专利名称：光掩模、半导体装置及半导体装置的制造方法
技术领域：
本发明涉及具有灰度差的区域的光掩模、利用该光掩模制造的半导 体装置以及半导体装置的制造方法。
背景技术：
上述的半导体装置的制造方法，例如是在基板上形成半导体膜，在 其上形成抗蚀膜。之后，例如如专利文献l所记载那样，利用具有灰度 差的光掩模，将抗蚀膜形成为阶梯差状。
具体而言，光掩模具有完全遮挡曝光光的遮光部、和减弱光强度的 半透过部。其余的区域为可透过光的透过区域。而且，通过使用上述光 掩模对抗蚀膜进行瀑光，例如将沟道区域的部分形成得厚，将源极区域 和漏极区域的部分形成得薄。
接着，以该阶梯差状的抗蚀膜作为掩模对半导体膜进行构图。并且， 利用该抗蚀膜的膜厚差，向形成得薄的半导体膜的源极区域和漏极区域 注入杂质。
专利文献1:日本专利特开2006-54424号〃>才艮
然而，在形成阶梯差状的抗蚀膜时，由于来自透过区域的光漏出或 从周围反射而进入到膜厚薄的半透过区域，所以，半透过区域和透过区 域的边界薄的抗蚀膜以强于常规光强度的光进行曝光。换言之，难以对 边界部分的光强度进行控制。因此，在对抗蚀膜显影时，会额外除去边 界部分的抗蚀膜，使抗蚀膜的线宽和膜厚的均匀性降低。由此，如图11 所示，在以上述抗蚀膜作为掩模对半导体膜101进行蚀刻时，半导体膜 101的线宽111(从源极区域112到漏极区域113的宽度)的均匀性下降， 蚀刻的富裕量(margin)变少。结果，出现了半导体元件的耐压降低的 问题。
另外，由于半导体膜101中的半透过区域和透过区域的边界部分K变薄，所以，导致不希望注入高浓度杂质的该部分x被注入了高浓度杂
质。由此，在形成LDD构造时，由于高浓度杂质区域和沟道区域114 已经接触，所以存在无法发挥LDD构造的功能的问题。
发明内容
本发明为了解决上述课题的至少一部分而提出，能够以下述的方式 或应用例来实现。
(应用例1)本应用例涉及的光^^模，其特征在于，具有遮挡光的 遮光部；和控制所述光的强度的光强度差部，所述遮光部i殳置在所述光强 度差部与透过所述光的透过区域的边界的至少一部分。
根据该构成，由于在光强度差部和透过区域的边界的至少一部分设 置有遮光部，所以在通过上述光掩模对抗蚀膜进行膝光时，即使从透过 区域漏出光或被透过区域反射光，也能够由相当于遮光部的抗蚀膜的部 分吸收光。换言之，能够防止多余的光侵入到抗蚀膜中的光强度差部。 因此，能够不改变光的强度地对相当于光强度差部的抗蚀膜的部分进行 曝光，可以正规宽度的线宽构图。由此，在将抗蚀膜作为掩模，对形成 于其下的半导体膜构图时，能够将半导体膜形成为包含富裕量的正规宽 度，从而可确保半导体元件的耐压。另外，由于可均匀地形成抗蚀膜的 线宽，所以，例如能够向半导体膜的正规位置注入杂质，形成LDD构 造。而且，由于只在必要的部分设置遮光部，因而能够抑制相关的成本。
(应用例2)本应用例涉及的光掩模，其特征在于，具有遮挡光 的遮光部；和控制上述光的强度的光强度差部，上述遮光部设置在上述 光强度差部的周围。
根据该构成，由于在光强度差部的周围设置有遮光部，所以即使从 透过区域漏出光或被透过区域反射光，也能够防止多余的光侵入到抗蚀 膜的光强度差部。因此，可不改变光的强度地对相当于光强度差部的抗 蚀膜的部分进行曝光，将该抗蚀膜作为掩模，将其下的半导体膜形成为 正规的线宽。
(应用例3)在上述应用例涉及的光掩模中，优选位于上述光强度差 部周围的上述遮光部，俯视下为0.10nm以上、l.OOnm以下的宽度。根据该构成，通过将设置在光强度差部周围的遮光部设定为上述的 宽度，在通过光掩模对抗蚀膜进行了曝光时，能够将抗蚀膜大致构图成 上述的宽度。
(应用例4)在上述应用例涉及的光掩模中，优选上述光强度差部 以半色调构成。
根据该构成，通过在光掩模的光强度差部形成与遮光部不同材质的 规定的膜，能够衰减曝光光的光强度。
(应用例5)在上述应用例涉及的光掩模中，优选上述光强度差部 由多个缝隙构成。
根据该构成，通过在光掩模的光强度差部形成缝隙，能够衰减曝光 光的光强度。
(应用例6)本应用例涉及的半导体装置，是使用上述记栽的光掩模 而制造的半导体装置，其特征在于，具有形成在^41上的半导体膜；和 向所述半导体膜注入了高浓度杂质的源极区域及漏极区域，所述半导体膜 具有没有向所述源极区域及所述漏极区域的周围注入所述高浓度杂质的 区域，并且形成为所述高浓度杂质的注入量从各个区域的大致中心向周围 的方向依次减少。
根据该构成，由于半导体膜形成有从源极区域与漏极区域的大致中 心朝向外侧，逐渐不注入高浓度杂质的区域，所以能够防止沟道区域与 高浓度杂质接触，可形成LDD构造。
(应用例7)在上述应用例涉及的半导体装置中，优选所述源极区 域及所述漏极区域，按所述高浓度杂质的注入量之差被圆状的区域包围。
根据该构成，由于根据杂质的注入量之差用圆状区域来包围，所以， 能够在沟道区域和高浓度杂质区域之间多设置不注入杂质的区域。因此 可容易地制作LDD构造。
(应用例8)本应用例涉及的半导体装置的制造方法，是使用上述记 载的光掩模，制造半导体装置的半导体装置的制造方法，其特征在于，具 有在a上形成半导体膜的工序；在所述半导体膜上形成抗蚀前体膜的工序；经由配置在所述抗蚀前体膜上方的所述光掩模，向所述抗蚀前体膜 照射膝光光的工序；对所述抗蚀前体膜进行显影，形成抗蚀膜的工序；和 利用所述抗蚀膜对所述半导体膜实施处理的工序。
根据该方法，由于使用上述的光掩模来制造半导体装置，所以，可以 将半导体膜构图为正规的宽度，能够确保半导体元件的耐压。另外，能够 发挥LDD构造的功能。
图l是表示本实施方式涉及的光掩模的构成的示意图，(a)是示意 俯视图，(b)是沿(a)的A-A'线的示意剖视图。
图2是按照工序顺序表示半导体装置的制造方法的示意图，(a)是 示意俯视图，(b)是沿(a)的B-B'线的示意剖视图。
图3是按照工序顺序表示半导体装置的制造方法的示意图，(a)是 示意俯视图，(b)是沿(a)的B-B'线的示意剖视图。
图4是按照工序顺序表示半导体装置的制造方法的示意图，(a)是 示意俯视图，(b)是沿(a)的B-B'线的示意剖视图。
图5是按照工序顺序表示半导体装置的制造方法的示意图，(a)是 示意俯视图，(b)是沿(a)的B-B'线的示意剖视图。
图6是按照工序顺序表示半导体装置的制造方法的示意图，(a)是 示意俯视图，(b )是沿(a )的B - B'线的示意剖视图。
图7是按照工序顺序表示半导体装置的制造方法的示意图，(a)是 示意俯视图，(b)是沿(a)的B-B'线的示意剖视图。
图8是按照工序顺序表示半导体装置的制造方法的示意图，(a)是 示意俯视图，(b)是沿(a)的B-B'线的示意剖视图。
图9是具体表示半导体膜的示意俯视图。
图10是表示缝隙掩模(slit mask)的构造的示意图，(a)是示意俯 视图，(b)是沿(a)的C-C'线的示意剖视图。图11是表示以往的半导体装置构造的示意俯视图。
图中符号说明ll...光掩模、半色调掩模；12…掩絲材；13…半透 过膜；14、 14a…遮光膜；21…14l; 22…基底保护膜；23…半导体膜；24... 抗蚀前体膜；25...抗蚀膜；25a、 25b…部分；26…杂质离子；31…源极区 域；32…漏极区域；33…沟道区域；34...部分；35…栅极绝缘膜；36…栅 电极；36a…导电膜；37…抗蚀膜；38...杂质离子；41...半导体装置；42、 43、 44…区域；51...缝隙掩模；52…开口部；53、 53a…遮光膜。
具体实施例方式
图l是表示光掩模构成的示意图。(a)为示意俯视图，(b)为沿(a) 所示的光掩模的A-A'线的示意剖视图。以下，参照图1对光掩模的构 成进行说明。
如图1所示，光掩模ll具有掩模基材12;作为光强度差部的半 透过膜13,其调整来自膝光装置(未图示)的膝光光的透过率；和遮光 膜14，其作为几乎完全遮挡光的遮光部。具体而言，使用半色调掩模作 为光掩模ll。以下，将光掩模ll称作"半色调掩模ll"。掩模基材12 以由玻璃等形成的透明部件构成。
半透过膜13形成在掩模基材12上，例如，由氧化钽(TaO )或氧 4匕铬(CrO)构成。半透过膜13,例如可通过调整其膜厚来调整透过率 (浓淡)。即，通过使光经过半透过膜13，可以使光的强度衰减。例如， 通过将半透过膜13的膜厚设定成规定值，可以将半透过膜13的透过率 设定成50%,通过使半透过膜13的膜厚薄于规定值，可以使半透过膜 13的透过率大于50%。另外，也不局限于50%,只要是掩模基材12 和遮光膜14之间的规定透过率即可。
遮光膜14形成在相当于半导体膜的沟道区域33 (参照图5)的区 域、及半透明膜13的周围。即，半色调掩模ll成为为了半透过区域和 透过区域不邻接而在它们之间设置遮光区域(遮光膜14a)的构成。遮 光膜14例如由铬(Cr)构成。
具体而言，半色调掩模ll的遮光区域是半透明膜13与遮光膜14重 叠的部分。另外，半透过区域是没有遮光膜14而露出了半透明膜13的部分。当向该半色调掩模ll照射曝光光时，照射到遮光膜14的曝光光 不穿过半色调掩模ll。照射到半透明膜13的曝光光，被降低光强度、 穿过半色调掩模ll。
另外，设置在半透过区域周围的遮光膜14a的宽度W，为能够对抗 蚀膜进行解像的例如0.10nm以上、l.OOjim以下。通过将遮光膜14a设 定为该宽度，能够将抗蚀膜构图成所希望的宽度。
图2~图8是按照工序顺序表示半导体装置的制造方法的示意图。 图2~图8的各图(a)是示意俯视图，各图(b)是沿各图(a)的B -B'线的示意剖视图。以下参照图2~图8，对半导体装置的制造方法 进行说明。另外，本实施方式的半导体装置例如是具有LDD构造的n 沟道型的TFT。
首先，如图2所示，在由玻璃等构成的基板21上，例如通过等离 子CVD ( Chemical Vapor Deposition )法等，对由珪氧化膜等形成的基 底保护膜22进行成膜。接着，在基底保护膜22的整个面，形成多晶硅 等的半导体膜23。之后，在半导体膜23上对成为抗蚀膜的抗蚀前体膜 24进行成膜。抗蚀前体膜24例如为正型。然后，利用显影处理，根据 曝光光的照射量去除被照射的抗蚀前体膜24的部分。
接着，如图3所示，利用光刻法技术将抗蚀前体膜24图案形成为 规定形状。这里所进行的光刻法技术，使用了上述的半色调掩模11来 作为转印曝光于抗蚀前体膜24的掩模。
具体而言，首先，经由半色调掩模11将曝光光照射到抗蚀前体膜 24。照射到半色调掩模11的遮光膜14的曝光光无法透过而被遮挡。而 照射到半透过膜13的曝光光，光的强度被衰减(考虑透过率)，相比透 过之前，光的强度降低而通过，来对抗蚀前体膜24进行曝光。另外， 照射到上述遮光膜14及半透过膜13以外的区域的曝光光以原来的光强 度通过。
然后，通过对曝光的抗蚀前体膜24进行显影来完成抗蚀膜25，该 抗蚀膜25具有近似残留有曝光前的抗蚀前体膜24的厚度的与遮光区 域相当的部分25a、和薄薄地残留有抗蚀前体膜24的与半透过区域相当的部分25b。即，完成了阶梯差状的抗蚀膜25。其中，半透过区域周围 的抗蚀膜25的部分25b还会受到来自透过区域的反射，不会有位于大 致中央的抗蚀膜25的部分25a那样的膜厚。并且，位于透过区域的抗 蚀前体膜24被完全除去。
抗蚀膜25中的遮光区域的厚度例如为lnm。抗蚀膜25中的半透过 区域的厚度例如为0.4nm。
如上所述，由于在半色调掩模ll的半透过膜13的周围设置有遮光 膜14，所以，在利用半色调掩模11形成抗蚀膜25时，可以在半透过区 域的周围形成膜厚厚的抗蚀膜25的部分25a。可通过该部分25a吸收从 透过区域漏出或反射而进入的光，能够将半透过区域的抗蚀前体膜24 以正规的形状形成为均匀的膜厚。结果，能够控制抗蚀膜25的半透过 区域的线宽出现偏差的情况。
接着，如图4所示，将构图为阶梯差状的抗蚀膜25作为掩模，对 形成于抗蚀膜25的下层的半导体膜23进行将其蚀刻为规定形状的处 理。半导体膜23被形成为包含通过之后的处理而形成的沟道区域33、 源极区域31、和漏极区域32 (均参照图5)的图案。作为蚀刻方法，可 以使用干蚀刻或湿蚀刻等各种方法。
这样，由于抗蚀膜25的线宽被均匀地形成为规定的宽度，利用该 抗蚀膜25对半导体膜23进行构图，所以，可以确保蚀刻时的富裕量， 能够确保所形成的半导体元件45 (参照图8)的耐压。
另外，由于在源极区域31及漏极区域32的周围，形成有与半色调 掩模ll的遮光膜14相当的部分34 (参照图5),所以，可以在蚀刻工 艺中带有富裕量。并且，由于抗蚀膜25的线宽形成为正规的形状，所 以，能够使半导体膜23的形状具有富裕。
接着，如图5所示，将上述的抗蚀膜25作为掩模，对半导体膜23 以例如0.1 x 1015~10 x 1015/ 112的剂量注入高纯度的杂质离子(磷离子) 26。由此，对于上述抗蚀膜25中的膜厚薄的半透过区域而言，上述高 浓度的杂质离子在高浓度的状态下通过抗蚀膜25，被注入到半导体膜 23。
10通过上述处理，在半导体膜23上形成源极区域31和漏极区域32。 而且，源极区域和漏极区域之间的区域为沟道区域33。另外，为了源极 区域31和漏极区域32不因与设置在半色调掩模11周围的遮光槽14a 相当的部分34而变窄，优选预先考虑遮光膜14a的量来设定半透过区 域。
由此，能够将抗蚀膜25作为掩模，以自匹配方式(自校准)在半 导体膜23上形成源极区域31 (后述的源极侧高浓度区域31a)及漏极 区域32 (后述的漏极侧高浓度区域32a)。另一方面，对于上述抗蚀膜 25的膜厚厚的区域(遮光区域)而言，由于上述高浓度杂质离子在抗蚀 膜25的区域内被遮挡，所以，杂质离子26无法到达半导体膜23的区 域。这样，没有被注入规定浓度的杂质离子26的区域，成为由未被添 加杂质的半导体膜23所构成的沟道区域33。另外，优选采用在杂质离 子注入后实施半导体膜23的蚀刻的方法。
接着，如图6所示，将在半导体膜23上成膜的抗蚀膜25剥离，在 包含半导体膜23的基板21上的整个面，利用等离子CVD法、溅射法 等形成例如由氧化硅膜等构成的栅极绝缘膜35。之后，在栅极绝缘膜 35的整个面上形成作为栅电极36的、例如由多结晶硅等构成的导电膜 36a。
另外，在此之前形成的过程中，由于抗蚀膜25的半透过区域的部 分变薄，所以，在除去抗蚀膜25时，会导致膜厚薄的半透过区域消失， 有可能削减位于其下侧的半导体膜23的源极区域31及漏极区域32、使 其膜厚变薄。然而，因该部分的膜厚变薄，会在该部分与周围之间形成 倾斜。通过该倾斜，当在该半导体膜23上形成栅极绝缘膜35时，能够 容易确保栅极绝缘膜35的膜厚，结果，可确保半导体元件45的耐压。
接着，如图7所示，在导电膜36a上的整个面形成抗蚀膜，利用光 刻法技术对上述抗蚀膜进行曝光以及显影处理，将其构图成规定的形 状。构图后的上述抗蚀膜37比在下层形成的沟道区域33的区域宽度小， 并且按照在沟道区域33的两端部形成源极侧低浓度区域31b以及漏极 侧低浓度区域32b (均参照图8)的方式对位形成。
接着，如图8所示，将以上述规定形状构图后的抗蚀膜37作为掩模对导电膜36a进行蚀刻，来形成栅电极36。接着，将栅电极36作为 掩模，例如以0.1 x 1013 10 x 1013/cm2的剂量向半导体膜23注入低浓度 的杂质离子(磷离子)38。这样，在半导体膜23的沟道区域33的两端 部，形成源极侧低浓度区域31b以及漏极侧低浓度区域32b。这样，完 成了具有所谓LDD构造的半导体装置41。
图9是将图8 (a)所示的半导体膜具体表示的示意俯视图。以下， 参照图9对半导体膜的构成进行说明。
如图9所示，半导体膜23如上所述，具有沟道区域33、源极区域 31 (31a、 31b)、漏极区域32 (32a、 32b )。
对于源极区域31及漏极区域32而言，其各自的大致中心杂质浓度 最高，朝向其周围杂质浓度逐渐降低。具体而言，在半色调掩模ll中， 通过用遮光膜14包围与源极区域31及漏极区域32相当的半透过区域 的周围，使得与遮光膜14相当的部分的抗蚀膜25变厚。而且，抗蚀膜 25具有从那里向内侧逐渐变薄的分布。在利用这样的抗蚀膜25对半导 体膜23注入杂质时，半导体膜23可以形成杂质浓度最高的区域42、杂 质浓度比之低的区域43、和未注入杂质的区域44。
即，如图9所示，从源极区域31及漏极区域32的大致中心开始， 杂质的浓度区域以近似圆状变化。而且，由于越向源极区域31及漏极 区域32的周围，杂质浓度越低，所以在形成栅电极36后，能够在LDD 构造的沟道区域33的两端形成源极侧低浓度区域31b以及漏极侧低浓 度区域32b。即，能够防止沟道区域33与高浓度区域31a、 32a接触， 可发挥作为LDD构造的功能。
如上详细叙述那样，根据本实施方式，可以获得以下效果。
(l)根据本实施方式，由于在半色调掩模ll中的半透过膜13周围 设置有遮光膜14,所以，在利用半色调掩模11对抗蚀前体膜24进行曝 光时，即^t从透过区域漏出光，或由透过区域反射光，也能够由与遮光 膜14相当的抗蚀膜25的部分25a来对光进行吸收。换言之，可防止多 余的光侵入到抗蚀膜25中的半透过区域。因此，能够不改变光强度地 对与半透过区域相当的抗蚀膜25的部分25b进行曝光，从而可构图成正规宽度的线宽。由此，在将抗蚀膜25作为掩模，对其之下形成的半 导体膜23进行构图时，能够以包含富裕量的正规宽度来形成半导体膜 23，从而可确保半导体元件45的耐压。
(2 )根据本实施方式，通过在半色调掩模11上设置有遮光膜14a， 在利用该半色调掩模11对抗蚀前体膜24进行曝光时，能够抑制位于半 透过区域的抗蚀膜25周围的膜厚变薄。因此，例如可以对半导体膜23 的正规位置注入规定量的杂质，从而能够形成LDD构造。
(3)才艮据本实施方式，由于在抗蚀膜25中的半透过区域的周围形 成有与遮光膜14相当的部分34，所以，在将该抗蚀膜25作为掩模对半 导体膜23进行蚀刻时，能够具有富裕量地进行构图。因此，可确保半 导体元件45的耐压。
另外，实施方式并不受以上所述的限制，还能够按以下的方式来实施。
(变形例1)
如上所述，光掩模并不限定为半色调掩模ll，只要是多灰度掩模即 可，例如可以是具有缝隙的缝隙掩模(灰阶掩模)。图10是表示缝隙掩 模51的构造的示意图，U)为示意俯视图，(b)是(a)所示的缝隙掩 模的沿C-C，线的示意剖视图。在缝隙掩模51的与半透过区域相当的 区域设置有形成了开口部52 (缝隙)的遮光膜53。并且，与上述半色 调掩模11 一样，在成为光强度差的半透过区域的周围设置有遮光膜 53a。遮光膜53、 53a例如为铬(Cr)。若经由这种构成的缝隙掩模51 对抗蚀前体膜24进行曝光，则由于在半透过区域设有缝隙(开口部52 )， 因此，可以将光的强度减弱为规定的强度。
(变形例2)
如上所述，并不限定于在半色调掩模11中的半透过膜13的周围设 置遮光膜14a的构成，例如也可以是仅在半透过膜13的周围的必要部 分设置遮光膜14a的构成。
权利要求
1. 一种光掩模，其特征在于，具有遮挡光的遮光部；和控制所述光的强度的光强度差部，所述遮光部设置在所述光强度差部与透过所述光的透过区域的边界的至少一部分。
2. —种光掩模，其特征在于，具有 遮挡光的遮光部；和 控制所述光的强度的光强度差部， 所述遮光部设置在所述光强度差部的周围。
3. 根据权利要求1或2所述的光掩模，其特征在于， 位于所述光强度差部周围的所述遮光部，俯视下为0.10nm以上、 l.OOjmi以下的宽度。
4. 根据权利要求1至3中任意一项所述的光掩模，其特征在于， 所述光强度差部以半色调构成。
5. 根据权利要求1至3中任意一项所述的光掩模，其特征在于， 所述光强度差部由多个缝隙构成。
6. —种半导体装置，使用权利要求1至5中任意一项所述的光掩模制 造而成，其特征在于，具有形成在^L上的半导体膜；和向所述半导体膜注入了高浓度杂质的源极区域及漏极区域， 所述半导体膜具有没有向所述源极区域及所述漏极区域的周围注入所述高浓度杂质的区域，并且形成为所述高浓度杂质的注入量从各个区域的大致中心向周围的方向依次减少。
7. 根据权利要求6所述的半导体装置，其特征在于，所述源极区域及所述漏极区域，按所述高浓度杂质的注入量之差被圆 状的区域包围。
8. —种半导体装置的制造方法，使用权利要求1至5中任意一项所 述的光掩模制造半导体装置，其特征在于，具有在基板上形成半导体膜的工序；在所述半导体膜上形成抗蚀前体膜的工序； 经由配置在所述抗蚀前体膜上方的所述光掩模，向所述抗蚀前体膜 照射曝光光的工序；对所述抗蚀前体膜进行显影，形成抗蚀膜的工序；和 利用所述抗蚀膜对所述半导体膜实施处理的工序。
全文摘要
本发明提供可提高半导体元件的特性的光掩模、半导体装置及半导体装置的制造方法。半色调掩模(11)具有掩模基材(12)；在掩模基材(12)上形成的、对来自曝光装置的曝光光的透过率进行调整的半透过膜(13)；和在半透过膜(13)上形成的、几乎完全遮住光的遮光膜(14)。遮光膜设置在与沟道区域相当的部分，并设置在与源极/漏极区域相当的半透过膜的周围。半导体装置的制造方法利用上述半色调掩模，将曝光光向抗蚀前体膜照射。然后，通过进行显影处理完成抗蚀膜(25)，该抗蚀膜具有大致残留有曝光前的抗蚀前体膜的厚度的与遮光区域相当的部分(25a)、和残留有薄的抗蚀前体膜的与半透过区域相当的部分(25b)。
文档编号G03F1/68GK101441404SQ200810177618
公开日2009年5月27日 申请日期2008年11月17日 优先权日2007年11月19日
发明者世良博, 宫田崇 申请人:精工爱普生株式会社