JPH0428229A - コンタクトホールの形成方法およびエッチング装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、半導体装置に備えられる配線層同士を電気
的に接続するために、配線層間にある層間絶縁膜に設け
られるコンタクトホールの形成方法、およびこのコンタ
クトホール形成方法に用いるエツチング装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 半導体装置においては、下層の配線層と上層の配線層と
を電気的に接続するのに、配線層間にある層間絶縁膜に
コンタクトホールを設けることにより行なっている。半
導体装置の微細化にともない、コンタクトホールの開口
寸法は縮小される傾向にある。これに対し、層間絶縁膜
の厚さは、ピンホールの危険性などを考慮して、はぼ１
μ［ｎ前後に固定されている。このため、コンタクトホ
ールのアスペクト比（コンタクトホールの深さ／コンタ
クトホールの開口寸法）は、増大せざるをえない。アス
ペクト比が高くなると、コンタクトホールの側壁に堆積
する配線層のステップカバレージが、不良となる。ステ
ップカバレージが不良となると、コンタクトホール内の
配線層に断線を生じることがある。

従来は、コンタクトホールにおけるステップカバレージ
を良好にするため、等方性エツチングと異方性エツチン
グとを組合わせて、コンタクトホールの形成を行なって
いた。この方法を、第６Ａ図から第６Ｄ図を用いて説明
する。

第６Ａ図に示すように、シリコン基板１の主表面の一部
には、拡散領域３が形成されている。シリコン基板１の
主表面全面」二には、層間絶縁膜であるシリコン酸化膜
５が形成されている。シリコン酸化膜５の全面上には、
レジストアが塗布されている。レジストアには、所定の
パターンニングが施されている。

第６Ｂ図に示すように、レジストアをマスクとして、シ
リコン酸化膜５に、ＨＦ等を用いて等方性エツチングを
し、コンタクトホールを形成する。

このコンタクトホールを、等方性エツチングで形成した
コンタクトホール９ａと呼ぶ。等方性エツチングを、途
中で止める。

第６Ｃ図に示すように、レジストアをマスクとして、シ
リコン酸化膜５に、ＣＨＦ、ガスを主原料ガスとした異
方性エツチングを行ない、コンタクトホールを形成する
。この異方性エツチングより、拡散領域３が露出する。

この異方性エツチングで形成したコンタクトホールを、
異方性エツチングで形成したコンタクトホール９ｂと呼
ぶ。等方性エツチングで形成したコンタクトホール９ａ
と異方性エツチングで形成したコンタクトホール９ｂと
をあわせて、コンタクトホール９と呼ぶ。

シリコン酸化膜５上から、レジストアを除去する。

第６Ｄ図に示すように、シリコン酸化膜５上に、スパッ
タリングを用いて、アルミニウム配線層１１を形成する
。アルミニウム配線層１１と拡散領域３とは、コンタク
トホール９の側壁に堆積したアルミニウムによって、電
気的に接続される。

このコンタクトホール形成方法においては、エツチング
の前半を等方性エツチングにすることにより、コンタク
トホール９の側壁におけるアルミニウム配線層］１のス
テップカバレージを良好にしようとしている。

［発明が解決しようとする課題］ 第６Ｄ図に示すように、コンタクトホール９の側壁にお
けるアルミニウム配線層１１のステップカバレージを良
好にするためには、等方性エツチングで形成したコンタ
クトホール９ａの深さｄをできるだけ深くする必要があ
る。しかし、等方性エツチングは幅方向にもエツチング
が進行するので、ｄ　を大きくすると、等方性エツチン
グで形成したコンタクトホール９ａの幅Ｗの値も太きく
なる。半導体装置の微細化の要請により、Ｗの値は、あ
まり大きくすることができない。半導体装置の微細化の
要請によりＷの値も徐々に小さくなる傾向にあるので、
異方性エツチングで形成したコンタクトホール９ｂの深
さｄ２の値が、増大する傾向にある。

ｄ２の値が増大すると、異方性エツチングで形成したコ
ンタクトホール９ｂの側壁に形成されるアルミニウム配
線層１］のステップカバレージが不良となり、第６Ｄ図
に示すように、断線を生じることかある。

特に、スパッタリングで形成した膜は、ＣＶＤで形成し
た膜よりもステップカバレージが悪い。

アルミニウム配線層は、スパッタリングで形成する。上
層の配線層と下層の配線層とのコンタクトを、アルミニ
ウムで取るときは、断線が発生しゃすくなる。

この発明は、このような従来の問題を解決するためにな
されたものである。この発明の目的は、コンタクトホー
ルの側壁に形成する配線層のステップカバレージを良好
にすることができる、コンタクトホールの形成方法を提
供することである。

この発明の他の目的は、コンタクトホールの側壁に形成
する配線層のステップカバレージを良好にすることがで
きるコンタクトホールの形成方法に用いる装置を提供す
ることである。

［課題を解決するための手段］ 半導体装置は、第１の導電性部材と、第１の導電性部材
の上に形成された絶縁層と、絶縁層の上に形成された第
２の導電性部材と、を備えた構造をしている。コンタク
トホールは、第１の導電層と第２の導電層とを電気的に
接続するために、絶縁層に形成する。この発明にしたが
ったコンタクトホールの形成方法は、等方性エツチング
と異方性エツチングとを交互に繰返して行なうことによ
り、コンタクトホールの形状を調整したことを特徴とし
ている。

この発明にしたがったエツチング装置は、等方性エツチ
ングおよび異方性エツチングを行なうことができること
を特徴としている。

［作用コ この発明にしたがったコンタクトホールの形成方法は、
等方性エツチングと異方性エツチングとを交互に繰返し
て行なうことにより、コンタクトホールの形状を調整し
ている。したがって、コンタクトホールの側壁に形成す
る配線層のステップカバレージを良好にすることができ
る。

等方性エツチングの時間の総和を、異方性エツチングの
時間の総和より大きくすると、コンタクトホールの側壁
の角度を緩やかにすることができる。異方性エツチング
の時間の総和を、等方性エツチングの時間の総和より大
きくすると、コンタクトホールの側壁の角度が急になる
。この点を考慮して、コンタクトホールを形成する必要
がある。

この発明にしたがったエツチング装置は、等方性エツチ
ングおよび異方性エツチングを行なうことができる。こ
の発明にしたがったコンタクトホールの形成方法を用い
てコンタクトホールを形成する場合、コンタクトホール
形成工程のスループットを向上させることが可能となる
。

［実施例］ この発明にしたがったコンタクトホールの形成方法の一
実施例を、第５Ａ図から第５Ｆ図を用いて説明する。

第５Ａ図に示すように、シリコン基板２１の主表面の一
部に、拡散領域２３を形成した。シリコン基板２１の主
表面の全面に、ＣＶＤ法を用いて、層間絶縁膜であるシ
リコン酸化膜２５を形成した。

シリコン酸化膜２５の全面上に、レジスト２７を塗布し
た。レジスト２７に、所定のパターンニングを施した。

レジスト２７をマスクとして、シリコン酸化膜２５にエ
ツチングを施し、コンタクトホール２９ａを形成した。

このエツチングは、■Ｆ等を用いる等方性エツチングで
ある。

第５Ｂ図に示すように、レジスト２７をマスクとして、
シリコン酸化膜２５にエツチングを施し、コンタクトホ
ール２９ｂを形成した。このエツチングは、ＣＨＦ３ガ
スを主原料ガスとした異方性エツチングである。

第５Ｃ図に示すように、レジスト２７をマスクにして、
シリコン酸化膜２５にエツチングを施し、コンタクトホ
ール２９ｃを形成した。このエツチングは、等方性エツ
チングである。

第５Ｄ図に示すように、レジスト２７をマスクにして、
シリコン酸化膜２５にエツチングを施し、コンタクトホ
ール２９ｄを形成した。このエツチングは、異方性エツ
チングである。

第５Ｅ図に示すように、レジスト２７をマスクにして、
シリコン酸化膜２５にエツチングを施し、コンタクトホ
ール２９ｅを形成した。このエツチングは等方性エツチ
ングである。

第５Ｆ図に示すように、レジスト２７をマスクにして、
シリコン酸化膜２５にエツチングを施し、コンタクトホ
ール２９ｆを形成し、拡散領域２３を露出させた。

等方性エツチングと異方性エツチングとを交互に繰返し
て行なう回数を増やすと、コンタクトホール２９の形状
は、第２図に示すように、抽鉢型になった。レジスト２
７を除去し、第１図に示すように、シリコン酸化膜２５
の上に、スパッタリングを用いて、アルミニウム配線層
３１を形成した。コンタクトホール２９の形状が抽鉢型
なので、コンタクトホール２９の側壁に形成するアルミ
ニラム配線層３］のステップカバレージが良好となった
。

スパッタリングで形成した膜は、ステップカバレージが
良好ではない。コンタクトホールの側壁に、スパッタリ
ングを用いて、配線層を形成する場合、この発明は特に
有効となる。スパッタリングを用いて形成する配線層と
しては、Ａ１の他、ＷＳｉ、ＭｏＳｉなどがある。

第１図に示すように、この発明においては、アルミニウ
ム配線層３１とシリコン基板２１に形成された拡散領域
２３とを、電気的に接続するためのコンタクトホールに
ついて説明している。しかしながら、この発明において
はこれに限定されるわけではなく、アルミニウム配線層
同士を電気的に接続するために、アルミニウム配線層間
にある層間絶縁膜に形成するコンタクトホールてあって
もよい。

この発明にしたがったエツチング装置の一実施例を説明
する。第３図は、この発明にしたがったエツチング装置
の一実施例の概略図である。このエツチング装置は、チ
ャンバ４１とチャンバ４３とを備えている。チャンバ４
１とチャンバ４Ｂとは、側壁４５を共有している。側壁
４５には、扉４７が取イ」けられている。

チャンバ４３の下部には、サセプタ５１が設けられてい
る。チャンバ４３には、ガス導入管６１とガス排出管６
３とが設けられている。チャンバ４３では、等方性エツ
チングを行なう。等方性エツチング用のガス（たとえば
、ＨＦ）は、ガス導入管６１から、チャンバ４３内に導
入される。チャンバ４３内のガスは、ガス排出管６３か
ら、外部に排出される。

チャンバ４１の下部には、サセプタ４９が取付けられて
いる。サセプタ４９は、下部電極も兼ねている。サセプ
タ４９には、高周波電源５５が接続されており、高周波
電源５５は、接地されている。チャンバ４１の上部には
、上部電極５３が取付けられている。上部電極５Ｂは、
接地されている。チャンバ４１には、ガス導入管５７と
ガス排出管５９とが取付けられている。チャンバ４１内
では、異方性エツチングを行なう。異方性エツチングに
用いるガス（たとえば、ＣＨＦ３ガス）は、ガス導入管
５７からチャンバ４１内に導入される。

チャンバ４］内のガスは、ガス排出管５つから外部に排
出される。サセプタ４９上には、ウェハ６５が載置され
ている。ウェハ６５を、チャンバ４３内に移すときは、
扉４７を開けることにより行なう。

第４図は、この発明にしたがったエツチング装置の他の
実施例の概略図である。チャンバ７１の下部には、サセ
プタ７３が取付けられている。サセプタ７３は下部電極
も兼ねている。サセプタ７３は、高周波電源８３と接続
しており、高周波電源８３は接地されている。サセプタ
７３の上には、ウェハ８５が載置されている。

チャンパフ１上部には、上部電極７５が取付けられてい
る。上部電極７５は接地されている。チャンバ７１の一
方の側壁には、ガス導入管７７．７９が取付けられてい
る。等方性エツチングを行なう際に用いるガスは、ガス
導入管７７からチャンバ７１内に導入される。異方性エ
ツチングを行なう際に用いるガスは、ガス導入管７９か
らチャンバ７］内に導入される。チャンバ７１内のガス
は、ガス排出管８１から外部に排出される。この実施例
においては、チャンバ７１内で、等方性エツチングおよ
び異方性エツチングを行なう。したがって、第３図に示
す実施例に比べ、コンタクトホール形成工程におけるス
ループットをさらに向上させることができる。

［効果コ この発明にしたがったコンタクトホール形成方法は、等
方性エツチングと異方性エツチングとを交互に繰返して
行なうことにより、コンタクトホールの形状を調整して
いる。このため、コンタクトホールの側壁に形成する配
線層のステップカバレージを良好にでき、半導体装置の
信頼性を向」二させることができる。

この発明にしたがったエツチング装置は、等方性エツチ
ングおよび異方性エツチングを行なうことができる。し
たがって、この発明にしたがったコンタクトホール形成
方法を用いてコンタクトホールを形成する場合、コンタ
クトホール形成工程のスループットを向上させることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明にしたがったコンタクトホール形成
方法の一実施例を用いて形成されたコンタクトホールに
、アルミニウム配線層を形成した状態を示す図である。 第２図は、この発明にしたがったコンタクトホル形成方
法の一実施例を用いて形成されたコンタクトホールを示
す図である。 第３図は、この発明にしたがったエツチング装置の一実
施例の概略図である。 第４図は、この発明にしたがったエツチング装置の他の
実施例の概略図である。 第５Ａ図から第５Ｆ図は、この発明にしたがったコンタ
クトホール形成方法の一実施例を用いて、コンタクトホ
ールを形成する工程を順に示す工程図である。 第６Ａ図から第６Ｄ図は、従来のコンタクトホ−ル形成
方法を用いて、コンタクトホールを形成する工程を順に
示す工程図である。 図において、２３は拡散領域、２５はシリコン酸化膜、
２９はコンタクトホール、３１はアルミニウム配線層を
示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の導電性部材と、前記第１の導電性部材の上
   に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上に形成された第
   ２の導電性部材と、を備えた構造をした半導体装置であ
   って、 前記第１の導電性部材と前記第２の導電性部材とを電気
   的に接続するために、前記絶縁層に形成されるコンタク
   トホールの形成方法において、等方性エッチングと異方
   性エッチングとを交互に繰返して行なうことにより、前
   記コンタクトホールの形状を調整したことを特徴とする
   、コンタクトホールの形成方法。
2. （２）第１の導電性部材と、前記第１の導電性部材の上
   に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上に形成され、前
   記絶縁層に設けられたコンタクトホールを介して、前記
   第１の導電性部材と電気的に接続している第２の導電性
   部材と、を備えた半導体装置の前記コンタクトホールを
   形成するために用いるエッチング装置において、 等方性エッチングおよび異方性エッチングを行なうこと
   ができることを特徴とする、エッチング装置。