(57)【要約】【課題】マスク除去のための工程を必要とせず、基板温度を高温に上昇させてセルフアラインに良好な断面形状のコンタクトホールを形成する技術を提供する。【解決手段】半導体基板１上に配線５を形成する。そして半導体基板１全面に窒化膜６を堆積する。次に、酸化膜７を半導体基板１上に堆積する。酸化膜７の膜厚は、配線５の高さにコンタクトホールの深さを加えた厚さよりも厚く堆積する。次に、フォトレジスト８を用いて、酸化膜７に開口部９ａを形成する。開口部９ａの深さは、コンタクトホールの所定深さ以上に形成する。フォトレジストを除去後、基板温度を高温にして、窒化膜に対して選択比の大きなエッチング条件で酸化膜７を全面エッチバックする。その後、コンタクトホール底部の窒化膜をＲＩＥ等のドライエッチングで除去する。【選択図】図４
2005327958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された配線間にセルフアラインに所定深さのコンタクトホールを形成する半導体装置の製造方法であって、
（ａ）半導体基板上に配線を形成する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の後に、前記半導体基板全面に第１絶縁膜を堆積する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）の後に、前記配線の高さと前記コンタクトホールの前記所定深さを加えた厚さよりも厚く第２絶縁膜を堆積する工程と、
（ｄ）前記第２絶縁膜の前記コンタクトホールを形成すべき場所に、前記コンタクトホールの前記所定深さ以上でかつ前記配線に達しない深さの開口部を形成する工程と、
（ｅ）前記工程（ｄ）の後に、前記半導体基板を所定の温度に加温しつつ、前記第１絶縁膜に対して選択比の大きなエッチング条件で前記第２絶縁膜をエッチバックすることにより、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜に前記所定深さの前記コンタクトホールを形成する工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記工程（ｅ）において、前記コンタクトホールを埋める導電性膜を前記半導体基板全面に堆積し、表面から前記導電性膜及び前記第２絶縁膜を所定厚みだけ除去することにより、前記所定深さの前記導電性膜が埋められた前記コンタクトホールを形成す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。
【請求項３】
前記工程（ｅ）は、前記所定の温度が１３０℃から２００℃の範囲内であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に配線間にセルフアラインにコンタクトホールを形成する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、集積度が向上するとともに、配線間隔は狭く、配線の線幅は細くなっている。そして配線の線幅が細くなることによる配線抵抗の上昇を抑えるため、配線の高さは高くなっている。そのため、配線間にセルフアラインにコンタクトホールを形成する場合、コンタクトホールのアスペクト比（コンタクトホールのホール径に対する深さの比）は大きくなる。そして、このようなコンタクトホールを良好に形成する必要が生じている。例えば、コンタクトホールのボトム径は、デバイス特性の一つであるコンタクト抵抗に大きな影響を及ぼすため、広いボトム径が必要とされている。
【０００３】
このようなアスペクト比の大きなコンタクトホールにおいて、広いボトム径を得るには、基板温度を高温にしてエッチングすることが有効である。
【０００４】
しかし、フォトレジストをマスクとしてコンタクトホールを形成しようとすると、フォトレジストの耐熱性が低いため、基板温度を高温にしてエッチングすることができなかった。
【０００５】
そこで、特許文献１には、シリコン膜をマスクとして用いることにより、基板温度を高温にしてエッチングする発明が開示されている。さらに、ポリシリコン膜をマスクとして用いた発明が特許文献２，３に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３５９２０号公報
【特許文献２】特開平５−２６７２４５号公報
【特許文献３】特開平９−２７４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、マスクとして、シリコン膜やポリシリコン膜等を用いた場合、コンタクトホール形成後にそれらの膜を除去する工程（例えばＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程やエッチバック工程等）が必要になる。そのため、製造コストが増加するという問題があった。
【０００８】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、マスク除去のための工程を必要とせず、セルフアラインに良好な断面形状のコンタクトホールを形成する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、半導体基板上に形成された配線間にセルフアラインに所定深さのコンタクトホールを形成する半導体装置の製造方法であって、（ａ）半導体基板上に配線を形成する工程と、（ｂ）前記工程（ａ）の後に、前記半導体基板全面に第１絶縁膜を堆積する工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）の後に、前記配線の高さと前記コンタクトホールの前記所定深さを加えた厚さよりも厚く第２絶縁膜を堆積する工程と、（ｄ）前記第２絶縁膜の前記コンタクトホールを形成すべき場所に、前記コンタクトホールの前記所定深さ以上でかつ前記配線に達しない深さの開口部を形成する工程と、（ｅ）前記工程（ｄ）の後に、前記半導体基板を所定の温度に加温しつつ、前記第１絶縁膜に対して選択比の大きなエッチング条件で前記第２絶縁膜をエッチバックすることにより、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜に前記所定深さの前記コンタクトホールを形成する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上のような工程を備えているので、マスクとしてシリコン膜やポリシリコン膜等を形成することなく、良好な形状のコンタクトホールをセルフアラインに形成することができる。そのため、コンタクトホール形成後のマスクを除去する工程を省略することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
＜実施の形態１＞
図１から８は本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図１に示す工程においては、まず半導体基板１上にシリコン酸化膜２を堆積する。そしてシリコン酸化膜２上にシリコン膜３を堆積する。次にシリコン膜３上に窒化膜４を堆積する。以上のように積層した膜を、通常の写真製版技術により所望の形状に加工することで配線５を形成する。
【００１２】
このとき、シリコン酸化膜２は熱酸化膜あるいは減圧又は常圧ＣＶＤ法を用いて堆積したノンドープのシリコン酸化膜であり、膜厚は５ｎｍ〜１０ｎｍである。また、シリコン膜３はＣＶＤ法で堆積した多結晶シリコンやアモルファスシリコンにＰ（リン），Ａｓ（砒素）等をドープしたもの、又はＴｉ（チタン），ＴｉＮ（窒化チタン），Ｗ（タングステン）等の高融点金属膜のシリサイド膜、あるいはそれらの重ね膜、又はＷ，Ａｌ（アルミ二ウム）等の導電性金属膜からなり、膜厚は５０ｎｍ〜５００ｎｍである。
【００１３】
さらに窒化膜４は、後に形成される酸化膜７をＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法等でドライエッチングする際に選択比のある膜で、ここではＣＶＤ法により堆積したシリコン窒化膜や窒化酸化膜、あるいはそれらの重ね膜からなり、膜厚は２０ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００１４】
図２に示す工程においては、半導体基板１全面に窒化膜６（第１絶縁膜）を堆積する。窒化膜６は窒化膜４と同様に、後に形成される酸化膜７をＲＩＥ法等でドライエッチングする際に選択比のある膜で、ここではＣＶＤ法により堆積したシリコン窒化膜や窒化酸化膜、あるいはそれらの重ね膜からなり、膜厚は２０ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００１５】
図３に示す工程においては、層間絶縁膜となる酸化膜７（第２絶縁膜）を半導体基板１の全面に堆積する。このとき、酸化膜７は減圧又は常圧ＣＶＤ法を用いて堆積したノンドープ、あるいはＰ，Ｂ（ボロン）をドープしたシリコン酸化膜である。そして酸化膜７の膜厚は、コンタクトホール形成後に所望とされる膜厚の約２倍程度に堆積される。
【００１６】
図４に示す工程においては、通常の写真製版技術によりフォトレジスト８を形成する。フォトレジスト８は、コンタクトホールを形成すべき場所に開口部を設けている。次にフォトレジスト８をマスクとして、ＲＩＥ法等のドライエッチングによりハーフエッチを行う。すなわち、被エッチング膜である酸化膜７の途中でドライエッチングを終了する。そうして、酸化膜７のコンタクトホールを形成すべき場所に、開口部９ａを形成する。また開口部９ａの深さは、最終的に所望とされるコンタクトホールの深さ（所定深さ）と同等でかつ配線５に達しないように形成する。その後、図５に示すように、フォトレジスト８を除去する。こうして開口部９ａを有する酸化膜７を得ることができる。
【００１７】
図６に示す工程においては、ＲＩＥ法等のドライエッチングを用いて、半導体基板１の温度を上昇して酸化膜７の全面エッチバックを行う。そうして、配線５間にセルフアラインにコンタクトホール９ｂを形成する。
【００１８】
以下、酸化膜７のエッチング条件について詳細に説明する。酸化膜７のエッチングは、エッチング時におけるガスの種類、圧力、出力などを考慮して、ある程度窒化膜との選択比を持たせる条件でエッチングをする。
【００１９】
エッチングガスは、例えば、Ｃ5Ｆ8，Ｃ4Ｆ8，Ｃ4Ｆ6，Ｃ3Ｆ6若しくはＣ2Ｆ4等のＣ（炭素）とＦ（フッ素）を含むＣＦ系ガスに、Ｏ2（酸素）ガス又はＣＯ（一酸化炭素）ガス若しくはその両方と、Ａｒ（アルゴン）ガスを添加したガスを用いる。さらに、Ｈ（水素）を含む、ＣＨＦ3又はＣＨ2Ｆ2等を添加してもよい。ここで、後述するように、開口部９ａの底部にデポ膜を形成する必要が生じる。そしてＣＦ系ガスとしてＣ4Ｆ6を用いると、開口部９ａの底部にデポ膜を形成し易いことが経験的にわかっている。そのため、ＣＦ系ガスとしてＣ4Ｆ6を用いるのが好ましい。
【００２０】
そして、圧力２〜１０Ｐａ、ソースパワー３００〜１５００Ｗ、バイアスパワー８００〜２５００Ｗの条件でエッチングをする。
【００２１】
また、半導体基板１の基板温度は、約１３０℃〜２００℃に加温してエッチングする。半導体基板１を１３０℃以上の高温に加温してエッチングすることで、酸化膜７の上に堆積してコンタクトホール９ｂの形状をテーパー状にするデポ膜が、高温のために気化して堆積しない。その結果、コンタクトホール９ｂの断面はテーパー状にならず、垂直に形成される。なお、半導体基板１の温度を２００℃より高くした場合、エッチング中に開口部９ａの側壁へ付着するデポ膜が減少する。そのため、等方的にエッチングが進み、最終的にコンタクトホール９ｂのコンタクト径が大きくなる等、コンタクトホール９ｂが所望の形状に形成されない可能性がある。そこで、基板温度は２００℃以下としている。
【００２２】
以上のようなエッチング条件でエッチバックを進める。そして、開口部９ａの底部が配線５上の窒化膜４，６に達し、窒化膜４，６が露出する寸前で、エッチングガスを変更する。エッチングガスの変更は、酸化膜と窒化膜とのエッチング選択比を大きくして、窒化膜４，６がエッチングされて配線５が露出するのを防ぐために行う。
【００２３】
具体的には、基板温度が高温でも窒化膜６上にデポ膜が堆積するようにエッチングガスを変更する。例えば、エッチングガスを構成するガスのうち、Ｃ及びＦを含むガスの流量を増やすように調整する、若しくは酸素の流量を減らすように調整する。本実施の形態では、基板温度を高くしているのでデポ物が開口部９ａの底部にまで達しやすく、開口部９ａの底部にデポ膜を形成することができる。換言すれば、窒化膜６上にデポ膜を形成することができる。
【００２４】
一般に、窒化膜のエッチングレートは基板温度を高くすると遅くなる。本実施の形態では、基板温度を１３０℃以上に高くし、さらに最初からある程度窒化膜との選択比のあるエッチングガスを用いてエッチングしているので、窒化膜との選択比はある程度大きくなっている。しかし、以上説明したようにエッチングガスを変更して窒化膜４，６上にデポ膜を堆積することで、酸化膜７と窒化膜４，６とのエッチング選択比をさらに大きくすることができる。
【００２５】
エッチングガスを変更して酸化膜７のエッチングを続けることで、コンタクトホール９ｂをセルフアラインに形成する。その後、図７に示すように、コンタクトホール９ｂ底部の窒化膜をＲＩＥ等のドライエッチングで除去する。
【００２６】
図８は、図７のＡ−Ａ線断面図を示している。図８に示すように、コンタクトホール９ｂは、垂直な断面形状に形成されるのでボトム径を大きくすることができる。
【００２７】
以上説明したように本実施の形態では、酸化膜７に開口部９ａを形成している。そして、基板温度を加温して窒化膜に対して選択比の高い条件で酸化膜７を全面エッチバックしている。そうして、セルフアラインに垂直な断面形状のコンタクトホール９ｂを形成している。
【００２８】
コンタクトホール９ｂ形成のために、エッチングマスクとしてフォトレジストを使用した場合、フォトレジストは耐熱性が低いため、１３０℃以上に基板温度を加温してエッチングすることができない。本実施の形態ではフォトレジストを使用していないので、基板温度を１３０℃〜２００℃に加温してエッチングすることができる。
【００２９】
さらに、コンタクトホール９ｂ形成のためのマスクとしてシリコン膜やポリシリコン膜等を用いていない。そのため、コンタクトホール９ｂを形成した後、マスクを除去する工程を省略することができる。
【００３０】
なお、酸化膜７を堆積する際、最終的に所望とされる膜厚の約２倍としたが、必ずしも約２倍にする必要はない。配線５の高さにコンタクトホール９ｂの深さを加えた厚みよりも厚ければよい。
【００３１】
例えば、最終的に所望とされる膜厚の約２倍より薄く堆積してもよい。酸化膜７の膜厚を厚く堆積するとコンタクトホール９ｂ形成のためのエッチバックの時間が長くなる。その結果、コンタクトホール９ｂの上端の断面形状が丸みを帯びるいわゆる肩落ちが生じる可能性がある。薄く酸化膜７を堆積した場合、全面エッチバックの時間が短くなるため、片落ちを少なくすることができる。
【００３２】
また、開口部９ａの深さは、コンタクトホール９ｂの所定深さと同等である必要はなく、所定深さ以上でかつ配線５に達しないように形成されればよい。この場合、コンタクトホール９ｂは所定深さよりも深く形成されるので、余分な酸化膜７を除去して所定深さに整形する工程が別途必要となる。
【００３３】
＜実施の形態２＞
本実施の形態においては、酸化膜７を厚く堆積して、開口部９ａの深さをコンタクトホール９ｂの所定深さよりも深く、かつ配線には達しないように形成する。その他の構成は実施の形態１と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００３４】
本実施の形態では、開口部９ａを形成後、全面エッチバックをすると、所定深さよりも深いコンタクトホール９ｂが形成される。また、酸化膜７が厚く形成された結果、エッチング時間が長くなるので片落ちが生じる。
【００３５】
このような場合であっても、本実施の形態ではコンタクトホール９ｂの深さが所定深さよりも深く形成されるので、Ｗ（導電性膜）埋め込み後のＣＭＰ工程で、表面から所定厚みだけＷ及び余分な酸化膜７を除去することができる。そうして所定深さのコンタクトホール９ｂを形成することができる。ここで、余分な酸化膜７を除去する時にコンタクトホール９ｂに形成された片落ち部も同時に除去することができる。その結果、良好な形状のコンタクトホール９ｂを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図３】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図５】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図６】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図７】実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  半導体基板、５  配線、６  窒化膜、７  酸化膜、８  フォトレジスト、９ａ  開口部、９ｂコンタクトホール。
【図１】
2005327958.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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