JPS6127628A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に関し、詳しくは電子線
描画法を用いて、コンタクトと金属配線の位置合せを高
い精度で形成する方法に関する。

〔発明の背景〕

周知のように、各種半導体装置は、一般に、ホトリソグ
ラフィーとよばれる技術を用いて製造される。この技術
は、加工すべき面上にホトレジスト膜を被着して、所望
のパターンを有するマスクを介して露光を行い、現像し
て、上記パターンに対応したレジストパターンを作った
後、乾式あるいは湿式のエツチングを行なうものである
。

半導体装置を製造する際には、上記ホトレジスト膜の被
着からエツチングに至る工程を、くり返し行なう必要が
あるが、上記マスクを所定の位置に置くたびに、若干の
誤差が生ずるのは避けられない。そのため、半導体装置
を製造する際には、マスク合わせの際に生ずる上記誤差
に見合っただけの余裕を見込まねばならず、これが半導
体装置の集積度向上を妨げる大きな原因の一つになって
いた。

このような問題を解決するため、セルファライン（自己
整合）とよばれる方法が、上記余裕を見込む必要のない
方法として提案され、すでに多くの場合について使用さ
れている（細矢他１１セルファラインコンタクト法によ
るＭＯ８ＩＣ技術″第２５回応用物理関係連合講演会予
稿集（昭和５３年度春季）２４７ｐ−ｐ−１４参照）。

しかし、コンタクトの形式には、セルファラインは使用
されておらず、配線間絶縁物に孔をあけて、コンタクト
ホールを形成する工程や金属膜を選択エッチしてパター
ニングする工程は、やはり。

ホトリソグラフィーによって行なわれている。そのため
、工程数の増加や複雑化、マスク合わせの誤差にもとす
く不良の発生やチップの寸法拡大など、好ましくないこ
とが多く生じており、改善が強く要望されていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来の半導体装置製造方法の有する上
記問題を解決し、容易かつ高い精度で、コンタクトを形
成し得るような、半導体装置の製造方法を提供すること
である。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明は、コンタクトホール
および配線を形成すべき部分に、それぞれ強度の異なる
電子線を照射することによって、厚さが部分的に異なる
レジストパターンを形成し、これにより、コンタクトホ
ールと配線を、セルファラインとほぼ同程度の精度で形
成するものである。

〔発明の実施例〕

以下、実施例を用いて１本発明の詳細な説明する。

実施例　１ まず、第１図（ａ）に示すように、シリコン基板１（こ
のシリコン基板には半導体素子が形成されているが、本
発明と直接の関係はないので、理解を容易にするため、
記載を省略した）上にＣＶＤ（化学蒸着）法によって、
厚さ０．６μｍのリンガラス（以下、ＰＳＧと略記する
）膜２、およびポジ型電子線レジストとして、膜厚１．
３μｍのポリメチルイソプロペニルケトン（以下、ＰＭ
ＩＰＫと略記する）膜３を重ねて被着する。

つぎに、第２図に平面方向の図を示したように、電子線
を用いて、上記ホトレジスト膜の、コンタクトホールを
形成すべき部分４に、まず最適照射量の３０％程度の照
射（はぼ５Ｘ１５−５クーロン／ＣＩ＃）を行ない、つ
ぎに、配線を形成すべき部分には最適照射量の７０％程
度の照射（はぼ７×１０−５クーロン／ｃｄ）を行なう
。その結果、コンタクトホールを形成すべき部分には２
回の照射量の和だけ照射される。

このような照射を行なうと、上記コンタクトホールを形
成すべき部分は、２回の照射量の和が、はぼ最適照射量
に達するので、第１図（ｂ）に示すように、現像を行な
うと、コンタクトホールを形成すべき部分４のレジスト
膜３は完全に除去されて、ＰＳＧＳ２Ｏ２面が露出し、
配線を行なうべき部分５のレジスト膜５の膜厚は減少し
て、はぼ０．３μｍになる。

つぎに、Ｃ４Ｆ、とＨｅの混合ガスを雰囲気ガスとして
用いた反応用スパッタエツチングによって処理すると、
第１図（ｃ）に示したように、上記表面が露出された部
分のＰＳＧＳ２Ｏ２去されてコンタクトホールが形成さ
れ、同時に、上記薄いレジスト膜も除去されてＰＳＧＳ
２Ｏ２面が露出される。つぎに、第１図（ｄ）に示すよ
うに、配線用介属膜として、たとえばアルミニウム膜６
を真空蒸着法によって被着した後、残ったレジスト膜３
を、その上に被着されてあるアルミニウム膜とともに除
去すれば、第１図（ｅ）に示すように、ＰＳＧ膜２上２
上線と基板１に達するコンタクトが形成される。

本発明は、上記のようにコンタクトホールおよび配線を
形成すべき部分の照射を電子線によって行なっているた
め、光を用いる場合のように、マスク合わせをくり返し
て行なう必要がない。そのため、マスク合わせにともな
う誤差が全く生じないことは勿論、電子線による位置ぎ
めの精度が、プラスマイナス０．１μｍ以下という非常
にすぐれているので、セルファラインと同程度のすぐれ
た精度でコンタクトホールを形成できる。

本実施例では、コンタク１〜ホールおよび配線を形成す
べき部分に対する照射量を、最適照射量のそれぞれ３０
％および７０％としたが、この値と若干異なっても支障
なく形成できることはいうまでもない。

ただし、照射量の和が、最適照射量より著るしく過大に
なると、現像で除去されるレジスト膜の大きさが増加し
、形状も不正確になるので、過大な照射は避けた方がよ
い。また絶縁膜としてＰＳＧ以外の各種材流を用い得る
ことも勿論である。

実施例　２ 第３図（ａ）に示すように、シリコン基板１上にＰＳＧ
Ｓ２Ｏ２１のレジスト膜７および第２のレジスト膜８を
順次被着する。上記第１および第２のレジスト７．８は
、現像における良溶媒および貧溶媒の関係が、互いに相
反しており、かつ、第２のレジスト膜８は第１のレジス
ト膜７よりも高感度である。本実施例では第２のレジス
トとして、ＰＭＭＡ、（ポリメチルメタアクリレイト）
とＭＡ（アクリル酸メチル）の共重合体であるＰ　（Ｍ
ＭＡ−ＭＡ）、第１のレジストとしてＰＭＩＰＫ（ポリ
メチルイソプロペニルケトン）を、それぞれ使用した。

レジスト膜をプリベークした後、実施例１と同様に電子
線を照射するが、配線を形成すべき部分（第２図、５）
に対しては第２のレジストの最適照射量、コンタクトホ
ールを形成すべき部分（第２図４）に対しては、第１の
レジストに対する最適照射量の照射を行なう。本実施例
における照射量はそれぞれ、はぼ１０−５および１０−
５クーロン／ｄであった。

レジスト膜８をそれに適した現像液を用いて現像を行な
うと、第３図（ｂ）に示すように、第２のレジスト膜８
の被照射部分のみが除去されるが、第１のレジスト膜７
は除去されずに残る。

つぎに第１のレジスト膜７をそれに適した現像液によっ
て現像を行なうど、第１のレジスト膜７のコンタクトホ
ールを形成すべき部分は、上記２回の照射の和の照射量
で照射されているため、第３図（ｃ）に示すように除去
されて、ＰＳＧＳ２Ｏ２面が露出される。

ＰＳＧＳ２Ｏ２出された部分を、フッ酸−フッ化アンモ
ニウム液によって除去した後、第１のレジスト膜７の配
線を行なうべき部分を、ケトン系現像液を用いた現像に
よって除去する。この際、配線を行なうべき部分に対す
る照射量は第１のレジスト７に対する適正照射量より少
ないので、濃度と時間を大にした増感現像を行なう。そ
のため、第３図（ｄ）に示したように、第１のレジスト
膜７はサイドエッチされて、第２のレジスト膜８のひさ
しが形成される。

実施例１と同様に、アルミニウム膜９を真空蒸着法によ
って被着した後、第１および第２のレジスト膜７，８を
その上に被着されてあるアルミニウム膜９とともに除去
すれば、第３図（ｅ）に示すように、基板１に対するコ
ンタクトおよびＰＳＧ膜２上の配線が形成される。この
際、上記のように第２のレジスト膜８によるひさしが存
在するため、リフトオフによるコンタクトと配線の形成
は、極めて良好に行なわれる。なお、本実施例において
、第１のレジストとしてＰＭＩＰＫのかわりにＰＭＭＡ
を用いても、極めて好ましい結果が得られた。

実施例　３ 第４図（ａ）に示すように、シリコン基板１上に、ＰＳ
ＧＳ２Ｏ２トレジスト膜（シップレイ社製ＡＺ１３５０
Ｊ）１０、中間膜として多結晶シリコン膜１１および電
子線に感応し得るレジスト（ＰＭＭＡ）膜１２を顕著積
層被着する。

実施例１と同様に、まず、コンタクトホールを形成すべ
き部分に、電子線を適当照射量の３０％程度の照射を行
ない、つぎに、配線を行なうべき部分には７０％程度の
照射を行なって、コンタクトホールを形成すべき部分に
は、両者の和だけが照射されるようにする。

これを現像すると、第４図（ｂ）に示すように。

コンタクトホール形成すべき部分のレジスト膜１２は完
全に除去されて、多結晶シリコン膜１１の表面が露出さ
れ、一方、配線を形成すべき部分は膜厚が薄くなる。

多結晶シリコン膜１１の露出された部分を、ＣＦ４を用
いた反魚性スパッタエツチングによって除き、さらに、
紫外線を全面に照射した後現像して、第１図（ｃ）に示
すように、ホトレジスト膜ｌＯに孔を形成する。

つぎに、反応性スパッタエツチングによって、ＰＳＧＳ
２Ｏ２出された部分を除去して、コンタクトホールを形
成するが、この際レジスト膜１２の膜厚も減少し、第４
図（ｄ）に示すように、配線を形成すべき部分の薄いレ
ジスト膜は除去されて、多結晶シリコン膜１１の表面が
露出される。多結晶シリコン膜１１の露出部分を、ＣＦ
　４を用いた反応性スパッタエツチングによって除去し
た後、全面に強い紫外線を照射して現像する。このよう
にすると、第４図（ｅ）に示すように、配線を形成すべ
き部分のホトレジスト膜１０は除去されて、ＰＳＧ膜の
表面が露出し、同時に、サイドエッチによって多結晶シ
リコン膜１１とレジスト膜１２によるひさしが形成され
る。

実施例２と同様に、アルミニウム膜１３を真空蒸着によ
って被着した後、残ったホトレジスト膜１ｏを、その上
に被着されてある多結晶シリコン膜１１およびレジスト
膜１２とともに除去すれば、第４図（ｆ）に示すように
、コンタクトおよび配線が形成される。

本実施例も、実施例２の場合と同様に、ひさしを持った
オーバーハング構造を形成してから、リフトオフを行な
うので、極めて精度の高い、良好な半導体装置が形成さ
れる。

なお、中間膜１１としては上記多結晶シリコンの他に、
各種絶縁物や金属を使用できることは勿論であり、また
、これらのエツチングには、たとえばイオンミリングな
ど、各種方法を用いることができる。

ホトレジスト膜１０とレジスト膜１２は、種々のものを
用い得るばかりでなく、それぞれの配置を逆にすること
もできる。ホトレジスト膜を最上部に配置した場合は、
マスクを２枚用いるとマスク合わせの誤差が生ずるので
、光透過率が部分的に異なるようなマスクを用い、露光
回数を１回にして、上記誤差を防止する必要がある。

〔発明の効果〕

本発明により配線プロセスが簡素化かつ安定化されるの
で、産業上の効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図および第４図は、それぞれ本発明の異な
る実施例を示す工程図、第２図は本発明における電子線
照射方法を説明するための図である。 １：基板 ２：絶縁膜 ３．７，８，１２ニレジスト膜 ６．９．１３：金属膜 １０；ホトレジスト膜 １１：中間膜 第１図 第２図 Ｖ）３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、下記工程を含む半導体装置の製造方法。 （ａ）素子が形成されてある半導体基板上に、絶縁膜を
   形成する工程。 （ｂ）上記絶縁物の上に第１のレジスト膜、中間膜、お
   よび第２のレジスト膜を順次形成する工程。 （ｃ）上記第２のレジスト膜のコンタクトを形成すべき
   部分および配線を形成すべき部分とに、それぞれの部分
   に対し所望の照射量で電子線を照射する工程。 （ｄ）コンタクトを形成すべき部分の上記レジスト膜に
   、上記レジスト膜を貫通する孔をあけ、かつ同時に上記
   配線を形成すべき部分の上に第２のレジスト膜を除去す
   る工程。 （ｅ）上記中間層の上記第２のレジスト膜が除去された
   部分を除去する工程。 （ｆ）上記第１のレジスト膜の上記中間層が除去された
   部分を除去するための工程。 ２、上記第１のレジスト膜をホトレジスト膜とし、第２
   のレジスト膜を電子線レジスト膜とする特許請求の範囲
   第１項記載の半導体装置の製造方法。