(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン窒化膜上で化学増幅型レジストをリソグラフィによってパターニングするパターンの形成方法において、
前記シリコン窒化膜の厚さと前記パターニング後の前記化学増幅型レジストにおけるフッティング長との関係を予め求める工程と、
前記シリコン窒化膜の厚さを測定する工程と、
前記関係を参照して、前記化学増幅型レジストにおけるフッティング長が負になる前記厚さである場合にのみ、前記シリコン窒化膜の表面にシリコン酸化膜またはシリコン酸化窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜または前記シリコン酸化窒化膜を形成しない場合は前記シリコン窒化膜上に、前記シリコン酸化膜または前記シリコン酸化窒化膜を形成した場合はこれらのシリコン酸化膜またはシリコン酸化窒化膜上に、前記化学増幅型レジストを塗布する工程と、
前記関係を求めたときと同じリソグラフィ条件で前記化学増幅型レジストをパターニングする工程と
を具備することを特徴とするパターンの形成方法。
【請求項２】
前記フッティング長の負の値に応じて、この負の値を抑制する厚さの前記シリコン酸化膜または前記シリコン酸化窒化膜を形成することを特徴とする請求項１記載のパターンの形成方法。
【請求項３】
酸素プラズマによる前記シリコン窒化膜の酸化によって前記シリコン酸化膜または前記シリコン酸化窒化膜を形成することを特徴とする請求項１記載のパターンの形成方法。
【請求項４】
前記酸化の時間または前記酸素プラズマを発生させる際の印加電力若しくは真空度を調節することによって前記シリコン酸化膜または前記シリコン酸化窒化膜の厚さを調節することを特徴とする請求項３記載のパターンの形成方法。
【請求項５】
オゾンによる前記シリコン窒化膜の酸化によって前記シリコン酸化膜または前記シリコン酸化窒化膜を形成することを特徴とする請求項１記載のパターンの形成方法。
【請求項６】
前記シリコン窒化膜上への堆積によって前記シリコン酸化膜または前記シリコン酸化窒化膜を形成することを特徴とする請求項１記載のパターンの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、半導体装置等を製造するためにシリコン窒化膜上で化学増幅型レジストをリソグラフィによってパターニングするパターンの形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
微細な半導体装置やチャネル型導波路等を製造するためにはリソグラフィで微細なパターンを形成する必要があり、リソグラフィで微細なパターンを形成するためには露光装置の解像度を向上させる必要がある。そして、露光装置の解像度を向上させつつ焦点深度の劣化を少なくするためには波長の短い光を使用することが有効であるので、ｇ線やｉ線に代わってエキシマレーザ光、特に、ＫｒＦエキシマレーザ光が露光装置で使用されている。
【０００３】
また、従来のレジストではベース樹脂中に含まれているベンゼン環がドライエッチング耐性を高めているが、ＫｒＦエキシマレーザ光はベンゼン環に強く吸収されるので、従来のレジストに対してＫｒＦエキシマレーザ光を使用すると、露光断面がテーパ状になると共に感度が低下する。そこで、これらを改善するために、光の照射によって酸を発生する感光剤を含んでおり露光後ベーキングを施されると露光領域に化学反応が生じてその後の現像処理でパターンが形成される化学増幅型レジストが、エキシマレーザリソグラフィでは使用されている。
【０００４】
一方、図１（ｂ）（ｃ）に示す様に、シリコン基板１１上にシリコン窒化膜１２を堆積させ、シリコン窒化膜１２上で化学増幅型レジスト１３をパターニングすると、シリコン窒化膜１２の厚さによって、化学増幅型レジスト１３の底部の寸法Ｌから頂部の寸法Ｗを減じた値（Ｌ−Ｗ）であるフッティング長（Footing Length）が、図１（ｂ）に示す様に正になって化学増幅型レジスト１３に裾引きが生じたり、図１（ｃ）に示す様に負になって化学増幅型レジスト１３にアンダカットが生じたりする。
【０００５】
図１（ａ）は、化学増幅型レジスト１３としてＳＥＰＲ３４０４Ｔ（信越化学工業株式会社の製品名）を０．７１４μｍの厚さに塗布し、露光前ベーキングを施し、ＮＡ＝０．５５、σ＝０．５５のエキシマレーザ縮小投影露光装置であるＮＳＲ２２０５ＥＸ１２Ｂ（株式会社ニコンの製品名）で０．２５μｍのラインアンドスペースのパターンに最良フォーカス状態で露光させ、露光後ベーキング及び現像を施した場合の、シリコン窒化膜１２の厚さとフッティング長との関係を示している。
【０００６】
図１（ａ）に示した関係は常に略一定であり、この関係は化学増幅型レジスト１３における定在波効果の発生状態の変動によって生じる。即ち、シリコン窒化膜１２は光透過膜であるので、シリコン窒化膜１２とシリコン基板１１との界面で反射した光とシリコン窒化膜１２の表面で反射した光との干渉によって化学増幅型レジスト１３に定在波効果が発生するが、シリコン窒化膜１２とシリコン基板１１との界面で反射した光の光路長がシリコン窒化膜１２の厚さによって変動するので、定在波効果の発生状態も変動するためである。
【０００７】
シリコン窒化膜１２は一般にプラズマＣＶＤ法で堆積され、プラズマＣＶＤ法はバッチ処理で実行されるので、ロット間でシリコン窒化膜１２の厚さがばらつく。しかも、エキシマレーザ光の様に波長の短い光では、定在波の振幅の周期が短く、図１（ａ）に示したフッティング長の変動の周期も短い。このため、シリコン窒化膜１２の厚さのばらつきに伴って、パターニングされた化学増幅型レジスト１３に、図１（ｂ）に示した裾引きのみならず、図１（ｃ）に示したアンダカットが生じる。
【０００８】
ところが、パターニングのための現像中に化学増幅型レジスト１３にアンダカットが生じると、シリコン窒化膜１２に対する化学増幅型レジスト１３の密着性が低下して、化学増幅型レジスト１３が現像中に倒壊し易く、これでは、化学増幅型レジスト１３で正常なパターンを形成することができない。
【０００９】
そこで、有機材料（例えば、D.Dunn, J.A.Bruce and M.S.Hibbs, Proc.SPIE1463(1991)8 ）やシリコン酸化窒化膜等の無機材料（例えば、T.Ogawa, U.S.Patent5472829(1995)）から成る反射防止膜をレジストの下に形成することによって、定在波の発生自体を抑制する方法や、酸素プラズマ等でシリコン窒化膜の表面にシリコン酸化膜等を形成することによって、定在波が発生しても裾引きやアンダカットがレジストに生じることを抑制する方法が採用されていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、レジストの下に反射防止膜を形成する方法では、パターンを形成するための従来の工程に反射防止膜の形成、エッチング及び剥離の工程が追加されるので、パターンを短時間で形成することができなくて、半導体装置等の製造時間及び製造コストが増加していた。また、シリコン窒化膜の表面にシリコン酸化膜等を形成する方法でも、パターンを形成するための従来の工程にシリコン酸化膜等の形成工程が追加されるので、やはり、パターンを短時間で形成することができなくて、半導体装置等の製造時間及び製造コストが増加していた。
【００１１】
従って、本願の発明は、密着性の優れたパターンを化学増幅型レジストでシリコン窒化膜上に短時間で形成することができるパターンの形成方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係るパターンの形成方法では、シリコン窒化膜の厚さが、フッティング長が負になる場合つまりリソグラフィによるパターニングによってシリコン窒化膜上の化学増幅型レジストにアンダカットが生じる厚さである場合に、シリコン窒化膜の表面にシリコン酸化膜またはシリコン酸化窒化膜を形成し、これらのシリコン酸化膜またはシリコン酸化窒化膜上に化学増幅型レジストを塗布する。このため、パターニング後の化学増幅型レジストにおけるアンダカットが抑制される。
【００１３】
しかも、シリコン酸化膜またはシリコン酸化窒化膜を形成するのは、シリコン窒化膜の厚さが、パターニング後の化学増幅型レジストにアンダカットが生じる厚さである場合のみであり、シリコン窒化膜の厚さがばらついていてアンダカットが生じない厚さである場合は、シリコン酸化膜もシリコン酸化窒化膜も形成しない。このため、シリコン窒化膜の厚さに拘らずシリコン酸化膜またはシリコン酸化窒化膜を形成する場合に比べて、シリコン窒化膜の表面にシリコン酸化膜またはシリコン酸化窒化膜を形成するための時間が短い。
【００１４】
請求項２に係るパターンの形成方法では、フッティング長の負の値つまり化学増幅型レジストに生じるアンダカットの幅に応じて、このアンダカットを抑制する厚さのシリコン酸化膜またはシリコン酸化窒化膜を形成するので、アンダカットの幅が狭ければ、シリコン酸化膜またはシリコン酸化窒化膜の厚さも薄くてよい。このため、常に一定の厚さのシリコン酸化膜またはシリコン酸化窒化膜を形成する場合に比べて、シリコン窒化膜の表面にシリコン酸化膜またはシリコン酸化窒化膜を形成するための時間が更に短い。
【００１５】
請求項３〜６に係るパターンの形成方法では、酸素プラズマもしくはオゾンによるシリコン窒化膜の酸化またはシリコン窒化膜上への堆積によって、シリコン窒化膜の表面にシリコン酸化膜またはシリコン酸化窒化膜を形成し、また、酸素プラズマによる酸化に際して、酸化の時間または酸素プラズマを発生させる際の印加電力若しくは真空度を調節することによってシリコン酸化膜またはシリコン酸化窒化膜の厚さを調節するので、パターン形成工程の選択範囲が広い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本願の発明の一実施形態を、図１、２を参照しながら説明する。本実施形態では、各々のロットが２５枚のシリコン基板１１から成っている第１〜第９ロットを用意し、下記の表１に示す様に、各々のロット毎にプラズマＣＶＤ法でシリコン基板１１上にシリコン窒化膜１２を堆積させ、各々のロットにおけるシリコン窒化膜１２の厚さを測定する。なお、シリコン窒化膜１２の厚さの測定は従来から行っている。
【００１７】
【表１】
0004075024.tif 000002
【００１８】
シリコン窒化膜１２の厚さは既述の様にロット毎にばらついているが、図１（ａ）に示した関係を参照することによって、シリコン窒化膜１２に特に処置を施すことなく後に化学増幅型レジスト１３をパターニングした場合におけるこの化学増幅型レジスト１３のフッティング長を、シリコン窒化膜１２の厚さから予め知ることができる。
【００１９】
本実施形態では、フッティング長が負になる場合つまりパターニングによって化学増幅型レジスト１３にアンダカットが生じる場合にのみ、フッティング長の値つまりアンダカットの幅に応じて、アンダカットを抑制する条件で、酸素プラズマによるシリコン窒化膜１２の酸化を枚葉式で行って、シリコン窒化膜１２の表面にシリコン酸化膜（図示せず）またはシリコン酸化窒化膜（図示せず）を形成する。
【００２０】
図２は、酸素プラズマによる酸化を行わなければ化学増幅型レジスト１３のフッティング長が−６０ｎｍになるシリコン窒化膜１２に、１２０Ｗ及び３０Ｗの印加電力で発生させた酸素プラズマによる酸化を行った場合の、酸化時間とフッティング長との関係を示している。
【００２１】
例えば第１ロットでは、シリコン窒化膜１２の厚さが２００ｎｍであり、図１（ａ）からフッティング長が正であるので、シリコン窒化膜１２に対して酸素プラズマによる酸化を行わない。また、第２ロットでは、シリコン窒化膜１２の厚さが２１５ｎｍであり、図１（ａ）からフッティング長が−６０ｎｍであるので、このフッティング長を＋１０ｎｍにするために、１２０Ｗの印加電力で発生させた酸素プラズマによる３０秒間の酸化をシリコン窒化膜１２に対して行う。
【００２２】
上述の様にシリコン窒化膜１２の酸化は枚葉式で行い、各々のシリコン基板１１について酸化そのものの３０秒の他に真空排気、雰囲気置換及び搬送等のために３０秒を要するので、２５枚のロットでは、酸化のために合計で２５分を要する。同様にして、第３〜第７ロットには酸化を行わず、第８及び第９ロットには夫々合計で２１分及び２５分の酸化を行って、第１〜第９ロットの総計で７１分の酸化を行う。
【００２３】
その後、図１（ａ）の関係を求めたときと同じリソグラフィ条件で、シリコン窒化膜１２上に化学増幅型レジスト１３を塗布し、最小線幅が０．２５μｍである６４００万個のＤＲＡＭメモリセルのフィールド絶縁膜のパターンを化学増幅型レジスト１３に転写する。各々のロットの２枚ずつのシリコン基板１１について、上述の様にして形成された化学増幅型レジスト１３のパターンをパターン欠陥検査装置で検査したが、倒壊したパターンは皆無であった。
【００２４】
一方、酸素プラズマ等でシリコン窒化膜の表面にシリコン酸化膜等を形成する従来例では、表１に示した第１〜第９ロットの総てに対して１２０Ｗ３０秒の酸化を行っていたので、第１〜第９ロットの総計で２２５分の酸化を行っていた。従って、本実施形態では、この従来例に比べて、酸化の総計時間が１／３に短縮されており、１枚のロット当たり１７分が削減されている。
【００２５】
なお、上述の実施形態では表１にも示した様に酸素プラズマによる酸化時間のみを調節しているが、酸素プラズマを発生させる際の印加電力または真空度を調節してもよい。また、上述の実施形態では酸素プラズマによってシリコン窒化膜１２を酸化しているが、オゾンによってシリコン窒化膜１２を酸化してもよく、シリコン酸化膜またはシリコン酸化窒化膜をシリコン窒化膜１２上に堆積させてもよい。
【００２６】
また、上述の実施形態では酸素プラズマによる酸化を行ったシリコン窒化膜１２上に化学増幅型レジスト１３を直接に塗布しているが、酸素プラズマによる酸化を行ったシリコン窒化膜１２上に、ヘキサメチルジシラザン等の様にシリコン窒化膜１２の表面に付着しているＯＨ基と反応してこの表面を疎水性にすることができる接着促進剤を塗布し、この接着促進剤上に化学増幅型レジスト１３を塗布すれば、シリコン窒化膜１２に対する化学増幅型レジスト１３の密着性が更に向上する。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１に係るパターンの形成方法では、シリコン窒化膜の表面にシリコン酸化膜またはシリコン酸化窒化膜を形成するための時間が短いにも拘らず、パターニング後の化学増幅型レジストにおけるアンダカットが抑制されるので、密着性の優れたパターンを化学増幅型レジストでシリコン窒化膜上に短時間で形成することができる。
【００２８】
請求項２に係るパターンの形成方法では、シリコン窒化膜の表面にシリコン酸化膜またはシリコン酸化窒化膜を形成するための時間が更に短いので、密着性の優れたパターンを化学増幅型レジストでシリコン窒化膜上に更に短時間で形成することができる。
【００２９】
請求項３〜６に係るパターンの形成方法では、パターン形成工程の選択範囲が広いので、前後の工程との整合性が優れたパターン形成工程を選択することができて、半導体装置等を短時間で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）はシリコン窒化膜の厚さと化学増幅型レジストのフッティング長との関係を示すグラフであり、（ｂ）（ｃ）はフッティング長が夫々正及び負である化学増幅型レジスト等の側断面図である。
【図２】特に処置を施さなければ化学増幅型レジストのフッティング長が−６０ｎｍになるシリコン窒化膜に対する酸素プラズマによる酸化時間とこの酸化後のフッティング長との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１２…シリコン窒化膜、１３…化学増幅型レジスト
【図１】
0004075024.tif 000003
【図２】
0004075024.tif 000004