JPH07297282A - スルーホールの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 異方性エッチングと等方性エッチングとの好
適な組合せによってステップカバレッジの改良を図った
スルーホールの形成方法を提供する。 【構成】 下層絶縁層(1) とその上部に形成された下層
配線層(2) とを上層絶縁層(3) によって覆う工程と、こ
の上層絶縁層(3) をレジスト層(R) で覆ったのち下層配
線層(2) の中央部分の上方のレジスト層(R) にスルーホ
ール(Ra)を形成する工程と、このスルーホール(Ra)が形
成されたレジスト層(R) をマスクとする反応性イオンエ
ッチング（RIE)などの異方性エッチングによって下層配
線層(2) の中央部分の上方の上層絶縁層(3) 内に下層配
線層(2) には達しない深さの開口(3a’) を形成する工
程と、引き続き、スルーホール(Ra)が形成されたレジス
ト層(R) をマスクとするガスエッチングやプラズマエッ
チングなどの等方性の化学的ドライエッチング(CDE) に
よって下層配線層(2) の中央部分の表面まで達するスル
ーホール(3a)を形成する工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路の製造
工程の一つである多層配線層間を接続するためのスルー
ホールの形成方法に関するものであり、より具体的に
は、異方性エッチングと等方性エッチングとの好適な組
合せによってステップカバレッジの改良を図ったスルー
ホールの形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の多層配線層どうしを接
続するためのスルーホールは、下層絶縁層とその上に形
成された下層配線層とを覆う上層絶縁層を貫いて形成さ
れる。このスルーホールの周縁部分が、図２（Ａ）に例
示するように、急峻な階段状になっていると、このスル
ーホール１３ａの内部と上層絶縁層１３上に形成される
上層配線層１４にこのスルーホール１３ａの周縁部にお
いて急峻な段差が生じて断線が生じ易くなる。なお、図
１（Ａ）において、１１は下層絶縁層、１２はこの下層
絶縁層上に形成された下層配線層である。スルーホール
の形状がその下部ほど内径が狭まるような漏斗状になっ
ていれば、その周縁部分が滑らかになり上述のような断
線を防止するうえで有効である。

【０００３】従来、上述したような漏斗状のスルーホー
ルの形成方法の一つとして、図２（Ｂ）に示すように、
上層絶縁層１３の上部に等方性エッチングによって一旦
なだらかな開口部分を形成したのち、引き続き、その下
部に異方性エッチングによって下層配線層１２に達する
階段状の開口を形成するものがある。漏斗状のスルーホ
ールの形成方法の他の一つとして、図２（Ｃ）に示すよ
うに、上層絶縁層１３の上部にテーパー異方性エッチン
グによってテーパー状のスルーホールを形成するものが
ある。また、コンタクトホールの形成方法として知られ
ているテーパーエッチ法やリフロー法、あるいは特開平
3ー151638号に開示された方法をスルーホールの形成に
適用することも考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図２の（Ｂ）、（Ｃ）
に示したスルーホールの形成方法では、異方性エッチン
グが反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）や反応性イオン
ビーム・エッチング（ＲＩＢ）によって行われため、オ
ーバーエッチングによって金属を主体とする下層配線層
が損傷を受けるという問題がある。特開平 3ー151638号
に開示されたようなコンタクトホールの形成方法をスル
ーホールの形成に適用する場合にも、同様に、異方性エ
ッチングのオバーエッチングによって下層配線層が損傷
を受けるという問題がある。テーパーエッチ法やリフロ
ー法を適用する場合にも寸法の制御が容易でないなどの
問題がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のスルーホールの
形成方法は、一実施例として図１に示すように、下層絶
縁層(1) とその上部に形成された下層配線層(2) とを上
層絶縁層(3) によって覆う工程と、この上層絶縁層(3)
をレジスト層(R) で覆ったのち下層配線層(2)の中央部
分の上方のレジスト層(R) にスルーホール(Ra)を形成す
る工程と、このスルーホール(Ra)が形成されたレジスト
層(R) をマスクとする反応性イオンエッチング（RIE)な
どの異方性エッチングによって下層配線層(2) の中央部
分の上方の上層絶縁層(3) 内に下層配線層(2) には達し
ない深さの開口( 3a’) を形成する工程と、引き続き、
スルーホール(Ra)が形成されたレジスト層(R) をマスク
とするガスエッチングやプラズマエッチングなどの等方
性の化学的ドライエッチングによって下層配線層(2) の
中央部分の表面まで達するスルーホール(3a)を形成する
工程とを含んでいる。

【０００６】

【作用】スルーホールを形成するための最終的なエッチ
ング工程が、ガスエッチングやプラズマエッチングなど
の化学的なドライエッチングによって行われるため、オ
バーエッチングが生じても、下層配線層が損傷すること
がない。また、この化学的ドライエッチングは等方的で
あるため、滑らかな曲線状の漏斗形状のスルーホールが
作成でき、ステップカバレッジが改良される。さらに、
前半の等方性エッチングによってある程度掘り下げられ
た開口の先端部分と円周面とから後半の等方性な化学的
ドライエッチングが開始されるため、スルーホールの底
部が下層配線層に達する前に上層絶縁層が等方性のエッ
チングによって全部あるいは相当程度除去されてしまう
という問題も生じない。

【０００７】

【実施例】図１は、本発明の一実施例のスルーホールの
形成工程を含む半導体集積回路の製造プロセスを断面図
によって示す図である。本実施例の方法に従ってスルー
ホールを形成しようとする半導体集積回路の製造プロセ
スは、図１（Ａ）に示すように、PSG などを素材とする
下層絶縁層１の上にAlーSiーCuなどの金属を主成分とす
る下層配線層２が形成された段階まで終了しているもの
とする。次に、図１（Ｂ）に示すように、まず、CVD 法
によってプラズマSiO 層などの絶縁層が上層絶縁層とし
て堆積されることにより、下層絶縁層１とその上部に形
成された下層配線層２とが上層絶縁層３によって覆われ
る。引き続き、この上層絶縁層３がポジ型のレジスト層
Ｒで覆われたのち、周知のフォトリソグラフィー手法に
基づき下層配線層２の中央部分の上方のレジスト層Ｒに
スルーホールＲa が形成される。

【０００８】次に、図１（Ｃ）に示すように、スルーホ
ールＲa が形成されたレジスト層Ｒをマスクとして反応
性イオンエッチング（RIE)や、反応性イオンビーム・エ
ッチング(RIB) などによる異方性エッチングが行われ
る。この結果、下層配線層２の中央部分の上方の上層絶
縁層３内に下層配線層２には達しない深さの開口３ａ’
が形成される。続いて、図１（Ｄ）に示すように、スル
ーホールＲa が形成されたレジスト層Ｒをマスクとして
等方性ドライエッチングが行われ、下層配線層２の中央
部分の表面まで達するスルーホール３ａが形成される。
このような等方性の化学的ドライエッチングは、熱化学
反応の原理に基づくガスエッチングや、プラズマ励起化
学反応の原理に基づくプラズマ・エッチングなどによっ
て実現される。

【０００９】上記等方性の化学的ドライエッチングで
は、オーバエッチングが生じても金属を主成分とする下
層配線層２は殆ど損傷を受けない。また、このエッチン
グによって開口３ａ’から等方的に上層配線層３の素材
であるプラズマSiO などの除去が進行するため、滑らか
な曲線状の漏斗形状のスルーホール３a が形成される。
さらに、前半の等方性エッチングによってある程度掘り
下げられた開口の先端部分と円周面とから後半の等方性
な化学的ドライエッチングが開始されるため、スルーホ
ールの底部が下層配線層に達する前に上層絶縁層が等方
性のエッチングによって全部除去されてしまうという問
題も生じない。

【００１０】次に、レジスト層Ｒを薬品で融解すること
によって除去したのち、スルーホール３ａ内とその周辺
の上層絶縁層３上にALーSiーCuなどの金属を主成分とす
る上層配線層４が形成される。スルーホール３ａが滑ら
かな曲線状の漏斗形状を呈しているため、上層配線層４
の段差も滑らかとなり、断線が生じ難くなる。

【００１１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
ればスルーホール形成の最終段階が化学的なドライエッ
チングによって行われるため、オバーエッチングが生じ
ても、下層配線層が損傷することがない。また、この化
学的ドライエッチングは等方的であるため、滑らかな曲
線状の漏斗形状のスルーホールが作成でき、ステップカ
バレッジが改良される。

【００１２】さらに、後半の等方性な化学的ドライエッ
チングが前半の等方性エッチングによってある程度掘り
下げられた開口の先端部分と円周面とから開始されるた
め、スルーホールの底部が下層配線層に達する前に上層
絶縁層が等方性のエッチングによって全部除去されてし
まうという問題も有効に回避される。

【００１３】また、異方性エッチングと等方性エッチン
グの時間比率を制御することによりスルーホールの形状
を制御できるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施例のスルーホールの形
成工程を含む半導体集積回路の製造プロセスを断面図に
よって示す図である。

【図２】従来のスルーホールの形成方法を説明するため
の断面図である。

【符号の説明】

1 下層絶縁層 2 下層配線層 3 上層絶縁層 3a’開口 3a スルーホール 4 上層配線層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体集積回路の多層配線層間を接続す
   るためのスルーホールの形成方法において、 下層絶縁層とその上部に形成された下層配線層とを上層
   絶縁層によって覆う工程と、 前記上層絶縁層をレジスト層で覆ったのち前記下層配線
   層の中央部分の上方のレジスト層にスルーホールを形成
   する工程と、 このスルーホールが形成されたレジスト層をマスクとす
   る異方性エッチングによって前記下層配線層の中央部分
   の上方の前記上層絶縁層内に前記下層配線層には達しな
   い深さの開口を形成する工程と、 前記スルーホールが形成されたレジスト層をマスクとす
   る等方性の化学的ドライエッチング(CDE) によって前記
   下層配線層の中央部分の表面まで達するスルーホールを
   形成する工程とを含むことを特徴とするスルーホールの
   形成方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記異方性エッチングは反応性イオンエッチング（RIE)
   であることを特徴とするスルーホールの形成方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、 前記等方性の化学的ドライエッチングは、プラズマ励起
   化学反応に基づくプラズマエッチングであることを特徴
   とするスルーホールの形成方法。
4. 【請求項４】 請求項１又は２において、 前記等方性の化学的ドライエッチングは、熱化学反応に
   基づくガスエッチングであることを特徴とするスルーホ
   ールの形成方法。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のそれぞれにおいて、 前記異方性エッチングと等方性エッチングの時間比率の
   変更によって前記スルーホールの形状が変更されること
   を特徴とするスルーホールの形成方法。