JP2603989B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造技術に関し、シリコン酸
化膜のドライエッチングに適用して有効な技術に関する
ものである。
化膜のドライエッチングに適用して有効な技術に関する
ものである。
半導体装置の製造プロセスに用いられるドライエッチ
ング技術および装置の現状と動向については、例えば、
株式会社工業調査会、昭和60年11月10日発行「電子材料
・1985年11月号別冊」P119〜P124に記載がある。
ング技術および装置の現状と動向については、例えば、
株式会社工業調査会、昭和60年11月10日発行「電子材料
・1985年11月号別冊」P119〜P124に記載がある。
半導体集積回路の配線形成工程において、シリコン単
結晶基板上のSiO2膜やポリシリコン膜などのシリコン酸
化膜を孔開けして微細なコンタクトホールを形成する場
合には、主としてプレーナプラズマエッチング（PPE）
やリアクティブイオンエッチング（RIE）などのドライ
エッチング技術が用いられている。
結晶基板上のSiO2膜やポリシリコン膜などのシリコン酸
化膜を孔開けして微細なコンタクトホールを形成する場
合には、主としてプレーナプラズマエッチング（PPE）
やリアクティブイオンエッチング（RIE）などのドライ
エッチング技術が用いられている。
上記プレーナプラズマエッチングやリアクティブイオ
ンエッチングを行うには、従来より半導体ウエハ（以下
ウエハという）の対向電極に高周波を印加する平行平板
形ドライエッチング装置が用いられている。さらに、こ
れを改良したものとして、平行平板電極にもう一つの電
極を加えたトライオード方式、カソード上に磁場を設け
たマグネトロン放電方式、あるいは磁場とマイクロ波と
の相互作用を利用したECR方式のドライエッチング装置
なども用いられている。
ンエッチングを行うには、従来より半導体ウエハ（以下
ウエハという）の対向電極に高周波を印加する平行平板
形ドライエッチング装置が用いられている。さらに、こ
れを改良したものとして、平行平板電極にもう一つの電
極を加えたトライオード方式、カソード上に磁場を設け
たマグネトロン放電方式、あるいは磁場とマイクロ波と
の相互作用を利用したECR方式のドライエッチング装置
なども用いられている。
また、上記ドライエッチング装置を用いてシリコン酸
化膜をエッチングする際の反応ガスとしては、従来よ
り、CHF3（＋O2）,CHF3＋C2F6などが一般に知られてお
り、高圧系枚葉処理装置ではCF4＋CHF3系ガスにアルゴ
ン（Ar）またはヘリウム（He）を添加したAr＋CF4＋CHF
3系ガスやHe＋CF4＋CHF3系ガスが用いられている。
化膜をエッチングする際の反応ガスとしては、従来よ
り、CHF3（＋O2）,CHF3＋C2F6などが一般に知られてお
り、高圧系枚葉処理装置ではCF4＋CHF3系ガスにアルゴ
ン（Ar）またはヘリウム（He）を添加したAr＋CF4＋CHF
3系ガスやHe＋CF4＋CHF3系ガスが用いられている。
半導体集積回路の高密度化、高集積化に伴い、高精度
で、かつ、微細な加工を行うことのできるエッチング技
術が要求されており、形状制御性、均一性、選択性な
ど、各種エッチング特性の一層の向上が求められてい
る。
で、かつ、微細な加工を行うことのできるエッチング技
術が要求されており、形状制御性、均一性、選択性な
ど、各種エッチング特性の一層の向上が求められてい
る。
上記のような点を考慮した場合、本発明者は、シリコ
ン酸化膜のエッチングにおいて、高圧（数Torr）系枚葉
処理装置でAr＋CF4＋CHF3系反応ガスやHe＋CF4＋CHF3系
反応ガスを用いた場合には、下記のような問題があるこ
とを見い出した。
ン酸化膜のエッチングにおいて、高圧（数Torr）系枚葉
処理装置でAr＋CF4＋CHF3系反応ガスやHe＋CF4＋CHF3系
反応ガスを用いた場合には、下記のような問題があるこ
とを見い出した。
すなわち、Ar＋CF4＋CHF3系反応ガスは、エッチング
レートが高いという利点がある反面、コンタクトホール
の側壁保護効果が小さいために形状制御性が乏しく、こ
れにより、コンタクトホールの断面形状が樽形や逆テー
パ状になってしまう結果、コンタクトホールに配線用の
Al膜を被着した場合のステップカバレージが低下してし
まうという欠点がある。
レートが高いという利点がある反面、コンタクトホール
の側壁保護効果が小さいために形状制御性が乏しく、こ
れにより、コンタクトホールの断面形状が樽形や逆テー
パ状になってしまう結果、コンタクトホールに配線用の
Al膜を被着した場合のステップカバレージが低下してし
まうという欠点がある。
一方、He＋CF4＋CHF3系反応ガスを使用した場合は、
カーボン系ポリマーによる側壁保護効果が認められるこ
とから、上記Ar＋CF4＋CHF3系反応ガスに比べてコンタ
クトホールの形状制御性が良いという利点があるが、そ
の反面、エッチングレートが低い、シリコンに対する選
択比が低い、エッチングの均一性が乏しい、などの欠点
を有している。
カーボン系ポリマーによる側壁保護効果が認められるこ
とから、上記Ar＋CF4＋CHF3系反応ガスに比べてコンタ
クトホールの形状制御性が良いという利点があるが、そ
の反面、エッチングレートが低い、シリコンに対する選
択比が低い、エッチングの均一性が乏しい、などの欠点
を有している。
本発明は、上記した問題点に着目してなされたもので
あり、その目的は、シリコン酸化膜のエッチング特性を
向上させることのできる技術を提供することにある。
あり、その目的は、シリコン酸化膜のエッチング特性を
向上させることのできる技術を提供することにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴とは、
本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろ
う。
本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろ
う。
本願において開示される発明のうち代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、次の通りである。
要を簡単に説明すれば、次の通りである。
すなわち、シリコン酸化膜の所定箇所をドライエッチ
ングで加工する際、CF4＋CHF3＋Ar＋Heからなる反応ガ
スを用いる方法である。
ングで加工する際、CF4＋CHF3＋Ar＋Heからなる反応ガ
スを用いる方法である。
上記した手段によれば、形状制御性、均一性、選択性
など、シリコン酸化膜を加工する際の各種エッチング特
性を向上させることができる。
など、シリコン酸化膜を加工する際の各種エッチング特
性を向上させることができる。
第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例である半導
体装置の製造方法を示す半導体ウエハの要部断面図、第
２図は本実施例で用いるドライエッチング装置の要部断
面図、第３図は本実施例で用いる反応ガスにおけるHe添
加量とコンタクトホールのテーパ角度との関係を示すグ
ラフ図である。
体装置の製造方法を示す半導体ウエハの要部断面図、第
２図は本実施例で用いるドライエッチング装置の要部断
面図、第３図は本実施例で用いる反応ガスにおけるHe添
加量とコンタクトホールのテーパ角度との関係を示すグ
ラフ図である。
本実施例で用いるドライエッチング装置は、アノード
カップリング方式による平行平板形ドライエッチング装
置１であり、その要部は、第２図に示すように、内部が
所定の真空度に維持される処理室２と、この処理室２に
反応ガスを供給するガス供給源3a〜3cとから構成されて
いる。
カップリング方式による平行平板形ドライエッチング装
置１であり、その要部は、第２図に示すように、内部が
所定の真空度に維持される処理室２と、この処理室２に
反応ガスを供給するガス供給源3a〜3cとから構成されて
いる。
表面にフッ素樹脂をコーティングしたステンレス鋼板
などからなる処理室２の内部中央には、ウエハステージ
を兼ねた円板状のカソード電極４と、同じく円板状のア
ノード電極５とが所定間隔を置いて平行に配設されてい
る。
などからなる処理室２の内部中央には、ウエハステージ
を兼ねた円板状のカソード電極４と、同じく円板状のア
ノード電極５とが所定間隔を置いて平行に配設されてい
る。
カソード電極４は、外部の温調器６によって所定の温
度に保たれるようになっており、他方、アノード電極５
には、外部の高周波電源７が接続され、上記カソード電
極４との間に高周波電圧が印加されるようになってい
る。
度に保たれるようになっており、他方、アノード電極５
には、外部の高周波電源７が接続され、上記カソード電
極４との間に高周波電圧が印加されるようになってい
る。
処理室２の側壁外方には、ロードロック室８が設置さ
れ、ローダ９に収容された半導体ウエハ10がロボットハ
ンド（図示せず）などを介して、処理室２のカソード電
極４上に載置されるようになっている。
れ、ローダ９に収容された半導体ウエハ10がロボットハ
ンド（図示せず）などを介して、処理室２のカソード電
極４上に載置されるようになっている。
また、処理室２の底部には、排気管11が接続され、処
理室２内のガスが排出されるようになっている。
理室２内のガスが排出されるようになっている。
アノード電極５の中央には、外部のガス供給源3a〜3c
に連結されたガス供給管12が接続され、CF4、CHF3、Ar
およびHeの四種のガスが混合された反応ガスが処理室２
のアノード電極５とカソード電極４とに挟まれた処理空
間に供給されるようになっている。
に連結されたガス供給管12が接続され、CF4、CHF3、Ar
およびHeの四種のガスが混合された反応ガスが処理室２
のアノード電極５とカソード電極４とに挟まれた処理空
間に供給されるようになっている。
ガス供給源3a〜3cは、CF4/CHF3混合ガス、Arガス、お
よびHeガスをそれぞれ個別の容器に充填したもので、各
バルブ13a〜13cの開閉操作によって、その混合比および
供給量が所望する値に設定されるようになっている。
よびHeガスをそれぞれ個別の容器に充填したもので、各
バルブ13a〜13cの開閉操作によって、その混合比および
供給量が所望する値に設定されるようになっている。
次に、上記平行平板形ドライエッチング装置１を用い
た半導体ウエハ10のドライエッチング工程を説明する。
た半導体ウエハ10のドライエッチング工程を説明する。
第１図（ａ）に示すように、ドライエッチング工程に
先立ち、まず、所定の抵抗率を有するシリコン単結晶か
らなる半導体ウエハ10を、例えば、約1000℃のスチーム
酸化してその表面にSiO2膜（シリコン酸化膜）14を形成
した後、ウエハプロセスの常法に従い、活性領域に所定
の集積回路素子（図示せず）を形成し、次いで、ホトレ
ジスト／エッチングによって、SiO2膜14の表面にレジス
トマスク15を形成する。
先立ち、まず、所定の抵抗率を有するシリコン単結晶か
らなる半導体ウエハ10を、例えば、約1000℃のスチーム
酸化してその表面にSiO2膜（シリコン酸化膜）14を形成
した後、ウエハプロセスの常法に従い、活性領域に所定
の集積回路素子（図示せず）を形成し、次いで、ホトレ
ジスト／エッチングによって、SiO2膜14の表面にレジス
トマスク15を形成する。
その後、上記半導体ウエハ10は、前記平行平板形ドラ
イエッチング装置１のローダ９に搬送され、ロードロッ
ク室８を経て処理室２のカソード電極４上に載置され
る。
イエッチング装置１のローダ９に搬送され、ロードロッ
ク室８を経て処理室２のカソード電極４上に載置され
る。
次に、処理室２の内部を、例えば、数Torr程度になる
まで減圧した後、ガス供給源3a〜3cより処理室２に所定
量のCF4＋CHF3＋Ar＋Heからなる反応ガスを供給する。
まで減圧した後、ガス供給源3a〜3cより処理室２に所定
量のCF4＋CHF3＋Ar＋Heからなる反応ガスを供給する。
次いで、アノード電極５とカソード電極４との間に高
周波電圧を印加すると、プラズマ化された反応ガスによ
るドライエッチングが開始され、SiO2膜14の所定箇所に
基板との導通を取るためのコンタクトホール16が形成さ
れる（第１図（ｂ））。
周波電圧を印加すると、プラズマ化された反応ガスによ
るドライエッチングが開始され、SiO2膜14の所定箇所に
基板との導通を取るためのコンタクトホール16が形成さ
れる（第１図（ｂ））。
このとき、CF4＋CHF3＋Ar＋Heからなる反応ガスを用
いることにより、コンタクトホール16の断面形状を順テ
ーパ形すなわち下向きテーパ形にすることができる。
いることにより、コンタクトホール16の断面形状を順テ
ーパ形すなわち下向きテーパ形にすることができる。
すなわち、第３図に示すように、CF4＋CHF3＋Ar系反
応ガスにHeを添加していくと、Heの添加量が増加するに
従って、コンタクトホール16のテーパ角度θが小さくな
り、その断面形状は、逆テーパ形すなわち上向きテーパ
形から順テーパ形すなわち下向きテーパ形に変化する。
応ガスにHeを添加していくと、Heの添加量が増加するに
従って、コンタクトホール16のテーパ角度θが小さくな
り、その断面形状は、逆テーパ形すなわち上向きテーパ
形から順テーパ形すなわち下向きテーパ形に変化する。
また、このときのテーパ角度θの大小は、処理室２の
圧力にも依存し、低圧になる程、テーパ角度θが小さく
なる傾向にある。
圧力にも依存し、低圧になる程、テーパ角度θが小さく
なる傾向にある。
その際、本実施例で用いる反応ガス中にはArが添加さ
れているので、Heの添加量を増加した場合でも、従来の
CF4＋CHF3＋He系反応ガスの欠点であったエッチングレ
ートの低下、シリコンに対する選択比の低下、エッチン
グの不均一性などは、ほとんど生じない。
れているので、Heの添加量を増加した場合でも、従来の
CF4＋CHF3＋He系反応ガスの欠点であったエッチングレ
ートの低下、シリコンに対する選択比の低下、エッチン
グの不均一性などは、ほとんど生じない。
このようにして、順テーパ形のコンタクトホール16が
形成されると、次に、例えば、マグネトロンスパッタ法
を用いて半導体ウエハ10の表面にAlまたはAl合金からな
る導電膜を被着し、この導電膜をパターニングすること
により、上記コンタクトホール16を介して基板と導通さ
れた第一層配線17を形成する（第１図（ｃ））。
形成されると、次に、例えば、マグネトロンスパッタ法
を用いて半導体ウエハ10の表面にAlまたはAl合金からな
る導電膜を被着し、この導電膜をパターニングすること
により、上記コンタクトホール16を介して基板と導通さ
れた第一層配線17を形成する（第１図（ｃ））。
次に、上記第一層配線17の上に、CVD法を用いてSiO2
からなる層間絶縁膜18を形成した後、前記平行平板形ド
ライエッチング装置１の処理室２内でドライエッチング
を行い、上記第一層配線17に達する層間接続孔19を形成
する。
からなる層間絶縁膜18を形成した後、前記平行平板形ド
ライエッチング装置１の処理室２内でドライエッチング
を行い、上記第一層配線17に達する層間接続孔19を形成
する。
この場合も、CF4＋CHF3＋Ar＋Heからなる反応ガスを
用いることにより、層間接続孔19の断面形状を順テーパ
形にすることができる。
用いることにより、層間接続孔19の断面形状を順テーパ
形にすることができる。
次に、第一層配線17を形成した場合と同様の方法で、
層間絶縁膜18の表面に導電膜を被着してこれをパターニ
ングすることにより、層間接続孔19を介して第一層配線
17と導通された第二層配線20を形成する。
層間絶縁膜18の表面に導電膜を被着してこれをパターニ
ングすることにより、層間接続孔19を介して第一層配線
17と導通された第二層配線20を形成する。
最後に、上記第二層配線20の表面に、例えば、減圧CV
D法を用いてシリコンナイトライド（Si3N4）などからな
るパッシベーション膜21を被着し、その所定箇所を孔開
けして電極パッド22を形成する（第１図（ｄ））。
D法を用いてシリコンナイトライド（Si3N4）などからな
るパッシベーション膜21を被着し、その所定箇所を孔開
けして電極パッド22を形成する（第１図（ｄ））。
このように、本実施例によれば、次の効果を得ること
ができる。
ができる。
（１）．平行平板形ドライエッチング装置１でコンタク
トホール16および層間絶縁孔20を形成する際、CF4＋CHF
3＋Ar＋Heからなる反応ガスを用いたドライエッチング
を行うことにより、エッチングレート、シリコンに対す
る選択比、およびエッチングの均一性などを低下させる
ことなく、コンタクトホール16および層間絶縁孔20の断
面形状を順テーパ形にすることができる。
トホール16および層間絶縁孔20を形成する際、CF4＋CHF
3＋Ar＋Heからなる反応ガスを用いたドライエッチング
を行うことにより、エッチングレート、シリコンに対す
る選択比、およびエッチングの均一性などを低下させる
ことなく、コンタクトホール16および層間絶縁孔20の断
面形状を順テーパ形にすることができる。
（２）．上記（１）により、コンタクトホール16および
層間絶縁孔20に被着される導電膜のステップカバレージ
が向上するので、第一層配線17および第二層配線20の信
頼性が向上する。
層間絶縁孔20に被着される導電膜のステップカバレージ
が向上するので、第一層配線17および第二層配線20の信
頼性が向上する。
（３）．上記（１）により、第一層配線17および第二層
配線20の微細化が促進される。
配線20の微細化が促進される。
（４）．上記（１）により、ドライエッチング工程の歩
留りが向上する。
留りが向上する。
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づ
き具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定さ
れるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変
更可能であることはいうまでもない。
き具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定さ
れるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変
更可能であることはいうまでもない。
例えば、実施例では、コンタクトホールや層間絶縁孔
の形成工程に適用した場合について説明したが、シリコ
ン酸化膜をドライエッチングで加工するすべての工程に
適用することができる。
の形成工程に適用した場合について説明したが、シリコ
ン酸化膜をドライエッチングで加工するすべての工程に
適用することができる。
本願において開示される発明のうち代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りであ
る。
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りであ
る。
すなわち、ウエハの表面に形成されたシリコン酸化膜
をドライエッチングで加工するに際し、CF4とCHF3と、A
rと、Heとからなる反応ガスを用いることにより、形状
制御性、均一性、選択性などの各種エッチング特性を向
上させることができる。
をドライエッチングで加工するに際し、CF4とCHF3と、A
rと、Heとからなる反応ガスを用いることにより、形状
制御性、均一性、選択性などの各種エッチング特性を向
上させることができる。
第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例である半導体
装置の製造方法を示す半導体ウエハの要部断面図、 第２図は本実施例で用いるドライエッチング装置の要部
断面図、 第３図は本実施例で用いる反応ガスにおけるHe添加量と
コンタクトホールのテーパ角度との関係を示すグラフ図
である。 １……平行平板形ドライエッチング装置、２……処理室
２、3a〜3c……ガス供給源、４……カソード電極、５…
…アソード電極、６……温調器、７……高周波電源、８
……ロードロック室、９……ローダ、10……半導体ウエ
ハ、11……排気管、12……ガス供給管、13a〜13c……バ
ルブ、14……SiO2膜（シリコン酸化膜）、15……レジス
トマスク、16……コンタクトホール、17……第一層配
線、18……層間絶縁膜（シリコン酸化膜）、19……層間
絶縁孔、20……第二層配線、21……パッシベーション
膜、22……電極パッド、θ……テーパ角度。
装置の製造方法を示す半導体ウエハの要部断面図、 第２図は本実施例で用いるドライエッチング装置の要部
断面図、 第３図は本実施例で用いる反応ガスにおけるHe添加量と
コンタクトホールのテーパ角度との関係を示すグラフ図
である。 １……平行平板形ドライエッチング装置、２……処理室
２、3a〜3c……ガス供給源、４……カソード電極、５…
…アソード電極、６……温調器、７……高周波電源、８
……ロードロック室、９……ローダ、10……半導体ウエ
ハ、11……排気管、12……ガス供給管、13a〜13c……バ
ルブ、14……SiO2膜（シリコン酸化膜）、15……レジス
トマスク、16……コンタクトホール、17……第一層配
線、18……層間絶縁膜（シリコン酸化膜）、19……層間
絶縁孔、20……第二層配線、21……パッシベーション
膜、22……電極パッド、θ……テーパ角度。
Claims (2)
- 【請求項１】半導体ウエハの表面に形成されたシリコン
酸化膜をドライエッチングで加工するに際し、CF4と、C
HF3と、Arと、Heとからなる反応ガスを用いることを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】アノードカップリング方式の平行平板形ド
ライエッチング装置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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63066141A JP2603989B2 (ja) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63066141A JP2603989B2 (ja) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01238121A JPH01238121A (ja) | 1989-09-22 |
| JP2603989B2 true JP2603989B2 (ja) | 1997-04-23 |
Family
ID=13307284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63066141A Expired - Lifetime JP2603989B2 (ja) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2603989B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5021121A (en) * | 1990-02-16 | 1991-06-04 | Applied Materials, Inc. | Process for RIE etching silicon dioxide |
| JP2643584B2 (ja) * | 1990-10-26 | 1997-08-20 | 日本電気株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JP2789969B2 (ja) * | 1992-11-12 | 1998-08-27 | 住友金属工業株式会社 | 半導体装置のコンタクトホール形成方法 |
-
1988
- 1988-03-18 JP JP63066141A patent/JP2603989B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01238121A (ja) | 1989-09-22 |
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