(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上の一部の領域に、投影方向に平行な面に沿った断面において、露光の陰となる凹部を有する側壁からなるくぼみを設けた下地絶縁層のパターンを形成する工程と、
前記下地絶縁層の表面を含む前記シリコン基板上の全面に最表面導電層を形成し、前記側壁を前記最表面導電層で覆う工程と、
前記最表面導電層の主表面にネガティブ型フォトレジストを塗布する工程と、
前記一部の領域以外の目的とする領域の前記最表面導電層の主表面上の前記ネガティブ型フォトレジストに複数の線パターンの像を転写する工程と、
水酸化溶液を用いた現像により前記凹部から前記ネガティブ型フォトレジストを除去し、前記目的とする領域に線幅及び線間幅が３μｍ以下となるパターンのネガティブ型フォトレジストエッチングマスクを形成する工程と、
前記一部の領域においては、化学的エッチング処理により、前記凹部に露出した部分を含むすべての前記最表面導電層を除去し、同時に、前記目的とする領域においては、前記ネガティブ型フォトレジストエッチングマスクを用いて前記最表面導電層の一部を選択的にエッチングし、前記線幅のパターンを前記最表面導電層に形成する工程
とを含むことを特徴とする半導体装置の製造工程におけるエッチング方法。
【請求項２】
前記ネガティブ型フォトレジストエッチングマスクは、線幅及び線間幅が２μｍ以下からなることを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記ネガティブ型フォトレジストエッチングマスクは、線幅及び線間幅が１μｍ以下からなることを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記ネガティブ型フォトレジストエッチングマスクは、線幅及び線間幅が０．５μｍ以下からなることを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記ネガティブ型フォトレジストエッチングマスクを形成する工程は、光の照射により触媒作用を生じるネガティブ型の感光性樹脂を前記最表面導電層の主表面に塗布する工程と、
目的とする線幅及び線間幅に各々対応した光透過部及び遮光部を有する露光パターンを用いて、前記感光性樹脂に光を照射する工程と、
前記光の照射による触媒作用により前記感光性樹脂を架橋させる工程と、
前記光が照射されないために、架橋されず重合されていない前記感光性樹脂の領域を選択的に除去するために、前記感光性樹脂を前記水酸化溶液により現像する工程とからなる
ことを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
【請求項６】
前記ネガティブ型の感光性樹脂は、酸触媒感光性樹脂からなることを特徴とする請求項５記載のエッチング方法。
【請求項７】
前記水酸化溶液は、希釈されたテトラメチルアンモニウム水酸化溶液からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のエッチング方法。
【請求項８】
前記ネガティブ型の感光性樹脂は、ポリＰ−ビニルフェノール樹脂からなることを特徴とする請求項５記載のエッチング方法。
【請求項９】
前記酸触媒感光性樹脂は、樹脂と、酸活性化架橋剤と、光酸発生剤とからなることを特徴とする請求項６記載のエッチング方法。
【請求項１０】
シリコン基板上の一部の領域に、投影方向に平行な面に沿った断面において、露光の陰となる凹部を有する側壁からなるくぼみを設けた下地絶縁層のパターンを形成する工程と、
前記下地絶縁層の表面を含む前記シリコン基板上の全面に最表面導電層を形成し、前記側壁を前記最表面導電層で覆う工程と、
光の照射により触媒作用を生じるネガティブ型の感光性樹脂を前記最表面導電層の主表面に塗布する工程と、
前記一部の領域以外の目的とする領域に目的とする線幅及び線間幅に各々対応した光透過部及び遮光部を有する露光パターンを転写するように前記感光性樹脂に光を照射する工程と、
前記光の照射による触媒作用により前記感光性樹脂を架橋させる工程と、
前記光が照射されないために架橋されず重合されていない前記感光性樹脂の領域を選択的に除去するための水酸化溶液を用いた現像により、前記一部の領域の前記感光性樹脂を除去し、同時に、前記目的とする領域の前記最表面導電層の主表面に、前記感光性樹脂により線幅及び線間幅が３μｍ以下となる複数の線パターンのエッチングマスクを形成する工程と、
前記一部の領域においては、化学的エッチング処理により、前記凹部に露出した部分を含むすべての前記最表面導電層を除去し、同時に、前記目的とする領域においては、前記エッチングマスクを用いて前記最表面導電層の一部を選択的にエッチングし、前記線幅のパターンを前記最表面導電層に形成する工程
とを含むことを特徴とする半導体装置の製造工程におけるエッチング方法。
【請求項１１】
前記ネガティブ型の感光性樹脂からなるエッチングマスクは、線幅及び線間幅が２μｍ以下からなることを特徴とする請求項１０記載のエッチング方法。
【請求項１２】
前記ネガティブ型の感光性樹脂からなるエッチングマスクは、線幅及び線間幅が１μｍ以下からなることを特徴とする請求項１０記載のエッチング方法。
【請求項１３】
前記ネガティブ型の感光性樹脂からなるエッチングマスクは、線幅及び線間幅が０．５μｍ以下からなることを特徴とする請求項１０記載のエッチング方法。
【請求項１４】
前記ネガティブ型の感光性樹脂は、酸触媒感光性樹脂からなることを特徴とする請求項１０記載のエッチング方法。
【請求項１５】
前記酸触媒感光性樹脂は、樹脂と、酸活性化架橋剤と、光酸発生剤とからなることを特徴とする請求項１４記載のエッチング方法。
【請求項１６】
前記水酸化溶液は、希釈されたテトラメチルアンモニウム水酸化溶液からなることを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか１項記載のエッチング方法。
【請求項１７】
前記ネガティブ型の感光性樹脂は、ポリＰ−ビニルフェノール樹脂からなることを特徴とする請求項１０記載のエッチング方法。
【請求項１８】
前記酸活性化架橋剤は、メラミン化合物からなり、前記光酸発生剤は、メラミン化合物の架橋を促進させる酸を放出する物質からなることを特徴とする請求項１５記載のエッチング方法。
【請求項１９】
シリコン基板上において、スタックトキャパシタを有するダイナミックランダムアクセスメモリのメモリアレイ部を備える一部の領域に、投影方向に平行な面に沿った断面において、露光の陰となる凹部を有する側壁からなるくぼみを設けた下地絶縁層のパターンを形成する工程と、
前記下地絶縁層の表面を含む前記シリコン基板上の全面に最表面導電層を形成し、前記側壁を前記最表面導電層で覆う工程と、
光の照射により触媒作用を生じるネガティブ型の感光性樹脂を前記最表面導電層の主表面に塗布する工程と、
前記一部の領域以外の目的とする領域に目的とする線幅及び線間幅に各々対応した光透過部及び遮光部を有する露光パターンを転写するように前記感光性樹脂に光を照射する工程と、
前記光の照射による触媒作用により前記感光性樹脂を架橋させる工程と、
前記光が照射されないために架橋されず重合されていない前記感光性樹脂の領域を選択的に除去するための水酸化溶液を用いた現像により、前記一部の領域の前記感光性樹脂を除去し、同時に、前記目的とする領域の前記最表面導電層の主表面に、前記感光性樹脂により線幅及び線間幅が３μｍ以下となる複数の線パターンのエッチングマスクを形成する工程と、
前記一部の領域においては、化学的エッチング処理により、前記凹部に露出した部分を含むすべての前記最表面導電層を除去し、同時に、前記目的とする領域においては、前記エッチングマスクを用いて前記最表面導電層の一部を選択的にエッチングし、前記線幅のパターンを前記最表面導電層に形成する工程
とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
超大規模集積回路が形成されるシリコン基板上の一部の領域に、投影方向に平行な面に沿った断面において、露光の陰となる凹部を有する側壁からなるくぼみを設けた下地絶縁層のパターンを形成する工程と、
前記下地絶縁層の表面を含む前記シリコン基板上の全面に最表面導電層を形成し、前記側壁を前記最表面導電層で覆う工程と、
光の照射により触媒作用を生じるネガティブ型の感光性樹脂を前記最表面導電層の主表面に塗布する工程と、
前記一部の領域以外の目的とする領域に目的とする線幅及び線間幅に各々対応した光透過部及び遮光部を有する露光パターンを転写するように前記感光性樹脂に光を照射する工程と、
前記光の照射による触媒作用により前記感光性樹脂を架橋させる工程と、
前記光が照射されないために架橋されず重合されていない前記感光性樹脂の領域を選択的に除去するための水酸化溶液を用いた現像により、前記一部の領域の前記感光性樹脂を除去し、同時に、前記目的とする領域の前記最表面導電層の主表面に、前記感光性樹脂により線幅及び線間幅が３μｍ以下となる複数の線パターンのエッチングマスクを形成する工程と、
前記一部の領域においては、化学的エッチング処理により、前記凹部に露出した部分を含むすべての前記最表面導電層を除去し、同時に、前記目的とする領域においては、前記エッチングマスクを用いて前記最表面導電層の一部を選択的にエッチングし、前記線幅のパターンを前記最表面導電層に形成する工程
とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ウェハ状態の半導体装置を選択的にエッチングする方法に関し、特に、改良したネガティブ型フォトレジストエッチングマスクを用いて、半導体装置を効果的かつ効率的にエッチングする半導体装置の製造工程におけるエッチング方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スタックトキャパシタを備えたダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）等を含む超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）のような多層構造の半導体装置にあっては、液相あるいはウェットエッチングを用いてパターニングすることにより製造されることが従来から知られている。エッチング法としては、また、プラズマエッチング、イオンビームエッチング、反応性イオンエッチング等のドライエッチング法を用いることができる。
【０００３】
ウェハ状態の半導体装置のエッチング法において、エッチングマスクは半導体装置の主表面に配置されたフォトレジスト(単にレジストともいう)材を使用して形成される。このエッチングマスクは、所定のエッチングパターンに基づいてフォトレジスト層に所望の線と線間よりなるパターンを形成できるように設計される。光源からの光、例えば紫外線が所定のフォトレジスト層の領域に照射されると、半導体装置の表面の一部の必要な領域を露出させるレジストパターンが形成される。レジストパターンにおいて、多数の細い線や幅の狭い空間にあっては、例えば３μｍあるいはそれ以下の幅では、単位面積当りの容量が大きくなる。フォトレジストエッチングマスクが半導体装置の表面に形成されると、露出された部分がエッチングされて予め設定されたパターンが形成される。
【０００４】
半導体装置の製造において、フォトレジスト材の１つは、ネガティブ像を形成するものでネガティブ型フォトレジストと呼ばれる。光が照射された部分のフォトレジスト材は、重合して不溶となる。フォトレジストが現像液によって現像されると、重合された部分は残り、重合されていない部分は除去される。このようなネガティブ型フォトレジストは、３つの要素からなる。第１の要素は、非感光性ではあるが、非極性有機溶媒に溶解性が極めて高い樹脂である。ケイ皮酸ポリビニルは、１９６０年代では、基礎となる樹脂として多くのフォトレジスト材に用いられていた。しかし、今日では、ネガティブ型フォトレジストの基礎となる樹脂として環化ポリイソプレンポリマが使用されている。第２の要素は、光活性のある化合物からなる感光剤である。光化学反応は、現像液に溶解せず、３次元的に分子が架橋してなる連鎖を発生させる。最も重要な光化学反応は、ニトレンと呼ばれる極めて活性な中間化合物を形成するために、アリルアジドの励起状態から窒素が生成されることである。ケイ皮酸ポリビニルに対してキノン、アジド化合物、及びニトロ化合物が、環化ポリイソプレンに対してはアジドが広く感光剤として使用されている。また、少量のノボラック樹脂は、現像におけるレジストの密着性を改善するために加えられる。第３の要素は、現像液である。現像液は、ケイ皮酸ポリビニルに対してはニトロベンゼンとフルフラールを含み、ポリイソプレンに対してはキシレンとベンゼンを含む。
【０００５】
歴史的な見地から、ネガティブ型フォトレジストは、線幅、線間が３μｍ以下のレジストパターンには不向きであった。このことは、文献「Ｓ．ウルフ、Ｒ．Ｎ．タウバー著“Sillicon Processing For The VLSI ERA ”１巻  １９８７」に記載されている。不向きであることの主な問題点は、ネガティブ型フォトレジストが膨潤することである。ネガティブ型フォトレジストは、樹脂や添加物の種類にかかわらず、現像中に膨潤することが知られている。現像液は、光が照射されたフォトレジスト材を溶解しないとしても、それは吸収されて膨潤を引き起こすことになる。次の工程のリンス処理において現像液は除去されるが、フォトレジストは収縮することになる。フォトレジストパターンの線間が高分解能の３μｍ程度と近接している場合には、フォトレジストの膨潤はフォトレジスト線同士を接触させることになる。次の収縮過程の際に、固着されたままの状態となり、結局必要な線間の間隔は消失する。長くかつ細いフォトレジスト線は、膨潤すると波うち、表面との密着性が良好であるならば、収縮後にそれらの波うちは残存したままとなる。さらに、フォトレジスト線は、基板から遊離しやすい状態となる。
【０００６】
ネガティブ型フォトレジストにおける上述した問題点により、ネガティブ型フォトレジストはポジティブ型フォトレジストに置き換えられることになった。ポジティブ型フォトレジストはネガティブ型フォトレジストと化学的に異なったものである。図３及び図４に示すように、ポジティブ型フォトレジスト材は、露光により変化して溶解性となり、容易に除去されるようになる。このようなフォトレジストは、露光された部分が溶解されるため、ポジティブ型と呼ばれている。ポジティブ型フォトレジストの作用は、ネガティブ型フォトレジストに比べて非常に異なっている。感光剤と樹脂は相互作用せず、溶解度の変化はすべて感光剤による。感光剤は光の照射により破壊されて、アルカリ性の溶液に対する可溶度が１０００倍程度に高められる。感光剤の存在は溶解を抑制するため、感光剤はしばしば溶解抑制剤と呼ばれる。ネガティブ型フォトレジストは、２〜３％程度の感光剤を含むのに対して、一方、ポジティブ型フォトレジストは、２０％程度の感光剤が使用されている。最も一般的な感光剤は、ナフトキノンジアジンである。エチレングリコールモノメチルは溶媒として使用され、希釈剤にはブチルとエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート（セロソルブアセテート）が含まれる。
ポジティブ型フォトレジストは、ネガティブ型フォトレジストよりも広い感光特性を有しており、通常用いられる紫外線以外の光源も利用される。
【０００７】
フォトレジスト材に真空中で紫外線が所望のパターンに照射されると、光が照射されなかったレジストは不溶性となり残存し、光が照射されたレジストは可溶性となり除去される。このような方法により、ポジティブ型フォトレジストはネガティブ型フォトレジストが有する膨潤の問題を招くことなく、３μｍ程度あるいはそれ以下の微細な線幅、線間幅を有するフォトレジストパターンを形成する。
【０００８】
スタックトキャパシタを有するＤＲＡＭや他のＶＬＳＩの製造に使用されるプロセスでは、不規則な形状のくぼみを有する下地層の表面に導電膜を堆積することが必要となる。例えば、図３及び図４に示すように、ＴＥＯＳシリコン酸化膜とポリシリコンとの多層構造を有する半導体装置１０において、シリコン酸化膜等の下地層１２の一部表面は翼形状にくぼみが形成されている。この翼形状はくぼみ側壁に、投影方向に平行な面に沿った断面において露光の陰となるへこんだ凹部１４を形成している。最表面導電層１５、例えばポリシリコンは、下地層１２の表面に形成される。パターニングとエッチングによるフォトリソグラフィ工程は、このような翼形状を有する半導体装置１０で行なわれる。通常用いられるノボラック樹脂のようなポジティブ型フォトレジスト１６が、酸素プラズマ又は強力な現像液と組み合わされて使用された場合に、くぼみ側壁の凹部１４のポジティブ型フォトレジスト１６に紫外線が照射されないため、図４に示すように、ポジティブ型フォトレジスト１６は凹部１４に残存することになる。これは、図３に矢印で示すように、紫外線２０が凹部１４に照射されないためである。そのため、凹部１４内に残存する最表面導電層１５は、次のエッチング工程において除去されない。したがって、エッチングプロセスは、紫外線２０が十分に照射されず又は十分に現像されず、あるいはその両方によってくぼみ側壁の凹部１４の部分に残存するレジストにより妨げられる。そして、エッチング工程後に導電性の物質が残存することになる。紫外線２０の露光及び現像後に残存する残存フォトレジスト１６′は、凹部１４に列状に残存する。残存フォトレジスト１６′と導電物質を除去するために、補助的なエッチング処理を塩基性現像液又は酸素を含むプラズマを使用して行なわなければならない。したがって、工程の増加を招くことになる。そこで、フォトレジスト材の残存がなく、また残存フォトレジストの除去工程を必要とせず、３μｍ以下の線幅及び線間幅を有するフォトレジストパターンを形成して、所定の微細なエッチングパターンを形成する半導体装置のエッチング方法が必要になっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、半導体装置の製造工程において、従来から用いられているポジティブ型フォトレジストは、ネガティブ型フォトレジストに見られる膨潤という問題はなく、微細なエッチングパターンの形成に向いている。
【００１０】
しかしながら、本来除去すべきフォトレジスト材が露光されずに残存し、所定のフォトレジストパターンを形成することができず、正確なエッチングパターンを得ることができなくなるという不具合を招いていた。
【００１１】
また、上述したように、残存するフォトレジスト材を除去するためには、除去するための新たな工程を追加する必要が生じ、工程数の増加を招いていた。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、工程数の増加を招くことなく、半導体ウェハの表面に形成された多層構造の表面にたいしてネガティブ型フォトレジストを用いて、所定のエッチングパターンを形成するのに好適な半導体装置の製造工程におけるエッチング方法及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、（イ）シリコン基板上の一部の領域に、投影方向に平行な面に沿った断面において、露光の陰となる凹部を有する側壁からなるくぼみを設けた下地絶縁層のパターンを形成する工程と、（ロ）下地絶縁層の表面を含むシリコン基板上の全面に最表面導電層を形成し、側壁を最表面導電層で覆う工程と、（ハ）最表面導電層の主表面にネガティブ型フォトレジストを塗布する工程と、（ニ）一部の領域以外の目的とする領域の最表面導電層の主表面上のネガティブ型フォトレジストに複数の線パターンの像を転写する工程と、（ホ）水酸化溶液を用いた現像により凹部からネガティブ型フォトレジストを除去し、目的とする領域に線幅及び線間幅が３μｍ以下となるパターンのネガティブ型フォトレジストエッチングマスクを形成する工程と、（ヘ）一部の領域においては、化学的エッチング処理により、凹部に露出した部分を含むすべての最表面導電層を除去し、同時に、目的とする領域においては、ネガティブ型フォトレジストエッチングマスクを用いて最表面導電層の一部を選択的にエッチングし、線幅のパターンを最表面導電層に形成する工程とを含む半導体装置の製造工程におけるエッチング方法であることを要旨とする。
【００１４】
請求項１０記載の発明は、（イ）シリコン基板上の一部の領域に、投影方向に平行な面に沿った断面において、露光の陰となる凹部を有する側壁からなるくぼみを設けた下地絶縁層のパターンを形成する工程と、（ロ）下地絶縁層の表面を含むシリコン基板上の全面に最表面導電層を形成し、側壁を最表面導電層で覆う工程と、（ハ）光の照射により触媒作用を生じるネガティブ型の感光性樹脂を最表面導電層の主表面に塗布する工程と、（ニ）一部の領域以外の目的とする領域に目的とする線幅及び線間幅に各々対応した光透過部及び遮光部を有する露光パターンを転写するように感光性樹脂に光を照射する工程と、（ホ）光の照射による触媒作用により感光性樹脂を架橋させる工程と、（ヘ）光が照射されないために架橋されず重合されていない感光性樹脂の領域を選択的に除去するための水酸化溶液を用いた現像により、一部の領域の感光性樹脂を除去し、同時に、目的とする領域の最表面導電層の主表面に、感光性樹脂により線幅及び線間幅が３μｍ以下となる複数の線パターンのエッチングマスクを形成する工程と、（ト）一部の領域においては、化学的エッチング処理により、凹部に露出した部分を含むすべての最表面導電層を除去し、同時に、目的とする領域においては、エッチングマスクを用いて最表面導電層の一部を選択的にエッチングし、線幅のパターンを最表面導電層に形成する工程とを含む半導体装置の製造工程におけるエッチング方法であることを要旨とする。
【００１５】
請求項１９記載の発明は、（イ）シリコン基板上において、スタックトキャパシタを有するダイナミックランダムアクセスメモリのメモリアレイ部を備える一部の領域に、投影方向に平行な面に沿った断面において、露光の陰となる凹部を有する側壁からなるくぼみを設けた下地絶縁層のパターンを形成する工程と、（ロ）下地絶縁層の表面を含むシリコン基板上の全面に最表面導電層を形成し、側壁を最表面導電層で覆う工程と、（ハ）光の照射により触媒作用を生じるネガティブ型の感光性樹脂を最表面導電層の主表面に塗布する工程と、（ニ）一部の領域以外の目的とする領域に目的とする線幅及び線間幅に各々対応した光透過部及び遮光部を有する露光パターンを転写するように感光性樹脂に光を照射する工程と、（ホ）光の照射による触媒作用により感光性樹脂を架橋させる工程と、（ヘ）光が照射されないために架橋されず重合されていない感光性樹脂の領域を選択的に除去するための水酸化溶液を用いた現像により、一部の領域の感光性樹脂を除去し、同時に、目的とする領域の最表面導電層の主表面に、感光性樹脂により線幅及び線間幅が３μｍ以下となる複数の線パターンのエッチングマスクを形成する工程と、（ト）一部の領域においては、化学的エッチング処理により、凹部に露出した部分を含むすべての最表面導電層を除去し、同時に、目的とする領域においては、エッチングマスクを用いて最表面導電層の一部を選択的にエッチングし、線幅のパターンを最表面導電層に形成する工程とを含む半導体装置の製造方法であることを要旨とする。請求項２０記載の発明は、（イ）超大規模集積回路が形成されるシリコン基板上の一部の領域に、投影方向に平行な面に沿った断面において、露光の陰となる凹部を有する側壁からなるくぼみを設けた下地絶縁層のパターンを形成する工程と、（ロ）下地絶縁層の表面を含むシリコン基板上の全面に最表面導電層を形成し、側壁を最表面導電層で覆う工程と、（ハ）光の照射により触媒作用を生じるネガティブ型の感光性樹脂を最表面導電層の主表面に塗布する工程と、（ニ）一部の領域以外の目的とする領域に目的とする線幅及び線間幅に各々対応した光透過部及び遮光部を有する露光パターンを転写するように感光性樹脂に光を照射する工程と、（ホ）光の照射による触媒作用により感光性樹脂を架橋させる工程と、（ヘ）光が照射されないために架橋されず重合されていない感光性樹脂の領域を選択的に除去するための水酸化溶液を用いた現像により、一部の領域の感光性樹脂を除去し、同時に、目的とする領域の最表面導電層の主表面に、感光性樹脂により線幅及び線間幅が３μｍ以下となる複数の線パターンのエッチングマスクを形成する工程と、（ト）一部の領域においては、化学的エッチング処理により、凹部に露出した部分を含むすべての最表面導電層を除去し、同時に、目的とする領域においては、エッチングマスクを用いて最表面導電層の一部を選択的にエッチングし、線幅のパターンを最表面導電層に形成する工程とを含む半導体装置の製造方法であることを要旨とする。
【００１６】
【作用】
上記構成において、請求項１記載の発明は、投影方向に平行な面に沿った断面において、側壁に露光の陰となる凹部を有するくぼみを設けた下地絶縁層を含む多層構造に対して、線間ならびに線幅が３μｍ以下のネガティブ型フォトレジストパターンを使用することにより工程の増加なく、多層構造の下地絶縁層上に形成された最表面導電層を選択的にエッチング除去し、所定のエッチングパターンを形成することができる。請求項１０記載の発明は、下地絶縁層上の最表面導電層に、光の照射により触媒作用を生じるネガティブ型の感光性樹脂によりなる、線幅及び線間幅が３μｍ以下となるパターンのネガティブ型の感光性樹脂からなるエッチングマスクを用いて工程の増加なく、最表面導電層の一部を選択的にエッチングし、所定のエッチングパターンを最表面導電層に形成することができる。
【００１７】
また、請求項１９及び２０記載の発明は、投影方向に平行な面に沿った断面において、側壁に露光の陰となる凹部を有するくぼみを設けた下地絶縁層を含む多層構造の表面に形成された最表面導電層を、線間ならびに線幅が３μｍ以下のネガティブ型の感光性樹脂からなるエッチングマスクのパターンを使用して工程の増加を招くことなく、選択的にエッチング除去し、所定のエッチングパターンを形成することができる。
【００１８】
【実施例】
以下、図面を用いてこの発明の一実施例を説明する。
【００１９】
本発明の一実施例は、３μｍ以下の線幅、線間幅を有するフォトレジストパターンを形成することによってウェハ状態の半導体装置をエッチングする工程において、フォトレジスト材が残存せず、また所望のパターンを得るために残存レジストの除去工程を必要とせずに行なわれる。
【００２０】
本発明の一実施例に係る半導体装置の製造工程におけるエッチング方法及び半導体装置の製造方法において、半導体ウェハの表面に多層構造が設けられた半導体装置１０が用意される。半導体装置１０の多層構造のそれぞれの構造層、例えば下地層（下地絶縁層）１２と下地層１２上に形成された最表面導電層１５が、図１に示すように、シリコン基板（シリコンウェハ）上に形成される。そして、この発明の一実施例の工程断面図となる図１に示すように、フォトレジストエッチングマスクがウェハ状態の半導体装置１０の多層構造の最表面導電層１５の主表面に形成される。フォトレジストエッチングマスクは、ネガティブ型フォトレジスト１８を工程途中の半導体装置１０を構成する多層構造の最表面導電層１５の表面上に塗布することにより形成される。フォトレジストエッチングマスクは、所定のパターンに形成された多数のフォトレジスト線からなり、以下に説明するように形成される。
【００２１】
多数のフォトレジスト線の線間の領域は、露光されていないネガティブ型フォトレジスト領域を化学的に現像することによって生じる。このような方法において、くぼみ側壁の凹部１４に存在するネガティブ型フォトレジスト材は、フォトレジストの現像工程において現像液により除去される。フォトレジストエッチングマスクにおける多数のフォトレジスト線間は、工程途中の半導体装置１０を構成する多層構造の最表面層、例えば最表面導電層１５を露出させる。フォトレジスト線幅及び線間幅は、３μｍ以下、好ましくは２μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下あるいは０．５μｍ以下の寸法である。最表面導電層１５の主表面の露出された多数のフォトレジスト線間領域は、化学エッチング処理により選択的にエッチングされる。図４に示すようなポジティブ型フォトレジストの使用によって生じるレジストの残存や残存レジストによる不要なパターン形成を招くことなく、所定のエッチングパターンにより最表面導電層１５を選択エッチングして、半導体装置を製造することができる。
【００２２】
このように、工程途中の半導体装置を構成する多層構造の最表面層の主表面にネガティブ型フォトレジスト１８によるフォトレジストエッチングマスクを形成するプロセスは、ネガティブ型の感光性樹脂を半導体装置１０の主表面に塗布することによって開始される。ネガティブ型の感光性樹脂は、光が照射されると、所定のパターンの多数のフォトレジスト線を形成することになる。露光されたネガティブ型感光性樹脂は、光が照射されることによりその場で触媒反応を生じる。ネガティブ型感光性樹脂は、所定の露光パターンで光が照射された部分において架橋反応が生じる。現像液で現像すると、露光されずに架橋反応が生ぜず重合されていない感光性樹脂は除去、架橋反応が生じて重合されたネガティブ型感光性樹脂は、上述した所定のパターンに形成され、ネガティブ型フォトレジストエッチングマスクとなる。このような目的で、最も高い解像度のネガティブ型フォトレジストも使用できるが、ネガティブ型の感光性樹脂としては、一般的には酸触媒作用を有する感光性樹脂からなる。また、現像液は一般的に希釈された水酸化溶液からなる。希釈された水酸化溶液は、希釈テトラメチルアンモニウム水酸化物が好ましく、ネガティブ型感光性樹脂はポリＰ−ビニルフェノール樹脂と酸活性化架橋剤よりなることが好ましい。光酸発生剤は、光が照射された部分で架橋反応を引き起こす酸を生成する。感光性樹脂としては、ポリＰ−ビニルフェノール樹脂と、酸活性化架橋剤及び光酸発生剤よりなることがさらに好ましい。
【００２３】
上述したように、ネガティブ型フォトレジスト１８からなるエッチングマスクは、ウェハ状態の半導体装置を構成する多層構造の最表面導電層１５の表面上に形成される。フォトレジストエッチングマスクは、所定のパターンの多数のフォトレジスト線と、線間の露出した半導体装置の主表面よりなる。このネガティブ型フォトレジストエッチングマスクの形成は、ウェハ状態の半導体装置の表面上にネガティブ型の感光性樹脂を塗布し、この感光性樹脂に所定の露光パターンで光を照射することによって行なわれる。光が照射された感光性樹脂は、触媒作用により架橋反応を起こす。ネガティブ型フォトレジストエッチングマスクの形成において、現像液によって現像されて、架橋されて重合されたネガティブ型感光性樹脂は残留し、架橋されず重合されていない部分の感光性樹脂は除去される。また、くぼみ側壁の凹部１４に位置するネガティブ型感光性樹脂もまた現像により除去される。半導体装置の主表面の露出された領域は、残存するフォトレジスト材の影響を受けることなく、エッチング液により所望のエッチングパターンが形成される。
【００２４】
本発明の製造方法は、例えばスタックトキャパシタのように半導体ウェハの表面に設けられたくぼみ側壁の凹部を有する半導体装置の製造において、ポジティブ型フォトレジストの使用にともなう不具合を解消するための方法である。
【００２５】
従来技術にあっては、ポジティブ型フォトレジストを用いた第２のフォトリソグラフィ工程は、列状の残存物を除去するために行なわれる。例えば異方性エッチングが、キャパシタセルプレートを最大化するために使用される。その後、ポジティブ型フォトレジストは除去され、半導体装置は再度ポジティブ型フォトレジストが塗布されることになる。列状の残存物除去マスクが形成される。そして、強力な等方性エッチングにより、列状の残存物がくぼみ側壁の凹部から除去される。この方法によりセルサイズを最大化できるが、しかし、多くの工程を必要とし、従ってコストもかかることになる。
【００２６】
また、他の従来技術にあっては、すべてのパターンが等方性エッチングにより形成される。この方法の欠点は、セルサイズが減少し、デバイス特性やデバイスの微細化が低下することである。したがって、従来方法では、キャパシタサイズを最大化しつつ、微細化を達成するという観点からは、受け入れることはできなかった。ＤＲＡＭにおいては、それぞれのセルに蓄積される電荷量は直接デバイスの特性に影響を与えるため、セルサイズをより大きく形成するようにすれば、特性を改善することができる。セルサイズにより、微細化は制限される。高集積化の点で微細化は重要である。
【００２７】
図１において、下地層１２及び最表面導電層１５から構成される多層構造表面のくぼみの側壁に形成された凹部１４を有する半導体装置１０を用いて、説明する。半導体装置１０にネガティブ型フォトレジスト１８として、酸触媒感光性樹脂、例えばシュプレイ（Ｓｈｉｐｌｅｙ  ）社のＸＰ−９１１０１樹脂を塗布する。この塗布工程は、シリコンバレーグループによって製造された８８００シリーズのスピンコート装置を使用して行なわれる。半導体装置１０の表面に均一に塗布されるように、２５００〜３０００ｒｐｍで３０秒間程度回転塗布させる。その後、真空中のホットプレート上で８５℃〜１１５℃の温度で４０〜１２０秒間ベイキングされる。この半導体装置１０上に塗布された樹脂は、ＡＳＭリソグラフィ社によって製造された２５００／４０ｉ線ステッパのような露光装置により、所望のエッチングパターンに露光される。
【００２８】
露光後のベイキング工程が、真空中のホットプレート上で８５℃〜１２５℃の温度で４０〜１２０秒間行なわれる。この工程の後、現像工程が、０．１２５Ｎ〜０．２７５Ｎ程度の希釈テトラメチルアンモニウム水溶液を使用して行なわれる。この現像は、２０〜４５秒間程度現像液に浸漬し、次に、水によるリンス工程と乾燥工程が行なわれる。あるいは、回転攪拌装置により、１〜２回攪拌現像で行われ、例えば１回目の攪拌は７〜１５秒間行なわれ、その後水によるリンスが２００〜１５００ｒｐｍで５〜２０秒間回転して行なわれ、それから２回目の攪拌が１０〜２５秒間さらに行なわれる。
【００２９】
その後、下記するように、通常の半導体装置の製造工程と同様に必要なエッチング工程が続けられる。図２は、形成したネガティブ型フォトレジストエッチングマスクを用いて化学エッチングしたウェハ状態の半導体装置１０の断面である。多層構造の下地層１２のくぼみ側壁の凹部１４も最表面導電層１５の残存もなくエッチングされている。好適なエッチング方法は、プラズマエッチングである。一般的に用いられるプラズマエッチングは、高周波プラズマ発生装置により真空中で発生するガスプラズマで行なわれる。プラズマエッチングとしては、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、ポイントプラズマエッチング、反応性イオンビームエッチング、マグネトロン反応性イオンエッチング等が好ましい。
【００３０】
なお、この発明は、上述した実施例に限定されることはなく、この発明の思想を逸脱しない範囲で変更が可能なことは勿論である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、線幅ならびに線間幅が３μｍ以下のネガティブ型フォトレジストパターンを使用して、半導体装置の主表面を選択的にエッチング除去するようにしたので、工程数の増加を招くことなく、所定のエッチングパターンを正確に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係わるウェハ状態の半導体装置の製造方法における一工程断面を示す図である。
【図２】本発明の一実施例に係わるウェハ状態の半導体装置の製造方法によって形成された半導体装置の一断面を示す図である。
【図３】従来のポジティブ型フォトレジストパターンを用いたウェハ状態の半導体装置の製造方法における一工程断面を示す図である。
【図４】図３に示す製造方法によって形成されたウェハ状態の半導体装置の一断面を示す図である。
【符号の説明】
１０  半導体装置
１２  下地層
１４  凹部
１５  最表面導電層
１６  ポジティブ型フォトレジスト
１６′  残存フォトレジスト
１８  ネガティブ型フォトレジスト
２０  紫外線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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