JPS6186745A - パタ−ン形成有機膜 - 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 本発明は半導体集積回路の製造等において、特にフォト
リングラフィのパターン形成における、下地基板からの
反射を防止し、段差上でのパターン精度を向上し、かつ
解像度を高めるための、放射線感応性樹脂の下敷にする
水溶性有機膜を使用するパターン形成有機膜である。

従来例の構成とその問題点 集積回路の高集積化、高密度化は従来のリングラフィ技
術の進歩により増大してきた。その最小線幅も１μｍ前
後となってきており、この加工線幅を達成するには、高
開口レンズを有した縮小投影法により紫外線露光する方
法、基板上に直接描画する電子ビーム露光法、Ｘ線を用
いたプロキシミティ露光法があげられる。しかし、いず
れの方法もスループットを犠牲にすることなく良好な線
幅制御と高解像度及び良好な段差部のカバレジを同時に
得ることは困難である。特に実際の集積回路上において
は必然的に凹凸が発生し、放射線感応性樹脂（以後、レ
ジストと略）を塗布した後では、凹凸部におけるレジス
トの膜厚差が発生し、良好な線幅制御が不可能となる。

このことを第１図を用いて説明する。第１図は従来法に
より単層レジスト膜を段差部へ塗布し、その段差部に対
して交叉してパターニングを行なった状態を示したもの
である。第１図＾は半導体基板等の基板１上にＳｉＯ２
膜２等の段差物パターン２ａが形成されておりその上に
レジスト３が塗布された状態の断面図である。この場合
、段差物パターン２ａがない平坦な膜上のレジスト３の
膜厚をｔＲｌの厚さに塗布した時、段差物パターン２ａ
上のレジスト３の膜厚は、レジスト自身の粘性と塗布時
の回転数により膜厚ｔＲ２に決定される。この時ｔＲ１
−ｔＲ２にすること、つまり凹凸部でのレジスト膜の膜
厚差を皆無にすることは物理的に不可能である。このよ
うにｔＲ１＼ｔＲ２の膜厚においてレジストパターンを
形成した場合の平面図を第１図に）に示す。

これは、段差物パターン２ａに対して直角に交叉して形
成されたレジストパターン３の膜厚ｔＲ１の位置でパタ
ーン幅がｔｌと決定されると、膜厚’Ｒ２の位置ではｔ
Ｒｌ＞ｔＲ２という関係があるためパターン幅はｔ２で
かつｔｌ〉ｔ２となり段差部における寸法変換差が発生
してしまう。つまり、非常に微細パターンになると良好
な線幅制御が得られず、更に段差物２ａのエツジ部’２
　ｂで実質上、平坦部の膜厚ｔＲ４より厚くなるため解
像度が低下する。一般に解像度はレジストの膜厚が薄く
なればなるほど向上する。これは放射線自身の波長によ
って微細間隙になると干渉２回折現像のため入射するエ
ネルギーが減衰してしまうためである。

つまり段差物上のレジスト膜厚差を少なくするために、
ただ単にレジストを厚く塗布し見掛は上のレジスト膜厚
差を軽減しようとしても解像度が低下するためにパター
ン形成上好ましくない。

更に反射の影響について第２図を用いて説明する。

第２図（８）は基板１上の凸部状段差２に金属膜４例え
ばＡｔ膜が全面に蒸着され、更に上部に感光性樹脂（以
後、レジスト）３が塗布された状態にマスク５のクロム
６を介して紫外線を照射した場合の断面図である。この
時の紫外線（以後、ＵＶ光）の入射状態を拡大した図が
第２図（Ｂ）である。入射するＵＶ光７のうち平坦部３
ａへ入射するＵＶ光７ａの反射光７ｂは正確に１８００
の角度で反射するが、Ａｔ膜４の段差部の位置へ入射す
るＵＶ光７ＣはＡｔ膜４の側面から反射して反射光７Ｃ
となり、反射光７ｄは未露光部のレジスト領域３ｂに侵
入し、実質現像後のレジスト断面３Ｃはマスク６のクロ
ム部６の幅よりも狭くなりパターン精度が劣化する。ま
た段差間とレジストパターン端部との距離によってはレ
ジストパターンが消滅し、パターン断線が発生する。

以上述べたように、基板上の段差や平滑性によってパタ
ーン精度が低下し微細化に対し大きな障害であった。特
に光強度の高い縮小投影露光法においては、下地反射に
よる解像度、パターン精度の低下がはなはだしく、例え
ば段差を有するＡｔ上の配線パターン形成において２μ
ｍ以下のパターン寸法は必らず断線する現象がある。

発明の目的 本発明は、従来例からも述べたように特にフォトリソグ
ラフィにおける下地基板の段差や、平滑性からくる反射
光の影響による解像度の低下とパターン精度の低下を防
ぐ目的とするものである。

発明の構成 本発明は、有機溶媒系のレジストが積層可能でかつアル
カリ水溶液や水に対して溶解速度が任意に制御され熱や
各種の半導体プロセスに強いパターン形成有機膜で、多
糖体であるプルラン水溶液をメインポリマーとし、反射
光を吸収させるための吸収剤と、水への溶解制御剤とし
てたとえばアルデヒド基を有した架橋剤と、アルカリ水
溶液への溶解制御剤としてエポキシ基を有する化合物と
、触媒としてのアルカリ水溶液から構成される。

実施例の説明 本発明のメインポリマーである多糖体のプルランは次の
ように示される。

以下余白 で示されるプルランはグルコース単位を中心とするデン
プン、セルロースなどの多糖類と分子構造が異なってい
る。そして更にその性質も異なる。

例えば、デンプン、セルロースは冷水に対して溶けにく
いのに対し、プルランは冷水に易溶であり、その水溶液
は水溶性高分子の水溶液の中で同一の濃度、同一の分子
量においては、粘度の低いものの１つである。またプル
ラン水溶液は長期間安定であって、ゲル化あるいは老化
現象は認められない。更にその膜は有機溶媒に対してま
ったく溶解しない性質も有する。つまり半導体製造にお
けるリソグラフィー技術に使用する有機溶媒系の放射線
感応性樹脂（以後、レジスト）を重ねて塗布しやすい性
質を有している。

更に放射線例えば紫外線を吸収する材料、染料等を前記
プルラン水溶液に溶解させる。この時。

染料によりＰＨの影響をまったく受けず安定した水溶液
である。

そして水への溶解制御剤として、架橋剤であるジアルデ
ヒドデンプンを少量混合する。これはすなわち、ジアル
デヒドデンプンで示されるアルデヒド基はプルランのＯ
Ｈ基と反応しアセタール結合を作り水へ難溶性となる。

更にアルカリ水溶液へ、の溶解速度制御として、エポキ
シ基を有する化合物であるエポキシヒドリンとアルカリ
水溶液例えばキトラメチルハイドロオキサイドアンモニ
ウムを混合することにより達ヒ 成できた。これはエビクロルドリンがテトラメチルハイ
ドロオキサイドアンモニウムによってジオールとなり、
これが前記の過剰のジアルデヒドデンプン水溶液と反応
してアセタール結合を作り、過剰のジアルデヒドデンプ
ン水溶液がアルカリ水溶液に溶解するのを妨げるからで
ある。

以下、詳細な実施例を説明する。

ビー力に純水（脱イオン）を１００ＣＧを入れ室温のま
ま、重金属を十分にとった平均分子量２゜万のプルラン
を攪拌しながら添加してゆき、２゜７溶解させる。一方
、温度８０℃の温水１００ＣＣ。

に酸性染料（５００ｎｍ以下の紫外線領域を吸収する染
料）６１を攪拌しながら溶解していく。次にプルラン水
溶液と染料水溶液を混合して染料入りプルラン水溶液を
作製した。次にジアルデヒドデンプン水溶液（１ａ％　
）数ＣＣを染料入りプルラン水溶液に混合させた。さら
にテトラメチルハイドロオキサイドアンモニウム（アル
カリ規定ｉ約０．３）を２００ＣＣ混合し、エピクロル
ヒドリンを１０ＣＧ導入し、激しく攪拌しだのち２４時
間放置した（室温）。

このパターン形成有機膜は、水洗後は白濁や沈澱及びゲ
ル化はまったく見られなかった。

この溶液を石英ガラス板上にスピンナーを用いて３００
０ｒｐｍで回転塗布したところ、均一な３００Ｑへの膜
厚が得られ、紫外線透過特性も波長５００　ｎｍ以下で
、２０％以下の透過を示し、半導体製造における紫外線
露光に対し十分な反射防止効果があった。更にこのパタ
ーン形成有機膜を塗布した後、この有機膜上にレジスト
の塗布を行ったところ、溶解もなく極めて容易にレジス
トを積層することが可能であった。水、アルカリに対す
る溶解速度も純粋なプルラン膜より数倍程度遅くなり、
パターン形成に制御性をもたせることが可能であった・ なお各プルラン、染料、ジアルデヒドデンプン。

テトラメチルハイドロオキサイドアンモニウム。

エピクロルヒドリンの量は、塗布する膜厚、紫外分光、
水、アルカリへの溶解速度によって任意に選択すること
が可能である。

本発明であるパターン形成有機膜を用いた場合のパター
ン形成の具体例を第３．４図を使用して説明する。

従来例の説明に使用した第２図と同様に半導体基板１上
に絶縁物等の段差２が形成し、反射率の高い金属膜例え
ば配線となるＡｔ膜４を蒸看する。

そして前述のパターン形成有機膜８を塗布する〔第３図
＾〕。この時のパターン形成有機膜８の膜厚はこの後で
露光する際に施すエネルギー量によって適当に設定され
るものであるが、本実施例においては２０００人に塗布
形成し薄い膜とした。

続いてポジ形ＵＶレジスト３をパターン形成有機膜８上
に塗布する。この際、ポジ形ＵＶレジスト３とパターン
形成有機膜８とは互いに溶解することなく均一に塗布す
ることが可能であった〔第３図（Ｂ）〕。

そして、フォトマスク６のクロームパターン６を介して
縮小投影露光法によって４３６　ｎｍの紫外＠７を１５
０ｍＪＡｄのエネルギーで露光する。

この時、段差側面や表面からの反射はパターン形成有機
膜８中の光の吸収剤により吸収されるため、まったく反
射が起こらずクロームパターン６通りの未露光領域３ｅ
が形成される〔第３図（Ｑ　）。

最後にアルカリ現像液によって露光したポジ形ＵＶレジ
スト３を現像除去し、同時にリンス工程で露光したパタ
ーン形成有機膜を除去しパターン３ｆ、８ａを得た〔第
３図（Ｄ）　）。

なお、パターン形成有機膜８の水あるいは現像液への溶
解速度は塗布後の熱処理や架橋剤、エポキシ基化合物の
添加量によって自在にコントロールが可能で上層のポジ
形ＵＶレジストの膜厚によって設定されるものである。

第３図ｑののち、パターン３ｆ、８ａをマスクとしてＡ
ｌ膜４を選択除去して電極配線を形成する。

次に第２の具体例を第４図を用いて説明する。

第１の具体例の場合にはパターン形成有機膜８を露光エ
ネルギーのうちの反射光を防ぐ最小の膜厚にしたための
下地基板１の段差２の形状は変化せず、ポジ形ＵＶレジ
スト３は段差付近で膜厚の変動が発生し、最終的にパタ
ーン精度が劣化する。

これを防ぐために、第２の具体例ではパターン形成有機
膜８も厚く塗布し平坦に形成する〔第４図人＾〕。この
後、ポジ形ＵＶレジスト３は平坦に塗布されるためにレ
ジスト膜厚の変動がまったく無くなる。そして露光、現
像、リンス工程を加えれば（Ｂ）のごとくパターン精度
が高く、高アスペクト比パターンｓｆ、９ａが得られた
。この時、パターン形成有機膜８は熱処理を低温で行な
ったため、かつ前述の添加剤の量を最適化したため水。

アルカリ水溶液への溶解速度が大きく、膜厚にあまり依
存しないので上層であるポジ形ＵＶレジストパターン３
ｆに忠実に転写された。

具体的に本発明による実験データを第５図に示す。横軸
は第１図における段差エツジからマスクのクロームパタ
ーンエツジまでの距離Ｓを示し、縦軸はパターン形成後
のレジストパターンを示した。またマスクパターンを転
写したものである。

これによると、従来例の曲線１１に示されるものはＳ（
段差からの距離）が１〜２μｍの距離でレジストパター
ンが下地Ａ７からの反射によって、レジストパターンが
断線あるいは断線傾向となる。

例えばＳが０．５μｍの時は、レジストパターンが０．
５μｍとパターン細シが生じていた。一方、曲線１０に
示す本発明のものは、Ｓの距離に関係なく、レジストパ
ターンに変動なく１μｍパターンが形成可能であった。

なお、以上の実施例ではレジストとしてポジ型のものを
説明したが、ネガレジストを用いた場合でも本発明を適
用できることは当然である。

発明の効果 本発明の効果は、パターン形成用水溶性有機膜を紫外線
露光法に適用した場合、下地基板からの反射を吸収する
だめ、パターン断線などの不良を解消しかつ、パターン
精度が向上した。また、パターン形成用水溶性有機膜の
膜厚を厚く塗布することにより、マスクパターン転写精
度が向上し、解像度も向上した。以上、本発明は微細化
をたどる半導体集積回路製造技術に非常に有益なもので
あることが言える。

【図面の簡単な説明】

第１図（８）、（Ｂ）は従来例によるパターン形成後の
断面図、平面図、第２図（８）、（Ｂ）は従来のレジス
トパターン形成工程断面図、第３図（５）〜ｐ）は本発
明の第１の実施例のパターン形成工程断面図、第４図（
５）、　（Ｂ）は本発明の第２の実施例のパターン形成
工程断面図、第６図は本発明と従来例との比較データを
示す図である。 １・・・・・・基板、２・・・・・・段差、３・・・・
・・レジスト、８・・・・・・パターン形成有機膜。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 沈２図 第３図 第３図 第４図 第５図 ｔｌ”４ｂ・うレジストまて°′のＷ触（）ｕｙ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）一般式 （Ｃ＿６Ｈ＿１＿０Ｏ＿５）＿ｎ・Ｈ＿２Ｏで示される
   多糖体であるプルラン水溶液なるベースポリマーと、５
   ００ｎｍ以下の光の吸収剤と、前記プルランの水への溶
   解速度制御剤となる架橋剤と、触媒としてのアルカリ水
   溶液と、エポキシ化合物よりなる前記プルランのアルカ
   リへの溶解速度制御剤とを含むパターン形成有機膜。
2. （２）架橋剤がアルデヒド基を有する化合物、例えばジ
   アルデヒドデンプンであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載のパターン形成有機膜。
3. （３）エポキシ基化合物が、エピクロルヒドリン、エピ
   ブロモヒドリンであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載のパターン形成有機膜。
4. （４）触媒が、水酸化ナトリウム水溶液、テトラメチル
   ハイドロオキサイドアンモニウムであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載のパターン形成有機膜。