JPH0521310A - 微細パタン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体集積回路の位相シフトによるフォトマ
スクの形成に関し、高精度、低欠陥の遮光膜パタン、位
相シフタパタンが形成できる微細パタン形成方法を提供
する。 【構成】 まず、基体３０表面にポリシリコン膜１０、
窒化シリコン膜４０の順に積層してからパターニングを
行ってポリシリコン膜パタン１２と窒化シリコン膜パタ
ン４１を形成し、次に水蒸気または電解液で酸化するこ
とによって、ポリシリコン膜パタン１２のパタン化によ
るエッジ断面を酸化し、最後に窒化シリコン膜パタン４
１を８５％の沸騰りん酸により除去すると、エッジ部分
にのみ酸化シリコンマクパタン２０からなる透光性領域
を有する微細パタンが形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体の基体上に集積
回路パタンを形成するパタン形成方法に関し、特にフォ
トマスク基板上に遮光膜パタンおよび透明膜パタンを高
精度に形成する微細パタン形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路（以後ＬＳＩと略す）を
代表とする半導体装置の製造には、半導体ウエハ上へ集
積回路パタンを効率的に形成するために、いわゆるフォ
トリソグラフィー技術と呼ばれる写真製版技術が用いら
れる。

【０００３】このフォトリソグラフィー技術では、ウエ
ハ上に形成されるべき拡散領域、配線パタン、コンタク
トホール等のパタンを予め形成したフォトマスクを用
い、これらのパタンを光学的にウエハ上に転写する。

【０００４】従来、フォトマスクとしては、石英等の透
明基板上にクロム等からなる遮光膜パタンを形成したも
のが用いられてきた。しかし、ＬＳＩの高集積化が進
み、ウエハ上に形成されるパタンが微細化するにつれ
て、フォトマスクの構成を変えることにより、さらに転
写パタンの解像度を向上させる試みがなされるようにな
った。

【０００５】このような試みの１つに位相シフトマスク
がある。

【０００６】位相シフトマスクは、マスク表面に従来の
遮光膜領域および光透過性領域からなるパタン以外に、
いわゆる位相シフターからなるパタンを形成したもので
ある。位相シフターは、透過光の位相を変化させる働き
を持ち、この位相シフターの位相と、遮光膜パタンおよ
び光透過性パタンとの位置関係を適切に設計してマスク
を形成することにより、同一の投影レンズを用いた場合
でも、従来のマスクよりも解像限界の高い位相シフトマ
スクを得ることができる。

【０００７】現在、位相シフトマスクとしては、次に挙
げる３種類の構造が提案されている。（日経マイクロデ
バイス１９９０年７月号Ｐ１０８〜１１４および１９９
１年４月号Ｐ７５〜７７参照） （１）空間周波数変調型 （２）エッジ強調型 （３）遮光効果強調型 この中で、（１）と（３）は、形成するパタン形状によ
っては、位相シフターパタンの配置が困難である上、パ
タン転写の際に用いるフォトレジストとして、ネガ型の
ものしか使用できない等、半導体製造プロセスへの実用
に際しては数々の問題があることが知られている。これ
に対し、（２）は、光透過性パタンと遮光膜パタンの境
界部分にのみ位相シフターパタンを設けるマスク構成で
あるため、どのような形状のパタンに対しても位相シフ
ターの配置が可能となる。また、ポジ型、ネガ型いずれ
のフォトレジストも使用できる等、実用上利点が多いた
め、このエッジ強調型の位相シフトマスクについては、
その形成法について、数々の提案がなされている。

【０００８】その提案の１つに、マスク基体表面に遮光
膜パタンを形成した後、マスク基体表面全体に透明膜を
形成し、リソグラフィー法により、遮光膜のエッジ部分
にのみこの透明膜を残すように形成し、位相シフターと
する方法がある。

【０００９】また、別の提案では、遮光膜パタンを形成
した基体表面にフォトレジストを塗布した後、裏面から
紫外線の全面露光を行って現像を行うことにより遮光膜
上にのみ、自己整合的にフォトレジストマスクを形成
し、次いで基体表面に異方性エッチングを行い、基体表
面を目的とする深さまでエッチング除去する。次に、フ
ォトレジストマスクと基体にはさまれて残っている遮光
膜パタンを遮光膜パタンのみ等方的にエッチングし、目
的とする幅まで故意にサイドエッチングを進行させた後
に、フォトレジストマスクを除去する。この場合、基体
をエッチングして形成された段差部分が位相シフターと
なる。

【００１０】この方法では、マスク作成の際にリソグラ
フィー工程は１回増えるものの、位相シフター形成用の
レジストマスクが自己整合的に形成できること、位相シ
フター用の膜形成工程の追加が不要なことなど工程的に
は第一の提案より利点が多い。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】遮光膜パタンの形成さ
れたマスク基体の全表面に透明膜を形成し、リソグラフ
ィー法により位相シフターとする前者の方法では、マス
ク作成の際に膜形成工程と、リソグラフィー工程をそれ
ぞれ２回ずつ行うことになる上、通常、マスク形成に用
いられる電子線露光装置では、光学式露光装置に備えら
れている位置合わせ機構に相当する機能は持っていない
ため、マスク全面にわたっての遮光膜パタンと位相シフ
ターパタンとの位置合わせ精度を確保することは困難で
ある。

【００１２】また、後者の提案では、マスク基体の異方
性エッチングの際に用いたレジストマスクをそのまま遮
光膜パタンのサイドエッチングの際のエッチングマスク
として用いるため、異方性エッチングの際に形成される
側壁保護膜や、レジストの変質、寸法変化等の影響を無
視できず、サイドエッチングの精度、再現性やさらに欠
陥の多発等の点で問題がある。

【００１３】以上述べたように、今までに提案されてい
る方法では、位相シフターパタンの形成精度を向上させ
ることは難かしく、したがって設計どおりの位相シフト
マスクとしての解像度を実現することは極めて困難であ
った。

【００１４】本発明の目的は、以上述べた位相シフトマ
スクの形成方法に関する従来技術の問題点を解決し、遮
光膜パタン、位相シフターパタンを両者共に、高精度、
低欠陥かつ安定して形成する方法を提供することにあ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の微細パタン形成
方法は、基体表面に初めにシリコン膜、次に窒化シリコ
ン膜の順に積層して積層膜を形成した後、フォトリソグ
ラフィー法により前記積層膜を所望の形状にパタン化
し、次にパタンのエッジ断面を酸化することにより、前
記シリコン膜のエッジ部分にのみ酸化シリコン膜からな
る透光性領域を設け、その後前記積層された窒化シリコ
ン膜を除去することからなる。

【００１６】

【作用】通常、フォトマスク用の遮光膜としては、金属
クロム膜上に酸化クロム、窒化クロムまたは酸化窒化ク
ロム等の膜を積層させたものが用いられている。これ
は、フォトマスク用遮光膜として要求される、遮光性、
密着性、耐酸性、安定性、パターニング特性をいずれも
満たす数少ない膜構成であるためであるが、クロムおよ
びクロム化合物膜は、化学変化によって透明な固体に変
えることができないために、本発明では遮光膜として用
いることはできない。

【００１７】このため、本発明者は、本発明において用
いる遮光膜材料について、鋭意検討した結果、金属シリ
コンが最も適していることを見出した。金属シリコン膜
は、赤〜赤外領域の光については透過性を有するが、フ
ォトリソグラフィー工程で用いる４５０ｎｍ以下の光に
ついては遮光性をもつ。しかも、フォトマスク基体とし
て用いられる酸化シリコンとの密着性は良好であり、耐
熱性についても、熱濃硫酸、硝酸等、通常の酸洗浄に用
いる強酸には殆ど侵されない。また、化学的に安定であ
り、パターニング特性についても、ドライエッチングに
よる異方性エッチング方法がほぼ確立されているなど、
フォトマスク用遮光膜として要求される特性をすべて備
えている。さらに、金属シリコンは、高温の酸化雰囲気
中で、表面より徐々に均質な酸化シリコン膜に変化して
ゆくことが知られている。したがって金属シリコン膜の
上層に酸素の透過を防止する膜、例えば窒化シリコン膜
等を積層した後、金属シリコン膜、窒化シリコン膜を同
時にパタン化し、金属シリコンの側面のみを露出させて
酸化を行えば、金属シリコンの側面の最表層より、パタ
ン内側に向かって酸化シリコン膜が成長し、金属シリコ
ン膜は、そのパタン周辺部を酸化シリコン膜に帯状に囲
まれることになる。このとき得られるパタン配置は、と
りもなおさず金属シリコン膜を遮光膜、酸化シリコン膜
を位相シフタとするエッジ強調型位相シフトマスクにお
けるパタン配置と全く同一となる。

【００１８】本発明の方法によれば、遮光膜パタンのエ
ッジ部分にのみ選択的に、しかもほぼ均一な幅で自己整
合的に位相シフターを配置できるため位相シフターパタ
ンの形成法としては理想的な方法といえる。

【００１９】

【実施例】次に本発明の実施例を図面を参照して詳細に
説明する。

【００２０】図１（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の微細パタン
形成方法の一実施例の模式断面図、図２は本実施例によ
って形成された微細パタンの断面図である。

【００２１】まず、図１（Ａ）に示すように、合成石英
からなる基体３０の表面にＣＶＤ法によりポリシリコン
膜１０を０．５μｍ（５０００Å）形成し、次いでポリ
シリコン膜１０の表面にＣＶＤ法により窒化シリコン膜
４０を０．２μｍ（２０００Å）積層する。

【００２２】次に、フォトリソグラフィー法および異方
性エッチングを用いて、ポリシリコン膜１０と窒化シリ
コン膜４０とを同時にパターニングする。このパターニ
ングによって、図１（Ｂ）に示すように、ポリシリコン
膜パタン１２は、基体３０と窒化シリコン膜パタン４１
とに挟まれ、その断面が露出される。

【００２３】次に、このポリシリコン膜パタン１２と窒
化シリコン膜パタン４１が形成された基体３０を８００
℃の水蒸気中で３０時間酸化し、ポリシリコン膜パタン
１２の周囲に幅１．０μｍの酸化シリコン膜パタン２１
を形成すると図１（Ｃ）に示すようになる。

【００２４】さらに、窒化シリコン膜パタン４１をマス
クとして、反応性イオンエッチングを用いた異方性エッ
チングにより窒化シリコン膜パタン４１からはみ出した
酸化シリコン膜をエッチングして除去する。これを図１
（Ｄ）に示す。

【００２５】最後に、沸騰りん酸（８５％）中で窒化シ
リコン膜パタン４１を除去すると、図２に示すような、
ポリシリコン膜パタン１２の周囲に膜厚１．０μｍ、幅
０．７μｍの酸化シリコン膜からなるパタン２０が配置
された構成を有する微細パタンを形成することができ
る。

【００２６】上述の手順中最初の基体３０表面にポリシ
リコン膜１０を形成した後、窒化シリコン膜４０を積層
する前に、ポリシリコン膜１０の全面にイオン注入法に
よりりんイオンを１×１０¹⁶ｉｏｎｓ／ｃｍ²，７０ｋ
ｅＶ導入する手順を追加し、さらにポリシリコン膜パタ
ン１２の周囲に酸化シリコン膜パタン２１を形成すると
き、８００℃の水蒸気中で３０時間酸化する代わりに、
９５０℃の窒素中で３０分アニールした後、ポリシリコ
ン膜パタンを陽極として８５％のりん酸水溶液の電解液
により陽極酸化を行ってもよい。

【００２７】本実施例では、シリコン膜の形成をＣＶＤ
法によって行ったが、スパッタリング法や真空蒸着法に
よってシリコン膜の成膜を行ってもほぼ同様な良好な結
果が得られる。

【００２８】また、酸化シリコン膜パタン２１の形成さ
れた図１（Ｃ）の状態のまま、すなわち窒化シリコン膜
パタン４１をマスクとする酸化シリコン膜パタン２１の
エッチングを行う前の状態で、窒化シリコン膜パタン４
１を除去してもシリコン膜パタン１２の周囲に透光性の
酸化シリコン膜パタン２１が配置された構成の微細パタ
ンが得られることはもちろんである。

【００２９】

【発明の効果】本発明の微細パタン形成方法は、基体表
面にシリコン膜、窒化シリコン膜の順で積層した後、フ
ォトリソグラフィー法でこれをパタン化し、そのエッジ
断面を酸化することにより、エッジ部分にのみ酸化シリ
コン膜からなる透光性領域が設定されるので、高精度の
微細パタンを低欠陥でしかも安定して形成できる大きな
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の微細パタン形成方法を説明する模式断
面図 （Ａ）積層膜形成段階 （Ｂ）パターニング段階 （Ｃ）酸化段階 （Ｄ）エッチング段階

【図２】本実施例により形成された微細パタンの断面図

【符号の説明】

１０ ポリシリコン膜 １２ ポリシリコン膜パタン ２０、２１ 酸化シリコン膜パタン ３０ 基体 ４０ 窒化シリコン膜 ４１ 窒化シリコン膜パタン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 半導体の基体上に集積回路パタンを形成
   するフォトマスクのパタン形成方法において、 前記基体表面に初めにシリコン膜、次に窒化シリコン膜
   の順に積層して積層膜を形成した後、フォトリソグラフ
   ィー法により前記積層膜を所望の形状にパタン化し、次
   にパタンのエッジ断面を酸化することにより、前記シリ
   コン膜のエッジ部分にのみ酸化シリコン膜からなる透光
   性領域を設け、その後前記積層された窒化シリコン膜を
   除去することを特徴とする微細パタン形成方法。