JPS62215945A - Pattern forming method - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
本発明は、パターン形成方法に関し、更に詳しくは、半
導体素子の集積回路の製造において微細なレジストパタ
ーンを形成することが可能な方法に関する。[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Field of Application) The present invention relates to a pattern forming method, and more specifically, to a method for forming a fine resist pattern in the manufacture of integrated circuits of semiconductor devices. Concerning methods.
(従来の技術)
従来、パターン形成方法としては、ウェハー上に一層の
レジスト層を形成するだけのいわゆる単層レジスト法が
あった。しかし、集積回路の製造においては、年々、加
工最小寸法が縮小されるにつれて、この単層レジスト法
について各種の問題点が指摘されるようになった。(Prior Art) Conventionally, as a pattern forming method, there has been a so-called single-layer resist method in which only one resist layer is formed on a wafer. However, in the manufacture of integrated circuits, as the minimum processing dimensions have been reduced year by year, various problems have been pointed out regarding this single layer resist method.
すなわち、集積回路の横方向の寸法の縮小に比べてその
縦方向の寸法はあまり縮小されないために、レジストパ
ターンの幅に対する高さの比は大きくならざるを得なか
った。このため、複雑な段差構造を有するウェハー上で
レジストパターンの寸法変化を押されていくことは、パ
ターンの微細化が進むにつれてより困難になってきた。That is, since the vertical dimension of an integrated circuit is not reduced as much as the horizontal dimension of the integrated circuit, the ratio of the height to the width of the resist pattern has to be large. For this reason, it has become more difficult to change the dimensions of a resist pattern on a wafer having a complicated step structure as patterns become finer.
更に、各種の露光方式においても、最小寸法の縮小に伴
ない問題が生じている0例えば、光による露光では、基
板の段差に基づく反射光の干渉作用が、寸法精度に大き
な影響を与えるようになり、一方電子ビーム露光におい
ては、電子の後方散乱によって生じる近接効果により、
微細なレジストパターンの高さと幅の比を大きくするこ
とができなくなった。Furthermore, problems have arisen with the reduction of the minimum dimension in various exposure methods.For example, in light exposure, the interference effect of reflected light due to the step difference in the substrate has a large impact on dimensional accuracy. On the other hand, in electron beam exposure, due to the proximity effect caused by back scattering of electrons,
It is no longer possible to increase the height-to-width ratio of a fine resist pattern.
これらの多くの問題は多層レジストシステムを用いるこ
とにより解決されることが見出された(ソリッドステー
ト・テクノロジー、74(1981) ;5olid
5tate Technolog7.74(1981
))、この他にもこのシステムに関する多くの研究が発
表されている。現在、一般的に多く試みられている方法
は、3暦構造のレジストシステムであり、基板の段差の
平坦化及び基板からの反射防止の役割りを有する最下層
、最下層をエツチングするためのマスクとして機能する
中間層及び感光層としての最上層からなっている。しか
しながら、この3層レジストシステムは単層レジスト法
と比べて、微細なパターンニングが行なえるという長所
を有している反面、パターン形成までの工程数が増えて
しまうという問題点があった。It has been found that many of these problems can be solved by using a multilayer resist system (Solid State Technology, 74 (1981);
5tate Technology 7.74 (1981
)), and many other studies regarding this system have been published. Currently, the most commonly attempted method is a resist system with a three-layer structure, in which a mask is used to etch the bottom layer, which has the role of flattening the steps on the substrate and preventing reflections from the substrate. It consists of an intermediate layer which functions as a photosensitive layer and a top layer which acts as a photosensitive layer. However, while this three-layer resist system has the advantage of being able to perform fine patterning compared to the single-layer resist method, it has the problem of increasing the number of steps required to form a pattern.
(発明が解決しようとする問題点)
本発明は、2層レジストシステムによって3層レジスト
システムと同等の微細なパターンニングが行なえ、しか
も少ない工程数でパターンを形成する方法の提供を目的
とする。(Problems to be Solved by the Invention) An object of the present invention is to provide a method of forming a pattern using a two-layer resist system, which can perform fine patterning equivalent to that of a three-layer resist system, and with a reduced number of steps.
[発明の構成]
(問題点を解決するための手段と作用)本発明のパター
ン形成方法は、基板上に下層用樹脂を塗布して下層を形
成し、次にこの下層上に上層用樹脂を塗布して上層を形
成し、更に露光現像を行なってその上層にパターンを形
成し、また更にこの上層パターンをマスクにして下層の
樹脂をエツチングしてパターンを形成する方法において
、該上層用樹脂が、ナフチル基がケイ素原子に結合した
シランとアルキル基がケイ素原子に結合したシランとの
共重合体から成る感光性樹脂であり、かつアルキル基が
ケイ素原子に結合したシランの繰り返し単位数に対する
ナフチル基がケイ素原子に結合したシランの繰り返し単
位数の比が0.2〜10であることを特徴とする。[Structure of the Invention] (Means and Effects for Solving Problems) The pattern forming method of the present invention includes coating a lower layer resin on a substrate to form a lower layer, and then applying an upper layer resin on the lower layer. In this method, the resin for the upper layer is coated to form an upper layer, then exposed and developed to form a pattern on the upper layer, and then the upper layer pattern is used as a mask to etch the lower layer resin to form a pattern. is a photosensitive resin consisting of a copolymer of silane in which a naphthyl group is bonded to a silicon atom and silane in which an alkyl group is bonded to a silicon atom, and the naphthyl group is based on the number of repeating units of the silane in which an alkyl group is bonded to a silicon atom. is characterized in that the ratio of the number of repeating units of silane bonded to silicon atoms is from 0.2 to 10.
本発明に用いられる基板としては、格別限定されるもの
ではないが、通常シリコーンウェハーが使用される。Although the substrate used in the present invention is not particularly limited, a silicon wafer is usually used.
本発明の下層用樹脂は、半導体素子の製造において支障
を生じない純度を有するものであれば、いかなるもので
あってもよく1例えば、置換@−キノンジアジドとノボ
ラック樹脂からなるポジ型レジスト、ポリスチレン、ポ
リメチルメタクリレート、ポリビニルフェノール、ノボ
ラック樹脂、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポ
リエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジェン、ポリ酢
酸ビニル、ポリビニルブチラール、ポリイミド樹脂、ポ
リアミド樹脂を挙げることができる。The resin for the lower layer of the present invention may be any resin as long as it has a purity that does not cause problems in the production of semiconductor devices.For example, a positive resist consisting of substituted @-quinonediazide and a novolac resin, polystyrene, Mention may be made of polymethyl methacrylate, polyvinylphenol, novolak resin, polyester, polyvinyl alcohol, polyethylene, polypropylene, polybutadiene, polyvinyl acetate, polyvinyl butyral, polyimide resin, and polyamide resin.
これらはそれぞれ単独で、または少なくとも2種以上の
混合系で使用することができ、基板上の段差の平坦化お
よび基板からの反射防止の機能を持つ。Each of these can be used alone or in a mixed system of at least two or more types, and has the function of flattening steps on the substrate and preventing reflection from the substrate.
本発明の上層用樹脂は、ナフチル基がケイ素に結合した
シランとアルキル基がケイ素原子に結合したシランとの
共重合体から成る感光性樹脂である。The upper layer resin of the present invention is a photosensitive resin made of a copolymer of a silane in which a naphthyl group is bonded to silicon and a silane in which an alkyl group is bonded to a silicon atom.
この共重合体において、ナフチル基がケイ素原子に結合
したシランは、
で示される繰り返し単位(ただし、R1、R2のうち少
なくとも1つは、l−ナフチル基、2−ナフチル基およ
びそれらの誘導体であり、他の置換基は炭素数1〜13
のアルキル基又は芳香族基である)である。In this copolymer, the silane in which a naphthyl group is bonded to a silicon atom is a repeating unit represented by , other substituents have 1 to 13 carbon atoms
is an alkyl group or an aromatic group).
式(I)における1−ナフチル基および2−ナフチル基
の誘導体としては1例えば、6−メドキシー1−ナフチ
ル基、6−メチル−2−ナフチル基を挙げることができ
る。また、芳香族基としては、例えばフェニル基、メチ
ルフェニル基、メトキシフェニル基、エチルフェニル基
、ジメチルフェニル基、ベンジル基等を挙げることがで
きる。Examples of the derivatives of 1-naphthyl group and 2-naphthyl group in formula (I) include 6-medoxy-1-naphthyl group and 6-methyl-2-naphthyl group. Further, examples of the aromatic group include phenyl group, methylphenyl group, methoxyphenyl group, ethylphenyl group, dimethylphenyl group, and benzyl group.
他方、アルキル基がケイ素原子に結合したシランは、
で示される繰り返し単位(ただし、R3+ R4のうち
少なくとも1つは、炭素数1〜13のアルキル基であり
、他の置換基はフェニル基およびその誘導体である)で
ある。On the other hand, silane in which an alkyl group is bonded to a silicon atom is a repeating unit represented by is a derivative).
式(II)におけるフェニル基の誘導体としては、例え
ばメチルフェニル基、メトキシフェニル基、エチルフェ
ニル基、ジメチルフェニル基、ベンジル基等を挙げるこ
とができる。Examples of the phenyl group derivative in formula (II) include methylphenyl group, methoxyphenyl group, ethylphenyl group, dimethylphenyl group, and benzyl group.
この共重合体における繰り返し単位(1)と繰り返し単
位(II)との量比関係は、前者の数をA、後者の数を
Bとしたとき、0.2≦A/B≦10であることが必要
である。この範囲に限定することにより、紫外線吸収が
長波長側に伸び、しかも吸光度が増大する。The quantitative relationship between repeating unit (1) and repeating unit (II) in this copolymer is 0.2≦A/B≦10, where A is the number of the former and B is the number of the latter. is necessary. By limiting the wavelength to this range, ultraviolet absorption is extended toward longer wavelengths, and the absorbance is increased.
これら上記の繰り返し単位から成る共重合体は1例えば
ウルツ反応によって製造される0例えば、原料となる繰
り返し単位のモノマー100重量部に対し、溶媒100
−1000重量部、モノマーのモル数に対して、4〜1
2モルの分散ナトリウムを混合し、常法に従い100
N130℃で重合させる。このとき用いる溶媒としては
、トルエン、キシレンが望ましい。A copolymer composed of the above-mentioned repeating units is produced by, for example, a Wurtz reaction.
-1000 parts by weight, 4 to 1 based on the number of moles of monomer
Mix 2 moles of dispersed sodium and add 100% by standard method.
Polymerize at 130°C. The solvent used at this time is preferably toluene or xylene.
これら重合体の数平均分子量は、通常500〜i、oo
o、oooであることが好ましい、この平均分子量が、
500未満では塗膜が形成できず、1.000.000
を越えると溶媒に溶けにくくなるからである。溶解度お
よび感度の点からすると、好ましくは1,000〜30
,000である。The number average molecular weight of these polymers is usually 500 to i,oo
This average molecular weight, which is preferably o, ooo, is
If it is less than 500, a coating film cannot be formed, and 1.000.000
This is because if it exceeds this amount, it becomes difficult to dissolve in the solvent. From the point of view of solubility and sensitivity, preferably 1,000 to 30
,000.
また、これらの共重合体は、ランダム共重合体、ブロッ
ク共重合体のいずれでもよい。Further, these copolymers may be either random copolymers or block copolymers.
このようにして得られた上層用樹脂は、従来の3層レジ
ストシステムにおける中間層と最上層の機能を兼ね、最
下層をエツチングするためのマスクとして作用し、かつ
感光性である。The resin for the upper layer thus obtained functions as both the intermediate layer and the uppermost layer in a conventional three-layer resist system, acts as a mask for etching the lowermost layer, and is photosensitive.
本発明のパターン形成は、例えば、次のようにして行な
われる。Pattern formation according to the present invention is performed, for example, as follows.
すなわちまず、下層用樹脂を溶剤例えばトルエン、キシ
レン、0−ジクロロベンゼン、クロロホルム、エタノー
ル、イソプロピルアルコール、シクロペンタノン、シク
ロヘキサノン、酢酸セロソルブ、酢酸ブチル、メチルエ
チルケトン、等に溶解する。That is, first, the resin for the lower layer is dissolved in a solvent such as toluene, xylene, 0-dichlorobenzene, chloroform, ethanol, isopropyl alcohol, cyclopentanone, cyclohexanone, cellosolve acetate, butyl acetate, methyl ethyl ketone, or the like.
得られた溶液を基板上にスピンドライ法により塗布する
。下層用樹脂の厚さとしては0.5〜3戸であり、好ま
しくは1〜2戸である0次に、50〜250℃、好まし
くは80〜220℃;0.5〜120分間、好ましくは
1〜90分間の条件で乾燥する。The obtained solution is applied onto a substrate by a spin drying method. The thickness of the resin for the lower layer is 0.5 to 3, preferably 1 to 2. Dry for 1 to 90 minutes.
更に、上層用樹脂を前記溶剤に溶かす。Furthermore, the resin for the upper layer is dissolved in the solvent.
得られた溶液を前記の塗布方法により下層用樹脂上に塗
布する。その厚さは、0.2〜lH1好ましくは0.5
〜0.6μである。ついで、50〜200℃、好ましく
は80〜120℃;0.5〜120分間、好ましくは1
〜60分間の条件で乾燥する。また更に、上層用樹脂層
を所定パターンのマスクを通して露光する。露光は常法
に従い、可視・赤外・紫外光線又は電子線等のエネルギ
ー線を照射することにより行なう。The obtained solution is coated on the lower layer resin by the coating method described above. Its thickness is 0.2-1H1 preferably 0.5
~0.6μ. Then, 50-200°C, preferably 80-120°C; 0.5-120 minutes, preferably 1
Dry for ~60 minutes. Furthermore, the upper resin layer is exposed to light through a mask having a predetermined pattern. Exposure is carried out by irradiating energy rays such as visible, infrared, and ultraviolet rays or electron beams according to a conventional method.
しかる後、現像をする。現像液としては、アセトン、ジ
クロロメタン、クロロホルム、エタノール、ヘキサン、
シクロヘキサン、トルエン、キシレン、石油ベンジン、
石油エーテル、等の有機溶剤を適宜用いる。現像時間は
、0.1〜110分、好ましくは0.2〜2分である。After that, develop it. As a developer, acetone, dichloromethane, chloroform, ethanol, hexane,
Cyclohexane, toluene, xylene, petroleum benzene,
An organic solvent such as petroleum ether is used as appropriate. The development time is 0.1 to 110 minutes, preferably 0.2 to 2 minutes.
現像後、50〜120℃、;0.5〜120分間の条件
下、スピンドライ法で乾燥する。After development, it is dried by a spin drying method at 50 to 120°C for 0.5 to 120 minutes.
最後に下層を酸素ガスプラズマ又は適宜の溶剤を用いて
エツチングを行なう、なお、好ましくは酸素ガスプラズ
マでエツチングを行なう。Finally, the lower layer is etched using oxygen gas plasma or a suitable solvent, preferably oxygen gas plasma.
この場合は、通常lX104〜lXl0″’ Torr
、0.01〜IOW/cmで1〜120分間処理する。In this case, usually lX104 to lXl0″' Torr
, 0.01 to IOW/cm for 1 to 120 minutes.
(実施例)
実施例1
シリコンウェハー上に、ノボラック樹脂が酢酸セロソル
ブに溶解されて成る溶液をスピナーで塗布し、220℃
で1時間乾燥させ下層を形成した。その厚さは、2.0
JJJlであった0式lで示した構造のポリマ−20i
量部をシクロヘキサノン450ii部に溶解してフォト
レジストを作製した。(Example) Example 1 A solution of novolac resin dissolved in cellosolve acetate was applied onto a silicon wafer using a spinner, and heated at 220°C.
was dried for 1 hour to form a lower layer. Its thickness is 2.0
Polymer 20i having the structure shown in formula 0 which was JJJl
A photoresist was prepared by dissolving 450 parts of cyclohexanone in 450 parts of cyclohexanone.
(n:m=+2:1)
これを下層上にスピナーで塗布し、ホットプレート上で
90℃で、2分間乾燥させ0.4μの感光性塗膜を形成
した。その後、313nmの単色光で露光し1石油ベン
ジンを溶剤として用いて45秒間現像したのち、200
℃で30分間乾燥し、上層にレジストパターンを形成し
た0次いで、この上層に形成されたパターンを用いて、
2X I O’ Torr、0 、06 W/ crd
(1)条件下−cm素プラズマを用いて下層を30分間
エツチングした結果、線1tJ0.6uのパターンが形
成された。(n:m=+2:1) This was applied onto the lower layer using a spinner and dried on a hot plate at 90° C. for 2 minutes to form a 0.4 μm photosensitive coating film. After that, it was exposed to monochromatic light of 313 nm and developed for 45 seconds using 1 petroleum benzene as a solvent.
A resist pattern was formed on the upper layer by drying at ℃ for 30 minutes.Then, using the pattern formed on this upper layer,
2X IO' Torr, 0, 06 W/crd
(1) As a result of etching the lower layer for 30 minutes using -cm elementary plasma, a pattern of lines 1tJ0.6u was formed.
実施例2
感光性樹脂として、式2で示した構造のポリマーを用い
たことと感光性塗膜の厚さを9.3IJJ+とした以外
は、実施例1と同様な方法でパターンを形成した結果、
線巾の0.6μのパターンが形成された。Example 2 A pattern was formed in the same manner as in Example 1, except that a polymer having the structure shown in Formula 2 was used as the photosensitive resin and the thickness of the photosensitive coating was 9.3IJJ+. ,
A pattern with a line width of 0.6 μm was formed.
(n:m瓢1:l)
実施例3
感光性樹脂として式3で示した構造のポリマーを用いた
以外は、実施例1と同様な方法でパターンを形成した結
果、線II O、6μのパターンが形成された。(n: m 1: l) Example 3 A pattern was formed in the same manner as in Example 1 except that a polymer having the structure shown in formula 3 was used as the photosensitive resin. A pattern was formed.
(n:m=1:1)
実施例4
感光性樹脂として式4で示した構造のポリマーを用いた
以外は、実施例1と同様な方法でパターンを形成させた
結果、線巾0 、 lBaのパターンが形成された。(n:m=1:1) Example 4 A pattern was formed in the same manner as in Example 1 except that a polymer having the structure shown in Formula 4 was used as the photosensitive resin. As a result, the line width was 0, lBa pattern was formed.
(n:m−2:1)
[発明の効果]
以上の説明から明らかなように1本発明によると、所定
のレジストパターンを形成するまでの工程数が少なくて
も、従来の3層レジストシステムと同等の微細なパター
ンニングが行なえる。したがって、従来よりもレジスト
層が1層少ない分だけ居形成に要する工程を省くことが
でき、ひいては不良品発生率も低下する。また、中間層
を形成する必要がないため、感光層のパターンを例えば
CFaプラズマ等で中間層に転写する手間も省略できて
工業的価値は大である。(n:m-2:1) [Effects of the Invention] As is clear from the above description, according to the present invention, even if the number of steps required to form a predetermined resist pattern is small, it can be compared with the conventional three-layer resist system. Fine patterning equivalent to that can be performed. Therefore, the number of resist layers required is one less than that of the conventional method, and the process required for forming the resist layer can be omitted, and the incidence of defective products is also reduced. Furthermore, since there is no need to form an intermediate layer, the labor of transferring the pattern of the photosensitive layer to the intermediate layer using, for example, CFa plasma can be omitted, which is of great industrial value.
Claims (1)
下層上に上層用樹脂を塗布して上層を形成し、更に露光
現像を行なってその上層にパターンを形成し、また更に
、この上層パターンをマスクにして下層の樹脂をエッチ
ングしてパターンを形成する方法において、該上層用樹
脂が、ナフチル基がケイ素原子に結合したシランと、ア
ルキル基がケイ素原子に結合したシランとの共重合体か
ら成る感光性樹脂であり、かつアルキル基がケイ素原子
に結合したシランの繰り返し単位数に対するナフチル基
がケイ素原子に結合レたシランの繰り返し単位数の比が
0.2〜10であることを特徴とするパターン形成方法
。A lower layer resin is applied on the substrate to form a lower layer, then an upper layer resin is applied on the lower layer to form an upper layer, and a pattern is formed on the upper layer by exposure and development, and further, In the method of forming a pattern by etching the lower layer resin using this upper layer pattern as a mask, the upper layer resin is composed of a silane in which a naphthyl group is bonded to a silicon atom and a silane in which an alkyl group is bonded to a silicon atom. It is a photosensitive resin made of a polymer, and the ratio of the number of repeating units of the silane having a naphthyl group bonded to the silicon atom to the number of repeating units of the silane having an alkyl group bonded to the silicon atom is 0.2 to 10. A pattern forming method characterized by:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5806286A JPS62215945A (en) | 1986-03-18 | 1986-03-18 | Pattern forming method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5806286A JPS62215945A (en) | 1986-03-18 | 1986-03-18 | Pattern forming method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62215945A true JPS62215945A (en) | 1987-09-22 |
Family
ID=13073422
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5806286A Pending JPS62215945A (en) | 1986-03-18 | 1986-03-18 | Pattern forming method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62215945A (en) |
-
1986
- 1986-03-18 JP JP5806286A patent/JPS62215945A/en active Pending
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