JPH01107556A - パターン形成方法およびそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パターン形成技術およびそれを用い。

た半導体装置に関し、特に、微細なパターン幅の多層配
線構造を有する半導体装置の製造に適用して有効な技術
に関する。

〔従来の技術〕

たとえば、半導体装置の製造における微細な回路パター
ンの形成技術については、株式会社工業調査会、昭和６
０年１１月２０日発行、「電子材料Ｊ　１９８５年１１
月号別冊、Ｐ１１９〜Ｐ１２４に記載されている。

その概要は、半導体基板の全面に被着された目的の薄膜
の上に所定のパターンにフォトレジストを被着させて隠
蔽し、プラズマ化されて励起されたエツチングガスによ
って、外部に露出された薄膜を選択的に除去するドライ
エツチングにより、配線構造などの回路パターンを形成
するものである。

ところで、転写すべき回路パターンの微細化などに伴っ
て、フォトレジストの幅寸法に忠実に薄膜をエツチング
加工して寸法精度を向上させるためには、フォトレジス
トに隠蔽されて残存するパターンの側壁部の侵食を防止
して、゛薄膜の厚さ方向におけるエツチングが優位に進
行する異方性のエツチングを実現する必要がある。

このため、たとえば、エツチングガスの種類や雰囲気な
ど条件を適当に制御することにより、エツチング中にフ
ォトレジストから発生するガスの重合反応などによって
、フォトレジストに隠蔽されて残存するパターンの側壁
部に所定の物質の保護膜を形成し、残存させるべきパタ
ーンの幅方向におけるエツチングの進行を阻止してフォ
トレジストの幅寸法に忠実なパターンを形成することが
行われている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、このようにパターンの側壁部に保護膜を形成
してエツチングの異方性を実現する場合などにおいては
、保護膜を形成する物質の供給源であるフォトレジスト
の分布密度、すなわち、パターンの分布密度にばらつき
がある場合には、分布密度の疎な部位に位置するパター
ンの側壁部に形成される保護膜の厚さが相対的に薄くな
り、幅方向のエツチングの進行速度が他の密な部位より
も大きくなる結果、分布密度の疎な領域に形成されるパ
ターンの幅寸法が、密な領域に形成されるパターンの幅
寸法よりも小さくなる、いわゆるローディング効果を生
じ、パターンの寸法精度が低下するという問題がある。

また、パターンの分布密度の偏りが大きい場合には、多
層配線構造などにおいて、より上層の配線パターンの下
地となる層間絶縁膜の凹凸が大きくなり、プラズマエツ
チングなどに際して、凸部に位置される配線パターンが
強い電界に曝されて損傷されたり、幅寸法のばらつきが
大きくなるなど、種々の問題があることを本発明者は見
出した。

本発明の目的は、分布密度の偏りに起因するパターンの
寸法のばらつきを低減して、寸法精度を向上させること
が可能なパターン形成技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、配線構造または電極構造を構成す
るパターンの分布密度の偏りに起因する寸法のばらつき
を防止して、品質を向上させることが可能な半導体装置
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、目的の役割を担う第１のパターンの分布密度
の疎な領域に、目的の役割に寄与しない第２のパターン
を第１のパターンと同時に形成するものである。

また本発明は、電気信号が導通される配線構造または電
極構造を構成する第１のパターンと、第１のパターンの
分布密度の疎な領域に第１のパターンと同時に形成され
、電気信号の導通に寄与しない第２のパターンとを備え
た半導体装置である。

〔作用〕

上記した手段によれば、目的の役割に寄与しない第２の
パターンの存在によって、目的の役割を担う第１のパタ
ーンの分布密度の偏りが緩和されるので、たとえば、フ
ォトリングラフィにおいて、露光および現像が均一に行
われるとともに、フォトレジストをマスクとするドライ
エツチングなどにおいては、フォトレジストパターンか
ら放出され、パターンの側壁部に保護膜を形成するガス
の量が均一となり、第１のパターンの側壁部などに形成
される保護膜が均一に形成される。

これにより、分布密度の偏りに起因して第１のパターン
の側壁部のエツチング量に過不足を生じるローディング
効果の発現が抑制されるので、分布密度の偏りに起因す
る第１のパターンの寸法のばらつきが低減され、寸法精
度を向上させることができる。

また、上記した手段によれば、電気信号が導通される配
線構造または電極構造を構成する第１のパターンの分布
密度の偏りが、第２のパターンの存在によって均一化さ
れるので、フォトリソグラ・フィによる第１のパターン
の形成に際して、ローディング効果の発現を抑制するこ
とができ、配線構造または電極構造を構成する第１のパ
ターンの寸法精度が向上され、半導体装置の動作特性な
どの品質が向上される。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例であるパターン形成方法に
よって製作される半導体装置の要部を示す平面図であり
、第２図は第１図において線■−■で示される部分の略
断面図、さらに、第３図（ａ）〜（Ｃ）は、本実施例に
おけるパターン形成方法の一例を工程順に示す説明図で
ある。

また、第４図は、従来技術による半導体装置の要部を示
す平面図であり、第５図は第４図において線■−■で示
される部分の略断面図である。

本実施例の半導体装置１においては、たとえば、シリコ
ンなどの半導体からなる基板２の上に被着された、たと
えば金属などの導電性物質からなる薄膜３を後述のフォ
トリングラフィによって所定のパターンに加工すること
によって、配Ｓｍ造または電極構造などをなし、電気信
号が導通される複数の第１のパターン３ａが形成されて
いる。

この場合、複数の前記第１のパターン３ａの分布密度が
疎な領域Ａには、該第１のパターン３ａと同時に薄膜３
から形成された複数の第２のパターン３ｂが配設されて
おり、’ｔｌＥ１のパターン３ａの分布密度の偏りが、
箪２のパターン３ｂの存在によって緩和され、均一化さ
れるように構成されている。

ここで、基板２に被着された薄膜３からの第１のパター
ン３ａふよび第２のパターン３ｂの形成過程の一例とし
ては、たとえば第３図（ａ）〜（Ｃ）に示されるように
なる。

すなわち、同図（ａ）に示されるように、基板２に被着
された薄膜３の上には、全面にわたって所定の有機化合
物などの物質からなるネガ型のフォトレジスト４が塗布
され、このフォトレジスト４を、たとえば、光またはＸ
線または電子線５によって所定の形状に露光することで
、第１のパターン３ａと第２のパターン３ｂとが同時に
フォトレジスト４に転写される。

そして、所定の図形に露光されたフォトレジスト４を、
図示しない所定の現像液などに浸漬することによって、
同図（ハ）に示されるように、光またはＸ線または電子
線５による露光領域以外の部位が溶解・除去され、半導
体装置１の配線構造や電極構造などを構成する目的の第
１のパターン３ａに対応するフォトレジストパターン４
ａと、第１のパターン３ａの密度の疎な領域Ａに配設さ
れる第２のパターン３ｂに対応するフォトレジストパタ
ーン４ｂとが所定の形状に薄膜３の上に残存される。

さらに、同図（Ｃ）に示されるように、薄膜３の上に所
定の形状に残存されたフォトレジストパターン４ａおよ
び４ｂをマスクとして、プラズマエツチングなどによっ
て薄膜３の露出した部位を選択的に蝕刻・除去すること
により、フォトレジストパターン４ａ右よび４ｂの下に
、第１のパターン３ａおよび第２のパターン３ｂが形成
される。

ところで、目的の第１のパターン３ａの幅寸法が微細化
すると、エツチング過程における側壁部の侵食などのパ
ターン幅寸法に与える影響が無視できなくなり、このた
め、フォトレジスト４の成分やエツチング条件などを適
当に制御することにより、フォトレジストパターン４ａ
から発生されるガスを重合させることなどによって、側
壁部に保護膜を形成しながらエツチングを進行させるこ
とが行われる。

その場合、東４図および第５図に示される従来技術のよ
うに、分布密度などに配慮することなく、目的の第１の
パターン３ａのみを形成する場合には、該第１のパター
ン３ａの分布密度のばらつき、すなわち、第１のパター
ン３ａをマスクするフォトレジストパターン４ａの分布
密度のばらつきを生じることは避けられない。

このため、フォトレジストパターン４ａから発生される
ガスによって形成される側壁の保護膜の厚さなどが不均
一になり、側壁部の侵食に対する保護膜の保護効果に差
異が生じ、目的の第１のパターン３ａの幅寸法が該第１
のパターン３ａの分布密度に影響される、いわゆるロー
ディング効果が顕著となる。

ところが、本実施例においては、目的の第１のパターン
３ａとともに、この第１のパターン３ａの分布密度が疎
な領域Ａに第２のパターン３ｂが同時に形成されるので
、第１のパターン３ａに対応するフォトレジストパター
ン４ａの分布密度の偏りが第２のパターン３ｂに対応す
るフォトレジ。

ストパターン４ｂの存在によって緩和される。

この結果、たとえば、エツチングに際して、第一１のパ
ターン３ａおよび第２のパターン３ｂの上にそれぞれ存
在するフォトレジストパターン４ａおよび４ｂから発生
される図示しないガスなどの重合によって、第１のパタ
ーン３ａおよび第２のパターン３ｂの側壁部には、第１
のパターン３ａの分布密度の偏りなどに影響されること
なく、均一に保護膜が形成された状態でエツチングを進
行させることができ、前述のようなローディング効果の
発現が確実に抑制されるので、半導体装［１の配線構造
や電極構造などを構成する目的の第１のパターン３ａの
幅寸法を目的の値に高精度に形成することができる。

このことは、エツチング工程に限らず、前段の露光およ
び現像工程においても同様である。

すなわち、露光工程においては、目的の第１のパターン
３ａの幅や配設間隔などが微細化すると、あるパターン
の露光部位は周囲に配設されたパターンの露光光などの
影響を受けるため、パターンの分布密度の偏りによって
露光の過不足を生じることは避けられないが、本実施例
においては、第１のパターン３ａを露光するための光ま
たはＸ線または電子１１５の照射密度が、第２のパター
ン３ｂを露光するための光またはＸ線または電子線５に
よって均一化され、フォトレジストパターン４ａの幅寸
法を、第１のパターン３ａをマスクするための目的の値
に高精度に形成することができる。

同様に現像工程においては、現像液とフォトレジストパ
ターン４ａおよび４ｂとの接触状態が均一化され、分布
密度の偏りなどに起因して現像に過不足を生じることが
ない。

こうして、基板２の上に、分布密度の偏りなどに影響さ
れることなく幅寸法などが正確に形成され、配線構造や
電極構造などをなす第１のパターン３ａと、配線構造や
電極構造などの構成に寄与しない第２のパターン３ｂの
上に、第２図に示されるように、層間絶縁膜６を被着さ
せた後、さらに、前述と同様の手順で層間絶縁膜６の上
に配線構造７などが形成され、第１のパターン３ａと、
より上層の配線構造７またはより下層の図示し７Ｉい素
子構造などとを、層間絶縁膜６などに形成された複数の
導通孔８を介して相互に接続することにより、多層配線
構造の半導体装置１が構成される。

ここで、同図に示されるように、層間絶縁膜６の形成に
際して、下地となる基板２の上に第１のパターン３ａの
分布の偏りを緩和するように第２のパターン３ｂが形成
されているため、たとえば、第５図に示されるように、
目的の第１のパターン３ａのみを形成した従来技術の場
合のように、層間絶縁膜６の表面形状に大きな凹凸や起
伏などを生じることがなく、層間絶縁膜６０表面を平坦
化することができる。

この結果、層間絶縁膜６の上における配線構造７などの
形成に際して、下地の層間絶縁膜６の凹凸や起伏などが
大きいことに起因するパターンの幅寸法のばらつきなど
が回避され、目的の幅寸法に高精度に配線構造７などを
形成することができる。

これにより、半導体装置１において、配線構造や電極構
造などをなす第１のパターン３ａおよび配線構造７など
の幅寸法を、所期の設計値の通りに正確に形成すること
ができ、動作特性などが安定となり、半導体装！Ｉ！１
の品質が向上される。

このように、本実施例においては以下の効果を得ること
ができる。

（１）、半導体装１１の配線構造または電極構造などを
なし、所定の電気信号が導通される第１のパターン３ａ
とともに、該第１のパターン３ａの分布密度が疎な領域
Ａに、電気信号の導通などに寄与しない第２のパターン
３ｂを同時に形成することで、第１のパターン３ａの分
布密度の偏りが緩和されるため、たとえば、フォトリン
グラフィによる第１のパターン３ａおよび第２のパター
ン３ｂの形成に際して、光またはＸ線または電子１１５
Ｑ照射密度の均一化および現像液との接触状態の均一化
などが実現され、過不足のない露光および現像を行うこ
とができ、正確な寸法のフォトレジストパターン４ａお
よび４ｂを形成することができるとともに、このフォト
レジストパターン４ａｐよび４ｂをマスクとするドライ
エツチングにおいては、フォトレジストパターン４ａお
よび４ｂから発生されるガスなどによるパターン側壁部
の保護膜の形成を均一にすることができる。

この結果、第１のパターン３ａの分布密度のば　−らつ
きなどの影響によって、第１のパターン３ａの幅寸法に
ばらつきを生じるローディング効果の発現が確実に抑制
され、第１のパターン３ａの幅寸法などを所期の値に高
精度に形成することができる。

これにより、第１パターン３ａなどによって多層配線構
造などが形成される半導体装置１において、配線構造や
電極構造などをなす第１のパターン３ａの幅寸法のばら
つきなどに′起因する動作特性などが不安定になること
が回避され、半導体装置１の動作特性などの品質を向上
させることができる。

（２）、前記（１）の結果、半導体装置１の多層配線構
造などの形成において、第１のパターン３ａおよび第２
のパターン３ｂの上に被着される層間、絶縁膜６などの
凹凸や起伏などが、第１のパターン３ａの分布密度の偏
りを反映して太き（なることがなく、平坦化され、より
上層の配線構造７の形成などに際して、該配線構造７０
幅寸法などを所期の値に高精度に形成することができる
。

（３）、前記（１］、（２）の結果、フォトリングラフ
ィによる半導体装置１の製造における歩留りを向上させ
ることができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、半導体装置において第１のパターンが担う役
割としては、電気信号の導通などに限らず、他のいかな
る機能であってもよい。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体集積回路パタ
ーンの形成技術に適用した場合について説明したが、こ
れに限定されるものではなく、フォトリングラフィによ
って微細なパターンを高精度に形成することが必要とさ
れる技術に広（適用することができる。

［発明の効果］ 本願に右いて開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、目的の役割を担う第１のパターンの分布密度
の疎な領域に、前記役割に寄与しない第２のパターンを
前記第１のパターンと同時に形成するので、目的の役割
に寄与しない第２のパターンの存在によって、目的の役
割を担う第１のパターンの分布密度の偏りが緩和され、
たとえば、フォトリソグラフィにおいて、露光および現
像が均一に行われるとともに、フォトレジストをマスク
とするドライエツチングなどにおいては、フォトレジス
トパターンから放出され、パターンの側壁部に保護膜を
形成するガスの量が均一となり、第１のパターンの側壁
部などに形成される保護膜が均一に形成される。

これにより、分布密度の偏りに起因して第１のパターン
の側壁部のエツチング量に過不足を生じるローディング
効果の発現が抑制されるので、分布密度の偏りに起因す
る第１のパターンの寸法のばらつきが低減され、寸法精
度を向上させることができる。

また、本発明によれば、電気信号が導通される配線構造
または電極構造を構成する第１のパターンと、この第１
のパターンの分布密度の疎な領域に該第１のパターンと
同時に形成され、前記電気信号の導通に寄与しない第２
のパターンとを備えた半導体装置であるため、電気信号
が導通される配線構造または電極構造を構成する第１の
パターンの分布密度の偏りが、′！Ｊ２のパターンの存
在１：゛よって均一化され、フォトリングラフィによる
第１のパターンの形成に際して、ローディング効果の発
現を抑制することができ、配線構造または電極構造を構
成する第１のパターンの寸法精度が向上され、半導体装
置の動作特性などの品質が向上される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるパターン形成方法によ
って製作される半導体装置の要部を示す平面図、 第２図は第１図において線■−■で示される部分の略断
面図、 第３図（ａ）〜（Ｃ）は本実施例におけるパターン形成
方法の一例を工程順に示す説明図、 第゛４図は従来技術による半導体装置の要部を示す平面
図、 第５図は第４図において線■−■で示される部分の略断
面図である。 １・・・半導体装置、２・・・基板、３・・・薄膜、３
ａ・・・第１のパターン、３ｂ・・・第２のパターン、
４・・・フォトレジスト、４ａ。 ４ｂ・・・フォトレジストパターン、５・・・光または
Ｘ線または電子線、６・・・層間絶縁膜、７・・・配線
構造、８・・・導通孔、Ａ・・・第１のパターンの分布
密度の疎な領域。 代　理　人　弁理士　　筒　井　大　和第１図 第２図 ６ｂ　　　　　３ａ　　　　　　３ｂ　　　３ａ　　　
　３ｂ　　　３ｍ第３図 （ａ） ら （ｂ） ４ａ、　４ｂ・・・７ナトレジストバクーン（ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、目的の役割を担う第１のパターンの分布密度の疎な
   領域に、前記役割に寄与しない第２のパターンを前記第
   １のパターンと同時に形成することを特徴とするパター
   ン形成方法。 ２、前記第１のパターンが、半導体集積回路における配
   線構造または電極構造であり、前記役割が電気信号の導
   通であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   パターン形成方法。 ３、前記第１および第２のパターンが、該第１および第
   ２のパターンを隠蔽して被着されるフォトレジストから
   発生されるガスの重合物を、エッチング過程における前
   記第１および第２のパターンの側壁部に堆積させること
   によって、該第１および第２のパターンの幅寸法の縮退
   を防止するプラズマエッチングによって行われることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のパターン形成方
   法。 ４、電気信号が導通される配線構造または電極構造を構
   成する第１のパターンと、この第１のパターンの分布密
   度の疎な領域に該第１のパターンと同時に形成され、前
   記電気信号の導通に寄与しない第２のパターンとを備え
   たことを特徴とする半導体装置。 ５、所定の絶縁膜を介して、前記第１および第２のパタ
   ーンを複数層重ねて構成される多層配線構造を備えたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の半導体装置
   。