JP2002016134A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンタクトホール形成時の写真製版およびエ
ッチングのマージンを確保することができ、配線層がコ
ンタクトホール内において露出することがなく、良好な
配線を行なうことのできる半導体装置の製造方法を提供
する。 【解決手段】 シリコン窒化膜５、窒化チタン膜３、タ
ングステン膜４を順次ドライエッチングして、配線層を
形成する。全面に第２の絶縁膜であるシリコン窒化膜７
を減圧熱ＣＶＤ法を用いて、１．０〜３０Ｔｏｒｒ，６
００〜１１００℃の条件にて成膜することにより、配線
層上のシリコン窒化膜７を配線層間のシリコン窒化膜７
よりも厚く形成する。その後、全面エッチバックし、配
線層間のシリコン窒化膜７を除去して、配線層側壁にシ
リコン窒化膜７のサイドウォールを形成する。その後、
層間絶縁膜８を形成し、エッチングしてコンタクトホー
ル１０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】この発明は半導体装置の製造
方法に関し、特に層間コンタクトホールの形成方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＤＲＡＭなどの半導体メモリの高集積化
でセルサイズは縮小し、製造工程でのマージンが減少す
る結果となっている。このため、セル内のコンタクトホ
ール形成においては重ね合わせ精度を正確にすることが
重要になっている。

【０００３】半導体装置の微細化がすすんでくると、層
間コンタクトホールの形成の際に、写真製版時のアライ
メントずれにより層間絶縁膜中に存在する配線がコンタ
クトホール内に露出し、ショートしてしまう。

【０００４】これを防ぐことができ、コンタクトホール
形成時の写真製版およびエッチングのマージンを大きく
するものとして、層間絶縁膜中の配線の上部および側壁
を、シリコン窒化膜などで被う構造が主流となってい
る。

【０００５】図４〜図６は従来の層間コンタクトホール
の形成方法を示す工程断面図である。図に従って順次説
明を行う。まず、図４（ａ）に示すように、半導体基板
（図示なし）上にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１
ａを形成し、層間絶縁膜１ａをエッチングしてポリシリ
コンを埋込むことによりプラグ２を形成し、更に、全面
にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１ｂを形成する。
その後、全面に、配線材料として窒化チタン膜（Ｔｉ
Ｎ）３、タングステン膜（Ｗ）４を順次積層する。

【０００６】次に、図４（ｂ）に示すように、シリコン
窒化膜５を減圧熱ＣＶＤ法を用いて、０．４Ｔｏｒｒ，
７５０℃の条件で成膜する。このシリコン窒化膜５は、
後工程のコンタクトホール形成時にエッチングストッパ
ーとして機能する。

【０００７】次に、図４（ｃ）に示すように、写真製版
によって配線層用のレジストパターン６を形成する。次
に、図５（ａ）に示すように、レジストパターン６をマ
スクとしてシリコン窒化膜５、窒化チタン膜３、タング
ステン膜４を順次ドライエッチングして、配線層を形成
する。

【０００８】次に、図５（ｂ）に示すように、レジスト
パターン６をプラズマアッシングにて除去した後、全面
にシリコン窒化膜７を減圧熱ＣＶＤ法を用いて、０．４
Ｔｏｒｒ，７５０℃の条件にて成膜する。このとき、こ
のシリコン窒化膜７において、配線層上の膜厚（ｔ１）
と配線層間の膜厚（ｔ２）とは、ほぼ等しく形成されて
いる。

【０００９】次に、図５（ｃ）に示すように、ドライエ
ッチングを施してシリコン窒化膜７を全面エッチバック
する。これにより、配線層間のシリコン窒化膜７を除去
して、配線層側壁にシリコン窒化膜７のサイドウォール
を形成する。これにより、配線層はシリコン窒化膜５，
７により被われて外部と絶縁される。

【００１０】このとき、シリコン窒化膜７のエッチング
は、配線層間のシリコン窒化膜７を完全に除去するため
に、オーバーエッチングを行なわなくてはならない。こ
のオーバーエッチングにより、配線層上のシリコン窒化
膜７は完全に除去され、タングステン膜４上に形成され
ているシリコン窒化膜５もエッチングされて、その膜厚
は薄くなってしまう。

【００１１】次に、図６（ａ）に示すように、シリコン
窒化膜５，７とはエッチング特性が異なるシリコン酸化
膜を層間絶縁膜８として全面に形成する。その後、層間
絶縁膜８上に写真製版にてレジストパターン９を形成す
る。

【００１２】次に、図６（ｂ）に示すように、レジスト
パターン９をマスクとして層間絶縁膜８にドライエッチ
ングを施してコンタクトホール１０を形成する。このと
き、ドライエッチングは、層間絶縁膜８であるシリコン
酸化膜のエッチングレートが配線層を被っているシリコ
ン窒化膜５，７のエッチングレートよりも大きくなるよ
うに設定する。シリコン窒化膜とシリコン酸化膜とのエ
ッチング特性が違うため、このシリコン窒化膜５，７は
後工程のコンタクトホール形成時にエッチングストッパ
ーとして機能する。

【００１３】ところが、層間絶縁膜８のエッチングの際
に、シリコン窒化膜５のエッチング量を０とすることは
難しく、シリコン窒化膜５も若干はエッチングされるこ
とになる。また、タングステン膜４上のシリコン窒化膜
５の膜厚は、サイドウォール形成時において、成膜時よ
りも薄くなっている。従って、この層間絶縁膜８のエッ
チングにおいて、シリコン窒化膜５の消失部１１ができ
てしまい、コンタクトホール１０内にタングステン膜４
が露出してしまう。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来の層間コンタクト
ホールの形成方法は以上のようであり、図５（ｂ）に示
すように、シリコン窒化膜７は配線層上の膜厚（ｔ１）
と配線層間の膜厚（ｔ２）とは、ほぼ等しく形成されて
いる。

【００１５】そのため、サイドウォールを形成する工程
においてシリコン窒化膜７をオーバーエッチングする
と、タングステン膜４上のシリコン窒化膜５も膜減りを
おこし、コンタクトホール１０の形成時にコンタクトホ
ール１０内にタングステン膜４が露出し、コンタクトホ
ール１０内に導電膜を埋込んで配線を行なうとショート
してしまうという問題点があった。

【００１６】これを解決するものとして、図７に示すよ
うに、タングステン膜４上に形成されているシリコン窒
化膜５を厚く形成する方法が考えられる。まず、図７
（ａ）に示すように、図４（ａ）と同様にして、半導体
基板（図示なし）上に層間絶縁膜１ａ，１ｂ、プラグ２
を形成し、更に、全面に、配線材料として窒化チタン膜
３、タングステン膜４を順次積層する。

【００１７】その後、タングステン膜４上にシリコン窒
化膜５を減圧熱ＣＶＤ法を用いて、０．４Ｔｏｒｒ，７
５０℃の条件にて成膜する。この時、シリコン窒化膜５
の膜厚はその後のエッチングに耐えられる程度に厚く形
成する。続いて、配線層用のレジストパターン６を形成
する。

【００１８】次に、図７（ｂ）に示すように、図５
（ａ）と同様にして、レジストパターン６をマスクと
し、シリコン窒化膜５，窒化チタン膜３，タングステン
膜４を順次ドライエッチングして、配線層を形成する。

【００１９】一般に、レジストパターンの膜厚はパター
ン寸法等に依存する。従って、この場合、被エッチング
物質であるシリコン窒化膜５の膜厚を厚く形成したから
といって、それに応じてレジストパターン６の膜厚をこ
れ以上厚く形成することはできない。

【００２０】このため、エッチング途中でレジストパタ
ーン６が消失し、シリコン窒化膜５がエッチングされて
膜減りし、エッチング後のシリコン窒化膜５の形状が劣
化してしまという問題点があった。

【００２１】また、図８（ａ）に示すように、図７
（ａ）において、レジストパターン６をマスクとして、
まず、厚いシリコン窒化膜５のみをドライエッチングす
る。その後、図８（ｂ）に示すように、レジストパター
ン６をプラズマアッシングにて除去した後、シリコン窒
化膜５パターンをマスクとして窒化チタン膜３、タング
ステン膜４を順次ドライエッチングして、配線層を形成
する。

【００２２】この場合にも、タングステン膜４をエッチ
ングする際にシリコン窒化膜５はかなり膜減りし、配線
層形成後のシリコン窒化膜５の形状が劣化してしまうと
いう問題点があった。

【００２３】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、コンタクトホール形成時の写真
製版およびエッチングのマージンを確保することがで
き、層間絶縁膜中の配線層がコンタクトホール内におい
て露出することがなく、良好な配線を行なうことのでき
る半導体装置の製造方法を提供することを目的としてい
る。

【００２４】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る半導体装置の製造方法は、全面に第２の絶縁膜を形成
する工程において、配線層上の上記第２の絶縁膜の膜厚
を、上記配線層上以外の上記第２の絶縁膜の膜厚よりも
厚くなるように形成したものである。

【００２５】この発明の請求項２に係る半導体装置の製
造方法は、配線材料がタングステン膜であり、第１の絶
縁膜および第２の絶縁膜がシリコン窒化膜であり、層間
絶縁膜がシリコン酸化膜であるものである。

【００２６】この発明の請求項３に係る半導体装置の製
造方法は、第２の絶縁膜を形成する工程が、減圧熱ＣＶ
Ｄ法を用いて、１．０〜３０Ｔｏｒｒ，６００〜１１０
０℃の条件にてシリコン窒化膜を成膜するようにしたも
のである。

【００２７】この発明の請求項４に係る半導体装置の製
造方法は、第２の絶縁膜を形成する工程が、減圧熱ＣＶ
Ｄ法を用いて、０．１〜１．０Ｔｏｒｒ，９００〜１１
００℃の条件にてシリコン窒化膜を成膜するようにした
ものである。

【００２８】この発明の請求項５に係る半導体装置の製
造方法は、第２の絶縁膜を形成する工程が、プラズマＣ
ＶＤ法を用いて、１．０〜３０Ｔｏｒｒ，３００〜６０
０℃の条件にてシリコン窒化膜を成膜するようにしたも
のである。

【００２９】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１〜図３はこの
発明の層間コンタクトホールの形成方法を示す工程断面
図である。図に従って順次説明を行う。

【００３０】まず、図１（ａ）に示すように、半導体基
板（図示なし）上にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜
１ａを形成し、層間絶縁膜１ａをエッチングしてポリシ
リコンを埋込むことによりプラグ２を形成し、更に、全
面にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１ｂを形成す
る。その後、全面に、配線材料として窒化チタン膜３、
タングステン膜４を順次積層する。

【００３１】次に、図１（ｂ）に示すように、第１の絶
縁膜であるシリコン窒化膜５を減圧熱ＣＶＤ法を用い
て、０．４Ｔｏｒｒ，７５０℃の条件にて成膜する。次
に、図１（ｃ）に示すように、写真製版によって配線層
用のレジストパターン６を形成する。次に、図２（ａ）
に示すように、レジストパターン６をマスクとしてシリ
コン窒化膜５、窒化チタン膜３、タングステン膜４を順
次ドライエッチングして、配線層を形成する。

【００３２】次に、図２（ｂ）に示すように、レジスト
パターン６をプラズマアッシングにて除去した後、全面
に第２の絶縁膜であるシリコン窒化膜７を減圧熱ＣＶＤ
法を用いて、１．０〜３０Ｔｏｒｒ，６００〜１１００
℃の条件にて成膜する。発明者の実験によれば、この条
件で成膜を行なうと、このシリコン窒化膜７において、
配線層上の膜厚（ｔ１）と配線層間の膜厚（ｔ２）が、
ｔ１＞ｔ２となって形成される。

【００３３】これは、一般にＣＶＤ法で成膜する場合、
ウエハ面内での膜厚均一性は原料ガスの供給速度に依存
する。従って、ウエハ上に凹凸があるとウエハの凹部は
凸部に比べて供給速度が遅くなり、成膜後の凹部の膜厚
は凸部に比べて薄く形成されてしまう。このことは、成
膜圧力を高くして原料ガスを多く供給することによっ
て、より顕著なものとなる。従って、凸部である配線層
上の膜厚（ｔ１）は凹部である配線層間の膜厚（ｔ２）
に対して、ｔ１＞ｔ２に形成することができる。

【００３４】また、発明者の実験によれば、シリコン窒
化膜７を高温で形成する場合には、減圧熱ＣＶＤ法を用
いて、９００〜１１００℃，０．１〜１．０Ｔｏｒｒの
条件にて成膜すればｔ１＞ｔ２の膜厚に成膜できる。

【００３５】さらに、プラズマＣＶＤ法で成膜する場合
には、３００〜６００℃，１．０〜３０Ｔｏｒｒの条件
にて成膜すれば、シリコン窒化膜７をｔ１＞ｔ２の膜厚
に成膜することができる。

【００３６】次に、図２（ｃ）に示すように、ドライエ
ッチングを施してシリコン窒化膜７を全面エッチバック
する。これにより、配線層間のシリコン窒化膜７を除去
して、配線層側壁にシリコン窒化膜７のサイドウォール
を形成する。これにより、配線層はシリコン窒化膜５，
７により被われて外部と絶縁される。

【００３７】このシリコン窒化膜７のエッチングは、配
線層間のシリコン窒化膜７を完全に除去するために、オ
ーバーエッチングを行なう。ところが、配線層上のシリ
コン窒化膜７は配線層間のシリコン窒化膜７よりも厚く
形成されているので、このオーバーエッチングにより、
配線層上のシリコン窒化膜７が完全に除去されてしまう
ことはない。従って、タングステン膜４上には所望の膜
厚を有するシリコン窒化膜５，７が残存する。

【００３８】次に、図３（ａ）に示すように、シリコン
窒化膜５，７とはエッチング特性が異なるシリコン酸化
膜を層間絶縁膜８として全面に形成する。その後、層間
絶縁膜８上に写真製版にてレジストパターン９を形成す
る。

【００３９】次に、図３（ｂ）に示すように、レジスト
パターン９をマスクとして層間絶縁膜８にドライエッチ
ングを施してコンタクトホール１０を形成する。このと
き、ドライエッチングは、層間絶縁膜８であるシリコン
酸化膜のエッチングレートが配線層を被っているシリコ
ン窒化膜５，７のエッチングレートよりも大きくなるよ
うに設定する。シリコン窒化膜とシリコン酸化膜とのエ
ッチング特性が違うため、このシリコン窒化膜５，７は
後工程のコンタクトホール形成時にエッチングストッパ
ーとして機能する。

【００４０】この場合、層間絶縁膜８のエッチングの際
に、シリコン窒化膜５，７がエッチングされることがあ
っても、タングステン膜４上のシリコン窒化膜５，７の
膜厚は充分に厚く形成されているので、シリコン窒化膜
５，７はエッチングストッパーとしての機能を充分に果
たすことができ、消失してコンタクトホール１０内にタ
ングステン膜４が露出することはない。従って、コンタ
クトホール１０内に導電膜を埋込んだ場合、ショートす
ることなく良好な配線を行なうことができる。

【００４１】このようにすれば、コンタクトホール形成
時において、エッチングストッパーであるシリコン窒化
膜が消失することはない。従って、コンタクトホール形
成時の写真製版およびエッチングのマージンを大きくす
ることができ、半導体装置の製造方法において歩留まり
を向上させることができる。

【００４２】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、全面に
第２の絶縁膜を形成する工程において、配線層上の上記
第２の絶縁膜の膜厚を、上記配線層上以外の上記第２の
絶縁膜の膜厚よりも厚くなるように形成したので、コン
タクトホール形成時において、第１の絶縁膜および第２
の絶縁膜が消失することなく形成でき、コンタクトホー
ル形成時の写真製版およびエッチングのマージンを大き
くとることができ、半導体装置の製造方法において歩留
まりを向上させることができる。

【００４３】また、配線材料がタングステン膜であり、
第１の絶縁膜および第２の絶縁膜がシリコン窒化膜であ
り、層間絶縁膜がシリコン酸化膜であるので、層間絶縁
膜エッチングしてコンタクトホールを形成するためのシ
リコン窒化膜のエッチングの際に、配線層上のシリコン
窒化膜の膜厚を確保することにより、シリコン窒化膜を
エッチングストッパーとして充分に機能させることがで
きる。

【００４４】また、第２の絶縁膜を形成する工程が、減
圧熱ＣＶＤ法を用いて、１．０〜３０Ｔｏｒｒ，６００
〜１１００℃の条件にてシリコン窒化膜を成膜するよう
にしたので、配線層上のシリコン窒化膜の膜厚を配線層
間のシリコン窒化膜の膜厚より厚く形成することができ
る。

【００４５】また、第２の絶縁膜を形成する工程が、減
圧熱ＣＶＤ法を用いて、０．１〜１．０Ｔｏｒｒ，９０
０〜１１００℃の条件にてシリコン窒化膜を成膜するよ
うにしたので、配線層上のシリコン窒化膜の膜厚を配線
層間のシリコン窒化膜の膜厚より厚く形成することがで
きる。

【００４６】また、第２の絶縁膜を形成する工程が、プ
ラズマＣＶＤ法を用いて、１．０〜３０Ｔｏｒｒ，３０
０〜６００℃の条件にてシリコン窒化膜を成膜するよう
にしたので、配線層上のシリコン窒化膜の膜厚を配線層
間のシリコン窒化膜の膜厚より厚く形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の半導体装置の製造方法を示す工程
断面図である。

【図２】 この発明の半導体装置の製造方法を示す工程
断面図である。

【図３】 この発明の半導体装置の製造方法を示す工程
断面図である。

【図４】 従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面
図である。

【図５】 従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面
図である。

【図６】 従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面
図である。

【図７】 従来の半導体装置の製造方法の問題点を示す
工程断面図である。

【図８】 従来の半導体装置の製造方法の問題点を示す
工程断面図である。

【符号の説明】

３ 窒化チタン膜、４ タングステン膜、５，７ シリ
コン窒化膜、８ 層間絶縁膜、１０ コンタクトホー
ル。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に配線材料および第１の絶
   縁膜を順次形成する工程と、上記配線材料および第１の
   絶縁膜をエッチングして配線層を形成する工程と、全面
   に第２の絶縁膜を形成する工程と、上記第２の絶縁膜に
   ドライエッチングによるエッチバックを行ない、上記配
   線層側壁に上記第２の絶縁膜のサイドウォールを形成す
   る工程と、上記第１の絶縁膜および第２の絶縁膜のエッ
   チング特性と異なるエッチング特性を有する層間絶縁膜
   を全面に形成する工程と、上記層間絶縁膜をエッチング
   してコンタクトホールを形成する工程とを備えた半導体
   装置の製造方法において、 上記全面に第２の絶縁膜を形成する工程において、上記
   配線層上の上記第２の絶縁膜の膜厚を、上記配線層上以
   外の上記第２の絶縁膜の膜厚よりも厚くなるように形成
   したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 配線材料がタングステン膜であり、第１
   の絶縁膜および第２の絶縁膜がシリコン窒化膜であり、
   層間絶縁膜がシリコン酸化膜であ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】 第２の絶縁膜を形成する工程が、減圧熱
   ＣＶＤ法を用いて、１．０〜３０Ｔｏｒｒ，６００〜１
   １００℃の条件にてシリコン窒化膜を成膜するようにし
   たことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装
   置の製造方法。
4. 【請求項４】 第２の絶縁膜を形成する工程が、減圧熱
   ＣＶＤ法を用いて、０．１〜１．０Ｔｏｒｒ，９００〜
   １１００℃の条件にてシリコン窒化膜を成膜するように
   したことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体
   装置の製造方法。
5. 【請求項５】 第２の絶縁膜を形成する工程が、プラズ
   マＣＶＤ法を用いて、１．０〜３０Ｔｏｒｒ，３００〜
   ６００℃の条件にてシリコン窒化膜を成膜するようにし
   たことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装
   置の製造方法。