JPH06163482A - Contact hole forming method of semiconductor device - Google Patents

Contact hole forming method of semiconductor device

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JPH06163482A
JPH06163482A JP31153992A JP31153992A JPH06163482A JP H06163482 A JPH06163482 A JP H06163482A JP 31153992 A JP31153992 A JP 31153992A JP 31153992 A JP31153992 A JP 31153992A JP H06163482 A JPH06163482 A JP H06163482A
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JP
Japan
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resist
contact hole
exposure
mask
film
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Application number
JP31153992A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshio Nakanishi
敏雄 中西
Masatsugu Komai
正嗣 駒井
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To enable a contact hole making a small taper angle in the least roughness on the hole sidewall yet excellent controllability and reproducibility of the hole diameter as well as excellent step coverage to be formed by combin ing the whole surface exposure and the mask exposure in the photolithographic step. CONSTITUTION:An SiO2 film 12 is formed on a substrate 11 and after coating the SiO2 film 12 with a resist 13 the whole surface of which is exposed and mask exposed and developed for the formation of a resist pattern 13a. Later, the SiO2 film 12 is anisotropically reactive ion etched away using the mixed gas of CF4 CHF3 and He to form a contact hole 15. For example, the whole surface of the resist 13 is exposed and mask exposed and developed to form a resist pattern 13a making a taper angle. Finally, the SiO2 film 12 is anisotropically reactive ion etched away using the resist pattern 13a as a mask to form a contact hole 15 making the taper angle.

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コンタクト
ホール形成方法に関し、より詳細には半導体集積回路製
造過程のSiO2 膜をエッチングしてコンタクトホール
を形成する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a contact hole in a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a contact hole by etching a SiO 2 film in a semiconductor integrated circuit manufacturing process.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、半導体装置(半導体集積回
路)の製造において、半導体基板の表面のSiO2 膜に
コンタクトホールを形成するためには、フォトリソグラ
フィとエッチングを組み合わせた技術が採用されてい
る。フォトリソグラフィ技術は、レジストにマスクのパ
ターンを転写する技術であり、エッチング技術はパター
ン形成されたレジストをマスクとしてSiO2 膜を加工
する技術である。
2. Description of the Related Art Conventionally, in the manufacture of a semiconductor device (semiconductor integrated circuit), a technique combining photolithography and etching has been used to form a contact hole in a SiO 2 film on the surface of a semiconductor substrate. . The photolithography technique is a technique for transferring a mask pattern onto a resist, and the etching technique is a technique for processing a SiO 2 film using the patterned resist as a mask.

【0003】一般的なコンタクトホールを形成するため
のフォトリソグラフィ及びエッチング工程を図6に基づ
いて説明する。まず、Si基板31上にSiO2 膜32
を形成し、次いで感光性高分子から成るレジスト33を
塗布し、この後プリベークを行なってレジスト33中に
含まれる有機溶剤を除去する(図6(a))。次に、マ
スクパターン34を露光によってレジスト33上に転写
し(図6(b))、その後レジスト33を現像してマス
クパターン34に対応するレジスト33のパターンを形
成する。次に、ポストベークを行ない、レジスト33中
に含まれる水分を飛ばしてレジスト33を硬化させ、S
iO2 膜32との密着性を高めておく(図6(c))。
さらに、レジスト33をマスクとしてSiO2 膜32に
エッチング処理を施し、コンタクトホール35を形成す
る(図6(d))。次に、不要となったレジスト33を
溶かして除去する(図6(e))。以上のように、(図
6(a)〜(e))に示したような5つの主な工程から
一般的なフォトリソグラフィ及びエッチング工程は構成
されていた。
A photolithography and etching process for forming a general contact hole will be described with reference to FIG. First, the SiO 2 film 32 is formed on the Si substrate 31.
Then, a resist 33 made of a photosensitive polymer is applied, and then prebaking is performed to remove the organic solvent contained in the resist 33 (FIG. 6A). Next, the mask pattern 34 is transferred onto the resist 33 by exposure (FIG. 6B), and then the resist 33 is developed to form a pattern of the resist 33 corresponding to the mask pattern 34. Then, post-baking is performed to remove water contained in the resist 33 to cure the resist 33, and S
Adhesion with the iO 2 film 32 is enhanced (FIG. 6C).
Further, the SiO 2 film 32 is etched using the resist 33 as a mask to form a contact hole 35 (FIG. 6D). Next, the unnecessary resist 33 is melted and removed (FIG. 6E). As described above, the general photolithography and etching process is composed of the five main processes as shown in (FIGS. 6A to 6E).

【0004】上記したフォトリソグラフィ及びエッチン
グ工程により形成されるコンタクトホール35の断面形
状は矩形形状をしているが、デバイスの応用上、SiO
2 膜32のエッチング後、テーパ角のついた断面形状を
得ることが望ましい場合がある。例えば、多層配線にお
ける絶縁膜(SiO2 膜)のコンタクトホールの断面形
状をテーパ状とすることにより、上層配線における断線
を防止したり、金属材料の埋め込み特性を改善して導通
不良を防止したりする場合である。このようなテーパ形
状を有するコンタクトホールを得る方法としては、ウェ
ットエッチングとドライエッチングとを組み合わせた方
法、重合物をレジストパターンの側壁に堆積させながら
ドライエッチングを行なう方法、エッチング時のマスク
材として用いるレジストにテーパ角を付けておく方法な
どがある。
The cross-sectional shape of the contact hole 35 formed by the above-mentioned photolithography and etching process has a rectangular shape.
After etching the two films 32, it may be desirable to obtain a cross-sectional shape with a taper angle. For example, by making the cross-sectional shape of the contact hole of the insulating film (SiO 2 film) in the multi-layered wiring taper, it is possible to prevent disconnection in the upper layer wiring, or improve the metal material embedding property to prevent conduction failure. This is the case. As a method of obtaining a contact hole having such a tapered shape, a method combining wet etching and dry etching, a method of performing dry etching while depositing a polymer on a sidewall of a resist pattern, and a method of being used as a mask material during etching There is a method of forming a taper angle on the resist.

【0005】まず、図7に基づいてウェットエッチング
とドライエッチングとを組み合わせた方法について説明
する。この方法ではまず最初に、Si基板41上にSi
2膜42を形成し、さらにSiO2 膜42上に感光性
高分子から成るレジスト43を塗布する。この後、プリ
ベークを行なってレジスト43中に含まれる有機溶剤を
除去し、マスク上のパターン(図示せず)を露光によっ
てレジスト43上に転写してから現像する。次に、ポス
トベークを行なってレジスト43を硬化させ、下地との
密着性を高めておく(図7(a))。さらに、レジスト
43をマスクとし、例えば10:1BHF溶液(HF、
HNO3 、H2 Oの混合液)を用いたウェットエッチン
グにより、SiO2 膜42の上部に等方的エッチングを
施して面取りを行なう(図7(b))。この後、ドライ
エッチングにより異方的エッチングを施し、SiO2
42に面取りされたパターンを形成する(図7
(c))。次に、不要となったレジスト43を溶かして
除去する(図7(d))。
First, a method of combining wet etching and dry etching will be described with reference to FIG. In this method, first, Si on the Si substrate 41
An O 2 film 42 is formed, and a resist 43 made of a photosensitive polymer is applied on the SiO 2 film 42. After that, pre-baking is performed to remove the organic solvent contained in the resist 43, and a pattern (not shown) on the mask is transferred onto the resist 43 by exposure and then developed. Next, post-baking is performed to cure the resist 43 and enhance the adhesion to the base (FIG. 7A). Further, using the resist 43 as a mask, for example, a 10: 1 BHF solution (HF,
By wet etching using a mixed solution of HNO 3 and H 2 O), the upper portion of the SiO 2 film 42 is isotropically etched and chamfered (FIG. 7B). Then, anisotropic etching is performed by dry etching to form a chamfered pattern on the SiO 2 film 42 (FIG. 7).
(C)). Next, the resist 43 that is no longer needed is melted and removed (FIG. 7D).

【0006】次に、重合物をレジストパターンの側壁に
堆積させながらドライエッチングを行なう方法を図8に
基づいて説明する。まず、Si基板51上にSiO2
52を形成し、次にレジスト53を塗布する。この後プ
リベークを行なってレジスト53中に含まれる有機溶剤
を除去し、マスクパターン(図示せず)を露光によって
レジスト53上に転写してから現像をする(図8
(a))。さらにレジスト53をマスクとし、CCl2
2 /C26 混合ガス系を用い、反応性ドライエッチ
ングにより異方的エッチングを行なう。この場合、Si
2 膜52がエッチングされると同時に重合物がレジス
ト53のパターン側壁に堆積して重合膜54が形成さ
れ、SiO2 膜52にテーパ角を有するパターンを形成
することができる(図8(b))。次に、不要となった
レジスト53を溶かして除去する(図8(c))。
Next, a method of performing dry etching while depositing a polymer on the side wall of the resist pattern will be described with reference to FIG. First, the SiO 2 film 52 is formed on the Si substrate 51, and then the resist 53 is applied. After that, pre-baking is performed to remove the organic solvent contained in the resist 53, and a mask pattern (not shown) is transferred onto the resist 53 by exposure and then developed (FIG. 8).
(A)). Further, using the resist 53 as a mask, CCl 2
Anisotropic etching is performed by reactive dry etching using a F 2 / C 2 H 6 mixed gas system. In this case Si
At the same time when the O 2 film 52 is etched, a polymer is deposited on the pattern side wall of the resist 53 to form a polymer film 54, and a pattern having a taper angle can be formed on the SiO 2 film 52 (FIG. 8B. )). Next, the unnecessary resist 53 is melted and removed (FIG. 8C).

【0007】エッチング時のマスク材として用いられる
レジストにテーパ角を付けておく方法は、現像後のレジ
ストに熱処理を加えることにより、レジストにテーパ角
を付けておき、その後エッチングを施してテーパ角を有
するSiO2 膜を形成するというものである。
A method of forming a taper angle on a resist used as a mask material at the time of etching is to heat the resist after development to give a taper angle to the resist, and then perform etching to form the taper angle. The SiO 2 film is formed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記したウェットエッ
チングとドライエッチングとを併用する方法の場合、レ
ジスト43とSiO2 膜42との密着性が悪いと、レジ
スト43とSiO2 膜42との界面から水平方向にエッ
チング液が染み込み、横方向にエッチングが拡がってし
まう。したがって、再現性、制御性が悪くなるとともに
微細加工上も不利になるという問題があった。
[SUMMARY OF THE INVENTION] The method of combining the wet etching and dry etching using the case, the poor adhesion between the resist 43 and the SiO 2 film 42, the interface between the resist 43 and the SiO 2 film 42 The etching solution penetrates in the horizontal direction, and the etching spreads in the horizontal direction. Therefore, there is a problem that reproducibility and controllability are deteriorated and also disadvantageous in fine processing.

【0009】また、重合物をレジストパターンの側壁に
堆積させながらドライエッチングを行なう方法の場合、
レジスト53のパターン側壁に形成される重合膜54を
利用してSiO2 膜52にテーパ角を形成するため、エ
ッチング処理枚数が増加するにつれて、重合膜54の影
響でエッチングレートの低下が生じ、再現性及び各パタ
ーンにおける制御性が悪いという問題点があった。
Further, in the case of the method of performing the dry etching while depositing the polymer on the side wall of the resist pattern,
Since the taper angle is formed on the SiO 2 film 52 by utilizing the polymer film 54 formed on the side wall of the pattern of the resist 53, the etching rate decreases due to the influence of the polymer film 54 as the number of etching treatments increases, and the reproduction is reproduced. And the controllability in each pattern is poor.

【0010】さらに、エッチングの際のマスク材として
用いられるレジストにテーパ角を付けておく方法の場
合、レジストに熱処理を施したときに生じる伸縮がパタ
ーン幅、パターン密度の相違に起因して一様に起こら
ず、また再現性、制御性も悪いという問題点もあった。
Further, in the case where the resist used as a mask material at the time of etching has a taper angle, the expansion and contraction caused when the resist is heat-treated is uniform due to the difference in pattern width and pattern density. There was also a problem that it did not occur, and the reproducibility and controllability were poor.

【0011】本発明はこのような課題に鑑み発明された
ものであって、ホール側壁に荒れがなく、ホール径の制
御性、再現性に優れ、しかも段差被覆性に優れた小さな
テーパ角を有するコンタクトホール形成方法を提供する
ことを目的としている。
The present invention has been invented in view of the above problems, and has a small taper angle which is excellent in controllability and reproducibility of hole diameter without roughening the side wall of the hole and in step coverage. It is intended to provide a method for forming a contact hole.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る半導体装置のコンタクトホール形成方法
は、基板上にSiO2 膜を成膜し、該SiO2 膜上にレ
ジストを塗布して該レジストに全面露光及びマスク露光
を施し、現像してレジストパターンを形成した後に、前
記SiO2 膜にCF4 、CHF3 およびHeの混合ガス
を用いて異方性を有する反応性イオンエッチング処理を
施すことを特徴とし、また、上記記載の半導体装置のコ
ンタクトホール形成方法において、全面露光またはマス
ク露光の後にPEB(Post Exposure Bake)処理を施す
ことを特徴としている。
In order to achieve the above object, a method of forming a contact hole of a semiconductor device according to the present invention comprises forming a SiO 2 film on a substrate and applying a resist on the SiO 2 film. Then, the resist is subjected to overall exposure and mask exposure, and developed to form a resist pattern, and then the SiO 2 film is subjected to anisotropic reactive ion etching treatment using a mixed gas of CF 4 , CHF 3 and He. In the method for forming a contact hole of a semiconductor device described above, PEB (Post Exposure Bake) processing is performed after the whole surface exposure or the mask exposure.

【0013】[0013]

【作用】上記した方法によれば、半導体装置を製造する
際のフォトリソグラフィ工程において、レジストを塗布
したウエハに露光・現像処理を施してレジストパターン
を形成する際、全面露光とマスク露光とを組み合わせて
行ない、この後現像処理を施す。レジスト中のインヒビ
タ(現像抑制剤)はレジストが露光されることにより分
解されるので、全面露光の強度を調整すればレジストの
表面のみが強く露光され、インヒビタ濃度は小さくな
り、現像可能状態となる。また、深い部分になるにした
がって露光された光強度が弱まった状態となり、インヒ
ビタ濃度は大きくなり現像不可能状態となる。つまり、
前記全面露光後のインヒビタ濃度はレジスト表面から深
くなるにつれて大きくなるという濃度分布を示す。この
状態からマスク露光を行なうと、マスク露光では開口部
のみから光がレジストに照射され、前記開口部における
光強度分布は表面部に近いほど現像により溶解可能な状
態が大きく拡がった状態となる。この後、現像を行なう
とテーパ角を有するレジストパターンが形成されること
となる。
According to the method described above, in the photolithography process in manufacturing a semiconductor device, when a resist-coated wafer is subjected to exposure / development processing to form a resist pattern, whole surface exposure and mask exposure are combined. After that, development processing is performed. Since the inhibitor (development inhibitor) in the resist is decomposed by exposing the resist, if the intensity of the entire surface exposure is adjusted, only the resist surface is exposed strongly, the inhibitor concentration becomes small, and it becomes a developable state. . Further, as the depth becomes deeper, the intensity of the exposed light becomes weaker, the inhibitor concentration becomes higher, and the developing becomes impossible. That is,
The inhibitor concentration after the whole surface exposure shows a concentration distribution that increases as the depth from the resist surface increases. When the mask exposure is performed in this state, the resist is irradiated with the light only from the opening in the mask exposure, and the light intensity distribution in the opening is in a state in which the state that can be dissolved by the development is broadened as it is closer to the surface. After that, when development is performed, a resist pattern having a taper angle is formed.

【0014】ところが、小さなテーパ角を有するコンタ
クトホールを形成する際、通常のエッチング用ガスを用
いてエッチングした場合、レジスト荒れが生じてしま
い、この荒れがホールの側壁に転写されるためホール径
の制御性及び再現性が低下する。このレジスト荒れはエ
ッチレートを大きくすることにより、レジストが受ける
衝撃が大きくなって生じたものである。そこで、エッチ
ング工程においてSiO2 膜にレジストパターンを転写
する際、Heを希釈ガスとしたCF4 、CHF3 との混
合ガスを用いる。そうすると、前記混合ガス中のHeは
その質量が小さく、前記レジストに与える衝撃も小さ
く、このためレジスト荒れを生じさせない。このよう
に、前記SiO2 膜に前記混合ガスを用いて異方性を有
する反応性イオンエッチング処理を施すことによって、
前記レジストのエッチレートを大きくしてもレジスト荒
れが生じず、またエッチングが異方的であるため、コン
タクトホールが横方向に拡がってしまうということもな
くなる。したがって、段差被覆性に優れた小さなテーパ
角を有し、かつホール側壁が滑らかで、ホール径の制御
性及び再現性に優れたコンタクトホールを形成すること
が可能となる。
However, when a contact hole having a small taper angle is formed, when a normal etching gas is used for etching, resist roughening occurs, and this roughening is transferred to the side wall of the hole, so that the hole diameter is reduced. Controllability and reproducibility are reduced. This resist roughness is caused by an increase in impact on the resist due to an increase in the etching rate. Therefore, when the resist pattern is transferred to the SiO 2 film in the etching step, a mixed gas of CF 4 and CHF 3 with He as a diluent gas is used. Then, the He in the mixed gas has a small mass, and the impact on the resist is small, so that the resist is not roughened. Thus, by subjecting the SiO 2 film to the anisotropic reactive ion etching treatment using the mixed gas,
Even if the etching rate of the resist is increased, the resist is not roughened, and since the etching is anisotropic, the contact hole does not spread laterally. Therefore, it is possible to form a contact hole having a small taper angle excellent in step coverage, a smooth hole sidewall, and excellent hole diameter controllability and reproducibility.

【0015】また、上記記載の半導体装置のコンタクト
ホール形成方法において、露光波長が単一波長の場合、
定在波の影響で下地膜に対して垂直方向にλ/4n
(λ;波長,n;屈折率)周期で光の強度が変化するこ
とによって、レジストの側壁に波状模様が現われる場合
がある。この場合、前記波状模様のためフォトリソグラ
フィ工程におけるレジストパターンの形状制御性が低下
する。ただし、前記波状模様は前記SiO2 膜をエッチ
ングする際に前記レジストもある程度エッチングされる
ため消失し、エッチング後のパターン形状はなめらかに
なる。しかしながら、エッチング工程においてはレジス
トパターンの形状が反映されるので、エッチング後のコ
ンタクトホールのテーパ制御性に影響を与える。
In the method for forming a contact hole of a semiconductor device described above, when the exposure wavelength is a single wavelength,
Λ / 4n perpendicular to the underlying film due to the effect of standing waves
A wavy pattern may appear on the side wall of the resist due to a change in the light intensity with a cycle of (λ; wavelength, n; refractive index). In this case, the wavy pattern reduces the shape controllability of the resist pattern in the photolithography process. However, the wavy pattern disappears because the resist is also etched to some extent when the SiO 2 film is etched, and the pattern shape after etching becomes smooth. However, since the shape of the resist pattern is reflected in the etching process, the taper controllability of the contact hole after etching is affected.

【0016】そこで、前記定在波の影響を緩和するため
全面露光またはマスク露光の後にPEB処理を施すこと
により、前記全面露光及び前記マスク露光後におけるレ
ジスト中のインヒビタ濃度分布がなだらかになり、線幅
の制御が容易となる。
Therefore, PEB treatment is performed after the entire surface exposure or the mask exposure to alleviate the effect of the standing wave, so that the inhibitor concentration distribution in the resist after the entire surface exposure and the mask exposure becomes gentle, The width can be easily controlled.

【0017】また、前記マスク露光の前に前記PEB処
理を施した場合は、前記マスク露光における光が入射し
易くなるため、マスク露光量を小さく見積もることも可
能となり、またマスク露光時における光の定在波の影響
も緩和されることとなる。
Further, when the PEB treatment is performed before the mask exposure, the light in the mask exposure is likely to enter, so that the mask exposure amount can be estimated to be small, and the light in the mask exposure can be estimated. The effects of standing waves will also be mitigated.

【0018】[0018]

【実施例及び比較例】以下、本発明に係る半導体装置の
コンタクトホール形成方法の実施例及び比較例を図面に
基づいて説明する。 [実施例1]図1(a)〜(e)は実施例に係る半導体
装置のコンタクトホール形成方法を説明するための各工
程を示した断面図である。
EXAMPLES AND COMPARATIVE EXAMPLES Examples and comparative examples of a method for forming a contact hole of a semiconductor device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. [Embodiment 1] FIGS. 1A to 1E are cross-sectional views showing respective steps for explaining a method of forming a contact hole of a semiconductor device according to an embodiment.

【0019】まず、Siからなる基板11上にSiO2
膜12を形成し、次にSiO2 膜12上に、感光性高分
子から成るレジスト13を塗布する(図1(a))。こ
の後、プリベークを行なってレジスト13中に含まれる
有機溶剤を除去する。次に、レジスト13上から全面露
光を行ない((図1(b))、続いてマスクパターン1
4を用いてステッパーでマスク露光を行なう(図1
(c))。次にレジスト13を現像し、マスクパターン
14に対応するテーパ角を有するレジストパターン13
aを形成する(図1(d))。この後、ポストベークを
行ない、レジスト13中に含まれる水分を飛ばしてレジ
スト13を硬化させ、SiO2 膜12との密着性を高め
ておく。さらに、このテーパ角を有するレジストパター
ン13aをマスクとしてSiO2 膜12に異方性を有す
る反応性エッチング処理を施し、テーパ角を有するコン
タクトホール15を形成し、不要となったレジストパタ
ーン13aを除去する(図1(e))。
First, SiO 2 is formed on a substrate 11 made of Si.
A film 12 is formed, and then a resist 13 made of a photosensitive polymer is applied on the SiO 2 film 12 (FIG. 1A). After that, prebaking is performed to remove the organic solvent contained in the resist 13. Next, the entire surface is exposed from above the resist 13 ((FIG. 1 (b)), and then the mask pattern 1
4 is used to perform mask exposure with a stepper (see FIG. 1).
(C)). Next, the resist 13 is developed to have a taper angle corresponding to the mask pattern 14.
a is formed (FIG. 1D). After that, post-baking is performed to remove moisture contained in the resist 13 to cure the resist 13 and enhance the adhesiveness with the SiO 2 film 12. Further, the SiO 2 film 12 is subjected to anisotropic reactive etching treatment using the resist pattern 13a having the taper angle as a mask to form a contact hole 15 having the taper angle, and the unnecessary resist pattern 13a is removed. (FIG. 1 (e)).

【0020】上記エッチング処理はHe(350sccm)
を希釈ガスとしたCF4 (20sccm)及びCHF3 (2
0sccm)の混合ガスを用い、図2に示した装置を使用し
てRFパワー:850W、電極間距離:1.0cm、試
料温度:−30℃、圧力500mTorrで行なった。
The above etching treatment is He (350 sccm)
CF 4 (20 sccm) and CHF 3 (2
(0 sccm) mixed gas, using the apparatus shown in FIG. 2, RF power: 850 W, distance between electrodes: 1.0 cm, sample temperature: −30 ° C., pressure: 500 mTorr.

【0021】図中21は上部電極を、22は下部電極
を、23は高周波電源を、24はガス導入口を、25は
ウエハをそれぞれ示している。
In the figure, 21 is an upper electrode, 22 is a lower electrode, 23 is a high frequency power source, 24 is a gas inlet, and 25 is a wafer.

【0022】なお、上記した混合ガスにエッチングガス
としてO2 を添加しても良い。
O 2 may be added as an etching gas to the above mixed gas.

【0023】[実施例2]実施例2に係る半導体装置の
コンタクトホール形成方法は図1に示した実施例1に係
る半導体装置のコンタクトホール形成方法と基本的に同
様の工程を有するが、マスク露光(図1(c))の後に
PEB処理(熱処理)を施す点で相違している。
[Embodiment 2] A method for forming contact holes in a semiconductor device according to Embodiment 2 has basically the same steps as the method for forming contact holes in the semiconductor device according to Embodiment 1 shown in FIG. The difference is that PEB treatment (heat treatment) is performed after exposure (FIG. 1C).

【0024】露光波長が単一波長の場合、定在波の影響
で、光強度がλ/4n(λ:波長,n:屈折率)周期で
変わることにより、図3に示したようにレジストパター
ン13aの側壁に波状模様が現れる場合がある。そこ
で、本実施例では定在波の影響を緩和するためマスク露
光後にPEB処理を施し、レジスト13中のインヒビタ
の波状濃度分布をなだらかにし、現像後に側壁の滑らか
なレジストパターン13aを形成する。図1に示したよ
うな工程によれば、前記PEB処理を施さなくても、滑
らかで小さなテーパ角を有するコンタクトホール15を
形成することができるが、PEB処理を施したほうが形
状制御の点からはより好ましい。
When the exposure wavelength is a single wavelength, the light intensity changes at a cycle of λ / 4n (λ: wavelength, n: refractive index) due to the influence of a standing wave, so that the resist pattern as shown in FIG. A wavy pattern may appear on the side wall of 13a. Therefore, in the present embodiment, in order to mitigate the influence of standing waves, PEB processing is performed after mask exposure to smooth the inhibitory wave-like concentration distribution in the resist 13, and after development, a resist pattern 13a having a smooth sidewall is formed. According to the process as shown in FIG. 1, the contact hole 15 having a smooth and small taper angle can be formed without performing the PEB treatment, but the PEB treatment is preferable in terms of shape control. Is more preferable.

【0025】[実施例3]実施例3に係る半導体装置の
コンタクトホール形成方法は図1に示した実施例1に係
る半導体装置のコンタクトホール形成方法と基本的に同
様の工程を有するが、全面露光(図1(b))の後にP
EB処理(熱処理)を施す点で相違している。
[Third Embodiment] A contact hole forming method for a semiconductor device according to a third embodiment basically has the same steps as the contact hole forming method for a semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. After exposure (Fig. 1 (b)), P
The difference is that EB treatment (heat treatment) is performed.

【0026】図4は実施例3で形成されたコンタクトホ
ール15の形状を示した断面図である。この際の形成条
件は、レジスト13としてポジレジストPFX−15
(住友化学工業(株)製)を用い、プリベークは100
℃で120秒間行なった。マスクなしの全面露光にはN
SR1505G7E((株)ニコン製)を用い、露光量
95mJ/cm2 の露光条件で露光を行なった後、PE
B処理を125℃で120秒間行なった。ついで、マス
ク露光を露光量95mJ/cm2 で行なった後、22
℃、65秒間の現像処理を施し、120℃、120秒間
のポストベークを施した。
FIG. 4 is a sectional view showing the shape of the contact hole 15 formed in the third embodiment. The formation conditions at this time are as follows: positive resist PFX-15 as resist 13.
(Sumitomo Chemical Co., Ltd.), prebaking is 100
It was carried out at 120 ° C. for 120 seconds. N for full exposure without mask
After using SR1505G7E (manufactured by Nikon Corporation) under an exposure condition of an exposure amount of 95 mJ / cm 2 , PE was used.
Treatment B was carried out at 125 ° C. for 120 seconds. Then, mask exposure is performed at an exposure dose of 95 mJ / cm 2 , and then 22
Development processing was performed at 65 ° C. for 65 seconds, and post baking was performed at 120 ° C. for 120 seconds.

【0027】実施例3にあっては、全面露光後にPEB
処理を施してマスク露光を行なっている。全面露光の際
の、露光量の調整により、レジスト13は表面部のみが
強く感光し、深くなるにしたがって弱く感光するので、
前記全面露光後のインヒビタ濃度はレジスト13表面か
ら深くなるにつれて大きくなるという濃度分布を示し、
インヒビタ濃度が大きくなるほど現像による溶解が不可
能となっている。この状態で、PEB処理を施すことに
より、レジスト13中のインヒビタ濃度の分布を滑らか
にすることができる。また、レジスト13中における光
の透過率も変化し、マスク露光における光が入射し易く
なるためマスク露光量を小さく見積もることもでき、さ
らにはマスク露光時における光の定在波の影響も緩和す
ることができる。
In the third embodiment, PEB is applied after the whole surface exposure.
A mask exposure is performed after the processing. Since the resist 13 is strongly exposed only on the surface portion and weakly as the depth is increased by adjusting the exposure amount during the whole surface exposure,
The inhibitor concentration after the whole surface exposure has a concentration distribution in which the inhibitor concentration increases as the depth from the surface of the resist 13 increases.
As the inhibitor concentration increases, dissolution due to development becomes impossible. By performing PEB processing in this state, the inhibitor concentration distribution in the resist 13 can be made smooth. Further, the transmittance of light in the resist 13 also changes, and the light in the mask exposure is likely to enter, so that the mask exposure amount can be underestimated, and the influence of the standing wave of light during the mask exposure can be mitigated. be able to.

【0028】図5は実施例3に係る半導体装置のコンタ
クトホール形成方法におけるHeガスの代わりにArガ
スで希釈した混合ガスを用いてエッチングした場合に形
成された比較例に係るコンタクトホール20の断面形状
を示している。
FIG. 5 is a sectional view of a contact hole 20 according to a comparative example formed when etching is performed using a mixed gas diluted with Ar gas instead of He gas in the method of forming a contact hole of a semiconductor device according to the third embodiment. The shape is shown.

【0029】図5では、コンタクトホール20の側壁が
凸凹になっている。これはエッチング時にArが与えた
衝撃が強く、レジストに荒れが生じたためである。
In FIG. 5, the side wall of the contact hole 20 is uneven. This is because the impact given by Ar during etching was strong and the resist was roughened.

【0030】[0030]

【表1】 [Table 1]

【0031】表1は、実施例3により形成されたコンタ
クトホール15と比較例のコンタクトホール20とを比
べた結果である。
Table 1 shows the result of comparison between the contact hole 15 formed in Example 3 and the contact hole 20 of the comparative example.

【0032】表1から明らかなように、実施例3により
形成されたコンタクトホール15においては、ホール側
壁の荒れがなく、テーパ角は小さく、Alスパッタによ
るカバレッジも良好であった。
As is clear from Table 1, in the contact hole 15 formed in Example 3, the hole sidewall was not roughened, the taper angle was small, and the coverage by Al sputtering was good.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る半導体
装置のコンタクトホール形成方法においては、半導体装
置を製造する際のフォトリソグラフィ工程において全面
露光とマスク露光とを組み合わせることにより、レジス
トパターンに制御性、再現性の良いテーパ角を付けてお
くことができる。また、エッチング工程において異方性
を有する反応性エッチング処理を施すことにより、ホー
ル側壁に荒れがなく、ホール径の制御性及び再現性に優
れ、しかも段差被覆性に優れた小さなテーパ角を有する
コンタクトホールを形成することができる。
As described in detail above, in the method for forming a contact hole of a semiconductor device according to the present invention, a resist pattern is formed by combining whole surface exposure and mask exposure in a photolithography process in manufacturing a semiconductor device. A taper angle with good controllability and reproducibility can be attached. In addition, by performing anisotropic reactive etching in the etching process, the side wall of the hole is not roughened, the controllability and reproducibility of the hole diameter is excellent, and the contact having a small taper angle is excellent in step coverage. Holes can be formed.

【0034】このため、コンタクトホール部での配線の
断線や埋め込み不良による導通不良を防止することがで
きる。
For this reason, it is possible to prevent disconnection of the wiring in the contact hole portion and conduction failure due to filling failure.

【0035】また、上記記載の半導体装置のコンタクト
ホール形成方法において、全面露光またはマスク露光の
後にPEB(Post Exposure Bake)処理を施す場合には、
前記全面露光及び前記マスク露光後のレジスト中におけ
るインヒビタ濃度分布をなだらかにすることができ、露
光量に対する線幅変化率が小さくなり、線幅制御性を向
上させることができるため、より一層微細なコンタクト
ホールを作製することが容易となる。
In the contact hole forming method for a semiconductor device described above, when PEB (Post Exposure Bake) processing is performed after the whole surface exposure or mask exposure,
Since the inhibitor concentration distribution in the resist after the whole surface exposure and the mask exposure can be made gentle, the rate of change of the line width with respect to the exposure amount can be reduced, and the line width controllability can be improved, so that a finer pattern can be obtained. It becomes easy to make contact holes.

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

【図1】(a)〜(e)は本発明に係る半導体装置のコ
ンタクトホール形成方法の実施例を各工程順に示した模
式的断面図である。
1A to 1E are schematic cross-sectional views showing an embodiment of a method for forming a contact hole of a semiconductor device according to the present invention in the order of each step.

【図2】実施例1〜3におけるエッチング処理工程に使
用されたエッチング装置を示した概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an etching apparatus used in an etching process in Examples 1 to 3.

【図3】PEB処理無しでの本発明によるレジストパタ
ーンを示した摸式的断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a resist pattern according to the present invention without PEB treatment.

【図4】実施例3で形成されたコンタクトホールを示し
た断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a contact hole formed in Example 3;

【図5】エッチング処理工程の混合ガスにHeの代わり
にArを用いて形成した比較例に係るコンタクトホール
の形状を示した断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a shape of a contact hole according to a comparative example formed by using Ar instead of He as a mixed gas in an etching process.

【図6】(a)〜(e)は従来のレジストパターンを用
いたコンタクトホール形成工程を順に示した模式的断面
図である。
6A to 6E are schematic cross-sectional views sequentially showing a contact hole forming process using a conventional resist pattern.

【図7】(a)〜(d)は従来のテーパ角の付いたコン
タクトホールを形成する際の各工程を順に示した模式的
断面図である。
7A to 7D are schematic cross-sectional views sequentially showing each step in forming a conventional contact hole having a taper angle.

【図8】(a)〜(c)は別の従来例におけるテーパ角
の付いたコンタクトホールを形成する際の各工程を順に
示した模式的断面図である。
FIGS. 8A to 8C are schematic cross-sectional views sequentially showing each step in forming a contact hole with a taper angle in another conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 12 SiO2 膜 13 レジスト 13a レジストパターン 15 コンタクトホール11 substrate 12 SiO 2 film 13 resist 13a resist pattern 15 contact hole

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上にSiO2 膜を成膜し、該SiO
2 膜上にレジストを塗布して該レジストに全面露光及び
マスク露光を施し、現像してレジストパターンを形成し
た後に、前記SiO2 膜にCF4 、CHF3 およびHe
の混合ガスを用いて異方性を有する反応性イオンエッチ
ング処理を施すことを特徴とする半導体装置のコンタク
トホール形成方法。
1. A SiO 2 film is formed on a substrate, and the SiO 2 film is formed.
After a resist is applied on the two films, the resist is subjected to overall exposure and mask exposure, and developed to form a resist pattern, and then the SiO 2 film is subjected to CF 4 , CHF 3 and He.
A method for forming a contact hole in a semiconductor device, which comprises subjecting a reactive ion etching treatment having anisotropy to a mixed gas of the above.
【請求項2】 全面露光またはマスク露光の後にPEB
(Post Exposure Bake)処理を施すことを特徴とする請
求項1記載の半導体装置のコンタクトホール形成方法。
2. PEB after whole surface exposure or mask exposure
The method for forming a contact hole in a semiconductor device according to claim 1, wherein a (Post Exposure Bake) process is performed.
JP31153992A 1992-11-20 1992-11-20 Contact hole forming method of semiconductor device Pending JPH06163482A (en)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5567270A (en) * 1995-10-16 1996-10-22 Winbond Electronics Corp. Process of forming contacts and vias having tapered sidewall
KR100363642B1 (en) * 1999-11-11 2002-12-05 아남반도체 주식회사 Method for forming contact hole of semiconductor devices
WO2005036244A1 (en) * 2003-10-09 2005-04-21 Fujitsu Limited Module for reflection liquid crystal display and its manufacturing method, and reflection liquid crystal display
CN110416076A (en) * 2019-06-05 2019-11-05 福建省福联集成电路有限公司 A kind of method and device improving metallic circuit fracture

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