JP2008027962A - 半導体装置の製造方法及び露光用マスク - Google Patents

半導体装置の製造方法及び露光用マスク Download PDF

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Abstract

【課題】光近接効果によるパターンの変形や配線間のコンタクト不良を防止しうる半導体装置の製造方法、並びにこれに用いる露光用マスクを提供する。
【解決手段】基板10上にフォトレジスト膜84を形成し、フォトレジスト膜84に配線パターンを露光し、フォトレジスト膜84に、配線パターンの端部であって配線パターンに接続されるホールの形成領域に位置する複数のホールを有するホールパターンを露光し、配線パターン及びホールパターンを露光したフォトレジスト膜84を現像する工程とを有する。これにより、光近接効果によるパターン端部における露光量の不足を補い、パターン端部におけるショートニングを防止することができる。また、パターン端部に接続されるコンタクトプラグとの間のコンタクトを確実にすることができる。
【選択図】図21

Description

本発明は、半導体装置の製造方法及び露光用マスクに係り、特に、光近接効果によるパターン変形を抑制する半導体装置の製造方法、並びにこれに用いる露光用マスクに関する。
半導体装置の微細化は、光リソグラフィに用いられる露光装置の光源波長を短波長化することにより実現されている。現在では、光源として波長0.193μmのフッ化アルゴン(ArF)エキシマレーザが使用されるに至っており、半導体装置のルールはこの波長よりも短い0.1μm以下のレベルにまで達している。
このように露光波長の解像限界を超えたパターンを基板上に転写する場合、回折等による光近接効果の影響を受け、基板に形成されたパターンの端部の位置や形状が変化し、マスクパターンの寸法と基板上に転写したパターンの寸法とに差が生じる。
例えば、図23(a)に示すようなパターン102,104を有する露光用マスクを用いて基板上にパターンを転写すると、パターン端部では解像限界となり、転写されたパターン102′,104′は図23(b)に示すように端部が短くなる。この現象は、ショートニングと呼ばれている。ショートニングは、パターン幅が狭くなるほどに顕著に現れる。
そこで、このような光近接効果を抑制する種々の方法が提案されている。その一つとして、OPC(Optical Proximity Correction)と呼ばれる光近接効果の補正方法が、例えば特許文献1〜3等に記載されている。OPCは、マスクパターンを基板上に転写した際に生じるパターンの変形方向とは逆方向に、予めマスクパターンを部分的に太くしたりダミーパターンを配したりすることによって、基板上に転写したパターンの形状や寸法を補正する方法である。
具体的には、例えば図24(a)に示すようにマスクパターン102の端部両側面に補助パターン102aを設けたハンマーヘッドと呼ばれるパターンを構成したり、例えば図24(b)に示すようにマスクパターン100の端部の長さを一律に伸ばした補助パターン102bを設けたりすることにより、ショートニングなどの転写パターンの形状変化を抑制することができる。
特開平10−289861号公報 特開2001−356465号公報 特開2002−250999号公報 特開平10−92714号公報
しかしながら、マスクパターン端部に近接して他のマスクパターンが存在する場合、補助パターンを十分な大きさにすることができない。これは、補助パターン同士が近づくと、光近接効果により補助パターンを付加した箇所において転写したパターンが繋がってしまうからである(図24(c)参照)。このため、補助パターンによってショートニングを十分に抑えることができなかった。
また、配線には通常その端部にコンタクトが設けられるが、配線パターンにショートニングが生じると、その配線パターンに接続されるホールパターンとの重なりが不十分となる。このため、配線とホールに埋め込まれたコンタクトプラグとの間のコンタクトが十分にとれず、最悪の場合には断線することがあった。
本発明の目的は、光近接効果によるパターンの変形や配線間のコンタクト不良を防止しうる半導体装置の製造方法、並びにこれに好適な露光用マスクを提供することにある。
本発明の一観点によれば、基板上に、第1のフォトレジスト膜を形成する工程と、前記第1のフォトレジスト膜に、配線パターンを露光する工程と、前記第1のフォトレジスト膜に、前記配線パターンの端部であって前記配線パターンに接続されるホールの形成領域に位置する複数のホールを有する第1のホールパターンを露光する工程と、前記配線パターン及び前記第1のホールパターンを露光した前記第1のフォトレジスト膜を現像する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
また、本発明の他の観点によれば、基板上に、第1のフォトレジスト膜を形成する工程と、前記第1のフォトレジスト膜に、配線パターンを露光する工程と、前記第1のフォトレジスト膜に、前記配線パターンの屈曲部であって前記配線パターンに接続されるホールの形成領域に位置する複数のホールを有する第1のホールパターンを露光する工程と、前記配線パターン及び前記第1のホールパターンを露光した前記第1のフォトレジスト膜を現像する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
また、本発明の更に他の観点によれば、配線パターンを形成する際に用いる露光用マスクであって、前記配線パターンに接続される複数のホールを有する第1のホールパターンのうち、前記配線パターンの端部又は屈曲部に位置するホールを抽出してなる第2のホールパターンを有することを特徴とする露光用マスクが提供される。
本発明によれば、配線パターンを形成するためのフォトリソグラフィ工程の際に、配線パターンと、この配線パターンの端部及び/又は屈曲部に接続されるホールパターンとを重ねて露光するので、光近接効果によるパターン端部や屈曲部における露光量の不足を補うことができる。これにより、パターン端部におけるショートニングやパターン屈曲部における丸まりを防止することができ、パターン端部又は屈曲部に接続されるコンタクトプラグとの間のコンタクトを確実にすることができる。
また、二重露光に用いる露光用マスクのマスクデータは、ホールパターンを形成するための露光用マスクのマスクデータから、配線パターンの端部及び/又は屈曲部に位置するホールを抽出するだけで作成することができるので、設計工数を大幅に増加することなく追加の露光用マスクを準備することができる。
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態による露光用マスク及び半導体装置の製造方法について図1乃至図14を用いて説明する。
図1は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図、図2乃至図4及び図11は本実施形態による半導体装置の製造方法に用いる露光用マスクのマスクパターンを示す平面図、図5乃至図10は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図、図12乃至図14は図2乃至図4の露光用マスクを用いて形成されるパターンを示す平面図である。
はじめに、本実施形態による露光用マスクを用いて製造する半導体装置の構造について図1乃至図4を用いて説明する。なお、図1は、図2乃至図4のA−A′線断面図である。
基板10上には、層間絶縁膜12及びエッチングストッパ膜14が形成されている。層間絶縁膜12及びエッチングストッパ膜14には、配線層24が埋め込まれている。ここで、配線層24は、例えば図2に示すようなマスクパターンを元に形成されたものとする。
図2に示すマスクパターンは、X方向に延在する配線パターン60aと、Y方向に延在し端部が配線パターン60aに近接する複数の配線パターン60b,60c,60d,60eとを有している。配線層24は、いわゆるダマシン配線であり、配線パターン60a〜60eは、露光用マスク上では抜きパターンとなる。すなわち、図2において、斜線を付した領域が透過領域であり、白抜きの領域が遮光領域(ハーフトーンマスクの半透過領域を含む)である。
配線層24が埋め込まれたエッチングストッパ膜14上には、層間絶縁膜26及びエッチングストッパ膜28が形成されている。層間絶縁膜26及びエッチングストッパ膜28には、配線層24に接続されたコンタクトプラグ38が埋め込まれている。ここで、コンタクトプラグ38は、例えば図3に示すようなマスクパターンを元に形成されたものとする。
図3に示すマスクパターンは、配線パターン60aに接続するためのホールパターン62aと、配線パターン60b,60c,60d,60eの両端部にそれぞれ接続するためのホールパターン62b,62c,62d,62e,62f,62g,62h,62iとを有している。ホールパターン62a〜62iは、マスク上では抜きパターンとなる。すなわち、図3において、斜線を付した領域が透過領域であり、白抜きの領域が遮光領域(ハーフトーンマスクの半透過領域を含む)である。
コンタクトプラグ38が埋め込まれたエッチングストッパ膜28上には、層間絶縁膜40及びエッチングストッパ膜42が形成されている。層間絶縁膜40及びエッチングストッパ膜42には、コンタクトプラグ38を介して配線層24に電気的に接続された配線層52が埋め込まれている。ここで、配線層52は、例えば図4に示すようなマスクパターンを元に形成されたものとする。
図4に示すマスクパターンは、Y方向に延在し、コンタクトプラグ62aに接続される配線パターン64aと、Y方向に延在し、コンタクトプラグ62bに接続される配線パターン64bと、Y方向に延在し、コンタクトプラグ62dに接続される配線パターン64cと、Y方向に延在し、コンタクトプラグ62fに接続される配線パターン64dと、Y方向に延在し、コンタクトプラグ62hに接続される配線パターン64eと、X方向に延在し、コンタクトプラグ62c及びコンタクトプラグ62eに接続される配線パターン64fと、X方向に延在し、コンタクトプラグ62g及びコンタクトプラグ62iに接続される配線パターン64gとを有している。配線層52は、いわゆるダマシン配線であり、配線パターン64a〜64gは、マスク上では抜きパターンとなる。すなわち、図4において、斜線を付した領域が透過領域であり、白抜きの領域が遮光領域(ハーフトーンマスクの半透過領域を含む)である。
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図5乃至図14を用いて説明する。なお、図5乃至図10は、図2乃至図4のA−A′線に沿った工程断面図である。
本実施形態では、配線パターン及びホールパターンの形成の際に、開口率が0.80のレンズを有しArFエキシマレーザ(波長:193nm)を光源とする縮小率1/4倍(マスクパターン寸法:転写した結像面上パターン寸法=4:1)の縮小投影露光装置を用いた場合を例にして説明する。
まず、基板10上に、例えばCVD法により、例えば膜厚300nmの酸化シリコン炭化膜を堆積する。これにより、基板10上に、酸化シリコン炭化膜よりなる層間絶縁膜12を形成する。なお、本願明細書において基板とは、半導体基板そのもののみならず、半導体基板上にトランジスタ等の素子が形成された基板や、更にその上に一層以上の配線層が形成された基板をも含むものである。
次いで、層間絶縁膜12上に、例えばCVD法により、例えば膜厚150nmのシリコン窒化膜を堆積する。これにより、層間絶縁膜12上に、シリコン窒化膜よりなるエッチングストッパ膜14を形成する(図5(a))。
次いで、エッチングストッパ膜14上に、例えばスピンコート法により、例えばノボラック樹脂などの有機系材料を塗布し、例えば膜厚が80nmの反射防止膜16を形成する。
次いで、反射防止膜16上に、例えばスピンコート法により、例えば有機系のポジ型化学増幅型の放射線感光材料を塗布し、例えば膜厚が250nmのフォトレジスト膜18を形成する(図5(b))。
次いで、露光装置により、フォトレジスト膜18に、例えば図2に示すマスクパターンを露光する。このマスクパターンには、線幅が例えば100nmの配線パターン60a〜60eが形成されている。これにより、フォトレジスト膜18の露光領域には、マスクパターンを反映した潜像18aが形成される(図5(c))。
このとき、露光した配線パターン60a〜60eの端部領域54では、光近接効果によって十分な露光量を得ることができず、潜像18aは形成されない。このため、このままの状態でフォトレジスト膜18を現像したのでは、配線パターン60a〜60eの端部においてショートニングが生じてしまう。
そこで、本実施形態による半導体装置の製造方法では、例えば図11に示すようなマスクパターンを有する露光用マスクを用意し、配線パターンを露光したフォトレジスト膜18に重ねて露光する。
図11に示すマスクパターンは、配線パターン60a〜60e上に形成する予定のホールパターン62a〜62i(図3を参照)のうち、配線パターン60a〜60eの端部領域54に位置するホールパターン、すなわちホールパターン62b〜62iを抽出したものである。
配線パターン60a〜60eの下層に位置するホールパターンのうち配線パターン60a〜60eの端部に位置するものがあれば、このホールパターンを図11に示すマスクパターンに追加してもよい。
配線パターンを露光したフォトレジスト膜18にホールパターンを重ねて露光することにより、十分な露光量が得られなかった配線パターンの端部領域54においても十分な露光量を得ることができ、配線パターンの端部領域54に至る潜像18aが形成される(図6(a))。これにより、上部にホールパターンを形成する必要のある配線パターン60b〜60eの端部におけるショートニングを防止することができる。
また、重ねて露光する露光用マスクは、配線パターンの端部領域54に位置するホールパターンのみを抽出してマスクパターンを形成している。したがって、露光量が十分でない配線パターンの端部領域54のみに選択的に重ねて露光することができ、配線パターンの中央部分等に設けられたホールパターン形成領域については露光量が過剰になることを防止することができる。
重ねて露光するホールパターンの露光条件は、光近接効果に伴うショートニングの大きさ等に応じて適宜調整することが望ましい。パターン端部領域54における露光量を制御するためのパラメータとしては、露光装置の露光条件のほか、ホールパターンのサイズが挙げられる。これらパラメータの一方を変更してもよいし、双方を変更してもよい。
光近接効果によりショートニングが生じる範囲は、一般的には、配線パターンの端部からパターン幅の2倍以内に渡る領域である。したがって、重ねて露光するホールパターンとしては、配線パターンの端部からパターン幅の2倍以内に位置するホールパターンを抽出することが望ましい。
重ねて露光するホールパターン用の露光用マスクのマスクデータは、配線パターンに接続されるホールパターンを形成するための露光用マスクのマスクデータから、配線パターンの端部に位置するホールを抽出するだけで作成することができるので、設計工数を大幅に増加することなく追加の露光用マスクを準備することができる。
また、重ねて露光するホールパターン用の露光用マスクは、必ずしも配線パターン等の他のレイヤを形成する際に用いる露光用マスクと同じ種類(例えば、遮光部の透過率)である必要はない。例えば、配線パターン等の他のレイヤとしてハーフトーンマスクを用いる場合に、重ねて露光するホールパターン用の露光用マスクとして遮光部にクロムを用いた従来のフォトマスクを用いるようにしてもよい。これにより、露光用マスクのコスト削減を図ることができる。
次いで、配線パターン及びホールパターンを二重露光したフォトレジスト膜18を現像し、潜像18aの部分を除去する。これにより、フォトレジスト膜18には、図12に示すような配線パターン60a′〜60e′が転写され、配線パターン60a′〜60e′に対応する部分に開口部20が形成される(図6(b))。
次いで、フォトレジスト膜18をマスクとして、例えばフルオロカーボンガスを用いたドライエッチングにより反射防止膜16をエッチングし、開口部20内の反射防止膜16を除去する。これにより、フォトレジスト膜18に形成された配線パターン60a′〜60e′を反射防止膜16に転写する(図6(c))。
次いで、フォトレジスト膜18をマスクとして、例えばフルオロカーボンガスに酸素ガスを添加したエッチングガスを用いたドライエッチングによりエッチングストッパ膜14をエッチングし、開口部20内のエッチングストッパ膜14を除去する。これにより、フォトレジスト膜18に形成された配線パターン60a′〜60e′をエッチングストッパ膜14に転写する(図7(a))。
次いで、窒素ガス又はアルゴンガスを用いたアッシングにより、フォトレジスト膜18及び反射防止膜16を除去する。
次いで、エッチングストッパ膜14をマスクとして、例えばフルオロカーボンガスに酸素及び一酸化炭素ガスを添加したエッチングガスを用いたドライエッチングにより、層間絶縁膜12をエッチングする。こうして、エッチングストッパ膜14及び層間絶縁膜12に、配線パターン60a′〜60e′を有する配線溝22を形成する(図7(b))。
次いで、配線溝22内に埋め込まれた配線層24を形成する(図7(c))。例えば、スパッタ法により拡散防止膜としての窒化タンタル膜とシード層としての銅膜とを堆積し、この銅膜をシードとして電界めっき法により銅膜を更に成長した後、CMP法によりエッチングストッパ膜14上の銅膜及び窒化タンタル膜を除去することにより、配線溝22内に埋め込まれた配線層24を形成する。
次いで、配線層24が埋め込まれたエッチングストッパ膜14上に、例えばCVD法により、例えば膜厚300nmの酸化シリコン炭化膜を堆積する。これにより、酸化シリコン炭化膜よりなる層間絶縁膜26を形成する。
次いで、層間絶縁膜26上に、例えばCVD法により、例えば膜厚150nmのシリコン窒化膜を堆積する。これにより、シリコン窒化膜よりなるエッチングストッパ膜28を形成する(図8(a))。
次いで、エッチングストッパ膜28上に、例えば図5(b)に示す工程と同様にして、反射防止膜30及びフォトレジスト膜32を形成する。
次いで、露光装置により、フォトレジスト膜32に、例えば図3に示すようなマスクパターンを露光する。このマスクパターンには、ホール径が例えば100nmのホールパターン62a〜62iが形成されている。
次いで、ホールパターンを露光したフォトレジスト膜32を現像する。これにより、フォトレジスト膜32には、図13に示すようなホールパターン62a′〜62i′が転写され、ホールパターン62a′〜62i′に対応する部分に開口部34が形成される。
次いで、フォトレジスト膜32をマスクとして、例えばフルオロカーボンガスを用いたドライエッチングにより反射防止膜30をエッチングし、開口部34内の反射防止膜30を除去する。これにより、フォトレジスト膜32に形成されたホールパターン62a′〜62i′を反射防止膜30に転写する(図8(b))。
次いで、フォトレジスト膜32をマスクとして、例えばフルオロカーボンガスに酸素ガスを添加したエッチングガスを用いたドライエッチングによりエッチングストッパ膜28をエッチングし、開口部34内のエッチングストッパ膜28を除去する。これにより、フォトレジスト膜32に形成されたホールパターン62a′〜62i′をエッチングストッパ膜28に転写する。
次いで、窒素ガス又はアルゴンガスを用いたアッシングにより、フォトレジスト膜32及び反射防止膜30を除去する。
次いで、エッチングストッパ膜28をマスクとして、例えばフルオロカーボンガスに酸素及び一酸化炭素ガスを添加したエッチングガスを用いたドライエッチングにより、層間絶縁膜26をエッチングする。こうして、エッチングストッパ膜28及び層間絶縁膜26に、ホールパターン62a′〜62i′を有するコンタクトホール36を形成する(図8(c))。このとき、配線層24の端部領域54では配線パターンのショートニングが防止されているため、コンタクトホール36を配線層24上に確実に開口することができる(図13参照)。
次いで、コンタクトホール36内に埋め込まれたコンタクトプラグ38を形成する(図9(a))。例えば、スパッタ法により拡散防止膜としての窒化タンタル膜とシード層としての銅膜とを堆積し、この銅膜をシードとして電界めっき法により銅膜を更に成長した後、CMP法によりエッチングストッパ膜28上の銅膜及び窒化タンタル膜を除去することにより、コンタクトホール36内に埋め込まれたコンタクトプラグ38を形成する。
次いで、コンタクトプラグ38が埋め込まれたエッチングストッパ膜28上に、例えばCVD法により、例えば膜厚300nmの酸化シリコン炭化膜を堆積する。これにより、酸化シリコン炭化膜よりなる層間絶縁膜40を形成する。
次いで、層間絶縁膜40上に、例えばCVD法により、例えば膜厚150nmのシリコン窒化膜を堆積する。これにより、シリコン窒化膜よりなるエッチングストッパ膜42を形成する(図9(b))。
次いで、エッチングストッパ膜42上に、例えば図5(b)に示す工程と同様にして、反射防止膜44及びフォトレジスト膜46を形成する。
次いで、露光装置により、例えば図5(c)乃至図6(a)の工程と同様にして、フォトレジスト膜46に、図4に示すような配線パターン64a〜64gを有するマスクパターンと、配線パターン64a〜64gの端部に接続されるホールパターンを有するマスクパターン(図示せず)とを重ねて露光する。配線パターン64a〜64gの線幅は、例えば100nmである。これにより、ホールパターンを形成する必要のある配線パターン64a〜64gの端部領域におけるショートニングを防止することができる。
次いで、配線パターン及びホールパターンを二重露光したフォトレジスト膜46を現像する。これにより、フォトレジスト膜46には、図14に示すような配線パターン64a′〜64g′が転写され、配線パターン64a′〜64g′に対応する部分に開口部48が形成される。
次いで、フォトレジスト膜46をマスクとして、例えばフルオロカーボンガスを用いたドライエッチングにより反射防止膜44をエッチングし、開口部48内の反射防止膜44を除去する。これにより、フォトレジスト膜46に形成された配線パターン64a′〜64g′を反射防止膜44に転写する(図9(c))。
次いで、フォトレジスト膜46をマスクとして、例えばフルオロカーボンガスに酸素ガスを添加したエッチングガスを用いたドライエッチングによりエッチングストッパ膜42をエッチングし、開口部48内のエッチングストッパ膜42を除去する。これにより、フォトレジスト膜46に形成された配線パターン64a′〜64g′を、エッチングストッパ膜42に転写する。
次いで、窒素ガス又はアルゴンガスを用いたアッシングにより、フォトレジスト膜46及び反射防止膜44を除去する。
次いで、エッチングストッパ膜42をマスクとして、例えばフルオロカーボンガスに酸素及び一酸化炭素ガスを添加したエッチングガスを用いたドライエッチングにより、層間絶縁膜40をエッチングする。こうして、エッチングストッパ膜42及び層間絶縁膜40に、配線パターン64a′〜64g′を有する配線溝50を形成する(図10(a))。このとき、配線溝50の端部領域では配線パターン64a′〜64g′のショートニングが防止されているため、配線溝50の端部をコンタクトプラグ38上に確実に開口することができる(図14参照)。
次いで、配線溝50内に埋め込まれた配線層52を形成する(図10(b))。例えば、スパッタ法により拡散防止膜としての窒化タンタル膜とシード層としての銅膜とを堆積し、この銅膜をシードとして電界めっき法により銅膜を更に成長した後、CMP法によりエッチングストッパ膜42上の銅膜及び窒化タンタル膜を除去することにより、配線溝50内に埋め込まれた配線層52を形成する。
この後、必要に応じて、更に上層の配線層等を形成し、半導体装置を完成する。
本発明の効果の検証のために、ハンマーヘッド形状のOPCを施した場合と本発明の場合とで、ショートニングの大きさを比較した。なお、ここでのパターン寸法は、マスク上における寸法ではなく、出来上がり寸法を基準にしている。
幅100nmの配線パターンの端部の両側に、幅20nm、長さ80nmの補助パターンをそれぞれ付加したハンマーヘッド形状の配線パターンを有する露光用マスクを用いてパターン形成を行ったところ、配線パターンの端部で約35nmのショートニングが生じていた。
これに対し、幅100nmの均一な幅の配線パターンを有する露光用マスクを用いて露光を行った後、この配線パターンの端部に、100nm角のホールパターンを有する露光用マスクを用い、通常のホールパターンの適正露光量より40%減じた露光量で重ねて露光することによりパターン形成を行ったところ、配線パターンの端部におけるショートニングを約10nm程度にまで抑制することができた。
また、幅100nmの均一な幅の配線パターンを有する露光用マスクを用いて露光を行った後、この配線パターンの端部に、82nm角のホールパターンを有する露光用マスクを用い、通常のホールパターンの適正露光量で重ねて露光することによりパターン形成を行ったところ、配線パターンの端部におけるショートニングを約10nm程度にまで抑制することができた。
このように、本実施形態によれば、配線パターンを形成するためのフォトリソグラフィ工程の際に、配線パターンと、この配線パターンの端部に接続されるホールパターンとを重ねて露光するので、光近接効果によるパターン端部における露光量の不足を補うことができる。これにより、パターン端部におけるショートニングを防止することができ、パターン端部に接続されるコンタクトプラグとの間のコンタクトを確実にすることができる。
また、二重露光に用いる露光用マスクのマスクデータは、ホールパターンを形成するための露光用マスクのマスクデータから、配線パターンの端部に位置するホールを抽出するだけで作成することができるので、設計工数を大幅に増加することなく追加の露光用マスクを準備することができる。
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態による露光用マスク及び半導体装置の製造方法について図15乃至図20を用いて説明する。なお、図1乃至図14に示す第1実施形態による露光用マスク及び半導体装置の製造方法と同様の構成には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
図15及び図16は光近接効果によるパターン屈曲部におけるパターンの丸まりを説明する平面図、図17乃至図20は本実施形態による半導体装置の製造方法に用いる露光用マスクのマスクパターンを示す平面図である。
本実施形態では、配線パターンの屈曲部にホールパターンが位置する場合に本発明を適用した例を示す。
光近接効果は、第1実施形態に示したようなパターン端部におけるショートニングのほか、屈曲部ではパターンの丸まりを引き起こす。例えば図15(a)に示すような直角に屈曲する配線パターン70を露光した場合、光近接効果が生じると、例えば図15(b)に示すように、転写した配線パターン70′の屈曲部において丸まりが生じる。このパターンの丸まりは、屈曲部の内側へ後退するように生じるため、屈曲部に接続されるホールパターン72が存在する場合、転写した配線パターン70′とホールパターン72′との間で接続不良が生じることがある。
屈曲する配線パターン70に施すOPCとしては、例えば図16(a)に示すように、屈曲部に補助パターン74を設ける方法がある。しかしながら、この場合にも例えば図16(b)に示すように、転写した配線パターン70′の屈曲部における丸まりを完全に抑えることはできない。
そこで、本実施形態による半導体装置の製造方法では、配線パターンの屈曲部にホールパターンが位置する場合には、第1実施形態による半導体装置の場合と同様、配線パターンを露光したフォトレジスト膜に、ホールパターンを重ねて露光する。
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について、図17乃至図20に示すマスクパターンを有する露光用マスクを用いた場合を例にして具体的に説明する。
図17に示すマスクパターンは、X方向に延在する部分とY方向に延在する部分とを含み、直角方向に屈曲する配線パターン60を有している。配線パターン60は、いわゆるダマシン配線を形成するためのパターンであり、マスク上では抜きパターンとなる。すなわち、図17において、斜線を付した領域が透過領域であり、白抜きの領域が遮光領域(ハーフトーンマスクの半透過領域を含む)である。なお、図17に示すマスクパターンは、第1実施形態による半導体装置の製造方法において、例えば層間絶縁膜12及びエッチングストッパ膜14に形成された配線溝22を形成するために用いるマスクパターンとして利用できる。
図18に示すマスクパターンは、配線パターン60に接続されるホールパターンを形成するためのものであり、配線パターン60のX方向に延在する部分に接続するためのホールパターン62aと、配線パターン60の屈曲する部分に接続するためのホールパターン62bとを有している。ホールパターン62a,62bは、マスク上では抜きパターンとなる。すなわち、図18において、斜線を付した領域が透過領域であり、白抜きの領域が遮光領域(ハーフトーンマスクの半透過領域を含む)である。なお、図18に示すマスクパターンは、第1実施形態による半導体装置の製造方法において、例えば層間絶縁膜26及びエッチングストッパ膜28に形成されたコンタクトホール36を形成するために用いるマスクパターンとして利用できる。
図19に示すマスクパターンは、ホールパターン62a,62bに接続される配線パターンを形成するためのものであり、Y方向に延在しホールパターン62aに接続する配線パターン64aと、Y方向に延在しホールパターン62bに接続する配線パターン64bとを有している。配線パターン64a,64bは、いわゆるダマシン配線を形成するためのパターンであり、マスク上では抜きパターンとなる。すなわち、図19において、斜線を付した領域が透過領域であり、白抜きの領域が遮光領域(ハーフトーンマスクの半透過領域を含む)である。なお、図19に示すマスクパターンは、第1実施形態による半導体装置の製造方法において、例えば層間絶縁膜40及びエッチングストッパ膜42に形成された配線溝50を形成するために用いるマスクパターンとして利用できる。
図20に示すマスクパターンは、本実施形態による半導体装置の製造方法に用いる特有の露光用マスクのものであり、配線パターン60上に形成する予定のホールパターン62a,62b(図18参照)のうち、配線パターン60の屈曲部に位置するホールパターン、すなわちホールパターン62bを抽出したものである。なお、配線パターン60の下層に位置するホールパターンのうち配線パターンの屈曲部に位置するものがあれば、このホールパターンを図20に示すマスクパターンに追加してもよい。また、配線パターン60の上層又は下層に位置するホールパターンのうち配線パターンの端部に位置するものがあれば、第1実施形態の場合と同様、このホールパターンを図20に示すマスクパターンに追加してもよい。
重ねて露光するホールパターン用の露光用マスクのマスクデータは、配線パターンに接続されるホールパターンを形成するための露光用マスクのマスクデータから、配線パターンの屈曲部に位置するホールを抽出するだけで作成することができるので、設計工数を大幅に増加することなく追加の露光用マスクを準備することができる。
また、重ねて露光するホールパターン用の露光用マスクは、必ずしも配線パターン等の他のレイヤを形成する際に用いる露光用マスクと同じ種類(例えば、遮光部の透過率)である必要はない。例えば、配線パターン等の他のレイヤとしてハーフトーンマスクを用いる場合に、重ねて露光するホールパターン用の露光用マスクとして遮光部にクロムを用いた従来のフォトマスクを用いるようにしてもよい。これにより、露光用マスクのコスト削減を図ることができる。
まず、第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、基板10上に、層間絶縁膜12、エッチングストッパ膜14、反射防止膜16及びフォトレジスト膜18を形成する(図5(a)乃至図5(b)を参照)。
次いで、露光装置により、フォトレジスト膜18に、図17に示すマスクパターンを露光する。このマスクパターンには、線幅が例えば100nmの配線パターン60が形成されている。このとき、露光する配線パターン60の屈曲部では、光近接効果によって十分な露光量を得ることができない。このため、このままの状態でフォトレジスト膜18を現像してしまうと、配線パターン60の屈曲部においてパターンの丸まりが生じてしまう。
そこで、本実施形態による半導体装置の製造方法では、配線パターンの屈曲部に位置するホールパターンを抽出してなる図20に示すマスクパターンを有する露光用マスクを用意し、配線パターンを露光したフォトレジスト膜18に、この露光用マスクを用いてマスクパターンを重ねて露光する。
配線パターンを露光したフォトレジスト膜18にホールパターンを重ねて露光することにより、十分な露光量が得られなかった配線パターンの屈曲部においても十分な露光量を得ることができ、配線パターンの屈曲部における丸まりを防止することができる。
光近接効果によりパターンの丸まりが生じる範囲は、一般的には、配線パターンの屈曲部からパターン幅の2倍以内に渡る領域である。したがって、重ねて露光するホールパターンとしては、配線パターンの端部からパターン幅の2倍以内に位置するホールパターンを抽出することが望ましい。
次いで、配線パターン及びホールパターンを二重露光したフォトレジスト膜18を現像し、フォトレジスト膜18に、配線パターン60に対応する開口部20を形成する。
次いで、第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、層間絶縁膜12及びエッチングストッパ膜14に埋め込まれた配線層24、層間絶縁膜26及びエッチングストッパ膜28を形成する(図6(c)乃至図8(a)を参照)。
次いで、エッチングストッパ膜28上に、第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、反射防止膜30及びフォトレジスト膜32を形成する。
次いで、露光装置により、フォトレジスト膜32に、図18に示すマスクパターンを露光する。このマスクパターンには、ホール径が例えば100nmのホールパターン62a,62bが形成されている。
次いで、ホールパターンを露光したフォトレジスト膜32を現像し、フォトレジスト膜32に、ホールパターン62a,62bに対応する開口部34を形成する。
次いで、第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、層間絶縁膜26及びエッチングストッパ膜28に、コンタクトホール36を形成する(図8(b)乃至図8(c)を参照)。このとき、配線層24の配線パターン60の屈曲部ではパターンの丸まりが抑制されているため、コンタクトホール36を配線層24上に確実に開口することができる。
次いで、第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、層間絶縁膜26及びエッチングストッパ膜28に埋め込まれたコンタクトプラグ38、層間絶縁膜40及びエッチングストッパ膜42を形成する(図9(a)乃至図9(b)を参照)。
次いで、エッチングストッパ膜42上に、第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、反射防止膜44及びフォトレジスト膜46を形成する。
次いで、第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、フォトレジスト膜46に、図19に示すような配線パターン64a,64bを有するマスクパターンと、必要に応じて配線パターン64a,64bの屈曲部や端部に接続されるホールパターンを有するマスクパターン(図示せず)とを露光する(図9(a)乃至図10(a)を参照)。配線パターン64a,64bの線幅は、例えば100nmである。これにより、ホールパターンを形成する必要のある配線パターンの屈曲部におけるパターンの丸まりを防止することができる。
次いで、第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、層間絶縁膜40及びエッチングストッパ膜42に埋め込まれた配線層52を形成する(図10(b)を参照)。
この後、必要に応じて、更に上層の配線層等を形成し、半導体装置を完成する。
このように、本実施形態によれば、配線パターンを形成するためのフォトリソグラフィ工程の際に、配線パターンと、この配線パターンの屈曲部に接続されるホールパターンとを重ねて露光するので、光近接効果によるパターンの屈曲部における露光量の不足を補うことができる。これにより、パターン屈曲部における丸まりを防止することができ、パターン屈曲部に接続されるコンタクトプラグとの間のコンタクトを確実にすることができる。
また、二重露光に用いる露光用マスクのマスクデータは、ホールパターンを形成するための露光用マスクのマスクデータから、配線パターンの屈曲部に位置するホールを抽出するだけで作成することができるので、設計工数を大幅に増加することなく追加の露光用マスクを準備することができる。
[第3実施形態]
本発明の第3実施形態による半導体装置の製造方法について図21及び図22を用いて説明する。なお、図1乃至図20に示す第1及び第2実施形態による露光用マスク及び半導体装置の製造方法と同様の構成には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
図21及び図22は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
上記第1及び第2本実施形態では、ダマシン配線の形成プロセスに本発明を適用した例を示した。本実施形態では、導電膜を堆積してパターニングすることにより配線を形成する従来の配線形成プロセスに本発明を適用した例を示す。
まず、基板10上に、例えばCVD法により、例えばポリシリコン膜を堆積し、ポリシリコン膜よりなる導電膜80を形成する。
次いで、導電膜80上に、例えばCVD法により、例えばシリコン酸化膜を堆積し、シリコン酸化膜よりなるハードマスク82を形成する。
次いで、ハードマスク82上に、例えばスピンコート法により、ネガ型のフォトレジスト膜84を形成する(図21(a))。
次いで、露光装置により、フォトレジスト膜84に、例えば図2に示すマスクパターンを露光する。このマスクパターンには、線幅が例えば100nmの配線パターン60a〜60eが形成されている。これにより、フォトレジスト膜84の露光領域には、マスクパターンを反映した潜像84aが形成される(図21(b))。
このとき、露光した配線パターン60a〜60eの端部領域54では、光近接効果によって十分な露光量を得ることができず、潜像84aは形成されない。このため、このままの状態でフォトレジスト膜84を現像したのでは、配線パターン60a〜60eの端部においてショートニングが生じてしまう。
そこで、本実施形態による半導体装置の製造方法では、例えば図11に示すようなマスクパターンを有する露光用マスクを用意し、配線パターンを露光したフォトレジスト膜84に重ねて露光する。
図11に示すマスクパターンは、配線パターン60a〜60e上に形成する予定のホールパターン62a〜62i(図3を参照)のうち、配線パターン60a〜60eの端部領域54に位置するホールパターン、すなわちホールパターン62b〜62iを抽出したものである。
配線パターンを露光したフォトレジスト膜84にホールパターンを重ねて露光することにより、十分な露光量が得られなかった配線パターンの端部領域54においても十分な露光量を得ることができ、配線パターンの端部領域54に至る潜像84aが形成される(図21(c))。これにより、上部にホールパターンを形成する必要のある配線パターン60b〜60eの端部におけるショートニングを防止することができる。
また、重ねて露光する露光用マスクは、配線パターンの端部領域54に位置するホールパターンのみを抽出してマスクパターンを形成している。したがって、露光量が十分でない配線パターンの端部領域54のみに選択的に重ねて露光することができ、配線パターンの中央部分等に設けられたホールパターン形成領域については露光量が過剰になることを防止することができる。
重ねて露光するホールパターンの露光条件は、光近接効果に伴うショートニングの大きさ等に応じて適宜調整することが望ましい。パターン端部領域54における露光量を制御するためのパラメータとしては、露光装置の露光条件のほか、ホールパターンのサイズが挙げられる。これらパラメータの一方を変更してもよいし、双方を変更してもよい。
光近接効果によりショートニングが生じる範囲は、一般的には、配線パターンの端部からパターン幅の2倍以内に渡る領域である。したがって、重ねて露光するホールパターンとしては、配線パターンの端部からパターン幅の2倍以内に位置するホールパターンを抽出することが望ましい。
次いで、配線パターン及びホールパターンを二重露光したフォトレジスト膜84を現像し、潜像84aの部分を残して他の部分を除去する。これにより、フォトレジスト膜84には、図12に示すような配線パターン60a′〜60e′が転写される。
次いで、フォトレジスト膜84をマスクとしてハードマスク82をドライエッチングし、ハードマスク82に配線パターン60a′〜60e′を転写する(図22(a))。
次いで、パターニングしたハードマスク82をマスクとして、導電膜80をパターニングし、導電膜80よりなる配線層24を形成する(図22(b))。
次いで、配線層24が形成された基板10上に、例えばCVD法によりシリコン酸化膜等の絶縁膜を堆積し、層間絶縁膜86を形成する。
次いで、リソグラフィ及びドライエッチングにより、層間絶縁膜86及びハードマスク82に、配線層24に達するコンタクトホール88を形成する。この後、例えば図9(a)乃至図10に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、半導体装置を完成する。
このように、本実施形態によれば、配線パターンを形成するためのフォトリソグラフィ工程の際に、配線パターンと、この配線パターンの端部に接続されるホールパターンとを重ねて露光するので、光近接効果によるパターン端部における露光量の不足を補うことができる。これにより、パターン端部におけるショートニングを防止することができ、パターン端部に接続されるコンタクトプラグとの間のコンタクトを確実にすることができる。
また、二重露光に用いる露光用マスクのマスクデータは、ホールパターンを形成するための露光用マスクのマスクデータから、配線パターンの端部に位置するホールを抽出するだけで作成することができるので、設計工数を大幅に増加することなく追加の露光用マスクを準備することができる。
なお、上記実施形態では、導電膜を堆積してパターニングすることにより配線を形成する従来の配線形成プロセスにおいて、上記第1実施形態において示したようなパターン端部におけるショートニングを防止する場合を示したが、上記第2実施形態において示したようなパターン屈曲部における丸まりを防止する場合にも適用することができる。
[変形実施形態]
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、OPCを施していない配線パターンとホールパターンとを重ねて露光することにより、光近接効果による配線パターンの端部におけるショートニングや配線パターンの屈曲部における丸まりを抑制したが、OPCを施した配線パターンとホールパターンとを重ねて露光するようにしてもよい。
また、ホールパターンが重なる配線パターンの端部又は配線パターンの屈曲部の総てについて本発明を適用する必要はなく、光近接効果が特に問題となる領域に選択的に適用するようにしてもよい。また、OPCにより光近接効果を低減する領域と、本発明により光り近接効果を低減する領域との双方を設けてもよい。
また、配線パターンの端部におけるショートニング及び配線パターンの屈曲部における丸まりの双方を同時に防止する場合、配線パターンの端部に重ねて露光するホールパターンと、配線パターンの屈曲部に重ねて露光するホールパターンとのサイズとは、必ずしも同じにする必要はない。重ねて露光するホールパターンのサイズは、配線パターンの端部において生じる光近接効果の度合いと、配線パターンの屈曲部において生じる光近接効果の度合いとを考慮し、それぞれ別々に最適化することができる。
また、上記実施形態では、配線パターンを露光した後にホールパターンを露光したが、ホールパターンを露光した後に配線パターンを露光してもよい。
また、上記実施形態では、いわゆるシングルダマシン法により配線層を形成する場合にについて説明したが、デュアルダマシン法により配線層を形成する場合においても同様に本発明を適用することができる。
また、上記実施形態に記載した半導体装置は、本発明を適用しうる一例を示しただけであり、これに限定されるものではない。例えば、各層の平面レイアウトやサイズ、構成材料等は、要求される特性やデバイスの世代等に応じて適宜選択することができる。
本発明の第1実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。 本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法に用いる露光用マスクのマスクパターンを示す平面図(その1)である。 本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法に用いる露光用マスクのマスクパターンを示す平面図(その2)である。 本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法に用いる露光用マスクのマスクパターンを示す平面図(その3)である。 本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。 本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その2)である。 本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その3)である。 本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その4)である。 本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その5)である。 本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その6)である。 本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法に用いる露光用マスクのマスクパターンを示す平面図(その4)である。 図2の露光用マスクを用いて形成されるパターンを示す平面図である。 図3の露光用マスクを用いて形成されるパターンを示す平面図である。 図4の露光用マスクを用いて形成されるパターンを示す平面図である。 光近接効果によるパターン屈曲部におけるパターンの丸まりを説明する平面図(その1)である。 光近接効果によるパターン屈曲部におけるパターンの丸まりを説明する平面図(その2)である。 本発明の第2実施形態による半導体装置の製造方法に用いる露光用マスクのマスクパターンを示す平面図(その1)である。 本発明の第2実施形態による半導体装置の製造方法に用いる露光用マスクのマスクパターンを示す平面図(その2)である。 本発明の第2実施形態による半導体装置の製造方法に用いる露光用マスクのマスクパターンを示す平面図(その3)である。 本発明の第2実施形態による半導体装置の製造方法に用いる露光用マスクのマスクパターンを示す平面図(その4)である。 本発明の第3実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。 本発明の第3実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その2)である。 光近接効果による転写したパターンのショートニングを説明する図である。 従来の露光マスクのパターン補正方法及びその課題を説明する図である。
符号の説明
10…基板
12,26,40,86…層間絶縁膜
14,28,42…エッチングストッパ膜
16,30,44…反射防止膜
18,32,46,84…フォトレジスト膜
18a…潜像
20,34,48…開口部
22,50…配線溝
24,52…配線層
36,88…コンタクトホール
38…コンタクトプラグ
54…端部領域
60,64,70…配線パターン
60′,64′,70′…転写した配線パターン
62,72…ホールパターン
62′,72′…転写したホールパターン
74…補助パターン
80…導電膜
82…ハードマスク

Claims (10)

  1. 基板上に、第1のフォトレジスト膜を形成する工程と、
    前記第1のフォトレジスト膜に、配線パターンを露光する工程と、
    前記第1のフォトレジスト膜に、前記配線パターンの端部又は屈曲部であって前記配線パターンに接続されるホールの形成領域に位置する複数のホールを有する第1のホールパターンを露光する工程と、
    前記配線パターン及び前記第1のホールパターンを露光した前記第1のフォトレジスト膜を現像する工程と
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1のフォトレジスト膜を形成する工程の前に、前記基板上に第1の絶縁膜を形成する工程を更に有し、
    前記第1のフォトレジスト膜を現像する工程の後に、前記第1のフォトレジスト膜をマスクとして前記第1の絶縁膜をエッチングし、前記配線パターンを有する配線溝を形成する工程と、前記配線溝内に導電膜を埋め込み、前記配線パターンを有する配線層を形成する工程とを更に有する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1のフォトレジスト膜を形成する工程の前に、前記基板上に導電膜を形成する工程を更に有し、
    前記第1のフォトレジスト膜を現像する工程の後に、前記第1のフォトレジスト膜をマスクとして前記導電膜をパターニングし、前記配線パターンを有する配線層を形成する工程を更に有する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 請求項2又は3記載の半導体装置の製造方法において、
    前記配線層を形成する工程の後に、
    前記配線層が形成された前記基板上に、第2の絶縁膜を形成する工程と、
    前記第2の絶縁膜上に、第2のフォトレジスト膜を形成する工程と、
    前記第2のフォトレジスト膜に、前記配線パターンに接続される複数のホールを有する第2のホールパターンを露光する工程と、
    前記第2のホールパターンを露光した前記第2のフォトレジスト膜を現像する工程と、
    前記第2のフォトレジスト膜をマスクとして前記第2の絶縁膜をエッチングし、前記第2の絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、
    前記コンタクトホール内に導電膜を埋め込み、前記配線層に接続されたコンタクトプラグを形成する工程とを更に有する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 請求項4記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第2のホールパターンのパターンデータから、前記配線パターンの端部又は屈曲部に位置する複数の前記ホールを抽出することにより、前記第1のホールパターンのパターンデータを得る
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1のホールパターンは、前記配線パターンの前記端部及び/又は前記屈曲部から前記配線パターンのパターン幅の2倍以内の領域位置する前記ホールを含む
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記配線パターンを露光する際の、前記配線パターンの前記端部及び/又は前記屈曲部における光近接効果によるパターン変形を補正するように、前記第1のホールパターンの露光量を制御し又はホール径を設定する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 配線パターンを形成する際に用いる露光用マスクであって、
    前記配線パターンに接続される複数のホールを有する第1のホールパターンのうち、前記配線パターンの端部又は屈曲部に位置するホールを抽出してなる第2のホールパターンを有する
    ことを特徴とする露光用マスク。
  9. 請求項8記載の露光用マスクにおいて、
    前記第2のホールパターンのホール径は、前記第1のホールパターンのホール径と異なっている
    ことを特徴とする露光用マスク。
  10. 請求項8又は9記載の露光用マスクにおいて、
    遮光部の透過率は、前記第1のホールパターンを有する他の露光用マスクの遮光部の透過率と異なっている
    ことを特徴とする露光用マスク。
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