JPH07181688A - 多層レジストパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 高反射率下地上の３層レジストプロセスにお
いて、下地反射による異常露光を防止し、寸法変換差、
パターン形状を改良する。 【構成】 段差を有する高反射率下地材料層３上の下層
レジスト層４を、プラズマＣＶＤ法で形成したＳｉＯＮ
中間層パターン５ａを実質的なマスクとして、イオンモ
ードの高速、高異方性のエッチングによりパターニング
する。 【効果】 プラズマＣＶＤ法により形成したＳｉＯＮ中
間層５は、短波長の露光光に対し優れた反射防止膜とな
るので、上層レジストパターン６が制御性良く形成でき
る。またその膜質は緻密で耐イオン衝撃性に優れるの
で、中間層パターン５ａの膜減りや後退がなく、設計ル
ールに忠実な下層レジストパターン４ａが得られる。ま
た低温度のプラズマＣＶＤで中間層５を形成するので、
下層レジストに熱的なダメージを与えることが無い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は多層レジストパターンの
形成方法に関し、特に例えば３層レジストプロセスにお
いて、有機材料層である下層レジストを異方性加工して
下層レジストパターンを形成する際の寸法変換差を低減
するとともに、微細加工性を向上する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置のデザインルール
がハーフミクロンからクォータミクロンのレベルへと微
細化されるに伴い、フォトリソグラフィやドライエッチ
ング等の微細加工技術に対する要求は一段と厳しさを増
している。フォトリソグラフィ技術においては、近年高
解像度を求めて露光波長が短波長化され、さらに多層配
線構造を採るために下地基板の表面段差が増大している
ことから、多層レジストプロセスの採用が必須となりつ
つある。多層レジストプロセスは、下地基板の表面段差
を吸収して平坦面を形成するに充分な厚い下層レジスト
と、下層レジストをエッチングする際の実質的なマスク
パターンを構成するための無機材料からなる薄い中間層
と、高解像度を達成するのに充分な薄い上層レジストと
を組み合わせて使用するいわゆる３層レジストプロセス
が、J.M.MorranとD.MaydanによりJ.Vac.Sci.Technol.,
16, 1620 (1979) に報告されている。

【０００３】３層レジストプロセスにおいては、まず上
層レジストを所定形状に露光、現像してパターニング
し、これをマスクとして中間層をＲＩＥ（反応性イオン
エッチング）によりパターニングし、さらにパターニン
グされた上記上層レジストと中間層とをマスクとして、
Ｏ₂ ガス等を用いる異方性ドライエッチングにより下層
レジストをパターニングする。このプロセスにより、段
差下地上でも高解像度の微細レジストパターンを形成す
ることができる。

【０００４】ところで、Ｏ₂ ガスにより有機材料層であ
る下層レジストを異方性エッチングしてパターニングす
る工程においては、エッチングレートの向上を意図して
高ガス圧力条件とし、酸素ラジカル（以下、Ｏ^* と記
す）を増加させてラジカル反応を主体としてエッチング
すると、Ｏ^* が中間層パターン下部にまでまわりこみ、
等方的酸化反応によるアンダーカットが発生し、パター
ン形状が悪化する。

【０００５】一方、下層レジストのアンダーカットを防
止し、高異方性エッチングを達成するためには、低ガス
圧かつ高バイアス電力といった、イオンの平均自由行程
と基板バイアスを高めた条件を採用することが必要とな
る。つまり、酸素イオン（以下、Ｏ⁺ と記す）の垂直入
射性と、大きな運動エネルギを利用して、スパッタリン
グを併用しながらイオンモードのエッチングを行うこと
により、高異方性エッチングするのである。ところが、
かかるエッチング条件の採用は、中間層パターンおよび
下地材料層との選択比低下を招き、これが多層レジスト
の実用化を妨げる一因となっている。この問題を図６を
参照しながら説明する。

【０００６】図６（ａ）は、ＳＲＡＭ製造プロセスでの
第２層Ｗポリサイド配線のパターニング用レジストパタ
ーン形成方法において、上層レジストパターン６が形成
された被エッチング基板の断面形状を示している。すな
わち、まず段差を有する層間絶縁膜２上にこの段差にな
らってポリシリコン層およびＷシリサイド層を順次被着
積層して第２層Ｗポリサイド層３を形成する。なお、７
は第１層Ｗポリサイドゲート配線パターン、１はＳｉ基
板であり、素子形成領域やゲート絶縁膜等は図示を省略
している。Ｗポリサイド層３の段差を吸収して平坦面を
形成しうるに充分な厚さを有する下層レジスト層４、お
よび例えば回転塗布ガラス（ＳＯＧ）からなる中間層
５、そしてさらにこの中間層５上に薄い上層レジスト層
をこの順に形成する。この上層レジスト層をフォトリソ
グラフィと現像によりパターニングして、上述の上層レ
ジストパターン６を得る。この際のフォトリソグラフィ
は平坦面への露光であるから解像度は高く、上記上層レ
ジストパターン６は例えば０．３５μｍ幅の明瞭な矩形
形状を有する。

【０００７】次に、上層レジストパターン６をマスクと
して中間層５をＲＩＥによりパターニングし、図６
（ｂ）に示すように中間層パターン５ａを形成する。こ
の中間層パターン５ａも０．３５μｍ幅の明瞭な形状を
有する。

【０００８】次に、Ｏ₂ ガスを用い上記下層レジスト層
４をエッチングする。このエッチング過程では、薄い上
層レジストパターン６は中途で消失し、それ以後は露出
した中間層パターン５ａがエッチングマスクとしての実
質的な機能をはたす。ここで、下層レジスト層４は３層
レジストプロセスの趣旨にもとづき、被エッチング基板
の表面段差を吸収するのに充分な膜厚に形成した層であ
るから、そのエッチングには高速性が要求され、前述し
たスパッタリングを併用したイオンモードの高速かつ高
異方性のエッチングをおこなう。

【０００９】ところで、実質的なマスク機能をはたすＳ
ＯＧからなる中間層パターン５ａは、下層レジスト層４
に影響を与えないように、高々２００℃以下で形成した
膜であるから、その緻密性は充分ではなくイオン衝撃耐
性が低い。このため下層レジストパターンが完成される
時点では、中間層パターン５ａの厚さが減少し、同時に
パターン幅方向へも膜減りして後退する。この関係を図
６（ｃ）を参照して説明すると、前述した中間層パター
ン後退幅ｘにより、完成した下層レジストパターン４ａ
の幅は（０．３５−２ｘ）μｍとなり、意図した０．３
５μｍより狭く、寸法変換差となって現れてくる。この
ため、第２層Ｗポリサイド配線のパターン幅も設計ルー
ルからはずれたものとなってしまう。

【００１０】一方、先に述べたように、下地材料層の段
差が増大し、しかも下地材料層がＷポリサイド、Ａｌ合
金のように高反射率の材料層であると、上層レジストパ
ターニングの露光時に、下地材料層からの反射光の影響
が無視できなくなってくる。すなわち、上層レジスト層
を例えばＫｒＦエキシマレーザステッパを用いてパター
ン露光する場合を想定すると、中間層５、下層レジスト
層４ともに露光光に対してある程度高い光透過率を有す
るものであるから、下地材料層３に達しここで反射した
露光光は上層レジストを下側から再度露光する結果とな
る。しかも下地材料層５３には不規則な段差が形成され
ているので、反射光強度も不規則となり、このため肝心
な上層レジストパターン６の形状に悪影響をおよぼす。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、多層レジストパターン形成方法において、実用的な
エッチングレートを確保しつつ、有機材料層から構成さ
れる下層レジスト層と充分なエッチング選択比を有し、
レジスト後退と寸法変換差の問題を回避しうる対イオン
衝撃性に優れた中間層を形成することである。

【００１２】本発明の他の課題は、高反射率の下地材料
層の多層レジストパターン形成方法において、下地材料
層からの不規則な反射光の影響を防ぎ、制御性のよい微
細な上層レジストパターン形状が得られる中間層を形成
することである。

【００１３】また本発明の他の課題は、有機材料層から
構成される下層レジスト層に何ら熱的な悪影響を与える
ことなしに、高々２００℃以下の温度で形成でき、上記
目的を達成しうる中間層の形成方法を提供することであ
る。

【００１４】さらにまた本発明の他の課題は、所定の光
学定数を持つ上記中間層を組成的にもモホロジ的にも制
御性よく形成することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の多層レジストパ
ターン形成方法は、上述の課題を解決するために発案し
たものであり、多層レジストプロセスにおける中間層
が、ＳｉＯ_x Ｎ_y すなわちシリコンオキシナイトライド
層を有することを特徴とするものである。

【００１６】また本発明の多層レジストパターン形成方
法は、中間層としての上記ＳｉＯ_xＮ_y 層を、プラズマ
ＣＶＤにより、室温以上２００℃以下の温度範囲で、さ
らに好ましくは５０℃以上１５０℃以下の温度範囲で形
成する形成するものである。なお、本明細書中で用いる
室温とは、一般的な半導体製造プロセス用クリーンルー
ムの室温をさし、２０℃程度の温度をいう。

【００１７】かかるプラズマＣＶＤ装置としては、一般
的な平行平板型プラズマ処理装置をはじめ、任意の装置
を用いることができるが、望ましくは１×１０¹¹／ｃｍ
³ 以上の高密度プラズマ処理装置を使用するとよい。か
かる装置としては、例えばＥＣＲプラズマ(Electron Cy
clotron Resonance Plasma) 処理装置、ヘリコン波プラ
ズマ(Helicon Wave Plasma) 処理装置、誘導結合プラズ
マ(Inductively Coupled Plasma)装置、トランス結合プ
ラズマ(Transformer Coupled Plasma)装置等をあげるこ
とができ、上記装置は１０¹¹／ｃｍ³ 以上１×１０¹⁴／
ｃｍ³ 未満での高密度プラズマを用いてプラズマＣＶＤ
を行うことができるものである。上記した各プラズマ処
理装置の技術的説明は、個々の技術リポートに詳述され
ているので省略するが、総説としては月間セミコンダク
ター・ワールド誌（プレスジャーナル社刊行）１９９３
年１０月号５９ページに掲載されているとおりである。
この掲載記事でも明らかなごとく、高密度プラズマを利
用した高精度ドライエッチングの実用化研究が行われて
いる。本発明は、これら高密度プラズマ処理装置により
多層レジストのＳｉＯ_x Ｎ_y 中間層を形成したところ、
好結果をおさめたことに基づくものである。

【００１８】なお、上述したＲＦ励起による平行平板型
のプラズマ処理装置は、プラズマ密度として１０⁹ ／ｃ
ｍ³ 台、マグネトロン方式の平行平板型プラズマ処理装
置にあっても１０¹⁰／ｃｍ³ オーダーであるから、２０
０℃以下の成膜温度範囲では得られる膜質に若干の低下
がみられるが、従来のＳＯＧよりは優れるものである。

【００１９】また本発明の多層レジストパターン形成方
法は、中間層としての上記ＳｉＯ_xＮ_y 層を、予め下層
レジスト層上に形成したＳｉ層、ＳｉＯ層、ＳｉＮ層
へ、Ｏ、Ｎ等をイオン注入することにより、室温以上２
００℃以下の温度範囲で形成するものである。この場
合、単純に所定量のイオンを注入しても、平均投射飛程
距離を中心に注入イオンが膜厚方向にガウス分布をとる
ので、目的とする均質な組成のＳｉＯ_x Ｎ_y 膜は得られ
ない。このため、本発明においては、Ｎ、Ｏまたはその
双方の加速電圧、注入量およびイオン種を変えて複数水
準の注入をおこない、膜厚方向のイオン濃度を所望のプ
ロファイルに制御することが望ましい。一般的には、平
均投射飛程距離は加速電圧に比例するものであるが、膜
厚方向の深部に注入するにはＮ⁺ 、Ｏ⁺ イオンを、これ
より浅い領域に注入するにはＮ₂ ⁺ 、Ｏ₂ ⁺ を用いれば
よい。またイオン注入後、アニール処理により膜質の向
上をはかることが望ましい。この場合も、下層レジスト
層には熱的な負担をかけないように、２００℃以下のア
ニール温度が採用される。この程度の低温アニールであ
っても、注入イオンの再配列等による膜の均質化、ダメ
ージの回復が得られる。このアニール効果により、反射
防止膜特性の向上、中間層としての耐イオン衝撃特性の
向上が見られるものである。

【００２０】

【作用】本発明のポイントの１つは、多層レジストプロ
セスにおける中間層が、ＳＯＧより膜質の緻密なＳｉＯ
_x Ｎ_y 層を有することである。このため、ＳｉＯ_x Ｎ_y
を有する中間層パターンは、下層レジストパターニング
時の耐イオン衝撃性に優れ、中間層の膜減りや後退がな
く、したがって下層レジストパターンの寸法変換差が発
生しない。

【００２１】ところで、本出願人は先に出願した特願平
04-359750 号明細書において、ＫｒＦエキシマレーザ等
短波長露光の実用化には、露光波長に適した反射防止膜
の適切な使用が不可欠であるとしてＳｉＯ_x Ｎ_y の使用
を提案した。この出願は、ＳｉＯ_x Ｎ_y の組成比と膜厚
を制御し、複素屈折率等の光学定数をＫｒＦエキシマレ
ーザの波長（２４８ｎｍ）に対して最も低くなるごとく
最適設計することにより、短波長露光にまつわる反射の
問題を解決したものである。

【００２２】上述の先願は、高反射率の被エッチング下
地層上に直接反射防止膜を形成し、この上部の単層のレ
ジスト層にパターン露光する場合を想定しており、本願
の多層レジストにおける中間層へ適用とは別種の発明で
ある。本発明者らは、その後の研究により、多層レジス
トの中間層へのＳｉＯ_x Ｎ_y の適用が好結果を収める結
果を得て、あわせて下層レジスト層への熱的ダメージを
防止すべく高々２００℃以下で形成できる方法を開発
し、本発明を完成するに至った。

【００２３】なお、プラズマ密度を１×１０¹¹／ｃｍ³
以上とした理由は、この範囲以下では膜質改善の効果が
薄いからである。また一方、上述した高密度プラズマ処
理装置の一般的な作動ガス圧力である１０^-1Ｐａ台にお
いては、１×１０¹⁴／ｃｍ³のイオン密度は、ほぼ完全
解離に近い値であることによる。

【００２４】また、中間層形成温度範囲を室温以上２０
０℃以下とした理由は、この範囲以下では成膜した膜の
モホロジが充分でなく、またこの範囲以上では下層レジ
ストの変質が生じ、後のプロセスに影響をあたえること
による。

【００２５】以上の作用により、下層レジスト層に熱的
なダメージを与えることなく、対イオン衝撃性と反射防
止効果に優れた中間層が形成でき、寸法変換差のない下
層レジストパターンの形成が可能となる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき、図面を
参照しながら説明する。

【００２７】実施例１ 本実施例は、ＥＣＲプラズマ処理装置を用いて３層レジ
ストの中間層をＳｉＯ _x Ｎ_y により形成し、ＳＲＡＭ製
造プロセスでの第２層Ｗポリサイド配線のパターニング
に適用した例である。本プラズマ処理装置は、１０¹¹／
ｃｍ³ 台のプラズマ密度によりプラズマＣＶＤ膜を形成
できるものである。

【００２８】プラズマ処理装置は、図２にその概略を示
した。マグネトロン２５で生成した２．４５ＧＨｚのマ
イクロ波を導波管と石英製の導入窓２６を経由してプラ
ズマ生成室２４に導入する。図示せざる反応ガス導入管
から導入された反応ガスは、プラズマ生成室周囲のソレ
ノイドコイル２７で形成する０．０８７５Ｔの磁界との
相互作用によりＥＣＲ放電を起こし、プラズマ生成室２
４内で高密度プラズマ２８を形成する。プラズマ密度
は、マイクロ波の出力により制御できる。この後、プラ
ズマ処理室２３に拡散したプラズマが基板ステージ２２
上に載置した被処理基板２１にＥＣＲプラズマＣＶＤを
施す。なお、２９は基板バイアス用のＲＦ電源である。

【００２９】本実施例のプロセスを、図１を参照しなが
ら説明する。なお、図１においては、図６と同一部分に
は同一の参照番号を付与するものとする。まず、図１
（ａ）に示すように、段差を有する層間絶縁膜２上にこ
の段差にならってポリシリコン層およびＷシリサイド層
を順次被着積層して、下地材料層としての第２層Ｗポリ
サイド層３を形成する。なお、７は第１層Ｗポリサイド
ゲート配線パターン、１はＳｉ基板であり、素子形成領
域やゲート絶縁膜等は説明の簡略化のため図示を省略し
てある。つぎに、この上に第２層Ｗポリサイド層３の段
差を吸収して平坦面を形成しうるに充分な厚さを有す
る、有機材料層としての下層レジスト層４を形成する。
下層レジスト層４は、一例としてノボラック系ポジ型レ
ジスト（東京応化工業株式会社製、商品名ＯＦＰＲ−８
００）をスピンコートして用い、塗布厚は段差下部に対
応する領域で約１．０μｍとする。なお、被処理基板の
直径は５インチである。

【００３０】下層レジスト層４の平坦面上に、上記ＥＣ
Ｒプラズマ処理装置を用い、下記条件により中間層５を
一例として０．２μｍの厚さに形成する。 ＳｉＨ₄ ５０ ｓｃｃｍ Ｎ₂ Ｏ ５０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．１ Ｐａ マイクロ波出力 １０００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） プラズマ密度 ３×１０¹¹ ／ｃｍ³ ＲＦバイアスパワー ０ Ｗ 被処理基板温度 １５０ ℃ 上記条件により、緻密な膜質を有するＳｉＯ_x Ｎ_y から
なる中間層５が形成された。１５０℃の被処理基板温度
は、ＥＣＲプラズマＣＶＤによりＳｉＨ₄ とＮ₂Ｏとの
反応を促進するのに充分な温度であり、一方下層レジス
ト層４に対しては比較的マイルドな温度条件であるの
で、下層レジスト４の熱的変質はみられなかった。

【００３１】さらに、この中間層５上に所定の形状にパ
ターニングした上層レジストパターン６を形成する。本
上層レジストパターン６は、一例としてネガ型化学増幅
系レジスト（シプレー社製、商品名ＳＡＬ−６０１）か
らなる厚さ約０．７μｍの塗布膜に対し、ＫｒＦエキシ
マレーザ露光および現像処理を行うことにより形成そた
ものである。露光に際しては、高反射率表面をもつ第２
層Ｗポリサイド層３からの反射光の影響もなく、一例と
して０．３５μｍのパターン幅を持つ明瞭な矩形形状を
有する上層レジストパターン６が形成された。

【００３２】つぎに、この被処理基板を有磁場マイクロ
波プラズマエッチング装置にセットし、上層レジストパ
ターン６をマスクとして中間層５をエッチングする。こ
のときのエッチング条件は、例えば下記のとおりとし
た。 ＣＨＦ₃ ４０ ｓｃｃｍ ＣＨ₂ Ｆ₂ ５ ｓｃｃｍ Ｏ₂ ５ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．３ Ｐａ マイクロ波出力 １２００ Ｗ ＲＦバイアスパワー ２００ Ｗ（８００ｋＨｚ） 被処理基板温度 ２０ ℃ この結果、図１（ｂ）に示したように、上層レジストパ
ターン６の直下に中間層パターン５ａが形成された。こ
の中間層パターン５ａも０．３５μｍ幅の明瞭な矩形パ
ターンを有していた。

【００３３】続けて、エッチング条件を一例として下記
のように切り替え、下層レジスト層４をエッチングし
た。 ＣＯ₂ ５０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．３ Ｐａ マイクロ波出力 ６００ Ｗ ＲＦバイアスパワー ５０ Ｗ（８００ｋＨｚ） 被処理基板温度 ─５０ ℃

【００３４】本エッチング工程では、上層レジストパタ
ーン６はエッチング中途で消失するが、その後は中間層
パターン５ａが実質的なエッチングマスクとなって下層
レジスト４のエッチングを終了した。高密度プラズマに
より形成した膜質の緻密な中間層パターンの効果によ
り、下層レジストとの高選択比エッチングが可能とな
り、エッチング終了後のマスク減りやマスク後退はみら
れず、寸法変換差のない０．３５μｍ幅の明瞭なパター
ン幅を持つ下層レジストパターンが形成された。なお、
本実施例で用いたＣＯ₂ をエッチングガスとする有機物
エッチングの機構については、本出願人が出願した特願
平０５─１６５４０６号明細書中で開示した通りであ
る。

【００３５】引き続き、中間層パターン５ａおよび下層
レジストパターン４ａをマスクとして、段差を有する第
２層Ｗポリサイド配線３にパターニングを施した。な
お、第２層Ｗポリサイド配線３のエッチングに際して
は、中間層パターンを残したままでもよいし、別途プラ
ズマエッチングやウェットエッチングで除去して下層レ
ジストパターンのみをマスクとしてエッチングしてもよ
い。前者の場合は、エッチングガスからの反応生成物に
よる側壁保護膜が期待できるエッチング条件を選べばよ
い。この場合も、イオン衝撃耐性が向上した中間層の効
果により、パターンシフトの発生は観察されなかった。
また後者の場合には、下層レジストパターンからの解離
生成物からなる側壁保護膜の効果が期待できるエッチン
グ条件を選択すればよい。いずれのエッチング方法を採
用しても、下層レジストパターン４ａが０．３５μｍ幅
の明瞭で垂直な側壁を有するので、第２層Ｗポリサイド
配線パターンも寸法変換差なく、設計通りのルール幅に
パターニングすることが可能である。

【００３６】実施例２ 本実施例は、ＩＣＰタイプのプラズマ処理装置を用いて
３層レジストの中間層をＳｉＯ_x Ｎ_y により形成した例
である。本装置の概略を図３を参照して説明する。

【００３７】石英等誘電体材料により構成されるプラズ
マ処理室側壁３３に多重に巻いた誘導結合コイル３６に
よりＲＦ電源３５のパワーをプラズマ処理室内に供給
し、高密度プラズマ３８を発生する。被処理基板３１を
載置する基板ステージ３２には基板ＲＦバイアス電源３
９より基板バイアスを印加する。３４は上部電極であ
り、ヒータ３７により温度制御が可能である。本装置構
造によれば大型のマルチターン誘導結合コイル３６によ
り、大電力でのプラズマ励起が可能であり、上記実施例
より更にプラズマの高密度化と、基板温度の低減が達成
できる。なお、図３においては、プラズマ処理室底板、
反応ガス導入管等は図示を省略している。

【００３８】本実施例もＳＲＡＭ製造プロセスでの第２
層Ｗポリサイド配線のパターニング用多層レジストの中
間層にＳｉＯ_x Ｎ_y を適用した例であり、再度図１を参
照して説明する。下層レジスト４の形成までは実施例１
と同様であるので説明を省略する。下層レジスト層４の
平坦面上に、上記ＩＣＰプラズマ処理装置で下記条件に
より中間層５を一例として０．２μｍの厚さに形成す
る。 ＳｉＨ₄ ５０ ｓｃｃｍ Ｎ₂ Ｏ ５０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．１３ Ｐａ ＲＦ電源出力 ２０００ Ｗ（２ＭＨｚ） プラズマ密度 ２×１０¹² ／ｃｍ³ ＲＦバイアスパワー ０ Ｗ 被処理基板温度 １００ ℃ 上記条件により、図１ａに示すように、緻密な膜質を有
するＳｉＯ_x Ｎ_y からなる中間層５が形成された。本実
施例においては、成膜温度が先の実施例よりさらに低い
ので、耐熱性の低い有機材料層も下層レジストとして使
用できる。

【００３９】本実施例においても実施例１と同様に中間
層をエッチングして中間層パターン５ａを形成し、続け
て、エッチング条件を一例として下記のように切り替
え、下層レジスト層４をエッチングした。 Ｏ₂ ２０ ｓｃｃｍ Ｓ₂ Ｃｌ₂ １０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．３ Ｐａ マイクロ波出力 ６００ Ｗ ＲＦバイアスパワー ３０ Ｗ（８００ｋＨｚ） 被処理基板温度 −５０ ℃

【００４０】本エッチング工程では、同じく上層レジス
トパターン６はエッチング中途で消失するが、その後は
中間層パターン５ａが実質的なエッチングマスクとなっ
てエッチングが終了した。エッチング終了後のマスク減
りやマスク後退はみられず、寸法変換差のない０．３５
μｍ幅の明瞭なパターン幅を持つ下層レジストパターン
が形成された。なお、Ｓ₂ Ｃｌ₂ のごときハロゲン化イ
オウをエッチングガスとする有機物エッチングの機構に
ついては、本出願人が出願した特願平０４─２２３５２
３号明細書中で開示した通りである。

【００４１】実施例３ 本実施例は、ヘリコン波プラズマＣＶＤ装置を用いて３
層レジストの中間層をＳｉＯ_x Ｎ_y により形成した例を
示す。装置の概略を図４を参照し説明する。

【００４２】ＲＦ電源４５によりヘリコン波アンテナ４
６に電力を供給して発生する電場と、ソレノイドコイル
４７により形成される磁場との相互作用により、プラズ
マ生成室４４にホイッスラー波（ヘリコン波）を発生
し、図示せざる反応ガス導入口からプラズマ処理室４３
へ供給する反応ガスの高密度プラズマ４８を生成する。
５０はプロセスチャンバ周囲に配設したマルチポール磁
石であり、高密度プラズマをプラズマ処理室４３内に閉
じ込める磁界を発生する。被処理基板４１を載置した基
板ステージ４２には基板バイアス電源４９より必要に応
じ基板バイアスを印加する。本装置によれば、ヘリコン
波アンテナの構造特性により、前述の実施例よりさらに
高い、１０¹³／ｃｍ³ オーダーのプラズマ密度を得るこ
とが可能である。

【００４３】本実施例も、同じくＳＲＡＭ製造プロセス
での第２層Ｗポリサイド配線パターニング用多層レジス
トの中間層形成に適用した例につき説明する。下層レジ
ストの形成までは実施例１と同様であるので、ここでも
説明を省略する。再び図１（ａ）を参照し、下層レジス
ト層４の平坦面上に、上記ヘリコン波プラズマＣＶＤ装
置を使用して下記条件により中間層５を一例として０．
２μｍの厚さに形成する。 ＳｉＨ₄ ５０ ｓｃｃｍ Ｎ₂ Ｏ ５０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．１３ Ｐａ ＲＦ出力 ２５００ Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ） プラズマ密度 １×１０¹³ ／ｃｍ³ ＲＦバイアスパワー ０ Ｗ 被処理基板温度 ５０ ℃ 上記条件により、緻密な膜質を有するＳｉＯ_x Ｎ_y から
なる中間層５が形成された。本実施例においては、成膜
温度が先の実施例よりさらに一段と低いので、耐熱性に
劣る有機材料層も下層レジストとして使用できる。本実
施例においても実施例１と同様に中間層をエッチングし
て中間層パターン５ａを、またこの耐イオン衝撃性の高
い中間層パターン５ａを実質的なマスクとして下層レジ
スト４のパターニングをおこなった。本実施例の中間層
パターン５ａは低温形成ではあるが、緻密な膜質を有
し、中間層パターン５ａの後退はなく、寸法シフトのな
い０．３５μｍ幅の垂直壁を持つ下層レジストパターン
４ａが形成された。

【００４４】実施例４ 本実施例では、ＳｉＯ_x Ｎ_y からなる中間層のプラズマ
ＣＶＤ条件のうち、ソースガスの流量比を変えた場合の
膜質について検討を加えた。

【００４５】実施例１で用いたＥＣＲプラズマ処理装置
を用い、ＳｉＨ₄ とＮＯ₂ の流量比をパラメータとして
０．５から２．０まで変え、総流量は１００ｓｃｃｍ一
定とした。その他の条件は実施例１と同じである。生成
したＳｉＯ_x Ｎ_y 膜につき、赤外線吸収スペクトルを測
定した結果を図５に示す。同図から明らかなように、流
量比の変化にともないＳｉ−ＯおよびＳｉ−Ｎの吸収強
度がともに変化しいる。他のプラズマ処理装置を用いて
成膜しても、同様の傾向をしめした。このことから、複
素屈折率等の光学定数を制御しつつ、膜厚等他の要素を
勘案して、ＫｒＦエキシマレーザ光等、露光波長に最適
な吸収特性を持つＳｉＯ_x Ｎ_y 反射防止膜を形成するこ
とが可能となる。

【００４６】実施例５ 本実施例は、下層レジスト上に予め形成したａ−Ｓｉ層
へのイオン注入法により、ＳｉＯ_x Ｎ_y 中間層を形成し
た例である。

【００４７】被処理基板の下層レジスト層４上に下記プ
ラズマＣＶＤ条件により、ａ−Ｓｉ層を０．２μｍの厚
さに形成する。なお、プラズマ装置は実施例１で用いた
ＥＣＲプラズマ処理装置である。 ＳｉＨ₄ ５０ ｓｃｃｍ Ａｒ ５０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．１ Ｐａ マイクロ波出力 １０００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） プラズマ密度 １×１０¹³ ／ｃｍ³ ＲＦバイアスパワー ０ Ｗ 被処理基板温度 １５０ ℃

【００４８】続けて、上記ａ−Ｓｉ層に下記条件でイオ
ン種、加速電圧を変え、つぎの順序で６水準のイオン注
入をおこなう。 第１おび第２のイオン注入 注入イオン Ｏ⁺ およびＮ⁺ 加速電圧 各々 ４５ＫｅＶ 注入量 各々 ７×１０¹⁶／ｃｍ² 第３おび第４のイオン注入 注入イオン Ｏ₂ ⁺ および Ｎ₂ ⁺ 加速電圧 各々 ５０ＫｅＶ 注入量 各々 ２×１０¹⁶／ｃｍ² 第５おび第６のイオン注入 注入イオン Ｏ₂ ⁺ および Ｎ₂ ⁺ 加速電圧 各々 ２０ＫｅＶ 注入量 各々 １×１０¹⁶／ｃｍ² 注入量は、ＯおよびＮにつき、各々トータルで１×１０
¹⁷／ｃｍ² とする。イオン注入の順序はＯ、Ｎどちらが
先でもよい。注入後、減圧雰囲気中で１５０℃のアニー
ルをおこう。アニール後のこの膜の膜厚方向のＯおよび
Ｎの分布をオージェ・デプスプロファイリングで測定し
た結果、ほぼ平坦な濃度分布であった。反射防止膜とし
ての光学定数は、ＯおよびＮの注入量およびその比率に
より制御できる。

【００４９】引き続き、実施例１と同様にＫｒＦエキシ
マレーザリソグラフィにより上層レジストパターン６を
形成し、本実施例による中間層５および下層レジスト４
をパターニングしたところ、パターン変換差は見られず
０．３５μｍ幅の明瞭な輪郭を有する下層レジストパタ
ーン５ａが得られた。すなわち、ａ−Ｓｉ層へのイオン
注入法によるＳｉＯ_x Ｎ_y 反射防止膜は、耐イオン衝撃
性、反射防止機能ともにすぐれた効果を有するものであ
った。

【００５０】実施例６ 本実施例は、下層レジスト上に予め形成したＳｉＯ層へ
のイオン注入法により、ＳｉＯ_x Ｎ_y 中間層を形成した
例である。

【００５１】被処理基板の下層レジスト層４上に下記プ
ラズマＣＶＤ条件により、ＳｉＯ層を０．２μｍの厚さ
に形成する。なお、プラズマ装置は実施例１で用いたＥ
ＣＲプラズマ処理装置である。 ＳｉＨ₄ ７０ ｓｃｃｍ Ｏ₂ ３０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．１ Ｐａ マイクロ波出力 １０００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） プラズマ密度 １×１０¹³ ／ｃｍ³ ＲＦバイアスパワー ０ Ｗ 被処理基板温度 １５０ ℃

【００５２】続けて、上記ＳｉＯ層に下記条件でイオン
種、加速電圧を変え、つぎの順序で３水準のイオン注入
をおこなう。 第１のイオン注入 注入イオン Ｎ⁺ 加速電圧 ４５ＫｅＶ 注入量 ７×１０¹⁶／ｃｍ² 第２のイオン注入 注入イオン Ｎ₂ ⁺ 加速電圧 ５０ＫｅＶ 注入量 ２×１０¹⁶／ｃｍ² 第３のイオン注入 注入イオン Ｎ₂ ⁺ 加速電圧 ２０ＫｅＶ 注入量 １×１０¹⁶／ｃｍ² 注入量は、トータルで１×１０¹⁷／ｃｍ² とする。注入
後、希ガス雰囲気中で１５０℃のアニールをおこなう。
アニール後のこの膜の膜厚方向のＯおよびＮの分布をオ
ージェ・デプスプロファイリングで測定した結果、ほぼ
平坦な濃度分布であった。反射防止膜としての光学定数
は、ＳｉＯ層形成時のソースガスの比率、Ｎの注入量等
により制御できる。

【００５３】引き続き、実施例１と同様にＫｒＦエキシ
マレーザリソグラフィにより上層レジストパターン６を
形成し、本実施例による中間層５および下層レジスト４
をパターニングしたところ、パターン変換差は見られず
０．３５μｍ幅の明瞭な輪郭を有する下層レジストパタ
ーン４ａが得られた。すなわち、ＳｉＯ層へのイオン注
入法によるＳｉＯ_x Ｎ_y 反射防止膜は、耐イオン衝撃
性、反射防止機能ともにすぐれた効果を有するものであ
った。

【００５４】実施例７ 本実施例は、下層レジスト上に予め形成したＳｉＮ層へ
のイオン注入法により、ＳｉＯ_x Ｎ_y 中間層を形成した
例である。

【００５５】被処理基板の下層レジスト層４上に下記プ
ラズマＣＶＤ条件により、ＳｉＮ層を０．２μｍの厚さ
に形成する。なお、プラズマ装置は実施例１で用いたＥ
ＣＲプラズマ処理装置である。 ＳｉＨ₄ ６０ ｓｃｃｍ ＮＨ₃ ２０ ｓｃｃｍ Ｎ₂ ２０ ｓｃｃｍ ガス圧力 ０．１ Ｐａ マイクロ波出力 １０００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ） プラズマ密度 １×１０¹³ ／ｃｍ³ ＲＦバイアスパワー ０ Ｗ 被処理基板温度 １５０ ℃

【００５６】続けて、上記ＳｉＮ層に下記条件でイオン
種、加速電圧を変え、つぎの順序で３水準のイオン注入
をおこなう。 第１のイオン注入 注入イオン Ｏ⁺ 加速電圧 ４５ＫｅＶ 注入量 ７×１０¹⁶／ｃｍ² 第２のイオン注入 注入イオン Ｏ₂ ⁺ 加速電圧 ５０ＫｅＶ 注入量 ２×１０¹⁶／ｃｍ² 第３のイオン注入 注入イオン Ｏ₂ ⁺ 加速電圧 ２０ＫｅＶ 注入量 １×１０¹⁶／ｃｍ² 注入量は、トータルで１×１０¹⁷／ｃｍ² とする。注入
後、減圧雰囲気中で１５０℃のアニールをおこう。アニ
ール後のこの膜の膜厚方向のＯおよびＮの分布をオージ
ェ・デプスプロファイリングで測定した結果、ほぼ平坦
な濃度分布であった。反射防止膜としての光学定数は、
ＳｉＮ層形成時のソースガスの比率、Ｎの注入量等によ
り制御できる。

【００５７】引き続き、実施例１と同様にＫｒＦエキシ
マレーザリソグラフィにより上層レジストパターン６を
形成し、本実施例による中間層５および下層レジスト４
をパターニングしたところ、パターン変換差は見られず
０．３５μｍ幅の明瞭な輪郭を有する下層レジストパタ
ーン４ａが得られた。すなわち、ＳｉＮ層へのイオン注
入法によるＳｉＯ_x Ｎ_y 反射防止膜は、耐イオン衝撃
性、反射防止機能ともにすぐれた効果を有するものであ
った。

【００５８】実施例８ 本実施例は中間層５を２層構造とし、下層を塗布ガラ
ス、上層をＳｉＯ_x Ｎ_yとした例である。

【００５９】本実施例もＳＲＡＭ製造プロセスでの第２
層Ｗポリサイド配線のパターニング用多層レジストの中
間層に本発明を適用した例であり、再度図１を参照して
説明する。下層レジスト４の形成までは実施例１と同様
であるので説明を省略する。下層レジスト層４の平坦面
上に、ＳＯＧ（東京応化工業製、商品名ＯＣＤ−Ｔｙｐ
ｅ２）をスピンコートして２００℃の熱処理をほどこ
し、厚さ１５０ｎｍのＳｉＯ₂ 系塗布膜を形成する。続
けて実施例１と同じＣＶＤ条件およびＥＣＲプラズマ処
理装置により、ＳｉＯ_x Ｎ_y 層を３０ｎｍ形成し、先の
ＳｉＯ₂ 系塗布膜とあわせて中間層５とする。

【００６０】引き続き、実施例１と同様にＫｒＦエキシ
マレーザリソグラフィにより上層レジストパターン６を
形成し、本実施例による積層中間層５および下層レジス
ト４をパターニングしたところ、パターン変換差は見ら
れず０．３５μｍ幅の明瞭な輪郭を有する下層レジスト
パターン４ａの形状が得られた。すなわち、本実施例に
よる積層中間層パターン５ａは、耐イオン衝撃性、反射
防止機能ともにすぐれた効果を奏するものであった。

【００６１】以上、本発明を８例の実施例をもって説明
したが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるもので
はない。

【００６２】例えば、ＳｉＯ_x Ｎ_y 層のプラズマＣＶＤ
条件は、上層レジストの露光波長により最適光学定数が
得られるように、ソースガス種、混合比等を適宜変更し
てよい。またプラズマ処理装置は、上記ＥＣＲ、ＩＣ
Ｐ、ヘリコン波の３タイプを例示したが、ＴＣＰプラズ
マ処理装置等、高密度プラズマ源を有するプラズマ処理
装置を任意に選択してよい。従来より用いられている平
行平板型のプラズマ処理装置、これに磁界を併用するマ
グネトロン型平行平板プラズマ処理装置も、プラズマ密
度の点では２桁程度落ちるが、緻密性、耐イオン衝撃性
をそれほど要求しない用途であれば、充分使用可能であ
る。いずれの処理装置であっても、室温以上２００℃以
下、より好ましくは５０℃以上１５０℃以下の温度で成
膜することが望ましい。

【００６３】本発明においては、中間層の少なくとも上
層部がＳｉＯ_x Ｎ_y 層であれば耐イオン衝撃性、反射防
止効果が得られるものであるから、必ずしも単層である
必要ははなく、実施例８のようにＳＯＧ塗布膜やＳｉＯ
₂ 、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、ａ−Ｓｉ、ＳｉＣ等のＣＶＤ、ＰＶＤ
膜を下層に用い、２層構造以上の多層膜構造として最適
光学定数を得るようにしてもよい。

【００６４】下層レジストとしての有機材料層として、
上述の各実施例ではノボラック系ポジ型フォトレジスト
を用いたが、その他各種レジスト材料を用いることが可
能である。本有機材料層は、段差下地の平坦化をはかれ
ば良いのであるから、感光性である必要はなく、ポリイ
ミド他各種有機材料を利用できる。また本発明の著しい
特長として、中間層を低温形成できるので、有機材料層
の耐熱性に関しては、大幅な条件緩和が可能である。

【００６５】その他、下地材料層の構成、各層のエッチ
ング条件、エッチング装置等は適宜選択可能である。エ
ッチングガス組成には、Ｈｅ、Ａｒ等希ガスを添加して
もよい。その他、Ｎ₂ 、Ｈ₂ 、ＮＨ₃ 、各種Ｆ系、Ｂｒ
系、Ｉ系、ＣＯ系、ＮＯ系、ＳＯ系ガスを添加してもよ
い。特に下地材料層のスパッタリングを防止する必要の
有る場合には、下層レジストのパターニングを２段階と
し、２段目のエッチングにはイオン性を弱めた条件を採
用すれば、高速性、低パターンシフト、高異方性および
低ダメージを個々に満たす多層レジストパターン形成が
達成できる。

【００６６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は３層レジストプロセスにおける中間層として、ＳｉＯ
_x Ｎ_y を有する膜を用いることにより、下層レジストエ
ッチング時の対イオン衝撃性を向上し、実用的なエッチ
ングレートを確保しつつ、中間層の膜減りにともなう中
間層および下層レジストパターンの後退を低減できる。
このため下層レジストパターンおよび下地材料層のパタ
ーニングにおける寸法変換差の問題を解決することが可
能となった。

【００６７】また本発明によれば、３層レジストプロセ
スにおける中間層として、ＳｉＯ_xＮ_y を有する膜を用
いることにより、高反率の下地材料層上の多層レジスト
パターン形成時においても、段差下地材料層からの不規
則な反射光の影響を防止し、制御性のよい微細な上層レ
ジストパターンを形成することができる。

【００６８】また本発明によれば、３層レジストプロセ
スにおける上記中間層を室温から２００℃以下の温度範
囲の低温プロセスで形成でき、下層レジスト層の熱的劣
化を回避すると同時に、材料選択の幅を拡げることが可
能である。

【００６９】さらに、本発明によれば上記中間層をプラ
ズマＣＶＤにより、低温プロセスであっても緻密な耐イ
オン衝撃性に優れた膜質で形成できる。

【００７０】さらにまた、本発明によればプラズマＣＶ
Ｄにより予め形成した膜に、イオン注入を施すことによ
り上記中間層を形成することにより、膜組成を正確に制
御できるので、所望の光学定数を実現でき、高い反射防
止効果をあげることが可能となる。

【００７１】上記効果により、たとえば３層レジストプ
ロセスの実用性を高めることができ、高集積度、高信頼
性を要求される、微細なデサインルールにもとづく多層
配線構造を有する半導体装置の製造において有効であ
る。本発明は、上記半導体装置のみにとどまらず、高段
差基板上等でパターニングする必要のあるＯＥＩＣ、バ
ブルドメイン記憶装置さらには薄膜磁気ヘッドコイル等
のパターニング等においても高い効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した実施例１〜３、および５〜８
を、その工程順に説明する概略断面図であり、（ａ）は
段差を有する層間絶縁膜上に下地材料層としての第２層
Ｗポリサイド層、下層レジスト、中間層および上層レジ
ストパターンが順次形成された状態、（ｂ）は中間層パ
ターンが形成された状態、（ｃ）は上層レジストパター
ンおよび中間層パターンをマスクに下層レジスト層をエ
ッチングすることにより、下地レジストパターンが形成
された状態であり、上層レジストパターンはエッチオフ
されて消失した状態である。

【図２】本発明を適用した実施例１、および５〜８で用
いるＥＣＲプラズマ処理装置の概略断面図である。

【図３】本発明を適用した実施例２で用いるＩＣＰプラ
ズマ処理装置の概略断面図である。

【図４】本発明を適用した実施例３で用いるヘリコン波
プラズマ処理装置の概略断面図である。

【図５】本発明を適用した実施例４で形成した反射防止
膜の赤外線吸収スペクトル図である。

【図６】従来例における多層レジストパターンの形成方
法を、その工程順に説明する概略断面図であり、（ａ）
は段差を有する層間絶縁膜上に下地材料層としての第２
層Ｗポリサイド層、下層レジスト、中間層および上層レ
ジストパターンが順次形成された状態、（ｂ）は中間層
パターンが形成された状態、（ｃ）は上層レジストパタ
ーンおよび中間層パターンをマスクに下層レジスト層を
エッチングすることにより、下地レジストパターンが形
成された状態であり、上層レジストパターンはエッチオ
フされて消失した状態である。なお、ｘは寸法変換差を
表す。

【符号の説明】

２ 層間絶縁膜 ３ 第２層Ｗポリサイド層（下地材料
層） ４ 下層レジスト層 ４ａ 下層レジストパターン ５ 中間層 ５ａ 中間層パターン ６ 上層レジストパターン ２１、３１、４１ 被処理基板 ２２、３２、４２ 基板ステージ ２８、３８、４８ 高密度プラズマ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/027

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下地材料層上に有機材料層、中間層およ
   び上層レジストパターンを順次形成し、該上層レジスト
   パターンをマスクに上記中間層をパターニングして中間
   層パターンを形成し、つぎに少なくとも該中間層パター
   ンをマスクに上記有機材料層をエッチングする多層レジ
   ストパターン形成方法において、 上記中間層は、ＳｉＯ_x Ｎ_y 層を有することを特徴とす
   る、多層レジストパターン形成方法。
2. 【請求項２】 上記中間層は、上層レジストパターン露
   光時の反射防止膜であることを特徴とする、請求項１記
   載の多層レジストパターン形成方法。
3. 【請求項３】 上記中間層は、プラズマＣＶＤ法により
   形成することを特徴とする、請求項１および２記載の多
   層レジストパターン形成方法。
4. 【請求項４】 上記中間層は、予め形成したＳｉ層、Ｓ
   ｉＯ層およびＳｉＮ層からなる群から選ばれる層へのイ
   オン注入法により形成することを特徴とする、請求項１
   および２記載の多層レジストパターン形成方法。
5. 【請求項５】 上記中間層は、室温以上２００℃以下の
   温度範囲内で形成されることを特徴とする、請求項１な
   いし４記載の多層レジストパターン形成方法。