JPH10177992A - 微細コンタクトホールのテーパエッチング方法 - Google Patents
微細コンタクトホールのテーパエッチング方法Info
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- JPH10177992A JPH10177992A JP8335998A JP33599896A JPH10177992A JP H10177992 A JPH10177992 A JP H10177992A JP 8335998 A JP8335998 A JP 8335998A JP 33599896 A JP33599896 A JP 33599896A JP H10177992 A JPH10177992 A JP H10177992A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 多層配線構造の層間絶縁膜に対して微細、高
アスペクト比のテーパ形状の微細コンタクトホールを形
成する。 【解決手段】 コンタクトホールＨの側壁にフッ素／炭
素比が１〜２の組成を有するフロロカーボン系の重合膜
６を堆積させながらエッチングを行う。Ｃ−Ｆ系重合膜
６のコンタクトホールＨの側壁に対する堆積速度ＲDと
垂直方向のエッチングレートＲEとの比が１２〜１７に
なるようにエッチングを行う。原料ガスとして、Ｃ4Ｆ8
などの炭素が環状結合した構造のガスと、ＣＨＦ3、Ｃ
Ｈ2Ｆ2、ＣＨ3Ｆなどのフロロカーボンガスの水素置換
体の１つを混合比１：５〜１：１０の割合で用い、且つ
Ａｒガス流量が総ガス量の６０〜８５％となるような混
合ガスを用いる。
アスペクト比のテーパ形状の微細コンタクトホールを形
成する。 【解決手段】 コンタクトホールＨの側壁にフッ素／炭
素比が１〜２の組成を有するフロロカーボン系の重合膜
６を堆積させながらエッチングを行う。Ｃ−Ｆ系重合膜
６のコンタクトホールＨの側壁に対する堆積速度ＲDと
垂直方向のエッチングレートＲEとの比が１２〜１７に
なるようにエッチングを行う。原料ガスとして、Ｃ4Ｆ8
などの炭素が環状結合した構造のガスと、ＣＨＦ3、Ｃ
Ｈ2Ｆ2、ＣＨ3Ｆなどのフロロカーボンガスの水素置換
体の１つを混合比１：５〜１：１０の割合で用い、且つ
Ａｒガス流量が総ガス量の６０〜８５％となるような混
合ガスを用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多層配線構造の層
間絶縁膜のコンタクトホールを制御性よくテーパエッチ
ングする方法に関し、特に例えばコンタクトホール底径
が０．２μｍ、アスペクト比が５であるような微細コン
タクトホールをテーパエッチングする場合に好適な方法
に関する。
間絶縁膜のコンタクトホールを制御性よくテーパエッチ
ングする方法に関し、特に例えばコンタクトホール底径
が０．２μｍ、アスペクト比が５であるような微細コン
タクトホールをテーパエッチングする場合に好適な方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子デバイスのデザインルールの
微細化と多層配線化が進むにつれて、層間絶縁膜の微細
コンタクトホールをエッチングする際には次のような問
題が生じている。図８は、層間絶縁層へのコンタクトホ
ールの形成から上層配線層形成までの工程を示す説明図
である。この工程は、図８（ａ）に示すようにシリコン
基板１上に層間絶縁膜２と下層配線層３を形成した後
に、コンタクトホールＨを形成するためのフォトレジス
ト４をパターニングする工程と、図８（ｂ）に示すよう
にドライエッチングにより層間絶縁膜２内にコンタクト
ホールＨを形成する工程と、図８（ｃ）に示すようにフ
ォトレジスト４を除去した後に上層配線層５を層間絶縁
膜２上に形成して上層配線層５をコンタクトホールＨ内
に埋め込む工程とを含む。このような構造において、下
層配線層３とコンタクトホールＨ内に埋め込まれた上層
配線層５との水平方向の距離ａは、上層配線層５と下層
配線層３の耐圧を確保するために大きいほど望ましい。
微細化と多層配線化が進むにつれて、層間絶縁膜の微細
コンタクトホールをエッチングする際には次のような問
題が生じている。図８は、層間絶縁層へのコンタクトホ
ールの形成から上層配線層形成までの工程を示す説明図
である。この工程は、図８（ａ）に示すようにシリコン
基板１上に層間絶縁膜２と下層配線層３を形成した後
に、コンタクトホールＨを形成するためのフォトレジス
ト４をパターニングする工程と、図８（ｂ）に示すよう
にドライエッチングにより層間絶縁膜２内にコンタクト
ホールＨを形成する工程と、図８（ｃ）に示すようにフ
ォトレジスト４を除去した後に上層配線層５を層間絶縁
膜２上に形成して上層配線層５をコンタクトホールＨ内
に埋め込む工程とを含む。このような構造において、下
層配線層３とコンタクトホールＨ内に埋め込まれた上層
配線層５との水平方向の距離ａは、上層配線層５と下層
配線層３の耐圧を確保するために大きいほど望ましい。
【０００３】図９はデバイスのデザインルールが縮小さ
れた場合のコンタクトホール形成についての説明図であ
り、下層配線層３の間隔が縮小されている。この場合、
フォトレジスト４をパターニングする際に開口ホールＫ
の径を縮小する必要があるが、図９（ａ）に示すように
フォトレジストに形成した開口ホールの径がばらついた
り、また、図９（ｂ）に示すようにフォトレジストに形
成した開口ホールの水平方向の位置がばらつくと、上記
距離ａを確保することが困難になり、下層配線層３と上
層配線層５とがショートすることがある。更に、このよ
うなバラツキを吸収するためにフォトレジスト４の開口
ホールＫの径を縮小すると、パターニングのフォーカス
マージンが減少したり、図９（ｃ）に示すように開口不
良が発生してプロセスマージンが無くなるという問題点
が発生する。
れた場合のコンタクトホール形成についての説明図であ
り、下層配線層３の間隔が縮小されている。この場合、
フォトレジスト４をパターニングする際に開口ホールＫ
の径を縮小する必要があるが、図９（ａ）に示すように
フォトレジストに形成した開口ホールの径がばらついた
り、また、図９（ｂ）に示すようにフォトレジストに形
成した開口ホールの水平方向の位置がばらつくと、上記
距離ａを確保することが困難になり、下層配線層３と上
層配線層５とがショートすることがある。更に、このよ
うなバラツキを吸収するためにフォトレジスト４の開口
ホールＫの径を縮小すると、パターニングのフォーカス
マージンが減少したり、図９（ｃ）に示すように開口不
良が発生してプロセスマージンが無くなるという問題点
が発生する。
【０００４】図１０は、デバイスのデザインルールが縮
小された場合のテーパ形状コンタクトホール形成工程を
示す説明図である。デバイスのデザインルールの微細化
に伴い、下層配線層３との距離ａを確保しながら、より
微細で高アスペクト比のコンタクトホールＨを形成する
ためには、ドライエッチングによりコンタクトホールＨ
を形成する工程において、図１０（ａ）に示すように、
プロセスマージンを十分有するように径ｂの開口ホール
Ｋを形成し、且つ下層配線層３との距離ａを確保するた
めに、図１０（ｂ）に示すようにコンタクトホールＨの
上径はフォトレジスト４の底径ｂを維持すると共に、コ
ンタクトホールＨの底径は上径ｂより小さくなくような
テーパ状にエッチングする技術が必要になる。
小された場合のテーパ形状コンタクトホール形成工程を
示す説明図である。デバイスのデザインルールの微細化
に伴い、下層配線層３との距離ａを確保しながら、より
微細で高アスペクト比のコンタクトホールＨを形成する
ためには、ドライエッチングによりコンタクトホールＨ
を形成する工程において、図１０（ａ）に示すように、
プロセスマージンを十分有するように径ｂの開口ホール
Ｋを形成し、且つ下層配線層３との距離ａを確保するた
めに、図１０（ｂ）に示すようにコンタクトホールＨの
上径はフォトレジスト４の底径ｂを維持すると共に、コ
ンタクトホールＨの底径は上径ｂより小さくなくような
テーパ状にエッチングする技術が必要になる。
【０００５】層間絶縁膜２をテーパエッチングする従来
の方法としては、大別して次の（１）〜（３）に示す３
種類の方法が知られている。 （１）等方性エッチングと異方性エッチングを利用する
方法 （２）予めフォトレジストにテーパを形成してそのテー
パを転写する方法 （３）低温エッチングによって側壁保護膜を形成する方
法
の方法としては、大別して次の（１）〜（３）に示す３
種類の方法が知られている。 （１）等方性エッチングと異方性エッチングを利用する
方法 （２）予めフォトレジストにテーパを形成してそのテー
パを転写する方法 （３）低温エッチングによって側壁保護膜を形成する方
法
【０００６】上記（１）の方法は、例えば特開平６−０
５３１９０号公報に記載されているもので、図１１
（ａ）に示すようにフォトレジスト４に開口ホールＫを
形成し、次に図１１（ｂ）に示すようにある程度等方性
のエッチングと異方性のエッチングを組み合わせて行う
ことでテーパ状のコンタクトホールＨを形成し、続いて
図１１（ｃ）に示すようにフォトレジスト４を除去して
上層配線層５を埋め込む方法である。
５３１９０号公報に記載されているもので、図１１
（ａ）に示すようにフォトレジスト４に開口ホールＫを
形成し、次に図１１（ｂ）に示すようにある程度等方性
のエッチングと異方性のエッチングを組み合わせて行う
ことでテーパ状のコンタクトホールＨを形成し、続いて
図１１（ｃ）に示すようにフォトレジスト４を除去して
上層配線層５を埋め込む方法である。
【０００７】上記（２）の方法は、例えば特開平５−２
８３３５８号公報に記載されているもので、まず図１２
（ａ）に示すように全面露光とマスクを用いた露光の２
回露光により予めフォトレジスト４にテーパ状の開口ホ
ールＫを形成し、次いで図１２（ｂ）に示すようにフォ
トレジスト４との選択比が低い条件でエッチングするこ
とによりフォトレジスト４のテーパを絶縁膜２に転写し
てコンタクトホールＨを形成し、続いて図１２（ｃ）に
示すようにフォトレジスト４を除去して上層配線層５を
埋め込む方法である。
８３３５８号公報に記載されているもので、まず図１２
（ａ）に示すように全面露光とマスクを用いた露光の２
回露光により予めフォトレジスト４にテーパ状の開口ホ
ールＫを形成し、次いで図１２（ｂ）に示すようにフォ
トレジスト４との選択比が低い条件でエッチングするこ
とによりフォトレジスト４のテーパを絶縁膜２に転写し
てコンタクトホールＨを形成し、続いて図１２（ｃ）に
示すようにフォトレジスト４を除去して上層配線層５を
埋め込む方法である。
【０００８】また、上記（３）の方法は、例えば特開平
５−１０２１０７号公報に記載されているもので、図１
３（ａ）に示すようにフォトレジスト４に開口ホールＫ
を形成した後、図１３（ｂ）に示すようにフロロカーボ
ン系の重合膜６を堆積させながらエッチングしてコンタ
クトホールＨを形成し、続いて図１３（ｃ）に示すよう
にフォトレジスト４を除去して上層配線層５を埋め込む
方法である。
５−１０２１０７号公報に記載されているもので、図１
３（ａ）に示すようにフォトレジスト４に開口ホールＫ
を形成した後、図１３（ｂ）に示すようにフロロカーボ
ン系の重合膜６を堆積させながらエッチングしてコンタ
クトホールＨを形成し、続いて図１３（ｃ）に示すよう
にフォトレジスト４を除去して上層配線層５を埋め込む
方法である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（１）の方法は、コンタクトホールＨの開口がフォトレ
ジスト４に形成した開口ホールＫの底径ｂと同じである
ので、下層配線層３との距離ａにマージンが無くなり、
図１１（ｃ）に示すように下層配線層３と上層配線層５
とがショート起こす場合があるという問題がある。ま
た、フォトレジスト４に形成される開口ホールＫの径ｂ
を例えば０．２μｍのように小さくすることができれば
マージンは有るが、そのような開口ホールＫを形成する
ことは困難である。
（１）の方法は、コンタクトホールＨの開口がフォトレ
ジスト４に形成した開口ホールＫの底径ｂと同じである
ので、下層配線層３との距離ａにマージンが無くなり、
図１１（ｃ）に示すように下層配線層３と上層配線層５
とがショート起こす場合があるという問題がある。ま
た、フォトレジスト４に形成される開口ホールＫの径ｂ
を例えば０．２μｍのように小さくすることができれば
マージンは有るが、そのような開口ホールＫを形成する
ことは困難である。
【００１０】また、上記（２）の方法によると、コンタ
クトホールＨの上径がフォトレジスト４に形成した開口
ホールＫの底径より広がるので、下層配線層３とのマー
ジンが無くなり、図１２（ｃ）に示すように上層配線層
５と下層配線層３とがショートすることがあるという問
題がある。
クトホールＨの上径がフォトレジスト４に形成した開口
ホールＫの底径より広がるので、下層配線層３とのマー
ジンが無くなり、図１２（ｃ）に示すように上層配線層
５と下層配線層３とがショートすることがあるという問
題がある。
【００１１】上記（３）の方法は、ＣＦ4／ＣＨＦ3／Ａ
ｒガス系を用い、ＣＦ4は反応性イオン、ＣＨＦ3は重合
膜の基となるラジカルを利用しており、フロロカーボン
系の重合膜を堆積させながらエッチングする方法であ
り、この方法によれば上記（２）の場合のようにコンタ
クトホールＨの上径がフォトレジスト４に形成した開口
ホールＫの底径より広がる問題は解決される。しかしな
がら、図１３（ｂ）に示すように重合膜６の堆積がホー
ルＨの底部においても起こるので、微細（例えばホール
底径が０．２μｍ）で高アスペクト比（例えば５）のホ
ールＨを形成するためにはエッチング種の入射量が少な
くなる上、過剰な保護効果によりエッチングの進行が阻
害されたり、エッチングが途中で停止し（マイクロロー
ディング効果の発生）、図１３（ｃ）に示すように開口
不良を起こすという問題点がある。
ｒガス系を用い、ＣＦ4は反応性イオン、ＣＨＦ3は重合
膜の基となるラジカルを利用しており、フロロカーボン
系の重合膜を堆積させながらエッチングする方法であ
り、この方法によれば上記（２）の場合のようにコンタ
クトホールＨの上径がフォトレジスト４に形成した開口
ホールＫの底径より広がる問題は解決される。しかしな
がら、図１３（ｂ）に示すように重合膜６の堆積がホー
ルＨの底部においても起こるので、微細（例えばホール
底径が０．２μｍ）で高アスペクト比（例えば５）のホ
ールＨを形成するためにはエッチング種の入射量が少な
くなる上、過剰な保護効果によりエッチングの進行が阻
害されたり、エッチングが途中で停止し（マイクロロー
ディング効果の発生）、図１３（ｃ）に示すように開口
不良を起こすという問題点がある。
【００１２】したがって、上記（３）の方法は微細、高
アスペクト比のコンタクトホールＨをエッチングする場
合には不適であり、従来よりも微細、高アスペクト比の
コンタクトホールＨのテーパ角をコントロールしてエッ
チングするためには、ホールＨの側壁への重合膜の堆積
とマイクロローディング効果の発生とのトレードオフを
解決する必要がある。すなわち、従来例（３）のテーパ
エッチング法を微細、高アスペクト比のコンタクトホー
ルＨに適用する場合の問題点は、側壁保護を目的とする
重合膜がホール底部にも堆積され、この重合膜によりエ
ッチングが阻害されることにある。
アスペクト比のコンタクトホールＨをエッチングする場
合には不適であり、従来よりも微細、高アスペクト比の
コンタクトホールＨのテーパ角をコントロールしてエッ
チングするためには、ホールＨの側壁への重合膜の堆積
とマイクロローディング効果の発生とのトレードオフを
解決する必要がある。すなわち、従来例（３）のテーパ
エッチング法を微細、高アスペクト比のコンタクトホー
ルＨに適用する場合の問題点は、側壁保護を目的とする
重合膜がホール底部にも堆積され、この重合膜によりエ
ッチングが阻害されることにある。
【００１３】本発明は上記従来の問題点に鑑み、多層配
線構造の層間絶縁膜に対して微細、高アスペクト比のテ
ーパ形状のコンタクトホールを形成することができる微
細コンタクトホールのテーパエッチング方法を提供する
ことを目的とする。
線構造の層間絶縁膜に対して微細、高アスペクト比のテ
ーパ形状のコンタクトホールを形成することができる微
細コンタクトホールのテーパエッチング方法を提供する
ことを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】微細な多層配線構造を有
するデバイスをエッチングする際に、下層配線層３の微
小間隔に上記距離ａのマージンを得るためには重合膜の
堆積現象を制御する方法が必要になる。この場合、先
ず、定性的には、テーパ形状を得るために側壁には多量
の重合膜の堆積が必要になり、ホール底面の垂直方向の
エッチングレートに対するホール側壁への堆積レートの
比を十分大きくする必要がある。且つ、微細な径であっ
てもエッチングを進行させるためには、重合膜の耐ドラ
イエッチング性が弱く、イオン衝撃のあるホール底面の
重合膜を容易に除去することができる特性が必要にな
る。
するデバイスをエッチングする際に、下層配線層３の微
小間隔に上記距離ａのマージンを得るためには重合膜の
堆積現象を制御する方法が必要になる。この場合、先
ず、定性的には、テーパ形状を得るために側壁には多量
の重合膜の堆積が必要になり、ホール底面の垂直方向の
エッチングレートに対するホール側壁への堆積レートの
比を十分大きくする必要がある。且つ、微細な径であっ
てもエッチングを進行させるためには、重合膜の耐ドラ
イエッチング性が弱く、イオン衝撃のあるホール底面の
重合膜を容易に除去することができる特性が必要にな
る。
【００１５】本発明では、前記目的を達成するために、
多層配線構造の層間絶縁膜の微細コンタクトホールをド
ライエッチングにより７５゜以上９０゜未満のテーパ角
度をつけてエッチングする微細コンタクトホールのテー
パエッチング方法において、ホールの側壁にフッ素／炭
素比が１〜２の組成を有するフロロカーボン系の重合膜
を堆積させながらエッチングすることを特徴とする。ホ
ールの側壁に対する重合膜の堆積速度ＲDと垂直方向の
エッチングレートＲEとの比ＲE／ＲDは１２〜１７とす
るのが好ましい。
多層配線構造の層間絶縁膜の微細コンタクトホールをド
ライエッチングにより７５゜以上９０゜未満のテーパ角
度をつけてエッチングする微細コンタクトホールのテー
パエッチング方法において、ホールの側壁にフッ素／炭
素比が１〜２の組成を有するフロロカーボン系の重合膜
を堆積させながらエッチングすることを特徴とする。ホ
ールの側壁に対する重合膜の堆積速度ＲDと垂直方向の
エッチングレートＲEとの比ＲE／ＲDは１２〜１７とす
るのが好ましい。
【００１６】エッチングはナローギャップ型ドライエッ
チング装置を用いて行うことができ、炭素が環状結合し
た構造のガスと、ＣＨＦ3，ＣＨ2Ｆ2，ＣＨ3Ｆなどのフ
ロロカーボンガスの水素置換体を体積混合比１：５〜
１：１０の割合で用い、且つＡｒ流量が総ガス量の６０
〜８５％となるような混合ガスを用いることができる。
フロロカーボンガスは１種類のものであっても、複数種
類のものを混合して用いてもよい。
チング装置を用いて行うことができ、炭素が環状結合し
た構造のガスと、ＣＨＦ3，ＣＨ2Ｆ2，ＣＨ3Ｆなどのフ
ロロカーボンガスの水素置換体を体積混合比１：５〜
１：１０の割合で用い、且つＡｒ流量が総ガス量の６０
〜８５％となるような混合ガスを用いることができる。
フロロカーボンガスは１種類のものであっても、複数種
類のものを混合して用いてもよい。
【００１７】次に、本発明の方法によって形成されるコ
ンタクトホールの形状について説明する。Ｃ4Ｆ8などの
ように炭素の環状結合を有し、分子量が大きなガスを平
行平板ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）に用いると、
平行平板のナローギャップ型ＲＩＥではＣ4Ｆ8の分解が
進みにくく、Ｃ−Ｃの結合を複数個持つ大きな分子量の
まま基板へ堆積するので、Ｃ−Ｆ系の重合膜の堆積速度
が大きくなる。特に水素を含むＣＨXＦYガスの存在下
（混合比、例えばＣ4Ｆ8／ＣＨＦ3＝０．１〜０．２）
において堆積速度が大きくなる（堆積速度ＲD＝２００
〜４００Å／ｍｉｎ）。また、ホールＨの側壁は基本的
にイオン衝撃がなく、ラジカルの重合反応がドミナント
であるので重合膜の堆積量が多くなり、したがって、サ
イドエッチングを完全に防止することができ、その結
果、エッチングの進行に伴って順次、径が小さくなり、
テーパ形状を得ることができる。
ンタクトホールの形状について説明する。Ｃ4Ｆ8などの
ように炭素の環状結合を有し、分子量が大きなガスを平
行平板ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）に用いると、
平行平板のナローギャップ型ＲＩＥではＣ4Ｆ8の分解が
進みにくく、Ｃ−Ｃの結合を複数個持つ大きな分子量の
まま基板へ堆積するので、Ｃ−Ｆ系の重合膜の堆積速度
が大きくなる。特に水素を含むＣＨXＦYガスの存在下
（混合比、例えばＣ4Ｆ8／ＣＨＦ3＝０．１〜０．２）
において堆積速度が大きくなる（堆積速度ＲD＝２００
〜４００Å／ｍｉｎ）。また、ホールＨの側壁は基本的
にイオン衝撃がなく、ラジカルの重合反応がドミナント
であるので重合膜の堆積量が多くなり、したがって、サ
イドエッチングを完全に防止することができ、その結
果、エッチングの進行に伴って順次、径が小さくなり、
テーパ形状を得ることができる。
【００１８】次に、本発明の方法によるテーパ角度の制
御と、微細なホールであってもエッチングを進行させる
ことができる点について説明する。Ｃ4Ｆ8などのように
炭素の環状結合を有し、分子量が大きなガスを、水素を
含むＣＨXＦYガスの存在下において平行平板ＲＩＥのエ
ッチングに用いるもう１つの効果は、重合膜の組成がＦ
リッチになることである。Ｃ4Ｆ8／ＣＨＦ3の流量比
０．１〜０．２、Ｃ4Ｆ8の流量３〜６ｓｃｃｍの範囲
で、Ｆ／Ｃ比を１〜２に制御することができる。ホール
Ｈの底面はイオン衝撃を受け、重合膜はスパッタ除去さ
れたり、酸化膜をエッチングして発生した酸素により分
解されたり、また、エッチングのために消費されたりす
る。分解、消費の速度はＦリッチほど大きくなり（耐ド
ライエッチング性が弱くなり）、微細なホールでもエッ
チングが重合膜により阻害されることなく加工可能とな
り、ホール底部の基板方向のエッチングレートＲEを得
ることができる。
御と、微細なホールであってもエッチングを進行させる
ことができる点について説明する。Ｃ4Ｆ8などのように
炭素の環状結合を有し、分子量が大きなガスを、水素を
含むＣＨXＦYガスの存在下において平行平板ＲＩＥのエ
ッチングに用いるもう１つの効果は、重合膜の組成がＦ
リッチになることである。Ｃ4Ｆ8／ＣＨＦ3の流量比
０．１〜０．２、Ｃ4Ｆ8の流量３〜６ｓｃｃｍの範囲
で、Ｆ／Ｃ比を１〜２に制御することができる。ホール
Ｈの底面はイオン衝撃を受け、重合膜はスパッタ除去さ
れたり、酸化膜をエッチングして発生した酸素により分
解されたり、また、エッチングのために消費されたりす
る。分解、消費の速度はＦリッチほど大きくなり（耐ド
ライエッチング性が弱くなり）、微細なホールでもエッ
チングが重合膜により阻害されることなく加工可能とな
り、ホール底部の基板方向のエッチングレートＲEを得
ることができる。
【００１９】また、ホール底部の基板方向のエッチング
レートＲEと側壁堆積レートＲDはＡｒガス流量により制
御することができる。この場合、Ａｒを総ガス流量の６
０〜８０％にすることによりＲE／ＲD比を１２〜１７に
制御することができ、このＲE／ＲD比の制御によりコン
タクトホールのテーパ角度を７５°以上９０°未満に制
御することができる。また、このようなテーパ形状のコ
ンタクトホールは、酸化メタル材による断熱不良も少な
くなる。
レートＲEと側壁堆積レートＲDはＡｒガス流量により制
御することができる。この場合、Ａｒを総ガス流量の６
０〜８０％にすることによりＲE／ＲD比を１２〜１７に
制御することができ、このＲE／ＲD比の制御によりコン
タクトホールのテーパ角度を７５°以上９０°未満に制
御することができる。また、このようなテーパ形状のコ
ンタクトホールは、酸化メタル材による断熱不良も少な
くなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明に係る微細コンタ
クトホールのテーパエッチング方法の一実施形態を示す
工程図である。本発明は、図１（ａ）に示すようにシリ
コン基板１上に層間絶縁膜２と下層配線層３を形成した
後に、コンタクトホールＨを形成するためのフォトレジ
スト４をパターニングする工程と、図１（ｂ）に示すよ
うにドライエッチングにより層間絶縁膜２内にテーパ状
のコンタクトホールＨを形成する工程と、図１（ｃ）に
示すようにフォトレジスト４を除去した後に上層配線層
５を層間絶縁膜２上に形成して上層配線層５をコンタク
トホールＨ内に埋め込む工程とを有する。
施の形態を説明する。図１は、本発明に係る微細コンタ
クトホールのテーパエッチング方法の一実施形態を示す
工程図である。本発明は、図１（ａ）に示すようにシリ
コン基板１上に層間絶縁膜２と下層配線層３を形成した
後に、コンタクトホールＨを形成するためのフォトレジ
スト４をパターニングする工程と、図１（ｂ）に示すよ
うにドライエッチングにより層間絶縁膜２内にテーパ状
のコンタクトホールＨを形成する工程と、図１（ｃ）に
示すようにフォトレジスト４を除去した後に上層配線層
５を層間絶縁膜２上に形成して上層配線層５をコンタク
トホールＨ内に埋め込む工程とを有する。
【００２１】層間絶縁膜２をエッチングしてテーパ状の
コンタクトホールＨを形成する場合、ナローギャップ型
ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いてコンタクト
ホールＨの側壁にフッ素／炭素比（Ｆ／Ｃ比）が１〜２
の組成を有するフロロカーボン（Ｃ−Ｆ）系の重合膜６
を堆積させながらエッチングを行う。また、Ｃ−Ｆ系重
合膜６のコンタクトホールＨの側壁に対する堆積速度Ｒ
Dと垂直方向のエッチングレートＲEとの比（ＲE／Ｒ
D比）が１２〜１７になるようにしてエッチングを行
う。
コンタクトホールＨを形成する場合、ナローギャップ型
ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いてコンタクト
ホールＨの側壁にフッ素／炭素比（Ｆ／Ｃ比）が１〜２
の組成を有するフロロカーボン（Ｃ−Ｆ）系の重合膜６
を堆積させながらエッチングを行う。また、Ｃ−Ｆ系重
合膜６のコンタクトホールＨの側壁に対する堆積速度Ｒ
Dと垂直方向のエッチングレートＲEとの比（ＲE／Ｒ
D比）が１２〜１７になるようにしてエッチングを行
う。
【００２２】更に、Ｃ−Ｆ系重合膜６の組成比（Ｆ／Ｃ
比）とＲE／ＲD比が上記数値範囲になるように制御する
方法として、ナローギャップ型ＲＩＥ装置を用いてＣ−
Ｆ系重合膜６を形成するための原料ガスとして、Ｃ4Ｆ8
などの炭素が環状結合した構造のガスと、ＣＨＦ3、Ｃ
Ｈ2Ｆ2、ＣＨ3Ｆなどのフロロカーボン（Ｃ−Ｆ）ガス
の水素置換体を体積混合比（流量比）１：５〜１：１０
の割合で用い、且つＡｒガス流量が総ガス量の６０〜８
５％となるような混合ガスを用いる。
比）とＲE／ＲD比が上記数値範囲になるように制御する
方法として、ナローギャップ型ＲＩＥ装置を用いてＣ−
Ｆ系重合膜６を形成するための原料ガスとして、Ｃ4Ｆ8
などの炭素が環状結合した構造のガスと、ＣＨＦ3、Ｃ
Ｈ2Ｆ2、ＣＨ3Ｆなどのフロロカーボン（Ｃ−Ｆ）ガス
の水素置換体を体積混合比（流量比）１：５〜１：１０
の割合で用い、且つＡｒガス流量が総ガス量の６０〜８
５％となるような混合ガスを用いる。
【００２３】図２は、Ｃ4Ｆ8流量、Ｃ4Ｆ8／ＣＨＦ3 流
量比と、重合膜の堆積レートＲD及びＦ／Ｃ比の関係を
示す図である。図２から、Ｃ4Ｆ8流量、Ｃ4Ｆ8／ＣＨＦ
3流量比が増加すると、重合膜６の堆積レートＲDが増加
すると共に、Ｆ／Ｃ比が増加することがわかる。また、
図３はＦ／Ｃ比とフォトレジストに形成した開口ホール
径０．４μｍの場合の垂直方向のエッチングレートＲE
の関係を示す図である。図３から、Ｆ／Ｃ比が増加する
とエッチングレートＲEが増加することが分かる。図２
から、Ｆ／Ｃ比が１〜２の範囲では重合膜６の側壁への
堆積レートＲDが大きいが、微細な径（φ＝０．４μ
ｍ）の場合にもエッチングが阻害されずに高いエッチン
グレートＲEでエッチングが進行することが分かる。な
お、分析はＸ線光電子分光法によって行った。
量比と、重合膜の堆積レートＲD及びＦ／Ｃ比の関係を
示す図である。図２から、Ｃ4Ｆ8流量、Ｃ4Ｆ8／ＣＨＦ
3流量比が増加すると、重合膜６の堆積レートＲDが増加
すると共に、Ｆ／Ｃ比が増加することがわかる。また、
図３はＦ／Ｃ比とフォトレジストに形成した開口ホール
径０．４μｍの場合の垂直方向のエッチングレートＲE
の関係を示す図である。図３から、Ｆ／Ｃ比が増加する
とエッチングレートＲEが増加することが分かる。図２
から、Ｆ／Ｃ比が１〜２の範囲では重合膜６の側壁への
堆積レートＲDが大きいが、微細な径（φ＝０．４μ
ｍ）の場合にもエッチングが阻害されずに高いエッチン
グレートＲEでエッチングが進行することが分かる。な
お、分析はＸ線光電子分光法によって行った。
【００２４】図４は、Ｆ／Ｃ比とテーパ角度の関係を示
す図である。図４から、Ｆ／Ｃ比が１〜２の範囲でテー
パ角度８０°〜８４°のテーパエッチングが可能なこと
が分かる。
す図である。図４から、Ｆ／Ｃ比が１〜２の範囲でテー
パ角度８０°〜８４°のテーパエッチングが可能なこと
が分かる。
【００２５】テーパ角度は、トータルガス流量に対する
Ａｒガス流量の割合でコントロールすることにより、更
に制御範囲を広げることができる。トータルガス流量に
対するＡｒガス流量の割合でテーパ角度を制御できるこ
とについて図５、図６により説明する。
Ａｒガス流量の割合でコントロールすることにより、更
に制御範囲を広げることができる。トータルガス流量に
対するＡｒガス流量の割合でテーパ角度を制御できるこ
とについて図５、図６により説明する。
【００２６】図５は、Ａｒガス流量を５ｓｃｃｍに固定
してトータルガス流量を変化させた場合の、トータルガ
ス流量に対するＡｒガス流量の割合とホール底部の基板
方向のエッチングレートＲEと側壁堆積レートＲDの比Ｒ
E／ＲDとの関係を示す図である。Ａｒガス流量をトータ
ル流量の６０〜８０％の範囲とするとＲE／ＲD比を１２
〜１７に制御することができる。Ａｒガス流量の割合が
６０％未満の場合には、側壁への堆積が過剰になると共
にエッチングレートＲEが低下してマイクロローディン
グ効果が顕著となる。また、Ａｒガス流量の割合が８０
％を越える場合には、エッチング種（イオン、ラジカ
ル）の密度が低下することによりエッチングレートＲE
が低下してマイクロローディング効果が顕著となる。
してトータルガス流量を変化させた場合の、トータルガ
ス流量に対するＡｒガス流量の割合とホール底部の基板
方向のエッチングレートＲEと側壁堆積レートＲDの比Ｒ
E／ＲDとの関係を示す図である。Ａｒガス流量をトータ
ル流量の６０〜８０％の範囲とするとＲE／ＲD比を１２
〜１７に制御することができる。Ａｒガス流量の割合が
６０％未満の場合には、側壁への堆積が過剰になると共
にエッチングレートＲEが低下してマイクロローディン
グ効果が顕著となる。また、Ａｒガス流量の割合が８０
％を越える場合には、エッチング種（イオン、ラジカ
ル）の密度が低下することによりエッチングレートＲE
が低下してマイクロローディング効果が顕著となる。
【００２７】図６は、テーパ角度とＲE／ＲD比の関係を
示す図である。テーパ角度はデバイス構造に併せて設定
することができるが、本発明の方法によれば７５°以上
９０°未満の範囲で制御することができる。
示す図である。テーパ角度はデバイス構造に併せて設定
することができるが、本発明の方法によれば７５°以上
９０°未満の範囲で制御することができる。
【００２８】これらの基本データに基づき、図７を参照
して、本発明によるとテーパ角度を制御することができ
ると共に、微細なホールにおいてマイクロローディング
効果が抑制されることのメカニズムを説明する。図７に
はＦ−Ｃ系の重合膜６が厚く堆積して示されているが、
その理由は、炭素の環状結合を有するＣ4Ｆ8等を親分子
とするラジカルが、Ｃ−Ｃ結合を複数個持つ大きな分子
量のままで堆積するために単位時間当たりの堆積分子量
が多くなるからである。
して、本発明によるとテーパ角度を制御することができ
ると共に、微細なホールにおいてマイクロローディング
効果が抑制されることのメカニズムを説明する。図７に
はＦ−Ｃ系の重合膜６が厚く堆積して示されているが、
その理由は、炭素の環状結合を有するＣ4Ｆ8等を親分子
とするラジカルが、Ｃ−Ｃ結合を複数個持つ大きな分子
量のままで堆積するために単位時間当たりの堆積分子量
が多くなるからである。
【００２９】側壁は基本的には膜厚方向にイオン衝撃を
受けないので、この側壁における表面反応はラジカルの
堆積反応がドミナントであり、側壁の酸化膜をエッチン
グするエッチング性ラジカルに対しての保護効果が大き
い。したがって、エッチングの進行に伴い、コンタクト
ホール径が順次小さくなり、テーパ形状が形成される。
一方、ホール底部では、ラジカルの堆積自体は等方性で
あるので側壁同様に発生するが、重合膜６が図７に示す
ようにイオン衝撃を受けるのでスパッタ除去されたり、
ＳｉＯ2をエッチングして発生する酸素により分解され
る。また、重合膜６がＦリッチな膜であるので、分解さ
れて発生したＦラジカルが酸化膜のエッチング種として
働くため、側壁におけるような保護効果が小さくエッチ
ングが進行する。
受けないので、この側壁における表面反応はラジカルの
堆積反応がドミナントであり、側壁の酸化膜をエッチン
グするエッチング性ラジカルに対しての保護効果が大き
い。したがって、エッチングの進行に伴い、コンタクト
ホール径が順次小さくなり、テーパ形状が形成される。
一方、ホール底部では、ラジカルの堆積自体は等方性で
あるので側壁同様に発生するが、重合膜６が図７に示す
ようにイオン衝撃を受けるのでスパッタ除去されたり、
ＳｉＯ2をエッチングして発生する酸素により分解され
る。また、重合膜６がＦリッチな膜であるので、分解さ
れて発生したＦラジカルが酸化膜のエッチング種として
働くため、側壁におけるような保護効果が小さくエッチ
ングが進行する。
【００３０】テーパ角度は側壁と底面における重合膜の
保護効果のバランスによりコントロールすることがで
き、適用デバイスに合わせて図５、図６に示すようにＡ
ｒガス流量により定量制御することができる。
保護効果のバランスによりコントロールすることがで
き、適用デバイスに合わせて図５、図６に示すようにＡ
ｒガス流量により定量制御することができる。
【００３１】ここでエッチングの具体例を示すと、例え
ばＳｉ基板１からの高さ０．７μｍの位置に下層配線層
３が存在し、深さが１．１μｍの層間絶縁膜２（ＴＥＯ
Ｓ−ＮＳＧ）上に対してフォトレジスト４により下径が
φ＝０．４５μｍのホールパターンを形成し、下層配線
層３の間隔０．７μｍの間にマージン０．２μｍ以上を
確保するために８２°のテーパ加工を行う場合、エッチ
ング条件を以下にように設定する。
ばＳｉ基板１からの高さ０．７μｍの位置に下層配線層
３が存在し、深さが１．１μｍの層間絶縁膜２（ＴＥＯ
Ｓ−ＮＳＧ）上に対してフォトレジスト４により下径が
φ＝０．４５μｍのホールパターンを形成し、下層配線
層３の間隔０．７μｍの間にマージン０．２μｍ以上を
確保するために８２°のテーパ加工を行う場合、エッチ
ング条件を以下にように設定する。
【００３２】 圧力 ：２００〜４００ｍＴｏｒｒ 高周波電力密度：３．５〜４．５ｗ／ｃｍ2 ＣＦ4 ：１０〜３０ｓｃｃｍ ＣＨＦ3 ：２０〜５０ｓｃｃｍ Ｃ4Ｆ8 ：３〜１０ｓｃｃｍ Ａｒ ：１００〜４５０ｓｃｃｍ 温度 ：下部電極の設定０℃
【００３３】そして、テーパ角度８２°を得るために、
図５、図６からトータルガス流量に対するＡｒガス流量
の割合を７３％に設定する。このような条件でエッチン
グを行った後、断面形状をＳＥＭ観察したところ、上径
がφ＝０．５μｍ、下径がφ＝０．２μｍ、テーパ角度
８２°のテーパ状コンタクトホールを得ることができ
た。
図５、図６からトータルガス流量に対するＡｒガス流量
の割合を７３％に設定する。このような条件でエッチン
グを行った後、断面形状をＳＥＭ観察したところ、上径
がφ＝０．５μｍ、下径がφ＝０．２μｍ、テーパ角度
８２°のテーパ状コンタクトホールを得ることができ
た。
【００３４】
【発明の効果】本発明によると、多層配線構造の層間絶
縁膜に対して上径がマスク材の下径とほぼ等しく、下層
配線層との間にマージンがあるテーパ形状の微細なコン
タクトホールを形成することができる。従って、フォト
レジストマスクのパターニングにおいて径を大きくする
ことができ、微細な多層配線構造デバイスのコンタクト
ホール形成を容易に行うことができる。
縁膜に対して上径がマスク材の下径とほぼ等しく、下層
配線層との間にマージンがあるテーパ形状の微細なコン
タクトホールを形成することができる。従って、フォト
レジストマスクのパターニングにおいて径を大きくする
ことができ、微細な多層配線構造デバイスのコンタクト
ホール形成を容易に行うことができる。
【図１】本発明に係る微細コンタクトホールのテーパエ
ッチング方法の一実施形態を示す工程図。
ッチング方法の一実施形態を示す工程図。
【図２】Ｃ4Ｆ8流量、Ｃ4Ｆ8／ＣＨＦ3流量比と、重合
膜の堆積レートＲD及びＦ／Ｃ比の関係を示す図。
膜の堆積レートＲD及びＦ／Ｃ比の関係を示す図。
【図３】Ｆ／Ｃ比と垂直方向のエッチングレートＲEの
関係を示す図。
関係を示す図。
【図４】Ｆ／Ｃ比とテーパ角度の関係を示す図。
【図５】トータルガス流量に対するＡｒガス流量の割合
とホール底部の基板方向のエッチングレートＲEと側壁
堆積レートＲDとの比ＲE／ＲDの関係を示す図。
とホール底部の基板方向のエッチングレートＲEと側壁
堆積レートＲDとの比ＲE／ＲDの関係を示す図。
【図６】テーパ角度とＲE／ＲD比の関係を示す図。
【図７】本発明の原理を示す説明図。
【図８】一般的なコンタクトホール形成方法を示す工程
図。
図。
【図９】デザインルールが縮小された場合の一般的なコ
ンタクトホール形成についての説明図。
ンタクトホール形成についての説明図。
【図１０】デバイスのデザインルールが縮小された場合
のテーパ形状コンタクトホール形成工程を示す説明図。
のテーパ形状コンタクトホール形成工程を示す説明図。
【図１１】従来のテーパエッチング方法を示す工程図。
【図１２】従来のテーパエッチング方法を示す工程図。
【図１３】従来のテーパエッチング方法を示す工程図。
Ｈ…コンタクトホール Ｋ…開口ホール １…シリコン基板 ２…層間絶縁膜 ３…下層配線層 ４…フォトレジスト ５…上層配線層
Claims (3)
- 【請求項１】 多層配線構造の層間絶縁膜の微細コンタ
クトホールをドライエッチングにより７５゜以上９０゜
未満のテーパ角度をつけてエッチングする微細コンタク
トホールのテーパエッチング方法において、 ホールの側壁にフッ素／炭素比が１〜２の組成を有する
フロロカーボン系の重合膜を堆積させながらエッチング
することを特徴とする微細コンタクトホールのテーパエ
ッチング方法。 - 【請求項２】 前記ホールの側壁に対する重合膜の堆積
速度ＲDと垂直方向のエッチングレートＲEとの比ＲE／
ＲDが１２〜１７となるようにしてエッチングを行うこ
とを特徴とする請求項１記載の微細コンタクトホールの
テーパエッチング方法。 - 【請求項３】 前記エッチングをナローギャップ型ドラ
イエッチング装置を用いて行い、炭素が環状結合した構
造のガスとフロロカーボンガスの水素置換体を体積混合
比１：５〜１：１０の割合で用い、且つＡｒガス流量が
総ガス量の６０〜８５％となるような混合ガスを用いる
ことを特徴とする請求項１又は２記載の微細コンタクト
ホールのテーパエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8335998A JPH10177992A (ja) | 1996-12-16 | 1996-12-16 | 微細コンタクトホールのテーパエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8335998A JPH10177992A (ja) | 1996-12-16 | 1996-12-16 | 微細コンタクトホールのテーパエッチング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10177992A true JPH10177992A (ja) | 1998-06-30 |
Family
ID=18294646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8335998A Pending JPH10177992A (ja) | 1996-12-16 | 1996-12-16 | 微細コンタクトホールのテーパエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10177992A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2333267A (en) * | 1998-01-16 | 1999-07-21 | Nec Corp | Plasma etching silicon using a CF gas to produce an inclined or tapered sidewall |
| DE10027932A1 (de) * | 2000-05-31 | 2001-12-13 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zum Ätzen einer Isolierschicht eines Bauelements |
| JP2002533951A (ja) * | 1998-12-29 | 2002-10-08 | ラム リサーチ コーポレーション | 誘導結合プラズマ処理システムにおける高アスペクト比サブミクロンコンタクトエッチング工程 |
| KR100373363B1 (ko) * | 1999-06-30 | 2003-02-25 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체소자의 콘택홀 형성방법 |
| US6541864B1 (en) * | 1998-10-27 | 2003-04-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device with tapered contact hole and wire groove |
| JP2016131174A (ja) * | 2015-01-13 | 2016-07-21 | セイコーエプソン株式会社 | ドライエッチング方法 |
| CN115360139A (zh) * | 2022-08-26 | 2022-11-18 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 一种高深宽比连接孔的刻蚀以降低接触电阻的方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS63253631A (ja) * | 1987-04-10 | 1988-10-20 | Nippon Denso Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPH04290429A (ja) * | 1991-03-19 | 1992-10-15 | Sharp Corp | 半導体装置の製造方法 |
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| JPH08124907A (ja) * | 1994-10-25 | 1996-05-17 | Hiroshima Nippon Denki Kk | 半導体装置の製造方法 |
-
1996
- 1996-12-16 JP JP8335998A patent/JPH10177992A/ja active Pending
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| DE10027932A1 (de) * | 2000-05-31 | 2001-12-13 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zum Ätzen einer Isolierschicht eines Bauelements |
| DE10027932C2 (de) * | 2000-05-31 | 2003-10-02 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zur Bildung eines Kontaktlochs in einer Isolierschicht eines elektronischen oder mikroelektronischen Bauelements |
| JP2016131174A (ja) * | 2015-01-13 | 2016-07-21 | セイコーエプソン株式会社 | ドライエッチング方法 |
| CN115360139A (zh) * | 2022-08-26 | 2022-11-18 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 一种高深宽比连接孔的刻蚀以降低接触电阻的方法 |
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