JPH1041207A

JPH1041207A - レジストパターンの形成方法

Info

Publication number: JPH1041207A
Application number: JP8190684A
Authority: JP
Inventors: Masami Aoki; 正身青木; Junichi Wada; 純一和田; Shigeru Kanbayashi; 茂神林; Yasuhiko Sato; 康彦佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1996-07-19
Publication date: 1998-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】自己整合的手法により、合わせずれの問題を
解決し、微細なパターンを形成することが可能なレジス
トパターンの形成方法を提供する。【解決手段】照射光Ａの光量と反射光Ｂの光量との合
計を、照射光Ａの照射領域と配線膜１２の形成された領
域との重なった領域ではフォトレジスト１４を感光する
光量とし、照射光Ａの照射領域と配線膜１２の形成され
ていない領域との重なった領域ではフォトレジスト１４
を感光しない光量とすることにより、自己整合的にレジ
ストパターン１４ａを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
等において用いるレジストパターンの形成方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体装置製造工程における露光
装置には縮小投影露光装置が用いられている。この縮小
投影露光装置では、レティクルを通過した光（紫外線）
を縮小光学系を通して縮小するため、高い解像度に加え
て高い位置合わせ精度が実現できる。しかし、最近のＬ
ＳＩの微細化により、さらに高い位置合わせ精度が要求
されている。

【０００３】従来、ＬＳＩの設計では、装置の合わせ精
度によって合わせ余裕（マージン）を設けている。例え
ば、図１５に示すように、下層配線５１に接続孔５２
（ビアホール）を重ね合わせる場合、合わせ誤差分だけ
上下左右方向に下層配線を広げて設計し、仮に合わせず
れが生じても下層配線内に接続孔５２が納まるようにし
ている。

【０００４】しかし、合わせ余裕の領域は本来無駄な領
域であり、さらなる高集積化に対して問題視されるよう
になってきた。また、この合わせ余裕の箇所では配線間
距離が狭まるため、配線間容量の増加によるＲＣ遅延と
いう性能上の問題も生じることになる。

【０００５】しかし、合わせマークを用いて位置合わせ
をする以上、合わせずれをなくすことは不可能である。
そこで、プロセス面で自己整合的に上層と下層を合わせ
る方法が提案されている。この方法について、上層埋込
み型配線と下層接続孔の自己整合的合わせを例にとって
説明する（図１６参照）。

【０００６】まず、下地６１上に絶縁層６２を形成し、
この絶縁層６２に対してＲＩＥ選択比を有するＲＩＥ停
止層６３を形成する。そして、この停止層６３の接続孔
部分を合わせ余裕を含めて選択的に除去する（ａ）。つ
ぎに、この停止層６３上にさらに絶縁層６４を形成し、
この絶縁層６４上に配線用レジストパターン６５を形成
する（ｂ）。つぎに、配線用溝を形成するためＲＩＥを
行う。この時、接続孔の部分以外はＲＩＥ停止層６３で
エッチングは停止するが、接続孔の部分では停止層が除
去されているため、配線パターンとオーバーラップする
部分だけエッチングは進行し、配線用溝と自己整合的に
合わせられた接続孔が形成される（ｃ）。最後に、この
溝と接続孔に配線金属（図示せず）を充填することによ
り配線が完成する。

【０００７】上記方法では、埋込み型配線に限定される
が、上層配線と下層接続孔とを自己整合的に合わせるこ
とが可能である。しかし、ＬＳＩのスケーリングルール
では下層パターンほど微細化が必要で、上層パターンほ
どスケーリングルールが緩和される。したがって、微細
な下層パターンに対して上層パターンを精度良く合わせ
ることが必要となっている。したがって、上記方法にお
いても完全に最密化されたパターンを形成することは困
難である。

【０００８】一方、ＭＯＳトランジスタの製造工程にお
いて、ゲートが形成された下部構造上の膜をパターン加
工するような場合がある。このような場合も、この膜を
ゲートとの合わせずれ無しに加工することは困難であ
り、そのため合わせ余裕が必要となり、ＬＳＩの高集積
化に対する妨げとなる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来は合わせずれの問題により微細なパターンを形成する
ことが困難であり、ＬＳＩの高集積化や高速化の妨げと
なっていた。本発明は、自己整合的手法により、合わせ
ずれの問題を解決し、微細なパターンを形成することが
可能なレジストパターンの形成方法を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明におけるレジスト
パターンの形成方法は、反射率の異なる複数の領域から
なる下部構造を覆う光透過膜上にレジストを形成し、こ
のレジストに光を照射したときの下部構造の反射強度の
差を利用してレジストパターンを形成するものである。

【００１１】下部構造の反射強度の差を利用してレジス
トパターンを形成するため、合わせずれの問題を本質的
になくすことができ、下部構造に対して自己整合した最
密化されたパターンを形成することが可能となる。

【００１２】本発明におけるレジストパターンの形成方
法は、互いに反射率の異なる第１領域及び第２領域を有
する下部構造を覆う光透過膜上にレジストを形成し、こ
のレジストに光を照射したときの照射光によるレジスト
の露光量と上記下部構造からの反射光によるレジストの
露光量との和を、上記第１領域ではレジストを感光する
露光量とするとともに上記第２領域ではレジストを感光
しない露光量とすることによりレジストパターンを形成
するものである。

【００１３】第１領域と第２領域とで反射率を異ならせ
ることにより、第１領域でレジストを感光させるととも
に第２領域でレジストを感光させないため、第１領域に
対して自己整合的なパターンを形成することができる。
したがって、合わせずれの問題を本質的になくすことが
でき、下部構造に対して自己整合した最密化されたパタ
ーンを形成することが可能となる。

【００１４】本発明におけるレジストパターンの形成方
法は、互いに反射率の異なる第１領域及び第２領域を有
する下部構造を覆う光透過膜上にレジストを形成し、こ
のレジストに光を照射したときの上記第１領域及び上記
第２領域の反射強度の差を利用して、光が照射された照
射領域と上記第１領域との重なる領域を選択的に感光す
るものである。

【００１５】第１領域と第２領域との反射強度の差を利
用して照射領域と第１領域との重なる領域を選択的に感
光するため、第１領域に対して自己整合的なパターンを
形成することができる。したがって、合わせずれの問題
を本質的になくすことができ、下部構造に対して自己整
合した最密化されたパターンを形成することが可能とな
る。

【００１６】上記各方法は、例えば下層配線に対して自
己整合的にコンタクト孔を形成する場合に適用すること
ができる。すなわち、上記方法により下層配線に対して
自己整合的にレジストパターンを形成し、このレジスト
パターンを用いて下層配線に対して自己整合的なコンタ
クト孔を形成することができる。

【００１７】なお、上記レジストには通常ポジ型レジス
トを用いるが、ネガ型レジストを用いることも可能であ
る。さらに、本発明におけるレジストパターンの形成方
法は、光の反射状態が異なる複数の領域からなる下部構
造上にレジストを形成し、このレジストに光を照射した
ときの下部構造における乱反射を利用してレジストパタ
ーンを形成するものである。

【００１８】下部構造に平坦化領域と段差等による非平
坦化領域とがある場合、レジストを通した光は非平坦化
領域で乱反射されやすいため、その分非平坦化領域のレ
ジストの露光量は多くなり、非平坦化領域のレジストの
みを選択的に感光することができる。したがって、平坦
化領域あるいは非平坦化領域に対して自己整合的にレジ
ストパターンを形成することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】まず、本発明の実施形態に係る原
理的な説明を行なう。図２はＡｌの反射率の波長依存性
を、図３はポジ型レジストの溶解速度特性の一例を示し
たものである。図３において、縦軸は現像液に対する溶
解速度を、横軸は照射光量をそれぞれ示したものであ
る。

【００２０】図２からわかるように、ＡｌはＡｒＦエキ
シマレーザの波長（１９３ｎｍ）のような紫外域の光に
対してもほぼ９０％以上の高い反射率を有する。また、
図３からわかるように、ポジ型レジストの溶解速度は特
定の露光量を境として急激に増加することがわかる。

【００２１】図３に示すポジ型レジストの場合、１０ｍ
Ｊ／ｃｍ² の照射光をレジストに照射しただけではレジ
ストはほとんど感光しない。しかし、レジストの下層側
にＡｌパターンがある場合には、レジストを透過した光
がＡｌ表面で反射し再度レジストへ吸収されることにな
る。したがって、Ａｌパターンと照射光とが重なる領域
では、照射光とＡｌ表面からの反射光とが足し合わさ
り、実質的には約１９ｍＪ／ｃｍ² の光を照射したこと
と同等になる。図３に示すように、この照射量ではこの
レジストはほとんど感光するため、Ａｌパターン直上の
レジストのみを選択的に露光できる。このように、ある
閾値を境にして、それ以上の露光量ではレジストが感光
し、それ以下の露光量ではレジストは感光しないことに
なる。

【００２２】上記事項を念頭に入れて、以下、本発明の
具体的な実施形態について説明を行なう。図１は、本発
明の第１実施形態を示した図である。

【００２３】図１（ａ）において、１１はシリコン基板
及び絶縁膜等からなる下地基板、１２はＡｌを用いた配
線膜、１３は層間絶縁膜（ＣＶＤ酸化シリコン等の照射
光に対して高透過率を有する膜を用いる。）、１４はポ
ジ型フォトレジスト、１５はフォトマスク（１５ａは光
透過部、１５ｂは光遮蔽部）である。図に示すように、
フォトレジスト１４上に投影される照射光のパターン幅
は配線１２のパターン幅よりも広くなっている。なお、
図では便宜上等倍露光として描いているが、実際は縮小
投影露光装置を用いた縮小露光となっている。

【００２４】フォトマスク１５を透過した照射光Ａは、
その一部はフォトレジスト１４で吸収され、残りはフォ
トレジスト１４を通して配線膜１２の上面及び下地基板
１１の上面に達する。配線膜１２の上面に達した光は反
射されて反射光Ｂとなるが、下地基板１１の上面に達し
た光はほとんど反射されない。

【００２５】図４（ａ）は上記照射光Ａ及び上記反射光
Ｂの光量の分布を示した図であり、図４（ｂ）は照射光
Ａ及び反射光Ｂの合計すなわち照射光Ａ及び反射光Ｂに
よるフォトレジスト１４の露光量の分布を示した図であ
る。縦軸は光量を、横軸は図１（ａ）の左右方向の位置
を示している。図４（ｂ）の点線はフォトレジスト１４
が感光される露光量と感光されない露光量との閾値を示
したものである。照射光の光量を適当に選択することに
より、照射光Ａによるレジストの露光量と反射光Ｂによ
るレジストの露光量との和を、照射光Ａの照射領域と配
線膜１２の形成された領域（第１領域）との重なった領
域ではフォトレジスト１４を感光する露光量とし、照射
光Ａの照射領域と配線膜１２の形成されていない領域
（第２領域）との重なった領域ではフォトレジスト１４
を感光しない露光量とすることができる。

【００２６】図１（ａ）の工程が終了した後、フォトレ
ジストを現像すると、照射光Ａの照射領域と配線膜１２
の形成された領域との重なった領域のみ選択的にフォト
レジストが除去され、図１（ｂ）に示すように、配線膜
１２に対して自己整合的にフォトレジストパターン１４
ａが形成される。そして、このフォトレジストパターン
１４ａをマスクとして層間絶縁膜１３をエッチングし、
配線膜１２に対して自己整合的にコンタクト孔１３ａが
形成される（図１（ｃ））。なお、コンタクト孔１３ａ
の形状は、図５に示すように、テーパー形状としてもよ
い。

【００２７】なお、以上の説明から明らかなように、配
線膜１２に対して自己整合的にレジストパターン１４ａ
を形成するためには、照射光Ａがフォトレジスト１４、
層間絶縁膜１３及び配線膜１２に対して垂直に入射する
とともに、反射光Ｂがこれらの膜に対して垂直に反射す
ることが望ましい。このような条件を満たすために、少
なくとも照射光Ａが照射される領域において、配線膜１
２の上面および層間絶縁膜１３の上面が照射光Ａに対し
て垂直になっていることが望ましい。したがって、配線
膜１２の上面および層間絶縁膜１３の上面が平坦化され
ていることが望ましい。

【００２８】本第１実施形態では、照射光Ａの照射領域
と配線膜１２の形成された領域との重なった領域のみ選
択的にフォトレジスト１４が感光されるので、配線膜１
２に対して自己整合的なコンタクト孔１３ａを形成する
ことができる。したがって、配線層１２のパターンとコ
ンタクト孔１３ａのパターンとの間で合わせ余裕（マー
ジン）を設ける必要がなく、配線層１２の最密化をはか
ることができる。

【００２９】図６及び図７は、本発明の第２実施形態を
示したものである。本実施形態は、下地基板１１上に反
射防止膜１６を形成したものであり、その他の構成は図
１に示した第１実施形態と同様である。したがって、レ
ジストパターンの形成原理その他は第１実施形態と同様
であり、第１実施形態と同様の作用効果を奏することが
できる。図６は下地基板１１上全体に反射防止膜１６を
形成したものであり、図７は下地基板１１上の配線膜１
２が形成されていない部分にも反射防止膜１６を形成し
たものである。

【００３０】本実施形態では反射防止膜１６を設けたの
で、図１に示した第１実施形態に比べて、配線膜１２が
形成されている領域からの反射光と配線膜１２が形成さ
れていない領域（反射防止膜が形成されている領域）か
らの反射光とのコントラストをより一層大きくとること
ができる。

【００３１】図８は、本発明の第３実施形態を示したも
のである。本実施形態は、配線膜１２と配線膜１７とを
接続するためのコンタクト孔１３ａの形成に第１実施形
態と同様の方法を適用したものである。したがって、レ
ジストパターンの形成原理その他は第１実施形態と同様
であり、第１実施形態と同様の作用効果を奏することが
できる。

【００３２】本実施形態では、照射光の照射領域Ｘと配
線膜１２の交差領域にのみ選択的にコンタクト孔１３ａ
が形成される。すなわち、配線膜１２に対して自己整合
的にコンタクト孔１３ａが形成される。したがって、配
線層１２とコンタクト孔１３ａとの間で合わせ余裕（マ
ージン）を設ける必要がなく、配線層１２の最密化をは
かることができる。

【００３３】図８に示した例では反射防止膜を設けてい
ないが、図６及び図７に示した第２実施形態と同様に反
射防止膜を設けてもよい。なお、上記各実施形態では配
線膜１３としてＡｌを用いているが、Ａｌ以外にもＣ
ｕ、Ｗ、ＷＳｉ、ポリシリコン等、照射光に対して下地
基板１１の反射率よりも高い反射率を有する材料を用い
ることができる。

【００３４】図９は、本発明の第４実施形態を示したも
のである。本実施形態の基本的な原理は第１実施形態と
同様であるため、第１実施形態から容易に類推できる事
項については第１実施形態を参照することとし説明は省
略する。

【００３５】図９（ａ）において、２１は下地基板、２
２は配線膜、２３は層間絶縁膜（照射光に対して高透過
率を有する膜を用いる。）、２４はポジ型フォトレジス
ト、２５はフォトマスク（２５ａは光透過部、２５ｂは
光遮蔽部）、２６は反射防止膜である。反射防止膜２６
としては、カーボン膜や窒化チタン膜を用いることが可
能である。

【００３６】フォトマスク２５を透過した照射光Ａは、
その一部はフォトレジスト２４で吸収され、残りはフォ
トレジスト２４を通して下地基板２１の上面及び反射防
止膜２６の上面に達する。下地基板２１の上面に達した
光は反射されて反射光Ｂとなるが、反射防止膜２６の上
面に達した光はほとんど反射されない。

【００３７】図１０は、照射光Ａ及び反射光Ｂによって
フォトレジスト２４に吸収される露光量の分布を示した
図である。縦軸は光量を、横軸は図９（ａ）の左右方向
の位置を示している。点線はフォトレジスト２４が感光
される露光量と感光されない露光量との閾値を示したも
のである。照射光の光量を適当に選択することにより、
照射光Ａによるレジストの露光量と反射光Ｂによるレジ
ストの露光量との和を、照射光Ａの照射領域と反射防止
膜２６が形成されていない領域（第１領域）との重なっ
た領域ではフォトレジスト２４を感光する露光量とし、
照射光Ａの照射領域と反射防止膜２６の形成されている
領域（第２領域）との重なった領域ではフォトレジスト
２４を感光しない露光量とすることができる。

【００３８】図９（ａ）の工程が終了した後、フォトレ
ジストを現像すると、照射光Ａの照射領域と反射防止膜
２６の形成されていない領域との重なった領域のみ選択
的にフォトレジストが除去され、９（ｂ）に示すよう
に、配線膜２２間の溝部に対して自己整合的にフォトレ
ジストパターン２４ａが形成される。そして、このフォ
トレジストパターン２４ａをマスクとして層間絶縁膜２
３をエッチングし、配線膜２２間の溝部に対して自己整
合的に形成されたコンタクト孔２３ａが形成される（図
９（ｃ））。絶縁膜の堆積及び異方性エッチングによ
り、コンタクト孔２３ａの内部側壁に選択的に絶縁膜を
形成することが可能である。なお、コンタクト孔２３ａ
の形状は、図１１に示すように、テーパー形状としても
よい。

【００３９】図１２は、本発明の第５実施形態を示した
ものである。本実施形態の基本的な原理は第１実施形態
及び第４実施形態と同様であるため、第１実施形態及び
第４実施形態から容易に類推できる事項についてはこれ
らを参照することとし説明は省略する。

【００４０】図１２（ａ）において、３１は下地基板、
３２は反射率の低い膜（例えば窒化シリコン膜）、３３
は絶縁膜（照射光に対して高透過率を有する膜を用い
る。）、３４はポジ型フォトレジスト、３５はフォトマ
スク（３５ａは光透過部、３５ｂは光遮蔽部）、３６は
反射率の高い膜（例えばＡｌ、Ｃｕ、Ｗ等の金属膜）で
ある。

【００４１】第１実施形態及び第４実施形態で説明した
のと同様に、照射光の光量を適当に選択することによ
り、照射光Ａによるレジストの露光量と膜３６からの反
射光Ｂによるレジストの露光量との和を、照射光Ａの照
射領域と反射率の低い膜３２が形成されていない領域
（第１領域）との重なった領域ではフォトレジスト３４
を感光する露光量とし、照射光Ａの照射領域と反射率の
低い膜３２の形成されている領域（第２領域）との重な
った領域ではフォトレジスト３４を感光しない露光量と
することができる。

【００４２】なお、図１２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の
工程等については、図９に示した第４実施形態から容易
に類推できるため、説明は省略する。図１３は、上記第
５実施形態の変更例である。この変更例は、下地基板３
１上の反射率の低い膜３２が形成されていない部分にの
み反射率の高い膜３６を形成したものであり、その他の
構成等は図１２のものと同様である。

【００４３】図１４は、本発明の第６実施形態を示した
ものである。上記第１〜第５実施形態ではポジ型フォト
レジストを用いていたが、本実施形態ではネガ型フォト
レジストを用いている。その他の基本的な原理等は第１
実施形態等と同様であるため、第１実施形態等から容易
に類推できる事項についてはこれらを参照することとし
説明は省略する。

【００４４】図１４（ａ）において、４１は下地基板、
４２は反射率の高い膜、４３は絶縁膜（照射光に対して
高透過率を有する膜を用いる。）、４４はネガ型フォト
レジスト、４５はフォトマスク（４５ａは光透過部、４
５ｂは光遮蔽部）である。

【００４５】第１実施形態等で説明したのと同様に、照
射光の光量を適当に選択することにより、照射光Ａによ
るレジストの露光量と反射光Ｂによるレジストの露光量
との和を、照射光Ａの照射領域と反射率の高い膜４２が
形成されている領域（第１領域）との重なった領域では
フォトレジスト４４を感光する露光量とし、照射光Ａの
照射領域と反射率の高い膜４２の形成されていない領域
（第２領域）との重なった領域ではフォトレジスト４４
を感光しない露光量とすることができる。

【００４６】したがって、フォトレジストを現像する
と、照射光Ａの照射領域と反射率の高い膜４２の形成さ
れた領域との重なった領域のみ選択的にフォトレジスト
が残り、図１４（ｂ）に示すように、反射率の高い膜４
２に対して自己整合的にフォトレジストパターン４４ａ
が形成される。

【００４７】図１７及び図１８は、本発明の第７実施形
態を示したものである。本実施形態は、本発明をＬＳＩ
のＭＯＳトランジスタ部分に適用したものであり、第１
実施形態等と同様の原理により、ソース・ドレイン領域
以外の領域（ゲート領域及び素子分離領域）上のポジ型
レジストを選択的に感光して、ソース・ドレイン領域上
にのみ選択的にレジストパターンを形成するものであ
る。以下、工程（ａ）〜（ｆ）にしたがって製造工程の
説明をする。

【００４８】まず、シリコン基板７１上に素子分離酸化
膜７２、ゲート酸化膜７３及びゲート電極７４を形成す
る。ゲート電極７４上には窒化シリコン膜７５が形成さ
れていることが好ましいが、窒化シリコン以外の材料を
用いた膜を形成してもよいしあるいはこのような膜を形
成しなくてもよい。続いて、ＴＥＯＳ／オゾンＣＶＤを
用いて酸化シリコン膜を全面に堆積し、反応性イオンエ
ッチングにより酸化シリコン膜７６をゲート電極７４の
側壁に残す。続いて、ソース・ドレイン領域７７にＡ
ｓ，Ｐ，Ｂ等の不純物をイオン注入し、活性化のための
熱処理を８５０℃で行う。なお、この不純物イオン注入
工程を行う代わりに、ケミカルドライエッチング等のシ
リコンを選択的にエッチングできる方法を用いて、ソー
ス・ドレイン領域のシリコン基板表面を一定の深さ（例
えばゲートの幅が０．１μｍの場合には、エッチング深
さを例えば０．０３μｍ程度とする。）だけ除去するよ
うにしてもよい（図１７（ａ））。

【００４９】つぎに、不純物をドーピングした非晶質シ
リコン膜をＣＶＤ法やスパッタ法等を用いて全面に堆積
する。例えば上記工程（ａ）でボロンをイオン注入した
場合には、同種の不純物元素を含有したジボラン／ジシ
ランガスを用いて３５０℃で非晶質シリコン膜を堆積す
る。続いて、この非晶質シリコン膜を単結晶化するため
に、窒素雰囲気中において６００℃で２時間程度の熱処
理を行い、不純物含有シリコン膜７８とする。熱処理温
度は、他の工程の妨げにならなければ、より高温で短時
間行なうようにしてもよいし、６００℃以下の温度でよ
り長時間行うようにしてもよい。なお、上記工程（ａ）
において不純物イオン注入工程を行う代わりにソース・
ドレイン領域のシリコン基板表面を除去する工程を採用
した場合にも、上記と同様にして、不純物をドーピング
した非晶質シリコン膜を堆積してこれを単結晶化すれば
よい。この場合には、シリコン基板の除去された領域に
直接非晶質シリコン膜が堆積され、熱処理によって単結
晶化することでソース・ドレインが形成される（図１７
（ｂ））。

【００５０】つぎに、不純物含有シリコン膜７８上にポ
ジ型のレジスト７９を塗布し、露光を行う。ゲート電極
７４及び素子分離酸化膜７２が形成された領域では、こ
れらの領域に到達した光の多くが反射するため、その分
レジスト７９は多く露光される。一方、ソース・ドレイ
ン７７に到達した光は、不純物含有シリコン膜７８とソ
ース・ドレイン７７とが同種の膜で形成されており、こ
れらの膜の境界に事実上界面が存在しないため、上記の
ように反射しない。したがって、ゲート電極７４及び素
子分離酸化膜７２が形成された領域上ではレジスト７９
が感光し、ソース・ドレイン７７が形成された領域上で
はレジスト７９が感光しないようにすることができる
（図１７（ｃ））。

【００５１】つぎに、レジスト７９を現像して、ソース
・ドレイン７７が形成された領域上にのみ選択的にレジ
ストパターン７９ａを形成する（図１８（ｄ））。つぎ
に、レジストパターン７９ａをマスクとして不純物含有
シリコン膜７８を反応性イオンエッチングにより異方性
エッチングし、ソース・ドレイン７７に対して自己整合
的にソース・ドレイン電極７８ａを形成する。このよう
にして形成されたソース・ドレイン電極７８ａは、ゲー
ト電極７４に対して自己整合的に形成されるため合わせ
余裕を考慮する必要がなく、ゲート電極７４の形成後で
あってもゲート電極幅と同程度の幅で形成することがで
きる（図１８（ｅ））。

【００５２】つぎに、ＴＥＯＳ／オゾンＣＶＤあるいは
ＢＰＳＧ等を用いて層間絶縁膜８０を全面に堆積し、反
応性イオンエッチング等によりコンタクト孔８０ａを形
成する。そして、このコンタクト孔８０ａにアルミニウ
ム等を用いた配線８１を形成する。なお、図に示すよう
に、コンタクト孔８０ａをゲート電極７４のパターンか
ら外側方向にずらして形成すれば、合わせずれによって
ゲート電極７４と配線８１とのショートが生じないよう
にすることができる。また、このようにすれば、配線８
１の一部が素子分離酸化膜７２上に形成されるので、そ
の分配線容量を低減することができる（図１８
（ｆ））。

【００５３】以上の製造方法によれば、ソース・ドレイ
ン電極７８ａがゲート電極７４に対して自己整合的に形
成されるので、合わせ余裕を考慮する必要がなく、ゲー
ト電極７４と同程度の最小微細加工によってソース・ド
レイン電極７８ａを形成することができる。

【００５４】図１９及び図２０は、本発明の第８実施形
態を示したものである。本実施形態は、上記第７実施形
態と同様、本発明をＬＳＩのＭＯＳトランジスタ部分に
適用したものである。ただし、第１実施形態等とは原理
的に多少異なり、下部構造からの乱反射を利用してソー
ス・ドレイン領域上のネガ型レジストを選択的に感光し
て、ソース・ドレイン領域上にのみ選択的にレジストパ
ターンを形成するものである。以下、工程（ａ）〜
（ｆ）にしたがって製造工程の説明をする。

【００５５】まず、シリコン基板９１上に素子分離酸化
膜９２、ゲート酸化膜９３及びゲート電極９４を形成す
る。ゲート電極９４上には窒化シリコン膜９５が形成さ
れていることが好ましいが、窒化シリコン以外の材料を
用いた膜を形成してもよいしあるいはこのような膜を形
成しなくてもよい。続いて、ＴＥＯＳ／オゾンＣＶＤを
用いて酸化シリコン膜を全面に堆積し、反応性イオンエ
ッチングにより酸化シリコン膜９６をゲート電極９４の
側壁に残す。続いて、ソース・ドレイン領域９７にＡ
ｓ，Ｐ，Ｂ等の不純物をイオン注入し、活性化のための
熱処理を８５０℃で行う。なお、この不純物イオン注入
工程を行う代わりに、ケミカルドライエッチング等のシ
リコンを選択的にエッチングできる方法を用いて、ソー
ス・ドレイン領域のシリコン基板表面を一定の深さ（例
えばゲートの幅が０．１μｍの場合には、エッチング深
さを例えば０．０３μｍ程度とする。）だけ除去するよ
うにしてもよい（図１９（ａ））。

【００５６】つぎに、不純物をドーピングした非晶質シ
リコン膜をＣＶＤ法やスパッタ法等を用いて全面に堆積
する。例えば上記工程（ａ）でボロンをイオン注入した
場合には、同種の不純物元素を含有したジボラン／ジシ
ランガスを用いて３５０℃で非晶質シリコン膜を堆積す
る。続いて、この非晶質シリコン膜を単結晶化するため
に、窒素雰囲気中において６００℃で２時間程度の熱処
理を行い、不純物含有シリコン膜９８とする。熱処理温
度は、他の工程の妨げにならなければ、より高温で短時
間行なうようにしてもよいし、６００℃以下の温度でよ
り長時間行うようにしてもよい。このようにして形成さ
れた不純物含有シリコン膜９８の上面は、下部構造の形
状を反映したものとなる。すなわち、ゲート電極９４及
び素子分離酸化膜９２が形成された領域では不純物含有
シリコン膜９８の上面はほぼ平坦になるが、ソース・ド
レイン９７が形成された領域ではゲート電極９４及び素
子分離酸化膜９２の段差によって凸凹状になる。なお、
上記工程（ａ）において不純物イオン注入工程を行う代
わりにソース・ドレイン領域のシリコン基板表面を除去
する工程を採用した場合にも、上記と同様にして、不純
物をドーピングした非晶質シリコン膜を堆積してこれを
単結晶化すればよい。この場合には、シリコン基板の除
去された領域に直接非晶質シリコン膜が堆積され、熱処
理によって単結晶化することによりソース・ドレインが
形成される。なお、不純物含有シリコン膜９８の代わり
に金属膜や合金膜を用いることも可能である（図１９
（ｂ））。

【００５７】つぎに、不純物含有シリコン膜９８上にネ
ガ型のレジスト９９を塗布し、露光を行う。ソース・ド
レイン９７が形成された領域では不純物含有シリコン膜
９８の上面が凸凹状になっているため、この領域に到達
した光が乱反射し、その分レジスト９９は多く露光され
る。一方、ゲート電極９４及び素子分離酸化膜９２が形
成された領域では不純物含有シリコン膜９８の上面がほ
ぼ平坦であるため、この領域に到達した光はほとんど乱
反射しない。したがって、ソース・ドレイン９７が形成
された領域上ではレジスト９９が感光し、ゲート電極９
４及び素子分離酸化膜９２が形成された領域上ではレジ
スト９９が感光しないようにすることができる（図１９
（ｃ））。

【００５８】つぎに、レジスト９９を現像して、ソース
・ドレイン９７が形成された領域上にのみ選択的にレジ
ストパターン９９ａを形成する（図２０（ｄ））。つぎ
に、レジストパターン９９ａをマスクとして不純物含有
シリコン膜９８を反応性イオンエッチングにより異方性
エッチングし、ソース・ドレイン９７に対して自己整合
的にソース・ドレイン電極９８ａを形成する。このよう
にして形成されたソース・ドレイン電極９８ａは、ゲー
ト電極９４に対して自己整合的に形成されるため合わせ
余裕を考慮する必要がなく、ゲート電極９４の形成後で
あってもゲート電極幅と同程度の幅で形成することがで
きる（図２０（ｅ））。

【００５９】つぎに、ＴＥＯＳ／オゾンＣＶＤあるいは
ＢＰＳＧ等を用いて層間絶縁膜１００を全面に堆積し、
反応性イオンエッチング等によりコンタクト孔１００ａ
を形成する。そして、このコンタクト孔１００ａにアル
ミニウム等を用いた配線１０１を形成する。なお、図に
示すように、コンタクト孔１００ａをゲート電極９４の
パターンから外側方向にずらして形成すれば、合わせず
れによってゲート電極９４と配線１０１とのショートが
生じないようにすることができる。また、このようにす
れば、配線１０１の一部が素子分離酸化膜９２上に形成
されるので、その分配線容量を低減することができる
（図２０（ｆ））。

【００６０】以上の製造方法によれば、ソース・ドレイ
ン電極９８ａがゲート電極９４に対して自己整合的に形
成されるので、合わせ余裕を考慮する必要がなく、ゲー
ト電極９４と同程度の最小微細加工によってソース・ド
レイン電極９８ａを形成することができる。

【００６１】なお、本実施形態の方法によって作成した
素子の特性を、ＣＭＯＳリングオシレータの遅延時間を
測定することによって評価した。その結果、集積度の向
上による抵抗等の減少により、遅延時間は１５psec/sta
geであった。０．２μｍルールで作成した通常構造の素
子を用いたリングオシレータでの遅延時間は３０psec/s
tageであり、大幅に動作速度が向上したことが確認され
た。なお、以上説明した実施形態以外にも、本発明はそ
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが
できる。

【００６２】

【発明の効果】本発明では、下部構造に対して自己整合
したパターンを形成することが可能となるため、合わせ
ずれの問題を解決して微細なパターンを形成することが
可能となる。したがって、半導体集積回路に適用した場
合には、集積度を大幅に向上させることができ、また動
作速度の向上をはかることが可能となり、さらに製造工
程の短縮をはかることも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の一例を示した図。

【図２】Ａｌの反射率の波長依存性を示した図。

【図３】ポジ型レジストの溶解速度特性の一例を示した
図。

【図４】本発明の第１実施形態に係る図で、（ａ）は照
射光Ａ及び反射光Ｂの光量の分布を示した図、（ｂ）は
照射光Ａ及び反射光Ｂの合計光量の分布を示した図。

【図５】本発明の第１実施形態の他の例を示した図。

【図６】本発明の第２実施形態の一例を示した図。

【図７】本発明の第２実施形態の他の例を示した図。

【図８】本発明の第３実施形態の一例を示した図。

【図９】本発明の第４実施形態の一例を示した図。

【図１０】本発明の第４実施形態に係る図で、照射光Ａ
及び反射光Ｂの合計光量の分布を示した図。

【図１１】本発明の第４実施形態の他の例を示した図。

【図１２】本発明の第５実施形態の一例を示した図。

【図１３】本発明の第５実施形態の他の例を示した図。

【図１４】本発明の第６実施形態の一例を示した図。

【図１５】従来技術の一例を示した図。

【図１６】従来技術の他の例を示した図。

【図１７】本発明の第７実施形態の一例を示した図。

【図１８】本発明の第７実施形態の一例を示した図。

【図１９】本発明の第８実施形態の一例を示した図。

【図２０】本発明の第８実施形態の一例を示した図。

【符号の説明】

１３、２３、３３、４３…光透過膜１４、２４、３４、４４、７９、９９…レジスト１４ａ、２４ａ、３４ａ、４４ａ、７９ａ、９９ａ…レ
ジストパターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤康彦神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反射率の異なる複数の領域からなる下部
構造を覆う光透過膜上にレジストを形成し、このレジス
トに光を照射したときの下部構造の反射強度の差を利用
してレジストパターンを形成することを特徴とするレジ
ストパターンの形成方法。
【請求項２】互いに反射率の異なる第１領域及び第２
領域を有する下部構造を覆う光透過膜上にレジストを形
成し、このレジストに光を照射したときの照射光による
レジストの露光量と上記下部構造からの反射光によるレ
ジストの露光量との和を、上記第１領域ではレジストを
感光する露光量とするとともに上記第２領域ではレジス
トを感光しない露光量とすることによりレジストパター
ンを形成することを特徴とするレジストパターンの形成
方法。
【請求項３】互いに反射率の異なる第１領域及び第２
領域を有する下部構造を覆う光透過膜上にレジストを形
成し、このレジストに光を照射したときの上記第１領域
及び上記第２領域の反射強度の差を利用して、光が照射
された照射領域と上記第１領域との重なる領域を選択的
に感光することを特徴とするレジストパターンの形成方
法。
【請求項４】光の反射状態が異なる複数の領域からな
る下部構造上にレジストを形成し、このレジストに光を
照射したときの下部構造における乱反射を利用してレジ
ストパターンを形成することを特徴とするレジストパタ
ーンの形成方法。