(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に材料を選択的に露出させる方法であって、
半導体基板上に材料を形成するステップと、
前記材料上に感光層を形成するステップと、
４つの外側境界線の内側に４つの内側境界線を含む第１の像パターンを、前記感光層上に投影するステップとを含み、前記第１の像パターンの前記内側境界線のうち１つは前記材料に対する第１の境界部を規定し、前記方法はさらに、
前記第１の像パターンを投影した後に、４つの外側境界線の内側に４つの内側境界線を含む第２の像パターンを、前記感光層上に投影するステップを含み、前記第２の像パターンは、前記第１の像パターンに部分的に重なり、かつ前記第２の像パターンの前記内側境界線のうち１つは前記材料に対する第２の境界部を規定し、前記方法はさらに、
前記第１および第２の像パターンに対応する、前記感光層の部分を除去するステップを含み、前記感光層は、前記第１および第２の境界部に隣接する前記材料を選択的に露出させる一方で、前記第１および第２の境界部に隣接しかつ前記第１の境界部と前記第２の境界部との間にある前記材料を覆う、半導体基板上に材料を選択的に露出させる方法。
【請求項２】
前記第１の像パターンは、矩形を有する４つの外側境界線内に矩形を有する４つの内側境界線を含み、
前記第２の像パターンは、矩形を有する４つの外側境界線内に矩形を有する４つの内側境界線を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の像パターンの前記４つの内側境界線内の第１の内側領域は、前記第１の像パターン外にあり、
前記第２の像パターンの前記４つの内側境界線内の第２の内側領域は、前記第２の像パターン外にあり、
前記第１の内側領域と前記第２の内側領域との間における重なりは、前記フォトレジスト層が前記第１の境界部と前記第２の境界部との間において前記材料を覆う部分を規定する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記材料は、中央部分の両側にありかつ隣接する第１および第２の部分を含み、前記第１の境界部は前記第１の部分と前記中央部分との間にありかつ前記第２の境界部は前記中央部分と前記第２の部分との間にあり、
前記第１の像パターンは、前記中央部分および前記第２の部分を覆うことなく前記第１の部分を覆い、
前記第２の像パターンは、前記第１の部分および前記中央部分を覆うことなく前記第２の部分を覆う、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１および第２の像パターンは別々の放射露光ステップを用いて形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の像パターンは、前記第１の像パターンと本質的に同一でありかつ前記第１の像パターンから横方向に動かされる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の像パターンを前記感光層に投影するステップは、レクチルが前記基板に関し第１の位置を有する状態で前記レクチルを介して投射を行なうステップを含み、
前記第２の像パターンを前記感光層に投影するステップは、前記レクチルが前記基板に関し第２の位置を有する状態で前記レクチルを介して投射を行なうステップを含み、前記第２の位置は前記第１の位置に対して横方向に動かされている、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の像パターンを前記感光層に投影するステップは、第１の放射透過パターンを有する第１のレクチルを介して投射を行なうステップを含み、
前記第２の像パターンを前記感光層に投影するステップは、第２の放射透過パターンを有する第２のレクチルを介して投射を行なうステップを含み、前記第２の放射透過パターンは、前記第１の放射透過パターンと本質的に同一でありかつ前記第１の放射透過パターンから横方向に動かされている、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の像パターンは単一の座標軸に沿って前記第１の像パターンから横方向に動かされる、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の像パターンは、相互に直交する第１および第２の座標軸に沿って前記第１の像パターンから横方向に動かされる、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
エッチングを適用することにより、前記材料のうち前記感光層によって選択的に露光される部分を選択的に取除き、それによって、前記材料において前記第１および第２の境界部に対応する第１および第２の端縁部をそれぞれ形成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記感光層はフォトレジストであり、前記材料はポリシリコンである、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
集積回路チップの製造中に実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
マイクロプロセッサとメモリとシステムバスとを含む電子システムの製造中に実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
半導体基板上に材料を選択的に露出させる方法であって、
半導体基板上に材料を形成するステップを含み、前記材料は第１の部分と第２の部分との間にありかつ前記第１および第２の部分に隣接する中央部分を含み、前記方法はさらに、
前記材料上にポジ形フォトレジスト層を形成するステップと、
４つの外側境界線の内側に４つの内側境界線を含む第１の像パターンを、前記フォトレジスト層上に投影するステップとを含み、前記第１の像パターンは前記中央部分および前記第２の部分を覆うことなく前記第１の部分を覆い、前記方法はさらに、
前記第１の像パターンを投影した後に、４つの外側境界線の内側に４つの内側境界線を含む第２の像パターンを、前記フォトレジスト層上に投影するステップを含み、前記第２の像パターンは前記第１の像パターンと本質的に同一でありかつ前記第１の像パターンから横方向に動かされるものであり、前記第２の像パターンは前記第１の像パターンと部分的に重なり、前記第２の像パターンは前記第１の部分および前記中央部分を覆うことなく前記第２の部分を覆い、前記方法はさらに、
前記中央部分を露出させることなく前記第１および第２の部分を選択的に露出させるよう、前記第１および第２の像パターンに対応する前記フォトレジスト層の部分を除去するステップを含む、半導体基板上に材料を選択的に露出させる方法。
【請求項１６】
前記第１の像パターンを前記フォトレジスト層上に投影するステップは、レクチルが前記基板に関し第１の位置を有する状態で前記レクチルを介して投射を行なうステップを含み、
前記第２の像パターンを前記フォトレジスト層上に投影するステップは、前記レクチルが前記基板に関し第２の位置を有する状態で前記レクチルを介して投射を行なうステップを含み、前記第２の位置は、前記第２の像パターンが前記第１の像パターンに対して横方向に動かされるよう、前記第１の位置から横方向に動かされる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の像パターンを前記フォトレジスト層上に投影するステップは、第１の放射透過パターンを有する第１のレクチルを介して投射を行なうステップを含み、
前記第２の像パターンを前記フォトレジスト層上に投影するステップは、第２の放射透過パターンを有する第２のレクチルを介して投射を行なうステップを含み、前記第２の放射透過パターンは、前記第２の像パターンが前記第１の像パターンに対して横方向に動かされたものであるよう、前記第１の放射透過パターンと本質的に同一でありかつ前記第１の放射透過パターンから横方向に動かされる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の像パターンは単一の座標軸に沿って前記第１の像パターンから横方向に動かされる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の像パターンは、相互に直交する第１および第２の座標軸に沿って前記第１の像パターンから横方向に動かされる、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記材料はポリシリコンである、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１および第２の部分はエッチングされ除去され、前記中央部分はゲート電極を形成する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の部分と前記第２の部分との間において前記中央部分を横切る長さは、前記第１および第２の像パターンを前記フォトレジスト層に投影するフォトリソグラフィシステムの最小解像度未満である、請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記長さは約０．４ミクロン未満である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記長さは約０．２ミクロン未満である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
ＩＧＦＥＴのためのゲート電極を形成するためのゲート材料を選択的に露出させる方法であって、示されるシーケンスで、以下の：
半導体基板上にゲート酸化物を形成するステップと、
前記ゲート酸化物上にポリシリコン層を形成するステップとを含み、前記ポリシリコン層は、ゲート電極と、前記ゲート電極の両端に隣接する第１および第２の部分とを含み、前記方法はさらに、
前記ポリシリコン層上にポジ形フォトレジスト層を形成するステップと、
４つの外側境界線の内側に４つの内側境界線を含む第１の像パターンを、第１の放射露光を用いて前記フォトレジスト層上に投影するステップとを含み、前記像パターンは、前記ゲート電極および前記第２の部分を覆うことなく前記第１の部分を覆うことによって、前記ゲート電極用の第１の端縁部を規定し、前記方法はさらに、
４つの外側境界線の内側に４つの内側境界線を含む第２の像パターンを、第２の放射露光を用いて前記フォトレジスト層上に投影するステップを含み、前記第２の像パターンは、前記第１の部分および前記ゲート電極を覆うことなく前記第２の部分を覆うことによって、前記ゲート電極用の第２の端縁部を規定し、前記第２の像パターンは前記第１の像パターンと部分的に重なり、前記第２の像パターンは前記第１の像パターンと本質的に同一でありかつ前記第１の像パターンから横方向に動かされるものであり、前記方法はさらに、
前記ゲート電極を覆う一方で前記第１および第２の部分を選択的に露出させるよう、前記第１および第２の像パターンに対応する前記フォトレジスト層の部分を除去するステップを含む、ＩＧＦＥＴ用のゲート電極を形成するためのゲート材料を選択的に露出させる方法。
【請求項２６】
前記４つの内側境界線は、第２の内側境界線に隣接する第１の内側境界線と、前記第２の内側境界線に隣接しかつ前記第１の内側境界線に対向する第３の内側境界線と、前記第１および第３の内側境界線に隣接しかつ前記第２の内側境界線に対向する第４の内側境界線とを含み、
前記４つの外側境界線は、第２の外側境界線に隣接する第１の外側境界線と、前記第２の外側境界線に隣接しかつ前記第１の外側境界線に対向する第３の外側境界線と、前記第１および第３の外側境界線に隣接しかつ前記第２の外側境界線に対向する第４の外側境界線とを含み、
前記第２の像パターンの前記第１および第３の内側境界線は、第１の座標軸に沿って、前記第１の像パターンの前記第１および第３の内側境界線から横方向に動かされ、前記第１の座標軸は第２の座標軸に直交し、
前記第２の像パターンの前記第１および第３の外側境界線は、前記第１の座標軸に沿って、前記第１の像パターンの前記第１および第３の外側境界線から横方向に動かされ、
前記ゲート電極の前記第１の端縁部は、前記第１の像パターンの前記第３の内側境界線によって規定され、
前記ゲート電極の前記第２の端縁部は、前記第２の像パターンの前記第１の内側境界線によって規定される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２の像パターンの前記第２および第４の内側境界線は、前記第２の座標軸に沿って、前記第１の像パターンの前記第２および第４の内側境界線に対して整列し、
前記第２の像パターンの前記第２および第４の外側境界線は、前記第２の座標軸に沿って、前記第１の像パターンの前記第２および第４の外側境界線に整列する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第２の像パターンの前記第２および第４の内側境界線は、前記第２の座標軸に沿って、前記第１の像パターンの前記第２および第４の内側境界線から横方向に動かされ、
前記第２の像パターンの前記第２および第４の外側境界線は、前記第２の座標軸に沿って、前記第１の像パターンの前記第２および第４の外側境界線から横方向に動かされる、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１の端縁部と前記第２の端縁部との間における前記ゲート電極の長さは、前記第１の像パターンの前記第１および第３の内側境界線間の距離から前記第１の像パターンと前記第２の像パターンとの間における前記第１の座標軸に沿った前記横方向の移動を引いたものに等しい、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１および第２の端縁部に平行である前記ゲート電極層の幅は、前記第１の像パターンと前記第２の像パターンとの間における前記第２の座標軸に沿った前記横方向の移動がある場合に、前記横方向の移動を、前記第１の像パターンの前記第２の内側境界線と前記第４の内側境界線との間の距離から引いたものに等しい、請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は集積回路製造に関するものであり、より特定的には、半導体基板上において材料を選択的に露出することに関する。
背景技術
フォトリソグラフィは、半導体製造において、半導体ウェハまたは基板上に材料の領域を選択的に露出するのに頻繁に用いられる。典型的には、ウェハを洗浄およびプリベイクすることにより湿気を追い出して密着を促進し、密着強化剤をそのウェハの上に堆積させ、数滴のフォトレジストをその回転しているウェハ上に落すことにより均一な層を設け、そのウェハをソフトベイクすることにより残りの溶剤を追い出し、そのウェハをフォトリソグラフィシステムに置いて放射パターンにさらして、次いでそのフォトレジストを現像する。現像剤によって照射された領域が除去されるポジ形フォトレジストが通常用いられる。このフォトレジストをさらにハードベイクすることによりその抵抗性を向上させ、次いでそのフォトレジストをマスクとして用いて、ウェハを加算的処理（たとえばイオン注入）または減算的処理（たとえばエッチング）する。その後、このフォトレジストを剥がす。
フォトリソグラフィシステムでは、放射源およびレンズをしばしばマスクまたはレクチルと組合せて用いることによりフォトレジストを選択的に照射する。放射源はマスクまたはレクチルを介してレンズに投射を行ない、レンズはマスクまたはレクチルの像をウェハ上に結ぶ。マスクはパターンをウェハ全体（または別のマスク）上に一回の露光工程で転写するが、レクチルはウェハの或る部分上にのみパターンを転写する。
フォトレジストでコーティングされたウェハにマスクまたはレクチル上のパターンを光学的に転写する３つの主な方法として、密着転写、近接転写、および投影転写が含まれる。密着転写では、フォトレジストでコーティングされたウェハに抗してマスクをクランプする。これによって像転写および解像度が最適化されるが、密着プロセスの結果マスクの欠損が生ずる。近接転写では、マスクとフォトレジストとはわずかな距離で間隔をおかれる。このことは、密着転写に伴う上記欠損の問題を克服する一方で、非常に平坦なウェハおよびマスクを必要とする。投影転写では、レンズ要素またはミラーを用いて、マスクまたはレクチルから大きな距離を取られたフォトレジスト上に、そのマスクまたはレクチルの像を結ぶ。投影スキャナ、ステップアンドリピート方式といった、いくつかの投影転写技術が開発されている。投影スキャナは、反射型球形ミラーを用いて、幅の狭い弧形の放射でウェハおよびマスクを走査することにより、マスクをウェハ上に投影する。ステップアンドリピート方式（ステッパ）は、ウェハの或る部分上にのみ像を投影する。複数回の露光によって、レクチルパターンの複数像をウェハ全体にわたってステップし繰返す。このレクチルパターンは、レンズによる縮小のため、ウェハ上の像の大きさの通常２倍〜２０倍である。しかしながら、非縮小（１倍）ステッパではより大きなフィールドが提供され、それによって、各露光ごとに２つ以上のパターンの転写が可能となる。
ステップアンドリピート方式は照射源として水銀蒸気ランプをしばしば用いる。水銀蒸気ランプでは、高圧水銀蒸気の放出アークが、紫外線領域におけるいくつかの鋭い線−−Ｉ線（３６５ｎｍ）、Ｈ線（４０５ｎｍ）およびＧ線（４３６ｎｍ）−−を含む特性スペクトルを発する。ステップアンドリピート方式は、たとえば、Ｇ線、Ｉ線、それら線の組合せ、または深いＵＶ（２４０ｎｍ）を用いて動作するよう設計される。適切な投影を得るために、２００〜１，０００ワットを引出し１００ミリワット／ｃｍ2のオーダで紫外線強度を与えるようなハイパワー水銀蒸気ランプを用いる。いくつかの方式では、空気の噴射によってランプを冷却し、加熱された空気を排気ファンで除去する。レクチルは、典型的には、比較的欠陥のない表面と、その放射波長での高い光学的透過性とを伴うガラスからなる。一般に普及しているレクチルガラスは、ソーダー石灰ガラス、ホウ珪酸塩、および水晶を含む。水晶は、近紫外線光および深い紫外線光に対して、小さい熱膨張係数と、高い透過性とを有する。水晶は高価になる傾向があるが、高品質合成水晶材料の開発によってより入手可能な価格になっている。
一般に、「解像度」という語は、間隔の近い対象物を区別する光学システムの能力を示す。あるフォトリソグラフィシステムの最小解像度は、その機械が十分に印刷または解像し得る最小線幅または間隔の寸法である。十分に確立された技術であり、かつ、特徴物のサイズが０．５ミクロン以下に近づきつつある中、現在の装置を用いて少なくとも０．３５ミクロンもの小さいミクロン未満解像度を実施することができる技術であるという理由、およびそれら特徴物が１平方インチ以上のウェハ領域にわたって延びるという理由から、光学的フォトリソグラフィが優勢な技術であり続けている一方で、代替的な技術を開発することにさらなる努力が向けられている。電子ビーム技術、イオンビーム技術、およびＸ線技術は、光学システムの限界を超えるパターニングの能力を示すものである。電子ビームおよびイオンビームは、たとえば制御されたステージを用いてウェハをツール下に位置決めすることにより、マスクまたはレクチルを用いることなくフォトレジスト上に像パターンを直接描画することができる。しかしながら、これら代替的方策はある欠点を有する。たとえば、電子ビームリソグラフィはスループットが低く、Ｘ線リソグラフィは好適なマスクを作製するのに難があり、イオンビームリソグラフィはスループットは低く、かつ信頼性のあるイオン源を得るに難がある。
このように、当業者には、現在優勢な技術（光学的フォトリソグラフィ）を狭細線の領域に押し進めようとする明らかな動機の存在が認識される。このような努力は、もし成功すれば、非常によりよいパターニング能力に対する可能性を有するものである。
したがって、０．５ミクロン以下の狭細線寸法をパターニングするために光学的フォトリソグラフィシステムを用いる半導体プロセス技術の改善が要求されている。
発明の開示
この発明は、半導体基板上に材料を選択的に露出させる改善された方法を提供することによって、前述の要求に対応する。この方法は、半導体基板上に或る材料を形成することと、その材料上に感光層を形成することと、材料のための第１の境界部を規定する第１の像パターンを感光層上に投影することと、第１の像パターンに部分的に重なり、かつ材料のための第２の境界部を規定するように、第１の像パターンが投影された後に第２の像パターンを感光層上に投影することと、感光層のうち第１および第２の像パターンに対応する部分を除去することとを含む。この態様において、感光層は、第１および第２の境界部に隣接する材料を選択的に露出させる一方で、第１の境界部と第２の境界部との間の材料を被覆する。有利なことに、これら第１および第２の境界部は、感光層をパターニングするのに用いられるフォトリソグラフィシステムの最小解像度よりも接近し得る。
好ましくは、材料には、中央部分に隣接しかつその両側に位置する第１および第２の部分が含まれ、第１の境界部は第１の部分と中央部分との間にあり、第２の境界部は中央部分と第２の部分との間にあり、第１の像パターンは中央部分および第２の部分を覆うことなく第１の部分を覆い、第２の像パターンは第１の部分および中央部分を覆うことなく第２の部分を覆う。
さらに好ましくは、それら第１および第２の像パターンは、別々の放射露光ステップで形成され、互いと本質的に同一であり、互いに関して横方向に動かされるものである。この横方向の移動は、最小線幅領域の或る部分を照射することによって、最小線幅領域のサイズを低減する。
これら第１および第２の像パターンは、まずレクチルが基板に対して第１の位置にある状態でそのレクチルを介して投射を行ない、次いでそのレクチルがその基板に対して第１の位置から横方向に動かされた第２の位置にある状態でそのレクチルを介して投射を行なうことにより与えられ得る。代替的に、第１および第２の像パターンは、まず、第１の放射透過パターンを有する第１のレクチルを介して投射を行ない、次いで、その第１の放射透過パターンと本質的に同一でありかつそれから横方向に移動させられた第２の放射透過パターンを有する第２のレクチルを介して投射を行なうことによっても与えられ得る。さらに、それら第１および第２の像パターンは、互いに対し、単一の座標軸に沿って、または相互に直交する第１および第２の座標軸に沿って、横方向に移動され得る。
この発明は、感光層としてフォトレジストを用い、選択的に露光され次いでエッチングされるべき材料としてポリシリコンを用いながら、極めて幅の狭いゲート電極を形成するのに非常に適している。有利なことに、この発明を用いて形成されるポリシリコンゲート電極は、たとえば０．２ミクロン以下のような、極めて限られた長さを有することができる。
この発明のこれらおよび他の局面は、以下の好ましい実施例の詳細な説明を検討することにより、さらに説明されかつより容易に明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
以下の好ましい実施例の詳細な説明は、以下の図面と関連させて読まれた場合に最もよく理解され得る。
図１Ａ〜図１Ｅは、この発明の第１の実施例に従って、単一の座標軸に沿って互いに対して横方向に動かされる第１および第２の本質的に同一な像パターンを用いてゲート電極を形成するための連続処理ステップの上面図を示す。
図２Ａ〜図２Ｅは、それぞれ、図１Ａ〜図１Ｅの断面図を示す。
図３Ａ〜図３Ｂは、図１Ａ〜図１Ｅの像パターンを形成するためのレクチルを示す。
図４Ａ〜図４Ｅは、この発明の第２の実施例に従って、相互に直交する第１および第２の座標軸に沿って互いに対し横方向に動かされる第１および第２の本質的に同一な像パターンを用いてゲート電極を形成するための連続処理ステップの上面図である。
この発明を実施するためのモード
図面において、示される要素は必ずしも尺度決めして描かれるものではなく、同一または同様の要素はそれらいくつかの図を通し同じ参照番号で示される場合がある。
図１Ａ〜図１Ｅは、この発明の第１の実施例に従い単一の座標軸に沿って互いから横方向に動かされる第１および第２の本質的に同一な像パターンを用いてゲート電極を形成するための連続処理ステップの上面平面図を示し、図２Ａ〜図２Ｅはそれぞれ図１Ａ〜図１Ｅの断面図を示す。
図１Ａおよび図２Ａにおいて、シリコン基板１０２は、〈１００〉配向および１２オーム−ｃｍの抵抗を有する８ミクロン厚のＰ型エピタキシャル表面層を含む。好ましくは、このエピタキシャル表面層はＰ＋ベース層（図示せず）上に堆積される。基板１０２は集積回路製造に好適である。Ｏ2雰囲気において７００〜１０００℃の温度でチューブ成長を用いて、二酸化シリコンからなるゲート酸化物１０４のブランケット層を基板１０２の頂部表面上に形成する。ゲート酸化物１０４は、３０〜１５０Åの範囲の厚みを有する。この後、ドーピングされていないポリシリコン１０６のブランケット層を低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）によってゲート酸化物１０４の頂部表面上に堆積する。ポリシリコン１０６は２０００Åの厚みを有する。所望される場合には、ポリシリコン１０６は、蒸着が生ずるその場でドーピングされ得るか、またはエッチングされる前にひ素を１×１０15〜５×１０15原子／ｃｍ2の範囲のドーズ量および２〜５０キロエレクトロン−ボルトの範囲のエネルギで注入することによってドーピングされることもできる。しかしながら、ポリシリコン１０６は、後の処理ステップ中においてドーパントが基板１０２に導入される際にドーピングされるのが一般には好まれる。
ポリシリコン１０６上にフォトレジスト層１０８が置かれる。フォトレジスト層１０８は、連続する層として堆積され、フォトリソグラフィシステムを用いて選択的に照射される。このフォトリソグラフィシステムは、たとえば、水銀蒸気ランプからのＩ線紫外線光をレクチルと結像レンズとを介して投射することによりフォトレジスト層１０８上に像パターン１１０を得る、ステップアンドリピート光学投影システムなどである。像パターン１１０は内側境界線１１２と外側境界線１１４とを含む。内側境界線１１２ａは内側境界線１１２ｂに隣接かつ直交し、内側境界線１１２ｂは内側境界線１１２ｃに隣接かつ直交し、内側境界線１１２ｃは内側境界線１１２ｄに隣接かつ直交し、内側境界線１１２ｄは内側境界線１１２ａに隣接しかつ直交する。同様に、外側境界線１１４ａは外側境界線１１４ｂに隣接かつ直交し、外側境界線１１４ｂは外側境界線１１４ｃに隣接かつ直交し、外側境界線１１４ｃは外側境界線１１４ｄに隣接かつ直交し、外側境界線１１４ｄは外側境界線１１４ａに隣接かつ直交する。内側境界線１１２ａと１１２ｃとは０．４ミクロン間隔をおかれ、内側境界線１１２ｂおよび１１２ｄも同様である。外側境界線１１４ａと１１４ｃとは１．２ミクロン間隔をおかれ、外側境界線１１４ｂおよび１１４ｄも同様である。フォトレジスト層１０８の領域１１６は、像パターン１１０にはさらされない。境界線１１２ａと１１２ｃとの間の領域１１６の長さは０．４ミクロンであり、境界線１１２ｂと１１２ｄとの間の領域１１６の幅は０．４ミクロンである。同様に、境界線１１２ａと１１４ａとの間、１１２ｂと１１４ｂとの間、１１２ｃと１１４ｃとの間、および１１２ｄと１１４ｄとの間における像パターン１１０の長さは０．４ミクロンである。これは、このステップアンドリピート方式における最小解像度（つまり線幅および間隔）を表わす。したがって、領域１１６がポリシリコン１０６においてゲート電極の長さを規定するのに用いられ、異方性エッチングが用いられる場合、ゲート長は０．４ミクロンとなる。しかしながら、この発明は、はるかにより限られたゲート長が可能である。
図１Ｂおよび図２Ｂにおいて、再びステップアンドリピート方式を用いてフォトレジスト層１０８を選択的に照射して、像パターン１２０をフォトレジスト層１０８上に投影する。像パターン１２０は、破線で示されるように、内側境界線１２２と外側境界線１２４とを含む。内側境界線１２２ａは内側境界線１２２ｂに隣接かつ直交し、内側境界線１２２ｂは内側境界線１２２ｃに隣接かつ直交し、内側境界線１２２ｃは内側境界線１２２ｄに隣接かつ直交し、内側境界線１２２ｄは内側境界線１２２ａに隣接し直交する。同様に、外側境界線１２４ａは外側境界線１２４ｂに隣接かつ直交し、外側境界線１２４ｂは外側境界線１２４ｃに隣接かつ直交し、外側境界線１２４ｃは外側境界線１２４ｄに隣接かつ直交し、外側境界線１２４ｄは外側境界線１２４ａに隣接かつ直交する。内側境界線１２２ａと１２２ｃとは０．４ミクロン間隔をおかれ、内側境界線１２２ｂおよび１２２ｄも同様である。外側境界線１２４ａと１２４ｃとは１．２ミクロン間隔をおかれ、外側境界線１２４ｂおよび１２４ｄも同様である。フォトレジスト層１０８の領域１２６は、像パターン１２０にはさらされない。境界線１２２ａと１２２ｃとの間の領域１２６の長さは０．４ミクロンであり、境界線１２２ｂと１２２ｄとの間の領域１２６の幅も同様である。同様に、境界線１２２ａと１２４ａとの間、１２２ｂと１２４ｂとの間、１２２ｃと１２４ｃとの間、および１２２ｄと１２４ｄとの間における像パターン１２０の長さは０．４ミクロンである。
比較のため、像パターン１２０は像パターン１１０（つまり像パターン１１０によって照射されるフォトレジスト層１０８の領域）に重ねられている。しかしながら、像パターン１１０と１２０とは別々の露光ステップを用いて投影されることに注意することが重要である。換言すれば、像パターン１１０をフォトレジスト層１０８上に投影し、その露光を中断し、次いで、像パターン１２０をフォトレジスト層１０８上に投影する。したがって、像パターン１１０と１２０とは部分的に重なってはいるが、像パターン１１０と１２０とはフォトレジスト層１０８上に同時に投影されるものではない。さらに、像パターン１２０は、像パターン１１０と本質的に同一であり、かつ像パターン１１０からｘ軸に沿って０．２ミクロンだけ横方向に動かされていることにも注目されたい。たとえば、境界線１１４ａと１２４ａとは０．２ミクロン間隔をおかれ、境界線１１２ａと１２２ａ、１１２ｃと１２４ｃ、および１１４ｃと１２４ｃも同様である。同様に、像パターン１１０および１２０は互いに対しｙ軸に沿っては動かされないため、境界線１１２ｂと１２２ｂとの間、１１２ｄと１２２ｄとの間、１１４ｂと１２４ｂとの間、および１１４ｄと１２４ｄとの間には部分的な重なりおよび整列がある。この像パターン１１０と１２０との間における重なりは、たとえば、境界線１１２ａと１２４ａとの間の０．２ミクロンの領域、および境界線１１４ｃと１２４ｃとの間の０．２ミクロンの領域にて生ずる。重要なことは、領域１１６と１２６との重なりを表わすフォトレジスト層１０８の領域１２８は、像パターン１１０および１２０の両方の外にある、ということである。実際には、領域１２８が、境界線１１４内または境界線１２４内のフォトレジスト層１０８のうち、照射されないまま残る唯一の領域である。境界線１１２ｃと１２２ａとの間の領域１２８の長さは０．２ミクロンである。さらに、領域１２８の長さは、像パターン１１０と１２０との間の重なりの関数である。重なりが小さければ小さいほど（境界線１１２ｃが境界線１２２ａに近づくほど）、領域１２８は狭くなる。
図１Ｃおよび図２Ｃにおいて、フォトレジスト層１０８を現像する。フォトレジスト層１２８はポジ形として作用するため、像パターン１１０、像パターン１２０、または両方により照射されたフォトレジスト層１０８の部分は除去される。この結果として、フォトレジスト層１０８は、ポリシリコン１０６の部分を選択的に露出させる開口部１３０を含む。説明のため、フォトレジスト層１０８の領域１２８は、ポリシリコン１０６からなる第１の部分１３４と第２の部分１３６とゲート電極１３８とを規定する。第１の部分１３４および第２の部分１３６は、ゲート電極部分１３８の両端縁に隣接する。境界部１４０（破線で示される）は第１の部分１３４とゲート電極部分１３８との間にあり、境界部１４２（破線で示される）は第２の部分１３６とゲート電極部分１３８との間にある。境界部１４０は境界線１２２ａと整列し、境界部１４２は境界線１１２ｃと整列することがわかる。こうして、ポリシリコン１０６からなる第１の部分１３４および第２の部分１３６がフォトレジスト層１０８において開口部１３０により露出される。
図１Ｄおよび図２Ｄにおいて、ポリシリコン１０６に対し高い選択性を有する異方性ドライエッチングを、開口部１３０を介して行なう。フォトレジスト層１０８はゲート電極部分１３８をそのエッチングから保護するが、開口部１３８は第１の部分１３４および第２の部分１３６をそのエッチングにさらす。この結果、そのエッチングは、第１の部分１３４を完全に除去して、ゲート電極部分１３８のための第１の垂直端縁部１４４を形成し、かつ、第２の部分１３６を完全に除去して、ゲート電極部分３８のための第２の垂直端縁部１４６を形成する。第１の垂直端縁部１４４が境界線１２２ａに整列しかつ境界部１４０に対応する一方で、第２の垂直端縁部１４６は境界線１１２ｃに整列しかつ境界部１４２に対応する。このエッチングは、ポリシリコンに対しては高い選択性を有するが、二酸化シリコンに対する選択性はなく、したがって、第１の部分１３４および第２の部分１３６の下のゲート酸化物１０４は無視でき得る量しか除去されず、基板１０２は影響されない。有利なことに、ゲート電極部分１３８は、ゲートが絶縁される電界効果トランジスタ（ＩＧＦＥＴ）、たとえばＮチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）用の、長さわずか０．２ミクロンおよび幅０．４ミクロンの極めて狭いゲート電極を与える。
図１Ｅおよび図２Ｅでは、フォトレジスト層１０８を剥がすことにより、ポリシリコン１０６からなるゲート電極部分１３８と残りのエッチングされなかった領域とを露出させる。
先に述べたように、像パターン１１０と１２０とは、互いと本質的に同一であり、かつ互いに対し横方向に動かされるものである。図３Ａおよび図３Ｂは、レクチルを用いることにより像パターン１１０および１２０を形成するための代替的実施例を示す。
図３Ａにおいては、第１の像パターン１１０および第２の像パターン１２０の両方を与えるために、単一のレクチルを用いる。レクチル１７０は放射透過パターン１７２と放射遮断パターン１７４とを含む。放射透過パターン１７２は第１の像パターン１１０および第２の像パターン１２０の構成に対応することがわかるが、ただし、ステップアンドリピート方式はレクチル１７０とフォトレジスト層１０８との間に縮小レンズを含むため、放射透過パターン１７２の寸法は像パターン１１０および１１２の寸法よりも大きい。レクチル１７０は、水晶ベースの上に置かれるクロムパターンで構成される。このクロムパターンは、放射遮断パターン１７４を与え、かつ、放射透過パターン１７２を規定する貫通孔または開口部を含む。フォトレジスト層１０８上に第１の像パターン１１０を形成するようレクチル１７０を介して投射を行なう第１の露光ステップの間、レクチル１７０は基板１０２に関して第１の位置Ｐ１に置かれる。この後放射を中断し、レクチル１７０を基板１０２に関して第２の位置Ｐ２に再位置決めする。このレクチル１７０の位置Ｐ１から位置Ｐ２への再位置決めを、同様のレクチル１７０領域から延びる破線間にて矢印１７６で示す。こうして、レクチル１７０を、ｙ軸ではなく、ｘ軸に沿って横方向に移動させて、第２の像パターン１２０を第１の像パターン１１０に関しｘ軸に沿って０．２ミクロンずらす。レクチル１７０が位置Ｐ２に来ると、フォトレジスト層１０８上に第２の像パターン１２０を形成すべく、第２の露光ステップの間、レクチル１７０を介して投射を行なう。有利なことに、単一のレクチルを用いて第１および第２の像パターンを与えるのに、０．０３ミクロンのオーダの整列許容誤差を有するステップアンドリピート方式を用いてレクチル１７０を再位置決めする（またはステップさせる）ことができる。
図３Ｂでは、第１の像パターン１１０および第２の像パターン１２０を与えるために、第１のレクチルおよび第２のレクチルがそれぞれ用いられる。レクチル１８０は、放射透過パターン１８２と放射遮断パターン１８４とを有するものであり、レクチル１７０と本質的に同一である。レクチル１９０は、放射透過パターン１９２と放射遮断パターン１９４とを含むものであり、レクチル１８０と本質的に同一ではあるが、ただし、放射透過パターン１９２（およびしたがって放射遮断パターン１９４）は放射透過パターン１８２（およびしたがって放射遮断パターン１８４）に対し横方向に動かされている。放射透過パターン１８２は第１の像パターン１１０の構成に対応し、放射透過パターン１９２は第２の像パターン１２０の構成に対応するが、ただし、ステップアンドリピート方式は用いられるレクチルとフォトレジスト層１０８との間に縮小レンズを含むため、放射透過パターン１８２および１９２の寸法ならびにそれらの間のずれは像パターン１１０および１２０のそれよりも大きい。フォトレジスト層１０８上に第１の像パターン１１０を形成するべくレクチル１８０を介して投射を行なう第１の露光ステップの間、レクチル１８０は基板１０２に関して第１の位置に置かれる。この後、放射を中断し、レクチル１８０をレクチル１９０と置換える。第１の像パターン１１０と第２の像パターン１２０との間のずれがレクチル１８０および１９０によって与えられるため、レクチル１９０は、基板１０２に関し、レクチル１８０と同じ位置に置かれる。放射透過パターン１８２と１９２との間のずれを、レクチル１８０および１９０の同様の領域から延びる破線間において、矢印１８６で示す。こうして、放射透過パターン１９２を、放射透過パターン１８２から、ｙ軸ではなくｘ軸に沿って横方向に動かして、第２の像パターン１２０を第１の像パターン１１０に対しｘ軸に沿って０．２ミクロンずらす。レクチル１９０が第１の位置に置かれると、フォトレジスト層１０８上に第２の像パターン１２０を形成すべく、第２露光ステップの間、レクチル１９０を介して投射を行なう。２つのレクチルを必要とはするものの、第１の像パターンと第２の像パターンとの間において所望のずれを与えるのに、ステップアンドリピート方式は基板に対するそれらレクチルの相対位置を調整する必要がないという利点がある。
さらに、放射透過パターン１８２はレクチル１８０の放射透過パターン全体のうちのわずかな部分であり得、放射透過パターン１９２はレクチル１９０の放射透過パターン全体のうちのわずかな部分であり得るため、レクチル１８０および１９０はそれらの間にさまざまな量のずれまたは重なりを有する他の像パターンを形成し得る。たとえば、レクチル１８０および１９０は、第１の領域にわたって第１の組の本質的に同一な像パターン間に１００％の重なりを用いて長さ０．４ミクロンの第１のゲート電極を形成し、第２の領域にわたって第２の組の本質的に同一な像パターン間において７５％の重なりを用いて長さ０．３ミクロンの第２のゲート電極を形成し、第３の領域にわたって第３の組の本質的に同一な像パターン間において５０％の重なりを用いて長さ０．２ミクロンの第３のゲート電極を形成し、第４の領域にわたって第４の組の本質的に同一な像パターン間において２５％の重なりを用いて長さ０．１ミクロンの第４のゲート電極を形成し得る。レクチル１８０および１９０に対する放射透過パターンの相対位置は、水晶ベース上のクロムパターンの構成を規定するデータベース座標を適切にシフトすることによって調整され得る。
図４Ａ〜図４Ｅは、この発明の第２の実施例に従って、相互に直交する第１および第２の座標軸に沿って互いに対し横方向に動かされる本質的に同一な第１および第２の像パターンを用いてゲート電極を形成するための連続処理ステップの上面図を示す。第１の実施例（図１Ａ〜図１Ｅ）では、第２の像パターンを、第１の像パターンに対し、単一の座標軸に沿ってずらした。これによって、極端に限られた長さのゲート電極を与えることができるが、ある実施例では極端に限られた幅のゲート電極を与えることも望ましいかもしれない。第２の実施例と第１の実施例との間の主な相違点は、第２の実施例では第２の像パターンが第１の像パターンに対しｘ軸およびｙ軸の両方に沿ってずらされるという点である。特に注記しない限り、第２の実施例の要素（基板２０２、ゲート酸化物２０４など）は第１の実施例の要素（基板１０２、ゲート酸化物１０４など）と同様であり、関連の要素および処理ステップの記載は繰返される必要はない。
図４Ａでは、フォトレジスト層２０８はポリシリコン２０６（図示せず）上に配されており、ポリシリコン２０６はゲート酸化物２０４（図示せず）上に配されており、ゲート酸化物２０４は半導体基板２０２（図示せず）上に配されている。像パターン２１０をフォトレジスト層２０８上に投影する。像パターン２１０は、内側境界線２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃおよび２１２ｄと、外側境界線２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃおよび２１４ｄとを含む。境界線２１２ａと２１４ａとの間、および２１２ｃと２１４ｃとの間は、ｘ軸に沿って０．４ミクロン間隔をおかれ、境界線２１２ｂと２１４ｂとの間、および２１２ｄと２１４ｄとの間は、ｙ軸に沿って０．４ミクロン間隔をおかれる。
図４Ｂでは、像パターン２２０がフォトレジスト層２０８上に投影される。像パターン２２０は、破線で示されており、内側境界線２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃおよび２２２ｄと外側境界線２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃおよび２２４ｄとを含む。境界線２２２ａと２２４ａとの間、および２２２ｃと２２４ｃとの間はｘ軸に沿って０．４ミクロン間隔をおかれ、境界線２２２ｂと２２４ｂとの間、および２２２ｄと２２４ｄとの間はｙ軸に沿って０．４ミクロン間隔をおかれる。したがって、像パターン２２０は像パターン２１０と本質的に同一ではあるが、像パターン２２０は像パターン２１０からｘ軸に沿って０．２ミクロンおよびｙ軸に沿って０．２ミクロンずれている。この結果、フォトレジスト層２０８の領域２２８は、境界線２１２ｃと２２２ａとの間に０．２ミクロンの長さと、境界線２１２ｄと２２２ｂとの間に０．２ミクロンの幅とを有する。これは、たとえば、境界線１１２ｄと１２２ｂとの間に０．４ミクロンの幅を有するフォトレジスト層１０８の領域１２８と対比され得る。
図４Ｃにおいて、第１の像パターン２１０、第２の像パターン２２０、または両方によって照射されたフォトレジスト層２０８の部分を除去してポリシリコン２０６を選択的に露出させ、図４Ｄにおいてその露出したポリシリコンをエッチングして除去し、図４Ｅにおいてフォトレジスト層２０８を剥がす。ゲート電極部２３８は０．２ミクロンの長さおよび０．２ミクロンの幅を有するという利点がもたらされる。
もちろん、像パターン２１０および２２０は、レクチル１７０をｘ軸およびｙ軸の両方に沿ってステップさせることによっても与えられ得、または代替的に、レクチル１９０の放射透過パターン１９２をレクチル１８０の放射透過パターン１８２に対しｘ軸およびｙ軸の両方に沿って動かすことによっても与えられ得る。
ゲート電極（ゲート電極部１３８または２３８など）が形成された後、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴのためのＮ型ソース／ドレイン領域を基板１０２に形成する。たとえば、ゲート電極を注入マスクとして用いて１×１０13〜５×１０14原子／ｃｍ2の範囲のドーズ量および２〜５０キロエレクトロン−ボルトの範囲のエネルギで砒素のイオン注入を該構造に行なって、低濃度にドーピングされたソース／ドレイン領域を導入することにより、低濃度にドーピングされたソース／ドレイン領域を、ゲート電極に自己整合させ、かつ１×１０17〜１×１０18原子／ｃｍ3の範囲の砒素濃度および１００〜１５００Åの範囲の接合深さでＮ−にドーピングして、Ｎ型ソース／ドレイン領域を導入する。この後、３００〜４００℃の範囲で温度でＣＶＤによって６００〜２０００Åの範囲の厚みの酸化物層をその露出された表面上に整合するように堆積し、ゲート電極の端縁部に隣接するサイドウォールスペーサを形成しかつゲート電極およびスペーサの外側にあるゲート酸化物１０４の領域を除去する反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を該構造に行なう。この後、ゲート電極およびスペーサを注入マスクとして用いて、１×１０15〜５×１０15原子／ｃｍ2の範囲のドーズ量および２〜５０キロエレクトロン−ボルトの範囲のエネルギで砒素のイオン注入を該構造に対して行なうことにより、高濃度にドーピングされたソース／ドレイン領域を基板１０２内に注入する。この高濃度にドーピングされたソース／ドレイン領域は、スペーサに自己整合し、かつ、約１×１０18〜１×１０19原子／ｃｍ3の範囲の砒素濃度および２００〜３０００Åの範囲の接合深さでＮ＋にドーピングされる。好ましくは、高濃度にドーピングされるソース／ドレイン領域の接合深さは低濃度にドーピングされるソース／ドレイン領域のそれを超えるものであり、ゲート電極を導電性にするのに十分なドーピングが高い砒素ドーズ量によって与えられる。最後に、急速熱アニールを９５０〜１０５０℃のオーダで１０〜６０秒間行なうことにより該構造をアーリングして、結晶損傷を除去しかつその注入された砒素を活性化し打ち込む。基板中のその注入された砒素は横方向および縦方向の両方に拡散し、したがって、ソース領域はソースを形成するように合併し、ドレイン領域はドレインを形成するように合併する。
ＩＧＦＥＴの作製におけるさらなる処理工程には、活性領域上に厚い酸化物層を形成する工程と、ゲート電極、ソースおよびドレインを露出させるようその酸化物層にコンタクト窓を形成する工程と、コンタクト窓に適切な相互接続メタライゼーションを形成する工程と、その相互接続メタライゼーション上にパッシベーション層を形成する工程とが典型的には含まれる。加えて、後に高温処理工程を用いてアニーリング工程を補充するかまたはそれと置き換わることによって、所望のアニーリング機能、活性化機能および打ち込み機能を与えることもできる。これらさらなる処理工程は従来的なものであり、ここに繰返される必要はない。同様に、ここに開示される主要処理工程は、当業者には容易に明らかとなる他の工程と組合されてもよい。
この発明は、上記の実施例に対する数多くの変形を含む。たとえば、像パターンは感光層上に投影され得る。感光層において開口部を介して選択的に露出される材料は、半導体基板上に配される、窒化物、酸化物、金属、半導体、または他の任意の材料であり得る。像パターン間のさまざまな重なり（または横方向移動）量により、材料の露出領域の、さまざまなサイズおよび構成がもたらされる。所望される場合には、３つ以上の像パターンが利用され得る。一旦選択的に露光されると、材料は加算的処理または減算的処理のいずれかを受け得る。
この発明は、特に、高い回路密度を本質的なものとする高性能マイクロプロセッサのための、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ、ＣＭＯＳ装置および他のタイプのＩＧＦＥＴ、ならびに集積されたキャパシタ、相互接続ビアおよび線、およびさまざまな他の回路要素を作製するのに特に十分適したものである。説明のため、１つのＦＥＴのみしか記載されていないが、実際の実施にあたっては、当該技術分野においては広く実施されているように、数多くの装置が単一の半導体ウェハ上に作製されることが理解される。したがって、この発明は、集積回路チップと並んで、マイクロプロセッサ、メモリおよびシステムバスを含む電子システムにおける使用に対しても十分適したものである。
当業者は、ここに開示される構造および方法を与えるために必要なステップを容易に実施するものであり、処理パラメータ、材料および寸法は、例示的に与えられるにすぎないものであって、所望される構造と並んでこの発明の範囲内にある修正物を達成するよう変更され得ることを理解するものである。ここに開示される実施例の変形物および修正物を、以下の請求の範囲に述べられるとおりの本発明から逸脱することなく、ここにおいて述べられる記載に基づきなしてもよい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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