JPH03177022A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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） この発明は半導体装置の製造方法、詳しくは半導体装置
における眉間絶縁膜を表面が平坦になるように形成する
方法に関するものである。

（従来の技術） ＬＳＩの微細化・高集積化には、配線の多層化が必須で
ある。それに伴って増大する下地段差を低減するために
、層間膜の平坦化が欠かせない技術となってきている。

このような技術として特公昭６０−３３３０７号公報に
は、層間絶縁膜を平坦化するため、犠牲膜としての樹脂
状コーテイング材（例えばホトレジスト、ポリイミド系
樹脂など）を層間絶縁膜上に表面が平坦になるよう形成
し、プラズマエツチングによりエッチバククする技術が
開示されている。ここで、このプラズマエツチングには
弗素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用い、その混合比
は、上記の層間絶縁膜及び樹脂状コーテイング材とが等
しいエツチング速度となるような条件としている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述の技術では絶縁膜の最終形状が平坦
とならないことがあった。

ここで、本願の発明者らは犠牲膜のエツチング速度に注
目して研究した結果、犠牲膜のエツチング速度が被エツ
チング面積率（全体に対する被エツチング膜が占める面
積の比率）ＶＣ依存して変化することを見出した。即ち
、犠牲膜の被エツチング面積率が小さくなると犠牲膜の
エツチング速度が増加するのである。

さて、従来の技術で述べたようへ段差がある絶縁膜上に
、表面が平坦となるよう犠牲膜を形成しているため、犠
牲膜の膜厚は一定ではない。このため、エツチングが進
行していくと、絶縁膜の一部が露出し、犠牲膜の被エツ
チング面積は減少する。このような状態からさらに上述
のように絶縁膜と犠牲膜とのエツチング速度が同一とな
る条件でレジストやシリコン酸化物を有機溶剤に溶解し
た材料で構成された犠牲膜をエツチングした場合、被エ
ツチング面積が減少することにより犠牲膜のエツチング
速度が増加し、犠牲膜は露出した絶縁膜より速くエツチ
ングされてし捷う。結果として、絶縁膜表面が平坦にな
らないという前述の問題点が発生してし捷うのである。

この発明は、犠牲膜を用いて最終的に得られる絶縁膜の
表面が平坦である半導体装置の製造方法を提供すること
を目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するため、第１の発明では犠牲膜として
有機基を有するガラス膜（以下有機ガラス膜という）を
用い、プラズマエツチングの際、フッ化炭素化合物と三
フフ化メタン、酸素ガスの少なくとも一方との混合ガス
を利用する。このとき、ガスの混合化を、犠牲膜のエツ
チング速度が絶縁膜のエツチング速度より若干遅くなる
ように設定してエツチングして平坦な犠牲膜を絶縁膜の
積層構造を得る。

筐た第２の発明では、第１の発明のエツチングを行ない
、犠牲膜が凹部にのみ残存した状態となったとき、エツ
チングの条件を変更して、犠牲膜のエツチング速度がさ
らに遅くなるような条件でエツチングして、平坦な絶縁
膜を得るものである。

（作用） 犠牲膜のエツチング速度を遅くしても、犠牲膜は被エツ
チング面積率が小さくなるとエツチング速度が速くなる
ので、結果として被エツチング物を均一にエツチングさ
せるように作用する。

（実施例） 第１図に第１の発明の実施例の断面図を示す。

シリコン基板１上にＣＶＤ法によｆｉ　ＢＰＳＧ　（＆
ロン及びリンを含んだシリケートガラス）膜２を形成し
、さらにその上の第１のＡｔ配線・ぞターン３を形成す
る（第１図（ａ））。ここで、Ａｔ配線の膜厚ば０．６
μｍ、配線間隔１．５　ｔｒｍ　、　／４ターン面積率
（全体に対するＡｔが占める面積の比率）は３０％であ
る。

つぎに、ＰＥＣＶＤ　（７°ラスマコンハンストＣＶＤ
　）法によりリコン酸化物４を約１．３μｍ形成する。

このとき、シリコン酸化膜４の表面は、第１のＡｔ配線
ノｆターン３１Ｃよって形成された凸凹がその１筐形成
された状態になっている。

この凸凹な表面を持つシリコン酸化膜４上に犠牲膜とし
ての有機ガラス膜５を表面が平坦になるようＫＯ，４μ
ｍ程度回転塗布によって形成する（第１図（ｂ））。こ
の実施例では有機ガラス膜として炭素成分を約５１重量
嘩含んだシリコンラダー系のガラス膜を用いた。このガ
ラス膜の基本単位は次の構造を有する。

この有機ガラス膜５が形成された構造体を、１行平板反
応性イオンエツチング装置で、エツチングガスとして六
７り化コタン（０２Ｆ６）、酸素（０３）及びヘリウム
（Ｈｅ）Ｔｈ流量化５：１：ＩＩＶｃ混合シたガスを用
い、圧力２６０　ｍＴｏｒｒ　、周波数１３５１ＭＦ（
ｚの高周波電力５００Ｗの条件で約１．１分間エツチン
グを行なった。なおこの条件下では、被エツチング膜全
面（被エツチング面積率１００％）をエツチングした場
合のエツチング速度は、有機ガラス膜で０，３４μｒｒ
ｖ／、ｍ、ｉ　ｎ、□ｖ１シリコン酸化膜で０４１μｍ
／ｍｉｎである０このエツチングにより、Ｊｌのｈｔ配
ａ・ぞターン３上に約０．８μｍのシリコン酸化膜４が
残シ、シリコン酸化膜４の凹部には有機ガラス膜５′が
残った平坦な絶縁膜構造が得られ゛た（第１図（Ｃ））
。

この後、再びＰＥＣＶＤ法にようシリコン酸化膜６を形
成し、その上に第２のＡｔ配線ｉＪ？ター７７を形成す
る（第１図（ｄ））。

第２のＡｔ配線パターン７の下地絶縁膜（４１５’１６
）表面は平坦に形成されているため、第２のＡｔ配線・
ぞターン７は良好な被覆特性を有し、ツヤターンのショ
ートや断線などのない配線が得られる。

ここで、この実施例で犠牲膜として用いた有機がシス膜
とシリコン酸化膜とのエツチング特性について述べる。

有機が２ス膜は有機成分を含むシリコン酸化膜であるた
め、シリコン酸化膜とのエツチング速度比はエツチング
ガスの混合比を変えることによって容易に変化させるこ
とが出来る。第２図に前述の有機ガラス膜とシリコン酸
化膜とのエツチング速度（ＥＲ）比と、Ｃ２Ｆ６とＣＨ
Ｆ３との混合比との関係の実験データを示す。また、第
３図に上述のエツチング速度比と、０２Ｆ６と０２との
混合比との関係の実験データを示す。第２図、第３図か
られかるように、エツチングガスの混合比を変えること
によってエツチング速度比は２５優から１１０係まで変
化する。

このエツチング速度比の変化・は以下のようなことが原
因と考えられる。即ち、一般にシリコン酸化膜のエツチ
ングには三フッ化炭素イオン（ＣＦ３）などのイオン種
がエツチング反応に寄与し、−万有機ガラス膜のエツチ
ングにはフッ素ラジカル（Ｆ＊）や酸素ラジカル（Ｏ＊
）などが反応に寄与するといわれている。第２図、第３
図の実験ではＣＦ４の混合比の増加に伴なってフッ素ラ
ジカル、酸素ラジカルが減少し、また、酸素の混合比の
増加に伴なってフッ素ラジカル、酸素ラジカルが増加し
たため、上述のようなエツチング特性になったものと考
えられる。なト、ヘリウムガスｔ／ｉグラズマ放電の安
定化のために添加したもので、エツチング反応には直接
は関係していないものと考えられている。

上述の実施例では炭素成分を約５１多含有した有機ガラ
スを用いたが、炭素などの有機成分の含有量の異なる有
機ガラスでも上述のようなエツチング速度比の変化がみ
られる。例えば炭素成分６．４重量優を含有する下記構
造を基本単位とする有機ガラスを用いて、上述と同様の
実験を行なった所、エツチング速度比は７０−１７０％
の範囲に制御できた。

さらに、上述の実施例で得られた構造を用いて、有機ガ
ラス膜とシリコン酸化膜とのエツチング速度比を変えて
エツチングした結果を第４図として示す。なお図中第１
図と同一部分には同一符号を付してその説明を省略して
いる。

第４図（、）は第２図Ａの条件、即ち、シリコン酸化膜
に対して有機が２ス膜のエツチング速度比が４５％程度
の条件で前述の構造体をエツチングしたものである。こ
の条件ではシリコン酸化膜４が速くエツチングされすぎ
るため、有機ガラス膜５′が凸部金形酸した形状となる
。

第４図（ｂ）は第３図のＢの条件、即ち、シリコン酸化
膜に対して有機ガラス膜のエツチング速度比が８５俤程
度の条件で前述の構造体をエツチングしたもの（前述の
実施例と同一の条件）である。

この条件では有機ガラスのエツチング速度が、被エツチ
ング面積率の減少によって速くなることと、シリコン酸
化膜のエツチング速度に対して遅くしたことが相殺し、
シリコン酸化膜と有機ガラス膜がほぼ同一速度でエツチ
ングされ、結果として平坦な平面形状が得られる。

第４図（ｃ）は第３図のＣの条件、即ち、シリコン酸化
膜に対して有機ガラス膜のエツチング速度比が１１０％
とした条件で前述の構造体をエツチングしたものである
。この条件では有機ガラス膜が速くエツチングされるた
め、シリコン酸化膜の凸部が形成された形状となる。

次に第２の発明の実施例について説明する。

第５図は第２の発明の詳細な説明するための断面図であ
る。

シリコン基板２′上にＣＶＤ法にょシＢＰＳＧ膜２２を
形威し、さらにその上に第１のＡｔ配線パターン２３を
形成する（第５図（ａ））。ここで膜厚、配線巾などの
条件は前述した第１の発明の実施例と同様である。

次に、シリコン酸化膜２４を全面に形成し、さらに有機
ガラス膜２５を表面が平坦となるよう形成する（第５図
（ｂ））。この工程も前述した第１の発明の実施例と同
様の条件である。ただし、第５図（ｂ）では第１のＡｔ
配線／４’ターフ２３が形成されない領域ｌで図示しで
ある第１のＡｔ配線ＩＰターン２３の・ぞターン面積率
が３０％であることからも、このようにＡｔ配線ノぞタ
ーン２３が形成されない領域が広範囲に存在することは
わかるであろう。なお、有機ガラス膜は全く完全に平坦
に形成されるわけではなく、段差がない程度に形成され
るため、シリコン酸化膜２４の凹部での膜厚ｔよりも第
１０Ｍ配線パターン２３が形成されていない領域での膜
厚ｍの方が小さくなる。

この構造体を平行平板反応性イオンエツチング装置を用
いてエツチングを行なった。

１ず最初は第３図のＢの条件、即ち第１の発明の実施例
と同じ条件で第１のエツチングを行ない、このエツチン
グ時に一酸化炭素（ＣＯ）の発光スペクトル（波長５１
８ｎｍ）’！？モニターする。

第６図として示したＣｏの発光強度と時間との関係図か
られかるように、エツチング開始約１分後にＣＯの発光
強度が減少している。なふ−１この図で６１は高周波電
力をＯＮした時、６２は高周波電力をＯＦＦ　した時で
あシ、発光強度の急激な変化ではない。このＣＯの発光
強度の変化は以下のことが原因と考えられる。即ち、有
機ガラス膜のエツチングが進み、第１のＡｔ配線・ぞタ
ーン２３上の／リコン酸化膜２４も若干エツチングされ
た時−第１のＡｔ配線ノぞターン２３の形成されていな
い領域では有機ガラス膜２５が完全にエツチングされて
シリコン酸化膜が露出し、第１の）１配線・ぞターン２
３上のシリコン酸化膜２４の凹部のみに有・機ガラス膜
２５′が残存する（第５図（ｅ））。この凹部に残存し
た有機ガラス膜２５′の面積は全体の８多以下である。

Ｃｏの発光強度の変化は、この残存有機ガラス膜の面積
の減少の変化に対応するものと考えられる。

ちなみに、第１の発明の実施例の第１図（ｃ）は第５図
（、）と同じ状態である。

上述のように発光強度が減少したら第１のエツチングを
停止し、エツチング条件を第２図のＡの条件に変更する
。この条件はエツチングガスの混合比をＣ２Ｆ６：　Ｃ
ＨＦ、　：　Ｏ７：　Ｈｅ＝１０：　１０：　３：４４
とし、他の条件は第１の発明の実施例と同様にしたもの
で、被エツチング面積が１００％の平坦な膜において有
機ガラス膜が０．１９　ｕｒｎ／ｍｉｎ　、シリコン酸
化膜が０゜４２μｍ／ｍｉｎである。このような条件で
行なう第２のエツチングを約１分間行なった。この結果
有機ガラス膜は全て除去され、第１のＡｔ配線１？ター
ン２３上に約０．２如の厚さが残存した、平坦が表面な
形状のシリコン酸化膜２４′が得られた（第５図（ｄ〉
）。

この後、第１の発明の実施例と同様にシリコン酸化膜２
４′上に第２のＡｔ配線／Ｊ？ターン２６を形成した。

この第２のＡｔ配線・ぞターン２６は下地の絶縁膜２４
′の表面が平坦なため、良好な被覆形状を示し、ショー
トや断線のないものであった。

なお、上述の実施例ではＣｏの発光強度の変化をモニタ
ーしたが、この他にも７ノ素（Ｆ：波長７０６ｎｍ）Ｊ
Ｃ素（Ｈ：波長６５６ｎｍ）、ヘリウム（Ｈｅ　；波長
３８９ｎｍ）の発光強度もモニターした。

この結果も第７図に示す。Ｆ（第７図（ａ））、Ｈ（第
７図（ｂ））、Ｈｅ　（第７図（Ｃ））のいずれを用い
ても有機ガラス膜２４の減少を知ることが出来る。

（発明の効果） 以上説明したように、本願の第１の発明によれば、犠牲
膜としての有機ガラス膜のエツチング速度を被平坦化膜
であるシリコン酸化膜のエツチング速度より遅くなる条
件でプラズマエツチングすることにより、被平坦化膜の
被エツチング面積率が減少してエツチング速度が速くな
った有機ガラス膜と被平坦化膜とのエツチング速度が等
しくなう、有機ガラス膜と被平坦化膜とを表面が平坦と
なるようエツチングすることが出来る。

なか、このプラズマエツチングのエツチングガスとして
、フッ素ガスと０２ガス又は／及びＣＨＦ３ガスとの混
合ガスを用いることにより、この混合ガスの混合比の制
御で有機ガラス膜と被エツチング膜とのエツチング速度
比を容器に変化させることが出来る。

筐た、本願の第２の発明によれば、上記第１の発明のエ
ツチングの際に被エツチング膜の凹部にのみ有機ガラス
膜が残存した状態になったとき、有機ガラス膜のエツチ
ング速度がさらに遅くなる条件に変えてプラズマエツチ
ングすることにより、被エツチング膜を平坦な表面形状
にエツチングすることが可能となる。

なお、有機ガラス膜が被エツチング膜の凹部にのみ残存
したことを検出する手段として、プラズマエツチング中
にＣｏ　、　Ｆ　、　Ｈ、Ｈｅなどの特定物質の発光強
度変化を利用することにより、容易にかつ正確に検出す
ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１＠の発明の実施例を示す図、第２図及び第
３図は有機がラス膜とシリコン酸化膜とのエツチング速
度比を示す図、第４図はエツチングガスの差による平坦
度の違いを示す図、第５図は第２の発明の実施例を示す
図、第６図及び第７図は発光強度の変化を示す図である
。 １．２１・・・シリコン基板、２，２２・・・ＢＰＳＧ
膜、３．２３・・・第１のＡｔ配線パターン、４，６．
２４・・・シリコン酸化膜、５，２５・・・有機ガラス
膜、７゜２６・・・第２のＡｔ配線ノソターン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面に凹部を有する被エッチング膜上に、有機基
   を有するガラス膜を表面を平坦に形成する工程と、 この後、フッ素系ガスと、酸素ガス、三フッ化メタンガ
   スの少なくとも一方との混合ガスを用い、この混合ガス
   の混合比を前記ガラス膜のエッチング速度が前記被エッ
   チング膜のエッチング速度より遅くなる条件に設定して
   プラズマエッチングすることにより、表面が平坦な前記
   被エッチング膜と前記ガラス膜との積層膜を得る工程と
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. （２）表面に凹部を有する被エッチング膜上に、有機基
   を有するガラス膜を表面を平坦に形成する工程と、 この後、フッ素系ガスと、酸素ガス、三フッ化メタンガ
   スの少なくとも一方との混合ガスを用い、この混合ガス
   の混合比を前記ガラス膜のエッチング速度が前記被エッ
   チング膜のエッチング速度より遅くなる第１の条件に設
   定してプラズマエッチングすることにより、前記凹部に
   のみ前記ガラス膜が残存した表面が平坦な前記被エッチ
   ング膜と前記ガラス膜との積層膜を得る工程と、 この積層膜を前記混合ガスを用いて、この混合ガスの混
   合比を前記第１の条件に比べて前記ガラス膜のエッチン
   グ速度がさらに遅くなる第２の条件に設定してプラズマ
   エッチングすることにより表面が平坦な被エッチング膜
   を得る工程とを有することを特徴とする半導体装置の製
   造方法。