JP3835684B2 - Via hole formation method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接続孔(ヴィアホール)の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ヴィアコンタクトは、LSIにおける相異なる2層の金属配線を電気的に接続するために層間絶縁膜に形成されるためのもので、このコンタクトの形成に際しては2層の金属配線を接続する金属を埋め込むための接続孔(ヴィアホール)を形成する必要がある。
【0003】
従来のヴィアコンタクトの形成方法は、先ず、下層金属配線を形成した後に、この金属配線を電気的に絶縁するための層間絶縁膜を形成し、この絶縁膜上にレジストを塗布して写真製版処理及びエッチング処理を施して接続孔(ヴィアホール)パターンを形成し、次に、このパターンに基づいて、RIE(反応性イオンエッチング:Reactive Ion Etching)法により下層金属配線上の層間絶縁膜をエッチングで除去してヴィアホールを形成する。
【0004】
これに続いて、ヴィアホール内部に埋め込み金属を形成するために、レジスト上に満遍なく金属(Auが一般的)を蒸着させて埋め込み金属と下層金属配線とを電気的に接続させ、最後に、有機溶剤を用いてレジストを除去する。なお、このレジスト除去の工程で、レジスト上に付着した金属もリフトオフされて除去される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のヴィアホールの形成工程によると、上述した層間絶縁膜のエッチング工程において、いわゆる「サイドエッチング」が生じ、層間絶縁膜はレジストパターンどおりにエッチングされず、レジストが庇の形状となって残るアンダーカットが形成される。この状態で金属を蒸着すると、パターニングされたレジスト側面にも徐々に金属が付着し、エッチング工程で形成されたアンダーカット量が益々増大して、レジストと金属による庇の張り出しの程度が益々激しくなる。このような庇の張り出しは、ヴィアホール開口面積を狭めることになり、ビアホール内への埋め込み金属量を減らしてしまう。その結果、埋め込み金属の断面形状は、直方体ではなく、根元が広く(太く)先端に向かって狭くなる台形形状となる。
【0006】
例えば幅1μmの微細なコンタクトホールに埋め込み金属であるAuを約0.7μm埋め込む場合には、台形の断面形状を有する埋め込み金属に対して、リフトオフ法によるレジスト及びレジスト上の金属の除去を行なうと、埋め込み金属先端部と層間絶縁膜エッジ部との距離が0.3μm以上にも広がってしまい、片側0.3μmの空隙が生じることとなる。このような状態のヴィアコンタクトの上に上層金属配線を形成しても、金属はこの隙間を充分に埋めることができず、配線にクラックが発生して、断線による導通不良等によって信頼性が低下してしまうという問題があった。
【0007】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ヴィアホール金属とその上に形成される上層金属配線との接続不良を解消するためのヴィアホール形成方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、下層金属材料と上層金属材料とを電気的に導通させるためのヴィアホールの形成方法であって、層間絶縁膜を形成する第1の工程と、該絶縁膜上に塗布したレジストにヴィアホール開口部の形状をパターニングする第2の工程と、該ヴィアホール開口部パターンに基づいて前記層間絶縁膜をエッチング除去してヴィアホールを形成する第3の工程と、前記レジストに熱処理を施して該ヴィアホール開口部パターンのレジスト側壁部の角度をなまらせる第4の工程と、前記ヴィアホール内部及び前記レジスト上に金属を堆積する第5の工程と、該レジストを除去して該レジスト上の金属をリフトオフ除去する第6の工程とを備えることを特徴とする。
【0009】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のヴィアホールの形成方法において、前記第3の工程と前記第4の工程との間に、前記レジストを酸素プラズマに晒すことにより、前記ヴィアホール開口部パターンを拡大させると同時に該レジストの厚さを減ずる第7の工程を備えることを特徴とする。
【0010】
また、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のヴィアホールの形成方法において、前記第7の工程終了後の前記レジストの厚さが、1.0μm以下0.5μm以上であることを特徴とする。
【0011】
更に、請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載のヴィアホールの形成方法において、前記第4の工程終了時における前記レジスト側壁面と前記層間絶縁膜表面との成す角度が、45°以上75°以下であることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【0013】
図1は、本発明のヴィアホールの形成方法の例を説明するための図で、図1(a)は、レジストの開口部をマスクとして下地の層間絶縁膜をエッチングした直後の様子を示している。すなわち、下部金属配線11を覆う例えばSOG(Spin on Glass)の層間絶縁膜12の上にレジスト13を塗布した後、ヴィアホールの開口孔14のみを除去する様にこれを現像し、その後、RIE法により、この開口パターンをマスクとしてSOG層間絶縁膜12をエッチングする。なお、RIEの反応ガスとしては、CFを一般的に使用するが、これに限定されず、フッ素系のガスであれば、SiON、SiN、SiO、SOG等の層間絶縁膜に対してエッチングガスとして適用可能である。
【0014】
このエッチング工程においては、その条件にもよるが、層間絶縁膜12を深さ方向にエッチングするのと同時に、層間絶縁膜12の横方向にも僅かにエッチングが進行(サイドエッチング)し、その結果、開口孔14の形状は、表面側で広く深部で狭くなる。このままの状態で、開口孔14部に金属を埋め込もうとすると、レジスト13が、いわゆる庇の役割を果たし、レジスト14の上角部に金属が集中的に堆積されることとなり、この庇の張り出しが益々大きくなってヴィアホールの開口面積を益々狭めることとなる。そのため、本発明のヴィアホールの形成方法では、金属を蒸着する前に、レジスト13に熱処理(ベーキング)を施すことによりその形状を変化させることとしている。
【0015】
図1(b)は、レジスト13にベーキングを施した後のレジスト形状を説明するための図で、ベーキング後のレジストのエッジ角度(側壁部の角度:θ)が、ベーキング前(図1(a))のレジストのエッジ角度(側壁部の角度:θ)の85°〜90°から45°〜75°と変化している。
【0016】
このベーキング条件(温度/時間)は、用いるレジスト13の種類(基本材料樹脂)に依存するが、このベーキング処理は、レジスト13のエッジ角度が45°〜75°の範囲となることに意味があるため、パターン形状に丸めが生じてしまう150℃程度以上の温度や、レジスト形状に何らの変化も生じない100℃以下の温度は適当でなく、120℃〜150℃の温度範囲でハードベーク(この温度に昇温した炉内にパターニングしたウェハを所定時間(数十分)保持)することでなされる。
【0017】
また、ベーキング後のエッジ角度が45°以下の場合には、レジスト13側面に付着する金属が多くなり過ぎ、その後の工程で行うリフトオフが不可能となり、75°以上の場合には、金属による庇形成の抑制効果が低下してしまうため好ましくない。
【0018】
このようなベーキングを施してレジスト形状を変化させた後に、このレジスト13をマスクにして金属の蒸着を行う。
【0019】
図1(c)は、金属蒸着後の様子を説明するための図で、この例では、埋め込み金属としては、Ti、Pt、及び、Auを用い、Ti(20nm)/Pt(40nm)/Au(300nm)の3層構造の金属層15を連続形成した。ここで、最下層のTi層15aは、下層金属配線11(この場合には電極金属、熱処理したPt/Ti/Pt/Au)との接着性を高めるため、Pt層15bはTi層15aとAu層15cの固相反応を抑制するために設けられたもので、導電機能を支配するのはAu層15cである。
【0020】
このような金属の蒸着工程において、蒸着金属はレジスト13のエッジ部に最も堆積され易いが、本発明のヴィアホールの形成方法では、予め、レジスト13のエッジ角度を鈍らせているために、例えエッジ部に金属が堆積されたとしてもレジスト開口部を狭めることがない。従って、ヴィアホールに埋め込まれた後の金属形状は、台形とはなるもののその上底と下底との長さの差は顕著ではなく方形に近い形状が得られている。
【0021】
また、方形に近い金属形状を得るためには、金属蒸着を行う前に、層間絶縁膜12上のレジスト13を横方向に後退させることも効果的である。すなわち、RIE後のレジスト13と下層絶縁膜12の開孔径を比較した場合、層間絶縁膜12の開孔径の方が大きいため、例え、レジスト形状を鈍らせてエッジ部への金属堆積を抑制したとしても、レジスト13と下層絶縁膜12の開孔径差に起因して、依然としてヴィアホール埋込金属と、ヴィアホール開孔径との差が生ずることがあり、これを避けるために、金属蒸着を行う前にレジスト開孔径を広げておくのである。
【0022】
具体的には、レジスト13をパターニングした基板を、酸素プラズマ中に晒してレジスト13をエッチングして開孔径を広げる。エッチングの条件は等方的であることが好ましく、従って、RIEモードよりもプラズマモードを選択する(前者は、ガス圧が小さく、印加高周波信号のパワーが大きい時、すなわち、個々の酸素分子/ラジカルが電界により加速されやすい条件に対応し、後者は、ガス圧が高く、高周波パワーが小さい時で、酸素イオン/ラジカルが等方的に加速され易い条件に対応する)。
【0023】
この条件下では、レジスト13は縦横の両方向にほぼ等しくエッチングされるため、レジスト厚を減少させると同時に開孔径も大きくすることができる(異方性条件では開孔径が大きくなるよりも先にレジスト厚が減少する)。レジスト13の後退距離(開孔径拡大程度)は、片側0.1〜0.3μm程度となることが好ましく、このエッチング工程終了後のレジストの厚さが、1.0μm以下0.5μm以上となることが好ましい。
【0024】
図1(d)は、金属蒸着後のレジスト除去を行なった後の様子を説明するための図で、ヴィアホール内にほぼ方形の金属層15が埋め込まれたヴィアコンタクトが得られている。レジスト上に堆積されていた余剰金属は、レジストを有機溶剤等で除去する際にリフトオフされる。このレジスト除去工程においては、レジストの側面(開孔部側面)にも若干の金属は堆積しているもののその量は極めて僅かであり、レジスト除去用の有機溶剤のレジスト中への染み込みを阻害するということは生じない。なお、有機溶剤中でレジストに超音波等を用いて振動を加えながら除去プロセスを実行することで金属のリフトオフは促進される。
【0025】
〔実施例〕
以下に、本発明のヴィアホールの形成方法を用いて、トランジスタにヴィアコンタクトを形成する実施例を説明する。
【0026】
図2は、本発明のヴィアホールの形成方法を用いてヴィアコンタクトを形成するヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)の構造例を説明するための図で、このHBTは、半絶縁性InP基板21上に、n−InGa1 −xAsサブコレクタ層22と、n−InGa1 −xAsコレクタ層23と、p−InGa1 −xAsベース層24と、n−InPエミッタ層25と、n−InGa1 −xAsエミッタコンタクト層26とを順次積層して構成されている。
【0027】
コレクタ電極27(C電極)、ベース電極28(B電極)、及び、エミッタ電極29(E電極)の各電極は、それぞれ、サブコレクタ層22、ベース層24、及び、エミッタコンタクト層26上に設けられ、これらの電極材料としては、Pt/Ti/Pt/Auが共通に用いられる。ベース電極28は薄く形成されたエミッタ層25を介してベース層24に接続する構成がとられており、電極金属を熱処理する過程で、ベース金属は半導体中にシンターされ、エミッタ層25を貫通してベース層24に達してベース電極28が形成される。
【0028】
図2に示した構成のHBTの各電極にヴィアコンタクトを形成するプロセスの概略を以下に説明する。
【0029】
図2に示した構成のHBTの高さ(厚さ)は、基板21からエミッタ電極29の頂部までの高さが1.3μmにもなり、1.3μmの段差上に微小幅(1.0〜1.5μm)のエミッタ引き出し配線を段切れなく安定して形成することは困難なため平坦化を行う。
【0030】
図3は、この平坦化プロセスの概略を説明するための図である。なお、この図では、HBTの内部構造は簡略化して描いている。
【0031】
図3(a)に示すように、HBT32を形成した基板31上に厚さ850nm程度の層間絶縁膜33を、例えばプラズマCVD法で堆積する。ここで層間絶縁膜33の材料としては、SiN、SiON、SiOなどとすることが可能である。
【0032】
次いで、SOG34等をウェハを回転させながら塗布する。SOG34は常温で液体(粘度は高い)であり、昇温処理することでSiO(ガラス材)に転換する材料である。これをレジストを塗布する様にスピンナーを用いてウエハ上に塗布すると、下地膜が薄いエミッタ電極上は薄く、コレクタ電極上は厚く塗布され、全体として平坦化がなされる。この状態で昇温処理(100℃〜200℃)してSOG34を固化させた後、ウエハ全体をエッチングする。この時、固化したSOG34のエッチング速度と、層間絶縁膜33のエッチング速度をほぼ等しくしておくことが重要であり、エッチング後は図3(b)に示したような形状となる。
【0033】
本実施例では、層間絶縁膜33としてSiON膜を850nm、SOG34を約500nmの厚みで塗布し、全体を約1μmエッチバックする工程としている。この場合、エミッタ電極上には約350nm、ベース電極上には約700nm、コレクタ電極上には約1μmのSiON膜が残っていることとなる。
【0034】
なお、SOG34に替えて、ポリイミドやレジスト等も用いることが可能である。但し、その場合には、SOGと同様の方法をレジストに適用すると、レジストが厚く堆積した個所では平坦化エッチングを行った後もレジストが残るので、層間絶縁膜33をさらに厚く堆積しておき、レジストが完全に除去されるまでエッチングすることが必要になる。
【0035】
次に、ヴィアコンタクトの形成を行なうこととなるが、各電極上に残っているSiON膜の厚さがそれぞれ異なっており、特に、最も深い位置にあるコレクタ電極上には1μm、最も浅い位置にあるエミッタ電極上には0.35μm程度のSiON膜が残存しているため、一度のプロセスで各電極へのヴィアコンタクト形成することはできない。すなわち、埋め込み金属の厚みをコレクタ電極に合わせた場合には、エミッタ電極上では金属膜厚が余ることになるし、逆に、エミッタ電極に合わせた場合には、コレクタ電極上のヴィアホールを埋め込むことができなくなる。従って、本実施例では、ベース電極及びコレクタ電極のヴィアホールを同一工程で埋め込み、エミッタ電極は別工程で埋め込むこととしている。
【0036】
具体的な手順は既に図1で説明したとおりであるが、本実施例の場合には、コレクタ電極及びベース電極用のヴィアホールでは、700nm〜1000nmの絶縁膜をエッチングしなければならず、片側200nm程度のサイドエッチングが層間絶縁膜に導入されるのは避けることができない。従って、レジストを100nm〜300nm程度後退させることでヴィアホール埋込金属の形状を整えることが有効である。
このヴィアホール金属埋め込みに続けて、第1層配線を行う。
【0037】
図4及び図5は、第1層配線のプロセス例を説明するための図で、図4はミリングを用いる方法の配線プロセスを説明するための図で、図5はヴィアホール埋め込みで用いたリフトオフ法による配線プロセスを説明するための図である。
【0038】
図4に示したミリングを用いる方法では、下部金属配線42、層間絶縁層43、及び、ヴィアコンタクト44を形成した基板41のウェハ全面に配線金属45(TiW(45a)/Au(45b)=20nm/500nm)を形成し(図4(a))、その上に、配線部を覆う様にレジスト46をパターニングする(図4(b))。このレジストパターンをマスクとして、不要部のAu配線金属45bをミリング除去する(図4(c))。
【0039】
ミリングは、Arイオンを用い、このArイオンによるミリングでは、TiWのミリングレートが小さいため、このTiW層45aでミリングが終了する。その後F系ガスを用いたRIEで残ったTiW層45aをエッチングすることで、配線形成が完了する(図4(d))。
【0040】
図5に示したリフトオフを用いる方法の場合には、層間絶縁膜が存在しないので、レジスト/絶縁膜/レジストという多層レジストを用いることとなる。すなわち、下部金属配線52、層間絶縁層53、及び、ヴィアコンタクト54を形成した基板51のウェハ全面にレジスト55、絶縁膜56、及び、レジスト57からなる3層構造を形成し(図5(a))、上層のレジスト57のみ配線金属のパターニングを行うこのパターンをマスクとして中間層の絶縁膜をエッチングする。
【0041】
次いで、ここでエッチングされた絶縁膜をマスクとして下層のレジスト55を酸素プラズマでエッチングする。この時の条件は、先に説明した異方性の強い条件で行うことが肝要であり、深さ方向により多くのエッチングが進み、横方向にはさほど大きくないエッチングの条件を適用する。このエッチングにより下層のレジスト55をパターニングし、さらには、絶縁膜56の開孔に対して若干サイドエッチングが施されたマスク形状が得られる(図5(b))。
【0042】
下層のレジスト55の酸素プラズマによるエッチングで、上層のレジスト57は完全にその全体がエッチングされる。このようにして得られたマスクの形状は、絶縁膜56が、いわゆる庇の役割を果たし、その下の下層のレジスト55が、ヴィアホール金属埋め込み工程での絶縁膜の役割を果たすこととなる。
【0043】
この工程では、ヴィアホール埋め込みで必要としたレジストの後退や傾斜化は必要としない。なぜならば、開口の幅が、ヴィアホール工程では1μm程度であったが、この配線工程ではその幅は少なくとも2μm以上は確保されるからである。ヴィアホールの狭い開孔径では、レジスト肩(角)への金属の付着は大きな問題となるが、配線工程のように開口幅を広い場合には、このことは大きな問題とはならないからである。
【0044】
次いで、配線金属58を全面に形成する(図5(c))。この場合の金属としては、Ti(58a)20nm/Pt(58b)20nm/Au(58c)600nmを用いる。Ti層58aは下地金属(ヴィアホール埋め込み金属の最上層金属のAu)との密着性を確保するためのものであり、Pt層58bはTi層58aとAu層58cとの相互作用(長期的に両者が混合すると、配線抵抗の増大に繋がる)防止のためのものであり、Au層58cが本来の配線金属の役割を果たす。
【0045】
金属蒸着後に、リフトオフ法によりレジスト(および絶縁膜)上の余剰金属を除去することで配線が完成する(図5(d))。なお、この方法においては、中間の絶縁膜に変えて、例えばTiWやWSi等の金属を用いることもできる。要は、下層のレジスト55を酸素プラズマでエッチングする際に、この酸素プラズマに侵されない性質の金属であって、かつ、この膜自体がエッチング容易である必要がある。また、その形状がレジストを変質させない温度(150℃以下)で行えることが必要条件である。例えばSiOを用いた場合には、フッ素系のガスでRIEエッチング可能であるし、TiWやWSiなどを用いれば同様にフッ素系ガスでエッチングが可能である。
【0046】
なお、次工程を行う場合には、再度、絶縁膜被覆、ヴィアホール金属埋め込み、第2層配線形成、を実施することで、集積回路を作製することができる。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レジストにベーキングを施すことでレジストのエッジ角度を45°〜75°と変化させたり、金属蒸着を行う前に層間絶縁膜上のレジストを横方向に後退させることとしたので、方形に近いヴィアコンタクトの金属形状が得られ、ヴィアホール金属とその上に形成される上層金属配線との接続不良を解消することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のヴィアホールの形成方法の例を説明するための図である。
【図2】本発明のヴィアホールの形成方法を用いてヴィアコンタクトを形成するヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)の構造例を説明するための図である。
【図3】本発明のヴィアホールの形成方法を用いてHBTを作製する実施例における、平坦化プロセスの概略を説明するための図である。
【図4】本発明のヴィアホールの形成方法を用いてHBTを作製する実施例における、ミリングを用いる方法の配線プロセスを説明するための図である。
【図5】本発明のヴィアホールの形成方法を用いてHBTを作製する実施例における、ヴィアホール埋め込みで用いたリフトオフ法による配線プロセスを説明するための図である。
【符号の説明】
11、42、52 下部金属配線
12、33、43、53 層間絶縁膜
13、46、55、57 レジスト
14 開口孔
15 金属層
44、54 ヴィアコンタクト
21、31、41、51 基板
22 サブコレクタ層
23 コレクタ層
24 ベース層
25 エミッタ層
26 エミッタコンタクト層
27 コレクタ電極
28 ベース電極
29 エミッタ電極
32 HBT
34 SOG
45、58 配線金属
56 絶縁膜
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming a connection hole (via hole).
[0002]
[Prior art]
The via contact is formed in an interlayer insulating film in order to electrically connect two different layers of metal wiring in an LSI. In forming this contact, a metal for connecting the two layers of metal wiring is embedded. It is necessary to form a connection hole (via hole) for this purpose.
[0003]
In the conventional via contact formation method, first, after forming a lower layer metal wiring, an interlayer insulating film for electrically insulating the metal wiring is formed, and a resist is applied on the insulating film to perform photolithography. Then, a connection hole (via hole) pattern is formed by performing an etching process. Next, based on this pattern, the interlayer insulating film on the lower layer metal wiring is etched by RIE (Reactive Ion Etching) method. Remove to form a via hole.
[0004]
Subsequently, in order to form a buried metal inside the via hole, a metal (Au is generally used) is uniformly deposited on the resist to electrically connect the buried metal and the lower layer metal wiring. The resist is removed using a solvent. In this resist removal step, the metal adhering to the resist is also lifted off and removed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to such a conventional via hole forming process, the so-called “side etching” occurs in the above-described interlayer insulating film etching process, and the interlayer insulating film is not etched in accordance with the resist pattern, and the resist is shaped like a ridge. The remaining undercut is formed. When the metal is deposited in this state, the metal gradually adheres to the patterned resist side surface, and the amount of undercut formed in the etching process increases more and more, and the extent of the overhang of the resist and the metal becomes more intense. . Such overhang of the ridge reduces the opening area of the via hole and reduces the amount of metal embedded in the via hole. As a result, the cross-sectional shape of the embedded metal is not a rectangular parallelepiped, but a trapezoidal shape whose base is wide (thick) and narrows toward the tip.
[0006]
For example, when Au, which is a buried metal, is buried in a fine contact hole having a width of 1 μm by about 0.7 μm, the resist and the metal on the resist are removed by a lift-off method for the buried metal having a trapezoidal cross-sectional shape. As a result, the distance between the embedded metal tip and the edge of the interlayer insulating film increases to 0.3 μm or more, and a gap of 0.3 μm on one side is generated. Even if the upper metal wiring is formed on the via contact in such a state, the metal cannot sufficiently fill the gap, and the wiring is cracked, and the reliability is deteriorated due to the conduction failure caused by the disconnection. There was a problem of doing.
[0007]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a via hole forming method for eliminating a connection failure between a via hole metal and an upper metal wiring formed thereon. It is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the present invention provides a method for forming a via hole for electrically connecting a lower layer metal material and an upper layer metal material, wherein A first step of forming a film; a second step of patterning a shape of a via hole opening in a resist applied on the insulating film; and etching away the interlayer insulating film based on the via hole opening pattern A third step of forming a via hole, a fourth step of applying a heat treatment to the resist to smooth the angle of the resist side wall portion of the via hole opening pattern, and the inside of the via hole and on the resist. A fifth step of depositing a metal and a sixth step of removing the resist to lift off the metal on the resist are provided.
[0009]
The invention according to claim 2 is the method for forming a via hole according to claim 1, wherein the resist is exposed to oxygen plasma between the third step and the fourth step. The method further comprises a seventh step of enlarging the via hole opening pattern pattern and simultaneously reducing the thickness of the resist.
[0010]
The invention according to claim 3 is the method for forming a via hole according to claim 2, wherein the thickness of the resist after completion of the seventh step is 1.0 μm or less and 0.5 μm or more. It is characterized by.
[0011]
Further, according to a fourth aspect of the present invention, in the method for forming a via hole according to any one of the first to third aspects, the resist side wall surface and the interlayer insulating film surface at the end of the fourth step are formed. The angle is 45 ° or more and 75 ° or less.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 is a diagram for explaining an example of a method for forming a via hole according to the present invention. FIG. 1A shows a state immediately after etching an underlying interlayer insulating film using a resist opening as a mask. Yes. That is, after applying a resist 13 on, for example, an SOG (Spin on Glass) interlayer insulating film 12 covering the lower metal wiring 11, this is developed so as to remove only the opening 14 of the via hole, and then RIE is performed. The SOG interlayer insulating film 12 is etched using this opening pattern as a mask. Note that CF 4 is generally used as a reactive gas for RIE, but is not limited thereto, and etching is performed on an interlayer insulating film such as SiON, SiN, SiO 2 , and SOG as long as it is a fluorine-based gas. Applicable as gas.
[0014]
In this etching step, although depending on the conditions, etching proceeds slightly (side etching) in the lateral direction of the interlayer insulating film 12 simultaneously with the etching of the interlayer insulating film 12 in the depth direction. The shape of the opening hole 14 is wide at the surface side and narrow at the deep part. In this state, if the metal is to be embedded in the opening 14 portion, the resist 13 plays a role of so-called soot, and the metal is concentrated on the upper corner portion of the resist 14. The overhang will become larger and the opening area of the via hole will be reduced more and more. Therefore, in the method for forming a via hole according to the present invention, the shape of the resist 13 is changed by performing heat treatment (baking) on the resist 13 before the metal is deposited.
[0015]
FIG. 1B is a view for explaining the resist shape after the resist 13 is baked, and the edge angle of the resist after baking (side wall angle: θ a ) is before baking (FIG. 1 ( The edge angle of the resist (a) is changed from 85 ° to 90 ° to 45 ° to 75 ° (side wall angle: θ b ).
[0016]
This baking condition (temperature / time) depends on the type of resist 13 to be used (basic material resin), but this baking treatment is meaningful in that the edge angle of the resist 13 is in the range of 45 ° to 75 °. Therefore, a temperature of about 150 ° C. or higher at which the pattern shape is rounded or a temperature of 100 ° C. or lower at which no change occurs in the resist shape is not suitable, and hard baking (this is performed in a temperature range of 120 ° C. to 150 ° C. This is done by holding the patterned wafer in a furnace heated to a temperature for a predetermined time (tens of minutes).
[0017]
Further, when the edge angle after baking is 45 ° or less, too much metal adheres to the side surface of the resist 13, and lift-off performed in the subsequent process becomes impossible. This is not preferable because the formation suppressing effect is lowered.
[0018]
After changing the resist shape by performing such baking, metal deposition is performed using the resist 13 as a mask.
[0019]
FIG. 1C is a diagram for explaining a state after metal deposition. In this example, Ti, Pt, and Au are used as embedded metals, and Ti (20 nm) / Pt (40 nm) / Au. A metal layer 15 having a three-layer structure (300 nm) was continuously formed. Here, the lowermost Ti layer 15a increases the adhesion with the lower layer metal wiring 11 (in this case, the electrode metal, heat-treated Pt / Ti / Pt / Au). The Au layer 15c is provided to suppress the solid-phase reaction of the layer 15c and dominates the conductive function.
[0020]
In such a metal vapor deposition process, the vapor deposited metal is most easily deposited on the edge portion of the resist 13. However, in the via hole forming method of the present invention, the edge angle of the resist 13 is dulled in advance. Even if metal is deposited on the edge portion, the resist opening is not narrowed. Therefore, although the metal shape after being embedded in the via hole becomes a trapezoidal shape, the difference in length between the upper base and the lower base is not remarkable, and a shape close to a square is obtained.
[0021]
In order to obtain a metal shape close to a square shape, it is also effective to recede the resist 13 on the interlayer insulating film 12 in the lateral direction before performing metal vapor deposition. That is, when the hole diameters of the resist 13 and the lower insulating film 12 after RIE are compared, the opening diameter of the interlayer insulating film 12 is larger. For example, the resist shape is dulled to suppress metal deposition on the edge portion. However, due to the difference in opening diameter between the resist 13 and the lower insulating film 12, there may still be a difference between the via hole embedded metal and the via hole opening diameter. In order to avoid this, metal deposition is performed. The resist opening diameter is widened in advance.
[0022]
Specifically, the substrate on which the resist 13 is patterned is exposed to oxygen plasma, and the resist 13 is etched to widen the hole diameter. The etching conditions are preferably isotropic, and therefore the plasma mode is selected over the RIE mode (the former is when the gas pressure is low and the power of the applied high-frequency signal is high, that is, individual oxygen molecules / radicals). Corresponds to the condition where the oxygen ions / radicals are easily accelerated isotropically when the gas pressure is high and the high frequency power is small).
[0023]
Under this condition, the resist 13 is etched almost equally in both the vertical and horizontal directions, so that the resist thickness can be reduced and the hole diameter can be increased at the same time. Thickness decreases). The receding distance of the resist 13 (about opening diameter increase) is preferably about 0.1 to 0.3 μm on one side, and the resist thickness after this etching step is 1.0 μm or less and 0.5 μm or more. It is preferable.
[0024]
FIG. 1D is a diagram for explaining the state after resist removal after metal deposition, and a via contact in which a substantially rectangular metal layer 15 is embedded in a via hole is obtained. The surplus metal deposited on the resist is lifted off when the resist is removed with an organic solvent or the like. In this resist removal process, although some metal is deposited on the side surface of the resist (side surface of the opening portion), the amount thereof is very small, and impedes the penetration of the organic solvent for resist removal into the resist. That doesn't happen. Note that the lift-off of the metal is promoted by executing the removal process while applying vibration to the resist using an ultrasonic wave in an organic solvent.
[0025]
〔Example〕
Hereinafter, an embodiment in which a via contact is formed in a transistor using the via hole forming method of the present invention will be described.
[0026]
FIG. 2 is a diagram for explaining a structural example of a heterobipolar transistor (HBT) in which a via contact is formed by using the via hole forming method of the present invention. This HBT is formed on a semi-insulating InP substrate 21. n + a -In x Ga 1 -x as subcollector layer 22, an n-In x Ga 1 -x as collector layer 23, a p + -In x Ga 1 -x as base layer 24, n-InP emitter layer 25 and an n + -In x Ga 1 -x As emitter contact layer 26 are sequentially stacked.
[0027]
The collector electrode 27 (C electrode), the base electrode 28 (B electrode), and the emitter electrode 29 (E electrode) are provided on the subcollector layer 22, the base layer 24, and the emitter contact layer 26, respectively. As these electrode materials, Pt / Ti / Pt / Au is commonly used. The base electrode 28 is configured to be connected to the base layer 24 through a thin emitter layer 25. In the process of heat-treating the electrode metal, the base metal is sintered in the semiconductor and penetrates the emitter layer 25. Thus, the base electrode 28 is formed by reaching the base layer 24.
[0028]
An outline of a process for forming a via contact on each electrode of the HBT having the configuration shown in FIG. 2 will be described below.
[0029]
The height (thickness) of the HBT having the configuration shown in FIG. 2 is as high as 1.3 μm from the substrate 21 to the top of the emitter electrode 29. Flattening is performed because it is difficult to stably form an emitter lead-out wiring (˜1.5 μm) without disconnection.
[0030]
FIG. 3 is a diagram for explaining the outline of the flattening process. In this figure, the internal structure of the HBT is simplified.
[0031]
As shown in FIG. 3A, an interlayer insulating film 33 having a thickness of about 850 nm is deposited on the substrate 31 on which the HBT 32 is formed, for example, by a plasma CVD method. Here, the material of the interlayer insulating film 33 can be SiN, SiON, SiO 2 or the like.
[0032]
Next, SOG 34 or the like is applied while rotating the wafer. SOG 34 is a liquid (high viscosity) at room temperature, and is a material that is converted to SiO 2 (glass material) by performing a temperature rise process. When this is applied onto the wafer using a spinner like a resist, the base film is thin on the emitter electrode and thick on the collector electrode, and the whole is flattened. In this state, the temperature is increased (100 ° C. to 200 ° C.) to solidify the SOG 34, and then the entire wafer is etched. At this time, it is important to keep the etching rate of the solidified SOG 34 and the etching rate of the interlayer insulating film 33 substantially equal to each other, and the shape after the etching is as shown in FIG.
[0033]
In the present embodiment, a SiON film is applied as the interlayer insulating film 33 to a thickness of 850 nm and SOG 34 to a thickness of about 500 nm, and the whole is etched back by about 1 μm. In this case, a SiON film of about 350 nm is left on the emitter electrode, about 700 nm on the base electrode, and about 1 μm on the collector electrode.
[0034]
In place of SOG 34, polyimide, resist, or the like can be used. However, in that case, if a method similar to SOG is applied to the resist, the resist remains even after the planarization etching at the portion where the resist is deposited thick, so that the interlayer insulating film 33 is deposited thicker, It is necessary to etch until the resist is completely removed.
[0035]
Next, via contacts are formed. The thicknesses of the SiON films remaining on the respective electrodes are different from each other. In particular, 1 μm is formed on the collector electrode at the deepest position, and the shallowest position is formed on the collector electrode. Since a SiON film of about 0.35 μm remains on a certain emitter electrode, it is impossible to form a via contact to each electrode in a single process. That is, when the thickness of the buried metal is matched with the collector electrode, the metal film thickness is left on the emitter electrode. Conversely, when the thickness is matched with the emitter electrode, the via hole on the collector electrode is buried. I can't do that. Therefore, in this embodiment, the via holes of the base electrode and the collector electrode are embedded in the same process, and the emitter electrode is embedded in a separate process.
[0036]
The specific procedure is as already described with reference to FIG. 1. In the case of this embodiment, the insulating film of 700 nm to 1000 nm must be etched in the via hole for the collector electrode and the base electrode. It is inevitable that side etching of about 200 nm is introduced into the interlayer insulating film. Therefore, it is effective to adjust the shape of the via hole embedded metal by retreating the resist by about 100 nm to 300 nm.
Subsequent to the via hole metal filling, a first layer wiring is performed.
[0037]
4 and 5 are diagrams for explaining a process example of the first layer wiring, FIG. 4 is a diagram for explaining a wiring process of a method using milling, and FIG. 5 is a lift-off used for via hole embedding. It is a figure for demonstrating the wiring process by a method.
[0038]
In the method using milling shown in FIG. 4, the wiring metal 45 (TiW (45a) / Au (45b) = 20 nm is formed on the entire surface of the wafer of the substrate 41 on which the lower metal wiring 42, the interlayer insulating layer 43, and the via contact 44 are formed. / 500 nm) (FIG. 4A), and a resist 46 is patterned thereon so as to cover the wiring portion (FIG. 4B). Using this resist pattern as a mask, the unnecessary part of the Au wiring metal 45b is removed by milling (FIG. 4C).
[0039]
Milling uses Ar ions, and the milling with Ar ions ends with the TiW layer 45a because the milling rate of TiW is low. Thereafter, the remaining TiW layer 45a is etched by RIE using an F-based gas, thereby completing wiring formation (FIG. 4D).
[0040]
In the case of the method using lift-off shown in FIG. 5, since there is no interlayer insulating film, a multilayer resist of resist / insulating film / resist is used. That is, a three-layer structure including a resist 55, an insulating film 56, and a resist 57 is formed on the entire surface of the substrate 51 on which the lower metal wiring 52, the interlayer insulating layer 53, and the via contact 54 are formed (FIG. 5A). )), Only the upper resist 57 is used to pattern the wiring metal, and the insulating film of the intermediate layer is etched using this pattern as a mask.
[0041]
Next, the lower resist 55 is etched with oxygen plasma using the etched insulating film as a mask. It is important to perform the conditions at this time under the condition of strong anisotropy described above, and the etching conditions that are not so large in the lateral direction are applied in which more etching proceeds in the depth direction. By this etching, the lower resist 55 is patterned, and a mask shape is obtained in which side etching is slightly applied to the opening of the insulating film 56 (FIG. 5B).
[0042]
By etching the lower resist 55 with oxygen plasma, the entire upper resist 57 is completely etched. In the shape of the mask thus obtained, the insulating film 56 serves as a so-called soot, and the underlying resist 55 serves as an insulating film in the via hole metal filling process.
[0043]
This step does not require the resist receding or tilting required for via hole filling. This is because the width of the opening is about 1 μm in the via hole process, but at least 2 μm or more is secured in this wiring process. This is because, when the opening diameter of the via hole is narrow, metal adhesion to the resist shoulder (corner) becomes a big problem, but this does not become a big problem when the opening width is wide as in the wiring process.
[0044]
Next, a wiring metal 58 is formed on the entire surface (FIG. 5C). In this case, Ti (58a) 20 nm / Pt (58b) 20 nm / Au (58c) 600 nm is used as the metal. The Ti layer 58a is for ensuring adhesion with the base metal (Au, the uppermost layer metal of the via hole embedded metal), and the Pt layer 58b is an interaction between the Ti layer 58a and the Au layer 58c (in the long term). If both are mixed, it leads to an increase in wiring resistance), and the Au layer 58c plays the role of the original wiring metal.
[0045]
After metal deposition, the excess metal on the resist (and the insulating film) is removed by a lift-off method to complete the wiring (FIG. 5D). In this method, a metal such as TiW or WSi can be used instead of the intermediate insulating film. In short, when the lower resist 55 is etched with oxygen plasma, it is a metal that is not affected by the oxygen plasma, and the film itself needs to be easily etched. Further, it is a necessary condition that the shape can be formed at a temperature (150 ° C. or less) that does not change the resist. For example, when SiO 2 is used, RIE etching can be performed with a fluorine-based gas, and when TiW or WSi is used, etching can be performed with a fluorine-based gas in the same manner.
[0046]
In the case where the next process is performed, an integrated circuit can be manufactured by performing insulating film coating, via hole metal embedding, and second layer wiring formation again.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the resist edge angle is changed from 45 ° to 75 ° by baking the resist, or the resist on the interlayer insulating film is laterally moved before metal deposition. Since it is made to recede, a metal shape of a via contact close to a square shape is obtained, and it becomes possible to eliminate a connection failure between the via hole metal and the upper metal wiring formed thereon.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining an example of a method for forming a via hole according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a structural example of a hetero bipolar transistor (HBT) in which a via contact is formed using the via hole forming method of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining an outline of a planarization process in an example in which an HBT is manufactured using the via hole forming method of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining a wiring process of a method using milling in an example in which an HBT is manufactured by using the via hole forming method of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining a wiring process by a lift-off method used for via hole embedding in an example in which an HBT is manufactured by using the via hole forming method of the present invention.
[Explanation of symbols]
11, 42, 52 Lower metal wiring 12, 33, 43, 53 Interlayer insulating film 13, 46, 55, 57 Resist 14 Open hole 15 Metal layer 44, 54 Via contact 21, 31, 41, 51 Substrate 22 Subcollector layer 23 Collector layer 24 Base layer 25 Emitter layer 26 Emitter contact layer 27 Collector electrode 28 Base electrode 29 Emitter electrode 32 HBT
34 SOG
45, 58 Wiring metal 56 Insulating film

Claims (4)

下層金属材料と上層金属材料とを電気的に導通させるためのヴィアホールの形成方法であって、
層間絶縁膜を形成する第1の工程と、
該絶縁膜上に塗布したレジストにヴィアホール開口部の形状をパターニングする第2の工程と、
該ヴィアホール開口部パターンに基づいて前記層間絶縁膜をエッチング除去してヴィアホールを形成する第3の工程と、
前記レジストに熱処理を施して該ヴィアホール開口部パターンのレジスト側壁部の角度をなまらせる第4の工程と、
前記ヴィアホール内部及び前記レジスト上に金属を堆積する第5の工程と、
該レジストを除去して該レジスト上の金属をリフトオフ除去する第6の工程とを備えることを特徴とするヴィアホールの形成方法。
A method of forming a via hole for electrically connecting a lower layer metal material and an upper layer metal material,
A first step of forming an interlayer insulating film;
A second step of patterning the shape of the via hole opening in the resist coated on the insulating film;
A third step of forming a via hole by etching away the interlayer insulating film based on the via hole opening pattern;
A fourth step of subjecting the resist to a heat treatment to smooth the angle of the resist side wall of the via hole opening pattern;
A fifth step of depositing metal in the via hole and on the resist;
And a sixth step of removing the resist and lifting off the metal on the resist.
前記第3の工程と前記第4の工程との間に、前記レジストを酸素プラズマに晒すことにより、前記ヴィアホール開口部パターンを拡大させると同時に該レジストの厚さを減ずる第7の工程を備えることを特徴とする請求項1に記載のヴィアホールの形成方法。Between the third step and the fourth step, there is provided a seventh step of exposing the resist to oxygen plasma to enlarge the via hole opening pattern and simultaneously reduce the thickness of the resist. The method for forming a via hole according to claim 1. 前記第7の工程終了後の前記レジストの厚さが、1.0μm以下0.5μm以上であることを特徴とする請求項2に記載のヴィアホールの形成方法。3. The via hole forming method according to claim 2, wherein a thickness of the resist after completion of the seventh step is 1.0 [mu] m or less and 0.5 [mu] m or more. 前記第4の工程終了時における前記レジスト側壁面と前記層間絶縁膜表面との成す角度が、45°以上75°以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のヴィアホールの形成方法。4. The via hole according to claim 1, wherein an angle formed between the resist side wall surface and the surface of the interlayer insulating film at the end of the fourth step is not less than 45 ° and not more than 75 °. 5. Forming method.
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