JPH0536652A - スルーホールの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ドライエッチングによりスルーホ
ールとともにテーパ部を形成して、テーパ部の寸法精度
を高め、高集積化を可能にする。 【構成】 中性活性種２１と反応性イオン２２との相乗
効果によるドライエッチングで層間絶縁膜１３にスルー
ホール１９を形成する方法であって、層間絶縁膜１３を
加熱することで、当該層間絶縁膜１３に付着した中性活
性種２１（２１ａ）を活性化させ、この活性化させた中
性活性種２１ａでスルーホール１９が形成される周囲の
層間絶縁膜１３を等方的にエッチングしてテーパ部１８
を形成する。同時に反応性イオン２２のイオン衝撃によ
って中性活性種２１（２１ｂ）を活性化させて異方的な
ドライエッチングを行うことで、層間絶縁膜１３にスル
ーホール１９を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、テーパ部を設けたスル
ーホールの形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高集積化や高速化にともな
って、パターンの微細化や三次元構造化が進んでいる。
特にダイナミックランダムアクセスメモリーやロジック
ＬＳＩでは高集積化や高速化は必須になっている。そこ
で、各配線層間の電気的なコンタクト技術が重要にな
る。配線層間のコンタクトは、スルーホールと呼ばれ、
通常、ドライエッチング技術で形成される。

【０００３】次にスルーホールの形成方法を図３により
説明する。図の（イ）に示す如く、基板５１上に形成さ
れている第１の配線５２を覆う状態に層間絶縁膜５３が
形成されている。このような状態の層間絶縁膜５３の上
面にレジストを塗布してレジスト膜５４を形成する。そ
してレジスト膜５４に感光、現像処理を行ってスルーホ
ールパターン５５を形成する。次いで図の（ロ）に示す
ように、ウエットエッチングにより、スルーホールパタ
ーン５５周囲の層間絶縁膜５３の上層を等方的にエッチ
ングして、アンダーカット５６を有するスルーホール５
７を形成する。続いて、レジスト膜５４をマスクにし
て、層間絶縁膜５３の２点鎖線で示す部分を異方的なド
ライエッチングで除去する。その後、上記レジスト膜５
４を、例えばアッシャー処理によって除去する。そして
図の（ハ）に示す如く、層間絶縁膜５３に、開口側にテ
ーパ部５８を設けたスルーホール５７が完成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法では、ウエットエッチングのエッチング速度の制御が
高精度にできない。このため、スルーホールのテーパ部
の寸法精度が低下する。またウエットエッチングに対し
てレジスト膜と層間絶縁膜との密着性が十分でないため
に、エッチング液がレジスト膜と層間絶縁膜との間にし
みこんで、レジストが層間絶縁膜より剥離し易くなるの
で、隣接するスルーホールがつながって形成される。こ
のため、スルーホールを十分に離して形成しなければな
らないために、高集積化ができない。

【０００５】本発明は、寸法精度に優れたスルーホール
の形成方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたスルーホールの形成方法である。
すなわち、中性活性種と反応性イオンとの相乗効果によ
る異方的なエッチングによって、層間絶縁膜にスルーホ
ールを形成する。このとき、層間絶縁膜を加熱すること
で、当該層間絶縁膜に付着した中性活性種を活性化さ
せ、この活性化させた中性活性種で層間絶縁膜の上層を
等方的にエッチングして、スルーホールの開口側の周囲
にテーパ部を形成する。

【０００７】

【作用】上記方法では、反応性イオンのイオン衝撃によ
り中性活性種を活性化させて、イオンの入射方向に層間
絶縁膜を異方的にエッチングし、スルーホールを形成す
る。このとき、層間絶縁膜を加熱しているので、中性活
性種は活性化される。この結果、活性化した中性活性種
は、層間絶縁膜と反応して当該層間絶縁膜を等方的にエ
ッチングする。このため、エッチング中にマスクが剥が
れることなく、テーパ部を有するスルーホールが形成さ
れる。

【０００８】

【実施例】本発明の実施例を図１に示す製造工程図によ
り説明する。図の（１）に示すように、前記した従来の
技術で説明したと同様に、基板上１１上に形成した第１
の配線１２を覆う状態にＳｉＯ₂ 膜よりなる層間絶縁膜
１３を形成する。次いで上記層間絶縁膜１３の上面に、
当該層間絶縁膜１３に対するエッチング選択比が高いエ
ッチングマスクとして、例えばポリシリコン（以下ｐｏ
ｌｙ−Ｓｉと記す）膜１４を形成する。層間絶縁膜１３
の対するエッチング選択比が高い膜であれば、上記エッ
チングマスクはｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１４に限定されない。
続いてｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１４の上面にレジスト膜１５を
形成し、感光，現像処理を行って、レジスト膜１５にス
ルーホールパターン１６を形成する。

【０００９】次いで図の（２）に示す如く、異方的なド
ライエッチングによって、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１４をエッ
チングし、スルーホールパターン１７を形成する。その
後、レジスト膜１５を、例えばアッシャー処理により除
去する。

【００１０】続いて、上記ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１４をエッ
チングマスクにして、層間絶縁膜１３をドライエッチン
グする。ドライエッチングには、例えば通常の反応性イ
オンエッチング装置（図示せず）を用いる。この反応性
イオンエッチング装置には基板１１を載置するステージ
に温度制御可能な加熱手段を設ける。エッチングガスに
は、例えば四フッ化炭素（ＣＦ₄ ）とアルゴン（Ａｒ）
とを５０％ずつ混合した混合ガスを用いる。あるいは四
フッ化炭素を１０％，酸素を５％，アルゴンを８５％混
合した混合ガスを用いることも可能である。この時のエ
ッチング雰囲気の圧力を例えばほぼ１３３Ｐａに保つ。
またステージ（図示せず）を例えば１８０℃に加熱して
保持することにより、層間絶縁膜１３をほぼ１８０℃に
加熱する。加熱温度は、使用するエッチングガスの種
類，エッチング雰囲気の圧力等のエッチング条件によっ
て、１５０℃ないし４００℃の範囲で適宜選択される。

【００１１】図の（３）に示す如く、上記ステージによ
って加熱された層間絶縁膜１３（２点鎖線で示す部分）
には、エッチングガス中のフッ素ラジカルや三フッ化炭
素ラジカル等の中性活性種２１の一部が付着する。この
付着した一部の中性活性種２１（２１ａ）は、加熱され
て活性化し、スルーホールパターン１７の部分に露出し
ている層間絶縁膜１３を等方的にエッチングする。この
結果、スルーホールパターン１７の周辺の層間絶縁膜１
３には、アンダーカットが生じて、テーパ部１８が形成
される。同時に、反応性イオンエッチング装置に発生す
る電場によって、エッチングガス中のアルゴンイオンや
三フッ化炭素イオン等の反応性イオン２２を層間絶縁膜
１３の上面に対してほぼ垂直方向に入射する。そして反
応性イオン２２を層間絶縁膜１３（２点鎖線で示す部
分）上の一部の中性活性種２１（２１ｂ）に衝突させ
て、中性活性種２１ｂを活性化し、反応性イオン２２の
入射方向に当該層間絶縁膜１３を異方的にエッチング除
去する。このため、形成されるスルーホール１９は、層
間絶縁膜１３の上面に対してほぼ垂直方向に掘られる。
上記の如くして、層間絶縁膜１３に、テーパ部１８を有
するスルーホール１９が形成される。

【００１２】なお、上記異方的なエッチング速度は、反
応性イオンエッチング装置のＲＦ出力，エッチング室内
の圧力等のエッチング条件を調節することで制御され
る。また等方的なエッチング速度の制御は、ステージ温
度を調節して加熱によって活性化する中性活性種量を変
えることで行う。

【００１３】その後、図２に示すように、層間絶縁膜１
３上のｐｏｌｙ−Ｓｉ膜（２点鎖線で示す部分）１４
を、例えばドライエッチングにより除去する。次いで、
スルーホール１９の内部を含む層間絶縁膜１３の上面
に、第２の配線を形成するための導電膜として、例えば
アルミニウム膜３１を形成する。上記の如くに、テーパ
部１８を設けたスルーホール１９を形成したことによ
り、例えばスパッタリングにより形成されるアルミニウ
ム膜３１は、アスペクト比の大きいスルーホール１９の
底部１９ａにも成膜される。またスルーホール１９に対
してアルミニウム膜３１のカバレジが良好になる。その
後、通常のホトリソグラフィーとエッチングとにより、
上記アルミニウム膜３１で第２の配線３２を形成する。

【００１４】上記ドライエッチングでは、エッチングガ
スに四フッ化炭素と酸素とアルゴンとの混合ガスを用い
たが、他のエッチングガスとして、例えば六フッ化二炭
素（Ｃ₂ Ｆ₆ ），八フッ化三炭素（Ｃ₃ Ｆ₈ ）等のフッ
素−炭素系のエッチングガスを用いることもできる。ま
たは三フッ化メチリジン（ＣＨＦ₃ ），四フッ化炭素
（ＣＦ₄ ）と水素（Ｈ₂ ）との混合ガス等のフッ素−水
素系のエッチングガスを用いることも可能である。また
上記ガスとアルゴンとの混合ガス、あるいは上記ガスと
アルゴンと酸素との混合ガスを用いてもよい。上記エッ
チングガスの場合も前述した四フッ化炭素と酸素とアル
ゴンとの混合ガスの場合と同様に、等方的なエッチング
でスルーホールパターン１７の周辺の層間絶縁膜１３に
テーパ部１８を形成するとともに、異方的なエッチング
によりスルーホール１９を形成する。

【００１５】次に上記層間絶縁膜１３が窒化膜の一種の
プラズマ窒化膜（ｐ−ＳｉＮ膜）で形成されている場合
を、前述した図１により説明する。この場合には、上記
ＳｉＯ₂ 膜の層間絶縁膜１３の場合と同様にして、エッ
チングマスクになるｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１４を形成する。
そしてｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１４をエッチングマスクにし
て、層間絶縁膜１３をドライエッチングする。このドラ
イエッチングでは、エッチングガスに、例えば四フッ化
炭素（ＣＦ₄ ）と酸素（Ｏ₂ ）とアルゴン（Ａｒ）との
混合ガスを用いる。上記実施例で説明したと同様に、エ
ッチング中は、層間絶縁膜１３を、例えば１５０℃ない
し４００℃に加熱しておく。

【００１６】このため、加熱された層間絶縁膜１３に付
着している一部の中性活性種２１（２１ａ）は活性化す
る。そして活性化した中性活性種２１ａによって、スル
ーホールパターン１７の部分に露出している層間絶縁膜
１３を等方的にエッチングし、テーパ部１８を形成す
る。同時に反応性イオン２２のイオン衝撃によって、一
部の中性活性種２１（２１ｂ）を活性化させて層間絶縁
膜１３を異方的にエッチングし、スルーホール１９を形
成する。

【００１７】上記ドライエッチングでは、エッチングガ
スに四フッ化炭素と酸素とアルゴンとの混合ガスを用い
たが、他のエッチングガスとして、例えば六フッ化二炭
素（Ｃ₂ Ｆ₆ ），八フッ化三炭素（Ｃ₃ Ｆ₈ ）等のフッ
化炭素系のエッチングガスを用いることもできる。また
は三フッ化メチリジン（ＣＨＦ₃ ），四フッ化炭素（Ｃ
Ｆ₄ ）と水素（Ｈ₂ ）との混合ガス等を用いることも可
能である。また上記ガスとアルゴンとの混合ガス、ある
いは上記ガスとアルゴンと酸素との混合ガスを用いても
よい。

【００１８】次に上記層間絶縁膜１３が樹脂の一種のポ
リイミドで形成されている場合を説明する。この場合に
は、上記ＳｉＯ₂ 膜の層間絶縁膜１３の場合と同様にし
て、ドライエッチングする。ドライエッチングでは、エ
ッチングガスとして、例えば、六フッ化二炭素（Ｃ₂ Ｆ
₆ ），八フッ化三炭素（Ｃ₃ Ｆ₈ ）等のフッ化炭素系の
ガスと酸素（Ｏ₂ ）との混合ガスを用いる。前述のＳｉ
Ｏ₂ 膜の層間絶縁膜の場合と同様に、エッチング中は、
層間絶縁膜１３を、例えば１５０℃ないし４００℃に加
熱しておく。

【００１９】上記同様にして、加熱により活性化させた
フッ素ラジカルや酸素ラジカル等の中性活性種２１ａに
よって、層間絶縁膜１３の上層を等方的にエッチングし
てテーパ部１８を形成する。同時に酸素イオンやフッ化
炭素イオン等の反応性イオン２２によって活性化させた
フッ素ラジカルやフッ炭素ラジカル等の中性活性種２１
ｂで層間絶縁膜１３を異方的にエッチングしてスルーホ
ール１９を形成する。なお、エッチングマスクとして用
いたｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の除去は、ポリイミド製の層間絶
縁膜１３の損傷を防ぐために、ウエットエッチングによ
り行う。

【００２０】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
層間絶縁膜を異方的にドライエッチングするとともに、
層間絶縁膜を加熱して層間絶縁膜に付着している中性活
性種を活性化し、層間絶縁膜の上層を等方的にドライエ
ッチングする。この結果、テーパ部の寸法制御性がよく
なるとともに、エッチングマスクが剥離することが無く
なるので、テーパ部の寸法精度の向上が図れる。よっ
て、半導体装置の高集積化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の製造工程図である。

【図２】第２の配線の製造工程図である。

【図３】従来例の製造工程図である。

【符号の説明】

１３ 層間絶縁膜 １８ テーパ部 １９ スルーホール ２１ 中性活性
種 ２２ 反応性イオン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 中性活性種と反応性イオンとの相乗効果
   によるドライエッチングで層間絶縁膜にスルーホールを
   形成する方法であって、 前記中性活性種と反応性イオンとの相乗効果による異方
   的なドライエッチングで前記スルーホールを形成すると
   ともに、 前記層間絶縁膜を加熱することで、当該層間絶縁膜に付
   着した中性活性種を活性化し、当該活性化した中性活性
   種で前記スルーホールの開口側の層間絶縁膜を等方的に
   ドライエッチングしてテーパ部を形成することを特徴と
   するスルーホールの形成方法。