JP2006059845A - 半導体装置の製造方法及びフォトマスク - Google Patents
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Abstract
【課題】 金属配線層を形成する際に、半導体装置に対するプラズマダメージを抑制することが可能な半導体装置の製造方法、及びフォトマスクを提供する。
【解決手段】 フォトマスクMは、金属配線20b,20cをそれぞれ形成するための遮光パターン(金属配線遮光部)30b,30cと、放電パターン21を形成するための遮光パターン(放電パターン遮光部)31とを備えている。放電パターン遮光部31は、金属配線遮光部30cの近傍に備えられており、金属配線遮光部30cに向かって突出する山型の凸部31aを有している。ここで、金属配線遮光部30cと凸部31aの頂点との間隔D0は、フォトマスクMによってパターニングされるレジスト膜Rにおいて、金属配線形成部40cと、凸部41aの頂点との間隔D1が最小加工間隔E1より小さくなるように設定されている。
【選択図】 図5
【解決手段】 フォトマスクMは、金属配線20b,20cをそれぞれ形成するための遮光パターン(金属配線遮光部)30b,30cと、放電パターン21を形成するための遮光パターン(放電パターン遮光部)31とを備えている。放電パターン遮光部31は、金属配線遮光部30cの近傍に備えられており、金属配線遮光部30cに向かって突出する山型の凸部31aを有している。ここで、金属配線遮光部30cと凸部31aの頂点との間隔D0は、フォトマスクMによってパターニングされるレジスト膜Rにおいて、金属配線形成部40cと、凸部41aの頂点との間隔D1が最小加工間隔E1より小さくなるように設定されている。
【選択図】 図5
Description
本発明は、金属配線層をプラズマエッチングによって形成する半導体装置の製造方法に関し、さらに、前記金属配線層を形成するためのフォトマスクに関する。
半導体装置の製造プロセスにおいて、金属配線層を形成するためのプラズマエッチングの際に、金属配線層にチャージされた電荷が、トランジスタのゲート電極に至り、ゲート電極の下に位置するゲート絶縁膜にダメージを与えることがある。このようなプラズマダメージを回避するため、下記特許文献1においては、ゲート電極に接続される金属配線の近傍に、チャージされた電荷を半導体基板に逃がすことが可能な放電パターンを備え、エッチングが進行して金属配線と放電パターンとが完全に分離するまでの間、金属配線にチャージされる電子を半導体基板に逃がすようにしている。
ここで、前記放電パターンの配置を、前記金属配線に近づければ近づけるほど、両者が分離するまでの期間を長くすることが可能となる。これにより、金属配線にチャージされる電荷をより多く放電することが可能となり、トランジスタに対するプラズマダメージを抑制することができる。
しかしながら、金属配線と放電パターンとの間隔を単純に狭めただけでは、両者の分離が不完全となったり、残すべき金属配線等が過剰に食刻されたりし、製造歩留りを低下させてしまうため、形成可能な最小ギャップ(最小加工間隔)等を定めたルールに則って配置する必要がある。このため、放電パターンを備えることによるプラズマダメージの抑制には限界があった。
本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、金属配線層を形成する際に、半導体装置に対するプラズマダメージを抑制することが可能な半導体装置の製造方法、及びフォトマスクを提供することにある。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成され、当該半導体装置の回路動作に使用される金属配線と、前記絶縁膜上で、前記金属配線の近傍に備えられ、前記金属配線を形成する際に前記金属配線にチャージされる電荷を、前記半導体基板に放出可能な放電パターンとを備えた半導体装置の製造方法であって、前記絶縁膜上に、金属膜を成膜する工程と、前記金属膜上に、レジスト膜を成膜する工程と、前記レジスト膜を、フォトマスクに基づいてパターニングし、前記金属配線を形成するための金属配線形成部と、前記放電パターンを形成するための放電パターン形成部とを形成する工程と、前記パターニングされたレジスト膜をマスクとして前記金属膜をプラズマエッチングし、前記金属配線と前記放電パターンとを形成する工程とを備え、前記放電パターン形成部は、前記金属配線形成部に向かって突出する山型の凸部を有し、前記凸部は、前記金属配線形成部との間隔が前記半導体装置の製造に適用可能な最小加工間隔未満となるように形成されることを特徴とする。
これによれば、レジスト膜をパターニングして形成された放電パターン形成部が、同じくレジスト膜をパターニングして形成された金属配線形成部に向かって突出する山型の凸部を有し、この凸部は、金属配線形成部との間隔が最小加工間隔未満となるように備えられている。このため、パターニングされたレジスト膜をマスクとして金属膜をプラズマエッチングする工程において、金属配線と放電パターンとが分離するまでの時間を長くすることが可能となり、半導体装置に対するプラズマダメージを抑制することが可能となる。一方、放電パターンに形成される山型の凸部は、エッチングの進行に伴って湾曲し、これによって金属配線と放電パターンとの間隔が広がるため、凸部を金属配線に近づけたことに起因する製造歩留りの低下を抑制することが可能となる。
この半導体装置の製造方法において、前記放電パターン形成部は、それぞれ異なる方向に突出する複数の前記凸部を備えていることが望ましい。
これによれば、各凸部の突出方向に存在する複数の金属配線にチャージされる電荷を、1つの放電パターンによって放出することが可能となるため、形成すべき放電パターンの数を少なくすることが可能となる。この結果、放電パターンの形成に要するスペースを低減することが可能となる。
さらに、これによれば、放電パターンのレイアウトを決定する際に、放電パターンの向き(凸部の突出方向)を考慮する必要がなくなり、半導体装置のレイアウト設計が容易になる。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成され、当該半導体装置の回路動作に使用される金属配線と、前記絶縁膜上で、前記金属配線の近傍に備えられ、前記金属配線を形成する際に前記金属配線にチャージされる電荷を、前記半導体基板に放出可能な放電パターンとを備えた半導体装置の製造方法であって、前記絶縁膜上に、金属膜を成膜する工程と、前記金属膜上に、レジスト膜を成膜する工程と、前記レジスト膜を、フォトマスクに基づいてパターニングし、前記金属配線を形成するための金属配線形成部と、前記放電パターンを形成するための放電パターン形成部とを形成する工程と、前記パターニングされたレジスト膜をマスクとして、前記金属膜をプラズマエッチングし、前記金属配線と前記放電パターンとを形成する工程とを備え、前記金属配線形成部は、前記放電パターン形成部に向かって突出する山型の凸部を有し、前記凸部は、前記放電パターン形成部との間隔が前記半導体装置の製造に適用可能な最小加工間隔未満となるように形成されることを特徴とする。
これによれば、レジスト膜をパターニングして形成された金属配線形成部が、同じくレジスト膜をパターニングして形成された放電パターン形成部に向かって突出する山型の凸部を有し、この凸部は、放電パターン形成部との間隔が最小加工間隔未満となるように備えられている。このため、パターニングされたレジスト膜をマスクとして金属膜をプラズマエッチングする工程において、金属配線と放電パターンとが分離するまでの時間を長くすることが可能となり、半導体装置に対するプラズマダメージを抑制することが可能となる。一方、金属配線に形成される山型の凸部は、エッチングの進行に伴って湾曲し、これによって金属配線と放電パターンとの間隔が広がるため、凸部を金属配線に近づけたことに起因する製造歩留りの低下を抑制することが可能となる。
この半導体装置の製造方法において、前記金属配線は、前記半導体基板上に形成されたトランジスタのゲート電極に接続されていることが望ましい。
これによれば、ゲート電極に接続された金属配線にチャージされた電荷を、前記放電パターンを介して放出することが可能となるため、ゲート絶縁膜がプラズマダメージによって破壊、劣化するのを抑制することが可能となる。
本発明のフォトマスクは、先に記載の半導体装置の製造方法に用いられるフォトマスクであって、前記レジスト膜に形成する前記金属配線形成部及び前記放電パターン形成部のいずれか一方が、他方に向かって突出する山型の凸部を備え、前記凸部と前記他方との間隔が前記半導体装置の製造に適用可能な最小加工間隔未満となるように前記レジスト膜をパターニングすることを特徴とする。
これによれば、当該フォトマスクに基づいてパターニングされたレジスト膜をマスクとして、金属膜をプラズマエッチングする工程において、金属配線と放電パターンとが分離するまでの時間を長くすることが可能となり、半導体装置に対するプラズマダメージを抑制することが可能となる。一方、山型の凸部は、エッチングの進行に伴って湾曲し、これによって金属配線と放電パターンとの間隔が広がるため、凸部を金属配線に近づけたことに起因する製造歩留りの低下を抑制することが可能となる。
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置について、図面を参照して説明する。図1は、本実施形態の半導体装置を金属配線層上から見た平面図であり、図2は、そのA−C断面図である。
図2に示すように、本実施形態の半導体装置10は、p型シリコン基板からなる半導体基板11を備えており、半導体基板11の素子分離部12で囲まれた素子領域13には、トランジスタTRが形成されている。具体的には、素子領域13に、ソース/ドレイン領域を構成するn+不純物拡散層14,15が形成されており、素子領域13上には、ゲート絶縁膜16を挟んで、ゲート電極17が形成されている。
半導体基板11及びゲート電極17の上面には、絶縁膜18が堆積しており、絶縁膜18の上面には、金属配線層20が形成されている。
n+不純物拡散層14は、絶縁膜18を貫通するコンタクト19aを介して金属配線層20の金属配線20aに接続され、n+不純物拡散層15は、コンタクト19bを介して金属配線層20の金属配線20bに接続されている。また、図1に示すように、ゲート電極17は、コンタクト19cを介して金属配線20cに接続されており、金属配線20cを介して、トランジスタの動作を制御する制御電圧が印加される。
ゲート電極17に接続された金属配線20cの近傍には、金属配線20cに向かって突出する凸部21aを備えた放電パターン21が形成されている。放電パターン21は、コンタクト19dを介して半導体基板11に形成されたn+不純物拡散層22に接続されている。前述したように、半導体基板11はp型シリコン基板であるため、n+不純物拡散層22と半導体基板11とは、pn接合ダイオードを構成し、放電パターン21にチャージされた電子を半導体基板11に放出することが可能になっている。
次に、金属配線層20の製造方法について、図面を参照して説明する。図3(a)〜(c)、及び図4(a),(b)は、金属配線層20の製造工程を示す断面図であり、図1のB−C断面を示している。
まず、図3(a)に示すように、絶縁膜18にコンタクト19dを形成した状態から、図3(b)に示すように、絶縁膜18上に金属膜ALを成膜し、次いで、図3(c)に示すように、金属膜AL上にレジスト膜Rを成膜する。
次に、図4(a)に示すように、フォトマスクを用いたフォトリソグラフィ法によりレジスト膜Rをパターニングし、その後、図4(b)に示すように、残ったレジスト膜Rをマスクとして、金属膜ALをプラズマエッチングによってパターニングすることで、金属配線20b,20c及び放電パターン21を含む金属配線層20が形成される。その後、レジスト膜Rは除去されて、図2に示した状態になる。
図5は、レジスト膜R及び金属配線層20のパターニングを説明する説明図であり、(a)は、レジスト膜Rのパターニングに用いられるフォトマスクの平面拡大図、(b)は、フォトマスクによりパターニングされたレジスト膜Rの平面拡大図、(c)は、レジスト膜Rをマスクとしてパターニングされた金属配線層20の平面拡大図である。
フォトマスクMには、金属配線20a〜20cや放電パターン21等、金属配線層20に形成される各種金属パターンに対応した遮光パターンが形成されている。具体的には、図5(a)に示すように、金属配線20b,20cをそれぞれ形成するための遮光パターン(金属配線遮光部)30b,30cと、放電パターン21を形成するための遮光パターン(放電パターン遮光部)31とを備えている。放電パターン遮光部31は、金属配線遮光部30cの近傍に備えられており、金属配線遮光部30cに向かって突出する山型の凸部31aを有している。
フォトマスクMを用いて、レジスト膜Rのパターニング(露光及び現像)を行うと、図5(b)に示すように、フォトマスクMの遮光パターンに応じたレジストパターンが形成される。具体的には、フォトマスクMに形成された金属配線遮光部30b,30cに対応して、金属配線形成部40b,40cがそれぞれ形成され、凸部31aを有した放電パターン遮光部31に対応して、凸部41aを有した放電パターン形成部41が形成される。
ここで、フォトマスクMにおける2つの金属配線遮光部30b,30cの間隔E0は、レジスト膜Rにおける金属配線形成部40b,40cの間隔が最小加工間隔E1となるように設定されており、また、フォトマスクMにおける金属配線遮光部30cと凸部31aの頂点との間隔D0は、レジスト膜Rにおける金属配線形成部40cと、凸部41aの頂点との間隔D1が最小加工間隔E1より小さくなるように設定されている。
最小加工間隔E1とは、半導体装置の製造プロセスにおいて、金属配線層20に含まれる金属パターンを、フォトマスクMの遮光パターン通りに形成可能な最小間隔であり、金属配線20bと金属配線20cのように、隣接する2つの金属パターンにおいて、各々の対向する縁部が略平行である場合に適用される寸法値である。この場合に、金属パターン間の間隔が最小加工間隔E1より小さいと、各金属パターンのエッチングによる分離が不完全となったり、金属パターンが過剰に食刻されたりし、製造歩留りを低下させてしまう。
図5(b)に示したようにパターニングされたレジスト膜Rをマスクとして、金属膜ALのパターニング(プラズマエッチング)を行うと、図5(c)に示すように、レジスト膜Rの形状に応じて、各金属パターン(金属配線20b,20c、放電パターン21)が形成される。なお、金属パターンの角部等、尖形の部位は、エッチングによって食刻されやすい。このため、金属配線20b,20cの間隔が、最小加工間隔E1から大きく変化しないのに対し、放電パターン21の凸部21aの頂点がエッチングの進行に伴って湾曲するため、放電パターン21と金属配線20cとの間隔は、最小加工間隔E1を上回る。
ここで、プラズマエッチングによって金属配線層20が形成されるまでの金属膜ALの形状変化について詳述する。図6(a)〜(c)、及び図7(a),(b)は、プラズマエッチングによって金属配線層20が形成される様子を示す断面図である。
図6(a)は、レジスト膜RをフォトマスクMによってパターニングした状態を示す図であり、金属配線20b,20cをそれぞれ形成するためのレジスト膜(金属配線形成部)40b,40cと、放電パターン21を形成するためのレジスト膜(放電パターン形成部)41とが、金属膜AL上に形成されている。この状態では、2つの金属配線形成部40b,40cは、最小加工間隔E1を隔てて備えられており、金属配線形成部40cと放電パターン形成部41とは、最小加工間隔E1より小さな間隔D1を隔てて備えられている。
この状態から、プラズマエッチングによって金属膜ALの食刻を行うと、図6(b)及び図6(c)に示すように、各金属パターン間の分離が進行する。この段階では、各金属配線20b,20cと放電パターン21とは、金属膜ALとして一体であるため、プラズマエッチングによりチャージされる電荷は、コンタクト19dを経由して半導体基板11に放電される。
また、略平行に配置される金属配線20bと金属配線20cとは、エッチングの進行状況に拘わらず、その間隔E1に大きな変化が見られない。一方、放電パターン21は、エッチングの進行に従って凸部21aの頂点が食刻されるため、金属配線20cとの間隔が徐々に大きくなっていく。
さらに、金属配線20cと放電パターン21との間隔は、金属配線20bと金属配線20cとの間隔に比べて狭いため、金属配線20cと放電パターン21との分離の進行が遅くなる。このため、図7(a)に示すように、金属配線20bと金属配線20cとが完全に分離した後も、金属配線20cと放電パターン21との間には、金属膜ALが残った状態となり、この時点で金属配線20cにチャージされる電荷をも、放電パターン21を経由して半導体基板11に逃がすことができる。
その後、さらにエッチングが進行すると、図7(b)に示すように、金属配線20cと放電パターン21とが分離されるとともに、凸部21aの食刻も進行して、金属配線20cと放電パターン21との間隔は、最小加工間隔E1よりも大きくなる。
なお、放電パターン形成部41の凸部41aの頂角や、凸部41aと金属配線形成部40cとの間隔D1は、実験等により、エッチング後の金属配線20cと凸部21aとの間隔が最小加工寸法を上回るか否か等を考慮して定めればよい。
以上説明したように、本実施形態の半導体装置によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)本実施形態によれば、レジスト膜Rをパターニングして形成された放電パターン形成部41が、同じくレジスト膜をパターニングして形成された金属配線形成部40cに向かって突出する山型の凸部41aを有し、この凸部41aは、金属配線形成部40cとの間隔D1が最小加工間隔E1未満となるように備えられている。このため、パターニングされたレジスト膜Rをマスクとして金属膜ALをプラズマエッチングする工程において、金属配線20cと放電パターン21とが分離するまでの時間を長くすることが可能となり、金属配線20cにチャージされる電子を、より多く半導体基板11に放出することが可能となる。一方、放電パターン21に形成される山型の凸部21aは、エッチングの進行に伴って湾曲し、これによって金属配線20cと放電パターン21との間隔が広がるため、凸部21aを金属配線20cに近づけたことに起因する製造歩留りの低下を抑制することが可能となる。
(2)本実施形態によれば、トランジスタTRのゲート電極17に接続された金属配線20cにチャージされる電子を、放電パターン21によって放出するため、ゲート絶縁膜16がプラズマダメージによって破壊、劣化するのを抑制することが可能となる。
(変形例)
なお、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
なお、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・前記実施形態において、放電パターン遮光部31が備える山型の凸部31aの数、即ち、放電パターン形成部41が備える山型の凸部41aの数は1つに限られず、複数であってもよい。この場合、同一の方向に突出する複数の凸部31a(41a)を備えて、より効果的に放電するようにしてもよいし、異なる方向に突出する複数の凸部31a(41a)を備えるようにしてもよい。
図8(a)に示すように、フォトマスクMの放電パターン遮光部31に、それぞれ±X方向の2方向に突出する2つの凸部31aを備えるようにすれば、放電パターン21の両側(±X方向)に金属配線が配置される場合に、双方の金属配線にチャージされる電荷を1つの放電パターン21で放電することが可能となり、放電パターンの形成に要するスペースを低減することが可能となる。
また、図8(b),(c)に示すように、さらに、異なる方向に突出する凸部31aの数を増やせば、より多くの金属配線の放電を行うことが可能となるうえ、マスク設計(金属配線層20のレイアウト設計)をする際、凸部31aの向きを考慮せずにすむようになる。例えば、金属配線が90°刻みの傾きでレイアウトされる場合には、図8(b)に示すように、放電パターン遮光部31を略正方形として、±X,±Yの4方向に突出する4つの凸部31aを備えるようにすれば、凸部31aの向きを考慮することなく、凸部31aを金属配線遮光部に向かって突出させることが可能となり、金属配線が45°刻みの傾きでレイアウトされる場合には、図8(c)に示すように、放電パターン遮光部31を略正八角形として、それぞれ8方向に突出する8つの凸部31aを備えればよい。
・前記実施形態では、金属配線20cに向かって突出する凸部21aを備えた放電パターン21を備えているが、金属配線20cに、放電パターン21に向かって突出する凸部を備えるようにしても、同様の効果を得ることができる。
・前記実施形態では、ゲート電極17に接続された金属配線20cの近傍に、放電パターン21を備えることにより、ゲート絶縁膜16に対するプラズマダメージを抑制するようにしているが、放電パターン21を近傍に備える金属パターンは、ゲート電極17に接続された金属配線20cに限定されない。例えば、他の金属パターンの近傍に放電パターン21を備えることにより、プラズマチャージに起因する当該金属パターンの欠損等を抑制することができる。
・前記実施形態では、レジスト膜Rを残す領域に遮光パターンが形成されたポジ型のフォトマスクを用いているが、ネガ型のフォトマスクを用いてもよい。
・前記実施形態では、半導体基板11とn+不純物拡散層22とで構成されるpn接合ダイオードを介して、チャージされる電荷を半導体基板11に放出するようにしているが、電荷を半導体基板11に放出可能な構成であればよく、pn接合ダイオードに限定されるものではない。
・半導体基板11としては、p型シリコン基板に限定されず、n型シリコン基板にも適用可能である。
10…半導体装置、11…半導体基板、12…素子分離部、13…素子領域、14,15…n+不純物拡散層、16…ゲート絶縁膜、17…ゲート電極、18…絶縁膜、19a〜19d…コンタクト、20…金属配線層、20a〜20c…金属配線、21…放電パターン、21a…凸部、22…n+不純物拡散層、30b,30c…金属配線遮光部、31…放電パターン遮光部、31a…凸部、40b,40c…レジスト膜(金属配線形成部)、41…レジスト膜(放電パターン形成部)、41a…凸部、AL…金属膜、M…フォトマスク、R…レジスト膜、TR…トランジスタ。
Claims (5)
- 半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成され、当該半導体装置の回路動作に使用される金属配線と、
前記絶縁膜上で、前記金属配線の近傍に備えられ、前記金属配線を形成する際に前記金属配線にチャージされる電荷を、前記半導体基板に放出可能な放電パターンと、
を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁膜上に、金属膜を成膜する工程と、
前記金属膜上に、レジスト膜を成膜する工程と、
前記レジスト膜を、フォトマスクに基づいてパターニングし、前記金属配線を形成するための金属配線形成部と、前記放電パターンを形成するための放電パターン形成部とを形成する工程と、
前記パターニングされたレジスト膜をマスクとして前記金属膜をプラズマエッチングし、前記金属配線と前記放電パターンとを形成する工程と、
を備え、前記放電パターン形成部は、前記金属配線形成部に向かって突出する山型の凸部を有し、前記凸部は、前記金属配線形成部との間隔が前記半導体装置の製造に適用可能な最小加工間隔未満とな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。 - 請求項1に記載の半導体装置の製造方法であって、前記放電パターン形成部は、それぞれ異なる方向に突出する複数の前記凸部を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成され、当該半導体装置の回路動作に使用される金属配線と、
前記絶縁膜上で、前記金属配線の近傍に備えられ、前記金属配線を形成する際に前記金属配線にチャージされる電荷を、前記半導体基板に放出可能な放電パターンと、
を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁膜上に、金属膜を成膜する工程と、
前記金属膜上に、レジスト膜を成膜する工程と、
前記レジスト膜を、フォトマスクに基づいてパターニングし、前記金属配線を形成するための金属配線形成部と、前記放電パターンを形成するための放電パターン形成部とを形成する工程と、
前記パターニングされたレジスト膜をマスクとして、前記金属膜をプラズマエッチングし、前記金属配線と前記放電パターンとを形成する工程と、
を備え、前記金属配線形成部は、前記放電パターン形成部に向かって突出する山型の凸部を有し、前記凸部は、前記放電パターン形成部との間隔が前記半導体装置の製造に適用可能な最小加工間隔未満とな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。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法であって、前記金属配線は、前記半導体基板上に形成されたトランジスタのゲート電極に接続されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法に用いられるフォトマスクであって、前記レジスト膜に形成する前記金属配線形成部及び前記放電パターン形成部のいずれか一方が、他方に向かって突出する山型の凸部を備え、前記凸部と前記他方との間隔が前記半導体装置の製造に適用可能な最小加工間隔未満となるように前記レジスト膜をパターニングすることを特徴とするフォトマスク。
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