JPH03156910A - 半導体装置の製造方法 - 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
の下側に位置する金属薄膜、その他の被加工簿膜に高寸
法精度のパターンを形成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フを用いて前記感光
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
下側に位置する金属薄膜、その他の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２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
形成し、その酸化シリコン膜１２の上にポリシリコン】
３をパターン形成し、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、例えば金属簿膜である２層目の配線用アル
ミニウム１７をエツチングして配線パターンを形成する
ために、この」二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、配線の線幅が均一であるようなマスクパタ
ーンをホトレジスト１８に露光により転写すると、下地
層の段差によって露光・現像・エツチングにより形成さ
れる配線用アルミニウム１７の線幅が部分的に変わると
いう問題が生じる。

即ち、下地層の段差の上部と下部とに亘って延びる２層
目の配線用アルミニウム１７の配線パターンを形成する
に際しホトレジスト１８を加工する場合、ホトレジスト
１８がポジ形で使用するホトマスク６０に第２図（Ｂ）
のように平行に均一な線幅のパターンが描画されている
場合に、ホトレジスト１８の膜厚の薄い部分（下地層の
段差の上部）における溝が下地層に達した際その溝の底
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（下地層の段差の下
部）における溝に関しては露光不足になり、現像時にホ
トレジスト１８の膜厚の厚い部分における溝は完全に下
地層に達しないか、下地層に達してもその溝の底部の幅
寸法は十分でない。

そのため、現像後の残りのホトレジスト１８をマスクと
して用いてエツチングにより２層目の配線用アルミニウ
ム１７に配線パターンを形成すると、下地層の段差の下
部では本来個別の配線であるべき隣り合うパターンの間
の不要な配線用アルミニウム１７が十分にエツチングさ
れず、下地層の段差の下部で形成された配線の線幅は設
計パターンより太くなり短絡してしまう危険性がある。

また、ホトレジスト１８の膜厚の厚い部分（下地層の段
差の下部）における溝が下地層に達した際その溝の底部
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（下地層の段差の上部
）における溝に関しては露光過剰になり、現像時にホト
レジスト１８の膜厚の薄い部分における溝の底部の幅寸
法が必要以上に大きくなる。

そのため、現像後の残りのホトレジスト１８をマスクと
して用いてエツチングにより２層目の配線用アルミニウ
ム１７に配線パターンを形成すると、第２図（Ｃ）及び
（Ｄ）に示すように、下地層の段差の上部では個別の配
線である隣り合うパターンの間の配線用アルミニウム１
７が必要以上にエツチングされ、下地層の段差の上部で
形成された配線の線幅は設計パターンより細くなり導通
不良を起こす危険性がある。

従って、ホトレジスト１８の膜厚の厚い部分における溝
の底部の幅寸法が最適になるように露光時間を設定して
、露光不足によりホトレジスト１８の膜厚の厚い部分に
おける溝が現像時に完全に下地層に達せずに下地層の段
差の下部での隣り合う配線が短絡してしまうのを防ぎ、
かつ、下地層の段差の上部での配線の線幅が細くなって
導通不良を起こすのを防止して、下地層の段差によらず
如何なる個所においてもエツチングにより形成される配
線の線幅を略一定にするためには、ホトレジスト１８の
膜厚の薄い部分（下地層の段差の上部）に対応するホト
マスク６０の全遮光部６０ａの幅寸法を大きくしなけれ
ばならない。

なお、ホトレジスト１８がネガ形である場合はホトマス
ク６０の全遮光部と全透光部とが逆になり、下地層の段
差に対応する配線の線幅等が逆になるだけで同様の問題
が生じる。

そのため、高解像度で高寸法精度の配線パターンを形成
することができなかった。

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することにより、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」二層
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。

［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
０セスが必要となる。

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。

［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、ホトマスクに描画されたマスクパターンを露光に
より感光性被膜に転写して、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、その感
光性被膜にマスクパターンを露光により転写する際に、
該感光性被膜の膜厚分布に対応した露光強度で露光し現
像するものである。

請求項２記載の発明は、遮光部分と透光部分とからなり
露光してもそれ自体個別のパターンとして前記感光性被
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透過光強度調節部が含まれ
ているホトマスクを用い、該感光性被膜の膜厚分布に対
応した露光強度で露光するものである。

請求項３記載の発明は、前記被加工薄膜である金属薄膜
に所望の配線パターンを形成するにあたり、金属薄膜上
に感光性被膜を塗布した後、その感光性被膜にマスクパ
ターンを露光により転写する際に、該感光性被膜の膜厚
分布に対応した露光強度で露光し現像するものである。

また、その際に、ホトマスクのマスクパターンの一部に
、段階的に又は連続的に透過光強度を変化させ得るよう
に形成される透過光強度調節部が含まれているホトマス
クを用いるようにしたものである。

［作用コ 請求項１乃至３記載の発明によれば、感光性被膜の膜厚
分布に対応した露光強度で露光し現像することにより、
被加工薄膜上に塗布した感光性被膜の厚さによらず、如
何なる個所においても最適な露光強度で露光することが
できる。つまり、感光性被膜の膜厚の厚い部分では感光
性被膜を強く露光する一方、感光性被膜の膜厚の薄い部
分では感光性被膜を弱く露光することができる。このこ
とにより、露光・現像により感光性被膜に開けられる溝
の底部の幅寸法を調節できるので、残りの感光性被膜を
マスクにしてエツチングすることにより高解像度で高寸
法精度のパターンを形成することができる。

［実施例コ 以下に、本発明の１実施例をホトレジスト１８がポジ形
である場合について説明する。

まず、第１図（Ｂ）に基づいて透過光強度調節部５０ｂ
を有するホトマスク５０の詳細について説明する。

このホトマスク５０のマスクパターンは、全遮光部５０
ａと透過光強度調節部５０ｂと全透光部５０ｃとからな
り、全遮光部５０ａが２層目の配線用アルミニウム１７
の配線パターンに対応し、透過光強度調節部５０ｂがホ
トレジスト】８の膜厚が段階的に又は連続的に変化して
いる部分に対応し、全透光部５０ｃがホトレジスト１８
の膜厚の厚い部分に対応するように配設する。

この透過光強度調節部５０ｂの透光部分２０ａを挾んで
隣り合う遮光部分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、露光しても透過光強度調節
部５０ｂにおける透光部分２０ａと遮光部分２０ｂはそ
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。

しかし、透過光強度調節部５０ｂ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を露光することになる。

このホトマスク５０の透過光強度調節部５０ｂを透過す
る光の強度を段階的に又は連続的に変えるには透過光強
度調節部５０ｂにおける遮光部分２０ｂの幅寸法を段階
的に又は連続的に変えてお１１ １２− けばよい。

具体的に説明すると、透過光強度調節部５０ｂにおける
遮光部分２０ｂの幅寸法をホトレジスト１８の膜厚が厚
くなるのに伴って徐々に小さくすることにより透過光の
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。

上述したように透過光強度調節部５０ｂを有するホトマ
スク１８を作製しておけば、ホトレジスト１８の膜厚の
薄い部分は弱く露光され、ホトレジスト１８の膜厚が厚
くなるのに伴って徐々に強く露光され、ホトレジスト１
８の膜厚の厚い部分は強く露光されることになる。

次に、第１図に基づいて、透過光強度調節部５０ｂを有
するホトマスク５０を用いて露光・現像することにより
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をエツチングして
、所望の配線パターンを形成するために、この」−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１
５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。

この膜厚の不均一なホトレジスト１８に２層目の配線用
アルミニウム１７の配線パターンを露光により転写する
際に、上述した透過光強度調節部５０ｂを有するホトマ
スク５ｏを用いることによって、下地層に段差がある場
合でもホトレジスト１８の各個所に対して最適な強度で
露光できるので、ホトレジスト１８の膜厚の傳い部分は
弱く露光され、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。

それによって、ホトレジスト１８の膜厚の厚い部分（下
地層の段差の下部）における溝が下地層に達した際その
溝の底部の幅寸法が最適になるように露光時間を設定し
ても、ホトレジスト１８の膜厚の薄い部分（下地層の段
差の」二部）における溝に関して露光過剰とならず、現
像時にホトレジスト１８の膜厚の簿い部分における溝の
底部の幅寸法はホトレジスト１８の膜厚の厚い部分にお
ける溝の底部の幅寸法と略同程度となる。

その後、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
配線パターンを形成すると、第１図（Ｃ）、（Ｄ）に示
すように、形成された配線の線幅は２層目の配線用アル
ミニウム１７の表面の起伏によらず段差の上部でも下部
でも路間−となる。

以」二説明したように、透過光強度調節部を有するホト
マスクを用いて露光・現像した後に、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、
下地層に高解像度で高寸法精度のパターンを容易に形成
できる。

なお、用いられるホトレジスト１８がネガ形である場合
は、全遮光部５０ａが２層目の配線用アルミニウム１７
のうちエツチングにより除去する部分に対応し、透過光
強度調節部５０ｂが２層目の配線用アルミニウム１７の
配線パターンのうちホトレジスト１８の膜厚が段階的に
又は連続的に変化している部分に対応し、全透光部５０
ｃが２層目の配線用アルミニウム１７の配線パターンの
うちホトレジスト１８の膜厚の厚い部分に対応するよう
に配設しておけば、ホトレジスト１８がポジ形である場
合と同様な効果が得られる。

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」―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本発明を適用
すれば、コンタクトホールを如何なる個所に開ける場合
でもコンタクトホールの底部の径を均一化することがで
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１６ たが、それに限定されるものではない。

［発明の効果］ 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
。

被加工薄膜上に感光性被膜を塗布し、ホトマスクに描画
されたマスクパターンを露光により感光性被膜に転写し
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」二に
感光性被膜を塗布した後、その感光性被膜にマスクパタ
ーンを露光により転写する際に、該感光性被膜の膜厚分
布に対応した露光強度で露光し現像するため、被加工簿
膜上に塗布した感光性被膜の厚さによらず、如何なる個
所においても最適な露光強度で露光することができる。

つまり、感光性被膜の膜厚の厚い部分では感光性被膜を
強く露光する一方、感光性被膜の膜厚の薄い部分では感
光性被膜を弱く露光することができる。このことにより
、露光・現像により感光性被膜に開けられる溝の底部の
幅寸法を調節できるので、残りの感光性被膜をマスクに
してエツチングすることにより高解像度で高寸法精度の
パターンを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）はホトレジスト塗布後の半導体装置の断面
図、 第１図（Ｂ）は本発明の製造方法に用いられる透過光強
度調節部を有するホトマスクの部分拡大平面図、 第１図（Ｃ）は本発明の製造方法により形成された配線
パターンの部分拡大平面図、 第１図（Ｄ）は本発明の製造方法により配線パターンが
形成された半導体装置の部分拡大斜視図、第２図（Ａ）
はホトレジスト塗布後の半導体装置の断面図、 第２図（Ｂ）は従来の製造方法に用いられるホトマスク
の部分拡大平面図、 第２図（Ｃ）は従来の製造方法により形成された配線パ
ターンの部分拡大平面図、 第２図（Ｄ）は従来の製造方法により配線パターンが形
成された半導体装置の部分拡大斜視図である。 １７・・・・配線用アルミニウム（被加工薄膜、金属薄
膜）、１８・・・・ホトレジスト（感光性被膜）２０ａ
・・・・透光部分、２０ｂ・・・・遮光部分、５０．６
０・・・・ホトマスク、５０ｂ・・・・透過光強度調節
部。 第 １ 図 ＣＤ） 特開平 １ｂ６９１０（７） （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、ホトマスクに
   描画されたマスクパターンを露光により該感光性被膜に
   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、該感光性被膜にマスク
   パターンを露光により転写する際に、該感光性被膜の膜
   厚分布に対応した露光強度で露光し現像することを特徴
   とする半導体装置の製造方法。 ２、遮光部分と透光部分とからなり露光してもそれ自体
   個別のパターンとして前記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
   成される透過光強度調節部が含まれているホトマスクを
   用い、該感光性被膜の膜厚分布に対応した露光強度で露
   光するようにしたことを特徴とする請求項１記載の半導
   体装置の製造方法。 ３、前記被加工薄膜である金属薄膜に所望の配線パター
   ンを形成するにあたり、金属薄膜上に感光性被膜を塗布
   した後、該感光性被膜にマスクパターンを露光により転
   写する際に、該感光性被膜の膜厚分布に対応した露光強
   度で露光し現像することを特徴とする請求項１又は２記
   載の半導体装置の製造方法。