JP2002231807A

JP2002231807A - 半導体装置の配線形成方法

Info

Publication number: JP2002231807A
Application number: JP2001025829A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Kondo; 敬一近藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2002-08-16
Anticipated expiration: 2021-02-01
Also published as: JP3954315B2

Abstract

(57)【要約】【課題】工程を増加することなく、良好なウエーハ面内
均一性を保ちつつ、コンタクトホールを効率良く形成
し、安定した配線間コンタクト抵抗を実現できる半導体
装置の配線形成方法を提供する。【解決手段】半導体基板上に配線層、ＳｉＮ膜、配線パ
ターンを有するレジスト層を形成し、ＳｉＮ層と配線層
をドライエッチングし、形成された配線パターン及びＳ
ｉＮ層の残膜上に絶縁膜を積層し、絶縁膜上にコンタク
トホールを形成するための開口パターンを有するレジス
ト層を形成し、ＳｉＮ層の残膜をエッチングストッパー
膜として絶縁膜をドライエッチングすることでコンタク
トホールを形成し、エッチングストッパー膜の残膜をド
ライエッチングする半導体装置の配線形成方法とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の配線
間等を接続するための配線形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置を構成する素子は、微
細化に伴ってＭＯＳ電界効果トランジスタが主流となっ
ている。中でもＭＯＳ電界効果トランジスタの微細化に
伴い、多層配線の配線間を接続するコンタクトホールの
形成技術が重要となってきている。特に大きな課題とな
っているのは、コンタクト径の絶対値が小さくなるにも
かかわらずコンタクト径のばらつき値がほとんど低減さ
れないため、コンタクトエッチングのオーバーエッチン
グ時にエッチングされる下地配線の削れ量が不均一にな
ることである。これは、配線間コンタクト抵抗のばらつ
きを大きくする要因となり、ひいてはコンタクト抵抗の
信頼性にも影響を及ぼす。

【０００３】一般的に、配線上へのコンタクトホールを
形成するための一つの技術として、誘導結合型プラズマ
エッチング装置を用いてコンタクトホールを形成する方
法が知られている。

【０００４】その際、特開平４−１７４５１８号公報に
記載されてあるように、下地削れ量を均一化するために
一旦コンタクトホールをＳｉＮストッパー膜上で停止さ
せ、その後ＳｉＮストッパー膜をエッチングすることで
コンタクトホールを貫通させることにより、下地削れ量
を均一化したコンタクトホールを形成する方法が知られ
ている。ここで、下地削れ量均一化の目的は、配線間コ
ンタクト抵抗のばらつきを低減し、コンタクト抵抗の信
頼性を高めることである。

【０００５】以下、従来のコンタクトホールの形成方法
について図１１を参照しながら説明する。

【０００６】図１１は、従来のコンタクトホールの形成
方法を説明する工程断面図である。図１１において、１
９は絶縁膜が堆積されたシリコン基板（半導体基板）、
２０はＳｉＮ膜、２１は絶縁膜（シリコン酸化膜）、２
２はレジスト層、２２ａはレジスト層２２に設けた開
口、２３は絶縁膜２１に形成されたコンタクトホールで
ある。

【０００７】先ず、コンタクトホールの形成で用いるエ
ッチング装置の構成について図６を参照しながら説明す
る。図６（ａ）は平行平板型エッチング装置の断面模式
図である。図６（ａ）において、１０は接地された上部
電極、１１はウエーハ、１２は周波数１３．５６ＭＨｚ
のＲＦ電源に接続された下部電極である。次に、図６
（ｂ）は誘導結合型プラズマエッチング装置の断面模式
図である。図６（ｂ）において、１３は周波数２．０Ｍ
ＨｚのＲＦ電源に接続された誘導コイル、１４はウエー
ハ、１５は周波数１．８ＭＨｚのＲＦ電源に接続された
下部電極である。

【０００８】図１１（ａ）に示すように表面にＳｉＮ膜
２０が形成されたシリコン基板１９を準備し、図１１
（ｂ）に示すように全面に絶縁膜２１を積層した後、図
１１（ｃ）に示すようにレジスト膜を形成してマスクを
用いて所定の個所にエッチング領域を確定するための開
口部を有するレジスト層２２を形成する。このシリコン
基板１９を図６（ｂ）に示す誘導結合型プラズマエッチ
ング装置の下部電極１５にセットし、後述の表２に示す
条件で絶縁膜２１をエッチングすることにより、図１１
（ｄ）に示すように、開口より深さ方向の大なる高アス
ペクト比のコンタクトホール２３を形成し、且つＳｉＮ
膜２０上でコンタクトホールのエッチングを停止するこ
とができる。

【０００９】その後、酸素プラズマによるエッチング後
処理、アッシング、洗浄を行なった後、図６（ａ）に示
す平行平板エッチング装置の下部電極１２にシリコン基
板１９をセットし、後述の表３に示す条件でＳｉＮ膜２
０をエッチングすることにより、下地基板削れ量のばら
つきの少ないコンタクトホールを形成することが可能と
なる。

【００１０】しかしながらこの方法では、ＳｉＮ膜積層
工程、ＳｉＮ膜エッチング工程、更にそれらの洗浄後処
理工程等が必要となり、工程が増加して高コストとなる
ばかりでなく、製品製造のためにかかる時間（Turn Aro
und Time（以下ＴＡＴと称す)）の増加も発生する。

【００１１】一方、近年、半導体装置の配線形成方法に
おいて、配線ドライエッチング時のマスク材料として、
無機材料（以下ハードマスクと称する）が用いられてい
る。これにより微細な配線加工形状を形成することが可
能となる。

【００１２】以下、この従来の配線形成方法について、
図１２を参照しながら説明する。

【００１３】図１２は、従来の配線形成方法を説明する
工程断面図である。図１２において、２４は絶縁膜が堆
積されたシリコン基板、２５は配線層下部のＴｉＮ層、
２６は配線層、２７は配線層上部のＴｉＮ膜、２８はプ
ラズマＴＥＯＳ膜、２９は配線パターンを形成するため
のレジスト層、３０は絶縁膜、３１はコンタクトホール
を形成するためのレジスト層、３１ａはレジスト層３１
に設けた開口、３２は絶縁膜３０に形成されたコンタク
トホールである。

【００１４】先ず、図１２（ａ）に示すように絶縁膜が
堆積されたシリコン基板２４上に配線層２５〜２７を積
層した後、表面にプラズマＴＥＯＳ膜２８を積層し、図
１２（ｂ）に示すように全面にレジスト膜を形成した後
にマスクを用いて配線パターンを確定するためのレジス
ト層２９を形成する。このシリコン基板２４を図６
（ａ）に示す平行平板型エッチング装置の下部電極１２
上のウエーハ１１の位置にセットし、後述の表１に示す
条件でエッチングを行なうことで、図１２（ｃ）に示す
ような配線パターンを確定するプラズマＴＥＯＳ膜２８
を形成する。次に、図１２（ｄ）に示すようにプラズマ
ＴＥＯＳ層２８をマスクにして配線層２５〜２７のエッ
チングを行なう。その後、図１２（ｅ）に示すように絶
縁膜３０を積層し、図１２（ｆ）に示すように全面にレ
ジスト膜を形成した後にマスクを用いて開口パターン３
１ａを確定するためのレジスト層３１を形成する。最後
に、後述の表２に示す異方性エッチングの条件で絶縁膜
３０をエッチングすることにより、図１２（ｇ）に示す
ように、開口より深さ方向の大なる高アスペクト比のコ
ンタクトホール３２を形成することができる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の配線形成方法では、誘導結合型プラズマエッチング
装置を用いた異方性エッチングの条件でのコンタクトホ
ールのエッチング時に、エッチングを配線層上部のＴｉ
Ｎ膜上で停止させることができない。そのためコンタク
ト抵抗が安定しないという特有の問題を有している。ま
た、コンタクトホールのエッチングは、特にウエーハ最
外周の均一性が著しく悪く、たとえウエーハ面内の中央
部のＴｉＮ膜上でエッチングが停止するエッチング条件
に設定したとしても、ウエーハ面内の周辺部ではＴｉＮ
膜上でエッチングを停止させることはできない。よっ
て、ウエーハ面内の周辺部でのコンタクト抵抗のばらつ
きが大きくなる。更に、コンタクトホールのエッチング
時に配線層上部のＴｉＮ膜上でエッチングを停止させる
ことができないため、配線層金属をエッチングすること
となり、コンタクトホールのエッチング装置反応室内を
金属汚染することになる。

【００１６】これらの問題を解決するために、前述のよ
うに誘導結合型プラズマエッチング装置においてコンタ
クトホールを形成する時、ＳｉＮ膜をエッチングストッ
パー膜として用い、一旦コンタクトホールのエッチング
をＳｉＮ膜で停止させ、その後ＳｉＮ膜をエッチングし
て下地の削れ量を均一化できることが知られている。し
かし、この方法では、ＳｉＮ膜積層工程、ＳｉＮ膜エッ
チング工程、更にそれらの洗浄後処理工程等が必要とな
り、工程が増加し高コストとなるばかりでなく、ＴＡＴ
増加も発生するという前述の問題が発生する。

【００１７】そこで、本発明は前記従来の問題を解決す
るため、工程を増加することなく、良好なウエーハ面内
均一性を保ちつつ、コンタクトホールを効率良く形成
し、安定した配線間コンタクト抵抗を実現できる半導体
装置の配線形成方法を提供するものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の半導体装置の配線形成方法は、絶縁膜が堆
積された半導体基板上の配線層のエッチングの際に配線
ハードマスクとしてＳｉＮ膜を用い、配線エッチング時
のＳｉＮ残膜をコンタクトホールのエッチングの際にエ
ッチングストッパー膜として利用することと、配線層エ
ッチング時のＳｉＮ膜のウエーハ面内分布とコンタクト
ホールのエッチング時のＳｉＮ膜のウエーハ面内分布を
相殺するエッチングを行なうことにより、工程を増加す
ることなくコンタクトホールエッチングのオーバーエッ
チング時に生じる下地配線の削れ量の不均一性を改善
し、配線間コンタクト抵抗のばらつきを低減し、ひいて
はコンタクト抵抗の信頼性を高める方法を実現できるも
のである。

【００１９】本発明の半導体装置の配線形成方法は、絶
縁膜が堆積された半導体基板上に配線層を形成し、更に
前記配線層上にＳｉＮ膜を積層する第１の工程と、前記
ＳｉＮ膜上に所定の配線パターンを有するレジスト層を
形成する第２の工程と、前記配線パターンを有するレジ
スト層をマスクにしてＳｉＮ層をドライエッチング法に
てエッチングする第３の工程と、前記ＳｉＮ層をマスク
にして前記配線層をドライエッチング法にてエッチング
する第４の工程と、形成された配線パターン及び前記Ｓ
ｉＮ層の残膜上に絶縁膜を積層する第５の工程と、前記
第５の工程で積層された絶縁膜上にコンタクトホールを
形成するための開口パターンを有するレジスト層を形成
する第６の工程と、前記コンタクトホールを形成するた
めの開口パターンを有するレジスト層をマスクとして且
つ前記ＳｉＮ層の残膜をエッチングストッパー膜として
行なうドライエッチング法にて前記絶縁膜をエッチング
することでコンタクトホールを形成する第７の工程と、
前記エッチングストッパー膜の残膜をドライエッチング
法にてエッチングする第８の工程とを有することを特徴
とする。これにより、工程を増加することなく安定した
配線間コンタクト抵抗を容易に得ることができる。

【００２０】また、本発明の半導体装置の配線形成方法
は、前記配線層上に積層するＳｉＮ膜の厚さｄを、ｄ＝（２ｍ＋１）λ／４ｎＡ（λ：露光波長、ｎＡ：Ｓ
ｉＮ膜の屈折率、ｍ：０，１，２・・・）に設定することが好ましい。これにより、ＳｉＮハード
マスクが、下地反射防止膜としての効果を併せ持つこと
ができる。

【００２１】また、本発明の半導体装置の配線形成方法
は、前記ＳｉＮ層をマスクにして前記配線層をドライエ
ッチング法にてエッチングする工程で生じる前記ＳｉＮ
層の残膜のウエーハ面内分布を、前記コンタクトホール
を形成する工程で生じる前記エッチングストッパー膜で
あるＳｉＮ膜のエッチングレートのウエーハ面内分布で
相殺するエッチングを行なうことが好ましい。これによ
り、容易にＳｉＮ残膜を均一化することができる。

【００２２】また、本発明の半導体装置の配線形成方法
は、前記エッチングを実施するエッチング設備として、
エッチングチャンバー側壁方向からコイル電力を供給す
るエッチング設備とエッチングチャンバー上部もしくは
底部からコイル電力を供給するエッチング設備を用いる
ことで、チャンバー内に生成するプラズマ密度分布を変
化させることにより、前記ＳｉＮ層の残膜のウエーハ面
内分布と前記ＳｉＮ膜のエッチングレートのウエーハ面
内分布を制御することが好ましい。

【００２３】また、本発明の半導体装置の配線形成方法
は、前記エッチングを実施するエッチング設備として、
エッチングチャンバー側壁方向からエッチングガスを供
給するエッチング設備とエッチングチャンバー中央方向
からエッチングガスを供給するエッチング設備を用いる
ことで、チャンバー内に生成するプラズマ密度分布を変
化させることにより、前記ＳｉＮ層の残膜のウエーハ面
内分布と前記ＳｉＮ膜のエッチングレートのウエーハ面
内分布を制御することが好ましい。

【００２４】また、本発明の半導体装置の配線形成方法
は、前記第７の工程と、前記第８の工程を同一チャンバ
ー内で連続処理することが好ましい。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につい
て、図１から図１０を用いて説明する。

【００２６】（実施形態１）図１（ａ）〜図１（ｈ）
は、本発明の実施形態１における半導体装置の配線形成
方法を説明するための工程断面図である。図１におい
て、１は絶縁膜が堆積されたシリコン基板、２はＴｉＮ
膜、３は配線層、４はＴｉＮ膜、５はＳｉＮ膜、６は配
線パターンを有するレジスト層、７は絶縁膜、８はコン
タクトホール開口を有するレジスト層、８ａはレジスト
開口部、９はコンタクトホールである。

【００２７】図１（ａ）は、絶縁膜が堆積されたシリコ
ン基板１の上にＴｉＮ膜２、配線層３、ＴｉＮ膜４を積
層し、その上にＳｉＮ膜５を積層した断面図である。こ
のＳｉＮ膜５は、例えば減圧ＣＶＤ法により成膜した、
膜厚５０ｎｍのシリコン窒化膜である。

【００２８】次に、ＳｉＮ膜５の上に厚さ０．４７μｍ
のホトレジスト膜を形成し、マスクを用いて露光し、現
像して図１（ｂ）に示すように所定の領域に最小線幅が
０．２μｍを有するレジスト層６を形成する。次に、シ
リコン基板１を図６（ａ）に示す平行平板型エッチング
装置に入れ、表１に示す条件でレジスト層６をマスクに
してＳｉＮ膜５をエッチングすることにより、図１
（ｃ）ように、配線パターンを有するＳｉＮ膜５を形成
する。

【００２９】

【表１】

【００３０】次に、配線パターンを有するＳｉＮ膜５を
マスクにしてＴｉＮ膜４、配線層３、ＴｉＮ膜２を順に
エッチングすることにより、図１（ｄ）のように配線層
を形成する。次に、図１（ｅ）に示すように、例えばＣ
ＶＤ法により膜厚１．７μｍのプラズマＴＥＯＳ膜を堆
積し、ＣＭＰ平坦化を行なうことで膜厚１．０μｍの絶
縁膜７を形成する。続いて、絶縁膜７上に膜厚０．８μ
ｍのホトレジスト形成し、マスクを用いて露光し現像し
て図１（ｆ）に示すように、所定の位置にコンタクトホ
ール開口部８ａを含むレジスト層８を形成する。次に、
図６（ｂ）に示す誘導結合型プラズマエッチング装置の
ウエーハ１４の位置にシリコン基板１をセットし、表２
に示す条件で異方性エッチングを行なうことにより図１
（ｇ）に示すように、コンタクトホール９を形成する。
この時、コンタクトホール９はＳｉＮ膜５で停止するエ
ッチング条件となっている。

【００３１】

【表２】

【００３２】次に、図６（ａ）の平行平板型エッチング
装置のウエーハ１１の位置にシリコン基板１をセット
し、表３に示す条件でエッチングを行なうことで図１
（ｈ）に示すようにＳｉＮ膜５をエッチングしてＴｉＮ
膜４でエッチングを停止することができる。

【００３３】

【表３】

【００３４】以上のようにハードマスクＳｉＮ膜５をコ
ンタクトホールのエッチングのストッパー膜として利用
することにより、工程を増加することなく、ＴｉＮ膜４
でコンタクトホールを停止させることができ、安定した
配線間コンタクト抵抗を得ることが可能となる。

【００３５】なお、この方法を用いることで、ＴｉＮ膜
４をエッチングして、配線層３上にてエッチングを停止
することも可能であり、この際の配線層３の削れ量の均
一性は、従来法で形成した時よりも向上することがで
き、コンタクト抵抗値のばらつきを押さえることが可能
となる。

【００３６】図２は、上記実施形態１におけるＳｉＮ膜
厚設定方法を説明する図である。図２（ａ）は、高反射
基板用いた時の入射波及びその反射波の様子を示した図
である。図２（ｂ）は、反射防止膜基板を用いた時の入
射波及びその反射波の様子を示した図である。高反射基
板では定在波が目立つが、反射防止膜基板ではそれが小
さくなっていることが分かる。このことから、反射防止
膜基板を用いることにより寸法制御性が高まることが理
解できる。次に、定在波をなくすために、入射波と反射
波が打ち消し合う条件が必ず存在する。これを式で現わ
すとＳｉＮ膜の厚さｄは、ｄ＝（２ｍ＋１）λ／４ｎＡ（λ：露光波長、ｎＡ：ＳｉＮ膜の屈折率、ｍ：０，
１，２・・・）となり、これを満たすＳｉＮ膜５の膜厚
に設定することにより、ＳｉＮ膜を下地反射防止膜とし
ての役割を持たすことができ、工程を増加することなく
配線パターンを有するレジスト層６の寸法制御性を高め
ることができる。

【００３７】（実施形態２）図３、図４、図５は本発明
の実施形態２におけるエッチング方法を説明するＳｉＮ
膜エッチングレートのウエーハ面内分布を示したグラフ
である。

【００３８】本実施形態２でも、図１（ａ）〜図１
（ｃ）に示す実施形態１と同じ工程を行なう。次に、図
１（ｄ）に示す工程は、ＳｉＮ膜５をマスクにしてＴｉ
Ｎ層４、配線層３、ＴｉＮ層２を順にエッチングする工
程であるが、その時のＳｉＮ膜５のエッチングレートの
ウエーハ面内分布は図３のようにウエーハ中心部で早
く、ウエーハ周辺部で遅くなる傾向にする。よって、Ｓ
ｉＮ膜５の残膜のウエーハ面内分布はウエーハ中心部で
薄く、ウエーハ周辺部で厚くなる。

【００３９】次に、図１（ｅ）〜図１（ｆ）に示す実施
形態１と同じ工程を行なう。次に、図１（ｇ）の工程
は、コンタクトホール９を図６（ｂ）の誘導結合型プラ
ズマエッチング装置にて前記表２に示した条件で加工す
るが、その時のオーバーエッチング時におけるＳｉＮ膜
５のエッチングレートのウエーハ面内分布を図４に示し
た。これより、ウエーハ中心部で遅く、ウエーハ周辺部
で早くなる傾向であることが分かる。

【００４０】よって、図１（ｇ）の工程終了後、ＳｉＮ
膜５のウエーハ面内分布は、図１（ｄ）の工程と図１
（ｇ）の工程のエッチングにおけるウエーハ面内分布が
相殺されることにより図５に示すようにウエーハ面内で
均一となる。

【００４１】即ち、図１（ｈ）の工程でのＳｉＮ膜５の
エッチングにおけるエッチング後のウエーハ面内のＴｉ
Ｎ膜４の削れ量を均一化することができ、加工出来映え
のウエーハ面内分布をそろえることが可能となり、配線
間コンタクト抵抗のばらつきを低減することができる。

【００４２】（実施形態３）図６、図７は本発明の実施
形態３におけるエッチング方法を説明するエッチング装
置とそのチャンバー内のプラズマ密度分布を示した図で
ある。

【００４３】本実施形態３でも、図１（ａ）〜図１
（ｃ）に示す実施形態１と同じ工程を行なう。次に、図
１（ｄ）に示す工程では、ＳｉＮ膜５をマスクにしてＴ
ｉＮ層４、配線層３、ＴｉＮ層２を順にエッチングする
が、そのエッチング条件を表４に示すように行なう。

【００４４】

【表４】

【００４５】一方、この時使用する設備は図６（ｃ）の
誘導結合型プラズマエッチング装置である。図６（ｃ）
において、１６は周波数１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源に
接続された誘導コイル、１７はウエーハ、１８は周波数
１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源に接続された下部電極であ
る。

【００４６】表４に示したエッチング条件下において、
図６（ｃ）に示したエッチング装置チャンバー内のプラ
ズマ密度のウエーハ面内分布は図７（ａ）のようにウエ
ーハ中心部で高く、ウエーハ周辺部で低くなる傾向であ
る。このことから、エッチングレートのウエーハ面内分
布は図３のようにウエーハ中心部で高く、ウエーハ周辺
部で低くなる。

【００４７】次に、図１（ｅ）〜図１（ｆ）に示す実施
形態１と同じ工程を行なう。一方、図１（ｇ）に示す工
程では、コンタクトホール９を形成するが、用いる装置
は図６（ｂ）の誘導結合型プラズマエッチング装置であ
る。このエッチング装置チャンバー内のプラズマ密度の
ウエーハ面内分布は、図７（ｂ）のようにウエーハ中心
部で低く、ウエーハ周辺部で高くなる傾向である。この
ことから、エッチングレートのウエーハ面内分布は図４
のようにウエーハ中心部で低く、ウエーハ周辺部で高く
なる。

【００４８】即ち、以上の結果から、図１（ｄ）の工程
と図１（ｇ）の工程でエッチングレートの面内分布が生
じるのはエッチング装置チャンバー内のプラズマ密度分
布に起因することが分かる。

【００４９】よって、エッチング装置チャンバー内のプ
ラズマ密度分布を制御することにより、エッチングレー
トのウエーハ面内分布を制御することが可能となる。

【００５０】即ち、図１（ｄ）の工程終了後のＳｉＮ膜
５のウエーハ面内分布と、図１（ｇ）工程の終了後のＳ
ｉＮ膜５のウエーハ面内分布が相殺されるようなエッチ
ングを行なうことにより、図１（ｈ）の工程でのＳｉＮ
膜５のエッチングにおけるエッチング後のウエーハ面内
のＴｉＮ膜４の削れ量を均一化することができ、加工出
来映えのウエーハ面内分布をそろえることが可能とな
り、配線間コンタクト抵抗のばらつきを低減することが
できる。

【００５１】（実施形態４）図８、図９は本発明の実施
形態４におけるエッチング方法を説明するエッチング装
置とそのチャンバー内のプラズマ密度分布を示した図で
ある。

【００５２】図８はエッチングガスの導入方向と排気方
向を示した図であり、図８（ａ）に示す装置では、エッ
チングガス導入方向、排気方向ともにチャンバー下部方
向である。一方、図８（ｂ）に示す装置では、エッチン
グガス導入方向はチャンバー上部方向であり、排気方向
はチャンバー下部方向である。

【００５３】本実施形態４でも、図１（ａ）〜図１
（ｃ）に示す実施形態１と同じ工程を行なう。次に、図
１（ｄ）に示す工程では、ＳｉＮ膜５をマスクにしてＴ
ｉＮ層４、配線層３、ＴｉＮ層２を順にエッチングする
工程であるが、その時使用する設備は図８（ａ）の誘導
結合型プラズマエッチング装置である。この装置の特徴
はエッチングガス導入口がチャンバー周辺部に配置され
ていることである。このため、このエッチング装置チャ
ンバー内のプラズマ密度のウエーハ面内分布は図９
（ａ）のようにウエーハ中心部で低く、ウエーハ周辺部
で高くなる傾向である。このことから、エッチングレー
トのウエーハ面内分布は図４のようにウエーハ中心部で
小さくウエーハ周辺部で大きくなる。

【００５４】次に、図１（ｅ）〜（ｆ）に示す実施形態
１と同じ工程を行なう。一方、図１（ｇ）に示す工程で
は、コンタクトホール９を形成するが、用いる装置は図
８（ｂ）の誘導結合型プラズマエッチング装置である。
この装置の特徴はエッチングガス導入口がチャンバー中
央上部に配置されていることである。このため、このエ
ッチング装置チャンバー内のプラズマ密度のウエーハ面
内分布は図９（ｂ）のようにウエーハ中心部で高く、ウ
エーハ周辺部で低くなる傾向である。このことから、エ
ッチングレートのウエーハ面内分布は図３のようにウエ
ーハ中心部で大きく、ウエーハ周辺部で小さくなる。

【００５５】即ち、以上の結果から、図１（ｄ）の工程
と図１（ｇ）の工程でエッチングレートの面内分布が生
じるのは、エッチング装置チャンバー内のプラズマ密度
分布を変化させるエッチングガス導入口の配置に起因す
ることが分かる。

【００５６】よって、エッチング装置チャンバー内のエ
ッチングガス導入口の配置を制御することによりプラズ
マ密度分布を制御し、エッチングレートのウエーハ面内
分布を制御することが可能となる。

【００５７】即ち、図１（ｄ）の工程終了後、ＳｉＮ膜
５のウエーハ面内分布と、図１（ｇ）の工程終了後、Ｓ
ｉＮ膜５のウエーハ面内分布が相殺されるようなエッチ
ングを行なうことにより、図１（ｈ）の工程でのＳｉＮ
膜５のエッチングにおけるエッチング後のウエーハ面内
のＴｉＮ膜４の削れ量を均一化することができ、加工出
来映えのウエーハ面内分布をそろえることが可能とな
り、配線間コンタクト抵抗のばらつきを低減することが
できる。

【００５８】（実施形態５）図１０は本発明の実施形態
５における半導体装置の配線形成方法を説明するための
工程断面図である。

【００５９】本実施形態５でも、図１（ａ）〜図１
（ｆ）に示す実施形態１と同じ工程を行なう。次に、図
１（ｆ）に示す工程に続いて、図１０（ｇ´）に示す工
程を行なう。図１０（ｇ´）に示す工程は、誘導結合型
プラズマエッチングを用いて表５に示すエッチング条件
にてコンタクトホール９を形成する工程である。表５の
条件は、メインエッチングで絶縁膜７をエッチングして
ＳｉＮ膜５上でエッチング停止させる条件であり、それ
に引き続いて図１０（ｈ´）に示す同一エッチング装置
チャンバー内で行なう酸素プラズマ処理によるエッチン
グ後処理（ＰＥＴ：Post Etch Treatment）によりＳｉ
Ｎ膜５をエッチングし、ＴｉＮ膜４上でエッチング停止
するエッチング条件である。

【００６０】

【表５】

【００６１】なお、ＳｉＮ膜が酸素プラズマ処理でエッ
チングされるのは、メインエッチングで用いられ、且つ
チャンバー内に残留したフルオロカーボン成分が酸素プ
ラズマ処理にてフッ素成分を発生し、ＳｉＮ膜のエッチ
ングに寄与しているためと考えられる。即ち、表５のエ
ッチング条件を用いることで同一装置にて図１０（ｇ
´）と図１０（ｈ´）を連続した工程で行なうことが可
能となる。よって、この方法を用いることで工程削減を
実現することができる。

【００６２】

【発明の効果】以上のように本発明の半導体装置の配線
形成方法は、絶縁膜が堆積された半導体基板上の配線層
のエッチングの際に配線ハードマスクとしてＳｉＮ膜を
用い、配線エッチング時のＳｉＮ残膜をコンタクトホー
ルのエッチングの際にエッチングストッパー膜として利
用することと、配線層エッチング時のＳｉＮ膜のウエー
ハ面内分布とコンタクトホールのエッチング時のＳｉＮ
膜のウエーハ面内分布を相殺するエッチングを行なうこ
とにより、工程を増加することなくコンタクトホールエ
ッチングのオーバーエッチング時に生じる下地配線の削
れ量の不均一性を改善し、配線間コンタクト抵抗のばら
つきを低減し、ひいてはコンタクト抵抗の信頼性を高め
る方法を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｈ）は、本発明の実施形態１におけ
る半導体装置の配線形成方法を説明する工程断面図であ
る。

【図２】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態１におけ
るＳｉＮ膜厚設定方法を説明するための図である。

【図３】代表的な配線層エッチング時のマスクであるＳ
ｉＮ膜のエッチングレートのウエーハ面内分布を示す図
である。

【図４】代表的な誘導結合型プラズマエッチング装置に
おけるコンタクトホールエッチングにおけるオーバーエ
ッチ時のＳｉＮエッチングレートのウエーハ面内分布を
示す図である。

【図５】代表的な配線エッチングと代表的なコンタクト
ホールエッチングを行なった時のＳｉＮ膜削れ量のウエ
ーハ面内分布を示す図である。

【図６】平行平板型エッチング装置（ａ）（ＲＩＥ：Re
active Ion Etcher）、誘導結合型（コイル位置はチャ
ンバー側壁部）プラズマエッチング装置（ｂ）（ＩＣ
Ｐ：Inductive Coupled Plasma）及び誘導結合型（コイ
ル位置はチャンバー上部）プラズマエッチング装置
（ｃ）（ＴＣＰ:Transformer Coupled Plasma）の断面
模式図である。

【図７】誘導結合型プラズマエッチング装置（ａ）（Ｔ
ＣＰ）及び誘導結合型プラズマエッチング装置（ｂ）
（ＩＣＰ）の各チャンバー内のプラズマ密度分布を示す
図である。

【図８】（ａ）、（ｂ）は、代表的な誘導結合型プラズ
マエッチング装置のエッチングガス供給方向を説明する
ための断面模式図である。

【図９】（ａ）、（ｂ）は、代表的な誘導結合型プラズ
マエッチング装置のエッチングガス供給方向を変化させ
た時のチャンバー内のプラズマ密度分布を示す図であ
る。

【図１０】（ｇ´）、（ｈ´）は、代表的な誘導結合型
プラズマエッチング装置を用いて行なうコンタクトエッ
チングとエッチング後処理工程でストッパー膜エッチン
グを行なう工程を説明するための工程断面図である。

【図１１】（ａ）〜（ｅ）は、従来のコンタクトホール
の形成方法を説明する工程断面図である。

【図１２】（ａ）〜（ｇ）は、従来の配線形成方法を説
明する工程断面図である。

【符号の説明】

１シリコン基板２ＴｉＮ膜３配線層４ＴｉＮ膜５ＳｉＮ膜６配線パターンを有するレジスト層７絶縁膜８コンタクトホール開口を有するレジスト層８ａレジスト開口部９コンタクトホール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F004 AA04 BA20 CA02 CA03 DA00 DA16 DA23 DA26 DB03 DB07 DB12 EA07 EB01 5F033 KK33 MM08 MM13 MM15 QQ04 QQ08 QQ09 QQ10 QQ12 QQ13 QQ16 QQ21 QQ25 QQ28 QQ30 QQ37 QQ48 RR04 RR06 SS04 SS11 SS13 WW02 XX09 XX33

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁膜が堆積された半導体基板上に配線
層を形成し、更に前記配線層上にＳｉＮ膜を積層する第
１の工程と、前記ＳｉＮ膜上に所定の配線パターンを有
するレジスト層を形成する第２の工程と、前記配線パタ
ーンを有するレジスト層をマスクにしてＳｉＮ層をドラ
イエッチング法にてエッチングする第３の工程と、前記
ＳｉＮ層をマスクにして前記配線層をドライエッチング
法にてエッチングする第４の工程と、形成された配線パ
ターン及び前記ＳｉＮ層の残膜上に絶縁膜を積層する第
５の工程と、前記第５の工程で積層された絶縁膜上にコ
ンタクトホールを形成するための開口パターンを有する
レジスト層を形成する第６の工程と、前記コンタクトホ
ールを形成するための開口パターンを有するレジスト層
をマスクとして且つ前記ＳｉＮ層の残膜をエッチングス
トッパー膜として行なうドライエッチング法にて前記絶
縁膜をエッチングすることでコンタクトホールを形成す
る第７の工程と、前記エッチングストッパー膜の残膜を
ドライエッチング法にてエッチングする第８の工程とを
有することを特徴とする半導体装置の配線形成方法。
【請求項２】前記配線層上に積層するＳｉＮ膜の厚さ
ｄを、ｄ＝（２ｍ＋１）λ／４ｎＡ（λ：露光波長、ｎＡ：Ｓ
ｉＮ膜の屈折率、ｍ：０，１，２・・・）に設定する請求項１に記載の半導体装置の配線形成方
法。
【請求項３】前記ＳｉＮ層をマスクにして前記配線層
をドライエッチング法にてエッチングする工程で生じる
前記ＳｉＮ層の残膜のウエーハ面内分布を、前記コンタ
クトホールを形成する工程で生じる前記エッチングスト
ッパー膜であるＳｉＮ膜のエッチングレートのウエーハ
面内分布で相殺するエッチングを行なう請求項１に記載
の半導体装置の配線形成方法。
【請求項４】請求項３に記載のエッチングを実施する
エッチング設備として、エッチングチャンバー側壁方向
からコイル電力を供給するエッチング設備とエッチング
チャンバー上部もしくは底部からコイル電力を供給する
エッチング設備を用いることで、チャンバー内に生成す
るプラズマ密度分布を変化させることにより、前記Ｓｉ
Ｎ層の残膜のウエーハ面内分布と前記ＳｉＮ膜のエッチ
ングレートのウエーハ面内分布を制御する半導体装置の
配線形成方法。
【請求項５】請求項３に記載のエッチングを実施する
エッチング設備として、エッチングチャンバー側壁方向
からエッチングガスを供給するエッチング設備とエッチ
ングチャンバー中央方向からエッチングガスを供給する
エッチング設備を用いることで、チャンバー内に生成す
るプラズマ密度分布を変化させることにより、前記Ｓｉ
Ｎ層の残膜のウエーハ面内分布と前記ＳｉＮ膜のエッチ
ングレートのウエーハ面内分布を制御する半導体装置の
配線形成方法。
【請求項６】前記第７の工程と、前記第８の工程を同
一チャンバー内で連続処理する請求項１に記載の半導体
装置の配線形成方法。