(57)【要約】【課題】既に設計したマスクパターンを修正することなく、層間絶縁膜の平坦性を向上させることができる半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】実施形態の半導体装置は、  半導体基板上に被加工膜を形成する工程と、前記被加工膜上にフォトリソグラフィを用いてレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンがほとんど存在しない前記被加工膜上に３次元造形機を用いてダミーパターンを形成する工程と、前記レジストパターンと前記ダミーパターンをマスクとして、前記被加工膜をエッチングする工程と、前記レジストパターンと前記ダミーパターンを除去する工程と、前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜を平坦化する工程と、を具備すること特徴とする。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に被加工膜を形成する工程と、
前記被加工膜上にフォトリソグラフィを用いてレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンが存在しない前記被加工膜上に３次元造形機を用いてダミーパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンと前記ダミーパターンをマスクとして、前記被加工膜をエッチングする工程と、
前記レジストパターンと前記ダミーパターンを除去する工程と、
前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜を平坦化する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記ダミーパターンは、設計データパターンに基づいてインクジェットにより液体樹脂を吐出することで形成される請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記ダミーパターンの高さは、前記インクジェットによる前記液体樹脂の吐出量、又は前記液体樹脂を積層印刷する際の繰り返し回数で制御される請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記３次元造形機はレーザービームを具備し、
前記レジストパターンが存在しない前記被加工膜上にレーザービームを用いて前記ダミーパターンが形成される請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記ダミーパターンは、前記被加工膜上に塗布された液体樹脂に、設計データパターンに基づいてレーザービームを照射して前記液体樹脂を硬化させることで形成される請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
別の基板上に予め前記レジストパターンを用いて形成された下地パターンを有する別の被加工膜上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜を平坦化し、前記平坦化後の前記絶縁膜のうち、前記別の被加工膜上の領域における前記別の基板上の膜厚と、前記別の被加工膜が形成されていない領域における前記別の基板上の膜厚との差に応じて、前記設計データパターンが決定される請求項２、３及び５のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上に堆積された絶縁膜の平坦化には、一般にＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法が用いられている。しかしながら、絶縁膜のＣＭＰによる平坦化では、Gateや配線など下地パターンの粗密に依存して下地パターン上の絶縁膜の残り膜厚が不均一となることがある。このため、１つの半導体チップ内において絶縁膜の標高（半導体基板の主面から絶縁膜の表面までの高さ）にばらつきが生ずるという問題がある。
【０００３】
そこで、この絶縁膜の標高のばらつきを解決するため、以下の方法が用いられる。例えば下地パターン密度が相対的に低い領域において、この下地パターンと同一層のダミー下地パターンを形成し、半導体チップ内の下地パターン密度を均一化する。これによって、その上に形成される絶縁膜の平坦性の向上が図られる。
【０００４】
ＣＭＯＳデバイスにおいては、前述したように下地パターンが密集している領域と下地パターンがほとんど存在しない領域とがある。下地パターンがほとんど存在しない領域にはダミー下地パターンを配置している。これにより下地パターン密度を均一化して、配線を形成するリソグラフィ工程に求められる層間絶縁膜の表面の平坦性を達成している。しかし、既に下地パターンを設計していた場合、下地パターン密度が低い箇所にダミー下地パターンを導入するためにはレチクルのパターンを修正しなければならず、下地パターンを設計し直すのに時間とコストがかかるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１６２０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、既に設計したマスクパターンを修正することなく、層間絶縁膜の平坦性を向上させることができる半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に被加工膜を形成する工程と、前記被加工膜上にフォトリソグラフィを用いてレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンがほとんど存在しない前記被加工膜上に３次元造形機を用いてダミーパターンを形成する工程と、前記レジストパターンと前記ダミーパターンをマスクとして、前記被加工膜をエッチングする工程と、前記レジストパターンと前記ダミーパターンを除去する工程と、前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜を平坦化する工程と、を具備すること特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態において製造工程毎に示す半導体装置の模式的な断面図。
【図２】本発明の一実施形態において製造工程毎に示す半導体装置の模式的な断面図。
【図３】本発明の一実施形態において製造工程毎に示す半導体装置の模式的な断面図。
【図４】本発明の一実施形態において製造工程毎に示す半導体装置の模式的な断面図。
【図５】本発明の一実施形態において製造工程毎に示す半導体装置の模式的な断面図。
【図６】本発明の一実施形態において製造工程毎に示す半導体装置の模式的な断面図。
【図７】本発明の一実施形態において製造工程毎に示す半導体装置の模式的な断面図。
【図８】本発明の一実施形態において製造工程毎に示す半導体装置の模式的な断面図。
【図９】本発明の一実施形態において製造工程毎に示す半導体装置の模式的な断面図。
【図１０】本発明の一実施形態において製造工程毎に示す半導体装置の模式的な断面図。
【図１１】本発明の一実施形態において製造工程毎に示す半導体装置の模式的な断面図。
【図１２】本発明の一実施形態において製造工程毎に示す半導体装置の模式的な断面図。
【図１３】本発明の一実施形態において製造工程毎に示す半導体装置の模式的な断面図。
【図１４】本発明の一実施形態において製造工程毎に示す半導体装置の模式的な平面図。
【図１５】本発明の一実施形態において製造工程毎に示す半導体装置の模式的な平面図。
【図１６】本発明の一実施形態において製造工程毎に示す半導体装置の模式的な平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態の半導体装置の構成及び製造方法について図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。図１乃至図１６は、本発明の一実施形態である半導体装置の製造工程毎の模式的な断面図を示している。
【００１０】
まず、図１に示すように、主にシリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板１を準備する。半導体基板１は、Ｓｉ単結晶基板を用いるが、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ等の単結晶基板を用いてもよく、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いてもよい。また、半導体基板１は、上記材料の多結晶あるいはアモルファス基板でもよい。
【００１１】
次に、図１で示すように、半導体基板１上に被加工膜２を形成する。被加工膜２は、シリコン酸化膜等の絶縁膜、または、多結晶シリコン膜等の半導体膜、またはＡｌなどの金属膜である。
【００１２】
次に、図２で示すように、被加工膜２上にレジストパターン３を形成する。レジストパターン３は、光リソグラフィプロセスにより形成する。
【００１３】
次に、図３で示すように、レジストパターン３がほとんど形成されていない被加工膜２上にダミーパターン４を形成する。ダミーパターン４は、３次元造形機(以下、３Ｄプリンタ)を用いて被加工物上に樹脂を塗布し形成する。樹脂は、レジストパターン４と同じ材料であってもよい。
【００１４】
ダミーパターン４を形成する前に、ダミーパターン４を形成するための事前の確認が必要である。図１４は、ＣＭＰ法で平坦化したウェハ上の１チップの平面図である。チップ５上の疎密差のある下地パターン６上に、ＣＭＰ法によって形成される絶縁膜の膜厚は、面内で差が生じやすい。膜厚差により光路長が異なるため、光の干渉で絶縁膜の面内に色ムラ７が発生する。そこで、すでに設計済みのマスクで被加工物上に作成したレジストパターン３を用いて下地パターン６を作成し、その上に絶縁膜を形成したあとＣＭＰ法で絶縁膜を平坦化する。その後、ウェハ前面の光学顕微鏡画像を取り込み色ムラ７の有無を確認する。
【００１５】
ここで、半導体基板上に形成された絶縁膜の膜厚とは、半導体基板の主面上から絶縁膜の表面までの厚さ（半導体基板上の厚さ）を指し、下地パターン６の表面から絶縁膜の表面までの厚さ（下地パターン６上の絶縁膜の厚さ）ではない。
【００１６】
まず、下地パターン６上の絶縁膜の膜厚を光学膜厚測定器で１ショット毎あるいは１チップ毎に１点以上、ウェハ全面を測定しウェハ面内の絶縁膜の膜厚分布を取得する。次に図１５のように、ショット内、またはチップ内をＸＹ方向に、ここでは例えば１０分割以上に区切って膜厚測定し、ショット内、またはチップ内の膜厚分布を取得する。ここでショット内、またはチップ内で絶縁膜に色ムラ７が発生している場合、ここでは例えば、図１６のように色ムラ７発生エリアをＸＹ方向に更に１０分割以上に細かく区切って膜厚測定し、色ムラ７内の膜厚分布を確認する。複数のショットやチップに跨って色ムラ７が発生している場合も同様に色ムラ７発生箇所を細かく区切ってショット間やチップ間の膜厚測定し、色ムラ７内の膜厚分布を確認する。また、下地パターン６の粗密差や、チップ間の下地のマークパターン等で膜厚差が生じやすいため、必要に応じて測定場所を追加・変更し、測定点を増やしてよい。これらのデータを元に、すなわち、絶縁膜の膜厚差に基づいて、ダミーパターン４の設計データパターンを設定する。
【００１７】
次に、ダミーパターン４の形成方法として、３Ｄプリンタの２つの方式の例を挙げる。
【００１８】
１つ目に、インクジェットノズル８とＵＶランプ９を具備した３Ｄプリンタを用いる場合について説明する。まずウェハを３Ｄプリンタのステージ上に設置し、図３に示すように、ダミーパターン４の設計データパターンに従って、被加工物上に３Ｄプリンタのインクジェットノズル８から液体樹脂を吐出する。ここで、微細パターン作成のために、インクジェット粒形サイズは10ｎｍオーダーで制御できると望ましい。インクジェットノズル８とステージはＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向にｎｍオーダーで精密に駆動する。そして、図４に示すようにＵＶランプ９で紫外線を照射し樹脂を硬化させ、ダミーパターン４の1層目を印刷する。
【００１９】
図５に示すようにインクジェットノズル８を複数回往復させ、１層目の上に同様の工程で２層目、３層目と所望の高さまで繰り返し印刷し、ダミーパターン４を形成する。ダミーパターン４の高さは被加工膜エッチング時に充分残る高さであればよい。また、図６に示すように高さ毎に樹脂の印刷面積を変化させて樹脂を積層することでダミーパターン４の断面がテーパー状になるように、ダミーパターン４の形状制御をすることが可能である。インクジェット方式は必要な領域にのみ樹脂を吐出するため、樹脂材料の無駄が無い利点がある。
【００２０】
２つ目に、レーザービーム機構１０を具備した３Ｄプリンタを用いる方式について説明する。まず、ウェハを３Ｄプリンタのステージ上に設置し、図７に示すように被加工膜上に液体樹脂を塗布する。次に図８に示すように、ダミーパターン４の設計データパターンに従って、紫外線レーザービームを当て樹脂を硬化させる。硬化していない不要な樹脂は有機溶剤等で除去して図９に示すようにダミーパターン４の１層目を形成する。この時、液体樹脂塗布厚を調整、又は１層目の上に２層目、３層目と複数回繰り返し積層印刷することでダミーパターン４の高さを制御する。高さ毎に樹脂の印刷面積を変化させて樹脂を積層することで、図６に示すようにテーパー状など形状制御することが可能である。
【００２１】
次に、図１０で示すように、レジストパターン３及びダミーパターン４をマスクとして、被加工膜２をエッチングする。エッチングとして、ドライエッチング、または、ウェットエッチングを用いる。
【００２２】
次に、図１１で示すように、レジストパターン３及びダミーパターン４をＡｓｈｅｒ、又はＷｅｔ処理にて除去する。これにより、レジストパターン３により下地パターン６が形成され、ダミーパターン４によりダミー下地パターン１１が形成される。
【００２３】
図１２で、ＣＶＤ法により、半導体基板１上に層間絶縁膜１２を形成する。
【００２４】
図１３で、ＣＭＰ法により、層間絶縁膜１２上を研磨することで、その層間絶縁膜１２の表面が平坦化される。
【００２５】
以上説明したように、上記本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、下地パターン６の密度が低い領域にダミー下地パターン１１を形成するためのダミーパターン４を形成する際に、３Ｄプリンタを用いる。これにより、既存のレチクルを作成し直す必要がなく、下地パターン６の密度が低い領域にダミー下地パターン１１を形成することができる。
【００２６】
また、ダミーパターン４を形成する際には、３Ｄプリンタを用いた方が、従来のリソグラフィを用いた時よりも、製造時間の短縮と製造コストの削減をすることができる。また、リソグラフィはショット毎の露光だが、３Ｄプリンタは１列毎の形成なので、大面積で形成することができる。将来的にはレジストパターン３を含めたすべてのパターンを３Ｄプリンタで形成し、３Ｄプリンタが完全に露光装置に置き換わることが期待される。また、事前に別のウェハで測定した下地パターン６上の絶縁膜厚の分布や色ムラ７等のデータを元にして、最適な箇所にダミー下地パターン１１を形成することができる。
【００２７】
なお、上記実施形態は唯一の実施形態では無く、種々の変形が可能である。すなわち、上記一実施形態は複数の態様を含んでおり、その一部のみが実施されても良い。
【００２８】
本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００２９】
１  半導体基板
２  被加工膜
３  レジストパターン
４  ダミーパターン
５  チップ
６  下地パターン
７  色ムラ
８  インクジェットノズル
９  ＵＶランプ
１０  レーザービーム機構
１１  ダミー下地パターン
１２  層間絶縁膜 
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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