JPH0287146A

JPH0287146A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH0287146A
Application number: JP63238745A
Authority: JP
Inventors: Hajime Hayakawa; 早川　肇; Noboru Moriuchi; 森内　昇; Fumio Mizuno; 文夫水野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-09-26
Filing date: 1988-09-26
Publication date: 1990-03-28

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、半導体装置の！！造技術に関し、特に、半導
体装置の製造工程で用いるレジストの被着に適用してを
効な技術に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造工程で用いるレジストとしては、ノボ
ラック樹脂系のポジ形レジストおよび環化ゴム系のネガ
形レジストが知られている。

特に、前者のノボラック樹脂系ポジ形レジストは、現像
時に膨潤がないために解像度が良く、また、ドライエツ
チング耐性も優れているため、半導体装置の製造工程で
用いるレジスト材料の主流となっている。

上記ノボラック樹脂系ポジ形レジストは、未露光部のレ
ジストが溶解禁止剤によって不溶化されているため、現
像液に僅かしか溶解しないのに対し、露光部では、レジ
スト中の溶解禁止剤が分解しているため、現像液に速や
かに溶解する、という特性を利用して所望のレジストパ
ターンを形成するものである。

ところで、上記のような溶解禁止剤含有リイブのレジス
トを用いて微細なパターンを形成しようとする場合には
、次のような問題が生ずることが判明した。

すなわち、上記溶解禁止剤含有タイプのレジストの現像
工程では、第４図に示すように、所定の現像時間に対す
る露光部の溶解速度と未露光部の溶解速度との差を利用
し、露光部ではレジストが完全に溶解（残膜厚＝０）し
、かつ、未露光部ではレジストがある程度残るような現
像時間ｔを設定している。

ところが、例えば電子線直接描画用レジストのように、
高感度を得るために高濃度現像液を用いて現像を行うよ
うな場合には、未露光部でもレジストの溶解が進行して
しまうため、第５図に示すように、特に回折や散乱の影
響を受は易い未露光部の端部でレジスト１０の膜減りが
顕著になり、その結果、レジストパターンの寸法精度が
低下してしまうという問題があった。

その対策として、特開昭５５−１０５３２６号では、レ
ジストを二層化し、上層レジストのベースレジンを下層
レジストのベースレジンよりも高分子化する提案がなさ
れている。

これは、上層レジストのベースレジンを高分子化すると
、現像液に対する上層レジストの溶解速度が低減するこ
とを利用し、露光部でのレジストの溶解速度と、未露光
部でのレジストの溶解速度との差を増幅させることによ
って、未露光部におけるレジストの膜減りを減少させよ
うという考え方である。

その際、上層レジストのベースレジンを高分子化する手
段として、レジスト表面をクロルベンゼンなどの有機溶
媒に曝すことによって、レジスト表面の低分子量成分を
抽出除去する方法や、レジスト表面に紫外線を照射する
ことによって、レジスト表面のベースレジンを一部重合
させる方法が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、本発明者の検討によれば、レジスト表面
の低分子量成分を抽出除去する方法や、レジスト表面の
ベースレジンを一部重合させる方法は、レジストを半導
体ウェハの表面全体にわたって高分子化することが困難
であるという欠点や、高分子層の膜厚を均一化すること
が困難であるという欠点があるため、半導体ウェハの表
面に形成されるレジストパターンの寸法精度を歩留り良
く向上させることができなかった。

本発明は、上記した問題点に着目してなされたものであ
り、その目的は、半導体ウェハの表面に形成されるレジ
ストパターンの寸法精度を歩留り良く向上させることの
できる技術を提供することにある。

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明
細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

すなわち、請求項１記載の発明は、半導体ウェハの表面
に所定のレジストパターンを形成する際、溶解禁止剤含
有量の少ない第１のレジストの表面に、溶解禁止剤含有
量の多い第２のレジストを被着する半導体装置の製造方
法である。

また、請求項２記載の発明は、上記第１のレジストの表
面に溶解禁止剤を拡散させることによって、第１のレジ
ストの表面に第２のレジストを形成する半導体装置の製
造方法である。

さらに、請求項３記載の発明は、上記第１のレジストと
第２のレジストとの間に、上記第１および第２のレジス
トとは異なる溶媒系の分離層を介在させる半導体装置の
製造方法である。

〔作用〕

請求項１記載の発明によれば、第１のレジストの表面に
、第２のレジストを均一な膜厚で被着することができる
ため、未露光部のレジスト表面の残膜厚を半導体ウェハ
の表面全体にわたって均一に増大させることができ、こ
れにより、レジストパターンの寸法精度を歩留り良く向
上させることができる。

また、上記第１のレジストの表面に溶解禁止剤を拡散さ
せる請求項２記載の発明によっても、第１のレジストの
表面に第２のレジストを均一な膜厚で形成することがで
きる。

さらに、上記第１のレジストと第２のレジストとの間に
、上記第１および第２のレジストとは異なる溶媒系の分
離層を介在させる請求項３記載の発明によれば、第１の
レジスト中の溶媒による第２のレジストの表面の荒れや
、第１のレジストと第２のレジストとの部分的な混合を
防止することができるため、第１のレジストの表面に第
２のレジストを均一な膜厚で形成することができる。

〔実施例１〕第１図（ａ）〜（６）は、本発明の一実施例である半導
体装置の製造方法を示す半導体ウェハの要部断面図、第
２図は、この実施例で用いるレジストの現像時間と残膜
厚との関係を示すグラフ図である。

本実施例１によるレジストパターン形成工程を説明する
と、まず、第１図（ａ）に示すように、半導体ウェハ１
の表面に第１のレジスト２ａを被着した後、所定の温度
でプリベークする。この半導体ウェハ１は、ｎ形または
ｐ形シリコン単結晶からなる半導体基板３の表面に形成
された、例えば５１０２膜４と、この５ｉＯｚ膜４の表
面に被着された、例えばＳｉ、Ｎ、膜５とで構成され、
上記第１のレジスト２ａは、この５１３Ｎ４膜５の表面
に、例えばスピンナ（図示せず）を用いて均一に被着さ
れる。

第１のレジスト２ａは、例えばノボラック樹脂からなる
ベースレジンと、ナフトキノンジアジドからなる溶解禁
止剤と、有機溶剤とを混合してなるポジ形レジストであ
り、下地との接着性を改善するため、必要に応じてシラ
ンカップリング処理などが施されている。

次に、第１図（ｂ）に示すように、第１のレジスト２ａ
の表面に第２のレジス）２ｂを被着した後、所定の温度
でプリベークする。第２のレジスト２ｂは、前記第１の
レジスト２ａと同じく、例えばノボラック樹問旨からな
るベースレジンと、ナフトキノンジアジドからなる溶解
禁止剤と、有機溶剤とを混合したポジ形レジストである
が、第１のレジス）２ａよりも溶解禁止剤の含有量を多
くしである。第２のレジスト２ｂは、例えばスピンナを
用いて第１のレジス）２ａの表面に均一に被着される。

次に、第１図（Ｃ）に示すように、例えば電子線Ｅを照
射して半導体ウェハ１の表面の所定領域のみを露光させ
る。すると、電子線Ｅによって露光された領域では、第
１のレジスト２ａおよび第２のレジスト２ｂ中の溶解禁
止剤の分解反応が生起する。

次に、露光が完了した半導体ウェハ１を、例えばアルカ
リ水溶液からなる現像液に浸漬すると、露光部では、ま
ず、第２のレジス）２ｂが溶解し、次いで、その下層の
第１のレジス）２ａが溶解する。その際、溶解禁止剤の
含有量が少ない第１のレジス１−２ａは、溶解禁止剤の
含有量が多い第２のレジスト２ｂよりも速やかに溶解す
る。

一方、未露光部の第２のレジスト２ｂは、ベースレジン
と溶解禁止剤とが高濃度で結合しているため、その溶解
速度は極めて遅い。そして、この第２のレジスト２ｂが
溶解した後、その下層の第１のレジスト２ａが徐々に溶
解する。その際、溶解禁止剤の含有量が少ない第１のレ
ジス）２ａは、溶解禁止剤の含有量が多い第２のレジス
ト２ｂよりも速やかに溶解するが、その溶解速度は、露
光部における第１のレジス）２ａの溶解速度よりも遥か
に遅い。

すなわち、本実施例１によれば、第２図に示すように、
露光部でのレジス）２ａ、２ｂの溶解速度と、未露光部
でのレジス）２ａ、２ｂの溶解速度の差を増幅させるこ
とができるため、露光部ではレジス）２ａ、２ｂが完全
に溶解し、かつ、未露光部ではレジス）２ａがある程度
残るような現像時間ｔを設定することにより、未露光部
のレジス）２ａの残膜厚を増大させることができる。な
お、第２図において、ｌ、は、第１のレジスト２ａの膜
厚を、また、β２は、第２のレジスＢｂの膜厚をそれぞ
れ示している。

その結果、第１図（ｄ）に示すように、特に回折や販社
の影響を受は易い未露光部の端部におけるしシスト２ａ
の膜減りを低減させることができるため、寸法精度の高
いレジストパターンを得ることができる。

また、その際、第１のレジスト２ａの表面に第２のレジ
スＢｂが均一な膜厚で被着されるため、未露光部のレジ
スト２ａの表面の残膜厚を半導体ウェハｌの表面全体に
わたって均一に増大させることができ、これにより、レ
ジストパターン形成工程の歩留りを向上させることがで
きる。

なお、本実施例１では、溶解禁止剤含有量の少ない第１
のレジス）２ａの表面に、溶解禁止剤含有量の多い第２
のレジス）２ｂを被着したが、溶解禁止剤含有量の少な
い第１のレジス）２ａの表面に溶解禁止剤を拡散させる
ことによっても、第１のレジスト２ａの表面に第２のレ
ジスト２ｂを均一な膜厚で形成することができる。

すなわち、例えば第１のレジスト２ａを半導体ウェハ１
の表面に被着してプリベークした後、有機溶剤で希釈し
た溶解禁止剤を第１のレジスト２ａの表面に塗布し、再
度プリベータを行うことにより、第１のレジス）２ａの
表層に溶解禁止剤が含浸されるため、第１のレジス）２
ａの表面に第２のレジスト２ｂが均一な膜厚で形成され
る。

〔実施例２〕第３図は、本発明の他の実施例である半導体装置の製造
方法を示す半導体ウェハの要部断面図である。

前記実施例１では、溶解禁止剤含有量の少ない第１のレ
ジス）２ａの表面に、溶解禁止剤含有量の多い第２のレ
ジス）２ｂを被着したが、第１のレジスト２ａ中の有機
溶媒と第２のレジスト２ｂ中の有機溶媒とは同一もしく
は類似の組成であるため、例えば第１のレジス）２ａの
表面に被着した第２のレジスト２ｂをプリベークする際
、その温度条件によっては、第２のレジス）２ｂ中の有
機溶媒によって第１のレジスト２ａの表面が荒れたり、
第１のレジスト２ａと第２のレジスト２ｂとが部分的な
混合したりすることによって、レジスト膜厚の均一性が
損なわれることもある。

そこで、本実施例２では、第３図に示すように、溶解禁
止剤含有型の少ない第１のレジス）２ａと溶解禁止剤含
有量の多い第２のレジスト２ｂとの間に、第１のレジス
ト２ａおよび第２のレジスト２ｂとは異なる溶媒系の分
離層６を介在させることによって、第１のレジスト２ａ
の表面の荒れや、第１のレジスト２ａと第２のレジスト
２ｂとが部分的な混合に起因するレジスト膜厚の均一性
の低下を確実に防止している。

第１のレジスト２ａおよび第２のレジスト２ｂとは異な
る溶媒系の分離層６は、例えばポリビニルアルコールな
どの水溶性高分子で構成することができる。このような
水溶性高分子は、アルカリ水溶液などの現像液に速やか
に溶解するため、現像工程で第１のレジス）２ａの溶解
が妨げられる虞れはない。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は、前記実施例１．２に限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種
々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施例１．２では、ノボラック樹脂系のレ
ジストを用いたが、これに限定されるものではなく、溶
解禁止剤を含有するレジスト一般に適用することができ
る。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、半導体ウェハの表面に所定のレジストパター
ンを形成する際、溶解禁止剤含有量の少ない第１のレジ
ストの表面に溶解禁止剤含有量の多い第２のレジストを
被着することにより、レジストパターンの寸法精度を歩
留り良く向上させることができる。

また、上記第１のレジストの表面に溶解禁止剤を拡散さ
せることによって、第１のレジストの表面に第２のレジ
ストを形成することによっても、レジストパターンの寸
法精度を歩留り良く向上させることができる。

さらに、上記第１のレジストと第２のレジストとの間に
、上記第１および第２のレジストとは異なる溶媒系の分
離層を介在させることによっても、レジストパターンの
寸法精度を歩留り良く向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施例である半導
体装置の製造方法を示す半導体ウェハの要部断面図、第２図は、この実施例で用いるレジストの現像時間と残
膜厚との関係を示すグラフ図、第３図は、本発明の他の
実施例である半導体装置の製造方法を示す半導体ウェハ
の要部断面図、第４図は、従来の半導体装置の製造方法
におけるレジストの膜減りを模式的に示す半導体ウェハ
の要部断面図、第５図は、従来の半導体装置の製造方法におけるレジス
トの現像時間と残膜厚との関係を示すグラフ図である。ｌ・・・半導体ウェハ　２ａ・・・第１のレジスト、２
ｂ・・・第２のレジスト、３・・・半導体基板、膜、６・　・　Ｓｉ・分離層、膜、５　・　・　・　５ｉｓＮ＜・レジスト。第図６：分離層第図第図

Claims

【特許請求の範囲】１、溶解禁止剤を含有するレジストを用いて半導体ウェ
ハの表面に所定のレジストパターンを形成する際、溶解
禁止剤含有量の少ない第１のレジストの表面に、溶解禁
止剤含有量の多い第２のレジストを被着することを特徴
とする半導体装置の製造方法。２、前記第１のレジストの表面に溶解禁止剤を拡散させ
ることによって、前記第１のレジストの表面に前記第２
のレジストを形成することを特徴とする請求項１記載の
半導体装置の製造方法。３、前記第１のレジストと第２のレジストとの間に、前
記第１および第２のレジストとは異なる溶媒系の分離層
を介在させることを特徴とする請求項１記載の半導体装
置の製造方法。