JPH08186111A - 接続孔の形成方法 - Google Patents
接続孔の形成方法Info
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- JPH08186111A JPH08186111A JP6328369A JP32836994A JPH08186111A JP H08186111 A JPH08186111 A JP H08186111A JP 6328369 A JP6328369 A JP 6328369A JP 32836994 A JP32836994 A JP 32836994A JP H08186111 A JPH08186111 A JP H08186111A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 アスペクト比の高い微細な接続孔を上層配線
で良好に埋め込むための接続孔の断面形状のテーパ化
を、優れた精度と再現性をもって行う。 【構成】 絶縁膜Dの表層部を、水素含有量を高めた水
素富化層3とする。水素富化層は、プラズマCVD法あ
るいはイオン注入により形成される水素富化SiOx 層
または水素富化SiN層である。この絶縁膜Dをフルオ
ロカーボン系ガスを用いてドライエッチングすると、水
素富化層3のエッチング時にはここから放出されるHが
プラズマ中のF* を捕捉し、炭素系ポリマーの堆積を促
進して側壁保護膜6を強化するので、開口3tがテーパ
化する。しかし、その下のSiOx膜2には異方性形状
を有する開口2aが形成されるので、結局、開口端の近
傍のみがテーパ化したコンタクト・ホールが得られる。
で良好に埋め込むための接続孔の断面形状のテーパ化
を、優れた精度と再現性をもって行う。 【構成】 絶縁膜Dの表層部を、水素含有量を高めた水
素富化層3とする。水素富化層は、プラズマCVD法あ
るいはイオン注入により形成される水素富化SiOx 層
または水素富化SiN層である。この絶縁膜Dをフルオ
ロカーボン系ガスを用いてドライエッチングすると、水
素富化層3のエッチング時にはここから放出されるHが
プラズマ中のF* を捕捉し、炭素系ポリマーの堆積を促
進して側壁保護膜6を強化するので、開口3tがテーパ
化する。しかし、その下のSiOx膜2には異方性形状
を有する開口2aが形成されるので、結局、開口端の近
傍のみがテーパ化したコンタクト・ホールが得られる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体プロセス等の微細
加工分野に適用される接続孔の形成方法に関し、特に接
続孔のアスペクト比が大きい場合にも後工程において上
層配線材料による埋め込みを容易化するための断面形状
の改良に関する。
加工分野に適用される接続孔の形成方法に関し、特に接
続孔のアスペクト比が大きい場合にも後工程において上
層配線材料による埋め込みを容易化するための断面形状
の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】VLSI,ULSIのように高集積化,
高性能化が進展した近年の半導体装置においては、その
製造過程において絶縁膜のエッチングに対する技術的要
求がますます厳しくなっている。絶縁膜のエッチングの
中でも特に難度の高いものが、コンタクト・ホールやビ
ア・ホールと呼ばれる接続孔を開口するためのエッチン
グである。この背景には、多層配線構造の採用により増
大するデバイスの表面段差を吸収するために絶縁膜で平
坦化が行われるようになり、これに接続孔そのものの直
径の縮小が加わって接続孔のアスペクト比が著しく増大
している事情がある。このような条件の下では、高エッ
チレート,高選択比,低ダメージ,マイクロローティン
グ効果の低減といった諸要求をいずれも実用レベルで満
足させながらドライエッチングを行うことが極めて困難
となっている。
高性能化が進展した近年の半導体装置においては、その
製造過程において絶縁膜のエッチングに対する技術的要
求がますます厳しくなっている。絶縁膜のエッチングの
中でも特に難度の高いものが、コンタクト・ホールやビ
ア・ホールと呼ばれる接続孔を開口するためのエッチン
グである。この背景には、多層配線構造の採用により増
大するデバイスの表面段差を吸収するために絶縁膜で平
坦化が行われるようになり、これに接続孔そのものの直
径の縮小が加わって接続孔のアスペクト比が著しく増大
している事情がある。このような条件の下では、高エッ
チレート,高選択比,低ダメージ,マイクロローティン
グ効果の低減といった諸要求をいずれも実用レベルで満
足させながらドライエッチングを行うことが極めて困難
となっている。
【0003】半導体装置の製造プロセスにおいて絶縁膜
として用いられる代表的な材料は、酸化シリコン(Si
Ox :典型的にはx=2)であり、これをドライエッチ
ング(プラズマ・エッチング)するためのエッチング・
ガスとしては、CHF3 (トリフルオロメタン)やc−
C4 F8 (オクタフルオロシクロブタン)といったフル
オロカーボン(FC)系ガスが用いられている。FCガ
スを用いると、エッチング種であるF* (フッ素ラジカ
ル)による化学反応をCFx + (フルオロカーボン・イ
オン)の運動エネルギーで支援するいわゆるイオン・ア
シスト機構が働くことにより、強固なSi−O結合が切
断されSiOx のエッチングが進行する。その一方で、
エッチング反応の副生成物としてFCガスに由来する炭
素系ポリマーが堆積し、下地選択性やマスク幅の変動に
影響を与える。近年の酸化シリコン系絶縁膜のエッチン
グでは、エッチング過程に関与するフッ素系化学種と堆
積過程に関与する炭素系化学種との量的バランス、すな
わちF/C比を制御することにより、高いエッチレート
や優れた形状異方性、あるいはこれらとトレードオフの
関係にある高選択比や低ダメージ性といった要求に対応
するために条件を最適化する方法が主流となっている。
として用いられる代表的な材料は、酸化シリコン(Si
Ox :典型的にはx=2)であり、これをドライエッチ
ング(プラズマ・エッチング)するためのエッチング・
ガスとしては、CHF3 (トリフルオロメタン)やc−
C4 F8 (オクタフルオロシクロブタン)といったフル
オロカーボン(FC)系ガスが用いられている。FCガ
スを用いると、エッチング種であるF* (フッ素ラジカ
ル)による化学反応をCFx + (フルオロカーボン・イ
オン)の運動エネルギーで支援するいわゆるイオン・ア
シスト機構が働くことにより、強固なSi−O結合が切
断されSiOx のエッチングが進行する。その一方で、
エッチング反応の副生成物としてFCガスに由来する炭
素系ポリマーが堆積し、下地選択性やマスク幅の変動に
影響を与える。近年の酸化シリコン系絶縁膜のエッチン
グでは、エッチング過程に関与するフッ素系化学種と堆
積過程に関与する炭素系化学種との量的バランス、すな
わちF/C比を制御することにより、高いエッチレート
や優れた形状異方性、あるいはこれらとトレードオフの
関係にある高選択比や低ダメージ性といった要求に対応
するために条件を最適化する方法が主流となっている。
【0004】半導体プロセスで用いられる絶縁膜の構成
材料としては、他に窒化シリコン(Six Ny :典型的
にはx=3,y=4)がある。Six Ny 系絶縁膜は、
そのエッチングにSiOx 系絶縁膜ほどには強いイオン
・アシスト機構を必要としないが、エッチング反応,お
よびこれと拮抗する堆積反応に対する基本的な考え方は
SiOx 系絶縁膜と同じである。
材料としては、他に窒化シリコン(Six Ny :典型的
にはx=3,y=4)がある。Six Ny 系絶縁膜は、
そのエッチングにSiOx 系絶縁膜ほどには強いイオン
・アシスト機構を必要としないが、エッチング反応,お
よびこれと拮抗する堆積反応に対する基本的な考え方は
SiOx 系絶縁膜と同じである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで接続孔に関し
ては、上述のようなF/C比制御の概念にもとづいてた
とえ異方性エッチングが達成されたとしても、アスペク
ト比が高い場合には後工程において上層配線による埋め
込みが困難となるといった新たな問題が発生する。現状
では、接続孔の埋め込みはブランケットCVD法により
成膜されるタングステン(W)膜、あるいは高温スパッ
タリング法により成膜されるAl膜を用いて行われてい
る。ただし、これらの方法ではW膜やAl膜の単層膜で
埋め込みが達成される訳ではなく、オーミック・コンタ
クト,バリヤ性,下地密着性を確保する観点から、接続
孔の内部を一旦、チタン(Ti)系バリヤメタルで被覆
することが必要である。たとえば、図11に示されるよ
うに、下層配線31上に積層された層間絶縁膜32に接
続孔32aが開口されている場合、この接続孔32aは
まずTi系バリヤメタル33で被覆される。このTi系
バリヤメタル33は、実際には図示されるような単層膜
ではなく、多くの場合はTi/TiN積層膜、Ti/T
iON/Ti積層膜等が用いられる。
ては、上述のようなF/C比制御の概念にもとづいてた
とえ異方性エッチングが達成されたとしても、アスペク
ト比が高い場合には後工程において上層配線による埋め
込みが困難となるといった新たな問題が発生する。現状
では、接続孔の埋め込みはブランケットCVD法により
成膜されるタングステン(W)膜、あるいは高温スパッ
タリング法により成膜されるAl膜を用いて行われてい
る。ただし、これらの方法ではW膜やAl膜の単層膜で
埋め込みが達成される訳ではなく、オーミック・コンタ
クト,バリヤ性,下地密着性を確保する観点から、接続
孔の内部を一旦、チタン(Ti)系バリヤメタルで被覆
することが必要である。たとえば、図11に示されるよ
うに、下層配線31上に積層された層間絶縁膜32に接
続孔32aが開口されている場合、この接続孔32aは
まずTi系バリヤメタル33で被覆される。このTi系
バリヤメタル33は、実際には図示されるような単層膜
ではなく、多くの場合はTi/TiN積層膜、Ti/T
iON/Ti積層膜等が用いられる。
【0006】しかしながら上記のTi系バリヤメタル、
特に下層側のTi膜の成膜に関しては、CVD成膜がま
だ研究段階にあることから、現状ではスパッタリング成
膜が主流となっている。ところが、基板へ向かう被着粒
子の飛来方向が最初からある程度規制されているスパッ
タリング法では、十分なステップ・カバレージ(段差被
覆性)を達成することができない。しかも、アスペクト
比の高い接続孔の内部では、奥深い領域ほど到達できる
被着粒子が減少するため、図11に示されるように接続
孔32aの開口端にTi系バリヤメタル33が厚く堆積
する現象、いわゆるオーバーハングが発生する。このオ
ーバーハングは、上層配線の埋め込み特性にも重大な影
響を及ぼし、たとえば接続孔32aの内部が完全に埋め
込まれる前に開口端が塞がれると空隙(キー・ホール)
が発生する原因となる。
特に下層側のTi膜の成膜に関しては、CVD成膜がま
だ研究段階にあることから、現状ではスパッタリング成
膜が主流となっている。ところが、基板へ向かう被着粒
子の飛来方向が最初からある程度規制されているスパッ
タリング法では、十分なステップ・カバレージ(段差被
覆性)を達成することができない。しかも、アスペクト
比の高い接続孔の内部では、奥深い領域ほど到達できる
被着粒子が減少するため、図11に示されるように接続
孔32aの開口端にTi系バリヤメタル33が厚く堆積
する現象、いわゆるオーバーハングが発生する。このオ
ーバーハングは、上層配線の埋め込み特性にも重大な影
響を及ぼし、たとえば接続孔32aの内部が完全に埋め
込まれる前に開口端が塞がれると空隙(キー・ホール)
が発生する原因となる。
【0007】このような埋め込み特性の劣化を防止する
方法として、図12に示されるように、接続孔32tそ
のものを初めからテーパー化させるようなエッチングを
行うことも提案されている。たとえば、1990年ドラ
イ・プロセス・シンポジウム(Dry Process Symposium)
抄録集,p.105〜109,演題番号V−3には、ウ
ェハを約−50℃に冷却しながらCHF3 ガスを用いて
SiO2 層間絶縁膜をドライエッチングする方法が記載
されている。ここでは、過剰な炭素系ポリマーの堆積に
より実質的なマスク幅が絶えず増大しながらエッチング
が進行するので、ビアホールの側壁面が傾斜する。
方法として、図12に示されるように、接続孔32tそ
のものを初めからテーパー化させるようなエッチングを
行うことも提案されている。たとえば、1990年ドラ
イ・プロセス・シンポジウム(Dry Process Symposium)
抄録集,p.105〜109,演題番号V−3には、ウ
ェハを約−50℃に冷却しながらCHF3 ガスを用いて
SiO2 層間絶縁膜をドライエッチングする方法が記載
されている。ここでは、過剰な炭素系ポリマーの堆積に
より実質的なマスク幅が絶えず増大しながらエッチング
が進行するので、ビアホールの側壁面が傾斜する。
【0008】一方、上述の方法が、低温冷却下における
炭素系ポリマーの蒸気圧の低下と堆積の促進にもとづい
ているのに対し、エッチング・ガス中に水素を添加して
フッ素系エッチング種を消費することにより系内のF/
C比を上昇させ、結果的に炭素性ポリマーの堆積を促進
する別の手法も知られている。たとえば、プロシーディ
ングス・オブ・ザ・セカンド・シンポジウム・オン・ド
ライ・プロセス(Proceedings of the Second Symposiu
m on Dry Process) (1980),p.49〜53に
は、CF4 ガスを用いて窒化シリコン薄膜をエッチング
する際に、ガス系へのH2 添加量が増えると堆積物の増
加によりエッチング・パターンの側壁面が傾斜する現象
が報告されている。なお、この刊行物に記載される技術
は、接続孔ではなく溝型パターンを対象としたものであ
るが、H2 ガス添加によりF/C比を制御する基本的な
考え方は共通である。
炭素系ポリマーの蒸気圧の低下と堆積の促進にもとづい
ているのに対し、エッチング・ガス中に水素を添加して
フッ素系エッチング種を消費することにより系内のF/
C比を上昇させ、結果的に炭素性ポリマーの堆積を促進
する別の手法も知られている。たとえば、プロシーディ
ングス・オブ・ザ・セカンド・シンポジウム・オン・ド
ライ・プロセス(Proceedings of the Second Symposiu
m on Dry Process) (1980),p.49〜53に
は、CF4 ガスを用いて窒化シリコン薄膜をエッチング
する際に、ガス系へのH2 添加量が増えると堆積物の増
加によりエッチング・パターンの側壁面が傾斜する現象
が報告されている。なお、この刊行物に記載される技術
は、接続孔ではなく溝型パターンを対象としたものであ
るが、H2 ガス添加によりF/C比を制御する基本的な
考え方は共通である。
【0009】しかしながら、エッチング・パターンの断
面形状をテーパ化させるこれらの方法にあっては、いず
れにしても有意なテーパ化を達成するために過剰な炭素
系ポリマーの生成が必要であり、パーティクル・レベル
を悪化させる懸念が大きい。しかも、これらを接続孔の
エッチングに適用すると、接続孔の底面積がマスクの開
口面積よりも狭くなるため、そこに埋め込まれた導電材
料層と下地の配線材料層とのコンタクト抵抗が増大する
といった問題も生ずる。さらに、このように接続孔の側
壁面全体が傾斜している場合には、テーパ角が余程正確
に制御されていないと接続孔の底面積やコンタクト位置
も変化することになるため、今後のデザイン・ルールの
より一層の縮小には対応が困難となる。
面形状をテーパ化させるこれらの方法にあっては、いず
れにしても有意なテーパ化を達成するために過剰な炭素
系ポリマーの生成が必要であり、パーティクル・レベル
を悪化させる懸念が大きい。しかも、これらを接続孔の
エッチングに適用すると、接続孔の底面積がマスクの開
口面積よりも狭くなるため、そこに埋め込まれた導電材
料層と下地の配線材料層とのコンタクト抵抗が増大する
といった問題も生ずる。さらに、このように接続孔の側
壁面全体が傾斜している場合には、テーパ角が余程正確
に制御されていないと接続孔の底面積やコンタクト位置
も変化することになるため、今後のデザイン・ルールの
より一層の縮小には対応が困難となる。
【0010】そこで本発明は、アスペクト比が大きく開
口寸法が微細であっても、後工程における上層配線材料
による埋め込みに支障を来さない接続孔を良好な制御性
および再現性をもって形成する方法を提供することを目
的とする。
口寸法が微細であっても、後工程における上層配線材料
による埋め込みに支障を来さない接続孔を良好な制御性
および再現性をもって形成する方法を提供することを目
的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、上述の目的を達成するために提案されるもの
であり、下層配線を被覆する絶縁膜の上にエッチング・
マスクを形成し、プラズマ・エッチングにより該絶縁膜
に接続孔を開口する際に、前記絶縁膜の膜厚方向の一部
をプラズマ中のエッチング種を消費し得るスカベンジャ
の含有量を高めた富化層にて構成し、該富化層のエッチ
ング中には前記エッチング・マスクの側壁面上における
堆積種の堆積を促進することにより、前記接続孔の深さ
方向の一部においてその断面形状をテーパ化させるもの
である。
造方法は、上述の目的を達成するために提案されるもの
であり、下層配線を被覆する絶縁膜の上にエッチング・
マスクを形成し、プラズマ・エッチングにより該絶縁膜
に接続孔を開口する際に、前記絶縁膜の膜厚方向の一部
をプラズマ中のエッチング種を消費し得るスカベンジャ
の含有量を高めた富化層にて構成し、該富化層のエッチ
ング中には前記エッチング・マスクの側壁面上における
堆積種の堆積を促進することにより、前記接続孔の深さ
方向の一部においてその断面形状をテーパ化させるもの
である。
【0012】ここで、上記の“富化”を達成し得るスカ
ベンジャの含有量は、接続孔の断面形状に有意なテーパ
形状を発生させ得る量であれば特に限定されるものでは
ないが、10〜数10wt%のオーダーであることが必
要である。
ベンジャの含有量は、接続孔の断面形状に有意なテーパ
形状を発生させ得る量であれば特に限定されるものでは
ないが、10〜数10wt%のオーダーであることが必
要である。
【0013】上記のテーパ化は富化層のエッチング中に
生ずるものであるから、接続孔の深さ方向のどの部分を
テーパ化させるかにより、絶縁膜の膜厚方向における富
化層の形成位置も変わる。バリヤメタル、さらに上層配
線のカバレージを改善する観点からは、上記富化層を、
前記絶縁膜の最表層部に形成し、接続孔の開口端をテー
パ化することが最も有効である。なお、上記富化層は、
気相成長法あるいはイオン注入によりスカベンジャを絶
縁膜に導入することにより、形成可能である。
生ずるものであるから、接続孔の深さ方向のどの部分を
テーパ化させるかにより、絶縁膜の膜厚方向における富
化層の形成位置も変わる。バリヤメタル、さらに上層配
線のカバレージを改善する観点からは、上記富化層を、
前記絶縁膜の最表層部に形成し、接続孔の開口端をテー
パ化することが最も有効である。なお、上記富化層は、
気相成長法あるいはイオン注入によりスカベンジャを絶
縁膜に導入することにより、形成可能である。
【0014】実際の半導体プロセスを考えた場合に最も
実用的な方法は、前記絶縁膜としてシリコン化合物膜、
前記エッチング種としてフッ素系化学種、前記スカベン
ジャとして水素系化学種、前記堆積種として炭素系ポリ
マーをそれぞれ用いる方法である。かかるエッチング
は、フルオロカーボン系ガスを用いた場合に達成される
ものである。この場合の水素系化学種は、エッチング反
応系のF/C比を変化させる働きをする。
実用的な方法は、前記絶縁膜としてシリコン化合物膜、
前記エッチング種としてフッ素系化学種、前記スカベン
ジャとして水素系化学種、前記堆積種として炭素系ポリ
マーをそれぞれ用いる方法である。かかるエッチング
は、フルオロカーボン系ガスを用いた場合に達成される
ものである。この場合の水素系化学種は、エッチング反
応系のF/C比を変化させる働きをする。
【0015】前記シリコン化合物膜の代表例は、酸化シ
リコン系薄膜であり、プラズマCVD法により形成する
ことができる。酸化シリコン系薄膜をプラズマCVD法
で形成する場合、一般的にSi供給源としてはSiH4
等のシラン系ガスが用いられるが、このときSiH4 に
由来する水素原子が膜内に取り込まれる。このときの水
素含有量が成膜条件に依存して変化することは、たとえ
ば“VLSIテクノロジー”(S.M.シー編,マグロ
ウヒル社刊,1988年)p.258にも記載されてい
る公知の事実であり、通常はこの値を含有量を許容レベ
ル以下に抑えて耐水性や絶縁耐圧を保証するような条件
設定を行っている。本発明では、成膜工程の一部におい
てこの水素含有量を増大させるような条件変更を行い、
水素富化酸化シリコン系薄膜を形成する。
リコン系薄膜であり、プラズマCVD法により形成する
ことができる。酸化シリコン系薄膜をプラズマCVD法
で形成する場合、一般的にSi供給源としてはSiH4
等のシラン系ガスが用いられるが、このときSiH4 に
由来する水素原子が膜内に取り込まれる。このときの水
素含有量が成膜条件に依存して変化することは、たとえ
ば“VLSIテクノロジー”(S.M.シー編,マグロ
ウヒル社刊,1988年)p.258にも記載されてい
る公知の事実であり、通常はこの値を含有量を許容レベ
ル以下に抑えて耐水性や絶縁耐圧を保証するような条件
設定を行っている。本発明では、成膜工程の一部におい
てこの水素含有量を増大させるような条件変更を行い、
水素富化酸化シリコン系薄膜を形成する。
【0016】あるいは、絶縁膜の大部分を通常の酸化シ
リコン系薄膜とし、富化層をプラズマCVDにより形成
される窒化シリコン系薄膜としても良い。窒化シリコン
系薄膜をプラズマCVD法で形成する場合も、Si供給
源として一般にSiH4 等のシラン系ガスが用いられ
る。窒化シリコン系薄膜の水素含有量が成膜条件の制御
により可変であることは、やはり上記“VLSIテクノ
ロジー”p.262に記載されている。ただし、窒化シ
リコン系薄膜は酸化シリコン系薄膜に比べて誘電率が2
倍程度も高く、また応力も大きいため、絶縁膜全体を窒
化シリコン系薄膜にて構成すると配線間容量を増大させ
たり基板にクラックを発生させたりする虞れがある。本
発明において、窒化シリコン系薄膜を富化層にのみ用い
ているのは、このような不都合を回避するためである。
リコン系薄膜とし、富化層をプラズマCVDにより形成
される窒化シリコン系薄膜としても良い。窒化シリコン
系薄膜をプラズマCVD法で形成する場合も、Si供給
源として一般にSiH4 等のシラン系ガスが用いられ
る。窒化シリコン系薄膜の水素含有量が成膜条件の制御
により可変であることは、やはり上記“VLSIテクノ
ロジー”p.262に記載されている。ただし、窒化シ
リコン系薄膜は酸化シリコン系薄膜に比べて誘電率が2
倍程度も高く、また応力も大きいため、絶縁膜全体を窒
化シリコン系薄膜にて構成すると配線間容量を増大させ
たり基板にクラックを発生させたりする虞れがある。本
発明において、窒化シリコン系薄膜を富化層にのみ用い
ているのは、このような不都合を回避するためである。
【0017】
【作用】本発明において、膜厚方向の一部にスカベンジ
ャの含有量の高い富化層を有する絶縁膜をエッチングす
ると、富化層のエッチング中にはここから放出されるス
カベンジャによりプラズマ中のエッチング種が捕捉さ
れ、エッチング反応系における堆積種の含有比が相対的
に増大する。この堆積種はエッチング・マスクの側壁面
上に堆積し、その見掛け上のパターン幅を増大させるよ
うに働く。このため、富化層のエッチング時にはエッチ
ング深さが増すと同時にパターン幅が広がり、結果的に
接続孔の深さ方向の一部において、その断面形状がテー
パ化する。上記富化層を絶縁膜の最表層部に形成すれ
ば、接続孔の開口端がテーパ化し、バリヤメタルや上層
配線の埋め込みが極めて容易となる。
ャの含有量の高い富化層を有する絶縁膜をエッチングす
ると、富化層のエッチング中にはここから放出されるス
カベンジャによりプラズマ中のエッチング種が捕捉さ
れ、エッチング反応系における堆積種の含有比が相対的
に増大する。この堆積種はエッチング・マスクの側壁面
上に堆積し、その見掛け上のパターン幅を増大させるよ
うに働く。このため、富化層のエッチング時にはエッチ
ング深さが増すと同時にパターン幅が広がり、結果的に
接続孔の深さ方向の一部において、その断面形状がテー
パ化する。上記富化層を絶縁膜の最表層部に形成すれ
ば、接続孔の開口端がテーパ化し、バリヤメタルや上層
配線の埋め込みが極めて容易となる。
【0018】このように本発明では、テーパ化は接続孔
の深さ方向の一部にのみ生ずるため、従来のように接続
孔の深さ方向の全体をテーパー化させる方法と異なり、
接続孔の底面積が極端に縮小したりコンタクト抵抗が上
昇する虞れが無い。また、エッチング・ガスへ添加され
たスカベンジャによりF/C比を制御するのではなく、
被エッチング物そのものから放出されるスカベンジャに
より接続孔の近傍で堆積種を増大させるため、従来法に
比べてテーパ角の再現性に優れ、またパーティクル汚染
を増大させる虞れもない。
の深さ方向の一部にのみ生ずるため、従来のように接続
孔の深さ方向の全体をテーパー化させる方法と異なり、
接続孔の底面積が極端に縮小したりコンタクト抵抗が上
昇する虞れが無い。また、エッチング・ガスへ添加され
たスカベンジャによりF/C比を制御するのではなく、
被エッチング物そのものから放出されるスカベンジャに
より接続孔の近傍で堆積種を増大させるため、従来法に
比べてテーパ角の再現性に優れ、またパーティクル汚染
を増大させる虞れもない。
【0019】前記絶縁膜をシリコン化合物膜により構成
し、前記エッチング種としてフッ素系化学種,前記堆積
種として炭素系ポリマーをそれぞれ用いるようなFC系
ガスを用いたプラズマ・エッチングでは、スカベンジャ
として水素系化学種が供給されることによりフッ素系化
学種が除去されるため、エッチング反応系のF/C比が
低下し、炭素系ポリマーの堆積が促進される。この時の
反応式は、典型的には次のように表される。 CFx + xH → C(堆積)+ xHF(排気除
去) なお上記富化層は、気相成長法やイオン注入によりスカ
ベンジャを導入する手法により、絶縁膜の膜厚方向の一
部に制御性良く形成することができる。特に、プラズマ
CVDにより形成される酸化シリコン系薄膜を用いて絶
縁膜を構成する場合には、前記富化層はプラズマCVD
の成膜条件の途中変更により連続的かつ簡便に形成する
ことができる。また、前記富化層をプラズマCVDによ
り形成される窒化シリコン系薄膜を用いて構成する場合
には、絶縁膜全体としての絶縁耐圧を保証することがで
きる。
し、前記エッチング種としてフッ素系化学種,前記堆積
種として炭素系ポリマーをそれぞれ用いるようなFC系
ガスを用いたプラズマ・エッチングでは、スカベンジャ
として水素系化学種が供給されることによりフッ素系化
学種が除去されるため、エッチング反応系のF/C比が
低下し、炭素系ポリマーの堆積が促進される。この時の
反応式は、典型的には次のように表される。 CFx + xH → C(堆積)+ xHF(排気除
去) なお上記富化層は、気相成長法やイオン注入によりスカ
ベンジャを導入する手法により、絶縁膜の膜厚方向の一
部に制御性良く形成することができる。特に、プラズマ
CVDにより形成される酸化シリコン系薄膜を用いて絶
縁膜を構成する場合には、前記富化層はプラズマCVD
の成膜条件の途中変更により連続的かつ簡便に形成する
ことができる。また、前記富化層をプラズマCVDによ
り形成される窒化シリコン系薄膜を用いて構成する場合
には、絶縁膜全体としての絶縁耐圧を保証することがで
きる。
【0020】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面を
参照しながら説明する。
参照しながら説明する。
【0021】実施例1 本実施例は、プラズマCVD法によりSiOx 膜、およ
びその表層部にスカベンジャ含有量の高い層として水素
富化SiOx 層(以下、SiOx :H層と記載する。)
からなる水素富化層を連続的に形成し、これらを有磁場
マイクロ波プラズマ・エッチング装置とCHF3 /CH
2 F2 混合ガスを用いてエッチングしてコンタクト・ホ
ールを形成し、さらにこのコンタクト・ホールをAl系
上層配線で埋め込んだ例である。このプロセスを、図1
ないし図5を参照しながら説明する。
びその表層部にスカベンジャ含有量の高い層として水素
富化SiOx 層(以下、SiOx :H層と記載する。)
からなる水素富化層を連続的に形成し、これらを有磁場
マイクロ波プラズマ・エッチング装置とCHF3 /CH
2 F2 混合ガスを用いてエッチングしてコンタクト・ホ
ールを形成し、さらにこのコンタクト・ホールをAl系
上層配線で埋め込んだ例である。このプロセスを、図1
ないし図5を参照しながら説明する。
【0022】まず、図1に示されるように、予め不純物
拡散領域(図示せず。)が形成されたSi基板1上に絶
縁膜Dを成膜し、さらにこの上にコンタクト・ホール・
パターンに倣った開口5(開口径0.5μm)を有する
レジスト・マスク4を一例としてi線リソグラフィによ
り形成した。ここで上記絶縁膜Dは、下層側から順にS
iOx 膜2、およびSiOx :H層からなる水素富化層
3とが各々0.5μmの膜厚をもってプラズマCVD法
により順次積層されたものである。このプラズマCVD
条件の一例を以下に示す。
拡散領域(図示せず。)が形成されたSi基板1上に絶
縁膜Dを成膜し、さらにこの上にコンタクト・ホール・
パターンに倣った開口5(開口径0.5μm)を有する
レジスト・マスク4を一例としてi線リソグラフィによ
り形成した。ここで上記絶縁膜Dは、下層側から順にS
iOx 膜2、およびSiOx :H層からなる水素富化層
3とが各々0.5μmの膜厚をもってプラズマCVD法
により順次積層されたものである。このプラズマCVD
条件の一例を以下に示す。
【0023】〔SiOx 膜2の成膜条件〕 SiH4 流量 300 SCCM O2 流量 300 SCCM ガス圧 300 Pa ウェハ温度 400 ℃ 成膜時間 2 分 〔水素富化層(SiOx :H層)3の成膜条件〕 SiH4 流量 400 SCCM O2 流量 300 SCCM ガス圧 300 Pa ウェハ温度 350 ℃ 成膜時間 3 分 上記SiOx 膜2のH含有量が約2〜3wt%であるの
に対し、上記水素富化層3のそれは約20wt%であっ
た。
に対し、上記水素富化層3のそれは約20wt%であっ
た。
【0024】次に、このウェハを有磁場マイクロ波プラ
ズマ・エッチング装置にセットし、一例として下記の条
件で絶縁膜Dをエッチングした。 CHF3 流量 45 SCCM CH2 F2 流量 5 SCCM ガス圧 0.27 Pa マイクロ波パワー 1200 W(2.45 GHz) RFバイアス・パワー 200 W(800 kHz) ウェハ温度 20 ℃ このエッチングは、基本的にF* による絶縁膜Dからの
Siの引き抜き反応がCFx + イオンの入射エネルギー
にアシストされる機構で進行するものであり、上記の条
件はSiOx 膜2のエッチングが異方的に進行するよう
に最適化されている。しかし、H含有量の多い水素富化
層3のエッチング中には、ここから放出されるHがプラ
ズマ中のF* を捕捉してHF(フッ化水素)を生成し、
これが系外へ除去されてしまうため、相対的にフルロオ
カーボン系ポリマーの堆積量が多くなる。この結果、図
2に示されるように側壁保護膜6が厚く形成され、水素
富化層3には断面形状がテーパ化した開口3t〔添え字
tはテーパ(tapered) 形状を表す。〕が形成された。
ズマ・エッチング装置にセットし、一例として下記の条
件で絶縁膜Dをエッチングした。 CHF3 流量 45 SCCM CH2 F2 流量 5 SCCM ガス圧 0.27 Pa マイクロ波パワー 1200 W(2.45 GHz) RFバイアス・パワー 200 W(800 kHz) ウェハ温度 20 ℃ このエッチングは、基本的にF* による絶縁膜Dからの
Siの引き抜き反応がCFx + イオンの入射エネルギー
にアシストされる機構で進行するものであり、上記の条
件はSiOx 膜2のエッチングが異方的に進行するよう
に最適化されている。しかし、H含有量の多い水素富化
層3のエッチング中には、ここから放出されるHがプラ
ズマ中のF* を捕捉してHF(フッ化水素)を生成し、
これが系外へ除去されてしまうため、相対的にフルロオ
カーボン系ポリマーの堆積量が多くなる。この結果、図
2に示されるように側壁保護膜6が厚く形成され、水素
富化層3には断面形状がテーパ化した開口3t〔添え字
tはテーパ(tapered) 形状を表す。〕が形成された。
【0025】しかし、その後のSiOx 膜2のエッチン
グは異方的に進行し、図3に示されるような開口2a
〔添え字aは異方性(anisotropic)形状を表す。〕が形
成された。このようにして形成された開口3t,2a
は、全体としてみると底面に比べて開口端の開口径の広
いコンタクト・ホール7を構成している。このコンタク
ト・ホール7の底面における開口径は0.4μmであ
り、レジスト・マスク4の開口幅より狭くなった。つま
り本発明では、予めテーパ化による開口径の減少分を見
込んで、レジスト・マスク4の開口5の幅を設定してお
くことが必要である。しかし、従来のようにエッチング
雰囲気全体を堆積性の強い雰囲気としていないため、パ
ーティクル汚染が深刻化せず、またコンタクト・ホール
7の開口径やテーパ角の制御性も極めて良好であった。
グは異方的に進行し、図3に示されるような開口2a
〔添え字aは異方性(anisotropic)形状を表す。〕が形
成された。このようにして形成された開口3t,2a
は、全体としてみると底面に比べて開口端の開口径の広
いコンタクト・ホール7を構成している。このコンタク
ト・ホール7の底面における開口径は0.4μmであ
り、レジスト・マスク4の開口幅より狭くなった。つま
り本発明では、予めテーパ化による開口径の減少分を見
込んで、レジスト・マスク4の開口5の幅を設定してお
くことが必要である。しかし、従来のようにエッチング
雰囲気全体を堆積性の強い雰囲気としていないため、パ
ーティクル汚染が深刻化せず、またコンタクト・ホール
7の開口径やテーパ角の制御性も極めて良好であった。
【0026】その後の工程は常法にしたがって行った。
すなわち、まずアッシングを行って図4に示されるよう
にレジスト・マスク4および側壁保護膜6を除去した。
さらにスパッタリングを行い、図5に示されるようにバ
リヤメタル8とAl系上層配線膜9とを順次積層し、上
記コンタクト・ホール7を埋め込んだ。ここで、上記バ
リヤメタル8は一例として厚さ約30nmのTi膜と厚
さ約70nmのTiN膜とがこの順に積層されたもので
あり、またAl系上層配線9はたとえばAl−1%Si
膜からなる。このとき、コンタクト・ホール7の開口端
がテーパ化されていることにより、従来のようなバリヤ
メタル8のオーバーハングは形成されず、したがって上
層配線9の埋め込みもキー・ホールを発生することなく
円滑に行われた。
すなわち、まずアッシングを行って図4に示されるよう
にレジスト・マスク4および側壁保護膜6を除去した。
さらにスパッタリングを行い、図5に示されるようにバ
リヤメタル8とAl系上層配線膜9とを順次積層し、上
記コンタクト・ホール7を埋め込んだ。ここで、上記バ
リヤメタル8は一例として厚さ約30nmのTi膜と厚
さ約70nmのTiN膜とがこの順に積層されたもので
あり、またAl系上層配線9はたとえばAl−1%Si
膜からなる。このとき、コンタクト・ホール7の開口端
がテーパ化されていることにより、従来のようなバリヤ
メタル8のオーバーハングは形成されず、したがって上
層配線9の埋め込みもキー・ホールを発生することなく
円滑に行われた。
【0027】実施例2 本実施例は、実施例1と同様のSiOx 膜およびSiO
x :H層からなる絶縁膜をAl系下層配線上に形成し、
これらを有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置と
CHF3 /CH2 F2 混合ガスを用いてエッチングして
ビア・ホールを形成し、さらにこのビア・ホールをAl
系上層配線で埋め込んだ例である。このプロセスを、図
6ないし図10を参照しながら説明する。
x :H層からなる絶縁膜をAl系下層配線上に形成し、
これらを有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置と
CHF3 /CH2 F2 混合ガスを用いてエッチングして
ビア・ホールを形成し、さらにこのビア・ホールをAl
系上層配線で埋め込んだ例である。このプロセスを、図
6ないし図10を参照しながら説明する。
【0028】まず、図5に示されるように、層間絶縁膜
11上に形成された下層配線15を被覆して絶縁膜Dを
成膜し、さらにこの上にビア・ホール・パターンに倣っ
た開口19(開口径0.5μm)を有するレジスト・マ
スク18を一例としてi線リソグラフィにより形成し
た。ここで、下層配線15は、一例としてTi系バリヤ
メタル12,Al−1%Si膜13,およびSiON系
反射防止膜14がこの順に積層された積層膜をパターニ
ングしてなるものである。また、上記絶縁膜Dは、下層
側から順に膜厚約0.2μmのSiOx 膜16と、膜厚
約0.3μmのSiOx :H層からなる水素富化層17
とがプラズマCVD法により順次積層されたものであ
る。このときのプラズマCVD条件は、SiOx 膜16
の成膜時間を1分、SiOx 膜17の成膜時間を2分と
した他は、実施例1と同じであり、各膜のH含有量はそ
れぞれ約2〜3wt%および20wt%であった。
11上に形成された下層配線15を被覆して絶縁膜Dを
成膜し、さらにこの上にビア・ホール・パターンに倣っ
た開口19(開口径0.5μm)を有するレジスト・マ
スク18を一例としてi線リソグラフィにより形成し
た。ここで、下層配線15は、一例としてTi系バリヤ
メタル12,Al−1%Si膜13,およびSiON系
反射防止膜14がこの順に積層された積層膜をパターニ
ングしてなるものである。また、上記絶縁膜Dは、下層
側から順に膜厚約0.2μmのSiOx 膜16と、膜厚
約0.3μmのSiOx :H層からなる水素富化層17
とがプラズマCVD法により順次積層されたものであ
る。このときのプラズマCVD条件は、SiOx 膜16
の成膜時間を1分、SiOx 膜17の成膜時間を2分と
した他は、実施例1と同じであり、各膜のH含有量はそ
れぞれ約2〜3wt%および20wt%であった。
【0029】次に、このウェハを有磁場マイクロ波プラ
ズマ・エッチング装置にセットし、上記絶縁膜Dをエッ
チングした。このときのエッチング条件は、下地である
下層配線15のスパッタを抑えるためにRFバイアス・
パワーを170Wに下げた他は、実施例1と同じとし
た。このとき、H含有量の多い水素富化層17のエッチ
ング中には、フルロオカーボン系ポリマーの堆積が促進
されて側壁保護膜20が肥厚化するために、SiOx :
H層17には図7に示されるようにテーパ化した断面形
状を有する開口17tが形成された。
ズマ・エッチング装置にセットし、上記絶縁膜Dをエッ
チングした。このときのエッチング条件は、下地である
下層配線15のスパッタを抑えるためにRFバイアス・
パワーを170Wに下げた他は、実施例1と同じとし
た。このとき、H含有量の多い水素富化層17のエッチ
ング中には、フルロオカーボン系ポリマーの堆積が促進
されて側壁保護膜20が肥厚化するために、SiOx :
H層17には図7に示されるようにテーパ化した断面形
状を有する開口17tが形成された。
【0030】しかし、その後のSiOx 膜16のエッチ
ングは異方的に進行し、図8に示されるような開口16
aが形成された。このようにして形成された開口17
t,16aは、全体としてみると底面に比べて開口端の
開口径の広いビア・ホール21を構成している。このコ
ンタクト・ホール7の底面における開口径は0.4μm
であり、レジスト・マスク4の開口幅より狭くなった
が、再現性は良好であった。
ングは異方的に進行し、図8に示されるような開口16
aが形成された。このようにして形成された開口17
t,16aは、全体としてみると底面に比べて開口端の
開口径の広いビア・ホール21を構成している。このコ
ンタクト・ホール7の底面における開口径は0.4μm
であり、レジスト・マスク4の開口幅より狭くなった
が、再現性は良好であった。
【0031】この後の工程は常法にしたがって行った。
すなわち、まずアッシングを行って図9に示されるよう
にレジスト・マスク4および側壁保護膜6を除去した。
さらに、スパッタリングを行って図10に示されるよう
に、バリヤメタル22と上層配線膜23とを順次積層
し、上記ビア・ホール21を良好に埋め込んだ。本発明
では、このように微細なビア・ホールを制御性良く形成
し、しかもこれを良好に埋め込むことができるため、従
来のように上下パターンの合わせズレを見込んでコンタ
クト部の下層配線幅を太くする必要が無くなり、いわゆ
るオーバーラップレス・コンタクトを実現することがで
きた。
すなわち、まずアッシングを行って図9に示されるよう
にレジスト・マスク4および側壁保護膜6を除去した。
さらに、スパッタリングを行って図10に示されるよう
に、バリヤメタル22と上層配線膜23とを順次積層
し、上記ビア・ホール21を良好に埋め込んだ。本発明
では、このように微細なビア・ホールを制御性良く形成
し、しかもこれを良好に埋め込むことができるため、従
来のように上下パターンの合わせズレを見込んでコンタ
クト部の下層配線幅を太くする必要が無くなり、いわゆ
るオーバーラップレス・コンタクトを実現することがで
きた。
【0032】実施例3 本実施例は、プラズマCVD法によりSiO2 膜、およ
びその表層部に水素富化層として水素富化SiN層(以
下、SiN:H層と記載する。)を形成し、これらをI
CP(誘導結合プラズマ)エッチング装置とC2 F6 ガ
スを用いてエッチングしてコンタクト・ホールを形成
し、さらにこのコンタクト・ホールをAl系上層配線で
埋め込んだ例である。参照図面は、前出の図1ないし図
3である。
びその表層部に水素富化層として水素富化SiN層(以
下、SiN:H層と記載する。)を形成し、これらをI
CP(誘導結合プラズマ)エッチング装置とC2 F6 ガ
スを用いてエッチングしてコンタクト・ホールを形成
し、さらにこのコンタクト・ホールをAl系上層配線で
埋め込んだ例である。参照図面は、前出の図1ないし図
3である。
【0033】まず、図1に示されるように、予め不純物
拡散領域(図示せず。)の形成されたSi基板1上に絶
縁膜Dを成膜し、さらにこの上にコンタクト・ホール・
パターンに倣った開口5(開口径0.5μm)を有する
レジスト・マスク4を一例としてi線リソグラフィによ
り形成した。ここで上記絶縁膜Dは、下層側から順に膜
厚約0.7μmのSiOx 膜2と、膜厚約0.3μmの
SiN:H層からなる水素富化層3とがプラズマCVD
法により順次積層されたものである。このプラズマCV
D条件の一例を以下に示す。
拡散領域(図示せず。)の形成されたSi基板1上に絶
縁膜Dを成膜し、さらにこの上にコンタクト・ホール・
パターンに倣った開口5(開口径0.5μm)を有する
レジスト・マスク4を一例としてi線リソグラフィによ
り形成した。ここで上記絶縁膜Dは、下層側から順に膜
厚約0.7μmのSiOx 膜2と、膜厚約0.3μmの
SiN:H層からなる水素富化層3とがプラズマCVD
法により順次積層されたものである。このプラズマCV
D条件の一例を以下に示す。
【0034】〔SiOx 膜2の成膜条件〕 SiH4 流量 300 SCCM O2 流量 300 SCCM ガス圧 300 Pa ウェハ温度 400 ℃ 成膜時間 4 分 〔水素富化層(SiN:H層)3の成膜条件〕 SiH4 流量 200 SCCM NH3 流量 2000 SCCM N2 流量 1000 SCCM ガス圧 300 Pa ウェハ温度 350 ℃ 成膜時間 2 分 上記SiOx 膜2のH含有量が約2〜3wt%であるの
に対し、上記水素富化層3のそれは約20wt%であっ
た。
に対し、上記水素富化層3のそれは約20wt%であっ
た。
【0035】次に、このウェハをICPエッチング装置
にセットし、上記絶縁膜Dをエッチングした。なお、こ
のICPエッチング装置の上部電極は、エッチング・チ
ャンバの天板を兼ねており、その少なくとも表面は不純
物含有ポリシリコンにて構成され、内蔵されるヒータで
加熱可能とされている。このときのエッチング条件の一
例を以下に示す。
にセットし、上記絶縁膜Dをエッチングした。なお、こ
のICPエッチング装置の上部電極は、エッチング・チ
ャンバの天板を兼ねており、その少なくとも表面は不純
物含有ポリシリコンにて構成され、内蔵されるヒータで
加熱可能とされている。このときのエッチング条件の一
例を以下に示す。
【0036】 C2 F6 流量 50 SCCM ガス圧 0.27 Pa ソース・パワー 2000 W(2 MHz) RFバイアス・パワー 1000 W(1.8 MHz) ウェハ温度 20 ℃ 上部電極温度 250 ℃ ここで、上部電極を加熱しているのは、このICPエッ
チング装置の放電解離効率が極めて高くエッチング・チ
ャンバ内に大量のF* が発生するので、上部電極の表面
で余分なF* をSiFx の形で揮発除去させるためであ
る。上記のエッチング条件は、このようなF/C比の操
作を行った上でSiOx 膜2が異方性加工されるように
設定されている。ここでは、水素富化層3のエッチング
中にこのF/C比がさらに低下してフルロオカーボン系
ポリマーの堆積が促進されることにより、図2に示され
るように該水素富化層3にテーパ化した開口3tが形成
された。続くSiOx 膜2は異方的にエッチングされる
ので、図3に示されるように垂直壁を有する開口2aが
形成され、最終的に開口端の近傍のみがテーパ化された
コンタクト・ホール7を形成することができた。この後
のアッシングや上層配線による埋め込みについては、前
述したとおりである。
チング装置の放電解離効率が極めて高くエッチング・チ
ャンバ内に大量のF* が発生するので、上部電極の表面
で余分なF* をSiFx の形で揮発除去させるためであ
る。上記のエッチング条件は、このようなF/C比の操
作を行った上でSiOx 膜2が異方性加工されるように
設定されている。ここでは、水素富化層3のエッチング
中にこのF/C比がさらに低下してフルロオカーボン系
ポリマーの堆積が促進されることにより、図2に示され
るように該水素富化層3にテーパ化した開口3tが形成
された。続くSiOx 膜2は異方的にエッチングされる
ので、図3に示されるように垂直壁を有する開口2aが
形成され、最終的に開口端の近傍のみがテーパ化された
コンタクト・ホール7を形成することができた。この後
のアッシングや上層配線による埋め込みについては、前
述したとおりである。
【0037】実施例4 本実施例では、プラズマCVD法により形成されたSi
Ox 膜に水素のイオン注入を行うことにより、該SiO
x 膜の表層部のみをSiOx :H層からなる水素富化層
に変化させ、これらをヘリコン波プラズマ・エッチング
装置とc−C4F8 /CH2 F2 混合ガスを用いてエッ
チングしてコンタクト・ホールを形成した例について説
明する。参照図面は図1ないし図3である。
Ox 膜に水素のイオン注入を行うことにより、該SiO
x 膜の表層部のみをSiOx :H層からなる水素富化層
に変化させ、これらをヘリコン波プラズマ・エッチング
装置とc−C4F8 /CH2 F2 混合ガスを用いてエッ
チングしてコンタクト・ホールを形成した例について説
明する。参照図面は図1ないし図3である。
【0038】まず、実施例1の成膜条件中、成膜時間を
4分に延長して膜厚約1.0μmのSiOx 膜2を成膜
した後、一例として下記の条件で該SiOx 膜2の表層
部にH2 + のイオン注入を行った。
4分に延長して膜厚約1.0μmのSiOx 膜2を成膜
した後、一例として下記の条件で該SiOx 膜2の表層
部にH2 + のイオン注入を行った。
【0039】 ビーム電流 5 mA イオン加速電圧 10 keV ドース量 1×1016 /cm2 この結果、SiOx 膜2の表層部には水素富化層3とし
てSiOx :H層が約50nmの厚さに形成された。こ
の水素富化層のH含有量は約20wt%であった。
てSiOx :H層が約50nmの厚さに形成された。こ
の水素富化層のH含有量は約20wt%であった。
【0040】次に、たとえばKrFエキシマ・レーザ・
リソグラフィを行って上記水素富化層3の上に開口5
(開口径0.35μm)を有するレジスト・マスク4を
形成した。
リソグラフィを行って上記水素富化層3の上に開口5
(開口径0.35μm)を有するレジスト・マスク4を
形成した。
【0041】次に、このウェハをヘリコン波プラズマ・
エッチング装置にセットし、上記絶縁膜Dをエッチング
した。このときのエッチング条件の一例を以下に示す。 c−C4 F8 流量 50 SCCM CH2 F2 流量 10 SCCM ガス圧 0.27 Pa ソース・パワー 2500 W(13.56 MHz) RFバイアス・パワー 100 W(400 kHz) ウェハ温度 20 ℃ このエッチングにより、水素富化層3には断面形状がテ
ーパ化した開口3t、SiOx 膜2には断面形状が垂直
な開口2aが形成され、全体として開口端の近傍がテー
パ化したコンタクト・ホール7が形成された。この後の
アッシングや上層配線による埋め込みについては、前述
したとおりである。
エッチング装置にセットし、上記絶縁膜Dをエッチング
した。このときのエッチング条件の一例を以下に示す。 c−C4 F8 流量 50 SCCM CH2 F2 流量 10 SCCM ガス圧 0.27 Pa ソース・パワー 2500 W(13.56 MHz) RFバイアス・パワー 100 W(400 kHz) ウェハ温度 20 ℃ このエッチングにより、水素富化層3には断面形状がテ
ーパ化した開口3t、SiOx 膜2には断面形状が垂直
な開口2aが形成され、全体として開口端の近傍がテー
パ化したコンタクト・ホール7が形成された。この後の
アッシングや上層配線による埋め込みについては、前述
したとおりである。
【0042】以上、本発明を4例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではなく、プラズマCVD条件、ドライエッチング
条件、ウェハの構成等の細部については適宜変更が可能
である。
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではなく、プラズマCVD条件、ドライエッチング
条件、ウェハの構成等の細部については適宜変更が可能
である。
【0043】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明を適用すれば接続孔の開口端近傍のみをテーパ化する
ことができるため、上層配線の良好な埋め込み特性と開
口径の良好な制御性とを両立させることができ、しかも
これを再現性低下やパーティクル増加を招くことなく実
現することができる。このことは、特にビア・ホールを
形成する場合のオーバーラップレス・コンタクトの実現
につながる。本発明は、接続孔の形成方法の改良を通じ
て、半導体装置の高集積化,高性能化,高信頼化に大き
く貢献するものである。
明を適用すれば接続孔の開口端近傍のみをテーパ化する
ことができるため、上層配線の良好な埋め込み特性と開
口径の良好な制御性とを両立させることができ、しかも
これを再現性低下やパーティクル増加を招くことなく実
現することができる。このことは、特にビア・ホールを
形成する場合のオーバーラップレス・コンタクトの実現
につながる。本発明は、接続孔の形成方法の改良を通じ
て、半導体装置の高集積化,高性能化,高信頼化に大き
く貢献するものである。
【図1】本発明をコンタクト・ホール加工に適用したプ
ロセス例において、SiOx 膜と水素富化層からなる絶
縁膜の上にレジスト・マスクを形成した状態を示す模式
的断面図である。
ロセス例において、SiOx 膜と水素富化層からなる絶
縁膜の上にレジスト・マスクを形成した状態を示す模式
的断面図である。
【図2】図1の水素富化層をテーパ状にエッチングした
状態を示す模式的断面図である。
状態を示す模式的断面図である。
【図3】図2のSiOx 膜を異方性エッチングし、コン
タクト・ホールを完成した状態を示す模式的断面図であ
る。
タクト・ホールを完成した状態を示す模式的断面図であ
る。
【図4】図3のレジスト・マスクと側壁保護膜をアッシ
ングにより除去した状態を示す模式的断面図である。
ングにより除去した状態を示す模式的断面図である。
【図5】図4のコンタクト・ホールをバリヤメタルおよ
び上層配線で埋め込んだ状態を示す模式的断面図であ
る。
び上層配線で埋め込んだ状態を示す模式的断面図であ
る。
【図6】本発明をビア・ホール加工に適用したプロセス
例において、Al系下層配線を被覆してSiOx 膜と水
素富化層からなる絶縁膜を形成し、さらにレジスト・マ
スクを形成した状態を示す模式的断面図である。
例において、Al系下層配線を被覆してSiOx 膜と水
素富化層からなる絶縁膜を形成し、さらにレジスト・マ
スクを形成した状態を示す模式的断面図である。
【図7】図6の水素富化層をテーパ状にエッチングした
状態を示す模式的断面図である。
状態を示す模式的断面図である。
【図8】図7のSiOx 膜を異方性エッチングし、ビア
・ホールを完成した状態を示す模式的断面図である。
・ホールを完成した状態を示す模式的断面図である。
【図9】図8のレジスト・マスクと側壁保護膜をアッシ
ングにより除去した状態を示す模式的断面図である。
ングにより除去した状態を示す模式的断面図である。
【図10】図9のビア・ホールをバリヤメタルおよび上
層配線で埋め込んだ状態を示す模式的断面図である。
層配線で埋め込んだ状態を示す模式的断面図である。
【図11】高アスペクト比を有する従来の接続孔におい
てTi系バリヤメタルのオーバーハングが形成された状
態を示す模式的断面図である。
てTi系バリヤメタルのオーバーハングが形成された状
態を示す模式的断面図である。
【図12】深さ方向全体にわたって断面形状がテーパ化
された従来の接続孔を示す模式的断面図である。
された従来の接続孔を示す模式的断面図である。
1 Si基板 2,16 SiOx 膜 2a,16a (SiOx 膜に形成された異方性形状を
有する)開口 3,17 水素富化層 3t,17t (水素富化層に形成されたテーパ状の)
開口 D 絶縁膜 4,18 レジスト・マスク 6,20 側壁保護膜 7 コンタクト・ホール 15 下層配線 21 ビア・ホール
有する)開口 3,17 水素富化層 3t,17t (水素富化層に形成されたテーパ状の)
開口 D 絶縁膜 4,18 レジスト・マスク 6,20 側壁保護膜 7 コンタクト・ホール 15 下層配線 21 ビア・ホール
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/768 H01L 21/88 D 21/90 D
Claims (7)
- 【請求項1】 下層配線を被覆する絶縁膜の上にエッチ
ング・マスクを形成し、プラズマ・エッチングにより該
絶縁膜に接続孔を開口する接続孔の形成方法において、 前記絶縁膜の膜厚方向の一部をプラズマ中のエッチング
種を消費し得るスカベンジャの含有量を高めた富化層に
て構成し、該富化層のエッチング中には前記エッチング
・マスクの側壁面上における堆積種の堆積を促進するこ
とにより、前記接続孔の深さ方向の一部においてその断
面形状をテーパ化させる接続孔の形成方法。 - 【請求項2】 前記富化層は前記絶縁膜の最表層部を構
成する請求項1記載の接続孔の形成方法。 - 【請求項3】 前記富化層を気相成長法により形成する
請求項1または請求項2に記載の接続孔の形成方法。 - 【請求項4】 前記富化層を前記絶縁膜へのスカベンジ
ャのイオン注入により形成する請求項1または請求項2
に記載の接続孔の形成方法。 - 【請求項5】 前記絶縁膜をシリコン化合物膜により構
成し、前記エッチング種としてフッ素系化学種,前記ス
カベンジャとして水素系化学種,前記堆積種として炭素
系ポリマーをそれぞれ用いる請求項1ないし請求項4の
いずれか1項に記載の接続孔の形成方法。 - 【請求項6】 前記シリコン化合物膜はプラズマCVD
により形成される酸化シリコン系薄膜とし、前記富化層
は該プラズマCVDの成膜条件の途中変更にもとづいて
形成される水素富化酸化シリコン系薄膜とする請求項5
記載の接続孔の形成方法。 - 【請求項7】 前記シリコン化合物膜は前記富化層にお
いてプラズマCVDにより形成される窒化シリコン系薄
膜とし、該富化層以外の部分においてプラズマCVDに
より形成される酸化シリコン系薄膜とする請求項5記載
の接続孔の形成方法。
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JP32836994A JP3348553B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 接続孔の形成方法 |
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1994
- 1994-12-28 JP JP32836994A patent/JP3348553B2/ja not_active Expired - Fee Related
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