JP3946835B2 - クラック防止パターンを有する半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、クラック防止パターンを有する半導体素子の製造方法に係り、特にプロセスモニタ用の大型コンタクトホールのエッジ部分で発生するクラックを防止するためのクラック防止パターンを有する半導体素子の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、ウェハ上における工程は高い正確度が必要であり、規格値からずれたり、又は収率の低い工程進行中のウェハは、直ちに抜き出すべきである。従って、ウェハは、各工程を経るごとに、様々なテストと評価を受けるようになる。そのテストと評価の方法として、ウェハのチップ(chip)間のスクライブレーン(scribe lane)にテストパターンを作って工程完了後に評価するか、又はウェハホルダーに含まれている空きウェハやウェハ片を用いたテストウェハ(test wafer)を使用して主要工程に従う評価を行った。テストと評価に応ずる工程はウェハの整列(alignment)と関係がある。ウェハの整列は、先行工程と後続工程とをつなぐのにおいて非常に大切な工程であり、もしもウェハの整列がまちがっている状態で後続工程が進むと、不良を誘発してウェハの収率が低下する。したがって、正確な整列のために、ウェハのチップ間のスクライブレーン(scribe lane)にプロセスモニタ用パターン及びフォトキー(photo key)などを形成して先行工程と後続工程間の整列精密度(alignment accuracy)を向上させるための研究が続いている。
以下、添付図面に基づき一般的な半導体素子の1つのフレーム上におけるプロセスモニタ用パターン及びフォトキーなどを説明する。
図1は、一般的なウェハ1上におけるチップ2とスクライブレーン3とで構成された1つのフレーム(frame)を示す平面図である。まず、ウェハ1の構成を説明すると、半導体素子が形成されたチップ2と、ウェハ1をそれぞれのチップ2に分けるために、チップ2間に形成されたスクライブレーン3とで構成されている。他に、工程中の品質管理のためのテスト素子の技術試験ダイ(engineering test die)と、ウェハ1の縁部に形成される未完成ダイ(die)のエッジダイ(edge die)と、ウェハの結晶構造を知らせるウェハ1のフラット(wafer flats)などでウェハ1が構成されている。また、チップ2を囲む形状のスクライブレーン3には、先行工程の成功的な行いの可否を評価するためのプロセスモニタ用テストパターン4と、マスクとウェハ1の整列工程などのプロセスをモニタするための複数の形態のフォトキー(photo key)5とを備えている。そして、フォトキー5は、フォトキー5を形成する装備に応じてその形状が異なるが、一般的には四角(rectangle)形状に形成される。
【0004】
以下で、この1つのフレーム(FRAME)において、スクライブレーンに形成されるフォトキー中のプロセスモニタ用コンタクトホール及びその形成方法を添付図面に基づき説明する。
図2は、従来の半導体素子の1つのフレーム中のスクライブレーン上におけるプロセスモニタ用コンタクトホールを示す平面図であり、図3a〜図3cは図2のA−A線上の製造工程を示す断面図である。
まず、図2に示すように、スクライブレーン領域の半導体基板10の所定領域上に下部層パターン11が形成される。次に、下部層パターン11を保護、絶縁、平坦化させるなどの目的で下部層パターン11に絶縁膜13が形成される。次に、絶縁膜13の所定領域が選択的に除去されてプロセスモニタ用コンタクトホール14が形成される。この際、プロセスモニタ用コンタクトホール14は、ほぼ四角(rectangle)形状に形成される。
【0005】
以下、添付図面に基づき従来の半導体素子の1つのフレームにおいてプロセスモニタ用コンタクトホールの製造工程を説明する。
まず、図3aに示すように、チップ領域(図示せず)とスクライブレーン領域が定義されている半導体基板10上に下部層を形成した後、選択的にパターニング(写真石版工程+蝕刻工程)して下部層パターン11を形成する。この際、下部層パターン11は、半導体基板10上のチップ領域においては、所望のサイズすなわち形成しようとするチップのサイズに形成され、半導体基板10のスクライブレーン領域においては、プロセスモニタするのに適したサイズに形成される。そして、上述した下部層パターン11を形成する工程は、スクライブレーン領域で実行される。
【0006】
図3bに示すように、下部層パターン11を含む半導体基板10の全面に第1絶縁膜12と第2絶縁膜13を順次に形成する。この際、第1絶縁膜12は下部層パターン11を絶縁したり、保護するために形成するもので、酸化膜又は窒化膜を使用して形成する。そして、第2絶縁膜13はBPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)を含んだILD(Inter Layer Dielectric)層である。
【0007】
図3cに示すように、第2絶縁膜13及び第1絶縁膜12を選択的にパターニングして、下部層パターン11に達するモニタ用コンタクトホール14を形成する。この際、モニタ用コンタクトホール14はフォトキー(photo key)である。そして、図示しないが、BPSGを含んだILD層である第2絶縁膜13の形成後に、半導体基板10の平坦化のために熱処理を行う。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体素子のプロセスモニタ用コンタクトホールの形成方法においては、チップ領域及びスクライブレーン領域に分けられた半導体基板の全面上にBPSGを含んだILD層を形成し、選択的に蝕刻してプロセスモニタ用コンタクトホールを形成した後、チップ領域上における平坦化のための熱処理を行っている。この際、1つのフレーム内のフォトキーの中で大型コンタクトホールをプロセスモニタ用フォトキーに形成する場合、コンタクトホールでの引張ストレス(tensile stress)と、下部層パターンとILD層との圧縮ストレス(compressive stress)により不規則的にクラックが発生する。特に、四角形に形成するコンタクトホールのエッジ部分が集中的なストレスを受けてそのエッジ部にクラックが発生する。これにより、信頼度あるプロセスモニタ用コンタクトホールを形成することができないため、結果的には半導体素子の収率及び信頼度において問題点を発生させていた。
【0009】
本発明は、上記のような従来の半導体素子のプロセスモニタ用コンタクトホールの形成方法の問題点を解決するためのもので、その目的は、プロセスモニタ用の大型コンタクトホールの外側にコンタクトホールを囲む形状の垣ホール(fence hole)を形成して、コンタクトホールのエッジ部分などで発生するクラックを防止したクラック防止パターンを有する半導体素子の製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明のクラック防止パターンを有する半導体素子の製造方法は、スクライブレーン領域及びチップ領域に分けられる半導体基板上のスクライブレーン領域上に下部層パターンを形成する工程と、前記下部層パターンを含む前記半導体基板の全面に絶縁膜を形成する工程と、前記下部層パターンの上側の絶縁膜を所定部分除去してコンタクトホールを形成するとともに、前記コンタクトホールの外郭の前記絶縁膜を選択的に除去して前記コンタクトホールを囲む垣ホールを形成する工程とを備える。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のクラック防止パターンを有する半導体素子の製造方法を添付図面に基づき説明する。
図4は、本発明の半導体素子の1つのフレーム中のスクライブレーン上におけるプロセスモニタ用コンタクトホールのクラック防止パターンを示す平面図であり、図5a〜図5cは、図4のB−B線上の製造工程を示す断面図である。
まず、図4に示すように、本発明のクラック防止パターンを有する半導体素子は、半導体基板20の所定領域上に下部層パターン21が形成される。次に、下部層パターン21を保護、絶縁、平坦化させるなどの目的で、下部層パターン21の上層面に部分的に絶縁膜23が形成される。次に、絶縁膜23の所定領域が選択的に除去されてプロセスモニタ用コンタクトホール24が形成される。次に、プロセスモニタ用コンタクトホール24の外郭にはモニタ用コンタクトホール24を囲む形状の垣ホール25が形成される。この際、プロセスモニタ用コンタクトホール24は横断面がほぼ四角型(rectangle )に形成され、垣ホール25は横断面が四角いリング状に形成される。そして、プロセスモニタ用コンタクトホール24を囲む形状の垣ホール25のエッジ部分はクラックの発生を防止するためにラウンド(round)化された形状を有する。
【0012】
まず、図5aに示すように、チップ領域(図示せず)とスクライブレーン領域に分けられた半導体基板20の全面に下部層を形成した後、選択的にパターニング(写真石版工程+蝕刻工程)して半導体基板20の所定領域に下部層パターン21を形成する。この際、下部層パターン21は、半導体基板20のチップ領域においては所望のサイズに形成され、半導体基板20のスクライブレーン領域においてはプロセスモニタするに適したサイズに形成される。そして、上述した下部層パターン21を形成する工程は、スクライブレーン領域で行われる。
【0013】
図5bに示すように、下部層パターン21を含む半導体基板20の全面に第1絶縁膜22と第2絶縁膜23を順次に形成する。第1絶縁膜22は、下部層パターン21を絶縁したり保護するために、酸化膜又は窒化膜を使用して形成される。そして、第2絶縁膜23は、半導体基板20での平坦化のためのもので、BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)を含んだILD(Inter Layer Dielectric)層である。
【0014】
図5cに示すように、第2絶縁膜23及び第1絶縁膜22を選択的にパターニング(写真石版工程+蝕刻工程)してモニタ用コンタクトホール24と垣ホール25を形成する。モニタ用コンタクトホール24は下部層パターン21に達し、垣ホール25は半導体基板20に達する。この際、モニタ用コンタクトホール24はフォトキー(photo key)である。そして、垣ホール25はモニタ用コンタクトホールの外郭の所定領域にモニタ用コンタクトホール24を囲む形状に形成される。また、垣ホール25のエッジ部分はクラック発生防止用にラウンド(round)化された形状を有し、垣ホール25は1.0μm以下に形成される。この際、図示しないが、第2絶縁膜23の形成後に、チップ領域の平坦化のために半導体基板20の全面に熱処理を実施する。
【0015】
【発明の効果】
本発明のクラック防止パターンを有する半導体素子の製造方法においては、先行工程と後続工程間の整列精密度を高めるためのフォトキーとしてBPSGを含んだILD層を選択的に除去してプロセスモニタ用コンタクトホールを形成するとき、プロセスモニタを容易にするためにコンタクトホールを大型に形成する場合、下部層との圧縮力や耐引張強度などの問題によりクラックが発生することを防止するためにコンタクトホールを囲む形状の垣ホールを形成して圧縮力や引張力などのストレスを減少させる。さらに、ILD層のエッジ部分をラウンド化することにより、コンタクトホールのエッジ部分で発生することがあるクラックの発生を最大限で抑制して、信頼度あるクラック防止パターンを有する半導体素子を製造できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的なウェハ上における1つのフレームを示す平面図。
【図2】従来の半導体素子の1つのフレーム中のスクライブレーン上におけるプロセスモニタ用コンタクトホールを示す平面図。
【図3】3a〜3cは、図2のA−A線上の製造工程を示す断面図。
【図4】本発明の半導体素子の1つのフレーム中のスクライブレーン上におけるプロセスモニタ用コンタクトホールのクラック防止パターンを示す平面図。
【図5】5a〜5cは、図4のB−B線上の製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
20 半導体基板
21 下部層パターン
22 第1絶縁膜
23 第2絶縁膜
24 モニタ用コンタクトホール
25 垣ホール
Claims (6)
- スクライブレーン領域及びチップ領域に分けられる半導体基板のスクライブレーン領域上に下部層パターンを形成する工程と、前記下部層パターンを含む前記半導体基板の全面に絶縁膜を形成する工程と、前記下部層パターンの上層の絶縁膜を所定部分除去してコンタクトホールを形成するとともに、前記コンタクトホールの外郭の前記絶縁膜を選択的に除去して前記コンタクトホールを囲む垣ホールを形成する工程とを備えることを特徴とするクラック防止パターンを有する半導体素子の製造方法。
- 前記絶縁膜はBPSGを含んだILD層であることを特徴とする請求項1に記載のクラック防止パターンを有する半導体素子の製造方法。
- 前記コンタクトホールは横断面がほぼ四角形状に形成され、前記垣ホールは横断面が四角いリング状に形成されることを特徴とする請求項1に記載のクラック防止パターンを有する半導体素子の製造方法。
- 前記垣ホールのエッジ部分はラウンド化して形成することを特徴とする請求項1に記載のクラック防止パターンを有する半導体素子の製造方法。
- 前記下部層パターンは、チップ領域では形成しようとするチップのサイズに形成され、スクライブレーン上ではモニタに適するサイズに形成されることを特徴とする請求項1に記載のクラック防止パターンを有する半導体素子の製造方法。
- 前記垣ホールは前記スクライブレーン領域に形成されることを特徴とする請求項1に記載のクラック防止パターンを有する半導体素子の製造方法。
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