(57)【要約】【課題】　半導体処理における材料層へのサブリソグラフィック開口部の形成方法を提供する。【解決手段】　第１材料の第１層にサブリソグラフィック開口部を形成する第１方法は、所望のサブリソグラフィック開口部の位置の上にあるリソグラフィック開口部を第１層上に作り出す段階から始まる。第１層の第１材料は、リソグラフィック開口部から部分的に除去される。第１層と同じ材料の犠牲層が、リソグラフィック開口部の上を含む第１層の輪郭に適合するように共形に堆積される。得られる構造は、犠牲層及び第１層をエッチングするために異方性エッチングされ、リソグラフィック開口部内にサブリソグラフィック開口部を形成する。サブリソグラフィック開口部を形成する第２方法は、ポリシリコンのような犠牲層を堆積させ、最終的にはそれを第２の犠牲材料に転換することにより横方向に拡張し、サブリソグラフィック開口部サイズまで減少させる。【選択図】　　　　　図１ｄ
2004111970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　半導体処理において第１の材料の第１の層にサブリソグラフィック開口部を形成する方法であって、
　所望のサブリソグラフィック開口部の位置の上にあるリソグラフィック開口部を前記第１の層上に作り出す段階と、
　前記リソグラフィック開口部の第１の材料を部分的に除去する段階と、
　前記リソグラフィック開口部の上を含む前記第１の層の上に、前記第１の層の輪郭と共形に前記第１の材料の犠牲層を堆積させる段階と、
　前記リソグラフィック開口部内に前記サブリソグラフィック開口部を形成するために、前記犠牲層及び前記第１の層を異方性エッチングする段階と、
　を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
　前記作り出す段階は、
　前記第１の層上にフォトレジストの層を堆積させる段階と、
　前記所望のサブリソグラフィック開口部の位置の上に潜在リソグラフィック開口部を含む潜像を形成するために、前記フォトレジストの層を露出させる段階と、
　前記リソグラフィック開口部の前記フォトレジストを完全に除去し、それによって前記第１の層を露出させる段階と、
　を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
　前記部分的に除去する段階の後、かつ前記犠牲層を堆積させる段階の前に、前記フォトレジストの全てを除去する段階を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
　前記第１の材料は、ポリシリコン又はアモルファスシリコンであることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
　半導体処理において第１の材料の第１の層にサブリソグラフィック開口部を形成する方法であって、
　前記第１の層上に第１の犠牲材料の犠牲層を堆積させる段階と、
　前記犠牲層上に、所望のサブリソグラフィック開口部の位置の上に配置されたリソグラフィック開口部を作り出す段階と、
　前記リソグラフィック開口部の前記第１の犠牲材料を除去する段階と、
　前記第１の犠牲材料を第２の犠牲材料に転換することにより、前記第１の犠牲材料を横方向に拡張させ、それによって前記リソグラフィック開口部の大きさをサブリソグラフィック開口部まで減少させる段階と、
　前記第１の層に前記サブリソグラフィック開口部を形成するために、前記第２の犠牲材料をマスク層として使用して前記第１の層をエッチングする段階と、
　を含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
　前記作り出す段階は、
　前記犠牲層上にフォトレジストの層を堆積させる段階と、
　前記所望のサブリソグラフィック開口部の位置の上に潜在リソグラフィック開口部を含む潜像を形成するために、前記フォトレジストの層を露出させる段階と、
　前記リソグラフィック開口部の前記フォトレジストを除去し、それによって前記犠牲層を露出させる段階と、
　を更に含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
　前記除去する段階の後、かつ前記拡張させる段階の前に、前記フォトレジストの全てを除去する段階を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
　前記第１の犠牲材料は、シリコン、ポリシリコン、又はアモルファスシリコンであることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
　前記拡張させる段階は、(二)酸化シリコンを生成するために、前記第１の犠牲材料を酸化する段階を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
　前記第１の層は、ポリシリコンの層、及び前記犠牲層に直接隣接する窒化シリコンの層を含む複合層であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、半導体処理において材料の層にサブリソグラフィック開口部を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　半導体処理において材料の層にリソグラフィック開口部を形成する方法は、当業界では公知である。リソグラフィック開口部は、半導体処理において、その半導体処理で製造可能な最も小さい形態サイズである。すなわち、例えば０.１３ミクロン処理においては、その処理で作ることのできる最小の開口部又は形態サイズは、大きさが０.１３ミクロンの開口部であり、それは、この処理に対するリソグラフィック的特徴になるであろう。サブリソグラフィック開口部は、このリソグラフィック処理に利用可能な最小の形態サイズよりも小さい寸法を有する開口部であると考えられる。すなわち、０.１３ミクロン処理における０.１３ミクロンよりも小さい寸法を有する開口部は、いずれも０.１３ミクロン処理におけるサブリソグラフィック開口部である。
【０００３】
【特許文献１】米国特許番号ＵＳＰ６,３６２,１１７
【特許文献２】米国特許番号ＵＳＰ６,３６５,４５１
【特許文献３】米国特許番号ＵＳＰ６,４１３,８０２
【特許文献４】米国特許番号ＵＳＰ６,４２９,１２５
【特許文献５】米国特許番号ＵＳＰ６,４２３,４７５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
　リソグラフィック処理においては、半導体構造のある特定の部分にサブリソグラフィック開口部を形成し、ずれ等のような問題に対処するためにより小さい形態サイズを作ることが必要である。先行技術においては、第１の材料の犠牲層を作ることが知られている。リソグラフィック開口部は、犠牲材料の第１の層に作られ、そこにリソグラフィック開口部が形成される。第１材料と異なる第２材料の第２層が、第１層に共形に堆積される。第２材料の第２層は、その後、第１層に到達するまで異方性エッチングされる。これは、第１層の開口部に第２材料で作られたスペーサを作り出す。第１層の開口部のスペーサは、開口部のサイズを減少させ、それによりサブリソグラフィック開口部を作り出す。第１材料の第１層は、第２材料のスペーサと共にその後マスク層として使用され、第１層が堆積する層にサブリソグラフィック開口部を作り出す。例えば、米国特許番号ＵＳＰ６,３６２,１１７を参照することができる。しかし、このような処理は、犠牲マスク層を形成するために異なる材料の２つの層を使用する必要がある。半導体構造にサブリソグラフィック構造を作り出すことに関しては、米国特許番号ＵＳＰ６,３６５,４５１、６,４１３,８０２、６,４２９,１２５、及び６,４２３,４７５もまた参照することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
　半導体処理において第１材料の第１層にサブリソグラフィック開口部を形成する方法は、第１層上にリソグラフィック開口部を作り出す段階を含む。このリソグラフィック開口部は、所望のサブリソグラフィック開口部の位置の上にある。リソグラフィック開口部の第１材料は、部分的に除去される。犠牲層が、リソグラフィック開口部の上を含む第１層の上に、第１層の輪郭と共形に堆積される。犠牲層もまた第１材料でできている。犠牲層及び第１層は、サブリソグラフィック開口部からの全ての材料がエッチングで除去されるまで異方性エッチングされ、リソグラフィック開口部内にサブリソグラフィック開口部を形成する。
【０００６】
　本発明はまた、半導体処理において第１材料の第１層にサブリソグラフィック開口部を形成する別の方法に関する。本方法において、第１材料の犠牲層は、第１層上に堆積される。リソグラフィック開口部は、犠牲層上に作り出される。このリソグラフィック開口部は、所望のサブリソグラフィック開口部の位置の上に配置される。第１材料は、リソグラフィック開口部において除去される。第１材料は、その後、第１材料を第２材料に転換することにより横方向に拡張し、それによってリソグラフィック開口部のサイズをサブリソグラフィック開口部の大きさまで減少させる。第１層は、その後、第２材料をマスク層として使用してエッチングされ、第１層にサブリソグラフィック開口部を形成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
　図１ａを参照すると、一般に単結晶シリコンで作られた半導体基板１０の断面図が示されている。基板１０には、幾つかの浅いトレンチ分離１２が設けられている。サブリソグラフィック開口部を形成する処理は、基板１０上のフローティングゲートの形成を示す図１ａ〜図１ｇに関して以下に説明される。しかし、本発明がフローティングゲートの形成に限定されないことは、当業者には理解されるであろう。むしろ、サブリソグラフィック開口部を形成する本発明は、トレンチ分離１２の存在の如何を問わずどのような材料に対しても行うことができる。
【０００８】
　酸化シリコン又は二酸化シリコンの第１層１４（５０オングストローム程度）は、基板１０の第１の表面（上面）に形成される。これは、例えば、「化学蒸着」か、又は熱的にシリコンを二酸化シリコンに転換することにより行うことができる。最終的に、（二）酸化シリコンの層１４（これ以後に使用する場合、（二）酸化は、酸化シリコン及び二酸化シリコンの両方を指すものとする）は、ゲート結合酸化物としての機能を果たす。ポリシリコン又はアモルファスシリコン１６の第１層１６（６００オングストローム程度）は、(二)酸化シリコンの層１４上に堆積される。これは、例えば、シリコンの化合物が還元されてシリコンになるプラズマ助長堆積法又は高温法により行うことができる。これ以後に使用する場合、ポリシリコンとは、アモルファスシリコン及びポリシリコンの両方を指すものとする。最終的に、窒化シリコンの層１８（３００オングストローム程度）が、ポリシリコンの第１層１６と共形に堆積される。これは、例えば、ＳｉＨ4、ＳｉＨ2Ｃｌ2、及び、ＮＨ3のような他のガスなどのシリコン化合物が窒化シリコンの層１８を形成するために使用される、プラズマ助長堆積法又は高温法により行うことができる。上述の堆積処理は、全て当業技術において公知である。得られる構造は、図１ａに示されている。
【０００９】
　ポリシリコンの第２層２０（４５０オングストローム程度）は、その後、図１ａに示されている構造の窒化シリコンの層１８の上に堆積される。得られる構造は、図１ｂに示されている。ポリシリコンの第２層２０は、シリコンのガス状化合物の還元のような従来的に公知の技術により堆積させることができる。
　フォトレジスト２２が、その後、図１ｂの構造全体に亘って付加され、そこにリソグラフィック開口部２４が形成される。リソグラフィック開口部２４は、最終的にポリシリコンの第１層のサブリソグラフィック開口部が形成されることになる位置に形成される。公知のフォトレジスト露出及び除去技術を使用して、リソグラフィック開口部２４は形成される。得られる構造は、図１cに示されている。
【００１０】
　フォトレジスト２２をマスクとして使用して、開口部２４におけるポリシリコンの露出した第２層２０は、その後、エッチング停止として窒化シリコンを用いる「ＲＩＥ」異方性エッチングのような公知の技術を使用して除去される。ポリシリコンの第２層２０の異方性エッチングは、窒化シリコンの層１８が露出するまで進められる。得られる構造は、図１ｄに示されている。
　フォトレジスト２２は、その後除去される。これは、リソグラフィック開口部２４を有するポリシリコンの第２層２０をもたらす。この得られた構造は、図１ｅに示されている。
【００１１】
　図１ｅに示されている構造は、その後、酸化されるか、又は、Ｏ2単独又はＨ2とＯ2の混合気のような酸化性雰囲気中に置かれる。これは、ポリシリコンの第２層２０を(二)酸化シリコンに転換させる。公知のように、(二)酸化シリコンは、ポリシリコンよりも大きな分子サイズを有するために、ポリシリコン２０の(二)酸化シリコンへの転換により、間隔又は開口部２４が縮小される。これは、(二)酸化シリコンが形成される際の(二)酸化シリコンの横方向への拡張によるものである。結果として、サブリソグラフィック開口部がその後に作り出される。得られる構造は、図１fに示されている。
【００１２】
　(二)酸化シリコン層２０をマスク層として使用して、窒化シリコンの層１８及びポリシリコンの層１６は、その後、異方性エッチングを使用してエッチングされる。得られる構造は、図１ｇに示されており、窒化シリコンの層１８及びポリシリコンの層１６にサブリソグラフィック開口部が作り出されている。得られる構造は、図１ｇに示されている。
　その後は、窒化シリコン層１８を除去できるのと同様に、(二)酸化シリコンのマスク層２０も除去することができ、サブリソグラフィック開口部２４を有するポリシリコンの第１層１６をもたらす。
【００１３】
　図２ａを参照すると、半導体処理において材料にサブリソグラフィック開口部を作り出す別の方法の第１段階の断面図が示されている。図１ａに示す断面図と同様に、この処理は、トレンチ分離１２を有する単結晶シリコン１０でできた半導体基板から始まる。しかし、ここでもまた、トレンチ分離１２の使用は、図２ａ〜図２fが浅いトレンチ分離１２領域の上に重なる構造にポリシリコンのフローティングゲートを作り出す処理を示す際の説明目的のためだけである。しかし、本発明の方法は、そのように限定されるものではなく、どのような目的の半導体処理においても、任意の材料にサブリソグラフィック開口部を作り出すために使用することができる。
【００１４】
　(二)酸化シリコンの第１層１４は、その後、基板１０の表面上に堆積される。これは、５０オングストローム程度の層とすることができ、化学蒸着又は高温熱堆積のような公知の従来の技術により行うことができる。得られる構造は、図２ｂに示されている。
　ポリシリコンの第１層２０ａは、その後、図２ｂに示す構造の輪郭を覆って共形に堆積される。ポリシリコンの第１層２０ａは、化学蒸着のような従来の技術により堆積させることができ、１０００オングストロームの厚さに堆積させてもよい。得られる構造は、図２cに示されている。
【００１５】
　従来のフォトレジスト２２を使用して（図１ｃ及び図１ｄに示すように）、リソグラフィック開口部２４が、ポリシリコンの第１層２０ａに作り出される。しかし、ポリシリコン２０ａの第１層は、リソグラフィック開口部２４から完全には除去又はエッチングされない。好ましい実施形態においては、ポリシリコン２０ａの厚さの約９０％が開口部２４から除去される。第１のポリシリコン層２０ａにリソグラフィック開口部２４を作り出す処理は、図２ｄに示すように、リソグラフィック開口部２４における残留ポリシリコンをもたらす。
【００１６】
　第１層２０ａと同じ材料であるポリシリコンの第２層２０ｂは、その後、ポリシリコンの第１層２０ａの輪郭と共形に堆積される。ポリシリコンの第２層２０ｂは、４５０オングストローム程度であり、化学蒸着により堆積させることができる。堆積処理の結果が、図２ｅに示されている構造である。その後、図２ｅに示す構造は、ポリシリコンが全て開口部２４からエッチングされるまで異方性エッチングされる。このエッチング処理は、ポリシリコン２０ａ、及びリソグラフィック開口部２４に堆積された第２層２０ｂからのポリシリコンの除去を引き起こす。しかし、ある量のポリシリコン２０ｂは、開口部２４の側壁の内側を引き続き覆ってサブリソグラフィック開口部２４を作り出す。得られる構造は、図２fに示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１ａ】半導体処理において第１材料の第１層にサブリソグラフィック開口部を形成する本発明の方法を示す断面図である。
【図１ｂ】半導体処理において第１材料の第１層にサブリソグラフィック開口部を形成する本発明の方法を示す断面図である。
【図１ｃ】半導体処理において第１材料の第１層にサブリソグラフィック開口部を形成する本発明の方法を示す断面図である。
【図１ｄ】半導体処理において第１材料の第１層にサブリソグラフィック開口部を形成する本発明の方法を示す断面図である。
【図１ｅ】半導体処理において第１材料の第１層にサブリソグラフィック開口部を形成する本発明の方法を示す断面図である。
【図１ｆ】半導体処理において第１材料の第１層にサブリソグラフィック開口部を形成する本発明の方法を示す断面図である。
【図１ｇ】半導体処理において第１材料の第１層にサブリソグラフィック開口部を形成する本発明の方法を示す断面図である。
【図２ａ】半導体処理において第１材料の第１層にサブリソグラフィック開口部を形成する本発明の別の方法を示す断面図である。
【図２ｂ】半導体処理において第１材料の第１層にサブリソグラフィック開口部を形成する本発明の別の方法を示す断面図である。
【図２ｃ】半導体処理において第１材料の第１層にサブリソグラフィック開口部を形成する本発明の別の方法を示す断面図である。
【図２ｄ】半導体処理において第１材料の第１層にサブリソグラフィック開口部を形成する本発明の別の方法を示す断面図である。
【図２ｅ】半導体処理において第１材料の第１層にサブリソグラフィック開口部を形成する本発明の別の方法を示す断面図である。
【図２ｆ】半導体処理において第１材料の第１層にサブリソグラフィック開口部を形成する本発明の別の方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１８】
　１０　半導体基板
　１２　トレンチ分離
　１４　(二)酸化シリコンの第１の層
　１６　ポリシリコンの第１の層
　１８　窒化シリコンの層
　２０　ポリシリコンの第２の層
　２２　フォトレジスト
　２４　開口部
【図１ａ】
2004111970.tif 000003
【図１ｂ】
2004111970.tif 000004
【図１ｃ】
2004111970.tif 000005
【図１ｄ】
2004111970.tif 000006
【図１ｅ】
2004111970.tif 000007
【図１ｆ】
2004111970.tif 000008
【図１ｇ】
2004111970.tif 000009
【図２ａ】
2004111970.tif 000010
【図２ｂ】
2004111970.tif 000011
【図２ｃ】
2004111970.tif 000012
【図２ｄ】
2004111970.tif 000013
【図２ｅ】
2004111970.tif 000014
【図２ｆ】
2004111970.tif 000015