JPH0258222A - パターン形成方法 - 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） 本発明はパターン形成方法、訂しくはドライエツチング
法によるテーパー形状（側壁が傾斜を右する形状）のパ
ターン形成方法に関ブるｂのである。 （従来の技術） 一般に、半導体装置では、半導体基板の表面にＭｏ５ｔ
”ランジスタ等の半導体素子を複数個形成し、それらの
上に絶縁膜を波谷してその絶縁膜にコンタクト１ｆｊ−
ルを開孔した後、該絶縁股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。一方、半導体装置は
高速動作等の特性向上を図る為に高密度に集積化されて
おり、コンタク１〜ホール等の微細パターン形成が必要
であると共に絶縁膜を介して配線パターンを多層配線く
する必要が生じている。ところが、コンタクトホールの
微細パターンが高精度になり、且つ配線パターンが多層
化する稈、そのコンタク１〜ホール部上におりる配線パ
ターンの被覆性が低トしたり、絶縁膜を介した多層配線
パターン間にｄ３りる断線や短絡という問題が生じるよ
うになった。 そこで、微細パターンを形成すべき被処理層をテーパー
形状に形成して配線パターンにおけるコンタクトホール
部等の被覆性の向上と、多層配線パターン間における断
線や短絡の低減を図る技術が提案されている。 従来、この種のデーパ−形状のパターン形成方法として
は、特開昭５７−７５４３１号公報、ｄ３よび１４聞昭
５８−１３７２１４号公報に記・伐されるしのかあ−）
た。以下、その構成を図を用いて説明する。 第２図（ａ）〜（Ｃ）は従来のパターン形成方法の製造
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。 （１）第２図（ａ）の工程 先ず、中結晶シリコンから成る半導体重板１をと１１温
の酸化雰囲気中に曝して、半導体幕板１上に下地膜とし
て熱酸化膜２を形成した後、その上にスパッタ蒸着法等
を用いて被エツチング膜としてＡ、Ｑ−３ｉ（アルミニ
ウム・シリコン）合金膜３を形成する。 （ｉｉ）第２図（ｂ）の工程 Ａ！Ｊ　−３ｉ合金膜３上にレジスト膜によるパターン
を形成した後、そのパターンに熱処理簀を施して該パタ
ーンのエツジ（周縁部）がデーパ−形状を右するレジス
トパターン４を形成する。 （山）第２図（Ｃ）の工程 ＲＩＥ法（反応性イオンエツヂング）等の異方性エツチ
ングにより、レジストパターン４をエツチングにしてへ
Ｑ−３ｉ合金肱３にエツチングを施す。この１１．１の
エツチング条１′１としては、７’Ｊ−３ｉ合金膜３に
え１してレジス１〜パターン４の王ツチング速１宴か比
較的大きく、而しエツチング］１！Ｉにレジス１〜パタ
ーン４のエツジが速やかに後退するように、そのレジス
トパターン４か出来るたけ簀り的に上ツチングされるよ
うに６′Ａ定することか望ましい。口のようにすれば、
レジストパターン４のエツジか徐々に後退するため、デ
ーバー形状を有覆るへＮ−３ｉ合金膜３か半導体基板１
上に形成される。 （発明か解決しようとする課題） しかしながら、上記パターン形成方法では、次のような
課題があった。 従来の方法では、十分なテーパー形状を４−ｉ′７Ｉる
パターンを形成づるためにレジストパターン４の■ツヂ
ング速度を人さくする必要があった。ところが、このに
うにすると次のＪ、うな不Ｖ！合か介牛復る。 （ａ）　　レジス１〜パターン４の膜厚が幼い部分でレ
ジストパターン４のみならず、そのＦＩ？ｌ’ｊの被エ
ツチング膜（△ｊ−３ｉ合金膜３）まで１ツヂングされ
てしまう。ぞのため、被エツチングｊ摸に欠Ｒ−ｊが生
じるばかりか、この状態が高じれば例えば被エツチング
膜を挾んだ上下の配線層間が知＄８する恐れがある。 （ｂ＞　　＃）３図（示すＪ：うに、被エツチング膜の
土部エツジ部５が正常に形成されない簀、精度の良いパ
ターンを得るためにパターン＝Ｊ法を制御することが困
難である。特に、半導体装置のＷＡ造にＪ九）では、被
エツチング膜の下地膜に段ノｆがあるため、レジストパ
ターン１の膜厚が場所にＪ、って異なる。その結果、被
エツチング膜にお（プるパターンの傾斜角（デー゛パー
角）が不均一になったり、レジストパターン４の膜ｊ９
が々９い所でパターンが正常に形成されなくなる。 本弁明は前記従来技術か（、′ｉっていた課題として、
レジスＩ・パターンの膜厚か）１すい部分てパターンを
形成リ−ぺさ被エツチング１１分に欠］０か生じる点、
十分なテーパー形状を右するパターンを制御良く形成す
ることか困ｆ！ｄＱある点について解決したパターン形
成方法を提供づるものである。 （課題を解決するための手段） 本発明は前記課題を解決するために、テーパー形状を右
ηるパターン形成プＪ　ｉｌ、にＪ九１て、２１＜板上
に第１の膜を形成した後、前記第１の股上にその膜と異
なるエツチングレートを右Ｊる第２Ｑ）（膜を用いて第
２の膜パターンを形成刃る工程と、前記第２の膜パター
ントに前記第２の膜と異なるエツチングレートを有する
第３の膜を形成した後、その第３の膜に巽方性゛Ｌツヂ
ングを施して前記第２の膜パターンの側壁部に側壁膜を
形成する工程と、前記第２の膜パターンをマスクにして
前記側壁膜の周縁部を後退さＵつつ前記第１の膜に異方
性エップーングを施してその第１の膜にデーパ−形状の
パターンを形成する工程とを、順に施すようにしたもの
である。 （作　用） 本発明によれば、以上のようにパターン形成り法を構成
したので、第１の膜を異方的にエツチングする際に、第
２の薄膜パターンの側壁部に形成されたｆｌｌｉ　Ｊ’
！　ｉｌＱ　ＩＪ、エツチングの進行につれてその側壁
膜の周縁部か徐々に後退するため、第１の膜に任意のテ
ーパー角を口するパターンを形成さける動さ゛がある。 また、エツチングマスクとして用いる第２０〕膜パター
ンは、パターンの形成箇所を除く所で第１の膜かエツチ
ングされるのを防止すると共に、第１の膜に形成される
パターンの上部の幅を制０１１する動きがある。従って
前記課題を解決できるのである。 （実施例） 第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施例に係るパ
ターン形成方法を示ブ製造工程図であり、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 先ず、単結晶シリコン等から成る半導体基板１１を酸素
雰囲気中で熱酸化して、半導体基板１１上に下地膜とし
て熱酸化膜１２を形成した後、その十にマグネｌ−ロン
スパッタ装置を用いたスパッタ蒸着法（以下、マグネト
ロンスパッタ法という）簀にＪ、つで膜１ワ６０００人
程度Δρ−８ｉ合金膜から成る第１の薄＋＋ｔｔ　１３
を形成する。 次いで、マグネト１」シスバッタ法等によって第２のｌ
′ＮＪ膜として膜厚３０００人程度のＷ（タングステン
＞　−ｓ　ｒ合金膜をＡｌ１−３　ｉ合金＋＋９１３の
仝而に被着した後、ホ１〜リソグラフィにＪ、リパタニ
ングして第２の肋膜パターン１／′ｌを形成する。 さらに、その土にスパッタ蒸着法等によって膜厚３００
０人件度のシリコン膜から成る第３の薄膜１５を形成す
る。 （２）第１図（ｂ）の工程 例えばＢＣ，２３（三塩化硼素）ガス、ＣＦ４　（四フ
ッ化炭素）ガス及び０２　（Ｍ素）ガスを分圧比、約８
０：１９：１の：切合で混合したガスを用いて、カス圧
ツノが１５Ｐａ、畠周波電力密度か約０−３ｗ／ｃｍ２
の条（’ｉ下で、半導体基板１１に平（１平板型プラズ
マ−ｒツチング装置によるＰＩＥ法８施η。」−記のエ
ツチング条ＰＩ’−Ｃ−は、第１の薄膜１３、第２の薄
１摸パターン１／１、及び第３のＣ４を脱１　りか、そ
れぞ゛れ６００Ａ／ｒｎ＋ｎ、５０Ａ、／ｍｉ　ｎ、及
び３００人／ｍ＋ｎの±７チング速度を右づる。 このＪ、うにづれば、エツチング開始から約１０分て、
第１の肋膜１３１ニに形成された平Ｉ（−（部の第３の
）Ｗｌｌぐ１５が総て除去され、第２の肋膜パターン１
４の側壁部にパターン幅が約０，１５μｍの第３の薄膜
１５から成る側壁膜（クイドウ４−ル）１５ａ、１　！
：＋ｂが形成される。 （３）第１図（Ｃ）の工程 ざらに、第２の薄膜パターン１４をマスクにして、前記
第１図（ｂ）の工程におＣプるエツチング処理を約１２
の程度行うと、側壁膜１５ａ。 １５ｂが全て除去されると共に第１の薄膜１３の上ツヂ
ングも終了する。このようにして、半導体基板１１に対
してほぼ直線的に約７０’のテーパー角を看」し、１つ
第１の薄膜１３の上部エツジのパターン１法がマスクと
して用いた第２の薄膜パターン１４の：Ｉｖ、−と同一
の第１の薄膜パターン１３−１が形成される。 （４）第１図（ｄ）の工程 エツチングマスクとして用いた第２の博肱パターン１４
を例えば、ＣＦ４　（四フッ化炭素）カスを用いたプラ
ズマエツチング等により除去すれば、所留の第１の薄膜
パターン１３−１を得ることができる。 第１の実施例の利点をまとめると、次のようになる。 （ｉ）　第１の薄膜パターン１３−１の形成に係る第１
図（Ｃ）、及び（ｄ）の工程において、第２の薄１漠パ
ターン１４を成すｗ−ｓｒ合金膜は第３の薄膜１５から
成る側壁膜１５ａ、１５ｂ及び第１の薄膜１３に比して
著しくエツチング速度が小さい為、エツチングによる膜
減りが殆ど生じない。そのため、次のような利点を右す
る。 （Ｄ　第１の薄膜パターン１３−１の寸法（ま、第２の
薄膜パターン１４の寸法を忠実に反映し、その第２の薄
膜パターン１４のエツジによって決定されるため、パタ
ーン寸法の制御性が非常に良θＹである。 ■　第２の薄膜パターン１４か確実にエツゾング１（，
１のンスクとして動くため、第１の謔ｌｌＡ１３にテー
パー形状をイ１するパターンを形成する部分以外で第１
の薄膜１３が−［ツチングされることはない。 従ってテーパー形状を有する第１の薄膜パターン１３−
１に欠損を生じる等の不具合が発生しない。 （ｉｉ）　　第１の薄膜１３を異方的にエツチングづる
際に、（則＆％ｊ　１１ジ１５ａ、１５ｂが１ツブーン
グされつつ、その側壁膜１５ａ、１５ｂの周縁部が徐々
に後退りる為、第１の薄膜１３からデーパ−形状を右づ
る第１の薄膜パターン１３−１を形成づることが可能で
ある。また、側壁膜１５ａ、１５ｂの幅（訳エツチング
マスクとなるぺさ第２の肋膜パターン１４の高さとその
上に形成される第３の７Ｍ）膜１５の膜厚にＪ、って決
定されるため、仮に下地膜′Ｃ″おる第１の薄膜１３に
段差かおったとしてもその影響を受りない。さらに、第
１の薄膜パターン１３−１のテーパー角は、該側壁膜１
５ａ。 １５ｂの幅及び形状と１−ツヂングのｙセ方性によって
左右され、第１の薄膜パターン１３−１の下地膜による
影響を受

【ノない。従って、側壁ＩＢ！　１５　ａ　。 １ｂｂの形成条イ１、及びエツヂング条（４を適ｉＦに
制６１１すれば、パターンを形成Ｊる被エツチング膜の
下地膜に段差がイｉる場合でし、下地膜に段差が無い場
合と同様に、再現性に（ホ）れた、はぽ均一的なテーパ
ー角をイｊ７１るパターンを（１することかでさる。 次に、第２の実施ＩＩＩＩについて第４図（ａ）・〜（
ｅ）を用いてその形成方法を説明する。 第２図（ａ）〜（ｅ）は本発明の第２の実施例に係るパ
ターンの形成方法として、半導体装置におりるテーパー
形状を右するコンタクトホールの形成方法を示Ｖ装造工
程図である。 （１）第４図（ａ＞の工程 単結晶シリコン等から成る半導体基板２１上に、選択酸
化法等で５ｉ０２膜等のフィールド絶縁膜２２を形成し
て素子分離を行い１．Ｖ：いてその半導体基板２１の表
面にＳｉｏ２膜等のゲート絶縁膜２３、ざらにその上に
ポリシリコン膜等から成るグー１−電捧２／１をそれぞ
れ選択的に形成覆る。その後、ゲート化（へ２４とフィ
ールド絶縁膜２２どの間の半導体基板２１表面に、Ｐ（
燐）、△Ｓ（砒素）等の不純物を拡散して不純物拡散領
域２５を形成すれば、通常のＭＯＳトランジスタが形成
される。 （２）第４図（ｂ）の工程 ＣＶＤ法（化学的気相成長法）等によって仝而にコンタ
クトホールを開孔すぺぎ第１の薄膜２６として、例えば
膜厚０．８μｍ程度のＰＳＧ膜（燐シリケートグラス膜
）等を形成する。さらにその上に、マグネトロンスパッ
タ法等によって膜Ｊ’７０．４μｍＦ？度のΔｇ膜等か
ら成る第２の薄膜を被着したｊ変、その第２の幼１１な
をホトリソグラフィでパターニングして、コンタクトホ
ール川開口部２７ａを右ザる第２の薄膜パターン２７を
形成りる。そのｊジ、その、１−に、ＣＶＤ法等によっ
て膜ＩＶｆ！０．５μ「丁）稈葭のＰ　Ｓ　Ｇ膜簀から
成る第３の薄膜２８を形成する。 （Ｓ３）第４図（Ｃ）の工程 例えば平行平板型゛ゾラズマ上ツヂング装置を用いたＲ
　Ｉ　Ｅ法を使用し、第２の）力ｉｂｓバクーン２７を
−［ツヂングマスクにしＣ１第３の（ＫＩ　１１！＋’
　２８に異方的、」ニツブーング’ｅ　Ｉｆｆす。ここ
て−１■ツチーングガスとして例えばＣ２［６（六フッ
化エタン）ガス及びＣｆ１Ｆ３　（三フッ化メタンンカ
スを分圧比、約３：４の９１合で混合したカスを用いて
、ガスＦ”ｔ）Ｊを９０１〕と】、高周波電力密度を約
１．Ｏｗ／Ｃｒｒ１２と条件設定した場合、第３の薄膜
２８て市るＰＳＧ膜のエツチング速度は約０．３μｍ／
ｍｉｎであるが、第２の薄１１ｔ、３パターン２７であ
るＡＮ膜は殆とエツチングされない。 このようにすると、エツチング開始から約１．７分で、
第３の薄膜２８が平坦８１５で仝で除去され、第２の薄
膜パターン２７の開口部２７ａにパターン幅が約０．３
μｍの第３の薄膜２８から成る側壁膜２８　ａが形成さ
れる。 （４）第４図（ｄ）の工程 ざらに上記第４図（Ｃ）の工程と同一のエツチング条件
でエツチングを続行すると、約２．５分後に側壁膜２８
ａが総て除去されると共に第１の薄膜２６のエツチング
が終了してコンタクトホール２９か形成される。この場
合、側壁膜２ε３ａの周縁部が後退し、それに対応して
第１の薄膜２６にコンタクトホール２９が形成される為
、そのコンタクトホール２９は約７０’のテーパー角を
右し、１つ開孔部の上部エツジのパターンくＩ法かマス
クとして用いた第２の薄膜パターン２７０戸１法と同一
になる。 （５）第４図（ｅ）の工程 コンタクトボール２９の形成後の工程としては、第２の
３９膜パターン２７を例えばリン酸、硝酸、及び酢酸を
約１６：１：１の回合で混合した化学溶液で除ム復る。 次に、ＡｆＪ祠等から成る配線’＋Ａを仝而に被着した
後、小トリソグラフィを用いて配線材と第１の薄膜２６
／！−エツヂングして配線パターン３０を形成すれば、
その配線パターン３０と不純物拡散領域２５とがコンタ
クトホール２９を通して接続され、コンタクト形成工程
が終了υる。このＪ、うにしてし、第１の実施例とほぼ
同様の作Ｉ肌刊点か（！／られる。 尚、本発明＃ＪＬ図示の実施例に限定されダ゛、種々の
変形が可１１シで゛ある。ぞの変形例としては、例えば
次のＪ、うなものがおる。 （△）　上記第１の実施例の変形例としては、次のＪ、
うなものかある。 ■　第１の）Ｗ膜１３、第２ノｉ’／膜ａ３　、Ｊ：　
Ｕ第３（１’）：Ｗ１１９１５の形成は、スパッタ蒸４
法に代えてＣＶＤｄ、で行うことも可能である。 ■　第２の／１ＩｉＩＩＩＡパターン１４としてＷ−Ｓ
＋合金膜を用いたが、第２の薄膜は第１の肋膜１３に対
して充分、土ツチング速磨の小さいしのであればよい。 そのため、例えばＷ等の高融点金属、或いはその高融点
金属とシリコンとの合金、更にＣＶＤ法ヤスバッタ蒸盾
法等によるシリコン酸化１１つ１、シリコン窒化膜等の
利用が考えられる。 ■　第３の薄膜１５から側壁膜１５ａ、１５ｂを形成り
−るためのエツチング工程、即ら第１図（ｂ）の工程と
、第１の薄膜パターン１３−１を形成するためのエツチ
ング工程、即ら第１図（Ｃ）の工程とを同一のエツチン
グ条１′１で連続的に行ったか、両名を同一のエツチン
グ条１イ１て処理すること１．１必ｖ−Ｌ　’ｂ必貧（
（ユない。ぞのため、エラ１ングガスとしＣ第１図（ｂ
）の工程でＣＦ、ガスを用いた後、第１図（Ｃ）の工程
でＢＣ，ｌ１３カス、ＣＦ４カス、及び０２ガスの混合
ガスを用いるようにしてｂＪ、い。 （Ｉ３）　　上記第２の実施例の変形例としては、例え
ば次のようなものがある。 ■　り（２の薄膜パターン２７を第１図（０）の工程で
除去したが、場合にＪ、っては除去ｔ！ずに第１の肋膜
２６に被着したままの状態で後工程に進めること−ｂ　
ｕＪ　ｆｉｌ：て必る。 ■　第４図（ｅ）の工程において、コンタク１〜をとる
べき下地はシリコンから成る不純物領ｌ１Ｘｙ、２５で
あったため、第２のノル１膜パターン２７の除去に際し
てぞの不純物領域２５か損色；を被ら＜ｉいＪ、うに、
第２の幼１１つ１として△、Ｑを使用し、リン酸系の−
［ツヂング液を用いてエツチングを行っている。 しかし、］コンタク〜をとるべき下地が例えばＡｇ層１
である場合は、その下地であるＡｇ層がエツチングにＪ
、って１（１傷を被らないように第２の助成としてシリ
コン、若しくはＷ、−「ｉ　（ヂクン）舌の高融点金属
、さらにそれらの合金膜等を使用してもよい。 ■　側壁膜２８ａを形成する第３の薄膜２ε３として第
１の薄膜２６と同一・のＰＳＧ膜を用いたが、第３の７
［有］膜２８としては第１の薄膜２（うの１ツＪング１
１．１に側壁膜２Ｆ３　ａの周縁部の後退が十分に朱じ
るにうな膜に代えることも可能Ｃある。そのため、第３
の肋膜２８を例えばＮ５Ｇｎｔｔ＜窒素シリル−１〜グ
ラス１１灼、［３ＰＳＧＩＩ焚＜　（／７１　Ｍ−燐シ
ワケートグラス膜）、及びシリコン窒化膜等にしてｂＪ
、い。 （Ｃ）　　上記第１、または第２の実施例で使用した平
行平板型プラズマエツチング装置の代りに、六角形型の
非対称電４へ構造を右するプラズマエツヂング装置を用
いることも可能である。 （′Ｒ，明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、第２の膜
パターンの側壁部に側壁膜を形成し、続いてその第２の
膜パターンをエツチングマスクにして側壁ｎ父の周縁部
を後退さＵつつ第１の肱に７５方＋Ｆ　１．Ｖツチング
施１ようにしたので、第１の膜に微細なパターンが精度
良く形成でき、面もそのパターンの側面を基板面に対し
て任意の角度に制御することが可能である。更にパター
ンの形成箇所を除く所で第１の膜がエツチングされるこ
とがないため、第１の膜に欠損が生じる等の不具合す発
生しない。 従って、信頼性が極めて高く、而し再現性の向上が則（
Ｉできる微細なパターンの形成が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　〜（ｄ）は本発明の第１の実ｋＶＩＪに
係るパターン形成方法を示す製造工程図、第２図（ａ）
〜（Ｇ）は従来のパターン形成方法を示す製造工程図、
第３図は従来のパターン形成方法におりる問題点を示づ
図、第４図（ａ）〜（ｅ）は本発明の第２の実施例に係
るパターン形成り法を示す製造工程図である。 １１．２１・・・・・・半導体基板（基板）、１３゜２
６・・・・・・第１の薄膜（第１の膜＞、１４．２７・
・・・・・第２の薄膜パターン（第２の膜パターン）、
１５．２８・・・・・・第３の薄膜（第３の膜）、１５
ａ。 １５ｂ、２８ａ・・・・・・側壁膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板上に第１の膜を形成した後、前記第１の膜上にその
   膜と異なるエッチングレートを有する第２の膜を用いて
   第２の膜パターンを形成する工程と、 前記第２の膜パターン上に前記第２の膜と異なるエッチ
   ングレートを有する第３の膜を形成した後、その第３の
   膜に異方性エッチングを施して前記第２の膜パターンの
   側壁部に側壁膜を形成する工程と、 前記第２の膜パターンをマスクにして前記側壁膜の周縁
   部を後退させつつ前記第１の膜に異方性エッチングを施
   してその第１の膜にテーパー形状のパターンを形成する
   工程とを、 順に施すことを特徴とするパターン形成方法。