JP2004279570A - パターン形成方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents
パターン形成方法および半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004279570A JP2004279570A JP2003068379A JP2003068379A JP2004279570A JP 2004279570 A JP2004279570 A JP 2004279570A JP 2003068379 A JP2003068379 A JP 2003068379A JP 2003068379 A JP2003068379 A JP 2003068379A JP 2004279570 A JP2004279570 A JP 2004279570A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- pattern
- resist
- forming
- etching
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 43
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 43
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 43
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 41
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 15
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 183
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 16
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 5
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 239000012487 rinsing solution Substances 0.000 description 4
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002585 base Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 3
- 125000006239 protecting group Chemical group 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 229910018503 SF6 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- RWRIWBAIICGTTQ-UHFFFAOYSA-N difluoromethane Chemical compound FCF RWRIWBAIICGTTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 239000011342 resin composition Substances 0.000 description 2
- SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N sulfur hexafluoride Chemical compound FS(F)(F)(F)(F)F SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229960000909 sulfur hexafluoride Drugs 0.000 description 2
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001665 Poly-4-vinylphenol Polymers 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VZPPHXVFMVZRTE-UHFFFAOYSA-N [Kr]F Chemical compound [Kr]F VZPPHXVFMVZRTE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- ISQINHMJILFLAQ-UHFFFAOYSA-N argon hydrofluoride Chemical compound F.[Ar] ISQINHMJILFLAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000010526 radical polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
- Materials For Photolithography (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
【課題】傾きや倒れのないレジストパターンを形成することにより、被加工基板に所望のパターンを形成する。また、このパターン形成方法を用いて半導体装置を製造する。
【解決手段】半導体基材１の上に、酸性物質または塩基性物質を含む反射防止膜２を形成し、反射防止膜２の上に酸発生剤を含む化学増幅型のレジスト膜３を形成する。レジスト膜３に所定のマスクを介して露光光を照射し、加熱、現像処理を施すことによってレジストパターン８を形成する。このとき、レジストパターン８の断面が、反射防止膜３に接するテーパ形状部８ａと、テーパ形状部８ａ上の矩形部８ｂとからなる構造を有する。
【選択図】 図２
【解決手段】半導体基材１の上に、酸性物質または塩基性物質を含む反射防止膜２を形成し、反射防止膜２の上に酸発生剤を含む化学増幅型のレジスト膜３を形成する。レジスト膜３に所定のマスクを介して露光光を照射し、加熱、現像処理を施すことによってレジストパターン８を形成する。このとき、レジストパターン８の断面が、反射防止膜３に接するテーパ形状部８ａと、テーパ形状部８ａ上の矩形部８ｂとからなる構造を有する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターン形成方法および半導体装置の製造方法に関し、より詳しくは、化学増幅型のレジストを使用するパターン形成方法および半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の集積度の増加に伴い個々の素子の寸法は微小化が進み、各素子を構成する配線やゲートなどの幅も微細化されている。
【０００３】
この微細化を支えているフォトリソグラフィ技術には、被加工基板表面にレジスト組成物を塗布してレジスト膜を形成する工程、光を照射して所定のレジストパターンを露光することによりレジストパターン潜像を形成する工程、必要に応じ加熱処理する工程、次いでこれを現像して所望のレジストパターンを形成する工程、および、このレジストパターンをマスクとして被加工基板に対してエッチングなどの加工を行う工程が含まれる。
【０００４】
このようなフォトリソグラフィ技術を用いて、微細なデザイン・ルールを有する半導体装置を製造するに際しては、微細なレジストパターンを形成することが必要となる。
【０００５】
レジストパターンの微細化を図る手段の一つとして、上記のレジストパターン潜像を形成する際に使用される露光光の短波長化が進められている。
【０００６】
従来、例えば６４Ｍビットまでの集積度のＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）の製造には、高圧水銀灯のｉ線（波長：３６５ｎｍ）が光源として使用されてきた。近年では、２５６メガビットＤＲＡＭの量産プロセスには、ＫｒＦ（フッ化クリプトン）エキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）を露光光源として用いた技術が実用化されている。また、１ギガビット以上の集積度を持つＤＲＡＭの製造には、ＡｒＦ（フッ化アルゴン）エキシマレーザ（波長：１９３ｎｍ）の実用化が検討されている。さらに、１００ｎｍ以下のデザイン・ルールに対応する微細パターンを実現する技術として、より波長の短いＦ２（フッ素）レーザ（波長：１５７ｎｍ）を露光光源として用いることも考えられている。
【０００７】
一方、より高解像度の露光技術として、電子線リソグラフィ技術の開発も進められている。電子線リソグラフィ技術は本質的に優れた解像度を有しているために、ＤＲＡＭの他に一部ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の生産にも用いられている。このような電子線リソグラフィ技術においても、フォトリソグラフィ技術の場合と同様に、微細なレジストパターンの形成が重要となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、レジストパターンの微細化が進む一方で、エッチング耐性などの観点から、レジスト膜にはある程度の膜厚が必要とされる。したがって、レジストパターンの高さと幅の比（レジストパターンの膜厚／レジストパターンの線幅）であるアスペクト比は次第に大きくなる傾向にある。
【０００９】
しかしながら、アスペクト比が大きくなると、レジストパターンは横方向の力に対して弱くなることから、パターンに傾きが生じやすくなるという問題があった。この問題について以下に詳述する。
【００１０】
露光後のレジスト膜の現像には、一般に、液体現像液を用いたウェット現像法が用いられている。例えば、レジスト膜を現像液に浸漬し、露光部と未露光部におけるレジスト膜の溶解度差を利用することによって、レジストパターンを形成する。続いて、現像液および現像液に溶解したレジストをリンス液によって洗い流す処理を行う。その後、乾燥処理を行ってリンス液を除去する。
【００１１】
しかしながら、リンス液を乾燥させる際に、レジストパターン間に溜まったリンス液と空気との圧力差により働く毛細管力によって、レジストパターンに傾きが生じるという問題があった。この毛細管力は、リンス液とレジストパターン間での気液界面に生じる表面張力に依存することが知られている。
【００１２】
このようなレジストパターンの傾きは、アスペクト比の大きいパターンで生じ易い。
【００１３】
また、パターンの傾きが著しい場合には、隣り合うパターンが互いにもたれ掛かるようにして倒れるパターン倒れが発生するという問題もあった。
【００１４】
レジストパターンに傾きや倒れが生じると、被加工基板に所望のパターンを形成することができなくなり、製品の歩留まり低下や信頼性低下などを引き起こすことになる。
【００１５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、傾きや倒れのないレジストパターンを形成することにより、被加工基板に所望のパターンを形成する方法を提供することにある。
【００１６】
また、本発明の目的は、上記のパターン形成方法を用いて半導体装置を製造する方法を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のパターン形成方法は、被加工基板の上に反射防止膜を形成する工程と、この反射防止膜の上に酸発生剤を含む化学増幅型のレジスト膜を形成する工程と、このレジスト膜に所定のマスクを介して露光光を照射することによって、露光部で酸発生剤から酸を発生させる工程と、露光後のレジスト膜に加熱処理を行う工程と、レジスト膜に現像処理を施すことによってレジストパターンを形成する工程と、このレジストパターンをマスクとした反射防止膜のエッチングによって反射防止膜パターンを形成する工程と、この反射防止膜パターンをマスクとした被加工基板のエッチングによって被加工基板に所望のパターンを形成する工程とを有し、レジストパターンの断面が反射防止膜に接するテーパ形状部を有することを特徴とする。
【００１９】
被加工基板はタングステン膜を有し、このタングステン膜上に反射防止膜が形成されていて、反射防止膜パターンをマスクとしてタングステン膜をエッチングすることによってタングステン膜パターンを形成することができる。
【００２０】
また、被加工基板はタングステン膜およびこのタングステン膜の上に形成された無機膜を有し、この無機膜の上に反射防止膜が形成されていて、反射防止膜パターンをマスクとした無機膜のエッチングによって無機膜パターンを形成する工程と、この無機膜パターンをマスクとしたタングステン膜のエッチングによってタングステン膜パターンを形成する工程とを有することができる。
【００２１】
また、本発明のパターン形成方法は、被加工基板の上に反射防止膜を形成する工程と、この反射防止膜の上に酸発生剤を含む化学増幅型のレジスト膜を形成する工程と、このレジスト膜に所定のマスクを介して露光光を照射することによって、露光部で酸発生剤から酸を発生させる工程と、露光後のレジスト膜に加熱処理を行う工程と、レジスト膜に現像処理を施すことによってレジストパターンを形成する工程と、このレジストパターンをマスクとした反射防止膜のエッチングに続いて被加工基板のエッチングを行うことによって被加工基板に所望のパターンを形成する工程とを有し、レジストパターンの断面が反射防止膜に接するテーパ形状部を有することを特徴とする。
【００２２】
被加工基板はタングステン膜およびこのタングステン膜の上に形成された無機膜を有し、この無機膜の上に反射防止膜が形成されていて、反射防止膜のエッチングに続いて無機膜のエッチングを行うことによって無機膜パターンを形成する工程と、この無機膜パターンをマスクとしたタングステン膜のエッチングによってタングステン膜パターンを形成する工程とを有することができる。
【００２３】
本発明のパターン形成方法において、テーパ形状部の上には略矩形形状を有する矩形部があって、テーパ形状部の高さｈ１、幅Ｗ１と、矩形部の高さｈ２、幅Ｗ２との間に、下記式の関係が成立することが好ましい。
【００２４】
【数２】
【００２５】
反射防止膜に塩基性物質または酸性物質を添加することによってレジスト膜中の酸の濃度を調節し、テーパ形状部の高さｈ１および／またはテーパ形状部の幅Ｗ１の値を制御することができる。
【００２６】
本発明のパターン形成方法において、露光光は波長１５７ｎｍのＦ２レーザ光とすることができる。
【００２７】
さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、被加工基板が半導体基材であって、本発明のパターン形成方法を用いることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１〜図４を用いて、本実施の形態によるパターン形成方法について説明する。尚、これらの図において、同じ符号を用いた箇所は同じ部分であることを示している。
【００２９】
まず、被加工基板として、タングステン膜が形成された半導体基材を準備する。例えば、図１（ａ）に示すように、半導体基材１上に、化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，以下、ＣＶＤという。）などによってタングステン（Ｗ）膜２を形成する。タングステン膜２は、例えば、７０ｎｍのデザイン・ルールに対応するトランジスタのゲート電極材料として用いられる。
【００３０】
半導体基材１としては、例えば、素子分離領域やソースまたはドレインとなる拡散層などが形成されたシリコン基板上に、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜などのゲート絶縁膜が形成されたものを用いることができる。
【００３１】
半導体基材１上に形成する膜は、タングステン膜に限られるものではない。例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）またはチタン（Ｔｉ）などの他の導電膜を形成してもよい。さらに、ゲート電極材料に限らず、半導体装置の製造工程で用いられてパターニングを必要とする膜であれば、他の膜を形成してもよい。
【００３２】
次に、図１（ｂ）に示すように、タングステン膜２の上に反射防止膜３を形成する。
【００３３】
反射防止膜の主成分としては、有機材料が好ましく用いられる。有機材料は、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂および電子線硬化性樹脂のいずれであってもよい。また、光硬化性樹脂組成物は、ラジカル重合を利用して硬化するものであってもよいし、光により発生した酸により硬化するものであってもよい。例えば、ＫｒＦエキシマレーザまたはＡｒＦエキシマレーザを光源とするフォトリソグラフィ技術で一般的である、熱硬化性のアクリル系ポリマーを用いることができる。
【００３４】
また、反射防止膜は、後述するレジスト膜露光の際に使用する露光光が波長１５７ｎｍのＦ２レーザ光である場合、屈折率ｎが１．６０≦ｎ≦１．９０であり、消衰係数ｋが０．１２≦ｋ≦０．４５であり、膜厚が１０ｎｍ以上で２００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３５】
本実施の形態においては、反射防止膜組成物に、塩基性物質または酸性物質を添加する。これらの内いずれを添加するかは、後述するレジスト膜中の酸濃度によって決定される。尚、本実施の形態で使用される塩基性物質または酸性物質は、反射防止膜組成物と相溶性を有し、反射防止膜の成膜性などに悪影響を及ぼさないものであれば特に制限なく使用することができる。
【００３６】
次に、図１（ｃ）に示すように、反射防止膜３の上にレジスト膜４を形成する。レジスト膜４の形成は、例えばスピンコート法などを用いて行うことができる。また、レジスト膜４の膜厚は、半導体装置の製造工程に応じた所定の膜厚とすることができる。
【００３７】
本発明においては、化学増幅型のレジスト膜が好ましく用いられる。具体的には、アルカリ不溶性ポリマーおよび酸発生剤を含有するポジ型の化学増幅型レジストを用いることができる。アルカリ不溶性ポリマーとしては、例えば、ポリビニルフェノールのフェノール性水酸基を保護基によってブロックした構造のものを用いることができる。
【００３８】
次に、図１（ｄ）に示すように、所定のマスク５を介してレジスト膜４に露光光６を照射する。露光装置としては、例えば、Ｆ２レーザを光源とする露光装置を用いることができる。また、マスク５は、所望の線幅のレジストパターンに対応したものを用いることができる。
【００３９】
この露光は、レジスト膜４に所定のレジストパターン潜像を形成することを目的として行うものである。すなわち、レジスト膜４に露光光を照射することによって、図１（ｄ）に示すように、レジスト膜４内に露光部４１と未露光部４２とからなるレジストパターン潜像が形成される。
【００４０】
次に、露光後の半導体基材に対して加熱処理を行う。加熱処理は、密閉式の加熱炉またはホットプレートなどを用いて行うことができる。
【００４１】
加熱処理工程を終えた後は、レジスト膜に現像処理を施す。現像は、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いたアルカリ現像などによって行うことができる。
【００４２】
一般に、化学増幅型のレジスト膜は、露光光の照射による酸発生剤の分解によって酸を生じる。生じた酸は加熱処理工程で触媒として働き、アルカリ不溶性ポリマーの加熱分解が起こることによって保護基がはずれる。これにより、レジスト膜は露光部でアルカリ可溶性となるので、露光部をアルカリ現像液によって溶解除去することによりレジストパターンを形成することができる。ここで、図２（ａ）に示すように、従来のレジストパターン７の断面は全体に矩形形状を有していた。
【００４３】
これに対して、図２（ｂ）に示すように、本発明におけるレジストパターン８の断面はテーパ形状部８ａを有することを特徴としている。テーパ形状部８ａは反射防止膜３に接しており、テーパ形状部８ａの上には略矩形形状を有する矩形部８ｂがある。すなわち、レジストパターン８は、テーパ形状部８ａと矩形部８ｂとからなる形状を有している。
【００４４】
このように、従来は全体的に矩形形状であったレジストパターンを、本発明では反射防止膜と接する部分でテーパ形状とすることを特徴としている。このような形状とすることにより、レジスト膜と反射防止膜との接触面積を大きくすることができるので、レジストパターンの機械的強度を向上させてパターンの傾きや倒れが発生するのを防止することが可能となる。
【００４５】
レジストパターンの形状は、レジスト膜中の酸濃度を調節することによって制御することができる。例えば、所定の線幅のレジストパターンを形成するのに適当な酸濃度ａ１に対して、レジスト膜中の酸濃度ｃがｃ＜ａ１である場合には、加熱処理後にも露光部に保護基が残存することとなる。その結果、アルカリ現像液に十分に溶解せず、レジストパターンは所定の線幅よりも大きくなる。反対にｃ＞ａ１である場合には、レジスト膜がアルカリ現像液に過剰に溶解する結果、レジストパターンは所定の線幅よりも小さいものとなる。
【００４６】
したがって、レジスト膜と反射防止膜との界面付近での酸濃度を調節することによって、レジストパターン下部の形状を制御することができる。レジスト膜中の酸濃度は、反射防止膜に塩基性物質または酸性物質を添加することによって調節することが好ましい。
【００４７】
例えば、反射防止膜に塩基性物質を添加した場合、露光によって発生したレジスト膜中の酸が反射防止膜中の塩基と中和反応を起こし、反射防止膜との界面付近での酸濃度が低下するようになる。その結果、加熱処理後においても反射防止膜との界面付近では保護基が残存し、他の部分に比較すると現像液に溶解し難くなる。現像後のレジストパターンは、図３（ａ）に示すように、パターン底部で線幅が大きく裾を引いたような形状となって、テーパ形状部８ａを有するレジストパターン８が形成される。
【００４８】
反射防止膜に塩基性物質を添加するのは、レジストパターンが全体に矩形状となる場合の他、反射防止膜と接する方向に次第に幅が小さくなる逆テーパ形状となる場合も含まれる。例えば、反射防止膜との界面付近において、レジスト膜中の酸の量が過剰になると、レジストパターンは反射防止膜と接する部分に逆テーパ形状部を有するようになる。このような形状は、反射防止膜との接触面積が小さくなり、レジストパターンの機械的強度の低下に繋がることから好ましくない。
【００４９】
一方、レジスト膜中に存在する酸の拡散量が大きい場合には、レジスト膜から反射防止膜へと酸が移動することによって、界面付近で酸濃度が低下するようになる。酸濃度の低下が大きい場合には、アルカリに不溶な部分が大きくなる結果、レジスト膜の底部付近での線幅が極端に大きくなって所望のレジストパターンを形成することができない。このような場合には、反射防止膜に酸性物質を添加し、反射防止膜からレジスト膜へと酸を拡散させることによってレジスト膜中の酸濃度を適量なものとする。
【００５０】
本発明におけるレジストパターンは、パターンの寸法制御性を損なわない範囲のテーパ形状とすることが重要である。具体的には、図４に示すように、テーパ形状部８ａと矩形部８ｂとからなるレジストパターン８に対して、テーパ形状部８ａの高さｈ１と矩形部８ｂの高さｈ２との間に、式１の関係が成立することが好ましい。
【００５１】
【数３】
【００５２】
また、テーパ形状部８ａの幅Ｗ１と矩形部８ｂの幅Ｗ２との間に、式２の関係が成立することが好ましい。
【００５３】
【数４】
【００５４】
現像処理を終えた後は、半導体基材に付着した現像液および現像液に溶解したレジストをリンス液によって洗い流す。具体的には、半導体基材上にリンス液をシャワー状またはスプレー状に吐出することによって洗い流すことができる。現像液としてアルカリ水溶液を用いた場合には、リンス液として例えば純水を使用することができる。
【００５５】
リンス液によって現像液および現像液に溶解したレジストを洗い流した後は、乾燥によってリンス液を除去する。例えば、半導体基材を高速で回転させることによって乾燥を行うことができる。
【００５６】
本実施の形態によれば、レジストパターンにテーパ形状部を形成することによって、レジストパターンと反射防止膜との接触面積が大きくなるので、パターンを物理的に安定化することができるようになる。したがって、高いアスペクト比（例えば、４以上）を有するパターンであっても、現像後にパターンの傾きや倒れが発生することはない。
【００５７】
次に、レジストパターン８をマスクとして反射防止膜３をドライエッチングして、図３（ｂ）に示すような反射防止膜パターン９を形成する。この際、プラズマによって生じた活性種の直進性を増した条件でエッチングすることによって、レジスト膜のテーパ形状を反映させることなく、反射防止膜を矩形状に加工することができる。
【００５８】
次に、反射防止膜パターン９をマスクとしてタングステン膜２をドライエッチングして、図３（ｃ）に示すようなタングステン膜パターン１０を形成する。その後、不要となった反射防止膜パターンを除去して、図３（ｄ）に示す構造とする。
【００５９】
以上の工程によって、タングステン膜に所望の微細パターンを形成することができる。その後、公知の方法を適用することによって、半導体装置を製造することができる。
【００６０】
１つの例として、被加工基板上に、膜厚５０ｎｍのタングステン膜を形成した。次に、タングステン膜の上に、熱硬化性のアクリル系ポリマーに塩基性物質を適量加えた反射防止膜組成物を塗布し、２０５℃で６０秒間加熱することにより、膜厚８０ｎｍの反射防止膜を形成した。続いて、Ｆ２レーザを光源とする露光機に対応するレジスト（以下、Ｆ２レジストという。）の組成物を塗布し、１２０℃で６０秒間加熱することにより、膜厚３００ｎｍのレジスト膜を形成した。
【００６１】
次に、Ｆ２レーザを光源とする露光機を用い、マスクを介してレジスト膜を露光した。ここで、マスクとしては、線幅７０ｎｍのゲート電極パターン加工用のものを用いた。露光後に１２０℃で９０秒間加熱を行った後、濃度２．３８％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド溶液を用いた現像処理によって、テーパ形状部を有するレジストパターンを形成した。
【００６２】
次に、レジストパターンをマスクとして、反射防止膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、窒素と酸素の混合ガスを用いた。この際、活性種の直進性を高めた条件でエッチングを行った。
【００６３】
次に、反射防止膜パターンをマスクとして、タングステン膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、六フッ化硫黄と窒素の混合ガスを用いた。
【００６４】
最後に、酸素プラズマで反射防止膜パターンを除去することによって、良好な微細パターンのゲート電極構造を得た。
【００６５】
また、本発明は、タングステン膜の上に窒化シリコン膜を形成した後、この窒化シリコン膜の上に反射防止膜を形成してもよい。この場合、窒化シリコン膜は、タングステン膜をエッチングする際のマスクとして使用する。窒化シリコン膜の形成は、例えばＣＶＤ法などによって行うことができる。尚、タングステン膜の上に形成する膜は、窒化シリコン膜以外の他の無機膜（例えば、酸化シリコン膜など。）であってもよい。
【００６６】
１つの例として、被加工基板上に、膜厚５０ｎｍのタングステン膜を形成した。次に、タングステン膜の上に、ＣＶＤ法を用いて膜厚７０ｎｍの窒化シリコン膜を形成した。
【００６７】
次に、窒化シリコン膜の上に、熱硬化性のアクリル系ポリマーに塩基性物質を適量加えた樹脂組成物を塗布し、２０５℃で６０秒間加熱することにより、膜厚５０ｎｍの反射防止膜を形成した。続いて、反射防止膜の上にＦ２レジスト組成物を塗布し、１２０℃で６０秒間加熱することにより、膜厚２５０ｎｍのレジスト膜を形成した。
【００６８】
次に、Ｆ２レーザを光源とする露光機を用い、マスクを介してレジスト膜を露光した。ここで、マスクとしては、線幅７０ｎｍのゲート電極パターン加工用のものを用いた。露光後に１２０℃で９０秒間加熱を行った後。濃度２．３８％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド溶液による現像処理を行うことによって、テーパ形状部を有するレジストパターンを形成した。
【００６９】
次に、レジストパターンをマスクとして、反射防止膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、窒素と酸素の混合ガスを用いた。この際、活性種の直進性を高めた条件でエッチングを行った。
【００７０】
次に、反射防止膜パターンをマスクとして、窒化シリコン膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、テトラフルオロメタン、酸素およびジフルオロメタンの混合ガスを用いた。
【００７１】
次に、窒化シリコン膜をマスクとして、タングステン膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、六フッ化硫黄と窒素の混合ガスを用いた。以上の工程により、良好な微細パターンのゲート電極構造を得た。
【００７２】
尚、窒化シリコン膜エッチングの際のエッチングガスとしては、テトラフルオロメタンと酸素の混合ガスを用いることもできる。この場合、反射防止膜のエッチングおよび窒化シリコン膜のエッチングに使用するガスが同じとなるので、これらのエッチング工程を連続して行うことが可能になる。
【００７３】
例えば、レジストパターンをマスクとして反射防止膜のエッチングを行い、窒化シリコン膜が露出したところで反射防止膜をマスクとして窒化シリコン膜のエッチングを行う。この際、反射防止膜のエッチングが進行して窒化シリコン膜が露出すると略同時に、レジストパターンがエッチングによって消失するようなエッチング条件とすることが好ましい。
【００７４】
また、レジストパターンをマスクとして反射防止膜および窒化シリコン膜のエッチングを行ってもよい。この場合にも、プラズマエッチングにおける活性種の直進性を増した条件でエッチングを行うことによって、レジストパターンのテーパ形状を反映させることなく、反射防止膜パターンおよび窒化シリコン膜パターンを矩形状に形成することができる。
【００７５】
本実施の形態では、ポジ型のレジストを用いた例について述べたが、本発明はこれに限られるものではなく、ネガ型のレジストにも適用することができる。
【００７６】
また、本実施の形態においては、半導体基材上にパターンを形成する例について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。レジストパターンをマスクとして下地材のパターニングを必要とする目的であれば、他の用途に適用することも可能である。例えば、下地材がガラス基板上に形成された薄膜であってもよいし、プラスチック基板上に形成された薄膜であってもよい。
【００７７】
本実施の形態のパターン形成方法によれば、レジストパターンの下部をテーパ形状とすることによって、高アスペクト比のパターンであっても傾きや倒れが発生するのを防止することができる。したがって、このレジストパターンをマスクとしてエッチングすることによって、下地膜に所望の微細パターンを形成することができる。
【００７８】
また、本実施の形態のパターン形成方法によれば、ＫｒＦエキシマレーザまたはＡｒＦエキシマレーザを光源とするフォトリソグラフィ技術で一般的に用いられる反射防止膜を用い、Ｆ２レーザを光源とするフォトリソグラフィ技術によって、下地膜に所望の微細パターンを形成することができる。
【００７９】
また、本実施の形態に示す方法に従ってパターンを形成することによって、良好な素子特性を有する半導体装置を製造することが可能となる。
【００８０】
【発明の効果】
本発明によれば、反射防止膜と接するテーパ形状部を有するレジストパターンを形成することによって、高アスペクト比のパターンであっても傾きや倒れが発生するのを防止することができる。したがって、このレジストパターンをマスクとしてエッチングすることによって、被加工基板に所望のパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図２】（ａ）は従来のレジストパターンの断面図、（ｂ）は本発明にかかるレジストパターンの断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図４】本発明にかかるレジストパターンの断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体基材、 ２ タングステン膜、 ３ 反射防止膜、 ４ レジスト膜、 ５ マスク、 ６ 露光光、 ７，８ レジストパターン、 ８ａ テーパ形状部、 ８ｂ 矩形部、 ９ 反射防止膜パターン、 １０ タングステン膜パターン。
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターン形成方法および半導体装置の製造方法に関し、より詳しくは、化学増幅型のレジストを使用するパターン形成方法および半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の集積度の増加に伴い個々の素子の寸法は微小化が進み、各素子を構成する配線やゲートなどの幅も微細化されている。
【０００３】
この微細化を支えているフォトリソグラフィ技術には、被加工基板表面にレジスト組成物を塗布してレジスト膜を形成する工程、光を照射して所定のレジストパターンを露光することによりレジストパターン潜像を形成する工程、必要に応じ加熱処理する工程、次いでこれを現像して所望のレジストパターンを形成する工程、および、このレジストパターンをマスクとして被加工基板に対してエッチングなどの加工を行う工程が含まれる。
【０００４】
このようなフォトリソグラフィ技術を用いて、微細なデザイン・ルールを有する半導体装置を製造するに際しては、微細なレジストパターンを形成することが必要となる。
【０００５】
レジストパターンの微細化を図る手段の一つとして、上記のレジストパターン潜像を形成する際に使用される露光光の短波長化が進められている。
【０００６】
従来、例えば６４Ｍビットまでの集積度のＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）の製造には、高圧水銀灯のｉ線（波長：３６５ｎｍ）が光源として使用されてきた。近年では、２５６メガビットＤＲＡＭの量産プロセスには、ＫｒＦ（フッ化クリプトン）エキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）を露光光源として用いた技術が実用化されている。また、１ギガビット以上の集積度を持つＤＲＡＭの製造には、ＡｒＦ（フッ化アルゴン）エキシマレーザ（波長：１９３ｎｍ）の実用化が検討されている。さらに、１００ｎｍ以下のデザイン・ルールに対応する微細パターンを実現する技術として、より波長の短いＦ２（フッ素）レーザ（波長：１５７ｎｍ）を露光光源として用いることも考えられている。
【０００７】
一方、より高解像度の露光技術として、電子線リソグラフィ技術の開発も進められている。電子線リソグラフィ技術は本質的に優れた解像度を有しているために、ＤＲＡＭの他に一部ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の生産にも用いられている。このような電子線リソグラフィ技術においても、フォトリソグラフィ技術の場合と同様に、微細なレジストパターンの形成が重要となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、レジストパターンの微細化が進む一方で、エッチング耐性などの観点から、レジスト膜にはある程度の膜厚が必要とされる。したがって、レジストパターンの高さと幅の比（レジストパターンの膜厚／レジストパターンの線幅）であるアスペクト比は次第に大きくなる傾向にある。
【０００９】
しかしながら、アスペクト比が大きくなると、レジストパターンは横方向の力に対して弱くなることから、パターンに傾きが生じやすくなるという問題があった。この問題について以下に詳述する。
【００１０】
露光後のレジスト膜の現像には、一般に、液体現像液を用いたウェット現像法が用いられている。例えば、レジスト膜を現像液に浸漬し、露光部と未露光部におけるレジスト膜の溶解度差を利用することによって、レジストパターンを形成する。続いて、現像液および現像液に溶解したレジストをリンス液によって洗い流す処理を行う。その後、乾燥処理を行ってリンス液を除去する。
【００１１】
しかしながら、リンス液を乾燥させる際に、レジストパターン間に溜まったリンス液と空気との圧力差により働く毛細管力によって、レジストパターンに傾きが生じるという問題があった。この毛細管力は、リンス液とレジストパターン間での気液界面に生じる表面張力に依存することが知られている。
【００１２】
このようなレジストパターンの傾きは、アスペクト比の大きいパターンで生じ易い。
【００１３】
また、パターンの傾きが著しい場合には、隣り合うパターンが互いにもたれ掛かるようにして倒れるパターン倒れが発生するという問題もあった。
【００１４】
レジストパターンに傾きや倒れが生じると、被加工基板に所望のパターンを形成することができなくなり、製品の歩留まり低下や信頼性低下などを引き起こすことになる。
【００１５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、傾きや倒れのないレジストパターンを形成することにより、被加工基板に所望のパターンを形成する方法を提供することにある。
【００１６】
また、本発明の目的は、上記のパターン形成方法を用いて半導体装置を製造する方法を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のパターン形成方法は、被加工基板の上に反射防止膜を形成する工程と、この反射防止膜の上に酸発生剤を含む化学増幅型のレジスト膜を形成する工程と、このレジスト膜に所定のマスクを介して露光光を照射することによって、露光部で酸発生剤から酸を発生させる工程と、露光後のレジスト膜に加熱処理を行う工程と、レジスト膜に現像処理を施すことによってレジストパターンを形成する工程と、このレジストパターンをマスクとした反射防止膜のエッチングによって反射防止膜パターンを形成する工程と、この反射防止膜パターンをマスクとした被加工基板のエッチングによって被加工基板に所望のパターンを形成する工程とを有し、レジストパターンの断面が反射防止膜に接するテーパ形状部を有することを特徴とする。
【００１９】
被加工基板はタングステン膜を有し、このタングステン膜上に反射防止膜が形成されていて、反射防止膜パターンをマスクとしてタングステン膜をエッチングすることによってタングステン膜パターンを形成することができる。
【００２０】
また、被加工基板はタングステン膜およびこのタングステン膜の上に形成された無機膜を有し、この無機膜の上に反射防止膜が形成されていて、反射防止膜パターンをマスクとした無機膜のエッチングによって無機膜パターンを形成する工程と、この無機膜パターンをマスクとしたタングステン膜のエッチングによってタングステン膜パターンを形成する工程とを有することができる。
【００２１】
また、本発明のパターン形成方法は、被加工基板の上に反射防止膜を形成する工程と、この反射防止膜の上に酸発生剤を含む化学増幅型のレジスト膜を形成する工程と、このレジスト膜に所定のマスクを介して露光光を照射することによって、露光部で酸発生剤から酸を発生させる工程と、露光後のレジスト膜に加熱処理を行う工程と、レジスト膜に現像処理を施すことによってレジストパターンを形成する工程と、このレジストパターンをマスクとした反射防止膜のエッチングに続いて被加工基板のエッチングを行うことによって被加工基板に所望のパターンを形成する工程とを有し、レジストパターンの断面が反射防止膜に接するテーパ形状部を有することを特徴とする。
【００２２】
被加工基板はタングステン膜およびこのタングステン膜の上に形成された無機膜を有し、この無機膜の上に反射防止膜が形成されていて、反射防止膜のエッチングに続いて無機膜のエッチングを行うことによって無機膜パターンを形成する工程と、この無機膜パターンをマスクとしたタングステン膜のエッチングによってタングステン膜パターンを形成する工程とを有することができる。
【００２３】
本発明のパターン形成方法において、テーパ形状部の上には略矩形形状を有する矩形部があって、テーパ形状部の高さｈ１、幅Ｗ１と、矩形部の高さｈ２、幅Ｗ２との間に、下記式の関係が成立することが好ましい。
【００２４】
【数２】
反射防止膜に塩基性物質または酸性物質を添加することによってレジスト膜中の酸の濃度を調節し、テーパ形状部の高さｈ１および／またはテーパ形状部の幅Ｗ１の値を制御することができる。
【００２６】
本発明のパターン形成方法において、露光光は波長１５７ｎｍのＦ２レーザ光とすることができる。
【００２７】
さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、被加工基板が半導体基材であって、本発明のパターン形成方法を用いることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１〜図４を用いて、本実施の形態によるパターン形成方法について説明する。尚、これらの図において、同じ符号を用いた箇所は同じ部分であることを示している。
【００２９】
まず、被加工基板として、タングステン膜が形成された半導体基材を準備する。例えば、図１（ａ）に示すように、半導体基材１上に、化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，以下、ＣＶＤという。）などによってタングステン（Ｗ）膜２を形成する。タングステン膜２は、例えば、７０ｎｍのデザイン・ルールに対応するトランジスタのゲート電極材料として用いられる。
【００３０】
半導体基材１としては、例えば、素子分離領域やソースまたはドレインとなる拡散層などが形成されたシリコン基板上に、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜などのゲート絶縁膜が形成されたものを用いることができる。
【００３１】
半導体基材１上に形成する膜は、タングステン膜に限られるものではない。例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）またはチタン（Ｔｉ）などの他の導電膜を形成してもよい。さらに、ゲート電極材料に限らず、半導体装置の製造工程で用いられてパターニングを必要とする膜であれば、他の膜を形成してもよい。
【００３２】
次に、図１（ｂ）に示すように、タングステン膜２の上に反射防止膜３を形成する。
【００３３】
反射防止膜の主成分としては、有機材料が好ましく用いられる。有機材料は、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂および電子線硬化性樹脂のいずれであってもよい。また、光硬化性樹脂組成物は、ラジカル重合を利用して硬化するものであってもよいし、光により発生した酸により硬化するものであってもよい。例えば、ＫｒＦエキシマレーザまたはＡｒＦエキシマレーザを光源とするフォトリソグラフィ技術で一般的である、熱硬化性のアクリル系ポリマーを用いることができる。
【００３４】
また、反射防止膜は、後述するレジスト膜露光の際に使用する露光光が波長１５７ｎｍのＦ２レーザ光である場合、屈折率ｎが１．６０≦ｎ≦１．９０であり、消衰係数ｋが０．１２≦ｋ≦０．４５であり、膜厚が１０ｎｍ以上で２００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３５】
本実施の形態においては、反射防止膜組成物に、塩基性物質または酸性物質を添加する。これらの内いずれを添加するかは、後述するレジスト膜中の酸濃度によって決定される。尚、本実施の形態で使用される塩基性物質または酸性物質は、反射防止膜組成物と相溶性を有し、反射防止膜の成膜性などに悪影響を及ぼさないものであれば特に制限なく使用することができる。
【００３６】
次に、図１（ｃ）に示すように、反射防止膜３の上にレジスト膜４を形成する。レジスト膜４の形成は、例えばスピンコート法などを用いて行うことができる。また、レジスト膜４の膜厚は、半導体装置の製造工程に応じた所定の膜厚とすることができる。
【００３７】
本発明においては、化学増幅型のレジスト膜が好ましく用いられる。具体的には、アルカリ不溶性ポリマーおよび酸発生剤を含有するポジ型の化学増幅型レジストを用いることができる。アルカリ不溶性ポリマーとしては、例えば、ポリビニルフェノールのフェノール性水酸基を保護基によってブロックした構造のものを用いることができる。
【００３８】
次に、図１（ｄ）に示すように、所定のマスク５を介してレジスト膜４に露光光６を照射する。露光装置としては、例えば、Ｆ２レーザを光源とする露光装置を用いることができる。また、マスク５は、所望の線幅のレジストパターンに対応したものを用いることができる。
【００３９】
この露光は、レジスト膜４に所定のレジストパターン潜像を形成することを目的として行うものである。すなわち、レジスト膜４に露光光を照射することによって、図１（ｄ）に示すように、レジスト膜４内に露光部４１と未露光部４２とからなるレジストパターン潜像が形成される。
【００４０】
次に、露光後の半導体基材に対して加熱処理を行う。加熱処理は、密閉式の加熱炉またはホットプレートなどを用いて行うことができる。
【００４１】
加熱処理工程を終えた後は、レジスト膜に現像処理を施す。現像は、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いたアルカリ現像などによって行うことができる。
【００４２】
一般に、化学増幅型のレジスト膜は、露光光の照射による酸発生剤の分解によって酸を生じる。生じた酸は加熱処理工程で触媒として働き、アルカリ不溶性ポリマーの加熱分解が起こることによって保護基がはずれる。これにより、レジスト膜は露光部でアルカリ可溶性となるので、露光部をアルカリ現像液によって溶解除去することによりレジストパターンを形成することができる。ここで、図２（ａ）に示すように、従来のレジストパターン７の断面は全体に矩形形状を有していた。
【００４３】
これに対して、図２（ｂ）に示すように、本発明におけるレジストパターン８の断面はテーパ形状部８ａを有することを特徴としている。テーパ形状部８ａは反射防止膜３に接しており、テーパ形状部８ａの上には略矩形形状を有する矩形部８ｂがある。すなわち、レジストパターン８は、テーパ形状部８ａと矩形部８ｂとからなる形状を有している。
【００４４】
このように、従来は全体的に矩形形状であったレジストパターンを、本発明では反射防止膜と接する部分でテーパ形状とすることを特徴としている。このような形状とすることにより、レジスト膜と反射防止膜との接触面積を大きくすることができるので、レジストパターンの機械的強度を向上させてパターンの傾きや倒れが発生するのを防止することが可能となる。
【００４５】
レジストパターンの形状は、レジスト膜中の酸濃度を調節することによって制御することができる。例えば、所定の線幅のレジストパターンを形成するのに適当な酸濃度ａ１に対して、レジスト膜中の酸濃度ｃがｃ＜ａ１である場合には、加熱処理後にも露光部に保護基が残存することとなる。その結果、アルカリ現像液に十分に溶解せず、レジストパターンは所定の線幅よりも大きくなる。反対にｃ＞ａ１である場合には、レジスト膜がアルカリ現像液に過剰に溶解する結果、レジストパターンは所定の線幅よりも小さいものとなる。
【００４６】
したがって、レジスト膜と反射防止膜との界面付近での酸濃度を調節することによって、レジストパターン下部の形状を制御することができる。レジスト膜中の酸濃度は、反射防止膜に塩基性物質または酸性物質を添加することによって調節することが好ましい。
【００４７】
例えば、反射防止膜に塩基性物質を添加した場合、露光によって発生したレジスト膜中の酸が反射防止膜中の塩基と中和反応を起こし、反射防止膜との界面付近での酸濃度が低下するようになる。その結果、加熱処理後においても反射防止膜との界面付近では保護基が残存し、他の部分に比較すると現像液に溶解し難くなる。現像後のレジストパターンは、図３（ａ）に示すように、パターン底部で線幅が大きく裾を引いたような形状となって、テーパ形状部８ａを有するレジストパターン８が形成される。
【００４８】
反射防止膜に塩基性物質を添加するのは、レジストパターンが全体に矩形状となる場合の他、反射防止膜と接する方向に次第に幅が小さくなる逆テーパ形状となる場合も含まれる。例えば、反射防止膜との界面付近において、レジスト膜中の酸の量が過剰になると、レジストパターンは反射防止膜と接する部分に逆テーパ形状部を有するようになる。このような形状は、反射防止膜との接触面積が小さくなり、レジストパターンの機械的強度の低下に繋がることから好ましくない。
【００４９】
一方、レジスト膜中に存在する酸の拡散量が大きい場合には、レジスト膜から反射防止膜へと酸が移動することによって、界面付近で酸濃度が低下するようになる。酸濃度の低下が大きい場合には、アルカリに不溶な部分が大きくなる結果、レジスト膜の底部付近での線幅が極端に大きくなって所望のレジストパターンを形成することができない。このような場合には、反射防止膜に酸性物質を添加し、反射防止膜からレジスト膜へと酸を拡散させることによってレジスト膜中の酸濃度を適量なものとする。
【００５０】
本発明におけるレジストパターンは、パターンの寸法制御性を損なわない範囲のテーパ形状とすることが重要である。具体的には、図４に示すように、テーパ形状部８ａと矩形部８ｂとからなるレジストパターン８に対して、テーパ形状部８ａの高さｈ１と矩形部８ｂの高さｈ２との間に、式１の関係が成立することが好ましい。
【００５１】
【数３】
また、テーパ形状部８ａの幅Ｗ１と矩形部８ｂの幅Ｗ２との間に、式２の関係が成立することが好ましい。
【００５３】
【数４】
現像処理を終えた後は、半導体基材に付着した現像液および現像液に溶解したレジストをリンス液によって洗い流す。具体的には、半導体基材上にリンス液をシャワー状またはスプレー状に吐出することによって洗い流すことができる。現像液としてアルカリ水溶液を用いた場合には、リンス液として例えば純水を使用することができる。
【００５５】
リンス液によって現像液および現像液に溶解したレジストを洗い流した後は、乾燥によってリンス液を除去する。例えば、半導体基材を高速で回転させることによって乾燥を行うことができる。
【００５６】
本実施の形態によれば、レジストパターンにテーパ形状部を形成することによって、レジストパターンと反射防止膜との接触面積が大きくなるので、パターンを物理的に安定化することができるようになる。したがって、高いアスペクト比（例えば、４以上）を有するパターンであっても、現像後にパターンの傾きや倒れが発生することはない。
【００５７】
次に、レジストパターン８をマスクとして反射防止膜３をドライエッチングして、図３（ｂ）に示すような反射防止膜パターン９を形成する。この際、プラズマによって生じた活性種の直進性を増した条件でエッチングすることによって、レジスト膜のテーパ形状を反映させることなく、反射防止膜を矩形状に加工することができる。
【００５８】
次に、反射防止膜パターン９をマスクとしてタングステン膜２をドライエッチングして、図３（ｃ）に示すようなタングステン膜パターン１０を形成する。その後、不要となった反射防止膜パターンを除去して、図３（ｄ）に示す構造とする。
【００５９】
以上の工程によって、タングステン膜に所望の微細パターンを形成することができる。その後、公知の方法を適用することによって、半導体装置を製造することができる。
【００６０】
１つの例として、被加工基板上に、膜厚５０ｎｍのタングステン膜を形成した。次に、タングステン膜の上に、熱硬化性のアクリル系ポリマーに塩基性物質を適量加えた反射防止膜組成物を塗布し、２０５℃で６０秒間加熱することにより、膜厚８０ｎｍの反射防止膜を形成した。続いて、Ｆ２レーザを光源とする露光機に対応するレジスト（以下、Ｆ２レジストという。）の組成物を塗布し、１２０℃で６０秒間加熱することにより、膜厚３００ｎｍのレジスト膜を形成した。
【００６１】
次に、Ｆ２レーザを光源とする露光機を用い、マスクを介してレジスト膜を露光した。ここで、マスクとしては、線幅７０ｎｍのゲート電極パターン加工用のものを用いた。露光後に１２０℃で９０秒間加熱を行った後、濃度２．３８％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド溶液を用いた現像処理によって、テーパ形状部を有するレジストパターンを形成した。
【００６２】
次に、レジストパターンをマスクとして、反射防止膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、窒素と酸素の混合ガスを用いた。この際、活性種の直進性を高めた条件でエッチングを行った。
【００６３】
次に、反射防止膜パターンをマスクとして、タングステン膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、六フッ化硫黄と窒素の混合ガスを用いた。
【００６４】
最後に、酸素プラズマで反射防止膜パターンを除去することによって、良好な微細パターンのゲート電極構造を得た。
【００６５】
また、本発明は、タングステン膜の上に窒化シリコン膜を形成した後、この窒化シリコン膜の上に反射防止膜を形成してもよい。この場合、窒化シリコン膜は、タングステン膜をエッチングする際のマスクとして使用する。窒化シリコン膜の形成は、例えばＣＶＤ法などによって行うことができる。尚、タングステン膜の上に形成する膜は、窒化シリコン膜以外の他の無機膜（例えば、酸化シリコン膜など。）であってもよい。
【００６６】
１つの例として、被加工基板上に、膜厚５０ｎｍのタングステン膜を形成した。次に、タングステン膜の上に、ＣＶＤ法を用いて膜厚７０ｎｍの窒化シリコン膜を形成した。
【００６７】
次に、窒化シリコン膜の上に、熱硬化性のアクリル系ポリマーに塩基性物質を適量加えた樹脂組成物を塗布し、２０５℃で６０秒間加熱することにより、膜厚５０ｎｍの反射防止膜を形成した。続いて、反射防止膜の上にＦ２レジスト組成物を塗布し、１２０℃で６０秒間加熱することにより、膜厚２５０ｎｍのレジスト膜を形成した。
【００６８】
次に、Ｆ２レーザを光源とする露光機を用い、マスクを介してレジスト膜を露光した。ここで、マスクとしては、線幅７０ｎｍのゲート電極パターン加工用のものを用いた。露光後に１２０℃で９０秒間加熱を行った後。濃度２．３８％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド溶液による現像処理を行うことによって、テーパ形状部を有するレジストパターンを形成した。
【００６９】
次に、レジストパターンをマスクとして、反射防止膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、窒素と酸素の混合ガスを用いた。この際、活性種の直進性を高めた条件でエッチングを行った。
【００７０】
次に、反射防止膜パターンをマスクとして、窒化シリコン膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、テトラフルオロメタン、酸素およびジフルオロメタンの混合ガスを用いた。
【００７１】
次に、窒化シリコン膜をマスクとして、タングステン膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、六フッ化硫黄と窒素の混合ガスを用いた。以上の工程により、良好な微細パターンのゲート電極構造を得た。
【００７２】
尚、窒化シリコン膜エッチングの際のエッチングガスとしては、テトラフルオロメタンと酸素の混合ガスを用いることもできる。この場合、反射防止膜のエッチングおよび窒化シリコン膜のエッチングに使用するガスが同じとなるので、これらのエッチング工程を連続して行うことが可能になる。
【００７３】
例えば、レジストパターンをマスクとして反射防止膜のエッチングを行い、窒化シリコン膜が露出したところで反射防止膜をマスクとして窒化シリコン膜のエッチングを行う。この際、反射防止膜のエッチングが進行して窒化シリコン膜が露出すると略同時に、レジストパターンがエッチングによって消失するようなエッチング条件とすることが好ましい。
【００７４】
また、レジストパターンをマスクとして反射防止膜および窒化シリコン膜のエッチングを行ってもよい。この場合にも、プラズマエッチングにおける活性種の直進性を増した条件でエッチングを行うことによって、レジストパターンのテーパ形状を反映させることなく、反射防止膜パターンおよび窒化シリコン膜パターンを矩形状に形成することができる。
【００７５】
本実施の形態では、ポジ型のレジストを用いた例について述べたが、本発明はこれに限られるものではなく、ネガ型のレジストにも適用することができる。
【００７６】
また、本実施の形態においては、半導体基材上にパターンを形成する例について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。レジストパターンをマスクとして下地材のパターニングを必要とする目的であれば、他の用途に適用することも可能である。例えば、下地材がガラス基板上に形成された薄膜であってもよいし、プラスチック基板上に形成された薄膜であってもよい。
【００７７】
本実施の形態のパターン形成方法によれば、レジストパターンの下部をテーパ形状とすることによって、高アスペクト比のパターンであっても傾きや倒れが発生するのを防止することができる。したがって、このレジストパターンをマスクとしてエッチングすることによって、下地膜に所望の微細パターンを形成することができる。
【００７８】
また、本実施の形態のパターン形成方法によれば、ＫｒＦエキシマレーザまたはＡｒＦエキシマレーザを光源とするフォトリソグラフィ技術で一般的に用いられる反射防止膜を用い、Ｆ２レーザを光源とするフォトリソグラフィ技術によって、下地膜に所望の微細パターンを形成することができる。
【００７９】
また、本実施の形態に示す方法に従ってパターンを形成することによって、良好な素子特性を有する半導体装置を製造することが可能となる。
【００８０】
【発明の効果】
本発明によれば、反射防止膜と接するテーパ形状部を有するレジストパターンを形成することによって、高アスペクト比のパターンであっても傾きや倒れが発生するのを防止することができる。したがって、このレジストパターンをマスクとしてエッチングすることによって、被加工基板に所望のパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図２】（ａ）は従来のレジストパターンの断面図、（ｂ）は本発明にかかるレジストパターンの断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図４】本発明にかかるレジストパターンの断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体基材、 ２ タングステン膜、 ３ 反射防止膜、 ４ レジスト膜、 ５ マスク、 ６ 露光光、 ７，８ レジストパターン、 ８ａ テーパ形状部、 ８ｂ 矩形部、 ９ 反射防止膜パターン、 １０ タングステン膜パターン。
Claims (9)
- 被加工基板の上に反射防止膜を形成する工程と、
前記反射防止膜の上に酸発生剤を含む化学増幅型のレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に所定のマスクを介して露光光を照射することによって、露光部で前記酸発生剤から酸を発生させる工程と、
露光後の前記レジスト膜に加熱処理を行う工程と、
前記レジスト膜に現像処理を施すことによってレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとした前記反射防止膜のエッチングによって反射防止膜パターンを形成する工程と、
前記反射防止膜パターンをマスクとした前記被加工基板のエッチングによって前記被加工基板に所望のパターンを形成する工程とを有し、
前記レジストパターンの断面が前記反射防止膜に接するテーパ形状部を有することを特徴とするパターン形成方法。 - 前記被加工基板はタングステン膜を有し、該タングステン膜上に前記反射防止膜が形成されていて、
前記反射防止膜パターンをマスクとして前記タングステン膜をエッチングすることによってタングステン膜パターンを形成する請求項１に記載のパターン形成方法。 - 前記被加工基板はタングステン膜および該タングステン膜の上に形成された無機膜を有し、該無機膜の上に前記反射防止膜が形成されていて、
前記反射防止膜パターンをマスクとした前記無機膜のエッチングによって無機膜パターンを形成する工程と、
前記無機膜パターンをマスクとした前記タングステン膜のエッチングによってタングステン膜パターンを形成する工程とを有する請求項１に記載のパターン形成方法。 - 被加工基板の上に反射防止膜を形成する工程と、
前記反射防止膜の上に酸発生剤を含む化学増幅型のレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に所定のマスクを介して露光光を照射することによって、露光部で前記酸発生剤から酸を発生させる工程と、
露光後の前記レジスト膜に加熱処理を行う工程と、
前記レジスト膜に現像処理を施すことによってレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとした前記反射防止膜のエッチングに続いて前記被加工基板のエッチングを行うことによって前記被加工基板に所望のパターンを形成する工程とを有し、
前記レジストパターンの断面が前記反射防止膜に接するテーパ形状部を有することを特徴とするパターン形成方法。 - 前記被加工基板はタングステン膜および該タングステン膜の上に形成された無機膜を有し、該無機膜の上に前記反射防止膜が形成されていて、
前記反射防止膜のエッチングに続いて前記無機膜のエッチングを行うことによって無機膜パターンを形成する工程と、
前記無機膜パターンをマスクとした前記タングステン膜のエッチングによってタングステン膜パターンを形成する工程とを有する請求項４に記載のパターン形成方法。 - 前記テーパ形状部の上には略矩形形状を有する矩形部があって、前記テーパ形状部の高さｈ１、幅Ｗ１と、前記矩形部の高さｈ２、幅Ｗ２との間に、下記式
- 前記反射防止膜に塩基性物質または酸性物質を添加することによって前記レジスト膜中の前記酸の濃度を調節し、前記テーパ形状部の高さｈ１および／または前記テーパ形状部の幅Ｗ１の値を制御する請求項６に記載のパターン形成方法。
- 前記露光光は波長１５７ｎｍのＦ２レーザ光である請求項１〜７のいずれか１に記載のパターン形成方法。
- 前記被加工基板は半導体基材である請求項１〜８のいずれか１に記載のパターン形成方法を用いた半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003068379A JP2004279570A (ja) | 2003-03-13 | 2003-03-13 | パターン形成方法および半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003068379A JP2004279570A (ja) | 2003-03-13 | 2003-03-13 | パターン形成方法および半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004279570A true JP2004279570A (ja) | 2004-10-07 |
Family
ID=33285731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003068379A Pending JP2004279570A (ja) | 2003-03-13 | 2003-03-13 | パターン形成方法および半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004279570A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006216928A (ja) * | 2005-02-04 | 2006-08-17 | Winbond Electron Corp | 液浸リソグラフィ・プロセスとそのプロセス用構造 |
| JP2011146535A (ja) * | 2010-01-14 | 2011-07-28 | Renesas Electronics Corp | 多層レジストのパターン形成方法、半導体装置の製造方法および半導体装置 |
-
2003
- 2003-03-13 JP JP2003068379A patent/JP2004279570A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006216928A (ja) * | 2005-02-04 | 2006-08-17 | Winbond Electron Corp | 液浸リソグラフィ・プロセスとそのプロセス用構造 |
| JP2011146535A (ja) * | 2010-01-14 | 2011-07-28 | Renesas Electronics Corp | 多層レジストのパターン形成方法、半導体装置の製造方法および半導体装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106226998B (zh) | 光刻方法 | |
| JP3287459B2 (ja) | 半導体デバイスの製造方法 | |
| CN101814421B (zh) | 形成半导体器件的精细图案的方法 | |
| US8153350B2 (en) | Method and material for forming high etch resistant double exposure patterns | |
| JP5944484B2 (ja) | リソグラフィ適用において感放射線材料のラインを幅狭化する方法 | |
| JP3835545B2 (ja) | フォトレジストパターンの形成方法及び半導体素子の製造方法 | |
| US7846623B2 (en) | Resist pattern and reflow technology | |
| CN101042531B (zh) | 抗蚀剂组合物、形成抗蚀剂图案的方法、半导体器件及其制造方法 | |
| JP2001023893A (ja) | フォトレジストパターンの形成方法 | |
| CN108983546A (zh) | 微影方法 | |
| JP2004266270A (ja) | 微細パターン形成方法 | |
| US6943124B1 (en) | Two step exposure to strengthen structure of polyimide or negative tone photosensitive material | |
| US7662542B2 (en) | Pattern forming method and semiconductor device manufacturing method | |
| KR20230022951A (ko) | 좁은 슬롯 접점을 형성하기 위한 방법 | |
| US20020187434A1 (en) | Process for device fabrication in which the size of lithographically produced features is subsequently reduced | |
| JP2010156819A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2009139695A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2004279570A (ja) | パターン形成方法および半導体装置の製造方法 | |
| JP2004273940A (ja) | パターン形成方法およびパターン形成装置 | |
| TWI401542B (zh) | 移除上塗層而減低浸潤式微影之缺陷 | |
| JP4417090B2 (ja) | パターン形成方法、マスクおよび露光装置 | |
| JP2001326173A (ja) | パターン形成方法 | |
| JP5007084B2 (ja) | レジストフロー工程及びコーティング処理工程を含む半導体素子の製造方法 | |
| KR19990072893A (ko) | 포토레지스트패턴의형성방법 | |
| JP2005115118A (ja) | パターン形成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20050512 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20050729 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20050811 |