JP3119021B2

JP3119021B2 - 半導体装置のコンタクトホール形成方法

Info

Publication number: JP3119021B2
Application number: JP05081014A
Authority: JP
Inventors: 敏雄中西; 正嗣駒井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-04-08
Filing date: 1993-04-08
Publication date: 2000-12-18
Anticipated expiration: 2015-12-18
Also published as: JPH06295877A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置のコンタクト
ホール形成方法に関し、より詳細には半導体集積回路製
造過程においてＳｉＯ₂ 膜をエッチングしてコンタクト
ホールを形成する半導体装置のコンタクトホール形成方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体装置（半導体集積回
路）の製造においては、半導体基板の表面に形成された
ＳｉＯ₂ 膜にコンタクトホールを形成するために、レジ
ストにマスクのパターンを転写するフォトリソグラフィ
技術と、パターン形成されたレジストをマスクとしてＳ
ｉＯ₂ 膜を加工するエッチング技術とを組み合わせた工
程が採用されている。また、前記コンタクトホールの形
成方法としては、ウエットエッチングとドライエッチン
グとを組み合わせた方法も知られている。

【０００３】まず、コンタクトホールを形成するための
一般的なフォトリソグラフィ及びエッチング工程を図９
に基づいて説明する。まず最初に、Ｓｉ基板３１上にＳ
ｉＯ₂ 膜３２を形成し、次いで感光性高分子から成るレ
ジスト３３を塗布し、この後プリベークを行なってレジ
スト３３中に含まれる有機溶剤を除去する（図９
（ａ））。次に、マスク３４のパターンを露光によって
レジスト３３上に転写し（図９（ｂ））、その後レジス
ト３３を現像してマスク３４のパターンに対応するレジ
ストパターン３３ａを形成する。次に、ポストベークを
行ない、レジスト３３中に含まれる水分を飛ばしてレジ
スト３３を硬化させ、ＳｉＯ₂ 膜３２との密着性を高め
ておく（図９（ｃ））。さらに、レジストパターン３３
ａをマスクとしてＳｉＯ₂ 膜３２に反応性イオンエッチ
ング処理を施し、コンタクトホール３５を形成する（図
９（ｄ））。次に、不要となったレジスト３３を溶かし
て除去する（図９（ｅ））。以上のように、図９（ａ）
〜（ｅ）に示したような５つの主な工程から一般的なフ
ォトリソグラフィ及びエッチング工程は構成されてい
る。

【０００４】次に、図１０に基づいてウエットエッチン
グとドライエッチングとを組み合わせた方法について説
明する。この方法ではまず最初に、Ｓｉ基板４１上にＳ
ｉＯ₂ 膜４２を形成し、さらにＳｉＯ₂ 膜４２上に感光
性高分子から成るレジスト４３を塗布する。この後、プ
リベークを行なってレジスト４３中に含まれる有機溶剤
を除去し、マスク上のパターン（図示せず）を露光によ
ってレジスト４３上に転写してから現像する。次に、ポ
ストベークを行なってレジスト４３を硬化させ、下地と
の密着性を高めておく（図１０（ａ））。さらに、レジ
スト４３をマスクとし、例えば１０：１ＢＨＦ溶液（Ｈ
Ｆ、ＨＮＯ₃ 、Ｈ₂ Ｏの混合液）を用いたウエットエッ
チングにより、ＳｉＯ₂ 膜４２の上部に等方的エッチン
グを施して面取りを行なう（図１０（ｂ））。この後、
ドライエッチングにより異方的エッチングを施し、Ｓｉ
Ｏ₂ 膜４２に面取りされたパターンを形成する（図１０
（ｃ））。次に、不要となったレジスト４３を溶かして
除去すれば椀形のコンタクトホール４５が得られる（図
１０（ｄ））。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体装置にお
いては、配線等の微細化に伴い、１μｍ以下のパターン
を得る必要が大きくなってきており、これとともにパタ
ーンの高アスペクト化が進んできている。

【０００６】図９に示したフォトリソグラフィ及びエッ
チング工程においては、矩形形状のレジストパターン３
３ａが形成される。このため、レジストパターン３３ａ
が１μｍ以下の配線間のスペースやコンタクトホール径
等のエッチングされるべき幅（以下、パターンサイズと
いう）を有している場合、エッチングの際に以下のよう
な課題があった。すなわち、このようにパターンサイズ
が小さい場合、矩形形状のレジストパターン３３ａの上
部の角部によってエッチングガスイオンのパターン内へ
の流入が妨げられ、エッチングガスイオンがＳｉＯ₂ 膜
３２まで侵入しにくくなり、また侵入できても、前記イ
オンとＳｉＯ₂ 膜３２との反応生成物が開口部から外に
出にくくなる。このため、エッチング速度が遅くなる。
図１１は無限大のパターンサイズにおけるエッチレート
を１として、パターンサイズと規格化したエッチレート
との関係を示したグラフである。図１１から、１μｍ以
下の小さなパターンサイズではパターンサイズが小さく
なるにしたがってエッチレートが次第に小さくなること
が分かる。このため、例えば２．０μｍサイズのパター
ンと、０．８μｍ及び０．６μｍサイズの小さなパター
ンとが１つのレジストパターンに存在する場合（図１２
（ａ））、２．０μｍサイズのパターンがジャストエッ
チングされた時点でエッチング処理を止めると、０．８
μｍ及び０．６μｍサイズのパターンではエッチングが
不十分となる（図１２（ｂ））。また、０．６μｍサイ
ズの部分が十分エッチングされるまでエッチング処理を
施すと、２．０μｍサイズのパターン部分ではエッチン
グが進み過ぎてしまう。したがって、上記したいわゆる
マイクロローディング効果によるエッチング不良が生
じ、均一なエッチングが行なえず、所望のパターンサイ
ズを得ることができないという課題があった。

【０００７】また、コンタクトホール３５のアスペクト
比が大きい場合、コンタクトホール３５に配線材料３６
を埋め込んだ際（図１３）、段差部での埋め込み特性が
悪くなり、段差部における配線材料３６の膜厚が薄くな
り、ｂ／ａの値が小さくなる。したがって、配線の段差
被覆性が悪くなり、導通不良を生じる確率が高なってし
まうという課題があった。

【０００８】一方、ウエットエッチングとドライエッチ
ングとを併用する方法においても、レジスト４３のパタ
ーンが矩形形状を有するため、ドライエッチングを行な
う際、パターンの角部によりエッチングガスイオンのＳ
ｉＯ₂ 膜４２への侵入や反応生成物の放出が阻害され、
マイクロローディング効果によるエッチング不良が生
じ、均一なエッチングが行なえず、所望のパターンサイ
ズを得ることができないという課題があった。

【０００９】また、この方法ではウエットエッチングに
よる等方的なエッチング工程を加えることにより、椀形
のコンタクトホール４５が形成され、この椀形のコンタ
クトホール４５の上部は大きく開口しており、段差部の
傾斜がなだらかであるため、実質的なアスペクト比が小
さくなる。このため、図１４に示したように配線材料４
６を埋め込む際の埋め込み特性が良くなり、ｂ／ａの値
が大きくなり、配線の段差被覆性は良好となるが、反面
ウエットエッチングを施す工程が増加してしまうという
課題があった。

【００１０】さらに、レジスト４３とＳｉＯ₂ 膜４２と
の密着性が悪いと、レジスト４３とＳｉＯ₂ 膜４２との
界面から水平方向にエッチング液が染み込み、横方向に
エッチングが拡がってしまう。したがって、再現性、制
御性が悪くなるとともに微細加工上も不利になるという
課題があった。

【００１１】本発明はこのような課題に鑑み発明された
ものであって、パターンサイズが１μｍ以下であっても
工程を増やすことなく配線の段差被覆性を良好なものに
しながらもマイクロローディング効果によるエッチング
不良を防止することができ、再現性および制御性に優れ
た所望のパターンを有するコンタクトホールを形成する
ことができる半導体装置のコンタクトホール形成方法を
提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る半導体装置のコンタクトホール形成方法
は、基板上にＳｉＯ₂ 膜を形成し、該ＳｉＯ₂ 膜上にレ
ジストを後の露光工程で定在波の節がレジスト表面に生
じるように膜厚を制御して塗布し、前記レジストに全面
露光及びマスク露光を施して現像し、椀形のレジストパ
ターンを形成した後に前記ＳｉＯ₂ 膜に反応性イオンエ
ッチングを施す半導体装置のコンタクトホール形成方法
であって、前記マスク露光に１μｍ以下のパターンサイ
ズを有するマスクを用いることを特徴としている。

【００１３】また、上記記載の半導体装置のコンタクト
ホール形成方法において、全面露光またはマスク露光の
後にＰＥＢ（Post Exposure Bake）処理を施すことを特
徴としている。

【００１４】

【作用】レジスト中のインヒビタ（現像抑制剤）は前記
レジストが露光されることにより分解されるので、全面
露光の強度を調整すれば該レジストの表面のみが強く露
光され、インヒビタ濃度は小さくなり、現像可能状態と
なる。また、深い部分になるにしたがって露光された光
強度が弱まった状態となり、インヒビタ濃度は大きくな
り現像不可能状態となる。つまり、前記全面露光後のイ
ンヒビタ濃度は前記レジストの表面から深くなるにつれ
て大きくなるという濃度分布を示す。

【００１５】また、１μｍ以下のパターンサイズを有す
るマスクを用いてマスク露光を行なうと、前記マスク露
光では開口部のみから光が前記レジストに照射され、前
記開口部における光強度分布は表面部に近いほど現像に
より溶解可能な状態が大きく拡がった状態となる。

【００１６】ところで、露光の際に該レジスト中に定在
波が発生する場合、通常反射面での定在波は節となり、
以下等間隔で腹と節とが交互に存在し、定在波の周期Ｌ
はＬ＝λ／２ｎ［Å］（露光波長をλ［Å］、レジスト
の屈折率をｎとする）となる。前記レジスト表面に定在
波の節がきた場合、前記レジスト表面は溶解されにくく
なり、現像後には断面形状が図１に示したような椀形形
状のレジストパターン１３ａが形成されることとなる。

【００１７】このように、基板１１上にＳｉＯ₂ 膜１２
を形成し、ＳｉＯ₂ 膜１２上にレジストを後の露光工程
で定在波の節がレジスト表面に生じるように膜厚を制御
して塗布し、前記レジストに全面露光及び１μｍ以下の
パターンサイズを有する前記マスクを用いたマスク露光
を施して現像することにより、１μｍ以下のパターンサ
イズを有する制御性、再現性に優れた椀形のレジストパ
ターン１３ａを形成することが可能となる。

【００１８】さらに、このような椀形のレジストパター
ン１３ａを用いてＳｉＯ₂ 膜１２に反応性イオンエッチ
ング処理を施すと、レジストパターン１３ａの開口部が
なだらかに広がっているため、イオンがＳｉＯ₂ 膜１２
まで侵入しやすくなり、前記イオンとＳｉＯ₂ 膜１２と
の反応生成物も前記開口部から外に出やすくなる。この
ため、マイクロローディング効果によるエッチング不良
が防止され、エッチレートの低下が抑制されることとな
る。つまり、パターンサイズが小さくなっても均一で確
実なエッチングが行なわれるようになり、パターン形成
の精度が高くなり、所望の微細なパターンを有する椀形
のコンタクトホールを形成することが可能となる。

【００１９】また、該コンタクトホールにあっては、レ
ジストパターン１３ａの側面底部が直線的であることに
より、優れた線幅制御性を有することとなる。また、オ
ーバーエッチングとなってもホール側面底部の直線性が
保たれ、優れた線幅制御性が発揮されることとなる。

【００２０】さらに、ウエットエッチングによる等方的
なエッチング工程を加えることなく、椀形のレジストパ
ターン１３ａが形成されるため、工程が増加することが
ない。

【００２１】そのうえ、前記コンタクトホールの開口部
が図２に示したようになだらかに広がっていることによ
り、コンタクトホール１５が１μｍ以下のパターンサイ
ズを有していても実質的なアスペクト比が小さくなり、
後の工程でコンタクトホール１５に配線材料１６を埋め
込んだ場合、段差部における配線材料１６も十分な厚み
を有することとなり、ｂ／ａの値が大きくなる。したが
って、配線の段差被覆性が良好となり、導通不良が防止
されることとなる。

【００２２】また、上記記載の半導体装置のコンタクト
ホール形成方法において、露光波長が単一波長の場合、
定在波の影響で下地膜に対して垂直方向にλ／４ｎ
（λ；波長，ｎ；屈折率）周期で光の強度が変化するこ
とによって、レジスト１３の側壁に波状模様が現われる
場合がある（図３（ａ））。しかし前記波状模様も、全
面露光またはマスク露光の後にＰＥＢ処理を施すことに
よって滑らかになり（図３（ｂ））、前記定在波の影響
を緩和することが可能となる。また、前記全面露光及び
前記マスク露光後におけるレジスト１３中のインヒビタ
濃度分布がなだらかになり、線幅の制御が容易となる。
このため、表面がなめらかな椀形のレジストパターン１
３ａが形成され、エッチング後のコンタクトホール１５
のパターン制御性をさらに向上させることが可能とな
る。

【００２３】しかも、前記マスク露光の前に前記ＰＥＢ
処理を施した場合は、前記マスク露光における光が入射
し易くなるため、マスク露光量を小さく見積もることも
可能となり、また前記マスク露光時における光の定在波
の影響も緩和されることとなる。

【００２４】

【実施例及び比較例】以下、本発明に係る半導体装置の
コンタクトホール形成方法の実施例及び比較例を図面に
基づいて説明する。図４（ａ）〜（ｅ）は実施例に係る
半導体装置のコンタクトホール形成方法を説明するため
の各工程を示した模式的断面図である。

【００２５】まず、基板１１上にＳｉＯ₂ 膜１２を形成
し、次いでＳｉＯ₂ 膜１２上にＰＦＸ１５（住友化学工
業（株）製）などのレジスト１３を、レジスト１３中に
発生する定在波の節付近がレジスト１３表面に位置する
ような、例えば約１２０００Åの膜厚でスピンコートす
る（図４（ａ））。下記の表１は定在波が生じるレジス
ト膜厚とレジスト１３表面での定在波の状態との関係を
示している。このことを利用して定在波の節付近がレジ
スト１３表面に位置するようにレジスト１３の膜厚を制
御する。例えば、レジスト１３の屈折率を１．６４、露
光波長を４３６０Å（ｇ線）とすると定在波の周期は約
１３３０Åとなる。ＳｉＯ₂ 膜１２面では定在波は節に
なるから、膜厚が約（１３３０ｋ）Å，ｋは自然数；
（表１参照）ならばレジスト１３表面の定在波は節とな
る。

【００２６】

【表１】

【００２７】この後プリベークを行なってレジスト１３
中に含まれる有機溶剤を除去する（図４（ａ））。次
に、レジスト１３上にステッパーで１１５ｍＪ／ｃｍ²
の量のｇ線（４３６０Å）を全面に露光する（図４
（ｂ））。この時の露光量はレジスト１３が全部露光し
てしまわない程度、すなわち一定の膜厚を残す程度の露
光量である。また、露光にはｇ線（４３６０Å）を用い
たが、ｇ線の他ｈ線（４０５０Å）、ｉ線（３６５０
Å）、ＫｒＦ（２４９０Å）、ＡｒＦ（１９３０Å）な
どの単一波長の露光源を用いることができる。

【００２８】続いて、１μｍ以下のパターンサイズを有
するマスク１４を用いてステッパーで露光してマスク露
光を行なう（図４（ｃ））。この時の露光量はマスク１
４通りの寸法が得られる量で４５ｍＪ／ｃｍ² である。

【００２９】次に、現像を行ない、この後１１５℃で１
２０秒間ポストベークを行ない、レジスト１３中に含ま
れる水分を飛ばしてレジスト１３を硬化させ、ＳｉＯ₂
膜１２との密着性を高めておく。こうしてマスク１４に
対応する椀形のレジストパターン１３ａを形成する（図
４（ｄ））。さらに、この椀形のレジストパターン１３
ａをマスクとしてＳｉＯ₂ 膜１２に反応性イオンエッチ
ング処理を施してコンタクトホール１５を形成し（図４
（ｅ））、不要となったレジストパターン１３ａを除去
する（図４（ｆ））。

【００３０】上記エッチング処理は、Ａｒ（３５０scc
m）を希釈ガスとしたＣＦ₄ 及びＣＨＦ₃ の混合ガスを
用い、図５に示した装置を使用してＲＦパワー：８５０
Ｗ、電極間距離：１．０ｃｍ、試料温度：−３０℃、圧
力５００ｍＴｏｒｒの条件下で行なった。

【００３１】図中２１は上部電極を、２２は下部電極
を、２３は高周波電源を、２４はガス導入口を、２５は
ウエハをそれぞれ示している。

【００３２】なお、上記した混合ガスにエッチングガス
としてＯ₂ を添加しても良い。

【００３３】また、上記実施例の場合は希釈ガスとして
Ａｒを用いているが、希釈ガスとしてはその他Ｈｅ等を
用いることもできる。

【００３４】図６は実施例に係る混合ガスにおけるＣＦ
₄ とＣＨＦ₃ との混合比を変化させてエッチングを行な
い、混合比とＳｉＯ₂ 及びレジストのエッチングレート
との関係を調べた結果と、混合比とＳｉＯ₂ のレジスト
に対する選択比との関係を調べた結果とを示したもので
ある。

【００３５】

【表２】

【００３６】表２はエッチング時に図６における選択比
が小さい混合ガスを用いて形成された実施例に係るコン
タクトホール１５（図７（ａ））と、図６における選択
比が大きい混合ガスを用いて形成された実施例に係るコ
ンタクトホール１５（図７（ｂ））と、従来のフォトリ
ソグラフィ及びエッチング工程により形成された比較例
に係るコンタクトホール３５（図９）と、従来のウエッ
トエッチングとドライエッチングとを併用する方法によ
り形成された比較例に係るコンタクトホール４５（図１
０）とにおいて、工程数、マイクロローディング効果に
よる影響の有無、線幅制御性及び配線の段差被覆性を調
べた結果を示したものである。

【００３７】表２から明らかなように、比較例に係るコ
ンタクトホール３５においては、マイクロローディング
効果による影響が有り、また段差被覆性がかなり悪くな
っており、また比較例に係るコンタクトホール４５にお
いても、マイクロローディング効果による影響が有り、
かつ段差被覆性も悪くなっているうえ、工程数も多い。
しかし、選択比が小さい混合ガスを用いて形成された実
施例に係るコンタクトホール１５においては、線幅制御
性に優れ、かつ工程が増加せず、しかもマイクロローデ
ィング効果による影響も無くなり、そのうえ段差被覆性
も大幅に向上している。また、選択比が大きい混合ガス
を用いた実施例に係るコンタクトホール１５において
も、工程数が増加せず、しかもマイクロローディング効
果による影響も無くなり、かつ線幅制御性に優れてお
り、すべての点で優れていることを確認することができ
た。

【００３８】また、図８（ａ）は通常のエッチングが施
された実施例に係るコンタクトホール１５を示した模式
的断面図であり、図８（ｂ）はオーバーエッチングとな
った実施例に係るコンタクトホール１５を示した模式的
断面図である。図８から明らかなように、コンタクトホ
ール１５においては、オーバーエッチングとなった場合
でもホール側面底部の直線性が保たれており、優れた線
幅制御性を発揮させることができることを確認すること
ができた。

【００３９】以上説明したように実施例に係る半導体装
置のコンタクトホール形成方法にあっては、全面露光の
際の、露光量の調整により、レジスト１３は表面部のみ
強く感光し、深くなるにしたがって弱く感光した状態と
なる。マスク露光では開口部が強く感光されるが、レジ
スト１３の深さ方向に対しても感光され、その強度は深
さに応じて弱くなる。つまり、前記全面露光後のインヒ
ビタ濃度はレジスト１３表面から深くなるにつれて大き
くなるという濃度分布を示し、インヒビタ濃度が大きく
なるほど現像による溶解が不可能となる。

【００４０】この時、レジスト１３をＳｉＯ₂ 膜１２上
に後の露光工程で定在波の節がレジスト表面に生じるよ
うに膜厚を制御して塗布し、さらに全面露光後、レジス
ト１３上から１μｍ以下のパターンサイズを有するマス
ク１４を用いてマスク露光を行なう。これら全面露光と
マスク露光との組み合わせにより、レジスト１３は椀状
の強度分布を有して感光し、１μｍ以下のサイズの小さ
なレジストパターン１３ａを制御性、再現性の良い椀形
形状にしておくことができる。

【００４１】また、レジストパターン１３ａが椀形形状
を有していることにより、後のエッチング工程におい
て、エッチングガスイオンがＳｉＯ₂ 膜１２まで侵入し
やすくなり、マイクロローディング効果の影響によるエ
ッチング不良を防止し、エッチレートの低下を抑制する
ことができる。このため、サイズが１μｍ以下のパター
ンが含まれていても、均一なエッチングが可能となり、
パターン形成の精度を高めることができ、所望の微細な
椀形のコンタクトホール１５を形成することができる。

【００４２】また、コンタクトホール１５にあっては、
ホール側面底部が直線的であることにより、線幅制御性
を向上させることができる。また、オーバーエッチング
となってもホール側面底部の直線性を保つことができ、
優れた線幅制御性が維持される。

【００４３】さらに、コンタクトホール１５の開口部が
なだらかに広がっていることにより、コンタクトホール
１５が１μｍ以下のパターンサイズを有していても実質
的なアスペクト比が小さくなる。このため、後の工程で
コンタクトホール１５に配線材料を埋め込んだ場合、段
差部においても前記配線材料に十分な厚みを与えること
ができ、ｂ／ａの値が大きくなり、配線の段差被覆性が
良好となり、導通不良を防止することができる。

【００４４】また、別の実施例に係る半導体装置のコン
タクトホール形成方法は図４に示した実施例に係る半導
体装置のコンタクトホール形成方法と基本的に同様の工
程を有するが、マスク露光（図４（ｃ））の後にＰＥＢ
処理（熱処理）を施す点で相違している。

【００４５】露光波長が単一波長の場合、定在波の影響
で、光強度がλ／４ｎ（λ：波長，ｎ：屈折率）周期で
変わることにより、レジストパターン１３ａの側壁に波
状模様が現れる場合がある。上記した別の実施例では定
在波の影響を緩和するためマスク露光後にＰＥＢ処理を
施し、レジスト１３中のインヒビタの波状濃度分布をな
だらかにして現像する。その結果、滑らかなレジストパ
ターン１３ａを形成することができる。図４に示したよ
うな工程によれば、前記ＰＥＢ処理を施さなくても、椀
形のレジストパターン１３ａを形成することができる
が、ＰＥＢ処理を施したほうが形状制御の点からはより
好ましい。

【００４６】さらに別の実施例に係る半導体装置のコン
タクトホール形成方法は図４に示した実施例に係る半導
体装置のコンタクトホール形成方法と基本的に同様の工
程を有するが、全面露光（図４（ｂ））の後にＰＥＢ処
理（熱処理）を施す点で相違している。

【００４７】上記したさらに別の実施例に係る半導体装
置のコンタクトホール形成方法にあっては、全面露光後
にＰＥＢ処理を施してマスク露光を行なっている。全面
露光の際の露光量の調整により、レジスト１３は表面部
のみが強く感光し、深くなるにしたがって弱く感光する
ので、前記全面露光後のインヒビタ濃度はレジスト１３
表面から深くなるにつれて大きくなるという濃度分布を
示し、インヒビタ濃度が大きくなるほど現像による溶解
が不可能となっている。この状態で、ＰＥＢ処理を施す
ことにより、レジスト１３中のインヒビタ濃度の分布を
なだらかにすることができる。また、レジスト１３中に
おける光の透過率も変化し、マスク露光における光が入
射し易くなるためマスク露光量を小さく見積もることも
でき、さらにはマスク露光時における光の定在波の影響
も緩和することができる。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る半導体
装置のコンタクトホール形成方法においては、半導体装
置を製造する際のフォトリソグラフィ工程において、基
板上にＳｉＯ₂ 膜を形成し、該ＳｉＯ₂ 膜上にレジスト
を後の露光工程で定在波の節がレジスト表面に生じるよ
うに膜厚を制御して塗布し、前記レジストに全面露光を
行なった後に１μｍ以下のパターンサイズのマスクを用
いたマスク露光を行なった後に現像することにより、サ
イズの小さなレジストパターンを制御性、再現性の良い
椀形形状にしておくことができる。これにより、後の反
応性イオンエッチング工程におけるイオンの前記ＳｉＯ
₂ 膜への侵入や反応生成物の拡散を容易にすることがで
き、マイクロローディング効果の影響によるエッチング
不良を防止することができ、エッチレートの低下を抑制
することができる。したがって、１μｍ以下のパターン
サイズが含まれていても、均一なエッチングが可能とな
り、パターン形成の精度を高めることができ、所望の微
細な椀形のコンタクトホールを形成することができる。

【００４９】また、該コンタクトホールにあっては、ホ
ール側面底部が直線的であることにより、線幅制御性を
向上させることができる。また、オーバーエッチングと
なってもホール側面底部の直線性を保つことができ、優
れた線幅制御性を維持することができる。

【００５０】さらに、前記コンタクトホールの開口部が
なだらかに広がっていることにより、該コンタクトホー
ルが１μｍ以下のパターンサイズを有していても実質的
なアスペクト比が小さくなり、後工程で前記コンタクト
ホールに配線材料を埋め込んだ場合、段差部においても
十分な厚みを与えることができ、ｂ／ａの値を大きくす
ることができ、配線の段差被覆性が良好となる。したが
って、導通不良を防止することができる。

【００５１】また、上記記載の半導体装置のコンタクト
ホール形成方法において、全面露光またはマスク露光の
後にＰＥＢ(Post Exposure Bake)処理を施す場合には、
前記全面露光及び前記マスク露光後のレジスト中におけ
るインヒビタ濃度分布をなだらかにすることができ、露
光量に対する線幅変化率が小さくなり、線幅制御性を向
上させることができる。このため、より一層微細なコン
タクトホールを作製することが容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】椀形のレジストパターンを示した摸式的断面図
である。

【図２】本発明に係る椀形のコンタクトホールに配線材
料を埋め込んだ場合の状態を示した模式的断面図であ
る。

【図３】（ａ）はＰＥＢ処理無しでのレジストパターン
を示した摸式的断面図であり、（ｂ）はＰＥＢ処理有り
でのレジストパターンを示した摸式的断面図である。

【図４】（ａ）〜（ｅ）は本発明に係る半導体装置のコ
ンタクトホール形成方法の実施例を各工程順に示した模
式的断面図である。

【図５】本発明に係る半導体装置のコンタクトホール形
成方法におけるエッチング処理工程に使用されたエッチ
ング装置を示した概略断面図である。

【図６】実施例に係る混合ガスにおけるＣＦ₄ とＣＨＦ
₃ との混合比とＳｉＯ₂ 及びレジストのエッチングレー
トとの関係を調べた結果と、混合比とＳｉＯ₂ のレジス
トに対する選択比との関係を調べた結果とを示したもの
である。

【図７】（ａ）はＳｉＯ₂ のレジストに対する選択比の
小さい混合ガスを用いて形成した実施例に係るコンタク
トホールを示した摸式的断面図であり、（ｂ）は前記選
択比の大きい混合ガスを用いて形成した実施例に係るコ
ンタクトホールを示した摸式的断面図である。

【図８】（ａ）は通常のエッチングが施された実施例に
係るコンタクトホール１５を示した模式的断面図であ
り、図８（ｂ）はオーバーエッチングとなった実施例に
係るコンタクトホール１５を示した模式的断面図であ
る。

【図９】（ａ）〜（ｅ）は従来の半導体装置のコンタク
トホール形成方法を工程順に示した模式的断面図であ
る。

【図１０】（ａ）〜（ｄ）は従来の別の半導体装置のコ
ンタクトホール形成方法を工程順に示した模式的断面図
である。

【図１１】従来の半導体装置のコンタクトホール形成方
法におけるパターンサイズとエッチレートとの関係を示
したグラフである。

【図１２】（ａ）は従来例に係る１μｍ以下のパターン
サイズを有するレジストパターンを示した模式的断面図
であり、（ｂ）は従来例に係る１μｍ以下のパターンサ
イズを有するコンタクトホールを示した模式的断面図で
ある。

【図１３】従来例に係るコンタクトホールに配線材料を
埋め込んだ場合の状態を示した模式的断面図である。

【図１４】別の従来例に係るコンタクトホールに配線材
料を埋め込んだ場合の状態を示した模式的断面図であ
る。

【符号の説明】

１１基板１２ＳｉＯ₂ 膜１３レジスト１３ａレジストパターン１４マスク１５コンタクトホール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/44 - 21/445 H01L 29/40 - 29/43 H01L 29/47 H01L 29/872 H01L 21/302 H01L 21/306 H01L 21/3065 H01L 21/461

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上にＳｉＯ₂ 膜を形成し、該ＳｉＯ
₂ 膜上にレジストを後の露光工程で定在波の節がレジス
ト表面に生じるように膜厚を制御して塗布し、前記レジ
ストに全面露光及びマスク露光を施して現像し、椀形の
レジストパターンを形成した後に前記ＳｉＯ₂ 膜に反応
性イオンエッチングを施す半導体装置のコンタクトホー
ル形成方法であって、前記マスク露光に１μｍ以下のパ
ターンサイズを有するマスクを用いることを特徴とする
半導体装置のコンタクトホール形成方法。
【請求項２】全面露光またはマスク露光の後にＰＥＢ
（Post Exposure Bake）処理を施すことを特徴とする請
求項１記載の半導体装置のコンタクトホール形成方法。