JP2004335873A - Pattern formation method - Google Patents
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Abstract
【課題】フォトリソグラフィ技術においてパターンを形成し、且つ、それをマスクに用い、下層材料を精度良く加工する微細パターン方法を提供することにある。
【解決手段】半導体基体上の被加工層13の上に、レジストをパターニングして第1のパターン層14aを形成する。レジストパターンを形成した後、第1のパターン層14aを付加処理によって小さくする。次に、第1のパターン層14aの間に耐エッチング性が比較的大きい材料を用いて埋め込み膜15を形成した後、平坦化処理を行った後、第1のパターン層14aを除去する。これにより、第2のパターン層15aを残存する。この第2のパターン層を使用し、下地の被加工層13をエッチングする。更に、下地の被加工層13をマスクとして、例えば、Al膜12をエッチングする。
【選択図】 図2An object of the present invention is to provide a fine pattern method for forming a pattern in a photolithography technique and using the mask as a mask to accurately process a lower layer material.
A resist is patterned on a layer to be processed on a semiconductor substrate to form a first pattern layer. After forming the resist pattern, the first pattern layer 14a is reduced in size by an additional process. Next, a buried film 15 is formed between the first pattern layers 14a using a material having relatively high etching resistance, and after performing a flattening process, the first pattern layers 14a are removed. Thereby, the second pattern layer 15a remains. Using this second pattern layer, the underlying layer to be processed 13 is etched. Further, for example, the Al film 12 is etched using the underlying processing layer 13 as a mask.
[Selection] Figure 2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造に用いる光リソグラフィ技術におけるパターン形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
微細化が進展する半導体装置の製造技術において、微細パターン形成技術がその中心的な役割を果たしている。その微細パターン形成技術においても、光を用いた光リソグラフィ技術は微細化と共に光源の短波長化が進み、既に0.1μmレベルの技術が実用化されつつある。更に、微細化を進めるため、光の限界を突破する方法としてX線、電子線などを用いたリソグラフィ技術が追求されているが、技術的な困難、量産への適合性等課題も多い。このため、光リソグラフィ技術において波長による解像限界を越えた微細パターン形成方法が開発されている。その一つの方法としてパターンを形成するレジストについて、露光及び現像後に更に付加処理を行う、スリミングという手法が提案されている。
【0003】
この手法では、例えば、光リソグラフィ技術によって形成されたレジストパターンを、更に、エッチング等を行うことによって小さく、例えば細くし、それをマスクにして、その下の材料をドライエッチング等でパターンニングする。また、パターン間の細いスペース、或いは、ホールを必要とするときは、形成されたレジストパターンを逆に大きく、例えば太くする方法を取る。例えば、特許文献1には、電子線を用い、現像後のレジストパターンへの電子線の照射条件を変えることによって、レジストパターンを小さくすること及び大きくすることの両方が可能な方法が開示されている。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−217170号公報(第6頁、図1)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述のスリミング手法等の付加処理を用いて、光リソグラフィ技術におけるえた微細パターン形成方法等が可能になっている。しかし、この方法においては以下のような問題が存在する。即ち、レジストをマスクにして下層材料を、ドライエッチングする場合、そのレジストの耐エッチング性が必要である。しかし、上述のようなスリミング等の付加処理を行うと、残存するレジストパターンの膜厚も減少する。このため、加工される下層材料が所望の寸法或いは形状から外れる等の現象が生じ易くなる。また、これを避けるためにレジストの膜厚を厚くすると、レジストが倒れる或いはレジストをパターニングする時の現像、その後のドライエッチング等で、レジスト寸法及び形状の加工精度が落ちる等の現象が見られる。
【0006】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的は光リソグラフィ技術において、レジストパターンを形成後に付加処理を行い、微細なパターンを形成し、そのパターンを用いて下層の材料を精度良く加工するパターン形成方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、半導体基体の上に被加工層を形成する工程と、前記被加工層の上にレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層をパターニングし、第1のパターニング層を形成する工程と、第1のパターニング層が形成された前記半導体基体を付加処理する工程と、前記第1のパターニング層におけるパターン間の隙間に第2のパターニング層を埋め込む工程と、前記第2のパターニング層をマスクとして前記被加工層をパターニングする工程とを有することを特徴とする。
【0008】
本発明によれば、光リソグラフィ技術において、レジストパターンを形成し、付加処理を行った後、そのパターンを反転させ、耐エッチング性を持つパターンを形成し、それをマスクに用いることによって下層材料を精度良く加工するパターン形成方法を提供することが可能になる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【0010】
(第1の実施の形態)
図1(a)乃至図3(h)は本発明による第1の実施の形態を工程順に示す断面図である。
【0011】
先ず、半導体基体としてP型のシリコン基板10を用意し、その上にシリコン酸化膜11を膜厚200nm程度、CVD法により形成する。続いて、配線用の金属であるAl膜12をスパッタ法により膜厚500nm程度、シリコン酸化膜11の上に形成する。更に、Al膜12のエッチングマスクである被加工層13として、ポリアセナフチレン系材料を膜厚300nm程度、スピン塗布法を用い、Al膜12の上に形成する。
【0012】
更に、ArFレーザ光に対する感光剤としてポジ型DUV用のレジスト膜14をスピン塗布法を用い、被加工層13の上に膜厚100nm程度形成した後、100〜200℃、1〜2分程度のベーキング処理を行う。
【0013】
次に、レジスト層14が塗布されたシリコン基板10をArFエキシマレーザ露光装置に設置し、位置合わせ等を行った後、マスクを通して一定時間ArFレーザ光をシリコン基板10上のレジスト層14に照射する。続いて、100〜200℃、1〜2分程度のベーキング処理、及び現像処理を行うことにより、図1(b)に示すように、シリコン基板10上に第1のパターニング層14aを形成する。この時の寸法は、例えば、ライン及びスペースの幅共に0.11μmである。
【0014】
次に、図1(c)に示すように、第1のパターニング層14aが形成されているシリコン基板10を10ppm程度のオゾン水で表面処理し、そのパターンの寸法を細める。この時、ラインの幅は0.05μmまで細くする。
【0015】
更に、シリコン基板10上に形成された第1のパターニング層14aの上に、図2(d)に示すように埋め込み膜15である水溶性シリコーンをスピン塗布法により膜厚300nm程度形成する。続いて、図2(e)に示すように、CMP法により、第1のパターニング層14aの間に存在する凹部にのみ第2のパターニング層15aの水溶性シリコーンが残存するようにリセス処理を行う。もちろん、第1のパターニング層14aの上部が露出する前にCMP法による処理を終了し、残りの水溶性シリコーンをドライエッチングによって処理することも可能である。
【0016】
次に、図2(f)に示すように、埋め込まれた第2のパターニング層15を残して、第1のパターニング層14aを除去するように溶剤による処理を行う。また、別の方法として、第1のパターニング層14aは次に続く被加工層のエッチングにおいて一括して除去することも可能である。
【0017】
以上の工程によって、基本的なパターン形成を終了し、次に、パターン形成された第2のパターニング層15aを利用してそのパターンを下層膜に転写する。先ず、下層の被加工層13を、ドライエッチング法によりエッチングし、図3(g)に示すように、パターン転写を行う。次に、被加工層13をマスクとしてAl膜12を、ドライエッチング法によりエッチングし、図3(h)に示すように、更にパターン転写を行う。以上によりスペース間隔幅の狭いAl配線層が形成される。
【0018】
なお、本実施の形態ではシリコン基板上にシリコン酸化膜を形成した後、その上にAl配線層を形成する例を示したが、LSI等の半導体デバイス製造工程では、シリコン基板上にトランジスタ、キャパシタ等が含まれたLSIを形成し、その上に層間絶縁膜としてシリコン酸化膜を形成し、更にAl配線層を形成する方法をとる。本方法はこれらに対しても適用可能であることはもちろんである。
【0019】
本実施の形態によれば、光リソグラフィ法によって形成されたパターンの寸法を化学処理であるオゾン水処理法により細め、更に、パターンを反転させる工程を実施することにより耐エッチング性を高め、微細化された精度の高いスペースパターンの形成が可能になる。
【0020】
また、オゾン水処理法により基板表面が処理され、埋め込み膜と下地との密着性をより良好にすることもできる。これにより、埋め込み膜の剥がれ等が生じ難いリセス処理が可能になる。更に、本実施の形態では、化学処理としてオゾン水を用いる方法を例示した。他の化学処理方法として、過酸化水素水、ラジカル酸素等を溶かし込んだ、いわゆる機能水を用いても同様の効果が得られる。
【0021】
(第1の実施の形態の変形例)
本変形例は第1の実施の形態と基本的なプロセスは同じで、付加処理だけを変えた例である。図1(a)及び(b)に示した第1のパターニング層を形成するまでは第1の実施の形態と同じである。
【0022】
次に、図1(c)に示すように、第1のパターニング層14aをCF4、HBr、O2の混合ガスによるドライエッチングにより、そのパターンの寸法を細める。この時、ラインの幅は0.05μmまで細くする。続いて、細められた第1のパターニング層14aが形成されているシリコン基板10の表面をシランカップリング剤で処理する。本処理は次の工程において埋め込み膜が形成される際、下地との密着性を良くするためのものである。
【0023】
また、この後の埋め込み膜を形成する工程以降は第1の実施の形態で示した図2(d)から図3(h)までと同じである。
【0024】
本変形例によれば、光リソグラフィ法によって形成されたパターンの寸法をドライエッチング処理により細め、更に、パターンを反転させる工程を実施することにより耐エッチング性を高め、微細化された精度の高いスペースパターンの形成が可能になる。
【0025】
また、カップリング効果により密着を高めるシランカップリング剤処理法により表面処理を行うことにより、無機材料である下地と有機材料である埋め込み膜との密着性を良好にできる。これにより、埋め込み膜の剥がれ等が生じ難いリセス処理が可能になる。
【0026】
更に、上述の表面処理方法として、二酸化チタン、酸化亜鉛、又は三酸化タングステン等の金属酸化物を分散した水をシリコン基板表面に塗布し、その表面を光照射して下地表面を活性化する光触媒水処理、を用いても同等の処理が可能である。
【0027】
(第2の実施の形態)
図4乃至図5は本発明による第2の実施の形態を工程順に示す平面図である。
【0028】
第1の実施の形態では第1のパターニング層を細める方法ととして化学処理であるオゾン水処理法を用いたが、本実施の形態では、エネルギービームとしてアルゴンイオンレーザ光を用いる例について述べる。本実施の形態では、第1の実施の形態における図1(c)でのオゾン水処理法の工程に替えて、レーザ光照射工程を用い、他の工程はすべて第1の実施の形態と同じであるので詳しい説明は省略する。
【0029】
図4(a)に示すP型のシリコン基板10を用意してパターンを細める前までの工程は、第1の実施の形態で示した図1(a)乃至図1(b)の工程と同様である。図4(a)は第1のパターニング層14aが被加工層13の上に形成されたシリコン基板10の平面図を示す。このシリコン基板10に対し、図4(b)に示すように図示しない光学系によって整形されたレーザビーム16を第1のパターニング層14aに重なるように矢印方向に走査する。これによって、レーザビーム走査領域16a内の第1のパターニング層14aが熱処理によって、大気中の酸素と反応して酸化し、そのパターン寸法が細められる。
【0030】
レーザビームを、例えば、シリコン基板の端から反対側の端まで直線状に走査を行い、次に、図4(b)に示すように、元の出発点に対して、例えば左側にレーザビームを戻し、続いて前のレーザビーム走査領域16aと同じ方向に沿ってレーザビーム16を走査する。このようにして順次、レーザビームを照射し、図示しないウェーハ全面に渡って、第1のパターニング層14aの幅を同じように細める。この時、第1のパターニング層14aが存在しない領域の一部はレーザ照射を省くことによって、本工程を短時間化することが可能である。
【0031】
図4(b)に示す第1のパターニング層14aの寸法を細めた後の工程は、第1の実施の形態で示した図2(d)乃至図3(h)の工程と同じである。図5はシリコン酸化膜11の上に形成されたAl膜12をパターニングした後のシリコン基板の平面図を示す。第1の実施の形態と同様にスペース間隔幅の狭いAl配線層が形成される。また、第1の実施の形態と同様に第1のパターニング層14aの上部が露出する前にCMP法による処理を終了し、残りの水溶性シリコーンをドライエッチングによって処理することも可能である。
【0032】
本実施の形態によれば、光リソグラフィ法によって形成されたパターンの寸法をエネルギービーム照射法により細め、更に、パターンを反転させる工程を実施することにより、耐エッチング性を高め、微細化された精度の高いスペースパターンの形成が可能になる。また、本実施の形態によれば、シリコン基板全面をレーザ照射せず、レジストマスクが形成された部分の領域のみレーザ照射を行うことが可能であり、製造工程での効率を上げることができる。
【0033】
また、レーザビームとして、アルゴンイオンレーザ以外に、エキシマレーザ、炭酸ガスレーザ、ネオジウムヤグレーザ等いずれを用いても良い。更に、エネルギービームとして、レーザビーム以外に電子ビーム、X線ビーム等を用いても良い。
【0034】
(第3の実施の形態)
図6(a)乃至図8(h)は本発明による第3の実施の形態を工程順に示す断面図である。
【0035】
先ず、図6(a)に示すように、半導体基体としてP型のシリコン基板20を用意し、その上にシリコン酸化膜21を膜厚200nm程度、CVD法により形成する。続いて、ゲート電極用の多結晶シリコン膜22をCVD法により膜厚500nm程度、シリコン酸化膜21の上に形成する。更に、多結晶シリコン膜22のエッチングマスクである被加工層23として、ノボラック系材料を膜厚300nm程度、スピン塗布法を用い、多結晶シリコン膜22の上に形成する。
【0036】
更に、KrFレーザ光に対する感光剤としてポジ型DUV用のレジスト層24をスピン塗布法を用い、被加工層23の上に膜厚300nm程度形成した後、100〜200℃、1〜2分程度のベーキング処理を行う。
【0037】
次に、レジスト層24が塗布されたシリコン基板20をKrFエキシマレーザ露光装置に設置し、位置合わせ等を行った後、一定時間KrFレーザ光を、マスクを通してシリコン基板20上のレジスト層24に照射する。続いて、100〜200℃、1〜2分程度のベーキング処理、及び現像処理を行うことにより、図6(b)に示すように、シリコン基板20上に第1のパターニング層24aを形成する。この時の寸法は、例えば、ライン及びスペースの幅共に0.11μmである。
【0038】
次に、図6(c)に示すように、第1のパターニング層24aを温度100℃〜200℃、時間1〜2分、加熱処理を行い、第1のパターニング層24aを軟化及び流動化させることにより、そのパターン寸法を大きくする。これにより、スペースの幅は0.06μmまで細められた。
【0039】
更に、シリコン基板20上に形成された第1のパターニング層24aの上に、図7(d)に示すように埋め込み膜25である水溶性シリコーンをスピン塗布法により膜厚300nm程度形成する。続いて、図7(e)に示すように、ドライエッチング法により第1のパターニング層24aの間の凹部にのみ水溶性シリコンが残存するようにリセス処理を行い、第2のパターニング層25aを形成する。次に、図7(f)に示すように、埋め込まれた第2のパターニング層25aを残して、第1のパターニング層24aを除去するように溶剤による処理を行う。また、別の方法として、第1のパターニング層24aは次に続く被加工層のエッチングにおいて一括して除去することも可能である。
【0040】
以上の工程によって、基本的なパターン形成を終了し、次に、パターン形成された第2のパターニング層25aを用いてそのパターンを下層膜に転写する。先ず、下層の被加工層23を、ドライエッチング法によりエッチングし、図8(g)に示すように、パターン転写を行う。次に、被加工層23をマスクとして多結晶シリコン膜22に、ドライエッチング法により図8(h)に示すように、更にパターン転写を行う。以上によりライン幅の狭い多結晶シリコン膜22が形成され、ゲート電極等として使用できる。
【0041】
なお、本実施の形態ではシリコン基板上のシリコン酸化膜に多結晶シリコン膜を形成する例を示したが、LSI等の半導体デバイスでは、シリコン基板上にゲート酸化膜等を形成し、その上に多結晶シリコン膜をゲート電極として形成する方法をとる。本方法はこれらに対しても適用可能であることはもちろんである。
【0042】
本実施の形態によれば、光リソグラフィ法によって形成されたパターンを熱処理によって大きくし、更に、パターンを反転させる工程を実施することにより耐エッチング性を高め、微細化された精度の高い微細パターンの形成が可能になる。
【0043】
(第4の実施の形態)
図9乃至図10は本発明による第4の実施の形態を工程順に示す平面図である。
【0044】
第3の実施の形態では第1のパターニング層を大きく方法として比較的低温の熱処理を用いたが、本実施の形態では、エネルギービームとして電子ビームを用いる例について述べる。本実施の形態では、第3の実施の形態における図6(c)での熱処理工程に替えて、電子ビーム照射工程を用い、他の工程は第3の実施の形態と同じであるので、詳しい説明は省略する。
【0045】
図9(a)に示すP型のシリコン基板20の用意からパターンを大きくする前までの工程は第3の実施の形態で示した図6(a)乃至図6(b)の工程と同様である。図9(a)は第1のパターン層24aが被加工層23の上に形成されたシリコン基板20の平面図を示す。このシリコン基板20に対し、図9(b)に示すように図示しない電子光学系によって整形された電子ビーム26を被加工層23が露出している部分に重なるように照射する。この時の電子ビーム26はパルス発振型を用い、電子ビーム26とシリコン基板20とを相対的に移動させながら、熱処理すべき第1のパターン層24aが存在する領域を中心に処理を行う。電子ビームが照射された領域の第1のパターン層24aが軟化及び流動化することにより膨らむため、スペースの幅は0.06μmまで細められた。
【0046】
図9(b)に示す第1のパターン層24aを大きくした後の工程は、第3の実施の形態で示した工程と基本的に同じである。ここでは、埋め込み膜としてシリコン酸化膜をスピン塗布法によって膜厚250nm程度形成する。シリコン酸化膜を塗布した後は、図7(e)乃至図8(h)の工程と同じである。図10はシリコン酸化膜21の上に形成された多結晶シリコン膜22をパターニングした後のシリコン基板20を示す。第3の実施の形態と同様にライン幅の狭い多結晶シリコン膜22が形成される。
【0047】
本実施の形態によれば、光リソグラフィ法によって形成されたパターンをエネルギービーム照射法により大きくし、更に、パターンを反転させる工程を実施し、耐エッチング性を高めることにより、微細化された精度の高いラインパターンの形成が可能になる。また、本実施の形態によれば、シリコン基板全面を電子ビーム照射せず、レジストマスクが除去された周辺の領域のみ電子ビーム照射を行うことが可能であり、効率良く処理ができる。
【0048】
また、エネルギービームとして、電子ビーム以外にレーザビーム、X線ビーム等を用いても良い。更に、レーザビームとして、アルゴンイオンレーザ以外に、エキシマレーザ、炭酸ガスレーザ、ネオジウムヤグレーザ等いずれを用いても良い。
【0049】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、半導体装置の製造工程におけるパターン形成においては、どの段階においても用いることができる。
【0050】
また、パターニング層を小さくすることは、例えば、ラインパターンの寸法を細くすることも含んでいる。また、パターニング層を大きくすることは、例えば、ラインパターンの寸法を太くすることを含んでいる
例えば、反転マスクを用いてパターン形成する薄膜はAl、多結晶シリコンに限らず、半導体装置に用いられる金属、半導体、絶縁膜いずれにも適用できる。また、フォトリソグラフィ技術における波長による解像限界を越えた微細パターンを形成する方法の一つとして非常に有効な技術であると共に、解像限界を越えない場合においても用いることができるのは勿論である。
【0051】
また、化学処理であるオゾン水処理、シランカップリング剤処理、光触媒水処理等は、特にパターンのスリミング処理等が必要でなく、表面処理だけが必要な製造工程においても、基板と埋め込み膜等との密着性を高めるための付加処理として用いることができる。
【0052】
【発明の効果】
本発明によれば、パターンを形成した後に付加処理を行い、更に、パターンを反転させる工程を実施した後、耐エッチング性を高めたマスクを用いて下層材料をパターニングすることにより、精度の良いパターン形成方法を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体装置の製造方法の第1の実施の形態を工程順に示す断面図。
【図2】本発明による半導体装置の製造方法の第1の実施の形態を工程順に示す断面図。
【図3】本発明による半導体装置の製造方法の第1の実施の形態を工程順に示す断面図。
【図4】本発明による半導体装置の製造方法の第2の実施の形態を工程順に示す平面図。
【図5】本発明による半導体装置の製造方法の第2の実施の形態を工程順に示す平面図。
【図6】本発明による半導体装置の製造方法の第3の実施の形態を工程順に示す断面図。
【図7】本発明による半導体装置の製造方法の第3の実施の形態を工程順に示す断面図。
【図8】本発明による半導体装置の製造方法の第3の実施の形態を工程順に示す断面図。
【図9】本発明による半導体装置の製造方法の第4の実施の形態を工程順に示す平面図。
【図10】本発明による半導体装置の製造方法の第4の実施の形態を工程順に示す平面図。
【符号の説明】
10、20 シリコン基板
11、21 シリコン酸化膜
12 Al膜
13、23 被加工層
14、24 レジスト層
14a、24a 第1のパターニング層
15、25 埋め込み膜
15a、25a 第2のパターニング層
16 レーザビーム
16a レーザビーム走査領域
22 多結晶シリコン膜
26 レーザビーム照射領域[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a pattern forming method in an optical lithography technique used for manufacturing a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A fine pattern forming technology plays a central role in a semiconductor device manufacturing technology in which miniaturization progresses. Also in the fine pattern forming technology, the light lithography technology using light has been miniaturized and the wavelength of the light source has been shortened, and the technology of 0.1 μm level has already been put into practical use. Furthermore, lithography techniques using X-rays, electron beams and the like have been pursued as a method of breaking through the limit of light in order to advance miniaturization, but there are many problems such as technical difficulties and suitability for mass production. For this reason, in the photolithography technology, a method of forming a fine pattern exceeding the resolution limit by wavelength has been developed. As one of the methods, a method called slimming has been proposed in which a resist for forming a pattern is subjected to additional processing after exposure and development.
[0003]
In this method, for example, a resist pattern formed by a photolithography technique is further reduced to, for example, a thinner shape by performing etching or the like, and using the mask as a mask, the material thereunder is patterned by dry etching or the like. When a narrow space or a hole is required between the patterns, a method of making the formed resist pattern larger, for example, thicker, is adopted. For example, Patent Literature 1 discloses a method capable of both reducing and increasing the size of a resist pattern by using an electron beam and changing the irradiation conditions of the electron beam on the resist pattern after development. I have.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-217170 (page 6, FIG. 1)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By using the additional processing such as the slimming technique described above, a fine pattern forming method and the like obtained in the photolithography technique can be realized. However, this method has the following problems. That is, when dry-etching the lower layer material using the resist as a mask, the resist must have etching resistance. However, when the above-described additional processing such as slimming is performed, the thickness of the remaining resist pattern also decreases. Therefore, phenomena such as the processed lower layer material deviating from a desired size or shape are likely to occur. If the thickness of the resist is increased in order to avoid this, a phenomenon such as a fall of the resist or a reduction in the processing accuracy of the resist dimensions and shapes due to development during patterning of the resist and subsequent dry etching is observed.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to perform an additional process after forming a resist pattern in an optical lithography technique, form a fine pattern, and use the pattern to accurately determine the material of the lower layer. An object of the present invention is to provide a pattern forming method that can be processed well.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a step of forming a layer to be processed on a semiconductor substrate, a step of forming a resist layer on the layer to be processed, Forming a patterning layer, adding the semiconductor substrate on which the first patterning layer is formed, and embedding a second patterning layer in a gap between patterns in the first patterning layer, Patterning the layer to be processed using the second patterning layer as a mask.
[0008]
According to the present invention, in a photolithography technique, after forming a resist pattern and performing an additional process, the pattern is inverted, a pattern having etching resistance is formed, and the lower layer material is formed by using the pattern as a mask. It is possible to provide a pattern forming method for processing with high accuracy.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0010]
(First Embodiment)
1A to 3H are cross-sectional views showing a first embodiment of the present invention in the order of steps.
[0011]
First, a P-
[0012]
Further, a
[0013]
Next, the
[0014]
Next, as shown in FIG. 1C, the surface of the
[0015]
Further, on the
[0016]
Next, as shown in FIG. 2F, a treatment with a solvent is performed so as to remove the
[0017]
Through the above steps, the basic pattern formation is completed, and then the pattern is transferred to the lower layer film using the patterned
[0018]
In this embodiment, an example in which a silicon oxide film is formed on a silicon substrate and then an Al wiring layer is formed thereon has been described. However, in the process of manufacturing a semiconductor device such as an LSI, a transistor and a capacitor are formed on a silicon substrate. Is formed, a silicon oxide film is formed thereon as an interlayer insulating film, and further, an Al wiring layer is formed. Of course, the present method can be applied to these.
[0019]
According to this embodiment, the dimensions of the pattern formed by the photolithography method are reduced by the ozone water treatment method, which is a chemical treatment, and further, the step of inverting the pattern is performed to increase the etching resistance and to reduce the size. A highly accurate space pattern can be formed.
[0020]
Further, the surface of the substrate is treated by the ozone water treatment method, and the adhesion between the buried film and the base can be further improved. As a result, a recess process in which the embedded film is unlikely to be peeled off or the like can be performed. Further, in the present embodiment, a method using ozone water as the chemical treatment has been exemplified. As another chemical treatment method, the same effect can be obtained by using so-called functional water in which a hydrogen peroxide solution, radical oxygen or the like is dissolved.
[0021]
(Modification of First Embodiment)
This modification is an example in which the basic process is the same as that of the first embodiment, and only the additional processing is changed. The steps up to the formation of the first patterning layer shown in FIGS. 1A and 1B are the same as those of the first embodiment.
[0022]
Next, as shown in FIG. 1C, the dimensions of the
[0023]
The subsequent steps of forming a buried film are the same as those shown in FIGS. 2D to 3H shown in the first embodiment.
[0024]
According to this modification, the dimensions of the pattern formed by the optical lithography method are reduced by dry etching, and furthermore, the step of inverting the pattern is performed to improve the etching resistance, and the fine and highly accurate space is provided. A pattern can be formed.
[0025]
In addition, by performing surface treatment by a silane coupling agent treatment method that enhances adhesion by a coupling effect, the adhesion between the base material, which is an inorganic material, and the buried film, which is an organic material, can be improved. As a result, a recess process in which the embedded film is unlikely to be peeled off or the like can be performed.
[0026]
Further, as the above-described surface treatment method, a photocatalyst is used in which water in which a metal oxide such as titanium dioxide, zinc oxide or tungsten trioxide is dispersed is applied to the surface of a silicon substrate, and the surface is irradiated with light to activate the underlying surface. The same treatment can be performed by using water treatment.
[0027]
(Second embodiment)
4 and 5 are plan views showing a second embodiment of the present invention in the order of steps.
[0028]
In the first embodiment, an ozone water treatment method, which is a chemical treatment, is used as a method of thinning the first patterning layer. In the present embodiment, an example in which an argon ion laser beam is used as an energy beam will be described. In this embodiment, a laser beam irradiation step is used instead of the ozone water treatment step in FIG. 1C in the first embodiment, and all other steps are the same as those in the first embodiment. Therefore, detailed description is omitted.
[0029]
Steps before the P-
[0030]
The laser beam is linearly scanned, for example, from the end of the silicon substrate to the end on the opposite side, and then, as shown in FIG. Then, the
[0031]
Steps after the dimensions of the
[0032]
According to the present embodiment, the dimension of the pattern formed by the photolithography method is reduced by the energy beam irradiation method, and further, the step of inverting the pattern is performed, so that the etching resistance is improved, and the precision of miniaturization is improved. It is possible to form a space pattern having a high height. Further, according to the present embodiment, it is possible to perform laser irradiation only on the region where the resist mask is formed without irradiating the entire surface of the silicon substrate with laser, and thus it is possible to increase efficiency in a manufacturing process.
[0033]
As a laser beam, any of an excimer laser, a carbon dioxide gas laser, a neodymium yag laser, and the like may be used other than the argon ion laser. Further, as the energy beam, an electron beam, an X-ray beam, or the like may be used instead of the laser beam.
[0034]
(Third embodiment)
FIGS. 6A to 8H are sectional views showing a third embodiment of the present invention in the order of steps.
[0035]
First, as shown in FIG. 6A, a P-
[0036]
Furthermore, after forming a resist
[0037]
Next, the
[0038]
Next, as shown in FIG. 6C, the
[0039]
Further, on the
[0040]
Through the above steps, the basic pattern formation is completed, and then the pattern is transferred to the underlying film using the patterned
[0041]
In this embodiment, an example is described in which a polycrystalline silicon film is formed on a silicon oxide film on a silicon substrate. However, in a semiconductor device such as an LSI, a gate oxide film or the like is formed on a silicon substrate and a gate oxide film or the like is formed thereon. A method of forming a polycrystalline silicon film as a gate electrode is employed. Of course, the present method can be applied to these.
[0042]
According to the present embodiment, the pattern formed by the photolithography method is enlarged by heat treatment, and furthermore, the etching resistance is increased by performing a step of inverting the pattern, and the fine pattern with high precision that has been miniaturized. The formation becomes possible.
[0043]
(Fourth embodiment)
9 and 10 are plan views showing a fourth embodiment of the present invention in the order of steps.
[0044]
In the third embodiment, a relatively low-temperature heat treatment is used as a method for enlarging the first patterning layer. In this embodiment, an example in which an electron beam is used as an energy beam will be described. In this embodiment, an electron beam irradiation step is used instead of the heat treatment step in FIG. 6C in the third embodiment, and the other steps are the same as those in the third embodiment. Description is omitted.
[0045]
The steps from the preparation of the P-
[0046]
The steps after the enlargement of the
[0047]
According to the present embodiment, the pattern formed by the photolithography method is enlarged by the energy beam irradiation method, and further, the step of inverting the pattern is performed, and the etching resistance is increased, so that the precision of miniaturization is improved. A high line pattern can be formed. Further, according to the present embodiment, it is possible to irradiate the entire area of the silicon substrate with the electron beam without irradiating the entire surface of the silicon substrate with the electron beam, thereby performing the processing efficiently.
[0048]
As an energy beam, a laser beam, an X-ray beam, or the like may be used instead of the electron beam. Further, as a laser beam, any of an excimer laser, a carbon dioxide laser, a neodymium yag laser, and the like may be used other than the argon ion laser.
[0049]
The present invention is not limited to the above-described embodiment at all, and can be implemented with various modifications without departing from the gist of the present invention. For example, it can be used at any stage in pattern formation in the manufacturing process of a semiconductor device.
[0050]
Reducing the size of the patterning layer also includes, for example, reducing the dimensions of the line pattern. Increasing the size of the patterning layer includes, for example, increasing the size of the line pattern. For example, a thin film to be patterned using an inversion mask is not limited to Al and polycrystalline silicon, and is used in semiconductor devices. It can be applied to any of metals, semiconductors and insulating films. In addition, it is a very effective technique as one of the methods of forming a fine pattern exceeding the resolution limit by wavelength in the photolithography technology, and it can be used even when the resolution limit is not exceeded. is there.
[0051]
In addition, ozone water treatment, silane coupling agent treatment, photocatalytic water treatment, and the like, which are chemical treatments, do not require pattern slimming treatment, etc. Can be used as an additional treatment for improving the adhesion of the slab.
[0052]
【The invention's effect】
According to the present invention, an additional process is performed after a pattern is formed, and further, a step of inverting the pattern is performed, and then the lower layer material is patterned using a mask having improved etching resistance, so that an accurate pattern is formed. It is possible to provide a forming method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention in the order of steps.
FIG. 2 is a sectional view showing a first embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention in the order of steps.
FIG. 3 is a sectional view showing a first embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention in the order of steps.
FIG. 4 is a plan view showing a second embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention in the order of steps.
FIG. 5 is a plan view showing a second embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention in the order of steps.
FIG. 6 is a sectional view showing a third embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention in the order of steps.
FIG. 7 is a sectional view showing a third embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention in the order of steps.
FIG. 8 is a sectional view showing a third embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention in the order of steps.
FIG. 9 is a plan view showing a fourth embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention in the order of steps.
FIG. 10 is a plan view showing a fourth embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention in the order of steps.
[Explanation of symbols]
10, 20
Claims (7)
前記被加工層の上にレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層をパターニングし、第1のパターニング層を形成する工程と、
第1のパターニング層が形成された前記半導体基体を付加処理する工程と、
前記第1のパターニング層におけるパターン間の隙間に第2のパターニング層を埋め込む工程と、
前記第2のパターニング層をマスクとして前記被加工層をパターニングする工程とを
有することを特徴とするパターン形成方法。Forming a layer to be processed on the semiconductor substrate;
Forming a resist layer on the layer to be processed,
Patterning the resist layer to form a first patterned layer;
Performing an additional treatment on the semiconductor substrate on which the first patterning layer is formed;
Embedding a second patterning layer in a gap between patterns in the first patterning layer;
Patterning the layer to be processed using the second patterning layer as a mask.
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