JP2005203496A - 半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンタクトホールを形成するエッチング加工において、エッチングデポがエッチングの加工面に堆積して起こるエッチストップが発生し、コンタクトホールが貫通しないという問題を有していた。
【解決手段】 フォトレジストにコンタクトホール形成孔と前記コンタクトホール孔の周辺に設けられたダミーホール形成孔とを設け、前記フォトレジストを用いて前記絶縁層に対してエッチング加工を行い、前記コンタクトホール形成孔によってコンタクトホールを形成し、前記ダミーホール形成孔によってダミーホールを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体装置のコンタクトホールの形成方法に関し、特に孤立したコンタクトホールのエッチストップを防止する半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。

従来の半導体装置における各層間の接続には、各層間に設けられた絶縁層を貫通し導通材料を施されたコンタクトホールが一般的に用いられている（特許文献１）。
このコンタクトホールは、一般的にフォトレジストなどを用いたエッチング加工によって形成される。例えば、半導体基板上に形成された半導体素子層に絶縁層が重ね合わせて形成され、さらに絶縁層に重ね合わせてフォトレジストを設ける。このフォトレジストには、絶縁層に形成するコンタクトホールなどのエッチング形状に対応する孔などの凹凸が形成されており、このフォトレジストをマスクとして絶縁層のエッチング加工を行うことでコンタクトホールが形成される。

特開２００１−２８４３５４号公報

しかしながら、エッチング加工によって絶縁層にコンタクトホールの周辺に他のホールが存在しない孤立したコンタクトホールの形成を行う際に、コンタクトホールの形成途中でエッチングの進行が停止してしまう、所謂エッチストップが発生するという問題を有している。このエッチストップが発生すると、貫通すべきコンタクトホールが貫通せず、各層間の接続ができないことになる。

このエッチストップは、エッチング加工の際に用いるＣＦ₄、Ｃ₄Ｆ₈などのガスがエッチング加工を行うことによって変化して生ずるＣＦ系等のエッチング阻害物質、所謂エッチングデポに起因する。このエッチングデポが、密集した複数のコンタクトホール群では、それぞれのコンタクトホールのエッチング先端面に分散して堆積するのに対し、コンタクトホールの周辺に他のホールが存在しない孤立したコンタクトホールでは、エッチングデポが１つのコンタクトホールのエッチング先端面に集中して堆積するためにエッチングが阻害されて発生するものである。

かかる問題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、少なくともコンタクトホール形成孔と前記コンタクトホール形成孔の周辺に設けられたダミーホール形成孔とを設けたフォトレジストを、半導体素子及び金属配線の少なくとも一方と、他の半導体素子及び他の金属配線の少なくとも一方との間に設けられるべき絶縁層に重ねて形成する工程と、前記フォトレジストを用いて前記絶縁層にエッチング加工を行い、前記絶縁層に前記コンタクトホール形成孔に対応する前記半導体素子及び前記金属配線の少なくとも一方と、前記他の半導体素子及び前記他の金属配線の少なくとも一方とを接続するためのコンタクトホールと、前記ダミーホール形成孔に対応する前記エッチング加工によって発生するエッチングデポの付着を分散するためのダミーホールとを形成する工程と、を有することを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法によれば、エッチング加工の際に生ずるエッチングデポがコンタクトホールに集中せずダミーホールに分散して堆積するため、コンタクトホールにおけるエッチストップが発生するエッチングデポの堆積が起こりにくくなり、エッチストップを防止することが可能となる。

また、前記コンタクトホール形成孔が貫通孔であり、前記ダミーホール形成孔が不貫通孔であることを特徴とする。
このようにすれば、ダミーホール形成孔の不貫通部分のレジストをエッチングしてから絶縁層のエッチングが開始されるため、絶縁層におけるダミーホールのエッチング開始をコンタクトホールのエッチング開始より遅らせることができ、ダミーホールの絶縁層貫通を防止することができる。

また、前記ダミーホール形成孔の開口面積が、前記コンタクトホール形成用の貫通孔の開口面積より小面積であることを特徴とする。
このようにすれば、フォトレジストにおける孔の形成必要エネルギー量が、孔の開口面積が大きい方がエネルギーが小さくて済むため、コンタクトホール形成孔がフォトレジストを貫通した時には、ダミーホール形成孔はまだ不貫通孔となり、コンタクトホール形成孔を貫通孔、ダミーホール形成孔を不貫通孔とすることが可能となる。

また、前記ダミーホール形成孔が、複数個設けられていることを特徴とする。
このようにすれば、複数のダミーホールにエッチングデポが分散されるため、孤立したコンタクトホールにエッチングデポが集中して堆積することを防止することができ、エッチストップを防止することが可能となる。

また、前記コンタクトホールは、近傍に他のコンタクトホールが存在しない孤立したコンタクトホールであることを特徴とする。
このようにすれば、エッチングデポの集中が起き易い孤立したコンタクトホールのエッチストップを防止することが可能となる。

本発明に係る半導体装置は、半導体基板に設けられた絶縁層にエッチング加工によって形成される前記絶縁層を貫通するコンタクトホールと、前記エッチング加工によって生ずるエッチングガスの付着を分散化するために前記コンタクトホールの周辺に設けられた前記絶縁層を貫通しないダミーホールと、を有することを特徴とする。
本発明の半導体装置によれば、コンタクトホール形成の確実性を増すために用いるダミーホールが非貫通孔であるため、ダミーホールの貫通による誤接続などの不具合を防止して、コンタクトホールによる接続を確実に行うことが可能となる。

本発明に係る半導体の製造方法を実施するための最良の形態について、以下に図面を用いて説明するが、本発明の半導体の製造方法の実施例に先立って、先ず、コンタクトホールの形成にあたっての課題であるエッチストップの発生について図１を用いて説明する。

図１は、半導体装置のコンタクトホールの形成方法を説明するための図であり、図１（ａ）は、半導体装置のコンタクトホールの概略を示す平面図、図１（ｂ）乃至図１（ｅ）は、コンタクトホール形成の手順を説明するための半導体装置の概略断面図である。

先ず、構成を説明する。半導体基板１０に、半導体装置１００を構成する下層の金属配線１１が設けられており、さらに、半導体基板１０の上面及び下層の金属配線１１に重ね合わせて絶縁層１２が設けられている。この下層の金属配線１１と絶縁層１２を挟み設けられる図示しない上層の金属配線との接続を取るために、絶縁層１２を貫通するコンタクトホール１４を形成する。形成されたコンタクトホールには、図示しない導通材料によるコンタクトプラグ等を設け、下層の金属配線１１と図示しない上層の金属配線との接続を行う。

次にコンタクトホールの形成手順について説明する。
先ず、図１（ｂ）に示すように、絶縁層１２の上面に重ね合わせてフォトレジスト１５を形成する。このフォトレジスト１５に、コンタクトホール１４を形成するべき箇所に孔を設けるべく、露光、現像、などの所謂フォトリソグラフィを行い、コンタクトホール形成孔１６を形成する。

手順は次に進み、図１（ｃ）に示すように、フォトレジスト１５をマスクとして絶縁層１２に対してエッチング加工が行われ、フォトレジスト１５が存在しないコンタクトホール形成孔１６の位置にコンタクトホール１４が形成される。

このエッチング加工の際に用いるＣＦ₄、Ｃ₄Ｆ₈などガスがエッチング加工を行うことによって変化し、ＣＦ系などのエッチング阻害物質、所謂エッチングデポが発生する。このエッチングデポは、特に周辺に他のコンタクトホールが存在しない孤立したコンタクトホール１４ａに集中して堆積することが多い。この堆積したエッチングデポ１７によって、孤立したコンタクトホール１４ａにおいては、エッチングが進行しなくなるエッチストップが発生する。

さらにエッチング加工が進み、図１（ｄ）に示すように、通常のコンタクトホール１４は、貫通して下層の金属配線１１に到達する。しかし、エッチストップが発生したコンタクトホール１４ａは、絶縁層の中途でエッチングの進行が停止し不貫通となる。

次の工程において、図１（ｅ）に示すように、フォトレジスト１５が除去されて、コンタクトホール１４が形成された絶縁層１２が露出する。

本発明の半導体装置の製造方法の一実施例を図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施例の半導体装置のコンタクトホールの形成方法を説明するための図であり、図２（ａ）は、半導体装置のコンタクトホールの概略を示す平面図、図２（ｂ）乃至図２（ｅ）は、コンタクトホール形成の手順を説明するための半導体装置の概略断面図である。

本例の構成を図２（ａ）及び図２（ｂ）により説明する。半導体基板２０に、半導体装置１００を構成する下層の金属配線２１が設けられており、さらに、半導体基板２０の上面及び下層の金属配線２１に重ね合わせて絶縁層２２が設けられている。この下層の金属配線２１と絶縁層２２を挟んで設けられる図示しない上層の金属配線との接続を取るために、絶縁層２２を貫通するコンタクトホール２４を形成する。コンタクトホール２４の周辺には、コンタクトホール２４の周囲を囲むように８個の絶縁層２２を貫通しないダミーホール２７が形成されている。形成されたコンタクトホール２４及びダミーホール２７には、ＴｉＮ、Ｗなどにより図示しないコンタクトプラグが形成される。このコンタクトプラグにより貫通孔であるコンタクトホール２４においては、下層の金属配線２１と図示しない上層の金属配線との接続を行うことができるが、不貫通孔であるダミーホール２７では、接続が行われない。

次にコンタクトホールの形成手順について説明する。先ず、図２（ｂ）に示すように、絶縁層２２の上面に重ね合わせてフォトレジスト２５を設ける。このフォトレジスト２５に対し、露光、現像、などの所謂フォトリソグラフィ加工を行い、コンタクトホール２４を形成するべき箇所対応するコンタクトホール形成孔２６を形成し、ダミーホール２７を形成するべき箇所に対応する位置にダミーホール形成孔２８をコンタクトホール形成孔２６の周囲を囲むように配置して形成する。なお、本例では８個のダミーホールを設ける例を一例としている。

ダミーホール形成孔２８は、コンタクトホール形成孔２６と比較し開口面積が小さく設けられていることにより、フォトレジストに対する必要エネルギー量がコンタクトホール形成孔２６より多く必要となる。このため、コンタクトホール形成孔２６がフォトレジスト２５を貫通した時点でリソグラフィ加工を停止すると、ダミーホール形成孔２８はまだ貫通しない、所謂不貫通孔として形成することができる。

手順は次に進み、図２（ｃ）に示すように、フォトレジスト２５をマスクとして絶縁層２２に対してエッチング加工が行われる。貫通孔であるコンタクトホール形成孔２６では、エッチング加工の開始と同時に絶縁層２２に対してコンタクトホール２４の形成が開始される。しかし、ダミーホール形成孔２８は不貫通孔であるため、エッチング加工が開始されても暫くはフォトレジスト２５のエッチング加工を行ってダミーホール形成孔２８を貫通させる。その後、絶縁層２２のダミーホール２７の形成が開始される。

さらにエッチング加工が進み、図２（ｄ）に示すように、コンタクトホール２４は、絶縁層２２を貫通して下層の金属配線２１に到達してエッチング加工が終了する。しかし、前述のように絶縁層２２のエッチング開始がコンタクトホール２４よりも遅れたダミーホール２７は、絶縁層２２を貫通することなく途中の深さでエッチング加工が終了するため不貫通孔となる。

次の工程において、図２（ｅ）に示すように、フォトレジスト２５が除去されて、コンタクトホール２４が形成された絶縁層２２が露出する。また、不貫通孔として、ダミーホール２７がコンタクトホール２４の周辺に形成されていることになる。

なお、本実施例では図示しない上層の金属配線の形成は、コンタクトホール２４の形成を行った後に図示しないコンタクトプラグを形成し、その後に絶縁層２２上にフォトエッチング加工などにより形成されることが多いが、前述のフォトレジスト２５の形成前に上層の金属配線の形成を行い、その後フォトレジスト２５の形成以降の工程を行い、コンタクトホールの形成を行ってもよい。

また、図３のダミーホールの形状例図に示すように、ダミーホールは、実施例に示した正方形形状に限らず、図３（ａ）に示す長方形形状、または、図３（ｂ）に示す円形状であってもよく、エッチングデポの分散化ができる。
また、ダミーホールは、規則正しく並んでいる必要は無く、コンタクトホールの周辺部であれば、ランダムな位置に設けられていてもよい。

また、経験的には、コンタクトホールと他のコンタクトホール位置関係が、コンタクトホールの開口径とコンタクトホールと他のコンタクトホールとの距離との比が１：２を超えるコンタクトホールを、孤立したコンタクトホールとしている。換言すれば、コンタクトホールの開口径とコンタクトホールと他のコンタクトホールとの距離との比が１：２を超えるとエッチストップが発生することがわかっている。従って、望ましくは、孤立したコンタクトホール周辺に設けるダミーホールは、孤立したコンタクトホールの開口径の１、５倍程度の距離を持った範囲にダミーホールを設けることがよく、最大でもほぼ２倍以内には設ける必要がある。
また、ダミーホールの配置される位置は、コンタクトホールの開口径によってはコンタクトホールの中心位置から１μｍ以内に複数個ダミーホールを設けることが望ましい場合もある。

本例の半導体装置の製造方法によれば、ダミーホールをコンタクトホールの周辺に設けることにより、エッチング加工の際に用いるＣＦ₄、Ｃ₄Ｆ₈などのガスがエッチング加工を行うことによって変化して発生するＣＦ系などのエッチングデポがコンタクトホールに集中せずダミーホールにも分散して堆積するため、コンタクトホールにおけるエッチングデポの堆積が起こりにくくなり、コンタクトホールのエッチストップを防止することが可能となる。

また、ダミーホールの形成を遅らせることにより、ダミーホールが貫通してしまうことによる不要な接続の危険性を軽減して、信頼性を挙げた半導体装置を提供することができる。

半導体装置のコンタクトホールの形成方法を説明するための図。図１（ａ）は、半導体装置のコンタクトホールの概略を示す平面図、図１（ｂ）乃至図１（ｅ）は、コンタクトホール形成の手順を説明するための半導体装置の概略断面図。 本発明の実施例の半導体装置のコンタクトホールの形成方法を説明するための図。図２（ａ）は、半導体装置のコンタクトホールの概略を示す平面図、図２（ｂ）乃至図２（ｅ）は、コンタクトホール形成の手順を説明するための半導体装置の概略断面図。 ダミーホールの形状例を示す図。

符号の説明

１０…半導体基板、１１…下層の金属配線、１２…絶縁層、１４…コンタクトホール、
１４ａ…コンタクトホール、１５…フォトレジスト、１６…コンタクトホール形成孔、
１７…エッチングデポ、２０…半導体基板、２１…下層の金属配線、２２…絶縁層、
２４…コンタクトホール、２５…フォトレジスト、２６…コンタクトホール形成孔、
２７…ダミーホール、２８…ダミーホール形成孔、
１００…半導体装置。

Claims (6)

1. 少なくともコンタクトホール形成孔と前記コンタクトホール形成孔の周辺に設けられたダミーホール形成孔とを設けたフォトレジストを、半導体素子及び金属配線の少なくとも一方と、他の半導体素子及び他の金属配線の少なくとも一方との間に設けられるべき絶縁層に重ねて形成する工程と、
   前記フォトレジストを用いて前記絶縁層にエッチング加工を行い、前記絶縁層に前記コンタクトホール形成孔に対応する前記半導体素子及び前記金属配線の少なくとも一方と、前記他の半導体素子及び前記他の金属配線の少なくとも一方とを接続するためのコンタクトホールと、前記ダミーホール形成孔に対応する前記エッチング加工によって発生するエッチングデポの付着を分散するためのダミーホールとを形成する工程と、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
   前記コンタクトホール形成孔が貫通孔であり、前記ダミーホール形成孔が不貫通孔であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
   前記ダミーホール形成孔の開口面積が、前記コンタクトホール形成孔の開口面積より小面積であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
   前記ダミーホール形成孔が、複数個設けられていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
   前記コンタクトホールは、近傍に他のコンタクトホールが存在しない孤立したコンタクトホールであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 半導体基板に設けられた絶縁層にエッチング加工によって形成される前記絶縁層を貫通するコンタクトホールと、
   前記エッチング加工によって生ずるエッチングガスの付着を分散化するために前記コンタクトホールの周辺に設けられた前記絶縁層を貫通しないダミーホールと、を有することを特徴とする半導体装置。
   
   

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