JPH098131A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】コンタクトホール内での配線金属のカバレッジ
を改善して、配線の断線を防止することができる半導体
装置の製造方法を提供する。 【構成】拡散層２を有する半導体基板１上に絶縁膜３を
成膜し、絶縁膜３上に、コンタクトホールパターンに対
応した開口を有するレジスト層４を形成し、レジスト層
４をマスクとして、絶縁膜３を所定厚さだけ異方性エッ
チングし、レジスト層４の開口の幅が大きくなるように
レジスト層４をアッシングし、レジスト層４をマスクと
して異方性エッチングによって絶縁膜３をエッチングし
てコンタクトホール５を形成し、レジスト層４を除去
し、配線金属膜６を堆積させる。 【効果】従来の方法より簡便且つ低コストに配線金属膜
のカバレッジを改善して、配線の断線を防止することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、特に半導体基板の拡散層と配線金属膜とのコン
タクト形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩの製造においては、ＬＳＩの高集
積化のために加工寸法が年々小さくなってきている。Ｌ
ＳＩ内部で基板との電気的な接続を確保するために形成
される接続孔（以下、コンタクトホールと称す）に関し
ても微細化が進み、コンタクトホールの底部寸法（以
下、コンタクト径と称す）は１μｍ以下になってきてい
る。しかし、配線と素子間の耐圧や絶縁分離酸化膜下へ
の反転層の形成、もしくは配線容量の制約からコンタク
トホールの深さはコンタクト径のようには減少させるこ
とができない。したがって、ＬＳＩの高集積化に伴いコ
ンタクトホールのコンタクトホール深さ／コンタクト径
比（以下、アスペクト比と称す）が増加し、配線金属の
埋め込みが難しくなり（被覆率が悪くなり）、配線金属
の断線が生じやすくなるので、配線の信頼性が問題とな
ってきている。

【０００３】この種の問題を解決するために従来のＬＳ
Ｉの拡散層と配線金属とのコンタクト形成方法におい
て、コンタクトホールの底部の寸法変化なしにコンタク
トホール上部の開口幅を大きくする方法（特開平５−２
１８２０９号公報）が提案されている。この方法を、図
４を用いて説明する。まず、例えばイオン注入などによ
り形成された拡散層２を有する半導体基板１上にＣＶＤ
法などにより、絶縁膜３を成膜し、続いて多結晶シリコ
ン層を成膜しリン拡散によりｎ形多結晶シリコン層１１
を形成する。その後、ｎ形多結晶シリコン層１１上に、
コンタクトホールパターンに対応した開口を有するレジ
スト層（図示せず）を通常のフォトリソグラフィ技術に
より形成する。続いて、前記レジスト層をマスクとし
て、等方性エッチングによりｎ形多結晶シリコン層１１
をエッチングすることにより、ｎ形多結晶シリコン層１
１を横方向にエッチングする。続いて、前記レジスト層
をマスクとして、絶縁膜３を異方性エッチングしてコン
タクトホールを形成する。次に、前記レジスト層を酸素
プラズマ処理、有機溶剤処理などによって除去し、その
後、ｎ形多結晶シリコン層１１をマスクとして、異方性
エッチングにより絶縁膜３を所定の厚さだけ（例えば、
絶縁膜３の膜厚の約３分の１の厚さ）エッチングするこ
とによりコンタクトホールの底部の寸法変化なしにコン
タクトホール上部の開口幅を大きくする。次に、アルミ
ニウムからなる配線金属膜６をスパッタリング法などに
より堆積させることにより図４に示す形状を有するコン
タクトを形成できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
方法では、コンタクトホール上部のみの開口幅を大きく
するために、多結晶シリコン層を堆積する工程と、前記
多結晶シリコン層にリンを拡散してｎ形多結晶シリコン
層を形成する工程と、前記ｎ形多結晶シリコン層を等方
性エッチングする工程とを含むので、形成方法が複雑で
あり、コストが高くなるという問題があった。

【０００５】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、半導体基板の拡散層と配線金属との
コンタクト形成方法においてコンタクトホール内での配
線金属の被覆率（カバレッジ）が改善して配線の断線を
防止することができるより簡便で低コストな半導体装置
の製造方法を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、半導体基板上に絶縁膜を形成す
る第１の工程と、接続孔形成用の開口を設けたフォトレ
ジストをマスクとして前記絶縁膜をその膜厚の途中まで
エッチングする第２の工程と、前記フォトレジストの開
口の幅を拡げる第３の工程と、開口の幅が拡げられた前
記フォトレジストをマスクとして前記絶縁膜を前記半導
体基板に達する深さまでエッチングすることにより接続
孔を形成する第４の工程と、前記接続孔に配線金属膜を
形成する第５の工程とを含むことを特徴とする。

【０００７】請求項２の発明は、半導体基板上に絶縁膜
を形成する第１の工程と、接続孔形成用の開口を設けた
フォトレジストをマスクとして前記絶縁膜を前記半導体
基板に達する深さまでエッチングする第２の工程と、前
記フォトレジストの開口の幅を拡げる第３の工程と、開
口の幅が拡げられた前記フォトレジストをマスクとして
前記第３の工程によって露出した前記絶縁膜をその膜厚
の途中までエッチングすることにより接続孔を形成する
第４の工程と、前記エッチングによってエッチングダメ
ージを受けた前記半導体基板の表面層を除去する第５の
工程と、前記接続孔に配線金属膜を形成する第６の工程
とを含むことを特徴とする。

【０００８】請求項３の発明は、半導体基板上に絶縁膜
を形成する第１の工程と、接続孔形成用の開口を設けた
感光性ポリイミド膜をマスクとして前記絶縁膜を前記半
導体基板に達するまでエッチングする第２の工程と、前
記感光性ポリイミド膜の開口の幅を拡げる第３の工程
と、開口の幅が拡げられた前記ポリイミド膜を焼結する
ことにより接続孔を形成する第４の工程と、前記接続孔
に配線金属膜を形成する第５の工程とを含むことを特徴
とする。

【０００９】

【作用】請求項１の発明の構成によれば、接続孔形成用
の開口を設けたフォトレジストをマスクとして前記絶縁
膜をその膜厚の途中までエッチングし、前記フォトレジ
ストの開口の幅を拡げ、開口の幅が拡げられた前記フォ
トレジストをマスクとして前記絶縁膜を前記半導体基板
に達する深さまでエッチングすることにより前記接続孔
上部の寸法を前記接続孔の底部の寸法より大きくするの
で、従来例と比較すると、多結晶シリコン層を堆積する
工程と、前記多結晶シリコン層にリンを拡散してｎ形多
結晶シリコン層を形成する工程と、前記ｎ形多結晶シリ
コン層を等方性エッチングする工程と、前記各工程に必
要な設備とが不要であり、従来例より簡便且つ低コスト
に配線金属膜のカバレッジを改善して、配線の断線を防
止することができる。

【００１０】請求項２の発明の構成によれば、接続孔形
成用の開口を設けたフォトレジストをマスクとして接続
孔を絶縁膜に形成し、前記フォトレジストの開口の幅を
拡げ、開口の幅が拡げられた前記フォトレジストをマス
クとして露出した前記絶縁膜をその膜厚の途中までエッ
チングすることにより前記接続孔上部の寸法を前記接続
孔底部の寸法より大きくするので、従来例と比較する
と、多結晶シリコン層を堆積する工程と、前記多結晶シ
リコン層にリンを拡散してｎ形多結晶シリコン層を形成
する工程と、前記ｎ形多結晶シリコン層を等方性エッチ
ングする工程と、前記各工程に必要な設備とが不要であ
り、従来例より簡便且つ低コストに配線金属膜のカバレ
ッジを改善して、配線の断線を防止することができる。
また、前記エッチングによってエッチングダメージを受
けた前記半導体基板の表面層を除去するので、良好な電
気的接続が得られる。

【００１１】請求項３の発明の構成によれば、接続孔形
成用の開口を設けた感光性ポリイミド膜をマスクとして
前記絶縁膜を前記半導体基板に達するまでエッチング
し、前記感光性ポリイミド膜の開口の幅を拡げ、開口の
幅が拡げられた前記ポリイミド膜を焼結することにより
前記接続孔上部の寸法を前記接続孔底部の寸法より大き
くするので、従来例と比較すると、多結晶シリコン層を
堆積する工程と、前記多結晶シリコン層にリンを拡散し
てｎ形多結晶シリコン層を形成する工程と、前記ｎ形多
結晶シリコン層を等方性エッチングする工程と、前記各
工程に必要な設備とが不要であり、従来例より簡便且つ
低コストに配線金属膜のカバレッジを改善して、配線の
断線を防止することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。 （実施例１）本実施例は請求項１の発明に対応するもの
で、以下、図１により説明する。まず、例えば拡散など
により形成された拡散層２を有する半導体基板１上に絶
縁膜３をＣＶＤ法などによって０．８μｍの厚さに成膜
する。その後、絶縁膜３上に、コンタクトホールパター
ンに対応した開口幅０．８μｍの開口を有するレジスト
層４を通常のフォトリソグラフィ技術により形成するこ
とにより図１（ａ）に示す構造が得られる。

【００１３】続いて、レジスト層４をマスクとして、例
えば反応性ドライエッチング装置などによって絶縁膜３
を０．４μｍの厚さだけ異方性エッチングすることによ
り図１（ｂ）に示す構造が得られる。次に、酸素プラズ
マ装置などによってレジスト層４の開口幅が０．４μｍ
程度広がるようにレジスト層４をアッシングすることに
より図１（ｃ）に示す構造が得られる。

【００１４】次に、レジスト層４をマスクとして、例え
ば、異方性エッチングによって絶縁膜３をエッチングし
てコンタクトホール５を形成することにより、コンタク
トホール５底部の寸法変化なしにコンタクトホール５上
部のみの開口幅を大きくすることができ、図１（ｄ）に
示す構造が得られる。次に、レジスト層４を酸素プラズ
マ処理、有機溶剤処理などによって除去し、その後、ス
パッタリング法などによってアルミニウムからなる配線
金属膜６を０．９μｍ堆積させることにより図１（ｅ）
に示す形状を有するコンタクトを形成できる。この時、
コンクトホール５上部の開口幅はコンタクトホール５底
部寸法に比べ大きいので、配線金属膜６のカバレッジは
良好である。

【００１５】なお、本実施例では半導体基板と配線金属
とのコンタクトの形成方法について述べたが、配線金属
膜間のコンタクト形成にも適用できるのは勿論である。 （実施例２）本実施例は請求項２の発明に対応するもの
で、以下、図２により説明する。まず、例えば拡散など
により形成された拡散層２を有する半導体基板１上に絶
縁膜３をＣＶＤ法などによって０．８μｍの厚さに成膜
する。その後、絶縁膜３上に、コンタクトホールパター
ンに対応した開口幅０．８μｍの開口を有するレジスト
層４を通常のフォトリソグラフィ技術により形成するこ
とにより図２（ａ）に示す構造が得られる。

【００１６】続いて、レジスト層４をマスクとして、異
方性エッチングによって絶縁膜をエッチングしてコンタ
クトホール５を形成することにより図２（ｂ）に示す構
造が得られる。次に、酸素プラズマ装置などによってレ
ジスト層４の開口幅が０．４μｍ程度広がるようにレジ
スト層４をアッシングすることにより図２（ｃ）に示す
構造が得られる。

【００１７】次に、レジスト層４をマスクとして、例え
ば反応性ドライエッチング装置などによって絶縁膜３を
例えば０．４μｍの厚さだけ異方性エッチングすること
により、コンタクトホール５底部の寸法変化なしにコン
タクトホール５上部のみの開口幅を大きくすることがで
き、図１（ｂ）に示す構造が得られる。ただし、露出し
ていた拡散層２表面には前記異方性エッチングによるエ
ッチングダメージ層７が形成される。

【００１８】次に、レジスト層４を酸素プラズマ処理、
有機溶剤処理などによって除去し、その後、アルカリ洗
浄などによってエッチングダメージ層７を（エッチン
グ）除去し、続いて、スパッタリング法などによってア
ルミニウムからなる配線金属膜６を０．９μｍ堆積させ
ることにより図２（ｅ）に示す形状を有するコンタクト
を形成できる。この時、コンクトホール５上部の開口幅
はコンタクトホール５底部寸法に比べ大きいので、配線
金属膜６のカバレッジは良好である。

【００１９】（実施例３）本実施例は請求項３の発明に
対応するもので、以下、図３により説明する。まず、例
えば拡散などにより形成された拡散層２を有する半導体
基板１上に絶縁膜３をＣＶＤ法などによって０．４μｍ
の厚さに成膜する。その後、絶縁膜３上に、コンタクト
ホールパターンに対応した開口幅０．８μｍの開口を有
する感光性ポリイミド膜８を通常のフォトリソグラフィ
技術により形成することにより図３（ａ）に示す構造が
得られる。

【００２０】次に、感光性ポリイミド膜８をマスクとし
て、異方性エッチングにより絶縁膜をエッチングしてコ
ンタクトホール５を形成することにより図３（ｂ）に示
す構造が得られる。次に、酸素プラズマ装置などによっ
て感光性ポリイミド膜８の開口幅が０．４μｍ程度広が
るように感光性ポリイミド膜８をアッシングすることに
より図３（ｃ）に示す構造が得られる。

【００２１】その後、窒素雰囲気中において４００℃の
温度で感光性ポリイミド膜８完全に硬化させ（焼結
し）、続いて、スパッタリング法などによってアルミニ
ウムからなる配線金属膜６を０．９μｍ堆積させること
により図３（ｅ）に示す形状を有するコンタクトを形成
できる。この時、コンクトホール５上部の開口幅はコン
タクトホール５底部寸法に比べ大きいので、配線金属膜
６のカバレッジは良好である。

【００２２】なお、本実施例では半導体基板と配線金属
とのコンタクトの形成方法について述べたが、配線金属
膜間のコンタクト形成にも適用できるのは勿論である。

【００２３】

【発明の効果】請求項１の発明は、接続孔形成用の開口
を設けたフォトレジストをマスクとして前記絶縁膜をそ
の膜厚の途中までエッチングし、前記フォトレジストの
開口の幅を拡げ、開口の幅が拡げられた前記フォトレジ
ストをマスクとして前記絶縁膜を前記半導体基板に達す
る深さまでエッチングすることにより前記接続孔上部の
寸法を前記接続孔の底部の寸法より大きくするので、従
来例と比較すると、多結晶シリコン層を堆積する工程
と、前記多結晶シリコン層にリンを拡散してｎ形多結晶
シリコン層を形成する工程と、前記ｎ形多結晶シリコン
層を等方性エッチングする工程と、前記各工程に必要な
設備とが不要であり、従来例より簡便且つ低コストに配
線金属膜のカバレッジを改善して、配線の断線を防止す
ることができるという効果がある。

【００２４】請求項２の発明は、接続孔形成用の開口を
設けたフォトレジストをマスクとして接続孔を絶縁膜に
形成し、前記フォトレジストの開口の幅を拡げ、開口の
幅が拡げられた前記フォトレジストをマスクとして露出
した前記絶縁膜をその膜厚の途中までエッチングするこ
とにより前記接続孔上部の寸法を前記接続孔底部の寸法
より大きくするので、従来例と比較すると、多結晶シリ
コン層を堆積する工程と、前記多結晶シリコン層にリン
を拡散してｎ形多結晶シリコン層を形成する工程と、前
記ｎ形多結晶シリコン層を等方性エッチングする工程
と、前記各工程に必要な設備とが不要であり、従来例よ
り簡便且つ低コストに配線金属膜のカバレッジを改善し
て、配線の断線を防止することができるという効果があ
る。また、前記エッチングによってエッチングダメージ
を受けた前記半導体基板の表面層を除去するので、良好
な電気的接続が得られるという効果がある。

【００２５】請求項３の発明は、接続孔形成用の開口を
設けた感光性ポリイミド膜をマスクとして前記絶縁膜を
前記半導体基板に達するまでエッチングし、前記感光性
ポリイミド膜の開口の幅を拡げ、開口の幅が拡げられた
前記ポリイミド膜を焼結することにより前記接続孔上部
の寸法を前記接続孔底部の寸法より大きくするので、従
来例と比較すると、多結晶シリコン層を堆積する工程
と、前記多結晶シリコン層にリンを拡散してｎ形多結晶
シリコン層を形成する工程と、前記ｎ形多結晶シリコン
層を等方性エッチングする工程と、前記各工程に必要な
設備とが不要であり、従来例より簡便且つ低コストに配
線金属膜のカバレッジを改善して、配線の断線を防止す
ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の主要工程断面図である。

【図２】本発明の実施例２の主要工程断面図である。

【図３】本発明の実施例３の主要工程断面図である。

【図４】従来例を示す主要工程断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 拡散層 ３ 絶縁膜 ４ レジスト層 ５ コンタクトホール ６ 配線金属膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に絶縁膜を形成する第１の
   工程と、接続孔形成用の開口を設けたフォトレジストを
   マスクとして前記絶縁膜をその膜厚の途中までエッチン
   グする第２の工程と、前記フォトレジストの開口の幅を
   拡げる第３の工程と、開口の幅が拡げられた前記フォト
   レジストをマスクとして前記絶縁膜を前記半導体基板に
   達する深さまでエッチングすることにより接続孔を形成
   する第４の工程と、前記接続孔に配線金属膜を形成する
   第５の工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造
   方法。
2. 【請求項２】 半導体基板上に絶縁膜を形成する第１の
   工程と、接続孔形成用の開口を設けたフォトレジストを
   マスクとして前記絶縁膜を前記半導体基板に達する深さ
   までエッチングする第２の工程と、前記フォトレジスト
   の開口の幅を拡げる第３の工程と、開口の幅が拡げられ
   た前記フォトレジストをマスクとして前記第３の工程に
   よって露出した前記絶縁膜をその膜厚の途中までエッチ
   ングすることにより接続孔を形成する第４の工程と、前
   記エッチングによってエッチングダメージを受けた前記
   半導体基板の表面層を除去する第５の工程と、前記接続
   孔に配線金属膜を形成する第６の工程とを含むことを特
   徴とする半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 半導体基板上に絶縁膜を形成する第１の
   工程と、接続孔形成用の開口を設けた感光性ポリイミド
   膜をマスクとして前記絶縁膜を前記半導体基板に達する
   までエッチングする第２の工程と、前記感光性ポリイミ
   ド膜の開口の幅を拡げる第３の工程と、開口の幅が拡げ
   られた前記ポリイミド膜を焼結することにより接続孔を
   形成する第４の工程と、前記接続孔に配線金属膜を形成
   する第５の工程とを含むことを特徴とする半導体装置の
   製造方法。