JPH0210731A - 薄膜除去方法 - Google Patents
薄膜除去方法Info
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- JPH0210731A JPH0210731A JP16149088A JP16149088A JPH0210731A JP H0210731 A JPH0210731 A JP H0210731A JP 16149088 A JP16149088 A JP 16149088A JP 16149088 A JP16149088 A JP 16149088A JP H0210731 A JPH0210731 A JP H0210731A
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Landscapes
- Local Oxidation Of Silicon (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
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。
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、レーザ光を利用する薄膜の除去方法詳しくは
微細な配線形成の際のコンタクトホールの形成に関する
。
微細な配線形成の際のコンタクトホールの形成に関する
。
（従来の技術）
近年、半導体製造プロセスの薄膜除去技術に於ては、最
小パターンの微細化、廃棄物処理の容易さ等の面で利点
の多いドライプロセスが広く用いられている。この中で
、レーザプロセス技術は、レジストレスに基板上の特定
の箇所のみを加工することが可能で、従来法に比べ、大
幅に工程を低減できると期待されている。その中で、Ｌ
ＳＩの絶縁膜に用いられる５ｉ０２、ＳｉＮ、リンドー
プシリカガラス（ＰＳＧ）などの除去技術は、多層配線
形成の際の下層配線とのコンタクトホールを形成する上
で特に重要である。例えば、直接基板上に金属線を形成
するレーザＣＶＤ技術と、絶縁膜の局所除去技術とを組
み合わせれば、ＬＳＩの開発時の配線設計ミスを出来上
がったＬＳＩ上でそのまま修正することが可能となり、
ＬＳＩの開発期間を大幅に短縮することが出来る。
小パターンの微細化、廃棄物処理の容易さ等の面で利点
の多いドライプロセスが広く用いられている。この中で
、レーザプロセス技術は、レジストレスに基板上の特定
の箇所のみを加工することが可能で、従来法に比べ、大
幅に工程を低減できると期待されている。その中で、Ｌ
ＳＩの絶縁膜に用いられる５ｉ０２、ＳｉＮ、リンドー
プシリカガラス（ＰＳＧ）などの除去技術は、多層配線
形成の際の下層配線とのコンタクトホールを形成する上
で特に重要である。例えば、直接基板上に金属線を形成
するレーザＣＶＤ技術と、絶縁膜の局所除去技術とを組
み合わせれば、ＬＳＩの開発時の配線設計ミスを出来上
がったＬＳＩ上でそのまま修正することが可能となり、
ＬＳＩの開発期間を大幅に短縮することが出来る。
これまでに上記のような絶縁性の薄膜をレーザ光を除去
する方法として、強いパルスレーザ光を薄膜に吸収させ
、得られる高温状態で薄膜と化学反応を起こす気体を用
いてエツチング除去する方法が知られている。高速でし
かも微細な加工を実現した例として、光源にＡｒＦエキ
シマレーザ、エツチングガスに水素を用いて、ＳｉＯ膜
をエッチング除去したものが、１９８５年の［ジャーナ
ル・オブ・バキュームサイエンス・テクノロジーＪ （
Ｊｏｕｒｎａｌ ＯｆＶｃｕｕｍ ５ｃｉｅｎｃｅ Ｔ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）誌のＢの第３巻１ページから８ペ
ージに、エーリッヒ等により報告されている。この文献
によれば、パルスレーザ光の吸収による過渡的な温度上
昇により、５ｉＯＺ層の温度をその軟化点近くにまで上
昇させてエツチング反応を起こし、１００Ａ／パルス程
度の高い除去速度を得たことが記述されている。この時
の最小加工サイズは、０．４ｐｍ程度と優れた値が得ら
れている。しかしながら、この方法には以下のような欠
点かある。
する方法として、強いパルスレーザ光を薄膜に吸収させ
、得られる高温状態で薄膜と化学反応を起こす気体を用
いてエツチング除去する方法が知られている。高速でし
かも微細な加工を実現した例として、光源にＡｒＦエキ
シマレーザ、エツチングガスに水素を用いて、ＳｉＯ膜
をエッチング除去したものが、１９８５年の［ジャーナ
ル・オブ・バキュームサイエンス・テクノロジーＪ （
Ｊｏｕｒｎａｌ ＯｆＶｃｕｕｍ ５ｃｉｅｎｃｅ Ｔ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）誌のＢの第３巻１ページから８ペ
ージに、エーリッヒ等により報告されている。この文献
によれば、パルスレーザ光の吸収による過渡的な温度上
昇により、５ｉＯＺ層の温度をその軟化点近くにまで上
昇させてエツチング反応を起こし、１００Ａ／パルス程
度の高い除去速度を得たことが記述されている。この時
の最小加工サイズは、０．４ｐｍ程度と優れた値が得ら
れている。しかしながら、この方法には以下のような欠
点かある。
絶縁膜は半導体や金属などに比べ反応性が低いために、
使用できる反応性の気体には、水素やフッソなどの危険
性の高い気体を用いなければならず、この方法を用いた
装置は、安全性を確保するために複雑な構成となり、高
価となる欠点がある。また、この方法によれば０．４ｐ
ｍ程度の分解能は得られるものの、上記のとエーリッヒ
等の論文の図３に見られるように加工された部分の側壁
凹凸があちこちに見られ形状の制御性がよくないことが
予測される。また、反応を起こすに必要な温度が、９０
０°Ｃ程度と、現在ＬＳＩ配線に多用されているＡｌ配
線の融点６６０°Ｃに比べ著しく高く、下地にＡｌ配線
を用いている場合には配線部の損傷を避けられないと推
測される。
使用できる反応性の気体には、水素やフッソなどの危険
性の高い気体を用いなければならず、この方法を用いた
装置は、安全性を確保するために複雑な構成となり、高
価となる欠点がある。また、この方法によれば０．４ｐ
ｍ程度の分解能は得られるものの、上記のとエーリッヒ
等の論文の図３に見られるように加工された部分の側壁
凹凸があちこちに見られ形状の制御性がよくないことが
予測される。また、反応を起こすに必要な温度が、９０
０°Ｃ程度と、現在ＬＳＩ配線に多用されているＡｌ配
線の融点６６０°Ｃに比べ著しく高く、下地にＡｌ配線
を用いている場合には配線部の損傷を避けられないと推
測される。
（発明が解決しようとする問題点）
従来の薄膜除去方法では、以下のような問題点があった
。化学反応によりエツチング除去する方法では、化学反
応性の高い危険なガスを必要とし、また絶縁膜に吸収の
ある波長域の光源が必要なことから高価なエキシマレー
ザと紫外光学系を用いる事が避けられないことから、装
置が複雑で高価となる欠点がある。
。化学反応によりエツチング除去する方法では、化学反
応性の高い危険なガスを必要とし、また絶縁膜に吸収の
ある波長域の光源が必要なことから高価なエキシマレー
ザと紫外光学系を用いる事が避けられないことから、装
置が複雑で高価となる欠点がある。
また、得られるプロセスの制御性も、ｌｐｍ程度の微細
な加工を行うためには形状の制御性が不十分で、下地配
線層の損傷による断線の発生する欠点もある。
な加工を行うためには形状の制御性が不十分で、下地配
線層の損傷による断線の発生する欠点もある。
（本発明の目的）
本発明の目的は、従来の薄膜除去方法で問題となったこ
のような問題点を解決した、安価で、且つ１１１ｍオー
ダの微細加工を高い再現性を持って実現でき、下地配線
の断線の恐れのない薄膜除去方法を提供することにある
。
のような問題点を解決した、安価で、且つ１１１ｍオー
ダの微細加工を高い再現性を持って実現でき、下地配線
の断線の恐れのない薄膜除去方法を提供することにある
。
（発明の構成）
本願によれば、配線上に設けた薄い絶縁膜にパルスレー
ザ光を照射して穴を開ける薄膜除去方法に於て、該パル
スレーザ光の照射パターンが該配線の方向に細長い形で
かつレーザ光のビーム径の長軸方向の長さは絶縁膜の厚
さ以上であることを特徴とする薄膜除去方法が得られる
。
ザ光を照射して穴を開ける薄膜除去方法に於て、該パル
スレーザ光の照射パターンが該配線の方向に細長い形で
かつレーザ光のビーム径の長軸方向の長さは絶縁膜の厚
さ以上であることを特徴とする薄膜除去方法が得られる
。
（本発明の作用・原理）
本発明の基本的なアイデアは、絶縁膜には吸収が無いが
、下地の配線層に吸収のあるパルスレーザ光を用いれば
、下地の配線層の吸収により、配線層の一部をガス化し
、生じた圧力により上部の絶縁膜を蒸散させる可能性が
あるとの、新しい着想に基づいている。しかしながら、
このような方法により絶縁膜を介してコンタクトホール
を形成した報告例はなく、この方法により、下地の配線
層を断線させることなく絶縁膜を加工できるか否かは従
来、明らかでなかった。上記アイデアに基づいて、下地
の配線層の損傷を最小限に抑えながら、絶縁膜に再現性
よくコンタクトホールを形成できる照射条件を、通常の
ＬＳＩ上の絶縁膜を加工する場合について実験的に検討
した。その結果、加工したい絶縁膜の厚みと、照射する
レーザ光のビーム径と絶縁膜の加工が起こるしきい照射
強度の間に相関があり、絶縁膜が、照射ビーム径よりも
厚くなると、急激に、しきい照射強度があがり、絶縁膜
にコンタクトホールを形成できる照射強度の下限の強度
でも、下地の配線が、はぼ完全に蒸散し、断線が起こる
ことが判明した。この原因としては、配線の吸収により
生じた圧力が、照射ビームが大きいほど、照射部から周
辺に拡散する割合が少なくなり、絶縁膜の表面まで有効
に作用するためではないかと思われる。この実験結果か
ら、照射するレーザのビーム径を加工したい絶縁膜の深
さよりも大きくとれば、配線の断線を起こす事なくコン
タクトホールを形成できることがわかった。しかしなが
ら、照射ビーム径を円形のまま大きくすると、コンタク
トホールを形成したい配線の近くに別の配線がある場合
には両方の配線にコンタクトホールが形成される問題点
が生じた。この問題を解決するには下地の配線の長さ方
向に細長く整形して長軸方向の長さを絶縁膜の厚みより
も長くして照射すればよい。こうすれば、隣接配線が近
くにある場合でも、隣接配線へのレーザ光の吸収による
不本意なコンタクトホールの形成を起こす事なく、所要
の配線上にのみ断線を起こす事なく再現性よく１μｍ程
度の微細なコンタクトホールを形成できることがわかっ
た。
、下地の配線層に吸収のあるパルスレーザ光を用いれば
、下地の配線層の吸収により、配線層の一部をガス化し
、生じた圧力により上部の絶縁膜を蒸散させる可能性が
あるとの、新しい着想に基づいている。しかしながら、
このような方法により絶縁膜を介してコンタクトホール
を形成した報告例はなく、この方法により、下地の配線
層を断線させることなく絶縁膜を加工できるか否かは従
来、明らかでなかった。上記アイデアに基づいて、下地
の配線層の損傷を最小限に抑えながら、絶縁膜に再現性
よくコンタクトホールを形成できる照射条件を、通常の
ＬＳＩ上の絶縁膜を加工する場合について実験的に検討
した。その結果、加工したい絶縁膜の厚みと、照射する
レーザ光のビーム径と絶縁膜の加工が起こるしきい照射
強度の間に相関があり、絶縁膜が、照射ビーム径よりも
厚くなると、急激に、しきい照射強度があがり、絶縁膜
にコンタクトホールを形成できる照射強度の下限の強度
でも、下地の配線が、はぼ完全に蒸散し、断線が起こる
ことが判明した。この原因としては、配線の吸収により
生じた圧力が、照射ビームが大きいほど、照射部から周
辺に拡散する割合が少なくなり、絶縁膜の表面まで有効
に作用するためではないかと思われる。この実験結果か
ら、照射するレーザのビーム径を加工したい絶縁膜の深
さよりも大きくとれば、配線の断線を起こす事なくコン
タクトホールを形成できることがわかった。しかしなが
ら、照射ビーム径を円形のまま大きくすると、コンタク
トホールを形成したい配線の近くに別の配線がある場合
には両方の配線にコンタクトホールが形成される問題点
が生じた。この問題を解決するには下地の配線の長さ方
向に細長く整形して長軸方向の長さを絶縁膜の厚みより
も長くして照射すればよい。こうすれば、隣接配線が近
くにある場合でも、隣接配線へのレーザ光の吸収による
不本意なコンタクトホールの形成を起こす事なく、所要
の配線上にのみ断線を起こす事なく再現性よく１μｍ程
度の微細なコンタクトホールを形成できることがわかっ
た。
この方法によれば、従来の化学反応を用いる薄膜除去方
法に比べ、紫外レーザ及び紫外光学及び、危険なガス系
が不要で、装置構成が非常に簡単で安価にできること、
加工再現性がよい等の利点がある。
法に比べ、紫外レーザ及び紫外光学及び、危険なガス系
が不要で、装置構成が非常に簡単で安価にできること、
加工再現性がよい等の利点がある。
（実施例）
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。第１図
は、本願の発明の一実施例である薄膜除去方法であり、
第２図は、本発明の方法で配線上の絶縁膜にコンタクト
ホールを形成したときの照射ビームの形状及び加工形状
を模式的に示す図である。第１図において、Ｎｄ：ＹＡ
Ｇレーザの第２高調波光源から構成されるパルスレーザ
光源１からの出射光は、２枚のシリンドリカルレンズか
ら構成されるビーム形状変換器２で楕円形にパターンを
変換され、ミラー４で反射され、レンズ５で基板６上に
集光照射される構成になっている。基板６はＸ−Ｙステ
ージ７上に保持して、基板６上の加工すべき部分にレー
ザ光を照射する構成になっている。ビーム形状変換器２
を回転させる回転ユニットは３は、基板６上の配線の長
さ方向にビームの長軸方向を合わせるために用いる。こ
の実施例は、現在通常用いられている２層Ａｌ配線構造
のＳｉ ＬＳＩ第１層配線へのコンタクトホール形成に
適用した例である。基板６の絶縁膜の構成は、最表層か
ら順にＳｉＮ、 ＰＳＧ、 ＳｉＮから成り、厚みは２
．５ｐｍである。下地のＡ１配線の配線幅は１．３ｐｍ
、厚みは０．６μｍ、隣接配線との間隔は１．５ｐｍの
場合に付き照射条件と加工形状、下地配線の損傷の程度
を比較検討した。なお照射レーザ光のパルス幅は８ｎｓ
、パルス照射数は１シヨツトである。
は、本願の発明の一実施例である薄膜除去方法であり、
第２図は、本発明の方法で配線上の絶縁膜にコンタクト
ホールを形成したときの照射ビームの形状及び加工形状
を模式的に示す図である。第１図において、Ｎｄ：ＹＡ
Ｇレーザの第２高調波光源から構成されるパルスレーザ
光源１からの出射光は、２枚のシリンドリカルレンズか
ら構成されるビーム形状変換器２で楕円形にパターンを
変換され、ミラー４で反射され、レンズ５で基板６上に
集光照射される構成になっている。基板６はＸ−Ｙステ
ージ７上に保持して、基板６上の加工すべき部分にレー
ザ光を照射する構成になっている。ビーム形状変換器２
を回転させる回転ユニットは３は、基板６上の配線の長
さ方向にビームの長軸方向を合わせるために用いる。こ
の実施例は、現在通常用いられている２層Ａｌ配線構造
のＳｉ ＬＳＩ第１層配線へのコンタクトホール形成に
適用した例である。基板６の絶縁膜の構成は、最表層か
ら順にＳｉＮ、 ＰＳＧ、 ＳｉＮから成り、厚みは２
．５ｐｍである。下地のＡ１配線の配線幅は１．３ｐｍ
、厚みは０．６μｍ、隣接配線との間隔は１．５ｐｍの
場合に付き照射条件と加工形状、下地配線の損傷の程度
を比較検討した。なお照射レーザ光のパルス幅は８ｎｓ
、パルス照射数は１シヨツトである。
最初に、照射レーザ光の形状を円形に保ったままで加工
した場合の実験結果を述べる。照射ビーム径が５１１ｍ
の場合、照射強度が６０ＭＷ／ａｍ２のときコンタクト
ホールの形成が可能となり、照射強度が１００ＭＷ１ｃ
ｍ２以下であれば下地のＡｌ配線には断線が生じなかっ
たが、この場合には、隣の配線にも加工が起こり、−本
の配線のみに選択的にコンタクトホールを形成すること
ができなかった。−方、隣接配線への加工を防ぐために
、照射ビーム径を２１１ｍ程度に細くすると、逆にＡｌ
配線の断線を起こす事なくコンタクトホールを形成する
ことはできなかった。
した場合の実験結果を述べる。照射ビーム径が５１１ｍ
の場合、照射強度が６０ＭＷ／ａｍ２のときコンタクト
ホールの形成が可能となり、照射強度が１００ＭＷ１ｃ
ｍ２以下であれば下地のＡｌ配線には断線が生じなかっ
たが、この場合には、隣の配線にも加工が起こり、−本
の配線のみに選択的にコンタクトホールを形成すること
ができなかった。−方、隣接配線への加工を防ぐために
、照射ビーム径を２１１ｍ程度に細くすると、逆にＡｌ
配線の断線を起こす事なくコンタクトホールを形成する
ことはできなかった。
次にビーム形状変換器により、照射ビームの形状を長軸
側５ｐｍ、短軸側を２ｐｍとして、Ａ１配線の方向に細
長いビーム形状にして照射したところ、照射強度が４０
ＭＷ／ｃｍ２から、８０ＭＷ／ａｍ２の強度範囲で、下
地のＡｌ配線の断線を起こす事なく再現性よく、コンタ
クトホールを形成することが出来た。照射強度が６０Ｍ
Ｗ／ｃｍ２の時、加工形状は、第２図に示すようにＡｌ
配線の開口部で１ｐｍＸ２１１ｍで、配線の長さ方向に
細長い形状になった。この時、パルス数は１シヨツトで
、Ａｌ配線まで開口するので、絶縁膜の表面から、徐々
にエツチングする方法で必要な終点検出は不要であった
。
側５ｐｍ、短軸側を２ｐｍとして、Ａ１配線の方向に細
長いビーム形状にして照射したところ、照射強度が４０
ＭＷ／ｃｍ２から、８０ＭＷ／ａｍ２の強度範囲で、下
地のＡｌ配線の断線を起こす事なく再現性よく、コンタ
クトホールを形成することが出来た。照射強度が６０Ｍ
Ｗ／ｃｍ２の時、加工形状は、第２図に示すようにＡｌ
配線の開口部で１ｐｍＸ２１１ｍで、配線の長さ方向に
細長い形状になった。この時、パルス数は１シヨツトで
、Ａｌ配線まで開口するので、絶縁膜の表面から、徐々
にエツチングする方法で必要な終点検出は不要であった
。
以上の実施例においては、Ｓｉ基板上にＳｉＮ／ＰＳＧ
からなる絶縁膜とＡｌ配線を形成した試料について、Ｙ
ＡＧレーザを用いた場合を説明したが、本発明の効果は
この組み合せに限って得られるものではない。例えばＷ
配線やＳｉｏ２を用いても良いし、またレーザもエキシ
マやパルス変調したアルゴンレーザなと各種パルスレー
ザを用いることができる。要は配線層にのみ吸収される
波長のレーザ光であればよい。
からなる絶縁膜とＡｌ配線を形成した試料について、Ｙ
ＡＧレーザを用いた場合を説明したが、本発明の効果は
この組み合せに限って得られるものではない。例えばＷ
配線やＳｉｏ２を用いても良いし、またレーザもエキシ
マやパルス変調したアルゴンレーザなと各種パルスレー
ザを用いることができる。要は配線層にのみ吸収される
波長のレーザ光であればよい。
（発明の効果）
以上述べたように、本発明によれば、従来の配線上の薄
膜に穴を開けてコンタクトホールを形成する方法に比べ
、装置構成を著しく簡単にでき、装置を安価に構成でき
る。また１１１ｍオーダの高い空量的分解能で加工する
場合にも、従来方法に比べ高い再現性が得られ、終点検
出が不要になる利点がある。
膜に穴を開けてコンタクトホールを形成する方法に比べ
、装置構成を著しく簡単にでき、装置を安価に構成でき
る。また１１１ｍオーダの高い空量的分解能で加工する
場合にも、従来方法に比べ高い再現性が得られ、終点検
出が不要になる利点がある。
Claims (1)
- 配線上に設けた薄い絶縁膜にパルスレーザ光を照射して
穴を開ける薄膜除去方法に於て、該パルスレーザ光の照
射パターンが該配線の方向に細長い形状でかつレーザ光
のビーム径の長軸方向の長さは絶縁膜の厚さ以上である
ことを特徴とする薄膜除去方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16149088A JP2513279B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 薄膜除去方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16149088A JP2513279B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 薄膜除去方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0210731A true JPH0210731A (ja) | 1990-01-16 |
| JP2513279B2 JP2513279B2 (ja) | 1996-07-03 |
Family
ID=15736065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16149088A Expired - Lifetime JP2513279B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 薄膜除去方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2513279B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006229212A (ja) * | 2005-01-21 | 2006-08-31 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置およびその作製方法 |
| JP2008263218A (ja) * | 2008-06-13 | 2008-10-30 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
-
1988
- 1988-06-28 JP JP16149088A patent/JP2513279B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006229212A (ja) * | 2005-01-21 | 2006-08-31 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置およびその作製方法 |
| JP2008263218A (ja) * | 2008-06-13 | 2008-10-30 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2513279B2 (ja) | 1996-07-03 |
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