JP2708018B2 - Contact hole formation method - Google Patents

Contact hole formation method

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JP2708018B2
JP2708018B2 JP15896095A JP15896095A JP2708018B2 JP 2708018 B2 JP2708018 B2 JP 2708018B2 JP 15896095 A JP15896095 A JP 15896095A JP 15896095 A JP15896095 A JP 15896095A JP 2708018 B2 JP2708018 B2 JP 2708018B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、コンタクトホール形成
方法に関し、特に、金属層と該金属層を覆う絶縁層を備
えた半導体装置の製造工程中に、該金属層に達するコン
タクトホールを該絶縁層に形成するコンタクトホール形
成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a contact hole, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device having a metal layer and an insulating layer covering the metal layer. The present invention relates to a method for forming a contact hole formed in a layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路装置は、半導体基板上に
形成されたトランジスタ等の回路素子を電気的に接続す
るための金属層からなる配線を有している。
2. Description of the Related Art A semiconductor integrated circuit device has a wiring formed of a metal layer for electrically connecting circuit elements such as transistors formed on a semiconductor substrate.

【0003】半導体基板上に集積される回路素子の数が
増加するに伴い、回路素子の寸法、及び回路素子間の距
離は、益々縮小してきている。このような、高密度に形
成された回路素子を接続するために、多層配線構造を有
する半導体装置が開発されている。
[0003] As the number of circuit elements integrated on a semiconductor substrate increases, the dimensions of the circuit elements and the distance between the circuit elements have been increasingly reduced. In order to connect such high-density circuit elements, semiconductor devices having a multilayer wiring structure have been developed.

【0004】図5は、2層配線構造を有する半導体装置
の断面の一部を示している。本半導体装置は、シリコン
基板30と、シリコン基板30の表面の所定領域に形成され
た素子分離酸化膜31と、シリコン基板30の素子分離酸化
膜31が形成されていない領域(素子領域)に形成された
MOSFET36a及び36bと、MOSFET36a及び36bを覆う第1
の絶縁層32と、複数のMOSFET36a及び36bを互いに電気
的に接続するための第1層目金属層33と、第1層目金属
層33を覆う第2の絶縁層34と、第2の絶縁層34上に形成
された第2層目金属層34を有している。
FIG . 5 shows a part of a cross section of a semiconductor device having a two-layer wiring structure. The present semiconductor device is formed in a silicon substrate 30, a device isolation oxide film 31 formed in a predetermined region on the surface of the silicon substrate 30, and a region (device region) where the device isolation oxide film 31 is not formed in the silicon substrate 30. Was done
MOSFETs 36a and 36b and a first covering MOSFETs 36a and 36b
An insulating layer 32, a first metal layer 33 for electrically connecting the plurality of MOSFETs 36a and 36b to each other, a second insulating layer 34 covering the first metal layer 33, and a second insulating layer. It has a second metal layer 34 formed on the layer 34.

【0005】MOSFET36a及び36bは、シリコン基板30の
素子領域の所定部分に形成された不純物拡散層(ソース
/ドレインとして機能する)38と、素子領域上に形成さ
れたゲート酸化膜39と、ゲート酸化膜39上に形成された
ゲート電極41とを有している。
The MOSFETs 36a and 36b include an impurity diffusion layer (functioning as a source / drain) 38 formed in a predetermined portion of an element region of the silicon substrate 30, a gate oxide film 39 formed on the element region, and a gate oxide film 39. And a gate electrode 41 formed on the film 39.

【0006】第1及び第2の絶縁層32及び34は、層間絶
縁膜とも呼ばれ、MOSFET36a及び36bのゲート電極41、
第1層目金属層33及び第2層目金属層35等を互いに電気
的に分離する。
[0006] The first and second insulating layers 32 and 34 are also called interlayer insulating films, and include gate electrodes 41, 36 of the MOSFETs 36a and 36b.
The first metal layer 33 and the second metal layer 35 are electrically separated from each other.

【0007】第1層目金属層33と第2層目金属層35と
は、第1層目金属層33を覆う第2絶縁層34の所定部分に
形成されたコンタクトホール40を介して、コンタクトし
ている。
The first metal layer 33 and the second metal layer 35 are in contact with each other through a contact hole 40 formed in a predetermined portion of the second insulating layer 34 covering the first metal layer 33. doing.

【0008】第2絶縁層34にコンタクトホール40を形成
する従来技術の方法は、以下の通りである。
A conventional method for forming a contact hole 40 in the second insulating layer 34 is as follows.

【0009】まず、第2絶縁層34が、第1層目金属層33
を覆うようにして、シリコン基板30上に堆積される。堆
積方法としては、CVD法が用いられる。エッチングマ
スクとして機能するフォトレジスト(不図示)が第2絶
縁層34上に堆積され、その後、絶縁層34に於いてコンタ
クトホール40が形成されるべき領域(コンタクトホール
領域)上のフォトレジストが、通常のフォトリソグラフ
ィ法により除去される。この後、エッチングガスを用い
て、第2絶縁層34のコンタクトホール領域がエッチング
される。このとき、第2絶縁層34のうちフォトレジスト
に覆われている部分は、フォトレジストの存在により、
エッチングガスとの接触が起こらないので、エッチング
されない。
First, the second insulating layer 34 is formed of a first metal layer 33.
Is deposited on the silicon substrate 30 so as to cover the substrate. As a deposition method, a CVD method is used. A photoresist (not shown) functioning as an etching mask is deposited on the second insulating layer 34, and thereafter, a photoresist on a region (contact hole region) where the contact hole 40 is to be formed in the insulating layer 34 is formed. It is removed by a normal photolithography method. Thereafter, the contact hole region of the second insulating layer 34 is etched using an etching gas. At this time, the portion of the second insulating layer 34 that is covered with the photoresist is caused by the presence of the photoresist.
Since there is no contact with the etching gas, no etching is performed.

【0010】エッチング工程について、さらに詳しく説
明する。エッチング工程に用いられるエッチングガス
は、エッチングされるべき絶縁層34の材料に応じて、選
択される。例えば、絶縁層34が二酸化珪素からなる場
合、エッチングガスとしては、CHF3、C2F6、O2及びHe等
を含有する混合ガスが選択される。
The etching step will be described in more detail. The etching gas used in the etching step is selected according to the material of the insulating layer 34 to be etched. For example, when the insulating layer 34 is made of silicon dioxide, a mixed gas containing CHF 3 , C 2 F 6 , O 2, He, and the like is selected as the etching gas.

【0011】エッチングは、RIE装置等のエッチング
装置内で行われる。異方性の高いエッチングを行う場
合、エッチング装置内に導入されたエッチングガスは、
エッチング装置内の電極間での放電によりイオン化さ
れ、プラズマ状態となる。
The etching is performed in an etching apparatus such as an RIE apparatus. When performing highly anisotropic etching, the etching gas introduced into the etching apparatus is:
It is ionized by the discharge between the electrodes in the etching apparatus, and becomes a plasma state.

【0012】図6は、エッチングにより、第2絶縁層34
にコンタクトホール40が形成される様子を模式的に示し
ている。
FIG . 6 shows that the second insulating layer 34 is formed by etching .
1 schematically shows a state in which a contact hole 40 is formed.

【0013】少なくとも一部がイオン化されたプラズマ
状態のエッチングガスから、シリコン基板30に向かって
イオンが加速され、シリコン基板30上のフォトレジスト
37及び第2絶縁層34にイオンが入射する。このイオンの
加速は、プラズマ中に於いてシリコン基板30の表面近傍
の部分に形成されるシース電場により生じる。
Ions are accelerated toward the silicon substrate 30 from an etching gas in a plasma state which is at least partially ionized, and the photoresist on the silicon substrate 30 is exposed.
Ions are incident on 37 and the second insulating layer 34. The acceleration of the ions is caused by a sheath electric field formed in a portion near the surface of the silicon substrate 30 in the plasma.

【0014】第2絶縁層34のコンタクトホール領域は、
これらのイオンのアシストにより、効率的にエッチング
される。エッチングの進行に伴い、コンタクトホール40
及びフォトレジスト37の側壁部には、炭素を含むポリマ
ー状の膜が堆積される。この膜(堆積物38)の存在によ
り、コンタクトホール40の側壁部の第2絶縁層34のエッ
チングは阻止される。こうして、第2絶縁層34のエッチ
ングは、シリコン基板30の主面に対して垂直方向に進行
し、アスペクト比の高いコンタクトホール40の形成が可
能となる。第2絶縁層34がTEOS層である場合、TE
OS層が炭素を多く含有するため、厚い堆積物38が形成
される。
The contact hole region of the second insulating layer 34 is
With the assistance of these ions, etching is performed efficiently. As etching progresses, contact hole 40
A polymer film containing carbon is deposited on the side wall of the photoresist 37. Due to the presence of this film (deposit 38), the etching of the second insulating layer 34 on the side wall of the contact hole 40 is prevented. Thus, the etching of the second insulating layer 34 proceeds in the direction perpendicular to the main surface of the silicon substrate 30, and the formation of the contact hole 40 having a high aspect ratio becomes possible. When the second insulating layer 34 is a TEOS layer, TE
Since the OS layer contains a large amount of carbon, a thick deposit 38 is formed.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
コンタクトホール形成方法は、エッチングの進行により
第1層目金属層33の表面がコンタクトホール40を介して
露出した後、第1層目金属層33の表面がプラズマ中のイ
オンによりスパッタされてしまうという問題を有してい
る。この第1層目金属層33の表面からスパッタされた金
属又は金属化合物は、コンタクトホール40の近傍のフォ
トレジスト37又はコンタクトホール40の側壁部に形成さ
れた堆積物38に、打ち込まれる。金属又は金属化合物が
打ち込まれたフォトレジスト37又は堆積物38の表面は、
硬化する。表面が硬化したフォトレジスト37又は堆積物
38は、除去することが困難である。従って、コンタクト
ホール形成工程の後に、フォトレジスト37をO2プラズマ
を用いて除去する工程や、シリコン基板30の洗浄工程等
を経た後も、硬化したフォトレジスト37又は堆積物38
は、コンタクトホール40の近傍に残されたままとなる。
However, in the above-described method for forming a contact hole, the first metal layer 33 is exposed after the surface of the first metal layer 33 is exposed through the contact hole 40 as the etching proceeds. Has a problem that the surface is sputtered by ions in the plasma. The metal or metal compound sputtered from the surface of the first metal layer 33 is implanted into the photoresist 37 near the contact hole 40 or the deposit 38 formed on the side wall of the contact hole 40. The surface of the photoresist 37 or the deposit 38 into which the metal or the metal compound is implanted,
To cure. Hardened photoresist 37 or deposit
38 is difficult to remove. Therefore, after the contact hole forming step, the photoresist 37 is removed using O 2 plasma, or after the silicon substrate 30 is cleaned, the cured photoresist 37 or the deposit 38 is not removed.
Remains in the vicinity of the contact hole 40.

【0016】図4は、コンタクトホール40の近傍に残さ
れた堆積物38を示している。この図は、走査型電子顕微
鏡写真に基づいて描かれた斜視図である。
FIG . 4 shows the deposit 38 left near the contact hole 40. This figure is a perspective view drawn based on a scanning electron micrograph.

【0017】図4のコンタクトホール40は、A1からなる
第1層目配線層33を覆うTEOS層からなる第2絶縁層
34に形成されたコンタクトホールである。TEOS層か
らなる第2絶縁層34のエッチングは、CHF3、O2及びHeの
混合されたエッチングガスを用いドライエッチング法に
より行われた。CHF2、O2及びHeの流量比は、それぞれ、
90sccm、10sccm及び100sccmである。
The contact hole 40 shown in FIG . 4 is a second insulating layer made of a TEOS layer covering the first wiring layer 33 made of A1.
This is a contact hole formed at 34. The etching of the second insulating layer 34 made of a TEOS layer was performed by a dry etching method using an etching gas in which CHF 3 , O 2 and He were mixed. The flow ratios of CHF 2 , O 2 and He are respectively
90 sccm, 10 sccm and 100 sccm.

【0018】エッチング装置は、通常のRIE(リアク
ティブイオンエッチング)装置が用いられた。エッチン
グは、エッチングの対象である第2絶縁層34の厚さの1.
5倍の厚さの絶縁層をエッチングできるだけの時間をも
って行われた。このようなエッチングは、50%オーバエ
ッチングと称される。
An ordinary RIE (reactive ion etching) apparatus was used as the etching apparatus. The etching is performed by setting the thickness of the second insulating layer 34 to be etched to 1.
The etching was performed with sufficient time to etch the insulating layer having a thickness of 5 times. Such etching is called 50% over-etching.

【0019】図4に示されるように、コンタクトホール
40の内部及び周辺部には、硬化した堆積物38が残存して
いる。このような堆積物38は、コンタクトホール40を介
して行われるべき第2層目配線層35と第1層目配線層33
の接続状態を劣化させる。これは、第2層目配線層35の
断線又は第2層目配線層35同士の短絡などによるコンタ
クト不良を招き、ひいては半導体装置の製造歩留りを低
下させ、半導体装置の信頼性を劣化させる。
As shown in FIG .
A hardened deposit 38 remains inside and around 40. Such deposits 38 form the second wiring layer 35 and the first wiring layer 33 to be formed through the contact holes 40.
Degrades the connection state. This causes a contact failure due to disconnection of the second wiring layer 35 or a short circuit between the second wiring layers 35, thereby lowering the manufacturing yield of the semiconductor device and deteriorating the reliability of the semiconductor device.

【0020】本発明の目的は、コンタクトホール形成の
ためのエッチング工程により形成された堆積物が、その
工程後、容易に除去されるコンタクトホール形成方法を
提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a method for forming a contact hole in which a deposit formed by an etching step for forming a contact hole is easily removed after the step.

【0021】本発明の他の目的は、配線の断線及び短絡
が生じにくく、信頼性に優れたコンタクトが実現される
コンタクトホールを形成できるコンタクトホール形成方
法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a contact hole forming method capable of forming a contact hole in which a disconnection and a short circuit of a wiring hardly occur and a contact excellent in reliability is realized.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板、
該半導体基板上に形成された金属層、及び該金属層を覆
う絶縁層を備えた半導体装置の製造工程中に、該金属層
に達するコンタクトホールを該絶縁層に形成するコンタ
クトホール形成方法であって、窒素原子を含むガスが添
加されたエッチングガスを用いて該絶縁層の所定部分を
エッチングすることにより該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であり、特に、前記窒素原
子を含むガスの量を、前記エッチングガスの内、希釈ガ
スを除いた部分の量の約4.5%以上とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a semiconductor substrate,
A contact hole forming method for forming a contact hole reaching the metal layer in the insulating layer during a manufacturing process of a semiconductor device including the metal layer formed on the semiconductor substrate and the insulating layer covering the metal layer. A contact hole forming method by etching a predetermined portion of the insulating layer using an etching gas to which a gas containing a nitrogen atom is added. Is about 4.5% or more of the amount of the etching gas excluding the diluent gas.

【0023】また、前記エッチングガスの少なくとも一
部をイオン化し、イオン化された該エッチングガスを用
いて前記絶縁層の前記所定部分をエッチングしてもよ
い。
Further, at least a part of the etching gas may be ionized, and the predetermined portion of the insulating layer may be etched using the ionized etching gas.

【0024】また、前記絶縁層をエッチングするとき、
少なくとも前記金属層の表面が露出した後に於いては、
前記イオン化されたエッチングガスのイオンエネルギ
を、約250eV以下としてもよい。
When the insulating layer is etched,
At least after the surface of the metal layer is exposed,
The ion energy of the ionized etching gas may be about 250 eV or less.

【0025】また、高圧ナローギャップ方式のRIE装
置、プラズマエッチング装置、ECRエッチング装置か
らなる群から選ばれた装置内で、前記エッチングガスの
イオン化、及び前記絶縁層のエッチングを行ってもよ
い。
The ionization of the etching gas and the etching of the insulating layer may be performed in an apparatus selected from the group consisting of a high pressure narrow gap type RIE apparatus, a plasma etching apparatus, and an ECR etching apparatus.

【0026】また、前記絶縁層をエッチングするとき、
前記金属層が露出するまでは窒素原子を含むガスが添加
されていないエッチングガスを用いて該絶縁層を用い、
該金属層の表面が露出した後に於いては、前記窒素原子
を含むガスを含有するエッチングガスを用いてもよい。
When the insulating layer is etched,
Until the metal layer is exposed, using the insulating layer using an etching gas to which a gas containing a nitrogen atom is not added,
After the surface of the metal layer is exposed, an etching gas containing the gas containing a nitrogen atom may be used.

【0027】[0027]

【作用】本発明は上述の構成により、コンタクトホール
底部の金属表面を窒化しながらイオンでたたくことにな
る。窒化された金属表面は窒化しない場合に比べてイオ
ンに対するスパッタ率が減少し、レジスト側壁及び層間
絶縁層の側壁に形成された堆積物はほとんど硬化されな
い。そのため、これらの堆積物はO2プラズマや洗浄工程
により容易に除去され、コンタクトホール部の金属配線
の信頼性を大幅に向上させることができる。また、イオ
ンエネルギを低下させると金属のスパッタ率を低減させ
ることが可能であり、堆積物の硬化を防ぐことに役立
つ。
According to the present invention, the above structure allows the metal surface at the bottom of the contact hole to be hit with ions while nitriding. The nitrided metal surface has a lower sputtering rate for ions than when not nitrided, and the deposits formed on the resist sidewalls and the sidewalls of the interlayer insulating layer are hardly hardened. Therefore, these deposits are easily removed by O 2 plasma or a cleaning step, and the reliability of the metal wiring in the contact hole can be greatly improved. Further, when the ion energy is reduced, the sputtering rate of the metal can be reduced, which helps to prevent the hardened deposit.

【0028】[0028]

【実施例】図1を参照して、本実施例のコンタクトホー
ル形成方法を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for forming a contact hole according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

【0029】まず、シリコン基板1上に第1絶縁層2が
形成された後、第1絶縁層2上に金属層3が形成され
た。この後、金属層3を覆うように第2絶縁層4が第1
絶縁層2上に形成された。本実施例では、金属層3の材
料は、2%のSiを含有するA1合金である。金属層3の材
料としては、この他に、A1を主成分とする他の合金、純
A1、及び高融点金属等が用いられ得る。金属層3は、ス
パッタによりA1合金がウェハ上一面に堆積された後、リ
ソグラフィ技術により所望の配線形状にパターニングさ
れることにより、形成された。絶縁層4の材料は、TE
OS層である。絶縁層4は、TEOSを堆積ガスとして
用いたCVD法により形成された。
First, after the first insulating layer 2 was formed on the silicon substrate 1, the metal layer 3 was formed on the first insulating layer 2. After that, the second insulating layer 4 covers the first layer so as to cover the metal layer 3.
It was formed on the insulating layer 2. In this embodiment, the material of the metal layer 3 is an Al alloy containing 2% of Si. Other materials for the metal layer 3 include other alloys mainly composed of A1 and pure alloys.
A1, and a high melting point metal or the like can be used. The metal layer 3 was formed by depositing an A1 alloy over the entire surface of the wafer by sputtering and then patterning the alloy into a desired wiring shape by lithography. The material of the insulating layer 4 is TE
OS layer. The insulating layer 4 was formed by a CVD method using TEOS as a deposition gas.

【0030】以下の説明に於いて、シリコン基板1と、
シリコン基板1上に形成された金属層3及び絶縁層2及
び4等の全ての物を総称して、ウェハと称することとす
る。
In the following description, a silicon substrate 1
All objects such as the metal layer 3 and the insulating layers 2 and 4 formed on the silicon substrate 1 are collectively referred to as a wafer.

【0031】次に、コンタクトホール形成のためのエッ
チングに対してマスクとして機能するフォトレジスト7
が、絶縁層4上に形成された。フォトレジスト7は、露
光及び現像により、所定のパターンにパターニングさ
れ、絶縁層2のコンタクトホール領域を定める開口部を
有するエッチングマスクが形成された。
Next, a photoresist 7 functioning as a mask for etching for forming a contact hole.
Was formed on the insulating layer 4. The photoresist 7 was patterned into a predetermined pattern by exposure and development, and an etching mask having an opening defining a contact hole region of the insulating layer 2 was formed.

【0032】ウェハがRIE装置内に導入された後、装
置のエッチング室内にエッチングガスが導入された。エ
ッチングガスとしては、CHF3、O2及びHeを含有する混合
ガスにN2が添加されたエッチングガスが用いられた。CH
F3、O2及びHeの流量は、各々、90sccm、10sccm及び100s
ccmである。本実施例では、N2の流量は、5sccmであ
る。Heは希釈ガスである。
After the wafer was introduced into the RIE apparatus, an etching gas was introduced into the etching chamber of the apparatus. As an etching gas, an etching gas obtained by adding N 2 to a mixed gas containing CHF 3 , O 2 and He was used. CH
The flow rates of F 3 , O 2 and He were 90 sccm, 10 sccm and 100 s, respectively.
ccm. In the present embodiment, the flow rate of N 2 is 5 sccm. He is a diluent gas.

【0033】RIE装置内の電極間にRF電圧を印加す
ることにより、装置内のエッチングガスは放電し、エッ
チングガスの一部がイオン化された。RFパワーは、30
0Wとした。放電により一部がイオン化されたエッチング
ガスは、プラズマ状態となった。プラズマ状態のエッチ
ングガスは、RIE装置内に導入されたウェハと接触
し、ウェハ上の絶縁層4の内フォトレジスト7に覆われ
ていない部分を、高い異方性をもってエッチングした。
By applying an RF voltage between the electrodes in the RIE device, the etching gas in the device was discharged and a part of the etching gas was ionized. RF power is 30
It was set to 0W. The etching gas partially ionized by the discharge was in a plasma state. The etching gas in the plasma state came into contact with the wafer introduced into the RIE apparatus, and etched a portion of the insulating layer 4 on the wafer that was not covered with the photoresist 7 with high anisotropy.

【0034】エッチングは、50%オーバエッチングの条
件で行われた。このため、コンタクトホールの底部に於
いて金属層3の表面が露出した後も、しばらくの間、ウ
ェハとプラズマ状態のエッチングガスとの接触が維持さ
れた。より具体的には、この間、コンタクトホールを介
して、金属層3とプラズマとの相互作用が行われた。本
実施例で用いたエッチングガスにはN2が添加されている
ため、上記接触(相互作用)により金属層3の表面3a
は窒化された。この窒化は、エッチングガス中に窒素原
子を含むガスが添加されていれば、生じる。従って、窒
素原子を含むガスとして、N2の代わりに、例えばNH4
びNF3等が用いられても、金属層3の表面3aは窒化さ
れる。
The etching was performed under the condition of 50% over-etching. Therefore, even after the surface of the metal layer 3 was exposed at the bottom of the contact hole, the contact between the wafer and the etching gas in the plasma state was maintained for a while. More specifically, during this time, the interaction between the metal layer 3 and the plasma was performed via the contact hole. Since N 2 is added to the etching gas used in this embodiment, the contact (interaction) causes the surface 3 a
Was nitrided. This nitriding occurs when a gas containing nitrogen atoms is added to the etching gas. Therefore, even if NH 4 and NF 3 are used instead of N 2 as a gas containing nitrogen atoms, the surface 3 a of the metal layer 3 is nitrided.

【0035】窒化された金属層3の表面3aはスパッタ
されにくい。従って、窒化された金属層3の表面3aに
対して、プラズマ状態のエッチングガスからイオンが衝
突しても、金属層3は、ほとんどスパッタされない。従
って、コンタクトホールの側面部の堆積物8に対して、
金属層3を構成する金属又はその金属の化合物が打ち込
まれることが抑制された。このため、堆積物は、ほとん
ど硬化されず、後述するように、エッチング工程後の洗
浄などにより容易に除去されることになった。
The surface 3a of the nitrided metal layer 3 is hardly sputtered. Therefore, even if ions are bombarded from the etching gas in the plasma state on the surface 3a of the nitrided metal layer 3, the metal layer 3 is hardly sputtered. Therefore, for the deposit 8 on the side surface of the contact hole,
The implantation of the metal constituting the metal layer 3 or the compound of the metal was suppressed. For this reason, the deposit is hardly hardened and, as described later, is easily removed by washing after the etching step.

【0036】上記エッチング工程後に、O2プラズマによ
るレジスト除去工程とウェハの洗浄が行われた。洗浄
は、硝酸により5分間行われ、さらに、純水により10
分間行われた。
After the above etching step, a resist removing step using O 2 plasma and a wafer cleaning were performed. Washing is performed for 5 minutes with nitric acid, and further for 10 minutes with pure water.
Made for a minute.

【0037】図2は、上記洗浄後のウェハの表面を示し
ている。レジスト除去工程及び洗浄により、フォトレジ
スト7は除去され、第2絶縁層4が露出している。コン
タクトホールの側面部の堆積物8も、ほとんど残存して
いない。わずかに残存している堆積物8は、もう一度、
上記洗浄を繰り返すことにより完全に除去された。
FIG . 2 shows the surface of the wafer after the above-mentioned cleaning. The photoresist 7 is removed by the resist removing step and the cleaning, and the second insulating layer 4 is exposed. The deposit 8 on the side surface of the contact hole hardly remains. The slightly remaining sediment 8, once again,
It was completely removed by repeating the above washing.

【0038】このように、上記洗浄を繰り返せば、硬化
の程度の低い残存堆積物8は、完全に除去され得る。し
かし、洗浄の時間又は回数が増加する程、金属層3の腐
食が生じやすくなることがわかっている。金属層3の腐
食は、半導体装置の製造歩留り低下、及び信頼性の劣化
を招くので、洗浄の時間又は回数を増加することなく、
堆積物8は完全に除去されることが好ましい。
As described above, by repeating the above-described cleaning, the residual deposit 8 having a low degree of hardening can be completely removed. However, it has been found that as the cleaning time or frequency increases, corrosion of the metal layer 3 is more likely to occur. Corrosion of the metal layer 3 causes a reduction in the manufacturing yield of the semiconductor device and a reduction in reliability.
Preferably, the deposit 8 is completely removed.

【0039】図3は、N2の量をさらに増加したエッチン
グガスを用いた本発明の第2の実施例により形成したコ
ンタクトホールを示している。これらのコンタクトホー
ルは、N2の流量が10sccmである点を除いて、前述のコン
タクトホール形成方法と同様の方法で形成されたもので
ある。O2プラズマによるレジスト除去工程の後にウェハ
洗浄が行われた。
FIG . 3 shows a contact hole formed according to a second embodiment of the present invention using an etching gas in which the amount of N 2 is further increased. These contact holes are formed by the same method as the above-described contact hole forming method except that the flow rate of N 2 is 10 sccm. Wafer cleaning was performed after the resist removal step using O 2 plasma.

【0040】洗浄は、硝酸により5分間行われ、さら
に、純水により10分間行われた。この洗浄を1回行う
だけで、図3に示されるように、堆積物8は完全に除去
された。
The cleaning was performed with nitric acid for 5 minutes, and further with pure water for 10 minutes. By performing this cleaning only once, the deposit 8 was completely removed as shown in FIG .

【0041】実験によれば、窒素原子を含むガスの量が
エッチングガスのうち希釈ガスを除いた部分の量の4.5
%以上であるならば、堆積物8は容易に除去された。窒
素原子を含むガスの量が、エッチングガスのうち希釈ガ
スを除いた部分の量の約4.5%以下であると、金属層3
の表面3aの窒化が充分に行われないので、金属層3の
スパッタを充分に防止することができない。従って、窒
素原子を含むガスの量は、エッチングガスのうち希釈ガ
スを除いた部分の量の約4.5%以上であることが好まし
い。
According to the experiment, the amount of the gas containing nitrogen atoms was 4.5 times the amount of the etching gas excluding the diluent gas.
%, The deposit 8 was easily removed. If the amount of the gas containing nitrogen atoms is about 4.5% or less of the amount of the etching gas excluding the diluent gas, the metal layer 3
Since the surface 3a of the metal layer 3 is not sufficiently nitrided, the sputtering of the metal layer 3 cannot be sufficiently prevented. Therefore, the amount of the gas containing nitrogen atoms is preferably about 4.5% or more of the amount of the etching gas excluding the diluent gas.

【0042】窒素分子は大気中に多量に含まれるため、
窒素が添加されていないエッチングガスが、微量の窒素
を不純物として不可避的に含有していることがあるかも
しれない。しかし、このようなエッチングガスは、窒素
原子を含むガスが添加されたエッチングガスではない。
このようなエッチングガスを用いても、金属層3のスパ
ッタを抑制しうる程に、金属層3の表面3aを窒化する
ことはない。
Since a large amount of nitrogen molecules is contained in the atmosphere,
An etching gas to which nitrogen has not been added may inevitably contain a trace amount of nitrogen as an impurity. However, such an etching gas is not an etching gas to which a gas containing a nitrogen atom is added.
Even if such an etching gas is used, the surface 3a of the metal layer 3 is not nitrided to such an extent that the sputtering of the metal layer 3 can be suppressed.

【0043】上述のように、本実施例のコンタクトホー
ル形成方法によれば、エッチング中に金属層3の表面3
aが窒化されることにより、イオンにより金属層3がス
パッタされる割合(スパッタ率)が低下する。金属層3
のスパッタ率を更に低下させると、堆積物8の硬化は一
層抑制される。スパッタ率を低下させるためには、エッ
チング時の放電のためのRFパワーを低減し、金属層3
に衝突するイオンのエネルギを低下すればよい。スパッ
タ率は、入射イオンのエネルギに強く依存するからであ
る。
As described above, according to the contact hole forming method of this embodiment, the surface 3
By nitriding a, the ratio (sputtering rate) at which the metal layer 3 is sputtered by ions decreases. Metal layer 3
Is further suppressed, the hardening of the deposit 8 is further suppressed. In order to reduce the sputtering rate, the RF power for discharge during etching is reduced, and the metal layer 3
The energy of the ions that collide with the surface may be reduced. This is because the sputtering rate strongly depends on the energy of the incident ions.

【0044】実験によれば、RFパワーを増加すること
により、プラズマ状態のエッチングガスからウェハに入
射するイオンのエネルギを約250eV以上に増加させる
と、洗浄後も残存する堆積物が増加した。従って、イオ
ンエネルギが約250eV以下となる条件でエッチングを行
うことが好ましい。
According to the experiment, when the energy of ions incident on the wafer from the etching gas in the plasma state was increased to about 250 eV or more by increasing the RF power, the amount of deposits remaining after the cleaning increased. Therefore, it is preferable to perform the etching under the condition that the ion energy is about 250 eV or less.

【0045】図7は、コンタクトチェーンの信頼性につ
いての実験結果を示している。図7に於いて、Aで示さ
れるデータ群は、CHF3(流量90sccm)及びO2(流量10sc
cm)を含有するエッチングガスを用いて形成されたコン
タクトホールを介して接続されたコンタクトチェーンの
信頼性を表している。一方、Bで示されるデータ群は、
CHF3(流量90sccm)及びO2(流量10sccm)を含有する混
合ガスにN2(流量10sccm)が添加されたエッチングガス
を用いて形成されたコンタクトホールを介して接続され
たコンタクトチェーンの信頼性を示している。金属層の
材料は、2%のSiを含んだA1である。
FIG . 7 shows an experimental result on the reliability of the contact chain. In FIG. 7 , the data group indicated by A is CHF 3 (flow rate 90 sccm) and O 2 (flow rate 10 sccm).
cm) represents the reliability of a contact chain connected via a contact hole formed using an etching gas containing (cm). On the other hand, the data group indicated by B is
Reliability of contact chains connected via contact holes formed by using an etching gas in which N 2 (flow rate 10 sccm) is added to a mixed gas containing CHF 3 (flow rate 90 sccm) and O 2 (flow rate 10 sccm) Is shown. The material of the metal layer is A1 containing 2% of Si.

【0046】何れのコンタクトホールも、高圧ナローギ
ャップ方式のRIE装置を用いてエッチングされること
により、形成された。また、何れのエッチングも、RF
パワー350W、エッチングガス圧力150Pa、50%オーバエ
ッチの条件で行われた。コンタクトホール形成後の洗浄
は、何れのコンタクトホールについても、硝酸により5
分間行われ、さらに、純水により10分間行われた。
Each contact hole was formed by etching using a high pressure narrow gap type RIE apparatus. In addition, any etching is RF
The etching was performed under the conditions of a power of 350 W, an etching gas pressure of 150 Pa, and a 50% overetch. Cleaning after forming the contact holes is performed using nitric acid for each contact hole.
For 10 minutes and then for 10 minutes with pure water.

【0047】コンタクトチェーンのコンタクトホールの
直径は1.2μm、その数は500コンタクトホールである。
実験は、電流28.8mA、温度150℃の条件下で行われた。
The diameter of the contact hole of the contact chain is 1.2 μm, and the number is 500 contact holes.
The experiment was performed under the conditions of a current of 28.8 mA and a temperature of 150 ° C.

【0048】図7のAで示されるデータ群から、N2が添
加されていないエッチングガスを用いて形成されたコン
タクトホールを有するコンタクトチェーンの平均故障時
間は0.3年であることがわかる。一方、Bで示されるデ
ータ群から、N2が添加されたエッチングガスを用いて形
成されたコンタクトホールを有するコンタクトチェーン
の平均故障時間は1.8年であることがわかった。
From the data group shown in FIG . 7A , it can be seen that the average failure time of a contact chain having a contact hole formed using an etching gas to which N 2 is not added is 0.3 years. On the other hand, from the data group indicated by B, it was found that the average failure time of the contact chain having the contact hole formed using the etching gas to which N 2 was added was 1.8 years.

【0049】このように、N2が添加されたエッチングガ
スを用いて作成されたコンタクトホールを有するコンタ
クトチェーンは、高い信頼性を呈した。
As described above, the contact chain having the contact hole formed by using the etching gas to which N 2 was added exhibited high reliability.

【0050】前述の何れの実施例に於いても、第2絶縁
層4のエッチングの開始時点から、既にN2が添加された
エッチングガスを用いてエッチングを行った。しかし、
このような方法以外に、金属層3が露出するまでは窒素
原子を含むガスが添加されていない通常のエッチングガ
スを用いてエッチングを行い、その後、金属層3の表面
が露出した後に於いて、そのエッチングガスに窒素原子
を含むガスを添加してエッチングを行っても良い。金属
層3の窒化は、金属層3の表面3aがコンタクトホール
の底部に於いて露出した後に、始めて可能となるからで
ある。
In each of the above-described embodiments, the etching was performed by using the etching gas to which N 2 was already added from the start of the etching of the second insulating layer 4. But,
In addition to such a method, etching is performed using a normal etching gas to which a gas containing a nitrogen atom is not added until the metal layer 3 is exposed, and then, after the surface of the metal layer 3 is exposed, Etching may be performed by adding a gas containing a nitrogen atom to the etching gas. This is because nitriding of the metal layer 3 becomes possible only after the surface 3a of the metal layer 3 is exposed at the bottom of the contact hole.

【0051】また、前述の何れの実施例に於いても、第
2絶縁層4をエッチングするとき、エッチング開始時点
から、前述のイオンエネルギを約250eV以下とする必要
はない。金属層3のスパッタが生じるのは、金属層3の
表面3aがコンタクトホールの底部に於いて露出した後
である。従って、金属層3の表面3aがコンタクトホー
ルの底部に於いて露出する迄は、イオンエネルギが約25
0eV以上となっても、金属層3の表面3aがコンタクト
ホールの底部に於いて露出した後、イオンエネルギが約
250eV以下に低下すれば、金属層3のスパッタによる堆
積物8の硬化は抑制される。
In any of the above-described embodiments, when etching the second insulating layer 4, it is not necessary to set the ion energy to about 250 eV or less from the start of the etching. The sputtering of the metal layer 3 occurs after the surface 3a of the metal layer 3 is exposed at the bottom of the contact hole. Therefore, the ion energy is about 25 until the surface 3a of the metal layer 3 is exposed at the bottom of the contact hole.
Even if it becomes 0 eV or more, after the surface 3a of the metal layer 3 is exposed at the bottom of the contact hole, the ion energy becomes about
If it is reduced to 250 eV or less, the hardening of the deposit 8 due to the sputtering of the metal layer 3 is suppressed.

【0052】RFパワーを低減することにより、イオン
のエネルギを約250eV以下としながらも、エッチング工
程のスループットを向上させるためには、エッチング装
置として、高圧ナローギャップ方式のRIE装置、プラ
ズマエッチング装置、ECRエッチング装置を用いるこ
とが好ましい。これらの装置によれば、比較的低いエネ
ルギを有するイオンによって、エッチングレートの高い
エッチングが実現される。
In order to improve the throughput of the etching process while reducing the ion power to about 250 eV or less by reducing the RF power, a high-pressure narrow-gap RIE device, a plasma etching device, an ECR It is preferable to use an etching device. According to these devices, etching with a high etching rate is realized by ions having relatively low energy.

【0053】例えば、高圧ナローギャップ方式のRIE
装置によれば、RFパワー350W、イオンエネルギ150eV
の条件で、200nm/分のエッチングレートが得られる。
For example, high pressure narrow gap type RIE
According to the device, RF power 350W, ion energy 150eV
Under these conditions, an etching rate of 200 nm / min can be obtained.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コンタクトホール形成のためのエッチング工程により形
成された堆積物が、その工程後、容易に除去される。ま
た、配線の断線及び短絡が生じにくく、信頼性に優れた
コンタクトが実現されるコンタクトホールが形成され
る。
As described above, according to the present invention,
The deposit formed by the etching step for forming the contact hole is easily removed after the step. Further, a contact hole is formed in which a disconnection and a short circuit of the wiring hardly occur and a contact with excellent reliability is realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のコンタクトホール形成方法に於けるエ
ッチング工程を示す模式図
FIG. 1 is a schematic view showing an etching step in a contact hole forming method of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例であるコンタクトホール
形成方法により形成されたコンタクトホールを示す斜視
FIG. 2 is a perspective view showing a contact hole formed by a contact hole forming method according to a first embodiment of the present invention;

【図3】本発明の第2の実施例であるコンタクトホール
形成方法により形成されたコンタクトホールを示す斜視
FIG. 3 is a perspective view showing a contact hole formed by a contact hole forming method according to a second embodiment of the present invention.

【図4】従来技術のコンタクトホール形成方法により形
成されたコンタクトホールを示す斜視図
FIG. 4 is a perspective view showing a contact hole formed by a conventional contact hole forming method.

【図5】2層配線構造を有する半導体装置を示す断面図FIG. 5 is a sectional view showing a semiconductor device having a two-layer wiring structure;

【図6】コンタクトホール形成のためのエッチング工程
を示す模式図
FIG. 6 is a schematic view showing an etching process for forming a contact hole.

【図7】コンタクトチェーンの信頼性についての実験結
果を示す特性図
FIG. 7 is a characteristic diagram showing an experimental result on the reliability of a contact chain.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 第1絶縁層 3 金属層 4 第2絶縁層 7 フェトレジスト 8 堆積物 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 1st insulating layer 3 Metal layer 4 2nd insulating layer 7 Fetoresist 8 Deposit

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板と、前記半導体基板上に形成
された金属層と、前記金属層を覆う絶縁層とを備えた半
導体装置に対し、前記絶縁層をドライエッチングして前
記金属層表面に達する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であって、前記金属層が前記ドラ
イエッチングの際に用いるエッチングガスの反応により
生じた化合物が前記コンタクトホールの側壁に形成され
る金属であり、前記金属層は純Al、Alを主成分とす
る合金または高融点金属であり、前記エッチングガスに
窒素原子を含有するガスを添加し、かつ、前記窒素原子
を含有するガスの量が前記エッチングガスのうちの希釈
ガスを除いた部分の量の約4.5%以上である、コンタ
クトホールの形成方法。
1. A semiconductor device comprising a semiconductor substrate, a metal layer formed on the semiconductor substrate, and an insulating layer covering the metal layer, the insulating layer is dry-etched on the surface of the metal layer. reach a contact hole forming process for forming a contact hole, a metal compound produced by the reaction of the etching gas in which the metal layer is used in the dry etching is formed on a sidewall of the contact hole, the metal layer Is pure Al, mainly composed of Al
Alloy or a high melting point metal, wherein a gas containing a nitrogen atom is added to the etching gas, and the amount of the gas containing a nitrogen atom is the amount of the etching gas excluding the diluent gas. A method for forming a contact hole, which is about 4.5% or more.
【請求項2】 窒素原子を含有するガスとして、N2
NH4またはNF3を用いる、請求項1に記載のコンタク
トホール形成方法。
2. The gas containing a nitrogen atom includes N 2 ,
2. The method according to claim 1, wherein NH 4 or NF 3 is used.
【請求項3】 ドライエッチングを行って金属が露出し
ている際のイオン化されたエッチングガスのイオンエネ
ルギーが約250eV以下である、請求項1に記載のコ
ンタクトホール形成方法。
3. The contact hole forming method according to claim 1, wherein the ion energy of the ionized etching gas when the metal is exposed by performing the dry etching is about 250 eV or less.
【請求項4】 絶縁層をドライエッチングして前記金属
層表面に達するコンタクトホールを形成する際に、前記
金属層が露出するまでは窒素原子を含有するガスが添加
されていないエッチングガスを用い、前記金属層が露出
した後に窒素原子を含有するガスが添加されているエッ
チングガスを用いる、請求項1に記載のコンタクトホー
ル形成方法。
4. When dry etching an insulating layer to form a contact hole reaching the surface of the metal layer, an etching gas to which a gas containing nitrogen atoms is not added until the metal layer is exposed, 2. The method according to claim 1, wherein an etching gas to which a gas containing a nitrogen atom is added after the metal layer is exposed is used.
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