JPH1041278A

JPH1041278A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH1041278A
Application number: JP19590396A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Doi; 靖弘土肥
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-07-25
Filing date: 1996-07-25
Publication date: 1998-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】層間絶縁膜の形成後、コンタクトメルト、リ
フローを行う場合、コンタクト孔の周囲の層間絶縁膜が
コンタクト孔内部に流れ込む現象が生じコンタクト孔の
開口部の径がその底部に比べ狭くなり、後の工程で行う
導電物のコンタクト孔への埋め込み工程において障害と
なり、配線層の接触不良、断線等が生じる。【解決手段】コンタクト孔の開口時にＲＩＥのローデ
ィング効果を利用し、拡散領域１５との導通を取るため
のコンタクト孔３１の周囲や、コンタクト孔３１の開口
部表面より相対的に高い領域に位置する層間絶縁膜１６
に、半導体基板１１に達しない微細なダミーコンタクト
孔３２を形成する。

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
法に係り、特に半導体基板に形成された素子上にコンタ
クト孔を開口する際の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術として、半導体基板上に形成
された素子との導通を図るための一般的なコンタクト孔
の形成方法について、以下図３を参照して説明する。図
３（ａ）に示すように半導体基板１１１表面上には、素
子分離を行う素子分離用絶縁膜１１２と、例えばゲート
絶縁膜１１３が形成されている。さらに素子分離用絶縁
膜１１２上にはポリシリコン抵抗１１４等が形成されて
いる。また半導体基板１１１には所定の拡散領域１１５
が形成されている。さらにこれら半導体基板１１１上に
はＣＶＤ（Chemical Vapour Deposition）法によりＰＳ
Ｇ（Phospho Silicate Glass）膜やＢＰＳＧ（Boron do
ped Phospho Silicate Glass）膜よりなる膜厚１〜１．
５μｍ程度の層間絶縁膜１１６が形成されている。

【０００３】これら所定の素子等が形成された半導体基
板の拡散領域１１５に導通を取るためにコンタクト孔を
形成するためには、図３（ｂ）に示すように層間絶縁膜
１１６表面上にフォトレジストを塗布し、これをパター
ニングしレジストパターン１２１を形成する。このレジ
ストパターンをマスクとしてはじめに等方性エッチング
により開口部を広げ、次に異方性エッチングにより拡散
領域１１５に達するコンタクト孔１２２を開口する。次
にレジストパターン１２１を除去する。

【０００４】続いて図３（ｃ）に示すように、コンタク
ト孔１２２の開口部のエッジを丸めるためと、層間絶縁
膜１１６表面を平坦化するために、摂氏１０００度、２
０秒程度のリフローを行う。次に開口したコンタクト孔
１２２内にスパッタ法によりＡｌ等の導電物１３１を埋
め込み、拡散領域１１５との導通を図る。次に導電物１
３１のパターニングを行い、層間絶縁膜１１６表面上に
拡散領域１１５と電気的に接続された配線層を形成す
る。以上の工程により、一般的なコンタクト孔の開口工
程、配線の形成工程が終了する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の製造工程におい
ては以下に示すような問題点がある。上記のように層間
絶縁膜の形成後、コンタクトメルト、リフローを行い、
コンタクト孔のエッジの丸め、層間絶縁膜の平坦化を行
っている。これはＰＳＧ膜やＢＰＳＧ膜により形成され
た層間絶縁膜を高温で溶解させることにより行ってい
る。この際、コンタクト孔は既に形成された状態にある
ため、図４に示すように、コンタクト孔１４１の周囲の
層間絶縁膜１１６が、コンタクト孔１４１内部に流れ込
む現象が生じる。特に上記のようにコンタクト孔１４１
の開口部の近くに素子分離用絶縁膜１１２やポリシリコ
ン抵抗１１４等が形成されている場合には、コンタクト
孔１４１の開口部の層間絶縁膜１１２表面に比べ、これ
らの上部の層間絶縁膜１１２表面の位置が相対的に高く
なっているため、コンタクト孔１４１への層間絶縁膜１
１６の流れ込みの現象は顕著となる。図４に示すよう
に、層間絶縁膜１１６がコンタクト孔１４１に流れ込ん
だ場合には、コンタクト孔１４１の開口部の径がその底
部に比べ狭くなり、後の工程で行う導電物のコンタクト
孔１４１への埋め込み工程において障害となる。特に導
電物をスパッタ法により形成しようとする場合には、層
間絶縁膜が庇状に存在することになるため、コンタクト
孔底部に導電物が入り込みにくくなる。

【０００６】このように層間絶縁膜のコンタクト孔への
流れ込みが生じた場合には、コンタクト孔の開口部の径
が狭くなるため、配線層の形成の障害となり、また配線
層の接触不良、断線が生じ易くなり、半導体装置の信頼
性の低下、歩留まりの低下が生じるという問題点があ
る。

【０００７】尚、上記の説明ではコンタクト孔の開口部
の近くに素子分離用絶縁膜が形成されている場合の例を
示したが、その他、ゲート電極等により層間絶縁膜表面
がコンタクト孔開口部に比べ相対的に高くなっている場
合であれば、同様の現象が生じ易い。また、層間絶縁膜
表面が平坦な場合であっても、コンタクト孔への層間絶
縁膜の流れ込みが生じる場合は十分に考えられる。また
半導体基板に形成された拡散領域に導通を取るためのコ
ンタクト孔を形成する場合の他、配線層や電極上に存在
する層間絶縁膜にコンタクト孔を形成する場合であって
も上記と同様の現象が生じる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題点を
解決するために、コンタクト孔の開口時にＲＩＥのロー
ディング効果を利用し、拡散領域との導通を取るための
コンタクト孔の周囲や、コンタクト孔の開口部表面より
相対的に高い領域に位置する層間絶縁膜に、半導体基板
に達しない微細なダミーコンタクト孔を形成する。コン
タクトメルト、リフローの際には、このダミーコンタク
ト孔により本来の導通を取るためのコンタクト孔への層
間絶縁膜の流れ込みを防止し、配線層の接触不良、断線
等を防止する。

【０００９】すなわち本願の第一発明では、半導体基板
上に形成された絶縁膜に、この絶縁膜下部に形成された
導電領域に達するコンタクト孔を形成する工程を有する
半導体装置の製造方法において、前記コンタクト孔の形
成領域近傍に、前記導電領域または前記半導体基板に達
しないダミーコンタクト孔を形成することを特徴とす
る。

【００１０】また本願の第二発明では、半導体基板上に
形成された絶縁膜にこの絶縁膜下部に形成された導電領
域に達するコンタクト孔を形成する工程と、前記コンタ
クト孔の形成の後、前記絶縁膜を高温にてリフローする
工程を有する半導体装置の製造方法において、前記リフ
ローする工程の際に、前記コンタクト孔に前記絶縁膜が
流れ込まないように、前記導電領域または前記半導体基
板に達しないダミーコンタクト孔を形成することを特徴
とする。

【００１１】また本願の第三発明では、半導体基板上に
形成され表面に凹凸を有する層間絶縁膜に、前記半導体
基板または前記層間絶縁膜内に形成された導電領域に達
するコンタクト孔を形成する工程と、前記コンタクト孔
の形成後、前記層間絶縁膜をリフローする工程とを有す
る半導体装置の製造方法において、前記層間絶縁膜の凸
部に、前記コンタクト孔を形成する工程と同一工程で、
前記コンタクト孔よりも深さの浅いダミーコンタクト孔
を形成することを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の半導体装置の製造方法の
第一の実施形態について、図１を参照して説明する。図
１（ａ）に示すように、半導体基板１１には従来と同様
に素子分離を行う素子分離用絶縁膜１２、ゲート絶縁膜
１３、ポリシリコン抵抗１４、拡散領域１５、ＰＳＧ膜
やＢＰＳＧ膜よりなる層間絶縁膜１６がそれぞれ形成さ
れている。寸法、形成方法等も従来の製造方法と同様で
ある。

【００１３】続いて図１（ｂ）に示すように層間絶縁膜
１６表面上にフォトレジストを塗布し、これを通常のＰ
ＥＰ（Photo Engraving Process ）によりパターニング
し、レジストパターン２１を形成する。ここでフォトレ
ジストのパターニングでは、導通を図るための本来のコ
ンタクト孔を開口するためのパターン２１−１と、その
周囲にパターン２１−１の径の半分程度の径を有するダ
ミーコンタクト孔を形成するためのパターン２１−２を
形成する。例えば、導通を取るためのコンタクト孔の開
口径を１．０μｍとする場合には、ダミーコンタクト孔
の開口径は０．５μｍ程度とする。これらパターン２１
−１、２１−２の形成は同時に行うことができる。また
ダミーコンタクト孔開口のためのパターンは一つでも良
いし、複数形成しても良い。

【００１４】続いて図１（ｃ）に示すようにレジストパ
ターン２１をマスクとして、層間絶縁膜１６をパターニ
ングする。この際まずレジストパターン２１をマスクと
して、コンタクト孔開口部の径を広げるために、ＮＨ₄
Ｆを用いて等方性エッチングを行う。ここで等方性エッ
チングを行い、開口部の径を広げるのは、後の工程でコ
ンタクト孔内に導電物を埋め込む際に、導電物をコンタ
クト孔内へ入り込ませ易くするためである。等方性エッ
チングの終了後、ＣＨＦ₃をエッチングガスとして用い
異方性エッチングであるＲＩＥ（Reactive Ion Etchin
g）を行う。これにより拡散領域１５上にはこの拡散領
域１５と導通を取るためのコンタクト孔３１が形成され
る。またこれと同時にコンタクト孔３１周囲には、ダミ
ーコンタクト孔３２が形成される。次にレジストパター
ン２１を除去する。

【００１５】ここでダミーコンタクト孔３２の形成はＲ
ＩＥのローディング効果を利用して形成する。このロー
ディング効果とは、フォトレジストとエッチングガスで
あるＣＨＦ₃とがエッチング時に反応し、フォトレジス
トとＣＨＦ₃とが重合しポリマーが生成され、これがエ
ッチング対象物のエッチングの進行方向の側面に付着す
ることによって、横方向へのエッチングの進行が止まる
現象をいう。通常のＲＩＥではこのローディング効果は
エッチングの障害となるため、このローディング効果が
極力生じないように、コンタクト孔の径を大きくした
り、エッチングガスの組成比を変える等、種々の条件を
変えることにより対応している。本発明ではダミーコン
タクト孔の開口において、このローディング効果を積極
的に利用する。すなわち、本来拡散領域と導通を取る目
的で形成するコンタクト孔に対し、ダミーコンタクト孔
の開口径を半分程度以下とすることにより、ＲＩＥのロ
ーディング効果により、ダミーコンタクト孔の開口部で
は、コンタクト孔の開口に対し、エッチングの進行を止
めることが可能となる。これはエッチング時に生成され
るポリマーは本来、エッチングの進行方向に対しその側
面に付着するが、開口しようとするコンタクト孔の開口
径が小さい場合、すなわち貫通させようとするコンタク
ト孔の開口径に対しその開口径が半分程度以下である場
合には、被エッチング面とその側面との区別が明確では
なくなり、被エッチング面にもポリマーが付着するた
め、エッチングの進行が停止するためである。従って、
導通を取る目的で形成するコンタクト孔は半導体基板ま
で貫通して形成することが可能となり、一方、ダミーコ
ンタクト孔は半導体基板にはエッチングの途中でエッチ
ングの進行が停止するため、開口径の小さいダミーコン
タクト孔は半導体基板等には達せずに層間絶縁膜を貫通
することなく形成することが可能となる。

【００１６】続いて図１（ｄ）に示すように、コンタク
ト孔３１の開口部のエッジを丸めるためと、層間絶縁膜
１６表面を平坦化するために、摂氏１０００度、２０秒
程度のリフローを行う。このコンタクトメルト、リフロ
ーにおいて、従来では開口したコンタクト孔に周囲から
溶解した層間絶縁膜が流れ込む場合があり問題であっ
た。本発明ではコンタクト孔３１の周囲にはダミーコン
タクト孔３２が形成されているため、このダミーコンタ
クト孔３２が形成されている領域からの層間絶縁膜１６
の流れ込みがない。さらにダミーコンタクト孔３２の周
囲の層間絶縁膜１６のコンタクト孔３１への流れ込みを
このダミーコンタクト孔３２によって防ぐことができ
る。例えば図示するように、ダミーコンタクト孔３２の
上部にさらに層間絶縁膜１６が存在する場合には、この
上部に存在する層間絶縁膜１６からの下部への流れ込み
を防止することができる。従って従来のようにコンタク
ト孔３１の開口部が狭くなったり、それによって配線層
の断線や接触不良等が生じることを防ぐことができる。

【００１７】続いて図１（ｅ）に示すように、開口した
コンタクト孔３１内にスパッタ法によりＡｌ等の導電物
５１を埋め込み、拡散領域１５との導通を図る。次に導
電物５１のパターニングを行い、層間絶縁膜１６表面上
に拡散領域１５に導通した配線層を形成する。以上の工
程により、本発明の第一の実勢形態による半導体装置の
製造工程が終了する。

【００１８】尚、上記の実施形態ではコンタクト孔の開
口部の近くに素子分離用絶縁膜が形成されている場合の
例を示したが、その他、ゲート電極やポリシリコンキャ
パシタ等により層間絶縁膜表面がコンタクト孔開口部に
比べ高くなっている場合であれば、特に効果がある。ま
た、層間絶縁膜表面が平坦な場合であっても、コンタク
ト孔の周囲にダミーコンタクト孔が形成されていれば、
コンタクト孔への層間絶縁膜の流れ込みを防止すること
ができる。また拡散領域と導通を取るためのコンタクト
孔の形成以外にも、配線層、電極等への導通を取るため
に形成するコンタクト孔であってもよい。また、ダミー
コンタクト孔の形成は、レジストパターンの形成工程、
エッチング工程共に従来より形成しているコンタクト孔
の形成と同時に行うので、このダミーコンタクト孔の形
成のために工程数が増加することはない。

【００１９】次に本発明の半導体装置の製造方法の第二
の実施形態について、図２を参照して説明する。尚、第
一の実施形態と同一の構成には同一の符号を記す。第二
の実施形態では第一の実施形態とダミーコンタクト孔の
形成位置が異なる。第一の実施形態におけるダミーコン
タクト孔は、ダミーコンタクト孔上部からコンタクト孔
への層間絶縁膜の流れ込みを防止する作用も有していた
が、第二の実施形態では、層間絶縁膜の流れ込み自体が
生じないように、コンタクト孔の開口部周辺の層間絶縁
膜表面に凹凸が存在する場合には、その凸部の層間絶縁
膜をＲＩＥのローディング効果により除去しようとする
ものである。すなわち、導通を取る目的で形成するコン
タクト孔の周辺に、半導体基板上の素子分離用絶縁膜や
ゲート電極等の存在により層間絶縁膜表面に凸部が生じ
ている場合では、この凸部の層間絶縁膜を、コンタクト
孔の形成と同時にＲＩＥのローディング効果により除去
しようとするものである。

【００２０】図２（ａ）の前までの工程は第一の実施形
態の図１までの工程と同様であるので説明を省略する。
図２（ａ）に示すように、層間絶縁膜１６表面上にフォ
トレジストを塗布し、これを通常のＰＥＰによりパター
ニングし、レジストパターン６１を形成する。ここでフ
ォトレジストのパターニングでは、拡散領域１５と導通
を図るためのコンタクト孔を開口するためのパターン６
１−１と、層間絶縁膜１６の凸部上のフォトレジストに
パターン６１−１の開口径の半分程度の径を有するダミ
ーコンタクト孔を形成するためのパターン６１−２とを
形成する。コンタクト孔、ダミーコンタクト孔の開口径
は第一の実施形態と同様にそれぞれ１μｍ、０．５μｍ
程度とする。またダミーコンタクト孔形成のためのパタ
ーン６１−２は一つでもよいし、複数形成してもよい。

【００２１】続いて図２（ｂ）に示すようにレジストパ
ターン６１をマスクとして、層間絶縁膜１６をパターニ
ングする。第一の実施形態と同様にはじめに等方性エッ
チングを行い、続いて異方性エッチングであるＲＩＥを
行う。これらのエッチングにより、拡散領域１５上には
この拡散領域１５と導通を取るためのコンタクト孔７１
が形成される。一方、層間絶縁膜１６の凸部にはダミー
コンタクト孔７２が形成される。ダミーコンタクト孔の
形成のメカニズムついては前述の通りである。よってコ
ンタクト孔７１は半導体基板まで貫通して形成すること
ができ、一方、ダミーコンタクト孔７２は、半導体基板
には貫通せずに形成することが可能となる。

【００２２】続いて図２（ｃ）に示すように、レジスト
パターン７１を除去した後、コンタクト孔７１の開口部
のエッジを丸めるためと、層間絶縁膜１６表面を平坦化
するために、摂氏１０００度、２０秒程度のリフローを
行う。第二の実施形態では層間絶縁膜１６の凸部にはダ
ミーコンタクト孔７２が形成されているため、このダミ
ーコンタクト孔７２が形成されている領域からコンタク
ト孔７１への層間絶縁膜１６の流れ込みを防ぐことがで
きる。従って従来のようにコンタクト孔７１の開口部が
狭くなったり、それによって配線層の断線や接触不良等
が生じることを防ぐことができる。以後の工程は、第一
の実施形態の図５以後の工程と同様であるので説明を省
略する。以上の工程により、本発明の第二の実施形態に
よる半導体装置の製造工程が終了する。

【００２３】尚、第二の実施形態ではコンタクト孔の開
口部の近くに素子分離用絶縁膜が形成されている場合の
例を示したが、その他、ゲート電極やポリシリコンキャ
パシタ等により層間絶縁膜表面がコンタクト孔開口部に
比べ高くなっている場合であれば適応することができ
る。また、ダミーコンタクト孔の形成は、本来必要とす
るコンタクト孔の形成と同時に行うので、このダミーコ
ンタクト孔の形成のために工程数が増加することはな
い。また拡散領域と導通を取るためのコンタクト孔の形
成以外にも、配線層、電極等への導通を取るために形成
するコンタクト孔であってもよい。また第二の実施形態
は、第一の実施形態と共に用いることもできる。すなわ
ち、コンタクト孔の開口部付近に層間絶縁膜の凸部が存
在する場合には、コンタクト孔の周囲の層間絶縁膜にダ
ミーコンタクト孔を形成する他、層間絶縁膜の凸部にも
ダミーコンタクト孔を形成することにより、層間絶縁膜
のコンタクト孔への流れ込み自体と、また層間絶縁膜が
流れ出した場合には、その流れを防ぐ効果を得ることが
できる。

【００２４】また、上記の実施形態において示した数
値、各構成の材質等は一例を示すものであり、これらに
限定されることはなく、本発明はその趣旨を逸脱しない
範囲において種々態様を変えて実施することが可能であ
る。

【００２５】

【発明の効果】本発明では、コンタクト孔の開口時にＲ
ＩＥのローディング効果を利用し、拡散領域との導通を
取るためのコンタクト孔の周囲や、コンタクト孔の開口
部表面より相対的に高い領域に位置する層間絶縁膜に、
半導体基板に達しない微細なダミーコンタクト孔を形成
する。これによりコンタクトメルト、リフローの際に
は、このダミーコンタクト孔の働きにより、工程数の増
加無く本来の導通を取るためのコンタクト孔への層間絶
縁膜の流れ込みを防止し、配線層の接触不良、断線等を
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態に係る工程断面図。

【図２】本発明の第二実施形態に係る工程断面図。

【図３】従来の製造工程を説明する工程断面図。

【図４】従来の問題点を説明する断面図。

【符号の説明】

１１、１１１半導体基板１２、１１２素子分離用絶縁膜１３、１１３ゲート絶縁膜１４、１１４ポリシリコン抵抗１５、１１５拡散領域１６、１１６層間絶縁膜２１、６１、１２１レジストパターン３１、７１、１２２、１４１コンタクト孔３２、７２ダミーコンタクト孔５１、１３１導電物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に形成された絶縁膜に、こ
の絶縁膜下部に形成された導電領域に達するコンタクト
孔を形成する工程を有する半導体装置の製造方法におい
て、前記コンタクト孔の形成領域近傍に、前記導電領域また
は前記半導体基板に達しないダミーコンタクト孔を形成
することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記ダミーコンタクト孔の形成後、前記
絶縁膜のリフローを行う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。
【請求項３】前記ダミーコンタクト孔の形成は、前記
コンタクト孔の形成と同一工程で行うことを特徴とする
請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記コンタクト孔と前記ダミーコンタク
ト孔はＲＩＥ法により開口する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。
【請求項５】前記ダミーコンタクト孔の開口径は、前
記コンタクト孔の開口径の半分以下であることを特徴と
する請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】前記ダミーコンタクト孔はＲＩＥ法のロ
ーディング効果を利用して開口することを特徴とする請
求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記導電領域は前記半導体基板表面付近
に形成された拡散領域であ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。
【請求項８】前記導電領域は前記半導体基板上に形成
された配線層であ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。
【請求項９】半導体基板上に形成された絶縁膜にこの
絶縁膜下部に形成された導電領域に達するコンタクト孔
を形成する工程と、前記コンタクト孔の形成の後、前記
絶縁膜を高温にてリフローする工程を有する半導体装置
の製造方法において、前記リフローする工程の際に、前記コンタクト孔に前記
絶縁膜が流れ込まないように、前記導電領域または前記
半導体基板に達しないダミーコンタクト孔を形成するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】半導体基板上に形成され表面に凹凸を
有する層間絶縁膜に、前記半導体基板または前記層間絶
縁膜内に形成された導電領域に達するコンタクト孔を形
成する工程と、前記コンタクト孔の形成後、前記層間絶
縁膜をリフローする工程とを有する半導体装置の製造方
法において、前記層間絶縁膜の凸部に、前記コンタクト孔を形成する
工程と同一工程で、前記コンタクト孔よりも深さの浅い
ダミーコンタクト孔を形成することを特徴とする半導体
装置の製造方法。
【請求項１１】前記コンタクト孔と前記ダミーコンタ
クト孔はＲＩＥ法により開口することを特徴とする請求
項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】前記ダミーコンタクト孔はＲＩＥ法の
ローディング効果を利用して開口することを特徴とする
請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】前記層間絶縁膜の凸部下の前記半導体
基板表面上には素子分離用絶縁膜が形成されていること
を特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造方法。