JPS611029A - プラズマによる薄板の平坦化の方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、一般的にはプラズマエツチング、詳しく言
えば、半導体薄板のプラズマによる平面化の方法に関す
る。

（従来の技術） 近時集積回路は複雑にな９その大きさも１ミクロン以下
になるようになって半導体層の表面トポグラフィを平坦
にかつなめらかにすることが大切となってきた。表面が
平坦でないと受容能力が劣シ、写真平版の作成中に反射
があったシして都合が悪く、一般に生産性が落ちる。円
滑な平面は、最初のトポグラフィがとかく粗いＭＯ８技
術においてと９わけ重要である。たとえば、金属等の導
体による導通路が半導体基板に作られる場合その側壁や
縁部は段部となり、重ね合わせた素子との導通を欠く原
因となる。

こうした不都合をなくするために従来の方法は、基板と
その上に重ね、られだガラスを加熱して同ガラスを溶か
す。他方、基板の方はそのλ皮下で常態を保つ必要があ
る。これを［再流Ｊ　（ｒｅｆｌｏｗ　）方式と呼ぶと
すれば、この方式はきわめて不完全なものである。この
導通路を絶縁するには酸化被膜をその間に形成するが、
この被膜は基板と同化するものでなければならない。被
膜の上に第２の導通路が形成されるが、その表面を平面
化にすることはきわめてむつかしい。平坦面が形成でき
ないと多層の回路というのは実現が困難である。この「
再流」方式を酸化被膜に応用しようといろいろ試みられ
たが成功をみるに至っていない。酸化物を溶かすに十分
な高温のために溶融物は流れて薄板上の前記段部を埋め
る効果はあるが、下層の金属による導通路をも溶かした
り、剥離させたシ、シリコンと化合したシする。その結
果薄板表面に穴ができたシ、不良品となったシする。

さらに、高温処理の場合全体的に形が大きくなシ寸法規
制がむずかしくなって集積密度において劣ることになる
。

そこで最近は低温によるプラズマエツチングが用いられ
るようになった。これらは「プラズマプラｔ−ｖゼーシ
ョン」、すなわち、プラズマによる表面の平面化を意味
してそのように呼ばれている。

第１図はその従来例を示している。図に示すように絶縁
層３０のトポグラフィ２０の上に１枚の当て層ｌＯを設
けている。トポグラフィ２０に凸部からである。従来の
方法によるとこの当て層１００表面を平面化することに
注意が向けられた。こうした多層体がガス雰囲気中でプ
ラズマエツチングの処理を受けて当て層１０と絶縁層３
０の１部を完全に取シ除いてしまう。当て層１０は絶縁
層３０と同じ率でエツチングされる。その結果、絶縁層
３０の上に比較的平坦な表面１５をもったトポグラフィ
が再現され、その間導通路４０はなんら悪影響を蒙むる
ことかない。

しかしながらこうしたプラズマエツチング方法　　　１
は比較的大きな集積回路には適しているが、小型で複雑
な回路には不適当で望ましい平坦面の形成は不可能であ
る。

こうしたプラズマによる平面化プロセスにも拘らず完全
な平坦面が得られないのは当て層ｌＯの表面１５に微妙
な段部や凹部があるだめである。

こうした段部や凹部は、当てＭｌｏに用いられている素
材が絶縁層３０のトポグラフィに倣うところに原因して
いる。そこで対策として当て層ｌＯの厚味とか高さを大
きくして表面１５の平面化を果そうとすることが提案さ
れた。しかし当て層ｌＯの厚味を増すことはプラズマプ
ロセスの時間が長くなりコストも上る結果となる。

さらに、従来のプラズマエツチングは加工幅が狭いとい
う点も問題である。すなわち、当て層に対するエツチン
グ速度の絶縁層に対する比率は一定でないと表面１５の
トポグラフィは所定通り平面化することがむつかしい。

比率が少しでも狂うと望ましくない結果となる。

（発明が解決しようとする問題点） この発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、本発明が解決した課題を要約すると次のようになる
。

第１は、表面のトポグラフィを好みに応じて規制するこ
と。

第２に、半導体素子の製造過程において基板を損ったシ
、悪影響を与えたシすることなく平面化グロセヌを施す
ことができること。

第８に、高さや寸法が種々異なっても短時間でプラズマ
による平面化の方法が実施できること。

第４に、所定の表面を数回にわたって平面化加工するこ
とができること。

第５に、加工幅に融通性があること。

（問題点を解決するための手段） 半導体素子における表面層の凹凸を平面化するプラズマ
による平面化の方法において、所定のプラズマ雰囲気に
おいて前記表面層のエツチング速度とは異なるエツチン
グ速度を有する当て層を選択し、開光て層を前記表面層
に被せてプラズマエツチングを同表面層及び当て層に対
して施すことを特徴としている。

（作用） 中間層１８０のエツチング速度と異なるエツチング速度
を有した素材からなる当て層１１０を前記中間層１８０
に当てがって両層１１０及び１３０を同時にプラズマ処
理してエツチングを施して当て層のすべて及び中間層の
一部を除去する。中間層のエツチング速度と当て層のエ
ツチング速度の比は、夫々を構成する素材とエツチング
材を種々選択することによシ所望のものに規定すること
ができる。

（実施例） 第２図は、半導体素子１００のプラズマエツチング前の
状態を示している。当て層１１０が層１３０の凸部によ
シ盛シ上った盛り土シ部１２０の上に形成される。素子
１００はプラズマエツチングされて当て層１１０及び盛
シ上シ部１２０が除外され、第３図に示すように層１３
０上に平坦面１２５を形成する。

この発明方法に適当な半導体素子１００は第３図に示す
ように半導体からなる基盤１６０と絶縁層１５０とから
なっている。導通路１４０はたとえばアルミニューム線
で厚味は１ミクロンである。層１３０には表面層１３５
があり、導通路１４０及び絶縁層１５０ことであって、
これにより導通路１４０はその後に形成される層と絶縁
される。この絶縁層１８０は凹凸に対しよく馴染む性状
の低温酸化物で作るのが好ましい。低温酸化物が好まし
いのは、基盤等に悪影響を与え勝ちな高温処理の必要性
がないからである。また、馴染み易い性状を要するのは
凹凸部が完全に被覆できるようにするためである。この
ように絶縁層１３０が凹凸に対し馴染み易い結果第２図
に示すように凸部１２０に高さＺｌができることとなる
。この凸部１２０は基盤１６０、第１次絶縁層１５０、
さらにその上に形成される層の形状によシ種々の形とな
る。第２図では簡略化して導通路１４０は角形で唯一本
のみ示され、凸部１２０も単純な段部として示されてい
る。しかし実際にはもつと複雑な形状となる場合が多い
。それはすべて回路の設計次第である。

当て層１１０の表面部は符号１１５によシ示されている
が、当て層１１０は層１３０の上に流し込まれて形成さ
れ、プラズマエツチングされる全域を覆うことになる。

好ましくは、当て層１１０は低粘度の有機特質で形成さ
れる。たとえば、ハン）　（Ｈｕｎｔ）のポジティブな
感光性ポリマーが用いられる。当て層１１０は下方の層
１３５のトポグラフィに馴染む。

したがって表面部１３５は凹凸ができ図中凸部１１７が
表われる。符号Ｖは表面部１１５に対する凸部１１７の
高さを示している。この凸部１１７は結局のところ下方
の凸部１２０に倣ってできたものである。

かくて素子１００全体がプラズマエツチングを受ける。

でき上った表面部１２５にどのようなトポロジイを形成
するかによって層１３０及び当て層１１０をどの程度剤
るかがきまる。プラズマエツチングは、たとえば、ＣＥ
（Ｆ３及び０２ガスを有した反応イオンエツチング材内
でエツチングされる。素材としてはその他のものを用い
てもよい。

本発明のエツチング法の特徴は、当て層１１０に対する
エツチング速度よりその下の中間層１８０に対するエツ
チング速度が速いということである。

両者の速度の関係は次の式で表わされる。

Ｅ２／Ｅ１＝Ｚ１／Ｚｌ−■・・・（１）Ｅ、は下方の
層１８０のエツチング速度、Ｅ、は当て層１１０のエツ
チング速度、Ｚ、及びＶは前記の如く凸部１２０，１１
７の高さである。

一旦望ましいエツチング速度比が判明すると、適当な素
材がそれに従って選択され層１１０及び１８０が形成さ
れる。あるいはまた、補充的に、所定の層素材に対する
エツチング速度比をグラズマのエツチング雰囲気を変え
ることにより変更することができる。たとえば、前述の
酸化物と感光性ポリマ一層間のエツチング流量比を反応
イオンエツチング材内のＣＨＦ、の流量の関数にとる。

この場合０□流量、ＲＦ工率、室圧は夫々常数の５０Ｃ
Ｃん、１０００１００Ｏ、５Ｑ　ＭｔＯｒｒとする。０
ＨＦ３流量が８００Ｑ／ｇｉｙｔから６５　ＱＣ／ｍの
間に変わると速度比の変化は０．７から１．４となる。

あるいは、速度比は０２の流量またはＲＦ工率または室
圧を変えることによっても変えることができる。

第２図において当て層１１０は厚味Ｙを有する。

この発明方法では表面部１１５が平坦である必要はない
ので当て層１１０は従来技術の場合に比較してかなシ薄
くてよい。このためエツチングに要する時間は少なくて
済み、半導体素子の製造コストも安くなる。

当て層は場合によっては極端に薄いのが好都合の場合も
あるが、本発明方法によれば当て層の厚味Ｙが凸部１２
０の高さよ多少しでも高ければよいのでその点有利であ
る。このような場合たとえ幾つかの凸部が夫々高さを異
にしていても当て層とその下方の中間層に対する処理速
度が異なるよう適宜缶素材を選択することによって１回
の処理でプラズマ処理を施すことができる。中間層１３
０の凸部が凹部である場合は当て層１１０は凹部を埋め
ることになるが、この場合も結果は同じことになる。こ
れは当て層１１０の素材の粘度特性の結果であって、前
記の如く低粘度のたとえば感光性樹脂を使用したことの
効果である。このことは、ウェハー表面には高さが異な
る大小様々の凸部があるのが普通であるからこの点を考
慮すると本発明方法はきわめて有利である。速度比は次
の式から求められる。

Ｅ２／Ｅｌ＝　（１−Ｋ　）　　　・・・（２）Ｅ２及
びＥ、は前述の通り。Ｋは比例常数であり、当て層の直
線方向の馴染み特性によシ数値は変わる。したがって、
エツチング速度比は凸部１２００寸法とは独立している
。定数には前記厚味を有する感光性当て層の場合次の式
から求めることができる。

Ｋ＝Ｚ１／Ｖ　　・・・（３） 典型的にはＫは０．８及至０．９の間の値をとる。

したがって、速度比は１．４から１０の間の値となる。

上記の説明では表面部１２５が完全な平坦面となること
を前提としている。このような場合には平坦面が得られ
るかどうかは所定の速度比が首尾よく得られるか否かに
かかつている。しかし場合によっては凸部１２７をでき
るだけ減らした程度のものであってよい場合がある。こ
の場合には速度比の選択範囲はかなシ広くなる。もし高
さく凸部１２７′が凸部でなく凹部の場合は深さ）　Ｚ
２に多少の幅が許容できる場合には所望の速度比の許容
範囲は±ｚｚ／　（ｚｌ−■）である。

この値は凸部１１７の高さの関数であるので平坦でない
当て層を用いることが可能であるから、本発明方法は従
来の方法に比べて制約が少なくそれだけ応用範囲は広く
なる。

今迄の記載では中間の層１３０に対するプラズマによる
平面化の方法が専ら述べられたが、本発明方法は基盤１
６０そのもの及びその上に積層される層にも応用できる
ものである。

（発明の効果） 本発明方法は凸部のみならず四部にも応用でき、効果的
に凹凸を均らすことができる。エツチング速度比を適宜
選択するだけで種々の表面トポグラフィを形成すること
ができる。一般には中間層が当て層よシ早い速度でエツ
チングされると表面の滑らかさはよシ向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の場合のエツチング施工前の各層の準
備段階を縦断面図として示す説明図、第２、第３図は本
発明方法における処理対象層の縦断面図であって、第２
図は第１図に相当する準備段階を示し、第３図はプラズ
マ処理を施した半導体素子の完成状態を示すものである
。 １０．１１０・・・当て層、３０．１３０・・・中間層
（二次絶縁層）、４０．１４０・・・導通路、１５，１
１５・・・表面部、２０．１２０・・・凸部、５０．１
５０・・・絶縁層（−次絶縁層）、６０．１６０・・・
基盤図面の浄書（内容に変更なし） 手続袖正書 バー ］　事件の表示 昭和６０年　　　特許願第０５６２８９　−ｇ２　発明
の名称　　プラズマによる薄板の平面化の方法３　補正
をする者 事件との関係　　出願人 氏　名（名角・）　ハリス　コーポレーション４代理人 （方　式） ％式％ １　事件の表示 昭和６０年　　　特許願第０５６２８９　　号２　発明
の名称　六ズマによる薄板の平面化の方法３　補正をす
る者 事件との関係　　出願人 氏　名（名称）ハリス　コーポレーション４代理人 ６　補正により増加する発明の数　　−７、補正の対象

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ￥１、半導体素子における表面層の凹凸を平面化するプ
   ラズマによる平面化の方法であつて、所定のプラズマ雰
   囲気において前記表面層のエッチング速度とは異なるエ
   ッチング速度を有する当て層を選択し、同当て層を前記
   表面層に被せてプラズマエッチングを同表面層及び前記
   当て層に施すことを特徴としたプラズマによる薄板の平
   面化の方法。￥ ￥２、当て層が表面層に当てがわれた時当て層面は表面
   層の凹凸にならうことのないことを特徴とした特許請求
   の範囲第１項記載の方法。￥ ￥３、当て層はプラズマエッチング中に凹凸のある表面
   層から完全に除去されることを特徴とした特許請求の範
   囲第１項記載の方法。￥ ￥４、当て層は表面層の凹凸面の少なくとも各凸部は覆
   うようにしたことを特徴とした特許請求の範囲第１項記
   載の方法。￥