JP3309095B2

JP3309095B2 - ドライ現像方法及び半導体装置の製造方法

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Publication number: JP3309095B2
Application number: JP20496694A
Authority: JP
Inventors: 敦子山口; 太郎小川; 隆曽我; 昌昭伊東; 尚松坂; 橘　　浩昭; 睦良松本
Original assignee: Hitachi Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: Hitachi Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1994-08-30
Filing date: 1994-08-30
Publication date: 2002-07-29
Anticipated expiration: 2017-07-29
Also published as: JPH0869959A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子等の製造の
際のリソグラフィ工程等に用いるドライ現像方法及びそ
の方法を用いた半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の製造の際に、基板上にエッ
チングマスクを形成するリソグラフィは、半導体はもと
より誘電体、金属等の加工時にも行われる重要なパター
ン形成プロセスである。従来、リソグラフィでは、レジ
スト膜堆積を行った基板を露光後に現像液中に浸し、露
光部又は未露光部を溶解し、それぞれポジ型、ネガ型の
レジストパターンとするウエット現像方式が広く用いら
れている。しかし加工寸法の微細化に伴い、現像液の浸
透によるレジストパターンの形状劣化を低減することが
重要な問題となりつつある。また、レジストの多層化に
伴い、工程数が増加することも問題となりつつある。

【０００３】これに対する解決策のひとつがレジスト現
像工程のドライ化である。ドライ現像は、露光光そのも
ののエネルギー、熱、プラズマ等を利用してレジスト膜
を除去するもので、現像液を用いないため、解像性を向
上させる可能性を有し、さらに工程簡略化によりスルー
プットを向上させ、プロセスコスト及び設備コストを低
減する可能性を有する。

【０００４】ドライ現像用レジスト材料としては、国際
会議ポリマーズフォーマイクロエレクトロニクス
（１９９３年）予稿集、第３０２頁から第３０５頁
（TheInternational Symposium on Polymers for Micro
electronics，pp302〜305（1993））に詳しく述べられ
ている。中でも側鎖にシリコンを含むポリメタクリレー
トは、高い自己現像性と酸素反応性イオンエッチング耐
性を有し、特に有望な材料である。

【０００５】一方、通常のウエット現像方式に用いられ
る多層レジスト膜の上層レジスト材料として近年注目を
浴びているのがシリコン含有材料である。とくにポリシ
ラン、シリコン含有のポリメタクリレートやポリオレフ
ィンは感光性を有し、かつ、酸素反応性イオンエッチン
グ耐性を有するため、ポジ型のレジスト材料として活発
に研究されてきた。その詳細は、例えば、ケミカルレビ
ューズ第８９巻、（１９８９）第１３５９頁から第１４
１０頁（ＣｈｅｍｉｃａｌＲｅｖｉｅｗｓ，１９８
９，ｖｏｌ．８９，ｐｐ１３５９〜１４１０）、ジャー
ナルオブエレクトロケミカルソサエテイ１３２
巻、（１９８５）第１１７８頁から第１１８２頁（Ｊ．
Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．ｖｏｌ．１３２，ｐ
ｐ１１７８〜１１８２（１９８５））に述べられてい
る。これらの材料はまた、露光のみによって分解、蒸発
するという自己現像性を有する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の側鎖にシリ
コンを含むポリメタクリレートからなるレジストは、露
光後の残存物をハロゲン化物のガスを用いたドライエッ
チングにより除去しているが、その際に露光部の残存レ
ジスト膜のエッチングレートが未露光部のエッチングレ
ートより小さいため、パターン形状が劣化するという問
題があった。この様子を図１に従って説明する。図１に
おいて、１はシリコン基板、２はスピン塗布により形成
したノボラック樹脂からなる厚さ１μｍの下層レジスト
膜、３は厚さ０．２μｍの上層レジスト膜で、下記の式
１に示すトリメチルシリルメチルメタクリレートとメチ
ルメタクリレートとの共重合体からなるシリコン含有レ
ジスト膜、５は軟Ｘ線露光により分解、蒸発したシリコ
ン含有レジスト材料のフラグメント、８はＳＦ₆を用い
た反応性イオンエッチング時に未露光部のレジスト膜が
エッチングされて生じたフラグメント、９はＳＦ₆を用
いた反応性イオンエッチング時に露光部の残存レジスト
膜がエッチングされて生じたフラグメントである。

【０００７】

【化１】

【０００８】図１（ａ）に示す２層レジストに、レジス
ト膜表面上で０．１μｍライン・アンド・スペースのパ
ターンを持つ波長１３ｎｍ、強度２０ｍＷ／ｃｍ²の軟
Ｘ線４を５秒間照射する。すると図１（ｂ）に示すよう
に、露光部ではポリマーの分解、蒸発が起こり、自己現
像によって膜厚は０．１μｍまで減少し、シリコンを含
む上層レジスト膜上に高さ０．１μｍのパターン６が形
成される（図１（ｃ））。次に図１（ｄ）に示すよう
に、ＳＦ₆ガスを用いて反応性イオンエッチングを行う
と、露光部の残存レジスト膜が除去されるが、そのエッ
チングレートは未露光部のエッチングレートの０．６倍
程度であるため、露光部の残存レジスト膜７を完全に除
去すると、未露光部、すなわち上層レジスト膜のパター
ン１０の高さは約０．０３μｍにまで減少してしまう
（図１（ｅ））。

【０００９】この原因は以下のように考えられる。電離
放射線照射によりアクリレート部のエステル結合が切断
され、ＣＯ又はＣＯ₂となって蒸発し、それによりエス
テル部と結合している側鎖の終端部分も蒸発する。その
結果、露光部のシリコン含有率は低下し、ＳＦ₆ガスを
用いた反応性イオンエッチングの際、相対的にシリコン
含有率の高い未露光部に比べてエッチングされにくくな
る。このため、シリコン含有レジスト膜上に形成された
パターンの高さは、露光部の残存レジスト膜を除去する
際に減少する。

【００１０】このようにして得られたシリコンを含む上
層レジスト膜のパターン１０をマスクに、酸素反応性イ
オンエッチングを行うと、下層レジスト膜２の膜厚に対
してシリコン含有レジスト膜の厚さが不十分であるた
め、図１（ｆ）に示すように、得られる下層レジスト膜
のパターン１１のアスペクト比は小さくなる。

【００１１】本発明の第１の目的は、自己現像により形
成されたレジストパターンの残存レジスト膜を除去する
際に形状劣化が生じないようなドライ現像方法を提供す
ることにある。本発明の第２の目的は、そのようなドラ
イ現像方法を用いた半導体装置の製造方法を提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明のドライ現像方法は、基板上に、レジ
スト材料からなる下層レジスト膜を少なくとも一層形成
し、この下層レジスト膜上に、アクリル系モノマーとシ
リル化オレフィンとの共重合体を含むシリコン含有レジ
スト材料からなる上層レジスト膜を形成し、上層レジス
ト膜の所望の部分に電離放射線を照射して露光部の膜厚
を減少させ、さらに露光部の上層レジスト膜の残存膜を
ハロゲン又はハロゲン化物を含むガスを用いたドライエ
ッチングにより除去し、上層レジスト膜を所望のパター
ンとするようにしたものである。さらに、これらの工程
の後に、酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングを行
い、上記の所望のパターンを下層レジスト膜に転写する
ことが好ましい。

【００１３】また、上記第１の目的を達成するために、
本発明のドライ現像方法は、表面がカーボンである基板
上に、アクリル系モノマーとシリル化オレフィンとの共
重合体を含むシリコン含有レジスト材料からなるレジス
ト膜を形成し、このレジスト膜の所望の部分に電離放射
線を照射して露光部の膜厚を減少させ、露光部のレジス
ト膜の残存膜をハロゲン又はハロゲン化物を含むガスを
用いたドライエッチングにより除去し、レジスト膜を所
望のパターンとするようにしたものである。この場合
も、さらに、これらの工程の後に、酸素ガスを用いた反
応性イオンエッチングを行い、上記の所望のパターンを
基板表面のカーボンに転写することが好ましい。

【００１４】いずれのドライ現像方法においても、ハロ
ゲン又はハロゲン化物を含むガスとして、高いエッチン
グレートが得られることと、安全性の面から、塩素、臭
素、臭化水素、六フッ化硫黄、四フッ化硫黄、三フッ化
炭化水素又は四フッ化炭素のガスを用いることが好まし
い。

【００１５】アクリル系モノマーとシリル化オレフィン
との共重合体の組成比は、アクリル系モノマーに対する
シリル化オレフィンのモル比をｋとすると、０．５≦ｋ
≦３の範囲であることが好ましく、０．５≦ｋ≦０．９
の範囲であることがより好ましい。ｋが０．５以上であ
ると良好な自己現像性を確保することができ、また、ｋ
が３以下であると高いエッチング耐性を持ち、ｋが０．
９以下であるとより高いエッチング耐性を持つためであ
る。

【００１６】アクリル系モノマーとしては、アクリレー
ト、メタクリレート及びエタクリレートからなる群から
選ばれた少なくとも一種のモノマーを用いることができ
るが、メタクリレート又はエタクリレートを用いること
は膜厚が均一なレジスト膜が作成されるので好ましい。
さらに、アクリレートとして、アルキルアクリレートを
用いることが高い感度が得られるので好ましい。また、
アルキルアクリレートとして、メチルアクリレート又は
エチルアクリレートが高い自己現像性を示すので好まし
い。

【００１７】また、シリル化オレフィンは、トリメチル
シリル基、トリメチルシリルメチル基、ペンタメチルジ
シリル基又はペンタメチルジシリルメチル基を有するオ
レフィンであることが高い自己現像性を示すために好ま
しい。さらに、シリル化オレフィンがシリル化スチレン
である場合、露光部のシリコン含有率が高くなるので好
ましい。このような共重合体として、例えば、下記の式
２に示すメチルメタクリレートとトリメチルシリルメチ
ルスチレンの共重合体が挙げられる。

【００１８】

【化２】

【００１９】スルホンとシランとの共重合体を用いるこ
ともできる。このような共重合体としては、トリメチル
シリル基、トリメチルシリルメチル基、ペンタメチルジ
シリル基又はペンタメチルジシリルメチル基を有するス
チレンと、スルホンとの共重合体を用いることが好まし
い。このような共重合体として、例えば、下記の式３に
示す、ポリトリメチルシリルスチレン・スルホンが挙げ
られる。

【００２０】

【化３】

【００２１】さらに、上記第２の目的を達成するため
に、本発明の半導体装置の製造方法は、上記のいずれか
のドライ現像方法を、半導体素子製造方法の少なくとも
１部に用いるようにしたものである。

【００２２】

【作用】基板に直接又は１層以上積層した任意のレジス
ト材料からなる下層レジスト膜を介して、例えば、アク
リレートとシリル化オレフィンの共重合体を含むレジス
ト膜を形成し、電離放射線を照射すると、ポリマの主鎖
及び側鎖の切断が生じる。アクリレート部のＣＯ−Ｏ結
合は一酸化炭素又は二酸化炭素となって蒸発し、そのた
めアクリレート部側鎖末端部も蒸発し、レジスト膜厚の
減少、すなわち自己現像に寄与する。しかしオレフィン
部を形成する原子又は結合した原子は飛散しにくいた
め、オレフィン部側鎖末端に存在するシリル基は蒸発せ
ず、レジスト膜内に留まる。このため自己現像後は、露
光部の残存レジスト膜中のシリコン含有率は未露光部よ
り高くなる。

【００２３】引き続き、ハロゲン又はハロゲン化物を用
いてドライエッチングを行えば、ハロゲン又はハロゲン
化物から発生したラジカルやイオンは特にシリコン原子
と反応して揮発性物質を生成する。従ってシリコン含有
率の高い露光部の残存レジスト膜が未露光部より速くエ
ッチングされる。この結果、露光部の残存レジスト膜が
除去される際のパターン形状の劣化を防ぐことができ
る。スルホンとシランとの共重合体を用いた場合も、同
様の効果が得られる。この場合、電離放射線照射により
スルホニル基が分解して蒸発する。そのため残存レジス
ト膜中のシリコン含有率は未露光部より高くなる。

【００２４】

【実施例】

〈実施例１〉以下に本発明の第１の実施例を挙げ、図面
を用いてさらに詳細に説明する。図２は本実施例のドラ
イ現像方法の工程を示す説明図である。図２において、
１はシリコン基板、２はスピン塗布により形成したノボ
ラック樹脂からなる厚さ１μｍの下層レジスト膜、４は
レジスト膜表面上で０．１μｍライン・アンド・スペー
スのパターンを持つ波長１３ｎｍ、強度２０ｍＷ／ｃｍ
²の軟Ｘ線、１２は前記式３の構造式に示すポリトリメ
チルシリルスチレン・スルホンからなる厚さ０．２μｍ
の上層レジスト膜、１３は軟Ｘ線露光により分解、蒸発
したシリコン含有レジスト材料のフラグメント、１４は
自己現像により上層レジスト膜に形成されたパターン、
１５は露光部の残存レジスト膜、１６はＳＦ₆を用いた
反応性イオンエッチング時に未露光部のレジスト膜がエ
ッチングされて生じたフラグメント、１７はＳＦ₆を用
いた反応性イオンエッチング時に露光部の残存レジスト
膜がエッチングされて生じたフラグメント、１８は形成
された上層レジスト膜のパターン、１９は下層レジスト
膜に転写されたパターン、２０は残った上層レジスト膜
である。

【００２５】初めに、シリコン基板１上にスピン塗布に
より下層レジスト膜を形成し、２００℃で２０分ベーク
した。さらにその上にスピン塗布により、シリコンを含
む上層レジスト膜を形成し、８０℃で２０分ベークし
た。その結果、図２（ａ）に示すような２層レジスト膜
が形成された。次に１×１０^-2Ｐａ以下の圧力に排気し
た真空チャンバ内で軟Ｘ線４を用いて５秒間露光を行い
（図２（ｂ））、露光部のレジスト膜厚を０．１μｍま
で減少させた。この結果、図２（ｃ）に示すように、高
さ０．１μｍのパターン１４が形成された。

【００２６】引き続きＳＦ₆ガスを導入し、０．２７Ｐ
ａのガス圧を保って反応性イオンエッチングを１分間施
した。露光部、未露光部ともにプラズマ、イオンとの反
応により揮発性の物質を生成し、フラグメント１６、１
７となるためエッチングされるが（図２（ｄ））、その
エッチングレートは露光部の方が大きいため、図２
（ｅ）に示すように、露光部の残存レジスト膜１５が除
去されるとともに、露光部と未露光部のレジスト膜厚差
は大きくなり、高さ０．１５μｍのパターン１８が形成
された。

【００２７】引き続き真空チャンバを１×１０^-2Ｐａ以
下の圧力に排気した後、酸素ガスを導入し、１．３Ｐａ
のガス圧を保って、酸素反応性イオンエッチングを行っ
たところ、上層レジスト膜のパターン１８は１μｍ厚の
ノボラック樹脂膜を加工するのに十分な高さを持ってい
た。その結果、パターン１８が下層レジスト膜に転写さ
れ、アスペクト比１０の下層レジスト膜のパターン１９
が得られた。

【００２８】なお、上層レジスト膜を、ポリトリメチル
シリルスチレン・スルホンに変えて、（１）メチルアク
リレートとトリメチルシリルスチレンの共重合体、
（２）エチルアクリレートとトリメチルシリルスチレン
の共重合体、（３）メチルアクリレートとトリメチルシ
リルメチルスチレンの共重合体、（４）メチルアクリレ
ートとペンタメチルジシリルスチレンの共重合体、
（５）メチルアクリレートとペンタメチルジシリルメチ
ルスチレンの共重合体、（６）メチルメタクリレートと
トリメチルシリルスチレンの共重合体、（７）メチルメ
タクリレートとトリメチルシリルメチルスチレンの共重
合体、（８）メチルメタクリレートとペンタメチルジシ
リルスチレンの共重合体、（９）メチルメタクリレート
とペンタメチルジシリルメチルスチレンの共重合体、
（１０）エチルメタクリレートとペンタメチルジシリル
スチレンの共重合体、（１１）メチルエタクリレートと
トリメチルシリルスチレンの共重合体、（１２）エチル
エタクリレートとトリメチルシリルメチルスチレンの共
重合体、（１３）エチルエタクリレートとペンタメチル
ジシリルメチルスチレンの共重合体、（１４）エチルエ
タクリレートとペンタメチルジシリルスチレンの共重合
体、（１５）トリメチルシリルメチルスチレンとスルホ
ンの共重合体、（１６）ペンタメチルジシリルスチレン
とスルホンの共重合体、（１７）ペンタメチルジシリル
メチルスチレンとスルホンの共重合体を用い、それぞれ
同様にしてパターンの形成を行った。いずれの場合も、
ほぼ上記と同様の形状劣化のない下層レジスト膜のパタ
ーンが得られた。また、反応性イオンエッチングに用い
るガスとして、ＳＦ₆に変えて、Ｃｌ₂、Ｂｒ₂、ＨＢ
ｒ、ＳＦ₄、ＣＨＦ₃、ＣＦ₄を用いても、ほぼ同様の結
果が得られた。

【００２９】またここで、基板がカーボングラファイト
又はアモルファスカーボンである場合は、下層レジスト
膜を用いる必要はなく、基板に直接、上層レジスト膜を
形成し、露光による自己現像、さらに引き続いて残存レ
ジスト膜の除去を行い、形成されたシリコンを含むレジ
スト膜のパターンをエッチングマスクとして酸素反応性
イオンエッチングを行って基板を加工することができ
た。

【００３０】〈実施例２〉以下に本発明の第２の実施例
を挙げ、図面を用いてさらに詳細に説明する。図３は本
実施例のドライ現像方法を行なう装置の概念図である。
図３において、２１、２２、２３、２４、２５はゲート
バルブ、２６はプラズマ重合用真空チャンバ、２７は光
励起化学蒸着用真空チャンバ、２８は露光用真空チャン
バ、２９は反応性イオンエッチング用真空チャンバ、３
０、３１、３２、３３はターボ分子ポンプ、３４、３
５、３６、３７、３８は真空バルブ、３９は高周波電圧
印加用電極兼基板ステージ、４０、４１は基板ステー
ジ、４２は高周波電圧印加用電極兼基板ステージ、４
３、４４は高周波電圧印加装置、４５は対向電極、４６
は紫外線照射装置、４７は強度がレジスト膜表面上で２
０ｍＷ／ｃｍ²となる０．１μｍライン・アンド・スペ
ースの軟Ｘ線束、４８、４９はメチルメタクリレートガ
ス、５０はトリメチルシリルメチルスチレンガス、５１
は六フッ化硫黄、５２は酸素、５３はシリコン基板、５
４はシリコン基板上に堆積したポリメチルメタクリレー
ト膜、５５はポリメチルメタクリレート膜上に堆積し
た、メチルメタクリレートとトリメチルシリルメチルス
チレンとの共重合体からなる上層レジスト膜、５６は上
層レジスト膜に形成された０．１μｍライン・アンド・
スペースのパターン、５７はポリメチルメタクリレート
膜に転写された０．１μｍライン・アンド・スペースの
パターンである。

【００３１】初めにゲートバルブ２１を開け、シリコン
基板５３を高周波電圧印加用電極兼基板ステージ３９に
装着した。ゲートバルブ２１を閉じ、ターボ分子ポンプ
３０により、プラズマ重合用真空チャンバ２６を１×１
０^-4Ｐａ以下の圧力に排気した後、真空バルブ３４を開
けてメチルメタクリレートガス４８を導入し、１．３Ｐ
ａの圧力に保ちつつ、高周波電圧印加装置４３を１３．
５６ＭＨｚ、１０Ｗの条件で作動させたところ、基板５
３上にポリメチルメタクリレート膜５４が堆積した。

【００３２】次に、ターボ分子ポンプ３０及び３１によ
って、プラズマ重合用真空チャンバ２６及び光励起化学
蒸着用真空チャンバ２７を１×１０^-2Ｐａ以下の圧力に
排気した後、ゲートバルブ２２を開け、シリコン基板５
３を光励起化学蒸着用真空チャンバ２７内に移し、ゲー
トバルブ２２を閉め、シリコン基板５３を基板ステージ
４０に装着した。さらに真空バルブ３５及び３６を開
け、メチルメタクリレートガス４９及びトリメチルシリ
ルメチルスチレンガス５０を導入し、紫外線照射装置４
６を作動させ、波長２００ｎｍ以下の真空紫外光を２０
ｍＷ／ｃｍ²の強度で１０分間基板全面に照射した。そ
の結果、ポリメチルメタクリレート膜５４の上に、メチ
ルメタクリレートとトリメチルシリルメチルスチレンと
の共重合体からなる上層レジスト膜５５が堆積した。

【００３３】次に、ターボ分子ポンプ３１及び３２によ
って、光励起化学蒸着用真空チャンバ２７及び露光用真
空チャンバ２８を１×１０^-2Ｐａ以下の圧力に排気した
後、ゲートバルブ２３を開け、シリコン基板５３を露光
用真空チャンバ２８内に移し、ゲートバルブ２３を閉
め、シリコン基板５３を基板ステージ４１に装着した。
その後、軟Ｘ線束４７により５秒間露光を行ったとこ
ろ、露光部の上層レジスト膜５５は分解、蒸発し、０．
１μｍライン・アンド・スペースのパターン５６が形成
された。

【００３４】次に、ターボ分子ポンプ３２及び３３によ
って、露光用真空チャンバ２８及び反応性イオンエッチ
ング用真空チャンバ２９を１×１０^-2Ｐａ以下の圧力に
排気した後、ゲートバルブ２４を開け、シリコン基板５
３を反応性イオンエッチング用真空チャンバ２９内に移
し、ゲートバルブ２４を閉め、シリコン基板５３を高周
波電圧印加用電極兼基板ステージ４２に装着した。その
後、真空バルブ３７を開け、六フッ化硫黄５１を導入
し、圧力を０．２７Ｐａに保ちつつ高周波電圧印加装置
４４を作動させ、六フッ化硫黄による反応性イオンエッ
チングを行ったところ、パターン５６の露光部の残存物
が除去された。さらに真空バルブ３７を閉じ、ターボ分
子ポンプ３３によって、反応性イオンエッチング用真空
チャンバ２９を１×１０^-2Ｐａ以下の圧力に排気した
後、真空バルブ３８を開けて酸素５２を導入し、圧力を
１．３Ｐａに保って高周波電圧印加装置４４を作動さ
せ、酸素反応性イオンエッチングを行ったところ、パタ
ーン５６がポリメチルメタクリレート膜に転写され、ア
スペクト比の高い０．１μｍライン・アンド・スペース
のパターン５７が形成された。本実施例では、実施例１
の場合より、スループットがさらに向上した。

【００３５】また、本実施例においても、実施例１と同
様に、表面がカーボンの基板を用い、下層レジスト膜を
形成することなく、基板に直接上層レジスト膜を形成
し、露光による自己現像、残存レジスト膜の除去を行な
い、形成されたシリコンを含むレジスト膜のパターンを
エッチングマスクとして酸素反応性イオンエッチングを
行って基板を加工することができた。なお、上層レジス
ト膜は、化学蒸着により形成したが、プラズマ重合、蒸
着重合により形成しても、ほぼ同様な効果が得られた。

【００３６】〈実施例３〉図４は、本発明の第３の実施
例を説明するための半導体装置の断面図である。この半
導体装置の製造方法を述べる。まず、Ｐ型のＳｉ単結晶
基板１０１上に、ＬＯＣＯＳ法（シリコンの選択酸化
法）により素子分離領域１０２を形成した後、８５０℃
のウエット酸化法でゲート絶縁膜１０３となる８ｎｍの
ＳｉＯ₂膜１０３を形成した。続いて、低圧化学気相蒸
着（ＬＰ−ＣＶＤ）法でゲート電極１０４となる２００
ｎｍのリンドープ多結晶Ｓｉ膜及びＳｉＯ₂膜１０５を
順次形成する。リンドープ多結晶Ｓｉ膜の形成は、Ｓｉ
Ｈ₄ガスとＰＨ₃ガスを用い、５８０℃の温度で行った。

【００３７】次に、ＳｉＯ₂膜１０５上に、スピン塗布
法によりノボラック樹脂からなる厚さ１μｍの下層レジ
スト膜を形成し、さらにその上にトリメチルシリルメチ
ルスチレンとメチルメタクリレートとの共重合体からな
る厚さ０．２μｍの上層レジスト膜をスピン塗布法によ
り形成した。その後、マスクを介して波長１３ｎｍ、強
度５００ｍＪ／ｃｍ²の軟Ｘ線を照射し、引き続きガス
圧０．２７ＰａでＳＦ₆ガスを用いた反応性イオンエッ
チングを行って、上層レジスト膜にパターンを形成し
た。さらに、これをマスクにして、ガス圧１．３Ｐａ
で、酸素反応性イオンエッチングを行って、下層レジス
ト膜にパターンを転写した。これをマスクにして、ガス
圧０．２７Ｐａの条件でＣＨＦ₃ガスを用いた反応性イ
オンエッチングを行って、幅０．１μｍのゲート電極１
０４を形成した。

【００３８】次に、トランジスタの拡散層１０６（ａ）
（ｂ）となる部分に砒素をイオン注入し、８５０℃、１
５分のＮ₂アニールを行い、ＣＶＤ法でゲート電極１０
４の側壁部にＳｉＯ₂膜１０７を形成し、電気的に絶縁
した後、トランジスタの拡散層１０６（ａ）（ｂ）表面
を露出させた。

【００３９】以下、通常の方法で、リンガラス（ＰＳ
Ｇ）の絶縁膜１０８を形成し、これにコンタクトホール
（図示せず）を設け、電極配線、層間絶縁膜、そのホー
ル内に第２配線（いずれも図示せず）を形成し、パッシ
ベーション工程を行い、半導体装置を製造した。

【００４０】

【発明の効果】本発明のドライ現像方法によれば、酸素
反応性イオンエッチング耐性の高いシリコン含有レジス
ト膜を、ドライプロセスによりパターニングすることが
可能となり、解像度の高い極微細パターンを、高いスル
ープットで形成することができた。また、本発明の半導
体装置の製造方法によれば、半導体素子の極微細パター
ンを形状劣化なく形成することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来法によるドライ現像方法のプロセスを示す
説明図。

【図２】本発明の実施例１のドライ現像方法のプロセス
を示す説明図。

【図３】本発明の実施例２のドライ現像方法に用いるパ
ターン形成装置の構成を示す模式図。

【図４】本発明の実施例３に示した半導体装置の断面
図。

【符号の説明】

１、５３…シリコン基板２…下層レジスト膜３、１２、２０、５５…上層レジスト膜４…軟Ｘ線５、８、９、１３、１６、１７…フラグメント６、１４…パターン（上層レジスト膜に形成されたパタ
ーン）７、１５…残存レジスト膜１０、１８、５６、５７…パターン１１、１９…パターン（下層レジスト膜に転写されたパ
ターン）２１、２２、２３、２４、２５…ゲートバルブ２６…プラズマ重合用真空チャンバ２７…光励起化学蒸着用真空チャンバ２８…露光用真空チャンバ２９…反応性イオンエッチング用真空チャンバ３０、３１、３２、３３…ターボ分子ポンプ３４、３５、３６、３７、３８…真空バルブ３９、４２…高周波電圧印加用電極兼基板ステージ４０、４１…基板ステージ４３、４４…高周波電圧印加装置４５…対向電極４６…紫外線照射装置４７…軟Ｘ線束４８、４９…メチルメタクリレートガス５０…トリメチルシリルメチルスチレンガス５１…六フッ化硫黄５２…酸素５４…ポリメチルメタクリレート膜１０１…Ｓｉ単結晶基板１０２…素子分離領域１０３…ゲート絶縁膜１０４…ゲート電極１０５、１０７…ＳｉＯ₂膜１０６（ａ）（ｂ）…拡散層１０８…絶縁膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者曽我隆東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者伊東昌昭東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者松坂尚東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者橘浩昭茨城県つくば市東１丁目１番工業技術院物質工学工業技術研究所内 (72)発明者松本睦良茨城県つくば市東１丁目１番工業技術院物質工学工業技術研究所内審査官岩本勉 (56)参考文献特開昭59−53841（ＪＰ，Ａ) 特開平１−154050（ＪＰ，Ａ) 特開平７−92683（ＪＰ，Ａ) 特開平２−23352（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−73250（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、レジスト材料からなる下層レジ
スト膜を少なくとも一層形成する第１の工程、該下層レ
ジスト膜上に、アクリル系モノマーとシリル化オレフィ
ンとの共重合体を含むシリコン含有レジスト材料からな
る上層レジスト膜を、化学蒸着、プラズマ重合又は蒸着
重合により形成する第２の工程、該上層レジスト膜の所
望の部分に電離放射線を照射して露光部の膜厚を減少さ
せる第３の工程及び露光部の上層レジスト膜の残存膜を
ハロゲン又はハロゲン化物を含むガスを用いたドライエ
ッチングにより除去し、上層レジスト膜を所望のパター
ンとする第４の工程を有することを特徴とするドライ現
像方法。
【請求項２】請求項１記載のドライ現像方法において、
上記第４の工程の後に、酸素ガスを用いた反応性イオン
エッチングを行い、上記所望のパターンを上記下層レジ
スト膜に転写する第５の工程を有することを特徴とする
ドライ現像方法。
【請求項３】表面がカーボンである基板上に、アクリル
系モノマーとシリル化オレフィンとの共重合体を含むシ
リコン含有レジスト材料からなるレジスト膜を、化学蒸
着、プラズマ重合又は蒸着重合により形成する第１の工
程、該レジスト膜の所望の部分に電離放射線を照射して
露光部の膜厚を減少させる第２の工程及び露光部のレジ
スト膜の残存膜をハロゲン又はハロゲン化物を含むガス
を用いたドライエッチングにより除去し、レジスト膜を
所望のパターンとする第３の工程を有することを特徴と
するドライ現像方法。
【請求項４】請求項３記載のドライ現像方法において、
上記第３の工程の後に、酸素ガスを用いた反応性イオン
エッチングを行い、上記所望のパターンを上記基板表面
のカーボンに転写する第４の工程を有することを特徴と
するドライ現像方法。
【請求項５】請求項１から４のいずれか一に記載のドラ
イ現像方法おいて、上記ハロゲン又はハロゲン化物を含
むガスは、塩素、臭素、臭化水素、六フッ化硫黄、四フ
ッ化硫黄、三フッ化炭化水素又は四フッ化炭素のガスで
あることを特徴とするドライ現像方法。
【請求項６】請求項１から５のいずれか一に記載のドラ
イ現像方法おいて、上記アクリル系モノマーは、アクリ
レート、メタクリレート及びエタクリレートからなる群
から選ばれた少なくとも一種のモノマーであることを特
徴とするドライ現像方法。
【請求項７】請求項６記載のドライ現像方法おいて、上
記アクリレートは、アルキルアクリレートであり、上記
メタクリレートは、アルキルメタクリレートであり、上
記エタクリレートは、アルキルエタクリレートであるこ
とを特徴とするドライ現像方法。
【請求項８】請求項１から７のいずれか一に記載のドラ
イ現像方法おいて、上記シリル化オレフィンは、トリメ
チルシリル基、トリメチルシリルメチル基、ペンタメチ
ルジシリル基又はペンタメチルジシリルメチル基を有す
るオレフィンであることを特徴とするドライ現像方法。
【請求項９】請求項１から７のいずれか一に記載のドラ
イ現像方法おいて、上記シリル化オレフィンは、シリル
化スチレンであることを特徴とするドライ現像方法。
【請求項１０】請求項９記載のドライ現像方法おいて、
上記シリル化スチレンは、トリメチルシリル基、トリメ
チルシリルメチル基、ペンタメチルジシリル基又はペン
タメチルジシリルメチル基を有するスチレンであること
を特徴とするドライ現像方法。
【請求項１１】請求項１から１０のいずれか一に記載の
ドライ現像方法を、半導体素子製造方法の少なくとも１
部に用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。