JP2841417B2 - マスクの形成方法 - Google Patents

マスクの形成方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被処理物に所要のパターンで処理を施す際
に用いるマスクの形成方法に関するものである。
〔発明の概要〕
本発明は、上記の様なマスクの形成方法において、下
層側のレジスト膜と上層側の無機質膜とから成る第1の
マスクを被処理物上に形成し、レジスト膜から成る第2
のマスクを被処理物上と第1のマスク上とに形成して所
要のパターンを形成し、第2のマスクをエッチバックし
て第1のマスクの無機質膜を露出させた状態でこの無機
質膜を除去することによって、被処理物上に所要のパタ
ーンのマスクを精密に形成することができ、しかもマス
クの除去に際して被処理物の形状を変化させることがな
い様にしたものである。
〔従来の技術〕 半導体装置の製造に際しては、所要のパターンでエッ
チングやイオン注入等を行うために、その所要のパター
ンを有するマスクが用いられている。そして多くの場
合、このマスクはレジスト膜から成っている。
ところが、リソグラフィ技術の限界のために、例え
ば、0.5μm/0.5μmのラインアンドスペースをレジスト
膜に形成することができても、0.5μm×0.5μmの開口
をレジスト膜に形成することは難しい。
そこで、例えば0.5μmのライン状の開口同士が直交
する様に第1のレジスト膜に第2のレジスト膜を重畳さ
せ、ライン状の開口同士の交叉部に0.5μm×0.5μmの
開口を形成する方法が提案されている(例えば、特開昭
62−102531号公報)。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、上述の様に第1のレジスト膜に第2のレジ
スト膜を重畳させる場合、従来は、一方をネガ型のレジ
スト膜とし他方をポジ型のレジスト膜としていた。
しかし、ネガ型のレジスト膜は解像度が低いので、現
在では総てポジ型のレジスト膜が用いられている。とこ
ろが、ポジ型のレジスト膜同士を重畳させると、膜質が
同質なために両者の接触部で混合層が発生し、均一に現
像することができない。
この様な混合層の発生を防止するため、第1のレジス
ト膜のパターニング後で第2のレジスト膜の塗布前に、
100℃以下という通常のベーキング温度よりも高い150〜
200℃程度の温度で第1のレジスト膜をベーキングする
ことも考えられる。
この様にすると、第1のレジスト膜中の溶媒がより完
全に除去されるので、混合層の発生は防止される。しか
し、上記の様な高温でベーキングすると、パターニング
済の第1のレジスト膜が軟化して流動し、第1のレジス
ト膜のパターンが変化してしまる。
結局、従来は、所要のパターンのマスクを精密に形成
することができなかった。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によるマスクの形成方法は、所要のパターンで
処理を施されるべき被処理物15上に、下層側のレジスト
膜12と上層側の無機質膜16とから成っており前記所要の
パターンを含む第1のパターン11を有している第1のマ
スクを形成する工程と、前記第1のパターン11で前記第
1のマスクから露出している前記被処理物15上と前記第
1のマスク上とに、前記所要のパターンを含み且つ前記
第1のパターンとは異なる第2のパターン13を有してお
りレジスト膜14から成っている第2のマスクを形成する
工程と、前記第2のマスクをエッチバックして前記第1
のマスクの前記無機質膜16を露出させる工程と、露出し
た前記無機質膜16を除去する工程とを夫夫具備してい
る。
〔作用〕
本発明によるマスクの形成方法では、第1のマスクが
下層側のレジスト膜12と上層側の無機質膜16とから成っ
ているので、レジスト膜12は、露光及び現像によってで
はなく、パターニングされた無機質膜16をマスクとする
エッチング等によってパターニングすることができる。
従って、第1のマスクのレジスト膜12は塗布後に通常
のベーキングよりも高温のベーキングを施すことがで
き、被処理物15上と第1のマスク上とに第2のマスクを
形成しても、第1のマスクのパターン11の内側面で第1
のマスクのレジスト膜12とレジスト膜14から成っている
第2のマスクとが混合することがない。
また、第2のマスクをエッチバックして第1のマスク
の無機質膜16を露出させた状態でこの無機質膜16を除去
しており、第2のマスクの全体を除去した状態で第1の
マスクの無機質膜16を除去しているのではないので、無
機質膜16と被処理物15との選択比が小さくても、無機質
膜16の除去と同時に熱処理物15が第1のマスクのパター
ン11で除去されることがない。
〔実施例〕
以下、半導体装置の層間絶縁膜にコンタクトホールを
形成するためのマスクの形成に適用した本発明の一実施
例及び一応用例を、第1図〜第10図を参照しながら説明
する。
第1図〜第3図が、一実施例を示している。この実施
例は、第3図に示す様に、ライン状の開口11を有するレ
ジスト膜12とライン状の開口13を有するレジスト膜14と
を、開口11、13同士が直交する様に層間絶縁膜であるSi
O2膜15で重畳させ、このSiO2膜15に達する正方形の開口
を開口11、13同士の交叉部に形成するものである。
この様な本実施例を行うには、第1A図及び第2A図に示
す様に、SiO2膜15の上の全面にレジスト膜12をまず塗布
し、この状態で通常よりも高い150〜200℃程度の温度で
レジスト膜12をベーキングして、レジスト膜12中の溶媒
をより完全に除去する。
この様な高温のベーキングを行っても、レジスト膜12
に対してはまだパターニングを行っていないので、レジ
スト膜12が軟化したとしても流動することはない。
その後、レジスト膜12上にSOG膜16を形成し、更にこ
のSOG膜16上にレジスト膜17を塗布する。なお、レジス
ト膜12に対するエッチング選択性があるSiN膜や低温CVD
で形成したSiO膜等をSOG膜16の代りに用いてもよい。
次に、レジスト膜17の露光及び現像を行うことによっ
て、第1B図及び第2B図に示す様に、レジスト膜17に開口
11に形成する。そしてこの状態で、100℃以下という通
常の温度でレジスト膜17をベーキングする。
次に、レジスト膜17をマスクとしてSOG膜16をドライ
エッチングすることによって、第1C図及び第2C図に示す
様に、SOG膜16にも開口11を形成する。
次に、SOG膜16をマスクとてレジスト膜12をドライエ
ッチングすることによって、第1D図及び第2D図に示す様
に、レジスト膜12に開口11を形成する。従って、レジス
ト膜12に対する開口11の形成は、露光及び現像によって
行うのではない。なお、この開口11の形成と同時にレジ
スト膜17が除去される。
次に、第1E図及び第2E図に示す様に、SOG膜16上にレ
ジスト膜14を塗布し、開口11もこのレジスト膜14で埋め
る。この時、レジスト膜12は高温でベーキングしてある
ので、開口11の内側面でレジスト膜12とレジスト膜14と
が混合することはない。
次に、レジスト膜14の露光及び現像を行うことによっ
て、第1F図及び第2F図に示す様に、レジスト膜14に開口
13を形成する。従って、開口11と開口13との交叉部で
は、開口13がSiO2膜15に達している。そしてこの状態
で、100以下という通常の温度でレジスト膜14をベーキ
ングする。
次に、レジスト膜14をエッチバックすることによっ
て、第1G図及び第2G図に示す様に、SOG膜16を露出させ
る。なお、このエッチバックによって、開口11と開口13
との交叉部で露出しているSiO2膜15がエッチングされる
ことはない。
次に、第1H図及び第2H図に示す様に、SOG膜16をエッ
チングによって除去する。この時、SOG膜16とSiO2膜15
とのエッチング選択比が小さいために、SiO2膜15の露出
部もSOG膜16の厚さ程度だけエッチングされる。しか
し、この部分はSiO2膜15に形成すべきコンタクトホール
18と同じ位置であるので、問題はない。
以上の様にしてレジスト膜12、14をパターニングすれ
ば、これらをマスクにしてSiO2膜15にコンタクトホール
18を形成することができ、その後は灰化等でレジスト膜
12、14を除去する。
なお、第1G図、第2G図及び第1H図、第2H図に示した様
にレジスト膜14をエッチバックし更にSOG膜16を除去し
てからコンタクトホール18を形成するのではなく、第1F
図の状態からコンタクトホール18を形成すれば、レジス
ト膜14の除去後のSOG膜16の除去に際してSiO2膜15も開
口11の形状にエッチングされて段差が生じるので、この
SiO2膜15の耐圧が低下したりして問題である。
第4図〜第10図は、MOSトランジスタのコンタクトホ
ールを形成するためのマスクの形成に応用した本発明の
一応用例を示している。
第4図〜第6図に示す様に、半導体基板21の表面の素
子分離領域22間をゲート電極23が延びており、一方のソ
ース・ドレイン領域24に達するコンタクトホール25を層
間絶縁膜26に形成する場合、コンタクトホール25とゲー
ト電極23及び素子分離領域22との間に所定の処理a、b
を確保する必要がある。
即ち、コンタクトホール25とゲート電極23との間で耐
圧不良を発生させないために必要な距離をtoxとし、ア
ライメント誤差に対する余裕をαとすると、a=tox
αである。
また、コンタクトホール25と半導体基板21との間で耐
圧不良やリーク電流を発生させないために必要な距離を
dとすると、b=d+αである。
ところが、ゲート電極23と素子分離領域22との間にも
アライメント誤差がある。従って、コンタクトホール25
の形成に際して、ゲート電極23をアライメントの基準と
すると、素子分離領域22に対するアライメント余裕は だけ必要であり、逆に素子分離領域22をアライメントの
基準とすると、ゲート電極23に対するアライメント余裕
だけ必要である。
つまり、ゲート電極23をアライメントの基準とする
と、 であり、素子分離領域22をアライメントを基準とする
と、 である。
しかし、SRAMのメモリセル等の様に高度の微細化が要
求される場合は、アライメント余裕を とするのは大きな問題であり、a、bの両方に対してア
ライメント余裕をαとして、a=tox+α、b=d+α
としたい。
そこで本応用例では、第7図に示す様に、第3図に示
した一実施例と同様に異なるマスクに形成した2個の開
口11、13の交叉部をコンタクトホール25を形成するが、
開口11の形成に際しては素子分離領域22をアライメント
の基準とし、開口14の形成に際してはゲート電極23をア
ライメントの基準とする。
従って、この様な本応用例によれば、a=tox+α、
b=d+αという最小余裕を有するコンタクトホール25
を形成することができる。
ところで、第8図及び第9図に示す様に、一般の方法
で形成したコンタクトホール27では、辺AB、BC、CD、DA
のうちの何れか1つの位置が決まれば他の3つの位置も
一意的に決まる。
従って、コンタクトホール27を介してソース・ドレイ
ン領域24にコンタクトする様にAl配線28をパターニング
する場合、コンタクトホール27の何れの辺をアライメン
トの基準としても、最小のアライメント余裕βでパター
ニングすることができる。
ところが、第10図に示す様に、上述の一応用例で形成
したコンタクトホール25では、辺ABとCDとは互いに一意
的に決まり、辺BCとDAとも互いに一意的に決まるが、辺
AB、CDとBC、DAとは一意的に決まらない。
このため、コンタクトホール25に対してAl配線をパタ
ーニングする場合、例えば辺AB、CDをアライメントの基
準とすると、これらの辺に対するアライメント余裕はβ
でよいが、辺BC、DAに対してはアライメント余裕を とする必要がある。
従って、上述の一応用例は、辺AB、CDの方向かまたは
辺BC、DAの方向の何れかにAl配線28の余裕度が大きい場
合に有効である。例えばSRAMのビット線では、ビット線
が延びている方向と直角な方向には余裕度が小さいが、
ビット線が延びている方向には余裕度が大きいので、上
述の一応用例が有効である。
〔発明の効果〕
本発明によるマスクの形成方法では、第1のマスクの
パターンの内側面で第1のマスクのレジスト膜とレジス
ト膜から成っている第2のマスクとが混合することがな
いので、被処理物上に所要のパターンのマスクを精密に
形成することができる。
また、無機質膜と被処理物との選択比が小さくても、
無機質膜の除去と同時に被処理物が第1のマスクのパタ
ーンで除去されることがないので、マスクの除去に際し
て被処理物の形状を変化させることがない。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明の一実施例を順次に示す図面
であって第3図の夫々II−II線及びIII−III線に沿う側
断面図、第3図は一実施例で形成したマスクの平面図、
第4図はMOSトランジスタのコンタクトホールの位置を
示す平面図、第5図及び第6図は第4図の夫々V−V線
及びVI−VI線に沿う側断面図、第7図は第4図に示した
コンタクトホールを形成するために本発明の一応用例で
形成したマスクの平面図、第8図は一般の方法で形成し
たコンタクトホールと配線との関係を示す平面図、第9
図は第8図のIX−IX線に沿う側断面図、第10図は本発明
の一応用例で形成したコンタクトホールと配線との関係
を示す平面図である。 なお図面に用いた符号において、 11,13……開口 12,14……レジスト膜 15……SiO2膜 16……SOG膜 である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所要のパターンで処理を施されるべき被処
    理物上に、下層側のレジスト膜と上層側の無機質膜とか
    ら成っており前記所要のパターンを含む第1のパターン
    を有している第1のマスクを形成する工程と、 前記第1のパターンで前記第1のマスクから露出してい
    る前記被処理物上と前記第1のマスク上とに、前記所要
    のパターンを含み且つ前記第1のパターンとは異なる第
    2のパターンを有しておりレジスト膜から成っている第
    2のマスクを形成する工程と、 前記第2のマスクをエッチバックして前記第1のマスク
    の前記無機質膜を露出させる工程と、 露出した前記無機質膜を除去する工程と を夫々具備するマスクの形成方法。
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