JPH0864575A - 接続孔の形成方法 - Google Patents
接続孔の形成方法Info
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- JPH0864575A JPH0864575A JP21953994A JP21953994A JPH0864575A JP H0864575 A JPH0864575 A JP H0864575A JP 21953994 A JP21953994 A JP 21953994A JP 21953994 A JP21953994 A JP 21953994A JP H0864575 A JPH0864575 A JP H0864575A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 アスペクト比が大きい接続孔でもボーイング
状（弓形）にならないように、プラズマエッチングによ
り接続孔を形成する方法を提供する。 【構成】 ＳｉＯ２絶縁膜を上層に有する基板１０の上
にＡｌ−Ｓｉ合金の配線層１２を形成し、その上にＳｉ
Ｏ２絶縁膜１４を成膜し、その上にレジスト膜１６を形
成しパターニングする。次にプラズマエッチング装置を
用いＣＨＦ３，ＣＦ４などハロゲン化合物ガスとＡｒ，
Ｈｅの混合ガスを使用して、パターニングしたレジスト
膜をマスクとして絶縁膜１４をエッチングし、孔径０．
５μｍの接続孔１８を形成した。得られた接続孔の断面
の走査型電顕写真から接続孔の断面は垂直またはテーパ
状の側壁を有している。
状（弓形）にならないように、プラズマエッチングによ
り接続孔を形成する方法を提供する。 【構成】 ＳｉＯ２絶縁膜を上層に有する基板１０の上
にＡｌ−Ｓｉ合金の配線層１２を形成し、その上にＳｉ
Ｏ２絶縁膜１４を成膜し、その上にレジスト膜１６を形
成しパターニングする。次にプラズマエッチング装置を
用いＣＨＦ３，ＣＦ４などハロゲン化合物ガスとＡｒ，
Ｈｅの混合ガスを使用して、パターニングしたレジスト
膜をマスクとして絶縁膜１４をエッチングし、孔径０．
５μｍの接続孔１８を形成した。得られた接続孔の断面
の走査型電顕写真から接続孔の断面は垂直またはテーパ
状の側壁を有している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、接続孔の形成方法、更
に詳細には、アスペクト比が大きい場合であっても断面
形状がボーイング（樽型）にならないように接続孔を形
成できる方法に関するものである。
に詳細には、アスペクト比が大きい場合であっても断面
形状がボーイング（樽型）にならないように接続孔を形
成できる方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置用配線を基板上に形成する際
に、一般には、基板上の絶縁膜にコンタクトホール或い
はスルーホール等の接続孔を形成することが必要であ
る。例えば、図３に示すように、基板上のSiO2膜にコン
タクトホールを設け、次いでＡl- Ｓi 合金でコンタク
トプラグを形成する。また、多層配線を形成する場合に
は、図４（ａ）に示すように基板上のSiO2膜にコンタク
トホールを設け、Ａl - Ｓi 合金で第１層配線を形成す
る。次いで、その上に層間絶縁膜を成膜し、かつスルー
ホールを設け、第２層のＡl - Ｓi 配線を形成し、その
上にパッシベーション膜を成膜する。
に、一般には、基板上の絶縁膜にコンタクトホール或い
はスルーホール等の接続孔を形成することが必要であ
る。例えば、図３に示すように、基板上のSiO2膜にコン
タクトホールを設け、次いでＡl- Ｓi 合金でコンタク
トプラグを形成する。また、多層配線を形成する場合に
は、図４（ａ）に示すように基板上のSiO2膜にコンタク
トホールを設け、Ａl - Ｓi 合金で第１層配線を形成す
る。次いで、その上に層間絶縁膜を成膜し、かつスルー
ホールを設け、第２層のＡl - Ｓi 配線を形成し、その
上にパッシベーション膜を成膜する。
【０００３】かかる接続孔を絶縁膜に設けるに当たって
は、プラズマエッチング装置を使用し、反応ガスを導入
してプラズマを生成させつつ絶縁膜をエッチングして、
接続孔を形成することが多い。例えば、平行平板型の反
応性イオンエッチング装置（以下、ＲＩＥ装置と略称す
る）を使用して基板上のSiO2膜にコンタクトホールを形
成する場合について説明する。図５は、ＲＩＥ装置の構
成を示す概略図である。ＲＩＥ装置は、基本的には、図
５に示すように、真空吸引されているエッチング室３０
と、エッチング室３０内に相互に平行に対面して配置さ
れた対の上部電極及び下部電極３２、３４と、電極間に
ＲＦ電圧を印加するＲＦ電源３６とを備えている。エッ
チング処理を施すウェハＷを下部電極３４の上面に配置
し、下部電極３４が負電位になるようにＲＦ電圧を印加
して、エッチング室３０内にプラズマを生成させる。各
反応ガスは、混合状態で、又は別系統で導入口３８から
エッチング室３０に導入され、排出口４０を介して真空
吸引されている。従来、反応ガスとして、ハロゲン化合
物ガスには、例えばCHF3、CF4 等のガス、不活性ガスに
はアルゴンガス（Ar）が使用されている。
は、プラズマエッチング装置を使用し、反応ガスを導入
してプラズマを生成させつつ絶縁膜をエッチングして、
接続孔を形成することが多い。例えば、平行平板型の反
応性イオンエッチング装置（以下、ＲＩＥ装置と略称す
る）を使用して基板上のSiO2膜にコンタクトホールを形
成する場合について説明する。図５は、ＲＩＥ装置の構
成を示す概略図である。ＲＩＥ装置は、基本的には、図
５に示すように、真空吸引されているエッチング室３０
と、エッチング室３０内に相互に平行に対面して配置さ
れた対の上部電極及び下部電極３２、３４と、電極間に
ＲＦ電圧を印加するＲＦ電源３６とを備えている。エッ
チング処理を施すウェハＷを下部電極３４の上面に配置
し、下部電極３４が負電位になるようにＲＦ電圧を印加
して、エッチング室３０内にプラズマを生成させる。各
反応ガスは、混合状態で、又は別系統で導入口３８から
エッチング室３０に導入され、排出口４０を介して真空
吸引されている。従来、反応ガスとして、ハロゲン化合
物ガスには、例えばCHF3、CF4 等のガス、不活性ガスに
はアルゴンガス（Ar）が使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体装置
の配線は、ＩＣの高集積化及び高密度化に伴い、微細化
及び多層化されつつある。そのために、接続孔の微細化
が求められて、接続孔の直径は小さくなり、逆に接続孔
のアスペクト比（深さ／直径）は大きくなり、１以上の
値になることも多くなっている。しかし、プラズマエッ
チング装置を使用して、アスペクト比の大きい、例えば
１以上のアスペクト比の接続孔を形成しようとすると、
接続孔の形状は、図６（ａ）に示すような垂直側壁の断
面形状が望ましいところ、従来のエッチング方法ではど
うしても、断面形状で見た接続孔のエッチング形状が図
６（ｂ）に示すようにボーイングになった。接続孔の形
状がボーイングになると、次の工程でＣＶＤ法等による
埋込み（プラグ形成）が難しく、カバレージが悪くなっ
てコンタクトホール内にボイド又は巣等が発生し、電気
特性が悪くなる。
の配線は、ＩＣの高集積化及び高密度化に伴い、微細化
及び多層化されつつある。そのために、接続孔の微細化
が求められて、接続孔の直径は小さくなり、逆に接続孔
のアスペクト比（深さ／直径）は大きくなり、１以上の
値になることも多くなっている。しかし、プラズマエッ
チング装置を使用して、アスペクト比の大きい、例えば
１以上のアスペクト比の接続孔を形成しようとすると、
接続孔の形状は、図６（ａ）に示すような垂直側壁の断
面形状が望ましいところ、従来のエッチング方法ではど
うしても、断面形状で見た接続孔のエッチング形状が図
６（ｂ）に示すようにボーイングになった。接続孔の形
状がボーイングになると、次の工程でＣＶＤ法等による
埋込み（プラグ形成）が難しく、カバレージが悪くなっ
てコンタクトホール内にボイド又は巣等が発生し、電気
特性が悪くなる。
【０００５】以上の問題に応えて、本発明の目的は、ア
スペクト比が大きい接続孔であってもボーイング状の形
状にならないように接続孔をプラズマエッチングにより
形成する方法を提供することである。
スペクト比が大きい接続孔であってもボーイング状の形
状にならないように接続孔をプラズマエッチングにより
形成する方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る接続孔の形成方法は、基体上の絶縁膜
をプラズマエッチング装置によってエッチングし、接続
孔を形成する際、プラズマエッチング装置に導入する反
応ガスとして、ハロゲンガス及びハロゲン化合物ガスか
ら選択した少なくとも一種類のガスとアルゴンガスとに
加えてヘリウムガスを混合したガスを使用することを特
徴としている。
に、本発明に係る接続孔の形成方法は、基体上の絶縁膜
をプラズマエッチング装置によってエッチングし、接続
孔を形成する際、プラズマエッチング装置に導入する反
応ガスとして、ハロゲンガス及びハロゲン化合物ガスか
ら選択した少なくとも一種類のガスとアルゴンガスとに
加えてヘリウムガスを混合したガスを使用することを特
徴としている。
【０００７】プラズマエッチング装置を使用して本発明
方法を実施するに当たり、反応ガスにヘリウムガスを含
有させたことを除いて、エッチング条件は、従来のエッ
チング条件と同じでよい。ヘリウムガス以外の反応ガス
の種類、組成は、特に制約はなく、ハロゲン化合物ガス
として通常使用するCCl4、Cl2 、CF4 ガス、CHF3ガス
等、不活性ガスとしてArガスを使用できる。また、接続
孔を設ける絶縁膜の種類、成膜方法に制約されることな
く、本発明方法を適用できる。ヘリウムガスの比率は、
反応ガス全体に対して３０容量％から７０容量％の範囲
である。３０容量％以下では本発明方法の効果が小さ
く、逆に７０容量％以上ではSiO2膜とポリシリコン膜と
の選択比が低下するからである。
方法を実施するに当たり、反応ガスにヘリウムガスを含
有させたことを除いて、エッチング条件は、従来のエッ
チング条件と同じでよい。ヘリウムガス以外の反応ガス
の種類、組成は、特に制約はなく、ハロゲン化合物ガス
として通常使用するCCl4、Cl2 、CF4 ガス、CHF3ガス
等、不活性ガスとしてArガスを使用できる。また、接続
孔を設ける絶縁膜の種類、成膜方法に制約されることな
く、本発明方法を適用できる。ヘリウムガスの比率は、
反応ガス全体に対して３０容量％から７０容量％の範囲
である。３０容量％以下では本発明方法の効果が小さ
く、逆に７０容量％以上ではSiO2膜とポリシリコン膜と
の選択比が低下するからである。
【０００８】
【作用】ヘリウムガスは、質量的に軽く、他のガスより
平均自由行程が長い。そこで、本発明では、ヘリウムガ
スをエッチング室に導入することにより異方性の強いイ
オンアシストエッチングを促進させている。尚、イオン
アシストエッチングとは、反応性のガスを被エッチング
材の表面に収着させ、不活性イオンを照射してエッチン
グを促進させるメカニズムのエッチングである。
平均自由行程が長い。そこで、本発明では、ヘリウムガ
スをエッチング室に導入することにより異方性の強いイ
オンアシストエッチングを促進させている。尚、イオン
アシストエッチングとは、反応性のガスを被エッチング
材の表面に収着させ、不活性イオンを照射してエッチン
グを促進させるメカニズムのエッチングである。
【０００９】
【実施例】以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて
本発明をより詳細に説明する。図１は、本発明に係る接
続孔の形成方法を実施した際の各工程毎の積層構造の断
面図である。先ず、SiO2からなる絶縁膜を上層に備えた
基板１０にＡl - Ｓi 合金からなる配線層１２を成膜す
る。次いで、SiO2からなる絶縁膜１４を配線層１２上に
成膜する（図１（ａ）参照）。続いて、配線層１２上に
レジスト膜１６を成膜し、パターニングする（図１
（ｂ）参照）。次に、図５に示すようなＲＩＥ装置を使
用し、ハロゲン化合物とアルゴンガスにヘリウムガスを
混合したガスを反応ガスとして用いて、パターニングし
たレジスト膜１６をマスクとして、絶縁膜１４をエッチ
ングし接続孔１８を形成する（図１（ｃ）参照）。
本発明をより詳細に説明する。図１は、本発明に係る接
続孔の形成方法を実施した際の各工程毎の積層構造の断
面図である。先ず、SiO2からなる絶縁膜を上層に備えた
基板１０にＡl - Ｓi 合金からなる配線層１２を成膜す
る。次いで、SiO2からなる絶縁膜１４を配線層１２上に
成膜する（図１（ａ）参照）。続いて、配線層１２上に
レジスト膜１６を成膜し、パターニングする（図１
（ｂ）参照）。次に、図５に示すようなＲＩＥ装置を使
用し、ハロゲン化合物とアルゴンガスにヘリウムガスを
混合したガスを反応ガスとして用いて、パターニングし
たレジスト膜１６をマスクとして、絶縁膜１４をエッチ
ングし接続孔１８を形成する（図１（ｃ）参照）。
【００１０】本発明方法による実験例 図５に示すようなＲＩＥ装置を使用し、以下のエッチン
グ条件で、Ａl - Ｓi配線層上の１．０μm の厚さのSiO
2膜をエッチングして、孔径０．５μm の接続孔を形成
した。 圧力：２．３Torr 温度：−１０°C ＲＦ電源の出力：６００Ｗ ガス流量：CHF3 ７０sccm CF4 ３０sccm Ar １５０sccm He ３００sccm
グ条件で、Ａl - Ｓi配線層上の１．０μm の厚さのSiO
2膜をエッチングして、孔径０．５μm の接続孔を形成
した。 圧力：２．３Torr 温度：−１０°C ＲＦ電源の出力：６００Ｗ ガス流量：CHF3 ７０sccm CF4 ３０sccm Ar １５０sccm He ３００sccm
【００１１】以上のようにして形成した接続孔の断面を
走査型電子顕微鏡で観察し、写真を撮影したところ、図
２（ａ）にその写しを示すような断面写真（倍率：５万
倍）を得た。
走査型電子顕微鏡で観察し、写真を撮影したところ、図
２（ａ）にその写しを示すような断面写真（倍率：５万
倍）を得た。
【００１２】従来方法による実験例 反応ガスにヘリウムガスを含有させなかった事を除いて
上述の本発明方法による実験例と同じエッチング条件
で、同様に接続孔を形成した。形成した接続孔の断面を
走査型電子顕微鏡で観察し、写真を撮影したところ、図
２（ｂ）にその写しを示すような断面写真（図２（ａ）
の写真の倍率と同じ）を得た。尚、撮影した写真を参考
物件として本明細書に添付した。添付した参考写真の写
真１及び写真２は、それぞれ本発明方法及び従来方法に
よる断面写真である。
上述の本発明方法による実験例と同じエッチング条件
で、同様に接続孔を形成した。形成した接続孔の断面を
走査型電子顕微鏡で観察し、写真を撮影したところ、図
２（ｂ）にその写しを示すような断面写真（図２（ａ）
の写真の倍率と同じ）を得た。尚、撮影した写真を参考
物件として本明細書に添付した。添付した参考写真の写
真１及び写真２は、それぞれ本発明方法及び従来方法に
よる断面写真である。
【００１３】図２（ａ）と図２（ｂ）との比較から判る
ように、本発明方法による実験例では、接続孔の断面形
状が垂直もしくはテーパ状の側壁を有するのに対して、
従来方法による実験例では、接続孔の断面形状がボーイ
ングになっている。
ように、本発明方法による実験例では、接続孔の断面形
状が垂直もしくはテーパ状の側壁を有するのに対して、
従来方法による実験例では、接続孔の断面形状がボーイ
ングになっている。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、基板上の絶縁膜をプラ
ズマエッチング装置によってエッチングし、接続孔を形
成する際、反応ガスとして、ハロゲン化合物ガス及びア
ルゴンガスに加えてヘリウムガスを混合したガスを使用
することにより、アスペクト比の大きい接続孔であって
も、ボーイングしていない接続孔、即ち断面形状が垂直
もしくはテーパ状の側壁となっている接続孔を形成する
ことができる。よって、本発明方法を適用すれば、アス
ペクト比の大きい接続孔であっても、ボーイングしてい
ない接続孔を形成できるので、後続する埋込み工程で欠
陥の無い接続孔プラグを形成することできる。従って、
配線の微細化、多層化が進んでも、製品歩留りを低下さ
せることなく半導体装置の配線を形成することができ
る。
ズマエッチング装置によってエッチングし、接続孔を形
成する際、反応ガスとして、ハロゲン化合物ガス及びア
ルゴンガスに加えてヘリウムガスを混合したガスを使用
することにより、アスペクト比の大きい接続孔であって
も、ボーイングしていない接続孔、即ち断面形状が垂直
もしくはテーパ状の側壁となっている接続孔を形成する
ことができる。よって、本発明方法を適用すれば、アス
ペクト比の大きい接続孔であっても、ボーイングしてい
ない接続孔を形成できるので、後続する埋込み工程で欠
陥の無い接続孔プラグを形成することできる。従って、
配線の微細化、多層化が進んでも、製品歩留りを低下さ
せることなく半導体装置の配線を形成することができ
る。
【図１】図１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ本
発明に係る接続孔の形成方法を実施した際の各工程毎の
積層構造の断面図である。
発明に係る接続孔の形成方法を実施した際の各工程毎の
積層構造の断面図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明方法
の実験例で得た接続孔及び従来方法の実験例で得た接続
孔の走査型電子顕微鏡の断面写真の写しである。
の実験例で得た接続孔及び従来方法の実験例で得た接続
孔の走査型電子顕微鏡の断面写真の写しである。
【図３】コンタクトホールの断面図である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ多
層配線構造におけるコンタクトホールとスルーホールと
を形成する際の各工程毎の積層構造の断面図である。
層配線構造におけるコンタクトホールとスルーホールと
を形成する際の各工程毎の積層構造の断面図である。
【図５】ＲＩＥ装置の構成を示す概略図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ望ましい断
面形状及びボーイング形状の接続孔の断面図である。
面形状及びボーイング形状の接続孔の断面図である。
１０ 基板 １２ 配線層 １４ 絶縁膜 １６ レジスト膜 １８ 接続孔
Claims (1)
- 【請求項１】 基体上の絶縁膜をプラズマエッチング装
置によってエッチングし、接続孔を形成する際、 プラズマエッチング装置に導入する反応ガスとして、ハ
ロゲンガス及びハロゲン化合物ガスから選択した少なく
とも一種類のガスとアルゴンガスとに加えてヘリウムガ
スを混合したガスを使用することを特徴とする接続孔の
形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21953994A JPH0864575A (ja) | 1994-08-22 | 1994-08-22 | 接続孔の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21953994A JPH0864575A (ja) | 1994-08-22 | 1994-08-22 | 接続孔の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0864575A true JPH0864575A (ja) | 1996-03-08 |
Family
ID=16737081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21953994A Pending JPH0864575A (ja) | 1994-08-22 | 1994-08-22 | 接続孔の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0864575A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007098233A1 (en) * | 2006-02-21 | 2007-08-30 | Micron Technology, Inc. | High aspect ratio contacts |
-
1994
- 1994-08-22 JP JP21953994A patent/JPH0864575A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007098233A1 (en) * | 2006-02-21 | 2007-08-30 | Micron Technology, Inc. | High aspect ratio contacts |
| JP2009527899A (ja) * | 2006-02-21 | 2009-07-30 | マイクロン テクノロジー， インク． | 高アスペクト比コンタクト |
| US7608195B2 (en) | 2006-02-21 | 2009-10-27 | Micron Technology, Inc. | High aspect ratio contacts |
| US8093725B2 (en) | 2006-02-21 | 2012-01-10 | Micron Technology, Inc. | High aspect ratio contacts |
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