(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の素子が形成された半導体基板上の段差のある面に塗布膜を形成し、この塗布膜をエッチングする工程を有する半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板の段差のある面上に、前記塗布膜の形成に先だって、互いに分離された一対の凸部を含むと共に前記一対の凸部で形成されるスペース部の幅が断続的に変化している平面形状を有する検査パターンを形成し、
前記塗布膜のエッチング工程で前記検査パターン内のスペース部での前記塗布膜と前記基板の境界位置を検出して、予め測定されている境界位置とエッチング量の相関関係データに基づいてエッチング量の適否判定を行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
所望の素子が形成された半導体基板上の段差のある面に絶縁膜を堆積した後塗布膜を形成し、この塗布膜をエッチングする工程を有する半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板の段差のある面上に、前記絶縁膜の堆積に先だって、互いに分離された一対の凸部を含むと共に前記一対の凸部で形成されるスペース部の幅が断続的に変化している平面形状を有する検査パターンを形成し、
前記塗布膜のエッチング工程で前記検査パターン内のスペース部での前記塗布膜と前記絶縁膜の境界位置を検出して、予め測定されている境界位置とエッチング量の相関関係データに基づいてエッチング量の適否判定を行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置の製造方法に係り、配線等により段差が形成された面に塗布膜を形成してエッチングする技術の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
塗布膜をエッチングする技術は、主に、半導体集積回路の製造において多層配線を形成する場合に、配線段差を軽減するための平坦化技術として用いられる。例えば、素子が形成された半導体基板に第１層配線を形成し、その上に層間絶縁膜を堆積した後、この層間絶縁膜に転写された凹凸をなくすために、ＳＯＧ（Spin On Glass）等のガラス膜を塗布し、ドライエッチング法により全面エッチング（エッチバック）する。これにより平坦化された基板に第２層配線を形成する（例えば、特公平５−８７１４６号公報）。
【０００３】
この様な塗布膜をエッチングする平坦化技術においては、塗布膜のエッチング量を最適制御することが必要である。そのための方法として、
▲１▼塗布膜のエッチング速度を予め測定しておき、エッチング時間によってエッチング量の適否判定を行う方法、
▲２▼塗布膜のエッチングをプラズマ中で行う場合に、その発光スペクトルの強度変化により塗布膜の残膜厚を判定する方法、
▲３▼平坦部での塗布膜の残膜厚をエリプソメータ等による光学膜厚測定を行う方法、等がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
▲１▼および▲２▼の方法は、いずれも間接的な膜厚測定法を利用するから、高精度のエッチング量制御が難しい。▲３▼の方法は、エッチング量が平坦部での塗布膜厚の範囲であれば有効であるが、平坦部の塗布膜厚以上の削り込みを行う場合には残膜厚測定ができないから、適用できない。
【０００５】
エッチバック完了後に、電子顕微鏡等を用いた断面検査によりエッチング量の適否を評価する方法も考えられるが、これは完成後の検査となるため実際の処理へのフィードバックが遅れる、破壊検査になるため好ましくない、観測点を多くすることが難しくばらつきの評価が容易ではない、といった難点がある。
【０００６】
この発明は、上記事情を考慮してなされたもので、光学的な非破壊検査で簡単にエッチング量の適否判定を可能とした技術を用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、所望の素子が形成された半導体基板上の段差のある面に塗布膜を形成し、この塗布膜をエッチングする工程を有する半導体装置の製造方法において、前記半導体基板の段差のある面上に、前記塗布膜の形成に先だって、互いに分離された一対の凸部を含むと共に前記一対の凸部で形成されるスペース部の幅が断続的に変化している平面形状を有する検査パターンを形成し、前記塗布膜のエッチング工程で前記検査パターン内のスペース部での前記塗布膜と前記基板の境界位置を検出して、予め測定されている境界位置とエッチング量の相関関係データに基づいてエッチング量の適否判定を行うことを特徴としている。
【０００８】
この発明はまた、所望の素子が形成された半導体基板上の段差のある面に絶縁膜を堆積した後塗布膜を形成し、この塗布膜をエッチングする工程を有する半導体装置の製造方法において、前記半導体基板の段差のある面上に、前記絶縁膜の堆積に先だって、互いに分離された一対の凸部を含むと共に前記一対の凸部で形成されるスペース部の幅が断続的に変化している平面形状を有する検査パターンを形成し、前記塗布膜のエッチング工程で前記検査パターン内のスペース部での前記塗布膜と前記絶縁膜の境界位置を検出して、予め測定されている境界位置とエッチング量の相関関係データに基づいてエッチング量の適否判定を行うことを特徴としている。
【０００９】
この発明においては、塗布膜のエッチング量の適否を判定するために、所定の厚みを有し且つ面内の複数箇所でライン幅とスペース幅の比（以下単に、ライン／スペース比という）を異ならせたライン部とスペース部をもつ凸形の検査パターンを利用する。この様な検査パターンを予め平坦面に形成して塗布膜を形成し、この塗布膜をエッチバックすると、ライン／スペース比の異なる箇所では塗布膜のエッチング量が異り、且つそのエッチング量に応じて塗布膜の下地との境界位置が変化する。この塗布膜と下地との境界位置は、光学顕微鏡等により容易に検出することができる。
【００１０】
従って検査パターン内における塗布膜と下地との境界位置とエッチング量の相関関係データを例えば複数回の繰り返し測定によって予め求めておけば、実際の平坦化プロセスでは光学的に前述の境界位置検出を行うことにより、前記相関データに基づいてエッチング量の適否を判定することができる。
この発明によると、破壊観測を要せず、多点測定も容易であり、ばらつきのない正確なエッチング量制御が可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施例を説明する。
図１は、この発明の一実施例に用いる検査パターンを示す。この検査パターンは、例えば第１層配線により段差が形成された基板の面に、第１層配線と同時に形成されるものであって、（ａ）が平面図であり、（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）はそれぞれ（ａ）のＡ−Ａ′，Ｂ−Ｂ′，Ｃ−Ｃ′，Ｄ−Ｄ′位置の断面図である。
【００１２】
図示のようにこの実施例の検査パターンは、所定厚みの１対の凸部１１，１２からなる。凸部１１，１２は所定基板１０の平坦面の幅ｌの範囲内に形成され、この幅ｌの範囲でＡ−Ａ′位置では両側にＬ１なる幅のライン部があり、その内側にＳ１なる幅のスペース部がある。Ｂ−Ｂ′位置では、ライン部の幅がＬ２と大きく、その分スペース部の幅がＳ２と小さくなっている。Ｃ−Ｃ′位置ではライン部の幅がＬ３，スペース部の幅がＳ３であり、Ｄ−Ｄ′位置ではライン部の幅がＬ４，スペース部の幅がＳ４である。即ちこの検査パターンは、ライン／スペース比が異なる複数箇所をもつ様に形成されている。
【００１３】
この発明においては、この様な検査パターンを予め平坦面に形成して塗布膜を形成し、この塗布膜をエッチバックしたとき、ライン／スペース比の異なる箇所で塗布膜のエッチング量が異り、且つそのエッチング量に応じて塗布膜の下地との境界位置が変化することを利用する。そのようなエッチング量と境界位置の相関関係を求める為に、次のような予備測定を行う。
【００１４】
図２は、図１に示す検査パターンを持つ基板にＳＯＧ等の塗布膜１３を形成した状態、及びこれをエッチバックした時の所定時間後の残膜１４の状態を、Ａ−Ａ′，Ｂ−Ｂ′，Ｃ−Ｃ′，Ｄ−Ｄ′各位置の断面図で示している。図示のように検査パターンの内側のスペース部でのエッチングの様子は、スペース部の幅によって異なる。残膜１４の様子を平面図で見ると図３のようになり、スペース部の中心での残り膜１４と下地との境界位置ｅは、エッチングの進行と共に移動する。図４はそのエッチングの進行に伴い境界位置がｅ１，ｅ２，ｅ３…と変化する様子を示している。この境界位置ｅが、検査パターン上のＡ−Ａ′，Ｂ−Ｂ′，Ｃ−Ｃ′，Ｄ−Ｄ′のどの位置にあるかは、光学顕微鏡等により観測することができる。
【００１５】
以上の測定から、エッチバック量（即ち塗布膜の削り込み量）と境界位置ｅの関係、具体的にはエッチバック量とそのときの残膜１４が存在するスペース部の最大幅（臨界間隔）との関係が求められる。そして以上の工程を繰り返し行うことにより、図５に示すような、エッチバック量と臨界間隔の相関関係データが得られる。このデータを予め作成しておけば、実際の半導体素子の平坦化プロセスにおいて、同じような検査パターンを形成して、臨界間隔を検出することにより、図５から、臨界間隔がＡの範囲にあればエッチバック量はＢの範囲にあるという判定ができる。
【００１６】
この発明を配線段差を軽減する平坦化技術として適用した具体的な実施例を説明すれば、図６に示すように、所望の素子が形成されたシリコン基板２１の絶縁膜２２で覆われた面に第１層Ａｌ配線２３を形成する。このＡｌ配線工程で同時に、図１で説明した検査パターン２４を基板の平坦面に形成する。そして第１層Ａｌ配線２３による段差をなくすための平坦化膜として例えばＳＯＧ膜２５を塗布する。このＳＯＧ膜２５をエッチバックして平坦化する際に、光学的な観測と図５のデータを用いることにより、エッチバック量が適正であるか否かを判断することができる。
この様なエッチバック量制御を行って平坦化した後、必要なら更に層間絶縁膜を堆積して、第２層Ａｌ配線を形成する。
【００１７】
以上のようにこの実施例によれば、検査パターン内における塗布膜と下地との境界位置とエッチング量の相関関係データを複数回の繰り返し測定によって予め求めておき、実際の平坦化プロセスでは光学的に前述の境界位置検出を行うことにより、上の相関関係データに基づいてエッチング量の適否を判定することができる。この実施例によると、破壊観測を要せず多点測定も容易であり、ばらつきのない正確なエッチング量制御による平坦化が可能となる。
【００１８】
図７は、図６に対して、第１層配線２３を形成した後、ＳｉＯ2膜等の絶縁膜２６を堆積してから、平坦化用のＳＯＧ膜２５を形成した場合を示している。絶縁膜２６がステップカバレージのよいＣＶＤ膜等である場合には、検査パターン２４は絶縁膜２６に転写される。従って検査パターン２４直接ではなく、絶縁膜２６に転写された検査パターンにより、同様にエッチバック量の検出判定を行うことができる。但しこの場合、図５に示す相関関係データをとる際にも、図７と同様の膜構造を用いる。
【００１９】
この発明に用いる検査パターンは、上記実施例に限られず、図８〜図１３に示すような種々の平面パターンで表される検査パターンを用いることができる。図８は、一定幅の複数のライン部（凸部）８１，８２，８３，８４を異なる複数のスペース幅をもって配列したものであり、ライン／スペース比は図の矢印ａ方向に次第に小さくなる。先の実施例のように塗布膜を形成してエッチバックしたとき、各スペース部に応じて、塗布膜の残膜と下地の境界位置がｅ１，ｅ２，ｅ３のように異なる。従ってこれから、塗布膜の残膜と下地の境界位置とエッチバック量の相関関係データが得られる。
【００２０】
図９の検査パターンは、一対の凸部９１，９２からなり、内側のスペース部がＶ字形となるように連続的に幅を変化させており、ライン／スペース比が図の矢印ｂ方向に次第に大きくなる点は図１の実施例と同様である。図１０の検査パターンはやはり一対の凸部１０１，１０２からなるが、スペース部の幅は一定で、位置に応じてライン部の幅を異ならせたものである。これも、図９と同様に矢印ｂ方向にライン／スペース比が大きくなる。塗布膜の性質として、スペース一定であっても、これを挟むライン部の幅が広い程厚く形成される。即ち、ライン／スペース比の異なる位置で塗布膜の膜厚が異なる。従って塗布膜をエッチバックしたときの境界位置ｅにより、エッチバック量を検出することができる。
【００２１】
図１１の検査パターンは、一対の凸部１１１，１１２からなるが、ライン部の幅およびスペース部の幅をより複雑に変化させたものである。
以上に例示した検査パターンの二つの凸部は、分離されていることは必ずしも必要ではない。例えば図１２の検査パターンは、図１の実施例の検査パターンを一体化して一つの凸部としたものである。また図１３は、図９の実施例の検査パターンを一体化して一つの凸部としたものである。これらも、ライン／スペース比が異なる複数箇所を有するから、塗布膜の境界位置ｅとエッチバック量の相関関係データをとることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、塗布膜のエッチング量の適否を判定するために、所定の厚みを有し且つ面内の複数箇所でライン幅とスペース幅の比を異ならせたライン部とスペース部をもつ凸形の検査パターンを利用する。この様な検査パターンを予め平坦面に形成して塗布膜を形成し、この塗布膜をエッチバックすると、ライン／スペース比の異なる箇所では塗布膜のエッチング量が異り、且つそのエッチング量に応じて塗布膜の下地との境界位置が変化するから、予め検査パターン内における塗布膜と下地との境界位置とエッチング量の相関関係データを複数回の繰り返し測定によって求めておき、実際のプロセスでは光学的に前述の境界位置検出を行うことにより、相関データに基づいてエッチング量の適否を判断することができ、ばらつきのない正確なエッチング量制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施例における検査パターンを示す。
【図２】  同検査パターンと塗布膜の残膜膜厚の関係を示す断面図である。
【図３】  同検査パターンと残膜の関係を示す平面図である。
【図４】  塗布膜のエッチングによる残膜の下地との境界位置の変化を示す平面図である。
【図５】  エッチバック量と塗布膜が残る臨界間隔との相関関係を示すデータである。
【図６】  同実施例の平坦化工程を示す。
【図７】  他の実施例の平坦化工程を示す。
【図８】  他の実施例の検査パターンを示す。
【図９】  他の実施例の検査パターンを示す。
【図１０】  他の実施例の検査パターンを示す。
【図１１】  他の実施例の検査パターンを示す。
【図１２】  他の実施例の検査パターンを示す。
【図１３】  他の実施例の検査パターンを示す。
【符号の説明】
１０…基板、１１，１２…凸部、１３…塗布膜、１４…残膜、２１…シリコン基板、２２…絶縁膜、２３…第１層Ａｌ配線、２４…検査パターン、２６…絶縁膜、ｅ…境界位置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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