JP2002208634A - 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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JP2002208634A
JP2002208634A JP2001004024A JP2001004024A JP2002208634A JP 2002208634 A JP2002208634 A JP 2002208634A JP 2001004024 A JP2001004024 A JP 2001004024A JP 2001004024 A JP2001004024 A JP 2001004024A JP 2002208634 A JP2002208634 A JP 2002208634A
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hole
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plasma
bowing
semiconductor device
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Noriyuki Mitsuhira
規之 光平
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製品歩留まりの向上を図ることにある。 【解決手段】 RFパワーの高いプラズマを用いてスル
ーホールを所定の深さまでエッチングした後に、スルー
ホール内にボーイングを発生させることのないRFパワ
ーの低いプラズマに切り替えることにより、全体として
ボーイングのないスルーホール5を完成させるようにな
っている。

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、酸化シリコン系
の絶縁層の上下に位置する回路を接続するためのスルー
ホールを有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】図4は、三次元集積回路状に構成された
半導体装置の概要を示す説明図であり、図において、1
はシリコン基板である。このシリコン基板1上には、例
えばNchトランジスタ等を有する第1の回路11が構
成されている。第1の回路11上には、酸化シリコンに
よる第1の絶縁層2が構成され、該第1の絶縁層2上に
は第2の回路21が構成されている。そして、第2の回
路21の上側には、第2の絶縁層3、第3の回路31、
第3の絶縁層4、第4の回路41が順次構成されてい
る。
【0003】また、上記各回路11、21、31、41
は、各絶縁層2、3、4を貫通するスルーホール5内に
埋め込まれたアルミニウム等の金属によって接続される
ようになっている。なお、スルーホール5としては、複
数の絶縁層を同時に貫通するように形成されたものもあ
る。
【0004】次に、スルーホール5の成形方法につい
て、図5に示す第2の絶縁層3のスルーホール5を例に
とって説明する。まず、第2の回路21を構成した後
に、該第2の回路21上に酸化シリコンからなる第2の
絶縁層3を例えば1μmの厚さに低温絶縁膜形成法で形
成する。そして、第2の絶縁層3上の全面にレジスト6
を設けた後、所定のホトマスクを用いて露光し、現像処
理を行うことにより、レジスト6をスルーホール5の開
口形状にパターンニングする。次に、レジスト6をエッ
チングマスクとし、例えばCF4を主成分とするエッチ
ングガスによるドライエッチング法を用いて、第2の絶
縁層3にスルーホール5を形成する。
【0005】この際、通常使用するRFパワーの高い高
密度プラズマ、例えばRFパワー=3kWを用いた場合
には、図5に示すように、スルーホール5内にボーイン
グ51が発生することがある。ここで、ボーイングと
は、スルーホール5の内面が凹状に膨れる現象をいい、
例えばスルーホール5の内方における内面間の寸法aが
スルーホール5の開口部における内面間の寸法bより大
きくなることをいう。
【0006】そして、スルーホール5の成形後は、図6
に示すように、レジスト6を除去した後、アルミニウム
等の金属を埋め込む前に、スルーホール5の内面や第2
の絶縁層3の上面にTiやTiN等の成膜7をプラズマ
を用いたスパッタリング法により形成する。この際、ス
ルーホール5にボーイング51が発生していると、第2
の絶縁層3の上面にほぼ垂直に移動してくるTi等がス
ルーホール5の開口部のオーバーハング部で遮られて、
ボーイング51の部分に当たらなくなる。即ち、ボーイ
ング51が発生した場合には、スルーホール5内におい
て成膜7が形成されない部分が生じることになる。
【0007】一方、上述した通常の高密度プラズマより
低いRFパワー、例えば2.4kWの高密度プラズマを
用いた場合には、図7に示すように、スルーホール5の
開口部における内面間寸法が十分に広がるものの、スル
ーホール5の底部における内面間寸法が異常に狭まった
状態になる。このため、通常より低いRFパワーでは、
スルーホールの成形が困難である。しかも、RFパワー
が低いためエッチングレイトが低いという欠点がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置の製
造方法では、以上のように通常使用するRFパワーの高
い高密度プラズマでスルーホール5を成形しているが、
この場合にはボーイング51が発生するおそれがあり、
製品歩留まりが悪いという課題があった。
【0009】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、製品歩留まりの向上を図ることが
できる半導体装置の製造方法を得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置の製造方法は、RFパワーの高いプラズマを用いてス
ルーホールを所定の深さまでエッチングした後に、スル
ーホール内にボーイングを発生させることのないRFパ
ワーの低いプラズマに切り替えることにより、全体とし
てボーイングのないスルーホールを完成させるものであ
る。
【0011】この発明に係る半導体装置の製造方法は、
スルーホールの完成深さの80%に達するまでにRFパ
ワーの高いプラズマからRFパワーの低いプラズマに切
り替えるものである。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。図1において、2は半導体装置(図4参照)
の第1絶縁層であり、21は第1絶縁層2の上に構成さ
れた第2の回路であり、3は第2の回路21上に構成さ
れた第2の絶縁層であり、5は第2の絶縁層3に形成し
た断面円形状のスルーホールであり、6はレジストであ
る。即ち、図1は、図4における第2の絶縁層3にスル
ーホール5を形成する際の一例を示している。
【0013】次に、第2の絶縁層3にスルーホール5を
成形する方法を説明する。まず、第2の回路21上に酸
化シリコン(SiO2 )からなる第2の絶縁層3を1μ
mの厚さに低温絶縁膜形成法で形成する。そして、第2
の絶縁層3上の全面にレジスト6を設けた後、所定のホ
トマスクを用いて露光し、現像処理を行うことにより、
レジスト6をスルーホール5の開口形状にパターンニン
グする。なお、レジスト6に形成する各スルーホール5
のエッチング用の穴の径は0.24μmである。次に、
レジスト6をエッチングマスクとし、例えばCF4を主
成分とするエッチングガスによるドライエッチング法を
用いて、第2の絶縁層3にスルーホール5を形成する。
なお、ドライエッチング法等の条件は、後述する実施例
で示した条件と同一である。
【0014】スルーホール5の成形に際しては、まず通
常使用されるRFパワーの高い高密度プラズマ、即ちR
Fパワー=3kWの高密度プラズマを用いてスルーホー
ルを所定の深さまでエッチングした後に、スルーホール
内にボーイングを発生させることのないRFパワーの低
い高密度プラズマ、即ちRFパワー=2.4kWの高密
度プラズマを用いてエッチングすることにより、全体と
してボーイングのないスルーホール5を完成させる。
【0015】上記RFパワーの切り替えは、スルーホー
ルの深さが完成深さの75%になった時点で行う。即
ち、0〜0.75μmの深さまでは、RFパワー=3k
Wの高密度プラズマでエッチングし、0.75μm〜1
μmの深さまではRFパワー=2.4kWの高密度プラ
ズマでエッチングする。
【0016】そして、スルーホール5の完成後は、図2
に示すように、レジスト6を除去した後、スルーホール
5の内面や第2の絶縁層3の上面にTiやTiN等の成
膜7を、Ar等のプラズマを用いたスパッタリング法に
より形成する。
【0017】次に、スルーホール5内にアルミニウム等
の金属を埋め込むと共に、第2の絶縁層3の上面にアル
ミニウム等の金属膜を形成し、該金属膜に第3の回路3
1(図4参照)を形成する。
【0018】以上のようにこの実施の形態によれば、ス
ルーホールの深さが完成深さの75%になった時点でR
Fパワーを3kWの高い状態から2.4kWの低い状態
に切り替えているので、後述する実施例からも明らかな
ように、スルーホール5にボーイングが発生することが
ないと共に、スルーホール5が底部に向かってテーパ状
に縮径された状態になる。このため、スパッタリング法
を用いて、成膜7をスルーホール5の内面に確実に形成
することができる。即ち、成膜7の不良が生じることが
ないので、製品歩留まりを向上させることができる。ま
た、完成深さの75%まではRFパワーの高い高密度プ
ラズマを用いているので、エッチングレイトが低下する
こともほとんどない。
【0019】なお、上記実施の形態では、第2の絶縁層
3におけるスルーホール5を例にとって説明したが、第
1の絶縁層2のスルーホール5や第3の絶縁層4のスル
ーホール5も同様にして成形することができる。また、
2つ以上の絶縁層を貫通するスルーホールも同様にして
成形することができる。
【0020】次に、ボーイングの発生がRFパワーの切
り替え位置とどのような関係にあるかを実験により調査
したので、その結果を図3を参照して説明する。
【0021】実験条件は下記のイ〜ホの通りである。 イ.RFパワーを3kWから2.4kWに切り替える。 ロ.エッチングガスはCF4を主成分とするものであ
る。 ハ.被エッチング材は、酸化シリコン(SiO2 )から
なる1μmの厚さの絶縁層である。 ニ.スルーホールは、断面円形状のものであり、レジス
トにおける径が0.24μmである。 ホ.スルーホールの完成深さは、1μmである。
【0022】また、図3において、エッチング割合は、
完成スルーホールの底からRFパワーの切り替え位置ま
での寸法と、スルーホールの完成深さとの比をパーセン
トで示したものである。例えば、エッチング割合の20
%は、完成スルーホールの80%の深さ位置を意味して
いる。また、ボーイング度合いは、図5に示すボーイン
グ51の最大径寸法aと、スルーホール5の開口部の径
寸法bとの比、即ち(a/b)を示している。例えば、
ボーイング度合いが1以下であればボーイングが存在し
ないことを意味し、ボーイング度合いが1を超える場合
にはボーイングが存在することを意味している。
【0023】次に、図3に示す実験結果について考察す
る。図3から、エッチング割合が20%の時点でボーイ
ング度合いが1になり、エッチング割合が20%より小
さくなるとボーイング度合いが1より大きくなることが
わかる。従って、スルーホールの深さが完成深さの80
%を超える前に、高いRFパワーから低いRFパワーに
切り替えることにより、ボーイングの発生を防止するこ
とができる。また、80%より浅い位置でRFパワーを
切り替えると、ボーイング度合いが1以下となって、ス
ルーホールが下方に縮径されたテーパ状になるので、上
述した成膜7(図2参照)を形成する上では極めて都合
が良い。ただし、あまり浅い位置で低いRFパワーに切
り替えると、エッチングレイトが遅くなり、製造能率が
低下するので、70%より浅い位置でRFパワーを切り
替えるのは好ましくない。
【0024】従って、上記実験から得られる結論として
は、エッチング割合が20%以上30%以下(完成深さ
の70%以上80%以下、つまり80%に達する近傍)
の地点で、高いRFパワーから低いRFパワーに切り替
えることが好ましいといえる。
【0025】また、RFパワーとしては2.7kWまで
低くなるとボーイングが発生しなくなるので、低いRF
パワーとしては、上記実験で得られた2.4kW〜2.
7kWの範囲を使用することが好ましい。即ち、低いR
Fパワーは、高いRFパワーの80%〜90%に設定す
ることが好ましい。なお、80%は2.4kW/3kW
を意味し、90%は2.7kW/3kWを意味してい
る。
【0026】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、RF
パワーの高いプラズマを用いてスルーホールを所定の深
さまでエッチングした後に、スルーホール内にボーイン
グを発生させることのないRFパワーの低いプラズマに
切り替えることにより、全体としてボーイングのないス
ルーホールを完成させるようになっているので、スルー
ホールにボーイングが発生することがない。従って、ボ
ーイングの発生によって例えば成膜の不良が生じること
がないので、製品歩留まりが向上するという効果があ
る。しかも、所定の深さまではRFパワーの高いプラズ
マを用いているので、エッチングレイトが低下するのを
極力抑えることができるという効果もある。
【0027】この発明によれば、スルーホールの完成深
さの80%に達する近傍でRFパワーの高いプラズマか
らRFパワーの低いプラズマに切り替えているので、ス
ルーホールにボーイングが発生するのを確実に防止する
ことができる。しかも、少なくとも80%まではRFパ
ワーの高いプラズマを用いることが可能であるので、エ
ッチングレイトがほとんど低下することがないという効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態による半導体装置の製
造方法を示す図であって、スルーホールを成形した後の
状態を示す半導体装置の要部説明図である。
【図2】 同半導体装置の製造方法を示す図であって、
スルーホール等に成膜を形成した後の状態を示す半導体
装置の要部説明図である。
【図3】 同半導体装置の製造方法におけるスルーホー
ルの成形に関する実験結果を示す図である。
【図4】 三次元集積回路上に構成された半導体装置の
要部説明図である。
【図5】 従来例として示した半導体装置の製造方法を
示す図であって、スルーホールをRFパワーの高いプラ
ズマで成形した後の状態を示す半導体装置の要部説明図
である。
【図6】 同半導体装置の製造方法を示す図であって、
スルーホール等に成膜を形成した後の状態を示す半導体
装置の要部説明図である。
【図7】 従来例として示した他の半導体装置の製造方
法を示す図であって、スルーホールをRFパワーの低い
プラズマで成形した後の状態を示す半導体装置の要部説
明図である。
【符号の説明】
2 第1の絶縁層、3 第2の絶縁層、4 第3の絶縁
層、5 スルーホール。
フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 AA01 BB14 CC01 DD08 DD12 DD16 DD37 EE08 EE14 FF07 FF13 FF18 FF22 GG09 GG10 GG13 GG14 HH20 5F004 AA01 AA12 BB13 CA03 DA01 DB03 EA28 EB01 5F033 HH08 HH18 HH33 JJ01 JJ08 JJ18 JJ33 KK01 KK08 KK18 KK33 MM05 MM08 MM13 NN06 NN07 NN32 NN33 PP15 QQ09 QQ12 QQ34 QQ37 RR04 WW00 WW10 XX34

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化シリコン系の絶縁層に上下方向に貫
    通するスルーホールを成形する半導体装置の製造方法で
    あって、 RFパワーの高いプラズマを用いてスルーホールを所定
    の深さまでエッチングした後に、スルーホール内にボー
    イングを発生させることのないRFパワーの低いプラズ
    マに切り替えることにより、全体としてボーイングのな
    いスルーホールを完成させることを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
  2. 【請求項2】 スルーホールの完成深さの80%に達す
    る近傍でRFパワーの高いプラズマからRFパワーの低
    いプラズマに切り替え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。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006339616A (ja) * 2005-06-06 2006-12-14 Elpida Memory Inc キャパシタの製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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