JP3190098B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3190098B2
JP3190098B2 JP07173392A JP7173392A JP3190098B2 JP 3190098 B2 JP3190098 B2 JP 3190098B2 JP 07173392 A JP07173392 A JP 07173392A JP 7173392 A JP7173392 A JP 7173392A JP 3190098 B2 JP3190098 B2 JP 3190098B2
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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、半導体装置の製造方法
に係わり、特に接続孔の埋め込み方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for filling a connection hole.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、コンピュ−タ−や通信機器の重要
部分には、多数のトランジスタや抵抗等を電気回路を達
成するようにむすびつけ、1チップ上に集積化して形成
した大規模集積回路(LSI)が多用されている。この
ため、機器全体の性能は、LSI単体の性能と大きく結
び付いている。
2. Description of the Related Art In recent years, large-scale integrated circuits (ICs) formed by integrating a large number of transistors, resistors, and the like into an important part of a computer or a communication device so as to achieve an electric circuit are integrated on one chip. LSI) is frequently used. For this reason, the performance of the entire device is greatly related to the performance of the LSI alone.

【0003】LSI単体の性能向上は、集積度を高める
こと、つまり、素子の微細化により実現できる。素子の
微細化が進むと、コンタクトホ−ルやヴィアホ−ル等の
接続孔の径が小さくなるため、接続孔のアスペクト比が
高くなる。この結果、スパッタ蒸着により接続孔をAl
膜で埋め込もうとすると、接続孔の底部の側壁における
Al膜の膜厚が薄くなるため、断線不良が生じるという
問題があった。また、Al膜は反射率が高いため、レジ
ストパタ−ンの寸法精度が悪くなるという問題があっ
た。
[0003] The performance of an LSI alone can be improved by increasing the degree of integration, that is, by miniaturizing elements. As the element becomes finer, the diameter of the contact hole such as a contact hole or via hole becomes smaller, and the aspect ratio of the contact hole becomes higher. As a result, the connection hole is formed by Al
If the film is buried, the thickness of the Al film on the side wall at the bottom of the connection hole becomes thin, which causes a problem of disconnection failure. Further, since the Al film has a high reflectance, there is a problem that the dimensional accuracy of the resist pattern is deteriorated.

【0004】即ち、図17(a)に示すように、基板4
1上に形成された層間絶縁膜42の接続孔45が平坦で
ないAl膜43で埋め込まれると、平坦でない部分に入
射する露光光46の反射光47により、露光されるべき
ない部分、この場合では接続孔45上のレジスト44が
露光されてしまう。
[0004] That is, as shown in FIG.
When the connection hole 45 of the interlayer insulating film 42 formed on the substrate 1 is buried with the uneven Al film 43, the portion not to be exposed by the reflected light 47 of the exposure light 46 incident on the uneven portion, in this case, The resist 44 on the connection hole 45 is exposed.

【0005】この結果、図17(b)に示すように、接
続孔45上でレジストパタ−ン48が所定寸法より小さ
くなるという問題が生じる。そこで、選択CVD法を用
いて接続孔に金属、特にタングステン(W)を埋め込む
ことで埋め込み形状を平坦化する試みがなされている。
As a result, as shown in FIG. 17B, there arises a problem that the resist pattern 48 on the connection hole 45 becomes smaller than a predetermined size. Therefore, an attempt has been made to bury a metal, particularly tungsten (W), in the connection hole by using a selective CVD method to flatten the buried shape.

【0006】しかしながら、この種の方法により、深さ
の異なる接続孔を埋め込むには、図18(a)に示すよ
うに、Wの埋め込み量を浅い方の接続孔45bに合わせ
るか、又は図18(b)に示すように、深い方の接続孔
45aに合わせることになる。Wの埋め込み量を浅い方
の接続孔45bに合わせた場合には、深い方の接続孔4
5aの上面までWを埋め込めなくなり、一方、深い方に
合わせた場合には、Wが浅い方の接続孔から溢れてしま
うという問題があった。
However, in order to embed connection holes having different depths by this kind of method, as shown in FIG. 18A, the amount of W to be buried is adjusted to the shallower connection hole 45b, or FIG. As shown in (b), it is aligned with the deeper connection hole 45a. When the buried amount of W is adjusted to the shallower connection hole 45b, the deeper connection hole 4b is formed.
W cannot be buried up to the upper surface of 5a. On the other hand, if it is adjusted to the deeper side, there is a problem that W overflows from the shallower connection hole.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のス
パッタ法を用いた接続孔の埋め込み方法では、接続孔の
底部の側壁におけるAl膜の膜厚が薄くなるため、断線
不良が生じるという問題があった。また、選択CVD法
を用いた接続孔の埋め込み方法では、深さが異なる接続
孔があると、全ての接続孔をその上面までWで埋め込む
ことができないという問題があった。
As described above, in the conventional method of filling the connection holes using the sputtering method, the thickness of the Al film on the side wall at the bottom of the connection holes becomes thin, so that a disconnection failure occurs. was there. Further, in the method of filling the connection holes using the selective CVD method, if there are connection holes having different depths, there is a problem that not all the connection holes can be filled with W to the upper surface.

【0008】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、断線等による信頼性の
低下を招くこと無く、深さの異なる接続孔を全てその上
面までWで埋め込むことができる半導体装置の製造方法
を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to provide a method in which all connection holes having different depths are formed by W to the upper surface without lowering the reliability due to disconnection or the like. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device which can be embedded.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、塩素と
六弗化硫黄と酸素とを有するエッチングガスを用いたこ
とにある。
The gist of the present invention resides in that an etching gas containing chlorine, sulfur hexafluoride and oxygen is used.

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【0012】[0012]

【0013】上記目的を達成するために、本発明の半導
体装置の製造方法は、基板上に設けられた絶縁膜に深さ
が異なる複数の接続孔を形成する工程と、選択CVD法
を用いて最も深い接続孔の上面までタングステン膜が充
填されるべく前記接続孔内にタングステン膜を選択的に
形成する工程と、前記絶縁膜上に前記タングステン膜が
覆われるようにレジストを塗布する工程と、塩素と六弗
化硫黄と酸素とを有するエッチングガスを放電させて前
記タングステン膜と前記レジストとをエッチングし、前
記接続孔に前記タングステン膜を埋め込む工程とを備
え、前記レジストのエッチングの際に生じる一酸化炭素
の発光の強度から前記レジストの消失を検出することを
特徴とする。
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises the steps of: forming a plurality of connection holes having different depths in an insulating film provided on a substrate; Selectively forming a tungsten film in the connection hole so that the tungsten film is filled up to the upper surface of the deepest connection hole by using a selective CVD method, and forming a resist so that the tungsten film is covered on the insulating film. And etching the tungsten film and the resist by discharging an etching gas containing chlorine, sulfur hexafluoride, and oxygen, and embedding the tungsten film in the connection holes, the resist Detecting the disappearance of the resist from the intensity of emission of carbon monoxide generated during the etching of the resist.

【0014】なお、前記タングステン膜及び前記レジス
トとのエッチングは、反応容器内に前記半導体基板を収
容し、前記反応容器に高周波電力を与えて前記エッチン
グガスを放電させ、且つ前記高周波電力の電力密度をP
o (W/cm2 ),前記反応容器内の圧力Pr (mTo
rr),前記接続孔の直径をR(μm),前記接続孔の
上面から溢れるタングステン膜の厚さをF(μm)とし
た場合に、前記塩素の流量と前記六弗化硫黄の流量と前
記酸素の流量とを、 -240Po+0.44Pr-0.8[( Cl2 の流量 )÷{(Cl2 の流量)+( SF6 の流量) +( O2 の流量)}]+115-28.8{(F+R)÷F} ≦(O2 の流量) ÷{(Cl2 の流量)+( SF6 の流量)+(O2 の流量)} ≦-240Po+0.44Pr-0.8[( Cl2 の流量 )÷{(Cl2 の流量)+( SF6 の流量) +( O2 の流量)}]+115+11.1{(F-0.05) ÷F} に設定して行なうことが望ましい。
The etching of the tungsten film and the resist is performed by accommodating the semiconductor substrate in a reaction vessel, applying a high-frequency power to the reaction vessel to discharge the etching gas, and a power density of the high-frequency power. To P
o (W / cm 2 ), pressure Pr (mTo
rr), when the diameter of the connection hole is R (μm) and the thickness of the tungsten film overflowing from the upper surface of the connection hole is F (μm), the flow rate of the chlorine, the flow rate of the sulfur hexafluoride, and The oxygen flow rate is -240Po + 0.44Pr-0.8 [(Cl 2 flow rate) ÷ {(Cl 2 flow rate) + (SF 6 flow rate) + (O 2 flow rate)}] + 115-28.8 {( F + R) ÷ F} ≦ (O 2 flow rate) ÷ {(Cl 2 flow rate) + (SF 6 flow rate) + (O 2 flow rate)} ≦ −240Po + 0.44Pr-0.8 [(Cl 2 flow rate It is desirable that the flow rate is set at (flow rate) ÷ {(flow rate of Cl 2 ) + (flow rate of SF 6 ) + (flow rate of O 2 )}] + 115 + 11.1 {(F−0.05) ÷ F}.

【0015】また、上記エッチングのおいて、塩素と六
弗化硫黄と酸素とを有するエッチングガスの代わりに、
少なくとも六弗化硫黄と酸素とを有するエッチングガス
を用いた場合には、前記六弗化硫黄の流量と前記酸素の
流量とを、 -240Po+0.38Pr+210-28.8{[ (F+R)÷F } ≦(O2 の流量) ÷{(SF6 の流量)+(O2 の流量)} ≦-240Po+0.38Pr+210+11.1{ (F-0.05)÷F } また、少なくとも六弗化硫黄と酸素とを有するエッチン
グガスの代わりに、少なくとも塩素と六弗化硫黄とを有
するエッチングガスを用いても良い。
In the above etching, instead of an etching gas containing chlorine, sulfur hexafluoride and oxygen,
When an etching gas having at least sulfur hexafluoride and oxygen is used, the flow rate of the sulfur hexafluoride and the flow rate of the oxygen are calculated as follows: -240Po + 0.38Pr + 210-28.8 {[(F + R) ÷ F} ≦ (O 2 flow rate) ÷ {((SF 6 flow rate) + (O 2 flow rate)} ≦ −240Po + 0.38Pr + 210 + 11.1 {(F-0.05) ÷ F} Instead of the etching gas containing sulfur fluoride and oxygen, an etching gas containing at least chlorine and sulfur hexafluoride may be used.

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【0018】[0018]

【0019】[0019]

【作用】本発明の半導体装置の製造方法(請求項1)
は、塩素と六弗化硫黄と酸素とを有するエッチングガス
を用いてW膜とレジストとをエッチングしている。この
とき、レジストの炭素原子と酸素ラジカルとが結合して
一酸化炭素が生成され、この一酸化炭素に起因する発光
光が放電中に発生する。この一酸化炭素の発光光の強度
(発光強度)は、レジストの残量に依存する。即ち、レ
ジストの消失は、基本的には基板上のある部分より始ま
り、その後、基板全体に広がる傾向があるため、発光強
度は、レジストの消失が基板全体に広がるに従い弱くな
り、そして、レジストが消失した時点で一定になる。し
たがって、発光強度をモニタすることで、レジストの消
失した時点が分かるので、W膜のオ−バ−エッチングを
防止でき、良好な埋めこみ形状が容易に得られる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (claim 1) , the W film and the resist are etched using an etching gas containing chlorine, sulfur hexafluoride, and oxygen. At this time, carbon atoms of the resist are combined with oxygen radicals to generate carbon monoxide, and emission light due to the carbon monoxide is generated during discharge. The intensity of the emitted light (emission intensity) of carbon monoxide depends on the remaining amount of the resist. That is, since the disappearance of the resist basically starts from a certain portion on the substrate and thereafter tends to spread over the entire substrate, the emission intensity becomes weaker as the loss of the resist spreads over the entire substrate, and It becomes constant at the time of disappearance. Therefore, by monitoring the light emission intensity, it is possible to know the point at which the resist has disappeared, so that over-etching of the W film can be prevented, and a good embedded shape can be easily obtained.

【0020】[0020]

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図1は、本発明の第1の実施例に係るマグネトロン
放電を利用したドライエッチング装置の概略構成図であ
る。
Embodiments will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a dry etching apparatus using a magnetron discharge according to a first embodiment of the present invention.

【0021】このエッチング装置のエッチング室2内の
底部には、陰極板7が設けられている。この陰極板7
は、絶縁部材15によりエッチング室2を構成する反応
容器1に固定されている。陰極板7には、マッチング回
路8を介して電源9から13.56MHzの高周波電力
が与えられている。また、陰極板7には、冷却管10
a,10bが設けられており、冷却管10aから冷却管
10bに向かって流れる溶媒により、陰極板7の温度制
御がなされている。なお、冷却管10bは、陰極板7に
高周波電力を与えるためのリ−ド線の役割も果たしてい
る。また、陰極板7上には、ポリイミド膜11に挾持さ
れた銅板12が貼着されている。この銅板12には、電
源13から4kVの電圧が印加されている。この結果、
被処理基板17は、静電気力により陰極板7に吸着され
固定される。
A cathode plate 7 is provided at the bottom of the etching chamber 2 of the etching apparatus. This cathode plate 7
Is fixed to the reaction vessel 1 constituting the etching chamber 2 by the insulating member 15. 13.56 MHz high frequency power is supplied to the cathode plate 7 from the power supply 9 via the matching circuit 8. The cathode plate 7 has a cooling pipe 10
a, 10b are provided, and the temperature of the cathode plate 7 is controlled by a solvent flowing from the cooling pipe 10a toward the cooling pipe 10b. The cooling pipe 10b also serves as a lead wire for supplying high-frequency power to the cathode plate 7. A copper plate 12 sandwiched between polyimide films 11 is adhered on the cathode plate 7. A voltage of 4 kV is applied to the copper plate 12 from a power supply 13. As a result,
The substrate 17 to be processed is attracted and fixed to the cathode plate 7 by electrostatic force.

【0022】一方、エッチング室2の上壁は、陽極板1
8となっている。この陽極板18には、反応ガスを導入
するためのガス導入口3が設けられている。このガス導
入口3を介してエッチング室2内に導入された反応ガス
は排気口4から室外に排気される。
On the other hand, the upper wall of the etching chamber 2 is
It is 8. The anode plate 18 is provided with a gas inlet 3 for introducing a reaction gas. The reaction gas introduced into the etching chamber 2 through the gas inlet 3 is exhausted from the exhaust port 4 to the outside of the chamber.

【0023】また、エッチング室2の外部には、複数の
永久磁石5とこれら永久磁石5を回転駆動するための駆
動機構6とで構成された磁場発生器が設けられ、これに
より、陰極板7と陽極板18と間の空間に磁場が形成さ
れる。
Outside the etching chamber 2, a magnetic field generator comprising a plurality of permanent magnets 5 and a driving mechanism 6 for rotating these permanent magnets 5 is provided. A magnetic field is formed in a space between the anode and the anode plate 18.

【0024】なお、図中、14は被処理基板17の裏面
にガスを導入して被処理基板17の温度制御をするため
のガス導入管、16は静電チャックの銅板12のリード
と陰極板7とが電気的に接続されるのを防止するための
絶縁部材を示している。次に上記のように構成されたエ
ッチング装置を用いたW膜の平坦化の方法を図2の工程
断面図を用いて説明する。
In the drawing, reference numeral 14 denotes a gas introduction pipe for introducing a gas into the back surface of the substrate 17 to control the temperature of the substrate 17, and 16 denotes a lead of the copper plate 12 of the electrostatic chuck and a cathode plate. 7 shows an insulating member for preventing electrical connection between the power supply 7 and the power supply 7. Next, a method of flattening the W film using the etching apparatus configured as described above will be described with reference to the process sectional view of FIG.

【0025】まず、図2(a)に示すように、所望の素
子加工が施された基板21上にW膜22を堆積する。こ
こで、W膜22の表面形状は、下地等の影響、例えば、
配線等の影響で凹凸になっている。次に図2(b)に示
すように、W膜22上にレジスト23を塗布して基板表
面を平坦にする。
First, as shown in FIG. 2A, a W film 22 is deposited on a substrate 21 on which desired element processing has been performed. Here, the surface shape of the W film 22 depends on the influence of a base or the like, for example,
The surface is uneven due to wiring and the like. Next, as shown in FIG. 2B, a resist 23 is applied on the W film 22 to flatten the substrate surface.

【0026】次に基板21を図1のエッチング装置の陰
極板7に載置した後、Cl2 ガスとSF6 ガスとを用い
てW膜22,レジスト23のエッチングを行なう。ここ
で、Cl2 ガスとSF6 ガスとを用いたのは、これらガ
スを利用することでW膜22のレジスト23に対する選
択比を1.0にできるからである。図3は、このことを
表しているSF6 濃度とエッチング速度との関係を示す
特性図である。ここで、SF6 濃度は次式のように定義
されている。 ( SF6 の濃度)=( SF6 の濃度) ÷100{(Cl 2 の流量)+(
SF6 の流量)}
Next, after the substrate 21 is placed on the cathode plate 7 of the etching apparatus of FIG. 1, the W film 22 and the resist 23 are etched using Cl 2 gas and SF 6 gas. Here, Cl 2 gas and SF 6 gas are used because the selectivity of the W film 22 to the resist 23 can be set to 1.0 by using these gases. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the SF 6 concentration and the etching rate, indicating this. Here, the SF 6 concentration is defined as in the following equation. (Concentration of SF 6 ) = (concentration of SF 6 ) ÷ 100 {(flow rate of Cl 2 ) + (
SF 6 flow rate)}

【0027】この図からWのエッチング速度はSF6
濃度の増加により急激に大きくなっていることが分か
る。これはWが主としてFラジカルによりエッチングさ
れるからだと考えられる。また、この図からレジストの
エッチング速度がSF6 濃度の増加に対して緩やかに大
きくなっていることが分かる。これはFラジカルによる
レジスト中の水素原子の引き抜き効果の促進が原因だと
考えられる。そして、Wのエッチング速度とレジストの
エッチング速度とを比べると、最初は、レジストのエッ
チング速度の方がWのエッチング速度より大きいが、S
6 の濃度が80%程度以上になるとWのエッチング速
度の方がレジストのエッチング速度より大きくなること
が分かる。したがって、SF6 の濃度を調整することで
Wとレジストとの選択比を1.0にすることができる。
本実施例では、W膜22のレジスト23に対する選択比
を1.0にするために次のような条件でエッチングを行
なった。
From this figure, it can be seen that the etching rate of W sharply increases as the concentration of SF 6 increases. This is probably because W is mainly etched by F radicals. Further, it can be seen from this figure that the etching rate of the resist gradually increases as the SF 6 concentration increases. This is considered to be due to the promotion of the effect of extracting the hydrogen atoms in the resist by the F radicals. When the etching rate of W is compared with the etching rate of the resist, the etching rate of the resist is initially higher than the etching rate of W.
It can be seen that when the concentration of F 6 is about 80% or more, the etching rate of W becomes higher than the etching rate of the resist. Therefore, by adjusting the concentration of SF 6 , the selectivity between W and the resist can be made 1.0.
In this embodiment, etching was performed under the following conditions in order to set the selectivity of the W film 22 to the resist 23 to 1.0.

【0028】即ち、エッチング室2内を75mTor
r,基板温度を45℃に設定し、ガス導入管3から流量
20SCCMのCl2 ガスと流量80SCCMのSF6
ガスとをエッチング室2内に導入すると共に、RF電力
密度が0.58W/cm2 となる電圧を陰極板7に印加
し、基板21上の水平磁束密度を120Gaussに設
定した。このような条件下で、レジスト23が消失する
までエッチングを行なうと、図2(c)に示すように、
表面が平坦なW膜22が得られる。かくして本実施例に
よれば、Cl2 ガス,SF6 ガスとを用いることで、表
面に凹凸があるW膜22を容易に平坦化できる。図4
は、本発明の第2の実施例に係る接続孔の埋め込み方法
を説明するための工程断面図である。まず、図4(a)
に示すように、所望の素子加工が施された基板31上に
層間絶縁膜32を堆積した後、接続孔33を形成する。
次に図4(b)に示すように、選択CVD法を用いて接
続孔33をW膜34で埋め込んだ後、全面にレジスト3
5を塗布する。
That is, the inside of the etching chamber 2 is 75 mTorr.
r, the substrate temperature was set to 45 ° C., and Cl 2 gas at a flow rate of 20 SCCM and SF 6 at a flow rate of 80 SCCM were supplied from the gas inlet tube 3.
Gas was introduced into the etching chamber 2 and the RF power density was 0.58 W / cm 2. Is applied to the cathode plate 7, and the horizontal magnetic flux density on the substrate 21 is set to 120 Gauss. When etching is performed under these conditions until the resist 23 disappears, as shown in FIG.
A W film 22 having a flat surface is obtained. Thus, according to the present embodiment, by using the Cl 2 gas and the SF 6 gas, the W film 22 having the unevenness on the surface can be easily flattened. FIG.
FIG. 4 is a process cross-sectional view for explaining a method of burying a connection hole according to a second embodiment of the present invention. First, FIG.
As shown in (1), after an interlayer insulating film 32 is deposited on a substrate 31 on which desired element processing has been performed, a connection hole 33 is formed.
Next, as shown in FIG. 4B, after the connection hole 33 is filled with a W film 34 by using a selective CVD method, a resist 3 is formed on the entire surface.
5 is applied.

【0029】次に基板31を図1のエッチング装置の陰
極板7に載置する。そして、ガス導入口3からCI2
ス,SF6 ガスをそれぞれ流量20SCCM、80SC
CM導入し、RF電力密度を0.58W/cm2 ,エッ
チング室2の圧力を75mTorr,基板上での水平磁
束密度を120Gauss、基板温度を45℃に設定し
て、レジスト35が消失するまでをエッチングを行な
う。この結果、図4(c)に示すように、接続孔33か
ら溢れたW膜32が除去され、層間絶縁膜32の表面は
平坦になる。
Next, the substrate 31 is placed on the cathode plate 7 of the etching apparatus shown in FIG. Then, CI 2 gas and SF 6 gas are supplied from the gas inlet 3 at flow rates of 20 SCCM and 80 SCCM, respectively.
CM was introduced and the RF power density was reduced to 0.58 W / cm 2 The pressure in the etching chamber 2 is set to 75 mTorr, the horizontal magnetic flux density on the substrate is set to 120 Gauss, the substrate temperature is set to 45 ° C., and etching is performed until the resist 35 disappears. As a result, as shown in FIG. 4C, the W film 32 overflowing from the connection hole 33 is removed, and the surface of the interlayer insulating film 32 becomes flat.

【0030】また、接続孔の深さが異なる場合でも、図
5(a)に示すように、深い方の接続孔33aに合わせ
てW膜32を選択成長させた後、全面にレジスト33を
塗布し、続いて、上記エッチング条件でレジスト35が
無くなるまでエッチングを行なえば、図5(b)に示す
ように、接続孔33,33aの上面までW膜32を埋め
込むことができる。なお、深さが異なる接続孔が3つ以
上ある場合でも、最も深い接続孔に合わせてW膜を選択
成長させれば、同様に全ての接続孔の上面までW膜32
を埋め込むことができる。
Even if the depths of the connection holes are different, as shown in FIG. 5A, after selectively growing the W film 32 in accordance with the deeper connection holes 33a, a resist 33 is applied to the entire surface. Then, if the etching is performed under the above-mentioned etching conditions until the resist 35 disappears, as shown in FIG. 5B, the W film 32 can be buried up to the upper surfaces of the connection holes 33 and 33a. Even when there are three or more connection holes having different depths, if the W film is selectively grown in accordance with the deepest connection hole, the W film 32 is similarly formed up to the upper surfaces of all the connection holes.
Can be embedded.

【0031】かくして本実施例によれば、深さが異なる
接続孔がある場合でも、全ての接続孔の上面までW膜を
埋め込むことができ、断線不良等を招かない良好な埋め
込み形状が得られる。また、この上にAl配線等の金属
配線を形成しても下地が平坦なため、段差等がない良好
な配線形状とすることができる。次にWのレジストに対
する選択比を1.0にするためのSF6 濃度の選びかた
を説明する。
Thus, according to the present embodiment, even when there are connection holes having different depths, the W film can be buried up to the upper surfaces of all the connection holes, and a good buried shape which does not cause a disconnection failure or the like can be obtained. . Further, even if a metal wiring such as an Al wiring is formed thereon, the base is flat, so that a favorable wiring shape without steps or the like can be obtained. Next, how to select the SF 6 concentration for setting the selection ratio of W to the resist at 1.0 will be described.

【0032】図6は、図1のエッチング装置を用いて調
べたWのレジストに対する選択比が1.0になるSF6
濃度とエッチング室の圧力との関係を示すグラフであ
る。これはRF電力密度を0.58W/cm2 に固定し
て調べたものである。また、他の条件、即ち、基板上で
の水平磁束密度,基板温度,RF周波数はそれぞぞれ1
20Gauss,45℃,13.56MHzとした。
FIG. 6 shows SF 6 having a selectivity of W to the resist of 1.0, which was examined using the etching apparatus of FIG.
4 is a graph showing a relationship between a concentration and a pressure in an etching chamber. This reduces the RF power density to 0.58 W / cm 2 This was fixed and examined. The other conditions, that is, the horizontal magnetic flux density on the substrate, the substrate temperature, and the RF frequency are each 1
20 Gauss, 45 ° C., 13.56 MHz.

【0033】また、図7は、図1のエッチング装置を用
いて調べたWのレジストに対する選択比が1.0になる
SF6 濃度とRF電力密度との関係を示すグラフであ
る。これはエッチング室内の圧力を75mTorrに固
定して調べたものである。他の条件は図6の場合と同じ
である。これらの2つのグラフを基にして、Wのレジス
トに対する選択比が1.0になるSF6 の濃度を、エッ
チング室内の圧力とRF電力密度とを用いて表すと、 ( SF6 の濃度)=100Po-0.5Pr+50 ・・・(1) となる。ここで、PoはW/cm2 の単位で表されるRF
電力密度であり、PrはmTorrの単位で表されるエッ
チング室内の圧力である。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the RF power density and the SF 6 concentration at which the selectivity of W to the resist was 1.0, which was examined using the etching apparatus of FIG. This was obtained by fixing the pressure in the etching chamber at 75 mTorr. Other conditions are the same as those in FIG. Based on these two graphs, when the concentration of SF 6 at which the selectivity of W to the resist is 1.0 is expressed by using the pressure in the etching chamber and the RF power density, (concentration of SF 6 ) = 100Po-0.5Pr + 50 (1) Where Po is RF expressed in units of W / cm 2
The power density, and Pr is the pressure in the etching chamber expressed in units of mTorr.

【0034】図8には、SF6 ガスとO2 ガスとの混合
ガスを用いた場合(曲線b)と、Cl2 ガスとSF6
スとO2 ガスとの混合ガスを用いた場合(曲線a)のそ
れぞれのエッチング時間とW膜との関係を示す図が示さ
れている。
FIG. 8 shows a case where a mixed gas of SF 6 gas and O 2 gas is used (curve b) and a case where a mixed gas of Cl 2 gas, SF 6 gas and O 2 gas is used (curve). A diagram showing the relationship between each etching time and the W film in a) is shown.

【0035】試料は、厚さ0.5μmの酸化膜に接続孔
を開孔し、Wを1.0μm堆積した後に、レジストを表
面が平坦になるように塗布して作成した。この試料をS
6ガスとO2 ガスとの混合ガス,Cl2 ガスとSF6
ガスとO2 ガスとの混合ガスでそれぞれエッチングし
た。
The sample was prepared by forming a connection hole in an oxide film having a thickness of 0.5 μm, depositing 1.0 μm of W, and then applying a resist so that the surface becomes flat. This sample is called S
Mixed gas of F 6 gas and O 2 gas, Cl 2 gas and SF 6 gas
Etching was performed using a mixed gas of a gas and an O 2 gas.

【0036】SF6 ガスとO2 ガスとの混合ガスを用い
た場合のエッチング条件は、SF6ガスの流量を50S
CCM,O2 ガスの流量を50SCCMとし、陰極板7
にRF電力密度が0.75W/cm2 (RFパワ−=3
00W)となる電圧を印加し、エッチング室内の圧力を
50mTorrに調整し、基板上での水平磁束密度を1
20Gaussに設定し、基板温度を65℃に加熱し
た。
The etching conditions in the case of using the mixed gas of SF 6 gas and O 2 gas, 50S the flow rate of the SF 6 gas
The flow rate of CCM and O 2 gas is set to 50 SCCM, and the cathode plate 7
RF power density is 0.75 W / cm 2 (RF power = 3
00W), the pressure in the etching chamber was adjusted to 50 mTorr, and the horizontal magnetic flux density on the substrate was 1
20 Gauss was set and the substrate temperature was heated to 65 ° C.

【0037】また、Cl2 ガスとSF6 ガスとO2 ガス
との混合ガスを用いた場合のエッチング条件は、Cl2
ガスの流量を9SCCM,SF6 ガスの流量を36SC
CM,O2 ガスの流量を55SCCM、RF電力密度を
0.58W/cm2 (RFパワ−=234W),圧力を
200mTorr,水平磁束密度を120Gauss,
基板温度を45℃とした。
When a mixed gas of Cl 2 gas, SF 6 gas and O 2 gas is used, the etching condition is Cl 2 gas.
Gas flow rate is 9 SCCM, SF 6 gas flow rate is 36 SC
CM, O 2 gas flow rate is 55 SCCM, RF power density is 0.58 W / cm 2 (RF power = 234 W), pressure is 200 mTorr, horizontal magnetic flux density is 120 Gauss,
The substrate temperature was 45 ° C.

【0038】図8から分かるように、W膜厚が0.5μ
mとなる点がコンタクト深さに相当する位置でエッチン
グの終点の位置である。SF6 ガスとO2 ガスとの混合
ガスを用いた場合、Wのエッチング速度は、エッチング
終点までは500nm/min,終点からは1300n
m/minと著しく速くなっている。この傾向は電力密
度が小さくなると著しくなり、また、圧力が高くなって
も著しくなることが認められた。しかしながら、Cl2
ガスとSF6 ガスとO2 ガスとの混合ガスを用いた場合
は、エッチングの終点の前後でWのエッチング速度は変
わらずに、270nm/minとなる。即ち、SF6
スとO2 ガスとの混合ガスにCl2 ガスを添加したガス
を用いれば、エッチングの終点でWのエッチング速度の
変動を抑制することができる。このため、埋め込まれた
W膜の上面が接続孔の上面より凹むという問題を十分解
決することが可能である。
As can be seen from FIG. 8, the W film thickness is 0.5 μm.
The point indicated by m is the position corresponding to the contact depth and the position of the end point of the etching. When a mixed gas of SF 6 gas and O 2 gas is used, the etching rate of W is 500 nm / min until the etching end point, and 1300 n from the end point.
m / min. It has been recognized that this tendency becomes significant as the power density decreases, and also as the pressure increases. However, Cl 2
When a mixed gas of a gas, SF 6 gas, and O 2 gas is used, the etching rate of W does not change before and after the end point of the etching, and becomes 270 nm / min. That is, if a gas obtained by adding a Cl 2 gas to a mixed gas of the SF 6 gas and the O 2 gas is used, the fluctuation of the W etching rate at the end point of the etching can be suppressed. Therefore, it is possible to sufficiently solve the problem that the upper surface of the embedded W film is recessed from the upper surface of the connection hole.

【0039】また、本発明者等は、図4で説明した方法
でW膜をエッチバックし、この後、Alを蒸着してその
形状及び接続孔における抵抗を調べた。なお、接続孔の
直径を0.8μmとし、接続孔の上面から溢れるW膜の
厚さを0.5μmとした。
Further, the present inventors etched back the W film by the method described with reference to FIG. 4, and thereafter, deposited Al and examined its shape and the resistance in the connection hole. The diameter of the connection hole was 0.8 μm, and the thickness of the W film overflowing from the upper surface of the connection hole was 0.5 μm.

【0040】この結果、W膜の上面が接続孔の上面より
0.8μm以上凹むと、即ち、アスペクト比が1以上に
なると、Alの被覆形状が悪化し断線しやすくなり、且
つ抵抗も上昇し、デバイスとしては適さないことが分か
った。また、接続孔の直径を変えても、アスペクト比が
1以上になると、Alの被覆形状が悪化し、デバイスと
しては適さなくなること分かった。また、W膜の上面が
接続孔の上面より0.05μm以上出っ張ると、その出
っ張ったW膜の傾斜部でAIの被覆形状が悪化して断線
し易くなる。
As a result, when the upper surface of the W film is depressed by 0.8 μm or more from the upper surface of the connection hole, that is, when the aspect ratio becomes 1 or more, the Al coating shape is deteriorated, the wire is easily broken, and the resistance is increased. However, it turned out that it was not suitable as a device. Further, it was found that even when the diameter of the connection hole was changed, when the aspect ratio was 1 or more, the shape of Al coating deteriorated, and the device was not suitable for a device. If the upper surface of the W film protrudes from the upper surface of the connection hole by 0.05 μm or more, the shape of the AI coating deteriorates at the protruding inclined portion of the W film, and the wire is easily broken.

【0041】したがって、W膜の上面の位置としては、
接続孔の上面を基準として凹みが0.8μm以下、且つ
出っ張りが0.05μm以下でなくてはならない。W膜
の凹みが0.8μm以下、且つ出っ張りが0.05μm
以下にするには、W膜のレジストに対する選択比を0.
9から2.6の間にすればよい。その範囲は、図5,図
6に示された斜線の範囲となる。また、接続孔の直径を
F(μm),接続孔の上面より溢れたW膜の厚さをR
(μm)とし、(1)式を利用すると、Wのレジストに
対する選択比が0.9〜2.6となるSF6 の濃度の範
囲は、 100Po-0.5Pr+50-1.1{(F-0.05) ÷F} ≦( SF6 の流量) ÷{(Cl2 の流量)+( SF6 の流量)} ≦100Po-0.5Pr+50+13.5{(F+R) ÷F} となる。次に図4の方法においてSF6 濃度がW膜のレ
ジストに対する選択比が1.0以外に設定された場合に
ついて説明する。
Therefore, the position of the upper surface of the W film is
The recess must be 0.8 μm or less and the protrusion must be 0.05 μm or less based on the upper surface of the connection hole. The dent of the W film is 0.8μm or less and the protrusion is 0.05μm
In order to achieve the following, the selectivity of the W film to the resist is set to 0.
It should be between 9 and 2.6. The range is the range of the oblique lines shown in FIGS. The diameter of the connection hole is F (μm), and the thickness of the W film overflowing from the upper surface of the connection hole is R
(Μm) and using the equation (1), the range of the concentration of SF 6 at which the selectivity of W to the resist is 0.9 to 2.6 is 100Po-0.5Pr + 50-1.1 {(F-0.05 ) ÷ F} ≦ (flow rate of SF 6 ) ÷ {(flow rate of Cl 2 ) + (flow rate of SF 6 )} ≦ 100Po-0.5Pr + 50 + 13.5 {(F + R) ÷ F} Next SF 6 concentration selectivity to resist the W film will be described when it is set to other than 1.0 in the method of FIG.

【0042】W膜34のエッチング速度がレジスト35
のエッチングより速い場合には、図9(a)に示すよう
に、W膜34はその中心部が凹むようにエッチングされ
る。また、層間絶縁膜32の上面でW膜34のエッチン
グを終了した場合には、図9(b)に示すように、接続
孔33の外側にW膜34が残ってしまう。
The etching rate of the W film 34 is
9A, the W film 34 is etched so that its center is depressed, as shown in FIG. 9A. When the etching of the W film 34 is completed on the upper surface of the interlayer insulating film 32, as shown in FIG. 9B, the W film 34 remains outside the connection hole 33.

【0043】一方、W膜34のエッチング速度よりもレ
ジスト35のエッチング速度が速い場合には、図10
(a)に示すように、W膜34はその中心部が出っ張っ
るようにエッチングされる。そして、図10(b)に示
すように、レジスト35が完全に除去された後もエッチ
ングを行ない、接続孔33の上面から溢れているW膜3
4を除去すると、図10(c)に示すように、接続孔3
3の外側にW膜34が残るということはない。ここで、
被覆形状の悪化による断線を防止するために、上述した
ように、接続孔32より溢れるW膜34の膜厚を0.0
5μm以下にする。このようなW膜34を得るには、次
式(2)で規定された範囲内においてエッチングを行な
えば良い。 1≦S≦F÷(F−0.05) ・・・(2) ここで、SはW膜34の層間絶縁膜32に対する選択比
であり、Fは接続孔32より溢れるW膜34の厚さであ
る。次に本発明の第3の実施例に係る接続孔の埋め込み
方法を説明する。
On the other hand, when the etching rate of the resist 35 is faster than the etching rate of the W film 34,
As shown in (a), the W film 34 is etched so that its central portion protrudes. Then, as shown in FIG. 10B, etching is performed even after the resist 35 is completely removed, and the W film 3 overflowing from the upper surface of the connection hole 33 is formed.
4 is removed, as shown in FIG.
The W film 34 does not remain on the outside of 3. here,
As described above, the thickness of the W film 34 overflowing from the connection hole 32 is set to 0.0
Make it 5 μm or less. In order to obtain such a W film 34, etching may be performed within a range defined by the following equation (2). 1 ≦ S ≦ F ÷ (F−0.05) (2) where S is the selectivity of the W film 34 to the interlayer insulating film 32, and F is the thickness of the W film 34 overflowing from the connection hole 32. That's it. Next, a description will be given of a method of embedding a connection hole according to a third embodiment of the present invention.

【0044】本実施例の方法が第2の実施例のそれと異
なる点は、エッチングガスとしてCl2 ガスとSF6
スとO2 ガスとの混合ガスを用いたことにある。このよ
うなエッチングガスを用いると、酸素ラジカルとレジス
ト中の炭素原子とが結合する際に生成される一酸化炭素
(CO)が放電中に発光する。図11に図1のエッチン
グ装置を用いた場合のエッチング時間とCOに起因する
発光強度との関係を示す特性図を示す。
The method of this embodiment differs from that of the second embodiment in that a mixed gas of Cl 2 gas, SF 6 gas and O 2 gas is used as an etching gas. When such an etching gas is used, carbon monoxide (CO) generated when oxygen radicals are bonded to carbon atoms in the resist emits light during discharge. FIG. 11 is a characteristic diagram showing the relationship between the etching time and the emission intensity due to CO when the etching apparatus of FIG. 1 is used.

【0045】これはエッチング室内に流量がそれぞれ9
SCCM,36SCCM,55SCCMのCl2 ガス,
SF6 ガス,O2 ガスを導入し、下部電極7にRF電力
密度を0.58W/cm2 となる電圧を印加し、エッチ
ング室内の圧力を200mTorrに調圧し、基板上で
の水平磁束密度を120Gaussに設定し、基板温度
を45℃に加熱し、波長451nmの発光光を測定して
得られたものである。この条件でのエッチングレートの
平均値は280nm/minであった。なお、レジスト
の膜厚は450nmとした。
This is because the flow rate in the etching chamber is 9
SCCM, 36 SCCM, 55 SCCM Cl 2 gas,
SF 6 gas and O 2 gas are introduced, an RF power density of 0.58 W / cm 2 is applied to the lower electrode 7, the pressure in the etching chamber is adjusted to 200 mTorr, and the horizontal magnetic flux density on the substrate is reduced. This was obtained by setting the temperature to 120 Gauss, heating the substrate temperature to 45 ° C., and measuring the emitted light having a wavelength of 451 nm. The average value of the etching rate under this condition was 280 nm / min. The thickness of the resist was 450 nm.

【0046】この図からCOの発光強度は、エッチング
時間が1分30秒を過ぎると減少し始め、1分45秒ま
で減少し、それ以降は一定の値となることが分かる。C
Oの発光強度がこのように変化するのは、1分30秒を
過ぎると、レジストの無い領域が広がり始めて発光強度
が減少し、そして1分45秒で全てのレジストが無くな
り、発光強度の減少が止まるからである。このため、C
Oの発光強度をモニタすることで、エッチングの終点検
出ができる。即ち、COの発光強度が減少した後、一定
の値になった時にエッチングを終えれば良い。
From this figure, it can be seen that the emission intensity of CO begins to decrease after the etching time exceeds 1 minute and 30 seconds, decreases to 1 minute and 45 seconds, and becomes constant thereafter. C
The reason why the emission intensity of O changes in this way is that after 1 minute and 30 seconds, a region without a resist starts to expand and the emission intensity decreases, and at 1 minute and 45 seconds, all the resist disappears and the emission intensity decreases. Because it stops. Therefore, C
By monitoring the emission intensity of O, the end point of the etching can be detected. That is, the etching may be terminated when the emission intensity of CO becomes a certain value after the emission intensity decreases.

【0047】かくして本実施例によれば、COの発光強
度をモニタすることでエッチングの終点検出を行なえる
ので、W膜のオ−バ−エッチング等を防止でき、もって
表面形状が平坦な良好な埋め込み形状が容易に得られ
る。
As described above, according to this embodiment, the end point of the etching can be detected by monitoring the emission intensity of CO, so that the W film can be prevented from being over-etched and the like, and thus the surface shape can be improved. An embedded shape can be easily obtained.

【0048】図12,図13,図14には、それぞれエ
ッチングガスとしてCl2 ,SF6,O2 の混合ガスを
用い場合に、Wのレジストに対する選択比が1.0にな
るときのエッチング室内の圧力とO2 濃度との関係を表
すグラフ,エッチング室内の圧力とSF6 濃度との関係
を表すグラフ,Cl2 濃度とO2 濃度との関係を表すグ
ラフが示されている。エッチング条件は、図12の場合
には、基板上での水平磁束密度を120Gauss,基
板温度を45℃,RF電力密度を0.58W/cm2
そしてCl2 とSF6 との流量比を1:4とした。図1
3の場合には、エッチング室内の圧力を75mTor
r,Cl2 とSF6 との流量比を1:4とした。図14
の場合には、RF電力密度を0.58W/cm2 ,エッ
チング室内の圧力を75mTorrとした。また、Cl
2 濃度,O2 濃度はそれぞれ次式のように定義されてい
る。 (O2 の濃度)=(O2 の流量 )÷100{( Cl2 の流量)+( SF2
の流量)+(O2 の流量)} ( Cl2 の濃度)=( Cl2 の流量 )÷100{( Cl2 の流量)+(
SF6 の流量)+(O2 の流量)}
FIGS. 12, 13 and 14 show the etching chamber when the selection ratio of W to the resist becomes 1.0 when a mixed gas of Cl 2 , SF 6 and O 2 is used as the etching gas. graph showing the relationship between the pressure and concentration of O 2, it is a graph representing the relationship between the pressure and the SF 6 concentration of the etching chamber, a graph representing the relationship between the Cl 2 concentration and the O 2 concentration is shown. In the case of FIG. 12, the etching conditions are a horizontal magnetic flux density of 120 Gauss on the substrate, a substrate temperature of 45 ° C., and an RF power density of 0.58 W / cm 2. ,
The flow ratio of Cl 2 to SF 6 was set to 1: 4. FIG.
In the case of 3, the pressure in the etching chamber is set to 75 mTorr.
The flow ratio between r, Cl 2 and SF 6 was 1: 4. FIG.
The RF power density is 0.58 W / cm 2 The pressure in the etching chamber was set to 75 mTorr. Also, Cl
The 2 concentration and the O 2 concentration are defined as follows. (O 2 concentration) = (O 2 flow rate) 2100 {(Cl 2 flow rate) + (SF 2
Flow rate) + (flow rate of O 2 )} (concentration of Cl 2 ) = (flow rate of Cl 2 ) ÷ 100 {(flow rate of Cl 2 ) + (
SF 6 flow rate) + (O 2 flow rate)}

【0049】これらのグラフを基にして、W膜のレジス
トに対する選択比が1.0になるときのO2 の濃度を、
圧力とRF電力密度とCl2 の濃度との関数の次式
(3)のようになる。 (O2 の濃度)=-240Po+0.44Pr-0.8(Cl2 の濃度)+115 ・・・(3)
Based on these graphs, the concentration of O 2 when the selectivity of the W film to the resist becomes 1.0 is expressed by
The following equation (3) of the function of the pressure, the RF power density, and the concentration of Cl 2 is obtained. (Concentration of O 2 ) =-240Po + 0.44Pr-0.8 (concentration of Cl 2 ) +115 (3)

【0050】また、前述と同じ理由により、W膜に対す
るレジストの選択比が0.9〜2.6になる範囲は、図
12,図13,図14の斜線の範囲となる。また、接続
孔の直径をR(μm),接続孔の上面より溢れたW膜の
厚さをF(μm)とし、(3)式を利用すると、Wのレ
ジストに対する選択比が0.9〜2.6となるSF6
濃度の範囲は、 -240Po+0.44Pr-0.8[( Cl2 の流量) ÷{(Cl2 の流量)+( SF6 の流量) +( O2 の流量)}]+115-28.8{ (F+R) ÷F} ≦(O2 の流量) ÷{(Cl2 の流量)+( SF6 の流量)+(O2 の流量)} ≦-240Po+0.44Pr-0.8[( Cl2 の流量) ÷{(Cl2 の流量)+( SF6 の流量) +( O2 の流量)}]+115+11.1{(F-0.05) ÷F} となる。
Further, for the same reason as described above, the range where the selectivity of the resist to the W film is 0.9 to 2.6 is the range shown by the hatched lines in FIGS. 12, 13 and 14. When the diameter of the connection hole is R (μm), and the thickness of the W film overflowing from the upper surface of the connection hole is F (μm), using the equation (3), the selectivity ratio of W to the resist is 0.9 to 0.9. The range of the concentration of SF 6 to be 2.6 is -240Po + 0.44Pr-0.8 [(Cl 2 flow rate) ÷ {(Cl 2 flow rate) + (SF 6 flow rate) + (O 2 flow rate)} ] + 115-28.8 {(F + R) ÷ F} ≤ (O 2 flow) ÷ {(Cl 2 flow) + (SF 6 flow) + (O 2 flow)} ≤-240Po + 0.44Pr -0.8 [(Cl 2 flow rate) ÷ {(Cl 2 flow rate) + (SF 6 flow rate) + (O 2 flow rate)}] + 115 + 11.1 {(F-0.05) {F}.

【0051】また、W膜のレジストに対する選択比を
1.0以下、接続孔より溢れるW膜の厚さを0.05μ
m以下にするには、先の実施例と同様に式(2)で規定
された範囲内においてエッチングを行なえば良い。
The selectivity of the W film to the resist is 1.0 or less, and the thickness of the W film overflowing from the connection hole is 0.05 μm.
In order to reduce the value to m or less, the etching may be performed within the range defined by the equation (2) as in the previous embodiment.

【0052】図15,図16には、それぞれエッチング
ガスとしてSF6 ,O2 の混合ガスを用い場合に、Wの
レジストに対する選択比が1.0になるときのエッチン
グ室内の圧力とO2 濃度との関係を表すグラフ,RF電
力密度とO2 濃度との関係を表すグラフが示されてい
る。エッチング条件は、基板上での水平磁束密度を12
0Gauss,基板温度を65℃とした。そして、図1
5の場合には、RF電力密度を0.75W/cm2 に固
定し、図16の場合には、エッチング室内の圧力を50
mTorrに固定している。また、O2 濃度は次式のよ
うに定義されている。 (O2 の濃度)=(O2 の流量 )÷100{( SF2 の流量)+(O2
流量)} これらのグラフを基にして、W膜のレジストに対する選
択比が1.0になるときのO2 の濃度を、圧力とRF電
力密度で表すと次式(4)のようになる。 (O2 の濃度)=-240Po+0.38Pr+210 ・・・(4)
FIGS. 15 and 16 show the pressure and the O 2 concentration in the etching chamber when the selectivity of W to the resist becomes 1.0 when a mixed gas of SF 6 and O 2 is used as the etching gas, respectively. And a graph showing the relationship between the RF power density and the O 2 concentration. The etching conditions were such that the horizontal magnetic flux density on the substrate was 12
0 Gauss, and the substrate temperature was 65 ° C. And FIG.
5, the RF power density was 0.75 W / cm 2 In the case of FIG. 16, the pressure in the etching chamber is set to 50
It is fixed to mTorr. The O 2 concentration is defined as in the following equation. (O 2 concentration) = (O 2 flow rate) ÷ 100 {(SF 2 flow rate) + (O 2 flow rate)} Based on these graphs, the selectivity of the W film to the resist was reduced to 1.0. When the concentration of O 2 is expressed by pressure and RF power density, the following equation (4) is obtained. (Concentration of O 2 ) =-240Po + 0.38Pr + 210 (4)

【0053】また、前述と同じ理由により、W膜に対す
るレジストの選択比が0.9〜2.6になる範囲は、図
15,図16の斜線の範囲となる。また、接続孔の直径
をR(μm),接続孔の上面より溢れたW膜の厚さをF
(μm)とし、(4)式を利用すると、Wのレジストに
対する選択比が0.9〜2.6となるSF6 の濃度の範
囲は、 -240Po+0.38Pr+210-28.8{[ (F+R)÷F } ≦(O2 の流量) ÷{(SF6 の流量)+(O2 の流量)} ≦-240Po+0.38Pr+210+11.1{ (F-0.05)÷F } となる。
For the same reason as described above, the range where the selectivity of the resist with respect to the W film is 0.9 to 2.6 is the range shown by oblique lines in FIGS. The diameter of the connection hole is R (μm), and the thickness of the W film overflowing from the upper surface of the connection hole is F
(Μm) and using the equation (4), the range of the concentration of SF 6 at which the selectivity ratio of W to the resist is 0.9 to 2.6 is -240Po + 0.38Pr + 210-28.8 {[(F + R) ÷ F} ≤ (O 2 flow rate) ÷ {((SF 6 flow rate) + (O 2 flow rate)} ≤-240Po + 0.38Pr + 210 + 11.1 {(F-0.05) ÷ F} .

【0054】また、本発明者等は、図1のエッチング装
置を用い、エッチングガスとしてSF6 ガスとO2 ガス
との混合ガスを用いた場合のエッチング時間とCOに起
因する発光強度との関係を調べてみた。
Further, the present inventors used the etching apparatus shown in FIG. 1 and determined the relationship between the etching time and the emission intensity due to CO when a mixed gas of SF 6 gas and O 2 gas was used as the etching gas. I checked.

【0055】即ち、エッチング室内に流量50SCCM
のSF6 ガス,流量50SCCMのO2 ガスを導入し、
下部電極7にRF電力密度を0.75W/cm2 となる
電圧を印加し、エッチング室内の圧力を50mTorr
に調圧し、基板上での水平磁束密度を120Gauss
に設定し、基板温度を65℃に加熱し、波長451nm
の発光光を測定した。なお、エッチングレートの平均値
は520μ/min、レジストの膜厚は800nmとし
た。
That is, a flow rate of 50 SCCM is set in the etching chamber.
SF 6 gas and O 2 gas with a flow rate of 50 SCCM were introduced.
A voltage that makes the RF power density 0.75 W / cm 2 is applied to the lower electrode 7, and the pressure inside the etching chamber is set to 50 mTorr.
To adjust the horizontal magnetic flux density on the substrate to 120 Gauss.
, The substrate temperature is heated to 65 ° C., and the wavelength is 451 nm.
Was measured. The average value of the etching rate was 520 μ / min, and the thickness of the resist was 800 nm.

【0056】この結果、図11と同様な特性図が得られ
た。即ち、エッチング時間が1分30秒を過ぎると減少
し始め、1分45秒まで減少し、それ以降は一定の値と
なったる。
As a result, a characteristic diagram similar to that of FIG. 11 was obtained. That is, the etching time starts to decrease after 1 minute and 30 seconds, decreases to 1 minute and 45 seconds, and becomes a constant value thereafter.

【0057】したがって、エッチングガスとしてCl2
ガス,SF6 ガス,O2 ガスを用い場合と同様に、CO
の発光強度をモニタすることで、エッチングの終点検出
ができるので、表面形状が平坦な良好な埋め込み形状が
容易に得られる。
Therefore, Cl 2 is used as an etching gas.
Gas, SF 6 gas and O 2 gas,
The end point of the etching can be detected by monitoring the light emission intensity of, and a good buried shape having a flat surface shape can be easily obtained.

【0058】なお、上記実施例では、W膜について説明
したが他の金属膜でも同様な効果が期待できる。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施できる。
In the above embodiment, the W film has been described, but the same effect can be expected with other metal films. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、W
膜のレジストに対する選択比を1.0にできるので、表
面に凹凸があるW膜を平坦化できたり、深さが異なる複
数の接続孔がある場合でも、断線不良等を招くこと無く
全ての接続孔をその上面までW膜を埋め込むことができ
る。
As described above in detail, according to the present invention, W
Since the selectivity of the film to the resist can be set to 1.0, even if the W film has irregularities on the surface, it can be flattened, and even if there are a plurality of connection holes having different depths, all connections can be made without causing disconnection failure. The hole can be filled with the W film up to its upper surface.

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

【図1】本発明の第1の実施例に係るドライエッチング
装置の概略構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a dry etching apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のドライエッチング装置を用いたW膜の平
坦化の方法を説明するための工程断面図。
FIG. 2 is a process sectional view for explaining a method of flattening a W film using the dry etching apparatus of FIG. 1;

【図3】SF6 濃度とエッチング速度との関係を示す特
性図。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between SF 6 concentration and etching rate.

【図4】本発明の第2の実施例に係る接続孔の埋め込み
方法を説明するための工程断面図。
FIG. 4 is a process cross-sectional view for explaining a method of burying a connection hole according to a second embodiment of the present invention.

【図5】異なる深さの接続孔がある場合の埋め込み方法
を説明するための工程断面図。
FIG. 5 is a process sectional view for describing an embedding method when there are connection holes having different depths.

【図6】SF6 濃度とエッチング室の圧力との関係を示
す図。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between SF 6 concentration and pressure in an etching chamber.

【図7】SF6 濃度とRF電力密度との関係を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a relationship between SF 6 concentration and RF power density.

【図8】エッチング時間とW膜厚との関係を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a relationship between an etching time and a W film thickness.

【図9】Wのエッチング速度がレジストのエッチングよ
り速い場合の埋め込み形状を示す図。
FIG. 9 is a view showing a buried shape when the etching rate of W is higher than that of resist etching.

【図10】Wのエッチング速度がレジストのエッチング
より遅い場合の埋め込み形状を示す図。
FIG. 10 is a view showing a buried shape when the etching rate of W is lower than that of resist etching.

【図11】エッチング時間と発光強度との関係を示す特
性図。
FIG. 11 is a characteristic diagram showing a relationship between etching time and emission intensity.

【図12】圧力とO2 濃度との関係を示す図。FIG. 12 is a diagram showing a relationship between pressure and O 2 concentration.

【図13】圧力とSF6 濃度との関係を示す図。FIG. 13 is a diagram showing the relationship between pressure and SF 6 concentration.

【図14】Cl2 濃度とO2 濃度との関係を示す図。FIG. 14 is a graph showing the relationship between Cl 2 concentration and O 2 concentration.

【図15】圧力とO2 濃度との関係を示す図。FIG. 15 is a diagram showing a relationship between pressure and O 2 concentration.

【図16】RF電力密度とO2 濃度との関係を示す図。FIG. 16 is a diagram showing a relationship between RF power density and O 2 concentration.

【図17】従来の接続孔の埋め込み方法の問題点を説明
するための図。
FIG. 17 is a view for explaining a problem of a conventional method of embedding a connection hole.

【図18】従来の接続孔の埋め込み方法の問題点を説明
するための図。
FIG. 18 is a view for explaining a problem of a conventional method of embedding a connection hole.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…反応容器、2…エッチング室、3…ガス導入口、4
…排気口、5…永久磁石、6…、7…陰極板、8…マッ
チング回路、9…電源、10a,10b…冷却管、11
…ポリイミド膜、12…銅板、13…電源、14…ガス
導入管、15…絶縁部材、16…絶縁部材、17…被処
理基板、18…陽極板、21…基板、22…W膜、23
…レジスト、31…基板、32…層間絶縁膜、33…接
続孔、34…W膜、35…レジスト、41…基板、42
…層間絶縁膜、43…Al膜、44…レジスト、45,
45a,45b…接続孔、46…露光光、47…反射
光、48…レジストパタ−ン。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reaction container, 2 ... Etching chamber, 3 ... Gas inlet, 4
... exhaust port, 5 ... permanent magnet, 6 ..., 7 ... cathode plate, 8 ... matching circuit, 9 ... power supply, 10a, 10b ... cooling pipe, 11
... Polyimide film, 12 ... Copper plate, 13 ... Power supply, 14 ... Gas introduction tube, 15 ... Insulating member, 16 ... Insulating member, 17 ... Substrate to be processed, 18 ... Anode plate, 21 ... Substrate, 22 ... W film, 23
... resist, 31 ... substrate, 32 ... interlayer insulating film, 33 ... connection hole, 34 ... W film, 35 ... resist, 41 ... substrate, 42
... interlayer insulating film, 43 ... Al film, 44 ... resist, 45,
45a, 45b: connection holes, 46: exposure light, 47: reflected light, 48: resist pattern.

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/44 - 21/445 H01L 29/40 - 29/43 H01L 29/47 H01L 29/872 H01L 21/3065 Continued on the front page (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/28-21/288 H01L 21/44-21/445 H01L 29/40-29/43 H01L 29/47 H01L 29 / 872 H01L 21/3065

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板上に設けられた絶縁膜に深さが異なる
複数の接続孔を形成する工程と、選択CVD法を用いて
最も深い接続孔の上面までタングステン膜が充填される
べく前記接続孔内にタングステン膜を選択的に形成する
工程と、前記絶縁膜上に前記タングステン膜が覆われる
ようにレジストを塗布する工程と、塩素と六弗化硫黄と
酸素とを有するエッチングガスを放電させて前記タング
ステン膜と前記レジストとをエッチングし、前記接続孔
に前記タングステン膜を埋め込む工程とを有し、前記レ
ジストのエッチングの際に生じる一酸化炭素の発光の強
度から前記レジストの消失を検出することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
A step of forming a plurality of connection holes having different depths in an insulating film provided on a substrate; and a step of filling the tungsten film up to an upper surface of the deepest connection hole by using a selective CVD method. Selectively forming a tungsten film in the hole, applying a resist on the insulating film so as to cover the tungsten film, discharging an etching gas containing chlorine, sulfur hexafluoride and oxygen. Etching the tungsten film and the resist to bury the tungsten film in the connection holes, and detecting the disappearance of the resist from the intensity of emission of carbon monoxide generated during the etching of the resist. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項2】前記タングステン膜及び前記レジストのエ
ッチングは、反応容器内に前記半導体基板を収容し、前
記反応容器に高周波電力を与えて前記エッチングガスを
放電させ、且つ前記高周波電力の電力密度をPo(W/
cm2 ),前記反応容器内の圧力Pr(mTorr),
前記接続孔の直径をR(μm),前記接続孔の上面から
溢れるタングステン膜の厚さをF(μm)とした場合
に、前記塩素の流量と前記六弗化硫黄の流量と前記酸素
の流量とを、 -240Po+0.44Pr-0.8[( Cl2 の流量 )÷{(Cl2 の流量)+(SF6 の流量) +(O2 の流量)}]+115-28.8{(F+R)÷F} ≦(O2 の流量) ÷{(Cl2 の流量)+(SF6 の流量)+(O2 の流量)} ≦-240Po+0.44Pr-0.8[(Cl2 の流量 )÷{(Cl2 の流量)+(SF6 の流量) +(O2 の流量)}]+115+11.1{(F-0.05) ÷F} に設定して行うことを特徴とする請求項に記載の半導
体装置の製造方法。
2. The etching of the tungsten film and the resist is performed by accommodating the semiconductor substrate in a reaction vessel, applying high-frequency power to the reaction vessel to discharge the etching gas, and reducing the power density of the high-frequency power. Po (W /
cm 2 ), pressure Pr (mTorr) in the reaction vessel,
When the diameter of the connection hole is R (μm) and the thickness of the tungsten film overflowing from the upper surface of the connection hole is F (μm), the flow rates of the chlorine, sulfur hexafluoride, and oxygen are And -240Po + 0.44Pr-0.8 [(Cl 2 flow rate) ÷ {(Cl 2 flow rate) + (SF 6 flow rate) + (O 2 flow rate)}] + 115-28.8 {(F + R ) ÷ F} ≤ (O 2 flow rate) ÷ {(Cl 2 flow rate) + (SF 6 flow rate) + (O 2 flow rate)} ≤-240Po + 0.44Pr-0.8 [(Cl 2 flow rate) ÷ 2. The method according to claim 1 , wherein the flow rate is set to {(Cl 2 flow rate) + (SF 6 flow rate) + (O 2 flow rate)}] + 115 + 11.1 {(F−0.05) ÷ F}. The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
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