JPH0319335A - パターン形成方法 - Google Patents

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】 〔概　要〕 半導体装置などの微細加工に使用されるレジストのドラ
イエッチングによるパターン形成方法に関し、 多層レジスト法での下層レジスト層の加工（エッチング
）を行なう際に、アンダーカットの発生を防止するか極
力小さくして高精度のパターンを形成することを目的と
し、 多層レジスト法でパターンを形戒する方法において、上
層レジスト層をバターニングした後、下層レジスト層の
有機物のドライエッチング工程で、エッチングガスとし
て酸素ガスと、ホウ素化合物のガスとからなるガスを用
いることを特徴とするパターン形成方法に構或する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、レジストのパターン形成方法に関し、より詳
しくは、半導体装置などの微細加工に使用されるレジス
トのドライエッチング（現像）によるパターン形成方法
に関する。本発明は、また、多層レジスト法の改善に関
する。

〔従来の技術〕

ＬＳＩなどの半導体装置の微細加工において、レジスト
パターンは基本的に不可欠なものである。

そして、半導体装置の製造工程が進むにつれて半導体基
板上には段差が生じ、そのような段差のある状態で半導
体基板の微細加工を単層レジストを用いて精度高く行な
うことは困難である。そこで、段差のある半導体基板を
高精度に微細加工するために、レジストパターンが３層
レジスト法や２層レジスト法の多層レジスト法で形戒さ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

３層レジスト法によってレジストパターンを形成するに
は、まず、第２Ａ図に示すように、段差のある基板の被
エッチング物層（例えば、アルミニウム層）１上に有機
物層（下層レジスト層〉　２を段差を覆って平坦な表面
となるのに十分な厚さで形成する。下層レジスト層２上
に酸化シリコン、窒化シリコンなどの中間層３を形成す
る。そして、中間層３の上にパターン形成用レジストの
上層レジスト層４を形成する。次に、第２Ｂ図に示すよ
うに、上層レジスト層４を露光・現像して所定パターン
形状にする。そして、パターン形状の上層レジスト層４
をマスクとして、第２Ｃ図に示すように、中間層３をＲ
ＩＥ（リアクティブイオンエッチング）などの異方性ド
ライエッチングによって選択エッチングして所定パター
ン形状にする。

それから、中間層３をマスクとしてＲＩＥなどによって
下層レジスト層２を第２Ｄ図に示すように所定パターン
形状に選択エッチングするわけであるが、実際のエッチ
ングでは第４図に示すように中間層３の端部の下にアン
ダーカット　（幅：ｌ）が生じて当初設定のマスクパタ
ーンに対して寸法の変動したパターン形状になってしま
う。なお、残っていた上層レジスト層１はエッチング時
に同時にエッチングされて消失する。このようにして得
たパターン形状の下層レジスト層２をマスクとして被エ
ッチング物層＜Ａｌ層）ｌをドライエッチングしたとき
には、寸法変化したパターンにエッチングされるので、
加工寸法に変動が生じて高精度の微細加工としては不十
分である。

一方、２層レジスト法によってレジストパターンを形成
するには、第３Ａ図に示すように、段差のある基板の被
エッチング物層（例えば、ＡＩ層）１上に耐ドライエッ
チング性有機物層（下層レジスト層）７を平坦表面とな
るように厚く形成する。

３層レジスト法での中間層およーびパターン形成用上層
レジスト層の役割を兼ねた上層レジスト層（例えば、感
光性シリコン含有レジスト層〉８を下層レジスト層７の
上に形成する。次に、第３Ｂ図に示すように、上層レジ
スト層８を露光・現像して所定パターン形状にする。そ
して、パターン形状の上層レジスト層８をマスクとして
ＲＩＥなどによって下層レジスト層７を第３Ｃ図に示す
ように所定パターン形状にするわけであるが、実際のエ
ッチングでは第５図に示すようにアンダーカット（幅：
ｌ）が生じて設定マスクパターンに対して寸法変動した
パターン形状になってしまう。

したがって、３層レジスト法の場合と同様に得られた下
層レジスト層７は高精度の微細加工には不十分である。

例えば、下層レジスト層に７ボラγク系樹脂（東京応化
工業製のＯＦＰＲ−８００）を、中間層にＳｉｌｌ２を
、上層レジスト層に下層と同じノボラック系樹脂を使用
した場合で、下層レジスト層を平行平板型カソードカッ
プルＲＩＥ装置にて酸素（０２）ガスをエッチングガス
としてプラズマ発生下でエッチングすると、第６図に示
す結果が得られた。第６図からわかるように、酸素ガス
圧力（すなわち、酸素ガス量）を低く　（少なく）する
につれてアンダーカット量（Ａ）は減少してゆくが、な
くならないし、エッチング速度は大幅に低下してしまう
。

さらに、このＲＩＥ装置の代わりにより低圧で放電可能
なＥＣＲ装置にて酸素ガスでエッチングを行なうと、第
６図に示す結果が得られた。第６図中、黒丸●印および
黒三角▲印はＥＣＲ装置の基板ホルダーに高周波バイア
スを印加した場合で、白丸○印および白三角Δ印は無バ
イアスの場合である。第６図からわかるように、低圧側
でアンダーカットのないエッチングが可能となるが、エ
ッチング速度は参會昏遅くなって実用的でない。

上述したように従来の多層レジスト法ではパターンマス
ク（下層レジスト層）の加工精度を十分に良くできない
ため、被エッチング物の加工精度も微細加工では不十分
であるといった欠点を生じていた。本発明は、多層レジ
スト法での下層レジスト層の加工（エッチング）を行な
う際に、エッチング速度を大幅に低下させることなく、
アンダーカットの発生を防止するか極力小さくして高精
度のパターンを形成することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的が、多層レジスト法でパターンを形成する方
法において、上層レジスト層をバターニングした後、下
層レジスト層の有機物のドライエッチング工程で、エッ
チングガスとして酸素ガスと、ホウ素化合物のガスとか
らなるガスを用いることを特徴とするパターン形成方法
によって達戊される。

ホウ素化合物ガスの例としては、塩化ホウ素（ＢＣ’　
ｊ１！　３）、水素化ホウ素（Ｈ＊，　Ｂ２Ｈ６）、フ
ッ化ホウ素（ＢＦ３）、臭化ホウ素（Ｂａｒ，）などの
ガスがある。

下層レジスト層のドライエッチング条件としては、エッ
チングガス圧力が７　ＸＩＯ−’〜Ｉ　ＸＩＯ−２Ｔｏ
ｒｒの範囲で、かつ、ホウ素化合物のガスの含有率が５
〜５０％（特に、１０〜４０％）の範囲で、使用するエ
ッチング装置（Ｒ　Ｉ　Ｅ装置あるいはＥＣＲ装置）、
ホウ素化合物の組或、印加電力などの条件を考慮して適
切に選定される。

〔作　用〕

本発明では、酸素ガスとホウ素化合物ガスとからなるエ
ッチングガスで下層レジスト層の有機物をＥＣＲ，　Ｒ
ＩＢなどのプラズマ発生を伴なうドライエッチング法に
よってエッチングする。プラズマ中で酸素（０２〉およ
びホウ素化合物（例えば、ＢＣ　ｌ　，）は分解して○
，Ｂ，Ｃｌなどの活性な状態となり、反応してホウ酸（
ＢｚＯ＊）となり、この反応生戊物がエッチング中にエ
ッチング箇所側壁に堆積して側壁保護膜として働くこと
になる。この保護膜がアンダーカットを防止し、あって
も非常に小さくできる。このようにして、アンダーカッ
ト低減のためにエッチングガス圧力をそれほど低下する
ことなく　（すなわち、エッチング速度をそれほど低下
させることな＜）、異方性エッチングが可能となる。

ホウ素化合物のガスの量が酸素ガスとホウ素化合物ガス
との合計量に対して５ｖ０１％未満では保護膜形成効果
が不十分であり、一方、５Ｑｖｏｌ％を超えると有機物
エッチング速度が低下しエッチングが防げられる。

酸素および上述したホウ素化合物のエッチングガス水蒸
気（Ｈ２０）を１〜２０ＶＯｌ％（全体量に対して）加
えることは好ましい。この水蒸気添加によって反応生或
物膜の堆積が促進され、少ないとその効果は小さく、多
すぎるとエッチング速度の低下を招く。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の実施例によって本発
明を詳しく説明する。

例１ 第２Ａ図に示すように、シリコン基板（図示せず）に形
成した段差のあるアルミニウム層（被エッチング層）１
の上に、下層レジスト層２をノボラック系樹脂レジスト
のＯＦＰＲ−８００のスピンコート塗布、２００℃にて
３０分のベータ処理で形成した（厚さ：　２−）。その
上に、中間層３をシロキサン系樹脂のＯＣＤ−ｔｙｐｅ
　？　　（東京応化工業の商品名）のスピンコート塗布
、２５０℃にて３０分のベーク処理で形成した（厚さ：
　３００ｎｍ）。さらにその上にＯＦＰＲ−８００の上
層レジスト層４をスピンコート塗布し、２００℃にて３
０分のベータ処理を施こしたく厚さ：ｌ廓）。

次に、上層レジスト層４を光でパターン露光し、アルカ
リ現像液（ＮＭＤ−３　＋東京応化工業■製〉で現像し
て、第２Ｂ図に示すようにパターン形状の上層レジスト
層４とした。上層レジスト層４をマスクとじて、ＣＦ４
　／ＣＨＦ，ガスを用いたＲＩＥによって中間層３を、
第２Ｃ図に示すようにエッチングした。

次に、本発明にしたがって、中間層３をマスクとした下
層レジスト層２のエッチングをＥＣＲ装置（第８図）に
て行なった。

ＥＣＲ（ｉｆ子サイクロトロン共鳴）エッチング装置で
は、第８図に示すように、マイクロ波（２．　４５ＧＨ
ｚ）を導波管１ｌを介して石英ガラス窓からプラズマ発
生室１２に導き、エッチングガスをガス導入管ｌ３を介
してプラズマ発生室１２内に導入し、周囲の磁気コイル
１４によって磁場を形威して、低圧力のプラズマ１５を
発生させる。エッチング室１６は真空ボンブ（図示せず
）につながった排気管１７を介して真空状態にされ、該
室１６内の支持台２ｌの上に被エッチング基板１８が搭
載されており、かつ高周波（２００ｋＨｚ）が高周波電
源１９より印加されている。このような状態でプラズマ
室１２から発生したプラズマｌ５が透孔２０を通して基
板１８に達して、下層レジスト層２そして中間層３をエ
ッチングするわけである。

エッチング条件を下記のように設定した。

エッチングガス：０２およびＢＣ１、 エッチングガス流量二〇ｚ＋ＢｃＩｌ３で１０ＣＣ／分
エッチング室圧力：　５　Ｘ　１　０−３Ｔｏｒｒマイ
クロ波ハワ−　：　１ｋＷ　（２．４５Ｇ｝Ｉｚ）高周
波バイアス：　３　０　Ｗ　（２００ｋＨｚ）上述の条
件で０２とＢＣｆ３との割合（ＢＣ　４１！　３／（０
２＋ＢＣ　Ｒ　３）　：］を変化させてエッチングを行
なって、第ｌ図に示す下層レジスト層（ＯＦＰＲ−８０
０）のエッチング速度および中間層との選択比（下層エ
ッチング速度／中間層エッチング速度）が得られた。ま
た、エッチング後の下層レジスト層２の形状は、エッチ
ングガスが酸素のみであると第３図のようにアンダーカ
ットが生じており、ＢＣＩｓガス２０％のときにはアン
ダーカットがなくかつ中間層３の側面エッチング（マス
クの後退）もなく、良好な異方性エッチング形状（第２
Ｄ図）が得られた。

そして、ＢＣ　１、ガスが５０％を越えると、選択比が
１０須下となり（すなわち、中間層３のエッチング量が
多くなり〉、第９図に示すように中間層３の後退が生じ
片側で１００〜２００ｎｍの幅減少が生じてしまう。ア
ンダーカットもマスク後退もほとんどない良好な異方性
エッチングがＢＣ　Ｉ！　３ガス比率１０〜２４０％の
範囲で行なえた。一方、エッチングガス圧力を８　Ｘ　
１　０−３Ｔｏｒｒに設定すると、ＢＣ　ｌ３ガス量２
０〜５０％の範囲で良好なエッチングができ、また、７
　Ｘ　１　０−’Ｔｏｒｒでは５〜３０％の範［良好な
エッチングができた。

その後に、このようにして得た下層レジスト層２のパタ
ーンマスクを用いて、エッチングガス（ＢＣ　Ｉ！　，
＋［：　１　２＋ｓｉｃ　Ｒ　，）によるＲＩＥでアル
ミニウム層１を下層レジスト層形状に応じて加工（エッ
チング）した。

例２ 例１と同じ材料、構或でかつ同じ工程を経て、第２Ｃ図
に示すように、中間層３をパターニングした。そして、
本発明にしたがって、下層レジスト層２のエッチングを
下記条件にて行なった。

装置：ＲＩＥエッチング装置（平行平板型）エッチング
ガス；０２（４０ｃｃ／分）ＢＣｊｌ！３（１０ｃｃ／
分） 圧力：　５　Ｘ　１　０−２Ｔｏｒｒ 高周波パワー＋　４００Ｗ　（１３、５６ＭＨｚ　）こ
のエッチングの結果、第２Ｄ図に示すように、良好な形
状に下層レジスト層２をエッチングすることができた。

下層レジスト層２の側壁上にホウ酸（ａ２ｏｚ）膜が付
着していた。

例３ 例１と同じ材料、構戊でかつ同じ工程を経て、第２Ｃ図
に示すように、中間層３をパターニングした。そして、
本発明にしたがって、下層レジスト層２のエッチングを
水蒸気（Ｈ２０）添加した下記条件にて行なって、第２
Ｄ図に示すように、良好な形状に下層レジスト層２をエ
ッチングすることができた。下層レジスト層２の側壁上
にホウ酸膜が付着していた。

装置：　ＥＣＲ装置 エッチングガス：０２およびＢＣ　ｌ　３エッチングガ
ス流量二〇ｘ＋Ｂｃｌｓで１０ｃｃ／分？ッチング室圧
力：　５　Ｘ　１　０−’Ｔｏｒｒ水蒸気（｝１２（１
）　＋　５％ＣＨ２０／（０２＋８Ｃ　ｌ　，）　）Ｂ
Ｃ　１３率：５〜２０％（ＢＣＮ３／（０■＋ＢＣ　ｌ
　３）　：１マイクロ波バワー：　１　ｋＷ　（２．　
４５ＧＨｚ）高周波パワー：　３　０　Ｗ　（２００ｋ
Ｈｚ）水蒸気添加によって付着量が促進されるので、ａ
Ｃ　Ｚ．率が例ｌの場合と比べて小さ＜　　（ＢＣ．ｆ
！３　１が少なく）でもよく、このような場合にはエッ
チング速度の低下が小さくてすむメリットもある。

例４ 例ｌと同じ材料、構或でかつ同じ工程を経て、第２Ｃ［
ｆｆｌに示すように、中間層３をパターニングした。そ
して、本発明にしたがって、下層レジスト層２のエッチ
ングをＢＣ　Ｉ　，ガスに代えて、ＢＨ３，Ｂ２ＨＧ，
　ＢＦ３又はＢＢｒ３のガスを用いて、下記条件にて行
なって、第２Ｄ図に示すように、良好な形状に下層レジ
スト層２をエッチングすることができた。いずれの場合
にも、下層レジスト層２の側壁上にホウ素化合物膜が付
着していた。

（ｔ）ＢＨｊｃボリン）ガス使用 ＥＣＲ装置にて、５　Ｘ　１　０−”Ｔｏｒｒ，　７イ
クロ波パワー１ｋｌ！、高周波バイアス３０ＷでＢＨ３
率５〜２０％であった。

ＥＣＲ装置にて、８×１０−３ＴＯｒｒ１マイクロ波バ
’７−１ｋＬ高周波ハイ７ス３　Ｑ　ＷテＢＨ，率１０
〜４０％であった。

ＲＩＥ装置にて、５　Ｘ　１　０−’Ｔｏｒｒ，高周波
バワ−　４００ＷでＢＨ３率２０％であった。

（２）８２Ｈ６（ジボラン）ガス使用 ＥＣＲ装置にて、５　Ｘ　１　０−’Ｔｏｒｒ、マイク
ロ波パワー１ｋｌ１、高周波バイアス３０ＷでＢＨ，率
５〜２０％であった。

ＥＣＲ装置にて、８　Ｘ　Ｉ　Ｏ””Ｔｏｎ，　７イク
ロ波バワー１ｋＷ、高周波バイアス３０ＷでＢＨ３率１
０〜４０％であった。

ｔＥ装置にて、５　Ｘ　１　０−２Ｔｏｒｒ，高周波パ
ワ−　４００ＷでＢＨ３率１０％であった。

（３）ＢＦ３（フッ化ホウ素）ガス使用ＥＣＲ装置にて
、５　Ｘ　１　０　’Ｔｏｒｒ、マイクロ波パワー１ｋ
Ｗ、高周波バイアス３０ＷでＢＨｚ率１０〜４０％であ
った。

ＥＣＲ装置にて、８　Ｘ　１　０−’Ｔｏｒｒ，　７イ
クロ波パワー１ｋＷ，高周波バイアス３０Ｗで８｝＋３
率２０〜５０％であった。

ＲＩＥ装置にて、５　Ｘ　１　０−２Ｔｏｒｒ、高周波
パワ−　４００ＷでＢＨ．率３０％であった。

（４）ＢＢｒ，（臭化ホウ素）ガス使用ＥＣＲ装置にて
、５　Ｘ　１　０−３Ｔｏｒｒ、マイクロ波パワー１ｋ
＋９、高周波バイアス３０Ｗでｆ３Ｌ率１０〜，４０％
であった。

ＥＣＲ装置にて、８　Ｘ　１　０−３Ｔｏｒｒ、マイク
ロ波バワーｌｋＷ、高周波バイアス３０ＷでＢＨ３率１
０〜４０％であった。

ＲＩＥ装置にて、５　Ｘ　１　０−２Ｔａｒｒ、高周波
パワ−　４００ＷでＢＨ，率３０％であった。

上述した例では３層レジスト法の場合であったが、２層
レジスト法の場合に本発明のパターン形成方法を適用し
ても上述した結果と同様な結果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、多層レジスト法で
の下層レジスト層のエッチングに際し、酸素ガスとホウ
素化合物のガスとからなるエッチングガスを用いること
で、アンダーカットのない高精度加工のパターン（下層
レジスト層パターン）が、エッチング処理時間を大幅に
長くすることなく、得られる。これをマスクとすること
で被エッチング物を高精度に加工でき、微細加工を向上
させ、半導体素子の信頼性向上も図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ＢＣ　Ｉ！ｓ／（（ｈ＋Ｂｃ　Ｎ　３）の割
合と下層エッチング速度ないし選択比との関係を示すグ
ラフであり、 第２Ａ図〜第２Ｄ図は、３層レジスト法の工程を説明す
るレジストパターンの概略断面図であり、第３Ａ図〜第
３Ｃ図は、２層レジスト法の工程を説明するレジストパ
ターンの概略断面図であり、第４図は、従来方法による
レジストパターンの概略断面図であり、 第５図は、従来方法によるレジストパターンの概略断面
図であり、 第６図は、ｔＥ装置での従来方法での下層レジス｝Ｊｌ
のエッチング結果を示すグラフであり、第７図は、ＥＣ
Ｒ装置での従来方法での下層レジスト層のエッチング結
果を示すグラフであり、第８図は、ＥＣＲ装置の概略図
であり、および第９図は、中間層（マスク）後退でのレ
ジストパターンの概略断面図である。 １・・・被エッチング物層、 ２．７・・・下層レジスト層、３・・・中間層、４，８
・・・上層レジスト層、 １２・・・プラズマ発生室、　　ｌ６・・・エッチング
室、１８・・・被エッチング基板。 ４．８・・・上層レジスト増 Ｂ（Ｊ３／（ＢＣＪ３＋０２Ｘ’／ｏ）第１　図 纂４ ガス圧力（↑Ｏ「「） る ６ 図 纂 ７ 図 第８ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多層レジスト法でパターンを形成する方法において
   、上層レジスト層をパターニングした後、下層レジスト
   層の有機物のドライエッチング工程で、エッチングガス
   として酸素ガスと、ホウ素化合物のガスとからなるガス
   を用いることを特徴とするパターン形成方法。 ２、前記エッチングガスは、前記酸素ガスとホウ素化合
   物のガスの量に対して１〜２０％の水蒸気を含有してい
   ることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。 ３、前記ホウ素化合物のガスは、ＢＣｌ＿３、ＢＨ＿３
   、Ｂ＿２Ｈ＿６、ＢＦ＿３、ＢＢｒ＿３のいずれか一種
   又は混合ガスであることを特徴とする請求項１記載のパ
   ターン形成方法。