JPH01117342A - コンタクトホールの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体装置において傾斜を有するコンタクト
ホールの形成方法に関するものである。

（従来の技術） −ｆｆｉに、半導体装置では、半導体基板の表面にＭＯ
Ｓ）ランリスタ等の半導体素子を複数個形成し、それら
の上に絶縁膜を被着してその絶縁膜にコンタクトホール
を形成した後、該絶縁膜上に配線パターンを形成し、そ
の配線パターンと半導体素子とをコンタクトホールを通
して接続する構造になっている。また、半導体装置の高
集積化に伴い、絶縁膜を介して配線パターンを多層配線
にしなり、コンタクトホール等を微細化する等の程々の
手段が講じられている。ところが、配線パターンの多層
化及びコンタクトボールの微細化に伴い、そのコンタク
トホール部上における配線パターンの被覆性が低下した
り、絶縁膜を介した多層配線パターン間におけるショー
トという間通が生じるようになった。

そこで、コンタクトホールをテーバ状に形成して配線パ
ターンにおけるコンタクトホール部の被覆性の向上と、
多層配線パターン間におけるショートの低減を図る技術
が提案されている。

従来、この種のテーパ状のコンタクトホールを形成する
技術としては、特開昭６０−２６１１３２号公報に記載
されるものがあった。以下、その構成を図を用いて説明
する。

第２図（ａ）〜（Ｃ）は従来のコンタクトホール形成方
法の製造例を示す製造工程図であり、この図を参照しつ
つ各製造工程を説明する。

（ｉ）第２図（ａ）の工程 単結晶シリコンからなる半導体基板１上に、ｊ■択醋酸
化法フィールド酸化膜２を形成して素子分離を行い、続
いてその半導体基板１の表面にゲート絶縁膜３を介して
ゲート電極４を選択的に形成した後、ゲート電Ｗ１４と
フィールド酸化膜２との間の半導体基板表面にリン等の
不純物を拡散して不純物拡散領域５を形成することによ
り、通常のＭＯＳトランジスタを形成する。

全面にホウ素リンガラス膜（以下、ＢＰＳＧ膜という）
からなる絶縁膜６を被着し、その上にポリシリコン膜７
、さらにその上にレジスト膜をそれぞれ形成した後、そ
のレジスト膜をバターニングしてコンタクトホール用開
口部８ａを有するレジストパターン８を形成する。

（ｉｉ）第２図（ｂ）の工程 エツチング速度が等方的であるウェットエツチング法を
用い、レジストパターン８をエツチングマスクにしてポ
リシリコン膜７をそのレジストパターン８の開口部８ａ
より大きくエツチングし、続いてレジストパターン８を
エツチングマスクにしてドライエツチングにより絶縁膜
６を異方的にエツチングしてコンタクホール９を形成す
る。

＜ｉｉｉ＞第２図（Ｃ）の工程 レジストパターン８を除去した後、ウェットエツチング
法を用いてポリシリコン膜７をエツチングマスクにして
再度絶縁膜６をエツチングすると、テーパ状のコンタク
ホール９−１が不純物拡散領域５上に形成できる。

（発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、上記のコンタクトホール形成方法では、
次のような問題点があった。

従来の方法では、レジストパターン８の除去後、ポリシ
リコン膜７をエツチングマスクにして絶縁膜６をエツチ
ングする際、ウェットエツチング法を用いるため、第３
図に示すように、縦方向だけでなくポリシリコン膜７の
下側にもエツチングが進行して絶縁膜６にアンダカット
部６ａが発生し、ポリシリコン膜７上に配線材料である
アルミニウムを蒸着する時に空間ができるおそれがあっ
た。

また、ウェットエツチング法によってコンタクトホール
９の底部の絶縁膜６もサイドエツチングされるため、コ
ンタクトホール径が大きくなって十分なテーバが得られ
ないという問題点があった。

本発明は前記従来技術が持っていた問題点として、絶縁
膜のウェットエツチングに伴ない、ポリシリコン膜下で
絶縁膜がアンダカットする点、及びサイドエツチングに
よりコンタクトホール径が増力１比てテーバが不十分と
なる点について解決したコンタクトホールの形成方法を
提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は前記問題点を解決するなめに、半導体基板や薄
膜等の被コンタクト部材上に絶縁膜等を形成し、その絶
縁膜等にテーパを有するコンタクトホールを形成するコ
ンタクトホールの形成方法において、前記被コンタクト
部材上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上にその
絶縁膜と異なるエツチングレートを有するマスク材を形
成する工程と、傾斜した開口部を有するレジストパター
ンを前記マスク材上に形成する工程と、前記レジストパ
ターンをエツチングマスクにして前記開口部よりも大き
く前記マスク材をエツチング開孔する工程と、前記マス
ク材をエツチングマスクにして前記開口部エツジを後退
させつつ前記絶縁膜を異方的にエツチングする工程とを
、順に施すようにしたものである。

（作用） 本発明によれば、以上のようにコンタクトホールの形成
方法を構成したので、絶縁膜を異方的にエツチングする
際に、レジストパターンが第１のエツチングマスクとし
て働くと共に、その下のマスク材が第２のエツチングマ
スクとして働き、レジストパターンの開口部エツジがエ
ツチングされつつ、十分な傾斜を有し、かつ平坦なコン
タクトホールがその絶縁膜に形成される。従って前記問
題点を除去できるのである。

（実施例） 第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例に係るコンタク
トホール形成方法を示す製造工程図であり、この図を参
照しつつ各製造工程を説明する。

（１）第１図（ａ）の工程 単結晶シリコン等からなる半導体基板１１上に、遭択酸
化法等で５ｉ０２膜等のフィールド絶縁膜］２を形成し
て素子分離を行い、続いてその半導体基板１１の表面に
５ｉ０２膜等のゲート絶縁膜１３、さらにその上にポリ
シリコン膜等からなるゲート電極１４をそれぞれホトリ
ソ技術等で選択的に形成する。その後、ゲート電極１４
とフィールド絶縁膜１２との間の半導体基板表面に、リ
ン、ヒ素等の不純物を拡散してドレイン・ソースとなる
不純物拡散領域１５を形成すれば、通常のＭＯＳトラン
ジスタが形成される。

常圧化学的気相成長法（以下、常圧ＣＶＤ法という）等
によって全面に例えば０．８μｍ程度のＢＰＳＧ膜等か
らなる絶縁膜１６を形成し、さらにその上に、リン等の
不純物をドープしたポリシリコン膜等のマスク材１７を
減圧ＣＶＤ法等で形成する。次に、厚さ約１μｍのレジ
スト膜を全面に被着した後、そのレジスト膜を通常のホ
トリソ技術でバターニングしてコンタク１へホール用開
口部１８ａを有するレジストパターン１８を形成する。

この時、露光条件、現像条件及びベーク条件を調節する
ことにより、傾斜、つまりテーパを有する開口部１８ａ
を形成することができる。

（２）第１図（ｂ）の工程 ドライエツチング法である例えば反応性イオンエツチン
グ法（以下、ＲＩＥ法という）を使用し、レジストパタ
ーン１８をエツチングマスクにして開口部１８ａよりも
大きくマスク材１７を開孔する。ここで、マスク材１７
をポリシリコン膜で形成した場合、例えばＣＦ４ガスと
０２ガスを１９＝１の割合で混合したガスを用いて、圧
力が８０Ｐａ、高周波（ＲＦ）パワー密度が約１．２ｗ
／ｃｍ２の条件で反応性イオンエツチングを行えば、マ
スク材１７にはレジストパターン１８の開口部１８ａ下
においてアンダカット部１７ａが形成される。

（３）第１図（Ｃ）の工程 ドライエツチング法である例えばＲＩＥ法を使用し、マ
スク材１７をエツチングマスクにして絶縁膜１６を異方
的にエツチングし、コンタクトホール１９を形成する。

ここで、前記（２）の工程に用いたエツチング装置と同
一の装置を使用する場合、その装置内で例えばＣＦ６ガ
スとＣＨＦ３ガスを５＝１の割合で混合したガスを用い
、圧力が８０Ｐａ、ＲＦパワー密度が数１．２ｋｗ／ｃ
ｍ２の条件で絶縁膜１６をＲＩＥ法でエツチングすれば
よい。絶縁膜１６をＢＰＳＧ膜で形成した場合、前記条
件ではレジストパターン１８がＢＰＳＧ膜厚の約１／３
のエツチング速度を持つため、レジストパターン１８の
開口部１８ａのエツジが後退し、それに対応して絶縁膜
１６に形成されるコンタクトホール１９が約７０°の傾
斜をもつ。この際、マスク材１７をポリシリコン膜で形
成した場合にそのマスク材１７のエツチング速度は、Ｂ
ＰＳＧ膜からなる絶縁膜１６に対して約１／１０である
なめ、レジストパターン１８の開口部１８ａのエツジが
後退してマスク材１７が露出しても、そのマスク材１７
が第２のエツチングマスクとなるので、その下の絶縁膜
１６がエツチングされることがない。

（４）第１図（ｄ）の工程 コンタクトホール１９の形成後の工程としては、レジス
トパターン１８を有機溶剤等で除去し、次に厚さ１．０
μｍ程度のアルミニウム材等からなる配線材を全面に被
着した後、通常のホトリソ技術で配線材とマスク材１７
をエツチングして配線パターン２０を形成すれば、その
配線パターン２０と不純物拡散領域１５とがコンタクト
ホール１９を通して接続され、コンタクト形成工程が終
了する。

本実施例のコンタクトホール形成方法では、次のような
利点を有する。

（ａ）　　ドライエツチング法を用い、絶縁膜１６の開
孔時においてレジストパターン１８の開口部１８ａのエ
ツジ後退に伴ないコンタクトホール形状をテーパ状に形
成するようにしたので、従来方法で生ずるウェットエツ
チング時でのコンタクトホール底部の広がりや、ポリシ
リコン膜下でのアンダカットが生じることがなく、大き
な傾斜をもつ微細なコンタクトホール１９を精度良く形
成できる。そのため、上層に被着する配線パターン２０
のコンタクトホール部での被覆性が向上し、半導体装置
の信頼性が向上する。

（ｂ）　　絶縁膜１６をエツチングする際にマスク材１
７が第２のエツチングマスクとなるため、第１のエツチ
ングマスクであるレジストパターン１８を薄膜化でき、
それによってそのレジストパターン１８の開孔歩留りが
安定し、向上する。

（Ｃ）　　ドライエツチング法を用いてマスク材１７及
び絶縁膜１６を順に開孔するようにしたので、従来のよ
うな絶縁膜１６の追加ウェットエツチング工程がなく、
工程数も少ないという利点を有する。

なお、本発明は図示の実施例に限定されず、種々の変形
が可能である。その変形例としては、例えば次のような
ものがある。

■　絶縁膜１６は、ＢＰＳＧ膜以外に、シリコン酸化物
を含む膜等、種々の材料の膜が使用できる。

■　マスク材１７は、減圧ＣＶＤ法により形成したポリ
シリコン膜の他に、スパッタ法等の他の方法により形成
した膜を用いてもよい。さらに、マスク材１７の材料と
しては、絶縁膜１６に対して小さなエツチング速度を有
する材料であるならば、シリコン、タングステン、チタ
ン等、さらにそれらの合金膜、あるいはシリコン窒化膜
等の種々の材料が使用できる。

■　マスク材１７は、フッ素と炭素を含むガスや、その
化合物ガス等の種々のガスを用いてドライエツチングを
行うことができる。さらに、絶縁膜１６もフッ素、炭素
及び水素を含むガスや、その化合物ガス等の種々のガス
を用いてドライエツチングを行うことが可能である。

■　被コンタクト部材は半導体基板１１の他に、薄膜等
の他の部材でもよく、またそれらに形成する半導体素子
はＭＯＳトランジスタ以外の素子でもよい。さらに、配
線パターン２０を多層配設した半導体装置にも、本発明
を適用できる。

■　上記実施例では、マスク材１７を付着したままで配
線パターン２０を形成したが、マスク材１７をＲＩＥ法
等で除去した後、配線パターン２０を形成するようにし
てもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、傾斜のあ
る開口部を有するレジストパターンをエツチングマスク
にして、マスク材を前記開口部より大きくエツチング開
孔し、続いて絶縁膜を前記開口部のエツジを後退させつ
つ異方的にエツチングするようにしたので、十分な傾斜
を有する微細なコンタクトを精度良く形成できる。

【図面の簡単な説明】 第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例に係るコンタク
トホールの形成方法を示す製造工程図、第２図（ａ）〜
（Ｃ）は従来のコンタクトホールの形成方法を示す製造
工程図、第３図は従来のコンタクトホールの間２点を示
す図である。 １１・・・・・・半導体基板、１６・・・・・・絶縁膜
、１７・・・・・・マスク材、１８・・・・・・レジス
Ｉ−パターン、１８ａ・・・・・・開口部、１９・・・
・・・コンタクトホール、２０・・・・・・配線パター
ン。 出願人代理人　　柿　　本　　恭　　成（α） （ｂ） 本発明のコンタクトホール形成方法 第１図 （Ｃ） ２０°西己綜パターン （ｄ） 本発明のコンタクトホール形成方法 第１図 （ｂ） （Ｃ） 従来のコンタクトポ七は減力法 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被コンタクト部材上に絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜上にその絶縁膜と異なるエッチングレートを
   有するマスク材を形成する工程と、傾斜した開口部を有
   するレジストパターンを前記マスク材上に形成する工程
   と、 前記レジストパターンをエッチングマスクにして前記開
   口部よりも大きく前記マスク材をエッチング開孔する工
   程と、 前記マスク材をエッチングマスクにして前記開口部エッ
   ジを後退させつつ前記絶縁膜を異方的にエッチングする
   工程とを、 順に施すことを特徴とするコンタクトホールの形成方法
   。 ２、前記絶縁膜として、シリコン酸化物を含む膜を用い
   た特許請求の範囲第１項記載のコンタクトホールの形成
   方法。 ３、前記マスク材として、シリコン、タングステン、チ
   タン、それらの合金膜、及びシリコン窒化膜のいずれか
   一つを用いた特許請求の範囲第１項記載のコンタクトホ
   ールの形成方法。 ４、前記マスク材は、フッ素と炭素を含むガス、もしく
   はその化合物ガスを用いてドライエッチングで開孔する
   特許請求の範囲第１項記載のコンタクトホールの形成方
   法。 ５、前記絶縁膜は、フッ素、炭素及び水素を含むガス、
   もしくはその化合物ガスを用いてドライエッチングで異
   方的にエッチングする特許請求の範囲第１項記載のコン
   タクトホールの形成方法。