JP4566862B2 - レジストパターン厚肉化材料、レジストパターンの形成方法、半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、前記露光光の短波長化のためには、露光装置の改良が必要となり、莫大なコストを要する。一方、短波長の露光光に対応するレジスト材料の開発も容易ではない。
また、前記RELACSと呼ばれる技術では、使用する前記KrF(フッ化クリプトン)レジストは、ノボラック樹脂、ナフトキノンジアジド等の芳香族系樹脂組成物であり、該芳香族系樹脂組成物に含まれている芳香環は、前記KrF(フッ化クリプトン)エキシマレーザー光(波長248nm)は透過可能であるものの、それよりも短波長のArF(フッ化アルゴン)エキシマレーザー光(波長193nm)は吸収してしまい、透過不能であるため、前記KrF(フッ化クリプトン)レジストを用いた場合には、露光光として、前記ArF(フッ化アルゴン)エキシマレーザー光を使用することができず、より微細な配線パターン等を形成することができないという問題がある。また、前記RELACSと呼ばれる技術において用いる前記レジスト膨潤剤は、前記KrFレジストパターンの厚肉化(膨潤)には有効であるものの、ArFレジストパターンの厚肉化(膨潤)には有効ではないという問題がある。
本発明は、パターニング時に露光光として、例えばArF(フッ化アルゴン)エキシマレーザー光をも利用可能であり、ArFレジスト等で形成されたレジストパターン上に塗布等するだけで、該ArFレジスト材料等の組成に左右されず、ライン状パターン等のレジストパターンを厚肉化することができ、かつ該レジストパターンの厚肉化量をプロセス条件で容易に制御することができ、露光装置の光源における露光限界(解像限界)を超えて微細なレジスト抜けパターンを低コストで簡便に効率よく形成可能なレジストパターン厚肉化材料を提供することを目的とする。
また、本発明は、パターニング時に露光光として、例えばArF(フッ化アルゴン)エキシマレーザー光をも利用可能であり、ArFレジスト材料等の組成に左右されず、ライン状パターン等のレジストパターンを厚肉化することができ、かつ該レジストパターンの厚肉化量をプロセス条件で容易に制御することができ、露光装置の光源における露光限界(解像限界)を超えて微細なレジスト抜けパターンを低コストで簡便に効率よく形成可能なレジストパターンの形成方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、パターニング時に露光光として、例えばArF(フッ化アルゴン)エキシマレーザー光をも利用可能であり、露光装置の光源における露光限界(解像限界)を超えて微細なレジスト抜けパターンを形成可能であり、該レジスト抜けパターンを用いて形成した微細な配線パターンを有する高性能な半導体装置を効率的に量産可能な半導体装置の製造方法、及び該半導体装置の製造方法により製造され、微細な配線パターンを有し、高性能な半導体装置を提供することを目的とする。
本発明のレジストパターン厚肉化材料は、その融点付近でレジストパターンを溶解可能な溶解剤と水溶性成分とを少なくとも含むことを特徴とする。
該レジストパターン厚肉化材料においては、前記水溶性成分中に前記その融点付近でレジストパターンを溶解可能な溶解剤(以下、「溶解剤」と称することがある)が散在しており、該レジストパターン厚肉化材料がレジストパターン上に塗布され、溶解剤の融点付近で加熱されると、前記溶解剤が融解する。融解した該溶解剤により、前記レジストパターンの材料が溶解されて、前記水溶性成分及び前記溶解剤と前記レジストパターンの材料とが相互作用(ミキシング)する。このとき、前記レジストパターンを内層としてその表面上に、該レジストパターン厚肉化材料と該レジストパターンとが相互作用してなる表層(ミキシング層)が効率よく形成される。その結果、前記レジストパターンが、前記レジストパターン厚肉化材料により効率よく厚肉化される。こうして厚肉化(「膨潤」と称することがある)されたレジストパターン(以下「厚肉化レジストパターン」と称することがある)は、前記レジストパターン厚肉化材料により均一に厚肉化されている。このため、該厚肉化レジストパターンにより形成されるレジスト抜けパターン(以下「抜けパターン」と称することがある)は露光限界(解像限界)を超えてより微細な構造を有する。なお、本発明のレジストパターン厚肉化材料は、前記その融点付近でレジストパターンを溶解可能な溶解剤及び前記水溶性成分を含有しており、架橋可能な成分を含んでいないため、酸による架橋反応が生じず、温度、パターン疎密差等の厚肉化条件に依存することなく良好な厚肉化効果を示し、前記レジストパターンの厚肉化量を容易に制御することができ、所望のレジスト抜けパターンを形成可能である。このため、種々のサイズのレジストパターンが混在するLOGIC LSIの配線層に用いられるライン状パターン等のレジストパターンの形成にも好適に適用可能である。
該レジストパターンの形成方法においては、レジストパターンが形成された後、該レジストパターン上に前記レジストパターン厚肉化材料が塗布され、溶解剤の融点付近で加熱されると、該レジストパターン厚肉化材料のうち、前記水溶性成分に散在しており、前記その融点付近でレジストパターンを溶解可能な前記溶解剤が融解する。融解した該溶解剤により、前記レジストパターンの材料が溶解されて、前記溶解剤及び前記水溶性成分と前記レジストパターンの材料とが相互作用(ミキシング)する。このため、該レジストパターンを内層としてその表面上に、該レジストパターン厚肉化材料と該レジストパターンとによる表層(ミキシング層)が形成される。こうして厚肉化された厚肉化レジストパターンは、前記レジストパターン厚肉化材料により均一に厚肉化されている。このため、該厚肉化レジストパターンにより形成されるレジスト抜けパターンは、露光限界(解像限界)を超えてより微細な構造を有する。なお、前記レジストパターン厚肉化材料は、前記溶解剤及び前記水溶性成分を含有しており、架橋可能な成分を含んでいないため、酸による架橋反応が生じず、温度、パターン疎密差等の厚肉化条件に依存することなく良好な厚肉化効果を示し、前記レジストパターンの厚肉化量を容易に制御することができ、所望のレジスト抜けパターンを形成可能である。このため、前記レジストパターンの形成方法は、コンタクトホールパターンのみならず、種々のサイズのレジストパターンが混在するLOGIC LSIの配線層に用いられるライン状パターン等のレジストパターンの形成にも好適に適用可能である。
該半導体装置の製造方法では、まず、前記レジストパターン形成工程において、配線パターン等のパターンを形成する対象である前記被加工面上にレジストパターンを形成した後、該レジストパターンの表面を覆うように本発明の前記レジストパターン厚肉化材料が塗布され、加熱される。すると、該レジストパターン厚肉化材料のうち、前記水溶性成分に散在しており、その融点付近でレジストパターンを溶解可能な前記溶解剤が融解する。融解した該溶解剤により、前記レジストパターンの材料が溶解されて、前記溶解剤及び前記水溶性成分と前記レジストパターンの材料とが相互作用(ミキシング)する。このため、該レジストパターンを内層としてその表面上に、該レジストパターン厚肉化材料と該レジストパターンとが相互作用してなる表層(ミキシング層)が形成される。こうして厚肉化された厚肉化レジストパターンは、前記レジストパターン厚肉化材料により均一に厚肉化されている。このため、該厚肉化レジストパターンにより形成されるレジスト抜けパターンは、露光限界(解像限界)を超えてより微細な構造を有する。なお、本発明の前記レジストパターン厚肉化材料は、前記溶解剤及び前記水溶性成分を含有しており、架橋可能な成分を含んでいないため、酸による架橋反応が生じず、温度やパターン疎密差等の厚肉化条件に依存することなく良好な厚肉化効果を示し、前記レジストパターンの厚肉化量を容易に制御することができ、所望のレジスト抜けパターンを形成可能である。このため、コンタクトホールパターンのみならず、種々のサイズのレジストパターンが混在する半導体装置であるLOGIC LSIの配線層に用いられるライン状パターン等の厚肉化レジストパターンが容易にかつ高精細に形成される。
次に、前記パターニング工程においては、前記レジストパターン形成工程において厚肉化された厚肉化レジストパターンを用いてエッチングを行うことにより、前記被加工面が微細かつ高精細にしかも寸法精度よくパターニングされ、極めて微細かつ高精細で、しかも寸法精度に優れた配線パターン等のパターンを有する高品質かつ高性能な半導体装置が効率よく製造される。
本発明の半導体装置は、本発明の前記半導体装置の製造方法により製造されることを特徴とする。該半導体装置は、極めて微細かつ高精細で、しかも寸法精度に優れた配線パターン等のパターンを有し、高品質かつ高性能である。
また、本発明によると、パターニング時に露光光として、例えばArF(フッ化アルゴン)エキシマレーザー光をも利用可能であり、ArFレジスト等で形成されたレジストパターン上に塗布等するだけで、該ArFレジスト材料等の構成に左右されず、ライン状パターン等のレジストパターンを厚肉化することができ、かつ該レジストパターンの厚肉化量をプロセス条件で容易に制御することができ、露光装置の光源における露光限界(解像限界)を超えて微細なレジスト抜けパターンを低コストで簡便に効率よく形成可能なレジストパターン厚肉化材料を提供することができる。
また、本発明によると、パターニング時に露光光として、例えばArF(フッ化アルゴン)エキシマレーザー光をも利用可能であり、ArFレジスト材料等の構成に左右されず、ライン状パターン等のレジストパターンを厚肉化することができ、かつ該レジストパターンの厚肉化量をプロセス条件で容易に制御することができ、露光装置の光源における露光限界(解像限界)を超えて微細なレジスト抜けパターンを低コストで簡便に効率よく形成可能なレジストパターンの形成方法を提供することができる。
また、本発明によると、パターニング時に露光光として、例えばArF(フッ化アルゴン)エキシマレーザー光をも利用可能であり、露光装置の光源における露光限界(解像限界)を超えて微細なレジスト抜けパターンを形成可能であり、該レジスト抜けパターンを用いて形成した微細な配線パターンを有する高性能な半導体装置を効率的に量産可能な半導体装置の製造方法、及び該半導体装置の製造方法により製造され、微細な配線パターンを有し、高性能な半導体装置を提供することができる。
本発明のレジストパターン厚肉化材料は、その融点付近でレジストパターンを溶解可能な溶解剤と水溶性成分とを少なくとも含んでなり、更に必要に応じて適宜選択した、界面活性剤、相間移動触媒、水溶性芳香族化合物、有機溶剤、その他の成分などを含んでなる。
前記溶解剤は、その融点付近でレジストパターンを溶解可能であることが必要であり、融点±20℃以内にて前記レジストパターンを溶解可能であるのが好ましく、融点±10℃以内にて前記レジストパターンを溶解可能であるのがより好ましい。この場合、プロセス制御が容易な点で有利である。
前記融点としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、該融点は室温以下(前記溶解剤が室温にて液状)であっても、ミキシング層を形成して前記レジストパターンを厚肉化することができるが、50〜150℃が好ましく、80〜130℃がより好ましい。
前記融点が、50℃未満であると、一定の厚肉化量を安定して得ることができないことがあり、150℃を超えると、レジストのリフロー等の効果が生じ、一定の厚肉化量を安定して得ることができないことがある。
前記融点の測定方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、融点測定器により測定することができる。
前記溶解剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、融解してレジストパターンを溶解し、ミキシングすることができる点で、有機物が好ましい。
前記有機物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機塩、アルコール、カルボン酸、アミンが好適に挙げられる。
前記有機塩における前記酸成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、トリフルオロメタンスルホン酸、パーフルオロブタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、酢酸、安息香酸などが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記有機塩における前記アルカリ成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ベンジルトリエチルアンモニウム、ベンジルアミン、メトキシベンジルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、アンモニア、テトラメチルアンモニウムなどが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記カルボン酸としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、50〜150℃の範囲内に融点を有する、例えば、1−フェニル−1−シクロプロパンカルボン酸(融点86℃)、1−フェニル−1−シクロヘキサンカルボン酸、ピコリン酸などが好適に挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記アミンとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、50〜150℃の範囲内に融点を有する、例えば、アニリノフェノール、ジフェニルアミン(融点53℃)、1−ナフチルアミンなどが好適に挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記添加量が、1質量部未満であると、レジストパターンの厚肉化効果が充分に得られないことがあり、100質量部を超えると、成膜性が低下して前記溶解剤の結晶が析出し、レジストパターンを均一に厚肉化することができないことがある。
前記レジストパターン厚肉化材料における前記その融点付近でレジストパターンを溶解可能な溶解剤の存在確認方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、赤外分光法により分析することができる。
前記水溶性成分としては、水溶性を示す限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、25℃の水100gに対し0.1g以上溶解する水溶性を示すものが好ましく、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、セルロース、タンニン、カテキン、キチン、キトサン、オキサゾリン基含有水溶性樹脂、水溶性メラミン樹脂、水溶性尿素樹脂、などが好適に挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、成膜性が良好な点で、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルピロリドン、セルロース、タンニンなどが特に好ましい。
前記界面活性剤は、レジストパターン厚肉化材料とレジストパターンとの馴染みを改善させたい場合、より大きな厚肉化量が要求される場合、レジストパターン厚肉化材料とレジストパターンとの界面における厚肉化効果の面内均一性を向上させたい場合、消泡性が必要な場合、等に添加すると、これらの要求を実現することができる。
前記界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、非イオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両性界面活性剤などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、ナトリウム塩、カリウム塩等の金属イオンを含有しない点で非イオン性界面活性剤が好ましい。
前記含有量が0.01質量部未満であると、塗布性の向上には効果があるものの、レジストパターンとの反応量については、界面活性剤を入れない場合と大差がないことが多い。
前記相間移動触媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、有機物などが挙げられ、その中でも塩基性であるものが好適に挙げられる。
前記相間移動触媒が前記レジストパターン厚肉化材料に含有されていると、固体−液体間を自由に行き来可能な前記相間移動触媒の性質によって、塗布直後のレジスト膜と厚肉化材料との反応性を向上させることができ、レジストパターンの材料の種類に関係なく良好なかつ均一な厚肉化効果を示し、レジストパターンの材料に対する依存性が少なくなる点で有利である。なお、このような前記相間移動触媒の作用は、例えば、前記レジストパターン厚肉化材料を用いて厚肉化する対象であるレジストパターンが、酸発生剤を含有していても、あるいは含有していなくても、害されることはない。
前記相間移動触媒の具体例としては、クラウンエーテル、アザクラウンエーテル、オニウム塩化合物などが挙げられる。
前記相間移動触媒は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよく、これらの中でも、水への溶解性の高さの点で、オニウム塩化合物が好ましい。
前記ピリジニウム塩としては、例えば、ヘキサデシルピリジニウム・ブロマイド(Hexadecylpyridinium bromide)、などが挙げられる。
前記チアゾリウム塩としては、例えば、3−ベンジル−5−(2−ヒドロキシエチル)−4−メチルチアゾリウム・クロライド(3−Benzyl−5−(2−hydroxyethyl)−4−methylthiazolium chloride)、などが挙げられる。
前記ホスホニウム塩としては、例えば、テトラブチルホスホニウム・クロライド(Tetrabutylphosphonium chloride)、などが挙げられる。
前記ピペラジニウム塩としては、例えば、1,1−ジメチル−4−フェニルピペラジニウム(1,1−Dimethyl−4−phenylpiperazinium iodide)、などが挙げられる。
前記エフェドリニウム塩としては、例えば、(−)−N,N−ジメチルエフェドリニウム・ブロマイド((−)−N,N−Dimethylephedrinium bromide)、などが挙げられる。
前記キニニウム塩としては、例えば、N−ベンジルキニニウム・クロライド(N−Benzylquininium chloride)、などが挙げられる。
前記シンコニニウム塩としては、例えば、N−ベンジルシンコニニウム・クロライド(N−Benzylcinchoninium chloride)、などが挙げられる。
前記相間移動触媒の含有量が、10,000ppm以下であると、ライン系パターン等のレジストパターンをそのサイズに依存することなく厚肉化することができる点で有利である。
前記相間移動触媒の含有量は、例えば、液体クロマトグラフィーで分析することにより測定することができる。
前記水溶性芳香族化合物としては、芳香族化合物であって水溶性を示すものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、25℃の水100gに対し1g以上溶解する水溶性を示すものが好ましく、25℃の水100gに対し3g以上溶解する水溶性を示すものがより好ましく、25℃の水100gに対し5g以上溶解する水溶性を示すものが特に好ましい。
前記レジストパターン厚肉化材料が該水溶性芳香族化合物を含有していると、該水溶性芳香族化合物に含まれる環状構造により、得られるレジストパターンのエッチング耐性を顕著に向上させることができる点で好ましい。
前記フラボノイド化合物としては、例えば、フラボン、イソフラボン、フラバノール、フラボノン、フラボノール、フラバン−3−オール、オーロン、カルコン、ジヒドロカルコン、ケルセチン、などが挙げられる。
前記極性基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水酸基、カルボキシル基、カルボニル基、スルホニル基などが挙げられる。
前記有機溶剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アルコール系有機溶剤、鎖状エステル系有機溶剤、環状エステル系有機溶剤、ケトン系有機溶剤、鎖状エーテル系有機溶剤、環状エーテル系有機溶剤、などが挙げられる。
前記レジストパターン厚肉化材料が前記有機溶剤を含有していると、該レジストパターン厚肉化材料における、前記その融点付近でレジストパターンを溶解可能な溶解剤、前記水溶性成分、等の溶解性を向上させることができる点で有利である。
前記有機溶剤は、水と混合して使用することができ、該水としては、純水(脱イオン水)などが好適に挙げられる。
前記鎖状エステル系有機溶剤としては、例えば、乳酸エチル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)、などが挙げられる。
前記環状エステル系有機溶剤としては、例えば、γ−ブチロラクトン等のラクトン系有機溶剤、などが挙げられる。
前記ケトン系有機溶剤としては、例えば、アセトン、シクロヘキサノン、ヘプタノン等のケトン系有機溶剤、などが挙げられる。
前記鎖状エーテル系有機溶剤としては、例えば、エチレングリコールジメチルエーテル、などが挙げられる。
前記環状エーテル系有機溶剤としては、例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン、などが挙げられる。
前記その他の成分としては、本発明の効果を害しない限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知の各種溶解剤、例えば、アミン系、アミド系、アンモニウム塩素等に代表されるクエンチャーなどが挙げられる。
本発明のレジストパターン厚肉化材料は、前記レジストパターン上に塗布して使用することができる。
なお、前記塗布の際、前記界面活性剤については、前記レジストパターン厚肉化材料に含有させずに、該レジストパターン厚肉化材料を塗布する前に別途に塗布してもよい。
このとき、前記レジストパターン厚肉化材料中に前記その融点付近でレジストパターンを溶解可能な溶解剤が含まれているので、温度等の条件に依存することなく、良好な厚肉化効果が得られ、前記レジストパターンの厚肉化量を容易に制御することができ、所望のレジスト抜けパターンを形成可能である。
前記レジストパターン(本発明のレジストパターン厚肉化材料が塗布されるレジストパターン)の材料としては、特に制限はなく、公知のレジスト材料の中から目的に応じて適宜選択することができるが、波長が440nm以下の露光光を用いて露光されるものが好ましい。
前記露光光としては、露光波長が440nm以下である限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、g線(波長436nm)、i線(波長365nm)、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)、ArFエキシマレーザー光(193nm)、F2エキシマレーザー光(波長157nm)、電子線などが挙げられる。これらの露光光により好適にパターニング可能なレジスト組成物としては、公知のレジスト材料の中から目的に応じて適宜選択することができ、ネガ型、ポジ型のいずれであってもよく、例えば、g線レジスト、i線レジスト、KrFレジスト、ArFレジスト、F2レジスト、電子線レジスト等が好適に挙げられる。これらは、化学増幅型であってもよいし、非化学増幅型であってもよい。これらの中でも、KrFレジスト、ArFレジスト、アクリル系樹脂を含んでなるレジスト、などが好ましく、より微細なパターニング、スループットの向上等の観点からは、解像限界の延伸が急務とされているArFレジスト、及びアクリル系樹脂を含んでなるレジストの少なくともいずれかがより好ましい。
前記脂環族系レジストとしては、例えば、脂環族系官能基を側鎖に有するアクリル系レジスト、シクロオレフィン−マレイン酸無水物系(COMA系)レジスト、シクロオレフィン系レジスト、ハイブリッド系(脂環族アクリル系−COMA系共重合体)レジスト、などが挙げられる。これらは、フッ素修飾等されていてもよい。
なお、前記脂環族系官能基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、アダマンチル系官能基、ノルボルネン系官能基などが好適に挙げられる。また、前記シクロオレフィン系レジストとしては、アダマンタン、ノルボルネン、トリシクロノネン等を主鎖に含むものが好適に挙げられる。
図1Aに示すように、被加工面(基材)5上にレジストパターン3を形成した後、レジストパターン3の表面にレジストパターン厚肉化材料1を付与(塗布)し、ベーク(加温及び乾燥)をして塗膜を形成する。このとき、図1Bに示すように、レジストパターン3の近傍に存在する、融点付近でレジストパターンを溶解可能な溶解剤(以下、「溶解剤」と称することがある)2が、図1Cに示すように、加熱により融解する。すると、図2Aに示すように、融解した溶解剤2が、レジストパターン3を溶解し、レジストパターン3とレジストパターン厚肉化材料1との界面においてレジストパターン厚肉化材料1のレジストパターン3へのミキシング(含浸)が起こり、図2Bに示すように、内層レジストパターン10b(レジストパターン3)とレジストパターン厚肉化材料1との界面において前記ミキシング(含浸)した部分が反応して表層(ミキシング層)10aが形成される。このとき、レジストパターン厚肉化材料1中に溶解剤2が含まれているので、温度やパターン疎密差等の厚肉化条件に左右されず(依存せず)安定に内層レジストパターン10b(レジストパターン3)が厚肉化される。
前記現像処理は、水現像であってもよいし、アルカリ水溶液又は酸性水溶液による現像であってもよいが、低コストで効率的に現像処理を行うことができる点で水現像が好ましい。
本発明のレジストパターンの形成方法においては、レジストパターンを形成後、該レジストパターンの表面を覆うように本発明の前記レジストパターン厚肉化材料を塗布することを含み、好ましくは加熱することを含み、更に必要に応じて適宜選択したその他の処理を含む。
前記レジストパターンは、公知の方法に従って形成することができる。
前記レジストパターンは、被加工面(基材)上に形成することができ、該被加工面(基材)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、該レジストパターンが半導体装置に形成される場合には、該被加工面(基材)としては、半導体基材表面が挙げられ、具体的には、シリコンウエハ等の基板、各種酸化膜等が好適に挙げられる。
前記加熱の温度が、前記溶解剤の融点未満であると、該溶解剤が融解せず、前記レジストパターンの厚肉化効果が得られないことがある。
前記プリベークの回数としては、1回であってもよいし、2回以上であってもよい。2回目以上の場合、各回におけるプリベークの温度は、一定であってもよいし、異なっていてもよい。また、前記プリベークの時間としては、10秒〜5分程度が好ましく、40秒〜100秒がより好ましい。
なお、前記反応ベークの条件、方法等としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記プリベーク(加温及び乾燥)よりも通常高い温度条件が採用される。前記反応ベークの条件としては、例えば、温度が70〜150℃程度であり、90〜130℃が好ましく、時間が10秒〜5分程度であり、40秒〜100秒が好ましい。
前記現像処理は、水現像であってもよいし、アルカリ水溶液又は酸性水溶液による現像であってもよいが、低コストで効率的に現像処理を行うことができる点で水現像が好ましい。
図4に示すように、被加工面(基材)5上にレジスト材3aを塗布した後、図5に示すように、これをパターニングしてレジストパターン3を形成した後、図6に示すように、レジストパターン3の表面にレジストパターン厚肉化材料1を塗布し、加熱(ベーク:加温及び乾燥)をして塗膜を形成する。このとき、レジストパターン3の近傍に存在する、融点付近でレジストパターンを溶解可能な溶解剤(以下、「溶解剤」と称することがある)が、加熱により融解する。すると、融解した溶解剤が、レジストパターン3を溶解し、レジストパターン3とレジストパターン厚肉化材料1との界面においてレジストパターン厚肉化材料1のレジストパターン3への相互作用(ミキシング(含浸))が起こり、図7に示すように、レジストパターン3とレジストパターン厚肉化材料1との界面において前記相互作用(ミキシング(含浸))した部分が反応して表層(ミキシング層)10aが形成される。この後、図8に示すように、現像処理を行うと、塗布したレジストパターン厚肉化材料1の内、レジストパターン3と反応していない部分乃至相互作用(ミキシング)が弱い部分(水溶性の高い部分)が溶解除去され、内層レジストパターン10b(レジストパターン3)上に表層10aを有してなる厚肉化レジストパターン10が形成(現像)される。
なお、前記現像処理は、上述した通りである。
なお、前記エッチング速度(nm/min)は、例えば、公知のエッチング装置を用いて所定時間エッチング処理を行い試料の減膜量を測定し、単位時間当たりの減膜量を算出することにより測定することができる。
本発明の半導体装置は、本発明の半導体装置の製造方法により製造される。
本発明の半導体装置の製造方法は、レジストパターン形成工程と、パターニング工程とを含み、更に必要に応じて適宜選択したその他の工程とを含む。
以下、本発明の半導体装置の製造方法の説明を通じて、本発明の半導体装置の詳細も明らかにする。
また、前記レジストパターン形成工程においては、前記レジストパターン厚肉化材料の塗布後、加熱することを含むのが好ましく、該加熱の温度としては、前記その融点付近でレジストパターンを溶解可能な溶解剤の融点以上であるのが好ましい。
前記加熱の温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、50〜150℃が好ましく、70〜130℃がより好ましい。
前記加熱の温度が、前記溶解剤の融点未満であると、該溶解剤が融解せず、前記レジストパターンの厚肉化効果が得られないことがある。
なお、前記被加工面としては、半導体装置における各種部材の表面層が挙げられるが、シリコンウエハ等の基板乃至その表面、各種酸化膜などが好適に挙げられる。前記レジストパターンは上述した通りである。前記塗布の方法は上述した通りである。また、該塗布の後では、上述のプリベーク、反応ベーク等を行うのが好ましい。
前記エッチングの方法としては、特に制限はなく、公知の方法の中から目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ドライエッチングが好適に挙げられる。該エッチングの条件としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
本発明の半導体装置の製造方法によると、例えば、フラッシュメモリ、DRAM、FRAM、等を初めとする各種半導体装置を効率的に製造することができる。
−レジストパターン厚肉化材料の調製−
表1に示す組成を有するレジストパターン厚肉化材料A〜Mを調製した。
なお、表1において、「厚肉化材料」は、レジストパターン厚肉化材料を意味し、「A」〜「O」は、前記レジストパターン厚肉化材料A〜Oに対応している。前記レジストパターン厚肉化材料A〜Oの内、前記レジストパターン厚肉化材料Oは比較例に相当し、前記レジストパターン厚肉化材料A〜Nは実施例(本発明)に相当する。
また、「溶解剤」は、その融点付近でレジストパターンを溶解可能な溶解剤を意味する。
前記ポジレジスト(「AX5910」;住友化学製)を用い、ArFエキシマレーザー光を50mJ/cm2の露光量で照射し、現像して膜厚500nmで200nmの開口径を有するホールパターンを形成した。該ホールパターン上に、調製したレジストパターン厚肉化材料A〜Cを、スピンコート法により、初めに1,000rpm/5sの条件で、次に3,500rpm/40sの条件で、150nmの厚みとなるように塗布した後、110℃/60sの条件でベークを行い、純水でレジストパターン厚肉化材料A〜Cを60秒間リンスし、相互作用(ミキシング)していない未反応部を除去し、レジストパターン厚肉化材料A〜Cにより厚肉化したレジストパターンを現像することにより、厚肉化レジストパターンを形成した。
得られた厚肉化レジストパターンにより形成された前記レジスト抜けパターンのサイズの縮小量(nm)(「厚肉化後のレジスト抜けパターンサイズ」と「厚肉化前のレジスト抜けパターンサイズ」との差)を測定した。その結果、レジストパターン厚肉化材料Aでは20nm、レジストパターン厚肉化材料Bでは5nm、レジストパターン厚肉化材料Cでは40nm、それぞれ縮小しており、レジストパターンの厚肉化量を再現性よく制御し、ホール径を安定的に縮小させることができることが判った。
−レジストパターンの形成−
前記KrFレジスト(「DX5160P」;AZエレクトロニックマテリアルズ社製)を用い、膜厚400nmで250nmの開口径を有するホールパターンを形成した。該ホールパターン上に、上記調製したレジストパターン厚肉化材料A、D〜I及びOを、スピンコート法により、初めに1,000rpm/5sの条件で、次に3,500rpm/40sの条件で、150nmの厚みとなるように塗布した後、レジストパターン厚肉化材料A、D〜E、G〜I及びOについては、110℃/60sの条件でベークを行い、レジストパターン厚肉化材料Fについては、125℃/60sの条件でベークを行った後、純水でレジストパターン厚肉化材料A、D〜I及びOを60秒間リンスし、相互作用(ミキシング)していない未反応部を除去し、レジストパターン厚肉化材料A、D〜I及びOにより厚肉化したレジストパターンを現像することにより、厚肉化レジストパターンを形成した。
また、レジストパターン厚肉化材料A、G〜I及びOについては、同様にして120℃/60sの条件でベークを行った後、現像して厚肉化レジストパターンを形成した。
得られた厚肉化レジストパターンにより形成された前記レジスト抜けパターンのサイズの縮小量(nm)(「厚肉化後のレジスト抜けパターンサイズ」と「厚肉化前のレジスト抜けパターンサイズ」との差)を測定した。結果を表2に示す。
また、レジストパターン厚肉化材料J〜Mを、同様にして120℃/60sの条件でベークを行った後、現像して厚肉化レジストパターンを形成した。
得られた厚肉化レジストパターンにより形成された前記レジスト抜けパターンのサイズの縮小量(nm)(「厚肉化後のレジスト抜けパターンサイズ」と「厚肉化前のレジスト抜けパターンサイズ」との差)を測定した。結果を表2に示す。
なお、水溶性成分に対して溶解剤の含有量が少ないレジストパターン厚肉化材料Dでは、目立った縮小量変化が得られず、水溶性成分に対して溶解剤の含有量が比較的多いレジストパターン厚肉化材料Eでは、レジストパターン厚肉化材料Eを塗布する際に、溶解剤が析出し、膜厚が不均一となったため、得られた厚肉化レジストパターンは、ホールが塞がっていたり、縮小サイズに大きなムラが観られた。
また、前記レジストパターン厚肉化材料A〜Nにおける溶解剤を、レジストパターン(レジスト膜)上に粉末状態で置き、そのまま加熱して溶融させたところ、該溶融物がレジストパターンを溶解しているのが観察された。該溶解剤は、前記レジストパターン厚肉化材料中に含有された状態においても、同様にレジストパターンを溶解し、ミキシング層を形成可能であり、ホールパターンのホール径を縮小することができると考えられる。
図9に示すように、シリコン基板11上に層間絶縁膜12を形成し、図10に示すように、層間絶縁膜12上にスパッタリング法によりチタン膜13を形成した。次に、図11に示すように、公知のフォトリソグラフィー技術によりレジストパターン14を形成し、これをマスクとして用い、反応性イオンエッチングによりチタン膜13をパターニングして開口部15aを形成した。引き続き、反応性イオンエッチングによりレジストパターン14を除去するととともに、図12に示すように、チタン膜13をマスクにして層間絶縁膜12に開口部15bを形成した。
レジストパターン14が、本発明のレジストパターン厚肉化材料を用いて、実施例1及び2における場合と同様にして製造した厚肉化レジストパターンである。
−フラッシュメモリ及びその製造−
実施例4は、本発明のレジストパターン厚肉化材料を用いた本発明の半導体装置及びその製造方法の一例である。なお、この実施例4では、以下のレジスト膜26、27、29及び32が、本発明のレジストパターン厚肉化材料を用いて実施例1及び2におけるのと同様の方法により厚肉化されたものである。
以上により、図31に示すように、半導体装置としてFLASH EPROMを製造した。
なお、ここでは、高融点金属膜(第4導電体膜)として高融点金属膜(第4導電体膜)42a及び42bを用いているが、チタンシリサイド(TiSi)膜等の高融点金属シリサイド膜を用いてもよい。
なお、ここでは、第3導電体膜53a又は53bと、高融点金属膜(第4導電体膜)42とをそれぞれ別々に形成しているが、共通の高融点金属膜として同時に形成してもよい。
−磁気ヘッドの製造−
実施例5は、本発明のレジストパターン厚肉化材料を用いた本発明のレジストパターンの応用例としての磁気ヘッドの製造に関する。なお、この実施例5では、以下のレジストパターン102及び126が、本発明のレジストパターン厚肉化材料を用いて実施例1及び2におけるのと同様の方法により厚肉化されたものである。
まず、図35に示すように、層間絶縁層100上に、厚みが6μmとなるようにレジスト膜を形成し、露光、現像を行って、渦巻状の薄膜磁気コイル形成用の開口パターンを有するレジストパターン102を形成した。
次に、図36に示すように、層間絶縁層100上における、レジストパターン102上及びレジストパターン102が形成されていない部位、即ち開口部104の露出面上に、厚みが0.01μmであるTi密着膜と厚みが0.05μmであるCu密着膜とが積層されてなるメッキ被加工面106を蒸着法により形成した。
次に、図38に示すように、レジストパターン102を溶解除去し層間絶縁層100上からリフトオフすると、薄膜導体108の渦巻状パターンによる薄膜磁気コイル110が形成される。
以上により磁気ヘッドを製造した。
図39示すように、セラミック製の非磁性基板112上にスパッタリング法によりギャップ層114を被覆形成した。なお、非磁性基板112上には、図示していないが予め酸化ケイ素による絶縁体層及びNi−Feパーマロイからなる導電性被加工面がスパッタリング法により被覆形成され、更にNi−Feパーマロイからなる下部磁性層が形成されている。そして、図示しない前記下部磁性層の磁性先端部となる部分を除くギャップ層114上の所定領域に熱硬化樹脂により樹脂絶縁膜116を形成した。次に、樹脂絶縁膜116上にレジスト材を塗布してレジスト膜118を形成した。
以上により、図45の平面図に示すような、樹脂絶縁膜116上に磁性層132を有し、表面に薄膜磁気コイル130が設けられた磁気ヘッドを製造した。
(付記1) その融点付近でレジストパターンを溶解可能な溶解剤と水溶性成分とを少なくとも含むことを特徴とするレジストパターン厚肉化材料。
(付記2) 溶解剤が、該溶解剤の融点±20℃以内にてレジストパターンを溶解可能である付記1に記載のレジストパターン厚肉化材料。
(付記3) 溶解剤の融点が、50〜150℃である付記1から2のいずれかに記載のレジストパターン厚肉化材料。
(付記4) 溶解剤が、水溶性である付記1から3のいずれかに記載のレジストパターン厚肉化材料。
(付記5) 溶解剤が、有機物である付記1から4のいずれかに記載のレジストパターン厚肉化材料。
(付記6) 溶解剤が、アルコール、カルボン酸及びアミンから選択される少なくとも1種である付記5に記載のレジストパターン厚肉化材料。
(付記7) 溶解剤が、有機塩である付記5に記載のレジストパターン厚肉化材料。
(付記8) 有機塩における酸成分が、トリフルオロメタンスルホン酸及びトルエンスルホン酸の少なくともいずれかである付記7に記載のレジストパターン厚肉化材料。
(付記9) 有機塩におけるアルカリ成分が、ベンジルトリエチルアンモニウム及びメトキシベンジルアミンの少なくともいずれかである付記7から8のいずれかに記載のレジストパターン厚肉化材料。
(付記10) 水溶性成分が、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルピロリドン、セルロース、及びタンニンから選択される少なくとも1種である付記1から9のいずれかに記載のレジストパターン厚肉化材料。
(付記11) 溶解剤の水溶性成分100質量部に対する添加量が、1〜100質量部である付記1から10のいずれかに記載のレジストパターン厚肉化材料。
(付記12) レジストパターンを形成後、該レジストパターンの表面を覆うように付記1から11のいずれかに記載のレジストパターン厚肉化材料を塗布することを含むことを特徴とするレジストパターンの形成方法。
(付記13) レジストパターン厚肉化材料の塗布後、該レジストパターン厚肉化材料を加熱する付記12に記載のレジストパターンの形成方法。
(付記14) 加熱が、溶解剤の融点以上の温度で行われる付記13に記載のレジストパターンの形成方法。
(付記15) レジストパターン厚肉化材料の塗布後乃至塗布及び加熱後、該レジストパターン厚肉化材料の現像処理を行う付記12から14のいずれかに記載のレジストパターンの形成方法。
(付記16) 現像処理が、水、アルカリ水溶液及び酸性水溶液の少なくともいずれかを用いて行われる付記15に記載のレジストパターンの形成方法。
(付記17) 被加工面上にレジストパターンを形成後、該レジストパターンの表面を覆うように付記1から11のいずれかに記載のレジストパターン厚肉化材料を塗布することにより該レジストパターンを厚肉化するレジストパターン形成工程と、該厚肉化したレジストパターンをマスクとしてエッチングにより前記被加工面をパターニングするパターニング工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記18) レジストパターン形成工程が、レジストパターン厚肉化材料の塗布後、加熱することを含む付記17に記載の半導体装置の製造方法。
(付記19) 加熱が、溶解剤の融点以上の温度で行われる付記18に記載の半導体装置の製造方法。
(付記20) 付記17から19のいずれかに記載の半導体装置の製造方法により製造されたことを特徴とする半導体装置。
本発明のレジストパターンの形成方法は、例えば、マスクパターン、レチクルパターン、磁気ヘッド、LCD(液晶ディスプレイ)、PDP(プラズマディスプレイパネル)、SAWフィルタ(弾性表面波フィルタ)等の機能部品、光配線の接続に利用される光部品、マイクロアクチュエータ等の微細部品、半導体装置の製造に好適に適用することができ、後述する本発明の半導体装置の製造方法に好適に用いることができる。
本発明の半導体装置の製造方法は、フラッシュメモリ、DRAM、FRAM、等を初めとする各種半導体装置の製造に好適に用いることができる。
2 溶解剤
3 レジストパターン
5 被加工面(基材)
10 レジストパターン(本発明)
10a 表層
10b 内層レジストパターン
11 シリコン基板
12 層間絶縁膜
13 チタン膜
14 レジストパターン
15a 開口部
15b 開口部
16 TiN膜
16a TiN膜
17 Cu膜
17a 配線
18 層間絶縁膜
19 Cuプラグ
20 配線
21 配線
22 Si基板(半導体基板)
23 フィールド酸化膜
24a 第1ゲート絶縁膜
24b 第2ゲート絶縁膜
25a 第1閾値制御層
25b 第2閾値制御層
26 レジスト膜
27 レジスト膜
28 第1ポリシリコン層(第1導電体膜)
28a フローティングゲート電極
28b ゲート電極(第1ポリシリコン膜)
28c フローティングゲート電極
29 レジスト膜
30a キャパシタ絶縁膜
30b キャパシタ絶縁膜
30c キャパシタ絶縁膜
30d SiO2膜
31 第2ポリシリコン層(第2導電体膜)
31a コントロールゲート電極
31b 第2ポリシリコン膜
32 レジスト膜
33a 第1ゲート部
33b 第2ゲート部
33c 第2ゲート部
35a S/D(ソース・ドレイン)領域層
35b S/D(ソース・ドレイン)領域層
36a S/D(ソース・ドレイン)領域層
36a S/D(ソース・ドレイン)領域層
37 層間絶縁膜
38a コンタクトホール
38b コンタクトホール
39a コンタクトホール
39b コンタクトホール
40a S/D(ソース・ドレイン)電極
40b S/D(ソース・ドレイン)電極
41a S/D(ソース・ドレイン)電極
41b S/D(ソース・ドレイン)電極
42 高融点金属膜(第4導電体膜)
42a 高融点金属膜(第4導電体膜)
42b 高融点金属膜(第4導電体膜)
44a 第1ゲート部
44b 第2ゲート部
45a S/D(ソース・ドレイン)領域層
45b S/D(ソース・ドレイン)領域層
46a S/D(ソース・ドレイン)領域層
46b S/D(ソース・ドレイン)領域層
47 層間絶縁膜
48a コンタクトホール
48b コンタクトホール
49a コンタクトホール
49b コンタクトホール
50a S/D(ソース・ドレイン)電極
50b S/D(ソース・ドレイン)電極
51a S/D(ソース・ドレイン)電極
51b S/D(ソース・ドレイン)電極
52a 開口部
52b 開口部
53a 高融点金属膜(第3導電体膜)
53b 高融点金属膜(第3導電体膜)
54 絶縁膜
100 層間絶縁層
102 レジストパターン
104 開口部
106 メッキ被加工面
108 薄膜導体(Cuメッキ膜)
110 薄膜磁気コイル
112 非磁性基板
114 ギャップ層
116 樹脂絶縁層
118 レジスト膜
118a レジストパターン
120 第1渦巻状パターン
122 導電性被加工面
124 レジスト膜
126 レジストパターン
128 Cu導体膜
130 薄膜磁気コイル
132 磁性層
Claims (5)
- ベンジルトリエチルアンモニウム塩及びメトキシベンジルアミン塩の少なくともいずれかである有機塩と水溶性成分とを少なくとも含むことを特徴とするレジストパターン厚肉化材料。
- 有機塩における酸成分が、トリフルオロメタンスルホン酸及びトルエンスルホン酸の少なくともいずれかである請求項1に記載のレジストパターン厚肉化材料。
- 水溶性成分が、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルピロリドン、セルロース、及びタンニンから選択される少なくとも1種である請求項1から2のいずれかに記載のレジストパターン厚肉化材料。
- レジストパターンを形成後、該レジストパターンの表面を覆うように請求項1から3のいずれかに記載のレジストパターン厚肉化材料を塗布した後であってその現像前に、有機塩の融点以上の温度で加熱することを含むことを特徴とするレジストパターンの形成方法。
- 被加工面上にレジストパターンを形成後、該レジストパターンの表面を覆うように請求項1から3のいずれかに記載のレジストパターン厚肉化材料を塗布した後であってその現像前に、有機塩の融点以上の温度で加熱することにより該レジストパターンを厚肉化するレジストパターン形成工程と、該厚肉化したレジストパターンをマスクとしてエッチングにより前記被加工面をパターニングするパターニング工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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