JPH05283407A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH05283407A
JPH05283407A JP8369892A JP8369892A JPH05283407A JP H05283407 A JPH05283407 A JP H05283407A JP 8369892 A JP8369892 A JP 8369892A JP 8369892 A JP8369892 A JP 8369892A JP H05283407 A JPH05283407 A JP H05283407A
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JP
Japan
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etching
insulating film
interlayer insulating
anisotropic dry
dry etching
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JP8369892A
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English (en)
Inventor
Masakatsu Kimizuka
正勝 君塚
Ban Nakajima
蕃 中島
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】シリコン基板(1)上の層間絶縁膜(2)上
に、所定の形状を有するレジスト膜(3)を形成し、次
に、第1の異方性ドライエッチングによりレジスト膜
(3)をマスクとして層間絶縁膜(2)をその膜厚の途
中までエッチングし、次に、第2の異方性ドライエッチ
ングによりレジスト膜(3)を所定の時間だけエッチン
グし、次に、第3の異方性ドライエッチングにより層間
絶縁膜(2)を所定の時間だけエッチングする構成。 【効果】層間接続孔のエッチング途中にレジスト膜のエ
ッチング工程を挿入することにより、層間接続孔の開口
上部を広く、かつ、テーパ状に形成することができるの
で、上層配線層の段差被覆性が向上し、断線防止に寄与
することができ、その結果、歩留りの向上を図ることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置のコンタク
トホールやスルーホール、すなわち、層間接続孔を形成
する半導体装置の製造方法に係り、特に、上記層間接続
孔の側壁部にテーパを形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、半導体装置の層間絶縁膜に微
細なコンタクトホールあるいはスルーホールを形成する
に当り、反応性イオンエッチング(RIE)法が広く利
用されている。
【0003】ところで、反応性イオンエッチング法で被
エッチング物をエッチングした場合、例えば、シリコン
基板上に形成されたシリコン酸化膜の上面にパターニン
グしたレジスト膜をマスクにして反応性イオンエッチン
グ法を行なった場合には、通常、シリコン酸化膜のエッ
チング断面が非常に急峻なものとなる。このようなエッ
チング方法をコンタクトホール形成時に用いた場合、後
続する金属配線層の堆積の際に、堆積膜厚がエッチング
断面の段差で非常に薄くなり、金属配線層の断線が生
じ、歩留りの低下および寿命低下を招くおそれがある。
【0004】また、コンタクトホールのテーパ加工法と
して、開口部の上方を等方エッチングによりテーパを形
成した後、異方性ドライエッチングにより底部まで開口
する方法や、レジスト膜と層間絶縁膜のエッチレート比
(両者のエッチング速度の比である選択比)をコントロ
ールしつつ、コンタクトホールを開口する方法などが提
案されている。
【0005】図2(a)〜(c)に、特開昭63−86
522号公報において開示された従来のコンタクトホー
ルの形成法の一例を示す。シリコン基板1上にソース/
ドレイン領域6−1、6−2を形成するとともに、ゲー
ト絶縁膜7を介してゲート電極8を形成し、これら各ソ
ース/ドレイン領域6−1、6−2、ゲート電極8の上
面にBPSG(ほう素添加リンシリコンガラス)からな
る層間絶縁膜2を形成し、この層間絶縁膜2の上面にパ
ターニングしたレジスト膜3を形成する(図2
(a))。次に、上記ソース/ドレイン領域6−1、6
−2上の上記層間絶縁膜2に等方性エッチングによりテ
ーパ9を形成し(図2(b))、次に、異方性ドライエ
ッチングによりコンタクトホール(層間接続孔)4を開
孔するようにしている(図2(c))。
【0006】図3(a)〜(d)に、従来のコンタクト
ホール形成法の別の例を示す。シリコン基板1上に層間
絶縁膜2を形成し、その上面にパターニングしたレジス
ト膜3を形成する(図3(a))。次に、反応性イオン
エッチング(RIE)装置などを用いた異方性ドライエ
ッチングにより、コンタクトホールを層間絶縁膜2の途
中までエッチングする(図3(b))。次に、レジスト
膜3に対する層間絶縁膜2のエッチレート比が小さくな
るようなエッチング条件を用いて残りの層間絶縁膜2を
エッチングすることにより図3(c)に示すように、開
口部にテーパ5を有するコンタクトホール4が形成さ
れ、最後に、レジスト膜3を除去すると図3(d)に図
示するようなテーパ状のコンタクトホールが形成され
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記図2
(a)〜(c)に示したテーパ状のコンタクトホールの
形成法においては、素子を微細化すると、上記テーパ部
9上に形成される配線層とゲート電極8との間の層間絶
縁膜2が薄くなり、耐圧が不足して集積回路の不良の原
因となっている。
【0008】また、上記図3(a)〜(d)に示した形
成方法においては、テーパ形成時のエッチング条件で、
シリコン基板1をオーバエッチングすると、シリコン基
板1のエッチング速度は比較的大きいために、シリコン
基板1に深い掘れ込みが生じる場合がある。この掘れ込
み量がソース/ドレイン領域の接合深さより大きくなる
と、素子特性は得られなくなり、半導体装置は不良とな
る。
【0009】本発明の目的は、層間接続孔の側壁にテー
パ状の段差を形成し、開口上部の径を大きく形成するこ
とができ、それにより上層配線層の断線防止に寄与し、
安定した高歩留りを得る半導体装置の製造方法を提供す
ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に形成し
た少なくとも1層からなる層間絶縁膜上に、所定の形状
を有するレジスト膜を形成する第1の工程と、第1の異
方性ドライエッチングにより、上記レジスト膜をマスク
として上記層間絶縁膜をその膜厚の途中までエッチング
する第2の工程と、第2の異方性ドライエッチングによ
り、上記レジスト膜を所定の時間だけエッチングする第
3の工程と、第3の異方性ドライエッチングにより、上
記層間絶縁膜を所定の時間だけエッチングする第4の工
程とを順次含んでなることを特徴とする。
【0011】
【作用】本発明では、層間接続孔のエッチング途中に、
レジスト膜のエッチング工程を挿入することにより、層
間接続孔の開口上部を広く、かつ、テーパ状に形成する
ことができ、上層配線層の段差被覆性の向上が図れ、断
線防止に寄与する。
【0012】
【実施例】図1(a)〜(e)は、本発明の半導体装置
の製造方法の一実施例を説明するための各工程における
形成構造の模造式的断面構造図である。
【0013】まず、シリコン基板1上に層間絶縁膜2を
形成し、この層間絶縁膜2の上面にレジスト膜3を塗布
形成し、レジスト膜3に層間接続孔開口用のレジストパ
ターン3aを形成する(第1の工程:図1(a))。
【0014】次に、レジストパターン3aを有するレジ
スト膜3をマスクにして層間絶縁膜2を第1の異方性ド
ライエッチング(プラズマ処理)によりエッチングす
る。第1の異方性ドライエッチングとしては、反応性イ
オンエッチング(RIE)を用い層間接続孔4を途中ま
で形成する。例えば、エッチングガスにCHF3とO2
混合ガスを用い、その混合比をCHF3/O2=100/
20sccm、圧力50mTorr、RF電力1200
Wとした場合、層間接続孔4の断面形状はほぼ垂直に形
成される。層間接続孔4の底部近傍では、パターン加工
精度を保持するため、断面形状を垂直に形成する必要が
あるが、側壁底部近傍以外では開口上部に向けて広がり
を持つテーパ状になることが望ましい。エッチングガス
の混合比を変えることにより、レジストに対する層間絶
縁膜のエッチレート比が変わるので、層間接続孔4のテ
ーパ加工が可能となる。例えば、上記エッチング条件で
垂直加工をした後、引き続いて、ガス流量比CHF3
2=80/150sccm、圧力50mTorr、R
F電力1000Wとした場合、層間接続孔4の断面形状
は上方でテーパ状、下方で垂直に形成される。上記垂直
およびテーパ加工は連続処理が可能であるため、これら
を第1の異方性ドライエッチングと称する(第2の工
程:図1(b))。なお、上記のようにエッチング条件
を変化させ、レジストと被加工物である層間絶縁膜との
エッチレート比を変えてテーパを付ける工程において
も、層間接続孔4の下方の垂直な孔がそのまま垂直にエ
ッチング加工が進むのは、異方性エッチングによりエッ
チングするためと、底部とテーパ部のエッチング速度が
等しいか、底部の方がテーパ部より速いためである。
【0015】次に、第2の異方性ドライエッチングによ
り、レジストパターン3aを有するレジスト膜3のみを
所定の時間エッチングする。第2の異方性ドライエッチ
ングとしては、レジスト膜3を制御性よくエッチングで
きることが必要である。例えば、RIEを用いて、エッ
チングガスにO2を使用した場合には、流量150sc
cm、圧力80mTorr、RF電力800Wのとき、
レジストパターン3aの横方向エッチング量は0.03
μm/分であり、片側0.1μmのレジスト後退を行う
場合には、レジストエッチング時間を3.3分とすれば
よい。しかし、RIE装置では、主に、シリコン酸化膜
やシリコン窒化膜などをエッチングする場合が多く、シ
リコン酸化膜やシリコン窒化膜のエッチング時に、チェ
ンバー内壁に付着した反応生成物が下地基板に影響を及
ぼす可能性があるため、これらの諸材料とレジスト膜の
加工を混用することはまれである。上記レジストエッチ
ング条件の場合には、シリコン酸化膜は30Å/分、P
形シリコン基板は15Å/分の割合でエッチングされ
る。第2の異方性ドライエッチングとして、このような
下地への影響を許容できない場合には、別の装置を使用
する必要がある。例えば、プラズマエッチング装置を用
いた場合、上記と同様にレジストパターンを0.1μm
後退させるには、O2流量:100sccm、圧力:
0.3Torr、RF電力:200Wで75秒エッチン
グすればよい。このようにして層間接続孔4上面周縁に
レジスト後退領域が形成される(第3の工程:図1
(c))。
【0016】次に、第3の異方性ドライエッチングによ
り、残存の層間絶縁膜2をエッチングする。第3の異方
性ドライエッチングとしては、第1の異方性ドライエッ
チングと同じRIEを用い、例えば、エッチングガスに
CHF3とO2の混合ガスを、その流量比をCHF3/O2
=100/10sccm、圧力50mTorr、RF電
力1200Wとする。この条件では、シリコン基板1に
対するシリコン酸化膜のエッチレート比は約10以上あ
り、層間絶縁膜2のオーバエッチングによりシリコン基
板の掘れ込み量は僅少である。また、第3の異方性ドラ
イエッチングを施すことによって、前工程の層間接続孔
4の側壁途中に形成された段差の突端部5はイオンのス
パッタ効果により、丸味をおび、テーパ化される(第4
の工程:図1(d))。
【0017】最後に、不要となったレジスト膜3をアッ
シング装置などにより除去する(図1(e))。
【0018】上記のような工程を有する本実施例の方法
では、層間接続孔4のエッチング途中に、レジスト膜3
のエッチング工程を挿入することにより、層間接続孔4
の開口上部を広く、かつ、テーパ状に形成することがで
き、第2図の従来例のように、配線層と電極との間の層
間絶縁膜に薄い部分や、第3図の従来例のように、基板
に深い堀れ込みが生じることなく、上層配線層の段差被
覆性の向上が図れ、断線防止に寄与することができる。
【0019】以上本発明を上記実施例に基づいて具体的
に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可
能であることは勿論である。例えば、上記実施例では、
第2の異方性ドライエッチングを1回行なった場合につ
いて説明したが、層間接続孔のテーパ形状をさらに平滑
化したい場合には、上記第3の工程と第4の工程のそれ
ぞれのエッチング時間を制御して、かつ、交互に複数回
行なうことによって実現できる。
【0020】また、上記実施例では、層間接続孔4とし
てコンタクトホールを例にあげて説明したが、図1
(a)〜(e)におけるシリコン基板1を配線層と置き
換えれば、スルーホールに関しても同様に適用できる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置の製造方法によれば、異方性ドライエッチング法を用
いて、所定の形状を有するレジスト膜をマスクにして、
層間絶縁膜をエッチングして層間接続孔を形成する際
に、層間接続孔のエッチング途中にレジスト膜のエッチ
ング工程を挿入することにより、層間接続孔の開口上部
を広く、かつ、テーパ状に形成することができるので、
上層配線層の段差被覆性が向上し、断線防止に寄与する
ことができ、その結果、歩留りの向上を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(e)は、本発明の半導体装置の製造
方法の一実施例の各工程における模式的構造断面図であ
る。
【図2】(a)〜(c)は、従来の層間接続孔のテーパ
形成方法における模式的構造断面図である。
【図3】(a)〜(d)は、従来の層間接続孔のテーパ
形成方法における模式的構造断面図である。
【符号の説明】
1…シリコン基板、2…層間絶縁膜、3…レジスト、3
a…レジストパターン、4…層間接続孔(コンタクトホ
ール、スルーホール)、5…段差の突端部、6−1、6
−2…ソース/ドレイン領域、7…ゲート絶縁膜、8…
ゲート電極、9…(等方性エッチングの)テーパ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に形成した少なくとも1層からなる
    層間絶縁膜上に、所定の形状を有するレジスト膜を形成
    する第1の工程と、第1の異方性ドライエッチングによ
    り、上記レジスト膜をマスクとして上記層間絶縁膜をそ
    の膜厚の途中までエッチングする第2の工程と、第2の
    異方性ドライエッチングにより、上記レジスト膜を所定
    の時間だけエッチングする第3の工程と、第3の異方性
    ドライエッチングにより、上記層間絶縁膜を所定の時間
    だけエッチングする第4の工程とを順次含んでなること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
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