JP2001102449A - Dual damascene etching method and manufacturing method of semiconductor using the same - Google Patents

Dual damascene etching method and manufacturing method of semiconductor using the same

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JP2001102449A
JP2001102449A JP28092399A JP28092399A JP2001102449A JP 2001102449 A JP2001102449 A JP 2001102449A JP 28092399 A JP28092399 A JP 28092399A JP 28092399 A JP28092399 A JP 28092399A JP 2001102449 A JP2001102449 A JP 2001102449A
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etching
dual damascene
insulating film
insulating layer
gas
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Japanese (ja)
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Seiji Yamamoto
清二 山本
Katanobu Yokogawa
賢悦 横川
Kazunori Tsujimoto
和典 辻本
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an etching method wherein a dual damascene structure is formed at an insulating film of low permittivity at high precision and good yield. SOLUTION: A dual damascene structure where a hole 106b is integrated with a channel 210a is formed at an insulating layer comprising a first organic SOG 203 of low permittivity and, through an intermediate insulating layer 204, a second organic SOG 208 of low permittivity, using a UHF band ECR plasma etching device of flat antenna type. Here, in the process where these etching layers are etched, the ratio between the etching gas flow rate and an oxygen gas flow rate which is supplied to the plasma etching device is 0.7-1.3. After the channel 210a is formed at the insulating film 108 with the intermediate insulating layer 204 as an etching stopper, the hole 206b is formed at the insulating film 203 with the intermediate insulating layer 204 as a mask. A gas comprising at least one kind of element among carbon, fluorine, and hydrogen is used as an etching gas, and a gas which supplies oxygen through dissociation in the plasma may be used instead 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、半導体素子製造に
おける絶縁膜のエッチング方法及びそれを用いた半導体
装置の製造方法に係り、特に、LSIの製造において低
誘電率絶縁膜を層間絶縁膜とし、これに配線及び層間に
導通を形成するための溝とホールとからなるデュアルダ
マシン構造をエッチングにより形成するに好適な絶縁膜
のエッチング方法及びそれを用いた半導体装置の製造方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for etching an insulating film in the manufacture of a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device using the same. The present invention also relates to a method of etching an insulating film suitable for forming a dual damascene structure including a groove and a hole for forming conduction between wirings and layers by etching, and a method of manufacturing a semiconductor device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ULSIは、小型化および高速化
に伴い、多層化と集積度のさらなる向上が課題となって
いる。この集積度向上のために必要な配線幅及び配線間
隔が狭くなることによって、配線容量や配線抵抗が増加
し、これらによる配線遅延(時定数の増大)がデバイス
の高速動作を妨げる要因となることが予想されている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the miniaturization and high-speed operation of ULSIs, it has been a challenge to further increase the number of layers and the degree of integration. As the wiring width and the wiring interval required for improving the degree of integration are reduced, wiring capacitance and wiring resistance are increased, and the wiring delay (increase in time constant) due to these becomes a factor that hinders high-speed operation of the device. Is expected.

【0003】配線遅延を低減するためには、配線抵抗と
配線容量と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を用いたデュアルダマシン
プロセス(Cuデュアルダマシン)の開発が進んでい
る。すなわち、このデュアルダマシンプロセスは、絶縁
膜をエッチングして配線用の溝と層間導通用のホール
(コンタクトホール)とが一体的に構成されるパターン
を形成して、これら溝及びホールに配線材料を埋め込む
方法である。つまり、絶縁膜に溝を形成して導体を埋め
込む配線形成用のダマシンプロセスと、層間導通用のホ
ールを形成してから導体を埋め込むダマシンプロセスと
の両プロセスを含むことからデュアルダマシンと称して
いる。
In order to reduce wiring delay, it is important to reduce wiring resistance and wiring capacitance. Regarding the reduction of wiring resistance, development of a dual damascene process using Cu as a wiring material (Cu dual damascene) is in progress. That is, in this dual damascene process, an insulating film is etched to form a pattern in which a wiring groove and an interlayer conduction hole (contact hole) are integrally formed, and a wiring material is filled in these grooves and holes. It is a method of embedding. In other words, it is called a dual damascene because it includes both a damascene process for forming a wiring by forming a groove in an insulating film and burying a conductor and a damascene process for forming a hole for interlayer conduction and then burying a conductor. .

【0004】一方、配線容量は層間絶縁膜の比誘電率の
平方根に比例するので、配線容量の低減に関しては、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、無機系の水素含有SOGや有機SO
Gがある。これらSOG(Spin on Glass)はいずれもS
i及びOを主成分とした絶縁塗布膜であるが、有機SO
GはさらにC成分を含有する。
On the other hand, since the wiring capacitance is proportional to the square root of the relative dielectric constant of the interlayer insulating film, to reduce the wiring capacitance, studies are being made on a low dielectric constant insulating film type. Examples of the low dielectric constant film include SiOF, inorganic hydrogen-containing SOG and organic SO.
There is G. These SOGs (Spin on Glass) are all S
An insulating coating film containing i and O as main components,
G further contains a C component.

【0005】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CH3)が結合した構造である。この種の有機SOG
としては、例えばH社から比誘電率ε=2.8のものが
製品化されている。
The organic SOG mainly treated in the present invention is -O
It has a structure in which an organic group (mainly a methyl group CH 3 ) is bonded to a side chain with respect to the main chain of —Si—O—. This kind of organic SOG
For example, a product having a relative dielectric constant ε = 2.8 is commercially available from Company H.

【0006】従来の、p−TEOS(TEOSを原料ガ
スとしてプラズマCVDにより成膜したSiO2を主体
とした絶縁膜:比誘電率ε=4.0)などの層間絶縁膜
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、エッチングガスとして、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。
Conventional etching of an interlayer insulating film such as p-TEOS (an insulating film mainly composed of SiO 2 formed by plasma CVD using TEOS as a source gas: relative dielectric constant ε = 4.0), specifically, In oxide film etching such as formation of a contact hole, etching is performed mainly using an organic gas containing fluorine (CHF 3 or C 4 F 8 ) as an etching gas.

【0007】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、このようなフッ素を含む有機系
エッチングガスに数ml/min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 the case of a fine pattern, a process of adding a few ml / min of oxygen to such an organic etching gas containing fluorine has been constructed in order to ensure the removability of the pattern bottom. However, in most cases, the insulating film to be etched is a single type of SiO 2 .

【0008】また、従来の低誘電率膜のエッチングに関
する文献としては、例えば、電子ジャーナル第16回テ
クニカルシンポジウム「Low-k/低誘電率層間絶縁膜徹
底検証―塗布膜vs.CVD膜―」講演予稿集59頁がある。
この文献では、有機高分子系の低誘電率膜が取り上げら
れている。
[0008] Also, as a literature on conventional etching of a low dielectric constant film, for example, a lecture in the electronic journal 16th Technical Symposium "Thorough verification of low-k / low dielectric constant interlayer insulating film-coating film vs. CVD film-" There are 59 pages of proceedings.
In this document, an organic polymer-based low dielectric constant film is taken up.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、配線
遅延を低減するには、配線材料を低抵抗のCuとし低誘
電率層間絶縁膜を利用するCuデュアルダマシンの採用
が効果的である。しかし、デュアルダマシン配線を形成
する場合、Cuの成膜や、CMP(Chemical Mechanica
l Polishing)の均一性などプロセス全体で抱える課題
も多い。この種のプロセスでは、絶縁膜の溝やホールに
Cu等の配線材料を埋め込んでからCMPで絶縁膜上に
形成された不要の配線材料を除去する。
As described above, in order to reduce the wiring delay, it is effective to employ a Cu dual damascene using a low-resistance Cu as a wiring material and using a low dielectric constant interlayer insulating film. However, when forming a dual damascene wiring, a Cu film or a CMP (Chemical Mechanical) is formed.
l There are many issues in the whole process such as uniformity of polishing. In this type of process, a wiring material such as Cu is buried in a groove or a hole of an insulating film, and then unnecessary wiring material formed on the insulating film by CMP is removed.

【0010】配線材料埋め込み用の溝と下層配線とのコ
ンタクトをとる層間導通用のホールとの二つのダマシン
構造からなるデュアルダマシン構造を形成するエッチン
グ(デュアルダマシンエッチング)においても、埋め込
みに適した形状加工や、高い面内均一性、高い選択性の
実現などの課題がある。
A shape suitable for embedding is also used in an etching (dual damascene etching) for forming a dual damascene structure having two damascene structures of a groove for embedding a wiring material and a hole for interlayer conduction for making contact with a lower wiring. There are issues such as processing and realization of high in-plane uniformity and high selectivity.

【0011】配線材料埋め込み用の溝加工と下層配線と
のコンタクトをとるホールの加工とを同時に、あるい
は、ステップを踏んで行なう必要がある。
It is necessary to simultaneously perform the step of forming the groove for embedding the wiring material and the step of forming the hole for making contact with the lower-layer wiring or stepwise.

【0012】溝とホールでは被エッチング面積が大きく
異なること、また、溝とホールではアスペクト比が大き
く異なること、そして溝加工では、エッチングストッパ
ーとしての中間層(例えばSi34)の有無、絶縁膜を
構成する有機SOGにサブトレンチ(エッチング底部周
縁に深い溝が形成される)やボーイング(中央部が拡っ
た樽状の断面形状)などが発生し易いことなどにより、
エッチング条件等の選択が非常に難しい。
[0012] The etched area is largely different between the groove and the hole, the aspect ratio is largely different between the groove and the hole, and the presence or absence of an intermediate layer (for example, Si 3 N 4 ) as an etching stopper, the insulating property in the groove processing. Due to the fact that sub-trench (a deep groove is formed at the periphery of the etching bottom) or bowing (a barrel-shaped cross-sectional shape with an enlarged central portion) is likely to occur in the organic SOG forming the film.
It is very difficult to select etching conditions and the like.

【0013】特に、有機SOGは、酸化膜同様絶縁膜で
はあるが、膜組成がかわるととたんにエッチング特性が
変化し、従来の酸化膜エッチングのプロセス条件とは大
きく異なる条件で最適なエッチングができる場合が多か
った。
[0013] In particular, organic SOG is an insulating film like an oxide film, but when the film composition changes, the etching characteristics change as soon as the film composition changes, and the optimum etching can be performed under conditions that are significantly different from the conventional oxide film etching process conditions. In many cases, it was possible.

【0014】したがって、本発明の目的は、上記従来の
問題点を解消し、低い誘電率を有する絶縁膜、特に有機
SOG系の絶縁膜とSiO2(例えばp−TEOS)と
からなる積層構造に、形状よく高いエッチング速度でエ
ッチングを行ない、中間層(例えばSi34)のある場
合には、その中間層と高い選択比がとれるプロセスを構
築し、デュアルダマシン構造をエッチングで形成する改
良された絶縁膜のエッチング方法(デュアルダマシンエ
ッチング方法)及びそれを用いた半導体装置の製造方法
を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to provide an insulating film having a low dielectric constant, in particular, a laminated structure composed of an organic SOG-based insulating film and SiO 2 (for example, p-TEOS). In order to form a dual damascene structure by etching at a high etching rate with a good shape and, if there is an intermediate layer (for example, Si 3 N 4 ), a process capable of obtaining a high selectivity with the intermediate layer is established. To provide a method for etching an insulating film (dual damascene etching method) and a method for manufacturing a semiconductor device using the same.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的は、総
括すると以下の(1)及び(2)に示す二つの特徴を有
する絶縁膜のデュアルダマシンエッチング方法によっ
て、それそれ達成される。
The above objects of the present invention can be achieved by a dual damascene etching method for an insulating film having the following two features (1) and (2).

【0016】(1)平板アンテナ型のUHF帯ECRプラズマ
エッチング装置を用いて、第1の絶縁膜と中間絶縁層を
介して第2の絶縁膜とを有する絶縁層にホールと溝とか
らなるデュアルダマシン構造を形成するエッチング方法
であって、前記第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜をエッチ
ングする工程においては前記プラズマエッチング装置に
供給する酸素ガス流量に対するエッチングガス流量の比
率を0.7〜1.3とすることを特徴とする。
(1) Using a UHF band ECR plasma etching apparatus of a flat antenna type, a dual insulating film having holes and grooves in an insulating layer having a first insulating film and a second insulating film via an intermediate insulating layer. An etching method for forming a damascene structure, wherein in the step of etching the first insulating film and the second insulating film, a ratio of an etching gas flow rate to an oxygen gas flow rate supplied to the plasma etching apparatus is 0.7 to 1.3.

【0017】(2)平板アンテナ型のUHF帯ECRプラズマ
エッチング装置を用いて、中間絶縁層を有せず少なくと
も第1の絶縁層にホールと溝とからなるデュアルダマシ
ン構造を形成するエッチング方法であって、前記プラズ
マエッチング装置に供給する酸素ガス流量に対するエッ
チングガス流量の比率を、溝のエッチング工程において
は1.0〜1.3、ホールのエッチング工程においては
0.7〜1.0とし、かつ、ホールのエッチング工程よ
りも溝のエッチング工程の流量比を大とすることを特徴
とする。
(2) An etching method using a UHF band ECR plasma etching apparatus of a flat antenna type to form a dual damascene structure including holes and grooves in at least the first insulating layer without an intermediate insulating layer. The ratio of the etching gas flow rate to the oxygen gas flow rate supplied to the plasma etching apparatus is 1.0 to 1.3 in the groove etching step, 0.7 to 1.0 in the hole etching step, and The feature is that the flow rate ratio in the groove etching step is larger than that in the hole etching step.

【0018】上記(1)の中間絶縁層を有する場合に、
プラズマエッチング装置に供給する酸素ガス流量に対す
るエッチングガス流量の比率を0.7〜1.3とする理
由について説明する。この流量比は、エッチング精度及
びエッチング速度に直接影響するものであり、0.7よ
り小さいと酸素によるサイドエッチが大きくなりボーイ
ング(中央部が拡がり樽状になる)が発生し、垂直なエ
ッチング壁面が得られない。
In the case of having the intermediate insulating layer of the above (1),
The reason why the ratio of the etching gas flow rate to the oxygen gas flow rate supplied to the plasma etching apparatus is set to 0.7 to 1.3 will be described. This flow rate ratio directly affects the etching accuracy and the etching rate. If it is smaller than 0.7, side etching by oxygen becomes large and bowing (the center portion expands into a barrel shape) occurs, and the vertical etching wall surface is formed. Can not be obtained.

【0019】また、1.3より大きくなるとエッチング
速度が急激に遅くなり、エッチング時間が同一であって
も溝幅及びホール径の大小によってエッチング深さに大
きな差が生じ、また、エッチングレジストとの選択比が
小さくなると云う問題が発生する。このような理由から
酸素ガス流量に対するエッチングガス流量の比率を0.
7〜1.3と特定したものである。
On the other hand, if it is larger than 1.3, the etching rate is sharply reduced, and even if the etching time is the same, a large difference in the etching depth occurs due to the size of the groove width and the hole diameter. The problem that the selection ratio becomes small occurs. For this reason, the ratio of the flow rate of the etching gas to the flow rate of the oxygen gas is set to 0.1.
7 to 1.3.

【0020】そして(1)の場合、溝のエッチングに際
しては中間絶縁層がエッチングストッパーとして機能を
有し、ホールのエッチングに際してはマスクの機能を有
するため、溝とホールのエッチング工程を、ここで特定
した同一のガス流量比率とすれば連続的に一つのエッチ
ング工程で処理できると云う特長を有している。
In the case of (1), since the intermediate insulating layer has a function as an etching stopper when etching the groove and has a function as a mask when etching the hole, the step of etching the groove and the hole is specified here. With the same gas flow rate ratio, there is a feature that processing can be performed continuously in one etching step.

【0021】また、エッチング室101内のガスの圧力
は、3Pa以下、好ましくは0.75〜3Paとするこ
とが望ましい。0.75Paより小さいとボーイングが
発生し易くなり、3Paより大きくなるとエッチング速
度が小さくなる傾向にある。
The pressure of the gas in the etching chamber 101 is preferably 3 Pa or less, more preferably 0.75 to 3 Pa. If it is smaller than 0.75 Pa, bowing is likely to occur, and if it is larger than 3 Pa, the etching rate tends to decrease.

【0022】上記(2)の中間絶縁層を有さない場合
に、プラズマエッチング装置に供給する酸素ガス流量に
対するエッチングガス流量の比率を、溝を形成するエッ
チング工程においては1.0〜1.3、ホールを形成す
るエッチング工程においては0.7〜1.0とし、か
つ、ホールを形成するエッチング工程よりも溝を形成す
るエッチング工程の流量比を大とする理由について説明
する。
When the intermediate insulating layer is not provided in (2), the ratio of the flow rate of the etching gas to the flow rate of the oxygen gas supplied to the plasma etching apparatus is set to 1.0 to 1.3 in the etching step for forming the groove. The reason why the flow rate ratio in the etching step for forming a hole is set to 0.7 to 1.0 in the etching step for forming a hole and the etching step for forming a groove is larger than that in the etching step for forming a hole will be described.

【0023】この場合も流量比の上限及び下限の限定理
由は、上記(1)の場合とそれぞれ同じである。ただ
し、(2)の場合は、ホールのエッチング工程よりも溝
のエッチング工程の流量比を大きく設定する必要があ
る。そして、この場合は、中間絶縁層がないことから
(1)の場合と異なり、最初にホールを形成してから、
ホールの上に溝を形成する。そして設定したエッチング
条件によってエッチング速度が定まるので、溝の深さは
エッチング時間を管理することによって正確に制御でき
る。
Also in this case, the reasons for limiting the upper and lower limits of the flow rate ratio are the same as in the case of the above (1). However, in the case of (2), it is necessary to set the flow rate ratio in the groove etching step larger than that in the hole etching step. Then, in this case, unlike the case of (1), since there is no intermediate insulating layer, after forming a hole first,
A groove is formed over the hole. Since the etching rate is determined by the set etching conditions, the depth of the groove can be accurately controlled by controlling the etching time.

【0024】また、この場合のプラズマエッチング装置
に供給するガスの圧力は、溝を形成するエッチング工程
においては3Pa以下とし、ホールを形成するエッチン
グ工程においては1.5Pa以下とすることが望まし
い。
In this case, the pressure of the gas supplied to the plasma etching apparatus is desirably 3 Pa or less in the etching step for forming a groove and 1.5 Pa or less in the etching step for forming a hole.

【0025】このデュアルダマシンエッチング方法を、
半導体装置の層間絶縁膜のエッチング工程に適用すれ
ば、高精度のデュアルダマシン構造が得られることから
配線遅延の問題を解消した配線構造体を容易に実現で
き、優れた半導体装置の製造方法を提供することができ
る。
This dual damascene etching method is
When applied to an etching process of an interlayer insulating film of a semiconductor device, a high-precision dual damascene structure can be obtained, so that a wiring structure that eliminates the problem of wiring delay can be easily realized, and an excellent method of manufacturing a semiconductor device is provided. can do.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】本発明のデュアルダマシンエッチ
ング方法は、平板アンテナ型のUHF帯ECRプラズマエッチ
ング装置を用いて行うことができる。このプラズマエッ
チング装置の構成例を図1に模式的に示した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The dual damascene etching method of the present invention can be performed using a flat antenna type UHF band ECR plasma etching apparatus. FIG. 1 schematically shows a configuration example of this plasma etching apparatus.

【0027】すなわち、図1は装置の概略断面図であ
り、このエッチング装置では、真空排気したエッチング
室101内に上部アンテナ102表面のSiシャワープ
レート103からエッチングガスを導入し、上部アンテ
ナ102から周波数300〜1000MHzのUHF帯
の電磁波を放射し、コイル104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。
That is, FIG. 1 is a schematic sectional view of the apparatus. In this etching apparatus, an etching gas is introduced from a Si shower plate 103 on the surface of an upper antenna 102 into an evacuated etching chamber 101, and a frequency is supplied from the upper antenna 102. An electromagnetic wave in the UHF band of 300 to 1000 MHz is radiated and coupled with the magnetic field generated by the coil 104 to form ECR plasma.

【0028】例えば450MHzでECR共鳴する、磁
場強度約160Gaussの等磁場領域は、アンテナ中
心で、アンテナと下部電極105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。
For example, a uniform magnetic field region having a magnetic field strength of about 160 Gauss, which resonates at 450 MHz, is located in the space between the antenna and the lower electrode 105 at the center of the antenna.
A bowl-like shape that crosses the antenna around the periphery is most suitable.

【0029】試料106は、下部電極105上に静電吸
着により保持され、裏面からの例えば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
部電極には例えば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。
The sample 106 is held on the lower electrode 105 by electrostatic attraction, and the sample temperature can be controlled at the lower electrode set temperature by performing heat exchange with, for example, He flow from the back surface. An RF bias of, for example, 800 kHz is applied to the lower electrode, ions in the plasma are drawn into the sample, and the insulating film is etched.

【0030】また、アンテナ102には、13.56M
Hzの高周波(RF)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出来
る装置構成となっている。
The antenna 102 has 13.56M.
Hz on the antenna surface by applying a radio frequency (RF) of
And the composition of the active species in the plasma can be changed.

【0031】平板アンテナ型を構成するアンテナ102
と試料106との間隔は、50〜90mmが一般的であ
るが、好ましくは70〜90mmである。
An antenna 102 constituting a flat antenna type
The distance between the sample and the sample 106 is generally 50 to 90 mm, preferably 70 to 90 mm.

【0032】なお、エッチングガス及び酸素ガスのエッ
チング室101内への供給経路は、ガス通過孔の設けら
れた円盤状のアンテナ102の背面から供給され、同じ
くガス通過孔の設けられたSiシャワープレート103
を介してエッチング室101内に均一に噴出する構成と
なっている。
The supply path of the etching gas and the oxygen gas into the etching chamber 101 is supplied from the back surface of the disk-shaped antenna 102 provided with the gas passage holes, and is also provided on the Si shower plate provided with the gas passage holes. 103
, So as to be uniformly ejected into the etching chamber 101.

【0033】試料106となる下地層には、予め半導体
基板に半導体素子が形成され、かつ、その表面には電極
が形成されており電極の周囲は絶縁層で覆われ平坦化さ
れているものを使用する。この下地層上に層間絶縁膜を
形成したものを試料とする。
A semiconductor element is formed on a semiconductor substrate in advance, and an electrode is formed on the surface of the underlayer serving as the sample 106. The periphery of the electrode is covered with an insulating layer and flattened. use. A sample in which an interlayer insulating film is formed on this underlayer is used as a sample.

【0034】デュアルダマシンエッチングの対象となる
層間絶縁膜は、低誘電率の絶縁膜が適用され、現状では
例えば−O−Si−O−の主鎖に対し、側鎖に少なくと
もメチル基(CH3)を有する有機SOGが好ましい例とし
て挙げられるが、比誘電率≦2.8のものであれば有機
SOGに限らず、無機系SOGでも例えばSiO2
も、Si34でも使用できる。
As an interlayer insulating film to be subjected to the dual damascene etching, an insulating film having a low dielectric constant is applied. At present, for example, at least a methyl group (CH 3) is present on the side chain with respect to the main chain of —O—Si—O—. An organic SOG having the following formula (2) is a preferable example. However, the organic SOG having a relative dielectric constant of ≤2.8 is not limited to the organic SOG, and may be an inorganic SOG, for example, SiO 2 , or Si 3 N 4 .

【0035】エッチングガスとしては炭素、フッ素及び
水素の少なくとも1種の元素を含むガスを用いる。
As an etching gas, a gas containing at least one element of carbon, fluorine and hydrogen is used.

【0036】また、プラズマエッチング装置に供給する
酸素ガスに代替するガスとしては、プラズマ中での解離
によって酸素を供給できる化合物、例えばC36OやC
2Oのごときエーテル系含フッ素化合物及びC4
Oのごときカルボニル系含フッ素化合物の少なくとも1
種からなるガスを用いることができる。
The gas which can supply oxygen by dissociation in plasma, for example, C 3 F 6 O or C
2 F 6 O of such ether fluorine-containing compound and C 2 F 4
At least one of carbonyl fluorine-containing compounds such as O
Seed gas can be used.

【0037】また、プラズマエッチング装置に供給する
エッチングガス及び酸素ガスもしくは酸素ガスに代替す
るガスは、Arで稀釈することが望ましい。このAr稀
釈は、レジストの選択比に関係し、流量200ml/m
in以上であれば選択比が大きくなり好ましい。
Further, it is desirable that the etching gas and the oxygen gas or the gas substituted for the oxygen gas supplied to the plasma etching apparatus be diluted with Ar. This Ar dilution is related to the selectivity of the resist, and the flow rate is 200 ml / m2.
If in or more, the selection ratio becomes large, which is preferable.

【0038】使用するガスの全流量は、Ar稀釈がない
場合も含めると200ml/min以上となる。
The total flow rate of the gas used is 200 ml / min or more including the case where there is no Ar dilution.

【0039】[0039]

【実施例】以下、図面にしたがって本発明の一実施例を
具体例に説明する。 〈実施例1〉 (1)デュアルダマシンエッチングに使用する装置の概
略説明:図1に示した平板アンテナ型UHF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内に上部アン
テナ102表面のSiシャワープレート103からエッ
チングガスを導入し、上部アンテナ102から周波数4
50MHzのUHF帯の電磁波を放射し、コイル104
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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. <Example 1> (1) Schematic description of an apparatus used for dual damascene etching: This is performed using a flat antenna type UHF band ECR plasma etching apparatus shown in FIG. In this etching apparatus, an etching gas is introduced into a vacuum evacuated etching chamber 101 from a Si shower plate 103 on the surface of an upper antenna 102, and a frequency of 4
A 50 MHz UHF band electromagnetic wave is radiated, and the coil 104 is radiated.
And an ECR plasma is formed.

【0040】ECR共鳴する、磁場強度約160Gau
ssの等磁場領域は、アンテナ中心で、アンテナと下部
電極105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。
ECR resonance, magnetic field strength of about 160 Gau
The ss isomagnetic field region is located in the space between the antenna and the lower electrode 105 at the center of the antenna, and a bowl-shaped shape that crosses the antenna around the periphery is most preferable.

【0041】試料106は、下部電極105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。
The sample 106 is held on the lower electrode 105 by electrostatic attraction, and heat exchange is performed by 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.

【0042】また、アンテナ102には、13.56M
Hz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出来る装置構成
となっている。
The antenna 102 has 13.56 M
The apparatus has a configuration in which F is consumed on the antenna surface by applying a high frequency of Hz to change the composition of active species in the plasma.

【0043】(2)デュアルダマシン構造を形成するエ
ッチング工程の概略説明:図2に中間絶縁層を有するデ
ュアルダマシン構造を形成する場合のプロセスフローを
示す。この場合は、特に、中間絶縁層に予めホール形成
用のパターンを形成しておく、セルフアライン方式につ
いて述べる。
(2) Outline of the etching process for forming a dual damascene structure: FIG. 2 shows a process flow for forming a dual damascene structure having an intermediate insulating layer. In this case, a self-alignment method in which a pattern for forming a hole is formed in advance on the intermediate insulating layer will be described.

【0044】まず、図2(a)に示すように、試料10
6となる半導体基板からなる平坦化した下地層201上
に、厚さ50nmのSi34202膜をCVD(Chemic
al Vapor Deposition)で形成する。その上に、厚さ4
50nmに第1の絶縁膜となる有機SOG203を塗布
し、さらに、厚さ50nmのSi34204を形成す
る。その上に、厚さ300nmのレジスト205を形成
する。なお、このSi34204が、中間絶縁層となる
ことがこの後の説明で理解できよう。レジスト205に
は、周知のフォトリソグラフィ工程によって微細なホー
ル用パターン206を形成する。
First, as shown in FIG.
A 50 nm-thick Si 3 N 4 202 film is formed on a flattened underlayer 201 made of a semiconductor substrate to be 6 (Chemic).
al Vapor Deposition). On top of that, thickness 4
An organic SOG 203 serving as a first insulating film is applied to a thickness of 50 nm, and a Si 3 N 4 204 having a thickness of 50 nm is formed. A resist 205 having a thickness of 300 nm is formed thereon. It will be understood from the following description that this Si 3 N 4 204 will be an intermediate insulating layer. A fine hole pattern 206 is formed on the resist 205 by a well-known photolithography process.

【0045】図2(b)に示すように、このレジスト2
05をマスクとして、まず、中間絶縁層となるSi34
204をエッチングし、ホール用パターン206aを形
成する。
As shown in FIG. 2B, this resist 2
Using the mask 05 as a mask, first, Si 3 N 4
204 is etched to form a hole pattern 206a.

【0046】図2(c)に示すようにレジスト205を
除去した後、図2(d)に示すように、再び、厚さ45
0nmの第2の絶縁膜となる有機SOG層207と厚さ
50nmのp−TEOS層(実質的にSiO2層)20
8の積層膜を形成する。
After the resist 205 is removed as shown in FIG. 2C, the thickness of the resist is again reduced to 45 as shown in FIG.
An organic SOG layer 207 serving as a second insulating film having a thickness of 0 nm and a p-TEOS layer (substantially SiO 2 layer) 20 having a thickness of 50 nm
8 are formed.

【0047】図2(e)に示すように、p−TEOS層
208の上に、厚さ600nmのレジスト209を形成
する。このレジスト209には、溝用パターン210を
形成しておき、エッチングマスクとして使用する。
As shown in FIG. 2E, a resist 209 having a thickness of 600 nm is formed on the p-TEOS layer 208. A groove pattern 210 is formed in the resist 209 and used as an etching mask.

【0048】次に、図2(f)に示すように、エッチン
グを行いp−TEOS層208、有機SOG層207をエッチ
ングし、溝パターン210aを形成する。溝のエッチン
グに際しては、先の中間絶縁層Si34204はエッチ
ングストッパーとなる。
Next, as shown in FIG. 2F, etching is performed to etch the p-TEOS layer 208 and the organic SOG layer 207 to form a groove pattern 210a. During the etching of the groove, the intermediate insulating layer Si 3 N 4 204 serves as an etching stopper.

【0049】このように、エッチングがSi34204
に到達すると、今度は、図2(g)に示すように、中間
絶縁層Si34204がマスクとなり有機SOG203を
エッチングしホール206bを形成する。
As described above, the etching is performed on the Si 3 N 4 204
Then, as shown in FIG. 2 (g), the organic SOG 203 is etched using the intermediate insulating layer Si 3 N 4 204 as a mask to form a hole 206b.

【0050】次に、図2(h)に示すように、Si34
202をエッチングし、図2(i)に示すように、レジ
ストを除去して溝210aとホール206bとからなる
デュアルダマシン構造が形成される。
Next, as shown in FIG. 2 (h), Si 3 N 4
The resist 202 is etched to remove the resist, thereby forming a dual damascene structure including the groove 210a and the hole 206b, as shown in FIG.

【0051】(3)本実施例におけるデュアルダマシン
エッチング工程の特徴:本発明のエッチングプロセス
は、上記(2)で説明した図2(f)工程と図2(g)
工程に適用される。この2つの工程で求められるエッチ
ング性能として、(1)対レジスト選択比が高いこと、
(2)p−TEOS208と有機SOG207のエッチング速
度差が小さいこと、(3)中間絶縁層Si34204選
択比が高いこと(4)ボーイングやサブトレンチが発生
しないことがあげられる。以上のエッチング性能を満た
すのが本発明である。
(3) Features of the dual damascene etching step in the present embodiment: The etching process of the present invention includes the step of FIG. 2 (f) and the step of FIG.
Applied to the process. The etching performance required in these two steps is (1) that the selectivity to resist is high,
(2) The difference in etching rate between the p-TEOS 208 and the organic SOG 207 is small, (3) The selectivity of the intermediate insulating layer Si 3 N 4 204 is high, and (4) No bowing or sub-trench occurs. The present invention satisfies the above etching performance.

【0052】本実施例では、図1のエッチング装置に供
給するガスとしてAr、C48及びO2を使用した。流
量は、Ar370ml/min、C4815ml/mi
n、O215ml/minであったが、エッチングガス
48流量に対するO2流量の比は1を中心として、
0.7〜1.3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できる。Ar流量も20
0ml/min以上で適宜調整した。
In this embodiment, Ar, C 4 F 8 and O 2 were used as the gas supplied to the etching apparatus shown in FIG. The flow rate is Ar 370 ml / min, C 4 F 8 15 ml / mi.
n and O 2 were 15 ml / min, but the ratio of the O 2 flow rate to the etching gas C 4 F 8 flow rate was centered on 1;
Within the range of 0.7 to 1.3, it can be appropriately adjusted while balancing the processing shape and the etching rate. Ar flow rate is also 20
It was adjusted appropriately at 0 ml / min or more.

【0053】エッチング室101内のガス圧力は0.7
5〜3Paの範囲内で調整し、アンテナ102と試料1
06間の間隔は70mmとした。
The gas pressure in the etching chamber 101 is 0.7
The antenna 102 and the sample 1 were adjusted within the range of 5 to 3 Pa.
The interval between 06 was 70 mm.

【0054】UHFの周波数は450MHz、パワーは
1200W;下部電極105のRFの周波数は800
kHz、パワーは1200W;アンテナ102に供給す
るRFの周波数は13.56MHz、パワーは400
Wであり、アンテナ温度30℃、下部電極温度−20℃
とした。
The UHF frequency is 450 MHz and the power is 1200 W; the RF frequency of the lower electrode 105 is 800
kHz, power 1200 W; RF frequency supplied to the antenna 102 is 13.56 MHz, power 400
W, antenna temperature 30 ° C, lower electrode temperature -20 ° C
And

【0055】この条件で、有機SOG203、207及び
p−TEOS208のエッチング速度は500nm/min
以上、中間絶縁層Si34(ストッパ層)204との選
択比は10〜15、対レジスト選択比は3〜4であっ
た。
Under these conditions, the etching rates of the organic SOGs 203 and 207 and the p-TEOS 208 are 500 nm / min.
As described above, the selectivity with the intermediate insulating layer Si 3 N 4 (stopper layer) 204 was 10 to 15, and the selectivity with respect to the resist was 3 to 4.

【0056】UHFパワー、RFパワーはエッチング
速度を維持できる範囲内で、適宜調整できる。なお、A
r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
る傾向にあった。
The UHF power and the RF power can be appropriately adjusted as long as the etching rate can be maintained. Note that A
Increasing the flow rate of r or bringing the active species to a low-pressure region shortens the residence time of each active species, and tends to improve the releasability of the fine pattern.

【0057】本実施例によって層間絶縁膜として有機SO
Gを用いたデュアルダマシン構造が、溝とホールを一括
してエッチングすることによって形成可能となった。
According to this embodiment, an organic SO is used as an interlayer insulating film.
A dual damascene structure using G can be formed by etching grooves and holes at once.

【0058】なお、図2の工程では、セルフアライン型
の一括エッチングを行ったが、図2(b)工程では中間
絶縁層Si34204にホール形成用パターン206を
形成せず、図2(f)にて中間絶縁層Si34204を
ストッパーとして、いったん第2の有機SOG207に
選択エッチングを行い溝210aを形成し、それから、
中間絶縁層Si34204にホール用パターン206a
を形成し、これをマスクとして第1の有機SOG203
に選択エッチングを行ってホール206bを形成すると
いった2ステップエッチングを行っても構わない。
In the step of FIG. 2, self-aligned batch etching was performed. However, in the step of FIG. 2B, the hole forming pattern 206 was not formed in the intermediate insulating layer Si 3 N 4 204, and FIG. In (f), the second organic SOG 207 is once selectively etched by using the intermediate insulating layer Si 3 N 4 204 as a stopper to form a groove 210a, and then,
A hole pattern 206a is formed on the intermediate insulating layer Si 3 N 4 204.
Is formed, and using this as a mask, the first organic SOG 203 is formed.
Alternatively, two-step etching may be performed such that selective etching is performed to form the hole 206b.

【0059】〈実施例2〉実施例1と基本的には同一の
工程でデュアルダマシン構造を形成するが、本実施例で
は実施例1の中間絶縁層Si34204をp−TEOS
に置き換えて行った。
Embodiment 2 A dual damascene structure is formed in basically the same steps as in Embodiment 1. In this embodiment, the intermediate insulating layer Si 3 N 4 204 of Embodiment 1 is formed by p-TEOS.
It was replaced.

【0060】図1のエッチング装置に供給するガスとし
て、Ar、CHF3及びO2を使用した。流量は、Ar1
00ml/min、CHF370ml/min、O220
ml/minとした。この場合、エッチングガスCHF
3の流量に対するO2流量の比は0.3であり、エッチン
グ室101内のガス圧力は4Paとした。
Ar, CHF 3 and O 2 were used as gases supplied to the etching apparatus of FIG. The flow rate is Ar1
00 ml / min, CHF 3 70 ml / min, O 2 20
ml / min. In this case, the etching gas CHF
The ratio of the O 2 flow rate to the flow rate 3 was 0.3, and the gas pressure in the etching chamber 101 was 4 Pa.

【0061】エッチング速度は400〜500nm/m
in、レジスト選択比は少なくとも3、有機SOGとp
−TEOSとの選択比は少なくとも3の結果が得られ
た。そして、実施例1と同様にボーイングやサブトレン
チが発生することなく良好なデュアルダマシン構造を得
ることができた。
The etching rate is 400 to 500 nm / m
in, resist selectivity is at least 3, organic SOG and p
The result of the selectivity with -TEOS was at least 3. As in Example 1, a favorable dual damascene structure could be obtained without occurrence of bowing or subtrench.

【0062】なお、本発明においては、O2の代わりに
例えばN2を使用することもでき、本実施例において
は、例えば流量を200ml/minとすることができ
る。
In the present invention, for example, N 2 can be used instead of O 2. In this embodiment, for example, the flow rate can be set to 200 ml / min.

【0063】このp−TEOS中間層の場合には、予め
中間層にホールパターンを形成しない方法もある。この
場合には、最表面にホールパターン206をレジストで
形成し、p−TEOS204と有機SOG203を一括
してホールエッチングを行う。その後、レジストを除去
して、例えば反射防止膜(有機膜)等で、ホールを埋め
込み、それから最表面にレジストにて溝パターン210
を形成し、p−TEOSをストッパとして溝エッチング
を行う。その後、反射防止膜、レジストを除去してデュ
アルダマシン構造を形成してもよい。すなわち、この場
合は、ホールを先に形成し、溝を後から形成する工程で
ある。
In the case of the p-TEOS intermediate layer, there is a method in which a hole pattern is not formed in the intermediate layer in advance. In this case, a hole pattern 206 is formed on the outermost surface using a resist, and the p-TEOS 204 and the organic SOG 203 are collectively subjected to hole etching. Thereafter, the resist is removed, holes are buried with, for example, an anti-reflection film (organic film) or the like.
Is formed, and groove etching is performed using p-TEOS as a stopper. Thereafter, the dual damascene structure may be formed by removing the antireflection film and the resist. That is, in this case, a hole is formed first, and a groove is formed later.

【0064】〈実施例3〉次に、実施例1とは異なって
中間絶縁層を有しないデュアルダマシン構造を形成する
場合のプロセスフローを図3に示す。
<Embodiment 3> Next, FIG. 3 shows a process flow in the case of forming a dual damascene structure having no intermediate insulating layer differently from Embodiment 1.

【0065】(1)デュアルダマシン構造形成の概略説
明:図3(a)に示すように、まず、平坦化した下地層
301上に、厚さ50nmのSi34302膜を形成す
る。その上に、厚さ800nmの有機SOG層303と
厚さ50nmのp−TEOS304層を形成する。その上
に、厚さ700nmのレジスト305を形成する。レジ
スト305には、微細なホール用パターン306を形成
する。
(1) Outline of Dual Damascene Structure Formation: As shown in FIG. 3A, first, a 50 nm-thick Si 3 N 4 302 film is formed on a flattened underlayer 301. An organic SOG layer 303 having a thickness of 800 nm and a p-TEOS 304 layer having a thickness of 50 nm are formed thereon. A resist 305 having a thickness of 700 nm is formed thereon. On the resist 305, a fine hole pattern 306 is formed.

【0066】これをマスクとして、図3(b)に示すよ
うに、まず、p−TEOS304と有機SOG303をエッチ
ングし、ホール306aを形成する。
Using this as a mask, as shown in FIG. 3B, first, the p-TEOS 304 and the organic SOG 303 are etched to form a hole 306a.

【0067】次に、図3(c)に示すように、レジスト
305を除去した後、図3(d)に示すように、再び、
厚さ500nmのレジスト307を形成する。このレジ
スト307には、微細な溝用パターン308を形成し、
溝形成用のエッチングマスクとして使用する。
Next, as shown in FIG. 3C, after the resist 305 is removed, as shown in FIG.
A resist 307 having a thickness of 500 nm is formed. A fine groove pattern 308 is formed on the resist 307,
Used as an etching mask for forming grooves.

【0068】次に、図3(e)に示すように、エッチン
グを行いp−TEOS層304と有機SOG層303をエッチ
ングし、溝308aを形成する。このエッチング工程で
は実施例1のストッパー204に相当する中間絶縁層が
ないので、エッチング時間を管理して有機SOG層30
3の厚さの略中間地点で溝形成を中止する。ここではエ
ッチング時間を30秒とした。
Next, as shown in FIG. 3E, the p-TEOS layer 304 and the organic SOG layer 303 are etched to form a groove 308a. In this etching step, since there is no intermediate insulating layer corresponding to the stopper 204 of the first embodiment, the etching time is controlled and the organic SOG layer 30 is controlled.
The groove formation is stopped at a substantially intermediate point of the thickness of 3. Here, the etching time was 30 seconds.

【0069】次に、図3(f)に示すように、レジスト
307を除去した後、図3(g)に示すように、p−TE
OS304および対有機SOG303に対し選択比の高い条
件で、Si34302をエッチングすることにより、デ
ュアルダマシン構造が形成される。
Next, as shown in FIG. 3F, after removing the resist 307, as shown in FIG.
The dual damascene structure is formed by etching the Si 3 N 4 302 under conditions having a high selectivity with respect to the OS 304 and the organic SOG 303.

【0070】(2)本実施例の詳細説明:本実施例のエ
ッチングプロセスは、上記図3(b)工程と図3(e)
工程に適用される。この2つの工程で求められるエッチ
ング性能としては、(1)対レジスト選択比が高いこ
と、(2)p−TEOS304と有機SOG303のエッチン
グ速度差が小さいこと、(3)ホールエッチングではS
34302の選択比が高いこと(4)ボーイングやサ
ブトレンチが発生しないこと、(5)溝エッチングで
は、マイクロローディングが小さく(エッチング深さが
溝幅に依存せず一定深さとなる)、面内均一性も高いこ
とがあげられる。以上のエッチング性能を満たすのが本
実施例である。
(2) Detailed description of the present embodiment: The etching process of the present embodiment is the same as the above-described step of FIG. 3B and FIG.
Applied to the process. The etching performance required in these two steps includes (1) a high selectivity to resist, (2) a small difference in etching rate between p-TEOS 304 and organic SOG 303, and (3) S etching in hole etching.
High selectivity of i 3 N 4 302 (4) No bowing or sub-trench occurs, (5) Microetching is small in groove etching (etching depth is constant regardless of groove width) And high in-plane uniformity. This embodiment satisfies the above etching performance.

【0071】本実施例では、ガスとしてAr、C48
2を使用した。図3(b)工程のホールエッチングの
場合、流量は、Ar370ml/min、C4812m
l/min、O218ml/minであった。
In this embodiment, Ar, C 4 F 8 ,
The O 2 was used. In the case of the hole etching in the step of FIG. 3B, the flow rate is Ar 370 ml / min, C 4 F 8 12 m
1 / min and O 2 18 ml / min.

【0072】エッチングガスC48流量に対するO2
量の比は、0.7〜1.0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できる。Ar
流量も200ml/min以上で適宜調整した。
The ratio of the flow rate of O 2 to the flow rate of the etching gas C 4 F 8 can be appropriately adjusted within a range of 0.7 to 1.0 while balancing the processing shape and the etching rate. Ar
The flow rate was appropriately adjusted at 200 ml / min or more.

【0073】圧力は0.75〜1.5Paの範囲内で調
整した。図3(e)工程の溝エッチングの場合、流量
は、Ar370ml/min、C4815ml/mi
n、O215ml/minであったが、C48流量に対
するO2流量の比は、1.0〜1.3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
できる。
The pressure was adjusted within the range of 0.75 to 1.5 Pa. In the case of the groove etching in the step of FIG. 3E, the flow rate is 370 ml / min for Ar and 15 ml / mi for C 4 F 8.
n and O 2 were 15 ml / min, but the ratio of the O 2 flow rate to the C 4 F 8 flow rate was appropriately adjusted within a range of 1.0 to 1.3 while balancing the processing shape and the etching rate. it can.

【0074】Ar流量も200ml/min以上で適宜調
整した。圧力は1.5〜3Paの範囲内で調整した。
The flow rate of Ar was appropriately adjusted at 200 ml / min or more. The pressure was adjusted within the range of 1.5 to 3 Pa.

【0075】アンテナ102と試料106間の間隔は7
0mmであった。UHFの周波数は450MHz、パワ
ーは1200W;下部電極のRFの周波数は800k
Hz、パワーは1200W;アンテナに供給するRF
周波数は13.56MHz、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。
The distance between the antenna 102 and the sample 106 is 7
It was 0 mm. UHF frequency is 450MHz, power is 1200W; RF frequency of lower electrode is 800k
Hz, power is 1200W; RF supplied to antenna
The frequency is 13.56 MHz and the power of the electromagnetic wave is 400 W
The antenna temperature was set to 30 ° C. and the lower electrode temperature was set to −20 ° C.

【0076】この条件で、有機SOG303とp−TEOS3
04のエッチング速度は500nm/min以上、Si
34ストッパ層との選択比は10以上、対レジスト選択
比は3以上である。UHFパワー、RFパワーは、エ
ッチング速度を維持できる範囲内で、適宜調整できる。
Under these conditions, organic SOG 303 and p-TEOS3
04 has an etching rate of 500 nm / min or more and Si
3 N 4 selectivity between the stopper layer 10 above, selectivity to the resist is 3 or more. The UHF power and the RF power can be appropriately adjusted within a range where the etching rate can be maintained.

【0077】本実施例によって有機SOGを用いたデュア
ルダマシン構造が、ホール306aと溝308aの2ス
テップエッチングによって形成可能となった。
According to the present embodiment, a dual damascene structure using organic SOG can be formed by two-step etching of the hole 306a and the groove 308a.

【0078】なお、図3のフローでは、図3(a)工程
でホールエッチングを行ってから図3(e)工程で溝エ
ッチングを行っているが、反対に溝エッチングを先に行
ってからホールエッチングを行ってもよい。
In the flow of FIG. 3, the hole etching is performed in the step of FIG. 3 (a), and then the groove etching is performed in the step of FIG. 3 (e). Etching may be performed.

【0079】使用するガスとしては、O2の代わりに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と共に供給してもよ
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 which supplies oxygen by dissociating in plasma may be used, or may be supplied together with O 2 . However, in this case, it goes without saying that a suitable 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.

【0080】〈実施例4〉実施例1の試料106となる
下地層201には、図4(a)に示したように、予め半
導体基板に半導体素子(不図示)が形成され、かつ、そ
の表面には電極400が形成されており電極の周囲は絶
縁層401で覆われ平坦化されているものを使用する。
この下地層上に層間絶縁膜を形成したものを試料とす
る。
<Embodiment 4> As shown in FIG. 4A, a semiconductor element (not shown) is previously formed on a semiconductor substrate in a base layer 201 serving as the sample 106 of Embodiment 1, and An electrode 400 is formed on the surface, and the periphery of the electrode is covered with an insulating layer 401 and flattened.
A sample in which an interlayer insulating film is formed on this underlayer is used as a sample.

【0081】この試料106に実施例1のデュアルダマ
シンエッチング方法で溝210a及びホール206bを
一体的に形成した。
A groove 210a and a hole 206b were integrally formed on the sample 106 by the dual damascene etching method of the first embodiment.

【0082】次いで、図4(b)に示したように、これ
ら溝210a及びホール206bに導体層402として
Cuを埋込み配線回路を形成し半導体装置を製造した。
Next, as shown in FIG. 4B, a wiring circuit was formed by embedding Cu as the conductor layer 402 in the groove 210a and the hole 206b to manufacture a semiconductor device.

【0083】[0083]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明により、低
誘電率有機SOG膜を用いたデュアルダマシン構造を容易
に形成することが可能となった。これによって、信頼性
の高い高密度配線構造体を有する半導体装置の製造を容
易に実現することができる。
As described in detail above, according to the present invention, a dual damascene structure using a low dielectric constant organic SOG film can be easily formed. Thus, it is possible to easily manufacture a semiconductor device having a highly reliable high-density wiring structure.

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

【図1】本発明の実施例に使用する平板アンテナ型UH
F帯ECRプラズマエッチング装置の概略図。
FIG. 1 shows a flat antenna type UH used in an embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a schematic diagram of an F-band ECR plasma etching apparatus.

【図2】本発明の一実施例となる絶縁層に中間絶縁層が
ある場合のデュアルダマシン構造を形成するエッチング
工程図。
FIG. 2 is an etching process diagram for forming a dual damascene structure when an insulating layer has an intermediate insulating layer according to one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例となる絶縁層に中間絶縁層が
ない場合のデュアルダマシン構造を形成するエッチング
工程図。
FIG. 3 is an etching process diagram for forming a dual damascene structure in the case where the insulating layer according to one embodiment of the present invention has no intermediate insulating layer.

【図4】本発明の一実施例となる半導体装置の製造工程
図。
FIG. 4 is a manufacturing process diagram of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…エッチング室、 102…アンテ
ナ、103…Siシャワープレート、 104…コ
イル、105…下部電極、 106…
試料、201…下地層、 202…
Si34、203…有機SOG、 20
4…Si34、205…レジスト、
206…ホールパターン、207…有機SOG、
208…Si34、209…レジスト、
210…溝パターン、210a…溝、
206b…ホール、301…下地
層、 302…Si34、303…
有機SOG、 304…Si34、30
5…レジスト、 306…ホールパタ
ーン、307…レジスト、 308…
溝パターン、306a…ホール、 3
08a…溝。
101: etching chamber, 102: antenna, 103: Si shower plate, 104: coil, 105: lower electrode, 106:
Sample, 201: Underlayer, 202:
Si 3 N 4 , 203 ... organic SOG, 20
4 ... Si 3 N 4, 205 ... resist,
206: hole pattern, 207: organic SOG,
208: Si 3 N 4 , 209: resist,
210: groove pattern, 210a: groove,
206 b ... hole, 301 ... base layer, 302 ... Si 3 N 4, 303 ...
Organic SOG, 304 ... Si 3 N 4 , 30
5 ... resist, 306 ... hole pattern, 307 ... resist, 308 ...
Groove pattern, 306a ... hole, 3
08a ... groove.

フロントページの続き (72)発明者 辻本 和典 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Fターム(参考) 4M104 CC01 DD08 DD16 DD20 EE18 HH14 5F004 BA14 BA20 BB11 BB13 BB18 BB22 BB23 BB25 BB26 BB28 CA02 CA06 DA00 DA23 DA26 DB03 DB07 DB24 EA07 EA15 EA23 EA33 EB02 5F033 MM02 QQ15 QQ25 QQ28 QQ30 QQ37 RR04 RR06 RR09 RR25 SS04 SS11 SS21 TT04 WW05 WW06 XX03 Continuing from the front page (72) Inventor Kazunori Tsujimoto 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo F-term in Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. 4M104 CC01 DD08 DD16 DD20 EE18 HH14 5F004 BA14 BA20 BB11 BB13 BB18 BB22 BB23 BB25 BB26 BB28 CA02 CA06 DA00 DA23 DA26 DB03 DB07 DB24 EA07 EA15 EA23 EA33 EB02 5F033 MM02 QQ15 QQ25 QQ28 QQ30 QQ37 RR04 RR06 RR09 RR25 SS04 SS11 SS21 TT04 WW05 WW06 XX03

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】平板アンテナ型のUHF帯ECRプラズマエッチ
ング装置を用いて、第1の絶縁膜と中間絶縁層を介して
第2の絶縁膜とを有する絶縁層にホールと溝とからなる
デュアルダマシン構造を形成するエッチング方法であっ
て、前記第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜をエッチングす
る工程においては前記プラズマエッチング装置に供給す
る酸素ガス流量に対するエッチングガス流量の比率を
0.7〜1.3とし、前記中間絶縁層をエッチングスト
ッパーとして前記第2の絶縁膜に溝を形成した後に、前
記中間絶縁層をマスクとして前記第1の絶縁膜にホール
を形成することを特徴とするデュアルダマシンエッチン
グ方法。
1. A dual damascene comprising holes and grooves in an insulating layer having a first insulating film and a second insulating film via an intermediate insulating layer, using a flat antenna type UHF band ECR plasma etching apparatus. An etching method for forming a structure, wherein in the step of etching the first insulating film and the second insulating film, a ratio of an etching gas flow rate to an oxygen gas flow rate supplied to the plasma etching apparatus is 0.7 to 1; .3, wherein a groove is formed in the second insulating film using the intermediate insulating layer as an etching stopper, and then a hole is formed in the first insulating film using the intermediate insulating layer as a mask. Etching method.
【請求項2】平板アンテナ型のUHF帯ECRプラズマエッチ
ング装置を用いて、中間絶縁層を有せず少なくとも第1
の絶縁層にホールと溝とからなるデュアルダマシン構造
を形成するエッチング方法であって、前記プラズマエッ
チング装置に供給する酸素ガス流量に対するエッチング
ガス流量の比率を、溝のエッチング工程においては1.
0〜1.3、ホールのエッチング工程においては0.7
〜1.0とし、かつ、ホールのエッチング工程よりも溝
のエッチング工程の流量比を大とすることを特徴とする
デュアルダマシンエッチング方法。
2. The method according to claim 1, wherein a UHF band ECR plasma etching apparatus of a flat antenna type is used.
An etching method for forming a dual damascene structure including holes and grooves in the insulating layer, wherein the ratio of the etching gas flow rate to the oxygen gas flow rate supplied to the plasma etching apparatus is set to 1.
0 to 1.3, 0.7 in the hole etching step
A dual damascene etching method, wherein the flow rate ratio in the groove etching step is larger than that in the hole etching step.
【請求項3】前記プラズマエッチング装置に供給するエ
ッチングガスとして、炭素、フッ素及び水素の少なくと
も1種の元素を含むガスを用いることを特徴とする請求
項1もしくは2記載のデュアルダマシンエッチング方
法。
3. The dual damascene etching method according to claim 1, wherein a gas containing at least one element of carbon, fluorine and hydrogen is used as an etching gas supplied to said plasma etching apparatus.
【請求項4】前記プラズマエッチング装置に供給する酸
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エーテル系含フッ素化合物及びカ
ルボニル系含フッ素化合物の少なくとも1種からなるガ
スを用いることを特徴とする請求項1もしくは2記載の
デュアルダマシンエッチング方法。
4. A gas comprising at least one of an ether-based fluorinated compound and a carbonyl-based fluorinated compound capable of supplying oxygen by dissociation in plasma is used as a gas replacing the oxygen gas supplied to the plasma etching apparatus. 3. The dual damascene etching method according to claim 1, wherein:
【請求項5】前記プラズマエッチング装置に供給するエ
ッチングガス及び酸素ガスもしくは酸素ガスに代替する
ガスをAr稀釈することを特徴とする請求項1もしくは
2記載のデュアルダマシンエッチング方法。
5. The dual damascene etching method according to claim 1, wherein an etching gas supplied to the plasma etching apparatus and an oxygen gas or a gas substituted for the oxygen gas are diluted with Ar.
【請求項6】前記プラズマエッチング装置に供給するガ
スの圧力を3Pa以下とすることを特徴とする請求項1
記載のデュアルダマシンエッチング方法。
6. The method according to claim 1, wherein the pressure of the gas supplied to the plasma etching apparatus is 3 Pa or less.
The described dual damascene etching method.
【請求項7】前記プラズマエッチング装置に供給するガ
スの圧力を、溝を形成するエッチング工程においては3
Pa以下とし、ホールを形成するエッチング工程におい
ては1.5Pa以下とすることを特徴とする請求項2記
載のデュアルダマシンエッチング方法。
7. The pressure of a gas supplied to the plasma etching apparatus is set to 3 in the etching step for forming a groove.
3. The dual damascene etching method according to claim 2, wherein the pressure is set to be equal to or less than Pa and the etching step for forming the holes is set to be equal to or less than 1.5 Pa.
【請求項8】前記第1の絶縁膜と中間絶縁層を介して第
2の絶縁膜とを有する絶縁層を、Si34もしくはSi
2からなる中間絶縁層と、有機SOGからなる第1及
び第2の絶縁膜との積層構造としたことを特徴とする請
求項1記載のデュアルダマシンエッチング方法。
8. An insulating layer having said first insulating film and a second insulating film with an intermediate insulating layer interposed therebetween is formed of Si 3 N 4 or Si 3 N 4.
2. The dual damascene etching method according to claim 1, wherein a laminated structure of an intermediate insulating layer made of O 2 and first and second insulating films made of organic SOG is used.
【請求項9】前記デュアルダマシン構造を、有機SOG
からなる第1の絶縁層とその上に形成したSiO2の積
層構造で構成したことを特徴とする請求項2記載のデュ
アルダマシンエッチング方法。
9. The method according to claim 1, wherein the dual damascene structure is an organic SOG.
The first insulating layer and dual damascene etching method according to claim 2, characterized in that is constituted by a laminated structure of SiO 2 formed thereon composed of.
【請求項10】前記有機SOGは、−O−Si−O−の
主鎖に対し、側鎖に少なくともメチル基を有する比誘電
率が2.8以下の低比誘電率の有機SOGであることを
特徴とする請求項8もしくは9記載のデュアルダマシン
エッチング方法。
10. The organic SOG is a low-permittivity organic SOG having at least a methyl group in a side chain and a relative dielectric constant of 2.8 or less with respect to the main chain of —O—Si—O—. 10. The dual damascene etching method according to claim 8, wherein:
【請求項11】基板内に半導体素子が形成され、表面に
電極が露出した半導体基板上に、層間絶縁膜を形成する
工程と、前記層間絶縁膜にデュアルダマシンエッチング
方法により配線溝とコンタクトホールとを形成する工程
と、前記配線溝及びコンタクトホールとに導体層を埋め
込み配線構造体を形成する工程とを含む半導体装置の製
造方法であって、前記デュアルダマシンエッチング方法
を請求項1乃至10のいずれか一つに記載のデュアルダ
マシンエッチング方法で構成したことを特徴とする半導
体装置の製造方法。
11. A step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate on which a semiconductor element is formed and an electrode is exposed on the surface, and forming a wiring groove and a contact hole in said interlayer insulating film by a dual damascene etching method. 11. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a wiring structure; and embedding a conductive layer in the wiring groove and the contact hole to form a wiring structure, wherein the dual damascene etching method is performed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the dual damascene etching method according to any one of the above.
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