JP3034071B2

JP3034071B2 - 半導体装置の作製方法

Info

Publication number: JP3034071B2
Application number: JP3087783A
Authority: JP
Inventors: 保彦竹村
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1991-03-26
Filing date: 1991-03-26
Publication date: 2000-04-17
Anticipated expiration: 2015-04-17
Also published as: JPH05304066A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子回路および電子素子
の作製方法に関する。本発明は、特に、半導体集積回路
や超伝導論理回路等の微細な加工を要する電子回路およ
び電子素子を作製する上で必要とされるエッチングプロ
セスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、様々な電子回路および電子素子で
はフォトマスクを用いたエッチング法によって、配線や
素子が作製されてきた。この方法は、素子もしくは配線
となる材料の上にフォトレジストと呼ばれる感光材料を
塗布し、フォトマスクを通して光を照射し、光の照射さ
れた部分が感光することを利用して、光の照射された部
分の下地の材料を選択的に除去（エッチング）する、も
しくは光の照射されなかった部分を選択的に除去する、
というものである。この技術は微細加工をおこなう上で
広く用いられている方法であり、近年はより微細な加工
をおこなうために、単なる光（紫外線）ではなく、電子
線やＸ線も用いられつつある。その場合には、フォトレ
ジストやフォトマスクという用語は適切なものではない
ので、一般的にレジスト、マスクと称する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
式では従来の方式では１つの加工をおこなうには、通
常、１枚のフォトマスクが必ず必要とされた。したがっ
て、多くのエッチング工程を有する加工をおこなう場合
には、その分だけマスクが必要であった。複数のエッチ
ング工程を有する加工をおこなう上で、最も技術的に困
難なことはマスクあわせである。特に、加工精度が１ミ
クロン以下の加工をおこなう場合には、マスクのずれも
当然１ミクロン以下でなければならず、マスクの位置を
そのような精度で合わせることは非常に困難であり、し
たがって、加工精度が向上すればするほど製品の歩留り
が悪くなる。すなわち、歩留りを向上させるにはマスク
をあわせる回数を減らすことが必要とされる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は以下の構成を有
する。すなわち、電子線又は電磁波に対して感光性を有
する第１のレジスト層を形成する工程と、紫外光に対し
て感光性を有する第２のレジスト層を形成する工程と、
前記第２のレジスト層をパターニングする工程と、電子
線又は電磁波を斜め方向から照射し、前記第１のレジス
ト層のうち前記電子線又は電磁波に対して前記第２のレ
ジスト層の影になる部分以外を感光させる工程である。

【０００５】これらの工程を経ることによって、一回の
マスクあわせによって２回のエッチング工程をおこなう
ことができる。場合によってはレジストの層の数を３
層、４層とすることによって、１回のマスクあわせによ
って３回、４回のエッチングをおこなうことができる。

【０００６】本発明は従来、垂直にエネルギー線を入射
させるという１つの自由度しか有しなかったエッチング
工程に、エネルギー線の入射角を変えるという概念をあ
らたに加えることによって、２以上の自由度を与えるこ
とにより実現できた発明である。以下に実施例を示し、
より詳細に本発明を説明する。

【０００７】

【実施例】〔実施例１〕図１に基づいて本発明の適用例を説明する。まず単結晶
珪素基板６上に酸化珪素膜５、多結晶珪素膜４、電子線
に対して感光性を有するレジスト層３および紫外線に対
して感光性を有するレジスト層２を形成する。レジスト
３およびレジスト層２の厚さはそれぞれ０．１ミクロ
ン、１．０ミクロンとする。これにマスク１を通して、
垂直に紫外線を照射し、レジスト層２を感光させて、こ
れを除去する。このようにして図１（ｂ）を得る。ここ
で、レジスト層の除去された部分７の幅は１ミクロン、
同じく８の幅は３ミクロンとする。

【０００８】次に斜めから電子線を照射する。照射する
角度は、例えば、基板に対して４５°とする。もちろん
他の角度であっても構わない。この工程によって部分７
のレジスト層３の表面には、有効な電子線は到達しない
が、部分８のレジスト層３の表面の一部には有効な電子
線が到達し、レジスト層３は感光する。よって、レジス
ト層３の感光した部分を除去する。これを適切なエッチ
ング技術、例えば、公知の反応性プラズマエッチング法
等、によってエッチングし、レジスト層３の除去された
部分の下にある多結晶珪素膜４および酸化珪素膜５をエ
ッチングする。こうして図１（ｃ）を得る。

【０００９】さらに、今度は垂直に電子線を照射し、レ
ジスト層３の露出している部分を感光させ、これを除去
する。そして、多結晶珪素膜４のみをエッチングする。
このようにして図１（ｄ）を得る。

【００１０】従来、図１（ｄ）に示される構造を得るた
めには、２枚のマスクおよび２回のマスクあわせの工程
が必要であった。しかしながら、本実施例において示さ
れた方法によれば１枚のマスクおよび１回のマスク合わ
せの工程によって上記の構造を得ることができる。

【００１１】〔実施例２〕図２、図３に基づいて本発明の実施例を説明する。図
２、図３において、黒色で示される部分は窒化珪素を、
縦線で示される部分は酸化珪素を、無色で示される部分
は単結晶珪素もしくは多結晶珪素をあらわしている。

【００１２】まず、単結晶珪素基板１７上に、厚さ１０
〜５０ｎｍの酸化珪素膜１６、厚さ１００〜１０００ｎ
ｍの多結晶珪素膜１５、厚さ１〜５０ｎｍ、望ましくは
１０〜５０ｎｍの窒化珪素膜１４、厚さ１０〜１０００
ｎｍの多結晶珪素膜１３、さらに厚さ１〜５０ｎｍ、望
ましくは１０〜５０ｎｍの窒化珪素膜１２が積層され
る。これらの皮膜の作製方法は、公知の皮膜形成方法が
用いられる。例えば、多結晶珪素膜は、公知の化学的気
相成長法等によって作製され、酸化珪素膜は公知の化学
的気相成長法もしくは下地の単結晶珪素もしくは多結晶
珪素の熱酸化等によって作製され、さらに窒化珪素膜は
公知の化学的気相成長法もしくは下地の単結晶珪素もし
くは多結晶珪素の熱窒化等によって作製されるが、それ
以外の方法も用いられうる。また、各膜の厚さは、例と
して示されたもので、上記の範囲の中で選択されること
はもちろん、それ以外の値をとることも可能である。

【００１３】この多層構造を有する膜の上に公知のスピ
ンコーティング法によって、電子線に対して感光性を有
するレジスト層１１を例えば、厚さ１００ｎｍ形成し、
さらに紫外線に対して感光性を有するレジスト層１０を
例えば、厚さ１０００ｎｍ形成する。レジスト層１１の
厚さはレジスト層１０の厚さに比べて、十分小さいこと
が必要であり、その具体的な比率としては５分の１以下
がのぞましい。しかしながら、レジスト層１１は電子線
に対して、十分感光する程度の厚みを有していることが
必要である。このような条件を考慮して、レジスト層１
１の厚みが決定される。さらに、レジスト層１０は加工
する素子の大きさ・配線幅や感光性、レジスト１１の厚
さ等を考慮して決定される。上記で示したレジスト層の
厚さは、一つの例であって、それ以外の値をとることも
可能である。また、各レジスト層をさらに複数の層構造
からなるものとしてもよい。例えば、レジスト層１１の
上に、紫外線に対して感光性を示さないポリマー材料を
形成し、さらにその上に紫外線に対して感光性を示す層
を形成してもよい。

【００１５】このようにして得られた多層物質に、マス
クを用いて、垂直に紫外線を照射し、レジスト層１０を
感光・除去して図２（ａ）を得る。このとき形成される
領域１８、１９、２０の幅は、例えばそれぞれ、２μ
ｍ、１μｍ、２μｍである。更に図２（ｂ）の点線の矢
印ＡおよびＢで示されるように、例えば、４５゜の角度
で斜めから電子線が照射される。電子線の照射角度は、
４５゜以外でも可能である。これは領域１８、１９、２
０の幅およびレジスト層の厚さ等によって決定される。
この工程で実施例１で述べたことと同じ理由によって、
領域１８および２０のレジスト層１１のみが感光・除去
される。こうして図２（ｂ）を得る。

【００１６】次に適当なエッチング法、例えば公知の燐
酸エッチング法や弗酸エッチング法、あるいは反応性イ
オンエッチング法等もしくはそれらの組み合わせによっ
て領域１８および２０の窒化珪素膜１２、多結晶珪素膜
１３および窒化珪素膜１４がエッチングされる。こうし
て図２（ｃ）を得る。

【００１７】次に、垂直に電子線を照射し、残っている
領域１９の部分のレジスト層１１を感光・除去する。さ
らに、適切なエッチング法で領域１９の窒化珪素膜１２
を除去する。こうして、図２（ｄ）を得る。

【００１８】その後、全てのレジスト層を除去し、高
温、例えば６００〜１２００℃の酸素雰囲気に置くこと
によって、領域１８、１９、２０の多結晶珪素膜を選択
的に酸化し、酸化珪素領域２１、２２、２３を得る。こ
のとき、酸化珪素領域２１および２３は単結晶珪素基板
１７の深部にまで侵入しているのにたいし、酸化珪素領
域２２は窒化珪素膜１４が障壁となって、それ以下の部
分の酸化はおこらない。このようにして、図３（ａ）を
得る。

【００１９】つぎに、残存している窒化珪素膜１２の全
てを例えば燐酸エッチング法等、適切な方法によって除
去し、さらに、多結晶珪素膜１３を適切なエッチング法
によって除去する。これらのエッチング工程において酸
化珪素領域２１、２２、２３は一部エッチングを受ける
ことがあってもかまわない。重要なことはこれらのエッ
チング工程を通じて、酸化珪素領域２２の一部が残存す
ることである。このようにして図３（ｂ）を得る。

【００２０】さらに、酸化珪素領域２２の下に存在する
窒化珪素膜１４以外の窒化珪素膜１４を適切なエッチン
グ方法によって除去する。このようにして、図３（ｃ）
を得る。

【００２１】図３（ａ）ないし（ｃ）のエッチング工程
は、例えば、スパッタエッチングや反応性イオンエッチ
ング等で、材質によってエッチングレートにさほど差の
ないエッチング方法を用いることによって、段差をその
まま保存するようにおこない、特に図３（ｂ）で示され
るような中間状態を得ずに、直接、図３（ｃ）で示され
る状態のものを得ることも可能である。

【００２２】さらに、図３（ｄ）に示されるごとく、適
切なエッチング方法によってゲイト電極２４（領域１
９）以外の部分の多結晶珪素領域を除去し、イオン打ち
込み法等の方法によって不純物を拡散し、ソース領域２
５およびドレイン領域２６を形成する。このようにし
て、電界効果型トランジスターが形成される。（図３
（ｅ））ここで、酸化珪素領域２１および２３は素子分
離領域として機能する。この後、ソースおよびドレイン
領域にアルミニウム等の材料によって電極・配線を形成
することによって素子が完成される。この構造の素子
は、例えば、ＣＭＯＳ等の論理回路では頻繁に用いられ
ている。

【００２３】図２、図３に示される工程に必要とされる
マスク合わせは１回であり、しかも、その工程では精密
なマスク合わせの技術を必要としない。最後にアルミニ
ウム等の材料で電極・配線を形成する必要があり、この
工程では精密なマスク合わせの技術が必要であるが、少
なくとも２回のマスク合わせの工程によって、電界効果
型トランジスターを形成できる。

【００２５】一方、従来、この構造の電界効果型トラン
ジスターを得るためには、素子間分離領域形成、ゲイト
電極形成、およびソース、ドレイン電極・配線形成のた
めに計３回のマスク合わせの工程が必要であり、かつ、
後２者は、精密にマスクをあわせる必要があった。この
ため、製品の歩留りが悪かった。本実施例に示した方法
では精密なマスク合わせの工程を半分にでき、それによ
って飛躍的に歩留りの向上を計ることができる。

【００２６】〔実施例３〕図４に基づいて本発明の実施例を説明する。図４におい
て、黒色で示される部分は窒化珪素を、縦線で示される
部分は酸化珪素を、無色で示される部分は単結晶珪素も
しくは多結晶珪素をあらわしている。

【００２７】まず、単結晶珪素基板３１上に、厚さ１０
〜５０ｎｍの酸化珪素膜３２、厚さ１００〜１０００ｎ
ｍの多結晶珪素膜３３、厚さ１〜５０ｎｍ、望ましくは
１０〜５０ｎｍの窒化珪素膜３４、厚さ１０〜１０００
ｎｍの多結晶珪素膜３５、さらに厚さ１〜５０ｎｍ、望
ましくは１０〜５０ｎｍの窒化珪素膜３６が積層され
る。これらの皮膜は適切な皮膜形成方法が用いられる。
例えば、多結晶珪素膜は、公知の化学的気相成長法等に
よって作製され、酸化珪素膜は公知の化学的気相成長法
もしくは下地の単結晶珪素もしくは多結晶珪素の熱酸化
等によって作製され、さらに窒化珪素膜は公知の化学的
気相成長法もしくは下地の単結晶珪素もしくは多結晶珪
素の熱窒化等によって作製されるが、それ以外の方法も
用いられうる。また、各膜の厚さは、例として示された
もので、上記の範囲の中で選択されることはもちろん、
それ以外の値をとることも可能である。

【００２８】この多層構造を有する膜の上に公知のスピ
ンコーティング法によって、電子線に対して感光性を有
するレジスト層３７を例えば、厚さ１００ｎｍ形成し、
さらに紫外線に対して感光性を有するレジスト層３８を
例えば、厚さ１０００ｎｍ形成する。各レジスト層は実
施例のように単層のものでも、あるいは複数の層構造か
らなるものでもよい。例えば、レジスト層３７の上に、
紫外線に対して感光性を示さないポリマー材料を形成
し、さらにその上に紫外線に対して感光性を示す層を形
成し、これを合わせてレジスト層３８とすることも可能
である。さらに、窒化珪素膜３６上に電子線および紫外
線に対して感光性を示さないポリマー材料の層を形成
し、その上に電子線に対して感光性を示す材料を形成
し、これをあわせてレジスト層３７とし、さらにその上
に紫外線に対して感光性を示さないポリマー材料を形成
し、さらにその上に紫外線に対して感光性を示す層を形
成し、これを合わせてレジスト層３８とすることも可能
である。これらレジスト層の厚さは、電子線もしくは紫
外線に対して十分な感光が得られる程度に厚いことが必
要であり、また、本発明の特徴を考慮すれば、レジスト
層３８の厚さはエッチングによって作製される素子の大
きさを考慮して決定される。

【００２９】このようにして得られた多層物質に、マス
クを用いて、垂直に紫外線を照射し、レジスト３８を感
光・除去して図４（ａ）を得る。このとき形成される領
域３９、４０、４１の幅は、例えばそれぞれ、２μｍ、
１μｍ、２μｍである。

【００３０】更に図４（ｂ）の点線の矢印ＡおよびＢで
示されるように、例えば、４５°の角度で斜めから電子
線が照射される。電子線の照射角度は、４５°以外でも
可能である。これは領域３９、４０、４１の幅およびレ
ジスト層の厚さ等によって決定される。この工程で実施
例１で述べたことと同じ理由によって、領域３９および
４１のレジスト層３７のみが感光・除去される。

【００３１】次に適当なエッチング法、例えば公知の燐
酸エッチング法や反応性イオンエッチング法等もしくは
それらの組み合わせによって領域３９および４１の窒化
珪素膜３６がエッチングされる。

【００３２】さらに適切なエッチング法によって領域３
９および４１の多結晶珪素膜３５をエッチングする。

【００３３】次に、垂直に電子線を照射し、残っている
領域４０の部分のレジスト層３７を感光・除去する。さ
らに、適切なエッチング法で領域４０の窒化珪素膜３６
および領域３９および４１の窒化珪素膜３４を除去し、
次いで領域４０の部分の多結晶珪素膜３５の一部と領域
３９および４１の多結晶珪素膜３３の一部を除去する。
こうして、図４（ｃ）を得る。

【００３４】その後、高温、例えば６００〜１２００℃
の酸素雰囲気に置くことによって、領域３９、４０、４
１の多結晶珪素層もしくは単結晶珪素基板を選択的に酸
化し、酸化珪素領域４２、４３、４４を得る。このと
き、酸化珪素領域４２および４４は単結晶珪素基板３１
の深部にまで侵入しているのにたいし、酸化珪素領域４
３は窒化珪素層３４が障壁となって、それ以下の部分の
酸化はおこらない。このようにして、図４（ｄ）を得
る。

【００３５】つぎに、適切なエッチング方法、例えばス
パッタエッチング等の、材質によってエッチングレート
に著しくは差のないエッチング方法を用いることによっ
て、段差をそのまま保存するようエッチングをおこな
い、図４（ｅ）で示される構造を得る。ここで重要なこ
とはエッチング前に酸化珪素領域４３がその周囲の窒化
珪素膜３６に比べて高くなっていることである。このこ
とによって最終的に図４（ｅ）で示されるごとく、ゲイ
ト電極となる多結晶珪素層４５が残存した構造が得られ
る。材料によってエッチングレートに大きな差のある方
法を採用する場合には、そのエッチングレートの差を考
慮しなければならない。もちろん、この工程を、例え
ば、最初に窒化珪素膜を選択的にエッチングする方法に
よって窒化珪素膜３６をエッチングし、その後、スパッ
タエッチング等の、材質によってエッチングレートに著
しくは差のないエッチング方法を用いることによって、
段差をそのまま保存するようエッチングをおこなうこと
も、また、その工程を２回繰り返して、窒化珪素膜３４
とその下の多結晶珪素膜３５をエッチングすることも可
能である。特に、後者の方法を採用すれば、ゲイト電極
４５上に窒化珪素膜３４の一部が残存することとなる。

【００３６】この後、公知のイオン打ち込み法等によっ
て不純物領域（ソースおよびドレイン、図には示されて
いない）を形成し、該ソースおよびドレイン領域にアル
ミニウム等の材料によって電極・配線を形成することに
よって電界効果型トランジスターが完成される。この構
造の素子は、例えば、ＣＭＯＳ等の論理回路では頻繁に
用いられている。

【００３７】図４に示される工程に必要とされるマスク
合わせは１回であり、しかも、その工程では精密なマス
ク合わせの技術を必要としない。最後にアルミニウム等
の材料で電極・配線を形成する必要があり、この工程で
は精密なマスク合わせの技術が必要であるが、少なくと
も２回のマスク合わせの工程によって、電界効果型トラ
ンジスターを形成できる。

【００３８】一方、従来、この構造の電界効果型トラン
ジスターを得るためには、素子間分離領域形成、ゲイト
電極形成、およびソース、ドレイン電極・配線形成のた
めに計３回のマスク合わせの工程が必要であり、かつ、
後２者は、精密にマスクをあわせる必要があった。この
ため、製品の歩留りが悪かった。本実施例に示した方法
では精密なマスク合わせの工程を半分にでき、それによ
って飛躍的に歩留りの向上を計ることができる。

【００３９】〔実施例４〕図５に基づいて本発明の実施例を説明する。図５におい
て、黒色で示される部分は窒化珪素を、縦線で示される
部分は酸化珪素を、無色で示される部分は単結晶珪素も
しくは多結晶珪素をあらわしている。

【００４０】まず、単結晶珪素基板５１上に、厚さ１０
〜５０ｎｍの酸化珪素膜５２、厚さ１００〜１０００ｎ
ｍの多結晶珪素膜５３、厚さ１〜５０ｎｍ、望ましくは
１０〜５０ｎｍの窒化珪素膜５４が積層される。これら
の皮膜の形成には適切な皮膜形成方法が用いられる。例
えば、多結晶珪素膜は、公知の化学的気相成長法等によ
って作製され、酸化珪素膜は公知の化学的気相成長法も
しくは下地の単結晶珪素の熱酸化等によって作製され、
さらに窒化珪素膜は公知の化学的気相成長法もしくは下
地の多結晶珪素の熱窒化等によって作製されるが、それ
以外の方法も用いられうる。また、各膜の厚さは、例と
して示されたもので、上記の範囲の中で選択されること
はもちろん、それ以外の値をとることも可能である。

【００４１】この多層構造を有する膜の上に公知のスピ
ンコーティング法によって、電子線に対して感光性を有
する層５５を例えば、厚さ１００ｎｍ形成し、さらに紫
外線に対して感光性を有しないポリマー材料からなる層
５６を例えば１０００ｎｍ、および紫外線に対して感光
性を有するポリマー材料からなる層５７を例えば、厚さ
１００ｎｍ形成する。これら感光層の厚さは、電子線も
しくは紫外線に対して十分な感光が得られる程度に厚い
ことが必要であり、また、本発明の特徴を考慮すれば、
感光層５７および非感光層５６の厚さはエッチングによ
って作製される素子の大きさを考慮して決定される。

【００４２】このようにして得られた多層物質に、マス
クを用いて、垂直に紫外線を照射し、感光層５７および
下地の非感光層５６を感光・除去して図５（ａ）を得
る。このとき形成される領域５８、５９、６０の幅は、
例えばそれぞれ、２μｍ、１μｍ、２μｍである。

【００４３】更に実施例２および３と同様に、例えば、
４５゜の角度で斜めから電子線が照射され、感光層５５
のうち、領域５８および６０の部分のみが除去される。
次に適当なエッチング法、例えば公知の燐酸エッチング
法や弗酸エッチング法のごとき湿式法、あるいは反応性
イオンエッチング法のごとき乾式法、もしくはそれらの
組み合わせによって領域５８および６０の窒化珪素膜５
４の全部、多結晶珪素膜５３の全部もしくは一部がエッ
チングされる。図ではエッチングの深さは酸化珪素層５
２までであるが、必要によってはそれより深くエッチン
グしてもよい。また、酸化珪素層５２に達しないような
浅いエッチングでもよい。このときのエッチングの深さ
は後に述べる酸化工程によって決定される（図５
（ｂ））。次に、垂直に電子線を照射し、残っている領
域５９の部分のレジスト層５５を感光・除去し、領域５
９の部分の窒化珪素膜５４をエッチングする。さらに全
てのレジスト層を除去する。こうして図５（ｃ）を得
る。

【００４４】その後、高温、例えば６００〜１２００℃
の酸素雰囲気に置くことによって、領域５８、５９、６
０の多結晶珪素膜もしくは単結晶珪素基板を選択的に酸
化し、酸化珪素領域６１、６２、６３を得る。その他の
部分の多結晶珪素膜は、上面に窒化珪素膜５４が存在す
るため酸化されない。この酸化工程において、酸化珪素
領域６１および６３は単結晶珪素基板５１の深部にまで
侵入しているのにたいし、酸化珪素領域６２はその下に
多結晶珪素膜５３の一部が残存した状態で酸化を止める
ことが必要である。こうして、図５（ｄ）を得る。

【００４５】つぎに、適切なエッチング方法、例えばス
パッタエッチング等の、材質によってエッチングレート
に著しくは差のないエッチング方法を用いることによっ
て、段差をそのまま保存するようエッチングをおこな
い、図５（ｅ）で示される構造を得る。ここで重要なこ
とはエッチング前に酸化珪素領域６２がその周囲の窒化
珪素膜５４に比べて高くなっていることである。このこ
とによって最終的に図５（ｅ）で示されるごとく、ゲイ
ト電極となる多結晶珪素膜６４が残存した構造が得られ
る。材料によってエッチングレートに大きな差のある方
法を採用する場合には、そのエッチングレートの差を考
慮しなければならない。もちろん、この工程を、例え
ば、最初に窒化珪素膜を選択的にエッチングする方法に
よって窒化珪素膜５４をエッチングし、その後、スパッ
タエッチング等の材質によってエッチングレートに著し
くは差のないエッチング方法を用いることによって、段
差をそのまま保存するようエッチングをおこなうことも
可能である。

【００４６】この後、公知のイオン打ち込み法等によっ
て不純物領域（ソースおよびドレイン、図には示されて
いない）を形成し、該ソースおよびドレイン領域にアル
ミニウム等の材料によって電極・配線を形成することに
よって電界効果型トランジスターが完成される。この構
造の素子は、例えば、ＣＭＯＳ等の論理回路では頻繁に
用いられている。

【００４７】図５に示される工程に必要とされるマスク
合わせは１回であり、しかも、その工程では精密なマス
ク合わせの技術を必要としない。最後にアルミニウム等
の材料で電極・配線を形成する必要があり、この工程で
は精密なマスク合わせの技術が必要であるが、少なくと
も２回のマスク合わせの工程によって、電界効果型トラ
ンジスターを形成できる。

【００４８】一方、従来、この構造の電界効果型トラン
ジスターを得るためには、素子間分離領域形成、ゲイト
電極形成、およびソース、ドレイン電極・配線形成のた
めに計３回のマスク合わせの工程が必要であり、かつ、
後２者は、精密にマスクをあわせる必要があった。この
ため、製品の歩留りが悪かった。本実施例に示した方法
では精密なマスク合わせの工程を半分にでき、それによ
って飛躍的に歩留りの向上を計ることができる。

【００４９】〔実施例５〕図６に基づいて本発明の実施例を説明する。図６におい
て、黒色で示される部分は窒化珪素を、縦線で示される
部分は酸化珪素を、無色で示される部分は単結晶珪素も
しくは多結晶珪素をあらわしている。

【００５０】まず、単結晶珪素基板７１上に、厚さ１０
〜５０ｎｍの酸化珪素膜７２、厚さ１００〜１０００ｎ
ｍの多結晶珪素膜７３、厚さ１〜５０ｎｍ、望ましくは
１０〜５０ｎｍの窒化珪素膜７４が積層される。これら
の皮膜の形成には適切な皮膜形成方法が用いられる。例
えば、多結晶珪素膜は、公知の化学的気相成長法等によ
って作製され、酸化珪素膜は公知の化学的気相成長法も
しくは下地の単結晶珪素の熱酸化等によって作製され、
さらに窒化珪素膜は公知の化学的気相成長法もしくは下
地の多結晶珪素の熱窒化等によって作製されるが、それ
以外の方法も用いられうる。また、各膜の厚さは、例と
して示されたもので、上記の範囲の中で選択されること
はもちろん、それ以外の値をとることも可能である。

【００５１】この多層構造を有する膜の上に公知のスピ
ンコーティング法によって、第１のレジスト層７５を例
えば、厚さ６００ｎｍ形成し、さらに同様に第２のレジ
スト層７６を例えば１０００ｎｍ形成する。ここで、図
には明示されていないが、第１のレジスト層７５は紫外
線および電子線に対して何ら感光特性を示さない有機材
料の層とその上の厚さ１００ｎｍの電子線に対して感光
性を示す感光層との２層からなっており、また、レジス
ト層７６は紫外線および電子線に対して何ら感光特性を
示さない有機材料の層とその上の厚さ１００ｎｍの紫外
線に対して感光性を示す感光層との２層からなってい
る。したがって、何れの層も電子線もしくは紫外線の照
射によって、最表面の薄い層のみが感光し、剥離する。
そのため、その下の有機材料の非感光層は、それに引き
続くエッチング工程によって除去されるものである。こ
のような、２層もしくはそれ以上の多層構造のレジスト
は特に本発明のような、意図的に厚いレジスト層が必要
とされる場合には、微細なパターンをエッチングする上
で効果的である。これらのレジスト層中の感光層の厚さ
は、電子線もしくは紫外線に対して十分な感光が得られ
る程度に厚いことが必要であり、また、本発明の特徴を
考慮すれば、レジスト層７６の厚さはエッチングによっ
て作製される素子の大きさを考慮して決定される。

【００５２】このようにして得られた多層物質に、マス
クを用いて、垂直に紫外線を照射し、第２のレジスト層
７６を感光・除去して図６（ａ）を得る。このとき形成
される領域７７、７８、７９の幅は、例えばそれぞれ、
２μｍ、１μｍ、２μｍである。

【００５３】更に実施例２および３と同様に、例えば、
４５゜の角度で斜めから電子線が照射され、第１のレジ
スト層７５のうち、領域７７および７９の部分のみが除
去される。こうして図６（ｂ）を得る。

【００５４】次にスパッタエッチング法やＥＣＲプラズ
マエッチング法等のごとき乾式エッチング法によって全
面をほぼ同じレートでエッチングする。ここで重要なこ
とは、レジスト等の有機材料や多結晶珪素や窒化珪素の
ごとき無機材料において著しくエッチングレートが異な
らず、図６（ｂ）で得られた段差をほぼ保持しながらエ
ッチングが進行するように、レジスト材料やエッチング
の方式を選択することである。また、図では領域７７お
よび７９のエッチングの深さは酸化珪素膜７２には到達
していないが、必要によっては、より深いエッチングを
おこなってもよい。また、領域７８に関しては少なくと
も、窒化珪素層７４は除去されていることが必要であ
る。このようにして図６（ｃ）を得る。

【００５５】その後、レジスト層７４を除去し、高温、
例えば６００〜１２００℃の酸素雰囲気に置くことによ
って、領域７７、７８、７９の多結晶珪素膜７３もしく
は単結晶珪素基板７１を選択的に酸化し、酸化珪素領域
８０、８１、８２を得る。その他の部分の多結晶珪素膜
は、上面に窒化珪素膜７４が存在するため酸化されな
い。この酸化工程によって、酸化珪素領域８０および８
２は単結晶珪素基板７１の深部にまで侵入していること
と、酸化珪素領域８１はその下に多結晶珪素膜７３の一
部が残存していることが必要であり、これは酸化の際の
温度と時間等の調節によって制御される。こうして、図
６（ｄ）を得る。

【００５６】つぎに、適切なエッチング方法、例えばス
パッタエッチングやＥＣＲプラズマエッチング法等の、
材質によってエッチングレートに著しくは差のないエッ
チング方法を用いることによって、段差をそのまま保存
するようエッチングをおこない、図６（ｅ）で示される
構造を得る。ここで重要なことはエッチング前に酸化珪
素領域８１がその周囲の窒化珪素膜７４に比べて高くな
っていることである。このことによって最終的に図６
（ｅ）で示されるごとく、ゲイト電極となる多結晶珪素
膜８３が残存した構造が得られる。材料によってエッチ
ングレートに大きな差のある方法を採用する場合には、
そのエッチングレートの差を考慮しなければならない。
もちろん、この工程を、例えば、最初に窒化珪素膜を選
択的にエッチングする方法によって窒化珪素膜７４をエ
ッチングし、その後、スパッタエッチング等の材質によ
ってエッチングレートに著しくは差のないエッチング方
法を用いることによって、段差をそのまま保存するよう
エッチングをおこなうことも可能である。

【００５７】この後、公知のイオン打ち込み法等によっ
て不純物領域（ソースおよびドレイン、図には示されて
いない）を形成し、該ソースおよびドレイン領域にアル
ミニウム等の材料によって電極・配線を形成することに
よって電界効果型トランジスターが完成される。この構
造の素子は、例えば、ＣＭＯＳ等の論理回路では頻繁に
用いられている。

【００５８】図６に示される工程に必要とされるマスク
合わせは１回であり、しかも、その工程では精密なマス
ク合わせの技術を必要としない。完成品としての電界効
果型トランジスターを得るためには、図には示されてい
ないが、さらにアルミニウム等の材料で電極・配線を形
成する必要があり、この工程では精密なマスク合わせの
技術が必要である。以上、２回のマスク合わせの工程に
よって、電界効果型トランジスターを形成できる。

【００５９】一方、従来、この構造の電界効果型トラン
ジスターを得るためには、素子間分離領域形成、ゲイト
電極形成、およびソース、ドレイン電極・配線形成のた
めに計３回のマスク合わせの工程が必要であり、かつ、
後２者は、精密にマスクをあわせる必要があった。この
ため、製品の歩留りが悪かった。本実施例に示した方法
では精密なマスク合わせの工程を半分にでき、それによ
って飛躍的に歩留りの向上を計ることができる。

【００６０】本実施例は２回のマスクあわせだけによっ
て電界効果型トランジスターが形成できることを特徴と
するものではないことを強調する。すなわち、本実施例
では、最低２回のマスク合わせ工程によって、必要最小
限の機能・信頼性を有した電界効果型トランジスターが
形成できることを特徴とするものであって、製作者が、
より、信頼性や機能を充実させようとして本実施例に示
したマスクあわせ工程に加えて、さらなるマスク合わせ
工程を施したとしても、これは、当然のことながら本実
施例の利用であり、ひいては本発明の利用である。

【００６１】

【発明の効果】発明の構成である、レジストの厚みを利
用して露光のための光を斜めから照射することで、従来
の微細加工工程におけるマスク合わせの問題を低減する
ことができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を利用した実施例を示す。

【図２】本発明の構成を利用した実施例を示す。

【図３】本発明の構成を利用した実施例を示す。

【図４】本発明の構成を利用した実施例を示す。

【図５】本発明の構成を利用した実施例を示す。

【図６】本発明の構成を利用した実施例を示す。

【符号の説明】

１・・・マスク２・・・レジスト３・・・レジスト４・・・多結晶珪素膜５・・・酸化珪素膜６・・・単結晶珪素基板

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電子線又は電磁波に対して感光性を有す
る第１のレジスト層を形成する工程と、紫外光に対して
感光性を有する第２のレジスト層を形成する工程と、前
記第２のレジスト層をパターニングする工程と、電子線
又は電磁波を斜め方向から照射し、前記第１のレジスト
層のうち前記電子線又は電磁波に対して前記第２のレジ
スト層の影になる部分以外を感光させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。