JP2950857B2

JP2950857B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2950857B2
Application number: JP1186782A
Authority: JP
Inventors: 和郎宮本
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1989-07-19
Filing date: 1989-07-19
Publication date: 1999-09-20
Anticipated expiration: 2014-09-20
Also published as: JPH0350826A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、なだらかな側壁を有し且つ制御性に優れた
コンタクトホールを有する半導体装置の製造方法に関す
る。

（ロ）従来の技術半導体装置の製造において、表面保護の絶縁膜、ある
いは層間接続のための絶縁膜に窓あけをし、下部と接続
して表面上に導電配線を形成する場合、窓の段差部によ
る断線がしばしば大きな問題となる。この断線をおさえ
るため、従来よりテーパ状の側壁を得ることが重要視さ
れている。

第３図は従来方法の一例を示す断面図で、基板（１）
上にエッチングレートが異る層を積層した絶縁膜（２）
を形成するか、又は不純物濃度を連続的に変化させた絶
縁膜（２）を形成し、フォトレジスト（３）をマスクと
してエッチングし、コンタクトホール（４）の開口部を
テーパ形状にしたものである（例えば、特開昭58−1435
33号公報）。

ところが、高耐圧化を目的として絶縁膜（２）の膜厚
を厚くした（例えば１μｍ以上）場合、上記手法は等方
エッチングであるので接続部分の微細化が困難である。

一方、第４図に示す如く、フォトレジスト（３）をマ
スクとして絶縁膜（２）の半分を等方エッチング、残り
半分を異方エッチングすることにより、コンタクトホー
ル（４）のテーパ形状と接続部分の微細化を両立したも
のがある（例えば、特開昭58−143535号公報）。

しかしながら、これとて膜厚が厚いと段差が急峻とな
り、Al電極の断線の危惧は免れない。そこで、本願発明
者は膜厚の大部分を等方性で行うことにより危惧を解消
する手法を研究したが、時間的な制御しかできないの
で、例えば0.1μｍの如き薄い膜厚を残してエッチング
を終了させるようなコントロールは不可能であるという
新たな課題が発生した。しかも膜厚が厚くなれば当然膜
厚のばらつきも増大し、エッチングの制御性は更に困難
を極める。

（ハ）発明が解決しようとする課題このように、従来のコンタクトホール形成方法は、前
者は接続部分の微細化ができない欠点を有し、後者はエ
ッチングの制御性に難問を残す欠点があった。そこで本
発明は、エッチングレートが異る積層構造の層間絶縁膜
（２）と、等方性及び異方性の２段階のエッチングを組
み合わせることにより、膜厚の大部分がテーパ形状を有
し且つ制御性に優れたコンタクトホール（４）の形成方
法とその半導体装置を提供するものである。

（ニ）課題を解決するための手段本発明は上記従来の課題に鑑み成されたもので、層間
絶縁膜（12）をエッチングレートが異る上層（15）と、
上層（15）よりエッチングレートが小さく等方エッチン
グの進行を食い止める働きをする下層（14）との積層構
造とし、且つ上層（15）を等方エッチングで開口すると
共に下層（14）は異方性エッチングで開口することによ
り、微細化されたコンタクトホール（13）を制御性良く
形成できるコンタクトホールの形成方法と半導体装置を
提供するものである。

（ホ）作用本発明によれば、層間絶縁膜（12）の膜厚の大部分を
占める上層（15）の等方エッチングが進行して下層（1
4）の表面が露出されると、上層（15）と下層（14）と
でエッチングレートが大きく異るので、それ以上の膜厚
方向へのエッチングの進行が食い止められる。従って、
多少オーバーエッチングしても等方エッチングでコンタ
クトホール（13）が貫通することが避けられるので、エ
ッチングの制御性は極めて良好となる。その後、残った
下層（14）を異方性エッチングで開口するので、コンタ
ンクトホール（13）の接続部分は微細加工を確実に行う
ことができ、しかもコンタクトホール（13）の側壁の大
部分はテーパ形状に形成できる。

（ヘ）実施例以下に本発明の一実施例を図面を参照しながら詳細に
説明する。本実施例は基板（11）上の表面保護としての
層間絶縁膜（12）にコンタクトホール（13）を形成する
例である。

先ず第１図Ａに示すように、バイポーラ型トランジス
タ、MOS型トランジスタ、非線形素子等の半導体素子を
形成するシリコン半導体基板（11）の表面を熱酸化し
て、表面に膜厚約0.1μｍのノンドープのシリコン酸化
膜から成る下層（14）を形成する。熱酸化法の他にCVD
手法を用いても良い。

次に第１図Ｂに示すように、シリコン酸化膜（14）上
にリンドープのシリコン酸化膜（PSG）又はボロン・リ
ンドープのシリコン酸化膜（BPSG）から成る上層（15）
をCVD手法によって約1.0μｍの膜厚に堆積する。これで
全体としては膜厚1.0μｍ以上の層間絶縁膜（12）が形
成されたことになる。

次に第１図Ｃに示すように、上層（15）の表面にネガ
又はポジ型レジストのスピンオン塗布、露光、現像とい
うホトレジ工程で開口すべきコンタクトホールの大きさ
と形状に対応する開口部（16）を有するレジストパター
ン（17）を形成する。

そして第１図Ｄに示すように、レジストパターン（1
7）をエッチングマスクとして上層（15）を酸化膜エッ
チャント例えば弗化アモニウム（NH₄F）と弗酸（HF）と
の緩衝液等で選択的にエッチングする。ウェットである
から上層（15）は等方エッチングされ、側壁はテーパ状
となる。テーパ角はおおむね70゜〜80゜の角度となる。
場合によっては第３図のように膜厚方向に対して不純物
濃度を変えても良い。

一方、等方エッチングが進行して下層の表面が露出さ
れると、下層（14）は上層（15）よりエッチングレート
が遅い構成としたので、上記酸化膜エッチャントに対し
てはこれ以上のエッチングの進行が極めて遅くなる。エ
ッチングレートの差異は、本実施例の構成によれば熱酸
化膜から成る下層（14）が約1000Å/min、不純物ドープ
の上層（15）は不純物濃度にもよるが５〜10倍の5000Å
/min以上である。従って、上層（15）の等方エッチング
が多少進行しても、下層（14）が膜厚方向の開口を阻止
するような働きを成すので、上層（15）のサイドエッチ
ングが進行するだけで済み、層間絶縁膜（12）の下部に
薄い絶縁膜を確実に残すことができる。具体的には、前
記実施例のエッチングレートと膜厚において上層（15）
が貫通してから１分間のオーバーエッチングが許容でき
るものである。

さらに第１図Ｅに示すように、上層（15）を覆うレジ
ストパターン（17）を再びマスクとして残る下層（14）
を異方性エッチングで開口し、コンタクトホール（13）
を形成する。異方性エッチングは、CDE（Chemical Dry
Etching）装置やRIE（Reactive Ion Etching）装置によ
り行う。

この後第１図Ｆに示すように、上層（15）を覆うレジ
ストパターン（17）を除去し、アルミニウム層の堆積と
ホトエッチングにより基板（11）表面又は基板（11）表
面に形成した図示せぬ半導体領域とコンタクトするAl電
極（18）を形成する。

斯る本願発明の製造方法によれば、上層（15）と下層
（14）とでエッチングレートを異ならしめたので、下層
（14）は上層（15）のエッチング工程においてエッチン
グが膜厚方向にそれ以上進行するのを阻止する働きをす
る。その為多少のオーバーエッチングや膜厚のばらつき
があっても確実に薄い絶縁膜を残すことができ、この工
程でコンタクトホール（13）が貫通してしまうことを避
けられる。従って、上層（15）のエッチング工程は時間
の制御が極めて容易となる。一方、接続部分となる下層
（14）は異方性エッチングで微細加工ができるので、素
子の集積度を向上できる。また、層間絶縁膜（12）の膜
厚の大部分がテーパ状に形成されるので、Al配線（18）
の断線等を防止できる。

本発明の第２の実施例は上層（15）の表面をガスプラ
ズマ中に曝すことによりコンタクトホール（13）のテー
パ角を適切に制御するものである。

第２の実施例は、先ず第１図Ａから第１図Ｃまでの工
程を経て上層（15）の表面レジストパターン（17）を形
成し、第２図Ａに示すように露出した上層（15）の表面
をガスプラズマ処理し、第２図Ｂに示すように同じく弗
酸系の酸化膜エッチャントで上層（15）を等方エッチン
グし、そして第１図Ｅ以降の工程を処すものである。前
記ガスプラズマ処理は例えばCDE（Chemical Dry Etchin
g）装置等により等方モードで0.4Torr,150WでCF₄ガス又
はCF₄＋O₂ガスをプラズマ化し、該プラズマ雰囲気内で
上層（15）の露出部分に約２分間の表面処理を与えたも
のである。上層（15）のシリコン酸化膜（SiO₂）に対す
るCF₄プラズマガスはエッチング反応は殆ど示さないの
で、上層（15）は除去されない。あっても数十〜百Åと
極く僅かである。ガラスプラズマ処理を受けた上層
（（15）の露出表面は、プラズマで解離された活性ラジ
カルＦ^＊と反応し、表面に弗酸リッチの状態の層（19）
が形成されると考えられる。また、前記弗酸リッチの状
態の層（19）は処理時間によって上層（15）の露出部分
からレジストパターン（17）との境界部分に沿ってある
程度拡大されると考えられる。弗酸はシリコンエッチャ
ントであるから、プラズマ処理後のウェットエッチング
工程において等方エッチングのサイドエッチを助長す
る。従って、先の実施例のテーパ角が70゜〜80゜前後な
のに対し、本実施例のテーパ角（第２図Ｂ図示θ）は40
゜〜50゜の適切な角度に形成できる。しかもプラズマ処
理を受ける範囲が限定されることから、プラズマ処理の
時間に対するテーパ角の変化が緩やかなので、テーパ角
の制御が容易に且つ正確に行える。また、プラズマ処理
を受けることによりウェットエッチング工程において初
期のエッチングレートが極めて大となり、その結果膜厚
方向のエッチング制御の困難性を増大することになるの
で、本願発明の有効性が増す。

（ト）発明の効果以上に説明した如く、本願発明によれば層間絶縁膜
（12）の膜厚の大部分をテーパエッチングできるので、
エッチング段差部における配線のステップカバレッジを
改善し信頼性の高い電極配線が得られる利点を有する。

また、エッチングレートが小さい下層（14）を残すこ
とにより、上層（15）のエッチング制御が極めて容易に
行える他、下層（14）の微細化コンタクトが安定して高
精度に得られ、よって半導体装置の微細化、高集積化を
押し進められる利点を有する。

さらに本願第２の実施例によれば、先の実施例より緩
やかなテーパ角が得られ且つ処理時間の制御によってテ
ーパ角の制御が安定して高精度に行える利点を有する。

そしてさらに、本願発明は上層（15）のエッチング制
御が容易に行えるので、層間絶縁膜（12）の上層（15）
としてエッチングレートが大きい高ドープ量のPSG又はB
PSG膜を使用できる。そして高ドープ量である程ゲッタ
リング効果が高い等の効果を期待できる利点をも有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ乃至第１図Ｆは本発明の一実施例を説明する為
の断面図、第2A図と第２図Ｂは本発明の第２の実施例を
説明する為の断面図、第３図と第４図は従来例を説明す
る為の断面図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】層間絶縁膜をエッチングレートが小さく膜
厚が薄い下層とエッチングレートが大きく膜厚が厚い上
層との積層構造とする工程、前記層間絶縁膜にマスクパターンを形成する工程、前記層間絶縁膜の露出された部分をガスプラズマ雰囲気
中に曝す工程、前記層間絶縁膜の上層をウェット手法により等方エッチ
ングし、前記下層をエッチングストッパとして前記下層
の表面を露出する工程、前記マスクパターンを再びマスクとして前記層間絶縁膜
を下層を異方性エッチングして下地表面を露出する工程
とを具備することを特徴とするコンタクトホールの形成
方法。
【請求項２】前記層間絶縁膜の上層がPSG膜又はBPSG膜
であり前記ガスプラズマ雰囲気のガスがCF4ガス又はCF4
＋O2混合ガスであることを特徴とする請求項１に記載の
コンタクトホールの形成方法。