(57)【要約】      （修正有）【課題】フォトリソグラフィ工程で使用するフォトマスクの枚数を減らすことができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置の製造方法は、低透過率領域３と、低透過率領域３内に設けられた中透過率領域５と、中透過率領域５内に設けられた高透過率領域７とを有するフォトマスク１を用い、前記フォトマスク１に設けられた中透過率領域５及び高透過率領域７の両方を転写することによって第１レジストマスクを形成する第１フォトリソグラフィ工程と、前記フォトマスクに設けられた高透過率領域７のみを転写することによって第２レジストマスクを形成する第２フォトリソグラフィ工程とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低透過率領域と、低透過率領域内に設けられた中透過率領域と、中透過率領域内に設けられた高透過率領域とを有するフォトマスクを用い、
前記フォトマスクに設けられた中透過率領域及び高透過率領域の両方を転写することによって第１レジストマスクを形成する第１フォトリソグラフィ工程と、
前記フォトマスクに設けられた高透過率領域のみを転写することによって第２レジストマスクを形成する第２フォトリソグラフィ工程とを備える半導体装置の製造方法。
【請求項２】
第２レジストマスクは、第１レジストマスクよりも、低い露光量の露光によって形成される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
高透過率領域は、開口領域である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
フォトマスクは、中透過率領域を通る露光光の位相が、高透過率領域を通る露光光の位相と実質的に同じになるように構成される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
低透過率領域は、露光光の透過率が０．１〜１０％である請求項４に記載の方法。
【請求項６】
フォトマスクは、低透過率領域を通る露光光の位相が、中透過率領域を通る露光光の位相から実質的に１８０度ずれるように構成される請求項５に記載の方法。
【請求項７】
フォトマスクは、中透過率領域を通る露光光の位相が、高透過率領域を通る露光光の位相から実質的に１８０度ずれるように構成される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
低透過率領域は、露光光の透過率が０．１〜１０％である請求項７に記載の方法。
【請求項９】
フォトマスクは、低透過率領域を通る露光光の位相が、中透過率領域を通る露光光の位相と実質的に同じになるように構成される請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトマスクを使用した半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程の１つであるフォトリソグラフィ工程では、半導体基板上に形成された金属膜や絶縁膜上にフォトレジスト層を形成し、所定のパターンが形成されたフォトマスクを介して上記フォトレジスト層を露光し、その後に現像することによって、フォトマスク上のパターンを上記フォトレジスト層に転写して、レジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いたエッチングによって、金属膜や絶縁膜のパターニングが行なわれる（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
このようにレジストマスクは、フォトマスクのパターンを転写することによって形成されるので、通常、１つのレジストマスクを形成するのに、フォトマスクが１枚必要である。
【特許文献１】特開２００３−２１８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体装置の製造には、通常、非常に多くの枚数のフォトマスクが必要であるが、フォトマスクは、高価であり、作製にも時間がかかるので、半導体装置の製造に必要なフォトマスクの枚数を減らすことができれば、メリットが大きい。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、フォトリソグラフィ工程で使用するフォトマスクの枚数を減らすことができる半導体装置の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００６】
本発明の半導体装置の製造方法は、低透過率領域と、低透過率領域内に設けられた中透過率領域と、中透過率領域内に設けられた高透過率領域とを有するフォトマスクを用い、前記フォトマスクに設けられた中透過率領域及び高透過率領域の両方を転写することによって第１レジストマスクを形成する第１フォトリソグラフィ工程と、前記フォトマスクに設けられた高透過率領域のみを転写することによって第２レジストマスクを形成する第２フォトリソグラフィ工程とを備える。
【０００７】
本発明では、１枚のフォトマスクを用いて２つのレジストマスクを形成する。従って、本発明によれば、フォトリソグラフィ工程で使用するフォトマスクの枚数を減らすことができる。
【０００８】
具体的には、第１レジストマスクは、比較的高い露光量の露光によって形成し、第２レジストマスクは、それよりも低い露光量の露光によって形成する。露光量が高いとき、中透過率領域及び高透過率領域の両方が転写されるが、露光量が低いときは、高透過率領域のみが転写されるので、露光量を変化させることによって１枚のフォトマスクから２つのレジストマスクを形成することができる。なお、「のみ」とは、中透過率領域が転写されないということを意味している。
【０００９】
また、別の方法として、感光性の異なるフォトレジスト層を採用することによっても、１枚のフォトマスクから２つのレジストマスクを形成することができる。すなわち、露光量が一定であっても、比較的感光性の高いフォトレジスト層を露光すると、中透過率領域及び高透過率領域の両方が転写され、それよりも感光性の低いフォトレジスト層を露光すると、高透過率領域のみが転写されるので、結局、１枚のフォトマスクから２つのレジストマスクを形成することができる。
【００１０】
また、露光量とフォトレジスト層の感光性の両方を変化させることによって、１枚のフォトマスクから２つのレジストマスクを形成してもよい。
【００１１】
本明細書において、「低透過率領域」とは、「中透過率領域」よりも露光光の透過率が低い領域であり、「中透過率領域」は、「高透過率領域」よりも露光光の透過率が低い領域である。この関係が維持される限り、これらの領域の露光光に対する透過率の絶対値は、特に限定されない。
【００１２】
低透過率領域は、実質的に露光光を遮光する領域であることが好ましく、露光光の透過率は、実質的に０％であるか、０．１〜１０％（好ましくは１〜１０％）であることが好ましい。中透過率領域は、ある程度の量の光を透過する領域であり、露光光の透過率は、好ましくは２０〜８０％、さらに好ましくは３０〜７０％、さらに好ましくは４０〜６０％である。高透過率領域は、露光光のほぼ全てを透過する領域であることが好ましく、露光光の透過率は、好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９５％以上である。透過率を高くするために、高透過率領域は、開口領域であることが好ましい。
【００１３】
また、フォトマスクは、中透過率領域を通る露光光の位相が、高透過率領域を通る露光光の位相と実質的に同じになるように構成されてもよいが、位相シフト効果を得るために、高透過率領域を通る露光光の位相から実質的に１８０度ずれるように構成されることが好ましい。
【００１４】
また、フォトマスクは、低透過率領域を通る露光光の位相が、中透過率領域を通る露光光の位相と実質的に同じになるように構成されてもよいが、位相シフト効果を得るために、中透過率領域を通る露光光の位相から実質的に１８０度ずれるように構成されることが好ましい。
【００１５】
以上の特徴は、単独で、又は任意に組み合わせて本発明に採用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図面は、説明の便宜のために用いられるものであり、本発明の範囲は、図面に示す実施形態に限定されない。
【００１７】
１．フォトマスク
まず、図１（ａ），（ｂ）を用いて本発明の実施形態で用いるフォトマスクについて説明する。図１（ａ）は、フォトマスクの平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＩ−Ｉ断面図である。
【００１８】
フォトマスク１は、低透過率領域３と、低透過率領域３内に設けられた中透過率領域５と、中透過率領域５内に設けられた高透過率領域７とを有する。これらの領域３，５，７は、透明基板９上に設けられる。
【００１９】
ここで、フォトマスク１の作製方法の一例について説明する。
【００２０】
まず、透明基板９上に半透明層１１及び遮光層１３を順次形成する。透明基板９は、厚さ６ｍｍのガラスや石英などからなり、半透明層１１は、膜厚１００ｎｍのＭｏＳｉＯＮなどからなり、遮光層１３は、膜厚１００ｎｍのＣｒなどからなる。半透明層１１及び遮光層１３は、スパッタリング法で形成することができる。遮光層１３で覆われた領域が低透過率領域３となる。
【００２１】
次に、遮光層１３上にポジ型電子線レジストを塗布し、中透過率領域５に対応したパターンを描画後、現像し、得られたレジストマスクを用いて遮光層１３をエッチングすることにより、中透過率領域５を形成する。この後、レジストマスクをアッシング等により除去する。
【００２２】
次に、得られた基板上にポジ型電子線レジストを塗布し、高透過率領域７に対応したパターンを描画後、現像し、得られたレジストマスクを用いて半透明層１１をエッチングすることにより、高透過率領域７を形成し、この後、レジストマスクをアッシング等により除去し、図１に示すフォトマスクを得る。
【００２３】
半透明層１１は、露光光の透過率が例えば５０％程度になるように形成する。半透明層１１の光透過率は、膜形成条件及び膜厚を制御することによって調節することができる。
【００２４】
また、フォトマスクは、中透過率領域５を通る露光光の位相が、高透過率領域７を通る露光光の位相から１８０度ずれるように形成する。位相のずれは、半透明層１１の膜厚を制御することによって調節することができる。具体的には、半透明層１１の膜厚をｔとすると、ｔ＝λ／｛２（ｎ−１）｝の関係を満足するように調整する。ここで、λは露光光の波長、ｎは半透明層１１の露光波長での屈折率である。また、位相のずれは、高透過率領域７を形成する際に、透明基板９を掘り込むことによって設けてもよい。低透過率領域３を通る露光光の位相が、中透過率領域５を通る露光光の位相から１８０度ずれるようにフォトマスクを形成する場合も同様の方法で位相のずれを設けることができる。
【００２５】
２．半導体装置の製造方法
次に、図２（ａ）〜（ｆ）及び図３（ａ）、（ｂ）を用いて、フォトマスク１を用いたフォトリソグラフィ工程を有する半導体装置の製造方法について説明する。図２（ａ）〜（ｆ）は、図１（ａ）のＩ−Ｉ線に対応した位置の断面図であり、図３（ａ），（ｂ）は、図２（ｂ）、（ｅ）の平面図である。
【００２６】
本実施形態では、１枚のフォトマスクを用いて２つのレジストマスクを形成し、これらのレジストマスクを用いたパターニングにより、配線とコンタクト部を形成する。以下、詳述する。
【００２７】
２−１．第１絶縁層及び第１フォトレジスト層形成工程（図２（ａ））
まず、トランジスタなどが形成された半導体基板１５上にＣＶＤ法などにより第１絶縁層１７を形成し、さらにその上にスピンコート法などによりポジ型フォトレジストを塗布して第１フォトレジスト層１９を形成し、図２（ａ）に示す構造を得る。
【００２８】
２−２．第１レジストマスク形成工程（図２（ｂ））
次に、フォトマスク１を用いて第１フォトレジスト層１９を露光し、その後に現像することにより、フォトマスク１の中透過率領域５及び高透過率領域７の両方を第１フォトレジスト層１９に転写することによって、第１レジストマスク１９ａを形成し、図２（ｂ）に示す構造を得る。露光量は、フォトマスク１の中透過率領域５を通過した露光光によって第１フォトレジスト層１９が感光される程度にする。図３（ａ）に示すように、第１レジストマスク１９ａは、中透過率領域５及び高透過率領域７に対応した位置に開口部を有しており、開口部から第１絶縁層１７が露出している。
【００２９】
ここで、参考に、図４に露光量と、レジストマスクの溝幅との関係の一例を示す。これは、光の波長＝３６５ｎｍ、ＮＡ＝０．９、σ＝０．６、レジスト膜厚＝１００ｎｍという条件で得られたものである。図４から明らかなように、露光量が２１０ｍＪ／ｃｍ2までは露光量が大きくなるに従って溝幅が少しずつ大きくなっているが、露光量が２１０ｍＪ／ｃｍ2に達したときに溝幅が劇的に大きくなっていることが分かる。この結果は、露光量がある基準値よりも小さいと高透過率領域７のみが転写されるが、それよりも大きくなると中透過率領域５及び高透過率領域７の両方が転写されるという本発明の作用を裏付けている。
【００３０】
２−３．第１絶縁層のパターニング及び配線形成工程（図２（ｃ））
次に、第１レジストマスク１９ａをマスクとして用いて第１絶縁層１７をパターニングすることによって、第１絶縁層１７に溝を形成し、この溝にダマシン法などによって導電体を埋め込むことによって配線２１を形成し、図２（ｃ）に示す構造を得る。
【００３１】
２−４．第２絶縁層及び第２フォトレジスト層形成工程（図２（ｄ））
次に、上記工程によって得られた基板上に、ＣＶＤ法などにより第２絶縁層２２を形成し、さらにその上にスピンコート法などによりポジ型フォトレジストを塗布して第２フォトレジスト層２３を形成し、図２（ｄ）に示す構造を得る。
【００３２】
２−５．第２レジストマスク形成工程（図２（ｅ））
次に、フォトマスク１を用いて第２フォトレジスト層２３を露光し、その後に現像することにより、フォトマスク１の高透過率領域７のみを第２フォトレジスト層２３に転写することによって、第２レジストマスク２３ａを形成し、図２（ｅ）に示す構造を得る。露光量は、フォトマスク１の中透過率領域５を通過した露光光によって第２フォトレジスト層２３が感光されず、高透過率領域７を通過した露光光によって第２フォトレジスト層２３が感光される程度にする。図３（ｂ）に示すように、第２レジストマスク２３ａは、高透過率領域７に対応した位置に開口部を有しており、開口部から第２絶縁層２２が露出している。
【００３３】
２−６．第２絶縁層のパターニング及びコンタクト部形成工程（図２（ｆ））
次に、第２レジストマスク２３ａをマスクとして用いて第２絶縁層２２をパターニングすることによって、第２絶縁層２２にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールにダマシン法などによって導電体を埋め込むことによってコンタクト部２５を形成し、図２（ｆ）に示す構造を得て、本実施形態による半導体装置の製造を完了する。
【００３４】
（その他）
上記実施形態では、第１及び第２フォトレジスト層１９、２３は、何れもポジ型フォトレストを用いて形成したが、何れもネガ型フォトレジストを用いてもよいし、何れか一方がネガ型フォトレジストであってもよい。
【００３５】
第２フォトレジスト層２３は、第１フォトレジスト層１９よりも、感光性が低いフォトレジストを用いて形成してもよい。この場合、露光量を変化させなくても、２種類のレジストマスクを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態で用いるフォトマスクの構造を示し、（ａ）は、平面図であり、（ｂ）は、（ａ）中のＩ−Ｉ断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の一実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図３】（ａ）は、図２（ｂ）に対応した平面図であり、（ｂ）は、図２（ｅ）に対応した平面図である。
【図４】本発明に係る、露光量と、レジストマスクの溝幅との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１：フォトマスク  ３：低透過率領域  ５：中透過率領域  ７：高透過率領域  ９：透明基板  １１：半透明層  １３：遮光層  １５：半導体基板  １７：第１絶縁層  １９：第１フォトレジスト層  １９ａ：第１レジストマスク  ２１：配線  ２２：第２絶縁層  ２３：第２フォトレジスト層  ２３ａ：第２レジストマスク  ２５：コンタクト部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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