JP2000208481A - Collective etching of multilayer different kind insulating film - Google Patents

Collective etching of multilayer different kind insulating film

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JP2000208481A
JP2000208481A JP11002580A JP258099A JP2000208481A JP 2000208481 A JP2000208481 A JP 2000208481A JP 11002580 A JP11002580 A JP 11002580A JP 258099 A JP258099 A JP 258099A JP 2000208481 A JP2000208481 A JP 2000208481A
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etching
gas
etching method
insulating film
flow rate
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Seiji Yamamoto
清二 山本
Takeshi Yoshida
剛 吉田
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Hitachi Ltd
Hitachi Plant Technologies Ltd
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Hitachi Techno Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To carry out etching a multiplayer sample of an organic SOG based insulating film having low permittivity and SiO2 collectively at high rate with good profile. SOLUTION: The ratio of oxygen gas flow rate to etching gas flow rate is set in the range of 0.7-1.3 using a semi-gap parallel plate type UHF band ECR plasma etching system. A gas containing at least any one kind of elements of carbon, fluorine and hydrogen is employed as an etching gas and a gas which can supplying oxygen through dissociation in plasma is employed as an alternative gas of oxygen gas.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子などの製
造工程におけるエッチング方法に係り、特に異種の絶縁
膜を含む積層構造を一括してドライエッチングする方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an etching method in a manufacturing process of a semiconductor device or the like, and more particularly to a method of collectively dry-etching a laminated structure including different kinds of insulating films.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体素子の高集積化に伴い、配
線の微細化ならびに多層化が進められている。こうした
多層配線を有する半導体素子では、配線遅延が素子全体
の信号遅延のひとつとなっている。配線遅延を低減する
ためには、配線抵抗と配線容量を低減することが重要で
ある。配線抵抗低減に関しては、配線材料にCuを用い
たダマシンプロセスが進められている。
2. Description of the Related Art In recent years, as semiconductor devices have become more highly integrated, finer wiring and more multilayer wiring have been promoted. In a semiconductor device having such a multilayer wiring, the wiring delay is one of the signal delays of the entire device. In order to reduce wiring delay, it is important to reduce wiring resistance and wiring capacitance. In order to reduce the wiring resistance, a damascene process using Cu as a wiring material has been advanced.

【0003】一方、配線容量に大きな影響を与える層間
絶縁膜は、比誘電率ε=4程度のp−SiO2が用いら
れ続けており、低誘電率絶縁膜種の検討が進められてい
る。低誘電率膜としては、SiOFや無機系の水素含有
SOGや有機SOGがある。本発明で主として扱う有機
SOGは、−O−Si−O−の主鎖に対して、側鎖に有
機基(主にメチル基)が結合した構造である。
On the other hand, p-SiO 2 having a relative dielectric constant of about ε = 4 has been continuously used as an interlayer insulating film which has a great influence on the wiring capacitance, and the study of a low dielectric constant insulating film has been advanced. Examples of the low dielectric constant film include SiOF, inorganic hydrogen-containing SOG, and organic SOG. The organic SOG mainly handled in the present invention has a structure in which an organic group (mainly a methyl group) is bonded to a side chain with respect to a main chain of —O—Si—O—.

【0004】従来の層間絶縁膜エッチング、具体的には
コンタクトホール形成等の酸化膜エッチングでは、フッ
素を含む有機系ガス(CHF3やC48)を主に用いて
エッチングが行われている。微細パターンの場合には、
パターン底の抜け性を確保するために、数sccmの酸素を
添加するプロセスが構築されている。ただし、被エッチ
ング絶縁膜はSiO2単一種である場合がほとんどであ
る。
In conventional etching of an interlayer insulating film, specifically, etching of an oxide film such as formation of a contact hole, etching is mainly performed using an organic gas containing fluorine (CHF 3 or C 4 F 8 ). . For fine patterns,
In order to ensure the removability of the pattern bottom, a process of adding a few sccm of oxygen has been established. However, in most cases, the insulating film to be etched is a single type of SiO 2 .

【0005】従来の低誘電率膜のエッチングの公知例と
しては、月刊セミコンダクタ・ワールド(Semiconducto
r World)1998年1月号108ページがある。この
従来例では、主に有機高分子系の低誘電率膜が取り上げ
られている。
[0005] As a known example of the conventional etching of a low dielectric constant film, see the monthly Semiconductor World (Semiconducto).
r World) January 1998, page 108. In this conventional example, an organic polymer based low dielectric constant film is mainly taken up.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】低誘電率絶縁膜を利用
するデュアルダマシン構造を形成する場合のエッチング
に要求される技術的課題の一つとして、中間ストッパー
層(たとえばSiO2(p−TEOS))と低誘電率絶
縁膜を一括してエッチングすることがあげられる。従来
では、同じ絶縁膜であっても、膜組成が変わるとエッチ
ング特性が大きく変化し、最適なエッチングをおこなう
ために酸化膜エッチングのプロセス条件を大きく変更し
なければならない場合が多かった。また、たとえ同一条
件で一括エッチングができたとしても、ボーイングやサ
ブトレンチが発生する問題があった。
One of the technical problems required for etching when forming a dual damascene structure using a low dielectric constant insulating film is an intermediate stopper layer (for example, SiO 2 (p-TEOS)). ) And the low dielectric constant insulating film are collectively etched. Conventionally, even with the same insulating film, if the film composition changes, the etching characteristics greatly change, and in many cases, the oxide film etching process conditions must be greatly changed in order to perform optimal etching. Further, even if batch etching can be performed under the same conditions, there is a problem that bowing and sub-trench occur.

【0007】本発明が解決しようとする課題は、上記問
題点を克服し、低い誘電率を有する絶縁膜、特に有機S
OG系の絶縁膜とSiO2を同時に形状よく高いエッチ
ング速度でエッチングを行なうことにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to overcome the above problems and to provide an insulating film having a low dielectric constant, in particular, organic S
An object of the present invention is to simultaneously etch a OG-based insulating film and SiO 2 at a high etching rate with good shape.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するための手段として、異種層間絶縁膜の一括エッチン
グにおいて、エッチングガス流量に対する酸素ガス流量
の比率を0.7から1.3の範囲内にする。また、別の
解決するための手段として、エッチングガスとして炭
素、フッ素、水素のいずれか1種以上の元素を含むガス
を用いる。
According to the present invention, as a means for solving the above-mentioned problems, a ratio of an oxygen gas flow rate to an etching gas flow rate in a batch etching of a heterogeneous interlayer insulating film is in a range of 0.7 to 1.3. Inside. As another solution, a gas containing at least one of carbon, fluorine, and hydrogen is used as an etching gas.

【0009】また、上記の構成において、酸素ガスに代
替するガスとしてプラズマ中での解離によって酸素を供
給できるガスを用いる。あるいは上記ガスをAr稀釈す
る、使用するガスの圧力を2Pa以下とする、使用する
ガスの全流量を300sccm以上とする、セミギャップ平
行平板型のUHF帯ECRプラズマエッチング装置を用
いてエッチングを行うなどの構成とする。
In the above structure, a gas capable of supplying oxygen by dissociation in plasma is used as a gas instead of oxygen gas. Alternatively, the above gas is diluted with Ar, the pressure of the gas used is set to 2 Pa or less, the total flow rate of the gas used is set to 300 sccm or more, etching is performed using a semi-gap parallel plate type UHF band ECR plasma etching apparatus, or the like. Configuration.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明の異種絶縁膜積層構造の一
括エッチングを、図1のセミギャップ平行平板型のUH
F帯ECRプラズマエッチング装置を用いて行う。この
エッチング装置では、真空排気したエッチング室101
内にエッチングガスを導入し、設置した上部アンテナ1
02から周波数450MHz等のUHF帯の電磁波を放
射し、コイル103で発生した磁場とカップリングさ
せ、ECRプラズマを形成する。ECR共鳴する磁場強
度約160Gaussの等磁場領域は、アンテナ中心部でア
ンテナと下部電極104との間の空間にあり、周辺でア
ンテナを横切るお椀型の形状がもっとも好適である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A batch etching of a heterogeneous insulating film laminated structure of the present invention is carried out by using a semi-gap parallel plate type UH shown in FIG.
This is performed using an F-band ECR plasma etching apparatus. In this etching apparatus, an evacuated etching chamber 101 is used.
An upper antenna 1 with an etching gas introduced into it and installed
An electromagnetic wave in the UHF band having a frequency of 450 MHz or the like from 02 is radiated and coupled with a magnetic field generated by the coil 103 to form ECR plasma. The equal magnetic field region having a magnetic field intensity of about 160 Gauss for ECR resonance is located in a space between the antenna and the lower electrode 104 at the center of the antenna, and a bowl-shaped shape that crosses the antenna at the periphery is most preferable.

【0011】試料105は、下部電極104上に静電吸
着により保持され、裏面からのHe流で熱交換を行い試
料温度を下部電極設定温度で制御できる。この下部電極
には800kHzのRFバイアスを印加し、プラズマ中
のイオンを試料に引き込み、絶縁膜のエッチングを行
う。また、アンテナ102の表面はSiシャワープレー
ト106となっており、ガスの供給路となる一方で、1
3.56MHzの高周波を印加してアンテナ表面でFを
消費し、プラズマ中の活性種の組成を変えることができ
る装置構成となっている。
The sample 105 is held on the lower electrode 104 by electrostatic attraction, and heat exchange is performed with a He flow from the back surface to control the sample temperature at the lower electrode set temperature. An RF bias of 800 kHz is applied to the lower electrode, ions in the plasma are drawn into the sample, and the insulating film is etched. The surface of the antenna 102 is a Si shower plate 106, which serves as a gas supply path.
The apparatus is configured such that a high frequency of 3.56 MHz is applied, F is consumed on the antenna surface, and the composition of active species in the plasma can be changed.

【0012】用いた試料は、図2に断面を示すように、
Si基板201上に厚さ200nmのSi34202、厚
さ400nmの有機SOG203、厚さ100nmのp−T
EOS204、厚さ400nmの有機SOG205、厚さ
100nmのp−TEOS206、厚さ500nmのレジス
ト207の順に積層した構造からなり、レジスト207
には、フォトリソグラフィ工程によって微細なホールパ
ターン208が形成され、エッチングのマスクとなって
いる。
The sample used was, as shown in cross section in FIG.
200 nm thick Si 3 N 4 202, 400 nm thick organic SOG 203, 100 nm thick p-T on Si substrate 201
It has a structure in which an EOS 204, an organic SOG 205 having a thickness of 400 nm, a p-TEOS 206 having a thickness of 100 nm, and a resist 207 having a thickness of 500 nm are laminated in this order.
A fine hole pattern 208 is formed by a photolithography process, and serves as an etching mask.

【0013】図3は実際にエッチングを行って形成し
た、ホール形状の模式図である。エッチングに使用する
ガスは、本実施例では、Ar,C48,O2を使用し
た。流量は、Arは320sccm、C48は15sccm、O
2は15sccmであった。C48流量に対するO2流量の比
は1を中心として、0.7から1.3の範囲内で、加工
形状とエッチング速度との両立をはかりながら適宜調整
した。圧力は2Paであり、アンテナと試料間の間隔は
70mmであった。
FIG. 3 is a schematic diagram of a hole shape formed by actually performing etching. In this example, Ar, C 4 F 8 , and O 2 were used as gases used for etching. The flow rates were 320 sccm for Ar, 15 sccm for C 4 F 8 , and O
2 was 15 sccm. The ratio of the O 2 flow rate to the C 4 F 8 flow rate was appropriately adjusted within a range of 0.7 to 1.3, centering on 1, while maintaining both the processing shape and the etching rate. The pressure was 2 Pa, and the distance between the antenna and the sample was 70 mm.

【0014】UHFのパワーは1400W、RFのパワ
ーは1200W、アンテナに供給する13.56MHz
の電磁波のパワーは400Wで、アンテナ温度30℃、
下部電極温度−20℃とした。
UHF power is 1400 W, RF power is 1200 W and 13.56 MHz supplied to the antenna
The power of the electromagnetic wave is 400W, the antenna temperature is 30 ° C,
The lower electrode temperature was set to −20 ° C.

【0015】この条件でのエッチング深さとエッチング
時間との相関を表したのが図4である。各絶縁膜層が等
速でエッチングされていることがわかる。また、マイク
ロローディングが小さいこともわかる。エッチング速度
は、500nm/min以上、また、Si34ストッパ層と
の選択比は、10程度である。なお、Ar流量を高めた
り、低圧力領域へもっていくと各活性種の滞在時間が短
くなり、微細パターンのぬけ性がよくなる方向にあっ
た。
FIG. 4 shows the correlation between the etching depth and the etching time under these conditions. It can be seen that each insulating film layer is etched at a constant speed. Also, it can be seen that the microloading is small. The etching rate is 500 nm / min or more, and the selectivity with respect to the Si 3 N 4 stopper layer is about 10. When the flow rate of Ar was increased or brought to a low pressure region, the staying time of each active species was shortened, and the tendency of the fine pattern to be removed was improved.

【0016】使用するガスとしては、O2のかわりにC
OやC36Oのようなプラズマ中で解離して酸素を供給
するガスを使用してもよいし、O2とともに供給しても
よい。ただしこの場合、エッチングガスとの好適な流量
比が変化することは言うまでもない。また、エッチング
ガス自身も、CHF3やC58等のガスを適宜使用でき
る。
The gas used is C 2 instead of O 2.
A gas such as O or C 3 F 6 O for dissociating in plasma to supply oxygen may be used, or may be supplied together with O 2 . However, in this case, it goes without saying that the preferable flow rate ratio with the etching gas changes. As the etching gas itself, a gas such as CHF 3 or C 5 F 8 can be appropriately used.

【0017】[0017]

【発明の効果】本発明により、積層絶縁膜の一括エッチ
ングが可能となり、デュアルダマシン構造の形成、なか
でもスルーホール加工をボーイングやサブトレンチの発
生を抑え、精度よく、高速に行なうことが可能となる。
According to the present invention, it is possible to perform a batch etching of a laminated insulating film, to form a dual damascene structure, in particular, to suppress the occurrence of bowing and sub-trench in through hole processing, and to perform the processing accurately and at high speed. Become.

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

【図1】本発明を実施するためのエッチング装置の断面
図。
FIG. 1 is a sectional view of an etching apparatus for implementing the present invention.

【図2】エッチングに用いる、典型的な異種絶縁膜積層
構造の断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a typical heterogeneous insulating film stack structure used for etching.

【図3】ホールエッチング加工形状の断面図。FIG. 3 is a sectional view of a hole-etched shape.

【図4】エッチング深さとエッチング時間との相関を示
す測定図。
FIG. 4 is a measurement diagram showing a correlation between an etching depth and an etching time.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…エッチング室、102…アンテナ、103…コ
イル、104…下部電極、105…試料、106…Si
シャワープレート、201…試料、202…Si34
203…有機SOG、204…p−TEOS、205…
有機SOG、206…p−TEOS、207…レジス
ト、208…ホールパターン、301…ホール加工形
状。
101: etching chamber, 102: antenna, 103: coil, 104: lower electrode, 105: sample, 106: Si
Shower plate, 201: sample, 202: Si 3 N 4 ,
203 ... organic SOG, 204 ... p-TEOS, 205 ...
Organic SOG, 206: p-TEOS, 207: resist, 208: hole pattern, 301: processed hole shape.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 剛 東京都千代田区神田駿河台四丁目3番地 日立テクノエンジニアリング株式会社内 Fターム(参考) 5F004 AA16 BA04 BA08 BA09 BA14 BB11 BB13 BB18 BB25 BB26 DA00 DA16 DA23 DA26 DB03 DB23 EB01 EB03 5F033 MM02 QQ09 QQ10 QQ12 QQ15 QQ37 RR06 RR25 SS04 TT04 WW05 WW06 XX03  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Tsuyoshi Yoshida 4-term, Kanda Surugadai, Chiyoda-ku, Tokyo F-term in Hitachi Techno Engineering Co., Ltd. 5F004 AA16 BA04 BA08 BA09 BA14 BB11 BB13 BB18 BB25 BB26 DA00 DA16 DA23 DA26 DB03 DB23 EB01 EB03 5F033 MM02 QQ09 QQ10 QQ12 QQ15 QQ37 RR06 RR25 SS04 TT04 WW05 WW06 XX03

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】セミギャップ平行平板型のUHF帯ECR
プラズマエッチング装置を用いる異種層間絶縁膜の一括
エッチングにおいて、エッチングガス流量に対する酸素
ガス流量の比率を0.7から1.3の範囲内にすること
を特徴とするエッチング方法。
1. A UHF band ECR of a semi-gap parallel plate type.
An etching method, wherein a ratio of an oxygen gas flow rate to an etching gas flow rate is set in a range of 0.7 to 1.3 in batch etching of a heterogeneous interlayer insulating film using a plasma etching apparatus.
【請求項2】請求項1記載のエッチング方法において、
エッチングガスとして炭素、フッ素、水素のいずれか1
種以上の元素を含むガスを用いることを特徴とするエッ
チング方法。
2. The etching method according to claim 1, wherein
One of carbon, fluorine and hydrogen as etching gas
An etching method using a gas containing at least one kind of element.
【請求項3】請求項1記載のエッチング方法において、
酸素ガスに代替するガスとして、プラズマ中での解離に
よって酸素を供給できるガスを用いることを特徴とする
エッチング方法。
3. The etching method according to claim 1, wherein
An etching method characterized by using a gas capable of supplying oxygen by dissociation in plasma as a gas replacing oxygen gas.
【請求項4】請求項1から請求項3のいずれか記載のエ
ッチング方法において、Ar稀釈することを特徴とする
エッチング方法。
4. The etching method according to claim 1, wherein Ar is diluted.
【請求項5】請求項1から請求項4のいずれか記載のエ
ッチング方法において、使用するガスの圧力を2Pa以
下とすることを特徴とするエッチング方法。
5. The etching method according to claim 1, wherein the pressure of the gas used is 2 Pa or less.
【請求項6】請求項1から請求項5のいずれか記載のエ
ッチング方法において、使用するガスの全流量を300
sccm以上とすることを特徴とするエッチング方法。
6. The etching method according to claim 1, wherein the total flow rate of the gas used is 300.
An etching method characterized by being at least sccm.
【請求項7】請求項1から請求項6のいずれか記載のエ
ッチング方法において、被エッチング膜が有機SOGと
SiO2の積層構造であることを特徴とするエッチング
方法。
7. The etching method according to claim 1, wherein the film to be etched has a laminated structure of organic SOG and SiO 2 .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006032908A (en) * 2004-06-16 2006-02-02 Tokyo Electron Ltd Manufacturing method of semiconductor device
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