JP2001077021A - 電子回路基板表面への位相幾何学的影響の補正方法 - Google Patents
電子回路基板表面への位相幾何学的影響の補正方法Info
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Abstract
化精度の向上と、完成された半導体装置の歩留まりの向
上とを図る。 【解決手段】 位相幾何学的影響を補正する方法は、第
1の樹脂層(200)を基本構造上に積層された下地分
離領域上に積層するステップと、下地分離領域の表面の
応答形状のうちある程度の広がりを有する低密度領域に
第1の樹脂層(204)を積層するステップと、下地分
離領域の表面形状の変化が激しい高密度領域に第1の樹
脂層(202)を積層するステップと、写真露光により
第1の樹脂層を溶融させて下地分離領域の凹凸面の凹部
に第1の樹脂層を充填させて一応の平坦面を得るステッ
プと、その上から第2の樹脂層を積層するステップと、
その上からプラズマエッチングを行なうステップと、機
械的・化学的研磨を行なうステップと、を備えている。
Description
への位相幾何学的影響(topographical effects)の補
正方法に係り、超小型電子回路等の集積回路として構成
される半導体装置の製造技術分野に適用される。本発明
は、集積回路の製造技術に用いられて、集積回路基板の
平面化を得るための露光技術(photolithographic tech
niques)にも関する。特に、この発明は、最先端のパタ
ーン描画技術における半導体等の基板の平面度を得るこ
とを可能にする技術、すなわち機械的・化学的研磨法や
平面化処理法(planarization)にも関連するものであ
る。
層、絶縁層または金属材料層等の複数の層が堆積され、
これに対して、パターン描画(lithography―半導体基
板等にIC回路などのパターンを描画する技術―)やエ
ッチングが行なわれることが必要となっている。これら
の層は、種々の表面形状(topographies―位相幾何学的
形状―)になり得るものであり、すなわちこれらの層は
平面または凹凸にされ得るものである。
は、パターン描画が行なわれる層の上に感光性樹脂の層
を堆積させ、その後、特定の領域の樹脂のみを感光させ
て、樹脂の化学的な特性に適応する現像液の中で現像さ
せることによって行なわれており、これによってパター
ン描画に用いられる層の特定の領域を凹凸ないしは起伏
のある表面形状にさせている。
に、パターン描画ステップは、基本的な表面が平面であ
るときに、より良い結果をもたらすものである。しかし
ながら、行なわれるべき堆積とエッチングとの連続的な
制御を伴って集積回路を製造している間に、基板の幾何
学的な位相の不均一は、特定のステップの実行を臨界に
させるくらいの程度まで大きくなる。
造の開始の時点から表面形状を平面にさせるためにどの
ように用いられているかということである。
たは基板上に堆積された絶縁材料または導電性材料の薄
膜を研磨することを含む機械的・化学的研磨法により、
基板に対して加えられる平面化により凹凸部分を平らに
する樹脂層の堆積を含んでいる、いわゆる「エッチバッ
ク」平面化処理を備えていても良い。
最初のステップの最中で、特にトランジスタ−絶縁領域
を製造しているときに、非常に重要である。
化学的研磨法によって平面に形成される。
より以上に高められた回路を製造するために用いられ
る、面積をより小さくするのに関連した特定の制限に直
面している。この機械的・化学的研磨法の性能を改善す
る1つの方法は、バックマスキングおよびエッチングに
よる前平面化処理(pre-planarization)技術を用いる
ことにある。
に説明する。
学的研磨技術は、長時間の良好な均一性とスループット
の度合いの良好さから、他の平面化技術に一般的に取っ
て代わっている。
数の層(通常はシリカ、ごく最近では銅)を、特定の圧
力の下で研磨されるべき層に対して化学的に活性化され
た溶剤を介在させて、研磨布による(回転運動または往
復動作を用いた)機械的な摩擦により研磨することであ
る。この結合された機械的および化学的な研磨は、研磨
速度を高速にすることができると共に、全般的な均一性
を良好にしてウェハの全表面に対する異方性の特性の作
用を可能にしている(機械的な作用が指向性を示すのに
対して、化学的な作用は異方性を示す)。
にわたって良好であるとしても機械的・化学的研磨技術
は、他の平面化技術のように、依然として幾何学的な位
相すなわち表面形状の密度に敏感である。表面形状の密
度に対する敏感さは、樹脂の層を堆積させることにより
得られる平面化処理の使用を可能にする技術にとっては
100ミクロンのオーダーであり、機械的・化学的研磨
技術にとってはその敏感さはミリメータのオーダーであ
る。結果として、密度の低い領域によって分離された僅
か数ミリメータ幅の高密度領域が存在しているチップに
おいては、添付の図1に示されるように、いわゆる「デ
ィッシング(dishing―皿のような形状になること
―)」効果が観察され、これは、密度の低い(または研
磨に対して抵抗力の小さい)領域により皿形状に凹むこ
とや、または、密度の高い(すなわち研磨に対して抵抗
力の強い)領域により膨張することが明らかである。
2と高密度領域14とを有する半導電性の基板を示して
おり、符号30は、この場合、基板10の平均面に直交
する軸0−0を中心に基板10に対して回転させること
による機械的研磨に用いられる布を示している。この密
度に関連する効果に起因して、機械的・化学的研磨技術
は、0.3μmより大きな寸法での平面化構造に限定さ
れる。
研磨技術は、これに先行して、図2(a)ないし図2
(c)に示されるような表面より突出する積極的な表面
形状の要素の全てをバックマスキングおよびエッチング
することによる前平面化処理が行なわれている。
(a)、図2(b)、図2(c)においては、符号10
は所望の機能に依存して、半導電性層、絶縁層または金
属材料層の種々の層を有する基板を示しており、この基
板10は例えば酸化層のような最上層16を有し、この
最上層16は図2(a)に示し得るように、目に見えて
不均一な表面形状を最初は呈しており、すなわち、この
最上層16は凹凸となった部分を有している。
0が、前記層16の上に堆積されている。
第1の樹脂層20の上に重ね合わされている。このマス
ク22は層16の浮き彫りとなった凹凸の突部に倣い、
かつ、これら突部の上にそれぞれ重ね合わせられたよう
な形状の開口部24を有している。
する放射線の束26が、マスク22を介して第1の樹脂
層20に対して供給される。
最上層16上にこの層16の起伏のある表面の突出した
部分の間、すなわち窪んだ部分に第1の樹脂層20が残
存する複数の要素部分21を発生させることになる。
0を用いて、機械的研磨が行なわれる。
に示されるこの公知の技術は、一般的には、「機械的・
化学的研磨に先行して行なわれる浅い溝(shallow tren
ch)による横方向の絶縁性構造のバックマスキングおよ
び直接エッチングによる前平面化処理」と呼ばれてお
り、この浅い溝の絶縁構造(Shallow Trench Isolating
structure)の頭文字をとってSTIとも呼ばれてい
る。
械的・化学的研磨技術それ自体が用いられるときに、
0.3ミクロン技術に限定されることになる。
状の要素のバックマスキングやエッチングによる前平面
化の技術と結び付けられて用いられたときに、0.25
ミクロン技術に限定されることになる。
体装置との間の可能性のある不均衡の問題によって制限
されることになり、この問題は写真露光(photolithogr
aphy)装置にとって固有のものである。この不均衡は
0.1μmのオーダーのものであり、また、マスク22
がオフセットされたときに、絶縁領域の好ましくないオ
ーバーエッチング(エッチングのし過ぎ)を導く虞れも
ある。
にとっては、他の技術が求められいる。
よる前平面化処理の技術は、しばしば用いられる。この
技術は、2層平面化処理(Two-layer planarization)
またはTLPとして知られている。第1の参考文献「電
気化学のJ(J. of Electro-chem. Soc., Vol.133,178
-1986-, A. Schiltz および M. Pons)」にこの説明を
見出すことができる。この技術は図3(a)ないし図3
(d)に線図的に示されている。図3(a)は半導電性
層、絶縁層、または金属材料層等の種々の層を有し、目
立って不均一な表面形状[図3(a)]を最初は呈する
最上層16を備える基板10を示している。
ズの開口部24[図3(a)参照]を有し、さらに引き
続いて基板10上の分離された領域[図3(b)参照]
をマスクするのに用いられる結果としての樹脂21にお
けるサイズを小さくされたパターンを連続的に発生させ
る特別なバックマスク22が堆積されて、パターンが印
刷形成されている。
不均一に対する反応を鈍らせて分離用の溝の中に樹脂が
熱溶融して流れ込むことを許容することを意味している
[図3(c)参照]。熱処理はまた、第1の樹脂層20
を取り除くのに役に立ち、これによって、この層を不溶
性にさせると共に、第2の樹脂層28が堆積することを
可能にしている。
面形状を平面化し、図3(c)に示すように、殆ど平面
的な表面が全ての表面領域上に得られることを可能にし
ている。
21および28と下地の酸化膜16が同一の速度で全て
エッチングされるような条件の下で、図3(c)および
図3(d)に示すようなプラズマエッチングにより基板
にまで表面の平面化が及ぶ。エッチングは、例えば窒化
膜のような活性化領域層上の100ナノメータのところ
で停止し、ウェハは、平面化が窒化膜内で継続され停止
される機械的・化学的研磨ステーションに移動させられ
て、これによりシリコンの中に埋め込まれた分離領域を
伴う平面構造が得られる。
て、マスク22内の開口部24のサイズの縮小の故に樹
脂内のパターンの大きさが減少することにより[図3
(b)参照]、非常に小さなパターンを有する基板の領
域が外側に閉め出されるので、表面形状の密度に対して
依然としてこの技術は影響を受けやすいことになる。も
しもこれらの領域が大きくなるならば、これらは、図4
(a)ないし図4(e)に示されるように、純粋な機械
的・化学的研磨に含まれるディッシング効果と同等の現
象を発生させることになる。
4(a)は、平面化プロセスに先だって除去される最上
層16を有する基板10を示している。
よび露光処理がされた後の構造を示している。
れて焼きなま(anneal)された後の構造を示している。
プロファイルの転送)された後の構造を示している。
造を示している。
が高密度である領域であっても、凹凸の密度が低い領域
との間の平面度の違いが示されており、このような表面
形状に違いがあっても、この高密度領域上に第2の樹脂
層28が堆積されるのに先立って(そして、プラズマエ
ッチングおよび機械的・化学的研磨にも先立って)、第
1の樹脂層20の如何なる痕跡も特に残されないことに
なる。
半導体装置を製造するプロセスの間に改善された半導体
装置の平面化を可能にすることができる新規な手段を提
案することにある。
表面への位相幾何学的影響の補正方法により、上記目的
を達成するものであり、本発明の基本構成に係る補正方
法は、(i)分離された領域によって囲まれている起伏
のある表面形状を有している平面化処理すべき基板上に
第1の樹脂層を堆積させるステップと、(ii)マスクさ
れるべき下地となっている分離領域よりも小さい寸法の
樹脂パターンを重ねたマスクによって、写真露光に対す
る表面形状の密度が低い下地領域上に前記樹脂層を重ね
合わさせるステップと、(iii)表面形状が大きい密度
の領域の最適な充填を得るために分離を調整することを
含む基準メッシュを所有するマスクを介して、すなわ
ち、下地の表面形状に1対1では一致しない基準メッシ
ュを所有するマスクを介して写真露光に対する表面形状
の密度の高い下地の領域上に前記樹脂層を重ね合わさせ
るステップと、(iv)第1の樹脂層を熱溶融によって表
面形状に倣うようにさせて、その結果形成された第1の
樹脂層の下地分離領域を覆うようにするステップと、
(v)第2の樹脂層を堆積させるステップと、(vi)プ
ラズマエッチングを行なうステップと、(vii)機械的
・化学的研磨を行うステップと、を備えている。
何学的影響の補正方法は、トレンチ等を有する基板が異
なる密度の表面形状を有していることによりその上に積
層された下地分離層の表面形状が不均一な面に対して第
1の樹脂層を積層させる第1のステップと、表面形状の
変化が少なく広い範囲にわたって低く窪んだ箇所に対し
てはその領域の全体にわたって第1の樹脂層を積層させ
る第2のステップと、基板の形状に倣って表面形状が細
かく変化する箇所に対しては細かい表面形状の窪みに対
して第1の樹脂層を積層させる第3のステップと、均一
なメッシュのマスクにより積層された第1の樹脂層をマ
スクして第2および第3のステップにより積層された第
1の樹脂層を溶融させて下地分離領域の窪んだ箇所を埋
め込むことにより下地分離層の表面を平面化させる第4
のステップと、この上に第2の樹脂層を均一に堆積させ
る第5のステップと、その上からプラズマエッチングを
行なう第6のステップと、その上から機械的・化学的研
磨を行なう第7のステップと、を備えているさらに、第
1の構成に係る電子回路基板表面への位相幾何学的影響
の補正方法は、上記基本構成の補正方法において、前記
ステップ(ii)および(iii)が、下地層としての表面
形状の低密度領域と高密度領域とのそれぞれに対するそ
れぞれ専用の領域を有する汎用のマスクを用いて行なわ
れていることを特徴としても良い。
面への位相幾何学的影響の補正方法は、上記基本構成に
係る補正方法において、前記ステップ(ii)および(ii
i)が、特定のマスクを用いて行なわれていることを特
徴としても良い。
面への位相幾何学的影響の補正方法は、上述した全ての
構成に係る補正方法において、前記ステップ(iii)で
用いられる前記マスクを形成するマスク形成手段が設け
られ、このマスク形成手段が、小さな寸法を有し、か
つ、分離された複数の分離領域パターンから前記第1の
樹脂層を取り除くために適用されていることを特徴とし
ても良い。
路基板表面への位相幾何学的影響の補正方法は、上述し
た全ての構成に係る補正方法において、前記ステップ
(iii)で用いられる前記マスクを形成するマスク形成
手段が設けられ、このマスク形成手段が、複数の線条よ
りなる格子を有していることを特徴としても良い。
基板表面への位相幾何学的影響の補正方法は、上述して
全ての構成に係る補正方法において、前記ステップ(ii
i)で用いられる前記マスクを形成するマスク形成手段
が設けられ、このマスク形成手段が、互いに45度の角
度で交差する複数の線条よりなる格子を有していること
を特徴としても良い。
基板表面への位相幾何学的影響の補正方法は、上述した
全ての構成に係る補正方法において、前記ステップ(ii
i)で用いられる前記マスクを形成するマスク形成手段
が設けられ、このマスク形成手段が、2μmの間隔で離
隔された0.5μmの厚さを有する複数の線条を有して
いることを特徴としても良い。
は、本発明をこれに限定するものではない実施例のため
に提供される以下の詳細な説明と添付の図面とを参照す
ることにより明らかとなるであろう。
およびパターンの密度に拘わらず、全体的な半導体の構
造にわたって殆ど完璧な平面化を得ようとするものであ
る。
の半導体構造において高いパターン密度または低いパタ
ーン密度を有する領域の下地として存在しているか否か
に依存する樹脂層の異なる領域に対する異なる処理を与
えるための写真露光を用いることを提案するものであ
る。
立って起伏のある最上層16を有する基板10を示して
いる。
平面化されるべき基板上の第1の樹脂層200を堆積さ
せた後に、表面形状の下にある高密度の領域上に積層さ
れたこれらの領域が、基準メッシュ、すなわち直接かつ
特別には表面形状の下地としては一致していないメッシ
ュを所有するマスクという手段により写真露光させられ
ている。
ターンを考慮に入れていないことは注意されるであろ
う。
上方に積層された樹脂層200の領域は、マスクされる
べき下地の分離領域よりも小さいサイズの樹脂パターン
を有するマスクを介して写真露光させられている。
メッシュ(網目)を備えるマスクを用いる写真露光によ
り第1の樹脂層220に形成される複数の要素を示して
おり、符号204は、第1の樹脂層200の複数の要素
が表面形状の密度として低い領域の上部側に積層された
状態を示している。
密度領域を備える樹脂層200に対して写真露光を行な
うために用いられるマスクは、汎用のマスクであって
も、特定用途のマスクであっても何れにより構成されて
いても良い。
形状の領域の上方に写真露光のために用いられる前記マ
スクが、小さなサイズの表面形状的として分離されたパ
ターンから前記樹脂層200を除外するために適用され
ていることは注意されるであろう。
準メッシュのマスクは互いに例えば45度の角度で交差
する線条よりなる格子を有している。
た後に、この層は好ましくは熱溶融により流れ込むステ
ップに置かれ、溶融した樹脂200と下地のシリカ16
における粘度と表面張力は、溶融した樹脂202および
204を分離領域内に流れ込ませることになる。
密度の表面形状を有している領域の上方にある樹脂層2
00をそれぞれ写真により示している図6および図7の
それぞれによって観察することができる。
210が体積される。この第2の樹脂層210は、図5
(d)に示されると共にプラズマエッチングにより下地
となっている層16へとその後に移動して殆ど完全な平
面化を導くことになる。その後になされるべき全てのこ
とは、従来の機械的・化学的研磨であり、これにより図
5(e)に示されるように、殆ど平面的な構成を得るこ
とができる。
の全領域上に50nmよりも小さい残存する表面形状と
しての変位を有するくらいの良好な最終的平面度ヲ得る
ことを可能にしている。
間の隙間の幅は、第2の文献(J. Appl. Phys., Vol.3
4,pp. 4185-4194,-1995-, A. Shiltz)に述べられてい
る種類の平面化モデルに基づいて高密度の領域への充填
を含めた計算を行なった結果として得ることができる。
し、0.3μmの隙間により離隔されたSTIタイプの
パターンを平面化するためには、マスクの網目状の格子
は、0.5μm幅で2μmの隙間により離隔された線条
に依存することができる。
0.5μmの高さを有するSTIパターンに対して、約
0.6μmから0.7μmの高さで固定されるようにし
ても良い。
00の写真露光のために用いられるマスクは、好ましく
は、実際の下地層の表面的な形状に比べて0.2μmか
ら0.8μmの範囲で小型化された特有のサイズを有し
ている。
スクによるパターン描画技術は、好ましくは、第2のマ
スクをウェハに再装着する無駄時間を避けるために、感
光体(光受容体)上で連続的に行なわれる。
クに適用されるより広いまたはより狭い分離領域を用い
ることによりSTI装置の高さに依存すると共に、標準
的な条件の下において好ましい状態で分離される低密度
領域上に積層されている特定のマスクに対して、樹脂層
200内に形成される格子の線条の幅を調整できるもの
であることもまた注意されるべきである。
度を得るために、高密度の領域の霊的な充填を目的とし
て、格子の線条に関する離隔の度合いの演算を修正した
り変更したりすることを可能にしている。
line)」感光性樹脂、すなわち、通常は0.35μm
技術におけるパターンのために意図された感光性樹脂、
を用いることを可能にしていることもまた、注意される
べきである。これは、バックマスクに小さなパターンを
有していないことを理由にして、可能となっている。
行を可能にしており、それは本発明が非常に従来の技術
に近い樹脂や装置を用いていても、DVUタイプのごく
最近の技術よりも、より実施の非困難性が高く、コスト
的にもより安い手順により実施することが可能であるこ
とを理由としている。
形態に限定されるものではなく、さらに、本発明の概念
・精神の範囲内における如何なる変形に対して発展させ
ることができる。
電子回路基板表面への位相幾何学的影響の補正方法は、
第1の樹脂層を下地分離領域の表面形状に倣うように溶
融充填させてから第2の樹脂層を積層し、その後、プラ
ズマエッチングや機械的・化学的研磨を行なうようにし
ているので、下地分離領域の表面の形状の如何に拘わら
ず第1の樹脂層により下地分離領域の表面を埋め込んで
平坦にすることができ、従来の平坦化処理に比べてより
高精度の平坦面を得ることができる。これにより完成さ
れた半導体電子回路の歩留まり向上を図ることもでき
る。
低い密度の領域上で得られるディッシング効果、および
これとは逆に密度の高い領域で得られる研磨効果を示す
説明図である。
て前平面化処理のための従来のプロセスにおける連続す
る(a)(b)(c)の主たるステップを示す断面図で
ある。
ズマエッチングによる平面度の変化に伴い、2層技術に
よる前平面化処理のための従来のプロセスにおける連続
する(a)(b)(c)(d)の主たるステップを示す
断面図である。
(b)(c)(d)(e)の5つの主たるステップの間
に得られる構造を示す断面図である。
(c)(d)(e)の5つのステップの間に得られる構
造を示す断面図である。
の後の第1の樹脂層の構造を示す平面図である。
を示す平面図である。
填) 204 第1の樹脂層の要素部分(広い凹部への充填) 210 第2の樹脂層
Claims (7)
- 【請求項1】(i)複数の分離された領域によって囲ま
れることにより表面に起伏のある幾何学的な位相を有す
る平面化処理を行なうべき構造の上に第1の樹脂層(2
00)を堆積させるステップと、 (ii)マスクされるべき、かつ、下地分離領域よりも小
さい寸法の樹脂パターン(204)を前記下地分離領域
に積層するマスクにより、幾何学的な位相が低くなって
いる前記下地分離領域の上に写真露光により前記第1の
樹脂層を積層するステップと、 (iii)幾何学的な位相変化の度合いが大きい領域を最
適に埋めるために、下地分離領域の分離状態を調整する
基準メッシュであり、下地の幾何学的な位相の変化の度
合いに対して1対1では一致しない前記基準メッシュを
有するマスクを介して、写真露光により前記幾何学的な
位相の変化の度合いの高い下地分離領域の上に前記第1
の樹脂層(202)を積層させるステップと、 (iv)前記幾何学的な位相に倣うように第1の樹脂層を
熱溶融により流し込んで、前記第1の樹脂層が前記下地
分離領域を覆うようにするステップと、 (v)第2の樹脂層を堆積させるステップと、 (vi)プラズマエッチングを行なうステップと、 (vii)機械的・化学的研磨を行うステップと、 を備えることを特徴とする電子回路基板表面への位相幾
何学的影響の補正方法。 - 【請求項2】前記ステップ(ii)および(iii)が、下
地層としての幾何学的な位相低密度領域と高密度領域と
のそれぞれに対するそれぞれ専用の領域を有する汎用の
マスクを用いて行なわれていることを特徴とする請求項
1に記載の電子回路基板表面への位相幾何学的影響の補
正方法。 - 【請求項3】前記ステップ(ii)および(iii)が、特
定のマスクを用いて行なわれていることを特徴とする請
求項1に記載の電子回路基板表面への位相幾何学的影響
の補正方法。 - 【請求項4】前記ステップ(iii)で用いられる前記マ
スクを形成するマスク形成手段が設けられ、このマスク
形成手段が、小さな寸法を有し、かつ、分離された複数
の分離領域パターンから前記第1の樹脂層を取り除くた
めに適用されていることを特徴とする請求項1ないし3
の何れかに記載の電子回路基板表面への位相幾何学的影
響の補正方法。 - 【請求項5】前記ステップ(iii)で用いられる前記マ
スクを形成するマスク形成手段が設けられ、このマスク
形成手段が、複数の線条よりなる格子を有していること
を特徴とする請求項1ないし4の何れかに記載の電子回
路基板表面への位相幾何学的影響の補正方法。 - 【請求項6】前記ステップ(iii)で用いられる前記マ
スクを形成するマスク形成手段が設けられ、このマスク
形成手段が、互いに45度の角度で交差する複数の線条
よりなる格子を有していることを特徴とする請求項1な
いし5の何れかに記載の電子回路基板表面への位相幾何
学的影響の補正方法。 - 【請求項7】前記ステップ(iii)で用いられる前記マ
スクを形成するマスク形成手段が設けられ、このマスク
形成手段が、2μmの間隔で離隔された0.5μmの厚
さを有する複数の線条を有していることを特徴とする請
求項1ないし6の何れかに記載の電子回路基板表面への
位相幾何学的影響の補正方法。
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