JPH01160017A - Detection of end point of development - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
半導体集積回路の形成に使用するコンタクトホールの形
成に関し、
微細なコンタクトホールを歩留まりよく形成することを
目的とし、
半導体基板上に形成した被処理層に写真蝕刻技術を用い
て複数個の穴を開ける処理工程において、該被処理層の
上に螢光剤含有層を形成した後にレジスト層を被覆し、
該レジスト層を露光現像して必要位置を穴開けした後、
該位置における螢光剤含有層の露出を確認し、ドライエ
ツチングを行うことにより写真蝕刻における現像終点検
出方法を構成する。[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding the formation of contact holes used in the formation of semiconductor integrated circuits, the purpose of forming fine contact holes with a high yield is to photo-etch a layer to be processed formed on a semiconductor substrate. In the process of making a plurality of holes using a technique, a resist layer is coated after forming a fluorescent agent-containing layer on the treated layer,
After exposing and developing the resist layer and making holes at the required positions,
A method for detecting the development end point in photolithography is constructed by confirming the exposure of the fluorescent agent-containing layer at the position and performing dry etching.
本発明は写真蝕刻技術を用いて微細孔を多数形成する写
真蝕刻工程における現像終点検出方法に関する。The present invention relates to a method for detecting the end point of development in a photolithography process in which a large number of micropores are formed using photolithography.
半導体集積回路はシリコン(Si)のような単体半導体
あるいはガリウム砒素(GaAs)のような化合物半導
体からなる基板上にイオン注入技術、薄膜形成技術、写
真蝕刻技術(フォトリソグラフィあるいは電子線リソグ
ラフィ)などを用いて多数の半導体単位素子からなる回
路を形成したものであるが、情報処理技術の進歩に応じ
て小形大容量化が進みICよりLSIへ、またLSIよ
りVLSIへと集積度が向上してぎている。Semiconductor integrated circuits are manufactured using ion implantation technology, thin film formation technology, photolithography technology (photolithography or electron beam lithography), etc. on a substrate made of a single semiconductor such as silicon (Si) or a compound semiconductor such as gallium arsenide (GaAs). A circuit consisting of a large number of semiconductor unit elements is formed by using a semiconductor chip, but as information processing technology advances, the size and capacity have become smaller, and the degree of integration has increased from IC to LSI, and from LSI to VLSI. .
然し、か\る集積度の向上は集積回路が形成されている
素子(チップ)の面積増大によるのではなく、単位素子
の小形化により実現されており、そのため単位素子を形
成する半導体領域や配線パターン幅は極度に縮小されて
きている。However, such improvement in the degree of integration is not achieved by increasing the area of the elements (chips) on which integrated circuits are formed, but by miniaturizing the unit elements. Pattern widths have been extremely reduced.
半導体集積回路は半導体基板(ウェハ)にイオン注入技
術を用いて半導体領域の形成を行い、薄膜形成技術を用
いて絶縁層や導体層を形成し、写真蝕刻技術を用いて六
開けや微細パターンの形成を行うなどの工程により形成
されている。Semiconductor integrated circuits use ion implantation technology to form semiconductor regions on semiconductor substrates (wafers), thin film formation technology to form insulating layers and conductor layers, and photolithography technology to form hexagonal and fine patterns. It is formed by a process such as forming.
第3図は?IO5I−ランジスタの構成を示す断面図で
あるが、この形成プロセスを例にして半導体集積回路の
製造法について説明すると、
化学気相成長法(略称CVD法)を用い、Siからなる
ウェハ1上に窒化シリコン(SiJ4)からなる耐酸化
性の絶縁層を被覆した後、写真蝕刻技術を用いてトラン
ジスタ形成領域を残してこの絶縁層を除去し、残った絶
縁層をカバーとして水蒸気を含む酸素気流中で熱酸化処
理を行い、5iOzからなる分離絶縁層2を形成してト
ランジスタ形成領域を周囲より絶縁する。What about figure 3? This is a cross-sectional view showing the configuration of an IO5I-transistor, and to explain the manufacturing method of a semiconductor integrated circuit using this formation process as an example, a chemical vapor deposition method (abbreviated as CVD method) is used to deposit a semiconductor integrated circuit on a wafer 1 made of Si. After coating with an oxidation-resistant insulating layer made of silicon nitride (SiJ4), this insulating layer is removed using photolithography leaving a transistor forming area, and the remaining insulating layer is used as a cover to expose the insulating layer to an oxygen stream containing water vapor. A thermal oxidation treatment is performed to form a separation insulating layer 2 of 5 iOz to insulate the transistor formation region from the surroundings.
次に、カバーとして使用したSi:+N4層を除いてか
ら熱処理を行ってトランジスタ形成領域にSiO□より
なる第1の絶縁層3を形成する。Next, after removing the Si:+N4 layer used as a cover, a heat treatment is performed to form a first insulating layer 3 made of SiO□ in the transistor formation region.
次に、ウェハ1の表面にCVD法によりポリSi層4を
形成した後、写真蝕刻技術を用いてゲート電極形成領域
を残し、このポリSi層4を除去する。Next, a poly-Si layer 4 is formed on the surface of the wafer 1 by the CVD method, and then the poly-Si layer 4 is removed using photolithography, leaving a gate electrode formation region.
次に、か−る処理を施したSiウェハ1を熱処理してト
ランジスタ形成領域の基板面およびゲート電極となるポ
リSi層4の表面にSiO□よりなる第2の絶縁層5を
形成した後、このポリSi層4をマスクとしてイオン注
入を行い、ついで熱処理を行って注入イオンを活性化さ
せてソース領域6およびドレイン領域7を形成する。Next, the Si wafer 1 subjected to the above treatment is heat-treated to form a second insulating layer 5 made of SiO□ on the substrate surface of the transistor formation region and the surface of the poly-Si layer 4 that will become the gate electrode. Ion implantation is performed using poly-Si layer 4 as a mask, and then heat treatment is performed to activate the implanted ions to form source region 6 and drain region 7.
次に、か\る処理を施したSiウェハ1の上にCVD法
により燐硅酸ガラス(略称PSG)などからなる第3の
絶縁層8を形成した後、反応性イオンエツチング(略称
RIE)を用いる写真蝕刻技術により、第3の絶縁層8
および第2の絶縁層5を選択エツチングしてソース領域
6およびドレイン領域7に達するコンタクト・ホール9
を穴開けする。Next, a third insulating layer 8 made of phosphosilicate glass (abbreviated as PSG) is formed on the Si wafer 1 that has been subjected to the above treatment by CVD, and then reactive ion etching (abbreviated as RIE) is performed. The third insulating layer 8 is formed by the photolithographic technique used.
Contact holes 9 are formed by selectively etching the second insulating layer 5 to reach the source region 6 and drain region 7.
Drill a hole.
次に、このコンタクトホール9を形成した第3の絶縁層
8の上にスパッタ法などの方法により金属よりなる導電
層を形成した後、写真蝕刻技術を用いて導電層を選択エ
ツチングしてソース電極10とドレイン電極11を形成
することによりMOS )ランジスタが完成している
。Next, a conductive layer made of metal is formed by a method such as sputtering on the third insulating layer 8 in which the contact hole 9 has been formed, and then the conductive layer is selectively etched using photolithography to form a source electrode. By forming a drain electrode 10 and a drain electrode 11, a MOS transistor is completed.
このように半導体集積回路は薄膜形成技術、写真蝕刻技
術、イオン注入技術などを駆使して製造されているが、
集積化が進んで単位素子が小形化するに従って写真蝕刻
技術を用いて形成するパターンの確認が困難となってお
り、特にコンタクトホールの形成が困難になっている。In this way, semiconductor integrated circuits are manufactured using thin film formation technology, photolithography technology, ion implantation technology, etc.
As integration progresses and unit elements become smaller, it has become difficult to confirm patterns formed using photolithographic techniques, and in particular it has become difficult to form contact holes.
すなわち、コンタクI・ホールを形成するには第2図に
示すようにコンタクトホールの形成を行う被処理層12
の上にスピンコード法によりレジスト膜13を被覆した
後、このレジスト膜13に投影露光を行ってコンタクト
ホール形成位置14の上のレジスト膜13を感光せしめ
た後に現像してレジスト膜13を窓開けし、このレジス
ト膜13をマスクとしてRIEを行い、被処理層12を
穴開けしてコンタクトホールが形成されている。That is, in order to form a contact I hole, as shown in FIG.
After a resist film 13 is coated on the top by a spin code method, this resist film 13 is subjected to projection exposure to expose the resist film 13 above the contact hole forming position 14, and then developed to open a window in the resist film 13. Then, RIE is performed using this resist film 13 as a mask, and the layer to be processed 12 is opened to form a contact hole.
この場合、レジスト膜13に設けられている穴は完全に
被処理層12にまで達していることが必要であって同図
の右側に示すように残留レジスト15が存在すると、R
IEのエッチャントとして被処理層12のエンチング速
度がレジストのエツチング速度に較べて格段に大きくな
るようなガス体を選定して使用しているために、RIE
を行ってもコンタクトホールが不完全にしか形成できな
いと云う問題がある。In this case, it is necessary that the holes provided in the resist film 13 completely reach the layer to be processed 12, and if there is residual resist 15 as shown on the right side of the figure, R
Since a gas is selected and used as an etchant for IE so that the etching speed of the layer 12 to be processed is much higher than that of the resist, RIE
There is a problem in that even if this is done, the contact hole can only be formed incompletely.
そのために、レジスト膜13を選択露光し現像した後は
、RIE処理に先立って被処理層12まで完全に窓開け
が行われて残留レジスト15が存在しないことを確認す
る必要がある。Therefore, after the resist film 13 is selectively exposed and developed, it is necessary to make sure that the window is completely opened to the layer to be processed 12 and that there is no residual resist 15, prior to the RIE process.
この確認作業は現像検査と言われるが、当初のIC素子
においてはコンタクトホールの大きさは数μm角と大き
かったために顕微鏡検査により残留レジスト15の有無
を視認することができ、残留レジストが存在するものは
現像不良として除去することができた。This confirmation work is called a development inspection, but since the contact holes in the original IC elements were large, several μm square, the presence or absence of residual resist 15 can be visually confirmed through microscopic inspection, indicating that residual resist exists. It was possible to remove it as a development defect.
然し、現在は集積化が進んで単位素子が小形化し、コン
タクトホールの大きさも1μmμm下と微小化してきた
ため、顕微鏡検査によっても検出が難しく、これが製造
歩留まりを低下させる原因となっている。However, as integration has progressed, unit elements have become smaller and the size of contact holes has become smaller, 1 μm or less, making detection difficult even by microscopic inspection, which is a cause of lower manufacturing yields.
それ故に、コンタクトホール形成位置14に窓開けされ
たレジスト膜13の底部に存在する残留レジスト15を
視認できる方法の実用化が要望されていた。Therefore, it has been desired to put into practical use a method that allows the residual resist 15 present at the bottom of the resist film 13 opened at the contact hole formation position 14 to be visually recognized.
以上記したようにLSI、VLSIなど集積度の進んだ
チップにおいてはコンタクトホールの大きさは1μm角
程下止で微小化してきているので、ドライエツチングに
先立って行われるレジストへの露光・現像処理において
、開口された穴の底部に残留レジストが存在するか否か
を検出する方法を確立することが課題である。As mentioned above, in chips with advanced integration such as LSI and VLSI, the size of contact holes has been reduced to about 1 μm square. The problem is to establish a method for detecting whether or not residual resist exists at the bottom of an opened hole.
なお、この問題を解決する方法として現像時間を延長し
て露光部のレジストを完全に溶解させるとよいと思われ
るが、この場合はコンタクトホールの穴径も増加し、パ
ターン短絡を生ずるので現像条件の変更は不可能である
。In addition, as a way to solve this problem, it seems to be a good idea to extend the development time to completely dissolve the resist in the exposed area, but in this case, the diameter of the contact hole also increases, causing a pattern short circuit, so the development conditions should be changed. cannot be changed.
上記の問題は半導体基板上に形成した被処理層に写真蝕
刻技術を用いて複数個の穴を開ける処理工程において、
この被処理層の上に螢光側含有層を形成した後にレジス
ト層を被覆し、このレジスト層を露光現像して必要位置
を穴開けした後、この位置における螢光側含有層の露出
を確認し、ドライエツチングを行う現像終点検出方法の
使用により解決することができる。The above problem occurs in the process of drilling multiple holes using photolithography in a layer to be processed formed on a semiconductor substrate.
After forming a fluorescent-side containing layer on this layer to be treated, a resist layer is coated, and this resist layer is exposed and developed to make a hole at the required position, and then the exposure of the fluorescent-side containing layer at this position is confirmed. However, this problem can be solved by using a development end point detection method that involves dry etching.
本発明は通常の顕微鏡観察では露光・現像処理によって
レジスト層に生じた穴径が1μ市程度の微細穴の底に残
留レジストが有るか無いかを精度良く観察することかで
きないことから、第1図に示すように螢光側含有層16
をパターン短絡グを行う被処理層12とレジスト層13
との間に介在させるもので、これにより穴17の底での
残留レジストの有無を視認できるようにしたものである
。The first aspect of the present invention is that ordinary microscopic observation cannot accurately observe whether there is residual resist at the bottom of microscopic holes with a diameter of about 1 μm that are created in the resist layer by exposure and development processing. As shown in the figure, the fluorescent side containing layer 16
Processed layer 12 and resist layer 13 on which pattern shorting is performed
This allows the presence or absence of residual resist at the bottom of the hole 17 to be visually confirmed.
こ\で、螢光剤は紫外線や可視光を吸収し、これよりも
長波長の可視光を放射する材料であって、無機材料と有
機材料とがあるが、この場合のようになるべり薄く螢光
側含有層を設ける目的には有機の螢光剤が適している。In this case, a fluorescent agent is a material that absorbs ultraviolet rays and visible light and emits visible light with a longer wavelength.There are two types of materials: inorganic materials and organic materials. Organic fluorescent agents are suitable for providing the fluorescent side containing layer.
そして、螢光剤を現像剤には溶解しないが、RIEを行
う反応ガスには容易にエツチングされる材料に混合し、
スピンコードが可能な状態にして塗布するものである。Then, the fluorescent agent is mixed with a material that does not dissolve in the developer but is easily etched in the reaction gas used for RIE.
It is applied in a state where spin code is possible.
このようにすると顕微鏡検査において使用する光により
穴の底が発光するので、発光の有無によリコンタクトホ
ール形成位置における残留レジストを検出することがで
きる。In this way, the bottom of the hole emits light using the light used in the microscopic examination, and the residual resist at the recontact hole formation position can be detected based on the presence or absence of light emission.
有機螢光剤として波長が5300〜5700人の緑色を
発光するフルオレセインを用い、これを従来のネガ型レ
ジストに混合して螢光塗料を作った。Fluorescein, which emits green light with a wavelength of 5,300 to 5,700, was used as an organic fluorescent agent, and was mixed with a conventional negative resist to produce a fluorescent paint.
そして、これを先に第3図で説明したMOS )ラン
ジスタ製造プロセスにおけるコンタクトホールの形成に
使用した。This was then used to form contact holes in the MOS transistor manufacturing process described above with reference to FIG.
すなわち、PSGよりなる第3の絶縁層を形成した後、
スピンコード法により螢光塗料を約30nmの厚さに塗
布した後、従来と同様にポジ型レジストを1.1 μm
の厚さに塗布し、乾燥後にそれぞれのソース領域とドレ
イン領域の上のレジス1−層に投影露光し、現像して1
μm角の穴を形成した。That is, after forming the third insulating layer made of PSG,
After applying fluorescent paint to a thickness of approximately 30 nm using the spin code method, a positive resist was applied to a thickness of 1.1 μm as before.
After drying, the resist layer 1 on each source region and drain region is exposed by projection and developed.
A μm square hole was formed.
次に、このウェハを顕微鏡観察するとコンタクトホール
形成位置に設けた穴は緑に発光しており、残留レジスト
が存在する穴は発光していないので容易に良否を判定す
ることができた。Next, when this wafer was observed under a microscope, the holes provided at the contact hole formation positions emitted green light, and the holes where residual resist existed did not emit light, so it was possible to easily determine whether the wafer was good or bad.
次に、良品のウェハについて三弗化メタン(C)lFl
)を用いて[Eを行い、ソースおよびドレイン領域に達
するコンタクトホールを形成することができた。Next, for a good wafer, methane trifluoride (C) lFl
) to form contact holes reaching the source and drain regions.
なお、微細穴における残留レジストの有無は、この実施
例に示したような顕微鏡観察によらず、レーザ光を用い
、正規試料の微細穴の位置と比較して良否判定を行う光
学的方法によっても行うことができる。Note that the presence or absence of residual resist in microscopic holes can be determined not by microscopic observation as shown in this example, but also by an optical method that uses laser light and compares the positions of microscopic holes in a regular sample to determine pass/fail. It can be carried out.
レジスト層の下に螢光剤含有層を設ける本発明の使用に
より、写真蝕刻技術を用いてコンタクトホールのような
微細穴を形成する場合に、レジスト層の露光・現像処理
後における残留レジストの検出が容易となり、これによ
り微細穴の製造歩留まりを向上することができる。By using the present invention in which a fluorescent agent-containing layer is provided under the resist layer, it is possible to detect residual resist after exposure and development of the resist layer when forming microholes such as contact holes using photolithography. This makes it possible to improve the manufacturing yield of microholes.
第1図は本発明に係る検出法を示す断面図、第2図は従
来のコンタク1−ホール形成法を示す断面図、
第3図はMOS )ランジスタの構成を示す断面図、
である。
図において、
1はSiウェハ、 12は被処理層、13は
レジスト層、
14はコンタクトホール形成位置、
15は残留レジスト、 16は螢光剤含有層、1
7は穴、
である。FIG. 1 is a sectional view showing the detection method according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing the conventional contact 1-hole forming method, and FIG. 3 is a sectional view showing the configuration of a MOS transistor.
It is. In the figure, 1 is a Si wafer, 12 is a layer to be processed, 13 is a resist layer, 14 is a contact hole formation position, 15 is a residual resist, 16 is a fluorescent agent-containing layer, 1
7 is a hole.
Claims (1)
いて複数個の貫通穴を開ける処理工程において、 該被処理層の上に蛍光剤含有層を形成した後にレジスト
層を被覆し、該レジスト層を露光現像して必要位置を穴
開けした後、該位置における螢光剤含有層の露出を確認
し、ドライエッチングを行うことを特徴とする写真蝕刻
における現像終点検出方法。[Claims] In a processing step of forming a plurality of through holes in a layer to be processed formed on a semiconductor substrate using photolithography, a resist layer is formed after forming a fluorescent agent-containing layer on the layer to be processed. A method for detecting the end point of development in photolithography, which comprises coating the resist layer with a resist layer, exposing and developing the resist layer to make holes at required positions, confirming the exposure of the fluorescent agent-containing layer at the positions, and performing dry etching. .
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01160017A (en) |
-
1987
- 1987-12-17 JP JP31964687A patent/JPH01160017A/en active Pending
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