(57)【要約】【課題】微細かつ高集積を狙ったプロセスにゲートシュリンクプロセスを用いても、オーバーラップマージンを確保できる。【解決手段】活性領域および分離領域を有する基板上に第１の薄膜を形成する工程と、第１の薄膜１上にこの薄膜よりもエッチングレートが小さい第２の薄膜２を形成する工程と、第２の薄膜２上に活性領域４と分離領域５に跨がるように細長い第１のレジストパターン３を形成する工程と、第１のレジストパターン３をマスクに第２の薄膜２をエッチングして細長パターンを形成する工程と、第１の薄膜１上および細長パターンに形成された第２の薄膜２上に第２のレジストパターン１３を形成する工程と、第２の薄膜２および第２のレジストパターン１３をマスクに第１の薄膜１をエッチングする工程とを含む。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性領域および分離領域を有する基板上に第１の薄膜を形成する工程と、前記第１の薄膜上にこの薄膜よりもエッチングレートが小さい第２の薄膜を形成する工程と、前記第２の薄膜上に前記活性領域と分離領域に跨がるように細長い第１のレジストパターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンをマスクに前記第２の薄膜をエッチングして細長パターンを形成する工程と、前記第１の薄膜上および前記細長パターンに形成された第２の薄膜上に第２のレジストパターンを形成する工程と、前記第２の薄膜および第２のレジストパターンをマスクに前記第１の薄膜をエッチングする工程とを含むパターン形成方法。
【請求項２】
活性領域および分離領域を有する基板上に薄膜を形成する工程と、前記薄膜上に前記活性領域と分離領域に跨がるように細長い第１のレジストパターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンにエッチング耐性が向上する処理を行う工程と、前記薄膜上および前記第１のレジストパターン上に第２のレジストパターンを形成する工程と、前記第１および第２のレジストパターンをマスクに前記薄膜をエッチングする工程とを含むパターン形成方法。
【請求項３】
第１のレジストパターンにエッチング耐性が向上する処理を行う工程はＥＢキュア処理である請求項２記載のパターン形成方法。
【請求項４】
活性領域および分離領域を有する基板上に薄膜を形成する工程と、前記薄膜上にポジ型レジストで露光現像処理を行い第１のレジストパターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンのうち前記活性領域上のパターンのみを再び露光現像処理を行い第２のレジストパターンを形成する工程と、前記第２のレジストパターンをマスクに前記薄膜をエッチングする工程とを含むパターン形成方法。
【請求項５】
活性領域および分離領域を有する基板上に薄膜を形成する工程と、前記薄膜上にポジ型レジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜に第１のパターン露光する工程と、前記第１のパターン露光された前記レジスト膜のうち前記活性領域上の部分を第２のパターン露光する工程と、露光後に現像処理によりレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクに前記薄膜をエッチングする工程とを含むパターン形成方法。
【請求項６】
活性領域および分離領域を有する基板上に薄膜を形成する工程と、前記薄膜上にレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターン上に水溶性材料により水溶性膜を形成する工程と、前記レジストパターンのうち前記分離領域上のパターンのみを露光する工程と、前記水溶性膜のうち分離領域以外の部分を除去する工程と、前記レジストパターンおよび前記水溶性膜をマスクに前記薄膜をエッチングする工程とを含むパターン形成方法。
【請求項７】
活性領域および分離領域を有する基板上に薄膜を形成する工程と、前記薄膜上にネガ型レジストによりレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜にパターン露光する工程と、パターン露光された前記レジスト膜のうち前記分離領域上のパターンのみ再び露光する工程と、露光後に現像処理によりレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクに前記薄膜をエッチングする工程とを含むパターン形成方法。
【請求項８】
第１の薄膜または薄膜をエッチングする工程は、ゲートパターンを形成する請求項１，２，３，４，５，６または７記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体素子等を製造するときに用いられ、露光エネルギー源として、ＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）・ＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）・電子ビーム・Ｘ線・ＶＵＶ光・ＥＵＶ光を用いるリソグラフィ工程で用いられるパターン形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子の微細化はますます進み、開発レベルでは設計ルールが１００ｎｍ〜６５ｎｍになっている。そのパターン形成を行うリソグラフィ工程では、ほとんどの場合露光として波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー光もしくは１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光を用いている。つまり、波長以下サイズのパターンを形成することが要求されている。
【０００３】
その中でもゲートは非常に微細な寸法が要求されており通常の露光方法では解像が困難である。そのため、ゲートパターンの横に解像限界以下のパターンを配置するスキャッタリングバーや位相シフトマスク等のいわゆる超解像技術が用いられている。ただ、これらの超解像技術ではパターンレイアウトの制限やマスクの価格が高価になってしまう。
【０００４】
そこで、特別な手法としてレジストやゲート材料をエッチングにより細らせる、ゲートシュリンクプロセスが用いられることがある（例えば、特許文献１を参照）。リソグラフィ条件を用いることができるため、本来レイアウトへの制限や高価なマスクを使用する必要がない。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−５５４３２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、微細かつ高集積を狙ったプロセスに対するゲートシュリンクプロセスは、ゲートパターンの分離領域とのオーバーラップマージンが減少し、プロセスマージンが小さくなるという問題点を有している。
【０００７】
単純な場合の例を図８を用いて説明する。図８（ａ）はポリシリコン膜１上にレジスト１３でゲートパターン７を形成したところを示している。図８（ｂ）はシュリンクプロセスを用いない通常のプロセスを用いた場合のポリシリコン膜１をエッチングした後のゲートパターン７を示している。この場合、オーバーラップマージン１４は重ね合わせずれ・寸法ばらつき・電気的マージンを考慮した必要な量を確保出来ている。
【０００８】
図８（ｃ）はゲートシュリンクプロセスを用いた場合のポリシリコン膜１をエッチングした後のゲートパターン７を示している。この場合、ゲート寸法を細めると同時にオーバーラップ部も減少してしまい、必要オーバーラップマージン１４を確保することができない。このオーバーラップマージン減少量１５をマスク上で拡大しておけば、必要オーバーラップマージン１４を確保することができる。１６は通常プロセスの場合のゲート形状である。しかし、ほとんどの場合このようなパターンの対向スペース１８幅は最小露光マージンの限界寸法で設計できているため、もしマスクを拡大すると図８（ｄ）のように対向スペース１８が解像できず、レジスト残り１７が発生する。
【０００９】
したがって、この発明の目的は、微細かつ高集積を狙ったプロセスにゲートシュリンクプロセスを用いても、オーバーラップマージンを確保できる、パターン形成方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためにこの発明の請求項１記載のパターン形成方法は、活性領域および分離領域を有する基板上に第１の薄膜を形成する工程と、前記第１の薄膜上にこの薄膜よりもエッチングレートが小さい第２の薄膜を形成する工程と、前記第２の薄膜上に前記活性領域と分離領域に跨がるように細長い第１のレジストパターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンをマスクに前記第２の薄膜をエッチングして細長パターンを形成する工程と、前記第１の薄膜上および前記細長パターンに形成された第２の薄膜上に第２のレジストパターンを形成する工程と、前記第２の薄膜および第２のレジストパターンをマスクに前記第１の薄膜をエッチングする工程とを含む。
【００１１】
このように、第１の薄膜上にこの薄膜よりもエッチングレートが小さい第２の薄膜を形成する工程と、第２の薄膜上に活性領域と分離領域に跨がるように細長い第１のレジストパターンを形成する工程と、第１のレジストパターンをマスクに第２の薄膜をエッチングして細長パターンを形成する工程と、第１の薄膜上および細長パターンに形成された第２の薄膜上に第２のレジストパターンを形成する工程とを含むので、微細かつ高集積を狙ったプロセスにシュリンクプロセスを用いても、所定の寸法になるようにレジストを細らせながら第１の薄膜をエッチングするとき、第２の薄膜で形成された細長パターンにより分離領域とのオーバーラップマージンを確保できる。
【００１２】
請求項２記載のパターン形成方法は、活性領域および分離領域を有する基板上に薄膜を形成する工程と、前記薄膜上に前記活性領域と分離領域に跨がるように細長い第１のレジストパターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンにエッチング耐性が向上する処理を行う工程と、前記薄膜上および前記第１のレジストパターン上に第２のレジストパターンを形成する工程と、前記第１および第２のレジストパターンをマスクに前記薄膜をエッチングする工程とを含む。
【００１３】
このように、薄膜上に活性領域と分離領域に跨がるように細長い第１のレジストパターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンにエッチング耐性が向上する処理を行う工程と、薄膜上および第１のレジストパターン上に第２のレジストパターンを形成する工程とを含むので、微細かつ高集積を狙ったプロセスにシュリンクプロセスを用いても、所定の寸法になるようにレジストを細らせながら薄膜をエッチングするとき、エッチング耐性が向上した細長い第１のレジストパターンにより分離領域とのオーバーラップマージンを確保できる。
【００１４】
請求項３記載のパターン形成方法は、請求項２記載のパターン形成方法において、第１のレジストパターンにエッチング耐性が向上する処理を行う工程はＥＢキュア処理である。このように、第１のレジストパターンにエッチング耐性が向上する処理を行う工程はＥＢキュア処理であるので、エッチング後のレジスト除去により第１および第２のレジストパターンを同時に除去することができる。このため、シリサイドプロセスなどで例えばゲート材料薄膜上の薄膜を除去したいとき、請求項１より容易に除去できるという利点も有する。
【００１５】
請求項４記載のパターン形成方法は、活性領域および分離領域を有する基板上に薄膜を形成する工程と、前記薄膜上にポジ型レジストで露光現像処理を行い第１のレジストパターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンのうち前記活性領域上のパターンのみを再び露光現像処理を行い第２のレジストパターンを形成する工程と、前記第２のレジストパターンをマスクに前記薄膜をエッチングする工程とを含む。
【００１６】
このように、薄膜上にポジ型レジストで露光現像処理を行い第１のレジストパターンを形成する工程と、第１のレジストパターンのうち活性領域上のパターンのみを再び露光現像処理を行い第２のレジストパターンを形成する工程とを含むので、微細かつ高集積を狙ったプロセスにシュリンクプロセスを用いても、２回目の露光が活性領域のみとすることでオーバーラップ部の減少を抑えつつ寸法を細らせることができ、分離領域とのオーバーラップマージンを確保できる。また、１回目のパターン形成で寸法を確認することができ、２回目の露光量の設定が精度良く行えるため、寸法制御性が向上するという利点もある。
【００１７】
請求項５記載のパターン形成方法は、活性領域および分離領域を有する基板上に薄膜を形成する工程と、薄膜上にポジ型レジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜に第１のパターン露光する工程と、前記第１のパターン露光された前記レジスト膜のうち前記活性領域上の部分を第２のパターン露光する工程と、露光後に現像処理によりレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクに前記薄膜をエッチングする工程とを含む。
【００１８】
このように、薄膜上にポジ型レジスト膜を形成する工程と、レジスト膜に第１のパターン露光する工程と、第１のパターン露光されたレジスト膜のうち活性領域上の部分を第２のパターン露光する工程と、露光後に現像処理によりレジストパターンを形成する工程とを含むので、微細かつ高集積を狙ったプロセスにシュリンクプロセスを用いても、２回目の露光が活性領域のみとすることでオーバーラップ部の減少を抑えつつ寸法を細らせることができ、分離領域とのオーバーラップマージンを確保できる。また、レジスト塗布・現像が１回のみでよいため、スループットの劣化を軽減できるという利点もある。
【００１９】
請求項６記載のパターン形成方法は、活性領域および分離領域を有する基板上に薄膜を形成する工程と、薄膜上にレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターン上に水溶性材料により水溶性膜を形成する工程と、前記レジストパターンのうち前記分離領域上のパターンのみを露光する工程と、前記水溶性膜のうち分離領域以外の部分を除去する工程と、前記レジストパターンおよび前記水溶性膜をマスクに前記薄膜をエッチングする工程とを含む。
【００２０】
このように、薄膜上にレジストパターンを形成する工程と、レジストパターン上に水溶性材料により水溶性膜を形成する工程と、レジストパターンのうち分離領域上のパターンのみを露光する工程と、水溶性膜のうち分離領域以外の部分を除去する工程とを含むので、微細かつ高集積を狙ったプロセスにシュリンクプロセスを用いても、水溶性膜によりオーバーラップ部のみをシュリンクプロセスによる減少分拡大することができ、分離領域とのオーバーラップマージンを確保できる。また、１回目のパターン形成で寸法を確認することができ、２回目の露光量の設定が精度よく行えるため、寸法制御性が向上するという利点がある。さらに、レジストのパターン寸法を細めることがないため、露光マージン確保ができるという利点もある。
【００２１】
請求項７記載のパターン形成方法は、活性領域および分離領域を有する基板上に薄膜を形成する工程と、薄膜上にネガ型レジストによりレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜にパターン露光する工程と、パターン露光された前記レジスト膜のうち分離領域上のパターンのみ再び露光する工程と、露光後に現像処理によりレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクに前記薄膜をエッチングする工程とを含む。
【００２２】
このように、薄膜上にネガ型レジストによりレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜にパターン露光する工程と、パターン露光されたレジスト膜のうち分離領域上のパターンのみ再び露光する工程と、露光後に現像処理によりレジストパターンを形成する工程とを含むので、微細かつ高集積を狙ったプロセスにシュリンクプロセスを用いても、２回目の露光が分離領域のみとすることでオーバーラップ部の減少を抑えつつ寸法を細らせることができ、分離領域とのオーバーラップマージンを確保できる。また、レジスト塗布・現像が１回のみでよいため、スループットの劣化を軽減できるという利点がある。さらに、レジストのパターン寸法を請求項３のように細めることがないため、露光マージン確保ができるという利点もある。
【００２３】
請求項８記載のパターン形成方法は、請求項１，２，３，４，５，６または７記載のパターン形成方法において、第１の薄膜または薄膜をエッチングする工程は、ゲートパターンを形成する。このように、第１の薄膜または薄膜をエッチングする工程は、ゲートパターンを形成するので、レジストもしくはゲート構造形成工程において、ゲート寸法をシュリンクさせるゲートシュリンクパターン形成において有効である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施の形態を図１および図２に基づいて説明する。図１はこの発明の第１の実施の形態におけるパターン形成方法の平面図、図２は図１のＰ−Ｑでの断面概略図を示している。
【００２５】
図１および図２に示すように、活性領域４および分離領域５を有する基板上にゲート材料薄膜（第１の薄膜）１を形成し、ゲート材料薄膜１上にゲート材料エッチング時にゲート材料よりもエッチングレートが小さい材料の薄膜（第２の薄膜）２を形成し、前記ゲート材料よりもエッチングレートが小さい材料薄膜２上に活性領域４と分離領域５に跨るように細長い形状（以下、矩形とする）のレジストパターン（第１のレジストパターン）３を形成する。前記矩形のレジストパターン３をマスクに前記ゲート材料よりもエッチングレートが小さい材料薄膜２をエッチングし、前記ゲート材料薄膜１上にゲート材料エッチング時にゲート材料よりもエッチングレートが小さい材料で矩形パターンが形成された基板上にゲートパターン７をレジスト（第２のレジストパターン）１３で形成する。前記レジストで形成されたゲートパターン７および前記ゲート材料エッチング時にゲート材料よりもエッチングレートが小さい材料で形成された矩形パターンをマスクに所望の寸法になるようにゲート材料薄膜１をエッチングする。
【００２６】
この場合、ゲート酸化膜１２上にポリシリコン膜１を１８０ｎｍ厚で形成された基板上にシリコン酸化膜２を２０ｎｍ形成する。その基板上にＡｒＦポジ型レジスト３を塗布した後、活性領域４と分離領域５に跨る矩形パターンが現像後残るように露光、現像を行なった（図１（ａ）、図２（ａ））。
【００２７】
その後矩形のレジストパターンをマスクにシリコン酸化膜２をドライエッチングし、レジスト除去を行なった（図１（ｂ）、図２（ｂ））。
【００２８】
次にこのシリコン酸化膜２をドライエッチングした基板上に反射防止膜（図示せず）を形成しＡｒＦポジ型レジスト１３塗布を行なった。その後ゲートパターン７を露光・現像し、幅が１００ｎｍのゲートパターン７をＡｒＦポジ型レジスト１３で形成した（図１（ｃ）、図２（ｃ））。
【００２９】
次にＡｒＦポジ型レジスト１３で形成されたゲートパターン７およびシリコン酸化膜２で形成された矩形パターンをマスクに仕上がり寸法が６０ｎｍになるようにポリシリコン膜１をエッチングし、レジスト除去を行なった（図１（ｄ）、図２（ｄ））。
【００３０】
以上のように本実施の形態によれば、所望の寸法になるようにレジストを細らせながらポリシリコン膜をエッチングするとき、シリコン酸化膜で形成された矩形パターンが、レジストのオーバーラップ部が減少してしまっても、仕上がり時でのオーバーラップ部が減少しないように働くため、ゲートシュリンクプロセスを用いても、オーバーラップマージンを確保できる、ゲートパターンを形成することができた。
【００３１】
この発明の第２の実施の形態を図３に基づいて説明する。図３はこの発明の第２の実施の形態におけるパターン形成方法の平面図である。また、図２の断面図と共通する部分は同一符号を付す。
【００３２】
図３に示すように、活性領域４および分離領域５を有する基板上にゲート材料薄膜１を形成し、ゲート材料薄膜１上に活性領域４と分離領域５に跨るように矩形のレジストパターン（第１のレジストパターン）３を形成し、前記矩形に形成されたレジストにエッチング耐性が向上する処理を行なう。前記ゲート材料薄膜１上および前記エッチング耐性向上処理が施された矩形のレジストパターン８が形成された基板上にゲートパターン７をレジスト（第２のレジストパターン）１３で形成し、前記レジストで形成されたゲートパターン７および前記エッチング耐性向上処理が施された矩形のレジストパターン８をマスクに所望の寸法になるようにゲート材料薄膜１をエッチングする。
【００３３】
この場合、ゲート酸化膜１２上にポリシリコン膜１を１８０ｎｍ厚で形成された基板上にＡｒＦポジ型レジスト３を塗布した後、活性領域４と分離領域５に跨る矩形パターンが現像後残るように露光、現像を行なった（図３（ａ））。
【００３４】
その後レジストのエッチング耐性を向上させるため、ＥＢキュア処理を行なった（図３（ｂ））。
【００３５】
次にこのＥＢキュア処理が施された矩形レジストパターン８が形成されている基板上に反射防止膜（図示せず）を形成しＡｒＦポジ型レジスト１３塗布を行なった。その後ゲートパターン７を露光・現像し、幅が１００ｎｍのゲートパターン７をＡｒＦポジ型レジスト１３で形成した（図３（ｃ））。
【００３６】
次にＡｒＦポジ型レジスト１３で形成されたゲートパターン７およびＥＢキュア処理が施されたレジストで形成された矩形パターン８をマスクに仕上がり寸法が６０ｎｍになるようにポリシリコン膜１をエッチングし、レジスト除去を行なった（図３（ｄ））
以上のように本実施の形態によれば、所望の寸法になるようにレジストを細らせながらポリシリコン膜をエッチングするとき、ＥＢキュア処理が施されたレジストで形成された矩形パターンが、レジストのオーバーラップ部が減少してしまっても、仕上がり時でのオーバーラップ部が減少しないように働くため、ゲートシュリンクプロセスを用いても、オーバーラップマージンを確保できる、ゲートパターンを形成することができた。
【００３７】
また、ポリシリコンエッチング後のレジスト除去により、ＥＢキュア処理が施されたレジストも同時に除去されており、次工程以降のシリサイドプロセスが実施の形態１の場合のようにシリコン酸化膜を除去する別の除去プロセスが不要になった。
【００３８】
この発明の第３の実施の形態を図４に基づいて説明する。図４はこの発明の第３の実施の形態におけるパターン形成方法の平面図である。また、図２の断面図と共通する部分は同一符号を付す。
【００３９】
図４に示すように、活性領域４および分離領域５を有する基板上にゲート材料薄膜１を形成し、ゲート材料薄膜１上にゲートパターン７をポジ型レジスト（第１のレジストパターン）１３で形成し、前記レジストで形成されたゲートパターン７のうち活性領域４部上のパターンのみを再び露光し現像処理を行なう。前記レジストパターン（第２のレジストパターン）をマスクに所望の寸法になるようにゲート材料薄膜１をエッチングする。
【００４０】
本実施の形態では一度露光・現像を行なった後再び露光・現像を行なう２重露光を行なってパターン形成を行なった。２重露光で所望寸法のパターンを得るために、あらかじめ２回目の露光・現像による１回目の露光・現像後のパターン寸法の変動量を、１回目の露光・現像後のパターン寸法と２回目の露光量の関係で求めておいた。
【００４１】
この場合、ゲート酸化膜１２上にポリシリコン膜１を１８０ｎｍ厚で形成された基板上に反射防止膜（図示せず）を形成しＡｒＦポジ型レジスト１３塗布を行なった。その後ゲートパターン７を露光・現像し、幅が１００ｎｍのゲートパターン７をＡｒＦポジ型レジスト１３で形成した（図４（ａ））。
【００４２】
次にレジストで形成されたゲートパターン７のうち活性領域４部上のパターンのみを現像後仕上がり寸法が６０ｎｍになるよう活性領域４部のみ開口したマスクを介し再び露光・現像を行なった（図４（ｂ））。
【００４３】
その後ポリシリコン膜１をエッチングし、レジスト除去を行なった（図４（ｃ））。
【００４４】
以上のように本実施の形態によれば、２回目の露光がゲートの活性領域部のみのため、オーバーラップ部の減少を抑えつつゲート寸法を細らせることが出来るため、ゲートシュリンクプロセスを用いても、オーバーラップマージンを確保できる、ゲートパターンを形成することができた。
【００４５】
また、１回目のゲートパターン形成で寸法を確認することができるため、２回目の露光量の設定が精度よく行え、仕上がり寸法の制御性が向上した。
【００４６】
この発明の第４の実施の形態を図５に基づいて説明する。図５はこの発明の第４の実施の形態におけるパターン形成方法の平面図である。また、図２の断面図と共通する部分は同一符号を付す。
【００４７】
図５に示すように、活性領域４および分離領域５を有する基板上にゲート材料薄膜１を形成し、ゲート材料薄膜１上にポジ型レジスト薄膜１３を形成し、前記レジスト薄膜１３にゲートパターン７を露光する。前記ゲートパターン７が露光されたレジスト薄膜１３のうち活性領域４部上のパターンのみを再び露光し現像処理を行なう。前記現像処理後のレジストパターン７をマスクに所望の寸法になるようにゲート材料薄膜１をエッチングする。
【００４８】
本実施の形態では一度露光を行なった後再び露光、その後現像を行なう２重露光を行なってパターン形成を行なった。２重露光で所望寸法のパターンを得るために、あらかじめ現像後のパターン寸法と１回目、２回目それぞれの露光量の関係をマトリクスで求めておいた。
【００４９】
この場合、ゲート酸化膜１２上にポリシリコン膜１を１８０ｎｍ厚で形成された基板上に反射防止膜（図示せず）を形成しＡｒＦポジ型レジスト１３塗布を行なった。その後ゲートパターン７を露光した（図５（ａ））。
【００５０】
現像を行なう前に、ゲートパターン７のうち活性領域４部上のパターンのみを現像後幅が６０ｎｍになるように活性領域４部のみ開口したマスクを介し再び露光を行なった（図５（ｂ））。
【００５１】
その後現像を行なった後、ポリシリコン膜１をエッチングし、レジスト除去を行なった（図５（ｃ））。
【００５２】
以上のように本実施の形態によれば、２回目の露光がゲートの活性領域部のみのため、オーバーラップ部の減少を抑えつつゲート寸法を細らせることが出来るため、ゲートシュリンクプロセスを用いても、オーバーラップマージンを確保できる、ゲートパターンを形成することができた。
【００５３】
また、レジスト塗布・現像が１回のみでよいため、第３の実施形態の場合よりもスループットの劣化を軽減できた。
【００５４】
この発明の第５の実施の形態を図６に基づいて説明する。図６はこの発明の第５の実施の形態におけるパターン形成方法の平面図である。また、図２の断面図と共通する部分は同一符号を付す。
【００５５】
図６に示すように、活性領域４および分離領域５を有する基板上にゲート材料薄膜１を形成し、ゲート材料薄膜１上にゲートパターン７をレジスト（レジストパターン）１３で形成し、前記レジストで形成されたゲートパターン７上に酸触媒で架橋する水溶性材料１１を塗布する。前記レジストで形成されたゲートパターン７のうち分離領域５部上のパターンのみを再び露光し、酸触媒で架橋する水溶性材料１１のうち前記露光により前記レジストで形成されたゲートパターン７の分離領域５部上のみに架橋した部分以外を水溶液で除去する。前記レジスト及び酸触媒で架橋する水溶性材料１１で形成されたパターンをマスクに所望の寸法になるようにゲート材料薄膜１をエッチングする。
【００５６】
この場合、ゲート酸化膜１２上にポリシリコン膜１を１８０ｎｍ厚で形成された基板上に反射防止膜（図示せず）を形成しＡｒＦポジ型レジスト１３塗布を行なった。その後ゲートパターン７を露光・現像し、幅が１００ｎｍのゲートパターン７をＡｒＦポジ型レジスト１３で形成した（図６（ａ））。
【００５７】
次に酸触媒で架橋する水溶性材料１１を基板全面に塗布し、レジストで形成されたゲートパターン７を分離領域５部のみ開口したマスクを介し露光を行い、熱処理を行なった。その後、純水とアルコールの混合液で、酸触媒で架橋する水溶性材料１１のうち、架橋を生じなかった部分の除去を行なった（図６（ｂ））。
【００５８】
次に仕上がり寸法が６０ｎｍになるようにポリシリコン膜１をエッチングし、レジスト除去を行なった（図６（ｃ））
以上のように本実施の形態によれば、オーバーラップ部のみをシュリンクプロセスによる減少分拡大することができるため、ゲートシュリンクプロセスを用いても、オーバーラップマージンを確保できる、ゲートパターンを形成することができた。また、１回目のゲートパターン形成で寸法を確認することができるため、酸触媒で架橋する水溶性材料塗布後の露光量・熱処理温度・時間の設定が精度よく行なえ、仕上がり寸法の制御性が向上した。
【００５９】
この発明の第６の実施の形態を図７に基づいて説明する。図７はこの発明の第６の実施の形態におけるパターン形成方法の平面図である。また、図２の断面図と共通する部分は同一符号を付す。
【００６０】
図７に示すように、活性領域４および分離領域５を有する基板上にゲート材料薄膜１を形成し、ゲート材料薄膜１上にネガ型レジスト薄膜１０を形成し、前記レジスト薄膜１０にゲートパターン７を露光する。前記ゲートパターン７が露光されたレジスト薄膜１０のうち分離領域５部上のパターンのみを再び露光し現像処理を行い、前記現像処理後のレジストパターンをマスクに所望の寸法になるようにゲート材料薄膜１をエッチングする。
【００６１】
この場合、ゲート酸化膜１２上にポリシリコン膜１を１８０ｎｍ厚で形成された基板上に反射防止膜（図示せず）を形成しＡｒＦネガ型レジスト１０塗布を行なった。その後ゲートパターン７を露光した（図７（ａ））。
【００６２】
現像を行なう前に、ゲートパターン７を分離領域５部のみ開口したマスクを介し再び露光を行なった（図７（ｂ））。その後現像を行なった後、仕上がり寸法が６０ｎｍになるようにポリシリコン膜１をエッチングし、レジスト除去を行なった（図７（ｃ））。
【００６３】
以上のように本実施の形態によれば、２回目の露光がゲートの分離領域部のみのため、オーバーラップ部の減少を抑えつつゲート寸法を細らせることが出来るため、ゲートシュリンクプロセスを用いても、オーバーラップマージンを確保できる、ゲートパターンを形成することができた。また、レジスト塗布・現像が１回のみでよいため、スループットの劣化を軽減でき、かつレジストのゲートパターン寸法を第３、第４の実施形態のように細めることがないため、露光マージンも確保することができた。
【００６４】
【発明の効果】
この発明の請求項１記載のパターン形成方法によれば、第１の薄膜上にこの薄膜よりもエッチングレートが小さい第２の薄膜を形成する工程と、第２の薄膜上に活性領域と分離領域に跨がるように細長い第１のレジストパターンを形成する工程と、第１のレジストパターンをマスクに第２の薄膜をエッチングして細長パターンを形成する工程と、第１の薄膜上および細長パターンに形成された第２の薄膜上に第２のレジストパターンを形成する工程とを含むので、微細かつ高集積を狙ったプロセスにシュリンクプロセスを用いても、所定の寸法になるようにレジストを細らせながら第１の薄膜をエッチングするとき、第２の薄膜で形成された細長パターンにより分離領域とのオーバーラップマージンを確保できる。
【００６５】
この発明の請求項２記載のパターン形成方法によれば、薄膜上に活性領域と分離領域に跨がるように細長い第１のレジストパターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンにエッチング耐性が向上する処理を行う工程と、薄膜上および第１のレジストパターン上に第２のレジストパターンを形成する工程とを含むので、微細かつ高集積を狙ったプロセスにシュリンクプロセスを用いても、所定の寸法になるようにレジストを細らせながら薄膜をエッチングするとき、エッチング耐性が向上した細長い第１のレジストパターンにより分離領域とのオーバーラップマージンを確保できる。
【００６６】
請求項３では、第１のレジストパターンにエッチング耐性が向上する処理を行う工程はＥＢキュア処理であるので、エッチング後のレジスト除去により第１および第２のレジストパターンを同時に除去することができる。このため、シリサイドプロセスなどで例えばゲート材料薄膜上の薄膜を除去したいとき、請求項１より容易に除去できるという利点も有する。
【００６７】
この発明の請求項４記載のパターン形成方法によれば、薄膜上にポジ型レジストで露光現像処理を行い第１のレジストパターンを形成する工程と、第１のレジストパターンのうち活性領域上のパターンのみを再び露光現像処理を行い第２のレジストパターンを形成する工程とを含むので、微細かつ高集積を狙ったプロセスにシュリンクプロセスを用いても、２回目の露光が活性領域のみとすることでオーバーラップ部の減少を抑えつつ寸法を細らせることができ、分離領域とのオーバーラップマージンを確保できる。また、１回目のパターン形成で寸法を確認することができ、２回目の露光量の設定が精度良く行えるため、寸法制御性が向上するという利点もある。
【００６８】
この発明の請求項５記載のパターン形成方法によれば、薄膜上にポジ型レジスト膜を形成する工程と、レジスト膜に第１のパターン露光する工程と、第１のパターン露光されたレジスト膜のうち活性領域上の部分を第２のパターン露光する工程と、露光後に現像処理によりレジストパターンを形成する工程とを含むので、微細かつ高集積を狙ったプロセスにシュリンクプロセスを用いても、２回目の露光が活性領域のみとすることでオーバーラップ部の減少を抑えつつ寸法を細らせることができ、分離領域とのオーバーラップマージンを確保できる。また、レジスト塗布・現像が１回のみでよいため、スループットの劣化を軽減できるという利点もある。
【００６９】
この発明の請求項６記載のパターン形成方法によれば、薄膜上にレジストパターンを形成する工程と、レジストパターン上に水溶性材料により水溶性膜を形成する工程と、レジストパターンのうち分離領域上のパターンのみを露光する工程と、水溶性膜のうち分離領域以外の部分を除去する工程とを含むので、微細かつ高集積を狙ったプロセスにシュリンクプロセスを用いても、水溶性膜によりオーバーラップ部のみをシュリンクプロセスによる減少分拡大することができ、分離領域とのオーバーラップマージンを確保できる。また、１回目のパターン形成で寸法を確認することができ、２回目の露光量の設定が精度よく行えるため、寸法制御性が向上するという利点がある。さらに、レジストのパターン寸法を細めることがないため、露光マージン確保ができるという利点もある。
【００７０】
この発明の請求項７記載のパターン形成方法によれば、薄膜上にネガ型レジストによりレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜にパターン露光する工程と、パターン露光されたレジスト膜のうち分離領域上のパターンのみ再び露光する工程と、露光後に現像処理によりレジストパターンを形成する工程とを含むので、微細かつ高集積を狙ったプロセスにシュリンクプロセスを用いても、２回目の露光が分離領域のみとすることでオーバーラップ部の減少を抑えつつ寸法を細らせることができ、分離領域とのオーバーラップマージンを確保できる。また、レジスト塗布・現像が１回のみでよいため、スループットの劣化を軽減できるという利点がある。さらに、レジストのパターン寸法を請求項３のように細めることがないため、露光マージン確保ができるという利点もある。
【００７１】
請求項８では、第１の薄膜または薄膜をエッチングする工程は、ゲートパターンを形成するので、レジストもしくはゲート構造形成工程において、ゲート寸法をシュリンクさせるゲートシュリンクパターン形成において有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態におけるパターン形成方法の平面図である。
【図２】図１のＰ−Ｑでの断面概略図を示している。
【図３】この発明の第２の実施の形態におけるパターン形成方法の平面図である。
【図４】この発明の第３の実施の形態におけるパターン形成方法の平面図である。
【図５】この発明の第４の実施の形態におけるパターン形成方法の平面図である。
【図６】この発明の第５の実施の形態におけるパターン形成方法の平面図である。
【図７】この発明の第６の実施の形態におけるパターン形成方法の平面図である。
【図８】従来例の課題を示す説明図である。
【符号の説明】
１  ポリシリコン膜
２  シリコン酸化膜
３，１３  ポジ型レジスト
４  活性領域
５  分離領域
７  ゲートパターン
８  ＥＢキュア処理が施された矩形レジストパターン
１１  水溶性材料
１０  ネガ型レジスト
１２  ゲート酸化膜
１４  必要オーバーラップマージン
１５  オーバーラップ減少量
１６  通常プロセスの場合のゲート形状
１７  レジスト残り
１８  対向スペース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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