JP2000150641A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 デュアルダマシン法において、現在の半導体
装置で使用可能な材料を用いて、コンタクトホールと配
線溝パターンの露光の際に目ズレが生じても、コンタク
トホールの開口径を確保する。 【解決手段】 デュアルダマシン法を用いて、基板１上
の膜に配線溝８及びコンタクトホール６をそれぞれ深さ
を異ならせて形成するにあたって、前記膜の最上層に第
１のストッパー膜９を形成し、配線溝８の底部深さ位置
に第２のストッパ膜４を形成し、配線溝８の形成を２段
階の工程に分けて行う。第１段階での配線溝形成工程に
おいて、コンタクトホール６を第２のストッパー膜４の
深さ付近までエッチング形成し、かつ、配線溝８を第１
のストッパー膜９の深さ付近まで浅くエッチング形成
し、第２段階での配線溝形成工程において、配線溝８の
形成に用いたフォトレジスト７をコンタクトホール６を
含む基板全面から除去し、その後、配線溝８を第２のス
トッパー膜４の深さ付近までエッチング形成し、かつコ
ンタクトホール６を基板表層に達する深さまでエッチン
グ形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、デュアルダマシン
法による配線溝及びコンタクトホールを連続的に形成す
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】デュアルダマシン法による配線溝及びコ
ンタクトホールを連続的に形成するためには、従来、コ
ンタクトホールを半導体素子まで到達するまで開口する
工程を先行して行い、次に、配線溝を露光法及び異方性
ドライエッチングにより形成する工程を行うという方法
が採用されている。
【０００３】上述した方法では、溝のエッチングの際に
コンタクトホール底部の半導体素子の電極部分が溝エッ
チングの際に常にエッチングガスに曝されて、素子の特
性が劣化することとなるため、これを回避する種々の方
法が開発されている。
【０００４】上述した溝のエッチングの際にコンタクト
ホール底部の半導体素子の電極部分が溝エッチングの際
に常にエッチングガスに曝されて、素子の特性が劣化す
るのを回避する技術が図６に開示されている。
【０００５】図６に示される従来技術では、半導体基板
１の半導体素子が形成された領域に、シリコン窒化膜２
と、ＢＰＳＧ膜３と、シリコン窒化膜４と、シリコン酸
化膜５とが順次積層形成されており、まず図６（ａ）に
示されるようにコンタクトホール６を下層のシリコン窒
化膜２に到達するまで開口し、次に図６（ｂ）に示され
るように、レジストパターン７をマスクとして配線溝８
を露光法及び異方性ドライエッチングにより形成してい
る。
【０００６】図６に示される従来技術によれば、コンタ
クトホール６を形成する過程において、図示しない半導
体素子の電極部分がシリコン窒化膜（絶縁膜）２で覆わ
れているため、半導体素子の電極部分がエッチングガス
に曝されることがない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図６に示さ
れるように、現在の半導体装置に使用可能な絶縁膜の材
料としては、シリコン窒化膜が用いられているが、シリ
コン窒化膜の場合、エッチングに対して十分に半導体素
子を保護するためには、必要以上の膜厚をもつシリコン
窒化膜をストッパー膜として用いる必要性がある。
【０００８】以上のように図６に示す従来例では、スト
ッパー膜として用いるシリコン窒化膜２は、必要以上の
膜厚をもつため、コンタクトホール６が形成された後に
エッチングにより除去しなければならない。
【０００９】そのシリコン窒化膜２を除去する際、コン
タクトホール６のパターンに対して配線溝８の露光時に
目ズレが生じると、コンタクトホール６の底部が小さく
なるという問題がある。
【００１０】この問題を解決するため、図７（ａ）に示
されるように、コンタクトホール６がＢＰＳＧ膜３に達
した時点でエッチングを一旦停止し、次に図７（ｂ）に
示されるように、半導体基板１に到達する残りのコンタ
クトホール６の形成を、配線溝８のエッチング時に同時
に進行させて行う方法が開発されている。
【００１１】しかしながら、図７に示される技術は、図
６に示される技術と同様に、コンタクトホール６のパタ
ーンに対して配線溝８の露光時に目ズレが生じると、コ
ンタクトホール６の底部が小さくなるという問題があ
る。
【００１２】また図８（ａ）に示されるように、配線溝
８をエッチングする際のストッパー膜としてのシリコン
窒化膜４にコンタクトホール６のパターンをエッチング
により形成し、次に図８（ｂ）に示されるように、シリ
コン窒化膜４上に配線溝８を形成するための絶縁膜５を
形成し、その後、図９に示されるように、レジストパタ
ーン７をマスクとして配線溝８のエッチングを行ない、
さらに、絶縁膜５をマスクとして、コンタクトホール６
のエッチングを行うという方法が開発されている。
【００１３】しかしながら、図８及び図９に示される従
来術では、コンタクトホール６のパターンに対して配線
溝８の露光時に目ズレが生じると、コンタクトホール６
の底部が小さくなるという問題がある。
【００１４】さらに、コンタクトホール６を形成する
際、配線溝８の底部に位置するストッパー膜５は、常に
エッチングガスに曝され続けるため、ストッパーとなる
絶縁膜５のエッチング耐性を非常に高くするか、或いは
膜厚を厚くする必要がある。
【００１５】先に述べたように現在半導体装置において
絶縁膜として使用可能な材料としては、シリコン窒化膜
があるが、この場合、配線溝８のエッチングに対して十
分に半導体素子を保護するためには、ストッパー膜５の
膜厚を厚くする必要があり、この場合、配線溝８に対応
する絶縁膜５の誘電率が高くなり、しかも、隣接配線間
の寄生容量が高くなってしまい、高集積化，高速化する
半導体集積回路装置には使用できないという問題があ
る。
【００１６】また、ストッパー膜５のエッチング耐性を
向上させる場合、シリコン窒化膜であれば、高温のＣＶ
Ｄ法を用いる必要があり、その成膜温度により、半導体
素子で頻繁に使用されているシリサイド材料などは高抵
抗化し、また半導体中に導入されたボロン等の不純物の
濃度分布が変動し、素子特性が劣化するという問題があ
る。
【００１７】本発明の目的は、デュアルダマシン法にお
いて、現在の半導体装置で使用可能な材料を用いて、コ
ンタクトホールと配線溝パターンの露光の際に目ズレが
生じても、コンタクトホールの開口径が確保できる半導
体装置の製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体装置の製造方法は、デュアルダ
マシン法を用いて、基板上の膜に配線溝及びコンタクト
ホールをそれぞれ深さを異ならせて形成する半導体装置
の製造方法であって、前記膜の最上層に第１のストッパ
ー膜を形成し、前記配線溝の底部深さ位置に第２のスト
ッパ膜を形成し、前記配線溝の形成を２段階の工程に分
けて行い、第１段階での配線溝形成工程において、前記
コンタクトホールを前記第２のストッパー膜の深さ付近
までエッチング形成し、かつ、前記配線溝を前記第１の
ストッパー膜の深さ付近まで浅くエッチング形成し、第
２段階での配線溝形成工程において、前記配線溝の形成
に用いたフォトレジストをコンタクトホールを含む基板
全面から除去し、その後、前記配線溝を前記第２のスト
ッパー膜の深さ付近までエッチング形成し、かつ前記コ
ンタクトホールを基板表層に達する深さまでエッチング
形成するものである。
【００１９】また、前記第１のストッパー膜は、前記配
線溝及びコンタクトホールを形成するエッチングに耐え
られる程度の膜厚に形成する。
【００２０】また、前記第２のストッパー膜は、薄膜と
して形成し、配線間容量の増加を抑制する。
【００２１】また、前記第１のストッパー膜と第２のス
トッパー膜とは、エッチングレートの異なる絶縁膜で形
成する。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
より説明する。
【００２３】図１〜図５は、本発明の一実施形態に係る
半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００２４】まず図１（ａ）に示すように、半導体基板
１の半導体素子が形成された領域に下層のシリコン窒化
膜（絶縁膜）２を５００Åの膜厚に形成し、引き続いて
シリコン窒化膜２上にＢＰＳＧ膜３を１２００Åの膜厚
に形成する。
【００２５】次いで、化学的機械的研磨法（ＣＭＰ）に
よりＢＰＳＧ膜３を平坦化し、ＢＰＳＧ膜３の膜厚を７
０００Åにする。
【００２６】次に、ＢＰＳＧ膜３上に中層のシリコン窒
化膜（絶縁膜）４を５００Åの膜厚に形成し、さらに、
プラズマＣＶＤ法によりシリコン窒化膜４上にシリコン
酸化膜５を５０００Åの膜厚に形成し、さらに、シリコ
ン酸化膜５上に上層のシリコン窒化膜９を１０００Åの
膜厚に形成する。なお、シリコン窒化膜９の膜厚は、後
工程でエッチングを行う際の膜減りを考慮した膜厚に設
定してある。
【００２７】次に図１（ｂ）に示すように、通常の露光
法及び異方性ドライエッチング法を用いて、コンタクト
ホール６を形成する。
【００２８】図１（ｂ）に示す工程では、コンタクトホ
ール６は、シリコン酸化膜５及び中層のシリコン窒化膜
４の膜厚にほぼ相当する深さまで形成する。このコンタ
クトホール６をエッチングする工程では、エッチングガ
スとして、Ｃ4Ｆ8／Ａｒ／Ｏ2を６／３０／１８０／１
ｓｃｃｍの割合で混合した混合ガスを用いている。
【００２９】次に図２（ａ）に示すように、通常の露光
法により配線溝８のパターンをフォトレジスト７により
形成し、次いで図２（ｂ）に示すように、フォトレジス
ト７をマスクとして、異方性ドライエッチングにより配
線溝８を形成する。
【００３０】この配線溝８を形成するエッチング工程で
は、エッチングガスとして、ＣＨＦ3／Ｏ2＝２５／１０
ｓｃｃｍを用い、圧力４０ｍｔｏｒｒ，高周波電力４０
０Ｗの条件の下にエッチングを行い、上層のシリコン窒
化膜９のみをエッチングし、シリコン窒化膜９の膜厚に
ほぼ相当する深さに配線溝８を形成する。
【００３１】次に図３（ａ）に示すように、フォトレジ
スト７を除去し、図３（ｂ）に示すように、配線溝８の
パターン形状に形成されたシリコン窒化膜９をマスクと
して、異方性ドライエッチングにより配線溝８をシリコ
ン酸化膜５の膜厚に相当する深さ位置まで掘り下げる。
【００３２】このときのエッチング工程では、Ｃ4Ｆ8／
ＣＯ／Ａｒ／Ｏ2＝６／３０／１８０ｓｃｃｍを混合ガ
スを用い、圧力４０ｍｔｏｒｒ，高周波電力（ＲＦ）６
５０Ｗで行い、このエッチングは、第二のシリコン窒化
膜４をストップ膜として停止させる。
【００３３】このエッチング工程では、シリコン酸化膜
５に形成されたコンタクトホール６がエッチングされ、
第一のシリコン窒化膜２をストップ膜として、シリコン
酸化膜５の膜厚に相当する深さ位置まで掘り下げられ
る。
【００３４】また、前記エッチングの際に配線溝８のエ
ッチング用マスクとして使用している第三のシリコン窒
化膜９も多少エッチングされて膜減りするため、第三の
シリコン窒化膜９は、膜減りを考慮して十分な膜厚に形
成する必要がある。
【００３５】また、第一、第二のシリコン窒化膜２，４
は、長時間のエッチングに曝されることはないため、そ
の膜厚は５００Å程度でも十分である。
【００３６】さらに同様な理由で、第一，第二，第三の
シリコン窒化膜２，４，９には、配線溝８をエッチング
する際に高いエッチング耐性が必要ないため、成膜方法
も低温のプラズマＣＶＤ法で良い。
【００３７】次に図３（ｂ）に示すように、配線溝８の
エッチングを第二ステップとして、シリコン窒化膜４，
第一のシリコン窒化膜２，第三のシリコン窒化膜９の残
りをエッチングする。
【００３８】このエッチング工程では、エッチングガス
として、ＣＨＦ3／Ｏ2＝２５／１０ｓｃｃｍの混合ガス
を用い、圧力４０ｍｔｏｒｒ，高周波電力（ＲＦ）４０
０Ｗの条件で行う。
【００３９】次に図４（ａ）に示すように、アルゴンイ
オンスパッタによりコンタクトホール６内部の自然酸化
膜等を除去し、その後、図４（ｂ）に示すように、Ｔｉ
Ｎ／Ｔｉ１０をコンタクトホール６及び配線溝８内の表
面を含む基板全面にスパッタ法により形成する。
【００４０】この場合、ＴｉＮ／Ｔｉ１０のうち、Ｔｉ
Ｎの膜厚は５００Å，Ｔｉの膜厚は３００Åとする。
【００４１】次に図４（ｂ）に示すように、化学気相堆
積（ＣＶＤ）法によりコンタクトホール６及び配線溝８
内を含む基板全面にタングステン１１を成長する。タン
グステン１１は、８０００Åの膜厚に形成する。
【００４２】その後、図５に示すように、化学的機械的
研磨（ＣＭＰ）法によりタングステン１１を研磨して、
コンタクトホール６及び配線溝８内以外の余分なタング
ステン１１，ＴｉＮ／Ｔｉ１０を除去する。
【００４３】なお、本発明の実施形態においては、第一
のシリコン窒化膜２は必ずしも必要ではない。第二，第
三のシリコン窒化膜４，９のエッチング時間は十分短い
ため、コンタクトホール６の深さがそれぞれ第二，第三
のシリコン窒化膜４，９に達した際にそれぞれコンタク
トホール６のエッチングを停止させる必要がなく、連続
的に行うようにしてもよい。
【００４４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、デュアル
ダマシン法において、現在の半導体装置で使用可能な材
料を用いて、コンタクトホールと配線溝パターンの露光
の際に目ズレが生じても、コンタクトホール内に付着し
た余分なフォトレジストを除去するため、所望の開口径
をもつコンタクトホールを確保することができる。
【００４５】さらに、配線間容量の増加の原因となる第
２のストッパー膜が薄膜で可能なため、配線溝で隣接す
る配線間の容量増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方
法を工程順に示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方
法を工程順に示す縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方
法を工程順に示す縦断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方
法を工程順に示す縦断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方
法を工程順に示す縦断面図である。
【図６】従来例に係る半導体装置の製造方法を工程順に
示す縦断面図である。
【図７】従来例に係る半導体装置の製造方法を工程順に
示す縦断面図である。
【図８】従来例に係る半導体装置の製造方法を工程順に
示す縦断面図である。
【図９】従来例に係る半導体装置の製造方法を工程順に
示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板 ２ 第一のシリコン窒化膜 ３ ＢＰＳＧ膜 ４ 第二のシリコン窒化膜 ５ シリコン酸化膜 ６ コンタクトホール ７ フォトレジスト ８ 配線溝パターン ９ 第三のシリコン窒化膜 １０ ＴｉＮ／Ｔｉ １１ タングステン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F004 DA00 DA16 DA23 DA26 DB03 DB07 EA23 EA28 EA32 EA33 EB01 EB02 5F033 HH18 HH19 HH33 JJ18 JJ19 JJ33 KK01 MM02 MM12 MM13 NN06 NN07 PP06 PP15 QQ09 QQ11 QQ14 QQ15 QQ16 QQ25 QQ28 QQ35 QQ37 QQ48 QQ92 QQ94 RR04 RR06 RR15 TT02 XX01 XX15

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 デュアルダマシン法を用いて、基板上の
    膜に配線溝及びコンタクトホールをそれぞれ深さを異な
    らせて形成する半導体装置の製造方法であって、 前記膜の最上層に第１のストッパー膜を形成し、前記配
    線溝の底部深さ位置に第２のストッパ膜を形成し、 前記配線溝の形成を２段階の工程に分けて行い、 第１段階での配線溝形成工程において、前記コンタクト
    ホールを前記第２のストッパー膜の深さ付近までエッチ
    ング形成し、かつ、前記配線溝を前記第１のストッパー
    膜の深さ付近まで浅くエッチング形成し、 第２段階での配線溝形成工程において、前記配線溝の形
    成に用いたフォトレジストをコンタクトホールを含む基
    板全面から除去し、その後、前記配線溝を前記第２のス
    トッパー膜の深さ付近までエッチング形成し、かつ前記
    コンタクトホールを基板表層に達する深さまでエッチン
    グ形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記第１のストッパー膜は、前記配線溝
    及びコンタクトホールを形成するエッチングに耐えられ
    る程度の膜厚に形成することを特徴とする請求項１に記
    載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記第２のストッパー膜は、配線間容量
    の増加を抑制する薄膜として形成することを特徴とする
    請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記第１のストッパー膜と第２のストッ
    パー膜とは、エッチングレートの異なる絶縁膜で形成す
    ることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の半導体
    装置の製造方法。
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