JP2513279B2 - 薄膜除去方法 - Google Patents
薄膜除去方法Info
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- insulating film
- thin film
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、レーザ光を利用する薄膜の除去方法詳しく
は微細な配線形成の際のコンタクトホールの形成に関す
る。
は微細な配線形成の際のコンタクトホールの形成に関す
る。
（従来の技術） 近年、半導体製造プロセスの薄膜除去技術に於ては、
最小パターンの微細化、廃棄物処理の容易さ等の面で利
点の多いドライプロセスが広く用いられている。この中
で、レーザプロセス技術は、レジストレスに基板上の特
定の箇所のみを加工することが可能で、従来法に比べ、
大幅に工程を低減できると期待されている。その中で、
LSIの絶縁膜に用いられるSiO2、SiN、リンドープシリカ
ガラス（PSG）などの除去技術は、多層配線形成の際の
下層配線とのコンタクトホールを形成する上で特に重要
である。例えば、直接基板上に金属線を形成するレーザ
CVD技術と、絶縁膜の局所除去技術とを組み合わせれ
ば、LSIの開発時の配線設計ミスを出来上がったLSI上で
そのまま修正することが可能となり、LSIの開発期間を
大幅に短縮することが出来る。
最小パターンの微細化、廃棄物処理の容易さ等の面で利
点の多いドライプロセスが広く用いられている。この中
で、レーザプロセス技術は、レジストレスに基板上の特
定の箇所のみを加工することが可能で、従来法に比べ、
大幅に工程を低減できると期待されている。その中で、
LSIの絶縁膜に用いられるSiO2、SiN、リンドープシリカ
ガラス（PSG）などの除去技術は、多層配線形成の際の
下層配線とのコンタクトホールを形成する上で特に重要
である。例えば、直接基板上に金属線を形成するレーザ
CVD技術と、絶縁膜の局所除去技術とを組み合わせれ
ば、LSIの開発時の配線設計ミスを出来上がったLSI上で
そのまま修正することが可能となり、LSIの開発期間を
大幅に短縮することが出来る。
これまでに上記のような絶縁性の薄膜をレーザ光を除
去する方法として、強いパルスレーザ光を薄膜に吸収さ
せ、得られる高温状態で薄膜と化学反応を起こす気体を
用いてエッチング除去する方法が知られている。高速で
しかも微細な加工を実現した例として、光源にArFエキ
シマレーザ、エッチングガスに水素を用いて、SiO2膜を
エッチング除去したものが、1985年の「ジャーナル・オ
ブ・バキュームサイエンス・テクノロジー」（Journal
Of Vcuum Science Technology）誌のＢの第３巻１ペー
ジから８ページに、エーリッヒ等により報告されてい
る。この文献によれば、パルスレーザ光の吸収による過
渡的な温度上昇により、SiO2層の温度をその軟化点近く
にまで上昇させてエッチング反応を起こし、100A/パル
ス程度の高い除去速度を得たことが記述されている。こ
の時の最小加工サイズは、0.4μｍ程度と優れた値が得
られている。しかしながら、この方法には以下のような
欠点がある。絶縁膜は半導体や金属などに比べ反応性が
低いために、使用できる反応性の気体には、水素やフッ
ソなどの危険性の高い気体を用いなければならず、この
方法を用いた装置は、安全性を確保するために複雑な構
成となり、高価となる欠点がある。また、この方法によ
れば0.4μｍ程度の分解能は得られるものの、上記のと
エーリッヒ等の論文の図３に見られるように加工された
部分の側壁凹凸があちこちに見られ形状の制御性がよく
ないことが予測される。また、反応を起こすに必要な温
度が、900℃程度と、現在LSI配線に多用されているAl配
線の融点660℃に比べ著しく高く、下地にAl配線を用い
ている場合には配線部の損傷を避けられないと推測され
る。
去する方法として、強いパルスレーザ光を薄膜に吸収さ
せ、得られる高温状態で薄膜と化学反応を起こす気体を
用いてエッチング除去する方法が知られている。高速で
しかも微細な加工を実現した例として、光源にArFエキ
シマレーザ、エッチングガスに水素を用いて、SiO2膜を
エッチング除去したものが、1985年の「ジャーナル・オ
ブ・バキュームサイエンス・テクノロジー」（Journal
Of Vcuum Science Technology）誌のＢの第３巻１ペー
ジから８ページに、エーリッヒ等により報告されてい
る。この文献によれば、パルスレーザ光の吸収による過
渡的な温度上昇により、SiO2層の温度をその軟化点近く
にまで上昇させてエッチング反応を起こし、100A/パル
ス程度の高い除去速度を得たことが記述されている。こ
の時の最小加工サイズは、0.4μｍ程度と優れた値が得
られている。しかしながら、この方法には以下のような
欠点がある。絶縁膜は半導体や金属などに比べ反応性が
低いために、使用できる反応性の気体には、水素やフッ
ソなどの危険性の高い気体を用いなければならず、この
方法を用いた装置は、安全性を確保するために複雑な構
成となり、高価となる欠点がある。また、この方法によ
れば0.4μｍ程度の分解能は得られるものの、上記のと
エーリッヒ等の論文の図３に見られるように加工された
部分の側壁凹凸があちこちに見られ形状の制御性がよく
ないことが予測される。また、反応を起こすに必要な温
度が、900℃程度と、現在LSI配線に多用されているAl配
線の融点660℃に比べ著しく高く、下地にAl配線を用い
ている場合には配線部の損傷を避けられないと推測され
る。
（発明が解決しようとする問題点） 従来の薄膜除去方法では、以下のような問題点があっ
た。化学反応によりエッチング除去する方法では、化学
反応性の高い危険なガスを必要とし、また絶縁膜に吸収
のある波長域の光源が必要なことから高価なエキシマレ
ーザと紫外光学系を用いる事が避けられないことから、
装置が複雑で高価となる欠点がある。
た。化学反応によりエッチング除去する方法では、化学
反応性の高い危険なガスを必要とし、また絶縁膜に吸収
のある波長域の光源が必要なことから高価なエキシマレ
ーザと紫外光学系を用いる事が避けられないことから、
装置が複雑で高価となる欠点がある。
また、得られるプロセスの制御性も、１μｍ程度の微
細な加工を行うためには形状の制御性が不十分で、下地
配線層の損傷による断線の発生する欠点もある。
細な加工を行うためには形状の制御性が不十分で、下地
配線層の損傷による断線の発生する欠点もある。
（本発明の目的） 本発明の目的は、従来の薄膜除去方法で問題となった
このような問題点を解決した、安価で、且つ１μｍオー
ダの微細加工を高い再現性を持って実現でき、下地配線
の断線の恐れのない薄膜除去方法を提供することにあ
る。
このような問題点を解決した、安価で、且つ１μｍオー
ダの微細加工を高い再現性を持って実現でき、下地配線
の断線の恐れのない薄膜除去方法を提供することにあ
る。
（発明の構成） 本発明の薄膜除去方法は、配線上に設けた薄い絶縁膜
にパルスレーザ光を照射して穴を開ける薄膜除去方法に
おいて、該パルスレーザ光は該配線でのみ吸収が生じる
波長であり、該パルスレーザ光の照射パターンが該配線
の方向に細長い形状でかつレーザ光のビーム径の長軸方
向の長さは絶縁膜の厚さ以上であることを特徴とする。
にパルスレーザ光を照射して穴を開ける薄膜除去方法に
おいて、該パルスレーザ光は該配線でのみ吸収が生じる
波長であり、該パルスレーザ光の照射パターンが該配線
の方向に細長い形状でかつレーザ光のビーム径の長軸方
向の長さは絶縁膜の厚さ以上であることを特徴とする。
（本発明の作用・原理） 本発明の基本的なアイデアは、絶縁膜には吸収が無い
が、下地の配線層に吸収のあるパルスレーザ光を用いれ
ば、下地の配線層の吸収により、配線層の一部をガス化
し、生じた圧力により上部の絶縁膜を蒸散させる可能性
があるとの、新しい着想に基づいている。しかしなが
ら、このような方法により絶縁膜を介してコンタクトホ
ールを形成した報告例はなく、この方法により、下地の
配線層を断線させることなく絶縁膜を加工できるか否か
は従来、明らかでなかった。上記アイデアに基づいて、
下地の配線層の損傷を最小限に抑えながら、絶縁膜に再
現性をよくコンタクトホールを形成できる照射条件を、
通常のLSI上の絶縁膜を加工する場合について実験的に
検討した。その結果、加工したい絶縁膜の厚みと、照射
するレーザ光のビーム径と絶縁膜の加工が起こるしきい
照射強度の間に相関があり、絶縁膜が、照射ビーム径よ
りも厚くなると、急激に、しきい照射強度があがり、絶
縁膜にコンタクトホールを形成できる照射強度の下限の
強度でも、下地の配線が、ほぼ完全に蒸散し、断線が起
こることが判明した。この原因としては、配線の吸収に
より生じた圧力が、照射ビームが大きいほど、照射部か
ら周辺に拡散する割合が少なくなり、絶縁膜の表面まで
有効に作用するためではないかと思われる。この実験結
果から、照射するレーザのビーム径を加工したい絶縁膜
の深さよりも大きくとれば、配線の断線を起こす事なく
コンタクトホールを形成できることがわかった。しかし
ながら、照射ビーム径を円形のまま大きくすると、コン
タクトホールが形成したい配線の近くに別の配線がある
場合には両方の配線にコンタクトホールが形成される問
題点が生じた。この問題を解決するには下地の配線の長
さ方向に細長く整形して長軸方向の長さを絶縁膜の厚み
よりも長くして照射すればよい。こうすれば、隣接配線
が近くにある場合でも、隣接配線へのレーザ光の吸収に
よる不本意なコンタクトホールの形成を起こす事なく、
所要の配線上にのみ断線を起こす事なく再現性よく１μ
ｍ程度の微細なコンタクトホールを形成できることがわ
かった。
が、下地の配線層に吸収のあるパルスレーザ光を用いれ
ば、下地の配線層の吸収により、配線層の一部をガス化
し、生じた圧力により上部の絶縁膜を蒸散させる可能性
があるとの、新しい着想に基づいている。しかしなが
ら、このような方法により絶縁膜を介してコンタクトホ
ールを形成した報告例はなく、この方法により、下地の
配線層を断線させることなく絶縁膜を加工できるか否か
は従来、明らかでなかった。上記アイデアに基づいて、
下地の配線層の損傷を最小限に抑えながら、絶縁膜に再
現性をよくコンタクトホールを形成できる照射条件を、
通常のLSI上の絶縁膜を加工する場合について実験的に
検討した。その結果、加工したい絶縁膜の厚みと、照射
するレーザ光のビーム径と絶縁膜の加工が起こるしきい
照射強度の間に相関があり、絶縁膜が、照射ビーム径よ
りも厚くなると、急激に、しきい照射強度があがり、絶
縁膜にコンタクトホールを形成できる照射強度の下限の
強度でも、下地の配線が、ほぼ完全に蒸散し、断線が起
こることが判明した。この原因としては、配線の吸収に
より生じた圧力が、照射ビームが大きいほど、照射部か
ら周辺に拡散する割合が少なくなり、絶縁膜の表面まで
有効に作用するためではないかと思われる。この実験結
果から、照射するレーザのビーム径を加工したい絶縁膜
の深さよりも大きくとれば、配線の断線を起こす事なく
コンタクトホールを形成できることがわかった。しかし
ながら、照射ビーム径を円形のまま大きくすると、コン
タクトホールが形成したい配線の近くに別の配線がある
場合には両方の配線にコンタクトホールが形成される問
題点が生じた。この問題を解決するには下地の配線の長
さ方向に細長く整形して長軸方向の長さを絶縁膜の厚み
よりも長くして照射すればよい。こうすれば、隣接配線
が近くにある場合でも、隣接配線へのレーザ光の吸収に
よる不本意なコンタクトホールの形成を起こす事なく、
所要の配線上にのみ断線を起こす事なく再現性よく１μ
ｍ程度の微細なコンタクトホールを形成できることがわ
かった。
この方法によれば、従来の化学反応を用いる薄膜除去
方法に比べ、紫外レーザ及び紫外光学及び、危険なガス
系が不要で、装置構成が非常に簡単で安価にできるこ
と、加工再現性がよい等の利点がある。
方法に比べ、紫外レーザ及び紫外光学及び、危険なガス
系が不要で、装置構成が非常に簡単で安価にできるこ
と、加工再現性がよい等の利点がある。
（実施例） 以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。第１
図は、本願の発明の一実施例である薄膜除去方法であ
り、第２図は、本発明の方法で配線上の絶縁膜にコンタ
クトホールを形成したときの照射ビームの形状及び加工
形状を模式的に示す図である。第１図において、Nd:YAG
レーザの第２高調波光源から構成されるパルスレーザ光
源１からの出射光は、２枚のシリンドリカルレンズから
構成されるビーム形状変形器２で楕円形にパターンを変
換され、ミラー４で反射され、レンズ５で基板６上に集
光照射される構成になっている。基板６はＸ−Ｙステー
ジ７上に保持して、基板６上の加工すべき部分にレーザ
光を照射する構成になっている。ビーム形状変換器２を
回転させる回転ユニットは３は、基板６上の配線の長さ
方向にビームの長軸方向を合わせるために用いる。この
実施例は、現在通常用いられている２層Al配線構造のSi
LSI第１層配線へのコンタクトホール形成に適用した例
である。基板６の絶縁膜の構成は、最表層から順にSiN,
PSG,SiNから成り、厚みは2.5μｍである。下地のAl配線
の配線幅は1.3μｍ、厚みは0.6μｍ、隣接配線との間隔
は1.5μｍの場合に付き照射条件と加工形状、下地配線
の損傷の程度を比較検討した。なお照射レーザ光のパル
ス幅は8ns、パルス照射数は１ショットである。
図は、本願の発明の一実施例である薄膜除去方法であ
り、第２図は、本発明の方法で配線上の絶縁膜にコンタ
クトホールを形成したときの照射ビームの形状及び加工
形状を模式的に示す図である。第１図において、Nd:YAG
レーザの第２高調波光源から構成されるパルスレーザ光
源１からの出射光は、２枚のシリンドリカルレンズから
構成されるビーム形状変形器２で楕円形にパターンを変
換され、ミラー４で反射され、レンズ５で基板６上に集
光照射される構成になっている。基板６はＸ−Ｙステー
ジ７上に保持して、基板６上の加工すべき部分にレーザ
光を照射する構成になっている。ビーム形状変換器２を
回転させる回転ユニットは３は、基板６上の配線の長さ
方向にビームの長軸方向を合わせるために用いる。この
実施例は、現在通常用いられている２層Al配線構造のSi
LSI第１層配線へのコンタクトホール形成に適用した例
である。基板６の絶縁膜の構成は、最表層から順にSiN,
PSG,SiNから成り、厚みは2.5μｍである。下地のAl配線
の配線幅は1.3μｍ、厚みは0.6μｍ、隣接配線との間隔
は1.5μｍの場合に付き照射条件と加工形状、下地配線
の損傷の程度を比較検討した。なお照射レーザ光のパル
ス幅は8ns、パルス照射数は１ショットである。
最初に、照射レーザ光の形状を円形に保ったままで加
工した場合の実験結果を述べる。照射ビーム形が５μｍ
の場合、照射強度が60MW/cm2のときコンタクトホールの
形成が可能となり、照射強度が100MW/cm2以下であれば
下地のAl配線には断線が生じなかったが、この場合に
は、隣の配線にも加工が起こり、一本の配線のみに選択
的にコンタクトホールを形成することができなかった。
一方、隣接配線への加工を防ぐために、照射ビーム形を
２μｍ程度に細くすると、逆にAl配線の断線を起こす事
なくコンタクトホールを形成することはできなかった。
工した場合の実験結果を述べる。照射ビーム形が５μｍ
の場合、照射強度が60MW/cm2のときコンタクトホールの
形成が可能となり、照射強度が100MW/cm2以下であれば
下地のAl配線には断線が生じなかったが、この場合に
は、隣の配線にも加工が起こり、一本の配線のみに選択
的にコンタクトホールを形成することができなかった。
一方、隣接配線への加工を防ぐために、照射ビーム形を
２μｍ程度に細くすると、逆にAl配線の断線を起こす事
なくコンタクトホールを形成することはできなかった。
次にビーム形状変換器により、照射ビームの形状を長
軸側５μｍ、短軸側を２μｍとして、Al配線の方向に細
長いビーム形状にして照射したところ、照射強度が40MW
/cm2から、80MW/cm2の強度範囲で、下地のAl配線の断線
を起こす事なく再現性よく、コンタクトホールを形成す
ることが出来た。照射強度が60MW/cm2の時、加工形状
は、第２図に示すようにAl配線の開口部で１μｍ×２μ
ｍで、配線の長さ方向に細長い形状になった。この時、
パルス数は１ショットで、Al配線まで開口するので、絶
縁膜の表面から、徐々にエッチングする方法で必要な終
点検出は不要であった。
軸側５μｍ、短軸側を２μｍとして、Al配線の方向に細
長いビーム形状にして照射したところ、照射強度が40MW
/cm2から、80MW/cm2の強度範囲で、下地のAl配線の断線
を起こす事なく再現性よく、コンタクトホールを形成す
ることが出来た。照射強度が60MW/cm2の時、加工形状
は、第２図に示すようにAl配線の開口部で１μｍ×２μ
ｍで、配線の長さ方向に細長い形状になった。この時、
パルス数は１ショットで、Al配線まで開口するので、絶
縁膜の表面から、徐々にエッチングする方法で必要な終
点検出は不要であった。
以上の実施例においては、Si基板上にSiN/PSGからな
る絶縁膜とAl配線を形成した試料について、YAGレーザ
を用いた場合を説明したが、本発明の効果はこの組み合
せに限って得られるものではない。例えばＷ配線やSiO2
を用いても良いし、またレーザもエキシマやパルス変調
したアルゴンレーザなど各種パルスレーザを用いること
ができる。要は配線層にのみ吸収される波長のレーザ光
であればよい。
る絶縁膜とAl配線を形成した試料について、YAGレーザ
を用いた場合を説明したが、本発明の効果はこの組み合
せに限って得られるものではない。例えばＷ配線やSiO2
を用いても良いし、またレーザもエキシマやパルス変調
したアルゴンレーザなど各種パルスレーザを用いること
ができる。要は配線層にのみ吸収される波長のレーザ光
であればよい。
（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば、従来の配線上の
薄膜に穴を開けてコンタクトホールを形成する方法に比
べ、装置構成を著しく簡単にでき、装置を安価に構成で
きる。また１μｍオーダの高い空間的分解能で加工する
場合にも、従来方法に比べ高い再現性が得られ、終点検
出が不要になる利点がある。
薄膜に穴を開けてコンタクトホールを形成する方法に比
べ、装置構成を著しく簡単にでき、装置を安価に構成で
きる。また１μｍオーダの高い空間的分解能で加工する
場合にも、従来方法に比べ高い再現性が得られ、終点検
出が不要になる利点がある。
第１図は、本発明の実施例で用いた装置の概略図、第２
図は、実施例で照射したビームの形状を示す図である。 １…パルスレーザ光源、２…ビーム形状変換器、３…回
転ユニット、４…ミラー、５…レンズ、６…基板、７…
Ｘ−Ｙステージ、８…レーザ光、９…開口部、10…絶縁
膜、11…Al配線
図は、実施例で照射したビームの形状を示す図である。 １…パルスレーザ光源、２…ビーム形状変換器、３…回
転ユニット、４…ミラー、５…レンズ、６…基板、７…
Ｘ−Ｙステージ、８…レーザ光、９…開口部、10…絶縁
膜、11…Al配線
Claims (1)
- 【請求項１】配線上に設けた薄い絶縁膜にパルスレーザ
光を照射して穴を開ける薄膜除去方法において、該パル
スレーザ光は該配線でのみ吸収が生じる波長であり、該
パルスレーザ光の照射パターンが該配線の方向に細長い
形状でかつレーザ光のビーム径の長軸方向の長さは絶縁
膜の厚さ以上であることを特徴とする薄膜除去方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16149088A JP2513279B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 薄膜除去方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16149088A JP2513279B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 薄膜除去方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0210731A JPH0210731A (ja) | 1990-01-16 |
| JP2513279B2 true JP2513279B2 (ja) | 1996-07-03 |
Family
ID=15736065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16149088A Expired - Lifetime JP2513279B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 薄膜除去方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2513279B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5094019B2 (ja) * | 2005-01-21 | 2012-12-12 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
| JP5042133B2 (ja) * | 2008-06-13 | 2012-10-03 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
-
1988
- 1988-06-28 JP JP16149088A patent/JP2513279B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 電気・情報関連学会連合大会講演論文集Ｖｏｌ．１９８７Ｎｏ．Ｐｔ３ＰＡＧＥ３．５１−３．５４ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0210731A (ja) | 1990-01-16 |
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