JPH0590220A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、上配線時の被覆率が高く、且つ
製造作業が容易な半導体装置の製造方法を提供すること
を目的とする。 【構成】 この発明は、層間絶縁層２上に、酸素ガスを
用いたドライエッチングに対して比較的除去されやすい
有機物層３を形成する。有機物層３上にレジストパター
ン４を形成し、異方性の強い酸素ガスのドライエッチン
グにて、レジストパターン４をマスクとして有機物層３
をほぼ垂直にエッチング除去する。そして、レジストパ
ターン４と有機物層３をマスクとして層間絶縁層２を予
備的にドライエッチングした後、等方性の酸素ガスドラ
イエッチングによって主に有機物層３の開口部のみを拡
張する。レジストパターン４と拡張された有機物層３を
マスクとして層間絶縁層２をエッチングしコンタクトホ
ールを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置を配線す
る際に、配線の被膜率の向上を図る半導体装置の製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置において、配線を形成する場
合、配線は絶縁層を介して、その下に形成された配線も
しくは素子と接続されなければならない。このような接
続を行うためには絶縁層に穴（コンタクトホール）を開
けて、その上に配線材料を被膜することで配線もしくは
素子とコンタクトをとるのが一般的な方法である。

【０００３】近年、半導体素子は微細化が著しく、素子
自体も配線も微細化しており、コンタクトホール径も小
さくなっている。しかし素子や配線の厚みは大きな変化
がなくコンタクトホールはその径に対し、深さ（アスペ
クト比）が大きくなる傾向がある。こうした大きなアス
ペクト比のコンタクトホールで問題となることとして、
コンタクトホールを開けた後に配線材料を堆積しても、
配線材料がコンタクトホールの底にとどかない、あるい
は底面部分と表面でとぎれてしまう。すなわち、被膜率
の低下が起こることである。

【０００４】このような問題を解決するためにいくつか
の提案がなされている。この中の１つとして、コンタク
トホールをポリシリコンなどで埋めた後に、イオン注入
を行い、円柱状の導体層を形成するものがある。しかし
ながら、この方法は接続面での抵抗を下げにくいこと、
また工程が多く繁雑なことなどの欠点があり、適用され
ることはまだ少ない。

【０００５】また、他の方法としては、コンタクトホー
ルの断面形状を改善して被膜率を向上させることであ
る。図３に従来の半導体装置の製造方法の１例を示す。

【０００６】図３に示すように、素子又は配線のある基
板２１の上に、絶縁層２２が形成されている。この絶縁
層２２上にホトリソグラフィ工程により所望の部分に穴
２４の開いたレジストパターン２３を形成する。この穴
２４の部分から絶縁層２２をドライエッチングしてコン
タクトホールを開ける（図３（ａ））。この状態ではホ
ールの壁が垂直なのでウェットエッチングを行ってコン
タクトホールの壁をなだらかにする。当然コンタクトホ
ール径は、図３（ｂ）に示すように、広がる。

【０００７】その後、図３（ｃ）に示すように、レジス
ト層２３を除去する。

【０００８】最後に、図３（ｄ）に示すように、配線材
料２７を堆積し、パターニングして配線を形成する。

【０００９】この方法では、ウェットエッチングの時生
じた段差２８によって十分な被膜がしずらい。又、ウェ
ットエッチングでは、コンタクト底面部分の大きさや断
面形状の調整ができないといった欠点がある。

【００１０】一方、特開平３−１６２１７号公報（国際
特許分類Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５）には、別の方法で
被膜率を向上させる方法が開示されている。この方法
は、レジストパターンのホール径に従って絶縁層を途中
までエッチングした後、レジストパターンのホール径を
広げてから絶縁層のエッチングを行うことで被膜率の良
いコンタクトホール形状を得ようとするものである。

【００１１】しかしながら、この方法の場合、レジスト
パターンのホール径を広げようとすればレジスト膜厚自
体を薄くしてしまうためホールの断面形状をそれ程変え
ることはできないということ並びに、ホールの底面部の
径の調整ができないという欠点があった。

【００１２】また、特開平３−３２２７号公報（国際特
許分類Ｈ０１Ｌ ２１／０２７）に開示されている方法
は、同じようにレジスト形状によってコンタクトホール
形状を改善するものである。この方法ではあらかじめレ
ジスト断面形状が薄い周辺部分を持つようなホール形状
としておいて、絶縁層をエッチングしてゆく段階で自然
にレジストのホール径が広がってゆくようにしたもので
ある。

【００１３】しかしながら、この方法においても、レジ
ストをパターニングする段階で２回露光しなくてはなら
ず、２回目の露光時にパターンを合わせることが難しく
なるという欠点があった。更に、２回露光のためレジス
トのホール径の調整が困難になると考えられる。又、コ
ンタクトホールの形状はレジストの断面形状とそのエッ
チングレート、及び絶縁層のエッチングレートによって
決定されるため、その調整はかなり難しくなる。

【００１４】更に、特開平３−１９２２３号公報（国際
特許分類Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５）に開示されている
方法は、絶縁層側の組成を上層部と下層部で変えること
により、コンタクトホール形成時に自然にテーパーがつ
くようにするものである。

【００１５】しかしこの方法では、絶縁膜としてシリコ
ン窒化膜を用いているが、他の材料を用いることもあ
り、適用範囲は限定されている。又、絶縁層はそれ自体
の特性や均一性などが形成条件によって決定されるた
め、その点からも適用できない場合が多くなるという問
題があった。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の各方法
においては、以下に示す問題点があった。 １．エッチングされた絶縁層の断面形状がなだらかなテ
ーパとならない。 ２．コンタクトホールの特に底面部の径が、正確にコン
トロールできない。特に微細なパターンを形状する時に
は、ホール径の調整は重要となる。 ３．絶縁層の種類、質などにより方法が限定される。 ４．プロセスが複雑になる。

【００１７】この発明は、上記従来の問題点を解決する
もので、配線時の被覆率が高く、且つ製造作業が容易な
半導体装置の製造方法を提供することをその目的とす
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明は、半導体装置
の層間絶縁層上に、酸素ガスを用いたドライエッチング
に対して比較的除去されやすい有機物層を形成する工程
と、この有機物層の上にレジストパターンを形成する工
程と、異方性の強い酸素ガスのドライエッチングにて、
上記レジストパターンをマスクとして有機物層をほぼ垂
直にエッチング除去する工程と、上記レジストパターン
と有機物層をマスクとして層間絶縁層を予備的にドライ
エッチングする工程と、等方性の酸素ガスドライエッチ
ングによって主に有機物層の開口部のみを拡張する工程
と、上記レジストパターンと拡張された有機物層をマス
クとして層間絶縁層をエッチングしコンタクトホールを
形成する工程と、からなる。

【００１９】

【作用】この発明の方法では、コンタクトホールの底面
部の径をレジストパターンによって、又表面部の径を有
機物層の広がりによって別々に調整できるため、コンタ
クトホール形成時の自由度が高い。レジストパターンの
形成以降のホールエッチングと有機物層のエッチングは
全てドライエッチングのため、１つのバッチ内で行うこ
とができるレジストパターン形成も１回の露光で済むこ
とからプロセスは簡単である。

【００２０】

【実施例】図１、図２に従いこの発明の実施例を説明す
る。

【００２１】図１、図２に示すように、素子又は配線の
ようなコンタクトを要する基板１の表面状に絶縁層２を
形成する。その上に比較的酸素プラズマによってエッチ
ングされやすい有機物の層３を均一に形成する。さらに
その上にレジスト層４を形成する（図１（ａ））。

【００２２】レジスト層４を通常のホトリソグラフィ工
程によってパターニングし、所望の場所にレジスト層の
ホール５を開ける（図１（ｂ））。

【００２３】続いて、レジスト４をマスクとして、その
下の有機物層３を酸素プラズマによってドライエッチン
グし、ホール６をあける。この時ドライエッチングでは
異方性を強くして、垂直にホールを形成する（図１
（ｃ））。

【００２４】次にホール５、６を介して絶縁層２をドラ
イエッチングする。この時には絶縁層の途中で止めて、
適度の深さのホール７を形成する（図１（ｄ））。

【００２５】次の工程で、等方性の酸素プラズマを行
い、有機物層３をエッチングして広げる（図２
（ｅ））。

【００２６】その後、絶縁層のドライエッチングを行う
ことで、コンタクトホール９を形成する。この時のドラ
イエッチングでは、異方性エッヂと等方性エッチングを
適時に使用することで、テーパ形状及び、ホール径を調
整する（図２（ｆ））。そして、有機物層３及びレジス
ト層４を除去する（図２（ｇ））。然る後配線材料を堆
積し、パターニングして配線１０を形成する（図２
（ｈ））。

【００２７】次に図１及び図２を用いてこの発明の具体
的実施例を更に説明する。素子あるいは配線等のコンタ
クトを必要とする基板１の表面上に層間絶縁像２を形成
する。この層間絶縁層２は減圧ＣＶＤ装置にて、ＴＥＯ
Ｓ系ガスを用い、基板温度４００℃、圧力１０Ｔｏｒ
ｒ、出力２００Ｗの条件下にて、ＢＰＳＧ膜を４０００
Å堆積する。

【００２８】この上に有機物層３を形成するが、この場
合にはポジレジストのＡＺ１３５０（シープレイ）を用
いて３０００Åの厚みにスピンコートする。更に、その
上に、パターニング用のレジスト層４として、ネガレジ
ストとして、例えば、ＯＭＲ−８５（東京応化（株）
製）を２０００Åの厚みにスピンコートする（図１
（ａ））。

【００２９】次に、レジスト層に対して所望する場所を
ホトリソグラフィ工程によって、パターニングし、開口
部５を形成する（図１（ｂ））。

【００３０】そして、レジスト層４をマスクとして、開
口部５から有機物層３をドライエッチングにより除去す
る。この時のドライエッチングは、酸素ガスを用いて、
異方性の強いＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を行う
ことで、垂直なホール６が形成される（図１（ｃ））。

【００３１】その後、レジスト層４と、有機物層３をマ
スクとして開口部６より、層間絶縁層２を１５００Åエ
ッチングする。このエッチングは、マグネトロンＲＩＥ
装置にて、ＣＨＦ₃系のガスを用いて行う。この時のエ
ッチングは後で、基板１へのコンタクト部分を形成する
場合にホール径の制御を行いやすくするためのものであ
り、ホール形状によって深さは適当に変更できる（図１
（ｄ））。

【００３２】次に、酸素プラズマによる等方性のエッチ
ングによって、有機物層３を除去して、広げ拡張された
有機物層開口部８を形成する。この時有機物層には酸素
プラズマによって、エッチングされやすい物質を選んで
おくことでレジスト層の開口（イ）を広げずに有機物層
の開口（ロ）のみを広げることができる（図２
（ｅ））。

【００３３】再び層間絶縁層のエッチングを行うこと
で、基板１に開口部９を形成する（図２（ｆ））。

【００３４】この後、有機物層３とレジスト層４を除去
することで、なだらかなテーパを有するコンタクトホー
ルが形成される。このコンタクトホールの開口（ハ）
は、先の有機物層の開口（ロ）によって、又、開口
（ニ）はレジスト層の開口（イ）によって調整できる
（図２（ｇ））。

【００３５】その後、アルミ等の配線材料を堆積して、
所望のパターニングを行うことで基板１に接続された配
線１０が形成できる（図２（ｈ））。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、層間絶縁層にテーパをもたせることで、配線層の被
膜率を向上できるので、段切れを防止できる。

【００３７】更に、コンタクトホールの形状を任意に調
整できるので、層間絶縁層の材質、膜厚が変動しても容
易に対応できる再現性がよい。

【００３８】しかも、コンタクトホールの開口径を正確
に調整できるので、半導体装置の微細化に対応できる。

【００３９】また、プロセスを行う上で、パターニング
のための露光は１回のみでよく、又その後のホール加工
についても全てドライエッチングなのでガスと条件を変
えれば１バッチ内で連続処理できる。このため作業数が
減少でき時間も短縮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例における半導体装置の製造方
法を示す工程断面図である。

【図２】この発明の実施例における半導体装置の製造方
法を示す工程断面図である。

【図３】従来の方法の実施例における半導体装置の製造
方法を示す工程断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 層間絶縁層 ３ 有機物層 ４ レジスト層 ５ レジスト層開口部 ６ 有機物層開口部 ７ 予備エッチングされたホール ８ 拡張された有機物層開口部 ９ コンタクトホール １０ 配線層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体装置の層間絶縁層上に、酸素ガス
   を用いたドライエッチングに対して比較的除去されやす
   い有機物層を形成する工程と、この有機物層の上にレジ
   ストパターンを形成する工程と、異方性の強い酸素ガス
   のドライエッチングにて、上記レジストパターンをマス
   クとして有機物層をほぼ垂直にエッチング除去する工程
   と、上記レジストパターンと有機物層をマスクとして層
   間絶縁層を予備的にドライエッチングする工程と、等方
   性の酸素ガスドライエッチングによって主に有機物層の
   開口部のみを拡張する工程と、上記レジストパターンと
   拡張された有機物層をマスクとして層間絶縁層をエッチ
   ングしコンタクトホールを形成する工程と、からなる半
   導体装置の製造方法。