JP2932462B1 - 半導体製造の表面パターニング方法 - Google Patents
半導体製造の表面パターニング方法Info
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Abstract
方法の提供。 【解決手段】 フォトレジスト層200を基板100の
上に塗布し、該フォトレジスト層200を露光させ、シ
リコンを含有するフォトレジスト層240を、該フォト
レジスト層200の露光領域の上に形成し、該シリコン
を含有するフォトレジスト層240をエッチングして該
フォトレジスト層200の上に、絶対寸法が該フォトレ
ジスト層200の露光領域の該シリコンを含有するフォ
トレジスト層240の絶対寸法より小さいパターンを形
成し、該シリコンを含有するフォトレジスト層240の
下に位置しない該フォトレジスト層200を除去し、以
上を包括してなる、半導体製造の表面パターニング方法
としている。
Description
半導体製造の表面パターニング方法に関する。
線幅は1ミクロンより小さく、且つますます微細化が進
んでおり、半導体素子の高集積化が進んでいる。集積回
路の高集積化のために表面パターニング技術は役立って
おり、サブミクロン半導体素子の製造に運用されて、サ
ブミクロンパターンを容易にウエハー上に転写すること
ができる。表面パターニング技術は一種の、比較的進歩
したリソグラフィー行程とされ、この方法は、線幅0.
13〜0.18ミクロンの半導体素子の製造に運用され
て、フォトマスクのパターンをフォトレジスト層上に転
写するのに用いられる。そのパターン転写は以下の行程
で行われる。まず、フォトレジストをウエハーの表面に
塗布し、その後、フォトレジストの上面部分を露光さ
せ、露光の後、シリル化反応(Silylation
reaction)技術により、露光したフォトレジス
トをシリコンを含む領域となし、一部のシリコンを含む
フォトレジスト層を除去し、パターンをフォトレジスト
上に形成する。これにより集積回路のパターンが画定さ
れ、且つパターンの寸法も同時に決定される。この方法
ではフォトレジスト層の表面に一つのパターンを画定す
るため、表面パターニング技術と称される。
のフォトレジストを露光させると、露光したフォトレジ
ストのパターンは集積回路の地形の影響を受けない。こ
のようなパターン不変の原因は、パターンがフォトレジ
スト層の表面部分に形成され、このため、パターンの線
幅が有効に制御されるためである。また、この表面パタ
ーニングのもう一つの優れた点として、リソグラフィー
工程の焦点深さ(depth of focus)を増
加できることが挙げられる。
上にシリコンを含有するフォトレジスト層を形成するス
テップにおいて、このシリコンを含有するフォトレジス
ト層が集積回路のプラズママスクとされる。伝統的なフ
ォトレジスト現像方式では、溶剤でフォトレジストの未
露光部分(或いは露光部分)が剥離されていた。これに
対して、表面パターニング技術で使用される露光方法
は、酸素プラズマで未露光のフォトレジストを灰化し
て、プラズママスクを形成し、即ちシリコンを含有する
フォトレジスト層をフォトレジスト層の表面に形成して
いる。
れているが、ただし、この技術には応用上の困難さもあ
った。例えば、シリル化技術では新たなフォトレジスト
材料が重要であり、このフォトレジスト材料はシリル化
工程においてシリル化されて二酸化シリコンを形成する
材料とされる。また、リソグラフィー機械は極めて良好
な解析能力を有するものでなければならない。ただし、
フォトレジストのシリル化反応は、シリル化不純物の拡
散反応であり、もし新たなフォトレジスト材料がなかっ
たり、リソグラフィー機械の解析能力が低いと、フォト
レジストのシリル化反応の制御が難しく、フォトレジス
ト上のパターンの線幅も制御しにくくなった。このため
一般のフォトレジスト材料とリソグラフィー機械(一般
のリソグラフィー機械の解析能力は約0.2ミクロン)
を使用した場合、表面パターニング技術を絶対寸法が
0.18ミクロンの素子の製造に運用するのは非常に難
しい。このため新たなフォトレジスト表面パターニング
技術が必要とされていた。
いて以下に説明する。図1のAに示されるように、基板
10が提供され、該基板10は集積回路、半導体素子、
薄膜或いは半導体基板とされる。フォトレジスト20が
該基板10の上を被覆し、該フォトレジスト20の厚さ
は1.8から2.0ミクロンの間とされ、シリル化反応
の後、パターンがフォトレジスト20の表面に形成され
る。フォトレジスト20の厚さは一般の工程で使用され
るものに比べて比較的厚いため、フォトレジスト20の
パターンは基板10の地形に影響されない。且つフォト
マスク30がフォトレジスト20の上を被覆し、フォト
レジスト20はフォトマスク30を介して露光され、露
光フォトレジスト24がフォトレジスト20上に形成さ
れる。
を使用して、露光フォトレジスト24の表面の上に、シ
リコンを含有するフォトレジスト層28が形成され、こ
のシリコンを含有するフォトレジスト層28がフォトレ
ジスト20のプラズママスクとされ、フォトマスク30
の図案がフォトレジスト24の上に転写される。
ト20の未露光領域が蝕刻され、この蝕刻には酸素プラ
ズマが使用され、シリコンを含有するフォトレジスト層
28の下の非露光領域が保留され、基板10に必要なパ
ターンが形成され、こうして表面パターニング工程が完
成する。
グ技術は、一般的な方法であり、このような周知の方法
はフォトレジスト材料をシリル化することでフォトマス
クパターンをフォトレジスト表面に転写するものであ
る。
ターンを形成する表面パターニング技術について説明す
る。図2のAを参照されたい。A中には基板100、フ
ォトレジスト層200及びシリコンを含有するフォトレ
ジスト層240が表示されている。フォトレジスト層2
00は基板の表面に位置し、シリコンを含有するフォト
レジスト層240はフォトレジスト層200の表面に位
置し、シリコンを含有するフォトレジスト層240の形
成にはシリル化工程が利用される。図2のBに示される
ように、二酸化シリコンのエッチング条件を利用し、シ
リコンを含有するフォトレジスト層240に対してエッ
チングを進行し、一部のフォトレジスト層200の表面
をシリコンを含有するフォトレジスト層240により被
覆させる。フォトレジスト層200のその他の表面はそ
の他の材料により被覆せず、これにより、パターンがフ
ォトレジスト層200の表面に形成される。このステッ
プはブレークスルーエッチング(Breakthrou
gh etching)と称され、シリコンを含有する
フォトレジスト層240はプラズママスクとされ酸素ガ
スにより蝕刻されない。
のAを参照されたい。フォトレジスト層200の未被覆
部分は上述のエッチング方法により除去される。このよ
うなエッチング方法は一種のドライエッチング方法とさ
れ、エッチングには酸素プラズマが使用され、このステ
ップがフォトレジスト層200のメインエッチング工程
とされ、大量の未被覆のフォトレジスト層200が除去
されるが、少量の未被覆のフォトレジスト層200が基
板100の表面に残留するため、別の蝕刻ステップによ
り基板100表面に残留する未被覆のフォトレジスト層
200を除去する必要がある。図3のBに示されるよう
に未被覆のフォトレジスト層200の残留部分は、蝕刻
工程により完全に除去され、この蝕刻工程はフォトレジ
スト層200のオーバーエッチング工程(over e
tching)とされ、エッチングング方法はドライエ
ッチングとされ、酸素プラズマを使用して行われる。オ
ーバーエッチング工程の後、プラズママスクのパターン
が決定され、パターンの絶対寸法はパターン転写工程と
同時に確定される。
機械を使用すると、パターンの絶対寸法は0.2ミクロ
ンより小さくすることはできず、ゆえに絶対寸法はこの
寸法に制限され、このような制限は機械の解析能力に制
限される。一般のリソグラフィー機械の解析能力はほぼ
0.2ミクロンであり、機械の光源波長は約248nm
である。このため、一般のリソグラフィー機械でサブミ
クロン素子の製造を進行するのは不可能であり、ゆえ
に、一般のリソグラフィー機械でサブミクロン素子を製
造できる方法が求められていた。本考案はこの要求に応
えるべくなされたものである。
トレジスト層(200) を基板(100) の上に塗布し、該フォ
トレジスト層(200) を露光させることでシリコンを含有
するフォトレジスト層(240) を、該フォトレジスト層(2
00) の露光領域上に形成し、該シリコンを含有するフォ
トレジスト層(240) をエッチングして該シリコンを含有
するフォトレジスト層(240) の絶対寸法を小さくし、該
シリコンを含有するフォトレジスト層(240) の下に位置
しない該フォトレジスト層(200) を除去し、以上を包括
してなる、半導体製造の表面パターニング方法としてい
る。
体素子とする、請求項1に記載の半導体製造の表面パタ
ーニング方法としている。
とする、請求項1に記載の半導体製造の表面パターニン
グ方法としている。
体基板とする、請求項1に記載の半導体製造の表面パタ
ーニング方法としている。
(200) の材料を感光性ポリマーとする、請求項1に記載
の半導体製造の表面パターニング方法としている。
るフォトレジスト層(240) の形成は露光フォトレジスト
層に対してシリル化反応を進行することとする、請求項
1に記載の半導体製造の表面パターニング方法としてい
る。
るフォトレジスト層(240) をエッチングする方法及び条
件は二酸化シリコンのエッチング方法と条件となす、請
求項1に記載の半導体製造の表面パターニング方法とし
ている。
(200) のエッチングには酸素プラズマを使用する、請求
項1に記載の半導体製造の表面パターニング方法として
いる。
0) を基板(100) の上に塗布し、該フォトレジスト層(20
0) を露光させることで、フォトレジスト層(200) の上
にシリコンを含有するフォトレジスト層(240) を形成
し、該シリコンを含有するフォトレジスト層(240) をエ
ッチングし、該シリコンを含有するフォトレジスト層24
0 のエッチング終点を制御し、エッチング工程の後のシ
リコンを含有するフォトレジスト層の絶対寸法を小さく
する、以上を包括してなる基板のパターンの絶対寸法を
制御する方法としている。
導体素子とする、請求項9に記載の基板のパターンの絶
対寸法を制御する方法としている。
膜とする、請求項9に記載の基板のパターンの絶対寸法
を制御する方法としている。
導体基板とする、請求項9に記載の基板のパターンの絶
対寸法を制御する方法としている。
層(200) の材料を感光性ポリマーとする、請求項9に記
載の基板のパターンの絶対寸法を制御する方法としてい
る。
するフォトレジスト層(240) の形成は露光したフォトレ
ジスト層に対してシリル化反応を進行することとする、
請求項9に記載の基板のパターンの絶対寸法を制御する
方法としている。
するフォトレジスト層(240) をエッチングする方法及び
条件は二酸化シリコンのエッチング方法と条件となす、
請求項9に記載の基板のパターンの絶対寸法を制御する
方法としている。
層(200) のエッチングには酸素プラズマを使用する、請
求項9に記載の基板のパターンの絶対寸法を制御する方
法としている。
の表面パターニング方法は以下を包括し、即ち、基板を
提供し、該基板の表面にフォトレジストを塗布し、その
後、フォトマスクを用いてフォトレジスト層に対して、
一般の、機械の光源波長が248nmより大きくないリ
ソグラフィー機械を使用して露光を進行し、フォトレジ
ストを 露光させることでシリル化反応を進行させ、シリ
コンを含有するフォトレジスト層をフォトレジスト層の
表面に形成し、その後、シリコンを含有するフォトレジ
スト層をエッチングしてプラズママスクを形成し、該プ
ラズママスクをシリコンを含有するフォトレジスト層で
組成してフォトレジスト層の未露光部分を被覆しないも
のとし、次に、エッチング工程を二つのステップ、即
ち、ブレークスルーエッチングとオーバーブレークスル
ーエッチングを以て進行し、ブレークスルーエッチング
工程の後、オーバーブレークスルーエッチングを同じ機
械中で継続して進行し、オーバーブレークスルーエッチ
ングで、シリコンを含有するフォトレジスト層の絶対寸
法を約0.18ミクロンの寸法まで短縮し、この二つの
エッチングステップを二酸化シリコンのエッチング条件
で進行し、最後に、基板に残った未露光のフォトレジス
ト材料を、酸素プラズマドライエッチングにより除去
し、基板上にサブミクロンのフォトレジストパターンを
形成し、以上を包括する方法としている。
するが、該実施例は本発明の請求範囲を限定するもので
はない。本発明の技術は表面パターニング技術に属し、
フォトマスクのパターンをフォトレジスト層に転写する
のに応用され、該パターンは金属線のパターン、接触孔
のパターン或いはトランジスタのアクティブ領域パター
ンとされ、本発明はそれらのパターン形成のためのリソ
グラフィー工程に応用されうる。
ず基板100を提供する。該基板100は集積回路、半
導体素子、薄膜或いは半導体基板とされる。さらにフォ
トレジスト層200で基板100上を被覆する。該フォ
トレジスト層200の厚さは2000から10000オ
ングストロームの間とされ、フォトレジスト層200の
厚さは一般のリソグラフィー工程で使用されるフォトレ
ジストの厚さより厚く、フォトレジスト層200の組成
材料は感光性ポリマーとされる。本実施例では、使用す
るフォトレジスト材料はネガ型とされる。フォトレジス
ト層200はフ ォトマスクを介して露光させ、露光機械
の光源波長は約248nm以下とする。上述の光源を使
用したリソグラフィー機械の解析能力は約0.2ミクロ
ンであり、これによりフォトレジスト層200の露光領
域の絶対寸法は約0.2ミクロンとなる。
でその露光部分をシリル化反応によりシリコンを含有す
るフォトレジスト層に変換する。即ち、フォトレジスト
層200の上面にシリコンを含有するフォトレジスト層
を形成する。
0の地形は平坦ではなく、シリコンを含有するフォトレ
ジスト層240が山谷形を呈し、フォトレジスト層20
0の未露光領域はこの山谷形の部分の底部である。
エッチング方法を用いて、シリコンを含有するフォトレ
ジスト層240に対するエッチングを進行して未露光の
フォトレジスト表面のシリコンを含有するフォトレジス
ト層240を除去し、一つのパターンをフォトレジスト
層200の上に形成する。該パターンの絶対寸法は約
0.2ミクロンであり、パターン形成のためのエッチン
グ方法はプラズマエッチングとする。例えば、RIEは
実行可能な方法であり、このエッチングの条件は二酸化
シリコンのエッチング条件となす。このエッチングステ
ップはブレークスルーエッチングと称される。
有するフォトレジスト層240を連続してエッチングす
る。このエッチングステップはオーバーブレークスルー
エッチングと称される。上述のブレークスルーエッチン
グとこのオーバーブレークスルーエッチングの二つのエ
ッチングは同一のエッチング反応室で進行し、第2のエ
ッチング工程は第1のエッチング工程の反応時間より長
くし、エッチング工程の条件な改変せず、一部のシリコ
ンを含有するフォトレジスト層240を第2のエッチン
グ工程で除去して、シリコンを含有するフォトレジスト
層のパターンの 絶対寸法を縮小する。このパターンの絶
対寸法は第2のエッチング工程の後に約0.18ミクロ
ンとなる。こうしてパターンの絶対寸法を一般のリソグ
ラフィー機械の中で短縮し、且つリソグラフィー機械の
光源を改変せず、エッチング工程条件も改変せず、本発
明によりエッチング工程の時間を長くするだけで、パタ
ーンの絶対寸法を適当に縮小可能である。
示図である。フォトレジスト層200に対してエッチン
グ反応を進行し、シリコンを含有するフォトレジスト層
240により被覆されていないフォトレジスト層200
を除去する。このエッチングステップは異方性エッチン
グ工程とし、酸素プラズマを用いて、フォトレジスト材
料を有効に蝕刻する。
示図である。ドライエッチング、例えば酸素プラズマエ
ッチングにより完全に基板100表面にあるフォトレジ
スト層300を除去する。このステップをフォトレジス
ト層300のオーバーエッチング工程と称し、基板10
0表面に残留するフォトレジスト材料を除去し、シリコ
ンを含有するフォトレジスト層240とシリコンを含有
するフォトレジスト層240の下のフォトレジスト層2
00を基板100のプラズママスクとなす。こうして一
つのパターンを基板100の表面に形成する。基板10
0のパターンはプラズママスクにより確定され、パター
ンの絶対寸法は約0.18ミクロンとなる。
を図6中に示す。曲線A1はシリル化反応の後に形成さ
れるもの、曲線A2は第1のエッチング工程(ブレーク
スルーエッチング工程)の後に形成されるもの、曲線A
3は第2のエッチング工程(オーバーブレークスルーエ
ッチング工程)の後に形成されるもの、曲線Bはフォト
レジスト層200の未露光領域の曲線を示す。図6に
は、パターンの絶対寸法が表示され、第1のエッチング
工程の後、パターンの絶対寸法はD1、第2のエッチン
グ工程の後、パターンの絶対寸法はD2で表示される。
明らかに、D1は D2より大きく、なぜなら一部のシリ
コンを含有するフォトレジスト層がオーバーブレークス
ルーエッチングで除去されるために、ブレークスルーエ
ッチング時間を増加することで確実にパターンの絶対寸
法を縮小できるためである。
を使用したサブミクロン半導体製造の表面パターニング
方法が提供された。
の中、Aは基板の上に露光フォトレジストが形成された
状態を、Bは基板の上にシリコンを含有するフォトレジ
スト層が形成された状態を、Cは基板の上に未露光フォ
トレジストがエッチングされた状態をそれぞれ示してい
る。
従来の表面パターニング技術説明断面図であり、その
中、Aは基板上にフォトレジストが形成されフォトレジ
スト上にシリコンを含有するフォトレジスト層が形成さ
れた状態を示し、Bはシリコンを含有するフォトレジス
ト層に対するブレークスルーエッチングを示している。
従来の表面パターニング技術説明断面であり、図2の後
の工程を示し、その中、Aは基板の上のフォトレジスト
層に対するメインエッチング工程を示し、Bは基板の上
のフォトレジスト層に対するオーバーエッチング工程を
示す。
基板上にフォトレジスト層が形成されフォトレジスト層
上にシリコンを含有するフォトレジスト層が形成された
状態を示し、Bはシリコンを含有するフォトレジスト層
に対するブレークスルーエッチング工程を示し、Cはシ
リコンを含有するフォトレジスト層に対するオーバーブ
レークスルーエッチング工程を示す。
の中、Aは基板上のフォトレジスト層に対するメインエ
ッチング工程を示し、Bは基板上のフォトレジスト層に
対するオーバーエッチング工程を示している。
線表示図であり、このエッチング曲線はフォトレジスト
の曲線と、フォトレジストのメインエッチングの後の曲
線、及びフォトレジストのオーバーエッチング後の曲線
を包括している。
Claims (16)
- 【請求項1】 フォトレジスト層(200) を基板(100) の
上に塗布し、 該フォトレジスト層(200) を露光させ、シリコンを含有
するフォトレジスト層(240) を、該フォトレジスト層(2
00) の露光領域上に形成し、 該シリコンを含有するフォトレジスト層(240) をエッチ
ングして該シリコンを含有するフォトレジスト層(240)
の絶対寸法を小さくし、該シリコンを含有するフォトレ
ジスト層(240) の下に位置しない該フォトレジスト層(2
00) を除去し、以上を包括してなる、半導体製造の表面
パターニング方法。 - 【請求項2】 前記基板(100) を半導体素子とする、請
求項1に記載の半導体製造の表面パターニング方法。 - 【請求項3】 前記基板(100) を薄膜とする、請求項1
に記載の半導体製造の表面パターニング方法。 - 【請求項4】 前記基板(100) を半導体基板とする、請
求項1に記載の半導体製造の表面パターニング方法。 - 【請求項5】 前記フォトレジスト層(200) の材料を感
光性ポリマーとする、請求項1に記載の半導体製造の表
面パターニング方法。 - 【請求項6】 前記シリコンを含有するフォトレジスト
層(240) の形成は露光フォトレジスト層に対してシリル
化反応を進行することとする、請求項1に記載の半導体
製造の表面パターニング方法。 - 【請求項7】 前記シリコンを含有するフォトレジスト
層(240) をエッチングする方法及び条件は二酸化シリコ
ンのエッチング方法と条件となす、請求項1に記載の半
導体製造の表面パターニング方法。 - 【請求項8】 前記フォトレジスト層(200) のエッチン
グには酸素プラズマを使用する、請求項1に記載の半導
体製造の表面パターニング方法。 - 【請求項9】 フォトレジスト層(200) を基板(100) の
上に塗布し、 該フォトレジスト層(200) を露光させ、フォトレジスト
層(200) の上にシリコンを含有するフォトレジスト層(2
40) を形成し、 該シリコンを含有するフォトレジスト層(240) をエッチ
ングし、該シリコンを含有するフォトレジスト層240 の
エッチング終点を制御し、エッチング工程の後のシリコ
ンを含有するフォトレジスト層の絶対寸法を小さくす
る、 以上を包括してなる基板のパターンの絶対寸法を制御す
る方法。 - 【請求項10】 前記基板(100) を半導体素子とする、
請求項9に記載の基板のパターンの絶対寸法を制御する
方法。 - 【請求項11】 前記基板(100) を薄膜とする、請求項
9に記載の基板のパターンの絶対寸法を制御する方法。 - 【請求項12】 前記基板(100) を半導体基板とする、
請求項9に記載の基板のパターンの絶対寸法を制御する
方法。 - 【請求項13】 前記フォトレジスト層(200) の材料を
感光性ポリマーとする、請求項9に記載の基板のパター
ンの絶対寸法を制御する方法。 - 【請求項14】 前記シリコンを含有するフォトレジス
ト層(240) の形成は露光フォトレジスト層に対してシリ
ル化反応を進行することとする、請求項9に記載の基板
のパターンの絶対寸法を制御する方法。 - 【請求項15】 前記シリコンを含有するフォトレジス
ト層(240) をエッチングする方法及び条件は二酸化シリ
コンのエッチング方法と条件となす、請求項9に記載の
基板のパターンの絶対寸法を制御する方法。 - 【請求項16】 前記フォトレジスト層(200) のエッチ
ングには酸素プラズマを使用する、請求項9に記載の基
板のパターンの絶対寸法を制御する方法。
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