JPH11288923A - トレンチの形成方法およびそれを用いる半導体装置の製造方法 - Google Patents
トレンチの形成方法およびそれを用いる半導体装置の製造方法Info
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- JPH11288923A JPH11288923A JP9184598A JP9184598A JPH11288923A JP H11288923 A JPH11288923 A JP H11288923A JP 9184598 A JP9184598 A JP 9184598A JP 9184598 A JP9184598 A JP 9184598A JP H11288923 A JPH11288923 A JP H11288923A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】下地シリコン基板や窒化シリコン膜との選択比
に優れ、かつ、垂直になおかつ高速に絶縁膜をエッチン
グしてトレンチを形成する方法およびそれを用いた半導
体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】絶縁膜を挟んで積層される下層導電層と上
層導電層とを接続するために前記絶縁膜に導電体を充填
するためのトレンチをエッチングにより形成する工程を
有するトレンチの形成方法において、前記トレンチをエ
ッチングにより形成する工程は、エッチングガスとし
て、少なくともＣ4 Ｆ8 またはＣ3 Ｆ8 と、ＣＯ、Ａｒ
及びＯ2 を使用し、Ｃ4 Ｆ8 またはＣ3 Ｆ8 の流量が６
〜１０ｓｃｃｍ、ＣＯ／Ａｒの流量比が１０〜２０％、
Ｏ2 の流量が５〜７ｓｃｃｍで、かつエッチングガスの
総流量が３５０ｓｃｃｍ〜４００ｓｃｃｍ以下でエッチ
ングを行う工程であるトレンチの形成方法。
に優れ、かつ、垂直になおかつ高速に絶縁膜をエッチン
グしてトレンチを形成する方法およびそれを用いた半導
体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】絶縁膜を挟んで積層される下層導電層と上
層導電層とを接続するために前記絶縁膜に導電体を充填
するためのトレンチをエッチングにより形成する工程を
有するトレンチの形成方法において、前記トレンチをエ
ッチングにより形成する工程は、エッチングガスとし
て、少なくともＣ4 Ｆ8 またはＣ3 Ｆ8 と、ＣＯ、Ａｒ
及びＯ2 を使用し、Ｃ4 Ｆ8 またはＣ3 Ｆ8 の流量が６
〜１０ｓｃｃｍ、ＣＯ／Ａｒの流量比が１０〜２０％、
Ｏ2 の流量が５〜７ｓｃｃｍで、かつエッチングガスの
総流量が３５０ｓｃｃｍ〜４００ｓｃｃｍ以下でエッチ
ングを行う工程であるトレンチの形成方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
分野において用いられるドライエッチング方法に関し、
特に配線に用いられるトレンチを垂直且つ高速に行うこ
とのできるエッチング方法に関するものである。
分野において用いられるドライエッチング方法に関し、
特に配線に用いられるトレンチを垂直且つ高速に行うこ
とのできるエッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の高集積化、高速化に伴い、
近年予めトレンチを形成し、該トレンチに金属を埋め込
んで金属配線を形成する、所謂埋め込み配線技術が注目
されている。この埋め込み配線技術は、半導体基板の不
純物拡散層上に裏打ちして拡散層の低抵抗化を行う裏打
ち配線、各拡散層及びワード線間等を結ぶ局所配線、接
続孔上の絶縁膜に形成されるダマシン配線等の各種配線
に適用されている。
近年予めトレンチを形成し、該トレンチに金属を埋め込
んで金属配線を形成する、所謂埋め込み配線技術が注目
されている。この埋め込み配線技術は、半導体基板の不
純物拡散層上に裏打ちして拡散層の低抵抗化を行う裏打
ち配線、各拡散層及びワード線間等を結ぶ局所配線、接
続孔上の絶縁膜に形成されるダマシン配線等の各種配線
に適用されている。
【０００３】これらの中で裏打ち配線に使用されるトレ
ンチは、接続孔をトレンチ形状として拡散層との接触面
積を増加させることにより拡散層の抵抗を低減する方法
である。即ち、半導体装置のデザインルールの微細化に
伴い、拡散層に形成されるコンタクトホールの径が減少
する為、円柱形状で接続孔を形成した場合、拡散層と接
触面積が減少し、抵抗が高くなるという問題を解決する
手段として用いられている。
ンチは、接続孔をトレンチ形状として拡散層との接触面
積を増加させることにより拡散層の抵抗を低減する方法
である。即ち、半導体装置のデザインルールの微細化に
伴い、拡散層に形成されるコンタクトホールの径が減少
する為、円柱形状で接続孔を形成した場合、拡散層と接
触面積が減少し、抵抗が高くなるという問題を解決する
手段として用いられている。
【０００４】かかるトレンチは、基板上に形成される絶
縁膜をエッチングすることにより形成される。従って、
エッチングの際には、絶縁膜と下地となるシリコン基板
との選択比、及び接続孔がセルフアラインコンタクト構
造の場合、絶縁膜とゲート電極のストッパーとして使用
される窒化シリコンとの選択比等が考慮される。
縁膜をエッチングすることにより形成される。従って、
エッチングの際には、絶縁膜と下地となるシリコン基板
との選択比、及び接続孔がセルフアラインコンタクト構
造の場合、絶縁膜とゲート電極のストッパーとして使用
される窒化シリコンとの選択比等が考慮される。
【０００５】絶縁膜を高い選択比でエッチングする方法
としては、例えば、特開昭５７−６４９５１号公報等に
おいて、予めパターニングされたアルミニウム層をマス
クとして、Ｃ4 Ｆ8 あるいはＣ3 Ｆ8 を用いる反応性ス
パッタエッチングにより、酸化シリコン−窒化シリコン
−酸化シリコンからなる積層膜（所謂ＯＮＯ膜）を選択
的にエッチングする技術が知られている。これは、Ｃ4
Ｆ8 等を用いる反応性スパッタエッチングは、マスク材
のアルミニウムは全くエッチングされず、シリコン基板
への汚染もないという特徴をいかした技術である。
としては、例えば、特開昭５７−６４９５１号公報等に
おいて、予めパターニングされたアルミニウム層をマス
クとして、Ｃ4 Ｆ8 あるいはＣ3 Ｆ8 を用いる反応性ス
パッタエッチングにより、酸化シリコン−窒化シリコン
−酸化シリコンからなる積層膜（所謂ＯＮＯ膜）を選択
的にエッチングする技術が知られている。これは、Ｃ4
Ｆ8 等を用いる反応性スパッタエッチングは、マスク材
のアルミニウムは全くエッチングされず、シリコン基板
への汚染もないという特徴をいかした技術である。
【０００６】そこで、絶縁膜にトレンチを形成する場合
に、上記Ｃ4 Ｆ8 あるいはＣ3 Ｆ8をエッチングガスと
して用いる反応性スパッタエッチング法の改良適用が試
みられている。
に、上記Ｃ4 Ｆ8 あるいはＣ3 Ｆ8をエッチングガスと
して用いる反応性スパッタエッチング法の改良適用が試
みられている。
【０００７】例えば、従来から知られているものとし
て、マグネトロン方式のＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉ
ｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置を用い、Ｃ4 Ｆ8 ，ＣＯ，
Ａｒ，Ｏ2 等の組み合わせをエッチングガスとするエッ
チングする方法がある。
て、マグネトロン方式のＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉ
ｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置を用い、Ｃ4 Ｆ8 ，ＣＯ，
Ａｒ，Ｏ2 等の組み合わせをエッチングガスとするエッ
チングする方法がある。
【０００８】以下、本発明者らがこの方法により、裏打
ち配線を絶縁膜に形成した実験結果を図面により説明す
る。図９（ａ）に示すように、例えば、ｎ型半導体基板
６０１上に素子分離膜６０２を形成し、ホウ素等のイオ
ン注入（ＢＦ2 + イオン: ３５ｋｅＶ，３Ｅ１５ｉｏｎ
ｓ／ｃｍ2 ）後、窒素雰囲気下、９００℃で１０分のア
ニールを施すことにより拡散層６０３を形成し、酸化シ
リコンからなる層間絶縁膜６０４を、常圧ＣＶＤ法によ
り膜厚１０００ｎｍで形成し、フォトレジスト膜６０５
を成膜後、所定のトレンチパターンにパターニングを行
う。この場合のトレンチパターン６０６は、例えば、幅
０．３μｍ、長さ０．５μｍ，４０μｍである。
ち配線を絶縁膜に形成した実験結果を図面により説明す
る。図９（ａ）に示すように、例えば、ｎ型半導体基板
６０１上に素子分離膜６０２を形成し、ホウ素等のイオ
ン注入（ＢＦ2 + イオン: ３５ｋｅＶ，３Ｅ１５ｉｏｎ
ｓ／ｃｍ2 ）後、窒素雰囲気下、９００℃で１０分のア
ニールを施すことにより拡散層６０３を形成し、酸化シ
リコンからなる層間絶縁膜６０４を、常圧ＣＶＤ法によ
り膜厚１０００ｎｍで形成し、フォトレジスト膜６０５
を成膜後、所定のトレンチパターンにパターニングを行
う。この場合のトレンチパターン６０６は、例えば、幅
０．３μｍ、長さ０．５μｍ，４０μｍである。
【０００９】次いで、以下の条件でエッチングを行った
後、前記レジスト膜６０６を剥離して図９（ｂ）に示す
ような状態を得る。
後、前記レジスト膜６０６を剥離して図９（ｂ）に示す
ような状態を得る。
【００１０】（エッチング条件） 装置 ：マグネトロン型ＲＩＥ装置 エッチングガス ：Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ2 ＝８／
１５０／２００／３ｓｃｃｍ 圧力 ：５，３Ｐａ ＲＦＰｏｗｅｒ ：１７００Ｗ 電極間隔 ：２７ｍｍ 電極温度 ：上部／側壁／下部＝６０／６０／２
０℃ ウェーハ裏面圧力（センター／エッジ）＝９．３／５
３．３ｈＰａ オーバーエッチ率：２０％
１５０／２００／３ｓｃｃｍ 圧力 ：５，３Ｐａ ＲＦＰｏｗｅｒ ：１７００Ｗ 電極間隔 ：２７ｍｍ 電極温度 ：上部／側壁／下部＝６０／６０／２
０℃ ウェーハ裏面圧力（センター／エッジ）＝９．３／５
３．３ｈＰａ オーバーエッチ率：２０％
【００１１】このエッチングによって、トレンチの側壁
傾斜角度Ａ，Ｂは、８５．５〜８７．５°、下地シリコ
ン基板の削れ量ｇは、約３０ｎｍ、ｈは約４０ｎｍであ
った。尚、下地シリコン基板の削れ量ｇとｈに差が生じ
るのは、レジスト膜の開口面積が異なることから、マイ
クロローディング効果によりエッチングレートに差が生
じるからである。
傾斜角度Ａ，Ｂは、８５．５〜８７．５°、下地シリコ
ン基板の削れ量ｇは、約３０ｎｍ、ｈは約４０ｎｍであ
った。尚、下地シリコン基板の削れ量ｇとｈに差が生じ
るのは、レジスト膜の開口面積が異なることから、マイ
クロローディング効果によりエッチングレートに差が生
じるからである。
【００１２】又、酸化膜のエッチングレート及び酸化膜
エッチングレートの面内均一性は、幅＝０．３μｍ、長
さ０．５μｍのトレンチ内で３６０ｎｍ／ｍｉｎ（±３
％）であった。
エッチングレートの面内均一性は、幅＝０．３μｍ、長
さ０．５μｍのトレンチ内で３６０ｎｍ／ｍｉｎ（±３
％）であった。
【００１３】この後、図１０（ｃ）に示すように、密着
層形成用の金属６０７をトレンチ内部に成膜し、ランプ
アニール処理をした後、埋め込み用金属６０８を成膜
し、例えば、反応性イオンエッチンによる全面エッチバ
ック法により、埋め込み配線を形成した。
層形成用の金属６０７をトレンチ内部に成膜し、ランプ
アニール処理をした後、埋め込み用金属６０８を成膜
し、例えば、反応性イオンエッチンによる全面エッチバ
ック法により、埋め込み配線を形成した。
【００１４】埋め込み用金属配線の形成条件の例を以下
に示す。 密着層形成用の金属のスパッタリング：コリメートＴｉ
＝２０ｎｍ（０．５２Ｐａ，８ｋＷ，Ａｒ＝３５ｓｃｃ
ｍ，３００℃） ランプアニール：６５０℃，１ａｔｍ，Ｎ2 ＝１００
％，３０ｓｅｃ ブランケットＷ ＣＶＤ：６００ｎｍ（１０．７ｋＰ
ａ，ＷＦ6 ／Ｈ2 ／Ａｒ＝４０／４００／２２５０ｓｃ
ｃｍ，４５０℃） Ｗエッチバック：１ｓｔ ｓｔｅｐ（Ｗ Ｅｔｃｈ）４
５．５Ｐａ，２７５Ｗ，ＳＦ6 ／Ａｒ／Ｈｅ＝１１０／
９０／５ｓｃｃｍ） ２ｅｄ ｓｔｅｐ（ＴｉＮ Ｅｔｃｈ）６．５Ｐａ，２
５０Ｗ，Ａｒ／Ｃｌ2＝７５／５ｓｃｃｍ ３ｒｄ ｓｔｅｐ（Ｗ オーバーエッチ）３２．５Ｐ
ａ，７０Ｗ，ＳＦ6 ／Ａｒ／Ｈｅ＝２０／１０／１ｓｃ
ｃｍ
に示す。 密着層形成用の金属のスパッタリング：コリメートＴｉ
＝２０ｎｍ（０．５２Ｐａ，８ｋＷ，Ａｒ＝３５ｓｃｃ
ｍ，３００℃） ランプアニール：６５０℃，１ａｔｍ，Ｎ2 ＝１００
％，３０ｓｅｃ ブランケットＷ ＣＶＤ：６００ｎｍ（１０．７ｋＰ
ａ，ＷＦ6 ／Ｈ2 ／Ａｒ＝４０／４００／２２５０ｓｃ
ｃｍ，４５０℃） Ｗエッチバック：１ｓｔ ｓｔｅｐ（Ｗ Ｅｔｃｈ）４
５．５Ｐａ，２７５Ｗ，ＳＦ6 ／Ａｒ／Ｈｅ＝１１０／
９０／５ｓｃｃｍ） ２ｅｄ ｓｔｅｐ（ＴｉＮ Ｅｔｃｈ）６．５Ｐａ，２
５０Ｗ，Ａｒ／Ｃｌ2＝７５／５ｓｃｃｍ ３ｒｄ ｓｔｅｐ（Ｗ オーバーエッチ）３２．５Ｐ
ａ，７０Ｗ，ＳＦ6 ／Ａｒ／Ｈｅ＝２０／１０／１ｓｃ
ｃｍ
【００１５】以上のような従来法により形成したトレン
チは、側壁傾斜角度が小さくなることから、拡散層との
接触面積が当初デザインした面積より小さくなり、設計
した値より抵抗が高くなってしまうことになる。
チは、側壁傾斜角度が小さくなることから、拡散層との
接触面積が当初デザインした面積より小さくなり、設計
した値より抵抗が高くなってしまうことになる。
【００１６】トレンチは拡散層との接触面積を増加させ
るものであるから、可能な限り接触面積を大きくした
い。しかしながら、高度に集積化された半導体装置で
は、トレンチの幅、長さは制限を受ける為、都合よくト
レンチの幅や長さを変えることはできない。従って、ト
レンチを形成するエッチングでは、できるだけ設計寸法
通りに加工、即ち、垂直エッチングして変換差を小さく
し、かつ、出来るだけ下地シリコン基板の削れ量を少な
くすることが必要となる。
るものであるから、可能な限り接触面積を大きくした
い。しかしながら、高度に集積化された半導体装置で
は、トレンチの幅、長さは制限を受ける為、都合よくト
レンチの幅や長さを変えることはできない。従って、ト
レンチを形成するエッチングでは、できるだけ設計寸法
通りに加工、即ち、垂直エッチングして変換差を小さく
し、かつ、出来るだけ下地シリコン基板の削れ量を少な
くすることが必要となる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】これを満足するエッチ
ング方法として、１）エッチング時の圧力を下げること
でイオンの平均自由工程を長くし、異方性の強いエッチ
ングを行う方法、２）エッチング時に側壁に付着する性
質のガス成分（Ｄｅｐｏ系の物質）を少なくして、側壁
傾斜角度を抑制する方法等が知られている。
ング方法として、１）エッチング時の圧力を下げること
でイオンの平均自由工程を長くし、異方性の強いエッチ
ングを行う方法、２）エッチング時に側壁に付着する性
質のガス成分（Ｄｅｐｏ系の物質）を少なくして、側壁
傾斜角度を抑制する方法等が知られている。
【００１８】上記の方法のうち、１）については、圧力
を低下させるとエッチャントととなる物質と被エッチン
グ膜が十分に反応しないうちに廃棄されてしまう為、エ
ッチングレートの低下を招く。
を低下させるとエッチャントととなる物質と被エッチン
グ膜が十分に反応しないうちに廃棄されてしまう為、エ
ッチングレートの低下を招く。
【００１９】また、２）については、トレンチ形成のよ
うな高アスペクト比でエッチングを行いたい場合、反応
性イオンには、ウェーハに対し垂直に入射するもののほ
か、斜めに入射するイオンも存在しており、Ｄｅｐｏ系
の物質の量が減少すると、トレンチがボーイング形状に
なりかねない。勿論、圧力を低くすればボーイング形状
になりにくいとは言われているが、この場合、エッチン
グレートの低下を招く為、理想的な方法とは言い難た
い。
うな高アスペクト比でエッチングを行いたい場合、反応
性イオンには、ウェーハに対し垂直に入射するもののほ
か、斜めに入射するイオンも存在しており、Ｄｅｐｏ系
の物質の量が減少すると、トレンチがボーイング形状に
なりかねない。勿論、圧力を低くすればボーイング形状
になりにくいとは言われているが、この場合、エッチン
グレートの低下を招く為、理想的な方法とは言い難た
い。
【００２０】又、本発明でエッチングガスとして用いる
ガス成分のうち、前記Ｄｅｐｏ系の物質としてはＣ4 Ｆ
8（またはＣ3 Ｆ8 ）が該当するが、これはエッチャン
ト（Ｆ源）を含んだ唯一のガス成分である。従って、Ｃ
4 Ｆ 8（Ｃ3 Ｆ8 ）の含有量をあまりに少なくすると極
端にエッチングレートが低下してしまう。以上のような
理由からも２）の方法はあまり適したものではないとい
える。
ガス成分のうち、前記Ｄｅｐｏ系の物質としてはＣ4 Ｆ
8（またはＣ3 Ｆ8 ）が該当するが、これはエッチャン
ト（Ｆ源）を含んだ唯一のガス成分である。従って、Ｃ
4 Ｆ 8（Ｃ3 Ｆ8 ）の含有量をあまりに少なくすると極
端にエッチングレートが低下してしまう。以上のような
理由からも２）の方法はあまり適したものではないとい
える。
【００２１】又、エッチングに際しては、下地となるシ
リコンや窒化シリコンとのエッチングの選択比も考慮す
る必要がある。
リコンや窒化シリコンとのエッチングの選択比も考慮す
る必要がある。
【００２２】本発明は以上の事柄を鑑みてなされたもの
であり、下地シリコン基板や窒化シリコン膜との選択比
に優れ、かつ、垂直になおかつ高速に絶縁膜をエッチン
グしてトレンチを形成する方法、およびそれを用いた半
導体製造方法を提供することを目的とする。
であり、下地シリコン基板や窒化シリコン膜との選択比
に優れ、かつ、垂直になおかつ高速に絶縁膜をエッチン
グしてトレンチを形成する方法、およびそれを用いた半
導体製造方法を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成すべく、絶縁膜を挟んで積層される下層導電層と上層
導電層とを接続するために前記絶縁膜に導電体を充填す
るためのトレンチをエッチングにより形成する工程を有
するトレンチの形成方法において、前記トレンチをエッ
チングにより形成する工程は、エッチングガスとして、
少なくともＣ4Ｆ8 またはＣ3 Ｆ8 と、ＣＯ、Ａｒ及び
Ｏ2 を使用し、Ｃ4 Ｆ8 またはＣ3 Ｆ8の流量が６〜１
０ｓｃｃｍ、ＣＯ／Ａｒの流量比が１０〜２０％、Ｏ2
の流量が５〜７ｓｃｃｍで、かつエッチングガスの総流
量が３５０〜４００ｓｃｃｍ以下、より好ましくは、３
６１〜３６７ｓｃｃｍでエッチングを行う工程であるト
レンチの形成方法を提供する。
成すべく、絶縁膜を挟んで積層される下層導電層と上層
導電層とを接続するために前記絶縁膜に導電体を充填す
るためのトレンチをエッチングにより形成する工程を有
するトレンチの形成方法において、前記トレンチをエッ
チングにより形成する工程は、エッチングガスとして、
少なくともＣ4Ｆ8 またはＣ3 Ｆ8 と、ＣＯ、Ａｒ及び
Ｏ2 を使用し、Ｃ4 Ｆ8 またはＣ3 Ｆ8の流量が６〜１
０ｓｃｃｍ、ＣＯ／Ａｒの流量比が１０〜２０％、Ｏ2
の流量が５〜７ｓｃｃｍで、かつエッチングガスの総流
量が３５０〜４００ｓｃｃｍ以下、より好ましくは、３
６１〜３６７ｓｃｃｍでエッチングを行う工程であるト
レンチの形成方法を提供する。
【００２４】本発明において、前記トレンチは、好まし
くは、半導体基板に形成された導電層と上層配線とを接
続するために前記絶縁膜に導電体を充填するためのトレ
ンチである。
くは、半導体基板に形成された導電層と上層配線とを接
続するために前記絶縁膜に導電体を充填するためのトレ
ンチである。
【００２５】本発明において、前記トレンチは、好まし
くは、下層配線と上層配線とを接続するために前記絶縁
膜に導電体を充填するためのトレンチである。
くは、下層配線と上層配線とを接続するために前記絶縁
膜に導電体を充填するためのトレンチである。
【００２６】本発明において、好ましくは、前記トレン
チはダマシン配線に使用されるトレンチである。
チはダマシン配線に使用されるトレンチである。
【００２７】本発明において、前記絶縁膜は、酸化シリ
コン、窒化シリコン、または酸化シリコン、窒化シリコ
ンおよび酸化シリコンの積層体からなる膜であるのが好
ましい。
コン、窒化シリコン、または酸化シリコン、窒化シリコ
ンおよび酸化シリコンの積層体からなる膜であるのが好
ましい。
【００２８】また、本発明においては、前記トレンチを
エッチングにより形成する工程は、マグネトロン方式の
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置により行うのが
好ましい。
エッチングにより形成する工程は、マグネトロン方式の
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置により行うのが
好ましい。
【００２９】又、本発明は、半導体基板上もしくは半導
体基板上に下層導電層を形成する工程と、前記下層導電
層上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に、下層導
電層と上層導電層とを接続するために導電体を充填する
ために、エッチングガスとして、少なくともＣ4 Ｆ8 ま
たはＣ3 Ｆ8 と、ＣＯ，Ａｒ及びＯ2 を使用し、Ｃ4Ｆ
8 またはＣ3 Ｆ8 の流量が６〜１０ｓｃｃｍ、ＣＯ／Ａ
ｒの流量比が１０〜２０％、Ｏ2 の流量が５〜７ｓｃｃ
ｍで、かつエッチングガスの総流量が３５０ｓｃｃｍ〜
４００ｓｃｃｍ以下でエッチングすることによりトレン
チを形成する工程と、前記トレンチを埋め込むように導
電性物質を成膜する工程を有する半導体装置の製造方法
をも提供する。
体基板上に下層導電層を形成する工程と、前記下層導電
層上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に、下層導
電層と上層導電層とを接続するために導電体を充填する
ために、エッチングガスとして、少なくともＣ4 Ｆ8 ま
たはＣ3 Ｆ8 と、ＣＯ，Ａｒ及びＯ2 を使用し、Ｃ4Ｆ
8 またはＣ3 Ｆ8 の流量が６〜１０ｓｃｃｍ、ＣＯ／Ａ
ｒの流量比が１０〜２０％、Ｏ2 の流量が５〜７ｓｃｃ
ｍで、かつエッチングガスの総流量が３５０ｓｃｃｍ〜
４００ｓｃｃｍ以下でエッチングすることによりトレン
チを形成する工程と、前記トレンチを埋め込むように導
電性物質を成膜する工程を有する半導体装置の製造方法
をも提供する。
【００３０】前記本発明の半導体装置の製造方法におい
ては、好ましくは、前記トレンチを形成する工程と前記
トレンチを埋め込むように導電性物質を成膜する工程の
間に、さらに前記トレンチの底部および側面に密着メタ
ル層を形成する工程を有する。
ては、好ましくは、前記トレンチを形成する工程と前記
トレンチを埋め込むように導電性物質を成膜する工程の
間に、さらに前記トレンチの底部および側面に密着メタ
ル層を形成する工程を有する。
【００３１】前記導電性物質としては、アルミニウム、
アルミニウムを主成分とする材料銅、銅を主成分とする
材料、タングステン、タングステンを主成分とする材
料、あるいはタングステンシリサイド等の金属シリサイ
ドを主成分とする材料等を挙げることができる。
アルミニウムを主成分とする材料銅、銅を主成分とする
材料、タングステン、タングステンを主成分とする材
料、あるいはタングステンシリサイド等の金属シリサイ
ドを主成分とする材料等を挙げることができる。
【００３２】以下、本発明を詳細に説明する。本発明
は、半導体基板上に形成された絶縁膜に下層配線と上層
配線とを接続する接続孔に使用されるトレンチを、特定
のエッチング条件によりエッチングすることにより形成
することに特徴を有するトレンチの形成方法、及び該ト
レンチを形成した後、前記トレンチを埋め込むように導
電性物質を成膜する工程を有する半導体装置の製造方法
である。
は、半導体基板上に形成された絶縁膜に下層配線と上層
配線とを接続する接続孔に使用されるトレンチを、特定
のエッチング条件によりエッチングすることにより形成
することに特徴を有するトレンチの形成方法、及び該ト
レンチを形成した後、前記トレンチを埋め込むように導
電性物質を成膜する工程を有する半導体装置の製造方法
である。
【００３３】本発明は、エッチングガスとして、少なく
ともＣ4 Ｆ8 またはＣ3 Ｆ8 と，ＣＯ，Ａｒ及びＯ2 を
使用し、Ｃ4 Ｆ8 の流量が６〜１０ｓｃｃｍ、ＣＯ／Ａ
ｒの流量比が１０〜２０％、Ｏ2 の流量が５〜７ｓｃｃ
ｍで、かつエッチングガスの総流量が３５０〜４００ｓ
ｃｃｍ以下で絶縁膜のエッチングを行うことに特徴を有
する。
ともＣ4 Ｆ8 またはＣ3 Ｆ8 と，ＣＯ，Ａｒ及びＯ2 を
使用し、Ｃ4 Ｆ8 の流量が６〜１０ｓｃｃｍ、ＣＯ／Ａ
ｒの流量比が１０〜２０％、Ｏ2 の流量が５〜７ｓｃｃ
ｍで、かつエッチングガスの総流量が３５０〜４００ｓ
ｃｃｍ以下で絶縁膜のエッチングを行うことに特徴を有
する。
【００３４】前記エッチングガス成分のうち、Ｃ4 Ｆ8
及びＣ3 Ｆ8 はＦ源であり、エッチングの際のＤｅｐｏ
系物質である。Ｃ4 Ｆ8 及びＣ3 Ｆ8 の流量は、６〜１
０ｓｃｃｍが好ましい。図１１に、Ｃ4 Ｆ8 の流量変化
とエッチングレート及びトレンチ側壁の傾斜角度との関
係を示す。図中、横軸はＣ4 Ｆ8 の流量（ｓｃｃｍ）、
縦軸左側はエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）、及び縦
軸右側はトレンチ側壁の傾斜角度（°）をそれぞれ示
す。この図から明らかなように、Ｃ4 Ｆ8 （又はＣ3 Ｆ
8 ）の流量が６ｓｃｃｍ未満の場合には、エッチングガ
スが不足となりエッチングレートが極端に低下する。
及びＣ3 Ｆ8 はＦ源であり、エッチングの際のＤｅｐｏ
系物質である。Ｃ4 Ｆ8 及びＣ3 Ｆ8 の流量は、６〜１
０ｓｃｃｍが好ましい。図１１に、Ｃ4 Ｆ8 の流量変化
とエッチングレート及びトレンチ側壁の傾斜角度との関
係を示す。図中、横軸はＣ4 Ｆ8 の流量（ｓｃｃｍ）、
縦軸左側はエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）、及び縦
軸右側はトレンチ側壁の傾斜角度（°）をそれぞれ示
す。この図から明らかなように、Ｃ4 Ｆ8 （又はＣ3 Ｆ
8 ）の流量が６ｓｃｃｍ未満の場合には、エッチングガ
スが不足となりエッチングレートが極端に低下する。
【００３５】なお、このＣ4 Ｆ8 （Ｃ3 Ｆ8 ）の反応生
成物（フルオロカーボン系化合物）は、下地基板上にも
堆積し、下地基板とのエッチングに対する選択比を向上
せしめる役割も果たしている。
成物（フルオロカーボン系化合物）は、下地基板上にも
堆積し、下地基板とのエッチングに対する選択比を向上
せしめる役割も果たしている。
【００３６】前記エッチングガス成分のうち、ＣＯはエ
ッチングガスの絶縁膜と下地シリコン基板との選択比に
影響を与える成分である。一般に、エッチングガスにＣ
Ｏを添加すると、前記選択比及びエッチングレートが低
下する傾向にある。これは、酸化絶縁膜のエッチングは
プラズマ中のＣ／Ｆ比（炭素とフッ素の量の比）がが大
きいとエッチングレートが低下するからである。
ッチングガスの絶縁膜と下地シリコン基板との選択比に
影響を与える成分である。一般に、エッチングガスにＣ
Ｏを添加すると、前記選択比及びエッチングレートが低
下する傾向にある。これは、酸化絶縁膜のエッチングは
プラズマ中のＣ／Ｆ比（炭素とフッ素の量の比）がが大
きいとエッチングレートが低下するからである。
【００３７】この点から言えば、エッチングガスにＣＯ
を添加しない方が好ましいとも言える。しかし、ＣＯを
添加しない場合、トレンチをコンタクトホールに使用す
る場合のように、アスペクト比の高いコンタクトホール
を形成したい場合には、ホール内のエッチングレートが
極端に低下してしまう。これは、ＣＯのＯ原子及び希釈
ガスとして使用するＡｒの影響するものと考えられてい
る。このように、ＣＯ，Ａｒの混合比及び流量は、ホー
ル内のエッチングレートと選択比に大きな影響を与え
る。
を添加しない方が好ましいとも言える。しかし、ＣＯを
添加しない場合、トレンチをコンタクトホールに使用す
る場合のように、アスペクト比の高いコンタクトホール
を形成したい場合には、ホール内のエッチングレートが
極端に低下してしまう。これは、ＣＯのＯ原子及び希釈
ガスとして使用するＡｒの影響するものと考えられてい
る。このように、ＣＯ，Ａｒの混合比及び流量は、ホー
ル内のエッチングレートと選択比に大きな影響を与え
る。
【００３８】図１２に、ＣＯ／Ａｒの混合割合とエッチ
ングレート及びマイクロローディング効果との関係を示
す。図中、縦軸左側はエッチングレート、縦軸右側は酸
化シリコン膜と窒化シリコン膜とのエッチングレートの
比（選択比）、及び横軸はＯ2 ガス流量（ｓｃｃｍ）を
それぞれ示す。この図から明らかなように、ＣＯ／Ａｒ
の流量比は、１０／１００〜２０／１００が好ましい。
ＣＯ／Ａｒの流量比（％）が１０％未満の場合には、エ
ッチングレートは向上するが、微細トレンチ内（ホール
内）のエッチングレートは低下してしまう。一方、ＣＯ
／Ａｒの流量比（％）が２０％を超えると、エッチング
レートが極端に遅くなり好ましくない。
ングレート及びマイクロローディング効果との関係を示
す。図中、縦軸左側はエッチングレート、縦軸右側は酸
化シリコン膜と窒化シリコン膜とのエッチングレートの
比（選択比）、及び横軸はＯ2 ガス流量（ｓｃｃｍ）を
それぞれ示す。この図から明らかなように、ＣＯ／Ａｒ
の流量比は、１０／１００〜２０／１００が好ましい。
ＣＯ／Ａｒの流量比（％）が１０％未満の場合には、エ
ッチングレートは向上するが、微細トレンチ内（ホール
内）のエッチングレートは低下してしまう。一方、ＣＯ
／Ａｒの流量比（％）が２０％を超えると、エッチング
レートが極端に遅くなり好ましくない。
【００３９】また、マイクロローディング効果（μ−Ｌ
ＤＧ）により、開口径の大きな部分と開口径の小さな部
分のエッチングレートが異なることによるパターンずれ
が生じてしまう。一方、１０ｓｃｃｍを超えると、エッ
チング時に側壁にＣ4 Ｆ8 （又はＣ3 Ｆ8 ）の反応生成
物が付着し、側壁傾斜角度が小さくなるため好ましくな
い。
ＤＧ）により、開口径の大きな部分と開口径の小さな部
分のエッチングレートが異なることによるパターンずれ
が生じてしまう。一方、１０ｓｃｃｍを超えると、エッ
チング時に側壁にＣ4 Ｆ8 （又はＣ3 Ｆ8 ）の反応生成
物が付着し、側壁傾斜角度が小さくなるため好ましくな
い。
【００４０】前記エッチングガス成分のうち、Ｏ2 は、
Ｄｅｐｏ系物質であるＣ4 Ｆ8 （Ｃ3 Ｆ8 ）の反応生成
物が側壁に付着するのを除去するために添加されるもの
である。Ｏ2 の流量は、５〜７ｓｃｃｍが好ましい。図
１３に、Ｏ2 の流量とエッチングレート及び酸化シリコ
ン膜と窒化シリコン膜との選択性の関係を示す。図中、
横軸はＯ2 ガス流量（ｓｃｃｍ），縦軸左側は、エッチ
ングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）、及び縦軸左側は酸化シリ
コン膜と窒化シリコン膜とのエッチングレートの比（選
択比）をそれぞれ示す。この図から明らかなように、Ｏ
2 の流量が５ｓｃｃｍ未満の場合には、前記除去効果に
乏しく、７ｓｃｃｍを超えると、下地基板とのエッチン
グの選択比を向上させる役割を果たすＣ4 Ｆ8 （Ｃ3 Ｆ
8 ）の反応生成物（フルオロカーボン系）の保護膜をエ
ッチングしてしまうことになる為、選択比の低下を招
く。
Ｄｅｐｏ系物質であるＣ4 Ｆ8 （Ｃ3 Ｆ8 ）の反応生成
物が側壁に付着するのを除去するために添加されるもの
である。Ｏ2 の流量は、５〜７ｓｃｃｍが好ましい。図
１３に、Ｏ2 の流量とエッチングレート及び酸化シリコ
ン膜と窒化シリコン膜との選択性の関係を示す。図中、
横軸はＯ2 ガス流量（ｓｃｃｍ），縦軸左側は、エッチ
ングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）、及び縦軸左側は酸化シリ
コン膜と窒化シリコン膜とのエッチングレートの比（選
択比）をそれぞれ示す。この図から明らかなように、Ｏ
2 の流量が５ｓｃｃｍ未満の場合には、前記除去効果に
乏しく、７ｓｃｃｍを超えると、下地基板とのエッチン
グの選択比を向上させる役割を果たすＣ4 Ｆ8 （Ｃ3 Ｆ
8 ）の反応生成物（フルオロカーボン系）の保護膜をエ
ッチングしてしまうことになる為、選択比の低下を招
く。
【００４１】また、本発明においては、エッチングガス
の総流量は、３５０ｓｃｃｍ〜４００ｓｃｃｍ、より好
ましくは３６１〜３６７ｓｃｃｍが好ましい。エッチン
グガスの総流量が３５０ｓｃｃｍ未満の場合には、エッ
チングを高速に行うことが困難となり、一方、４００ｓ
ｃｃｍを越えると、エッチングが進行しすぎて、下地基
板との選択比が悪くなる。
の総流量は、３５０ｓｃｃｍ〜４００ｓｃｃｍ、より好
ましくは３６１〜３６７ｓｃｃｍが好ましい。エッチン
グガスの総流量が３５０ｓｃｃｍ未満の場合には、エッ
チングを高速に行うことが困難となり、一方、４００ｓ
ｃｃｍを越えると、エッチングが進行しすぎて、下地基
板との選択比が悪くなる。
【００４２】以上のように、本発明は、特定の混合割合
のエッチングガスを用い、特定の流量でエッチングを行
なうことによって、トレンチを形成する技術であり、高
速且つ垂直なエッチング、即ち、開口径と底面の径がほ
ぼ同じであるトレンチを形成することを可能としてい
る。
のエッチングガスを用い、特定の流量でエッチングを行
なうことによって、トレンチを形成する技術であり、高
速且つ垂直なエッチング、即ち、開口径と底面の径がほ
ぼ同じであるトレンチを形成することを可能としてい
る。
【００４３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施形態により更
に詳細に説明する。先ず、図１４に、以下の実施形態で
用いられ得るマグネトロン型ＲＩＥ装置の概略を示す。
これは、高周波電源から上部電極（サセプタ）８に、例
えば、１３．５６ＭＨｚのＲＦバイアスを印可し、チェ
ンバー真横に配置されている磁石４の磁場（１２０ガウ
ス）によってプラズマを形成させるものである。特に、
この磁石４はチェンバーの真横に配置されている為、ウ
ェハに対し水平磁場が形成されており、磁界に分布を持
たせることで、Ｖｄｃを一定にしている。エッチング中
のウェハ１は、下部電極上に単極式静電チャックにて固
定される。ウェハの冷却機構は下部電極にウェハ裏面冷
却ガス１３，１４の系統を備え、これはセンターとエッ
ジをそれぞれ独立して制御しており、下部電極は、それ
自体の温度制御用として冷媒（例えば、商品名：フロリ
ナート）を循環させる構造となっている。
に詳細に説明する。先ず、図１４に、以下の実施形態で
用いられ得るマグネトロン型ＲＩＥ装置の概略を示す。
これは、高周波電源から上部電極（サセプタ）８に、例
えば、１３．５６ＭＨｚのＲＦバイアスを印可し、チェ
ンバー真横に配置されている磁石４の磁場（１２０ガウ
ス）によってプラズマを形成させるものである。特に、
この磁石４はチェンバーの真横に配置されている為、ウ
ェハに対し水平磁場が形成されており、磁界に分布を持
たせることで、Ｖｄｃを一定にしている。エッチング中
のウェハ１は、下部電極上に単極式静電チャックにて固
定される。ウェハの冷却機構は下部電極にウェハ裏面冷
却ガス１３，１４の系統を備え、これはセンターとエッ
ジをそれぞれ独立して制御しており、下部電極は、それ
自体の温度制御用として冷媒（例えば、商品名：フロリ
ナート）を循環させる構造となっている。
【００４４】なお、本発明は、エッチングの条件に特徴
を有するものであり、好ましくは、上記エッチング装置
にて実施されるものであるが、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で他のエッチング装置を使用することは勿論可能
である。
を有するものであり、好ましくは、上記エッチング装置
にて実施されるものであるが、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で他のエッチング装置を使用することは勿論可能
である。
【００４５】第１実施形態 本発明の第１実施形態を図面によって説明する。第１実
施形態は、半導体基板に素子分離領域と拡散層を形成
し、該拡散層上であって、その上層に形成された層間絶
縁膜に裏打ち配線用のトレンチを形成する場合に、本発
明を適用したものである。
施形態は、半導体基板に素子分離領域と拡散層を形成
し、該拡散層上であって、その上層に形成された層間絶
縁膜に裏打ち配線用のトレンチを形成する場合に、本発
明を適用したものである。
【００４６】先ず、図１（ａ）に示すように、ｎ型半導
体基板１０１上に、例えば、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ
Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）法によ
り素子分離膜１０２を形成する。ついで、素子分離領域
上であって、コンタクトホールを形成する領域に、例え
ば、ＢＦ2 + イオンを、３５ｋｅＶ，３Ｅ１５ｉｏｎｓ
／ｃｍ2 でイオン注入を行い、窒素ガス雰囲気下、９０
０℃、１０分の熱処理（熱アニール）を行なうことによ
り、不純物拡散層１０３を形成する。
体基板１０１上に、例えば、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ
Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）法によ
り素子分離膜１０２を形成する。ついで、素子分離領域
上であって、コンタクトホールを形成する領域に、例え
ば、ＢＦ2 + イオンを、３５ｋｅＶ，３Ｅ１５ｉｏｎｓ
／ｃｍ2 でイオン注入を行い、窒素ガス雰囲気下、９０
０℃、１０分の熱処理（熱アニール）を行なうことによ
り、不純物拡散層１０３を形成する。
【００４７】次に、減圧ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法）により、ＴＥ
ＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙ ｓｉｌａｎｅ）を使用
して、全面に層間絶縁膜１０４を厚さ１０００ｎｍで成
膜する。
Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法）により、ＴＥ
ＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙ ｓｉｌａｎｅ）を使用
して、全面に層間絶縁膜１０４を厚さ１０００ｎｍで成
膜する。
【００４８】ついで、前記拡散層１０３の上部にフォト
レジスト膜１０５を全面に成膜し、トレンチ形成のため
のパターニングを行なう。トレンチパターン１０６は、
例えば、幅０．３μｍ，長さ０．５μｍ、４０μｍであ
る。
レジスト膜１０５を全面に成膜し、トレンチ形成のため
のパターニングを行なう。トレンチパターン１０６は、
例えば、幅０．３μｍ，長さ０．５μｍ、４０μｍであ
る。
【００４９】次に、以下の条件でエッチングを行い、図
１（ｂ）に示すトレンチを形成する。 （エッチング条件） 装置：マグネトロン型ＲＩＥ装置 エッチングガス：Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ2 ＝８／５
０／３００／５ｓｃｃｍ 圧力：５．３Ｐａ ＲＦ Ｐｏｗｅｒ：１７００Ｗ 電極間隔：２７ｍｍ 電極温度：上部／側壁／下部＝６０／６０／２０℃ ウェハ裏面圧力（センター／エッジ）＝９．３／５３．
３ｈＰａ オーバーエッチ率２０％
１（ｂ）に示すトレンチを形成する。 （エッチング条件） 装置：マグネトロン型ＲＩＥ装置 エッチングガス：Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ2 ＝８／５
０／３００／５ｓｃｃｍ 圧力：５．３Ｐａ ＲＦ Ｐｏｗｅｒ：１７００Ｗ 電極間隔：２７ｍｍ 電極温度：上部／側壁／下部＝６０／６０／２０℃ ウェハ裏面圧力（センター／エッジ）＝９．３／５３．
３ｈＰａ オーバーエッチ率２０％
【００５０】このエッチングによって、トレンチの側壁
傾斜角度α，βは、８７．５〜８８．５°、下地シリコ
ン基板の削れ量ａは、約４０ｎｍ、ｂは約４０ｎｍであ
った。また、微細トレンチ内でのエッチングレートは、
４３０ｎｍ／ｍｉｎであった。従来の条件（Ｃ4 Ｆ8 ／
ＣＯ／Ａｒ／Ｏ2 ＝８／１５０／２００／３ｓｃｃｍ、
ＲＦ Ｐｏｗｅｒ＝１７００Ｗ，圧力＝５．３Ｐａ、微
細トレンチ内でのエッチングレート＝３６０ｎｍ／ｍｉ
ｎ）と比較して、約２０％エッチングレートが向上して
いる。
傾斜角度α，βは、８７．５〜８８．５°、下地シリコ
ン基板の削れ量ａは、約４０ｎｍ、ｂは約４０ｎｍであ
った。また、微細トレンチ内でのエッチングレートは、
４３０ｎｍ／ｍｉｎであった。従来の条件（Ｃ4 Ｆ8 ／
ＣＯ／Ａｒ／Ｏ2 ＝８／１５０／２００／３ｓｃｃｍ、
ＲＦ Ｐｏｗｅｒ＝１７００Ｗ，圧力＝５．３Ｐａ、微
細トレンチ内でのエッチングレート＝３６０ｎｍ／ｍｉ
ｎ）と比較して、約２０％エッチングレートが向上して
いる。
【００５１】この後、図２（ｃ）に示すように、ＴｉＮ
等の密着層メタル１０７を成膜し、ランプアニールを施
した後、タングステン等の埋め込み用メタル１０８を成
膜し、例えば、反応性イオンエッチングによる全面エッ
チバック法により、埋め込み配線を形成することができ
る。
等の密着層メタル１０７を成膜し、ランプアニールを施
した後、タングステン等の埋め込み用メタル１０８を成
膜し、例えば、反応性イオンエッチングによる全面エッ
チバック法により、埋め込み配線を形成することができ
る。
【００５２】前記埋め込み配線の形成条件としては、例
えば、以下のようである。 （埋め込み配線の形成条件） 密着層メタルスパッター：コリメートＴｉ＝３０ｎｍ
（０．５２Ｐａ，８ｋＷ，Ａｒ＝３５ｓｃｃｍ，３００
℃）＋ＴｉＮ＝７０ｎｍ（０．７８Ｐａ，６ｋＷ，Ａｒ
＝３５ｓｃｃｍ，３００℃） ランプアニール：６５０℃、１ａｔｍ，Ｎ2 ＝１００
％，３０ｓｅｃ ブランケットタングステン（Ｗ）ＣＶＤ：６００ｎｍ
（１０．７ｋＰａ，ＷＦ6 ／Ｈ2 ／Ａｒ／Ｈｅ＝４０／
４００／２２５０ｓｃｃｍ，４５０℃） Ｗエッチバック：１ｓｔ ｓｔｅｐ（Ｗエッチング）４
５．５Ｐａ，２７５Ｗ，ＳＦ6 ／Ａｒ／Ｈｅ＝１１０／
９０／５ｓｃｃｍ ２ｅｄ ｓｔｅｐ（ＴｉＮエッチング）６．５Ｐａ，２
５０Ｗ，Ａｒ／Ｃｌ2＝７５／５ｓｃｃｍ ３ｒｄ ｓｔｅｐ（Ｗオーバーエッチング）３２．５Ｐ
ａ，７０Ｗ，ＳＦ6 ／Ａｒ／Ｈｅ＝２０／１０／１ｓｃ
ｃｍ
えば、以下のようである。 （埋め込み配線の形成条件） 密着層メタルスパッター：コリメートＴｉ＝３０ｎｍ
（０．５２Ｐａ，８ｋＷ，Ａｒ＝３５ｓｃｃｍ，３００
℃）＋ＴｉＮ＝７０ｎｍ（０．７８Ｐａ，６ｋＷ，Ａｒ
＝３５ｓｃｃｍ，３００℃） ランプアニール：６５０℃、１ａｔｍ，Ｎ2 ＝１００
％，３０ｓｅｃ ブランケットタングステン（Ｗ）ＣＶＤ：６００ｎｍ
（１０．７ｋＰａ，ＷＦ6 ／Ｈ2 ／Ａｒ／Ｈｅ＝４０／
４００／２２５０ｓｃｃｍ，４５０℃） Ｗエッチバック：１ｓｔ ｓｔｅｐ（Ｗエッチング）４
５．５Ｐａ，２７５Ｗ，ＳＦ6 ／Ａｒ／Ｈｅ＝１１０／
９０／５ｓｃｃｍ ２ｅｄ ｓｔｅｐ（ＴｉＮエッチング）６．５Ｐａ，２
５０Ｗ，Ａｒ／Ｃｌ2＝７５／５ｓｃｃｍ ３ｒｄ ｓｔｅｐ（Ｗオーバーエッチング）３２．５Ｐ
ａ，７０Ｗ，ＳＦ6 ／Ａｒ／Ｈｅ＝２０／１０／１ｓｃ
ｃｍ
【００５３】この様に、本実施形態によれば、良好なエ
ッチング条件により、従来に比して、高速且つ垂直なエ
ッチングによりトレンチを形成することができ、良好な
配線プラグを形成することができる。
ッチング条件により、従来に比して、高速且つ垂直なエ
ッチングによりトレンチを形成することができ、良好な
配線プラグを形成することができる。
【００５４】第２実施形態 第２実施形態は、各拡散層をワード線とを結ぶ局所配線
の形成工程に適用した例である。先ず、図３（ａ）に示
すように、ｎ型シリコン半導体基板２０１上に素子分離
領膜２０２を、例えば、ＬＯＣＯＳ法により形成し、拡
散層２０３、絶縁膜２１０、ワード線２１１、ストッパ
ー用の窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜２０９等を、順
次、例えば、減圧ＣＶＤ法により形成する。ついで、全
面に層間絶縁膜２０４を、例えば、常圧ＣＶＤ法により
成膜する。
の形成工程に適用した例である。先ず、図３（ａ）に示
すように、ｎ型シリコン半導体基板２０１上に素子分離
領膜２０２を、例えば、ＬＯＣＯＳ法により形成し、拡
散層２０３、絶縁膜２１０、ワード線２１１、ストッパ
ー用の窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜２０９等を、順
次、例えば、減圧ＣＶＤ法により形成する。ついで、全
面に層間絶縁膜２０４を、例えば、常圧ＣＶＤ法により
成膜する。
【００５５】その後、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅ
ｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により、前
記層間絶縁膜２０４の平坦化を行い、全面にフォトレジ
スト膜２０５を成膜し、トレンチ形成用のパターニング
を行なう。該トレンチのパターン２０６は、例えば、直
径０．４μｍ、長さ４０μｍ、０．３μｍとする。
ｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により、前
記層間絶縁膜２０４の平坦化を行い、全面にフォトレジ
スト膜２０５を成膜し、トレンチ形成用のパターニング
を行なう。該トレンチのパターン２０６は、例えば、直
径０．４μｍ、長さ４０μｍ、０．３μｍとする。
【００５６】以上の工程の各層の形成方法等は、例え
ば、以下のようである。 （上記各層の構造及び形成方法） 拡散層の形成：ＢＦ2 + イオン注入（３５ｋｅＶ，３Ｅ
１５ ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ）、Ｎ2 雰囲気下、９００℃、
１０分のアニール） ワード線の構造：膜厚１００ｎｍのドープドポリシリコ
ンからなるＣＶＤ膜＋膜厚１００ｎｍの高温ＷＳｉ膜 ストッパーＳｉ3 Ｎ4 膜の形成：ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ／ＮＨ
3 ／Ｎ2 ＝５０／２００／２００ｓｃｃｍ、圧力＝７０
Ｐａ、基板温度７６０℃で形成。膜厚５０ｎｍ層間絶縁
膜の形成：ＴＥＯＳ＝１０ｓｃｃｍ、Ｏ3 流量＝７５０
ｍｇ／ｍｉｎ，温度＝３８０℃、常ＣＶＤ法による。膜
厚１０００ｎｍ 層間絶縁膜の平坦化（ＣＭＰ）条件：３００ｎｍ研磨、
研磨プレートの回転数＝２０ｒｐｍ，ウェハ保持試料台
回転数＝２０ｒｐｍ，研磨圧力＝５００ｇｆ／ｃｍ2 、
研磨液＝シリカ粒子（１４ｗｔ％）＋ＫＯＨ水溶液
ば、以下のようである。 （上記各層の構造及び形成方法） 拡散層の形成：ＢＦ2 + イオン注入（３５ｋｅＶ，３Ｅ
１５ ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ）、Ｎ2 雰囲気下、９００℃、
１０分のアニール） ワード線の構造：膜厚１００ｎｍのドープドポリシリコ
ンからなるＣＶＤ膜＋膜厚１００ｎｍの高温ＷＳｉ膜 ストッパーＳｉ3 Ｎ4 膜の形成：ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ／ＮＨ
3 ／Ｎ2 ＝５０／２００／２００ｓｃｃｍ、圧力＝７０
Ｐａ、基板温度７６０℃で形成。膜厚５０ｎｍ層間絶縁
膜の形成：ＴＥＯＳ＝１０ｓｃｃｍ、Ｏ3 流量＝７５０
ｍｇ／ｍｉｎ，温度＝３８０℃、常ＣＶＤ法による。膜
厚１０００ｎｍ 層間絶縁膜の平坦化（ＣＭＰ）条件：３００ｎｍ研磨、
研磨プレートの回転数＝２０ｒｐｍ，ウェハ保持試料台
回転数＝２０ｒｐｍ，研磨圧力＝５００ｇｆ／ｃｍ2 、
研磨液＝シリカ粒子（１４ｗｔ％）＋ＫＯＨ水溶液
【００５７】次に、以下の条件でエッチングを行い、図
４（ｃ）に示すトレンチを形成する。 （層間絶縁膜 のエッチング条件） エッチング装置：マグネトロン型ＲＩＥ装置 エッチングガス：Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ2 ＝８／５
０／３００／５ｓｃｃｍ 圧力：５．３Ｐａ ＲＦ Ｐｏｗｅｒ：１７００Ｗ 電極間隔：２７ｍｍ 電極温度：上部／側壁／下部＝６０／６０／２０℃ ウェハ裏面圧力（センター／エッジ）＝９．３／５３／
３ｈＰａ オーバーエッチ率：２０％
４（ｃ）に示すトレンチを形成する。 （層間絶縁膜 のエッチング条件） エッチング装置：マグネトロン型ＲＩＥ装置 エッチングガス：Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ2 ＝８／５
０／３００／５ｓｃｃｍ 圧力：５．３Ｐａ ＲＦ Ｐｏｗｅｒ：１７００Ｗ 電極間隔：２７ｍｍ 電極温度：上部／側壁／下部＝６０／６０／２０℃ ウェハ裏面圧力（センター／エッジ）＝９．３／５３／
３ｈＰａ オーバーエッチ率：２０％
【００５８】（ストッパーＳｉ3 Ｎ4 膜のエッチング条
件） エッチング装置：マグネトロン型ＲＩＥ装置 エッチングガス：ＣＨＦ3 ／ＣＯ／Ｏ2 ＝４０／１６０
／１４ｓｃｃｍ 圧力：５．３Ｐａ ＲＦ Ｐｏｗｅｒ：１０００Ｗ 電極間隔：２７ｍｍ 電極温度：上部／側壁／下部＝６０／６０／２０℃ ウェハ裏面圧力（センター／エッジ）＝９．３／５３．
３Ｐａ オーバーエッチ率：１０％
件） エッチング装置：マグネトロン型ＲＩＥ装置 エッチングガス：ＣＨＦ3 ／ＣＯ／Ｏ2 ＝４０／１６０
／１４ｓｃｃｍ 圧力：５．３Ｐａ ＲＦ Ｐｏｗｅｒ：１０００Ｗ 電極間隔：２７ｍｍ 電極温度：上部／側壁／下部＝６０／６０／２０℃ ウェハ裏面圧力（センター／エッジ）＝９．３／５３．
３Ｐａ オーバーエッチ率：１０％
【００５９】このエッチングによって、トレンチの側壁
傾斜角度γ，δは、８７．５〜８８．５°、下地ＷＳｉ
X 膜の削れ量ｃは約２０ｎｍ，下地シリコン膜の削れ量
ｄは、約４０ｎｍであった。
傾斜角度γ，δは、８７．５〜８８．５°、下地ＷＳｉ
X 膜の削れ量ｃは約２０ｎｍ，下地シリコン膜の削れ量
ｄは、約４０ｎｍであった。
【００６０】この後、図４（ｄ）に示すように、密着層
メタル層２０７を成膜し、ランプアニールを施した後、
埋め込みメタル２０８を成膜し、例えば、反応性イオン
エッチングによる全面エッチバック法により、埋め込み
配線を形成することができる。
メタル層２０７を成膜し、ランプアニールを施した後、
埋め込みメタル２０８を成膜し、例えば、反応性イオン
エッチングによる全面エッチバック法により、埋め込み
配線を形成することができる。
【００６１】埋め込み用メタル配線の形成条件は、例え
ば、以下のとおりである。 （埋め込み用メタル配線の形成条件） 密着層メタルスパッター：コリメートＴｉ＝３０ｎｍ
（０．５２Ｐａ，８ｋＷ，Ａｒ＝３５ｓｃｃｍ，３００
℃）＋ＴｉＮ＝７０ｎｍ（０．７８Ｐａ，６ｋＷ，Ｎ2
／Ａｒ＝４２／２１ｓｃｃｍ，３００℃） ランプアニール：６５０℃，１ａｔｍ，Ｎ2 ＝１００
％，３０ｓｅｃ ブランケットタングステン（Ｗ）ＣＶＤ：６００ｎｍ
（１０．７ｋＰａ，ＷＦ6 ／Ｈ2 ／Ａｒ／Ｈｅ＝４０／
４００／２２５０ｓｃｃｍ，４５０℃） Ｗ エッチバック：１ｓｔ ｓｔｅｐ（Ｗのエッチン
グ）４５．５Ｐａ，２７５Ｗ，ＳＦ6 ／Ａｒ／Ｈｅ＝１
１０／９０／５ｓｃｃｍ ２ｎｄ ｓｔｅｐ（ＴｉＮのエッチング）６．５Ｐａ，
２５０Ｗ，Ａｒ／Ｃｌ2 ＝７５／５ｓｃｃｍ ３ｒｄ ｓｔｅｐ（Ｗ オーバーエッチング）３２．５
Ｐａ，７０Ｗ，ＳＦ6／Ａｒ／Ｈｅ＝２０／１０／１ｓ
ｃｃｍ
ば、以下のとおりである。 （埋め込み用メタル配線の形成条件） 密着層メタルスパッター：コリメートＴｉ＝３０ｎｍ
（０．５２Ｐａ，８ｋＷ，Ａｒ＝３５ｓｃｃｍ，３００
℃）＋ＴｉＮ＝７０ｎｍ（０．７８Ｐａ，６ｋＷ，Ｎ2
／Ａｒ＝４２／２１ｓｃｃｍ，３００℃） ランプアニール：６５０℃，１ａｔｍ，Ｎ2 ＝１００
％，３０ｓｅｃ ブランケットタングステン（Ｗ）ＣＶＤ：６００ｎｍ
（１０．７ｋＰａ，ＷＦ6 ／Ｈ2 ／Ａｒ／Ｈｅ＝４０／
４００／２２５０ｓｃｃｍ，４５０℃） Ｗ エッチバック：１ｓｔ ｓｔｅｐ（Ｗのエッチン
グ）４５．５Ｐａ，２７５Ｗ，ＳＦ6 ／Ａｒ／Ｈｅ＝１
１０／９０／５ｓｃｃｍ ２ｎｄ ｓｔｅｐ（ＴｉＮのエッチング）６．５Ｐａ，
２５０Ｗ，Ａｒ／Ｃｌ2 ＝７５／５ｓｃｃｍ ３ｒｄ ｓｔｅｐ（Ｗ オーバーエッチング）３２．５
Ｐａ，７０Ｗ，ＳＦ6／Ａｒ／Ｈｅ＝２０／１０／１ｓ
ｃｃｍ
【００６２】この様に、本実施形態によれば、良好な条
件により配線プラグ形成用のトレンチを高速且つ垂直に
エッチングにより行なうことができ、良好な配線プラグ
の形成が可能となる。
件により配線プラグ形成用のトレンチを高速且つ垂直に
エッチングにより行なうことができ、良好な配線プラグ
の形成が可能となる。
【００６３】第３実施形態 第３の実施形態は、第２実施形態と同様、各拡散層とワ
ード線を結ぶ局所配線の形成工程に本発明を適用した例
である。先ず、図５（ａ）に示すように、ｎ型シリコン
半導体基板３０１上に、例えば、ＬＯＣＯＳ法により素
子分離膜３０２を形成し、ついで、拡散層３０３、スト
ッパーＳｉ3 Ｎ4 膜３０９を、それぞれ減圧ＣＶＤ法に
より形成する。
ード線を結ぶ局所配線の形成工程に本発明を適用した例
である。先ず、図５（ａ）に示すように、ｎ型シリコン
半導体基板３０１上に、例えば、ＬＯＣＯＳ法により素
子分離膜３０２を形成し、ついで、拡散層３０３、スト
ッパーＳｉ3 Ｎ4 膜３０９を、それぞれ減圧ＣＶＤ法に
より形成する。
【００６４】次に、全面に層間絶縁膜３０４を、例え
ば、減圧ＣＶＤ法により膜厚１０００ｎｍで成膜し、そ
の後、フォトレジスト膜３０５を全面に成膜した後、ト
レンチ形成のための所定のパターニングを行なう。該ト
レンチパターン３０６は、幅０．３μｍ、長さ１０μｍ
及び４０μｍとする。
ば、減圧ＣＶＤ法により膜厚１０００ｎｍで成膜し、そ
の後、フォトレジスト膜３０５を全面に成膜した後、ト
レンチ形成のための所定のパターニングを行なう。該ト
レンチパターン３０６は、幅０．３μｍ、長さ１０μｍ
及び４０μｍとする。
【００６５】上記各層の構造及び形成方法は、例えば、
以下のようである。 （上記各層の構造及び形成方法） 拡散層の形成：ＢＦ2 + イオン注入（３５ｋｅＶ，３Ｅ
１５ ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ） ストッパーＳｉ3 Ｎ4 膜の成膜：膜厚５０ｎｍ、ＳｉＨ
2 Ｃｌ2 ／ＮＨ3 ／Ｎ2 ＝５０／２００／２００ｓｃｃ
ｍ，圧力＝７０Ｐａ，基板温度＝７６０℃ 層間絶縁膜の成膜：ＴＥＯＳを用いる減圧ＣＶＤ法
以下のようである。 （上記各層の構造及び形成方法） 拡散層の形成：ＢＦ2 + イオン注入（３５ｋｅＶ，３Ｅ
１５ ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ） ストッパーＳｉ3 Ｎ4 膜の成膜：膜厚５０ｎｍ、ＳｉＨ
2 Ｃｌ2 ／ＮＨ3 ／Ｎ2 ＝５０／２００／２００ｓｃｃ
ｍ，圧力＝７０Ｐａ，基板温度＝７６０℃ 層間絶縁膜の成膜：ＴＥＯＳを用いる減圧ＣＶＤ法
【００６６】次に、以下の条件でエッチングを行い、図
５（ｂ）に示すトレンチを形成する。 （層間絶縁膜 のエッチング条件） エッチング装置：マグネトロン型ＲＩＥ装置 エッチングガス：Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ2 ＝８／５
０／３００／５ｓｃｃｍ 圧力：５．３Ｐａ ＲＦ Ｐｏｗｅｒ：１７００Ｗ 電極間隔：２７ｍｍ 電極温度：上部／側壁／下部＝６０／６０／２０℃ ウェハ裏面圧力（センター／エッジ）＝９．３／５３．
３ｈＰａ オーバーエッチ率：２０％
５（ｂ）に示すトレンチを形成する。 （層間絶縁膜 のエッチング条件） エッチング装置：マグネトロン型ＲＩＥ装置 エッチングガス：Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ2 ＝８／５
０／３００／５ｓｃｃｍ 圧力：５．３Ｐａ ＲＦ Ｐｏｗｅｒ：１７００Ｗ 電極間隔：２７ｍｍ 電極温度：上部／側壁／下部＝６０／６０／２０℃ ウェハ裏面圧力（センター／エッジ）＝９．３／５３．
３ｈＰａ オーバーエッチ率：２０％
【００６７】（ストッパーＳｉ3 ４4 膜のエッチング条
件） エッチング装置：マグネトロン型ＲＩＥ装置 エッチングガス：ＣＨＦ3 ／ＣＯ／Ｏ2 ＝４０／１６０
／１４ｓｃｃｍ 圧力：５．３Ｐａ ＲＦ Ｐｏｗｅｒ：１０００Ｗ 電極間隔：２７ｍｍ 電極温度：上部／側壁／下部＝６０／６０／２０℃ ウェハ裏面圧力（センター／エッジ）＝９．３／５３．
３Ｐａ オーバーエッチ率：１０％
件） エッチング装置：マグネトロン型ＲＩＥ装置 エッチングガス：ＣＨＦ3 ／ＣＯ／Ｏ2 ＝４０／１６０
／１４ｓｃｃｍ 圧力：５．３Ｐａ ＲＦ Ｐｏｗｅｒ：１０００Ｗ 電極間隔：２７ｍｍ 電極温度：上部／側壁／下部＝６０／６０／２０℃ ウェハ裏面圧力（センター／エッジ）＝９．３／５３．
３Ｐａ オーバーエッチ率：１０％
【００６８】このエッチングによって、トレンチの側壁
傾斜角度εは、８７．５°、下地シリコン膜の削れ量ｅ
は、約２０ｎｍであった。
傾斜角度εは、８７．５°、下地シリコン膜の削れ量ｅ
は、約２０ｎｍであった。
【００６９】この後、図６（ｃ）に示すように、密着層
メタル３０７を成膜し、ランプアニールを施した後、埋
め込みメタル３０８を成膜し、例えば、反応性イオンエ
ッチングによる全面エッチバック法により、埋め込み配
線を形成する。
メタル３０７を成膜し、ランプアニールを施した後、埋
め込みメタル３０８を成膜し、例えば、反応性イオンエ
ッチングによる全面エッチバック法により、埋め込み配
線を形成する。
【００７０】埋め込み用メタル配線の形成条件は、例え
ば、以下のとおりである。 （埋め込み用メタル配線の形成条件） 密着層メタルスパッター：コリメートＴｉ＝３０ｎｍ
（０．５２Ｐａ，８ｋＷ，Ａｒ＝３５ｓｃｃｍ，３００
℃）＋ＴｉＮ＝７０ｎｍ（０．７８Ｐａ，６ｋＷ，Ｎ2
／Ａｒ＝４２／２１ｓｃｃｍ，３００℃） ランプアニール：６５０℃，１ａｔｍ，Ｎ2 ＝１００
％，３０ｓｅｃ ブランケットタングステン（Ｗ）ＣＶＤ：６００ｎｍ
（１０．７ｋＰａ，ＷＦ6 ／Ｈ2 ／Ａｒ／Ｈｅ＝４０／
４００／２２５０ｓｃｃｍ，４５０℃） Ｗ エッチバック：１ｓｔ ｓｔｅｐ（Ｗのエッチン
グ）４５．５Ｐａ，２７５Ｗ，ＳＦ6 ／Ａｒ／Ｈｅ＝１
１０／９０／５ｓｃｃｍ ２ｎｄ ｓｔｅｐ（ＴｉＮのエッチング）６．５Ｐａ，
２５０Ｗ，Ａｒ／Ｃｌ2 ＝７５／５ｓｃｃｍ ３ｒｄ ｓｔｅｐ（Ｗ オーバーエッチング）３２．５
Ｐａ，７０Ｗ，ＳＦ6／Ａｒ／Ｈｅ＝２０／１０／１ｓ
ｃｃｍ
ば、以下のとおりである。 （埋め込み用メタル配線の形成条件） 密着層メタルスパッター：コリメートＴｉ＝３０ｎｍ
（０．５２Ｐａ，８ｋＷ，Ａｒ＝３５ｓｃｃｍ，３００
℃）＋ＴｉＮ＝７０ｎｍ（０．７８Ｐａ，６ｋＷ，Ｎ2
／Ａｒ＝４２／２１ｓｃｃｍ，３００℃） ランプアニール：６５０℃，１ａｔｍ，Ｎ2 ＝１００
％，３０ｓｅｃ ブランケットタングステン（Ｗ）ＣＶＤ：６００ｎｍ
（１０．７ｋＰａ，ＷＦ6 ／Ｈ2 ／Ａｒ／Ｈｅ＝４０／
４００／２２５０ｓｃｃｍ，４５０℃） Ｗ エッチバック：１ｓｔ ｓｔｅｐ（Ｗのエッチン
グ）４５．５Ｐａ，２７５Ｗ，ＳＦ6 ／Ａｒ／Ｈｅ＝１
１０／９０／５ｓｃｃｍ ２ｎｄ ｓｔｅｐ（ＴｉＮのエッチング）６．５Ｐａ，
２５０Ｗ，Ａｒ／Ｃｌ2 ＝７５／５ｓｃｃｍ ３ｒｄ ｓｔｅｐ（Ｗ オーバーエッチング）３２．５
Ｐａ，７０Ｗ，ＳＦ6／Ａｒ／Ｈｅ＝２０／１０／１ｓ
ｃｃｍ
【００７１】この様に、本実施形態によれば、良好な条
件により配線プラグ形成用のトレンチを高速且つ垂直に
エッチングにより行なうことができ、良好な配線プラグ
の形成が可能となる。
件により配線プラグ形成用のトレンチを高速且つ垂直に
エッチングにより行なうことができ、良好な配線プラグ
の形成が可能となる。
【００７２】第４実施形態 第４実施形態は、本発明をダマシン配線に適用した例で
ある。先ず、図７（ａ）に示すように、図示しないｎ型
シリコン半導体基板上に、層間絶縁膜４０４を、例え
ば、ＴＥＯＳを用いた減圧ＣＶＤ法により、膜厚８００
ｎｍで形成する。ついで、全面にフォトレジスト膜４０
５を成膜した後、トレンチ加工用の所定のパターニング
を行なう。この場合にトレンチパターン４０６は、例え
ば、幅０．２μｍ、長さはアルミニウム配線長と同じと
することができる。
ある。先ず、図７（ａ）に示すように、図示しないｎ型
シリコン半導体基板上に、層間絶縁膜４０４を、例え
ば、ＴＥＯＳを用いた減圧ＣＶＤ法により、膜厚８００
ｎｍで形成する。ついで、全面にフォトレジスト膜４０
５を成膜した後、トレンチ加工用の所定のパターニング
を行なう。この場合にトレンチパターン４０６は、例え
ば、幅０．２μｍ、長さはアルミニウム配線長と同じと
することができる。
【００７３】次に以下の条件でエッチングを行い、図７
（ｂ）に示すトレンチを形成する。 （層間絶縁膜のエッチング条件） エッチング装置：マグネトロン型ＲＩＥ装置 エッチングガス：Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ2 ＝８／５
０／３００／７ｓｃｃｍ 圧力：５．３Ｐａ ＲＦ Ｐｏｗｅｒ：１７００Ｗ 電極間隔：２７ｍｍ 電極温度：上部／側壁／下部＝６０／６０／２０℃ ウェハ裏面圧力（センター／エッジ）＝９．３／５３．
３ｈＰａ
（ｂ）に示すトレンチを形成する。 （層間絶縁膜のエッチング条件） エッチング装置：マグネトロン型ＲＩＥ装置 エッチングガス：Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ2 ＝８／５
０／３００／７ｓｃｃｍ 圧力：５．３Ｐａ ＲＦ Ｐｏｗｅｒ：１７００Ｗ 電極間隔：２７ｍｍ 電極温度：上部／側壁／下部＝６０／６０／２０℃ ウェハ裏面圧力（センター／エッジ）＝９．３／５３．
３ｈＰａ
【００７４】このエッチングによって形成したトレンチ
の側壁傾斜角度θは、８８°、トレンチの深さは約４０
０ｎｍであった。
の側壁傾斜角度θは、８８°、トレンチの深さは約４０
０ｎｍであった。
【００７５】その後、図７（ｃ）に示すように、配線材
料の銅４０８を５００ｎｍで成膜し、リフロー処理を施
した後、アルミニウムＣＭＰによってアルミニウムを研
磨する。
料の銅４０８を５００ｎｍで成膜し、リフロー処理を施
した後、アルミニウムＣＭＰによってアルミニウムを研
磨する。
【００７６】この様に、本実施形態によれば、良好な条
件によりダマシン配線用のトレンチを高速且つ垂直にエ
ッチングにより行なうことができ、良好なダマシン配線
を形成することができる。
件によりダマシン配線用のトレンチを高速且つ垂直にエ
ッチングにより行なうことができ、良好なダマシン配線
を形成することができる。
【００７７】第５実施形態 第５の実施形態は、第４実施形態と同様、本発明をダマ
シン配線の形成に適用した例である。先ず、図８（ａ）
に示すように、ｎ型シリコン半導体基板に、酸化シリコ
ン５１２−窒化シリコン５１３−酸化シリコン５１４か
らなる積層膜（ＯＮＯ膜）５０４を成膜する。続いて、
フォトレジスト膜５０５を全面に成膜して、トレンチ形
成用のパターニングを行う。該トレンチパターン５０６
は、幅０．２μｍ、長さ＝アルミニウム配線の配線長と
同じとする。
シン配線の形成に適用した例である。先ず、図８（ａ）
に示すように、ｎ型シリコン半導体基板に、酸化シリコ
ン５１２−窒化シリコン５１３−酸化シリコン５１４か
らなる積層膜（ＯＮＯ膜）５０４を成膜する。続いて、
フォトレジスト膜５０５を全面に成膜して、トレンチ形
成用のパターニングを行う。該トレンチパターン５０６
は、幅０．２μｍ、長さ＝アルミニウム配線の配線長と
同じとする。
【００７８】上記各層の構造及び形成方法は、例えば、
以下のようである。 （上記各層の構造及び形成方法） 第１の酸化シリコン膜の成膜：膜厚６００ｎｍ，ＴＥＯ
Ｓを用いる減圧ＣＶＤ法 窒化シリコン膜の成膜：膜厚５０ｎｍ、減圧ＶＤ法 第２の酸化シリコン膜の成膜：膜厚５００ｎｍ，ＴＥＯ
Ｓを用いる減圧ＣＶＤ法
以下のようである。 （上記各層の構造及び形成方法） 第１の酸化シリコン膜の成膜：膜厚６００ｎｍ，ＴＥＯ
Ｓを用いる減圧ＣＶＤ法 窒化シリコン膜の成膜：膜厚５０ｎｍ、減圧ＶＤ法 第２の酸化シリコン膜の成膜：膜厚５００ｎｍ，ＴＥＯ
Ｓを用いる減圧ＣＶＤ法
【００７９】次に、以下の条件でエッチングを行い、図
８（ｂ）に示すトレンチを形成する。 （層間絶縁膜 のエッチング条件） エッチング装置：マグネトロン型ＲＩＥ装置 エッチングガス：Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ2 ＝８／５
０／３００／５ｓｃｃｍ 圧力：５．３Ｐａ ＲＦ Ｐｏｗｅｒ：１７００Ｗ 電極間隔：２７ｍｍ 電極温度：上部／側壁／下部＝６０／６０／２０℃ ウェハ裏面圧力（センター／エッジ）＝９．３／５３．
３ｈＰａ オーバーエッチ率：２０％
８（ｂ）に示すトレンチを形成する。 （層間絶縁膜 のエッチング条件） エッチング装置：マグネトロン型ＲＩＥ装置 エッチングガス：Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ2 ＝８／５
０／３００／５ｓｃｃｍ 圧力：５．３Ｐａ ＲＦ Ｐｏｗｅｒ：１７００Ｗ 電極間隔：２７ｍｍ 電極温度：上部／側壁／下部＝６０／６０／２０℃ ウェハ裏面圧力（センター／エッジ）＝９．３／５３．
３ｈＰａ オーバーエッチ率：２０％
【００８０】このエッチングによって形成したトレンチ
の側壁傾斜角度ηは、８８°、トレンチの深さｆは、５
５０ｎｍであった。
の側壁傾斜角度ηは、８８°、トレンチの深さｆは、５
５０ｎｍであった。
【００８１】その後、図８（ｃ）に示すように、配線材
料の銅５０８を５００ｎｍで成膜し、リフロー処理を施
した後、アルミニウムＣＭＰによってアルミニウムを研
磨することにより、ダマシン配線を形成することができ
る。
料の銅５０８を５００ｎｍで成膜し、リフロー処理を施
した後、アルミニウムＣＭＰによってアルミニウムを研
磨することにより、ダマシン配線を形成することができ
る。
【００８２】この様に、本実施形態によれば、良好な条
件によりダマシン配線用のトレンチを高速且つ垂直にエ
ッチングにより行なうことができ、良好なダマシン配線
の形成が可能となる。
件によりダマシン配線用のトレンチを高速且つ垂直にエ
ッチングにより行なうことができ、良好なダマシン配線
の形成が可能となる。
【００８３】以上、本発明を上記５つの実施形態により
説明をしたが、当然のことながら本発明は上記実施形態
に限定されるべきものではなく、プラズマ源や、装置構
成、配線構造、エッチングガスの混合割合、エッチング
温度、圧力等のエッチング条件は、本発明の主旨を逸脱
しない範囲で適宜選択することができる。
説明をしたが、当然のことながら本発明は上記実施形態
に限定されるべきものではなく、プラズマ源や、装置構
成、配線構造、エッチングガスの混合割合、エッチング
温度、圧力等のエッチング条件は、本発明の主旨を逸脱
しない範囲で適宜選択することができる。
【００８４】
【発明の効果】本発明は、半導体装置の導電層間の接続
孔、例えば、半導体基板の導電層と上層配線とを接続す
る接続孔、下層配線と上層配線とを接続する接続孔に使
用されるトレンチを絶縁膜に形成する方法、及び該トレ
ンチに導電性物質を埋め込んで形成する裏打ち配線、ダ
マシン配線等の埋め込み配線層の形成方法である。
孔、例えば、半導体基板の導電層と上層配線とを接続す
る接続孔、下層配線と上層配線とを接続する接続孔に使
用されるトレンチを絶縁膜に形成する方法、及び該トレ
ンチに導電性物質を埋め込んで形成する裏打ち配線、ダ
マシン配線等の埋め込み配線層の形成方法である。
【００８５】本発明によれば、前記トレンチを高速且つ
垂直なエッチングにより形成することができる。従っ
て、本発明の製造方法により、接続孔をパターンどおり
に形成することができる。
垂直なエッチングにより形成することができる。従っ
て、本発明の製造方法により、接続孔をパターンどおり
に形成することができる。
【００８６】従って、微細構造の配線層を有する信頼性
の高い半導体装置を歩留りよく、かつ効率よく製造する
ことが可能となる。
の高い半導体装置を歩留りよく、かつ効率よく製造する
ことが可能となる。
【図１】図１は、第１実施形態の製造工程の主要工程断
面図である。（ａ）は、レジスト膜を成膜し、所定のパ
ターニングを行った図であり、（ｂ）は、本発明のトレ
ンチ形成方法によりトレンチを形成した図である。
面図である。（ａ）は、レジスト膜を成膜し、所定のパ
ターニングを行った図であり、（ｂ）は、本発明のトレ
ンチ形成方法によりトレンチを形成した図である。
【図２】図２は、第１実施形態の製造工程の主要工程断
面図である。（ｃ）は、埋め込み配線を形成した図であ
る。
面図である。（ｃ）は、埋め込み配線を形成した図であ
る。
【図３】図３は、第２実施形態の製造工程の主要工程断
面図である。（ａ）は、層間絶縁膜を全面に成膜した図
であり、（ｂ）は、レジスト膜を成膜し、所定のパター
ニングを行った図である。
面図である。（ａ）は、層間絶縁膜を全面に成膜した図
であり、（ｂ）は、レジスト膜を成膜し、所定のパター
ニングを行った図である。
【図４】図４は、第２実施形態の製造工程の主要工程断
面図である。（ｃ）は、本発明のトレンチ形成方法によ
りトレンチを形成した図であり、（ｄ）は、埋め込み配
線を形成した図である。
面図である。（ｃ）は、本発明のトレンチ形成方法によ
りトレンチを形成した図であり、（ｄ）は、埋め込み配
線を形成した図である。
【図５】図５は、第３実施形態の製造工程の主要工程断
面図である。（ａ）は、レジスト膜を成膜し、所定のパ
ターニングを行った図であり、（ｂ）は、本発明のトレ
ンチ形成方法によりトレンチを形成した図である。
面図である。（ａ）は、レジスト膜を成膜し、所定のパ
ターニングを行った図であり、（ｂ）は、本発明のトレ
ンチ形成方法によりトレンチを形成した図である。
【図６】図６は、第３実施形態の製造工程の主要工程断
面図である。（ｃ）は、埋め込み配線を形成した図であ
る。
面図である。（ｃ）は、埋め込み配線を形成した図であ
る。
【図７】図７は、第４実施形態の製造工程の主要工程断
面図である。（ａ）は、レジスト膜を成膜し、所定のパ
ターニングを行った図であり、（ｂ）は、本発明のトレ
ンチ形成方法によりトレンチを形成した図であり、
（ｃ）は、埋め込み配線を形成した図である。
面図である。（ａ）は、レジスト膜を成膜し、所定のパ
ターニングを行った図であり、（ｂ）は、本発明のトレ
ンチ形成方法によりトレンチを形成した図であり、
（ｃ）は、埋め込み配線を形成した図である。
【図８】図８は、第５実施形態の製造工程の主要工程断
面図である。（ａ）は、レジスト膜を成膜し、所定のパ
ターニングを行った図であり、（ｂ）は、本発明のトレ
ンチ形成方法によりトレンチを形成した図であり、
（ｃ）は、埋め込み配線を形成した図である。
面図である。（ａ）は、レジスト膜を成膜し、所定のパ
ターニングを行った図であり、（ｂ）は、本発明のトレ
ンチ形成方法によりトレンチを形成した図であり、
（ｃ）は、埋め込み配線を形成した図である。
【図９】図９は、従来法による埋め込み配線の形成にお
ける主要工程断面図である。（ａ）は、レジスト膜を成
膜し、所定のパターニングを行った図であり、（ｂ）
は、本発明のトレンチ形成方法によりトレンチを形成し
た図である。
ける主要工程断面図である。（ａ）は、レジスト膜を成
膜し、所定のパターニングを行った図であり、（ｂ）
は、本発明のトレンチ形成方法によりトレンチを形成し
た図である。
【図１０】図１０は、従来法による埋め込み配線の形成
における主要工程断面図である。（ｃ）は、埋め込み配
線を形成した図である。
における主要工程断面図である。（ｃ）は、埋め込み配
線を形成した図である。
【図１１】図１１は、Ｃ4 Ｆ8 の流量変化と、エッチン
グレート及びテーパー角との関係を示す図である。
グレート及びテーパー角との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、ＣＯとＡｒガスの混合割合の変化
と、エッチングレート及びマイクロローィング効果との
関係を示す図である。
と、エッチングレート及びマイクロローィング効果との
関係を示す図である。
【図１３】図１３は、Ｏ2 ガスの流量変化と、エッチン
グレート及び酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とのエッ
チングにおける選択比との関係を示す図である。
グレート及び酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とのエッ
チングにおける選択比との関係を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施に使用することので
きるマグネトロン型ＲＩＥ装置の概略図である。
きるマグネトロン型ＲＩＥ装置の概略図である。
１…ウェハ、２…フォーカスリング、３…インシュレー
タリング（石英）、４…磁石、５…デポシールド、６…
バッフル板、７…下部電極、８…上部電極、９…プロセ
スガス、１０…リフター機構、１１…下部電極冷却用冷
媒配管、１２…ウェハ裏面冷却ガス（エッジ）、１３…
ウェハ裏面冷却ガス（センター）、１４…圧力計、１０
１，２０１，３０１，６０１…シリコン半導体基板、１
０２，２０２，３０２，６０２…素子分離膜、１０３，
２０３，３０３，６０３…不純物拡散領域、１０４，２
０４，３０４，４０４，５０４，６０４…層間絶縁膜、
１０５，２０５，３０５，４０５，５０５，６０５…フ
ォトレジスト膜、１０６，２０６，３０６，４０６，５
０６，６０６…トレンチパターン、１０７，２０７，３
０７，６０７…密着メタル層、１０８，２０８，３０
８，４０８，５０８，６０８…埋め込み用（配線用）金
属、２０９…エッチストッパー膜、２１０，３０９…絶
縁膜、２１１…ワード線、５１２，５１４…酸化シリコ
ン膜、５１３…窒化シリコン膜、α，β，γ，δ，ε，
θ，η，Ａ，Ｂ…テーパー角、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，
ｇ，ｈ…基板の削れ量、ｆ…トレンチの深さ
タリング（石英）、４…磁石、５…デポシールド、６…
バッフル板、７…下部電極、８…上部電極、９…プロセ
スガス、１０…リフター機構、１１…下部電極冷却用冷
媒配管、１２…ウェハ裏面冷却ガス（エッジ）、１３…
ウェハ裏面冷却ガス（センター）、１４…圧力計、１０
１，２０１，３０１，６０１…シリコン半導体基板、１
０２，２０２，３０２，６０２…素子分離膜、１０３，
２０３，３０３，６０３…不純物拡散領域、１０４，２
０４，３０４，４０４，５０４，６０４…層間絶縁膜、
１０５，２０５，３０５，４０５，５０５，６０５…フ
ォトレジスト膜、１０６，２０６，３０６，４０６，５
０６，６０６…トレンチパターン、１０７，２０７，３
０７，６０７…密着メタル層、１０８，２０８，３０
８，４０８，５０８，６０８…埋め込み用（配線用）金
属、２０９…エッチストッパー膜、２１０，３０９…絶
縁膜、２１１…ワード線、５１２，５１４…酸化シリコ
ン膜、５１３…窒化シリコン膜、α，β，γ，δ，ε，
θ，η，Ａ，Ｂ…テーパー角、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，
ｇ，ｈ…基板の削れ量、ｆ…トレンチの深さ
Claims (17)
- 【請求項１】絶縁膜を挟んで積層される下層導電層と上
層導電層とを接続するために前記絶縁膜に導電体を充填
するためのトレンチをエッチングにより形成する工程を
有するトレンチの形成方法において、 前記トレンチをエッチングにより形成する工程は、エッ
チングガスとして、少なくともＣ4 Ｆ8 またはＣ3 Ｆ8
と、ＣＯ、Ａｒ及びＯ2 を使用し、Ｃ4 Ｆ8 またはＣ3
Ｆ8 の流量が６〜１０ｓｃｃｍ、ＣＯ／Ａｒの流量比が
１０〜２０％、Ｏ2 の流量が５〜７ｓｃｃｍで、かつエ
ッチングガスの総流量が３５０ｓｃｃｍ〜４００ｓｃｃ
ｍ以下でエッチングを行う工程である、 トレンチの形成方法。 - 【請求項２】前記トレンチは、半導体基板に形成された
導電層と上層配線とを接続するために前記絶縁膜に導電
体を充填するためのトレンチである、 請求項１記載のトレンチの形成方法。 - 【請求項３】前記トレンチは、下層配線と上層配線とを
接続するために前記絶縁膜に導電体を充填するためのト
レンチである、 請求項１記載のトレンチの形成方法。 - 【請求項４】前記トレンチは、ダマシン配線に使用され
るトレンチである、 請求項１記載のトレンチの形成方法。 - 【請求項５】前記絶縁膜は、酸化シリコンからなる膜で
ある、 請求項１記載のトレンチの形成方法。 - 【請求項６】前記絶縁膜は、窒化シリコンからなる膜で
ある、 請求項１記載のトレンチの形成方法。 - 【請求項７】前記絶縁膜は、酸化シリコン、窒化シリコ
ンおよび酸化シリコンの積層体からなる膜である、 請求項１記載のトレンチの形成方法。 - 【請求項８】前記トレンチをエッチングにより形成する
工程は、マグネトロン方式の反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）装置により行う工程である、 請求項１記載のトレンチの形成方法。 - 【請求項９】半導体基板上もしくは半導体基板上に下層
導電層を形成する工程と、 前記下層導電層上に絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜に、下層導電層と上層導電層とを接続するた
めに導電体を充填するために、エッチングガスとして、
少なくともＣ4 Ｆ8 またはＣ3 Ｆ8 と、ＣＯ，Ａｒ及び
Ｏ2 を使用し、Ｃ4 Ｆ8 またはＣ3 Ｆ8 の流量が６〜１
０ｓｃｃｍ、ＣＯ／Ａｒの流量比が１０〜２０％、Ｏ2
の流量が５〜７ｓｃｃｍで、かつエッチングガスの総流
量が３５０ｓｃｃｍ〜４００ｓｃｃｍ以下でエッチング
することによりトレンチを形成する工程と、 前記トレンチを埋め込むように導電性物質を成膜する工
程を有する、 半導体装置の製造方法。 - 【請求項１０】前記トレンチを形成する工程と前記トレ
ンチを埋め込むように導電性物質を成膜する工程の間
に、さらに前記トレンチの底部および側面に密着メタル
層を形成する工程を有する、 請求項９記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１１】前記トレンチは、半導体基板に形成され
た導電層と上層配線とを接続するために前記絶縁膜に導
電体を充填するためのトレンチである、 請求項９記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１２】前記トレンチは、下層配線と上層配線と
を接続するために前記絶縁膜に導電体を充填するための
トレンチである、 請求項９記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１３】前記トレンチは、ダマシン配線に使用さ
れるトレンチである、 請求項９記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１４】前記絶縁膜は、酸化シリコンからなる膜
である、 請求項９記載のトレンチの形成方法。 - 【請求項１５】前記絶縁膜は、窒化シリコンからなる膜
である、 請求項９記載のトレンチの形成方法。 - 【請求項１６】前記絶縁膜は、酸化シリコン、窒化シリ
コンおよび酸化シリコンの積層体からなる膜である、請
求項９記載のトレンチの形成方法。 - 【請求項１７】前記密着メタル層は、窒化シリコンから
なる層である、 請求項１０記載のトレンチの形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9184598A JPH11288923A (ja) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | トレンチの形成方法およびそれを用いる半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9184598A JPH11288923A (ja) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | トレンチの形成方法およびそれを用いる半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11288923A true JPH11288923A (ja) | 1999-10-19 |
Family
ID=14037921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9184598A Pending JPH11288923A (ja) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | トレンチの形成方法およびそれを用いる半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11288923A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001037325A3 (en) * | 1999-11-18 | 2002-01-24 | Infineon Technologies Corp | A method of forming wires on an integrated circuit chip |
| JP2003007679A (ja) * | 2001-06-22 | 2003-01-10 | Tokyo Electron Ltd | ドライエッチング方法 |
| DE10305602A1 (de) * | 2002-11-11 | 2004-06-03 | Samsung Electronics Co., Ltd., Suwon | Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines Gasplasmas, Gaszusammensetzung zum Erzeugen von Plasma und Verfahren zum Erzeugen einer Halbleitervorrichtung, das dieses verwendet |
| JP2007027690A (ja) * | 2005-07-14 | 2007-02-01 | Hynix Semiconductor Inc | フラッシュメモリ素子の金属配線およびコンタクトプラグ形成方法 |
| CN110571150A (zh) * | 2019-09-12 | 2019-12-13 | 长江存储科技有限责任公司 | 高深宽比开口的刻蚀方法及半导体器件 |
-
1998
- 1998-04-03 JP JP9184598A patent/JPH11288923A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001037325A3 (en) * | 1999-11-18 | 2002-01-24 | Infineon Technologies Corp | A method of forming wires on an integrated circuit chip |
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| DE10305602B4 (de) * | 2002-11-11 | 2005-05-04 | Samsung Electronics Co., Ltd., Suwon | Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines Gasplasmas und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung |
| US7578944B2 (en) | 2002-11-11 | 2009-08-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus for generating gas plasma, gas composition for generating plasma and method for manufacturing semiconductor device using the same |
| US8083892B2 (en) | 2002-11-11 | 2011-12-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus for generating gas plasma, gas composition for generating plasma and method for manufacturing semiconductor device using the same |
| JP2007027690A (ja) * | 2005-07-14 | 2007-02-01 | Hynix Semiconductor Inc | フラッシュメモリ素子の金属配線およびコンタクトプラグ形成方法 |
| CN110571150A (zh) * | 2019-09-12 | 2019-12-13 | 长江存储科技有限责任公司 | 高深宽比开口的刻蚀方法及半导体器件 |
| CN110571150B (zh) * | 2019-09-12 | 2022-09-02 | 长江存储科技有限责任公司 | 高深宽比开口的刻蚀方法及半导体器件 |
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