JPS606539B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に電子ビ
ーム等の照射ビーム露光装置を使用した集積回路のパタ
ーン形成方法と当該パターン形成方法にもとづく半導体
装置の製造方法に関するものである。

集積回路を製作するには、まず、拡散位置および電極配
線位置を決定するためのマスクを製作する。

酸化膜生成およびレジスト膜を形成したウヱハ上に、前
記マスクを重ね合せて光学露光を施し、レジスト膜の感
光の有無によって選択的にレジストを固溶化し、レジス
ト膜が剥離された部分の酸化膜のみエッチングして、そ
こから不純物を拡散する。さらに次のプロセスのために
、前記と同様、酸化膜生成、レジスト膜形成、マスク露
光、エッチング、拡散という工程を繰り返す。集積回路
のパターン寸法の微細化が要求されると、従来の各プロ
セスごとに対応したマスクを用いて光学的に露光すると
いう方法では、光の回折効果のために、パターン寸法に
限界が生じ、この解決のためには波長のはるかに短い電
子ビーム露光装置を使用することが不可欠になる。電子
ビーム露光装置を使用し、集積回路を製作する際には、
電子ビームを電子的に制御して直接ゥェハに照射するこ
とが可能であるから従釆におけるマスク製作およびマス
ク合せ工程は不要となるが、拡散後のゥェハに対する電
子ビーム装置内での位置合せは必要である。

さらに、具体的に電子ビーム露光装置を使用した集積回
路の標準的な製造方法の工程について説明すると、まず
、酸化膜をつけ、レジスト膜を形成したウェハを電子ビ
ーム露光装置に入れ、１０‐？ｔｏｒｒ程度の真空度に
してから、電子計算機のコントロールのもとで、磁気テ
ープまたはディスクパックに蓄えられたパターン情報を
編集して電子ビーム露光をする。

描画後、ウヱハをとり出し、レジスト膜を溶化し、酸化
膜をエッチングして拡散を行う。次のプロセスも再度酸
化膜生成、レジスト膜形成したウェハを電子ビーム装置
に挿入し、その後、エッチング、拡散等を繰り返す。こ
の繰返し工程の際、各プロセス間の位置合せの技術は集
積回路を作るうえでは重要な要因である。電子ビーム露
光装置内での位置合せは、通常、位置情報を検出するた
めのマーク検出記号をウェハにつけ、このマーク上を電
子ビームが、Ｘ軸およびＹ軸方向にスキャンし、その結
果得られる反射信号をもとにして回転補正および位置ず
れを計算し、ビームの偏向位置を補正するという処理が
行われるが、この時の位置合せ精度は電子ビームの偏向
位置精度に比べて悪いのが普通で、しかも、この位置合
せ補正処理は手間がか）る工程である。さらに、電子ビ
ーム露光装置内にウェハを挿入するたびに、鏡筒内の高
真空度処理、電子ビームのいまり操作、ゲイン調整、非
点調整等を行う必要があり、一工程あたりのターンアラ
ンドタィムが非常に長くなる。なお、以下の説明でも電
子ビームを用いる場合について説明する。この発明の目
的は、上記の欠点であるプロセス間の位置合せ精度をよ
くすること、電子ビーム露光操作の繁雑さを少なくし、
集積回路の製造工程を短縮することを目的とした集積回
路の製造方法を提供することにある。この発明の集積回
路の製造方法は、従来１回の電子ビーム露光描画の操作
では、１つのプロセス分のパターン描画しかしていなか
ったのに比べて、１回の電子ビーム露光描画の操作で、
多数プロセスのパターンを各プロセスごとに電子ビーム
の照射量を変えて描画し、その照射量の違いによって生
じるレジスト膜のエッチングスピードの差異を利用し、
多数プロセス間のパターンを区別することを特長として
いる。

さらに詳しくは、電子ビームのウェハ上への照射量を変
えるには、偏向周波数を変えることによって可能である
。

レジスト膜はある一定値以上の霧子ビ−ムの照射量が与
えられると、その照射量によりエッチングスピードが異
なってくるので、電子ビームの照射量とエッチング時間
の関係により段階的にエッチングが可能である。また、
エッチングスピードは現像液の混合比、ポジ型レジスト
膜として一般に利用されているＰＭＭＡ（ポリメチル・
メタクリレート）の場合には、Ｍ田Ｋ（メチル・イソブ
チル・ケトン）、ＩＰＡ（イソプロピル・アルコール）
の比率を変えることによってもエッチング時間をパラメ
ータとして段階的にエッチングすることが可能となる。
以下、まず従来例を第１図〜第３図によって説明した後
、この発明にいて説明する。

第１図は、従来のＤＳＡ−ＭＯＳトランジスタの製造方
法を説明するための工程図である。

第１図において、ｐ形ベース領域を形成するため、汀形
基板１上に形成した不純物導入の第１のマスク２Ａにソ
ース、ドレィン領域を形成するための不純物導入窓３お
よび４をそれぞれ閉口した後（第１図ａ）、不純物導入
の第２のマスク２Ｂを表面に彼着し、ソース領域形成の
ための窓３を含むように窓５を第２のマスク２Ｂに開□
する（第１図ｂ）。この窓５よりｐ形不純物をけ型半導
体基板１に導入し、ベース領域６を形成するが、ベース
領域６の平面パターンは窓３のパターンにより決定され
る。次に、第２のマスク２Ｂを除去し、窓３，４を露出
させ、ｎ形不純物を導入しソース領域７、ドレィン領域
８をそれぞれ形成する（第Ｉ図ｃ）。なお、９はゲート
Ｓｉ０２、１ ０はゲートポリシリコン、２Ｃは第１、
第２の不純物導入マスクが一体化したＳｉ０２膜である
。これらの各工程で、窓３，４を開口する工程と、窓５
を閥口する工程では異なるマスクパターンであり、レジ
スト露光用の第１、第２のマスク２Ａ，２８の２枚を必
要とするか、または電子ビーム露光では２回の露光工程
を要している。従って、窓・３の端と窓５の端との距離
はこの２回の露光工程における位置合せ精度ごより小さ
くするのは歩留りの点から不適当であり、実際上は十分
余裕を取っている。しかし、窓５の一端がゲートポリシ
リコン１０上にくる必要があるため、次のような難点が
ある。ゲートポリシリコン１ ０とゲートＳｉ０２９と
でなる第１のマスク２Ａの一部に形成された窓３の端Ｅ
，とゲートポリシリコン上の窓５の端Ｅ２との距離をＤ
とし、ゲート長さをＬとすると、窓５の端Ｅ２は確実に
ゲートポリシリコン１０上にくる必要があるため、ご≦
Ｄ、ご≦Ｌ−Ｄでなければならない。従って、２ごＳＬ
となりゲート長Ｌは最小２１、すなわち、位置合せ精度
の２倍に制限されてしまう。上記の欠点を除去する従来
例を第２図で説明する。

第２図は電子ビームの照射量と段階的なパターンのエッ
チングの状態を示した図である。

×軸は図形の位置座標、Ｙ軸はビーム照射量（ドーズ）
である。１，〜１４はそれぞれパターンＰ，〜Ｐ４に対
する照射量の曲線で、エッチング時庵歌，ではパターン
Ｐ４がぬけ、エッチング時間らでは、さらにパターンＰ
，がぬけ、エッチング時間ｔ３ではパターンＰ２および
Ｐ３がぬける。

従って、パターンＰ４はパターンＰ，〜Ｐ３とは別の層
として取り扱えるし、パターンＰ，はパターンＰ２，Ｐ
３とは別の層として取り扱うとができることになる。Ｐ
′，〜Ｐ′４はエッチング時間ｔ，の時点でのそれぞれ
パターンＰ，〜Ｐ４に対するレジスト膜のエッチングの
進行状況を示したものである。

Ｐ′４は完全にぬけた状態である。第３図ａ〜ｅは第２
図の方法をＤＳＡ−ＭＯＳトランジスタの製造方法に適
用した場合の工程図である。

まず、第３図ａのようにｍ形半導体基板１１上にＳｉ０
２よりなる層１２、Ｍｏ、Ｗ等の高融点金属よりなる層
１３、レジスト膜２０，２１，２２，２３（これらのレ
ジスト膜は露光前は同一のものであるが、露光後のこと
を考えて別々の符号を付してある）を穣届し、電子ビー
ムによりレジスト膜２０は非露光、レジスト膜２１は低
量露光、レジスト膜２２は中量露光、レジスト膜２３は
高量露光（なお、露光したレジ・スト膜は符号にダッシ
ュを付してある）する。次に、第３図ｂのように高量露
光されたレジスト膜２３を現像除去してエッチング用窓
１７を形成する。次に、層１３，１２を順次プラズマエ
ッチング法等によりエッチング除去し、ｍ形半導体基板
１１の表面Ｓ，を露出させ、ｐ形不純物をイオン注入に
より導入してｐ形ベース領域１４を形成する。次に、第
３図ｃのように、中量露光されたレジスト膜２２′を現
像除去し、エッチング用窓１８を形成する。次に、層１
３，１２を順次エッチング除去し、中形半導体基板１１
の表面Ｓ２を露出させ、ｎ形不純物をエッチング用窓１
７．１８を通してイオン注入法によりｍ形半導体基板１
１中に導入し、それぞれｎ＋形ソース領域１５、ｎ＋形
ドレィン領域１６を形成する。次に、第３図ｄのように
低量露光されたレジスト膜２１′を除去し、不要な層１
３を除去する。次に、第３図ｅのように非露光レジスト
膜２０を除去し、以下、ァニール等の熱工程に移る。以
上のようにベース領域形成のため不純物導入孔形成の露
光工程が、ｎ＋形ソース領域１５、ｎ十形ドレイン領域
１６の形成のための不純物導入孔形成の露光工程と同時
にでき、従来のような位置合せ精度により最小ゲート長
の制限を除去することができる。上記の場合、このまま
では各プロセスの間に熱工程があると、レジスト膜は一
般に熱に弱いため適用できない。

そこで、この発明では、２層以上の耐熱性材料からなる
多層膜を用いて、レジスト膜への電子ビームの照射量の
大小によって生じるレジスト膜のエッチングスピードの
差異を前記多層膜に移して記録し、これを以後の熱処理
工程を含む各工程において順次利用するようにしたもの
である。以下この発明の実施例を説明する。第４図ａ〜
ｅはこの発明の一実施例を示す工程図で、各素子をＳｉ
０２につて区切る工程と、ＭＯＳトランジスタのソース
とドレィンの不純物導入位置を定める２つの工程を含む
位置決め工程との２つを一度の電子ビーム露光によって
得る方法である。第４図ａにおいて、ウェハ３１上には
耐熱性材料からなる膜３２，３３が多層構造に形成され
、その上にレジスト層３４が形成されており、このレジ
スト層３４が前述の実施例と同様に２段階の露光を行い
、第１段階のエッチングを行うことによって、２つの厚
みのレジスト層３４Ａ，３４Ｂが構成されている。

第４図ｂにおいては、この薄い方のレジスト層３４Ｂの
パターンを用いて膜３２，３３の両者がエッチングされ
る。

次に、第４図ｃのように、レジスト層３４のエッチング
をさらに厚い方のレジスト層３４Ａのみが残るまで進め
る。

次いで第４図ｄのように、この厚いレジスト層３４Ａに
よるパターンによって膜３３がエッチングにより形成さ
れる。

その後、ウェハ３１に熱酸化工程を行い、膜３２によっ
て覆われていない部分に熱酸化膜３５を形成する。次に
、第４図ｅのように、膜３３のパターンによって膜３２
のエッチングを行い、膜３２，３３のパターンによって
イオン打込みあるいは不純物拡散を行うことによって、
ソース領域３６、ドレィン領域３７の不純物導入が行わ
れる。

ここで膜３２にはモリブデン、シリコンナイトラィドな
ど、膜３３には酸化アルミ、Ｓｉ０２など耐熱性材料が
用いられる。

このように一度の電子ビーム露光によって熱工程をはさ
む２つの工程に対しての各々のパターンが耐熱性材料か
らなる多層膜によって構成される。

なお、この発明は照射ビームとして電子ビームのほか、
紫外線その他の光線や放射線等を用いることも可能であ
る。

以上詳細に説明したように、この発明は照射ビームの照
射量によってレジスト膜のエッチングスピードが異なる
のを利用して各工程におけるパターンを耐熱性材料から
なる多層膜に記録してこれを熱処理工程を含む所要の処
理を順次施すためのマスクとして用いるようにしたので
、レジスト膜では耐えられない高い温度の処理が可能で
ある利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜ｃは従来のＤＳＡ−ＭＯＳトランジスタの製
造方法を説明するための工程図、第２図ａ〜ｃは第１図
の従来例の欠点を改善した従来例を説明するための電子
ビームの照射量と段階的なパターンのエッチングの状態
を示す図、第３図ａ〜ｅは第２図の方法をＤＳＡ−ＭＯ
Ｓトランジスタの製造方法に適用した場合の工程図、第
４図ａ〜ｅはこの発明の一実施例を示す工程図である。 図中、ｉ ｌはけ形半導体基板、１ ２はＳｉ０２より
なる層、１３は高融点金属よりなる層、１４はｐ形ベー
ス領域、１５はｎ十形ソース領域、１６はｎ＋形ドレィ
ン領域、１７，１８はエッチング用窓、２０，２１，２
２，２３はしジスト膜、３１はウェハ、３２，３３は耐
熱性材料からなる膜、３４，３４Ａ，３４Ｂはしジスト
層である。第１図第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の工程毎に異なるパターンのマスクを用いてウ
   エハに熱処理工程を含む処理を施す半導体装置の製造方
   法において、前記ウエハに２層以上の耐熱性材料からな
   る多層膜を構成し、さらにこの上にレジスト膜を形成し
   、このレジスト膜に照射ビームを複数からなる工程の各
   工程に必要なパターンごとに照射量を変え照射して複数
   の工程のパターンを同時に前記レジスト膜に描画し、前
   記照射ビームのレジスト膜への照射量の大小によって生
   じる前記レジスト膜のエツチングスピードの差異を利用
   して各工程に対応したパターンを前記耐熱性材料からな
   る多層膜に記録し、この多層膜のそれぞれのパターンを
   マスクとして熱処理工程を含む所要の処理を順次施すこ
   とを特徴とする半導体装置の製造方法。