JPH02280326A - 平坦化方法 - Google Patents

平坦化方法

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JPH02280326A
JPH02280326A JP10195189A JP10195189A JPH02280326A JP H02280326 A JPH02280326 A JP H02280326A JP 10195189 A JP10195189 A JP 10195189A JP 10195189 A JP10195189 A JP 10195189A JP H02280326 A JPH02280326 A JP H02280326A
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JP
Japan
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etching
gas
tungsten
metal material
coating film
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Pending
Application number
JP10195189A
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English (en)
Inventor
Junichi Sato
淳一 佐藤
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、半導体装置製造における平坦化技術に関し、
更に詳しくはコンタクトホール等の配線用開口部へ金属
材料を平坦に埋め込んで良好な配線を形成するエツチン
グ方法に係るものがある。
[発明の概要] 本発明は、基体上に金属材料を被着する工程と、該被着
した金属材料上に有機塗布膜又は無機塗布膜を形成する
工程と、ドライエツチングにより前記塗布膜及び少なく
とも金属材料の一部を除去する工程を備えた平坦化方法
において、 エツチングガスにフッ素系ガスのみを用いることにより
、 金属材料と、有機塗布膜又は無機塗布膜のエッチレート
に差を生じさせることなく平坦化が可能となり、また、
低パワー密度のドライエツチングでよいため、該塗布膜
下の下地膜をエツチングする不都合を防止するようにし
たものである。
上記エツチングガスとしては、この他、フッ素系ガスと
塩素系ガスの混合ガス、フッ素系ガスと窒素ガスの混合
ガス、フッ素系ガスと希ガスの混合ガスを用いてもよい
[従来の技術] 従来、この種の平坦化方法としては、第6図A〜第6図
Cに示すようなものが知られている。
この方法の手順としては、先ず、不純物拡散領域1aが
所定位置に形成され、且つ該拡散領域1aと離れた表面
位置に多結晶シリコンで成る配線層2が形成されたシリ
コン基板Iの上にSin。
膜3を形成し、次に、コンタクトホール3a、3bを、
夫々不純物拡散領域1a、配線層2の上に開口させる。
次に、第6図Aに示すように、これらコンタクトホール
3a、3b内に高融点金属であるタングステン(W)を
選択成長させて、タングステン配線4,5を形成する。
この場合、コンタクトホール3a、3bは、深さが異な
るため、浅いコンタクトホール3b内のタングステン配
線4bの上部5aは、5iOz膜3の表面より突出し、
この突出部はネイルヘッド(nai l head)と
称されている。
次に、この上部を除去するために、第6図Bに示すよう
に、レジスト5をもって平坦化し、そして、レジスト5
とタングステンの上部5λを、同じエッチレートで全面
的にエッチバックを行なって、タングステン配線4.5
をコンタクトホール3a、3b内に残し、基板表面を平
坦に保ちながらレジスト5を除去しようとするものであ
る。斯るエツチングとしては、反応性イオンエツチング
等のドライエツチングが行なわれるものであって、その
エツチングガスとしては、四フッ化炭素(CF4)等の
フッ素系ガスと酸素ガス(0,)との混合ガスが用いら
れている。
のように酸素ガスによりフッ素ラジカル(F*)が増加
し、タングステン配線5の上部5a(ネイルヘッド)が
露呈した時点でタングステンのエッチレートが大きくな
る問題点があった。
また、このような問題を回避すべく高パワー密度のエツ
チングを行なうと、オーバーエッヂ時に、層間膜である
St、、膜3が第6図Cに破線で示すようにエツチング
されるという問題点があった。
本発明は、このような従来の問題点に着目して創案され
たものであって、確実な平坦化を1成し、しかも下地絶
縁膜等の膜減りの無い平坦化方法を得んとするものであ
る。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、このような従来の方法にあっては、ドラ
イエツチング(エッチバック)を行なうに際して、エツ
チングガスとしてフッ素系ガスと酸素ガスを用いるため
、低パワー密度領域では、0、→20* CF4+O→CF、+F* [課題を解決するための手段] そこで、本発明は、基体上に金属材料を被着する工程と
、該被着した金属材料上に有機塗布膜又は無機塗布膜を
形成する工程と、ドライエツチングにより前記塗布膜及
び少なくとも金属材料の一部を除去する工程を備えた平
坦化方法において、前記ドライエツチングのエツチング
ガスにフッ素系ガスのみを用いることを、その第1の解
決手段としている。
また、上記エツチングガスにフッ素系ガスと塩素系ガス
との混合ガスを用いることを、第2の解決手段としてい
る。
さらに、上記エツチングガスにフッ素系ガスと窒素ガス
との混合ガスを用いることを、第3の解決手段としてい
る。
さらにまた、上記エツチングガスにフッ素系ガスと希ガ
スとの混合ガスを用いることを第4の解決手段としてい
る。
[作用] エツチングガスに、フッ素系ガスのみ、又は、フッ素系
ガスと塩素系ガスとの混合ガス、又は、フッ素系ガスと
窒素ガスとの混合ガス、又は、フッ素系ガスと希ガスと
の混合ガスを用いるため、有機塗布膜や無機塗布膜は、
ラジカル成分でエツチングされることなく、イオン主体
のエツチング作用となる。このため、エツチングが進み
金属材料が露出したときに、上記の有機又は無機塗布膜
が等方的にエツチングされることが防止される。
また、上記したように、エツチングガスに酸素ガスが含
まれないため、ラジカル成分が増加せず、金属材料のエ
ッチレートが大きくなることがない。
さらに、このようにラジカル成分が増加しないため、低
パワー密度のエツチングが可能となり、下地絶縁膜の膜
減りも防止出来る。
[実施例] 以下、本発明に係る平坦化方法の詳細を実施例に基づい
て説明する。なお、第1実施例〜第4実施例は、第1図
Aに示すような半導体装置の製造プロセスにおける平坦
化工程に本発明を適用したものである。
(第1実施例) 図中1はシリコン基板であって、該基板1には不純物拡
散領域1aが形成されており、また、該基板1の表面に
は多結晶シリコンでなる配線層2が形成されている。
次に、基板上の全面に層間膜としてSin、膜3を形成
し、このSin、膜3にコンタクトホール3a、3bを
開設する。
そして、タングステン選択CVD法を用いてコンタクト
ホール3a、3b内にタングステンを堆積させ、タング
ステン配線4.5を形成する。なお、タングステン選択
CVD法においては、六フッ化タングステン(W P 
s )ガスを水素ガス等で還元してコンタクトホール3
a、3b内にタングステンを堆積させるものであって、
これは、コンタクトホール3a、3bの底部に露出する
シリコン基板1や、多結晶シリコンでなる配線層2が、
Sin、膜3に比べて堆積速度が著しく速いことを利用
したものである。
このようにして深い方のコンタクトホール3aに基準を
とってタングステン選択CVDを行なうと、浅い方のコ
ンタクトホール3b側に堆積したタングステン配線5の
上部5aはS i Oを膜3の表面より突出して形成さ
れる。
次に、第1図Aに示すように、有機塗布膜としてのレジ
スト6を塗布して平坦化を行なう。なお、レジスト6は
粘度の低いものを選定し、タングステン配線5の上部5
aの上端からレジスト6表面までの距離(厚さ)をでき
る限り小さくするようにする。
次いで、平行平板型の反応性イオンエツチング装置を用
いて、反応ガスとして六フッ化イオウ(SPJを30S
CCMの流量で供給し、また、圧力を6.7PaSFR
パワーを0.08W/cmに設定して、レジスト6のエ
ッチバックを行なう。本実施例においては、このエッチ
バックに際し、レジストのエッチレートが930人/分
でタングステンのエッチレートが860人/分であった
このようにしてレジスト6が除去された時点でエッチバ
ックを終了することにより、第1図Bに示すような平坦
化されたタングステン配線4.5を形成することが出来
た。なお、SiO,膜3は、エツチングが低パワー密度
であるため、膜減りが生じなかった。
(第2実施例) 本実施例においては、第1図Aに示すレジスト6を第1
実施例と同じ装置を用いてエッチバックを行なった。
反応性イオンエツチングに用いた反応ガスは六フッ化イ
オウ(SFe)と塩素(CI2t)を用いた。
その流量は、六フッ化イオウを30SCCM、塩素を2
88CCMとした。また、圧力を6,7Pa、RFパワ
ーを0.08W/cm’に設定した。
本実施例においては、タングステンとレジストのエッチ
レートが共に750人/分であり、第1図Bに示すよう
に、確実に平坦化されたタングステン配線4.5を得る
ことが出来た。
(第3実施例) 本実施例においては、エツチングガスとして、六フッ化
イオウ(S F e)と窒素(N、)の混合ガスを用い
た。これらガスの流量は、5FIlを30SCCMSN
、を28SCCMとした。なお、他の条件は、第1実施
例と同様である。
そして、タングステンとレジストのエッチレートは、第
2実施例と同様750人/分であり、確実に平坦化され
たタングステン配線4.5を得ることが出来た。
本実施例においても、上記両実施例と同様、オーバーエ
ッチ時に5ift膜3の膜減りが生じず、またレジスト
6が等方的にエツチングされることもなかった。そして
、タングステンが露出しても、このタングステンのみが
速くエツチングされることもなかった。
(第4実施例) 本実施例におけるエツチングガスは、六フッ化イオウ(
SF、)と希ガスであるアルゴン(Ar)の混合ガスを
用いた。なお、アルゴンガスの流量は少量に設定した。
また、他の条件は、第1実施例等と同様である。
本実施例においては、第2及び第3実施例と同様のエッ
チレートが得られ、また、同様の結果が得られた。
これら実施例においてレジストのエツチング終点の検出
方法としては、例えば、以下のような方法を用いること
が出来る。以下の方法は、エツチングガスとしてS F
 eとNtを混合して用いた例を示している。
即ち、タングステンをレジストでエツチングした際のア
ンダーエッチ(レジストとタングステンがエツチングさ
れている)とオーバーエッチ(レジストと下地Sin、
膜がエツチングされている)時の発光スペクトルを調べ
た。第2図は、その発光スペクトルの差を示している。
同図中、上半分は下地Sin、がエツチングされている
時に発光強度が強いピーク、下半分はタングステンがエ
ツチングされている時に発光強度が強いピークを示して
いる。従って、オーバーエッチ時には、上半分の発光が
強くなり、下半分発光が弱くなる。このため、以下に示
すような発光をモニターすればよい。
(イ)N、の発光の増加をモニターする。
図中、↓印で示すものであり、例えば、2814nm、
282.0nm、295.3nm、2962nm、29
7.7nm、310.4nm、311゜7nm、  3
 1 3.6nm、  3 1 5.9nm、  33
3゜9nm、  337.1nm、  350.0nm
、  353゜7nm、  357.7nm、  37
 1.0nm、  375゜5nm、  380.5n
m、  385.8nm、  3895nm、  39
4.3nm、  4 05.9nm、  6705nm
、716.5 nm、が該当する。
(ロ)SiNの発光の増加をモニターする。
図中※印で示すものであり、例えば、405゜I nm
、423.9 nmが該当する。
(ハ)CNの発光の減少をモニターする。
図中O印で示すものであり、例えば、358゜6nm、
359.0nm、418.1 nm、4197nmが該
当する。
(ニ)長波長側のN、の発光をモニターする。
図中目印で示すものであり、例えば、■570〜610
nm、■625〜680 nm、■720〜780nm
が該当する。
ところで、上記第2実施例において、エツチング条件を
RFパワーを0 、24 W / c m ’、圧力を
2.0paに設定し、エツチングガスであるSFllと
CQtの流量比を変えて、タングステンとレジストのエ
ッチレートのcfft添加量依存性を調べると第3図の
グラフのような結果となった。これにより、cQtの添
加量が2.5%で、タングステンとレジストのエッチレ
ートが1=1となることが判る。
第2実施例におけるエツチング終点の検出方法としては
、以下のような方法が用いられた。
第4図及び第5図は、タングステンのエッチバック時と
、オーバーエッチ時の発光スペクトルを示している。オ
ーバーエッチ時には250〜260nm、270〜29
0nm、300〜310nmの発光(矢印で示す)が大
きくなる。従って、第2実施例においては、上記波長を
モニターすればよい。
以上、各実施例について説明したが、本発明は、この他
各種の設計変更及び条件変更が可能である。
例えば、基体上に被着する金属材料としてはタングステ
ンに限られるものではなく、また、エッチバックされる
膜としてはレジスト等の有機塗布膜に限られず、各種の
無機塗布膜を適用しても勿論よい。
また、フッ素系ガスとは、S F aに限るものではな
く、四フッ化炭素(CF、)その他のものでもよい。同
様に塩素系ガス及び希ガスも、上記実施例で用いたもの
に限られるものではない。
また、金属材料が露呈するまでは、エツチングガスをO
2のみでエッチバックを行ない、その後、上記した各実
施例を適用して、スループットを向上させるようにして
も勿論よい。
[発明の効果] 以上の説明から明らかなように、本発明に依れば、金属
材料と、有機又は無機塗布膜のエッチレートに差を生じ
させることなく、良好な平坦化が行なえる効果がある。
また、低パワー密度のドライエツチングで行なえるため
、塗布膜の下地膜を膜減りさせることが無いという利点
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図A及び第1図Bは本発明に係る平坦化方法の各実
施例が適用できる工程図、第2図はタングステンのエツ
チング時の発光スペクトルを示すグラフ、第3図はタン
グステンとレジストのエッチレートのct2を添加量依
存性を示すグラフ、第4図はタングステンの反応性イオ
ンエツチング時の発光スペクトルを示すグラフ、第5図
はタングステンのオーバーエッチ時の発光スペクトルを
示すグラフ、第6図A〜第6図Cは従来例の工程図であ
る。 1・・・ンリコン基板、3・・S10.膜、4.5・・
・タングステン配線、6・・・レジスト。 31  る 第2図B CL2/C3Fa + C12’l ’/+Wとレジス
トのエッチレートのCl2L7J]量イ友存IK第3図 浪1c(nm) W RIE吟の売尤スへクトル EJlt (nm) W RIEオーバーエッ+8キf)光尤スペクトル第5

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基体上に金属材料を被着する工程と、該被着した
    金属材料上に有機塗布膜又は無機塗布膜を形成する工程
    と、ドライエッチングにより前記塗布膜及び少なくとも
    金属材料の一部を除去する工程を備えた平坦化方法にお
    いて、 前記ドライエッチングのエッチングガスにフッ素系ガス
    のみを用いることを特徴とする平坦化方法。
  2. (2)基体上に金属材料を被着する工程と、該被着した
    金属材料上に有機塗布膜又は無機塗布膜を形成する工程
    と、ドライエッチングにより前記塗布膜及び少なくとも
    金属材料の一部を除去する工程を備えた平坦化方法にお
    いて、 前記ドライエッチングのエッチングガスにフッ素系ガス
    と塩素系ガスとの混合ガスを用いることを特徴とする平
    坦化方法。
  3. (3)基体上に金属材料を被着する工程と、該被着した
    金属材料上に有機塗布膜又は無機塗布膜を形成する工程
    と、ドライエッチングにより前記塗布膜及び少なくとも
    金属材料の一部を除去する工程を備えた平坦化方法にお
    いて、 前記ドライエッチングのエッチングガスにフッ素系ガス
    と窒素系ガスとの混合ガスを用いることを特徴とする平
    坦化方法。
  4. (4)基体上に金属材料を被着する工程と、該被着した
    金属材料上に有機塗布膜又は無機塗布膜を形成する工程
    と、ドライエッチングにより前記塗布膜及び少なくとも
    金属材料の一部を除去する工程を備えた平坦化方法にお
    いて、 前記ドライエッチングのエッチングガスにフッ素系ガス
    と希ガスとの混合ガスを用いることを特徴とする平坦化
    方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6008136A (en) * 1996-12-11 1999-12-28 Nec Corporation Method for manufacturing semiconductor device capable of improving etching rate ratio of insulator to refractory metal
WO2005064598A1 (ja) * 2003-12-25 2005-07-14 Tdk Corporation 凹凸パターンの凹部充填方法及び磁気記録媒体の製造方法

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