JPH061764B2 - パタ−ン形成法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路をはじめとする各種の固体デ
バイスの製造に用いられるパターン形成法に関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種のパターン形成法を第４図（ａ）〜（ｃ）
に示す。図において、１は基板、２は被加工膜、３は反
射防止膜、４はレジスト、５はマスクパターン、６は露
光用の光である。

光露光法によってパターンを形成する場合、第１図
（ａ）に示すように、凹凸のある基板や膜にパターンを
加工すると、この凹凸部から反射する光の影響で、パタ
ーンの寸法精度が劣化する。特に被加工膜２が光の反射
率が90％以上と高いアルミニウム等の配線用金属の場合
や、下地基板にトランジスタなどが作られて凹凸が大き
い場合は、パターン精度の劣化が著しい。また、最近で
は金属加工だけでなく、トランジスタや抵抗に用いられ
ているポリシリコンやシリコン熱酸化膜の加工において
も、微細化、高精度化の要求が強まっており、これに伴
って反射光の影響が問題になり始めている。

これを防止するため、第４図（ｂ）や（ｃ）のようにア
モルファスシリコン等の反射防止膜３や凹凸を平坦化す
るための有機高分子膜７を導入する手法が提案されてい
る。

しかしながら、アモルファスシリコンの反射率は50％程
度あり、パターンがサブミクロンの微細領域になると、
この程度の反射でもパターン形状に影響のでることがわ
かってきた。

また、このプロセスではアルミニウムやポリシリコン等
を加工した後、その上に残っているレジストとアモルフ
ァスシリコンをアルミニウムやポリシリコンのパターン
を損なわずに除去する必要があるが、適当な選択エッチ
ングを得るのが難しい場合があるという問題があった。

従って、光露光法においては反射率が低く、しかもアル
ミニウム、ポリシリコン、シリコン酸化膜など半導体プ
ロセスで多用される膜を損なわないエッチング液でエッ
チングし得る反射防止膜が望まれていた。

一方、電子ビーム露光においても第４図（ａ）〜（ｃ）
に示すような膜構成により電子ビームでパターンを描画
するが、第４図（ａ）のように単層レジスト構成の場合
にはパターン描画のために照射される電子がレジストに
蓄積し、レジストを帯電させてしまうため、次に照射さ
れる電子ビームがその帯電電子の作る電界によって軌道
をずらせてしまい、その結果パターンの精度が劣化する
という問題がある。これを近接効果あるいはプロキシミ
ティ効果などと呼んでいる。

この問題を解決するため第４図（ｂ）や（ｃ）に示すよ
うにレジストの下に導電性のある膜（３）を設けること
が提案されている。しかし、アモルフアスシリコンの電
気抵抗率は通常数ｋΩcm〜数 ＭΩcmとかなり高く、ま
た電気抵抗率だけみれば他の金属に極めて低いものも多
いが、パターン形成プロセスに導入するためには、光露
光の場合と同様、最終的に被加工膜２のパターンを損な
うことなくこの導電性膜を除去する必要がある。

すなわち、電子ビーム露光においては、導電性が高く、
アルミニウム、ポリシリコン、シリコン酸化膜など半導
体プロセスで多用される膜を損なわないエッチング液で
エッチングし得る近接効果防止膜が望まれていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記のように、光露光によってパターン形成
を行なう場合は、被加工膜あるいはその下地基板からの
反射光により、一方、電子ビーム露光によってパターン
形成を行なう場合は、レジストが帯電することにより、
パターンの寸法精度が劣化してしまう問題点を解決しよ
うとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、これらの問題点を解決するため、窒素とチタ
ンを主成分とし、かつ酸素を含む柱状結晶構造を有する
化合物（以下窒化チタンと略記する）の膜をレジスト膜
の下に設けて、パターン露光を行なうものである。

〔作用〕

すなわち、本発明は、反射率が極めて低く、かつ導電性
のよい窒化チタン膜を反射防止膜、近接効果防止膜とし
て用いることにより、反射光の悪影響や近接効果を防止
して高精度なパターンを形成するものである。

また、この窒化チタン膜は、エチレンジアミン４酢酸と
過酸化水素水の混合液を用いることによって、パターン
形成後のアルミニウム、ポリシリコン、シリコン酸化膜
等のパターンを損なわずに除去することができるので、
本発明によれば、極めて高精度なパターンを形成するこ
とができる。

〔実施例〕

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例を示すプロセス
フローであり、１は基板、２は被加工膜、４はレジス
ト、５はマスクパターン、６の矢印は露光用の光、８は
窒化チタン膜である。

このプロセスでは被加工膜２として半導体プロセスの中
で用いられるアルミニウム、ポリシリコン、シリコン酸
化膜などが適用可能である。

先ず、光露光の場合として、第１図（ａ）〜（ｄ）に従
ってアルミニウムを被加工膜の例にとってプロセスを説
明する。先ず、第１図（ａ）のようにアルミニウム膜２
の上に低反射窒化チタン膜８、レジスト４を堆積し、通
常の光露光法によって、レジスト４のパターニングを行
なう。この時レジスト４の下にある低反射窒化チタン膜
のために下地からの反射の影響を受けない露光が可能と
なる。なお、窒化チタン膜の反射率については後で詳述
する。

次に、このレジストをマスクとして低反射窒化チタン膜
をエッチングするにはウェットエッチング、ドライエッ
チング両方が可能である。ウェットエッチングの場合、
過酸化水素水とエチレンジアミン４酢酸（ＥＤＴＡ）の
混合液を用いる。しかし、微細高精度パターンの加工に
はドライエッチングの方がよく例えばＣＦ_４ガスを用い
た反応性イオンエッチングにより、サイドエッチの少な
い加工が可能である。この場合、窒化チタンのエッチレ
ートは装置やエッチング条件によっても異なるが例えば
200Å／分程度ありレジストと同程度であるが窒化チタ
ン膜は通常1000Å程度、レジストは通常１μｍ程度なの
で、レジストパターンの形状を損なうことなく窒化チタ
ン膜のエッチングを行なうことができる。このエッチン
グ選択比は水素ガスを添加することによって改善でき
る。この工程でアルミニウムは全くエッチングされず、
ポリシリコンは20〜40Å／分とほとんどエッチングされ
ずシリコン酸化膜は200Å／分程度でエッチングが進行
する。（第１図（ｂ）） 次に、被加工膜２のアルミニウムやポリシリコンをレジ
ストと窒化チタンのパターン又は窒化チタンのパターン
をマスクとしてエッチングするには、ＣCl₄やＳｉCl₄等
のガスによる反応性イオンエッチングを行なえば同様な
微細加工が可能となる。（第１図（ｃ））この場合窒化
チタンのエッチレートはアルミニウム等に比べ充分低く
おさえられる。

次に、レジストを通常用いられるレジスト剥離液で除去
する。次に、パターン表面に露出した低反射窒化チタン
膜８を過酸化水素水１、エチレンジアミン４酢酸１ｇ
の混合液で除去する。これは30℃で800Å／分程度のエ
ッチレートを持ち、アルミニウム、ポリシリコン、シリ
コン酸化膜を侵すことはないので、パターニングされた
被加工膜２や、シリコン酸化膜で形成された基板１等を
損なうことなく除去することができる。最終的に、第２
図（ｄ）に示したように反射防止膜が除かれ、しかも反
射の影響のない高精度なパターンが実現する（第１図
（ｄ）） また、第２図は本発明の別の実施例であって、基板１や
被加工膜２の凹凸を平坦化するための有機高分子膜７が
加わったいわゆる多層レジスト構成となっている以外は
第１図と同様である。第１図の場合よりさらに安定した
パターニングが可能であるがこの構成のプロセスではレ
ジストパターン４、窒化チタンパターン８をマスクにし
て有機高分子膜７を第２図（ｃ）となるようにエッチン
グする工程が加わる。この有機高分子膜７のエッチング
には例えば酸素ガス反応性イオンエッチングなどが用い
られるが窒化チタンは全くエッチングされず、このため
有機高分子膜７を安定にエッチングすることができる。

電子ビーム露光によるパターン形成においても露光以外
の部分は第１図、第２図と同じである。前述のように、
電子ビーム露光においては描画電子がレジストをチャー
ジアップし、その影響で電子ビームが正確な位置に描画
されない近接効果がある。しかし、窒化チタンは電気抵
抗率が50μΩcm〜１ｍΩcm程度で導電性が良いため、第
１図や第２図の構成で露光すればレジストのチャージア
ップを妨げ、正確な描画が可能となる。

なお、本発明で用いられる窒化チタン膜８は例えばチタ
ンをターゲットとし、窒素ガスとアルゴンガスをスパッ
タガスとする、リアクティブスパッタ法や、窒化チタン
をターゲットとしたアルゴンガスによるスパッタ法など
によって被加工膜２上に堆積することができる。この方
法で堆積する窒化チタン膜の反射率はスパッタ条件に強
く依存しており、例えば基板バイアス（−20Ｖ）を掛け
た場合と掛けない場合では第３図に示すような差が表わ
れる。通常、光露光に用いられる436nmの波長の水銀ラ
ンプで露光を行なう場合でみるといずれの膜も反射率10
％前後と大変低い反射率をもつ反射防止膜となっている
ことがわかる。

特に無、バイアスでスパッタ堆積した場合には窒化チタ
ン堆積中に取り込まれるチェンバ内残存酸素の影響で密
度の低い柱状結晶となるために広い範囲にわたって低い
反射率の窒化チタン膜が形成される。従って、白色光や
複数の波長で露光する場合に適している。なお、チェン
バ内に微量の酸素を存在させて低反射率の窒化チタン膜
を形成するために、チェンバ内に酸素を導入するか、真
空度を適度に調節することを行なうとよい。

窒化チタン膜の導電率も、スパッタ条件依存性があり、
例えばバイアスをかけてスパッタした窒化チタンの電気
抵抗率は50μΩcm、バイアスなしでスパッタしたもので
1mΩcm程度となる。バイアスなしでスパッタしたものは
取り込まれる酸素の量が多く、しかも針状の窒化チタン
を酸素が取り囲むような構造の膜となっているためバイ
アスをかけてスパッタした膜に比べて若干抵抗が高くな
るがいずれにしてもアモルファスシリコン等に比べると
極めて導電性をよくすることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、半導体ＬＳＩ製造プロセスの中で
用いられるパターン形状プロセスにおいて、パターン露
光を行なうレジストの下に低反射の窒化チタン膜を反射
防止膜として設けることにより基板や被加工膜の凹凸か
らの反射の影響のない高精度な光露光が可能となる。

また、同じ膜構成を電子ビーム露光に適用すると窒化チ
タン膜の高い導電性によって近接効果のない高精度なパ
ターンを形成することができる。

さらに、被加工膜のエッチング後不要となった窒化チタ
ンの膜は、過酸化水素とエチレンジアミン４酢酸混合液
を用いて被加工膜のパターンを損なうことなく取り除く
ことができる。したがって、最終的に光露光によって高
精度なパターン形成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施例のパター
ン形成法を示す工程断面図、第２図（ａ）〜（ｅ）は本
発明の第２の実施例の工程断面図、第３図はアルミニウ
ム、アモルファスシリコン、窒化チタン膜の反射率の光
波長依存性を示す図、第４図（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ
従来のパターン形成法を示す断面図である。 １…基板 ２…被加工膜 ３…反射防止膜 ４…レジスト ５…マスクパターン ６…露光用の光 ７…有機高分子膜 ８…窒素とチタンを主成分とする膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レジストに露光することによってパターン
   形成を行なうパターン形成法において、レジスト膜の下
   に、窒素とチタンを主成分とし、かつ酸素を含む柱状結
   晶構造を有する膜を設けた構成でパターン露光を行なう
   ことを特徴とするパターン形成法。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、上記窒素
   とチタンを主成分とし、かつ酸素を含む柱状結晶構造を
   有する膜をパターンエッチング、または全面エッチング
   するのに、過酸化水素水とエチレンジアミン４酢酸の混
   合液を用いることを特徴とするパターン形成法。