JPS6196729A - 半導体集積回路の接触孔形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分ＩＰ） この発明は、半導体集積回路の接触孔形成方法に関する
。

（従来の技術） 半導体集積回路における従来の接触孔形成方法を、Ｎ型
不純物拡散層からアルミニウムを用いて引き出し配線を
形成する場合の接触孔の形成方法を例にとって第２図を
参照して説明する。

第２図ｆａｔにおいて、１はＰ型シリコン基板であり、
まず、この基板１にＮ型の不純物例えばヒ基を拡散して
Ｎ型拡散層２を形成する。次に、Ｎ型拡散層２の表面に
絶縁膜３を形成する。この絶縁ｆｉ３は例えばＰ　Ｓ　
Ｇ　（ｐｈｏｓｐｈｏ−ｓｉｌｉｅｔｔｅｇｌａｓｓ）
膜であし、アルミニウム配線と下部導電層ことではＮ型
拡散層２との間の寄生容量を少なくするため厚い膜（約
１μｍ厚）が用いられる。また、絶縁膜３の欠陥例えば
ピンホールが、膜厚が厚くなる程少なくなることも、厚
い絶縁膜３を形成する理由として挙げられる。

次に、その絶縁膜３の所定の位置に接触孔を形成する。

この接触孔を形成するには、まず、前記第２図［ａｌに
示すようにホトレジスト膜４を絶縁膜３上に形成した後
、第２図（ｂｌに示すようにホトリソグラフィ技術によ
り孔５をホトレジスト膜４に形成する。その後、沖電気
研究開発５０　［１］　Ｐ６９−７４に示されるような
フレオン系のガス（ＣＦ４．　Ｃ２Ｆ６．　Ｃ，Ｆ、な
ど）を用いた乾式エツチングにより、ホトレジスト膜４
をエツチングマスクとして絶縁膜３をエツチングする。

すると、第２図（Ｃ１に示すように、孔５の部分の絶縁
膜３がエツチング除去され、接触孔６が形成される。

ここで、酸化膜あるいはＰＳＧ膜（絶縁膜３）の乾式エ
ツチングでは、ＣＦ３”ｑどのイオン種の衝突によるエ
ツチングと、ＣｘＦ７〜オンラジカルの解離によるＣ原
子またはＦ原子と酸化物との反応によるエツチングが電
界方向に沿って進む。また、そのエツチング進行中に、
接触孔の側面に（−〇Ｆ２−）を単位とするデポジショ
ン膜が生成され、これが接触孔側面のエツチングマスク
となる。したがって、前記エツチングの結果として形成
される接触孔６の形状は前記第２図ｔｅｌに示すように
ほぼ垂直に近くなり、ホトレジスト膜４端部の形状を忠
実に反映する。その結果、乾式エツチングによれば、絶
縁膜３の膜厚にはあまり影響されず、均一な大きさの接
触孔６を形成することができる。また、横方向のエツチ
ングがないため、ホトレジスト膜４の、パターン開口精
度（孔５の形成精度）で決定される大きさの接触孔６を
形成する乙とができる。

そして、このようにして接触孔６を形成したら、次にホ
トレジスト膜４を酸素プラズマなどにより除去した後、
アルミニウムのスパッタ蒸着とホトリソエツチング技術
により第２図（ｄｌに示すようにアルミニウム配線７を
形成する。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、以上述べた従来の方法では、接触孔６の
側面形状が垂直に近いため、スパッタ蒸着されたアルミ
ニウムすなわちアルミニウム配線７の段差被覆性が悪く
、電気的な安定性ｌこ欠けるという問題があった。

この発明は上記の点に鑑みなされたもので、接触孔側面
形状の急峻さに起因する配線の段差被覆性不良の問題点
を除去するため、なだらかな側面形状を持った接触孔の
形成方法を提供する。

（問題点を解決するための手段） この発明では、まずホトレジスト膜をエツチングマスク
として方向性乾式エツチング法により絶縁膜を、その一
部を残してエツチングし、次に、ホトレジスト膜の孔（
開口部）より太き（除去された第３の層をエツチングマ
スクとして方向性乾式エッチレグ法により絶縁膜を再度
エツチングする。

（作用） すると、予め１回目のエツチングで一部除去されていた
ところは、２回目のエツチングで絶縁膜下の導電層まで
貫通し、その周囲は、２回目のエツチングで、貫通部よ
り浅い凹部となる。したがって、階段状の（なだらかな
）接触孔が絶縁膜に形成される。

（実施例） 以下この発明の一実施例を第１図を参照して説明する。

第１図（ａｌにおいて、１１はＰ型シリコン基板であり
、まず、この基板１１にＮ型の不純物例えばヒ素を拡散
することにより、導電層としてのＮ型拡散層１２を基板
１１表面部に形成する。次いで、Ｎ型拡散層１２の表面
に絶縁膜として、リンを９％含んだＰＳＧ膜１３をＣＶ
　Ｄ　（ｃｈｅｍｉｅａｌ　ｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ）法により１．０μｍの厚さに形成する。

次に、ＰＳＧ膜１３の粒性流動効果により表面形状を滑
らかにするため、１０００℃の乾燥窒素雰囲気中で３０
分間の熱処理を行う。次に、Ｎ型拡散層１２のシリコン
およびＰＳＧ膜１３と異なる物質からなる第３の層とし
て、スパッタ蒸着法によりモリブデン膜（以下Ｍｏ膜と
記す）１４を３０００人厚にＰＳＧ膜１膜上３上成する
。この実施例では、Ｍｏ膜１４の形成は、アルゴン圧力
５　Ｘ　１Ｏ−３Ｔｏｒｒ、スパッタパワー２ＫＷでス
パッタ装置を用いて行った。その時のスパッタレートは
約４００人／分であった。次いで、スピンコード法によ
りホトレジスト膜１５をＭＯ膜１４上に形成する。この
時、ホトレジストとしては、東京応化工業株式会社製ポ
ジ型レジスト０ＦＰＲ−８００を用いた。

また、ホトレジスト膜１５の膜厚は約１０μｍとした。

次いで、光露光と現像により、第１図（ｂ）に示すよう
に、孔１６をホトレジスト膜１５に選択的に形成する。

その後、ホトし・シスト膜１５をエツチングマスクとし
て、プラズマエッチジグ装置（モデルＯＡＰＭ−３００
）を用いてＭｏ膜１４をエツチングする。その時、エツ
チングガスとしては、ＣＦ、に５％の酸素を混入したも
のを用いた。また、圧力は０．５ＴｏｒｒＲＦパワーは
２００Ｗであった。そして、その時のエツチング速度は
約３０００人／分であった。

ところで、上記エツチング装置は円筒型のエツチング装
置であり、主として中性ラジカルがエラ々 チングに寄与するため、Ｍｏ１ｊｆｉ　１４は等方的に
エツチングされる。したがって、横方向のエツチングが
生じるが、孔１６の下部のＭｏ膜１４がすべて除去され
た時点（ジャストエッチ時点）での横方向のエツチング
量は、はぼＭｏ膜１４の膜厚に等しい。

その後、さらにエツチングを続けると、横方向のエツチ
ング量（サイドエッチ量）は増大するが、その増大の仕
方はジャストエッチ前後で異なる。

ジャストエッチ後では横方向エッチ速度（サイドエッチ
速度）は大きくなり、この実施例の場合は１０秒で０．
１μの割合であった。これは、被エツチングＭｏ膜１４
の表面積が、ジャストエッチ時点を境にして異なるため
であり、この実施例では、シリコン基１１１の面積に対
するホトレジスト膜１５の孔１６の割合は２２％である
。

この実施例では、上記のようなＭＯ膜１４のエツチング
を１分２０秒行った。これにより、約１５μｍのサイド
エッチが生じて、第１図＜ｃ）に示すように、ホトレジ
スト膜１５の孔１６よりも大きい開口部１７がＭｏ膜１
４に形成された。

次に、平行平板型エツチング族Ｒ（モデルＤＶ−４０）
を用いて方向性乾式エツチング法により、ホトレジスト
膜１５をエツチングマスクとしてＰＳＧ膜１膜化３ツチ
ングを行う。この時、エツチング条件は次のものとする
。使用ガス　：　Ｃ２Ｆ６５０　　ｓｅｃｍ、　　ＣＨ
Ｆ、１０　ｓｅｃｍ、　ＲＦパワー、２．１に！圧カフ
８０Ｐａ、エツチング時間；５分、エツチング速度ｉ　
　１０５０人／分である。

このエツチングによれば、ＰＳＧ膜１膜化３上部ホトレ
ジスト膜１５の端部にそって、ＰＳＧ膜１膜化３体の厚
さ１０−μｍの半分約０５μｍまで垂直にエツチングさ
れる。したがって、ＰＳＧ膜１膜化３、第１図（ｄｉに
示すように、深さ約０．５１ｔｍの垂直の凹部１８がホ
トレジスト膜１５の孔１６に対応して形成される。なお
、ＰＳＧ膜１膜化３直にエツチングされる理由は、横方
向に向かう粒子のエネルギが試料表面に向かうものより
小さいことと、エツチング側面にデポジション膜が形成
されることである。

次に、第１図［ｅ）に示すように、ホトレジスト膜１５
を酸素プラズマを用いて除去する。この時、凹部１８の
側面に付いたデポジション膜も同時に除去される。

次いで、平行平板型エツチング装置を用いて前記の条件
でＰＳＧ＠１３を再び方向性乾式エツチングする。この
時、エツチングは、５ｏｏｏ人程度行う。また、この場
合はＭｏ膜１４がエツチングマスクとなる。このＭｏ膜
１４をエツチングマスクとして５ｏｏｏ人程度エツチン
グを行うと、ＰＳＧ膜１膜化３記凹部１８が形成されて
いた部分はＮ型拡散層１２まで貫通し、その周囲は、貫
通部より浅い凹部となる。す、なわち、第１図ｆｆｌに
示すように、２段階の階段状接触孔１９がＰＳＧ膜１膜
化３成される。

次に、エツチングマスクとして用いたＭＯ膜１４を過酸
化水素水（Ｈ２Ｏ２）に浸漬することによりエツチング
除去する。この時、　Ｈ，Ｏ，はＭｏ［１４のみを選択
的にエツチングするため、露出されているＮ型拡散層１
２の表面は何の影響も受けない。

しかる後、アルミニウムのスパッタ蒸着とホトリソエツ
チング技術により第１図（ｇｌに示すようにアルミニウ
ム配線２０を形成する。

なお、思上の一実施例では、Ｐ型シリコン基板１１上に
形成したＮ型拡散層１２が導電層であって、そこからア
ルミニウム配線２０を引き出す場合の接触孔形成方法に
ついて述べたが、導電層が多結晶シリコン層あるいはＰ
型拡散層であって、それらから配線を引き出す場合の接
触孔の形成方法にもこの発明を応用できる。

また、アルミニウム配線としては、純粋なアルミニウム
、あるいは数％のシリコンを含んだアルミニウムのどち
らも使用することができる。

さらに、上記一実施例では、第３の層としてＭ。

膜１４を用いたが、これは、タングステンＷ、チタンＴ
ｉおよびそれらのシリサイドからなる膜に置換すること
もできる。

（発明の効果） 以上詳述したように、この発明の方法によれば、段階状
の（なだらかな）接触孔を絶縁膜に形成できる。したが
って、スパッタ蒸着されたアルミニ件　　　　　　　ラ
ムすなわちアルミニウム配線の段差被覆性が向上し、電
気的に安定な配線形成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の半導体集積回路の接触孔形成方法の
一実施例を説明するための断面図、第２図は従来の接触
孔形成方法を説明するための断面図である。 １２・・・Ｎ型拡散層、１３・・ＰＳＧ膜、１４・・・
モリブデン膜（Ｍｏ膜）、１５・・・ホトレジスト膜、
１６・・・孔、１７・・・開口部、１８・・・凹部、１
９　・接触孔。 第１図 第１図 旧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　導電層上に絶縁膜を形成する工程と、その絶縁膜上に
   、導電層および絶縁膜と異なる物質からなる第３の層を
   形成する工程と、その第３の層上にホトレジスト膜を形
   成する工程と、そのホトレジスト膜に選択的に孔を形成
   する工程と、その後ホトレジスト膜をエッチングマスク
   として前記第３の層をホトレジスト膜の孔よりも大きく
   エッチング除去する工程と、その後ホトレジスト膜をエ
   ッチングマスクとして方向性乾式エッチング法により前
   記絶縁膜を、その厚さの一部を残してエッチング除去す
   る工程と、その後ホトレジスト膜を除去した上で、前記
   第３の層をエッチングマスクとして方向性乾式エッチン
   グ法により前記絶縁膜を再度エッチングすることにより
   、階段状の側面を有する接触孔を絶縁膜に形成する工程
   とを具備してなる半導体集積回路の接触孔形成方法。