JP2010016268A - 半導体装置の製造方法および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造効率を高めることができる半導体装置の製造方法等を提供する。
【解決手段】半導体装置1の製造方法は、絶縁層12のダイシング領域に溝部120を形成し、内部回路形成領域にビアホール126を形成する工程、絶縁層12上に第一のレジスト膜13を設ける工程、第一のレジスト膜13を覆う第二のレジスト膜14を設ける工程、第二のレジスト膜14の内部回路形成領域を覆う領域に配線用開口141を形成し第二のレジスト膜14のダイシング領域を覆う領域に位置合わせ用開口142を形成する工程、溝部120と位置合わせ用開口142との位置関係を検出し第二のレジスト膜14の配線用開口141が絶縁層12のビアホール126に対し所定の位置にあるかどうか検出する工程を含む。第二のレジスト膜14を選択的に除去する工程では、位置合わせ用開口142の領域が絶縁層12中の溝部120を覆うように位置合わせ用開口142を形成する。
【選択図】図2
Description
近年、このような半導体装置を製造する際には、配線と、ビアとを同時に作りこむ、いわゆるデュアルダマシン法が広く使用されている。
具体的には、図6(A)に示すように、下層の絶縁層801中に配線802を形成した後、層間絶縁膜803を形成し、この層間絶縁膜803中にビアホール803Aを形成する。その後、図6(B)に示すように、層間絶縁膜803上に第一のレジスト膜804を形成し、図6(C)に示すように、第一のレジスト膜804上に、上層の配線溝に応じた開口805Aが形成された第二のレジスト膜805を設ける。
開口805Aに応じて、第一のレジスト膜804および層間絶縁膜803をエッチングし、配線溝803Dを形成する。この配線溝803Dは、ビアホール803Aにつながるものである。
第一のレジスト膜804および第二のレジスト膜805は、配線溝803Dを形成する過程において、エッチングにより除去される。
その後、層間絶縁膜803のビアホール803Aの底部を除去する。その後、図6(D)に示すように、ビアホール803Aおよび配線溝803Dを導体で埋め込むことで、上層配線806と、ビア807とを同時に作りこむ。
そこで、図7に示すように、層間絶縁膜803中に、ビアホール803Aとは別に、位置合わせ用の溝803Bを形成するとともに、配線溝803Dを形成するための第二のレジスト膜805に位置合わせ用の開口805Bを形成しておく。
層間絶縁膜803中の位置合わせ用の溝803Bと、ビアホール803Aのとの位置関係、第二のレジスト膜805の位置合わせ用の開口805Bと、配線溝のパターンに応じた開口805Aとの位置関係は予め把握されている。
そのため、層間絶縁膜803中の位置合わせ用の溝803Bと、第二のレジスト膜805の位置合わせ用の開口805Bとの位置関係を把握することで、ビアホール803Aと配線溝803Dのパターンに応じた開口805Aとが所定の位置にあるかどうかを検出することができる。
これにより、ビア807と、上層配線806とのずれを防止することができる。
図7(B)に示すように、従来の製造方法では、第二のレジスト膜805および第一のレジスト膜804が除去された後、位置合わせ用の溝803B中に第一のレジスト膜804が残留してしまうことがある。
このように、残留した第一のレジスト膜804は、パーティクル発生の原因となり、半導体装置の製造効率を低下させる要因となる。
なお、図7(B)中の符号803Cは、第二のレジスト膜805の位置合わせ用の開口805Bに応じて形成される開口である。
これにより、パーティクル発生を防止することができ、半導体装置の製造効率を高めることができる。
さらに、本発明によれは、上述した製造方法により製造された半導体装置を提供することができる。具体的には、半導体基板と、この半導体基板上に設けられた絶縁層とを有し、前記絶縁層の内部回路形成領域には、ビアホールと、このビアホール上に形成され、前記ビアホールに連通する配線溝とが設けられ、前記ビアホールおよび配線溝には、前記ビアホールおよび配線溝を一体的に埋め込むように導電体が設けられ、前記絶縁層のダイシング領域には、溝部と、この溝部に連通し、前記半導体基板の基板面側から平面視した際に、前記溝部を覆うように形成された開口とが形成され、前記溝部および前記開口には、前記溝部および前記開口を一体的に埋め込むように導電体が設けられている半導体装置が提供される。
このような半導体装置は、製造安定性に優れたものとなる。
はじめに、本実施形態の半導体装置1の製造方法の概略について説明する。
図1から図3には、本実施形態の半導体装置1の製造工程が示されている。
本実施形態の半導体装置1の製造方法は、半導体基板(図示略)上に絶縁層12を設ける工程と、
絶縁層12のダイシング領域に溝部120を形成するとともに、絶縁層12の内部回路形成領域にビアホール126を形成する工程と、
絶縁層12上に第一のレジスト膜13を設ける工程と、
第一のレジスト膜13を覆う第二のレジスト膜14を設ける工程と、
第二のレジスト膜14を選択的に除去し、第二のレジスト膜14の内部回路形成領域を覆う領域に配線溝に応じた配線用開口141を形成するとともに、第二のレジスト膜14のダイシング領域を覆う領域に位置合わせ用開口142を形成する工程と、
絶縁層12に形成された溝部120と、第二のレジスト膜14の位置合わせ用開口142との位置関係を検出し、第二のレジスト膜14の配線用開口141が、絶縁層12のビアホール126に対し、所定の位置にあるかどうかを検出する工程と、
第二のレジスト膜14の前記配線用開口141が前記所定の位置にあると検出された場合に、第二のレジスト膜14の配線用開口141および前記位置合わせ用開口142に応じて、第一のレジスト膜13および絶縁層12を選択的に除去する工程とを含む。
第二のレジスト膜14を選択的に除去する前記工程では、半導体基板の基板面側から平面視した際に、前記位置合わせ用開口142を、絶縁層12中の溝部120を覆うように形成する。
なお、各工程断面図において、図面右側が内部回路形成領域、図面左側がダイシング領域を示している。
はじめに、図1(A)に示すように、半導体基板(図示略)上に、絶縁層15を形成し、この絶縁層15中に下層配線M1を形成する。下層配線M1の幅は、たとえば、1μm程度である。
次に、下層配線M1が形成された絶縁層15上に絶縁層12を設ける。
この絶縁層12は、絶縁層15側から、エッチングストッパ膜121、第一の低誘電率膜122、SiO2膜123、第二の低誘電率膜124、SiO2膜125の順に積層されたものである。
エッチングストッパ膜121は、たとえば、SiCN膜であり、第一の低誘電率膜122、第二の低誘電率膜124は、たとえば、Low−K膜である。
その後、レジスト膜16上に、レジスト膜17を塗布する。
このレジスト膜17は、感光性の有機膜である。
このレジスト膜17の所定の領域に光を照射し、現像露光することで、レジスト膜17を選択的に除去する。これにより、レジスト膜17にビアホール126用の開口171および、溝部120用の開口172が形成されることとなる。
レジスト膜17をマスクとして、まず、レジスト膜16をエッチングする。これにより、レジスト膜16にビアホール126用の開口、溝部120用の開口が形成されることとなる。次に、レジスト膜16をマスクとして、絶縁層12をエッチングする。
これにより、絶縁層12に、ビアホール126,溝部120が形成されることとなる(図2(A))。
なお、レジスト膜16,17は、ビアホール126,溝部120を形成する過程において、ビアホール126,溝部120のエッチングを行う際に徐々に除去される。
また、溝部120は、複数本形成され、図4に示すように、たとえば、4本形成される。4本の溝部120のうち、一対の溝部120は対向配置され、他の一対の溝部120も対向配置されている。すなわち、各溝部120は、四角の辺を構成するように、配置される。
このレジスト膜13は、絶縁層12側から、有機膜131,低温SiO2膜132(耐アッシング膜)が積層されたものである。レジスト膜13のうち、有機膜131は、ビアホール126および溝部120を埋め込むように設けられる。
有機膜131としては、たとえば、有機膜161と同様のものを使用することができる。
このレジスト膜14の所定の領域に光を照射し、現像露光することで、レジスト膜14を選択的に除去する。これにより、レジスト膜14に配線用開口141および位置合わせ用開口142が形成されることとなる。ここでは、有機膜14Bに配線用開口141および位置合わせ用開口142が形成される。配線用開口141の幅寸法D3は、たとえば、1μm程度である。
位置合わせ用開口142の領域を形成する矩形枠の各辺は、絶縁層12に形成された各溝部120をそれぞれ被覆しており、半導体基板の基板面側から平面視した際に、溝部120全面を完全に覆っている。
具体的には、位置合わせ用開口142の各辺の短辺方向の側壁と、この側壁に隣接し、位置合わせ用開口142の各辺に覆われる溝部120の短辺方向の側壁との距離Lは、3μm以上であることが好ましい。
さらに、図2(B)に示すように、位置合わせ用開口142の各辺の短辺方向の幅寸法(光の走査方向に沿うとともに、溝部120を覆う領域の幅寸法)D4は、溝部120の短辺方向の幅寸法D2の7倍以上、100倍以下であることが好ましく、たとえば、位置合わせ用開口142の各辺の短辺方向の幅寸法D4は、7μm以上、20μm以下である。
絶縁層12の溝部120の位置と、ビアホール126の位置とは予め把握されている。同様にレジスト膜14の配線用開口141の位置と、位置合わせ用開口142の位置とはあらかじめ把握されている。
従って、溝部120と、位置合わせ用開口142との位置関係を検出し、溝部120と位置合わせ用開口142の位置関係が所定の位置関係にあるかどうかを把握することで、レジスト膜14の配線用開口141が、絶縁層12のビアホール126に対し、所定の位置にあるかどうかが把握できる。
半導体基板の基板面側から、レジスト膜14等が積層された半導体基板に対し、可視光領域付近の光、たとえば、400nm以上、700nm以下の光を照射する。
光を半導体基板表面に沿うとともに、溝部120の長手方向および、位置合わせ用開口142の各辺の長手方向に直交するように、光を走査させる。そして、溝部120と、位置合わせ用開口142とにより、反射あるいは、回折した光を検出する。図4に示すように、溝部120からの光の信号のピーク位置P1と、位置合わせ用開口142を構成する側壁からの光の信号のピーク位置P2とを検出し、ピーク位置P1,P2間の距離を取得する。ここでは、位置合わせ用開口142を構成する側壁のうち、矩形枠の内側に位置する側壁142Aからの光の信号のピーク位置を検出している。
ピーク位置P1,P2間の距離に基づいて、位置合わせ用開口142と、溝部120とが所定の位置関係にあるかどうか把握する。
次に、検出したずれ量に基づいて、露光装置のマスクと、レジスト膜14の位置とを調整し、レジスト膜14を再度露光、現像する。これにより、前記ずれ量に基づいた位置に、配線用開口141と、位置合わせ用開口142とが形成されることとなる。
その後、再度、溝部120と、位置合わせ用開口142との位置関係を検出し、溝部120と位置合わせ用開口142の位置関係が所定の位置関係になるまで、上述した工程を繰り返す。
一方、絶縁層12のダイシング領域には、溝部120上に、この溝部120に連通した開口128が形成されることとなる。
この開口128の領域は、溝部120を完全に覆っており、開口128は、位置合わせ用開口142に応じた形状となる。すなわち、開口128の溝部120を覆う領域の幅寸法は、溝部120の幅寸法よりも大きく、開口128は、平面矩形枠形状となっている。
このとき、開口128が溝部120上に設けられているため、溝部120内に充填されていた有機膜131は、開口128、配線溝127を形成する過程において溝部120内から除去されることとなる。
その後、図3(B)に示すようにビアホール126,配線溝127,溝部120,開口128内に金属等の導電体を埋設する。ここでは、デュアルダマシン法により形成される。
これにより、上層配線M2、ビアV、さらには、第一の導電体M3,第二の導電体M4が形成されることとなる。
このようにして得られる半導体装置1は、ダイシング領域に、第一の導電体M3と、この第一の導電体M3を被覆するように設けられた第二の導電体M4とを有するものとなる。
すなわち、半導体装置1は、半導体基板と、この半導体基板上に設けられた絶縁層12とを有し、絶縁層12の内部回路形成領域には、ビアホール126と、このビアホール126上に形成され、ビアホール126に連通する配線溝127とが設けられ、ビアホール126および配線溝127には、ビアホール126および配線溝127を一体的に埋め込むように導電体V,M2が設けられ、絶縁層12のダイシング領域には、溝部120と、この溝部120に連通し、前記半導体基板の基板面側から平面視した際に、溝部120を覆うように形成された開口128とが形成され、溝部120および開口128には、前記溝部120および前記開口128を一体的に埋め込むように導電体M3,M4が設けられている半導体装置となる。
このような半導体装置1は製造安定性に優れたものとなる。
従来の製造方法においては、第二のレジスト膜805のうち、層間絶縁膜803の位置合わせ用の溝803Bの上方に位置する部分には、開口が形成されていない。従って、位置あわせ用の溝803Bの上部には、第一のレジスト804および第二のレジスト805を含む厚いレジストが存在することとなる。第一のレジスト膜804、第二のレジスト膜805は、開口803Cを形成する過程において、除去されるが、位置あわせ用の溝803B上のレジスト膜805,804は除去されにくく、位置あわせ用の溝803B内には、第一のレジスト804が残りやすくなる。
これに対し、本実施形態では、レジスト膜14に形成する位置合わせ用開口142の領域が絶縁層12に形成された溝部120を覆っている。従って、溝部120上のレジスト膜の厚みは、従来に比べれば薄いものとなる。そのため、溝部120上部においてレジスト膜13が除去されやすくなっているといえる。
さらに溝部120に連通し、溝部120を覆う領域が溝部120よりも幅広である開口128が形成されるため、開口128を形成する工程において溝部120内に充填されていた有機膜131を溝部120内から除去することが可能となる。
これにより、パーティクル発生を防止することができ、半導体装置1の製造効率を高めることができる。
このようにすることで、ビアホール126と配線溝127とのずれ(すなわち、ビアVと上層配線M2との位置ずれ)が生じてしまうことを確実に防止できる。
すなわち、溝部120に照射した光は、溝部120の側壁部分で反射あるいは回折するため、溝部120の幅寸法が広い場合には、一つの溝部120から2つのピークを有する波形や、ブロードな波形が得られることとなってしまう。
これに対し、溝部120の光の走査方向の幅寸法を、5μm以下とすることで、一つの比較的鋭いピークを有する波形の光を検出することができ、溝部120と、位置合わせ用開口142との位置関係を検出する際に、溝部120の位置を簡単に把握することができる。
また、溝部120の光の走査方向の幅寸法を、0.2μm以上とすることで、溝部120の幅寸法を確保することができ、溝部120を容易なものとすることができる。
位置合わせ用開口142の溝部120を覆う領域の幅寸法を、7μm以上とすることで、位置合わせ用開口142を構成し、光の走査方向と直交する一対の側壁のそれぞれからの比較的鋭いピークを有する波形の光を検出することができる。これにより、位置合わせ用開口142の位置を正確に把握することができる。
また、位置合わせ用開口142の溝部120を覆う領域の幅寸法を、20μm以下とすることで、位置合わせ用開口142が大面積化してしまうことを防止できる。
このようにすることで、位置合わせ用開口142からの光のピークと、溝部120からの光のピークを確実に分離して検出することができる。
溝部120および位置合わせ用開口142をこのような形状とすることで、位置合わせ用開口142および4本の溝部120を用いて、2方向における溝部120と位置合わせ用開口142のずれを検出することができる。すなわち、位置合わせ用開口142の対向する一対の辺と直交する方向に光を走査し、図4に示すX方向における位置合わせ用開口142と、溝部120とのずれを検出することができる。
さらに、位置合わせ用開口142の対向する他の一対の辺と直交する方向に光を走査し、図4に示すY方向における位置合わせ用開口142と、溝部120とのずれを検出することができる。
たとえば、前記実施形態では、位置合わせ用開口142を構成する側壁のうち、矩形枠の内側に位置する側壁142Aにより反射等した光を検出し、位置合わせ用開口142と、溝部120とのずれを検出していたが、これに限らず、位置合わせ用開口142を構成する側壁のうち、矩形枠の外側に位置する側壁142B(図4参照)により反射等した光を検出し、位置合わせ用開口142と、溝部120とのずれを検出してもよい。
さらには、位置合わせ用開口142を構成する側壁のうち、矩形枠の内側および外側に位置する側壁142A,142Bにより反射等した光を検出して、位置合わせ用開口142と、溝部120とのずれを検出してもよい。
このようにすれば、より正確に位置合わせ用開口142と、溝部120とのずれを検出することが可能となる。
また、前記実施形態では、位置合わせ用開口142と、溝部120とのずれ量に基づいて、再度、レジスト膜14を露光する際に、露光装置のマスクと、レジスト膜14との位置を調整していたが、これに限らず、ずれ量に再現性がないような場合には、ずれ量に基づいて露光装置のマスクの位置と、レジスト膜14との位置を調整しなくてもよい。
さらに、前記実施形態では、溝部120の幅寸法よりも、位置合わせ用開口142の各溝部120を覆う辺の幅寸法を広くしていたが、これに限らず、溝部120の幅寸法と、位置合わせ用開口142の各溝部120を覆う辺の幅寸法が等しくてもよい。
12 絶縁層
13 レジスト膜(第一のレジスト膜)
14 レジスト膜(第二のレジスト膜)
14A 反射防止膜
14B 有機膜
15 絶縁層
16 レジスト膜
17 レジスト膜
120 溝部
121 エッチングストッパ膜
122 第一の低誘電率膜
123 SiO2膜
124 第二の低誘電率膜
125 SiO2膜
126 ビアホール
127 配線溝
128 開口
131 有機膜
132 低温SiO2膜
133 反射防止膜
141 配線用開口
142 位置合わせ用開口
142A 側壁
142B 側壁
161 有機膜
162 低温SiO2膜
163 反射防止膜
171 開口
172 開口
801 絶縁層
802 配線
803 層間絶縁膜
803A ビアホール
803B 位置合わせ用の溝
803C 開口
803D 配線溝
804 第一のレジスト膜
805 第二のレジスト膜
805A 開口
805B 開口
806 上層配線
807 ビア
D1、D2,D3 幅
M1 下層配線
M2 上層配線
M3 導電体
M4 導電体
V ビア
Claims (10)
- 半導体基板上に絶縁層を設ける工程と、
前記絶縁層のダイシング領域に溝部を形成するとともに、前記絶縁層の内部回路形成領域にビアホールを形成する工程と、
前記絶縁層上に第一のレジスト膜を設ける工程と、
前記第一のレジスト膜を覆う第二のレジスト膜を設ける工程と、
前記第二のレジスト膜を選択的に除去し、前記第二のレジスト膜の内部回路形成領域を覆う領域に配線溝に応じた配線用開口を形成するとともに、前記第二のレジスト膜の前記ダイシング領域を覆う領域に位置合わせ用開口を形成する工程と、
前記絶縁層に形成された前記溝部と、前記第二のレジスト膜の前記位置合わせ用開口との位置関係を検出し、前記第二のレジスト膜の前記配線用開口が、前記絶縁層の前記ビアホールに対し、所定の位置にあるかどうかを検出する工程と、
前記第二のレジスト膜の前記配線用開口が前記所定の位置にあると検出された場合に、前記第二のレジスト膜の前記配線用開口および前記位置合わせ用開口に応じて、前記第一のレジスト膜および前記絶縁層を選択的に除去し、前記絶縁層に前記第二のレジスト膜の前記配線用開口に応じた配線溝、および前記第二のレジスト膜の前記位置合わせ用開口に応じた開口を形成する工程とを含み、
前記第二のレジスト膜を選択的に除去する前記工程では、前記半導体基板の基板面側から平面視した際に、前記位置合わせ用開口の領域が、前記溝部を覆うように形成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において、
前記第二のレジスト膜の前記配線用開口が、前記絶縁層の前記ビアホールに対し、所定の位置にあるかどうか検出する前記工程において、前記第二のレジスト膜の前記配線用開口が、前記絶縁層の前記ビアホールに対し、所定の位置にないと検出された場合には、
前記第二のレジスト膜の前記配線用開口と、前記絶縁層の前記ビアホールとのずれ量を検出するとともに、前記第二のレジスト膜を除去する工程と、
前記第一のレジスト膜上に再度、第二のレジスト膜を設ける工程と、
前記第二のレジスト膜を選択的に除去し、前記ずれ量に基づいて、前記第二のレジスト膜の内部回路形成領域を覆う領域に、配線溝に応じた配線用開口を形成するとともに、前記第二のレジスト膜の前記ダイシング領域を覆う領域に位置合わせ用開口を形成する工程と、
前記絶縁層に形成された前記溝部と、前記第二のレジスト膜の前記位置合わせ用開口との位置関係を検出し、前記第二のレジスト膜の前記配線用開口が、前記絶縁層の前記ビアホールに対し、所定の位置にあるかどうか検出する工程とを行う半導体装置の製造方法。 - 請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第二のレジスト膜の配線用開口が、前記絶縁層のビアホールに対し、所定の位置にあるかどうか検出する前記工程では、
所定の波長の光を、前記半導体基板表面に沿って走査させながら、前記絶縁層に形成された前記溝部と、前記第二のレジスト膜の前記位置合わせ用開口とに照射し、前記溝部および前記位置合わせ用開口により、反射あるいは回折した光を検出し、前記溝部からの光のピーク位置と、前記位置合わせ用開口からの光のピーク位置との位置関係を検出することで、前記第二のレジスト膜の配線用開口が、前記絶縁層のビアホールに対し、所定の位置にあるかどうか検出する半導体装置の製造方法。 - 請求項3に記載の半導体装置の製造方法において、
前記絶縁層のダイシング領域に溝部を形成するとともに、前記絶縁層の内部回路形成領域にビアホールを形成する前記工程では、
前記光の走査方向の幅寸法が0.2μm以上、5μm以下の前記溝部を形成する半導体装置の製造方法。 - 請求項3または4に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第二のレジスト膜を選択的に除去する前記工程では、
前記光の走査方向に沿った幅寸法が7μm以上、20μm以下の前記位置合わせ用開口を形成する半導体装置の製造方法。 - 請求項3乃至5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第二のレジスト膜に形成された前記位置合わせ用開口を構成する側壁のうち、前記光の走査方向に交差する側壁と、
前記半導体基板の基板面側からの平面視において、前記位置合わせ用開口を構成する前記側壁に隣接し、前記光の走査方向に交差する前記溝部の側壁との距離は、3μm以上である半導体装置の製造方法。 - 請求項3乃至6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記光の波長は、400nm以上、700nm以下である半導体装置の製造方法。 - 請求項3乃至7のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板の基板面側からの平面視において、前記位置合わせ用開口の領域は、矩形枠状に形成されており、
前記溝部は、前記位置合わせ用開口の領域の各辺にそれぞれ被覆される4本のスリットである半導体装置の製造方法。 - 請求項1乃至8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第一のレジスト膜は、耐アッシング膜を含んで構成される半導体装置の製造方法。 - 半導体基板と、
この半導体基板上に設けられた絶縁層とを有し、
前記絶縁層の内部回路形成領域には、ビアホールと、このビアホール上に形成され、前記ビアホールに連通する配線溝とが設けられ、前記ビアホールおよび配線溝には、前記ビアホールおよび配線溝を一体的に埋め込むように導電体が設けられ、
前記絶縁層のダイシング領域には、溝部と、
この溝部に連通し、前記半導体基板の基板面側から平面視した際に、前記溝部を覆うように形成された開口とが形成され、
前記溝部および前記開口には、前記溝部および前記開口を一体的に埋め込むように導電体が設けられている半導体装置。
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