JPH0395560A - 単一結晶片を利用した集積回路の高分解能のリソグラフィ方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はシリコンウェハ上に少なくとも一の光感受性化
合物を取り込んだ重合物質の一の膜を成膜し、上記光感
受性化合物から酸性の化合物群を上記膜の表面層に光化
学的に生戊するため上記膜の第１領域群を電磁気的な放
射線で露光する予備工程群から構或される単一結晶片を
利用した集積回路の高分解能のリソグラフィ方法に関す
る。

（従来の技術） 周知のごとく、単一結晶Ｊ７を利用した集積回路は、基
本的には小さな一枚の薄板状の半導体物質、いわゆるウ
ェハから構成され、いろいろな回路構戊体は一連の形威
された層ヌは結合面から或る。

ウェハの結合面のそれそれには、いろいろな回路素子の
配列が、一枚の薄板ガラス又は光マスク上に予め定めら
れた回路のパターン又は幾何学的配列をウェハ上に転写
するリソグラフィ処置の手段によって定められる。

リソグラフィ処置の最初の工程の間に、ウェハは約１ミ
クロンの厚さ司法を有する光感受性重合物又はフォトレ
ジストの膜で塗布される。

次いで、フォトレジストを塗布されたウェハは光マスク
の介在下で放射線に露光される。ここで、放射線は露光
される重合物に物理化学的選択を生み出すに効果的であ
る所定の波長を有する。

周知のように、物理化学的変化により、ウェハ表面から
放射線に露光されたフォトレジストの所定領域の引き続
く選択的除去が可能となる。

このフォトレジストの選択的除去の引き続く工程は、用
語“現像”によって技術界で慣例的に引用されている。

後の工程は、適宜の液状の反応物質を用いて“湿式”で
実行されるか、又は適宜にイオン化されたガス状の反応
種を用いて“乾式”で実行される。

光マスク上に予め定められたパターンの再生が得られ得
るのはフォトレジストが現像された後のみである。

１１＋．一結品片を利用した果積回路の製造において用
いられるリソグラフィ処置との繋がりで、全ての処置に
対し欠陥の発生頻度を低くする特徴を確実にするけれど
も、ウェハ上に更に小さな寸法の幾何学的配列を再生す
るため必要なことが生ずる。

そのような要求を満足させることが、全ての等しく重要
なかつしばしば互いに相入れない多くの素子の協働によ
って難しくされることは認められた事実である。

５ ６ ウェハ」二に小さな梠成体を定めることにより生ずる最
初の顕著な要素は、１ミクロンより小さい寸法の幾何学
的配列を光学的に解像することにおいて、良く認識され
た困難さに結びトｊけられる。

その様に小さな幾何学的配列に対する光分Ｓ能により、
フォトレジス１・を塗布されたウェハ層がミクロの電子
回路又はそれの一部の典型であるような工程及び窪みを
堤供する場合において問題が実際にしばしば生ずる。

前述の問題における第２の要素は、放射線に露光された
フォトレジス１・の所定領域を、実行可能な眠り欠陥を
無くずよう、選択的に取り除く因難さに結び付く。

上述の要求を満足させる試みで、特右の先行技術として
、フォトレジストが、活性種として酸素イオンから構成
されるイオン化されたガス状のプラズマによって乾式状
態で露光されるリソグラフィ方法が提案された。

より特別には、フォ１・レジスト上で１ミクロンより小
さい幾何学的配列を定めるために先行技術において、い
かなる工程をも平準化（平面層化）して下方に位置する
回路の分布図を等しく隠すよう角７Ｎ像された第１樹脂
層と、光放Ｉ１線に露光されるように仕向けられた光感
受性樹脂の第２表面層とから構成された多層化されたフ
ォトレジストの使用が提供された。

この技術はウェハ上で１ミクロンより小さい構成体の再
生を可能にしたけれども、今までのところ、制御の困難
さ、及び高い欠陥率になりがちにする複雑さのため産業
界に実際に受け入れられていない。

このような先行技術が実際的でないという点で、高い欠
陥率又は不合格品の主な帰結として、廃棄しなければな
らない欠陥ある回路が数多く生み出される。

多層化された樹脂を用いたリソグラフィ方法の幾つかの
例が、著者ＷｊｌｋｉｎｓなどにょるＪ．Ｖａｃ．Ｓｃ
ｉ．Ｔｅｃｈｎｏ１．［３８（１），３０Ｂ−８０９（
１９８５）　、著者ＳｈａｗなどによるＳｏｌｊｄ　Ｓ
ｔａｔｅ　Ｔｅｃｈ．，Ｊｕｎｅ１９８７，８８−８９
（１９８７），及び著者ＭｃＣｏｌｇｌｎなどにょるＳ
ｙｍｐ．ＶＬＳＩ　Ｔｅｃｈ．ＤｊｇｅｓＬ　ｏｆ　Ｔ
ｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｐａｐｏｒｓ，９−１０　（１９８
７）に掲載されている。

関連する先行技術によって発達し、゛象反転”として参
照される他のリソグラフィ方法か、光マスクによって定
められたフォトレジス１・の選択された領域で所定の波
長を有した放財線に露光されるフォトレジストの単一平
面層の使用に対し与えられた。

光がシリコンから構成される酸性の化合物及び塩基性の
化合物の形或を促進する露光領域では、次いでフォトレ
ジスト内へ取り込むため拡散が弓き起こされる。

その後、フォ１・レジストはシリコンを除いて上記露光
領域を選択的に取り除く酸素のブラスマを使った乾式で
現像され、シリコンを含む残部上にＳｉＯ２の保護層を
形成する。

しかしながら、上記物質に関し実行された調査及び研究
により、露光領域と非露光領域との間のシリコン拡散の
選択性は制御が難しく、プラズマが露光する間に望まし
くない残り物の形成に帰着することが明らかにされた。

その上、上記方法に高い率の不合格品を付け加える上記
残り物は、担いとして１ミクロン未満の値に分解能を向
上させることを妨げる。

前述の象反転リソグラフィ方法の幾つもの例が著者Ｒｏ
　Ｉ　ａｎｄなどによるＳＰＩＩＥ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉ
ｎｇｓ　’７７１．８９（１９８７）　、著者Ｂｒｕｓ
ｔなどによるＳＰＩＥ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ９２０
，２６０　（１９８８）　、及び著者Ｓｐｅｎｃｅｒな
どによるＳＰＩＥＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　９２０，２
９５　（１９８８）に掲載されている。

本発明が解決すべき技術的問題は、シリコンウェハ上に
１ミクロン以下の寸法のパターンを定め得る１ｉ一結晶
片を利用した集積回路を製遣すると共に、低い不合格品
串を有するリソグラフィ方法を提供することである。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 上記課題を解決するための本発明は、シリコンウェハ上
に少なくとも一の光感受性化合物を取り込んだ重合物質
の一の膜を成膜し、前記光感受９ ］　０ 性化合物から酸性の化合物群を前記膜の表面層に光化学
的に生成するため前記膜の第１領域群を電磁気的な放射
線で露光する予備工程群から構戊される単一結晶片を利
用した集積回路の高分Ｍ／４能のリソグラフィ方法にお
いて、一の低分子量の塩基性化合物を有する光化学的に
生成された前記酸性の化合物群を中和する工程と、前記
膜の表面層に前記酸性の化合物群を光化学的に生成する
ため以前に露光された前記膜のうち、第２領域群を露光
する工程と、一のシリコンを含んだ塩越性分子を前記酸
性化合物を含む前記表面層を介して拡散する工程と、ウ
ェハ上に所定の幾何学的配列を有したパターンを定める
ため前記膜の第１領域群を酸素プラズマを用いて取り除
く工程とを備えたことを特徴とする。

（実施例） 本発明の単一結晶片を利用した集積回路の高分解能のリ
ソグラフィ方法では、光マスクの介７Ｅの有無に拘らず
実行されるフォ１・レジス１・が露光される工程の間、
酸性化合物の光化・゛ｙ゛的な牛成が重合物質又はフォ
トレジストの２００乃至１０００オングストロームの範
囲内の限られた深さの表面層内でのみ起こる。

このようにして、フォトレジストの十分な厚み部が下方
に位置する回路の分布図を平や化するために使われ得る
。

最終結果として、フォトレジストにおける工程群の存在
から焦点を合わせる問題無しで１ミクロンより小さな寸
法の構成体を角１１像することが有益にできる。

発展能力を持つフォトレジスｌ・のうち、酸性樹脂とし
てノボラックを用いるものが好まれる。今日において用
いられるフォトレジストは溶剤（アセテート、エチルー
ラクテートなど）、樹脂（ノボラック）、及び光感受性
素子（ジアゾーナフトキノン）から構成される。

実例として、役立ち得る選択次第の樹脂は以下のとおり
である。

ポリメチルーメタクリル酸エステル ポリメチルーイソブロペニルーケトン １１ １　２ ポリ（ブテンー１−スルフォン） ポリ（スチレンースルフォン） 重合剤の膜に取り込まれた光感受性化合物はキノンのよ
うな塩基性分子を有する群から選択されるが、代用物は
性質が変化する。

これらの間で、以下の物質が好ましい。即ち、ＭｃＤｅ
ｒｍｉｄ　Ｕｌｔｒａｍａｃ　ＥＰＡ−９１４−３０，
Ｏｌｊｎ−１１ｕｎｔ　ＩＩＰＲ−５０４，又はＭｃＤ
ｅｒｎ＋ｉｄ　Ｕｌｉｒａｍａｃ　ＰＲ−１０２４−Ｍ
Ｉ３−６２８として知られる商業的に役立ち得る化合物
である１，２，５−ジアゾ−ナフトキノン及び１．，２
．４ジアゾーナフトキノンである。

上記に掲げられた光感受性化合物は３６５乃至４３６ナ
ノメータの範囲内の波長の光に露光されて対応ずるイン
デンーカルボン酸に変換される。

フォトレジス１・は連続的に７０乃至９０回の露光を、
それぞれ１００乃至５００ｍｓの時間続けて、かつ約２
５℃の温度で受けるのが好ましい。

特に、それぞれの露光の間に、ウェハ上に所定の寸法の
それぞれ異なる領域を占める２乃至３佃のデバイスが光
マスクによって定められる。露光工程の終了時には、ウ
ェハ上に１４０乃至２７０個のデバイスを定められる。

それ故、これらの酸性化合物の中和は、フォトレジスト
膜を介して、低分子量である塩基性化合物を拡散した後
達或される。低分子量のアミン類として、アンモニア、
メチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、及
びそれらのハロゲン誘導体群が好ましい物質である。

中和工程のため６０℃乃至１００℃の温度範囲で、かつ
３５分乃至５０分の時間範囲内で選択されても良い。

本発明の一実施例に係わるこの中和工程によって、２倍
の（ダブル）象反転が起こる。実際に最初光に露光され
る領域、即ち光マスクによって保護されない領域は酸素
のプラズマと共に現像する最終工程の間に取り除かれる
領域である。

本発明の概念に従えば、フォ１・レジストへのシリコン
の取り込みは、表面層で、露光の間に生成された酸性化
合物を中和した後に完遂されるのみである。

１　３ １　４ フォトレジス１・を介してシリコンの拡散を灯ましいも
のにするため、またフオ１・レジスｉ・に取り込むため
、フォ１・レジス１・は以前に露光されなかった領域の
表面層に上述の酸性化合物を形成するため再度露光され
る。酸性化合物は、次の上程の間、フォトレジスト膜を
介しての拡散に引き続いて、シリコンから構成される塩
基性の分子と反応する。用いられた塩基性の分子の中で
、Ｉ・リメチルク口ロシラン（ＴＭＣＳ’）、及びヘキ
ザメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）が好ましい。

フォトレジス１・又はンリル化を介してこれらの塩基性
の分子の拡散工程が、先行技術が可能にするものと対称
的に、非常に優れた選択方法で行われる。低分子量のア
ミン／酸の化合物である中和生成物が存在するところで
は実際に起こらない。

酸性化合物がインデンーカルボン酸であるところでは、
この中和生戊物はインデンである。

以前の露光工程におけるものと似たように、フォトレジ
ス１・のシリル化はその表面層に２００乃至１０００オ
ングストロームの範囲内の深さで影響を与えるのみてあ
る。

シリル化に対する加工条件は１００℃乃至１８０℃の温
度範囲で、５トール（Ｔｏｒｒ）乃至３０トルの圧力範
囲で、かつ２分乃至５０分の時間内である。

フォトレジストを乾式で現像する最後の上提は、反応性
イオンエッチング（Ｒ　Ｉ　Ｅ）　、又はマグネトロン
イオンエッチング（ＭＩＥ）の現像技術として技術界で
周知であるように、慣例的な条件下で行われる。

好ましくは、５０トール（Ｔｏｒｒ）乃至１５０トール
の圧力範囲で、かつ２分乃至５分の時間内の現像である
。現像の間、代わりに温度は周囲の温度（約２５℃）に
保持される。

最初に露光された領域は完全に取り除かれるに反して、
シリコンを取り込んだ領域は酸素のプラズマ自体によっ
て生戊されるＳｉｎ２の層によって保護される。

つまり、本発明の一実施例に係わる方法では、有益かつ
先行技術が与え得るものと対称的に、プ１５ １　６ ラズマによって現像の選択的エッチングの特性をほとん
ど完全に利川することが可能である。

本発明に従った方法の他の態様及び利点は、以下の好ま
しくかつ限定するものでない、即ちいかなる限定にもな
らない実例によって与えられる具体例の詳細な説明から
明らかになる。

以下に実例を説明する。

２５個のシリコンウェハから或るセッ１・が従来技術を
用いて、約２．２ミクロンの厚みの膜を生み出すため、
ノボラックをベースとしたレジストの塗布を受けた。用
いられたフォ１・レジス１・は光感受性化合物としてｉ
，２．４−ジアゾーナフｌ・キノンを混合した。

次いで、ウェハは露光機ＡＳＭＬ２５００１ラインステ
ッパへ導かれ、２個のデバイスの象を含む適切な光マス
クの介在に従って、一度につき一回づつ、約３６５ｎｍ
の波長の電磁放射線で露光された。より特徴的には、ウ
ェハの全体表而上に１４０個のデバイスの全てを転写す
るため、７０回の連続した露光を受けた。それぞれの露
光は約２５０ｍｓの継続時間を有した。露光装置内の温
度及び圧力は周囲（２５℃、１気圧）の条件下に保持さ
れた。

次いで、ウェハはＹｉｅｌｄ　ＩＥｎｇｌｎｅａｒｌｎ
ｇ　Ｓｙｓｔｅｍ（Ｙ．ｔ’；．ｓ．）のモデルＳＭＩ
である脱炭酸反応装置へ移動され、光化学的に生成され
たインデンーカルボン酸はアンモニアで中和された。

この終り（ご、ウェハはアンモニア蒸気で飽和された環
境山で約４５分間、温度８０℃圧力約３１ールで維持さ
れた。

その後、ウェハは取り出され、その表面は、いかなる光
マスクの介在もな＜　３００乃至４００ｎｍ（広い帯域
）の波長を有する電磁波で再度露光された。この１」的
のため、用いられた露光装置はＯｐｔｉｃａｌ　Ａｓｓ
ｏｃｉａｔｅ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　（０．＾．１）
のモデル＾ｕｔｏｒｌｏｏｄ　１０００である。

この２回目の露光の間に、約１３０秒の全継続時間に渡
って、温度及び圧力は周囲条件に保持された。

次いで、加工されかつ露光される領域にインデ１　７ １　８ ンーカルボン酸を混ぜたウェハは、フォ１・レジスト膜
の上記領域にシリコンを混ぜるためＳｉ　Ｉ　ｉｃｏｎ
Ｖａｌｌｅｙ　Ｇｒｏｕｐ（ＳＶＧ）によるシリル化モ
ジュール、モデルｇｅ　ｘｘ内へ導きいれられた。

拡散のため使用された塩基姓の分子は、約１３ｃｍ３／
分の体積流量でシリル化のためＰｒｉｍｅｒ　Ｓｉｌｉ
ｃｏｎ　Ｖａｌｌｅｙ　Ｇｒｏｕｐ（ＰＳＶＧ）のモジ
ュールに連続的に供給されたヘキサメチルジンラザンで
あった。

シリル化の間、温度及び圧力はそれぞれ１５０℃、１０
｝−ルに制御された。シリル化に要した全時間は約２分
間であった。

次いで、シリコンウェハは、最後の現像工程のため現像
装置、モデルｌ’ｅｇａｌ　１５１１に設置された。

ここで、酸素のプラズマはラジオフリークエンシバワ（
ＲＦＰ）を用いて約１−３．５６ＭＨｚて生成された。

体積流量５ｃｍ３／分の酸素が上記装置へ供給され、温
度及び圧力はそれぞれ２５℃、１　０　０　１−−ルに
保持された。フォトレジストの現像は約２分間で完遂さ
れた。

１９ リソグラフィ処理の完戊で、ウェハは欠陥を見｛−ｊＩ
Ｊ出ずため検査され、狙った分解能の程度が達成された
か否かが確かめられた。

上述された方法はウェハ上に転写される寸法において０
．７ミクロンの構造を可能にする。それそれが１４０個
のデバイスを含む２５個のウェハの全てから、デバイス
の約５０％は欠陥がないことが見出だされ、更に他の加
工のために同された。

従って、本発明は、不合格品発生率を低く押さえ、ウェ
ハ上で寸法において１ミクロン未満に測定される構成体
の再生のため特有の適する方法を与えることを立証した
。事実、欠陥のないデバイスの生産は、従来技術に従っ
たリソグラフィ方法では３０％乃至４０％の水準で与え
られるのに反し、約５０％もの高い水明で１ｊえられ得
る。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、一の低分子量の塩
基性化合物を有する光化学的に生威された前記酸性の化
合物群を中和する工程と、前記膜の表面層に前記酸性の
化合物群を光化学的に生成２　０ するため以前に露光された前記膜のうち、第２領域群を
露光する」二程と、一のシリコンを含んだ塩基性分子を
前記酸性化合物群を含む前記表面層を介して拡散する工
程と、ウェハ上に所定の幾何学的配列を有したパターン
を定めるため前記膜の第１領域群を酸素プラズマを川い
て取り除く王捏とを備えたので、シリコンウェハ上に１
ミクロン以下の寸法のパターンを定め得るＩｌｌ一結晶
片を利用した集積回路が製造でき、かつこの集積回路の
不合格品率を低く卯さえることができる。

２　］

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコンウェハ上に少なくとも一の光感受性化合
   物を取り込んだ重合物質の一の膜を成膜し、前記光感受
   性化合物から酸性の化合物群を前記膜の表面層に光化学
   的に生成するため前記膜の第１領域群を電磁気的な放射
   線で露光する予備工程群から構成される単一結晶片を利
   用した集積回路の高分解能のリソグラフィ方法において
   、 （ａ）一の低分子量の塩基性化合物を有する光化学的に
   生成された前記酸性の化合物群を中和する工程と、 （ｂ）前記膜の表面層に前記酸性の化合物群を光化学的
   に生成するため以前に露光された前記膜のうち、第２領
   域群を露光する工程と、 （ｃ）一のシリコンを含んだ塩基性分子を前記酸性化合
   物群を含む前記表面層を介して拡散する工程と、 （ｄ）ウェハ上に所定の幾何学的配列を有したパターン
   を定めるため前記膜の第１領域群を酸素プラズマを用い
   て取り除く工程とを備えたことを特徴とする単一結晶片
   を利用した集積回路の高分解能のリソグラフィ方法。
2. （２）低分子量の塩基性化合物は、アンモニア、メチル
   アミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、及びそれ
   らのハロゲン誘導体群から選択されたことを特徴とする
   請求項（１）記載の単一結晶片を利用した集積回路の高
   分解能のリソグラフィ方法。
3. （３）光感受性化合物は１、２、５−ジアゾ−ナフトキ
   ノン及び１、２、４−ジアゾ−ナフトキノンを含む群か
   ら選択されたことを特徴とする請求項（１）記載の単一
   結晶片を利用した集積回路の高分解能のリソグラフィ方
   法。
4. （４）シリコンを含んだ塩基性分Ｔは、トリメチルクロ
   ロシラン、及びヘキサメチルジシラザンを含む群から選
   択されたことを特徴とする請求項（１）記載の単一結晶
   片を利用した集積回路の高分解能のリソグラフィ方法。
5. （５）電磁気的な放射線は３６５乃至４３６ナノメータ
   の範囲内の波長を有することを特徴とする請求項（１）
   記載の単一結晶片を利用した集積回路の高分解能のリソ
   グラフィ方法。
6. （６）重合物質膜の第２領域を露光する工程（ｂ）は、
   １００乃至５００ｍｓの露光時間で周囲温度で実行され
   たことを特徴とする請求項（１）記載の単一結晶片を利
   用した集積回路の高分解能のリソグラフィ方法。
7. （７）中和工程（ａ）は６０℃乃至１００℃の温度範囲
   で、かつ３５分乃至５０分の時間実行されたことを特徴
   とする請求項（１）記載の単一結晶片を利用した集積回
   路の高分解能のリソグラフィ方法。
8. （８）シリコンを含んだ塩基性分子を第２領域の表面層
   を介して拡散する工程は、１００℃乃至１８０℃の温度
   範囲で、５トール（Ｔｏｒｒ）乃至３０トールの圧力範
   囲で、かつ２分乃至５０分の時間に渡って実行されたこ
   とを特徴とする請求項（１）記載の単一結晶片を利用し
   た集積回路の高分解能のリソグラフィ方法。
9. （９）重合物質膜のシリコンを欠いた第１領域を取り除
   く工程は１００℃乃至１５０℃の温度範囲で、５トール
   （Ｔｏｒｒ）乃至３０トールの圧力範囲で、かつ２分乃
   至５０分の時間実行されたことを特徴とする請求項（１
   ）記載の単一結晶片を利用した集積回路の高分解能のリ
   ソグラフィ方法。
10. （１０）酸性化合物を含む表面層は２００乃至１０００
    オングストロームの範囲内の厚みを有することを特徴と
    する請求項（１）記載の単一結晶片を利用した集積回路
    の高分解能のリソグラフィ方法。