JPH03142466A - 半導体装置の製造方法及びそれに用いられるマスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ホトリソグラフィ技術を用いた高集積半導体
装置や薄膜集積回路の製造に関し、例えば、感光性被膜
の下側に位置する被加工薄膜に高寸法精度のパターンを
形威し得る技術に関する。

［従来の技術］ 高集積半導体装置の製造においては、半導体基板上に感
光性被膜を塗布した後に、集積回路を構成する１層分の
パターンが描画されているホトマスクを用いて前記感光
性被膜を露光・現像するホトリソグラフィ技術と、露光
・現像後の感光性被膜の残りの部分をマスクとしてその
下側に位置する被加工薄膜をエツチングするエツチング
技術とによって、複雑な集積回路パターンを数ミリメー
トル四方の中に形成している。

ところで、前記感光性被膜を塗布するにあたっては、ま
ず感光性樹脂を半導体基板の中央部に滴下した後にその
半導体基板を回転させ、この回転による遠心力を利用し
て、感光性樹脂を半導体基板全面に行き渡らせる。しか
る後に感光性樹脂を乾燥させることにより感光性被膜を
形成する。この方法は一般的にスピンコード法と言われ
ている。

このスピンコード法により半導体基板上に感光性被膜を
塗布すると、感光性被膜の表面は略平坦化されるが、下
地層に段差があると感光性被膜の膜厚は不均一になる。

第４図（Ａ）に示すように、半導体基板、例えばシリコ
ンウェハ基板１１の上に絶縁性の酸化シリコン膜１２を
形威し、その酸化シリコン膜１２の上にポリシリコン１
３をパターン形威し、さらにその上に酸化シリコン膜１
４を介して１層目の配線用アルミニウム１５をパターン
形威し、次に酸化シリコン膜１６を介して２層目の配線
用アルミニウム１７を積層すると、ポリシリコン１３及
び１層目の配線用アルミニウム１５をパターン形成した
ことにより、感光性被膜、即ちホトレジスト１８を塗布
する前の半導体装置の表面には段差が形成される。

被加工薄膜、即ち２層目の配線用アルミニウム１７をエ
ツチングして配線パターンを形成するために、この上に
エツチングの際のマスクとなるホトレジスト１８をスピ
ンコード法により塗布すると、塗布されたホトレジスト
１８の表面は略平坦になるが、ホトレジスト１８の下側
に位置する下地層には段差が形成されているので、ホト
レジスト１８の膜厚は不均一になる。

この状態でホトマスク６０のパターン（マスクパターン
）を露光によりホトレジスト１８に転写すると、ホトレ
ジスト１８がポジ形である場合、次のような問題が生じ
る。

即ち、ホトレジスト１８の膜厚の厚い部分と薄い部分の
両方に穴を開ける場合には、第４図（Ｂ）に示すように
、ホトレジスト１８の膜厚の薄い部分に開ける穴３１が
下地層に達し、その穴３１の底部の幅寸法が最適になる
ように露光時間を設定すると、ホトレジスト１８の膜厚
の厚い部分に開ける穴３ｏは露光不足になり、現像時に
完全に下地層に達しない。

また第５図に示すように、ホトレジスト１８の膜厚の厚
い部分に開ける穴３２が下地層に達し、その穴３２の底
部の幅寸法が最適になるように露光時間を設定すると、
ホトレジスト１８の膜厚の薄い部分に開ける穴３３は露
光過剰になり、現像時に穴３３の底部の幅寸法が必要以
上に大きくなって、高解像度で高寸法精度の配線パター
ンを形成できなかった。

そこで、近年は高寸法精度の配線パターンを形成する必
要がある際に、表面は略平坦であるが下地層の段差によ
って膜厚が不均一になる感光性被膜の上に、非感光性薄
膜を均一な膜厚になるように積層して、さらに、その非
感光性薄膜の上に感光性被膜を積層ずろことにより、均
一な膜厚である感光性被膜を上層に形成する３層レジス
ト構造を用いて、均一な露光強度で均一な膜厚の上層感
光性被膜を露光する、いわゆる３層レジスト技術によっ
ている。

また、特開昭６１−　］、　８１１３０号の如く、マス
ク基板上に遮光性のクロム等の薄膜を被着させて、その
被着層の厚さが厚くなるに伴って透過する光の強度が弱
くなるようなホトマスクを使用する技術も考えられてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の３層レジスト技術では、露光により均一な膜厚の
上層感光性被膜にマスクパターンを高寸法精度で転写し
、現像により上層感光性被膜の不要部分を除去した後、
上層感光性被膜の残りの部分をマスクとしてその下側に
位置する非感光性薄膜の不要部分をドライエツチングに
より除去し、さらに、その下側に位置する下層感光性被
膜を異方性エツチングにより除去する、という複雑なプ
ロセスが必要となる。

また、マスク基板上に遮光性のクロム等の薄膜を被着さ
せて、その被着層の厚さが厚くなるのに伴って透過する
光の強度が弱くなるようなホトマスフを使用する技術で
は、下地層の段差によって生ずる感光性被膜の膜厚の不
均一さに応じて、クロム等の薄膜の膜厚を異ならせて被
着させるのは非常に難しく、そのようなホトマスクを製
造することは不可能である。

本発明は、上述した課題を解決するために、高寸法精度
のパターンを形成することが可能となる半導体装置の製
造方法と、それに用いられる透過光強度変化マスクを提
供することを目的とする。

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

Ｃ課題を解決するための手段］ 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、下記のとおりである。

請求項１記載の発明は、被加工薄膜上に感光性被膜を塗
布し、露光によりその感光性被膜にマスクパターンを転
写して、転写後の感光性被膜の不要部分を現像により除
去した後、残りの感光性被膜をマスクに用いて被加工薄
膜に所望のパターンを形成するにあたり、被加工薄膜上
に感光性被膜を塗布した後、露光によりその感光性被膜
にマスクパターンを転写する前に、感光性被膜の膜厚が
厚くなるに伴って露光強度が強くなるように露光し現像
するものである。

請求項２記載の発明は、感光性被膜としてポジ形の感光
性樹脂を用いるようにしたものである。

請求項３記載の発明は、透過光強度変化マスクのマスク
パターンの構成に関し、遮光部分と透光部分とからなる
マスクパターンの一部又は全部に、露光してもそれ自体
個別のパターンとして感光性被膜に転写されず、段階的
に又は連続的に透過光強度を変化させ得るように形成さ
れる中ｒｄ１調部が含まれているものである。

［作用コ 請求項１及び２記載の発明によれば、感光性被膜の膜厚
が厚くなるのに伴って透過光強度が強くなる透過光強度
変化マスクを用いて露光することによって、感光性被膜
の膜厚の厚い部分の方が薄い部分よりも、現像の際に溶
解する感光性被膜の量が増えるため、現像後の感光性被
膜は下地層の段差に対応した形状になる。

従って、感光性被膜の表面と下地層との距離は如何なる
部分においても略一定となり、その後に行う通常のマス
クパターンの転写の際に露光不足や露光過剰になる部分
が生じないため、各所に開ける穴の底部の幅寸法は路間
−となり、高解像度で高寸法精度のパターンを形成でき
る。

請求項３記載の発明によれば、遮光部分と透光部分とか
らなるマスクパターンの一部又は全部に含まれている中
間調部において、透光部分を挾んで隣合う遮光部分は、
そのピッチが露光装置の解像能力よりも小さく、かつ遮
光部分も露光装置の解像能力よりも小さいため、露光し
てもそれ自体個別のパターンとして感光性被膜に転写さ
れない。

そして、中間調部における露光光は遮光部分の幅寸法に
依存する強度の光として透過する。

従って、透過光強度を変えるために透過光強度変化マス
クの遮光部分の幅寸法を変えるだけで済むので、特開昭
６１−１８１１３０号の発明に比べてマスクの製造は容
易である。

［実施例］ 以下に、本発明の１実施例を図に基づいて説明する。

初めに本発明の概略を簡潔に説明すれば、以下のように
なる。即ち第１図（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、２層目
の配線用アルミニウム１７の上にホトレジスト１８を塗
布した後に、透過光強度変化マスク５０を用いて露光・
現像することによりホトレジスト１８の膜厚を略均−化
し、さらにその後に第３図（Ａ）、（Ｂ）に示すように
、通常のホトマスク６０を用いて露光・現像することに
よりホトレジスト１８に穴３４，３５を開ける。

そして、残りのホトレジスト１８をマスクに用いること
により下地層である２層目の配線用アルミニウム１７を
エツチングして所望の配線パターンを形成する。

次に、第２図に基づいて前記透過光強度変化マスク５０
の詐細について説明する。

同図（Ａ）はストライプ状に遮光部分２０ｂが設けられ
た透過光強度変化マスク５０の部分拡大平面図である。

この透過光強度変１ヒマスク５０のマスクパターンは、
第１図（Ｂ）に示すように、全透光部５０ａと中間調部
５０ｂと全遮光部５０ｃとからなる。

中間調部５０ｂの透光部分２０ａを挾んで隣合う遮光部
分２０ｂは、そのピッチが露光装置の解像能力よりも小
さく、かつ遮光部分２０ｂも露光装置の解像能力よりも
小さいため、露光してもそれ自体個別のパターンとして
ホトレジスト１８に転写されない。そして、中間調部５
０ｂを透過した露光光は段階的に又は連続的にその強度
を変えられてホトレジスト１８を露光する。

従って、ホトレジスト１８がポジ形の場合は、全透光部
５０ａをホトレジスト１８の膜厚の厚い部分に、全遮光
部５０ｃをホトレジスト１８の膜厚の薄い部分に、中間
調部５０ｂをホトレジスト１８の膜厚が連続的に変化し
ている部分にそれぞれ対応するよう配設し、その中間調
部５０ｂの遮光部分２０ｂをホトレジスト１８の膜厚の
均一化を図る方向にマスク基板上に配する。

その際、中間調部５０ｂにおける遮光部分２０ｂの幅寸
法をホトレジスト１８の膜厚の増大と共に徐々に小さく
することによって透過光の強度を徐々に強くできるよう
にしておけば、ホトレジスト１８の膜厚の変化に対応す
る透過光強度を容易に得ることができる。つまり、ホト
レジスト１８の膜厚の薄い部分は露光されず、ホトレジ
スト１８の膜厚の増大に伴って露光強度が強くなり、ホ
トレジスト１８の膜厚の厚い部分は強く露光されること
になる。

なお第２図（Ｂ）に示すように、上記透過光強度変化マ
スク５０のマスクパターンが矩形状の遮光部分２０ｂよ
り構成されていてもよい。この場合は矩形状の遮光部分
２０ｂの面積を徐々に小さくすることによって透過光の
強度を徐々に強くできることになる。

次に、第１図及び第３図に基づいて、透過光強度変化マ
スク５０を用いて露光・現像によりホトレジスト１８の
膜厚を均一に加工した後に、露光・現像により不要部分
を除去されたホトレジスト１８の残りの部分をマスクと
して２層目の配線用アルミニウム１７に所望の配線パタ
ーンを形成する工程の詳細を述べる。

第１図（Ａ）は、製造途中の半導体装置の断面図で、シ
リコンウェハ基板１１の上に絶縁性の酸化シリコン膜１
２を形成し、その酸化シリコン膜１２の上にポリシリコ
ン１３をパターン形成し、さらにその上に酸化シリコン
膜１４を介して１層目の配線用アルミニウム１５をパタ
ーン形成し、次に酸化シリコン膜１６を介して２層目の
配線用アルミニウム１７を積層し、最上層にホトレジス
ト１８を塗布した状態である。

同図に示すように、ポリシリコン１３又は１層目の配線
用アルミニウム１５のパターン形成により、２層目の配
線用アルミニウム１７の表面には段差が形成される。

この２層目の配線用アルミニウム１７をエツチングｂて
、所望の配線パターンを形成するために、この上にエツ
チングの際のマスクとなるホトレジスト１８をスピンコ
ード法により塗布する。塗布されたホトレジスト１８の
表面は、ポリシリコン１３又は配線用アルミニウム１５
により形成される段差の影響をあまり受けずに略平坦な
表面となるが、下地層には段差が形成されているのでホ
トレジスト１８の膜厚は不均一になる。

そこで、ホトレジスト１８の膜厚を露光・現像にまり略
均−にする、即ちホトレジスト１８の表面に下地層の段
差と略同形状の段差を形成するために、第１図（Ｂ）に
示すように、上記透過光強度変化マスク５０を用いて通
常のパターン形成（第３図）における露光時間よりも短
時間（通常のパターン形成工程における露光時間のｌ／
１０〜１１５）で露光し現像する。

これによって、ホトレジスト１８がポジ形である場合は
、ホトレジスト１８の膜厚の薄い部分は露光されず、ホ
トレジスト１８の膜厚の増大に伴って露光強度が強くな
り、ホトレジスト１８の膜厚の厚い部分は強く露光され
るため、第１図（Ｃ）に示すように、ホトレジスト１８
の膜厚の厚い部分のホトレジスト除去部１９が現像の際
に溶解する。

従って、現像後のホトレジスト１８の表面は下地層と略
同形状となるため、現像後のホトレジスト１８の表面と
下地層との距離は如何なる個所においても略一定になる
。

しかる後に、第３図（Ａ）、（Ｂ）に示すように、２層
目の配線用アルミニウム１７の配線パターンが描画され
ているホトマスク６０を用いて露光・現像することによ
り、そのホトレジスト１８に所望の穴３４．３５を開け
る。

この際、ホトレジスト１８の膜厚が略均−のため、露光
不足や露光過剰になる部分が生じず、穴３４．３５の底
部の幅寸法は路間−となる。そして、残りのホトレジス
ト１８をマスクに用いて下地層の２層目の配線用アルミ
ニウム１７をエツチングして所望の配線パターンを形成
する。

以上説明したように、透過光強度変化マスクを用いて露
光・現像して膜厚を均一化した後に、残りの感光性被膜
をマスクとして下地層をエツチングすることによって、
下地層に高寸法精度のパターンを容易に形成できる。ま
た、透過光強度を変えるために透過光強度変化マスクの
遮光部分の幅寸法を変えるだけで済むので、通常のホト
マスクの製造と同様に透過光強度変化マスクの製造は容
易となる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

例えば、本発明を配線用アルミニウムの配線パターンの
形成に適用するだけでなく、絶縁性の酸化シリコン膜を
挾んでその上下にそれぞれ位置する配線用アルミニウム
と半導体領域とを導通させるために酸化シリコン膜に開
けるコンタクトホールを形成する際にも適用できる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体装置の製造工
程に適用した場合について説明したが、それに限定され
るものではない。

［発明の効果コ 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである
。

請求項１及び２記載の発明によれば、被加工薄膜上に塗
布した感光性被膜に露光によりマスクパターンを転写し
て、その転写後の感光性被膜の不要部分を除去した後、
残りの感光性被膜をマスクに用いて被加工薄膜に所望の
パターンを形成するにあたり、被加工薄膜上に感光性被
膜を塗布した後、露光により感光性被膜にマスクパター
ンを転写する前に、感光性被膜の膜厚が厚くなるのに伴
って露光強度が強くなるように露光し現像するため、膜
厚の略均−な感光性被膜が得られる。従って、その後に
行う通常のマスクパターンの転写の際に露光不足や露光
過剰になる部分が生じないため、各所に開ける穴の底部
の幅寸法は路間−となり、高解像度で高寸法精度のパタ
ーンを形成できる、という効果がある。

請求項３記載の発明による透過光強度変化マスクのマス
クパターンは遮光部分と透光部分とからなり、そのマス
クパターンの一部又は全部に、露光してもそれ自体個別
のパターンとして感光性被膜に転写されず、段階的に又
は連続的に透過光強度を変化させ得るように形成される
中間調部が含まれている。そして、透過光強度を変える
ために透過光強度変化マスクの遮光部分の幅寸法を変え
るだけで済むので、通常のホトマスクの製造と同様に透
過光強度変化マスクの製造は容易となる。

ホトリソグラフィ技術に適用された場合の膜厚均一ン形
成工程の省略図である。

１７・・・・配線用アルミニウム（被加工薄膜）、１８
・・・・ホトレジスト（感光性被膜、感光性樹脂）、２
０ａ・・・・透光部分、２０ｂ・・・・遮光部分、５０
・・・・透過光強度変化マスク、５０ｂ・・・・中間調
部。

第 図 第 ３ 図 （Ａ） （Ｂｌ 第 図 （Ａ） （Ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被加工薄膜上に感光性被膜を塗布し、露光により該
   感光性被膜にマスクパターンを転写して、転写後の該感
   光性被膜の不要部分を除去した後、該感光性被膜の残部
   をマスクとして用いて前記被加工薄膜に所望のパターン
   を形成するにあたり、被加工薄膜上に感光性被膜を塗布
   した後、露光により該感光性被膜にマスクパターンを転
   写する前に、前記感光性被膜の膜厚が厚くなるのに伴っ
   て露光強度が強くなるように露光し現像することによっ
   て前記感光性被膜の膜厚均一化を図るようにしたことを
   特徴とする半導体装置の製造方法。 ２、感光性被膜としてポジ形の感光性樹脂を用いること
   を特徴とした請求項１記載の半導体装置の製造方法。 ３、遮光部分と透光部分とからなるマスクパターンの一
   部又は全部に、露光してもそれ自体個別のパターンとし
   て感光性被膜に転写されず、段階的に又は連続的に透過
   光強度を変化させ得るように形成される中間調部が含ま
   れていることを特徴とする透過光強度変化マスク。