JP2010152029A - Semiconductor device and patterning process - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はDRAM等の半導体装置、及び半導体装置におけるパターン形成方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device such as a DRAM and a pattern forming method in the semiconductor device.
半導体装置の製造技術の進歩、特に微細加工技術の分野の進歩はめざましくDRAM製品ではライン幅50nm前後のデバイスが量産されつつある。 Advances in semiconductor device manufacturing technology, especially in the field of microfabrication technology, are remarkable, and devices with line widths around 50 nm are being mass-produced in DRAM products.
微細化の先端技術の一つとして解像限界に近い線幅による微細なラインパターンが配列されたL&Sパターンのパターン転写技術があるが、線幅が微細になるにつれてレジストの形状の悪化がいちじるしくパターン倒壊やエッチング工程でのパターン欠陥が重大な問題となっている。 One of the leading technologies for miniaturization is L & S pattern transfer technology in which fine line patterns with line widths close to the resolution limit are arranged. However, as the line width becomes finer, the resist shape deteriorates significantly. Collapse and pattern defects in the etching process are serious problems.
微細L&Sパターンにかかわるパターン倒壊の対策技術として特許文献1に記載された技術がある。 There is a technique described in Patent Document 1 as a countermeasure technique against pattern collapse related to a fine L & S pattern.
特許文献1では、微細L&Sパターンをパターン転写するために挿入したL&Sダミーパターンの端部におけるパターン倒壊防止のためにダミーパターンの端部と他のダミーパターンとを共有ダミーパターンで接続する技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses a technique for connecting an end of a dummy pattern and another dummy pattern with a shared dummy pattern in order to prevent pattern collapse at the end of the L & S dummy pattern inserted for pattern transfer of the fine L & S pattern. Has been.
しかしながら、微細化が進むにつれてラインパターンの端部におけるパターン倒壊よりもむしろラインパターンの他の部分でのパターン倒壊の問題が顕著になってきている。例えば、微細なラインパターンに幅広パターンが近接している場合、ラインパターンの先端部よりも幅広パターンに対向した部分でパターン倒壊が発生することがしばしば確認された。 However, as miniaturization progresses, the problem of pattern collapse at other parts of the line pattern rather than pattern collapse at the end of the line pattern has become more prominent. For example, when a wide pattern is close to a fine line pattern, it has often been confirmed that pattern collapse occurs in a portion facing the wide pattern rather than the tip portion of the line pattern.
このようなパターン倒壊は、リソグラフィ工程でのフォーカスマージンなど製造プロセスマージンを狭めているという問題がある。このように、微細なL&Sパターン自身よりもそれに付随するパターン配置、特に、微細ではあるものの解像限界に近いL&S(ラインアンドスペース)パターンの線幅よりは広い幅を有するような幅広パターン自身の配置や、そのパターンの周囲のパターン配置が製造プロセスマージンを左右する問題となってきている。 Such pattern collapse has a problem that a manufacturing process margin such as a focus margin in a lithography process is narrowed. In this way, the pattern arrangement associated with the L & S pattern itself rather than the fine L & S pattern itself, in particular, the wide pattern having a width wider than the line width of the L & S (line and space) pattern that is close to the resolution limit although it is fine. The layout and the pattern layout around the pattern have become a problem that affects the manufacturing process margin.
本発明者等の実験によれば、例えば、図7に示すように、幅広パターンによって挟まれた微細なラインパターンが存在するようなパターンについて、一般的な手法を用いてOPC処理を施し、露光後所望のパターン寸法になるようにマスクパターンを最適化した後、製造マージンを評価する目的でリソグラフィシミュレーションを実施すると、図8のような結果が得られた。即ち、幅広パターンに挟まれた微細なラインパターンが細くなるという結果が得られた。 According to the experiments by the present inventors, for example, as shown in FIG. 7, for a pattern in which a fine line pattern sandwiched between wide patterns exists, an OPC process is performed using a general technique, and exposure is performed. After optimizing the mask pattern so as to have a desired pattern size after that and performing a lithography simulation for the purpose of evaluating the manufacturing margin, a result as shown in FIG. 8 was obtained. In other words, the result was that the fine line pattern sandwiched between the wide patterns was thinned.
この場合、L&Sパターン領域の微細なラインパターンのライン幅および間隔は50nmであり、シミュレーション条件は、輪帯照明、ポリゴン部の光の透過率が6%で、位相が180度反転するハーフトーンマスクであり、光の波長は193nmのArFを用いている。リソグラフィシミュレーションは、ウェハのイメージを光強度分布で表しており、ある閾値で定められた等高線をリソグラフィ後の形状としている。 In this case, the line width and interval of the fine line pattern in the L & S pattern area is 50 nm, and the simulation conditions are annular illumination, a half-tone mask with a polygon transmittance of 6% and a phase inversion of 180 degrees The light wavelength is 193 nm ArF. In lithography simulation, an image of a wafer is represented by a light intensity distribution, and contour lines defined by a certain threshold are used as shapes after lithography.
倒れそうなパターンを見つけるため、露光量を上げた状態に閾値を設定し、シミュレーションを実施したのが、図8である。実際にパターン転写したところラインパターンは幅広パターンにはさまれた部分でパターン倒壊をおこした。 In order to find a pattern that is likely to fall, FIG. 8 shows a simulation in which a threshold value is set in a state where the exposure amount is increased. When the pattern was actually transferred, the line pattern collapsed at the portion between the wide patterns.
本発明者等の研究によれば、解像限界に近いパターン、特に、L&Sパターンを安定にパターン転写する条件を用いた場合、微細なラインパターンに幅の広いパターンに近接対向している領域ではL&Sパターン領域に比較して幅の広いパターンが近接対向しているラインパターン近傍は光強度コントラストが著しく低下するためにレジスト形状が悪化し、パターン倒壊やレジスト残膜厚の不足に起因するエッチング工程でのパターン欠陥が発生することが判明した。 According to the study by the present inventors, when using a pattern that is close to the resolution limit, in particular, a condition for stably transferring an L & S pattern, in a region that is closely opposed to a wide pattern to a fine line pattern. Etching process caused by pattern collapse or insufficient resist residual film thickness due to significantly reduced light intensity contrast in the vicinity of line patterns where wide patterns are close to each other compared to the L & S pattern area It was found that pattern defects occurred in
この問題はArF 液浸露光など60nm以下の線幅のL&Sパターンを有するチップの製造プロセスで顕在化してきており、60nmを超える線幅のものではほとんど問題となることはなかった。 This problem has been manifested in the manufacturing process of chips having an L & S pattern with a line width of 60 nm or less, such as ArF immersion exposure, and with a line width exceeding 60 nm, there was almost no problem.
本発明によれば、光強度コントラストの低下が予測されるパターン、特に、ラインパターンに接続或いは近接して、光強度コントラストを維持するための処理を施した半導体装置が得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a semiconductor device that has been subjected to a process for maintaining the light intensity contrast in connection with or close to a pattern in which a decrease in light intensity contrast is predicted, in particular, a line pattern.
具体的には、本発明の第1の態様によれば、幅Lの複数のラインパターンが所定のピッチで配列されたL&S(ラインアンドスペース)パターンを有する半導体装置であって、幅Lよりも広い幅を有する第1の幅広パターンと近接対向する幅Lの第1のラインパターンを有し、少なくとも前記第1のラインパターンの一端は前記第1のラインパターンが延在する方向に近接して配置された幅Lよりも広い幅を有する第2の幅広パターンに接続されていることを特徴とする半導体装置が得られる。 Specifically, according to the first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having an L & S (line and space) pattern in which a plurality of line patterns having a width L are arranged at a predetermined pitch. A first line pattern having a width L that is closely opposed to the first wide pattern having a wide width, and at least one end of the first line pattern is adjacent to a direction in which the first line pattern extends; A semiconductor device is obtained which is connected to a second wide pattern having a width wider than the arranged width L.
本発明の第2の態様によれば、幅Lの複数のラインパターンが所定のピッチで配列されたL&Sパターンを有する半導体装置であって、幅Lよりも広い幅を有する第1の幅広パターンと近接対向する幅Lの第1のラインパターンを有し、第1の幅広パターンと前記第1のラインパターンを分離するパターン明部が接続されたパターン明部領域を狭くするように配置されたパターンを有することを特徴とする半導体装置が得られる。 According to the second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having an L & S pattern in which a plurality of line patterns having a width L are arranged at a predetermined pitch, the first wide pattern having a width wider than the width L; A pattern having a first line pattern having a width L that is adjacently opposed and arranged so as to narrow a pattern bright portion region to which a first wide pattern and a pattern bright portion that separates the first line pattern are connected. Thus, a semiconductor device having the following characteristics can be obtained.
本発明の第3の態様によれば、幅Lの複数のラインパターンが所定のピッチP1で配列されたL&Sパターンを有する半導体装置であって、前記L&Sパターンの近傍にLより広い幅を有する複数のパターンが他のピッチP2で配列されており、P2=nP1としたときにnは2でないことを特徴とする半導体装置が得られる。 According to the third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having an L & S pattern in which a plurality of line patterns having a width L are arranged at a predetermined pitch P1, and having a width wider than L in the vicinity of the L & S pattern. Thus, the semiconductor device is obtained in which n is not 2 when P2 = nP1.
本発明では、L&Sパターンにおける光強度コントラストを維持するためのパターン処理を施しているため、光強度コントラストの低下を防止することができ、幅広パターンに挟まれた微細なラインパターン等の倒壊を防止できる。 In the present invention, since the pattern processing for maintaining the light intensity contrast in the L & S pattern is performed, the light intensity contrast can be prevented from being lowered, and the fine line pattern sandwiched between wide patterns can be prevented from collapsing. it can.
(第1の実施形態)
図7に例示したパターンに対して、図1に示すようなパターンを用いると格段に製造プロセスマージンを改善することができた。実際、DOF=0nmであったものが、DOF=150nmへ改善した。
(First embodiment)
When the pattern shown in FIG. 1 is used for the pattern illustrated in FIG. 7, the manufacturing process margin can be remarkably improved. Actually, DOF = 0 nm improved to DOF = 150 nm.
図1はDRAMチップのメモリセルアレイの端の部分を拡大した図でワード線を構成するゲート電極パターンを示している。50nmのライン幅、50nmの間隔で配列されたL&Sパターン領域が、メモリセルアレイ領域に配置されている。また、メモリセルアレイ領域に隣接する領域に他の金属配線層と接続するための幅150nmのパターン、すなわちライン幅50nmよりも幅の広いパターンがピッチ300nmで配列されている。幅の広いパターンのピッチはL&Sパターン領域のピッチ100nmに対して3倍の値である。即ち、図4された例では、図7と比較しても明らかな通り、100nmのピッチで配列されたラインパターンの終端部は、幅広のパターンに挟まれた部分には、配置されていない。即ち、幅の広いパターンを有しない幅の狭いラインパターンは、幅の広いパターンを有するラインパターンに比較して短くなるように構成されている。このように、光強度コントラストの低下が予測される幅広のパターンに隣接した微細パターンを幅広のパターンから遠ざけるような回避処理を施すことによって、微細パターンにおける光強度コントラストの低下を軽減することができる。 FIG. 1 is an enlarged view of an end portion of a memory cell array of a DRAM chip and shows a gate electrode pattern constituting a word line. L & S pattern regions arranged with a line width of 50 nm and an interval of 50 nm are arranged in the memory cell array region. In addition, a pattern having a width of 150 nm for connecting to another metal wiring layer, that is, a pattern wider than the line width of 50 nm is arranged at a pitch of 300 nm in a region adjacent to the memory cell array region. The pitch of the wide pattern is three times as large as the pitch of the L & S pattern region of 100 nm. That is, in the example shown in FIG. 4, the end portions of the line pattern arranged at a pitch of 100 nm are not arranged in the portion sandwiched between the wide patterns, as is apparent from the comparison with FIG. That is, a narrow line pattern that does not have a wide pattern is configured to be shorter than a line pattern that has a wide pattern. In this way, by performing the avoidance process such that the fine pattern adjacent to the wide pattern in which the decrease in the light intensity contrast is predicted is kept away from the wide pattern, the decrease in the light intensity contrast in the fine pattern can be reduced. .
上記したパターンをシリコン基板にパターン転写する場合には微細なL&Sパターンに有利な輪帯照明、ArF液浸を用いた。レジストはアクリル系レジストを含む多層レジストを用い、トップには液浸対応のコート層を用いている。 When transferring the above pattern onto a silicon substrate, annular illumination, ArF immersion, which is advantageous for fine L & S patterns, was used. As the resist, a multilayer resist including an acrylic resist is used, and a coating layer corresponding to liquid immersion is used for the top.
微細なL&Sパターンの近傍で幅広のパターンと微細なパターンとを混在させると微細なパターン近傍の光強度コントラストが低下するため幅広パターンについても繰り返しパターンとし、微細なパターンとの混在を回避することで充分な製造プロセスマージンを確保することができる。繰り返しL&Sパターンは、決まった方向にしか回折光が発生しないので、2光束干渉による効果が大きくフォーカスマージンは広い。 When a wide pattern and a fine pattern are mixed in the vicinity of a fine L & S pattern, the light intensity contrast in the vicinity of the fine pattern is reduced, so that the wide pattern is also a repeated pattern to avoid mixing with the fine pattern. A sufficient manufacturing process margin can be ensured. Since the repetitive L & S pattern generates diffracted light only in a fixed direction, the effect of two-beam interference is large and the focus margin is wide.
ただし、微細なL&Sパターンのピッチの2倍のピッチの配列は、マスク透過後の光の回折角が1/2になり、解像にあまり寄与しない余計な光である高次の回折光がレンズの縁から入射してしまうため、フォーカスマージンが極端に狭くなるので好ましくない。このため、図1では、幅Lの複数のラインパターンが所定のピッチP1で配列されたL&Sパターンが設けられており、前記L&Sパターンの近傍にLより広い幅を有する複数のパターンが他のピッチP2で配列されている場合、P2=nP1としたときにnは2とはならないように、(即ち、図1ではn=3となるように、)幅広パターンのピッチP2が選択されていることが分かる。 However, if the pitch is twice the pitch of the fine L & S pattern, the diffraction angle of the light after passing through the mask is halved, and higher-order diffracted light that is extra light that does not contribute much to the resolution is the lens. This is not preferable because the focus margin becomes extremely narrow. For this reason, in FIG. 1, an L & S pattern in which a plurality of line patterns having a width L are arranged at a predetermined pitch P1 is provided, and a plurality of patterns having a width wider than L are arranged at other pitches in the vicinity of the L & S pattern. When P2 is arranged, a wide pattern pitch P2 is selected so that n is not 2 when P2 = nP1 (ie, n = 3 in FIG. 1). I understand.
(第2の実施形態)
同様に図7に例示したパターンに対して図2に示すパターンにしても広い製造プロセスマージンが得られる。150nm幅の広い第1の幅広パターン11にはさまれ、50nm間隔で隣接対向している幅50nmのラインパターン(第1のラインパターン)13の一端を延長してその端部を幅の広い第2の幅広パターン15と接続している。また、第1のラインパターン13はL&Sパターンを構成するラインパターンを延長したパターンであって、ラインパターンの他端は微細なL&Sパターンに接続されている。このパターンのシミュレーション結果を図3に示す。幅の広いパターンにはさまれ隣接対向している部分の最小幅の値は格段に改善しているのがわかる。
(Second Embodiment)
Similarly, a wide manufacturing process margin can be obtained even if the pattern shown in FIG. One end of a line pattern (first line pattern) 13 having a width of 50 nm, which is sandwiched between the first
第1の幅広パターン11’にはさまれた微細なラインパターン13’近傍領域の光強度コントラストが低下している主たる原因は、この領域に隣接するマスクパターン明部、すなわち、ここではパターン間隔の部分、を透過する光による微細パターン暗部、すなわちパターン部、の光強度の上昇であることがわかった。特に実施形態の場合は、当該ラインパターン13’の延在する方向に隣接するパターン明部を透過する光が当該ラインパターン暗部の光強度上昇の原因であるため、当該ラインパターン13’延在方向の位置にパターン15’、すなわち暗部を設け、透過光を減少させていることが分かる。
The main cause of the decrease in the light intensity contrast in the area near the
すなわち、幅広パターンに隣接対向した微細なラインパターンの一端を延長し、その延長した端部のパターン幅を広げることで透過光を減少させるのが効果的である。このとき、透過光を減少させるパターン暗部は回路動作上必要なパターンであっても効果はあるが、通常、このようなパターンにはそれほど設計自由度がないのが普通であるから、図2に破線で示されたようなダミーパターン暗部をパターン15’の代わりに設けてもよい。このダミーパターンは回路動作上必要なパターンと接続していてもよいし、分離していてもよい。図2は、ダミーパターン暗部を他のパターンと分離して配置した例を示している。ただし、分離した場合は最小限解像可能なパターン明部を要するため透過光削減効果は少々低下する。また、図2の実施例において透過光を削減する幅広パターンが例えば同一信号で駆動される配線であったり、電源線あるいは接地線であったりなど回路動作上可能であれば互いに接続してもよい。
That is, it is effective to reduce transmitted light by extending one end of a fine line pattern adjacent to and facing the wide pattern and widening the pattern width of the extended end. At this time, the pattern dark portion for reducing the transmitted light is effective even if it is a pattern necessary for circuit operation. Usually, however, such a pattern usually has not so much design freedom. A dummy pattern dark part as indicated by a broken line may be provided instead of the
図4には、透過光削減用幅広パターンを互いに接続した場合のシミュレーション結果が示されている。 FIG. 4 shows a simulation result when the wide patterns for reducing transmitted light are connected to each other.
図5は幅広パターンにはさまれた微細なラインパターンの延在方向に透過光を削減するパターン暗部を配置した他の実施例である。 FIG. 5 shows another embodiment in which a pattern dark portion for reducing transmitted light is arranged in the extending direction of a fine line pattern sandwiched between wide patterns.
別の見方をすれば、幅広パターン11と、それに隣接対向した微細なラインパターン13とを分離しているパターン明部に接続しているパターン明部領域17を小さくするようにパターン19を設定すれば幅広パターンに隣接対向した微細なラインパターン13近傍のコントラストを低下させている透過光強度を低下させることができる。
From another point of view, the
図6はこのような考え方でパターン配置した例である。幅広パターン11に隣接対向した微細なラインパターン13の両側には微細なL&Sパターン(明部制限用微細パターン)21がそれぞれ配置されている。この構成では、幅広パターン11と、それに隣接対向した微細なラインパターン13とを分離しているパターン明部が明部制限用微細パターン21により制限されている。この結果、幅広パターン11と微細なラインパターン13との間のパターン明部領域は上下方向に最小パターン間隔で伸びており当該ラインパターン13近傍では必要最小限のパターン明部が実現されている。
FIG. 6 shows an example of pattern arrangement based on such a concept. On both sides of the
本発明は、DRAMだけでなく、他の半導体装置のパターン形成にも適用できる。 The present invention can be applied not only to DRAM but also to pattern formation of other semiconductor devices.
11 第1の幅広パターン
13 第1のラインパターン
15 第2の幅広パターン
17 パターン明部領域
19 パターン
21 明部制限用微細パターン
DESCRIPTION OF
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008329069A JP2010152029A (en) | 2008-12-25 | 2008-12-25 | Semiconductor device and patterning process |
Applications Claiming Priority (1)
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JP (1) | JP2010152029A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US9960038B2 (en) | 2010-12-27 | 2018-05-01 | Brewer Science, Inc. | Processes to pattern small features for advanced patterning needs |
-
2008
- 2008-12-25 JP JP2008329069A patent/JP2010152029A/en not_active Withdrawn
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