JPS6318351A - パタ−ン形成用マスク - 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〕 本発明は電子装置、特に半導体装置製造のための光リソ
グラフィー工程に用いられるレジストのパターン形成用
マスク（レチクルとも呼ばれる）技術に関する。

〔従来技術〕

半導体プロセス０．５μｍ〜１μｍの配線巾を形成する
微小化時代に入っており、そのため光リソグラフィー技
術は多様化しつつある。

一般的な光リソグラフィー技術においては、基板上に形
成したレジストの様な感光性樹脂膜にパターン形成用マ
スク（レチクル）を介して光（紫外線やＸ線）を照射し
、所望パターンの感光性樹脂膜を半導体基板上に形成す
ることが行なわれる。

そしてこの感光性樹脂膜のパターンが、エツチング用マ
スクに用いられて半導体装置が形成される。

上記レチクルは光透過率の高い第１部分と光透過のない
第２部分とからなる。上記第２部分は透明なガラスの如
き基板の主面上にクロム（Ｃｒ　）の様な金属膜を光じ
ゃへい膜として有しており、上記第１部分は上記光じや
へい膜の形成されない透明なガラスの如き基板からなっ
ており、光じやへい膜を所望パターンに形成することＫ
より感光性樹脂膜をそのパターンに対応して選択的に半
導体基板上に形成する。

上記の様に半導体基板上に選択的に設けられたレジスト
バター／はたとえばエツチング用マスクに利用されて、
上記半導体基板上に設けられている絶縁膜を選択的に除
去し、コンタクト孔あるいは、スルーホールが形成され
る。尚、コンタクト孔は配線と半導体基板との接合部に
設けられる穴部に、スルーホールは多層配線構造におい
て、層間絶縁膜の上下に形成された上層配線と下層配線
を電気的に接続するために、この層間絶縁膜に形成され
た透孔に対応する。

一方、微細化技術が発達する今日において、たとえばエ
ツチング技術は、微細加工が可能なドライエツチング技
術が多く用いられるようになってきている。

尚、光リソグラフィー技術の一例が、株式会社コロナ社
発行の「集積回路工学（Ｉ）Ｊ　（発行日１９７９年４
月５日）Ｐ７Ｂ−Ｐ８３に記載されている。

〔発明が解決しようとする問題〕

これからの半導体装置の微細化プロセスにおいては、前
記のドライエツチング技術は杷対必要視される。しかし
、ドライエツチング法の特徴は半導体基板に対し異方性
エツチングすることが容易であり、エツチングされる側
面（端面）は垂直であることが多い。こうした場合、こ
の上ＫＡ−ｇ等を蒸着して配線層を設けようとする場合
、コンタクト部やスルーホール部でのＡ２のカバレジが
わるく、エツジ部で断切れを生じ、断線不良等の問題を
生じるであろうことはすでに指摘され始めている。

このような問題の一つの解決法としては、ホトレジスト
を多層化し、複数回のホトエツチングを重ねて行うこと
によって、急峻にならない開口部（穴部）を形成するこ
とが可能であるが、この方法では工程数が増加すること
で望ましくないことがわかった。

本発明者等は上記問題を克服するためにマスク自体を改
造することを検討したことによってなされた発明である
。

本発明の一つの目的はレジストを利用して絶縁膜の処理
を行う場合に工程数を増加することなく、所望の絶縁膜
膜厚を得ることが可能なマスク技術を提供することＫあ
る。

本発明の前記ならびＫそのほかの目的と新規な特徴は本
明細書の記述および添付図面からあきらかＫなろう。

〔問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
を簡単に説明すれば下記のとおりである。

本発明のパターン形成用マスクは、従来の光透過率の高
い第１部分及び光透過のない第２部分に加え新たＫ、上
記第１部分と上記第３部分との光透過率の間の値の光透
過率を有する＠３部分を有している。

この第３部分は上記第１部分と上記第２部分との間に選
択的に設けられて、感光性樹脂膜（レジスト）の露光時
に上記感光性樹脂膜の膜厚を制御しうるよ５にその光透
過率が制御されている。上記感光性樹脂膜の膜厚は露光
時に照射される光量すなわち光強度が多いほど厚く形成
できる。このことは感光性樹脂膜の光化学反応の度合に
依存することＫよる。

上記第３部分の光透過率の制御は透明な基板上に設けら
れた酸化クロム膜によりて行なう。

〔作用〕

上記した手段によれば光透過率が制御されていることに
より感光性樹脂膜の膜厚が所望に形成できる。すなわち
、コンタクト孔又はスルーホールを形成する場合コンタ
クト孔又はスルーホール形成領域近傍において、コンタ
クト孔中心又はスルーホール中心から離れるにしたがっ
て感光性樹脂膜の膜厚が段階的に増加する。その結果、
たとえば感光性樹脂膜と被エツチング膜（半導体基板上
の絶縁膜）とのエツチング比がとれない場合において、
感光性樹脂膜の膜厚が所望に制御されているため、被エ
ツチング膜のエツチング量が上記感光性樹脂膜の膜厚に
反比例する。そのため、本来のコンタクト孔又はスルー
ホール形成領域の中心から離れるにしたがって被エツチ
ング膜の膜厚の薄い部分と被エツチング膜の膜厚の厚い
部分（本来の膜厚）とが１１次形成されるよ５になる。

その結果コンタクト孔又はスルーホールの近傍の段差が
緩和され、被エツチング膜上に形成される他の膜のステ
ップカバレジが向上し断切れが防止でき電子装置の歩留
りが向上する。

また、被エツチング膜として絶縁膜を不純物導入用マス
クに利用する場合、イオン打込技術を用いた不純物導入
技術においては上記マスクの膜厚で半導体基板内へのイ
オン打込深さが決定できるため、所望の膜厚の不純物導
入用マスクを形成できることにより、不純物導入層の深
さ濃度を所望に制御でき、素子特性の向上が計れる。

上記した被エツチング膜の膜厚制御や不純物導入用マス
クの膜厚制御は感光性樹脂膜のパターン形成用マスクの
変更のみで容易に行なえるという作用で、工程数の増加
な〈実施でき、上記目的が達成できる。

〔実施例１〕 第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示すもので、こ
のうち、第１図はホトレジスト膜の穴あけに用いるマス
クパターンの平面図、第２図は同ｘ−Ｘ断面図である。

１は石英ガラス等からなる透明基板（第１部分）、２は
上記基板１の主面に設けられたクロム（Ｃｒ）からなる
不透明膜パターン（暗部又は第１部分）、３は酸化クロ
ム（Ｃｒｙ）からなる半透明膜パターン（中間部又は第
２部分）である。

ＣｒＯからなる半透明膜パターンはその厚みを変えるこ
とによって所要とする光透過率を選ぶことができる。

第３図は半透明膜（３ａ、３ｂ）を２重に形成した応用
例を示すものである。１重のＣｒ膜３ａを５すく形成す
れば、２重のＣｒ膜３ｂはこれより低い光透過率をもつ
ことになる。

このような半透明膜を有するパターン形成用マスクは下
記のような手段を用いることにより製造される。

第４図乃至第８図は本発明によるパターン形成用マスク
製造方法の一つの例を示す工程断面図である。

（１）石英ガラス基板ｌの一生表面上ｋｃｃｒｏを所要
の厚さに蒸着（又はスパッタし）して半透明膜３を形成
し、次いでＣｒを所要の厚さに蒸着（又はスパッタ）し
て不透明（遮光）膜２を形成する（第４図）。

（２）ホトレジストを塗布し、マスク露光、現偉して第
１のホトレジストマスク４を形成する（第５図）。

（３）第１のホトレジストマスク４を用いてＣｒ及びＣ
ｒＯをエッチ（ドライエッチ）し、一部を窓開する（ｔ
ＪＸ６図）。

（４）第２のホトレジストマスク５を形成する（第７図
）。

（５）第２のホトレジストマスク５を用いてＣｒをエッ
チし、半透明膜の一部を露出してマスクが完成する（第
８図）。

半透明膜が多層の場合は同様の工程を繰り返えすことに
なる。

このような手段により、任意のパターンで任意の半透明
部をもつパターン形成用マスクが得られる。

第９図乃至第１３図は本発明によるパターン形成相マス
ク製造法の他の一つの例を示す工程断面図である。

（１）石英ガラス基板１の一生表面ＫＣｒＯを蒸着して
単層、又は多層の半透明膜３を形成する（第９図）。

（２１１１のホトレジストマスク４を用いて半透明膜の
一部をエッチし、ガラス基板を露出する（第１０図）。

（３）　　リフトオフのための第２のホトレジストマス
　　、り５を形成する（第１１図）。

（４）全面にＣｒを蒸着し、一部は第２のホトレジスト
マスクの上ＫＣｒをのせる（第１２図）。

（５）第２のホトレジストマスク５を溶解除去すること
により、第２のホトレジストマスク上のＣ「をリフトオ
フし、ＣｒＯ上に形成されたＣｒのみを不透明部（暗部
）２として残し、マスクが完成する（第１３図）。

このような手段により、任意のパターンで任意の半透明
部をもつパターン形成用マスクが得られた。

第１４図乃至第１７図は本発明によるマスクを使用して
下地絶縁膜に穴あけを行う場合の態様を示す。

（１）第１４図はマスクを通して露光する形態を示す断
面図である。

６はホトレジスト、７は下地絶縁膜、８は基体である。

同図に矢印りで示すように光を与えると、ＣｒＯ膜の形
成された部分３では光の一部が吸収され、Ｃｒ膜の部分
２では全く光が遮断され、パターンの形成されない部分
では、光が通過する。

第１５図は上記マスクに光を透過させた際の光強度分布
を第１４図に対応させた曲線図である。

第１６図は露光、現像後￥Ｃ得られたホトレジストの形
状を示す断面図である。同図に示すよ５に光の強度に比
例し【深い穴部９と浅い穴部（段部）１０とを有するホ
トレジストバター／が得られる。

第１７図は上記ホトレジストパターンを通して下地膜を
エツチングしてコンタクト孔をあけた状態を示す断面図
である。

同図に示すようにコンタクト穴１１はマスクの明部に対
応し、穴の周辺の段部にはマスクの半透明パターンに対
応してパターンが転写される。

第１８図乃至第２０図は、周辺にテーパを有する穴あけ
のためのパターン形成用マスクの製造法の例を示す工程
断面図である。

（１）第９図に示した場合と同じように透明ガラス１の
上ＶｃＣｒＯを蒸着して半透明膜３を形成した後、第１
のホトレジストマスク４を形成する（第１８図）。

（２）第１のホトレジストマスク４を用いてＣｒＯをエ
ッチする。この場合、ホトレジストが溶けるガスを使用
するドライエッチによって、ホトレジストマスクの穴の
まわり部分な徐々に溶かし、周辺にテーパ１３をもつ穴
１４がＣｒＯ膜３の一部に形成される（第１９図）。

（３）このあと、第１１図乃至第１３図で示した手段を
用いて遮光部となるＣｒ膜２を形成し、マスクを完成さ
せる（第２０図）。

第２１図は第２０図に示したマスクを通して光を通過さ
せる場合の光強度分布を示す曲線図であって、マスクパ
ターンの厚さに従ってなだらかなテーパをもつ曲線が得
られる。

第２２図乃至第２４図は第２０図に示したマスクを用い
て下地膜に穴あけを行う場合の態様を示す工程断面図で
ある。

（１）マスクを通してホトレジストに露光する（第２２
図）。

（２）ホトレジスト６を現像し穴９、テーパ１５を有す
るホトレジストパターンを形成する（第２３図）。

（３）上記ホトレジストパターンを通して下地膜７をエ
ッチすることＫより、穴１１の周囲にテーパ１６を有す
る下地膜パターンが形成される（第２４図）。

第２５図乃至第２７図は本発明によるパターン形成用マ
スクの各種平面パターンを示すものである。

第２５図は一方向＜Ｘ−Ｘ＞にテーパ側面を有する穴を
形成するためのマスクバター／である。

第２６図は縦横方向（Ｘ−Ｘ、Ｙ−Ｙ）Ｋテーパ側面を
有する穴を形成するためのマスクパターンである。

第２７図は斜め方向（ＸＹ−ＸＹ）Ｋテーパ側面をもつ
穴を形成するためのマスクパターンである。

第２８図乃至第３０図は下地膜に穴をあけその上に金属
膜１７を蒸着した場合に穴の側面形状によって金属膜の
ステップカバレジが変る形態を示す断面図である。

第２８図は穴に急峻な側面を有する従来例の場合でステ
ップカバレジがきわめて悪いことを示している。

第２９図は第１図〜第２図で示したマスクを使用した場
合でありて、六の側面は段状になり、ステップカバレジ
は改良された。

第３０図は第２０図に示したマスクを使用した場合であ
って、穴の側面はテーパ状になり、ステップカバレジは
最も良好である。

以上本発明によってなされた発明を実施例にもとづき具
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。

本発明は微細化されたＩＣ−ＬＳＩなどの絶縁膜に対す
るコンタクトホール、スルーホール加工に使用するマス
クに適用できる。

本発明はとくにリニア製品においてポリイミド系樹脂の
ごとき有機膜の穴あけ加工に使用するホトマスクに適用
する場合もっとも効果を奏する。

〔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Ｋ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
。

すなわち１本発明によるホトマスクを使用した場合、（
１）ホトエッチ工程を削減できる、（２）ホトエッチに
より得られた穴の側面の急峻性をなくすことができるか
らコンタクト抵抗、スルーホール抵抗の低減化に有効で
ある、（３）ステップカバレジを向上し、配線の信頼性
を高める、（４）シたがって素子の微細化、高集積化を
可能とし、スレープツトの向上につながることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示し、このうち
第１図は穴あけのためのマスクのパターンの一部平面図
、第２図は第１図のＸ−Ｘ断面図、第３図は同応用例の
断面図である。 第４図乃至第８図は第１図、第２図で示した本発明によ
るマスクの製造プロセスの一例を示す工程断面図である
。 第９図乃至第１３図は同じく本発明によるマスクの製造
プロセスの他の一例を示す工程断面図である。 第１４図乃至第１７図は第１図、第２図で示したマスク
を用いて穴あけを行う場合の形態を示し、第１４図、第
１６図乃至第１７図は工程断面図、第１５図は上記マス
クのバター／に対応する光強度分布曲線図である。 第１８図乃至第２０図は本発明によるマスクの製造プロ
セスの他の例を示す工程断面図、第２１図は第２０図に
対応する光強度分布曲線図である。 第２２図乃至第２４図は第２０図に示したマスクを用い
て穴あけを行う場合の工程断面図である。 第２５図乃至第２７図は本発明によるマスクのパターン
をそれぞれ示す一部平面図である。 第２６図乃至第３０図は種々の形状の六におけるステッ
プカバレジの形態をそれぞれに示す断面図である。 １・・・石英ガラスなどの透明基板（第１部分）、２・
・・Ｃｒからなる不透明膜パターン（第２部分）。 ３・・・ＣｒＯからなる半透明膜パターン（第３部分）
、４．５・・・ホトレジスト、６・・・ホトレジスト、
７・・・下地絶縁膜、８・・・基板。 代理人　弁理士　　小　川　勝　男 第　　１　　図 第　　２　　図 Ｊ　−こＰＯ（羊譲ダυ日部） 第　　４　　図 ６−不トレ己・’２１ 第１３図 第１４図 第１７図 第２１図 第２２図 第２４図 第２５図 第２６図 第２７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光透過率の高い第１部分と、光透過が無い第２部分
   と、前記第１部分の光透過率と前記第２部分の光透過率
   の間の値の光透過率を有する第３部分と、を具備するこ
   とを特徴とするパターン形成用マスク。 ２、前記第３部分は前記第１部分と前記第２部分との間
   の所望領域に設けられている特許請求の範囲第１項記載
   のパターン形成用マスク。 ３、前記第１部分は透明基板からなり、前記第３部分は
   上記透明基板上の主面上に設けられた酸化クロム膜から
   なり、前記第２部分はクロム膜からなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のパターン形成用マスク。