JPH09232259A - 半導体層を平坦化する方法 - Google Patents
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Abstract
第1層にモート・パターン19を形成する。 【解決手段】 半導体基板10,30の周囲におけるモ
ート・パターン19の存在は、緩和距離の影響を半導体
基板30の臨界領域から遠ざける。モート・パターン1
9は、このモート・パターン19を画定しパターニング
する部分22を有するフォトリソグラフィ・マスク20
を利用して、フォトリソグラフィプロセス中に形成され
る。モート・パターン19は、エッジ・ダイス31が半
導体基板30においてパターニングされる際に画定され
る。
Description
関し、さらに詳しくは、半導体処理において用いられる
層を平坦化する方法に関する。
しい半導体装置のコストを節減する必要がある一方で、
同時に半導体装置の性能を改善しなければならない。こ
れらの条件は、半導体装置の小型化を推し進める原動力
となっている。半導体装置の小型化に伴い、これらの装
置を作製するプロセス・フローは、半導体装置を形成す
るために用いられる材料の層の相対的な平坦化にますま
す依存している。例えば、フォトリソグラフィまたはエ
ッチング・プロセスの処理能力は、下層の形状に正比例
する。
必要性は、化学機械的研磨(CMP:Chemical Mechani
cal Polishing )の開発の動機になっている。一般にC
MPプロセスは、研磨スラリ溶液と組み合わせて回転パ
ッドを利用して、層の表面を滑らかに研磨する。理想的
には、回転パッドに圧力が印加される際に、半導体基板
の表面の最も高い部分が除去される。このプロセスは、
表面全体が相対的に平坦になるまで続けることができ
る。
全でない。プロセスの変動のため、半導体層の全ての部
分が等しく平坦化されず、表面は均等に平坦にならな
い。小さな分離した構造は、大きな密接した形状パター
ンに比べて速く除去できることは当技術分野で周知であ
る。その結果、パターン密度の差によって、研磨レート
に局所的なばらつきが生じて、そのため形状にばらつき
が生じる。
め、パッド緩和距離(pad relaxationdistance) とも呼
ばれることがある遷移距離(transition length) が測定
される。パッド緩和距離は、ウェハに対するパッドの回
転速度,パッドによってウェハに印加される力,パッド
の組成,パッドの寿命および他の要因の関数である。研
磨プロセス後の基板の平坦性の局所変動は、基板におけ
る厚さの漸次的変化によって特徴づけられる。これらの
変動は、パッド緩和距離の関数である。
従来の方法は、研磨パッドによってウェハに印加される
圧力を軽減する。印加圧力を軽減することにより、研磨
パッドはウェハの形状にそれほど強く適合せずに済み、
パッド緩和距離は改善される。しかし、この方法は、遅
い研磨レートが用いられるので、製造プロセスのスルー
プットを低減する。
は、ウェハの周囲の膜の一部を露出し、除去する。従来
これは、フォトリソグラフィ・マスクを利用して、ウェ
ハのエッジ部分を含む半導体基板の全ての部分を露出す
ることによって行われてきた。そうすることで、形状の
うち大きく密接した部分は、研磨プロセスではなく、以
降のエッチング・プロセスによって、ウェハのエッジ部
分とともに除去される。ウェハの周囲を露出するためフ
ォトリソグラフィ・システムによって費やされる余分な
時間のため、この第2の方法は、フォトリソグラフィ・
プロセスのスループットを20パーセントから50パー
セント低減する。スループットへの実際の影響は、半導
体ウェハの寸法と、内部ダイスとエッジ・ダイスの比率
とによって決定される。
ス、特に、半導体基板のエッジ・ダイス付近の均等性を
改善する方法を提供することは有利であることが理解さ
れよう。この方法が上記の従来の方法に比べて、平坦化
プロセスのスループットを改善すれば、さらに有利であ
る。
めに用いられる層を研磨することに伴う問題点を示す。
図1は、表面に材料11の第1層を有する半導体基板1
0の拡大断面図である。図1に示すように、材料11の
第1層は、3つのパターン15,16,17を有する。
第1パターン15は、半導体装置内で信号を伝達するた
めに一般に用いられる分離した小さい金属ラインを表
す。第2パターン16は、半導体装置内で電気バスを形
成するために用いられる典型的な反復形状を表し、第3
パターン17は、周囲で半導体基板10のエッジに沿っ
た材料11の第1層の部分を表す。材料11の第1層を
以降の上層から電気的に分離するためには、材料12の
誘電層または第2層が材料11の第1層上に被着(depos
it) される。
1の第1層の形状にほぼ従い、そのため、以降のフォト
リソグラフィおよびエッチング・プロセスの処理能力を
改善するためには平坦化しなければならない。材料11
の第1層を平坦化する場合、従来の化学的,機械的ある
いは化学機械的研磨(CMP)プロセスが用いられ、材
料12の第2層の隆起した部分を除去する。図2は、材
料11の第1層の異なる部分における研磨プロセスの均
等性を示す。第1パターン15および第2パターン16
では、材料12の第2層の平坦性は実質的に滑らかであ
る。
の材料12の第2層の縦断面(profile) は傾き、隆起し
ている。この大きな隆起領域のため、第3パターン17
の研磨レートは第1パターン15および第2パターン1
6の形状の研磨レートよりも遅い。その結果、半導体基
板10の周囲は第1パターン15および第2パターン1
6の領域に比べて平坦ではない。材料12の第2層にお
ける勾配は、当技術分野において緩和距離(relaxation
distance) と呼ばれ、図2において距離13として示さ
れる横方向の距離で生じる。研磨パッドはこの領域にお
ける材料12の第2層を効果的に平坦化できないので、
第3パターン17において厚さ14として示される余分
な厚さが生じる。
料12の第2層に対して施されるフォトリソグラフィお
よびエッチング工程の処理能力に悪影響を及ぼす。この
処理能力の損失は、半導体ウェハのエッジ付近で形成さ
れる半導体装置の機能的な歩留りの損失に大きく寄与す
る。例えば、材料12の第2層を介してコンタクト開口
部(図示せず)を形成するために用いられるエッチング
・プロセスは、第1パターン15および第2パターン1
6付近の部分などの材料12の第2層の薄い部分付近の
下にある材料11の第1層を破損せずに、第3パターン
17付近の部分などの材料12の第2層の厚い部分を介
してエッチングできなければならない。エッチング・レ
ートはウェハに亘って一般に一定なので、コンタクト開
口部は最初に材料12の第2層の薄い部分に形成され、
材料12の第2層の厚い部分に形成するのには時間がか
かる。コンタクト開口部が薄い部分で最初に完成する
と、これらの部分は、材料12の第2層の厚い部分にコ
ンタクト開口部が完成するまで、下の層を露出する。た
だし、理想的には、材料12の第2層は、予測可能かつ
制御可能なエッチング・プロセスを可能にするように平
坦でなければならない。これは、下層が潜在的に有害な
エッチング剤に露出されることを最小限に抑える。
エッチング・プロセスの処理能力を改善するためには、
平坦化された層の縦断面を半導体ウェハ上の全ての臨界
領域全体で均等にしなければならない。臨界領域(criti
cal areas)とは、半導体ウェハのエッジ付近の領域を含
め、機能的な半導体装置が形成される領域のことであ
る。以下で説明するように、本発明の改善の一つは、こ
の縦断面の厚い部分が半導体ウェハの不可欠でない部分
に移動されるか、あるいは完全に除去されることであ
る。ここで、図3を参照して、半導体装置を形成するた
めに用いられる材料の層を平坦化する、本発明による改
善された方法について説明する。
部は除去され、モート(moat)またはモート・パターン1
9を形成する。モート・パターン19となる材料11の
第1層の部分は、材料11の第1層の他の部分と同時に
パターニングされ、除去される。モート・パターン19
は、半導体基板10の周囲に形成され、そのため、半導
体基板10に形成される半導体装置(図示せず)の性能
に機能的な影響を及ぼさない。
分を除去することにより、材料12の第2層の肉圧部分
は、半導体基板10のエッジに近づけることで臨界部分
から離れる。この移動は距離18として示され、図2に
示す以前の縦断面に比べて肉圧な縦断面が移動した横方
向の距離を示す。この移動量は、厳密な研磨条件に依存
するが、モート・パターン19の幅にほぼ等しい。モー
ト・パターン19の幅を増加すると、距離13として示
される傾斜縦断面は周囲に更に移動し、半導体基板10
のエッジに近づくことを意味する。好ましくは、モート
・パターン19の幅は約0.1〜10ミリメートルであ
り、またモート・パターン19の幅は、半導体基板10
の周囲における材料11の第1層のすべてが除去される
ように延長できることが理解される。
形成する方法について説明する。図4は、図5に示すよ
うな半導体基板上にモート・パターン19を形成するた
めに用いられるフォトリソグラフィ・マスク20を示
す。図5は、表面上にフォト・パターンを有する半導体
基板30を示す。要するに、本発明は、フォト・パター
ンを半導体基板30において露光する際に半導体基板3
0の周囲にモート・パターン19を形成する。半導体基
板30の臨界領域は、エッジ・ダイス31によって取り
囲まれる内部ダイス32を収容する。モート・パターン
19は、各エッジ・ダイス31がブレーディング(bladi
ng) 方法とともに図4に示す特殊フォトリソグラフィ・
マスク20を利用して露光される際に、区画に形成され
る。
ジ・ダイス31および内部ダイス32をなす半導体装置
を画定するために用いられるパターンを収容する第1部
分21と、モート・パターン19を形成するために用い
られる第2部分22とによって構成される。第1部分2
1および第2部分22は、フレーム・パターン23によ
って分離される。フレーム・パターン23は、一般にス
テッパ(stepper) と呼ばれる光イメージング・システム
のブレードとともに用いられ、モート・パターン19が
半導体ウェハの臨界領域に形成されないようにする。フ
レーム・パターン23は、約10〜1000ミクロン幅
なので、ブレーディング・プロセスの不正確さに対する
緩衝域となる。フレーム・パターン23の幅は、モート
・パターン19が各エッジ・ダイ31のエッジからどれ
だけ離れて開始するかを決定する図5を参照して、半導
体基板30上にモート・パターン19を形成するために
用いられるブレーディング・プロセスについてさらに詳
しく説明する。半導体基板30は、業界で一般に用いら
れる任意の基板でもよく、以下の例では、材料の第1層
(図示せず)上に被着されたフォトレジストの層を有す
る。半導体基板30は、2つの領域、すなわち第1領域
34および第2領域33を有する。第1領域34は、半
導体装置が形成される半導体基板30の臨界領域であ
る。図5に示すように、第1領域34は、エッジ・ダイ
ス31によって取り囲まれた内部ダイス32を有し、エ
ッジ・ダイス31は第1領域34の境界となる。半導体
基板30の第2領域33は、半導体基板30のエッジ付
近の非機能的な周囲領域であり、モート・パターン19
が形成される領域である。
の機能部分は同一であり、図4に示されるようにフォト
リソグラフィ・マスク20の第1部分21によって画定
される。内部ダイス32を画定するため、フォトリソグ
ラフィ・マスク20の第1部分21のみが各露光により
半導体基板30の表面に転写されるように、フォトリソ
グラフィ・ステッパのブレードは設定される。
2部分22の区画も基板30の表面に転写され、モート
・パターン19を形成する。好ましくは、ポジ・レジス
ト・プロセスが用いられ、フォトリソグラフィ・マスク
20の第2部分22は透明である。これにより、露光さ
れ基板30の表面に転写される第2部分22の領域は、
以降のエッチング・プロセス中に材料の第1層の下の区
画を除去できる。例えば、上部右側エッジ・ダイ31を
露光する場合、第1部分21が転写され、エッジ・ダイ
ス31を構成する半導体構造のパターンとなるように、
フォトリソグラフィ・ステッパのブレードは設定され
る。また、ブレードは、フォトリソグラフィ・マスク2
0の第2部分22の下および左部分が表面に転写されな
いように設定される。さらに、ブレードは、第2部分2
2の上および右部分が表面に転写され、モート・パター
ン19のこれらの区画となるように設定される。
部分22の量は、モート・パターン19の形状を決定す
る。ブレードのエッジとフレーム・パターン23のエッ
ジとの間の距離は、モート・パターン19の幅である。
この方法は、エッジ・ダイス31のそれぞれが露光され
る際にモート・パターン19の適切な区画を露光するよ
うに調整される。なお、フォトリソグラフィ・ステッパ
のブレードは、第2部分22が内部ダイス32またはエ
ッジ・ダイス31に不適切に重複することを防ぐことに
留意されたい。また、第2部分22が半導体基板30の
周囲の実質的にすべてを露光するように、ブレードを調
整できることを理解されたい。
ォトリソグラフィ・マスク20上のクリア部分と、フォ
トリソグラフィ・ステッパのブレードとによって設けら
れる。また、モート・パターン19のエッジを画定する
ためにブレードの利用を必要としない暗視野(dark fiel
d)においてクリア・ストリップを第2部分22が有する
ように、フォトリソグラフィ・マスクをパターニングす
ることによって、光学的に同等な効果を達成できること
を理解されたい。この場合、モート・パターン19の幅
はストリップの幅であり、ブレードの配置に依存しな
い。
プロセスは、内部ダイス32およびエッジ・ダイス31
からなる半導体基板においてフォト・パターンを形成す
るために用いられる。モート・パターン19は、エッジ
・ダイス31のそれぞれがフォトレジストの層にパター
ニングされる際に、半導体基板30の周囲に区画として
形成される。次に、フォトレジストの層は、当業者に周
知の方法を利用して現像され、材料の下の層は適切なエ
ッチング処理を利用してエッチングされる。材料の第2
層(図5で図示せず)は、材料の第1層上に形成され、
ついで適切な研磨プロセスを利用して平坦化される。
モート・パターン19または同様な構造を形成すること
は、プロセス・フローの任意の適切な箇所で利用でき
る。例えば、モート・パターンを導電層に形成して、レ
ベル間絶縁を施すために用いられる上部誘電層の平坦性
を改善できる。この誘電層は、以降のプロセスの処理能
力を改善するために平坦化する必要のあるPSG(phosp
hosilicate glass) ,低温酸化物(LTO:low temper
ature oxide )などの層でもよい。また、モート・パタ
ーン19は、研磨される特定の層を含む多くの他の種類
の層にも形成できることを理解されたい。
なフォトリソグラフィ・パターンの無駄な露光を必要と
しないことである。研磨プロセスの平坦性を改善するた
めの一つの従来の既知の方法では、内部およびエッジ・
ダイスをパターニングするために用いられるフォトリソ
グラフィ・マスクを利用して、半導体基板の上面全体を
完全にパターニングする。これは、パターンを半導体ウ
ェハの周囲に転写すべく露光工程を実施するために、ス
テッパにおいて余分な時間を必要とする。一般に、この
余分な時間は、フォトリソグラフィ・マスクの寸法,ウ
ェハの直径および周囲の表面積に応じて、ステッパのス
ループットを20〜50パーセント低減する。しかし、
本発明は、モート・パターン19を形成するため、エッ
ジ・ダイス31および内部ダイス32をパターニングす
るために要する同じ数の露光しか必要としないので、余
分な露光工程は必要ない。従って、本発明は、フォトリ
ソグラフィ・プロセスのスループットを20〜50パー
セント改善でき、これは最終製造コストを節減する。
クならびに平坦化プロセスの均等性を改善する方法を提
供することが明らかである。この方法は、研磨プロセス
への調整を必要とせず、そのため研磨レートに対する影
響がない。これにより、本発明は、最も効率的な研磨プ
ロセスとともに利用できる。また、本発明は、フォトリ
ソグラフィ・プロセス中の余分な露光を必要としないの
で、スループットを改善し、製造コストを節減する。モ
ート・パターン19の形成は、既存のプロセス・フロー
に組み込まれ、余分なプロセス工程なしに実施できる。
面図である。
面図である。
大上面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 半導体装置を形成する方法であって:第
1領域および第2領域を有する半導体基板(10)を設
ける段階であって、前記第1領域は内部ダイスおよびエ
ッジ・ダイスからなり、前記第1領域は周辺部を有し、
前記第2領域は前記第1領域の前記周辺部を取り囲む、
段階;前記第1領域および前記第2領域上に第1材料層
(11)を設ける段階;前記第1材料層(11)をパタ
ーニングして前記第2領域上にモート領域(19)を画
定し、前記第1領域上の前記第1材料層(11)の第1
部分と、前記第2領域上の前記第1材料層(11)の第
2部分とを残す(leave) 段階であって、前記第2部分は
前記モート領域と前記第1部分との間にある、段階;前
記第1部分,前記第2部分および前記モート領域(1
9)上に第2材料層(12)を設ける段階;および前記
第2材料層(12)を研磨する段階;によって構成され
ることを特徴とする方法。 - 【請求項2】 半導体装置を形成する方法であって:第
1領域および第2領域を有する半導体基板(10)を設
ける段階であって、前記第1領域は内部ダイスおよびエ
ッジ・ダイスからなり、前記第1領域は周辺部を有し、
前記第2領域は前記第1領域の前記周辺部を取り囲む、
段階;前記第1領域および前記第2領域上に第1材料
(11)を設ける段階;前記第1材料層(11)をパタ
ーニングして、前記第2領域上にモート領域(19)を
画定し、前記第1領域の上の前記第1材料層(11)の
第1部分と、前記第2領域の上の前記第1材料層(1
1)の第2部分と、前記第2領域上の前記第1材料層
(11)の第3部分とを残す段階であって、前記モート
領域(19)は前記第2部分と前記第3部分との間にあ
る、段階;前記第1部分,前記第2部分,前記第3部分
および前記モート領域(19)の上に第2材料層(1
2)を設ける段階;および前記第2材料層(12)を研
磨する段階;によって構成されることを特徴とする方
法。 - 【請求項3】 半導体装置を形成する方法であって:第
1領域および第2領域を有する半導体基板(10)を設
ける段階であって、前記第1領域は内部ダイスおよびエ
ッジ・ダイスからなり、前記第1領域は周辺部を有し、
前記第2領域は前記第1領域の前記周辺部を取り囲む、
段階;前記第1領域および前記第2領域上に導電層(1
1)を設ける段階;前記導電層(11)上にレジスト層
を形成する段階;前記レジスト層をパターニングしてマ
スクを形成する段階であって、前記レジスト層は、ブレ
ーディング・プロセスによって遮蔽されたフォトリソグ
ラフィ・マスクの一部を有するフォトリソグラフィ・マ
スク(20)を利用してパターニングされる、段階;前
記マスクを利用して前記導電層(11)をパターニング
して、前記第2領域上にモート領域(19)を画定し、
前記第1領域上の前記第1材料層(11)の第1部分
と、前記第2領域上にある前記第1材料層(11)の第
2部分とを残す段階であって、前記第2部分は前記モー
ト領域と前記第1部分との間にある、段階;前記第1部
分,前記第2部分および前記モート領域(19)上に誘
電層(12)を設ける段階;および前記誘電層(12)
を研磨する段階;によって構成されることを特徴とする
方法。 - 【請求項4】 半導体装置を形成する方法であって:第
1領域および第2領域を有する半導体基板(10)を設
ける段階であって、前記第1領域は内部ダイスおよびエ
ッジ・ダイスからなり、前記第1領域は周辺部を有し、
前記第2領域は前記第1領域の前記周辺部を取り囲む、
段階;前記第1領域および前記第2領域上に第1材料層
(11)を設ける段階;前記第1材料層(11)をパタ
ーニングして、前記第2領域上にモート領域(19)を
画定し、前記第1領域上にある前記第1材料層(11)
の第1部分と、前記第2領域上の前記第1材料層(1
1)の第2部分と、前記第2領域上にある前記第1材料
層(11)の第3部分とを残す段階であって、前記モー
ト領域(19)は前記第1領域の前記周辺部を取り囲
み、約0.1ミリメートルから10ミリメートルの幅で
あり、前記第2部分と前記第3部分との間にある、段
階;前記第1部分,前記第2部分,前記第3部分および
前記モート領域(19)上に第2材料層(12)を設け
る段階;および前記第2材料層(12)を研磨する段
階;によって構成されることを特徴とする方法。 - 【請求項5】 半導体装置を形成する方法であって:第
1領域および第2領域を有する半導体基板(10)を設
ける段階であって、前記第1領域は内部ダイスおよびエ
ッジ・ダイスからなり、前記第1領域は周辺部を有し、
前記第2領域は前記第1領域の前記周辺部を取り囲む、
段階;前記第1領域および前記第2領域上に導電層(1
1)を設ける段階;前記導電層をパターニングして前記
第2領域上にモート領域(19)を画定し、前記第1領
域上の前記第1材料層(11)の第1部分と、前記第2
領域上にある前記第1材料層(11)の第2部分とを残
す段階であって、前記モート領域は前記第1領域の前記
周辺部を取り囲み、前記第2部分は前記モート領域と前
記第1部分との間にある、段階;前記第1部分,前記第
2部分および前記モート領域(19)上に誘電層(1
2)を設ける段階;および前記誘電層(12)を研磨す
る段階;によって構成されることを特徴とする方法。
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