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JP2959619B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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JP2959619B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2959619B2
JP2959619B2 JP7095857A JP9585795A JP2959619B2 JP 2959619 B2 JP2959619 B2 JP 2959619B2 JP 7095857 A JP7095857 A JP 7095857A JP 9585795 A JP9585795 A JP 9585795A JP 2959619 B2 JP2959619 B2 JP 2959619B2
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wiring
connection port
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etching rate
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特に多層配線を有する半導体装置の製造方法に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、半導体装置は微細化及び配線
の多層化により高集積化、高速化が図られてきたが、今
後ともこの傾向は続くと思われる。これまでの多層配線
においては、図5に示すように、下層配線51と上層配
線53とを接続口52を介して接続するとき、接続口5
2が下層配線51からはみ出さないように重なりのマー
ジンが設けられていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, high integration and high speed of semiconductor devices have been achieved by miniaturization and multi-layer wiring, but this trend is expected to continue in the future. In the conventional multilayer wiring, as shown in FIG. 5, when the lower wiring 51 and the upper wiring 53 are connected via the connection port 52, the connection port 5
An overlapping margin is provided so that 2 does not protrude from the lower wiring 51.

【0003】高集化を進めるためには配線ピッチも小さ
くする必要があるが、配線ピッチを小さくするには配線
幅や配線間隔を小さくするだけではなく、接続口の領域
も小さくする必要がある。しかし、接続口を小さくする
のは、接続口の加工が困難となったり、接続抵抗が増大
する等の理由により、限界があるため、配線層と接続口
の重なりのマージンも小さくする必要があり、サブミク
ロンデバイス以降では重なりのマージンは0.1μm以
下となっており、さらに、図6に示すマージン0の状態
に限りなく近づく。
[0003] In order to increase the packing density, it is necessary to reduce the wiring pitch, but to reduce the wiring pitch, it is necessary to reduce not only the wiring width and the wiring interval but also the area of the connection port. . However, reducing the size of the connection port is limited due to reasons such as difficulty in processing the connection port and an increase in connection resistance.Therefore, it is necessary to reduce the overlap margin between the wiring layer and the connection port. Since the submicron device and thereafter, the overlap margin is 0.1 μm or less, and further approaches the state of the margin 0 shown in FIG. 6 without limit.

【0004】これに対して、配線層と接続口の重ね合せ
の精度は、向上してきているとはいえ、現状では0.1
μm以下に抑えるのは困難である。特に、高集積化に伴
ってチップサイズが大きくなった場合、露光装置にレン
ズのディストーション(ゆがみ)等があるため、チップ
全面にわたって高い重ね合わせ精度を維持することは極
めて困難となる。すなわち、重ね合わせの精度よりも、
重なりのマージンの方が小さくなり、図7に示すよう
に、接続口52が下層配線51からはみ出すようになっ
てくる。
[0004] On the other hand, although the accuracy of the superposition of the wiring layer and the connection port has been improved, at present it is 0.1%.
It is difficult to keep the thickness below μm. In particular, when the chip size is increased due to high integration, it is extremely difficult to maintain high overlay accuracy over the entire surface of the chip because the exposure apparatus has lens distortion (distortion) and the like. In other words, rather than the overlay accuracy,
The overlap margin becomes smaller, and the connection port 52 protrudes from the lower wiring 51 as shown in FIG.

【0005】以下に、接続口が下層配線からはみ出した
場合の、従来の多層配線の形成方法について図面を用い
て説明する。図8(a)〜(e)は、従来技術の主要工
程段階を示す工程順断面図である。まず、トランジスタ
等の半導体素子が形成されたシリコン基板41上に、C
VD法によりBPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass:
ボロン・リンガラス)膜42を形成し、その上にAlに
0.5%の銅を添加したAlCu合金を用いて、第1の
Al配線43を形成する〔図8(a)〕。
A conventional method for forming a multilayer wiring in the case where the connection port protrudes from the lower wiring will be described below with reference to the drawings. 8A to 8E are process sectional views showing main process steps of the related art. First, C is placed on a silicon substrate 41 on which semiconductor elements such as transistors are formed.
BPSG (Boro-Phospho-Silicate Glass:
A boron (phosphorus glass) film 42 is formed, and a first Al wiring 43 is formed thereon using an AlCu alloy obtained by adding 0.5% of copper to Al (FIG. 8A).

【0006】次に、プラズマを用いた化学気相成長(P
E−CVD)法により酸化シリコンを成長させ、層間絶
縁膜としてプラズマ酸化膜44を形成する。このプラズ
マ酸化膜44上にスピンオングラス(SOG)を塗布し
たり、フォトレジスト膜を形成した後にエッチバックし
たり、あるいは化学的機械的研磨(CMP)法により研
磨することにより、その表面を平坦化する〔図8
(b)〕。次に、フォトレジスト膜45をプラズマ酸化
膜44上に塗布し、ステッパー等の露光機を用い、接続
口のパターンを露光した後、現像して、フォトレジスト
膜45の所定の位置に開口を形成する〔図8(c)〕。
Next, chemical vapor deposition using plasma (P
Silicon oxide is grown by an E-CVD method, and a plasma oxide film 44 is formed as an interlayer insulating film. The surface is flattened by applying spin-on-glass (SOG) on the plasma oxide film 44, etching back after forming a photoresist film, or polishing by a chemical mechanical polishing (CMP) method. [Fig. 8
(B)]. Next, a photoresist film 45 is coated on the plasma oxide film 44, and the pattern of the connection port is exposed using an exposure machine such as a stepper, and then developed to form an opening at a predetermined position of the photoresist film 45. [FIG. 8 (c)].

【0007】次に、フォトレジスト膜45をマスクにド
ライエッチング法により、プラズマ酸化膜44を第1の
Al配線43に達するまでエッチングする〔図8
(d)〕。従来、この種のドライエッチング法では、サ
イズの違う接続口のエッチング速度をできるだけ同じに
し、小さな接続口ほどエッチング速度の小さくなるマイ
クロローディング効果を抑えた条件を用いていた。
Next, the plasma oxide film 44 is etched by dry etching using the photoresist film 45 as a mask until it reaches the first Al wiring 43 (FIG. 8).
(D)]. Conventionally, in this type of dry etching method, the etching speed of the connection ports having different sizes has been made as equal as possible, and the condition has been used in which the microloading effect in which the etching rate becomes smaller as the connection port becomes smaller is suppressed.

【0008】このようなマイクロローディング効果を抑
制する方法としては、例えば、特開平5−283374
号公報に示されているように、Cnm で表わされるフ
ルオロカーボン化合物と酸素によりエッチングする方法
や、CHF3 とArガスを用い基板を−60℃〜18℃
程度の低温にしてエッチングする方法(この方法はジャ
パニーズ ジャーナル オブ アプライド フィズィッ
クス 31巻 1992年 パート1 第4370〜4
375頁(Jpn.J.Appl.Phys.Vol.31(1992)Part1
pp.4370-4375)の「サプレッション オブ マイクロロ
ーディング エフェフトバイ ローテムペラチャー S
iO2 エッチング」(Suppression ofMicroloading Eff
ect by Low-Temperature SiO2 Etching)に示されてい
る。)等が提案されている。
A method for suppressing such a microloading effect is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-283374.
As shown in JP, C n F and a method of etching by fluorocarbon compound and oxygen is represented by m, CHF 3 and -60 ° C. ~ 18 ° C. The substrate using Ar gas
Etching at a low temperature (this method is described in Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 31, 1992, Part 1, 4370-4)
375 pages (Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 31 (1992) Part 1)
pp.4370-4375) “Suppression of microloading Effeft by Rot'em PERTURE S
io 2 etching ”(Suppression of Microloading Eff
ect by Low-Temperature SiO 2 Etching). ) Etc. have been proposed.

【0009】この方法により、配線幅0.4μmのAl
配線上に0.3μm×0.3μmの接続口を形成するも
のとすると、重なりのマージンは片側に0.05μmし
かなく、現在の量産技術ではウェハ上のすべての接続口
を0.05μm以下のずれでAl配線に重ね合わせるこ
とは不可能であり、Al配線から接続口が0.05〜
0.1μm程度はみ出してしまう所が発生する。
According to this method, Al having a wiring width of 0.4 μm is formed.
Assuming that 0.3 μm × 0.3 μm connection ports are formed on the wiring, the overlap margin is only 0.05 μm on one side, and all the connection ports on the wafer are 0.05 μm or less in the current mass production technology. It is impossible to overlap with the Al wiring due to the displacement, and the connection port is 0.05 to
Some portions protrude by about 0.1 μm.

【0010】また、接続口のエッチングは、層間絶縁膜
の膜厚の違いやばらつき、あるいはエッチング速度のば
らつきがあるため、接続口を確実にAl配線まで達っす
るようにするため、最も深い接続口のエッチングがちょ
うど終了すると思われるエッチング時間の1.5〜2倍
の時間エッチングするのが一般的である。
Further, since the etching of the connection port has a difference or variation in the thickness of the interlayer insulating film or a variation in the etching rate, the deepest connection is required to ensure that the connection port reaches the Al wiring. Generally, etching is performed for 1.5 to 2 times the etching time at which the etching of the mouth is considered to be completed.

【0011】例えば、最も深い接続口の深さが1.0μ
mであるものとすると、厚さ1.5〜2.0μm程度の
シリコン酸化膜をエッチングする。この際接続口が第1
のAl配線43からはみ出した部分では、第1のAl配
線の側壁のプラズマ酸化膜44もエッチングされてしま
う〔図8(d)〕。
For example, the deepest connection port has a depth of 1.0 μm.
m, a silicon oxide film having a thickness of about 1.5 to 2.0 μm is etched. At this time, the connection port is
In the portion protruding from the Al wiring 43, the plasma oxide film 44 on the side wall of the first Al wiring is also etched (FIG. 8D).

【0012】その後、フォトレジスト膜45を除去し、
再びAlCu合金膜をスパッタリング法により形成した
後、通常のリソグラフィー技術及びドライエッチング技
術により所望の形状にパターニングして第2のAl配線
46を形成し、Al2層配線の形成が完了する〔図8
(e)〕。
Thereafter, the photoresist film 45 is removed,
After the AlCu alloy film is formed again by the sputtering method, the second Al wiring 46 is formed by patterning the AlCu alloy film into a desired shape by ordinary lithography and dry etching techniques, and the formation of the Al2 layer wiring is completed [FIG.
(E)].

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】この従来の半導体装置
の製造方法では、半導体素子の微細化に、フォトリソグ
ラフィ技術における重ね合せ精度が追いつかず下層配線
から接続口がはみ出してしまう所が生じてしまう。とこ
ろが、接続口のエッチングを接続口のサイズにエッチン
グ速度が依存しない、すなわちマイクロローディング効
果の小さい条件にて行なっていたので、50〜100%
のオーバーエッチングを行なう際、下層配線の側面の層
間絶縁膜もエッチングされてしまう。
In this conventional method of manufacturing a semiconductor device, the miniaturization of a semiconductor element may cause a point where the connection port protrudes from the lower layer wiring because the overlay accuracy in photolithography cannot keep up. . However, since the etching of the connection port is performed under the condition that the etching rate does not depend on the size of the connection port, that is, under the condition that the microloading effect is small, 50 to 100%
When the over-etching is performed, the interlayer insulating film on the side surface of the lower wiring is also etched.

【0014】下層配線の横まで層間絶縁膜がエッチング
されてしまうと、図8(e)に示されるように、上層配
線としてAl合金をスパッタリング法で形成した場合に
Al合金膜の被覆性が悪化し、接続抵抗が上昇する外、
エレクトロマイグレーション耐性、ストレスマイグレー
ション耐性が悪化して、信頼性が低下する。さらにオー
バーエッチング量が多くなると、図9に示すように、下
層配線下の絶縁膜もエッチングされ、下のシリコン基板
が露出し、上層配線と短絡してしまうという問題も起こ
る。この問題は、深さの異なる接続口がある場合、最も
深い接続口にあわせてエッチングするので、それよりも
浅い接続口で顕著となる。これらを防ぐために、下層配
線と接続口の重ね合せのマージンを大きくとると、半導
体装置のサイズが大きくなってしまい高集積化が困難と
なる。
If the interlayer insulating film is etched to the side of the lower wiring, as shown in FIG. 8E, when the Al alloy is formed as the upper wiring by the sputtering method, the coverage of the Al alloy film deteriorates. And the connection resistance rises,
Electromigration resistance and stress migration resistance are deteriorated, and reliability is reduced. If the amount of over-etching is further increased, as shown in FIG. 9, the insulating film below the lower wiring is also etched, and the lower silicon substrate is exposed, which causes a problem of short-circuiting with the upper wiring. This problem is remarkable in the case of connecting ports having different depths, since the etching is performed in accordance with the deepest connecting port. If a margin for overlapping the lower wiring and the connection port is increased to prevent these problems, the size of the semiconductor device is increased, and it is difficult to achieve high integration.

【0015】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、フォトリソグラフィ技術に
おける重ね合せ精度の不足のために下層配線から接続口
がはみ出してしまっても、下層配線の側面の絶縁膜がエ
ッチングされないようにすることであり、このことによ
り、接続口に対する下層配線のマージンが少なくなって
も、信頼性の高い多層配線を形成しうるようにしようと
するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a method in which a lower layer wiring is formed even if a connection port protrudes from a lower layer wiring due to a lack of overlay accuracy in photolithography technology. Is intended to prevent the etching of the insulating film on the side surface of the semiconductor device, thereby making it possible to form a highly reliable multilayer wiring even if the margin of the lower wiring with respect to the connection port is reduced. .

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によれば、下層配線上の層間絶縁膜の所望の
位置に、前記下層配線に達する接続口をドライエッチン
グ法により形成する工程を含む半導体装置の製造方法に
おいて、該ドライエッチングを前記下層配線のエッチン
グレートより前記層間絶縁膜のエッチングレートの方が
十分に大きい条件にて行うと共に、少なくとも前記接続
口形成工程の最終段階においては、0.1μm×0.1
μm以下のサイズのドライエッチングのエッチング速度
が、前記接続口の最小サイズのエッチング速度の3分の
1以下である条件でエッチングすることを特徴とする半
導体装置の製造方法、が提供される。
According to the present invention, in order to achieve the above object, a connection port reaching the lower wiring is formed at a desired position of an interlayer insulating film on a lower wiring by a dry etching method. In the method of manufacturing a semiconductor device, the dry etching is performed under a condition that the etching rate of the interlayer insulating film is sufficiently higher than the etching rate of the lower wiring, and at least in the final stage of the connection port forming step. Is 0.1 μm × 0.1
A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that etching is performed under a condition that an etching rate of dry etching of a size of μm or less is one third or less of an etching rate of a minimum size of the connection port.

【0017】そして、好ましくは、下層配線上の層間絶
縁膜の最小膜厚を越えない深さまで、接続口のサイズに
よるエッチング速度差が小さい条件にてエッチングを行
い、その後にエッチング速度差の大きい条件にてエッチ
ングを行う。このようなエッチング速度の差は、エッチ
ングガスのフッ素と炭素の比率を変化させることによ
り、生じさせる。
Preferably, the etching is performed under the condition that the etching rate difference due to the size of the connection port is small to a depth that does not exceed the minimum thickness of the interlayer insulating film on the lower wiring, and thereafter, the etching rate difference is large. Etching is performed. Such a difference in etching rate is caused by changing the ratio of fluorine to carbon in the etching gas.

【0018】[0018]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 [第1の実施例]図1(a)〜(e)は、本発明の第1
の実施例の主要工程段階を順に示した工程順断面図であ
る。まず、シリコン酸化膜12で覆われたシリコン基板
11上に膜厚約0.3μmの多結晶シリコン膜13によ
り、配線幅0.3μmの第1の配線を形成する。その上
を被覆するBPSG膜14を1.0μm程度の厚さに形
成した後、窒素雰囲気中でリフロー化熱処理を行ってそ
の表面を平坦化する〔図1(a)〕。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. [First Embodiment] FIGS. 1A to 1E show a first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a process order sectional view showing main process steps of the example in order. First, a first wiring having a wiring width of 0.3 μm is formed by a polycrystalline silicon film 13 having a thickness of about 0.3 μm on a silicon substrate 11 covered with a silicon oxide film 12. After forming a BPSG film 14 having a thickness of about 1.0 μm to cover it, a reflow heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere to flatten the surface [FIG. 1 (a)].

【0019】次に、フォトレジスト膜15を塗布し、K
rFエキシマレーザーを使用した縮小投影露光機(Kr
Fステッパー)により露光した後、現像しフォトレジス
ト膜15の所定の位置に0.3μm×0.3μmの開口
部を形成する。この時、シリコン基板1(ウェハ)の全
面にわたり全ての多結晶シリコン膜13にフォトレジス
ト膜15の開口部を重ね合わせることは困難であり、
0.1μm程度ずれてしまう個所が生じる可能性がある
〔図1(b)〕。
Next, a photoresist film 15 is applied,
Reduction projection exposure machine using rF excimer laser (Kr
After exposure by an F stepper, the photoresist film 15 is developed to form an opening of 0.3 μm × 0.3 μm at a predetermined position of the photoresist film 15. At this time, it is difficult to overlap the openings of the photoresist film 15 on all the polycrystalline silicon films 13 over the entire surface of the silicon substrate 1 (wafer).
There is a possibility that a portion shifted by about 0.1 μm may occur (FIG. 1B).

【0020】次に、フォトレジスト膜15をマスクとし
てBPSG膜14をエッチングする。エッチングは、マ
グネトロンリアクテイブイオンエッチング(MRIE)
装置を用い、CHF3 とCOとの混合ガスをエッチング
ガスとして、圧力:40〜70mTorr、RFパワ
ー:600W、基板温度:70〜120℃、より望まし
くは90〜110℃の条件で行なう。
Next, the BPSG film 14 is etched using the photoresist film 15 as a mask. Etching is magnetron reactive ion etching (MRIE)
Using an apparatus, a mixed gas of CHF 3 and CO is used as an etching gas, under the conditions of pressure: 40 to 70 mTorr, RF power: 600 W, substrate temperature: 70 to 120 ° C., more preferably 90 to 110 ° C.

【0021】この条件でCHF3 とCOの流量比を変化
させた時のエッチング速度の変化を図2に示す。同図に
示されるように、CHF3 が少ない場合、0.1μm×
0.1μmの開口部ではエッチングに必要なFラジカル
が少なく、エッチングより炭素系の膜形成のほうが多い
ため、ほとんどエッチングが行われないが、0.5μm
×0.5μmの開口部ではエッチング速度は大きい。と
ころが、逆にCHF3が多くなると、小さい開口部内に
もラジカルがエッチングに必要なだけ入り込み0.1μ
m×0.1μmと0.5μm×0.5μmの開口部のエ
ッチング速度の差は小さくなる。
FIG. 2 shows the change in the etching rate when the flow rate ratio between CHF 3 and CO is changed under these conditions. As shown in the figure, when CHF 3 is small, 0.1 μm ×
At the opening of 0.1 μm, the amount of F radicals required for etching is small and the carbon-based film is formed more than the etching.
The etching rate is high at the opening of 0.5 μm. On the other hand, when the amount of CHF 3 increases, radicals penetrate into small openings as much as necessary for etching.
The difference between the etching rates of the openings of m × 0.1 μm and 0.5 μm × 0.5 μm becomes small.

【0022】そこで、まずCHF3 :CO=4:1のガ
ス比率により多結晶シリコン膜13が露出する直前まで
エッチングし〔図1(c)〕、続いて、CHF3 :CO
=1:3のガス比率により0.3μm×0.3μmの開
口部で厚さ0.5μm程度をエッチングする時間だけエ
ッチングする。この時、多結晶シリコン膜3からずれた
部分は0.1μm以下なので、多結晶シリコン膜13の
横は0.1μm以下しかエッチングされない〔図1
(d)〕。
[0022] Therefore, first CHF 3: CO = 4: etched until just before the polycrystalline silicon film 13 is exposed by one of the gas ratio [FIG. 1 (c)], followed by, CHF 3: CO
Etching is performed for an etching time of about 0.5 μm in a 0.3 μm × 0.3 μm opening at a gas ratio of = 1: 3. At this time, since the portion shifted from the polycrystalline silicon film 3 is 0.1 μm or less, the side of the polycrystalline silicon film 13 is etched only to 0.1 μm or less [FIG.
(D)].

【0023】エッチングの最初からCHF 3 :CO=
1:3の条件でエッチングを行なってもよいが、この条
件では0.3μm×0.3μmの開口部においてはエッ
チング速度が遅いので時間がかかり過ぎ好ましくない。
開口部が0.4μm×0.4μmより大きい場合はCH
3 :CO=1:3の条件でも比較的大きなエッチング
速度が得られるので、最初からこの条件でエッチングし
た方がよい。通常、開口部のエッチングは50〜100
%程度のオーバーエッチを行なうが、1.0μm程度の
BPSG膜14を100%オーバーエッチングを行なっ
ても0.1μm以下のサイズのエッチング速度が0.3
μm×0.3μmの開口部でのエッチング速度の3分の
1以下であれば、多結晶シリコン膜13からずれた部分
は高々0.33μmエッチングされるだけであり、最悪
の場合でもシリコン基板11の表面が露出してしまうよ
うなことはない。
CHF 3 from the beginning of etching : CO =
The etching may be performed under the condition of 1: 3, but under this condition, it takes too much time at the opening of 0.3 μm × 0.3 μm because the etching rate is low, which is not preferable.
CH when the opening is larger than 0.4 μm × 0.4 μm
Since a relatively high etching rate can be obtained even under the condition of F 3 : CO = 1: 3, it is better to perform etching under this condition from the beginning. Usually, the etching of the opening is 50-100.
%, But even if the BPSG film 14 of about 1.0 μm is 100% over-etched, the etching rate of a size of 0.1 μm or less is 0.3%.
If the etching rate at the opening of μm × 0.3 μm is one third or less, only the part shifted from the polycrystalline silicon film 13 is etched at most 0.33 μm. There is no such thing that the surface of is exposed.

【0024】0.1μm以下のサイズと0.3μm×
0.3μmのエッチング速度の差が大きければ大きいほ
ど、多結晶シリコン膜13の横のエッチング量は少なく
なるのでよい結果を得ることができるが、一方で0.1
μm以下のサイズのエッチング速度を小さくすると、
0.3μm×0.3μmの開口部でのエッチング速度も
小さくなり、実用的なエッチング速度が得られなくな
る。したがって、0.3μm×0.3μmのサイズでの
エッチングを実用的なエッチング速度で行うようにし
て、両者のエッチング速度差をある程度小さくせざるを
えないが、その場合でも、0.1μm以下のサイズのエ
ッチング速度を0.3μm×0.3μmの開口部でのエ
ッチング速度の3分の1以下に抑えることにより、本発
明の効果を得ることができる。
A size of 0.1 μm or less and 0.3 μm ×
The larger the difference between the etching rates of 0.3 μm, the smaller the amount of etching beside the polycrystalline silicon film 13, so that good results can be obtained.
When the etching rate for the submicron size is reduced,
The etching rate at the opening of 0.3 μm × 0.3 μm is also reduced, and a practical etching rate cannot be obtained. Therefore, etching at a size of 0.3 μm × 0.3 μm must be performed at a practical etching rate, and the difference between the two etching rates must be reduced to some extent. The effect of the present invention can be obtained by suppressing the etching rate of the size to one third or less of the etching rate at the opening of 0.3 μm × 0.3 μm.

【0025】次に、フォトレジスト膜15を除去し、多
結晶シリコン膜13との接触抵抗を低下させるためのT
i膜とシリコンとAlの相互拡散を防止するためのTi
N膜とからなるバリアメタル層16を設けた後、Al合
金膜17により第2の配線を形成する〔図1(e)〕。
Al合金膜17は形成時に450〜500℃程度に加熱
して流動化させ、接続口を埋め込んでもよい。また、バ
リアメタル層は必ずしも設けなくてもよい。あるいは、
W等を化学気相成長(CVD)法により選択的に成長さ
せて接続口を埋め込んだ後、Al合金膜17を形成する
ようにしてもよい。
Next, the photoresist film 15 is removed, and T for reducing the contact resistance with the polysilicon film 13 is removed.
Ti for preventing interdiffusion between silicon film and Al with i film
After providing the barrier metal layer 16 made of an N film, a second wiring is formed by the Al alloy film 17 (FIG. 1E).
During the formation, the Al alloy film 17 may be heated to about 450 to 500 ° C. and fluidized to fill the connection port. Further, the barrier metal layer does not necessarily have to be provided. Or,
The Al alloy film 17 may be formed after W or the like is selectively grown by a chemical vapor deposition (CVD) method to bury the connection port.

【0026】[第2の実施例]図3(a)〜(d)は、
本発明の第2の実施例の主要工程段階を順に示した工程
順断面図である。シリコン酸化膜22で覆われたシリコ
ン基板21上に多結晶シリコン膜23により第1の配線
を形成し、BPSG膜24で第1の層間絶縁膜を形成し
た後、0.4μm程度の膜厚のAl合金膜25で配線幅
約0.3μmの第2の配線を形成する。Al合金膜25
は、第1の配線上とそれ以外の領域ではその高さが異な
っている。その後、PE−CVD法により、第2の層間
絶縁膜となるプラズマ酸化膜26を形成し、完全に平坦
化する〔図3(a)〕。
[Second Embodiment] FIGS. 3 (a) to 3 (d)
FIG. 9 is a sectional view illustrating the main process steps of a second embodiment of the present invention in order. After a first wiring is formed with a polycrystalline silicon film 23 on a silicon substrate 21 covered with a silicon oxide film 22 and a first interlayer insulating film is formed with a BPSG film 24, a film having a thickness of about 0.4 μm is formed. A second wiring having a wiring width of about 0.3 μm is formed with the Al alloy film 25. Al alloy film 25
Have different heights on the first wiring and in other regions. Thereafter, a plasma oxide film 26 serving as a second interlayer insulating film is formed by PE-CVD and is completely planarized (FIG. 3A).

【0027】プラズマ酸化膜26の平坦化方法として
は、高密度プラズマを用いたPE−CVD法により、シ
リコン基板21に高周波バイアスを印加しながら2.0
μm程度と厚く形成した後、CMP法により、シリコン
酸化膜を1.0μm程度研磨する方法を用いることがで
きる。形成されたプラズマ酸化膜26は、第1の配線と
第2の配線が重なった所では1.0μm、第1の配線と
重なった所では1.3〜1.4μm程度の厚さとなる。
As a method of flattening the plasma oxide film 26, a high-frequency bias is applied to the silicon substrate 21 by a PE-CVD method using high-density plasma.
After forming as thick as about μm, a method of polishing the silicon oxide film by about 1.0 μm by a CMP method can be used. The formed plasma oxide film 26 has a thickness of about 1.0 μm where the first wiring and the second wiring overlap, and has a thickness of about 1.3 to 1.4 μm where the first wiring and the second wiring overlap.

【0028】次に、フォトレジスト膜27を塗布した
後、KrFステッパーにより露光し現像して所定の位置
に0.3μm×0.3μmの開口部を形成する。この
時、開口部を完全に第2の配線に重ね合わせることは困
難であり、0.1μm程度ずれてしまうことがある〔図
3(b)〕。
Next, after applying a photoresist film 27, it is exposed and developed by a KrF stepper to form an opening of 0.3 μm × 0.3 μm at a predetermined position. At this time, it is difficult to completely overlap the opening with the second wiring, and the opening may be shifted by about 0.1 μm (FIG. 3B).

【0029】次に、フォトレジスト膜27をマスクとし
てシリコン酸化膜26を第1の配線と重なった第2の配
線が露出するまで、開口部のサイズによるエッチング速
度の差が少なく、エッチング速度の大きいドライエッチ
ング条件にてエッチングする〔図3(c)〕。このドラ
イエッチング条件としては、たとえば、CHF3 とC2
6 の混合比を1:1にし、エッチングガス圧力:10
0〜200mTorr、高周波パワー:900Wの条件
のリアクティブイオンエッチング法にてエッチングする
方法を用いることができる。
Next, using the photoresist film 27 as a mask, the difference in the etching rate due to the size of the opening is small and the etching rate is large until the second wiring overlapping the first wiring with the silicon oxide film 26 is exposed. Etching is performed under dry etching conditions (FIG. 3C). The dry etching conditions include, for example, CHF 3 and C 2
The mixing ratio of F 6 is 1: 1 and the etching gas pressure is 10
It is possible to use a reactive ion etching method under the conditions of 0 to 200 mTorr and high frequency power: 900 W.

【0030】次に、CHF3 とC26 の混合比を2:
1にし、圧力:100〜300mTorr、高周波パワ
ー:900W、基板温度:60〜100℃の条件にて、
第1の配線と重なっていない第2の配線が露出するまで
エッチングする。この条件では、0.1μm以下のサイ
ズではほとんどエッチングされため、第1の配線と重な
った第2の配線の横が深く掘られることはない〔図3
(d)〕。
Next, the mixing ratio of CHF 3 and C 2 F 6 is set to 2:
1, pressure: 100 to 300 mTorr, high frequency power: 900 W, substrate temperature: 60 to 100 ° C.
Etching is performed until a second wiring which does not overlap with the first wiring is exposed. Under this condition, since the etching is almost performed at a size of 0.1 μm or less, the side of the second wiring overlapping with the first wiring is not dug deeply [FIG.
(D)].

【0031】この後、フォトレジスト膜27を除去し、
第1の実施例の場合と同様に、接続口内をAl合金膜で
埋め込むように形成するか、Wで埋め込んだ後、Al合
金膜を形成し、Al合金膜を所望の形状にパターニング
して第3の配線(図示なし)を形成する。
Thereafter, the photoresist film 27 is removed,
As in the case of the first embodiment, the connection port is formed so as to be embedded with an Al alloy film, or after being embedded with W, an Al alloy film is formed, and the Al alloy film is patterned into a desired shape. Third wiring (not shown) is formed.

【0032】[第3の実施例]図4(a)〜(d)は、
本発明の第3の実施例の主要工程段階を順に示した工程
順断面図である。シリコン酸化膜32で覆われたシリコ
ン基板31上に第1のAl合金膜33により第1の配線
を形成する。その上にPE−CVD法により、層間絶縁
膜となる第1のプラズマ酸化膜34を形成し、その上に
第2のAl合金膜35により第2の配線を形成し、さら
にその上に第2のプラズマ酸化膜36を形成し、表面を
CMP法等により平坦化する〔図4(a)〕。
[Third Embodiment] FIGS. 4 (a) to 4 (d)
FIG. 9 is a sectional view sequentially illustrating main process steps of a third embodiment of the present invention. A first wiring is formed by a first Al alloy film 33 on a silicon substrate 31 covered with a silicon oxide film 32. A first plasma oxide film 34 serving as an interlayer insulating film is formed thereon by a PE-CVD method, a second wiring is formed thereon by a second Al alloy film 35, and a second wiring is further formed thereon. Is formed, and the surface is flattened by a CMP method or the like (FIG. 4A).

【0033】次に、フォトレジスト膜37を塗布し、K
rFステッパーを用いて露光し、現像して所定の位置に
開口部を形成する。ここで、開口部を完全に下層配線に
重ね合わせることは困難であり、0.1μm程度ずれて
しまう可能性がある〔図4(b)〕。本実施例の場合に
は、開口部を第2の配線に完全に重ね合わせることがで
きたとしても、第1の配線と第2の配線が若干ずれてい
ると、接続口は第1の配線とはずれてしまう。また、そ
の逆もある。次に、フォトレジスト膜37をマスクとし
て、第2のプラズマ酸化膜36を第2のAl合金膜35
が露出するまで、開口部のサイズによるエッチング速度
差が小さく、エッチング速度の大きいドライエッチング
条件にてエッチングする〔図4(c)〕。
Next, a photoresist film 37 is applied,
Exposure is performed using an rF stepper, and development is performed to form an opening at a predetermined position. Here, it is difficult to completely overlap the opening with the lower wiring, and there is a possibility that the opening is shifted by about 0.1 μm (FIG. 4B). In the case of the present embodiment, even if the opening can be completely overlapped with the second wiring, if the first wiring and the second wiring are slightly displaced, the connection port will be the first wiring. It will be off. And vice versa. Next, using the photoresist film 37 as a mask, the second plasma oxide film 36 is formed on the second Al alloy film 35.
Until is exposed, etching is performed under dry etching conditions in which the difference in etching rate due to the size of the opening is small and the etching rate is large [FIG. 4 (c)].

【0034】その後、0.1μm以下のサイズではほと
んどエッチングされない条件で第1のAl合金膜33の
表面が露出するまでエッチングする。この時第2のAl
合金膜25の横は、開口部と第2の配線のずれが0.1
μm以下になされているのでほとんどエッチングされな
い〔図4(d)〕。エッチング条件は、第1、第2のス
テップとも上述した第1または第2の実施例と同様でよ
い。この後、フォトレジスト膜37を除去し、接続口を
W等のメタルで埋め込み、さらにその上にAl合金膜に
より第3の配線(図示なし)を形成する。
Thereafter, the etching is performed until the surface of the first Al alloy film 33 is exposed under the condition that the etching is hardly performed at a size of 0.1 μm or less. At this time, the second Al
The gap between the opening and the second wiring is 0.1 mm beside the alloy film 25.
Since it is less than μm, it is hardly etched [FIG. 4 (d)]. The etching conditions for the first and second steps may be the same as those in the above-described first or second embodiment. Thereafter, the photoresist film 37 is removed, the connection port is buried with a metal such as W, and a third wiring (not shown) is formed thereon with an Al alloy film.

【0035】第2、第3の実施例では、深さの異なる接
続口を形成する際も下層配線と接続口の位置合わせが若
干ずれても、本発明によれば、良好な形状で良好な電気
特性が得られることが確認された。
According to the second and third embodiments, according to the present invention, even when the connection ports having different depths are formed, even if the alignment between the lower wiring and the connection port is slightly shifted, the present invention provides a good shape and good connection. It was confirmed that electrical characteristics could be obtained.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体装置の製造方法は、配線間の接続口の開設工程の内少
なくとも最終段階においては、0.1μm以下のサイズ
のエッチング速度が接続口の最小サイズのエッチング速
度の3分の1以下の条件でエッチングするものであるの
で、下層配線と接続口の位置合わせが若干ずれても下層
配線の横の層間絶縁膜をほとんどエッチングしないよう
にすることができ、接続口内に金属膜を被覆性よく形成
することが可能になる。したがって、本発明によれば、
上層配線と下層配線との接続を安定して確実に行うこと
が可能となり、また層間の接続が安定したことにより、
耐エレクトロマイグレーション性や耐ストレスマイグレ
ーション性等も改善され、信頼性の向上を図ることがで
きる。さらに、本発明の方法によれば、深さの異なる接
続口を形成する場合にも、上記と同じ理由により、下層
配線と接続口の重ね合せが若干ずれても安定した接続を
形成することが可能である。
As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the etching rate of 0.1 μm or less is set at least in the final stage of the process of opening the connection port between the wirings. Since the etching is performed under one-third or less of the etching rate of the minimum size, the interlayer insulating film beside the lower wiring should be hardly etched even if the alignment between the lower wiring and the connection port is slightly shifted. And a metal film can be formed in the connection port with good coverage. Thus, according to the present invention,
The connection between the upper wiring and the lower wiring can be performed stably and reliably, and the stable connection between the layers enables
Electromigration resistance, stress migration resistance, and the like are also improved, and reliability can be improved. Furthermore, according to the method of the present invention, even when forming connection ports having different depths, for the same reason as described above, it is possible to form a stable connection even when the lower layer wiring and the connection port are slightly misaligned. It is possible.

【0037】したがって、本発明によれば、下層配線と
接続口の重ね合せのマージンを大きくとる必要はなくな
り、配線密度を向上させることができるため、半導体装
置の高集積化、高密度化に資することができる。
Therefore, according to the present invention, it is not necessary to increase the margin for overlapping the lower wiring and the connection port, and the wiring density can be improved, which contributes to high integration and high density of the semiconductor device. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1の実施例の主要工程段階を示す
工程順断面図。
FIG. 1 is a process order sectional view showing main process steps of a first embodiment of the present invention.

【図2】 エッチングガスの混合比とエッチング速度と
の関係を示すグラフ。
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a mixing ratio of an etching gas and an etching rate.

【図3】 本発明の第2の実施例の主要工程段階を示す
工程順断面図。
FIG. 3 is a process order sectional view showing main process steps of a second embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第3の実施例の主要工程段階を示す
工程順断面図。
FIG. 4 is a process sectional view showing main process steps of a third embodiment of the present invention.

【図5】 従来の多層配線構造の平面図。FIG. 5 is a plan view of a conventional multilayer wiring structure.

【図6】 下層配線−接続口間のマージンが0となった
場合の多層配線の平面図。
FIG. 6 is a plan view of a multilayer wiring when a margin between a lower wiring and a connection port is 0.

【図7】 下層配線に対し接続口が位置ずれを起こした
場合の平面図。
FIG. 7 is a plan view when a connection port is displaced from a lower wiring.

【図8】 従来例の主要工程段階を示す工程順断面図。FIG. 8 is a process order sectional view showing main process steps of a conventional example.

【図9】 従来例の問題点を説明するための断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a problem of the conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 シリコン基板 12 シリコン酸化膜 13 多結晶シリコン膜 14 BPSG膜 15 フォトレジスト膜 16 バリアメタル層 17 Al合金膜 21 シリコン基板 22 シリコン酸化膜 23 多結晶シリコン膜 24 BPSG膜 25 Al合金膜 26 プラズマ酸化膜 27 フォトレジスト膜 31 シリコン基板 32 シリコン酸化膜 33 第1のAl合金膜 34 第1のプラズマ酸化膜 35 第2のAl合金膜 36 第2のプラズマ酸化膜 37 フォトレジスト膜 41 シリコン基板 42 BPSG膜 43 第1のAl配線 44 プラズマ酸化膜 45 フォトレジスト膜 46 第2のAl配線 51 下層配線 52 接続口 53 上層配線 Reference Signs List 11 silicon substrate 12 silicon oxide film 13 polycrystalline silicon film 14 BPSG film 15 photoresist film 16 barrier metal layer 17 Al alloy film 21 silicon substrate 22 silicon oxide film 23 polycrystalline silicon film 24 BPSG film 25 Al alloy film 26 plasma oxide film 27 Photoresist film 31 Silicon substrate 32 Silicon oxide film 33 First Al alloy film 34 First plasma oxide film 35 Second Al alloy film 36 Second plasma oxide film 37 Photoresist film 41 Silicon substrate 42 BPSG film 43 First Al wiring 44 Plasma oxide film 45 Photoresist film 46 Second Al wiring 51 Lower wiring 52 Connection port 53 Upper wiring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/768 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/768

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 下層配線上の層間絶縁膜の所望の位置
に、前記下層配線に達する接続口をドライエッチング法
により形成する工程を含む半導体装置の製造方法におい
て、該ドライエッチングを前記下層配線のエッチングレ
ートより前記層間絶縁膜のエッチングレートの方が十分
に大きい条件にて行うと共に、少なくとも前記接続口形
成工程の最終段階においては、0.1μm×0.1μm
以下のサイズのドライエッチングのエッチング速度が、
前記接続口の最小サイズのエッチング速度の3分の1以
下である条件でエッチングすることを特徴とする半導体
装置の製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a connection port reaching a lower layer wiring at a desired position of an interlayer insulating film on a lower layer wiring by a dry etching method. The etching is performed under the condition that the etching rate of the interlayer insulating film is sufficiently higher than the etching rate, and at least in the final stage of the connection port forming step, 0.1 μm × 0.1 μm
The etching rate of dry etching of the following sizes is
A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that etching is performed under a condition that is equal to or less than one third of an etching rate of a minimum size of the connection port.
【請求項2】 前記接続口形成工程を前期段階と前記最
終段階の2段階に分けて行い、前記前期段階の工程にお
いては前記下層配線上の前記層間絶縁膜の最小膜厚を越
えない深さまでのエッチングを行い、前記最終段階の工
程においてはそれ以降のエッチングを行うことを特徴と
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 the step of forming the connection port comprises the steps of:
It is performed in two stages, the final stage, and
The minimum thickness of the interlayer insulating film on the lower wiring is exceeded.
Etching to an inevitable depth
It is characterized by performing subsequent etching in the process
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
【請求項3】 前記下層配線上の前記層間絶縁膜の最小
膜厚を越えない深さまで、接続口のサイズによるエッチ
ング速度差が小さい条件にてエッチングすることを特徴
とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
3. The semiconductor according to claim 1, wherein etching is performed under a condition that an etching rate difference depending on a size of a connection port is small to a depth not exceeding a minimum thickness of the interlayer insulating film on the lower wiring. Device manufacturing method.
【請求項4】 エッチングガスのフッ素と炭素の比率を
変化させることにより、被エッチング領域のサイズによ
るエッチング速度差を変化させることを特徴とする請求
記載の半導体装置の製造方法。
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3 , wherein a difference in etching rate depending on the size of the region to be etched is changed by changing a ratio of fluorine to carbon in the etching gas.
【請求項5】 CHF3 とCOのガス混合比を変化させ
ることにより被エッチング領域のサイズによるエッチ
ング速度差を変化させることを特徴とする請求項記載
の半導体装置の製造方法。
By wherein varying the CHF 3 gas mixing ratio of CO, a method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the changing the etching speed difference due to the size of the etched region.
【請求項6】 CHF3 とC26 のガス混合比を変化
させることにより被エッチング領域のサイズによるエ
ッチング速度差を変化させ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。
By wherein changing the gas mixing ratio of CHF 3 and C 2 F 6, claim 3, characterized in that to vary the etching rate difference due to size of the etched region
The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
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