JP2006024831A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特にはビアによって上下の配線間が接続された多層配線構造を有する半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having a multilayer wiring structure in which upper and lower wirings are connected by vias and a manufacturing method thereof.
近年、半導体装置のさらなる高集積化および高機能化にともない、素子構造の微細化と共に配線構造の多層化および高密度化が要求されている。高密度な多層配線を実現するためには、配線およびビアの微細化と狭ピッチ化を進めることが重要である。尚ここでビアとは、半導体基板上に設けられた下層配線と上層配線とを接続する接続孔内に埋め込まれた導電性材料部分であることとする。 In recent years, with further higher integration and higher functionality of semiconductor devices, there has been a demand for multilayered and high-density wiring structures as well as finer element structures. In order to realize a high-density multilayer wiring, it is important to advance the miniaturization and narrowing of the wiring and vias. Here, the via means a conductive material portion embedded in a connection hole connecting a lower layer wiring and an upper layer wiring provided on the semiconductor substrate.
そこで、配線およびビアを狭ピッチ化する方法として、ビアの開口面積を大きくとれるテーパ付きのビアを下層絶縁膜に形成し、その後、このテーパ付ビアの上部の上層絶縁膜にテーパ付ビアの上径よりも小さな下径で垂直ビアを形成する構成が提案されている。この方法によれば、ビアの上部に設けられる上層配線は、径の小さな垂直ビアで接続されるために上層配線間のスペースがビア径によって狭められることはない。また、厚い絶縁膜にアスペクト比を高めることなくビアを形成することが可能である(以上、下記特許文献1参照)。
Therefore, as a method of narrowing the wiring and via pitch, a tapered via capable of increasing the via opening area is formed in the lower insulating film, and then the upper insulating film above the tapered via is formed on the tapered via. A configuration in which a vertical via is formed with a lower diameter smaller than the diameter has been proposed. According to this method, since the upper layer wiring provided in the upper part of the via is connected by the vertical via having a small diameter, the space between the upper layer wiring is not narrowed by the via diameter. In addition, a via can be formed in a thick insulating film without increasing the aspect ratio (see
ところで、ビアの形成においては、リソグラフィによって形成したレジストパターンをマスクに用いて絶縁膜をエッチングすることによりビアホール(接続孔)の形成が行われる。しかしながら、上述したようにビアの微細化と狭ピッチ化の進展により、近年においてはビアホールの開口径がリソグラフィの限界に近づいてきている。これにより、リソグラフィの際のパターン露光において露光マージンがとれなくなり、配線間ショートなどの不良発生による歩留まりの低下が懸念されている。またこのようなリソグラフィの限界により、半導体装置のさらなる高密度化が妨げられている。 By the way, in forming vias, via holes (connection holes) are formed by etching an insulating film using a resist pattern formed by lithography as a mask. However, as described above, with the progress of via miniaturization and narrow pitch, in recent years, the opening diameter of via holes is approaching the limit of lithography. This makes it impossible to obtain an exposure margin in pattern exposure during lithography, and there is a concern that the yield may decrease due to the occurrence of defects such as a short circuit between wirings. Further, due to the limitations of lithography, further increase in the density of semiconductor devices is hindered.
また特に、上述した特許文献のビアの形成方法では、1つのビアを形成するために、テーパ付ビアの形成工程と垂直ビアの形成工程との2度のビア形成工程を行わなければならず、生産性が悪いと言った問題もあった。 In particular, in the via forming method of the above-described patent document, in order to form one via, two via forming steps, a tapered via forming step and a vertical via forming step, must be performed. There was also a problem that productivity was bad.
そこで本発明は、生産性の低下を招くことなく、接続孔形成の際のリソグラフィにおける露光マージンを広げることが可能で、これにより歩留まり向上およびさらなる微細化が可能な半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can widen an exposure margin in lithography when forming a connection hole without causing a decrease in productivity, thereby improving yield and further miniaturization. The purpose is to do.
このような目的を達成するための本発明の半導体装置は、基板上に設けられた下層配線と、当該下層配線を覆う層間絶縁膜と、下層配線に達する状態で当該層間絶縁膜に設けられた接続孔内を導電性材料で埋め込んでなるビアと、当該ビアに接続された状態で層間絶縁膜上にパターン形成された上層配線とを備えている。そして特に、接続孔が、上層配線の延設方向に長い開口形状であることを特徴としている。 In order to achieve such an object, the semiconductor device of the present invention is provided in the interlayer insulating film so as to reach the lower layer wiring, the lower layer wiring provided on the substrate, the interlayer insulating film covering the lower layer wiring, and the lower layer wiring. A via is formed by burying the inside of the connection hole with a conductive material, and an upper layer wiring patterned on the interlayer insulating film in a state of being connected to the via. In particular, the connection hole is characterized by having an opening shape that is long in the extending direction of the upper layer wiring.
また本発明の半導体装置の製造方法は、上記構成の半導体装置の製造方法であり、層間絶縁膜に接続孔を形成する際に、次のように行うことを特徴としている。すなわち、先ず、リソグラフィ法によって、上層配線の延設方向に長い開口形状のレジストパターンを層間絶縁膜上に形成する。そして、このレジストパターンに基づいて層間絶縁膜をエッチングすることにより当該層間絶縁膜に上層配線に達する接続孔を形成する。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device having the above-described structure, and is characterized in that the connection hole is formed in the interlayer insulating film as follows. That is, first, a resist pattern having an opening shape that is long in the extending direction of the upper layer wiring is formed on the interlayer insulating film by lithography. Then, by etching the interlayer insulating film based on the resist pattern, a connection hole reaching the upper layer wiring is formed in the interlayer insulating film.
このような構成の半導体装置およびその製造方法では、接続孔を一方向に長い開口形状としたことにより、この接続孔を形成する際のマスクとなるレジストパターンも、一方向に長い開口形状で形成されることになる。このため、レジストパターン形成の際のリソグラフィにおける露光マージンが広げられる。すなわち、正方形や正方形の角部を丸めた形状または正円形の開口形状を有するのレジストパターンを形成する場合と比較して、これらの開口形状を一方向に長くした開口形状であれば、パターン露光の際の焦点深度が広がるため、露光マージンが広がるのである。この場合、開口形状の短手方向の長さに対して長手方向の長さを、たかだか10%以上、好ましくは20%以上長くするだけで、焦点深度を広げることができる。 In the semiconductor device having such a configuration and the manufacturing method thereof, the connection hole has an opening shape that is long in one direction, so that a resist pattern that serves as a mask when forming the connection hole is also formed in an opening shape that is long in one direction. Will be. For this reason, the exposure margin in lithography when forming the resist pattern is widened. In other words, pattern exposure is possible if the opening shape is such that these opening shapes are elongated in one direction as compared with the case of forming a resist pattern having a square shape or a rounded corner shape or a regular circular opening shape. Since the focal depth at the time increases, the exposure margin increases. In this case, the depth of focus can be increased only by increasing the length in the longitudinal direction by 10% or more, preferably 20% or more, relative to the length of the opening shape in the short direction.
そして、このような開口形状を有する接続孔は、その長手方向が上層配線の延設方向に一致するように設けられている。これにより、この接続孔の側壁形状を、下層配線に向かって開口径が小さくなるテーパ形状とすることで、隣接する接続孔同士が上層配線に達する上層側において、その長手方向で接触したとしても、これらの接続孔は同一の上層配線に接続されているため、駆動に際しての問題はない。しかも、接続孔の下層側の分離状態は保たれるため、各下層配線間をショートさせることもない。 And the connection hole which has such an opening shape is provided so that the longitudinal direction may correspond to the extending direction of upper layer wiring. Thereby, even if the side wall shape of this connection hole is tapered so that the opening diameter becomes smaller toward the lower layer wiring, even if adjacent connection holes contact each other in the longitudinal direction on the upper layer side reaching the upper layer wiring. Since these connection holes are connected to the same upper layer wiring, there is no problem in driving. In addition, since the isolation state on the lower layer side of the connection hole is maintained, there is no short circuit between the lower layer wirings.
さらに、このような製造方法では、1回のリソグラフィで形成されたレジストパターンに基づくエッチングによって接続孔が形成されるため、工程数の増加はない。 Furthermore, in such a manufacturing method, since the connection hole is formed by etching based on a resist pattern formed by one lithography, there is no increase in the number of steps.
以上説明したように本発明の半導体装置およびその製造方法によれば、リソグラフィの工程数を増加させることが無いため生産性の低下を招くことなく、接続孔形成の際のリソグラフィにおける露光マージンを広げることが可能であり、これにより半導体装置の歩留まり向上およびさらなる微細化が可能となる。 As described above, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention, since the number of lithography processes is not increased, the exposure margin in lithography when forming the connection hole is increased without reducing the productivity. This makes it possible to improve the yield and further miniaturize the semiconductor device.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下においては、先ず半導体装置の構成を説明し、次いでこの半導体装置の製造方法を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, the configuration of the semiconductor device will be described first, and then the method for manufacturing the semiconductor device will be described.
<半導体装置>
図1は、実施形態の半導体装置の構成を示す要部平面図であり、図2は図1におけるA−A’断面図である。これらの図に示す半導体装置は、配線を複数層に積層してなる多層配線構造を有するものであり、次のような構成となっている。
<Semiconductor device>
FIG. 1 is a main part plan view showing the configuration of the semiconductor device of the embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. The semiconductor device shown in these drawings has a multilayer wiring structure in which wirings are laminated in a plurality of layers, and has the following configuration.
すなわち、本実施形態の半導体装置においては、ここでの図示を省略した半導体基板やガラス基板の表面側に形成された素子を覆う状態で、第1層間絶縁膜1が成膜されている。この第1層間絶縁膜1の表面側には、下層配線3が埋め込み形成されており、この下層配線3を覆う状態で第2層間絶縁膜5が形成されている。そして、第2層間絶縁膜5には、下層配線3に達する接続孔5aが設けられ、さらにこの接続孔5a内には導電性材料で埋め込んでなるビア7が設けられている。また、第2層間絶縁膜5の上部には、ビア7を介して下層配線3に上層配線9がパターン形成されている。尚、この上層配線9は、第2層間絶縁膜5の表面側に埋め込み形成されていても良い。
That is, in the semiconductor device of the present embodiment, the first interlayer
ここで、第1層間絶縁膜1の表面側に埋め込み形成された下層配線3は、例えば銅(Cu)からなる。図示した部分においては、線幅W1(例えばW1=70nm)の下層配線3が、ピッチP1(例えばP1=140nm)で平行に配置されている。またこれらの下層配線3は、ここでの図示を省略したコンタクトによって、当該第1層間絶縁膜1で覆われた素子に接続されていることとする。
Here, the
そして、下層配線3を覆う第2層間絶縁膜2の上部に形成された上層配線9は、図示した部分において、下層配線3に対して直交する状態で複数本が平行に配置されている。そして、線幅W2(例えばW2=75nm)の上層配線9が、ピッチP2(例えばP2=150nm)で平行に配置されている。尚、この上層配線9が第2層間絶縁膜2の表面側に埋め込み形成されたもので有る場合、この上層配線9は、例えば銅(Cu)からなることとする。
A plurality of
そして、このような下層配線3と上層配線9とが交差する位置に配置されているビア7、およびこのビア7が埋め込まれた接続孔5aの開口形状は、次のような2つの特徴的な形状を有している。尚、以下においては、接続孔5aの開口形状として説明する。
The
先ず第1に、接続孔5aの開口形状、すなわち、上層配線9と接する開口上部の平面形状は、上層配線9の延設方向(図1においては上下方向)に沿って長く、例えば上層配線9の延設方向を長径(長手)方向とした楕円形や矩形、さらにはこの矩形の4角を丸めた略矩形となっている。
First, the opening shape of the
また第2に、接続孔5aの側壁形状は、上層配線9側から下層配線3側にかけて連続した傾斜角度を有して開口径が狭くなるテーパ形状に整形されていることとする。そして、そのテーパ形状における傾斜角度θは、上層配線9側から下層配線3側にかけてほぼ一定であるか、上層配線9側から下層配線3側に向かって徐々に傾斜が緩やかになる形状であり、急激に変化することはない。
Second, the side wall shape of the
そして、以上のような第1および第2の特徴を有する接続孔5aにおいて、開口上部の短手方向の寸法Wxは、短手方向に隣接して配置される接続孔5a(ビア7)間のショートを完全に防ぐことができる範囲に設定される。このような接続孔5aにおける開口上部の短手方向の寸法Wxの設定は、従来と同様である。
In the
これに対して、接続孔5aの開口上部の長手方向の寸法Wyは、接続孔5aの開口下部の長手方向の寸法Wy’と、下層配線3と上層配線9との絶縁に必要な第2層間絶縁膜5の膜厚t(例えばt=300nm)と、エッチングプロセスにおいて実現可能な接続孔5aの傾斜角度θ(例えばθ=87°)に基づいて、大きめに設定されている。
On the other hand, the longitudinal dimension Wy of the upper part of the opening of the
すなわち、先ず、接続孔5aにおける開口下部の長手方向の寸法Wy’は、例えば下層配線3のピッチP1に基づき、この接続孔5aが下層配線3に達する位置において、隣接して配置される接続孔5aが確実に分離される範囲で設定されている。また、寸法Wy’は、接続孔5aと下層配線3とのコンタクト抵抗が十分低く抑えられるように、なるべく大きい値に設定されることが好ましい。
That is, first, the dimension Wy ′ in the longitudinal direction of the lower portion of the opening in the
そして、接続孔5aの開口上部の長手方向の寸法Wyは、このようにして設定されている寸法Wy’と、第2層間絶縁膜5の膜厚tと、エッチングプロセスにおいて実現可能な接続孔5aの傾斜角度θの範囲とに基づいて、接続孔5aが上層配線9に達する位置において接続孔5aが分離される値に設定されている。ただし、接続孔5aの上層部分は、確実に分離されている必要はなく、図2A部に示すように、同一の上層配線9に接続されている複数の接続孔の上層部分が互いに連通していても良い。
The dimension Wy in the longitudinal direction of the upper part of the opening of the
尚、接続孔5aの開口下部の短手方向の寸法Wx’は、接続孔5aの開口上部の長手方向の寸法Wyに対する開口下部の長手方向の寸法Wy’の割合と、接続孔5aの開口上部の短手方向の寸法Wxとから決められた値になる。
Note that the dimension Wx ′ in the short direction of the lower part of the opening of the
尚、この接続孔5a内に導電性材料を埋め込んでなるビア7の形状は、接続孔5aと同一形状となる。したがって、接続孔5aの上層部分は、確実に分離されている必要はなく、図2A部に示したように、同一の上層配線9に接続されている複数の接続孔5aの上層部分が互いに連通している場合には、これらの接続孔5a内に埋め込まれたビア7同士が接続された状態となる。
The via 7 formed by embedding a conductive material in the
<製造方法>
以上のような構成の半導体装置の製造方法を、図3の断面工程図に基づいて説明する。
<Manufacturing method>
A method of manufacturing the semiconductor device having the above configuration will be described with reference to the sectional process diagram of FIG.
先ず、図3(1)に示すように、素子が形成された基板を覆う第1層間絶縁膜1の表面側に、通常の埋め込み配線プロセスに従って下層配線3を埋め込み形成する。次に、この下層配線3を覆う状態で第1層間絶縁膜1上に第2層間絶縁膜5を形成する。この第2層間絶縁膜5は、複数層の異なる膜からなる積層構造であっても良い。
First, as shown in FIG. 3A, a
次に、リソグラフィ法により、この第2層間絶縁膜5上に、接続孔を形成するためのレジストパターン11を形成する。このレジストパターン11は、上述した接続孔の開口上部における開口形状と対応する平面形状の開口部11aを備えていることとする。つまり、レジスストパターン11に設けられた開口部11aは、以降の工程で形成する上層配線の延設方向(図面においては左右方向)に沿って長いこととする。
Next, a resist
また、レジストパターン11の開口部11aは、リソグラフィにおけるパターン露光で用いられる開口部11aのパターンデータによって、その開口形状が楕円形、矩形または矩形の4角を丸めた略矩形となる。例えば、パターンデータが矩形であれば、パターン露光を含むリソグラフィによって形成されるレジストパターン11の開口部11aは、楕円または矩形の4角を丸めた略矩形となる。一方、パターンデータが、矩形に対してOPC(Optical & Process Correction)による修飾パターンを設けたり、他の補正処理がなされたものであれば、パターン露光を含むリソグラフィによって形成されるレジストパターン11の開口部11aは、より矩形に近い形状となる。
In addition, the
次に、図3(2)に示すように、レジストパターン11をマスクに用いたエッチングにより、第2層間絶縁膜5をエッチングすることにより、下層配線3に達する接続孔5aを形成する。この際、接続孔5aの側壁の傾斜角度θが予め設定された角度となるように、プロセスを調整したエッチングを行うこととする。このようにして得られた接続孔5aの開口形状、すなわち開口上部の平面形状は、レジストパターン11の開口部11aの開口形状と同様に、一方向に長い楕円、矩形、さらにはこの矩形の4角を丸めた略矩形となる。
Next, as shown in FIG. 3B, the second interlayer insulating film 5 is etched by etching using the resist
尚、接続孔5aの形成においては、レジストパターン11をマスクに用いたエッチングによって無機マスクを形成し、この無機マスク上から第2層間絶縁膜5をエッチングするようにしても良い。そして、この無機マスクを第2層間絶縁膜5の一部としても良い。
In forming the
次いで、図3(3)に示すように、接続孔5aを導電性材料で埋め込んでなるビア7を形成する。ここでは、接続孔5aを埋め込む状態で第2層間絶縁膜5上に、バリアメタルを介してCu膜のような導電性材料層(図示省略)を形成し、この導電性材料層をCMP研磨することにより、接続孔5a内にのみ導電性材料層を残すことにより、ビア7の形成を行う。
Next, as shown in FIG. 3 (3), a via 7 is formed by filling the
以上の後、図2に示したように、ビア7上を含む第2層間絶縁膜5上に上層配線9をパターン形成する。この際、ビア7の長手方向に沿って上層配線9が延設されるように、上層配線9がパターン形成される。
After the above, as shown in FIG. 2, the
尚、この上層配線9が第2層間絶縁膜5の表面層に埋め込み形成されている場合には、接続孔5aの形成に前後して、第2層間絶縁膜5の上層に配線溝を形成する工程を行うことにより、配線溝の底部から下層配線3に向かって接続孔5aが掘り下げられた状態とする。ただし配線溝の形成は、上記レジストパターン11とは異なるレジストパターンに基づくエッチングが行われることになる。そして、このような配線溝と接続孔5aとを埋め込む状態で、導電性材料層を形成してこれをCMP研磨することにより、接続孔5a内に埋め込まれたビア7と一体に上層配線9を形成する。
When the
以上により、図1および図2を用いて説明した構成の半導体装置を得ることができる。 As described above, the semiconductor device having the structure described with reference to FIGS. 1 and 2 can be obtained.
上述した構成の半導体装置およびその製造方法によれば、接続孔5aが一方向に長い開口形状である。このため、図3(1)を用いて説明したように、この接続孔5aを形成する際のマスクとなるレジストパターン11も、一方向に長い開口形状で形成されることになる。これにより、レジストパターン11を形成する際のリソグラフィにおける露光マージンが広げられる。すなわち、正方形や正方形の角部を丸めた形状または正円形の開口形状を有するのレジストパターンを形成する場合と比較して、これらの開口形状を一方向に長くした開口形状であれば、パターン露光の際の焦点深度が広がるため、露光マージンが広がるのである。この場合、以降に説明するように、開口形状の短手方向の長さに対して長手方向の長さを、たかだか10%以上、好ましくは20%以上長くするだけで、焦点深度を広げることができる。
According to the semiconductor device having the above-described configuration and the manufacturing method thereof, the
そして、このような開口形状を有する接続孔5aは、その長手方向が上層配線9の延設方向に一致するように設けられている。これにより、この接続孔5aの側壁形状を、下層配線3に向かって開口径が小さくなるテーパ形状とすることで、以降に詳細に説明するように、隣接する接続孔5a同士が上層配線9に達する上層側において、その長手方向で接触したとしても(図2A部参照)、これらの接続孔5aは同一の上層配線9に接続されているため、駆動に際しての問題はない。尚、接続孔5aの開口上部における短手方向の寸法Wxは、従来と同様で良いため、隣接する上層配線9間のショートマージンに変わりはない。
The
しかも、この接続孔5aの側壁形状を、下層配線3に向かって開口径が小さくなるテーパ形状とすることで、接続孔5aの下層側の分離状態は保たれるため、各下層配線3間をショートさせることもない。このため、例えば、上層配線9と下層配線3とが、それぞれデザインルールぎりぎりのマージンがクリティカルとなる線幅であり、かつ線幅とスペースとが1:1程度に狭ピッチ化されていて、かつ交差した配置となっていて下層配線3と直角方向に接続孔5a(ビア7)の長手方向が一致してしまう場合であっても、接続孔5aの側壁形状が下層配線3に向かって開口径が小さくなるテーパ形状となっているため、接続孔5aの下層側の分離状態が保たれるのである。
In addition, since the side wall shape of the
さらに、このような製造方法では、図3(1)および図3(2)を用いて説明したように、1回のリソグラフィで形成されたレジストパターン11に基づくエッチングによって接続孔5aが形成されるため、工程数の増加はない。
Furthermore, in such a manufacturing method, as described with reference to FIGS. 3A and 3B, the
この結果、上述した半導体装置およびその製造方法によれば、リソグラフィの工程数を増加させることが無いため生産性の低下を招くことなく、接続孔5aを形成する際のリソグラフィにおける露光マージンを広げることが可能であり、これにより半導体装置の歩留まり向上を図ると共に、露光装置の性能をフルに発揮して最先端の超微細デバイスを作製することが可能となる。
As a result, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof described above, the number of lithography steps is not increased, so that the exposure margin in lithography when forming the
次に、図3(1)に示した工程において、接続孔5aを形成するためのマスクとなるレジストパターン11の開口部11aの開口形状を、一方向に長い形状とすることにより、当該レジストパターン11を形成する際のリソグラフィにおける露光マージンが広がる効果について説明する。
Next, in the step shown in FIG. 3A, the opening shape of the
ここでは、このような効果を示すために、図4に示すように、各値を因子としたリソグラフィ処理によりレジストパターン11を形成するシミュレーションを行った。すなわち、レジストパターン11に形成する開口部11aのx方向のサイズWxを100nmに固定する。そして、y方向(すなわち、上層配線と平行な方向)のサイズWyを、100nm、110nm、120nmの各値とした場合において、パターンピッチ(PxおよびPy)を因子とし、リソグラフィマージンとしてパターン露光における焦点深度DOF(Depth of Focus)をシミュレーションによって求めた。
Here, in order to show such an effect, as shown in FIG. 4, a simulation was performed in which the resist
尚、レジストパターン11に形成する開口部11aのx方向のサイズWxおよびy方向のサイズWyは、このレジストパターン11をマスクにしたエッチングによって得られる接続孔(5a)における開口上部の寸法Wx×Wyとほぼ一致するため、同一の符号とする。また、パターンピッチPxは、上層配線(9)のピッチP1に対応し、パターンピッチPyは、下層配線(3)のピッチP2に対応する。
Note that the size Wx in the x direction and the size Wy in the y direction of the
下記の表1〜表3に、その結果を示す。表1はWy=100nm、表2はWy=110nm、表3はWy=120nmの結果であり、表1〜表3中におけるDOFの単位はnmである。 The results are shown in Tables 1 to 3 below. Table 1 shows the results of Wy = 100 nm, Table 2 shows the results of Wy = 110 nm, and Table 3 shows the results of Wy = 120 nm. The units of DOF in Tables 1 to 3 are nm.
上記表1に示すように、Wy=100nm(Wx=100nm)の開口部11aを有する従来のレジストパターン11の形成においては、開口部11aのピッチPxが小さく、ピッチPyが大きい範囲で、DOFが狭くなることが判る。特に、開口部11aの短手方向のピッチPxが150nmと密で、かつ開口部11aの長手方向のピッチPyが300nm以上と比較的疎な配置においては、DOFが125を下回り、リソグラフィマージンがほとんどないということが分かる。
As shown in Table 1 above, in the formation of the conventional resist
これに対して、表2に示すように、Wy=110nm(Wx=100nm)の、一方向に長い開口部11aを有するレジストパターン11を形成する場合には、表1と比較してDOFが広くなっていることが判る。そして、シミュレーションを行った範囲においては、DOFが150以上に拡大されていることが判る。
On the other hand, as shown in Table 2, when forming the resist
また、表3に示すように、Wy=120nm(Wx=100nm)の、さらに一方向に長い開口部11aを有するレジストパターン11を形成する場合には、表1さらには表2と比較してDOFがより広くなっていることが判る。そして、シミュレーションを行った範囲においては、DOFが175以上に拡大されていることが判る。
Further, as shown in Table 3, when forming a resist
以上から、レジストパターン11の開口部11aにおける開口形状を、短手方向の長さに対して長手方向の長さをたかだか10%以上、好ましくは20%以上長くするだけで、DOFが広げられ、露光マージンが効果的に拡大されることが確認された。
From the above, the DOF can be widened simply by increasing the length of the opening in the
そして、表1〜表3によれば、上記シミュレーションに用いた光学条件では、Pyが300nm以上の開口部11aに対して本発明を用いれば、DOFを150以上に拡大できるという結論になる。このため、開口部11aにおける長手方向の寸法Wyを120nmにしても開口部11aの間隔、すなわち接続孔およびビアの間隔を180nmに保つことができ、隣接する接続孔(ビア)同士がショートすることはない。
According to Tables 1 to 3, it is concluded that the DOF can be increased to 150 or more by using the present invention for the
尚、例えPyが、140nmの場合であっても、リソグラフィマージンが取れない光学条件を使う必要があれば、本発明を適用することで、効果を得ることができる。この場合、開口部11aにおける長手方向の寸法Wyを120nmにすることで、開口部11aの間隔が20nmと狭くなる。しかしながら、このレジストパターン11をマスクに用いたエッチングにより、側壁テーパ形状の接続孔を形成することにより、下層配線部分においては接続孔が確実に分離されることから、何ら問題はない。
Even if Py is 140 nm, the effect can be obtained by applying the present invention if it is necessary to use optical conditions that do not allow a lithography margin. In this case, by setting the longitudinal dimension Wy in the
尚、光学系の条件の説明やシミュレーション条件の説明はなくとも、本発明の実施形態を説明するに十分、即ち、当業者が実行可能であることは明らかであるためここでは記載しない。さらに、今回説明に用いた値や想定条件も本発明の請求範囲に対してなんら制限を与えるものではない。 It should be noted that even if there is no explanation of the conditions of the optical system and the explanation of the simulation conditions, it is clear that it is sufficient to explain the embodiments of the present invention, that is, it can be carried out by those skilled in the art, and is not described here. Furthermore, the values and assumptions used in this explanation do not limit the claims of the present invention.
次に、接続孔5aの側壁形状を、下層配線3に向かって開口径が小さくなるテーパ形状としたことによる効果を説明する。
Next, the effect obtained by making the side wall shape of the
例えば、図1に示したように、下層配線3のピッチP1が140nm、線幅が70nmであり、上層配線9のピッチP2が150nm、線幅が75nmであり、これらの下層配線3と上層配線9とが略90°の角度をなして交差している場合を考える。この場合、上層配線9に接する接続孔5aの開口形状は、上述したように一方向が長い形状としたことにより、リソグラフィ工程のマージンとショートマージンの問題は解決されている。
For example, as shown in FIG. 1, the pitch P1 of the
しかし、接続孔5aにテーパを付けない場合には、下層配線3のピッチP1が140nmであるに対し、接続孔5aの下層配線3に達する部分の長手方向の寸法Wy’が120nmにもなるため、スペースが20nmしかなく非常にショートマージンが小さい構造になってしまう。
However, if the
しかしここで、接続孔5aにテーパ形状とすることにより、ビアの下層配線に接する面におけるショートマージンを改善することができる。
However, by forming the
たとえば、図2を参照し、下層配線3と上層配線9との絶縁に必要な第2層間絶縁膜5の膜厚tが300nmであるとし、テーパ形状の傾斜角度をθ=87°にした場合、Wy’が約88.6nm、スペースは51.4nmとなりショートマージンが改善されることは明らかである。
For example, referring to FIG. 2, when the film thickness t of the second interlayer insulating film 5 necessary for insulation between the
図2は、レジストプロセスにおけるシュリンクを考慮していない例であるが、リソグラフィ段階での、すなわち、図3(1)に示したレジストパターン11における開口部11aの開口寸法に対して、プロセスにおいてのレジスト段階でのテーパエッチングやレジストシュリンク技術を用いて、実パターン(接続孔)での開口寸法WxやWyを小さくしておいた後に本発明を適用しても問題はない。そして、上記の場合も本発明に含まれることは言うまでもない。
FIG. 2 is an example in which shrinkage in the resist process is not taken into consideration, but in the lithography stage, that is, in the process with respect to the opening dimension of the
次に、図1で示した例のような、上層配線9と下層配線3がともに密であり、且つ、略90度の角度をなして交差している場合における下層配線3におけるショートマージンと接触抵抗の関係について、図5を用いて考察する。図5の各図には、下層配線3と、この下層配線3の高さに達する接続孔5aの底部(開口下部)の平面図である。
Next, as in the example shown in FIG. 1, when the
中央の図5(b)は、本発明を用いない場合であり、接続孔5aの開口下部の寸法は略Wx’=Wy’となっている。これに対して、図5(a)および図5(c)では、Wx’<Wy’となっている。Wx’の大小関係は図5(a)=図5(b)>図5(c)であり、Wy’の大小関係は図5(a)>図5(b)=図5(c)となっている。
FIG. 5B in the center is a case where the present invention is not used, and the dimension of the opening lower portion of the
この場合、下層配線3におけるショートマージンは略図5(a)<図5(b)<図5(c)となり、接触抵抗は略図5(a)=図5(b)<図5(c)となる。これにより、接続孔5aのテーパ形状の傾斜角度θは、Wx’とWy’の比によって生じるショートマージンと接触抵抗の兼ね合いを考慮して決定されるものである。
In this case, the short margin in the
Wx’とWy’の比はWxとWyに略準ずるが、一般的には表1〜表3を用いて説明したように、Wxに対して、Wyを高々10%〜20%程度(10nm〜20nm程度)大きくなるような楕円(デザイン上は矩形等)とすることで、リソグラフィマージンが劇的に向上するため、上記のショートマージンと接触抵抗の兼ね合いを満たす解を出す(すなわちWx’とWy’の現実的な目標値を設定する)ことは、本発明を用いない場合と比して当業者にとっては困難なものにはならないことは明白である。 The ratio of Wx ′ and Wy ′ is substantially the same as that of Wx and Wy. Generally, as described with reference to Tables 1 to 3, Wy is about 10% to 20% at most with respect to Wx (10 nm to Since the lithography margin is drastically improved by making the ellipse to be large (about 20 nm, etc.), a solution satisfying the above-mentioned short margin and contact resistance is obtained (that is, Wx ′ and Wy). It is obvious that setting a realistic target value of 'is not difficult for those skilled in the art compared to the case of not using the present invention.
また、接続孔5aのテーパ形状の傾斜角度θは、下層配線3と上層配線9との絶縁に必要な第2層間絶縁膜5の膜厚tに依存し、WyとWy’との比を一定とした場合には、第2層間絶縁膜5の膜厚tが薄いほど小さくする必要がある。しかしながら、t=300nm程度であれば、傾斜角度θは高々85度程度で良く、プロセスを困難にする要因とはならない。
Further, the inclination angle θ of the tapered shape of the
3…下層配線、5…第2層間絶縁膜、5a…接続孔、7…ビア、9…上層配線、11…レジストパターン、θ…傾斜角度
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記接続孔は、前記上層配線の延設方向に長い開口形状を有している
ことを特徴とする半導体装置。 A lower layer wiring provided on the substrate, an interlayer insulating film covering the lower layer wiring, a via formed by burying a conductive hole in a connection hole provided in the interlayer insulating film in a state of reaching the lower layer wiring, In a semiconductor device provided with an upper layer wiring patterned on the interlayer insulating film in a state of being connected to a via,
The connection hole has a long opening shape in the extending direction of the upper layer wiring.
前記接続孔は、前記上層配線側から前記下層配線側にかけて連続した傾斜角度を有して開口径が狭くなるテーパ形状に整形されている
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The connection hole is shaped into a tapered shape having a continuous inclination angle from the upper-layer wiring side to the lower-layer wiring side and having a narrow opening diameter.
前記下層配線と前記上層配線とは、直交する状態で配置されている
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2,
The lower layer wiring and the upper layer wiring are disposed in a state of being orthogonal to each other.
前記上層配線のうち同一の上層配線に接続されている複数の接続孔の上層部分が、互いに連通している
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2,
An upper layer portion of a plurality of connection holes connected to the same upper layer wiring among the upper layer wirings communicates with each other.
前記接続孔を形成する際には、
リソグラフィ法によって、前記上層配線の延設方向に長い開口形状のレジストパターンを前記層間絶縁膜上に形成し、当該レジストパターンに基づいて前記層間絶縁膜をエッチングすることにより当該層間絶縁膜に前記上層配線に達する接続孔を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 After forming the connection hole reaching the lower layer wiring in the interlayer insulating film covering the lower layer wiring, the via hole reaching the lower layer wiring is formed by filling the connection hole with the conductive material film, and the upper layer connected to the via In a method for manufacturing a semiconductor device in which wiring is formed on the interlayer insulating film,
When forming the connection hole,
A resist pattern having an opening shape that is long in the extending direction of the upper layer wiring is formed on the interlayer insulating film by lithography, and the interlayer insulating film is etched based on the resist pattern to thereby form the upper layer on the interlayer insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a connection hole reaching a wiring.
前記層間絶縁膜のエッチングは、前記下層配線側にかけて連続した傾斜角度を有して開口径が狭くなるテーパ形状となるように行われる
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the etching of the interlayer insulating film is performed so as to have a tapered shape having a continuous inclination angle toward the lower layer wiring side and having a narrow opening diameter.
前記上層配線は、前記下層配線と直交するように形成される
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6.
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the upper layer wiring is formed to be orthogonal to the lower layer wiring.
前記接続孔の開口形状の長手方向に隣接して配置される接続孔の上層部分が互いに連通するように形成される
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6.
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein upper portions of connection holes arranged adjacent to each other in the longitudinal direction of the opening shape of the connection holes are formed to communicate with each other.
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JP2007214567A (en) * | 2006-02-07 | 2007-08-23 | Samsung Electronics Co Ltd | Semiconductor device, and method of manufacturing same |
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