JPS63117422A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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Publication number
JPS63117422A
JPS63117422A JP26451786A JP26451786A JPS63117422A JP S63117422 A JPS63117422 A JP S63117422A JP 26451786 A JP26451786 A JP 26451786A JP 26451786 A JP26451786 A JP 26451786A JP S63117422 A JPS63117422 A JP S63117422A
Authority
JP
Japan
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resist
pattern
resist pattern
mask
ions
Prior art date
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Pending
Application number
JP26451786A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiko Hashimoto
和彦 橋本
Noboru Nomura
登 野村
Kazuhiro Yamashita
一博 山下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP26451786A priority Critical patent/JPS63117422A/en
Publication of JPS63117422A publication Critical patent/JPS63117422A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Electron Beam Exposure (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a resist pattern high in an aspect ratio and a dry etching resistant property and excellent in verticality, by using multilayer resists and irradiating and developing a lower layer high-molecular film collectively with ions while using an upper resist as a mask. CONSTITUTION:A semiconductor substrate 10 is spin-coated with a PMMA resist 11, a spin-on glass SOG 12, and a novolak group resist 13 serially so that hot plate baking is performed. After the exposure for a resist pattern is performed by the use of a reduced projection exposure device, a resist pattern 13A is developed/formed by an organic alkaline developing liquid. While this pattern 13A is used as a mask, reactive ion etching is performed to form a SOG pattern 12A. An ion beam radiation device is used to radiate H<+> ion beams 14. When a wafer is developed by the developing liquids of MIBK and IPA, a resist pattern profile 11A high in an aspect ratio and excellent in verticality can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、イオン注入を伴なう半導体装置の製造方法に
関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device that involves ion implantation.

従来の技術 近年、半導体集積回路の集積度は2年に倍のペースで増
大しており、この原動力であるリングラフイー技術がま
すます重要視されてきている。このリングラフイー技術
により形成されたレジストパターンをマスクとして、半
導体基板のドライエ寸法を正確に半導体基板に転写する
ために、反応性イオンエツチング、反応性イオンビーム
エツチング等が行なわれている。しかし、今後さらに微
細化が進みサブミクロン以下の領域になると、エツチン
グ形状がレジストの断面形状に大きく依存してくるよう
になる。そのため、レジストパターンの垂直化、高アス
ペクト比化がますます要求されるようになってきている
。また、シリコンのトレンチエツチング等で4〜5μm
の溝をほろ場合、耐ドライエツチ性にすぐれたレジスト
が要求されている。このような要求の中で、高アスペク
ト比化のために、多層レジストを用い無機膜をマスクと
して下層レジストの反応性イオンエツチングが行なわれ
ている。また、無機膜をマスクとして下層レジストの全
面露光を行ない現像して、高アスペクト比のパターンを
得ることが行なわれている。
BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years, the degree of integration of semiconductor integrated circuits has been increasing at a rate of doubling every two years, and the linkage technology that is the driving force behind this increase is becoming increasingly important. Using a resist pattern formed by this phosphorography technique as a mask, reactive ion etching, reactive ion beam etching, etc. are performed in order to accurately transfer the dry etching dimensions of a semiconductor substrate onto a semiconductor substrate. However, as miniaturization progresses further into the submicron or smaller region, the etching shape will become largely dependent on the cross-sectional shape of the resist. Therefore, there is an increasing demand for vertical resist patterns and higher aspect ratios. In addition, silicon trench etching etc.
When cracking the grooves, a resist with excellent dry etch resistance is required. In response to these demands, in order to increase the aspect ratio, reactive ion etching of the lower layer resist is performed using a multilayer resist and an inorganic film as a mask. Furthermore, a pattern with a high aspect ratio is obtained by exposing the entire surface of the lower resist using an inorganic film as a mask and developing it.

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、これらの方法を具体的に半導体プロセス
に適用しようとすると、下層レジストのエツチングの場
合、スループットが極端に悪く、またオーバーエツチン
グを行なうとレジストがほそり、断面形状の垂直性に問
題があった。また、下層レジストの全面露光の場合も、
現像時間に断面形状が依存するため、現像時間が長いと
断面形状がほそるという問題点があった。また、シリコ
ントレンテエヮテング等の深い溝をほろ場合、耐ドライ
エツチ性のすぐれたレジストでなければ、エツチング形
状が変化したシ、あるいはレジストがなくなってしまう
という問題点があった。
Problems to be Solved by the Invention However, when these methods are specifically applied to semiconductor processes, the throughput is extremely poor when etching the lower layer resist, and over-etching causes the resist to become slender and the cross section to be distorted. There was a problem with the verticality of the shape. Also, in the case of full exposure of the lower resist layer,
Since the cross-sectional shape depends on the development time, there is a problem that the cross-sectional shape becomes thin when the development time is long. Further, when etching a deep groove such as a silicon trench etching, there is a problem in that unless a resist with excellent dry etching resistance is used, the etched shape changes or the resist disappears.

問題点を解決するだめの手段 そこで、本発明は上記問題点を解決するために、多層レ
ジストを用い上層レジストをマスクとして下層高分子膜
に一括イオン照射を行ない現像して、垂直で高アスペク
ト比のレジストパターンを得るものである。また、同時
に耐ドライエツチ性の高いレジストパターンを得ること
ができる。
Means to Solve the Problems Therefore, in order to solve the above problems, the present invention uses a multilayer resist, uses the upper resist as a mask, and develops the lower polymer film by ion irradiation at once, thereby creating a vertical, high aspect ratio film. This results in a resist pattern of . Moreover, at the same time, a resist pattern with high dry etch resistance can be obtained.

作用 本発明では、上記に示した如く高スループツトで、現像
時間にほとんど依存せずに、垂直で高アスペクト比のレ
ジストパターンを得ることができる。又、特に高アスペ
クト比で垂直なレジストパターンの得にくい電子線レジ
ストの場合、本発明を用いることにより上層レジストに
形成された微細パターンを垂直にアスペクト比高く下層
電子線レジストに転写することができる。この時、上層
レジストはイオン照射されドライエツチング耐性が向上
しているので、半導体基板のドライエツチングのマスク
として有効に作用する。その結果、半導体集積回路パタ
ーンの高集積化に対応できる。
Function: According to the present invention, as described above, a vertical resist pattern with a high aspect ratio can be obtained with high throughput and with little dependence on development time. In addition, especially in the case of electron beam resists with high aspect ratios and difficult to obtain vertical resist patterns, by using the present invention, fine patterns formed on the upper layer resist can be vertically transferred to the lower layer electron beam resists with a high aspect ratio. . At this time, the upper resist layer is irradiated with ions and has improved dry etching resistance, so it functions effectively as a mask for dry etching of the semiconductor substrate. As a result, it is possible to cope with higher integration of semiconductor integrated circuit patterns.

実施例 本発明の一実施例を第1図に示す。洗浄後の半導体基板
1o上にPMMム(ポリメタクリル酸メチル)レジスト
11を0.6〜1μm厚スピンニスピンコード0℃で2
0分間オープンベーキングを行なう。その上に、スピン
オングラス5OG(塗布SiO□膜)12を0.1 μ
mmススピンコード、160′Cで30分間ベーキング
後、上層レジストとしてホトレジストすなわちノボラ・
ンク系レジスト13を11tWl厚スピンコードL、、
100’Cで1分間ホットプレートベーキングを行なう
(第1図a)。縮小投影露光装置を用いて所望のレジス
トパターンを露光後、有機アルカリ現像液で現像し、レ
ジストパターン13ムを形成する。このレジストパター
ン13ムをマスクとして、反応性イオンエツチングによ
シ中間層の5OG12のエツチングを行ない、SOGパ
ターン12ムを形成する(第1図b)。
Embodiment An embodiment of the present invention is shown in FIG. A PMM (polymethyl methacrylate) resist 11 with a thickness of 0.6 to 1 μm is coated on the semiconductor substrate 1o after cleaning with a spin coating at 0°C.
Perform open baking for 0 minutes. On top of that, spin-on glass 5OG (coated SiO□ film) 12 was applied at 0.1μ
After baking at 160'C for 30 minutes, a photoresist, i.e. novola, was applied as the top resist.
11tWl thick spin code L,
Hot plate baking at 100'C for 1 minute (Figure 1a). A desired resist pattern is exposed using a reduction projection exposure apparatus, and then developed with an organic alkaline developer to form a resist pattern 13. Using this resist pattern 13 as a mask, the intermediate layer 5OG 12 is etched by reactive ion etching to form an SOG pattern 12 (FIG. 1b).

イオンビーム照射装置を用いて、H+イオンビーム14
を加速電圧40 KeVで7×1015個に一括照射す
る。15はH+イオン照射領域である(第1図C)。P
MMムにH+イyl−7を7X10”個/d照射すると
低分子量化し、MIBK(メチルイソブチルケトン)と
IPム(イソプロピルアルコール)の混合液からなる現
像液に可溶となるので、このウェハーをMIBICとI
Pムの現像液で現像すると、高アスペクト比で、しかも
垂直性のよいレジストパターンプロファイル11ムを得
ることができる(第1図d)。
Using an ion beam irradiation device, H+ ion beam 14
7×1015 pieces are irradiated at once at an accelerating voltage of 40 KeV. 15 is the H+ ion irradiation area (FIG. 1C). P
When the MM wafer is irradiated with 7 x 10" of H+Iyl-7/d, the molecular weight is reduced and becomes soluble in a developer consisting of a mixture of MIBK (methyl isobutyl ketone) and IP (isopropyl alcohol), so this wafer is MIBIC and I
When the resist pattern is developed with a developer containing P, a resist pattern profile 11 with a high aspect ratio and good verticality can be obtained (FIG. 1d).

前記実施例では、上層レジストとしてホトレジストを用
いた場合を示したが、もちろん電子線しシストを用いて
上層レジストパターンを形成してもよい。又、本実施例
では、三層レジストの中間層としてSOGを用いたが、
他の無機膜、5in2゜W等でもよい。又、下層レジス
トにH+イオンを照射して、ポリマーの結合を切断し分
子量を低下させ現像液に可溶となるようにしたが、Cイ
オン以外のP、B等の無機物イオン、又はムr等の不活
性ガスイオンを照射しても同様の事が実施できる。
In the above embodiment, a photoresist is used as the upper resist, but the upper resist pattern may of course be formed using electron beam cyst. Furthermore, in this example, SOG was used as the intermediate layer of the three-layer resist.
Other inorganic films such as 5in2°W may also be used. In addition, the lower resist layer was irradiated with H+ ions to break the polymer bonds and lower the molecular weight, making it soluble in the developer, but inorganic ions such as P and B other than C ions, or mulch, etc. The same thing can be done by irradiating with inert gas ions.

本発明の第2の実施例を第2図に示す。洗浄後の半導体
基板10上に感度の低い低分子量PMMムレシスト21
を0.6μm〜1μm厚スピンコードし、170′Cで
20分間オープンベーキングを行なう。さらに、この上
に感度の高い高分子量PMMムレシスト22を1μm厚
スピンコードし、170″Cで20分間オープンベーキ
ングを行なう(第2図&)。電子ビーム露光機または遠
紫外露光装置により前記上層レジストに所望の回路パタ
ーンを露光後、MIBKとIPムの現像液により現像し
レジストパターン22ムを形成する(第2図b)。その
後、H+イオン14を加速電圧40KeVで7×10 
個/d−括照射を行なう。
A second embodiment of the invention is shown in FIG. Low molecular weight PMM Muresyst 21 with low sensitivity is placed on the semiconductor substrate 10 after cleaning.
The sample was spin-coated to a thickness of 0.6 μm to 1 μm and open baked at 170′C for 20 minutes. Furthermore, a highly sensitive high molecular weight PMM Muresyst 22 is spin-coded to a thickness of 1 μm on top of this, and open baking is performed at 170″C for 20 minutes (Fig. 2). After exposing a desired circuit pattern to light, it is developed with a developer of MIBK and IP to form a resist pattern 22 (FIG. 2b).Then, H+ ions 14 are 7×10
2/d-batch irradiation is performed.

15はU+ 4オン照射領域であり(第2図0)、’゛
下層レジストの低分子量PMMムレシストは7×1o1
3個/dのドーズ量で現像液に可溶となり、垂直な高ア
スペクト比のレジストパターン21Aを形成することが
できる(第2図d)。一方、上層レジストの高分子量P
MMムレシストは同一ドーズ量で現像液に対して不溶解
性を示し、かつ、0□に対するエツチングレートが遅く
なり耐ドライエツチ性が向上する。以上によシ、電子線
レジストであシ耐ドライエッチ性の悪いPMMAの、垂
直で高アスペクト比で、しかも耐ドライエツチ性の高い
微細レジストパターンを形成することができる。このレ
ジストパターンをマスクとして半導体基板1oの6μm
の深い溝をほるドレンチェ、7テングを行なう。レジス
トの耐ドライエツチ性が向上しているので、トレンチエ
ツチング時の選択比が良くなり、レジストがなくなると
いうことカナイ。また、レジストパターンは垂直で高ア
スペクト比であるので、トレンチも垂直な形状を得るこ
とができる(第2図e)。
15 is the U+4 on irradiation area (Fig. 2 0), and the low molecular weight PMM murecist of the lower layer resist is 7×1o1
It becomes soluble in the developer at a dose of 3 particles/d, and a vertical resist pattern 21A with a high aspect ratio can be formed (FIG. 2d). On the other hand, the high molecular weight P of the upper resist layer
MM Muresyst exhibits insolubility in the developer at the same dose, and the etching rate for 0□ is slow, resulting in improved dry etch resistance. As described above, it is possible to form a vertical fine resist pattern of PMMA, which has poor dry etch resistance, with a high aspect ratio and high dry etch resistance, using an electron beam resist. Using this resist pattern as a mask, 6 μm of the semiconductor substrate 1o is
Perform 7 proboscises and 7 proboscises. The improved dry etch resistance of the resist improves the selectivity during trench etching and eliminates the need for resist. Furthermore, since the resist pattern is vertical and has a high aspect ratio, the trench can also have a vertical shape (FIG. 2e).

第2実施例では、上層レジストに高分子量PMMAを用
いたが、感度の高い電子線レジスト。
In the second example, high molecular weight PMMA was used for the upper resist layer, which is an electron beam resist with high sensitivity.

ホトレジストであってもよい。また、下層レジストに低
分子量PMMAを用いたが、上層レジストより感度の低
い電子線レジスト、ホトレジストであってもよい。
It may also be a photoresist. Further, although low molecular weight PMMA is used for the lower resist layer, an electron beam resist or photoresist having lower sensitivity than the upper layer resist may be used.

発明の効果 本発明によれば、レジストへイオン照射を行なうことに
より、垂直性のよい高アスペクト比の微細パターンを形
成することができる。また、レジストの耐ドライエツチ
性も向上することができ、その実用的効果は大きい。
Effects of the Invention According to the present invention, a fine pattern with good verticality and a high aspect ratio can be formed by irradiating a resist with ions. Further, the dry etch resistance of the resist can also be improved, which has a great practical effect.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の半導体装置の製造方法の第1の実施例
の工程断面図、第2図は同第2の実施例の工程断面図で
ある。 10・・・・・・半導体基板、11・・・・・・PMM
ムレシスト、12・・・・・・スピンオングラス(SO
G)、13・・・・・・ノボラック系レジスト、14・
・・・・・H+イオン、16・・・・・・H+イオン照
射領域、21・・・・・・低分子量PMMAレジスト、
22・・・・・・高分子量PMMAレジスト。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名10
−−一半専悼M2瓦 +3−−リJζう、2簀、レジスト to−−−jp!鴫;イネ基板 第2図     −“ce)tF、q″′22・・−茜
IIす
FIG. 1 is a process sectional view of a first embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, and FIG. 2 is a process sectional view of the second embodiment. 10... Semiconductor substrate, 11... PMM
Muresist, 12... Spin-on glass (SO
G), 13...Novolak resist, 14.
...H+ ion, 16...H+ ion irradiation area, 21...Low molecular weight PMMA resist,
22...High molecular weight PMMA resist. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and 1 other person10
--Ichihan exclusive M2 tile + 3--ri Jζu, 2 screens, resist to---jp! Rice board Fig. 2 - “ce) tF, q”’22... - Akane II

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体基板上に高分子膜を塗布し、前記高分子膜
上に無機膜を形成し、前記無機膜上にレジストを塗布す
る工程と、前記レジストを露光・現像し半導体回路パタ
ーンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスク
として反応性イオンエッチングにより、前記無機膜をエ
ッチングする工程と、前記レジストパターンをマスクと
して無機物イオンあるいは不活性ガスイオンを前記高分
子膜に一括照射し、その後現像する工程とを備えてなる
半導体装置の製造方法。
(1) A step of applying a polymer film on a semiconductor substrate, forming an inorganic film on the polymer film, and applying a resist on the inorganic film, and forming a semiconductor circuit pattern by exposing and developing the resist. a step of etching the inorganic film by reactive ion etching using the resist pattern as a mask; and a step of irradiating the polymer film with inorganic ions or inert gas ions at once using the resist pattern as a mask, and then developing. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of:
(2)無機物イオンあるいは不活性ガスイオンとして、
H、P、B、又はArイオンを用いる特許請求の範囲第
1項記載の半導体装置の製造方法。
(2) As inorganic ions or inert gas ions,
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, using H, P, B, or Ar ions.
(3)半導体基板上に下層レジストを塗布する工程と、
前記下層レジスト上に上層レジストを塗布する工程と、
前記上層レジストを露光・現像し半導体回路パターンを
形成する工程と、前記上層レジストパターンをマスクと
して無機物イオンあるいは不活性ガスイオンを前記下層
レジストに一括照射し、その後現像する工程とを備えて
なる半導体装置の製造方法。
(3) a step of applying a lower layer resist on the semiconductor substrate;
applying an upper layer resist on the lower layer resist;
A semiconductor comprising the steps of: exposing and developing the upper resist to form a semiconductor circuit pattern; and using the upper resist pattern as a mask, irradiating the lower resist with inorganic ions or inert gas ions at once, and then developing. Method of manufacturing the device.
(4)上層レジストとして高感度レジストを用い、下層
レジストとして低感度レジストを用いる特許請求の範囲
第3項記載の半導体装置の製造方法。
(4) The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein a high-sensitivity resist is used as the upper layer resist and a low-sensitivity resist is used as the lower layer resist.
JP26451786A 1986-11-06 1986-11-06 Manufacture of semiconductor device Pending JPS63117422A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100689920B1 (en) * 2004-01-15 2007-03-09 가부시끼가이샤 도시바 Film forming method and substrate processing device

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