JPS62272535A - 微細分解能ホトリソグラフイ用のトライレベルレジスト方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 本発明は大略半導体基板内及びその上に特徴部を形成す
る方法に関するものであって、更に詳細には、この様な
半導体基板上に非常に狭いメタルラインの如く非常に微
細な幾何学形状を持った領域及び構成を形成するトライ
レベルホトリソグラフィック技術に関するものである。

半導体基板上に非常に小型の特徴部を分解する能力は、
個別的なチップ上に配置されるデバイスの密度が一層高
くなるにつれて、一層重要となる。

この様な小さな特徴部を画定する為に単一層ホトレジス
トシステムを使用することは、屡々、制限的である。何
故ならば、不均一なトポロジー即ち。

脇地形的形状を持った基板を適宜被覆する為に比較的厚
くホトレジストを形成せねばならないからである。この
様な厚いホトレジスト層は非常に小さな特徴部を画定す
る為に必要な精密な画像形成を阻害する。何故ならば、
露光用照射の焦点が膜の深さに関して変化するからであ
る。更に、ホトレジストの下部部分を適宜露光する照射
は、隆起した基板特徴部の頂部上に形成された一層高い
領域を過剰露光する場合がある。

多層ホトレジストシステムを使用することによりこれら
の問題は部分的に解消される。基板上に付与される比較
的厚い有機ポリマ一層（通常、平塩化乃至は水平化層と
呼称される）は比較的平担な表面を提供する。その平坦
化層上にバリア乃至は面像転写層を付与し、続いてその
面像転写層上に画像形成層を形成する。該画像形成層は
、薄いホトレジスト膜であり、それは不均一な露光や焦
点深度における変動に関連する問題を回避しているので
、非常に高い分解能で画像形成することが可能である。

次いで、パターンを、パターン形成したホトレジストを
マスクとして使用して、該面像転写層上にエッチさせる
。該面像転写層は、酸化物、窒化物、又は有機若しくは
無機ポリマーとすることが可能である。そのパターンは
究極的には、従来技術によって、平坦化層へ転写され、
且つ該平坦化層は基板内又は基板上に所望の特徴部を形
成する為のマスクとして使用する。

単一層ホトレジストシステムよりも実質的に改良されて
いるが、この様なトライレベルレジストシステムは、多
くの最近のＶＬＳＩデバイスに必要とされる高いレベル
の分解能を達成しておらず。

通常１ミクロン未満である。本発明者によって知得され
た如く、面像転写層の表面の特徴部は、約１ミクロン未
満の厚さを持ったホトレジスト画像形成層を適用するこ
とを困難としている。ホトレジスト画像形成層で得られ
る分解能がその層の厚さと略等しくなると、１ミクロン
未満の分解能は容易に得られないことは容易に理解され
る。

これらの理由により、はるかに１ミクロン未満のホトリ
ソグラフィック画像形成分解能を提供することの可能な
多層ホトレジスト画像形成システムを提供することが望
ましい。特に、十分に滑らかであり且つ欠陥が無く、非
常に薄い画像形成層を適用することの可能な面像転写層
を持った改良型トライレベル（３レベル）ホトレジスト
方法を提供することが望ましい。

多層ホトレジスト画像形成システムの使用は。

大略、　Ｂｕｒｇｒａｆｆ著の「最新の多層レジストプ
ロセッシング（Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ　Ｒｅ５ｉｓｔ　
Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｐｄａｔｅ）」、セミコンダ
クターインターナショナル、１９８５年８月、８８−９
２頁、及び「工夫した集積回路チップ用の改良型ホトレ
ジスト（Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　Ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ　
ｆｏｒ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃ１ｒｃｕｉｔｓ　Ｃ
ｈｉｐｓ　Ｄｅｖｉｓｅｄ）Ｊ、ケミカルアンドエンジ
ニアリングニューズ、１９８５年１ｏ月７日、２７−３
０頁、の文献に記載されている。

面像転写層としてポリジメチルシロキサン樹脂物質を使
用するトライレベルホトレジストシステムは、米国特許
第４，００４，０４４号及びＦｒ１ｅｄ　ｅｔ　ａｌ、
著のＩＢＭジャーナルオブリサーチアンドデビロップメ
ント２６　：　３６２−３７１の文献に記載されている
。同様のトライレベルホトレジストプロセスは米国特許
第４，４９３，８５５号に記載されており、その場合、
シロキサン面像転写層がプラズマ高分子化によって付着
され、次いでオーブン硬化（即ち、キユアリング）が行
われる。Ｃｈｏｕ　ｅｔ　ａｌ、の文献、アブライドフ
イジツクスレターズ、１９８５．４６：３１−３３は、
酸゛　素プラズマ注でのポリシロキサン膜のエツチング
に付いて記載している。

本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上述
した如き従来技術の欠点を解消し、半導体基板上に非常
に微細なメタリゼーションラインの如き非常に小さな特
徴部を画定する改良型多層ホトレジストプロセス乃至は
方法を提供することを目的とする。

本方法は、高分解能ホトリソグラフィを困難とさせる不
規則な即ち凹凸の成る表面を持った基板上に非常に小さ
な特徴部を画定する上で特に効果的である。本発明に拠
れば、基板上に基板上のトポグラフィツク即ち地形的な
特徴部を水平状乃至は平坦化させるのに十分な厚さへ平
坦化層を形成する。次いで、該平坦化層上に比較的薄い
面像転写層を付与して、該平坦化層を爾後に付与すべき
画像形成層から分離する。該面像転写層は、非酸化性プ
ラズマ中でキュア即ち硬化されたシリコーン樹脂である
。本発明者の知得したところでは、この様なキュア即ち
硬化手順は特に滑らかな面像転写層を提供し、その面像
転写層は実質的に欠陥及び不連続部が無く、これらのも
のが従来従来のトライレベルレジストプロセスにおいて
非常に薄い画像形成層を付与する能力を制限していた。

本発明の方法を使用して、０．３ミクロン以下の程度の
厚さを持った画像形成層を得ることが可能であり、半導
体基板の表面上に０．３ミクロン以下のオーダの特徴部
を形成することを可能とする。

該画像形成層は従来のりソグラフィ技術によってパター
ン形成された従来のホトレジストであり、下側に存在す
る面像転写層はその画像形成層をマスクとして使用して
パターン化される。次いで、該面像転写層は、平坦化層
をパターン形成する場合のマスクとして機能し、次いで
メタリゼーションライン又はその他の特徴部を公知の技
術によって基板上に形成することが可能である。

以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態様
に付いて詳細に説明する。

第１図乃至第６図を参照して１本発明方法に従って半導
体デバイスを製造する特定の方法に付いて説明する。半
導体デバイスは、シリコンウェハデバイス１０（一部を
第１図乃至第６卯に示しである）上に製造される。通常
、ウェハは、その上部表面上に形成された多様な地形的
特徴部１２を有している。この様な特徴部は、その前の
、メタリゼーション、酸化物形成、エツチングプロセス
。

付着プロセス等から発生する場合がある。

特に第１図を参照すると、平坦化層１４が基板１０上の
上部表面上に直接的に形成される。便宜的には、該平坦
化層は不規則部乃至は凹凸１２を平坦化乃至は平滑化さ
せるのに十分な厚さへ液体樹脂をスピニングさせること
によって形成される。

その結果得られる平坦化層１４の上部表面は、実質的に
平坦で滑らかである。平坦化層として使用する適宜の有
機高分子樹脂は、熱的に安定であり且つエツチングに適
しており、特に反応性イオンエツチングに適しており、
後述する如くこのエツチング技術は該平坦化層をパター
ン形成する為に使用される。ホトレジスト、ポリイミド
、ポリメタクリレート等を包含する多種類の樹脂を使用
することが可能である。付与した後に、典型的に１時間
のオーダの樹脂を十分に硬化させるのに十分な時間の間
、典型的に約２００乃至２２５℃の範囲内の高温で、ベ
ーキングを行うことによって該有機樹脂を硬化させる。

別法としては、典型的に２乃至３分の短い期間の間、照
射熱源へ露呈させることによって該有機樹脂を硬化させ
ることも可能である。

第２図を参照すると、面像転写層１６が平坦化層１４上
に直接付与される。この面像転写層は、後述する如く、
平坦化層を爾後に付与される画像形成層から分離すべく
機能する。面転写層上に非常に薄い画像形成層を付与す
る為に、面像転写層が可及的に滑らかで且つ表面欠陥が
無いことが必要である。知得されたことであるが、非酸
化性プラズ内で無機物層をキュア即ち硬化させることに
より所望の結果を得ることが可能である。適宜の無機物
層は、リニア及びクロスリンクした両方のポリジアルキ
ルシロキサンを包含するキュア可能なシリコーン樹脂を
包含する。適宜のシリコーン樹脂の１例は、ゼネラルエ
レクトリックコンパニイ、シリコーンプロダクツデビジ
ョン、ウォータフォード、ニューヨーク１２１８８、か
ら市販されているＳＲ８０Ｍシリコーン電気樹脂である
。

このシリコーン樹脂は典型的には約０．０５乃至０．５
ミクロンの範囲で、一層典型的には約０゜１ミクロンの
所望の厚さへスピニングによって、且つ約５乃至３０分
で一層好適には約１０乃至１５分の間非酸化性プラズマ
内でキュアさせることによって付与される。このキュア
即ち硬化は、従来のバーレル型プラズマ反応器内で行う
ことが可能であり、且つ適宜の非酸化性プラズマは、窒
素、アルゴン、ヘリウム等を包含するが、特に窒素が好
適である。反応器のパワー設定は、約１００乃至５ｏＯ
ワツトで、−暦好適には約３００ワツトであり、且つ約
１乃至５トールで一層好適には約２トールの圧力で十分
である。

この様なプラズマでキュアされたシリコーン樹脂は、残
留炭素の無い、主にシリコンと酸素からなる高度に安定
なガラス表面となることが分かった。

オプションとして、ブロック用染料又はクマリン等の反
射防止染料を平坦化層又は面像転写層のいずれかの中に
設けて、上側に存在する画像形成層における分解能を更
に改善することが可能である。該染料は周波数選択性が
あり、且つ整合照射の通過を共用するが上側に存在する
マスク層を露光する波長を反射させない様に選択される
。適切な染料は、ブリューワサイエンス、インコーホレ
イテッド、ローラ、ミズーリ州、及びイーストマンコダ
ック社、ロチェスター、ニューヨーク州、から入手する
ことが可能である。

第３図を参照すると、従来の技術によって、面像転写層
１６上に直接適に画像形成層１８が付与される。画像形
成層１８はホトレジストであり、通常ポジティブホトレ
ジストであって、公知のスピン付与技術によって付与さ
れる０画像形成層１８の厚さは、不連続部の無い一様な
コーティングを提供する様な可及的に薄いものとする１
本発明の滑らかで欠陥のない面像転写層を使用して、約
０．１乃至０．５ミクロンで通常は０．３ミクロンの程
度の厚さを持った画像形成層を得ることが可能であるこ
とが判明した。従来技術のトライレベル処理技術を使用
する場合には、約１ｍｍ以下の厚さを得ることは困難で
あった。従って、本発明は、このタイプの方法で以前得
られていなかった非常に高い画像分解能を提供している
。

第４図乃至第６図を参照すると１面像転写層１６がバリ
ア層として機能して下側に存在する平坦化層を保護しな
がら、開口２０が従来のホトリソグラフィ技術によって
画像形成層１８内に形成する。次に、マスク層１８内に
開口２０をマスクとして使用して、典型的に反応性イオ
ンエツチングによって、面像転写層１６内に開口２２を
形成する０次いで１両像転写層１６内の開口２２をマス
クとして使用して、平坦化層１４内に開口２４を形成す
る（第６図）。−皮形成されると、開口２４は、付着、
イオン注入、エツチング等の多種の従来の基板処理ステ
ップの為に使用することが可能である。本方法は特に基
板上にサブミクロンの幾何学的形状を形成のに適してい
る。

特定の実施例においては、加熱した超音波的に励起され
た有機ベースを、面像転写層１６及び平坦化層１４の両
方に対して剥離剤として使用することが可能である。該
ベースは有機ポリマーである平坦化層１４を溶解し、且
つアルミニウムのプラズマエツチングの後に存在するこ
とのある酸エッチ残留物を中和する。超音波エネルギは
、ガラス状面像転写層１６を破壊すべく機能し、一方該
べ一スはその結果得られるガラス状粒子を隔離し。

それらがウェハ基板１０上に再付着することを防止する
。好適なものは、ＫＴＩケミカルズ、インコーホレイテ
ッド、サニーベル、カリフォルニア州、から市販されて
いるＲ−１０の如きエタノールアミン溶媒を使用するこ
とである。

以上１本発明の具体的実施の態様に付いて詳細に説明し
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
では無く１本発明の技術的範囲を逸脱すること無しに種
々の変形が可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は上表面上に形成した平坦化層を持った従来の半
導体基板を示した概略断面図、第２図は平坦化層の上表
面上に形成した面像転写層を有する第１図の構成を示し
た概略断面図、第３図は面像転写層上形成した画像形成
層を有する第２図の構成を示した概略断面図、第４図は
画像形成層がパターン形成された第３図の構成を示した
概略断面図、第５図は面像転写層がパターン形成された
第４図の構成を示した概略断面図、第６図は画像形成層
が除去され且つ平坦化層がパターン形成された第５図の
構成を示した概略断面図、である。 （符号の説明） １ｏ：ウェハ基板 １２：特徴部 １４：平坦化層 １６：面像転写層 １８：画像形成層 ２０．２２．２４：開口 特許出願人　　　　フェアチャイルド　セミコンダクタ
　コーポレーショ ン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板上に非常に小さな特徴部を画定する方法
   において、前記基板上に前記基板上の地形的な特徴部を
   平坦化させるのに十分な厚さの平坦化層を形成し、前記
   平坦化層上に画像転写層を形成し、非酸化用プラズマ内
   で前記面像転写層を硬化させ、前記硬化させ画像転写層
   上に画像形成層を形成し前記層は約０．５ミクロン未満
   の厚さを持っており、ホトリソグラフィによって前記画
   像形成層をパターン形成し、前記画像形成層内の前記パ
   ターンを前記画像転写層へ転写し、前記画像転写層内の
   前記パターンを前記平坦化層へ転写し、前記平坦化層内
   の前記パターンに基づいて前記基板上に特徴部を画定す
   る、上記各ステップを有することを特徴とする方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記平坦化層はス
   ピニングによって付与されオーブン内で硬化させた有機
   樹脂であることを特徴とする方法。 ３、特許請求の範囲第２項において、前記有機樹脂はポ
   ジティブレジストであることを特徴とする方法。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記画像転写層は
   無機又は有機樹脂であることを特徴とする方法。 ５、特許請求の範囲第４項において、前記画像転写層は
   無機樹脂であることを特徴とする方法。 ６、特許請求の範囲第５項において、前記無機樹脂はシ
   リコーン樹脂であることを特徴とする方法。 ７、特許請求の範囲第６項において、前記シリコーン樹
   脂はＳＲ８０Ｍであることを特徴とする方法。 ８、特許請求の範囲第１項において、前記画像転写層は
   約５トール未満の圧力でバーレル型プラズマ反応器内で
   硬化されることを特徴とする方法。 ９、特許請求の範囲第８項において、前記非酸化性プラ
   ズマは、窒素プラズマ、アルゴンプラズマ、ヘリウムプ
   ラズマから構成されるグループから選択されるものであ
   ることを特徴とする方法。 １０、特許請求の範囲第１項において、前記画像形成層
   はポジティブホトレジストであることを特徴とする方法
   。 １１、特許請求の範囲第１項において、前記基板上に形
   成される特徴部はメタリゼーションラインであることを
   特徴とする方法。 １２、特許請求の範囲第１項において、前記メタリゼー
   ションラインは約１ミクロン未満の幅を持っていること
   を特徴とする方法。 １３、トライレベルホトレジスト方法において、半導体
   基板上に平坦化層を形成し、前記平坦化層上に画像転写
   層を形成し、前記画像転写層上に面像形成層を形成する
   上記各ステップを有しており、前記画像転写層は非酸化
   性プラズマ中で無機又は有機樹脂を硬化させることによ
   って形成し、その際に非常に滑らかな表面が前記画像転
   写層上に形成されることを特徴とする方法。 １４、特許請求の範囲第１３項において、前記非酸化性
   プラズマは、窒素プラズマ、アルゴンプラズマ、ヘリウ
   ムプラズマから構成されるグループから選択されること
   を特徴とする方法。 １５、特許請求の範囲第１３項において、前記プラズマ
   硬化はバーレル型プラズマ反応器内で行われることを特
   徴とする方法。 １６、特許請求の範囲第１３項において、前記非酸化性
   プラズマは約２トールの圧力の窒素プラズマであること
   を特徴とする方法。 １７、特許請求の範囲第１３項において、前記画像転写
   層は約０．５ミクロン未満の厚さを持っていることを特
   徴とする方法。 １８、基板、前記基板上に少なくとも約１００ミクロン
   の厚さを持った平坦化層、前記平坦化層上の面像転写層
   、非常に滑らかな表面を与える為に非酸化性プラズマ内
   で無機又は有機樹脂を硬化させることによって前記画像
   転写層上に約０．５ミクロン未満の厚さに形成された画
   像形成層、を有することを特徴とする半導体構成体。 １９、特許請求の範囲第１８項において、前記非酸化性
   プラズマは、窒素プラズマ、アルゴンプラズマ、ヘリウ
   ムプラズマから構成されるグループから選択されること
   を特徴とする半導体構成体。 ２０、特許請求の範囲第１８項において、前記プラズマ
   硬化はバーレル型プラズマ反応器内で行われることを特
   徴とする半導体構成体。 ２１、特許請求の範囲第１８項において、前記非酸化性
   プラズマは約２トールの圧力の窒素プラズマであること
   を特徴とする半導体構成体。 ２２、特許請求の範囲第１８項において、前記画像転写
   層は約０．５ミクロン未満の厚さを持っていることを特
   徴とする半導体構成体。