JPH11214510A

JPH11214510A - 自己整合型パターン形成方法

Info

Publication number: JPH11214510A
Application number: JP10012804A
Authority: JP
Inventors: Masashi Asano; 昌史浅野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-01-26
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 1999-08-06

Abstract

(57)【要約】【課題】下地パターンとのミスアライメントを防止す
る。【解決手段】ゲート電極３が形成された下地基板１上に
堆積した層間絶縁膜４及び層間絶縁膜４上に堆積した酸
を失活させない物質５からなる第１の膜上に酸を失活さ
せる物質６からなる第２の膜を形成し、第２の膜をゲー
ト電極３に沿ったライン状の第１のマスクを用いてパタ
ーンを形成し、形成されたライン状の第２の膜に化学増
幅型ポジレジスト２１を塗布し、第１のマスクと交差す
るように形成されたライン状の第２のマスクを用いて露
光し、第２の膜の周辺を除く露光領域のレジスト２１を
可溶化層に変質させ、この露光により形成されたレジス
トパターン上から第１の膜及び層間絶縁膜４までエッチ
ングすることによりコンタクトホールを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自己整合型のパタ
ーン形成により合わせずれの無い高精度なリソグラフィ
プロセスを提供する自己整合型パターン形成方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】１つのＭＯＳトランジスタと１つのキャ
パシタとによりメモリセルを構成するＤＲＡＭに代表さ
れる高集積半導体装置においては、最小加工寸法を微細
化することにより集積度を上げてきた。ここで、ＤＲＡ
Ｍデバイス等でトランジスタと配線層を結ぶコンタクト
ホールパターンを形成するパターン形成工程を図１１を
用いて説明する。

【０００３】まず、下地基板（シリコン基板）１上に、
ＳｉＯ₂ 等からなる薄いゲート酸化膜２を介して、ｐｏ
ｌｙ−Ｓｉ／ＷＳｉ等からなるゲート電極材料３ａ，３
ｂと、このゲート電極材料３ａ，３ｂの上面を覆うＳｉ
Ｎ等からなる絶縁膜３ｃを堆積し、ＲＩＥによりライン
状のゲート電極３を形成する。

【０００４】そして、この複数のゲート電極３が形成さ
れた下地基板１上に層間絶縁膜４を堆積する。（図１１
（ａ））。次いで、図１２に示すようなゲート電極３間
の幅よりも狭い幅のホール状のマスク１２１（１２１ａ
は遮光部、１２１ｂは透光部）を用いて露光を行い、レ
ジストパターン形成後にエッチングによりコンタクトホ
ールを形成する（図１１（ｂ））。そして、このコンタ
クトホールに導電性材料を埋め込み形成することによ
り、コンタクトホール直下に形成された図示しない下地
基板１中の拡散層と電気的に接続する。

【０００５】以上の工程により重ね合わせ露光を行う場
合のマスクとウェハの位置合わせに関する問題点を図１
１（ｃ），（ｄ）に示す。図１１（ｃ）は、マスク１２
１の位置ずれが生じた例である。ゲート電極３の形成位
置とコンタクトホールパターンのパターン形成位置のず
れにより、コンタクトホールがゲート電極３に接してい
る。このコンタクトホールに導電性材料を埋め込み形成
した場合、ゲート電極３とコンタクト層が短絡するた
め、デバイスとしての正常な動作が困難になる。また、
適正露光量やプロセス条件の変動により、図１１（ｄ）
に示すようにパターンのショートが生じる場合もある。
この場合においてもコンタクトホールの両側壁にゲート
電極が接するため、ゲート電極とコンタクト層が短絡
し、正常な動作が困難となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のパターン形
成方法では、パターンの微細化に伴い要求される重ね合
わせ露光精度が厳しくなっているため、重ね合わせ露光
を行う場合に、マスクとウェハの位置合わせが問題とな
る。かかる重ね合わせ露光に際して、あるパターンに対
して位置合わせを行いさらに異なるパターンを形成する
場合、位置ずれが生じたり、またパターンのショートが
生じたりする。

【０００７】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、ミスアライメント
を防止する自己整合型パターン形成方法を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
自己整合型パターン形成方法は、酸を失活させない物質
からなる第１の膜上に酸を失活させる物質からなる第２
の膜を形成する工程と、該第２の膜を選択的に除去して
第２の膜のラインパターンを複数本形成する工程と、前
記第１の膜及び第２の膜に化学増幅型ポジレジストを塗
布する工程と、前記第１の膜及び第２の膜に対して、前
記第２の膜のライン長方向と交差するライン状のパター
ンを露光し、前記第２の膜の周辺を除く露光領域のレジ
ストを可溶化層に変質させる工程と、前記露光された化
学増幅型ポジレジストを現像する工程と、前記現像によ
り形成されたレジストパターンをマスクとして前記第１
の膜をエッチングする工程とを具備してなることを特徴
とする。

【０００９】また、本発明の請求項２に係る自己整合型
パターン形成方法は、酸を失活させない物質からなる第
１の膜上に酸を失活させる物質からなる第２の膜を形成
する工程と、該第２の膜を選択的に除去して前記第１の
膜を除去し、第２の膜のラインパターンを複数本形成す
る工程と、前記第１の膜及び第２の膜に化学増幅型ネガ
レジストを塗布する工程と、前記第１の膜及び第２の膜
に対して、前記第２の膜のライン長方向と交差するライ
ン状のパターンを用いて露光し、前記第２の膜の周辺を
除く露光領域のレジストを不溶化層に変質させる工程
と、前記露光された化学増幅型ネガレジストを現像する
工程と、前記現像により形成されたレジストパターンを
マスクとして前記第１の膜及び第２の膜をエッチングす
る工程とを具備してなることを特徴とする。

【００１０】また、本発明に係る自己整合型パターン形
成方法は、ライン状のゲート電極が複数本形成された基
板上に堆積した層間絶縁膜及び該層間絶縁膜上に堆積し
た酸を失活させない物質からなる第１の膜上に、酸を失
活させる物質からなる第２の膜を形成する工程と、前記
第２の膜を除去して前記第１の膜を露出し、前記各ゲー
ト電極の直上に位置する第２の膜のラインパターンを複
数本形成する工程と、前記第１の膜及び第２の膜に化学
増幅型ポジレジストを塗布する工程と、前記ゲート電極
のゲート長方向と交差する透光領域を有するライン状の
第２のマスクを用いて露光することにより該化学増幅型
ポジレジストを前記残存する第２の膜に吸着させる工程
と、前記吸着させた化学増幅型ポジレジストをマスクと
して前記基板が露出するようにエッチングすることによ
りコンタクトホールを形成する工程とを具備してなるこ
とを特徴とする。

【００１１】また、本発明に係る自己整合型パターン形
成方法は、ライン状のゲート電極が複数本形成された基
板上に堆積した導電性材料及び該導電性材料上に堆積し
た酸を失活させない物質からなる第１の膜上に、酸を失
活させる物質からなる第２の膜を形成する工程と、前記
第２の膜を除去して前記第１の膜を露出し、前記各ゲー
ト電極の直上に位置する第２の膜のラインパターンを複
数本形成する工程と、前記第１の膜及び第２の膜に化学
増幅型ネガレジストを塗布する工程と、前記ゲート電極
のゲート長方向と交差する透光領域を有するライン状の
第２のマスクを用いて露光することにより該第２の膜周
辺部を残して前記化学増幅型ネガレジストの架橋反応を
生じさせる工程と、前記化学増幅型ネガレジストを現像
する工程と、該現像により形成されたレジストパターン
をマスクとして前記基板が露出するように前記第１の膜
及び導電性材料をエッチングする工程とを具備してなる
ことを特徴とする。

【００１２】本発明の望ましい形態は、以下に示す通り
である。（１）酸を失活させる物質として、ＳｉＮ，ＴｉＮ，Ａ
ｌ，ＢＰＳＧ，ＴＥＯＳ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ等が適当であ
るが、当該作用を有するものであれば物質種は限定され
ない。

【００１３】（２）酸を失活させない物質として、ｂａ
ｓｅＳｉ，熱ＳｉＯ₂ ，充分にアニールしたＣＶＤ−
ＳｉＯ₂ 等が適当であるが、当該作用を有するものであ
れば物質種は限定されない。

【００１４】（作用）本発明では、酸を失活させる物質
により構成されたライン状のパターンに化学増幅型ポジ
レジストを塗布し、このラインパターンと交差するよう
に形成されたライン状のマスクを用いて露光することに
より化学増幅型ポジレジストを前記酸を失活させる物質
に選択的に吸着させ、この形成されたレジストパターン
をマスクとしてエッチングする。

【００１５】これにより、マスクにない新たなパターン
を形成することができる。また、酸を失活させる物質に
吸着した化学増幅型ポジレジストをマスクとしてエッチ
ングを行うため、自己整合的にパターンを形成すること
ができ、パターン位置ずれが生じない。さらに、ホール
パターンのマスクを用いる必要がないため、解像度が向
上する。

【００１６】また、本発明では、酸を失活させる物質に
より構成されたライン状のパターンに化学増幅型ネガレ
ジストを塗布し、このラインパターンと交差するように
形成されたライン状のマスクを用いて露光することによ
り化学増幅型ネガレジストを酸を失活させる物質付近で
選択的に架橋反応を停滞させ、これにより形成されたレ
ジストパターンをマスクとしてエッチングする。

【００１７】これにより、マスクにない新たなパターン
を形成することができる。また、酸を失活させる物質に
より選択的に架橋反応の停滞する化学増幅型ネガレジス
トをマスクとしてエッチングを行うため、自己整合的に
パターンを形成することができ、パターン位置ずれが生
じない。さらに、ホールパターンのマスクを用いる必要
がないため、解像度が向上する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。（第１実施形態）図１〜図３は、本発明の第１実施形態
に係る自己整合型パターン形成方法を説明するための図
であり、デュアルダマシンプロセスを用いたライン間へ
のコンタクトホール形成工程を示す図である。本実施形
態では、ＤＲＡＭデバイス等でトランジスタと配線層を
結ぶコンタクトホールパターンを形成する場合を示す。
また、図４は、図１〜図３に示すパターン形成工程にお
ける主要工程での斜示図及び上面図を示し、図５は、同
実施形態のパターン形成に用いられるマスクパターンを
示す図である。

【００１９】まず、ＳｉＯ₂ 等からなる膜厚１０ｎｍの
薄いゲート酸化膜２が上面を覆うＳｉ等からなる下地基
板（シリコン基板）１上に、ｐｏｌｙ−Ｓｉ／ＷＳｉ等
からなるゲート電極材料３ａ，３ｂと、このゲート電極
材料３ａ，３ｂの上面を覆うＳｉＮ等からなる絶縁膜３
ｃをＣＶＤ法等により堆積する。ゲート電極材料３ａ，
３ｂ及び絶縁膜３ｃの膜厚は、それぞれ１００ｎｍ，５
５ｎｍ，１５０ｎｍとする。この後、例えばリソグラフ
ィ法とＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等の異方性エ
ッチング技術を用いてゲート電極材料３ａ，３ｂ及び絶
縁膜３ｃをゲート酸化膜２が露出するまでエッチングし
て複数のライン状のゲート電極３を０．３μｍ間隔で形
成する。なお、このエッチングは下地基板１が露出する
まで行うことも可能である。

【００２０】そして、この複数のゲート電極３が形成さ
れた下地基板１上に例えばＢＰＳＧ等の層間絶縁膜４を
ゲート電極３上が１００ｎｍの膜厚となるように堆積す
る。そして、この層間絶縁膜４上に例えばＳｉＯ₂ 等、
酸を失活させない物質５をＣＶＤ法等により１００ｎｍ
の膜厚となるように堆積し、アニールを施す（図１
（ａ））。次いで、酸を失活させない物質５上に、ＣＶ
Ｄ法等によりＳｉＮ等からなる酸を失活させる物質６を
１００ｎｍの膜厚となるように堆積する（図１
（ｂ））。

【００２１】この酸を失活させる物質６を、その下層に
形成されたライン状のゲート電極３と同じ幅及びピッチ
で、かつ酸を失活させる物質６がゲート電極３の直上に
位置するラインとなるように、例えばリソグラフィ法と
ＲＩＥ等の異方性エッチング技術（ドライエッチング）
を用いてパターニングする。具体的には、図５（ａ）に
示すようなＣｒ等からなる遮光部５１ａ及び石英等から
なる透光部５１ｂを有するライン＆スペースパターンの
マスク５１により露光を行う。１００℃／６０秒間のプ
レべークを行い、ゲート電極３に対応したレジストパタ
ーンを形成する。そして、このレジストパターンをマス
クにして酸を失活させる物質６をドライエッチングし、
さらにレジストを剥離して酸を失活させる物質６からな
るライン＆スペースパターンを形成する（図１
（ｃ））。また、このライン＆スペースパターンを形成
した後の斜示図を図４（ａ）に示す。図４（ａ）から分
かるように、ゲート電極３と酸を失活させる物質６が同
じ方向、幅及びピッチで形成されている。

【００２２】次いで、このライン状に形成された酸を失
活させる物質６上に化学増幅型ポジレジスト２１（ＡＰ
ＥＸ−Ｅ（シプレー社））を２５０ｎｍ程度の厚さに塗
布する（図２（ｄ））。

【００２３】次いで、化学増幅型ポジレジスト２１をコ
ーティングし、酸を失活させる物質６からなるラインパ
ターン間にコンタクトホールを形成すべく、上記図５
（ａ）に示したマスク７と直交したラインパターンが配
置され、図５（ｂ）に示す遮光部５２ａと透光部５２ｂ
からなるマスク５２を用いてＫｒＦエキシマステッパＮ
ＳＲＳ２０１Ａ（ニコン社製）により露光を行う。

【００２４】この露光の際に、化学増幅型ポジレジスト
２１におけるライン状の光透過領域では分解反応により
レジスト２１が溶解する。また、この露光の際にはレジ
スト２１中で酸が発生することにより、レジスト２１の
溶解反応を促進させる。しかしながら、この化学増幅型
ポジレジスト２１の下層に形成された酸を失活させる物
質６表面付近では、酸を失活させる物質６によりレジス
ト２１中で発生した酸が失活し、レジストの溶解反応が
停滞する。これに対して、酸を失活させない物質５表面
では、酸を失活させる物質６付近における酸の失活がな
く、十分な溶解反応が進行する。従って、酸を失活させ
る物質６表面付近のみにおいて、化学増幅型ポジレジス
ト２１は酸を失活させる物質６に選択的に吸着し、この
吸着した分だけ不溶化層２２として残存する（図２
（ｅ））。

【００２５】上記説明した化学増幅型ポジレジストの詳
細な動作を説明する。酸反応により改質する物質とし
て、例えばポリビニルフェノールの一部をｔ−ブトキシ
カルボニル基で置換したものと酸発生剤となるオニウム
塩等の混合物を用いる。これは一般的な化学増幅型ポジ
レジストの組成である。このような化学増幅型ポジレジ
ストでは紫外線により酸発生剤から生じた酸が触媒反応
によりｔ−ブトキシカルボニル基を分解しアルカリ水溶
液に対する溶解レートを増大させる。

【００２６】このような物質を酸を失活させる塩基性を
有した基板上で使用する場合、塩基性基板界面でｔ−ブ
トキシカルボニル基の分解反応が阻害されるため、アル
カリ水溶液に対する溶解レートの変化は得られない。従
って、基板上に酸の失活する領域と、失活しない領域が
有る場合、酸を失活させる領域にのみ選択的に上記混合
物を残すことが出来る。

【００２７】図６を用いてその流れを説明する。まず中
性の下地基板６１上に、塩基性の膜からなる塩基性パタ
ーン６２を形成する（図６（ａ））。この下地基板６１
上に酸反応により改質する物質、例えば上記のように露
光で酸が発生することでアルカリ溶液に対して可溶とな
る化学増幅型ポジレジスト６３をコーティングする（図
６（ｂ））。次いで、所定の条件の下で露光を行いポジ
レジスト６３の膜中で酸６４を発生させる（図６
（ｃ））。

【００２８】ここで、中性の下地基板６１に対しては、
ポジレジスト６３は改質しないため、酸６４の発生によ
り溶解反応が進行する。これに対して、塩基性パターン
６２の近傍では酸６４が失活するため、所望の溶解反応
が進まない領域が生じる（図６（ｄ））。ゆえにアルカ
リによる現像を行っても、塩基性パターン６２に隣接す
る部分にのみポジレジスト６３は不溶化層６５として残
存する（図６（ｅ））。なお、通常のスパッタ法やＣＶ
Ｄ法での成膜ではアモルファスな膜が形成されるため、
膜表面で酸に対して活性な基を持ち、塩基性を有する膜
となることがある。

【００２９】このように、塩基性を有する基板上では、
露光によりレジスト中に発生した酸が失活し所望の溶解
反応を進めることができない。化学増幅型ポジレジスト
がＳｉＮ_x ，ＷＳｉ，ＴｉＮ，ＢＰＳＧ，Ａｌ，Ｗ等の
特定の膜上でレジスト残りが発生することはよく知られ
た事実である（R.Yamanaka et Al：Jpn.J.Appl.Phys.Vo
l.34(1995)6794やJ.Sturtevant et Al：Proc.SPIE2197
(1995)770. 等で報告されている。）。逆によく洗浄さ
れたＳｉ，ＳｉＯ₂ 膜，熱ＳｉＯ₂ _,ＣＶＤ−ＳｉＯ₂
等では裾引きは生じない。

【００３０】図４（ｂ）は図２（ｅ）における露光後の
製造工程を上方から見た図である。横方向には酸を失活
させない物質５と酸を失活させる物質６とが交互にライ
ン状に並んでおり、縦方向には未露光部４１と露光部４
２が交互にライン状に並んでいる。化学増幅型ポジレジ
スト２１は露光光により溶解するものであり、図４
（ｂ）においては露光部４２の領域で溶解する。

【００３１】また、酸を失活させる物質６においては化
学増幅型ポジレジスト２１は溶解反応が進まず、不溶化
層２２を生じる。従って、レジスト２１は露光部４２と
酸を失活させない物質５の重なり領域である４３におい
てのみ溶解し、現像後にその領域４３でのみ化学増幅型
ポジレジスト２１が除去される。また、この重なり領域
４３は、酸を失活させる物質６付近で生じる不溶化層に
より、その横幅がスペースパターン幅よりも狭まってい
るのが分かる。このように、化学増幅型ポジレジスト２
１の吸着は自己整合的に下地パターンの位置から決まる
ため、合わせ露光に対して有利である。

【００３２】図２（ｅ）に示す露光工程の後、１１０℃
／９０秒間の露光後ベーク処理（ＰＥＢ：Post Exposur
e Bake）を行い、０．２１規定度のテトラメチルアンモ
ニウムハイドライド（ＴＭＡＨ）水溶液により化学増幅
型ポジレジスト２１の６０秒間の現像を行う。この現像
により、ライン状の光透過領域ではレジスト２１が除去
されるが、不溶化層２２及び遮光領域である未露光部に
レジスト２１が残存し、不溶化層２２間に生じた溝間に
レジスト２１からなるホールパターンが形成される（図
２（ｆ））。

【００３３】この現像までの工程により形成されたレジ
ストパターンに基づいて、層間絶縁膜４まで掘り込むこ
とにより下地基板１が露出するようにドライエッチング
を施す。このドライエッチングの際、不溶化層２２がマ
スクとして働くため、レジスト２１を剥離すると酸を失
活させる物質６のパターン幅（０．３μｍ）よりも小さ
い幅（０．１μｍ）からなるコンタクトホール３１が自
己整合的に形成される（図３（ｇ））。このコンタクト
ホール３１形成後の斜示図を図４（ｃ）に示す。そし
て、このコンタクトホール３１にＷ等の導電性材料３２
を埋め込み形成し、その表面をＣＭＰ等により平坦化す
る。これにより、下地基板１に形成された図示しない拡
散層と導電性材料３２が導通する。

【００３４】このように、パターン形成に酸触媒反応を
利用する化学増幅型ポジレジストは酸を失活させる物質
上で酸の失活により裾引き（footing ）を生じる。この
酸を失活させる物質からなるパターン上に化学増幅型ポ
ジレジストを塗布、露光、ベーク、現像を行うと裾引き
効果により酸を失活させる物質にレジストが微少量残
る。すなわち基板上に裾引きを起こさせる膜からなるパ
ターンと起こさせない膜からなるパターンが同時にある
場合、レジストを裾引きを起こさせるパターンに選択的
に吸着させることが可能である。その裾引き効果と通常
の露光によるパターニングとを組み合わせれば、露光マ
スクに無い新たなパターンを形成することが出来る。

【００３５】また、酸を失活させる物質６のラインに直
交する向きでのホールの位置は、化学増幅型ポジレジス
ト２１の裾引き効果により下地パターンの位置から自己
整合的に定まるので、従来のような重ね合わせ露光の精
度不足によるミスアライメントは生じない。さらに、従
来用いられたホールパターンのマスクと比較して、解像
度の得やすいライン＆スペースパターンのマスクを用い
ていることから、光リソグラフィの延命という点でも有
利である。

【００３６】なお、本実施形態においては層間絶縁膜４
としてＢＰＳＧを用いる場合を示したが、ＰＳＧ膜、Ｂ
ＳＧ膜、ＳＯＧ膜等を用いることも可能である。また、
ＣＭＰ法により酸を失活させる物質６及び導電性材料３
２表面を平坦化する場合を示したが、例えばエッチバッ
ク等により表面を平坦化する場合であっても本発明を適
用可能であることは勿論である。また、本実施形態にお
いてはゲート電極３間にコンタクトホール３１を形成し
て拡散層に接続する場合を示したが、多層配線を形成す
る際に、下層配線にコンタクト層を接続する場合のコン
タクトホールの形成プロセスにも本発明を適用可能であ
る。また、デュアルダマシンプロセスによりコンタクト
層を形成する場合を示したが、デュアルダマシンプロセ
スによらなくとも本発明の主旨を逸脱しない。

【００３７】（第２実施形態）図７〜図９は、本発明の
第２実施形態に係る自己整合型パターン形成方法を説明
するための図であり、第１実施形態で用いた化学増幅型
ポジレジストの代わりに化学増幅型ネガレジストを選択
的吸着材として使用した例である。本実施形態では、Ｄ
ＲＡＭデバイス等でトランジスタと配線層を結ぶコンタ
クト層を形成する場合を示す。また、図１０は図７〜図
９に示すパターン形成工程における主要工程での斜示図
及び上面図を示す。

【００３８】まず、下地基板１上にｐｏｌｙ−Ｓｉ／Ｗ
Ｓｉ等からなるゲート電極材料３ａ，３ｂと、このゲー
ト電極材料３ａ，３ｂの上面を覆うＳｉＮ等からなる絶
縁膜３ｃをＣＶＤ法等により堆積する。ゲート電極材料
３ａ，３ｂ，絶縁膜３ｃの膜厚は、それぞれ１００ｎ
ｍ，５５ｎｍ，１５０ｎｍとする。この後、例えばリソ
グラフィ法とＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等の異
方性エッチング技術を用いてゲート電極材料３ａ，３ｂ
と絶縁膜３ｃを下地基板１が露出するまでエッチングし
て複数のライン状のゲート電極３を０．３μｍ間隔で形
成する。

【００３９】そして、この複数のゲート電極３が形成さ
れた下地基板１上にＷ等からなる導電性材料７１を下地
基板１から２００ｎｍの膜厚となるように堆積する。そ
して、この導電性材料７１上に例えばＳｉＯ₂ 等、酸を
失活させない物質５をＣＶＤ法等により膜厚１００ｎｍ
となるように堆積し、アニールを施す（図７（ａ））。
次いで、この酸を失活させない物質５上に、ＣＶＤ法等
によりＳｉＮ等からなる酸を失活させる物質６を膜厚１
００ｎｍとなるように堆積する（図７（ｂ））。

【００４０】この酸を失活させる物質６を、その下層に
形成されたラインパターンのゲート電極３と同じ幅及び
ピッチで、かつ酸を失活させる物質６がゲート電極３の
直上に位置するライン状にパターニングすべく、例えば
リソグラフィ法とＲＩＥ等の異方性エッチング技術を用
いて図５（ａ）に示すラインパターンのマスク５１によ
り露光を行い、さらにドライエッチングにより酸を失活
させる物質６からなるライン＆スペースパターンを形成
する（図７（ｃ））。このライン＆スペースパターンを
形成した後の斜示図を図１０（ａ）に示す。

【００４１】次いで、このライン状に形成あれた酸を失
活させる物質６上に化学増幅型ネガレジスト８１（ＳＮ
Ｒ２００（シプレー社））を塗布する（図８（ｄ））。
化学増幅型ネガレジスト８１は、酸触媒反応によりポリ
マー間で架橋が進み、特定の溶媒、アルカリ水溶液に対
する溶解速度の低下を起こす樹脂から構成される。レジ
スト塗布後、１３０℃／６０秒間のプレベークを施して
３００ｎｍ程度の膜厚とする。次いで、遮光部５２ａ及
び透光部５２ｂにより、マスク５１と直交したラインパ
ターンが配置された図５（ｂ）に示すマスク５２を用い
てＫｒＦエキシマステッパＮＳＲＳ２０１Ａ（ニコン
社）により露光を行う。

【００４２】この露光の際に、化学増幅型ネガレジスト
８１におけるライン状の光透過領域では、架橋反応によ
り分子量が無限大の状態となる。また、この露光の際に
は酸が発生することにより化学増幅型ネガレジスト８１
の架橋反応を促進させる。しかしながら、化学増幅型ネ
ガレジスト８１の下層に形成された酸を失活させる物質
６表面付近では、酸を失活させる物質６により酸が失活
し、レジスト８１の架橋反応が停滞する。これに対し
て、酸を失活させない物質５表面では、酸を失活させる
物質６付近における酸の失活がなく、十分な架橋反応が
進行する。従って、酸を失活させる物質６表面付近のみ
において、化学増幅型ネガレジスト８１は酸を失活させ
る物質６に選択的に架橋反応を停滞させ、この部分だけ
可溶化層８２として残存する（図８（ｅ））。

【００４３】図１０（ｂ）は図８（ｆ）における露光後
の製造工程を上方から見た図である。横方向には酸を失
活させない物質５と酸を失活させる物質６とが交互にラ
イン状に並んでおり、縦方向には未露光部１０１と露光
部１０２が交互にライン状に並んでいる。化学増幅型ネ
ガレジスト８１は露光光により架橋反応を起こすもので
あり、図１０（ｂ）においては露光部１０２の領域で架
橋反応を示す。また、酸を失活させる物質６周辺におい
ては化学増幅型ネガレジスト８１は架橋反応が進まず、
可溶化層を生じる。従って、化学増幅型ネガレジスト８
１は、露光部１０２と酸を失活させない物質５の重なり
領域である１０３においてのみ架橋反応を起こし、現像
後に重なり領域１０３に残存する。また、この重なり領
域１０３は、酸を失活させる物質６付近で生じる可溶化
層８２により、その横幅が狭まっているのが分かる。

【００４４】この露光工程の後、１３０℃／９０秒のＰ
ＥＢを行った。次に０．１４規定ＴＭＡＨ水溶液により
６０秒間の現像を行った。この現像により、可溶化層８
２と未露光部１０１で化学増幅型ネガレジスト８１が除
去され、酸を失活させる物質６のライン間に化学増幅型
ネガレジスト８１からなるピラーパターン８３が形成さ
れる（図８（ｆ））。そして、このピラーパターン８３
をマスクにしてその下地パターンである酸を失活させる
物質６及び酸を失活させない物質５のエッチングを導電
性材料７１が露出するまで行い、酸を失活させない物質
５からなるピラーパターンを形成する（図９（ｇ））。

【００４５】さらに、このピラーパターン８３を構成す
る化学増幅型ネガレジスト８１と酸を失活させない物質
５をマスクにして、下地基板１が露出するまで導電性材
料７１のエッチングを行う。そして、マスクとして用い
られた化学増幅型ネガレジスト８１と酸を失活させない
物質５を除去する。これにより、下地基板１上には導電
性材料７１等からなるピラーパターン８３及び複数のゲ
ート電極３のみが残存する（図９（ｈ））。そして、こ
れらピラーパターン８３及びゲート電極３が形成された
下地基板１上から新たに層間絶縁膜９１を堆積し、この
層間絶縁膜９１に対して導電性材料７１が露出するよう
にＣＭＰにより表面を平坦化して、コンタクト層を形成
する（図９（ｉ））。

【００４６】以上説明したように本実施形態に係るパタ
ーン形成方法によれば、酸を失活させる物質６のライン
パターンに直交する向きでのピラーパターンの位置は、
化学増幅型ネガレジスト８１の架橋反応の選択的な停滞
により下地パターンの位置から自己整合的に定まるの
で、高精度の重ね合わせ露光が可能となる。また、比較
的解像度の得られやすいライン＆スペースパターンのフ
ォトマスクを用いてパターンを形成することができるた
め、光リソグラフィの延命が図れる。

【００４７】なお、上記第１，２実施形態において、化
学増幅型レジスト２１，８１の露光の際の露光量、化学
増幅型レジスト２１，８１の材料、加熱量等を調整する
ことで、下地の酸を失活させる物質６からなるラインパ
ターンに対するコンタクトホール及びピラーパターンの
幅を容易に変えることができる。このように、本発明を
利用した微細パターン形成プロセスを用いれば、新たな
素子分離や配線構造を形成できる。また、酸を失活させ
る物質６としては、ＳｉＮ，ＴｉＮ，Ａｌ，ＢＰＳＧ，
ＴＥＯＳ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ等を用いることができる。ま
た、酸を失活させない物質５としては、熱ＳｉＯ₂ ，Ｃ
ＶＤ−ＳｉＯ₂ 等を用いることができる。また、ゲート
電極３と、その直上に形成する第２の膜からなるライン
パターンは、必ずしも同じ幅からなる必要はない。すな
わち、化学増幅型レジスト２１，８１が残存あるいは溶
解してマスクとして機能する幅に応じてそのラインパタ
ーンの幅が異なっても良い。

【００４８】また、本実施形態においてはゲート電極間
にピラーパターンを形成し、このピラーパターンを拡散
層に接続する場合を示したが、多層配線を形成する際
に、コンタクト層を通じて下層配線及び上層配線を接続
する場合のコンタクト層となるピラーパターンの形成プ
ロセスにも本発明を適用可能である。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る自己整
合型パターン形成方法によれば、酸を失活させる物質と
失活しない物質からなる下地パターンに化学増幅型レジ
ストを塗布し、下地パターンに対して選択的に失活作用
を施し、これに通常の失活作用を利用しない露光を組み
合わせることにより、異なるデザインのマスクと組み合
わせて新たなパターンを形成することができる。

【００５０】また、酸を失活させる物質の失活作用によ
り形成されるレジストパターンは下地パターンの位置か
ら自己整合的に定まるので、従来のような重ね合わせ露
光の精度不足によるミスアライメントは生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る自己整合型パター
ン形成方法の形成工程を示す断面図。

【図２】同実施形態における自己整合型パターン形成方
法の形成工程を示す断面図。

【図３】同実施形態における自己整合型パターン形成方
法の形成工程を示す断面図。

【図４】同実施形態におけるパターン形成工程途中での
半導体装置の斜示図及び上面図。

【図５】同実施形態におけるパターン形成に用いられる
マスクパターンを示す図。

【図６】同実施形態における化学増幅型ポジレジストの
反応動作の詳細を示す断面図。

【図７】本発明の第２実施形態に係る自己整合型パター
ン形成方法の形成工程を示す断面図。

【図８】同実施形態における自己整合型パターン形成方
法の形成工程を示す断面図。

【図９】同実施形態における自己整合型パターン形成方
法の形成工程を示す断面図。

【図１０】同実施形態におけるパターン形成工程途中で
の半導体装置の斜示図及び上面図。

【図１１】従来のパターン形成方法により形成されたパ
ターン及び問題が生じた場合を示す斜視図及び断面図。

【図１２】従来のパターン形成に用いられるマスクパタ
ーンを示す図。

【符号の説明】

１下地基板２ゲート酸化膜３ゲート電極３ａ，３ｂゲート電極材料３ｃ絶縁膜４，９１層間絶縁膜５酸を失活させない物質６酸を失活させる物質２１，６３化学増幅型ポジレジスト２２，６５不溶化層３１コンタクトホール３２，７１導電性材料４１，１０１未露光部４２，１０２露光部４３，１０３重なり領域５１，５２マスク５１ａ，５２ｂ遮光部５１ｂ，５２ｂ透光部６１中性下地基板６２塩基性パターン６４酸８１化学増幅型ネガレジスト８２可溶化層８３ピラーパターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸を失活させない物質からなる第１の膜
上に酸を失活させる物質からなる第２の膜を形成する工
程と、該第２の膜を選択的に除去して第２の膜のラインパター
ンを複数本形成する工程と、前記第１の膜及び第２の膜に化学増幅型ポジレジストを
塗布する工程と、前記第１の膜及び第２の膜に対して、前記第２の膜のラ
イン長方向と交差するライン状のパターンを露光し、前
記第２の膜の周辺を除く露光領域のレジストを可溶化層
に変質させる工程と、前記露光された化学増幅型ポジレジストを現像する工程
と、前記現像により形成されたレジストパターンをマスクと
して前記第１の膜をエッチングする工程とを具備してな
ることを特徴とする自己整合型パターン形成方法。
【請求項２】酸を失活させない物質からなる第１の膜
上に酸を失活させる物質からなる第２の膜を形成する工
程と、該第２の膜を選択的に除去して前記第１の膜を除去し、
第２の膜のラインパターンを複数本形成する工程と、前記第１の膜及び第２の膜に化学増幅型ネガレジストを
塗布する工程と、前記第１の膜及び第２の膜に対して、前記第２の膜のラ
イン長方向と交差するライン状のパターンを用いて露光
し、前記第２の膜の周辺を除く露光領域のレジストを不
溶化層に変質させる工程と、前記露光された化学増幅型ネガレジストを現像する工程
と、前記現像により形成されたレジストパターンをマスクと
して前記第１の膜及び第２の膜をエッチングする工程と
を具備してなることを特徴とする自己整合型パターン形
成方法。