JPH10177992A - Taper etching method of micro contact hole - Google Patents

Taper etching method of micro contact hole

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JPH10177992A
JPH10177992A JP8335998A JP33599896A JPH10177992A JP H10177992 A JPH10177992 A JP H10177992A JP 8335998 A JP8335998 A JP 8335998A JP 33599896 A JP33599896 A JP 33599896A JP H10177992 A JPH10177992 A JP H10177992A
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JP
Japan
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etching
contact hole
ratio
hole
gas
Prior art date
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Application number
JP8335998A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Yoneda
博之 米田
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Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Publication of JPH10177992A publication Critical patent/JPH10177992A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a tapered micro contact hole having a high aspect ratio in the interlayer insulating film of a multilayer interconnection structure. SOLUTION: The etching of a contact hole H is performed by depositing fluorocarbon polymeric films 6 containing fluorine and carbon at a fluorine/ carbon ratio of 1 to 2 on the side walls of the hole H. The etching condition is controlled so that the ratio of the depositing rate RD of the C-F polymeric films 6 on the side walls of the hole H to the etching rate RE in the vertical direction may become 12-17. The gaseous starting material used for the etching is prepared by mixing a gas such as C4 F8 in which carbon atoms are cyclically coupled and one hydrogen substitute of fluorocarbon, such as CHF3 , CH2 F2 , CH3 F, etc., at a mixing ratio of 1:5 to 1:10 and an Ar gas is mixed with the gaseous starting material so that the flow rate of the Ar gas can become 60-85% of the total quantity of the mixed gas.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、多層配線構造の層
間絶縁膜のコンタクトホールを制御性よくテーパエッチ
ングする方法に関し、特に例えばコンタクトホール底径
が0.2μm、アスペクト比が5であるような微細コン
タクトホールをテーパエッチングする場合に好適な方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for taper-etching a contact hole of an interlayer insulating film of a multilayer wiring structure with good controllability, and more particularly to a method in which the contact hole has a bottom diameter of 0.2 .mu.m and an aspect ratio of 5, for example. The present invention relates to a method suitable for tapered etching of a fine contact hole.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子デバイスのデザインルールの
微細化と多層配線化が進むにつれて、層間絶縁膜の微細
コンタクトホールをエッチングする際には次のような問
題が生じている。図8は、層間絶縁層へのコンタクトホ
ールの形成から上層配線層形成までの工程を示す説明図
である。この工程は、図8(a)に示すようにシリコン
基板1上に層間絶縁膜2と下層配線層3を形成した後
に、コンタクトホールHを形成するためのフォトレジス
ト4をパターニングする工程と、図8(b)に示すよう
にドライエッチングにより層間絶縁膜2内にコンタクト
ホールHを形成する工程と、図8(c)に示すようにフ
ォトレジスト4を除去した後に上層配線層5を層間絶縁
膜2上に形成して上層配線層5をコンタクトホールH内
に埋め込む工程とを含む。このような構造において、下
層配線層3とコンタクトホールH内に埋め込まれた上層
配線層5との水平方向の距離aは、上層配線層5と下層
配線層3の耐圧を確保するために大きいほど望ましい。
2. Description of the Related Art In recent years, as the design rules of electronic devices have become finer and multilayer wiring has progressed, the following problems have arisen when etching fine contact holes in interlayer insulating films. FIG. 8 is an explanatory view showing steps from formation of a contact hole to an interlayer insulating layer to formation of an upper wiring layer. In this step, as shown in FIG. 8A, after forming an interlayer insulating film 2 and a lower wiring layer 3 on a silicon substrate 1, a photoresist 4 for forming a contact hole H is patterned. 8B, a step of forming a contact hole H in the interlayer insulating film 2 by dry etching, and a step of forming the upper wiring layer 5 after removing the photoresist 4 as shown in FIG. 8C. 2 and burying the upper wiring layer 5 in the contact hole H. In such a structure, the horizontal distance a between the lower wiring layer 3 and the upper wiring layer 5 buried in the contact hole H is larger as the breakdown voltage between the upper wiring layer 5 and the lower wiring layer 3 is ensured. desirable.

【0003】図9はデバイスのデザインルールが縮小さ
れた場合のコンタクトホール形成についての説明図であ
り、下層配線層3の間隔が縮小されている。この場合、
フォトレジスト4をパターニングする際に開口ホールK
の径を縮小する必要があるが、図9(a)に示すように
フォトレジストに形成した開口ホールの径がばらついた
り、また、図9(b)に示すようにフォトレジストに形
成した開口ホールの水平方向の位置がばらつくと、上記
距離aを確保することが困難になり、下層配線層3と上
層配線層5とがショートすることがある。更に、このよ
うなバラツキを吸収するためにフォトレジスト4の開口
ホールKの径を縮小すると、パターニングのフォーカス
マージンが減少したり、図9(c)に示すように開口不
良が発生してプロセスマージンが無くなるという問題点
が発生する。
FIG. 9 is an explanatory view of forming a contact hole when the design rule of a device is reduced, and the interval between the lower wiring layers 3 is reduced. in this case,
When patterning the photoresist 4, the opening hole K
It is necessary to reduce the diameter of the opening hole formed in the photoresist as shown in FIG. 9A, or the opening hole formed in the photoresist as shown in FIG. 9B. If the horizontal position of the first wiring pattern varies, it becomes difficult to secure the distance a, and the lower wiring layer 3 and the upper wiring layer 5 may be short-circuited. Further, when the diameter of the opening hole K of the photoresist 4 is reduced to absorb such variations, the focus margin of patterning is reduced, and as shown in FIG. This causes a problem of disappearing.

【0004】図10は、デバイスのデザインルールが縮
小された場合のテーパ形状コンタクトホール形成工程を
示す説明図である。デバイスのデザインルールの微細化
に伴い、下層配線層3との距離aを確保しながら、より
微細で高アスペクト比のコンタクトホールHを形成する
ためには、ドライエッチングによりコンタクトホールH
を形成する工程において、図10(a)に示すように、
プロセスマージンを十分有するように径bの開口ホール
Kを形成し、且つ下層配線層3との距離aを確保するた
めに、図10(b)に示すようにコンタクトホールHの
上径はフォトレジスト4の底径bを維持すると共に、コ
ンタクトホールHの底径は上径bより小さくなくような
テーパ状にエッチングする技術が必要になる。
FIG. 10 is an explanatory view showing a tapered contact hole forming step when the device design rule is reduced. With the miniaturization of device design rules, in order to form a finer and higher aspect ratio contact hole H while securing the distance a to the lower wiring layer 3, the contact hole H is formed by dry etching.
In the step of forming, as shown in FIG.
In order to form an opening hole K having a diameter b so as to have a sufficient process margin and to secure a distance a to the lower wiring layer 3, the upper diameter of the contact hole H is set to a photoresist as shown in FIG. In addition to maintaining the bottom diameter b of the contact hole 4, a technique for etching the contact hole H in a tapered shape so that the bottom diameter is not smaller than the upper diameter b is required.

【0005】層間絶縁膜2をテーパエッチングする従来
の方法としては、大別して次の(1)〜(3)に示す3
種類の方法が知られている。 (1)等方性エッチングと異方性エッチングを利用する
方法 (2)予めフォトレジストにテーパを形成してそのテー
パを転写する方法 (3)低温エッチングによって側壁保護膜を形成する方
Conventional methods of taper etching the interlayer insulating film 2 are roughly classified into the following three methods (1) to (3).
Different methods are known. (1) A method using isotropic etching and anisotropic etching (2) A method of forming a taper in a photoresist in advance and transferring the taper (3) A method of forming a sidewall protective film by low-temperature etching

【0006】上記(1)の方法は、例えば特開平6−0
53190号公報に記載されているもので、図11
(a)に示すようにフォトレジスト4に開口ホールKを
形成し、次に図11(b)に示すようにある程度等方性
のエッチングと異方性のエッチングを組み合わせて行う
ことでテーパ状のコンタクトホールHを形成し、続いて
図11(c)に示すようにフォトレジスト4を除去して
上層配線層5を埋め込む方法である。
The above method (1) is disclosed in, for example,
No. 53190, and FIG.
As shown in FIG. 11A, an opening hole K is formed in the photoresist 4 and then, as shown in FIG. In this method, a contact hole H is formed, and then, as shown in FIG. 11C, the photoresist 4 is removed and the upper wiring layer 5 is buried.

【0007】上記(2)の方法は、例えば特開平5−2
83358号公報に記載されているもので、まず図12
(a)に示すように全面露光とマスクを用いた露光の2
回露光により予めフォトレジスト4にテーパ状の開口ホ
ールKを形成し、次いで図12(b)に示すようにフォ
トレジスト4との選択比が低い条件でエッチングするこ
とによりフォトレジスト4のテーパを絶縁膜2に転写し
てコンタクトホールHを形成し、続いて図12(c)に
示すようにフォトレジスト4を除去して上層配線層5を
埋め込む方法である。
The method (2) is described in, for example,
No. 83358, and FIG.
(A) As shown in FIG.
A tapered opening hole K is formed in the photoresist 4 in advance by multiple exposures, and then the taper of the photoresist 4 is insulated by etching under conditions having a low selectivity to the photoresist 4 as shown in FIG. This is a method in which a contact hole H is formed by transferring to the film 2 and then the photoresist 4 is removed and the upper wiring layer 5 is buried as shown in FIG.

【0008】また、上記(3)の方法は、例えば特開平
5−102107号公報に記載されているもので、図1
3(a)に示すようにフォトレジスト4に開口ホールK
を形成した後、図13(b)に示すようにフロロカーボ
ン系の重合膜6を堆積させながらエッチングしてコンタ
クトホールHを形成し、続いて図13(c)に示すよう
にフォトレジスト4を除去して上層配線層5を埋め込む
方法である。
The method (3) is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-102107.
As shown in FIG. 3A, an opening hole K is formed in the photoresist 4.
After the formation, a contact hole H is formed by etching while depositing a fluorocarbon polymer film 6 as shown in FIG. 13B, and then the photoresist 4 is removed as shown in FIG. 13C. Then, the upper wiring layer 5 is buried.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
(1)の方法は、コンタクトホールHの開口がフォトレ
ジスト4に形成した開口ホールKの底径bと同じである
ので、下層配線層3との距離aにマージンが無くなり、
図11(c)に示すように下層配線層3と上層配線層5
とがショート起こす場合があるという問題がある。ま
た、フォトレジスト4に形成される開口ホールKの径b
を例えば0.2μmのように小さくすることができれば
マージンは有るが、そのような開口ホールKを形成する
ことは困難である。
However, in the method (1), since the opening of the contact hole H is the same as the bottom diameter b of the opening hole K formed in the photoresist 4, the method of (1) is difficult. There is no margin at distance a,
As shown in FIG. 11C, the lower wiring layer 3 and the upper wiring layer 5
There is a problem that a short circuit may occur. Also, the diameter b of the opening hole K formed in the photoresist 4
Can be reduced to, for example, 0.2 μm, there is a margin, but it is difficult to form such an opening hole K.

【0010】また、上記(2)の方法によると、コンタ
クトホールHの上径がフォトレジスト4に形成した開口
ホールKの底径より広がるので、下層配線層3とのマー
ジンが無くなり、図12(c)に示すように上層配線層
5と下層配線層3とがショートすることがあるという問
題がある。
According to the above method (2), the top diameter of the contact hole H is larger than the bottom diameter of the opening hole K formed in the photoresist 4, so that there is no margin with the lower wiring layer 3 and FIG. As shown in c), there is a problem that the upper wiring layer 5 and the lower wiring layer 3 may be short-circuited.

【0011】上記(3)の方法は、CF4/CHF3/A
rガス系を用い、CF4は反応性イオン、CHF3は重合
膜の基となるラジカルを利用しており、フロロカーボン
系の重合膜を堆積させながらエッチングする方法であ
り、この方法によれば上記(2)の場合のようにコンタ
クトホールHの上径がフォトレジスト4に形成した開口
ホールKの底径より広がる問題は解決される。しかしな
がら、図13(b)に示すように重合膜6の堆積がホー
ルHの底部においても起こるので、微細(例えばホール
底径が0.2μm)で高アスペクト比(例えば5)のホ
ールHを形成するためにはエッチング種の入射量が少な
くなる上、過剰な保護効果によりエッチングの進行が阻
害されたり、エッチングが途中で停止し(マイクロロー
ディング効果の発生)、図13(c)に示すように開口
不良を起こすという問題点がある。
The above method (3) uses CF 4 / CHF 3 / A
Using an r gas system, CF 4 utilizes reactive ions, and CHF 3 utilizes radicals that form the basis of a polymer film, and is a method of etching while depositing a fluorocarbon polymer film. The problem that the top diameter of the contact hole H is larger than the bottom diameter of the opening hole K formed in the photoresist 4 as in the case of (2) is solved. However, as shown in FIG. 13B, the deposition of the polymer film 6 also occurs at the bottom of the hole H, so that the hole H having a fine size (for example, a hole bottom diameter of 0.2 μm) and a high aspect ratio (for example, 5) is formed. In order to perform this, the incident amount of the etching species is reduced, and furthermore, the progress of the etching is hindered by the excessive protection effect, or the etching is stopped halfway (generation of the microloading effect), as shown in FIG. There is a problem of causing poor opening.

【0012】したがって、上記(3)の方法は微細、高
アスペクト比のコンタクトホールHをエッチングする場
合には不適であり、従来よりも微細、高アスペクト比の
コンタクトホールHのテーパ角をコントロールしてエッ
チングするためには、ホールHの側壁への重合膜の堆積
とマイクロローディング効果の発生とのトレードオフを
解決する必要がある。すなわち、従来例(3)のテーパ
エッチング法を微細、高アスペクト比のコンタクトホー
ルHに適用する場合の問題点は、側壁保護を目的とする
重合膜がホール底部にも堆積され、この重合膜によりエ
ッチングが阻害されることにある。
Therefore, the method (3) is not suitable for etching a fine and high aspect ratio contact hole H, and controls the taper angle of the fine and high aspect ratio contact hole H as compared with the conventional method. In order to perform the etching, it is necessary to solve a trade-off between the deposition of the polymer film on the side wall of the hole H and the occurrence of the microloading effect. That is, when the taper etching method of the conventional example (3) is applied to the contact hole H having a fine and high aspect ratio, a problem is that a polymer film for protecting the side wall is deposited also on the bottom of the hole. Etching is hindered.

【0013】本発明は上記従来の問題点に鑑み、多層配
線構造の層間絶縁膜に対して微細、高アスペクト比のテ
ーパ形状のコンタクトホールを形成することができる微
細コンタクトホールのテーパエッチング方法を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and provides a taper etching method for a fine contact hole capable of forming a fine, high aspect ratio tapered contact hole in an interlayer insulating film having a multilayer wiring structure. The purpose is to do.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】微細な多層配線構造を有
するデバイスをエッチングする際に、下層配線層3の微
小間隔に上記距離aのマージンを得るためには重合膜の
堆積現象を制御する方法が必要になる。この場合、先
ず、定性的には、テーパ形状を得るために側壁には多量
の重合膜の堆積が必要になり、ホール底面の垂直方向の
エッチングレートに対するホール側壁への堆積レートの
比を十分大きくする必要がある。且つ、微細な径であっ
てもエッチングを進行させるためには、重合膜の耐ドラ
イエッチング性が弱く、イオン衝撃のあるホール底面の
重合膜を容易に除去することができる特性が必要にな
る。
In order to obtain a margin of the above-mentioned distance a at a minute interval of the lower wiring layer 3 when etching a device having a fine multilayer wiring structure, there is provided a method of controlling a deposition phenomenon of a polymer film. Is required. In this case, first, qualitatively, it is necessary to deposit a large amount of a polymer film on the side wall to obtain a tapered shape, and the ratio of the deposition rate on the hole side wall to the etching rate in the vertical direction of the hole bottom surface is sufficiently large. There is a need to. In addition, in order to progress the etching even if the diameter is small, it is necessary that the dry etching resistance of the polymer film is weak, and that the polymer film on the bottom surface of the hole having the ion bombardment can be easily removed.

【0015】本発明では、前記目的を達成するために、
多層配線構造の層間絶縁膜の微細コンタクトホールをド
ライエッチングにより75゜以上90゜未満のテーパ角
度をつけてエッチングする微細コンタクトホールのテー
パエッチング方法において、ホールの側壁にフッ素/炭
素比が1〜2の組成を有するフロロカーボン系の重合膜
を堆積させながらエッチングすることを特徴とする。ホ
ールの側壁に対する重合膜の堆積速度RDと垂直方向の
エッチングレートREとの比RE/RDは12〜17とす
るのが好ましい。
In the present invention, in order to achieve the above object,
In a taper etching method for a fine contact hole in which a fine contact hole of an interlayer insulating film of a multi-layer wiring structure is dry-etched with a taper angle of not less than 75 ° and less than 90 °, a fluorine / carbon ratio of 1 to 2 is provided on a side wall of the hole. And etching while depositing a fluorocarbon polymer film having the following composition. The ratio R E / R D of the deposition rate R D of the polymer film to the side wall of the hole and the etching rate R E in the vertical direction is preferably 12 to 17.

【0016】エッチングはナローギャップ型ドライエッ
チング装置を用いて行うことができ、炭素が環状結合し
た構造のガスと、CHF3,CH22,CH3Fなどのフ
ロロカーボンガスの水素置換体を体積混合比1:5〜
1:10の割合で用い、且つAr流量が総ガス量の60
〜85%となるような混合ガスを用いることができる。
フロロカーボンガスは1種類のものであっても、複数種
類のものを混合して用いてもよい。
The etching can be carried out by using a narrow gap type dry etching apparatus. A gas having a structure in which carbon is cyclically bonded and a hydrogen-substituted fluorocarbon gas such as CHF 3 , CH 2 F 2 , CH 3 F are used. Mixing ratio 1: 5
1:10, and the Ar flow rate is 60% of the total gas amount.
A mixed gas of up to 85% can be used.
The fluorocarbon gas may be of one type or a mixture of a plurality of types.

【0017】次に、本発明の方法によって形成されるコ
ンタクトホールの形状について説明する。C48などの
ように炭素の環状結合を有し、分子量が大きなガスを平
行平板RIE(反応性イオンエッチング)に用いると、
平行平板のナローギャップ型RIEではC48の分解が
進みにくく、C−Cの結合を複数個持つ大きな分子量の
まま基板へ堆積するので、C−F系の重合膜の堆積速度
が大きくなる。特に水素を含むCHXYガスの存在下
(混合比、例えばC48/CHF3=0.1〜0.2)
において堆積速度が大きくなる(堆積速度RD=200
〜400Å/min)。また、ホールHの側壁は基本的
にイオン衝撃がなく、ラジカルの重合反応がドミナント
であるので重合膜の堆積量が多くなり、したがって、サ
イドエッチングを完全に防止することができ、その結
果、エッチングの進行に伴って順次、径が小さくなり、
テーパ形状を得ることができる。
Next, the shape of the contact hole formed by the method of the present invention will be described. When a gas having a carbon ring bond and a large molecular weight such as C 4 F 8 is used for parallel plate RIE (reactive ion etching),
In the parallel plate narrow gap type RIE, the decomposition of C 4 F 8 is difficult to proceed, and the C 4 F 8 is deposited on the substrate with a large molecular weight having a plurality of C—C bonds, so that the deposition rate of the C—F polymer film increases. . In particular the presence of CH X F Y gas containing hydrogen (mixing ratio, for example, C 4 F 8 / CHF 3 = 0.1~0.2)
, The deposition rate increases (deposition rate R D = 200
Å400 ° / min). Further, since the side wall of the hole H is basically free of ion bombardment and the radical polymerization reaction is dominant, the amount of the polymer film deposited increases, and therefore, the side etching can be completely prevented. The diameter gradually decreases with the progress of
A tapered shape can be obtained.

【0018】次に、本発明の方法によるテーパ角度の制
御と、微細なホールであってもエッチングを進行させる
ことができる点について説明する。C48などのように
炭素の環状結合を有し、分子量が大きなガスを、水素を
含むCHXYガスの存在下において平行平板RIEのエ
ッチングに用いるもう1つの効果は、重合膜の組成がF
リッチになることである。C48/CHF3の流量比
0.1〜0.2、C48の流量3〜6sccmの範囲
で、F/C比を1〜2に制御することができる。ホール
Hの底面はイオン衝撃を受け、重合膜はスパッタ除去さ
れたり、酸化膜をエッチングして発生した酸素により分
解されたり、また、エッチングのために消費されたりす
る。分解、消費の速度はFリッチほど大きくなり(耐ド
ライエッチング性が弱くなり)、微細なホールでもエッ
チングが重合膜により阻害されることなく加工可能とな
り、ホール底部の基板方向のエッチングレートREを得
ることができる。
Next, the control of the taper angle by the method of the present invention and the fact that the etching can proceed even with a fine hole will be described. Another effect of using a gas having a cyclic bond of carbon and a high molecular weight such as C 4 F 8 in the etching of parallel plate RIE in the presence of hydrogen-containing CH X F Y gas is another effect of the polymer film. Composition is F
It is to become rich. The F / C ratio can be controlled to 1 or 2 in the range of the flow rate ratio of C 4 F 8 / CHF 3 of 0.1 to 0.2 and the flow rate of C 4 F 8 of 3 to 6 sccm. The bottom surface of the hole H is subjected to ion bombardment, and the polymer film is removed by spattering, decomposed by oxygen generated by etching the oxide film, or consumed for etching. The rate of decomposition and consumption becomes larger as the F-rich becomes (the dry etching resistance becomes weaker), and even fine holes can be processed without being hindered by the polymer film, and the etching rate R E in the substrate direction at the bottom of the hole can be reduced. Obtainable.

【0019】また、ホール底部の基板方向のエッチング
レートREと側壁堆積レートRDはArガス流量により制
御することができる。この場合、Arを総ガス流量の6
0〜80%にすることによりRE/RD比を12〜17に
制御することができ、このRE/RD比の制御によりコン
タクトホールのテーパ角度を75°以上90°未満に制
御することができる。また、このようなテーパ形状のコ
ンタクトホールは、酸化メタル材による断熱不良も少な
くなる。
Further, the etching rate R E and sidewall deposition rate R D of the substrate direction of the hole bottom can be controlled by the Ar gas flow rate. In this case, Ar is set to 6 of the total gas flow rate.
It is possible to control the R E / R D ratio 12 to 17 by the 0-80%, to control the taper angle of the contact hole less than 75 ° or 90 ° by the control of the R E / R D ratio be able to. In addition, such a tapered contact hole reduces heat insulation defects due to the metal oxide material.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図1は、本発明に係る微細コンタ
クトホールのテーパエッチング方法の一実施形態を示す
工程図である。本発明は、図1(a)に示すようにシリ
コン基板1上に層間絶縁膜2と下層配線層3を形成した
後に、コンタクトホールHを形成するためのフォトレジ
スト4をパターニングする工程と、図1(b)に示すよ
うにドライエッチングにより層間絶縁膜2内にテーパ状
のコンタクトホールHを形成する工程と、図1(c)に
示すようにフォトレジスト4を除去した後に上層配線層
5を層間絶縁膜2上に形成して上層配線層5をコンタク
トホールH内に埋め込む工程とを有する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a process chart showing one embodiment of a taper etching method for a fine contact hole according to the present invention. According to the present invention, a step of patterning a photoresist 4 for forming a contact hole H after forming an interlayer insulating film 2 and a lower wiring layer 3 on a silicon substrate 1 as shown in FIG. 1B, a step of forming a tapered contact hole H in the interlayer insulating film 2 by dry etching, and a step of forming the upper wiring layer 5 after removing the photoresist 4 as shown in FIG. Forming an upper wiring layer 5 in the contact hole H by forming it on the interlayer insulating film 2.

【0021】層間絶縁膜2をエッチングしてテーパ状の
コンタクトホールHを形成する場合、ナローギャップ型
RIE(反応性イオンエッチング)を用いてコンタクト
ホールHの側壁にフッ素/炭素比(F/C比)が1〜2
の組成を有するフロロカーボン(C−F)系の重合膜6
を堆積させながらエッチングを行う。また、C−F系重
合膜6のコンタクトホールHの側壁に対する堆積速度R
Dと垂直方向のエッチングレートREとの比(RE/R
D比)が12〜17になるようにしてエッチングを行
う。
When the interlayer insulating film 2 is etched to form a tapered contact hole H, a narrow gap type RIE (reactive ion etching) is used to form a fluorine / carbon ratio (F / C ratio) on the side wall of the contact hole H. ) Is 1-2
(CF) polymer film 6 having the following composition:
Is etched while depositing. Further, the deposition rate R of the CF polymer film 6 on the side wall of the contact hole H is shown.
D and the ratio of the vertical etching rate R E (R E / R
Etching is performed so that the ( D ratio) becomes 12 to 17.

【0022】更に、C−F系重合膜6の組成比(F/C
比)とRE/RD比が上記数値範囲になるように制御する
方法として、ナローギャップ型RIE装置を用いてC−
F系重合膜6を形成するための原料ガスとして、C48
などの炭素が環状結合した構造のガスと、CHF3、C
22、CH3Fなどのフロロカーボン(C−F)ガス
の水素置換体を体積混合比(流量比)1:5〜1:10
の割合で用い、且つArガス流量が総ガス量の60〜8
5%となるような混合ガスを用いる。
Further, the composition ratio of the CF polymer film 6 (F / C
Ratio) and R E / R D ratio are controlled so as to be within the above numerical ranges by using a narrow gap type RIE apparatus.
As a raw material gas for forming the F-based polymer film 6, C 4 F 8
Gas having a structure in which carbon is cyclically bonded to CHF 3 , C
H 2 F 2, CH 3 fluorocarbon such as F (C-F) volume mixing ratio of hydrogen substituted product gas (flow ratio) 1: 5:00 to 1:10
And the Ar gas flow rate is 60 to 8 of the total gas amount.
A mixed gas having a concentration of 5% is used.

【0023】図2は、C48流量、C48/CHF3
量比と、重合膜の堆積レートRD及びF/C比の関係を
示す図である。図2から、C48流量、C48/CHF
3流量比が増加すると、重合膜6の堆積レートRDが増加
すると共に、F/C比が増加することがわかる。また、
図3はF/C比とフォトレジストに形成した開口ホール
径0.4μmの場合の垂直方向のエッチングレートRE
の関係を示す図である。図3から、F/C比が増加する
とエッチングレートREが増加することが分かる。図2
から、F/C比が1〜2の範囲では重合膜6の側壁への
堆積レートRDが大きいが、微細な径(φ=0.4μ
m)の場合にもエッチングが阻害されずに高いエッチン
グレートREでエッチングが進行することが分かる。な
お、分析はX線光電子分光法によって行った。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the C 4 F 8 flow rate, the C 4 F 8 / CHF 3 flow rate ratio, the deposition rate RD of the polymer film, and the F / C ratio. From FIG. 2, the C 4 F 8 flow rate, C 4 F 8 / CHF
3 It can be seen that when the flow rate ratio increases, the F / C ratio increases as the deposition rate RD of the polymer film 6 increases. Also,
FIG. 3 shows the etching rate R E in the vertical direction when the F / C ratio and the diameter of the opening hole formed in the photoresist are 0.4 μm.
FIG. FIG. 3 shows that the etching rate R E increases as the F / C ratio increases. FIG.
Therefore, when the F / C ratio is in the range of 1-2, the deposition rate RD on the side wall of the polymer film 6 is large, but the fine diameter (φ = 0.4 μm) is obtained.
It can be seen that even etching progresses at a high etching rate R E without being inhibited etching in the case of m). The analysis was performed by X-ray photoelectron spectroscopy.

【0024】図4は、F/C比とテーパ角度の関係を示
す図である。図4から、F/C比が1〜2の範囲でテー
パ角度80°〜84°のテーパエッチングが可能なこと
が分かる。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the F / C ratio and the taper angle. FIG. 4 shows that taper etching with a taper angle of 80 ° to 84 ° is possible when the F / C ratio is in the range of 1 to 2.

【0025】テーパ角度は、トータルガス流量に対する
Arガス流量の割合でコントロールすることにより、更
に制御範囲を広げることができる。トータルガス流量に
対するArガス流量の割合でテーパ角度を制御できるこ
とについて図5、図6により説明する。
The control range can be further expanded by controlling the taper angle by the ratio of the Ar gas flow rate to the total gas flow rate. The fact that the taper angle can be controlled by the ratio of the Ar gas flow rate to the total gas flow rate will be described with reference to FIGS.

【0026】図5は、Arガス流量を5sccmに固定
してトータルガス流量を変化させた場合の、トータルガ
ス流量に対するArガス流量の割合とホール底部の基板
方向のエッチングレートREと側壁堆積レートRDの比R
E/RDとの関係を示す図である。Arガス流量をトータ
ル流量の60〜80%の範囲とするとRE/RD比を12
〜17に制御することができる。Arガス流量の割合が
60%未満の場合には、側壁への堆積が過剰になると共
にエッチングレートREが低下してマイクロローディン
グ効果が顕著となる。また、Arガス流量の割合が80
%を越える場合には、エッチング種(イオン、ラジカ
ル)の密度が低下することによりエッチングレートRE
が低下してマイクロローディング効果が顕著となる。
[0026] Figure 5, when changing the total gas flow rate was fixed Ar gas flow rate 5 sccm, the substrate direction of the etching rate ratio and the hole bottom of the Ar gas flow rate to the total gas flow rate R E and sidewall deposition rate R D ratio R
It is a figure which shows the relationship with E / RD . When the Ar gas flow rate is in the range of 60 to 80% of the total flow rate, the R E / R D ratio becomes 12
~ 17. When the ratio of the Ar gas flow rate is less than 60%, micro-loading effect becomes remarkable decreases the etching rate R E together with the deposition on the sidewalls becomes excessive. The ratio of the Ar gas flow rate is 80
%, The density of the etching species (ions, radicals) decreases, and the etching rate R E
And the microloading effect becomes significant.

【0027】図6は、テーパ角度とRE/RD比の関係を
示す図である。テーパ角度はデバイス構造に併せて設定
することができるが、本発明の方法によれば75°以上
90°未満の範囲で制御することができる。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the taper angle and the ratio R E / R D. The taper angle can be set according to the device structure, but according to the method of the present invention, it can be controlled within the range of 75 ° or more and less than 90 °.

【0028】これらの基本データに基づき、図7を参照
して、本発明によるとテーパ角度を制御することができ
ると共に、微細なホールにおいてマイクロローディング
効果が抑制されることのメカニズムを説明する。図7に
はF−C系の重合膜6が厚く堆積して示されているが、
その理由は、炭素の環状結合を有するC48等を親分子
とするラジカルが、C−C結合を複数個持つ大きな分子
量のままで堆積するために単位時間当たりの堆積分子量
が多くなるからである。
Referring to FIG. 7, based on these basic data, the mechanism by which the taper angle can be controlled according to the present invention and the micro-loading effect is suppressed in fine holes will be described. FIG. 7 shows the FC polymer film 6 deposited thickly.
The reason is that radicals having a carbon cyclic bond, such as C 4 F 8, as a parent molecule are deposited with a large molecular weight having a plurality of CC bonds, so that the deposited molecular weight per unit time increases. It is.

【0029】側壁は基本的には膜厚方向にイオン衝撃を
受けないので、この側壁における表面反応はラジカルの
堆積反応がドミナントであり、側壁の酸化膜をエッチン
グするエッチング性ラジカルに対しての保護効果が大き
い。したがって、エッチングの進行に伴い、コンタクト
ホール径が順次小さくなり、テーパ形状が形成される。
一方、ホール底部では、ラジカルの堆積自体は等方性で
あるので側壁同様に発生するが、重合膜6が図7に示す
ようにイオン衝撃を受けるのでスパッタ除去されたり、
SiO2をエッチングして発生する酸素により分解され
る。また、重合膜6がFリッチな膜であるので、分解さ
れて発生したFラジカルが酸化膜のエッチング種として
働くため、側壁におけるような保護効果が小さくエッチ
ングが進行する。
Since the side wall is basically not subjected to ion bombardment in the film thickness direction, the surface reaction on this side wall is a dominant radical deposition reaction, and protection against etching radicals that etch the oxide film on the side wall. Great effect. Therefore, as the etching progresses, the diameter of the contact hole gradually decreases, and a tapered shape is formed.
On the other hand, at the bottom of the hole, radical deposition itself is isotropic and occurs similarly to the side wall. However, the polymer film 6 is subjected to ion bombardment as shown in FIG.
It is decomposed by oxygen generated by etching SiO 2 . Further, since the polymer film 6 is an F-rich film, the F radicals generated by the decomposition work as etching species for the oxide film, so that the protection effect on the side wall is small and the etching proceeds.

【0030】テーパ角度は側壁と底面における重合膜の
保護効果のバランスによりコントロールすることがで
き、適用デバイスに合わせて図5、図6に示すようにA
rガス流量により定量制御することができる。
The taper angle can be controlled by the balance of the protective effect of the polymer film on the side wall and the bottom surface. As shown in FIGS.
Quantitative control can be performed by the r gas flow rate.

【0031】ここでエッチングの具体例を示すと、例え
ばSi基板1からの高さ0.7μmの位置に下層配線層
3が存在し、深さが1.1μmの層間絶縁膜2(TEO
S−NSG)上に対してフォトレジスト4により下径が
φ=0.45μmのホールパターンを形成し、下層配線
層3の間隔0.7μmの間にマージン0.2μm以上を
確保するために82°のテーパ加工を行う場合、エッチ
ング条件を以下にように設定する。
Here, a specific example of the etching will be described. For example, the lower wiring layer 3 exists at a height of 0.7 μm from the Si substrate 1 and the interlayer insulating film 2 (TEO
A hole pattern having a lower diameter φ = 0.45 μm is formed on the S-NSG) by the photoresist 4, and a margin of 0.2 μm or more is secured between the lower wiring layers 3 at intervals of 0.7 μm. When performing the taper processing of °, the etching conditions are set as follows.

【0032】 圧力 :200〜400mTorr 高周波電力密度:3.5〜4.5w/cm2 CF4 :10〜30sccm CHF3 :20〜50sccm C48 :3〜10sccm Ar :100〜450sccm 温度 :下部電極の設定0℃Pressure: 200 to 400 mTorr High frequency power density: 3.5 to 4.5 w / cm 2 CF 4 : 10 to 30 sccm CHF 3 : 20 to 50 sccm C 4 F 8 : 3 to 10 sccm Ar: 100 to 450 sccm Temperature: lower part Electrode setting 0 ° C

【0033】そして、テーパ角度82°を得るために、
図5、図6からトータルガス流量に対するArガス流量
の割合を73%に設定する。このような条件でエッチン
グを行った後、断面形状をSEM観察したところ、上径
がφ=0.5μm、下径がφ=0.2μm、テーパ角度
82°のテーパ状コンタクトホールを得ることができ
た。
Then, in order to obtain a taper angle of 82 °,
5 and 6, the ratio of the Ar gas flow rate to the total gas flow rate is set to 73%. After etching under these conditions, the cross-sectional shape was observed by SEM. As a result, a tapered contact hole having an upper diameter of φ = 0.5 μm, a lower diameter of φ = 0.2 μm, and a taper angle of 82 ° was obtained. did it.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明によると、多層配線構造の層間絶
縁膜に対して上径がマスク材の下径とほぼ等しく、下層
配線層との間にマージンがあるテーパ形状の微細なコン
タクトホールを形成することができる。従って、フォト
レジストマスクのパターニングにおいて径を大きくする
ことができ、微細な多層配線構造デバイスのコンタクト
ホール形成を容易に行うことができる。
According to the present invention, a tapered fine contact hole having an upper diameter substantially equal to the lower diameter of the mask material with respect to the interlayer insulating film of the multilayer wiring structure and having a margin with the lower wiring layer. Can be formed. Therefore, the diameter can be increased in the patterning of the photoresist mask, and the contact hole of a fine multilayer wiring structure device can be easily formed.

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

【図1】本発明に係る微細コンタクトホールのテーパエ
ッチング方法の一実施形態を示す工程図。
FIG. 1 is a process chart showing an embodiment of a taper etching method for a fine contact hole according to the present invention.

【図2】C48流量、C48/CHF3流量比と、重合
膜の堆積レートRD及びF/C比の関係を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a C 4 F 8 flow rate, a C 4 F 8 / CHF 3 flow rate ratio, a deposition rate RD of a polymer film, and an F / C ratio.

【図3】F/C比と垂直方向のエッチングレートRE
関係を示す図。
Figure 3 is a graph showing the relationship between F / C ratio and the vertical etching rate R E.

【図4】F/C比とテーパ角度の関係を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between an F / C ratio and a taper angle.

【図5】トータルガス流量に対するArガス流量の割合
とホール底部の基板方向のエッチングレートREと側壁
堆積レートRDとの比RE/RDの関係を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the ratio of the Ar gas flow rate to the total gas flow rate and the ratio R E / R D of the etching rate R E in the substrate direction at the bottom of the hole and the side wall deposition rate R D.

【図6】テーパ角度とRE/RD比の関係を示す図。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the taper angle and the ratio R E / R D.

【図7】本発明の原理を示す説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram showing the principle of the present invention.

【図8】一般的なコンタクトホール形成方法を示す工程
図。
FIG. 8 is a process chart showing a general contact hole forming method.

【図9】デザインルールが縮小された場合の一般的なコ
ンタクトホール形成についての説明図。
FIG. 9 is an explanatory diagram of general contact hole formation when a design rule is reduced.

【図10】デバイスのデザインルールが縮小された場合
のテーパ形状コンタクトホール形成工程を示す説明図。
FIG. 10 is an explanatory view showing a tapered contact hole forming step when the device design rule is reduced.

【図11】従来のテーパエッチング方法を示す工程図。FIG. 11 is a process chart showing a conventional taper etching method.

【図12】従来のテーパエッチング方法を示す工程図。FIG. 12 is a process chart showing a conventional taper etching method.

【図13】従来のテーパエッチング方法を示す工程図。FIG. 13 is a process chart showing a conventional taper etching method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

H…コンタクトホール K…開口ホール 1…シリコン基板 2…層間絶縁膜 3…下層配線層 4…フォトレジスト 5…上層配線層 H: Contact hole K: Opening hole 1: Silicon substrate 2: Interlayer insulating film 3: Lower wiring layer 4: Photoresist 5: Upper wiring layer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 多層配線構造の層間絶縁膜の微細コンタ
クトホールをドライエッチングにより75゜以上90゜
未満のテーパ角度をつけてエッチングする微細コンタク
トホールのテーパエッチング方法において、 ホールの側壁にフッ素/炭素比が1〜2の組成を有する
フロロカーボン系の重合膜を堆積させながらエッチング
することを特徴とする微細コンタクトホールのテーパエ
ッチング方法。
1. A taper etching method for a fine contact hole in which a fine contact hole of an interlayer insulating film of a multilayer wiring structure is etched by dry etching with a taper angle of 75 ° or more and less than 90 °. A taper etching method for a fine contact hole, characterized in that etching is performed while depositing a fluorocarbon polymer film having a composition with a ratio of 1 to 2.
【請求項2】 前記ホールの側壁に対する重合膜の堆積
速度RDと垂直方向のエッチングレートREとの比RE
Dが12〜17となるようにしてエッチングを行うこ
とを特徴とする請求項1記載の微細コンタクトホールの
テーパエッチング方法。
2. The ratio R E / R between the deposition rate R D of the polymer film on the side wall of the hole and the etching rate R E in the vertical direction.
2. The method according to claim 1, wherein the etching is performed so that R D is 12 to 17.
【請求項3】 前記エッチングをナローギャップ型ドラ
イエッチング装置を用いて行い、炭素が環状結合した構
造のガスとフロロカーボンガスの水素置換体を体積混合
比1:5〜1:10の割合で用い、且つArガス流量が
総ガス量の60〜85%となるような混合ガスを用いる
ことを特徴とする請求項1又は2記載の微細コンタクト
ホールのテーパエッチング方法。
3. The etching is performed using a narrow gap type dry etching apparatus, using a gas having a structure in which carbon is cyclically bonded and a hydrogen-substituted fluorocarbon gas in a volume mixing ratio of 1: 5 to 1:10, 3. The method according to claim 1, wherein a mixed gas having an Ar gas flow rate of 60 to 85% of the total gas amount is used.
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