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図面 (20)

課題

微細コンタクトホ−ル(狭スペ−ス)パタ−ンを形成する。

解決手段

半導体基板上にポジ型レジストを塗布し、マスクを用いて当該ポジ型レジストを部分的に露光する。ポジ型レジストを現像して半導体基板上にピラ−パタ−ン又は狭スペ−スパタ−ンを形成する。また、半導体基板上にネガ型レジストを塗布し、全面露光を行う。この後、現像を行うと、ピラ−パタ−ン又は狭スペ−スパタ−ンのみが溶解し、微細なコンタクトホ−ルパタ−ン又は狭スペ−スパタ−ンが形成される。

概要

背景

IC(IntegratedCircuit)の高集積化は、3年で4倍の割合で増加しており、素子微細化が進んでいる。このため、微細加工技術により、素子を半導体基板上に作り込むことが要求されている。

微細加工技術においては、フォトレジストにより、素子分離電極コンタクトホ−ル、配線などのパタ−ンを、所望どおりに精度よく形成することが重要になっていくる。

なお、フォトレジストは、上記パタ−ンを形成するためのエッチングイオン注入マスク材として使用されるものである。図18は、半導体基板上にレジストパタ−ンを形成するための従来の方法を概略的に示すものである。

まず、半導体基板上にレジストを塗布する。そして、所定の光学系により露光を行い、レジストを結像させる。また、レジストが化学増幅型レジストである場合には、所定の熱処理を行った後に、レジストが通常のレジスト(ノボラック系レジスト)である場合には直ちに現像処理を行うと、当該レジストに生じた潜像が溶解又は残存し、レジストパタ−ンが形成される。

この後、当該レジストをマスクとしてエッチングやイオン注入などを行うことにより、素子分離、電極、コンタクトホ−ル、配線などのパタ−ンが所望の精度で形成される。

なお、化学増幅型レジストとは、露光部に酸基が発生し、この後に熱処理を行うと露光部が可溶化又は難溶化する性質を持つレジストのことである。また、通常のレジストとは、露光部が可溶化又は難溶化する性質を持つレジストのことである。

フォトレジストは、当該レジストに生じた潜像を現像する場合に、露光された部分が溶解するか、又は露光されていない部分が溶解されるかにより、その類型が大きく2つに分けられている。

一般に、露光された部分の溶解性が高くなるレジストをポジ型レジストといっており、露光されていない部分の溶解性が高くなるレジストをネガ型レジストといっている。

現像剤としては、解像性の向上のため、現像中にパタ−ンの膨潤をあまり起こさない水溶液系のものが広く使用される。これは、一般に、フォトレジストが有機物から構成されているためである。

概要

微細なコンタクトホ−ル(狭スペ−ス)パタ−ンを形成する。

半導体基板上にポジ型レジストを塗布し、マスクを用いて当該ポジ型レジストを部分的に露光する。ポジ型レジストを現像して半導体基板上にピラ−パタ−ン又は狭スペ−スパタ−ンを形成する。また、半導体基板上にネガ型レジストを塗布し、全面露光を行う。この後、現像を行うと、ピラ−パタ−ン又は狭スペ−スパタ−ンのみが溶解し、微細なコンタクトホ−ルパタ−ン又は狭スペ−スパタ−ンが形成される。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
1件

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請求項1

半導体基板上にポジ型レジストを塗布する工程と、マスクを用いて前記ポジ型レジストを部分的に露光する工程と、前記ポジ型レジストを現像して前記半導体基板上に第1レジストパタ−ンを形成する工程と、前記半導体基板上にネガ型レジストを塗布する工程と、前記第1レジストパタ−ン及び前記ネガ型レジストの全体を露光する工程と、前記第1レジストパタ−ン及び前記ネガ型レジストを現像し、前記第1レジストパタ−ンのみを溶解して前記半導体基板上に第2レジストパタ−ンを形成する工程とを具備することを特徴とするレジストパタ−ンの形成方法

請求項2

前記第1レジストパタ−ンは、ピラ−パタ−ン又は孤立ラインパタ−ンであり、前記第2レジストパタ−ンは、コンタクトホ−ルパタ−ン又は狭スペスパタ−ンであることを特徴とする請求項1に記載のレジストパタ−ンの形成方法。

技術分野

0001

本発明は、微細レジストパタ−ンを半導体基板上に形成する方法に関する。

背景技術

0002

IC(IntegratedCircuit)の高集積化は、3年で4倍の割合で増加しており、素子の微細化が進んでいる。このため、微細加工技術により、素子を半導体基板上に作り込むことが要求されている。

0003

微細加工技術においては、フォトレジストにより、素子分離電極コンタクトホ−ル、配線などのパタ−ンを、所望どおりに精度よく形成することが重要になっていくる。

0004

なお、フォトレジストは、上記パタ−ンを形成するためのエッチングイオン注入マスク材として使用されるものである。図18は、半導体基板上にレジストパタ−ンを形成するための従来の方法を概略的に示すものである。

0005

まず、半導体基板上にレジストを塗布する。そして、所定の光学系により露光を行い、レジストを結像させる。また、レジストが化学増幅型レジストである場合には、所定の熱処理を行った後に、レジストが通常のレジスト(ノボラック系レジスト)である場合には直ちに現像処理を行うと、当該レジストに生じた潜像が溶解又は残存し、レジストパタ−ンが形成される。

0006

この後、当該レジストをマスクとしてエッチングやイオン注入などを行うことにより、素子分離、電極、コンタクトホ−ル、配線などのパタ−ンが所望の精度で形成される。

0007

なお、化学増幅型レジストとは、露光部に酸基が発生し、この後に熱処理を行うと露光部が可溶化又は難溶化する性質を持つレジストのことである。また、通常のレジストとは、露光部が可溶化又は難溶化する性質を持つレジストのことである。

0008

フォトレジストは、当該レジストに生じた潜像を現像する場合に、露光された部分が溶解するか、又は露光されていない部分が溶解されるかにより、その類型が大きく2つに分けられている。

0009

一般に、露光された部分の溶解性が高くなるレジストをポジ型レジストといっており、露光されていない部分の溶解性が高くなるレジストをネガ型レジストといっている。

0010

現像剤としては、解像性の向上のため、現像中にパタ−ンの膨潤をあまり起こさない水溶液系のものが広く使用される。これは、一般に、フォトレジストが有機物から構成されているためである。

発明が解決しようとする課題

0011

上記方法により形成されたフォトレジストパタ−ンの解像度(R)は、一般に式(1)で表すことが知られている(Rayleigh理論)。
R = k・(λ/NA) …(1)
ここで、λは、光の波長であり、NAは、レンズ開口数であり、kは、定数(一般には0.6を使用)である。

0012

即ち、レジストパタ−ンの解像度の向上には、短波長化、及びレンズ開口数を大きくすることが有効であることがわかる。例えば、i線(波長365nm)ステッパを用いた場合、式(1)から得られる解像度(R)は、約0.35μm(λ=365nm、NA=0.63の場合)である。しかし、i線ステッパの実用解像度は、表1に示すように、レジストパタ−ンの種類により異なることがわかっている。

0013

0014

即ち、図19に示すように、ラインスペスパタ−ン(a)、孤立ラインパタ−ン(b)及びピラ−パタ−ン(c)などの残存したレジスト自体がパタ−ンとなるものについては、(1)式から得られる理論値とほぼ一致する実用解像度(0.35μm)が得られるのに対し、コンタクトホ−ルパタ−ン(d)及び狭スペ−スパタ−ン(e)などのレジストの溶解された部分がパタ−ンとなるものについては、(1)式から得られる理論値よりも悪い実用解像度(0.4〜0.45μm)が得られる。

0015

このような現象は、g線(436nm)ステッパ、KrF線(248nm)ステッパ、ArF線(193nm)ステッパについても発生する。本発明は、上記欠点を解決すべくなされたもので、その目的は、コンタクトホ−ルパタ−ンや狭スペ−スパタ−ンなどのレジストの溶解された部分をパタ−ンとする場合において、レジストパタ−ンの実用解像度を向上させ、素子の微細化に対応し得るレジストパタ−ンの形成方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0016

上記目的を達成するため、本発明のレジストパタ−ンの形成方法は、半導体基板上にポジ型レジストを塗布し、マスクを用いて前記ポジ型レジストを部分的に露光し、前記ポジ型レジストを現像して前記半導体基板上に第1レジストパタ−ンを形成し、前記半導体基板上にネガ型レジストを塗布し、前記第1レジストパタ−ン及び前記ネガ型レジストの全体を露光し、前記第1レジストパタ−ン及び前記ネガ型レジストを現像し、前記第1レジストパタ−ンのみを溶解して前記半導体基板上に第2レジストパタ−ンを形成する、という一連の工程から構成されるものである。

0017

前記第1レジストパタ−ンは、ピラ−パタ−ン又は孤立ラインパタ−ンであり、前記第2レジストパタ−ンは、コンタクトホ−ルパタ−ン又は狭スペ−スパタ−ンである。

発明を実施するための最良の形態

0018

以下、図面を参照しながら、本発明のレジストパタ−ンの形成方法について詳細に説明する。図1は、本発明のレジストパタ−ンの形成方法の全工程を概略的に示すものである。また、図2図6は、本発明のレジストパタ−ンの形成方法の各工程を示すものである。

0019

なお、以下では、通常のノボラック系フォトレジストを用いて、半導体基板上にコンタクトホ−ルパタ−ンを形成する場合を例として説明することにする。まず、図2に示すように、半導体基板11上にポジ型のフォトレジスト12を塗布する。そして、コンタクトホ−ルパタ−ンを反転させたパタ−ン(ピラ−パタ−ン)を有するマスク13を用いて、所定の波長(例えば500nm以下)の光14をレジスト12に当て、露光を行う。

0020

なお、15は、遮蔽膜である。また、マスク13に位相シフト膜を設け、解像度の向上を図るようにしてもよい。ここで言う「コンタクトホ−ルパタ−ン」とは、コンタクトホ−ルの部分以外の部分に遮蔽膜が形成され、コンタクトホ−ルの部分にのみ光が当たるようにしたパタ−ンのことである。

0021

即ち、ポジ型のフォトレジストを用いた場合、コンタクトホ−ルの部分にのみ光を当てて、その部分のレジストを現像により溶解すれば、従来の方法によりコンタクトホ−ルパタ−ンが形成できるからである。

0022

従って、コンタクトホ−ルパタ−ンを形成する部分には、遮蔽膜15により光14が当たらない。次に、図3に示すように、アルカリ溶液による現像処理を行うと、コンタクトホ−ルパタ−ンを形成する部分に、ピラ−パタ−ン12aが形成される。ここで、上記表1に示すように、ピラ−パタ−ンは、コンタクトホ−ルパタ−ンよりも実用解像度が良くなっている。

0023

次に、図4に示すように、半導体基板11上にネガ型のフォトレジスト16を塗布する。そして、所定の波長(例えば500nm以下)の光14をレジスト12a,16に当て、露光を行う。その結果、ポジ型フォトレジスト(ピラ−パタ−ン)12aは、可溶となり、ネガ型フォトレジスト16は、不可溶となる。

0024

次に、図5に示すように、アルカリ溶液による現像処理を行うと、ポジ型フォトレジスト(ピラ−パタ−ン)12aが溶解され、コンタクトホ−ルパタ−ンが形成される。

0025

ここで、コンタクトホ−ルパタ−ンは、上記表1に示すピラ−パタ−ンの実用解像度と同じ実用解像度を有しているため、コンタクトホ−ルパタ−ンの実用解像度を向上させることができ、素子の微細化に対応することができる。

0026

例えば、表2に示すように、i線(波長365nm)ステッパを用いた場合において、コンタクトホ−ルパタ−ンの実用解像度を約0.45μmから約0.35μmに向上させることができ、狭スペ−スパタ−ンの実用解像度を約0.4μmから約0.35μmに向上させることができる。

0027

0028

次に、化学増幅型のフォトレジストを用いて、半導体基板上にコンタクトホ−ルパタ−ンを形成する場合について説明する。まず、図2に示すように、半導体基板11上にポジ型のフォトレジスト12を塗布する。このフォトレジスト12は、露光部に酸基が発生し、熱処理を行うと露光部が可溶化する性質を有するものである。

0029

コンタクトホ−ルパタ−ンを反転させたパタ−ン(ピラ−パタ−ン)を有するマスク13を用いて、所定の波長(例えば500nm以下)の光14をレジスト12に当て、露光を行う。

0030

レジスト12の露光部には、酸基が発生し、この後、熱処理を行うと、レジスト12の露光部が可溶化される。次に、図3に示すように、アルカリ溶液による現像処理を行うと、コンタクトホ−ルパタ−ンを形成する部分に、ピラ−パタ−ン12aが形成される。ここで、上記表1に示すように、ピラ−パタ−ンは、コンタクトホ−ルパタ−ンよりも実用解像度が良くなっている。

0031

次に、図4に示すように、半導体基板11上にネガ型のフォトレジスト16を塗布する。このフォトレジスト16は、露光部に酸基が発生し、熱処理を行うと露光部が難溶化する性質を有するものである。

0032

所定の波長(例えば500nm以下)の光14をレジスト12a,16に当て、露光を行う。ポジ型フォトレジスト(ピラ−パタ−ン)12aには、酸基が発生し、この後、熱処理を行うと、レジスト12aが可溶化される。また、ネガ型フォトレジスト16には、酸基が発生し、この後、熱処理を行うと、レジスト16が難溶化される。

0033

次に、図5に示すように、アルカリ溶液による現像処理を行うと、ポジ型フォトレジスト(ピラ−パタ−ン)12aが溶解され、コンタクトホ−ルパタ−ンが形成される。

0034

ここで、コンタクトホ−ルパタ−ンは、上記表1に示すピラ−パタ−ンの実用解像度と同じ実用解像度を有しているため、コンタクトホ−ルパタ−ンの実用解像度を向上させることができ、素子の微細化に対応することができる。

0035

なお、上記実施の形態では、コンタクトホ−ルパタ−ンを形成する場合について述べたが、狭スペ−スパタ−ンを形成する場合にも本発明が適用できることは言うまでもない。

0036

図7乃至図10は、本発明を、MOSトランジスタのゲ−ト及びソ−ス・ドレイン上のコンタクトホ−ルの形成に適用した場合の各工程を示すものである。なお、以下では、通常のノボラック系フォトレジストを用いてコンタクトホ−ルパタ−ンを形成する場合を例として説明する。

0037

まず、図7に示すように、半導体基板21上に、ゲ−ト22、ソ−ス・ドレイン23を有するMOSトランジスタを形成する。この後、半導体基板21上の全面に、絶縁膜24を形成する。

0038

絶縁膜24上に、ポジ型のフォトレジスト25を塗布する。そして、コンタクトホ−ルパタ−ンを反転させたパタ−ン(ピラ−パタ−ン)を有するマスクを用いて、所定の波長(例えば500nm以下)の光をレジスト25に当て、露光を行う。

0039

この後、アルカリ溶液による現像処理を行うと、コンタクトホ−ルパタ−ンを形成する部分に、ピラ−パタ−ン25が形成される。ここで、ピラ−パタ−ン25は、コンタクトホ−ルパタ−ンよりも実用解像度が良い。

0040

次に、図8に示すように、絶縁膜24上にネガ型のフォトレジスト26を塗布する。そして、所定の波長(例えば500nm以下)の光をレジスト25,26に当て、露光を行う。その結果、ポジ型フォトレジスト(ピラ−パタ−ン)25は、可溶となり、ネガ型フォトレジスト26は、不可溶となる。

0041

次に、図9に示すように、アルカリ溶液による現像処理を行うと、ポジ型フォトレジスト(ピラ−パタ−ン)25が溶解され、コンタクトホ−ルパタ−ンが形成される。

0042

ここで、コンタクトホ−ルパタ−ンは、ピラ−パタ−ンの実用解像度と同じ実用解像度を有しているため、コンタクトホ−ルパタ−ンの実用解像度を向上させることができ、素子の微細化に対応することができる。

0043

次に、図10に示すように、フォトレジスト26をマスクにして絶縁膜24をエッチングした後、フォトレジスト26を剥離すれば、MOSトランジスタのゲ−ト22及びソ−ス・ドレイン23に達するコンタクトホ−ルが形成される。

0044

なお、本実施の形態における製造方法は、ゲ−ト・ソ−ス・ドレインに達するコンタクトホ−ルを形成する場合のみならず、多層配線間のコンタクトホ−ルの形成や、DRAMトレンチキャパシタの形成などに適用することができる。

0045

上記製造方法によれば、1回目の露光・現像では、ポジ型レジストを用いてピラ−パタ−ンを形成し、2回目の露光・現像では、ネガ型レジストを塗布し、ピラ−パタ−ンのみを溶解して、コンタクトホ−ルパタ−ンを形成している。

0046

従って、コンタクトホ−ルパタ−ンの実用解像度を向上させることができ、素子の微細化に対応することができる。図11乃至図17は、本発明を、ダマシン法における配線溝の形成に適用した場合の各工程を示すものである。

0047

なお、以下では、通常のノボラック系フォトレジストを用いて配線溝を形成する場合を例として説明する。まず、図11に示すように、CVD法などを用いて、半導体基板31上に絶縁膜32,33を形成する。

0048

次に、図12に示すように、絶縁膜33上に、ポジ型のフォトレジスト34を塗布する。そして、配線溝パタ−ンを反転させたパタ−ンを有するマスクを用いて、所定の波長(例えば500nm以下)の光をフォトレジスト34に当て、露光を行う。この後、アルカリ溶液による現像処理を行うと、配線溝を形成する部分に、フォトレジスト(孤立ラインパタ−ン)34が残存する。

0049

次に、図13に示すように、絶縁膜33上にネガ型のフォトレジスト35を塗布する。そして、所定の波長(例えば500nm以下)の光をレジスト34,35に当て、露光を行う。その結果、ポジ型フォトレジスト34は、可溶となり、ネガ型フォトレジスト35は、不可溶となる。

0050

次に、図14に示すように、アルカリ溶液による現像処理を行うと、ポジ型フォトレジスト34が溶解され、配線溝パタ−ンが形成される。次に、図15に示すように、フォトレジスト35をマスクにして絶縁膜33をエッチングした後、フォトレジスト35を剥離すれば、絶縁膜33に配線溝36が形成される。

0051

次に、図16に示すように、絶縁膜33上に、配線溝36を完全に満たす金属膜(例えばアルミニウム膜)37を形成する。次に、図17に示すように、CMP(化学機械的研磨)法を用いて、金属膜37を研磨し、配線溝内のみに金属膜を残存させると、配線溝内に配線層38が形成される。

0052

なお、本実施の形態における製造方法は、ダマシン法による配線溝を形成する場合のみならず、RIEを用いた狭スペ−スパタ−ン配線の形成などに適用することができる。

0053

上記製造方法によれば、1回目の露光・現像では、ポジ型レジストを用いて孤立ラインパタ−ンを形成し、2回目の露光・現像では、ネガ型レジストを塗布し、孤立ラインパタ−ンのみを溶解して、配線溝パタ−ンを形成している。従って、配線溝パタ−ンの実用解像度を向上させることができ、素子の微細化に対応することができる。

発明の効果

0054

以上、説明したように、本発明のレジストパタ−ンの形成方法によれば、次のような効果を奏する。1回目の露光・現像では、ポジ型レジストを用いて、ピラ−パタ−ン又は孤立ラインパタ−ンを形成し、2回目の露光・現像では、ネガ型レジストを塗布し、かつ、ポジ型及びネガ型の双方のレジストを露光してピラ−パタ−ン又は孤立ラインパタ−ンのみを溶解し、コンタクトホ−ルパタ−ン又は配線溝パタ−ンを形成している。従って、コンタクトホ−ルパタ−ン又は配線溝パタ−ンの実用解像度を従来よりも向上させることができ、素子の微細化に対応することができる。

図面の簡単な説明

0055

図1本発明のレジストパタ−ンの形成方法の全工程を概略的に示す図。
図2本発明のレジストパタ−ンの形成方法の一工程を示す図。
図3本発明のレジストパタ−ンの形成方法の一工程を示す図。
図4本発明のレジストパタ−ンの形成方法の一工程を示す図。
図5本発明のレジストパタ−ンの形成方法の一工程を示す図。
図6本発明のレジストパタ−ンの形成方法の一工程を示す図。
図7本発明の方法をコンタクトホ−ルパタ−ンの形成に適用した場合の一工程を示す図。
図8本発明の方法をコンタクトホ−ルパタ−ンの形成に適用した場合の一工程を示す図。
図9本発明の方法をコンタクトホ−ルパタ−ンの形成に適用した場合の一工程を示す図。
図10本発明の方法をコンタクトホ−ルパタ−ンの形成に適用した場合の一工程を示す図。
図11本発明の方法を配線溝パタ−ンの形成に適用した場合の一工程を示す図。
図12本発明の方法を配線溝パタ−ンの形成に適用した場合の一工程を示す図。
図13本発明の方法を配線溝パタ−ンの形成に適用した場合の一工程を示す図。
図14本発明の方法を配線溝パタ−ンの形成に適用した場合の一工程を示す図。
図15本発明の方法を配線溝パタ−ンの形成に適用した場合の一工程を示す図。
図16本発明の方法を配線溝パタ−ンの形成に適用した場合の一工程を示す図。
図17本発明の方法を配線溝パタ−ンの形成に適用した場合の一工程を示す図。
図18従来のレジストパタ−ンの形成方法の全工程を概略的に示す図。
図19レジストパタ−ンの種類を示す図。

--

0056

11,21,31 :半導体基板、
12,25,34 :ポジ型フォトレジスト、
12a :ピラ−パタ−ン、
13 :マスク、
14,17 :光、
15 :遮蔽膜、
16,26,35 :ネガ型フォトレジスト、
22 :ゲ−ト、
23 :ソ−ス・ドレイン、
24,32,33 :絶縁膜、
36 :配線溝、
37 :金属膜、
38 :配線層。

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