JPH09181172A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH09181172A
JPH09181172A JP33496995A JP33496995A JPH09181172A JP H09181172 A JPH09181172 A JP H09181172A JP 33496995 A JP33496995 A JP 33496995A JP 33496995 A JP33496995 A JP 33496995A JP H09181172 A JPH09181172 A JP H09181172A
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JP
Japan
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etching
semiconductor device
manufacturing
contact hole
gas
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JP33496995A
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English (en)
Inventor
Takahiro Yokoi
孝弘 横井
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アライメントのズレが生じるとコンタクトホ
ールが必要以上にエッチングされ、他の導電部まで到達
してしまうという問題点があった。 【解決手段】 第1の配線層3上に積層された第2の層
間絶縁膜5を第1の配線層3に至るまでエッチングしコ
ンタクトホールを形成する際、エッチングのエッチング
エンドが、コンタクトホール12aを形成する際に必要
な第2の層間絶縁膜5のエッチング量にて飽和するよう
エッチングのエッチング条件をエッチングガスの添加ガ
スとしての酸素ガスの添加比率を変化させることにより
設定した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、コンタクトホー
ルを形成する際、写真製版技術におけるアライメントの
ズレが生じても、コンタクトホールが必要以上エッチン
グされることのない半導体装置の製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】図6は従来の半導体装置の製造方法を示
す断面図である。以下、この半導体装置の製造方法につ
いて説明する。まず、下層配線層1を形成した後、全面
に例えば、シリコン酸化膜から成る第1の層間絶縁膜2
を積層する。次に、この第1の層間絶縁膜2上に例えば
アルミニウムを膜厚370nmおよびTiNを膜厚30
nmにて順次積層しパターニングを行い第1の配線層3
および第1の保護膜4を形成する。次に、例えばシリコ
ン酸化膜を全面に堆積し、平坦化を行い第1の配線層3
上の膜厚が例えば800nmにて成る第2の層間絶縁膜
5を形成する。次に、レジストを塗布し写真製版技術に
よりパターニングを行いレジスト膜6を形成する(図6
(a))。この際、アライメントのズレの発生により紙
面上左側のレジスト膜6のパターニングは第1の配線層
3上を踏み外している。
【0003】次に、レジスト膜6をマスクに第2の層間
絶縁膜5および第1の保護膜4のエッチングを例えばリ
アクティブイオンエッチング(以下、RIEと略す)方
法にて行い、各コンタクトホール7a,7bをそれぞれ
形成する。この際、アライメントのズレを生じているコ
ンタクトホール7の形成部は第1の層間絶縁膜2を貫通
し下層配線層1上まで到達してしまう場合がある(図6
(b))。次に、レジスト膜6を除去し、各コンタクト
ホール7a,7bを介して第2の配線層8を形成する
(図6(c))。
【0004】以下、なぜアライメントのズレを生じた際
にコンタクトホール7aのような箇所が形成されるかに
ついて説明する。まず、コンタクトホール7a,7bを
形成するときに第2の層間絶縁膜5のエッチング深さ
は、第1の保護膜4上までの800nm以上に必要とな
る。これは、例えば図示されていない箇所と図示されて
いる箇所とにおける第2の層間絶縁膜5の膜厚のバラつ
き、また、エッチングレートのバラつき、また、エッチ
ャントのロット内でのバラつき等に伴うもので、ここで
は例えば150nm程のオーバーエッチングが必要とな
る。
【0005】その上、第1の保護膜4をエッチングする
際、第1の保護膜4を確実にエッチングするために、第
1の保護膜4の膜厚の100%に相当するオーバーエッ
チングを行わなければならない。すなわち、第1の保護
膜4は膜厚30nmの2倍の60nmに相当するエッチ
ングが必要となる。これを第2の層間絶縁膜5のエッチ
ング深さに換算すると、第2の層間絶縁膜5と第1の保
護膜4とのエッチング選択比が10:1程度であるの
で、60nmの10倍である600nmに相当する。
【0006】以上のことから、アライメントのズレを生
じた第2の層間絶縁膜5のエッチング深さは800nm
と150nmと600nmとを加算した1550nmほ
どとなり、図6(b)に示すようにコンタクトホール7
aの下端は下層配線層1まで到達する箇所を生じること
となる。そして、下層配線層1と第2の配線層8との短
絡が生じ、半導体装置の信頼性が低下する。なお、ここ
では便宜上第1の保護膜4を用いて説明したが、第1の
保護膜4を備えていなくともこれ以外の様々な要因によ
り上記したことと同様の現象は十分おこりうる。
【0007】ここで、上記したようなことを防止するた
め、例えば第1の保護膜4のエッチングの際、エッチン
グ条件を第1の保護膜4のエッチング選択性が向上する
よう変えて行う方法も考えられるが、エッチング条件を
変化する際に、生じるゴミなどが半導体装置に付着し、
これにより半導体装置の信頼性が低下する。
【0008】また、他の防止する方法として例えば特開
平6−45452号公報に示すような半導体装置の製造
方法が提案されている。以下、図7によりこの半導体装
置の製造方法について説明する。まず、上記従来の場合
と同様の工程を経て下層配線層1、第1の層間絶縁膜
2、第1の配線層3、および第1の保護膜4を形成す
る。次に、第1の配線層3および第1の保護膜4の側壁
にサイドウォール9を形成する。次に、これら全てを覆
い、且つ、平坦化された第2の層間絶縁膜5を形成す
る。次に、レジストを塗布し写真製版技術によりパター
ニングを行いレジスト膜6を形成する(図7(a))。
この際、上記従来の場合と同様に紙面上左側のレジスト
膜6のパターニングは第1の配線層3上を踏み外してい
る。
【0009】次に、レジスト膜6をマスクに第2の層間
絶縁膜5および第1の保護膜4のエッチングを行い、各
コンタクトホール10a,10bをそれぞれ形成する。
この際、アライメントのズレを生じているコンタクトホ
ール10a形成部は、サイドウォール9が多少エッチン
グされ膜減りしサイドウォール9aのようになるが、サ
イドウォール9がエッチングストッパとして作用するの
で、それ以上のエッチングは防止されている(図7
(b))。次に、レジスト膜6を除去して、各コンタク
トホール10a,10bを介して第2の配線層11を形
成する(図7(c))。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置の製
造方法は以上のように行われ、コンタクトホール10
a,10bを形成する際、写真製版技術によるアライメ
ントのズレが発生したとしても、サイドウォール9によ
りコンタクトホール10aが他の箇所までエッチングさ
れるのを防止する。しかしながら、サイドウォール9を
形成することによる半導体装置の歩留まりの低下も否め
なく、また、サイドウォール9を形成する工程などが余
分に必要となりコストが高くなるという問題点があっ
た。
【0011】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、工程数を増加させることなく低
コスト且つ、確実にコンタクトホールが必要深さ以上エ
ッチングされることのない半導体装置の製造方法を提供
することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明に係る請求項1
の半導体装置の製造方法は、半導体基板または第1の配
線層上に積層された層間絶縁膜を半導体基板または第1
の配線層に至るまでエッチングしコンタクトホールを形
成する半導体装置の製造方法において、エッチングのエ
ッチングエンドが、コンタクトホールを形成する際に必
要な層間絶縁膜のエッチング量にて飽和するようエッチ
ングのエッチング条件を設定したものである。
【0013】また、この発明に係る請求項2の半導体装
置の製造方法は、請求項1において、半導体基板または
第1の配線層上に第1の保護膜を備え、コンタクトホー
ルは層間絶縁膜および第1の保護膜を半導体基板または
第1の配線層に至るまでエッチングし形成するものであ
る。
【0014】また、この発明に係る請求項3の半導体装
置の製造方法は、請求項1または請求項2において、コ
ンタクトホールをリアクティブイオンエッチング方法に
て形成するものである。
【0015】また、この発明に係る請求項4の半導体装
置の製造方法は、請求項3において、エッチングガスの
添加ガスとしての酸素ガスの添加比率を変化させること
によりエッチング条件を設定するようにしたものであ
る。
【0016】また、この発明に係る請求項5の半導体装
置の製造方法は、請求項3において、添加ガスとしての
不活性ガスの添加量を変化させることによりエッチング
ガスの流量を変化させてエッチング条件を設定するよう
にしたものである。
【0017】また、この発明に係る請求項6の半導体装
置の製造方法は、請求項3において、エッチング雰囲気
の圧力を変化させることによりエッチング条件を設定す
るようにしたものである。
【0018】また、この発明に係る請求項7の半導体装
置の製造方法は、請求項3において、エッチング雰囲気
に印加される高周波電力を変化させることによりエッチ
ング条件を設定するようにしたものである。
【0019】また、この発明に係る請求項8の半導体装
置の製造方法は、請求項1ないし請求項7において、コ
ンタクトホールの開口幅を1.0μm以下としたもので
ある。
【0020】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.以下、この発明の実施の形態を図につい
て説明する。図1および図2はこの発明の実施の形態1
における半導体装置の製造方法を示す断面図である。以
下、この実施の形態1における半導体装置の製造方法に
ついて説明する。まず、従来の場合と同様に例えば減圧
CVD法にてポリシリコン膜を堆積し、パターニングを
行い下層配線層1を形成する。そして、これを覆うよう
に例えば減圧CVD法や常圧CVD法等を用いてシリコ
ン酸化膜を堆積し、例えばCMP法やエッチバック法な
どによりシリコン酸化膜を平坦化し第1の層間絶縁膜2
を形成する。
【0021】次に、例えばアルミニウムにシリコンや銅
などを微量混合したアルミ合金膜を膜厚370nm堆積
し、この上に例えばTiNを膜厚30nm堆積し、これ
らのパターニングを行い、第1の配線層3および第1の
保護膜4を形成する(図1(a))。次に、例えばプラ
ズマCVD法にてシリコン酸化膜5aを膜厚2000n
m堆積する(図1(b))。次に、例えばCMP法、ま
たは、有機SOGあるいは無機SOGを用いるエッチバ
ック法にてシリコン酸化膜5aの膜厚1200nm分エ
ッチングして平坦化し第2の層間絶縁膜5を形成する。
【0022】次に、レジストを塗布し写真製版技術によ
りパターニングを行い後述するコンタクトホールの開口
幅が0.4μmにて形成できるようなレジスト膜6を形
成する(図1(c))。この際、アライメントのズレの
発生により紙面上左側のレジスト膜6のパターニングは
第1の配線層3上を踏み外している。次に、レジスト膜
6をマスクに第2の層間絶縁膜5および第1の保護膜4
のエッチングを行い、コンタクトホール12a,12b
を形成する(図2(a))。エッチング条件としては、
例えばECR−RIE装置を用い、C48のエッチング
ガスに添加ガスとしてのO2ガスの添加比率が35%と
なる条件にて行う。このエッチング条件におけるエッチ
ングエンドは、コンタクトホールを形成する際に必要な
第2の層間絶縁膜5のエッチング量である例えば950
nmにて飽和するように設定されている。
【0023】よって、アライメントのズレの発生してい
るコンタクトホール12aの第1の配線層3を踏み外し
た箇所のエッチングエンドは、950nm深さ以上エッ
チングされず停止している。次に、各コンタクトホール
12a,12bを介して例えばアルミニウムにシリコン
や銅などを微量混合したアルミ合金膜を堆積し第2の配
線層13を形成する(図2(b))。
【0024】以下、エッチング条件の設定について図3
ないし図5を用いて詳細に説明する。まず、図3はRI
E方法にてシリコン酸化膜にコンタクトホールを形成し
た時、同一半導体基板上で同一エッチング時間でエッチ
ングした際の、レジスト膜のコンタクトホールの開口幅
(すなわちホールサイズ)とエッチング深さとの関係を
示す。この図から明らかなようにレジスト膜はホールサ
イズによりエッチングレートが異なることがわかる。
(この現象は一般的にRIE−1agという)。このこ
とより、エッチング時間が進行しても、ある値でエッチ
ングエンドが飽和してしまうという現象が生じることが
推察できる。この現像を図4にて説明する。これは開口
幅が0.4μmのコンタクトホールをあるエッチング条
件にて形成した際のエッチング時間とエッチング深さと
の関係を示したものである。
【0025】このように、エッチングエンドが一定深さ
にて飽和することが確認できる。このように制御可能な
エッチング条件として、エッチングガスに添加するガス
である酸素ガスの添加率を変化させて行う方法がある。
これを図5に示す。これは開口幅が0.4μmのコンタ
クトホールを形成した際の酸素ガスの添加率とエッチン
グ深さとの関係を示したものである。図から明らかなよ
うに上記で説明したように、950nmの深さにてエッ
チングを飽和させたい場合は、酸素ガスの添加率が35
%であることが確認できる。また、この図から、酸素ガ
スの添加率を変化させることにより上記した深さ以外で
もそれに適したエッチング条件を容易に設定できること
は明らかである。
【0026】以下、酸素ガスを添加することによりエッ
チングエンドが決定できる原理について説明する。ま
ず、シリコン酸化膜のエッチングは下記式(1)に示す
ように進行すると考えられる。 SiO2+CFx(イオン衝突) → SiF4↑+CO↑ ・・・(1) この際、シリコン酸化膜のエッチングに伴い上記式
(1)とは別にCFxから成るデポ膜が発生し堆積す
る。酸素ガスはこのデポ膜をエッチングすることができ
る。よって、酸素ガスの添加率を変化させることにより
コンタクトホール内のデポ膜の堆積が制御でき、延いて
は、コンタクトホールのエッチングエンドの制御が可能
となる。
【0027】コンタクトホールを形成する際必要な第2
の層間絶縁膜5のエッチング量として例えば950nm
としたがこれは、従来の場合でも示した例えば図示され
ていない箇所と図示されている箇所とにおける第2の層
間絶縁膜5の膜厚のバラつき、また、エッチングレート
のバラつき、また、エッチャントロット内でのバラつき
等に伴うオーバーエッチング分の150nmを第2の層
間絶縁膜5の膜厚の800nmに付加した量である。
【0028】この際第1の保護膜4は、第2の層間絶縁
膜5のエッチング深さである950nmより手前に存在
するため、第1の保護膜4の位置では十分エッチングが
行われる。よって第1の保護膜4のエッチングレートが
第2の層間絶縁膜5のエッチングレートより低くとも、
第2の層間絶縁膜5が950nm以上エッチングされな
いため、エッチング時間を十分長くすることができ、第
1の保護膜4を確実にエッチングし除去することができ
る。
【0029】上記のように構成された実施の形態1の半
導体装置の製造方法によれば、コンタクトホール12
a,12bを形成する際に、第2の層間絶縁膜5のエッ
チング量が必要な値にて飽和するようにエッチング条件
を、エッチングガスの添加ガス(酸素ガス)の添加比率
を変化させることにより行っているので、特にコンタク
トホール12a,12bを形成時、エッチングストッパ
となる膜を形成しなくとも容易にコンタクトホール12
a,12bのエッチングエンドを所望の箇所にて停止で
きるため、低コスト且つ、信頼性の高い半導体装置の製
造方法を行うことができる。
【0030】実施の形態2.上記実施の形態1ではエッ
チングガスの添加ガスである酸素ガスの添加比率を変化
させることによりエッチング条件を設定する例を示した
が、これに限られることはなく、例えば添加ガスとして
の不活性ガス(例えばArガス)の添加量を変化させる
ことによりエッチングガスの流量を変化させてエッチン
グ条件を設定する方法、また、エッチング雰囲気の圧力
を変化させることによりエッチング条件を設定する方
法、また、エッチング雰囲気に印加される高周波電力を
変化させることによりエッチング条件を設定する方法等
にても上記実施の形態1と同様に行うことができる。
【0031】以下、これら方法の原理について説明す
る。まず、上記実施の形態1にて説明した上記式(1)
と同様のエッチングが行われている時、エッチングガス
のエッチング雰囲気のレジデンスタイム(滞在時間)を
コントロールすることで、デポ膜の脱離を促進したり、
また、デポ膜堆積に寄与するラジカル量を制御すること
ができる。ここで上記した方法にてエッチング条件を設
定すると、このレジデンスタイムの設定が可能となり、
延いてはコンタクトホールを形成する際に必要な第2の
層間絶縁膜のエッチング量にて飽和させることができ
る。
【0032】現象としては、不活性ガスの添加量が多く
なると、コンタクトホールが深くエッチングできる方向
に、また、圧力が低くなると、コンタクトホールが深く
エッチングできる方向に、また、高周波電力が大きくな
るとコンタクトホールが深くエッチングできる方向に、
それぞれ制御可能である。
【0033】実施の形態3.また、上記各実施の形態で
は第1の保護膜4を備えている場合について説明した
が、これに限られることはなく、保護膜を備えていない
場合にも、コンタクトホールを形成する際に、アライメ
ントのズレを生じた箇所において、第2の層間絶縁膜5
が必要以上エッチングされることはない。
【0034】実施の形態4.上記各実施の形態ではコン
タクトホールの開口幅を0.4μmの場合について説明
したが、これに限られることはなく、コンタクトホール
の開口幅が1.0μmより大きければ、コンタクトホー
ルが深くなったとして堆積するデポ膜はイオン衝突によ
りエッチングされ除去されるため、上記示したようにエ
ッチング条件を設定したとしてもエッチングエンドを決
定することは困難であるが、コンタクトホールの開口幅
が1.0μm以下であれば、コンタクトホールが深くな
るとイオン衝突がおこりくくなるため、上記したエッチ
ング条件を設定することにより、エッチングエンドを容
易に決定することができる。
【0035】
【発明の効果】以上のように、この発明の請求項1によ
れば、半導体基板または第1の配線層上に積層された層
間絶縁膜を半導体基板または第1の配線層に至るまでエ
ッチングしコンタクトホールを形成する半導体装置の製
造方法において、エッチングのエッチングエンドが、コ
ンタクトホールを形成する際に必要な層間絶縁膜のエッ
チング量にて飽和するようエッチングのエッチング条件
を設定したので、層間絶縁膜のエッチングが必要以上に
進行せずアライメントのズレが生じても、コンタクトホ
ールの下端が他の導電箇所まで進行することはないた
め、信頼性が高く、且つ低コストにて製造可能な半導体
装置の製造方法を提供することができる。
【0036】また、この発明の請求項2によれば、請求
項1において、半導体基板または第1の配線層上に第1
の保護膜を備え、コンタクトホールは層間絶縁膜および
第1の保護膜を半導体基板または第1の配線層に至るま
でエッチングし形成するので、第1の保護膜を備えたと
しても層間絶縁膜のエッチングが必要以上に進行せずア
ライメントのズレが生じても、コンタクトホールの下端
が他の導電箇所まで進行することはないため、信頼性が
高く、且つ低コストにて製造可能な半導体装置の製造方
法を提供することができる。
【0037】また、この発明の請求項3によれば、請求
項1または請求項2において、コンタクトホールをリア
クティブイオンエッチング方法にて形成するので、コン
タクトホールの深さ方向のエッチング条件の設定が容易
となり、コンタクトホールの最下端が他の導電箇所まで
進行することを確実に阻止するため、信頼性が高く、且
つ、低コストにて製造可能な半導体装置の製造方法を提
供することができる。
【0038】また、この発明の請求項4によれば、請求
項3において、エッチングガスの添加ガスとしての酸素
ガスの添加比率を変化させることによりエッチング条件
を設定するので、容易に、且つ、確実にエッチング条件
が設定できるため、信頼性が高く、且つ、低コストにて
製造可能な半導体装置の製造方法を確実に提供すること
ができる。
【0039】また、この発明の請求項5によれば、請求
項3において、エッチングガスの流量を添加ガスとして
の不活性ガスの添加量を変化させることによりエッチン
グ条件を設定するので、容易に、且つ、確実にエッチン
グ条件が設定できるため、信頼性が高く、且つ、低コス
トにて製造可能な半導体装置の製造方法を確実に提供す
ることができる。
【0040】また、この発明の請求項6によれば、請求
項3において、エッチング雰囲気の圧力を変化させるこ
とによりエッチング条件を設定するので、容易に、且
つ、確実にエッチング条件が設定できるため、信頼性が
高く、且つ、低コストにて製造可能な半導体装置の製造
方法を確実に提供することができる。
【0041】また、この発明の請求項7によれば、請求
項3において、エッチング雰囲気に印加される高周波電
力を変化させることによりエッチング条件を設定するの
で、容易に、且つ、確実にエッチング条件が設定できる
ため、信頼性が高く、且つ、低コストにて製造可能な半
導体装置の製造方法を確実に提供することができる。
【0042】また、この発明の請求項8によれば、請求
項1ないし請求項7のいずれかにおいて、コンタクトホ
ールの開口幅を1.0μm以下としたので、容易に、且
つ、確実にエッチング条件が設定できるため、信頼性が
高く、且つ、低コストにて製造可能な半導体装置の製造
方法を確実に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1の半導体装置の製造
方法を示す断面図である。
【図2】 この発明の実施の形態1の半導体装置の製造
方法を示す断面図である。
【図3】 RIE−1agを説明するため、ホールサイ
ズとエッチング深さとの関係を示す図である。
【図4】 0.4μmの開口幅を有するコンタクトホー
ル形成時のエッチング時間とエッチング深さとの関係を
示す図である。
【図5】 0.4μmの開口幅のコンタクトホールにお
ける酸素ガス添加率とエッチング深さとの関係を示す図
である。
【図6】 従来の半導体装置の製造方法を示す断面図で
ある。
【図7】 他の従来の半導体装置の製造方法を示す断面
図である。
【符号の説明】
3 第1の配線層、4 第1の保護膜、5 第2の層間
絶縁膜、12a,12b コンタクトホール。
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/90 A

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板または第1の配線層上に積層
    された層間絶縁膜を上記半導体基板または上記第1の配
    線層に至るまでエッチングしコンタクトホールを形成す
    る半導体装置の製造方法において、上記エッチングのエ
    ッチングエンドが、上記コンタクトホールを形成する際
    に必要な上記層間絶縁膜のエッチング量にて飽和するよ
    う上記エッチングのエッチング条件を設定したことを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体基板または第1の配線層上に第1
    の保護膜を備え、コンタクトホールは層間絶縁膜および
    第1の保護膜を上記半導体基板または上記第1の配線層
    に至るまでエッチングし形成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。
  3. 【請求項3】 コンタクトホールをリアクティブイオン
    エッチング方法にて形成することを特徴とする請求項1
    また請求項2記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 エッチングガスの添加ガスとしての酸素
    ガスの添加比率を変化させることによりエッチング条件
    を設定するようにしたことを特徴とする請求項3記載の
    半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 添加ガスとしての不活性ガスの添加量を
    変化させることによりエッチングガスの流量を変化させ
    てエッチング条件を設定するようにしたことを特徴とす
    る請求項3記載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 エッチング雰囲気の圧力を変化させるこ
    とによりエッチング条件を設定するようにしたことを特
    徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 エッチング雰囲気に印加される高周波電
    力を変化させることによりエッチング条件を設定するよ
    うにしたことを特徴とする請求項3記載の半導体装置の
    製造方法。
  8. 【請求項8】 コンタクトホールの開口幅を1.0μm
    以下としたことを特徴とする請求項1ないし請求項7の
    いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
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