JPH11204751A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】絶縁膜にコンタクトホールを形成し、そのコン
タクトホールを通して導電パターンを接続する工程を有
する半導体装置の製造方法に関し、厚い層間絶縁膜にア
スペクト比の大きなコンタクトホール内のカバレッジを
改善すること。
【解決手段】半導体層1に形成された不純物拡散層3を
形成する工程と、層間絶縁膜4を局部的にエッチングす
ることにより少なくとも一部にボーイング形状の膨らみ
のあるホール6を形成する工程と、エッチング又は研磨
によって、ホール6の最も膨らみのある部分又はそれよ
りも低い部分に至るまで層間絶縁膜4を薄層化する工程
と、薄層化された層間絶縁膜4の上とホール6の中に導
電層9を形成する工程と、導電層9をパターニングする
ことにより、ホール6の中に残すとともに層間絶縁膜4
の上に配線パターンを形成する工程とを有する。
(57) Abstract: A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of forming a contact hole in an insulating film and connecting a conductive pattern through the contact hole, relates to a method for forming a contact hole having a large aspect ratio in a thick interlayer insulating film. Improve coverage. A step of forming an impurity diffusion layer formed in a semiconductor layer, and a step of forming a hole having a bow-shaped bulge at least partially by locally etching an interlayer insulating film. Thinning the interlayer insulating film 4 down to the portion where the hole 6 has the largest bulge or a portion lower than the portion by etching or polishing; Forming a conductive layer 9 therein, and patterning the conductive layer 9 so that the conductive layer 9 is left in the hole 6 and the interlayer insulating film 4 is formed.
Forming a wiring pattern thereon.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、より詳しくは、絶縁膜にホールを形成し、
そのホールを通して下側と上側の導電パターンを接続す
る工程を有する半導体装置の製造方法に関する。The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a hole in an insulating film,
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a step of connecting a lower side and an upper side conductive pattern through the hole.
【0002】[0002]
【従来の技術】DRAM(dynamic random access memor
y)セルに適用されるキャパシタの蓄積電極は、プレーナ
型、トレンチ型、スタック型の3つに大別され、スタッ
ク型のキャパシタとして、例えばフィン形や筒形のもの
が採用されている。DRAMセルのキャパシタは、メモ
リの高記憶容量化、高密度化の要求の見地から単位面積
当たりの容量を大きくする必要がある。このため、スタ
ック型を採用する場合には、キャパシタの高さを高くす
る構造が採用されている。2. Description of the Related Art DRAM (dynamic random access memor)
y) The storage electrode of the capacitor applied to the cell is roughly classified into three types: a planar type, a trench type, and a stack type. For example, a fin type or a cylindrical type is adopted as a stack type capacitor. It is necessary to increase the capacity per unit area of the DRAM cell capacitor from the viewpoint of the demand for higher storage capacity and higher density of the memory. For this reason, when the stack type is adopted, a structure in which the height of the capacitor is increased is adopted.
【0003】筒形の蓄積電極を有するキャパシタを備え
たDRAMセルは、例えば図12に示すような構造があ
る。図12において、半導体基板101 の表面には、素子
分離用のフィールド酸化膜102 に囲まれた領域にMOS
トランジスタTrが形成されている。MOSトランジス
タTrは、シリコン基板101 上にゲート絶縁膜を介して
形成されたゲート電極105 と、ゲート電極105 の両側方
にあるシリコン基板101 に形成された一対の不純物拡散
層106 とを有している。そのゲート電極105 の上面及び
側面はゲート被覆絶縁膜107 によって覆われている。A DRAM cell having a capacitor having a cylindrical storage electrode has a structure as shown in FIG. 12, for example. In FIG. 12, a MOS transistor is formed on a surface of a semiconductor substrate 101 in a region surrounded by a field oxide film 102 for element isolation.
A transistor Tr is formed. The MOS transistor Tr has a gate electrode 105 formed on a silicon substrate 101 via a gate insulating film, and a pair of impurity diffusion layers 106 formed on the silicon substrate 101 on both sides of the gate electrode 105. I have. The top and side surfaces of the gate electrode 105 are covered with a gate covering insulating film 107.
【0004】また、MOSトランジスタTr、フィール
ド酸化膜102 、ゲート被覆絶縁膜107 は、第一の層間絶
縁膜110 により覆われている。さらに、第一の層間絶縁
膜110 には、MOSトランジスタの一方の不純物拡散層
106 に繋がるコンタクトホール111 が形成され、その中
には、断面がU字状の蓄積電極112 とその蓄積電極112
の内側の面の上に形成された誘電体膜113 と、さらに誘
電体膜113 の上に形成された対向電極114 とからなるキ
ャパシタが形成される。[0004] The MOS transistor Tr, the field oxide film 102, and the gate covering insulating film 107 are covered with a first interlayer insulating film 110. Further, the first interlayer insulating film 110 has one impurity diffusion layer of the MOS transistor.
A contact hole 111 is formed to connect to the storage electrode 112 having a U-shaped cross section and the storage electrode 112.
A capacitor comprising a dielectric film 113 formed on the inner surface of the substrate and a counter electrode 114 further formed on the dielectric film 113 is formed.
【0005】そのキャパシタは第二の層間絶縁膜116 に
よって覆われており、第二の層間絶縁膜と第一の層間絶
縁膜にはビット線用のコンタクトホール115 が形成され
る。以上のような構成のDRAMセルを採用する場合に
は、DRAMセルの周辺回路にも膜厚の厚い第一及び第
二の層間絶縁膜110,116 が存在することになる。The capacitor is covered with a second interlayer insulating film 116, and a contact hole 115 for a bit line is formed in the second interlayer insulating film and the first interlayer insulating film. When the DRAM cell having the above configuration is employed, the thick first and second interlayer insulating films 110 and 116 also exist in the peripheral circuits of the DRAM cell.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし、膜厚の厚い第
一及び第二の層間絶縁膜110,116 に形成されるコンタク
トホール115 は、その膜厚に従って深くなってしまい、
そのコンタクトホール115 内に形成されるビット線のカ
バレッジが悪くなる。本発明の目的とするところは、厚
い層間絶縁膜にアスペクト比の大きなコンタクトホール
での導電膜のカバレッジを改善するため半導体装置の製
造方法を提供することにある。However, the contact holes 115 formed in the thick first and second interlayer insulating films 110 and 116 become deeper according to the film thickness.
The coverage of the bit line formed in the contact hole 115 is deteriorated. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device for improving the coverage of a conductive film in a contact hole having a large aspect ratio in a thick interlayer insulating film.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記した課題は、図1〜
図2に例示するように、半導体層に形成された不純物拡
散層、又は絶縁膜上の導電パターンを覆う層間絶縁膜を
形成する工程と、前記層間絶縁膜を局部的にエッチング
することにより、少なくとも一部にボーイング形状の膨
らみのあるホールを形成する工程と、エッチング又は研
磨によって、前記ホールの最も膨らみのある部分又はそ
れよりも低い部分に至るまで前記層間絶縁膜を薄層化す
る工程と、薄層化された前記層間絶縁膜の上と前記ホー
ルの中に導電層を形成する工程と、前記導電層をパター
ニングすることにより、前記ホールの中に残すとともに
前記層間絶縁膜の上に配線パターンを形成する工程とを
有することを特徴とする半導体装置の製造方法によって
解決する。Means for Solving the Problems The above-mentioned problems are solved in FIGS.
As illustrated in FIG. 2, a step of forming an impurity diffusion layer formed in a semiconductor layer or an interlayer insulating film covering a conductive pattern on the insulating film, and locally etching the interlayer insulating film, A step of partially forming a bulging hole having a bowing shape, and a step of thinning the interlayer insulating film up to a bulging part or a lower part of the hole by etching or polishing, Forming a conductive layer on the thinned interlayer insulating film and in the hole, and patterning the conductive layer to leave the hole in the hole and form a wiring pattern on the interlayer insulating film. And a step of forming a semiconductor device.
【0008】上記した半導体装置の製造方法において、
前記第一の層は、半導体の不純物となる元素を含む酸化
シリコンより構成されることを特徴とする。上記した半
導体装置の製造方法において、前記絶縁膜の成長は、前
記エッチング又は前記研磨を抑制する第一の層を成長す
る工程と、前記エッチング又は前記研磨の対象となる第
一の層を前記第一の層の上に成長する工程とを含むこと
を特徴とする。この場合、前記第二の層の成長は、半導
体の不純物となる元素を含む酸化シリコンの成長で、前
記第一の層の成長は、窒化シリコン、酸化シリコン、シ
リコンのいずれかの成長であってもよい。また、前記層
間絶縁膜の成長は、前記第一の層の下に、前記第二の層
と同じ材料よりなる第三の層が形成する工程を含んでも
よい。In the method of manufacturing a semiconductor device described above,
The first layer is made of silicon oxide containing an element which becomes an impurity of a semiconductor. In the method for manufacturing a semiconductor device described above, the growth of the insulating film includes a step of growing a first layer that suppresses the etching or the polishing, and a step of growing the first layer that is a target of the etching or the polishing. Growing on one layer. In this case, the growth of the second layer is a growth of silicon oxide containing an element serving as a semiconductor impurity, and the growth of the first layer is a growth of any of silicon nitride, silicon oxide, and silicon. Is also good. The growing of the interlayer insulating film may include a step of forming a third layer made of the same material as the second layer below the first layer.
【0009】上記した半導体装置の製造方法において、
前記層間絶縁膜を薄層化するための前記エッチングは、
フロロカーボンプラズマを用いるエッチングであること
を特徴とし、または、前記層間絶縁膜を薄層化するため
の前記研磨は、化学的機械的研磨であることを特徴とす
る。次に、本発明の作用について説明する。In the method of manufacturing a semiconductor device described above,
The etching for thinning the interlayer insulating film,
It is characterized in that it is etching using fluorocarbon plasma, or the polishing for thinning the interlayer insulating film is chemical mechanical polishing. Next, the operation of the present invention will be described.
【0010】本発明によれば、層間絶縁膜のホールをボ
ーイング形状となし、そのホールのうち径の小さい上部
を研磨又はエッチングにより除去することによってホー
ルの上側の開口を広くなるようにしたので、膜厚の厚い
層間絶縁膜でも配線のカバレッジを改善できるホールが
形成される。層間絶縁膜の上部を除去するためにプラズ
マエチングを用いると、ホールの上側の開口の周縁が丸
く削れた状態になるために、さらにカバレッジが改善さ
れることになる。According to the present invention, the hole in the interlayer insulating film is formed in a bowing shape, and the upper opening of the hole is widened by removing the upper portion having a smaller diameter by polishing or etching. Holes that can improve wiring coverage are formed even with a thick interlayer insulating film. When plasma etching is used to remove the upper portion of the interlayer insulating film, the periphery of the opening above the hole is rounded, so that the coverage is further improved.
【0011】その層間絶縁膜は、半導体基板の拡散層を
覆うものであってもよいし、多層配線構造に用いるもの
であってもよい。The interlayer insulating film may cover the diffusion layer of the semiconductor substrate or may be used for a multilayer wiring structure.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】そこで、以下に本発明の実施形態
を図面に基づいて説明する。 (第1の実施の形態)図1(a) 〜(c) 、図2(a) 〜(c)
は本発明の第1の実施の形態に係る半導体記憶装置の周
辺回路における多層配線構造を形成する工程を示す断面
図、図3(a),(b) は、その半導体記憶装置のDRAMセ
ルの配線を形成する工程を示す断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. (First Embodiment) FIGS. 1 (a) to 1 (c), 2 (a) to 2 (c)
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views showing steps of forming a multilayer wiring structure in a peripheral circuit of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention. FIGS. FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a step of forming a wiring.
【0013】図1(a) に示すシリコン基板(半導体基
板)1の上部にはフィールド酸化膜2に囲まれた不純物
拡散層3が形成されている。不純物拡散層3は、シリコ
ン基板1がn型の場合はp型であり、シリコン基板1が
p型の場合にはn型である。また、不純物拡散層3とフ
ィールド酸化膜2の上には、n形不純物、p形不純物の
少なくとも一方を含む絶縁材、例えばBPSG(boro-ph
osphe silicate glass) よりなる層間絶縁膜4が形成さ
れている。BPSGは、例えばシラン(SiH4)、ジボラ
ン(B2H6)、ホスフィン(PH3 )、酸素(O2)を含む混
合ガスを用いてCVD法により成長されており、1.5
μm以上の膜厚に成長される。この第1の実施の形態で
は、その膜厚を2.5μmとした。An impurity diffusion layer 3 surrounded by a field oxide film 2 is formed on a silicon substrate (semiconductor substrate) 1 shown in FIG. The impurity diffusion layer 3 is p-type when the silicon substrate 1 is n-type, and is n-type when the silicon substrate 1 is p-type. An insulating material containing at least one of an n-type impurity and a p-type impurity, for example, BPSG (boro-ph) is formed on the impurity diffusion layer 3 and the field oxide film 2.
An interlayer insulating film 4 made of osphe silicate glass) is formed. BPSG is grown by a CVD method using a mixed gas containing, for example, silane (SiH 4 ), diborane (B 2 H 6 ), phosphine (PH 3 ), and oxygen (O 2 ).
It is grown to a thickness of at least μm. In the first embodiment, the thickness is set to 2.5 μm.
【0014】そのような層間絶縁膜4の成長工程は、図
3(a) に示すように、DRAMセルのキャパシタ20を
形成した後に行われるので、DRAMセルも層間絶縁膜
4によって覆われることになる。なお、DRAMセルの
構造については後述する。次に、層間絶縁膜4の上に、
エキシマレーザ光用のレジスト5を約1.2μmの厚さ
に塗布する。レジスト5は、露光に使用する光に合わせ
た種類のものを用い、例えばエキシマレーザ光照射によ
って露光を行う場合には、エキシマレーザに感光する構
造のものを用いる。Since the step of growing the interlayer insulating film 4 is performed after the formation of the capacitor 20 of the DRAM cell as shown in FIG. 3A, the DRAM cell is also covered with the interlayer insulating film 4. Become. The structure of the DRAM cell will be described later. Next, on the interlayer insulating film 4,
A resist 5 for excimer laser light is applied to a thickness of about 1.2 μm. The resist 5 is of a type suitable for the light used for exposure. For example, when exposure is performed by excimer laser light irradiation, a resist having a structure sensitive to excimer laser is used.
【0015】その後に、レジスト5を露光、現像するこ
とによって、図1(b) に示すように、不純物拡散層3の
上方にコンタクトホール形成用の窓5aを形成する。続
いて、図4に示す平行平板型エッチング装置のチャンバ
10内にシリコン基板1を置く。そして、レジスト5の
窓5aを通して不純物(IIIb族元素又はVb族の元素)
を含む層間絶縁膜4をエッチングし、これにより図1
(c) に示すように、層間絶縁膜4にホール6を形成す
る。Thereafter, by exposing and developing the resist 5, a window 5a for forming a contact hole is formed above the impurity diffusion layer 3 as shown in FIG. 1B. Subsequently, the silicon substrate 1 is placed in the chamber 10 of the parallel plate type etching apparatus shown in FIG. Then, impurities (IIIb group element or Vb group element) are passed through the window 5a of the resist 5.
1 is etched to form an interlayer insulating film 4 containing
As shown in (c), holes 6 are formed in the interlayer insulating film 4.
【0016】エッチング条件をあげると次のようにな
る。例えば、図4に示すチャンバ10内の圧力を50mT
orr とし、その中の上部電極11に周波数27MHz でパ
ワー2000Wの高周波電源12を接続し、下部電極1
3に周波数800MHz でパワー900Wの高周波電源1
4を印加する。また、エッチングの際には、CHF3とArと
O2を含む混合ガス、又はC4F8とCOとArとO2を有する混合
ガスをガス導入口15を通して上部電極11と下部電極
13の間に導入し、いずれかの混合ガスをプラズマ化
し、これにより発生したプラズマによって層間絶縁膜4
をエッチングする。The etching conditions are as follows. For example, the pressure in the chamber 10 shown in FIG.
orr, and a high-frequency power supply 12 having a frequency of 27 MHz and a power of 2000 W is connected to the upper electrode 11 therein.
3. High frequency power supply with frequency 800MHz and power 900W
4 is applied. In etching, CHF 3 and Ar
A mixed gas containing O 2 or a mixed gas containing C 4 F 8 , CO, Ar and O 2 is introduced between the upper electrode 11 and the lower electrode 13 through the gas inlet 15, and either of the mixed gases is turned into plasma. , The interlayer insulating film 4 generated by the plasma generated thereby.
Is etched.
【0017】そのような条件で形成されたホール6に
は、中央付近に膨らみのあるボーイング形状が現れる。
そのホール6のうち最も直径が太い部分はホール6の底
から約1.75μmの上の位置に存在した。次に、レジ
スト5を除去した後に、化学的機械的研磨(CMP)法
により層間絶縁膜4を研磨してその膜厚を約0.75μ
m減らし、ホール6が最も太かった部分で研磨を停止す
る。これにより残ったホール6の断面形状は、図2(a)
に示すように、上部にカップ状の膨らみがある形状とな
り、そのアスペクト比は約7となる。この場合、層間絶
縁膜4の膜厚の調整は、予め調査しておいた単位時間あ
たりの研磨速度に基づいて、研磨時間を制御することに
よって行う。In the hole 6 formed under such conditions, a bulging bowing shape appears near the center.
The thickest part of the hole 6 was located at a position about 1.75 μm above the bottom of the hole 6. Next, after the resist 5 is removed, the interlayer insulating film 4 is polished by a chemical mechanical polishing (CMP) method so that the film thickness becomes about 0.75 μm.
The polishing is stopped at the portion where the hole 6 is thickest. The cross-sectional shape of the remaining hole 6 is shown in FIG.
As shown in the figure, the upper part has a cup-shaped bulge, and its aspect ratio is about 7. In this case, the adjustment of the film thickness of the interlayer insulating film 4 is performed by controlling the polishing time based on the polishing rate per unit time which has been checked in advance.
【0018】続いて、図2(b) に示すように、スパッタ
法によってTiとTiN とAlを順に層間絶縁膜4の上とホー
ル6の中に形成する。それらの多層金属を導電膜7とし
て、これをフォトリソグラフィー法によりパターニグす
ることにより、ホール6の中に残った部分をプラグ8と
して使用するとともに、ホール6の上を通る配線9を形
成する。Subsequently, as shown in FIG. 2B, Ti, TiN and Al are sequentially formed on the interlayer insulating film 4 and in the holes 6 by a sputtering method. The multilayer metal is used as a conductive film 7 and is patterned by a photolithography method, so that the portion remaining in the hole 6 is used as a plug 8 and a wiring 9 passing over the hole 6 is formed.
【0019】一方、DRAMセルを覆う部分の層間絶縁
膜4には、図3(b) に示すように、ビット線コンタクト
ホール21を形成し、このビット線コンタクトホール2
1を通してビット線BLを形成してもよい。なお、ホー
ル6の上部の膨らみが無くなるまで研磨を進めると、ホ
ール6は、図5に示すようなメサ形状の断面形状とな
る。断面がメサ形状のホール6は、図2(a) に示すよう
な上部に膨らみのあるホールに比べて上側の間口が狭く
なる。しかし、ホール6の断面がメサ形状であるので、
導電材として不純物元素を含む多結晶シリコン、不純物
元素を含む非晶質シリコンなどによって導電膜7を構成
する場合には、ホール6の内周でテーパ面が存在するこ
とによってカバレッジは良好になる。On the other hand, as shown in FIG. 3B, a bit line contact hole 21 is formed in a portion of the interlayer insulating film 4 covering the DRAM cell.
1, the bit line BL may be formed. When the polishing is advanced until the swelling of the upper portion of the hole 6 is eliminated, the hole 6 has a mesa-shaped cross-sectional shape as shown in FIG. The mesa-shaped cross section of the hole 6 has a narrower upper frontage than a hole having a bulge at the top as shown in FIG. However, since the cross section of the hole 6 has a mesa shape,
When the conductive film 7 is made of polycrystalline silicon containing an impurity element, amorphous silicon containing an impurity element, or the like as the conductive material, the coverage is improved by the presence of the tapered surface on the inner periphery of the hole 6.
【0020】次に、図3(a) に示したDRAMセルにつ
いて簡単に説明する。シリコン基板1の表面において、
フィールド酸化膜2は2つのDRAMセル領域を1組と
して囲むような構造となっている。フィールド酸化膜2
に囲まれた領域には、2つのゲート電極21g,22g
がそれぞれゲート絶縁膜21a,22aを介してシリコ
ン基板1上に形成され、各ゲート電極21g,22gの
両側のシリコン基板1には不純物拡散層23a,23
b,23cが形成されている。また、2つのゲート電極
21g,22gに挟まれない2つの不純物拡散層23
a,23cにはシリコンよりなる筒状の蓄積電極20a
が形成され、その蓄積電極20a表面上には誘電体膜2
0bと対向電極20cが順に形成されており、蓄積電極
20aと誘電体膜20bと対向電極20cによってキャ
パシタ20が構成されている。Next, the DRAM cell shown in FIG. 3A will be briefly described. On the surface of the silicon substrate 1,
Field oxide film 2 has a structure surrounding two DRAM cell regions as one set. Field oxide film 2
Are surrounded by two gate electrodes 21g and 22g.
Are formed on the silicon substrate 1 via the gate insulating films 21a and 22a, respectively, and the impurity diffusion layers 23a and 23
b, 23c are formed. Also, two impurity diffusion layers 23 not sandwiched between the two gate electrodes 21g and 22g.
a and 23c are cylindrical storage electrodes 20a made of silicon.
Is formed, and the dielectric film 2 is formed on the surface of the storage electrode 20a.
0b and the counter electrode 20c are formed in this order, and the capacitor 20 is constituted by the storage electrode 20a, the dielectric film 20b, and the counter electrode 20c.
【0021】また、2つのゲート電極21g,22gの
間の領域に存在する不純物拡散層23bには図3(b) に
示すようなビット線BLが接続されることになる。その
ビット線BLを通すためのコンタクトホール21を図
1、図2(a)に示した工程に沿って形成してもよい。 (第2の実施の形態)第1の実施の形態では、層間絶縁
膜4を薄層化する方法として研磨法を採用したが、化学
反応によるエッチングを採用してもよく、以下にその実
施形態について説明する。A bit line BL as shown in FIG. 3B is connected to the impurity diffusion layer 23b existing between the two gate electrodes 21g and 22g. A contact hole 21 for passing the bit line BL may be formed in accordance with the steps shown in FIGS. (Second Embodiment) In the first embodiment, a polishing method is employed as a method for thinning the interlayer insulating film 4. However, etching by a chemical reaction may be employed. Will be described.
【0022】まず、第1実施形態と同様に、層間絶縁膜
4にホール6を形成した後に、図6(a) に示すようにレ
ジストを除去する。次に、図4に示す平行平板形のプラ
ズマエッチング装置のチャンバ10内にシリコン基板1
を入れる。そして、チャンバ10内に配置された上側電
極11に周波数380kHz 、パワー800Wの高周波電
源12を印加するとともに、チャンバ10内の圧力を2
40mTorr にするともに、下部電極13を接地する。さ
らに、エッチングガスとしてCHF 3 とCF4 とO2を含む混
合ガスをガス導入口15を通してチャンバ10に導入す
る。First, as in the first embodiment, after forming a hole 6 in the interlayer insulating film 4, the resist is removed as shown in FIG. Next, the silicon substrate 1 is placed in the chamber 10 of the parallel plate type plasma etching apparatus shown in FIG.
Insert Then, a high-frequency power supply 12 having a frequency of 380 kHz and a power of 800 W is applied to the upper electrode 11 disposed in the chamber 10 and the pressure in the chamber 10 is reduced to 2
At 40 mTorr, the lower electrode 13 is grounded. Further, a mixed gas containing CHF 3 , CF 4 and O 2 as an etching gas is introduced into the chamber 10 through the gas inlet 15.
【0023】そのようなエッチング条件で発生したフロ
ロカーボンのプラズマとの反応によりBPSGよりなる
層間絶縁膜4をエッチングして層間絶縁膜4を薄層化す
る。この場合、層間絶縁膜4の膜厚の調整は、予め調査
しておいた単位時間あたりのエッチングレートに基づい
て、時間を制御することによって行う。このように層間
絶縁膜4をエッチバックすると、図6(b) に示すような
上部に膨らみのあるホール6や、或いは図6(c) に示す
ような断面メサ形のホール6を形成することが可能であ
る。The interlayer insulating film 4 made of BPSG is etched by a reaction with the fluorocarbon plasma generated under such etching conditions to make the interlayer insulating film 4 thin. In this case, the adjustment of the film thickness of the interlayer insulating film 4 is performed by controlling the time based on the etching rate per unit time which has been examined in advance. When the interlayer insulating film 4 is etched back in this manner, a hole 6 having a bulge at the top as shown in FIG. 6B or a mesa-shaped hole 6 as shown in FIG. 6C is formed. Is possible.
【0024】しかし、第一の実施の形態と異なる点は、
ホール6の上側開口の縁が面取りされて丸みRが生じる
ことであり、第一の実施の形態のホール6に比べてカバ
レッジがさらに改善された状態になる。なお、ホール6
内への導電材の埋め込み方法は、第1の実施の形態と同
様であるので省略する。However, the difference from the first embodiment is that
The edge of the upper opening of the hole 6 is chamfered to generate a roundness R, and the coverage is further improved as compared with the hole 6 of the first embodiment. In addition, hall 6
The method of embedding the conductive material in the inside is the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
【0025】以上のように層間絶縁膜を薄層化する際に
プラズマエッチング法を採用するとDRAMセル領域の
層間絶縁膜の薄層化をレジストマスクによって防止する
ことが可能になる。 (第3の実施の形態)第1及び第2の実施の形態では、
不純物元素を含む層間絶縁膜4の研磨やエッチバックに
よる膜厚の調整を時間で行った。しかし、研磨条件やエ
ッチバックの条件の設定を変える毎に、その研磨速度や
エッチングレートを調べるのは手間がかかるので、層間
絶縁膜4の薄層化の際の膜厚の調整に次のような方法を
採用してもよい。As described above, when a plasma etching method is used when thinning the interlayer insulating film, the thinning of the interlayer insulating film in the DRAM cell region can be prevented by the resist mask. (Third Embodiment) In the first and second embodiments,
The thickness of the interlayer insulating film 4 containing the impurity element was adjusted by polishing or etching back over time. However, it is troublesome to check the polishing rate and the etching rate every time the setting of the polishing condition or the condition of the etch back is changed. Therefore, the following adjustment of the film thickness when thinning the interlayer insulating film 4 is performed. May be adopted.
【0026】まず、図7(a) に示す状態になるまでを説
明する。シリコン基板1の上にBPSGよりなる層間絶
縁膜4の下部層4aを1.75μmの厚さに成長する。
その成長条件は、第1実施形態のBPSGの成長と同じ
である。続いて、SiH4とNH4 を含む反応ガスを用いてSi
3N4 を成長し、これを中間層4bとする。First, the operation until the state shown in FIG. On the silicon substrate 1, a lower layer 4a of an interlayer insulating film 4 made of BPSG is grown to a thickness of 1.75 μm.
The growth conditions are the same as those for growing the BPSG of the first embodiment. Subsequently, using a reaction gas containing SiH 4 and NH 4 ,
3 N 4 is grown and used as an intermediate layer 4b.
【0027】続いて、BPSGの層間絶縁膜4の上部層
4cを形成する。この後に、第1の実施の形態に示した
エッチング条件によって、図7(b) に示すように、層間
絶縁膜4にホール6を形成する。エッチングに用いる反
応ガスは第1実施形態で示したものと同じものを用いれ
ば、Si3N4 の中間層4bも同じようにエッチングされ、
中間層4bを含む層間絶縁膜4には、中央部が太いボー
イング形状のホール6が形成されることになる。Subsequently, the upper layer 4c of the BPSG interlayer insulating film 4 is formed. Thereafter, holes 6 are formed in the interlayer insulating film 4 according to the etching conditions described in the first embodiment, as shown in FIG. If the same reaction gas as that shown in the first embodiment is used for the etching, the intermediate layer 4b of Si 3 N 4 is also etched in the same manner,
In the interlayer insulating film 4 including the intermediate layer 4b, a boring hole 6 having a thick central portion is formed.
【0028】この後に、図7(c) に示すように、CMP
法による研磨又はプラズマエッチングによって層間絶縁
膜4を薄層化する。研磨法を採用する場合には、スラリ
ーとしてフレームドシリカを用いると、層間絶縁膜にお
いては、Si3N4 の中間層4aに対するPBSGの上層部
4cの研磨の選択比が12になって、中間層4bで研磨
が停止することになる。Thereafter, as shown in FIG.
The interlayer insulating film 4 is thinned by polishing by a method or plasma etching. When the polishing method is employed, if framed silica is used as the slurry, the selectivity of polishing the upper layer portion 4c of the PBSG to the intermediate layer 4a of Si 3 N 4 becomes 12 in the interlayer insulating film, and Polishing will stop at layer 4b.
【0029】一方、プラズマエッチングを採用する場合
には、図4に示した平行平板エッチング装置を用いる。
そして、チャンバ10内の圧力を50mTorr とし、上部
電極11に周波数27MHz でパワー2000Wの高周波
電源12を印加し、下部電極13に周波数800MHz で
パワー900Wの高周波電源14を印加し、さらに、C4
F8とCOとArを有する混合ガスを用いて層間絶縁層4の上
層部4cを選択的にエッチングする。Si3N4 よりなる中
間層4cに対するPBSG上層部4cのエッチングの選
択比は40になる。On the other hand, when plasma etching is employed, a parallel plate etching apparatus shown in FIG. 4 is used.
Then, the pressure in the chamber 10 and 50 mTorr, a high-frequency power source 12 of power 2000W is applied at a frequency 27MHz to the upper electrode 11, a high frequency power supply 14 of the power 900W was applied at a frequency 800MHz to the lower electrode 13, further, C 4
Selectively etching the upper portion 4c of the interlayer insulating layer 4 using a mixed gas having a F 8, CO and Ar. The etching selectivity of the PBSG upper layer portion 4c to the intermediate layer 4c made of Si 3 N 4 is 40.
【0030】中間層4bを構成する材料としては、Si3N
4 を成長する他に、SiH4を含むガスを用いて成長する多
結晶シリコンか、SiH4とO2を含む反応ガスを用いて成長
するSiO2を用いてもよい。しかし、SiO2に対するBPS
Gの選択比はあまり大きくないので、Si3N4 又はシリコ
ンを用いる方が好ましい。中間層4bによってエッチン
グストップする場合には、第2の実施の形態と異なって
ホール6の上側の開口の縁が丸くなり難くなる。The material constituting the intermediate layer 4b is Si 3 N
In addition to growing 4 , polycrystalline silicon grown using a gas containing SiH 4 or SiO 2 grown using a reaction gas containing SiH 4 and O 2 may be used. However, BPS for SiO 2
Since the selectivity of G is not so large, it is preferable to use Si 3 N 4 or silicon. When the etching is stopped by the intermediate layer 4b, unlike the second embodiment, the edge of the upper opening of the hole 6 is hardly rounded.
【0031】なお、中間層4bの形成位置を低くするこ
とによってホール6の断面形状を変えることができる。
即ち、図7(b) に示すように中間層4bをホール6の膨
らみ部分の途中に配置することによって、ホール6の上
部を図7(c) に示すカップ(トーチ)形状にすることが
できるし、また、図8(a) に示すように中間層4bをホ
ール6の膨らみ部分よりも下に配置することによって、
図8(b) に示すようにホール6の断面形状を略メサ形に
することができる。The cross-sectional shape of the hole 6 can be changed by lowering the formation position of the intermediate layer 4b.
That is, by arranging the intermediate layer 4b in the middle of the bulging portion of the hole 6 as shown in FIG. 7B, the upper part of the hole 6 can be formed into a cup (torch) shape shown in FIG. 7C. Further, by arranging the intermediate layer 4b below the bulging portion of the hole 6 as shown in FIG.
As shown in FIG. 8B, the cross-sectional shape of the hole 6 can be substantially mesa-shaped.
【0032】また、不純物を含む層間絶縁膜4の材料と
しては、BPSGの他にPSG、BSGなどがある。さ
らに、上述した層間絶縁膜は、下側と上側の配線層の間
に配置されてもよく、この層間絶縁膜に形成されるホー
ルはビアと呼ばれる。ところで、以上の3つの実施形態
において層間絶縁膜のホールがボーイング形状になるこ
とは、実験によって発見したことである。そのようなポ
ーイング形状が発生するのは次のような理由によるもの
と発明者等は考えている。The material of the interlayer insulating film 4 containing impurities includes PSG and BSG in addition to BPSG. Further, the above-described interlayer insulating film may be disposed between the lower and upper wiring layers, and the hole formed in this interlayer insulating film is called a via. Incidentally, the fact that the holes in the interlayer insulating film have a bowing shape in the above three embodiments has been found by experiments. The inventors consider that such a pouring shape is generated for the following reason.
【0033】即ち、図9に示すように、プラズマエッチ
ングの際にプラズマ内のイオンがシリコン基板側に向け
て照射される際に、そのイオンのシリコン基板面に対す
る入射角度が90度からズレるほどボーイング形状が発
生し易くなり、そのズレが大きくなるほど、即ち、照射
角が小さくなるほどホール中央の太い部分の径がさらに
大きくなる。また、照射角の分布の相違によってボーイ
ング形状が変化する。That is, as shown in FIG. 9, when ions in the plasma are irradiated toward the silicon substrate during the plasma etching, the more the angle of incidence of the ions with respect to the silicon substrate surface deviates from 90 degrees, the more the bowing becomes. The shape tends to occur, and the larger the deviation, that is, the smaller the irradiation angle, the larger the diameter of the thick part at the center of the hole. Further, the bowing shape changes due to the difference in the distribution of the irradiation angle.
【0034】また、イオンがレジストに捕捉される量が
増えると、イオンが基板面に対して垂直に入射するもの
が多くなる一方で、斜め方向に照射されるイオンはレジ
スト中のイオンによるクーロン斥力が働いて層間絶縁膜
に照射されにくくなる。この結果、ホールの中央の太い
部分の径が広がり難くなる。さらに、層間絶縁膜4のホ
ール6の側壁にレジストを構成していたポリマーが付着
することがあるが、その付着量が多ければ側壁がエッチ
ングされにくくなるので、ボーイング形状が発生し難く
なる。When the amount of ions trapped in the resist increases, the number of ions incident perpendicularly to the substrate surface increases, while the ions irradiated in the oblique direction are caused by Coulomb repulsion by ions in the resist. Works to make it difficult to irradiate the interlayer insulating film. As a result, it is difficult for the central portion of the hole to have a large diameter. Further, the polymer constituting the resist may adhere to the side wall of the hole 6 of the interlayer insulating film 4, but if the amount of adhesion is large, the side wall becomes difficult to be etched, so that a bowing shape hardly occurs.
【0035】図10(a),(b) 、図11(a) 〜(c) は、実
験によって得られたホールの形状の相違を示している。
図10(a),(b) は、ホールの全体でボーイング形状が発
生している。この原因は、エッチング最中のイオンの層
間絶縁膜への入射角の分布が広いためであると推測され
る。FIGS. 10 (a) and 10 (b) and FIGS. 11 (a) to 11 (c) show differences in hole shapes obtained by experiments.
In FIGS. 10A and 10B, a bowing shape occurs in the entire hole. This is presumed to be due to the wide distribution of the incident angle of the ions during the etching to the interlayer insulating film.
【0036】また、図11(a) 〜(c) は、ホールに局所
的にボーイングが発生している。この原因は、エッチン
グ最中のイオンの層間絶縁膜への入射角の分布が狭く、
特定の角度で入射するイオンの量が多くなるためと考え
られる。以上のようなイオンの入射角度の変化は、レジ
ストマスクのチャージアップの程度や、ガス種に依存し
ていると考えられる。In FIGS. 11A to 11C, bowing occurs locally in the hole. This is because the distribution of the incident angle of the ions during the etching to the interlayer insulating film is narrow,
This is probably because the amount of ions incident at a specific angle increases. It is considered that the change in the incident angle of ions as described above depends on the degree of charge-up of the resist mask and the gas type.
【0037】なお、図10及び図11に示した状態を得
るための実験は、層間絶縁膜としてBPSGを2.4μ
mの厚さに形成した試料を用いた。また、上部電極に2
000〜2500W、下部電極に650〜900Wで高
周波電力を供給した。さらにエッチングガスとして、CH
F3とArとO2を使用してエッチングしたり、或いはC4F8と
COとArとO2の第一の混合ガスとCHF3とArとO2の第二の混
合ガスを変える2ステップのエッチングを行った。In the experiment for obtaining the states shown in FIGS. 10 and 11, BPSG was used as an interlayer insulating film at 2.4 μm.
A sample formed to a thickness of m was used. In addition, 2
High-frequency power was supplied at 000 to 2500 W and 650 to 900 W to the lower electrode. Further, as an etching gas, CH
Or etched using F 3 and Ar and O 2, or a C 4 F 8
Two-step etching was performed in which a first mixed gas of CO, Ar and O 2 and a second mixed gas of CHF 3 , Ar and O 2 were changed.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、層間
絶縁膜のホールをボーイング形状となし、そのホールの
うち径の小さい上部を研磨又はエッチングによって除去
することによってホールの上側の開口を広くなるように
したので、膜厚の厚い層間絶縁膜でも配線のカバレッジ
を改善するホールの形成が可能になる。As described above, according to the present invention, a hole in an interlayer insulating film is formed in a bowing shape, and the upper portion of the hole having a small diameter is removed by polishing or etching to form an opening above the hole. Since the width is widened, it is possible to form a hole for improving the coverage of the wiring even with a thick interlayer insulating film.
【0039】層間絶縁膜の上部を除去するためにプラズ
マエチングを用いると、ホールの上側の開口の周縁が丸
く削れた状態になるために、さらにカバレッジが改善さ
れることになる。When plasma etching is used to remove the upper part of the interlayer insulating film, the periphery of the opening above the hole is rounded, so that the coverage is further improved.
【図1】本発明の第1実施形態に係るホールを層間絶縁
膜に形成する工程を示す断面図(その1)である。FIG. 1 is a cross-sectional view (part 1) illustrating a step of forming a hole in an interlayer insulating film according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1実施形態に係るホールを層間絶縁
膜に形成する工程を示す断面図(その2)である。FIG. 2 is a sectional view (part 2) showing a step of forming a hole in the interlayer insulating film according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第1実施形態に用いる層間絶縁膜に覆
われたDRAMセルを示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a DRAM cell covered with an interlayer insulating film used in the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第1実施形態のホールを層間絶縁膜に
形成する工程に使用されるエッチング装置の一例を示す
構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram illustrating an example of an etching apparatus used in a step of forming a hole in an interlayer insulating film according to the first embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第1実施形態により形成されるホール
の第2の別な形状を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a second different shape of a hole formed according to the first embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第2実施形態に係るホールを層間絶縁
膜に形成する工程を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a step of forming a hole in an interlayer insulating film according to a second embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第3実施形態に係るホールを層間絶縁
膜に形成する工程を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view illustrating a step of forming a hole in an interlayer insulating film according to a third embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第3実施形態に係るホールを層間絶縁
膜に形成する工程の別な例を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing another example of the step of forming a hole in an interlayer insulating film according to the third embodiment of the present invention.
【図9】本発明によって形成されるホール形状の変化を
説明するためのホールの断面図である。FIG. 9 is a sectional view of a hole for explaining a change in the shape of the hole formed by the present invention.
【図10】本発明によって形成されるホールの形状の違
いの第1、第2例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing first and second examples of a difference in shape of a hole formed by the present invention.
【図11】本発明によって形成されるホールの形状の違
いの第3、第4、第5例を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing third, fourth, and fifth examples of differences in the shape of a hole formed by the present invention.
【図12】従来のDRAMセルを覆う層間絶縁膜の一例
を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of an interlayer insulating film covering a conventional DRAM cell.
1 シリコン基板(半導体基板) 2 フィールド酸化膜 3 不純物拡散巣尾 4 層間絶縁膜 4a 下部層 4b 中間層 4c 上部層 5 レジスト 5a 窓 6 ホール Reference Signs List 1 silicon substrate (semiconductor substrate) 2 field oxide film 3 impurity diffusion tail 4 interlayer insulating film 4a lower layer 4b intermediate layer 4c upper layer 5 resist 5a window 6 hole
Claims (7)
絶縁膜上の導電パターンを覆う層間絶縁膜を形成する工
程と、 前記層間絶縁膜を局部的にエッチングすることにより、
少なくとも一部にボーイング形状の膨らみのあるホール
を形成する工程と、 エッチング又は研磨によって、前記ホールの最も膨らみ
のある部分又はそれよりも低い部分に至るまで前記層間
絶縁膜を薄層化する工程と、 薄層化された前記層間絶縁膜の上と前記ホールの中に導
電層を形成する工程と、 前記導電層をパターニングすることにより、前記ホール
の中に残すとともに前記層間絶縁膜の上に配線パターン
を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置
の製造方法。A step of forming an impurity diffusion layer formed in a semiconductor layer or an interlayer insulating film covering a conductive pattern on the insulating film; and locally etching the interlayer insulating film.
A step of forming a swelling hole having a bowing shape in at least a part thereof; anda step of thinning the interlayer insulating film until the swelling part or the lower part of the hole by etching or polishing. Forming a conductive layer on the thinned interlayer insulating film and in the hole; and patterning the conductive layer to leave the hole in the hole and wire on the interlayer insulating film. Forming a pattern.
素を含む酸化シリコンより構成され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。2. The method according to claim 1, wherein said first layer is made of silicon oxide containing an element which becomes an impurity of a semiconductor.
前記研磨を抑制する第一の層を成長する工程と、前記エ
ッチング又は前記研磨の対象となる第一の層を前記第一
の層の上に成長する工程とを含む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. The method of growing an insulating film, comprising: growing a first layer for suppressing the etching or the polishing; and forming a first layer to be etched or polished on the first layer. 2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising the step of growing on the semiconductor device.
素を含む酸化シリコンの成長であり、前記第一の層は、
窒化シリコン、酸化シリコン、シリコンのいずれかの成
長であることを特徴とする請求項3記載の半導体装置の
製造方法。4. The method according to claim 1, wherein the second layer is formed by growing silicon oxide containing an element serving as a semiconductor impurity.
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the growth is any of silicon nitride, silicon oxide, and silicon.
下に、前記第二の層と同じ材料よりなる第三の層が形成
される工程を含むことを特徴とする請求項3に記載の半
導体装置の製造方法。5. The method according to claim 1, wherein said step of growing said interlayer insulating film includes a step of forming a third layer made of the same material as said second layer under said first layer. 4. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 3.
ッチングは、フロロカーボンプラズマを用いるエッチン
グであ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。6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said etching for thinning said interlayer insulating film is etching using fluorocarbon plasma.
磨は、化学的機械的研磨であることを特徴とする請求項
1に記載の半導体装置の製造方法。7. The method according to claim 1, wherein the polishing for thinning the interlayer insulating film is a chemical mechanical polishing.
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