JP2010087333A - Photomask, method of manufacturing semiconductor device and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、階調差の領域を有するフォトマスク、このフォトマスクを用いて製造する半導体装置の製造方法、及び半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置に関する。 The present invention relates to a photomask having a gradation difference region, a method for manufacturing a semiconductor device manufactured using the photomask, and a semiconductor device manufactured using the method for manufacturing a semiconductor device.
上記した半導体装置の製造方法は、例えば、基板上に半導体膜を形成し、その上にレジスト膜を形成する。次に、例えば、特許文献1に記載のように、階調差を有するフォトマスクを利用して、レジスト膜を段差状に形成する。 In the semiconductor device manufacturing method described above, for example, a semiconductor film is formed on a substrate, and a resist film is formed thereon. Next, as described in Patent Document 1, for example, a resist film is formed in a step shape using a photomask having a gradation difference.
具体的には、フォトマスクは、露光光を完全に遮断する遮光部と、光の強度を弱くする光強度差部とを有する。それ以外の領域は、光が通過する透過領域となる。そして、上記フォトマスクを用いてレジスト膜を露光することにより、例えば、チャネル領域に相当する部分(遮光部)が厚く形成され、ソース領域及びドレイン領域に相当する部分(光強度差部)が薄く形成される。 Specifically, the photomask has a light shielding portion that completely blocks exposure light and a light intensity difference portion that reduces the light intensity. The other region is a transmission region through which light passes. Then, by exposing the resist film using the photomask, for example, a portion corresponding to the channel region (light shielding portion) is formed thick, and a portion corresponding to the source region and drain region (light intensity difference portion) is thin. It is formed.
次に、この段差状のレジスト膜をマスクとして半導体膜をパターンニングする。更に、このレジスト膜の膜厚差を利用して、半導体膜のソース領域とドレイン領域とに、不純物を注入する。 Next, the semiconductor film is patterned using the stepped resist film as a mask. Further, using this difference in film thickness of the resist film, impurities are implanted into the source region and the drain region of the semiconductor film.
しかしながら、フォトマスクを用いて段差状のレジスト膜を形成する際、半透過領域と透過領域との境界のレジスト膜に、透過領域から半透過領域に光が漏れたり周囲から反射したりして入り込むことから、境界付近のレジスト膜が正規の光強度より強い光強度で露光される。よって、レジスト膜を現像した際、境界部分のレジスト膜が余分に除去されて更に薄くなったり無くなったりする。つまり、レジスト膜の線幅及び膜厚の均一性が低下する。これにより、このレジスト膜をマスクとして半導体膜をエッチングした際、半導体膜の線幅(ソース領域からドレイン領域までの幅)の均一性が低下し、エッチングのマージンが少なくなり、半導体素子の特性がばらつく。また、パターンエッジのラフネスが増大し絶縁膜のカバレッジ不良から半導体素子の耐圧が低下するという課題がある。 However, when a step-shaped resist film is formed using a photomask, light leaks from the transmissive region into the semi-transmissive region or is reflected from the periphery into the resist film at the boundary between the semi-transmissive region and the transmissive region. For this reason, the resist film near the boundary is exposed with a light intensity higher than the normal light intensity. Therefore, when the resist film is developed, the resist film at the boundary portion is removed excessively, and the resist film becomes thinner or disappears. That is, the uniformity of the line width and film thickness of the resist film is lowered. As a result, when the semiconductor film is etched using this resist film as a mask, the uniformity of the line width (width from the source region to the drain region) of the semiconductor film is reduced, the etching margin is reduced, and the characteristics of the semiconductor element are reduced. It varies. In addition, there is a problem that the roughness of the pattern edge increases and the breakdown voltage of the semiconductor element decreases due to poor coverage of the insulating film.
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]本適用例に係るフォトマスクは、第1の光を遮断する遮光部と、前記遮光部と隣接して設けられ、前記第1の光の強度を制御すると共に前記第1の光と位相が異なる第2の光に変える光強度差部と、を有することを特徴とする。 Application Example 1 A photomask according to this application example is provided adjacent to the light shielding unit that blocks the first light, and controls the intensity of the first light and the first light. And a light intensity difference portion that changes to second light having a phase different from that of the light.
この構成によれば、フォトマスクを介してレジスト膜を露光する際、フォトマスクの光強度差部と光を透過する透過領域との境界において、透過領域を透過した第1の光が光強度差部の方向に漏れた場合でも、第1の光と、光強度差部を透過した位相差の異なる第2の光と干渉し合う(相殺する)ことによって、光の透過を抑える(光の強度を弱める)ことができる。言い換えれば、光強度差部と透過領域との境界である光強度差部の周囲に遮光の機能を有する遮光領域を設けることが可能となる。よって、境界部分のレジスト膜が余分に除去されて薄くなったり無くなったりすることを防ぐことができ、レジスト膜の線幅及び膜厚の均一性を向上させることができる。これにより、レジスト膜をマスクとして、その下に形成された半導体膜をパターンニングした際、半導体膜をマージンを含む正規の幅に形成することが可能となり、半導体素子の特性を安定化させることができる。また、パターンエッジのラフネスを低減し、絶縁膜のカバレッジ不良を抑え、半導体素子の耐圧を確保することができる。また、レジスト膜の線幅を均一に形成できるので、例えば、半導体膜の正規の位置に不純物を注入することが可能となり、LDD構造を形成することができる。 According to this configuration, when the resist film is exposed through the photomask, the first light transmitted through the transmissive region is at the boundary between the light intensity difference portion of the photomask and the transmissive region that transmits light. Even when the light leaks in the direction of the light, it interferes with (cancels out) the first light and the second light having a different phase difference transmitted through the light intensity difference portion, thereby suppressing light transmission (light intensity Can be weakened). In other words, it is possible to provide a light shielding region having a light shielding function around the light intensity difference portion which is a boundary between the light intensity difference portion and the transmission region. Therefore, it is possible to prevent the resist film at the boundary portion from being excessively removed and become thin or lost, and the uniformity of the line width and film thickness of the resist film can be improved. As a result, when the semiconductor film formed thereunder is patterned using the resist film as a mask, the semiconductor film can be formed in a regular width including a margin, and the characteristics of the semiconductor element can be stabilized. it can. In addition, the roughness of the pattern edge can be reduced, the poor coverage of the insulating film can be suppressed, and the breakdown voltage of the semiconductor element can be ensured. Further, since the line width of the resist film can be formed uniformly, for example, it becomes possible to inject impurities into regular positions of the semiconductor film, and an LDD structure can be formed.
[適用例2]本適用例に係る半導体装置の製造方法は、上記したフォトマスクを用いた半導体装置の製造方法であって、基板上に半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜上にレジスト前駆体膜を形成する工程と、前記フォトマスクを介して前記レジスト前駆体膜に露光光を照射する工程と、前記レジスト前駆体膜を現像してレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を介して前記半導体膜に処理を施す工程と、を有することを特徴とする。 Application Example 2 A semiconductor device manufacturing method according to this application example is a semiconductor device manufacturing method using the above-described photomask, and includes a step of forming a semiconductor film on a substrate, and a resist on the semiconductor film. A step of forming a precursor film, a step of irradiating the resist precursor film with exposure light through the photomask, a step of developing the resist precursor film to form a resist film, and the resist film And a step of performing a process on the semiconductor film.
この方法によれば、フォトマスクに露光光を照射してレジスト膜を形成する際、透過領域と半透過領域との露光光の位相差によって、レジスト膜における半透過領域と透過領域との境界に半透過領域の膜厚より厚いレジスト膜を形成することができる。よって、レジスト膜における透過領域と半透過領域との境界の膜が薄くなったり無くなったりすることを防ぐことが可能となる。そして、半導体膜に処理を施す工程において、例えば、上記レジスト膜を介して半導体膜をエッチングするので、半導体膜を正規の幅にパターンニングすることが可能となり、半導体素子の特性を安定化させることができる。また、パターンエッジのラフネスを低減し、絶縁膜のカバレッジ不良を抑え、半導体素子の耐圧を確保することができる。 According to this method, when a resist film is formed by irradiating a photomask with exposure light, the resist film has a boundary between the semi-transmissive region and the transmissive region due to the phase difference of the exposure light between the transmissive region and the semi-transmissive region. A resist film thicker than the thickness of the semi-transmissive region can be formed. Therefore, it is possible to prevent the film at the boundary between the transmissive region and the semi-transmissive region in the resist film from being thinned or lost. In the process of processing the semiconductor film, for example, the semiconductor film is etched through the resist film, so that the semiconductor film can be patterned to a regular width and the characteristics of the semiconductor element can be stabilized. Can do. In addition, the roughness of the pattern edge can be reduced, the poor coverage of the insulating film can be suppressed, and the breakdown voltage of the semiconductor element can be ensured.
[適用例3]上記適用例に係る半導体装置の製造方法において、前記露光光は、水銀ランプの波長である365nm、405nm、436nm、エキシマレーザーの波長である193nm、248nmのいずれか1つ又は2つ以上の組み合わせにより構成されていることが好ましい。
Application Example 3 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the application example described above, the exposure light is one of the
この方法によれば、上記した単一波長を用いることにより、フォトマスクに露光光を照射する際、透過領域を通過した第1の光の位相と、半透過領域を通過した第2の光の位相とを干渉させることが可能となる。よって、レジスト前駆体膜における半透過領域と透過領域との境界に照射する光の強度を弱めることができる。これにより、レジスト前駆体膜からレジスト膜に形成する際、レジスト膜における透過領域と半透過領域との境界の膜が薄くなったり無くなったりすることを防ぐことができる。また、光の波長を2種類以上選ぶことにより、位相差の異なる2種類の波長の光を選ぶことができ、半透過領域と透過領域との境界に照射する光の強度が弱まる量を調節することができる。 According to this method, by using the single wavelength described above, when the photomask is irradiated with the exposure light, the phase of the first light that has passed through the transmissive region and the second light that has passed through the semi-transmissive region. It becomes possible to make it interfere with a phase. Therefore, the intensity of the light irradiating the boundary between the semi-transmissive region and the transmissive region in the resist precursor film can be weakened. Thereby, when forming from a resist precursor film to a resist film, it can prevent that the film of the boundary of the permeation | transmission area | region and semi-transmission area | region in a resist film becomes thin or disappears. In addition, by selecting two or more types of light wavelengths, it is possible to select two types of light with different phase differences, and adjust the amount by which the intensity of light applied to the boundary between the semi-transmissive region and the transmissive region is weakened. be able to.
[適用例4]本適用例に係る半導体装置は、上記に記載の半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置であって、基板上に形成された半導体膜において、前記フォトマスクの光強度差部に相当する高濃度不純物が注入されたソース領域及びドレイン領域と、前記半導体膜において、前記フォトマスクの遮光部に相当するチャネル領域と、前記半導体膜における前記ソース領域と前記フォトマスクにおける透過領域との境界に形成された第1領域と、前記半導体膜における前記ドレイン領域と前記透過領域との境界に形成された第2領域と、を有することを特徴とする。 Application Example 4 A semiconductor device according to this application example is a semiconductor device manufactured by using the semiconductor device manufacturing method described above, and in the semiconductor film formed on the substrate, the light of the photomask A source region and a drain region into which a high-concentration impurity corresponding to an intensity difference portion is implanted; a channel region corresponding to a light-shielding portion of the photomask in the semiconductor film; and the source region and the photomask in the semiconductor film. The semiconductor device includes a first region formed at a boundary with a transmissive region, and a second region formed at a boundary between the drain region and the transmissive region in the semiconductor film.
この構成によれば、半導体膜におけるソース領域と透過領域との境界に上記した位相差を利用して第1領域が形成され、ドレイン領域と透過領域との境界に上記した位相差を利用して第2領域が形成されているので、マージンを含んだソース領域とドレイン領域との幅である線幅を確実に確保(管理)することが可能となる。よって、半導体素子の特性を安定化させることができる。また、パターンエッジのラフネスを低減し、絶縁膜のカバレッジ不良を抑え、半導体素子の耐圧を確保することができる。 According to this configuration, the first region is formed at the boundary between the source region and the transmission region in the semiconductor film by using the above-described phase difference, and the above-described phase difference is used at the boundary between the drain region and the transmission region. Since the second region is formed, the line width that is the width between the source region and the drain region including the margin can be reliably secured (managed). Therefore, the characteristics of the semiconductor element can be stabilized. In addition, the roughness of the pattern edge can be reduced, the poor coverage of the insulating film can be suppressed, and the breakdown voltage of the semiconductor element can be ensured.
図1は、フォトマスクの構成を示す模式図である。(a)は模式平面図であり、(b)は(a)に示すフォトマスクのA−A'線に沿う模式断面図である。以下、フォトマスクの構成を、図1を参照しながら説明する。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a photomask. (A) is a schematic top view, (b) is a schematic cross section along the AA 'line of the photomask shown to (a). Hereinafter, the configuration of the photomask will be described with reference to FIG.
図1に示すように、フォトマスク11は、マスク基材12と、露光装置(図示せず)からの露光光の透過率を調整(制御)する光強度差部としての半透過膜13と、略完全に光を遮断する遮光部としての遮光膜14とを有する。具体的には、フォトマスク11としてハーフトーンマスクを用いる。以下、フォトマスク11を「ハーフトーンマスク11」と称する。マスク基材12は、ガラス等からなる透明部材で構成されている。
As shown in FIG. 1, the
半透過膜13は、マスク基材12上に形成されており、例えば、酸化クロム(CrO)やモリブデンシリサイド(MoSi)である。半透過膜13は、例えば、酸化クロムの膜厚を調整することによって、透過率(濃淡)を調整することが可能となっている。すなわち、半透過膜13に光を通すことによって、光の強度を減衰させることができる。半透過膜13の厚みは、例えば、1〜100nmである。
The
例えば、365nmの波長光において、酸化タンタルの膜厚を所定値にすることで半透過膜13の透過率を50%に設定することができ、酸化タンタルの膜厚を所定値より薄くすることで半透過膜13の透過率を50%よりも大きくすることができる。
For example, in the wavelength of 365 nm, the transmittance of the
遮光膜14は、例えばクロム(Cr)膜であり、半透過膜13上に形成されている。遮光膜14の厚みは、例えば、200〜300nmである。
The
ハーフトーンマスク11の遮光領域は、半透過膜13と遮光膜14とが重なった部分である。また、半透過領域は、遮光膜14がなく半透過膜13が露出している部分である。このハーフトーンマスク11に第1の光としての露光光15a(図2参照)を照射したとき、遮光膜14に照射された露光光15aは、ハーフトーンマスク11を通過しない。半透過膜13に照射された露光光15aは、光強度が弱まった第2の光としての露光光15bとしてハーフトーンマスク11を通過する。
The light shielding region of the
図2は、フォトマスクの部分(位置)と光強度との関係を示す図である。(a)は、フォトマスクの構成を示す模式断面図である。(b)は、フォトマスクの部分と光強度との関係を示すグラフである。以下、フォトマスクの部分と光強度との関係を、図2を参照しながら説明する。 FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the photomask portion (position) and light intensity. (A) is a schematic cross section which shows the structure of a photomask. (B) is a graph which shows the relationship between the part of a photomask, and light intensity. Hereinafter, the relationship between the photomask portion and the light intensity will be described with reference to FIG.
図2(b)に示すグラフの横方向は、(a)に示すフォトマスクの部分と対応する位置を示している。グラフの縦方向は、ハーフトーンマスク11を通過した露光光15a,15b,15cの光強度であり、図示下側にいくに従って光強度が弱くなることを示している。
The horizontal direction of the graph shown in FIG. 2B indicates a position corresponding to the portion of the photomask shown in FIG. The vertical direction of the graph is the light intensity of the
ハーフトーンマスク11の透過領域に照射された露光光15aは、透明部材であるマスク基材12によって、照射した光強度を維持しながら通過する。半透過領域に照射された露光光15aは、半透過膜13により透過率の調整が行われて、露光光15aより光強度が弱い露光光15bとなる。遮光領域に照射された露光光15aは、遮光膜14によって通過することができない。つまり、光強度が最も弱まっている。
The
ハーフトーンマスク11の半透過領域と透過領域の境界16の露光光15cの光強度は、半透過領域を通過した露光光15bの光強度より弱まる(C部)。詳述すると、透過領域と半透過領域との間において、露光光15a,15bが互いの領域に漏れてしまうという現象が生じる。このとき、漏れてしまった領域において、透過領域を通過した露光光15aの位相と、半透過領域を通過した露光光15bの位相とがずれることによって(半透過膜13に空気の位相と異なる位相の膜を用いることによって)、互いの位相が干渉し合い、漏れた露光光15a,15bの強度が相殺される(露光光15cの強度が弱くなる)。
The light intensity of the exposure light 15c at the
つまり、境界16において、位相差の作用により、透過率を下げる効果が得られる。言い換えれば、境界16において、遮光膜を設けたことと同じ機能を生じさせることができる。よって、境界16の部分において、半透過領域の光強度より少しでも光強度が弱まっていれば、半透過膜より厚い膜を形成することができる。
That is, at the
以上により、透過領域と半透過領域との境界16において互いの領域に光漏れが生じた場合でも、位相の違いを利用して光強度を弱めることが可能となる。これにより、ハーフトーンマスク11を用いてレジスト膜を露光・現像した際、境界16部分のレジスト膜が余分に除去されて薄くなったり無くなったりすることを防ぐことができる。その結果、レジスト膜をマスクとして半導体膜をエッチングした際、半導体膜の線幅を正規の幅に形成することが可能となり、半導体素子の特性を安定化させることができる。また、パターンエッジのラフネスを低減し、絶縁膜のカバレッジ不良を抑え、半導体素子の耐圧を確保することができる。
As described above, even when light leakage occurs in the mutual region at the
図3は、半透過膜の膜厚と波長とを変えた場合における、位相差及び透過率を求めた図表である。以下、位相差及び透過率について、図3を参照しながら説明する。 FIG. 3 is a chart in which the phase difference and the transmittance are obtained when the thickness and wavelength of the semi-transmissive film are changed. Hereinafter, the phase difference and the transmittance will be described with reference to FIG.
図3(a)に示す図表は、半透過膜13に照射する露光光15aの波長と半透過膜13の膜厚とを可変させたときの位相差を求めたものである。ここで用いる半透過膜13は、酸化クロムである。ここで求める位相差は、半透過膜13のない部分(空気中)を通過した露光光15aの位相と、半透過膜13を通過した露光光15bの位相との差(°)である。
The chart shown in FIG. 3A shows the phase difference when the wavelength of the
波長λは、248nmと、365nmと、436nmとの3種類である。屈折率nは、光の波長依存性があり、上記波長λの順に、2.09、2.40、2.70である。これらの屈折率nは、透過領域に存在する空気の屈折率nと異なっている(空気の屈折率:1.00)。つまり、空気の屈折率と異なる屈折率を有する膜(例えば、酸化クロム)を用いることにより、透過領域と半透過領域とにおいて露光光15a,15bの位相をずらすことができる。膜厚dは、25nmと、50nmと、75nmと、100nmとの4種類である。 There are three types of wavelengths λ: 248 nm, 365 nm, and 436 nm. The refractive index n is dependent on the wavelength of light, and is 2.09, 2.40, 2.70 in the order of the wavelength λ. These refractive indexes n are different from the refractive index n of air existing in the transmission region (air refractive index: 1.00). That is, by using a film (for example, chromium oxide) having a refractive index different from the refractive index of air, the phases of the exposure lights 15a and 15b can be shifted in the transmissive region and the semi-transmissive region. There are four types of film thickness d: 25 nm, 50 nm, 75 nm, and 100 nm.
例えば、波長λが248nm、半透過膜13の膜厚dが25nmのときの位相差は、40°である。また、波長λが436nm、膜厚dが100nmのときの位相差は、140°である。例えば、互いの位相が半波長(180°)ずれた場合、露光光15a,15bは、光の干渉によって互いに打ち消しあうことになる。
For example, the phase difference is 40 ° when the wavelength λ is 248 nm and the film thickness d of the
次に、図3(b)に示す図表は、半透過膜13に照射する露光光15aの波長と半透過膜13の膜厚とを可変させたときの透過率Tを求めたものである。ここで求める透過率Tは、半透過膜13に照射した露光光15aの光強度を1.00としたときの、半透過膜13を通過した後の露光光15bの光強度の割合(%)である。なお、半透過膜13の材質、使用する波長λ(屈折率n)の種類、膜厚dの種類は、上記した位相差を求めた場合と同じである。
Next, the chart shown in FIG. 3B shows the transmittance T when the wavelength of the
例えば、波長λが248nm、膜厚dが25nmのときの透過率Tは、14%である。また、波長λが436nm、膜厚dが100nmのときの透過率Tは、7%である。 For example, the transmittance T when the wavelength λ is 248 nm and the film thickness d is 25 nm is 14%. Further, the transmittance T when the wavelength λ is 436 nm and the film thickness d is 100 nm is 7%.
以上のように、波長λと膜厚dとを選択して組み合わせることによって、図表のように、位相をずらし、透過率Tを確保することができる。加えて、図表のような位相差が生じることによって、透過領域と半透過領域との境界16で互いの領域に露光光15a,15bが漏れた場合でも、位相の違いを利用して露光光15cの光強度を弱めることが可能となる。その結果、ハーフトーンマスク11を用いてレジスト膜を露光・現像した際、境界16部分のレジスト膜が余分に除去されて薄くなったり無くなったりすることを防ぐことができる。
As described above, by selecting and combining the wavelength λ and the film thickness d, the phase can be shifted and the transmittance T can be secured as shown in the chart. In addition, even if exposure light 15a and 15b leak to each other at the
また、露光光15aの波長λとしては、水銀ランプの波長である365nm、405nm、436nm、エキシマレーザーの波長である193nm、248nm等が挙げられる。更に、上記波長λを2つ以上組み合わせて用いるようにしてもよい。これによれば、干渉した露光光15cが最も弱められる波長λ(半波長)をつくり出せる割合が高くなる。また、光の波長を2種類以上選ぶことにより、位相差の異なる2種類の波長の光を選ぶことができ、半透過領域と透過領域との境界に照射する光の強度が弱まる量を調節することができる。
Further, the wavelength λ of the
図4〜図10は、上記フォトマスクを用いた半導体装置の製造方法を工程順に示す模式図である。図4〜図10の各図(a)は模式平面図であり、各図(b)は各図(a)におけるB−B'線に沿う模式断面図である。以下、半導体装置の製造方法を、図4〜図10を参照しながら説明する。なお、本実施形態の半導体装置は、例えば、LDD構造を有するnチャネル型のTFTである。 4 to 10 are schematic views showing a method of manufacturing a semiconductor device using the photomask in the order of steps. Each of FIGS. 4A to 10A is a schematic plan view, and each of FIGS. 4B to 10B is a schematic cross-sectional view taken along the line BB ′ in each of FIGS. Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device will be described with reference to FIGS. Note that the semiconductor device of this embodiment is, for example, an n-channel TFT having an LDD structure.
まず、図4に示すように、ガラスなどからなる基板21上に、例えば、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法等により、シリコン酸化膜等からなる下地保護膜22を成膜する。次に、下地保護膜22の全面に、多結晶シリコン等の半導体膜23を形成する。その後、半導体膜23上にレジスト膜となるレジスト前駆体膜24を成膜する。レジスト前駆体膜24は、例えば、ポジ型である。これは、現像処理によって、露光光の照射量に応じて照射されたレジスト前駆体膜24の部分が除去される。
First, as shown in FIG. 4, a base
次に、図5に示すように、レジスト前駆体膜24をフォトリソグラフィ技術により所定形状にパターニングする。ここで行うフォトリソグラフィ技術は、レジスト前駆体膜24に転写露光するマスクとして上記したハーフトーンマスク11を使用する。
Next, as shown in FIG. 5, the resist
具体的には、まず、ハーフトーンマスク11を介して、露光光15aをレジスト前駆体膜24に照射する。露光光15aの波長は、例えば、365nmである。ハーフトーンマスク11の半透過膜13は、例えば、厚みが25nmである。ハーフトーンマスク11の遮光膜14に照射された露光光15aは、透過することができずに遮断される。また、半透過膜13に照射された露光光15aは、光の強度が減衰されて(透過率が加味されて)、透過する前より露光光15bの光強度が弱くなって通過し(例えば、透過率39%)、レジスト前駆体膜24を露光する。半透過膜13における境界16に照射された露光光15aは、位相差の違い(例えば、35°)によって、露光光15bより光強度が弱い露光光15cとなる。また、上記した遮光膜14及び半透過膜13以外の領域に照射された露光光15aは、そのままの光強度で通過する。
Specifically, first, the resist
そして、露光されたレジスト前駆体膜24を現像することにより、略露光前のレジスト前駆体膜24の厚みが残った遮光領域に相当する部分25aと、レジスト前駆体膜24が薄く残った半透過領域に相当する部分25bと、半透過領域よりレジスト前駆体膜24が多く残った透過領域と半透過領域との境界16に相当する部分25cと、を有するレジスト膜25が完成する。つまり、段差状のレジスト膜25が完成する。透過領域にあるレジスト前駆体膜24は全て除去される。
Then, by developing the exposed resist
レジスト膜25における遮光領域の厚みは、例えば、1μmである。レジスト膜25における半透過領域の厚みは、例えば、0.4μmである。透過領域と半透過領域との境界において形成されたレジスト膜25の部分25cの幅は、露光機の解像度によって決まるものであり、例えば2〜3μmである。
The thickness of the light shielding region in the resist
上記したように、ハーフトーンマスク11の半透過膜13と透過領域との境界16には、互いの位相が干渉し合ってできた露光光15cの光強度が弱まっているので、ハーフトーンマスク11を介してレジスト膜25を形成した際、半透過領域のレジスト膜25の部分25bより厚いレジスト膜25の部分25cを形成することができる。この部分25cが設けられることによって、透過領域から半透過領域に光が漏れることに起因するレジスト膜25の膜減りを抑制することが可能となり、半透過領域のレジスト膜25を、正規の形状で均一な膜厚に形成することができる。その結果、レジスト膜25における半透過領域の線幅がばらつくことを抑えることができる。
As described above, since the light intensity of the
次に、図6に示すように、段差状にパターニングされたレジスト膜25をマスクとして、レジスト膜25の下層に形成されている半導体膜23を所定形状にエッチング処理する。半導体膜23は、後の工程によって形成されるチャネル領域33と、ソース領域31と、ドレイン領域32とを含むパターンに形成される。エッチング方法としては、ドライエッチング又はウエットエッチング等の各種方法が適用可能である。
Next, as shown in FIG. 6, the
このように、レジスト膜25の線幅が均一かつ所定の幅に形成され、このレジスト膜25を介して半導体膜23をパターンニングするので、エッチングの際のマージンを確保することが可能となり、半導体素子の特性を安定化させることができる。また、パターンエッジのラフネスを低減し、絶縁膜のカバレッジ不良を抑え、形成される半導体素子45(図10参照)の耐圧を確保することができる。
Thus, the line width of the resist
詳しくは、ソース領域31及びドレイン領域32の周囲に、レジスト膜25の部分25c(境界16)に相当する第1領域及び第2領域としての部分34(図7参照)が形成されているので、エッチングのプロセスにマージンを持たせることが可能となる。更に、レジスト膜25の線幅が正規の形状に形成されているので、半導体膜23の形状にマージンを持たせることができる。
Specifically, the first region and the portion 34 (see FIG. 7) corresponding to the
次に、図7に示すように、上記したレジスト膜25をマスクとして、半導体膜23に対して高濃度の不純物イオン(リンイオン)26を、例えば、0.1×1015〜10×1015/cm2のドーズ量で注入する。これにより、上記レジスト膜25における半透過領域において、上記高濃度の不純物イオン26が高濃度の状態でレジスト膜25を通過し、半導体膜23に注入される。
Next, as shown in FIG. 7, with the resist
以上により、半導体膜23にソース領域31とドレイン領域32とが形成される。また、ソース領域31とドレイン領域32との間の領域がチャネル領域33となる。なお、注入された領域が、半透過領域と透過領域の境界16に形成された半導体膜23の部分34によって狭くならないように、予め部分34の領域を考慮して半透過領域を設定することが望ましい。
As a result, the
以上のように、レジスト膜25をマスクとして、自己整合的(セルフアライメント)に半導体膜23にソース側高濃度領域31(後のソース側高濃度領域31a)及びドレイン側高濃度領域32(後のドレイン側高濃度領域32a)を形成することができる。一方、上記レジスト膜25の膜厚が厚い領域(遮光領域)については、上記高濃度不純物イオン26がレジスト膜25の領域内において遮断されるため、不純物イオン26は半導体膜23の領域には到達しない。このように所定濃度の不純物イオン26が注入されなかった領域は、不純物が添加されない半導体膜23から構成されるチャネル領域33となる。なお、半導体膜23のエッチングを不純物イオン26の注入の後に実施する方法も好ましい。
As described above, using the resist
次に、図8に示すように、半導体膜23上に成膜されたレジスト膜25を剥離し、半導体膜23上を含む基板21上の全面に、プラズマCVD法、スパッタ法等により、例えば、酸化シリコン膜等からなるゲート絶縁膜35を形成する。その後、ゲート絶縁膜35上にゲート電極36となる、例えば、多結晶シリコン等からなる導電膜36aを全面に形成する。
Next, as shown in FIG. 8, the resist
なお、これまでに形成した過程において、レジスト膜25の半透過領域の部分が薄くなっていることから、レジスト膜25を除去する際、膜厚の薄い半透過領域が無くなってしまい、その下側にある半導体膜23のソース領域31及びドレイン領域32を削って膜厚を薄くする可能性がある。しかしながら、この部分の膜厚が薄くなることによって、周囲との間に傾斜が形成される。この傾斜によって、この半導体膜23の上にゲート絶縁膜35を形成した際、ゲート絶縁膜35が切れることなく膜厚を維持することが可能となり、その結果、半導体素子45の耐圧を確保することができる。
In the process formed so far, the semi-transmissive region of the resist
次に、図9に示すように、導電膜36a上の全面にレジスト膜を成膜し、フォトリソグラフィ技術により上記レジスト膜を露光及び現像処理し、所定形状にパターニングする。パターンニングされた上記レジスト膜37は、下層に形成されるチャネル領域33の領域幅よりも狭く、かつ、チャネル領域33の両端部にソース側低濃度領域31b及びドレイン側低濃度領域32b(図10参照)が形成されるように位置合わせして形成されている。
Next, as shown in FIG. 9, a resist film is formed on the entire surface of the
次に、図10に示すように、上記所定形状にパターニングしたレジスト膜37をマスクとして導電膜36aをエッチングし、ゲート電極36を形成する。続けて、ゲート電極36をマスクとして、例えば、0.1×1013〜10×1013/cm2のドーズ量で、半導体膜23に低濃度の不純物イオン(リンイオン)38を注入する。このようにして、半導体膜23のチャネル領域33の両端部に、ソース側低濃度領域31b及びドレイン側低濃度領域32bを形成する。このようにして、いわゆるLDD構造を有する半導体装置41が完成する。
Next, as shown in FIG. 10, the
図11は、図10(a)に示す半導体膜の構成を具体的に示す模式平面図である。以下、半導体膜の構成を、図11を参照しながら説明する。なお、図11に示す模式平面図は、半導体膜23に注入された不純物の濃度分布を示すものであり、半導体膜23のみを表している。
FIG. 11 is a schematic plan view specifically showing the configuration of the semiconductor film shown in FIG. Hereinafter, the structure of the semiconductor film will be described with reference to FIG. Note that the schematic plan view shown in FIG. 11 shows the concentration distribution of the impurity implanted into the
図11に示すように、半導体膜23は、上記したように、チャネル領域33と、ソース領域31(31a,31b)と、ドレイン領域32(32a,32b)とを有する。
As shown in FIG. 11, the
ソース領域31及びドレイン領域32は、それぞれの略中心が一番不純物濃度が高く、その周囲に向かって除々に不純物濃度が低くなっている。具体的には、ハーフトーンマスク11において半透過領域と透過領域の境界16の位相差の発生部分に相当するレジスト膜25の部分が厚くなる。このようなレジスト膜25を介して半導体膜23に不純物を注入した際、半導体膜23は、不純物濃度が一番高い領域42と、不純物濃度がそれより低い領域43と、不純物濃度が更に低いか注入されていない領域44とを形成することが可能となっている。
The
つまり、図11に示すように、ソース領域31及びドレイン領域32の略中心から、不純物の濃度領域が変わっていく。そして、ソース領域31及びドレイン領域32の周囲にいくに従って不純物濃度が低いことから、ゲート電極36を形成した後、LDD構造のチャネル領域33の両端にソース側低濃度領域31b及びドレイン側低濃度領域32bを形成することが可能となる。すなわち、チャネル領域33と、高濃度領域31a,32aとが接触することを防ぐことができ、低濃度の不純物イオン注入を別に行わなくてもLDD構造としての機能を果たすことができる。
That is, as shown in FIG. 11, the impurity concentration region changes from approximately the center of the
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。 As described above in detail, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1)本実施形態によれば、ハーフトーンマスク11における半透過膜13と透過領域の境界16に位相差が発生するので、ハーフトーンマスク11を介してレジスト前駆体膜24を露光した際、透過領域から半透過領域の方向に光が漏れても、半透過膜13と透過領域のと境界16部分で露光光15cの光強度を弱める(相殺する)ことが可能となる。言い換えれば、レジスト膜25における半透過領域の不純物注入領域に、余分な光が侵入することを防ぐことができる。よって、光の強さを変えることなく、半透過領域に相当するレジスト膜25の部分25bを露光することができ、正規の幅の線幅にパターンニングできる。また、線幅を管理することができる。これにより、レジスト膜25をマスクとして、その下に形成された半導体膜23をパターンニングした際、半導体膜23をマージンを含む正規の幅に形成することが可能となり、半導体素子45の特性を安定化させることができる。また、パターンエッジのラフネスを低減し、絶縁膜のカバレッジ不良を抑え、半導体素子45の耐圧を確保することができる。
(1) According to the present embodiment, since a phase difference occurs at the
(2)本実施形態によれば、ハーフトーンマスク11における透過領域と半透過領域との境界16が位相差の発生領域となるので、このハーフトーンマスク11を介してレジスト前駆体膜24を露光した際、半透過領域にあるレジスト膜25の周囲の膜厚が薄くなることを抑えることができる。よって、例えば、半導体膜23の正規の位置に所定の量だけ不純物を注入することが可能となり、LDD構造を形成することができる。
(2) According to the present embodiment, since the
(3)本実施形態によれば、レジスト膜25における半透過領域の周囲に、遮光領域に相当する部分34が形成されるので、このレジスト膜25をマスクとして半導体膜23をエッチングする際、マージンを持ってパターンニングすることができる。よって、半導体素子45の耐圧および線幅の均一性を確保することができる。
(3) According to the present embodiment, the
(4)本実施形態によれば、半導体製造において一般的に利用されているハーフトーンマスク11を用いている。したがって、特別なマスク構成を用いていないので、一般的なフォトマスクの欠陥検査やリペア技術を用いてハーフトーンマスク11を完成させることができる。
(4) According to this embodiment, the
なお、実施形態は上記に限定されず、以下のような形態で実施することもできる。 In addition, embodiment is not limited above, It can also implement with the following forms.
(変形例1)
上記したように、ハーフトーンマスク11において遮光膜14を挟んで両サイドに半透過膜13が配置されている構成に限定されず、例えば、図12に示すハーフトーンマスク51のように、遮光膜14と透過領域との境界に半透過膜13を配置するようにしてもよい。これによれば、遮光膜14のある領域に透過領域から露光光15aが入り込んだとしても、その境界部分に半透過膜13が存在するので、露光光15aの強度を弱めることができる。よって、レジスト膜を形成した際、遮光膜14に相当するレジスト膜の側壁が余分に削られることを防ぐことができる。よって、正規の幅の半導体膜23を得ることができる。
(Modification 1)
As described above, the half-
11…ハーフトーンマスク(フォトマスク)、12…マスク基材、13…光強度差部としての半透過膜、14…遮光部としての遮光膜、15…第1の光としての露光光、16…境界、21…基板、22…下地保護膜、23…半導体膜、24…レジスト前駆体膜、25…レジスト膜、25a,25b,25c…部分、26,38…不純物イオン、31…ソース領域、31a…ソース側高濃度領域、31b…ソース側低濃度領域、32…ドレイン領域、32a…ドレイン側高濃度領域、32b…ドレイン側低濃度領域、33…チャネル領域、34…部分、35…ゲート絶縁膜、36…ゲート電極、36a…導電膜、37…レジスト膜、41…半導体装置、42,43,44…領域、45…半導体素子。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記遮光部と隣接して設けられ、前記第1の光の強度を制御すると共に前記第1の光と位相が異なる第2の光に変える光強度差部と、
を有することを特徴とするフォトマスク。 A light blocking portion for blocking the first light;
A light intensity difference portion that is provided adjacent to the light shielding portion, controls the intensity of the first light, and changes it to second light having a phase different from that of the first light;
A photomask comprising:
基板上に半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜上にレジスト前駆体膜を形成する工程と、
前記フォトマスクを介して前記レジスト前駆体膜に露光光を照射する工程と、
前記レジスト前駆体膜を現像してレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜を介して前記半導体膜に処理を施す工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device using the photomask according to claim 1,
Forming a semiconductor film on the substrate;
Forming a resist precursor film on the semiconductor film;
Irradiating the resist precursor film with exposure light through the photomask;
Developing the resist precursor film to form a resist film;
Processing the semiconductor film through the resist film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記露光光は、水銀ランプの波長である365nm、405nm、436nm、エキシマレーザーの波長である193nm、248nmのいずれか1つ又は2つ以上の組み合わせにより構成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2,
The exposure light is composed of one or a combination of two or more of 365 nm, 405 nm and 436 nm which are wavelengths of a mercury lamp, and 193 nm and 248 nm which are wavelengths of an excimer laser. Production method.
基板上に形成された半導体膜において、前記フォトマスクの光強度差部に相当する高濃度不純物が注入されたソース領域及びドレイン領域と、
前記半導体膜において、前記フォトマスクの遮光部に相当するチャネル領域と、
前記半導体膜における前記ソース領域と前記フォトマスクにおける透過領域との境界に形成された第1領域と、
前記半導体膜における前記ドレイン領域と前記透過領域との境界に形成された第2領域と、
を有することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device manufactured using the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2 or 3,
In a semiconductor film formed on a substrate, a source region and a drain region into which a high concentration impurity corresponding to a light intensity difference portion of the photomask is implanted,
A channel region corresponding to a light shielding portion of the photomask in the semiconductor film;
A first region formed at a boundary between the source region in the semiconductor film and a transmission region in the photomask;
A second region formed at a boundary between the drain region and the transmission region in the semiconductor film;
A semiconductor device comprising:
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