JPH03240231A - コンタクトホール用マスクパターン形成方法 - Google Patents
コンタクトホール用マスクパターン形成方法Info
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- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
スクパターン形成方法に関するもので、特に、コンタク
トホールを形成しようとする半導体物質層で段差が著し
い部分に精巧かつ微細なコンタクトホール用マスクパタ
ーンを形成するためSOG膜を使用してコンタクトホー
ル用マスクパターンを形成するコンタクトホール用のマ
スクパターン形成方法に関するものである。
グラフイ−(Optical Lithography
)方式によってコンタクトホール用マスクパターン工程
時、コンタクトマスクパターンが形成される部分の面積
が著しく微細な場合、露光が透過される面積は著しく少
ないため著しい光の散乱および干渉現象によって解像度
が実際のコンタクトマスクパターンのレイアウトを形成
するラインパターンに比して略0.1〜0.2μ硼以上
減少することになる。また、素子の集積度が増加するに
従って形成すべきマスクパターンのサイズが漸次に小さ
くなる。
造工程時、例えば、0.5μm X O,5μ朧程度以
下のコンタクトホールの形成時アスクパターン形成が著
しく難しくなるのみでなく、コンタクトホール形成用の
フォトレジストマスク層の外形形態には傾斜が著しく発
生する。また多層構造の半導体素子の場合、コンタクト
マスクの下部層の段差に起因してコンタクトマスク層の
フォトレジスト層の厚さが不規則なので多数のコンタク
トホールの形成時にはコンタクトホール間の臨界寸法(
CriticalDimensjon )制御が難しく
なる。
Deep U、ν;=193n1ないし248ns )
の波長を使用するレーザステッパー(Laser 5t
epper)を用いてコンタクトホール用マスクパター
ンを形成しようとする時、ディープU、■ソースの低強
度力(L。
U、V用フォトレジストの低感度(Insensiti
viLy >によって多い量の露光エネルギを必要とす
ることになって、結局、工程時間が長くなるようになる
。そして、多量のエネルギ消耗によって上記ディープU
、■ソースの寿命短縮および経費増加をもたらす事にな
る問題点があった。
上のDRAMの高集積半導体の素子で用い得る0、5μ
醜×0.5μ鴫クラス以下のコンタクトホール用のマス
クパターンを容易に形成するために、5OG(Sili
con On Glass)薄膜の形成および除去工程
を利用するコンタクトホール用のマスクパターン形成方
法を供するのにその目的がある。
クトホール用マスクパターンを形成する理由は次のとお
りである。一般的に、16Mクラス以上のDRAMのデ
ザインルールは少なくとも0.5−0.6μmの線幅の
寸法を必要とし64Mクラス以上のDRAMのデザイン
ルールは0.3−0.4μ園程度を要求して居るため、
高度の解像度を有する露光装備を必要とする。従って、
解像度の増加のための光りソグラフィ装置の場合は大き
く二つの観点から開発進行されて居る。
al Aperture)の大口級化であり、第2は露
光波長の短波長化が試図されて居り、次式によって容易
に理解でき得る。即ち、装備の解像能力をRとすれば、 R:解像能力 K :工程常数<0.4−0.8) λ;露光波長 N、A : Numerical Apertureで
示される。従って、式(1)によると、N、Aは増加、
λは減少、にが減少すれば自ずから解像能力Rは良くな
る。しかし次の式で分かるように投影レンズの数値口径
N、Aが大きくなる程、レンズの焦点深度り、0.F(
Depth of Focus)が急激に減少される。
口径N、Aを大きくすると焦点深度が減少し、それによ
って段差のない偏平なウェーハ上にマスクパターン形成
時には大きな問題とならない。しかじウェーハの段差が
深い所では焦点深度が短いため、それによって反って解
像能力が減少されて工程制御が難しくなる。
光波長の短波長化が試図されて居る。上述の短波長化の
試図は解像度が良くなり、焦点深度り、0.Fの減少率
が自乗に反比例して増加するN、Aの大口級化よりは反
って有利であるためである。
法が小さい程焦点深度り、O,Fは減少するようになる
。例示すると線幅の寸法1.0μ量から2μ朧の焦点深
度が得られると線幅の寸法0.5μ園では略1.2μ糧
程度の焦点深度の他には得られない。
規則が線幅寸法の略0,4μ層またはそれ以下であるた
め、−次的に偏平なウェーハ上から希む解像度が問題で
ある。もしも、偏平なウェーハから望む解像度が得ると
しても、ウェーハに段差が存在する時にはこれに因り解
像能力が難がしくなる。このように段差による影響を可
能な限り減少させるため、設計時に段差を縮める方向に
工程設計すべきである。これに付加して、リソグラフィ
ー工程時にSOG薄膜のような中間物質を用いて段差を
平坦化させることによって、段差による解i能力の減少
影響E除去させることになる。
によると、 半導体基板の上部の一部に互いに離隔されて形成された
所定の1次パターンの間に位置したコンタクト領域にコ
ンタクトホールを形成するための高集積半導体素子用マ
スクパターン形成方法において、 上記半導体基板の上部および1次パターンの上部に絶縁
層を沈着する段階と、 上記絶縁層の上部にエツチング停止層の窒化膜層を沈着
する段階と、 上記窒化膜層の上部に所定の厚さのSOG薄膜を形成す
る段階と、 上記SOG薄膜を所定の温度および時間で熱処理して焼
成工程を行う段階と、 上記熱処理されたSOG薄膜の上部に第1フォトレジス
ト層を形成する段階と、 上記第1フォトレジスト層およびSOG薄膜の一部をエ
ツチングし、上記1次パターンの間に位Iする窒化膜上
部にSOG薄膜および第1フォトレジスト層を包含する
2次パターンを形成する段階と、 4怠 上記2次パターン用SOG薄膜上部の第1フォトレジス
ト層を除去する段階と、 上記SOG薄膜を包含する全体の構造表面上に第2フォ
トレジスト層を沈着する段階と、 上記SOG薄膜の上部が露出されるまで上記第2フォト
レジスト層を全面エツチングして硬化させる段階と、上
記コンタクト領域の窒化膜上部の一部が露出されるよう
に上記上部が露出されたSOG薄膜を所定のエツチング
溶液に浸漬することによって除去し、上記第2フォトレ
ジスト層のコンタクト領域にコンタクトホール用のマス
クパターンを形成し、それによって、上記コンタクトホ
ール用マスクパターンに沿って上記露出された窒化膜の
一部およびその下の絶縁層を順次にエツチングして上記
1次パターン間のコンタクト領域に精巧なコンタクトホ
ールを形成することを特徴とする。
方法で上記2次パターンを形成する段階は、上記SOG
薄膜の一部が露出されるように上記コンタクト領域に位
置する上記SOG薄膜上部の第1フォトレジスト層の一
部だけ残して余りの第1フォトレジスト層を除去する段
階と、上記コンタクト領域の上部以外の露出されたSO
G薄膜をエッチチングする段階とを含むことを特徴とす
る。
ことにする。
クパターン工程を行う以前のシリコン基板(tたは導電
層)〈1)の断面図を示す、シリコン基板(1)上部に
導電層(2)または絶縁層を沈着して、その−窓部分を
エツチングして上記シリコン基板(1)上部の一部に1
次パターン(2Aおよび2B>を形成する。そして、そ
の全体の表面上部に絶縁層(3)、例えばBPSG (
Boro−Phospho−5i 1icate−Gl
ass)またはPSG (Phospho−5t 11
cate−Glass)を形成したものである。ここで
、従来技術によると、点線で示したように、コンタクト
領域(9B)を有する絶縁層(3)にコンタクトホール
(9A)のために絶縁層りう)に選択的フォトレジスト
エッチバック工程等を使用して行い得る。しかし、この
ような場合、例えば64Mクラス以上DRAMの製造工
程時コンタクトマスクパターンが形成される部分の面積
が著しく微細であるため、冒頭で言及しF;ようにコン
タクトマスクパターン工程が著しく難がしくなる。従っ
て、本発明はこれを解消するため、以後に記述するよう
に、SOG薄膜を用いてコンタクトマスクを形成するコ
ンタトホール用のマスクパターン形成方法が提供される
。
ォトレジスト層を形成した断面図である。先ず、絶縁1
1(3)上部に窒化膜層(4)を略200−300A程
度に蒸着させて、その全体表面上に5OGfi膜(5)
および第1フオl・レジスト層(6)形成した状態であ
る。この時、窒化膜層(4)は後工程のSOG薄膜(5
)のエツチング時にエツチング停止点(Etching
End Po1nt Detection)に作用す
るようにして、それによって絶縁層(3)がエツチング
されるのを防止する。また、上記SOG薄膜(5)は1
.0μm厚さ以上を塗布してホットプレートを用いて2
00℃の温度で1分または対流オーブン(Convec
tion 0ven)を用いて200°Cの温度で30
分間熱処理工程を実施する。従って、上記SOG薄膜(
5)は後工程のドライエツチング時に望ましい耐食性を
有するようになってエツチング比(Etching R
ate)を均一になし得、以後に説明されるように著し
く精巧な垂直形態のコンタクトホール用マスク層を得る
ようになる。そしてSOG薄膜(5)の塗布の厚さは最
終工程後に第1フォトレジスト層(6)の厚さを決定す
る要因になるので、1次パターン<2A及び2B)の段
差および絶縁層(3)のエツチング時のエツチング選択
比等を考慮して略1.0−1.5μ−範囲で選択される
。上記SOG薄膜(5)上部に形成される第1フォトレ
ジスト層(6)は露光ソースに合わせるように略0,5
ないし1.0μ論程度の厚さで形成するが、これはSO
G薄膜(5〉のエツチング時、エツチング選択比を考慮
して決定するためである。
の一部をエツチングして2次パターンを形成した状態の
断面図である。
とする1次パターン(2A及び2B)間に位置するコン
タクト領域(8〉上部の第1フォトレジスト層(6〉の
一部だけ残して、余りのフォトレジスト層り6)を除去
して、一部分のSOG薄膜(5)を露出させる。その以
後に弗素ガス(CHF、CF−1−02,C)iF十〇
□)を雰囲気ガスに用いて上記露出のSOG薄111(
5)をドライエツチングして2次パターン(5A)を形
成する。この時にも、上記露出のSOG薄膜(5)のエ
ツチング工程時に上記窒化膜(4)は絶縁層(3)の保
護膜として作用される。
スト層(6)を完全に除去し、更に上記コンタクト領域
(8)に残っているSOG薄膜(5)を包含した全体構
造表面上に第2フオトレジスト(7)層を1.5〜2.
0μ量程度塗布して平坦化させた状態の断面図である。
レジスト層(7)を予定の厚さ程にエツチングして硬化
させた状態を示す。即ち、このために、O,RIE (
反応性イオンエツチング)工程とかまたは現像液を利用
して上記の残っているSOG薄膜(5〉の上部表面(5
A〉が現われるまで如何なるマスクパターン工程無しに
、上記第2フォトレジスト層(7〉を全面エツチング(
Blanket EtchBack) I、て上記第2
フォトレジスト層(7〉を硬化(hard bake)
させた状態である。
バタンを形成した状態である。即ち、第5図の工程によ
って上部表面(5A)の露出されたSOG薄膜(5)を
ケミカルエツチング溶液、例えば、50:1のNH,O
H: HF (Hydro−F 1uric)エツチン
グ溶液(エツチング比率は1ooOA/winより大き
い) 、0.3 N1KOHエツチング溶液(エツチン
グ比率は900A/win>または1O=1の脱イオン
水:11Fエツチング溶液(エツチング比率は2000
A/winより大きい)に数秒ないし数分間浸漬するこ
とによって完全にエツチングして、上記コンタクト領域
(8)にある第2フォトレジスト層(7〉上にコンタク
トホール用マスクパターン(8A)を形成した状態であ
る。この時上記コンタクトホールマスクパターン工程時
に一部が露出される窒化膜層(4)は絶縁層(3)がエ
ツチングされるのを保護する保護膜作用を行う、従って
、上記工程後コンタクトホールを形成させるためにはコ
ンタクトホール用マスクパターン(8A)下部の露出さ
れた窒化膜(4)と絶縁層(3〉を各々エツチングして
精巧な形態のコンタクトホール(9B〉を形成するよう
になる。上記残っているフォトレジスト層(7)と窒化
膜(4)を除去する工程を実施す
タクトホール用マスクパターン工程のため、コンタクト
マスク層のフォトレジスト層の直接光を透過して透過面
積が極少なコンタクトマスクパターンを形成する代りに
コンタクトマスクの極性を反転させることによって、マ
スクパターンの縁で発生でき得る光の干渉及び散乱現象
を極少にさせて結局微細な面積のマスクパターンは著し
く望ましい解像度水準まで向上させるようになる。また
、本発明に用いられた低感度特性を有するSOG薄膜は
平坦化効果が優れているために、最上層に在るフォトレ
ジストパターン化作業時、段差によるコンタクトホール
位置別の臨界寸法(CD)値の誤差による問題点を完全
に解決することができる。従って、本発明は64Mクラ
ス以上のDRAMの多層構造の半導体製造工程時に本技
術が必要となるため大きい効果を期待することができる
ようにな第1図は本発明によるコンタクトホール用パタ
ーン形成のためのマスクパターン工程を説明するための
シリコン基板断面図。 第2図は第1図の構造上に窒化膜、SOG薄膜および第
1フォトレジスト層を形成した断面図。 第3図は第2図の構造で2次パターンを形成した状態の
断面図。 第4図は第3図の工程後に全体構造上に第27オト1/
シスト層を形成した断面図。 第5図は上記第2フォトレジスト層を上記SOG薄膜の
上部が露出されるまでエツチングした状態の断面図。 第6図は上記第2フォトレジスト層にコンタク1〜ホー
ル用のマスクパターンを形成した状態の断面図。 ※ 面の主要部分に対する符号の 明※第 1 図 1: シリコン基板(または導電層) 2Aおよび2B= 1次パターン 3; 絶縁層 4: 窒化膜層 5:5OG 6および7: 第1および第2フオトレジスト層8:
コンテクト領域 8Aニ コンタクトホーIし用マスクパターン9Aおよ
び9B: コンタクトホール第2図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、半導体基板の上部の一部に互いに離隔されて形成さ
れた所定の1次パターンの間に位置したコンタクト領域
にコンタクトホールを形成するための高集積半導体素子
用マスクパターン形成方法において、 上記半導体基板の上部および1次パターンの上部に絶縁
層を沈着する段階と、 上記絶縁層の上部にエッチング停止層の窒化膜層を沈着
する段階と、 上記窒化膜層の上部に所定の厚さのSOG薄膜を形成す
る段階と、 上記SOG薄膜を所定の温度および時間で熱処理して焼
成工程を行う段階と、 上記熱処理されたSOG薄膜の上部に第1フォトレジス
ト層を形成する段階と、 上記第1フォトレジスト層およびSOG薄膜の一部をエ
ッチングし、上記1次パターンの間に位置する窒化膜上
部にSOG薄膜および第1フォトレジスト層を包含する
2次パターンを形成する段階と、 上記2次パターン用SOG薄膜上部の第1フォトレジス
ト層を除去する段階と、 上記SOG薄膜を包含する全体の構造表面上に第2フォ
トレジスト層を沈着する段階と、 上記SOG薄膜の上部が露出されるまで上記第2フォト
レジスト層を全面エッチングして硬化させる段階と、上
記コンタクト領域の窒化膜上部の一部が露出されるよう
に上記上部が露出されたSOG薄膜を所定のエッチング
溶液に浸漬することによって除去し、上記第2フォトレ
ジスト層のコンタクト領域にコンタクトホール用のマス
クパターンを形成し、それによって、上記コンタクトホ
ール用マスクパターンに沿って上記露出された窒化膜の
一部およびその下の絶縁層を順次にエッチングして上記
1次パターン間のコンタクト領域に精巧なコンタクトホ
ールを形成することを特徴とするコンクトホール用マス
クパターン形成方法。 2、第1項において、 上記半導体基板はシリコン基板であることを特徴とする
コンタクトホール用マスクパターン形成方法。 3、第1項において、 上記絶縁層はBPSGであることを特徴とするコンタク
トホール用マスクパターン形成方法。 4、第1項において、 上記絶縁層はPSGを包含することを特徴とするコンタ
クトホール用マスクパターン形成方法。 5、第1項において、 上記SOG薄膜を熱処理して焼成工程を行う段階は、ホ
ットプレート内で200℃の温度で1分間の熱処理をす
ることを特徴とするコンタクトホール用マスクパターン
形成方法。 6、第1項において、 上記SOG薄膜を熱処理して焼成工程を行う段階は、対
流オーブン内で200℃の温度で30分間の熱処理をす
る段階を包含することを特徴とするコンタクトホール用
マスクパターン形成方法。 7、第1項において、 上記2次パターンを形成する段階は、 上記SOG薄膜の一部が露出されるように上記コンタク
ト領域に位置する上記SOG薄膜上部の第1フォトレジ
スト層の一部だけ残して余りの第1フォトレジスト層を
除去する段階と、上記コンタクト領域の上部以外の露出
されたSOG薄膜をエッチングする段階とを含むことを
特徴とするコンタクトホール用マスクパターン形成方法
。 8、第7項において、 上記露出されたSOG薄膜をエッチングする段階は、C
HF、CF+O_2またはCHF+O_2の弗素ガスを
雰囲気ガスとして用いてドライエッチングすることを特
徴とするコンタクトホール用マスクパターン形成方法。 9、第1項において、 上記の上部が露出されたSOG薄膜を除去して第2フォ
トレジスト層にコンタクトホール用マスクパターンを形
成する段階は、 上記の上部が露出されたSOG薄膜を50:1のNH_
4OH;HF、または0.3NikOHまたは10:1
の脱イオン水:HFエッチング溶液中の何れかの溶液に
所定の時間を通じて浸漬して除去することによって形成
されることを特徴とするコンタクトホール用マスクパタ
ーン形成方法。
Applications Claiming Priority (2)
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Publications (2)
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Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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