JPS62281428A - 半導体装置の製造方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は写真処理技術を利用して下地膜（基板）にパタ
ーン転写するリソグラフィー技術に関し、特に半導体装
置プロセスにおけるレジストパターン形成用のマスクと
、これを用いて部分的に深さの異なるエツチングを行う
パターン形成方法に関する。

〔従来技術〕

半導体装置を製造するためのリングラフィ技術において
は、半導体やその酸化膜などの下地材料を部分的にエツ
チングするだめのホトレジストパターンは明暗コントラ
ストを高めることで微細化を実現している。（日経マグ
ロウヒル社１９８５年８月ＮＩＫＫＥＩ　ＭＩＣＲＯＤ
ＥＶＩＣＥＳ　ｐ６１〜７０）本発明者において、検討
、実施され、一般には必しも公知ではない光リソグラフ
ィー技術の例を掲げると次のとおりである。

（１）レチクル（マスク）として、第１５図に示すよう
に透明ガラス板５にＣｒ等の金属膜パターン４を形成し
たものを通して下地材２上に塗布されたレジスト３に光
を部分的に露光する。

（２）上記マスクパターンは単なる明暗パターン４ａ＋
４ｂとして形成されたものであるから、現偉されたホト
レジストは明暗に対応した窓６をもつにすぎないホトレ
ジストパターン（３ａ）として形成される（第１６図）
。

（３）このホトレジストパターン３ａを使用して下地材
２をエツチングする。このエツチングは、たとえばリア
クティブ・イオン・エツチングＲＩＥのごときドライエ
ッチ技術を採用し、下地材に上記パターンの穴をあける
ことになる（第１７図）。

〔発明が解決しようとする問題〕

上記のようなマスクパターンを使用し、下地材にエツチ
ングして得られた穴や溝は、第１７図に示されるように
マスクパターン乃至レジストパターンに対応した寸法・
形状と同じエッチ深さを有する。

現在、微細加工のために採用されているプラズマを利用
したドライエツチング技術によればその多くは異方性エ
ツチングであってエネルギーを持ったイオン流を利用す
るため、エツチングされた穴の端面（内側面）は主面に
対し直角となり、その上に配線のための金属等の膜を形
成する場合に穴のエツジ部でのカバレジ（ステップカバ
レジ）がわるく、配線不良等をひき起すことＫなった。

このようなカバレジ不良を防ぐためエッチされた穴にテ
ーパを設けたり、あるいは部分的に厚さの異なる下地膜
に透孔なあけようとする場合、エッチ深さの制御が１回
のみのエッチでは困難であり、制御が適正でないことに
よってオーバエッチを生じ、そのために下地にダメージ
を与えることなど問題が多かった。

本発明は上記した問題を克服するべくなされたものであ
り、その一つの目的は工程を増やすことなくエッチ穴の
深さや内側面の形状を制御できるマスクエッチ法を提供
することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は本
明細書の記述および添付図面からあきらかになろう。

〔問題を解決するための手段〕

本題において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば下記のとおりである。

すなわち、透明板の一部に光の透過率を制御しうるパタ
ーンを有するパターン形成用マスクを使用して部分的に
深さの異なる穴乃至溝のパターンを有するレジストパタ
ーンを形成し、このレジストパターンを通して下地膜乃
至基板の表面をエッチすることにより、上記部分的に深
さの異なる穴乃至溝を有するパターンを上記下地膜乃至
基板表面に転写するものである。

〔作用〕

上記した手段によれば一回のエツチング工程で下地膜乃
至基板表面にエッチ穴の深さや内側面の形状を制御する
ことができ、前記発明の目的を達成できる。

〔実施例１〕 第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示すものであっ
て、レジストマスクを使用して絶縁下地膜に大あげを行
うプロセスの工程断面図である。

以下工程順に説明する。

（１）第１図に示すよ５に基板１上にたとえばポリイミ
ド系有機樹脂等からなる厚い絶縁膜２を形成し、この上
にレジスト膜（ポジ型ホトレジスト）３を形成したもの
を用意し、パターン形成用マスク４を通してホトレジス
ト３に部分的に露光する。

このマスク４は透明ガラス板５の一方の主面（下面）に
Ｃｒなとの金属からなるパターン４を形成したものであ
り、このパターンは光を全く通さない暗部４ａ＋光を１
００％通す明部４ｂ、光を５０％しか通さない中間部４
０等からなる。中間部の一部は暗部から明部に傾斜的（
又は階段的）Ｋ変化する傾斜的中間部４ｄである。同図
の矢印は露光のための光（たとえば紫外線、Ｘ線）を示
す。

（２）ホトレジストを露光後、現偉すると、第２図に示
すように、光の通過する量に応じて深い穴（透孔）６ａ
、浅い穴６ｂ及び内側面が傾斜した穴６Ｃを有するホト
レジストパターン３ａを任意に形成できる。

（３）上記ホトレジストパターン３ａを通して下地膜で
あるポリイミド樹脂膜２のエツチングを行う。

この場合、エツチングは酸素ガスＯ７をエッチャントと
するドライエッチにより行うと、第３図に示すように下
地膜２にホトレジストパターンの深すを含めた形状１寸
法をそのまま転写した深い穴（透孔）７ａ、浅い穴７ｂ
、及び内側面が傾斜した穴７Ｃが形成される。

上記実施例によれば１回のホトエツチング工程によって
従来、複数回のホトエツチング工程を経なければできな
かった深さの異なる穴を形成することができ、又、テー
パ側面をもつ穴の形成も可能となる。尚上記では下地膜
２をポリイミド系樹脂膜としたがシリコン酸化膜Ｓ　ｉ
Ｏ，やシリコン９化膜ＳｉＮ等の無機膜でも良い。この
時はエッチャントをレジストをエツチングできる０、ガ
スと上記無機膜をエツチングできるＣＨＦ、、ＣＦ４ガ
スなどとを混合しレジストと被加工材料２とのエツチン
グ比をその混合比でコントロールして行なうことができ
る。

〔実施例２〕 第４図乃至第６図は本発明の他の一実施例を示すもので
あって、たとえば、リニアＩＣにおいて２層配線を形成
する際に、眉間膜にホトエツチングによる穴をあげる場
合に適用した一部工程断面図である。

（１）第４図において、１は半導体（Ｓｉ）基板、８は
表面酸化膜（ＳｉＯｙ）、９は第２層Ａ２配線、２はそ
の上を覆う層間膜、たとえばポリイミド系樹脂である。

３（ａ）はホトレジストであって、その一部には実施例
１で述べた手段によりテーパ側面を有する深い穴６Ｃと
浅い穴６ｂのごときパターンが形成されている。

（２）上記ホトレジストパターン３ａを通して層間膜２
をスルーホールのためのドライエツチングすることによ
り第５図に示すようにホトレジストパターン３ａをその
まま転写した深いテーパ側面を有す名犬７Ｃと浅い穴７
ｂが形成される。

（３）第６図に示すように、全面にＡ２を蒸着（スパッ
タ）し、パターニングを行って第２層ＡＡ配線１０ａ、
１０ｂを形成する。このうち、第２層Ａ２配線の一部１
０ｂは眉間膜の穴７ｂを通じて第２層Ａ２配線に接続さ
れる。

ＡＡ配線を埋めこんだ層間膜をエッチする場合にＡｎ配
線のあるところとないところでは、層間膜の厚さが異な
り、そのままドライエッチを行って層間膜の厚い部分を
つきぬけるスルーホールをあけた場合、層間膜の薄いＡ
２配線表面部分はプラズマにさらされることによりダメ
ージを大きく受ける。しかし、本実施例ではホトレジス
トパターンに深さの異なるものを使用し、スルーホール
の深さを制御することによって、部分的オーバーエッチ
をなくし１．ｌ配線表面のダメージを防ぐことができる
。

又、深い穴においてはテーパ側面を形成することができ
るから、その上に第２層Ａ２配線を形成した場合にもス
テップカバレジのわるさをカバーできる。

〔実施例３〕 第７図乃至第９図は一つの基板Ｋ　ＩＪ　ニア部とＩＩ
Ｌ部を共有させる場合に本発明を適用した場合の実施例
であって、プロセス要部の工程断面図である、 （１）・第７図において、１１はＳｉ基板（サブストレ
ート）、１２はｎ十埋込層、１３はエピタキシャルｎ−
８ｉ層である。３　ａ　＋　３　ｂはホトレジストパタ
ーンで一方（３ａ）は厚く、一部（３ｂ）はマスクパタ
ーンの中間部を通して薄く形成しである。

（２）上記ホトレジストパターンを通してエピタキシャ
ルＳｉ層１３をホトエッチすることｋより、第８図に示
すように深い穴（溝）部１４と浅い穴部１５が形成され
る。

（３）第９図に示すよ５Ｖ−、エッチされないエピタキ
シャルＳｉ層の厚い部分１３ａにはｎｐｎ　）ランジス
タのためのベース９層１６、エミッタｎ十層１７を形成
し、浅くエッチされた部分１５のエピタキシャル層１３
ｂにはＩＩＬのためインジェクタｐ層１８．ペースｐ層
１９等を形成する。深くエッチされた部分（１４）の下
のエピタキシャル層にはアイソレーク１フ９層２０．コ
レクタ取出しｎ＋層２１等を形成する。

ｎｐｎ）ランジスタは高耐圧を要求されるためにエピタ
キシャル層の厚い部分を必要とし、ＩＩＬは増＠特性（
βｉ）を高めるためにはエピタキシャル層の薄い部分を
必要とし、アイソレーン５フ部やコレクタ取出し部は深
いエッチを行う方が有利である。従来はこれらを別個の
ホトエツチングにより得ていたが、本発明では１回のホ
トエツチングで同時に深さの異なる穴や溝が形成でき、
工程数を削減できる。

〔実施例４〕 第１０図及び第１１図は深さの異なる穴を有するホトレ
ジストパターンを使用して深さの異なる不純物イオン打
込みを行う部分の実施例を示す一部工程断面図である。

第１０図において、１は半導体基板、３ａはホトレジス
トパターンである、このホトレジストパターン３ａＫは
実施例１で述べた手段により深い穴６ｂと浅い穴６ｂが
あけられたパターンである。

このホトレジストパターン３ａをマスクにして不純物イ
オン打込みを行う。同図に示すようにホトレジストの厚
い部分では不純物は通過されず、パターンの深い穴の部
分では基板の表面から深く不純物導入層２２が形成され
、浅い穴の部分ではホトレジストによって打込みエネル
ギーがいく分減殺され、基板表面から浅い不純物導入層
２３が形成される。

第１１図ＶＣおいては、ホトレジストパターン３ａＫ側
面段部を有する穴６　ｃ　＋傾斜底面をもつ穴６ｄをあ
けたパターンを使用する。このホトレジストパターンを
マスクにして不純物イオン打込みを行うことにより、同
図に示すように、上記パターンの深さの変化に対応した
深さの異なる不純物導入層２４．２５を形成することが
できる。

なお、図示されないが、第１０図、第１１図で示される
不純物導入層はこのあと引伸拡散を行うことによりそれ
ぞれのパターンに対応する深さをもつ不純物拡散層が得
られる。

従来、半導体基板表面に深さの異なる不純物イオン打込
み乃至拡散層を形成する場合、異なる分だけ複数回のイ
オン打込みを必要としたが、本発明によれば１回のイオ
ン打込みでそれを可能とし、工程を著しく削減すること
がで身だ。

又、深さに傾斜を有する拡散層の形成は従来はとんど不
可能であったが、本発明はこれを可能とするものである
。

なお、上記実施例の変形例としては、部分的に深さの異
なるパターンを有するホトレジストパターンをいったん
形成したのち、このホトレジストパターンを通して下地
膜の表面をエッチし、上記パターンに対応する部分的に
深さの異なる穴等を有するパターンを下地膜に転写し、
しかるのち、このパターンの形成された下地膜をマスク
にしてこの下地膜が形成されている半導体基板の表面に
上記パターンに対応し、部分的に異なる深さの不純物イ
オン打込み乃至拡散層を形成することができる。

〔実施例５〕 第１２図乃至第１４図はＭＯＳ）ランジスタにおいて深
さの異なる不純物拡散層（ソース・ドレイン）を形成す
るプロ七スに本発明を適用した場合の例の工程断面図で
ある。

（１）第１図において、２６はｐ−型Ｓｉ半導体基板、
２７はうすいゲート絶縁膜（Ｓｉｎり、２８はポリＳｉ
からなるゲートである。２９は、やや厚い絶縁膜（Ｓｉ
ｎりでゲート表面及び基板表面にかけて形成される。３
０はホトレジストパターンであって、実施例１で述べた
ような手段により、一部に深い穴（透孔）３１を、他部
に浅い穴３２をあけたパターンとして形成されている。

（２）上記ホトレジストパターンをマスクに絶縁膜２９
をエッチすることにより、第１３図に示すように、一部
では深い穴３３が形成されて基板２６が露出し、他の一
部では浅い穴３４となって薄い絶縁膜３５の状態で残り
、ホトレジストの厚い部分では厚い絶縁膜２９として残
る。

このような絶縁膜をマスクにして不純物（たとえばドナ
）イオン打込みを行い、深い穴の部分では深い不純物導
入層３６が形成され、浅い穴の部分では絶縁膜３５を通
すことによって浅い不純物導入層３７が形成される。

（３）このあと引伸し拡散を行うことにより、不純物が
拡散されて第１４図に示すよ５１ｃ　＋Ｊ−ス・ドレイ
ンとなる深いｎ＋拡散層３８、及びオフセットゲート部
となる浅い拡散層３９が形成される。

４０はソース令ドレインにオーミックコンタクトするＡ
２電極である。

従来より高耐圧ＭＯ８）ランジスタにおいてはオフセッ
トゲートのために浅い拡散層を形成する必要があり、従
来はコンタクト部の他に別のイオン打込工程を必要とし
たが、本発明によりこれが一回のイオン打込み工程です
むことになった。

〔効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである
。

すなわち、深さの異なるエツチング、拡散層形成を１回
の工程で行うことができ、工程数の削減。

プロセスの簡素化ができ、又、スルーホール抵抗の低減
、スルーホール下の配線のダメージを低減し、素子の微
細化に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示し、絶縁膜に
穴あけを行うプロセスの工程断面図である。 第４図乃至第６図は本発明の他の一実施例を示し、２層
配線を形成する際の層間膜穴あけを含むプロセスの工程
断面図である。 第７図乃至第９図は本発明の他の一実施例を示しリニア
・ＩＩＬ共存プロセスの工程断面図である。 第１Ｏ図及び第１１図は本発明の他の実施例を示し、深
さの異なるイオン打込みを同時に行うプロセスの工程断
面図である。 第１２図乃至第１４図は本発明の他の一実施例を示し、
ＭＯＳ）ランジスタプロセスの工程断面図である。 第１５図乃至第１７図は絶縁膜に穴あけを行う場合の従
来プロセスの一例を示す工程断面図である。 １・・・基板、２・・・下地絶縁膜、３・・・ホトレジ
スト、４・・・マスクパターン、５・・・透明ガラス、
６・・・ホトレジストにエッチされた穴、７・・・下地
膜にエッチされた穴、９・・・第１層Ａ２配線、２２〜
２５・・・不純物導入部。 ′−−゛　、 代理人　弁理士　　小　川　勝　男　′５、。 第　　１　　図 ゝ／ 第　　２　　図 ２−丁ダこ蝮 ３−爪）Ｌジ゛′２） ４−１ズクバクーン Ｓ−力パラズ 第　　３　　図 ゝ／ 第　　４　　図 第　　５　　図 第　　９　　図 第１０図 第１４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透明基板面の一部に光透過率を制御しうる明暗パタ
   ーンを有するパターン形成用マスクを使用して部分的に
   深さの異なる穴乃至溝を有するホトレジストパターンを
   形成し、このレジストパターンを通して下地膜乃至基板
   の表面をエッチングすることにより部分的に深さの異な
   る穴乃至溝を有するパターンを下地膜乃至基板表面に転
   写することを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２、上記エッチングはドライエッチングにより行う特許
   請求の範囲第１項に記載の半導体装置の製造方法。 ３、透明基板面の一部に光透過率を制御しうる明暗パタ
   ーンを有するパターン形成用マスクを使用して部分的に
   深さの異なる穴乃至溝を有するレジストパターンを形成
   し、このレジストパターンを通して下地半導体基板の表
   面に上記パターンに対応し部分的に異なる深さに不純物
   導入層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方
   法。 ４、透明基板面の一部に光透過率を制御しうる明暗パタ
   ーンを有するパターン形成用のマスクを使用して部分的
   に深さの異なる穴乃至溝を有するレジストパターンを形
   成し、このレジストパターンを通して下地膜の表面をエ
   ッチし、上記パターンに対応する部分的に深さの異なる
   穴乃至溝を有するパターンを下地膜に転写し、しかるの
   ち、上記パターンの形成された下地膜をマスクにしてこ
   の下地膜が形成された半導体基板の表面に、上記パター
   ンに対応し部分的に異なる深さに不純物導入層を形成す
   ることを特徴とする半導体製造方法。