JPH0786229A - 酸化シリコンのエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 組成の異なる酸化シリコン層から形成された
多層シリコン層に、オーバーハングなくかつ副生成物な
どの残留物がない清浄なスルーホールを形成することを
目的とする。 【構成】 スルーホール４の側壁や底面に存在する酸化
した方向性エッチングの副生成物５を弗化アンモニウム
を含むバッファード弗酸（ＢＨＦ）液を用いた処理によ
り除去し、清浄なスルーホール６を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、酸化シリコンのエッ
チング方法に関し、特に、半導体装置製造工程において
行われる多層酸化シリコン層スルーホール形成に好適
で、非常に高性能な半導体装置の製造を可能とするエッ
チング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】微細な構造を持つ高性能な半導体装置の
製造では、次の層を形成する前に表面の平坦化をはかる
ことが高い歩留りを得る上で重要である。例えば、多層
配線を形成する場合、配線層間を絶縁するために形成す
る層間膜として、酸化シリコン層を２種類以上の酸化シ
リコン層からなる多層構造として平坦化を実現する技術
が一般化してきている。ここで、この多層構造を有する
層間膜には、例えば、この上下の配線層を接続するため
にスルーホールが形成されている。

【０００３】図４は、従来のスルーホールの形成方法を
示す工程断面図であり、同図において、１は半導体基
板、２は多層酸化シリコン層、３はスルーホール・パタ
ーン、４はスルーホール、５はスルーホール４形成のた
めのエッチングによる副生成物である。以下、従来のス
ルーホールの形成方法について説明する。まず、層間膜
である多層酸化シリコン層２上にレジストを塗布し、リ
ソグラフィ工程によりこのレジストにスルーホール・パ
ターン３を形成する。ついで、図４（ａ）に示すよう
に、これをマスクとしてリアクティブ・イオン・エッチ
ング（ＲＩＥ）などの方向性（異方性）エッチングで多
層酸化シリコン層２をエッチング加工してスルーホール
４を形成する。ここで、このエッチングでスルーホール
４の底面や側壁に副生成物５が形成される。

【０００４】その後、図４（ｂ）に示すように、マスク
として用いたスルーホール・パターン３を、酸素プラズ
マ処理で除去し、同時に、方向性エッチングの副生成物
５を酸化する。これでほとんどのレジストは除去され、
ほとんどの副生成物５は酸化されるが、硫酸と過酸化水
素水の混液による処理などで、除去し切れていないレジ
ストを完全に除去し、酸化されていない副生成物５を完
全に酸化する。次に、このスルーホール４の側壁や底面
に存在する酸化した副生成物５をＮＦ₃ プラズマを用い
た清浄化処理により除去する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来は、以上のように
なされていたので、以下に示すような問題があった。従
来の方法では、図４（ｃ）に示すように、複製生物の一
部５ａが残留したり、また、ＮＦ₃ プラズマを用いた清
浄化処理によりスルーホール底面がエッチングされ、微
細な構造を持つ半導体装置の性能を劣化させるという問
題があった。ここで、この従来技術による問題点を解決
するため、ＮＦ₃ プラズマを用いた清浄化処理の代わり
に、酸素プラズマ処理と希弗酸処理を用いて、方向性エ
ッチングの副生成物を除去する方法も行われてきた。

【０００６】ここで、微細な構造を持つ半導体装置で
は、表面の平坦化を図ることが重要であることから、図
５に示すように、上層を高品質なノンドープ酸化シリコ
ン（ＮＳＧ）層２ａとし、下層を平坦性の優れたボロン
・リンドープ酸化シリコン（ＢＰＳＧ）層２ｂとした多
層構造で平坦化を実現する技術が一般化してきた。とこ
ろが、スルーホールを形成する酸化シリコン層が上記の
ような多層構造であった場合、希弗酸によるエッチング
速度が上層のＮＳＧ層２ａより下層のＢＰＳＧ層２Ｂで
高く、スルーホール４側壁が図５（ｂ）に示すように、
オーバーハング形状のスルーホール４ａとなる恐れがあ
る。

【０００７】スルーホール４ａは、前述したように上下
の配線層を接続するために形成されるので、通常はこの
スルーホール４ａ内に埋め込みメタル層が形成される。
これは、コリメータ・スパッタリング法などによりチタ
ン及び窒化チタンなどからなるバリヤ層７をスルーホー
ル４ａ内に形成し、続いて、ブランケットＣＶＤ法など
によりタングステン層などを形成し、これをエッチ・バ
ックすることにより埋め込みメタル層８を形成する（図
５（ｃ））。しかし、側壁がオーバーハング状態のスル
ーホール４ａでは、この中に、埋め込みメタル層８を形
成すると、図５（ｃ）に示したように、空隙９が生じて
メタル配線が不良になるという問題があった。

【０００８】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、組成の異なる酸化シリコ
ン層から形成された多層シリコン層に、オーバーハング
なくかつ副生成物などの残留物がない清浄なスルーホー
ルを形成することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の酸化シリコン
のエッチング方法は、多層酸化シリコン層上に所定の領
域に窓の開いたマスクパターンを形成する工程と、方向
性を有する励起種を用いてマスクパターンをマスクとし
て多層酸化シリコン層の窓の下の部分を方向性エッチン
グする工程と、マスクパターンを除去する工程と、方向
性エッチングにより生じた副生成物を酸化する工程と、
多層酸化シリコン層を形成する上層の酸化シリコンのエ
ッチング速度が下層の酸化シリコンのエッチング速度以
上であるエッチング液を用いて副生成物をエッチングす
る工程とを有することをを特徴とする。

【００１０】

【作用】多層酸化シリコン層のスルーホール内で、下層
のシリコン層領域が上層のシリコン層領域より大きくな
ることがなく、スルーホールの断面形状がオーバーハン
ング状態とならない。

【００１１】

【実施例】以下この発明の１実施例を図を参照して説明
する。なお、本実施例は１つの例示であって、この発明
の技術的思想を逸脱しない範囲で種々の変更あるいは改
良を行いうることは言うまでもない。図１は、この発明
の１実施例である酸化シリコン層のエッチング方法を示
す工程断面図である。同図において、１は半導体基板、
２ａはノンドープ酸化シリコンからなるＮＳＧ層、２ｂ
はボロン・リンドープ酸化シリコンからなるＢＰＳＧ層
である。

【００１２】以下、この製造方法について説明する。ま
ず半導体基板１の上に、下層を例えばオゾン／ＴＥＯＳ
法により形成したＢＰＳＧ層２ｂとし、上層を例えばプ
ラズマＣＶＤ法により形成したＮＳＧ層２ａとした多層
酸化シリコン層を形成する。ここで、多層酸化シリコン
層の形成法としては、平行平板型やＥＣＲ型のプラズマ
励起を用いたＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法を用いればよい。こ
のとき、酸化シリコンを形成するシリコンのソース（原
料）としては、モノシランやＴＥＯＳなどを用いればよ
い。また、ここで、ＢＰＳＧ層２ｂとしては、ボロン
（Ｂ）を例えば１〜１５重量％、リン（Ｐ）を例えば１
〜１５重量％含んだものを用いればよい。

【００１３】次に、ＮＳＧ層２ａ上にレジストを塗布
し、リソグラフィ工程によりレジストによるスルーホー
ル・パターン３を形成する。そしてこの後、方向性を有
する励起種であるリアクティブイオンを用いたＲＩＥな
どの方向性エッチング方により、図１（ａ）に示すよう
に、ほぼ垂直なスルーホール４を形成する。次に、例え
ば、平行平板型プラズマ装置やマイクロ波プラズマ処理
装置などを用いて酸素プラズマ処理を行い、スルーホー
ル・パターン３を除去し、同時に方向性エッチングの副
生成物５を酸化する。続いて、硫酸と過酸化水素水の混
液による処理と水洗処理を行って、除去し切れていない
スルーホール・パターン３の残渣を除去し、副生成物５
を完全に酸化する。ここで、オゾン及び紫外線照射を用
いた処理により、スルーホール・パターン３の除去や、
副生成物５の酸化を行ってもよい。

【００１４】次に、スルーホール４の側壁や底面に存在
する酸化した方向性エッチングの副生成物５を弗化アン
モニウムを含むバッファード弗酸（ＢＨＦ）液を用いた
処理により除去し、図１（ｃ）に示すように、清浄なス
ルーホール６を形成する。ここで、ＢＨＦ液としては、
例えば弗酸濃度が約２重量％，弗化アンモニウム濃度が
約４０重量％の組成のものを用いる。これらの工程によ
り、方向性エッチングの副生成物がない清浄なスルーホ
ール６が得られ、また、スルーホールの大きさもほぼス
ルーホール・パターン３と等しく、スルーホールのオー
バーハング形状も防止できる。必要ならば、上記の酸素
プラズマ処理，硫酸と過酸化水素水の混酸による処理，
水洗処理，ＢＨＦ液処理を繰り返せば、方向性エッチン
グによるダメージ層のない良好なスルーホール構造が実
現できる。

【００１５】上記ＢＨＦ液のエッチング速度は十分小さ
いため、ＢＨＦ処理を繰り返してもスルーホールが広が
りすぎる恐れはない。また、必要ならば、適当なアニー
ルを工程の中に追加してもよい。アニールはドープした
不純物の活性化のためなどに行われ、例えば３００〜６
００℃で１０〜１００分の電気炉アニールを行ったり、
また例えば、８００℃〜１０００ドで５〜３０秒の急速
加熱炉アニールがあるが、これらによって、この発明の
効果が阻害されることはない。

【００１６】その後、例えばコリメータ・スパッタリン
グ法によりチタン及び窒化チタンなどからなるバリヤ層
７を形成し、続いて、ブランケットＣＶＤ法などにより
タングステンなどのメタル層を形成する。そして、これ
をエッチバックすることにより、図１（ｄ）に示すよう
に、埋め込みメタル層８を形成して、スルーホール・メ
タル配線構造を形成する。ここでは、半導体基板１上に
多層酸化シリコン層が存在する場合について説明した
が、メタル配線上に多層酸化シリコン層が形成された第
２層以降の層間絶縁膜の場合についても同様な方法によ
り良好なスルーホールを形成することができる。

【００１７】ＢＨＦ液の適当な弗酸濃度範囲は、図２の
弗化アンモニウム濃度：約４０重量％のときのエッチン
グレートを示す相関図に示したように、１〜５重量％の
領域である。これより低い弗酸濃度では、ＢＰＳＧのエ
ッチング速度がＮＳＧのエッチング速度より高くなり、
スルーホール形状がオーバーハングになる恐れがある。
これより高い弗酸濃度領域ではエッチング速度の絶対値
が早く、１０秒程度のエッチングでスルーホールの大き
さが設計寸法より大幅に開いてしまう。なお、図２では
弗化アンモニウム濃度：約４０重量％について示した
が、弗酸濃度の適当な濃度範囲は弗化アンモニウム濃
度：１０重量％以上について１〜５重量％であった。

【００１８】ＢＨＦ液の適当な弗化アンモニウム濃度範
囲は、図３の弗酸濃度：約２重量％のときの弗化アンモ
ニウム濃度とエッチングレートの相関図に示したよう
に、１０重量％以上の領域である。これより低い弗化ア
ンモニウム濃度では、ＢＰＳＧのエッチング速度がＮＳ
Ｇのエッチング速度より高くなり、スルーホール形状が
オーバーハングになる恐れがある。なお、図３では弗酸
濃度：約２重量％について示したが、弗化アンモニウム
濃度の適当な濃度範囲は弗酸濃度：１〜５重量％につい
て１０重量％であった。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
スルーホール側壁がオーバーハング形状になることを防
止できるため、スルーホールに形成するメタル配線が不
良となるという問題が回避できるという効果がある。ま
た、スルーホールの大きさが設計値と大きく異なること
がなくなり、高性能な半導体装置の安定な製造が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１実施例である酸化シリコン層のエ
ッチング方法を示す工程断面図である。

【図２】弗化アンモニウム濃度が約４０重量％における
弗酸濃度とエッチングレートとの相関図である。

【図３】弗酸濃度が約２重量％のときの弗化アンモニウ
ム濃度とエッチングレートの相関図である。

【図４】従来のスルーホールの形成方法を示す工程断面
図である。

【図５】ＮＳＧとＢＰＳＧによる多層酸化膜の状態を示
す断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ａ ノンドープ酸化シリコン（ＮＳＧ）層 ２ｂ ボロン・リンドープ酸化シリコン（ＢＰＳＧ）層 ３ スルーホール・パターン ４ スルーホール ５ 副生成物 ６ 清浄なスルーホール ７ バリヤ層 ８ 埋め込みメタル層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 組成の異なる２種類以上の酸化シリコン
   層からなる多層酸化シリコン層にスルーホールを形成す
   る酸化シリコンのエッチング方法であって、 前記多層酸化シリコン層上に所定の領域に窓の開いたマ
   スクパターンを形成する工程と、 方向性を有する励起種を用いて前記マスクパターンをマ
   スクとして前記多層酸化シリコン層の前記窓の下の部分
   を方向性エッチングする工程と、 前記マスクパターンを除去する工程と、 前記方向性エッチングにより生じた副生成物を酸化する
   工程と、 前記多層酸化シリコン層を形成する上層の酸化シリコン
   のエッチング速度が下層の酸化シリコンのエッチング速
   度以上であるエッチング液を用いて前記副生成物をエッ
   チングする工程とを有することを特徴とする酸化シリコ
   ンのエッチング方法。