JP3453370B2 - 微細パターンの形成方法、半導体装置の製造方法および半導体装置 - Google Patents
微細パターンの形成方法、半導体装置の製造方法および半導体装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置を製造
する工程などにおいて、基板上に薄膜の微細パターンを
形成する方法に関する。
する工程などにおいて、基板上に薄膜の微細パターンを
形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造工程において多層配線
を実現するために、有機樹脂に、溝状パターンと穴状パ
ターンとが共存する微細パターンを形成したい場合があ
る。図３は、このような場合の微細パターンの形成方法
として、従来から知られている方法を説明するための図
である。
を実現するために、有機樹脂に、溝状パターンと穴状パ
ターンとが共存する微細パターンを形成したい場合があ
る。図３は、このような場合の微細パターンの形成方法
として、従来から知られている方法を説明するための図
である。
【０００３】図３（ａ）から（ｈ）は、パターン形成過
程における半導体装置の断面図を表した図である。はじ
めに、図３（ａ）に示すように、下地ウエハ基板１上に
有機樹脂２を塗布し、熱架橋させる。次いで、その有機
樹脂２上に、図３（ｂ）に示すように、真空蒸着により
ＳｉＯ２膜３を成膜する。さらに、そのＳｉＯ２膜３の
上に、回転塗布法によりレジスト４を塗布する。
程における半導体装置の断面図を表した図である。はじ
めに、図３（ａ）に示すように、下地ウエハ基板１上に
有機樹脂２を塗布し、熱架橋させる。次いで、その有機
樹脂２上に、図３（ｂ）に示すように、真空蒸着により
ＳｉＯ２膜３を成膜する。さらに、そのＳｉＯ２膜３の
上に、回転塗布法によりレジスト４を塗布する。
【０００４】次に、図３（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示す
ように公知のホトリソグラフィ技術とエッチング手法を
用いて、穴状のパターンを形成する。すなわち、まず、
図３（ｃ）に示すように所望の箇所（矢印で図示）のみ
を露光、現像して穴状パターンを形成する。次に、その
穴状パターンを、エッチングによりＳｉＯ２膜３に転写
して、図３（ｄ）に示すように、穴状ＳｉＯ２膜パター
ン５を形成し、さらに、酸素プラズマエッチングによ
り、その穴状ＳｉＯ２膜パターンを有機樹脂２に転写し
て、図３（ｅ）に示すように、穴状有機樹脂パターン６
を形成する。
ように公知のホトリソグラフィ技術とエッチング手法を
用いて、穴状のパターンを形成する。すなわち、まず、
図３（ｃ）に示すように所望の箇所（矢印で図示）のみ
を露光、現像して穴状パターンを形成する。次に、その
穴状パターンを、エッチングによりＳｉＯ２膜３に転写
して、図３（ｄ）に示すように、穴状ＳｉＯ２膜パター
ン５を形成し、さらに、酸素プラズマエッチングによ
り、その穴状ＳｉＯ２膜パターンを有機樹脂２に転写し
て、図３（ｅ）に示すように、穴状有機樹脂パターン６
を形成する。
【０００５】その後、図３（ｆ）に示すように、前記工
程により形成された穴状パターンを埋めるように、ウエ
ハ全面に有機樹脂７を塗布して熱架橋させ、その有機樹
脂７上に真空蒸着によりＳｉＯ２膜８を成膜し、さらに
ＳｉＯ２膜８上に回転塗布法によりレジスト９を塗布す
る。
程により形成された穴状パターンを埋めるように、ウエ
ハ全面に有機樹脂７を塗布して熱架橋させ、その有機樹
脂７上に真空蒸着によりＳｉＯ２膜８を成膜し、さらに
ＳｉＯ２膜８上に回転塗布法によりレジスト９を塗布す
る。
【０００６】次に、公知のホトリソグラフィ技術とエッ
チング手法を用いて、溝状のパターンを形成する。すな
わち、まず、図３（ｆ）に示すように、所望の箇所（矢
印で図示）を露光して溝状レジストパターンを形成す
る。次に、図３（ｇ）に示すように、エッチングにより
そのレジストパターンを転写して、溝状ＳｉＯ２膜パタ
ーン１０を形成する。さらに、図３（ｈ）に示すよう
に、溝状ＳｉＯ２膜パターン１０を酸素プラズマエッチ
ングなどを行って有機樹脂７に転写し、溝状有機樹脂パ
ターン１１を形成する。
チング手法を用いて、溝状のパターンを形成する。すな
わち、まず、図３（ｆ）に示すように、所望の箇所（矢
印で図示）を露光して溝状レジストパターンを形成す
る。次に、図３（ｇ）に示すように、エッチングにより
そのレジストパターンを転写して、溝状ＳｉＯ２膜パタ
ーン１０を形成する。さらに、図３（ｈ）に示すよう
に、溝状ＳｉＯ２膜パターン１０を酸素プラズマエッチ
ングなどを行って有機樹脂７に転写し、溝状有機樹脂パ
ターン１１を形成する。
【０００７】さらに一旦埋められた穴の部分をエッチン
グ処理することにより、穴状パターン１２を形成する。
図４は、溝状パターンおよび穴状パターンが形成された
基板を上から見た図を、断面図（図３（ｈ）と同じ）と
ともに示した図である。
グ処理することにより、穴状パターン１２を形成する。
図４は、溝状パターンおよび穴状パターンが形成された
基板を上から見た図を、断面図（図３（ｈ）と同じ）と
ともに示した図である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法は、有機樹
脂に、溝状パターンと穴状パターンとが共存する微細パ
ターンを形成することはできるものの、前述のように２
回の真空蒸着処理が必要となるため、全体として工程が
複雑であった。本発明は、溝状パターンと穴状パターン
とが共存する微細パターンを、真空蒸着処理を行わず
に、より簡単に形成する方法を提供することを目的とす
る。
脂に、溝状パターンと穴状パターンとが共存する微細パ
ターンを形成することはできるものの、前述のように２
回の真空蒸着処理が必要となるため、全体として工程が
複雑であった。本発明は、溝状パターンと穴状パターン
とが共存する微細パターンを、真空蒸着処理を行わず
に、より簡単に形成する方法を提供することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の微細パターンの
形成方法は、基板上に第１の下層レジストを塗布形成
し、さらに、当該下層レジスト上に、表層から無機物元
素が付与されると所定のエッチングガスによるドライエ
ッチングに対して耐性が強くなる材料からなる第１の上
層レジストを塗布形成する第１の薄膜形成工程と前記第
１の上層レジストの所定の範囲を穴状に架橋させて第１
の架橋部を形成する第１の架橋部形成工程と、前記第１
の架橋部が形成された第１の上層レジストを無機物元素
を含むガスにさらして、当該上層レジストの前記第１の
架橋部を除く部分に、前記ガス中に含まれる無機物元素
を付与する第１の無機物元素付与工程と、前記第１の無
機物元素付与工程後の前記第１の上層レジストに対し、
当該第１の上層レジストの耐熱性を高める処理を施す耐
熱性向上処理工程と、前記耐熱性向上処理工程後の第１
の上層レジストの上に、第２の下層レジストを塗布形成
し、さらに、当該下層レジスト上に、表層から無機物元
素が付与されると所定のエッチングガスによるドライエ
ッチングに対して耐性が強くなる材料からなる第２の上
層レジストを塗布形成する第２の薄膜形成工程と、前記
第２の上層レジストの、前記第１の架橋部の上に位置す
る所定の範囲を、溝状に架橋させて第２の架橋部を形成
する第２の架橋部形成工程と、前記第２の架橋部が形成
された第２の上層レジストを無機物元素を含むガスにさ
らして、当該上層レジストの前記第２の架橋部を除く部
分に前記ガス中に含まれる無機物元素を付与する第２の
無機物元素付与工程と、前記第２の無機物元素付与工程
後に、前記所定のエッチングガスを用いてドライエッチ
ングを行って、前記第２の上層レジストおよび下層レジ
ストについての溝状パターンと、前記第１の上層レジス
トおよび下層レジストについての穴状パターンとを形成
するエッチング工程と、を含むことを特徴とする方法で
ある。
形成方法は、基板上に第１の下層レジストを塗布形成
し、さらに、当該下層レジスト上に、表層から無機物元
素が付与されると所定のエッチングガスによるドライエ
ッチングに対して耐性が強くなる材料からなる第１の上
層レジストを塗布形成する第１の薄膜形成工程と前記第
１の上層レジストの所定の範囲を穴状に架橋させて第１
の架橋部を形成する第１の架橋部形成工程と、前記第１
の架橋部が形成された第１の上層レジストを無機物元素
を含むガスにさらして、当該上層レジストの前記第１の
架橋部を除く部分に、前記ガス中に含まれる無機物元素
を付与する第１の無機物元素付与工程と、前記第１の無
機物元素付与工程後の前記第１の上層レジストに対し、
当該第１の上層レジストの耐熱性を高める処理を施す耐
熱性向上処理工程と、前記耐熱性向上処理工程後の第１
の上層レジストの上に、第２の下層レジストを塗布形成
し、さらに、当該下層レジスト上に、表層から無機物元
素が付与されると所定のエッチングガスによるドライエ
ッチングに対して耐性が強くなる材料からなる第２の上
層レジストを塗布形成する第２の薄膜形成工程と、前記
第２の上層レジストの、前記第１の架橋部の上に位置す
る所定の範囲を、溝状に架橋させて第２の架橋部を形成
する第２の架橋部形成工程と、前記第２の架橋部が形成
された第２の上層レジストを無機物元素を含むガスにさ
らして、当該上層レジストの前記第２の架橋部を除く部
分に前記ガス中に含まれる無機物元素を付与する第２の
無機物元素付与工程と、前記第２の無機物元素付与工程
後に、前記所定のエッチングガスを用いてドライエッチ
ングを行って、前記第２の上層レジストおよび下層レジ
ストについての溝状パターンと、前記第１の上層レジス
トおよび下層レジストについての穴状パターンとを形成
するエッチング工程と、を含むことを特徴とする方法で
ある。
【００１０】ここで、「表層から無機物元素が付与され
ると所定のエッチングガスによるドライエッチングに対
して耐性が強くなる材料からなる」レジストとは、例え
ばケイ素（Ｓｉ）元素を含むガスにさらすことによりＳ
ｉと水酸基とが結合してレジスト中にＳｉが取り込まれ
る、いわゆるシリル化レジストなどをいう。具体的に
は、ポリビニルフェノール系レジストなどが好ましい。
その他、Ｓｉ以外の金属を取り込むことができる材料か
らなるレジストでもよい。
ると所定のエッチングガスによるドライエッチングに対
して耐性が強くなる材料からなる」レジストとは、例え
ばケイ素（Ｓｉ）元素を含むガスにさらすことによりＳ
ｉと水酸基とが結合してレジスト中にＳｉが取り込まれ
る、いわゆるシリル化レジストなどをいう。具体的に
は、ポリビニルフェノール系レジストなどが好ましい。
その他、Ｓｉ以外の金属を取り込むことができる材料か
らなるレジストでもよい。
【００１１】また「架橋」は、無機物元素が付与されな
いようにするための処理である。言い換えれば、エッチ
ング工程においてエッチングしたい部分をあらかじめ架
橋させておくということである。なお、本明細書におい
て「穴状に架橋させる」とは、円柱形の架橋部を形成す
ることを意味する。同様に「溝状に架橋させる」とは、
直方体の架橋部を形成することを意味する。いずれも、
後に行うエッチングによりその架橋部が「穴」あるいは
「溝」になることから、便宜上「穴状に架橋させる」
「溝状に架橋させる」という表現を用いることとする。
いようにするための処理である。言い換えれば、エッチ
ング工程においてエッチングしたい部分をあらかじめ架
橋させておくということである。なお、本明細書におい
て「穴状に架橋させる」とは、円柱形の架橋部を形成す
ることを意味する。同様に「溝状に架橋させる」とは、
直方体の架橋部を形成することを意味する。いずれも、
後に行うエッチングによりその架橋部が「穴」あるいは
「溝」になることから、便宜上「穴状に架橋させる」
「溝状に架橋させる」という表現を用いることとする。
【００１２】すなわち、本発明は、第１の上層レジスト
について、穴状の架橋部（第１の架橋部）以外の部分に
ついてエッチング耐性を強める処理をし、第２の上層レ
ジストについても、溝状の架橋部（第２の架橋部）以外
の部分についてエッチング耐性を強める処理をしてお
く。この状態でドライエッチングをすれば、エッチング
耐性が強められていない架橋部のみがエッチングされ
る。この際、「第１の架橋部の上に位置する所定の範囲
を、溝状に架橋させて第２の架橋部を形成」しておけ
ば、溝状の架橋部がエッチングされた後に続けて穴状の
架橋部がエッチングされ、結果的に、穴状パターンと溝
状パターンとが共存する微細パターンが形成される。
について、穴状の架橋部（第１の架橋部）以外の部分に
ついてエッチング耐性を強める処理をし、第２の上層レ
ジストについても、溝状の架橋部（第２の架橋部）以外
の部分についてエッチング耐性を強める処理をしてお
く。この状態でドライエッチングをすれば、エッチング
耐性が強められていない架橋部のみがエッチングされ
る。この際、「第１の架橋部の上に位置する所定の範囲
を、溝状に架橋させて第２の架橋部を形成」しておけ
ば、溝状の架橋部がエッチングされた後に続けて穴状の
架橋部がエッチングされ、結果的に、穴状パターンと溝
状パターンとが共存する微細パターンが形成される。
【００１３】また、前記耐熱性向上処理としては、紫外
線露光による方法が簡便で好ましいが、表面部分を架橋
又は変質させて耐熱性を高めることができる方法であれ
ば、例えばプラズマ処理など他の方法であってもよい。
線露光による方法が簡便で好ましいが、表面部分を架橋
又は変質させて耐熱性を高めることができる方法であれ
ば、例えばプラズマ処理など他の方法であってもよい。
【００１４】前記ドライエッチングは、架橋部のみを選
択的にエッチングできる手法で行う必要があり、例え
ば、酸素プラズマによるエッチングが好ましい。但し、
選択性を保つことができれば、他のエッチング装置によ
って行ってもよい。
択的にエッチングできる手法で行う必要があり、例え
ば、酸素プラズマによるエッチングが好ましい。但し、
選択性を保つことができれば、他のエッチング装置によ
って行ってもよい。
【００１５】なお、本発明は、「基板」上に微細パター
ンを形成する方法であるが、ここで「基板」とは、広く
微細パターン形成の土台となる層を意味する。したがっ
て、ウエハ基板上にパターンを形成する場合はもちろん
のこと、ウエハ基板上に積層されたいずれかの層の上に
パターンを形成する場合も含むものとする。
ンを形成する方法であるが、ここで「基板」とは、広く
微細パターン形成の土台となる層を意味する。したがっ
て、ウエハ基板上にパターンを形成する場合はもちろん
のこと、ウエハ基板上に積層されたいずれかの層の上に
パターンを形成する場合も含むものとする。
【００１６】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
上記方法により微細パターンを形成する工程と、形成さ
れた微細パターンにＣｕ，Ｎｉなどの導電性材料を埋め
込んで配線を行う工程とを含むことを特徴とする方法で
ある。また、本発明の半導体装置は、そのような半導体
装置の製造方法により製造される半導体装置である。
上記方法により微細パターンを形成する工程と、形成さ
れた微細パターンにＣｕ，Ｎｉなどの導電性材料を埋め
込んで配線を行う工程とを含むことを特徴とする方法で
ある。また、本発明の半導体装置は、そのような半導体
装置の製造方法により製造される半導体装置である。
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。図１（ａ）から（ｉ）
は、本発明の方法により微細パターンを形成する際の、
各過程における半導体装置の断面図を表した図である。
いて、図面を参照して説明する。図１（ａ）から（ｉ）
は、本発明の方法により微細パターンを形成する際の、
各過程における半導体装置の断面図を表した図である。
【００１７】はじめに、図１（ａ）に示すように、下地
ウエハ基板１上に、第１の下層レジストとなる有機樹脂
１３を０．５μｍ程度の厚さに回転塗布し、 ２００〜
３００℃程度の温度で熱処理して熱架橋させる。本実施
の形態では有機樹脂１３として、ノボラックレジスト
（例えば、住友化学工業製ｉ線レジストＰＦＩ−３８）
を用いる。
ウエハ基板１上に、第１の下層レジストとなる有機樹脂
１３を０．５μｍ程度の厚さに回転塗布し、 ２００〜
３００℃程度の温度で熱処理して熱架橋させる。本実施
の形態では有機樹脂１３として、ノボラックレジスト
（例えば、住友化学工業製ｉ線レジストＰＦＩ−３８）
を用いる。
【００１８】次に、図１（ｂ）に示すように、有機樹脂
１３上に第１の上層レジストとなるシリル化レジスト１
４を０．１〜０．２μｍ程度の厚さに塗布し、１００〜
１３０℃程度の温度で熱処理する。本実施の形態では、
シリル化レジスト１４として、分子量２〜３万程度のポ
リビニルフェノール系レジスト（例えば住友化学工業製
ＮＴＳ−４）を用いる。ここで、有機樹脂１３は高温で
熱処理してあるので、上層のシリル化レジスト１４は、
下層レジストと混ざり合うことなく良好に塗布すること
ができる。
１３上に第１の上層レジストとなるシリル化レジスト１
４を０．１〜０．２μｍ程度の厚さに塗布し、１００〜
１３０℃程度の温度で熱処理する。本実施の形態では、
シリル化レジスト１４として、分子量２〜３万程度のポ
リビニルフェノール系レジスト（例えば住友化学工業製
ＮＴＳ−４）を用いる。ここで、有機樹脂１３は高温で
熱処理してあるので、上層のシリル化レジスト１４は、
下層レジストと混ざり合うことなく良好に塗布すること
ができる。
【００１９】次に、図１（ｃ）に示すように、シリル化
レジスト１４の所望の箇所（矢印で図示）を穴状に、適
切な露光量で露光する。露光方法としては、紫外線、Ｘ
線、電子線等、高エネルギー照射が可能なあらゆる方法
を適用できるが、本実施の形態では、アルゴンフロライ
ド(ＡｒＦ)エキシマレーザを用いるものとし、照射量は
３〜８ｍＪ／ｃｍ２としている。露光後、１００〜１３
０℃の温度で１分程度熱処理することによりシリル化レ
ジスト１４の所望の穴状箇所を架橋させ、架橋部１５を
形成する。
レジスト１４の所望の箇所（矢印で図示）を穴状に、適
切な露光量で露光する。露光方法としては、紫外線、Ｘ
線、電子線等、高エネルギー照射が可能なあらゆる方法
を適用できるが、本実施の形態では、アルゴンフロライ
ド(ＡｒＦ)エキシマレーザを用いるものとし、照射量は
３〜８ｍＪ／ｃｍ２としている。露光後、１００〜１３
０℃の温度で１分程度熱処理することによりシリル化レ
ジスト１４の所望の穴状箇所を架橋させ、架橋部１５を
形成する。
【００２０】次に、図１（ｄ）に示すように、ウエハ全
面を、Ｓｉ元素を含む有機ガス雰囲気１６（図ではＳｉ
と表す）の中に適切な時間さらす。本実施の形態では、
Ｓｉ元素を含む有機ガスとして、ジメチルシリルジメチ
ルアミン(ＤＭＳＤＭＡ)を用いている。
面を、Ｓｉ元素を含む有機ガス雰囲気１６（図ではＳｉ
と表す）の中に適切な時間さらす。本実施の形態では、
Ｓｉ元素を含む有機ガスとして、ジメチルシリルジメチ
ルアミン(ＤＭＳＤＭＡ)を用いている。
【００２１】この処理により、シリル化レジスト１４の
架橋部１５以外の部分が、シリル化される。これは、架
橋部１５以外の部分では、シリル化レジスト１２（ポリ
ビニルフェノール系レジスト）のフェノール性水酸基と
ジメチルシリルジメチルアミンが反応してＳｉ元素がレ
ジスト内に取り込まれるが、架橋部１５では、架橋によ
りフェノール性水酸基が少なくなっているためＳｉ元素
が取り込まれないことによる。結果として、架橋部１５
以外の部分が、Ｓｉ元素含有領域１７となる。なお、本
実施の形態では、Ｓｉ元素含有領域１７はシリル化レジ
スト１４の膜厚と同じ深さであるが、シリル化レジスト
１４の表層部にのみＳｉ元素含有領域１７を形成しても
よい。
架橋部１５以外の部分が、シリル化される。これは、架
橋部１５以外の部分では、シリル化レジスト１２（ポリ
ビニルフェノール系レジスト）のフェノール性水酸基と
ジメチルシリルジメチルアミンが反応してＳｉ元素がレ
ジスト内に取り込まれるが、架橋部１５では、架橋によ
りフェノール性水酸基が少なくなっているためＳｉ元素
が取り込まれないことによる。結果として、架橋部１５
以外の部分が、Ｓｉ元素含有領域１７となる。なお、本
実施の形態では、Ｓｉ元素含有領域１７はシリル化レジ
スト１４の膜厚と同じ深さであるが、シリル化レジスト
１４の表層部にのみＳｉ元素含有領域１７を形成しても
よい。
【００２２】次に、図１（ｅ）に示すように、架橋部１
５およびＳｉ元素含有領域１７を含む第１の上層レジス
トに対し、全面露光１８を行いながら熱処理を行って、
第１の上層レジストの耐熱性を向上させる。本実施の形
態では、クリプトンフロライド(ＫｒＦ)エキシマレーザ
を使用し、照射量を２０〜５０ｍＪ／ｃｍ２程度、熱処
理温度を９０℃程度としている。
５およびＳｉ元素含有領域１７を含む第１の上層レジス
トに対し、全面露光１８を行いながら熱処理を行って、
第１の上層レジストの耐熱性を向上させる。本実施の形
態では、クリプトンフロライド(ＫｒＦ)エキシマレーザ
を使用し、照射量を２０〜５０ｍＪ／ｃｍ２程度、熱処
理温度を９０℃程度としている。
【００２３】次に、前記処理により耐熱性が向上した第
１の上層レジストの上に、図１（ｆ）に示すように、第
２の下層レジストとなる有機樹脂１９を０．５μｍ程度
の厚さに回転塗布し、 ２００〜３００℃程度の温度で
熱処理して熱架橋させる。本実施の形態では有機樹脂１
９として、有機樹脂１３と同じくノボラックレジスト
（例えば、住友化学工業製i線レジストＰＦＩ−３８）
を用いる。但し、これは同じ種類のレジストを用いなけ
ればならないことを意味するものではない。
１の上層レジストの上に、図１（ｆ）に示すように、第
２の下層レジストとなる有機樹脂１９を０．５μｍ程度
の厚さに回転塗布し、 ２００〜３００℃程度の温度で
熱処理して熱架橋させる。本実施の形態では有機樹脂１
９として、有機樹脂１３と同じくノボラックレジスト
（例えば、住友化学工業製i線レジストＰＦＩ−３８）
を用いる。但し、これは同じ種類のレジストを用いなけ
ればならないことを意味するものではない。
【００２４】次に、第２の上層レジストとなるシリル化
レジスト２０を０．１〜０．２μｍ程度の厚さに塗布
し、１００〜１３０℃程度の温度で熱処理する。本実施
の形態では、シリル化レジスト２０として、シリル化レ
ジスト１４と同じく分子量２〜３万程度のポリビニルフ
ェノール系レジスト（例えば住友化学工業製ＮＴＳ−
４）を用いる。但し、これは同じ種類のレジストを用い
なければならないことを意味するものではない。
レジスト２０を０．１〜０．２μｍ程度の厚さに塗布
し、１００〜１３０℃程度の温度で熱処理する。本実施
の形態では、シリル化レジスト２０として、シリル化レ
ジスト１４と同じく分子量２〜３万程度のポリビニルフ
ェノール系レジスト（例えば住友化学工業製ＮＴＳ−
４）を用いる。但し、これは同じ種類のレジストを用い
なければならないことを意味するものではない。
【００２５】その後、図１（ｇ）に示すように、シリル
化レジスト２０の所望の箇所（矢印で図示）を溝状に、
適切な露光量で露光する。ここで、露光する箇所は、図
１（ｃ）に示す工程で形成した架橋部１５の上に位置す
るようにする。シリル化レジスト１４の露光の場合と同
じく、露光方法としては、紫外線、Ｘ線、電子線等、高
エネルギー照射が可能なあらゆる方法を適用できるが、
本実施の形態では、アルゴンフロライド(ＡｒＦ)エキシ
マレーザを用いるものとし、照射量は３〜８ｍＪ／ｃｍ
２としている。露光後、１００〜１３０℃の温度で１分
程度熱処理することによりシリル化レジスト２０の所望
箇所を架橋させる。これにより、架橋部２１が形成され
る。
化レジスト２０の所望の箇所（矢印で図示）を溝状に、
適切な露光量で露光する。ここで、露光する箇所は、図
１（ｃ）に示す工程で形成した架橋部１５の上に位置す
るようにする。シリル化レジスト１４の露光の場合と同
じく、露光方法としては、紫外線、Ｘ線、電子線等、高
エネルギー照射が可能なあらゆる方法を適用できるが、
本実施の形態では、アルゴンフロライド(ＡｒＦ)エキシ
マレーザを用いるものとし、照射量は３〜８ｍＪ／ｃｍ
２としている。露光後、１００〜１３０℃の温度で１分
程度熱処理することによりシリル化レジスト２０の所望
箇所を架橋させる。これにより、架橋部２１が形成され
る。
【００２６】次に、ウエハ全面を、再度Ｓｉ元素を含む
有機ガス雰囲気１６中に適切な時間さらす。本実施の形
態では、Ｓｉ元素を含む有機ガスとして、図１（ｄ）に
示すシリル化処理の場合と同じく、ジメチルシリルジメ
チルアミン(ＤＭＳＤＭＡ)を用いている。但し、これは
同じ種類の有機ガスを用いなければならないことを意味
するものではない。
有機ガス雰囲気１６中に適切な時間さらす。本実施の形
態では、Ｓｉ元素を含む有機ガスとして、図１（ｄ）に
示すシリル化処理の場合と同じく、ジメチルシリルジメ
チルアミン(ＤＭＳＤＭＡ)を用いている。但し、これは
同じ種類の有機ガスを用いなければならないことを意味
するものではない。
【００２７】この処理により、シリル化レジスト２０の
架橋部２１以外の部分が、シリル化される。シリル化レ
ジスト１４のシリル化の場合と同様、架橋部２１以外の
部分においてのみ、シリル化レジスト２０（ポリビニル
フェノール系レジスト）のフェノール性水酸基とジメチ
ルシリルジメチルアミンが反応してＳｉ元素がレジスト
内に取り込まれるからである。これにより、架橋部２１
以外の部分が、Ｓｉ元素含有領域２２となる。なお、本
実施の形態では、Ｓｉ元素含有領域２２はシリル化レジ
スト２０の膜厚と同じ深さであるが、シリル化レジスト
２０の表層部にのみＳｉ元素含有領域２２を形成しても
よい。
架橋部２１以外の部分が、シリル化される。シリル化レ
ジスト１４のシリル化の場合と同様、架橋部２１以外の
部分においてのみ、シリル化レジスト２０（ポリビニル
フェノール系レジスト）のフェノール性水酸基とジメチ
ルシリルジメチルアミンが反応してＳｉ元素がレジスト
内に取り込まれるからである。これにより、架橋部２１
以外の部分が、Ｓｉ元素含有領域２２となる。なお、本
実施の形態では、Ｓｉ元素含有領域２２はシリル化レジ
スト２０の膜厚と同じ深さであるが、シリル化レジスト
２０の表層部にのみＳｉ元素含有領域２２を形成しても
よい。
【００２８】次に、酸素ガスプラズマでウエハ全面をド
ライエッチングすることにより、図１（ｉ）に示すよう
に、第２の上層レジストと第２の下層レジストの溝状パ
ターン２３、および、第１の上層レジストと第１の下層
レジストの穴状パターン２４形成される。図２は、パタ
ーンが形成された基板を上から見た図を、断面図（図１
（ｉ）と同じ）とともに示した図である。
ライエッチングすることにより、図１（ｉ）に示すよう
に、第２の上層レジストと第２の下層レジストの溝状パ
ターン２３、および、第１の上層レジストと第１の下層
レジストの穴状パターン２４形成される。図２は、パタ
ーンが形成された基板を上から見た図を、断面図（図１
（ｉ）と同じ）とともに示した図である。
【００２９】すなわち、Ｓｉ元素含有領域２２、Ｓｉ元
素含有領域１７が、酸素ガスプラズマではエッチングさ
れないことを利用して、溝状パターン２３と穴状パター
ン２４を、１回のエッチング処理によって形成すること
ができる。本実施の形態では、エッチングガスとしてＣ
２Ｆ６／Ｏ２混合ガスを用い、ラムリサーチ社製エッチ
ング装置ＴＣＰ−９４００を使用して、トップパワー２
００Ｗ、ボトムパワー５Ｗの条件で６０秒程度のエッチ
ングを行っている。
素含有領域１７が、酸素ガスプラズマではエッチングさ
れないことを利用して、溝状パターン２３と穴状パター
ン２４を、１回のエッチング処理によって形成すること
ができる。本実施の形態では、エッチングガスとしてＣ
２Ｆ６／Ｏ２混合ガスを用い、ラムリサーチ社製エッチ
ング装置ＴＣＰ−９４００を使用して、トップパワー２
００Ｗ、ボトムパワー５Ｗの条件で６０秒程度のエッチ
ングを行っている。
【００３０】以上のようにして形成された溝状パターン
２３および穴状パターン２４に、Ｃｕ、Ｎｉなどの導電
性材料を埋め込むことにより、半導体装置の微細な配線
パターンを実現することができる。
２３および穴状パターン２４に、Ｃｕ、Ｎｉなどの導電
性材料を埋め込むことにより、半導体装置の微細な配線
パターンを実現することができる。
【００３１】なお、本実施の形態は、シリル化を行って
パターン形成を行うものであるが、Ｓｉ以外の金属をレ
ジストに導入することによって、同様のパターン形成を
実現することも可能である。また、各レジストの材料
と、エッチングガスの組み合わせは、上記工程において
必要となるエッチング選択性を確保できるように決定す
ればよく、本実施の形態に限定されるものではない。
パターン形成を行うものであるが、Ｓｉ以外の金属をレ
ジストに導入することによって、同様のパターン形成を
実現することも可能である。また、各レジストの材料
と、エッチングガスの組み合わせは、上記工程において
必要となるエッチング選択性を確保できるように決定す
ればよく、本実施の形態に限定されるものではない。
【００３２】また、本実施の形態では、第１の上層レジ
ストの耐熱性を高めるためにクリプトンフロライド(Ｋ
ｒＦ)エキシマレーザによる紫外線露光を行っている
が、耐熱性を向上する方法は、これに限定されるもので
はなく、例えばプラズマ処理によりレジスト表面を変質
させて耐熱性を高める方法でもよい。
ストの耐熱性を高めるためにクリプトンフロライド(Ｋ
ｒＦ)エキシマレーザによる紫外線露光を行っている
が、耐熱性を向上する方法は、これに限定されるもので
はなく、例えばプラズマ処理によりレジスト表面を変質
させて耐熱性を高める方法でもよい。
【００３３】また、本実施の形態は、微細パターンをウ
エハ基板上に形成する形態であるが、本発明の微細パタ
ーンの形成方法が、ウエハ基板上に積層されたいずれか
の層上に微細パターンを形成する際にも適用できること
はいうまでもない。
エハ基板上に形成する形態であるが、本発明の微細パタ
ーンの形成方法が、ウエハ基板上に積層されたいずれか
の層上に微細パターンを形成する際にも適用できること
はいうまでもない。
【００３４】さらに、本発明の微細パターンの形成方法
は、半導体装置の製造工程のみならず、液晶素子その他
の電子デバイスなどの製造工程においても適用できるも
のである。
は、半導体装置の製造工程のみならず、液晶素子その他
の電子デバイスなどの製造工程においても適用できるも
のである。
【００３５】
【発明の効果】本発明の微細パターンの形成方法では、
下地ウエハ基板１上に、有機樹脂１３を下層レジスト、
シリル化レジスト１４を上層レジストとする２層レジス
トを塗布形成し、上層レジストの一部を穴状に露光して
架橋させる。その後、ウエハ全面をシリル化処理するこ
とにより上層レジストの架橋部１５以外をシリル化反応
させてＳｉ元素を付与する。その上層レジストに耐熱性
向上処理を施した後、有機樹脂１９を下層レジスト、シ
リル化レジスト２０を上層レジストとする２層レジスト
をさらに塗布形成し、同様の露光、シリル化を行って、
穴状の架橋部１５の上に、溝状の架橋部２１を形成し、
最後にエッチングを行って溝状パターン２３および穴状
パターン２４を形成する。
下地ウエハ基板１上に、有機樹脂１３を下層レジスト、
シリル化レジスト１４を上層レジストとする２層レジス
トを塗布形成し、上層レジストの一部を穴状に露光して
架橋させる。その後、ウエハ全面をシリル化処理するこ
とにより上層レジストの架橋部１５以外をシリル化反応
させてＳｉ元素を付与する。その上層レジストに耐熱性
向上処理を施した後、有機樹脂１９を下層レジスト、シ
リル化レジスト２０を上層レジストとする２層レジスト
をさらに塗布形成し、同様の露光、シリル化を行って、
穴状の架橋部１５の上に、溝状の架橋部２１を形成し、
最後にエッチングを行って溝状パターン２３および穴状
パターン２４を形成する。
【００３６】この方法によれば、真空蒸着処理を行わず
に、簡便に溝状パターンと穴状パターンとが共存する微
細パターンを形成することができる。
に、簡便に溝状パターンと穴状パターンとが共存する微
細パターンを形成することができる。
【図１】 本発明の微細パターンの形成方法を説明する
ための図
ための図
【図２】 本発明の方法により形成された穴状パター
ン、溝状パターンを２方向から見た図
ン、溝状パターンを２方向から見た図
【図３】 従来の微細パターンの形成方法を説明するた
めの図
めの図
【図４】 従来方法により形成された穴状パターン、溝
状パターンを２方向から見た図
状パターンを２方向から見た図
１ 下地ウエハ基板、 ２ 有機樹脂、 ３ ＳｉＯ２
膜、 ４ レジスト、５ 穴状ＳｉＯ２膜パターン、
６ 穴状有機樹脂パターン、 ７ 有機樹脂、８ Ｓｉ
Ｏ２膜、 ９ レジスト、 １０ 溝状ＳｉＯ２膜パタ
ーン、１１ 溝状有機樹脂パターン、 １２ 穴状パタ
ーン、１３ 有機樹脂（第１の下層レジスト）、１４
シリル化レジスト（第１の上層レジスト）、１５ 架橋
部（第１の架橋部）、 １６ Ｓｉ元素を含む有機ガス
雰囲気、１７ Ｓｉ元素含有領域、 １８ 露光、１９
有機樹脂（第２の下層レジスト）、２０ シリル化レ
ジスト（第２の上層レジスト）、２１ 架橋部（第２の
架橋部）、 ２２ Ｓｉ元素含有領域、２３ 溝状パタ
ーン、 ２４ 穴状パターン。
膜、 ４ レジスト、５ 穴状ＳｉＯ２膜パターン、
６ 穴状有機樹脂パターン、 ７ 有機樹脂、８ Ｓｉ
Ｏ２膜、 ９ レジスト、 １０ 溝状ＳｉＯ２膜パタ
ーン、１１ 溝状有機樹脂パターン、 １２ 穴状パタ
ーン、１３ 有機樹脂（第１の下層レジスト）、１４
シリル化レジスト（第１の上層レジスト）、１５ 架橋
部（第１の架橋部）、 １６ Ｓｉ元素を含む有機ガス
雰囲気、１７ Ｓｉ元素含有領域、 １８ 露光、１９
有機樹脂（第２の下層レジスト）、２０ シリル化レ
ジスト（第２の上層レジスト）、２１ 架橋部（第２の
架橋部）、 ２２ Ｓｉ元素含有領域、２３ 溝状パタ
ーン、 ２４ 穴状パターン。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平３−188447（ＪＰ，Ａ)
特開2000−21864（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−186936（ＪＰ，Ａ)
特開2001−56550（ＪＰ，Ａ)
特開2000−81709（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−18227（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−214285（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−147314（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G03F 7/00 - 7/42
H01L 21/027
Claims (7)
- 【請求項１】 基板上に第１の下層レジストを塗布形成
し、さらに、当該下層レジスト上に、表層から無機物元
素が付与されると所定のエッチングガスによるドライエ
ッチングに対して耐性が強くなる材料からなる第１の上
層レジストを塗布形成する第１の薄膜形成工程と、 前記第１の上層レジストの所定の範囲を穴状に架橋させ
て第１の架橋部を形成する第１の架橋部形成工程と、 前記第１の架橋部が形成された第１の上層レジストを前
記無機物元素を含むガスにさらして、当該上層レジスト
の前記第１の架橋部を除く部分に、前記ガス中に含まれ
る無機物元素を付与する第１の無機物元素付与工程と、 前記第１の無機物元素付与工程後の前記第１の上層レジ
ストに対し、当該第１の上層レジストの耐熱性を高める
処理を施す耐熱性向上処理工程と、 前記耐熱性向上処理工程後の第１の上層レジストの上
に、第２の下層レジストを塗布形成し、さらに、当該下
層レジスト上に、表層から無機物元素が付与されると所
定のエッチングガスによるドライエッチングに対して耐
性が強くなる材料からなる第２の上層レジストを塗布形
成する第２の薄膜形成工程と、 前記第２の上層レジストの、前記第１の架橋部の上に位
置する所定の範囲を、溝状に架橋させて第２の架橋部を
形成する第２の架橋部形成工程と、 前記第２の架橋部が形成された第２の上層レジストを前
記無機物元素を含むガスにさらして、当該上層レジスト
の前記第２の架橋部を除く部分に前記ガス中に含まれる
無機物元素を付与する第２の無機物元素付与工程と、 前記第２の無機物元素付与工程後に、前記所定のエッチ
ングガスを用いてドライエッチングを行って、前記第２
の上層レジストおよび下層レジストについての溝状パタ
ーンと、前記第１の上層レジストおよび下層レジストに
ついての穴状パターンとを形成するエッチング工程と、
を含むことを特徴とする微細パターンの形成方法。 - 【請求項２】 前記第１および／または第２の上層レジ
ストが、ケイ素（Ｓｉ）元素との反応によりシリル化す
るレジストであり、 前記第１および／または第２の無機物元素付与工程にお
いて前記上層レジストをさらすガスが、ケイ素（Ｓｉ）
元素を含むガスであることを特徴とする請求項１記載の
微細パターンの形成方法。 - 【請求項３】 前記シリル化するレジストが、ポリビニ
ルフェノール系レジストであることを特徴とする請求項
２記載の微細パターンの形成方法。 - 【請求項４】 前記耐熱性向上処理工程が、前記第１の
上層レジストに対し、紫外線による露光を行って耐熱性
を高める工程であることを特徴とする請求項１から３の
いずれかに記載の微細パターンの形成方法。 - 【請求項５】 前記所定のエッチングガスが酸素ガスで
あり、前記ドライエッチングが、酸素プラズマによるエ
ッチングであることを特徴とする請求項１から４のいず
れかに記載の微細パターンの形成方法。 - 【請求項６】 請求項１から５のいずれかに記載の微細
パターンの形成方法により微細パターンを形成する工程
と、 形成された微細パターンに導電性材料を埋め込むことに
より、配線を行う工程とを含むことを特徴とする半導体
装置の製造方法。 - 【請求項７】 請求項６記載の半導体装置の製造方法を
用いて製造されることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001059930A JP3453370B2 (ja) | 2001-03-05 | 2001-03-05 | 微細パターンの形成方法、半導体装置の製造方法および半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001059930A JP3453370B2 (ja) | 2001-03-05 | 2001-03-05 | 微細パターンの形成方法、半導体装置の製造方法および半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002258493A JP2002258493A (ja) | 2002-09-11 |
| JP3453370B2 true JP3453370B2 (ja) | 2003-10-06 |
Family
ID=18919426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001059930A Expired - Fee Related JP3453370B2 (ja) | 2001-03-05 | 2001-03-05 | 微細パターンの形成方法、半導体装置の製造方法および半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3453370B2 (ja) |
-
2001
- 2001-03-05 JP JP2001059930A patent/JP3453370B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2002258493A (ja) | 2002-09-11 |
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