JPH0334427A - 半導体素子用開口部の形成方法 - 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・バターニング（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　
Ｆｌｏｌｅ）即ち開口部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１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１μ以上の厚さに形成して
おり、これにより眉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
形成される開口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
を主としたり、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口部部分即ち全体の深
さの２〜３割にテーパ（Ｔａｐｅｒ）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Ａ（もしくはｉ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成予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した基（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に重ねたポジレジスト層４に形成する開口部
５の縁には、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な
段差が付き、アライナ−処理に使用する合せマーク６・
・・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
施して開口部５を形成する例を第３図の断面図に示した
が、開口部５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
開口部５に形成すると、合せマーク６・・・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１合せマ
ーク６・・・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になったり、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口部及び
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威されたもので、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口部の形成方法
を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（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、前記露光により形成する未
感光領域に露光工程及び現像工程を行って前記アルカリ
不溶部をパターニングする工程と、第１露光工程により
処理した前記所定の位置に再び露光及び現像を施す第２
工程と、前記フォトレジスト層に形成した開口部を途中
エツチングする工程と、第１露光工程での未感光領域中
、第２工程でも未感光領域に露光及び現像を施す第３工
程と、形成した開口に露出した絶縁物層をエツチングす
る工程に本発明に係わる半導体素子用開口部の形成方法
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
ターン形成方法では、第１露光工程によってイメージ・
パターンが形成され、次にアンモニヤ雰囲気中で処理す
ると感光した領域が現像液に対して不溶部分となり、次
に感光していない部分を露光−・現像すると、この部分
がパターニングされる。この方式を使用して同一のレジ
ストにより開口部と合せマークを別々に形成し、このレ
ジストパターンをマスクとしてエツチングする。

この結果、開口部には段差の付いた形状が１合せマーク
にはほぼ垂直パターン形状が形成されるので、精度の高
い合せマークの検出ができ、量産上の効果が極めて大き
い。

（実施例） 半導体素子では、ある導電形を示す半導体基板に不純物
を導入拡散して能動もしくは受動領域を形成し、この両
層に電気的に接続する配線層または電極に開口部を設け
るのが一般的であり、この半導体基板に被着し開口部に
隣接する絶縁物層には合せマークを形成する方式による
半導体素子もある。多層配線を利用する素子では、第１
層の絶縁物層に導出した配線層または電極を覆って層間
絶縁膜を設け、ここにも開口部や合せマーを形成せざる
を得ない。特許請求の範囲などに示したように１本発明
における半導体基板に重ねる絶縁物層とは、上記のよう
に多層配線素子及び単層配線素子用のいずれも包含する
ことを明らかにしておく、多層配線半導体素子の層間絶
縁膜に開口部及び合せマークを形成する実施例を第３図
ａ　”　ｆを参照して説明する。

半導体基板ｌＯに重ねて形成する絶縁物層１１は、第３
図ａに明らかなようにＡＱまたは利合金（Ａ２−５ｉ−
Ｃｕ、　Ａｌ１−５ｉ）などからなる配線層もしくは電
極１２を覆っており、これにＰ　Ｅ　Ｐ　（Ｐｈｏｔｏ
　Ｅｎｇｒａｖ−ｉｎｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓ）を施して所
定の位置に開口部１３及び合せマーク１４を形成するた
めに、ポジレジスト（ＮＰＲ−１１２０長瀬産業社商品
名）層１５を厚さ１−以上塗付する。なお第３図ａ−ｆ
において、紙面左側が開口部１３．右側が合せマーク１
４を示している。

ところで、ポジレジスト層１５には、本来形成すべきパ
ターンに反転したパターンをいわゆるアライナ−により
露光して設置する。この工程では。

第３図すに示すように開口部１３と合せマーク１４の形
成予定位置を遮るマスク１６の存在下で紫外線（第３図
す、ｃ、ｅでは矢印で示した）により上記のように露光
する。第３図すにあるようにマスク１６に対応するポジ
レジスト層１５部分１７は当然感光されていない。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
９０℃〜１００℃に維持した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インデンカルボン酸に脱
カルボン反応を起こさせ、アルカリ現像液に不溶なイン
デン即ちレジスト層部分１８を形成する。このレジスト
層部分１８は、当然合せマーク１４を形成するポジレジ
スト層１５にも形成される。

この工程を行う加熱炉には、酸素や水を除去するために
窒素パージ（ｐｕｒｇｅ）をロータリポンプ（Ｒｏｔａ
ｒｙ　Ｐｕｍｐ）によりくり返し行って減圧状態１０−
”　）−−ルとする。

ここで第３図Ｃにあるように、開口部１３だけが露光さ
れた合せマーク１４が露光されないようなマスク１９を
使用して第２露光工程を行う。更に、コリンなどによる
アルカリ現像を行うと、開口部パターン２０だけが現像
され、引続いてこれを用いて化学的ドライエツチング即
ちＣＤＥ処理を実施する。この結果、第３図ｄに明らか
なように開口部パターン２０に連続しかつ、より幅広な
開口面をもったパターンが絶縁物層１１に部分的に形成
される。

更にまた、絶縁物層１１の厚さ全体を貫通させる工程と
、合せマーク１４における感光されていないレジスト層
部分１７を露光・現像及びエツチングする工程を同時ま
たは別個に実施して第３図ｅに示す断面形状とする。こ
のエツチングにはＲＩＥ工程を利用して、はぼ垂直な側
壁を形成して合せマーク１４をレーザーにより検出する
のに備える。また、ポジレジスト層１５を剥離して第３
図ｅの断面構造とする。ＴＲ像液には上記のようにコリ
ンなどのアルカリ溶液を利用する。第４図には、本発明
方法により形成した合せマーク１４の上面図を示した。

これら一連の工程後、ポジレジスト層を除去して後工程
であるオン　アル　バッシシベイション層（Ｏｎ　Ａｆ
ｌ　Ｐａ５ｓｉｖａｔｉｏｎ）としてＰＳＧや窒化シリ
コン層または両者の混合層形成につなげるのは勿論であ
る。二層配線例の外に、更に多層の半導体素子にも適用
できることは、言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明方法では、合せマークの周りに段差が付いていな
いので、アライナ−による次工程であるパターニングで
大きな合せずれが発生や、検出信号の未検出などのモー
ドが少なくなり、開口部と重ねて堆積する脚などの配線
パターンの合せ精度が改善され、量産上の効果が大きい
特徴がある。

【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ａ−廖は、
本発明に係わる実施例の各工程を示す断面図、第４図本
発明により形成する合せマークの上面図である。 １．１０：半導体基板、　３，１１：絶縁物層、２．１
２：配線層または電極、 １３：開口部、　　　　　　　６，１４：合せマーク、
４．１５：ポジレジスト層。 １６：マスク、　　　　　１７：未感光レジスト。 １８：不溶レジスト、１９：マスク、

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、前記露光により形成する未
   感光領域に露光工程及び現像工程を行って前記アルカリ
   不溶部をパターニングする工程と、第１露光工程により
   処理した前記所定位置に再び露光及び現像を施す第２工
   程と、前記フォトレジストに形成した開口部を途中エッ
   チングする工程と、第１露光工程での未感光領域中、第
   ２工程でも未感光領域に露光及び現像を施す第３工程と
   、形成した開口に露出した絶縁物層をエッチングする工
   程を具備することを特徴とする半導体素子用開口部の形
   成方法