JPH10275800A - プラズマエッチングする方法 - Google Patents
プラズマエッチングする方法Info
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- JPH10275800A JPH10275800A JP10098253A JP9825398A JPH10275800A JP H10275800 A JPH10275800 A JP H10275800A JP 10098253 A JP10098253 A JP 10098253A JP 9825398 A JP9825398 A JP 9825398A JP H10275800 A JPH10275800 A JP H10275800A
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P50/00—Etching of wafers, substrates or parts of devices
- H10P50/20—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching
- H10P50/28—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of insulating materials
- H10P50/282—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of insulating materials of inorganic materials
- H10P50/283—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of insulating materials of inorganic materials by chemical means
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W20/00—Interconnections in chips, wafers or substrates
- H10W20/01—Manufacture or treatment
- H10W20/071—Manufacture or treatment of dielectric parts thereof
- H10W20/081—Manufacture or treatment of dielectric parts thereof by forming openings in the dielectric parts
- H10W20/082—Manufacture or treatment of dielectric parts thereof by forming openings in the dielectric parts the openings being tapered via holes
Landscapes
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 単一のプラズマエッチング室中での酸素の使
用を必要としない、テーパしたバイアの開口部を形成す
ることができる単一工程のエッチング処理。 【解決手段】 側壁に形成されるポリマーの量を変化さ
せることにより、テーパ角度の高い自由度は、バイアの
頂部で角度の浅い側壁のテーパ開口部およびバイアの底
部で傾斜のより急な側壁のテーパ開口部を有するバイア
を形成する。
用を必要としない、テーパしたバイアの開口部を形成す
ることができる単一工程のエッチング処理。 【解決手段】 側壁に形成されるポリマーの量を変化さ
せることにより、テーパ角度の高い自由度は、バイアの
頂部で角度の浅い側壁のテーパ開口部およびバイアの底
部で傾斜のより急な側壁のテーパ開口部を有するバイア
を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バイアを半導体基
板に形成させるためにプラズマエッチングする方法に関
する。殊に、本発明は、半導体基板に様々な側壁輪郭を
有するバイアを形成させる方法に関する。
板に形成させるためにプラズマエッチングする方法に関
する。殊に、本発明は、半導体基板に様々な側壁輪郭を
有するバイアを形成させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の製造において、多数の素
子、例えばトランジスタは、半導体基板、例えばシリコ
ンウェーハ中に形成される。このトランジスタは、通常
アルミニウムからなる導線により電気的に接続されてい
る。また、金属接点は基板上に析出され、素子を他の素
子またはパッケージに接続する。
子、例えばトランジスタは、半導体基板、例えばシリコ
ンウェーハ中に形成される。このトランジスタは、通常
アルミニウムからなる導線により電気的に接続されてい
る。また、金属接点は基板上に析出され、素子を他の素
子またはパッケージに接続する。
【０００３】単一の基板上の多数の素子は、互いにより
小さく緊密に作製されかつそのデザインルールは、１ミ
クロン未満およびさらに０．５ミクロン未満に作製され
るので、より多くの素子は、１個よりも多い素子層を作
製することにより、単一のシリコンウェーハ上に作製さ
れることができる。素子の第一群は形成されかつ電気的
に接続され、その後、例えば二酸化ケイ素の誘電性層が
その上に析出される。導線および接点の第一レベルへの
アクセスは、二酸化ケイ素層を貫通して作製されなけれ
ばならない。こうしてバイアは、機能される導線および
接点上の二酸化ケイ素層に形成される。その後、このバ
イアは、導電性金属、例えばアルミニウムで充填され
る。充填されたバイアは、下方の素子に電気的に接続す
る手段を提供する。
小さく緊密に作製されかつそのデザインルールは、１ミ
クロン未満およびさらに０．５ミクロン未満に作製され
るので、より多くの素子は、１個よりも多い素子層を作
製することにより、単一のシリコンウェーハ上に作製さ
れることができる。素子の第一群は形成されかつ電気的
に接続され、その後、例えば二酸化ケイ素の誘電性層が
その上に析出される。導線および接点の第一レベルへの
アクセスは、二酸化ケイ素層を貫通して作製されなけれ
ばならない。こうしてバイアは、機能される導線および
接点上の二酸化ケイ素層に形成される。その後、このバ
イアは、導電性金属、例えばアルミニウムで充填され
る。充填されたバイアは、下方の素子に電気的に接続す
る手段を提供する。
【０００４】アルミニウムは、一般にスパッタリングに
より析出される。しかしながら、バイアがますます小さ
くなり、かつそのアスペクト比が大きくなればなるほ
ど、バイアまたは開口部を均一に充填することはよりい
っそう困難になる。側壁は、鉛直を除く任意の角度でス
パッタされて入ってくるアルミニウム粒子を遮断するの
で、アルミニウムは、開口部の底部上よりも側壁上に多
くスパッタする。アルミニウム層１２がバイア１０中に
析出される場合に、結果的に、側壁のアルミニウムは開
口部を塞ぎ、かつバイアの底部で空隙のままである、図
１参照。
より析出される。しかしながら、バイアがますます小さ
くなり、かつそのアスペクト比が大きくなればなるほ
ど、バイアまたは開口部を均一に充填することはよりい
っそう困難になる。側壁は、鉛直を除く任意の角度でス
パッタされて入ってくるアルミニウム粒子を遮断するの
で、アルミニウムは、開口部の底部上よりも側壁上に多
くスパッタする。アルミニウム層１２がバイア１０中に
析出される場合に、結果的に、側壁のアルミニウムは開
口部を塞ぎ、かつバイアの底部で空隙のままである、図
１参照。
【０００５】アルミニウムを溶融温度に加熱することに
より、充填能力を改善するという試みがなされている
が、しかしこれは望ましくない、というのも、下方の素
子中ですでに形成されているドーパントイオンが拡散す
る可能性がありかつ素子の電気的性質を変化させうるか
らである。
より、充填能力を改善するという試みがなされている
が、しかしこれは望ましくない、というのも、下方の素
子中ですでに形成されているドーパントイオンが拡散す
る可能性がありかつ素子の電気的性質を変化させうるか
らである。
【０００６】アルミニウムのための湿潤剤を側壁に添加
することにより、アルミニウムの充填を改善するという
試みは、単に僅かに成功しただけであり、かつこのよう
な方法は、別の析出工程を必要とする。
することにより、アルミニウムの充填を改善するという
試みは、単に僅かに成功しただけであり、かつこのよう
な方法は、別の析出工程を必要とする。
【０００７】他に、バイアの頂部でより広くなるように
バイアの開口部をテーパするという試みがなされてお
り、こうして、アルミニウムの充填が改善される。先行
技術による方法は、一般に、等方性エッチングおよび異
方性エッチングの組み合わせにより形成されたテーパし
た側壁およびまっすぐな側壁の幾つかの組み合わせ物を
提供している。
バイアの開口部をテーパするという試みがなされてお
り、こうして、アルミニウムの充填が改善される。先行
技術による方法は、一般に、等方性エッチングおよび異
方性エッチングの組み合わせにより形成されたテーパし
た側壁およびまっすぐな側壁の幾つかの組み合わせ物を
提供している。
【０００８】例えば、メン(Meng)他、米国特許第５４５
３４０３号明細書には、ＣＦ４およびＣＨＦ３を用い
て、部分的に誘電性層を貫通してまっすぐな壁に囲まれ
た開口部を形成させ、その後ＨＦで異方的にエッチング
してバイアの頂部を広げることが開示されている。アル
ゴンおよびＣＦ４での第３スパッタエッチング工程は、
バイアを下方の金属接点に対して下向きに広げるために
バイアの底部でのエッチングを完成させる。しかしなが
ら、この米国特許明細書による方法は、幾つかの工程お
よび幾つかの処理室を必要とし、この場合には、この方
法の処理量および経済性を低下させる。
３４０３号明細書には、ＣＦ４およびＣＨＦ３を用い
て、部分的に誘電性層を貫通してまっすぐな壁に囲まれ
た開口部を形成させ、その後ＨＦで異方的にエッチング
してバイアの頂部を広げることが開示されている。アル
ゴンおよびＣＦ４での第３スパッタエッチング工程は、
バイアを下方の金属接点に対して下向きに広げるために
バイアの底部でのエッチングを完成させる。しかしなが
ら、この米国特許明細書による方法は、幾つかの工程お
よび幾つかの処理室を必要とし、この場合には、この方
法の処理量および経済性を低下させる。
【０００９】シコラ(Sikora)他、米国特許第５４２００
７８号明細書には、最初に等方性ＨＦエッチングで、バ
イアの頂部でテーパした開口部または切り子面のある開
口部を形成させ、その後異方性エッチングを続けてまっ
すぐな壁に囲まれた開口部を下方の導体に形成すること
が開示されている。さらに、この米国特許明細書による
方法は、一方でＨＦエッチングを行いかつ他方で異方性
エッチングを行うための２つのエッチング室を必要とす
る。
７８号明細書には、最初に等方性ＨＦエッチングで、バ
イアの頂部でテーパした開口部または切り子面のある開
口部を形成させ、その後異方性エッチングを続けてまっ
すぐな壁に囲まれた開口部を下方の導体に形成すること
が開示されている。さらに、この米国特許明細書による
方法は、一方でＨＦエッチングを行いかつ他方で異方性
エッチングを行うための２つのエッチング室を必要とす
る。
【００１０】チュン(Cheung)他、米国特許第５３５４３
８６号明細書には、ＣＦ４異方性エッチングおよびＣＦ
４＋Ｏ２等方性エッチングを選択的に使用することによ
り、二酸化ケイ素中のテーパしたバイアをエッチングす
ることが開示されている。酸素含量を変化させることに
より、バイア側壁のテーパの度合いも変化する。しかし
ながら、この米国特許明細書による方法は、一般に、フ
ルオロカーボンを含むプラズマエッチング処理において
回避すべきである酸素の使用を必要とする。
８６号明細書には、ＣＦ４異方性エッチングおよびＣＦ
４＋Ｏ２等方性エッチングを選択的に使用することによ
り、二酸化ケイ素中のテーパしたバイアをエッチングす
ることが開示されている。酸素含量を変化させることに
より、バイア側壁のテーパの度合いも変化する。しかし
ながら、この米国特許明細書による方法は、一般に、フ
ルオロカーボンを含むプラズマエッチング処理において
回避すべきである酸素の使用を必要とする。
【００１１】こうして、単一のプラズマエッチング室中
での酸素の使用を必要としない、テーパしたバイアの開
口部を形成することができる単一工程のエッチング処理
は、切に望まれている。
での酸素の使用を必要としない、テーパしたバイアの開
口部を形成することができる単一工程のエッチング処理
は、切に望まれている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明には、
前記に記載されたような課題が課された。
前記に記載されたような課題が課された。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明による方法によれ
ば、自由に可変する側壁のテーパを有するバイアは、単
一のプラズマエッチング室中で形成されることができ
る。側壁に形成されるポリマーの量を変化させることに
より、テーパ角度の高い自由度は、バイアの頂部で角度
の浅い側壁のテーパ開口部およびバイアの底部で角度の
より急な側壁のテーパ開口部を有するバイアの形成を可
能にし、またその逆も同じく可能にする。このバイア
は、エッチング中に製造されることができるので、バイ
アは、導電性金属で完全に充填されることができる。
ば、自由に可変する側壁のテーパを有するバイアは、単
一のプラズマエッチング室中で形成されることができ
る。側壁に形成されるポリマーの量を変化させることに
より、テーパ角度の高い自由度は、バイアの頂部で角度
の浅い側壁のテーパ開口部およびバイアの底部で角度の
より急な側壁のテーパ開口部を有するバイアの形成を可
能にし、またその逆も同じく可能にする。このバイア
は、エッチング中に製造されることができるので、バイ
アは、導電性金属で完全に充填されることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明は、誘電材料中、例えば二
酸化ケイ素中にバイアを製造することに関する。ドープ
されているかまたはドープされていないケイ酸塩ガラ
ス、例えばＢＳＧまたはＢＰＳＧを包含する他の誘電材
料も有用である。バイアは、導電性材料、例えばアルミ
ニウム（Ａｌ）でバイアを充填するのを簡易化するテー
パした側壁からなる。他の導電性材料、例えばタングス
テン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、ケイ化チタ
ンおよび窒化チタンのような金属誘導体、または導電性
層を形成するために使用される他の常用の材料も有用で
ある。
酸化ケイ素中にバイアを製造することに関する。ドープ
されているかまたはドープされていないケイ酸塩ガラ
ス、例えばＢＳＧまたはＢＰＳＧを包含する他の誘電材
料も有用である。バイアは、導電性材料、例えばアルミ
ニウム（Ａｌ）でバイアを充填するのを簡易化するテー
パした側壁からなる。他の導電性材料、例えばタングス
テン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、ケイ化チタ
ンおよび窒化チタンのような金属誘導体、または導電性
層を形成するために使用される他の常用の材料も有用で
ある。
【００１５】図２は、本発明の例証となる１つの態様を
示す。示されるように、バイア２１０は、導電性層２３
０と相互接続するために誘電性層２２０中に形成され
る。バイアは、頂部での角度βおよび下部での角度αを
有するテーパした側壁を有する。本発明によれば、テー
パした側壁の角度は、付加的なエッチング室または付加
的な清浄化工程を必要とせずに変化するので、こうして
費用および原料処理時間（ＲＰＷ）を減少させる。
示す。示されるように、バイア２１０は、導電性層２３
０と相互接続するために誘電性層２２０中に形成され
る。バイアは、頂部での角度βおよび下部での角度αを
有するテーパした側壁を有する。本発明によれば、テー
パした側壁の角度は、付加的なエッチング室または付加
的な清浄化工程を必要とせずに変化するので、こうして
費用および原料処理時間（ＲＰＷ）を減少させる。
【００１６】１つの態様において、バイアは、常用のエ
ッチング法を用いて形成される。例えば、誘電材料のエ
ッチングは、フッ素のエッチング空間を生産する様々な
常用のフルオロカーボンの化学的エッチングを用いて達
成されることができる。幾つかのフルオロカーボンの化
学的エッチングは、例えばＣＨ４およびＣＨＦ３を包含
する。他のフルオロカーボンの化学的エッチングも有用
である。典型的に、フルオロカーボンは、他のガスまた
はアルゴンのようなガスと組み合わされる。有利に、エ
ッチング処理は、プラズマエッチング室中で行われる、
というのも、プラズマエッチングは、一般により低い温
度で起こるからである。本方法を実施するためのフッ素
含有エッチング剤のためのプラズマエッチング室は市販
されている。選択的に、反応性イオンエッチングも有用
である。
ッチング法を用いて形成される。例えば、誘電材料のエ
ッチングは、フッ素のエッチング空間を生産する様々な
常用のフルオロカーボンの化学的エッチングを用いて達
成されることができる。幾つかのフルオロカーボンの化
学的エッチングは、例えばＣＨ４およびＣＨＦ３を包含
する。他のフルオロカーボンの化学的エッチングも有用
である。典型的に、フルオロカーボンは、他のガスまた
はアルゴンのようなガスと組み合わされる。有利に、エ
ッチング処理は、プラズマエッチング室中で行われる、
というのも、プラズマエッチングは、一般により低い温
度で起こるからである。本方法を実施するためのフッ素
含有エッチング剤のためのプラズマエッチング室は市販
されている。選択的に、反応性イオンエッチングも有用
である。
【００１７】フルオロカーボンのエッチング処理の副生
成物は、バイアの側壁に析出されるポリマーである。ポ
リマーは、誘電材料よりもフッ素の化学的エッチングに
対する高い選択性を有する。それゆえ、ポリマー形成は
望まれない、というのも、エッチング処理の効力を妨げ
かつエッチングが停止するかのようにふるまうからであ
る。エッチングパラメータそれ自体は、ポリマーの形成
を減少させるかまたは最小限になるように調節される。
成物は、バイアの側壁に析出されるポリマーである。ポ
リマーは、誘電材料よりもフッ素の化学的エッチングに
対する高い選択性を有する。それゆえ、ポリマー形成は
望まれない、というのも、エッチング処理の効力を妨げ
かつエッチングが停止するかのようにふるまうからであ
る。エッチングパラメータそれ自体は、ポリマーの形成
を減少させるかまたは最小限になるように調節される。
【００１８】しかしながら、本発明は、エッチング処理
中にポリマーを形成するという利点を有する。本発明に
よれば、エッチング処理中に形成されるポリマー層２３
５は、エッチングすべきものから誘電材料を保護するた
めに使用される。この処理の最初にポリマーは、バイア
の側壁２３１に形成されるので、その下の誘電材料を保
護する。エッチング処理が進行する場合、ポリマー形成
は、１つの角度で側壁からバイアの中心２３２に向かっ
て広がり、化学的エッチングからその下の誘電材料を防
護し続ける。こうして、ポリマーは、テーパした側壁を
有するバイアを形成するために有利に使用される。
中にポリマーを形成するという利点を有する。本発明に
よれば、エッチング処理中に形成されるポリマー層２３
５は、エッチングすべきものから誘電材料を保護するた
めに使用される。この処理の最初にポリマーは、バイア
の側壁２３１に形成されるので、その下の誘電材料を保
護する。エッチング処理が進行する場合、ポリマー形成
は、１つの角度で側壁からバイアの中心２３２に向かっ
て広がり、化学的エッチングからその下の誘電材料を防
護し続ける。こうして、ポリマーは、テーパした側壁を
有するバイアを形成するために有利に使用される。
【００１９】本発明によれば、テーパした側壁の角度
（αまたはβ）は、ポリマーが側壁に析出される際の速
度を変化させることにより変化する。この角度は、ポリ
マーの成長速度に反比例している。即ち、より速いポリ
マー形成は、より小さな角度を生じ、傾斜が殆どない側
壁を生じる。逆に、より遅いポリマー形成はよりいっそ
う傾斜のある側壁を生じる。
（αまたはβ）は、ポリマーが側壁に析出される際の速
度を変化させることにより変化する。この角度は、ポリ
マーの成長速度に反比例している。即ち、より速いポリ
マー形成は、より小さな角度を生じ、傾斜が殆どない側
壁を生じる。逆に、より遅いポリマー形成はよりいっそ
う傾斜のある側壁を生じる。
【００２０】１つの態様において、ポリマー析出速度
は、エッチングパラメータを変化させることにより変化
されるので、角度をテーパした側壁で変化させる。ポリ
マー形成に影響を及ぼすエッチングパラメータは、例え
ば次のものを包含する：化学的エッチング；エッチング
ガスの比；エッチング中のエッチング室圧力；エッチン
グ中の陰極およびエッチング室の温度；プラズマエッチ
ング室中の磁界；および基板の裏面圧力。
は、エッチングパラメータを変化させることにより変化
されるので、角度をテーパした側壁で変化させる。ポリ
マー形成に影響を及ぼすエッチングパラメータは、例え
ば次のものを包含する：化学的エッチング；エッチング
ガスの比；エッチング中のエッチング室圧力；エッチン
グ中の陰極およびエッチング室の温度；プラズマエッチ
ング室中の磁界；および基板の裏面圧力。
【００２１】エッチング室圧力は、ポリマー形成速度と
正比例の関係を有する。エッチング室圧力が増加するに
つれて、ポリマー形成の増大をもたらすスパッタリング
がいっそう起こらなくなる。
正比例の関係を有する。エッチング室圧力が増加するに
つれて、ポリマー形成の増大をもたらすスパッタリング
がいっそう起こらなくなる。
【００２２】陰極およびエッチング室の温度は、ポリマ
ー形成と反比例の関係を有する。陰極とエッチング室の
どちらか一方または双方の温度を上昇させることは、誘
電材料の粘着係数を減少させる。結果として、ポリマー
形成速度は減少される。
ー形成と反比例の関係を有する。陰極とエッチング室の
どちらか一方または双方の温度を上昇させることは、誘
電材料の粘着係数を減少させる。結果として、ポリマー
形成速度は減少される。
【００２３】エッチング室中の磁界の強さは、ポリマー
形成速度と正比例の関係を有する。磁界の増加は、プラ
ズマのイオン化を増大させ、これによりポリマー形成速
度は増加する。
形成速度と正比例の関係を有する。磁界の増加は、プラ
ズマのイオン化を増大させ、これによりポリマー形成速
度は増加する。
【００２４】化学的エッチングは、ポリマー形成に影響
を及ぼす。殊に、ポリマー形成は、化学的エッチングに
おいて存在する炭素（Ｃ）に依存する。エッチング処理
中に、例えばＣＦ４およびＣＨＦ３を含有するフルオロ
カーボンの化学的エッチングでは、反応してＣＦ２およ
び副生成物が形成される。ポリマーであるＣＦ２は、誘
電材料の側壁の上へ析出される。化学的エッチングにお
いてフルオロカーボンと他のガスとの比が増大すること
により、よりいっそう多量のポリマーが生成され、それ
によってポリマー析出速度は増加される。
を及ぼす。殊に、ポリマー形成は、化学的エッチングに
おいて存在する炭素（Ｃ）に依存する。エッチング処理
中に、例えばＣＦ４およびＣＨＦ３を含有するフルオロ
カーボンの化学的エッチングでは、反応してＣＦ２およ
び副生成物が形成される。ポリマーであるＣＦ２は、誘
電材料の側壁の上へ析出される。化学的エッチングにお
いてフルオロカーボンと他のガスとの比が増大すること
により、よりいっそう多量のポリマーが生成され、それ
によってポリマー析出速度は増加される。
【００２５】本発明によれば、テーパした側壁輪郭は、
ポリマーが側壁上に析出されるような条件下で誘電材料
をエッチングすることにより作製される。テーパした側
壁輪郭の角度または傾斜は、ポリマー析出速度に依存す
る。処理パラメータまたはポリマー析出速度を増大させ
るパラメータを変化させることにより、相対的により小
さな傾斜を有する（傾斜が殆どない）テーパした側壁輪
郭が生じる。他面、ポリマー析出速度を減少させること
により、傾きのより急な傾斜が生じる。
ポリマーが側壁上に析出されるような条件下で誘電材料
をエッチングすることにより作製される。テーパした側
壁輪郭の角度または傾斜は、ポリマー析出速度に依存す
る。処理パラメータまたはポリマー析出速度を増大させ
るパラメータを変化させることにより、相対的により小
さな傾斜を有する（傾斜が殆どない）テーパした側壁輪
郭が生じる。他面、ポリマー析出速度を減少させること
により、傾きのより急な傾斜が生じる。
【００２６】１つの態様において、様々なテーパした側
壁輪郭を有するバイアは形成される。バイアは、導電性
材料での充填を容易にするために、底部での開口部より
も広い頂部での開口部を有する。バイアそれ自体は、頂
部で傾斜が殆どなくかつ底部の近くで傾斜がより急なテ
ーパした側壁輪郭を有し、したがってバイアはほぼ鉛直
である。
壁輪郭を有するバイアは形成される。バイアは、導電性
材料での充填を容易にするために、底部での開口部より
も広い頂部での開口部を有する。バイアそれ自体は、頂
部で傾斜が殆どなくかつ底部の近くで傾斜がより急なテ
ーパした側壁輪郭を有し、したがってバイアはほぼ鉛直
である。
【００２７】バイアは、フルオロカーボンの化学的エッ
チングを用いたプラズマエッチングにより形成される。
エッチングパラメータは、ポリマーがバイアの側壁上に
十分に析出してテーパした輪郭を効果的に形成させるよ
うに調節される。より鉛直な側壁輪郭を形成させるため
に、エッチングパラメータは、ポリマー析出が減少され
るか最小化されるように調節され、より異方的なエッチ
ングを生じさせる。
チングを用いたプラズマエッチングにより形成される。
エッチングパラメータは、ポリマーがバイアの側壁上に
十分に析出してテーパした輪郭を効果的に形成させるよ
うに調節される。より鉛直な側壁輪郭を形成させるため
に、エッチングパラメータは、ポリマー析出が減少され
るか最小化されるように調節され、より異方的なエッチ
ングを生じさせる。
【００２８】さらに、バイアの上部でテーパした側壁を
形成させるために析出されるポリマー層は、底部でのよ
り鉛直な側壁の形成中に変更されるものから輪郭を保護
するのに十分な厚さである。もちろん、当業者には、ポ
リマーの層厚が、バイアが形成される場合の誘電性層の
全層厚ならびに誘電材料に関連するポリマーに対するエ
ッチングの選択性に依存することが分かるであろう。
形成させるために析出されるポリマー層は、底部でのよ
り鉛直な側壁の形成中に変更されるものから輪郭を保護
するのに十分な厚さである。もちろん、当業者には、ポ
リマーの層厚が、バイアが形成される場合の誘電性層の
全層厚ならびに誘電材料に関連するポリマーに対するエ
ッチングの選択性に依存することが分かるであろう。
【００２９】一般に、ポリマー層の層厚は、少なくとも
ほぼ１／（ポリマーに対する選択性）×Ｔ［この場合Ｔ
は、エッチングされるべき誘電材料の残留部の層厚にほ
ぼ等しい］である。好ましくは、ほぼ１／（ポリマーに
対する選択性）×Ｔ、よりいっそう好ましくは、ほぼ１
／（ポリマーに対する選択性）×Ｔ＋［１／（ポリマー
に対する選択性）×Ｔ］の０〜５０％である。さらに好
ましくは、ほぼ１／（ポリマーに対する選択性）×Ｔ、
よりいっそう好ましくは、ほぼ１／（ポリマーに対する
選択性）×Ｔ＋［１／（ポリマーに対する選択性）×
Ｔ］の３０〜５０％である。
ほぼ１／（ポリマーに対する選択性）×Ｔ［この場合Ｔ
は、エッチングされるべき誘電材料の残留部の層厚にほ
ぼ等しい］である。好ましくは、ほぼ１／（ポリマーに
対する選択性）×Ｔ、よりいっそう好ましくは、ほぼ１
／（ポリマーに対する選択性）×Ｔ＋［１／（ポリマー
に対する選択性）×Ｔ］の０〜５０％である。さらに好
ましくは、ほぼ１／（ポリマーに対する選択性）×Ｔ、
よりいっそう好ましくは、ほぼ１／（ポリマーに対する
選択性）×Ｔ＋［１／（ポリマーに対する選択性）×
Ｔ］の３０〜５０％である。
【００３０】典型的には、ポリマーと誘電材料とのエッ
チング選択性は約２０：１である。２０：１のエッチン
グ選択性と仮定して、ポリマー層の層厚は、少なくとも
約１／２０×Ｔであるべきである。換言すると、ポリマ
ー層の層厚は、側壁のより鉛直な部分の層厚の少なくと
も約１／２０である。有利に、ポリマー層の層厚は、１
／２０×Ｔにほぼ等しく、よりいっそう好ましくは、
（１／２０×Ｔ）＋（１／２０×Ｔ）の０〜５０％にほ
ぼ等しい。さらに好ましくは、ほぼ１／（ポリマーに対
する選択性）×Ｔ、よりいっそう好ましくは、ほぼ１／
（ポリマーに対する選択性）×Ｔ＋［１／（ポリマーに
対する選択性）×Ｔ］の３０〜５０％である。
チング選択性は約２０：１である。２０：１のエッチン
グ選択性と仮定して、ポリマー層の層厚は、少なくとも
約１／２０×Ｔであるべきである。換言すると、ポリマ
ー層の層厚は、側壁のより鉛直な部分の層厚の少なくと
も約１／２０である。有利に、ポリマー層の層厚は、１
／２０×Ｔにほぼ等しく、よりいっそう好ましくは、
（１／２０×Ｔ）＋（１／２０×Ｔ）の０〜５０％にほ
ぼ等しい。さらに好ましくは、ほぼ１／（ポリマーに対
する選択性）×Ｔ、よりいっそう好ましくは、ほぼ１／
（ポリマーに対する選択性）×Ｔ＋［１／（ポリマーに
対する選択性）×Ｔ］の３０〜５０％である。
【００３１】本発明によれば、側壁の角度は、エッチン
グパラメータを調節することにより変化させることがで
きる。このことは、テーパの角度間のなめらかな移行を
可能にし、テーパした開口部の卓越した金属充填をもた
らす。正確な角度およびテーパ範囲は、エッチングパラ
メータ、例えばエッチング時間、エッチングガスの比、
エッチング室の圧力、温度、エッチング室中の磁界およ
び／または基板の裏面圧力を変化させることにより簡単
に製作されることができる。
グパラメータを調節することにより変化させることがで
きる。このことは、テーパの角度間のなめらかな移行を
可能にし、テーパした開口部の卓越した金属充填をもた
らす。正確な角度およびテーパ範囲は、エッチングパラ
メータ、例えばエッチング時間、エッチングガスの比、
エッチング室の圧力、温度、エッチング室中の磁界およ
び／または基板の裏面圧力を変化させることにより簡単
に製作されることができる。
【００３２】テーパ角度間のなめらかな移行は、テーパ
した開口部の卓越した金属充填をもたらす。正確な角度
およびテーパ範囲は、エッチングされた開口部の卓越し
た金属充填が得られるように特殊なエッチングのために
エッチング時間を変化させることにより簡単に調節され
ることができる。
した開口部の卓越した金属充填をもたらす。正確な角度
およびテーパ範囲は、エッチングされた開口部の卓越し
た金属充填が得られるように特殊なエッチングのために
エッチング時間を変化させることにより簡単に調節され
ることができる。
【００３３】次の例は、様々なテーパを有する誘電性層
中の開口部をエッチングするための本方法を説明するも
のである。しかしながら、本発明は、本明細書中に記載
された詳細に制限されるものではない。
中の開口部をエッチングするための本方法を説明するも
のである。しかしながら、本発明は、本明細書中に記載
された詳細に制限されるものではない。
【００３４】
例１ ３５℃の壁体温度および２０℃の陰極支持温度を有する
市販のプラズマエッチング室を用いて、バイアを図３に
示されるように、窒化チタン（ＴｉＮ）層上に析出され
た二酸化ケイ素層に、次の条件下で作製した： 圧力 ３００ミリトール（ｍＴｏｒｒ） ヘリウム裏面圧力 ８トール 電力 ９００ワット 磁界 ８０ガウス 第一工程において、ＣＨＦ３ １００立方センチメート
ル毎秒およびアルゴン２０立方センチメートル毎秒を９
０秒間エッチング室中へ通すことにより、テーパした開
口部を二酸化ケイ素層に作製した。生じた側壁のテーパ
は約６９゜であり、かつ開口部は直径で約９８０マイク
ロメートルであった。
市販のプラズマエッチング室を用いて、バイアを図３に
示されるように、窒化チタン（ＴｉＮ）層上に析出され
た二酸化ケイ素層に、次の条件下で作製した： 圧力 ３００ミリトール（ｍＴｏｒｒ） ヘリウム裏面圧力 ８トール 電力 ９００ワット 磁界 ８０ガウス 第一工程において、ＣＨＦ３ １００立方センチメート
ル毎秒およびアルゴン２０立方センチメートル毎秒を９
０秒間エッチング室中へ通すことにより、テーパした開
口部を二酸化ケイ素層に作製した。生じた側壁のテーパ
は約６９゜であり、かつ開口部は直径で約９８０マイク
ロメートルであった。
【００３５】その後、ガス流量をＣＨＦ３ ３０立方セ
ンチメートル毎秒およびアルゴン１００立方センチメー
トル毎秒に変化させ、かつ第二工程においてさらに９０
秒間エッチングし続けた。生じた側壁のテーパは約８０
゜であり、かつバイアの底部での開口部は、直径で約６
１０マイクロメートルであった。図３は、生じたテーパ
した開口部の顕微鏡写真である。テーパした側壁はなめ
らかであり、かつ基板でアンダーカットは見られない。
ンチメートル毎秒およびアルゴン１００立方センチメー
トル毎秒に変化させ、かつ第二工程においてさらに９０
秒間エッチングし続けた。生じた側壁のテーパは約８０
゜であり、かつバイアの底部での開口部は、直径で約６
１０マイクロメートルであった。図３は、生じたテーパ
した開口部の顕微鏡写真である。テーパした側壁はなめ
らかであり、かつ基板でアンダーカットは見られない。
【００３６】例２ 例１のような処理条件を用いて、第一工程を１２０秒間
続けて、その側壁のテーパ角度が約６７゜である、直径
で約１０００マイクロメートルの開口部を形成させた。
第二エッチング工程を３００ミリトールの代わりに１０
０ミリトールの圧力で６０秒間続けた。第二工程は、直
径で約６００マイクロメートルであり、かつ約８１゜の
側壁のテーパした角度を有するバイアの底部での開口部
を作製した。図４は、生じた開口部の顕微鏡写真であ
る。再び、最初のエッチング角度と第二のエッチング角
度間のなめらかな移行は得られた。アンダーカットは現
れない。
続けて、その側壁のテーパ角度が約６７゜である、直径
で約１０００マイクロメートルの開口部を形成させた。
第二エッチング工程を３００ミリトールの代わりに１０
０ミリトールの圧力で６０秒間続けた。第二工程は、直
径で約６００マイクロメートルであり、かつ約８１゜の
側壁のテーパした角度を有するバイアの底部での開口部
を作製した。図４は、生じた開口部の顕微鏡写真であ
る。再び、最初のエッチング角度と第二のエッチング角
度間のなめらかな移行は得られた。アンダーカットは現
れない。
【００３７】こうして、単に２つのパラメータであるエ
ッチング時間およびエッチングガスの割合を変化させる
ことにより、側壁開口部の形状は、意のままに変化して
テーパの異なる角度を有する異なる大きさの開口部を形
成させることができる。さらに他のパラメータ、例えば
圧力、電力、磁界等を変化させることにより、本発明に
よれば、殆ど無数の種類の側壁のテーパおよび形状を得
ることができる。
ッチング時間およびエッチングガスの割合を変化させる
ことにより、側壁開口部の形状は、意のままに変化して
テーパの異なる角度を有する異なる大きさの開口部を形
成させることができる。さらに他のパラメータ、例えば
圧力、電力、磁界等を変化させることにより、本発明に
よれば、殆ど無数の種類の側壁のテーパおよび形状を得
ることができる。
【００３８】実施例におけるエッチングガスの選択は、
バイアの底部での二酸化ケイ素とＴｉＮのバリアー層と
の間のエッチングの高い選択性を達成するようになされ
てきた。しかしながら、二酸化ケイ素のための他のフッ
素含有エッチングガス組成物は公知であり、かつ生じる
材料、例えば下方の層の材料の性質および所望の選択性
に応じて置き換えられることができる。
バイアの底部での二酸化ケイ素とＴｉＮのバリアー層と
の間のエッチングの高い選択性を達成するようになされ
てきた。しかしながら、二酸化ケイ素のための他のフッ
素含有エッチングガス組成物は公知であり、かつ生じる
材料、例えば下方の層の材料の性質および所望の選択性
に応じて置き換えられることができる。
【００３９】本方法の他の利点は、ケミカル−メカニカ
ルポリッシング（ＣＭＰ処理）されている二酸化ケイ素
層中のバイアをエッチングするのに使用される場合であ
る。殊に、金属線のような微細な構造上に析出される場
合に、この種類のポリッシングは、二酸化ケイ素層を平
坦化するのに使用される。ＣＭＰは、有効であるけれど
も、その上に素子の第二層を形成するための完全に平坦
な二酸化ケイ素層を提供しない。さらに、こうして、バ
イアが単一エッチング工程の処理を用いて様々な層厚を
有する二酸化ケイ素層を貫通してエッチングされる場合
には、二酸化ケイ素層の底部表面近くのバイアの寸法
は、変化するであろう。
ルポリッシング（ＣＭＰ処理）されている二酸化ケイ素
層中のバイアをエッチングするのに使用される場合であ
る。殊に、金属線のような微細な構造上に析出される場
合に、この種類のポリッシングは、二酸化ケイ素層を平
坦化するのに使用される。ＣＭＰは、有効であるけれど
も、その上に素子の第二層を形成するための完全に平坦
な二酸化ケイ素層を提供しない。さらに、こうして、バ
イアが単一エッチング工程の処理を用いて様々な層厚を
有する二酸化ケイ素層を貫通してエッチングされる場合
には、二酸化ケイ素層の底部表面近くのバイアの寸法
は、変化するであろう。
【００４０】図５は、単一工程のエッチング処理中に、
様々な層厚（開口部１０４中の破線は、二酸化ケイ素層
１００の本来の層厚を示す）を有する二酸化ケイ素層１
００を貫通して生じることを説明している。エッチング
後、全ての開口部１０４は、テーパのあらかじめ決定さ
れた角度で形成される。こうして、二酸化ケイ素層１０
０のより厚い部分１０２を貫通して形成された開口部１
０４は、二酸化ケイ素層のより薄い部分１０３を貫通し
て形成された開口部よりも下部でより小さな寸法を有す
るけれども、開口部の頂部では、ほぼ同じ寸法を有す
る。このことは、開口部の頂部でのポリマー形成のため
に起こる。しかしながら、必要とされるエッチングが深
くなればなるほど、二酸化ケイ素層および下方の基板の
界面で形成される開口部の寸法がより狭くなる。下方の
接触層との任意の取り付け不良部分、殊により小さな開
口部は、失敗した電気的接続になりうる。
様々な層厚（開口部１０４中の破線は、二酸化ケイ素層
１００の本来の層厚を示す）を有する二酸化ケイ素層１
００を貫通して生じることを説明している。エッチング
後、全ての開口部１０４は、テーパのあらかじめ決定さ
れた角度で形成される。こうして、二酸化ケイ素層１０
０のより厚い部分１０２を貫通して形成された開口部１
０４は、二酸化ケイ素層のより薄い部分１０３を貫通し
て形成された開口部よりも下部でより小さな寸法を有す
るけれども、開口部の頂部では、ほぼ同じ寸法を有す
る。このことは、開口部の頂部でのポリマー形成のため
に起こる。しかしながら、必要とされるエッチングが深
くなればなるほど、二酸化ケイ素層および下方の基板の
界面で形成される開口部の寸法がより狭くなる。下方の
接触層との任意の取り付け不良部分、殊により小さな開
口部は、失敗した電気的接続になりうる。
【００４１】しかしながら、本方法によれば、全てのバ
イアの上部は、第一工程において、二酸化ケイ素層のあ
らかじめ決定された深さにエッチングされる。この開口
部は、全てほぼ同一の寸法を有する。第二エッチング工
程は、まっすぐな壁に囲まれたほぼ鉛直な側壁の開口部
を提供する。こうして、また、バイアの底部での開口部
は、二酸化ケイ素層の層厚にかかわらず、全てほぼ同一
の大きさである。開口部の全体の深さだけが異なるにす
ぎないであろう。
イアの上部は、第一工程において、二酸化ケイ素層のあ
らかじめ決定された深さにエッチングされる。この開口
部は、全てほぼ同一の寸法を有する。第二エッチング工
程は、まっすぐな壁に囲まれたほぼ鉛直な側壁の開口部
を提供する。こうして、また、バイアの底部での開口部
は、二酸化ケイ素層の層厚にかかわらず、全てほぼ同一
の大きさである。開口部の全体の深さだけが異なるにす
ぎないであろう。
【００４２】本発明は、特別な態様の点については記載
されているけれども、当業者に公知であるように、エッ
チングガス、開口部の寸法およびテーパ等の様々な変更
を加えることができ、かつその中に包含されるべきこと
を意味している。本発明は、明細書中に係属された請求
の範囲により制限されるべきものにすぎない。
されているけれども、当業者に公知であるように、エッ
チングガス、開口部の寸法およびテーパ等の様々な変更
を加えることができ、かつその中に包含されるべきこと
を意味している。本発明は、明細書中に係属された請求
の範囲により制限されるべきものにすぎない。
【図１】先行技術による方法を用いてスパッタされたア
ルミニウムで部分的に充填された開口部の略示輪郭図。
ルミニウムで部分的に充填された開口部の略示輪郭図。
【図２】テーパした側壁を有する開口部を説明する、本
発明による１つの態様。
発明による１つの態様。
【図３】本発明による方法を用いて作製されたプラズマ
エッチングされた開口部の表面上の金属組織を示す顕微
鏡写真。
エッチングされた開口部の表面上の金属組織を示す顕微
鏡写真。
【図４】本発明による方法を用いて作製された別のプラ
ズマエッチングされた開口部の表面上の金属組織を示す
顕微鏡写真。
ズマエッチングされた開口部の表面上の金属組織を示す
顕微鏡写真。
【図５】先行技術による方法に従って様々な層厚を有す
る層中に作製された複数の開口部の略示輪郭図。
る層中に作製された複数の開口部の略示輪郭図。
１０ バイア、 １２ アルミニウム層、 ２１０ バ
イア、 ２２０ 誘電性層、 ２３０ 導電性層、 ２
３１ 側壁、 ２３２ バイアの中心、 ２３５ ポリ
マー層、 １００ 二酸化ケイ素層、 １０２ より厚
い部分、 １０３ より薄い部分、 １０４ 開口部
イア、 ２２０ 誘電性層、 ２３０ 導電性層、 ２
３１ 側壁、 ２３２ バイアの中心、 ２３５ ポリ
マー層、 １００ 二酸化ケイ素層、 １０２ より厚
い部分、 １０３ より薄い部分、 １０４ 開口部
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年４月２２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
Claims (9)
- 【請求項１】 単一のプラズマエッチング室中で、誘電
性の二酸化ケイ素層中のバイアの開口部をプラズマエッ
チングする方法において、エッチングされる開口部の側
壁のテーパを変化させるために、エッチング中に反応条
件を変化させることを特徴とする、誘電性の二酸化ケイ
素層中のバイアの開口部をプラズマエッチングする方
法。 - 【請求項２】 エッチングガスは、フッ素含有ガスおよ
びアルゴンの混合物である、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 最初のエッチングは、側壁にポリマーを
析出させることにより側壁のテーパした輪郭を形成さ
せ、エッチングを続けてまっすぐな壁に囲まれた鉛直な
開口部を形成させる、請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 フッ素含有ガスは、ＣＨＦ３である、請
求項１記載の方法。 - 【請求項５】 単一のプラズマエッチング室中で、誘電
性の二酸化ケイ素層中のバイアの開口部をエッチングす
る方法において、 エッチングを続けた場合に開口部の側壁にポリマーの量
を増大させて析出させることにより、二酸化ケイ素層を
部分的に貫通してテーパした開口部をプラズマエッチン
グし、かつ二酸化ケイ素層の残りの部分の、まっすぐな
壁に囲まれた鉛直な開口部を異方的にプラズマエッチン
グすることを特徴とする、誘電性の二酸化ケイ素層中の
バイアの開口部をエッチングする方法。 - 【請求項６】 プラズマは、フッ素含有ガスおよびアル
ゴンから形成される、請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 側壁のテーパは、エッチングガスの相対
割合を変化させることにより変化される、請求項６記載
の方法。 - 【請求項８】 前記のフルオロカーボン含有エッチング
ガスは、ＣＨＦ３である、請求項６記載の方法。 - 【請求項９】 前記二酸化ケイ素層は、様々な層厚から
なる、請求項５記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US82646397A | 1997-03-27 | 1997-03-27 | |
| US08/826463 | 1997-03-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10275800A true JPH10275800A (ja) | 1998-10-13 |
Family
ID=25246607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10098253A Withdrawn JPH10275800A (ja) | 1997-03-27 | 1998-03-27 | プラズマエッチングする方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0871213A3 (ja) |
| JP (1) | JPH10275800A (ja) |
| KR (1) | KR19980080764A (ja) |
| CN (1) | CN1133202C (ja) |
| TW (1) | TW459356B (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100650766B1 (ko) * | 2005-11-08 | 2006-11-27 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 제조방법 |
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| DE10059836A1 (de) * | 2000-12-01 | 2002-06-13 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zur Strukturierung dielektrischer Schichten |
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| KR20030002364A (ko) * | 2001-06-29 | 2003-01-09 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체장치의 콘택홀 제조방법 |
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