JP3160972B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3160972B2 JP31318491A JP31318491A JP3160972B2 JP 3160972 B2 JP3160972 B2 JP 3160972B2 JP 31318491 A JP31318491 A JP 31318491A JP 31318491 A JP31318491 A JP 31318491A JP 3160972 B2 JP3160972 B2 JP 3160972B2
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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、アルミニウム系金属配
線の表面に反射防止膜が形成された半導体装置の製造方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which an antireflection film is formed on the surface of an aluminum-based metal wiring.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、VLSIの微細化に伴い、配線幅
は益々細くなる傾向にある。そして、微細加工において
も従来にない問題が明らかになってきている。例えば、
パターンサイズが小さくなるに従い、アルミニウム系金
属配線に起因した光の反射が、フォトリソグラフィ工程
における精度を向上させる上で問題となっている。即
ち、露光時に、光がアルミニウム系金属配線によって反
射されるために、パターンの側壁に荒れを生じさせ、あ
るいは又、基板の段差部における光の反射によってパタ
ーンが予定幅よりも細くなるという問題が生じている。
2. Description of the Related Art In recent years, as VLSIs have become finer, the width of wirings has tended to become smaller and smaller. In addition, problems that have not been encountered in microfabrication are becoming apparent. For example,
As the pattern size becomes smaller, the reflection of light due to the aluminum-based metal wiring becomes a problem in improving the accuracy in the photolithography process. That is, light is reflected by the aluminum-based metal wiring at the time of exposure, so that the side wall of the pattern is roughened, or the pattern is narrower than the expected width due to the reflection of light at the step portion of the substrate. Has occurred.

【0003】これらの問題を解決するために、露光時の
光の反射を防止する反射防止膜をアルミニウム系金属配
線の表面に形成する方法が採用されつつある。反射防止
膜の材料としては、例えばアモルファスシリコン、チタ
ンオキシナイトライド(以下、TiONともいう)を挙
げることができるが、反射防止性能の観点からTiON
が主流になりつつある。
In order to solve these problems, a method of forming an antireflection film for preventing reflection of light at the time of exposure on the surface of an aluminum-based metal wiring is being adopted. Examples of the material of the antireflection film include amorphous silicon and titanium oxynitride (hereinafter also referred to as TiON).
Is becoming mainstream.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】反射防止膜の材料とし
てTiONを使用した場合のアルミニウム系金属配線材
料のエッチング技術も開発されつつあるが、以下に詳述
するアルミニウムクラウンの発生、あるいは層間絶縁膜
のエッチング不良という問題が顕在化している。
Although an etching technique for an aluminum-based metal wiring material when TiON is used as a material for an anti-reflection film is being developed, the generation of an aluminum crown, which will be described in detail below, or an interlayer insulating film will be described. The problem of poor etching has become apparent.

【0005】従来の半導体装置の製造方法におけるアル
ミニウムクラウンの発生という問題を図6を参照して説
明する。シリコン基板100上に二酸化シリコン(以
下、SiO2 と略す)から成る絶縁層102を形成し、
その上にアルミニウム系金属配線104を形成する。こ
の金属配線104は、チタンオキシナイトライドをバリ
アメタルとしたバリアメタル構造を有し、チタン(以
下、Tiと略す)層、TiON層、及びSiを含有する
アルミニウム(以下、Al−Siと略す)層から成る。
The problem of the occurrence of an aluminum crown in a conventional method for manufacturing a semiconductor device will be described with reference to FIG. Forming an insulating layer 102 made of silicon dioxide (hereinafter abbreviated as SiO 2 ) on a silicon substrate 100;
An aluminum-based metal wiring 104 is formed thereon. The metal wiring 104 has a barrier metal structure using titanium oxynitride as a barrier metal, and includes a titanium (hereinafter abbreviated as Ti) layer, a TiON layer, and aluminum containing Si (hereinafter abbreviated as Al-Si). Consists of layers.

【0006】この金属配線104の表面に、例えば厚さ
25μmのTiONから成る反射防止膜106を形成す
る。金属配線104及び反射防止膜106は、バリアメ
タル構造を有する金属配線層及び反射防止膜層をフォト
リソグラフィ法によってパターニングし、次いでエッチ
ングすることによって形成することができる。
On the surface of the metal wiring 104, an antireflection film 106 made of, for example, 25 μm thick TiON is formed. The metal wiring 104 and the anti-reflection film 106 can be formed by patterning a metal wiring layer having a barrier metal structure and an anti-reflection film layer by a photolithography method, and then etching.

【0007】次に、絶縁層102及び反射防止膜106
の上に、例えばPSGから成る層間絶縁膜108を堆積
させる。そして、その上に開孔部112が設けられたレ
ジスト110を形成する(図6の(A)参照)。レジス
ト110の開孔部112は、金属配線104に対する電
気的接続を行うための接続孔を後の工程で形成するため
に設けられている。開孔部112はフォトリソグラフィ
法にて形成することができる。
Next, the insulating layer 102 and the antireflection film 106
On top of this, an interlayer insulating film 108 made of, for example, PSG is deposited. Then, a resist 110 having an opening 112 formed thereon is formed (see FIG. 6A). The opening 112 of the resist 110 is provided for forming a connection hole for making an electrical connection to the metal wiring 104 in a later step. The opening 112 can be formed by a photolithography method.

【0008】次いで、リアクティブ・イオン・エッチン
グ(以下、RIEと略す)装置を使用して、例えば、O
2/CHF3=8/75 SCCM、50 mtorr、1350W
の条件にて層間絶縁膜108のエッチングを行い接続孔
114を形成し更に反射防止膜106のエッチングを行
う(図6の(B)参照)。
Next, using a reactive ion etching (hereinafter abbreviated as RIE) apparatus, for example,
2 / CHF 3 = 8/75 SCCM, 50 mtorr, 1350W
Under the above conditions, the interlayer insulating film 108 is etched to form the connection hole 114, and the antireflection film 106 is further etched (see FIG. 6B).

【0009】このエッチング条件においては、PSGか
ら成る層間絶縁膜108のエッチングレートは50nm
/分程度であるのに対して、TiONから成る反射防止
膜106のエッチングレートは10nm/分程度であ
る。従って、反射防止膜をエッチングするために過剰な
オーバーエッチング状態となる。ウェハー内におけるエ
ッチングレート、層間絶縁膜の膜厚、あるいは反射防止
膜の膜厚が不均一であるが故に、或る程度のオーバーエ
ッチングは必要とされる。しかしながら、反射防止膜に
おいて、既にエッチングされた部分がオーバーエッチン
グされると、下地であるAl−Si層がスパッタされ、
Al−Siが接続孔114の側壁114Aやレジスト1
10の開孔部112の側壁に付着するという問題が生じ
る。この接続孔の側壁やレジストの開孔部の側壁に付着
したAl−Siをアルミニウムクラウンという。
Under these etching conditions, the etching rate of the interlayer insulating film 108 made of PSG is 50 nm.
/ Min, whereas the etching rate of the antireflection film 106 made of TiON is about 10 nm / min. Therefore, an excessive over-etching state occurs because the anti-reflection film is etched. Since the etching rate in the wafer, the thickness of the interlayer insulating film, or the thickness of the antireflection film are not uniform, a certain degree of over-etching is required. However, when the already etched portion of the antireflection film is over-etched, the underlying Al-Si layer is sputtered,
Al-Si is formed on the side wall 114A of the connection hole 114 or the resist 1
This causes a problem of adhesion to the side wall of the opening 112 of the ten holes. The Al-Si attached to the side wall of the connection hole or the side wall of the opening of the resist is called an aluminum crown.

【0010】アルミニウムクラウンが発生すると、金属
配線104と上層の配線層(図6には図示せず)とを電
気的に接続するために配線材料で接続孔114を埋め込
む際、かかる配線材料が接続孔114の側壁114Aに
も堆積し、接続孔を側壁114Aから埋める結果とな
る。それ故、金属配線104と上層の配線層と間の電気
的接続に不良が生じる。
When an aluminum crown is generated, when the connection hole 114 is buried with a wiring material to electrically connect the metal wiring 104 and an upper wiring layer (not shown in FIG. 6), the wiring material is connected. It also deposits on the side walls 114A of the holes 114, resulting in filling the connection holes from the side walls 114A. Therefore, a failure occurs in the electrical connection between the metal wiring 104 and the upper wiring layer.

【0011】アルミニウムクラウンの発生防止あるいは
低減のためには、イオン入射エネルギーの低いアノード
カップリング方式のエッチング装置にてエッチングを行
うことが好ましい。しかしながら、イオン入射エネルギ
ーが低いために、TiONから成る反射防止膜106の
エッチングレートが低く、反射防止膜がエッチオフされ
る迄に長時間を要する。その結果、層間絶縁膜108に
アンダーカットが発生したり、接続孔114の側壁11
4Aに凹部114Bが発生する(図6の(C)参照)と
いう、層間絶縁膜のエッチング不良問題が生じる。
In order to prevent or reduce the generation of the aluminum crown, it is preferable to perform the etching with an anode coupling type etching apparatus having a low ion incident energy. However, since the ion incident energy is low, the etching rate of the antireflection film 106 made of TiON is low, and it takes a long time before the antireflection film is etched off. As a result, an undercut occurs in the interlayer insulating film 108 or the side wall 11
A problem of poor etching of the interlayer insulating film occurs that a concave portion 114B is generated in 4A (see FIG. 6C).

【0012】従って、本発明の目的は、チタン系反射防
止膜を表面に有するアルミニウム系金属配線に対する電
気的な接続処理を行う際、前述したアルミニウムクラウ
ンの発生あるいは層間絶縁膜のエッチング不良を防止で
き、上層の配線層との電気的な接続状態を良好なものと
することができる半導体装置の製造方法を提供すること
にある。
Accordingly, an object of the present invention is to prevent the occurrence of the above-mentioned aluminum crown or the poor etching of the interlayer insulating film when performing an electrical connection process to an aluminum-based metal wiring having a titanium-based antireflection film on the surface. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device, which can improve the electrical connection with an upper wiring layer.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】かかる目的は、(イ)チ
タン系反射防止膜を表面に有するアルミニウム系金属配
線上に層間絶縁膜を形成する工程と、(ロ)ラジカルモ
ードを主としたエッチングによって前記層間絶縁膜に接
続孔を開孔して、前記チタン系反射防止膜を露出させる
工程と、(ハ)イオンモードを主としたエッチングによ
って前記接続孔の底部に露出したチタン系反射防止膜を
除去し、アルミニウム系金属配線を露出させる工程、か
ら成ることを特徴とする本発明の半導体装置の製造方法
によって達成される。
The object of the present invention is to provide (a) a step of forming an interlayer insulating film on an aluminum-based metal wiring having a titanium-based antireflection film on its surface, and (b) etching mainly using a radical mode. Forming a connection hole in the interlayer insulating film to expose the titanium-based anti-reflection film; and (c) a titanium-based anti-reflection film exposed at the bottom of the connection hole by etching mainly using ion mode. And exposing the aluminum-based metal wiring to achieve a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【0014】チタン系反射防止膜としては、TiONを
挙げることができる。
As the titanium antireflection film, TiON can be mentioned.

【0015】アルミニウム系金属配線としては、Siを
含有するアルミニウム合金、又は銅を含有して成るアル
ミニウム合金、あるいはTi、TiON膜等の積層構造
にされたバリアメタル構造(例えば、シリコン基板に近
い側からTi/TiON/Al−Si/TiON)を挙
げることができる。
As the aluminum-based metal wiring, an aluminum alloy containing Si, an aluminum alloy containing copper, or a barrier metal structure having a laminated structure of a Ti, TiON film or the like (for example, on the side near the silicon substrate) From Ti / TiON / Al-Si / TiON).

【0016】ラジカルモードのエッチングは、アノード
カップリング方式のプラズマエッチング装置で行うこと
ができる。
The radical mode etching can be performed by an anode coupling type plasma etching apparatus.

【0017】イオンモードのエッチングは、カソードカ
ップリング方式のリアクティブ・イオン・エッチング装
置、マグネトロン放電を利用したマグネトロン・リアク
ティブ・イオン・エッチング装置で行うことができる。
The ion mode etching can be performed by a cathode coupling type reactive ion etching apparatus or a magnetron reactive ion etching apparatus using magnetron discharge.

【0018】ラジカルモードのエッチングがアノードカ
ップリング方式のエッチング装置によって行われ、イオ
ンモードのエッチングがカソードカップリング方式のリ
アクティブ・イオン・エッチング装置によって行われる
ことが望ましい。
Preferably, the radical mode etching is performed by an anode coupling type etching apparatus, and the ion mode etching is performed by a cathode coupling type reactive ion etching apparatus.

【0019】前記アルミニウム系金属配線は、基板上に
形成された段差部上に複数形成されていてもよい。
A plurality of the aluminum-based metal wires may be formed on a step formed on a substrate.

【0020】アノードカップリング方式のエッチング装
置にて用いられる高周波の周波数は、380kHz乃至
13.56MHzであることが好ましい。
The high frequency used in the anode coupling type etching apparatus is preferably 380 kHz to 13.56 MHz.

【0021】カソードカップリング方式のエッチング装
置において使用されるガス系は、フッ素、炭素並びに水
素から成るガスと、SF6 を含有するガスとの混合ガス
系から成ることが好ましい。
The gas system used in the cathode coupling type etching apparatus is preferably a mixed gas system of a gas containing fluorine, carbon and hydrogen, and a gas containing SF 6 .

【0022】[0022]

【作用】本発明の半導体装置の製造方法においては、層
間絶縁膜への接続孔の開孔はラジカルモードの例えばア
ノードカップリング方式のプラズマエッチング装置にて
行われ、このとき反射防止膜はエッチングストッパーと
しての役割を果たす。そして、反射防止膜の除去はイオ
ンモードの例えばRIEにて行われる。これによって、
アルミニウムクラウンの発生を防止し且つ良好なる形状
を有する接続孔の形成を可能にする。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the opening of the connection hole to the interlayer insulating film is performed by a radical mode plasma etching apparatus of, for example, an anode coupling type. Play a role. The removal of the antireflection film is performed by, for example, RIE in the ion mode. by this,
An aluminum crown is prevented from being generated, and a connection hole having a good shape can be formed.

【0023】エッチング装置のイオン入射エネルギー
は、条件にも依るが一般にアノードカップリング方式よ
りもカソードカップリング方式の方が高い。本発明の好
ましい実施態様においては、これらの2種類のエッチン
グ装置のかかる特徴を活かす。即ち、層間絶縁膜への接
続孔の開孔は、イオン入射エネルギーが低くラジカルモ
ードを得ることができるアノードカップリング方式のエ
ッチング装置で行い、反射防止膜の除去は、イオン入射
エネルギーが高くイオンモードを得ることができるカソ
ードカップリング方式のエッチング装置で行う。
The ion incident energy of the etching apparatus depends on the conditions, but is generally higher in the cathode coupling system than in the anode coupling system. Preferred embodiments of the present invention take advantage of these features of these two types of etching equipment. That is, the opening of the connection hole to the interlayer insulating film is performed by an etching apparatus of an anode coupling type capable of obtaining a radical mode with a low ion incident energy, and the removal of the antireflection film is performed by a high ion incident energy with a high ion incident energy. Is performed by a cathode coupling type etching apparatus capable of obtaining the following.

【0024】[0024]

【実施例】層間絶縁膜への接続孔の開孔に適したアノー
ドカップリング方式の典型的なプラズマエッチング装置
50の概要を図4の(A)に示す。かかる平行平板形エ
ッチング装置50は、真空チャンバ52を有する。真空
チャンバ52内には、ウェハー64を載置する下部電極
54と、高周波を印加するための上部電極56とが設け
られている。高周波が、高周波発振器58から上部電極
56に供給される。エッチングに使用されるガスはガス
導入部60から真空チャンバ52内に供給され、排気装
置(図示せず)によって真空チャンバ52の下部62か
ら排出される。高周波が上部電極56に印加されるの
で、ウェハーに入射するイオン入射エネルギーは後述す
るカソードカップリング方式のRIE装置よりも低い。
FIG. 4A shows an outline of a typical anode-coupling type plasma etching apparatus 50 suitable for opening a connection hole to an interlayer insulating film. The parallel plate type etching apparatus 50 has a vacuum chamber 52. In the vacuum chamber 52, a lower electrode 54 on which a wafer 64 is placed and an upper electrode 56 for applying a high frequency are provided. High frequency is supplied from a high frequency oscillator 58 to the upper electrode 56. The gas used for etching is supplied into the vacuum chamber 52 from the gas introduction unit 60, and is exhausted from the lower part 62 of the vacuum chamber 52 by an exhaust device (not shown). Since a high frequency is applied to the upper electrode 56, the ion incident energy incident on the wafer is lower than that of a cathode coupling type RIE apparatus described later.

【0025】反射防止膜のエッチングに適したカソード
カップリング方式の典型的なRIE装置70の概要を図
4の(B)に示す。かかる平行平板形RIE装置70
は、真空チャンバ72を有する。真空チャンバ72内に
は、ウェハー84を載置する下部電極74と、対向電極
である上部電極76とが設けられている。高周波が、高
周波発振器78から下部電極74に供給される。エッチ
ングに使用されるガスはガス導入部80から真空チャン
バ72内に供給され、排気装置(図示せず)によって真
空チャンバ72の下部82から排出される。ウェハー8
4が高周波の印加される下部電極74上に載置されてい
るので、ウェハーに入射するイオン入射エネルギーは前
述のアノードカップリング方式のエッチング装置よりも
高い。
FIG. 4B shows an outline of a typical RIE apparatus 70 of the cathode coupling type suitable for etching of the antireflection film. Such a parallel plate type RIE device 70
Has a vacuum chamber 72. In the vacuum chamber 72, a lower electrode 74 on which a wafer 84 is placed and an upper electrode 76 as a counter electrode are provided. The high frequency is supplied from a high frequency oscillator 78 to the lower electrode 74. The gas used for etching is supplied into the vacuum chamber 72 from the gas introduction unit 80, and is exhausted from the lower part 82 of the vacuum chamber 72 by an exhaust device (not shown). Wafer 8
Since 4 is placed on the lower electrode 74 to which a high frequency is applied, the ion incident energy incident on the wafer is higher than that of the above-described anode coupling type etching apparatus.

【0026】以下、本発明の半導体装置の製造方法の好
ましい実施例を説明する。
A preferred embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described below.

【0027】(実施例−1)シリコン基板10上にSi
2 から成る絶縁層12を形成し、その上にアルミニウ
ム系金属配線14を形成する。この金属配線14は、T
iONをバリアメタルとしたバリアメタル構造を有し、
Ti層(14A)、TiON層(14B)、及びAl−
Si層(14C)から成る。
(Embodiment 1) Si on a silicon substrate 10
An insulating layer 12 made of O 2 is formed, and an aluminum-based metal wiring 14 is formed thereon. This metal wiring 14
It has a barrier metal structure using iON as a barrier metal,
Ti layer (14A), TiON layer (14B), and Al-
It consists of a Si layer (14C).

【0028】この金属配線14の表面に、例えば厚さ2
5μmのTiONから成る反射防止膜16を形成する。
金属配線14及び反射防止膜16は、バリアメタル構造
を有する金属配線層及び反射防止膜層を絶縁層12上に
堆積させた後、レジストを塗布しフォトリソグラフィ法
によってレジストのパターニングを行い、次いで塩素系
ガスによってこれらの層をエッチングしレジストを除去
することにより形成することができる。
On the surface of the metal wiring 14, for example,
An antireflection film 16 made of 5 μm TiON is formed.
The metal wiring 14 and the anti-reflection film 16 are formed by depositing a metal wiring layer having a barrier metal structure and an anti-reflection film layer on the insulating layer 12, applying a resist, patterning the resist by a photolithography method, and then chlorine. These layers can be formed by etching these layers with a system gas and removing the resist.

【0029】次に、絶縁層12及び反射防止膜16の上
に、厚いシリコン窒化膜18を形成し、レジストを全面
に塗布した後、シリコン窒化膜18とレジストとが等し
いエッチングレートとなるようにエッチングする、所謂
レジストエッチバックによって平滑化を行う。その後、
例えばPSG20を堆積させる。本実施例においては、
層間絶縁膜22はシリコン窒化膜18とPSG20から
構成されている。そして、その上に開孔部26を有する
レジスト24を形成する(図1の(A)参照)。レジス
ト24の開孔部26は、金属配線14に対する電気的接
続を行うための接続孔を後の工程で形成するために設け
られている。開孔部26はフォトリソグラフィ法にて形
成することができる。
Next, a thick silicon nitride film 18 is formed on the insulating layer 12 and the antireflection film 16 and a resist is applied over the entire surface. Then, the silicon nitride film 18 and the resist are etched at the same etching rate. Smoothing is performed by etching, so-called resist etch back. afterwards,
For example, PSG 20 is deposited. In this embodiment,
The interlayer insulating film 22 includes the silicon nitride film 18 and the PSG 20. Then, a resist 24 having an opening 26 is formed thereon (see FIG. 1A). The opening 26 of the resist 24 is provided for forming a connection hole for making an electrical connection to the metal wiring 14 in a later step. The opening 26 can be formed by a photolithography method.

【0030】次に、バッチ式のアノードカップリング方
式のプラズマエッチング装置を使用して、以下の条件に
てラジカルモードを主としたのエッチングを行う。 CHF3 =20 SCCM C26 =80 SCCM Ar =20 SCCM 圧力 =70Pa (526 mtorr) RF周波数=13.56MHz RFパワー=2.0kW
Next, using a batch type anode coupling type plasma etching apparatus, etching mainly in the radical mode is performed under the following conditions. CHF 3 = 20 SCCM C 2 F 6 = 80 SCCM Ar = 20 SCCM Pressure = 70 Pa (526 mtorr) RF frequency = 13.56 MHz RF power = 2.0 kW

【0031】上記のエッチング条件においては、シリコ
ン窒化膜18のエッチングレートは120nm/分であ
り、PSG20のエッチングレートは98nm/分であ
る。TiONから成る反射防止膜16のエッチングレー
トは10〜20nm/分と非常に小さい。
Under the above etching conditions, the etching rate of the silicon nitride film 18 is 120 nm / min, and the etching rate of the PSG 20 is 98 nm / min. The etching rate of the anti-reflection film 16 made of TiON is as very small as 10 to 20 nm / min.

【0032】従来技術のように、かかるエッチング条件
にて反射防止膜16がエッチングされる迄エッチングを
行うと、エッチング時間が長くなり、接続孔28の側壁
28Aには図3の(A)に示すような凹部28Bが形成
され、エッチング不良が生じる。この凹部は、後の工程
において上層の配線層との電気的接続のために配線材料
で接続孔28を埋め込む際のカバレッジ不良の原因とな
る。凹部が形成される原因は、アノードカップリング方
式によるエッチングにおける過剰なオーバーエッチング
にある。
When etching is performed under the above etching conditions until the antireflection film 16 is etched as in the prior art, the etching time becomes longer, and the side wall 28A of the connection hole 28 is shown in FIG. Such a concave portion 28B is formed, and an etching failure occurs. The concave portion causes poor coverage when the connection hole 28 is buried with a wiring material for electrical connection with an upper wiring layer in a later step. The cause of the formation of the concave portion is excessive overetching in the etching by the anode coupling method.

【0033】本発明の半導体装置の製造方法において
は、層間絶縁膜22に接続孔28を形成し、反射防止膜
16が露出した状態で、アノードカップリング方式のエ
ッチング装置による層間絶縁膜22のエッチングを停止
する(図1の(B)参照)。この状態では、接続孔28
の側壁28Aには凹部が形成されることはない。反射防
止膜16はエッチングストッパーとしての役割を果た
す。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the connection hole 28 is formed in the interlayer insulating film 22 and the interlayer insulating film 22 is etched by an anode coupling type etching apparatus with the antireflection film 16 exposed. Is stopped (see FIG. 1B). In this state, the connection hole 28
No recess is formed on the side wall 28A. The antireflection film 16 plays a role as an etching stopper.

【0034】次に、イオン入射エネルギーがアノードカ
ップリング方式のエッチング装置よりも高いカソードカ
ップリング方式のRIE装置にてイオンモードを主とし
たリアクティブ・イオン・エッチングを行う。エッチン
グ条件を以下のとおりとした。 C26 =30 SCCM Ar =20 SCCM 圧力 =5Pa (38 mtorr) RF周波数=13.56MHz RFパワー=800W
Next, reactive ion etching mainly in ion mode is performed by a cathode coupling type RIE apparatus in which the ion incident energy is higher than that of the anode coupling type etching apparatus. The etching conditions were as follows. C 2 F 6 = 30 SCCM Ar = 20 SCCM Pressure = 5 Pa (38 mtorr) RF frequency = 13.56 MHz RF power = 800 W

【0035】上記のエッチング条件においては、TiO
Nから成る反射防止膜16のエッチングレートは11n
m/分であった。そして、エッチングを3分間以上行う
ことによって、25nmの膜厚の反射防止膜16を下地
であるAl−Si層(14C)から除去することができ
た(図1の(C)参照)。また、この時、接続孔28の
形状劣化は認められなかった。このように、カソードカ
ップリング方式のRIE装置を使用することによってエ
ッチングはイオンモードとなり、接続孔の形状劣化を招
くこと無く接続孔の加工を行うことができる。
Under the above etching conditions, TiO
The etching rate of the antireflection film 16 made of N is 11 n
m / min. Then, by performing the etching for 3 minutes or more, the antireflection film 16 having a thickness of 25 nm was able to be removed from the underlying Al—Si layer (14C) (see FIG. 1C). At this time, no deterioration of the shape of the connection hole 28 was observed. As described above, by using the cathode coupling type RIE apparatus, the etching is performed in the ion mode, and the connection hole can be processed without deteriorating the shape of the connection hole.

【0036】(実施例−2)図2の(A)に示すよう
に、素子を形成したシリコン基板10上に段差部30を
形成した。尚、段差部30内には、図2の(A)には図
示されていない配線が設けられている。また、段差部3
0の表面には絶縁層(図示せず)が形成されている。か
かる絶縁層の上に実施例−1と同様の方法で、金属配線
14a及び14bを形成し更に金属配線14a,14b
の上に反射防止膜16a及び16bを形成する。
Example 2 As shown in FIG. 2A, a step portion 30 was formed on a silicon substrate 10 on which elements were formed. In addition, a wiring not shown in FIG. 2A is provided in the step portion 30. Step 3
An insulating layer (not shown) is formed on the surface of the “0”. On the insulating layer, metal wirings 14a and 14b are formed in the same manner as in Example 1, and metal wirings 14a and 14b are formed.
The anti-reflection films 16a and 16b are formed on the substrate.

【0037】その後、実施例−1と同様の方法で、絶縁
層及び反射防止膜16a,16bの上に、厚いシリコン
窒化膜18を形成し、レジストエッチバックによって平
滑化を行う。次に、かかるシリコン窒化膜18上に、例
えばPSG20を堆積する。本実施例においても、層間
絶縁膜22はシリコン窒化膜18とPSG20から構成
されている。そして、実施例−1と同様の方法で、層間
絶縁膜22の上に開孔部26a及び26bを有するレジ
スト24を形成する(図2の(A)参照)。
Thereafter, a thick silicon nitride film 18 is formed on the insulating layer and the antireflection films 16a and 16b in the same manner as in Example 1, and smoothing is performed by resist etch back. Next, for example, PSG 20 is deposited on the silicon nitride film 18. Also in this embodiment, the interlayer insulating film 22 includes the silicon nitride film 18 and the PSG 20. Then, a resist 24 having openings 26a and 26b is formed on the interlayer insulating film 22 in the same manner as in Example-1 (see FIG. 2A).

【0038】次に、枚葉式のアノードカップリング方式
のプラズマエッチング装置を使用して、以下の条件にて
ラジカルモードを主としたエッチングを行った。 CF4 =70 SCCM CHF3 =30 SCCM Ar =450 SCCM 圧力 =2.3torr RF周波数=380kHz RFパワー=600W
Next, etching was performed mainly in the radical mode under the following conditions using a single-wafer anode coupling type plasma etching apparatus. CF 4 = 70 SCCM CHF 3 = 30 SCCM Ar = 450 SCCM Pressure = 2.3 torr RF frequency = 380 kHz RF power = 600 W

【0039】上記のエッチング条件においては、シリコ
ン窒化膜18のエッチングレートは500nm/分であ
り、PSG20のエッチングレートは800nm/分で
あった。TiONから成る反射防止膜16a,16bの
エッチングレートは非常に小さく5nm/分であった。
それ故、膜厚の厚い層間絶縁膜22がエッチングされ、
接続孔28a及び28bは形成され得るが、膜厚の薄い
反射防止膜16a,16bは除去されず露出した状態と
なる(図2の(B)参照)。
Under the above etching conditions, the etching rate of the silicon nitride film 18 was 500 nm / min, and the etching rate of the PSG 20 was 800 nm / min. The etching rate of the antireflection films 16a and 16b made of TiON was very small, 5 nm / min.
Therefore, the thick interlayer insulating film 22 is etched,
Although the connection holes 28a and 28b can be formed, the thin antireflection films 16a and 16b are exposed without being removed (see FIG. 2B).

【0040】従来技術のようにエッチングを更に行う
と、層間絶縁膜の薄い部分に位置する接続孔28aの底
部にある反射防止膜16aが、層間絶縁膜の厚い部分に
位置する接続孔28bの底部にある反射防止膜16bよ
りも先にエッチングされる。その結果、反射防止膜16
aのAl−Si層が露出したオーバーエッチング状態と
なり、アルミニウムクラウンが発生する。あるいは又、
図3の(B)に示すように、接続孔28aの側壁に凹部
が発生する。
When the etching is further performed as in the prior art, the antireflection film 16a at the bottom of the connection hole 28a located at the thin portion of the interlayer insulating film is replaced with the bottom of the connection hole 28b located at the thick portion of the interlayer insulating film. Is etched prior to the antireflection film 16b. As a result, the anti-reflection film 16
The over-etching state where the Al-Si layer a is exposed causes an aluminum crown. Alternatively,
As shown in FIG. 3B, a recess is formed on the side wall of the connection hole 28a.

【0041】本発明においては、次に、カソードカップ
リング方式のRIE装置にてイオンモードを主としたリ
アクティブ・イオン・エッチングを行う。エッチング条
件を以下のとおりとした。尚、SF6とCHF3の流量割
合を下記の範囲内で種々変化させた。 SF6 =3〜20 SCCM CHF3 =20〜0 SCCM He =50 SCCM 圧力 =53.5Pa (400 mtorr) RF周波数=13.56MHz RFパワー=300W
In the present invention, next, reactive ion etching mainly in the ion mode is performed by a cathode coupling type RIE apparatus. The etching conditions were as follows. Incidentally, it was varied the flow rate of SF 6 and CHF 3 within the range described below. SF 6 = 3 to 20 SCCM CHF 3 = 20 to 0 SCCM He = 50 SCCM Pressure = 53.5 Pa (400 mtorr) RF frequency = 13.56 MHz RF power = 300 W

【0042】反射防止膜16、シリコン窒化膜18、層
間絶縁膜22及びレジストの各々のエッチングレート
と、SF6とCHF3の流量割合との関係を図5に示す。
図5から明らかなように、SF6 の流量を増加させると
TiONから成る反射防止膜のエッチングレートが増加
する傾向にある。図5に図示していないが、SF6 の流
量を0 SCCM、即ち、CHF3 とHeのみの混合ガス系
を使用した場合には、反射防止膜のエッチングレートは
10nm/分と非常に小さかった。そこで、図5の結果
を基にして、反射防止膜16のエッチングを以下の条件
にて行った。 SF6 =15 SCCM CHF3 =10 SCCM He =40 SCCM 圧力 =46.7Pa (350 mtorr) RF周波数=13.56MHz RFパワー=300W
FIG. 5 shows the relationship between the etching rates of the antireflection film 16, the silicon nitride film 18, the interlayer insulating film 22, and the resist, and the flow rates of SF 6 and CHF 3 .
As is apparent from FIG. 5, when the flow rate of SF 6 is increased, the etching rate of the antireflection film made of TiON tends to increase. Although not shown in FIG. 5, when the flow rate of SF 6 was 0 SCCM, that is, when a mixed gas system of only CHF 3 and He was used, the etching rate of the antireflection film was very small at 10 nm / min. . Therefore, based on the results shown in FIG. 5, the antireflection film 16 was etched under the following conditions. SF 6 = 15 SCCM CHF 3 = 10 SCCM He = 40 SCCM Pressure = 46.7 Pa (350 mtorr) RF frequency = 13.56 MHz RF power = 300 W

【0043】反射防止膜16a,16bが露出した図2
の(B)に示す状態から上記の条件にてエッチングを開
始することによって、接続孔28a,28bの形状に劣
化を生じさせること無く、反射防止膜16a,16bを
除去することができた。また、層間絶縁膜の薄い部分に
位置する接続孔28aの底部にある反射防止膜16aの
エッチングと、層間絶縁膜の厚い部分に位置する接続孔
28bの底部にある反射防止膜16bのエッチングとが
同時に進行するために、過剰のオーバーエッチングは不
要である。その結果、アルミニウムクラウンの発生を殆
ど防止することができる。
FIG. 2 in which the antireflection films 16a and 16b are exposed.
By starting the etching under the above conditions from the state shown in FIG. 3B, the antireflection films 16a and 16b could be removed without deteriorating the shapes of the connection holes 28a and 28b. Further, the etching of the antireflection film 16a at the bottom of the connection hole 28a located at the thin portion of the interlayer insulating film and the etching of the antireflection film 16b at the bottom of the connection hole 28b located at the thick portion of the interlayer insulation film are performed. Excessive over-etching is not required to proceed simultaneously. As a result, generation of an aluminum crown can be almost prevented.

【0044】以上、本発明の半導体装置の製造方法を好
ましい実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらの
実施例に限定されるものではない。
Although the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention has been described based on the preferred embodiments, the present invention is not limited to these embodiments.

【0045】絶縁層12として、SiO2 以外に、例え
ばPSG、BSG、BPSG、AsSG、シリコン窒化
膜を使用することができる。バリアメタルとして、例え
ば、TiN、TiW、W、Mo等、あるいはアルミニウ
ム層の下の金属シリサイド層を使用することができる。
層間絶縁膜として、シリコン窒化膜/PSGの組み合わ
せ以外に、シリコン窒化膜/BPSG、シリコン窒化膜
/BSG、PSG/シリコン窒化膜/PSG等を使用す
ることができる。
As the insulating layer 12, for example, PSG, BSG, BPSG, AsSG, or a silicon nitride film can be used other than SiO 2 . As the barrier metal, for example, TiN, TiW, W, Mo, or a metal silicide layer under an aluminum layer can be used.
As the interlayer insulating film, other than the combination of the silicon nitride film / PSG, a silicon nitride film / BPSG, a silicon nitride film / BSG, a PSG / silicon nitride film / PSG, or the like can be used.

【0046】本発明においては、アノードカップリング
方式のエッチング装置にて使用される高周波の周波数が
13.56MHzでも380kHzでも同様のエッチン
グ効果を示す。従って、使用周波数は特に限定されな
い。
In the present invention, the same etching effect is obtained regardless of whether the high frequency used in the anode coupling type etching apparatus is 13.56 MHz or 380 kHz. Therefore, the frequency used is not particularly limited.

【0047】また、カソードカップリング方式のエッチ
ング装置におけるTiONのエッチングはフッ素を含有
するガス系で行うことができるが、特にSF6 を添加す
ることでTiONのエッチングレートを顕著に増加させ
ることができ、SF6 を含有するガス系でのTiONの
エッチングが極めて有効である。
The etching of TiON in the cathode-coupling type etching apparatus can be performed in a gas system containing fluorine. In particular, by adding SF 6 , the etching rate of TiON can be significantly increased. etching of TiON gas system containing SF 6 is very effective.

【0048】[0048]

【発明の効果】従来の半導体装置の製造方法において
は、アルミニウム系金属配線上に形成された層間絶縁膜
に接続孔を形成しそして反射防止膜を除去するために1
回のみのエッチング処理が行われる。その結果、アルミ
ニウムクラウンの発生、あるいは層間絶縁膜のエッチン
グ不良といった問題が生じている。これに対して、本発
明の半導体装置の製造方法においては、ラジカルモード
のエッチングにより層間絶縁膜に接続孔を形成し、次に
イオンモードのエッチングにより反射防止膜の除去を行
う。その結果、反射防止膜が除去された後の過剰なオー
バーエッチングを防止することができ、接続孔の形状劣
化あるいはアルミニウムクラウンの発生といった問題を
効果的に解消することができる。
According to the conventional method of manufacturing a semiconductor device, a method for forming a connection hole in an interlayer insulating film formed on an aluminum-based metal wiring and removing the anti-reflection film is required.
Only one etching process is performed. As a result, problems such as generation of an aluminum crown or poor etching of an interlayer insulating film occur. On the other hand, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a connection hole is formed in the interlayer insulating film by radical mode etching, and then the antireflection film is removed by ion mode etching. As a result, excessive overetching after the antireflection film is removed can be prevented, and problems such as deterioration of the shape of the connection hole or generation of an aluminum crown can be effectively solved.

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

【図1】本発明の半導体装置の製造方法にかかる一実施
態様の工程の一部を示すための、半導体装置の模式的な
断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device, showing a part of a process of an embodiment according to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図2】本発明の半導体装置の製造方法にかかる別の実
施態様の工程の一部を示すための、半導体装置の模式的
な断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device, showing a part of the steps of another embodiment according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図3】従来の半導体装置の製造方法による問題点を示
す、半導体装置の模式的な断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device showing a problem due to a conventional method of manufacturing a semiconductor device.

【図4】本発明の方法の実施に適したエッチング装置の
概要を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an outline of an etching apparatus suitable for carrying out the method of the present invention.

【図5】エッチングに使用するガスの流量割合と各種材
料のエッチングレートの関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a flow rate ratio of a gas used for etching and an etching rate of various materials.

【図6】従来の半導体装置の製造方法の工程の一部を示
すための、半導体装置の模式的な断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device for illustrating a part of a process of a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,100 シリコン基板 12,102 絶縁層 14,104 金属配線 16,106 反射防止膜 18 シリコン窒化膜 20 PSG膜 22,108 層間絶縁膜 24,110 レジスト 26,112 開孔部 28,114 接続孔 10, 100 Silicon substrate 12, 102 Insulating layer 14, 104 Metal wiring 16, 106 Antireflection film 18 Silicon nitride film 20 PSG film 22, 108 Interlayer insulating film 24, 110 Resist 26, 112 Opening 28, 114 Connection hole

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−262122(JP,A) 特開 平4−266022(JP,A) 特開 昭63−196039(JP,A) 特開 平4−102331(JP,A) 実開 昭63−38322(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 H01L 21/3205 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-262122 (JP, A) JP-A-4-266022 (JP, A) JP-A-63-196039 (JP, A) JP-A-4- 102331 (JP, A) Japanese Utility Model Showa 63-38322 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 H01L 21/3205

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】(イ)チタン系反射防止膜を表面に有する
アルミニウム系金属配線上に層間絶縁膜を形成する工程
と、 (ロ)ラジカルモードのエッチングによって前記層間絶
縁膜に接続孔を開孔して、前記チタン系反射防止膜を露
出させる工程と、 (ハ)イオンモードのエッチングによって前記接続孔の
底部に露出したチタン系反射防止膜を除去し、アルミニ
ウム系金属配線を露出させる工程、 から成ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(A) forming an interlayer insulating film on an aluminum-based metal wiring having a titanium-based anti-reflection film on its surface; and (b) opening a connection hole in the interlayer insulating film by radical mode etching. And (c) removing the titanium-based anti-reflection film exposed at the bottom of the connection hole by ion-mode etching and exposing the aluminum-based metal wiring. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項2】前記ラジカルモードのエッチングは、アノ
ードカップリング方式のエッチング装置によって行わ
れ、 前記イオンモードのエッチングはカソードカップリング
方式のリアクティブ・イオン・エッチング装置によって
行われることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置
の製造方法。
2. The radical mode etching is performed by an anode coupling type etching apparatus, and the ion mode etching is performed by a cathode coupling type reactive ion etching apparatus. Item 2. A method for manufacturing a semiconductor device according to item 1.
【請求項3】前記アルミニウム系金属配線が、基板上に
形成された段差部上に形成されていることを特徴とする
請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said aluminum-based metal wiring is formed on a step formed on a substrate.
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