JPH1022277A - 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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JPH1022277A
JPH1022277A JP19156896A JP19156896A JPH1022277A JP H1022277 A JPH1022277 A JP H1022277A JP 19156896 A JP19156896 A JP 19156896A JP 19156896 A JP19156896 A JP 19156896A JP H1022277 A JPH1022277 A JP H1022277A
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JP
Japan
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film
etching
temperature
semiconductor device
tungsten
Prior art date
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Withdrawn
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JP19156896A
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English (en)
Inventor
Yoshio Muto
嘉男 武藤
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 不揮発性のチタンフッ化物を発生させること
なく、タングステンプラグを高スループットに、かつ、
高選択比に形成する。 【解決手段】 絶縁膜2に形成されたコンタクト孔3内
に形成されたTiN膜4と、前記TiN膜4上に形成さ
れたタングステン膜5とを備える半導体装置の製造方法
で、前記タングステン膜5を、30℃以上の温度にて、
フッ素を含むガスを励起させたプラズマを用いて、コン
タクト孔3がタングステン膜5にて埋まる程度にエッチ
ングする第1の工程と、前記第1の工程後、0℃以下の
温度にて、塩素を含むガスを励起させたプラズマを用い
て前記TiN膜4をエッチングする第2の工程とを備え
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、半導体装置の製造
方法に関し、特に、コンタクト孔内に形成された、少な
くともTiを含む膜と、このTiを含む膜の上方に形成
されてなるタングステン膜とを含む積層膜をエッチング
する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】以下、従来技術の一例として、平行平板
型エッチング装置にて、コンタクトホール内にタングス
テンプラグを形成する場合について説明する。図2
(a)は、シリコン基板21上にCVD(化学的気相成
長法)によりBPSG膜22を堆積し、コンタクトホー
ルパターンのフォトレジスト(不図示)を形成し、これ
をマスクにして、CF4 、CHF3 、Arの混合ガスを
用いた反応性(リアクティブ)イオンエッチングを行っ
て上層配線と接続するためのコンタクトホール23を開
口し、02 プラズマ処理によりフォトレジストを灰化し
て除去した状態を示している。
【0003】図2(b)は、スパッタリングによりTi
N膜24を膜厚1000Å形成し、さらにその上にCV
D−タングステン膜25を膜厚6000Å形成した時の
シリコン基板21の断面図である。
【0004】この場合、平行平板型エッチング装置の反
応室にシリコン基板21を搬入して異方性エッチングを
行うが、このエッチングは以下に示す合計2つのステッ
プで行う。
【0005】すなわち、 まず、ステップ1として、次
の条件でタングステン膜25をエッチングする。 使用ガス及び流量:SF6 /Ar=110/90 sc
cm エッチング圧力 :500 mTorr RFパワー :400 W 下部電極温度 :−10℃、あるいは40℃
【0006】図2(c)、(c′)は、平行平板型エッ
チング装置に設けられた、シリコン基板21の温度を設
定するための下部電極(不図示)の温度が、それぞれ、
−10℃、40℃のときのシリコン基板21の断面図を
示したものである。
【0007】引き続き、ステップ2として次の条件でT
iN膜24をエッチングする。この場合、TiN膜厚に
換算して1000Å相当をオーバーエッチしたところで
エッチング処理を終了する。 使用ガス及び流量:Cl2 /Ar=50/50 scc
m エッチング圧力 :425 mTorr RFパワー :400 W 下部電極温度 :−10℃、あるいは40℃
【0008】図2(d)、(d′)は、平行平板型エッ
チング装置に設けられた、シリコン基板21が載置さ
れ、シリコン基板21の温度を設定するための下部電極
(不図示)の温度がそれぞれ、−10℃、40℃のとき
のシリコン基板21の断面を示したものである。
【0009】以上、ステップ1及びステップ2のエッチ
ングを行うことにより、タングステン膜25とTiN膜
24とを含む積層膜からタングステンプラグ125を形
成していた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来技術によるタング
ステンプラグの形成方法において、シリコン基板21温
度を0℃以下の低温に保ってエッチングを行うと、ステ
ップ1のオーバーエッチ時にフッ素イオンによりTiN
表面が衝撃され、図2(c)に示すように、不揮発性の
エッチング生成物であるチタンフッ化物26が発生す
る。
【0011】このため、ステップ2におけるTiN膜2
4のエッチ時に、図2(d)に示すように、前記チタン
フッ化物26がマスクとなってTiN膜24のエッチン
グ残渣が発生するため、配線間のショートが起こるとい
う問題があった。
【0012】また、前述の問題を回避するために、シリ
コン基板21の温度を30℃以上の高温に保ってエッチ
ングを行うと、図2(c′)に示すように、チタンフッ
化物26は揮発するが、ステップ2のTiN膜24のエ
ッチング時に、図2(d′)に示すように、対下地膜
(BPSG膜22)選択比が低下して下地膜を必要以上
にエッチングしてしまう。
【0013】このため、面荒れ27を発生させたり、対
タングステン膜25選択比が低下して、最終的なタング
ステンプラグ125の窪み28の量を増加させてしまう
という問題があった。
【0014】本発明は前述の問題点にかんがみ、、コン
タクト孔近傍のTiN膜及びタングステン膜のエッチン
グを良好に行うことが可能な半導体装置の製造方法を提
供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成され
ていて前記半導体基板を底面に含むコンタクト孔が開孔
されてなる絶縁膜と、前記コンタクト孔の内面及び前記
絶縁膜上に形成された少なくともTiを含む第1の膜
と、前記第1の膜の上方に形成されてなるタングステン
膜とを備える半導体装置の製造方法であって、前記第1
の膜及び前記タングステン膜をエッチングする半導体装
置の製造方法において、前記タングステン膜を、30〜
80℃の範囲の温度にて、フッ素を含むガスを励起させ
たプラズマを用いて、前記コンタクト孔が前記タングス
テン膜にて埋まる程度にエッチングする第1の工程と、
前記第1の工程後、前記第1の膜を、0〜−60℃の範
囲の温度にて、塩素を含むガスを励起させたプラズマを
用いてエッチングする第2の工程とを備えている。
【0016】また、本発明の他の特徴とするところは、
請求項1に記載の半導体装置の製造方法おいて、前記フ
ッ素を含むガスは、SF6 とArとの混合ガスであるこ
とを特徴としている。
【0017】また、本発明のその他の特徴とするところ
は、請求項1に記載の半導体装置の製造方法おいて、前
記塩素を含むガスは、Cl2 とArとの混合ガスである
ことを特徴としている。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置の製造
方法の一実施の形態を図面を参照して説明する。図3
は、本実施の形態において用いられる、通常の平行平板
型エッチング装置の概略図である。この平行平板型エッ
チング装置は、平行平板型のエッチングチャンバー31
・32を2台有し、これらはバッファー室33を介して
接続されている。
【0019】また、バッファー室33にはロードカセッ
ト室34、ウェハアライメント室35、アンロードカセ
ット室36が接続されており、いずれも真空排気された
状態で処理ウェハを搬送できるようになっている。
【0020】処理ウェハは、バッファー室33の搬送ロ
ボット37により、ロードカセット室34→ウェハアラ
イメント室35→エッチングチャンバー31→エッチン
グチャンバー32→アンロードカセット室36と順番に
搬送され、エッチングチャンバー31・32においてエ
ッチング処理を施される。
【0021】図1は、本発明を実施したときの様子を示
すシリコン基板1の断面図である。図1(a)はシリコ
ン基板1上に公知のCVDによりBPSG膜2を堆積
し、コンタクトホールパターンのフォトレジスト(不図
示)を形成し、これをマスクにして、CF4 、CH
3 、Arの混合ガスを用いた反応性(リアクティブ)
イオンエッチングを行って上層配線と接続するためのコ
ンタクトホール3を開口し、02 プラズマ処理によりフ
ォトレジストを灰化して除去した様子を示している。
【0022】図1(b)は、公知のスパッタリングによ
り、TiN膜4を膜厚1000Å程度形成し、さらにそ
の上にCVD−タングステン膜5を膜厚6000Å程度
形成した時のシリコン基板1の断面図である。
【0023】図3のエッチングチャンバー31にシリコ
ン基板1を搬入し、ステップ1として以下の条件でエッ
チングした。エッチング量は、タングステン膜5厚に換
算して7000Åであった。 使用ガス及び流量:SF6 /Ar=110/90 sc
cm エッチング圧力 :500 mTorr RFパワー :400 W 下部電極温度 :40℃
【0024】図1(c)は、この時のシリコン基板1の
断面図である。このように、下部電極(不図示)の温度
を40℃に設定してエッチングを行うことにより、不揮
発性のチタンフッ化物の発生を抑制することができる。
【0025】引き続き、シリコン基板1をエッチングチ
ャンバー31から取り出して図3のエッチングチャンバ
ー32に搬入し、ステップ2として以下の条件でエッチ
ングした。エッチング量はTiN膜4厚に換算して20
00Åであった。 使用ガス及び流量:Cl2 /Ar=50/50 scc
m エッチング圧力 :425 mTorr RFパワー :400 W 下部電極温度 :−10℃
【0026】図1(d)はこの時のシリコン基板1の断
面図である。このように、下部電極温度を−10℃に設
定してエッチングを行うことにより、TiN膜4、タン
グステン膜5及びBPSG膜2に対するエッチング選択
比が高くなるので、BPSG膜2の面荒れや、タングス
テン膜5の過剰エッチングの発生を良好に抑制すること
ができる。
【0027】上記実施の形態において、ステップ1にお
けるチャンバー31に設けられた下部電極温度を40℃
にし、また、ステップ2におけるチャンバー32に設け
られた下部電極温度を−10℃にした。しかし、ステッ
プ1における下部電極温度は、30℃以上の温度であれ
ばよく、また、ステップ2における下部電極温度は、0
℃以下の温度であればよい。
【0028】好ましくは、前記下部電極温度の温度範囲
は、ステップ1においては30〜80℃の範囲のいずれ
かの温度がよく、ステップ2においては前記下部電極温
度の範囲は、±0〜60℃の範囲のいずれかの温度がよ
い。これらの範囲の温度でエッチングを行った場合に
は、前述した第1の実施の形態とほぼ同様な結果が得ら
れることが認められた。
【0029】最後に、図1(e)に示すように、通常行
われる方法によりタングステンプラグの上側、及びBP
SG上の全面にアルミニウム等の導電性材料を成膜した
後、パターニングして、タングステンプラグと接続され
るように上層配線層6が形成される。
【0030】本実施の形態の半導体装置の製造方法は、
前述したように、エッチング時の半導体基板の温度を所
定の温度範囲に制御するようにしたので、チタンフッ化
物を発生させることなく、また、下地絶縁膜の面荒れや
コンタクト孔内のタングステン膜の過剰エッチングを引
き起こすことなく高スループットにエッチングすること
ができる。これにより、高い歩留りの半導体装置の製造
方法を実現することができる。
【0031】次に、第2の実施の形態として、TiN膜
4の下層に200Å程度の厚さのTi膜(不図示)やT
iW膜(不図示)を設けることによってコンタクト抵抗
を低減した場合を説明する。この場合、第1の実施の形
態で用いたTiN膜4を、TiN/Ti積層膜、TiN
/TiW積層膜に置き換え、ステップ2のエッチング時
のエッチング量をTiN膜4厚に換算して3000Å程
度施すことにより、同様な結果が得られることを確認し
た。
【0032】
【発明の効果】本発明は前述したように、本発明によれ
ば、エッチング時の半導体基板の温度を所定の温度に制
御するようにしたので、チタンフッ化物を発生させるこ
となく、かつ、下地絶縁膜の面荒れやコンタクト孔内の
タングステン膜の過剰エッチングを引き起こすことなく
高スループットにエッチングできる。これにより、高い
歩留りの半導体装置の製造方法を実現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法
を説明するための、シリコン基板の工程断面図である。
【図2】従来の技術を説明するための、シリコン基板の
工程断面図である。
【図3】本発明の実施の形態に使用した平行平板型エッ
チング装置を示す全体概略図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 BPSG膜 3 コンタクトホール 4 TiN膜 5 タングステン膜 6 上層配線層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、前記半導体基板上に形成
    されていて前記半導体基板を底面に含むコンタクト孔が
    開孔されてなる絶縁膜と、前記コンタクト孔の内面及び
    前記絶縁膜上に形成された少なくともTiを含む第1の
    膜と、前記第1の膜の上方に形成されてなるタングステ
    ン膜とを備える半導体装置の製造方法であって、前記第
    1の膜及び前記タングステン膜をエッチングする半導体
    装置の製造方法において、 前記タングステン膜を、30℃以上の温度にて、フッ素
    を含むガスを励起させたプラズマを用いて、前記コンタ
    クト孔が前記タングステン膜にて埋まる程度にエッチン
    グする第1の工程と、 前記第1の工程後、前記第1の膜を、0℃以下の温度に
    て、塩素を含むガスを励起させたプラズマを用いてエッ
    チングする第2の工程とを備えることを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の半導体装置の製造方法
    おいて、 前記フッ素を含むガスは、SF6 とArとの混合ガスで
    あることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の半導体装置の製造方法
    おいて、 前記塩素を含むガスは、Cl2 とArとの混合ガスであ
    ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP19156896A 1996-07-02 1996-07-02 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH1022277A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040051296A (ko) * 2002-12-12 2004-06-18 주식회사 하이닉스반도체 텅스텐 공정을 이용한 반도체 소자의 제조 방법

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KR20040051296A (ko) * 2002-12-12 2004-06-18 주식회사 하이닉스반도체 텅스텐 공정을 이용한 반도체 소자의 제조 방법

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Effective date: 20030902