JP2001060620A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セルフアラインデュアルダマシンプロセスに
おいて、トレンチ下に形成される接続孔の開口径を安定
化させ、接続孔内の配線抵抗を安定化させる。 【解決手段】 第１層間絶縁膜１０４上の絶縁性材料か
らなる第１ストッパ層１０５に孔状の開口部１０５ａを
形成する。開口部１０５ａの側壁にオーバーハング形状
のサイドウォール２０２ａを形成し、開口部１０５ａを
埋め込む状態で、第１ストッパ層１０５上に第２層間絶
縁膜１０６を形成する。開口部１０５に連通するトレン
チ１０６ａを第２層間絶縁膜１０６に形成した後、レジ
ストパターン１０７と第１ストッパ層１０５及びサイド
ウォール２０２ａをマスクにして第１層間絶縁膜１０４
をエッチングし、トレンチ１０６ａ下部の第１層間絶縁
膜１０４部分に接続孔１０４ａを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特にはセルフアラインデュアルダマシン法
に適用される半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のＶＬＳＩ等に見られる様な半導体
装置の高集積化及び高機能化の進展に伴い、酸化シリコ
ン（ＳｉＯ₂ ）系材料層のドライエッチングに対する技
術的要求がますます厳しくなっている。特に、コンタク
トホールやヴィアホールと呼ばれる接続孔を形成するた
めのドライエッチングに関しては、高速性、高選択性、
低損傷の他に、集積度向上につながる微細加工が求めら
れており、配線幅０．１８μｍの銅（Ｃｕ）配線を使う
デバイス世代では、さらに難易度の高いエッチングが要
求されることになる。

【０００３】Ｃｕ配線の形成においては、デュアルダマ
シンプロセスが注目されている。このデュアルダマシン
プロセスは、絶縁膜に形成された配線用のトレンチとそ
の下方の接続孔との内部に同時に配線材料を埋め込んだ
後、化学的機械研磨（Chemical Mechanical Polishing
、以下ＣＭＰと記す）法によって絶縁膜上の余分な配
線材料を除去する方法であり、配線材料の埋め込みやそ
の後のＣＭＰ工程が１回で済むことから、コスト的な利
点が高い。デュアルダマシンプロセスのフローとして
は、トレンチ形成後に接続孔を形成するフロー、接続孔
形成後にトレンチを形成するフロー、セルフアラインに
よりトレンチと接続孔とを同時に形成するフローがあ
る。その中でも、接続孔形成後にトレンチを形成するフ
ローは、逆の手順に比べて低アスペクト比でのエッチン
グとなり、比較的容易な方法と言える。ただし、このフ
ローは、リソグラフィーのマージンが小さくなり、トレ
ンチと接続孔との合わせズレが起きやすいという欠点が
ある。

【０００４】そこで注目されているのが、トレンチと接
続孔とを同時に形成するセルフアラインデュアルダマシ
ンプロセスである。この方法は、先ず、図７（１）に示
すように、下層配線１０１とこれらの間に埋め込まれた
絶縁膜１０２上に、下層ストッパ層１０３を介して第１
層間絶縁膜１０４を形成し、この第１層間絶縁膜１０４
上に中間ストッパ層１０５を形成してこの中間ストッパ
層１０５に接続孔パターンとなる開口部１０５ａを形成
する。その後、中間ストッパ層１０５上に第２層間絶縁
膜１０６を形成し、この第２層間絶縁膜１０６上にトレ
ンチパターンとなる開口溝１０７ａを有するレジストパ
ターン１０７を形成する。この開口溝１０７ａは、中間
ストッパ層１０５に形成した開口部１０５ａ上に配置さ
れるようにする。以上の後、図７（２）に示すように、
レジストパターン１０７をマスクに用いて、第２層間絶
縁膜１０６をエッチングし、引き続き中間ストッパ層１
０５の開口部１０５ａ下の第１層間絶縁膜１０４をエッ
チングする。これによって、第２層間絶縁膜１０６にト
レンチ１０６ａを形成し、このトレンチ１０６ａ下の第
１層間絶縁膜１０４部分に接続孔１０４ａを形成する。
その後、ここでの図示は省略したが、第１層間絶縁膜１
０４から露出した下層ストッパ層１０３をエッチング除
去し、トレンチ１０６ａ内及び接続孔１０４ａ内に配線
材料を埋め込み、第２層間絶縁膜１０６上の余分な配線
材料をＣＭＰ法によって除去する。このセルフアライン
デュアルダマシンプロセスでは、比較的平坦な面でリソ
グラフィーを行えるため、合わせズレが起きにくいとい
う利点もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
セルフアラインデュアルダマシンプロセスを適用した半
導体装置の製造方法では、接続孔１０４ａを形成するた
めの第１層間絶縁膜１０４のエッチングが、高アスペク
ト比になる。また、トレンチ１０６ａから接続孔１０４
ａにかけて被エッチング面積が著しく減少するため、接
続孔１０４ａ内にラジカルが入射しずらい。これらのこ
とから、エッチング形状の制御が難しいという問題があ
った。

【０００６】その一例として、接続孔１０４ａを形成す
るための第１層間絶縁膜１０４のエッチングにおいて
は、エッチングストッパとなる中間ストッパ層１０５の
開口部１０５ａが肩落ちして開口部１０５ａの開口径が
広がり、これによって第１層間絶縁膜１０４に形成され
る接続孔１０４ａの開口径も当初の狙い寸法よりも大き
くなるといった問題がある。このため、接続孔１０４ａ
内に埋め込まれる配線材料の体積が変化し、配線抵抗が
大幅に変動してしまう。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るための本発明の半導体装置の製造方法は、次のように
行うことを特徴としている。先ず、第１層間絶縁膜上に
絶縁性材料からなる第１ストッパ層を形成した後、この
第１ストッパ層に孔状の開口部を形成する。次に、この
開口部の側壁にサイドウォールを形成する。このサイド
ウォールは、第１ストッパ層の開口部を覆う部分がオー
バーハング形状になるように形成された第２ストッパ層
をエッチバックして形成される。次いで、開口部を埋め
込む状態で第１ストッパ層上に第２層間絶縁膜を形成す
る。その後、この第２層間絶縁膜上にレジストパターン
を形成し、第１ストッパ層及びサイドウォールをストッ
パにしてレジストパターンの上方から該第２層間絶縁膜
をエッチングし、開口部に連通するトレンチを第２層間
絶縁膜に形成する。さらに、レジストパターンと第１ス
トッパ層及びサイドウォールをマスクにして第１層間絶
縁膜をエッチングすることによって、トレンチ下部の第
１層間絶縁膜部分に接続孔を形成する。

【０００８】このような方法では、第１ストッパ層の開
口部にサイドウォールを設けたことで、当該開口部の開
口径が狭められる。そして、第１層間絶縁膜をエッチン
グする際に、第１ストッパ層とこのサイドウォールとを
マスクにすることで、このエッチングにおいては、この
マスクの開口部が肩落ちしてサイドウォールが除去され
る。このため、最終的には第１ストッパ層に形成した開
口部の開口径と同程度の開口径で、第１層間絶縁膜に接
続孔が形成される。また、サイドウォールは、開口部を
覆う部分がオーバーハング形状になるように形成された
第２ストッパ層をエッチバックしたものであるため、こ
のサイドウォールもオーバーハング形状を有している。
このため、第１層間絶縁膜のエッチングにおいては、開
口部の肩部が削られても、開口部の径が広がり難くな
り、エッチングによる肩落ちが第１ストッパ層に及び難
くなり、第１ストッパ層の開口部が後退することが防止
され、最終的にサイドウォール部分がけずられて第１ス
トッパ層に形成した開口部と同程度の開口径を有する接
続孔が形成されるようになる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置の製造
方法をセルフアラインデュアルダマシンプロセスに適用
した各実施の形態を、図１〜図３の断面工程図に基づい
て説明する。尚、図７を用いて説明した従来の技術と同
一の構成要素には同一の符号を付して説明を行うことと
する。

【００１０】また、この実施形態におけるエッチングに
は、開口径の高精度制御や高アスペクトパターンの開口
という観点から、低圧でかつ高密度にエッチング種（プ
ラズマ）を供給可能なエッチング装置を好適に用いるこ
ととする。このようなエッチング装置としては、図４に
示すＲＦ（Radio Frequency ：高周波）バイアス印加型
のＥＣＲ（electron cyclotron resonance）プラズマエ
ッチング装置、図５に示すＩＣＰ（inductive coupled
plasma；誘導結合プラズマ) タイプのエッチング装置、
さらには図６に示すヘリコン波プラズマタイプのエッチ
ング装置等がある。

【００１１】図４に示したＥＣＲプラズマエッチング装
置は、マグネトロン２１で発生したマイクロ（μ）波
が、導波管２２、石英ベルジャー２３を介してウエハス
テージ２４上のウエハＷに到達する構成になっている。
この際、導波管２２や石英ベルジャ２３の側周に設けら
れた電磁石２５によって形成された磁場との相互作用
で、低圧での放電が可能になっている。

【００１２】また、図５に示したＩＣＰプラズマエンチ
グ装置では、ウエハステージ２４と対向させてヒータ２
６を備えた上部電極２７が設けられ、ウエハステージ２
４が内設されたチャンバ２８の側壁に誘導結合コイル２
９が巻き付けられ、この誘導結合コイル２９に高周波電
源３０からＲＦ（２ＭＨｚ）を印加することによって、
ウエハステージ２４の上方に高密度プラズマを発生させ
る構成になっている。

【００１３】そして、図６に示したヘリコン波プラズマ
エッチング装置は、ウエハステージ２４が内設されたチ
ャンバ２８の側壁にマルチポール磁石３１が設けられ、
チャンバ２８の上方にはソースチャンバ３２が接続さ
れ、このソースチャンバ３２の側壁にアンテナ３３と電
磁石３４とが設けられており、ソース電源３５によって
アンテナ３３にＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）を印加するこ
とで、電磁石３４によって形成さた磁場との相互作用で
ソースチャンバ３２内にヘリコン波が発生し、この結果
として生じた高密度プラズマがウエハステージ２４上の
ウエハＷに達する構成になっている。

【００１４】以上の図４〜図６に示したエッチング装置
のウエハステージ２４には、高周波電源２４ａが接続さ
れており、また温度制御用の冷媒（例えば商品名フロリ
ナート）を循環させる冷媒管や静電チャック機構、また
はクランプ２４ｂが設けられていることとする。以下
に、このような構成のエッチング装置を用いた実施の形
態を説明する。

【００１５】（第１実施形態）先ず、図１（１）に示す
ように、ウエハ（図示省略）上に、下層配線１０１と下
層配線１０１間を埋め込む状態で酸化シリコンからなる
絶縁膜１０２を形成し、これらの上方に窒化シリコンか
らなる下層ストッパ層１０３を成膜してなるサンプルを
用意する。

【００１６】次に、この下層ストッパ層１０３上に、Ｔ
ＥＯＳ（tetraethoxy silane）ガスを用いたプラズマＣ
ＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法によって、酸化
シリコンからなる第１層間絶縁膜１０４を５００ｎｍ程
度の膜厚に形成する。その後、第１層間絶縁膜１０４上
に、プラズマＣＶＤ法によって、窒化シリコン膜からな
る中間ストッパ層（すなわち、第１ストッパ層）１０５
を４０ｎｍ程度の膜厚に形成する。尚、この第１ストッ
パ層１０５は、第１層間絶縁膜１０４及び後の工程で形
成される第２層間絶縁膜に対してエッチング選択性が低
い絶縁性材料で構成されることとし、このような材料の
一例として窒化シリコンを用いるととする。

【００１７】次に、リソグラフィー法によって、第１ス
トッパ層１０５上にレジストパターン２０１を形成す
る。ここでは、ＫｒＦエキシマレーザステッパを用いた
レジスト膜の露光及びその後の現像処理によって、開口
径０．２０μｍの矩形形状の開口部２０１ａを有するレ
ジストパターン２０１を得る。

【００１８】その後、図１（２）に示すように、このレ
ジストパターン２０１をマスクに用いて、第１ストッパ
層１０５をエッチングし、この第１ストッパ層１０５に
矩形形状の開口部１０５ａを形成する。ここでは、図４
に示したＥＣＲプラズマエッチング装置を用いた第１ス
トッパ層１０５のエッチング条件の一例を示す。 エッチングガス及び流量：３フッ化メタン（CHF₃）＝３０sccm、 酸素 （O₂ ）＝１０sccm、 エッチング雰囲気内圧力： ０．２Ｐａ、 μ波出力 (2.45GHz)：１２００Ｗ、 ＲＦバイアス ( 800kHz)： １５０Ｗ、 ウエハ温度 ： ２０℃、 オーバーエッチング ： ２０％。

【００１９】以上の後、レジストパターン２０１を剥離
除去する。

【００２０】次に、図１（３）に示すように、ＲＦスパ
ッタ法によって、第１ストッパ層１０５を覆う状態で、
窒化シリコンからなる第２ストッパ層２０２を成膜す
る。この際、第１ストッパ層１０５の開口部１０５ａを
覆う第２ストッパ層２０２部分がオーバーハング形状に
なるように、第２ストッパ層２０２を成膜することとす
る。このため、ここではＲＦスパッタ法によって第２ス
トッパ層２０２を成膜することとする。以下に、ＲＦス
パッタ法による第２ストッパ層２０２の成膜条件の一例
を示す。 ターゲット ：４窒化３シリコン（Si₃N₄ ） スパッタリングガス及び流量：アルゴン（Ar) ＝２０sccm、 成膜雰囲気内圧力 ：０．１Ｐａ、 ＲＦ出力 ：１ｋＷ、 成膜時間 ：１分。

【００２１】尚、この第２ストッパ層２０２は、第１層
間絶縁膜１０４及び後の工程で形成される第２層間絶縁
膜に対してエッチング選択性が低い材料で構成されるこ
ととし、このような材料の一例としてここでは窒化シリ
コンを用いた。しかし、この第２ストッパ層２０２は、
後に導電性材料を埋め込む際には除去されるかまたは導
電性材料で埋め込まれる位置にのみ残されるため、導電
性を有する材質であっても良い。

【００２２】その後、図２（１）示すように、第２スト
ッパ層（２０２）を、全面エッチバックし、第１ストッ
パ層１０５の開口部１０５ａの側壁に第２ストッパ層
（２０２）からなるオーバーハング形状（逆テーパ形
状）のサイドウォール２０２ａを形成する。以下に、図
４に示したＥＣＲプラズマエッチング装置を用いた第２
ストッパ層２０２のエッチング条件の一例を示す。 エッチングガス及び流量：３フッ化メタン（CHF₃）＝３０sccm、 酸素 （O₂ ）＝１０sccm、 エッチング雰囲気内圧力： ０．２Ｐａ、 μ波出力 (2.45GHz)：１２００Ｗ、 ＲＦバイアス ( 800kHz)： ５０Ｗ、 ウエハ温度 ： ２０℃、 オーバーエッチング ： １０％。

【００２３】次に、図２（２）に示すように、第１スト
ッパ層１０５及びサイドウォール２０２ａを覆う状態
で、ＴＥＯＳガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって、
酸化シリコンからなる第２層間絶縁膜１０６を５００ｎ
ｍ程度の膜厚になるように成膜する。

【００２４】次に、リソグラフィー法によって、第２層
間絶縁膜１０６上にレジストパターン１０７を形成す
る。ここでは、ＫｒＦエキシマレーザステッパを用いた
レジスト膜の露光及びその後の現像処理によって、開口
幅０．２０μｍ〜３．００μｍ程度の開口溝１０７ａを
有するレジストパターン１０７を得る。

【００２５】その後、図２（３）に示すように、レジス
トパターン１０７をマスクに用いて、第２層間絶縁膜１
０６をエッチングし、第２層間絶縁膜１０６にトレンチ
１０６ａを形成する。以下に、図４に示したＥＣＲプラ
ズマエッチング装置を用いた第２層間絶縁膜１０６のエ
ッチング条件の一例を示す。 エッチングガス及び流量：８フッ化シクロブタン（C₄F₈）＝５０sccm、 酸素 （O₂ ）＝１０sccm、 エッチング雰囲気内圧力： ０．２Ｐａ、 μ波出力 (2.45GHz)：１２００Ｗ、 ＲＦバイアス ( 800kHz)： ３００Ｗ、 ウエハ温度 ： ２０℃。

【００２６】その後、図３（１）に示すように、第２層
間絶縁膜１０６のエッチングに引き続き、ＥＣＲプラズ
マエッチング装置を用いて開口部１０５ａ下の第１層間
絶縁膜１０４をエッチングし、トレンチ１０６ａ下部の
第１層間絶縁膜１０４部分に接続孔１０４ａを形成す
る。ここでは、レジストパターン１０７と共に、第１ス
トッパ層１０５及びサイドウォール（２０２ａ）をエッ
チングマスクにしてエッチングを行う。以下に、エッチ
ング条件の一例を示す。 エッチングガス及び流量：８フッ化シクロブタン（C₄F₈）＝５０sccm、 酸素 （O₂ ）＝ ２sccm、 エッチング雰囲気内圧力： ０．２Ｐａ、 μ波出力 (2.45GHz)：１２００Ｗ、 ＲＦバイアス ( 800kHz)： ２５０Ｗ、 ウエハ温度 ： ２０℃、 オーバーエッチング ： ５０％。

【００２７】以上によって、第２層間絶縁膜１０６にト
レンチ１０６ａを形成し、トレンチ１０６ａ底面の第１
層間絶縁膜１０４に接続孔１０４ａを形成する。

【００２８】その後、図３（２）に示すように、接続孔
１０４ａ底面の下層ストッパ層１０３とトレンチ１０６
ａ底面の第１ストッパ層１０５とを除去すると共に、レ
ジストパターン（１０７ａ）を除去する。

【００２９】しかる後、例えばＲＦスパッタ法によっ
て、トレンチ１０６ａ及び接続孔１０４ａの内壁を覆う
状態で窒化チタン（ＴｉＮ）からなるバリア膜２０３を
形成し、トレンチ１０６ａ及び接続孔１０４ａの内部を
埋め込む状態で銅（Ｃｕ）からなる配線層２０４を形成
する。次いで、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishin
g)法による研磨を行うことによって、第２層間絶縁膜１
０６上の配線層２０４及びバリア膜２０３を除去し、ト
レンチ１０６ａ内及び接続孔１０４ａ内にのみ配線層２
０４及びバリア膜２０３を残す。これによって、下層配
線１０１に接続された埋め込み配線２０４ａが形成され
る。

【００３０】このような製造方法では、第１ストッパ層
１０５の開口部１０５ａにサイドウォール２０２ａを設
けたことで、開口部１０５ａの開口径が狭められた状態
になる。そして、第１層間絶縁膜１０４をエッチングす
る際に、第１ストッパ層１０５とこのサイドウォール２
０２ａとをマスクにすることで、このエッチングにおい
ては、このマスクの開口部が肩落ちしてサイドウォール
２０２ａが除去される。このため、最終的には第１スト
ッパ層１０５に形成した開口部１０５ａの開口径と同程
度の開口径（０．２０μｍ）で、第１層間絶縁膜１０４
に接続孔１０４ａが形成される。

【００３１】また、サイドウォール２０２ａは、オーバ
ーハング形状を有しているため、第１層間絶縁膜１０４
のエッチングにおいては、サイドウォール２０２ａを含
む開口部１０５ａ部分の肩部が削られても、開口径が広
がり難くなる。したがって、エッチングによる肩落ちが
第１ストッパ層１０５に及び難くなり、最終的にサイド
ウォール２０２ａ部分が削られた第１ストッパ層１０５
に形成した開口部１０５ａと同程度の開口径を有する接
続孔１０４ａを形成することが可能になる。

【００３２】しかも、サイドウォール２０２ａの形成に
よって開口部１０５ａの開口径を狭めているため、リソ
グラフィーの解像限界を越えてさらに開口部１０５ａの
開口径を狭めることが可能になる。したがって、第１ス
トッパ層１０５にリソグラフィーの解像限界程度の開口
径を有する開口部１０５ａを形成した場合であっても、
この開口部１０５ａと同程度の開口径を有する接続孔１
０４ａ、すなわち、リソグラフィーの解像限界と同程度
に小さい開口径を有する接続孔を得ることが可能にな
る。

【００３３】（第２実施形態）本第２実施形態と第１実
施形態との異なるところは、図１（３）を用いて説明し
た工程で第２ストッパ層２０２を成膜する際、ＲＦスパ
ッタ法に換えてプラズマＣＶＤ法によって第２ストッパ
層２０２を成膜するところにあり、他の工程は第１実施
形態と同様に行うこととする。

【００３４】以下に、プラズマＣＶＤ法による第２スト
ッパ層２０２の成膜条件の一例を示す。 成膜ガス及び流量 ：シラン （SiH₄) ＝ ３５５sccm、 アンモニア（NH₃ ) ＝ １３５sccm、 窒素 （N₂ ) ＝４５００sccm、 成膜雰囲気内圧力 ：７００Ｐａ、 ＲＦ出力(13.56MHz)：８００Ｗ、 ステージ温度 ：４００℃、 成膜時間 ：４秒。

【００３５】以上のようなプラズマＣＶＤ法による成膜
を行った場合であっても、第１実施例と同様に、第１ス
トッパ層１０５の開口部１０５ａを覆う部分がオーバー
ハング形状になるように第２ストッパ層２０２が成膜さ
れる。このため、開口部１０５ａの側壁には第２ストッ
パ層２０２からなるオーバーハング形状のサイドウォー
ル２０２ａが形成され、これによって開口部１０５ａの
開口径が狭められる。したがって、第１実施形態と同様
に、第１ストッパ層１０５に形成した開口部１０５ａの
開口径と同程度の開口径の接続孔１０４ａを第１層間絶
縁膜１０４に形成することが可能になる。

【００３６】（第３実施形態）本第３実施形態と第１実
施形態との異なるところは、図１（２）、図２（１）、
図２（３）及び図３（１）を用いて説明した工程で、図
５に示したＩＣＰエッチング装置を用いてエッチングを
行うところにあり、その他の工程は第１実施形態と同様
に行うこととする。

【００３７】このうち先ず、図１（２）を用いて説明し
たように、レジストパターン２０１をマスクに用いて第
１ストッパ層１０５をエッチングし、この第１ストッパ
層１０５に開口部１０５ａを形成する場合のＩＣＰエッ
チング装置を用いたエッチング条件の一例を示す。 エッチングガス及び流量：３フッ化メタン（CHF₃）＝１００sccm、 アルゴン （Ar ）＝２００sccm、 エッチング雰囲気内圧力： ０．４Ｐａ、 ソース出力 ( 2MHz) ：１５００Ｗ、 ＲＦバイアス(1.8MHz) ： １００Ｗ、 ウエハ温度 ： ２０℃、 上部電極温度 ： １５０℃、 オーバーエッチング ： ２０％。

【００３８】また、図２（１）を用いて説明したよう
に、第２ストッパ層（２０２）を全面エッチバックし、
第１ストッパ層１０５の開口部１０５ａの側壁に第２ス
トッパ層（２０２）からなるオーバーハング形状のサイ
ドウォール２０２ａを形成する場合のＩＣＰエッチング
装置を用いたエッチング条件の一例を示す。 エッチングガス及び流量：３フッ化メタン（CHF₃）＝１００sccm、 アルゴン （Ar ）＝２００sccm、 エッチング雰囲気内圧力： ０．４Ｐａ、 ソース出力 ( 2MHz) ：１５００Ｗ、 ＲＦバイアス(1.8MHz) ： ７０Ｗ、 ウエハ温度 ： ２０℃、 上部電極温度 ： １５０℃、 オーバーエッチング ： １０％。

【００３９】そして、図２（３）を用いて説明したよう
に、レジストパターン１０７をマスクに用いて第２層間
絶縁膜１０６をエッチングし、第２層間絶縁膜１０６に
トレンチ１０６ａを形成する場合のＩＣＰエッチング装
置を用いたエッチング条件の一例を示す。 エッチングガス及び流量：３フッ化メタン（CHF₃）＝１００sccm、 アルゴン （Ar ）＝２００sccm、 エッチング雰囲気内圧力： ０．４Ｐａ、 ソース出力 (2MHz) ：１５００Ｗ、 ＲＦバイアス(1.8MHz) ： ２５０Ｗ、 ウエハ温度 ： ２０℃、 上部電極温度 ： １５０℃。

【００４０】また、図３（１）を用いて説明したよう
に、レジストパターン１０７、第１ストッパ層１０５及
びサイドウォール（２０２ａ）をマスクに用いて第１層
間絶縁膜１０４をエッチングし、第１層間絶縁膜１０４
に接続孔１０４ａを形成する場合のＩＣＰエッチング装
置を用いたエッチング条件の一例を示す。 エッチングガス及び流量：８フッ化シクロブタン（C₄F₈）＝ ３０sccm、 アルゴン （Ar ）＝１００sccm、 エッチング雰囲気内圧力： ０．４Ｐａ、 ソース出力 ( 2MHz) ：２０００Ｗ、 ＲＦバイアス(1.8MHz) ： ２００Ｗ、 ウエハ温度 ： ２０℃、 上部電極温度 ： １５０℃、 オーバーエッチング ： ５０％。

【００４１】以上の第３実施形態であっても、第１実施
例と同様に、第１ストッパ層１０５の開口部１０５ａに
オーバーハング形状のサイドウォール２０２ａが形成さ
れ、第１ストッパ層１０５及びサイドウォール２０２ａ
をマスクに用いたエッチングによってトレンチ１０６ａ
下部の第１層間絶縁膜１０４に接続孔１０４ａが形成さ
れる。したがって、第１実施形態と同様の効果を得るこ
とができる。

【００４２】（第４実施形態）先ず、図１（１）に示す
工程及び図１（２）に示す工程を、第３実施形態と同様
に行い、第１層間絶縁膜１０４上の第１ストッパ層１０
５に開口部１０５ａを形成した後、レジストパターン２
０１を剥離除去する。

【００４３】次に、図１（３）に示すように、第１スト
ッパ層１０５を覆う状態で、窒化シリコンからなる第２
ストッパ層２０２を成膜する。第２ストッパ層２０２の
膜質は、第１実施形態と同様であることとする。この
際、第１ストッパ層１０５の開口部１０５ａを覆う部分
がオーバーハング形状になるような第２ストッパ層２０
２を形成するため、第１実施形態と同様のＲＦスパッタ
法によって第２ストッパ層２０２を成膜することとす
る。ただし、第１実施形態とは異なるターゲットを用い
ることとする。以下に、ＲＦスパッタ法による第２スト
ッパ層２０２の成膜条件の一例を示す。 ターゲット ：窒化チタン（TiN) スパッタリングガス及び流量：アルゴン（Ar) ＝２０sccm、 成膜雰囲気内圧力 ：０．１Ｐａ、 ＲＦ出力 ： １ｋＷ、 成膜時間 ： １分。

【００４４】その後、図２（１）示すように、第２スト
ッパ層２０２を、全面エッチバックし、第１ストッパ層
１０５の開口部１０５ａの側壁に第２ストッパ層２０２
からなるオーバーハング形状のサイドウォール２０２ａ
を形成する。以下に、図６に示したヘリコン波プラズマ
エッチング装置を用いた第２ストッパ層２０２のエッチ
ング条件の一例を示す。 エッチングガス及び流量：塩素 （Cl₂ ）＝ ５０sccm、 アルゴン （Ar ）＝１００sccm、 エッチング雰囲気内圧力： ０．２Ｐａ、 ソース出力 (13.56MHz)：１０００Ｗ、 ＲＦバイアス( 400kHz)： １５０Ｗ、 ウエハ温度 ： ２０℃、 オーバーエッチング ： １０％。

【００４５】次に、図２（２）に示すように、第１スト
ッパ層１０５及びサイドウォール２０２ａを覆う状態で
酸化シリコンからなる第２層間絶縁膜１０６を５００ｎ
ｍ程度の膜厚で成膜し、次いで、この第２層間絶縁膜１
０６上に開口溝１０７ａを有するレジストパターン１０
７を形成する。この工程は、第１実施形態と同様に行
う。

【００４６】その後、図２（３）に示すように、レジス
トパターン１０７をマスクに用いて、第２層間絶縁膜１
０６をエッチングし、第２層間絶縁膜１０６にトレンチ
１０６ａを形成する。以下に、図６に示したヘリコン波
プラズマエッチング装置を用いた第２層間絶縁膜１０６
のエッチング条件の一例を示す。 エッチングガス及び流量：８フッ化シクロブタン（C₄F₈）＝５０sccm、 酸素 （O₂ ）＝ ５sccm、 エッチング雰囲気内圧力： ０．２Ｐａ、 ソース出力 (13.56MHz)：１５００Ｗ、 ＲＦバイアス( 400kHz)： ２５０Ｗ、 ウエハ温度 ： ２０℃。

【００４７】その後、図３（１）に示すように、第２層
間絶縁膜１０６のエッチングに引き続き、ヘリコン波プ
ラズマエッチング装置を用いて第１層間絶縁膜１０４を
エッチングし、トレンチ１０６ａの底面から下方に延設
される接続孔１０４ａを形成する。ここでは、レジスト
パターン１０７と共に、第１ストッパ層１０５及びサイ
ドウォール（２０２ａ）がエッチングマスクになる。以
下に、図６に示したヘリコン波プラズマエッチング装置
を用いた第１層間絶縁膜１０４のエッチング条件の一例
を示す。 エッチングガス及び流量：８フッ化シクロブタン（C₄F₈ ）＝５０sccm、 ２フッ化メタン （CH₂F₂ ）＝１０sccm、 エッチング雰囲気内圧力： ０．２Ｐａ、 ソース出力 (13.56MHz)：２０００Ｗ、 ＲＦバイアス( 400kHz)： ２００Ｗ、 ウエハ温度 ： ２０℃、 オーバーエッチング ： ５０％。

【００４８】以上によって、第２層間絶縁膜１０６にト
レンチ１０６ａを形成し、トレンチ１０６ａ下部の第１
層間絶縁膜１０４に接続孔１０４ａを形成し、その後、
第１実施形態と同様にして、下層配線１０１に接続され
た埋め込み配線２０４ａを形成する。

【００４９】以上の実施形態においても、第１実施例と
同様に、第１ストッパ層１０５の開口部１０５ａを覆う
第２ストッパ層２０２部分がオーバーハング形状になる
ように、第２ストッパ層２０２が成膜されるため、開口
部１０５ａの側壁には第２ストッパ層２０２からなるオ
ーバーハング形状のサイドウォール２０２ａが形成され
る。したがって、第１実施形態と同様に、第１ストッパ
層１０５に形成した開口部１０５ａの開口径と同程度の
開口径の接続孔１０４ａを第１層間絶縁膜１０４に形成
することが可能になる。

【００５０】尚、各実施形態においては、図４〜図６に
示したエッチング装置を用いた場合の各エッチング条件
を説明した。しかし、本発明は、これらのエッチング装
置及びエッチング条件に限定されることはなく、所定の
エッチング状態を確保できる範囲で、適宜エッチング装
置及びエッチング条件を選択可能である。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の製造方法によれば、第１層間絶縁膜上の第１ストッパ
層の開口部にサイドウォールを設けて開口径を狭め、こ
の第１ストッパ層上の第２層間絶縁膜に形成したトレン
チの底面の第１層間絶縁膜を第１ストッパ層とサイドウ
ォールとをマスクに用いてエッチングして接続孔を形成
する構成にしたことで、エッチングのマスクの開口部を
肩落ちさせてサイドウォールを除去しながらも、第１ス
トッパ層の開口部が後退することを防止でき、トレンチ
の底面の第１層間絶縁膜に第１ストッパ層の開口部と同
程度の開口径の接続孔を形成することが可能になる。こ
の結果、トレンチと接続孔とを同時に形成するセルフア
ラインデュアルダマシンプロセスにおいては、接続孔の
開口形状を安定化させることができ、接続孔に埋め込ま
れる配線材料の抵抗値を安定な値にすることが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を説明するための断面工程図
（その１）である。

【図２】本発明の実施形態を説明するための断面工程図
（その２）である。

【図３】本発明の実施形態を説明するための断面工程図
（その３）である。

【図４】実施形態で用いるＥＣＲプラズマエッチング装
置の構成図である。

【図５】実施形態で用いるＩＣＰプラズマエッチング装
置の構成図である。

【図６】実施形態で用いるヘリコン波プラズマエッチン
グ装置の構成図である。

【図７】従来の半導体装置の製造方法の一例を説明する
ための断面図である。

【符号の説明】

１０４…第１層間絶縁膜、１０４ａ…接続孔、１０５…
第１ストッパ層、１０５ａ…開口部、１０６…第２層間
絶縁膜、１０６ａ…トレンチ、１０７…レジストパター
ン、２０２…第２ストッパ層、２０２ａ…サイドウォー
ル

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F004 AA11 BA15 BA20 BB13 BB14 CA04 CA06 DA00 DA16 DA26 DB03 DB07 EA07 EA12 EA27 EB01 EB03 5F033 HH11 HH33 JJ11 JJ33 MM02 MM12 MM13 QQ09 QQ12 QQ25 QQ28 QQ31 RR04 RR06 SS01 SS02 SS04 SS08 SS15 TT06 XX03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１層間絶縁膜上に絶縁性材料からなる
   第１ストッパ層を形成し、当該第１ストッパ層に孔状の
   開口部を形成する工程と、 前記開口部の側壁にサイドウォールを形成する工程と、 前記開口部を埋め込む状態で、前記第１ストッパ層上に
   第２層間絶縁膜を形成する工程と、 前記第２層間絶縁膜上にレジストパターンを形成し、前
   記第１ストッパ層及び前記サイドウォールをストッパに
   して当該レジストパターンの上方から当該第２層間絶縁
   膜をエッチングし、前記開口部に連通するトレンチを当
   該第２層間絶縁膜に形成する工程と、 前記レジストパターンと前記第１ストッパ層及び前記サ
   イドウォールをマスクにして前記第１層間絶縁膜をエッ
   チングすることによって、前記トレンチ下部の当該第１
   層間絶縁膜部分に接続孔を形成する工程とを行うことを
   特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体装置の製造方法に
   おいて、 前記サイドウォールは、前記第１ストッパ層の開口部を
   覆う部分がオーバーハング形状になるように形成された
   第２ストッパ層をエッチバックして形成されることを特
   徴とする半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の半導体装置の製造方法に
   おいて、 前記第２ストッパ層の形成は、スパッタ法またはプラズ
   マＣＶＤ法によって行うことを特徴とする半導体装置の
   製造方法。