(57)【要約】【課題】従来技術は、Ｃｕ配線及びＣｕコンタクトホールのパターニング毎に、それぞれレジスト膜を形成、露光して、パターニングの工程を２回に分けて行っているたが、多層配線化が進んでいくと配線が増えるたびに、工程数が増えるという問題があった。また、パターニングの工程を２回に分けて行っているので配線及びコンタクトホールの位置を合わせこむためのアライメントエラーが発生しやすくなりプロセス精度が低下していた。【解決手段】本発明は、Ｃｕ配線及びＣｕコンタクトホールのパターニングを１回のレジスト膜の形成、露光で行うため、多層配線化が進む場合でも、増加するパターニング工程数を半分に減らすことができる。また、連続的に配線及びコンタクトホールのレジストパターンを形成できるため、位置を合わせこむためのアライメントエラーも削減でき、プロセス精度の低下を抑えることができる。【選択図】　図２
2004134683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜の表面に第１の電子ビームを照射して第１の露光領域を露光し、前記第１の露光領域に隣接した前記レジスト膜の表面に第２の電子ビームを照射して第２の露光領域を露光する工程と、
前記第１の露光領域及び前記第２の露光領域を剥離し、前記レジスト膜にマスクパターンを形成し、前記レジスト膜の表面及び前記絶縁膜の一部をエッチングして、前記半導体基板上に到達するように、前記絶縁膜にパターンを形成する工程と、
前記レジスト膜を剥離し、前記パターンを埋めこむように、前記絶縁膜の表面及び前記半導体基板の表面にＣｕ膜を形成する工程と、
前記パターンに埋めこまれた前記Ｃｕ膜を残すようにし、前記絶縁膜の表面及び前記Ｃｕ膜の表面の位置が同一面上で合うように、前記Ｃｕ膜の一部を研磨する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１の露光領域及び前記第２の露光領域のうち、どちらか片方の露光領域は、配線形状に相当し、一方の露光領域は、コンタクトホール形状に相当し、前記レジスト膜に前記配線形状及び前記コンタクトホール形状の前記マスクパターンが形成されることにより、１回のパターニング工程でＣｕ配線及びＣｕコンタクトホールが形成されることを特徴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。
【請求項３】
前記第１の電子ビーム及び前記第２の電子ビームのうち、どちらか片方の電子ビームは、一方の電子ビームよりも、電子ビームのドーズ量が多いことを特徴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。
【請求項４】
前記第１の電子ビーム及び前記第２の電子ビームのうち、どちらか片方の電子ビームは、一方の電子ビームよりも、電子ビームの加速電圧が高いことを特徴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。
【請求項５】
前記第１の電子ビーム及び前記第２の電子ビームのうち、どちらか片方の電子ビームは、一方の電子ビームよりも、電子ビームのドーズ量が多く、かつ電子ビームの加速電圧が高いことを特徴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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置のリソグラフィー技術に関するもので、ＥＢ直接描画装置を用いた露光方法における半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来技術に係る半導体装置の製造方法について図６乃至図１０を用いて説明する。また、半導体装置の製造方法に用いられるＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ）直接描画装置について図５を用いて説明する。
【０００３】
先ず先にＥＢ直接描画装置について説明する。ＥＢ直接描画装置では、レチクルを使わずに直接ウェハ上に電子ビームでパターンを描画している。ＥＢ直接描画装置には、光源６が設けられており、光源６から電子ビーム１１がステージ１０上に照射される。また電子ビーム１１を偏向させるために光源６に近い位置から主変更器７、副偏向器８及び副副偏向器９が配置されている。偏向器は例えば図示しないが電子ビーム１１の周囲を取り囲むように円筒形状となっており、ステージ１０自体の平面上での移動（図示せず）と組み合わせて所定箇所の自由な位置に電子ビーム１１の照射を配置、走査させることができる。光源６では、図示しないが電子ビーム１１のドーズ量［μＣ／ｃｍ２］及び電子ビーム１１の加速電圧［ＫｅＶ］を可変することができる。通常は、レジスト膜にパターンを形成する際には、ドーズ量、加速電圧ともに所定の値に固定しており、別のレジスト膜に対する場合には、例えば照射時間を可変することにより、パターン形状等を変えている。また、描画自体は、例えば電子ビーム１１の同一寸法のショットを位置を移動しながら繰り返して、パターンを塗りつぶしていく方法をとっている。尚、光源６、主変更器７、副偏向器８及び副副偏向器９及びステージ１０は、図示しないが、制御機構に接続されており、所望の位置に所望のパターン形状を描画できるように、連動して制御されている。尚ここで説明したＥＢ直接描画装置については、本発明の実施の形態においても使用するものであり、符号等を同じとして説明している。
【０００４】
従来技術に係る半導体装置の製造方法においては、Ｃｕ（銅）配線技術としてダマシン（Ｄａｍａｓｃｅｎｅ）プロセスが用いられており、コンタクトホールと配線が形成されていた。また、レジストパターンの形成にはＥＢ直接描画装置が用いられていた。例えば図６に示すように酸化雰囲気中で熱処理を行い半導体基板１上にシリコン酸化膜２を形成する。次にシリコン酸化膜２上に第１のレジスト膜３ａを形成する。続いて図５に示したＥＢ直接描画装置のステージに半導体基板１を設置し、図７に示すように電子ビーム１１を照射して第１のレジスト膜３ａの所定箇所（ここではコンタクトホールに相当する）を露光して第１の露光領域４ａを形成する。露光後、第１の露光領域４ａと未露光領域における現像液に対する溶解速度の差を利用してレジストパターンを形成し（図示せず）、シリコン酸化膜２の所定箇所をエッチングする。これによりコンタクトホールとなる部分のパターンを形成することができる。
【０００５】
この後、第１のレジスト膜３ａを剥離して、図８に示すように第２のレジスト膜３ｂをシリコン酸化膜２上に形成する。再度、ＥＢ直接描画装置を用いて電子ビーム１１を照射して第２のレジスト膜３ｂの所定箇所（ここでは配線に相当する）を露光して第２の露光領域４ｂを形成する。尚ここでは、所定の一定値に固定しているが、電子ビームのドーズ量、及び電子ビームの加速電圧については、第１の露光領域４ａを形成した場合と、同じ値としており、例えば電子ビームの照射時間を変えることで露光領域の深さ方向等の制御を行っている。露光後、第２の露光領域４ｂを現像液により溶解してレジストパターンを形成し（図示せず）、図９に示すようにシリコン酸化膜２の所定箇所をエッチングする。これによりコンタクトホールとなる部分に加えて配線となる部分のパターンを形成することができる。次に、第２のレジスト膜３ｂを剥離して、シリコン酸化膜２上に、Ｃｕ膜５を電解めっき法により形成する。シリコン酸化膜２上に形成されたＣｕ膜５は、図１０に示すようにＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）によりコンタクトホール部分と配線部分のパターンを残して研磨される。以上によりＣｕ５配線及びＣｕコンタクトホールが形成される。ここでＣｕ５配線の幅（図面上で見て左右の幅）は例えば約０．２μｍであり、電子ビーム１１角は、その更に微細化が要求される。
【０００６】
従来技術においては、電子ビーム１１の照射時間を可変させる方が、ドーズ量や加速電圧を可変させるよりも、可変させて所定値に設定する時間が短かいため、従来は電子ビーム１１の照射時間の方を可変させて描画していた。また多層配線化が進んでいない状況では、パターニングの工程を短縮するという要求がされていないため、従来とおり複数のレジスト膜をパターニングして、Ｃｕ配線及びコンタクトホールを作成していた。しかしながら、多層配線化が進んでいくと、従来のように、Ｃｕ配線及びＣｕコンタクトホールのパターニング毎に、それぞれレジスト膜を形成、露光して、パターニングの工程を２回に分けて行っていると、多層配線が増えるたびに、パターニング工程数が増えるという問題があった。また、パターニングの工程を２回に分けて行っているので配線及びコンタクトホールを位置を合わせこむためのアライメントエラーが発生しやすくなりプロセス精度が低下していた。
【０００７】
また、従来においては、レジスト膜表面におけるチャージアップ量の少ない条件を見いだすために、レジストの条件によってドーズ量を変えてＥＢ直接描画するものがある（特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−３１２６３４号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来技術に係る半導体装置の製造方法においては、Ｃｕ配線及びＣｕコンタクトホールのパターニング毎に、それぞれレジスト膜を形成、露光して、パターニングの工程を２回に分けて行っているたが、多層配線化が進んでいくと配線が増えるたびに、パターニング工程数が増えるという問題があった。また、パターニングの工程を２回に分けて行っているので配線及びコンタクトホールを位置を合わせこむためのアライメントエラーが発生しやすくなりプロセス精度が低下していた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明においては、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜の表面に第１の電子ビームを照射して第１の露光領域を露光し、前記第１の露光領域に隣接した前記レジスト膜の表面に第２の電子ビームを照射して第２の露光領域を露光する工程と、前記第１の露光領域及び前記第２の露光領域を剥離し、前記レジスト膜にマスクパターンを形成し、前記レジスト膜の表面及び前記絶縁膜の一部をエッチングして、前記半導体基板上に到達するように、前記絶縁膜にパターンを形成する工程と、前記レジスト膜を剥離し、前記パターンを埋めこむように、前記絶縁膜の表面及び前記半導体基板の表面にＣｕ膜を形成する工程と、前記パターンに埋めこまれた前記Ｃｕ膜を残すようにし、前記絶縁膜の表面及び前記Ｃｕ膜の表面の位置が同一面上で合うように、前記Ｃｕ膜の一部を研磨する工程とを具備することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明においては、前記第１の露光領域及び前記第２の露光領域のうち、どちらか片方の露光領域は、配線形状に相当し、一方の露光領域は、コンタクトホール形状に相当し、前記レジスト膜に前記配線形状及び前記コンタクトホール形状の前記マスクパターンが形成されることにより、１回のパターニング工程でＣｕ配線及びＣｕコンタクトホールが形成されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明においては、前記第１の電子ビーム及び前記第２の電子ビームのうち、どちらか片方の電子ビームは、一方の電子ビームよりも、電子ビームのドーズ量が多いことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明においては、前記第１の電子ビーム及び前記第２の電子ビームのうち、どちらか片方の電子ビームは、一方の電子ビームよりも、電子ビームの加速電圧が高いことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明においては、前記第１の電子ビーム及び前記第２の電子ビームのうち、どちらか片方の電子ビームは、一方の電子ビームよりも、電子ビームのドーズ量が多く、かつ電子ビームの加速電圧が高いことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施例に係る半導体装置の製造方法について図１乃至図４を用いて説明する。また、半導体装置の製造方法に用いられるＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ）直接描画装置については図５を用いて説明するが従来技術と共通とし、同じ箇所については説明を省略する。
【００１６】
先ず先にＥＢ直接描画装置について説明する。ＥＢ直接描画装置では、レチクルを使わずに直接ウェハ上に電子ビームでパターンを描画している。ＥＢ直接描画装置には、例えば図５に示すように光源６、主変更器７、副偏向器８及び副副偏向器９が配置されている。偏向器は例えば図示しないが電子ビーム１１１の周囲を取り囲むように円筒形状となっており、ステージ１０自体の平面上での移動（図示せず）と組み合わせて所定箇所の自由な位置に電子ビーム１１１の照射を配置、走査させることができる。光源６では、図示しないが電子ビーム１１１のドーズ量［μＣ／ｃｍ２］及び電子ビーム１１の加速電圧［ＫｅＶ］を可変することができる。通常は、ひとつのレジスト膜にパターンを形成する際には、ドーズ量、加速電圧ともに所定の値に固定しており、別のレジスト膜に対する場合には、例えば照射時間を可変することにより、パターン形状等を変えている。また、描画自体は、例えば電子ビーム１１１の同一寸法のショットを位置を移動しながら繰り返して、パターンを塗りつぶしていく方法をとっている。尚、光源６、主変更器７、副偏向器８及び副副偏向器９及びステージ１０は、図示しないが、制御機構に接続されており、所望の位置に所望のパターン形状を描画できるように、連動して制御されている。
【００１７】
本発明に係る半導体装置の製造方法においても、Ｃｕ（銅）配線技術としてダマシン（Ｄａｍａｓｃｅｎｅ）プロセスが用いられており、コンタクトホールと配線が形成されている。また、レジストパターンの形成にはＥＢ直接描画装置が用いられている。例えば図１に示すように酸化雰囲気中で熱処理を行い半導体基板１０１上にシリコン酸化膜１０２を形成する。次にシリコン酸化膜１０２上にレジスト膜１０３を形成する。続いて図５に示したＥＢ直接描画装置のステージ１０に半導体基板１を設置し（図示せず）、図２に示すように第１の電子ビーム１１１ａを照射してレジスト膜１０３の所定箇所（ここでは配線に相当する）を露光して、まず第１の露光領域１０４ａを形成する。続いて、第２の電子ビーム１１１ｂを照射してレジスト膜１０３の所定箇所（ここではコンタクトに相当する）を露光して第２の露光領域１０４ｂを形成する。第２の電子ビーム１１１ｂを照射する際には、第１の露光領域１０４ａでの電子ビーム照射とは異なった所定の値に固定する。例えばドーズ量のみを多くし、或いは加速電圧のみを高くし、或いはドーズ量、加速電圧の両方を増加させるように変化させた上で、第２の露光領域１０４ｂを形成する。露光領域の深さ方向の制御については、ドーズ量を多くするか、加速電圧を上げるか、或いはそれらを組み合わせて制御することができる。ＥＢ直接描画装置においては、電子ビームが照射されるビーム形状の位置を制御し、ドーズ量や電子の加速電圧を制御することができるので、１つのレジスト膜にコンタクト、配線部分を分けて照射することができ、また露光する領域の幅や深さが異なる箇所があっても続けて照射することができる。尚、ここでは、第１の電子ビーム１１１ａ及び第２の電子ビーム１１１ｂの照射時間は同じに設定している。
【００１８】
露光後、第１の露光領域１０４ａ及び第２の露光領域１０４ｂと、未露光領域における現像液に対する溶解速度の差を利用して、レジストパターンを形成する（図示せず）。これにより配線及びコンタクトホールとなる部分のレジストパターンをレジスト膜１０３に形成することができる。
【００１９】
次に、図３に示すようにレジスト膜１０３をマスクにしてシリコン酸化膜１０２の所定箇所をエッチングする。これによりコンタクトホールとなる部分に加えて配線となる部分のパターンを形成することができる。次に、レジスト膜１０３を剥離して、シリコン酸化膜１０２上に、Ｃｕ膜１０５を電解めっき法により形成する。シリコン酸化膜１０２上に形成されたＣｕ膜１０５は、図４に示すようにＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によりコンタクトホール部分と配線部分のパターンを残して研磨される。以上によりＣｕ１０５配線及びＣｕコンタクトホールが形成される。ここでＣｕ１０５配線の幅（図面上で見て左右の幅）は例えば約０．２μｍであり、電子ビーム１１角は、その更に微細化が要求される。
【００２０】
本発明に係る実施例においては、多層配線化が進むことによる、Ｃｕ配線及びＣｕコンタクトホールのパターニング工程の増加に伴う工程数の増加を抑えるために、電子ビームのドーズ量及び加速電圧をパターン形状によって可変することにより、１つのレジスト膜にＣｕ配線及びＣｕコンタクトホールのパターンを描画できる。したがって、Ｃｕ配線及びＣｕコンタクトホールのパターニングを１回のレジスト膜の形成、露光で行うことができるため、パターニングの工程を１回にできることから、多層配線化が進んでいく場合でも、従来のＣｕ配線及びＣｕコンタクトホールのパターニングを２回の工程で行うよりも、増加するパターニング工程数を半分に減らすことができる。また、パターニングの工程を１回で行っているので、連続的に配線及びコンタクトホールのレジストパターンを形成できるため、配線及びコンタクトホールの位置を合わせこむためのアライメントエラーも削減させることができるので、プロセス精度の低下を抑えることができる。
【００２１】
尚、本発明に係る実施例においても、従来技術と同じように、電子ビーム１１１ａ、１１１ｂの照射時間を可変させる方が、ドーズ量や加速電圧を可変させるよりも、可変させて所定値に設定する時間が短いが、配線及びコンタクトパターンのパターニングの切換えする際に、一度、設定を可変させればよいので、また、このためにパターニング工程の１回分、工程時間を減らすことができるために、特に問題とはならない。
【００２２】
また、本発明に係る実施例では、配線及びコンタクトホールが接続されている箇所の製造工程の断面図を用いて説明を行ったが、もちろん、コンタクトホールがない箇所では、配線のみが設けられており、この部分では第１の電子ビーム１１１ａが照射されていればよい。
【００２３】
尚、本発明において、Ｃｕ１０５配線上に配線を更に多層する場合には、図示しないが、絶縁膜１０２及びＣｕ５配線上に更に絶縁膜及びレジスト膜を形成して、Ｃｕ配線及びＣｕコンタクトホールとなるレジストパターンを本発明に係る実施例と同様の方法で配線及びコンタクトホールに対して電子ビームを使い分けて描画していけばよい。その後の工程も、本発明に係る実施例と同様に行えばよい。
【００２４】
【発明の効果】本発明においては、Ｃｕ配線及びＣｕコンタクトホールのパターニングを１回のレジスト膜の形成、露光で行うことができるため、パターニングの工程を１回にできることから、多層配線化が進んでいく場合でも、従来のＣｕ配線及びＣｕコンタクトホールのパターニングを２回の工程で行うよりも、増加するパターニング工程数を半分に減らすことができる。また、パターニングの工程を１回で行っているので、連続的に配線及びコンタクトホールのレジストパターンを形成できるため、配線及びコンタクトホールの位置を合わせこむためのアライメントエラーも削減させることができるので、プロセス精度の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例に係るＣｕ配線及びＣｕコンタクトホールの半導体装置の製造方法の一部を説明する製造工程断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例に係るＣｕ配線及びＣｕコンタクトホールの半導体装置の製造方法の一部を図１に続いて説明する製造工程断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例に係るＣｕ配線及びＣｕコンタクトホールの半導体装置の製造方法の一部を図２に続いて説明する製造工程断面図である。
【図４】本発明の実施例に係るＣｕ配線及びＣｕコンタクトホールの半導体装置の製造方法の一部を図３に続いて説明する製造工程断面図である。
【図５】ＥＢ直接描画装置の一例を示す概略構成図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は従来技術に係るＣｕ配線及びＣｕコンタクトホールの半導体装置の製造方法の一部を説明する製造工程断面図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は従来技術に係るＣｕ配線及びＣｕコンタクトホールの半導体装置の製造方法の一部を図６に続いて説明する製造工程断面図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は従来技術に係るＣｕ配線及びＣｕコンタクトホールの半導体装置の製造方法の一部を図７に続いて説明する製造工程断面図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は従来技術に係るＣｕ配線及びＣｕコンタクトホールの半導体装置の製造方法の一部を図８に続いて説明する製造工程断面図である。
【図１０】従来技術に係るＣｕ配線及びＣｕコンタクトホールの半導体装置の製造方法の一部を図９に続いて説明する製造工程断面図である。
【符号の説明】
１０１　半導体基板
１０２　シリコン酸化膜
１０３　レジスト膜
１０４ａ　第１の露光領域
１０４ｂ　第２の露光領域
１０５　Ｃｕ膜
１１１、１１１ａ、１１１ｂ　電子ビーム
【図１】
2004134683.tif 000003
【図２】
2004134683.tif 000004
【図３】
2004134683.tif 000005
【図４】
2004134683.tif 000006
【図５】
2004134683.tif 000007
【図６】
2004134683.tif 000008
【図７】
2004134683.tif 000009
【図８】
2004134683.tif 000010
【図９】
2004134683.tif 000011
【図１０】
2004134683.tif 000012