JP2000208626A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 層間絶縁膜の厚さに制約されることなく、ま
たコンタクトホール部分での配線の断線を生じないよう
にして微小開口径のコンタクトホールを層間絶縁膜に微
小間隔で形成することができる半導体装置の製造方法を
提供する。 【解決手段】 基板１１上に下層配線１２を間に設けて
形成した層間絶縁膜１３上にマスク形成用のレジストを
設け、このレジストをパターニングしてコンタクトホー
ル形成孔１４を有する所定パターンを形成した後、加熱
してレジストを固化し層間絶縁膜１３上にマスク１５を
形成し、さらにコンタクトホール形成孔１４の縁形状１
６をレジストの固化温度より高い温度に加熱して開口方
向に向け曲面を持って拡開するように形成する。その
後、形成されたマスク１５を用いて異方性エッチングを
行い層間絶縁膜１３に開口方向に向け曲面を持って拡開
するコンタクトホールを形成し、層間絶縁膜１３上に形
成した上層配線と下層配線１２とをコンタクトホールで
コンタクトさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法、特にコンタクトホールの形成工程に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、トランジスタやＩＣのコンタクト
ホールを形成する開口工程及び配線のコンタクト工程
は、図６乃至図８に各工程の断面図を順に示すように行
われていた。

【０００３】すなわち、図６に示す第１の工程におい
て、半導体基板等の基板１の上に形成された下層配線２
の上に、例えばＳｉＯ_２、ＳｉＮの層間絶縁膜３を所定
の厚さに積層する。続いて層間絶縁膜３の上にフォトレ
ジストを成層し、このフォトレジストをパターニングし
てから加熱しフォトレジストを固化させて、所定位置に
コンタクトホール形成孔４を有するマスク５を形成す
る。そして、形成されたマスク５を用いて第１回目のエ
ッチングにより層間絶縁膜３の上部のみをエッチング
し、コンタクトホール形成孔４よりも大径に開口してコ
ンタクトホール６の上部を形成する。

【０００４】次に、図７に示す第２の工程において、同
じマスク５を用いた第２回目の異方性エッチングにより
層間絶縁膜３の下部を上部の開口部分に引き続いてエッ
チングし、コンタクトホール形成孔４と同径に開口し
て、例えば直径が１μｍ〜３μｍのコンタクトホール７
を完成する。これによってコンタクトホール６内底部に
下層配線２が露出する。

【０００５】次に、図８に示す第３の工程において、層
間絶縁膜３上のマスク５を除去し、その後、例えば約１
μｍ程度の所定厚さの上層配線メタルを、垂直成分蒸着
が可能なメタル蒸着装置によって層間絶縁膜３上に形成
し、さらに形成した上層配線メタルをパターニングして
所定パターンの上層配線７とする。これにより、下層配
線２と上層配線７とがコンタクトホール６を介してコン
タクトする。

【０００６】しかしながら上記の従来技術においては、
上記のような微細寸法の開口径を有するコンタクトホー
ル６を、これと同等の間隔で設けるようにした微細な設
計パターン上に形成する場合、２段階に分けて実行する
エッチングの第１回目の等方性エッチングでのエッチン
グ量が多いと、それによって形成されるコンタクトホー
ル６の開口径は大きなものとなってしまう。そして、開
口径が大きなものとなるとコンタクトホール６間の間隔
が保てず、連続したものとなってしまう虞があり、コン
タクトホール６間の間隔が非常に小さなものの形成が非
常に困難なものとなる。

【０００７】一方、層間絶縁膜３の厚さが厚く、コンタ
クトホール６間の間隔が小さい微細な設計パターンでコ
ンタクトホール６を形成しようとした時に、隣り合うも
のとの間隔を保持するように第１回目の等方性エッチン
グでの層間絶縁膜３上部のエッチング量を制限し少なく
した場合には、第２回目の異方性エッチングによる層間
絶縁膜３下部のエッチング量が多くなり、これにより形
成されるコンタクトホール６下部は比較的深さがある上
下が同径の孔となる。そして、例えば図９に断面図を示
すように、層間絶縁膜３ａの厚さが上層配線７の厚さの
２倍以上となってくると、隣り合うもの同士の間隔を保
持するようにしてコンタクトホール６ａを形成した場合
に、層間絶縁膜３ａ上に形成された上層配線７が、コン
タクトホール６ａの中で分断されてしまい、断線部８が
生じてしまう虞がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のような状況に鑑
みて本発明はなされたもので、その目的とするところは
微小開口径のコンタクトホールを、これと同等程度まで
の微小間隔で形成するようにした微細な設計パターン上
で形成する場合においても、層間絶縁膜の厚さに制約さ
れることなく形成できると共に、コンタクトホール部分
での配線の断線が生じないようにした半導体装置の製造
方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、基板上に下層配線を間に設けて層間絶縁膜を
形成する工程と、層間絶縁膜上にマスク形成用のレジス
トを設ける工程と、レジストをパターニングしてコンタ
クトホール形成孔を有する所定パターンを形成した後、
加熱してレジストを固化し層間絶縁膜上にマスクを形成
する工程と、コンタクトホール形成孔の縁形状を開口方
向に向け曲面を持って拡開するように形成する工程と、
コンタクトホール形成孔の縁形状を拡開させたマスクを
用いて異方性エッチングを行い層間絶縁膜にコンタクト
ホールを形成する工程と、層間絶縁膜上に上層配線を形
成し、該上層配線と下層配線をコンタクトホールでコン
タクトさせる工程とを備えてなることを特徴とする方法
であり、さらに、コンタクトホール形成孔の縁形状を、
レジストの固化温度より高い温度となるようにマスクを
加熱して、開口方向に向け曲面を持って拡開するように
形成するようにしたことを特徴とする方法であり、層間
絶縁膜の厚さが、上層配線の厚さの２倍以上であること
を特徴とする方法である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下本発明の一実施形態を、図１
乃至図５を参照して説明する。図１乃至図５はコンタク
トホールを形成する開口工程及び配線のコンタクト工程
の各工程を順に示す断面図である。

【００１１】先ず図１に示す第１の工程において、半導
体基板等の基板１１の上に形成された下層配線１２の上
に、例えばＳｉＯ_２、ＳｉＮの層間絶縁膜１３を所定の
厚さ、例えば２μｍ程度の厚さに積層する。続いて層間
絶縁膜１３の上にフォトレジストを成層し、このフォト
レジストをパターニングしてから加熱板に載せるか、オ
ーブンに入れるなどして所定温度となるよう加熱しフォ
トレジストを固化させて、例えば直径が１μｍ〜３μｍ
のコンタクトホール形成孔１４を所定位置、例えば直径
と同等の間隔で設けてなるマスク１５を形成する。

【００１２】次に図２に示す第２の工程において、マス
ク１５が形成された基板１１を、さらに加熱板に載せた
まま、あるいはオーブンに入れるなどしたまま、先のフ
ォトレジストの固化温度よりも高い温度に加熱する。そ
して、マスク１５に形成されているコンタクトホール形
成孔１４の開口部分の縁形状１６を、上方に向け曲面を
持って拡開する曲面形状とする。これによってコンタク
トホール形成孔１４は底部径が、例えば直径が１μｍ〜
３μｍの所定の直径を有し、これよりも径大の開口部径
を有するものとなる。

【００１３】次に、図３及び図４に示す第３の工程にお
いて、マスク１５を用いた層間絶縁膜１３のエッチング
を異方性エッチングにより行う。このエッチングの際、
マスク１５を形成しているフォトレジストと層間絶縁膜
１３のエッチングレートが異なることから、エッチング
が進行するにしたがってフォトレジストのエッチングバ
ックにより、層間絶縁膜１３に形成されるコンタクトホ
ール１７は上部が径大に形成される。

【００１４】すなわち、エッチングの途中状態では、図
３に示すようにコンタクトホール１７は底部径が、例え
ば直径が１μｍ〜３μｍの所定径に略保たれたままで、
開口部径は底部径よりも若干大きなものとなり、さら
に、エッチングを行うことでフォトレジストのマスク１
５及び層間絶縁膜１３のエッチングが進行して図４に示
すように微小開口径のコンタクトホール１７が開口径と
同等の微小間隔で形成され、コンタクトホール１７の内
底部に下層配線１２が露出する。形成されたコンタクト
ホール１７は、底部径が略所定径に保たれたままであっ
て、上部がエッチングされ開口部径がさらに大きくなっ
た上方に向けて緩やかな曲面を持って拡開する曲面形状
を有するものとなる。

【００１５】次に、図５に示す第４の工程において、層
間絶縁膜１３上のマスク１５を除去し、その後、例えば
約１μｍ程度の所定厚さの上層配線メタルを、垂直成分
蒸着が可能なメタル蒸着装置によって層間絶縁膜１３上
に形成し、さらに形成した上層配線メタルをパターニン
グして所定パターンの上層配線１８とする。これによ
り、下層配線１２と上層配線１８とがコンタクトホール
１７を介してコンタクトする。

【００１６】そして、このようにして構成されたもので
は、層間絶縁膜１３の厚さが厚い場合においても、コン
タクトホール１７が上下で同径に形成される部分がない
上方に向けて曲面を持って拡開する曲面形状となるた
め、層間絶縁膜１３上に蒸着によって形成した上層配線
１８がコンタクトホール１７内で分断されず、断線部を
有さないものとなり、下層配線１２と上層配線１８とが
コンタクトホール１７において確実にコンタクトしたも
のとなる。

【００１７】また、マスク１５を形成する際にコンタク
トホール形成孔１４の開口部分の縁形状１６を、加熱温
度や加熱時間を適宜調節することによって変えること
で、コンタクトホール１７の開口径や間隔、層間絶縁膜
１３の厚さに対応した最適なコンタクトホール１７を確
実に形成することができ、層間絶縁膜１３の厚さが、例
えば上層配線１８の厚さの２倍以上となるような厚いも
ので、これに微小開口径のコンタクトホール１７を開口
径と同等の微小間隔で設ける場合においても、コンタク
トホール１７間の間隔を保持した状態で断線部のない上
層配線１８を設け、コンタクトホール１７で下層配線１
２と確実にコンタクトさせることができる。

【００１８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、層間絶縁膜に微小開口径のコンタクトホール
を、これと同等程度までの微小間隔で形成する時にも、
層間絶縁膜の厚さに制約されることなく形成できると共
に、コンタクトホールを埋め込むようにして配線を形成
した場合でもコンタクトホール部分で断線を生じること
がない等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における第１の工程を示す
断面図である。

【図２】本発明の一実施形態における第２の工程を示す
断面図である。

【図３】本発明の一実施形態における第３の工程の途中
状態を示す断面図である。

【図４】本発明の一実施形態における第３の工程の終了
状態を示す断面図である。

【図５】本発明の一実施形態における第４の工程を示す
断面図である。

【図６】従来例の第１の工程を示す断面図である。

【図７】従来例の第２の工程を示す断面図である。

【図８】従来例の第３の工程を示す断面図である。

【図９】従来における問題点を説明するための断面図で
ある。

【符号の説明】

１１…基板 １２…下層配線 １３…層間絶縁膜 １４…コンタクトホール形成孔 １５…マスク １６…縁形状 １７…コンタクトホール １８…上層配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M104 CC01 DD08 DD12 DD16 DD17 DD34 FF21 GG13 HH13 5F033 HH07 JJ01 KK07 NN32 QQ09 QQ16 QQ31 QQ34 QQ35 QQ37 QQ74 RR04 RR06 RR27 XX02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に下層配線を間に設けて層間絶縁
   膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上にマスク形成用
   のレジストを設ける工程と、前記レジストをパターニン
   グしてコンタクトホール形成孔を有する所定パターンを
   形成した後、加熱して前記レジストを固化し前記層間絶
   縁膜上にマスクを形成する工程と、前記コンタクトホー
   ル形成孔の縁形状を開口方向に向け曲面を持って拡開す
   るように形成する工程と、前記コンタクトホール形成孔
   の縁形状を拡開させたマスクを用いて異方性エッチング
   を行い前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工
   程と、前記層間絶縁膜上に上層配線を形成し、該上層配
   線と前記下層配線を前記コンタクトホールでコンタクト
   させる工程とを備えてなることを特徴とする半導体装置
   の製造方法。
2. 【請求項２】 コンタクトホール形成孔の縁形状を、レ
   ジストの固化温度より高い温度となるようにマスクを加
   熱して、開口方向に向け曲面を持って拡開するように形
   成するようにしたことを特徴とする請求項１記載の半導
   体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 層間絶縁膜の厚さが、上層配線の厚さの
   ２倍以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体
   装置の製造方法。