JP2007329248A - 測長用モニター - Google Patents

Abstract

【課題】コンタクトホールの径を調べるための測長用モニターの信頼性を向上させることを目的とする。
【解決手段】半導体基板１０に絶縁膜１１を介して金属層６を設ける。当該金属層６は複数の列をなすようにして形成する。当該金属層６上を含めた半導体基板１０の表面上にはＳＯＧ(Spin On Glass)膜１３を含む層間絶縁膜１５を形成する。隣り合う金属層６の間にスペースがあることから、当該スペースによって金属層６上のＳＯＧ膜１３の厚みは従来の測長用モニターに比して薄く形成される。そして、金属層６上の層間絶縁膜１５の膜圧をＬＳＩ内部の配線パターン上の層間絶縁膜と同等にすることができ、実際の配線パターン上のコンタクトホールと近い条件の測長用コンタクトホールが形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＬＳＩのコンタクトホールの径を調べるための測長用モニターに関するものである。

半導体装置の製造においては、配線やコンタクトをはじめとする様々なパターンが形成されるが、これらのパターンが実際どのように形成されているかを知る必要がある。それには実際のＬＳＩ内で形成されているパターンを測長することが確実な方法である。しかしながら、この方法によると個々のＬＳＩごとに測長しなければならないので作業が煩雑となる。

そこで、ＬＳＩ形成領域間のスクライブライン上に、ＬＳＩに実際に形成されているパターンの模擬パターンを形成し、その寸法をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）を用いて測長することが行われている。この方法によれば、１枚のウェハーに模擬パターンを数個設けてそれを測長すればよいので、実際のパターンを測長する場合に比して作業が省力化する。このような模擬パターンを測長用モニターと称する。

図４は従来の測長用モニター１００の周囲を示す平面図であり、図５は図４に係る測長用モニター１００の部分拡大図である。

この測長用モニター１００は図４に示すように、ウェハ上のＬＳＩ形成領域１０１の間に設けられたスクライブライン１０２上に形成されている。そして、図５に示すように例えば５行×５列に配列された２５個の測長用コンタクトホール１０３と、当該２５個の測長用コンタクトホール１０３とは離間して形成された一つの測長用コンタクトホール１０４が形成されている。そして、測長用コンタクトホール１０３，１０４の下方には金属層１０５が、測長用モニター１００のほぼ全面に渡り一様に形成されている。金属層１０５は平面的に見た場合、例えば縦×横が２４μｍ×１４μｍの長方形を構成している。

図５のＹ−Ｙ線に沿った断面構造について図６を参照しながら説明する。

図６に示すように半導体基板１１０の上に絶縁膜１１１を介してアルミニウム等から成る金属層１０５が形成されている。また、金属層１０５上にはＰＥ‐ＴＥＯＳ膜１１２，ＳＯＧ(Spin On Glass）膜１１３，ＰＥ‐ＴＥＯＳ膜１１４がそれぞれ順に積層して形成されている。これらの層間絶縁膜をまとめて層間絶縁膜１１５とし、その金属層１０５上の膜厚をＬとする。なお、ＰＥ‐ＴＥＯＳ膜１１２，１１４は、ＴＥＯＳ（テトラ・エチル・オルソシリケート）を用いてプラズマＣＶＤ法により形成された層間絶縁膜である。ＳＯＧ膜１１３は、シリコン化合物をアルコール等の溶媒に溶かした液を半導体基板１１０上に回転塗布した後、熱処理で溶媒を蒸発させた酸化膜である。

そして、金属層１０５の所定領域上には、金属層１０５の表面を一部露出させる測長用コンタクトホール１０４が形成されている。測長用コンタクトホール１０４は、層間絶縁膜１１５上に所定の開口部を有したレジスト膜を形成し、当該レジスト膜をマスクとして層間絶縁膜１１５をエッチングすることで形成される。

本願と関連する技術は、例えば以下の特許文献に記載されている。
特開平７−２９７２５２号公報

測長用モニターに形成される測長用コンタクトホールは、ＬＳＩ形成領域に形成されたコンタクトホールと完全に同じパターン（開口径や深さ）であることが、測長結果の信頼性を向上させる上で好ましい。

しかしながら、上述した従来の測長用モニターの構造であると、図６に示すように金属層１０５上のＳＯＧ膜１１３の膜厚Ｔが厚くなり過ぎてしまう傾向があり、これにより測長用コンタクトホールの径のサイズが、実際の配線パターン上のコンタクトホールの径よりも小さくなってしまっていた。このため、測長用コンタクトホールが実際のコンタクトホールの模擬パターンとはいえず、測長の精度が劣化するという問題があった。なお、ここでいう実際の配線パターンとは、詳しく言えばＬＳＩの最小デザインルールに従って形成された配線パターンである。

そこで本発明は、測長用モニターの測長結果の信頼性を向上させることを目的とする。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その主な特徴は以下のとおりである。すなわち、本発明の測長用モニターは、半導体基板上に形成された金属層と、前記金属層上に形成されたＳＯＧ膜を含む層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を貫通し、前記金属層に至る測長用コンタクトホールとを備え、前記金属層は複数の列を成すようにして形成されていることを特徴とする。

また、本発明の測長用モニターは、前記金属層の幅が、前記半導体基板上のＬＳＩの最小デザインルールの配線パターンの幅と実質的に同じであることを特徴とする。

本発明の測長用モニターでは、一つの測長用モニターに対して金属層を一様に形成するのではなく、複数の列を成すようにして形成されている。そのため、隣り合う金属層の列の間にも層間絶縁膜の一部が形成され、従来の構造に比して金属層上の層間絶縁膜の膜厚が厚くなることを抑えることができる。従って、金属層上の層間絶縁膜の膜厚をＬＳＩ内部の配線パターン上の層間絶縁膜の膜厚と同等にすることができる。そして、測長用コンタクトホールを、ＬＳＩ形成領域に形成された実際のコンタクトホールに近い状態で形成することができ、測長結果の信頼性を向上させることができる。

次に、本発明の最良の実施形態に係る測長用モニターについて図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態の測長用モニター１の周囲を示す平面図であり、図２は図１に係る測長用モニター１の部分拡大図である。

この測長用モニター１は図１に示すように、ウェハ上のＬＳＩ形成領域２の間に設けられたスクライブライン３上に形成されている。なお、測長用モニター１は設計に応じてスクライブライン上に形成されなくてもよい。なお、ＬＳＩ形成領域２には例えばＭＯＳトランジスタや配線パターン等の素子が多数形成されている。

そして、例えば５行×５列に配列された２５個の測長用コンタクトホール４と、当該２５個の測長用コンタクトホール４とは離間して形成された単一の測長用コンタクトホール５が形成されている。これらの測長用コンタクトホール４，５は、ＬＳＩ形成領域２に形成された実際のコンタクトホールの径がデザインルールに従ったものであるか否かを測長するためのホールである。

測長用コンタクトホール４は、多数の近接したコンタクトホールが形成されているようなデバイス素子と非常に近い条件を擬似的に再現し、かかる条件が反映された測長結果を得るために設けられている。一方、単一の測長用コンタクトホール５は、コンタクトホールがまばらに形成されているようなデバイス素子と非常に近い条件を擬似的に再現し、かかる条件が反映された測長結果を得るために設けられている。

測長用コンタクトホール４，５の下方にはＬＳＩ形成領域２に形成された実際の配線パターンと同様の幅を有する金属層６が複数の列を成すように形成されている。

次に、図３を参照しながら測長用モニター１の断面構造について説明する。図３は図２のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。

半導体基板１０上に絶縁膜１１（例えば酸化シリコン膜やシリコン窒化膜）が形成されている。そして、半導体基板１０上には絶縁膜１１を介してアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等から成る金属層６が形成されている。金属層６上には第１の層間絶縁膜としてのＰＥ‐ＴＥＯＳ膜１２、第２の層間絶縁膜としてのＳＯＧ膜１３、第３の層間絶縁膜としてのＰＥ‐ＴＥＯＳ膜１４がこの順に積層されている。これらの層間絶縁膜をまとめて層間絶縁膜１５とし、その金属層６上の膜厚をＭとする。

そして、上述した層間絶縁膜１５を貫通し、金属層６の表面に至る測長用コンタクトホール５が形成されている。

以下、測長用モニター１の製造方法について説明する。

まず、半導体基板１０上に絶縁膜１１を形成した後、ＣＶＤ法，スパッタリング法その他の成膜方法により金属層６となるアルミニウムや銅等の層を全面に形成する。

次に、不図示のレジスト層をマスクとしてエッチングすることで、図２及び図３に示すように複数の列を成す金属層６が形成される。なお、隣合う金属層６間に一定のスペースがあり、当該スペースに層間絶縁膜の一部が形成される構成であればそのパターニングデザインは特に限定されない。金属層６の列の幅は例えば２μｍであり、隣り合う金属層６の間のスペースは例えば１μｍである。なお、金属層６の列の幅はＬＳＩ形成領域２の最小デザインルールによって形成された配線パターンと実質的に同じになるように形成することが、測長用コンタクトホールのパターン（径や深さ）を実際のコンタクトホールに近くすることができ、測長の精度を向上させる上で好ましい。

なお、金属層６の各列の幅は全て同じであってもよいし、それぞれの幅に変化をもたせても良い。これによって、金属層の幅とコンタクトホールのパターンの関係を調べることもできる。

次に、ＰＥ‐ＴＥＯＳ膜１２，ＳＯＧ膜１３，ＰＥ‐ＴＥＯＳ膜１４を順に形成する。このうち、ＰＥ‐ＴＥＯＳ膜１２，１４は、ＴＥＯＳ（テトラ・エチル・オルソシリケート）を用いたプラズマＣＶＤ法により形成された層間絶縁膜である。ＳＯＧ膜１３は、シリコン化合物をアルコール等の溶媒に溶かした液を半導体基板１０上に回転塗布した後、熱処理で溶媒を蒸発させることで形成された層間絶縁膜である。

ここで、上述のとおり下地の金属層６は従来と異なりいくつかの列を成すように形成され、その間にスペースがある。そのため、ＳＯＧ膜１３は隣り合う金属層６の間にも形成され、金属層６上に形成されるＳＯＧ膜１３の膜厚は従来構造（図６参照）の膜厚Ｔに比べて非常に薄く形成される。そして、層間絶縁膜１５の膜厚ＭはＳＯＧ膜１３の影響を受けず、従来構造の膜厚Ｌに比して薄く形成される。

次に、測長用コンタクトホール４，５の形成領域に開口を有するレジスト層を形成し、当該レジスト層をマスクとして各層間絶縁膜をエッチングし、金属層６の表面を露出させる測長用コンタクトホール４，５が形成される。層間絶縁膜１５の膜厚が従来構造に比して薄くなっているので、測長用コンタクトホールの径のサイズが深さ方向に行くほど小さくなることを抑え、実際の配線パターン上に形成されたコンタクトホールに近い測長用コンタクトホールを形成することができる。

このように本実施形態では、従来のように一様に形成するのではなく金属層６をいくつかの列を成すように設け、これによって金属層６上に形成されるＳＯＧ膜の膜厚の厚みを薄くしている。そのため、測長用コンタクトホールの径のサイズが小さくなるという問題を防止することができる。また、従来の構造に比して金属層上の層間絶縁膜の膜厚をＬＳＩ内部の配線パターン上の層間絶縁膜の膜厚と同等にすることができ、実際の配線パターン上のコンタクトホールと近い条件の測長用コンタクトホールが形成できる。従って、本実施形態の測長用モニターを用いることで、測長結果の信頼性が向上する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなくその要旨を逸脱しない範囲で変更が可能であることは言うまでも無い。

本発明の実施形態に係る測長用モニターを説明する平面図である。 本発明の実施形態に係る測長用モニターを説明する平面図である。 本発明の実施形態に係る側長用モニターを説明する断面図である。 従来の測長用モニターを説明する平面図である。 従来の測長用モニターを説明する平面図である。 従来の測長用モニターを説明する断面図である。

符号の説明

１ 測長用モニター ２ ＬＳＩ形成領域 ３ スクライブライン
４ 測長用コンタクトホール ５ 測長用コンタクトホール ６ 金属層
１０ 半導体基板 １１ 絶縁膜 １２ ＰＥ‐ＴＥＯＳ膜 １３ ＳＯＧ膜
１４ ＰＥ‐ＴＥＯＳ膜 １５ 層間絶縁膜 １００ 測長用モニター
１０１ ＬＳＩ形成領域 １０２ スクライブライン
１０３ 測長用コンタクトホール １０４ 測長用コンタクトホール
１０５ 金属層 １１０ 半導体基板 １１１ 絶縁膜
１１２ ＰＥ‐ＴＥＯＳ膜 １１３ ＳＯＧ膜 １１４ ＰＥ‐ＴＥＯＳ膜
１１５ 層間絶縁膜

Claims (3)

1. 半導体基板上に形成された金属層と、
   前記金属層上に形成されたＳＯＧ膜を含む層間絶縁膜と、
   前記層間絶縁膜を貫通し、前記金属層に至る測長用コンタクトホールとを備え、
   前記金属層は複数の列を成すようにして形成されていることを特徴とする測長用モニター。
2. 前記金属層の幅は、前記半導体基板上のＬＳＩの最小デザインルールの配線パターンの幅と実質的に同じであることを特徴とする請求項１に記載の測長用モニター。
3. 前記層間絶縁膜は、第１のＴＥＯＳ膜，前記ＳＯＧ膜，第２のＴＥＯＳ膜をこの順に積層して成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測長用モニター。

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