JP2002110509A - 電子デバイスの製造方法 - Google Patents

電子デバイスの製造方法

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JP2002110509A
JP2002110509A JP2000294937A JP2000294937A JP2002110509A JP 2002110509 A JP2002110509 A JP 2002110509A JP 2000294937 A JP2000294937 A JP 2000294937A JP 2000294937 A JP2000294937 A JP 2000294937A JP 2002110509 A JP2002110509 A JP 2002110509A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、電子デバイス等の製造における
微細パターンを二層レジストにより形成する工程におい
て、被加工基板上に形成する上層のケイ含有レジストの
アッシングにより除去が、前工程でのケイ素含有レジス
トのシリコン酸化膜化により残渣を生じる問題があっ
た。 【解決手段】 本発明の方法は、被加工基板上に下層
レジスト膜を形成し、その上にケイ素含有レジスト膜を
形成して、上層のケイ素含有レジスト膜をパターニング
後、これを下層レジスト膜にエッチングにてパターン転
写する二層レジスト法によるパターン形成において、下
層レジスト膜のアミン系化合物を含む溶剤に対する溶解
速度が、20℃から150℃の条件で、10Å/sec
以上にして、速やかな下層レジスト膜の溶解により、上
層のケイ素含有レジスト膜も一緒に除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子デバイス等の
製造における微細パターンを二層レジストにより形成す
る工程において、被加工基板上に形成する下層レジスト
膜の溶剤及び塗布方法と、ケイ素含有レジスト膜の材料
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は従来例の説明図である。
【0003】図において、1は半導体基板、2は絶縁
膜、3は金属配線膜、4は下層レジスト膜、5は上層レ
ジスト膜(ケイ素含有レジスト)、6はシリコン酸化膜
(SiO2 膜)、7はシリコン酸化膜(SiO2 膜)残
渣、10は被加工基板である。
【0004】近年、半導体装置の高集積化に伴って配線
はより微細になり、露光光源を短波長化して対応してき
た。しかし、露光光源の短波長化が進むと、レジストの
透過率の維持が困難となり、レジスト膜厚の薄膜化が必
須となってきている。
【0005】この問題を解決するための有効な技術とし
て、サーフェイスイメージングが提案されており、中で
もケイ素含有ポリマを含むレジスト組成物を用いた二層
レジスト法が検討されている。
【0006】すなわち、二層レジスト法は、図3(a)
に示すように、半導体基板1、絶縁膜2、金属配線膜3
等からなる被加工基板10上に有機樹脂からなるレジス
トを、例えば0.5μmの厚さの膜厚で塗布して下層レ
ジスト膜4を形成し、その下層レジスト膜4上に、例え
ば0.1μmの薄膜のケイ素含有レジストからなる上層
レジスト膜5として形成する。
【0007】次いで、図3(b)に示すように、上層レ
ジスト膜5の露光および現像により上層レジスト膜5を
パターニングする。
【0008】そして、図3(c)に示すように、得られ
た上層レジスト膜5のパターンをマスクとして、下層レ
ジスト膜4を酸素プラズマによりエッチングし、高アス
ペクト比のレジストパターンを形成する。この時、高温
の酸素プラズマにより、ケイ素含有レジストからなる上
層レジスト膜5中のシリコン(Si)が酸化されて、上
層レジスト膜の表面部分がシリコン酸化膜(SiO2
6になりやすい。
【0009】続いて、図3(d)に示すように、この上
層レジスト膜5をマスクとして、被加工基板10の金属
配線膜3のエッチングを行い、配線パターンを形成す
る。
【0010】最後に、図3(e)に示すように、不要な
レジストパターンである上層レジスト膜5と下層レジス
ト膜4を酸素プラズマ等によるアッシング処理によって
除去し、金属配線膜3による配線を形成するが、この
時、下層レジスト膜4は除去されても、シリコン酸化膜
6に表面が変質した上層レジスト膜5はシリコン酸化膜
残渣7として、金属配線膜3上に残ってしまう。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従って、被加工基板上
に微細パターンを形成した後は、不要なレジストパター
ンを除去する必要があるが、二層レジスト法では、ケイ
素含有レジストからなる上層レジスト膜と下層レジスト
膜の二層レジスト膜が不要となる。
【0012】これまでは、単層レジスト膜と同様に不要
なレジスト膜を除去するために、酸素プラズマを用いた
アッシング法を用いているが、添加ガスの種類、混合
比、流量など、検討するファクターが多く、プロセス条
件の最適化は非常に複雑、且つ困難であった。
【0013】これは、ケイ素含有ポリマからなる上層レ
ジスト膜がアッシングによって除去しにくいためであ
り、その原因は、下層レジスト膜をエッチングする際に
用いる酸素プラズマにより、上層レジスト膜のケイ素含
有ポリマ中のケイ素(Si)が酸化されて、物理的に非
常に固いシリコン酸化膜(SiO2 )となってしまうた
めで、このシリコン酸化膜が被加工基板上に残渣となっ
て残ってしまう。
【0014】前述のように、今後さらに厳しくなる微細
加工への要求を達成するためには、二層レジスト法の適
用は必要不可欠な技術であるため、ケイ素含有レジスト
膜の除去方法の技術的な確立が急務となる。
【0015】本発明は、以上の点に鑑み、ケイ素含有レ
ジスト膜を用いる二層レジスト法において、被加工基板
上に微細パターンを形成した後、不要となるケイ素含有
レジスト膜を確実、且つ容易に除去する方法を提供する
ことを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理説明
図である。
【0017】図において、1は半導体基板、2は絶縁
膜、3は金属配線膜、4は下層レジスト膜、5は上層レ
ジスト膜(ケイ素含有レジスト)、10は被加工基板で
ある。
【0018】本発明は上記の目的を達成するため、二層
レジスト法において、下層レジスト膜の除去と同時に、
確実且つ簡単にケイ素含有レジストからなる上層レジス
ト膜を除去するようにする。
【0019】すなわち、二層レジスト法により、図1
(a)に示すように、半導体基板1、絶縁膜2、金属配
線膜3等からなる被加工基板10上に有機樹脂からなる
レジストを、例えば0.5μmの厚さの膜厚で塗布して
下層レジスト膜4を形成し、その下層レジスト膜4上
に、例えば0.1μmの薄膜の珪素含有レジストからな
る上層レジスト膜5として形成する。この場合、下層レ
ジスト膜として、アミン系化合物を含む溶剤に可溶なレ
ジスト膜を用いる。すなわち、アミン系化合物を含む溶
剤に対する溶解速度が20℃から150℃の温度条件で
10Å/sec以上有するレジスト膜を用いる。
【0020】次いで、図1(b)に示すように、上層レ
ジスト膜5の露光および現像により上層レジスト膜5を
パターニングする。
【0021】そして、図1(c)に示すように、得られ
た上層レジスト膜5のパターンをマスクとして、下層レ
ジスト膜4を酸素プラズマによりエッチングし、下層レ
ジスト膜4と上層レジスト膜5とが積層された高アスペ
クト比のレジストパターンを形成する。
【0022】続いて、図1(d)に示すように、このレ
ジストパターンをマスクとして、被加工基板1の金属配
線膜3のエッチングを行い、配線パターンを形成する。
【0023】最後に、図1(e)に示すように、不要な
レジストパターンである上層レジスト膜と下層レジスト
膜4を除去する。
【0024】すなわち、被加工基板10上の金属配線膜
3のパターニング終了後、ケイ素含有レジストからなる
上層レジスト膜5と、下層レジスト膜4とを用いてパタ
ーン形成した被加工基板1を回転させながら、下層レジ
スト膜4が速やかに、容易に溶解する特定の溶剤を供給
して、二層レジスト膜を除去する。
【0025】この場合、下層レジスト4膜は、アミン系
化合物を含む溶剤に対する溶解速度が20℃から150
℃の温度条件で10Å/sec以上有するレジスト膜で
あり、速やかに溶解して、上層レジスト膜5も一緒に除
去される。この場合に、溶剤に含まれるアミン系化合物
は特に限定されないが、水酸基を有するものが望まし
い。
【0026】また、必要に応じて界面活性材を添加して
も良く、これにより溶剤の塗布時に液が広がりやすくな
って、レジスト除去処理後の残渣の発生を抑制する。
【0027】下層レジスト膜はまた、上層レジスト膜の
塗布溶媒および現像液に極めて溶けにくいことが必要と
なる。すなわち、下層レジスト膜として用いる材料は、
具体的には上層レジスト膜の溶媒および現像液に対する
溶解速度が、常温において、10Å/sec以下である
ことが必要である。
【0028】すなわち、アミン系化合物を含む溶剤に対
する下層レジスト膜の溶解速度が、10Å/secより
も小さいと、溶解しきれなかったレジスト膜の残渣が現
像液中に浮遊し、被加工基板上に再付着して、後工程で
の欠陥を生じる原因となる。
【0029】また、現像に要する処理時間が長くなるた
め、スループットの低下を招くことになる。常温での溶
解速度が10Å/secより小さいレジストでも、工程
上溶剤が安全に使用出来る温度(一般には150℃ま
で)まで加熱することで溶解速度を上げ、10Å/se
c以上の溶解速度が得られれば使用することが可能とな
る。
【0030】また、溶解速度の上限はない。また、上層
レジストの塗布溶媒に対する下層レジスト膜の溶解速度
が1Å/secよりも大きいと、上層レジストを塗布し
た際に、下層レジストとのミキシングによって変質し、
本来アミン系化合物を含む溶剤に十分溶解するはずの下
層レジスト膜が不溶化することがある。
【0031】また、上層レジストの現像液に対する下層
レジスト膜の溶解速度が1Å/secよりも大きいと、
上層レジストの現像と同時に溶解してしまい、所望のパ
ターンサイズを実現出来なくなる。
【0032】このため、上層レジスト膜の塗布溶媒とし
ては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテ
ルアセテート、酢酸ブチル、シクロヘキサノン、メチル
イソブチルケトンなどが挙げられる。
【0033】また、上層レジスト膜の現像液としては、
上層レジスト膜がアルカリ現像液タイプの材料の場合、
例えばテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド
(TMAH)水溶液や、水酸化カリウム水溶液が挙げら
れ、また有機現像タイプの場合には、例えばエタノー
ル、イソプロピルアルコール、ブチルエーテルなどが挙
げられる。
【0034】パターニングした被加工基板の回転速度
は、用いる溶剤の液滴が振り切れるほどに十分であれ
ば、特に限定されない。
【0035】例えば、500rpmから7,000rp
mが望ましく、回転数は、下層レジスト膜の膜厚や、上
層レジスト膜のパターニングサイズおよびパターンの疎
密などによって適宜最適化されることが必要である。
【0036】溶剤の滴下量についても、上記のような様
々なパターン状態によって適宜最適化されることが望ま
しいが、おおよそ0.2リットル/min以上の流量で
あれば十分と言える。また、必要に応じて、滴下流量を
変えたり、停止するといった流量の調整、更に回転速度
を変えたり、回転を停止するといった回転速度の調整を
行なってもよい。
【0037】上層レジスト膜であるケイ素含有レジスト
膜については、これを構成する樹脂にケイ素含有ポリマ
を用いた材料であれば、特に限定されないが、例えば、
特開平10−204178、特開平11−130860
に示すケイ素含有ポリマを含んで成るケイ素含有レジス
ト膜を用いることができる。
【0038】以上のような条件において、被加工基板上
に下層レジスト膜を形成し、ケイ素含有レジスト膜を塗
布、露光および現像を行なって所望のパターンを形成し
た後に、被加工基板の金属電極膜等のエッチング処理を
行なってパターニングを行い、その後、パターニングし
た被加工基板を高速で回転させ、被加工基板の上方より
アミン系化合物を含む溶剤を供給して下層レジスト膜を
溶解させ、上層レジスト膜を含む二層レジスト膜を完全
に除去して、パターニング工程を完了する。
【0039】
【発明の実施の形態】本発明の実施例について、従来方
法の比較例とともに説明するが、本発明はこれらの実施
例に限定されるものではない。
【0040】図2に高アスペクト比が必要なゲートの配
線パターンの形成方法を示した本発明の一実施例の工程
順模敷断面図を示す。
【0041】図2(a)に示すように、シリコン基板11
上にフィールド酸化膜21によって素子分離されたMOS
トランジスタが形成されている。このトランジスタのゲ
ート電極31上に層間絶縁膜22を堆積し、ゲート電極31か
ら配線を引き出すための開口部をリソグラフィにより形
成する。
【0042】この後、バリア金属として使用される窒化
チタン(TiN)の薄膜32を被覆形成し、さらにその上
部に配線材料であるAl膜33を堆積する。
【0043】そして、図2(b)に示すように、このA
l/TiN膜を配線パターンとして加工するにあたり、
Al/TiN積層膜上に、25℃でモノカタノールアミ
ン:NN−ジメチルアセトアミド=50:50(wt/
wt)に対する溶解速度が250Å/secの下層レジ
スト膜41を、膜厚0.4μmで形成し、さらにその上
に、下記化学式で示されるケイ素含有ポリマから成るケ
イ素含有レジストを塗布する。
【0044】
【化1】 続いて、110℃で60秒間、ホットプレート上で加熱
し、膜厚0.1μmの上層レジスト膜51を形成する。
【0045】次いで、電子線を用いて上層レジスト膜51
を露光し、2.38%のTMAHで現像して、上層レジ
スト膜51のパターンを形成する。
【0046】さらにこの上層レジスト膜51のパターンを
エッチングのマスクとして、図1(b)に示すように、
下層レジスト膜41に酸素プラズマを用いて転写し、下層
レジスト膜41のパターンを形成する。
【0047】図2(c)に示すように、この上層レジス
ト膜51と下層レジスト膜41の二層レジスト膜からなるレ
ジストパターンをエッチングマスクとして、被エッチン
グ膜であるAl/TiN積層膜を、塩素系のプラズマエ
ッチングによりエッチングして、ゲート配線等のAl膜
33からなる電極配線パターンにする。
【0048】上記のAl膜33の電極配線パターンのパタ
ーニングが完了した被処理基板11を、4,000rpm
で回転させながら、基板11の上方より2リットル/mi
nの流速で、モノエタノールアミン:NN−ジメチルア
セトアミド=50:50(wt/wt) の組成の溶剤を30
秒間供給した後、続けて、同様にイソプロピルアルコー
ルを供給して、上層レジスト51と下層レジスト41のパタ
ーンをともに除去して、図2(d)に示すように、Al
膜33からなる電極配線パターンが完成する。
【0049】上記作業終了後、基板11の表面を光学顕微
鏡で観察した結果、下層レジスト膜41およびケイ素含有
レジストからなる上層レジスト膜51の残渣付着は確認出
来ず、上下二層のレジスト膜が完全に除去されたことを
確認した。
【0050】ここで、従来の方法でレジスト除去を行な
った比較例を二つ紹介する。
【0051】第1の比較例では、実施例と同様に、基板
上に、図1(a)に示すように、80℃のモノエタノー
ルアミン:NN−ジメチルアセトアミド=50:50
(wt/wt)に対する溶解速度が4Å/secの下層
レジスト膜41を形成し、その後は実施例と同様にゲート
電極配線パターンを形成した。
【0052】基板を4,000rpmで回転させ、基板
の上方より2l/minの流速で、80℃のモノエタノ
ールアミン:NN−ジメチルアセトアミド=50:50
(wt/wt) を30秒間供給した後、続けて同様にイソプロ
ビルアルコールを供給した。
【0053】上記作業終了後、基板11の表面を光学顕微
鏡で観察した結果、全面に下層レジスト膜41およびケイ
素含有レジストの上層レジスト膜の残渣の付着を確認し
た。
【0054】第2の比較例では、実施例と同様に、基板
上に、図1(a)に示すように、モノエタノールアミ
ン:NN−ジメチルアセトアミド=50:50(wt/w
t)の組成の溶剤をビーカに入れて80℃に加熱し、パ
ターニングした基板11を30秒間浸漬した後、続けてイ
ソプロピルアルコール1リットルに浸漬した。
【0055】上記作業終了後、基板11の表面を光学顕微
鏡で観察した結果、全面に下層レジスト膜41およびケイ
素含有レジストからなる上層レジスト膜51の残渣の付着
を確認した。
【0056】このように、本発明の方法では、従来例と
異なり、被処理基板上に残渣は完全に除去されて、残ら
ないことがわかる。
【0057】以上の実施例に説明した以外にも、本発明
には変形が多数考えられるので、抽出できる特徴をまと
めて説明しておく。
【0058】(1)被加工基板上に下層レジスト膜を形
成し、続いて該下層レジスト膜上にケイ素含有レジスト
からなる上層レジスト膜を形成し、該上層レジスト膜を
パターニング後、該上層レジスト膜をマスクとして該下
層レジスト膜をパターニングしてできる二層レジストパ
ターンを用いた電子デバイスの製造方法であって、該下
層レジスト膜のアミン系化合物を含む溶剤に対する溶解
速度が、20℃から150℃にて10Å/sec以上で
あることを特徴とする。
【0059】(2)前記アミン系化合物を含む溶剤は、
水酸基を有するアミン系化合物を必須成分とし、且つ、
n−メチルピロリドン、NN−ジメチルアセトアミド、
および/または、ジメチルスルホキシドを含んでなるこ
とを特徴とする。
【0060】(3)前記アミン系化合物を含む溶剤の供
給方法は、前記被加工基板を回転させながら、該被加工
基板上に該溶剤を滴下して行なうことを特徴とする。
【0061】(4)前記上層レジスト膜は、下記一般式
で表されるケイ素含有レジストからなることを特徴とす
る。
【0062】Rn(O1/2 SiR1 )m (上式中、Rはケイ素含有ポリマの骨格部分を表し、R
1は一価の有機基であって、R1 のうちの少なくとも一
部はアルカリ可溶性を示す官能基か、あるいは露光によ
り酸発生剤から生じた際の作用によりアルカリ可溶性を
示す官能基を含む一価の有機基であり、R1 に含まれる
当該官能基は1種又は複数種でよく、n及びmは1以上
の整数である。) (5)被加工基板上に下層レジスト膜を形成し、続いて
該下層レジスト膜上にケイ素含有レジストからなる上層
レジスト膜を形成し、該上層レジスト膜をパターニング
後、該上層レジスト膜をマスクとして該下層レジスト膜
をパターニングしてできる二層レジストパターンを用い
た電子デバイスの製造方法であって、前記上層レジスト
膜の塗布溶媒として、プロピレングリコールモノメチル
エーテルアセテートか酢酸ブチルかシクロヘキサノンか
メチルイソブチルケトンかの少なくとも一つから選ばれ
た物質を用い、かつ前記上層レジスト膜の現像液とし
て、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶
液か水酸化カリウム水溶液かエタノールかイソプロピル
アルコールかブチルエーテルかの少なくとも一つの選ば
れた物質を用い、かつ、前記下層レジスト材料として、
フェノールノボラック樹脂かスチレン樹脂かヒドロキシ
スチレン樹脂かハロゲン化スチレン樹脂かアニリン樹脂
かの少なくとも一つの選ばれた樹脂をベースとしたレジ
ストを用いることを特徴とする。
【0063】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
二層レジスト法によるバターニング後、被加工基板上の
不要なケイ素含有レジスト膜を下層レジスト膜と同時
に、簡単且つ、容易に剥離除去することが出来るため、
半導体装置の微細化、工程の簡略化に貢献するものと期
待される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理説明図
【図2】 本発明の一実施例の工程順模式断面図
【図3】 従来例の説明図
【符号の説明】
1 半導体基板 2 絶縁膜 3 金属配線膜 4 下層レジスト膜 5 ケイ素含有上層レジスト膜 10 被加工基板 11 基板 21 フィールド酸化膜 22 層間絶縁膜 31 ゲート電極 32 TiN薄膜 33 Al膜 41 下層レジスト膜 51 上層レジスト膜 6 シリコン酸化膜 7 シリコン酸化膜残渣
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/30 502R 572B (72)発明者 矢野 映 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 Fターム(参考) 2H025 AA02 AA16 AB17 AC08 AD01 AD03 BE00 BE10 BJ00 CB16 CB17 CB29 CB32 CB41 CC03 DA13 EA05 FA17 FA35 FA41 2H096 AA27 BA01 BA09 CA14 CA20 GA04 GA09 HA23 KA06 5F043 AA37 BB25 CC12 CC14 DD30 EE08 5F046 MA02 NA01 NA14 NA17 NA18

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被加工基板上に下層レジスト膜を形成
    し、続いて該下層レジスト膜上にケイ素含有レジストか
    らなる上層レジスト膜を形成し、該上層レジスト膜をパ
    ターニング後、該上層レジスト膜をマスクとして該下層
    レジスト膜をパターニングしてできる二層レジストパタ
    ーンを用いた電子デバイスの製造方法であって、 該下層レジスト膜のアミン系化合物を含む溶剤に対する
    溶解速度が、20℃から150℃にて10Å/sec以
    上であることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記アミン系化合物を含む溶剤は、水酸
    基を有するアミン系化合物を必須成分とし、且つ、n−
    メチルピロリドン、NN−ジメチルアセトアミド、およ
    び/または、ジメチルスルホキシドを含んでなることを
    特徴とする請求項1記載の電子デバイスの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記アミン系化合物を含む溶剤の供給方
    法は、前記被加工基板を回転させながら、該被加工基板
    上に該溶剤を滴下して行なうことを特徴とする請求項1
    または2記載の電子デバイスの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記上層レジスト膜は、下記一般式で表
    されるケイ素含有レジストからなることを特徴とする請
    求項1〜3のいずれかに記載の二層レジスト法による電
    子デバイスの製造方法。 Rn(O1/2 SiR1 )m (上式中、Rはケイ素含有ポリマの骨格部分を表し、R
    1は一価の有機基であって、R1 のうちの少なくとも一
    部はアルカリ可溶性を示す官能基か、あるいは露光によ
    り酸発生剤から生じた際の作用によりアルカリ可溶性を
    示す官能基を含む一価の有機基であり、R1 に含まれる
    当該官能基は1種又は複数種でよく、n及びmは1以上
    の整数である。)
  5. 【請求項5】 被加工基板上に下層レジスト膜を形成
    し、続いて該下層レジスト膜上にケイ素含有レジストか
    らなる上層レジスト膜を形成し、該上層レジスト膜をパ
    ターニング後、該上層レジスト膜をマスクとして該下層
    レジスト膜をパターニングしてできる二層レジストパタ
    ーンを用いた電子デバイスの製造方法であって、 前記上層レジスト膜の塗布溶媒として、プロピレングリ
    コールモノメチルエーテルアセテートか酢酸ブチルかシ
    クロヘキサノンかメチルイソブチルケトンかの少なくと
    も一つから選ばれた物質を用い、かつ前記上層レジスト
    膜の現像液として、テトラメチルアンモニウムハイドロ
    オキサイド水溶液か水酸化カリウム水溶液かエタノール
    かイソプロピルアルコールかブチルエーテルかの少なく
    とも一つの選ばれた物質を用い、かつ、 前記下層レジスト材料として、フェノールノボラック樹
    脂かスチレン樹脂かヒドロキシスチレン樹脂かハロゲン
    化スチレン樹脂かアニリン樹脂かの少なくとも一つの選
    ばれた樹脂をベースとしたレジストを用いることを特徴
    とする請求項1〜4のいずれかに記載の電子デバイスの
    製造方法。
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