JP2009152581A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】生産性を向上することができ、凹部の計測を正確に行うことができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置1は、第一絶縁膜11中に形成された平膜状の第一遮光膜12と、この第一遮光膜12の上部に設けられ、複数の凹部131が形成された第二絶縁膜13とを有する。遮光膜12は、平面視において、中心から外郭までの距離が2μm以上であり、遮光膜12上に第二絶縁膜13の複数の凹部131が位置する。
【選択図】図1
Description
配線溝やビアホール(以下、配線溝等という)の形状は、従来、エッチング時間により管理していたが、エッチング時間による管理では、配線溝等の形状を正確に把握することが困難であるという問題があった。
たとえば、特許文献6には、マスクパターンが形成された被エッチング膜の下層に形成された膜が露出するまでエッチングを行い、光学顕微鏡を用いて被エッチング膜のエッチングレートをモニターすることが開示されている。この方法ではエッチングレートを把握することはできるものの、配線溝等の形状を把握することは難しい。
そこで、光を配線溝等に照射して、反射光から配線溝等の形状を把握する方法(たとえば、スキャトロメトリ法、OCD(Optical Critical Dimension)法)が提案されている(特許文献1〜4参照)。
たとえば、特許文献1、2では、配線溝等が形成された絶縁膜に対し、光を照射し、絶縁膜からの反射光を検出する。そしてこの反射光の強度に基づいて、配線溝の形状を把握している。
この方法では、計測対象となる配線溝の下方には、配線層が配置されている。計測対象となる配線溝の下方の配線層の配線間隔よりも2倍より大きい波長領域の光を用いて、配線溝を測定する。このようにすることで、光が配線層の下方に透過することを抑制し、反射光に、配線層よりも下方の層の情報が含まれてしまうことを抑制している。
たとえば、配線層は、幅175nm、厚さ250nm、ピッチ350nmのストライプ状のタングステン金属膜であり、配線間隔は175nmとされている。そして、測定に用いる光の波長領域は、900nm〜1600nmとされている。
配線層を形成する際には、絶縁膜中に配線溝を形成し、この配線溝を金属膜で埋め込んだ後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)により金属膜を研磨して除去する。このとき、図6に示すように、エロージョンが発生する。
図6中、901は絶縁膜であり、902は金属膜であり、903は、エッチングストッパ膜、904は層間絶縁膜、905はキャップ膜である。
図6に示したように、エロージョンの影響により、配線層上部のキャップ膜905表面に段差が発生し、表面が波打つこととなる。
このような状態で、配線溝を形成すると、図7(A)、(B)に示すように、配線溝を形成する際のマスクの開口の形成位置のずれにより、配線溝906の形状が大きくばらつくこととなる。そのため、配線溝906の測定条件を一定条件に固定することが難しくなり、生産性に影響を及ぼす。
また、エロージョンの影響によりキャップ膜905表面に段差が生じているため、配線溝906を形成した後においても、キャップ膜905表面に段差が残ってしまう。この場合には、段差により測定光が反射され、配線溝906の計測の際に、誤情報が発生しやすくなる。
エロージョンは、一般的に、配線幅が狭く、密に配置されている場合に生じる現象であり、たとえば、配線幅が1.6μm以下の場合に顕著に発生するとされている。
これに対し、本発明のように、遮光膜を中心から外郭までの距離を2μm以上の大きさとし、遮光膜の平面形状を大きく形成した場合には、エロージョンが発生してしまうことを確実に防止できる。
これにより、第一の凹部を形成する際のマスクの開口の形成位置に誤差が生じたとしても、第二絶縁膜に形成された第一の凹部の形状のばらつきを抑制することができる。そのため、測定条件を一定条件に定めて測定することができ、半導体装置の生産性を向上させることができる。
また、遮光膜を、平面視した際に、中心から外郭までの距離が2μm以上の大きさとしているので、光を照射し、反射光を検出し、第一の凹部の形状を測定する際に、遮光膜よりも下層の情報を効果的に遮断できる。
さらに、本発明では、第一の凹部と、第二の凹部とは略同じ大きさ形状である。そのため、第一の凹部に光を照射して、第一の凹部の形状を把握することで、第二の凹部の形状を把握することができる。
第二の凹部の形状を把握するために、第二の凹部を直接測定しようとした場合、第一絶縁膜のうち、第二の凹部の下部の領域(第一絶縁膜の第二の領域内)に遮光膜を配置する必要がある。第一絶縁膜の第二の領域には、配線が形成されているので、遮光膜を配置するスペースを確保することが難しい。
これに対し、本発明のように、第二の凹部と同じ大きさ形状の第一の凹部を形成し、この第一の凹部の下方に遮光膜を設けることで、遮光膜が配線と干渉することを抑制できる。
また、第一の凹部、遮光膜は、半導体装置の第一の領域に形成され、配線や、第二の凹部は半導体装置の第二の領域に形成されている。従って、本発明の半導体装置では、凹部測定用のサンプルではなく、実際の製品として製造される半導体装置において、凹部の形状を把握することができる。
すなわち、本発明によれば、基板上に第一絶縁膜を形成する工程と、前記第一絶縁膜の第一の領域に第一の穴部を形成するとともに、配線溝を形成する工程と、前記第一絶縁膜上に、前記第一の穴部内および前記配線溝を埋め込む金属膜を形成する工程と、前記金属膜を研磨により選択的に除去して、前記第一の穴部内に中心から外郭までの距離が2μm以上となる平膜状の第一遮光膜を形成するとともに、前記配線溝中に配線を形成する工程と、前記第一絶縁膜上に第二絶縁膜を形成する工程と、前記第二絶縁膜の一部を選択的に除去して、第一の領域内に、前記遮光膜の上方に位置する複数の第一の凹部を形成するとともに、第二の領域に、前記第一の凹部と略同一形状である複数の第二の凹部を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法も提供することができる。
さらには、第一の穴部は、第一絶縁膜を貫通するものであってもよく、貫通しないものであってもよい。
(第一実施形態)
図1〜図4を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。
はじめに、本実施形態の半導体装置1の概要について説明する。
図1に示すように、半導体装置1は、第一絶縁膜11中に形成された平膜状の第一遮光膜12と、この第一遮光膜12の上部に設けられ、複数の第一の凹部131が形成された第二絶縁膜13とを有する。遮光膜12は、平面視において、中心から外郭までの距離が2μm以上であり、遮光膜12上に第二絶縁膜13の複数の第一の凹部131が位置する。
また、半導体装置1では、第一絶縁膜11の第一の領域に第一遮光膜12が形成され、第二の領域に配線121が形成されている。
第二絶縁膜13の第一の領域に第一の凹部131が形成され、第二の領域に第二の凹部(配線溝)133が形成されている。第一の凹部131と、第二の凹部133とは同一の大きさ形状である。
半導体装置1は複数の内部回路形成領域(第二の領域)が形成され、各内部回路形成領域間にスクライブ領域(第一の領域)が形成されたウェハ状のものである。
半導体装置1は、基板(半導体基板)100上に前述した第一絶縁膜11、第一遮光膜12,第二絶縁膜13に加え、第二遮光膜14、第三絶縁膜15、第三遮光膜16,第四絶縁膜17を有し、さらには、第一絶縁膜11〜第四絶縁膜17が積層されて形成される。
なお、ここでは、絶縁膜が4層のみ積層された半導体装置を開示しているが、半導体装置の積層構造はこれに限られるものではない。
この第一絶縁膜11は、内部回路形成領域からスクライブ領域にまたがって形成されるものである。この第一絶縁膜11のスクライブ領域に位置する部分には、穴部(第一の穴部)111が形成されている。
この穴部111は基板面側から見て、中心から外郭までの距離が2μm以上である。本実施形態では穴部111は、平面矩形形状であり、たとえば、一辺が5μm以上である。なかでも、一辺が30μm以上であることが好ましい。また、一辺が80μm以下であることが好ましい。
この穴部111内には、第一遮光膜12が埋設されている。この第一遮光膜12は、スクライブ領域内にのみ形成され、スクライブ領域からはみ出さないように形成されている。
本実施形態では、具体的には、図4に示すように、第一遮光膜12は平面正方形形状であり、一辺の長さL2は、60μmである。これは、詳しくは後述するが、溝131の形状を測定する際に、半導体装置が設置されるステージと、測定光を照射する照射部とのアライメント誤差を考慮し、測定光のスポット径に前記アライメント誤差を加えた大きさ以上としたものである。
また、第一遮光膜12の厚みは、たとえば0.1μm〜1.2μmである。
この第一遮光膜12は金属製であり、本実施形態では、銅あるいは銅合金で構成されている。
また、第一絶縁膜11内の内部回路形成領域には、配線121が形成されている。配線121は第一遮光膜12と同じ材料で構成され、銅あるいは銅合金で構成されている。
第二絶縁膜13も第一絶縁膜11と同様、内部回路形成領域からスクライブ領域にまたがって形成されるものである。
この第二絶縁膜13のスクライブ領域に位置する部分には、穴部(第二の穴部)132と、複数の溝131(第一の凹部)とが形成されている。穴部132と、複数の溝131とは所定距離離れて形成されている。
穴部132および溝131は、第二絶縁膜13のSiO2膜130Cを貫通し、SiOC膜130Bの厚みの途中位置まで達している。
この複数本の溝131で形成される測定用のマークは、図4に示すように、測定光のスポットSの径以上であることが好ましい。たとえば、測定光のスポット径(直径)が30μmである場合には、測定用のマークの平面中心から測定用マークの外郭までの距離が15μm以上であることが好ましい。このようにすることで、確実に計測が行われる。
本実施形態では、測定光のスポット径は30μmであり、複数本の溝131で形成される測定用のマークの一辺の長さL1(溝131の配列方向の長さであり、配列方向に沿った一方の側の溝131から他方の溝131までの距離)は、50μmである。
図1に示したように、溝131内には、金属膜14Aが充填されている。この金属膜14Aは配線溝133、後述する配線溝135中に充填される配線14B、ビア14C、さらには後述する遮光膜14と同様のもの(同じ材料)であり、たとえば、銅や銅合金である。なお、溝131中の金属膜14Aと、遮光膜12とは第二絶縁膜13のSiOC膜130B、SiCN膜130Aにより絶縁されている。
この穴部132内には、遮光膜(第二遮光膜)14が配置される。この遮光膜14の平面における大きさおよび形状は、遮光膜12と同じである。また、遮光膜14の材料も遮光膜12と同じである。この第二遮光膜14は、スクライブ領域内にのみ形成され、スクライブ領域からはみ出さないように形成されている。
また、配列パターンが同じであるとは、配線溝133の配列間隔等が、溝131と同じであればよく、配線溝133の本数と、溝131の本数とが異なっていても良い。
さらに、第二絶縁膜13の内部回路形成領域には、溝136も形成されている。溝136は、第二絶縁膜13を貫通するように設けられており、配線溝133と、この配線溝133に連通するビアホール134で構成される。溝136中には、配線14Bおよびビア14Cが充填されている。そして、溝136中に充填されたビア14Cは、配線121に接続されている。
この第三絶縁膜15は、第二絶縁膜13と同じ層構成であり、たとえば、SiCN膜150Aと、SiOC膜150Bと、SiO2膜150Cとがこの順で積層された積層膜である。
第三絶縁膜15も第一絶縁膜11等と同様、内部回路形成領域からスクライブ領域にまたがって形成されるものである。この第三絶縁膜15のスクライブ領域に位置する部分には、穴部(第三の穴部)152と、複数の溝151とが形成されている。穴部152と、複数の溝151とは所定距離離れて形成されている。
穴部152および溝151は、第三絶縁膜15のSiO2膜150Cを貫通し、SiOC膜150Bの厚みの途中位置まで達している。
溝151は、スリット状に形成されたものであり、たとえば、幅140nm、配列ピッチ140nm、長さ50μm、高さ350nmである。
この複数本の溝151は、いずれも、前述した穴部132内の遮光膜14上に位置しており基板表面側から平面視した際に、遮光膜14からはみ出さずに配置されている。
この溝151内には、金属膜15Aが充填されている。この金属膜15Aは配線溝153、後述する配線溝155中に充填される配線15B、ビア15C、さらには後述する遮光膜16と同様のもの(同じ材料)であり、たとえば、銅や銅合金である
なお、溝151中の金属膜15Aと、遮光膜14とは第三絶縁膜15のSiOC膜150B、SiCN膜150Aにより絶縁されている。
この穴部152内には、遮光膜(第三遮光膜)16が配置される。この遮光膜16の平面における大きさおよび形状は、遮光膜12と同じである。また、遮光膜16の材料も遮光膜12と同じである。この遮光膜16は、スクライブ領域内にのみ形成され、スクライブ領域からはみ出さないように形成されている。
また、第三絶縁膜15の内部回路形成領域内には、配線溝155が形成されている。
この配線溝155は、配線溝153とは配線幅が異なる溝であり、配線溝153の幅よりも大きな幅を有する。
配線溝155は、ビアホール154と連通しており、ビアホール154中のビア15Cは、溝136中の配線14Bに接続される。
さらに、第三絶縁膜15の内部回路形成領域には、溝156も形成されている。溝156は第三絶縁膜15を貫通するように設けられており、配線溝153と、この配線溝153に連通するビアホール154で構成される。溝156中には、配線15Bおよびビア15Cが充填されている。そして、溝156中に充填されたビア15Cは、配線溝135中の配線14Bに接続されている。
この第四絶縁膜17は、第二絶縁膜13と同じ層構成であり、たとえば、SiCN膜170Aと、SiOC膜170Bと、SiO2膜170Cとがこの順で積層された積層膜である。
第四絶縁膜17も第一絶縁膜11等と同様、内部回路形成領域からスクライブ領域にまたがって形成されるものである。この第四絶縁膜17のスクライブ領域に位置する部分には、複数の溝(第三の凹部)171が形成されている。
溝171は、第四絶縁膜17のSiO2膜170Cを貫通し、SiOC膜170Bの厚みの途中位置まで達している。
この複数本の溝171は、いずれも、前述した穴部152内の遮光膜16上に位置しており基板表面側から平面視した際に、遮光膜16からはみ出さずに配置されている。
この溝171内には、金属膜17Aが充填されている。この金属膜17Aは配線溝173、後述する配線溝175中に充填される配線17B、ビア17Cと同様のもの(同じ材料)であり、たとえば、銅や銅合金である
なお、溝171中の金属膜17Aと、遮光膜16とは第四絶縁膜17のSiOC膜170B、SiCN膜170Aにより絶縁されている。
また、第四絶縁膜17の内部回路形成領域内には、配線溝175が形成されている。
この配線溝175は、配線溝173とは配線幅が異なる溝であり、配線溝173の幅よりも大きな幅を有する。
配線溝175は、ビアホール174と連通しており、ビアホール174中のビア17Cは、配線溝156中の配線15Bに接続される。
さらに、第四絶縁膜17の内部回路形成領域には、溝176も形成されている。溝176は第四絶縁膜17を貫通するように設けられており、配線溝173と、この配線溝173に連通するビアホール174で構成される。溝176中には、配線17Bおよびビア17Cが充填されている。そして、溝176中に充填されたビア17Cは、配線溝155中の配線15Bに接続されている。
一方で、遮光膜14上に溝151が形成されている。
図2,3では、半導体基板100や、層間絶縁膜110は図示を略している。
はじめに半導体基板100に、ゲート構造および拡散層からなるトランジスタ10を形成し、その後、層間絶縁膜110を設ける。さらに、層間絶縁膜110上に絶縁膜11を成膜する。
次に、絶縁膜11をエッチングにより選択的に除去し、穴部111や配線121用の配線溝を形成する。その後、穴部111および前記配線溝内を充填するとともに、絶縁膜11表面を被覆するように金属膜(遮光層)を形成する。その後、前記金属膜をCMPにより研磨し、穴部111や、配線溝に残す。これにより遮光膜12が形成されることとなる。また、内部回路形成領域には同時に配線121が形成される(図2(A))。
さらにビアホール134と接続するように配線溝133を形成するととともに、他の配線溝133、配線溝135、穴部132、溝131を形成するためのマスク(図示略)を設ける。絶縁膜13をエッチングにより選択的に除去し、絶縁膜13のスクライブ領域内に、穴部132、溝131、回路形成領域内に、配線溝133、配線溝135が形成される。(図2(B))。
次に、複数の溝131に対し、光を照射し、反射光を検出し、検出した反射光から溝131の形状が取得される。
ここで、反射光から溝131の形状を取得する方法としては、たとえば、スキャトロメトリ法(光波散乱計測法)がある。この方法は、たとえば、あらかじめ溝の形状(たとえば、溝の深さ(高さ)、溝の幅寸法、溝の底面に対する側壁の角度等)と、反射光の波形とを関連付けたデータベースを作成しておく。そして、溝131に光を照射し、その反射光の波形と、データベース中の波形とが照合される。反射光の波形とデータベース中の波形とが一致したら、データベース中の波形に関連づけられた溝の形状が、実際の溝の形状の最適値として把握される。
複数の溝131と、内部回路形成領域内に形成されている配線溝133とは同様の大きさ形状であり、さらには、配列パターンも同様であるため、溝131が所望の形状であった場合には、内部回路形成領域に形成された配線溝133が所望の形状となっていると判断できる。
一方、溝131の形状が所望の形状でなかった場合には、内部回路形成領域内の配線溝133も所望の形状となっていないと考えられる。内部回路形成領域内の配線溝133が所望の形状となっていない半導体装置は、次の工程に進まないように排除する。
また、溝131の形状と、所望の形状とのずれを取得し、エッチング条件、たとえばエッチング時間等を調整する。これにより、次の半導体装置において配線溝133を形成する際に所望の形状が得られる。
さらにビアホール154と接続する配線溝155、配線溝153、穴部152および溝151を形成するためのマスクを設ける。絶縁膜15はエッチングにより選択的に除去され、絶縁膜15のスクライブ領域内に、穴部152、溝151、回路形成領域内に配線溝153、配線溝155が形成される。
そして、溝131の形状を取得した場合と同様の方法で、溝151の形状を取得し、配線溝153が所望の形状となっているかどうか判断する。所望の形状でない場合には、この半導体装置が、次の工程に進まないように排除する。
また、溝151の形状と、所望の形状とのずれを取得し、エッチング条件、たとえばエッチング時間等を調整する。これにより、次の半導体装置において配線溝153を形成する際に所望の形状とすることができる。
次に、金属膜(遮光層)が、穴部152、溝151、配線溝153、ビアホール154、配線溝155を埋め込むとともに、絶縁膜15の表面を被覆するように形成される。この金属膜はCMPによる研磨の後、穴部152、溝151、配線溝153、配線溝155、ビアホール154内に残る。これにより、遮光膜16、溝151内の金属膜15A、配線15B、ビア15Cが形成されることとなる。
その後、絶縁膜17は絶縁膜13、15と同様にビアホール174を形成した後、さらに、配線溝175、配線溝173、溝171を形成するマスクを配置し、エッチングにより選択的に除去する。そして、絶縁膜17のスクライブ領域内に、溝171、回路形成領域内に溝173、配線溝175、ビアホール174が形成される。後述する第二実施形態によりビアホール174形成の際に形状把握を行ってもよい。
そして、溝131の形状を取得した場合と同様の方法で、溝171の形状を取得し、配線溝173が所望の形状となっているかどうか判断する。所望の形状でない場合には、この半導体装置が、次の工程に進まないように排除する。
また、溝171の形状と、所望の形状とのずれを取得し、エッチング条件、たとえばエッチング時間等を調整する。これにより、次の半導体装置において配線溝173を形成する際に所望の形状とすることができる。
次に、金属膜(遮光層)が溝171、配線溝173、配線溝175、ビアホール174を埋め込むとともに、絶縁膜17の表面を被覆するように形成される。その後、この金属膜はCMPによる研磨の後、溝171、配線溝173、配線溝175、ビアホール174内に残る。これにより、溝171内の金属膜17A、配線溝173、配線溝175内の配線17B、ビアホール174内のビア17Cが形成されることとなる。
以上の工程により、半導体装置1が完成する。
本実施形態では、遮光膜12,14,16を平面視した際に、中心から外郭までの距離を2μm以上の大きさとしているので、遮光膜12,14,16をCMPにより研磨して形成する際に、絶縁膜11,13,15にエロージョンが発生してしまうことを抑制できる。特に、遮光膜12,14,16はそれぞれ1枚のみ単独で配置され、スペースを空けて複数配置している構成ではないため、確実にエロージョンの発生を抑制できる。
これにより、溝131,151,171を形成するためのマスクの開口の配置にアライメント誤差があったとしても、溝131,151,171の形状のばらつきが抑制される。そのため、測定条件を一定条件に定めて測定することができ、生産性を向上させることができる。
さらには、絶縁膜11でのエロージョンの発生を防止できるため、絶縁膜11上に形成される絶縁膜13表面にエロージョンの影響による段差が形成されてしまうことを防止できる。
これにより、溝131を計測する際に、測定光が前記段差により反射され、溝131の測定値に誤差が生じることを抑制できる。
同様の効果は、溝151,171を形成する際にも生じる。
遮光膜14,16も平面視した際に、中心から外郭までの距離が2μm以上の大きさとしているため、溝131と同様、溝151,171の形状を正確に把握される。
これにより、溝131からの反射光に遮光膜12よりも下の層の情報が含まれてしまうことを抑制でき、溝131の形が精度よく把握される。
なお、遮光膜14,16も溝151,171に照射される光のスポット径以上の大きさとしているため、同様の効果がある。
一方で、遮光膜12,14,16の大きさの上限値を、遮光膜12,14,16の中心から外郭までの距離が40μmであるとすることで、遮光膜12,14,16により、スクライブ領域が狭められてしまうことが防止される。
これに対し、スクライブ領域に、配線溝133(153,173)と同様の大きさ形状の溝131(151、171)を形成し、この溝131(151、171)を測定用とし、この溝131(151、171)の下方に遮光膜を設けることで、遮光膜が配線と干渉することを抑制できる。
このような構成を採用することで、平面視において、溝や遮光膜を形成するスペースは最小限にとどめられる。スクライブ領域中には、位置あわせマーク等の様々なマークが形成されることがある。遮光膜および溝をスクライブ領域に形成する場合において、スクライブ領域を狭めてしまうことなく、スクライブ領域を様々な用途に有効活用することができる。
他の絶縁膜においても、配線等と遮光膜を同時に形成することができるので、同様の効果を奏する。
このようにすることで、凹部測定用のサンプルではなく、実際の製品として製造される半導体装置1において、凹部の形状を把握することができる。
図5を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。
前記実施形態では、スリット状の溝131,151,171を形成していたが、これにかえて、本実施形態では、図5に示すように、円筒状の複数の孔(第一の凹部)231が形成される。
この複数の孔231は、前記実施形態と同様スクライブ領域に形成されるものであり、絶縁膜13の内部回路形成領域には、孔231と同様の大きさ形状のビアホール(第二の凹部)(図示略)が形成される。ビアホールの配列パターンと、孔231の配列パターンは同じである。
さらに、図5(B)に示すように、平面視において、複数の孔231は、遮光膜12からはみ出さないように形成されている。
孔231内には、金属膜24Aが充填されている。この金属膜24Aは金属膜14Aと同様のものであり、ビアホールに充填されるビアと同様の材料で構成される。
他の点は前記実施形態と同様である。前記実施形態と同様、絶縁膜15や、絶縁膜17にも溝151,171にかえて孔231が形成され、内部回路形成領域に孔231と同様の大きさ形状、配列パターンのビアホールが形成される。さらに、平面視において、絶縁膜15に形成された複数の孔231は、遮光膜14からはみ出さないように形成され、絶縁膜17に形成された複数の孔231は、遮光膜16からはみ出さないように形成される。
このような本実施形態では、前記実施形態と同様の効果を奏することができるうえ、以下の効果を奏することができる。
従来、ビアホールの形状(たとえば、ビアホールの底部の寸法等)を取得するためには、測長SEM(Scanning Electron Microscope)を使用していた。これに比べ、本実施形態のようにスキャトロメトリ法で計測すれば、計測に時間を要しない。
たとえば、前記実施形態では、溝131等の形状を測定する際に、溝131からの反射光の波形と、あらかじめデータベース中にある波形とを照合し、一致したデータベース中の波形から、溝の形状を求めた。
しかしながら、溝131等の形状測定方法は、このような方法に限らず、たとえば、特許文献1のように、溝131等からの反射光の強度に基づいて、溝131等の形状を把握してもよい。
また、前記第一実施形態では、遮光膜12上に複数の溝131が配置され、複数の溝131上に遮光膜16が配置され、遮光膜16上に溝171が配置されているとしたが、このような構造に限られるものではない。すなわち、複数の溝131上からずれた位置に遮光膜16が設けられていてもよい。
ただし、前記実施形態のように、複数の溝131が遮光膜12からはみ出さないように配置することで、溝131の形状を測定する際に、遮光膜12により下層の情報を確実に遮断することができる。
(実施例1)
第一実施形態と同様の半導体装置を製造した。具体的には、絶縁膜11中に遮光膜12を形成した。遮光膜12の大きさは、一辺が4μmの正方形形状とした。遮光膜12を形成する際に、CMPを行ったが、エロージョンは発生しなかった。
また、遮光膜12上に、絶縁膜13を設けたが、絶縁膜13表面は平坦であり、凹凸は形成されなかった。その後、複数の溝131および配線溝133が絶縁膜13に形成された。
溝131および配線溝133の幅(短辺方向の長さ)は140nm、高さは370nm、溝131および配線溝133の奥行き(長辺方向の長さ)は50μmとした。
複数の溝131で構成される正方形の測定マークの1辺の長さL1は50μmとした。
遮光膜12を中心から外郭までの距離を2μm以上の大きさとすれば、エロージョンが発生しない。このため、複数の溝131および配線溝133を形成する際のマスクの開口の形成位置に誤差が生じたとしても、複数の溝131および配線溝133の形状のばらつきは抑制される。また、絶縁膜13表面に凹凸が形成されないため、測定光が段差により反射され、測定誤差が生じることを抑制できることがわかる。
また、スキャトロメトリ法により溝131の計測を行った。測定光のスポット径は、30μmとした。実施例1では、溝131の計測を正確に行うことができた。
第一実施形態と同様の半導体装置を製造した。遮光膜12が絶縁膜11中に形成された。遮光膜12の大きさは、一辺の長さL2が60μmの正方形形状とした。遮光膜12上に、絶縁膜13を設け、絶縁膜13に複数の溝131および配線溝133が形成された。
複数の溝131で構成される正方形の測定マークの1辺の長さL1は50μmとした。スキャトロメトリ法により、溝131の計測を行った。ここでの測定光のスポット径は、30μmとした。
第一実施形態と同様、スキャトロメトリ法で測定した複数の溝131の底部の深さと、断面SEMにて測定した複数の溝131の深さとを表1に示す。
なお、遮光膜を設ける際に、CMPを行ったが、エロージョンは発生していなかった。
実施例3では、第二実施形態と同様の半導体装置を製造した。遮光膜12が絶縁膜11中に形成された。遮光膜12の大きさは、一辺の長さL2が60μmの正方形形状とした。遮光膜12上に、絶縁膜13を設け、絶縁膜13に複数の孔231およびビアホールが形成された。
複数の孔231で構成される正方形の測定マークの1辺の長さ(正方形の一辺の端の孔231から他方の端の孔231までの長さ)L1は50μmとした。
他の点は実施例2と同じである。
半導体基板面内において孔231、17点の底部の幅寸法をスキャトロメトリ法により測定した。また、前記孔231、17点の底部の幅寸法を測長SEMにて、測定した。
結果を表2に示す。
なお、遮光膜を設ける際に、CMPを行ったが、エロージョンは発生していなかった。
半導体基板上に絶縁膜を設け、この絶縁膜に幅175nm、高さ250nm、ピッチ350nmの配線溝が形成された。次に、タングステン金属膜が、この配線溝を埋め込むとともに、絶縁膜を被覆するように成膜された後、平坦化のために研磨された。
この場合には、絶縁膜にエロージョンが発生し、絶縁膜表面に凹凸が形成されてしまった。
次に、前記絶縁膜上に第二の絶縁膜を設け、第二の絶縁膜に幅175nm、高さ250nm、ピッチ350nmの配線溝が形成された。エロージョンの影響により、第二の絶縁膜表面には凹凸が形成されてしまった。
実施例2と同様に配線溝の形状測定を行ったところ、第二の絶縁膜表面の凹凸により、SEMによる測定値と、スキャトロメトリ法による測定値とが大きくずれてしまった。
10 トランジスタ
11 第一絶縁膜
12 第一遮光膜
13 第二絶縁膜
14 第二遮光膜
14A 金属膜
14B 配線
14C ビア
15 第三絶縁膜
15A 金属膜
15B 配線
15C ビア
16 第三遮光膜
17 第四絶縁膜
17A 金属膜
17B 配線
17C ビア
24A 金属膜
100 半導体基板
110 層間絶縁膜
111 穴部(第一の穴部)
121 配線
130A SiCN膜
130B SiOC膜
130C SiO2膜
131 溝(第一の凹部)
132 穴部
133 配線溝(第二の凹部)
133,135 配線溝
134 ビアホール
136 溝
150A SiCN膜
150B SiOC膜
150C SiO2膜
151 溝
152 穴部
153 配線溝
154 ビアホール
155 配線溝
156 配線溝
170A SiCN膜
170B SiOC膜
170C SiO2膜膜
171 溝
173 配線溝
174 ビアホール
175 配線溝
176 溝
231 孔
905 キャップ膜
906 配線溝
S スポット
Claims (12)
- 第一の領域と、第二の領域とを有する半導体装置であって、
基板と、
前記基板上に形成された第一絶縁膜と、
前記第一絶縁膜上に設けられた第二絶縁膜とを備え、
前記第一絶縁膜の第一の領域には、平膜状の遮光膜が形成されるとともに、第二の領域には、配線が形成され、
前記第二絶縁膜の第一の領域には、複数の第一の凹部が形成されるとともに、第二の領域には、前記第一の凹部と略同一形状である複数の第二の凹部が形成され、
前記遮光膜は、平面視において、中心から外郭までの距離が2μm以上であり、
前記遮光膜の上方に前記複数の第一の凹部が位置する半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記第一の凹部は、この第一の凹部の形状を測定することにより、前記第二の凹部の形状を把握するための測定用のものである半導体装置。 - 請求項1または2に記載の半導体装置において、
前記複数の第一の凹部と、前記複数の第二の凹部とは同一の配列パターンである半導体装置。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置において、
前記第一の凹部は、この第一の凹部の形状を検出するための光学測定用の測定光が照射されるものであり、
前記遮光膜は、前記測定光のスポット径以上の大きさである半導体装置。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体装置において、
前記第一の領域がスクライブ領域であり、前記第二の領域が回路形成領域である半導体装置。 - 請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体装置において、
前記遮光膜は、平面視において、中心から外郭までの距離が15μm以上である半導体
装置。 - 請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体装置において、
前記第一の凹部および前記第二の凹部は、スリット状の溝である半導体装置。 - 請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体装置において、
前記第二の凹部は、ビアホールであり、
前記第一の凹部は、前記ビアホールと同径の孔である半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記遮光膜と前記配線とが、同種の材料で構成され、銅または銅合金である半導体装置。 - 基板上に第一絶縁膜を形成する工程と、
前記第一絶縁膜の第一の領域に第一の穴部を形成するとともに、第二の領域に配線溝を形成する工程と、
前記第一絶縁膜上に、前記第一の穴部内および前記配線溝を埋め込む金属膜を形成する工程と、
前記金属膜を研磨により選択的に除去して、前記第一の穴部内に中心から外郭までの距離が2μm以上となる平膜状の第一遮光膜を形成するとともに、前記配線溝中に配線を形成する工程と、
前記第一絶縁膜上に第二絶縁膜を形成する工程と、
前記第二絶縁膜の一部を選択的に除去して、第一の領域内に、前記遮光膜の上方に位置する複数の第一の凹部を形成するとともに、第二の領域に、前記第一の凹部と略同一形状である複数の第二の凹部を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。 - 請求項10に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第一の凹部に対して光を照射し、反射光を検出する工程と、
検出した反射光から前記第一の凹部の形状を取得して、前記第二の凹部の形状を把握する工程とを含む半導体装置の製造方法。 - 請求項10または11に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第一の領域は、スクライブ領域であり、前記第二の領域は回路形成領域である半導体装置の製造方法。
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