JPH10116902A - 半導体装置の接続孔およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通常のスパッタリングでカバリッジ性に優れ
た膜の形成が可能なように、接続孔の側壁を全域にわた
って緩やかな傾斜面（例えば基板表面に対する傾斜角が
５０°〜６０°）で形成することは困難であった。 【解決手段】 基板１１に形成した導電性パターン１２
を覆う状態にして基板１１上に第１絶縁膜１３が形成さ
れていて、さらにその上に第２絶縁膜１４が形成されて
いる。第２絶縁膜１４には第１接続孔１５が形成されて
いて、第１絶縁膜１３には、第１接続孔１５に連通する
とともに導電性パターン１２に通じ第１接続孔１５より
小さい径を有する第２接続孔１６が形成され、第１，第
２接続孔１５，１６の各側壁にはサイドウォール１７が
形成されて、接続孔１８が構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の接続
孔およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の配線間を接続する接続孔
は、例えば層間絶縁膜がテトラエトキシシラン（ＴＥＯ
Ｓ）を用いたプラズマＣＶＤ法により成膜した酸化シリ
コン膜を上層および下層に形成し、その中間に有機ＳＯ
Ｇ（Spin on glass ）膜を形成した構造の層間絶縁膜に
形成される場合には、ほぼ基板の表面に対してほぼ垂直
形状または基板表面からの角度が８５°程度のテーパを
有する形状に接続孔が形成されていた。または上層のプ
ラズマ−ＴＥＯＳ−ＣＶＤ膜にテーパを形成した接続孔
が形成されていた。このように、層間絶縁膜の上層部分
をプラズマ−ＴＥＯＳ−ＣＶＤ膜で形成することは、有
機ＳＯＧ膜の上面側から放出される有機物質による汚染
を防止する。さらに、上記接続孔には、ＳＯＧ膜からの
いわゆるアウトガス（例えば、ＳＯＧ中に含まれる酸素
やＳＯＧ膜をエッチングした際に取り込まれたエッチン
グガスのうちのフッ素）を防止する目的でサイドウォー
ルを形成した接続孔も開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基板表
面に対してほぼ垂直または８６°程度のテーパ形状の接
続孔では、スパッタリングによって金属膜を形成する際
に、いわゆるシャドー効果によって接続孔の底部へのス
パッタリング粒子の進入が妨げられる。そのため、接続
孔の底部における金属膜のカバリッジが悪化して、接続
孔の内部を完全に金属膜で埋め込むことはできない。す
なわち、接続孔の内部にいわゆるボイドが発生する。ま
た、エッチングによって接続孔を形成する際に、接続孔
の上部をテーパ形状に形成することは可能であっても、
接続孔の底部までテーパ形状に形成することは困難であ
る。そのため、接続孔の上部を除く部分は基板表面に対
してほぼ垂直な形状になるので、スパッタリング時に
は、上記同様の課題を生じる。

【０００４】また、接続孔内にサイドウォールを形成し
た構成では、サイドウォールの上部、すなわち接続孔の
開口部近傍の側壁はなだらかな斜面で形成されても、接
続孔の底部までサイドウォールの側面をなだらかな斜面
の状態で形成することは困難である。さらにＳＯＧ膜を
用いた層間絶縁膜に形成した接続孔にサイドウォールを
形成しない場合には、ＳＯＧ膜からのいわゆるアウトガ
スによって、スパッタリングによって成膜される金属膜
の膜質を劣化させる。またアウトガスを抑制しようとす
るとスパッタリング温度を高くできない。

【０００５】また、プラズマ−ＴＥＯＳ−ＣＶＤ膜とＳ
ＯＧ膜とではエッチング速度が大きく異なるため、ＳＯ
Ｇ膜はいわゆるサイドエッチングによってエッチングさ
れ、ＳＯＧ膜部分のみ接続孔の径が大きくなる。さら
に、良好なカバリッジを得ようとすると、タングステン
のような高融点金属材料で接続孔を埋め込む、いわゆる
ブランケットタングステン技術を用いる必要が生じる。
この技術は製造コストがかかる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた半導体装置の接続孔およびその製
造方法である。

【０００７】半導体装置の接続孔は以下のような構成を
成す。すなわち、基板に形成した導電性パターンを覆う
状態にしてこの基板上に第１絶縁膜が形成されている。
さらにこの第１絶縁膜上に第２絶縁膜が形成されてい
る。そして上記導電性パターンに通じる接続孔が第２絶
縁膜から第１絶縁膜に連通した状態に形成されている。
この接続孔は、第２絶縁膜に形成された第１接続孔と、
この第１接続孔に連通するとともに導電性パターンに通
じ第１接続孔より小さい径を有するもので第１絶縁膜に
形成された第２接続孔とからなり、第１接続孔および第
２接続孔の各側壁にはサイドウォールが備えられている
ものである。

【０００８】上記半導体装置の接続孔では、第２絶縁膜
に第１接続孔が形成され、第１接続孔より小さい径を有
し第１接続孔に連通する第２接続孔が第１絶縁膜に形成
されていて、第１，第２接続孔の各側壁にサイドウォー
ルが形成されていることから、このサイドウォールによ
って接続孔の側壁は緩やかな傾斜面となる。

【０００９】半導体装置の接続孔の製造方法は、初め
に、基板に形成した導電性パターンを覆う状態にしてこ
の基板上に第１絶縁膜を形成する工程を行い、次に第１
絶縁膜上に第２絶縁膜を形成する工程を行う。続いて導
電性パターンの上方における第２絶縁膜に第１接続孔を
形成する工程を行い、さらに第１接続孔に連通するとと
もに導電性パターンに通じ第１接続孔より小さい径を有
する第２接続孔を第１絶縁膜に形成する工程を行う。そ
の後、第１接続孔および第２接続孔の各側壁にサイドウ
ォールを形成する工程を行うという製造方法である。

【００１０】上記製造方法では、第２絶縁膜に第１接続
孔を形成した後、この第１接続孔より小さい径を有し第
１接続孔に連通する第２接続孔を第１絶縁膜に形成し、
次いで第１接続孔および第２接続孔の各側壁にサイドウ
ォールを形成することから、サイドウォールは階段状に
形成された接続孔の側壁に形成されることになる。その
ため、サイドウォールによって接続孔の側壁は緩やかな
傾斜を持つ面に形成される。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に係わる接続孔の実施形態
の一例を、図１の概略構成断面図によって説明する。

【００１２】図１に示すように、基板１１上には導電性
パターン１２が形成されている。この導電性パターン１
２は、ここでは配線で表したが、例えば基板１１の上層
に形成した拡散層（図示省略）であってもよい。さらに
上記基板１１上には上記導電性パターン１２を覆う状態
に第１絶縁膜１３が形成されている。この第１絶縁膜１
３は例えばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を原料ガ
スに用いたプラズマＣＶＤ法によって形成される酸化シ
リコン膜からなる。さらに上記第１絶縁膜１３上には第
２絶縁膜１４が形成されている。この第２絶縁膜１４は
例えば無機ＳＯＧ膜からなる。上記のように、第１絶縁
膜１３と第２絶縁膜１４とで層間絶縁膜が構成されてい
る。

【００１３】そして上記導電性パターン１２の上方の上
記第２絶縁膜には第１接続孔１５が形成されている。さ
らに上記第１接続孔１５に連通するとともに上記導電性
パターン１２に通じるもので、第１接続孔１５より小さ
い径を有する第２接続孔１６が上記第１絶縁膜１３に形
成されている。しかも第２接続孔１６は第１接続孔１５
の底面内下方に形成されている。また上記第１接続孔１
５および第２接続孔１６の各側壁にはサイドウォール１
７が形成されている。このサイドウォール１７は、例え
ば酸化シリコン、酸窒化シリコンまたは窒化シリコンか
らなる。さらにこのサイドウォール１７の傾斜面１７Ａ
は例えば連続的に形成されていて、第１接続孔１５およ
び第２接続孔１６とで構成される接続孔１８の側壁面１
８Ａを形成している。なお、上記サイドウォール１７の
傾斜面１７Ａ（側壁面１８Ａ）は不連続な面であっても
差し支えはない。

【００１４】また、上記実施形態では、第１絶縁膜１３
および第２絶縁膜１４の２層を用いて層間絶縁膜を構成
した例を説明したが、例えばこの層間絶縁膜は３層以上
の絶縁膜で構成されていてもよい。そのような層間絶縁
膜では、上層から下層に向かって接続孔の径が小さくな
るように、当該接続孔は形成されている。そして接続孔
の側壁には、上記接続したのと同様のサイドウォールが
形成されている。

【００１５】上記半導体装置の接続孔では、第２絶縁膜
１４に第１接続孔１５が形成され、第１接続孔１５より
小さい径を有し第１接続孔１５に連通する第２接続孔１
６が第１絶縁膜１３に形成されていて、第１，第２接続
孔１５，１６の各側壁にサイドウォール１７が形成され
ていることから、このサイドウォール１７によって接続
孔１８の側壁面１８Ａは緩やかな傾斜面となる。

【００１６】したがって、スパッタリングによって上記
接続孔１８の内部に例えばアルミニウム系金属からなる
金属配線層を形成した場合には、シャドー効果が発生し
にくくなるため、接続孔に対して良好なカバリッジが得
られる。そのため、接続孔１８の内部にボイドが発生す
ることがない。このように、金属配線層を成膜する際に
良好なカバリッジ特性が得られる接続孔１８が形成され
るため、タングステンのような高融点金属材料で接続孔
を埋め込む必要はない。よって、製造コストを低減でき
る。

【００１７】次に本発明に係わる製造方法の実施形態の
一例を、図２の製造工程図によって説明する。

【００１８】図２の（１）に示すように、シリコン基板
２１上には絶縁膜２２が形成され、基板１１が構成され
ている。この基板１１上には導電性パターン１２として
金属配線が形成されている。まず、テトラエトキシシラ
ン（ＴＥＯＳ）を原料ガスに用いたプラズマＣＶＤ法に
よって、上記導電性パターン１２を覆う状態にして上記
基板１１上に第１絶縁膜１３を形成する。次いで回転塗
布法によって、上記第１絶縁膜１３上に無機ＳＯＧを塗
布し、その後キュアーを行って、第２絶縁膜１４となる
無機ＳＯＧ膜を形成する。

【００１９】次いで図２の（２）に示すように、回転塗
布法によって上記第２絶縁膜１４上にレジスト膜３１を
形成した後、リソグラフィー技術（露光、現像、ベーキ
ング等）によって、上記導電性パターン１２に接続され
る部分の接続孔の口径に対応する大きさの開口部３２を
上記レジスト膜３１に形成する。

【００２０】その後、上記レジスト膜３１をエッチング
マスクに用いて第１段のエッチングを行い、上記第２絶
縁膜１４をエッチングして上記開口部３２よりも径が大
きい第１接続孔１５を形成する。この第１段のエッチン
グは、等方性エッチング成分の強いドライエッチングに
より行い、第２絶縁膜１４を貫通するまで行う。この第
１段のエッチングによって形成される第１接続孔１５
は、第２絶縁膜１４の無機ＳＯＧが通例としてポーラス
（多孔質）状であること、および等方性エッチングでエ
ッチングを行うことにより、上記開口部３２よりも大き
な開口径を有するものとなる。そして、第１絶縁膜１３
がプラズマ−ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法による酸化シリコン膜
からなることから、上記第１段のエッチングでは第２絶
縁膜１４は第１絶縁膜１３よりもエッチング速度が速く
なる。すなわち、第１段のエッチングでは第１絶縁膜１
３をエッチングストッパとして用いることが可能にな
る。したがって、開口部３２よりも大きな開口径の第１
接続孔１５が形成される。

【００２１】上記第１段のエッチングが終了した後、上
記レジスト膜３１をエッチングマスクに用いて異方性の
強い第２段のエッチングを行う。この第２段のエッチン
グでは、上記開口部３２の開口形状を転写した状態に、
第１絶縁膜１３に第２接続孔１５を形成する。その結
果、第２接続孔１５は、上記第１接続孔１５の底面内の
下方に、この第１接続孔１５に連通して上記導電性パタ
ーン１２に通じる状態に形成され、しかも第１接続孔１
５より小さい径を有する状態に形成される。したがっ
て、第１，第２接続孔１５，１６の側壁は階段状に形成
される。

【００２２】その後、上記レジスト膜３１を例えばアッ
シングおよび洗浄処理によって除去する。その後図２の
（３）に示すように、ＣＶＤ法によって、上記第１接続
孔１５および第２接続孔１６の各内部とともに上記第２
絶縁膜１４上に、サイドウォールを形成するための膜と
して酸化シリコン膜４１を形成する。この酸化シリコン
膜４１には、リン、ホウ素等の不純物のドーピングは行
わない。

【００２３】続いて図２の（４）に示すように、上記酸
化シリコン膜４１をエッチバックして、第１，第２接続
孔１５，１６の各側壁にサイドウォール１７を形成す
る。このとき、第１，第２接続孔１５，１６は階段状に
形成されているため、上記第１接続孔１５の側壁には第
１絶縁膜１３上に上記サイドウォール１７の上部が形成
され、上記第１絶縁膜１３の側壁に上記サイドウォール
１７の下部が形成される。そして、上記サイドウォール
１７の傾斜面１７Ａは、例えば連続面で形成される。し
たがって、上記第１接続孔１５と第２接続孔１６とによ
って接続孔１８が構成され、この接続孔１８の側壁面１
８Ａは上記傾斜面１７Ａで形成される。

【００２４】なお、上記実施形態では、サイドウォール
１７を酸化シリコンで形成したが、例えば酸窒化シリコ
ンまたは窒化シリコンで形成することも可能である。

【００２５】上記製造方法では、第２絶縁膜１４に第１
接続孔１５を形成した後、この第１接続孔１５より小さ
い径を有し第１接続孔１５に連通する第２接続孔１６を
第１絶縁膜１３に形成し、次いで第１接続孔１５および
第２接続孔１６の各側壁にサイドウォール１７を形成す
ることから、サイドウォール１７は階段状に形成された
第１，第２接続孔１５，１６の側壁に形成される。その
ため、サイドウォール１７によって第１，第２接続孔１
５，１６からなる接続孔１８の側壁面１８Ａは緩やかな
傾斜を持つ面に形成される。上記側壁面１８Ａの主要な
部分の傾斜角は基板１１の表面からおよそ５０°〜６０
°程度になる。

【００２６】また、上記実施形態による製造方法では、
レジスト膜３１の開口部３２の径を第２接続孔１６の径
とすることが可能になるので、リソグラフィー技術の最
小寸法で第２接続孔１６を形成することが可能になる。
さらに、層間絶縁膜の上層の膜となる第２絶縁膜１４を
無機ＳＯＧで形成したことから、第２絶縁膜１４から有
機物質の脱ガスは起きない。さらにまたサイドウォール
１７を形成したので、接続孔１８側へＳＯＧ膜からなる
第２絶縁膜１４の露出が防げる。そのため、第２絶縁膜
１４から接続孔１８側へのいわゆるアウトガスは防止さ
れる。

【００２７】次に上記接続孔１８に配線層を形成する方
法を、図３の製造工程図によって説明する。

【００２８】図３の（１）に示すように、スパッタリン
グによって、上記接続孔１８の内部とともに上記第２絶
縁膜１４上に金属配線層５１を形成する。上記金属配線
層５１は、上記接続孔１８の側壁面１８Ａがリフローし
たような緩やかな傾斜面で形成されているため、スパッ
タリングの際にシャドー効果を発生しない。そのため、
カバリッジ性の良い成膜が成される。

【００２９】その後、図３の（２）に示すように、通常
のリソグラフィー技術とエッチングとによって、上記金
属配線層５１をパターニングして、配線５２を形成す
る。

【００３０】上記配線５２は、傾斜が緩やかな接続孔１
８に形成されるため接続孔１８の底部で段切れを起こす
ことはない。そのため、信頼性の高い配線が形成され
る。

【００３１】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の半導体装
置の接続孔によれば、第１絶縁膜上の第２絶縁膜に第１
接続孔が形成され、第１接続孔より小さい径を有し第１
接続孔に連通する第２接続孔が第１絶縁膜に形成されて
いて、第１，第２接続孔の各側壁にサイドウォールが形
成されているので、このサイドウォールによって第１，
第２接続孔かなる接続孔の側壁は緩やかな傾斜面とな
る。よって、その接続孔に形成される配線層のような膜
のカバリッジ性の向上を図ることができるので、信頼性
の高い成膜が可能になる。

【００３２】本発明の接続孔の製造方法によれば、第２
絶縁膜に第１接続孔を形成した後、この第１接続孔より
小さい径を有し第１接続孔に連通する第２接続孔を第１
絶縁膜に形成し、次いで第１接続孔および第２接続孔の
各側壁にサイドウォールを形成するので、サイドウォー
ルは階段状に形成された接続孔の側壁に形成できる。そ
のため、サイドウォールによって接続孔の側壁は緩やか
な傾斜を持つ面に形成することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の接続孔に係わる実施形態の概略構成断
面図である。

【図２】本発明の接続孔の製造方法に係わる実施形態の
製造工程図である。

【図３】配線層の製造工程図である。

【符号の説明】

１１ 基板 １２ 導電性パターン １３ 第１絶
縁膜 １４ 第２絶縁膜 １５ 第１接続孔 １６ 第２
接続孔 １７ サイドウォール １８ 接続孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に形成した導電性パターンを覆う状
   態にして該基板上に形成された第１絶縁膜と該第１絶縁
   膜上に形成された第２絶縁膜とに連通して設けられてい
   るもので該導電性パターンに通じる半導体装置の接続孔
   であって、 前記接続孔は、 前記第２絶縁膜に形成された第１接続孔と、 前記第１接続孔に連通するとともに前記導電性パターン
   に通じ前記第１接続孔より小さい径を有するもので前記
   第１絶縁膜に形成された第２接続孔とからなり、 前記第１接続孔および前記第２接続孔の各側壁にサイド
   ウォールを備えたことを特徴とする半導体装置の接続
   孔。
2. 【請求項２】 基板に形成した導電性パターンを覆う状
   態にして該基板上に第１絶縁膜を形成する工程と、 前記第１絶縁膜上に第２絶縁膜を形成する工程と、 前記導電性パターンの上方における前記第２絶縁膜に第
   １接続孔を形成する工程と、 前記第１接続孔に連通するとともに前記導電性パターン
   に通じ前記第１接続孔より小さい径を有する第２接続孔
   を前記第１絶縁膜に形成する工程と、 前記第１接続孔および前記第２接続孔の各側壁にサイド
   ウォールを形成する工程とを備えたことを特徴とする半
   導体装置の接続孔の製造方法。