JPS6358839A - 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〕 本発明はパターン例えば超大スケール半導体集積回路、
いわゆる超ＬＳＩにおける配線パターンの形成等に通用
するパターンの形成方法に関わる。

〔発明の概要〕

本発明は基板上に互いに異なる種類の第１及び第２の材
料層を積層形成し、イオンの打込みによって両材料層の
界面近傍に両材料の合金ないしは化合物部分を選択的に
形成し、この合金ないしは化合物部分以外の第２の材料
層をエツチング除去し、その合金ないしは化合物部分を
マスクとして第１の材料層の選択的エツチングを行って
第１の材料層によるパターンの形成を行うようにするこ
とによってパターンのｍ細化、高鮮鋭度化を可能にする
ものである。

〔従来の技術〕

超ＬＳＩなど１μｍ前後の寸法の回路素子を形成する場
合、これら回路素子を形成する金属配線もまた微細とな
りこの金属配線の高精度加工及び高い信頼性が要求され
る。従来、金属配線としては一般にアルミニウム　Ａｌ
が用いられるが、この配線幅が微細化しその幅が１μｍ
以下ともなると通電によるいわゆるエレクトロマイグレ
ーションによる導電性の低下、断線等の現象が生じやす
く信頼性に問題が生じる。そしてこのエレクトロマイグ
レーションの問題の解消を図るためにＡ１にかえて高融
点金属のタングステンＷやモリブデンＭｏ等による金属
配線が注目されるに至っている。

一方、この種金属配線の幅は、この配線部分による分布
抵抗に基づく遅延時間をできるだ小さくするために、与
えられた配線ピンチ内においてできるだけ太くすなわち
幅広に形成するこが望まれる。

このような配線パターンの形成にはフォトリソグラフィ
ー技術が用いられる。この場合例えば半導体基板上に全
面的に被着形成された金属層上に高解像力を有するポジ
型のフォトレジスト膜を塗布し、これに対して縮小投影
露光法によってパターン露光を行い、その後現像処理を
行ってレジストパターンを形成し、これをエツチングレ
ジストすなわちマスクとして反応性イオンエツチング（
以下ＲＩＥと略称する）による金属層の不要部分を除去
するパターン化を行って目的とする金属配線を形成する
というパターン形成方法がとられる。

この縮小投影露光法について、第１図を参照して説明す
る。図中（１１は表面にフォトレジストパターンを形成
しようとする例えば半導体基板を示す。

この場合、半導体基板（１１上にフォトレジスト膜（２
）を塗布し、これを移動ステージ（３）上に載置する。

この移動ステージ（３）は第１図において、紙面に沿う
一方向Ｘとこれと直交するすなわち紙面と直交するＹ方
向に所要の間欠的移動ができるようになされている。こ
の移動ステージは、例えば±０．０２μｍ程度の高精度
移動ができるものである。そして、その縮小露光は水銀
灯等の光源（４）からの光を所要の光学レンズ系（５）
を通じて、目的とする露光パターンの拡大光学像を有す
る原画（６）に照射しその光学像を縮小レンズ系（７）
によってフォトレジスト！２（２）上に縮小照射して、
フォトレジストＩＩ　（２）に微細露光パターンを形成
するものである。

この場合の縮小投影露光法の最小解像線幅は、Ｎ、Ａ スを考慮した比例定数、Ｎ、＾は縮小投影露光に用いら
れる縮小投影レンズの開口数、λは露光波長）ことは知
られているところである。したがって、最小解像線幅を
、より小さくするには露光波長λを小にするか、縮小投
影レンズの開口数Ｎ、Ａを充分大きく選定することにな
るが、使用露光波長λは投影レンズの吸収あるいはフォ
トレジストの感光特性からの制約によって使用露光光線
の波長には制約がある。通常光源として水銀灯が用いら
れ、その露光波長としてはフィルタを介してλ＝　０．
４３６μ−の光が用いられる。また投影レンズの開口数
も設計上制約があり、例えばＮ、Ａ　＝０．３５のもの
が用いられ、実用最小解像線幅は１．０μｍとなる。

一方、上述した例えば超ＬＳＩの金属配線パターンとし
ては、例えばその配線ピンチが１．５μｍである場合、
金属配線の幅は前述したようにできるだけ幅広であるこ
とが要求されることがら１．０μｍとし配線間隔を０．
５μｍと選定することが要求されて（る。このように配
線間の間隔、云い換えれば露光幅が小さくなると光の回
折現象からフォトレジストに対するパターン露光に際し
てのフォトレジスト面における光強度分布の鮮鋭度が低
下して、その分布が鈍るために、この露光後に現像した
フォトレジスト膜の本来除去されるべき部分にレジスト
膜が残ってしまって、このレジスト膜をエツチングマス
クとして金属層に対してＲＩＥを行った場合、金属配線
パターン間の分離が不充分となって配線パターン間の短
絡が生じるなど信頼性の低下を来す。

そして、このような短絡事故を回避するためには過剰露
光を行なうことが考えられるが、このような過剰露光を
行なう場合は、逆にレジストパターン間の間隔が大とな
る恐れが生じて最終的に得た金属配線のパターンの線幅
が設計値より細くなり抵抗値を高めて上述した遅延の問
題等を招来するなど設計通りの金属配線パターンが得に
（いという問題がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上述したように金属配線等のパターンを微細に
且つ高鮮鋭度に高精度をもって形成することができるよ
うにしたパターン形成方法を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明においては、基板上に最終的に得るパターン構成
材料より成る第１の材料層を形成する工程と、この第１
の材料層上に後述するイオンの打込みによってこの第１
の材料と合金ないしは化合物を形成し得、この合金ない
しは化合物が同様に後述するエツチング性程例えばＲＩ
Ｅ工程において第１の材料及び第２の材料に比し充分エ
ツチング速度が低い特性を呈し得る第２の材料層を積層
形成する工程と、第１及び第２の材料層の界面近傍に選
択的にイオンの打込みを行い、上述した第１及び第２の
材料による合金ないしは化合物部分を形成する工程と、
この合金ないしは化合物部分に変換された部分以外の第
２の材料層をエツチングする工程と、上述した合金ない
しは化合物部分をマスクとしてこの部分に変換されてい
ない第１の材料層をエツチングする工程とを有してなる
。

尚、第２の材料層に対するエツチングと第１の材料層に
対するエツチングは上述した合金ないしは化合物部分の
エツチング性の低さを利用して連続的ないしは実質的に
一工程として行なうことができる。

〔作用〕

上述の本発明方法によれば、第１の材料層によって金属
配線等の所定のパターンを形成するもであるが、このパ
ターンの形成にあたって選択的イオンの打込みによって
形成した合金ないしは化合物部分を実質的エツチングレ
ジストとして用いることにその特徴を有し、この場合こ
のイオンの打込みによる合金ないしは化合物の形成は高
度の垂直打込みによってそのイオン種、打込みのエネル
ギーすなわち加速電圧、ドーズ量等の選定によって高精
度のパターンとして形成し得るものである。

また、この合金ないしは化合物部分のパターン化のため
のイオン打込みのマスクとしては、従来のポジレジスト
膜の縮小投影露光法によって露光及びこれに対する現像
によって行うことができるものであるが、この場合この
レジスト膜のパターンが反転された合金ないしは化合物
層によるパターンをエツチングマスクとして第２の材料
層すなわち最終的に得る例えば金属配線のパターン化が
なされているのでポジレジストに対し過剰気味の露光に
すれば、レジストパターン間、したがってこれの反転パ
ターンによるＲＩＥマスクの合金ないしは化合物パター
ンを所要のピンチ内で充分大とすることが、最終的に得
た第１の材料層によるパターンは所要のピッチ内で充分
な幅に設定できる。

〔実施例〕

例えば超ＬＳＩを構成する半導体基板上に幅Ｗし、間隔
ＤＬで、ＷＬ＞ＤＬ、例えばＷし＝１μＩ、Ｄ＝０．５
μｍの高融点金属のＷあるいはＭＯによる金属配線パタ
ーンを形成する場合について第２図ＡないしＥを参照し
て説明する。

まず、第２図Ａに示すように基板例えば、ＩＬｓＩを構
成する半導体基１（１１上に、目的とする金属配線パタ
ーンを形成する高融点金属のＷ、Ｍｏ等よりなる第１の
材料層（２１）を全面的に蒸着し、これの上にこれと合
金ないしは化合物、この例では金属を形成しその合金が
後述する工・ノチングに対して耐エツチング性に富んだ
合金を形成し得る第２の材料層（２２）例えば＾ｌを全
面的に蒸着によって形成する。そしてこの第２の材料層
（２２）上にポジ型のフオトレジスＨｆｆ（２３）を全
面的に塗布する。

次に、このフォトレジストＩＱ（２３）に対して前述し
た縮小投影露光法によって所定のパターン露光を行って
現象処理を行っ°ζζ第２ロＢ示すフォトレジストパタ
ーン（２４）を形成する。このパターン（２４）は、最
終的に得る金属配線パターンの間隔り、に対応する幅Ｗ
を有し、最終的に得る金属配線パターンの幅ＷＬに対応
する間隔ｄに形成する。このパターン（２４）を形成す
るための露光は過剰露光気味に行う。

次にこのレジストパターン（２４）をマスクとして、ｍ
２１１１Ｄｃに示すようにボロン、アルゴンなとのイオ
ン打込みを行ってレジストパターン（２４）の欠除部を
通じて間隔ｄに対応する幅ＷＭの合金ないしは化合物部
分、この例では合金部分（２５）を、第１及び第２（：
Ｄ材ｆ！４ｒｆ１（２１）　及ヒ（２２）　（Ｄ界面近
傍に形成する。

次に、例えばレジストパターン（２４）を酸素プラズマ
処理などによって剥離除去し、合金部分（２５）に対し
てはエツチング性が低い例えばりん酸で、第２の材料Ｊ
ｉ（２２）のＡＩをエツチングし、その後、例えばふっ
素糸の反応ガスにょるＲＩＥによって部分（２５）をマ
スクとして部分（２５）下辺外の第１の材料層（２１）
をエツチング除去する。

このようにすれば、合金部分（２５）に対応するパター
ンの幅ＷＬと間隔ＤＬを有する第１の材料ｆｆ１（２１
）によるパターンすなわち例えば金属配線パターン（２
６）が形成される。

尚、合金部分（２５）はこれを排除することもできるし
、このまま残し置いて金属配線パターン（２６）の一部
とすることもできる。

このような方法によれば、縮小投影露光法によってレジ
ストパターン（２４）の形成を行うものであるが、その
間隔はｄｌしたがってフォトレジスト税（２３）に対す
る露光幅は、最終的に得ようとする金属配線パターンの
’ｌｆｄ　Ｗ　Ｌの例えばｌｌ１ｍという比較的大きい
幅であることから回折現象による影響が比較的小さくで
き、比較的露光強度分布の鮮鋭度が高＜、露光部と非露
光部とのコントラストを晶めることができて、パターン
（２４）の幅Ｗは確実に確保できることから最終的に得
られる配線パターン（２６）の間隔ＤＬは確保される。

また、フォトレジストパターン（２４）の現像を確実に
行うように、フォトレジストｌＩ’２（２３）に対する
露光及び現像をオーバー気味に行えば、間隔ｄの確保、
したがって配線パターン（２６）のＩＰＩＩｉＷＬも確
保できる。

〔発明の効果〕

−１−述したように本発明によれば、パターン例えば金
属配線パターンの間隔が小なる場合においてｔ）、従来
のようなフォトレジストに対する縮小投影露光法の最小
解像幅の制約による配線間の短絡事故や、配線パターン
幅の低下を回避できて超ＬＳＩ等における金属配線のよ
うに微細パターンにおいても信頼性の商いパターン形成
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は縮小投影露光法の説明に供する説明図、第２図
Ａ−Ｅは本発明方法の一例の工程図である。 ＋１１は半導体基数、（２１）及び（２２）は第１及び
第２の材料層、（２４）はフォトレジストパターン、（
２５）は合金ないしは化合物部分、（２６）は配線パタ
ーンである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板上に第１の材料層を形成する工程と、 該第１の材料層上に第２の材料層を積層形成する工程と
   、 上記第１及び第２の材料層の界面近傍にイオンの打込み
   によって選択的に上記第１及び第２の材料の合金ないし
   は化合物部分を形成する工程と、上記第２の材料層をエ
   ッチングする工程と、上記合金ないしは化合物部分をマ
   スクとして上記第１の材料層をエッチングする工程とを
   有することを特徴とするパターン形成方法。