JPS58107630A - 半導体装置の自己整合方法 - 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】 本発明は半導体本体の表面部に、イオン注入領域を設け
るのであるが、このイオン注入領域の縁がこのイオン注
入部の上方にある絶縁層部の縁と自己整合させる方法に
関するものである。このような方法はイギリス国特許第
１．４８２，８０９号明細　　□書から既知である。

半導体集積回路を製造する際に、時として半導体本体の
離間し九領域にイオンデポジットを作り。

２個のイオンデポジット部間のスペースをイオンデポジ
ットの上方に横たわる絶縁材料層の開口と整列させるこ
とが必要なことがある。金緘−酸化物−半導体（ＭＯＳ
）回路では、例えば半導体本体の表面上に厚いフィール
ド酸化物層を形成する。完成した装置ではフィールド酸
４化物は導電部材に対する絶縁支持体及び厚い酸化物層
内く形成された複数個の空所内に横たわる一つの活性ト
ランジスタ領域を他から電気的に絶縁する手段として働
く。

半導体装置の製造時にはフィールド酸化物層は選択的化
学エツチング及び選択的不純物ドーピングのためのマス
クとして働ら〈。半導体本体のフィールド酸化物の下方
には十分なイオン濃度のイオンデポジット即ちチャネル
ストッパがあって、活性トランジスタ領域の外側のどこ
かで不所望なトランジスタ作用が生ずるのを防げる。

ＭＯ８処理で従う代表的手順はイギリス国特許第１．４
８２．８０９号に記載されているが、こ＼では半導体本
体の表面上にフィールド酸化物を熱成長させる前にチャ
ネルストッパ用のイオンデポジットを半導体本体内に導
入している。しかし、この既知の方法はいぐつかの欠点
を有している。一つはイオンデポジットのいくらかが加
熱活性化の結果活性トランジスタ領域内に拡散する傾向
があり、これにより活性領域を狭めることである。また
、２個のフォトマスクを互に正確に位置決めする必要が
ある。

活性領域を狭くするのに寄与するもう一つの効果は選択
酸化プロセス中に生ず占所謂「バードビーク効果」であ
る。フィールド酸化物層を熱成長させる時フィールド酸
化物層は表面上に成長するだけでなく、半導体ウェハの
本体内及びシリコン窒化物のような酸化マスキング材料
の下にも成長する０そして酸化マスクの下に成長する時
は横方向と深さ方向の両方に成長するから、フィールド
酸化物は酸化マスクを持ち上げ、従って断面で見た時フ
ィールド酸化物の形状は鳥のくちばしに似ており、マス
クされていない領域では厚く、酸化マスク下で内部に向
っていくらか入つ九点迄傾斜する。この「バードビーク
効果」も活性領域を狭ぐするのに寄与する。これはフィ
ールド拳化物層、をマスクされた領域の一部内迄延在さ
せ、酸化マスクがフィールド−化物のない領域を作るよ
うに設計してあつ九部分の幅がカットされる。

「バードビーク効果」はトランジスタ活性領域Ｑ＠を狭
めるだけでなく、ウェハの領域に多量のドーパントを注
入又は拡散で与えることにより形成されるス）　ＩＪツ
ブ導体の幅も狭め、これＫよりストリップ導体のコンダ
クタンスを小さくする。

半導体表面内に活性領域を形成するもう一つの技術によ
れば、フィールド膳化物層を貫ぬいて孔をエツチングし
、こうして露出され九シリコン表面の活性領域の部分を
エツチングし、前にチャネルストッパ領域を形成するた
めに導入したイオンデポジットを除去する。このシリコ
ンのエツチングはフィールド酸化物の下にシソ、コンを
アングカットする。午のアンダカットは後のホトリトグ
ラフィ処理工程の時に表面の不規則性が光反射問題を導
入するという点で厄介である。シリコンエツチングの九
め生ずる活性領域から厚いフィールド酸化物の上進の高
さの段差は活性領域内外での金属相互接続の場合の段差
のカバーの間−も生ずる。

この従来技術の処理から生ずる不所望な効果を除去ない
し少なくとも小さくする必要が大きい。

本発明によれば冒頭に記載した方法において半導体本体
を絶縁層でお＼い・、この絶縁層を第１のフォトレジス
ト層でお＼い、この第１のフォトレジスト層を第２の７
オトレジスト層で２＼い、上記ｔａｌｌと第２の７オト
レジスト層の一方をポジ形の７オトレジストとし、他方
をネガ形のフォトレジストとし、上記フォトレジスート
層の境界が前記表面部を画する縁に対応する区域だけを
両フォトレジスト層が感応する放射線にざらし、この後
で＊ｇの７オトレジスト層の可溶部を分解し、第１の７
オトレジスト層と前記絶縁層とを介してイオンを注入し
て前記イオン注入領域を形成し、ζ　　　１のイオン注
入を溶けていなＬ／′１第２の７オトレジスト層部並び
にその下ｌＣある第１のフォトレジスト層及び絶縁層部
の組み合せによりマスクし、次にａＴ溶性の第１のフォ
トレジスト層部とその上にあるＩＩｍのフォトレジスト
層部とを取り除き、第１のフォトレジストの残部をエツ
チングマスクとして用いてエツチングす菖ことにより絶
縁層を取り除くことを特徴とする。

本発明方法は唯一回の７オトマスク中ング工程を用い、
絶縁層部を下布する注入領域と自己整合させろことがで
き、前述し九既知の方法の欠点を除去することができる
・ 二重の７オトレジスト層を用いて精密な孔パターンを形
成することを教示する従来技術は存在するが、どのよう
にして孔パターンから注入部がはずれ、孔パターンと自
己整合することを教示するものは何もなｈ０下記の従来
技術の刊行物は精密なＦＬハターンを得る九めの二重フ
ォトレジスト層処理を開示してｈる。

日本国公開特許願第ｊｓ３−’Ｆ６？！ＩＷ号第６８−
８９６７８号 第５１＄−５５１＄８１号 第１＄５−１ｓ５１１８８号 ＩＢＭ　Ｔｅｏｈｎｌｏａｌ　Ｄｉｓｃｌｏａｕｒ＋ｓ
　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ　１ｌｓ１巻第す号、１９７８年ｌ
θ月、第１９００−１９０１頁、図面につき本発明の詳
細な説明する。

第１図につき説明する。半導体本体即ちウェハ１Ｇの表
面上に絶縁材料層ｌｅｒを設ける。半導体本体ｌＯは単
結晶シ・、リコンのワエノ・を具え、将来ＭＯ８装置の
集積パターンを具えることを予定してｉる。この目的の
ためには＜１００＞方向のシリコンウェハからスタート
シ、これに適当なＮ又はＰ不純物（本例ではＰ形）をド
ープし、所望の）［０８トランジスタ特性を作ることが
望ましい。

代表的な場合として、絶縁材料層１ｚをフィールド酸化
物層とする予定の時は、これはウェットな雰囲気内で熱
成長させる。例えば半導体本体ｌＯを約１０００　’Ｏ
迄加熱しておき、その表面上に蒸蝋を通して層１１が厚
さ約４６６〜６００ｎｍ□に達せしめる。代りに絶縁材
料層１ｚを適当な厚さの窒化シリコン層−とすることが
でき、この時は半導体本体１０を゛シランとアンモニア
の無線周波プラズマにさらし、半導体本体１００表面上
に窒化シリコンをデポジットさせることができる。

次の一連の処理ＩＩｉ社第３図に示しである。先ず第１
のネガ形フォトレジスト層１４を設け、次に１１１２の
ポジ形フォトレジスト層１６を設ける。

ネガ形フォトレジスト層１４は通常の態様で展開し、９
５℃で軽く焼く、ネガ形フォトレジスト層１４の厚さ社
約８００ｎ亀とする＠ ポジ形フォトレジスト層１６も同じ↓うに展開し、９５
℃で軽く焼く。しかし、ポジ形フォトレジスト層１６の
厚さはネガ形フォトレジスト層１４よりもずっと厚く、
約Ｉｓ　００　ｎｍである・次にマスク１８を介してフ
ォトレジスト層１４及び１６をパターンを描くようにし
て露光する。

マスク１８はその透明部では紫外線をフォトレジスト層
１４及び１６の両方に侵透させ、不透明部では光を阻止
する。第２図ではマスク１８の透明部は白地のま〜とじ
、不透明部には斜めにハツチングを施しである。ウェハ
をポジ形のフォトレジスト現像液て現偉すると、ポジ形
フォトレジスト層１４の紫外線が当つ九区域が分解する
。蓋し、その区域は紫外線に露光されたことにより一層
溶解し易くなっているからである。しかし、ネガ形フォ
トレジスト層１６は変わらずにそのま＼残る。

蓋し、ネガ形フォトレジスト層１６ｔＺ紫外線に露光さ
れ九ことにより重合化し、溶解しに〈＼なるからである
。

次の工程は第８図に示す。こ＼ではウエノ・にほう素イ
オン注入工程を受けさせる。はう素イオンのエネルギー
は、イオンがネガ形フォトレジスト層１４及びフィール
ド酸化物層のような絶縁材料層１１１とを突き抜け、半
導体本体１０の表面直下の浅い所に延在するイオン注入
領域即ちチャネルストッパｚＯが形成されるようなもの
とする。このイオンエネルギーは厚いポジ形フォトレジ
スト層１６を貫くには不十分なものとする。このほう素
のイオン添加は電界効果トランジスタのしきい値電圧が
所望通り高いものが得られるよう調整す　　。

る。この電界効果トランジスタに究局的には後の処理工
程で作られる醗化物層ｌｚ上に設けられる導電性のゲー
ト形成層のチャネルストッパｚＯとフィールド階化物層
１１の組み合せにより与えられる。チャネルストッパｚ
Ｏのほう素濃変は、電界効果トランジスタのチャネルス
トッパのしきい値電圧を活性領域にあるトランジスタの
正規の電圧レベルではその導通が十分妨けるレベル進上
げるに足る程は高くなければならない。

イオン注入工程の次に、露光されなかったポジ形のフォ
トレジスト層１６を高論度の現像液に約１０分という長
時間さらすことに１り喰去する。

このポジ形の７オトレジスト署１６が除去される際、ネ
ガ形フォトレジスト層１４の露光から保映されて匹た部
分も現像除去され、第４図に示す構造のものが残る。第
壱図では現像されたネガ形フォトレジスト層１４が開口
ｚｚでパターン化されて訃り、この開ロｚｚ灯チャネル
ストッパｚＯ０線どうしの間にあり、これらの縁と整列
しており。

厚−絶縁材料層ｌｓの一部が露出して−る。

コラなると残っているネガ形フォトレジスト層１４が厚
い絶縁材料層１ｚを選択的にエッチし去り、開口を残す
マスクとして用りられる。フィールド酸化物絶縁層１Ｂ
の場合は、エッチャントは権釈され九７ツ化水票酸とす
ることができ、シリラン窒化物絶縁材料層１ｇの場合は
０１ｒ４ガス内でシリコン窒化８１１１をプラズマエツ
チングすることができる。絶縁材料層１ｇがパターンを
描いてエツチングされた後、ネガ形フォトレジスト層ｌ
令を高Ｉ１１度の現像液に長時間さらすことにエリ除去
し去る。ζうして第５図に示した構造が残る。

第す図に示した鐘終構造でＬ、厚い絶縁材料層ｌｚの開
口ｚ４と下−に横方向に離れて延在するチャネルストッ
パ２０とは縁どうしが自己整合している。チャネルスト
ッパｚＯを作るためのイオン注入工程は絶縁材料層ｌｉ
Ｉを形成した後行なわれるから、選択酸化処理の結果生
ずる「バードビーク効果」は存在しない。斯くして、厚
い絶縁材料層１ｍの開口２４が活性トランジスタ領域を
画成する場合、この活性トランジスタ領域の寸法が更に
減少することはない。図示されてはいないが、明らかに
開口ｚ４の枠内でチャネルストッパ２０どうしの間の半
導体本体ｌＯ上と内Ｋ　Ｍ２Ｓ形のトラ／ジスタを作る
ことができる。

明らかにトランジスタを作る代りに、Ｐチャネルストッ
パｚＯどうしの間で開口ｚ４の枠内に構えわる活性中導
体領域を他の装置１例えば細長い半導体の相互接続のた
めのＮ拡散若しくは注入領域又は金属との相互接続を行
なうためのＣコンタクト領域を形成するＯＫ使用するこ
とができる。

活性領域を形成する九めのシリコンエッチヲ除くことに
よりシリコン本体ｌＯと絶縁材料層ＩＳとの間の界面で
ひどい表面の荒れを回避することができる。開口ｚ４内
で良好な金属との相互接続を作る間■のように、この処
理の時は光の反射間■が回避できる。

明らかに、第１のフォトレジスト層をネガ形のフォトレ
ジストにする代りに、ポジ形の７オトレジストとするこ
とができる。仁の揚台は第３の７オトレジスト層をネガ
形の７オトレジストとすることができる。そしてこの場
合はマスク１８Ｕ相補的にし、斜めに・・ツチングした
部分が放射線にチャネルストッパｚＯを形成するために
、はう素の代りに他のアク七ブタイオンに、ドナーイオ
ンを用いることもできる。シリコン以外の他の半導体材
料を使用することもでき、化学エツチングの他に他のエ
ツチング法、例えばプラズマエツチングを用いることも
できる。

【図面の簡単な説明】

第１〜５因は本発明製造方法の種々の段階を示す略式断
面図である。 ｌＯ・・・半導体本体、１ｇ・・・絶縁材料層、１＋・
・・＠ｌのネガ形フォトレジスト層、１６・・・第３の
ポジ形７オトレジスト層、１８・・・マスク、ｇｏ・・
・チャネルストッパ。 で

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　半導体本体の表面部に、イオン注入領域を設けるの
   であるが、このイオン注入領域の縁がこのイオン注入部
   の上方にある絶縁層部の縁と自己整合させる方法におい
   て、半導体本体を絶縁層でお＼い、この絶縁層を第１の
   フォトレジスト層でお＼い、この１ｌＩＩｌのフォトレ
   ジスト層を第２のフォトレジスト層テお＼い、上記第１
   と第２のフォトレジスト層の一方をポジ形のフォトレジ
   ストとし、他方をネガ形のフォトレジストとし、上記フ
   ォトレジスト層の境界が前記表面部を画する縁に対応す
   る区域だけを両フォトレジスト層が感応する放射線にさ
   らし、この後で＊Ｓのフォトレジスト層の可溶部を分解
   し、第１のフォトレジスト層と前記絶縁層とを介してイ
   オンを注入して前記イオン注入領域を形成し、このイオ
   ン注入ｆｒ−溶けていない第２の゛フォトレジスト層部
   並びにその下にある第１のフォトレジスト層及び絶縁層
   部の組み合せによりマスクし、次に可溶性の第１のフォ
   トレジスト層部とその上にある第２のフォトレジスト層
   部とを取り除き、第１のフォトレジストの残部をエツチ
   ングマスクとして用いてエツチングすることにより絶縁
   層を取り除くことを特徴とする半導体装置の自己整合方
   法Ｏ 亀　前記第１のフォトレジスト層やＩネガ形フォトレジ
   ストを具え、前記第２のフォトレジスト層がポジ形のフ
   ォトレジストを具えることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の半導体装置の自己整合方法。 亀　半導体本体をシリコンとし、前記絶縁層がこのシリ
   コン上に熱成長させ九二酸化シ１ノコンを具えることを
   特徴とする特許請求の範囲Ｉ！１項又は第２項記載の半
   導体装置の自己整合方法。 表　前記絶縁層がシリコン窒化物を具えることを特徴と
   する特許請求の範囲前記各項のい−ｒれか−項に記載の
   半導体装置の製造方法。 賑　前記二階化シリコン層の厚さを約４００〜１５　Ｑ
   　Ｑ　ｍｕ厚とすることを特徴とする特許請求の範囲第
   ８項記載の半導体装置の自己整合方法。 亀　前記＠ｌのフォトレジスト層を約＠　Ｑ　Ｑ　ｓｍ
   厚とし、前記第２のフォトレジスト層を約１５００　ｎ
   ｍ厚とすることを特徴とする特許請求の範囲前記各項の
   いずれか一項に記載の半導体装置の自己整合方法。 １　前記半導体本体がｐ形シリコンを具え、前記不純愉
   ゛イオンがほう票イオンを具えることを特徴とする特許
   請求の範囲前記各項のいずれか一項に記載の半導体装置
   の自己整合方法。 龜　前記第２のフォトレジスト層を化学エツチングによ
   り除去し、その後で前記の第１の７オトレジスト層の下
   側にある部分を現儂液で取り除くことを特徴とする特許
   請求の範囲前記各項のいずれか一順に記載の半導体装置
   の自己整合方法。 亀　絶縁層を化学エツチングにより除去することを特徴
   とする特許請求の範囲前記各項のいずれか一項に記載の
   半導体装置の自己整合方法。 ｌ（Ｌ　　絶縁層をエツチングした後、残っている第１
   のフォトレジスト層の部分を除去することを特徴とする
   特許請求の範囲各項のいずれか一項に記載の半導体装置
   の自己整合方法０ＩＬ　　第１のフォトレジスト層の残
   っている部分を化学エツチングにより除去することを特
   徴とする特許請求の範囲第１０項記載の半導体装置の製
   造方法。