JPH01286443A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH01286443A
JPH01286443A JP11655788A JP11655788A JPH01286443A JP H01286443 A JPH01286443 A JP H01286443A JP 11655788 A JP11655788 A JP 11655788A JP 11655788 A JP11655788 A JP 11655788A JP H01286443 A JPH01286443 A JP H01286443A
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insulating film
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wiring connection
connection hole
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孝 森本
Hideo Yoshino
吉野 秀男
Hideo Akitani
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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、半導体装置とその製造方法に関するものであ
り、具体的には、集積回路の多層配線における配線接続
穴の構造とその形成方法に関する。
〔従来の技術〕
第7図(A)、(B)は、従来の配線接続穴の形成方法
を示したものである。層間絶縁膜2の表面3の平坦化は
配線の伝達特性の均質化を向上させ、配線の断線および
線間の漏れ電流防止に有効なことから、配線の微細化に
伴い必須となっている。
一般に多層配線における平坦化は凹凸のある下地上にな
されるため、表面3の平坦度が向上する程、ホトレジス
ト11の開口部にエツチングによって形成される配線接
続穴4および5の穴の深さの差は下地の凹凸の持ってい
る段差の高さに近づくことになる。このため配線接続穴
4と5を形成する際のエツチングに必要な時間が異なり
、浅い方の配線接続穴4の下地6の露出面8は、配線接
続穴4のエツチングが完了した後も、深い方の配線接続
穴5の形成が完了するまでエツチング雰囲気にさらされ
ることになる。この場合、眉間絶縁膜2のエツチングレ
ートをa、下地6のエツチングレートをbとし、配線接
続穴4および5の深さをそれぞれH4、H5とする。エ
ツチング完了時に下地6がエツチングされる深さh6(
第7図(B)参照)は少なくとも h6=b (H5−H4)/’aとなる。
〔発明が解決しようとする課題〕
こうした下地のエツチングは不必要なばかりでなく、配
線不良の原因にもなる。また、エツチングによるバタン
変換差はエツチング完了後にエツチング雰囲気にさらさ
れることにより増加しやすいので、パタンの微細化の観
点からもエツチング時間の均一化が必要である。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の目的は、配線接続穴の形成において、異なる深
さの配線接続穴のエツチング時間を均一化し、配線接続
穴の接続歩留りの向上とバタン変換差のばらつきを防止
した配線接続穴形成方法を提供することにある。
第6図(a)〜(flは、本発明による半導体装置の構
造とその形成方法を工程順に説明するための原理図であ
る。基板1の主面10は高さHI Oの段差を有する(
a)。主面10上に配線6および配線7を形成する(b
)。その後、眉間絶縁膜2を形成するfc)。
続いて眉間絶縁膜2と材料の異なる層間絶縁膜20を形
成する。層間絶縁膜20の表面は例えばエツチング法に
より平坦化し表面3を得る(d)。ホトレジスト11に
より配線接続穴形成用の穴12および13を形成する(
e)。次に、例えばりアクティブ イオン エツチング
法(RI E)によりホトレジスト11をマスクにして
眉間絶縁膜20をエツチングレートa20でエツチング
する。この時、層間絶縁膜2のエツチングレートはa2
とする。
接続穴5のエツチング完了までに配線6がエツチング雰
囲気にさらされる時間T6はH10/a 20となる。
HIOは第6図(a)を参照されたい。a20が大きい
程、T6も小さくなる。また、a2に対してa20が大
きい程、接続穴5のエツチング完了時間に対するT6の
割合は減少し配線接続穴形成時間の均一化がはかれる(
f)。このように、本発明による半導体装置では眉間絶
縁膜は2層構造になっており、深い配線接続穴になる程
その配線接続穴の位置におけるエツチングレートの大き
い層間接続膜20のエツチングレートの小さい層間絶縁
膜2に対する膜厚比率が大きくなるという構造上の特徴
を有している。
〔実施例〕
第1図は、本発明による配線接続穴形成方法の第1の実
施例を示す断面図である。図において1は半導体デバイ
スを集積してなる基板、2は絶縁膜、20は2と材質の
異なる絶縁膜、3は最上部絶縁膜の表面、4および5は
配線接続穴、6および7は配線、8および9はそれぞれ
配線6および7の露出部分、10は基板1の主面、11
はホトレジストである。
以下、第1図に示した配線接続穴の製造方法を第4図を
用いて説明する。
半導体装置デバイス、たとえばMO3電界効果トランジ
スタやバイポーラトランジスタおよび素子間分離領域等
を集積してなる基板1の主面10には高さHIOの段差
が存在する。主面10上に例えばアルミニウムを材料と
した配線をアルミニウム堆積工程とホトリソグラフィ工
程とエツチング工程により形成する。配線6は主面10
の段差の高い法に形成された配線を代表し、配線7は主
面10の段差の低い方に形成された配線を代表する。次
に、たとえばSin、を材料とした絶縁膜2を被着する
。5iOZの被着は気相反応によって、スパッタリング
によっても可能である。StO□の膜厚は上記配線を被
着できる膜厚であればよく、配線の高さ1μmにたいし
て1100n程度でよい。絶縁膜2としてはS i z
 N4でもよい。
続いて、PSGを材料とした絶縁膜20を1μm程度の
膜厚で被着する。続いて、エッチバック法等の表面平坦
化法により平坦化された絶縁膜20の表面3を得る。そ
のため、たとえばこの上に有機高分子材層12を塗布し
、これを熱処理して平坦な表面を有する配線構造体を形
成する。次に、このようfc構成された配線構造体の表
面をtEによって絶縁膜20と有機高分子材層12のエ
ツチングレートが同一となる条件でエツチングし、絶縁
膜20の凸部を有機高分子材J’W12のエツチングと
同時に除去して平坦面3を得る。
次に、ホトリソグラフィ工程によりホトレジスト11を
膜厚1.6μmにて塗布後、パタ玄ングして配線接続穴
の開口位置13および14を露出して表面3上をホトレ
ジストで被覆する。
配線接続穴のエツチングは、通常のRIB装置を用い、
エツチングガスにCHF210□混合ガスを流量比91
50SCCM、圧力50mTorr SRF電力100
0W印加した場合には、PSGのエツチングレートは1
30nm/分、SiO□のエッチレートは36nm/分
である。今、例として段差HIOを0.5μm1配線接
続穴4の深さを0.5μm、配線接続穴5の深さを1μ
m、絶縁膜2の膜厚を0.5μmとする。この場合、配
線接続穴5のエツチングを終了するまでに配線接続穴4
は約3.8分のオーバーエツチングをうける。これは全
エツチング時間の22%である。
一方、層間絶縁膜としてすべてSin、とした場合、配
線接続穴4は同様のオーバーエツチングを約13.9分
受けることになり、これは全エツチング時間の50%で
ある。また、眉間絶縁膜としてすべてPSGとした場合
、配線接続穴のオーバーエツチング時間は本実施例と同
じであるが、これは全エツチング時間の50%である。
この様に、層間絶縁膜を2層構造とし、上層のエツチン
グレートを下層のエツチングレートより大きくすること
により、下地主面10に段差を持ち表面3の平坦な配線
構造体では、深さの異なる配線接続穴のエツチング完了
時間を近付けることができる。その結果、不必要なオー
バーエツチング時間の短縮ができるので、オーバーエツ
チングに伴うアルミニウム配線のエツチングによる配線
の接続不良やバタン変換差の増加を防止できる。
なお、層間絶縁膜20は第6図のごとくエッチバック後
に全面的に表面に残ってもよいことは言うまでもない。
第2図は、本発明による配線接続穴形成方法の第2の実
施例を示す断面図である。配線接続穴が不純物拡散層1
6および17上に形成されてなる場合であり、第1の実
施例の場合と同様に、配線接続穴4の不必要なオーバー
エツチング時間が短縮できる。
第3図は、本発明による配線接続穴形成方法の第3の実
施例を示す断面図である。
以下、第3図に示した配線接続穴の製造方法を第5図を
用いて説明する。
配線接続穴のエツチングは、第1段階としてエツチング
ガスにCHF 3 / Oz混合ガスを流量比9150
SCCM、圧力5 QmTo r r、RF電力100
0W印加し、PSGのエツチングレートは130 nm
7分、Sin、のエツチングレートは36nm/分であ
る。第1段階ではPSGを0゜5μmエツチングし、S
iO□を0.14μmエツチングする時間に選ぶ。続い
て、第2段階としてエツチングガスにCHF 3 / 
Oを混合ガスを流量比75150SCCM、圧力5 Q
mTo r r。
RF電力1000W印加し、PSGのエツチングレート
は50nm/分、Sin、のエツチングレートは20n
m/  分、ホトレジスト11のエツチングレートはI
QOnm/分である。第2段階としてSin、を360
nmエツチングし、ホトレジストを0.9μmエツチン
グする時間を選ぶ。
この時、ホトレジストは上記エツチングレートの約50
%のサイドエツチングを受けて、エツチング開始時より
片側約0.5μm拡大する。第2段階のエツチング終了
時に配線接続穴4はエツチングを完了して下地配線6の
露出面8があられれる。
一方、配線接続穴5には層間絶縁膜2に0.14μmの
未エツチング部分がある。引続き、第3段階として第1
段階と同じエツチング条件に選び5i02を0.14μ
mエツチングし下地配線7の露出面9をあられして配線
接続穴5のエツチングを完了する。第2段階ではホトレ
ジスト11の露出部分13および14の拡大にともなっ
て配線接続穴の側壁が傾きを持ち、穴径は開口部の上部
程大きく下地配線の露出部8.9では初期の穴径を保つ
テーパ形状となる。その効果としては、配線接続穴に配
線が入り込み易くなり配線の付回りが改善されるので、
配線接続穴での接続歩留りが改善される。また一つの効
果としては、下地配線の露出径は拡大しないので配線接
続穴と下地配線との位置合わせマージンを大きくする必
要がないので配線ピッチの微細化に有利である。
層間絶縁膜としてすべてSiO□として、配線接続穴の
テーパ形状を上記実施例3の第2段階と同様の方法で得
る場合、深さの浅い方の配線接続穴4の下地配線の露出
部8で初期の穴径を保とうとすると、配線接続穴のエツ
チングプロセスにおいて第2段階の適用できる時間割が
限られるので配線接続穴の形状としては配線接続穴5の
上部0゜5μmより下に側壁の傾斜は得られない。その
ため、配線の付回りの改善は穴径が微細化し、下地段差
が大きくなる程、効果がなくなる。また、配線接続穴の
オーバーエツチング時間が本実施例2より多くなること
も明らかである。
眉間絶縁膜としてすべてPSGとして、配線接続穴のテ
ーパ形状を上記実施例3の第2段階と同様の方法で得る
場合、露出部8での穴径を拡大防止のためには、配線接
続穴の形状として配線接続穴5の下部0.5μmにはテ
ーバが形成できないばかりでなく、ホトレジストとPS
Gとのエツチングレート比を大きくする安定したエツチ
ング条件が見いだし難いという実際上の問題がある。実
施例3の第2段階における程度の場合、ホトレジストの
拡大は片側0.2μmになるので配線の付回りの改善は
ほとんど期待できない。
このように、本発明では、異なる深さの配線接続穴のエ
ツチング時間を均一化できる。また、配線接続穴の側壁
のテーパの位置を配線ピッチの変更なしで自由に設定で
きる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明では配線接続穴のオーバー
エツチング時間の短縮がはかれる。その効果としてはオ
ーバーエツチングに伴う配線接続穴下地のエツチング量
が減少するので配線接続歩留りが向上する。さらに効果
としてオーバーエツチングに伴うサイドエツチングによ
る配線接続穴の拡大が減少するので配線接続穴エツチン
グ時のバタン変換差の制御性が向上する。これは配線ピ
ッチの微細化に有利である。本発明では配線接続穴の側
壁の傾きを制御できる。さらに本発明では、配線接続穴
の最下部の穴径を初期の穴径に保ちながら配線接続穴の
拡大する位置を自由に設定できる。その効果としては配
線接続穴の合わせマージンの減少を招くことなく、配線
接続穴における段差の急峻さが緩和されることになり、
微細な配線接続穴にいたるまで配線のつきまわりが改善
される結果、配線接続歩留りの向上が実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、および第3図は、本発明の半導体装置
の一実施例をしめず断面図、第4図(al〜(h)は、
第1図に示した半導体装置の製造方法の一実施例を工程
順に示す断面図、第5図(a)〜fd)は、第3図に示
した半導体装置の製造方法の一実施例を工程順に示す断
面図、第6図fa)〜(f)は本発明の半導体装置の構
成原理を工程順に示す断面図、第7図(A)〜(B)は
従来の半導体装置の製造方法の一例を工程順に示す断面
図である。 1・・・半導体デバイスを集積してなる基板2・・・絶
縁膜 3・・・最上部絶縁膜の表面 4.5・・・配線接続穴 6.7・・・配線 8.9・・・配線6.7の露出部分 10・・・基板1の主面 11・・・ホトレジスト 12・・・有機高分子材層 13.14・・・ホトレジスト11の配線接続穴4゜5
の開口部 16.17・・・不純物拡散層 20・・・絶縁y2とは異なる材質の絶縁膜特許出願人
  日本電信電話株式会社 代理人 弁理士 玉 蟲 久五部 (外2名) 第  1  図 第 2 図 第3図 第4図 第4図 第  5 図 第 5 図 第 6 図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電極配線を形成すべき半導体基板の一表面に表面
    段差を含む導電層を有し、上記導電層上には所定部分が
    開孔されてなる絶縁層を有する半導体装置において、上
    記絶縁層はエッチングレートの異なる第1および第2の
    絶縁層が積層されてなり、表面の高さが高い導電層上の
    第2の絶縁層の厚さが表面の高さが低い導電層上の第2
    の絶縁膜の厚さよりも薄いことを特徴とする半導体装置
  2. (2)特許請求の範囲(1)に記載の半導体装置の製造
    において、ホトレジストをマスクにして上記第2の絶縁
    層のエッチングレートが第1の絶縁層のエッチングレー
    トより大きいエッチング方法を用いて配線接続穴を形成
    することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. (3)特許請求の範囲(1)に記載の半導体装置の製造
    において、ホトレジストをマスクにして絶縁膜層をドラ
    イエッチングする第1の工程と、該ホトレジストのエッ
    チングレートが上記絶縁膜層のエッチングレートより大
    きいドライエッチング方法により前記ホトレジストと上
    記絶縁膜層とを同時にエッチングする第2の工程とを含
    むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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