JP2006287216A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンタクトやビアを形成する際の、露光時の光量不足による開口不良を抑制する。
【解決手段】コンタクトプラグ１７の断面形状を、長手方向に所定の間隔をおいて配置された複数の第一領域３０２と、隣接する第一領域３０２を連結する、第一領域より幅狭の第二領域３０４とを含む形状とする。第一領域３０２は、それぞれ円弧状の形状（領域の外縁の少なくとも一部が円弧をなす形状）を有する。第二領域３０４と第一領域３０２の長手方向長さ比ｂ／ａ＝（ｄ−ｒ）／ｒを、０．５以下とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、導電プラグを備える半導体装置に関するものである。

ＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）型電界効果トランジスタ（以下、ＭＯＳトランジスタという）のゲート電極とソース・ドレイン領域とを電気的に接続する局所配線構造として、いわゆる共通コンタクトを用いる構造が知られている。図７は、共通コンタクトを用いた局所配線構造の例を示す図である。

ＭＯＳトランジスタＴｒは、基板１１０の表面に形成された層間絶縁膜１１６によって覆われている。層間絶縁膜１１６の内部には、層間絶縁膜１１６を上下に貫通するコンタクトホール１１８が形成されている。このコンタクトホール１１８は、ゲート電極１１４とソース・ドレイン領域１１２ａの双方に接触しており、ゲート電極１１４とソース・ドレイン領域１１２ａが互いに電気的に接続される。

層間絶縁膜１１６の上には、コンタクトプラグ１１７の上端に接触するように配線（図示せず）が形成される。その結果、その配線に対して、ゲート電極１１４とソース・ドレイン領域１１２ａが一つのコンタクトプラグ１１７を介して電気的に共通接続される。すなわち、ゲート電極１１４とソース・ドレイン領域１１２ａは、それらに共通のコンタクトホール１１８と共通のコンタクトプラグ１１７によって互いに接続されるのである。

図８（ａ）は、層間絶縁膜１１６にコンタクトホール１１８を形成する工程において使用される、フォトレジスト膜のパターン化用マスクＭ１０１の一例を示す図である。マスクＭ１０１には、コンタクトホール１１８に対応する位置に、ゲート電極１１４とソース・ドレイン領域１１２ａに跨るように形成された長方形の窓ｗ１０１を備えている。このマスクＭ１０１の窓ｗ１０１によって実際に層間絶縁膜１１６に形成されるコンタクトホール１１８は、図８（ｂ）に示すように、楕円形に近い平面形状を持つ。

しかしながら、図７に示した「共通コンタクト」を用いる局所配線構造では、図７に矢印Ａで示しているように、ソース・ドレイン領域１１２ａ側の側壁スペーサ１１５の直下の箇所において、電流リークが生じることがあった。これは以下の理由による。

側壁スペーサ１１５は絶縁膜のエッチバックにより形成されるので、側壁スペーサ１１５の外側面は図７に示すように、基板１１０の表面に対して垂直ではなく幾分傾斜している。また、層間絶縁膜１１６は通常、側壁スペーサ１１５と同系統の材質で形成される。このため、層間絶縁膜１１６を選択的にエッチングしてコンタクトホール１１８を形成する工程で、側壁スペーサ１１５もエッチングされやすい。さらに、ソース・ドレイン領域１１２ａ、１１２ｂはＬＤＤ構造となっているので、エッチングされる前の側壁スペーサ１１５の直下の領域では、ソース・ドレイン領域１１２ａが浅く形成されているだけでなく、不純物濃度も低くなっている。その結果、コンタクトプラグ１１７の下端が一方の（図７では左側の）側壁スペーサ１１５の直下の領域でソース・ドレイン領域１１２ａに接触してしまい、リーク電流の経路が形成されてしまうのである。

こうした課題を解決するため、特許文献１は以下の技術を提案している。

図９は、特許文献１における図２に記載された半導体装置の構成を示す要部断面図である。半導体装置１０１に含まれるＭＯＳトランジスタの構造は、同文献における図１９に示したものと同様である。層間絶縁膜１１６の内部には、層間絶縁膜１１６を上下に貫通するコンタクトホール１１８が形成されている。このコンタクトホール１１８は、層間絶縁膜１１６の内部に近接して形成された二つのコンタクトホール１１８ａと１１８ｂを上部において互いに接合されている。コンタクトホール１１８の平面形状は概略、図１０のようになる。すなわち、両端が幅広で中央が幅狭の瓢箪形になっている。コンタクトホール１１８の内部には、導電性のコンタクトプラグ１１７が充填されている。コンタクトプラグ１１７の下端は、二つに枝分かれしていて、コンタクトホール１１８ａと１１８ｂを介してソース・ドレイン領域１１２ａの表面とゲート電極１１４の表面にそれぞれ接触している。こうして、ソース・ドレイン領域１１２ａとゲート電極１１４とがコンタクトプラグ１１７を介して電気的に接続されて、局所配線構造を構成している。

この配線構造は、図１１に示す形状のフォトレジスト膜１３４を用いてドライエッチングを行うことにより得られる。フォトレジスト膜１３４のパターン化に用いるマスクＭ１の一例を図１３に示す。図１３に示すように、マスクＭ１は、二つの矩形の窓ｗ１ａとｗ１ｂを持っている。窓ｗ１ａは、ソース・ドレイン領域１１２ａの真上に位置しており、コンタクトホール１１８ａを形成するのに使用される。窓ｗ１ｂは、ゲート電極１１４の真上に位置しており、コンタクトホール１１８ｂを形成するのに使用される。このマスクＭ１を使用することにより、図１１に示すように、二つの窓ｗ１ａとｂを繋げたような一つの窓１３４ａがフォトレジスト膜１３４に形成される。この時、窓１３４ａの内部には、マスクＭ１の窓ｗ１ａとｗ１ｂの間の部分に対応する残存部１３４ｂが層間絶縁膜１１６上に残っている。

このような残存部１３４ｂが残る理由として、特許文献１には、以下のように記載されている。すなわち、残存部１３４ｂは、窓ｗ１ａとｗ１ｂの間隔Ｄがフォトリソグラフィ工程で露光に使用する光の波長の（１／３）程度に設定される。間隔Ｄがこの程度の値に設定されていると、露光に使用する光の解像限界よりも少し大きいため、窓ｗ１ａとｗ１ｂの間の残存部１３４ｂの露光が不十分となり、完全には除去されず、その結果、残存部１３４ｂが図１１に示すように層間絶縁膜１１６上に残ると記載されている。

図１１のようにパターン化したフォトレジスト膜１３４をマスクとして層間絶縁膜１１６の異方性エッチングを行うと、層間絶縁膜１１６は図１２に示すように選択的にエッチングされ、マスクＭ１の二つの窓ｗ１ａ、ｗ１ｂに対応するコンタクトホール１１８ａ、１１８ｂが形成される。この時、フォトレジスト膜１３４の残存部１３４ｂの影響により、図１２に示すように、層間絶縁膜１１６の残存部１１６ａがコンタクトホール１１８ａ、１１８ｂの間に形成される。また、コンタクトホール１１８ａ、１１８ｂは、上部で互いに繋がった構造となる。

このような枝分かれ構造のコンタクトプラグを形成すれば、側壁スペーサ１１５がエッチングされリーク電流発生を引き起こすことが防止される。
特開２００２−３３３８９号公報

しかしながら、近年では素子の微細化が進み、図９に示すような枝分かれ構造の共通コンタクトを設計通りに形成することが困難となる場合がある。本発明者の検討によれば、コンタクトの径が小さくなると、露光時の光量不足が起こり、設計したサイズよりコンタクト径が小さくなりコンタクト不良を招く原因となることが明らかになった。このことについて図１４を参照して説明する。

図１４（ａ）は、比較的大きなサイズのコンタクト１０１を配置したレチクルを用いて露光を行ったときの、フォトレジスト開口パターンを示す模式図である。コンタクト１０１同士の間隔を比較的広くとった箇所では、開口部１０２のように、設計通りの形状のレジスト開口部が得られる。一方、コンタクト１０１同士の間隔が狭い箇所では、開口部１０３のように、隣接する開口部が合一し、設計サイズより大きい楕円状の開口部が形成される。楕円状の開口部の中央部は、設計サイズよりも太幅に形成される。この種の問題は、スリット状のコンタクト（幅方向の寸法より長手方向の寸法の方が長い形状のコンタクト）においても同様に起こる。

図１４（ｂ）は、コンタクトのサイズを図１４（ａ）よりも小さくした場合の様子を示す図である。この場合も、隣接するコンタクト１０４間にまたがって楕円状の開口部が形成されるが、その面積は図１４（ａ）よりも小さくなる。レチクル上に小さいサイズのコンタクト１０４を形成した場合、露光時の光量が不足するため、フォトレジストの開口部１０５は設計サイズよりも若干小さくなる。

図１４（ｃ）は、隣接するコンタクト１０４間の距離を、図１４（ｂ）に示した配置より大きくした例である。この場合、図示したように個々のコンタクト１０４にそれぞれレジスト開口部が形成されるが、そのサイズは、図１４（ｂ）の場合よりもさらに小さくなる。露光時の光量不足がより顕著になるためである。

こうした露光の光量不足を解消するため、あらかじめレチクル上の開口部を大きくしておくことも考えられるが、図１４（ｂ）や図１４（ｃ）で示したレイアウトの場合、レチクル上のパターン寸法と、それを用いて得られるレジスト開口部の寸法との比が、プロセス要因により大きくばらつくため、上記方法は現実的な解とはなりにくい。

以上のように、ビアのサイズを微細化した場合、露光時の光量不足という課題が生じることとなり、かかる課題への対策が重要となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、コンタクトやビアを形成する際の、露光時の光量不足による開口不良を抑制することを課題とする。

本発明によれば、
半導体基板と、
前記半導体基板の表面またはその上部に設けられた第一導電体と、
前記第一導電体を覆う層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に設けられた第二導電体と、
前記層間絶縁膜中に設けられ、前記第一導電体および前記第二導電体を接続する導電プラグとを備え、
前記半導体基板の表面と平行な面内における前記導電プラグの断面形状が、長手方向に離間して配置された複数の第一領域と、前記第一領域を連結する第二領域とを含む形状であって、前記第二領域の長手方向長さが、前記第一領域の長手方向長さの０．５倍以下である半導体装置、
が提供される。

本発明によれば、
半導体基板の表面またはその上部に第一導電体を形成する工程と、
前記第一導電体を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
層間絶縁膜上にレジスト膜を形成する工程と、
所定のレチクルを用いて露光を行った後、現像を行うことにより、前記レジスト膜に開口部を形成する工程と、
開口部の形成された前記レジスト膜をマスクとして、前記層間絶縁膜をエッチングし、接続孔を形成する工程と、
前記接続孔の内部に導電膜を埋設し、導電プラグを形成する工程と、
前記導電プラグ上に、前記導電プラグと接続する第二導電体を形成する工程と、
を含み、
前記レチクル上における前記導電プラグに対応する部分の形状が、長手方向に離間して配置された複数の第一部分と前記第一部分を連結する前記第一部分より幅狭の第二部分とを含み、前記第二部分の長手方向長さが、前記第一部分の長手方向長さの０．５倍以下である半導体装置の製造方法、が提供される。

本発明によれば、第一導電体の断面形状を、第一領域（第一部分）およびこれを連結する第二領域（第二部分）を含む形状とし、さらに、第一領域（第一部分）同士を近接させた構成としているため、コンタクトやビアを形成する際の露光時の光量不足による開口不良が起こりにくい、生産性に優れる半導体装置が提供される。

本発明によれば、コンタクトやビアを形成する際の露光時の光量不足による開口不良が効果的に解決される。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る半導体装置１の構成を示す要部断面図である。

この半導体装置１は、ＭＯＳトランジスタＴｒ、上部配線１９およびこれらを接続するコンタクトプラグ１７とにより構成されており、シリコン基板１０と、シリコン基板１０の表面またはその上部に設けられた第一導電体（ソース・ドレイン領域１２ａ、ゲート電極１４）と、第一導電体を覆う層間絶縁膜２６と、層間絶縁膜２６上に設けられた第二導電体（上部配線１９）と、層間絶縁膜２６中に設けられ、第一導電体および第二導電体を接続する導電プラグ（コンタクトプラグ１７）とを備えている。

ＭＯＳトランジスタＴｒは、シリコン基板１０の表面近傍に形成された、シリコン基板１０とは反対の導電型を持つ一対のソース・ドレイン領域１２ａ、１２ｂと、シリコン基板１０の表面上に形成されたゲート絶縁膜１３と、ゲート絶縁膜１３上に形成されたゲート電極１４と、ゲート電極１４の両側に形成された一対のサイドウォール１５とを備えている。ソース・ドレイン領域１２ａとゲート電極１４には、それらの電気抵抗を低下させるために、上部にシリサイド領域がそれぞれ形成されている（不図示）。

ＭＯＳトランジスタＴｒは、シリコン基板１０の全面に形成された層間絶縁膜１６によって覆われている。層間絶縁膜１６の内部には、層間絶縁膜１６を上下に貫通するコンタクトホール１８が形成されている。コンタクトホール１８の内部には、導電性のコンタクトプラグ１７が充填され、ソース・ドレイン領域１２ａ、ゲート電極１４と上部配線１９とが、コンタクトプラグ１７を介して電気的に接続され、局所配線構造を構成している。

コンタクトプラグ１７の平面形状は概略、図２のようになる。すなわち、両端が幅広で中央が幅狭の瓢箪形になっている。

図１および図２に示した半導体装置の製造方法について、図３を参照して説明する。はじめに、シリコン基板１０上に、ゲート絶縁膜１３、ゲート電極１４を形成する。次いで、基板全面に絶縁膜を形成後、エッチバックを行うことにより、サイドウォール１５を形成する。つづいて、基板全面にイオン注入を行い、ゲート電極１４周辺のシリコン基板１０表面部分にソース・ドレイン領域１２ａ、１２ｂを形成する。以上により作製されたＭＯＳトランジスタＴｒを覆うように層間絶縁膜２６を成膜した後、その上にフォトレジスト３０を成膜する。以上のようにして図３（ａ）の構造体を得る。

次いで、フォトレジスト３０をパターニングし、所定位置に開口部を形成する。このときのレチクルとフォトレジスト開口部の関係は、図４（ｂ）のようになる（図４については後述する）。図４（ｂ）に示す開口パターン３０５の設けられたレチクルを用いて露光、現像を行うことにより、図３（ｂ）および図４（ｂ）に示すように、フォトレジスト３０に開口部３００を形成する。開口部３００とゲート電極１４等との位置関係は図５のようになる。

このレジスト膜を用いて層間絶縁膜２６をドライエッチングすることにより、図３（ｃ）に示すコンタクトホール１８が形成される。このコンタクトホール１８内に、公知のダマシンプロセスを用いて金属膜を埋設し、コンタクトプラグ１７を形成する。その後、コンタクトプラグ１７上に絶縁膜を形成した後、ダマシンプロセスにより上部配線１９を形成することにより、図１および図２に示した半導体装置が形成される。

次に、上記の製造工程で使用するレチクルパターンおよびコンタクトプラグ１７の平面形状について説明する。

図４（ａ）は、コンタクトプラグ１７の平面図である。図４（ｂ）は、コンタクトプラグ１７と、その形成に用いるレチクルパターンを重ね合わせて示したものである。このレチクルパターンは、コンタクトプラグ１７に対応するコンタクトホール形成時の露光工程で用いるレチクルパターンであり、図３（ｂ）の工程においてフォトレジスト３０に開口部３００を設ける際に用いられるものである。

図４（ａ）に示したように、半導体基板の表面と平行な面内におけるコンタクトプラグ１７の断面形状は、長手方向に所定の間隔をおいて配置された複数の第一領域３０２と、隣接する第一領域３０２を連結する、第一領域より幅狭の第二領域３０４とを含む形状となっている。第一領域３０２は、それぞれ円弧状の形状（領域の外縁の少なくとも一部が円弧をなす形状）を有する。

本実施形態では、第一領域３０２の中心点間距離ｄを小さくし、第二領域３０４の長手方向長さｂを小さく設定する。第一領域３０２は、通常のコンタクトプラグの形状である。従来の半導体装置の構造では、コンタクトプラグを複数設ける場合、プラグ間の距離は露光解像度よりも充分大きく設定され、たとえば第二領域の長手方向長さｂは、第一領域の長手方向長さａと同等か、それ以上に設定される。プラグ径が比較的大きい場合は、このようなレイアウトとすることで一定の加工精度が担保され、設計した形状に近いプラグが形成される。

これに対し本実施形態では、敢えてプラグ間の距離を小さく設定し、露光光量不足を解消するものである。本実施形態の方法は、たとえばコンタクト径が０．２μｍ未満の微細なプラグを形成する場合に特に有効となる。

本実施形態では、コンタクトプラグの平面形状を以下のように設定している。
第一領域３０２の長手方向長さａ＝第一領域３０２の幅（直径）ｒ
第二領域３０４の長手方向長さｂ＝ｄ−ｒ
ｂ／ａ＝（ｄ−ｒ）／ｒ
そして、第二領域３０４と第一領域３０２の長手方向長さ比ｂ／ａ＝（ｄ−ｒ）／ｒを、０．５以下、好ましくは０．３以下とする。ｂ／ａを０．５以下とすることにより、製造安定性に優れ、歩留まりの高い構造を実現することができる。また、ｂ／ａを０．３以下とすることにより、製造安定性および歩留まりがさらに向上する。ｂ／ａの上限値を０．５としたのは、本発明者の実験に基づくものである。この点は後述する実施例により説明する。また、ｂ／ａは０より大きい正の値をとるが、０．１以上とすることが好ましい。ｂ／ａを０．１以上とすることにより、くびれ部分（第二領域３０４）の形状安定性に優れる構造を実現することができる。なお、第二領域３０４の幅（直径）ｗは、第一領域３０２の幅ｒよりも狭くなっている。

ｂおよびｂ’の値は、コンタクトプラグ１７を形成する際の露光工程の解像限界未満の長さであることが好ましく、レチクルを露光する際の露光波長の好ましくは０．５倍以下、より好ましくは０．３倍以下に設定される。また、ｂの値は、半導体装置における最小配線間距離未満であることが好ましい。
半導体装置の設計において、最小配線間距離は、解像可能な最小寸法に設定されることが多い。解像可能な最小寸法は、通常、露光波長の０．５倍程度となる。ｂおよびｂ’を上記解像可能な最小寸法よりも小さくした場合、第一領域３０２同士を適度に近づけることにより両者が合一して瓢箪形状のビアとなる現象が顕著に発生する。これにより、露光光量不足が効果的に解消される。

また、コンタクトプラグ１７の断面形状は、その底部から頂部にわたって略均一な形状を有し、いずれの断面をみても、複数の第一領域３０２およびこれらを連結する第二領域３０４からなる形状となっている。

以上のような形状のコンタクトプラグ１７を形成するために、図４（ｂ）に示すようなレチクルパターンが用いられる。図４（ｂ）において、プラグに対応するレチクル上の開口パターン３０５は、長手方向に離間して配置された複数の第一部分３０６と、これらを連結する第二部分３０８とを含む。図４（ｂ）中、ａ’＝ｒ’であり第一部分３０６は正方形の形状となっている。第二部分３０８の幅ｗ’は、第一部分３０６の幅ｒ’よりも狭くなっている。

第一部分３０６の中心点間距離ｄ’はコンタクトプラグ１７における第一領域３０２の中心点間距離ｄと等しく第一領域３０２、第二領域３０４の長手方向長さは、それぞれ、第一部分３０６、第二部分３０８の長手方向長さに略等しい。

図４（ｂ）に示すレチクル上の開口パターン３０５は、下記式
（ｄ’−ｒ’）／ｒ’
で表される形状パラメータが、好ましくは０．５以下、より好ましくは０．３以下となるように設定される。ｂ’／ａ’を０．５以下とすることにより、第一領域３０２同士が適度に近接するため、両者が合一して瓢箪形状のビアとなる現象が顕著に発生する。これにより、露光光量不足が効果的に解消され、製造安定性に優れ、歩留まりの高い構造を実現することができる。すなわち、レチクルにおける開口部の大きさと、そのレチクルを用いて作成されたプラグの大きさの乖離を低減できる。ｂ’／ａ’の上限値を０．５としたのは、本発明者の実験に基づくものである。この点は後述する実施例により説明する。なお、ｂ’／ａ’を０．３以下とすれば、上記乖離を安定的に低減でき、製造安定性を顕著に改善することができる。また、ｂ’／ａ’は０より大きい正の値をとるが、０．１以上とすることが好ましい。ｂ’／ａ’を０．１以上とすることにより、くびれ部分（第二領域３０４）の形状安定性が向上する。ｂ’／ａ’が近づきすぎると、くびれ部分（第二領域３０４）のできあがりのビア形状がばらつくことがあり、図４に示すような瓢箪型のビアではなく、楕円型のビアが形成されてしまうこともある。

なお、ｗ／ｒ、ｗ’／ｒ’の値は、好ましくは０．１〜０．８、より好ましくは０．２〜０．５となるように設定される。このような範囲にあれば、第二領域３０４の部分において、ビアプラグが設計パターンに対し適度に太った形状となり、露光時の光量不足が効果的に解消される。

以上に述べたように、本実施形態の共通コンタクト構造は、第一領域３０２を連結する幅狭の第二領域３０４を設けるとともに、第一領域３０２間の距離を短くし第一領域３０２同士を近接させた構成としているため、以下の効果を奏する。

第一に、本実施形態の共通コンタクト構造によれば、その製造時においてレジスト露光の光量不足が抑制され、優れた製造安定性が実現される。本実施形態では、（ｄ’−ｒ’）／ｒ’
で表される形状パラメータ（第一、第二の領域の長さ比）の値を０．５以下に規定している。このため、３０２が設計通りに安定的に形成される。すなわち、マスク開口部の第一領域３０２の幅が、レチクル上の第一部分３０６の幅ｒ’とほぼ等しくなり、かつ、ｒのばらつきが顕著に抑制される。これは、コンタクトプラグの断面形状を上記のようにすることによって、露光光量の不足が効果的に解消されることによる。第一領域３０２を第二領域３０４で連結させても、第一領域３０２間の距離が離れている場合は、充分な効果が得られにくく、特にｒのばらつきが大きくなる傾向がある。

近年の半導体装置においては、コンタクトホールの径が益々微細化され、露光光量不足の問題はより顕著となる傾向がある。本実施形態によれば、かかる問題が有効に解決される。

第二に、本実施形態の共通コンタクト構造によれば、抵抗の低い、優れた電気的特性が得られる。本実施形態の共通コンタクト構造は、第一領域３０２を複数個連結させた構造であるため、コンタクトの断面積を大きくすることができ、低抵抗のプラグを実現することができる。なお、本実施形態では連結個数を２としたが、図６のように３とすることもでき、さらにそれ以上の連結個数とすることもできる。こうすることにより、さらに低い抵抗を容易に実現することができる。

第三に、本実施形態によれば、リーク電流が抑制され、高い信頼性を有する構造が実現される。本実施形態の共通コンタクト構造は、コンタクトホール形成工程において、層間絶縁膜のエッチングが安定的に行われるため、サイドウォールの消失が効果的に抑制される。従来技術の項で説明したスリット型のコンタクトホールを形成する場合、通常の円形のホールを形成するときに比べ層間絶縁膜のエッチング速度が速くなる。これに対し、本実施形態の共通コンタクトは、上述のように、くびれ部（第二領域３０４）を有する断面形状を有するため、層間絶縁膜のエッチング速度が通常の円形のホールを形成するときと同程度の値となり、かつ、エッチング速度のばらつきも低く抑えられる。くわえて、本実施形態では、くびれ部（第二領域３０４）がサイドウォール１５の直上に位置する配置が採用されており、ホール形成工程におけるサイドウォール１５上のレジスト開口面積は小さく設定される。これらの点から、本実施形態ではサイドウォール１５の消失が効果的に抑制される。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

たとえば、上記実施の形態では、図４に示すように、第一部分３０６および第二部分３０８の各中心が長手方向において同一直線上にのるように配置され、同様に第一領域３０２および第二領域３０４の各中心が長手方向において同一直線上にのるように配置されているが、これに限定されない。各中心は同一直線上になくてもよく、たとえば図１５のような形状を有していてもよい。

なお、本実施形態ではトランジスタと配線を接続するコンタクトプラグの例を挙げて説明したが、本発明を多層配線の上下の配線間を接続するビアプラグ等に適用することもできる。この場合も上記と同様の効果が得られる。すなわち、露光光量不足の問題を解消し優れた製造安定性が得られる。また、ビアプラグ形成時のエッチング工程において下地となる下層配線の損傷が抑制され、低抵抗、低リークのビアプラグが得られる。

実施の形態で示した図１、図２の構造を有する共通コンタクトプラグを備える半導体装置を形成し、製造安定性を評価した。この半導体装置は、半導体基板上に設けられたゲート電極と、このゲート電極の周囲の半導体基板表面に設けられた不純物拡散領域とを有するトランジスタを備え、ゲート電極および不純物拡散領域の双方に接続する共通コンタクトプラグを有している。

レチクルパターンを変更しレジスト開口部の形状を変えることにより、図１６のように種々の断面形状のプラグを形成し、寸法安定性を評価した。図１６中、ａ、ａ’、ｂ、ｂ’、ｄ、ｄ’、ｒ、ｒ’の定義は図４と同様であり、単位はｎｍ（ナノメートル）である。
ａ，ｂ，ｄ，ｒは、いずれも、作成されたコンタクトプラグの平面形状に関するパラメータである（図４（ａ））。
ａ：第一領域３０２の長手方向長さ
ｂ：第二領域３０４の長手方向長さ
ｄ：第一の領域３０２の中心点間の距離（重心間距離）
ｒ：第一領域３０２の幅（直径）
ａ＝ｒ
ｂ／ａ＝（ｄ−ｒ）／ｒ
一方、ａ’，ｂ’，ｄ’，ｒ’は、いずれも、コンタクトプラグの形成に用いるレチクルパターンに関するパラメータである（図４（ｂ））。
ａ’：第一部分３０６の長手方向長さ
ｂ’：第二部分３０８の長手方向長さ
ｄ’：第一の部分３０６の中心点間の距離（重心間距離）
ｒ’：第一部分３０６の幅（直径）
ａ’＝ｒ’
ｂ’／ａ’＝（ｄ’−ｒ’）／ｒ’
いずれの例においても、ｒ＝ａ、ｒ’＝ａ’、つまり、第一領域、第一部分を正方形の形状とした。

共通コンタクトプラグは、実施の形態で説明した方法により作製した。コンタクトホール形成用マスクのパターニング工程における製造条件は以下のとおりである。
露光波長：１９３ｎｍ（ＡｒＦ）
解像度：約１２０ｎｍ
半導体装置の最小配線間距離：１２０ｎｍ

本実施例では、いずれも第一領域のプラグ径（第一領域長さａ）を１２０μｍとしている。これに対して、第二領域の長手方向長さｂを変え（試料ＮＯ．１、２、３）、プラグの製造安定性を評価した。製造安定性は、プラグの断面形状の設計値との乖離度ｒ／ｒ’により評価した。ｒ／ｒ’は、レチクルにおける開口部の大きさと、そのレチクルを用いて作成されたプラグの大きさの比を表す。ｒ／ｒ’が１に近ければ、設計通りのプラグが形成されたことになり、ｒ／ｒ’が小さければ、光量不足等により、設計値よりも小さなプラグが形成されたこととなる。

図１６において、ＮＯ．１の試料は、ｂ／ａおよびｂ’／ａ’が、いずれも０．５以上の値となっている。これに対してＮＯ．２、３の試料では、ｂ／ａおよびｂ’／ａ’が、いずれも０．５以下の値となっている。これらについて、ｒとｒ’の乖離の程度を評価した。図１６に示したように、ＮＯ．１では、ｒとｒ’の乖離が大きかったのに対し（ｒ／ｒ’＝０．７７）、ＮＯ．２、３では、ｒとｒ’の乖離が小さい（ｒ／ｒ’＝０．８６、０．９７）ことが明らかになった。また、図示していないが、複数の試料を評価したときのｒ／ｒ’のばらつきも、ＮＯ．１に比べＮＯ．２、３では小さくなり、特にＮＯ．３ではばらつきが顕著に低減されることが確認された。以上のことから、ＮＯ．２、３のように、ｂ／ａおよびｂ’／ａ’がいずれも０．５以下となる構造とすることにより、レジスト開口部の寸法を設計通りにすることができる。

以上のことから、２つの第１領域を第２領域を介して連結した平面形状とし、かつ、第１領域間の距離（図４中のｂ）を小さくすることにより、プラグの形状安定性が向上することが明らかになった。このようにすることにより、露光時の光量不足が解消されるためと考えられる。

実施の形態に係る半導体装置の断面構造を模式的に示した断面図である。 コンタクトプラグの平面形状を示す図である。 実施の形態に係る半導体装置の製造方法を模式的に示した工程断面図である。 レチクルとフォトレジスト開口部の関係を示す図である。 開口部とゲート電極等との位置関係を示す図である。 コンタクトプラグの平面形状の他の例を示す図である。 共通コンタクトを用いた局所配線構造の例を示す図である。 コンタクトホール形成時に使用されるマスクパターンの従来例を示す図である。 従来技術に係る半導体装置の断面構造を模式的に示した断面図である。 従来技術に係る半導体装置の構造を模式的に示した断面図である。 従来技術に係るコンタクトホールの平面図である。 従来技術に係る半導体装置の製造方法を模式的に示した断面図である。 従来技術に係るマスクの例を示す図である。 従来の半導体装置において露光光量不足の課題が生じることを説明するための模式図である。 コンタクトプラグの平面形状の他の例を示す図である。 実施例において作製、評価したコンタクトプラグの寸法を示す図である。

符号の説明

１ 半導体装置
１０ シリコン基板
１２ａ，ｂ ソース・ドレイン領域
１３ ゲート絶縁膜
１４ ゲート電極
１５ サイドウォール
１６ 層間絶縁膜
１７ コンタクトプラグ
１８ コンタクトホール
１８ａ コンタクトホール
１８ｂ コンタクトホール
１９ 上部配線
２６ 層間絶縁膜
３０ フォトレジスト
３４ フォトレジスト膜
１０１ コンタクト
１０２ 開口部
１０３ 開口部
１０４ コンタクト
１０５ 開口部
１１０ 基板
１１２ａ，ｂ ソース・ドレイン領域
１１４ ゲート電極
１１５ 側壁スペーサ
１１６ 層間絶縁膜
１１６ａ 残存部
１１７ コンタクトプラグ
１１８ コンタクトホール
１１８ａ，ｂ コンタクトホール
１３４ フォトレジスト膜
１３４ａ 窓
１３４ｂ 残存部
３００ 開口部
３０２ 第一領域
３０４ 第二領域
３０５ 開口パターン
３０６ 第一部分
３０８ 第二部分

Claims (17)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板の表面またはその上部に設けられた第一導電体と、
   前記第一導電体を覆う層間絶縁膜と、
   前記層間絶縁膜上に設けられた第二導電体と、
   前記層間絶縁膜中に設けられ、前記第一導電体および前記第二導電体を接続する導電プラグとを備え、
   前記半導体基板の表面と平行な面内における前記導電プラグの断面形状が、長手方向に離間して配置された複数の第一領域と、前記第一領域を連結する第二領域とを含む形状であって、前記第二領域の長手方向長さが、前記第一領域の長手方向長さの０．５倍以下である半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記第二領域の長手方向長さが、前記第一領域の長手方向長さの０．１倍以上である半導体装置。
3. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記第一領域が円弧状の形状を有し、
   前記第一領域の直径をｒ、前記第一領域間の中心点間距離をｄとして、前記第一領域の長手方向長さがｒ、前記第二領域の長さが（ｄ−ｒ）で表され、
   前記第二領域の長手方向長さ（ｄ−ｒ）が、前記第一領域の長手方向長さｒの０．５倍以下である半導体装置。
4. 請求項３に記載の半導体装置において、
   前記第二領域の長手方向長さ（ｄ−ｒ）が、前記第一領域の長手方向長さｒの０．１倍以上である半導体装置。
5. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記第二領域が前記第一領域より幅狭の領域である半導体装置。
6. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記第二領域の長手方向の長さが、当該半導体装置における最小配線間距離未満である半導体装置。
7. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記第二領域の長手方向の長さが、前記導電プラグ形成時に用いるフォトレジストのパターニング工程における露光波長の０．５倍以下である半導体装置。
8. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記導電プラグの断面形状が、前記導電プラグの底部から頂部にわたって略均一な形状を有する半導体装置。
9. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記半導体基板上に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極の周囲の半導体基板表面に設けられた不純物拡散領域とを有するトランジスタを備え、
   前記第一導電体は、前記ゲート電極および前記不純物拡散領域により構成され、
   前記導電プラグは、前記ゲート電極および前記不純物拡散領域の双方に接続する共通コンタクトプラグである半導体装置。
10. 半導体基板の表面またはその上部に第一導電体を形成する工程と、
    前記第一導電体を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
    層間絶縁膜上にレジスト膜を形成する工程と、
    所定のレチクルを用いて露光を行った後、現像を行うことにより、前記レジスト膜に開口部を形成する工程と、
    開口部の形成された前記レジスト膜をマスクとして、前記層間絶縁膜をエッチングし、接続孔を形成する工程と、
    前記接続孔の内部に導電膜を埋設し、導電プラグを形成する工程と、
    前記導電プラグ上に、前記導電プラグと接続する第二導電体を形成する工程と、
    を含み、
    前記レチクル上における前記導電プラグに対応する部分の形状が、長手方向に離間して配置された複数の第一部分と前記第一部分を連結する前記第一部分より幅狭の第二部分とを含み、前記第二部分の長手方向長さが、前記第一部分の長手方向長さの０．５倍以下である半導体装置の製造方法。
11. 請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第二部分の長手方向長さが、前記第一部分の長手方向長さの０．１倍以上である半導体装置。
12. 請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第一部分が円弧状の形状を有し、
    前記第一部分の直径をｒ’、前記第一部分の中心点間距離をｄ’として、前記第一部分の長手方向長さがｒ’、前記第二部分の長さが（ｄ’−ｒ’）で表され、
    前記第二部分の長手方向の長さ（ｄ’−ｒ’）が、前記第一部分の長手方向長さｒ’の０．５倍以下である半導体装置の製造方法。
13. 請求項１２に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第二部分の長手方向の長さ（ｄ’−ｒ’）が、前記第一部分の長手方向長さｒ’の０．１倍以上である半導体装置。
14. 請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第一部分の中心点間距離が、レチクルを露光する際の露光波長の０．５倍以下である半導体装置の製造方法。
15. 請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第二部分の長手方向の長さが、当該半導体装置における最小配線間距離未満である半導体装置の製造方法。
16. 請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記接続孔を、底部から頂部にわたって略均一な形状に形成する半導体装置の製造方法。
17. 請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第一導電体を形成する工程は、前記半導体基板上にゲート電極を形成するとともに、前記ゲート電極の周囲の半導体基板表面に不純物拡散領域を形成する工程を含み、
    前記第一導電体は、前記ゲート電極および前記不純物拡散領域により構成され、
    前記接続孔は、前記ゲート電極および前記不純物拡散領域の双方に連通するように形成される、半導体装置の製造方法。

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