JP2606900B2 - パターン形成方法 - Google Patents

パターン形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は半導体装置のパターンの形成方法に関する。
（従来の技術） 従来、例えば半導体基板をエッチングする場合その上
に所望のレジストパターンを形成し、これをマスクにし
てRIEなどのエッチングを行なっている。
しかし、既存の露光技術の露光・現像工程を経てサブ
ミクロン以下の微細パターンを形成する場合、第５図に
示すように所望のレジストパターンが形成されないとい
った問題が生じる。
つまり、例えば半導体基板501上にレジストパターン
を形成する場合、レジストパターン及びレジストパター
ン間の幅が十分大きければ（例えば夫々1.0μｍの幅）
通常の光露光で精度良く形成できる。しかしながら、双
方の幅を0.8μｍで形成しようとした場合、レジストパ
ターン505aは0.8μｍの幅でも精度良く形成されるが、
レジストパターン505b,505cの間は、その上部は0.8μｍ
の幅に形成されても、その底部は十分に感光されないた
め、現像されないレジストがそのまま残ってしまうとい
った現像が起こる。このため、これらレジストパターン
505b,505cをマスクとして用いることは当然困難とな
る。
また、半導体基板上の段差部にAlなどの反射率の高い
金属膜を形成し、これをパターニングする場合において
も段差部近傍の金属膜上はには所望のレジストパターン
は形成されない。これを第６図を用いて詳しく説明す
る。
段差面604を有する半導体601上に反射率の高いタング
ステンシリサイド603、レジスト層605を順次形成する
（第６図（ａ）参照）。
続いて露光・現像を行ないレジストパターン605a,605
cを形成する（第６図（ｂ）参照）。
これらの工程を経て形成されたレジストパターン605a
は所望の形状に形成される。しかし凹部の段差面近傍に
形成するレジストパターンは所望形状に形成されない。
これは、露光時に段差面604での反射光が凸部内のレジ
ストを感光させるために起こる。このため、点線で示さ
れた形状となる筈のレジストパターン605bは実際にはレ
ジストパターン605cのような形状となってしまう。この
ように所望形状に形成されなかったレジストパターン60
5cをマスクに、例えばタングステンシリサイド603を精
度良くパターニングすることは第５図の場合と同様に困
難となる。
（発明が解決しようとする課題） 従来技術における前者及び後者に共通する課題とし
て、精度良い第１の膜を形成することが様々な要因によ
り困難になり、これをマスクとして用いることも当然困
難となってきている。
本発明においては、上記課題を解決し精度良い、パタ
ーンを形成することを目的とする。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明においては、被エッチング膜上に選択的に第１
の膜を形成する工程と、前記被エッチング膜を溶液中に
浸漬し、選択的に前記第１の膜形成領域を除く領域に物
質を析出させ、この物質の推積層を形成する工程と、前
記第１の膜を除去する工程と、前記推積層をマスクとし
て、前記被エッチング膜をエッチングする工程を含むこ
とを特徴とするパターン形成方法を提供する。
本発明においては、（ａ）被エッチング膜上に、耐酸
化性の第１の膜を選択的に形成する工程と、前記被エッ
チング膜および第１の膜を珪沸化水素酸水溶液中に浸積
し、前記第１の膜が形成された領域以外にシリコン酸化
膜からなる第２の膜を析出させて形成する工程と、前記
第１の膜を除去する工程と、前記第２の膜をマスクとし
て被エッチング膜をエッチングする工程とを有すること
を特徴とするパターン形成方法。及び、（ｂ）被エッチ
ング膜上に多結晶シリコンからなる第１の膜を形成する
工程と、レジストからなる第２の膜を選択的に前記第１
の膜上に形成する工程と、前記被エッチング膜および前
記第１、第２の膜を第１の溶液中に浸積し、パラジウム
からなる第３の膜を前記第２の膜が形成された領域を除
く領域に形成する工程と、前記被エッチング膜および前
記第１、第３の膜を第２の溶液中に浸積させ、前記第２
の膜が形成された領域を除く領域にニッケルからなる第
４の膜を前記第３の膜と密着させた状態で析出させて形
成する工程と、前記第２の膜を除去する工程と、前記第
１の膜を選択的に除去する工程と、前記第１、第３およ
び第４の膜をマスクとして前記被エッチング膜をエッチ
ングする工程とを有することを特徴とするパターン形成
方法とを提供する。
（作 用） パターン形成領域以外の領域に形成された膜を除去し
たあと溶液中に浸積させ、析出形成された膜をマスクに
してエッチングを行うので、パターン形成領域以外の領
域に形成された膜をマスクにしてエッチングを行う場合
に比べてより精度良いパターンを形成することができ
る。
（実施例） 以下、本発明の各実施例を図面を用いて説明する。ま
ず、第１図を用いて配線パターンの形成方法に関する一
実施例について説明する。
段差部を有する半導体基板101上に被エッチング膜で
あるWSi膜103を形成したあと、全面にレジスト層を形成
する。このあとレジスト層のパターニングを行ない段差
面104を含む領域に第１の膜であるレジストパターン105
を形成する（第１図（ａ）参照）。
過飽和状態の珪弗化水素酸水溶液中に基板101を浸漬
させる。このとき、H2SiF6とH2Oが反応し、WSi膜103が
露出した領域に選択的にSiO2107が析出するのでこれを1
000Å程推積させる。因にこのときレジストパターン105
上にはSiO2はほとんど析出しない（第１図（ｂ）参
照）。
レジストパターン105を酸素プラズマによる灰化処理
等を行なって除去する（第１図（ｃ）参照）。
SiO2パターン107aをマスクにRIE等の異方性エッチン
グを行ないWSi配線103a,103bを形成する（第１図（ｄ）
参照）。そしてこのあとSiO2107をエッチング除去す
る。
本実施例においては、段差面104を露光しないため、
反射光によるレジストの感光はなくなる。またWSi膜103
に比べ極めてエッチング率の低いSiO2107をマスクにし
てエッチングを行なうので基板101の凹部に容易に精度
良い、微細なWSi配線103aを形成するこたとができる。
尚、本実施例では配線材料としてWSiを用いたがこれ
に限られない。次に第２の実施例としてAl配線の形成方
法を第２図を用いて説明する。
例えば、熱酸化膜209が形成された半導体基板201上に
被エッチング膜であるAl膜203を8000Å程スパッタリン
グ等で形成する。そして所望の領域に12000Å程の厚さ
の第１の膜であるレジストパターン205を形成したあ
と、SoG（Spin on Glass）法等で全面に薄くガラスを塗
布、そしてベーキング処理を施しガラス層215を形成す
る（第２（ａ）参照）。
レジストパターン205上にはガラス層215がわずかでは
あるが形成されている。そこでレジストパターン205表
面のみを露出させるためにエッチング処理を施しガラス
層パターン215aを形成する。続いて第１の実施例と同様
の処理液中に基板201を浸漬させ、レジストパターン205
を除く領域上に推積層であるSiO2パターン207を2000Å
程推積させる（第２図（ｂ）参照）。
ウェットエッチング等によりレジストパターン205を
除去する（第２図（ｃ）参照）。
SiO2パターン207をマスクにしてRIE等の異方性エッチ
ングを行ないAl膜203、熱酸化膜209を選択的に除去し、
Al配線パターン203aを形成する（第２図（ｄ）参照）。
このあとSiO2パターン207、ガラス層パターン215aをエ
ッチング除去する。
この実施例によれば、Alとレジストとのエッチング選
択比はAl/レジスト２であるのに対して、Alとマスク
に用いたSiO2とのエッチング選択比はAl/SiO210であ
るため、エッチングは十分選択性を持たせることができ
る。また、Al配線203a,203b間の幅はレジストパターン2
05の幅によって決めることができるから、オーバー露光
等を行なってレジストパターン205の幅を狭く形成すれ
ば、その分Al配線203a,203b間の幅も狭めることができ
る。
また、SiO2207を形成する前にSoG法によりガラス層21
5を形成したが、このガラス層215によりSiO2207を析出
させるための珪弗化水素酸水溶液などの酸でAl203がエ
ッチングされるのを防止することができる。
尚、この実施例においてはレジスト上にSoG法による
ガラスや無電解メッキ処理による金属が析出しないよう
にするためには、レジストを酸素プラズマにさらしその
表面を荒らすか、又はベーキング（例えば120℃で５
分）をすることが有効である。
次に第３の実施例として、コンタクトホールの形成方
法について第３図を用いて説明する。
半導体基板301上にSiO2からなる被エッチング膜であ
る層間絶縁膜309を形成する。減圧CVD法等により300Å
程の膜厚のポリシリコン311を形成する。そしてこの上
にレジストを塗布し、パターニングにより所望の領域に
第１の膜であるレジストパターン305を形成する（第３
図（ａ）参照）。
基板301を塩化パラジウム（PbCl2）溶液中に浸漬する
無電解メッキ処理によりポリシリコン311上にパラジウ
ム306を100Å以下の薄さに形成する。続いて基板301を
硫酸ニッケル（NiSO4）と次亜リン酸塩との混合溶液中
に浸漬（無電解メッキ処理）し、パラジウム306が露出
した領域にNi膜307を析出させ1000Å程推積させる。こ
のとき因にレジストパターン305上にはNiは推積しない
（第３図（ｂ）参照）。
レジストパターン305を酸素プラズマによる灰化処理
等を行なって除去する（第３図（ｃ）参照）。
Ni膜パターン307をマスクにしてRIE等の異方性エッチ
ングを行ないコンタクトホール313のパターンを形成す
る（第３図（ｄ）参照）。
このあと、塩酸、硝酸及び酢酸を混合エッチング液で
Ni膜パターン307、パラジウム306を除去する。ポリシリ
コン311は有機アルカリ溶液によるウェットエッチング
若しくはフッ素の活性種によるドライエッチングで除去
するかまたは酸化させ、そのまま残存させてもよい。
本実施例によれば、オーバー露光等を行なえば解像限
界以下の幅のレジストパターン305を形成できる。この
ためコントクトホール313の幅もこのレジストパターン3
05の幅で形成することができ、単にレジストをマスクと
して形成されたコントクトホールよりもさらに開口部の
狭いコンタクトホールを形成することができる。また、
層間絶縁膜309に比べマスクとしてのNi膜パターン307が
エッチングされる比率は極めて少ない。よって所望形状
の微細なコンタクトホールを形成することは容易であ
る。
尚、レジストパターン305が形成されないポリシリコ
ン311上のパラジウム306を形成した。これは、ポリシリ
コン311とNi膜パターン307との密着性を良好にするため
のものである。
次に第４の実施例として、素子分離絶縁膜の形成方法
について第４図を用いて説明する。
熱酸化膜が形成された半導体基板401上に被エッチン
グ膜であるSiN417を形成する。そしてこの上の所望の領
域に第１の膜であるレジストパターン405を形成する
（第４図（ａ）参照）。
第１の実施例と同様の処理液中に基板401を浸漬さ
せ、レジストパターン405を除く領域上に推積層であるS
iO2パターン407を推積させる（第４図（ｂ）参照）。
レジストパターン405を酸素プラズマによる灰化処理
等を行なって除去する（第４図（ｃ）参照）。
SiO2パターン407をマスクにしてRIE等の異方性エッチ
ングを行ないSiN417を選択的に除去する。この後、SiO2
パターン407の下にのみ形成されたSiNパターン417をマ
スクとして熱酸化を行ない素子分離絶縁膜419を形成す
る（第４図（ｄ）参照）。このあとCDE法等によりSiO2
パターン407、SiNパターン417aを除去する。
本実施例によれば、レジストパターン405の幅の微細
な素子分離絶縁膜419を形成することができる。
第１、第２及び第４の実施例においてはマスクとして
析出させたSiO2を用いたが、この代わりに第３の実施例
と同様に無電解メッキ処理によりNi膜を形成してこれを
マスクとしてもよい。またこの逆も同様である。
また、上記各実施例においては被エッチング材料を配
線材料、層間絶縁膜としたが、これに限らず半導体基板
としても良い。
さらに本発明は上記各実施例に限らず、例えば光ディ
スク等の物理的な情報書き込みのための微細な凹凸形状
を有するディスクを形成することにも容易に応用でき
る。
また、上記各実施例においてパターンを形成する膜は
レジストパターンに限られなく、浸漬により析出する物
質がそのパターン上にほどんど析出しないものであれば
いい。
［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、パターンをマス
クとした場合と比べて、精度良いパターンを形成するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による第１の実施例で、WSi配線の形状
工程を示す図、第２図は本発明による第２の実施例で、
Al配線の形成工程を示す図、第３図は第３の実施例で、
コンタクトホールの形成工程を示す図、第４図は本発明
による第４の実施例で、素子分離絶縁膜の形成工程を示
す図、第５図及び第６図は従来技術を説明する図。 101,201,301,401……半導体基板 105,205,305,405……レジストパターン 107,207,307,407……推積層（SiO2膜若しくはNi膜）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡瀬 正美 神奈川県川崎市幸区堀川町72 株式会社 東芝堀川町工場内 (56)参考文献 特開 昭57−166035（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−12034（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】被エッチング膜上に、耐酸化性の第１の膜
    を選択的に形成する工程と、前記被エッチング膜および
    第１の膜を珪沸化水素酸水溶液中に浸積し、前記第１の
    膜が形成された領域以外にシリコン酸化膜からなる第２
    の膜を析出させて形成する工程と、前記第１の膜を除去
    する工程と、前記第２の膜をマスクとして被エッチング
    膜をエッチングする工程とを有することを特徴とするパ
    ターン形成方法。
  2. 【請求項２】被エッチング膜上に多結晶シリコンからな
    る第１の膜を形成する工程と、 レジストからなる第２の膜を選択的に前記第１の膜上に
    形成する工程と、 前記被エッチング膜および前記第１、第２の膜を第１の
    溶液中に浸積し、パラジウムからなる第３の膜を前記第
    ２の膜が形成された領域を除く領域に形成する工程と、
    前記被エッチング膜および前記第１、第２、第３の膜を
    第２の溶液中に浸積させ、前記第２の膜が形成された領
    域を除く領域にニッケルからなる第４の膜を前記第３の
    膜と密着させた状態で析出させて形成する工程と、前記
    第２の膜を除去する工程と、前記第１の膜を選択的に除
    去する工程と、前記第１、第３および第４の膜をマスク
    として前記被エッチング膜をエッチングする工程とを有
    することを特徴とするパターン形成方法。
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