JPH098008A - 配線形成方法及び配線構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 隆起領域と低地領域との境界区域の絶縁膜に
コンタクトホールを形成する場合であっても、所定の開
口寸法でコンタクトホールを形成できる配線形成方法を
提供する。 【構成】 本発明方法は、コンタクトホール３４Ｃの位
置を対称中心にして段差部３０とほぼ対称的な位置にダ
ミー段差部４０を予め低地領域に形成する工程と、隆起
領域３６及びダミー段差部４０を有する低地領域３８の
全面に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜上にホトレジス
ト膜を成膜して、境界区域にコンタクトホール形成用の
開口を有するマスクパターンを形成する工程と、マスク
パターンをマスクにして絶縁膜をエッチングしてコンタ
クトホール３４Ｃを開口する工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の配線形成
方法及び配線構造に関し、更に詳細には確実にコンタク
トホールを開口させるようにした配線形成方法及び所定
の断面積を有する導電性プラグを備えた配線構造に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高集積化に伴い、配線構造
が多層化し、微細化すると共に、配線層の形成、特にコ
ンタクト部の形成が技術的に益々難しくなっている。半
導体装置の配線構造を形成する際に、従来は、以下のよ
うにしてコンタクト部を形成していた。先ず、層間絶縁
膜上に形成されている配線層上にホトレジスト膜を塗布
し、コンタクトホール形成用のマスクパターンを形成す
る。マスクパターンの形成に際しては、その構成を図５
に模式的に示すような縮小投影型露光装置（ステッパ
ー）を使用してウェハを露光し、レチクルのパターンを
ホトレジスト膜上に投影する。それには、ステッパーに
コンタクトホール形成用の所望のパターンを描いたレチ
クルを装填し、光源に超高圧水銀ランプを用い、縮小投
影光学系にて１／５、１／１０位の縮小率でレチクル上
のパターンを縮小して、ウェハ上に投影する。露光後、
直ぐに次のショット位置に移動し、再び露光する。

【０００３】パターン通りに露光されたホトレジスト膜
は感光して化学的に変化する。洗浄又はアッシングして
不要部分を除去すると、所望のマスクパターンが得られ
る。マスクパターンをマスクにして絶縁膜を反応性イオ
ンエッチング法等によってエッチングすることにより、
絶縁膜の所望位置にコンタクトホールを開口することが
できる。次いで、ブランケット・タングステン膜法等に
よりタングステン・プラグ等の導電性プラグでコンタク
トホールを埋込み、コンタクト部を形成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図６に示す
ように、層間絶縁膜１２が、大きな段差部が下地層によ
って形成されている隆起領域１４と、隆起領域１４に連
続して低い平面状で比較的広く延在する低地領域１６と
にわたって延在していることがある。図６中、１８は半
導体基板、２０はＳｉＯ₂ 膜、２２は第１層Ａl 配線層
及び２４は拡散領域である。かかる場合に、隆起領域１
４と低地領域１６との境界領域にコンタクトホール２６
を形成しようとすると、どうしてもコンタクトホールの
開口寸法が所定寸法より著しく小さくなったり、またコ
ンタクトホールが開口していないこともしばしば発生し
た。

【０００５】例えば、ＳＲＡＭを例にすると、図７は配
線層（段差部）のパターンを示す図（実際は、レチクル
のパターン図の一部を簡単化したものである）であっ
て、図７の右側のセル部の領域は、配線層３０により生
じた段差部のため層間絶縁膜の表面が周囲より隆起して
いる領域が各所に分布している隆起領域になっている。
一方、図７の左側のフィールド領域は、配線層３０が無
いので、絶縁膜の表面が比較的広くかつ低い平面状に形
成されている低地領域になっている。図７中、３２は低
地領域に形成された配線層である。このような起伏形状
の層間絶縁膜にコンタクトホール３４Ａ、Ｂ、Ｃを形成
しようとする場合、コンタクトホール３４Ａ、Ｂは支障
無く所定の寸法で開口できるが、しかし、段差部のある
隆起領域３６と比較的広くかつ低い平面状に形成されて
いる低地領域３８との境界区域に形成しようとしたコン
タクトホール３４Ｃは開口ていないと言うトラブルが、
しばしば発生した。

【０００６】そこで、本発明の目的は、隆起領域と低地
領域との境界区域の絶縁膜にコンタクトホールを形成す
る場合であっても、所定の開口寸法でコンタクトホール
を形成できる配線形成方法及び境界区域に形成されたコ
ンタクトホールに埋め込まれた導電性プラグを有する配
線構造を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、大きな段差
部が下地層によって形成されている隆起領域と、隆起領
域に連続して比較的広くかつ低く平面状に形成されてい
る低地領域とにわたって延在している絶縁膜に隆起領域
と低地領域との境界区域でコンタクトホールを形成しよ
うとすると、しばしばコンタクトホールが開口していな
いと言うトラブルの原因を研究した。その結果、コンタ
クトホールが開かない原因は絶縁膜のエッチングに問題
があるのでは無く、ホトリソグラフィによりホトレジス
ト膜のマスクパターンを形成する際に、コンタクトホー
ルと同じ開口寸法の開口を有するパターンをホトレジス
ト膜に形成できいこと、極端な場合にはホトレジスト膜
を開口できないことに問題があることを見い出した。そ
の原因は、段差部と広い低地部との形状差による露光マ
ージンが減少するからであると推測した。

【０００８】本発明者は、コンタクトホール３４Ａ、Ｂ
が所定寸法通り開口している事実、即ち、セル部の段差
部（配線層３０）に囲まれている区域において、ホトレ
ジスト膜にコンタクトホール３４Ａ、Ｂ用開口を設ける
場合には、容易に開口できることに注目し、その理由を
研究した。そして、セル部の領域では段差部が、コンタ
クトホールをほぼ対称に取り囲んでいることに着目し、
ダミー隆起部を設けることを考え、実験を経て本発明を
完成するに至った。

【０００９】上記目的を達成するために、得た知見に基
づき、本発明に係る配線形成方法は、大きな段差部が下
地層によって形成されている隆起領域と、隆起領域に連
続して比較的広くかつ低く平面状に形成されている低地
領域とにわたって延在している絶縁膜に隆起領域と低地
領域との境界区域でコンタクトホールを形成する際に、
コンタクトホールの位置を中心にして段差部とほぼ対称
的な位置に段差部とほぼ同じ形状及び寸法を有するダミ
ー段差部を予め低地領域に形成する工程と、ダミー段差
部を形成した後、隆起領域及び低地領域の全面に絶縁膜
を形成する工程と、絶縁膜上にホトレジスト膜を成膜し
て、境界区域にコンタクトホール形成用の開口を有する
マスクパターンを形成する工程と、マスクパターンをマ
スクにして絶縁膜をエッチングしてコンタクトホールを
開口する工程とを有することを特徴としている。

【００１０】好適には、ダミー段差部を予め低地領域に
形成する際に、段差部が下地層によって形成される工程
と同じ工程において、コンタクトホールの位置を中心に
して段差部とほぼ対称的な位置に段差部とほぼ同じ形状
及び寸法を有するダミー段差部を予め段差部と同じ材料
で形成する。例えば、段差部がＡl 配線層により生じて
いる場合には、Ａl 配線層とほぼ対称的にＡl 配線層と
同じ材料を使って同じ形状、寸法でダミー配線層を形成
することにより、ダミー段差部を形成する。また、下地
層による段差部が、ゲート電極のポリシリコン層により
形成されている場合には、ゲート電極とほぼ対称的にゲ
ート電極と同じ材料、例えばポリシリコンを使って同じ
形状、寸法でダミー配線層を形成することにより、ダミ
ー段差部を形成する。

【００１１】本発明方法において、ダミー段差部の形
状、寸法は、段差部と同じ形状、寸法であることが望ま
しいが、それが困難な場合には段差部と同じ高さを備え
たダミー段差部とする。ホトレジスト膜によるマスクパ
ターンの形成工程及び絶縁膜をエッチングする工程は、
従来の方法で実施する。本発明方法は、第１層の配線層
に必要なコンタクトホールを形成する場合に限らず、第
２層以上の配線層の形成において必要なコンタクトホー
ル（スルーホール）を形成する場合にも当然に適用でき
る。

【００１２】本発明に係る配線構造は、大きな段差部が
下地層によって形成されている隆起領域と、隆起領域に
連続して低い平面状で比較的広く延在し、かつコンタク
トホールを中心にして隆起領域の段差部と対称的な位置
に同じ形状及び寸法で形成されたダミー段差部を有する
低地領域とにわたって延在している絶縁膜と、隆起領域
と低地領域との境界区域の絶縁膜に開口したコンタクト
ホールを埋めている導電性プラグとを備えることを特徴
としている。

【００１３】

【作用】段差部と対称的に形成されたダミー段差部を備
えることにより、露光マージンが増大して、ホトレジス
ト膜のコンタクトホール用マスクパターンを形成する際
に、マスクパターンは、コンタクトホールの開口寸法と
同じ寸法で開口している。これにより、配線構造は、所
定通りの開口寸法を有するコンタクトホールを埋めた導
電性プラグを実現できる。

【００１４】

【実施例】以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて
本発明をより詳細に説明する。図１は、ＳＲＡＭのセル
部の配線層の配置の一部を示す平面図であって、後述す
るダミー段差部４０を除き図７と同じ配置である。図１
に示すように、配線層３０により大きな段差部３０が形
成されている隆起領域３６と、隆起領域３６に連続して
比較的広くかつ低く平面状に形成されている低地領域３
８とにわたって延在している絶縁膜（図示せず）に隆起
領域３６と低地領域３８との境界区域でコンタクトホー
ル３４Ｃを形成する方法を説明する。先ず、コンタクト
ホール３４Ｃを対称中心にして段差部３０Ａ、Ｂとほぼ
対称的な位置に出来るだけ同じ形状、寸法でダミー段差
部４０Ａ、Ｂを予め低地領域３８に形成する。但し、ダ
ミー段差部４０Ｂは、低地領域３８の配線層３２の存在
により、段差部３０Ｂと全く同じ形状に形成することが
難しいので、段差部３０Ｂと同じ高さであるが多少細く
形成されている。また、ダミー段差部４０を形成する際
には、図１と同じようなダミー段差部４０Ａ、Ｂを有す
るパターンを備えたレチクルを使用する。これにより、
図２に示すように、段差部３０Ａ、Ｂと対称的にダミー
段差部４０Ａ、Ｂが基板上に形成されている。図２中、
３４はコンタクトホール３４Ｃの形成位置である。

【００１５】次いで、隆起領域３６及び低地領域３８の
全面に絶縁膜を通常の条件で例えばＣＶＤ法により形成
する。次に、絶縁膜上にホトレジスト膜を成膜して、ホ
トリソグラフィによりコンタクトホール形成用のマスク
パターンを形成する。マスクパターンをマスクとして絶
縁膜を反応性イオンエッチング法によりエッチングして
コンタクトホール３４Ｃを開口する。本発明方法では、
ダミー段差部４０Ａ、Ｂが形成されているので、露光マ
ージンが増大する。よって、コンタクトホール３４Ｃ用
の所定の開口寸法を有する開口をホトレジスト膜上に形
成でき、従って所定の開口寸法を有するコンタクトホー
ルを形成することができる。

【００１６】以上の本発明方法により形成された配線構
造は、図３に示すように、隆起領域３６と低地領域３８
との境界区域の絶縁膜に開口したコンタクトホール３４
Ｃを埋めている導電性プラグ４２と、大きな段差部３０
を形成している隆起領域３６と、隆起領域３６に連続し
て低い平面状で比較的広く延在し、かつコンタクトホー
ル３４Ｃを中心に隆起領域３６の段差部３０と対称的に
同じ形状で形成されたダミー段差部４０を有する低地領
域３８とにわたって延在している絶縁膜４４を備えた構
造を有する。図３中、４６は半導体基板である。

【００１７】本発明方法は、第２層の配線層形成に必要
なスルーホールを形成する場合にも、図４に示すように
適用できる。図４において、５０は下地層、５２は第１
層の配線層及び５４は層間絶縁膜である。層間絶縁膜５
４上に形成された第２層の配線層５６と対称的にダミー
配線層５８を配線層５６の形成工程において同じ材料で
形成することにより、配線層５６により段差が生じてい
る絶縁膜（図示せず）にコンタクトホール５８を確実に
開口し、タングステン・プラグ等の導電性プラグを形成
することができる。

【００１８】

【発明の効果】本発明方法によれば、下地層により大き
な段差部が形成されている隆起領域と、隆起領域に連続
して比較的広くかつ低く平面状に形成されている低地領
域とにわたって延在している絶縁膜に隆起領域と低地領
域との境界区域でコンタクトホールを形成する際に、コ
ンタクトホールの位置を対称中心にして段差部とほぼ対
称的な位置にダミー段差部を予め低地領域に形成するこ
とにより、コンタクトホールを確実に所定寸法通り開口
させることができる。また、本発明に係る配線構造は、
絶縁膜が、隆起領域に連続して低い平面状で比較的広く
延在し、かつ隆起領域の段差部と対称に同じ形状で形成
されたダミー段差部を有する低地領域とにわたって延在
していることにより、隆起領域と低地領域との境界区域
に形成されたコンタクトホールであっても、従来のよう
に開口していないと言うトラブルは無く、確実に開口し
たコンタクトホール、従って信頼性の高い導電性プラグ
を備えている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＳＲＡＭのセル部の配線層の配置
の一部を示す平面図である。

【図２】段差部とダミー段差部との関係を示す斜視図で
ある。

【図３】本発明に係る配線構造の実施例の層構造を示す
基板断面図である。

【図４】第２層の配線層形成に必要なスルーホールを形
成する場合に、本発明方法の適用を示す模式図である。

【図５】ステッパーの構成を示す模式図である。

【図６】隆起領域と低地領域との関係を示す基板断面図
である。

【図７】従来のＳＲＡＭのセル部の配線層の配置の一部
を示す平面図である。

【符号の説明】

１２ 層間絶縁膜 １４ 隆起領域 １６ 低地領域 １８ 半導体基板 ２０ ＳｉＯ₂ 膜 ２２ 第１層Ａl 配線層 ２４ 拡散領域 ２６ コンタクトホール ３０ 配線層 ３２ 配線層 ３４ コンタクトホール ３６ 隆起領域 ３８ 低地領域 ４０ ダミー段差部 ４２ 絶縁膜 ４４ 導電性プラグ ４６ 半導体基板 ５０ 下地層 ５２ 第１層の配線層 ５４ 層間絶縁膜 ５６ 第２層の配線層 ５８ ダミー配線層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大きな段差部が下地層によって形成され
   ている隆起領域と、隆起領域に連続して比較的広くかつ
   低く平面状に形成されている低地領域とにわたって延在
   している絶縁膜に隆起領域と低地領域との境界区域でコ
   ンタクトホールを形成する際に、 コンタクトホールの位置を中心にして段差部とほぼ対称
   的な位置に段差部とほぼ同じ形状及び寸法を有するダミ
   ー段差部を予め低地領域に形成する工程と、 ダミー段差部を形成した後、隆起領域及び低地領域の全
   面に絶縁膜を形成する工程と、 絶縁膜上にホトレジスト膜を成膜して、境界区域にコン
   タクトホール形成用の開口を有するマスクパターンを形
   成する工程と、 マスクパターンをマスクにして絶縁膜をエッチングして
   コンタクトホールを開口する工程とを有することを特徴
   とする配線形成方法。
2. 【請求項２】 ダミー段差部を予め低地領域に形成する
   際に、段差部が下地層によって形成される工程と同じ工
   程において、コンタクトホールの位置を中心にして段差
   部とほぼ対称的な位置に段差部とほぼ同じ形状及び寸法
   を有するダミー段差部を予め段差部と同じ材料で形成す
   ることを特徴とする請求項１に記載の配線形成方法。
3. 【請求項３】 大きな段差部が下地層によって形成され
   ている隆起領域と、隆起領域に連続して低い平面状で比
   較的広く延在し、かつコンタクトホールを中心にして隆
   起領域の段差部と対称的な位置に同じ形状及び寸法で形
   成されたダミー段差部を有する低地領域とにわたって延
   在している絶縁膜と、 隆起領域と低地領域との境界区域の絶縁膜に開口したコ
   ンタクトホールを埋めている導電性プラグとを備えるこ
   とを特徴とする配線構造。
4. 【請求項４】 前記ダミー段差部が、段差部と同じ材料
   で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の配
   線構造。