JPH0334423A - 半導体素子用開孔部の形成方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、リソグラフィ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）技
術に関し、特に、レジスト・パターニング（Ｒｅｓｉｓ
ｔＰａｔｔｅｒｎｉｎｇ）とドライ・エツチング（Ｄｒ
ｙ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）の組合せ工程により、絶縁膜や金
属などに形成するコンタクトホール（Ｃｏｎｔａｃｔ　
Ｉ（ｏｌｅ）即ち開孔部に階段状の段差（テーパＴａｐ
ｅｒ）を任意に形成するのに好適する。

（従来の技術） 半導体素子は、周知のように微細加工技術の進歩に伴っ
て集積度が向上しており、これに対応していわゆる多層
配線素子が一般的に使用されており、当然層間絶縁膜が
必要となるが、素子に発生するリーク電流を抑制するた
めに材質の違いにかかわらず１４以上の厚さに形成して
いる。これにより、層間絶縁膜に形成する開孔部の深さ
も増しているのが現状である。

一方、微細加工技術の一環としては、異方性エツチング
が行われるリアクティブ　イオンエツチング（Ｒｅａｃ
ｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）などのドライエツ
チング（Ｄｒｙ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）の利用頻度が増えて
おり、このため層間絶縁膜に形成される開孔部の側壁は
垂直に近い状態となってしまう。従って、層間絶縁膜に
堆積する配線用金属層が開孔部内を完全に埋めない場合
いわゆる段切れが発生する。この対応策としては、ドラ
イエツチング法を化学的反応を土としたり、物理的エツ
チングを主とする組合せを使用して配線用金属層と接触
する開孔部部分即ち全体の深さの２〜３割にテーパ（Ｔ
ａｐｅｒ）即ち段差を付ける方法が知られている。

また、微細加工技術として利用できるイメージ・リバー
サル（Ｉｍａｇｅ　Ｒｅｖｅｒｓａｌ）処理（文献　真
空第２９巻　１９８９年　１２号　ｐ５８５〜）が発表
された。

即ち、ノボラックタイプのポジレジストの所定の位置に
光を遮断する層を形成したマクスを重ねてＰ　Ｅ　Ｐ　
（Ｐｈｏｔｏ　Ｅｎｇｒａｖｉｎｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓ）
工程の一部である露光工程を施して、マスクの光速断層
以外に感光部分が形成される。しかし、この積層体をア
ンモニヤ雰囲気で処理するとこの露光感光されたインデ
ンカルボン酸が脱カルボン酸反応を起こしてアルカリ現
像液に不溶なインデンが形成される。

この現像を利用すると本来形成されるはずのパターンに
反転したパターンが形成されることになる。

上記した化学的エツチングと物理的エツチングを組合せ
て段差を形成する例を第１図により説明する。即ち、半
導体基板１にはＡｎもしくは脚合金からなる配線層また
は電極２を直接または被覆物層を介しての間接的に堆積
し、更に層間絶縁物層３を全面即ち、後段の工程に利用
する合せマーク形戊子定位置も含めて堆積する。

化学的エツチングとしてＣＤＥ処理〔マグネトロン管に
より発生させたプラズマで発生する基（ラジカルＲａｄ
ｉｃａｌ）を離れた位置に移動させてエツチングする手
法）と、物理的エツチングとしてＲＩＥ処理により層間
絶縁物層３に形成する開孔部４の縁は、ＣＤＥ処理によ
りある程度縦横の等方的方向にエツチングされる。この
ために図に明らかなように段差が付き、アライナ−処理
に使用する合せマーク５・・・にも第２図にあるように
二重の縁が形成される。

この層間絶縁物層３にイメージ・リバーサル処理工程を
施して開孔部４を形成する例を第３図の断面図に示した
が、開孔部４の側壁は垂直には形成されず、この工程と
同時に形成する合せマークにも二重の縁が生ずる。

（発明が解決しようとする課題） 化学的エツチングと物理的エツチングを組合せて段差を
開孔部４に形成すると、合せマーク５・・・も当然同じ
形状となり、第２図のように縁が２重に見える。合せマ
ーク５・・・の検出には、照射したレーザの反射光を設
定座標と測定座標との比較を電子的に行うのが一般的で
あり、縁が幾重にも判定されると複数の検出信号が得ら
れて、合せ工程がＮＧにむったり、または合せ精度が悪
化する。

また、イメージ・リバーサル処理を利用して開孔部及び
合せマークを形成すると、両者が同時に形成されるため
に、合せマークにも段差が生じ、鮮明な波形の検出信号
が得られないので合せ精度が悪くなってしまう。その上
、エツチングに関しても進段差の角度や制御性などの条
件設定が難しくて、再現性に問題がある。

本発明は、このような事情により成されたもので、層間
絶縁膜の形成する開孔部と、合せマークに必要な要件を
共に満たすことができる半導体素子用開孔部の形成方法
を提供することを目的とする。

〔発明の要件〕

（課題を解決するための手段） 半導体基板に重ねた絶縁物層を被覆するフォトレジスト
層の所定の位置を露光する第１工程と、このフォトレジ
スト層をアンモニヤ雰囲気で熱処理して露光部にアルカ
リ不溶部を形成する工程と、前記露光時より縮小パター
ンを利用して行う第２露光工程及び現像工程と、未露光
レジスト層をマスクとして前記絶縁物層の厚さの一部を
食刻する工程と、前記第１及び第２工程用パターンの中
間寸法により施す第３露光工程及び現像工程を具備し、
この第３ｎ光工程及び現像工程によるエツチングを途中
で中断し、これを繰返して階段状の段差を形成する点に
本発明に係わる半導体素子用開孔部の形成方法の特徴が
ある。

（作　用） 公知のイメージ・リバーサル処理を利用するレジストパ
ターン形成では、イメージパターンを作る第１露光工程
と、アンモニヤ雰囲気内でレジストに化学反応を発生後
、余分なパターンを現像するのに第２露光工程を行って
いる。

しかし、本発明では、第１露光工程で　イ、開孔部用パ
ターンと合せマークパターンの露光を行い、本来の第２
露光工程にあっては、開孔部用パターンより　口、小さ
いパターンと合せマークを形成するパターン露光・現像
工程を施し、更に。

エツチングを途中まで行う。続いて、第３露光・現像工
程で、イ〉第３パターン〉口の大きさのパターンに夫々
レジスト寸法を変えて再度エツチングを行っている。

更にまた、ｎ次露光・現像でイ〉ｎ次パターン＞（ｎ−
１）次パターンにレジスト寸法を変えてエツチングをく
り返して、開孔部用パターンに階段状の段差を形成する
。しかも１合せマークは第２露光で形成するので、垂直
な側壁が得られる。

（実施例） 多層配線にとって不可欠な層間絶縁膜に開孔部を形成す
る実施例を第４図ａ−ｇを参照して先ず説明する。半導
体基板１０には、直接または酸化物層などの被覆物を介
しての間接的にＡＩｌまたはＡＱ金合金ＡＱ−３ｉ−Ｃ
ｕ、　ＡＱ−５ｉ）などからなる配線層もしくは電極１
１を設置する。図示しないが半導体基板１０には反対導
電型を示す不純物を導入拡散して能動層または受動層を
形成し、配線層もしくは電極１１間を電気的に接続する
。

次に被覆物層を含む半導体基板１０全而には、酸化珪素
や窒化珪素などから構成する単層もしくは複合層から構
成される層間絶縁膜１２を被覆後、ノボラック系ポジレ
ジスト（Ｎ　Ｐ　Ｒ−８２０長瀬産業社商品名）　１３
を厚さ１１ｍ以上塗付する（第４図ａ参照）、この第４
図ａ−ｇにおいては１紙面左側が開孔部１４．右側が合
せマーク１５を示している。

塗付したポジレジスト１３には大気雰囲気でプリベーク
処理を施してから、第４図すに明らかなように露光させ
ない位置、即ち開孔部１４と合せマーク１５形成予定箇
所にマスク１６・・・を設けてから紫外線による第１露
光工程をステッパーにより施すが、図中矢印が紫外線、
露光で感光したレジスト層１４、未露光部分１７を表し
ている。この第１露光工程では、本来の開孔部用パター
ンと反転したマスクを使用する。

更に、従来技術欄で説明したイメージ・リバーシブル処
理をアンモニヤ雰囲気中で行って第１露光工程により感
光したレジスト層１４を不溶性とするが、この工程を行
う加熱炉は、酸素や水を除去するために窒素パージ（Ｐ
ｕｒｇｅ）をロータリポンプ（Ｒｏｔａｒｙ　Ｐｕｍｐ
）によりくり返し行って減圧状態３０〜１００　トール
にする前処理を施す。ここで第１露光工程によりバター
ニング（Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）より小さい寸法で第２
露光工程を行うので、第４図すに明らかむマスクを利用
するが、合せマーク１５については、全面を露光し、開
孔部１４と合せマーク１５用レジストをコリンなどによ
るアルカリ現像し、得られるパターンを利用して層間絶
縁膜１２のエツチングを行って、第４図ｇの断面形状を
得る。

更にまた。第３露光工程用として、第２露光時の寸法よ
り大きいパターンを、第２露光工程で形成した合せマー
ク１５を使って合せ露光し、再度現像と途中エツチング
をくり返す、この時合せマーク１５は、第１露光で形成
したイメージパターンの寸法が変わらないので断続して
エツチングされる。

同様の工程をｎ回くり返すことは可能であるが。

第４図では３回くり返して、開孔部１４に階段状の段差
を形成し、マーク１５の側壁を垂直なプロファイルをも
ったパターンが形成された。第４図ｄは、第３露光工程
後の現像・エツチング終了時の断面図、第４図ｇは続く
ｎ吹霧光工程後の断面図、第４図ｆはその後の現像・エ
ツチング終了時の断面図、更に第４図ｇはレジストを剥
離した状態を示している。

〔発明の効果〕

第５図ａ　＝　ｄには、第４図と同様に紙面の左側に開
孔部パターン形成で０．５４以下のマスク合せずれが各
露光工程で形成された場合の断面図、紙面の右側には極
端にマスクの合せずれが発生した状態を示している。即
ち、第５図ａが、第１露光工程＋イメージリバーサル処
理十第２露光工程＋現像＋途中エツチング＋第３露光工
程終了時の断面形状、第５図すに、第３露光工程後の現
像工程を終えてからの状態、第５図Ｃにエツチング＋最
終全面露光工程後、第５図ｄが最終現像後の断面形状を
示している。

各図から明らかなように、イメージリバーサルプロセス
を用いるので、第２露光工程以後第１露光パターンを極
端にずれた場合でも、それ以降の現像でパターンずれが
発生しないので階段状の段差の間隔が違っている程度で
対応できる。

更に、開孔部用パターンには、階段状の段差が形成され
るが、合せマークパターンにあっては、側壁をほぼ垂直
に形成できるので、それ以降の合せ工程でのＮＧが減少
し、またマスク合せの精度が従来技術に比べて向上させ
ることができる。

更にまた１階段状の段差をもった開孔部に対するＡＱや
ＡＱ合金層のデポ（Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は、良好な
カバレージ（Ｃｏｖｅｒａｇｅ）が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の開孔部及び合せマークの形成プロセス
により得られる断面図、第２図は、従来の形成プロセス
により得られる合せマークの上面図、第３図は、イメー
ジ・リバーサル処理工程時の開孔部の断面図、第４図ａ
−ｇは、本発明に係わる実施例の各工程を示す断面図、
第５図ａ〜ｄは、本発明に係わる実施例におけるマスク
合せずれの状態を示す断面図である。 １．１０：半導体基板、 ２．１１：配線層または電極、 ３．１２：層間絶縁膜、　１３ニレジスト。 ４．１４：開孔部、　　　５，１５：合せマーク、１６
：マスク、１７：感光レジスト、 １８：未感光レジスト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板に重ねた絶縁物層を被覆するフォトレジスト
   層の所定の位置を露光する第１工程と、このフォトレジ
   スト層をアンモニヤ雰囲気で熱処理して露光部にアルカ
   リ不溶部を形成する工程と、前記露光時より縮小パター
   ンを利用して行う第２露光工程及び現像工程と、未露光
   レジスト層をマスクとして前記絶縁物層の厚さの一部を
   食刻する工程と、前記第１及び第２工程用パターンの中
   間寸法により施す第３露光工程及び現像工程を具備し、
   この第３露光工程及び現像工程によるエッチングを途中
   で中断し、これを繰返して階段状の段差を形成すること
   を特徴とする半導体素子用開孔部の形成方法