JPH06208976A - 半導体装置の製造方法及びスルーホールの形成方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法及びスルーホールの形成方法

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JPH06208976A
JPH06208976A JP205093A JP205093A JPH06208976A JP H06208976 A JPH06208976 A JP H06208976A JP 205093 A JP205093 A JP 205093A JP 205093 A JP205093 A JP 205093A JP H06208976 A JPH06208976 A JP H06208976A
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JP
Japan
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hole
insulating film
etching
gas
semiconductor device
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JP205093A
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Satoru Fujii
知 藤井
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 テーパ角が大きくエッジのないスルーホール
を形成する。 【構成】 この実施例では、絶縁膜としてSiNx やS
iOx y などシリコン及び窒素を含んだものが用いら
れ、この絶縁膜に対するエッチングガスとしてフッ素を
含むガス(例えば、フロン)で分子量の異なったものを
2種以上混合して用いる。このときのガスの選定は、分
子量の小さなもの(例えば、CF4 )と大きなもの(例
えば、C2 6 ,SF6 ,C3 8 )を組み合わせる。
混合比は、絶縁膜のエッチングレートが最も高くなるよ
うに選定し、また、混合するガスの種類は、エッチング
する形状に応じて決定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路の層間
配線技術に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路(IC)においては、基
板に形成された素子を、その表面に形成された酸化膜,
窒化膜などで保護するとともに、表面の膜で絶縁しこの
膜上に配線を形成して所望の回路が構成されている。特
に、集積度が高くなると、配線に要する面積が大きくな
るため、配線を多層化し、基板内に配置された各素子間
の結合に自由度を与え、高密度のデバイスを形成させる
ことが必要になる。そのために絶縁膜にスルーホール
(コンタクトホール,VIAホールとも呼ばれる)が設
けられ、このスルーホールを介して基板の素子と絶縁膜
上との間だけでなく、層間の配線が行われている。所望
の動作をするICを得るには、配線に不良が発生するの
を極力抑える必要があり、そのための方法としてつぎの
ものがある。
【0003】代表的なものとして平坦化法と呼ばれる方
法であり、塗布法,エッチバック法,バイアススパッタ
法,リストオフ法などがある。これらは、流動物の塗
布,エッチング,スパッタリングなどにより表面の絶縁
膜を平坦化するものである。また、絶縁膜の表面が平坦
であっても、その上下間の配線のために設けられるスル
ーホールによる凹凸が生じる。急峻なスルーホールの段
差を緩和するために様々な方法がある。例えば、スルー
ホールにテーパをつけてポリシリコン,金属などの導体
を埋め込む方法,選択CVD法,バイアススパッタリン
グ法,リストオフ法などがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】平坦化プロセスでは、
例えば、膜を一旦形成してエッチバックする、という工
程がなされ、また、スルーホール埋込工程では、例え
ば、エッチングした後に金属をスパッタリングし不要部
分を除去する、という工程がなされる。このような従来
の工程では、中小規模のICを製造する上で工程が増加
する、という問題がある。このことは、設備の面だけで
なく製造の面でもコストの増加を招くことになる。ま
た、集積度の向上にともない、スルーホールのアスペク
ト比が大ききなる。そのため、スルーホールの埋込をし
なければ、段差ができて段線を起こしたり信頼性の低下
を招くことになるなどの問題が生じることになる。これ
は、十分なテーパ角のついたスルーホールを得るのが難
しいことに起因する。
【0005】本発明は、上述の問題点に鑑み、良好なテ
ーパ角をもつスルーホールを形成すること、そのような
スルーホールをもつ半導体装置を提供することを、その
目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に絶縁膜
を形成し、この絶縁膜をエッチングしてスルーホールを
形成し、前記スルーホールを介して前記絶縁膜の上下間
の配線を形成する半導体装置の製造方法であって、絶縁
膜は、シリコン及び窒素(SiN,SiONなど)を含
んだ材料で形成され、スルーホールは、フッ素を含む分
子量の異なった2種以上の混合ガスのドライエッチング
(特に、反応性イオンエッチング)にて形成される。
【0007】混合ガスの混合比は、絶縁膜のエッチング
レートが最も高くなるように選定されているのがより望
ましく、また、混合ガスは、CF4 と、C2 6 ,SF
6 ,C3 8 のいずれかを混合したものであっても良
い。
【0008】本発明のスルーホールの形成方法は、基板
上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜をエッチングしてスル
ーホールを形成するスルーホールの形成方法であって、
絶縁膜は、シリコン及び窒素を含んだ材料で形成され、
スルーホールは、フッ素を含む分子量の異なった2種以
上の混合ガスのドライエッチング(特に、反応性イオン
エッチング)にて形成される。
【0009】
【作用】本発明では、基板上に形成され、シリコン及び
窒素を含んだ絶縁膜がフッ素を含むガスのプラズマによ
ってエッチングされる。このプラズマによるエッチング
の過程は複雑なものであるが、後述する結果よりつぎの
ように考えられる。
【0010】SiN,SiONなどシリコン及び窒素を
含んだ絶縁膜がフッ素プラズマと反応し、反応生成物は
気体となって拡散する。これによってエッチングが進行
し絶縁膜が削られて行く。ここで、ガス中の分子は電界
によって電離し加速されており、混合ガスのうち分子量
の小さいものは、分子量の大きいものによって散乱す
る。そして、散乱されたとき分解しフッ素の供給源とな
る。この散乱は分子量の大きいものによって左右され、
この分子量の大きさが散乱を制御することになる。この
散乱によって、単体のガスを用いる通常の場合よりもさ
らにスルーホールの端部にテーパー角がつくことにな
る。
【0011】こうして、スルーホールの端部はフレア状
に形成され、断線の原因となる急なスルーホールの端部
の段差すなわちエッジの発生が抑えられる。絶縁膜のエ
ッチングレートは、混合ガスの混合比で変化し、最も高
くなるように選定すると、より短時間でエッチングをな
しうる。組成によって、エッチングする形状は変化し、
その形状に応じた組成で所望の形状のスルーホールを形
成することができる。
【0012】
【実施例】この実施例は、スルーホールの形状をドライ
エッチングでコントロールすることで、段線やショート
をなくし信頼性の向上を図るものである。この実施例で
は、絶縁膜としてSiNx やSiOx y などシリコン
及び窒素を含んだものが用いられ、この絶縁膜に対する
エッチングガスとしてフッ素を含むガス(例えば、フロ
ン)で分子量の異なったものを2種以上混合して用い
る。このときのガスの選定は、分子量の小さなもの(例
えば、CF4 )と大きなもの(例えば、C2 6 ,SF
6 ,C3 8 )を組み合わせる。混合比は、絶縁膜のエ
ッチングレートが最も高くなるように選定し、また、混
合するガスの種類は、エッチングする形状に応じて決定
する。以下、本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。
【0013】図1は、本実施例の半導体装置の製造工程
の概略を示したものである。この例は、半導体ウェハに
GaAsを使用し、化合物半導体ICを製造する場合の
ものである。この図をもとに順を追って製造工程を説明
する。
【0014】まず、GaAs基板110に通常の半導体
ウェハプロセス技術にて素子(例えばMESFET,H
EMTなど)を形成する。化合物半導体ICでは、通
常、CVD法,スパッタ法により絶縁膜としてSi
2 ,Si3 4 ,SiOx y などが用いられるが、
スルーホールを設ける部分近傍はSi3 4 ,SiOx
yなどシリコン及び窒素を含んだもので絶縁膜120
を形成しておく(図1(a))。なお、ここでは、絶縁
膜120を5000オングストローム形成している。ま
た、図ではGaAs基板110に形成された素子につい
ては省略している。つぎに、レジスト130を塗布し、
通常のフォトリソグラフィ技術にてスルーホールを設け
る部分140など(絶縁膜120を除去すべき部分)に
ついてレジスト130を除去する(図1(b))。
【0015】こうして得られた基板110をドライエッ
チングでエッチングする。この場合、通常のリアクティ
ブイオンエッチング(RIE)にてエッチングを行うの
であるが、その反応ガス230にフッ素を含む分子量の
異なった2種以上の混合ガスを用いて行う(図1
(c))。これによって、レジストの除去された部分1
40にスルーホールが形成される。絶縁膜120の表面
でレジスト130の端部近傍にはサイドエッチングが生
じており、スルーホール150は、その端部に大きなテ
ーパ角を持ち、フレア状に形成される。
【0016】そして、通常の化合物半導体ICの場合と
同様に、チタンを500オングストローム、金を450
0オングストローム蒸着し配線パターン160を形成し
て、ICを完成させる。スルーホール150は段差が小
さいものになっているので、断線の原因となるエッジの
発生が抑えられ、スルーホール150の埋込が良好にな
されている。そのため、配線を良好に形成することがで
き、半導体装置を信頼性が高く、歩留まりの良いものに
することができる。
【0017】図2,3は、上述のRIE(図1(c)の
工程)において、反応ガスを2種用いた場合と1種の場
合のエッチング形状の比較を1μmのパターンについて
示したものであり、図3は図2の断面をイラストで示し
たものである。図2,3(a)は反応ガスにCF4 ,S
6 の2種用いた場合のもので、CF4 が19sccm、S
6 30sccmという流量でおこなった。また、チャンバ
ー210内の圧力は7pa、高周波電源220のパワー
は250Wという反応条件とした。その結果、サイドエ
ッチ量はおよそ0.3μmになった。また、絶縁膜12
0の表面とエッチングされた部分では非常にエッジの小
さなものになっている。
【0018】図2,3(b)は反応ガスにSF6 だけを
用いた場合のもので、他の反応条件は、上述の2種用い
た場合と同じである。この場合では、サイドエッチ量は
0.15〜0.2μmとなっている。(a)の場合に比
べてサイドエッチ量は小さくなっているがエッジが大き
くなっている。このように反応ガスを2種用いるのは、
エッジのないスルーホールを形成するのに有効であるこ
とが分かる。
【0019】図4は、反応ガスの混合比とエッチングレ
ートの関係を、CF4 ,SF6 の2種用いた場合につい
て示したものである。エッチングレートは混合比によっ
て変化し、CF4 ,SF6 を混合した場合、およそ40
%あたりでエッチングレートが最大になる。この関係は
反応ガスの組み合わせで異なるが、エッチングレートが
最大になる混合比でエッチングすることで、エッチング
速度が速く、プロセスの迅速化をすることができる。
【0020】図5は、反応ガスの混合比に対してエッチ
ングされる形状を示したものである。(a)は反応ガス
にCF4 だけを用いた場合であり、通常のRIEと同様
の形状になる。そのため、エッジが大きなものになって
いる。(c)は反応ガスにSF6 だけを用いた場合であ
り、エッチングが等方的に進み、通常のプラズマエッチ
ングのように丸くエッチングされる。そのため、エッジ
が大きなものになっている。これに対し、反応ガスを2
種用いた場合、つぎのようになると考えられる。
【0021】混合ガスのうち分子量の小さいものは、分
子量の大きいものによって散乱する。そして、散乱され
たとき分解しフッ素の供給源となる。この散乱は分子量
の大きいものによって左右され、この分子量の大きさが
散乱を制御することになる。この散乱によって、単体の
ガスを用いる通常の場合よりもさらにスルーホールの端
部にテーパー角がつくことになって、(b)のような形
状になるものと考えられる。実線はCF4 ,SF6 を用
いた場合を、点線はCF4 ,C3 8 を用いた場合で、
分子量の差が大きいほど後退量は大きなものになると考
えられる。このことから、混合するガスの組み合わせは
前述の実施例に限らず、CF4 ,C2 6 ,SF6 ,C
3 8 など様々な変形が可能であり、スルーホールの形
状が異なったものをうることができる。
【0022】シリコン半導体では800℃程度の高温で
アルミニウムをリフローしリフトオフして配線すること
が可能である。しかし、化合物半導体では、比較的低温
のプロセスで行うのが望ましいので、本発明のように低
温のプロセスで配線の可能なものが特に有効である。ま
た、本発明では信頼性が高く、歩留まりの良いものにす
ることができるので、化合物半導体のような中小規模の
ICの製造をする上で効果的なコスト削減を図ることが
できる。
【0023】
【発明の効果】以上の通り本発明によれば、単体のガス
を用いる通常の場合よりもさらにスルーホールの端部に
テーパー角がつくことになって、スルーホールの端部は
フレア状に形成され、断線の原因となるエッジの発生が
抑えられるので、半導体装置に設けられる配線を良好に
形成することができる。そのため、半導体装置を信頼性
が高く、歩留まりの良いものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の製造工程の概要を示す
図。
【図2】反応ガスを2種用いた場合と1種の場合のエッ
チング形状の比較を示す図。
【図3】反応ガスを2種用いた場合と1種の場合のエッ
チング形状の比較を示す図。
【図4】混合比とエッチングレートの関係を示す図。
【図5】反応ガスの混合比に対してエッチングされる形
状を比較して示した図。
【符号の説明】
110…基板、120…絶縁膜、150…スルーホー
ル、160…配線パターン、230…反応ガス。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜を
    エッチングしてスルーホールを形成し、前記スルーホー
    ルを介して前記絶縁膜の上下間の配線を形成する半導体
    装置の製造方法であって、 前記絶縁膜は、シリコン及び窒素を含んだ材料で形成さ
    れ、 前記スルーホールは、フッ素を含む分子量の異なった2
    種以上の混合ガスのドライエッチングにて形成される半
    導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記混合ガスの混合比は、前記絶縁膜の
    エッチングレートが最も高くなるように選定されている
    ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 前記混合ガスは、CF4 とSF6 を混合
    したものであることを特徴とする請求項1記載の半導体
    装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記混合ガスは、CF4 とC3 8 を混
    合したものであることを特徴とする請求項1記載の半導
    体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 基板上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜を
    エッチングしてスルーホールを形成するスルーホールの
    形成方法であって、 前記絶縁膜は、シリコン及び窒素を含んだ材料で形成さ
    れ、 前記スルーホールは、フッ素を含む分子量の異なった2
    種以上の混合ガスのドライエッチングにて形成されるス
    ルーホールの形成方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09120954A (ja) * 1995-10-25 1997-05-06 Nec Corp 半導体装置の製造方法
WO2003063219A1 (fr) * 2002-01-25 2003-07-31 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Procede servant a fabriquer un composant electronique

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