JPH10284417A - 絶縁層中のトレンチ内にコンタクトホールを形成する方法及び絶縁層中に相互接続パターンを作成する方法 - Google Patents
絶縁層中のトレンチ内にコンタクトホールを形成する方法及び絶縁層中に相互接続パターンを作成する方法Info
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- JPH10284417A JPH10284417A JP10083510A JP8351098A JPH10284417A JP H10284417 A JPH10284417 A JP H10284417A JP 10083510 A JP10083510 A JP 10083510A JP 8351098 A JP8351098 A JP 8351098A JP H10284417 A JPH10284417 A JP H10284417A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体デバイスの形成のためにレベル間接続
のために使用されるコンタクトホールを形成する際にリ
ソグラフィーにおいてフォトレジストの改善された露光
を提供することである 【解決手段】 フォトレジストの厚さはトレンチがトレ
ンチの外側で光に対して低い感度を有し、かつこのフォ
トレジストの厚さはフォトレジストのドーズ−トゥ−ク
リアー振動曲線中に含まれるほぼ最小値の厚さに一致す
るように選択され、及びトレンチ深さはフォトレジスト
がトレンチの内側で高い感度を有し、かつこのトレンチ
深さは前記振動曲線中に含まれるほぼ最大値の点に一致
するように選択する 【効果】 リソグラフィーマスキングのために使用され
たレジスト材料の不均一な厚さから生じる問題が解決さ
れる
のために使用されるコンタクトホールを形成する際にリ
ソグラフィーにおいてフォトレジストの改善された露光
を提供することである 【解決手段】 フォトレジストの厚さはトレンチがトレ
ンチの外側で光に対して低い感度を有し、かつこのフォ
トレジストの厚さはフォトレジストのドーズ−トゥ−ク
リアー振動曲線中に含まれるほぼ最小値の厚さに一致す
るように選択され、及びトレンチ深さはフォトレジスト
がトレンチの内側で高い感度を有し、かつこのトレンチ
深さは前記振動曲線中に含まれるほぼ最大値の点に一致
するように選択する 【効果】 リソグラフィーマスキングのために使用され
たレジスト材料の不均一な厚さから生じる問題が解決さ
れる
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、デバイスを製造す
るための、さらに特に、レジスト層が不均一な厚さを有
する構造を形成させるための、基板表面上にイメージを
転写するためのリソグラフィーに関する。
るための、さらに特に、レジスト層が不均一な厚さを有
する構造を形成させるための、基板表面上にイメージを
転写するためのリソグラフィーに関する。
【0002】
【従来の技術】半導体製造において、絶縁層、半導体層
及び導体層が基板上に形成される。この多様な層の形成
は、通常の製造技術、例えばシリコンの酸化、注入、蒸
着及びエピタキシャル成長を用いて達成される。このよ
うな技術は、S.M. Sze, VLSI Technology, 2nd ed., Ne
w York, McGraw-Hill, 1988,に記載されており、この文
献は全ての目的のために参照することにより本願明細書
に取り込まれる。個々の層はデバイスを形成する構造及
び空間、例えばトランジスタ、キャパシタ及び抵抗を製
造するためにパターン化される。このデバイスは次いで
所望の電気的機能を達成するために相互接続され、それ
により集積回路(IC)が製造される。
及び導体層が基板上に形成される。この多様な層の形成
は、通常の製造技術、例えばシリコンの酸化、注入、蒸
着及びエピタキシャル成長を用いて達成される。このよ
うな技術は、S.M. Sze, VLSI Technology, 2nd ed., Ne
w York, McGraw-Hill, 1988,に記載されており、この文
献は全ての目的のために参照することにより本願明細書
に取り込まれる。個々の層はデバイスを形成する構造及
び空間、例えばトランジスタ、キャパシタ及び抵抗を製
造するためにパターン化される。このデバイスは次いで
所望の電気的機能を達成するために相互接続され、それ
により集積回路(IC)が製造される。
【0003】リソグラフィーは、構造を規定するために
基板上にイメージを転写する方法である。一般に、例え
ばフォトレジストからなるマスク層が、まず基板の表面
上に形成される。次いでこのマスク層は選択的に露光さ
れる。マスク層の選択的露光は、マスク及び露光源を用
いて達成される。ポジティブ形又はネガティブ形のレジ
ストに依存して、露光された領域又は未露光の領域がエ
ッチングにより除去されて構造が形成される。
基板上にイメージを転写する方法である。一般に、例え
ばフォトレジストからなるマスク層が、まず基板の表面
上に形成される。次いでこのマスク層は選択的に露光さ
れる。マスク層の選択的露光は、マスク及び露光源を用
いて達成される。ポジティブ形又はネガティブ形のレジ
ストに依存して、露光された領域又は未露光の領域がエ
ッチングにより除去されて構造が形成される。
【0004】デバイスのより著しい集積化への絶えるこ
とのない要求は、より小さな構造サイズを有するより高
密度に集積されたICをもたらした。しかしながら、こ
のような技術の進歩は、デバイス構造体を一貫して及び
正確に形成させることをさらにますます難しくした。例
えば、寸法の減少として多様なデバイス層中の構造体の
位置合わせはより著しい精度を必要とする。さらに、レ
ジストの適正な露光は最小の寸法の構造のイメージの
(つまり、構造のサイズが露光源の波長と等しい)場合
に問題を有する。レジストの露光不足及び/又は露光過
多は欠陥のある又は信頼できな構造をもたらす。このよ
うに、より小さなプロセスウィンドウがこのような構造
のリソグラフィーによるイメージングのために存在す
る。これは、生産の信頼性及び歩留まりを低下させるプ
ロセス制御の問題を引き起こす。
とのない要求は、より小さな構造サイズを有するより高
密度に集積されたICをもたらした。しかしながら、こ
のような技術の進歩は、デバイス構造体を一貫して及び
正確に形成させることをさらにますます難しくした。例
えば、寸法の減少として多様なデバイス層中の構造体の
位置合わせはより著しい精度を必要とする。さらに、レ
ジストの適正な露光は最小の寸法の構造のイメージの
(つまり、構造のサイズが露光源の波長と等しい)場合
に問題を有する。レジストの露光不足及び/又は露光過
多は欠陥のある又は信頼できな構造をもたらす。このよ
うに、より小さなプロセスウィンドウがこのような構造
のリソグラフィーによるイメージングのために存在す
る。これは、生産の信頼性及び歩留まりを低下させるプ
ロセス制御の問題を引き起こす。
【0005】構造サイズの減少から生じる困難性を明ら
かにするために、レベル間接続(interlevel connectio
n)の議論を行う。一般に、レベル間接続は例えばデュ
アルダマシン法を用いて達成される。このような方法に
おいて、2つの連続するフォトレジスト工程及びエッチ
ング工程が、レベル間接続の形成のために用いられる。
例えば、最初の工程は第1のコンタクト開口又は下方の
層までのビアを形成させるために用いられる。第2のイ
ンライン開口は、次にビア上に導電性ラインの形成のた
めに作られる。次いで、両方の開口はアルミニウムで充
填される。
かにするために、レベル間接続(interlevel connectio
n)の議論を行う。一般に、レベル間接続は例えばデュ
アルダマシン法を用いて達成される。このような方法に
おいて、2つの連続するフォトレジスト工程及びエッチ
ング工程が、レベル間接続の形成のために用いられる。
例えば、最初の工程は第1のコンタクト開口又は下方の
層までのビアを形成させるために用いられる。第2のイ
ンライン開口は、次にビア上に導電性ラインの形成のた
めに作られる。次いで、両方の開口はアルミニウムで充
填される。
【0006】ほぼ最小の寸法でビア及びトレンチを形成
させたいという願望は、形成されたコンタクトの信頼性
に悪影響を及ぼすという問題を引き起こす。例えば、露
光源からの光は、コンタクトホールを規定するマスク開
口又はレチクルとほとんど等しい波長を有する。このよ
うな構成はこの波長にとってレチクルを通過するのを困
難にし、フォトレジストの不適当な露光又は露光不足を
引き起こす。露光不足のフォトレジストは、コンタクト
ホールがエッチング工程により完全な露出を妨げる。こ
の結果、コンタクトホールはアルミニウムで適切に充填
されず、形成されたコンタクトの信頼性を低下させる。
させたいという願望は、形成されたコンタクトの信頼性
に悪影響を及ぼすという問題を引き起こす。例えば、露
光源からの光は、コンタクトホールを規定するマスク開
口又はレチクルとほとんど等しい波長を有する。このよ
うな構成はこの波長にとってレチクルを通過するのを困
難にし、フォトレジストの不適当な露光又は露光不足を
引き起こす。露光不足のフォトレジストは、コンタクト
ホールがエッチング工程により完全な露出を妨げる。こ
の結果、コンタクトホールはアルミニウムで適切に充填
されず、形成されたコンタクトの信頼性を低下させる。
【0007】この問題は、接続の後に充填物が加えら
れ、かつこのコンタクトが試験されるまでこのような残
留レジストの検出が困難であるために深刻化する。この
困難性は、不完全なコンタクトを場合により生じるのに
十分な量のフォトレジストがコンタクトホール中に残留
していても、トレンチの頂部及びコンタクトホールの頂
部の両方での限界寸法が測定され、かつ設計仕様の範囲
内であると認められるために生じる。
れ、かつこのコンタクトが試験されるまでこのような残
留レジストの検出が困難であるために深刻化する。この
困難性は、不完全なコンタクトを場合により生じるのに
十分な量のフォトレジストがコンタクトホール中に残留
していても、トレンチの頂部及びコンタクトホールの頂
部の両方での限界寸法が測定され、かつ設計仕様の範囲
内であると認められるために生じる。
【0008】露光不足の問題の一つの解決策は、フォト
レジストを露光するのに使用する光の強度を増大させる
ことである。これは、コンタクトホールを形成すべき領
域のいくつかを露光過多にすることがある。露光過多は
領域を拡大し、短絡を引き起こしかねない過大なコンタ
クトホールを形成する結果となる。
レジストを露光するのに使用する光の強度を増大させる
ことである。これは、コンタクトホールを形成すべき領
域のいくつかを露光過多にすることがある。露光過多は
領域を拡大し、短絡を引き起こしかねない過大なコンタ
クトホールを形成する結果となる。
【0009】上記の議論から、ICの製作において、信
頼性のある構造、例えばコンタクトを形成することが望
ましい。
頼性のある構造、例えばコンタクトを形成することが望
ましい。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、半導
体デバイスの形成のためのリソグラフィーにおいてフォ
トレジストの改善された露光を提供することである。フ
ォトレジストの露光の改善は、より信頼性のある構造、
例えばレベル間接続のために使用されるコンタクトホー
ルを形成する結果となる。
体デバイスの形成のためのリソグラフィーにおいてフォ
トレジストの改善された露光を提供することである。フ
ォトレジストの露光の改善は、より信頼性のある構造、
例えばレベル間接続のために使用されるコンタクトホー
ルを形成する結果となる。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、コンタクトホ
ールを形成すべきトレンチ内で適当な量の光を得るため
の2つの主要な原則に基づいている。第1は、トレンチ
の外側で露光源からの光に対するフォトレジストの感度
が減少するように、コンタクトホールパターンをプリン
トするために使用されたフォトレジストの厚さを調整す
ることが重要である。コンタクトホール中のフォトレジ
ストのトレンチの外側で光に対する感度が少なければそ
れだけ、コンタクトホール内のフォトレジストの露光は
良好になる。コンタクトホール内のフォトレジストの感
度の調整は、トレンチの外側のフォトレジストの厚さを
変えることにより並びにトレンチ内のフォトレジストの
厚さを変えるためにトレンチの深さを調整することによ
り達成される。本発明により、フォトレジストと関連す
るドーズ−トゥ−クリア振動曲線(dose-to-clearswing
curve)は、トレンチ領域の内側のフォトレジストの厚
さ及び外側のフォトレジストの厚さを決定するために用
いられる。1実施態様において、トレンチ領域の内側及
び外側のフォトレジストの厚さは、トレンチ領域の外側
のフォトレジストが露光源に対してあまり敏感でなくか
つトレンチ内のフォトレジストが露光源に対してより敏
感であるように選択される。
ールを形成すべきトレンチ内で適当な量の光を得るため
の2つの主要な原則に基づいている。第1は、トレンチ
の外側で露光源からの光に対するフォトレジストの感度
が減少するように、コンタクトホールパターンをプリン
トするために使用されたフォトレジストの厚さを調整す
ることが重要である。コンタクトホール中のフォトレジ
ストのトレンチの外側で光に対する感度が少なければそ
れだけ、コンタクトホール内のフォトレジストの露光は
良好になる。コンタクトホール内のフォトレジストの感
度の調整は、トレンチの外側のフォトレジストの厚さを
変えることにより並びにトレンチ内のフォトレジストの
厚さを変えるためにトレンチの深さを調整することによ
り達成される。本発明により、フォトレジストと関連す
るドーズ−トゥ−クリア振動曲線(dose-to-clearswing
curve)は、トレンチ領域の内側のフォトレジストの厚
さ及び外側のフォトレジストの厚さを決定するために用
いられる。1実施態様において、トレンチ領域の内側及
び外側のフォトレジストの厚さは、トレンチ領域の外側
のフォトレジストが露光源に対してあまり敏感でなくか
つトレンチ内のフォトレジストが露光源に対してより敏
感であるように選択される。
【0012】本発明は、次に、添付図面に関連して記載
された実施例により詳細に説明される。
された実施例により詳細に説明される。
【0013】図1は頂部表面に誘電性キャップを有する
半導体ボディの断面図を表し、この誘電性キャップはト
レンチを有しており、このトレンチ内でコンタクトホー
ルは、トレンチ内の導電性充填物がボディの特定の領域
と電気的に接触することによりビアを提供しており、及
び図2は本発明による、コンタクトホールのフォトリソ
グラフィーパターンについて規定するパラメータにおい
て重要な役割を果たす振動曲線を表す。
半導体ボディの断面図を表し、この誘電性キャップはト
レンチを有しており、このトレンチ内でコンタクトホー
ルは、トレンチ内の導電性充填物がボディの特定の領域
と電気的に接触することによりビアを提供しており、及
び図2は本発明による、コンタクトホールのフォトリソ
グラフィーパターンについて規定するパラメータにおい
て重要な役割を果たす振動曲線を表す。
【0014】
【実施例】本発明は、デバイスを製造するために基板中
又は基板上に構造体をプリント及び形成させるために用
いられるリソグラフィーに関する。議論のために、本発
明は集積回路、例えばDRAM、SRAM及びSDRA
Mを含めたメモリーデバイス中のレベル間接続の形成に
関連して説明する。しかしながら、本発明はより広い適
用範囲を有している。単なる例として、本発明は基板表
面中又は基板表面上に高い信頼性で構造体を形成するこ
とができる。特に、本発明はリソグラフィーマスキング
のために使用されたレジスト材料の不均一な厚さから生
じる問題を解決する。
又は基板上に構造体をプリント及び形成させるために用
いられるリソグラフィーに関する。議論のために、本発
明は集積回路、例えばDRAM、SRAM及びSDRA
Mを含めたメモリーデバイス中のレベル間接続の形成に
関連して説明する。しかしながら、本発明はより広い適
用範囲を有している。単なる例として、本発明は基板表
面中又は基板表面上に高い信頼性で構造体を形成するこ
とができる。特に、本発明はリソグラフィーマスキング
のために使用されたレジスト材料の不均一な厚さから生
じる問題を解決する。
【0015】図1に関して、半導体ボディ(一般にシリ
コンからなる)10が示されており、その半導体ボディ
内に集積回路が形成される。ボディ10はその頂部表面
12上に、一般に誘電性の例えばシリケートガラス又は
多層絶縁体のような絶縁層(誘電性キャップ)14を有
しており、シリコンボディ10の表面を不活性化してい
る。層14を有するボディ10は基板として表すことが
できる。
コンからなる)10が示されており、その半導体ボディ
内に集積回路が形成される。ボディ10はその頂部表面
12上に、一般に誘電性の例えばシリケートガラス又は
多層絶縁体のような絶縁層(誘電性キャップ)14を有
しており、シリコンボディ10の表面を不活性化してい
る。層14を有するボディ10は基板として表すことが
できる。
【0016】誘電性キャップ14は、トレンチ16(鎖
線で示される)が設けられ、このトレンチは、導電ライ
ンを提供するために最終的に導体で充填されることにな
り、この導電ラインはシリコンボディ10の頂部表面1
2上を走行し、かつ誘電キャップ14の厚さを残すこと
によりシリコンボディから電気的に絶縁されている。ト
レンチ16は、コンタクトホール18(破線で示され
る)も有しており、このコンタクトホールも同様に、ト
レンチ16中の導体の延長である導電性材料で充填され
る。コンタクトホールを充填するために使用される導電
性材料は、例えばアルミニウム(Al)合金、タングス
テン(W)、銅(Cu)、チタン(Ti)、ケイ化チタ
ン及び窒化チタンのような金属誘導体、又は相互接続の
形成のために使用される他の導電性材料を含む。コンタ
クトホール18は誘電性層14の残りの厚さを通過する
ビアを形成し、ホール18内の導電性充填物がボディ1
0の頂部表面12での局所的領域20と低抵抗接続を作
り出すことができる。例えば、このような領域20はト
ランジスタのソース、ドレイン又はゲートに相当する
か、又はボディ10中に組み込まれた集積回路内のノー
ドに相当することができる。
線で示される)が設けられ、このトレンチは、導電ライ
ンを提供するために最終的に導体で充填されることにな
り、この導電ラインはシリコンボディ10の頂部表面1
2上を走行し、かつ誘電キャップ14の厚さを残すこと
によりシリコンボディから電気的に絶縁されている。ト
レンチ16は、コンタクトホール18(破線で示され
る)も有しており、このコンタクトホールも同様に、ト
レンチ16中の導体の延長である導電性材料で充填され
る。コンタクトホールを充填するために使用される導電
性材料は、例えばアルミニウム(Al)合金、タングス
テン(W)、銅(Cu)、チタン(Ti)、ケイ化チタ
ン及び窒化チタンのような金属誘導体、又は相互接続の
形成のために使用される他の導電性材料を含む。コンタ
クトホール18は誘電性層14の残りの厚さを通過する
ビアを形成し、ホール18内の導電性充填物がボディ1
0の頂部表面12での局所的領域20と低抵抗接続を作
り出すことができる。例えば、このような領域20はト
ランジスタのソース、ドレイン又はゲートに相当する
か、又はボディ10中に組み込まれた集積回路内のノー
ドに相当することができる。
【0017】トレンチ14中の導電性充填物により形成
される導電性ラインは、一般に導電性ラインの複雑なネ
ットワークの一部であり、これは集積回路のネットワー
クの相互接続を形成する。複雑な集積回路中では、ボデ
ィ10の表面12上の異なるレベルに関して複数の相互
接続メタライゼーションが存在することがある。
される導電性ラインは、一般に導電性ラインの複雑なネ
ットワークの一部であり、これは集積回路のネットワー
クの相互接続を形成する。複雑な集積回路中では、ボデ
ィ10の表面12上の異なるレベルに関して複数の相互
接続メタライゼーションが存在することがある。
【0018】一般に、トレンチ16はフォトリソグラフ
ィー法により形成され、その際フォトレジスト層は、ボ
ディ10の表面12をカバーする誘電性キャップ14上
に設置される。トレンチについて所望のパターンに一致
する光のパターンは、フォトレジストを適正に露光する
ためにフォトレジスト上でフォーカスされる。このよう
な露光の後、フォトレジストの未露光の部分はエッチン
グで選択的に除去され、フォトレジストのパターンが生
じる。次に、このパターンを描かれたフォトレジストを
マスクとして誘電性キャップ14中にトレンチを例えば
反応性イオンエッチング(RIE)により選択的にエッ
チングするために使用する。RIEは誘電性キャップの
一部を除去してトレンチを形成する。残りの部分の誘電
性キャップはトレンチ中の導電性材料を下層と絶縁する
ために用いられる。
ィー法により形成され、その際フォトレジスト層は、ボ
ディ10の表面12をカバーする誘電性キャップ14上
に設置される。トレンチについて所望のパターンに一致
する光のパターンは、フォトレジストを適正に露光する
ためにフォトレジスト上でフォーカスされる。このよう
な露光の後、フォトレジストの未露光の部分はエッチン
グで選択的に除去され、フォトレジストのパターンが生
じる。次に、このパターンを描かれたフォトレジストを
マスクとして誘電性キャップ14中にトレンチを例えば
反応性イオンエッチング(RIE)により選択的にエッ
チングするために使用する。RIEは誘電性キャップの
一部を除去してトレンチを形成する。残りの部分の誘電
性キャップはトレンチ中の導電性材料を下層と絶縁する
ために用いられる。
【0019】RIEは誘電性キャップ中でトレンチを形
成させるために異方性エッチングを行うことができ、ト
レンチはエッチング技術に応じてほぼ垂直か又は適当な
テーパになった側壁を有する。この技術は多数のバリエ
ーションが可能である。例えばいくつかの場合に、誘電
性キャップを最初にマスクとして用いることができる材
料層でカバーし、この材料層にパターンを描くためにフ
ォトレジストプロセスを使用し、この層をパターンを描
いた後に、誘電性層に選択的にパターンを描くためにマ
スクとして使用する。もう一つは、リソグラフィーを使
用し、未露光のフォトレジストをエッチングし、照射さ
れたフォトレジストはマスクを形成するために残留す
る。
成させるために異方性エッチングを行うことができ、ト
レンチはエッチング技術に応じてほぼ垂直か又は適当な
テーパになった側壁を有する。この技術は多数のバリエ
ーションが可能である。例えばいくつかの場合に、誘電
性キャップを最初にマスクとして用いることができる材
料層でカバーし、この材料層にパターンを描くためにフ
ォトレジストプロセスを使用し、この層をパターンを描
いた後に、誘電性層に選択的にパターンを描くためにマ
スクとして使用する。もう一つは、リソグラフィーを使
用し、未露光のフォトレジストをエッチングし、照射さ
れたフォトレジストはマスクを形成するために残留す
る。
【0020】トレンチを形成させた後、次いでコンタク
トホールは下層へ接続させたい領域に形成される。コン
タクトホールの形成は主に、トレンチのパターンの形成
について記載された、より早期のフォトリソグラフィー
法を繰り返す必要がある。しかしながら、溝が存在する
ために誘電性キャップの頂部表面がスムーズな平坦面で
はないことを認めることができる。その結果、フォトレ
ジストを誘電性キャップ上に、一般にスピンドライプロ
セスにより設置し、かつ頂部表面を平滑化した後、フォ
トレジストの層は均一な厚さではなく、むしろトレンチ
を埋めているためトレンチの深さだけより厚くなってい
る。コンタクトホールを成形すべきトレンチ16内の領
域で、フォトレジストの厚さは、トレンチのないところ
よりもより厚い。従って、より薄い部分のフォトレジス
トよりもより厚い部分のフォトレジストを十分に露光す
るのは困難である。不利なことに、十分に露光されなか
った全てのフォトレジストは、露光されたフォトレジス
トを選択的にエッチングにより除去する次の工程の間に
残留する。このフォトレジストが残留している場合に
は、誘電性キャップを通過する所望のビアを完全にエッ
チングにより取り除くことができず、不完全な接続が生
じてしまう。
トホールは下層へ接続させたい領域に形成される。コン
タクトホールの形成は主に、トレンチのパターンの形成
について記載された、より早期のフォトリソグラフィー
法を繰り返す必要がある。しかしながら、溝が存在する
ために誘電性キャップの頂部表面がスムーズな平坦面で
はないことを認めることができる。その結果、フォトレ
ジストを誘電性キャップ上に、一般にスピンドライプロ
セスにより設置し、かつ頂部表面を平滑化した後、フォ
トレジストの層は均一な厚さではなく、むしろトレンチ
を埋めているためトレンチの深さだけより厚くなってい
る。コンタクトホールを成形すべきトレンチ16内の領
域で、フォトレジストの厚さは、トレンチのないところ
よりもより厚い。従って、より薄い部分のフォトレジス
トよりもより厚い部分のフォトレジストを十分に露光す
るのは困難である。不利なことに、十分に露光されなか
った全てのフォトレジストは、露光されたフォトレジス
トを選択的にエッチングにより除去する次の工程の間に
残留する。このフォトレジストが残留している場合に
は、誘電性キャップを通過する所望のビアを完全にエッ
チングにより取り除くことができず、不完全な接続が生
じてしまう。
【0021】本発明は、この状況を改善することにつと
めている。主に、誘電性キャップ上に設置されたフォト
レジストの厚さと、トレンチの深さのためにより厚くな
っているトレンチ内へ延びているフォトレジストの厚さ
の両方を、他方との関連で適当に調整する必要がある。
トレンチ内へ延びているフォトレジストの厚さはトレン
チの深さを適当に選択する必要がある。
めている。主に、誘電性キャップ上に設置されたフォト
レジストの厚さと、トレンチの深さのためにより厚くな
っているトレンチ内へ延びているフォトレジストの厚さ
の両方を、他方との関連で適当に調整する必要がある。
トレンチ内へ延びているフォトレジストの厚さはトレン
チの深さを適当に選択する必要がある。
【0022】この厚さをどのように選択するかを説明す
る前に、誘電性にキャップされたボディ10上のフォト
レジストの好ましい特性を簡単に議論するのが望まし
い。
る前に、誘電性にキャップされたボディ10上のフォト
レジストの好ましい特性を簡単に議論するのが望まし
い。
【0023】まず、ボディ及び誘電性キャップはフォト
レジストを露光するために使用すべき光に対して低い吸
光度を有するべきであり、キャップ及びボディの多様な
層による吸光度が低ければそれだけ、システムの振動曲
線特性の発振又は振動が大きくなる。振動曲線は次のよ
うに説明される。付加的に、ボディ10上のフォトレジ
ストの厚さを制御することができるため、振動曲線中の
最小値に厳密に近づけて設定できることが重要であり、
これは本発明の2つの基本的な基準特性のうちの一つで
ある。これは通常、ボディの表面上の他の層の厚さ、特
に露光された光が通過する透明層の厚さを制御できる必
要がある。
レジストを露光するために使用すべき光に対して低い吸
光度を有するべきであり、キャップ及びボディの多様な
層による吸光度が低ければそれだけ、システムの振動曲
線特性の発振又は振動が大きくなる。振動曲線は次のよ
うに説明される。付加的に、ボディ10上のフォトレジ
ストの厚さを制御することができるため、振動曲線中の
最小値に厳密に近づけて設定できることが重要であり、
これは本発明の2つの基本的な基準特性のうちの一つで
ある。これは通常、ボディの表面上の他の層の厚さ、特
に露光された光が通過する透明層の厚さを制御できる必
要がある。
【0024】この基準はしばしば完全には満たすことが
できない、使用する必要のある一方の層による過剰な吸
光度のため、透明層の一方の層、例えば二酸化ケイ素層
の厚さを制御することができないか、又は透明膜の下の
トポグラフィーが透明塗膜の所望に制御された厚さの設
定を不可能にするためである。このような場合に、不透
明な反射膜、例えば多結晶シリコンの薄層をシリコンボ
ディの頂部表面上に設置して、このように制御不能な効
果の重大性を減少させかつトレンチの底部と頂部との間
の十分に制御された相の関係を設定するのが有利である
と判明している。
できない、使用する必要のある一方の層による過剰な吸
光度のため、透明層の一方の層、例えば二酸化ケイ素層
の厚さを制御することができないか、又は透明膜の下の
トポグラフィーが透明塗膜の所望に制御された厚さの設
定を不可能にするためである。このような場合に、不透
明な反射膜、例えば多結晶シリコンの薄層をシリコンボ
ディの頂部表面上に設置して、このように制御不能な効
果の重大性を減少させかつトレンチの底部と頂部との間
の十分に制御された相の関係を設定するのが有利である
と判明している。
【0025】図2は、フォトレジストの厚さ(μm)が
x座標であり、ドーズ−トゥ−クリアー(mJ/c
m2)がy座標である典型的な振動曲線グラフを表す。
振動曲線はフォトレジストの厚さに対するリソグラフィ
ー系のパラメータをプロットするためのいずれか1つの
曲線である。描かれた特定の振動曲線はドーズ−トゥ−
クリアー(フォトレジストの特定の厚さを十分に露光す
るために必要な光の量)に対するフォトレジストの厚さ
をプロットする。このような振動曲線は特定のフォトレ
ジストについて使用者により試験的に導き出すことがで
きるか、又はフォトレジストの供給者により用意され
る。
x座標であり、ドーズ−トゥ−クリアー(mJ/c
m2)がy座標である典型的な振動曲線グラフを表す。
振動曲線はフォトレジストの厚さに対するリソグラフィ
ー系のパラメータをプロットするためのいずれか1つの
曲線である。描かれた特定の振動曲線はドーズ−トゥ−
クリアー(フォトレジストの特定の厚さを十分に露光す
るために必要な光の量)に対するフォトレジストの厚さ
をプロットする。このような振動曲線は特定のフォトレ
ジストについて使用者により試験的に導き出すことがで
きるか、又はフォトレジストの供給者により用意され
る。
【0026】フォトレジストを露光することは、部分的
に吸光する材料(フォトレジスト)の膜を通して露光さ
れる光の伝搬を必要とし、この材料は部分的に反射性の
薄層として設置されている。この伝搬は干渉効果を生
じ、この干渉効果はドーズ−トゥ−クリアー(プロット
された厚さのフォトレジストを十分に露光するのに必要
な線量)中の正弦変化を生じ、これをドーズ−トゥ−ク
リアー振動曲線と表す。この振動曲線は、トレンチ内へ
入射する光が最大になるように、適当なフォトレジスト
の厚さ及びトレンチの深さを選択するために本発明によ
り使用され、トレンチ内のフォトレジストの露光におい
て有効に利用される。
に吸光する材料(フォトレジスト)の膜を通して露光さ
れる光の伝搬を必要とし、この材料は部分的に反射性の
薄層として設置されている。この伝搬は干渉効果を生
じ、この干渉効果はドーズ−トゥ−クリアー(プロット
された厚さのフォトレジストを十分に露光するのに必要
な線量)中の正弦変化を生じ、これをドーズ−トゥ−ク
リアー振動曲線と表す。この振動曲線は、トレンチ内へ
入射する光が最大になるように、適当なフォトレジスト
の厚さ及びトレンチの深さを選択するために本発明によ
り使用され、トレンチ内のフォトレジストの露光におい
て有効に利用される。
【0027】各振動の振幅がフォトレジスト厚さと共に
増大し、対応するドーズ−トゥ−クリアーレベルはフォ
トレジストの厚さの増加と共に増大することが注目され
る。
増大し、対応するドーズ−トゥ−クリアーレベルはフォ
トレジストの厚さの増加と共に増大することが注目され
る。
【0028】前記したように、他の多様な特性も重要で
ある。基板及びフォトレジストが設置される誘電性キャ
ップの反射率が高ければそれだけ、振動の振幅もより大
きくなるため、基板は高い反射率を提供することが一般
に望ましい。重要な他のファクターは、フォトレジスト
の厚さが、露光する光の有利に低い強度で作業すること
ができるドーズ−トゥ−クリアーの光の強度を必要とす
ることである。
ある。基板及びフォトレジストが設置される誘電性キャ
ップの反射率が高ければそれだけ、振動の振幅もより大
きくなるため、基板は高い反射率を提供することが一般
に望ましい。重要な他のファクターは、フォトレジスト
の厚さが、露光する光の有利に低い強度で作業すること
ができるドーズ−トゥ−クリアーの光の強度を必要とす
ることである。
【0029】このことを考慮すると共に、使用すべき特
定のレジストに対して利用できる振動曲線は、一般に次
のように生じる。
定のレジストに対して利用できる振動曲線は、一般に次
のように生じる。
【0030】最初に、使用すべき所望のトレンチ深さを
計算する。一般に、この深さは、トレンチ内で回路素子
の相互接続として使用すべき導電性充填剤についての適
当なコンダクタンスが達成できるために0.4〜0.8
マイクロメータの範囲内にあるべきである。これは一般
に、図2の振動曲線のx軸に関して、振動曲線の約4.
5〜7.5の発振(振動)の間隔になる。さらに、トレ
ンチの頂部及び底部の間の振動曲線中での180゜の位
相差を設定するために、最適トレンチ深さDは、不透明
な材料例えばポリシリコン中で、又は前記されているよ
うに(例えばポリシリコンの)反射性の不透明相がボデ
ィ10上に設置されている場合には、エッチングされる
トレンチについて次の関係を満たす必要がある: D=[(2N+1)O]/4nr 等式1 [式中、Nは所望の範囲内で厚さを提供するために選択
された整数であり、Oは露光する光の波長であり、nr
はフォトレジストの屈折率である]。
計算する。一般に、この深さは、トレンチ内で回路素子
の相互接続として使用すべき導電性充填剤についての適
当なコンダクタンスが達成できるために0.4〜0.8
マイクロメータの範囲内にあるべきである。これは一般
に、図2の振動曲線のx軸に関して、振動曲線の約4.
5〜7.5の発振(振動)の間隔になる。さらに、トレ
ンチの頂部及び底部の間の振動曲線中での180゜の位
相差を設定するために、最適トレンチ深さDは、不透明
な材料例えばポリシリコン中で、又は前記されているよ
うに(例えばポリシリコンの)反射性の不透明相がボデ
ィ10上に設置されている場合には、エッチングされる
トレンチについて次の関係を満たす必要がある: D=[(2N+1)O]/4nr 等式1 [式中、Nは所望の範囲内で厚さを提供するために選択
された整数であり、Oは露光する光の波長であり、nr
はフォトレジストの屈折率である]。
【0031】下方が平らな反射表面を有する酸化ケイ素
ガラスのような透明材料中へトレンチをエッチングする
場合、最適トレンチ深さDは次の式を満たす必要があ
る: D=[(2N+1)O]/4np 等式2 [式中、np=nr/ns、nsは透明被膜の屈折率であ
る]。
ガラスのような透明材料中へトレンチをエッチングする
場合、最適トレンチ深さDは次の式を満たす必要があ
る: D=[(2N+1)O]/4np 等式2 [式中、np=nr/ns、nsは透明被膜の屈折率であ
る]。
【0032】本発明により、設計者は、リソグラフィー
で使用するためのフォトレジストを選択し、前記の種類
の振動曲線を利用する。
で使用するためのフォトレジストを選択し、前記の種類
の振動曲線を利用する。
【0033】設計パラメータとしては、トレンチ深さの
範囲が存在し、このトレンチ深さは相互接続ネットワー
クの所望の低い抵抗を提供するために十分な導電性充填
剤について十分な厚さがある範囲が適している。まず、
トレンチの適当な深さ(D)を見つけるために等式1又
は2が使用される。等式の選択はフォトレジストが支持
される層が透明か不透明かに依存する。Dの値が測定さ
れれば、設計者は次いで図2の振動曲線の1つの振動上
のピーク、例えばトレンチなしのフォトレジストの厚さ
についての振動32の参照番号30によって示されるピ
ークを見つけ、このピークはトレンチについて選択され
た深さに適合する厚さだけ他の振動中の天底(最低
点)、例えば振動36上の天底34から離れている。一
般にこの距離は振動曲線の4.5〜7.5周期(振動)
であり、これは0.2〜0.5μmの間のトレンチ深さ
に相当する。露光する光の強度はフォトレジストをクリ
アするため(to clear)に十分であるべきで、振動曲線
から容易に決定される。
範囲が存在し、このトレンチ深さは相互接続ネットワー
クの所望の低い抵抗を提供するために十分な導電性充填
剤について十分な厚さがある範囲が適している。まず、
トレンチの適当な深さ(D)を見つけるために等式1又
は2が使用される。等式の選択はフォトレジストが支持
される層が透明か不透明かに依存する。Dの値が測定さ
れれば、設計者は次いで図2の振動曲線の1つの振動上
のピーク、例えばトレンチなしのフォトレジストの厚さ
についての振動32の参照番号30によって示されるピ
ークを見つけ、このピークはトレンチについて選択され
た深さに適合する厚さだけ他の振動中の天底(最低
点)、例えば振動36上の天底34から離れている。一
般にこの距離は振動曲線の4.5〜7.5周期(振動)
であり、これは0.2〜0.5μmの間のトレンチ深さ
に相当する。露光する光の強度はフォトレジストをクリ
アするため(to clear)に十分であるべきで、振動曲線
から容易に決定される。
【0034】しばしば最良の適合のために、ピーク及び
天底値及び/又は計算された理想トレンチ深さをわずか
に動かす必要がある。いくらかの場合には、若干の改良
がコンタクトホールの領域中でトレンチをわずかに広げ
ることにより達成することができる。極端な不適合の場
合には、より適当な振動曲線を有するフォトレジストに
変える必要があるか、又は使用する光の波長を、より良
好に適合する適当な波長に変える必要がある。
天底値及び/又は計算された理想トレンチ深さをわずか
に動かす必要がある。いくらかの場合には、若干の改良
がコンタクトホールの領域中でトレンチをわずかに広げ
ることにより達成することができる。極端な不適合の場
合には、より適当な振動曲線を有するフォトレジストに
変える必要があるか、又は使用する光の波長を、より良
好に適合する適当な波長に変える必要がある。
【0035】トレンチ16の深さ及びフォトレジスト1
4の厚さを前記したように選択することにより、トレン
チ16の底部に達する露光された光の量を最大にし、か
つ、コンタクトホール18を形成するトレンチ16内に
存在するフォトレジストの量を最小にするのが好まし
い。
4の厚さを前記したように選択することにより、トレン
チ16の底部に達する露光された光の量を最大にし、か
つ、コンタクトホール18を形成するトレンチ16内に
存在するフォトレジストの量を最小にするのが好まし
い。
【0036】前記した本発明の特別な実施態様は発明の
一般的原則を示しただけであり、前記した原則に矛盾し
ない多様な変法は当業者によって行うことができる。
一般的原則を示しただけであり、前記した原則に矛盾し
ない多様な変法は当業者によって行うことができる。
【図1】本発明による、トレンチ及びコンタクトホール
を有する半導体ボディを示す断面図。
を有する半導体ボディを示す断面図。
【図2】本発明による、振動曲線をグラフで表す図。
10 半導体ボディ 12 頂部表面 14 誘電性層(誘電性キャップ) 16 トレンチ 18 コンタクトホール 20 領域 30 ピーク 32 振動 34 天底 36 振動
Claims (17)
- 【請求項1】 導電性接続を設ける必要がある集積回路
の構成要素を有する半導体ボディ上に設置された絶縁層
中のトレンチ内にコンタクトホールを形成する方法にお
いて、次の工程:絶縁層上にフォトレジスト層を設置
し;フォトレジスト中にコンタクトホールの所望のパタ
ーンを形成するように光でフォトレジスト層を照射し;
フォトレジスト中及び絶縁層中のコンタクトホールの所
望のパターンをエッチングし;及びその際、フォトレジ
ストの厚さはトレンチがトレンチの外側で光に対して低
い感度を有するように、かつこのフォトレジストの厚さ
はフォトレジストのドーズ−トゥ−クリアー振動曲線中
に含まれるほぼ最小値の厚さに一致するように選択さ
れ、及びトレンチ深さはフォトレジストがトレンチの内
側で高い感度を有するように、かつこのトレンチ深さは
前記振動曲線中に含まれるほぼ最大値の点に一致するよ
うに選択される、からなる絶縁層中のトレンチ内にコン
タクトホールを形成する方法。 - 【請求項2】 相互接続すべき回路素子を備えた半導体
ボディの表面上に拡がる絶縁層中に相互接続パターンを
作成する方法において、前記方法が次の工程:導体で充
填されるべきトレンチを絶縁層中に形成し、このトレン
チがボディ中の回路素子の導電性の相互接続を提供し;
フォトレジスト層を絶縁層上に設置し、このフォトレジ
スト層はトレンチを充填し、絶縁層上に実際に平らな表
面を形成させ;絶縁層を通過してボディ中の回路素子に
達するビアを作成するために、フォトレジストを光を用
いてトレンチ内にコンタクトホールを形成するように設
計されたパターンで露光し;所望のコンタクトホールの
領域を露出させるためにパターンを現像し;トレンチ内
のコンタクトホールをエッチングし;及び相互接続パタ
ーンを作成するために絶縁層中のトレンチ及びビアを導
体で充填し;その際、フォトレジストの厚さはトレンチ
がトレンチの外側で光に対して低い感度を有するよう
に、かつこのフォトレジストの厚さはフォトレジストの
ドーズ−トゥ−クリアー振動曲線中に含まれるほぼ最小
値の厚さに一致するように選択され、及びトレンチ深さ
はフォトレジストがトレンチの内側で高い感度を有する
ように、かつこのトレンチ深さは前記振動曲線中に含ま
れるほぼ最大値の点に一致するように選択される、から
なる絶縁層中に相互接続パターンを作成する方法。 - 【請求項3】 フォトレジストが反射性の不透明な基板
上に設置されている場合、トレンチは式 [(2N+1)O]/4nr [式中、Nは整数を表し、Oは露光する光の波長を表
し、nrはフォトレジストの屈折率を表す]により与え
られる深さDで形成されることを特徴とする、請求項2
記載の方法。 - 【請求項4】 トレンチが存在しないフォトレジストの
厚さが、フォトレジストのドーズ−トゥ−クリアー振動
曲線の1つの振動中のピークに一致し、この厚さは振動
曲線の別の振動中の天底でのフォトレジストの厚さより
もトレンチの深さだけ小さい、請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 ドーズ−トゥ−クリアー振動曲線のほぼ
4.5〜7.5の振動曲線の間であるトレンチ深厚を規
定するようにNを選択する、請求項4記載の方法。 - 【請求項6】 フォトレジストの厚さを5.5の振動曲
線に一致するように選択する、請求項5記載の方法。 - 【請求項7】 フォトレジストが基板の透明層上に設置
されている場合、トレンチは式 [(2N+1)O]/4np [式中、Nは整数を表し、Oは露光する光の波長を表
し、npはフォトレジストの屈折率対絶縁層の透明部分
の屈折率の比を表す]により与えられる深さDで形成さ
れることを特徴とする、請求項2記載の方法。 - 【請求項8】 トレンチが存在しないフォトレジストの
厚さが、フォトレジストのドーズ−トゥ−クリアー振動
曲線の1つの振動中のピークに一致し、この厚さは振動
曲線の別の振動中の天底でのフォトレジストの厚さより
もトレンチの深さだけ小さい、請求項7記載の方法。 - 【請求項9】 ドーズ−トゥ−クリアー振動曲線のほぼ
4.5〜7.5の振動曲線の間であるトレンチ深厚を規
定するようにNを選択する、請求項8記載の方法。 - 【請求項10】 フォトレジストの厚さを5.5の振動
曲線に一致するように選択する、請求項9記載の方法。 - 【請求項11】 相互接続すべき回路素子を備えた半導
体ボディの表面上に拡がり、かつ本質的に不透明である
絶縁層中に相互接続パターンを作成する方法において、
次の工程:導体で充填され、ボディ中の回路素子の導電
性の相互接続が提供されるべきトレンチを絶縁層中に形
成し;フォトレジスト層を絶縁層上に設置し、このフォ
トレジスト層はトレンチを充填し、絶縁層上に実際に平
らな表面を形成させ;絶縁層を通過してボディ中の回路
素子に達するビアを作成するために、フォトレジストを
光を用いてトレンチ内にコンタクトホールを形成するよ
うに設計されたパターンで露光し;所望のコンタクトホ
ールの領域を露出させるためにパターンを現像し;トレ
ンチ内のコンタクトホールをエッチングし;相互接続パ
ターンを作成するために絶縁層中のトレンチ及びビアを
導体で充填し;及びその際、トレンチは式 [(2N+1)O]/4nr [式中、Nは整数を表し、Oは露光する光の波長を表
し、nrはフォトレジストの屈折率を表す]により与え
られる深さDで形成され、トレンチが存在しないフォト
レジストの厚さが、フォトレジストのドーズ−トゥ−ク
リアー振動曲線の1つの振動中のピークに一致し、この
厚さは振動曲線の別の振動中の天底でのフォトレジスト
の厚さよりもトレンチ深さだけ小さい、からなる絶縁層
中に相互接続パターンを作成する方法。 - 【請求項12】 半導体ボディがシリコンであり、絶縁
層はシリコンの酸化物の誘電性キャップである、請求項
11記載の方法。 - 【請求項13】 ドーズ−トゥ−クリアー振動曲線のほ
ぼ4.5〜7.5の振動曲線の間であるトレンチ深厚を
規定するようにNを選択する、請求項11記載の方法。 - 【請求項14】 フォトレジストの厚さを5.5の振動
曲線に一致するように選択する、請求項11記載の方
法。 - 【請求項15】 相互接続すべき回路素子を備えた半導
体ボディの表面上に拡がり、かつ本質的に透明である表
面部分を有する絶縁層中に相互接続パターンを製造する
方法において、次の工程:導体で充填され、ボディ中の
回路素子の導電性の相互接続が提供されるべきトレンチ
を絶縁層中に形成し;フォトレジスト層を絶縁層上に設
置し、このフォトレジスト層はトレンチを充填し、絶縁
層上に実際に平らな表面を形成させ;絶縁層を通過して
ボディ中の回路素子に達するビアを作成するために、フ
ォトレジストを光を用いてトレンチ内にコンタクトホー
ルを形成するように設計されたパターンで露光し;所望
のコンタクトホールの領域を露出させるためにパターン
を現像し;トレンチ内のコンタクトホールをエッチング
し;相互接続パターンを作成するために絶縁層中のトレ
ンチ及びビアを導体で充填し;及びその際、トレンチは
式 [(2N+1)O]/4np [式中、Nは整数を表し、Oは露光する光の波長を表
し、npはフォトレジストの屈折率対絶縁層の透明部分
の屈折率の比を表す]により与えられる深さDで形成さ
れ、トレンチが存在しないフォトレジストの厚さが、フ
ォトレジストのドーズ−トゥ−クリアー振動曲線の1つ
の振動中のピークに一致し、この厚さは振動曲線の別の
振動中の天底でのフォトレジストの厚さよりもトレンチ
深さだけ小さい、からなる絶縁層中に相互接続パターン
を作成する方法。 - 【請求項16】 導電性接続を設ける必要がある集積回
路の構成要素を備えた半導体ボディ上に設置される絶縁
層中のトレンチ内にコンタクトホールを形成する方法に
おいて、絶縁層が必要とされる光に対して透明である場
合、次の工程:フォトレジスト層を絶縁層上に設置し;
フォトレジスト中にコンタクトホールの所望のパターン
を形成するようにフォトレジスト層を光を用いて照射
し、 フォトレジスト中及び絶縁層中のコンタクトホールの所
望のパターンをエッチングし;及びその際、トレンチは
式 [(2N+1)O]/4np [式中、Nは整数を表し、Oは露光する光の波長を表
し、npはフォトレジストの屈折率対絶縁層の透明部分
の屈折率の比を表す]により与えられる深さDで形成さ
れ、トレンチが存在しないフォトレジストの厚さが、フ
ォトレジストのドーズ−トゥ−クリアー振動曲線の1つ
の振動中のピークに一致し、この厚さは振動曲線の別の
振動中の天底でのフォトレジストの厚さよりもトレンチ
深さだけ小さい、からなる絶縁層中のトレンチ内にコン
タクトホールを形成する方法。 - 【請求項17】 導電性接続を設ける必要がある集積回
路の構成要素を備えた半導体ボディ上に設置される不透
明な絶縁層中のトレンチ内にコンタクトホールを形成す
る方法において、次の工程:フォトレジスト層を絶縁層
上に設置し;フォトレジスト中にコンタクトホールの所
望のパターンを形成するようにフォトレジスト層を光を
用いて照射し、 フォトレジスト中及び絶縁層中のコンタクトホールの所
望のパターンをエッチングし;及びその際、トレンチは
式 [(2N+1)O]/4nr [式中、Nは整数を表し、Oは露光する光の波長を表
し、nrはフォトレジストの屈折率を表す]により与え
られる深さDで形成され、トレンチが存在しない箇所の
フォトレジストの厚さが、フォトレジストのドーズ−ト
ゥ−クリアー振動曲線の1つの振動中のピークに一致
し、この厚さは振動曲線の別の振動中の天底でのフォト
レジストの厚さよりもトレンチの深さだけ小さい、から
なる絶縁層中のトレンチ内にコンタクトホールを形成す
る方法。
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