JPH03170929A - リソグラフィおよびエッチング近接効果の補償方法 - 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】 致性介立 本発明は、エッチングした構造を有する集積回路デバイ
スの製造方法に関する。

発明の背景 半導体メモリーやロジックチップなどの集積回路デバイ
スの製造においては、導体路などの微小デバイス構造の
形或に種々の形態のエッチングが非常に重要な役割を果
たす。一般に、その様な構造部分は、基板上に？ｆｙ’
ｌｃｒ材料の層を堆積させ、さらに感光姓の「レジスト
」層を堆積させ、そのレジスト層を投影結像および現像
によりバターニングし、その現像したパターンをエッチ
ングにより前記の所望材料層に転写する。導体路の場合
は、得られた構造は、例えば、電力を供給する、金属酸
化物半導体（ＭＯＳ）　　トランジスターのチャネル区
域を限定する、あるいはチップ内部の二点間、またはチ
ップとその周囲との間で信号を伝達するのに使用できる
。

導体路の様なエンチングした構造は均一な幅を有するの
が望ましいが、実際に得られる線幅は、リソグラフィ並
びにエッチングに関係した数多くの理由により、変動す
ることがある。例えば、リソグラフィにより限定される
幅は、投影レンズの不完全姓（例えば球面収差および焦
点曲率）、レンズの分解能の限界、ウエハーの非平坦性
およびウエハーの様相、焦点および露光の選択、レジス
トの処理条件（例えば現像温度、およびレジストコント
ラストや厚さ）、ある構造部分の隣接構造に対する近接
性、および下地の様相により影響を受ける。また、エッ
チングした線幅は、エッチング剤の特定の性質、エッチ
ング剤の均質性（処理毎、ウエハー毎、並びに一つのウ
エハー内）、レジストのプロフィール、レジストの処理
、および構造部分の近接性によっても、さらに影響され
る。

構造の幅の均質性に関して、上記の様に、リソグラフィ
並びにエッチングにおいて問題となる近接効果について
、以下において特に注目する。

特に、構造の幅および間隔がリソグラフィ装置の限界能
力に近づく場合、リソグラフィの近接効果は非常に重要
となり、設計基準であるデバイスサイズの限界が絶えず
小さくなってきており、つのデバイス世代から次の世代
へ更に小さくなって行くので、その様な効果は益々注目
を集める様になっている。リソグラフィの近接効果の影
響に関しては、例えば Ｐ．Ｄ．　　ロバートソン等、「投影リソグラフィにお
ける近接効果および不均一照明の影響」、ＳＰＩＥ会報
、第３３４巻（１９８２）、３７−４３頁、および Ｙ．ニッサンーコーエン等、「サブミクロンの光学リソ
グラフィマスクに対する可変近接補正」、技術文献要録
、１９８７ＶＬＳＩ技術シンポジウム、軽井沢、Ｉ　Ｅ
ＥＥ、■９８７、１１１４頁を参照するとよい。

エッチングに影響する近接効果に関しては、その様な効
果は、一般的には、プラズマエッチングの際における、
重合性材料の堆積により、あるいは非揮発性のエッチン
グ生底物の再堆積により側壁フィルムが形成されること
によると考えられる。

例えば、 Ｒ，Ｊ．　　シュッツ、「反応性プラズマエッチング」
第５章、ＶＬＳＩ技術、第２版、Ｓ．　Ｍ．　Ｓｚｅ，
ｅｄ．＋マツグローヒル、ニューヨーク、１９８８参照
。

この様に、近接効果は、レジスト層中に不正確な図形を
描き、最終的には不正確な構造ディメンションをもたら
すことがある。それゆえ、特定の構造を正確に再現する
ためには、近接効果のために引き起こされる。エッチン
グした構造のサイズの変動を最少に抑えることが望まし
く、以下に説明する本発明も、その様な必要性によるも
のである。

発明の概要 好ましい処理条件下では、リソグラフイの近接効果がエ
ッチングの近接効果により相殺されることがわかった。

本発明によれば、集積回路デバイスの製造において、堆
積層をエッチングすることにより、基体上にパターン構
造を形或する。このパターンは近接した構造、並びによ
り遠く離れた構造を含む。エッチングはりソグラフィに
より限定したレジストパターンとほぼ一致しており、そ
のレジストパターンは、所望の図形とほぼ一致している
。レジスト層の厚さなどの処理パラメータは、リソグラ
フィの近接効果によるレジストパターンにおける不正確
性が、エッチングの近接効果による不正確性を相殺する
ことによって、少なくとも近似的に補償される様に選択
する。さらに詳しくは、処理パラメータの値として、補
償が局所的に最適になる最適値に等しい値か、またはそ
の近くの値を選択する。

本発明は、レチクルまたはマスクパターンを、１対１ま
たは縮小で投影して行なうパターニングを伴うデハイス
の製造、並びに、例えば焦点を合わせた電子線またはレ
ーザー光線によりレジスト層中にパターンを作戊する直
接書き込み方法に使用することができる。さらに、本発
明の直接書込みの用途には、光学ならびにＸ一線リソグ
ラフィー用マスクの製造も含まれる。

本発明の最初の好ましい実施態様を、誘電体上の導体路
、例えば金属あるいはドーピングした半導体材料からな
る導体路の製作に関して説明する。

近接効果を定量的に評価するには、公称幅がフォトリソ
グラフィ投影装置の（設計基準）＠界、またはその近く
にあり、間隔が（設計基準の）密または詰まった状態か
ら（設計基準の何倍もの）離れた状態にわたる、複数の
平行な導体路または「ランナー」の様な、簡単なテスト
パターンに基づく尺度を使用するのが便利である。例え
ば、第１図に示す装置は、基板１０、誘電体層１１、導
体層１２、およびパターン化した（有機）レジスト層１
３を備えており、レジスト構造１３１は密な環境にあり
、レジスト構造１３２は離れている。

投影結像および現像に関連して起こるリソグラフィの近
接効果により、現像した構造の幅として密な場合におけ
るＷｐおよび離れた場合におけるＶｐの異なった幅が生
じ、その差 δｐ＝Ｗｐ−Ｖｐ をその様なりソグラフィ効果の尺度とすることができる
。

導体層をエッチング（および残留レジスト材料の剥離）
してリソグラフィによるパターンを転写することにより
、第１図のデバイスは、第２図に示す形をとるが、導体
１２１のエッチングされた構造幅Ｗｔおよび導体１２２
のＶｔがリソグラフィによる構造幅ＷｐおよびＶｐに対
応する。上記のりソグラフィの近接効果に対する尺度δ
Ｐと同様に、リソグラフィおよびエッチングの近接効果
を組み合わせた尺度は差 δｔ＝ｗｔ−ｖｔ で定義され、最後にエッチングの近接効果に対する尺度
は δｅ一δｔ一δｐ で定義される。

本発明は、リソグラフィの近接効果がエッチングの近接
効果により相殺され、最適には、十分補償されあるいは
消去されさえする様に、処理条件あるいはパラメータを
選ｉ尺することができ、その様な好ましい選択において
は、δｐおよびδｅの両方ともゼロではなく、これらの
二つの量は符号が反対である、という発見に基づいてい
る。これに関して重要であることが分った一つのパラメ
ータはフォトレジスト層の厚さであるが、その様な重要
性は次の実験により確認されている。

４０００オングストロームの二酸化ケイ素絶縁層で被覆
した実質的に平坦なウエハー基板上に、４２００オング
ストロームのリンをドーピングしたポリシリコン導体層
を堆積させた。異なった、その様な各基板上に、オーリ
ン−ハント（ＯｌｉｎＨｕｎｔ）　ＡＳ　Ｐ　Ｒ　２　
３　８フォトレジスト層をそれぞれ約０．　６、１．　
１および２．０マイクロメーターの厚さに堆積させた。

これらのレジスト層をホットプレート上で、約１１５゜
Ｃの温度で約６０秒間、予備焼き付けした。密に、並び
に離して配置した構造部分からなる、同等の０．　６マ
イクロメーター設計基準テストパターンを、フォトリソ
グラフィにより開口数０．４０のレンズおよび照明波長
３６５ナノメーターで投影して規定し、露光したフィル
ムを予備焼き付けと同じ条件で再び焼き付けた。

このパターンを、脱イオン水で１：１に希釈したオーリ
ン−ハントＬＳＩ現像剤に、約２３゜Ｃの温度において
浸漬して現像した。現像したフォトレジストの線幅をＡ
ｍｒａｙ　ｌ　５　０　０走査電子顕微鏡で測定した。

多くの試料を採り、約５マイクロメーターの長さに沿っ
て平均し、基本幅ＷｐおよびＶｐを注意して測定した。

現像したパターンを、Ｔｅｇａｌｌ５１１ｅ装置中で、
ＣＦ：＋Ｂｒ／Ｃｆｚ薬品を使用し、反応性スパンター
エ・ンチングにより、ドーピングしたポリシリコン層に
転写した。エッチングした線幅ＷｔおよびＶｔを、８０
マイクロメーターの距離にわたるシート抵抗測定および
電圧低下測定を含む、Ｐｒｏｍｅｔｒｉｘ　Ｌｉｔｈｏ
　Ｍａｐ　＠　Ｌ　Ｍ　２　０システムを使用し、電気
的精査により求められた。

上に定義した量δｐ、δｔおよびδｅについて得られた
値を、レジスト層の厚さの関数として第３図に示すが、
約１マイクロメーターのレジスト層厚について、リソグ
ラフイの近接効果はエッチングの近接効果により補償さ
れることが分かる。

より一般的には、約０．７５マイクロメーターを超える
レジスト厚に対して、量δｐおよびδｅは反対の符号を
有し、特に好ましい近接効果補償は、０．９〜１．１マ
イクロメーターの好ましい厚さ範囲に対して実現される
。このことは、先行技術による、１．２ミクロン以上の
代表的なレジスト層厚と対照的である。

好ましい、比較的小さいレジスト層厚に対して、好まし
く、バターニングすべき表面は十分に平らであり、また
、マスクの場合は平坦性が確保されているので、本発明
の好ましい処理方法は、例えばレーザーまたは電子線の
直接書き込みによるマスク製作にも適用できる。その様
なマスクは、光学またはＸ一線リソグラフィ用とするこ
とができ、後者に本発明を使用することは、Ｘ線マスク
の製造にプラズマエッチングを使用するのが好ましいの
で、特に有利であると考えられ、プラズマ（ドライ）エ
ッチングも本発明に関連して好ましい。

近接効果に影響を及ぼし、リソグラフィおよびエッチン
グの近接効果の間に少なくとも部分的な補償をもたらす
ために選択できる他のパラメータは、レジストの予備焼
き付けの時間および温度、それに現像剤の温度である。

上記の最適レジスト層厚の決定と同様に、量δｅをδｐ
に対して相殺することによりδｔを最小にするために他
のパラメータを選択することができるが、パラメータは
問題となる範囲全体で変化するので、最適パラメータ値
は数多くの測定の結果として選択する。層厚の場合の様
に、パラメータ値の好ましい範囲は、最適パラメータ値
のプラスまたはマイナス１０％と定義することができる
。（最適パラメータ値に対して、量δＬは、例えば第３
図に示す場合は、ゼロでよく、他の場合にはその様な最
適値は、δｔの大きさの、ゼロでない局所的な最小値に
対応できる） 上記の、本発明の好ましい実施形態様はポリシリコン導
体材料のパターンエッチングを説明しているが、本発明
の好ましい処理は、例えばアルミニウム、タングステン
、ケイ化タングステン、およびケイ化タンタルの様な他
の導体材料にも適用できる。さらに、その様な処理は、
例えばドーピングしていない半導体材料の様な他の材料
や、例えば窒化ケイ素や二酸化ケイ素の様な誘電体にも
同様に適用できる。また、本発明は、ここではレチクル
パターンの投影が関与するパターニング方法を主として
問題にしているが、やはりリソグラフィの近接効果によ
り影響されることが分かっている直接書き込み方法にも
適用される。

その上、近接効果の評価を密な環境および離れた環境に
ある細長い試験構造で評価することは、望ましいエッチ
ング構造が同様に細長い場合に特に適している。これに
対して、構造の形状が異なっている場合は、例えば、や
はり密な環境および離れた環境にある構造の直径の様な
、他の尺度を使用するのが好ましい場合もある。最後に
、写真によるパターニングのために画像を投影する場合
、本発明による好ましい処理は、望ましい比率の構造を
備えた投影マスクまたはレチクルを使用することができ
るが、その様なレチクルへのバイアスの使用を排除する
ものではなく、本発明は、何か都合の良い尺度により、
リソグラフィおよびエッチングの近接効果を相殺できさ
えすれば、どの様な用途に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は処理の異なる段階におけるデバイ
ス構造の模式的断面図であり、第３図は具体的処理に際
して実現された本発明の概念を説明するために実験デー
タをグラフに表現したものである。 Ｆｌ（；． ！ Ｆｌ（；． ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基体（例えば１１）上の望ましい材料（例えば１２
   ）の層を選択的にエッチングすることを含み、エッチン
   グは複数の構造（例えば１３）を含む望ましいパターン
   に少なくともほぼ一致し、該構造の少なくとも一つが、
   リソグラフィ並びにエッチングの近接効果を無視できな
   い環境にあり、 エッチングの前に、該望ましい層上のレジ スト層に第一のパターンをリソグラフィーで形成する工
   程が有し、該第一パターンはその望ましい図形と第一の
   近似的一致状態にあり、さらに 該望ましい層のエッチングは、該第一パタ ーンと第二の近似的一致状態にある第二のパターンを作
   成するように行なう、 集積回路デバイスまたは集積回路投影マス クの製造方法において、 処理パラメータの実際値を、リソグラフィ の近接効果がエッチングの近接効果により少なくとも部
   分的に補償される様に、かつ該実際値が該処理パラメー
   タの最適値と少なくともほぼ一致し、該最適値を、該エ
   ッチング近接効果による該リソグラフィ近接効果の補償
   が局所的に最適になる様に決定することを特徴とする方
   法。 ２、該レジスト層中で現像し、該望ましい材料の層（例
   えば１２）中でエッチングした時に、密な環境にある構
   造（例えば１３１）の幅および離れた構造（例えば１３
   ２）の幅に基づいて近接効果を決定することを特徴とす
   る請求項１記載の方法。 ３、前記最適値において、前記リソグラフィの近接効果
   が前記エッチング近接効果により相殺されることを特徴
   とする請求項１記載の方法。 ４、エッチングをプラズマエッチングにより行なうこと
   を特徴とする請求項１記載の方法。 ５、前記第一パターンの作成がマスクパターンの投影を
   含むことを特徴とする請求項１記載の方法。 ６、前記の望ましい材料（例えば１２）が導体材料から
   なることを特徴とする請求項１記載の方法。 ７、該導体材料がポリシリコンからなることを特徴とす
   る請求項６記載の方法。 ８、該導体材料が、アルミニウム、タングステン、ケイ
   化タングステン、およびケイ化タンタルからなる群より
   選択されることを特徴とする請求項６記載の方法。 ９、前記の望ましい材料（例えば１２）が誘電体からな
   ることを特徴とする請求項１記載の方法。 １０、前記処理パラメータがレジスト層の厚さであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の方法。 １１、レジスト層の厚さが０．７５マイクロメーターよ
   りも大きいことを特徴とする請求項１０記載の方法。 １２、レジスト層の厚さが０．９乃至１．１マイクロメ
   ーターの範囲内にあることを特徴とする請求項１１記載
   の方法。 １３、該レジスト層の材料がオーリン−ハントＡＳＰＲ
   ２３８レジスト材料からなることを特徴とする請求項１
   ２記載の方法。