JPH05326357A - Method for forming contact hole - Google Patents

Method for forming contact hole

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JPH05326357A
JPH05326357A JP4130876A JP13087692A JPH05326357A JP H05326357 A JPH05326357 A JP H05326357A JP 4130876 A JP4130876 A JP 4130876A JP 13087692 A JP13087692 A JP 13087692A JP H05326357 A JPH05326357 A JP H05326357A
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resist
exposure
film
insulating film
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義昭 三村
Shinji Aoyama
眞二 青山
Masakatsu Kimizuka
正勝 君塚
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Abstract

PURPOSE:To prevent that a resist film is reduced and that the controllability of the thermal deformation of a resist pattern becomes bad by a method wherein the title method is provided with the following: a press wherein an exposure operation is performed to the out-of-focus position and, in addition, an exposure operation and a developing operation are performed to the position of a focal point; and a process wherein UV rays are irradiated under a prescribed condition. CONSTITUTION:A out-of-focus exposure operation which is provided with a light intensity distribution 5 is performed only to a part in which a contact hole is former in a substrate, to be treated, which has been coated with a photoresist film 3 on a wafer which has been covered with an interlayer insulating film 2 on a semiconductor substrate 1. After that, a contact-hole pattern is exposed and developed; a contact-hole resist pattern 42 can be obtained without reducing the resist film. Then, before the interlayer insulating film 2 is RIE-treated, a resist taper angle is controlled and the smoothing treatment of a sidewall is executed under a prescribed UV curing condition; the taper working operation of the interlayer insulating film 2 is executed surely and with good controllability. Thereby, the contact hole can be adjusted with good accuracy, and a sidewall angle can be adjusted to an arbitray angle within a range of about 50 to 85 deg..

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、半導体製造プロセスに
於いて、金属配線間を接続させるコンタクトホールやス
ルーホール等の接続孔の形成方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming connection holes such as contact holes and through holes for connecting metal wirings in a semiconductor manufacturing process.

【0002】[0002]

【従来の技術】層間絶縁膜に形成するコンタクトホール
やスルーホールの断面形状は、孔径が2〜3μm と大き
い従来の場合は、垂直に形成するだけで十分であった。
しかし、素子寸法の微細化に伴って、最近当該孔径を
0.5〜1μm と小さくする必要性が生じてきている。
ところが、この様な小さな孔径の断面形状を従来通り垂
直のままとすると、孔の深さと孔径の比、即ちホールの
アスペクト比が1を越えることとなり、ホール形成工程
に続いて形成される上部配線形成工程に於いて、該ホー
ル側壁に配線素材が付着しにくくなる傾向があるため、
アルミニウム等の金属配線間の接続が不十分となり、こ
の結果、半導体装置の歩留まりが著しく低下する。微細
ホールでのこの様な不都合を回避するには、ホールの断
面形状を、通常表面側の孔径が徐々に広がったテーパ状
あるいは、2段階ないし3段階に広げたステップ状のホ
ール形状に加工すればよいことが一般に知られている。
2. Description of the Related Art In the conventional case where a contact hole or a through hole formed in an interlayer insulating film has a large hole diameter of 2 to 3 .mu.m, it is sufficient to form it vertically.
However, along with the miniaturization of the element size, it has recently become necessary to reduce the hole diameter to 0.5 to 1 μm.
However, if the cross-sectional shape of such a small hole diameter is kept vertical as in the conventional case, the ratio of the hole depth to the hole diameter, that is, the aspect ratio of the hole exceeds 1, so that the upper wiring formed after the hole forming step is formed. In the forming process, the wiring material tends to be less likely to adhere to the side wall of the hole,
The connection between metal wirings such as aluminum is insufficient, and as a result, the yield of semiconductor devices is significantly reduced. In order to avoid such an inconvenience in the case of a fine hole, the sectional shape of the hole is usually processed into a tapered shape in which the diameter of the hole on the surface side gradually widens or a stepped hole shape in which the hole diameter is widened in two or three stages. It is generally known that it is good.

【0003】この様な形状のコンタクトホールやスルー
ホールを得る加工方法として、これまで、(1)RIE
加工法とウェットエッチ法(或いはプラズマエッチ法)
の組合わせ、(2)RIE加工時のレジストマスクの後
退を利用したテーパないしステップ加工法、が考案され
ている。加工法(1)では、被加工層の1/2〜2/3
程度の深さまでRIE加工法で垂直に加工した後、残り
をウェットエッチ法或いはプラズマエッチ法で等方的に
加工することにより、被加工層の表面側の孔径が広がっ
たテーパ状のホール形状を得るものであり、加工順序を
逆転させてもほぼ同様の結果を得ることが出来ることが
知られている。この方法は、レジストパタンの断面形状
に特段の工夫を必要としないことから、テーパ状のホー
ル形状を得るにもっとも簡便な方法と言えるが、ウェッ
トエッチ法等の等方性エッチ法を使用するため、ホール
の寸法や断面形状を精密にコントロールすることが原理
的に不得意であり、従って、高精度の寸法制御性を必要
とする孔径1μm 以下のコンタクトホールないしスルー
ホールの加工に適用するのが困難である欠点を有する。
As a processing method for obtaining a contact hole or a through hole having such a shape, (1) RIE has been used so far.
Processing method and wet etching method (or plasma etching method)
And (2) a taper or step processing method utilizing recession of the resist mask during RIE processing has been devised. In the processing method (1), 1/2 to 2/3 of the layer to be processed
After vertically machining to a depth of about a depth by the RIE processing method, the remaining isotropically processed by the wet etching method or the plasma etching method to form a tapered hole shape in which the hole diameter on the surface side of the processed layer is widened. It is known that almost the same result can be obtained even if the processing order is reversed. Since this method does not require any special measures for the cross-sectional shape of the resist pattern, it can be said that this method is the simplest method for obtaining a tapered hole shape, but because an isotropic etching method such as a wet etching method is used. In principle, we are not good at precisely controlling the size and cross-sectional shape of holes, so it is suitable for processing contact holes or through holes with a hole diameter of 1 μm or less that requires high-precision dimension controllability. It has the drawback of being difficult.

【0004】他方、上記の加工法(2)の範疇に含まれ
る方法として、(A)レジストパタンの断面形状を特段
に制御しない方法、と制御する方法として、(B)全面
露光法や、(C)熱フロー法等に大別される。(A)の
方法は、通常の方法でレジスト膜にホールパタンを形成
した後、レジスト膜下の層間絶縁膜をRIE加工する。
この際、(イ)絶縁膜が効率よくエッチングされ、レジ
スト膜は殆どエッチングされないガス組成で(例えば、
CHF3 )、まず絶縁膜の途中の深さまで垂直にエッチ
ング加工した後、(ロ)絶縁膜とレジスト膜の両方が効
率よくエッチングされるCHF3 とO2 の混合ガス雰囲
気で残りの深さ分の絶縁膜をRIE加工する。以上の工
程で絶縁膜表面側の開口径が広がったテーパ状の断面形
状を有するコンタクトホールが完成する。上記(ロ)の
ステップにおいて、テーパ状に加工される理由は、絶縁
膜と同時にレジスト膜をエッチングする過程において、
レジストパタンエッジが徐々に後退するためである。こ
のエッジの後退量:△Tは、レジストパタン断面の傾斜
角:θR とレジスト膜のエッチング量:ER との間にお
およそ△T=ER /tan θR の関係が成り立つ。したが
って、短時間で所望のエッジ後退量を得、寸法精度並び
によく制御されたテーパ状の断面プロファイルを安定に
得るためには、レジスト膜上のホール径を所望の値に精
密に保持しつつ、かつレジストパタン傾斜角θR を適切
な値に制御する必要があることが分かる。
On the other hand, as a method included in the category of the above processing method (2), (A) a method of not controlling the cross-sectional shape of the resist pattern particularly, and (B) a whole surface exposure method or ( C) It is roughly classified into heat flow method and the like. In the method (A), after forming a hole pattern in the resist film by a usual method, the interlayer insulating film under the resist film is subjected to RIE processing.
At this time, (a) the insulating film is efficiently etched, and the resist film is hardly etched (for example,
CHF 3 ), first, etching is performed vertically up to a depth in the middle of the insulating film, then (b) both the insulating film and the resist film are efficiently etched, and the remaining depth is set in the mixed gas atmosphere of CHF 3 and O 2. RIE processing is performed on the insulating film. Through the above steps, a contact hole having a tapered cross-sectional shape in which the opening diameter on the insulating film surface side is widened is completed. In the above step (b), the reason why it is processed into a tapered shape is that in the process of etching the resist film at the same time as the insulating film,
This is because the resist pattern edge gradually recedes. The receding amount of the edge: ΔT has a relation of approximately ΔT = ER / tan θR between the inclination angle of the resist pattern cross section: θR and the etching amount of the resist film: ER. Therefore, in order to obtain a desired amount of edge receding in a short time and stably obtain a dimensional accuracy and a well-controlled tapered cross-sectional profile, while precisely maintaining the hole diameter on the resist film at a desired value, Moreover, it is understood that the resist pattern inclination angle θR needs to be controlled to an appropriate value.

【0005】上記(A)の方法では、寸法精度は良好に
維持できる半面、レジストパタンの傾斜角θR が一般に
80〜85゜と大きいため、典型的なエッジ後退量0.
2μm を得るためには、レジスト膜のエッチ量ER が
1.1〜2.3μm とかなり厚くなるため、レジスト塗
布膜厚を2.5μm 以上に設定する必要がある。この様
な厚いレジスト膜に孔径1μm 以下のコンタクトホール
を高精度に形成することは容易ではない上、レジスト後
退量0.2μm を加工するために長時間を必要とし、か
つθR の僅かな変動で△Tの値が大きく変動することか
ら、高精度のコンタクトホールを再現性よく加工するの
が困難である欠点がある。
In the above method (A), the dimensional accuracy can be maintained well, but the inclination angle θR of the resist pattern is generally as large as 80 to 85 °.
In order to obtain 2 .mu.m, the etching amount ER of the resist film becomes considerably large at 1.1 to 2.3 .mu.m, so it is necessary to set the resist coating film thickness to 2.5 .mu.m or more. It is not easy to form a contact hole with a hole diameter of 1 μm or less in such a thick resist film with high accuracy, and it takes a long time to process the resist receding amount of 0.2 μm, and a slight fluctuation of θR Since the value of ΔT fluctuates greatly, there is a drawback that it is difficult to process a highly accurate contact hole with good reproducibility.

【0006】それに対し、(B)の全面露光法はパタン
の露光に先立ち、予めレジスト全面にパタン露光の露光
量の数分の1の少量の露光量で露光することにより、レ
ジスト表層部の現像液に対する溶解速度を高めることに
よって、現像後のホールの断面形状をテーパ状にしよう
とするものである。この方法は、比較的簡単な工程で理
想に近いホール形状を得ることが可能である反面、全面
露光工程により、レジスト塗布膜の膜べりを原理的に防
止することは出来ない。しかも表面に凹凸があり、かつ
反射率の高いアルミ配線部と反射率の低い非アルミ配線
部が混在している実際のLSIウェハに本方法を適用し
た場合、ウェハの局部的な状態に対応した反射光強度の
局部的な片よりにより、レジスト膜べりに局部的な片よ
りが生じ、この結果レジスト膜厚が次工程のエッチング
加工のマスクとして耐えられないほど薄い箇所が発生す
る恐れがある。この方法は、現像過程で生ずるレジスト
膜べりを考慮して、(A)法と同様に予め厚いレジスト
膜厚が必要である上、上述したようにホール形状やレジ
スト膜厚が下地基板によって影響され易く、寸法精度が
出しにくい等の難点が指摘されている。
On the other hand, in the whole surface exposure method of (B), prior to the pattern exposure, the entire surface of the resist is exposed with a small exposure amount which is a fraction of the exposure amount of the pattern exposure to develop the resist surface layer portion. By increasing the dissolution rate with respect to the liquid, the hole after development is made to have a tapered cross-sectional shape. With this method, it is possible to obtain a near-ideal hole shape with a relatively simple process, but on the other hand, it is impossible in principle to prevent film slippage of the resist coating film due to the entire surface exposure process. Moreover, when this method was applied to an actual LSI wafer that had unevenness on the surface, and had aluminum wiring parts with high reflectance and non-aluminum wiring parts with low reflectance mixedly, it corresponded to the local condition of the wafer. A local piece of the reflected light intensity causes a local piece in the resist film slip, and as a result, a portion where the resist film thickness is too thin to withstand as a mask for the etching process in the next step may occur. This method requires a thick resist film thickness in advance as in the method (A) in consideration of the resist film slippage that occurs during the development process, and as described above, the hole shape and the resist film thickness are affected by the underlying substrate. It has been pointed out that it is easy and the dimensional accuracy is difficult to obtain.

【0007】(C)の熱フロー法は、通常の露光方法で
断面形状が円筒状のレジストホールパタンを形成した
後、ホットプレート等の加熱装置により、ウェハをレジ
スト材料の主成分であるクレゾールノボラック樹脂の熱
変形温度以上の140〜180℃程度に加熱して、レジ
ストパタンを熱変形させることによって、レジストパタ
ン断面形状を円筒状からテーパ状に変形させることを基
本としている。この方法は、工程が簡単である反面、レ
ジストの熱変形を利用しているため、下地段差やホール
径、レジスト膜厚等の僅かな違いによって、熱変形の状
態が大きく影響されるため、一般に制御性に乏しく、孔
径や孔のテーパ形状制御に再現性の良好な結果は期待で
きない。このため、ホール径が1.5μm 以上の比較的
大きなホール形成法としては使用できるが、ホール径の
厳密な制御性が要求される1μm 以下の微細なホール形
成法としては実用困難である。
In the heat flow method (C), a resist hole pattern having a cylindrical cross section is formed by an ordinary exposure method, and then the wafer is heated by a heating device such as a hot plate to make cresol novolac which is the main component of the resist material. Basically, the cross-sectional shape of the resist pattern is deformed from a cylindrical shape to a tapered shape by heating the resin pattern to 140 ° C. to 180 ° C., which is higher than the thermal deformation temperature of the resin, to thermally deform the resist pattern. Although this method is simple in process, it uses the thermal deformation of the resist, and therefore the state of thermal deformation is greatly affected by slight differences in the underlying step, hole diameter, resist film thickness, etc. The controllability is poor, and results with good reproducibility cannot be expected for controlling the hole diameter and hole taper shape. Therefore, although it can be used as a relatively large hole forming method having a hole diameter of 1.5 μm or more, it is not practically applicable as a fine hole forming method of 1 μm or less in which strict controllability of the hole diameter is required.

【0008】他方、本発明の露光方法と類似した露光法
としてFLEX法が知られている(特開昭58−174
46号、特開昭63−42122号、特開昭63−17
7420号)。この露光方法は焦点を変えながら露光す
る点に関しては、本発明の非焦点露光/焦点露光を行う
点類似しているが、上記FLEX法はその特許出願明細
書に明記してあるように、その発明の目的は「実効的焦
点裕度」の拡大であり、本発明の目的とはまったく異な
っている。
On the other hand, the FLEX method is known as an exposure method similar to the exposure method of the present invention (JP-A-58-174).
46, JP-A-63-42122, JP-A-63-17
7420). This exposure method is similar to the non-focus exposure / focal exposure of the present invention in that the exposure is performed while changing the focus, but the FLEX method is used as described in the specification of the patent application. The purpose of the invention is to expand the "effective focus latitude", which is quite different from the purpose of the present invention.

【0009】図4は従来技術の代表例である全面露光法
の工程を説明するための図であり、工程順に順次説明す
る。図4中、1は基板、2は層間絶縁膜、3はレジスト
膜、21はRIE加工で層間膜に膜減りが生ずる全面露
光法で形成した層間絶縁膜、23はレジスト膜厚不足に
よって生じた層間膜の膜減り量、31は全面露光膜減り
が生じたホール形成後のレジスト膜、41は全面露光法
で形成したレジスト膜減りが大きいホールレジストパタ
ンである。
FIG. 4 is a diagram for explaining the steps of the overall exposure method, which is a typical example of the prior art, and will be sequentially described in the order of steps. In FIG. 4, 1 is a substrate, 2 is an interlayer insulating film, 3 is a resist film, 21 is an interlayer insulating film formed by a total exposure method that causes film loss in the interlayer film by RIE processing, and 23 is caused by insufficient resist film thickness. The amount of reduction of the interlayer film, 31 is the resist film after hole formation where the overall exposure film reduction has occurred, and 41 is the hole resist pattern formed by the overall exposure method with a large reduction of the resist film.

【0010】即ち、図4(a)に示すように、半導体基
板1上に層間絶縁膜2が被覆されているウェハ上にホト
レジスト膜3を塗布した被加工基板に、図4(b)に示
すようにレジスト膜3全面にこの後で実施されるコンタ
クトホール形成時の露光量の数分の1の弱い露光量で露
光した後、上記コンタクトホール形成のための本露光を
行い、既知の方法により、現像を行い、所望のコンタク
トホールレジストパタン41を形成する。この方法では
原理的にレジスト膜3に大きな膜減り△TB が生じる。
この膜減り量は全面露光量に大きく依存し、かつ、コン
タクトホールレジストパタン41の側壁傾斜角θR を所
望の角度である60゜程度に調節すると、当該膜べり量
がレジスト塗布膜厚の50%程度に達し、コンタクトホ
ールレジストパタン41形成後のレジスト膜31の膜厚
が半減してしまい、以後の層間膜加工工程でレジスト膜
厚不足という当該方法の本質的な欠点が生じてしまう。
That is, as shown in FIG. 4A, a wafer having a semiconductor substrate 1 covered with an interlayer insulating film 2 and a photoresist film 3 applied on a wafer is shown in FIG. 4B. As described above, after exposing the entire surface of the resist film 3 with a weak exposure amount which is a fraction of the exposure amount when the contact hole is formed thereafter, the main exposure for forming the contact hole is performed by a known method. Then, development is performed to form a desired contact hole resist pattern 41. In this method, a large film loss ΔTB occurs in the resist film 3 in principle.
The amount of film reduction largely depends on the total exposure amount, and when the side wall inclination angle θR of the contact hole resist pattern 41 is adjusted to a desired angle of about 60 °, the amount of film reduction is 50% of the resist coating film thickness. The film thickness of the resist film 31 after the contact hole resist pattern 41 is formed is reduced to half, and an essential defect of the method occurs that the resist film thickness is insufficient in subsequent interlayer film processing steps.

【0011】層間絶縁膜2をRIE加工する前に、図4
(c)に示すような特別なUVキュア条件によるレジス
トパタンの熱フローと光硬化反応のバランスを旨く利用
して、レジストテーパ角の制御と側壁の平滑化処理を実
施することにより、層間絶縁膜のテーパ加工をより確実
に、かつ制御性よく実施することが出来る。
Before performing the RIE process on the interlayer insulating film 2, as shown in FIG.
By making good use of the balance between the heat flow of the resist pattern and the photo-curing reaction under the special UV curing condition as shown in (c), the resist taper angle is controlled and the side wall smoothing process is performed, whereby the interlayer insulating film is formed. The taper machining can be performed more reliably and with good controllability.

【0012】以上説明した工程により、コンタクトホー
ルレジストパタン41を形成した後、図4(d)に示す
ようにRIE加工装置により、層間絶縁膜2をエッチン
グし、所望のテーパ形状のコンタクトホールないしスル
ーホールを得ることに依って、一連の工程が完了する。
図4(d)に示す従来の全面露光方式の場合、レジスト
膜減りが原理的に避けられないために、層間絶縁膜のR
IE加工の工程で、レジスト膜31の厚さ不足により、
RIE加工中にレジスト膜を消失し、その結果、露出し
た層間絶縁膜21が削られて薄くなり、層間絶縁不良を
発生させる恐れが増大すると言う致命的な欠点を生じや
すい。
After the contact hole resist pattern 41 is formed by the steps described above, the interlayer insulating film 2 is etched by the RIE processing apparatus as shown in FIG. 4D, and a desired tapered contact hole or through hole is formed. A series of steps is completed by obtaining the holes.
In the case of the conventional full-face exposure method shown in FIG. 4D, the reduction of the resist film cannot be avoided in principle.
In the process of IE processing, due to the insufficient thickness of the resist film 31,
The resist film disappears during the RIE process, and as a result, the exposed interlayer insulating film 21 is shaved and thinned, which is apt to cause a fatal defect that the risk of causing interlayer insulating failure increases.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来技術の最大の欠点である全面露光によるレジスト膜減
りの問題を解決し、かつ、従来技術法の最大の欠点であ
るレジストパタン熱変形の制御性不良の問題を解決し
た、新規な接続孔テーパ加工用レジストプロファイル制
御技術を用いた接続孔の形成方法を提供することを目的
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problem of the reduction of the resist film due to the entire surface exposure, which is the greatest drawback of the conventional technique, and the resist pattern thermal deformation, which is the greatest disadvantage of the conventional technique. It is an object of the present invention to provide a method of forming a connection hole using a novel resist profile control technology for tapering a connection hole, which solves the problem of poor controllability.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、半導体装置の製造プロセスにおいて層間絶
縁膜に孔をあけて金属配線間を接続させる接続孔の形成
工程中の投影露光方式を用いた光露光工程において、非
焦点位置で露光したのちに続いて焦点位置で露光するこ
とにより、焦点位置を同一箇所で少なくとも2度以上替
えながら露光した後、現像する第1の工程と、これに引
続き、基板温度を徐々に上げながらUV光を照射する第
2の工程とを有することを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the present invention provides a projection exposure method during a step of forming a connection hole for connecting metal wires by forming a hole in an interlayer insulating film in a semiconductor device manufacturing process. In the light exposure step using, a first step of developing after performing exposure at a non-focus position and then at a focus position, changing the focus position at least twice at the same position, and then developing. This is followed by a second step of irradiating with UV light while gradually raising the substrate temperature.

【0015】[0015]

【作用】本発明による接続孔の形成方法を使用すること
により、サブミクロンサイズの当該ホールを精度良く、
かつホール側壁角をおおよそ50゜〜85゜程度の範囲
内の任意の角度に調節することが可能である。従って、
通常LSIのメタル層間の接続に使用されるコンタクト
ホールやスルーホールの側壁に傾斜をつけたいわゆるテ
ーパ状のホールを広いプロセスマージンをもって、安定
して形成することが可能であり、これによって、コンタ
クトホールまたはスルーホール内部への配線金属の被覆
性が向上して、当該ホールの接続抵抗が低減して、接続
の信頼性が向上すると共に接続歩留まりが大幅に改善さ
れる結果、LSIの製造歩留まりが大幅に改善される利
点がある。
By using the method of forming a connection hole according to the present invention, a submicron size hole can be accurately formed,
In addition, the side wall angle of the hole can be adjusted to any angle within the range of approximately 50 ° to 85 °. Therefore,
It is possible to stably form a so-called tapered hole having a side wall of a contact hole or a through hole which is usually used for connection between metal layers of an LSI with a wide process margin. Alternatively, the coverage of the wiring metal inside the through hole is improved, the connection resistance of the hole is reduced, the connection reliability is improved, and the connection yield is significantly improved. As a result, the LSI manufacturing yield is significantly increased. Has the advantage of being improved.

【0016】[0016]

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

【0017】図1は本発明の原理と工程を説明するため
の断面図であり、工程順に順次説明する。図1中、1は
基板、2は層間絶縁膜、3はレジスト膜、5は非焦点露
光時の光の強度分布、22は膜減りが生じていない本発
明による層間絶縁膜加工後の層間絶縁膜、32はレジス
ト膜減りが原理的に生じていない本発明によってホール
を形成した後のレジスト膜、42は本発明で形成したレ
ジスト膜減りのないホールレジストパタンである。
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the principle and steps of the present invention, which will be sequentially described in the order of steps. In FIG. 1, 1 is a substrate, 2 is an interlayer insulating film, 3 is a resist film, 5 is a light intensity distribution during non-focus exposure, and 22 is an interlayer insulating film after the interlayer insulating film is processed according to the present invention in which no film reduction occurs. A film, 32 is a resist film after formation of holes according to the present invention in which the resist film is not reduced in principle, and 42 is a hole resist pattern formed by the present invention with no reduction in resist film.

【0018】即ち、図1(a)に示すように、半導体基
板1上に層間絶縁膜2が被覆されているウェハ上にホト
レジスト膜3を塗布した被加工基板のコンタクトホール
を形成する部分のみに、光の強度分布5を有する非焦点
露光を行った後、所望のコンタクトホールパタンを露光
したのに引続き、従来技術で説明したと同様の条件で現
像処理を行い、所望のコンタクトホールレジストパタン
42を得る。この方法では、コンタクトホール回りのレ
ジスト膜のみしか露光されていないので、図1(b)の
レジスト現像後のレジスト膜厚は、原理的に塗布膜厚に
ほぼ等しく、図4(b)で説明したようなレジスト膜減
りを生じない。図1(a)において、コンタクトホール
をホトレジスト膜上に露光する方法には、通常ステッパ
とよばれる縮少投影露光装置を使用する。とくに、本発
明において、コンタクトホール露光に先だってなされ、
かつ本発明の根幹をなす非焦点露光の実施方法及びその
条件について以下に詳細に説明する。
That is, as shown in FIG. 1A, only a portion where a contact hole of a substrate to be processed in which a photoresist film 3 is coated on a wafer in which a semiconductor substrate 1 is covered with an interlayer insulating film 2 is formed. After performing the non-focus exposure having the light intensity distribution 5, the desired contact hole pattern is exposed, and subsequently, the development process is performed under the same conditions as described in the related art to obtain the desired contact hole resist pattern 42. To get In this method, since only the resist film around the contact hole is exposed, the resist film thickness after resist development in FIG. 1B is, in principle, almost equal to the coating film thickness, which will be described with reference to FIG. 4B. The reduction of the resist film as described above does not occur. In FIG. 1A, a reduced projection exposure apparatus usually called a stepper is used for the method of exposing the contact hole on the photoresist film. In particular, in the present invention, it is done prior to the contact hole exposure,
In addition, the method of performing non-focus exposure and the conditions therefor, which form the basis of the present invention, will be described in detail below.

【0019】図2にコンタクトホールレジストパタンの
テーパ形状を制御するための非焦点露光の相対露光量と
当該レジストパタンの側壁傾斜角θR の関係を示す。こ
こで、相対露光量とは、ポジ型ホトレジスト膜に所定の
現像条件で開孔するに必要な最小の露光量で定義される
閾値露光量を1としたときの相対露光量である。この場
合の設計値0.5〜1μm 径のコンタクトホールに対す
る非焦点露光の後で実施される焦点露光の相対露光量は
約3倍が適正である。また、レジストパタンにテーパを
つけるために必要な非焦点露光の範囲は、コンタクトホ
ールの設計上の寸法の3倍程度の直径になるよう露光条
件を定めるのがよい。NA0.54のg線ステッパで非
焦点露光を実施した場合、当該露光位置は−1.5〜−
2.5μm (被露光基板から遠ざかる側に焦点を結ばせ
る方向がマイナス側の焦点位置である)が適当である。
図2は上記条件に於いて、非焦点露光の露光量と、それ
によって得られたコンタクトホールレジストパタンの側
壁傾斜角θR の関係を示したものである。非焦点露光の
露光量が2以下の場合は、θR は約85゜一定であり、
それ以上の露光量で、露光量に依存して、θR が低減し
始め、相対露光量4にすると、テーパ角は約70゜に出
来る。それ以上に非焦点露光量を増やすと、側壁角を徐
々に低下(より大きなテーパ角が得られる)出来るが、
(1)スループットが低下する。(2)コンタクトホー
ル径が大きくなり成りすぎ、かつ寸法精度の劣化が顕著
になる。等の欠点が目だつようになるため、4前後の値
が一般にもっとも合理的結果が得られる。
FIG. 2 shows the relationship between the relative exposure amount of non-focus exposure for controlling the taper shape of the contact hole resist pattern and the side wall inclination angle θR of the resist pattern. Here, the relative exposure amount is a relative exposure amount when the threshold exposure amount defined by the minimum exposure amount required for opening holes in the positive photoresist film under a predetermined developing condition is 1. In this case, it is appropriate that the relative exposure amount of the focus exposure performed after the non-focus exposure for the contact hole having the designed value of 0.5 to 1 μm is about 3 times. In addition, it is preferable that the range of non-focus exposure required to taper the resist pattern be determined so that the diameter is about three times the designed size of the contact hole. When non-focus exposure is performed with a g-line stepper with NA 0.54, the exposure position is -1.5 to-.
2.5 μm (the direction of focusing on the side away from the substrate to be exposed is the minus focus position) is suitable.
FIG. 2 shows the relationship between the exposure amount of non-focus exposure and the side wall inclination angle θR of the contact hole resist pattern obtained thereby under the above conditions. If the amount of non-focus exposure is 2 or less, θR is approximately 85 °,
At higher exposure doses, θR starts to decrease depending on the exposure dose, and when the relative exposure dose is 4, the taper angle can be about 70 °. If the non-focus exposure amount is increased more than that, the side wall angle can be gradually reduced (a larger taper angle can be obtained).
(1) Throughput decreases. (2) The contact hole diameter becomes too large, and the dimensional accuracy is significantly deteriorated. Values around 4 generally give the most reasonable results, since such drawbacks become noticeable.

【0020】この状態から、図1(d)に示すように層
間絶縁膜3をRIE加工して、テーパ状コンタクトホー
ルを得ることが出来るが、この場合、側壁角θE が所望
の値まで小さく制御するのが難しい。テーパ状ホールの
側壁が滑らかでない。等の欠点があるため、層間絶縁膜
2をRIE加工する前に、図1(c)に示すような特別
なUVキュア条件によるレジストパタンの熱フローと光
硬化反応のバランスを旨く利用して、レジストテーパ角
の制御と側壁の平滑化処理を実施することにより、層間
絶縁膜のテーパ加工をより確実に、かつ制御性よく実施
することが出来る。
From this state, a tapered contact hole can be obtained by RIE processing the interlayer insulating film 3 as shown in FIG. 1D. In this case, the side wall angle θE is controlled to a desired value. Difficult to do. The side wall of the tapered hole is not smooth. Therefore, before performing the RIE process on the interlayer insulating film 2, by utilizing the balance between the heat flow of the resist pattern and the photo-curing reaction under the special UV curing condition as shown in FIG. By controlling the resist taper angle and smoothing the side wall, the taper process of the interlayer insulating film can be performed more reliably and with good controllability.

【0021】そこで、上記UVキュア条件の処理条件依
存性について、実測データを基に説明する。図3−
(a)はUVキュア処理条件のチャート図の代表例を示
したものである。UVキュア処理の標準的な処理条件は
以下の通りである。
Therefore, the processing condition dependency of the UV curing conditions will be described based on the measured data. Figure 3-
(A) shows a typical example of a chart of UV curing treatment conditions. The standard processing conditions for UV curing are as follows.

【0022】当該基板を110℃に加熱されている基板
ホルダに載せ、180℃まで一定の速度で徐々に基板ホ
ルダを昇温させ、最後に180℃で40s間保持する。
この際の基板昇温レートとして、0.5、1.0及び
1.5℃/sの3水準を選んだ。この間、空気雰囲気中
で、UV光を照射する。UV光源には2.5KWの高圧
水銀灯2灯を使用し、最初の10s間は無照射、次のス
テップで弱い光I1 (照度:約30mW/cm2 )、続
いて10s間中間強度I2 (照度:300mW/c
2 )の光照射、最後に強い光I3 (照度:600mW
/cm2 )を照射した後、基板を冷却してから当該基板
を取り出して処理を終了する。この際、弱い光I1 での
処理時間は110℃から180℃迄の温度差70℃に各
昇温レートを乗じた値である。
The substrate is placed on a substrate holder heated to 110 ° C., the substrate holder is gradually heated to 180 ° C. at a constant rate, and finally held at 180 ° C. for 40 s.
At this time, three levels of 0.5, 1.0 and 1.5 ° C./s were selected as the substrate heating rate. During this time, UV light is irradiated in the air atmosphere. Two 2.5 KW high-pressure mercury lamps were used as UV light sources, no irradiation for the first 10 s, weak light I 1 (illuminance: about 30 mW / cm 2 ) in the next step, and then intermediate intensity I 2 for 10 s. (Illuminance: 300 mW / c
m 2 ) light irradiation, finally strong light I 3 (illuminance: 600 mW
/ Cm 2 ), after cooling the substrate, the substrate is taken out and the process is completed. At this time, the processing time with the weak light I 1 is a value obtained by multiplying the temperature difference of 70 ° C. from 110 ° C. to 180 ° C. by each heating rate.

【0023】ここで、上記UVキュア条件により、キュ
ア処理したコンタクトホールレジストパタンの側壁角θ
R の前記昇温レート依存性の実験データを図3(b)に
示す。この場合のレジスト膜にはクレゾールノボラック
樹脂とo−ナフトキノンジアジド感光剤から成るポジ型
ホトレジスト:TSMR−V3(東京応化製、商品名)
を厚さ2μm に塗布したものを使用した。図3(b)に
おいて、曲線b1は非焦点露光/焦点露光によって、テ
ーパ状のレジストパタンを形成せずに、焦点露光のみに
依って、ホール側壁の傾斜角θR が85゜と殆どテーパ
がついていない場合の例で、この場合は、UVキュア処
理を実施しても、側壁角は殆ど変化しない。それに対
し、曲線b2に示す非焦点露光(相対露光量:3)/焦
点露光(相対露光量:3)によって、現像後のホールレ
ジストパタンの側壁角θR が70゜とした水準(図2参
照)では、上記UV処理によって、更にレジストパタン
にテーパがつきやすく(θR が小)なる傾向を示す。と
くに、昇温レートを1または、1.5℃/sと速くする
に従って、θR は小さくなり、よりテーパがつきやすく
なることが分かる。一方、上記UVキュア処理条件に対
するコンタクトホール径(基板と接するレジストパタン
の直径)の変化量は、図3(c)に示すような関係にあ
る。ここで、曲線c−1はUVキュア処理前、c−2は
昇温レート0.5℃/s、c−3は1℃/s、c−4は
1.5℃/sの昇温レートの場合である。昇温レートが
0.5℃/sと遅くすると、孔径の変化がほとんどない
状態で、レジストが硬化されるのに対し、昇温レートを
1℃/s、1.5℃/sと速くするにつれて、コンタク
トホール径の縮少が生じている。その、縮少量は、ホー
ル径に依らずほぼ一定であり、1℃/sで約0.2μm
、1.5℃/sでは約0.3μm である。従って、こ
の方法は、露光段階で少し大きめのコンタクトホールを
開け、その後のUVキュア処理時の昇温レートを変える
ことに依って、コンタクトホールのレジストパタン径を
より小さい方に調節する方法として利用できる。これ
は、小さい孔径のコンタクトホール形成が技術的に困難
であることに鑑み、従来の光露光技術で形成困難な微小
なコンタクトホールを形成する方法として極めて有効な
方法と言える。この様に、UVキュア時の昇温レートを
変えることに依って、孔径並びに側壁傾斜角が調節でき
るのは、UV光照射によるレジスト膜表層部の架橋反応
による硬化と基板加熱によるレジスト材料の熱変形のバ
ランスの結果として生ずるものであり、昇温レートを遅
くすれば、硬化反応が優勢となって熱フローが少なくな
り、昇温レートを速くすれば、熱フローが優先して、熱
変形しやすくなるためである。なお、本UVキュア処理
で、上述した昇温レートとともに、昇温時のUV照射強
度(図3(a)におけるI1 )の制御が重要である。上
記結果は30mW/cm2 の照射強度の場合の例であ
り、20mW/cm2 の場合は、昇温レートを20%程
度小さく、40mW/cm2 の場合は同様に20%程度
大きくすることで、同様の結果が得られる。また、UV
キュア反応の速度と熱変形温度は、レジストの種類に依
って若干相違するので、レジストの種類を変える場合
は、同様に処理条件の微調整が必要である。なお、2ス
テップ及び3ステップ目のUV照射I2 及びI3 は、コ
ンタクトホールレジストパタンの側壁角と孔径を制御し
た後に、レジスト膜を確実に硬化させ、耐熱性及び耐ド
ライエッチ性を改善するために実施するものであり、引
き続いて実施する層間絶縁膜RIE条件が穏やかでエッ
チング加工中に基板温度がおおよそ120℃以上に昇温
しなければ、省略可能である。
Here, the sidewall angle θ of the contact hole resist pattern cured by the above UV curing conditions.
Experimental data of R on the temperature rise rate dependence are shown in FIG. In this case, the resist film is a positive photoresist consisting of cresol novolac resin and o-naphthoquinonediazide photosensitizer: TSMR-V3 (Tokyo Ohka, trade name)
Was applied to a thickness of 2 μm. In FIG. 3 (b), the curve b1 shows that the non-focus exposure / focus exposure does not form a tapered resist pattern, but only the focus exposure causes the inclination angle θR of the side wall of the hole to be 85 °, which is almost tapered. In this case, the side wall angle hardly changes even if UV curing is performed. On the other hand, the side wall angle θR of the hole resist pattern after development is 70 ° by the non-focus exposure (relative exposure amount: 3) / focus exposure (relative exposure amount: 3) indicated by the curve b2 (see FIG. 2). In the above, the UV treatment tends to make the resist pattern more likely to taper (small θR). In particular, it can be seen that as the heating rate is increased to 1 or 1.5 ° C./s, θR becomes smaller and the taper becomes easier. On the other hand, the amount of change in the diameter of the contact hole (the diameter of the resist pattern in contact with the substrate) with respect to the UV cure processing conditions has the relationship shown in FIG. Here, the curve c-1 is before UV curing treatment, c-2 is the heating rate of 0.5 ° C./s, c-3 is 1 ° C./s, and c-4 is the heating rate of 1.5 ° C./s. Is the case. When the heating rate is slowed down to 0.5 ° C./s, the resist is cured with almost no change in the pore size, whereas the heating rate is increased to 1 ° C./s or 1.5 ° C./s. Accordingly, the contact hole diameter is reduced. The reduction amount is almost constant regardless of the hole diameter, and is approximately 0.2 μm at 1 ° C./s.
At 1.5 ° C / s, it is about 0.3 µm. Therefore, this method is used as a method of adjusting the resist pattern diameter of the contact hole to a smaller one by opening a slightly larger contact hole at the exposure stage and changing the temperature rising rate during the subsequent UV curing treatment. it can. This can be said to be an extremely effective method as a method of forming a minute contact hole that is difficult to form by the conventional light exposure technique in view of the technical difficulty in forming a contact hole having a small hole diameter. As described above, the hole diameter and the side wall inclination angle can be adjusted by changing the temperature rising rate during UV curing. That is, the curing of the resist film surface layer portion by the UV light irradiation by the crosslinking reaction and the heat of the resist material by the substrate heating are performed. This occurs as a result of the balance of deformation.If the heating rate is slowed down, the curing reaction becomes dominant and the heat flow decreases, and if the heating rate is increased, the heat flow takes precedence and the thermal deformation occurs. This is because it becomes easier. In this UV curing process, it is important to control the UV irradiation intensity (I 1 in FIG. 3A) during the temperature rise as well as the above-mentioned temperature rise rate. The above result is an example in the case of an irradiation intensity of 30 mW / cm 2 , and in the case of 20 mW / cm 2 , the heating rate is reduced by about 20%, and in the case of 40 mW / cm 2 , it is similarly increased by about 20%. , Similar results are obtained. Also UV
The rate of the curing reaction and the heat distortion temperature are slightly different depending on the type of resist, so that when the type of resist is changed, it is necessary to finely adjust the processing conditions as well. The UV irradiation I 2 and I 3 in the second step and the third step improve the heat resistance and the dry etching resistance by reliably curing the resist film after controlling the side wall angle and the hole diameter of the contact hole resist pattern. It can be omitted if the conditions for the interlayer insulating film RIE to be subsequently performed are mild and the substrate temperature does not rise to about 120 ° C. or more during the etching process.

【0024】以上説明した工程により、コンタクトホー
ルレジストパタン42を形成した後、図1(d)に示す
ようにRIE加工装置により、層間絶縁膜2をエッチン
グし、所望のテーパ形状のコンタクトホールないしスル
ーホールを得ることに依って、一連の工程が完了する。
ここで層間絶縁膜2は一般に厚さ0.5〜1.5μm程
度のPSG、BPSG、プラズマTEOS、オゾンTE
OS、SOG等のシリコン酸化膜から構成されている。
After the contact hole resist pattern 42 is formed by the steps described above, the interlayer insulating film 2 is etched by the RIE processing apparatus as shown in FIG. 1D, and the desired tapered contact hole or through hole is formed. A series of steps is completed by obtaining the holes.
Here, the interlayer insulating film 2 is generally PSG, BPSG, plasma TEOS, ozone TE having a thickness of about 0.5 to 1.5 μm.
It is composed of a silicon oxide film such as OS and SOG.

【0025】上記材料からなる層間絶縁膜のエッチング
条件の選択において、レジスト膜のエッチ速度ER と層
間絶縁膜のエッチ速度ES 、及びレジストパタンの傾斜
角θR が定まれば、層間絶縁膜RIE加工後のコンタク
トホール側壁の傾斜角θE はおおよそ;tan θR =ES
・tan θR /ER によって定まる。即ち、厚さ1μmの
層間膜をレジストとのエッチング選択比;1(ES /E
R =1)の条件でRIE加工した場合、RIE加工後の
コンタクトホール側壁の傾斜角θE はレジストパタンの
傾斜角θR と等しくなり、レジスト膜の膜減り量も1μ
m であることが分かる。また、上式から選択比を下げれ
ば、RIE加工後の側壁傾斜角θE を小さくできる点で
好ましい結果が得られる反面、レジストの膜べり量が増
大すると言う不都合な結果をもたらすので、両者はトレ
ードオフの関係にある。したがって、この工程ではレジ
スト膜の損失が原理的に避けられないため、一般に厚い
レジスト膜を必要とする。
In selecting the etching conditions for the interlayer insulating film made of the above materials, if the etching rate ER of the resist film, the etching rate ES of the interlayer insulating film, and the inclination angle θR of the resist pattern are determined, after the interlayer insulating film RIE is processed. Angle of the contact hole sidewall θE is approximately; tan θR = ES
・ It is determined by tan θR / ER. That is, the etching selection ratio of the interlayer film having a thickness of 1 μm to the resist: 1 (ES / E
When RIE processing is performed under the condition of R = 1), the inclination angle θE of the contact hole side wall after the RIE processing becomes equal to the inclination angle θR of the resist pattern, and the reduction amount of the resist film is 1 μm.
It turns out that it is m. Further, if the selection ratio is reduced from the above equation, a desirable result is obtained in that the sidewall inclination angle θE after RIE processing can be made small, but on the other hand, it causes an inconvenient result that the amount of resist film slippage increases. There is an off relationship. Therefore, in this step, loss of the resist film is unavoidable in principle, and thus a thick resist film is generally required.

【0026】それでは、以下に具体的実施例について説
明する。
Now, specific examples will be described below.

【0027】(具体的実施例1)第1メタル配線層上に
第2層間絶縁膜を被覆した被加工LSIウェハ基板上に
ポジ型ホトレジストTSMR−V3を2μm の厚さに塗
布し、ステッパと呼ばれる1/5倍g線(露光波長43
6nm)縮少投影露光装置を用い、所望のスルーホール
用レチクル(パタン原画)像を、当該基板上のレジスト
膜に既に形成されている第1メタル層のパタンに正確に
重ね合わせながらスルーホールパタンを焼き付けて行
く。この際、レチクル像の結像位置をレジスト表面から
離れる方向(マイナス)約2μm の位置に合わせ、露光
量1400ms(700mJ/cm2)で非焦点露光を
行ったのに引き続き、レチクル像の結像位置のみをレジ
スト面表面付近に合わせ直し(焦点位置0μm )露光量
950ms(450mJ/cm2 )で焦点露光を行う。
その後、濃度2.38%のテトラメチルアンモニウムハ
イドロオキサイド水溶液からなるレジスト現像液を当該
基板上に滴下し、静止パドル現像法として知られている
方法で、110℃・90s間ポストイクスポージャベー
ク、約90秒間現像処理、純水リンス、乾燥、ポストベ
ーク処理を順次行う。ここで、使用したスルーホールの
設計寸法(マスク寸法)は0.6μm 径であるが、本条
件で形成されたスルーホールレジストパタンの出来上り
寸法は、おおよそ0.8μm 、側壁傾斜角θR 約70゜
である。次に、UVキュア装置により、前記図3(a)
で説明した処理条件の内、基板の昇温レートは1℃/s
とした。この処理後のレジストパタンの直径は約0.6
μm 、傾斜角θR は約60℃となった。
Concrete Example 1 A positive photoresist TSMR-V3 is applied to a thickness of 2 μm on a processed LSI wafer substrate in which a first metal wiring layer is covered with a second interlayer insulating film, which is called a stepper. 1/5 times g-line (exposure wavelength 43
6 nm) A reduced projection exposure apparatus is used to accurately superimpose the desired through-hole reticle (original pattern image) image on the pattern of the first metal layer already formed on the resist film on the substrate, and through-hole pattern. To burn. At this time, the image formation position of the reticle image was adjusted to the position (minus) about 2 μm away from the resist surface, and the non-focus exposure was performed with the exposure amount of 1400 ms (700 mJ / cm 2 ). Only the position is adjusted again near the surface of the resist surface (focal position 0 μm), and the focus exposure is performed with an exposure amount of 950 ms (450 mJ / cm 2 ).
Then, a resist developing solution consisting of a tetramethylammonium hydroxide aqueous solution having a concentration of 2.38% is dropped onto the substrate, and post-exposure bake is performed at 110 ° C. for 90 s by a method known as a static paddle development method. Development processing, pure water rinsing, drying, and post-baking processing are sequentially performed for about 90 seconds. Here, the design size (mask size) of the through hole used is 0.6 μm diameter, but the finished size of the through hole resist pattern formed under these conditions is about 0.8 μm and the sidewall inclination angle θR is about 70 °. Is. Next, by using a UV curing device, as shown in FIG.
Among the processing conditions described in 1., the substrate heating rate is 1 ° C./s.
And The diameter of the resist pattern after this treatment is about 0.6.
The μm and the inclination angle θR were about 60 ° C.

【0028】続いて、RIE装置により、層間絶縁膜に
スルーホールを加工する。層間膜は平均膜厚約0.8μ
m で、プラズマTEOS、オゾンTEOS、ECR推積
膜、SOG等のシリコン酸化物系複合膜から構成されて
いる。上記エッチング工程は、通常以下の2ステップに
て実施する。第1ステップは以下の条件により、層間絶
縁膜を約400nm相当エッチングする。主な加工条件
は以下の通りである。エッチングガス組成比;CHF3
/O2 =100/20SCCM、圧力;50mTorr、高
周波出力;1200W。本条件でのエッチング速度は、
層間膜:25nm/min、レジスト:9nm/min
であり、400nmエッチングした後のスルーホール側
壁の傾斜角はほぼ垂直である。次に、第2ステップとし
て以下の条件で、層間膜を約700nm相当量エッチン
グ加工する。主な加工条件は以下の通りである。エッチ
ングガス組成比;CHF3 /O2 =50/50SCCM、圧
力;:50mTorr、高周波出力;1200W。本条
件でのエッチング速度は、層間膜:30nm/min、
レジスト:30nm/minである。また、本エッチン
グ加工によるレジスト膜減り量は、約900nmであ
る。この後、残存するレジスト膜をO2 プラズマアッシ
ング並びにレジスト剥離液を用いて除去し、スルーホー
ル加工工程が完了する。層間絶縁膜に加工されたスルー
ホールの大きさは、レジストパタンとほぼ等しい約0.
6μm であり、側壁の傾斜角はほぼ正確に60℃であ
る。
Then, a through hole is formed in the interlayer insulating film by the RIE apparatus. The average thickness of the interlayer film is about 0.8μ
At m 2, it is composed of plasma TEOS, ozone TEOS, an ECR deposited film, and a silicon oxide composite film such as SOG. The etching process is usually performed in the following two steps. In the first step, the interlayer insulating film is etched by about 400 nm under the following conditions. The main processing conditions are as follows. Etching gas composition ratio; CHF3
/ O2 = 100/20 SCCM, pressure; 50 mTorr, high frequency output; 1200 W. The etching rate under these conditions is
Interlayer film: 25 nm / min, resist: 9 nm / min
The inclination angle of the side wall of the through hole after etching 400 nm is almost vertical. Next, as a second step, the interlayer film is etched by about 700 nm under the following conditions. The main processing conditions are as follows. Etching gas composition ratio; CHF3 / O2 = 50/50 SCCM, pressure ;: 50 mTorr, high frequency output; 1200 W. The etching rate under these conditions is: interlayer film: 30 nm / min,
Resist: 30 nm / min. The amount of resist film reduction due to the main etching process is about 900 nm. After that, the remaining resist film is removed by using O2 plasma ashing and a resist stripping solution, and the through hole processing step is completed. The size of the through hole processed in the interlayer insulating film is about 0.
6 μm and the sidewall inclination angle is almost exactly 60 ° C.

【0029】(具体的実施例2)以下に説明する露光条
件を除いて、具体的実施例1と同じである。まず、フォ
ーカス位置−2μm にて露光量700ms、続いて−
1.5μm にフォーカス位置を変えて露光量700ms
と非焦点露光を2分割して露光する。更にフォーカス位
置−0.2μm で露光量450msで露光し、次にフォ
ーカス位置を+0.3μm に変えて露光量450msで
露光と、焦点位置露光を2分割する。この場合、最終的
に得られるスルーホールの形状は、具体的実施例1と大
差ないが、全体にフォーカス余裕度が改善され、より安
定なパタン形成が出来る。即ち、第1メタル層と第2メ
タル層を接続するための第2層間膜へのスルーホール形
成時の基板段差より、第2メタル層と第3メタル層間を
接続する第3層間膜へのスルーホール形成時の基板段差
の方が通常大きくなる。この様にLSIの製造工程が進
むに連れて一般に基板段差が激しくなる。従って、非焦
点露光及び焦点露光をそれぞれ焦点位置を変えながら2
度あるいはそれ以上に分割して露光するには、上述した
ような基板段差が激しい基板上にテーパ形状のコンタク
トホールないしスルーホールを形成するのにとくに効果
を発揮する。本実施例では、それぞれ2回分割露光、合
計4回露光を実施したが、基板段差の状況に依っては、
5回ないし6回以上に分割露光することにより、更に安
定したパタン形成が可能である。
(Specific Example 2) The specific example 2 is the same as the specific example 1 except for the exposure conditions described below. First, the exposure amount is 700 ms at the focus position -2 μm, and then-
Exposure amount 700ms by changing focus position to 1.5μm
And non-focus exposure are divided into two and exposed. Further, exposure is performed at a focus position of −0.2 μm with an exposure amount of 450 ms, then the focus position is changed to +0.3 μm, and the exposure is performed at an exposure amount of 450 ms and the focus position exposure is divided into two. In this case, the shape of the finally obtained through hole is not much different from that of the concrete example 1, but the focus margin is improved as a whole, and more stable pattern formation can be performed. That is, through the substrate step at the time of forming the through hole in the second interlayer film for connecting the first metal layer and the second metal layer to the third interlayer film connecting the second metal layer and the third metal layer. The substrate step when forming holes is usually larger. In this way, as the manufacturing process of the LSI progresses, the step difference of the substrate generally becomes severe. Therefore, the non-focus exposure and the focus exposure are changed by changing the focus position respectively.
When the exposure is divided into several or more exposures, it is particularly effective in forming a tapered contact hole or through hole on the substrate having a large substrate step difference as described above. In the present embodiment, two times of divided exposures and a total of four times of exposures were performed, but depending on the situation of the substrate step,
A more stable pattern formation is possible by performing the divided exposure 5 to 6 times or more.

【0030】更にまた、非焦点露光と焦点露光の順序に
関しては、これまで非焦点露光を先に実施する方法につ
いて説明してきたが、露光順序を入れ換えても基本的に
大きな差異は生じない。但し、この場合注意を要するこ
とは、露光順序を入れ換えて、非焦点露光を後で実施し
た場合、図2に示した実施例に比べて、得られるレジス
トパタン側壁角度が若干大きくなる傾向にある。従っ
て、他に不都合が生じない限り、非焦点露光を先に実施
することが望ましい。
Further, regarding the order of the non-focus exposure and the focus exposure, the method of performing the non-focus exposure first has been described so far, but even if the exposure order is exchanged, basically no great difference occurs. However, in this case, it should be noted that when the exposure order is changed and the non-focus exposure is performed later, the obtained resist pattern side wall angle tends to be slightly larger than that of the embodiment shown in FIG. .. Therefore, it is desirable to carry out the non-focus exposure first unless other problems occur.

【0031】(具体的実施例3)レジストパタン形成ま
では具体的実施例1と同一条件で処理した後、UVキュ
ア処理を実施せずに、直接、RIE加工を行う。即ち、
レジストパタンの側壁傾斜角をパタン形成直後の70゜
のままRIE加工を行うことを意味する。この際のRI
E加工では、第1ステップは具体的実施例1と同一と
し、第2ステップのエッチング加工条件中、エッチング
ガスの組成比のみを以下のように変更して層間絶縁膜を
加工する。即ち、CHF3 /O2 =40/60SCCMとす
ると、層間膜のエッチ速度30nm/minに対し、レ
ジスト膜のエッチ速度は40nm/minになる。この
条件で加工した場合、上記具体的実施例と同様加工後の
スルーホール径は約0.6μm 、側壁角も約60゜に出
来、工程短縮が可能である。但し、レジスト膜減り量が
約1.1μm に増大し、かつUVキュアによるレジスト
パタン側壁の熱フロー処理を省略したため、具体的実施
例1及び2の結果に比べ、RIE加工後のスルーホール
側壁の平滑性が若干見劣りすることに注意する必要があ
る。なお、絶縁膜のリエ条件を上記具体的実施例と同一
にした場合、絶縁膜に加工されたスルーホールパタンの
側壁傾斜角が約70゜とやや急になる。この様に、所望
の側壁傾斜角に調節する方法として、(1)非焦点露光
の露光量を調節する、(2)UVキュア時の基板昇温レ
ートを調節する、(3)RIE加工条件中第2ステップ
のエッチングガスの組成比を変えて、層間絶縁膜とレジ
ストのエッチ速度比を調節する、の3つの方法がある。
本発明をLSIの製造プロセスに使用する場合は、前記
3条件の内の1条件以上を適宜調節して所望の側壁角度
に調節出来るため、広い範囲で側壁傾斜角を調節するこ
とが可能である。
(Specific Example 3) After the resist pattern is formed under the same conditions as in the specific example 1, the RIE process is performed directly without performing the UV cure process. That is,
This means that the RIE process is performed with the sidewall inclination angle of the resist pattern kept at 70 ° immediately after the pattern formation. RI at this time
In the E processing, the first step is the same as that of the concrete example 1, and the interlayer insulating film is processed by changing only the composition ratio of the etching gas as follows under the etching processing conditions of the second step. That is, when CHF3 / O2 = 40/60 SCCM, the etching rate of the resist film is 40 nm / min while the etching rate of the interlayer film is 30 nm / min. When processed under these conditions, the through hole diameter after processing can be about 0.6 μm and the side wall angle can be about 60 ° as in the case of the above-mentioned specific example, and the process can be shortened. However, since the resist film reduction amount was increased to about 1.1 μm and the heat flow treatment of the resist pattern side wall by UV curing was omitted, the through hole side wall after RIE processing was compared with the results of the concrete examples 1 and 2. It should be noted that the smoothness is slightly inferior. When the insulating film RIE conditions are the same as those in the above-described specific example, the side wall inclination angle of the through hole pattern processed into the insulating film becomes abrupt, about 70 °. As described above, as a method of adjusting the side wall inclination angle to a desired value, (1) the exposure amount of non-focus exposure is adjusted, (2) the substrate heating rate during UV curing is adjusted, and (3) during RIE processing conditions. There are three methods of changing the composition ratio of the etching gas in the second step to adjust the etching rate ratio of the interlayer insulating film and the resist.
When the present invention is used in an LSI manufacturing process, one or more of the above three conditions can be appropriately adjusted to adjust to a desired side wall angle, so that the side wall inclination angle can be adjusted in a wide range. ..

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
サブミクロンサイズの当該ホールを精度良く、かつホー
ル側壁角をおおよそ50゜〜85゜程度の範囲内の任意
の角度に調節することが可能である。従って、通常LS
Iのメタル層間の接続に使用されるコンタクトホールや
スルーホールの側壁に傾斜をつけたいわゆるテーパ状の
ホールを広いプロセスマージンをもって、安定して形成
することが可能であり、これによって、コンタクトホー
ルまたはスルーホール内部への配線金属の被覆性が向上
して、当該ホールの接続抵抗が低減して、接続の信頼性
が向上すると共に接続歩留まりが大幅に改善される結
果、LSIの製造歩留まりが大幅に改善される利点があ
る。
As described above, according to the present invention,
It is possible to accurately adjust the submicron-sized hole and adjust the side wall angle of the hole to any angle within the range of approximately 50 ° to 85 °. Therefore, normal LS
It is possible to stably form a so-called tapered hole having a side wall of a contact hole or a through hole used for connection between the metal layers of I with a wide process margin. The coverage of the wiring metal inside the through hole is improved, the connection resistance of the hole is reduced, the connection reliability is improved, and the connection yield is significantly improved. As a result, the LSI manufacturing yield is significantly increased. There are advantages to be improved.

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

【図1】本発明の原理と工程を説明するための主要工程
での試料断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a sample in a main process for explaining the principle and process of the present invention.

【図2】本発明の根幹をなす非焦点露光の相対露光量と
コンタクトホールないしスルーホールレジストパタン側
壁の傾斜角の関係を示した特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a relative exposure amount of non-focal exposure and a tilt angle of a side wall of a contact hole or a through hole resist pattern, which is a basis of the present invention.

【図3】(a) は本発明に関わるUVキュア処理条件
を説明するための特性図である。(b) UVキュア時
の基板昇温レートとレジストパタン傾斜角の関係を示す
特性図(パラメータはUVキュア処理前のレジストパタ
ンの側壁傾斜角)である。(c) は当該昇温レートを
パラメータとし、コンタクトホール或いはスルーホール
パタンのマスク上寸法とレジストパタン上の出来上り寸
法の関係を実測した特性図である。
FIG. 3A is a characteristic diagram for explaining UV curing treatment conditions according to the present invention. (B) A characteristic diagram showing the relationship between the substrate temperature rising rate during UV curing and the resist pattern inclination angle (parameter is the sidewall inclination angle of the resist pattern before UV curing treatment). (C) is a characteristic diagram in which the relationship between the dimensions on the mask of the contact hole or through-hole pattern and the finished dimensions on the resist pattern is actually measured using the heating rate as a parameter.

【図4】従来技術である全面露光法の工程を説明するた
めの断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining steps of a conventional full-face exposure method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基板、2…層間絶縁膜、3…レジスト膜、5…非焦
点露光時の光の強度分布、21…RIE加工で層間膜に
膜減りが生ずる全面露光法で形成した層間絶縁膜、22
…膜減りが生じていない本発明による層間絶縁膜加工後
の当該膜、23…レジスト膜厚不足によって生じた層間
膜の膜減り量、31…全面露光膜減りが生じたホ ール
形成後のレジスト膜、32…レジスト膜減りが原理的に
生じていない本発明によってホールを形成した後のレジ
スト膜、41…全面露光法で形成したレジスト膜減りが
大きいホールレジストパタン、42…本発明で形成した
レジスト膜減りのないホールレジストパタン。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Interlayer insulation film, 3 ... Resist film, 5 ... Light intensity distribution at the time of non-focus exposure, 21 ... Interlayer insulation film formed by the whole surface exposure method in which film reduction occurs in the interlayer film by RIE processing, 22.
... No film reduction occurs after the interlayer insulating film is processed according to the present invention, 23 ... Interlayer film reduction due to insufficient resist film thickness, 31 ... Whole exposure film reduction after forming a hole Resist film, 32 ... A resist film after the formation of holes according to the present invention in which resist film reduction does not occur in principle, 41 ... A hole resist pattern formed by the entire surface exposure method with a large reduction in resist film, 42 ... Formed by the present invention A hole resist pattern with no reduction of the resist film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/90 B 7735−4M 7352−4M H01L 21/30 361 Q 7735−4M 21/88 F ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI Technical display location H01L 21/90 B 7735-4M 7352-4M H01L 21/30 361 Q 7735-4M 21/88 F

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体装置の製造プロセスにおいて層間絶
縁膜に孔をあけて金属配線間を接続させる接続孔の形成
工程中の投影露光方式を用いた光露光工程において、 非焦点位置で露光したのちに続いて焦点位置で露光する
ことにより、焦点位置を同一箇所で少なくとも2度以上
替えながら露光した後、現像する第1の工程と、 これに引続き、基板温度を徐々に上げながらUV光を照
射する第2の工程とを有することを特徴とする接続孔の
形成方法。
1. In a light exposure process using a projection exposure method in a process of forming a connection hole for connecting metal wires by making a hole in an interlayer insulating film in a manufacturing process of a semiconductor device, after performing exposure at a non-focus position. Then, the exposure is performed at the focus position by changing the focus position at least twice at the same position, and then the exposure is performed, and then the first step of developing, and subsequently, the substrate temperature is gradually raised to irradiate the UV light. And a second step of forming a connection hole.
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