JP2005197551A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法、特に微細なスルーホールを形成する半導体装置の製造方法に関するものである。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device in which fine through holes are formed.
大規模LSIの微細化に伴い微細なスルーホールの形成が要求されている。リソグラフィ工程においては、KrF露光からArF露光、F2露光と短波長化されているが、この波長より小さいパターンの形成が必要になってきており、マスクの改良、露光装置の改良、レジスト材料の改良などが行われている。
微細パターンを得るためにマスクにおける改良としては、ハーフトーンマスクの適用、補助パターンの導入などが行われている。また、露光装置における改良としては、High NA化、変形照明の適用が行われている。さらに、レジスト材料における改良としては、高解像レジストの開発、レジスト薄膜化を目的としたハードマスクプロセス、多層レジストプロセスが進められている。
With the miniaturization of large-scale LSIs, the formation of fine through holes is required. In the lithography process, ArF exposure from KrF exposure, have been F 2 exposure and shorter wavelength, and it has become necessary to form a small pattern than this wavelength, improvement of the mask, the improvement of the exposure apparatus, a resist material Improvements have been made.
Improvements in the mask in order to obtain a fine pattern include application of a halftone mask and introduction of an auxiliary pattern. As an improvement in the exposure apparatus, high NA and modified illumination are applied. Furthermore, improvements in resist materials include the development of high-resolution resists, hard mask processes for the purpose of resist thinning, and multilayer resist processes.
以下従来のスルーホール形成方法について、そのプロセスの断面図である図6を用いて説明する。従来のスルーホール形成法は、シリコン基板1上にゲート電極あるいは下層配線といった下地パターン2が形成された基板上に、層間絶縁膜3を形成する。その上にスルーホール開口用レジストパターン61を形成している。
Hereinafter, a conventional through hole forming method will be described with reference to FIG. 6 which is a sectional view of the process. In the conventional through hole forming method, an
この方法において、照明条件によりレイアウトが疎な部分と密な部分でスルーホールの大きさに違いが生じる。すなわち、所望のスルーホールレイアウトが図5に示すようなレイアウトであった場合、スルーホール6a,6bのような疎な部分に存在するスルーホールと、密な部分に存在するスルーホール6dとでは、その径に差が生じることになる。また、一般にリソグラフィでレジスト膜に微細なスルーホールパターンを形成する場合には、High NAの照明条件が使われるが、孤立パターンの露光裕度を上げるためには小σの条件がよいが、小σの条件では密パターンの露光裕度が下がるという矛盾が生じる。この様子を図7に示す。図7は120nmのスルーホールをArF露光機によりNA=0.75、σ=0.5の照明条件で形成する場合のFocus方向の露光裕度(DOF)とDose方向の露光裕度(EL)のシミュレーション結果であるが、スルーホールが密接しているパターン(図7において、「1:1 120nmCH」と表記している曲線に相当)と、孤立パターン(図7において、「iso 120nmCH」と表記している曲線に相当)で大きな差があることがわかる。また、照明条件を変える(NA=0.75、σ=0.8)ことで図8に示すように、密パターンの露光裕度を上げることができるが、逆に孤立パターンの露光裕度が低下している。
In this method, there is a difference in the size of the through hole between a portion having a sparse layout and a portion having a dense layout depending on illumination conditions. That is, when the desired through-hole layout is as shown in FIG. 5, the through-holes present in the sparse parts such as the through-
安定したレジストパターン形成のためには、照明条件の最適化が重要だが、実際のパターンにおいては、スルーホールが近接している密パターンから孤立パターンまで存在し、照明条件の設定が難しくなっている。また、近接効果によりパターンの大きさに疎密依存性が生じている。この疎密依存性はOPC技術によってマスクに補正されるが、ルールづくり、データ処理といったマスクパターンヘの反映が複雑で時間のかかる作業になっている。
以上に説明したように、従来の半導体装置製造のスルーホール形成においては、パターン径の疎密依存性が存在し、これを解決するために、複雑なマスクパターンの補正を行う必要があったが、本発明は、このパターン径の疎密依存性を解決し、簡単な手段で、安定したスルーホールパターンの形成を行えるようにすることを目的としている。
As described above, in the formation of through holes in the conventional semiconductor device manufacturing, there is a density dependence of the pattern diameter, and in order to solve this, it was necessary to correct a complex mask pattern, An object of the present invention is to solve the dependence on the density of the pattern diameter and to form a stable through-hole pattern with simple means.
本発明は、基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜をエッチングしてスルーホールを開口する際のエッチングストッパーとなるマスク膜を、前記層間絶縁膜表面に形成する工程と、
前記マスク膜の前記スルーホールに対応する領域をエッチング除去する工程と、
前記マスク膜表面、及び前記マスク膜がエッチング除去されて表面に露出した前記層間絶縁膜表面にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜にスルーホールが規則的に配置されるようにダミーパターンを配置したレジストパターンを形成する工程と、
前記ダミーパターンが形成されたレジスト膜を用いて前記層間絶縁膜をエッチングしてスルーホールを形成する工程を少なくとも備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
The present invention includes a step of forming an interlayer insulating film on a substrate;
Forming a mask film on the surface of the interlayer insulating film, which serves as an etching stopper when etching the interlayer insulating film to open a through hole;
Etching and removing a region corresponding to the through hole of the mask film;
Forming a resist film on the mask film surface and on the surface of the interlayer insulating film exposed on the surface after the mask film is removed by etching;
Forming a resist pattern in which dummy patterns are arranged so that through holes are regularly arranged in the resist film;
A method of manufacturing a semiconductor device comprising at least a step of forming a through hole by etching the interlayer insulating film using a resist film on which the dummy pattern is formed.
前記本発明において、前記マスク膜の前記スルーホールに対応する領域をエッチング除去する工程において、前記マスク膜のエッチングされる領域が、矩形であり、その一辺の長さは、前記スルーホールの直径よりも大きい。 In the present invention, in the step of etching and removing the region corresponding to the through hole of the mask film, the region to be etched of the mask film is rectangular, and the length of one side thereof is larger than the diameter of the through hole. Is also big.
前記本発明において、前記レジスト膜に形成される全てのダミーパターンが、レジスト膜平面において同一のピッチで格子状に直交する2方向の交点のいずれかに配置されているものとすることができる。 In the present invention, all the dummy patterns formed on the resist film may be arranged at one of two intersecting points orthogonal to the lattice at the same pitch on the resist film plane.
前記本発明において、前記レジスト膜に形成される全てのダミーパターンが、前記レジスト膜平面において同一ピッチで格子状に直交する2方向の交点、もしくは、2つの前記交点の中間点のいずれかに配置されており、隣接する2つのダミーパターンを含む全てのスルーホールパターンの中心は、前記ピッチの1倍もしくは1.5倍の距離で離間しているものとすることができる。 In the present invention, all the dummy patterns formed on the resist film are arranged at one of the intersections in two directions orthogonal to the grid pattern at the same pitch on the resist film plane, or at an intermediate point between the two intersections. The centers of all through-hole patterns including two adjacent dummy patterns can be separated by a distance of 1 or 1.5 times the pitch.
前記マスク膜が、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、または炭素系有機膜で形成することが好ましい。
The mask film is preferably formed of a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or a carbon-based organic film.
本発明の半導体装置の製造方法によれば、リソグラフィ工程において最適な照明条件の選択が容易となり、微細スルーホールの露光裕度を広くとることができる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is easy to select an optimal illumination condition in a lithography process, and the exposure tolerance of a fine through hole can be widened.
(実施形態1)
以下、本発明の第1の実施形態を、図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に関わる半導体装置の製造方法のプロセスを示した断面図である。
(Embodiment 1)
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a process of a semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
図1(a)に示すように、まず、シリコン基板1上にゲート電極あるいは下層配線といった下層パターン2を形成する。
As shown in FIG. 1A, first, a
次いで、図1(b)に示すように、その上に層間絶縁膜3を形成する。層間絶縁膜としては、例えば、SiO2系の膜のような公知の材料を採用することができる。
Next, as shown in FIG. 1B, an interlayer
次いで、図1(c)に示すように、その表面にマスク膜4を成膜する。このマスク膜4は、前記層間絶縁膜3をエッチングしてスルーホールを形成する際に、エッチングストッパーとして機能させるためのものであり、層間絶縁膜3材料のエッチング時にエッチング耐性を有する材料を用いる。すなわち、このマスク膜材料としては、層間絶縁膜3とマスク膜4の間でエッチング選択比が確保できれば、マスク膜4は無機系、有機系のいずれの膜でもよい。
Next, as shown in FIG. 1C, a
無機系マスク膜材料としては、具体的には、層間絶縁膜3にSiO2系の膜が使用されている場合には、マスク膜4にはSixNyあるいはSixOyNzといったシリコン窒化膜あるいはシリコン酸窒化膜を使用することができる。
Specifically, as the inorganic mask film material, when a SiO 2 film is used for the
また、上記マスク膜材料として用いることができる炭素系有機系材料としても、層間絶縁膜材料をエッチングするエッチング剤に対して耐性がある高分子有機材料であれば使用可能である。 Further, as the carbon-based organic material that can be used as the mask film material, any organic polymer material that is resistant to an etchant that etches the interlayer insulating film material can be used.
次いで、図1(d)に示すように、層間絶縁膜3に形成するスルーホールに相当する領域のマスク膜4をリソグラフィプロセスでレジストパターンを形成した後エッチング除去して、マスク膜開口部4bを形成する。
この工程で、前記層間絶縁膜3に形成する実際のスルーホールレイアウトが、図5に示すような格子状の所要位置に配置されたスルーホールを有するものであった場合、図1(d)でマスク膜4を加工するマスクとしては、図3に示すように所望のスルーホール径Rに対し2倍の大きさで矩形に開口されたパターンをつなぎ合わせて、図2に示すようなパターンを有するマスクとする。図2において、矩形部分及び凸字状部分がマスク膜開口部4bである。このマスク膜をエッチングする際のレジストパターンは、実際に必要なスルーホールより大きく開口できるため、リソグラフィプロセスでの露光裕度は大きい。
Next, as shown in FIG. 1D, the
In this process, when the actual through-hole layout formed in the
次いで、図1(e)に示すように、マスク膜開口部4bを形成したマスク膜4表面に、レジスト5を塗布形成する。
Next, as shown in FIG. 1E, a
次いで、図1(f)に示すように、レジスト5を、露光処理及び現像処理して、規則的なパターンでレジスト開口部7a〜7e(これらをダミーパターンと称する)及び6を形成する。このパターンの例を図4に示す。図4に見られるように、このパターンは、格子状に規則的、かつ密に配置されたパターンとなっている。
Next, as shown in FIG. 1 (f), the
こうして得られた構造体について、その層間絶縁膜3のエッチングを行うと、レジスト5の開口部と、マスク膜4の開口部4bとが一致する領域すなわちレジスト開口部6のみ、層間絶縁膜3がエッチング除去されてスルーホールが形成され、一方、マスク開口部4bとは位置が一致しないダミーパターンであるレジスト開口部7a〜7eに対応する層間絶縁膜3は、マスク膜4に阻止されて、エッチングされることはなく、従ってその部分にスルーホールが形成されることはない(図1(g))。
When the
上記工程において、マスク膜4は層間絶縁膜3の誘電率等の諸特性に及ぼす影響が小さければ、そのまま層間絶縁膜の一部として残してもよいが、諸特性に影響を及ぼし、除去する方が望ましい場合には、スルーホールをエッチングした後に、除去する。
In the above process, the
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、リソグラフィ工程において最適な照明条件の選択が容易となり、微細スルーホールの露光裕度を広くとることができる。この様子を図8に示す。照明条件を密パターンに適した大σの条件(ここではσ=0.8)にすることにより、図7と比較して1:1パターンの露光裕度が広がっていることがわかる。また、本発明によれば光近接効果がなくなるため、煩雑なパターン補正が不要となる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, it becomes easy to select an optimal illumination condition in the lithography process, and the exposure margin of the fine through hole can be widened. This is shown in FIG. It can be seen that by setting the illumination condition to a large σ condition suitable for a dense pattern (here, σ = 0.8), the exposure tolerance of the 1: 1 pattern is widened as compared with FIG. Further, according to the present invention, since the optical proximity effect is eliminated, complicated pattern correction becomes unnecessary.
さらに、本実施の形態の方法に依れば、レジストパターンを密パターンにしてレジストの被覆率を均一にすることで、微細なスルーホールを形成するシュリンクプロセスやリフロープロセスが適用しやすくなるという利点を備えている。 Furthermore, according to the method of the present embodiment, it is possible to easily apply a shrink process and a reflow process for forming fine through holes by making the resist pattern a dense pattern and making the resist coverage uniform. It has.
(実施形態2)
以下、本発明の第2の実施の形態について説明する。この実施の形態は、任意の複数のスルーホールパターンを備えたレイアウトに対して、ダミーパターンの配置を最適化する方法に関するものである。すなわち、スルーホールパターンとダミーパターンの配置が、規則性及び均一性のあるものとすることによって、照明条件の設定を容易にすることが可能になるが、そのためのダミーパターンの最適配置を決定する方法に関するものである。
(Embodiment 2)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment relates to a method for optimizing the arrangement of dummy patterns for a layout having a plurality of through-hole patterns. In other words, the arrangement of the through hole pattern and the dummy pattern should be regular and uniform, so that it is possible to easily set the illumination condition. The optimum arrangement of the dummy pattern for that purpose is determined. It is about the method.
以下、ダミーパターンの配置レイアウトをモデル化した例である図9を用いて説明する。図9において、点線で示す複数の線分は、格子状に直交する2方向に延在しており、同一方向に複数に並列している線分の間隔は全て同一の間隔(ピッチ)とする。線分の交点はスルーホールが1:1に配置された場合のスルーホールの位置を表す。スルーホール及びダミーパターンは、この直交する線分の交点もしくは、隣接する2つの交点の中間に配置される。 Hereinafter, a description will be given with reference to FIG. 9, which is an example of modeling the layout of dummy patterns. In FIG. 9, a plurality of line segments indicated by dotted lines extend in two directions orthogonal to each other in a lattice shape, and the intervals between the plurality of line segments arranged in parallel in the same direction are all the same interval (pitch). . The intersection of the line segments represents the position of the through hole when the through holes are arranged 1: 1. The through hole and the dummy pattern are arranged at the intersection of the perpendicular line segments or between two adjacent intersections.
図9において、ハッチングを施している丸印6は、スルーホールパターンを表し、ハッチングの施されていない丸印7は、ダミーパターンを表している。そして、1:1、1:2・・・等の符号を付している横方向に延在している線分すなわち行方向の線分が、スルーホールパターンの特定の位置関係を示すものである。符号1:1で示される位置関係は、同一の間隔で格子状に交差する線分の隣接する2つの交点にスルーホールパターンが存在していることを示している。また、符号1:2で示される位置関係は、2つのスルーホール間の距離(図9における符号Aの距離)が、前記スルーホールの直径の2倍の距離となるように、2つのスルーホールが配置されることを意味している。以下1:3、1:4・・・は、スルーホールの大きさを1としたときの、スルーホール間隔が3倍、4倍になっていることを表す。
In FIG. 9, a
本実施の形態において、ダミーパターンを含むスルーホールの配置をその間隔がスルーホールの大きさと同じかもしくは2倍にすることにより、スルーホールパターン及びダミーパターンのレイアウトを、規則的にすることができ、かつ全体的にダミーパターンを含むスルーホール密度を均一に配置することができ、これによって、照明条件の選択は簡便になり、得られるパターンの寸法差も大よそ均一になる。また、マスク寸法に補正をかける必要が生じたとしても、従来よりルール作成が簡便になる。 In this embodiment, the layout of the through hole pattern and the dummy pattern can be made regular by arranging the through holes including the dummy pattern so that the interval is the same as or twice the size of the through hole. In addition, the through-hole density including the dummy pattern can be uniformly arranged as a whole, which makes it easy to select the illumination condition and makes the dimensional difference of the obtained pattern almost uniform. Moreover, even if it becomes necessary to correct the mask dimension, rule creation becomes easier than before.
上記説明では、図2及び図3に示すように隣接するスルーホールの間隔(スルーホールの中心の間隔)をスルーホールの直径の2倍とすることを前提として説明したが、リソグラフィーマージンのさらなる拡大、あるいはエッチング変換差を考慮し、スルーホールを大きく開口してもよい。 In the above description, as shown in FIGS. 2 and 3, it has been described on the assumption that the interval between adjacent through holes (interval between the centers of the through holes) is twice the diameter of the through holes. However, the lithography margin is further expanded. Alternatively, the through hole may be opened largely in consideration of the etching conversion difference.
このように、スルーホールのレジストパターンを密パターンで形成した場合には、照明条件の選択が容易になり、微細スルーホールの露光裕度を広くとることができる。また、光近接効果による疎密差がなくなるため、パターンの疎密に関わるマスク補正も不必要となるという効果がある。
Thus, when the through hole resist pattern is formed in a dense pattern, the selection of illumination conditions is facilitated, and the exposure margin of the fine through hole can be widened. Further, since there is no difference in density due to the optical proximity effect, there is an effect that mask correction related to pattern density is unnecessary.
1…シリコン基板
2…下地パターン
3…層間絶縁膜
4…マスク膜
5…レジスト膜
6…スルーホールパターン
7…ダミーパターン
8…下地パターンまで開口されたスルーホールパターン
61…スルーホールパターン
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記層間絶縁膜をエッチングしてスルーホールを開口する際のエッチングストッパーとなるマスク膜を、前記層間絶縁膜表面に形成する工程と、
前記マスク膜の前記スルーホールに対応する領域をエッチング除去する工程と、
前記マスク膜表面、及び前記マスク膜がエッチング除去されて表面に露出した前記層間絶縁膜表面にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜にスルーホールが規則的に配置されるようにダミーパターンを配置したレジストパターンを形成する工程と、
前記ダミーパターンが形成されたレジスト膜を用いて前記層間絶縁膜をエッチングしてスルーホールを形成する工程を少なくとも備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an interlayer insulating film on the substrate;
Forming a mask film on the surface of the interlayer insulating film, which serves as an etching stopper when etching the interlayer insulating film to open a through hole;
Etching and removing a region corresponding to the through hole of the mask film;
Forming a resist film on the mask film surface and on the surface of the interlayer insulating film exposed on the surface after the mask film is removed by etching;
Forming a resist pattern in which dummy patterns are arranged so that through holes are regularly arranged in the resist film;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming a through hole by etching the interlayer insulating film using a resist film on which the dummy pattern is formed.
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the mask film is a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or a carbon-based organic film.
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Cited By (1)
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JP2006059944A (en) * | 2004-08-19 | 2006-03-02 | Fujitsu Ltd | Electronic device and formation method of fine width pattern |
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2004
- 2004-01-09 JP JP2004003721A patent/JP2005197551A/en active Pending
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JP4589681B2 (en) * | 2004-08-19 | 2010-12-01 | 富士通セミコンダクター株式会社 | Method for forming semiconductor device |
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