JPS62232127A - 半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

半導体デバイスの製造方法

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JPS62232127A JP62035964A JP3596487A JPS62232127A JP S62232127 A JPS62232127 A JP S62232127A JP 62035964 A JP62035964 A JP 62035964A JP 3596487 A JP3596487 A JP 3596487A JP S62232127 A JPS62232127 A JP S62232127A
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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、サブミクロンの横方向寸法全方する構造に使
用される側壁（ｓｉｄｅｗａｌｌ　）の処理技術、及び
きわめて狭いライン幅の構造を形成するためにその処理
技術を利用することに関する。本発明は特に、オプトエ
レクトロニクスの技術分野で使用されるような半導体デ
バイスの製造に有用である。
Ｂ、従来技術 ここ１０年間で集積回路（ＩＣ）の利用は劇的に増加し
ており、これに伴ってＩＣにおけるより一層の複雑さ、
よシ速い動作速度及びよシ微細なデバイス寸法に対する
需要が高まっている。そして、“主にフォトリングラフ
的な欠陥頻度全低減することにより、相当な改良がはか
られてきている。
例えば、上述の光輻射の代わシに電子ビームあるいはＸ
線露光法を利用することにより、より高い分解能が達成
された。一方、コストのかさむ電子ビームあるいはＸ線
露光法を利用することなく、慣用的なリングラフ処理技
術を向上することによって１μｍ及びそれ以下のきわめ
て狭いライン幅ｔ−達成しようとする尽力もあった。そ
してさらに、金属をエツチングするためにプラズマまた
は反応性イオン・エツチング技術を用いることにより、
一層狭いライン幅を形成することに発展がもたらされ、
このことは結局デバイスの性能向上につながった。
さて、従来、サブミクロン範囲の寸法の構造を形成する
ことを可能ならしめる、いわゆる側壁技術について記述
する刊行物及び特許は多数ある。
例えば、米国特許４２５６５１４号には、シリコン基体
に狭い幅の領域を形成するための方法が記載されており
、この方法はシリコン基体に水平面とほぼ垂直な面をも
つ領域を形成する工程を有する。そして共形層（ｃｏｎ
ｆｏｒｍａｌ　　１ａｙｅｒ　）がその水平面と垂直面
の両方上に形成される。次に、反応性イオン・エツチン
グが行なわれ、これにより水平島は除去されるが、垂直
層はほとんど除去されないまま残される。これらの垂直
側壁はシリコン基体にきわめて狭い幅の領域を規定する
。
米国特許４５０２９１４号は、さらに進んだ技術を開示
する。これにおいては、水平及び垂直な面をもつポリマ
層の構造体が先ず基板上に形成される。その後、窒化シ
リコンまたは酸化シリコンの共形層がプラズマ付着され
、次に、反応性イオン・エツチングが行なわれる。これ
によシ、水平な領域とポリマ構造体が除去され、ポリマ
構造体の垂直面に隣接して位置づけられていた窒化シリ
コンまたは酸化シリコンの狭い領域のみが残される。次
に垂直な側壁構造は、同一の寸法を有するが異なるマス
ク物質からなるマスクに変換される。
サブミクロン幅の側壁スタッド（柱体）を下層を処理す
るためのマスクとして使用するという基本概念、すなわ
ち“影像転写”が、ＩＢＭテクニカル・ディスクロジャ
・プルティン（ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｓｃｌｏｓｕｒ
ｅ　　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ（以下ＴＤＢと略記））Ｖｏｌ
、２６、Ｎｏ、９．１９８４年２月、ｐｐ、４５８７−
４５８９．’側壁影像転写技術を用いて構造中にサブミ
クロン寸法を形成するための方法（Ｍｅｔｈｏｄ　　ｆ
ｏｒ　　Ｍａｋｉｎｇ　　Ｓｕｂ−ＭｉｃｒｏｎＤｉｍ
ｅｎｔｉｏｎｓ　　ｉｎ　　５ｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　　
ＵｓｉｎｇＳｉｄｅｗａｌｌ　　Ｉｍａｇｅ　　Ｔｒａ
ｎｓｆｅｒＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　）″に記載されてい
るような処理に通用される。この処理は、レジスト・パ
ターン上に共形Ｓｉ３Ｎ４層を付着し、その後、レジス
トの垂直端面にきわめて精密に制御された幅の８１６Ｎ
４側壁を残すための反応性イオン・エツチングを行う。
そうして、レジストを除去すると、例えばＦＥＴデバイ
スのサブミクロン・ゲート長を規定するために使用する
ことができる自立的な（ｓｅｌｆ−ｓｔａｎｄｉｎｇ　
）スタッドが得られる。
サブミクロン構造を形成するために採用することのでき
る別の側壁技術がＩＢＭ　　ＴＤＢ　　Ｖｏｌ。
２４、Ｎｏ、７Ｂ、１９８４年１２月、ｐｐ、４１１５
−４１１７．　　”Ｘ線リソグラフィのためのサブ、ミ
クロン精密マスク（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ−８ｕｂ−Ｍｉ
ｃｒｏｎ−Ｄｊｍｅｎｔｊｏｎｅｄ　　Ｍａｓｋ　　ｆ
ｏｒ　　Ｘ−ＲａｙＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）″に記載
されている。これにおいては、パターン化されたポリシ
リコン被膜の垂直壁面上に成長された酸化物がマスクと
して使用される。
プロフィールの垂直面上に側壁を形成するようにしたこ
れらの従来技術とは対照的に、本発明によって開示され
る処理によシ形成される、サブミクロン寸法を規定する
ための側壁は、ポリマ・レジスト・プロフィールの垂直
面の内部に形成される。これらの側壁は、プロフィール
の露出されたポリマ物質のエツチング抵抗性を高めるシ
リル化（５ｉｌｙｌ１）（ａ）ｉｏｎ　）処理により形
成される。このときの側壁の厚さは、シリル化処理のパ
ラメータによって決定される。これによれば、熱的に安
定なパターンを形成しその後、側壁を得るだめの共形層
を付着するというかなり複雑な処理が不要になる。
シリル化は、−ＯＨ，−ＮＨｌ−３Ｈなどの基の活性水
素をシリコン原子で置換することと定義される。有機化
合物のシリル化は約４０年も前から知られている技術で
あるが、シリコンを組み込むことＫよってレジストの現
像速度を変更したり、０２プラズマにおける反応性イオ
ン・エツチングの抵抗性を改良したシするためにシリル
化技術を利用するようになったのはごく最近である。
シリル化処理と、それに利用し得るポリマ物質及びシリ
ル化剤は実に多くの文献に記載されているが、ＩＣの製
造に適用し得るシリル化技術について述べた文献のうち
の代表的なものを幾つか以下に示す。
特開昭６１−１５８２５５号は、サブミクロンの解像度
を与えることのできるプラズマ現像可能な多層レジスト
を形成するための方法を記載する。
これにおいては、パターン化された輻射に露光された、
ポリマ物質からなる層の上部が、シリル化処理により、
ドライ・エッチング抵抗性に変換される。これには、使
用し得るポリマ物質も示されている。
米国特許４５５２８３５号は、ネガティブ・レジスト影
像を形成するための処理に関する。この影像は、次のよ
うな一連の処理により形成される。
すなわち、先ず、被膜を輻射のパターンで露光する。こ
の被膜は、輻射への露光後、有機金属剤と反応するよう
なポリマを含むような組成である。
次に、露光された被膜を有機金属剤で処理する。
最後に、露光された被膜を酸素プラズマで処理すること
により、レリーフ影像を現像する。この文献には、好適
なポリマと有機金属剤が示されている。
特願昭６０−２８３２０７号には、少くとも一層がエツ
チング抵抗性であるようなパターン化された多層被膜を
形成する方法が開示されている。
この層は、パターン化されたポリマ被膜を有機金属剤中
でシリル化することにより得られる。このパターンはそ
の後、酸素プラズマ、またはそれと同等のドライ・エッ
チング方法を用いて転写される。
特願昭６０−２８９５３８号は、プラズマ抵抗性のポリ
マ物質を得るための処理と、その処理のリングラフィに
おける使用について記述する。その物質は、ポリマ物質
を、ヘキサメチルシクロトリシラザン（ＨＭＴＣ８）の
ような有機金属シリル化剤と反応させることによって用
意される。
上述の文献は集積回路の製造にシリル化技術を使用する
こと金示している。これらの処理は、エツチング抵抗性
のシリル化されたレジスト層全形成するために使用され
るが、本発明で提示されるような側壁の形成への適用を
示唆するものではない。
Ｃ６発明が解決しようとする問題点 この発明の目的は、エツチング抵抗性のプロフィール面
を形成するためにシリル化技術を利用し、その後サブミ
クロンの側壁を形成するために異方性エツチング処理を
行うことにより、慣用的なリングラフィ技術の用途をサ
ブミクロン範囲の寸法Ｋまで拡げることにある。
Ｄ１問題点を解決するための手段 上記目的は、次のような工程からなる処理を用いること
によって達成される。
（ａｌ　　基板上に、活性水素（−ＯＨ１−ＮＨｌ−８
Ｈ）？有するポリマ・レジストからなるパターン化され
た層を付着する。このレジストは、側壁を形成すべき箇
所にほぼ垂直な端面をもつプロフィールを形成する。
（ｂ）　　活性水素をシリコン原子で置換するために、
すなわち、レジストのプロフィールの上面と垂直端面と
を所定の深さまでシリル化し以てプロフィールの表面を
酸素ドライ・エッチングに対する高い抵抗性を有するよ
うにするために、レジストを反応性有機金属シリル化剤
で処理する。
（ｃ）　　プロフィールの上面のシリル化されたレジス
ト及びその後のシリル化されていないレジスト’を除去
するために異方性酸素ドライ・エッチングを行い＼以て
、実質的にあまりエツチングされていない所望の側壁を
形成する、プロフィールのほぼ垂直な端面を残す。
本発明の処理によって提供される利点は、主として、慎
重な配慮全装する工程が少ないことである。
すなわち、低い温度の（１００℃以下）処理工程が採用
されているので、パターン化されたプロフィール金形成
するために標準的なレジスＨ−使用することができる。
また、従来の処理において共形層を付着するために必要
であった複雑で高温で時間のかかるＣＶＤ処理が、本発
明では、室温で実施し得る、あまり厳密な条件を要さな
いシリル化処理で置き換えられる。
すなわち、本発明による新規な処理は、従来知られてい
る処理と同等程度の解像度と再現性を与えることが出来
るにも拘らず、処理をより簡単にし、必要な用具の数を
減少し、処理時間の短縮全可能ならしめるので、相当な
コストの節約をもたらす。
Ｅ、実施例 第１図を参照すると、半導体基体１１上のサブミクロン
幅のメタライゼーション・ライン１２Ｓからなるサブミ
クロン構造体１０が図示されている。これらのラインは
、シリル化技術を用いて１１１１１壁を形成する本発明
の処理を採用することにより形成される。その側壁は、
金属ラインの位置及び横方向のサブミクロン寸法を規定
するためのマスクとして働く。
尚、以下に記載する実施例においては、ラインは金属か
ら成っており、例えばＭＥＳＦＥＴの耐火性ゲート金形
成し得るものであるが、本発明は、非金属構造全形成す
るためにも利用することができる。
第２Ａ〜２Ｇ図には、第１図の構造を形成するために使
用される処理工程が図示されている。尚、以下の記載は
主として第１図に示す構造を形成することに関与するが
、この記載は、本発明の一例であるにすぎない。シリル
化技術を用いて側壁マスク金形成するこの処理にはさま
ざまな適用例があり、そのうちのいくつかについては後
述する。
また、以下に記載する特定の処理のために選択された厚
さその他の寸法、使用される物質及び処理パラメータは
、説明金分かりやすくするために選ばれたものであって
、本発明に対して限定的な意味に解釈されるべきではな
いことに注意されたい。
さらに、さまざまな物質の付着、露光、現像及びエツチ
ングなどの個々の処理工程自体はよく知られており、慣
用的な装置と技術を用いて実施することができる。それ
ゆえ、それらの個々の処理についてはあまり詳しくは説
明しない。
ここで、第２Ａ図を参照すると、製造処理は、直径約５
０　ｍｍであり、０．２μｍ厚の金属層１２で覆われた
半導体ウェーハ１１から開始される。ここに記載された
例においては、ウェー・・１１は砒化ガリウム（ＧａＡ
ａ）であり、金属層１２はケイ化タングステン（ＷＳｉ
　　）である。この構造体は、洗浄化され乾燥されると
、後で金属層１２を所望のサブミクロン・パターンに画
定するために使用される側壁を上面に形成するための“
基板”として働く。
第２Ｂ図に示された最初の工程では、約９００ｎｍの厚
さのポジ型フォトレジスト１６の層がスピン付層（６０
０Ｏｒｐｍ、６０秒）され、９０℃で２０分間プリベー
クされ、次に光のパターン（波長３００　ｎｍ、１０　
ｍＷ／　０ｍ２．３０秒）に露光される。選択されたレ
ジストは、広く入手可能な５ｈｉｐｌｅｙ社の製品であ
るＡＺ４１１０である。
この処理には、ノボラック樹脂全方するすべてのレジス
ト、すなわちほとんどすべてのポジ型レジストが適合す
る。
次に、第２の工程においては、１：４にＨ２Ｏで希釈さ
れたＡＺ　　４００に現像液を用いて３０秒間現像が行
なわれる。これにより、水平な上面とほぼ垂直な端面を
もつレジスト・プロフィール１３Ａ、１３Ｂが得られる
（第２Ｃ図参照）。次に、ここまでで形成された溝遺体
がリンスされ（Ｈ２Ｏにより２分以上）これにより残留
する現像液が除去される。次に構造体は乾燥され、９０
℃で２０分間ベークされる。
次に第２Ｄ図を参照すると、構造体は、キシレン：ＨＭ
ＣＴＳ：ＮＭＰが８９：１０：１体積比のシリル化溶液
に２０℃で５分間浸漬される。この第５の工程は、レジ
スト・プロフィール１３Ａ、１３Ｂのすべての表面にお
ける０、１μｍの深さに達するシリル化をもたらし、こ
れによりシリル化されたレジストは、後の酸素エツチン
グ処理に対する抵抗性が実質的に高まる。
従来知られている側壁技術とは異なり、これらのエツチ
ング抵抗性シリル化層は、レジスト°プロフィール表面
に破着されるのではなく、レジスト・プロフィール内に
形成される。
上述の例で使用されるシリル化剤は、中性溶媒中で安定
であり製造用途として安全な、ヘキサメチルシクロトリ
シラザン（ＨＭＣＴＳ）である。
そのシリル化剤は、レジスト中に含まれるノボラック樹
脂と反応して架橋不溶性ポリマ全形成し、ポリマ・マト
リックス中にシリコンを組み込んでＲＩＥ抵抗性を生じ
させる。その反応は、スピン付着されプリベークされた
レジストにおいては、おそらくは限定拡散であり、時間
とシリル化剤の濃度と温度に依存する。
尚、レジスト中の水素をシリコンで置換することに適切
である限シ、さまざまな薬剤全使用することができる。
そのような薬剤は、例えばｖｆ願昭６０−２８９５５８
号に示されている。
シリル化剤溶液中のＮＭＰ（Ｎ−メチル・ピロリドン）
の量がシリル化処理の速度を実質的に決定する。例えば
、ＮＭＰが１体積チであると、所望のシリル化深さに応
じて（２０℃で）５ないし２０分の範囲の処理時間が必
要である。このとき温度もまた重要な役割？来たす。
次に、プロフィール表面からシリコンを除去するために
プロフィールを室温で５秒間キシレン中でリンスした後
、プロフィールを乾燥窒素で乾燥し、９０’Ｃで５分間
ポストベークする。
第４の工程では、第２Ｅ図の矢印２ｏで示すように、構
造体は圧力１．６パスカル、エネルギー密１北０．３　
Ｗ／　ｃ　ｍ　２の条件下で、異方性反応性酸素イオン
・エツチングにさらされる。これにより先ず、プロフィ
ール１３Ａ、１３Ｂの上面のシリル化レジスト１５Ｔが
除去され、続いてシリル化されていないレジストが下方
の金属ｊＦ１２まで除去される。このとき、プロフィー
ルの上面のシリル化された層のエツチング速度はゆるや
かであるが、シリル化されていないレジストのエツチン
グ速度はより大きい。
このエツチング処理は、レーザ一点検出（ＥＰＤ）技術
を利用して制御される。このために必要な時間は約５０
分であり、これには残留物、例えばシリコンを含むレジ
スト上面層からのレジスト物質を除去するための２０％
のオーバー・エツチング（ＥＰＤ＋２０％）が含まれる
。
このＲＩＥ工程の後、構造体は第２Ｅ図に示す状態にあ
る。すなわち、レジスト・プロフィール１５Ａ、１５Ｂ
のシリル化垂直部分１５Ｓが、下層（この場合ＷＳｉ　
　層１２）のサブミクロン横方内寸法を規定するだめの
マスクとして使用することのできる所望の側壁を形成す
る。
第５の処理工程では、側壁の“影像″が、第２Ｆ図に示
されるようにＷ　Ｓ　ｉ　　層に転写される。矢印２１
で示される異方性エツチング処理においては、層１２の
露出箇所、すなわち側壁１５Ｓによって覆われていない
箇所が除去される。このとき圧力１，３パスカルで、０
．５　Ｗ／　ｃ　ｒｎ２の条件に°おいてｓＦ６　ＲＩ
Ｅエツチング？利用することができる。
最後の第６の工程では、側壁１５Ｓが剥離される（　ｓ
　ｏｏｃのＮＭＰ中で１０分間）。こうして得られた構
造は、第２Ｇ図に示すように、第１図の構造に対応する
。
従来の側壁技術と同様に、上述の処理はプロフィールの
各垂直端面に側壁の形成をもたらす。しかし、その側壁
のすべてが後の影像転写に必要である訳ではない場合に
は、不要な側壁は（上記第４の工程における異方性エツ
チングに続り）トリミング処理で除去することができる
。このことは、側壁を残すべき箇所を規定するためのト
リム・マスクを用いて、０２を１０％含むＣＦ４ＲＩＥ
処理中で実行される。そのようなトリム技術は当技術分
野で周知である。
上記記載から明らかなように、得られる側壁の厚さは、
シリル化の厚さ、すなわち酸素エツチングの耐性が高ま
るレジスト物質の厚さによって決定される。高い精度の
、再現性のあるサブミクロン寸法を得るためには、シリ
ル化処理、特にシリル化深さを好適に制御することが最
も重要である。
第３図は、シリル化時間、すなわちレジスト・プロフィ
ールがシリル化溶液にさらされる時間と、最終的に得ら
れる側壁の幅に対応するシリル化深さの間の関係をあら
れす。ＡＺ４１１０フォトレジストを用い、シリル化剤
がキシレン：ＨＭＣＴＳ：ＮＭＰ（８９：１０：１）で
、温度が２０’Ｃの場合、測定値３２に基づき引かれた
ライン６１がほぼ直線の関係をあられす。この図は、レ
ジスト・シリル化技術が信頼性が高く、複雑で高価な装
置を要さない簡単な処理である。また、これは室温下の
処理である。
Ｆ９発明の効果 以上のように、この発明によれば、ＣＶＤなどの複雑な
処理を必要とせず、室温下で１１１１１壁を形成するこ
とのできるサブミクロン幅の側壁形成技術が提供される
。この発明の用途としては、例えば、耐火ゲートＭＥＳ
Ｆ’ＥＴ構造におけるサブミクロン・ゲートやレーザー
構造の格子の形成がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の処理により形成される構造を示す図
、 第２Ａ図ないし第２Ｇ図は、本発明の処理工程を示す図
、 第６図は、シリル化時間と側壁の幅との間の関係を示す
図である。 １１・・・・基体、１２・・・・金属層、１３・・・・
フォトレジスト、１５Ｓ、１５Ｔ・・・・レジストのシ
リル化された領域。 出願人　　インターナンヨカノいビジネス・マシーノズ
・コーポレーション代理人　弁理士　　山　　　本　　
　仁　　　朗（外１名） ［今］

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）（ａ）基体上に活性水素を含むポリマ・レジスト
    の層を付着し、 （ｂ）上記ポリマ・レジストの層を、ほぼ垂直な端面を
    もつプロフィールを形成するようにパターン化し、 （ｃ）上記パターン化されたレジストを、上記プロフィ
    ールの上面及び垂直端面を所定の深さまでシリル化し以
    てシリル化された部分の酸素ドライ・エッチング抵抗性
    を高めるために、上記活性水素をシリコン原子で置換す
    るための反応性有機金属シリル化剤で処理し、 （ｄ）上記プロフィールのシリル化された上面及びシリ
    ル化されていないレジストを除去し上記プロフィールの
    垂直端面におけるシリル化された部分を残すように、垂
    直方向の異方性酸素ドライ・エッチングを行う工程を有
    する半導体デバイスの製造方法。
  2. （２）上記反応性有機金属シリル化剤がヘキサメチルシ
    クロトリシラザン（ＨＭＣＴＳ）である特許請求の範囲
    第（１）項記載の方法。
  3. （３）上記レジストが、キシレンとＨＭＣＴＳとＮ−メ
    チルピロリドン（ＮＭＰ）からなるシリル化溶液中で処
    理される特許請求の範囲第（２）項記載の方法。
  4. （４）上記シリル化溶液がキシレン、ＨＭＣＴＳ及びＮ
    ＭＰを、８９：１０：１の体積％で含む特許請求の範囲
    第（３）項記載の方法。
  5. （５）上記レジストのシリル化溶液による処理が１５〜
    ２５℃の温度範囲で行なわれる特許請求の範囲第（４）
    項記載の方法。
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