JP2711538B2 - 傾斜コンタクトエッチ方法 - Google Patents

傾斜コンタクトエッチ方法

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JP2711538B2 JP62261896A JP26189687A JP2711538B2 JP 2711538 B2 JP2711538 B2 JP 2711538B2 JP 62261896 A JP62261896 A JP 62261896A JP 26189687 A JP26189687 A JP 26189687A JP 2711538 B2 JP2711538 B2 JP 2711538B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は一般的にはコンタクトエッチ法、特に傾斜コ
ンタクトエッチプロセスに関する。 ［従来の技術］ 半導体装置の製造においては、２酸化シリコン、リン
をドープした２酸化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁
層が、ドープ多結晶シリコン（ポリシリコン）、アルミ
ニウム、高融点金属シリサイド（珪化物）などの導電層
を電気的に分離するのに用いられる。しばしば、導電層
は絶縁層中の穴（through holes）を通じて相互接続さ
れることが必要である。これらの穴はコンタクト（cont
acts）またはバイア（vias）と呼ばれ、しばしば、傾斜
したまたはテーパになったプロフィルのような特定の特
性を有しなければならない。傾斜プロフィルは、導電層
の穴への階段被覆（step coverage）が適当な厚さをも
つために要求される。導電層を被着する通常の方法に
は、スパッタリング、蒸着などがある。これら両方の方
法ともコンタクトプロフィルの影響を受けるコンタクト
穴の階段被覆を与える。垂直のコンタクトプロフィルの
ためにしばしば許容できない階段被覆が生じることがあ
る。高傾斜のコンタクトプロフィルのときは良好な階段
被覆が生じるが、コンタクトは製造過程の間に過度に大
きくなることが多い。この拡大のために、導電層間また
はその内部に望ましくない電気的短絡が生じたり、回路
素子の密度が減少したりする、すなわち素子を密に配置
できる程度が減少する。 適切なコンタクトスロープを与えることは許容可能な
コンタクト階段被覆を達成する上で決定的である。傾斜
コンタクトを形成するいくつかの方法が技術上知られて
いる。これらは一般的に、湿式エッチ、湿式／乾式エッ
チ、反応性イオンエッチ（RIE）、等方性/RIEエッチ、
およびレジスト侵食法（resist erosion）のカテゴリー
にグループ分けされる。 湿式エッチ法は通常のホトレジスト露光および現像法
を用い所要のコンタクトパターンを絶縁層上に印刷す
る。この方法における傾斜をさらに高めるために、CF4/
O2プラズマ前処理がプリオーミックテーパを促進するた
めに用いられた。プラズマ前処理は制御するのが困難
で、不均一なテーパ（傾斜）を与えてしまう。ホトレジ
スト開口の側面のプロフィルはこの型式のエッチに対し
て垂直になる。絶縁層がNH4F:HF酸その他でエッチされ
るとき、ホトレジストは露出されていない領域を保護す
る。化学的湿式エッチは絶縁層を等方的にエッチするの
で、コンタクトプロフィルが傾斜する。この過程で、湿
式エッチの非方向性のためにコンタクト領域が増大す
る。また、用いられる酸はコンタクト領域を汚染する高
粒子カウントをこうむる。 湿式/RIE法は、２つの別々のエッチ工程を要求する欠
点を有するが、それでも、湿式エッチにおけると同様の
酸を用いる。酸化物コンタクト（じょうご型プリオーミ
ック）において傾斜のゆるいプロフィルが続く最初の傾
斜プロフィルを形成するために、各工程がそれぞれの目
的を達成するために別々の酸および／または乾式エッチ
を必要とする２つのホトレジスト工程が使用される。こ
の方法からは次のような問題が生じる。酸化物表面にレ
ジスト付着およびリン濃度差が生じ、プリオーミックの
寸法、テーパが不安定になること、バッチ毎の酸強度の
変化、酸溶液（結晶）に固有の緩衝濃度（buffering co
ncentrations）の変化、および温度変化によってプリオ
ーミックの過度のアンダーカットが生じること、および
所要のアライメント公差のためにかなりのホトレジスト
繰返し率（redo rates）が生じる。 等方性/RIEエッチ法は、まず、ホトレジストによって
下にあるガラス基板に線引きされたコンタクトパターン
を高圧等方性プラズマエッチ（CF4,8.5％）を用いてエ
ッチする。エッチは選択的RIEエッチ工程で行い、残り
の酸化物を除去する。この方法の等方性工程はRobert
L.Wourmsに発行された米国特許第4,361,599号に記載さ
れている。この方法によって、傾斜テーパでなく尖頭型
テーパが生じ、プロセスが不安定になり、また手間がか
かり、扱いにくい。 レジスト侵食法では、再び通常のホトレジスト露光現
像技術を用いて所要のコンタクトパターンが絶縁層上に
印刷される。次に、レジストが流れて、レジスト内の開
口を画定する壁にテーパ状または傾斜したプロフィルを
与えるようにホトレジスト層が焼かれる。次に、装置
は、基板とレジストが同時にエッチされる環境でドライ
エッチされる。これによって、傾斜のあるレジストプロ
フィルが基板に転写される。この方法には次のような欠
点がある。比較的厚いレジスト層が必要なこと、この方
法におけるスケーリングはVLSI形状に適していないこ
と、および焼かれたレジストの特定の傾斜の、１枚また
は多数のウェハにわたる再現性が非常に悪いこと、であ
る。 別の型式のレジスト侵食技術はレジストファセッティ
ングを用いる。まず、標準のホトレジスト露光現像技術
を再び用いて所要のコンタクトパターンを絶縁層に印刷
する。次に、適所レジストテーパリング（in situ resi
st tapering）を用いて酸化物のドライエッチを行な
う。低圧高酸素流エッチを用いることによって、レジス
トの角または縁は平面レジストより速くエッチされる。
これによって、レジストファセッティングと呼ばれる傾
斜したレジストプロフィルが生じる。この傾斜は、レジ
スト侵食技術について説明したと同じ技術を用いて基板
に転写される。 レジスト侵食法の別の形式は２工程法で、２層ホトレ
ジストマスクを用いる。これは、Saia,et al.,“Dry Et
ching of Tapered Contact Holes Using a Multilayer
Resist"132 J.Electrochemistry Soc.:Solid−State Sc
ience and Technology 1954（1985年８月）に記載され
ている。ここでは著者は、下層がポリ（メチルメタクリ
レート）（PMMA）であり、CHF3、アルゴンおよび酸素を
含むプラズマガスエッチを用いる２層ホトレジストマス
クを使用した方法を説明している。ホトレジストと酸化
物のエッチ速度比は1.5:1〜1:1である。 レジストファセッティング法の欠点の１つは、基板に
形成されるテーパが限定されることである。かなり傾斜
したレジストプロフィルを達成するためには、大量のレ
ジストがファセット工程の間に消費されなければならな
い。このレジスト消費のため、レジストを厚くし、かつ
全エッチ時間の約1/2であるファセットエッチ時間を限
定してレジストエッチングが一旦保護された領域まで進
むのを防ぐように限定することが必要である。 ファセッティング法は、残りの絶縁体を除去する最終
エッチ工程の前にレジストによって画定されたコンタク
ト寸法を増大させる。この方法の欠点は、レジスト内に
画定された元の寸法を越えてコンタクトのベースが拡大
することである。酸化物を除去するのに必要な最終のフ
ァセットエッチ工程はコンタクトの傾斜を破壊しやす
い。 一般に、装置および線幅が小さくなると、３μｍ程度
以下の微細線エッチングには湿式エッチングが不適当で
あることが判明している。また、プロフィル制御はプラ
ズマ（ドライ）エッチングの方向で産業を発展させた。
エッチングの概観は、Weiss,“Plasma Etching of Oxid
es and Nitrides",Semiconductor International,56（1
983年２月）およびCoburn,“Pattern Transfer"Solid S
tate Technology,117（1986年４月）で報告されてい
る。 ２つの導電層間の絶縁層を通る理想のコンタクトは、
完全に金属が満たされた垂直のコンタクトホール（バイ
ア）であるけれども、このようなコンタクトを確実に与
える技術はまだ確立されていない。したがって、コンタ
クト壁の傾斜を制御して、良好なステップカバレージお
よび上にある導電層による下にある導電層に対する良好
なコンタクトを可能にすることに対する大きな要求があ
る。 Bergendahl et alによる論文、“A Flexible approac
h for Generation of Arbitrary Etch Profiles in Mul
tilayer Films",Solid State Technology,107（1984年1
1月）は多工程輪郭（MSC）エッチングとして知られた別
の方法を記載している。MSCは個々に最適化されたプロ
セスのモジュールを組合せて完全なプロセスを形成する
ものとして示されている。しかし、Bergendahlの論文に
記載された方法は、フィラメント成長、過度のバルクレ
ジスト除去および全てのプロセス工程の間にパワーパル
スによって生じるストレスの問題がある。 したがって、本発明の目的は、レジストフロー工程を
使用する必要がない傾斜コンタクトエッチ法を提供する
ことである。 本発明の他の目的は、異なった傾斜を与えるように選
択的に変更できる傾斜コンタクトエッチ法を提供するこ
とである。 本発明のさらに他の目的は、レジスト層の所要の厚さ
を減少させる傾斜コンタクトエッチ法を提供することで
ある。 本発明のさらに他の目的は、反応性イオンエッチツー
ル内で単一の連続したプログラムで実施できる傾斜コン
タクトエッチ法を提供することである。 本発明のさらに他の目的は、単一のホトレジスト工程
を用いる傾斜コンタクトエッチ法を提供することであ
る。 本発明の特定の実施例は、基板をエッチする工程、お
よび基板エッチの間に生成されるポリマを除去する工程
を有する傾斜コンタクトエッチプロセスを具備してい
る。これら２つの工程は所望の深さに達するまで繰返さ
れる。次に、レジストがエッチされ、さらに続いて基板
がエッチされる。これが所要の厚さに達するまで繰返さ
れる。エッチの持続時間および繰返し回数を変えること
によって、エッチの傾斜を調節できる。 ［実施例］ 第１図から第６図には、本発明の１実施例を示す集積
回路の工程流れ図が示されている。第１図には、ホトレ
ジスト層11が上に配置された基板12が示されている。ホ
トレジストはマスクされ、現像されてコンタクトバイア
13を形成する。図示のように、コンタクトバイア13はレ
ジスト11の傾斜壁によって画定されている。レジスト11
の傾斜壁はバイア13を形成するのに用いる加工法によっ
て生じ、本発明の方法では必ずしも要求されないことに
注意すべきである。本発明の方法は直線壁によって画定
されたバイア13でも同様に有効である。ここで重要な点
はバイア13のベース幅に所望のコンタクトベースの寸法
を持たせることである。 次に、第２図に示すように、コンタクト領域が基板12
にエッチされる。これは、周期的な線条（フィラメン
ト）除去工程と組合せた基板をエッチすることを含む一
連の処理工程によって実施される。このプロセスの１実
施例は、（１）CHF3（85CC）およびO2（8cc）を用いた
6.7分のエッチ、（２）Ar（150cc）およびO2（50cc）を
用いた0.8分の線条除去からなる。この（１），（２）
の工程は線14によって示される所望の深さに達するまで
繰返される。 このプロセスはコンタクトバイアにおけるフィラメン
トの成長を防ぐように作用する。これらのフィラメント
の１例は第7A図および第7B図に示されている。フィラメ
ントは、標準的なプロセスにおけるエッチング工程の間
のポリマ蓄積によって生じる。各領域におけるポリマ蓄
積はその下にある基板がエッチされるのを防ぐに十分な
程度である。これは、下の基板がエッチされるのを防ぐ
保護キャップを形成するポリマから生じる。これらのフ
ィラメントは、コンタクトエッチがなされたときバイア
13に被着される金属によって壁が良好に被覆されるのを
妨害する。 上記ステップの回数、時間は所望の深さを得るように
変更できることに注意すべきである。また、基板および
ポリマの同じ形式のエッチングが生じる異なった化学組
成を用いることができることが理解されるべきである。 Ar−O2混合体を用いるイオン衝撃によって適当な量の
フィラメントを除去できることがわかっている。また、
アルゴンを酸素とともに用いてバルクレジスト除去速度
を減少させる、なぜならばこれは横方向除去速度を大き
く減少させないことが判っているからである。 このプロセスは反応性イオンエッチ（RIE）反応器内
で連続プロセスで行なわれるように設計される。この連
続プロセスを達成するために、パワーは徐々にオンおよ
びオフされる。これによって、急なパワー変化によって
生じる、ゲート完全性の低下のような問題を避けること
ができることが判った。 次の工程は第３図に示されている。これはレジストを
エッチングすることからなる。図示のように、レジスト
11はエッチバックされて基板12の表面の多くを露出する
ようになる。１実施例では、エッチャントは150ccのア
ルゴンと50ccの酸素を具備し、2.1分の持続時間を有す
る。第３図に示されるように、このエッチング工程は選
択的にレジスト層をエッチする。 次に、基板は再びエッチされて、第４図に示した段階
上輪郭を与える。１実施例では、エッチャントは85ccの
CHF3と8ccのO2を具備する。これによって、基板は図示
のように選択的にエッチされる。第５図および第６図は
それぞれ、第３図および第４図の工程を繰返した場合を
示す。 前述のように、開示されたプロセスは、レジストフロ
ー技術を使用する必要がない。開示したプロセス全体は
次のように表現できる。 （X6.7′,Y0.8′）2,X6.7′，（Y2.1′,X2.5′）４ ここで、 Ｘは85ccのCHF3および8ccのO2を表わし、かつ Ｙは150ccのArおよび50ccのO2を表わす。 上記プロセス式は本発明のほんの１実施例にすぎな
い。エッチ時間を減少し、回数を増加することによっ
て、より小さな階段をもつ滑らかな壁が形成できること
に注意すべきである。これによって傾斜を選択的に変化
させることができる。 本発明の例としていくつかのプロセス実施例を下に示
す。プロセスはRIEリアクタにおいて実施された。 プロセスI:（Morenciプロセス） 工程1:CHF3＝85cc:サーボバイアス＝−475V O2 ＝ 8cc:時間＝５分 圧力＝50mTorr RFオフおよび工程間の60秒ポンプダウン 工程2:O2 ＝50cc:サーボパワー＝500W 時間＝２分 圧力＝50mTorr RFオフおよび工程間の60秒ポンプダウン 工程3:CHF3＝85cc:サーボバイアス＝−475V O2 ＝ 8cc:時間＝２分 圧力＝50mTorr RFオフおよび工程間の60秒ポンプダウン 工程4:O2 ＝50cc:サーボパワー＝500W 時間＝２分 圧力＝50mTorr RFオフおよび工程間の60秒ポンプダウン 工程5:CHF3＝85cc:サーボバイアス＝−475V O2 ＝ 8cc:時間＝２分 圧力＝50mTorr プロセスII:（Morenciプロセス）小段階 工程1:CHF3＝85cc:サーボバイアス＝−475V O2 ＝ 8cc:時間＝25分 圧力＝50mTorr RFオフおよび工程間の60秒ポンプダウン 工程2:O2 ＝50cc:サーボパワー＝500W 時間＝３分 圧力＝50mTorr RFオフおよび工程間の60秒ポンプダウン 工程3:CHF3＝85cc:サーボバイアス＝−475V O2 ＝ 8cc:時間＝４分 圧力＝50mTorr RFオフおよび工程間の60秒ポンプダウン 工程4:O2 ＝50cc:サーボパワー＝500W 時間＝３分 圧力＝50mTorr RFオフおよび工程間の60秒ポンプダウン 工程5:CHF3＝85cc:サーボバイアス＝−475V O2 ＝ 8cc:時間＝４分 圧力＝50mTorr RFオフおよび工程間の60秒ポンプダウン 工程6:O2 ＝50cc＝サーボパワー＝500W 時間＝３分 圧力＝50mTorr RFオフおよび工程間の60秒ポンプダウン 工程7:CHF3＝85cc:サーボバイアス＝−475V O2 ＝ 8cc:時間＝４分 圧力＝50mTorr プロセスIII:（大段階） 工程1:CHF3＝85cc:サーボバイアス＝−475V O2 ＝ 8cc:時間＝25分 圧力＝50mTorr RFオフおよび工程間の60秒ポンプダウン 工程2:O2 ＝50cc:サーボパワー＝500W 時間＝５分 圧力＝50mTorr RFオフおよび工程間の60秒ポンプダウン 工程3:CHF3＝85cc:サーボバイアス＝−475V O2 ＝ 8cc:時間＝５分 圧力＝50mTorr RFオフおよび工程間の60秒ポンプダウン 工程4:O2 ＝50cc:サーボパワー＝500W 時間＝５分 圧力50mTorr 第8A図および第8B図の写真にみられるように、本発明
の方法によって形成されたコンタクトバイアは、写真第
7A図および第7B図の従来の方法に対してずっと均一かつ
平滑な壁を有している。フィラメントは除去され、メッ
キされまたは充填されたとき改良されたステップカバレ
ージが得られ、歩留まりが増大する。 本発明は特定の実施例に関して説明されたけれども、
前述の説明によって多くの交換、修正、変形が可能であ
ることは当業者には明らかであろう。したがって、添付
特許請求の範囲はこれら全ての交換、修正、変形を含む
ものである。
【図面の簡単な説明】 第１図から第６図までは本発明を実現する傾斜コンタク
トエッチ法のプロセス流れ図である。 第7A図および第7B図は従来の傾斜コンタクトエッチ法を
用いて生成されたバイアのＸ線写真である。 第8A図および第8B図は本発明の傾斜コンタクトエッチ法
を用いて生成されたバイアのＸ線写真である。 11:ホトレジスト、12:基板、 13:バイア、14:底部線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロジャー・ティルデスリー アメリカ合衆国アリゾナ州 85202、メ サ、ウエスト・キラレア 2704 (56)参考文献 特開 昭61−97824（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−74042（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−50684（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−125768（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−19881（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 １．レジスト層によって画定された基板の１領域に傾斜
    コンタクトエッチを与える方法であって、 アルゴンおよび酸素の混合体を用いて前記基板のエッチ
    ングの間に基板上に生成されたポリマを除去する工程、 前記レジスト層をエッチしてそれによって、前記レジス
    ト層によって画定された前記基板の領域を増大する工
    程、および 前記レジスト層によって画定された領域において基板を
    エッチする工程、 を含むことを特徴とする傾斜コンタクトエッチ方法。 ２．前記基板をエッチする工程に続いて、前記レジスト
    層をエッチしてそれによって前記レジスト層によって画
    定された前記基板の領域を増大する工程および前記レジ
    スト層によって画定された領域において基板をエッチす
    る工程を基板が所望の深さになるまで繰返す工程を含む
    特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．レジスト層によって画定された基板の１領域に傾斜
    コンタクトエッチを与える方法であって、 アルゴンおよび酸素の混合体を用いて前記基板のエッチ
    ングの間に基板上に生成されたポリマを除去する工程、 前記ポリマを除去する工程に続いて、前記レジスト層に
    よって画定された領域において基板をもう一度エッチす
    る工程、 前記基板をもう一度エッチする工程の間に、基板上に生
    成されたポリマをアルゴンおよび酸素の混合体を用いて
    除去する工程、 前記レジスト層をエッチしてそれによって、前記レジス
    ト層によって画定された前記基板の領域を増大する工
    程、および 前記レジスト層によって画定された領域において基板を
    エッチする工程、 を含むことを特徴とする傾斜コンタクトエッチ方法。
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