(57)【要約】【課題】Ｓｉ基板にダメージを与えることなく良好な形状のコンタクトホールの形成を可能とし、余分な付加工程を加えることなく金属配線層のステップカバレージを改善する。【解決手段】半導体基板１上に上層になるにしたがって次第に等方性エッチングに対するエッチング速度が速くなるように２層以上の層間絶縁膜２，３を形成する。そして、異方性エッチングによりこれら層間絶縁膜２，３をエッチングした後、等方性エッチングを施す。これにより形成され階段状の開口部（コンタクトホール５）上に金属配線層６を形成する。等方性エッチングにより層間絶縁膜２，３の形状が改善され、金属配線層がステップカバレージ良く成膜される。また、異方性エッチングの際に生ずる半導体基板表面のダメージ層１ａは、その後の等方性エッチングにより除去される。【選択図】  図１
2004266082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板または下層配線層上に上層になるにしたがって次第に等方性エッチングに対するエッチング速度が速くなるように２層以上の層間絶縁膜を形成し、
異方性エッチングによりこれら層間絶縁膜をエッチングした後、等方性エッチングを施し、
これにより形成された開口部上に金属配線層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板上に第１の層間絶縁膜としてＳｉＯ２層を形成し、その上に第２の層間絶縁膜としてＢＰＳＧ層を形成す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。
【請求項３】
前記ＢＰＳＧ層を複数層形成し、上層ほどＢ及びＰの濃度が高くなるように濃度を変えてこれらＢＰＳＧ層を形成することを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
半導体基板または下層配線層上に上層になるにしたがって次第に等方性エッチングに対するエッチング速度が速くなるように２層以上の層間絶縁膜を形成し、
異方性エッチングによりこれら層間絶縁膜をエッチングした後、等方性エッチングを施し、
これにより形成された開口部を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
上記開口部は、直線状の傾斜を有する上記複数の層間絶縁膜によって、階段状に構成されることを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンタクトホールに金属配線層が形成されてなる半導体装置の製造方法に関するものであり、特に、側面形状の良好なコンタクトホールを形成し、金属配線層のステップカバレージを改善する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｓｉ基板と金属配線層のコンタクトを取るコンタクトホールの断面形状は、加工寸法が小さくなるのに伴って、テーパーを付ける等の工夫を施す必要がある。これは、コンタクトホールの側面形状が垂直で且つコンタクトホールの深さが被覆膜厚とほぼ同じだと、金属配線層の被覆性に異常をきたす虞れがあるからである。
【０００３】
例えば、図３（Ａ）は、Ｓｉ基板１０１上に層間絶縁膜としてＳｉＯ２層１０２を形成し、垂直なコンタクトホール１０３を形成して金属配線層１０４を形成した場合の形状例を示すものである。コンタクトホール１０３の側面が垂直形状に近く且つコンタクトホール１０３の深さが金属配線層１０４の膜厚に近いと、金属配線層１０４の蒸着やスパッタリングによる成膜時に該側面が成膜の妨げとなり一部が薄くなったり、図３（Ｂ）に示すように、コンタクトホール１０３の角部に空孔１０５が生じてしまう等の金属配線層１０４の性能劣化を招く。
【０００４】
そこで、このような不都合を解消することを目的に、成膜を妨げない断面形状の良好なコンタクトホールの形成が試みられている。例えば、図４は、ＢＰＳＧ層のリフローによる形状変化を利用してコンタクトホールの側面の角部を丸くして断面形状の改善を行うものである。この場合には、先ず、図４（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板１１１上に層間絶縁膜としてＳｉＯ２層１１２を形成し、この上にＢＰＳＧ層１１３及びレジスト層を成膜して、コンタクトホール１１４を異方性エッチングにより形成する。この状態ではコンタクトホール１１４は垂直に近い状態に切り立っているが、加熱してリフローを行うと、ＢＰＳＧ層１１３が軟化し、図４（Ｂ）に示すように、角が流れて丸くなる。図４（Ｃ）に示すように、角が丸くなったコンタクトホール１１４に金属配線層１１５を形成すれば、被覆性の良い金属配線層１１５が得られる。
【０００５】
あるいは、等方性エッチング（いわゆるラウンドエッチング）と異方性エッチングの組み合わせで断面形状の良好なコンタクトホールを形成することも検討されている。この場合には、先ず、図５（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板１２１上に層間絶縁膜としてＳｉＯ２層１２２を形成し、この上にコンタクトホールに対応してレジスト層１２３をパターニング形成する。次いで、図５（Ｂ）に示すように、等方性エッチング（ラウンドエッチング）をＳｉＯ２層１２２の厚さ方向において途中まで行う。その後、図５（Ｃ）に示すように、全被エッチング膜（ＳｉＯ２層１２２）を抜く本エッチングをＲＩＥ等の異方性エッチングにより行う。さらに、図５（Ｄ）に示すようにレジスト層１２３を剥離し、図５（Ｅ）に示すように金属配線層１２４を成膜する。この方法によれば、ラウンドエッチングによりＳｉＯ２層１２２の角が削り取られ円弧上の傾斜が得られ、金属配線層１２４が被覆性良く成膜される。また、異方性エッチングによってコンタクトホールの寸法が決定するので、コンタクトホールを所望の寸法に設定することが容易である。
【０００６】
さらに、図５に示す手法を改良した手法として、ＴＥＯＳによる第１の層間絶縁膜とＢＰＳＧによる第２の層間絶縁膜の２層構成とし、より一層なだらかな断面形状とすることも提案されている（例えば、特許文献１等を参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−２１３４５８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示す方法では、ＢＰＳＧ層のリフロー時に熱を加える必要があることから、むき出しになったＳｉ基板１１１に特性変化が生ずる虞れがあり、製造される半導体装置の性能劣化が懸念される。
【０００９】
また、図５に示す方法や特許文献１に記載される方法では、Ｓｉ基板１２１が異方性エッチングに曝されることになり、Ｓｉ基板１２１表面にダメージ層が形成されて、やはり製造される半導体装置の性能劣化が懸念される。  また、コンタクトホールの寸法を決定する異方性エッチングを行なう膜厚を層間絶縁膜の下部に残す必要があるため、ウエットエッチングの管理が重要となり、頻雑となり易い。
【００１０】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、Ｓｉ基板にダメージ層を残すことなく良好な形状のコンタクトホールの形成を可能とし、余分な付加工程を加えることなく金属配線層のステップカバレージを改善することが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板または下層配線層上に上層になるにしたがって次第に等方性エッチングに対するエッチング速度が速くなるように２層以上の層間絶縁膜を形成し、異方性エッチングによりこれら層間絶縁膜をエッチングした後、等方性エッチングを施し、これにより形成された開口部上に金属配線層を形成することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の半導体装置の製造方法では、異方性エッチングの後に等方性エッチングを行っている。この等方性エッチングにより層間絶縁膜の形状が改善され、金属配線層がステップカバレージ良く成膜される。また、異方性エッチングの際に生ずる半導体基板表面のダメージ層は、その後の等方性エッチングにより除去され、半導体装置の性能に影響を及ぼすことはない。
また、本発明の半導体装置は、半導体基板または下層配線層上に上層になるにしたがって次第に等方性エッチングに対するエッチング速度が速くなるように２層以上の層間絶縁膜を形成し、異方性エッチングによりこれら層間絶縁膜をエッチングした後、等方性エッチングを施し、これにより形成された開口部を有し、上記開口部は、直線状の傾斜を有する上記複数の層間絶縁膜によって、階段状に構成されることを特徴とするものである。
本発明の半導体装置では、上層になるにしたがって次第に等方性エッチングに対するエッチング速度が速くなるように２層以上の層間絶縁膜を形成し、異方性エッチングによりこれら層間絶縁膜をエッチングした後、等方性エッチングを施し、直線状の傾斜を有する上記複数の層間絶縁膜によって、階段状に形成された開口部を有し、この開口部の断面形状によって、金属配線層がステップカバレージ良く成膜される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
本実施の形態では、コンタクトホールが形成される層間絶縁膜を、例えばＢＰＳＧ膜／ノンドープＳｉＯ２膜のように多層膜構造とする。この多層膜を異方性エッチングで抜いた後に、続いて等方性エッチング（ウエットエッチングもしくは反応性エッチングなどのドライエッチング）を施すと、サイドエッチング（横方向エッチング）がなされる。
【００１５】
この等方性エッチングの際、ＢＰＳＧ膜は、ノンドープＳｉＯ２膜よりもエッチング速度が速いため、ＢＰＳＧの方が横方向に大きくエッチングされる。その結果、コンタクトホールの側面形状が直線状の傾斜を有する階段状のコンタクトホール断面が形成される。したがって、この上に金属配線層を成膜すれば、金属配線層は被覆性良く形成される。
【００１６】
図１に、本実施の形態における製造プロセスを示す。本実施形態では、図１（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板１上に第１の層間絶縁膜としてＳｉＯ２層２を形成し、さらにこの上に第２の層間絶縁膜であるＢＰＳＧ層３及びレジスト層４を成膜して、コンタクトホール５を異方性エッチングにより形成する。このとき、形成されるコンタクトホール５は、垂直に近い状態に切り立っており、またコンタクトホール５の底面に臨むＳｉ基板１表面には上述の異方性エッチングによるダメージ層１ａが形成される。
【００１７】
そこで次に、図１（Ｂ）に示すように、等方性エッチングを行い、ＳｉＯ２層２やＢＰＳＧ層３を横方向にエッチングする。等方性エッチングは、ウエットエッチングであってもよいし、反応性エッチングなどのドライエッチングであってもよい。
【００１８】
この等方性エッチングにおいては、ＢＰＳＧ層３のエッチング速度の方がＳｉＯ２層２のエッチング速度よりも速いため、ＢＰＳＧ層３の方がＳｉＯ２層２に比べて横方向に大きくエッチングされる。その結果、エッチング終了後には、ＢＰＳＧ層３の方がＳｉＯ２層２に比べて横方向に後退し、階段形状を呈する。尚、等方性エッチングの際、エッチング液または反応性ガス等は、レジスト層の開口部から侵入する為、ＢＰＳＧ層３の上側が先に上記エッチング液または反応性ガスによってエッチングされるので、ＢＰＳＧ層３の側面がほぼ直線上の傾斜形状となり、その状態で横方向に後退することとなる。
【００１９】
また、この等方性エッチングにより、先の異方性エッチングによりＳｉ基板１表面に形成されたダメージ層１ａが剥離除去され、浄化された面が形成される。したがって、浄化された面に後述する金属配線層蛾接続されるのでＳｉ基板１の性能劣化が解消される。
【００２０】
等方性エッチング終了後、図１（Ｃ）に示すように、レジスト層４を剥離除去し、図１（Ｄ）に示すように、金属配線層６を成膜する。このように、階段状の断面を持つコンタクトホール５に金属配線層６を形成すると、被覆性の良い金属配線層６が得られる。
【００２１】
図２に、本発明の変形例を示す。この図２に示す構造も基本的には図１に示すものと発想は同じであるが、ＢＰＳＧ層３のＢとＰの濃度を変え、サイドエッチングのスピードを変えることで、より細かい階段状テーパを実現し、よりなめらかな金属配線層６の被覆を得るものである。
【００２２】
すなわち、図２に示す構造においては、ＢＰＳＧ層３を、第１のＢＰＳＧ層３ａと第２のＢＰＳＧ層３ｂの２層構造にしている。ここで、ＢＰＳＧ層３ａとＢＰＳＧ層３ｂとでは、Ｂ及びＰの濃度を変え、等方性エッチングに対するエッチング速度が異なるように設定している。具体的には、上層側のＢＰＳＧ層３ｂの方が下層側のＢＰＳＧ層３ａよりもＢ及びＰの濃度が高くなるように設定する。
【００２３】
これにより、より段数の多い階段状コンタクトホール断面を形成することができ、よりなめらかな金属配線層６を形成することが可能である。
尚、本発明の実施例では、半導体基板に接続される金属配線の為のコンタクトホール日本発明を適用した一例を示したが、例えば２層配線に用いるコンタクトホールに本発明を適用しても同様な効果を得ることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、Ｓｉ基板にダメージを与えることなく良好な形状のコンタクトホールを形成することが可能であり、余分な付加工程を加えることなく金属配線層のステップカバレージを改善することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した半導体製造プロセスの一例を示す断面図であり、（Ａ）は異方性エッチング工程、（Ｂ）は等方性エッチング工程、（Ｃ）はレジスト剥離工程、（Ｄ）は金属配線層成膜工程を示す。
【図２】本発明の変形例により製造されるコンタクトホールの断面形状を示す断面図である。
【図３】（Ａ）は垂直なコンタクトホール上に金属配線層を形成した状態の一例を示す断面図であり、（Ｂ）は垂直なコンタクトホール上に金属配線層を形成した状態の他の例を示す断面図である。
【図４】リフローを利用したコンタクトホールの形成工程を示す断面図である。
【図５】等方性エッチング後に異方性エッチングを行うコンタクトホールの形成工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１            Ｓｉ基板
１ａ          ダメージ層
２            ＳｉＯ２層
３            ＢＰＳＧ層
４            レジスト層
５            コンタクトホール
６            金属配線層
【図１】
2004266082.tif 000003
【図２】
2004266082.tif 000004
【図３】
2004266082.tif 000005
【図４】
2004266082.tif 000006
【図５】
2004266082.tif 000007