JP6457581B2 - コンタクト・パッド構造およびそれを作製するための方法 - Google Patents

コンタクト・パッド構造およびそれを作製するための方法 Download PDF

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Description

本発明は、集積回路に適用可能な構造およびその作製に関し、詳細には、複数レベルの導体を電気接続するためのコンタクト・パッド構造、およびそのコンタクト・パッド構造を作製するための方法に関する。
3Dメモリなどの3次元(3D)デバイス・アレイでは、デバイスのそれぞれのレベルの導電線が電気接続を必要とし、したがって、それぞれのレベルの導電層が、後の電気接続用にコンタクト・エリア内で露出されなければならない。結果として、階段状コンタクト・パッド構造が形成される。
Nレベルのデバイスに対して階段状コンタクト・パッド構造を形成するには、従来、コンタクト・エリア内のN−1個の領域から異なるレベル数の導電層の除去をするように、N−1枚のフォトマスクを使用して、N−1回のリソグラフィおよびエッチング・プロセスを実施している。しかし、そのような方法は、かなりの手間がかかり、狭ピッチのため正確なプロセス制御を必要とし、したがって、製造コストおよびプロセスの難しさが増す。
したがって、本発明は、Nレベルのデバイスに対してN−1よりずっと少ない回数のリソグラフィおよびエッチング・プロセスで形成することのできるコンタクト・パッド構造を提供する。
本発明は、本発明のコンタクト・パッド構造を作製するための方法も提供する。
本発明のコンタクト・パッド構造は、交互に積み重ねられたN層の絶縁層(N≧6)とN層の導電層とを備え、それぞれの導電層を露出させるN個の領域を有する。領域は、P×Qアレイ(P≧3,Q≧2)の形で配列されている。導電層が下から上に第1から第Nまで番号付けされるとともに領域(i,j)内で露出される導電層が第Lni,jの導電層と表されるとき、
第iのロウ(横列)におけるQ個の領域内で、Lni,jがj値の増加に伴って減少して、Lni,1>Lni,2>…>Lni,Qという関係を満足させており、
第iのロウ(横列)のQ個の領域と第(i+1)のロウ(横列)のQ個の領域との間のLnの差が固定になっていて、Lni,1−Lni+1,1=Lni,2−Lni+1,2=…=Lni,Q−Lni+1,Qという関係を満足させており、
第jのカラム(縦列)のP個の領域内で、Lni,jが2つの端から中央に向かって減少して、Ln1,j,LnP,j>Ln2,j,LnP−1,j>…という関係を満足させており、
第jのカラム(縦列)のP個の領域と第(j+1)のカラム(縦列)のP個の領域との間のLnの差が固定になっていて、Ln1,j−Ln1,j+1=Ln2,j−Ln2,j+1=…=LnP,j−LnP,j+1という関係を満足させている。
コンタクト・パッド構造の第1の実施形態では、領域(i,j)内に第Lni,jの導電層より高い絶縁層または導電層が実質的に存在しない。
コンタクト・パッド構造の第2の実施形態では、第Nの導電層を露出させる領域以外の領域(i,j)において、第Lni,jの導電層が、絶縁層および導電層のうちのそれより上位の層内に形成されたコンタクト・ホール内で露出される。
本発明のコンタクト・パッド構造は、3Dメモリ内に配設されてよい。
コンタクト・パッド構造の別の実施形態では、
第jのカラム(縦列)のP個の領域と第(j+1)のカラム(縦列)のP個の領域との間のLnの差が固定になっていて、Ln1,j−Ln1,j+1=Ln2,j−Ln2,j+1=…=LnP,j−LnP,j+1=Pという関係を満足させており、
第jのカラムのP個の領域内で、|Lni,j−Lni+1,j|≦2であり、P個の領域が、凹形状または凸形状を有する非対称構造を形成する。
上記の、結果として得られる非対称構造が凹形状を有するケースの実施形態のコンタクト・パッド構造を作製するための方法は、
領域(f,j)から(f−1+n,j)(j=1からQ)が対象となる領域である間、1層の導電層の除去をすることであって、ただしfは、1または2であり、nは、Pが偶数のときP/2であり、またはPが奇数のとき(P−1)/2であること、
領域(f+b,j)から(f−1+n+b,j)(j=1からQ)が対象となる領域である間、2層の導電層のdステップの除去をすることであって、ただしdは、(P−1)/2の整数部分であり、bは、dステップの各々における1からdの整数のうちの異なる整数であること、および
領域(i,1+c)から(i,Q)(i=1からP)が対象となる領域である間、P層の導電層のQ−1ステップの除去をすることであって、ただしcは、1からQ−1の整数のうちの異なる整数であること
を含み、
対象となる領域が、露光およびエッチングされる。
上記の、結果として得られる非対称構造が凸形状を有するケースの実施形態のコンタクト・パッド構造を作製するための方法は、
Pが偶数のとき、領域(f,j)から(f−1+n,j)(j=1からQ)が対象となる領域であり、ただしfは、1もしくは2であり、n=P/2である間、またはPが奇数のとき、領域(1,j)から(n,j)(j=1からQ)が対象となる領域であり、ただしn=(P+1)/2である間、1層の導電層の除去をすること、
Pが偶数のとき、領域(f+b,j)から(f−1+n+b,j)(j=1からQ)(n=P/2)が対象となる領域である間、またはPが奇数のとき、領域(1+b,j)から(n+b,j)(j=1からQ)(n=(P+1)/2)が対象となる領域である間、2層の導電層のdステップの除去をすることであって、ただしdは、(P−1)/2の整数部分であり、bは、dステップの各々における1からdの整数のうちの異なる整数であること、および
領域(i,1+c)から(i,Q)(i=1からP)が対象となる領域である間、P層の導電層のQ−1ステップの除去をすることであって、ただしcは、1からQ−1の整数のうちの異なる整数であること
を含み、
対象となる領域がマスクされる。
本発明のコンタクト・パッド構造は、Nレベルのデバイスに対してN−1よりずっと少ない回数のリソグラフィおよびエッチング・プロセスで形成することができるので、形成プロセスを大幅に簡略化することができ、プロセス制御がより容易である。
さらに、前述の非対称構造が凹形状を有するとき、特にADT境界内でのトポロジの高さの差はわずかであり、各階段状部分のエリアを同じようにうまく分割することができる。非対称構造が、凸形状を有するとともに隣接する表面より低い表面上に配設されるとき、凸構造が幅広のトレンチを分割して、後続のCMPプロセスによるディッシング問題を回避することができる。
本発明の前述の、また他の目的、特徴、および利点を理解できるようにするために、図を伴う好ましい実施形態について、下で詳細に記載する。
本発明の第1の実施形態による一例のコンタクト・パッド構造の斜視図である。
図1Aに示されたコンタクト・パッド構造の上面図であって、各領域内で露出される導電層の番号Lni,j、および各領域内で除去される必要のある導電層の数Tni,jが示されている図である。
図1Bに示されたTni,j分布を達成することの可能な、フォトマスク・パターンとエッチングされる導電層の数との例示的組合せを示す図である。
本発明の第1の実施形態による別の例のコンタクト・パッド構造の斜視図である。
図3Aに示されたコンタクト・パッド構造の上面図であって、各領域内で露出される導電層の番号Lni,j、および各領域内で除去される必要のある導電層の数Tni,jが示されている図である。
図3Bに示されたTni,j分布を達成することの可能な、フォトマスク・パターンとエッチングされる導電層の数との例示的組合せを示す図である。
本発明の第2の実施形態による一例のコンタクト・パッド構造の上面図であって、各領域内で除去される必要のある導電層の数Tni,jが示されている図である。
図5Aのコンタクト・パッド構造のB−B’断面図である。
本発明の一実施形態によるコンタクト・パッド構造を含む3Dメモリ構造の一例の斜視図である。
同一カラム内のコンタクト領域の、非対称構造の凸形状の2つの例を示す図であって、凸形状を有する非対称構造が、隣接する表面より低い表面上(図7A)に配設されている、図である。 同一カラム内のコンタクト領域の、非対称構造の凸形状の2つの例を示す図であって、凸形状を有する非対称構造が、隣接する表面と同一平面上にある表面上(図7B)に配設されている図である。
|Lni,j−Lni+1,j|≦2という要件を満たす、コンタクト領域の凹形状の一例を示す図であって、各数が、対応するコンタクト領域内で除去されている導電層の数Tni,jである、図である。
|Lni,j−Lni+1,j|≦2という要件を満たす、コンタクト領域の凸形状の一例を示す図であって、各数が、対応するコンタクト領域内で除去されている導電層の数Tni,jである、図である。
P=5であり、凹形状が形成される一実施形態による、コンタクト・パッド構造を作製するための方法を示す図である。 P=5であり、凹形状が形成される一実施形態による、コンタクト・パッド構造を作製するための方法を示す図である。
P=6であり、凹形状が形成される一実施形態による、コンタクト・パッド構造を作製するための方法を示す図である。
P=8であり、凹形状が形成される一実施形態による、コンタクト・パッド構造を作製するための方法のロウ画定ステップを示す図である。
P=10であり、凹形状が形成される一実施形態による、コンタクト・パッド構造を作製するための方法のロウ画定ステップを示す図である。
P=5であり、凸形状が形成される一実施形態による、コンタクト・パッド構造を作製するための方法を示す図である。 P=5であり、凸形状が形成される一実施形態による、コンタクト・パッド構造を作製するための方法を示す図である。
P=6であり、凸形状が形成される一実施形態による、コンタクト・パッド構造を作製するための方法を示す図である。
凹形状が形成され、Pが5または6であるさまざまな実施形態における、各領域内で除去される必要のある導電層の数Tni,jを示す図である。
凸形状が形成され、Pが5または6であるさまざまな実施形態における、各領域内で除去される必要のある導電層の数Tni,jを示す図である。
本発明について、単なる例示的なものにすぎないが本発明の範囲を限定するものではない以下の実施形態を用いて、さらに説明する。
図1Aは、本発明の第1の実施形態による一例のコンタクト・パッド構造の斜視図を示す。図1Bは、図1Aに示されたコンタクト・パッド構造の上面図を示し、図中には、各領域内で露出される導電層の番号Lni,j、および各領域内で除去される必要のある導電層の数Tni,jが示されている。本発明の第1の実施形態では、領域(i,j)内に第Lni,jの導電層より高い絶縁層または導電層が実質的に存在しない。
図1Aおよび図1Bを参照すると、この例のコンタクト・パッド構造100では、12層の絶縁層102と12層の導電層104が交互に積み重ねられ、それぞれの導電層104を露出させる12個の領域が、4×3アレイの形で配列されている。これは、N=12、P=4、およびQ=3のケースに対応する。カラム方向およびロウ方向がそれぞれ、図中ではi方向およびj方向と表されているが、i方向およびj方向はそれぞれ、必ずしもウェーハのx方向およびy方向、またはy方向およびx方向であるとは限らない。導電層104は、下から上に第1から第12(=第N)までのように番号付けされている。各領域(i,j)(i=1〜4,j=1〜3)内で露出される導電層の番号Lni,jが、図1Bの左半分に示されており、例えば、領域(3,2)の場合、Ln3,2=6である。第iのロウにおける3(=Q)個の領域内で、Lni,jがj値の増加に伴って減少して、Lni,1>Lni,2>Lni,3という関係を満足させている。第iのロウの3(=Q)個の領域と第(i+1)のロウの3(=Q)個の領域との間のLnの差は固定になっていて、Lni,1−Lni+1,1=Lni,2−Lni+1,2=Lni,3−Lni+1,3という関係を満足させている。第jのカラムにおける4(=P)個の領域内で、Lni,jが2つの端から中央に向かって減少して、Ln1,j,Ln4,j>Ln2,j,Ln3,jという関係を満足させている。加えて、第jのカラムの4(=P)個の領域と第(j+1)のカラムの4(=P)個の領域との間のLnの差は固定になっていて、Ln1,j−Ln1,j+1=Ln2,J−Ln2,j+1=Ln3,j−Ln3,j+1=Ln4,J−Ln4,j+1という関係を満足させている。
Lni,j分布、および領域(i,j)内に第Lni,jの導電層より高い絶縁層または導電層が実質的に存在しない構造を達成するために、各領域(i,j)内で特定数Tni,j(=N−Lni,j=12−Lni,j)の導電層が実質的に完全に除去される必要があり、このTni,j分布が、図1Bの右半分に示されている。例えば、領域(2,3)内では、第1の導電層を露出させるために11層の導電層が除去されなければならず、したがってTn2,3=11である。Tni,j分布は、N−1(11)枚よりずっと少ないフォトマスクを使用して、同一数(M)回のリソグラフィおよびエッチング・プロセスを、フォトマスク・パターンとエッチングされる導電層の数との特定の組合せで実施することによって、達成することができる。そのような組合せの一例が、図2に示されている。
図2を参照すると、この例では4枚のフォトマスクを使用し(M=4のケース)、これらのフォトマスクはそれぞれ、対応するエリア内にフォトマスク・パターン21、22、23、および24を有し、その使用順序は任意に選択することができる。
フォトマスク・パターン21は、1層または複数層の導電層の除去をすべきパッド領域に対応する、除去領域212、および導電層の除去をすべきではないパッド領域に対応する、非除去領域214を含み、除去領域212および非除去領域214は、図中に示されるように分布している。フォトマスク・パターン21を使用するリソグラフィおよびエッチング・プロセスにおいて、エッチングすべき導電層の数Enk=1が、「1」であり、除去領域212に対応するパッド領域(i,j)内のエッチングすべき導電層の数Ani,j,k=1が、Enk=1(1)であり、非除去領域214に対応するパッド領域(i,j)についてのAni,j,k=1値が、0である。
フォトマスク・パターン22は、1層または複数層の導電層の除去をすべきパッド領域に対応する、除去領域222、および導電層の除去をすべきではないパッド領域に対応する、非除去領域224を含み、除去領域222および非除去領域224は、図中に示されるように分布している。フォトマスク・パターン22を使用するリソグラフィおよびエッチング・プロセスにおいて、エッチングすべき導電層の数Enk=2が、「2」であり、除去領域222に対応するパッド領域(i,j)内のエッチングすべき導電層の数Ani,j,k=2が、Enk=2(2)であり、非除去領域224に対応するパッド領域(i,j)についてのAni,j,k=2値が、0である。
フォトマスク・パターン23は、1層または複数層の導電層の除去をすべきパッド領域に対応する、除去領域232、および導電層の除去をすべきではないパッド領域に対応する、非除去領域234を含み、除去領域232および非除去領域234は、図中に示されるように分布している。フォトマスク・パターン23を使用するリソグラフィおよびエッチング・プロセスにおいて、エッチングすべき導電層の数Enk=3が、「4」であり、除去領域232に対応するパッド領域(i,j)内のエッチングすべき導電層の数Ani,j,k=3が、Enk=3(4)であり、非除去領域234に対応するパッド領域(i,j)についてのAni,j,k=3値が、0である。
フォトマスク・パターン24は、1層または複数層の導電層の除去をすべきパッド領域に対応する、除去領域242、および導電層の除去をすべきではないパッド領域に対応する、非除去領域244を含み、除去領域242および非除去領域244は、図中に示されるように分布している。フォトマスク・パターン24を使用するリソグラフィおよびエッチング・プロセスにおいて、エッチングすべき導電層の数Enk=4が、「4」であり、除去領域242に対応するパッド領域(i,j)内のエッチングすべき導電層の数Ani,j,k=4が、Enk=4(4)であり、非除去領域244に対応するパッド領域(i,j)についての数Ani,j,k=4値が、0である。
4(=M)回のリソグラフィおよびエッチング・プロセスの、エッチングすべき導電層の数の和は、N−1(11)であり、すなわち、Enk=1、Enk=2、Enk=3、およびEnk=M=4の和が、N−1(11)である。M回のリソグラフィおよびエッチング・プロセス後の、各領域(i,j)内の除去された導電層の累積数は、領域(i,j)内で除去される必要のある導電層の上記の数Tni,jに等しく、すなわち、Ani,j,k=1、Ani,j,k=2、Ani,j,k=3、およびAni,j,k=M=4の和が、Tni,jである。例えば、パッド領域(2,2)は、フォトマスク・パターン21内では除去領域212に、フォトマスク・パターン22内では除去領域222に、フォトマスク・パターン23内では除去領域232に、フォトマスク・パターン24内では非除去領域244に対応し、すなわち、An2,2,k=1=Enk=1=1であり、An2,2,k=2=Enk=2=2であり、An2,2,k=3=Enk=3=4であり、An2,2,k=M=4=0であり、その和が、Tn2,2=7(図1B)である。
加えて、導電層104は、金属材料、Nドープ・ポリシリコン、Pドープ・ポリシリコン、またはそれらの組合せを含んでよく、絶縁層102は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、またはそれらの組合せを含んでよい。
それぞれの導電層104が露出されているコンタクト・パッド構造100が形成された後、コンタクト・パッド構造100上に上部絶縁層(図示せず)を形成し、次いで、コンタクト・パッド構造100内のそれぞれの導電層104を電気的に接続するように、異なる深さを有する複数のコンタクト・プラグ(図示せず)をコンタクト・パッド構造100内に形成することが可能である。
図3Aは、本発明の第1の実施形態による別の例のコンタクト・パッド構造の斜視図を示す。図3Bは、図3Aに示されたコンタクト・パッド構造の上面図を示し、図中には、各領域内で露出される導電層の番号Lni,j、および各領域内で除去される必要のある導電層の数Tni,jが示されている。
図3Aおよび図3Bを参照すると、この例のコンタクト・パッド構造300も、12層の導電層を含むが、それぞれの導電層104を露出させる12個の領域は、6×2アレイの形で配列されている。これは、N=12、P=6、およびQ=2のケースに対応する。i方向およびj方向は、上記のように定義される。
各領域(i,j)(i=1〜6,j=1〜2)内で露出される導電層の番号Lni,jが、図3Bの左部内に示されている。第iのロウにおける2(=Q)個の領域内で、Lni,jがj値の増加に伴って減少して、Lni,1>Lni,2という関係を満足させている。第iのロウの2(=Q)個の領域と第(i+1)のロウの2(=Q)個の領域との間のLnの差は固定になっていて、Lni,1−Lni+1,1=Lni,2−Lni+1,2という関係を満足させている。第jのカラムにおける6(=P)個の領域内で、Lni,jが2つの端から中央に向かって減少して、Ln1,j,Ln6,j>Ln2,j,Ln5,j>Ln3,j,Ln4,jという関係を満足させている。加えて、第1のカラムの6(=P)個の領域と第2のカラムの6(=P)個の領域との間のLnの差は固定になっていて、Ln1,1−Ln1,2=Ln2,1−Ln2,2=Ln3,1−Ln3,2=Ln4,1−Ln4,2=Ln5,1−Ln5,2=Ln6,1−Ln6,2という関係を満足させている。
Lni,j分布、および領域(i,j)内に第Lni,jの導電層より高い絶縁層または導電層が実質的に存在しない構造を達成するために各領域(i,j)内で実質的に完全に除去される必要のある導電層の数Tni,j(=N−Lni,j=12−Lni,j)が、図3Bの右部内に示されている。Tni,j分布は、N−1(11)枚よりずっと少ないフォトマスクを使用して、同一数(M)回のリソグラフィおよびエッチング・プロセスを、フォトマスク・パターンとエッチングされる導電層との特定の組合せで実施することによって、達成することができる。そのような組合せの一例が、図4に示されている。
図4に示されるように、この例では4枚のフォトマスクを使用し(M=4のケース)、これらのフォトマスクはそれぞれ、対応するエリア内にフォトマスク・パターン31、32、33、および34を有し、その使用順序は任意に選択することができる。
フォトマスク・パターン31は、1層または複数層の導電層の除去をすべきパッド領域に対応する、除去領域312、および導電層の除去をすべきではないパッド領域に対応する、非除去領域314を含み、除去領域312および非除去領域314は、図中に示されるように分布している。フォトマスク・パターン31を使用するリソグラフィおよびエッチング・プロセスにおいて、エッチングすべき導電層の数Enk=1が、「1」であり、除去領域312に対応するパッド領域(i,j)内のエッチングすべき導電層の数Ani,j,k=1が、Enk=1(1)であり、非除去領域314に対応するパッド領域(i,j)についてのAni,j,k=1値が、0である。
フォトマスク・パターン32は、1層または複数層の導電層の除去をすべきパッド領域に対応する、除去領域322、および導電層の除去をすべきではないパッド領域に対応する、非除去領域324を含み、除去領域322および非除去領域324は、図中に示されるように分布している。フォトマスク・パターン32を使用するリソグラフィおよびエッチング・プロセスにおいて、エッチングすべき導電層の数Enk=2が、「2」であり、除去領域322に対応するパッド領域(i,j)内のエッチングすべき導電層の数Ani,j,k=2が、Enk=2(2)であり、非除去領域324に対応するパッド領域(i,j)についてのAni,j,k=2値が、0である。
フォトマスク・パターン33は、1層または複数層の導電層の除去をすべきパッド領域に対応する、除去領域332、および導電層の除去をすべきではないパッド領域に対応する、非除去領域334を含み、除去領域332および非除去領域334は、図中に示されるように分布している。フォトマスク・パターン33を使用するリソグラフィおよびエッチング・プロセスにおいて、エッチングすべき導電層の数Enk=3が、「4」であり、除去領域332に対応するパッド領域(i,j)内のエッチングすべき導電層の数Ani,j,k=3が、Enk=3(4)であり、非除去領域334に対応するパッド領域(i,j)についてのAni,j,k=3値が、0である。
フォトマスク・パターン34は、1層または複数層の導電層の除去をすべきパッド領域に対応する、除去領域342、および導電層の除去をすべきではないパッド領域に対応する、非除去領域344を含み、除去領域342および非除去領域344は、図中に示されるように分布している。フォトマスク・パターン34を使用するリソグラフィおよびエッチング・プロセスにおいて、エッチングすべき導電層の数Enk=4が、「4」であり、除去領域342に対応するパッド領域(i,j)内のエッチングすべき導電層の数Ani,j,k=4が、Enk=4(4)であり、非除去領域344に対応するパッド領域(i,j)についてのAni,j,k=4値が、0である。
4(=M)回のリソグラフィおよびエッチング・プロセスの、エッチングすべき導電層の数の和は、N−1(11)であり、すなわち、Enk=1、Enk=2、Enk=3、およびEnk=M=4の和が、N−1(11)である。M回のリソグラフィおよびエッチング・プロセス後の、各領域(i,j)内の除去された導電層の累積数は、領域(i,j)内で除去される必要のある導電層の上記の数Tni,jに等しく、すなわち、Ani,j,k=1、Ani,j,k=2、Ani,j,k=3、およびAni,j,k=M=4の和が、Tni,jである。例えば、パッド領域(2,2)は、フォトマスク・パターン31内では除去領域312に、フォトマスク・パターン32内では非除去領域324に、フォトマスク・パターン33内では除去領域332に、フォトマスク・パターン34内では非除去領域344に対応し、すなわち、An2,2,k=1=Enk=1=1であり、An2,2,k=2=0であり、An2,2,k=3=Enk=3=4であり、An2,2,k=M=4=0であり、その和が、Tn2,2=5である。
図5Aは、本発明の第2の実施形態による一例のコンタクト・パッド構造の上面図を示し、図中には、各領域内で除去される必要のある導電層の数Tni,jが示されている。図5Bは、図5Aに示されたコンタクト・パッド構造のB−B’断面図を示す。
図5Aおよび5Bを参照すると、コンタクト・パッド構造500のTni,j分布は、図1Bに示されたものと同一であり、その形成のためのフォトマスク・パターン分布とエッチングされる導電層の数との組合せは、図2に示されたものと同一であってよい。しかし、一番上の第Nの導電層を露出させる領域以外の任意の領域(i,j)において、第Lni,jの導電層より上の各絶縁層102および各導電層104が、M回のリソグラフィおよびエッチング・プロセスにおいて部分的にしか除去されず、その結果、第Lni,jの導電層より上の層102および104内にコンタクト・ホール106が形成され、第Lni,jの導電層がコンタクト・ホール106内で露出される。
領域(i,j)に開いたコンタクト・ホール106内に後に形成される第Lni,jの導電層のコンタクト・プラグを、第Lni,jの導電層より上の導電層104から絶縁することができるように、M回のリソグラフィおよびエッチング・プロセス後、各コンタクト・ホール106の側壁上にスペーサ108が形成されてよい。スペーサ108は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、またはそれらの組合せを含んでよい。
上記の実施形態の上記のコンタクト・パッド構造100、300、または500は、3Dメモリ内に配設されてよい。
加えて、本発明のコンタクト・パッド構造は、3Dメモリ内のワード線パッドに隣接して配設することができる。図6は、本発明の一実施形態のそのような3Dメモリ構造の一例の斜視図を示す。
コンタクト・パッド構造の別の実施形態では、第jのカラムのP個の領域と第(j+1)のカラムのP個の領域との間のLnの差が固定になっていて、Ln1,j−Ln1,j+1=Ln2,j−Ln2,j+1=…=LnP,j−LnP,j+1=Pという関係を満足させており、第jのカラムのP個の領域内で、|Lni,j−Lni+1,j|≦2であり、P個の領域が、凹形状または凸形状を有する非対称構造を形成する。
同一カラム内のコンタクト領域の、非対称構造の凹形状の一例が、図6に示されている。
凸形状のケースに関しては、凸形状を有する非対称構造が、図7Aに示されるように、隣接する表面より低い表面上に配設されてもよく、あるいは図7Bに示されるように、隣接する表面と同一平面上にある表面上に配設されてもよい。隣接する表面は、3Dメモリのワード線パッドの上面であってよい。非対称構造が、凸形状を有するとともに隣接する表面より低い表面上に配設されるとき、凸構造が幅広のトレンチを分割して、後続のCMPプロセスによるディッシング問題を回避することができる。非対称構造が、凸形状を有するとともに隣接する表面と同一平面上にある表面上に配設されるとき、トポロジの高さの差はわずかであり、各階段状部分のエリアを同じようにうまく分割することができる。
同一カラムのP個の領域内での|Lni,j−Lni+1,j|≦2という上記の要件に関して、図8は、この要件を満たす、コンタクト領域の凹形状の一例を示し、図9は、この要件を満たす、コンタクト領域の凸形状の一例を示し、各数が、対応するコンタクト領域内で除去されている導電層の数Tni,jである。
上記の、非対称構造が凹形状を有するケースの実施形態のコンタクト・パッド構造は、次の、領域(f,j)から(f−1+n,j)(j=1からQ)が対象となる領域である間、1層の導電層の除去をするステップであって、ただしfは、1または2であり、nは、Pが偶数のときP/2であり、またはPが奇数のとき(P−1)/2であるステップ、領域(f+b,j)から(f−1+n+b,j)(j=1からQ)が対象となる領域である間、2層の導電層のdステップの除去をするステップであって、ただしdは、(P−1)/2の整数部分であり、bは、dステップの各々における1からdの整数のうちの異なる整数であるステップ、および領域(i,1+c)から(i,Q)(i=1からP)が対象となる領域である間、P層の導電層のQ−1ステップの除去をするステップであって、ただしcは、1からQ−1の整数のうちの異なる整数であるステップを含む方法を用いて作製されてよい。対象となる領域は、露光およびエッチングされる。本方法は、3Dメモリの製造に適用することができる。
図10Aおよび図10Bは、P=5であり、凹形状が形成される一実施形態による、コンタクト・パッド構造を作製するための方法を示す。
ステップは、ロウ画定ステップおよびカラム画定ステップを含むが、これらの画定ステップは、任意の順序で実施することができる。ロウ数がP=5のとき、n=2(=Pが奇数のときの(P−1)/2)であり、dが、(P−1)/2(=2)の整数部分(2)であり、これは、ロウ画定ステップが、2(=d)回の2層エッチング・ステップを含み、1層エッチング・ステップおよび2(=d)回の2層エッチング・ステップの各々において、2(=n)ロウの領域がエッチングされることを意味する。加えて、この例ではQ=3であり、したがって、1層エッチング・ステップおよび2回の2層エッチング・ステップの各々において、m=Q=3カラムの領域がエッチングされる。カラム画定ステップは、Q−1=2回のステップを含み、その各々が、P層の導電層の除去をし、したがってP層エッチング・ステップであり、cが、1から2の範囲にわたる。c=1のカラム画定ステップでは、領域(i,1+1=2)から(i,Q=3)(i=1からP)が対象となる。c=2のカラム画定ステップでは、領域(i,1+2=Q=3)(i=1からP)が対象となる。各領域内で除去されている導電層の数Tni,jも、図中に示されている。
図11は、P=6であり、凹形状が形成される一実施形態による、コンタクト・パッド構造を作製するための方法を示す。
P=6のとき、n=3(=Pが偶数のときのP/2)であり、dが、(P−1)/2=2.5の整数部分(2)であり、これは、ロウ画定ステップが、2(=d)回の2層エッチング・ステップを含み、1層エッチング・ステップおよび2(=d)回の2層エッチング・ステップの各々において、3(=n)ロウの領域がエッチングされることを意味する。加えて、この例ではQ=3であり、したがって、m値およびカラム画定ステップは、上記の例と同一である。
図12は、P=8であり、凹形状が形成される一実施形態による、コンタクト・パッド構造を作製するための方法のロウ画定ステップを示す。
P=8のとき、n=4(=Pが偶数のときのP/2)であり、dが、(P−1)/2=3.5の整数部分(3)であり、これは、ロウ画定ステップが、3(=d)回の2層エッチング・ステップを含み、1層エッチング・ステップおよび3(=d)回の2層エッチング・ステップの各々において、4(=n)ロウの領域がエッチングされることを意味する。
図13は、P=10であり、凹形状が形成される一実施形態による、コンタクト・パッド構造を作製するための方法のロウ画定ステップを示す。
P=10のとき、n=5(=Pが偶数のときのP/2)であり、dが、(P−1)/2=4.5の整数部分(4)であり、これは、ロウ画定ステップが、4(=d)回の2層エッチング・ステップを含み、1層エッチング・ステップおよび4(=d)回の2層エッチング・ステップの各々において、5(=n)ロウの領域がエッチングされることを意味する。
図14Aおよび図14Bは、P=5であり、凸形状が形成される一実施形態による、コンタクト・パッド構造を作製するための方法を示す。凸形状を形成すべきとき、上記の対象となる領域はマスクされる。
図14Aおよび図14Bに示されるプロセスは、各エッチング・ステップにおいて対象領域が露光およびエッチングされるのではなくマスクされるという点、Pが奇数のときn=(P+1)/2であるという点、およびPが奇数のとき、ロウ画定エッチングが第1のロウから開始する、すなわち1層エッチング・プロセスにおいて領域(1,j)から(n,j)(j=1からQ)が対象となる領域であるという点で、図10Aおよび図10Bに示されるプロセスとは異なっている。各領域内で除去されている導電層の数Tni,jも、図中に示されている。
図15は、P=6であり、凸形状が形成される一実施形態による、コンタクト・パッド構造を作製するための方法を示す。
図15に示されるプロセスは、各エッチング・ステップにおいて対象領域が露光およびエッチングされるのではなくマスクされるという点で、図11に示されるプロセスとは異なっている。各領域内で除去されている導電層の数Tni,jも、図中に示されている。
P=4、P=7、およびP=9それぞれの凹形状のケース、ならびにP=4、P=7、P=8、およびP=9それぞれの凸形状のケースについても調査され、それらの結果がそれぞれ、表1および表2に示されている。
図16は、凹形状が形成され、Pが5または6であるさまざまな実施形態における、各領域内で除去される必要のある導電層の数Tni,jを示す。加えて、Pが4から9の範囲にわたる特定の実施形態における、第1のカラムの領域についての数Tni,1(i=1からP)が、下記の表1にリストされている。1層エッチング・ステップおよび2層エッチング・ステップの各々における、エッチングされるロウの数n、ならびに2層エッチング・ステップの数d[(P−1)/2の整数部分]が、括弧内に示される等式によって表されている。
Figure 0006457581
図16および表1によれば、凹形状は、第hの領域に中央最低点を有し、第hの領域は、カラムの中心にあり、またはカラムの中心から1領域シフトされている。例えば、Pが5のとき、第3、第2、または第4の領域(hが3、2、または4)が、カラム内で最低であり、Pが8のとき、第4または第5の領域(hが4または5)が、カラム内で最低である。加えて、Tn1,1=0であり、Tnh,1=P−1であり、Tni,1(i=h−1から2)が、Tni,1(i=h+1からP)がP−1−|i−h|×2のときは、P−|i−h|×2であり、またはTni,1(i=h+1からP)がP−|i−h|×2のときは、P−1−|i−h|×2である、というルールを見い出すことができる。Tni,j(i≧1,j>1)は、Tni,1+(j−1)×Pとして計算することができる。
図17は、凸形状が形成され、Pが5または6であるさまざまな実施形態における、各領域内で除去される必要のある導電層の数Tni,jを示す。加えて、Pが4から9の範囲にわたる特定の実施形態における、第1のカラムの領域についての数Tni,1(i=1からP)が、下記の表2にリストされている。1層エッチング・ステップおよび2層エッチング・ステップの各々における、マスクされるロウの数n、ならびに2層エッチング・ステップの数d[(P−1)/2の整数部分]が、この場合もやはり、括弧内に示される等式によって表されている。
Figure 0006457581
図17および表2によれば、凸形状は、第hの領域に中央最高点を有し、第hの領域は、Pが奇数のときカラムの中心にあり、またはPが偶数のとき、カラムの中心にあるか、もしくはカラムの中心から1領域シフトされている。例えば、Pが6のとき、第3または第4の領域(hが3または4)が、カラム内で最高であり、Pが9のとき、中心[=(P+1)/2]の第5の領域(hが5)が、カラム内で最高である。加えて、Tn1,1がP−1であり、Tnh,1が0であり、Tni,1(i=h−1から2)が、Tni,1(i=h+1からP)が|i−h|×2+1のときは、|i−h|×2であり、またはTni,1(i=h+1からP)が|i−h|×2のときは、|i−h|×2+1であり、Tni,1(i=h+1からP)が|i−h|×2+1である、というルールを見い出すことができる。Tni,j(i≧1,j>1)は、Tni,1+(j−1)×Pとして計算することができる。
本発明のコンタクト・パッド構造は、N(例えば12)レベルのデバイスに対してN−1よりずっと少ない回数(例えば4回)のリソグラフィおよびエッチング・プロセスで形成することができるので、形成プロセスを大幅に簡略化することができ、プロセス制御がより容易である。
以上、本発明は、上記で好ましい実施形態の中で開示されたが、それらの実施形態に限定されない。本発明の趣旨および範囲から逸脱することなくいくつかの修正および革新が行われてよいことが、当業者には知られている。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義されるべきである。
本発明は、集積回路において、複数レベルの導体を電気接続するために適用することができる。例として、本発明は、3Dメモリの製造に適用することができる。
100、300、500 コンタクト・パッド構造
102 絶縁層
104 導電層
106 コンタクト・ホール
108 スペーサ
21、22、23、24、31、32、33、34 フォトマスク・パターン
212、222、232、242、312、322、332、342 除去領域
214、224、234、244、314、324、334、344 非除去領域
Ani,j,k 第kのリソグラフィおよびエッチング・プロセスにおける、パッド領域(i,j)内のエッチングすべき導電層の数
En 第kのリソグラフィおよびエッチング・プロセスにおける、各導電層除去領域内のエッチングすべき導電層の数
Lni,j/Ln3,2 領域(i,j)/(3,2)内で露出される導電層の番号
Tni,j/Tn2,3 領域(i,j)/(2,3)内で除去される必要のある導電層の数

Claims (10)

  1. 交互に積み重ねられたN層の絶縁層(N≧6)とN層の導電層とを備え、該それぞれの導電層を露出させるN個の領域を有する、コンタクト・パッド構造であって、該領域が、P×Qアレイ(P≧3,Q≧2)の形で配列されており、該導電層が下から上に第1から第Nまで番号付けされるとき、領域(i,j)内で露出される導電層が第Lni,jの導電層と表され、
    第jのカラムの該P個の領域と第(j+1)のカラムの該P個の領域との間のLnの差が固定になっていて、Ln1,j−Ln1,j+1=Ln2,j−Ln2,j+1=…=LnP,j−LnP,j+1=Pという関係を満足させており、
    第jのカラムの該P個の領域内で、|Lni,j−Lni+1,j|≦2であり、該P個の領域が、凹形状または凸形状を有する非対称構造を形成し、
    前記非対称構造が前記凹形状を有する場合、Pが奇数であり、前記凹形状が、第hの領域に中央最低点を有し、該第hの領域が、カラムの中心から1領域シフトされている、
    コンタクト・パッド構造。
  2. Lni,j=N−Tni,jであり、ただしTni,jは、除去される必要のある前記導電層の数であり、
    Tn1,1=0であり、
    Tnh,1=P−1であり、
    Tni,1(i=h−1から2)が、Tni,1(i=h+1からP)がP−1−|i−h|×2のときは、P−|i−h|×2であり
    Tni,j(i≧1,j>1)がTni,1+(j−1)×Pである、
    請求項に記載のコンタクト・パッド構造。
  3. 前記凸形状を有する前記非対称構造が、隣接する表面より低い表面上に配設される、請求項1に記載のコンタクト・パッド構造。
  4. 前記凸形状を有する前記非対称構造が、隣接する表面と同一平面上にある表面上に配設される、請求項1に記載のコンタクト・パッド構造。
  5. 前記凸形状が、第hの領域に中央最高点を有し、該第hの領域が、Pが奇数のときカラムの中心にあり、またはPが偶数のとき、カラムの中心にあるか、もしくはカラムの中心から1領域シフトされている、請求項1、、およびのいずれか一項に記載のコンタクト・パッド構造。
  6. Lni,j=N−Tni,jであり、ただしTni,jは、除去される必要のある前記導電層の数であり、
    Tn1,1=P−1であり、
    Tnh,1=0であり、
    Tni,1(i=h−1から2)が、Tni,1(i=h+1からP)が|i−h|×2+1のときは、|i−h|×2であり、
    Tni,1(i=h−1から2)が、Tni,1(i=h+1からP)が|i−h|×2のときは、|i−h|×2+1であり、
    Tni,j(i≧1,j>1)がTni,1+(j−1)×Pである、
    請求項に記載のコンタクト・パッド構造。
  7. 3Dメモリ内のワード線パッドに隣接して配設される、請求項に記載のコンタクト・パッド構造。
  8. コンタクト・パッド構造を作製するための方法であって、該コンタクト・パッド構造が、交互に積み重ねられたN層の絶縁層(N≧6)とN層の導電層とを備え、該それぞれの導電層を露出させるN個の領域を有し、該領域が、P×Qアレイ(P>3,Q≧2)の形で配列されており、該導電層が下から上に第1から第Nまで番号付けされるとき、領域(i,j)内で露出される導電層が第Lni,jの導電層と表され、該方法が、
    領域(f,j)から(f−1+n,j)(j=1からQ)が対象となる領域である間、1層の導電層の除去をすることであって、ただしfは、1または2であり、nは、Pが偶数のときP/2であり、またはPが奇数のとき(P−1)/2であること、
    領域(f+b,j)から(f−1+n+b,j)(j=1からQ)が対象となる領域である間、2層の導電層のdステップの除去をすることであって、ただしdは、(P−1)/2の整数部分であり、bは、該dステップの各々における1からdの整数のうちの異なる整数であること、および
    領域(i,1+c)から(i,Q)(i=1からP)が対象となる領域である間、P層の導電層のQ−1ステップの除去をすることであって、ただしcは、1からQ−1の整数のうちの異なる整数であること
    を含み、
    該対象となる領域が、露光およびエッチングされる
    方法。
  9. コンタクト・パッド構造を作製するための方法であって、該コンタクト・パッド構造が、交互に積み重ねられたN層の絶縁層(N≧6)とN層の導電層とを備え、該それぞれの導電層を露出させるN個の領域を有し、該領域が、P×Qアレイ(P>3,Q≧2)の形で配列されており、該導電層が下から上に第1から第Nまで番号付けされるとき、領域(i,j)内で露出される導電層が第Lni,jの導電層と表され、該方法が、
    Pが偶数のとき、領域(f,j)から(f−1+n,j)(j=1からQ)が対象となる領域であり、ただしfは、1もしくは2であり、n=P/2である間、またはPが奇数のとき、領域(1,j)から(n,j)(j=1からQ)が対象となる領域であり、ただしn=(P+1)/2である間、1層の導電層の除去をすること、
    Pが偶数のとき、領域(f+b,j)から(f−1+n+b,j)(j=1からQ)(n=P/2)が対象となる領域である間、またはPが奇数のとき、領域(1+b,j)から(n+b,j)(j=1からQ)(n=(P+1)/2)が対象となる領域である間、2層の導電層のdステップの除去をすることであって、ただしdは、(P−1)/2の整数部分であり、bは、該dステップの各々における1からdの整数のうちの異なる整数であること、および
    領域(i,1+c)から(i,Q)(i=1からP)が対象となる領域である間、P層の導電層のQ−1ステップの除去をすることであって、ただしcは、1からQ−1の整数のうちの異なる整数であること
    を含み、
    該対象となる領域がマスクされる
    方法。
  10. 3Dメモリの製造に適用される、請求項またはに記載の方法。

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