JP2000223478A - Method of opening connection hole - Google Patents

Method of opening connection hole

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JP2000223478A
JP2000223478A JP11027253A JP2725399A JP2000223478A JP 2000223478 A JP2000223478 A JP 2000223478A JP 11027253 A JP11027253 A JP 11027253A JP 2725399 A JP2725399 A JP 2725399A JP 2000223478 A JP2000223478 A JP 2000223478A
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gas
etching
connection hole
contact hole
opening
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Hideaki Kawamoto
英明 川本
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NEC Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of opening a minute connection hole, in accordance with a desired pattern, without producing a bowing shape. SOLUTION: In this method, the gas where He gas is mixed in the gas, having fluorocarbon for its main components in the range of flow ratio of He gas to all etching gas being not less than 60% volume % or over and 90 volume % or under, is used as etching gas when opening a connection hole 58 piercing a silicon oxide film 54, by etching a silicon oxide film 54 by plasma etching method. When opening a connection hole high in aspect ratio, the flow ratio of He gas to all etching gas is put in the range of 70 volume % or over and 85 volume % or under. As fluorocarbon, at least either CH2F2 or C4F8 can be used. The gas having fluorocarbon for its main components includes CO gas and O2 gas.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、接続孔の開口方法
に関し、更に詳細には、ボーイング形状を示さず、スト
レートな孔壁を有する接続孔を開口する方法に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of opening a connection hole, and more particularly to a method of opening a connection hole having a straight hole wall without showing a bowing shape.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の製造過程、特に配線の形成
過程では、下層の配線、又は基板の拡散領域と、層間絶
縁膜(シリコン酸化膜)を介してその上に形成された上
層の配線とを電気的に接続させることが必要になる。通
常、そのような場合には、シリコン酸化膜を貫通し、下
層の配線、又は基板の拡散領域を露出させるコンタクト
ホールを開口し、次いでコンタクトホールを導電体で埋
めてコンタクトを形成する。コンタクトと接続するよう
に上層の配線を形成することにより、コンタクトを介し
て下層の配線、又は基板の拡散領域と、上層の配線とを
接続する。
2. Description of the Related Art In a process of manufacturing a semiconductor device, particularly in a process of forming a wiring, a lower wiring or a diffusion region of a substrate and an upper wiring formed thereon via an interlayer insulating film (silicon oxide film). Must be electrically connected. Usually, in such a case, a contact hole is formed to penetrate the silicon oxide film, expose a lower wiring or a diffusion region of the substrate, and then fill the contact hole with a conductor to form a contact. By forming an upper wiring so as to connect to the contact, the lower wiring or the diffusion region of the substrate and the upper wiring are connected via the contact.

【0003】ここで、図4を参照して、コンタクトの形
成に際し、コンタクトホールを開口する従来の方法を説
明する。図4(a)から(c)は、それぞれ、従来の方
法に従ってコンタクトホールを開口する際の工程毎の基
板断面図である。従来の開口方法では、先ず、図4
(a)に示すように、シリコン基板12上にシリコン酸
化膜14を成膜する。次いで、シリコン酸化膜14上に
フォトレジスト膜を塗布し、パターニングして、図4
(b)に示すように、コンタクトホールのパターン15
を備えたエッチング用のマスク16を形成する。次い
で、シリコン酸化膜に対して反応性を有するフロロカー
ボン系のガス、例えばCF4 、CHF3 、CH2 2
4 8 等を主成分の一つとするエッチングガスを用い
て、プラズマエッチング法によりシリコン酸化膜14を
エッチングして、図4(c)に示すように、コンタクト
ホール18を開口している。
Here, a conventional method of forming a contact hole when forming a contact will be described with reference to FIG. FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views of the substrate in each step when a contact hole is opened according to a conventional method. In the conventional opening method, first, FIG.
As shown in FIG. 1A, a silicon oxide film 14 is formed on a silicon substrate 12. Next, a photoresist film is applied on the silicon oxide film 14 and patterned, and FIG.
As shown in FIG.
Is formed with the mask 16 for etching. Next, a fluorocarbon-based gas reactive with the silicon oxide film, for example, CF 4 , CHF 3 , CH 2 F 2 ,
The silicon oxide film 14 is etched by a plasma etching method using an etching gas containing C 4 F 8 as one of the main components, and a contact hole 18 is opened as shown in FIG.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体装置
の高集積化及び微細化に伴い、ホール径が0.25μm
以下の微細なコンタクト、従って必然的にアスペクト比
の高いコンタクトを形成することが要求されている。微
細なコンタクトを形成するには、微細でしかもストレー
トな孔壁を有し、しかもアスペクト比の高いコンタクト
ホールを開口することが必要である。
By the way, with the increase in the degree of integration and miniaturization of the semiconductor device, the hole diameter is 0.25 μm.
It is required to form the following fine contacts and, therefore, contacts having a necessarily high aspect ratio. In order to form a fine contact, it is necessary to open a contact hole having a fine and straight hole wall and a high aspect ratio.

【0005】しかし、上述した従来のコンタクトホール
の開口方法には、次の二つの問題があった。第1には、
酸化膜をプラズマエッチングしてコンタクトホールを開
口した際、図5に破線で示すように、ホール形状がボー
イングするという問題があった。コンタクトホールがボ
ーイング形状になると、コンタクトホールの開口に続
く、コンタクトホールの埋め込み工程で、埋め込み金属
のカバレージが悪くなる。その結果、コンタクトホール
の良好な埋め込み(プラグ形成)が難しく、ボイドやシ
ース等の欠陥が発生したり、更には、コンタクトのボイ
ドによる断線現象が生じたりするということもあった。
即ち、電気的接続の信頼性の高いコンタクトを形成する
ことが難しい。
However, the above-described conventional contact hole opening method has the following two problems. First,
When the oxide film is plasma-etched to open the contact hole, there is a problem that the hole shape bows as shown by the broken line in FIG. If the contact hole has a bowing shape, the coverage of the buried metal deteriorates in the step of burying the contact hole following the opening of the contact hole. As a result, it is difficult to satisfactorily fill the contact hole (form a plug), causing defects such as voids and sheaths, and further, a disconnection phenomenon may occur due to voids in the contact.
That is, it is difficult to form a contact with high electrical connection reliability.

【0006】第2には、アスペクト比の大きなコンタク
トホールを開口しようとすると、図6(a)に示すよう
に、先ず、エッチングマスクの開口部がエッチングされ
て、形状か変化し、そのために、図6(b)に示すよう
に、コンタクトホール上部の開口部付近の形状が、エッ
チングマスクであるレジストの形状変化によって、所定
形状から変化し、開口寸法も大きくなるという問題があ
った。一方、半導体装置の微細化に伴い、アスペクト比
の大きなコンタクトホールを開口することが必要である
と共に、コンタクトホールの開口部付近の寸法が大きく
なると、コンタクトホールのピッチを大きくする必要が
生じ、高集積化の障害となる。
Second, when an attempt is made to open a contact hole having a large aspect ratio, first, as shown in FIG. 6A, the opening of the etching mask is etched to change its shape. As shown in FIG. 6B, there is a problem that the shape near the opening above the contact hole changes from a predetermined shape due to a change in the shape of the resist serving as an etching mask, and the size of the opening increases. On the other hand, with the miniaturization of semiconductor devices, it is necessary to open a contact hole having a large aspect ratio, and when the size near the opening of the contact hole becomes large, it becomes necessary to increase the pitch of the contact hole. An obstacle to integration.

【0007】そこで、本発明の目的は、ボーイング形状
を発生させることなく、微細な接続孔を所望パターン通
りに開口する方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for forming fine connection holes in a desired pattern without generating a bowing shape.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】ボーイング形状の発生防
止策 本発明者は、第1の問題であるボーイング形状の発生原
因を調べた結果、次のことが判った。ボーイング形状
は、主として、ホール径が0.25μm以下でアスペク
ト比が5以上のコンタクトホールを開口しようとする場
合に発生することが多い。それは、以下の理由に因る。
シリコン酸化膜のプラズマエッチングを行うと、反応生
成物の堆積膜が、コンタクトホールの開口部の極く近傍
に形成される。そして、基板上のプラズマ中でイオン化
されたArイオンが、ホール開口部の極く近傍に形成さ
れた堆積膜をスパッタし、スパッタされた堆積膜の成分
は、図5で実線で示すように、下方のホール側壁に再堆
積する。再堆積した堆積膜は、厚い膜となって横方向の
酸化膜のエッチングの進行を妨害し、一方、再堆積した
堆積膜より下方の領域では、堆積膜が薄いので、横方向
の酸化膜のエッチングが進行する。その結果、図5に破
線で示すように、ボーイング形状を有するコンタクトホ
ールが開口する。
Means for Solving the Problems To prevent the occurrence of a bowing shape
Stop solution The present inventor has examined the cause of bowing shape as the first problem, it was found the following. The bowing shape often occurs mainly when an attempt is made to open a contact hole having a hole diameter of 0.25 μm or less and an aspect ratio of 5 or more. It is for the following reasons.
When plasma etching of the silicon oxide film is performed, a deposition film of a reaction product is formed very close to the opening of the contact hole. Then, Ar ions ionized in the plasma on the substrate sputter the deposited film formed very close to the hole opening, and the components of the sputtered deposited film are as shown by the solid line in FIG. Redeposits on the lower hole side wall. The redeposited deposited film becomes a thick film and hinders the progress of the etching of the lateral oxide film.On the other hand, in a region below the redeposited deposited film, the deposited film is thin, so that the lateral oxide film becomes thin. Etching proceeds. As a result, as shown by a broken line in FIG. 5, a contact hole having a bowing shape is opened.

【0009】そこで、本発明者は、堆積膜の厚さがコン
タクトホール壁の全高さにわたり一定となれば、ボーイ
ング形状とはならないことに気付き、堆積膜のカバレッ
ジ改善を促すガスをエッチングガスとして使用すること
を考えた。そして、表面波プラズマエッチング装置を使
い、エッチングガスの組成を種々変えてエッチング実験
を行った結果、Heガスを所定範囲の比率で含むC4
8、CO、He及びO2 の混合ガスを使用して酸化膜を
エッチングすることにより、ボーイング形状のないコン
タクトホールを開口できることを見い出した。
The inventor of the present invention has noticed that if the thickness of the deposited film is constant over the entire height of the contact hole wall, the deposited film does not have a bowing shape, and a gas for promoting the improvement of the coverage of the deposited film is used as an etching gas. Thought about doing it. Then, as a result of performing an etching experiment using a surface wave plasma etching apparatus while variously changing the composition of the etching gas, C 4 F containing He gas in a predetermined range was obtained.
8. It has been found that a contact hole without a bowing shape can be opened by etching an oxide film using a mixed gas of CO, He and O 2 .

【0010】ここで、図7を参照して、実験に使用した
表面波プラズマエッチング装置の構成を説明する。表面
波プラズマエッチング装置30は、図7に示すように、
プラズマ31を発生させるプラズマチャンバ32と、プ
ラズマチャンバ32にマイクロ波を導波するマイクロ波
導波系とから構成されている。プラズマチャンバ32
は、上面にウエハを載置させるウエハステージ34を内
部に、また、真空吸引装置(図示せず)に接続された排
気口36を下部に、チャンバ域とマイクロ波導波系とを
分離する石英製の隔壁37を上部に備えている。陰極を
構成するウエハステージ34と、プラズマチャンバ32
内でウエハステージ34の上方に設けられた環状の陽極
35との間に400kHzのRF電圧を印加するため
に、ウエハステージ34にはRF電源38が接続されて
いる。プラズマチャンバ32には、ガス導入口40を介
してエッチングガスが導入される。
Here, the configuration of the surface acoustic wave plasma etching apparatus used in the experiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7, the surface wave plasma etching apparatus 30
It comprises a plasma chamber 32 for generating plasma 31 and a microwave waveguide system for guiding microwaves to the plasma chamber 32. Plasma chamber 32
Is made of quartz, which separates a chamber region from a microwave waveguide system, with a wafer stage 34 on which a wafer is mounted on the upper surface and an exhaust port 36 connected to a vacuum suction device (not shown) below. Is provided on the upper part. A wafer stage 34 constituting a cathode, and a plasma chamber 32
An RF power supply 38 is connected to the wafer stage 34 in order to apply an RF voltage of 400 kHz between the wafer stage 34 and an annular anode 35 provided above the wafer stage 34. An etching gas is introduced into the plasma chamber 32 via a gas inlet 40.

【0011】マイクロ波導波系は、周波数2.45GH
zのマイクロ波発生源(図示せず)からマイクロ波を導
波する導波路42、導波路42に接続されたテフロン
(登録商標)製誘電体導波路44と、矩形のマイクロ波
分散板46とから構成されている。
The microwave waveguide system has a frequency of 2.45 GHz.
a waveguide 42 for guiding microwaves from a microwave source (not shown) of z, a Teflon (registered trademark) dielectric waveguide 44 connected to the waveguide 42, a rectangular microwave dispersion plate 46, It is composed of

【0012】上述の表面波プラズマエッチング装置30
を使い、C4 8 、CO、He及びO2 の混合ガスをエ
ッチングガスとし、次の条件でBPSG膜、及びフォト
レジスト膜をエッチング対象としてエッチング実験を行
った。 圧力 :20mTorr マイクロウエーブ出力:1100W RFバイアス出力 :800W C4 8 ガス、COガス及びO2 ガスの流量をそれぞれ
15sccm、30sccm、及び5sccmの定流量とし、Heガ
スの流量を0sccmから500sccmまで変化させて、それ
ぞれ、コンタクトホールを開口し、コンタクトホールの
形状をSEM(走査型電子顕微鏡)にて観察した。図8
(a)、図8(b)及び図8(c)は、それぞれ、He
ガスの流量が0sccm、80sccm及び400sccmのときの
コンタクトホールのSEMの写真の写しである。
The above-described surface wave plasma etching apparatus 30
An etching experiment was performed using a mixed gas of C 4 F 8 , CO, He, and O 2 as an etching gas and etching a BPSG film and a photoresist film under the following conditions. Pressure: 20 mTorr Microwave output: 1100 W RF bias output: 800 W Constant flow rates of C 4 F 8 gas, CO gas and O 2 gas were set at 15 sccm, 30 sccm, and 5 sccm, respectively, and the flow rate of He gas was changed from 0 sccm to 500 sccm. Then, a contact hole was opened, and the shape of the contact hole was observed with an SEM (scanning electron microscope). FIG.
(A), FIG. 8 (b) and FIG. 8 (c) respectively show He
It is a copy of the SEM photograph of the contact hole when the gas flow rate is 0 sccm, 80 sccm, and 400 sccm.

【0013】図8を観察すると、Heガスの流量が0sc
cmのときには、コンタクトホールが開口せず、Heガス
の流量が80sccm及び400sccmのとき、ボーイング形
状のない良好な形状のコンタクトホールを開口すること
ができる。尚、Heガスの流量が500sccmのときに
は、コンタクトホールにボーイング形状が発生する。従
って、Heガスの流量が80sccmから400sccmの範
囲、流量比で言えば60容量%以上90容量%以下の範
囲の混合ガスを使うことにより、ボーイング形状のない
ストレートな形状のコンタクトホールを開口することが
できる。
FIG. 8 shows that the flow rate of He gas is 0 sc
When the flow rate of He gas is 80 sccm and 400 sccm, a contact hole having a good shape without a bowing shape can be opened. When the flow rate of the He gas is 500 sccm, a bowing shape occurs in the contact hole. Therefore, by using a mixed gas in which the flow rate of He gas is in a range of 80 sccm to 400 sccm, and in terms of a flow rate ratio, in a range of 60% by volume to 90% by volume, a straight contact hole without a bowing shape is opened. Can be.

【0014】また、上述の実験では、エッチングレート
を測定し、図9に示す結果を得た。図9では、横軸には
Heガスの流量(sccm)を、縦軸にはエッチングレート
(Å/分)を取っている。図9によれば、Heガスの流
量が80sccmから400sccmの範囲で、即ちHeガスの
流量がエッチングガスの全流量の61%から89%の範
囲で、BPSG膜に対するエッチングレートが高いこと
が判る。
In the above experiment, the etching rate was measured, and the results shown in FIG. 9 were obtained. In FIG. 9, the horizontal axis represents the flow rate of He gas (sccm), and the vertical axis represents the etching rate (Å / min). FIG. 9 shows that the etching rate for the BPSG film is high when the flow rate of the He gas is in the range of 80 sccm to 400 sccm, that is, when the flow rate of the He gas is in the range of 61% to 89% of the total flow rate of the etching gas.

【0015】所定形状、寸法のコンタクトホールの開口 本発明者は、さらにアスペクト比の高いコンタクトホー
ルを開口する場合、形状変化が生じる第2の問題を調
べ、次のことが判った。ホール径が一定であれば、コン
タクトホールのアスペクト比が大きいということは、コ
ンタクトホールを開口するシリコン酸化膜(層間絶縁
膜)の膜厚が厚いことである。具体的には、コンタクト
ホール径が0.25μm、アスペクト比が8以上、従っ
て層間絶縁膜の膜厚が2μm以上のときに、第2の問題
が発生することが多い。従って、アスペクト比の高いコ
ンタクトホールを開口する際には、膜厚の厚い層間絶縁
膜をエッチングすることになるので、エッチング時間が
長くなり、フォトレジスト膜からなるエッチングマスク
もそれだけ多くエッチングされる。マスクのエッチング
量が増大すると、マスクのパターン形状が損なわれ、ま
たパターンの寸法が変化する。従って、所望の加工寸法
のコンタクトホールを開口することができなくなる。
Opening of Contact Hole with Predetermined Shape and Dimensions The present inventor investigated the second problem that a shape change occurs when a contact hole with a higher aspect ratio is opened, and found the following. If the hole diameter is constant, a large aspect ratio of the contact hole means that the thickness of the silicon oxide film (interlayer insulating film) that opens the contact hole is large. Specifically, the second problem often occurs when the contact hole diameter is 0.25 μm, the aspect ratio is 8 or more, and thus the thickness of the interlayer insulating film is 2 μm or more. Therefore, when a contact hole having a high aspect ratio is opened, the thick interlayer insulating film is etched, so that the etching time is lengthened and the etching mask made of the photoresist film is also etched more. When the etching amount of the mask increases, the pattern shape of the mask is damaged, and the dimension of the pattern changes. Therefore, a contact hole having a desired processing size cannot be opened.

【0016】そこで、アスペクト比の高いコンタクトホ
ールを開口するには、マスクをエッチングすることな
く、酸化膜のみをエッチングすることが必要であって、
換言すれば、フォトレジスト膜対シリコン酸化膜の選択
比の大きなエッチングガスを使用することが必要にな
る。尤も、エッチングマスクの膜厚を厚くすることも一
つの解決法であるが、フォトリソグラフィ法を用いてパ
ターニングしてエッチングマスクを形成する限り、露光
の際の解像度に制約があって、現状の厚さ、具体的には
2μm以上にフォトレジスト膜の膜厚を厚くすることは
難しい。
In order to open a contact hole having a high aspect ratio, it is necessary to etch only an oxide film without etching a mask.
In other words, it is necessary to use an etching gas having a high selectivity between the photoresist film and the silicon oxide film. Although increasing the thickness of the etching mask is one solution, as long as the etching mask is formed by patterning using a photolithography method, the resolution at the time of exposure is restricted, and the current thickness is limited. Specifically, it is difficult to increase the thickness of the photoresist film to 2 μm or more.

【0017】そこで、上述の実験で得た図9を整理して
得た図10に示すように、Heガスの流量が120sccm
から300sccmの範囲、即ちHeガスの流量がエッチン
グガスの全流量の71%から86%の範囲で、エッチン
グのBPSG膜対フォトレジスト膜の選択比は高くな
る。この範囲の流量比のHeガスを含むエッチングガス
を使ってシリコン酸化膜をエッチングすれば、高い選択
比によって、フォトレジスト膜がエッチングされ、パタ
ーンが損傷される前に酸化膜をエッチングしてコンタク
トホールを開口することができる。従って、従来のよう
にコンタクトホールの開口部の開口径が大きくなるよう
なことは生じない。
Therefore, as shown in FIG. 10 obtained by rearranging FIG. 9 obtained in the above experiment, the flow rate of He gas is 120 sccm.
When the flow rate of He gas ranges from 71% to 86% of the total flow rate of the etching gas, the selectivity of the BPSG film to the photoresist film increases. If the silicon oxide film is etched using an etching gas containing He gas at a flow ratio in this range, the photoresist film is etched with a high selectivity, and the oxide film is etched before the pattern is damaged. Can be opened. Therefore, the opening diameter of the opening of the contact hole does not increase as in the related art.

【0018】上述の知見に基づいて、上記目的を達成す
るために、本発明に係る接続孔の開口方法は、プラズマ
エッチング法によりシリコン酸化膜をエッチングして、
シリコン酸化膜を貫通する接続孔を開口する際、全エッ
チングガスに対するHeガスの流量比が60容量%以上
90容量%以下の範囲で、フロロカーボンを主成分の一
つとするガスにHeガスを混合したガスをエッチングガ
スとして使用することを特徴としている。
Based on the above findings, in order to achieve the above object, a method for forming a connection hole according to the present invention comprises etching a silicon oxide film by a plasma etching method,
When opening the connection hole penetrating the silicon oxide film, He gas was mixed with a gas containing fluorocarbon as one of the main components in a flow rate ratio of He gas to all etching gases of 60% by volume or more and 90% by volume or less. It is characterized in that a gas is used as an etching gas.

【0019】本発明方法で、シリコン酸化膜とは、Si
2 CVD膜、BPSG膜、PSG膜、BSG膜等を意
味する。接続孔は、シリコン酸化膜を貫通して下層の拡
散領域又は配線と上層の配線とを接続するコンタクト形
成用の孔を意味し、コンタクトホール、ビアホール、ス
ルーホール等の名称、構造のいかんを問わない。
In the method of the present invention, the silicon oxide film is Si
O 2 CVD film, BPSG film, PSG film, means a BSG film, or the like. The connection hole refers to a hole for forming a contact which penetrates the silicon oxide film and connects the lower diffusion region or the wiring to the upper wiring, regardless of the name and structure of the contact hole, via hole, through hole and the like. Absent.

【0020】本発明方法の好適な実施態様では、Heガ
スの全エッチングガスに対する流量比を70容量%以上
85容量%以下の範囲にする。Heガスの流量比がこの
範囲にあるときは、シリコン酸化膜とフォトレジスト膜
との選択比が高くなり、フォトレジスト膜のパターンの
エッチングによる損傷が防止されるので、正確な孔径で
ボーイング形状のない接続孔を開口することができる。
よって、本実施態様は、アスペクト比が大きな、特に接
続孔のアスペクト比が8以上であっても、開口部で拡径
していない正確な孔径の接続孔を開口することができ
る。
In a preferred embodiment of the method of the present invention, the flow ratio of He gas to the total etching gas is in the range of 70% by volume to 85% by volume. When the flow ratio of the He gas is in this range, the selectivity between the silicon oxide film and the photoresist film is increased, and damage due to etching of the pattern of the photoresist film is prevented. No connection holes can be opened.
Therefore, in this embodiment, even if the aspect ratio of the connection hole is large, in particular, the aspect ratio of the connection hole is 8 or more, it is possible to open the connection hole having an accurate hole diameter which is not enlarged at the opening.

【0021】本発明方法で使用するフロロカーボンは、
FとCとの化合物である限りその分子構造に制約なく使
用できるが、エッチングレートを高める見地から、好適
には、CH2 2 及びC4 8 の少なくともいずれかで
ある。フロロカーボンの流量比は、好適には、1容量%
以上20容量%以下である。本発明方法で使用するフロ
ロカーボンを主成分の一つとするガスは、COガス及び
2 ガスを含む。COガスを混合することにより、フォ
トレジスト膜とシリコン酸化膜との選択比を高めること
ができる。好適には、COガスの流量比を6容量%以上
40容量%以下にする。また、O2 ガスを混合すること
により、接続孔内に生成する堆積膜の量を減少させるこ
とができる。好適には、O2 ガスの流量比を1容量%以
上5容量%以下にする。
The fluorocarbon used in the method of the present invention comprises:
As long as it is a compound of F and C, it can be used without any restriction on its molecular structure. However, from the viewpoint of increasing the etching rate, it is preferably at least one of CH 2 F 2 and C 4 F 8 . The flow ratio of the fluorocarbon is preferably 1% by volume.
Not less than 20% by volume. The gas containing fluorocarbon as one of the main components used in the method of the present invention includes CO gas and O 2 gas. By mixing the CO gas, the selectivity between the photoresist film and the silicon oxide film can be increased. Preferably, the flow ratio of the CO gas is set to 6% by volume or more and 40% by volume or less. Further, by mixing the O 2 gas, the amount of the deposited film generated in the connection hole can be reduced. Preferably, the flow ratio of the O 2 gas is set to 1% by volume or more and 5% by volume or less.

【0022】本発明方法は、孔径の大小に制約なく接続
孔の開口に適用できるものの、微小径の接続孔、例えば
孔径が0.25μm 以下の接続孔の開口に最適である。
Although the method of the present invention can be applied to the opening of a connection hole regardless of the size of the hole diameter, it is most suitable for the opening of a connection hole having a small diameter, for example, a connection hole having a hole diameter of 0.25 μm or less.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。実施形態例1 本実施形態例は、本発明に係る接続孔の開口方法の実施
形態の一例であって、図1(a)から(c)は本実施形
態例の方法に従ってコンタクトホールを開口する際の工
程毎の基板断面図である。本実施形態例では、先ず、図
1(a)に示すように、シリコン基板52上に膜厚1.
5μm のシリコン酸化膜54、例えばBPSG膜をCV
D法により形成する。次いで、図1(b)に示すよう
に、KrF線露光用のフォトレジスト膜を膜厚7000
Åで成膜する。フォトレジスト膜にKrF線を露光し、
現像処理してパターニングし、ホール径0.20μm の
パターン55を有するマスク56を形成する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Embodiment 1 This embodiment is an example of an embodiment of a method for opening a connection hole according to the present invention, and FIGS. 1A to 1C show a method for opening a contact hole according to the method of this embodiment. FIG. 9 is a cross-sectional view of the substrate in each process. In the present embodiment, first, as shown in FIG.
A 5 μm silicon oxide film 54, for example, a BPSG film is
Formed by Method D. Next, as shown in FIG. 1B, a photoresist film for KrF line exposure is
The film is formed by Å. Exposing the photoresist film to KrF rays,
By patterning by developing, a mask 56 having a pattern 55 having a hole diameter of 0.20 μm is formed.

【0024】次いで、表面波プラズマエッチング装置3
0を使用して、C4 8 、CO、He及びO2 の混合ガ
スをエッチングガスとし、マスク56を使って次の条件
でシリコン酸化膜54をエッチングして、コンタクトホ
ール58を開口した。 圧力 :20mTorr マイクロウエーブ出力:1100W RFバイアス出力 :800W ガス流量 :C4 8 /15sccm、CO/30sccm He/90sccm、O2 /5sccm
Next, the surface wave plasma etching apparatus 3
By using a mixed gas of C 4 F 8 , CO, He and O 2 as an etching gas, the silicon oxide film 54 was etched using a mask 56 under the following conditions to open a contact hole 58. Pressure: 20 mTorr Microwave output: 1100W RF bias output: 800 W gas flow rates: C 4 F 8 / 15sccm, CO / 30sccm He / 90sccm, O 2 / 5sccm

【0025】 本実施形態例では、図1(c)に示すように、マスク5
6のパターン55が開口上縁56aで僅かに削られ損傷
するものの、ボーイング形状を示さない、ほぼストレー
トな孔側壁を有する孔径0.20μm のコンタクトホー
ル58を開口することができた。
In the present embodiment, as shown in FIG.
Although the pattern 55 of No. 6 was slightly scraped and damaged at the upper edge 56a of the opening, a contact hole 58 having a hole diameter of 0.20 μm and a substantially straight hole side wall which did not show a bowing shape was able to be opened.

【0026】比較例 実施形態例1の比較例として、Heガスに代えてArガ
スを使ったことを除いて、実施形態例1と同じガス流
量、エッチング条件でシリコン酸化膜54をエッチング
してコンタクトホール58を開口した。得たコンタクト
ホール58は、図2に示すように、ボーイング形状を示
し、最も広がった部分では、孔径DO は0.25μm で
あって、実施形態例1で得たストレートなコンタクトホ
ール18と著しい対照を示した。
[0026] As a comparative example Comparative Example Embodiment 1, except that with Ar gas in place of He gas, the same gas flow rate as in the first embodiment, the silicon oxide film 54 in etching conditions and etching contact A hole 58 was opened. The obtained contact hole 58 has a bowing shape as shown in FIG. 2, and has a hole diameter D O of 0.25 μm at the widest part, which is remarkably different from the straight contact hole 18 obtained in the first embodiment. A control was shown.

【0027】実施形態例2 本実施形態例は、本発明に係る接続孔の開口方法の実施
形態の別の例である。図3は、本実施形態例の方法に従
って開口したコンタクトホールの断面図である。本実施
形態例では、シリコン基板52上に成膜したシリコン酸
化膜54の膜厚が実施形態例1の膜厚1.5μm より厚
く2.0μm であることを除いて実施形態例1と同様に
して、フォトレジスト膜を成膜し、パターニングして、
ホール径0.20μm のパターンを有するマスク56を
形成する。
Embodiment 2 This embodiment is another example of the embodiment of the method for opening a connection hole according to the present invention. FIG. 3 is a sectional view of a contact hole opened according to the method of the present embodiment. In the present embodiment, the thickness of the silicon oxide film 54 formed on the silicon substrate 52 is 2.0 μm, which is larger than the thickness of 1.5 μm of the first embodiment, and is the same as that of the first embodiment. To form a photoresist film, pattern it,
A mask 56 having a pattern having a hole diameter of 0.20 μm is formed.

【0028】次いで、Heガスの流量比を75容量%に
したことを除いて実施形態例1と同様にして、シリコン
酸化膜をエッチングして、コンタクトホール58を開口
した。開口したコンタクトホール58は、図3に示すよ
うに、マスク56の開口部の上縁56aが僅かに削られ
損傷しているものの、ボーイング形状を示さず、コンタ
クトホール58の開口部を含めてほぼストレートな孔側
壁を有する孔径0.20μm のコンタクトホール58を
開口することができた。
Next, the contact hole 58 was opened by etching the silicon oxide film in the same manner as in Embodiment 1 except that the flow ratio of the He gas was set to 75% by volume. As shown in FIG. 3, although the upper edge 56a of the opening of the mask 56 is slightly cut and damaged, the opened contact hole 58 does not show a bowing shape and substantially includes the opening of the contact hole 58. A contact hole 58 having a straight hole side wall and a hole diameter of 0.20 μm could be opened.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明によれば、プラズマエッチング法
によりシリコン酸化膜をエッチングして、シリコン酸化
膜を貫通する接続孔を開口する際、フロロカーボンを主
成分とするガスに、流量比が60容量%以上90容量%
以下の範囲でHeガスを混合したガスをエッチングガス
として使用することにより、特にホール径0.25μm
以下のコンタクトホールをボーイング形状を示さない良
好な形状に開口することができる。更には、Heガスの
全エッチングガスに対する流量比を70容量%以上85
容量%以下の範囲にすることにより、特にアスペクト比
8以上の高アスペクト比のコンタクトホールを所定形
状、所定寸法で開口することができる。
According to the present invention, when a silicon oxide film is etched by a plasma etching method and a connection hole penetrating the silicon oxide film is opened, a flow ratio of the gas containing fluorocarbon as a main component is 60 vol. % To 90% by volume
By using a gas mixed with He gas in the following range as an etching gas, the hole diameter is particularly 0.25 μm.
The following contact holes can be opened in a favorable shape that does not exhibit a bowing shape. Further, the flow ratio of He gas to the total etching gas is set to 70% by volume or more and 85% or more.
By setting the volume% or less, it is possible to open a contact hole having a high aspect ratio of not less than 8 in a predetermined shape and a predetermined size.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1(a)から(c)は、それぞれ、実施形態
例1の方法に従ってコンタクトホールを開口する際の工
程毎の基板断面図である。
FIGS. 1A to 1C are cross-sectional views of a substrate in each step when a contact hole is opened according to the method of the first embodiment.

【図2】比較例で得たコンタクトホールの断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view of a contact hole obtained in a comparative example.

【図3】実施形態例2の方法に従って開口したコンタク
トホールの断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of a contact hole opened according to the method of Embodiment 2;

【図4】図4(a)から(c)は、それぞれ、従来の方
法に従ってコンタクトホールを開口する際の工程毎の基
板断面図である。
FIGS. 4 (a) to 4 (c) are cross-sectional views of a substrate in each step when a contact hole is opened according to a conventional method.

【図5】ボーイング形状を示したコンタクトホールの断
面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a contact hole showing a bowing shape.

【図6】図6(a)はマスクがエッチングされる様子を
示す断面図、図6(b)は開口部上縁で拡径しているコ
ンタクトホールの断面図である。
FIG. 6A is a cross-sectional view showing a state where a mask is etched, and FIG. 6B is a cross-sectional view of a contact hole whose diameter is enlarged at an upper edge of an opening.

【図7】表面波プラズマエッチング装置の構成を示す模
式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration of a surface wave plasma etching apparatus.

【図8】図8(a)から(c)は、それぞれ、実験で開
口したコンタクトホールのSEMで撮影した断面写真の
模写である。
FIGS. 8A to 8C are simulated cross-sectional photographs taken by SEM of contact holes opened in an experiment, respectively.

【図9】Heガスの流量とエッチングレートとの関係を
示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the flow rate of He gas and the etching rate.

【図10】Heガスの流量とBPSG/PR選択比との
関係を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing a relationship between a He gas flow rate and a BPSG / PR selection ratio.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12 シリコン基板 14 シリコン酸化膜 16 マスク 18 コンタクトホール 30 表面波プラズマエッチング装置 31 プラズマ 32 プラズマチャンバ 34 ウエハステージ 36 排気口 37 石英製の隔壁 38 RF電源 40 ガス導入口 42 導波路 44 テフロン製誘電体導波路 46 マイクロ波分散板 52 シリコン基板 54 シリコン酸化膜 56 マスク 58 コンタクトホール DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Silicon substrate 14 Silicon oxide film 16 Mask 18 Contact hole 30 Surface wave plasma etching apparatus 31 Plasma 32 Plasma chamber 34 Wafer stage 36 Exhaust port 37 Quartz partition 38 RF power supply 40 Gas introduction port 42 Waveguide 44 Teflon dielectric conductor Waveguide 46 Microwave dispersion plate 52 Silicon substrate 54 Silicon oxide film 56 Mask 58 Contact hole

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Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プラズマエッチング法によりシリコン酸
化膜をエッチングして、シリコン酸化膜を貫通する接続
孔を開口する際、 全エッチングガスに対するHeガスの流量比が60容量
%以上90容量%以下の範囲で、フロロカーボンを主成
分の一つとするガスにHeガスを混合したガスをエッチ
ングガスとして使用することを特徴とする接続孔の開口
方法。
When a silicon oxide film is etched by a plasma etching method and a connection hole penetrating the silicon oxide film is opened, a flow rate ratio of He gas to all etching gases is in a range of 60% by volume to 90% by volume. A method of opening a connection hole, wherein a gas obtained by mixing He gas with a gas containing fluorocarbon as one of the main components is used as an etching gas.
【請求項2】 Heガスの全エッチングガスに対する流
量比を70容量%以上85容量%以下の範囲にすること
を特徴とする請求項1に記載の接続孔の開口方法。
2. The method according to claim 1, wherein the flow ratio of He gas to the total etching gas is in the range of 70% by volume to 85% by volume.
【請求項3】 フロロカーボンとしてCH2 2 及びC
4 8 の少なくともいずれかを使用することを特徴とす
る請求項1又は2に記載の接続孔の開口方法。
3. Fluorocarbon as CH 2 F 2 and C
Opening process of the contact hole according to claim 1 or 2, characterized by using at least one of 4 F 8.
【請求項4】 フロロカーボンを主成分の一つとするガ
スは、COガス及びO2 ガスを含むことを特徴とする請
求項1から3のうちのいずれか1項に記載の接続孔の開
口方法。
4. The method for opening a connection hole according to claim 1, wherein the gas containing fluorocarbon as one of the main components includes a CO gas and an O 2 gas.
【請求項5】 孔径が0.25μm 以下の接続孔を開口
することを特徴とする請求項1から4のうちのいずれか
1項に記載の接続孔の開口方法。
5. The method for opening a connection hole according to claim 1, wherein the connection hole having a hole diameter of 0.25 μm or less is opened.
【請求項6】 下地層上に成膜されたシリコン酸化膜を
エッチングして接続孔を開口し、下地層を露出させるこ
とを特徴とする請求項1から5のうちのいずれか1項に
記載の接続孔の開口方法。
6. The method according to claim 1, wherein the silicon oxide film formed on the underlayer is etched to open a connection hole and expose the underlayer. How to open the connection hole.
【請求項7】 接続孔のアスペクト比が5以上であるこ
とを特徴とする請求項2から6のうちのいずれか1項に
記載の接続孔の開口方法。
7. The method according to claim 2, wherein an aspect ratio of the connection hole is 5 or more.
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