JP3440599B2 - ビアホール形成方法 - Google Patents
ビアホール形成方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路におけ
るビアホ−ル形成技術に関するものである。
るビアホ−ル形成技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置のビアホ−ル形成において、
主に次のことが要求されている。 （１）寸法制御性 （２）残渣の抑制 （３）低ダメ−ジ、低欠陥 近年の微細化、高集積化にともない上記の要求はますま
す厳しいものになってきている。
主に次のことが要求されている。 （１）寸法制御性 （２）残渣の抑制 （３）低ダメ−ジ、低欠陥 近年の微細化、高集積化にともない上記の要求はますま
す厳しいものになってきている。
【０００３】以下、図面を参照しながら、従来のビアホ
−ル形成方法の一例について説明する。図３は従来のビ
アホ−ルの形成方法を示す工程断面図を示したものであ
る。図３(a)において、１は半導体基板、２はAl合金
膜、３は反射防止膜であるTiまたはTiN、４は層間絶縁
膜、５はリソグラフィ−により形成したレジストであ
る。図３において、レジスト５をマスクとし、フッ素系
ガスと窒素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いて、１３.
５６MHzの高周波電力を用いるRIE（反応性イオンエッチ
ング）方式により、絶縁膜４および反射防止膜３をエッ
チングし、ビアホ−ルを形成する（図３(b)）。上記工
程に用いられるフッ素系ガスは、一般に四沸化炭素（以
下CF4と記す）、三沸化メタン（以下CHF3と記す）、六
沸化硫黄（以下SF6と記す）、三沸化窒素（以下NF3と記
す）、三沸化塩素（以下ClF3と記す）等が挙げられる。
−ル形成方法の一例について説明する。図３は従来のビ
アホ−ルの形成方法を示す工程断面図を示したものであ
る。図３(a)において、１は半導体基板、２はAl合金
膜、３は反射防止膜であるTiまたはTiN、４は層間絶縁
膜、５はリソグラフィ−により形成したレジストであ
る。図３において、レジスト５をマスクとし、フッ素系
ガスと窒素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いて、１３.
５６MHzの高周波電力を用いるRIE（反応性イオンエッチ
ング）方式により、絶縁膜４および反射防止膜３をエッ
チングし、ビアホ−ルを形成する（図３(b)）。上記工
程に用いられるフッ素系ガスは、一般に四沸化炭素（以
下CF4と記す）、三沸化メタン（以下CHF3と記す）、六
沸化硫黄（以下SF6と記す）、三沸化窒素（以下NF3と記
す）、三沸化塩素（以下ClF3と記す）等が挙げられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うなドライエッチング方法では、反射防止膜３をエッチ
ングする際に生じるTiと、酸素による化合物やイオンス
パッタされた下地のＡｌ合金と酸素が反応する際に生じ
るAlと酸素による化合物は蒸気圧が非常に低いため揮発
・除去できず、エッチング残渣６がビアホール周辺に形
成され、配線の信頼性低下を生じるという問題点を有し
ていた。この残渣は後工程の洗浄等でも除去できないも
のである。
うなドライエッチング方法では、反射防止膜３をエッチ
ングする際に生じるTiと、酸素による化合物やイオンス
パッタされた下地のＡｌ合金と酸素が反応する際に生じ
るAlと酸素による化合物は蒸気圧が非常に低いため揮発
・除去できず、エッチング残渣６がビアホール周辺に形
成され、配線の信頼性低下を生じるという問題点を有し
ていた。この残渣は後工程の洗浄等でも除去できないも
のである。
【０００５】従って本発明は、反射防止膜であるチタン
もしくは窒化チタンを酸素ガスを含まず、かつイオンに
よるスパッタ効果の無い状況で、フッ素系ガスにより生
じたフッ素ラジカルのみによりエッチングすることによ
り、エッチングにより生じるチタン酸化物及びAl酸化物
等による残渣発生を抑制することを目的とする。
もしくは窒化チタンを酸素ガスを含まず、かつイオンに
よるスパッタ効果の無い状況で、フッ素系ガスにより生
じたフッ素ラジカルのみによりエッチングすることによ
り、エッチングにより生じるチタン酸化物及びAl酸化物
等による残渣発生を抑制することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明のビアホ−ル形成方法は、絶縁膜のエッチン
グをフッ素系イオンによりエッチングし、反射防止膜を
酸素を含まないフッ素系ラジカルによりエッチングする
構成を備えている。
めに本発明のビアホ−ル形成方法は、絶縁膜のエッチン
グをフッ素系イオンによりエッチングし、反射防止膜を
酸素を含まないフッ素系ラジカルによりエッチングする
構成を備えている。
【０００７】
【作用】本発明は上記した構成によって、反射防止膜を
酸素を含まないフッ素系ラジカルによりエッチングする
とともに下地からのＡｌのスパッタリングがないため、
チタンと酸素、もしくはAlと酸素により生じる蒸気圧の
低い化合物が発生せず、チタン酸化物及びAl酸化物から
生じる残渣の発生を抑制することが出来る。
酸素を含まないフッ素系ラジカルによりエッチングする
とともに下地からのＡｌのスパッタリングがないため、
チタンと酸素、もしくはAlと酸素により生じる蒸気圧の
低い化合物が発生せず、チタン酸化物及びAl酸化物から
生じる残渣の発生を抑制することが出来る。
【０００８】
【実施例】以下本発明の実施例におけるビアホ−ルの形
成方法について、図面を参照しながら説明する。
成方法について、図面を参照しながら説明する。
【０００９】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
におけるビアホ−ルの形成方法の工程断面図を示したも
のでである。
におけるビアホ−ルの形成方法の工程断面図を示したも
のでである。
【００１０】図１(a)において、１は半導体基板、２はA
l合金、３は反射防止膜TiまたはTiN、４は絶縁膜、５は
リソグラフィ−により形成したレジストである。絶縁膜
４にはTEOS（テトラエトキシシラン）が用いられる。
l合金、３は反射防止膜TiまたはTiN、４は絶縁膜、５は
リソグラフィ−により形成したレジストである。絶縁膜
４にはTEOS（テトラエトキシシラン）が用いられる。
【００１１】上記の構成において、レジスト５をマスク
とし、フッ素系ガスCHF3、CF4、NF3、SF6、もしくはClF
3ガスのうち少なくとも１種以上のガスと、酸素と窒
素、アルゴンのうち少なくとも１種以上のガスとの混合
ガスを用いて、試料上に吸着したフッ素系ラジカルにイ
オンが反応エネルギーを与えるイオン支援を主としたド
ライエッチングをおこなう。これによって層間絶縁膜４
がエッチングされる（図１(b)）。このとき、ウエハー
温度は１００℃以下の温度に設定されている。
とし、フッ素系ガスCHF3、CF4、NF3、SF6、もしくはClF
3ガスのうち少なくとも１種以上のガスと、酸素と窒
素、アルゴンのうち少なくとも１種以上のガスとの混合
ガスを用いて、試料上に吸着したフッ素系ラジカルにイ
オンが反応エネルギーを与えるイオン支援を主としたド
ライエッチングをおこなう。これによって層間絶縁膜４
がエッチングされる（図１(b)）。このとき、ウエハー
温度は１００℃以下の温度に設定されている。
【００１２】次に、フッ素系のガス、CHF3、CF4、NF3、
SF6、ClF3ガスのうち少なくとも１種類以上のガスを用
いて、プラズマ中のフッ素ラジカルを主として反射防止
膜３をエッチングする（図１(c)）。このとき、ウエハ
ー温度は１００℃以上２５０℃以下の温度領域で行う。
SF6、ClF3ガスのうち少なくとも１種類以上のガスを用
いて、プラズマ中のフッ素ラジカルを主として反射防止
膜３をエッチングする（図１(c)）。このとき、ウエハ
ー温度は１００℃以上２５０℃以下の温度領域で行う。
【００１３】図２にCF4ガスを用いた時の、ウエハー温
度とTiNのエッチレート及び絶縁膜TEOSのエッチレート
の関係を示す。CF4ガス流量は２００sccm、圧力は０.５
Torr、RFパワーは２００Wを用いた。図２の実験結果は
１３.５６MHzの高周波電力を印加するダウンフロー方式
のエッチング装置によってえられたものである。この条
件でTiNのエッチレートは、ウエハー温度が１５０℃の
時、約１５０Å／min、２５０℃の時、約３００Å／min
のエッチレートがえられる。このように、フッ素ラジカ
ルとTiNは反応し、TiF4 等の化合物が形成される。ま
た、Alはフッ素ラジカルと反応し、AlF3等の化合物が形
成される。一方、TiN、Tiのエッチングの際に酸素ガス
を用いないため、残渣の原因となるチタンと酸素の化合
物もしくはAlと酸素の化合物は形成されない。これらの
化合物は、ウエハ−温度が100℃以上250℃以下の温度範
囲で、かつ圧力が０.５Torrから１Torr程度の圧力領域
で揮発し、エッチングは進行する。通常、酸化膜のエッ
チングはラジカルのみでは進行せず、イオン支援によっ
て進行する。このことは図２に示したように、上記した
エッチング条件では、ラジカル種が主となるたTiNのエ
ッチレートと酸化膜のエッチレートとの選択比（TiN／
酸化膜）は１０以上あることからもわかる。そのため、
反射防止膜のエッチング時に絶縁膜がエッチングされ、
ビアホール系が大きくなり、寸法制御性に異常をきたす
ということはない。
度とTiNのエッチレート及び絶縁膜TEOSのエッチレート
の関係を示す。CF4ガス流量は２００sccm、圧力は０.５
Torr、RFパワーは２００Wを用いた。図２の実験結果は
１３.５６MHzの高周波電力を印加するダウンフロー方式
のエッチング装置によってえられたものである。この条
件でTiNのエッチレートは、ウエハー温度が１５０℃の
時、約１５０Å／min、２５０℃の時、約３００Å／min
のエッチレートがえられる。このように、フッ素ラジカ
ルとTiNは反応し、TiF4 等の化合物が形成される。ま
た、Alはフッ素ラジカルと反応し、AlF3等の化合物が形
成される。一方、TiN、Tiのエッチングの際に酸素ガス
を用いないため、残渣の原因となるチタンと酸素の化合
物もしくはAlと酸素の化合物は形成されない。これらの
化合物は、ウエハ−温度が100℃以上250℃以下の温度範
囲で、かつ圧力が０.５Torrから１Torr程度の圧力領域
で揮発し、エッチングは進行する。通常、酸化膜のエッ
チングはラジカルのみでは進行せず、イオン支援によっ
て進行する。このことは図２に示したように、上記した
エッチング条件では、ラジカル種が主となるたTiNのエ
ッチレートと酸化膜のエッチレートとの選択比（TiN／
酸化膜）は１０以上あることからもわかる。そのため、
反射防止膜のエッチング時に絶縁膜がエッチングされ、
ビアホール系が大きくなり、寸法制御性に異常をきたす
ということはない。
【００１４】上記のように本実施例では、反射防止膜３
のエッチングの際には、酸素を用いていないため、Tiや
Alと酸素の化合物である残渣は発生せず、また、イオン
を用いず、ラジカルによってエッチングを行っているた
め、層間絶縁膜４もエッチングされずにすむ。
のエッチングの際には、酸素を用いていないため、Tiや
Alと酸素の化合物である残渣は発生せず、また、イオン
を用いず、ラジカルによってエッチングを行っているた
め、層間絶縁膜４もエッチングされずにすむ。
【００１５】（実施例２）次に、本発明の第２に実施例
におけるビアホールの形成方法について図１を参照しな
がら説明する。
におけるビアホールの形成方法について図１を参照しな
がら説明する。
【００１６】レジスト５をマスクとしフッ素系ガスと、
酸素と窒素、アルゴンのうち少なくとも１種以上のガス
との混合ガスを用いて、１３.５６MHzの高周波電力を印
加する反応性イオンエッチング方式で、イオン支援を主
とした層間絶縁膜４のエッチングを行う（図１(b)）。
このとき、圧力は0.1から１Torrの領域、RFパワーは100
から1000Wの領域、ウエハー温度は１００℃以下の領域
で行う。
酸素と窒素、アルゴンのうち少なくとも１種以上のガス
との混合ガスを用いて、１３.５６MHzの高周波電力を印
加する反応性イオンエッチング方式で、イオン支援を主
とした層間絶縁膜４のエッチングを行う（図１(b)）。
このとき、圧力は0.1から１Torrの領域、RFパワーは100
から1000Wの領域、ウエハー温度は１００℃以下の領域
で行う。
【００１７】次に、フッ素系ガスを用いて、ダウンフロ
ー方式によりプラズマ中のフッ素ラジカルを主として反
射防止膜３をエッチングする（図１(c)）。このとき、
ウエハー温度は１００℃以上２５０℃以下の温度領域で
行う。ダウンフロー方式では、エッチャントはラジカル
が主であり、ウエハー温度を制御することにより反射防
止膜のエッチングを制御することができる。
ー方式によりプラズマ中のフッ素ラジカルを主として反
射防止膜３をエッチングする（図１(c)）。このとき、
ウエハー温度は１００℃以上２５０℃以下の温度領域で
行う。ダウンフロー方式では、エッチャントはラジカル
が主であり、ウエハー温度を制御することにより反射防
止膜のエッチングを制御することができる。
【００１８】なお、本実施例では、層間絶縁膜４のエッ
チングには反応性イオンエッチング方式を用いたが、マ
グネトロン反応性イオンエッチング方式、もしくはエレ
クトロンサイクロトロンレゾナンスプラズマエッチング
方式、もしくはマイクロ波エッチング方式、もしくは誘
導結合プラズマエッチング方式、もしくはヘリコン波エ
ッチング方式を用いても同様の結果がえられる。
チングには反応性イオンエッチング方式を用いたが、マ
グネトロン反応性イオンエッチング方式、もしくはエレ
クトロンサイクロトロンレゾナンスプラズマエッチング
方式、もしくはマイクロ波エッチング方式、もしくは誘
導結合プラズマエッチング方式、もしくはヘリコン波エ
ッチング方式を用いても同様の結果がえられる。
【００１９】さらに、反射防止膜３のエッチングにおい
ても、本実施例では１３.５６MHzの高周波を印加するダ
ウンフロー方式を用いたが、マイクロ波を印加するダウ
ンフロー方式であっても同様の結果がえられることは言
うまでもない。
ても、本実施例では１３.５６MHzの高周波を印加するダ
ウンフロー方式を用いたが、マイクロ波を印加するダウ
ンフロー方式であっても同様の結果がえられることは言
うまでもない。
【００２０】
【発明の効果】以上のように本発明は、層間絶縁膜のエ
ッチングをイオン支援を主として行い、反射防止膜のエ
ッチングを酸素ガスを含まず、フッ素ラジカルを主とし
て行うことにより、エッチング残渣のないビアホールを
形成 することができる。
ッチングをイオン支援を主として行い、反射防止膜のエ
ッチングを酸素ガスを含まず、フッ素ラジカルを主とし
て行うことにより、エッチング残渣のないビアホールを
形成 することができる。
【図１】本発明の第１及び第２の実施例におけるビアホ
−ル形成の工程断面図
−ル形成の工程断面図
【図２】本発明の第１及び第２の実施例におけるTiNの
エッチレート及び酸化膜のエッチレートのウエハー温度
依存性を示す図
エッチレート及び酸化膜のエッチレートのウエハー温度
依存性を示す図
【図３】従来のビアホ−ル形成の工程断面図
１ 半導体基板
２ Al合金膜
３ 反射防止膜
４ 層間絶縁膜
５ レジスト
６ エッチング残渣
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−29253（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−224193（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−20985（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−64580（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−196039（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/3065
H01L 21/28
Claims (4)
- 【請求項１】 アルミ合金配線膜、反射防止膜及び層間
絶縁膜が形成された半導体基板をドライエッチングによ
りビアホールを形成する方法であって、レジストをマス
クとして反応性イオンエッチング方式でイオンを主とす
る前記層間絶縁膜のドライエッチングを行う第１のエッ
チング工程と、ダウンフロー方式によりフッ素ラジカル
を主とするプラズマを用いて前記反射防止膜のエッチン
グを行う第２のエッチング工程とを有し、 前記反射防止膜が、チタン又は窒化チタンであり、 前記第２のエッチング工程において、酸素ガスを用いな
いことを特徴とするビアホ−ル形成方法。 - 【請求項２】 第２のエッチング工程を１００℃以上２
５０℃以下の基板温度で行うことを特徴とする請求項１
に記載のビアホ−ル形成方法。 - 【請求項３】 第２のエッチング工程において、四フッ
化炭素、六フッ化硫黄、三フッ化窒素、三フッ化塩素、
三フッ化メタンのうち少なくとも１つのガスを用いるこ
とを特徴とする請求項１または２に記載のビアホ−ル形
成方法。 - 【請求項４】 前記第１のエッチング工程において、フ
ッ素系ガスと、酸素と窒素、アルゴンのうち少なくとも
１種以上のガスとの混合ガスを用いることを特徴とする
請求項１〜３いずれかに記載のビアホ−ル形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00908895A JP3440599B2 (ja) | 1995-01-24 | 1995-01-24 | ビアホール形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00908895A JP3440599B2 (ja) | 1995-01-24 | 1995-01-24 | ビアホール形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08203870A JPH08203870A (ja) | 1996-08-09 |
| JP3440599B2 true JP3440599B2 (ja) | 2003-08-25 |
Family
ID=11710871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00908895A Expired - Fee Related JP3440599B2 (ja) | 1995-01-24 | 1995-01-24 | ビアホール形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3440599B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2796492B1 (fr) * | 1999-07-13 | 2005-05-20 | Ibm | Methode amelioree pour graver les materiaux tin et sio2 a la meme vitesse |
| US7078337B2 (en) * | 2003-09-30 | 2006-07-18 | Agere Systems Inc. | Selective isotropic etch for titanium-based materials |
-
1995
- 1995-01-24 JP JP00908895A patent/JP3440599B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08203870A (ja) | 1996-08-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |