徴とする微細パター
   ン形成方法。