JPS62111432A - 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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JPS62111432A
JPS62111432A JP60250263A JP25026385A JPS62111432A JP S62111432 A JPS62111432 A JP S62111432A JP 60250263 A JP60250263 A JP 60250263A JP 25026385 A JP25026385 A JP 25026385A JP S62111432 A JPS62111432 A JP S62111432A
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layer
etching
metal silicide
pattern
gas
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Daisuke Matsunaga
大輔 松永
Yoshikazu Kato
加藤 吉和
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Fujitsu Ltd
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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】 〔概要〕 IC,LSIなど半導体装置のパターン形成には反応性
イオンエツチング(Reactive Ion Etc
hing以下略してRIE)が多用されており、弗素系
や塩素系のガスが反応性ガスとして使用されているが、
臭素ガスを用いることにより高精度のパターン形成が可
能となる。
〔産業上の利用分野〕
本発明は臭素ガスをRIBの反応性ガスとして使用する
ことによりパターン精度を向上した半導体装置の製造方
法に関する。
rc、LSIなどの半導体部品を始めとし、磁気バブル
メモリ、表面波フィルタなどの回路部品など微細な電子
回路を必要とする用途には写真食刻技術(ホトリソグラ
フィ或いは電子性リソグラフィ)が多用されている。
すなわら被処理基板或いは真空藩着法、化学気相成長法
(CVD法)などで被処理基板上に形成した金属層や絶
縁層の上にレジストを被覆し、これに投影露光あるいは
密着露光を行って怒光させ、ポジ形レジストを用いた場
合は光照射部が現像液に可溶となり、またネガ形レジス
トを用いた場合は光照射部が不溶となる現象を利用して
レジストパターンを形成し、これをエツチング処理する
ことによりパターン形成が行われている。
ここでエツチング法にはエツチング処理を化学的に行う
ウェットエツチング法と物理化学的に行うドライエツチ
ング法とがあり、当初には化学エツチングが用いられて
いたが、集積化の進行によってパターンが微細化するに
従ってサイドエツチング現象を伴うウェットエツチング
は適ざなくなり、ドライエツチング:特にエツチングに
方向性のあるRIEが使用されるようになった。
本発明はRIEを行う際の反応ガスとして臭素ガスを用
いると共に被処理材料の選択することにより、パターン
精度の向上と一層の集積化を可能とするものである。
〔従来の技術〕
RIE法は並行平板形の電極を13.56M)Izなど
の高周波電源に接続すると共にカソード電極上に被処理
基板を置いてグロー放電を起こさせ、グロー放電による
プラズマ内の電子とイオンの易動度の差によって陰極降
下電圧を生じ、この電圧によってガスプラズマ内の正イ
オンがカソード上の試料に衝撃するのを利用したエツチ
ング法であり、正イオンとして反応性イオンを用いるこ
とから反応性イオンエツチングと言われている。
ここで従来は反応ガスとして四弗化炭素(CF4)四塩
化炭素(CC14)、三弗化メタン(C)lF3 )な
どのハロゲン化物を用いており、プラズマ化によって生
ずるF+やC1+などのイオンは反応性が強いために半
導体基板やこの上に形成されている金属層、絶縁層など
と反応してエツチングが行われている。
すなわらハロゲン化物の正イオンはこれらの材料と反応
してガス状のハロゲン化物を形成するが、この藩気圧が
高いために容易に排気され、それによってドライエツチ
ングが進行している。
さてMO5構造をとるLSl、VLSIなどの形成にお
いてポリシリコン(Si)をゲート電極として用いるデ
バイスは自己整合(Self−alignment)方
式が使用できることから急速に進歩しており、また配線
パターンの構成材としても使用されている。
ここでポリSi層は不純物のドープ、グレインサイズの
制御などにより抵抗値の低減が行われているが、抵抗率
は約500μΩcmが限界である。
そこで更に導電性を高める方法としてメタルシリサイド
との二層構造がとられている。
このメタルシリサイドはSiと高融点金属との化合物で
あり、チタン・シリサイド(TiSi z + 抵抗率
13〜16μΩcm) +タングステン・シリサイド(
WSi2 、抵抗率〜70μΩcm) 、モリブデン・
シリサイド(MoSi 2 + 抵抗率〜100μΩc
m)など各種のものが知られており、何れも融点が高く
、耐酸化性があり、物性的にSiと!(以しているとこ
ろに特徴がある。
以下ポリSiとメタルシリサイドを使用する従来のデハ
゛イスについて説明する。
(1)イレイザブル・プログラミング・リードオンリメ
モリ (Elaserble Programing 
Read 0nly Memory略してUP I?O
M)  :第3図(A)〜(D)はEP ROMを構成
する二つのゲート電極の製造工程を示すものである。
すなわら素子分離用フィルド酸化膜1に囲まれると共に
表面が熱酸化による酸化膜2により絶縁されたf!S 
i基板3の上にCVD法によって厚さ約4000人の第
1のポリSi層4があり、この上にCVD法により厚さ
約500人の二酸化硅素層(S’i02 ig)5、厚
さ約2000人の第2のポリSi層6.厚さ約2000
人のメタルシリサイド層7と順次層形成されている。
ここで、第2のポリSi層6とメタルシリサイドN7と
の二重層はポリサイド層とも略称されている。
ゲート電極の形成法として同図(A)に示すように形成
位置にレジスト8をパターンニングした後、塩素系或い
は弗素系のガスをエッチャントとしRIIE法により同
図(B)に示すようにSi02層5に達するまでメタル
シリサイド層7と第2のポリSi層6をエツチングする
ここで第2図は弗素又は塩素系のガスを反応ガスとする
場合のRIE特性図であって、ポリSiとメタルシリサ
イドのエツチング速度は大きな差はなく、共に良くエツ
チングされる。
次にRIB装置のエッチャントをCHF 3に変えてR
IEを行い、第3図(C)に示すようにSiO2層5を
エツチングした後、再び先の反応ガスに戻してエツチン
グを行って、第1のポリSi層4をエツチングし、ゲー
ト電極9の形成が終わっている。
然し、かかる電極9の形成においてレジスト8はメタル
シリサイド層7より第1のポリシリコン層4に到る三段
階に互っての選択エツチング処理に耐えることが必要で
あるが、レジストの耐ドライエツチング性は充分でない
ためにゲート電極9の寸法精度が低下し、信顛性が低下
すると云う問題がある。
なお集積化は今後ますます進展してゆくが微細加工時の
寸法精度の低下は集積化を妨げており、この解決が要望
されている。
(2)配線パターンとコンタクトホールの位置合わせ: 第4図は従来行われている配線パターンとコンタクトホ
ールとの位置合わせ工程を示すもの1、同図(A)は従
来法で配線パターンを形成した場合の平面図、同図(B
)、  (C)はこれを形成する工程を示す断面図であ
る。
すなわら同図(B)に示すようにSi基板3上に半導体
領域があり、この上の燐硅酸ガラス(PSG)層11に
コンタクトホール12を設け、このコンタクトホール1
2の直上を通る配線パターン13を形成する場合である
ここで理想的にはコンタクトホール12の径と配線パタ
ーン13の幅とは等しければよい。
然し、現実にはコンタクトホール12の径と配線パター
ン13の幅は2μm程度であり、正確に両者を一致させ
ることは困難で多少の位置ずれば避けられない。
従来の方法は同図(B)に示すようにコンタクトホール
12が形成されているPSG層11の上に真空薄着など
の方法によりアルミニウム(AI)層14を形成し、こ
の上に同図(A)に示すような配線パターン13を形成
するためのレジスト15をパターンニングしたが、位置
ずれのためにレジスト15がコンタクトホール12の中
の^111514の半分までしか被覆されていない状態
を示している。
この状態で従来のように弗素系或いは塩素系の反応ガス
を用いてAt層14のRIBを行うと同図(C)に示す
ようにSi基板3の半導体領域10もエツチングされ易
いことからSi基板3に達する穴が開き短絡が起こり易
い。
そこで従来は第5図に示すようにコンタクトホール12
の部分の配線パターン13を膨らませて作り、位置ずれ
が生じても配線パターン13が第4図(A)のように外
れても差支えないような方法がとられていた。
然し、かかる方法は集積度の向上を著しく妨げており、
膨らみを持たせなくて済む配線パターンの形成方法の開
発が要望されていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
以上記したようにEF ROMの製造工程においてメタ
ルシリサイド層7と第2のポリSi層6とからなるポリ
サイド層を最上層として用いるゲート電極9の形成にお
いてはレジスト8が第1のポリSi層4をRIEするま
での三段階のRIE処理に耐えなければならないが耐性
が不充分のためパターン精度の高いゲート電極が形成で
きないと云う問題があり、またコンタクトホール12と
配線パターン13との位置合わせに当たって゛は多少の
位置ずれは避けられないために第5図に示したように配
線パターン13を膨らませて形成する必要があり、その
ために集積化が妨げられていると云う問題がある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の問題は半導体基板上に反応性イオンエツチングに
よりパターン形成を行う際に、臭素ガスを反応ガスとし
て使用することにより起こるメタルシリサイド層とポリ
シリコン層とのエツチング速度の顕著な差を利用して選
択エツチングを行う半導体装置の製造方法により解決す
ることができる。
〔作用〕
PIFの反応ガスとして従来は先に記したように弗素系
或いは塩素系のガスを用いており、そのため第2図に示
すようにポリSi層とメタルシリサイド層のエツチング
速度は近似しており、メタルの種類により異なるものの
高々1〜2倍の差しかなかった。
然し、発明者等はエツチングガスとして臭素ガス(Il
r2 )を用いると全般的にみるとエツチング速度は弗
素系や塩素系に較べると劣るもの\、対称とする材料に
より顕著なエツチング速度の差があることを発見した。
第1図ばBr2を反応ガスとする場合の消費電力に対す
るエツチング速度の関係を示すものであり、ポリSi層
に対するエツチング速度に対してW S i 2とMo
5iz層のエツチング速度は非常に遅いがTi5i2N
はむしろ速い。
本発明はこの顕著な選択性を利用し、従来のIC製造プ
ロセスにおいて問題となっている収率の低下やパターン
精度の低下を解決するものである。
〔実施例〕
実施例1: 第3図に示したEF ROMの製造工程において、本発
明の詳細な説明する。
本発明はメタルシリサイド層7としてW S i 2を
、また反応ガスとしてBrzを使用する点に特徴がある
すなわら、先に第3図(B)に示したようにレジスト8
をマスクとしてメタルシリサイド(W S i2)層7
と第2のポリSi層6にRIEを行う。
この場合の反応ガスは従来のように弗素系或いは塩素系
のものでよい。
この段階で今まで存在していたレジスト8も除去する。
そして以後は第3図(B)で示されるメタルシリサイド
(WSi2)層7をマスクとしてBr2を反応ガスとし
てRIE処理を行う。
この理由は第1図に示すようにW S i 2はエツチ
ング速度が僅かであるため、充分にマスクとして作用す
ることによる。
かかる方法により、自己整合作用が有効に働き、パター
ン精度の高いゲート電極の形成が可能となる。
実施例2: 第6図は半導体i+を上に形成されたコンタクトホール
と配線との位置合わせに当たって本発明の実施法を示す
ものである。
すなわら本発明は第6図(B)に示すようにpsG層1
1に設けたコンタクトホール12をメタルシリサイド層
この例の場合はWSiz16で埋め、この上にポリSi
層17とTiSix層18からなるポリサイド層19を
形成する。
次に従来と同様にレジストをパターンニングし、Br2
を反応ガスとしてRIEを行い、同図(C)に示すよう
な配線パターン13を形成する。
ここで、第1図に示すようにTiSi2層18とポリS
i層17はエツチング速度が速いために容易に工・7チ
ングされるが、WSiz16はエツチング速度が遅いた
め、従来のようにエツチングが進行することばない。
以上のことから第6図(A)に示すように配線パターン
13がコンタクトホール12より多少外れていてもRI
E処理により短絡が起こることはない。
ごのように本発明を実施すると従来のような位置ずれ予
防策をとる必要がないので高集積化が可能となる。
〔発明の効果〕
以上記したように本発明の実施によりLS1.VLSI
など高集積化が必要な半導体装置の製造において、パタ
ーン精度の向上と高集積化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図ばBr2ガスを反応ガスとする場合の[E特性図
、 第2図は弗素又は塩素系ガスを反応ガスとする場合のl
?IE特性図、 第3図ばEF ROMの製造工程を示す断面図、第4図
はコンタクトホールと配線との従来の位置合わせを示す
平面図(A)と断面図(B)、(C)、 第5図は従来の位置合わせを示す平面図、第6図は本発
明の位置合わせ法を示す平面図(A)と断面図(B)、
  (C)、 である。 図において、 3はSi基板、     4は第1のポリSi層、5は
Si02層、     6は第2のポリSi層、7はメ
タルシリサイド層、 8はレジスト、     9はゲート電極、10は半導
体領域、   11はPSG層、12はコンタクトホー
ル、13は配線パターン、14はAljilJ、   
    15はレジスト、16ばW S i 2、  
  17はポリSi層、18はTiSi2層、    
 19はポリサイド層、である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板上に反応性イオンエッチングによりパ
    ターン形成を行う際に、臭素ガスを反応ガスとして使用
    することにより起こるメタルシリサイド層とポリシリコ
    ン層とのエッチング速度の差を利用して選択エッチング
    を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. (2)層間絶縁層により区画されたシリコン基板上に第
    1のポリシリコン層、二酸化硅素層、第2のポリシリコ
    ン層、メタルシリサイド層と順次に層形成した後、該メ
    タルシリサイド層上にレジストのパターンニングを行い
    、反応性イオンエッチングによりシリコン基板に到るま
    でエッチングしてゲート電極を形成するEPROMの製
    造工程において、前記メタルシリサイド層上にレジスト
    パターンを形成し、臭素ガスを反応ガスとしてメタルシ
    リサイド層と第2のポリシリコン層とをエッチングして
    コントロールゲートを形成した後に残存するレジストを
    剥離し、該メタルシリサイド層をマスクとして二酸化硅
    素層をエッチングした後、再び臭素ガスを反応ガスとし
    て第1のポリシリコン層をエッチングしてフローティン
    グゲートを形成することを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の半導体装置の製造方法。
  3. (3)半導体領域上に形成した絶縁層を穴開けしてコン
    タクトホールを作り、該絶縁層上に導体層を形成してコ
    ンタクトホールを埋めた後、該導体層を選択エッチング
    して配線パターンを形成する半導体集積回路の製造工程
    において、前記コンタクトホールをメタルシリサイド層
    で埋めた後、該絶縁層上にチタンシリサイドとポリシリ
    コンの二層よりなる導体パターンを形成し、臭素ガスを
    反応ガスとして反応性イオンエッチングを行い配線パタ
    ーンを形成することを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の半導体装置の製造方法。
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