JPH0519977B2 - - Google Patents
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- JPH0519977B2 JPH0519977B2 JP61076856A JP7685686A JPH0519977B2 JP H0519977 B2 JPH0519977 B2 JP H0519977B2 JP 61076856 A JP61076856 A JP 61076856A JP 7685686 A JP7685686 A JP 7685686A JP H0519977 B2 JPH0519977 B2 JP H0519977B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3105—After-treatment
- H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
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Description
【発明の詳細な説明】
A 産業上の利用分野
本発明はエツチング技術に関し、更に具体的に
は、物質層にエツチされた開孔のプロフイルを制
御するための方法に関する。
は、物質層にエツチされた開孔のプロフイルを制
御するための方法に関する。
B 従来の技術
半導体集積回路の製造では、下側領域に対する
接点を形成するための金属化処理の前に絶縁層に
ビアすなわち開孔が形成される。これらの開孔
は、その上に付着される金属層にできるだけ欠陥
が生じないようにするために、その縁部が丸みを
つけられたプロフイルを持つのが好ましい。開孔
の金属化に伴う1つの問題は、急激な段差プロフ
イルを持つた開孔の上に金属層を形成すると、し
ばしば段差部で金属層導体に断線が生じることで
ある。このような急激な段差を持つた開孔、すな
わち垂直あるいはそれに近い側壁を持つた開孔
は、典型的には、例えばプラズマまたは反応性イ
オン・エツチング・プロセスによつて絶縁層を異
方性エツチングしたときに生じる。
接点を形成するための金属化処理の前に絶縁層に
ビアすなわち開孔が形成される。これらの開孔
は、その上に付着される金属層にできるだけ欠陥
が生じないようにするために、その縁部が丸みを
つけられたプロフイルを持つのが好ましい。開孔
の金属化に伴う1つの問題は、急激な段差プロフ
イルを持つた開孔の上に金属層を形成すると、し
ばしば段差部で金属層導体に断線が生じることで
ある。このような急激な段差を持つた開孔、すな
わち垂直あるいはそれに近い側壁を持つた開孔
は、典型的には、例えばプラズマまたは反応性イ
オン・エツチング・プロセスによつて絶縁層を異
方性エツチングしたときに生じる。
絶縁層開孔のプロフイルは相互接続金属層の数
が増加するにつれて、また各金属層の厚さが減少
するにつれて一層重要となる。
が増加するにつれて、また各金属層の厚さが減少
するにつれて一層重要となる。
傾斜した側壁プロフイルを持つた開孔を形成す
るための1つの方法は、異方性プラズマ・エツチ
ングまたは反応性イオン・エツチングの期間にイ
オン衝撃エネルギを変えることである。しかしこ
の方法は複雑なプラズマ・エツチング反応装置を
必要とし、またプロフイルを正確に制御するのが
しばしば困難である。
るための1つの方法は、異方性プラズマ・エツチ
ングまたは反応性イオン・エツチングの期間にイ
オン衝撃エネルギを変えることである。しかしこ
の方法は複雑なプラズマ・エツチング反応装置を
必要とし、またプロフイルを正確に制御するのが
しばしば困難である。
従来技術によれば、プラズマ・エツチングで用
いられる反応性エツチヤント・ガス成分を制御し
て特定のエツチング速度および選択性を達成する
ための種々の方法が提案されている。例えば米国
特許第4174251号は炭化水素フオトレジスト・マ
スクを侵さずにこのマスクを通して窒化シリコン
層をエツチングするようにした、低圧プラズマ反
応装置のための2ステツプ・エツチング方法を示
している。この方法は、95:5のCF4:O2エツチ
ヤント・ガスを用い高いプラズマ電力レベルで窒
化シリコン層を途中までエツチングする予備エツ
チ・ステツプと、その後50:50のCF4:O2エツチ
ヤント・ガスを用いて低い電力レベルで残りの窒
化シリコン層をエツチングする主エツチ・ステツ
プとを用いている。
いられる反応性エツチヤント・ガス成分を制御し
て特定のエツチング速度および選択性を達成する
ための種々の方法が提案されている。例えば米国
特許第4174251号は炭化水素フオトレジスト・マ
スクを侵さずにこのマスクを通して窒化シリコン
層をエツチングするようにした、低圧プラズマ反
応装置のための2ステツプ・エツチング方法を示
している。この方法は、95:5のCF4:O2エツチ
ヤント・ガスを用い高いプラズマ電力レベルで窒
化シリコン層を途中までエツチングする予備エツ
チ・ステツプと、その後50:50のCF4:O2エツチ
ヤント・ガスを用いて低い電力レベルで残りの窒
化シリコン層をエツチングする主エツチ・ステツ
プとを用いている。
米国特許第3940506号は、特に低圧プラズマ反
応装置で使用するための技術として、プラズマ中
の水素のような還元成分の濃度調節によつてシリ
コンと二酸化シリコンまたは窒化シリコンの相対
的エツチング速度を制御する方法を示している。
水素は選択性を制御するのに用いられ、CHF3の
ような部分的に弗素を置換した炭化水素を用いる
ことによつてCF4エツチヤント・ガス混合物に加
えることができる。
応装置で使用するための技術として、プラズマ中
の水素のような還元成分の濃度調節によつてシリ
コンと二酸化シリコンまたは窒化シリコンの相対
的エツチング速度を制御する方法を示している。
水素は選択性を制御するのに用いられ、CHF3の
ような部分的に弗素を置換した炭化水素を用いる
ことによつてCF4エツチヤント・ガス混合物に加
えることができる。
米国特許第4324611号は高圧、高電力の単一ウ
エハ型反応装置において高いエツチング速度、高
い選択性およびフオトレジスト非破壊性を達成す
るためのガス混合物を示している。ガス混合物は
純粋な炭素−弗素よりなる主エツチング・ガスお
よびエツチングの選択性を制御する水素を含む2
次的なガスを含む。フオトレジスト・マスク層の
破壊を防止するため、ヘリウムを含む第3のガス
を含ませることができる。シリコン上の二酸化シ
リコンまたは窒化シリコンをプラズマ・エツチン
グする一実施例において、主ガスはC2F6であり、
2次的なガスはCHF3である。
エハ型反応装置において高いエツチング速度、高
い選択性およびフオトレジスト非破壊性を達成す
るためのガス混合物を示している。ガス混合物は
純粋な炭素−弗素よりなる主エツチング・ガスお
よびエツチングの選択性を制御する水素を含む2
次的なガスを含む。フオトレジスト・マスク層の
破壊を防止するため、ヘリウムを含む第3のガス
を含ませることができる。シリコン上の二酸化シ
リコンまたは窒化シリコンをプラズマ・エツチン
グする一実施例において、主ガスはC2F6であり、
2次的なガスはCHF3である。
C 発明が解決しようとする問題点
本発明の目的は、物質層のエツチ開孔のプロフ
イルを制御する改良された方法を提供することで
ある。
イルを制御する改良された方法を提供することで
ある。
D 問題点を解決するための手段
本発明は、エツチング・プロセス期間中の所定
の時点で反応性ガス成分の濃度を変えることによ
り絶縁層開孔のプロフイルを制御する。
の時点で反応性ガス成分の濃度を変えることによ
り絶縁層開孔のプロフイルを制御する。
本発明の一実施例においては、反応性ガス成分
の滞留時間が短いプラズマ反応装置に、CF4およ
びCHF3よりなるガス混合物が入れられる。炭化
水素のフオトレジスト・マスク層を介してシリコ
ン固体上の二酸化シリコン層をエツチングする場
合、CHF3の初期の%ガス濃度は二酸化シリコ
ン:フオトレジストのエツチング速度比を大きく
するように選択される。二酸化シリコン層を部分
的にエツチングした後、CHF3の%ガス濃度は二
酸化シリコン:フオトレジストのエツチング速度
比を減じるように下げられ、これにより、二酸化
シリコン層の最初の部分すなわち上側の部分では
ゆるい傾斜の側壁が形成され、下側の部分では急
勾配の側壁が形成される。このようにして、所望
のプロフイルを有する開孔が得られる。
の滞留時間が短いプラズマ反応装置に、CF4およ
びCHF3よりなるガス混合物が入れられる。炭化
水素のフオトレジスト・マスク層を介してシリコ
ン固体上の二酸化シリコン層をエツチングする場
合、CHF3の初期の%ガス濃度は二酸化シリコ
ン:フオトレジストのエツチング速度比を大きく
するように選択される。二酸化シリコン層を部分
的にエツチングした後、CHF3の%ガス濃度は二
酸化シリコン:フオトレジストのエツチング速度
比を減じるように下げられ、これにより、二酸化
シリコン層の最初の部分すなわち上側の部分では
ゆるい傾斜の側壁が形成され、下側の部分では急
勾配の側壁が形成される。このようにして、所望
のプロフイルを有する開孔が得られる。
E 実施例
二酸化シリコン(SiO2)のような絶縁層の反
応性プラズマ・エツチングでは、反応性ガス成分
として純粋なCF4ガスを用いた場合は炭化水素
(HC)フオトレジストにアンダカツトが生じな
いことが判明した。また、二酸化シリコンとHC
フオトレジストとのエツチング速度はほぼ0.97:
1である。更に、CHF3のような2次的なガスを
CF4に添加した場合エツチング速度比(SiO2/
HC)は第1図のように増加する。二酸化シリコ
ンとHCフオトレジストの実際のエツチング速度
は、(CHF3+CF4)ガス混合物に対するCHF3の
%ガス濃度の関数としてプロツトした場合は第2
図のようになる。。図示のように、二酸化シリコ
ンのエツチング速度は比較的狭い範囲で変化する
のに対して、HCフオトレジストのエツチング速
度はエツチヤント・ガス混合物へのCHF3の添加
量が増えると大巾に減少する。
応性プラズマ・エツチングでは、反応性ガス成分
として純粋なCF4ガスを用いた場合は炭化水素
(HC)フオトレジストにアンダカツトが生じな
いことが判明した。また、二酸化シリコンとHC
フオトレジストとのエツチング速度はほぼ0.97:
1である。更に、CHF3のような2次的なガスを
CF4に添加した場合エツチング速度比(SiO2/
HC)は第1図のように増加する。二酸化シリコ
ンとHCフオトレジストの実際のエツチング速度
は、(CHF3+CF4)ガス混合物に対するCHF3の
%ガス濃度の関数としてプロツトした場合は第2
図のようになる。。図示のように、二酸化シリコ
ンのエツチング速度は比較的狭い範囲で変化する
のに対して、HCフオトレジストのエツチング速
度はエツチヤント・ガス混合物へのCHF3の添加
量が増えると大巾に減少する。
第3図に示すように、二酸化シリコン:フオト
レジストのエツチング速度比が変わると、二酸化
シリコンの最終エツチ開孔の側壁傾斜角も変わ
る。エツチング速度比が小さい場合は水平に対す
る側壁の傾斜角が小さく、すなわち浅いエツチ開
孔プロフイルが得られ、これに対しエツチング速
度比が大きい場合は側壁の傾斜角が大きくなる、
すなわち急なエツチ開孔プロフイルが得られる。
レジストのエツチング速度比が変わると、二酸化
シリコンの最終エツチ開孔の側壁傾斜角も変わ
る。エツチング速度比が小さい場合は水平に対す
る側壁の傾斜角が小さく、すなわち浅いエツチ開
孔プロフイルが得られ、これに対しエツチング速
度比が大きい場合は側壁の傾斜角が大きくなる、
すなわち急なエツチ開孔プロフイルが得られる。
このように、エツチヤント・ガスにおける
CHF3の%濃度とエツチされる開孔の側壁の傾斜
角との関係を用いることにより、開孔プロフイル
を制御することができる。第4A図はシリコン固
体または他の下側層(図示せず)上に形成される
例えば二酸化シリコンの絶縁層10の一部を示し
ている。例示のため、層10の下部には、金属相
互接続層の一部である導体12が示されている。
層10の上にあるのは、例えば炭化水素フオトレ
ジストのマスク層14である。マスク層14は層
10をエツチングするためのマスク開孔16を有
する。マスク開孔16は周知のプロセスの任意の
もので形成できる。
CHF3の%濃度とエツチされる開孔の側壁の傾斜
角との関係を用いることにより、開孔プロフイル
を制御することができる。第4A図はシリコン固
体または他の下側層(図示せず)上に形成される
例えば二酸化シリコンの絶縁層10の一部を示し
ている。例示のため、層10の下部には、金属相
互接続層の一部である導体12が示されている。
層10の上にあるのは、例えば炭化水素フオトレ
ジストのマスク層14である。マスク層14は層
10をエツチングするためのマスク開孔16を有
する。マスク開孔16は周知のプロセスの任意の
もので形成できる。
第4B図は絶縁層10にエツチ開孔18を形成
した、エツチング・プロセス完了後の状態を示し
ている。開孔18の上側側壁部分はエツチング・
プロセスの初期の段階のときに高濃度のCHF3を
含むエツチヤント・ガスを用いることにより形成
される。第1図および第3図からわかるように、
CHF3の濃度が高い場合は二酸化シリコン層:フ
オトレジストのエツチング速度比が大きく、した
がつて側壁部分20は最初のうちは水平に対して
大きな傾斜角をなす。すなわち、初期の段階では
フオトレジスト層14よりも二酸化シリコン層1
0の方がはるかに速くエツチされるから、エツチ
ングは急な側壁を形成するように進行する。
した、エツチング・プロセス完了後の状態を示し
ている。開孔18の上側側壁部分はエツチング・
プロセスの初期の段階のときに高濃度のCHF3を
含むエツチヤント・ガスを用いることにより形成
される。第1図および第3図からわかるように、
CHF3の濃度が高い場合は二酸化シリコン層:フ
オトレジストのエツチング速度比が大きく、した
がつて側壁部分20は最初のうちは水平に対して
大きな傾斜角をなす。すなわち、初期の段階では
フオトレジスト層14よりも二酸化シリコン層1
0の方がはるかに速くエツチされるから、エツチ
ングは急な側壁を形成するように進行する。
例えば層10の半分の厚さのエツチングが済ん
だならば、CHF3のガス濃度が下げられる。この
場合エツチング速度比も減少するから、側壁の傾
斜角も減少する。すなわち、後半のエツチング段
階では、前半の段階よりも、二酸化シリコン層1
0のエツチング速度に対するフオトレジスト層1
4のエツチング速度が相対的に大きくなるから、
フオトレジスト層14の開孔が広がつて二酸化シ
リコン層10の露出表面積を大きくする。結果と
して、最初大きな傾斜角を持つていた上側側壁部
分20は最終的にはゆるい傾斜角を持ち、下側側
壁部分22はフオトレジスト層14の開孔の広が
りの影響を受けないから最終的には大きな傾斜角
を持つことになる。第4B図の例では、導体12
の上面が完全に露出したときエツチング・プロセ
スが完了する。
だならば、CHF3のガス濃度が下げられる。この
場合エツチング速度比も減少するから、側壁の傾
斜角も減少する。すなわち、後半のエツチング段
階では、前半の段階よりも、二酸化シリコン層1
0のエツチング速度に対するフオトレジスト層1
4のエツチング速度が相対的に大きくなるから、
フオトレジスト層14の開孔が広がつて二酸化シ
リコン層10の露出表面積を大きくする。結果と
して、最初大きな傾斜角を持つていた上側側壁部
分20は最終的にはゆるい傾斜角を持ち、下側側
壁部分22はフオトレジスト層14の開孔の広が
りの影響を受けないから最終的には大きな傾斜角
を持つことになる。第4B図の例では、導体12
の上面が完全に露出したときエツチング・プロセ
スが完了する。
このプロセスではCHF3の代わりに例えばC2F6
またはC3F8のような他の反応性ガス成分を使用
しても同様に制御することができる。
またはC3F8のような他の反応性ガス成分を使用
しても同様に制御することができる。
このプロセスの一例では、約15000Åの厚さの
フオトレジストに直径20000Åの開孔を設け、こ
のフオトレジスト開孔を介して、シリコン・ウエ
ハ上の厚さ2μのSiO2層を反応性イオン・エツチ
ングした。このエツチング・プロセスは、平行平
板型の単一ウエハ・プラズマ反応装置において、
RF周波数約13.56MHz、RF電力約200W、圧力約
1.0Torrで行なわれた。CHF3の初期のガス濃度
は約25%にされ、CHF3の最終ガス濃度は約5%
にされた。その結果、上側側壁の傾斜角は約30°
で、最終の下側側壁傾斜角は約85°であつた。全
エツチング時間は約2分であつた。このプロセス
は例えば容積40c.c.以下の比較的小さなプラズマ小
室を有する単一ウエハ型の高圧プラズマ反応装置
に特に適している。CHF3の濃度変化はエツチン
グ速度比を極めて高速に変化させるから、小室の
容積が小さいときはガス成分の滞留時間が短くな
つて、迅速に濃度変化を与えることができ、開孔
のプロフイルを精密に制御することが可能にな
る。上述したプロセス条件では、エツチング速度
比の変化は0.5秒以内で生じることが観察された。
フオトレジストに直径20000Åの開孔を設け、こ
のフオトレジスト開孔を介して、シリコン・ウエ
ハ上の厚さ2μのSiO2層を反応性イオン・エツチ
ングした。このエツチング・プロセスは、平行平
板型の単一ウエハ・プラズマ反応装置において、
RF周波数約13.56MHz、RF電力約200W、圧力約
1.0Torrで行なわれた。CHF3の初期のガス濃度
は約25%にされ、CHF3の最終ガス濃度は約5%
にされた。その結果、上側側壁の傾斜角は約30°
で、最終の下側側壁傾斜角は約85°であつた。全
エツチング時間は約2分であつた。このプロセス
は例えば容積40c.c.以下の比較的小さなプラズマ小
室を有する単一ウエハ型の高圧プラズマ反応装置
に特に適している。CHF3の濃度変化はエツチン
グ速度比を極めて高速に変化させるから、小室の
容積が小さいときはガス成分の滞留時間が短くな
つて、迅速に濃度変化を与えることができ、開孔
のプロフイルを精密に制御することが可能にな
る。上述したプロセス条件では、エツチング速度
比の変化は0.5秒以内で生じることが観察された。
エツチヤント・ガス濃度はエツチ・サイクル期
間に急激に変えられるから、エツチングされた開
孔プロフイルにはわずかな不連続が見られる。こ
のわずかな不連続は後の金属付着に影響を与える
ものではないが、CHF3の濃度を連続的に変える
ようにすれば、第4B図に示すように不連続性を
なくして、滑らかに変化するプロフイルを形成す
ることができる。これは例えばマイクロプロセツ
サまたはアナログ制御ループを用いることにより
容易に実施できる。
間に急激に変えられるから、エツチングされた開
孔プロフイルにはわずかな不連続が見られる。こ
のわずかな不連続は後の金属付着に影響を与える
ものではないが、CHF3の濃度を連続的に変える
ようにすれば、第4B図に示すように不連続性を
なくして、滑らかに変化するプロフイルを形成す
ることができる。これは例えばマイクロプロセツ
サまたはアナログ制御ループを用いることにより
容易に実施できる。
F 発明の効果
本発明によれば、マスク層の元の傾斜に関係な
く絶縁層のエツチ開孔プロフイルを正確に制御で
きる反応性プラズマ・エツチング方法を得ること
ができる。
く絶縁層のエツチ開孔プロフイルを正確に制御で
きる反応性プラズマ・エツチング方法を得ること
ができる。
第1図はCHF3の濃度の関数として表わした絶
縁層:フオトレジストのエツチング速度比を示す
グラフ表示図、第2図はCHF3の濃度の関数とし
て表わした絶縁層およびフオトレジスト層のエツ
チング速度を示すグラフ表示図、第3図は絶縁
層:フオトレジストのエツチング速度比の関数と
して表わしたエツチ開孔の傾斜角を示すグラフ表
示図、第4A図はエツチング前の状態を示す断面
図、および第4B図はエツチング後の状態を示す
断面図である。
縁層:フオトレジストのエツチング速度比を示す
グラフ表示図、第2図はCHF3の濃度の関数とし
て表わした絶縁層およびフオトレジスト層のエツ
チング速度を示すグラフ表示図、第3図は絶縁
層:フオトレジストのエツチング速度比の関数と
して表わしたエツチ開孔の傾斜角を示すグラフ表
示図、第4A図はエツチング前の状態を示す断面
図、および第4B図はエツチング後の状態を示す
断面図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 プラズマ・エツチングによつて二酸化シリコ
ン層に形成される開孔の上側側壁部分が下側側壁
部分よりもゆるい傾斜を持つようにプラズマ・エ
ツチ開孔のプロフイルを制御する方法にして、 上記開孔が形成されるべき位置に開孔を有する
フオトレジスト層を上記二酸化シリコン層上に形
成し、 CF4およびCHF3よりなるエツチヤント・ガス
中で上記二酸化シリコン層およびフオトレジスト
層をプラズマ・エツチングし、 上記プラズマ・エツチングの初期に、上記二酸
化シリコンと上記フオトレジストとのエツチング
速度比を大きくするようにCHF3のガス濃度を高
くし、しかる後、上記エツチング速度比を小さく
するようにCHF3のガス濃度を減少させることを
特徴とするプラズマ・エツチ開孔のプロフイルを
制御する方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/730,976 US4671849A (en) | 1985-05-06 | 1985-05-06 | Method for control of etch profile |
US730976 | 1985-05-06 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61256724A JPS61256724A (ja) | 1986-11-14 |
JPH0519977B2 true JPH0519977B2 (ja) | 1993-03-18 |
Family
ID=24937562
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP61076856A Granted JPS61256724A (ja) | 1985-05-06 | 1986-04-04 | プラズマ・エツチ開孔のプロフイルを制御する方法 |
Country Status (5)
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---|---|
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EP (1) | EP0201037B1 (ja) |
JP (1) | JPS61256724A (ja) |
CA (1) | CA1261785A (ja) |
DE (1) | DE3679933D1 (ja) |
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