JPS60262151A - 三層レジスト用中間層材料及びその利用方法 - Google Patents

三層レジスト用中間層材料及びその利用方法

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JPS60262151A
JPS60262151A JP59119386A JP11938684A JPS60262151A JP S60262151 A JPS60262151 A JP S60262151A JP 59119386 A JP59119386 A JP 59119386A JP 11938684 A JP11938684 A JP 11938684A JP S60262151 A JPS60262151 A JP S60262151A
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JP
Japan
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layer
resist
intermediate layer
resist layer
etching
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JP59119386A
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Hideo Ikitsu
英夫 生津
Akira Yoshikawa
昭 吉川
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Silicon Polymers (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

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 本発明は半導体集積回路をはじめとする各種の固体素子
の製造に際して、基板上に高精度、かつ微細なレジスト
パターンを形成するりソグラフィ技術に関するもので、
特に、多層レジスト用材料及びそのパターン形成におけ
る利用方法に関する。
従来の技術 半導体集積回路等の製造においては、年々高集積化が進
められており、それに伴い高精度・微細加工が要求され
てきている。また、リソグラフィ法についても、近紫外
光を用いた縮小投影露光法、電子線直接描画法、或いは
X線露光法と、多様な展開を呈している。
しかしながら、素子製造過程において生ずる基板段差は
基板上に塗布したレジスト層の膜厚を変動させ、これは
露光方法の如何によらずレジストパターンの寸法精度を
低下させるという問題をおこしていた。また、パターン
寸法が微細化するに従って、光露光の場合には基板から
の反射光による定在波効果が、更に電子線露光の場合に
は反射電子による近接効果が、形成パターン精度の主要
な劣化要因となりつつあり、これに対する対策が急務と
なっている。
これらの問題の解決策として三層の膜を積層した、所謂
三層レジストがある。第1図は、この三層レジストの構
造を示す断面図である。第1図から明らかな如く、三層
レジストは加工すべき基板1、有機高分子材料からなる
下層レジスト層2、中間層として用いる薄膜材料3およ
び放射線感応高分子材料から成る上層レジスト層によっ
て構成され、該上層レジスト層としては、例えばAZ−
1350などの紫外線レジスト、PMMAなどの電子線
レジスト又はX線レジスト等が適用される。この三層レ
ジストでは、厚く形成された下層レジスト層2が基板段
差を実効的に平坦化し、さらには露光すべき上層レジス
ト層4を基板から隔てているため上記の′問題はすべて
解決できる。
三層レジストのパターン形成は、先ず公知の露光法によ
り上層レジスト層4上に所定のパターンを形成した後中
間層3及び下層レジスト層2を順次エツチングすること
により実施される。この後、3層レジストパターンをマ
スクとして基板をエツチングし中間層3、下層レジスト
層2を除去して工程を終了する。
エツチング手段としては、主に寸法変換差の少ない反応
性イオンエツチング法(RIE)が用いられ、特に下層
レジスト層のエツチングは通常酸素ガスを用いた反応性
イオンエツチング法(02RIE)が用いられている。
また、中間層がこの下層レジスト層をエツチングする際
にマスクとして機能するため、中間層としては02RI
E耐性の高い材料、例えばSl、3102、AI等の無
機材料が適用されている。
この中間層の形成法としては、一般にCVD法、スパッ
タ法、蒸着法のいずれかが用いられる。しかしながら最
近では、通常の有機高分子と同様に基板上にスピン塗布
法により膜形成することができ、且つ無機材料同様の化
学的特性を有するオルガノポリシロキサン(通称シリコ
ーン樹脂)が上記薄膜材料として用いられるようになっ
てきた。
これはスピン塗布法によれば、蒸着法、CVD法、スパ
ック法に比べ形成時間が極端に短く、且つ簡単な操作で
該薄膜を形成できるためである。
しかしながら、従来のオルガノポリシロキサンでは、パ
ターン形成のためのエツチングがスムーズに進行せず、
そのため微細なパターンが形成できず、さらにはスルー
プットが低いという欠点を有していた。
発明が解決しようとする問題点 上に述べたように、素子製造過程において生ずる基板段
差に基き、基板上に塗布したレジスト層の膜厚が変動す
る、レジストパターンの寸法精度が低下する等の改善さ
るべき問題が残されていた。
この問題の1解決策として、三層の膜を積層した所謂三
層レジストが知られ、利用されてきた。ここで、特に中
間層を最近スピン塗布法で形成するために、オルガノポ
リシロキサンが使用されてきたが、既に述べたようにこ
れについても依然として改良すべきいくつかの問題点が
残されている。
そこで本発明は、上記欠点を解決するため、エツチング
速度の大きなオルガノポリシロキサンからなる三層レジ
スト用中間層材料を提供することを目的する。また、該
三層レジスト用中間層材料の利用方法を提供することも
、本発明の目的の一つである。
問題点を解決するための手段 このような情況の下で、本発明者等は前記従来のオルガ
ノポリシロキサンの有する諸欠点を解消し得る新たな三
層レジスト用中間層材料を開発すべく種々検討、研究し
た結果、以下に詳記する一般式N)のオルガノポリシロ
キサンが前記目的達成のために極めて有効であることを
見出し、本発明を完成した。
即ぢ、本発明の三層レジスト用中間層材料として有用な
オルガノポリシロキサンは以下の一般式%式%(): ) (R3i○3/2)p・(SiC2)、 (I)式但し
、該一般式(I)において、Rは同−又は異っていても
よく、炭化水素基、水素、水酸基、アルコキシ基からな
る群から選ばれる一種であり、m + n +p + 
q = 1、m>Q、nS PS q≧0である、 で表わされるオルガノポリシロキサン材料であり、(p
+q>/ Cm+n)≧0,8であることにより特徴付
けられる。
一方、本発明の前記三層レジスト用中間層材料の利用方
法は、基板上に、有機高分子材料からなる下層レジスト
層と、中間層と、放射線で架橋もしくは分解する高分子
材料からなる上層レジスト層とを順次形成し、該上層レ
ジスト層を露光・現像することにより所望のパターンを
該上層レジスト層に形成し、少なくともフッ素を含有す
るガスプラズマにより前記中間層をエツチングし、次い
で下層レジスト層をエツチングすることにより三層レジ
ストパターンを形成するに際し、前記中間層材料として
上記一般式(I)のオルカリポリシクロヘキサンを使用
することを特徴とする。
尚、前記一般式(I)の置換基Rにおいて、炭化水素基
は例えばメチル、エチル、ビニル等の飽和又は不飽和の
低級炭化水素基であることが好ましく、またアルコキシ
基としては例えばメトキシ、エトキン等の低級アルコキ
シ基が好ましい。
昨週 本発明のオルガノポリシロキサンは、前記一般式(1)
から明らかな如く、主鎖に81−C結合、側鎖に有機基
を有する材料で、通常のC−C結合を骨格とする有機系
ポリマーとは違った性質、例えば高い0□RIE耐性を
持つ材料である。化学的性質はどちらかと言えば510
2に近く、そのためパターン形成のためのエツチングと
してフッ素含有ガスによるRIE、一般的にはCF、R
11が用いられている。
表1に各種オルガノポリシロキサンのCF、RIEによ
るエツチング速度を示す。ここで、m1n、p、qは(
T)式で示した各構成単位の割合゛であり、またエツチ
ング条件は、CF、流量50secm、ガス圧力0.0
1Torr、高周波電力100Wである。
1 0、Q3 0.0B 0.86 0.03 B、1
 8402 0.03 0.09 0.88 D、00
 7.3 7403 0.39 0.01 0.0.8
 0.52 1.5 4704 0.24 0,05 
0.41 0.30 2.4 4305 0.17 0
.33 0,21 0.29 1.0 3236 0.
13 0.52 0.20 0.15 0.54 〜8
77 0.13 0.70 0.02 0.15 0.
53 〜908 0.20 0.50 0.04 0.
26 0.42 〜47前記の表1から、p及びqが多
い時、すなわち(p+q)/ (m+”n)の値が大き
いときエツチング速度が速いことがわかる。また、この
ようなオルガノポリシロキサンのエツチングは前述の様
に上層レジスト層のパターンをマスクとして行われる。
従って、オルガノポリシロキサンのエツチング速度は上
層レジスト層のエツチング速度と同等もしくはそれ以上
であることが必要となる。通常、最もエツチング耐性が
高いと考えられている紫外線レジス) A Z−135
C1の、同条件下でのエツチング速度を測定すると、2
30A /minであり、従ってオルガノポリシロキサ
ンのエツチング速度も少なくとも230人/1nin以
上であることが必要となる。
第2図に(p+q)/ (m+n)とエツチング速度の
関係を示したが、第2図の結果から、前記必要条件を満
足する(p+q)/ (m+n)をめると、(p+q)
/ (m+n)≧0.8 となり、パターン形成のため
には少なくともこの条件を満足するオルガノポリシロキ
サンを使わなければならないことがわかる。
i 以上の様に・p−qの値が大きい程”ツチ′グl 
速度も速くなることがわかる。これは以下のよう→ な理由による。
即ち、結合エネルギーはS i−C(69,3Kcal
 /mol )の方が81−〇(88,2Kcal /
mo] )より小さく、切断されやすい。従って、反応
種であるF原子は先ず以下の遷移状態を経由し、Cを解
離する。
F+−○δ−−3iδ十−C→〔F SI C〕→1 06− ○ 1 一〇−3i −F + C この場合、Slに隣接している酸素の数が多くなる程3
164分極の度合が大きくなるため請求核的なFの接近
が容易となる。その結果反応が生じることから、分極の
度合は反応速度に仕付すると考えられる。従って、反応
速度はR31Oa/2>R2S i O>R3S io
、7□ となる。一方、5102の場合、Cは含まれて
いないものの分極の度合は最も大きいことから、RS 
i 03/2 と同様にエツチング速度は速いものと考
えられる。
以上の考察から、S I 02 、R3] 03/2が
多い程エツチング速度は速くなるものと考えられる。
実施例 以下、実施例により本発明を更に一層具体的に説明する
が、本発明の範囲はこれら実施例によって何隻制限され
ない。
実施例1 0.5μm厚のアルミニウム薄膜を堆積した基板上に、
下層レジストとしてシプレー社製ホトレジス)’ A 
Z−1350を膜厚が1.5 μmとなるようにスピン
塗布し、窒素雰囲気下150℃にて、30分加熱処理し
た。続いて、(p+q)/ (m+n) −8,1であ
るオルガノポリシロキサンを膜厚が0.2 μmとなる
ようにスピン塗布し、窒素雰囲気下150 ℃にて、3
0分加熱処理した。次に、上層レジストとしてΔZ−1
350を膜厚が1μmとなるようにスピン塗布し、紫外
線露光、現像処理を行い、1μm幅のレジストパターン
を形成した。このレジストパターンをマスクとして、高
周波電力1001’l、 CF4流量50sccm、ガ
ス圧力0.0ITorrなる条件下でR’IEを行うこ
とにより、オルガノポリシロキサンをエツチングした。
続いて、CF、を02に切換えて下層レジスト層をエツ
チングすることにより、1μm幅の3層レジストパター
ンを形成した。
実施例2 0.5μm厚のアルミニウム薄膜を堆積した基板上にΔ
Z−1350を、膜厚が1.5 μmとなるようにスピ
ン塗布し、これを150℃にて、30分加熱処理した後
、(p+q)/ (m十n) −8,1のオルガノポリ
シロキサンを膜厚が0.2μmとなるようにスピン塗布
し、150℃にて30分加熱処理した。次に、」二層レ
ジストとして電子線ネガ型レジストであるCMSを0,
4μmの膜厚にスピン塗布し、電子線露光、現像処理を
行うことにより、0.5μm幅のレジストパターンを形
成した。続いて、レジストパターンをマスクとして高周
波電力1001!1%CF、流量50secm、ガス圧
力0.01Torrなる条件下でRIEを行い、オルガ
ノポリシロキサンをエツチングし、次いでCF、をQ2
に切換えて下層レジスト層をエツチングすることにより
、0.5 μm幅の3層レジストパターンを形成した。
尚、上述した実施例においては下層レジスト層形成材料
としてAZ−1350を使用したが、基板表面に密着性
良く塗布でき、かつ02RIE法により容易にエツチン
グし得る材料であればすべて本発明において使用できる
。従って、市販のレジスト材料の他、塗布可能な有機高
分子材料は基本的にはすべて本発明に適用出来る。上層
レジストについても、公知の紫外線レジスト、X線レジ
スト、、f’ 電子線レジストはすべて適用可能である
また、オルガノポリシロキサンのエツチング用ガスとし
ては、実施例で述べたC F 4をはじめとして、フッ
素を含むガスのすべてが本発明において適用できる。尚
、加工形状やエツチング速度を制御するために酸素、水
素、ヘリウム等のガスを混合することも効果的である。
更に、上層レジストの露光特性向上のために、オルガノ
ポリシロキサン中に他の物質を含ませることも可能であ
り、例えば定在波効果を抑制する目的で、露光波長領域
の光を吸収する、所謂光吸収材を含ませることは特に有
効である。
発明の効果 か(して、本発明によれば一般式(1)で示されるよう
な三層レジスト用中間層材料としてのオルカリポリシロ
キサンが提供され、このものは従来公知のオルガノポリ
シロキサンについてみられたパターン形成のためのエツ
チングがスムーズに進行しないとか、微細なパターンが
形成し得ない等の欠点を示さず、極めて良好なエツチン
グを可能とするものである。
従って、本発明のオルガノポリシロキサンを多層レジス
ト用中間層材料として使用した場合にはスループットの
大巾な向上を図ることができるばかりでなく、多層レジ
ストを用いた微細・高精度のパターン形成が確実に保証
されることになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、3層レジストの構成を示す断面図であり、 第2図は(p+q)/ (m+n)とエツチング速度と
の関係を示す図である。 (主な参照番号) ] 基板 2 下層レジスト層 3 中間層 4 上層レジスト層 特許出願人 日本電信電話公社 代 理 人 弁理士 新居 正彦 第1図 1−一一墓卑反 2−一一π厘しぴ又ト肩 3−一一中間眉 4−一一上眉しプス1眉

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)下記一般式: %式%) ) 但し、式中Rは同一もしくは異なっていてもよく、炭化
    水素基、水素、水酸基、アルコキシ基からなる群から選
    ばれる一種であり、 m+n+p+q=l、m>Q、n1p1q≧0である、 で表され、(p十q)/ (m+n)≧0.8であるオ
    ルガノポリシロキサン材料からなることを特徴とする三
    層レジスト用中間層材料。
  2. (2)基板上に、有機高分子材料からなる下層レジスト
    層と、中間層と、放射線で架橋若しくは分解する高分子
    材料からなる上層レジスト層を順次形成し、該上層レジ
    スト層を露光・現像することにより所望のパターンを該
    上層レジスト層に形成し、少なくともフッ素を含有する
    ガスプラズマにより前記中間層をエツチングし、次いで
    下層レジスト層をエツチングすることにより三層レジス
    トパターンを形成するに際し、前記中間層用材料として
    、下記一般式: %式%) ) 但し、該一般式において、Rは同一もしくは異なってい
    てもよく、炭化水素基、水素、水酸基、アルコキシ基か
    らなる群から選ばれる一種であり、m+n+p+Q=1
    .、m>Q、TIS+)%q≧0である、 で表され、(p+q)/ (m+n)≧0.8であるオ
    ルガノポリシロキサン材料を使用することを特徴とする
    上記オルガノポリシロキサン材料の利用方法。
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