JP2000100783A - 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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JP2000100783A
JP2000100783A JP10263730A JP26373098A JP2000100783A JP 2000100783 A JP2000100783 A JP 2000100783A JP 10263730 A JP10263730 A JP 10263730A JP 26373098 A JP26373098 A JP 26373098A JP 2000100783 A JP2000100783 A JP 2000100783A
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JP
Japan
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conductive layer
connection hole
semiconductor device
forming
high frequency
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JP10263730A
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English (en)
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Takashi Kokubu
崇 国分
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Seiko Epson Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ドライエッチングにおけるプラズマ異常放電の
防止する。 【解決手段】ドライエッチング条件を電極間隔距離を8
から12mmの範囲、高周波の周波数を380KHzに
することのいずれか一つを選択する。 【効果】微細化されたLSI等の半導体装置の多層配線
に於ける、導電層へドライエッチング方法を用いた接続
孔の形成を、プラズマの異常放電が発生しない様に改善
し、配線の断線防止、接続孔の加工不良防止、電気特性
や品質に係わる長期信頼性と量産安定性の改善効果があ
り、微細半導体装置の安定供給を可能にするものであ
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
方法において接続孔をドライエッチング方法を用いて、
プラズマ異常放電を起こさず該絶縁膜を通して該導電層
上に形成することに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体装置の製造方法は、図1、
図5のようであった。図1において、101は導電層、
102は絶縁膜、103はレジスト、104は接続孔で
ある。図5は、反応室にガスを導入し、平行に置かれた
電極の間に高周波を印加してガスをプラズマ化し、エッ
チングを行うRIE型ドライエッチング装置であり、5
01は印加電極、502は接地電極、503はウエハ、
504は高周波電源、505は電極間隔距離である。
【0003】図1において、Si基板の上方に該導電層
101を例えばシリコン基板の不純物層、不純物がドー
ピングされた多結晶Si(PolySi)や金属あるい
はこれらの合金等で形成する。その上に絶縁膜102を
例えばモノシランと酸素を用いた化学気相成長法による
二酸化珪素膜、あるいは熱酸化によるシリコン酸化膜と
気相成長によるボロンやリンを含むBPSGで形成す
る。その上に該導電層101と電気接続を取る為の該接
続孔104を該絶縁膜102上にフォトレジストパター
ン103を例えばホール径が0.6μmの大きさで形成
する(図1a)。該フォトレジストパターン103をマ
スクとして、該接続孔104をドライエッチング方法を
用いて、該絶縁膜102を通して該導電層101上に形
成している(図1b)。
【0004】図5において、該接続孔104のドライエ
ッチング方法において、反応室内の該印加電極501と
該接地電極502の該電極間隔距離505を例えば、
1.6mmで、反応室にプロセスガスを例えばCF4
20sccmとCHF3 20sccmとAr 200
sccm導入し、装置内の圧力を例えば200mTor
rとし、高周波の周波数を例えば13.56MHz、印
加電圧を例えば800Wを加えた条件で、ガスをプラズ
マ化し、エッチングを行うと、ホール径が例えば0.6
μmのとき、エッチング速度が483.9nm/mi
n、均一性が5.8%、対ポリSiとの選択比が13.
94であった。
【0005】デザインルールの縮小化に伴い多層配線
は、導電層と絶縁膜か形成される毎に、導電層と電気接
続を取る為の接続孔が繰り返し形成されており、接続孔
を2層目より3層目の導電層に形成する多層配線構造ほ
ど、接続孔を形成するドライエッチング時に、プラズマ
の異常放電が発生しやすい。プラズマの異常放電は、プ
ラズマから導電層に放電が落ち、配線を破壊し断線させ
たり、また、パーティクルを発生させ、接続孔の加工不
良を起こすため、歩留まりを低下させる極めて難しく大
きな問題がある。
【0006】これらの改善策の一つとして、多層配線構
造を取らないことや、層間容量を増大させる導電層の長
さや膜厚を減少させることが考えられるが、微細化に逆
行するため現実的でない。
【0007】また、改善策の一つとして、接続孔を形成
するドライエッチング時に発生するセルフバイアス(V
dc)が極端に小さくなる装置、例えば、プラズマを発
生させる高周波(プラズマソース)とウエハにイオンを
引き込む高周波(イオンソース)を分離し、コントロー
ルが可能なECR型、ヘリコン型、またはICP型エッ
チング装置が考えられるが、現在、絶縁膜をエッチング
して、接続孔を安定して、再現良く、安価にできる装置
がなく、現実的でない。
【0008】また、改善策の一つとして、RIE型ドラ
イエッチング装置で、接続孔を形成するドライエッチン
グ時に発生するセルフバイアス(Vdc)を小さくする
ため、高周波の印加電圧を極端に小さくすることが考え
られるが、印加電圧の大きさとエッチング速度は比例関
係にあり、エッチング速度の低下で、単位時間に処理で
きるウエハ枚数が極端に少なくなり、また、印加電圧が
極端に小さいとプラズマ放電の立ち上がりや放電の安定
性がなく、安定に、再現良く、供給することが不可能と
なり量産としては、現実性がない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかるに本発明は、係
る問題点を解決するもので、ドライエッチング条件で、
電極間隔距離を8から12mmの範囲、または、高周波
の周波数を380KHzのいずれか一つを選択すること
で、プラズマの異常放電が発生せず、接続孔を形成する
エッチング方法を提供し、現在、使用している装置で、
安定して、再現良く、安価に、電気特性、歩留りや信頼
性向上を図り微細半導体装置の実用化と安定供給を目的
とするものである。
【0010】
【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、半導体基板上に、少なくとも、半導体素子の
導電層を形成する工程、該導電層上に絶縁膜を形成する
工程、該導電層と電気接続を取る為の接続孔を該絶縁膜
上にフォトレジストパターンを形成する工程、該フォト
レジストパターンをマスクとして、該接続孔をドライエ
ッチング方法を用いて、プラズマ異常放電を起こさず該
絶縁膜を通して該導電層上に形成することを特徴とす
る。
【0011】本発明の半導体装置の製造方法は、該ドラ
イエッチング方法において、反応室にガスを導入し、高
周波を印加して、ガスをプラズマ化し、該絶縁膜をエッ
チングするRIE型ドライエッチング方法を用いること
を特徴とする。
【0012】本発明の半導体装置の製造方法は、該ドラ
イエッチング方法において、電極間隔距離を8から12
mmの範囲を用いることを特徴とする。
【0013】本発明の半導体装置の製造方法は、該ドラ
イエッチング方法において、高周波の周波数を380K
Hzを用いることを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図1は、本発明の半導体装置の実施例
を示す要部の断面図であり、101は導電層、102は
絶縁膜、103はレジスト、104は接続孔である。図
2は、本発明の半導体装置の実施例を示す要部の断面図
であり、反応室にガスを導入し、平行に置かれた電極の
間に高周波を印加してガスをプラズマ化し、エッチング
を行うRIE型ドライエッチング装置であり、201は
印加電極、202は接地電極、203はウエハ、204
は高周波電源、205は電極間隔距離である。
【0015】図1において、Si基板の上方に該導電層
101を例えばシリコン基板の不純物層、不純物がドー
ピングされた多結晶Si(PolySi)や金属あるい
はこれらの合金等で形成する。その上に該絶縁膜102
を例えばモノシランと酸素を用いた化学気相成長法によ
る二酸化珪素膜、あるいは熱酸化によるシリコン酸化膜
と気相成長によるボロンやリンを含むBPSGで形成す
る。その上に該導電層101と電気接続を取る為の該接
続孔104を該絶縁膜102上に該フォトレジストパタ
ーン103を例えばホール径が0.6μmの大きさで形
成する(図1a)。該フォトレジストパターン103を
マスクとして、該接続孔104をドライエッチング方法
を用いて、該絶縁膜102を通して該導電層101上に
形成している(図1b)。
【0016】図2において、該接続孔104のドライエ
ッチング方法において、反応室内の該印加電極201と
該接地電極202の該電極間隔距離205を例えば、1
0mmで、反応室にプロセスガスを例えばCF4 20
sccmとCHF3 20sccmとAr 200sc
cm導入し、 装置内の圧力を例えば200mTorr
とし、高周波の周波数を例えば400KHz、印加電圧
を例えば800Wを加えた条件で、ガスをプラズマ化
し、エッチングを行うと、ホール径が例えば0.6μm
のとき、エッチング速度が450.3nm/min、均
一性が3.8%、対ポリSiとの選択比が14.31で
あった。
【0017】この様にしてなる半導体装置の製造方法
は、接続孔を2層目や3層目の導電層に形成する多層配
線構造でも、プラズマの異常放電が発生しない接続孔を
形成するエッチング方法を提供し、現在、使用している
装置で、安定して、再現良く、安価に、電気特性、歩留
りや信頼性向上を図り微細半導体装置の実用化と安定供
給が可能となった。以上の本発明を用いれば導線層の2
層目以上の多層配線の接続孔の形成に応用できることは
言うまでもない。
【0018】以上を実施例1の説明とする。
【0019】図3は、本発明の半導体装置の実施例を示
す要部の断面図であり、301はLOCOS(選択酸
化、Locoal Oxidation of Silicon、以下LOCOS
と略す)、302は酸化膜、303はゲート電極導電
層、304はソース・ドレイン領域導電層、305は絶
縁膜、306はレジスト、307は接続孔である。図4
は、本発明の半導体装置の実施例を示す要部の断面図で
あり、反応室にガスを導入し、平行に置かれた電極の間
に高周波を印加してガスをプラズマ化し、エッチングを
行うRIE型ドライエッチング装置であり、401は印
加電極、402は接地電極、403はウエハ、404は
高周波電源、405は電極間隔距離である。
【0020】図3において、Si基板に該LOCOS3
01を形成した後に全面に該酸化膜302を形成する。
その上に該ゲート電極導電層303を例えばポリSi導
電層、その膜厚を例えば0.2μmで形成する。その構
造で、該ゲート電極導電層303をマスクとして、イオ
ンを打ち込み該ソース・ドレイン領域導電層304を形
成し、該ゲート電極導電層303以外の該酸化膜302
をフッ酸エッチングで取り除く。その上に該絶縁膜30
5を例えばモノシランと酸素を用いた化学気相成長法に
よる二酸化珪素膜、その膜厚を0.1μm、その上にモ
ノシランと酸素とホスフィンを用いた化学気相成長法に
よるリン・シリケート・ガラス、その膜厚を0.8μm
で形成する。その上に該フォトレジストパターン306
を該ゲート電極導電層303上と、該ソース・ドレイン
領域導電層304上に例えばホール径0.6μmのをパ
ターニングする。パターニングした該フォトレジストパ
ターン306をマスクとして、該接続孔307をドライ
エッチング方法を用いて、該絶縁膜305を通して該ゲ
ート電極導電層303上と、該ソース・ドレイン領域導
電層304上に形成している。
【0021】図4において、該接続孔307のドライエ
ッチング方法において、反応室内の該印加電極401と
該接地電極402の該電極間隔距離405を例えば、1
0mmで、反応室にプロセスガスを例えばCF4 20
sccmとCHF3 20sccmとAr 200sc
cm導入し、装置内の圧力を例えば200mTorrと
し、高周波の周波数を例えば13.56MHz、印加電
圧を例えば800Wを加えた条件で、ガスをプラズマ化
し、エッチングを行うと、ホール径が例えば0.6μm
のとき、エッチング速度が432.7nm/min、均
一性が4.2%、対ポリSiとの選択比が15.26で
あった。
【0022】この様にしてなる半導体装置の製造方法
は、接続孔を2層目や3層目の導電層に形成する多層配
線構造でも、プラズマの異常放電が発生しない接続孔を
形成するエッチング方法を提供し、現在、使用している
装置で、安定して、再現良く、安価に、電気特性、歩留
りや信頼性向上を図り微細半導体装置の実用化と安定供
給が可能となった。以上の本発明を用いれば導線層の2
層目以上の多層配線の接続孔の形成に応用できることは
言うまでもない。
【0023】以上を実施例2の説明とする。
【0024】以上、本発明の実施例を図面に基づいて2
例説明した。しかし、本発明はこれに限らず、接続孔を
ドライエッチング方法で形成する条件として、電極間隔
距離を8から12mmの範囲、高周波の周波数を380
KHzで、これらのいずれかの一つを選択することで、
プラズマの異常放電が発生しない接続孔を形成するエッ
チング方法を提供できることは言うまでもない。
【0025】
【発明の効果】以上の様に本発明によれば、微細化され
たLSI等の半導体装置の多層配線に於ける、導電層へ
ドライエッチング方法を用いた接続孔の形成を、プラズ
マの異常放電が発生しない様に改善し、配線の断線防
止、接続孔の加工不良防止、電気特性や品質に係わる長
期信頼性と量産安定性の改善効果があり、微細半導体装
置の安定供給を可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係わる半導体装置の製造工程
を示す概略断面図である。
【図2】本発明の実施例に係わる半導体装置の製造工程
を示す概略断面図である。
【図3】本発明の実施例に係わる半導体装置の製造工程
を示す概略断面図である。
【図4】本発明の実施例に係わる半導体装置の製造工程
を示す概略断面図である。
【図5】従来の半導体装置の製造工程を示す概略断面図
である。
【符号の説明】
101・・・導電層 102・・・絶縁膜 103・・・レジスト 104・・・接続孔 201・・・印加電極 202・・・接地電極 203・・・ウエハ 204・・・高周波電源 205・・・電極間隔距離 301・・・LOCOS 302・・・酸化膜 303・・・ゲート電極導電層 304・・・ソース・ドレイン領域導電層 305・・・絶縁膜 306・・・レジスト 307・・・接続孔 401・・・印加電極 402・・・接地電極 403・・・ウエハ 404・・・高周波電源 405・・・電極間隔距離 501・・・印加電極 502・・・接地電極 503・・・ウエハ 504・・・高周波電源 505・・・電極間隔距離

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に、少なくとも、半導体素子
    の導電層を形成する工程、該導電層上に絶縁膜を形成す
    る工程、該導電層と電気接続を取る為の接続孔を該絶縁
    膜上にフォトレジストパターンを形成する工程、該フォ
    トレジストパターンをマスクとして、該接続孔をドライ
    エッチング方法を用いて、プラズマ異常放電を起こさず
    該絶縁膜を通して該導電層上に形成することを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】該ドライエッチング方法において、反応室
    にガスを導入し、高周波を印可して、ガスをプラズマ化
    し、該絶縁膜をエッチングするRIE型ドライエッチン
    グ方法を用い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。
  3. 【請求項3】該ドライエッチング方法において、電極間
    隔距離を8から12mmの範囲を用いることを特徴とす
    る請求項2記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】該ドライエッチング方法において、高周波
    の周波数を380KHzを用いることを特徴とする請求
    項2記載の半導体装置の製造方法。
JP10263730A 1998-09-17 1998-09-17 半導体装置の製造方法 Withdrawn JP2000100783A (ja)

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