JP2007335628A

JP2007335628A - Contact-hole forming method

Info

Publication number: JP2007335628A
Application number: JP2006165696A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Matsuzaki; 秀昭松崎; Masami Tokumitsu; 雅美徳光; Hiroshi Shimada; 浩島田
Original assignee: NTT Electronics Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Electronics Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2006-06-15
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2007-12-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form easily a cone-form contact hole. <P>SOLUTION: A contact-hole forming method has a process for forming a metal film 12 on a semiconductor substrate 11, a process for forming an SiO<SB>2</SB>film 13 on the metal film 12, a process for forming a first resist film 14 on the SiO<SB>2</SB>film 13, a process for forming a second resist film 15 on the resist film 14, a process for forming in the resist film 15 an opening 16 for the formation of a contact hole, a process for so using an exposure light source which sensitizes only the resist film 14 as to form in the resist film 14 an opening 17 larger than the opening 16, and a process for so using etching gases CF<SB>4</SB>, C<SB>2</SB>F<SB>6</SB>, etc. while using resist films 14, 15 as masks and so performing a reactive ion etching as to remove selectively the SiO<SB>2</SB>film 13 and as to form a contact hole 19. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体集積回路等の絶縁膜にコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成方法に関するものである。 The present invention relates to a contact hole forming method for forming a contact hole in an insulating film such as a semiconductor integrated circuit.

従来のコンタクトホール形成方法を図３により説明する。まず、図３(ａ)に示すように、半導体基板１上に金属膜２を形成し、金属膜２上に絶縁膜であるＳｉＯ_２膜３を形成し、ＳｉＯ_２膜３上にレジスト膜４を形成する。つぎに、図３(ｂ)に示すように、フォトリソグラフィによりレジスト膜４にコンタクトホール形成用の開口部５を形成する。つぎに、図３(ｃ)に示すように、レジスト膜４をマスクにして、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６などのエッチングガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりＳｉＯ_２膜３を選択的に除去して、コンタクトホール６を形成する。つぎに、図３(ｄ)に示すように、レジスト膜４を除去する。
特開平２−２６０２５号公報 A conventional contact hole forming method will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 3A, a metal film 2 is formed on a semiconductor substrate 1, an SiO ₂ film 3 that is an insulating film is formed on the metal film 2, and a resist film 4 is formed on the SiO ₂ film 3. Form. Next, as shown in FIG. 3B, an opening 5 for forming a contact hole is formed in the resist film 4 by photolithography. Next, as shown in FIG. 3C, the SiO ₂ film 3 is selectively formed by reactive ion etching (RIE) using an etching gas such as CF ₄ or C ₂ F ₆ using the resist film 4 as a mask. Then, contact holes 6 are formed. Next, as shown in FIG. 3D, the resist film 4 is removed.
JP-A-2-26025

しかし、このようなコンタクトホール形成方法においては、コンタクトホール６の側壁が半導体基板１の表面に対して直角であるから、コンタクトホール６へ埋め込む配線用金属にボイドやクラックが生じ、配線の信頼性が低下するという課題があった。そして、コンタクトホール６の側壁の半導体基板１の表面に対する傾斜角度を小さくできれば、配線用金属をコンタクトホール６に埋め込み時のボイドやクラックの発生を抑制することが可能となる。また、ＳｉＯ_２膜３を選択的に除去する際に、エッチングガスの種類を変えるなどエッチング条件を変更し、エッチングを等方的に進行させることで、コンタクトホール６の側壁の垂直性を緩和し、すり鉢状の開口形状を得ることは期待できるが、ＳｉＯ_２膜３を等方的にエッチングすることが困難な場合もある。 However, in such a contact hole forming method, since the side wall of the contact hole 6 is perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 1, voids and cracks are generated in the wiring metal embedded in the contact hole 6, and wiring reliability is increased. There has been a problem of lowering. If the inclination angle of the side wall of the contact hole 6 with respect to the surface of the semiconductor substrate 1 can be reduced, generation of voids and cracks when the wiring metal is embedded in the contact hole 6 can be suppressed. Further, when the SiO ₂ film 3 is selectively removed, the etching conditions are changed, for example, by changing the type of etching gas, and the etching proceeds isotropically, thereby reducing the verticality of the side wall of the contact hole 6. Although a mortar-shaped opening shape can be expected, it may be difficult to etch the SiO ₂ film 3 isotropically.

また、従来のコンタクトホール形成方法では、エッチングガスとレジスト膜４との反応生成物がＳｉＯ_２膜３上から開口部５の側壁にかけて付着し、ＳｉＯ_２膜３の選択的除去を完全にするためのオーバーエッチングにより、コンタクトホール６の底面に露出する金属膜２を由来とした残渣が発生し、反応生成物と同様に付着する。このため、半導体集積回路の製造においては、これら反応性生物や残渣の除去工程が反応性イオンエッチング後に必要であり、酸素プラズマによる灰化処理や、剥離液によるウェット洗浄処理が不可欠である。しかし、これらの処理による反応生成物や残渣の除去は必ずしも完全でなく、反応生成物や残渣の除去を優先するために、使用するエッチングガスやＲＦパワーなどエッチング条件に制限が生じ、コンタクトホール６の形状の制御が困難になる。 In the conventional contact hole forming method, since the reaction product of an etching gas and the resist film 4 is deposited over the sidewalls of the opening portion 5 on the SiO ₂ film 3, to complete the selective removal of the SiO ₂ film 3 Due to this over-etching, a residue derived from the metal film 2 exposed on the bottom surface of the contact hole 6 is generated and adheres similarly to the reaction product. For this reason, in the manufacture of a semiconductor integrated circuit, the removal process of these reactive organisms and residues is necessary after the reactive ion etching, and the ashing process using oxygen plasma and the wet cleaning process using a stripping solution are indispensable. However, the removal of reaction products and residues by these treatments is not necessarily complete, and in order to prioritize the removal of reaction products and residues, etching conditions such as etching gas and RF power used are limited, and contact holes 6 It becomes difficult to control the shape.

本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、すり鉢状のコンタクトホールを容易に形成することができるコンタクトホール形成方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a contact hole forming method capable of easily forming a mortar-shaped contact hole.

この目的を達成するため、本発明においては、絶縁膜上に第１のレジスト膜を形成し、上記第１のレジスト膜上に上記第１のレジスト膜とは種類の異なる第２のレジスト膜を形成し、第１のフォトリソグラフィにより上記第２のレジスト膜に第１の開口部を形成し、上記第１のレジスト膜のみ感光させる光源を用いた第２のフォトリソグラフィにより、上記第２のレジスト膜をマスクとして、第１のレジスト膜に第２の開口部を形成して、上記第２のレジスト膜にオーバーハング部を形成し、反応性イオンエッチングによって上記絶縁膜を選択的に除去して、すり鉢状のコンタクトホールを形成する。 In order to achieve this object, in the present invention, a first resist film is formed on an insulating film, and a second resist film having a different type from the first resist film is formed on the first resist film. Forming a first opening in the second resist film by first photolithography, and performing the second resist using a light source that exposes only the first resist film. Using the film as a mask, a second opening is formed in the first resist film, an overhang is formed in the second resist film, and the insulating film is selectively removed by reactive ion etching. A mortar-shaped contact hole is formed.

この場合、上記第１のレジスト膜として、紫外線により感光するものを用い、上記第２のレジスト膜として、ｉ線またはｇ線により感光するものを用いてもよい。 In this case, the first resist film may be one that is sensitive to ultraviolet rays, and the second resist film may be one that is sensitive to i-line or g-line.

これらの場合、上記絶縁膜としてＳｉＯ_２膜を用いてもよい。 In these cases, a SiO ₂ film may be used as the insulating film.

また、上記絶縁膜としてベンゾシクロブテン膜を用いてもよい。 A benzocyclobutene film may be used as the insulating film.

本発明に係るコンタクトホール形成方法においては、第２のレジスト膜にオーバーハング部が形成されているから、第２のレジスト膜の第１の開口部の直下の絶縁膜のエッチングが進行すると同時に、エッチングガスの回り込みにより、第１のレジスト膜の第２の開口部の内側に露出した絶縁膜に対してもエッチングを進行させることができるので、すり鉢状のコンタクトホールを容易に形成することができる。 In the contact hole forming method according to the present invention, since the overhang portion is formed in the second resist film, the etching of the insulating film immediately below the first opening of the second resist film proceeds, Etching can be performed on the insulating film exposed to the inside of the second opening of the first resist film by the etching gas flowing in, so that a mortar-shaped contact hole can be easily formed. .

図１、図２により本発明に係るコンタクトホール形成方法を説明する。まず、図１(ａ)に示すように、半導体基板１１上に金属膜１２を形成し、金属膜１２上に絶縁膜であるＳｉＯ_２膜１３を形成し、ＳｉＯ_２膜１３上に紫外線に感光する第１のレジスト膜１４を形成し、レジスト膜１４上にｉ線に感光する第２のレジスト膜１５を形成する。つぎに、図１(ｂ)に示すように、ｉ線を露光用光源として用いる露光を行なったのち現像を行なう第１のフォトリソグラフィにより、レジスト膜１５にコンタクトホール形成用の第１の開口部１６を形成する。つぎに、図１(ｃ)に示すように、開口部１６を有するレジスト膜１５を露光用マスクとして、レジスト膜１４のみ感光させる露光用光源すなわち紫外線を用いた第２のフォトリソグラフィにより、レジスト膜１４にコンタクトホール形成用の第２の開口部１７を形成する。この際、露光エネルギー、現像時間を最適化することによって、開口部１６よりも大きい開口部１７を形成する。この結果、レジスト膜１５にオーバーハング部１８が形成され、開口部１６、１７の開口パターン側壁形状がオーバーハング形状となる。つぎに、図２(ａ)に示すように、レジスト膜１４、１５をマスクにして、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６などのエッチングガスを用いた反応性イオンエッチングによりＳｉＯ_２膜１３を選択的に除去して、コンタクトホール１９を形成する。つぎに、図２(ｂ)に示すように、レジスト膜１４、１５を除去する。 The contact hole forming method according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 1A, a metal film 12 is formed on a semiconductor substrate 11, an SiO ₂ film 13 as an insulating film is formed on the metal film 12, and the SiO ₂ film 13 is sensitive to ultraviolet rays. A first resist film 14 is formed, and a second resist film 15 that is sensitive to i-line is formed on the resist film 14. Next, as shown in FIG. 1B, a first opening for forming a contact hole in the resist film 15 is obtained by first photolithography in which development is performed after performing exposure using the i-line as a light source for exposure. 16 is formed. Next, as shown in FIG. 1C, by using the resist film 15 having the opening 16 as an exposure mask, the resist film is exposed by an exposure light source for exposing only the resist film 14, that is, second photolithography using ultraviolet rays. 14 is formed with a second opening 17 for forming a contact hole. At this time, the opening 17 larger than the opening 16 is formed by optimizing the exposure energy and the development time. As a result, an overhang portion 18 is formed in the resist film 15, and the opening pattern sidewall shape of the openings 16 and 17 becomes an overhang shape. Next, as shown in FIG. 2A, the SiO ₂ film 13 is selectively formed by reactive ion etching using an etching gas such as CF ₄ or C ₂ F ₆ using the resist films 14 and 15 as a mask. The contact hole 19 is formed by removing. Next, as shown in FIG. 2B, the resist films 14 and 15 are removed.

このコンタクトホール形成方法においては、レジスト膜１５にオーバーハング部１８が形成されているから、レジスト膜１５の開口部１６の直下のＳｉＯ_２膜１３のエッチングが進行すると同時に、エッチングガスの回り込みにより、レジスト膜１４の開口部１７の内側に露出したＳｉＯ_２膜１３に対しても、開口部１６の直下のエッチングよりも遅い速度ながらもエッチングを進行させることができる。このとき、開口部１７の側壁に近い部分へのエッチングガスの回りこみ量は開口部１６の側壁に近い部分へのエッチングガスの回りこみ量よりも少なくなるから、開口部１６の側壁に近い部分のエッチングの進行が速く、開口部１７の側壁に近い部分のエッチングの進行が遅くなるので、すり鉢状のコンタクトホール１９を形成することができるため、配線用金属をコンタクトホール１９に埋め込み時のボイドやクラックの発生を抑制することが可能となる。しかも、従来と同種のエッチングガス、エッチング条件を用いた場合でも、すり鉢状のコンタクトホール１９を形成することができ、また反応性生物や残渣の発生が抑制されるため、エッチング条件への制限が緩和され、期待するコンタクトホール１９の形状を得るためのエッチング条件の最適化が行ないやすくなり、さらに発生する反応生成物、残渣は主にレジスト膜１５に付着することとなるため、有機洗浄によるレジスト除去工程で反応生成物、残渣を同時に簡単に除去することができるから、すり鉢状のコンタクトホール１９を容易に形成することができる。 In this contact hole forming method, since the overhang portion 18 is formed in the resist film 15, the etching of the SiO ₂ film 13 immediately below the opening 16 of the resist film 15 proceeds, and at the same time, the etching gas wraps around. The SiO ₂ film 13 exposed inside the opening 17 of the resist film 14 can also be etched at a slower rate than the etching immediately below the opening 16. At this time, since the amount of etching gas sneaking into the portion near the side wall of the opening 17 is smaller than the amount of etching gas sneaking into the portion near the side wall of the opening 16, the portion near the side wall of the opening 16. Since the etching progresses at a high speed and the etching progresses near the side wall of the opening 17, the mortar-shaped contact hole 19 can be formed. And the generation of cracks can be suppressed. Moreover, even when the same kind of etching gas and etching conditions as in the prior art are used, a mortar-shaped contact hole 19 can be formed, and the generation of reactive organisms and residues is suppressed, so that there are restrictions on the etching conditions. It is easy to optimize the etching conditions for obtaining the expected shape of the contact hole 19 and the generated reaction products and residues mainly adhere to the resist film 15. Since the reaction product and the residue can be easily removed simultaneously in the removing step, the mortar-shaped contact hole 19 can be easily formed.

なお、上述実施の形態においては、絶縁膜としてＳｉＯ_２膜１３を用いたが、絶縁膜としてベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）などを用いても同様の効果を得ることができる。また、上述実施の形態においては、レジスト膜１５としてｉ線により感光するものを用いたが、第２のレジスト膜としてｇ線により感光するものを用いてもよい。また、第２のレジスト膜のオーバーハング量を調整することで、コンタクトホールの側壁の傾斜角度を制御することが可能であり、第２のレジスト膜のオーバーハング量が多いほど、コンタクトホールの側壁の傾斜角度は小さくなる。 In the above-described embodiment, the SiO ₂ film 13 is used as the insulating film, but the same effect can be obtained by using benzocyclobutene (BCB) or the like as the insulating film. In the above-described embodiment, the resist film 15 is sensitive to i-line, but the second resist film may be sensitive to g-line. Further, it is possible to control the inclination angle of the side wall of the contact hole by adjusting the amount of overhang of the second resist film. The greater the amount of overhang of the second resist film, the more the side wall of the contact hole becomes. The inclination angle becomes smaller.

本発明に係るコンタクトホール形成方法の説明図である。It is explanatory drawing of the contact hole formation method which concerns on this invention. 本発明に係るコンタクトホール形成方法の説明図である。It is explanatory drawing of the contact hole formation method which concerns on this invention. 従来のコンタクトホール形成方法の説明図である。It is explanatory drawing of the conventional contact hole formation method.

Explanation of symbols

１３…ＳｉＯ_２膜
１４…第１のレジスト膜
１５…第２のレジスト膜
１６…第１の開口部
１７…第２の開口部
１８…オーバーハング部
１９…コンタクトホール 13 ... SiO ₂ film 14 ... first resist film 15 ... second resist film 16 ... first opening 17: second opening 18 ... overhang portion 19 ... contact hole

Claims

A first resist film is formed on the insulating film, a second resist film having a different type from the first resist film is formed on the first resist film, and the second resist film is formed by first photolithography. A first opening is formed in the resist film, and a second photolithography using a light source that exposes only the first resist film is performed on the first resist film using the second resist film as a mask. 2 is formed, an overhang is formed in the second resist film, and the insulating film is selectively removed by reactive ion etching to form a mortar-shaped contact hole. A contact hole forming method.

2. The contact hole forming method according to claim 1, wherein the first resist film is sensitive to ultraviolet rays, and the second resist film is sensitive to i-line or g-line. .

The contact hole forming method according to claim 1, wherein a SiO ₂ film is used as the insulating film.

3. The contact hole forming method according to claim 1, wherein a benzocyclobutene film is used as the insulating film.