JPH04102321A - 半導体装置の製造方法 - 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】 〔概　要〕 半導体装置の製造方法、特に多層配線の形成工程におい
て、層間接続用のテーパ状スルーホール形成方法の改良
に関し、 不活性ガスのプラズマによるスパッタエツチングによっ
てスルーホールをテーパ状に加工する工程を有するテー
パ状スルーホールの形成方法において、堆積物のない良
好なコンタクト面か得られる方法を提供することを目的
とし、 下部導電性基体上の層間絶縁膜に、該層間絶縁膜上に形
成される上部導電性基体と該下部導電性基体との層間接
続を行うスルーホールを形成するに際して、下部導電性
基体上を覆う層間絶縁膜に、異方性ドライエツチング手
段により該下部導電性基体面を底部に表出するスルーホ
ールを形成する工程と、次いで、該スルーホール底部に
表出する該下部導電性基体面を該導電性基体とエツチン
グの選択性を有する化合物層化する工程と、次いで、該
眉間絶縁膜の表面を不活性ガスのプラズマを用いてスパ
ッタエツチングし、該スルーホールの側壁面を斜面状に
形成する工程と、次いで、該スルーホール底部に表出す
る該化合物層をエツチング除去して該スルーホールの底
部に下部導電性基体面を直に表出せしめる工程を含み構
成される。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置の製造方法、特に多層配線の形成工
程における、層間接続用のテーパ形状スルーホール形成
方法の改良に関する。

近年の半導体装置の高密度・高集積化に伴って、半導体
装置内部の各種パターンの微細化が進行しており、それ
に伴って多層配線構造における層間接続用のスルーホー
ルのコンタクト面積も、同様に微細化せざるを得なくな
ってきている。

そのため、スルーホール上に形成される上層配線層のカ
バレッジ性を高めて配線金属のマイクレージョン等に起
因する上層配線の断線を防止するためには、スルーホー
ルの上部開口部を斜面状に広げてアスペクト比を減少せ
しめたテーパ状のスルーホールを用いることが有効であ
る。

そこで、テーパ状スルーホールの形成手段として、基板
面にほぼ垂直な側壁面を有するスルーホール形成後、こ
のスルーホールの開口部を、不活性ガスのプラズマによ
るスパッタ性のエツチングにより面取りする方法が提案
されているか、この方法には、コンタクト面への再堆積
物の付着によるコンタクト特性劣化の問題があり、改善
か望まれている。

〔従来の技術〕

テーパ状スルーホールは、従来、第２図（ａ）に示すよ
うに、先ず下層配線５３形成面上を覆う層間絶縁膜５４
に、図示しないレジスト膜をマスクにし反応性イオンエ
ツチングにより、基板面に対してほぼ垂直な側壁面を有
するスルーホール５５を形成する。（５１は半導体基板
、５２は下層絶縁膜）次いで、第２図（ｂ）に示すよう
に、不活性ガス例えばアルゴン（Ａｒ）のプラズマ中に
おいて、励起されたＡｒ粒子（Ａｒ”　）によって層間
絶縁膜５４の表面をスパッタエツチングする。

このスパッタエツチングのエツチングレートは、基板面
に対し４５度方向のエツチング角度において最も大きな
値になり、９０度方向及び基板面に沿う方向では殆と０
になる。

従って、第２図（Ｃ）に示すように、スルーホール５５
の開口部の角が４５度の角度を持って優先的に削られ、
この開口部にほぼ４５度のテーパ部５６か形成される。

そして上記スパッタエツチングにより削り取られた絶縁
膜はスルーホール５５の側壁の上記テーパ部５６の下部
に斜面状に再堆積するので（１５３は再堆積絶縁膜）、
スルーホール５５全体かテーパ形状に形成される。（５
５Ｔはテーパ状スルーホール） そして、従来のテーバ状スルーホール５５Ｔの形成工程
はここで終了しており、多層配線形成工程においては、
第２図（ｄ）に示すように、上記テーパ状スルーホール
５５Ｔ上に、直接上層配線５７か形成されていた。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかし上記従来の方法によると、第２図（Ｃ）に示され
るように、スパッタエツチングの際の再堆積絶縁膜１５
３の一部がスルーホール５５Ｔの底部に表出する下層配
線５２の表面にも部分的に薄く堆積するもの（１５３Ｐ
）があり、これか第２（ｄ）に示すように、このスルー
ホール５５Ｔ上に直ちに形成される上層配線５７と下層
配線５２との間に介在してそのコンタクト抵抗を増大さ
せ、配線の層間コンタクト不良の原因となることかあっ
た。

そのため従来の方法では、良好な上層配線のカバレッジ
は得られても、上記コンタクト抵抗の増大を考慮してス
ルーホールの大きさの縮小が制限されるという問題があ
った。

そこで本発明は、不活性ガスのプラズマによるスパッタ
エツチングによってスルーホールをテーパ状に加工する
工程を有するテーパ状スルーホールの形成方法において
、堆積物のない良好なコンタクト面が得られる方法を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、下部導電性基体上の層間絶縁膜に、該層間
絶縁膜上に形成される上部導電性基体と該下部導電性基
体との層間接続を行うスルーホールを形成するに際して
、下部導電性基体上を覆う層間絶縁膜に、異方性ドライ
エツチング手段により該下部導電性基体面を底部に表出
するスルーホールを形成する工程と、次いで、該スルー
ホール底部に表出する該下部導電性基体面を該導電性基
体とエツチングの選択性を有する化合物層化する工程と
、次いで、該眉間絶縁膜の表面を不活性ガスのプラズマ
を用いてスパッタエツチングし、該スルーホールの側壁
面を斜面状に形成する工程と、次いで、該スルーホール
底部に表出する該化合物層をエツチング除去して該スル
ーホールの底部に下部導電性基体面を直に表出せしめる
工程を含む本発明による半導体装置の製造方法によって
解決される。

〔作　用〕

即ち本発明においては、スルーホールの不活性ガスのプ
ラズマを用いたスパッタエツチング処理によるテーパ形
成加工に先立って、スルーホール底部に表出する下層導
電性基体のコンタクト面に、例えば酸化膜等の導電性基
体の化合物層を形成しておき、上記テーパ形成加工に際
しコンタクト面に被着しようとする堆積物を上記化合物
層上に堆積させ、テーパ形成加工完了後、上記化合物層
をエツチング除去することによって前記コンタクト面に
被着しようとする堆積物をこの化合物膜で掬いとるよう
にして同時に除去する。

これによって、テーパ状スルーホールの底部に表出する
下層導電性基体のコンタクト面は堆積物のない清浄な面
となり、スルーホールが微細であっても良好なコンタク
ト特性を得ることか可能になる。

〔実施例〕

以下本発明の方法を、第１図（ａ）〜（ｅ）に示す工程
断面図を参照し、一実施例により具体的に説明する。

第１図（ａ）参照 本発明の方法によりテーパ状スルーホールを有する多層
配線構造を形成するに際しては、通常通り、図示しない
半導体素子の形成された半導体基板１上の下層絶縁膜２
上に、例えば周知のＡｌ−３ｉＣｕ合金からなり、図示
されない半導体基板面の素子から導出された、厚さ７０
００人程度０下層ＡＬ配線３（下層導電性基体）か形成
されてなる被加工基板上に、先ず、従来通り周知の平坦
化技術を含む化学気相成長工程を経て、例えば厚さ９０
００人程度０ＳｉＯ□膜からなる表面か平滑化された層
間絶縁膜４を形成し、次いで、従来通り通常のフォトプ
ロセスにより層間絶縁膜４上に形成した図示しないレジ
ストマスクの開孔を介し、反応性イオンエツチング（Ｒ
ＩＥ）処理により、層間絶縁膜４に下層ＡＩ配線３の上
面を選択的に表出し、基板面に対しほぼ垂直な側壁を有
する径０．８μｍ程度のスルーホール５を形成する。

第１図（ｂ）参照 次いで、この被加工基板を温純水中に浸漬し、３０分程
度煮沸する。（温水煮沸処理）この温水煮沸処理により
、スルーホール５の底部に表出する下層ＡＩ配線３のコ
ンタクト面には、厚さ数百人程度のＡｌ酸化膜６か形成
される。

第１図（Ｃ）参照 次いで、上記被加工基板の層間絶縁膜４の表面を、通常
のりアクティブイオン二“ツチング装置等の平板電極型
プラズマエツチング装置内において、不活性ガス例えば
Ａｒガスのプラズマにより励起されたＡｒの荷電粒子（
Ａｒ”）によりスパッタエツチングする。このスパッタ
エツチングの条件は、例えば次の如くである。

Ａｒ　　流量：　　　　　　　　１００　ｃｃ／ｍｉｎ
圧力　　　　　　　　　　　　０．ＩＴｏｒｒＲＦパワ
ー（１３，５６ＭＨｚ）　：　　　　７００　Ｗ（〜４
Ｗ／ａｎ２） このスパッタエツチングにおけるエツチングレートは、
エツチング角度か基板面に対し４５度の方向で５００人
／　ｍｉｎ程度の最大の値を示し、基板面に対し直角（
９０度）方向及び平行方向ではエツチングレートか殆と
０に近づく。

そのため、上記スバッタエッチング工程においては、層
間絶縁膜４の上面と、前記スルーホール５底面のＡｔ酸
化膜６は殆ど削られず、主としてスルーホール５の開口
部の角部が４５度の方向に削られて、スルーホール５の
開口部にほぼ４５度の斜面状側壁面７が形成される。

また、このスパッタエツチングによって削り取られた層
間絶縁膜４はスルーホール５の前記斜面状側壁面７の下
部の側壁面に再堆積絶縁膜１０４となって斜面状に再堆
積する。そして、前記斜面状側壁面７を有する開口部と
上記斜面状に側壁面に堆積する再堆積絶縁膜１０４とに
よって、このスルーホール５はテーパ状スルーホール５
Ｔとなる。

そして更に、再堆積膜１０４の一部は、薄い層となって
スルーホール５底部のＡｔ酸化膜６上にも部分的に再堆
積する。

なお、前述のようにこのスパッタエツチングにおいて、
基板面に直角方向のエツチングレートは殆ど０であるの
で、層間絶縁膜４の厚さの目減りは殆どなく、また下層
ＡＩ配線３のコンタクト面上に存在する前記ＡＩ酸化膜
６の厚さも前記数百人程度の厚さでエツチング完了まて
充分に耐え得る。

第１図（ｄ）参照 次いて上記基板面を弗素系のガス例えばＣＦ４による周
知のＲＩＥ処理により全面エツチングし、スルーホール
５底部のＡｔ酸化膜６を除去すると同時にこのＡｔ酸化
膜６上に薄く堆積していた再堆積絶縁膜１０４をリフト
オフし、スルーホール５の底部に下層ＡＩ配線３の清浄
なコンタクト面を表出させる。なお、この全面エツチン
グで、層間絶縁膜４も多少目減りするが、層間絶縁膜４
の厚さかＡ１酸化膜６の厚さに比べて充分に厚いのて、
上記目減りにより層間ショート等の弊害は生じない。

以上で、本発明に係るテーパ状スルーホール５Ｔの形成
は完了する。

第１図（ｅ）参照 次いで本発明に係る多層配線形成工程においては、上記
テーパ状スルーホール５Ｔを有する層間絶縁膜４上に通
常通リスバッタ法等により、厚さ７０００人程度０例え
ば下層配線の材料と同じ配線材料であるＡｔ−３ｉ−Ｃ
ｕ合金層を形成し、次いてこのＡｌ−３ｉ−Ｃｕ合金層
を通常のフォトリソグラフィによりパターニングして、
テーパ状スルーホール５Ｔ上に上記Ａｌ−３ｉ−Ｃｕ合
金からなる上層Ａｔ配線８を形成する。

上記実施例に示したように本発明の方法においては、不
活性ガスのプラズマによるスパッタエツチングによって
スルーホールをテーパ状に加工する際、予めスルーホー
ル底部に表出する下層配線のコンタクト面上に薄い配線
金属の酸化物等の化合物層を形成しておき、スパッタエ
ツチングに際しスルーホールの底面に堆積する再堆積絶
縁膜を上記化合物層上に堆積させ、スパッタエツチング
を終わった後、スルーホール底面の再堆積絶縁膜化合物
層のエツチング除去と共にリフトオフする。

従って１配化合物層のエツチング除去によってスルーホ
ールの底部に表出される下層配線のコンタクト面は清浄
な面となるのて、このコンタクト面を介して接続される
下層配線と上層配線とのコンタクト抵抗は充分に低い値
となる。

そのため、スルーホール径かりソグラフィの限界まで微
細化された際にも良好な配線の層間コンタクトか得られ
る。

なお、スルーホール底部に表出する下層配線面を化合物
化する手段は実施例に示した方法に限られるものではな
く、また化合物も酸化物に限られるものではない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、フォトリソグラフ
ィの限界程度にスルーホールを微細化した際にも上層配
線層のカバレッジ性か良くその断線か防止され、且つコ
ンタクト抵抗の低い良好な配線の層間接続が得られる。

従って本発明は、半導体装置の高密度・高集積化に寄与
するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明の方法の一実施例の工程
断面図、 第２図（ａ）〜（ｄ）は従来方法の工程断面図である。 図において、 １は半導体基板、 ２は下層絶縁膜、 ３は下層ＡＩ配線、 ４は層間絶縁膜、 ５はスルーホール、 ５Ｔはテーパ状スルーホール、 ６はＡ１酸化膜、 ７は斜面状側壁面、 ８は上層ＡＩ配線、 １０４は再堆積絶縁膜 本発明／）力３ムの−ｒ凭例ｎ工程凹面図口笛ＶＩ￥］
（イ／）２） 木にＥ１８０力法の−（先例の工程藺面図糖　１　図　
（そ／）１） 従業う仏の工程断面図 第　２　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 下部導電性基体上の層間絶縁膜に、該層間絶縁膜上に形
   成される上部導電性基体と該下部導電性基体との層間接
   続を行うスルーホールを形成するに際して、 下部導電性基体上を覆う層間絶縁膜に、異方性ドライエ
   ッチング手段により該下部導電性基体面を底部に表出す
   るスルーホールを形成する工程と、次いで、該スルーホ
   ール底部に表出する該下部導電性基体面を該導電性基体
   とエッチングの選択性を有する化合物層化する工程と、 次いで、該層間絶縁膜の表面を不活性ガスのプラズマを
   用いてスパッタエッチングし、該スルーホールの側壁面
   を斜面状に形成する工程と、次いで、該スルーホール底
   部に表出する該化合物層をエッチング除去して該スルー
   ホールの底部に下部導電性基体面を直に表出せしめる工
   程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。