JPH0864580A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH0864580A
JPH0864580A JP19888094A JP19888094A JPH0864580A JP H0864580 A JPH0864580 A JP H0864580A JP 19888094 A JP19888094 A JP 19888094A JP 19888094 A JP19888094 A JP 19888094A JP H0864580 A JPH0864580 A JP H0864580A
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metal wiring
etching
film
connection hole
antireflection film
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Abstract

PURPOSE: To prevent the generation of an aluminium crowning due to a sputtering readhesion of a base metal wiring in the case where a connection hole is opened in an interlayer insulating film on a metal wiring, such as an Al metal wiring. CONSTITUTION: An antireflection film 2 is kept formed on a metal wiring 1 and is used as an etching stopper at the time of opening of a connection hole 5 along with the intrinsic antireflection function of the film 2 at the time of a patterning of the wiring 1. The exposed part of the film 2 is removed with downflow plasma. Accordingly, as the energy of ions of the downflow plasma is small, the exposed metal wiring is never sputtered. In the case where the connection holes of different depths are simultaneously opened, the effect of the film 2 is large. It is also possible that resist masks 4 are simultaneously subjected to ashing with the downflow plasma.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、さらに詳しくは、金属配線に臨む微細な接続孔
を、層間絶縁膜に開口する工程を有する半導体装置の製
造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having a step of opening a fine connecting hole facing a metal wiring in an interlayer insulating film.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSI等の半導体装置のデザインルール
がハーフミクロンからクォータミクロンのレベルへと微
細化し、かつ多層配線構造が多用されるに伴い、フォト
リソグラフィやドライエッチング等の微細加工技術に対
する要求は一段と厳しさを増している。これは、コンタ
クトホールやヴァイアホール等の接続孔の開口プロセス
においても例外ではない。ことに近年においては、CM
P(ChemicalMechanical Poli
shing)を始めとするグローバル平坦化プロセスの
導入により、層間絶縁膜の表面が平坦化されており、し
たがって層間絶縁膜の厚さが場所により違うことから、
深さの異なる接続孔を同時に開口するプロセスが多用さ
れる。
2. Description of the Related Art As semiconductor device design rules such as LSI are miniaturized from a level of half micron to quarter micron, and a multi-layer wiring structure is frequently used, there is a demand for fine processing techniques such as photolithography and dry etching. It is getting more severe. This is no exception in the process of opening contact holes such as contact holes and via holes. Especially in recent years,
P (Chemical Mechanical Poli
Since the surface of the interlayer insulating film is flattened by the introduction of a global flattening process such as (shing), the thickness of the interlayer insulating film varies depending on the location.
A process of simultaneously opening connection holes having different depths is often used.

【0003】かかる深さの異なる接続孔の同時開口プロ
セスにおいては、浅い接続孔はエッチングの早期に開口
が完了し、引き続き深い接続孔を開口することとなるた
め、浅い接続孔での過剰なオーバーエッチングは避けら
れない。殊にAl系金属からなる下層金属配線に臨む接
続孔の開口においては、オーバーエッチングによる下層
金属配線のスパッタ再付着物が、層間絶縁膜やレジスト
マスクの側面に形成され、レジストマスク剥離後にも残
渣として残留する。
In the simultaneous opening process of the connecting holes having different depths, the shallow connecting holes are completely opened in the early stage of etching, and the deep connecting holes are continuously opened. Etching is inevitable. In particular, at the opening of the connection hole facing the lower layer metal wiring made of Al-based metal, spatter redeposition of the lower layer metal wiring due to overetching is formed on the side surface of the interlayer insulating film or the resist mask and remains even after the resist mask is removed. Remains as.

【0004】この問題を図3(a)〜(d)を参照して
説明する。まず図3(a)に示すように、Al系金属等
からなる金属配線1上に層間絶縁膜3を形成し、さらに
接続孔開口用のレジストマスク4を形成する。つぎに図
3(b)に示すように、金属配線1に臨む接続孔5を開
口する。この接続孔5は、被エッチング基板内における
複数の接続孔のうち、浅い接続孔を想定して示してい
る。引き続き、図示しない深い接続孔の開口工程を継続
すると、浅い接続孔5は例えば100%を超える過剰な
オーバーエッチングに曝されることになり、接続孔5底
部に露出している金属配線1表面はイオン衝撃によりス
パッタされ、スパッタ再付着物6が接続孔5およびレジ
ストマスク4の側面に付着する。この状態を図3(c)
に示す。
This problem will be described with reference to FIGS. 3 (a) to 3 (d). First, as shown in FIG. 3A, an interlayer insulating film 3 is formed on a metal wiring 1 made of Al-based metal or the like, and a resist mask 4 for opening a contact hole is further formed. Next, as shown in FIG. 3B, the connection hole 5 facing the metal wiring 1 is opened. This connection hole 5 is shown assuming a shallow connection hole among the plurality of connection holes in the substrate to be etched. Subsequently, when the step of opening a deep connection hole (not shown) is continued, the shallow connection hole 5 is exposed to excessive overetching exceeding 100%, and the surface of the metal wiring 1 exposed at the bottom of the connection hole 5 is removed. Sputtering is caused by ion bombardment, and spatter reattachments 6 adhere to the side surfaces of the connection hole 5 and the resist mask 4. This state is shown in FIG.
Shown in

【0005】レジストマスク4をアッシングないしは剥
離すると、スパッタ再付着物6が接続孔5から突出した
形で残留する。このスパッタ再付着物6は、SEMで観
察すると王冠のように見えることから、アルミクラウン
と呼称される。スパッタ再付着物6が残留したままコン
タクトプラグや上層配線を形成すると、上層配線層等の
ステップカバレッジを悪化する。
When the resist mask 4 is ashed or peeled off, the spatter redeposition material 6 remains in a form protruding from the connection hole 5. This spatter reattachment 6 looks like a crown when observed by SEM, and is therefore called an aluminum crown. If the contact plug and the upper layer wiring are formed with the spatter reattachment 6 remaining, the step coverage of the upper layer wiring layer and the like deteriorates.

【0006】スパッタ再付着物6はAl系金属を主体と
するものであるので、Cl系ガスにより除去できるが、
同時に金属配線1もエッチングされ、アフターコロージ
ョンの発生も懸念される。また、ブラシ・スクラバやス
ピンプロセッサ等の物理的方法によるスパッタ再付着物
6の除去も可能であるが、パーティクル汚染の虞れや、
プロセスの複雑化の問題が残る。これら従来技術の問題
点は、特に開口径が0.5μm以下の微細接続孔を有す
る半導体装置においては、デバイスの信頼性を低下し、
許容しがたいものであった。
The spatter reattachment 6 is mainly composed of Al-based metal, so it can be removed by Cl-based gas.
At the same time, the metal wiring 1 is also etched, and there is a concern that after-corrosion may occur. Further, although it is possible to remove the spatter reattachment material 6 by a physical method such as a brush / scrubber or a spin processor, there is a risk of particle contamination,
The problem of process complexity remains. The problems of these conventional techniques are that the reliability of the device is lowered particularly in a semiconductor device having a fine connection hole having an opening diameter of 0.5 μm or less,
It was unacceptable.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は上記問
題点を解決することであり、金属配線に臨む接続孔を開
口する際に、過剰なオーバーエッチングを行ってもアル
ミクラウンを始めとするスパッタ再付着物を形成するこ
とのない半導体装置の製造方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems. When opening a connection hole facing a metal wiring, even if excessive over-etching is performed, an aluminum crown or the like is used. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device without forming a reattachment by sputtering.

【0008】本発明の別の課題は、深さの異なる複数の
微細な接続孔を同時に開口する場合に、金属配線に臨む
浅い接続孔において、アルミクラウンを始めとするスパ
ッタ再付着物を形成することのない半導体装置の製造方
法を提供することである。
Another object of the present invention is to form a spatter reattachment such as an aluminum crown in a shallow connection hole facing a metal wiring when a plurality of fine connection holes having different depths are simultaneously opened. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device without a problem.

【0009】本発明のさらに別の課題は、金属配線に臨
む微細な接続孔開口工程において、アルミクラウンを始
めとするスパッタ再付着物に起因する、上層配線のステ
ップカバレッジの低下、アフターコロージョン、さらに
はプロセスの複雑化によるスループットの悪化等の問題
点を解消する半導体装置の製造方法を提供することであ
る。本発明の上記以外の課題は、本願明細書および添付
図面の説明により明らかにされる。
Still another object of the present invention is to reduce step coverage of upper layer wiring, after-corrosion, due to spatter redeposition such as aluminum crown in the step of opening a fine connecting hole facing metal wiring. Is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that solves problems such as deterioration of throughput due to complication of processes. Other problems of the present invention will be made clear by the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
上述の課題を解決するために提案するものであり、反射
防止膜を有する金属配線上の層間絶縁膜に、この金属配
線に臨む接続孔を開口する工程を含む半導体装置の製造
方法において、この接続孔の開口工程は、反射防止膜を
エッチングストッパとして前記層間絶縁膜をエッチング
する第1の工程と、ダウンフロープラズマにより、この
反射防止膜をエッチングする第2の工程を含むことを特
徴とするものである。第2の工程においては、反射防止
膜のエッチングと同時にレジストマスクをアッシング除
去することが可能なことも、本発明の特徴の一つであ
る。
The semiconductor device of the present invention comprises:
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, in a method for manufacturing a semiconductor device, which includes a step of opening a connection hole facing the metal wiring in an interlayer insulating film on the metal wiring having an antireflection film, The hole opening step is characterized by including a first step of etching the interlayer insulating film using the antireflection film as an etching stopper and a second step of etching the antireflection film with downflow plasma. Is. It is one of the features of the present invention that the resist mask can be removed by ashing at the same time as the etching of the antireflection film in the second step.

【0011】本発明で用いる層間絶縁膜としてはSiO
2 系材料層、すなわちSiO2 、またはPSG、BS
G、BPSG、AsSG等を用いることができる。また
金属配線上に形成する反射防止膜としては、TiON、
SiON、TiN、SiN、a−SiあるいはSiC等
を用いることができる。
As the interlayer insulating film used in the present invention, SiO
2- based material layer, that is, SiO 2 , or PSG, BS
G, BPSG, AsSG, etc. can be used. As the antireflection film formed on the metal wiring, TiON,
SiON, TiN, SiN, a-Si, SiC or the like can be used.

【0012】本発明の接続孔開口工程は、同一被エッチ
ング基板上の、深さの異なる接続孔を同時に開口する工
程に用いて効果が大きい。また同様に、0.5μm以下
の開口径を有する接続孔の開口工程に用いて効果が大き
い。
The contact hole opening step of the present invention is highly effective when used in the step of simultaneously opening contact holes having different depths on the same substrate to be etched. Similarly, the effect is large when used in the step of opening a connection hole having an opening diameter of 0.5 μm or less.

【0013】[0013]

【作用】本発明のポイントは、金属配線パターン形成用
のレジスト露光時の反射防止膜を金属配線上に設けると
ともに、この反射防止膜を接続孔開口時のエッチングス
トッパとして用い、その後ダウンフローエッチング装置
により反射防止膜をエッチング除去する点にある。
The point of the present invention is to provide an antireflection film at the time of resist exposure for forming a metal wiring pattern on the metal wiring, and use this antireflection film as an etching stopper at the time of opening a connection hole, and then use a downflow etching apparatus Therefore, the antireflection film is removed by etching.

【0014】周知のように、SiO2 を始めとする酸化
シリコン系層間絶縁膜のイオン性のメインエッチャント
であるCFx + は、SiO2 の表面でC−O結合を形成
し、Si−O結合を弱めたり切断することにより、ラジ
カル性のメインエッチャント(F* )による反応をアシ
ストし、蒸気圧の高い反応生成物であるSiF4 やC
O、CO2 を脱離してエッチングが進行する。一方、S
i−O結合がない、あるいはSi−O結合が少ない上述
した各反射防止膜上では、CFx + はそれ自身がプラズ
マ重合してCF系ポリマを堆積し、エッチングが停止す
る。
[0014] As is well known, CF x + is an ionic main etchant of silicon oxide interlayer dielectric film including SiO 2, to form a C-O bond on the surface of SiO 2, SiO bond By weakening or cutting the radical, the reaction by the radical main etchant (F * ) is assisted, and SiF 4 and C, which are reaction products with high vapor pressure, are assisted.
O and CO 2 are desorbed and etching proceeds. On the other hand, S
On each of the above-described antireflection films having no i-O bond or few Si-O bonds, CF x + itself polymerizes by plasma to deposit a CF-based polymer, and etching stops.

【0015】反射防止膜をエッチングする第2の工程で
は、ダウンフロープラズマによる入射イオンエネルギは
小さく、高々20eV程度なので、下層の金属配線をス
パッタすることはない。この際のダウンフロープラズマ
ソースとして、F系ガスと酸化性ガスの混合ガスを用い
れば、反射防止膜のエッチングと同時に、堆積したCF
系ポリマの除去はもとより、レジストマスクをも同時に
アッシング除去できるので、スループットの高いプロセ
スとなる。
In the second step of etching the antireflection film, the incident ion energy due to the downflow plasma is small, at most about 20 eV, so that the metal wiring of the lower layer is not sputtered. If a mixed gas of an F-based gas and an oxidizing gas is used as the downflow plasma source at this time, the CF deposited at the same time as the etching of the antireflection film is performed.
In addition to removing the system polymer, the resist mask can be removed by ashing at the same time, which results in a high throughput process.

【0016】反射防止膜として、TiON等のTi系材
料を用いる場合には、蒸気圧の高い反応生成物としてT
iのオキシフッ化物であるTiOx y を形成してエッ
チングする必要があるが、この目的のためには上述した
F系ガスと酸化性ガスの混合ガスによるダウンフロープ
ラズマは好都合である。
When a Ti-based material such as TiON is used for the antireflection film, T is used as a reaction product having a high vapor pressure.
It is necessary to form and etch TiO x F y which is an oxyfluoride of i. For this purpose, the downflow plasma using the above-described mixed gas of F-based gas and oxidizing gas is convenient.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき、図面を
参照して説明する。なお以下の各実施例で用いたエッチ
ング装置は、基板バイアス印加型ECRプラズマエッチ
ング装置と、ダウンフロープラズマエッチング装置がゲ
ートバルブを介して連接され、両エッチング装置間を被
エッチング基板の搬送が可能なものである。層間絶縁膜
のエッチングに用いる基板バイアス印加型ECRプラズ
マエッチング装置は、この型に限定されることなく、平
行平板型RIE装置やマグネトロンRIE装置等であっ
てもよい。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the etching apparatus used in each of the following examples, a substrate bias application type ECR plasma etching apparatus and a downflow plasma etching apparatus are connected via a gate valve, and a substrate to be etched can be transported between both etching apparatuses. It is a thing. The substrate bias application type ECR plasma etching apparatus used for etching the interlayer insulating film is not limited to this type and may be a parallel plate type RIE apparatus or a magnetron RIE apparatus.

【0018】実施例1 本実施例は反射防止膜としてTiONを有する金属配線
上の層間絶縁膜に、この金属配線に臨む接続孔を開口し
た例であり、これを図1(a)〜(c)を参照して説明
する。なお同図では、従来技術の説明で参照した図3
(a)〜(d)と同様の構成部分には、同じ符号を付す
ものとする。
Example 1 This example is an example in which a connection hole facing the metal wiring is opened in an interlayer insulating film on the metal wiring having TiON as an antireflection film, which is shown in FIGS. ) Will be described. It should be noted that FIG.
The same components as those in (a) to (d) are designated by the same reference numerals.

【0019】まずTiONからなる反射防止膜2を上面
に有するAl−1%Si等のAl系金属からなる金属配
線1上に、SiO2 からなる層間絶縁膜3を形成し、こ
の金属配線1に臨む接続孔開口用のレジストマスク4を
形成する。レジストマスク4は例えば0.35μmの開
口径を有し、化学増幅型レジストとエキシマレーザリソ
グラフィにより形成したものである。また反射防止膜2
は、金属配線1をパターニングするためのレジストマス
ク(図示せず)を形成する際に、金属配線層からの露光
光の反射を防止するためのものである。層間絶縁膜3
は、CMPにより平坦化されており、その厚さは下地の
構造に対応して例えば0.5μmから1.0μmの間に
分布している。図1(a)に示す接続孔形成予定部分
は、層間絶縁膜3の厚さは、0.5μmと薄い部分を想
定している。
First, an interlayer insulating film 3 made of SiO 2 is formed on a metal wiring 1 made of Al-based metal such as Al-1% Si having an antireflection film 2 made of TiON on its upper surface. A resist mask 4 for opening the connection hole which is exposed is formed. The resist mask 4 has an opening diameter of 0.35 μm, for example, and is formed by a chemically amplified resist and excimer laser lithography. Antireflection film 2
Is for preventing exposure light from being reflected from the metal wiring layer when forming a resist mask (not shown) for patterning the metal wiring 1. Interlayer insulation film 3
Has been planarized by CMP, and its thickness is distributed between 0.5 μm and 1.0 μm, for example, corresponding to the structure of the base. In the portion where the connection hole is to be formed shown in FIG. 1A, the thickness of the interlayer insulating film 3 is assumed to be as thin as 0.5 μm.

【0020】図1(a)に示す被エッチング基板を、基
板バイアス印加型ECRプラズマエッチング装置の基板
ステージに載置し、一例として下記条件により層間絶縁
膜3のエッチングをおこなった。 C4 8 45 sccm CH2 2 5 sccm ガス圧力 1 Pa マイクロ波パワー 1000 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 200 W(800kHz) 基板温度 0 ℃ 本エッチング工程では、堆積性のガスであるCH2 2
を添加したこともあり、被エッチング基板上にCF系な
いしはCHF系ポリマを堆積しながらエッチングが進行
する。これらの堆積物は、イオン入射方向に垂直な面で
は直ちにスパッタアウト、あるいはイオン衝撃を受ける
下地SiO2 から酸素の供給を受けて酸化され除去され
るが、イオン入射方向に平行なパターン側面では残留し
て側壁保護膜(図示せず)を形成し、異方性エッチング
が進行する。
The substrate to be etched shown in FIG. 1A was placed on the substrate stage of a substrate bias application type ECR plasma etching apparatus, and the interlayer insulating film 3 was etched under the following conditions as an example. C 4 F 8 45 sccm CH 2 F 2 5 sccm Gas pressure 1 Pa Microwave power 1000 W (2.45 GHz) RF bias power 200 W (800 kHz) Substrate temperature 0 ° C. In this etching step, CH is a deposition gas. 2 F 2
As a result, the etching proceeds while the CF-based or CHF-based polymer is deposited on the substrate to be etched. These deposits are immediately sputtered out on the surface perpendicular to the ion incident direction, or are oxidized and removed by the supply of oxygen from the underlying SiO 2 that is subjected to ion bombardment, but remain on the pattern side surface parallel to the ion incident direction. Then, a sidewall protection film (not shown) is formed, and anisotropic etching proceeds.

【0021】エッチングが進行し、反射防止膜2表面が
露出されると、この面からの酸素の供給は少ないので堆
積が優勢となり、CF系ないしはCHF系ポリマが堆積
してエッチングは停止する。この状態を図1(b)に示
す。
When the etching progresses and the surface of the antireflection film 2 is exposed, the supply of oxygen from this surface is small, so that the deposition becomes dominant, and the CF or CHF polymer is deposited and the etching stops. This state is shown in FIG.

【0022】他方、層間絶縁膜3の厚い領域の接続孔開
口部分は、まだ反射防止膜2は露出しておらず、エッチ
ングは続行される。このため先に露出した浅い層間絶縁
膜3領域の反射防止膜2は、イオン衝撃を継続して受け
る。しかし堆積したポリマおよびこの下の反射防止膜の
存在により、金属配線1が直接イオン衝撃を受けること
はないので、100%を超えるオーバーエッチングをお
こなっても金属配線1のスパッタ再付着は発生しない。
On the other hand, the antireflection film 2 is not exposed at the opening portion of the connection hole in the thick region of the interlayer insulating film 3, and the etching is continued. Therefore, the antireflection film 2 in the region of the shallow interlayer insulating film 3 exposed earlier is continuously subjected to ion bombardment. However, since the metal wiring 1 is not directly subjected to ion bombardment due to the presence of the deposited polymer and the antireflection film thereunder, spatter reattachment of the metal wiring 1 does not occur even if overetching of more than 100% is performed.

【0023】続く第2の工程では、被エッチング基板を
ダウンフロープラズマエッチング装置に搬送し、一例と
して下記条件で反射防止膜2の露出部分を除去した。 C4 8 20 sccm O2 30 sccm ガス圧力 133 Pa マイクロ波パワー 1000 W(2.45GHz) 基板温度 100 ℃ 本エッチング工程では、まず反射防止膜表面や側面に堆
積したCF系ないしはCHF系ポリマは酸化除去され、
つぎにTiONからなる反射防止膜2は、基板加熱の効
果もありオキシフッ化物を形成して容易に除去され、接
続孔5が完成する。この状態を図1(c)に示す。
In the subsequent second step, the substrate to be etched was transferred to a downflow plasma etching apparatus, and as an example, the exposed portion of the antireflection film 2 was removed under the following conditions. C 4 F 8 20 sccm O 2 30 sccm Gas pressure 133 Pa Microwave power 1000 W (2.45 GHz) Substrate temperature 100 ° C. In this etching process, first, CF-based or CHF-based polymer deposited on the surface or side surface of the antireflection film is removed. Oxidation removed,
Next, the antireflection film 2 made of TiON has the effect of heating the substrate, forms oxyfluoride, and is easily removed to complete the connection hole 5. This state is shown in FIG.

【0024】接続孔5底部に露出した金属配線1は、ダ
ウンフロープラズマに曝されることになるが、イオンエ
ネルギが20eV以下であるのでスパッタされることは
ない。
The metal wiring 1 exposed at the bottom of the connection hole 5 is exposed to downflow plasma, but is not sputtered because the ion energy is 20 eV or less.

【0025】本実施例においては、金属配線上の反射防
止膜をエッチングストッパとして用い、この反射防止膜
は第2の工程においてダウンフロープラズマで除去する
ようにしたので、金属配線表面がスパッタを受けること
ない。したがって、深さの異なる複数の接続孔を同時に
開口する場合にも、アルミクラウンが発生することはな
い。
In the present embodiment, the antireflection film on the metal wiring is used as an etching stopper, and the antireflection film is removed by downflow plasma in the second step. Therefore, the surface of the metal wiring is subjected to sputtering. Never. Therefore, the aluminum crown does not occur even when a plurality of connection holes having different depths are simultaneously opened.

【0026】実施例2 本実施例は、反射防止膜としてSiON有する金属配線
上の層間絶縁膜に、この金属配線に臨む接続孔を開口し
た例であり、これを図2(a)〜(c)を参照して説明
する。
Example 2 This example is an example in which a connection hole facing the metal wiring is opened in an interlayer insulating film on the metal wiring having SiON as an antireflection film, and this is shown in FIGS. ) Will be described.

【0027】まずSiONからなる反射防止膜2を上面
に有するAl−1%Si−0.5%Cu等のAl系金属
からなる金属配線1上に、SiO2 からなる層間絶縁膜
3を形成し、この金属配線1に臨む接続孔開口用のレジ
ストマスク4を形成する。レジストマスク4は例えば
0.35μmの開口径を有し、化学増幅型レジストとエ
キシマレーザリソグラフィにより形成したものである。
また反射防止膜2は、金属配線1をパターニングするた
めのレジストマスク(図示せず)を形成する際に、金属
配線層からの露光光の反射を防止するためのものであ
る。層間絶縁膜3は、CMPにより平坦化されており、
その厚さは下地の構造に対応して例えば0.5μmから
1.0μmの間に分布している。図1(a)に示す接続
孔形成予定部分は、層間絶縁膜3の厚さは、0.5μm
と薄い部分を想定している。
First, an interlayer insulating film 3 made of SiO 2 is formed on a metal wiring 1 made of an Al-based metal such as Al-1% Si-0.5% Cu having an antireflection film 2 made of SiON on its upper surface. Then, a resist mask 4 for opening a connection hole facing the metal wiring 1 is formed. The resist mask 4 has an opening diameter of 0.35 μm, for example, and is formed by a chemically amplified resist and excimer laser lithography.
The antireflection film 2 is for preventing the exposure light from being reflected from the metal wiring layer when forming a resist mask (not shown) for patterning the metal wiring 1. The interlayer insulating film 3 is flattened by CMP,
The thickness is distributed between 0.5 μm and 1.0 μm, for example, corresponding to the structure of the base. In the portion where the connection hole is to be formed shown in FIG.
And the thin part is assumed.

【0028】図1(a)に示す被エッチング基板を、基
板バイアス印加型ECRプラズマエッチング装置の基板
ステージに載置し、一例として下記条件により層間絶縁
膜3のエッチングをおこなった。 C4 8 45 sccm CH2 2 5 sccm ガス圧力 1 Pa マイクロ波パワー 1000 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 200 W(800kHz) 基板温度 0 ℃ 本エッチング工程におけるエッチング機構は前実施例と
同じである。
The substrate to be etched shown in FIG. 1A was placed on the substrate stage of a substrate bias application type ECR plasma etching apparatus, and the interlayer insulating film 3 was etched under the following conditions as an example. C 4 F 8 45 sccm CH 2 F 2 5 sccm Gas pressure 1 Pa Microwave power 1000 W (2.45 GHz) RF bias power 200 W (800 kHz) Substrate temperature 0 ° C The etching mechanism in this etching process is the same as the previous example. Is.

【0029】エッチングが進行し、反射防止膜2表面が
露出されるとこの面からの酸素の供給は少ないので堆積
が優勢となり、CF系ないしはCHF系ポリマが堆積し
てエッチングは停止する。この状態を図2(b)に示
す。
When the etching progresses and the surface of the antireflection film 2 is exposed, the supply of oxygen from this surface is small and the deposition becomes dominant, and the CF or CHF polymer is deposited and the etching stops. This state is shown in FIG.

【0030】他方、層間絶縁膜3の厚い領域の接続孔開
口部分は、まだ反射防止膜2は露出しておらず、エッチ
ングは続行される。このため先に露出した浅い層間絶縁
膜3領域の反射防止膜2はイオン衝撃を継続して受け
る。しかし堆積したポリマおよびこの下の反射防止膜の
存在により、金属配線1が直接イオン衝撃を受けること
はないので、100%を超えるオーバーエッチングをお
こなっても金属配線1のスパッタ再付着は発生しない。
On the other hand, the antireflection film 2 is not yet exposed at the opening portion of the connection hole in the thick region of the interlayer insulating film 3, and the etching is continued. Therefore, the antireflection film 2 in the previously exposed shallow interlayer insulating film 3 region is continuously subjected to ion bombardment. However, since the metal wiring 1 is not directly subjected to ion bombardment due to the presence of the deposited polymer and the antireflection film thereunder, spatter reattachment of the metal wiring 1 does not occur even if overetching of more than 100% is performed.

【0031】続く第2の工程では、被エッチング基板を
ダウンフロープラズマエッチング装置に搬送し、一例と
して下記条件で反射防止膜2の露出部分を除去した。 C4 8 20 sccm O2 80 sccm ガス圧力 133 Pa マイクロ波パワー 1000 W(2.45GHz) 基板温度 100 ℃ 本エッチング工程では、まず反射防止膜表面や側面に堆
積したCF系ないしはCHF系ポリマは酸化除去され、
つぎにSiONからなる反射防止膜2は、基板加熱の効
果もあり容易に除去され、接続孔5が完成する。また上
記ダウンフロープラズマエッチング条件は、O2 濃度が
実施例1における場合より高く、レジストマスク4のア
ッシングも同時に進行して除去される。この状態を図2
(c)に示す。
In the subsequent second step, the substrate to be etched was transferred to a down-flow plasma etching apparatus, and as an example, the exposed portion of the antireflection film 2 was removed under the following conditions. C 4 F 8 20 sccm O 2 80 sccm Gas pressure 133 Pa Microwave power 1000 W (2.45 GHz) Substrate temperature 100 ° C. In this etching step, CF or CHF polymer deposited on the surface or side surface of the antireflection film is first removed. Oxidation removed,
Next, the antireflection film 2 made of SiON is easily removed due to the effect of heating the substrate, and the connection hole 5 is completed. The down-flow plasma etching condition is that the O 2 concentration is higher than that in the first embodiment, and the ashing of the resist mask 4 also proceeds at the same time and is removed. This state is shown in Figure 2.
It is shown in (c).

【0032】接続孔5底部に露出した金属配線1はダウ
ンフロープラズマに曝されることになるが、イオンエネ
ルギが20eV以下であるのでスパッタされることはな
い。
The metal wiring 1 exposed at the bottom of the connection hole 5 is exposed to downflow plasma, but is not sputtered because the ion energy is 20 eV or less.

【0033】本実施例においては、金属配線上のSiO
Nからなる反射防止膜をエッチングストッパとして用
い、この反射防止膜は第2の工程においてダウンフロー
プラズマで除去するようにしたので、金属配線表面がス
パッタを受けることない。したがって、深さの異なる複
数の接続孔を同時に開口する場合にも、アルミクラウン
が発生することはない。またレジストアッシングを同時
に行うので、スループットの高いプロセスが可能とな
る。
In this embodiment, SiO on the metal wiring is used.
Since the antireflection film made of N is used as an etching stopper and the antireflection film is removed by downflow plasma in the second step, the surface of the metal wiring is not subjected to sputtering. Therefore, the aluminum crown does not occur even when a plurality of connection holes having different depths are simultaneously opened. Moreover, since resist ashing is performed at the same time, a process with high throughput becomes possible.

【0034】以上、本発明を2例の実施例をもって説明
したが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるもので
はない。
The present invention has been described above with reference to the two examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0035】例えば、反射防止膜の材料としてTiON
およびSiONを選んだが、これに限らずTiN、Si
N、a−SiやSiC等SiO2 系層間絶縁膜との選択
比がとれる任意の反射防止材料を選んでよい。
For example, TiON is used as the material of the antireflection film.
I chose SiON and SiON, but not limited to this, TiN, Si
Any antireflection material having a selection ratio with respect to the SiO 2 -based interlayer insulating film such as N, a-Si, or SiC may be selected.

【0036】層間絶縁膜の材料としてSiO2 を例示し
たが、不純物を含むPSG、BSG、BPSGやAsS
G等を用いてもよい。これらのシリケートガラスの場合
には、成膜後のリフロー処理による平坦化によって、接
続孔形成部分の層間絶縁膜の厚さが異なる場合が多く、
Al系金属以外の金属配線の場合には本発明を好適に応
用することが出来る。SOG等の無機系塗布絶縁膜を用
いる積層された層間絶縁膜の場合も、同様に本発明の利
用価値は大きい。
Although SiO 2 has been exemplified as the material for the interlayer insulating film, PSG, BSG, BPSG and AsS containing impurities are used.
You may use G etc. In the case of these silicate glasses, the thickness of the interlayer insulating film in the connection hole forming portion is often different due to the flattening by the reflow treatment after the film formation,
The present invention can be preferably applied to metal wirings other than Al-based metals. In the case of a laminated interlayer insulating film using an inorganic coating insulating film such as SOG, the utility value of the present invention is also great.

【0037】金属配線としてAl−1%SiやAl−1
%Si−0.5%Cuを例示したが、純Alや、他のA
l系合金もアルミクラウンを形成しやすいものである。
W等の高融点金属上にAl系金属が積層された金属配線
も同様である。Al系金属層以外に、CuやAu等スパ
ッタされやすい金属配線への応用も可能である。
Al-1% Si or Al-1 is used as metal wiring.
% Si-0.5% Cu is illustrated, but pure Al and other A
The l-based alloy also easily forms an aluminum crown.
The same applies to metal wiring in which an Al-based metal is laminated on a refractory metal such as W. In addition to the Al-based metal layer, it can be applied to metal wiring such as Cu or Au that is easily sputtered.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の採用により金属配線上の層間絶縁膜にこの金属配線に
臨む接続孔を開口する際に、過剰なオーバーエッチング
を施してもスパッタ再付着によるアルミクラウン等の発
生を防止することが可能となった。
As is apparent from the above description, by adopting the present invention, sputter re-creation can be achieved even if excessive over-etching is performed when the connection hole facing the metal wiring is opened in the interlayer insulating film on the metal wiring. It has become possible to prevent the generation of aluminum crowns and the like due to adhesion.

【0039】とりわけ、近年の高集積化された半導体装
置において、グローバル平坦化された層間絶縁膜に、深
さの異なる複数の微細な接続孔を形成する場合には、上
記効果は大きなものである。従来は、発生してしまった
アルミクラウン等を、後処理のウェットプロセスで除去
していたが、これに伴うアフターコロージョンやパーテ
ィクルレベルの低下の懸念もない。
Particularly, in a highly integrated semiconductor device of recent years, when a plurality of fine connection holes having different depths are formed in the globally flattened interlayer insulating film, the above effect is great. . Conventionally, the generated aluminum crown or the like has been removed by a post-treatment wet process, but there is no concern about a decrease in after-corrosion or particle level due to this.

【0040】上記効果により、本発明がディープ・サブ
ミクロンクラスの微細なデザインルールに基づくコンタ
クトホールやビアホール等の接続孔エッチング工程を有
する半導体装置の製造方法に寄与するところは大きい。
Due to the above effects, the present invention greatly contributes to a method of manufacturing a semiconductor device having a step of etching contact holes such as contact holes and via holes based on a fine design rule of the deep submicron class.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を適用した実施例1をその工程順に説明
する概略断面図であり、(a)は反射防止膜を有する金
属配線上に層間絶縁膜とレジストマスクを形成した状
態、(b)は層間絶縁膜をエッチングして反射防止膜上
でエッチングが停止した状態、(c)は反射防止膜をダ
ウンフロープラズマで除去して接続孔が完成した状態で
ある。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a first embodiment to which the present invention is applied in the order of steps, (a) showing a state where an interlayer insulating film and a resist mask are formed on a metal wiring having an antireflection film, (b) () Is a state in which the interlayer insulating film is etched and etching is stopped on the antireflection film, and (c) is a state in which the antireflection film is removed by downflow plasma to complete the connection hole.

【図2】本発明を適用した実施例2をその工程順に説明
する概略断面図であり、(a)は反射防止膜を有する金
属配線上に層間絶縁膜とレジストマスクを形成した状
態、(b)は層間絶縁膜をエッチングして反射防止膜上
でエッチングが停止した状態、(c)は反射防止膜とレ
ジストマスクをダウンフロープラズマで同時に除去して
接続孔が完成した状態である。
2A and 2B are schematic cross-sectional views illustrating Example 2 to which the present invention is applied in the order of steps, in which FIG. 2A is a state in which an interlayer insulating film and a resist mask are formed on a metal wiring having an antireflection film, and FIG. () Is a state in which the interlayer insulating film is etched and etching is stopped on the antireflection film, and (c) is a state in which the antireflection film and the resist mask are simultaneously removed by downflow plasma to complete the connection hole.

【図3】従来の接続孔開口工程をその工程順に説明する
概略断面図であり、(a)は金属配線上に層間絶縁膜と
レジストマスクを形成した状態、(b)は層間絶縁膜を
エッチングして金属配線が露出した状態、(c)はオー
バーエッチングによりスパッタ再付着物が形成された状
態、(d)はレジストマスクを除去してスパッタ再付着
物が層間絶縁膜表面から突出した状態である。
3A and 3B are schematic cross-sectional views illustrating a conventional connection hole opening step in the order of steps, FIG. 3A is a state in which an interlayer insulating film and a resist mask are formed on a metal wiring, and FIG. 3B is an etching of the interlayer insulating film. Then, the metal wiring is exposed, (c) is a state in which a spatter reattachment is formed by overetching, and (d) is a state in which the resist mask is removed and the sputter reattachment is projected from the surface of the interlayer insulating film. is there.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 金属配線 2 反射防止膜 3 層間絶縁膜 4 レジストマスク 5 接続孔 6 スパッタ再付着物 1 Metal wiring 2 Antireflection film 3 Interlayer insulating film 4 Resist mask 5 Connection hole 6 Spatter reattachment

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反射防止膜を有する金属配線上の層間絶
縁膜に、該金属配線に臨む接続孔を開口する工程を含む
半導体装置の製造方法において、 該接続孔の開口工程は、 前記反射防止膜をエッチングストッパとして前記層間絶
縁膜をエッチングする第1の工程と、 ダウンフロープラズマにより、前記反射防止膜をエッチ
ングする第2の工程を含むことを特徴とする、半導体装
置の製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of opening a connection hole facing a metal wiring in an interlayer insulating film on a metal wiring having an antireflection film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a first step of etching the interlayer insulating film using a film as an etching stopper; and a second step of etching the antireflection film with downflow plasma.
【請求項2】 第2の工程において、F系ガスと酸化性
ガスを含むダウンフロープラズマにより、反射防止膜の
エッチングと同時にレジストマスクをアッシングするこ
とを特徴とする、請求項1記載の半導体装置の製造方
法。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein in the second step, the resist mask is ashed simultaneously with the etching of the antireflection film by downflow plasma containing an F-based gas and an oxidizing gas. Manufacturing method.
【請求項3】 接続孔を開口する工程は、同一被エッチ
ング基板上の、深さの異なる接続孔を同時に開口する工
程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。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of opening the connection hole is a step of simultaneously opening connection holes having different depths on the same substrate to be etched.
【請求項4】 接続孔の開口径は、0.5μm以下であ
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. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the connection hole has an opening diameter of 0.5 μm or less.
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