JPS6123326A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPS6123326A JPS6123326A JP14323184A JP14323184A JPS6123326A JP S6123326 A JPS6123326 A JP S6123326A JP 14323184 A JP14323184 A JP 14323184A JP 14323184 A JP14323184 A JP 14323184A JP S6123326 A JPS6123326 A JP S6123326A
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- Japan
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- silicon nitride
- nitride film
- film
- light
- metal wiring
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
- H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
- H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers
- H01L21/0274—Photolithographic processes
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- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
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- Power Engineering (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Formation Of Insulating Films (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、微細加工性に優れた金属配線上の絶縁膜であ
るシリコン窒化膜を有する半導体装置及びその製造方法
に関するものであ□る。
るシリコン窒化膜を有する半導体装置及びその製造方法
に関するものであ□る。
シリコン窒化膜(SiJ4 )は耐湿性、耐アルカリイ
オン性および段差被覆性に優れているという特徴のため
、半導体集積回路の多層配線工程における層間絶縁膜や
最終保護膜として広く応用されている。
オン性および段差被覆性に優れているという特徴のため
、半導体集積回路の多層配線工程における層間絶縁膜や
最終保護膜として広く応用されている。
このように応用されるシリコン窒化膜としては、絶縁特
性や熱処理に対する絶縁性の耐熱安定性の観点から、シ
リコンと窒素の原子数比が化学量論値と一致し、屈折率
が約2.0の膜が最適である。
性や熱処理に対する絶縁性の耐熱安定性の観点から、シ
リコンと窒素の原子数比が化学量論値と一致し、屈折率
が約2.0の膜が最適である。
一方、かかるシリコン窒化膜は金属配線材料上に堆積さ
れた後、通常のフォトリソグラフィーによりコンタクト
穴の開口やパターン形成が施される。
れた後、通常のフォトリソグラフィーによりコンタクト
穴の開口やパターン形成が施される。
ところが、上述した最適条件のシリコン窒化膜は、通常
のフォトリソグラフィーで用いられる波長領域の光に対
する吸収係数が小さいことが知られており、しかもこの
種のシリコン窒化膜の膜厚は1μm前後の極めて薄いも
のであるため、金属配線材料がアルミニューム等光反射
率の高い材料である場合には、入射光と金属配線材料表
面からの反射光がレジスト内で干渉し、コンタクト穴や
パターンの寸法が所望の寸法よりも大きく形成されてし
まうことがある。特に、下地金属が段差を有する場合に
は段差の側面反射光により、パターン形状が崩れ、半導
体装置の微細化の妨げとなっていた。
のフォトリソグラフィーで用いられる波長領域の光に対
する吸収係数が小さいことが知られており、しかもこの
種のシリコン窒化膜の膜厚は1μm前後の極めて薄いも
のであるため、金属配線材料がアルミニューム等光反射
率の高い材料である場合には、入射光と金属配線材料表
面からの反射光がレジスト内で干渉し、コンタクト穴や
パターンの寸法が所望の寸法よりも大きく形成されてし
まうことがある。特に、下地金属が段差を有する場合に
は段差の側面反射光により、パターン形状が崩れ、半導
体装置の微細化の妨げとなっていた。
かかるパターン寸法ズレやパターン形状面れを防止する
方法として、従来から、フォトリソグラフィーで用いる
波長領域の光に対する吸収係数の高い材料たとえば非晶
質Ge−5eや非晶質Si等をシリコン窒化膜上に反射
防止膜として堆積した後、フォトリソグラフィーを行な
う方法が知られている。
方法として、従来から、フォトリソグラフィーで用いる
波長領域の光に対する吸収係数の高い材料たとえば非晶
質Ge−5eや非晶質Si等をシリコン窒化膜上に反射
防止膜として堆積した後、フォトリソグラフィーを行な
う方法が知られている。
しかし、この方法によれば、確かに設計寸法通りのパタ
ーン形成が可能であるが、反射防止膜堆積工程、フォト
リソグラフィー後のエソチング工程、さらに反射防止膜
の除去工程等が付加され、工程数の増加によるプロセス
の煩雑化やターン・アラカント・タイムの増加等の問題
点が新たに発生ずる。
ーン形成が可能であるが、反射防止膜堆積工程、フォト
リソグラフィー後のエソチング工程、さらに反射防止膜
の除去工程等が付加され、工程数の増加によるプロセス
の煩雑化やターン・アラカント・タイムの増加等の問題
点が新たに発生ずる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、工程数やターン・アラウンド・
タイムを増加させることなく、微細パターン形成が可能
な半導体装置を捉供することにある。
の目的とするところは、工程数やターン・アラウンド・
タイムを増加させることなく、微細パターン形成が可能
な半導体装置を捉供することにある。
かかる目的を達成するために本発明の半導体装置は、金
属配線上の絶縁膜としてフォトリソグラフィーで用いら
れる光の波長に対する吸収係数と膜厚の積が0.8以上
のシリコン窒化膜を用いるものであり、また、本発明の
製造方法は、シリコン窒化膜を形成する際に反応ガスと
してシランとアンモニアまたはシランと窒素を用いるプ
ラズマCVD法よるものであり、その形成条件はシリコ
ン窒化膜のシリコン対窒素の原子数比が化学量論値とな
る形成条件の中のアンモニアまたは窒素のシランに対す
る流量比のみを小さくしたものである。
属配線上の絶縁膜としてフォトリソグラフィーで用いら
れる光の波長に対する吸収係数と膜厚の積が0.8以上
のシリコン窒化膜を用いるものであり、また、本発明の
製造方法は、シリコン窒化膜を形成する際に反応ガスと
してシランとアンモニアまたはシランと窒素を用いるプ
ラズマCVD法よるものであり、その形成条件はシリコ
ン窒化膜のシリコン対窒素の原子数比が化学量論値とな
る形成条件の中のアンモニアまたは窒素のシランに対す
る流量比のみを小さくしたものである。
以下、実施例と共に本発明の詳細な説明する。
第1図は、本発明に係る半導体装置の一実施例を示す部
分断面図であり、金属配線上の層間絶縁膜をフォトリソ
グラフィーでパターン形成する際の構造を示したもので
ある。
分断面図であり、金属配線上の層間絶縁膜をフォトリソ
グラフィーでパターン形成する際の構造を示したもので
ある。
金属配線層3の上に層間絶縁膜であるシリコン窒化膜2
が形成されており、さらにその上にフォトリソグラフィ
ーのためのレジスト層1が形成されている。
が形成されており、さらにその上にフォトリソグラフィ
ーのためのレジスト層1が形成されている。
レジスト層1を透過した光の強度をIoとすると、この
光はシリコン窒化膜2を透過して金属配線層3の表面で
反射し、再びシリコン窒化1lU2とレジスト層1の界
面に戻る時の反射光の強度はランベルト−ベールの法則
によって、 ■−I。exp(−2・α・d) であることが示される。
光はシリコン窒化膜2を透過して金属配線層3の表面で
反射し、再びシリコン窒化1lU2とレジスト層1の界
面に戻る時の反射光の強度はランベルト−ベールの法則
によって、 ■−I。exp(−2・α・d) であることが示される。
ここで、αおよびdはシリコン窒化膜2の吸収係数およ
び膜厚である。なお、吸収係数は光の波長に依存する係
数であり、本実施例ではフォトリソグラフィーにおいて
436nmの波長の光を利用しているので、上式におけ
るdは436nmの波長の光に対する吸収係数である。
び膜厚である。なお、吸収係数は光の波長に依存する係
数であり、本実施例ではフォトリソグラフィーにおいて
436nmの波長の光を利用しているので、上式におけ
るdは436nmの波長の光に対する吸収係数である。
また、指数項中の因子2は、光がシリコン窒化膜2を
往復するために入っているものである。
往復するために入っているものである。
ところで、フォトリソグラフィーにおける金属配線層か
らの反射光を防ぐために反射防止膜を用いるという方法
が既にあることを先に述べたが、この従来方法による場
合、反射防止膜の反射率を空気に対する反射率にして概
ね20〜30%若しくはそれ以下とすれば、はぼ設計寸
法通りのパターン形成が可能であることが既に知られて
いる。
らの反射光を防ぐために反射防止膜を用いるという方法
が既にあることを先に述べたが、この従来方法による場
合、反射防止膜の反射率を空気に対する反射率にして概
ね20〜30%若しくはそれ以下とすれば、はぼ設計寸
法通りのパターン形成が可能であることが既に知られて
いる。
したがって、反射光の強度に関して反射防止膜と同程度
の効果をシリコン窒化膜2に持たせるためには、exp
(−2・t:x ・d)の値を0.2〜0.3若しくは
それ以下とすれば良いことが判る。
の効果をシリコン窒化膜2に持たせるためには、exp
(−2・t:x ・d)の値を0.2〜0.3若しくは
それ以下とすれば良いことが判る。
αとdの積が0.8以上であれば、かかる条件を満足す
る。ちなみに、αとdの積が0.8のときのexp(−
2・α・d)の値は約0.2である。
る。ちなみに、αとdの積が0.8のときのexp(−
2・α・d)の値は約0.2である。
−例として、膜厚が1μmという平均的なシリコン窒化
膜を用いる場合を考えてみると、αとdの積が0.8以
上であるためには、吸収係数αが8×103cm−’以
上であることが必要となる。
膜を用いる場合を考えてみると、αとdの積が0.8以
上であるためには、吸収係数αが8×103cm−’以
上であることが必要となる。
このようなシリコン窒化膜は、プラズマCVD法1反応
性スパッタリング、光CVD法、ECRイオンシャワー
法等により適切な形成条件のもとで形成することが可能
である。
性スパッタリング、光CVD法、ECRイオンシャワー
法等により適切な形成条件のもとで形成することが可能
である。
つぎに、このような半導体装置の製造方法の一実施例を
説明する。
説明する。
シリコン窒化膜をプラズマCVD法により形成する場合
、反応ガスとしてアンモニアとシランまたは窒素とシラ
ンを用いる。すなわち、モノシランまたは多重シランと
、アンモニアまたは窒素と、アルゴン、窒素、水素、ま
たはヘリウム等の希釈ガスとから成る混合ガスを高周波
グロー放電により励起・分解することにより、シリコン
窒化膜を形成するものである。
、反応ガスとしてアンモニアとシランまたは窒素とシラ
ンを用いる。すなわち、モノシランまたは多重シランと
、アンモニアまたは窒素と、アルゴン、窒素、水素、ま
たはヘリウム等の希釈ガスとから成る混合ガスを高周波
グロー放電により励起・分解することにより、シリコン
窒化膜を形成するものである。
第2図は反応ガスとしてアンモニアとシランを用いた場
合のプラズマCVD法によるシリコン窒化膜の形成条件
のうち、アンモニアガスの流量を変化させたときのシリ
コン窒化膜の吸収係数の波長依存性を示した特性図であ
る。なお、このときの他の条件として、基板温度を35
0’C,プラズマ放電のための高周波電力を2.5KW
、5%アルゴン希釈シラン流量を30cc/minとし
ている。
合のプラズマCVD法によるシリコン窒化膜の形成条件
のうち、アンモニアガスの流量を変化させたときのシリ
コン窒化膜の吸収係数の波長依存性を示した特性図であ
る。なお、このときの他の条件として、基板温度を35
0’C,プラズマ放電のための高周波電力を2.5KW
、5%アルゴン希釈シラン流量を30cc/minとし
ている。
図中曲線A、B、Cはそれぞれアンモニア流量が50.
30. 10cc/minの場合に対応する。
30. 10cc/minの場合に対応する。
従来から層間絶縁膜として一般的に用いられてきたシリ
コン窒化膜は、シリコン対窒素の原子数比がほぼ化学量
論値に等しく、屈折率が約2.0であるが、かかるシリ
コン窒化膜は曲線Aの場合すなわち、アンモニア流量が
50cc/minの場合に形成される。
コン窒化膜は、シリコン対窒素の原子数比がほぼ化学量
論値に等しく、屈折率が約2.0であるが、かかるシリ
コン窒化膜は曲線Aの場合すなわち、アンモニア流量が
50cc/minの場合に形成される。
しかし、このシリコン窒化膜の、フォトリソグラフィー
で多用される波長436nmの光における吸収係数αは
4 X I O” cIn−’と小さく、膜厚dが1μ
m (l X 10−’cm)という平均的なシリコン
窒化膜の場合を考えると、α×dの値は4×10−2と
なり、eXp(−2・α・d)の値は約92%となる。
で多用される波長436nmの光における吸収係数αは
4 X I O” cIn−’と小さく、膜厚dが1μ
m (l X 10−’cm)という平均的なシリコン
窒化膜の場合を考えると、α×dの値は4×10−2と
なり、eXp(−2・α・d)の値は約92%となる。
これは、このシリコン窒化膜ではほとんど光が吸収され
ないことを意味しており、上述したように、反射防止膜
を用いなければ微細加工することができない。
ないことを意味しており、上述したように、反射防止膜
を用いなければ微細加工することができない。
つぎに、アンモニア流量を30 、 10 cc/mi
nと減少させると、第2図の曲線B、Cに示したように
波長436nmの光における吸収係数はそれぞれ8.5
X 10’ 、 1.5 X 105cm−’に増加し
、上述の場合と同様に膜厚dが1μm(IXIO−’c
m)という平均的なシリコン窒化膜の場合を考えると、
いずれの場合もexp(−2・α・d)の値は零に極め
て近い値となる。
nと減少させると、第2図の曲線B、Cに示したように
波長436nmの光における吸収係数はそれぞれ8.5
X 10’ 、 1.5 X 105cm−’に増加し
、上述の場合と同様に膜厚dが1μm(IXIO−’c
m)という平均的なシリコン窒化膜の場合を考えると、
いずれの場合もexp(−2・α・d)の値は零に極め
て近い値となる。
したがって、下地材料がアルミニュームのような高反射
率を有する金属配線材料であっても、反射防止膜を用い
ることなく充分に微細加工することができる。
率を有する金属配線材料であっても、反射防止膜を用い
ることなく充分に微細加工することができる。
一方、プラズマCVD法によるシリコン窒化膜の形成条
件のうちのアンモニアの流量を減少させることは、シリ
コン窒化膜の組成すなわちシリコン対窒素の原子数比が
化学量論値に比べてシリコン過剰にすることを意味し、
さらにシリコン窒化膜の組成をシリコン過剰にするとい
うことは、リーク電流の増加すなわち絶縁耐圧の低下を
招くことになる。
件のうちのアンモニアの流量を減少させることは、シリ
コン窒化膜の組成すなわちシリコン対窒素の原子数比が
化学量論値に比べてシリコン過剰にすることを意味し、
さらにシリコン窒化膜の組成をシリコン過剰にするとい
うことは、リーク電流の増加すなわち絶縁耐圧の低下を
招くことになる。
しかし、絶縁耐圧をたとえば1μAの電流が流れる電界
強度をもって定義すれば、第2図における曲線A、B、
Cに対応するシリコン窒化膜の絶縁耐圧の値はそれぞれ
7X10’、5X106およびI X 10’ V/c
mとなり、これらの値は通常の半導体装置で要求される
値を充分満足しており、問題ないことが判った。
強度をもって定義すれば、第2図における曲線A、B、
Cに対応するシリコン窒化膜の絶縁耐圧の値はそれぞれ
7X10’、5X106およびI X 10’ V/c
mとなり、これらの値は通常の半導体装置で要求される
値を充分満足しており、問題ないことが判った。
したがって、半導体装置に要求される絶縁耐圧の許容範
囲内で、吸収係数の大きなシリコン窒化膜を形成するこ
とができ、このシリコン窒化膜の膜厚を層間絶縁膜とし
て一般的な1μm前後とすれば、フォトリソグラフィー
による微細パターン形成が充分可能な程度にその反射率
を低下させることができる。
囲内で、吸収係数の大きなシリコン窒化膜を形成するこ
とができ、このシリコン窒化膜の膜厚を層間絶縁膜とし
て一般的な1μm前後とすれば、フォトリソグラフィー
による微細パターン形成が充分可能な程度にその反射率
を低下させることができる。
また、このような、シリコン過剰シリコン窒化膜はフレ
オン系ガスを用いる反応性イオンエツチング法により、
容易にアンダーカットなしにエツチングできるで微細寸
法パターンをパターン変換差なしに高精度に形成するこ
とが可能である。
オン系ガスを用いる反応性イオンエツチング法により、
容易にアンダーカットなしにエツチングできるで微細寸
法パターンをパターン変換差なしに高精度に形成するこ
とが可能である。
本実施例では、シリコン窒化膜2の形成にあたり、反応
ガスとしてアンモニアとシランを用いたプラズマCVD
法によったが、窒素とシランを用いたプラズマCVD法
により吸収係数の大きなシリコン窒化膜を形成するには
、形成されるべきシリコン窒化膜のシリコン対窒素の原
子数比が化学量論値となる形成条件のうちの、反応ガス
流量比のみを窒素の流量が多くなるようにすればよい。
ガスとしてアンモニアとシランを用いたプラズマCVD
法によったが、窒素とシランを用いたプラズマCVD法
により吸収係数の大きなシリコン窒化膜を形成するには
、形成されるべきシリコン窒化膜のシリコン対窒素の原
子数比が化学量論値となる形成条件のうちの、反応ガス
流量比のみを窒素の流量が多くなるようにすればよい。
また、本実施例では、フォトリソグラフィーで用いる光
の波長は436 nmであるが、これ以外の波長の光で
も構わないことはいうまでもない。
の波長は436 nmであるが、これ以外の波長の光で
も構わないことはいうまでもない。
以上説明したように、本発明の半導体装置によれば、金
属配線上の絶縁膜としてフォトリソグラフィーで用いら
れる光の波長に対する吸収係数と膜厚の積が0.8以上
のシリコン窒化膜を用いるので、フォトリソグラフィー
によるシリコン窒化膜のパターン形成の際に反射防止膜
を用いなくとも高精度の微細なパターン形成が可能とな
り、したがって反射防止膜の堆積工程、エソチング工程
。
属配線上の絶縁膜としてフォトリソグラフィーで用いら
れる光の波長に対する吸収係数と膜厚の積が0.8以上
のシリコン窒化膜を用いるので、フォトリソグラフィー
によるシリコン窒化膜のパターン形成の際に反射防止膜
を用いなくとも高精度の微細なパターン形成が可能とな
り、したがって反射防止膜の堆積工程、エソチング工程
。
除去工程が不要となり、プロセスの大幅な簡略化が可能
となる。
となる。
また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、シリコ
ン窒化膜を形成する際に反応ガスとしてシランとアンモ
ニアまたはシランと窒素を用いるプラズマCVD法よる
とともに、そのときの形成条件をシリコン窒化膜のシリ
コン対窒素の原子数比が化学Ha値となる形成条件の中
のアンモニアまたは窒素のシランに対する流量比のみを
小さくするというきわめて簡単な方法により、吸収係数
の高いシリコン窒化膜を得ることができる。したがって
、膜厚が1μm前後の極めて薄いシリコン窒化膜をアル
ミニュームのような反射率の高い金属配線層上に形成す
る場合でも、フォトリソグラフィーによる微細パターン
形成が充分可能な程度にその反射光の影響を除去できる
。
ン窒化膜を形成する際に反応ガスとしてシランとアンモ
ニアまたはシランと窒素を用いるプラズマCVD法よる
とともに、そのときの形成条件をシリコン窒化膜のシリ
コン対窒素の原子数比が化学Ha値となる形成条件の中
のアンモニアまたは窒素のシランに対する流量比のみを
小さくするというきわめて簡単な方法により、吸収係数
の高いシリコン窒化膜を得ることができる。したがって
、膜厚が1μm前後の極めて薄いシリコン窒化膜をアル
ミニュームのような反射率の高い金属配線層上に形成す
る場合でも、フォトリソグラフィーによる微細パターン
形成が充分可能な程度にその反射光の影響を除去できる
。
第1図は本発明に係る半導体装置の一実施例を示す部分
断面図、第2図はシリコン窒化膜の吸収係数の波長依存
性を示した特性図である。 1・・・レジスト層、2・・・シリコン窒化膜、3・・
・金属配線層。
断面図、第2図はシリコン窒化膜の吸収係数の波長依存
性を示した特性図である。 1・・・レジスト層、2・・・シリコン窒化膜、3・・
・金属配線層。
Claims (2)
- (1)金属配線上の絶縁膜としてシリコン窒化膜を用い
る半導体装置において、前記絶縁膜をフォトリソグラフ
ィーでパターン形成する際の光の波長に対する該絶縁膜
の吸収係数をα(cm^−^1)、膜厚をd(cm)と
した時、αとdの積が0.8以上であることを特徴とす
る半導体装置。 - (2)反応ガスとしてシランとアンモニアまたはシラン
と窒素を用いるプラズマCVD法により金属配線上にシ
リコン窒化膜を形成する半導体装置の製造方法において
、前記シリコン窒化膜のシリコン対窒素の原子数比が化
学量論値となる形成条件の中のアンモニアまたは窒素の
シランに対する流量比のみを小さくした形成条件でシリ
コン窒化膜を形成することを特徴とする半導体装置の製
造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14323184A JPS6123326A (ja) | 1984-07-12 | 1984-07-12 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14323184A JPS6123326A (ja) | 1984-07-12 | 1984-07-12 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6123326A true JPS6123326A (ja) | 1986-01-31 |
Family
ID=15333948
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14323184A Pending JPS6123326A (ja) | 1984-07-12 | 1984-07-12 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6123326A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019067826A (ja) * | 2017-09-28 | 2019-04-25 | キヤノン株式会社 | 撮像装置およびその製造方法ならびに機器 |
-
1984
- 1984-07-12 JP JP14323184A patent/JPS6123326A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019067826A (ja) * | 2017-09-28 | 2019-04-25 | キヤノン株式会社 | 撮像装置およびその製造方法ならびに機器 |
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