【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願の発明は、半導体装置の製造に際して、テーパ部を有するコンタクトホールを形成するための方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の微細化に伴ってコンタクトホールのアスペクト比も大きくなってきているので、上層側の配線の段差被覆性を高めるために、コンタクトホールにテーパ部を設けることが望まれている。 図２は、
この様なテーパ部を有するコンタクトホールの形成方法の一従来例であって、多層配線のうちの下層側のＡｌ配線と上層側の配線とをコンタクトさせるためのコンタクトホールの形成方法を示している。

【０００３】この一従来例では、図２（ａ）に示す様に、下層側のＡｌ配線１１を層間絶縁膜１２で覆う。 そして、図２（ｂ）に示す様に、層間絶縁膜１２上にレジスト膜１３を塗布した後、形成すべきコンタクトホールのパターンの開孔１４をレジスト膜１３に形成する。 この時のレジスト膜１３の膜厚は１．５４μｍであり、開孔１４の径１５は０．８６μｍである。

【０００４】次に、レジスト膜１３をマスクにして層間絶縁膜１２をプラズマエッチングして、図２（ｃ）に示す様に、層間絶縁膜１２にテーパ部１６を形成する。 この時に用いた平行平板型のプラズマエッチング装置の処理条件は、ステージ温度＝１００℃、反応ガスＣＦ ₄の流量＝１５０ＳＣＣＭ、Ｏ ₂の流量＝７ＳＣＣＭ、高周波パワー＝２２５Ｗ、ガス圧＝０．７Ｔｏｒｒである。

【０００５】次に、レジスト膜１３をマスクにしてＲＩ
Ｅで層間絶縁膜１２を異方性エッチングして、図２
（ｄ）に示す様に、Ａｌ配線１１に達するコンタクトホール１７を層間絶縁膜１２に形成する。 この時に用いた別の平行平板型のバッチ式のエッチング装置の処理条件は、反応ガスＯ ₂の流量＝５ＳＣＣＭ、ＣＨＦ ₃の流量＝５０ＳＣＣＭ、高周波パワー＝１０００Ｗ、ガス圧＝
０．０４Ｔｏｒｒである。 その後、図２（ｅ）に示す様に、レジスト膜１３を除去する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の一従来例では、図２（ｃ）に示した様に、テーパ部１６を形成するためのプラズマエッチングで、レジスト膜１３もエッチングされて後退する。 即ち、プラズマエッチング後の開孔１４の径１８は、１．２２μｍであり、形成直後の開孔１４の径１５に比べて０．３６μｍも大きくなっている。

【０００７】このため、コンタクトホール１７の径も形成直後の開孔１４の径１５に比べて０．３５μｍ程度大きくなり、上述の一従来例では、設計値に近い寸法のコンタクトホール１７を形成することができなかった。 また、レジスト膜１３が後退した結果、図２（ｃ）と図２
（ｄ）との比較からも明らかな様に、テーパ部１６が小さくなり、上層側の配線の段差被覆性を高めることができなかった。

【０００８】また、プラズマエッチング後のレジスト膜１３の膜厚も、１．２５μｍになっており、形成直後に比べて０．２９μｍも薄くなっている。 このため、レジスト膜１３を薄く形成することができず、このレジスト膜１３のパターニングが容易でなく且つレジスト膜１３
をマスクにしたエッチングを正確には行うことができなくて、微細なコンタクトホール１７を形成することができなかった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１のコンタクトホールの形成方法は、形成すべきコンタクトホール１７のパターンの開孔１４を層間絶縁膜１２上のレジスト膜１
３に形成する工程と、前記レジスト膜１３の表面に対して斜めの方向からこのレジスト膜１３にイオン２２を注入して、前記表面と前記開孔１４の内側面とに硬化層２
３を形成する工程と、前記硬化層２３を形成した後に、
前記レジスト膜１３をマスクにして前記層間絶縁膜１２
の厚さ方向の一部をプラズマエッチングして、この層間絶縁膜１２にテーパ部１６を形成する工程と、前記プラズマエッチングの後に、前記レジスト膜１３をマスクにして前記層間絶縁膜１２の厚さ方向の残部を異方性エッチングして、前記テーパ部１６を有する前記コンタクトホール１７を前記層間絶縁膜１２に形成する工程とを有している。

【００１０】請求項２のコンタクトホールの形成方法は、形成すべきコンタクトホール１７のパターンの開孔１４を層間絶縁膜１２上のレジスト膜１３に形成する工程と、前記開孔１４を形成した後に、前記レジスト膜１
３に含まれている気体を散逸させる工程と、前記散逸の後に、前記レジスト膜１３の表面と前記開孔１４の内側面とに硬化層２３を形成する工程と、前記硬化層２３を形成した後に、前記レジスト膜１３をマスクにして前記層間絶縁膜１２の厚さ方向の一部をプラズマエッチングして、この層間絶縁膜１２にテーパ部１６を形成する工程と、前記プラズマエッチングの後に、前記レジスト膜１３をマスクにして前記層間絶縁膜１２の厚さ方向の残部を異方性エッチングして、前記テーパ部１６を有する前記コンタクトホール１７を前記層間絶縁膜１２に形成する工程とを有している。

【００１１】請求項３のコンタクトホールの形成方法は、請求項２のコンタクトホールの形成方法において、
前記レジスト膜１３に紫外線２１を照射して前記散逸を行い、前記レジスト膜１３の表面に対して斜めの方向からこのレジスト膜１３にイオン２２を注入して前記硬化層２３の形成を行う。

【００１２】請求項４のコンタクトホールの形成方法は、請求項１〜３の何れか１項のコンタクトホールの形成方法において、前記異方性エッチングの後に、前記硬化層２３をスパッタエッチングで除去し、前記レジスト膜１３のうちで前記硬化層２３以外の部分をラジカルとの反応で除去する。

【００１３】

【作用】請求項１のコンタクトホールの形成方法では、
レジスト膜１３の表面とその開孔１４の内側面とに硬化層２３を形成しているので、テーパ部１６を形成するためのプラズマエッチングやコンタクトホール１７を形成するための異方性エッチングの際に、レジスト膜１３の後退が少ない。

【００１４】請求項２のコンタクトホールの形成方法では、レジスト膜１３に含まれている気体を散逸させてから、レジスト膜１３に硬化層２３を形成し、テーパ部１
６を形成するためのプラズマエッチングをその後に行っているので、このプラズマエッチングの際にレジスト膜１３が破裂しない。

【００１５】請求項３のコンタクトホールの形成方法では、レジスト膜１３に含まれている気体の散逸と硬化層２３の形成とを紫外線２１の照射とイオン２２の注入とで行っているので、これらの散逸と形成とを簡単な工程で行うことができる。

【００１６】請求項４のコンタクトホールの形成方法では、レジスト膜１３の硬化層２３をスパッタエッチングで除去しているので、硬化層２３の残渣が発生せず、またレジスト膜１３のうちで硬化層２３以外の部分をラジカルとの反応で除去しているので、層間絶縁膜１２等が受ける損傷が少ない。

【００１７】

【実施例】以下、多層配線構造の半導体装置を製造する際の下層側のＡｌ配線と上層側の配線とをコンタクトさせるためのコンタクトホールの形成に適用した本願の発明の一実施例を、図１を参照しながら説明する。 なお、
図２に示した一従来例と対応する構成部分には、共通の符号を付してある。

【００１８】本実施例でも、図１（ａ）に示す様に、下層側のＡｌ配線１１を層間絶縁膜１２で覆い、図１
（ｂ）に示す様に、層間絶縁膜１２上にレジスト膜１３
を塗布した後、形成すべきコンタクトホールのパターンの開孔１４をレジスト膜１３に形成するまでは、図２に示した一従来例と実質的に同様の工程を実行する。 また、この時のレジスト膜１３の膜厚及び開孔１４の径１
５も、一従来例と同様に、夫々１．５４μｍ及び０．８
６μｍである。

【００１９】しかし、本実施例では、その後、図１
（ｂ）に示す様に、レジスト膜１３に紫外線２１を照射して、このレジスト膜１３に含まれている気体を散逸させるガス抜きを行う。

【００２０】次に、図１（ｃ）に示す様に、レジスト膜１３にＡｓ ⁺ ２２をイオン注入する。 このイオン注入は、レジスト膜１３の表面に対して斜めの方向から且つ全体を１８０°回転させて２回行う。 イオン注入の条件は、加速エネルギが７０ｋｅＶで、１回のドーズ量が５
×１０ ¹⁵ ｃｍ ^-2であり、合計のドーズ量は１×１０ ¹⁶ ｃ
ｍ ^-2である。 このイオン注入によって、レジスト膜１３
の表面と開孔１４の内側面とに硬化層２３が形成される。

【００２１】次に、一従来例における図２（ｃ）の工程と同一の条件で、レジスト膜１３をマスクにして層間絶縁膜１２をプラズマエッチングして、図１（ｄ）に示す様に、層間絶縁膜１２にテーパ部１６を形成する。 なお、レジスト膜１３に紫外線２１を照射していなければ、Ａｓ ⁺ ２２をイオン注入したレジスト膜１３に対する図１（ｄ）のプラズマエッチングの工程で、このレジスト膜１３が破裂する。 しかし、本実施例では紫外線２
１を照射してレジスト膜１３のガス抜きを行っているので、レジスト膜１３は破裂しない。

【００２２】次に、一従来例における図２（ｄ）の工程と同一の条件で、レジスト膜１３をマスクにしてＲＩＥ
で層間絶縁膜１２を異方性エッチングして、図１（ｅ）
に示す様に、Ａｌ配線１１に達するコンタクトホール１
７を層間絶縁膜１２に形成する。

【００２３】次に、図１（ｆ）に示す様に、レジスト膜１３を除去する。 この除去は２段階で行い、第１段階の除去は、平行平板型のプラズマエッチング装置を用い、
ステージ温度＝２００℃、反応ガスＯ ₂の流量＝１００
ＳＣＣＭ、高周波パワー＝１００Ｗ、ガス圧＝０．１Ｔ
ｏｒｒの条件で行う。 この第１段階の除去では、Ｏ ₂プラズマ中の酸素イオンによるスパッタリング効果のために、レジスト膜１３の硬化層２３を除去することができる。

【００２４】第２段階の除去は、枚葉式のプラズマアッシャＵＮＡ−２０００（日本真空技術社の商品名）を用い、ステージ温度＝２００℃、反応ガスＯ ₂の流量＝４
８００ＳＣＣＭ、マイクロ波パワー＝１０００Ｗ、ガス圧＝２．０Ｔｏｒｒの条件で行う。 この第２段階の除去では、酸素ラジカルのダウンフローによって、硬化層２
３以外のレジスト膜１３をアッシングする。

【００２５】なお、第２段階の除去では層間絶縁膜１２
等に与える損傷が少ないが、この第２段階の除去の様な酸素ラジカルのみの処理では、硬化層２３を除去することができず、硬化層２３の残渣がウェハの表面に残る。

【００２６】以上の様な実施例では、図１（ｄ）の工程におけるプラズマエッチング後の開孔１４の径１８が、
０．９６μｍであり、形成直後の開孔１４の径１５に比べて０．１μｍしか大きくなっていない。 また、プラズマエッチング後のレジスト膜１３の膜厚も、１．４４μ
ｍであり、形成直後に比べて０．１μｍしか薄くなっていない。 更に、図１（ｄ）と図１（ｅ）との比較からも明らかな様に、テーパ部１６も十分に残っている。

【００２７】なお、上述の実施例では、図１（ｃ）の工程でＡｓ ⁺ ２２をイオン注入したが、Ａｓ ⁺ ２２の代わりのイオン種として、Ｐ ⁺ 、Ｓｉ ⁺ 、Ｂ ⁺等を用いてもよい。 また、イオンの加速エネルギも２５ｋｅＶ以上あればよく、ドーズ量も１×１０ ¹⁴ ｃｍ ^-2以上あればよい。 更に、レジスト膜１３のガス抜きを紫外線２１の照射以外の方法で行ってもよく、硬化層２３の形成をイオンの注入以外の方法で行ってもよい。

【００２８】また、上述の実施例は多層配線構造の半導体装置を製造する際の下層側のＡｌ配線と上層側の配線とをコンタクトさせるためのコンタクトホールの形成に本願の発明を適用したものであるが、本願の発明は半導体基板の拡散層と配線とをコンタクトさせるためのコンタクトホールの形成等にも適用することができる。

【００２９】

【発明の効果】請求項１のコンタクトホールの形成方法では、テーパ部を形成するためのプラズマエッチングやコンタクトホールを形成するための異方性エッチングの際に、レジスト膜の後退が少ないので、十分な大きさのテーパ部を有すると共に設計値に近い寸法のコンタクトホールを形成することができる。 また、レジスト膜の後退が少ないので、このレジスト膜を薄く形成することができ、微細なコンタクトホールを形成することができる。

【００３０】請求項２のコンタクトホールの形成方法では、テーパ部を形成するためのプラズマエッチングの際にレジスト膜が破裂しないので、コンタクトホールを高い歩留りで形成することができる。

【００３１】請求項３のコンタクトホールの形成方法では、レジスト膜に含まれている気体の散逸とレジスト膜の硬化層の形成とを簡単な工程で行うことができるので、コンタクトホールを効率的に形成することができる。

【００３２】請求項４のコンタクトホールの形成方法では、硬化層の残渣が発生せず、また層間絶縁膜等が受ける損傷が少ないので、コンタクトホールを高い歩留りで形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の発明の一実施例を工程順に示す側断面図である。

【図２】本願の発明の一従来例を工程順に示す側断面図である。

【符号の説明】

１２ 層間絶縁膜 １３ レジスト膜 １４ 開孔 １６ テーパ部 １７ コンタクトホール ２１ 紫外線 ２２ Ａｓ ⁺ ２３ 硬化層