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発明の名称 配線形成方法及び配線構造
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平9−8008
公開日 平成9年(1997)1月10日
出願番号 特願平7−174169
出願日 平成7年(1995)6月16日
代理人
発明者 菅原 達博
要約 目的
隆起領域と低地領域との境界区域の絶縁膜にコンタクトホールを形成する場合であっても、所定の開口寸法でコンタクトホールを形成できる配線形成方法を提供する。

構成
本発明方法は、コンタクトホール34Cの位置を対称中心にして段差部30とほぼ対称的な位置にダミー段差部40を予め低地領域に形成する工程と、隆起領域36及びダミー段差部40を有する低地領域38の全面に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜上にホトレジスト膜を成膜して、境界区域にコンタクトホール形成用の開口を有するマスクパターンを形成する工程と、マスクパターンをマスクにして絶縁膜をエッチングしてコンタクトホール34Cを開口する工程とを有する。
特許請求の範囲
【請求項1】 大きな段差部が下地層によって形成されている隆起領域と、隆起領域に連続して比較的広くかつ低く平面状に形成されている低地領域とにわたって延在している絶縁膜に隆起領域と低地領域との境界区域でコンタクトホールを形成する際に、コンタクトホールの位置を中心にして段差部とほぼ対称的な位置に段差部とほぼ同じ形状及び寸法を有するダミー段差部を予め低地領域に形成する工程と、ダミー段差部を形成した後、隆起領域及び低地領域の全面に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜上にホトレジスト膜を成膜して、境界区域にコンタクトホール形成用の開口を有するマスクパターンを形成する工程と、マスクパターンをマスクにして絶縁膜をエッチングしてコンタクトホールを開口する工程とを有することを特徴とする配線形成方法。
【請求項2】 ダミー段差部を予め低地領域に形成する際に、段差部が下地層によって形成される工程と同じ工程において、コンタクトホールの位置を中心にして段差部とほぼ対称的な位置に段差部とほぼ同じ形状及び寸法を有するダミー段差部を予め段差部と同じ材料で形成することを特徴とする請求項1に記載の配線形成方法。
【請求項3】 大きな段差部が下地層によって形成されている隆起領域と、隆起領域に連続して低い平面状で比較的広く延在し、かつコンタクトホールを中心にして隆起領域の段差部と対称的な位置に同じ形状及び寸法で形成されたダミー段差部を有する低地領域とにわたって延在している絶縁膜と、隆起領域と低地領域との境界区域の絶縁膜に開口したコンタクトホールを埋めている導電性プラグとを備えることを特徴とする配線構造。
【請求項4】 前記ダミー段差部が、段差部と同じ材料で形成されていることを特徴とする請求項3に記載の配線構造。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の配線形成方法及び配線構造に関し、更に詳細には確実にコンタクトホールを開口させるようにした配線形成方法及び所定の断面積を有する導電性プラグを備えた配線構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の高集積化に伴い、配線構造が多層化し、微細化すると共に、配線層の形成、特にコンタクト部の形成が技術的に益々難しくなっている。半導体装置の配線構造を形成する際に、従来は、以下のようにしてコンタクト部を形成していた。先ず、層間絶縁膜上に形成されている配線層上にホトレジスト膜を塗布し、コンタクトホール形成用のマスクパターンを形成する。マスクパターンの形成に際しては、その構成を図5に模式的に示すような縮小投影型露光装置(ステッパー)を使用してウェハを露光し、レチクルのパターンをホトレジスト膜上に投影する。それには、ステッパーにコンタクトホール形成用の所望のパターンを描いたレチクルを装填し、光源に超高圧水銀ランプを用い、縮小投影光学系にて1/5、1/10位の縮小率でレチクル上のパターンを縮小して、ウェハ上に投影する。露光後、直ぐに次のショット位置に移動し、再び露光する。
【0003】パターン通りに露光されたホトレジスト膜は感光して化学的に変化する。洗浄又はアッシングして不要部分を除去すると、所望のマスクパターンが得られる。マスクパターンをマスクにして絶縁膜を反応性イオンエッチング法等によってエッチングすることにより、絶縁膜の所望位置にコンタクトホールを開口することができる。次いで、ブランケット・タングステン膜法等によりタングステン・プラグ等の導電性プラグでコンタクトホールを埋込み、コンタクト部を形成する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図6に示すように、層間絶縁膜12が、大きな段差部が下地層によって形成されている隆起領域14と、隆起領域14に連続して低い平面状で比較的広く延在する低地領域16とにわたって延在していることがある。図6中、18は半導体基板、20はSiO2 膜、22は第1層Al 配線層及び24は拡散領域である。かかる場合に、隆起領域14と低地領域16との境界領域にコンタクトホール26を形成しようとすると、どうしてもコンタクトホールの開口寸法が所定寸法より著しく小さくなったり、またコンタクトホールが開口していないこともしばしば発生した。
【0005】例えば、SRAMを例にすると、図7は配線層(段差部)のパターンを示す図(実際は、レチクルのパターン図の一部を簡単化したものである)であって、図7の右側のセル部の領域は、配線層30により生じた段差部のため層間絶縁膜の表面が周囲より隆起している領域が各所に分布している隆起領域になっている。一方、図7の左側のフィールド領域は、配線層30が無いので、絶縁膜の表面が比較的広くかつ低い平面状に形成されている低地領域になっている。図7中、32は低地領域に形成された配線層である。このような起伏形状の層間絶縁膜にコンタクトホール34A、B、Cを形成しようとする場合、コンタクトホール34A、Bは支障無く所定の寸法で開口できるが、しかし、段差部のある隆起領域36と比較的広くかつ低い平面状に形成されている低地領域38との境界区域に形成しようとしたコンタクトホール34Cは開口ていないと言うトラブルが、しばしば発生した。
【0006】そこで、本発明の目的は、隆起領域と低地領域との境界区域の絶縁膜にコンタクトホールを形成する場合であっても、所定の開口寸法でコンタクトホールを形成できる配線形成方法及び境界区域に形成されたコンタクトホールに埋め込まれた導電性プラグを有する配線構造を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、大きな段差部が下地層によって形成されている隆起領域と、隆起領域に連続して比較的広くかつ低く平面状に形成されている低地領域とにわたって延在している絶縁膜に隆起領域と低地領域との境界区域でコンタクトホールを形成しようとすると、しばしばコンタクトホールが開口していないと言うトラブルの原因を研究した。その結果、コンタクトホールが開かない原因は絶縁膜のエッチングに問題があるのでは無く、ホトリソグラフィによりホトレジスト膜のマスクパターンを形成する際に、コンタクトホールと同じ開口寸法の開口を有するパターンをホトレジスト膜に形成できいこと、極端な場合にはホトレジスト膜を開口できないことに問題があることを見い出した。その原因は、段差部と広い低地部との形状差による露光マージンが減少するからであると推測した。
【0008】本発明者は、コンタクトホール34A、Bが所定寸法通り開口している事実、即ち、セル部の段差部(配線層30)に囲まれている区域において、ホトレジスト膜にコンタクトホール34A、B用開口を設ける場合には、容易に開口できることに注目し、その理由を研究した。そして、セル部の領域では段差部が、コンタクトホールをほぼ対称に取り囲んでいることに着目し、ダミー隆起部を設けることを考え、実験を経て本発明を完成するに至った。
【0009】上記目的を達成するために、得た知見に基づき、本発明に係る配線形成方法は、大きな段差部が下地層によって形成されている隆起領域と、隆起領域に連続して比較的広くかつ低く平面状に形成されている低地領域とにわたって延在している絶縁膜に隆起領域と低地領域との境界区域でコンタクトホールを形成する際に、コンタクトホールの位置を中心にして段差部とほぼ対称的な位置に段差部とほぼ同じ形状及び寸法を有するダミー段差部を予め低地領域に形成する工程と、ダミー段差部を形成した後、隆起領域及び低地領域の全面に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜上にホトレジスト膜を成膜して、境界区域にコンタクトホール形成用の開口を有するマスクパターンを形成する工程と、マスクパターンをマスクにして絶縁膜をエッチングしてコンタクトホールを開口する工程とを有することを特徴としている。
【0010】好適には、ダミー段差部を予め低地領域に形成する際に、段差部が下地層によって形成される工程と同じ工程において、コンタクトホールの位置を中心にして段差部とほぼ対称的な位置に段差部とほぼ同じ形状及び寸法を有するダミー段差部を予め段差部と同じ材料で形成する。例えば、段差部がAl 配線層により生じている場合には、Al 配線層とほぼ対称的にAl 配線層と同じ材料を使って同じ形状、寸法でダミー配線層を形成することにより、ダミー段差部を形成する。また、下地層による段差部が、ゲート電極のポリシリコン層により形成されている場合には、ゲート電極とほぼ対称的にゲート電極と同じ材料、例えばポリシリコンを使って同じ形状、寸法でダミー配線層を形成することにより、ダミー段差部を形成する。
【0011】本発明方法において、ダミー段差部の形状、寸法は、段差部と同じ形状、寸法であることが望ましいが、それが困難な場合には段差部と同じ高さを備えたダミー段差部とする。ホトレジスト膜によるマスクパターンの形成工程及び絶縁膜をエッチングする工程は、従来の方法で実施する。本発明方法は、第1層の配線層に必要なコンタクトホールを形成する場合に限らず、第2層以上の配線層の形成において必要なコンタクトホール(スルーホール)を形成する場合にも当然に適用できる。
【0012】本発明に係る配線構造は、大きな段差部が下地層によって形成されている隆起領域と、隆起領域に連続して低い平面状で比較的広く延在し、かつコンタクトホールを中心にして隆起領域の段差部と対称的な位置に同じ形状及び寸法で形成されたダミー段差部を有する低地領域とにわたって延在している絶縁膜と、隆起領域と低地領域との境界区域の絶縁膜に開口したコンタクトホールを埋めている導電性プラグとを備えることを特徴としている。
【0013】
【作用】段差部と対称的に形成されたダミー段差部を備えることにより、露光マージンが増大して、ホトレジスト膜のコンタクトホール用マスクパターンを形成する際に、マスクパターンは、コンタクトホールの開口寸法と同じ寸法で開口している。これにより、配線構造は、所定通りの開口寸法を有するコンタクトホールを埋めた導電性プラグを実現できる。
【0014】
【実施例】以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。図1は、SRAMのセル部の配線層の配置の一部を示す平面図であって、後述するダミー段差部40を除き図7と同じ配置である。図1に示すように、配線層30により大きな段差部30が形成されている隆起領域36と、隆起領域36に連続して比較的広くかつ低く平面状に形成されている低地領域38とにわたって延在している絶縁膜(図示せず)に隆起領域36と低地領域38との境界区域でコンタクトホール34Cを形成する方法を説明する。先ず、コンタクトホール34Cを対称中心にして段差部30A、Bとほぼ対称的な位置に出来るだけ同じ形状、寸法でダミー段差部40A、Bを予め低地領域38に形成する。但し、ダミー段差部40Bは、低地領域38の配線層32の存在により、段差部30Bと全く同じ形状に形成することが難しいので、段差部30Bと同じ高さであるが多少細く形成されている。また、ダミー段差部40を形成する際には、図1と同じようなダミー段差部40A、Bを有するパターンを備えたレチクルを使用する。これにより、図2に示すように、段差部30A、Bと対称的にダミー段差部40A、Bが基板上に形成されている。図2中、34はコンタクトホール34Cの形成位置である。
【0015】次いで、隆起領域36及び低地領域38の全面に絶縁膜を通常の条件で例えばCVD法により形成する。次に、絶縁膜上にホトレジスト膜を成膜して、ホトリソグラフィによりコンタクトホール形成用のマスクパターンを形成する。マスクパターンをマスクとして絶縁膜を反応性イオンエッチング法によりエッチングしてコンタクトホール34Cを開口する。本発明方法では、ダミー段差部40A、Bが形成されているので、露光マージンが増大する。よって、コンタクトホール34C用の所定の開口寸法を有する開口をホトレジスト膜上に形成でき、従って所定の開口寸法を有するコンタクトホールを形成することができる。
【0016】以上の本発明方法により形成された配線構造は、図3に示すように、隆起領域36と低地領域38との境界区域の絶縁膜に開口したコンタクトホール34Cを埋めている導電性プラグ42と、大きな段差部30を形成している隆起領域36と、隆起領域36に連続して低い平面状で比較的広く延在し、かつコンタクトホール34Cを中心に隆起領域36の段差部30と対称的に同じ形状で形成されたダミー段差部40を有する低地領域38とにわたって延在している絶縁膜44を備えた構造を有する。図3中、46は半導体基板である。
【0017】本発明方法は、第2層の配線層形成に必要なスルーホールを形成する場合にも、図4に示すように適用できる。図4において、50は下地層、52は第1層の配線層及び54は層間絶縁膜である。層間絶縁膜54上に形成された第2層の配線層56と対称的にダミー配線層58を配線層56の形成工程において同じ材料で形成することにより、配線層56により段差が生じている絶縁膜(図示せず)にコンタクトホール58を確実に開口し、タングステン・プラグ等の導電性プラグを形成することができる。
【0018】
【発明の効果】本発明方法によれば、下地層により大きな段差部が形成されている隆起領域と、隆起領域に連続して比較的広くかつ低く平面状に形成されている低地領域とにわたって延在している絶縁膜に隆起領域と低地領域との境界区域でコンタクトホールを形成する際に、コンタクトホールの位置を対称中心にして段差部とほぼ対称的な位置にダミー段差部を予め低地領域に形成することにより、コンタクトホールを確実に所定寸法通り開口させることができる。また、本発明に係る配線構造は、絶縁膜が、隆起領域に連続して低い平面状で比較的広く延在し、かつ隆起領域の段差部と対称に同じ形状で形成されたダミー段差部を有する低地領域とにわたって延在していることにより、隆起領域と低地領域との境界区域に形成されたコンタクトホールであっても、従来のように開口していないと言うトラブルは無く、確実に開口したコンタクトホール、従って信頼性の高い導電性プラグを備えている。




 

 


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