JPS63136631A - 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゛はパターン形成方法に関する。本発明は特に、
線幅の細いパターンをも制御性良く、確実に形成するこ
とのできるパターン形成方法に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、被エツチング層上に被変質層を形成し、該被
変質層上に保護膜を形成し、パターン形成位置に沿って
前記被変質層を露出し、該露出した被変質層に変質処理
を施してエツチング耐性を備えた変質層を形成し、該変
質層を除く被変質層および保護膜を除去し、前記変質層
をマスクとして被エツチング層をエツチングすることに
より、線幅の細い微細パターンであっても制御性良く、
かつ確実に形成することができる。

〔従来の技術〕

従来のパターン形成方法、例えば半導体装置の配線やＦ
ＥＴ、（電界効果トランジスタ）のゲート電極などのパ
ターンを形成する方法などは、通常フォトリソグラフィ
技術が使われている。−男手導体装置の場合、近年の高
集積化・高密度化の要請にともなって基板上などに形成
されるパターンはますます微細化する傾向にある。しか
し、上記のフォトリソグラフィ技術によるパターン形成
方法は、光を使ってレジストなどを露光する場合、使う
光の波長によって解像度に一定の限界が生じる。例えば
上述した方法では、パターン幅が０．５μｍ程度のパタ
ーン形成が限界である。

そこで、さらに波長の短い電子ビームなどを走査させて
レジストなどを露光させることにより、高い解像度のエ
ツチングマスクを形成する方法があり、これによると０
．１　μｍ程度の微細パターンの形成が可能となる。し
かしこの方法は、電子ビームを走査させてパターンを描
くため、露光時間が長く、また電子は荷電粒子の１つで
あるため基板を構成する原子によって散乱（クーロン散
乱）を受は易く、散乱した電子が再びレジストを感光さ
せることからパターンかにじむ、いわゆる近接効果が生
じ易い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記したように、光を使ったフォトリソグラフィによる
従来のパターン形成方法では、パターン幅が０．５μｍ
以下の微細パターン（以下細線パターンともいう）を形
成することが難しく、また解像度の高い電子ビームなど
を使ったビーム露光方法では、露光時間が長くかかり、
また近接効果が生じ易いなどの問題がある。

本発明のパターン形成方法は、上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、本発明の目的は制御性良く、かつ確実に細
線パターンの形成が可能なパターン形成方法を提供する
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決するため、以下の方法をとる
。すなわち本発明のパターン形成方法は、被エツチング
層上に被変質層を形成する工程と、該被変質層上に保護
膜を形成する工程と、パターン形成位置に沿って前記被
変質層を露出する工程と、該露出した被変質層に変質処
理を施してエツチング耐性を備えた変質層を形成する工
程と、該変質層を除く被変質層および保護膜を除去する
工程と、前記変質層をマスクとして被エツチング層をエ
ツチングしてパターンを形成する工程を備えるものであ
る。

以下、本発明の方法について、第１図（ａ）〜（ｈ）の
例示を参照して、さらに詳しく説明する。

上記の、パターン形成工程中（第１図中））で被変質層
２上に形成される保ｆｆ１ｌ１３とは、後工程で被変質
層２を露出させる際に露出部分を限定し、変質処理工程
によって変質する部分が必要以上に拡大することを防ぐ
ための膜である（第１図（ｅ））。

このため保護Ｉ！３の材質は、被変質層２の材質と変質
処理方法に応じて適宜選択される。例えば、被変質層２
にエポキシ樹脂を使い、硬化剤を界面で接触させる変質
処理方法の場合、レジストやＳｉＯ□などが好ましく、
また被変質層２にレジストを使い、このレジストにＣＦ
、プラズマを照射する変質処理方法の場合、金属薄膜な
どを保護膜として好ましく用いることができる。

上記のパターン形成位置において被変質層２の露出させ
る工程（第１図（Ｃ）　（ｄ）　）を次に説明する。

本発明のパターン形成方法は、パターンを形成するため
のエツチングマスクに変質層４を利用するものである。

従って、形成したいパターンと同じ形状の変質層４を作
るため、変質処理を施す部分、即ち被変質層２の露出部
分を作る必要がある。被変質層２を露出させる位置は、
被変質層２に何を使い、どのような変質処理を施すかに
よって変質部分の進行する度合が異なるため、これらの
条件に応じた位置を適宜選択して決めることが望ましい
。

例えば、第１図（ｄ）の如く、被変質層２が被エツチン
グ層ｌと保護膜３に挟まれた状態で、パターン形成位置
において垂直な面で保護膜３と被変質層２をカット除去
すると、被変質層２の側面部分（図中Ａで示す）だけを
露出することができる。

この露出方法は被変質層２の側面方向からのみ変質が進
行するため、第１図（８１の上方向から見て、形成され
る変質層４の輻βが変質の進行する度合で制御できる。

また被変質層２の側面方向から均一な変質処理が行える
ので変質層４　（マスク）の形状が安定し、幅の狭い細
線パターンを形成する場合でも確実なパターン形成が可
能となる。さらに変質部分を極僅かにすると変質層４の
幅ｌ　（マスク幅に相当）は非常に狭くでき、超細線パ
ターンの形成も可能になる。

その他、形成するパターン形状にあわせて保護膜３だけ
を除去して、被変質層２を露出する方法など種々の露出
方法をとることができる。

上記の、露出した被変質層２に変質処理を施してエツチ
ング耐性を備えた変質層４（第１図（ｅ））を形成する
とは、被変質層２の露出部分を下層の被エツチング層１
との関係でエツチング比のとれる物質に変質処理するこ
とをいう。つまり被変質層２の一部をエツチング耐性を
備えた変質層４に変え、これを被エツチング層１をエツ
チングするためのマスクとするものである。この変質処
理方法は、化学的あるいは物理的な変質など種々の変質
方法の適用が可能であり、被変質層２に使う材質によっ
て変質処理方法が異なってくる。

例えばエポキシ樹脂を被変質層２に好ましく用いること
ができるが、この場合の変質処理は硬化剤をエポキシ樹
脂の界面で接触させて、界面部分を変質させることで実
現できる。またレジストを被変質層２として用いる場合
には、レジストにＣＦ４プラズマなどを照射して変質処
理を行うことができる。ポリシリコンを被変質層２とし
て用いる場合には、ポリシリコンに金属膜を蒸着させて
金属を注入し、注入された部分のエツチングレートを変
化させるなどの変質処理を行うこともできる。

〔作用〕

上記したように本発明のパターン形成方法は、被エツチ
ング層１上に被変質層２と保護膜３とが順に積層され、
被変質層２は被エツチング層１保護膜３とに挟まれた状
態にあるため、被変質層２の露出は、特定の部分に限定
される。例えば露出方法として、保護膜３と被変質層２
をある断面でカットして被変質層２を露出させる方法を
とった場合は、露出部分は断面に限定され、また保護膜
３の一部を除去して被変質層２を露出する方法をとった
場合は、除去部分だけが露出する。従って、このような
層構成で被変質層２を露出させて変質処理する場合、形
成される変質層４の位置及び大きさの制御を容易に行う
ことができる。

エツチングマスクとなる変質層４は、被変質層２に直接
変質処理を施して形成するため、従来のフォトリソグラ
フィによって形成するマスクのように、露光する光の波
長による形成パターンの限界はな（、あるいは光の散乱
などによる近接効果等の問題は生じない。

〔実施例〕

以下、本発明のパターン形成方法の一実施例を図面を参
照しながら詳細に説明する。この実施例は、本発明を半
導体装置の配線パターン形成に適用したものである。な
お当然のことであるが、以下の実施例は本発明の例示で
あり、これにのみ限定されない。

実施例１ 実施例１は、本発明をゲート電極用の細線パターンの形
成方法に具体化したものである。

第１図（ａ）〜（ｈ）は、実施例１を説明するパターン
形成工程断面図である。

まずシリコン基板５上に被エツチング層１となる多結晶
シリコンをＣＶＤ法によって均一に堆積させ、さらにそ
の上に被変質層２を形成する（第１図（ａ））。実施例
１では被変質層２にエポキシ樹脂を用いた。

該被変質層２上にレジストからなる保護膜３を形成した
後、フォトリソグラフィ技術を用い、マスク６を使用し
て、形成したいパターン位置についてレジストを選択露
光させる（第１図（ｂ））。

さらにこのレジストを現像、除去してベークしく第１図
（Ｃ））、この残ったレジストからなる保護膜３をマス
クとして、被変質層２であるエポキシ樹脂層をＲＩＥま
たはスパッタ・エツチングによりオーバーエツチング気
味に除去し、図中Ａで示す被変質層２の側面を露出させ
る（第１図（ｄ））。

次に、露出したエポキシ樹脂からなる被変質層２の界面
Ａに、通常用いられるエポキシ樹脂硬化剤を塗布して接
触させ、エポキシ樹脂の一部を硬化させる変質処理を行
い、変質層４を形成する（第１図（ｅ））。この変質層
４は有機溶剤にも溶けにくく、ＲＩＥなどに対するエツ
チング耐性を備えしいる。（図中において、変質部分を
ハツチングで示す。） エポキシ樹脂は、前記硬化剤と接触させることによって
変質（硬化）が起こる。このため変質処理に用いる硬化
剤は気体、液体、固体のいずれの状態であってもよい。

なかでもこの硬化剤を蒸気（気体）にして変質処理を行
うと、エポキシ樹脂界面に硬化剤が隅々まで接触するた
め、均一に変質層４の形成がなされる。

被変質層２上にある保護膜３は、被変質層２の露出部分
を限定し、上方からの余分な変質を防止する役割をはた
している。

このようにして形成された変質層４は、配線パターンを
形成する際のエツチングマスクとなる。

従って、第１図（８）に示す変質層の横方向の厚さｌは
、細線パターン幅となってあられれるため、変質層の厚
さｌ−の制御は重要である。

具体的な制御方法としては、実施例１の場合、硬化剤の
濃度、温度、また硬化剤が気体・液体・固体のいずれの
状態であるか、更に接触時間の長さなどを調節すること
により、所望の変質層の厚さｌを得ることができる。

次に、変質処理が終わった硬化剤を有機溶剤などで除去
し、レジストの保護膜３は剥離液などで除去し、さらに
変質を受けなかった残りのエポキシ樹脂の被変質層２を
有機溶剤などで除去すると、被エツチング層ｌ上には変
質Ｎ４だけが残る（第１図（ｆ））。

そして、この変質層４をエツチングマスクとし、ＲＩＥ
などを使って被エツチング層１をエツチングすることに
より、変質層と同じ幅（β）の細線パターンが形成され
る（第１図（幻）。

最後にエツチングマスクの変質層４を除去して被エツチ
ング層１からなる細線パターンが完成する（第１図（ｈ
））。

このようにして得られた細線パターンは、従来のフォト
リソグラフィによるパターン形成方法と比較して、光の
波長による細線の限界がない。このため、実施例１の方
法で細線パターンを形成すると、０．５μｍ幅以下のパ
ターンであっても制御性よく、確実にパターン形成する
ことが可能となる。

実施例２ 実施例２は、本発明を実施例１と同様、ゲート電極用の
細線パターン形成方法に適用したものであるが、被エツ
チング層、保護膜、及び変質処理方法を異にする。

細線パターンの形成工程は、はぼ実施例１と同様である
ため、便宜上第１図を用いて実施例２を説明する。但し
その際、第１図（ｂ）に代えて第２図を用い、第１図（
ｅ）に代えて第３図を用いることにより、実施例２を説
明する。

基板５と被エツチング層１は実施例１と同様の材質と工
程を経て形成される（第１図ｆａ）参照）。

実施例２は、被変質層２にレジストを使用するため、被
エツチング層１上にレジストを塗布し、さらにその上の
保護膜３として金属を蒸着させた金属薄膜を形成する（
第２図）。

次に、被変質層を露出させるため、形成したいパターン
の位置に沿って、第２図（第１図（ｂｌに相当）に示す
如く、保護膜３上にレジストのエツチングマスク６′を
フォトリソグラフィで選択的に形成する。

このレジスト６′をマスクとして蒸着した金属薄膜から
なる保護膜３を選択的にエツチング除去する（第１図（
Ｃ）参照）。

さらにこの保護膜３をマスクとして、レジストからなる
被変質層２を除去して、図中Ａで示す如く、被エツチン
グ層２の側面を露出させる（第１図（ｄｌ参照）。

次に、露出したレジストからなる被変質層２の界面Ａに
、ＣＦ４プラズマを照射してレジストの一部を変質させ
る処理を行い、第３図（第１図（ｅｌに相当）に示す如
く、変質層４を形成する。（図中において、変質部分を
ハンチングで示す。）この変質層は、従来から半導体製
造工程などでレジスト表面に発生することがあり、その
場合、エツチングやアッシング処理によっても除去され
にくいものとして製造上の障害になっていたが、実施例
２ではこの性質を逆に利用したものである。

実施例２では、ＣＦ４プラズマをレジストに照射して変
質処理するため、ＣＦ４プラズマを遮蔽できる保護膜３
として、ここでは金属を蒸着させて形成した金属薄膜を
用いたのである。

このようにして形成された変質層４は、配線パターンを
形成する際のエツチングマスクとなるため、第１図（ｅ
）に示す変質層の横方向の厚さｉの制御が重要となる。

具体的な制御方法としては、実施例２の場合、ＣＦ、プ
ラズマの照射時間、及びその出力を調節することにより
、所望の変質層の厚さｅを得ることができる。例えば、
ＣＦ、プラズマをレジストに対して低出力で短時間照射
すると、薄い変質層４が得られる。

変質処理の後、金属薄膜の保護膜３は溶液エツチングな
どで除去し、変質を受けなかった残りのレジストの被変
質層２は剥離液などで除去すると、被エツチング層１上
には変質層４だけが残る（第１図（ｆ））。

そして、この変質層４をエツチングマスクとしＲＩＥな
どを使って被エツチング層ｌをエツチングすることによ
り、変質層と同じ幅（１）の細線パターンが形成される
（第１図（蜀）。

最後にエツチングマスクの変質層４を除去して被エツチ
ング層１からなる細線パターンが完成する（第１図（ｈ
））。

このようにして得られたパターンは、実施例１と同様に
０．５μｍ幅以下のパターンであっても、制御性よく、
かつ確実に形成することが可能である。

〔発明の効果〕

上記したように、本発明のパターン形成方法を用いるこ
とにより、０．５μｍ幅以下の徽細なパターンであって
も制御性良く、かつ確実にパターン形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｈ）は実施例１を説明するパターン形
成工程断面図であり、第２図は第１図（ｂｌに相当する
実施例２のパターン形成工程断面図であり、第３図は第
１図（ｅ）に相当する実施例２のパターン形成工程断面
図である。 １・・・・・・被エツチング層、２・・・・・・被変質
層、３・・・・・・・・・・保護膜、４・・・・・・・
・変質層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被エッチング層上に被変質層を形成する工程と、 該被変質層上に保護膜を形成する工程と、 パターン形成位置に沿って前記被変質層を露出する工程
   と、 該露出した被変質層に変質処理を施してエッチング耐性
   を備えた変質層を形成する工程と、該変質層を除く被変
   質層および保護膜を除去する工程と、 前記変質層をマスクとして被エッチング層をエッチング
   してパターンを形成する工程を備えたパターン形成方法
   。