JPS6286823A - 微細パタ−ン形成方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は微細パターン形成方法に関するものである。さ
らに詳しくいえば、本発明は、半導体素子の製造におい
て、段差を有する基板に対するサブミクロンオーダーの
加工に有効な２層レジスト構造の多層レジスト法による
微細パターン形成方法に関するものである。

従来の技術 近年、半導体産業においては、産業用コンピューター、
オフィスオートメーション、パーソナルコンピューター
などの需要が飛躍的に拡大し、その技術も日進月歩の発
展を続けており、これに伴って半導体素子においては高
密度化、高集積化か進み、微細パターンの形成において
も、パターン幅がサブミクロンオーダーの微細加工が要
求されている。現在半導体素子の製造におけるパターン
形成はホトリソグラフィーによって行われておシ、これ
に使用されるホトレジストについても、これまで主流で
あったネガ型のものに代わって、解像度の高いポジ型の
ものが主流になりつつあり、これによってパターン幅１
〜２μｍの微細加工が行われるようになってきている。

しかしながら、半導体素子の製造においては、通常基板
に複数回のホトリングラフイ一工程及びエツチング工程
が施されるため、基板に段差が生じ、このような段差の
ある基板にポジ型ホトレジストを塗布して、パターン形
成を行った場合、基板の段差によるホトレジストの塗布
膜厚の不均一性、露光時の活性光線の散乱や焦点のずれ
などの問題が生じ、その結果所望の解像度が得られない
という欠点があった。

したがって、このような欠点を解消する手段として、多
層レジスト法によるパターン形成方法が提案されている
。この多層レジスト法は、基板の段差を埋めて平坦化す
る目的で、下層のレジスト層として基板上に有機高分子
層を形成したのち、この上に上層のレジスト層としてホ
トレジスト層を薄く形成し、このホトレジスト層を通常
の方法によってバターニング後、露出した下層のレジス
ト層に酸素ガスを用いたドライエツチング処理を施すこ
とによシ、微細パターン全得る方法である。

このような多層レジスト法においては、上層のレジスト
層の耐酸素プラズマ性全利用して下層のレジスト層をド
ライエツチングするため、上層に用いられるレジストと
しては、ネガ型のものに比べて比較的耐酸素プラズマ性
の高いポジ型ホトレジストが好適であ夛、特にケイ素を
含有するポジ型ホトレジストは耐酸素プラズマ性がよシ
優れているので好ましく用いられる。

さらに、この多層レジスト法においては、基板上に形成
される下層のレジストとその上に直接設けられる上層の
レジストとが、その接触面において変質しない組合せが
必要である。下層に用いられるレジストとしては、耐プ
ラズマ性の高いことから、イミド樹脂や、フェノールノ
ボラック樹脂を用いたポジ型ホトレジストなどが有効で
あることが知られている。しかしながら、上層のレジス
トとしてポジ型ホトレジスト’を用いた場合には、この
ものと該イミド樹脂とはその接触面において混合層を形
成し、また該ポジ型ホトレジストとは溶は合うので、多
層レジスト構造にはならず、その結果所望の解像度が得
られなくなるという問題が生じる。

このポジ型ホトレジストや多層レジスト法は、現在急速
に進んでいる加工寸法の微細化に対応しうる技術である
ため、ポジ型ホトレジストを多層レジスト法における上
層のレジストとして有効に用いる方法の開発は、半導体
工業の発展にとって極めて重要なことである。

発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、このような事情のもとで、２層レジス
ト構造の多層レジスト法において、上層及び下層にポジ
型ホトレジストを用いても、その接触面での変質を伴わ
ずに、サブミクロンオーダーの微細パターンを形成しう
る方法を提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明者らは前記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結
果、基板上に形成された下層のポジ型ホトレジスト層に
紫外線を大量に照射することによシ、該ホトレジスト層
は有機溶剤及びアルカリ水溶液に対して不溶となシ、そ
の目的を達成しうろことを見出し、この知見に基づいて
本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、段差を有する基板上て、ポジ型ホ
トレジスト層を段差よシ厚く形成し、該ホトレジスト層
に紫外線を全面照射したのち、その上に、さらにポジ型
ホトレジスト層を設け、次いで活性光線の選択的照射及
び現像処理を施すことによシ、上層のレジスト層をパタ
ーニングしたのち、露出した下層のレジスト層を酸素ガ
スを用いてドライエツチングすることを特徴とする微細
パターン形成方法を提供するものである。

本発明方法において、下層のレジスト層に使用されるポ
ジ型ホトレジストについては特に制限はなく、ポジ型の
作用を有するものであｎばほとんど使用しうるが、好ま
しいポジ型ホトレジストトしては、感光性物質がキノン
ジアジド基含有化合物、例えばオルトベンゾキノンジア
ジド、オルトナフトキノンジアジド、オルトアントラキ
ノンジアジドなどのキノンジアジド類のスルホ／酸とフ
エノール性水酸基又はアミン基を有する化合物とを部分
若しくは完全エステル化、又は部分若しくは完全アミド
化したものが挙げられる。

フェノール性水酸基又はアミノ基を有する化合物として
は、例えば２，３．４−）リヒドロキシペンゾフエノン
や２．２’、４．４’−テトラヒドロキシベンゾフェノ
ンなどのポリヒドロキシベンゾフェノン、あるいは没食
子酸アルキル、没食子酸アリール、フェノール、ｐ−メ
トキシフェノール、ジメチルフェノール、ヒドロキノン
、ビスフェノールＡ１ナフトール、ピロカテコール、ピ
ロガロール、ピロガロールモノメチルエーテル、ピロガ
ロール−１，３−ジメチルエーテル、没食子酸、水酸基
を一部残しエステル化又はエーテル化された没食子酸、
アニリン、ｐ−アミノジフェニルアミンなどが挙げられ
る。

また、該ポジ型ホトレジストに配合される被膜形成物質
としては、例えばフェノールやクレゾールなどとアルデ
ヒド類とから得られるノボラック樹脂、アクリル樹脂、
ポリビニルアルコール、ポリビニルアルキルエーテル、
スチレンとアクリル酸との共重合体、ヒドロキシスチレ
ンの重合体、ポリビニルヒドロキシベンゾエート、ポリ
ビニルヒドロキシベンザルなどのアルカリ可溶性樹脂が
有効である。

該ポジ型ホトレジストは、適邑な溶剤に前記の感光性物
質及び被膜形成物質を溶解し、溶液の形で用いるのが有
利である。

このような溶剤の例としては、アセトン、メチルエチル
ケトン、シクロヘキサノン、イソアミルケトンなどのケ
トン類：エチレングリコール、エチレングリコールモノ
アセテート、ジエチレングリコール又はジエチレングリ
コールモノアセテートのモノメチルエーテル、モノエチ
ルエーテル、モノプロピルエーテル、モツプチルエーテ
ル又はモノフェニルエーテルなどの多価アルコール類及
びその誘導体　ジオキサンのような環式エーテル類：及
び酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル
類を挙げることができる。これらは単独で用いてもよい
し、また２種以上混合して用いてもよい。

本発明方法においては、前記ポジ型ホトレジストを下層
のレジストとして段差を有する基板上に、平坦化を目的
としてスピンナーなどにより塗布、乾燥したのち、その
全面にわたって紫外線を照射することにより、有機溶剤
及びアルカリ水溶液に不溶性の下層のレジスト層を形成
させる。この際、紫外線の照射量は１０００　ｍ　Ｊ　
／ｃｒｄ以上が必要であシ、その照射量がこれより少な
いと有機溶剤及びアルカリ水溶液に対して完全に不溶性
とならず好ましくない。紫外線発生ランプについては、
ｌｏｏＯｍＪ／ｄ以上の紫外線を照射しつるものであれ
ば特に制限ＩＩｉなく、例えば低圧水銀灯、高圧水銀灯
、超高圧水銀灯、アーク灯、キセノンランプなどが用い
られる。

紫外線の照射量は の関係を有しているため、この式より紫外線照射量が１
０１００Ｏ／Ｃｔｆ１以上になるようにランプの強度及
び照射時間を適宜選ぶことができる。

このようにして、下層のレジスト層を紫外線の照射によ
シ有機溶剤及びアルカリ水醇液に対して不溶性としたの
ち、その上に、上層のレジスト層としてポジ型ホトレジ
スト層を設ける。ここで使用すれるポジ型ホトレジスト
としては、前記の下層のレジスト層に使用されるポジ型
ホトレジストを同様に用いうるが、この上層のレジスト
層は優れた耐酸素プラズマ性が要求されるため、特に含
ケイ素ポジ型ホトレジストが好適である。このようなも
のとしては、例えばｐ−トリメチルシリルフェノールと
フェノール、ｐ−トリメチルシリルフェノールとクレゾ
ール、ｐ−トリ（トリメチルシロキシ）シリルフェノー
ルとクレゾール、トリメチルフェニルシランとフェノー
ル、ジメチルジ（４−ヒドロキシフェニル）シランとフ
ェノール、ジメチルジ（４−ヒドロキシフェニル）シラ
ンとクレゾール、ジメチルジフェニルシランとクレゾー
ルなどとホルマリンとの縮合物及びキノンジアジド基き
有化合物を含有して成る宮ケイ素ポジ型ホトレジストが
好ましく用いられるが、一般にケイ素を含有したポジ型
ホトレジストは耐酸素プラズマ性が高いために、前記以
外のものでも含ケイ素ポジ型ホトレジストであれば使用
することができる。

本発明方法においては、このポジ型ホトレジストを上層
のレジストとして、紫外線を照射した下層のレジスト層
上にスピンコーターなどによシ塗布し、乾燥後、キノン
ジアジド基含有化合物が感光し、可溶化するのに適した
活性光線、例えば低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀
灯、アーク灯、キセノンランプなどを光源とする活性光
線を、所望のマスクを介して選択的に照射するか、ある
いは電子線を走査しながら照射する。次いで、現像液、
例えば１〜２重量壬水酸化ナトリウム水溶液、テトラメ
チルアンモニウムヒドロキッド水溶液、トリメチル（２
−ヒドロキシエチル）アンモニウムヒドロキシド水溶液
などのアルカリ性水溶液により、露光によって可溶化し
た部分を溶解除去することで、下層のレジスト層上にレ
ジストパターンを形成する。次に露出した下層のレジス
ト層を酸素ガスによるドライエツチング、例えばプラズ
マエツチング法、リアクティブイオンエツチング法など
によシエッチングすることで、マスクパターンに忠実な
寸法精度の高い微細パターンを形成することができる。

本発明方法において用いる段差を有する基板には、エツ
チング処理が複数回流されたシリコンウェハーのような
その基板自体が凹凸を有するものはもちろん、基板上に
アルミニウムなどの金属が蒸着されるなどして、基板表
面が凹凸を有するものも含まれる。

発明の効果 本発明の微細パターン形成方法は、寸法精度の高いパタ
ーン形成方法として公知の２層レジスト構造の多層レジ
スト法による方法であって、本発明方法によると、基板
上に形成された下層のポジ型ホトレジスト層に大量の紫
外線を全面照射することによシ、該ホトレジスト層は有
機浴剤及びアルカリ水溶液に対して不溶性となるため、
その上に、上層のレジスト層としてさらにポジ型ホトレ
ジスト層を設けても、その接触面での変質は全く起こら
ず、したがって解像度の高いポジ型ホトレジストを多層
レジスト法に利用することができ、サブミクロンオーダ
ーの微１１ａパターンが容易に形成される。

実施例 次に実施例によって本発ＢＡをさらに詳細に説明する。

実施例 １、Ｏ，ａｍの段差を有する４インチシリコンウェハー
上にアルミニウムを蒸着した基板の表面に、ＴＲ−４０
００型レジストコーター（タツモ社製）１ｒ：用いて、
クレゾールノボラック樹脂及びす７トキノンジアジドー
５−スルホン酸と２．３．４−）リヒドロキシペンゾフ
エノンとのエステル縮合物を含有するポジ型ホトレジス
トである０ＦＰＲ−ｓ　ｏｏ　＜東京応化工業社製）を
使用し、この固形分に対し、吸光剤として４３６　ｎｒ
ｃに吸収を有するｐ−Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノ−ｐ′−
エトキシアゾベンゼン５重量％を添加したものを２５μ
ｍの厚さに塗布し、１１０℃で９０．秒間ホットプレー
トを用いてベークしたのち、３６５℃ｍに１８５ｍＷ／
ｍの強度を有する５ＫＨの超高圧水銀灯を用いて、紫外
線を２分間全面照射した（照射量２２２００　ｍ　Ｊ　
／ｃｒ＆　）。

次いで、この上に該レジストゴーターを用いて、含ケイ
素ポジ型ホトレジスト液を塗布し、１１０℃で９０秒間
ホットプレートを用いてベークし、１．３μｍの膜厚を
得た。この含ケイ素ポジ型ホトレジスト液は、トリメチ
ルシリルフェノール１七ルトフエノール４モルをホルマ
リン縮合して得た含ケイ素フェノールノボラック樹脂１
００重量部及びナフトキノン−１，２−ジアジド−５−
スルホン酸と２．３．４−トリヒドロキシベンゾフェノ
ンとの縮合物２５重量部を、エチレングリコールモノエ
チルエーテルアセテ−）　３００重量部に溶解したのチ
、０．２μｍ孔のメンブランフィルタ−を用いてろ過す
ることによって調製した。

次に、縮小投影露光装置１５０５　Ｇ　ａ　Ａ型ウェハ
ーステッパー（日本光学工業社ｆｆ）を用い、テストチ
ャートマスク（犬日本印刷社製）を介して露光したのち
、２．３８重量係テトラメチルアンモニウムヒドロキシ
ド水溶液によシ、２３℃で３０秒間現像した。その結果
含ケイ素ポジ型ホトレジストパターンＨ１ｏ、ｓμｍの
シャープな断面形状のものが得られた。

さらに、平行平板型プラズマエツチング装置ＯＡＰＭ−
４００（東京応化工業社製）を用いて、圧力１０　ｔｎ
　Ｔｏｒｒ、酸素ガス流！１０　ｃｃ／　ｍｉｎ　、　
ＲＦ出力５０Ｗ１処理温度２５℃の条件でリアクティブ
イオンエツチングによシ下層のレジスト層をエツチング
したところ、下地基板の凹凸の段差に関係なく上層のレ
ジストパターンに忠実な０．８μｍのパターンが得られ
た。

比較例 実施例において、下層のポジ型ホトレジスト層に紫外線
を照射しないこと以外は、実施例と全く同様な処理を行
った。

その結果、下層のレジスト層に紫外線を照射しなかった
ために、上層のレジスト層を塗布によシ設ける際に、下
層のレジスト層が溶解して流れてしまい、ウェハー中心
部には下層のレジスト層は残っておらず、露光、現像後
のレジストパターンは段差による凹凸によって均一なラ
インが得られなかった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　段差を有する基板上に、ポジ型ホトレジスト層を段
   差より厚く形成し、該ホトレジスト層に紫外線を全面照
   射したのち、その上に、さらにポジ型ホトレジスト層を
   設け、次いで活性光線の選択的照射及び現像処理を施す
   ことにより、上層のレジスト層をパターニングしたのち
   、露出した下層のレジスト層を酸素ガスを用いてドライ
   エッチングすることを特徴とする微細パターン形成方法
   。 ２　上層のポジ型ホトレジスト層が含ケイ素ポジ型ホト
   レジストから成るものである特許請求の範囲第１項記載
   の方法。