JPS62152128A - 平坦化エツチング方法 - 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 本発明は凹凸面を有する酸化ンリコ／膜の表面、特に半
導体装置の製造工程でできた凹凸面を有する酸化シリコ
ン膜の表面をエツチングすることにより平坦化する平坦
化エツチング方法に関するものである。

従来の技術 近年半導体集積回路の高集積化、高密度化に伴ない平坦
化エツチング技術は重要な基幹技術となっている。特に
中間絶縁膜として酸化シリコン膜を使用してＡ４金属等
の２層配線を施す場合、第１層の配線パターン形成後、
その上に酸化ンリコン膜を形成するとその酸化シリコン
膜表面には前記第１層の配線パターンどおりの凹凸面が
生じる。

このような凹凸面を有する酸化シリコン膜上に第２層の
配線材料をスパッタリング法などによって形成すると第
２層の配線材料の膜厚が均一にならず、特に凹凸面の段
差部では膜厚が薄くなり、極端な場合には凹凸面の段差
部で第２層の配線材料が段切れし、断線状態となる。

又、凹凸面を有する酸化シリコン膜上の第２層の配線材
料をドライエツチングでパターンニングする場合には前
記凹凸面の段差部で第２層の配線材料がエツチングされ
にくくなシ、極端な場合には第２層の配線材料がショー
ト状態となる。

以上のような問題点を解決するだめの従来技術としては
凹凸面を有する膜と同程度のエツチング速度を有する材
料からなる塗布被膜によって平坦化する工程と物理的エ
ツチング法によって前記塗布被膜と前記凹凸面の凸部の
少なくとも一部を除去し、前記凹凸面を平坦化する工程
とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法がある
。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、塗布被膜が限定さ
れると共ｔｉｃ　Ａｒ　　ガス等の物理的エツチングで
はエツチング速度が非常て小さいため、エツチング処理
時間が長く、半導体装置の生産には使用しにくいと言う
問題点を有していた。

また凹凸面を有する絶縁膜上にフォトレジストを塗布し
たのち、前記絶縁膜と前記フォトレジストのエツチング
速度が同一になる条件でエツチングする方法があるが、
絶縁膜が酸化シリコン膜である場合、酸化シリコン膜が
露出すると酸化シリコン膜エツチングの際発生する酸素
により、フォトレジスト膜のエツチング速度が急速に高
まり、良好な平坦化形状は得られないという問題点を有
していた。

本発明は上記問題点に鑑み、凹凸を有する酸化シリコン
膜を平坦化エツチングする方法において、良好な平坦化
形状の形成と、エツチング処理時間を短縮することを特
徴とする平坦化エツチング方法を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明の第１の発明の平
坦化エツチング方法は、凹凸面を有する酸化ンリコン膜
上に凹凸段差以上の有機塗布膜を形成する。次に反応ガ
スとして弗素系化合物と酸素との混合ガスを用いて、そ
のプラズマにより化学的エツチングと物理的エツチング
の両件用により前記凹凸面を有する酸化シリコン膜を平
坦化するものである。また、本発明の第２の発明は、エ
ツチング処理時間を短縮するため、前記有機塗布膜を形
成した後、酸素ガスプラズマにより前記有機塗布膜の一
部をエツチングし、さらに上記の構成により前記凹凸面
を有する酸化シリコン膜を平坦化するという２行程のエ
ツチング構成を備えたものである。

作　　　用 本発明は上記した構成によって、次に示す原理に基づき
凹凸面を有する酸化シリコン膜を平坦化する。

第１図は本発明の詳細な説明するための工程概略図であ
る。まず第１図（ａ）に示すように半導体基板（あるい
は、その上に形成した膜）１にＡ１等の配線パターン２
を形成し、その上にＣＶＤ（化学気相成長〕等で凹凸面
を有する酸化シリコン膜３を形成する。さらにその表面
に凹凸段差部４以上の膜厚の有機塗布膜６を形成する。

有機塗布膜表面では下地の凹凸段差部４の影響は緩和さ
れ有機塗布膜を厚く形成すると有機膜表面は完全に平坦
化する。

次に有機塗布膜６と酸化シリコン膜３とを弗素系化合物
と酸素との混合ガスプラズマを用いてエツチング選択比
（酸化シリコンのエラチン麻度／有機塗布膜のエツチン
グ速度）が１．６／１以上２．ＯＡ以下なる条件でエツ
チングを行なっていくとエツチング時間の経過と共に第
１図（ｂ）に示すように酸化シリコン膜３の凸部が露出
しはじめ、さらに経過すると第１図（Ｃ）に示すような
平坦化状態の加工ができる。

以上のように有機塗布膜５を形成することにより有機塗
布膜表面の平坦化形状が、エツチング後の酸化シリコン
膜表面に転写されるわけである。

有機塗布膜６の膜厚が大きいほど有機塗布膜表面は平坦
化されるが、膜厚が大きくなるに従ってエツチング処理
時間が増す。そこで有機塗布膜６の一部あるいは第１図
Φ）に示すように酸化シリコン膜３の凸部が露出しはじ
めるまで有機塗布膜６を酸素プラズマを用いて高いエツ
チング速度で除去したのち、上記構成により弗素系化合
物と酸素との混合ガスプラズマを用いて有機塗布膜の残
膜と酸化シリコン膜３の凸部を同時にエツチングするこ
とによりエツチング処理時間の短かい、良好な平坦化エ
ツチングが可能となる。

実施例 以下本発明の一実施例における平坦化エツチング方伝に
ついて、図面を参照しながら説明する。

第２図は、反応ガスとしてＣＦ４と０２との混合ガスに
ＣＨＦ３を添加した混合ガスを用いてシリコン基板上に
プラズマＣＶＤで形成した酸化シリコン膜、およびシリ
コン基板上に形成したフォトレジス）ＯＦＰＲ−８００
（東京応化社製）をエツチングしたときの、ＣＨＦ３添
加量に対する各膜のエツチング速度およびエツチング選
択比（酸化シリコン膜のエツチング速度／フォトレジス
トのエツチング速度）の関係を示している。エツチング
装置は平行平板型電極でカソードカップリング方式のも
のを用いた。エツチング条件は、反応圧力＝３００ｍＴ
ｏｒｒ、ＣＦ　　ガス流量：　７５ＳＣＣＭ、０２ガス
流量：　ｓＳＣＣＭ、Ｉ（Ｆパヮー二４０ｏＷである。

第２図より明らかなように、ＣＨＦ３添加量を変化させ
ることで容易にエツチング選択比を制御することができ
る。

第１図は本発明の実施例における平坦化ドライエツチン
グの原理を説明するための工程概略図を示すものである
。第１図（ａ）において、１はシリコン基板、２はＡ６
−３ｉ合金（厚み：　０，８μｍ）、３はプラズマＣＶ
Ｄで形成したＳｉＯ２膜（厚み２１．２８ｍ）、６ば７
オトレジスト０ＦＰＲ−８００（厚み：１．６μｍ）で
ある。

第３図は、第１図（ａ）に示す被エツチング物をエツチ
ング選択比を変えてエツチングした際のエツチング形状
を表わす。第３図で用いた番号は第１図の番号と同様の
膜を示している。第３図（ａ）　、　（ｂ）　。

（Ｃ）はそれぞれエツチング選択比が１　、４／／１．
１　、ａ／１　。

２．２／１となるエツチング条件でエツチングを行なっ
た。第３図より明らかなようにエツチング選択比が１．
８／１のとき良好な平坦化形状が得られる。

さらに詳細に調べた結果、エツチング選択比が１．６／
１以上２．０／１以下の条件でエツチングを行なうと良
好な平坦化形状が得られることがわかった第１図Φ）、
（Ｃ）Ｕエツチング条件として反応圧カニ３００　ｍＴ
ｏｒｒ　、　ＣＦ　４ガス流量：　７５ＳＣＣＭ。

０２ガス流量：　ｓ　ＳＣＣＭ、ＣＨＦ３ガス流量：３
ＱＳＣＣＭ、ＲＦパワー：４００　Ｗでエツチングした
際のエツチング形状の時系変化を示している。このとき
酸化シリコン膜のエツチング速度は３２００Ｖ分、フォ
トレジストのエツチング速度ｕ　１６８０Ａ／％。

エツチング選択比は１．９／１であり、エツチング処理
時間は７．５分であった。

第１図（ａ）において酸化シリコン膜３の凸部上のフォ
トレジスト膜厚ば０．８μｍであり、エツチング開始後
、第１図（ｂ）に示すように酸化シリコン膜凸部が露出
し始めるまで約６分装する。この間、エツチングはフォ
トレジスト膜のみについて行なわれる。そこで第１行程
として酸化シリコン膜凸部が露出し始めるまでのフォト
レジストエツチングを０２ガスプラズマを用いて行なっ
た。エツチング条件は反応圧力＝２６０ｍＴｏｒｒ、０
２ガス流量：６０ＳＣＣＭ、ＲＦパ１７−：２００’Ｗ
テそのとき（７）７オトレジストのエツチング速度は７
０００八／分であった。この結果、酸化シリコン膜凸部
が露出し始めるまでに要する時間は１．１分とな９工ツ
チング時間を大幅に短縮することができた。エツチング
後も酸化シリコン膜凸部の露出部とフォトレジスト膜表
面は平坦状態にあり、さらに第２行程として引き続きＣ
Ｈ４と０２とＣＨＦ３との混合ガスを用いてエツチング
選択比１．９／１の条件でエツチングを行なうと、第１
図（Ｃ）に示すような良好な平坦化形状が得られた。以
上のようにエツチングを２行程に分割することでエツチ
ング処理時間が短縮さ九た平坦化エツチングが可能とな
る。また第１行程において酸化シリコン膜が露出し始め
る点および第２行程でのエツチング終点は反応ガスプラ
ズマ中の酸素原子発光スペクトル強度変化により制御す
ることができ、今回の実施例においては７７７ｎｍの酸
素原子発光スペクトルをモニタリングすることで各行程
の終点を見出した。

なお、本実施例において第１行程は酸化シリコン膜の凸
部が露出し始めるまでレジストをエツチングしたが、酸
化シリコン膜が露出する前に第１行程のエツチングを終
了したとしてもエツチング時間は短縮される。また、本
実施例において第２行程における反応ガスとしてＣＦ４
と０２とＣＨＦ３の混合ガスを用いたが、ＣＦ４のかわ
りに０２Ｆ６等の弗化炭素ガスを用いても同様の結果を
得ることができる。

発明の効果 以上のように本発明は凹凸面を有する酸化シリコン股上
にその凹凸段差以上の膜厚の有機塗布膜を形成し、前記
酸化シリコン膜の凸部と前記有機塗布膜を弗素系化合物
と酸素との混合ガスプラズマにより、前記酸化シリコン
膜のエツチング速度と前記有機塗布膜のエツチング速度
との比が１−以上２．０／１以下となる条件でエツチン
グをすることにより前記酸化シリコン膜の平坦化エンチ
ングが実現で５、さらには前記酸化シリコン膜凸部が露
出し始めるまでの前記有機塗布膜のエツチング’ｔ［素
ガスプラズマにより行ない、以降のエツチングを上記構
成の弗素化合物と酸素との混合ガスプラズマでエツチン
グを行なうことによりエツチング処理時間を短縮するこ
とができる。

以上のように本発明の平坦化エツチング方法を用いるこ
とにより、半導体装置製造工程において、酸化シリコン
膜上に形成される導体層の膜厚の不拘−化、断線および
ショート状態を防止し、半導体装置の信頼性を同上する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）は本発明の一実
施例における平坦化ドライエツチングの原理を示す工程
概略図、第２図は平坦化ドライエツチングを実現するた
めのＣＨＦ３混何量に対する酸化シリコン膜とフォトチ
ング後の断面形状を示した図である。 ３・・・・・・酸化シリコン膜、４・・・・・・凹凸段
差部、６・・・−・・有機塗布膜。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 Ｃ）ｌｆｓ；ｒト刀０１計　（ｓｃｃｔｓ　］第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）凹凸面を有する酸化シリコン膜上にその凹凸段差
   以上の膜厚の有機塗布膜を形成し、前記酸化シリコン膜
   のエッチング速度と前記有機塗布膜のエッチング速度の
   比が１．６／１以上２．０／１以下となるようにエッチ
   ングガスである弗素系化合物と酸素との混合比を選択し
   、前記酸化シリコン膜の凸部と前記有機塗布膜とを同時
   にエッチングすることを特徴とする平坦化エッチング方
   法。
2. （２）弗素系化合物として弗化炭素と三弗化メタンとの
   混合ガスを用いることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の平坦化エッチング方法。
3. （３）凹凸面を有する酸化シリコン膜上にその凹凸段差
   以上の膜厚を有する有機塗布膜を形成し、前記有機塗布
   膜の一部を酸素プラズマによりエッチングを行なう第１
   行程と、その後弗素系化合物と酸素との混合ガスプラズ
   マにより前記酸化シリコン膜の凸部と前記有機塗布膜と
   を同時にエッチングを行なう第２行程を持つことを特徴
   とする平坦化エッチング方法。
4. （４）第１行程として酸化シリコン膜が露出し始めるま
   で有機塗布膜を酸素プラズマによりエッチングを行なう
   ことを特徴とした特許請求の範囲第３項記載の平坦化エ
   ッチング方法。