JPH0797581B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に基板に形
成した素子と配線間、又は多層配線では配線間等のコン
タクトをとるため、絶縁膜にドライエッチングにより開
孔を形成する方法に関するものである。

＜従来の技術＞ 現在、基板に形成した素子とのコンタクト、或いは多層
配線では配線間のコンタクトをとるために、エッチング
マスク形成後絶縁膜をエッチングにより開孔することが
行われている。

処でこの種の絶縁膜は、プロセス（平坦化・微細化）、
又はデバイス特性上から複数種類の絶縁膜を積層した複
合膜として構成することが多い。上記のように異種の絶
縁膜を積層したものを一度にエッチングすると、上下層
の境界に於いて、下層に対し上層絶縁膜がオーバーハン
グ構造になりやすい。

第２図にオーバーハング構造の例を示す。

同図において基板又は配線１上に積層された下層絶縁膜
２及び上層絶縁膜３は、フォトレジスト４をマスクとし
て開孔が形成されているが、下層絶縁膜２の開孔面積が
上層絶縁膜３の開孔面積に比べて大きくなっておりオー
バーハング構造を呈している。このような場合、開孔部
に配線材料５を被着すると第３図のように突出した上層
の陰になる部分が生じ、段差被覆性が著しく悪くなって
断線の原因になる。そのため第４図に示すように、複合
絶縁膜の上層の絶縁膜３をエッチング後下層の絶縁膜２
を異方性エッチングするか、第５図に示すように下層の
絶縁膜２にマスク材料４を形成し、エッチングを行った
後マスク材料４を除去し、その上へ上層の絶縁膜３を形
成してそれぞれにマスク材料を形成しエッチングする
か、第５図に示すようにオーバーハング構造を防止する
ため上・下層の絶縁膜3,2のエッチング後、上層の絶縁
膜３のみをエッチングするか、第６図に示すようにマス
ク材料４のテーパー角と、マスク材料４と絶縁膜の選択
比（エッチング速度の比）によって上層の絶縁膜３のテ
ーパー角を制御し、更に上層の絶縁膜３のテーパー角と
上層の絶縁膜３及び下層の絶縁膜２の選択比により下層
の絶縁膜２のテーパー角を制御して段差被覆性のすぐれ
た開孔を、RIEにより形成すること等により対処してき
た。

＜発明が解決しようとする問題点＞ 第４図に示すように下層絶縁膜２を異方性エッチングす
る方法は、被エッチング材料によっては異方性が不完全
であったり、異方性を達成しても近年の微細化に伴う開
孔部のアスペクト比（開孔部の幅に対する深さの比）の
上昇により、配線材料の段差被覆性が悪くなる。

又第５図に示すように２度に分けてマスクを形成し、エ
ッチングする方法は、工程が複雑である、マスク形成の
際に合わせ精度が要求される、及び開孔部の寸法が拡大
する等の問題がある。又、マスク形成の際にズレが生じ
ていると実際の開孔部の寸法が小さくなりすぎ、導通が
確保できなくなる場合も生じる。

更に第５図に示すように最後に上層の絶縁膜３のみをエ
ッチングしてオーバーハング構造を防止する方法は、下
層の絶縁膜２のオーバーハング状態に左右される。この
ため上層の絶縁膜３のみの後退量を十分にとる必要があ
り開孔部の寸法が拡大する。

又第６図に示すように、マスク材料４及び上層絶縁膜３
のテーパー角と、マスク材料と絶縁膜、及び絶縁膜同志
の選択比により開孔部のテーパー角を制御する方法は、
エッチング面積比の変化、絶縁膜自身の膜質の変化によ
りテーパー角の制御性が悪くなる。

又、最初からテーパー角を考慮しエッチングしているた
めオーバーエッチングに対して後退量が大きいため開孔
部の寸法が拡大する等の問題がある。

＜問題点を解決するための手段＞ 本発明は、以上のような点に鑑みてなされたもので、開
孔寸法の微細化と配線材料の段差被覆性を満足させるた
めのものである。上層の絶縁膜のエッチング後、下層の
絶縁膜を異方性エッチングして開孔を形成した後、上層
の絶縁膜のみをエッチングして後退させ、下層の絶縁膜
の上面を露出させ、続いて、段差被覆性を向上させるた
めに、その露出した下層の絶縁膜の上面に異方性エッチ
ングをし下層の絶縁膜の開孔上端部にテーパーをつけて
絶縁膜に開口をもつ半導体装置を形成する。

＜発明の実施例＞ 配線間の絶縁膜にコンタクト孔を形成する場合を実施例
に挙げて説明する。

第１図（ａ）〜（ｇ）は、本発明によるマスク材料の形
成工程からエッチング工程及び配線材料の被着工程まで
の一実施例を示す断面図である。第１図（ａ）において
配線材料１上に例えばプラズマCVDによりシリコン窒化
膜からなる下層の絶縁膜２を形成し、その上に例えばPI
Qからなる上層の絶縁膜３を形成し、２層の複合層間絶
縁膜を形成する。次に上記複合層間絶縁膜2,3の所望位
置に開孔を形成するため、上層絶縁膜３上にフォトレジ
スト４を塗布し、これに所定のパターンを形成する。本
実施例では上記フォトレジスト４のテーパー角は、露
光，現像及びベーク条件等を選択することにより、約80
度に形成した。

第１図（ｂ）に示すようにまずPIQからなる上層の絶縁
膜３をO₂を主体とするリアクティブイオンエッチング
（以下RIEと略す）により開孔を形成する。続いて第１
図（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜からなる下層の
絶縁膜２を、少なくともＦを含むガスでRIEにより、条
件を選択して異方性エッチングする。続いて第１図
（ｄ）に示すように、再びO₂を主体とするRIEにより、P
IQからなる上層の絶縁膜３の開孔側壁面をフォトレジス
ト４とともに後退させ、シリコン窒化膜からなる下層の
絶縁膜２の上面を露出させる。続いて第１図（ｅ）に示
すように、再び少なくともＦを含むガスでRIEにより条
件を選択して異方性エッチングを行うと、シリコン窒化
膜からなる下層の絶縁膜の開口上端部にテーパーを形成
することができる。

第４図（ｆ）はフォトレジストを除去し、第１図（ｇ）
は上記開孔にスパッタリング等により例えばAl−Siから
なる配線材料５を被着したものであり、上記工程を経て
形成した開孔は各層間でほぼ連続した状態を呈するた
め、配線材料５の段差被覆性も大幅に改善される。又、
上記エッチング法によって形成した素子構造はコンタク
ト抵抗，ダメージ等実素子への影響が全くないことも確
認している。

本実施例によるエッチングでは、微細な開孔であるにも
かかわらず、テーパー角を有することによって段差被覆
性が改善されるばかりか、第１図（ｂ）から（ｅ）まで
連続的にエッチングできるため、工程の短縮も可能にな
った。

また半導体基板上に形成する絶縁膜は、CVD SiO₂/PIQ等
の複合絶縁膜であってもよく、２層以上の絶縁膜を積層
した多層絶縁膜であってもよい。

＜発明の効果＞ 以上説明した通り本発明によれば、 １回のマスク形成により開孔部にオーバーハングを生じ
ることなく、段差部に所望のテーパーをつけ、配線材料
の段差被覆性を良くし、かつ複合膜を連続的にエッチン
グすることができる。

また、開口部は異方性エッチングを行っているために底
部形状の垂直性が良好で、そのため多数の半導体装置
（ウェーハ）を同時処理した時の膜厚等の不均一性を避
けるために行なうオーバーエッチングに対しても、開孔
部の横方向シフトが極めて少なく寸法精度の高い開口を
加工し得る。また、エッチング面積，絶縁膜自身の膜質
の変化に強く、再現性の良い開孔が得られる等の効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｇ）は、本発明によるマスク形成工程
からエッチング工程及び配線材料の被着工程までの一実
施例を示す断面図、 第２図は、オーバーハングをもつ２層絶縁膜の断面図、 第３図は、オーバーハングをもつ２層絶縁膜の開孔部に
配線材料を被着した場合の断面図、 第４図乃至第６図は従来方法における絶縁膜の各種エッ
チング方法を説明するための断面図である。 1:半導体基板，配線材料 2:下層の絶縁膜 3:上層の絶縁膜 4:マスク材料 5:配線材料

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板上に形成した２層絶縁膜に、エ
   ッチングにより開孔を形成する工程を有する半導体装置
   の製造方法において、 上記２層絶縁膜の上層絶縁膜上にエッチングマスク材を
   被覆する工程と、 上記エッチングマスク材に開孔側壁面の傾斜角が鋭角と
   なる開孔を形成する工程と、 上記エッチングマスク材をマスクにして上記上層絶縁膜
   をエッチングしてテーパーを有する開孔を形成する工程
   と、 上記エッチングマスク材及び上記上層絶縁膜をマスクに
   して、下層絶縁膜を異方性エッチングする工程と、 上記上層絶縁膜の開孔側壁面を異方性エッチングして上
   記下層絶縁膜の開孔上端より後退させ、上記下層絶縁膜
   の上面を露出させる工程と、 上記露出した下層絶縁膜の開孔上端部を、上記エッチン
   グマスク材及び上記上層絶縁膜をマスクにして、異方性
   エッチングしてテーパーを形成する工程とからなること
   を特徴とする半導体装置の製造方法。