JP2950110B2 - Plasma etching method - Google Patents
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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】本発明はプラズマエッチング方法
に関し、より詳細には半導体基板上に金属配線を多層に
形成する際等に形成される層間絶縁膜の平坦化を可能に
するプラズマエッチング方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma etching method, and more particularly to a plasma etching method capable of flattening an interlayer insulating film formed when a metal wiring is formed in multiple layers on a semiconductor substrate. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、ＬＳＩ等の半導体装置の高密度
化、大規模化に伴い、多層配線技術の重要性が増大して
きている。大規模論理ＬＳＩでは、配線に要する面積が
チップ面積の数十％にもなり、多層配線が必須の技術と
なっている。2. Description of the Related Art In recent years, as semiconductor devices such as LSIs have become higher in density and larger in scale, the importance of multilayer wiring technology has increased. In large-scale logic LSIs, the area required for wiring is several tens of percent of the chip area, and multilayer wiring is an essential technology.
【０００３】多層配線においては、下地の素子形成時に
おける凹凸に加え、何層ものＡｌ配線や層間膜が積層さ
れるため、表面の凹凸はますます大きくなる。また、素
子が微細化されると、横方向のサイズは縮小されるが、
Ａｌ配線の厚さや層間膜の厚さは抵抗や容量の増大をさ
けるため余り縮小させることができない。そのため段差
は急峻となり、配線やスルーホールのアスペクト比は大
きくなる。このような表面の凹凸は配線の断線、短絡、
スルーホールを介したＡｌ−Ａｌコンタクトの不良、リ
ソグラフィーの解像度の低下等の問題を招く原因とな
る。従って、多層配線において、表面の平坦化技術は最
も重要な技術の一つである。In the case of a multilayer wiring, since many layers of Al wiring and interlayer films are laminated in addition to the unevenness when the underlying element is formed, the unevenness on the surface is further increased. Also, when the element is miniaturized, the size in the horizontal direction is reduced,
The thickness of the Al wiring and the thickness of the interlayer film cannot be reduced so much as to prevent an increase in resistance and capacitance. As a result, the step becomes steep, and the aspect ratio of the wiring and the through hole becomes large. Such irregularities on the surface can cause disconnections, short circuits,
This may cause problems such as defective Al-Al contacts via the through holes and reduction in lithography resolution. Therefore, in the multilayer wiring, the surface flattening technique is one of the most important techniques.
【０００４】このような多層配線を平坦化する方法とし
ては、配線自体を平坦化することにより多層配線の凹凸
を減少させる技術と、層間絶縁膜を平坦化することによ
り多層配線の凹凸を減少させる技術とがあり、後者の層
間絶縁膜の平坦化方法としても様々な方法が考えられて
いる。As a method of flattening such a multilayer wiring, there are a technique of reducing unevenness of the multilayer wiring by flattening the wiring itself and a technique of reducing unevenness of the multilayer wiring by flattening an interlayer insulating film. Various methods have been considered for the latter method of planarizing an interlayer insulating film.
【０００５】前記層間絶縁膜の平坦化方法のなかの有効
な方法の一つとしてエッチバック法が挙げられるが、こ
のエッチバック法は、Ｓｉ基板等の半導体基板上に形成
されたＡｌ等の金属配線の上に酸化膜等の層間絶縁膜が
形成され、さらにこの層間絶縁膜の上に有機ＳＯＧ（Sp
in-on Glass)等の塗布ガラスが塗布された半導体装置に
対し、プラズマエッチング等により前記有機ＳＯＧと前
記層間絶縁膜の一部をエッチングしてその表面を平坦化
する方法である。この場合、前記有機ＳＯＧと前記層間
絶縁膜のエッチング速度が同じになるように、エッチン
グガスの組成を調製する必要がある。One of the effective methods for planarizing the interlayer insulating film is an etch-back method. The etch-back method is based on a metal such as Al formed on a semiconductor substrate such as a Si substrate. An interlayer insulating film such as an oxide film is formed on the wiring, and an organic SOG (Sp
In this method, a part of the organic SOG and the interlayer insulating film is etched by plasma etching or the like to flatten the surface of a semiconductor device coated with a coating glass such as in-on glass. In this case, it is necessary to adjust the composition of the etching gas so that the etching rates of the organic SOG and the interlayer insulating film are the same.
【０００６】従来、このようなプラズマを用いたエッチ
ング方法では、エッチングガスとして、Ａｒ、Ｈｅなど
の不活性ガスとＣＦ4 、ＣＨＦ3 などのフロロカーボン
系ガスの混合ガスが用いられてきており、前記有機ＳＯ
Ｇと前記層間絶縁膜のエッチング速度を同一にするため
に前記混合ガスを特定の組成として使用していた。Conventionally, in such an etching method using plasma, a mixed gas of an inert gas such as Ar or He and a fluorocarbon-based gas such as CF 4 or CHF 3 has been used as an etching gas. Organic SO
In order to make the etching rate of G and the interlayer insulating film the same, the mixed gas is used as a specific composition.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上記したように一定組
成のエッチングガスを使用して、Ｓｉ基板上のＡｌ配線
が酸化膜により被覆され、さらに該酸化膜が有機ＳＯＧ
により被覆された構造を有する半導体装置の表面をエッ
チングする際、以下のような問題があった。As described above, the Al wiring on the Si substrate is covered with an oxide film using an etching gas having a constant composition, and the oxide film is formed of an organic SOG.
When etching the surface of a semiconductor device having a structure covered with the following, there are the following problems.
【０００８】すなわち、前記組成のエッチングガスによ
りプラズマエッチングを開始すると、まず最初に有機Ｓ
ＯＧがエッチングされ、ある程度の深さまで前記有機Ｓ
ＯＧがエッチングされると、その下に存在する酸化膜が
露出する。この露出した酸化膜は酸素を放出し、放出さ
れた酸素は前記有機ＳＯＧのエッチング速度を速めるた
め、そのままの組成では前記有機ＳＯＧのエッチング速
度の方が速くなり、表面が均一にエッチングされないと
いう問題があった。That is, when plasma etching is started with an etching gas having the above composition, first, organic S
OG is etched and the organic S is removed to a certain depth.
When the OG is etched, the underlying oxide film is exposed. Since the exposed oxide film releases oxygen, and the released oxygen increases the etching rate of the organic SOG, the etching rate of the organic SOG becomes higher with the composition as it is, and the surface is not uniformly etched. was there.
【０００９】従来においてはこの問題を解決するため
に、エッチングガス中のＣＦ4 とＣＨＦ3 との混合比を
変化させることにより、前記有機ＳＯＧと前記酸化膜の
エッチング速度の比を１に近付けていた。Conventionally, in order to solve this problem, the ratio of the etching rate between the organic SOG and the oxide film is brought close to 1 by changing the mixing ratio of CF 4 and CHF 3 in the etching gas. Was.
【００１０】しかし、前記有機ＳＯＧと前記酸化膜のエ
ッチング速度比（有機ＳＯＧ／酸化膜）（以下、単に２
層のエッチング速度比と記す）を１に近付けるためにＣ
ＨＦ3 を多量に供給すると、前記有機ＳＯＧ及び前記酸
化膜のエッチング速度がともに低下し、生産性が悪くな
るという課題があった。However, the etching rate ratio between the organic SOG and the oxide film (organic SOG / oxide film) (hereinafter simply referred to as 2
C) to bring the etch rate ratio of the layer
When a large amount of HF 3 is supplied, the etching rates of the organic SOG and the oxide film are both reduced, and there is a problem that productivity is deteriorated.
【００１１】 また、実際に前記有機ＳＯＧと前記絶
縁膜をエッチングする際には、前記した二つの層の下に
ある金属配線の密度により、前記有機ＳＯＧと前記酸化
膜をエッチングする速度の比を多少変化させる必要があ
る。すなわち、金属配線の密度が高い場合は酸化膜の凸
部の幅が広いので、有機ＳＯＧより酸化膜の方を少し早
くエッチングするように、２層のエッチング速度比を
０．８〜１．０に設定するとより平坦化され、一方金属
配線の密度が低い場合には酸化膜の凸部の幅が狭いの
で、有機ＳＯＧより酸化膜の方を小し遅くエッチングし
た方が良く、従って２層のエッチング速度比を１．０〜
１．２に設定するとより平坦化されることがわかってい
る。このように金属配線の密度によりエッチングガスの
組成を多少変化させて２層のエッチング速度比をコント
ロールする必要があるが、前記したＣＨＦ３を多量に混
入したエッチングガスの組成では、少しの組成の変化で
２層のエッチング速度比が大きく変化するため、安定し
て均一にエッチングを行うことのできるプロセス条件の
領域が狭く、再現性よくエッチングを行う条件を設定す
ることが難しいという課題があった。When actually etching the organic SOG and the insulating film, the ratio of the rate at which the organic SOG and the oxide film are etched is determined by the density of the metal wiring under the two layers. We need to make some changes. That is, when the density of the metal wiring is high, the width of the convex portion of the oxide film is large, so that the oxide film is slightly faster than the organic SOG.
The etching rate ratio of the two layers so that
When set to 0.8 to 1.0 is more flattened, whereas when the density of the metal wiring is low because of the narrow width of the convex portion of the oxide film, towards the oxide film of an organic SOG and teeth slow etching
Therefore, the etching rate ratio of the two layers should be 1.0 to
A more flattened when set to 1.2 it has been found Rukoto. As described above, it is necessary to control the etching rate ratio of the two layers by slightly changing the composition of the etching gas depending on the density of the metal wiring. However, the composition of the etching gas containing a large amount of CHF 3 has a small composition. Since the etching rate ratio of the two layers greatly changes due to the change, there is a problem that the region of the process condition in which the etching can be stably and uniformly performed is narrow, and it is difficult to set the etching condition with high reproducibility. .
【００１２】本発明者らはこのような課題に鑑み、２層
のエッチング速度比を１付近で容易にコントロールする
ことができ、しかも早いエッチング速度で再現性よく前
記有機ＳＯＧと酸化膜をエッチングすることができるエ
ッチングガスの組成について検討を行った。In view of such a problem, the present inventors can easily control the etching rate ratio of the two layers at around 1, and etch the organic SOG and oxide film at a high etching rate with good reproducibility. The composition of the etching gas that can be used was examined.
【００１３】その結果、前記有機ＳＯＧは酸素プラズマ
のみでもエッチングされるため、この特性を利用し、酸
素ガスを含まない従来のエッチングガスを用い、有機Ｓ
ＯＧ膜の下層の酸化膜が露出している条件で、有機ＳＯ
Ｇのエッチング速度が酸化膜のそれよりも低くなるエッ
チングガス組成を求めておき（この組成ではエッチング
速度自体も極めて遅い）、前記組成のガスに酸素を添加
して有機ＳＯＧのエッチング速度を向上させていくこと
により２層のエッチング速度比を１付近で容易にコント
ロールすることができ、しかも早いエッチング速度で再
現性よく前記有機ＳＯＧや酸化膜をエッチングすること
ができるガス組成が存在することを見出し、本発明を完
成するに至ったものである。As a result, since the organic SOG can be etched only by oxygen plasma, the organic SOG can be etched using a conventional etching gas containing no oxygen gas by utilizing this characteristic.
The organic SO under the condition that the oxide film under the OG film is exposed
An etching gas composition at which the etching rate of G is lower than that of the oxide film is determined (the etching rate itself is extremely slow with this composition), and oxygen is added to the gas having the above composition to improve the etching rate of the organic SOG. As a result, it has been found that there is a gas composition that can easily control the etching rate ratio of the two layers at around 1 and that can etch the organic SOG or oxide film at a high etching rate with good reproducibility. Thus, the present invention has been completed.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】すなわち本発明に係るプ
ラズマエッチング方法は、半導体基板上の金属配線が酸
化膜により被覆され、さらに該酸化膜が塗布ガラス層に
より被覆された構造を有する半導体装置の表面をガスプ
ラズマによりエッチングして平坦化するプラズマエッチ
ング方法において、フロロカーボン系ガスに対する酸素
ガスの割合が０．５〜１５容量％、前記フロロカーボン
系ガスに対する不活性ガスの割合が４００〜１０００容
量％である混合ガスをエッチングガスとして用い、前記
フロロカーボン系ガスはＣＦ 4 とＣＨＦ 3 との組合せで
あり、ＣＦ 4 ／（ＣＦ 4 ＋ＣＨＦ 3 ）が５〜５０容量％
の範囲内で塗布ガラス層の酸化膜に対するエッチング速
度比が０．８〜１．２となるように混合することを特徴
とする。That is, a plasma etching method according to the present invention is directed to a semiconductor device having a structure in which a metal wiring on a semiconductor substrate is covered with an oxide film and the oxide film is further covered with a coating glass layer. the surface in the plasma etching method of planarizing is etched by gas plasma, the ratio is 0.5 to 15% by volume of oxygen gas to fluorocarbon gas, the proportion of inert gas to the fluorocarbon gas in 400-1000 volume% Using a certain mixed gas as an etching gas ,
Fluorocarbon gas is a combination of CF 4 and CHF 3
Yes, CF 4 / (CF 4 + CHF 3 ) is 5 to 50% by volume
Etching rate for oxide film of coated glass layer within the range of
Degrees ratio is characterized by mixing such that 0.8 to 1.2.
【００１５】本発明で使用するエッチングガスの成分で
あるフロロカーボン系ガスとしては、例えばＣＦ4 、Ｃ
ＨＦ3 、Ｃ2 Ｆ6 等が挙げられる。これらは数種類を混
合させた状態で用いるが、この混合ガスとしてはＣＦ4
とＣＨＦ3 との組み合わせが好ましく、その容量比はＣ
Ｆ4 ／（ＣＦ4 ＋ＣＨＦ3 ）が０．０５〜０．５（５〜
５０容量％）が好ましい。また、前記エッチングガスの
成分である不活性ガスとしては、ＡｒやＨｅ等が挙げら
れ、前記ガスは単独又は混合して使用される。The fluorocarbon-based gas which is a component of the etching gas used in the present invention includes, for example, CF 4 , C
HF 3 , C 2 F 6 and the like . These are used in a state of being mixed with several kinds, but as the mixed gas CF 4
And CHF 3 are preferable, and the capacity ratio is C
F 4 / (CF 4 + CHF 3 ) is 0.05 to 0.5 (5 to
50% by volume) is preferred. Further, examples of the inert gas which is a component of the etching gas include Ar and He, and the gases are used alone or in combination.
【００１６】本発明で使用するエッチングガス中、酸素
ガスの量はフロロカーボン系ガスに対し０．５〜１５ｖ
ｏｌ％（容積％、以下同様）、さらには７〜１０ｖｏｌ
％が好ましく、不活性ガスの量はフロロカーボン系ガス
に対し４００〜１０００ｖｏｌ％が好ましい。In the etching gas used in the present invention, the amount of oxygen gas is 0.5 to 15 V with respect to the fluorocarbon-based gas.
ol% (volume%, the same applies hereinafter), and further 7 to 10 vol
% Is preferable, and the amount of the inert gas is preferably 400 to 1000 vol% based on the fluorocarbon-based gas.
【００１７】フロロカーボン系ガスに対して酸素ガスの
割合が０．５ｖｏｌ％未満であるとエッチング速度が充
分にとれず、また有機ＳＯＧと酸化膜とのエッチング速
度比１付近で容易にコントロールできず、他方フロロカ
ーボン系ガスに対して酸素ガスの割合が１５ｖｏｌ％を
超えると有機ＳＯＧの速度が速くなりすぎるために有機
ＳＯＧと酸化膜とのエッチング速度比のコントロールが
難しくなる。If the ratio of the oxygen gas to the fluorocarbon-based gas is less than 0.5 vol%, the etching rate cannot be sufficiently obtained, and the etching rate cannot be easily controlled in the vicinity of the etching rate ratio of 1 between the organic SOG and the oxide film. On the other hand, if the ratio of the oxygen gas to the fluorocarbon-based gas exceeds 15 vol%, the speed of the organic SOG becomes too high, and it becomes difficult to control the etching speed ratio between the organic SOG and the oxide film.
【００１８】フロロカーボン系ガスに対して不活性ガス
の割合が４００ｖｏｌ％未満であるとエッチング速度の
均一性を保持しにくくなり、他方フロロカーボン系ガス
に対して不活性ガスの割合が１０００ｖｏｌ％を超える
とエッチング速度の均一性の悪化とともにエッチング速
度の低下を招く。If the ratio of the inert gas to the fluorocarbon-based gas is less than 400 vol%, it becomes difficult to maintain the uniformity of the etching rate, while if the ratio of the inert gas to the fluorocarbon-based gas exceeds 1000 vol%. This leads to a decrease in the etching rate as well as a decrease in the uniformity of the etching rate.
【００１９】[0019]
【作用】上記構成のプラズマエッチング方法によれば、
半導体基板上の金属配線が酸化膜により被覆され、さら
に該酸化膜が塗布ガラス層により被覆された構造を有す
る半導体装置の表面をガスプラズマによりエッチングし
て平坦化するプラズマエッチング方法において、フロロ
カーボン系ガスに対する酸素ガスの割合が０．５〜１５
容量％、フロロカーボン系ガスに対する不活性ガスの割
合が４００〜１０００容量％である混合ガスをエッチン
グガスとして用い、前記フロロカーボン系ガスはＣＦ 4
とＣＨＦ 3 との組合せであり、ＣＦ 4 ／（ＣＦ 4 ＋ＣＨ
Ｆ 3 ）が５〜５０容量％の範囲で塗布ガラス層の酸化膜
に対するエッチング速度比が０．８〜１．２となるよう
混合することで、早いエッチング速度で再現性よく前記
塗布ガラスや前記酸化膜がエッチングされ、前記半導体
装置の表面が効率良く平坦化される。According to the plasma etching method having the above structure,
In a plasma etching method for flattening a surface of a semiconductor device having a structure in which a metal wiring on a semiconductor substrate is covered with an oxide film and further the oxide film is covered with a coating glass layer, the surface is etched using gas plasma. Ratio of oxygen gas to 0.5 to 15
A mixed gas containing 400% by volume of an inert gas with respect to the fluorocarbon-based gas is used as an etching gas, and the fluorocarbon-based gas is CF 4.
And CHF 3 , CF 4 / (CF 4 + CH
F 3 ) in the range of 5 to 50% by volume, the oxide film of the coated glass layer
So that the etching rate ratio with respect to
By mixing, the applied glass and the oxide film are etched at a high etching rate with good reproducibility, and the surface of the semiconductor device is efficiently flattened.
【００２０】この場合、従来のエッチングガスに酸素を
混入することにより、単に塗布ガラスのエッチング速度
が早くなるだけでなく、酸化膜のエッチング速度も若干
早くなり、従って半導体装置表面のエッチング速度自体
も従来に比較して格段に向上し、充分に実用化が可能な
エッチング速度となる。これは酸化膜表面に付着したエ
ッチング副生成物を除去する効果を酸素プラズマが有す
るためであると考えられる。In this case, mixing oxygen in the conventional etching gas not only increases the etching rate of the coated glass but also slightly increases the etching rate of the oxide film. The etching rate is much higher than in the past, and the etching rate is sufficiently practical. This is presumably because oxygen plasma has an effect of removing etching by-products attached to the oxide film surface.
【００２１】[0021]
【実施例及び比較例】以下、本発明に係るプラズマエッ
チング方法の実施例及び比較例を図面に基づいて説明す
る。Examples and Comparative Examples Examples and comparative examples of the plasma etching method according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２２】図１は本発明の方法を実施する際に使用さ
れる平行平板型プラズマエッチング装置の模式的な断面
図であり、図中、１１は試料室を示している。FIG. 1 is a schematic sectional view of a parallel plate type plasma etching apparatus used when carrying out the method of the present invention. In the figure, reference numeral 11 denotes a sample chamber.
【００２３】試料室１１の側面には混合ガスを導入する
ガス導入口１１ａが、底部には排気口１１ｂが形成され
ており、試料室１１の下部には半導体装置１２を載置す
るための下部電極１３が配設され、一方上部には下部電
極１３に平行に対向電極である上部電極１４が配設され
ている。上部電極１４及び下部電極１３は電源１５に接
続され、上部電極１４及び下部電極１３の間に高周波が
印加されるようになっている。A gas inlet 11a for introducing a mixed gas is formed on the side surface of the sample chamber 11, and an exhaust port 11b is formed on the bottom. A lower portion for mounting the semiconductor device 12 is provided below the sample chamber 11. An electrode 13 is provided, while an upper electrode 14 serving as a counter electrode is provided on the upper side in parallel with the lower electrode 13. The upper electrode 14 and the lower electrode 13 are connected to a power supply 15, and a high frequency is applied between the upper electrode 14 and the lower electrode 13.
【００２４】このような構造の平行平板型プラズマエッ
チング装置を用いて、Ｓｉ基板上のＡｌ配線がＳｉＯ2
膜により被覆され、さらに該ＳｉＯ2 膜が有機ＳＯＧに
より被覆された構造を有する半導体装置１２の表面にエ
ッチング処理を施す場合、この半導体装置１２を下部電
極１３上に載置し、試料室１１内を真空状態とする。そ
して、上部電極１４及び下部電極１３の間に高周波を印
加し、ガス導入口１１ａから試料室１１内に所定流量の
ＣＦ4 、ＣＨＦ3 、ＡｒもしくはＨｅ及び酸素ガスから
なる混合ガスを圧力が１Ｔｏｒｒ以下となるように導入
する。Using a parallel plate type plasma etching apparatus having such a structure, the Al wiring on the Si substrate is made of SiO 2
When etching is performed on the surface of a semiconductor device 12 having a structure in which the SiO 2 film is covered with an organic SOG film, the semiconductor device 12 is placed on the lower electrode 13, Is brought into a vacuum state. Then, a high frequency is applied between the upper electrode 14 and the lower electrode 13, and a predetermined flow rate of a gas mixture of CF 4 , CHF 3 , Ar or He and oxygen gas and oxygen gas is applied to the sample chamber 11 from the gas inlet 11 a at a pressure of 1 Torr. Introduce as follows.
【００２５】次に、電源１５より上部電極１４及び下部
電極１３間に、８００〜８５０Ｗのパワーで４００ｋＨ
ｚの高周波を印加すると、導入された混合ガスからガス
プラズマが高周波誘導され、半導体装置１２表面がエッ
チングされ、平坦化される。そして未反応ガスや副生成
ガス等は排気口１１ｂから排出される。Next, a power of 800 to 850 W and a power of 400 kHz are applied between the upper electrode 14 and the lower electrode 13 by the power source 15.
When a high frequency of z is applied, gas plasma is induced from the introduced mixed gas at a high frequency, and the surface of the semiconductor device 12 is etched and flattened. Then, unreacted gas, by-product gas, and the like are exhausted from the exhaust port 11b.
【００２６】上記したエッチング処理を行う半導体装置
１２の構造の一部を図２に示す。FIG. 2 shows a part of the structure of the semiconductor device 12 which performs the above-described etching process.
【００２７】図２に示したように、この半導体装置１２
ではＳｉ基板２１上のＡｌ配線２２がＳｉＯ2 膜２３に
より被覆され、さらにＳｉＯ2 膜２３が有機ＳＯＧ２４
により被覆された構成となっている。As shown in FIG. 2, the semiconductor device 12
In Al wiring 22 on the Si substrate 21 is covered by the SiO 2 film 23, further SiO 2 film 23 is an organic SOG24
It is configured to be covered by.
【００２８】次に、本発明の組成を有するエッチングガ
スを用いて実際に前記条件で半導体装置１２のエッチン
グ処理を行い、そのときのエッチング速度及び有機ＳＯ
Ｇ２４とＳｉＯ2 膜２３とのエッチング速度比を測定し
た。Next, the etching process of the semiconductor device 12 is actually performed using the etching gas having the composition of the present invention under the above conditions, and the etching rate and the organic SO
The etching rate ratio between G24 and SiO 2 film 23 was measured.
【００２９】なお比較例として、酸素を含まず同じフロ
ロカーボン系ガスと不活性ガスのみからなるエッチング
ガスを使用して実施例と同様にエッチング処理を行い、
また酸素を含むが全体のエッチングガスの組成が本発明
の範囲から外れているエッチングガスを使用して実施例
と同様にエッチング処理を行った。ここで前記エッチン
グ速度及び前記エッチング速度比はＳｉＯ2 膜２３が５
０％露出した時の値である。これらの結果を図３〜図６
に示している。As a comparative example, an etching process was performed in the same manner as in the example using an etching gas consisting of the same fluorocarbon-based gas and inert gas without oxygen.
Etching was performed in the same manner as in the example using an etching gas containing oxygen but having a composition of the entire etching gas outside the range of the present invention. Here, the etching rate and the etching rate ratio are 5 for the SiO 2 film 23.
The value when 0% is exposed. These results are shown in FIGS.
Is shown in
【００３０】図３及び図４はフロロカーボン系ガスに対
してＡｒガスの割合を６００ｖｏｌ％に固定し、フロロ
カーボン系ガス中のＣＦ4 とＣＨＦ3 の割合及び酸素ガ
スの割合を変化させた場合の２層のエッチング速度比
（有機ＳＯＧ／ＳｉＯ2 膜）及びエッチング速度をそれ
ぞれ示したグラフである。各曲線は酸素の割合が一定の
場合のデータをプロットしたものである。FIGS. 3 and 4 show the case where the ratio of Ar gas to the fluorocarbon-based gas is fixed at 600 vol% and the ratio of CF 4 and CHF 3 and the ratio of oxygen gas in the fluorocarbon-based gas are changed. 4 is a graph showing an etching rate ratio (organic SOG / SiO 2 film) and an etching rate of each layer. Each curve is a plot of data when the oxygen ratio is constant.
【００３１】また、図５及び図６はフロロカーボン系ガ
スに対して酸素ガスの割合を１０ｖｏｌ％に固定し、図
３及び図４と同様にフロロカーボン系ガス中のＣＦ4 と
ＣＨＦ3 の割合及びＡｒガスの割合を変化させた場合の
２層のエッチング速度比及びエッチング速度をそれぞれ
示したグラフである。FIGS. 5 and 6 show that the ratio of the oxygen gas to the fluorocarbon gas is fixed at 10 vol%, and the ratio of CF 4 and CHF 3 in the fluorocarbon gas and Ar It is the graph which showed the etching rate ratio and etching rate of two layers at the time of changing the ratio of gas, respectively.
【００３２】図３〜図６からわかるように、酸素を含ま
ないフロロカーボン系ガスと不活性ガスとの混合ガスや
本発明の組成範囲外の組成を有する混合ガスでは、エッ
チング速度が小さく、エッチング速度比も１付近でコン
トロールするのが難しいのに対し、実施例に係る本発明
の組成範囲内のエッチングガスを用いた場合、エッチン
グガスの組成をコントロールすることによりエッチング
速度比を１付近（好ましくは０．８〜１．２の範囲内）
で容易にコントロールすることができ、かつエッチング
速度が早いため、効率よく半導体装置１２の表面を平坦
化することができる。As can be seen from FIGS. 3 to 6, a mixed gas of a fluorocarbon-based gas containing no oxygen and an inert gas or a mixed gas having a composition outside the composition range of the present invention has a low etching rate and a low etching rate. It is difficult to control the ratio at around 1. On the other hand, when using an etching gas within the composition range of the present invention according to the embodiment, the etching rate ratio is controlled at around 1 (preferably by controlling the composition of the etching gas). (Within the range of 0.8 to 1.2)
And the etching rate is high, so that the surface of the semiconductor device 12 can be efficiently planarized.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るプラズ
マエッチング方法においては、半導体基板上の金属配線
が酸化膜により被覆され、さらに該酸化膜が塗布ガラス
層により被覆された構造を有する半導体装置の表面をガ
スプラズマによりエッチングして平坦化するプラズマエ
ッチング方法において、フロロカーボン系ガスに対する
酸素ガスの割合が０．５〜１５容量％、フロロカーボン
系ガスに対する不活性ガスの割合が４００〜１０００容
量％である混合ガスをエッチングガスとして用い、前記
フロロカーボン系ガスはＣＦ 4 とＣＨＦ 3 との組合せで
あり、ＣＦ 4 ／（ＣＦ 4 ＋ＣＨＦ 3 ）が５〜５０容量％
の範囲内で塗布ガラス層の酸化膜に対するエッチング速
度比が０．８〜１．２となるよう混合することで、早い
エッチング速度で再現性よく前記塗布ガラスや前記酸化
膜をエッチングすることができ、前記半導体装置の表面
を効率良く平坦化することができる。As described in detail above, in the plasma etching method according to the present invention, a semiconductor having a structure in which a metal wiring on a semiconductor substrate is covered with an oxide film and the oxide film is further covered with a coating glass layer. In a plasma etching method for etching and flattening the surface of an apparatus by gas plasma, the ratio of oxygen gas to fluorocarbon-based gas is 0.5 to 15% by volume, and the ratio of inert gas to fluorocarbon-based gas is 400 to 1000% by volume. Is used as an etching gas ,
Fluorocarbon gas is a combination of CF 4 and CHF 3
Yes, CF 4 / (CF 4 + CHF 3 ) is 5 to 50% by volume
Etching rate for oxide film of coated glass layer within the range of
By mixing so that the power ratio becomes 0.8 to 1.2, the coated glass and the oxide film can be etched with high reproducibility at a high etching rate, and the surface of the semiconductor device can be efficiently flattened. be able to.
【図１】本発明の方法を実施する際に使用される平行平
板型プラズマエッチング装置の模式的な断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of a parallel plate type plasma etching apparatus used when carrying out the method of the present invention.
【図２】プラズマエッチング処理を行う半導体装置の構
造の一部を示した断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a part of the structure of a semiconductor device that performs a plasma etching process.
【図３】フロロカーボン系ガスに対してＡｒガスの割合
を６００ｖｏｌ％に固定し、フロロカーボン系ガス中の
ＣＦ4 とＣＨＦ3 の割合及び酸素ガスの割合を変化させ
た場合の２層のエッチング速度比（有機ＳＯＧ／ＳｉＯ
2 膜）を示したグラフである。FIG. 3 shows the etching rate ratio of two layers when the ratio of Ar gas to fluorocarbon-based gas is fixed to 600 vol%, and the ratio of CF 4 and CHF 3 and the ratio of oxygen gas in the fluorocarbon-based gas are changed. (Organic SOG / SiO
2 is a graph showing the same.
【図４】フロロカーボン系ガスに対してＡｒガスの割合
を６００ｖｏｌ％に固定し、フロロカーボン系ガス中の
ＣＦ4 とＣＨＦ3 の割合及び酸素ガスの割合を変化させ
た場合の有機ＳＯＧのエッチング速度を示したグラフで
ある。FIG. 4 shows the etching rate of organic SOG when the ratio of Ar gas is fixed to 600 vol% with respect to the fluorocarbon-based gas and the ratio of CF 4 and CHF 3 and the ratio of oxygen gas in the fluorocarbon-based gas are changed. It is a graph shown.
【図５】フロロカーボン系ガスに対してＯ2 ガスの割合
を１０ｖｏｌ％に固定し、フロロカーボン系ガス中のＣ
Ｆ4 とＣＨＦ3 の割合及びＡｒガスの割合を変化させた
場合の２層のエッチング速度比（有機ＳＯＧ／ＳｉＯ2
膜）を示したグラフである。FIG. 5 is a flow chart showing an example in which the ratio of O 2 gas to fluorocarbon-based gas is fixed at 10 vol%,
When the ratio of F 4 to CHF 3 and the ratio of Ar gas are changed, the etching rate ratio of the two layers (organic SOG / SiO 2
3 is a graph showing a film.
【図６】フロロカーボン系ガスに対してＯ2 ガスの割合
を１０ｖｏｌ％に固定し、フロロカーボン系ガス中のＣ
Ｆ4 とＣＨＦ3 の割合及びＡｒガスの割合を変化させた
場合の有機ＳＯＧのエッチング速度を示したグラフであ
る。FIG. 6 is a flow chart showing an example in which the ratio of O 2 gas to fluorocarbon-based gas is fixed to 10 vol%,
4 is a graph showing the etching rate of organic SOG when the ratio of F 4 and CHF 3 and the ratio of Ar gas are changed.
１２ 半導体装置 ２１ Ｓｉ基板 ２２ Ａｌ配線 ２３ ＳｉＯ2 膜 ２４ 有機ＳＯＧ12 semiconductor device 21 Si substrate 22 Al wiring 23 SiO 2 film 24 organic SOG
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/3065 H01L 21/3205 H01L 21/3213 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/3065 H01L 21/3205 H01L 21/3213
Claims (1)
被覆され、さらに該酸化膜が塗布ガラス層により被覆さ
れた構造を有する半導体装置の表面をガスプラズマによ
りエッチングして平坦化するプラズマエッチング方法に
おいて、フロロカーボン系ガスに対する酸素ガスの割合
が０．５〜１５容量％、前記フロロカーボン系ガスに対
する不活性ガスの割合が４００〜１０００容量％である
混合ガスをエッチングガスとして用い、前記フロロカー
ボン系ガスはＣＦ 4 とＣＨＦ 3 との組合せであり、ＣＦ
4 ／（ＣＦ 4 ＋ＣＨＦ 3 ）が５〜５０容量％の範囲内で
塗布ガラス層の酸化膜に対するエッチング速度比が０．
８〜１．２となるように混合することを特徴とするプラ
ズマエッチング方法。1. A plasma etching method for flattening a surface of a semiconductor device having a structure in which a metal wiring on a semiconductor substrate is covered with an oxide film and the oxide film is covered with a coating glass layer by using gas plasma. Wherein a mixed gas having a ratio of oxygen gas to fluorocarbon-based gas of 0.5 to 15% by volume and an inert gas to fluorocarbon-based gas of 400 to 1000% by volume is used as an etching gas ;
Bon-based gas is a combination of CF 4 and CHF 3 ,
4 / (CF 4 + CHF 3 ) within the range of 5 to 50% by volume
The etching rate ratio of the coating glass layer to the oxide film is 0.
A plasma etching method, wherein mixing is performed so as to be 8 to 1.2 .
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|---|---|---|---|
| JP23826593A JP2950110B2 (en) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | Plasma etching method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23826593A JP2950110B2 (en) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | Plasma etching method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0794483A JPH0794483A (en) | 1995-04-07 |
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1993
- 1993-09-24 JP JP23826593A patent/JP2950110B2/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
| JPH0794483A (en) | 1995-04-07 |
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