JPH05114573A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH05114573A
JPH05114573A JP27426991A JP27426991A JPH05114573A JP H05114573 A JPH05114573 A JP H05114573A JP 27426991 A JP27426991 A JP 27426991A JP 27426991 A JP27426991 A JP 27426991A JP H05114573 A JPH05114573 A JP H05114573A
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JP
Japan
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film
etching
pressure
gas
thin film
Prior art date
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Pending
Application number
JP27426991A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norihisa Oiwa
徳久 大岩
Keiji Horioka
啓治 堀岡
Tsunetoshi Arikado
経敏 有門
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE:To form connecting holes with high precision without etching away an underneath Al film at all in the case of making the connecting holes on an Al wiring by a method wherein an insulating film is etched away at an etching rate in a range lower than that of the Al at the pressure not exceeding a specific value. CONSTITUTION:A W film 103 is formed on an Al thin film 102. Next, the W film 103 and the Al film 102 are successively etched away using resist patterns 104, furthermore, after removing the resist patterns 104, a silicon oxide film 105 is formed. Next, the silicon oxide film 105 is etched away at the pressure not exceeding 100mTorr using the resist patterns 106 on the silicon oxide film 105 and CHF3 or mixed gas of CHF3 and CO so as to form connecting holes 107. At this time, the etching step is stopped at the W film 103 so as not to etch away the Al film 102 at all. Through these procedures, the connecting holes 107 can be formed while sustaining the high precision.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係り、特にアルミニウム(Al)配線上の絶縁膜に接
続孔を開孔する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of forming a contact hole in an insulating film on aluminum (Al) wiring.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体集積回路では、シリコン基
板のソース、ドレイン領域や、ポリシリコンのゲート電
極等の上に形成された絶縁膜を開孔した後、開孔部を埋
め込むように絶縁膜上にAl配線を形成して上記領域や
電極に対してコンタクトを行っていた。しかし、集積度
の向上に伴って、多層配線技術が使われるようになり、
Al配線上の絶縁膜にも接続孔を開孔しなければならな
くなってきている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor integrated circuit, after opening an insulating film formed on a source / drain region of a silicon substrate, a gate electrode of polysilicon, etc., an insulating film is formed so as to fill the opening. An Al wiring is formed on the above to make contact with the above region and electrode. However, as the degree of integration has increased, multilayer wiring technology has come to be used,
It has become necessary to open a connection hole in the insulating film on the Al wiring.

【0003】絶縁膜として使われる酸化シリコン膜に接
続孔を開孔する工程には、RIE(Reactive Ion Ecthi
ng)法が用いられる。このような接続孔の開孔工程で
は、シリコン基板に対してだけでなく、ポリシリコンや
Alに対しても高い選択比が必要である。
In the process of forming a contact hole in a silicon oxide film used as an insulating film, RIE (Reactive Ion Ecthi) is used.
ng) method is used. In the step of opening the connection hole, a high selection ratio is required not only for the silicon substrate but also for polysilicon and Al.

【0004】通常、酸化膜のRIEでは、エッチングガ
スとしてCF4 やCHF3 などが使われる。CF4 やC
HF3 はプラズマ中で分解してCFx ラジカル(x=0
〜3)が生成される。プラズマ中で分解して生成された
CFx ラジカルは表面に吸着し、イオン衝突を受け分解
して、Fを生成する。
Usually, in RIE of an oxide film, CF 4 , CHF 3 or the like is used as an etching gas. CF4 and C
HF3 is decomposed in plasma and CF x radicals (x = 0
~ 3) are generated. CF x radicals generated by decomposition in plasma are adsorbed on the surface and are decomposed by ion collision to generate F.

【0005】そして、CFx ラジカルの吸着した表面が
シリコン表面の場合、SiとFが反応して蒸気圧の高い
SiFx となって離脱する。その結果、CFx はFを引
き抜かれてC/Fの比が増大して重合膜となるため、シ
リコン表面にはCFx からなる重合膜が堆積する。それ
に対し酸化膜上では、SiとFが反応してSiFx とな
って離脱する他に遊離した酸素がCと反応して蒸気圧の
高いCOとなって離脱するので、CFx の重合膜は形成
されない。そのため、酸化膜のエッチングは進むがシリ
コンのエッチングはCFx の重合膜によって抑制される
結果、酸化膜とシリコンの選択エッチングが可能とな
る。またエッチングガスに水素ガスの添加あるいは一酸
化炭素COを添加することによってフロロカーボン重合
膜の堆積反応が促進され、シリコンとの選択比30以上
を得ることができたという報告もある。
When the surface on which CF x radicals are adsorbed is a silicon surface, Si and F react with each other to be released as SiF x having a high vapor pressure. As a result, CF x is drawn out of F and the ratio of C / F is increased to form a polymerized film, so that a polymerized film of CF x is deposited on the silicon surface. In contrast oxide film, because oxygen Si and F is free in addition to leaving become SiF x reacts reacts with C leaves become high CO vapor pressure, the polymerization film of CF x is Not formed. Therefore, although the etching of the oxide film proceeds, the etching of silicon is suppressed by the CF x polymerized film, and as a result, selective etching of the oxide film and silicon becomes possible. It is also reported that the addition reaction of hydrogen gas or carbon monoxide CO to the etching gas promoted the deposition reaction of the fluorocarbon polymer film, and that a selection ratio with silicon of 30 or more could be obtained.

【0006】一方、下地がAlとなるヴィアホールのR
IEにおいても、AlはSiと同様にCと反応する酸素
を含んでおらず、フロロカーボン重合膜はAl上にも堆
積し、酸化膜とAlの高選択比エッチングが可能である
と考えられていた。しかし、マグネトロンRIE等によ
り低圧側でヴィアホールRIEを行う試みはまだ十分に
なされておらず、Alに対する充分な選択比をとりなが
らヴィアホールの開孔を行うことができるかどうか分か
らなかった。
On the other hand, the R of the via hole whose base is Al
Also in IE, Al did not contain oxygen that reacts with C like Si, and it was thought that the fluorocarbon polymer film was deposited on Al as well, and that it was possible to perform high-selectivity etching of the oxide film and Al. .. However, no attempt has been made yet to perform via hole RIE on the low-pressure side by magnetron RIE or the like, and it was not known whether the via hole could be opened with a sufficient selection ratio to Al.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来、絶縁膜に接続孔
を開孔するRIEでは、下地がシリコンの場合にはシリ
コン上にフロロカーボン重合膜が堆積し、エッチングを
抑制するため選択エッチングが可能であるが、下地がA
lの場合には、特に低圧側でAlに対する充分な選択比
をとりながらヴィアホールの開孔を行うことができるか
どうかはわからなかった。
Conventionally, in RIE in which a contact hole is formed in an insulating film, a fluorocarbon polymer film is deposited on silicon when the base is silicon, and selective etching is possible because etching is suppressed. Yes, but the base is A
In the case of 1, it was not known whether or not the via hole could be opened while maintaining a sufficient selection ratio to Al, especially on the low pressure side.

【0008】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、Al配線上の接続孔の開孔の際にも十分な選択比を
得ることができる方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method capable of obtaining a sufficient selection ratio even when a connection hole on an Al wiring is opened.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、Al薄
膜上にフッ化物の蒸気圧の高い材料からなる膜を形成
し、この上層に、絶縁膜を堆積し、炭素とフッ素を含む
ガスを用い、圧力100mTorr 以下で前記材料のエッチ
ング速度がAlのエッチング速度よりも小さくなる範囲
で前記絶縁膜を選択的にエッチングすることにより接続
孔を開孔する。
Therefore, according to the present invention, a film made of a material having a high vapor pressure of fluoride is formed on an Al thin film, an insulating film is deposited on the film, and a gas containing carbon and fluorine is added. Using the pressure of 100 mTorr or less, the connection hole is opened by selectively etching the insulating film in a range in which the etching rate of the material is smaller than the etching rate of Al.

【0010】望ましくは、フッ化物としての蒸気圧の高
い材料からなる薄膜としては、W,Si,Mo,Cのう
ちのいずれかを用いるようにした。
Desirably, any one of W, Si, Mo and C is used as the thin film made of a material having a high vapor pressure as a fluoride.

【0011】また望ましくはエッチングガスとして、C
HF3 ガスあるい、CHF3 とCOの混合ガスを用い
る。
Preferably, the etching gas is C
HF 3 gas or a mixed gas of CHF 3 and CO is used.

【0012】[0012]

【作用】まず、本発明の原理について説明する。First, the principle of the present invention will be described.

【0013】少なくともCとFを含有する反応性ガス、
例えばCHF3 ガスプラズマにSiをさらすと、Siは
Fと反応し蒸気圧の高いSiF4となって表面から離脱
しエッチングが進む。しかしCは表面に残り、残ったC
同志が結合してフロロカーボンの重合膜が形成されてS
iのエッチングを抑制する。一方CHF3 プラズマにS
iO2 をさらすと、SiはFと反応してSiF4 が生成
され離脱する。残ったCはSiO2 中に含まれるOと反
応してCOとなり気化離脱する。そのためSiO2 上に
はフロロカーボン重合膜は形成されずエッチングが進行
することは知られている。
A reactive gas containing at least C and F,
For example, when Si is exposed to CHF 3 gas plasma, Si reacts with F to become SiF 4 having a high vapor pressure, which is separated from the surface and etching proceeds. However, C remains on the surface and remains C
Combining with each other to form a fluorocarbon polymer film, S
Suppress i etching. On the other hand, S in CHF 3 plasma
When exposed to iO 2 , Si reacts with F to produce SiF 4 and is released. The remaining C reacts with O contained in SiO 2 to become CO, which is vaporized and released. Therefore, it is known that a fluorocarbon polymer film is not formed on SiO 2 and etching proceeds.

【0014】一方、Oを含まないAlをCHF3 プラズ
マにさらした場合Al上にはフロロカーボン重合膜が形
成され、エッチングされないものと考えられていた。し
かし、種々の実験の結果、Al上にはフロロカーボン膜
は形成されないことがわかった。これはAlはFと反応
して安定なフッ化アルミニウムとなる。しかしフッ化ア
ルミニウムAlF3 の蒸気圧は極めて低いため、Al表
面が安定なアルミフッ化物でおおわれてしまい表面のC
x からFを引き抜く反応が止まるためでもある。 こ
のように、CHF3 プラズマによるAlのエッチング速
度は、図3に示すように圧力に依存し、圧力が低下する
に従い急上昇する。これはAl表面にフロロカーボン重
合膜が形成されないため、圧力低下に伴うイオンエネル
ギーの増加によってフッ化アルミニウムがスパッタエッ
チされるためであると考えられる。
On the other hand, when Al containing no O was exposed to CHF 3 plasma, it was considered that a fluorocarbon polymer film was formed on Al and was not etched. However, as a result of various experiments, it was found that a fluorocarbon film was not formed on Al. This causes Al to react with F to form stable aluminum fluoride. However, since the vapor pressure of aluminum fluoride AlF 3 is extremely low, the Al surface is covered with stable aluminum fluoride, and C
This is also because the reaction of pulling F out of F x stops. As described above, the etching rate of Al by CHF 3 plasma depends on the pressure as shown in FIG. 3, and sharply increases as the pressure decreases. It is considered that this is because the fluorocarbon polymer film is not formed on the Al surface, and aluminum fluoride is sputter-etched due to the increase in ion energy accompanying the pressure decrease.

【0015】次にフッ化物が蒸気圧の高い化合物となる
W,Mo,C,B,Se,N,Nb,Ta,MoSiを
CHF3 プラズマにさらすと表面にフロロカーボン膜が
形成され、エッチング反応が抑制されることがわかっ
た。
Next, when W, Mo, C, B, Se, N, Nb, Ta, and MoSi, which are fluorides having a high vapor pressure, are exposed to CHF 3 plasma, a fluorocarbon film is formed on the surface, and the etching reaction occurs. It turned out to be suppressed.

【0016】一方、フッ化物が蒸気圧の低い化合物とな
るTi,Ni,Co,Cd,K,Au,Ag,Cu,T
e,Pd,Pt,FeをCHF3 プラズマにさらすと表
面にはフロロカーボン重合膜は形成されず、表面にはフ
ッ化物層が形成され、エッチング速度は圧力の低下に従
い急増することになる。
On the other hand, fluorides such as Ti, Ni, Co, Cd, K, Au, Ag, Cu and T, which are compounds having a low vapor pressure, are obtained.
When e, Pd, Pt, and Fe are exposed to CHF 3 plasma, a fluorocarbon polymer film is not formed on the surface, a fluoride layer is formed on the surface, and the etching rate rapidly increases as the pressure decreases.

【0017】本発明はこの点に着目してなされたもの
で、Al薄膜上に、フッ化物の蒸気圧の高い導電性薄膜
を形成しているため、この上層に絶縁膜を形成しこの絶
縁膜を例えばにCHF3 プラズマエッチングで接続孔を
開孔する際Al薄膜表面をエッチングすることなく選択
性よく開孔することが可能となる。さらに下地がAlの
場合、オーバーエッチングの際にイオン衝突を受けて接
続孔側壁に再付着しやすいが、Al上に形成したフッ化
物の蒸気圧の高い材料の上にはフロロカーボン重合膜が
形成されるため、スパッタされて前記側壁に再付着する
ものはなくなる。なおエッチングガスとしてはCHF3
の他CF4 ,C2 6 ,CH2 2 ,C3 8 などを用
いても良い。これらのうちC,H,F,を含むガスを用
いる場合にはCOガスを添加してもよい。いずれの場合
も、Alのエッチング速度は100mTorr より大きい範
囲ではほとんど0であるが、100mTorr 以下の圧力で
は急激に増大する。また、これに対し、WやSi等のエ
ッチング速度は圧力の低下によって大きくなるものの増
加率が小さく、COガスを添加した場合にはエッチング
速度が小さくなる(図3と図5参照)。従って本発明に
よれば、COガスを添加することにより、圧力100mT
orr 以下の領域でも、Al表面をより良好に保護するこ
とができる。
The present invention has been made in view of this point. Since the conductive thin film having a high fluoride vapor pressure is formed on the Al thin film, the insulating film is formed on the upper layer of the conductive thin film. For example, when the connection hole is opened by CHF 3 plasma etching, the Al thin film surface can be opened with good selectivity without etching. Further, when the underlayer is Al, it is apt to be redeposited on the side wall of the connection hole due to ion collision during overetching, but a fluorocarbon polymer film is formed on the material with high vapor pressure of fluoride formed on Al. Therefore, nothing is sputtered and redeposited on the side wall. The etching gas is CHF 3
Other than these, CF 4 , C 2 H 6 , CH 2 F 2 , C 3 H 8 and the like may be used. When using a gas containing C, H, and F among these, CO gas may be added. In any case, the etching rate of Al is almost 0 in the range larger than 100 mTorr, but increases sharply at a pressure of 100 mTorr or less. On the other hand, the etching rate of W, Si, etc. increases with a decrease in pressure, but the rate of increase is small, and the etching rate decreases when CO gas is added (see FIGS. 3 and 5). Therefore, according to the present invention, the pressure of 100 mT can be obtained by adding CO gas.
Even in the region of orr or less, the Al surface can be better protected.

【0018】また、Al薄膜上の絶縁膜にCHF3 プラ
ズマを使って接続孔を形成するエッチングに際し、生成
されたフッ化アルミニウムがスパッタエッチされない程
度の圧力条件下(80〜300mTorr )でエッチングを
行うことにより、Al薄膜のエッチングを抑制し選択性
よくエッチングすることが可能となる。
Further, in the etching for forming a contact hole in the insulating film on the Al thin film by using CHF 3 plasma, the etching is performed under a pressure condition (80 to 300 mTorr) such that the generated aluminum fluoride is not sputter-etched. As a result, it is possible to suppress the etching of the Al thin film and etch it with good selectivity.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

【0020】まず、本発明で用いるエッチング装置につ
いて説明する。
First, the etching apparatus used in the present invention will be described.

【0021】図1はそれを示すもので、マグネトロンR
IE装置である。この装置は、マグネトロン放電を利用
したもので、反応室11を形成する接地された真空容器
10と、この真空容器10内に設置された冷却管23等
の温度制御機構を具備した試料支持台を兼ねた下部電極
20と、この下部電極20に対向して形成された上部電
極30と、真空容器10内を真空排気する排気系13
と、ガス導入系12とを具備し、下部電極20上に載置
された基板31をエッチングするものである。
FIG. 1 shows this, and the magnetron R
IE device. This apparatus uses magnetron discharge, and includes a grounded vacuum container 10 forming a reaction chamber 11, and a sample support table equipped with a temperature control mechanism such as a cooling pipe 23 installed in the vacuum container 10. The lower electrode 20 which also serves as the lower electrode 20, the upper electrode 30 formed facing the lower electrode 20, and the exhaust system 13 for evacuating the inside of the vacuum container 10
And a gas introduction system 12 for etching the substrate 31 placed on the lower electrode 20.

【0022】この下部電極20は、マッチング回路21
を介して電源22に接続され、13、56MHzの高周
波電力が印加されるようになっている。また下部電極2
0上には、ポリイミド薄膜24に挾まれた銅板25が張
り付けられており、銅板25に電源26から4KVの電
圧を印加することにより被処理気体31が下部電極上に
静電的に吸着されるようになっている。さらに上部電極
30の上方には、複数の永久磁石14およびその駆動機
構15からなる磁場発生器が設置され、下部電極20と
上部電極30の対向空間に磁界を印加するものとなって
いる。なお図中27は被処理基板30の裏面にガスを導
入して熱伝導をとり基板温度を制御するためのガス導入
管である。
The lower electrode 20 has a matching circuit 21.
Is connected to the power source 22 via the, and high frequency power of 13, 56 MHz is applied. Also the lower electrode 2
A copper plate 25 sandwiched by a polyimide thin film 24 is stuck on the surface of 0. By applying a voltage of 4 KV from a power supply 26 to the copper plate 25, the gas to be treated 31 is electrostatically adsorbed on the lower electrode. It is like this. Further, a magnetic field generator including a plurality of permanent magnets 14 and a drive mechanism 15 for the permanent magnets is installed above the upper electrode 30 to apply a magnetic field to the space between the lower electrode 20 and the upper electrode 30. Reference numeral 27 in the drawing denotes a gas introduction pipe for introducing gas into the back surface of the substrate 30 to be processed so as to conduct heat and control the substrate temperature.

【0023】本発明の第1の実施例として、この装置を
用いて、Al配線上に接続孔を開孔する工程について説
明する。
As a first embodiment of the present invention, a process of forming a connection hole on an Al wiring using this apparatus will be described.

【0024】ここでは、Al薄膜の上層をW膜で被覆し
た状態で、パターニングし、この上に酸化シリコン膜を
形成し、CHF3 を用いた反応性イオンエッチングによ
り接続孔を形成するようにしており、W膜表面にはフロ
ロカーボン重合膜が形成され、エッチングは進行せず、
酸化シリコン膜のみが選択的にエッチングされる。
Here, the upper layer of the Al thin film is covered with a W film, patterned, a silicon oxide film is formed thereon, and a contact hole is formed by reactive ion etching using CHF 3. And a fluorocarbon polymer film is formed on the surface of the W film, and etching does not proceed,
Only the silicon oxide film is selectively etched.

【0025】まず、図2(a) に示すように、シリコン基
板100表面を覆う酸化シリコン膜101上にAl薄膜
102をスパッタリング法によって形成する。
First, as shown in FIG. 2A, an Al thin film 102 is formed on the silicon oxide film 101 covering the surface of the silicon substrate 100 by a sputtering method.

【0026】この後、図2(b) に示すように、このAl
薄膜102上にW膜103を10nmスパッタリング形成
する。ここでW膜は膜厚5〜30nmの範囲とする。
After this, as shown in FIG. 2 (b), this Al
A W film 103 is formed on the thin film 102 by 10 nm sputtering. Here, the W film has a thickness of 5 to 30 nm.

【0027】次に、図2(c) に示すように、フォトリソ
グラフィ法を用いてW膜103上にレジストパターン1
04を形成する。
Next, as shown in FIG. 2C, a resist pattern 1 is formed on the W film 103 by photolithography.
To form 04.

【0028】そして、図2(d) に示すように、このレジ
ストパターン104をマスクとしてCF4 とO2 の混合
ガスを使ったRIEでW膜103をエッチングした後
に、Cl2 ガスのRIEでAl薄膜102をエッチング
する。
Then, as shown in FIG. 2D, the W film 103 is etched by RIE using a mixed gas of CF 4 and O 2 with the resist pattern 104 as a mask, and then Al by RIE of Cl 2 gas. The thin film 102 is etched.

【0029】さらにこのレジストパターン104をO2
プラズマエッチングで除去した後に、図2(e) に示すよ
うに、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silane)とO2
用いたプラズマCVDによって酸化シリコン膜105を
形成する。
Further, this resist pattern 104 is changed to O 2
After removing by plasma etching, a silicon oxide film 105 is formed by plasma CVD using TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silane) and O 2 , as shown in FIG. 2 (e).

【0030】続いて、酸化シリコン膜105上にレジス
トパターンを形成し(図2(f) )、これをマスクとし
て、図1に示した装置を用い反応性ガスにCHF3 /C
O=45SCCM/133SCCM、圧力40mTorr ,RF電力
800Wで酸化シリコン膜105をエッチングし接続孔
107を形成する。ここで、酸化シリコン膜105とW
薄膜103のエッチング選択比は40程度あり、酸化シ
リコン膜105のエッチングはW薄膜103で止まり、
Alがエッチングされることはない。
Subsequently, a resist pattern is formed on the silicon oxide film 105 (FIG. 2 (f)), and with this as a mask, CHF 3 / C is used as a reactive gas using the apparatus shown in FIG.
The silicon oxide film 105 is etched at O = 45 SCCM / 133 SCCM, pressure of 40 mTorr and RF power of 800 W to form a connection hole 107. Here, the silicon oxide film 105 and W
The etching selection ratio of the thin film 103 is about 40, and the etching of the silicon oxide film 105 stops at the W thin film 103.
Al is not etched.

【0031】このようにして下地のAlをエッチングす
ることなく接続孔を高いパターン精度を維持しつつ形成
することができる。
In this way, the connection hole can be formed while maintaining high pattern accuracy without etching the underlying Al.

【0032】次に、圧力とエッチング速度との関係を調
べるために、圧力を変化させエッチングを行った。ここ
で反応性ガスとしては、CHF3 とCOの混合ガスを用
い、ガス流量はCHF3 /CO=45/155SCCM,R
F電力800Wとした。その結果を図3に示す。
Next, in order to investigate the relationship between the pressure and the etching rate, etching was performed while changing the pressure. Here, a mixed gas of CHF 3 and CO is used as the reactive gas, and the gas flow rate is CHF 3 / CO = 45/155 SCCM, R
F power was 800 W. The result is shown in FIG.

【0033】Alのエッチング速度は圧力100mTorr
より大きい範囲ではほとんど0であるが、100mTorr
以下の圧力の範囲では急激に増大する。上記実施例に示
したような圧力40mTorr ではAlはエッチングされて
しまうことになる。しかしWは図中に点線で示すように
シリコンと同様圧力の低下によってエッチング速度が大
きくなるものの増加率は小さい。このことからもAl表
面をWで被覆しておくことによりAlのエッチングは防
止されることがわかる。
The etching rate of Al is 100 mTorr at a pressure.
Almost 0 in the larger range, but 100mTorr
It increases sharply in the pressure range below. At a pressure of 40 mTorr as shown in the above embodiment, Al will be etched. However, as shown by the dotted line in the figure, W increases the etching rate due to the decrease in pressure as in silicon, but the increase rate is small. From this also, it is understood that the Al etching is prevented by coating the Al surface with W.

【0034】なお、シリコンとカーボンのエッチング速
度の圧力依存性も同図に示すように、エッチング速度が
圧力の低下によって大きくなるものの増加率は小さい。
The pressure dependence of the etching rates of silicon and carbon is also shown in the same figure, but the rate of increase is small although the etching rate increases with the decrease in pressure.

【0035】また、前記実施例ではWでAl膜表面を被
覆するようにしたが、Si,C,Mo,MoSi膜等を
使っても同様の効果を得ることができる。
In the above embodiment, the surface of the Al film is covered with W, but the same effect can be obtained by using Si, C, Mo, MoSi films or the like.

【0036】また、これら金属膜の他C膜やポリシリコ
ン膜等を用いるようにしてもよい。また、前記実施例で
は、Al薄膜上にW薄膜を形成した後、パターニングし
たが、Al薄膜をパターニングしたのち選択CVD法等
によりAl薄膜表面にW薄膜を形成するようにしてもよ
い。
In addition to these metal films, a C film, a polysilicon film or the like may be used. Further, in the above embodiment, the W thin film was formed on the Al thin film and then patterned, but the W thin film may be formed on the surface of the Al thin film by the selective CVD method after patterning the Al thin film.

【0037】次に、本発明の第2の実施例として、Al
表面を覆う膜としてW103に代えてC薄膜203を用
いた例について説明する。
Next, as a second embodiment of the present invention, Al
An example in which a C thin film 203 is used instead of W103 as a film covering the surface will be described.

【0038】まず、図4(a) に示すように、前記実施例
と同様に、シリコン基板100表面を覆う酸化シリコン
膜101上にAl薄膜102をスパッタリング法によっ
て形成する。
First, as shown in FIG. 4A, an Al thin film 102 is formed by a sputtering method on a silicon oxide film 101 covering the surface of a silicon substrate 100, as in the above embodiment.

【0039】この後、図4(b) に示すように、このAl
薄膜102上にC膜203を10nmスパッタリング形成
する。
After this, as shown in FIG.
A C film 203 is formed on the thin film 102 by sputtering to have a thickness of 10 nm.

【0040】次に、図4(c) に示すように、フォトリソ
グラフィ法を用いてW膜203上にレジストパターン1
04を形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, a resist pattern 1 is formed on the W film 203 by photolithography.
To form 04.

【0041】そして、図4(d) に示すように、このレジ
ストパターン104をマスクとしてO2 ガスを使ったR
IEでC膜203をエッチングした後に、Cl2 ガスの
RIEでAl薄膜102をエッチングする。
Then, as shown in FIG. 4D, R using O 2 gas is used with this resist pattern 104 as a mask.
After etching the C film 203 by IE, the Al thin film 102 is etched by RIE of Cl 2 gas.

【0042】さらにこのレジストパターン104をCF
4 とO2 を用いたダウンフローによりレジストをアッシ
ングする。このときC膜はまったくエッチングされない
(図4(e) )。
Further, the resist pattern 104 is CF
The resist is ashed by downflow using 4 and O 2 . At this time, the C film is not etched at all (FIG. 4 (e)).

【0043】この後、図4(f) に示すように、TEOS
(TetraEthyl Ortho Silane)とO2 を用いたプラズマ
CVDによって酸化シリコン膜105を形成する。
After this, as shown in FIG. 4 (f), TEOS
A silicon oxide film 105 is formed by plasma CVD using (TetraEthyl Ortho Silane) and O 2 .

【0044】続いて、酸化シリコン膜105上にレジス
トパターンを形成し(図4(g) )、これをマスクとし
て、図1に示した装置を用い前記実施例と同様の条件
で、酸化シリコン膜105をエッチングし接続孔107
を形成する(図4(h) )。ここで、酸化シリコン膜10
5とC薄膜203のエッチング選択比は40あり、酸化
シリコン膜105のエッチングはW薄膜203で止ま
り、Alがエッチングされることはない。
Subsequently, a resist pattern is formed on the silicon oxide film 105 (FIG. 4 (g)), and using this as a mask, the silicon oxide film is formed under the same conditions as in the above embodiment using the apparatus shown in FIG. 105 is etched to form a connection hole 107
Are formed (FIG. 4 (h)). Here, the silicon oxide film 10
5 and the C thin film 203 have an etching selection ratio of 40, the etching of the silicon oxide film 105 stops at the W thin film 203, and Al is not etched.

【0045】この後、O2 プラズマアッシングによって
レジストおよび開口部のC膜を除去し、Al薄膜102
との導通をとる(図4(i) )。
After that, the resist and the C film in the opening are removed by O 2 plasma ashing, and the Al thin film 102 is removed.
Conduct electrical connection with (Fig. 4 (i)).

【0046】このようにして下地のAlをエッチングす
ることなく接続孔を高いパターン精度を維持しつつ形成
することができる。
In this way, the connection hole can be formed while maintaining high pattern accuracy without etching the underlying Al.

【0047】このようにして前記実施例によれば、Al
薄膜上にフッ化物の蒸気圧の高い材料の薄膜(W、C)
を形成して、CHF3 とCOガスとの混合ガスを用いた
圧力1〜100mTorr の範囲のRIEにより前記薄膜上
に形成した酸化膜に、Alをエッチングすることなく接
続孔を開孔することができる。
Thus, according to the above embodiment, Al
Thin film of a material with high vapor pressure of fluoride on the thin film (W, C)
And forming a connection hole in the oxide film formed on the thin film by RIE using a mixed gas of CHF 3 and CO gas in a pressure range of 1 to 100 mTorr without etching Al. it can.

【0048】なお、この例では図4(i) に示すように、
2 プラズマアッシングによってレジストおよび開口部
のC膜を除去し、Al薄膜との導通をとるようにした
が、コンタクト抵抗の低減があまり問題とならない場合
には残しておいても良い。
In this example, as shown in FIG. 4 (i),
The resist and the C film in the opening were removed by O 2 plasma ashing so as to establish electrical connection with the Al thin film, but they may be left if the reduction in contact resistance does not pose a problem.

【0049】次にCHF3 ガスを使った場合のAlのエ
ッチング速度の圧力依存性を測定した結果を図5に示
す。Alのエッチング速度はCHF3 とCOの混合ガス
を用いた場合と同様の挙動を示した。SiおよびW,C
のエッチング速度は、CHF3 とCOの混合ガスを用い
た場合の約2倍であったが、圧力依存性はいずれも小さ
い。前記実施例1および2の方法は、CHF3 とCOの
混合ガスを用いるものであるがCHF3 ガスを用いてS
iO2 のRIEを行ってもよく同様の効果を得ることが
可能である。
Next, FIG. 5 shows the results of measuring the pressure dependence of the etching rate of Al when CHF 3 gas was used. The etching rate of Al showed the same behavior as when a mixed gas of CHF 3 and CO was used. Si and W, C
The etching rate was about twice as fast as when a mixed gas of CHF 3 and CO was used, but the pressure dependence was low in all cases. The method of Example 1 and 2, but in which a mixed gas of CHF 3 and CO using a CHF 3 gas S
The same effect can be obtained by performing RIE of iO 2 .

【0050】ここでCHF3 にCOを添加することによ
り、Alのエッチング速度は変化しないが、Siおよび
W,C,Moのエッチング速度は、CHF3 ガスを用い
た場合に比べ、圧力依存性が大きくなる。したがってS
iおよびW,Cのエッチング速度が小さい圧力領域を用
いるようにすれば、Al表面に形成するSi,WやCの
膜厚を小さくすることができる。
Although the etching rate of Al does not change by adding CO to CHF 3 , the etching rates of Si, W, C, and Mo have a pressure dependency more than that in the case of using CHF 3 gas. growing. Therefore S
If the pressure region where the etching rates of i, W, and C are low is used, the film thickness of Si, W, and C formed on the Al surface can be reduced.

【0051】次に、本発明の作用を確認するためにエッ
チング後の表面状態を測定した。
Next, in order to confirm the function of the present invention, the surface condition after etching was measured.

【0052】まずCHF3 を用いた反応性イオンエッチ
ングにより接続孔を形成しこのエッチング後の表面状態
を測定した。まず、Si表面状態を図6,図7に示す。
図6は圧力40mTorr でエッチング後のXPS(x−ra
y photo spectoro-scopy)のC1S信号である。CF,C
F2 ,CF3 との信号を示すピークがある。図7にAE
S(Auge electron spectoroscopy )の深さ方向分析を
示す。Si上に5nmのC層があることを示している。S
i表面にはフロロカーボン重合膜が堆積し、これがエッ
チングを抑制している。
First, a contact hole was formed by reactive ion etching using CHF 3 and the surface condition after this etching was measured. First, the Si surface state is shown in FIGS.
FIG. 6 shows XPS (x-ra after etching at a pressure of 40 mTorr).
It is the C 1S signal of y photospectoro-scopy). CF, C
There are peaks indicating the signals of F2 and CF3. AE in FIG.
The depth direction analysis of S (Auge electron spectroscopy) is shown. It shows that there is a 5 nm C layer on Si. S
A fluorocarbon polymer film is deposited on the i surface, which suppresses etching.

【0053】次に、Alがエッチングされる圧力40mT
orr 条件下およびAlがほとんどエッチングされない圧
力100mTorr 条件下におけるAl表面状態を図8乃至
図12に示す。図8は圧力40mTorr でエッチングした
後のAl表面のXPSのC1S信号である。Al表面のC
はFとの結合を持っていない。また図9はこのときのA
ESの深さ方向分析である。Al表面のC層は1nm程度
と極めて薄い。
Next, the pressure at which Al is etched is 40 mT.
FIGS. 8 to 12 show the Al surface state under the condition of orr and the pressure of 100 mTorr where Al is hardly etched. FIG. 8 shows XPS C 1S signals on the Al surface after etching at a pressure of 40 mTorr. C on Al surface
Has no bond with F. Fig. 9 shows A at this time.
It is a depth direction analysis of ES. The C layer on the Al surface is extremely thin, about 1 nm.

【0054】一方図10は圧力100mTorr でエッチン
グした後のAl表面のXPSC1S信号である。CはFと
の結合していない。また図11はこのときのAESの深
さ方向分析を示す。Cは1nm程度もない。この結果,A
lがほとんどエッチングされない圧力100mTorr の場
合においても,Siの場合に表面に5nm程度形成されて
エッチングを抑制する,フロロカーボン重合膜が形成さ
れないことがわかる。図12は圧力40mTorr でエッチ
ングしたW表面のXPSC1S信号である。W表面にもフ
ロロカーボン重合膜が堆積することを示している。
On the other hand, FIG. 10 shows an XPSC 1S signal on the Al surface after etching at a pressure of 100 mTorr. C is not bound to F. FIG. 11 shows the depth direction analysis of AES at this time. C is less than 1 nm. As a result, A
It can be seen that even in the case of a pressure of 100 mTorr where l is hardly etched, in the case of Si, a fluorocarbon polymer film, which is formed to a thickness of about 5 nm and suppresses etching, is not formed. FIG. 12 shows the XPSC 1S signal of the W surface etched at a pressure of 40 mTorr. It shows that the fluorocarbon polymer film is also deposited on the W surface.

【0055】このようにWをはじめ、Mo,C,MoS
iのようなフッ化物の蒸気圧が高い材料上にはフロロカ
ーボン重合膜が堆積することがわかる。またフロロカー
ボン重合膜が堆積する材料のエッチング速度はSiと同
様圧力依存性が小さく圧力100mTorr 以下でのエッチ
ング速度は20nm/min 以下である。
Thus, in addition to W, Mo, C, MoS
It can be seen that a fluorocarbon polymer film is deposited on a material having a high vapor pressure of fluoride such as i. The etching rate of the material on which the fluorocarbon polymer film is deposited has little pressure dependency like Si, and the etching rate at a pressure of 100 mTorr or less is 20 nm / min or less.

【0056】このように本発明の方法によれば、Al表
面をフッ化物の蒸気圧が高い材料で被覆しておくことに
よりAlのエッチングを防止することができることが確
認された。
As described above, according to the method of the present invention, it was confirmed that Al etching can be prevented by coating the Al surface with a material having a high vapor pressure of fluoride.

【0057】次に他の例として、Al薄膜上の絶縁膜に
CHF3 プラズマを使って接続孔を形成するエッチング
に際し、生成されたフッ化アルミニウムのスパッタエッ
チング速度が零か無視できる程度の圧力条件下(80〜
300mTorr )でエッチングを行うことにより、Al薄
膜のエッチングを抑制しながら選択性よくエッチングす
ることも可能である。
Next, as another example, in the etching for forming a contact hole in the insulating film on the Al thin film by using CHF 3 plasma, the sputter etching rate of aluminum fluoride produced is zero or negligible. Bottom (80 ~
By performing etching at 300 mTorr), it is possible to perform etching with good selectivity while suppressing the etching of the Al thin film.

【0058】この方法について図13を参照しつつ説明
する。
This method will be described with reference to FIG.

【0059】この方法では、Al薄膜上にフッ化物の蒸
気圧の高い材料の薄膜を形成してAlのエッチングを防
ぐのではなく、Al薄膜上のフッ化物がスパッタエッチ
されない程度の高い圧力下で絶縁物のエッチングを行う
ようにしたことを特徴とするものである。
According to this method, a thin film of a material having a high vapor pressure of fluoride is not formed on the Al thin film to prevent the etching of Al, but under a high pressure such that the fluoride on the Al thin film is not sputter-etched. It is characterized in that the insulator is etched.

【0060】まず、図13(a) に示すように、シリコン
基板100表面を覆う酸化シリコン膜101上にAl薄
膜102をスパッタリング法によって形成する。
First, as shown in FIG. 13A, an Al thin film 102 is formed on the silicon oxide film 101 covering the surface of the silicon substrate 100 by a sputtering method.

【0061】この後、図13(b) に示すように、このA
l薄膜102上にフォトリソグラフィ法を用いてレジス
トパターン104を形成する。
After this, as shown in FIG.
A resist pattern 104 is formed on the thin film 102 by photolithography.

【0062】次に、図13(c) に示すように、このレジ
ストパターン104をマスクとして、Cl2 ガスのRI
EでAl薄膜102をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 13C, using this resist pattern 104 as a mask, RI of Cl 2 gas is used.
The Al thin film 102 is etched with E.

【0063】さらにこのレジストパターン104をO2
プラズマエッチングで除去した後に、図13(d) に示す
ように、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silane)とO2
を用いたプラズマCVDによって酸化シリコン膜105
を形成する。
Further, the resist pattern 104 is changed to O 2
After removing by plasma etching, TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silane) and O 2 are removed as shown in FIG.
Silicon oxide film 105 formed by plasma CVD using
To form.

【0064】続いて、酸化シリコン膜105上にレジス
トパターンを形成し(図13(e) )、これをマスクとし
て、図2に示した装置を用い反応性ガスにCHF3 ガス
を用い、圧力100mTorr で酸化シリコン膜膜をエッチ
ングする(図13(f) )。このときAl薄膜102はエ
ッチングされることはない。
Subsequently, a resist pattern is formed on the silicon oxide film 105 (FIG. 13 (e)). Using this as a mask, CHF3 gas is used as the reactive gas and the pressure is 100 mTorr using the apparatus shown in FIG. The silicon oxide film is etched (FIG. 13 (f)). At this time, the Al thin film 102 is not etched.

【0065】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。例えばフッ化物の蒸気圧の高い導電
性薄膜は、Al表面に上述したW,Mo,B,Siなど
をイオン注入したものでも同様の効果がある。また酸化
膜のRIEに用いる反応性ガスはC,Fを含有するガス
でもあればよくCH2 2やCF4 +H2 ガスを用いて
も同様の効果がある。
The present invention is not limited to the above embodiments. For example, a conductive thin film having a high vapor pressure of fluoride has a similar effect even when the above-mentioned W, Mo, B, Si or the like is ion-implanted on the Al surface. The reactive gas used for RIE of the oxide film may be a gas containing C and F, and CH 2 F 2 or CF 4 + H 2 gas can be used to obtain the same effect.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上説明してきたように本発明の方法に
よれば、Al配線上に接続孔を開孔する際に、下地のA
lをエッチングすることなく、高精度の接続孔を形成す
ることができる。
As described above, according to the method of the present invention, when the connection hole is formed on the Al wiring, the underlayer A is formed.
It is possible to form a highly accurate connection hole without etching l.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例の接続孔形成工程で用いられる
エッチング装置を示す図
FIG. 1 is a view showing an etching apparatus used in a connection hole forming step according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例の接続孔形成工程を示す
FIG. 2 is a diagram showing a connection hole forming step according to the first embodiment of the present invention.

【図3】圧力とエッチング速度の関係を示す特性図FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between pressure and etching rate.

【図4】本発明の第2の実施例の接続孔形成工程を示す
FIG. 4 is a diagram showing a connection hole forming step according to the second embodiment of the present invention.

【図5】圧力とエッチング速度の関係を示す特性図FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between pressure and etching rate.

【図6】エッチング後の表面状態を表わす特性図FIG. 6 is a characteristic diagram showing a surface state after etching.

【図7】エッチング後の表面状態を表わす特性図FIG. 7 is a characteristic diagram showing a surface state after etching.

【図8】エッチング後の表面状態を表わす特性図FIG. 8 is a characteristic diagram showing a surface state after etching.

【図9】エッチング後の表面状態を表わす特性図FIG. 9 is a characteristic diagram showing a surface state after etching.

【図10】エッチング後の表面状態を表わす特性図FIG. 10 is a characteristic diagram showing a surface state after etching.

【図11】エッチング後の表面状態を表わす特性図FIG. 11 is a characteristic diagram showing a surface state after etching.

【図12】エッチング後の表面状態を表わす特性図FIG. 12 is a characteristic diagram showing a surface state after etching.

【図13】他の例の接続孔形成工程を示す図FIG. 13 is a diagram showing a connection hole forming step of another example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 シリコン基板 101 酸化シリコン膜 102 Al薄膜 103 W薄膜 104 レジストパターン 105 酸化シリコン膜 106 レジストパターン 107 コンタクト孔 100 Silicon Substrate 101 Silicon Oxide Film 102 Al Thin Film 103 W Thin Film 104 Resist Pattern 105 Silicon Oxide Film 106 Resist Pattern 107 Contact Hole

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アルミニウムを主成分とする膜の表面
に、フッ化物の蒸気圧の高い材料からなる膜を形成する
薄膜形成工程と、 この上層に絶縁膜を堆積する絶縁膜堆積工程と、 炭素とフッ素を含むガスを用い、圧力100mTorr 以下
で前記材料のエッチング速度がアルミニウムのエッチン
グ速度よりも小さくなる範囲で前記絶縁膜を選択的にエ
ッチングすることにより接続孔を開孔する開孔工程とを
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A thin film forming step of forming a film made of a material having a high vapor pressure of fluoride on the surface of a film containing aluminum as a main component, an insulating film depositing step of depositing an insulating film on the upper layer, and a carbon And a gas containing fluorine, and a step of opening a connection hole by selectively etching the insulating film in a range where the etching rate of the material is lower than the etching rate of aluminum at a pressure of 100 mTorr or less. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項2】 前記フッ化物の蒸気圧の高い材料からな
る膜は、タングステン,シリコン,モリブデン,カーボ
ンのうちの少なくとも1つを含むものであることを特徴
とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
2. The manufacturing of a semiconductor device according to claim 1, wherein the film made of a material having a high vapor pressure of fluoride contains at least one of tungsten, silicon, molybdenum, and carbon. Method.
【請求項3】 前記炭素とフッ素を含むガスは、CHF
3 ガスまたは、CHF3 とCOの混合ガスであることを
特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
3. The gas containing carbon and fluorine is CHF.
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the gas is 3 gas or a mixed gas of CHF 3 and CO.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006339633A (en) * 2005-06-01 2006-12-14 Hynix Semiconductor Inc Method of manufacturing semiconductor element

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