(57)【要約】 【課題】  配線の直下にビアが形成される多層配線構成を製造するに際して、配線とビアの二つのパターンを１枚のマスクで共用して用いることを可能にする。【解決手段】  マスク１００上に形成されている配線パターン２と該配線パターン２の直下に配置されるビアパターン３との透過率が異なるように構成する。【選択図】      図１
2008064985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一マスク上に形成されている配線パターンと該配線パターンの直下に配置されるビアパターンとの透過率が異なる
ことを特徴とするマスク。
【請求項２】
該ビアパターンは、遮光性を有するかまたは該配線パターンの透過率よりも低い
ことを特徴とする請求項１記載のマスク。
【請求項３】
該ビアパターンが少なくとも１層のクロム層で形成されており、該配線パターンが該ビアパターンに重層されている
ことを特徴とする請求項１記載のマスク。
【請求項４】
ビアパターンの透過率が、該ビアパターンが重層している配線パターンの透過率より低いマスクを用い、形成された該配線パターンの中に該ビアパターンが含まれる半導体装置の製造方法において、
該配線パターンの露光強度と該ビアパターンの露光強度とを変え、該配線パターンと該ビアパターンとを選択的に露光する                                                  ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
ビアパターンの透過率が該ビアパターンが重層している配線パターンの透過率より低いマスクを用い、
基板上に塗布されたホトレジスト膜に該マスクを介して少なくとも配線パターンを透光する第１の露光を行って現像し、不感光領域のビアレジスト像を形成する工程と、
該ホトレジスト膜に該マスクを介して少なくとも配線パターンに不透光な第２の露光を行って現像し、不感光領域の配線レジスト像を形成する工程とを含む
ことを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイスの製造に際してホトリソグラフィ工程において用いるマスクに係わり、特に半導体装置の配線とビアの製造の際に用いるマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の大規模化に伴って、配線層を多層化して集積度を増大させることが行われている。従来から、配線パターン用マスクとビア用マスクは、配線層１層に対して少なくとも１枚ずつのマスクを作製している。
【０００３】
その結果、例えば、配線層が８層の半導体装置の場合には、配線用マスクが８枚、ビア用マスクが８枚の計１６枚のマスクが必要になる。さらに、例えば、２層増えて配線層が１０層の半導体装置の場合には、合計２０枚のマスクが必要となる。従って、配線用のマスクとビア用のマスクとを１枚のマスクで併用することが望まれている。
【０００４】
従来から、一つのマスクで複数のマスク工程を共用する方法が提案されている。その一つにハーフトーン露出法がある。この方法は、複数の異なるパターンをマスクの光透過度の階調（ハーフトーン）に対応させて一つのマスクで共用するものである。
【０００５】
例えば、アクティブマトリックス型の液晶表示装置の製造において、薄膜トランジスタを形成する際にハーフトーン露出を用いる提案には、遮光膜材料に金属材料のみを使用した場合には半透過領域をスリット状に開口したり、半透過領域に別な材料を組み合わせたりしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
それに対して、ハーフトーン露出法では、薄膜トランジスタのチャネル部の加工精度のばらつきが大きく、量産時の不安定要因になり易い。そのため、別の提案では、ポジレジスト膜にハーフトーン露出を行い現像したあとにレジスト膜厚を測定して露出光量を負帰還して再度露出してから判定する煩雑な方法を提案している（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
さらに、カラー液晶表示装置の着色層や回路パターンなどの製造に際して、光透過率が少なくとも３階調に異なるパターン部分を有するマスクを用いることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
しかし、この提案では、露光のあと階調に応じてレジストに対する溶解性の異なる溶剤で順次現像を行う煩雑さがある。
【特許文献１】特開２０００−６６２４０号公報
【特許文献２】特開２００４−３８１３０号公報
【特許文献３】特開平５−９４００４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、ハーフトーン露出法を用いて１枚のマスクで複数のパターンを共用する方法は、液晶表示装置の製造工程において提案されている。しかし、パターン精度や工程の煩雑さに加えて、ＬＳＩの多層配線のような配線パターンとビアパターンが同一パターンの中で上下方向に重なっているようなパターン構成に対する解決策は見当たらない。
【００１０】
そこで、本発明は、半導体装置、特に多層配線を用いるＬＳＩにおいて、配線パターンとビアパターンとが同一パターン内に重なっているパターン構成のマスクを共用してマスクの数を半減させ、延いては製造工程の効率化と原価低減を図ることをことができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上で述べた課題は、請求項１記載の、同一マスク上に形成されている配線パターンと該配線パターンの直下に配置されるビアパターンとの透過率が異なるように構成されたマスクによって解決される。
【００１２】
つまり、配線パターンの直下にビアパターンが配置されているとき、配線パターンとビアパターンとの透過率を変えて、１枚のマスクで二つのパターン、すなわち配線パターンとビアパターンとが重なって形成できるようにしている。
【００１３】
次いで、請求項２記載の、ビアパターンは、遮光性を有するか配線パターンの透過率よりも低いように構成されたマスクによって解決される。
【００１４】
つまり、配線パターンとビアパターンの透過率の違いは、ビアパターンの方を遮光性を有するか配線パターンの透過率よりも低く構成するようにしている。その結果、配線パターンとビアパターンとの露光を選択的に行うことができるパターニング工程を実現することが可能となる。
【００１５】
次いで、請求項３記載の、ビアパターンが１層のクロム層で形成されており、配線パターンがピアパターンに重層されているように構成されたマスクによって解決される。
【００１６】
つまり、ビアパターンのマスクを少なくとも１層のクロム層で形成し、そのビアパターンに配線パターンを重ねて形成するようにしている。そうすると、ビアパターンは必然的に配線パターンよりも透過率が低くなり、遮光膜になる場合があってよい。
【００１７】
次いで、請求項４記載の、ビアパターンの透過率が、該ビアパターンが重層している配線パターンの透過率より低いマスクを用い、形成された該配線パターンの中に該ビアパターンが含まれる半導体装置の製造方法において、該配線パターンの露光強度と該ビアパターンの露光強度を変え、該配線パターンと該ビアパターンとを選択的に露光するように構成された半導体装置の製造方法によって解決される。
【００１８】
つまり、ビアパターンは、一般的に配線パターン同志を上下に接続するものなので配線パターンの中に含まれる。本発明では、ビアパターンの透過率が、該ビアパターンが重層している配線パターンの透過率より低いマスクを用い、配線パターンの露光強度とビアパターンの露光強度とを変えるようにしている。そして、一つのマスクで配線パターンとビアパターンとを選択的に露光するようにしている。
【００１９】
次いで、請求項５記載の、ビアパターンの透過率が、該ビアパターンが重層している配線パターンの透過率より低いマスクを用い、基板上に塗布されたホトレジスト膜に該マスクを介して少なくとも配線パターンを透光する第１の露光を行って現像し、不感光領域のビアレジスト像を形成したあと該ビアパターンを形成する工程と、該ホトレジスト膜に該マスクを介して少なくとも配線パターンに不透光な第２の露光を行って現像し、不感光領域の配線レジスト像を形成したあと該配線パターンを形成する工程とを含むように構成された半導体装置の製造方法によって解決される。
【００２０】
つまり、ここでのホトレジスト膜はネガ型のホトレジストを用いている。まず、マスクのビアパターンに不透光な第１の露光を行ってビアレジスト像を形成するようにしている。このビアパターン像を用いれば、その後の工程で多層配線に必要なビアホールを形成することができる。
【００２１】
次いで、第２の露光では、ビアパターンよりも透過率が高い配線パターンを透過しない露光強度で露光し、配線パターンの不在領域が第１の露光とともに２回露光されるようにしている。そして現像すれば、配線パターンのレジスト像、つまり配線レジスト像が形成できる。この配線レジスト像を用いれば、その後の工程で多層配線に必要なビアや上配線層などを形成することができる。
【００２２】
こうして、配線パターンとビアパターンの二つのパターンを一つのマスク上に形成し、両パターンの露光強度を変えることによって、ビアパターンのレジスト像からビアパターンを、配線パターンのレジスト像から配線パターンを順次形成することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、多層配線層を用い、配線パターンの領域内の直下にビアパターンが配置されている半導体装置の製造に用いるマスクにおいて、配線パターンと該配線パターンに重層されているビアパターンを同一マスク上に形成して一つのマスクで二つのパターンを共用することができる。
【００２４】
その結果、配線層数ごとに少なくとも２枚必要であったマスクの数を半減することができるので、製造原価削減の効果がある。また、配線パターンとビアパターンとを同一マスクにすることによってマスク層間の位置合わせも容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は本発明のマスクの模式的な構成図で、図１（Ａ）は断面図、図１（Ｂ）は平面図を示し、図２は本発明のマスクを用いたビアの焼き付け方法の模式図を示し、図３は本発明のマスクを用いた配線の焼き付け方法の模式図を示し、図４と図５と図６は多層配線の模式的な製造工程図である。
〔実施例〕
図１は、本発明のマスクを模式的に示したもので、マスク１００はマスク基板１の上に金属クロム薄膜を被着した、いわゆるクロムマスクの構成になっている。すなわち、マスク基板１は、通常のマスクに用いる２ｍｍ程度の厚さの透明なガラス板である。マスク基板１の上には遮光膜として金属クロムの薄膜を被着している。
【００２６】
先ず、マスク基板１の上には、例えば、厚さ５０ｎｍのクロムでビアパターン３を設ける。さらに、図１（Ａ）に示したように、ビアパターン３の上に重なるように、例えば、厚さ５０ｎｍのクロムで配線パターン２を設ける。その結果、図１（Ｂ）に示したように、ビアパターン３が配線パターン２の中に含まれた構成になっている。
【００２７】
ここでは、配線パターン２は半透過膜になっており、ビアパターン３の形成されている部分は、２層のクロム膜が重なっているので、少なくとも配線パターン２より透過率が低い。ビアパターン３は遮光膜であってもよい。
【００２８】
図２は本発明のマスク１００を用いたビアの焼き付け方法の模式図であり、マスク１００を用いてビアを形成するに際しては、図示してない半導体基板とか絶縁層などの上に被着したネガティブ型（ネガ型）のホトレジスト膜７に対して行うマスク１００を透した実線で示した第１の露光光線８１は、ビアパターン３は透さないが配線パターン２は透過する強い露光強度になっている。
【００２９】
そうすると、ホトレジスト膜７では、ビアパターン３の領域Ｘは感光しないが、配線パターン２の領域Ｙと配線パターン２が不在の領域Ｚの両領域は感光する。従って、ホトレジスト膜７にマスク１００を介して第１の露光光線８１で露光したあと現像すれば、未感光のビアパターン３の領域Ｘの部分のホトレジスト膜７のみを取り除くことができる。つまり、ホトレジスト膜７にビアレジスト溝７２を形成することができる。
【００３０】
図３は本発明のマスク１００を用いた配線の焼き付け方法の模式図で、マスク１００を用いて配線を形成するに際しては、図示してない半導体基板とか絶縁層などの上に被着したネガ型のホトレジスト膜７に対して行う。マスク１００を介して露光する第２の露光光線８２は、ビアパターン３を含む配線パターン２は透さない弱い露光強度となっている。
【００３１】
この露光強度の弱い破線で示した第２の露光光線８２で露光すると、ホトレジスト膜７においては、ビアパターン３を含む配線パターン２の領域Ｙは感光しないが、配線パターン２が不在の領域Ｚは感光する。従って、現像を行えば未感光のビアパターン３を含む配線パターン２の領域Ｙの部分のホトレジスト膜７が取り除かれ、配線パターン２が不在の領域Ｚが残る。つまり、ホトレジスト膜７に配線レジスト溝７１を形成することができる。
【００３２】
図２で示したビアレジスト溝７２の製造工程や図３で示した配線レジスト溝７１の製造工程は個別に示したが、例えば、絶縁層を挟んだ上下の配線をビアを介して接続する多層配線構成を製造する際には、一連の連なった製造工程として行うことになる。
【００３３】
図４は多層配線の模式的な製造工程図（その１）、図５は多層配線の模式的な製造工程図（その２）で、本発明のマスクを用いて製造する工程の要部を順に模式的に並記したものである。
【００３４】
多層配線の模式的な構成は、絶縁層を挟んで下側の配線層と上側の配線層とが層状になって繰り返し積層された構成になっている。ここでは、その１組の構成部位を取り上げて示している。
【００３５】
先ず、図４（Ａ）において、図示してない基板上に配線パターンが構成された下配線層４が設けられており、下配線層４の上には層間絶縁層６が被着されており、さらに、層間絶縁層６の上にはネガ型の第１のホトレジスト膜７３が被着された構成になっている。
【００３６】
次いで、図４（Ｂ）において、本発明になる配線パターン２の中にビアパターン３が包含されたマスク１００を介して第１のホトレジスト膜７３に露光する。実線で示した第１の露光光８１は、ビアパターン３の領域は透過しないが配線パターン２の領域は半透過する露光強度の強い光を用いる。
【００３７】
次いで、図４（Ｃ）において、第１のホトレジスト膜７３を現像すると、感光しないビアパターン３の領域が除去され、第１のホトレジスト膜７３にビアレジスト溝７２が形成される。そして、層間絶縁層６が露出する。
【００３８】
次いで、図４（Ｄ）において、第１のホトレジスト膜７３をマスクにして層間絶縁層６をエッチング除去すると、ビアホール９１が形成されて下配線層４を露出させることができる。
【００３９】
次いで、図５（Ｅ）において、下配線層４と図示してない上配線層を接続するビアを形成するために、第１のホトレジスト膜７３でマスキングされた開口のビアホール９１に、例えば、銅などの金属９２をめっきなどによって埋め込む。その際、金属９２は、ビアホール９１の孔周りの第１のホトレジスト膜７３の上にも盛り上がって形成される。
【００４０】
次いで、図５（Ｆ）において、第１のホトレジスト膜を除去するとともに盛り上がった金属を削り取るためにＣＭＰ（化学的機械的研磨）によって層間絶縁層６とともに表面を平滑にし、いわゆるダマシン法によってビア９を形成する。
【００４１】
次いで、図５（Ｇ）において、平滑になった表面に、ビア９を介して下配線層４と導通が取れるように導体金属５１を蒸着などによって形成し、さらに、導体金属５１の上にポジ型の第２のホトレジスト膜７４を塗布する。
【００４２】
次いで、図５（Ｈ）において、再度、本発明になる配線パターン２の中にビアパターン３が包含されたマスク１００を用いて第２のホトレジスト膜７４を露光する。破線で示した第２の露光光８２は、ビアパターン３の領域と配線パターン２の領域は透過しないが配線パターン２の不在領域は透過する露光強度の弱い光を用いる。
【００４３】
次いで、図６（Ｉ）において、第２のホトレジスト膜７４を現像すると、第２の露光光に感光しない配線パターンの領域が残り、配線パターンの不在領域が除去されて導体金属５１が露出し、第２のホトレジスト膜７４に配線レジスト溝７１が形成される。
【００４４】
次いで、図６（Ｊ）において、配線レジスト溝７１を形成する第２のホトレジスト膜７４をマスクにして、露出している導体金属５１をエッチングによって除去する。
【００４５】
最後に、図６（Ｋ）において、第２のホトレジスト膜を剥離すると、ビアホールに埋まった金属がビア９となり、下配線層４にビア９を介して接続された上配線層５が形成されて多層配線の一つが完成する。
【００４６】
模式的に示した図４（Ａ）〜図６（Ｋ）の製造工程を繰り返せば、その回数分に見合った多層配線を製造することができる。しかも、本発明になるマスクは、配線パターンとビアパターンとを組み合わせて多層配線を製造する際に、１枚のマスクで共用することができる。その結果、マスクの枚数を半減することができる。
【００４７】
ここでは、ビアパターンの透過率が遮光性か配線パターンの透過率よりも低いマスクについて例示したが、ホトレジストを使い分ければ、レジストがネガ型がポジ型かは、種々の変形が可能である。
【００４８】
また、配線パターンと配線パターンの中に含まれるビアパターンと配線パターンが不在との三つの領域で異なる露光光量に対するホトレジスト膜の感光度合いと現像度合いとの関係は一義的に決まるものではなく、種々の変形が可能である。
【００４９】
さらに、ビアを用いて上下の配線を接続する方法は、ここで模式的に例示したリフトオフ法に限らずダマシン法なども適用でき、種々の変形が可能である。
【００５０】
さらに、マスクの基板や遮光膜、導体金属、層間絶縁層、ホトレジストの材料や成膜方法などは、本発明に限って特定する必要があるものはなく、種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明のマスクの模式的な構成図である。
【図２】本発明のマスクを用いたビアパターンの焼き付け方法の模式図である。
【図３】本発明のマスクを用いた配線パターンの焼き付け方法の模式図である。
【図４】多層配線の模式的な製造工程図（その１）である。
【図５】多層配線の模式的な製造工程図（その２）である。
【図６】多層配線の模式的な製造工程図（その３）である。
【符号の説明】
【００５２】
１  マスク基板
２  配線パターン
３  ビアパターン
４  下配線層
５  上配線層
５１  導体金属
６  層間絶縁層
７  ホトレジスト膜
７１  配線レジスト溝                  ７２  ビアレジスト溝
７３  第１のホトレジスト膜            ７４  第２のホトレジスト膜
８１  第１の露光光線                  ８２  第２の露光光線
９  ビア
９１  ビアホール                      ９２  金属
１００  マスク１００
【図１】
2008064985.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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