JPS61285725A - 微細パタ−ン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体装置の製造における微細パターン形成
方法に係り、特に集積回路（ＩＣ）の製造工程において
、サブミクロンのオーダーの微細パターンの形成が可能
な微細パターン形成方法に関する。

（従来の技術） 従来、ＩＣの微細パターン形成方法としては種々の方法
がある。

以下、従来の微細パターンの形成方法の一例として、Ｓ
ｉ基板にダイナミックＲＡＭのコンデンサ用のトレンチ
（ｔｒｅｎｃｈ）を形成する場合について説明する。

まず、第２図（ａ）に示されるように、Ｓｉ基板１を酸
化してＳｉＱ□膜２（膜厚１０００人）を形成する。

次いで、第２図（ｂ）に示されるように、そのＳｉｎｇ
膜２上に５ｉａＮ４膜３（膜厚２０００人）を形成する
。

次いで、第２図（Ｃ）に示されるように、その５ｉｓＮ
ａ膜３上にＳｔｏｗ膜４（膜厚４０００人）をＣＶＤ法
により形成する。

次いで、第２図（ｄ）に示されるように、そのＳｉｎｇ
膜４上にフォトレジスト５を塗布する。

次いで、第２図（ｅ）に示されるように、縮小投影型露
光装置により、フォトレジスト５を所定のマスクパター
ンに従って露光し、フォトレジストパターン５′を形成
する。ここではパターン幅ｄ、の凹パターンを形成する
。この場合、現状のりソグラフィ技術では最少パターン
幅ｄ１はせいぜい１．０μｍ程度である。

次に、第２図（ｆ）に示されるように、フォトレジスト
パターン５′をマスクとしてドライプロセスにより５ｉ
ｎ２膜４、Ｓｉ、Ｎ、膜３及びＳｉＯ２膜２をエツチン
グする。

最後に、第２図（ｇ）に示されるように、前記の５ｉＣ
）ｚ膜パターン４′、Ｓｉ、Ｎ、膜パターン３及び５ｉ
Ｃｈ膜パターン２をマスクとしてＳｉ基板１をドライプ
ロセスによりエツチングする。

以上のプロセスで、Ｓｔ基板ｌに、例えば、最少パター
ン幅１μｍ、深さ２μｍ〜３μｍのトレンチを形成する
ことができる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記したように、現状のりソグラフィを
用いた微細加工技術では、得られる最少パターン幅は露
光装置の光学系、及び現象時の解像度で決まり、それ以
下の微細なパターンは形成できない。従って、上述のプ
ロセスによる限り、１μｍ程度のパターン形成が限界で
あった。

本発明は、このような状況に鑑みて、現在の最少微細パ
ターン形成の限界を克服する更なる微細パターンを形成
可能であり、しかもそのパターン精度をより一層高める
ことができる微細パターン形成方法を提供することを目
的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記問題点を解決するために、パターンを形
成すべきパターン形成材料上に耐酸化性の中間膜を設け
、この中間膜上に酸化により体積膨脹を伴うマスク膜、
及びそのマスク膜上に耐酸化性の被覆膜を形成する。そ
こで、これらのマスク膜及び被覆膜をリソグラフィによ
りバターニングし、凹パターンを形成する。次に、この
凹パターンを酸化し、マスク膜パターンの側面に酸化膜
を成長させる。次にこの酸化膜及び残留マスク膜パター
ンを耐エツチングマスクとしてエツチングを行い、微細
パターンを前記パターン形成材料に形成するようにした
ものである。

（作用） 本発明によれば、耐酸化性の中間膜上のマスク膜及び被
覆膜をリソグラフィによりパターニングし、幅ｄｂの凹
パターンを形成する。そしてこの凹パターンを形成する
マスク膜パターン１４′の酸化により、凹パターンの幅
ｄ、はりソグラフィによるパターン幅ｄ、より小さくな
る。この凹パターンの幅ｄ、をエツチングすることによ
り、サブミクロンオーダーの微細パターンを形成するこ
とができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明の微細パターン形成方法の説明図であり
、この方法を工程順に示したものである。

まず、第１図（ａ）に示されるように、Ｓｉ基板１１上
にパターンを形成したいパターン形成膜１２、例えば５
ｔｏｔ膜（膜厚１．５μｍ）を形成する。

次に、第１図（ｂ）に示されるように、そのパターン形
成膜１２上に耐酸化性の中間膜１３、例えば、５ｉｔＮ
４膜（膜厚２０００人）を形成する。

次に、第１図（Ｃ）に示されるように、その中間膜１３
上にマスク膜１４、例えば、多結晶Ｓｉ膜（膜厚０．１
μｍ）を形成する。

次に、第１図（ｄ）に示されるように、被覆膜】５、例
えば、５ｉｚＮａ膜（膜厚０．２μｍ）を堆積させる。

次に、第１図（ｅ）に示されるように、通常のりソグラ
フィによりマスク膜１４及び被覆膜１５をパターニング
し、凹パターン（例えば、パターン幅ｄ、１μｍ）を形
成する。なお、ここでリソグラフィとは前処理、塗布、
ベータ、露光、現像、ベーク、加工、除去の各工程を含
むものとする。

次に、第１図（ｆ）に示されるように、引き続き酸化を
行い、厚さｔａｘの酸化膜１６、例えば、０．５μｍの
Ｓ　ｉ　ＯＨ膜を成長させる。この時、酸化膜１６はマ
スク膜のパターン１４′の側面部のみに成長する。

この酸化膜１６の成長はその成長方向が横方向のみであ
り、その酸化膜の厚さｔｏｘは容易に制御することがで
き、かつ再現性にも優れ、パターン精度を高めることが
できる。

ここで、酸化後のパターン幅ｄ１と酸化前のパターン幅
ｄｂ、酸化膜１５の厚さｔｏｘとの関係は、被覆膜とし
て多結晶Ｓｉ膜を用いる場合、次のように表される。

ｄ＊＝ｄｂ　　０．５６ＸｔｏｘＸ２　　−（１１ここ
で、０．５６は多結晶Ｓｔ膜の酸化により成長する酸化
膜が多結晶Ｓｉ膜の外部へ膨張する場合である。

従って、この式によって、リソグラフィによる限界パタ
ーン幅ｄ、をｌ　ｐ　ｍ、　ｔｏｘを０．５．ｕｍとす
ると、この場合、 ｄ、　−１−０，５６Ｘ０．５Ｘ　２　　　　　（ｐｍ
）−０，４４Ｃμｍ〕 となる。

最後に、第１図（ｇ）に示されるように、残留被覆膜パ
ターン１４＃及び酸化膜１６をマスクとして中間膜１３
及びその下部のパターン形成膜１２をエツチングし、酸
化膜１６、残留被覆膜パターン１４′中間膜１３及びパ
ターン形成［１２ののエツチング部を除去すれば、パタ
ーン形成膜１２にパターン幅ｄい例えば、０．４４μｍ
の微細パターンを得ることができる。

このように、従来のりソグラフィにおける光学系で決ま
る微細パターンの最少パターン幅ｄ、は大きくても、最
終的に形成されるパターン幅ｄ。

はそのパターン幅ｄｂ以下に形成することができる。

なお、この本発明においては、上記したように、酸化に
より表面に酸化膜をつくるマスク膜上に更に耐酸化性の
被覆膜を堆積させて、該被覆膜をマスクとしてマスク膜
を酸化するようにしているが、該被覆膜を設けることな
く、マスク膜の酸化を行い、微細パターンを形成するこ
とも有効であり、これについては別出願によって提案し
ている。しかし、この微細パターン形成方法による。と
、パターンの精度の点で本発明に及ばない点がある。即
ち、（１）マスク膜は上方及び側方から酸化されるため
、角の部分が丸くなってブレが生じる。

（２）上方が酸化されるためマスク膜の厚さは酸化され
る量販上に厚（しなければならない０例えば、側面を０
．５μｍ酸化するためには少なくとも０．５μｍのマス
ク膜が必要になる。すると、マスク膜が厚くなるためパ
ターンの精度が劣ることになる。例えば、マスク膜とし
ての多結晶Ｓｉが０゜１μｍ程度であるならば、パター
ン精度は１μｍとすると、多結晶Ｓｉが１μｍであると
、パターニング精度は１．５μｍ〜２μｍ程度に劣化す
ることになる。これは多結晶Ｓｉのブレーンサイズなど
の影響と思われる。従って、マスク膜の厚さはできるだ
け薄（することが好ましい。

この点からして本発明はパターン精度の向上を図ること
ができる。

また、上記実施例は一例にすぎず、下記のように実施す
ることもできる。

（１）第１図に示される実施例におけるパターン形成材
料を５ｉｚＮ４膜とすることもでき、その場合はＳｉｎ
ｇ膜１２膜設２る必要はない。

（２）第１図に示される実施例におけるパターン形成材
料をＳ＋基板１１とすることもできる。

（３）上記実施例においてはマスク膜１４として多結晶
Ｓｉ膜を用いたが、これを無定形Ｓｉ膜にすることもで
き、これによっても同様の作用効果を得ることができる
。

（４）同様に、マスク膜１４として５ｔ−Ｇｅの混在膜
を用いることもできる。この場代、酸化速度が早いので
酸化処理を短時間で終了することができるという利点を
有する。但し、上記（１１式は混在するＧｏの量に応じ
て修正する必要がある。

（５）また、マスク１１１１４として、モリブデンシリ
サイド膜を使用することもできる。この場合も酸化速度
は早く、酸化処理の時間を短縮できる。

なお、上記（１）式は修正を要する。

（６）更に、マスク膜１４としてタンタルシリサイド膜
、タングステンシリサイド膜、チタンシリサイド膜、ニ
ッケルシリサイド膜、コバルトシリサイド膜、白金シリ
サイド膜、パラジウムシリサイド膜などを用いることが
できる。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように本発明によれば、パターン
を形成すべきパターン形成材料上に耐酸化性の中間膜を
形成する工程と、該中間膜上に酸化により体積膨脹を伴
うマスク膜を形成する工程と、該マスク上に耐酸化性の
被覆膜を形成する工程と、該被覆膜及びマスク膜をリン
グラフィによってパターニングし、凹パターンを形成す
る工程と、該凹パターンの酸化を行い、マスク膜パター
ンの側面に酸化膜を成長させる工程と、該酸化膜及び残
留マスク膜パターンを耐エツチングマスクとしてエツチ
ングを行い、前記パターン形成材料にパターンを形成す
る工程とを順に施すようにしたので、 （１）現在のりソグラフィ技術による微細パターン形成
の限界を克服し、更なる微細なパターンを形成すること
ができる。従って、ＩＣの高密度化を容易に達成するこ
とができる。

（２）光学系の最少パターン幅の半分程度の最少パター
ン幅を得ることができるので、例えば、最終パターン幅
を１μｍとすれば、光学系のパターン幅を２μｍ程度と
することができ、光学系としては余裕のあるところで微
細パターンを形成することができ、歩留まりの向上を図
ることができる。

（３）マスク膜上を耐酸化性の被覆膜で覆い、しかる後
、このマスク膜の側面のみに酸化膜を成長させるように
しているので、成長する酸化膜の厚さの制御性、再現性
に優れ、また、マスク膜のエッヂのブレを防止すること
ができると共にマスク膜は薄くすることができる。従っ
て、微細パターンの精度の向上を図ることができる。

そして、本発明は、例えば、デバイスの分離技術である
トレンチアイソレーションなどに用いることができ、微
細なデバイスの分離が可能になり、ＬＳＩ、ＶＬＳＩ化
に寄与するところ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る微細パターン形成方法の説明図、
第２図は従来の微細パターン形成方法の説明図である。 １１・・・Ｓｉ基板、１２・・・パターン形成膜（Ｓｉ
０２膜）、１３・・・中間膜（Ｓｉ、Ｎ、膜）、１４・
・・マスク膜（多結晶Ｓｉ膜）、１５・・・被覆膜（Ｓ
ｉｓＮｎ膜）、１６・・・酸化膜（Ｓｉｆｔ膜）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、（イ）パターンを形成すべきパターン形成材料
   上に耐酸化性の中間膜を形成する工 程と、 （ロ）該中間膜上に酸化により体積膨脹を伴うマスク膜
   を形成する工程と、 （ハ）該マスク膜上に耐酸化性の被覆膜を形成する工程
   と、 （ニ）該被覆膜及びマスク膜をリソグラフィによってパ
   ターニングし、凹パターン を形成する工程と、 （ホ）該凹パターンの酸化を行い、マスク膜パターンの
   側面に酸化膜を成長させる 工程と、 （ヘ）該酸化膜及び残留マスク膜パターンを耐エッチン
   グマスクとしてエッチング を行い、前記パターン形成材料にパタ ーンを形成する工程とを順に施すこと を特徴とする微細パターン形成方法。
2. （２）前記マスク膜は多結晶シリコン膜であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の微細パターン形成
   方法。