JP2598054B2 - 半導体装置製造方法 - Google Patents

半導体装置製造方法

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、メモリLSI,論理LSIあるいはマイクロプロ
セッサ等の集積回路ないし半導体装置の製造方法に関す
るものであり、特に高密度な集積回路の製造に使用され
るものである。
(従来の技術) 従来、集積回路ないし半導体装置の製造において微細
な回路パタ−ンを得るために各種の露光、現像技術と各
種のエッチング技術とを組み合わせたフォトリソグラフ
ィ−が用いられている。
フォトリソグラフィ−は通常、第3a図に示す所望のパ
タ−ンにてフォトレジスト3を所望パタ−ン形成層1の
上に形成する、光,電子線あるいはイオン等を用いた露
光,現像過程と、それに続く、前記フォトレジスト3を
マスクとして、所望パタ−ン形成層1に第3b図に示す所
望パタ−ン1′を形成するエッチング過程とからなる。
レジスト材料にはポジ型およびネガ型とがあるが、微
細パタ−ンを得るためには通常、解像度の高いポジ型が
用いられる。
エッチング技術としては、従来高い異方性を有する反
応性イオンエッチング(RIE)が好んで用いられ、ある
程度微細なパタ−ンを得ることが可能となっているが、
集積密度の向上のため一層の微細化が望まれる。
前記RIEを用いれば、マスクパタ−ンをほぼ正確にエ
ッチング加工層に転写することができ、したがってマス
クパタ−ンの微細化の程度により所望パタ−ンの微細化
の限界が決まるので、所望パタ−ンの微細化を向上させ
るにはマスクパタ−ンの微細化の向上を図ることは必要
である。
また、実際にLSI等の半導体装置を設計する上におい
て、第3a図に示すパタ−ンの線幅lに対しては、信号伝
送損失等の電気特性等に由来する限度があり、それほど
小さく設定することができないのが通常であるが、同図
に示すパタ−ンのスペ−ス幅sは、短絡を起さない程度
であれば任意に小さく選定することができ、したがって
所望パタ−ンないしマスクパタ−ンの微細化向上を図る
ためには、可能な限り小さなスペ−ス幅sを実現するこ
とが望ましい。
(発明が解決しようとする問題点) しかし、従来技術では、可能な限りのパタ−ンの微細
化を達するため設定される最小寸法において、第3aない
し第3b図に示されるように、スペ−ス幅sは線幅lと同
等もしくはそれ以上となる問題がある。これは、フォト
レジスト3内で生じる光の散乱ないし回折および、微細
パタ−ンを得るために通常用いられるのは、ネガ型より
高い解像度をもつポジ型フォトレジストであることによ
るものである。
前記の事情により、大きなスペ−ス幅sに由来し不要
な面積比率が大きくなり、したがってパタ−ンの微細化
は制約を受ける。また、この問題は光の散乱ないし回折
という基本的現象に由来するものであり将来露光技術あ
るいはレジスト材料が改善されてもそれによっては解消
され得ないものである。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 上記問題点を解決するために本発明の半導体装置製造
方法は、第2a図〜第2d図に示すようにスペース幅sとラ
イン幅lとを有した周期的なライン・アンド・スペース
・パターンを少なくとも一部に含むパターンを形成する
方法であって, (イ)スペース幅(l+2s)とライン幅1とに対応した
ライン・アンド・スペース・パターン部を有する第1の
フォトマスクパターンと、該第1のフォトマスクパター
ンのスペース部分にライン部が配置されたスペース幅
(l+2s)とライン幅lとに対応したライン・アンド・
スペース・パターン部を有する第2のフォトマスクパタ
ーンとを用意する第1の工程と, (ロ)第2a図に示すように所望の被エッチング層1の上
に、第1のマスク材11を形成し、第1のマスク材の上に
第1のポジ型フォトレジスト(以下PRという)から成る
第2のマスク材3を形成し、前記第1のフォトマスクパ
ターンにて、第2のマスク材を波長λを有した露光光源
を用い露光、現像し、さらに第2のマスク材3をエッチ
ング用マスクとし、第1のマスク材11をエッチングし、
その後第2のマスク材3を除去し、第2b図に示すように
第1のマスク材のパターン11′を被エッチング層1の上
に形成する第2の工程と, (ハ)前記被エッチング層1および前記第1のマスク材
11′の上に、第2のポジ型PRから成る第3のマスク材5
を形成し、前記第2のフォトマスクパターンにて、第3
のマスク材5を前記波長λを有した露光光源を用い前記
第1のマスク材11′のパターンのライン部に露光光が照
射されるべく、露光、現像し、第2c図に示すように前記
被エッチング層1の上に前記第1のマスク材のパターン
のライン部と最終的なスペース幅sを有して第3のマス
ク材のライン部が配置されたパターン5を形成する第3
の工程と、 (ニ)第2d図に示すように前記第1および第3のマスク
材のパターンの組み合わせから成るものをエッチング用
マスクとして、RIE等を用いて前記被エッチング層1を
エッチングする第4の工程, とを少なくとも有し,s<λ,l+2s>λなる関係であるこ
とを特徴とする。
好ましくは被エッチング層1に多結晶シリコン,高融
点金属シリサイドまたはポリサイドを用い、第1のマス
ク材11に酸化シリコン,窒化シリコン,高融点金属また
は有機膜を用いることである。
(作用) 本発明では、所望パタ−ンをエッチングにより形成す
る際用いるマスクを、複数の段階、特に2段階に分けて
形成するので、得られる最小寸法において、スペ−ス幅
を線幅より小さくすることができる。
本発明はRAM,ROM等のメモリ,理論LSI,あるいはマイ
クロプロセッサ等各種半導体装置一般の製造に適用可能
である。
(実施例) 本発明をマスクROMのワ−ド線の形成に応用した参考
例を、第1a図ないし第1c図に示し、本発明の実施例を第
2a図ないし第2d図に示す。
第1a図ないし第1c図に示した参考例においては、厚さ
4000Åの多結晶シリコンの所望パタ−ン形成層1の上
に、所望パタ−ンの所定の部分をなすパタ−ンにて、フ
ォトレジスト3を形成する。線幅lは0.8μm、最初の
スペ−ス幅siは1.2μmである(第1a図)。
なお、この際用いられるフォトリソグラフィで得られ
る最小寸法は線幅が0.8μm、スペ−ス幅が0.8μmとす
る。
該所定の部分パタ−ンのフォトレジスト3に対して、
百数度ないし200度の範囲内の温度で数十秒ないし数分
間の熱処理もしくは、数十秒ないし数分間の紫外線照射
を施し、該フォトレジスト3の硬化を行なう。
次に、線幅0.8μmのフォトレジスト5をフォトレジ
スト3のスペ−ス部分に形成する(第1b図)。
この場合のレジストの材料あるいは方法等は、前記フ
ォトレジスト3形成の場合と同様であってよくまた、フ
ォトレジスト5をフォトレジスト3の間の所定位置に形
成するには、線幅0.8μmもしくはスペ−ス幅1.2μmの
数分の1以下の誤差精度で位置決めを行なう必要がある
が、これは0.15μm程度の精度を達成している従来の技
術で十分可能である。
なお、フォトレジスト3は熱処理もしくは紫外線照射
により硬化されているので、フォトレジスト5形成の露
光,現像過程で形状、もしくはパタ−ンを損なわれるこ
とはない。
次に、フォトレジスト3および5をマスクとして、RI
Eにより所望パタ−ン形成層1にエッチングを施し、所
望パタ−ン1′を得る(第1c図)。
該パタ−ン1′の線幅lは0.8μmであり、最終的な
スペ−ス幅sは0.2μmである(si=l+2s)。
このようにして得られるウェ−ハから半導体装置を製
造するその後の、例えばレジスト除去、不純物拡散等の
工程は従来公知の方法によればよい。
次に、本発明の実施例を第2a図ないし第2d図に示す。
この方法ではまず、厚さ4000Åの多結晶シリコンの所
望パターン形成層1の上に厚さ1000Åの酸化シリコンの
層11を設層し、その上に従来公知技術により、所望パタ
−ンの所定の部分パタ−ンにて、レジスト3を形成す
る。このとき、線幅lは0.8μm、最初のスペ−ス幅si
は1.2μmである(第2a図)。
次にこれに対し、RIEによりエッチングを行ない、さ
らにレジスト3を除去し、所望パタ−ン形成層1上に所
定の部分パタ−ンの層11′を得る(第2b図)。
次に、層11′のパタ−ンの間に、従来公知の技術によ
り、層11′のパタ−ンに対する所望パタ−ンの残りのパ
タ−ンにて、第2のマスクとしてレジスト5を形成す
る。線幅lは0.8μmである(第2c図)。
次に、前記層11′およびレジスト5をマスクとして2
度目のRIEによるエッチングを行ない、所望パタ−ン形
成層1に所望パタ−ン1′を得る(第2d図)。
該パタ−ン1′の線幅lは0.8μmであり、最終的な
スペ−ス幅sは0.2μmである(si=l+2s)。
上記、本発明の実施例では、参考例の場合と異なり、
2番目の部分パタ−ンの形成時、既に形成されている最
初の部分パタ−ンが損なわれないようにするための特殊
な処理を要しないことが特徴である。
このようにして得られたウェ−ハから半導体装置を製
造するその後の、例えばレジスト除去等の工程は従来公
知の方法によればよい。
上記、本発明の実施例において、所望パタ−ン形成層
1には多結晶シリコンの他に、高融点金属シリサイドま
たはポリサイド等を、層11には酸化シリコンの他に、窒
化シリコン,高融点金属、あるいは有機膜等の材料を好
適に用いることができる。
レジスト材料としても従来公知のポジ型のものはいず
れも使用可能である。
またエッチングについてもRIEに限らず他のドライエ
ッチング法をも好適に用いることができる。
なお、上記本発明の実施例においては所望パタ−ン形
成層1が、従来公知のように半導体基板7上に設層され
た厚さ200Åの酸化シリコン層9の上に設層されてい
る。
上記第2a図ないし第2d図に示される本発明の実施例に
示されるように、最終的なスペ−ス幅sを0.2μmと、
従来技術を用いた場合の0.8μmから大きく減少させる
ことができる。したがって、上記実施例により線幅とス
ペ−ス幅とを加えた値に比例するセル面積を従来技術に
よる場合に比べ(0.8+0.2)/(0.8+0.8)の割合に、
すなわちほぼ60%に減少させることができる。
上記本発明の実施例におけるよりもスペ−ス幅を小さ
く作製することも可能で、容易に上記実施例よりも小さ
いセル面積の値を達成することができる。
また、本発明において、各層の厚さ等には特に制限は
なく、従来公知の場合と同様であってよい。
また、上記本発明の実施例においては、所望パタ−ン
を得るためのマスクを2つの部分に分割して形成する方
法について述べたが、分割数を大きくし、例えば3分割
して、マスクを形成することも可能である。
[発明の効果] 本発明ではマスク形成を分割して行ない、後のマスク
部分を先のマスク部分のスペ−ス部に形成するので、両
マスク部分を合せた所望パタ−ンに相当するマスクの線
間隔ないしスペ−ス幅を従来技術に比べて大きく減少さ
せることができしたがって、パタ−ンの微細度あるい
は、集積回路等の半導体装置の集積度を大きく高めるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1a図,第1b図および第1c図は、本発明の参考例を示
す、集積回路用のウェ−ハ加工の各工程に対する断面図
である。 第2a図,第2b図,第2c図および第2d図は、本発明の実施
例を示す、参考例と同様の加工の各工程に対する断面図
である。 第3a図および第3b図は従来技術による、集積回路用ウェ
−ハ加工の各工程に対する断面図である。 1……所望パタ−ン形成層 1′……所望パタ−ン 3.5……フォトレジスト 7……半導体基板、9……酸化シリコン層 11……部分パタ−ン形成層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 成毛 康雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式 会社東芝多摩川工場内 (56)参考文献 特開 昭58−127326(JP,A) 特開 昭61−49423(JP,A) 特開 昭54−27374(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スペース幅sとライン幅lとを有した周期
    的なライン・アンド・スペース・パターンを少なくとも
    一部に含むパターンを形成する方法であって、 (イ)スペース幅(l+2s)とライン幅lとに対応した
    ライン・アンド・スペース・パターン部を有する第1の
    フォトマスクパターンと、該第1のフォトマスクパター
    ンのスペース部分にライン部が配置されたスペース幅
    (l+2s)とライン幅lに対応したライン・アンド・ス
    ペース・パターン部を有する第2のフォトマスクパター
    ンとを用意する第1の工程と, (ロ)所望の被エッチング層の上に、第1のマスク材を
    形成し、該第1のマスク材の上に第1のポジ型フォトレ
    ジスト(以下PRという)から成る第2のマスク材を形成
    し、前記第1のフォトマスクパターンにて、該第2のマ
    スク材を波長λを有した露光光源を用い露光、現像し、 さらに該第2のマスク材をエッチング用マスクとし、該
    第1のマスク材をエッチングし、その後該第2のマスク
    材を除去し、該第1のマスク材のパターンを該被エッチ
    ング層の上に形成する第2の工程と, (ハ)前記被エッチング層および前記第1のマスク材の
    上に、第2のポジ型PRから成る第3のマスク材を形成
    し、 前記第2のフォトマスクパターンにて、該第3のマスク
    材を前記波長λを有した露光光源を用い前記第1のマス
    ク材のパターンのライン部に露光光が照射されるべく、
    露光、現像し、前記被エッチング層の上に前記第1のマ
    スク材のパターンのライン部とスペース幅sを有して第
    3のマスク材のライン部が配置されたパターンを形成す
    る第3の工程と、 (ニ)前記第1および第3のマスク材のパターンの組み
    合わせから成るものをエッチング用マスクとして、前記
    被エッチング層をエッチングする第4の工程, とを少なくとも有し, s<λ l+2s>λ なる関係であることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  2. 【請求項2】前記被エッチング層に多結晶シリコン,高
    融点金属シリサイドまたはポリサイドを用い、第1のマ
    スク材に酸化シリコン、窒化シリコン,高融点金属また
    は有機膜を用いる特許請求の範囲第1項に記載の半導体
    装置製造方法。
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