JP4147361B2 - 半導体素子の多層配線用ビアホールの形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の製造方法に関し、詳しくは、ＳＯＧ膜（Spin On Glass ）で形成されるビアホールの側壁面に保護膜を形成し、ビアホールの内側壁を垂直に維持し得る半導体素子の多層配線用ビアホールの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子を製造する場合、一般的には、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）又はプラズマエッチングを施してビアホールを形成するが、最近では高密度のプラズマを利用している。
【０００３】
このようなプラズマを施す従来の多層配線用ビアホールの形成方法について図２に基づいて説明する。
まず、図２（Ａ）に示したように、半導体基板（図示せず）の上面に基底層１を形成し、該基底層１の上面に導電層パターン２を形成する。このとき、基底層１の上面には複数の半導体素子（図示せず）が形成され、該基底層１の上面に導電層パターン２が化学気相成長（ＣＶＤ）により形成される。
【０００４】
次に、導電層パターン２を包含した基底層１の上面に第１絶縁層３、第２絶縁層４及び第３絶縁層５を順次形成するが、前記第１絶縁層３及び第３絶縁層５は絶縁性物質のＳｉＯ2 又はＳｉ3 Ｎ4 又はそれらの混合物を化学気相成長を施して形成し、前記第１絶縁層４にはＳＯＧを塗布して形成する。
【０００５】
次に、図２（Ｂ）に示したように、第３絶縁層５の上面に感光層パターン６を形成し、該感光層パターン６が形成された半導体基板を、プラズマエッチング装置のチャンバー（図示せず）に挿入した後、図２（Ｃ）に示したように、エッチングガスを注入して、導電層パターン２上の第３絶縁層５、第２絶縁層４及び第１絶縁層３を順次プラズマエッチングし、該導電層パターン２の上面にビアホール７を形成する。このとき、エッチングガスとしては、フルオルカーボン（Fluorocarbon）、ヒドロフルオルカーボン（Hydrofluorocarbon ）、不活性ガス（inert gas）、酸素（oxygen）、又はそれらの混合ガスが用いられる。
【０００６】
次に、図２（Ｄ）に示したように、感光層パターン６及びビアホール７内部の残留物を酸素プラズマを施して除去し、ビアホールの形成を終了する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、感光層パターン及びビアホール内部の残留物を除去する際に、酸素プラズマの酸素成分とＳＯＧ層である第２絶縁層の炭素成分とが反応して、該第２絶縁層の側壁面の一部も取り除かれるバウイング（bowing）現象が発生し、アンダカットのプロファイルが形成されるという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、ビアホール内に露出した絶縁膜の側壁に保護層を形成することで、感光層パターン及びビアホール内の残留物をプラズマ処理して除去する際に生じる該絶縁膜の側壁の損傷を防止し得る半導体素子の多層配線用ビアホールの形成方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、半導体基板の上面に基底層を形成する工程と、該基底層の上面に導電層パターンを形成する工程と、該導電層パターンを包含する基底層の上面に、Ｓｉ ３ Ｎ ４ で形成された下部絶縁層、ＳＯＧ層、およびＳｉ ３ Ｎ ４ で形成された上部絶縁層を含む絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の上面に感光層パターンを形成する工程と、該感光層パターンをマスクとして、前記絶縁層にプラズマエッチングを施して、ビアホールを形成する工程と、該ビアホールの内側にアルゴンのプラズマを施して、前記ビアホールの内側壁を形成する絶縁層表面に保護層を形成する工程と、前記感光層パターン及びビアホール内の残留物質を除去する工程と、を順次行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記アルゴンのプラズマが、前記絶縁層をエッチングしてビアホールを形成するチャンバーをそのまま用いて施されることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明は、前記アルゴンのプラズマを施すときに供給する電力（Radio Frequency power）が、２００〜５００Ｗであることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明は、前記保護層が、前記ビアホールの内部にある導電層パターンの一部がスパッタリング蒸着することによって形成されることを特徴とする。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、SOG の絶縁層にエッチングを施してビアホールを形成した後、アルゴンガスのプラズマ処理を施してビアホールの側壁のSOG 絶縁層の側壁面に保護層を形成しているため、感光層パターン及びビアホール内の残留物を除去するとき、ビアホールの側壁面の一部が取り除かれるバウイング現象を防止してビアホールのプロファイルを垂直に維持でき、後続の工程である配線用金属を蒸着する作業を極めて容易に行うことができる。
【００１４】
また、境界ビアコンタクト工程を施すとき、上下両方の金属配線のうち、下側の金属配線の一部が露出しないので、エッチングを簡便に行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る半導体素子の多層配線用ビアホールの形成方法を示した工程縦断面図である。
【００１６】
まず、図１（Ａ）に示したように、半導体基板（図示せず）の上面に基底層１０を形成し、該基底層１０の上面に導電層パターン２０を形成する。このとき、基底層１０には複数の半導体素子（図示せず）が形成され、該基底層１０の上面に導電層（図示せず）を化学気相成長により形成した後、これをマスクとし選択的エッチングを施して導電層パターン２０を形成する。
【００１７】
次に、図１（Ｂ）に示したように、該基底層１０の上面であって、該導電層パターン２０を覆うように、第１絶縁層３０、第２絶縁層４０、及び第３絶縁層５０を順次形成する。なお、第１絶縁層３０及び第３絶縁層５０は絶縁性物質のＳｉＯ2 又はＳｉ3 Ｎ4 又はそれらの混合物を化学気相成長により形成し、第２絶縁層４０はＳＯＧを塗布して形成する。
【００１８】
次に、図１（Ｃ）及び図１（Ｄ）に示したように、第３絶縁層５０の上面に感光層パターン６０を形成し、該感光層パターン６０をマスクとして導電層パターン２０の上面に形成された第３絶縁層５０、第２絶縁層４０及び第１絶縁層３０を順次プラズマエッチングし、該導電層パターン２０の上方にビアホール７０を形成する。このとき、第３絶縁層５０の上面に感光剤を塗布した後、これを現像及び露光して感光層パターン６０を形成し、このような感光層パターン６０の形成された半導体基板をプラズマエッチング用のチャンバー（図示せず）内に挿入し、エッチングガスを注入して高周波数の電力を印加し、生成されたプラズマを半導体基板に垂直方向に注入してビアホール７０を形成する。この場合、感光層パターン６０はビアコンタクト用マスクに用い、前記エッチングガスは、フルオルカーボン（Fluorocarbon）、ヒドロフルオロカーボン（Hydrofluorocarbon ）、不活性ガス（inert gas）、酸素（oxygen）を包含する混合ガスなどを用いることができる。
【００１９】
次に、図１（Ｅ）に示したように、ビアホール７０を形成したチャンバーをそのまま用いて、アルゴン(Ar)ガスのプラズマ処理を施すと、ビアホール７０内部の導電層パターン２０の一部がスパッタリングされて、該ビアホール７０の内部側壁に蒸着形成され、この導電層パターン２０の一部が保護層８０となる。このとき、アルゴンガスの流入量は１００〜２００sccm、高周波の供給電力は２００〜５００Wであって、プラズマの施行方式はソース側とバイアス側とをそれぞれ別途に独立して調節する方法を用いる。
【００２０】
次に、図１（Ｆ）に示したように、感光層パターン６０及びビアホール７０内の残留物を酸素プラズマを施して除去し、本発明に係る半導体素子の多層配線用ビアホールの形成を終了する。
【００２１】
以上より、保護層８０は、前記感光層パターン６０及びビアホール７０内の残留物を除去する際に、ビアホール７０の内部側壁のSOG 絶縁層４０の側壁面の一部が取り除かれるのを防止し、該ビアホール７０の側壁を垂直に維持する役割を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体素子の多層配線用ビアホールの形成方法を示した工程縦断面図
【図２】従来の半導体素子の多層配線用ビアホールの形成方法を示した工程縦断面図
【符号の説明】
１０：基底層
２０：導電層パターン
３０：第１絶縁層
４０：第２絶縁層
５０：第３絶縁層
６０：感光層パターン
７０：ビアホール
８０：保護層
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の製造方法に関し、詳しくは、ＳＯＧ膜（Spin On Glass ）で形成されるビアホールの側壁面に保護膜を形成し、ビアホールの内側壁を垂直に維持し得る半導体素子の多層配線用ビアホールの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子を製造する場合、一般的には、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）又はプラズマエッチングを施してビアホールを形成するが、最近では高密度のプラズマを利用している。
【０００３】
このようなプラズマを施す従来の多層配線用ビアホールの形成方法について図２に基づいて説明する。
まず、図２（Ａ）に示したように、半導体基板（図示せず）の上面に基底層１を形成し、該基底層１の上面に導電層パターン２を形成する。このとき、基底層１の上面には複数の半導体素子（図示せず）が形成され、該基底層１の上面に導電層パターン２が化学気相成長（ＣＶＤ）により形成される。
【０００４】
次に、導電層パターン２を包含した基底層１の上面に第１絶縁層３、第２絶縁層４及び第３絶縁層５を順次形成するが、前記第１絶縁層３及び第３絶縁層５は絶縁性物質のＳｉＯ2 又はＳｉ3 Ｎ4 又はそれらの混合物を化学気相成長を施して形成し、前記第１絶縁層４にはＳＯＧを塗布して形成する。
【０００５】
次に、図２（Ｂ）に示したように、第３絶縁層５の上面に感光層パターン６を形成し、該感光層パターン６が形成された半導体基板を、プラズマエッチング装置のチャンバー（図示せず）に挿入した後、図２（Ｃ）に示したように、エッチングガスを注入して、導電層パターン２上の第３絶縁層５、第２絶縁層４及び第１絶縁層３を順次プラズマエッチングし、該導電層パターン２の上面にビアホール７を形成する。このとき、エッチングガスとしては、フルオルカーボン（Fluorocarbon）、ヒドロフルオルカーボン（Hydrofluorocarbon ）、不活性ガス（inert gas）、酸素（oxygen）、又はそれらの混合ガスが用いられる。
【０００６】
次に、図２（Ｄ）に示したように、感光層パターン６及びビアホール７内部の残留物を酸素プラズマを施して除去し、ビアホールの形成を終了する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、感光層パターン及びビアホール内部の残留物を除去する際に、酸素プラズマの酸素成分とＳＯＧ層である第２絶縁層の炭素成分とが反応して、該第２絶縁層の側壁面の一部も取り除かれるバウイング（bowing）現象が発生し、アンダカットのプロファイルが形成されるという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、ビアホール内に露出した絶縁膜の側壁に保護層を形成することで、感光層パターン及びビアホール内の残留物をプラズマ処理して除去する際に生じる該絶縁膜の側壁の損傷を防止し得る半導体素子の多層配線用ビアホールの形成方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、半導体基板の上面に基底層を形成する工程と、該基底層の上面に導電層パターンを形成する工程と、該導電層パターンを包含する基底層の上面に、Ｓｉ ３ Ｎ ４ で形成された下部絶縁層、ＳＯＧ層、およびＳｉ ３ Ｎ ４ で形成された上部絶縁層を含む絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の上面に感光層パターンを形成する工程と、該感光層パターンをマスクとして、前記絶縁層にプラズマエッチングを施して、ビアホールを形成する工程と、該ビアホールの内側にアルゴンのプラズマを施して、前記ビアホールの内側壁を形成する絶縁層表面に保護層を形成する工程と、前記感光層パターン及びビアホール内の残留物質を除去する工程と、を順次行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記アルゴンのプラズマが、前記絶縁層をエッチングしてビアホールを形成するチャンバーをそのまま用いて施されることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明は、前記アルゴンのプラズマを施すときに供給する電力（Radio Frequency power）が、２００〜５００Ｗであることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明は、前記保護層が、前記ビアホールの内部にある導電層パターンの一部がスパッタリング蒸着することによって形成されることを特徴とする。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、SOG の絶縁層にエッチングを施してビアホールを形成した後、アルゴンガスのプラズマ処理を施してビアホールの側壁のSOG 絶縁層の側壁面に保護層を形成しているため、感光層パターン及びビアホール内の残留物を除去するとき、ビアホールの側壁面の一部が取り除かれるバウイング現象を防止してビアホールのプロファイルを垂直に維持でき、後続の工程である配線用金属を蒸着する作業を極めて容易に行うことができる。
【００１４】
また、境界ビアコンタクト工程を施すとき、上下両方の金属配線のうち、下側の金属配線の一部が露出しないので、エッチングを簡便に行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る半導体素子の多層配線用ビアホールの形成方法を示した工程縦断面図である。
【００１６】
まず、図１（Ａ）に示したように、半導体基板（図示せず）の上面に基底層１０を形成し、該基底層１０の上面に導電層パターン２０を形成する。このとき、基底層１０には複数の半導体素子（図示せず）が形成され、該基底層１０の上面に導電層（図示せず）を化学気相成長により形成した後、これをマスクとし選択的エッチングを施して導電層パターン２０を形成する。
【００１７】
次に、図１（Ｂ）に示したように、該基底層１０の上面であって、該導電層パターン２０を覆うように、第１絶縁層３０、第２絶縁層４０、及び第３絶縁層５０を順次形成する。なお、第１絶縁層３０及び第３絶縁層５０は絶縁性物質のＳｉＯ2 又はＳｉ3 Ｎ4 又はそれらの混合物を化学気相成長により形成し、第２絶縁層４０はＳＯＧを塗布して形成する。
【００１８】
次に、図１（Ｃ）及び図１（Ｄ）に示したように、第３絶縁層５０の上面に感光層パターン６０を形成し、該感光層パターン６０をマスクとして導電層パターン２０の上面に形成された第３絶縁層５０、第２絶縁層４０及び第１絶縁層３０を順次プラズマエッチングし、該導電層パターン２０の上方にビアホール７０を形成する。このとき、第３絶縁層５０の上面に感光剤を塗布した後、これを現像及び露光して感光層パターン６０を形成し、このような感光層パターン６０の形成された半導体基板をプラズマエッチング用のチャンバー（図示せず）内に挿入し、エッチングガスを注入して高周波数の電力を印加し、生成されたプラズマを半導体基板に垂直方向に注入してビアホール７０を形成する。この場合、感光層パターン６０はビアコンタクト用マスクに用い、前記エッチングガスは、フルオルカーボン（Fluorocarbon）、ヒドロフルオロカーボン（Hydrofluorocarbon ）、不活性ガス（inert gas）、酸素（oxygen）を包含する混合ガスなどを用いることができる。
【００１９】
次に、図１（Ｅ）に示したように、ビアホール７０を形成したチャンバーをそのまま用いて、アルゴン(Ar)ガスのプラズマ処理を施すと、ビアホール７０内部の導電層パターン２０の一部がスパッタリングされて、該ビアホール７０の内部側壁に蒸着形成され、この導電層パターン２０の一部が保護層８０となる。このとき、アルゴンガスの流入量は１００〜２００sccm、高周波の供給電力は２００〜５００Wであって、プラズマの施行方式はソース側とバイアス側とをそれぞれ別途に独立して調節する方法を用いる。
【００２０】
次に、図１（Ｆ）に示したように、感光層パターン６０及びビアホール７０内の残留物を酸素プラズマを施して除去し、本発明に係る半導体素子の多層配線用ビアホールの形成を終了する。
【００２１】
以上より、保護層８０は、前記感光層パターン６０及びビアホール７０内の残留物を除去する際に、ビアホール７０の内部側壁のSOG 絶縁層４０の側壁面の一部が取り除かれるのを防止し、該ビアホール７０の側壁を垂直に維持する役割を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体素子の多層配線用ビアホールの形成方法を示した工程縦断面図
【図２】従来の半導体素子の多層配線用ビアホールの形成方法を示した工程縦断面図
【符号の説明】
１０：基底層
２０：導電層パターン
３０：第１絶縁層
４０：第２絶縁層
５０：第３絶縁層
６０：感光層パターン
７０：ビアホール
８０：保護層
Claims (4)
- 半導体基板の上面に基底層を形成する工程と、
該基底層の上面に導電層パターンを形成する工程と、
該導電層パターンを包含する基底層の上面に、Ｓｉ ３ Ｎ ４ で形成された下部絶縁層、ＳＯＧ層、およびＳｉ ３ Ｎ ４ で形成された上部絶縁層を含む絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の上面に感光層パターンを形成する工程と、
該感光層パターンをマスクとして、前記絶縁層にプラズマエッチングを施して、ビアホールを形成する工程と、
該ビアホールの内側にアルゴンのプラズマを施して、前記ビアホールの内側壁を形成する絶縁層表面に保護層を形成する工程と、
前記感光層パターン及びビアホール内の残留物質を除去する工程と、を順次行うことを特徴とする半導体素子の多層配線用ビアホールの形成方法。 - 前記アルゴンのプラズマは、前記絶縁層をエッチングしてビアホールを形成するチャンバーをそのまま用いて施されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の多層配線用ビアホールの形成方法。
- 前記アルゴンのプラズマを施すときに供給する電力（Radio Frequency power）は、２００〜５００Ｗであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体素子の多層配線用ビアホールの形成方法。
- 前記保護層は、前記ビアホールの内部にある導電層パターンの一部がスパッタリング蒸着することによって形成されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の半導体素子の多層配線用ビアホールの形成方法。
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