JPH04162624A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH04162624A
JPH04162624A JP2286957A JP28695790A JPH04162624A JP H04162624 A JPH04162624 A JP H04162624A JP 2286957 A JP2286957 A JP 2286957A JP 28695790 A JP28695790 A JP 28695790A JP H04162624 A JPH04162624 A JP H04162624A
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etching
material layer
layer
insulating film
interlayer insulating
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Toshiharu Yanagida
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Abstract

PURPOSE:To prevent an upper-layer interconnection material layer from being eroded by a loading effect while a practical etching speed is maintained by a method wherein a uniform-velocity etching-back operation is executed under etching conditions whose main constituent is a radical reaction and an overetching operation is executed under etching conditions whose main constituent is a sputtering reaction by means of ions. CONSTITUTION:The whole surface is coated with a resist film 8 as a flattening material layer; the surface of a base body is flattened. The base body in this state, a wafer 15, is set on a wafer stage 16 at a microwave plasma etching apparatus provided with a magnetic field; it is raised to a position which closes the opening in a plasma extraction window 14 so that the wafer 15 can be arranged and installed so as to face a plasma generation chamber 13. An etching-back operation is executed. The etching speed of the resist film 8 and that of a tungsten layer 7 become equal. An etching-back operation whose main etching seed is F*, that is, fluorine radicals, progresses at high speed. A protrusion 7a is removed, and the surface of the base body is flattened. In order to remove the resist film 8 and the tungsten layer 7 which are left a little, an overetching operation is executed. A radical property is restrained; instead of it, the dependence of ions on an etching reaction becomes large.

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の製造方法に関し、特に深さの異な
る接続孔を上層配線材料層の選択成長により埋め込んだ
後の基体の平坦化を高精度に行う方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and in particular to a method for improving the planarization of a substrate after connecting holes of different depths are filled by selective growth of an upper wiring material layer. Regarding how to do it with precision.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、下層配線に臨んで層間絶縁膜に開孔された深
さの異なる接続孔を上層配線材料層を選択成長させるこ
とにより、あるいは選択成長と全面成長を組み合わせる
ことにより埋め込み、有磁場マイクロ波プラズマ・エッ
チング装置を使用するエッチバックにより基体を平坦化
する半導体装置の製造方法において、層間絶縁膜の表面
がほぼ露出するまではラジカル反応が主体となる条件で
、またオーバーエツチングはイオンによるスパッタリン
グ反応が主体となる条件でそれぞれエツチングを行うこ
とにより、実用的なエツチング速度を維持しつつオーバ
ーエツチング時のローディング効果による上層配線材料
層の侵食を防止しようとするものである。
The present invention is capable of filling connection holes of different depths opened in an interlayer insulating film facing the lower wiring by selectively growing the upper wiring material layer or by combining selective growth and full-scale growth. In a semiconductor device manufacturing method in which the substrate is planarized by etchback using wave plasma etching equipment, radical reactions are predominant until the surface of the interlayer insulating film is almost exposed, and overetching is performed using ion sputtering. By performing etching under conditions in which reactions are the main component, it is possible to maintain a practical etching rate while preventing erosion of the upper wiring material layer due to the loading effect during overetching.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

VLSI、ULSI等にみられるように半導体装置の高
集積化、高密度化が進行するに伴い、デバイス・チップ
上では配線部分の占める割合が増大する傾向にあるが、
これによるチップ面積の大幅な増大を防止するために多
層配線が今や必須の技術となっている。従来、配線形成
方法としては、アルミニウム等からなる金属薄膜をスパ
ッタリング法により形成することが広く行われている。
As semiconductor devices become more highly integrated and dense, as seen in VLSI, ULSI, etc., the proportion of wiring on device chips tends to increase.
In order to prevent a significant increase in chip area due to this, multilayer wiring has now become an essential technology. Conventionally, as a wiring formation method, forming a metal thin film made of aluminum or the like by a sputtering method has been widely practiced.

しかし、上述のように配線の多層化が進行し、その結果
として基体の表面段差や接続孔のアスペクト比が増大し
ている状況下では、スパッタリング法におけるステップ
・カバレージの不足により上層配線と半導体基板との間
の接続不良や配線間における接続不良がすでに重大な問
題となっている。
However, as mentioned above, as wiring becomes more multilayered and as a result, the surface level difference of the substrate and the aspect ratio of connection holes increase, the lack of step coverage in the sputtering method results in a gap between the upper layer wiring and the semiconductor substrate. Poor connections between wires and wires have already become a serious problem.

そこで近年、タングステン、モリブデン、タンタル等の
高融点金属、あるいはアルミニウム、銅等の金属を接続
孔内に選択的に成長させることによりアスペクト比の高
い接続孔を埋め込む技術が注目されている。かかる選択
成長の手法としては、金属フッ化物や有機金属化合物等
のガスを下層配線材料により還元して金属を析出させる
選択CVD法がその代表的なものである。層間絶縁膜に
開孔された深さの異なる接続孔を選択CVD法により金
属で埋め込む場合、相対的に深い接続孔か過不足なく埋
め込まれる条件では相対的に浅い接続孔において過剰な
成長(オーバーグロース)が起こり、いわゆるネイル・
ヘット状の突起が形成される。かかる突起は基体の平坦
化の目的からは好ましくないので、通常はレジスト材料
等を全面に塗布して基体をいったん平坦化し、続いてこ
の平坦化材料と金属のエツチング速度が等しくなる条件
にてエッチバックを行うという手法により除去される。
Therefore, in recent years, attention has been paid to a technique of burying contact holes with a high aspect ratio by selectively growing high melting point metals such as tungsten, molybdenum, and tantalum, or metals such as aluminum and copper within the contact holes. A typical method for such selective growth is a selective CVD method in which a metal is deposited by reducing a gas such as a metal fluoride or an organometallic compound using a lower wiring material. When contact holes of different depths opened in an interlayer insulating film are filled with metal by selective CVD, excessive growth (overgrowth) occurs in relatively shallow contact holes when the contact holes are relatively deep or filled with just the right amount. growth) occurs, and the so-called nail growth occurs.
A head-shaped protrusion is formed. Since such protrusions are undesirable for the purpose of flattening the substrate, the substrate is usually flattened by coating the entire surface with a resist material, and then etched under conditions such that the etching rate of the flattening material and the metal are equal. It is removed by backing up.

あるいは、上述の選択CVD法と基体の全面に金属もし
くは合金を析出させるCVD法(いわゆるブランケット
CVD法)とを組み合わせ、エッチバックにより基体を
平坦化する方法も知られている。たとえば、特開昭63
−133551号公報には、深さの異なるコンタクト・
ホール内にタングステンを選択CVDにより成長させ、
続いてブランケットCVD法により全面にタングステン
・シリサイド層を形成し、さらに全面に有機塗布膜を形
成してからエッチバックにより基体を平坦化する技術が
開示されている。この技術によれば、深いコンタクト・
ホールにおいて金属の埋込みか不足(アンダーグロース
)していても、ブランケットCVD法により堆積された
合金層によりその不足分が補われ、基体を平坦化するこ
とができる。
Alternatively, a method is also known in which the selective CVD method described above is combined with a CVD method (so-called blanket CVD method) in which a metal or alloy is deposited on the entire surface of the substrate, and the substrate is planarized by etchback. For example, JP-A-63
-133551 publication describes contacts with different depths.
Tungsten is grown in the hole by selective CVD,
Subsequently, a technique has been disclosed in which a tungsten silicide layer is formed on the entire surface by a blanket CVD method, an organic coating film is further formed on the entire surface, and the substrate is planarized by etching back. According to this technology, deep contact
Even if there is a lack of metal filling (undergrowth) in the hole, the lack can be compensated for by the alloy layer deposited by the blanket CVD method, making it possible to flatten the substrate.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

ところで、上述のようなエッチバックでは、ウェハ面内
均一性を考慮して5〜lO%程度のオーバーエツチング
が行われるのが普通である。しかし、同じウェハ面でも
エツチング装置内のプラズマ密度の比較的高い領域に近
接している部分では、それ以外の部分と比較してエツチ
ング速度か速くなっているため、眉間絶縁膜の露出に伴
う被エツチング面積の急激な減少が早い時期に生じ、過
剰となったエツチング種により接続孔に埋め込まれた金
属か大きく侵食されてしまう。これは、いわゆるローデ
ィング効果として良く知られた現象である。この問題は
、デバイス・チップの大型化に伴ってウェハが大口径化
され、しかもスルーブツトの低下を招かないように高密
度プラズマを用いて高速エツチングを行う枚葉式プラズ
マ・エッチング装置が主流となる今後の半導体装置の製
造分野においては、−層顕著になるものと考えられる。
By the way, in the above-mentioned etchback, overetching of about 5 to 10% is usually performed in consideration of uniformity within the wafer surface. However, even on the same wafer surface, the etching rate is faster in areas close to areas with relatively high plasma density in the etching equipment than in other areas, so the etching rate due to the exposure of the glabella insulating film is A rapid decrease in the etching area occurs at an early stage, and the metal embedded in the connection hole is greatly eroded by the excess etching species. This is a phenomenon well known as the so-called loading effect. This problem has been addressed as the diameter of wafers has increased as device chips have become larger, and single-wafer plasma etching equipment has become mainstream, using high-density plasma to perform high-speed etching to avoid reducing throughput. In the field of manufacturing semiconductor devices in the future, it is thought that -layers will become more prominent.

したがって、その早急な解決か望まれている。Therefore, an immediate solution is desired.

そこで本発明は、上述のようなローディング効果による
悪影響を招くことなく、選択成長後の上層配線金属のエ
ッチバックを実用的な速度で高精度に行う方法を提供す
ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a method for etching back an upper layer wiring metal after selective growth at a practical speed and with high accuracy without causing the adverse effects due to the loading effect as described above.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明にかかる半導体装置の製造方法は上述の目的を達
成するために提案されるものである。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is proposed to achieve the above-mentioned object.

すなわち、本発明の第1の発明にかかる半導体装置の製
造方法は、段差を有する基体上に複数の下層配線を形成
する工程と、全面に層間絶縁膜を形成する工程と、前記
下層配線に臨んで前記層間絶縁膜に深さの異なる複数の
接続孔を開孔する工程と、深い接続孔が完全に埋め込ま
れるまで前記接続孔内に選択的に上層配線材料層を成長
させる工程と、全面に平坦化材料層を形成して基体を平
坦化する工程と、有磁場マイクロ波プラズマ・エッチン
グ装置を用い、ラジカル反応が主体となるエツチング条
件で前記層間絶縁膜の表面が露出するまで上記平坦化材
料層と上層配線材料層との等速エッチバックを行う工程
と、イオンによるスパッタリング反応が主体となるエツ
チング条件に切り替えてオーバーエツチングを行う工程
とを有することを特徴とするものである。
That is, the method for manufacturing a semiconductor device according to the first aspect of the present invention includes a step of forming a plurality of lower layer wirings on a substrate having a step, a step of forming an interlayer insulating film on the entire surface, and a step of forming a layer facing the lower layer wirings. forming a plurality of contact holes with different depths in the interlayer insulating film; selectively growing an upper wiring material layer in the contact holes until the deep contact holes are completely filled; A step of forming a planarizing material layer to planarize the substrate, and using a magnetic field microwave plasma etching device, the planarizing material is etched under etching conditions that mainly involve radical reactions until the surface of the interlayer insulating film is exposed. This method is characterized by comprising a step of performing constant-speed etchback of the layer and the upper wiring material layer, and a step of performing over-etching by switching to etching conditions in which sputtering reaction by ions is the main ingredient.

本発明の第2の発明にかかる半導体装置の製造方法は、
深さの異なる複数の接続孔の開孔まては第1の発明と同
様に行い、さらに浅い接続孔が完全に埋め込まれ、かつ
深い接続孔において埋込みが不足する状態となるよう前
記接続孔内に選択的に第1の上層配線材料層を成長させ
る工程と、前記深い接続孔が完全に埋め込まれるように
全面に第2の上層配線材料層を形成する工程と、全面に
平坦化材料層を形成して基体を平坦化する工程と、有磁
場マイクロ波プラズマ・エッチング装置を用い、ラジカ
ル反応が主体となるエツチング条件で前記層間絶縁膜の
表面か露出するまで少なくとも上記平坦化材料層と前記
第2の上層配線材料層とのエツチング速度が等しくなる
条件でエッチバッりを行う工程と、イオンによるスパッ
タリング反応が主体となるエツチング条件に切り換えて
オーバーエツチングを行う工程とを育することを特徴と
するものである。
A method for manufacturing a semiconductor device according to a second aspect of the present invention includes:
A plurality of connecting holes having different depths are formed in the same manner as in the first invention, and the connecting holes are further drilled so that the shallow connecting holes are completely filled and the deep connecting holes are not fully filled. a step of selectively growing a first upper wiring material layer, a step of forming a second upper wiring material layer on the entire surface so that the deep connection hole is completely buried, and a step of forming a planarization material layer on the entire surface. At least the planarizing material layer and the first layer are etched until the surface of the interlayer insulating film is exposed, using a magnetic field microwave plasma etching device under etching conditions that mainly involve radical reactions. 2. A step of performing etch-back under conditions where the etching rate is equal to that of the upper wiring material layer, and a step of performing over-etching by switching to etching conditions in which a sputtering reaction by ions is the main component. It is.

さらに、本発明の第3の発明にかかる半導体装置の製造
方法は、深さの異なる複数の接続孔の開孔までは第1の
発明と同様に行い、さらにいずれの接続孔においても埋
込みが不足する状態となるように前記接続孔内に選択的
に第1の上層配線材料層を成長させる工程と、前記接続
孔が完全に埋め込まれるように全面に第2の上層配線材
料層を形成する工程と、全面に平坦化材料層を形成して
基体を平坦化する工程と、有磁場マイクロ波プラズマ・
エッチング装置を用い、ラジカル反応か主体となるエツ
チング条件で前記層間絶縁膜の表面が露出するまで上記
平坦化材料層と前記第2の上層配線材料層との等速エッ
チバックを行う工程と、イオンによるスパッタリング反
応が主体となるエツチング条件に切り換えてオーバーエ
ツチングを行う工程とを有することを特徴とするもので
ある。
Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the third aspect of the present invention, the process up to the opening of a plurality of contact holes having different depths is carried out in the same manner as in the first invention, and furthermore, there is insufficient filling in any of the contact holes. a step of selectively growing a first upper layer wiring material layer in the connection hole so that the connection hole is completely filled with a second upper layer wiring material layer over the entire surface so that the connection hole is completely buried; , a step of flattening the substrate by forming a layer of flattening material on the entire surface, and a step of flattening the substrate using magnetic field microwave plasma.
a step of etching back the planarizing material layer and the second upper wiring material layer at a constant rate using an etching apparatus under etching conditions mainly based on radical reaction until the surface of the interlayer insulating film is exposed; This method is characterized by the step of performing over-etching by switching to etching conditions in which a sputtering reaction is the main component.

〔作用〕[Effect]

本発明の第1の発明、第2の発明、および第3の発明に
かかる半導体装置の製造方法は、いずれも層間絶縁膜の
表面が露出するまでのエッチハック工程と、処理のウェ
ハ面内均一化を図るためのオーバーエツチング工程との
間でエツチング条件を切り換えることを重要なポイント
としている。
The methods for manufacturing a semiconductor device according to the first, second, and third aspects of the present invention all include an etch hack step until the surface of an interlayer insulating film is exposed, and a uniform processing process within the wafer surface. An important point is to switch the etching conditions between the over-etching process and the over-etching process to achieve the desired results.

まずエッチバック時には、ラジカル反応か主体となるエ
ツチング条件を採用する。有磁場マイクロ波プラズマ・
エッチング装置においてかかる条件を達成するためには
、相対的に高いRFバイアス周波数を印加し、被処理基
板を該エツチング装置内てプラズマ密度の高い領域に設
置すれば良い。
First, during etchback, etching conditions are adopted in which radical reaction is the main ingredient. Magnetic field microwave plasma/
In order to achieve such conditions in an etching apparatus, a relatively high RF bias frequency may be applied and the substrate to be processed may be placed in a region of high plasma density within the etching apparatus.

一般にプラズマ・エッチング装置において両電極間に交
流電場を印加すると、周波数が低い場合にはイオンと電
子が双方とも電場の反転に追従することができるが、印
加電場の周波数の増加に伴い質量の大きいイオンから順
次追従が不可能となり、さらに周波数が増加すると電子
も追従不可能となって両電極間で振動するようになる。
Generally, when an alternating current electric field is applied between both electrodes in a plasma etching system, both ions and electrons can follow the reversal of the electric field when the frequency is low, but as the frequency of the applied electric field increases, the mass increases. It becomes impossible to follow the ions one by one, and as the frequency increases further, the electrons also become impossible to follow and begin to oscillate between the two electrodes.

この振動開始点が通常は高周波(RF)領域にある。し
たがって、高いRFバイアス周波数が印加され、両電極
間で電子が振動している状態では、該電子とガス分子と
の衝突により多くのラジカルやイオンが生成するが、イ
オンは電場に追従できないので相対的にはラジカル主体
のエツチング反応が起こり易い条件が達成される。これ
により、エッチバックは実用的な速度で等方的に進行す
る。
The starting point of this vibration is usually in the radio frequency (RF) region. Therefore, when a high RF bias frequency is applied and electrons oscillate between the two electrodes, many radicals and ions are generated due to collisions between the electrons and gas molecules, but the ions cannot follow the electric field, so Specifically, conditions are achieved in which radical-based etching reactions are likely to occur. As a result, etchback progresses isotropically at a practical speed.

一方、オーバーエツチング時にはイオンによるスパッタ
リング反応が主体となるエツチング条件を採用する。有
磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置においてかか
る条件を達成するためには、相対的に低いRFバイアス
周波数を印加し、被処理基板を該エツチング装置内でプ
ラズマ密度の高い領域から遠ざければ良い。かかる低R
Fバイアス周波数下では、質量の大きいイオンも電界の
切り替わりに追従できるようになるので、ラジカル性は
相対的に弱められ、エツチング反応のイオン依存性か大
きくなる。イオンはその電荷により電界に沿って加速さ
れるので、オーバーエツチング時には高異方性か達成さ
れる。
On the other hand, during over-etching, etching conditions are adopted in which sputtering reaction by ions is the main activity. Such conditions can be achieved in a magnetic field microwave plasma etching system by applying a relatively low RF bias frequency and moving the substrate away from areas of high plasma density within the etching system. Such low R
Under the F bias frequency, ions with large mass can also follow the switching of the electric field, so the radical nature is relatively weakened and the ion dependence of the etching reaction increases. Since the ions are accelerated along the electric field by their charge, high anisotropy is achieved during overetching.

以上が本発明を構成する3発明すべてに共通の作用であ
るが、3発明は深さの異なる接続孔が選択成長により埋
め込まれる状態に3通りの場合があることを想定し、そ
れぞれの場合に上述のドライエツチング技術を適用した
ものである。
The above-mentioned functions are common to all three inventions constituting the present invention, but the three inventions assume that there are three cases in which connecting holes with different depths are buried by selective growth, and in each case, This is an application of the dry etching technique described above.

すなわち第1の発明では、上層配線材料層の選択成長に
よりすべての接続孔が埋め込まれ、浅い接続孔、あるい
は浅い接続孔と深い接続孔の両方にてネイルヘッド状の
突起が形成されるので、この突起を除去するためのエッ
チバックが必要とされる。したがって、この場合のエッ
チバックは、平坦化材料層と上層配線材料層のエツチン
グ速度か等しくなる条件で行われる。
That is, in the first invention, all the connection holes are filled by selective growth of the upper wiring material layer, and nail head-like protrusions are formed in the shallow connection holes or in both the shallow connection holes and the deep connection holes. Etchback is required to remove this protrusion. Therefore, the etch-back in this case is performed under conditions such that the etching rates of the planarization material layer and the upper wiring material layer are equal.

第2の発明では、浅い接続孔か第1の上層配線材料層に
より平坦もしくはネイルヘッド状に埋め込まれ、深い接
続孔において埋め込みの不足が生じているので、この不
足分を第2の上層配線材料層で埋込む作業とエッチバッ
クとが必要となる。
In the second invention, the shallow contact hole is buried flatly or in a nail head shape by the first upper layer wiring material layer, and since there is insufficient filling in the deep connection hole, this shortage is filled with the second upper layer wiring material layer. Layer embedding work and etchback are required.

したがって、この場合のエッチバックは、浅い接続孔が
平坦に埋め込まれている場合には平坦化材料層と第2の
上層配線材料層のエツチング速度か等しくなる条件で行
われ、浅い接続孔において突起が形成されている場合に
は平坦化材料層と第2の上層配線層と第1の上層配線層
のエツチング速度が等しくなる条件で行われる。
Therefore, in this case, the etchback is performed under conditions where the etching rate of the flattening material layer and the second upper wiring material layer are equal when the shallow contact hole is buried flatly, and the etching rate of the flattening material layer and the second upper wiring material layer are equal. is formed, the etching is performed under conditions such that the etching rates of the planarizing material layer, the second upper wiring layer, and the first upper wiring layer are equal.

さらに第3の発明では、いずれの接続孔においても第1
の配線材料層による埋め込みか不足しているので、この
不足分を第2の上層配線材料層で埋め込む作業とエッチ
バックとが必要となる。したがって、この場合のエッチ
バックは、平坦化材料層と第2の上層配線材料層のエツ
チング速度が等しくなる条件で行われる。
Furthermore, in the third invention, the first
Since there is insufficient embedding with the wiring material layer, it is necessary to bury this shortage with a second upper wiring material layer and etch back. Therefore, the etch-back in this case is performed under conditions such that the etching rates of the planarizing material layer and the second upper wiring material layer are equal.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の具体的な実施例について図面を参照しな
がら説明する。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、各実施例の説明に入る前に、本発明で使用される
有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置の概略的な
構成例について第6図(A)および第6図(B)を参照
しながら説明する。
First, before entering into the description of each embodiment, referring to FIG. 6(A) and FIG. 6(B) for a schematic configuration example of a magnetic field microwave plasma etching apparatus used in the present invention. explain.

この装置は、2.45GH2のマイクロ波を発生するマ
グネトロン(10)、該マグネトロン(1o)に図示さ
れない整合器、マイクロ波電力計、アイソレータ等を介
して接続され、上記マイクロ波を導く矩形導波管(11
)、該矩形導波管(11)に石英ガラス板等からなるマ
イクロ波導入窓(12)を介して接続され、電子サイク
ロトロン共鳴(ECR)を利用してプラズマを発生させ
るためのプラズマ生成室(13)、プラズマの生成によ
る温度上昇を防止するために、上記プラズマ生成室(1
3)の二重構造とされた外壁部に水を導入する冷却水管
(21)、上記プラズマ生成室(13)で生成したプラ
ズマを引き出すためのプラズマ引き出し窓(14)、被
加工物であるウェハ(15)を載置するウェハ・ステー
ジ(16)を囲繞しエツチングを行う試料室(17)、
上記矩形導波管(11)の一端部からプラズマ生成室(
13)にわたってこれらを周回するように配設されたソ
レノイド・コイル(18)、上記プラズマ生成室(13
)にエツチング・ガスを供給するための一次ガス供給管
(19)、上記試料室(17)にエツチング・ガスを供
給するだめの二次ガス供給管(20)、上記試料室(1
7)から図中矢印入方向に接続される排気系統(図示せ
ず。)等からなるものである。
This device includes a magnetron (10) that generates 2.45 GH2 microwaves, a rectangular waveguide that is connected to the magnetron (1o) via a matching box, a microwave power meter, an isolator, etc. (not shown), and that guides the microwaves. Pipe (11
), a plasma generation chamber ( ) connected to the rectangular waveguide (11) via a microwave introduction window (12) made of a quartz glass plate, etc., for generating plasma using electron cyclotron resonance (ECR). 13) In order to prevent temperature rise due to plasma generation, the plasma generation chamber (1
3) a cooling water pipe (21) that introduces water into the double-structured outer wall, a plasma extraction window (14) for drawing out the plasma generated in the plasma generation chamber (13), and a wafer that is the workpiece. a sample chamber (17) surrounding the wafer stage (16) on which the wafer (15) is placed and performing etching;
From one end of the rectangular waveguide (11) to the plasma generation chamber (
13), a solenoid coil (18) disposed so as to circulate around these, and the plasma generation chamber (13).
) for supplying etching gas to the sample chamber (17), a secondary gas supply pipe (20) for supplying etching gas to the sample chamber (17), and a secondary gas supply tube (20) for supplying etching gas to the sample chamber (17).
7) and an exhaust system (not shown) connected in the direction indicated by the arrow in the figure.

これらの基本的な構成要素に加え、上記装置にはさらに
次の3点の工夫、すなわち■ウェハ・ステージ(16)
の昇降を可能とし、■ウェハ・ステージ(16)に印加
されるバイアス周波数の切り換えを可能とし、■プラズ
マ引き出し窓(14)の開閉を可能とする工夫が施され
ている。
In addition to these basic components, the above device has the following three features: ■ Wafer stage (16)
(1) It is possible to switch the bias frequency applied to the wafer stage (16), and (2) the plasma extraction window (14) can be opened and closed.

まず、上記ウェハ・ステージ(16)は、図示されない
駆動手段に接続されるウェハ・ステージ支持部材(22
)と結合されることにより、図中矢印B方向に沿って昇
降可能となされている。また上記試料室(17)の外部
には、周波数13.56MHzの第1のRF電源(25
)、および周波数800kHzの第2のRF電源(24
)が配設されており、これら両者は切り換えスイッチ(
23)により選択的に上記ウェハ・ステージ支持部材(
22)を介してウェハ・ステージ(16)に接続され各
周波数にて所定のRFバイアス・パワーを印加するよう
になされている。さらに、上記プラズマ引き出し窓(1
4)は、プラズマ流(26)の絞りとして機能すると共
に、マイクロ波の反射面を構成し、上記プラズマ生成室
(13)をマイクロ波共振器として機能させる役目を有
するものであり、ここでは図中矢印C方向に往復動可能
となされている。
First, the wafer stage (16) is connected to a wafer stage support member (22) connected to a driving means (not shown).
), it is possible to move up and down along the direction of arrow B in the figure. Additionally, a first RF power source (25) with a frequency of 13.56 MHz is installed outside the sample chamber (17).
), and a second RF power supply (24
), and both of these are connected by a changeover switch (
23) selectively removes the wafer stage support member (
22) to the wafer stage (16) to apply predetermined RF bias power at each frequency. Furthermore, the plasma drawer window (1
4) functions as a diaphragm for the plasma flow (26), constitutes a microwave reflecting surface, and has the role of making the plasma generation chamber (13) function as a microwave resonator. It is capable of reciprocating in the direction of the middle arrow C.

ここで、ウェノいステージ(16)の昇降動作、RFバ
イアス周波数の切り換え動作、およびプラズマ引き出し
窓(14)の開閉動作は互いに連動されている。
Here, the raising and lowering operation of the solid stage (16), the switching operation of the RF bias frequency, and the opening/closing operation of the plasma extraction window (14) are interlocked with each other.

すなわち、ラジカル反応が主体となるエツチング条件を
達成したい場合には、相対的に高いRFバイアス周波数
を印加し、ウェハ(15)を高密度のプラズマ放電領域
に置(ことか有利となる。そこで、第6図(A)に示さ
れるように、プラズマ引き出し窓(14)の開口を大と
し、上記ウエノいステージ(16)を該プラズマ引き出
し窓(14)と略等しい高さまで上昇させて上記開口を
塞ぎ、切り換えスイッチ(23)の接点(23a)と接
点(23b)とを接続して第1のRFt源(25)か接
続されるようにする。
That is, when it is desired to achieve etching conditions in which radical reactions are the main ingredient, it is advantageous to apply a relatively high RF bias frequency and place the wafer (15) in a high-density plasma discharge region. As shown in FIG. 6(A), the opening of the plasma extraction window (14) is enlarged, and the large stage (16) is raised to approximately the same height as the plasma extraction window (14) to open the opening. and connect the contacts (23a) and (23b) of the changeover switch (23) so that the first RFt source (25) is connected.

一方、イオン主体のスパッタリングが主体となるエツチ
ング条件を達成したい場合には、相対的に低いRFバイ
アス周波数を印加し、ウェハ(15)をプラズマ生成室
(13)から遠ざける方が有利となる。そこで、第6図
(B)に示されるようる上記ウェハ・ステージ(16)
を試料室(17)内の適当な位置まで下降させ、エツチ
ングの面内均一化を図るためにその下降距離に応じて上
記プラズマ引き出し窓(14)の開口を狭める。これに
より、上記プラズマ引き出し窓(14)からはイオンを
多く含み発散磁界に沿って下降するプラズマ流(26)
を引き出すことができる。さらに、切り換えスイッチ(
23)の接点 (23a)と接点(23c)とを接続し
て第2のRF電源(24)が接続されるようにする。
On the other hand, if it is desired to achieve etching conditions in which ion-based sputtering is the main component, it is advantageous to apply a relatively low RF bias frequency and move the wafer (15) away from the plasma generation chamber (13). Therefore, the wafer stage (16) as shown in FIG. 6(B)
is lowered to an appropriate position within the sample chamber (17), and the opening of the plasma extraction window (14) is narrowed in accordance with the lowering distance in order to make the etching uniform within the surface. As a result, from the plasma extraction window (14), a plasma flow (26) containing many ions descends along the diverging magnetic field.
can be extracted. In addition, a selector switch (
23) Contact (23a) and Contact (23c) are connected to connect the second RF power source (24).

以下に、かかる有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング
装置を使用した実施例を図面を参照しなから説明する。
Examples using such a magnetic field microwave plasma etching apparatus will be described below with reference to the drawings.

ただし、以下の各実施例では使用するエツチング・ガス
はすべて一部ガス供給管(19)を通じてプラズマ生成
室(13)へ供給し、二次ガス供給管(20)は使用し
ない。また、第1図(A)ないし第1図(C)、第2図
、第3図(A)ないし第3図(D)、第4図、および第
5図(A)および第5図(B)において、共通の材料層
により形成される部分は、若干の形状の違いはあっても
同一の番号を用いて説明する。
However, in each of the following embodiments, all of the etching gas used is partially supplied to the plasma generation chamber (13) through the gas supply pipe (19), and the secondary gas supply pipe (20) is not used. In addition, FIGS. 1(A) to 1(C), FIG. 2, FIG. 3(A) to 3(D), FIG. 4, and FIGS. 5(A) and 5( In B), parts formed by a common material layer will be described using the same numbers even if there are slight differences in shape.

実施例1 本実施例は、本発明の第1の発明を適用して選択CVD
法によりタングステン層を成長させた後、基体の平坦化
を行った例である。これを第1図(A)ないし第1図(
C)を参照しながら説明する。
Example 1 In this example, selective CVD was performed by applying the first invention of the present invention.
This is an example in which the substrate was planarized after growing a tungsten layer by a method. This is shown in Figure 1 (A) to Figure 1 (
This will be explained with reference to C).

まず、第1図(A)に示されるように、段差を有する基
板(1)上にアルミニウム系材料層等からなる下段側の
下層配線層(2)と上段側の下層配線層(3)を形成し
、全面を酸化シリコン等からなる層間絶縁膜(4)でほ
ぼ平坦に被覆した後、該層間絶縁膜(4)に下段側の上
記下層配線層(2)に臨む深い第1の接続孔(5)、お
よび上段側の上記下層配線層(3)に臨む浅い第2の接
続孔(6)をそれぞれ形成した。これら第1の接続孔(
5)および第2の接続孔(6)の内部に選択CVD法に
より上層配線の一部となるタングステン層(7)を成長
させたところ、上記第1の接続孔(5)がほぼ平坦に埋
め込まれる条件では上記第2の接続孔(6)において過
剰な成長が起こり、ネイルヘッド状の突起(7a)が形
成された。
First, as shown in FIG. 1(A), a lower wiring layer (2) on the lower stage and a lower wiring layer (3) on the upper stage, which are made of an aluminum-based material layer, etc. are placed on a substrate (1) having a step. After the entire surface is almost flatly covered with an interlayer insulating film (4) made of silicon oxide or the like, a deep first contact hole is formed in the interlayer insulating film (4) facing the lower wiring layer (2) on the lower stage side. (5) and a shallow second contact hole (6) facing the lower wiring layer (3) on the upper stage side were formed, respectively. These first connection holes (
5) and a tungsten layer (7) that will become part of the upper layer interconnection is grown inside the second contact hole (6) by selective CVD, and the first contact hole (5) is buried almost flat. Under these conditions, excessive growth occurred in the second connecting hole (6), and a nail head-shaped protrusion (7a) was formed.

次に、第1図(B)に示されるように、全面に平坦化材
料層としてレジスト膜(8)を塗布形成し、基体の表面
を平坦化した。
Next, as shown in FIG. 1(B), a resist film (8) was applied as a planarizing material layer over the entire surface to planarize the surface of the substrate.

次にこの状態の基体〔以下、これをウェハ(15)とし
て説明する。〕を有磁場マイクロ波プラズマ・エッチン
グ装置のウェハ・ステージ(16)にセットし、これを
第6図(A)に示されるようにプラズマ引き出し窓(1
4)の開口を塞ぐ位置まで上昇させ、ウェハ(15)が
プラズマ生成室に(13)に直面して配設されるように
した。また、切り換えスイッチ(23)の操作により周
波数13.56MHzの第1のRF電源(25)を接続
した。ここで、SF、流量30SCCM、 HB r流
量203CCM、ガス圧0,67Pa に5 mTor
r)、  フィクロ波パワー850W、RFバイアス・
パワー150 Wの条件でエッチバックを行った。この
条件では、レジスト膜(8)とタングステン層(7)の
エツチング速度が等しくなり、F”(フッ素ラジカル)
を主なエツチング種とするエッチバックが高速に進行す
る。このエッチバックの終点は、発光スペクトルにおい
てFoとレジスト膜(8)との反応生成物であるCF、
の発光強度をたとえば251.8nmにて観測し、該発
光強度がレジスト膜(8)の消耗に伴って減少し始める
点をもって判定した。この結果、第1図(C)に示され
るように、突起(7a)が除去されて基体の表面が平坦
化された。
Next, the substrate in this state [hereinafter, this will be described as a wafer (15). ] is set on the wafer stage (16) of a magnetic field microwave plasma etching system, and the plasma extraction window (1) is set as shown in FIG. 6(A).
The wafer (15) was raised to a position where the opening of (4) was closed, and the wafer (15) was placed in the plasma generation chamber facing (13). In addition, the first RF power source (25) with a frequency of 13.56 MHz was connected by operating the changeover switch (23). Here, SF, flow rate 30SCCM, HB r flow rate 203CCM, gas pressure 0.67Pa and 5 mTor.
r), fibrous wave power 850W, RF bias
Etch back was performed at a power of 150 W. Under these conditions, the etching rates of the resist film (8) and the tungsten layer (7) are equal, and F'' (fluorine radicals)
Etchback, which is the main type of etching, progresses rapidly. At the end point of this etchback, CF, which is a reaction product of Fo and the resist film (8), is detected in the emission spectrum.
The emission intensity was observed at, for example, 251.8 nm, and the evaluation was made based on the point at which the emission intensity began to decrease as the resist film (8) was consumed. As a result, as shown in FIG. 1(C), the protrusion (7a) was removed and the surface of the base was flattened.

次に、第1図(C)には図示されない領域において若干
残存しているレジスト膜(8)やタングステン層(7)
を除去するために、オーバーエツチングを行った。すな
わち、ウェハ・ステージ(16)は第6図(B)に示さ
れるように試料室(17)内に下降させると共にプラズ
マ引き出し窓(14)の開口を狭め、切り換えスイッチ
(23)の操作により周波数800kH2の第2のRF
電源(24)を接続した。この状態で、SF、流量20
 SCCM、 HB r流量30SCCM、ガス圧0.
67Pa (=5 mTorr)、  フィクロ波パワ
ー850W、 RFバイアス・パワー200Wの条件で
オーバーエツチングを行った。この条件ではウェハ・ス
テージ(16)に印加されるRFバイアス周波数が低周
波数化されているために、Brのように質量の大きいイ
オンも電界の切り替わりに追従できるようになっている
こと、またHBr流量およびRFバイアス・パワーがエ
ッチバック時よりも高められていることにより、ラジカ
ル性が抑制され、代わりにエツチング反応のイオン依存
性が大きくなっている。したがって、オーバーエツチン
グ後においても第1図(C)に示される基体の状態が維
持され、ローディング効果による接続孔内部のタングス
テン層(7)の侵食は発生しなかった。
Next, the resist film (8) and tungsten layer (7) that remain slightly in the region not shown in FIG.
Over-etching was performed to remove. That is, the wafer stage (16) is lowered into the sample chamber (17) as shown in FIG. 800kHz 2nd RF
The power supply (24) was connected. In this state, SF, flow rate 20
SCCM, HB r flow rate 30SCCM, gas pressure 0.
Overetching was performed under the conditions of 67 Pa (=5 mTorr), fibrous wave power of 850 W, and RF bias power of 200 W. Under these conditions, the RF bias frequency applied to the wafer stage (16) is lowered, so that even ions with large mass such as Br can follow the switching of the electric field. Since the flow rate and RF bias power are higher than during etchback, radical properties are suppressed, and instead, the ion dependence of the etching reaction is increased. Therefore, even after over-etching, the state of the substrate shown in FIG. 1(C) was maintained, and the tungsten layer (7) inside the contact hole did not erode due to the loading effect.

なお、本実施例ではタングステン層(7)の選択成長後
に浅い第2の接続孔(6)の上にのみ突起(7a)が形
成されている場合の平坦化プロセスについて説明したが
、これに加えてたとえば第2図に示されるように、第1
の接続孔(5)において突起(7b)が形成されている
場合についても全く同様のプロセスを適用することがで
きる。
In addition, in this example, the planarization process was explained in the case where the protrusion (7a) is formed only on the shallow second contact hole (6) after the selective growth of the tungsten layer (7). For example, as shown in FIG.
Exactly the same process can be applied to the case where the protrusion (7b) is formed in the connection hole (5).

また、エッチバック中に印加されるRFバイアス周波数
およびRFバイアス・パワーはおおよそ13.56MH
z以上および150W以上であれば良く、オーバーエツ
チング中ではおおよそ2MHz以下および100〜20
0Wであれば良い。
Also, the RF bias frequency and RF bias power applied during etchback is approximately 13.56 MH
z or more and 150 W or more, and during overetching, approximately 2 MHz or less and 100 to 20 MHz or more.
It is sufficient if it is 0W.

さらに、接続孔内に選択成長される上層配線材料は上述
のタングステンに限られるものではなく、モリブデン、
タンタル、チタン等の他の高融点金属やアルミニウム、
銅等の金属を使用することができる。
Furthermore, the upper layer wiring material selectively grown in the contact hole is not limited to the above-mentioned tungsten, but also molybdenum,
Other high melting point metals such as tantalum, titanium, aluminum,
Metals such as copper can be used.

実施例2 本実施例は、本発明の第2の発明を適用して選択CVD
法およびブランケットCVD法によりタングステン層を
成長させた後、基体の平坦化を行った例である。これを
第3図(A)ないし第3図(D)を参照しながら説明す
る。
Example 2 In this example, selective CVD is performed by applying the second invention of the present invention.
This is an example in which a tungsten layer was grown by a method and a blanket CVD method, and then the substrate was planarized. This will be explained with reference to FIGS. 3(A) to 3(D).

第3図(A)は、実施例1と同様に深さの異なる複数の
接続孔内に第1の上層配線材料層としてり“ングステン
層(7)を選択成長させる場合において、深い第1の接
続孔(5)では埋め込み不足が、また浅い第2の接続孔
(6)ではネイルヘッド状の突起(7a)が形成された
状態を示している。
FIG. 3(A) shows that in the case of selectively growing a "Nungsten layer (7)" as a first upper wiring material layer in a plurality of contact holes having different depths as in Example 1, a deep first The connection hole (5) shows insufficient filling, and the shallow second connection hole (6) shows a nail head-shaped protrusion (7a).

この基体についてブランケットCVD法により第2の上
層配線材料層としてブランケット・タングステン層(9
)を形成し、第3図(B)に示されるように、上記第1
の接続孔(5)を完全に埋め込んだ。
A blanket tungsten layer (90%
), and as shown in FIG. 3(B), the first
The connection hole (5) was completely filled.

次に、第3図(C)に示されるように、レジスト膜(8
)により基体をほぼ平坦化した後、実施例1と同様の条
件でエッチバックを行った。ただし、終点判定の方法は
実施例1とは異なり、下地である層間絶縁膜(4)とF
9との反応生成物である5iF11の発光強度をたとえ
ば777nmにて観測し、該発光強度が急激に増大する
点をもって判定した。
Next, as shown in FIG. 3(C), a resist film (8
), the substrate was substantially flattened, and then etched back was performed under the same conditions as in Example 1. However, the method for determining the end point is different from that in Example 1.
The luminescence intensity of 5iF11, which is a reaction product with 9, was observed at, for example, 777 nm, and judgment was made based on the point at which the luminescence intensity suddenly increased.

あるいは、基体上のブランケット・タングステン層(9
)が消失すると基体表面の金属光沢が急激に減少するこ
とを利用して目視により簡便なチエツクを行うこともて
きる。タングステンに由来する発光種がモニタできれば
理想的であるが、WF。
Alternatively, a blanket tungsten layer (9
) can be easily checked visually by taking advantage of the fact that the metallic luster on the substrate surface sharply decreases when it disappears. It would be ideal if the luminescent species derived from tungsten could be monitored, but WF.

等のタングステンのハロゲン化物は一般に発光効率が低
く、持前の発光ピークを与えないので、ブロードな波長
域での全体的な発光強度の低下を検出することになる。
Generally, tungsten halides such as these have low luminous efficiency and do not give a characteristic luminescent peak, so a decrease in the overall luminescent intensity in a broad wavelength range is detected.

さらに実施例1と同様にオーバーエツチングを行い、最
終的には第3図(D)に示されるように良好な平坦化を
達成した。
Further, over-etching was performed in the same manner as in Example 1, and finally good planarization was achieved as shown in FIG. 3(D).

なお、本実施例ではタングステン層(7)の選択成長後
に浅い第2の接続孔(6)の上に突起(7a)か形成さ
れている場合の平坦化プロセスについて説明したが、た
とえば第4図に示されるように、第2の接続孔(5)が
平坦に埋め込まれている場合についても同様のプロセス
を適用することができる。
In this example, the planarization process was explained in the case where the protrusion (7a) was formed on the shallow second connection hole (6) after the selective growth of the tungsten layer (7). A similar process can be applied to the case where the second connection hole (5) is buried flat as shown in FIG.

また、第2の上層配線材料層は上述のタングステンに限
られるものではなく、モリブデン、タンタル、チタン等
の高融点金属やこれらのシリサイド、あるいはアルミニ
ウム、銅等の金属およびこれらの合金等を使用すること
ができる。また第2の上層配線材料層と第1の上層配線
材料層とが互いに異なる金属もしくは合金により形成さ
れていても良い。
Furthermore, the second upper wiring material layer is not limited to the above-mentioned tungsten, but may also be made of high melting point metals such as molybdenum, tantalum, titanium, silicides of these metals, or metals such as aluminum, copper, and alloys thereof. be able to. Further, the second upper wiring material layer and the first upper wiring material layer may be formed of different metals or alloys.

実施例3 本実施例は、本発明の第3の発明を適用して選択CVD
法およびブランケットCVD法によりタングステン層を
成長させた後、基体の平坦化を行った例である。これを
第5図(A)および第5図(B)を参照しながら説明す
る。
Example 3 In this example, selective CVD is performed by applying the third invention of the present invention.
This is an example in which a tungsten layer was grown by a method and a blanket CVD method, and then the substrate was planarized. This will be explained with reference to FIGS. 5(A) and 5(B).

第5図(A)は、実施例1と同様に深さの異なる複数の
接続孔内に第1の上層配線材料層としてタングステン層
(7)を選択成長させる場合において、第1の接続孔(
5)および第2の接続孔(6)の双方において埋め込み
不足が生した状態を示している。
FIG. 5(A) shows the first contact hole (
5) and the second connection hole (6) are both insufficiently filled.

この基体についてブランケットCVD法により第2の上
層配線材料層としてブランケット・タングステン層(9
)を形成し、上記第1の接続孔(5)および第2の接続
孔(6)を完全に埋め込み、さらにレジスト膜(図示せ
ず。)を形成して基体を平坦化した。
A blanket tungsten layer (90%
), the first contact hole (5) and the second contact hole (6) were completely buried, and a resist film (not shown) was further formed to flatten the substrate.

この基体について、実施例2と同様にエッチバックおよ
びオーバーエツチングを行い、最終的には第5図(B)
に示されるように良好な平坦化を達成した。
This substrate was subjected to etchback and overetching in the same manner as in Example 2, and the final result was as shown in FIG. 5(B).
Good planarization was achieved as shown in .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の説明からも明らかなように、本発明を適用すれば
、オーバーエツチング時にラジカル性を抑制しイオンに
よるスパッタリング反応か主体となるエツチング条件か
採用されることにより、高精度な基体の平坦化が可能と
なる。しかも、エッチバックではラジカル反応を主体と
する条件を採用するため、全体としてのスループットが
大幅に低下することはない。したがって本発明は、微細
でアスペクト比が高く、しかも深さの異なる接続孔に上
層配線材料を埋め込む必要が生ずる場合にも極めて信頼
性の高い加工を可能とし、高集積度。
As is clear from the above explanation, if the present invention is applied, it is possible to flatten the substrate with high precision by suppressing radical properties during over-etching and by adopting etching conditions in which the sputtering reaction by ions is the main ingredient. It becomes possible. Furthermore, since the etch-back employs conditions that mainly involve radical reactions, the overall throughput does not decrease significantly. Therefore, the present invention enables extremely reliable processing even when it is necessary to embed upper layer wiring material into fine contact holes with high aspect ratios and different depths, and enables high integration.

高性能を有する半導体装置の製造に極めて有効である。It is extremely effective in manufacturing semiconductor devices with high performance.

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

第1図(A)ないし第1図(C)は本発明の第1の発明
を適用した一実施例をその工程順に示す概略断面図であ
り、第1図(A)はタングステン層の選択成長後の基体
の状態、第1図(B)はレジスト膜による基体の平坦化
状態、第1図(C)はエッチバックおよびオーバーエツ
チングが終了した際の基体の状態をそれぞれ表す。 第2図は本発明の第1の発明が適用される基体の選択成
長後における他の状態を示す概略断面図である。 第3図(A)ないし第3図(D)は本発明の第2の発明
を適用した一実施例をその工程順に示す概略断面図であ
り、第3図(A)はタングステン層の選択成長後の基体
の状態、第3図(B)はブランケット・タングステン層
の形成状態、第3図(C)はレジスト膜による基体の平
坦化状態、第3図(D)はエッチバックおよびオーバー
エツチングが終了した際の基体の状態をそれぞれ表す。 第4図は本発明の第2の発明が適用される基体の選択成
長後における他の状態を示す概略断面図である。 第5図(A)および第5図(B)は本発明の第3の発明
を適用した一実施例をその工程順に示す概略断面図であ
り、第5図(A)はタングステン層の選択成長後の基体
の状態、第5図(B)はエッチバックおよびオーバーエ
ツチングが終了した際の基体の状態をそれぞれ表す。 第6図(A)および第6図(B)は本発明で使用される
有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置の一構成例
を示す概略断面図であり、第6図(A)は高RFバイア
ス周波数印加時、第6図(B)は低RFバイアス周波数
印加時における使用状態をそれぞれ示すものである。 1  ・・・基板 2  ・・・(下段側の)下層配線層 3  ・・・(上段側の)下層配線層 4  ・・・層間絶縁膜 5  ・・・第1の接続孔 6  ・・・第2の接続孔 7  ・・・タングステン層 7a、 7b・・・突起 8  ・・・レジスト膜 9  ・・・ブランケット・タングステン層13   
・・・プラズマ生成室 14   ・・・プラズマ引き出し窓 15   ・・・ウェハ 16   ・・・ウェハ・ステージ 17   ・・・試料室 23   ・・・切り換えスイッチ 24   ・・・第2のRF電源 25   ・・・第1のRFt源 第3図(C) 第3図(D) 第6図(A) 第6図(B)
FIG. 1(A) to FIG. 1(C) are schematic cross-sectional views showing the process order of an embodiment to which the first invention of the present invention is applied, and FIG. 1(A) is a selective growth of a tungsten layer. FIG. 1(B) shows the state of the substrate after it has been flattened by the resist film, and FIG. 1(C) shows the state of the substrate after etchback and overetching are completed. FIG. 2 is a schematic sectional view showing another state after selective growth of the substrate to which the first aspect of the present invention is applied. FIG. 3(A) to FIG. 3(D) are schematic cross-sectional views showing the process order of an embodiment to which the second invention of the present invention is applied, and FIG. 3(A) shows selective growth of a tungsten layer. Figure 3(B) shows the state of the substrate after formation of the blanket tungsten layer, Figure 3(C) shows the state of the substrate flattened by the resist film, and Figure 3(D) shows the state of the substrate after etch-back and over-etching. Each represents the state of the substrate upon completion. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another state after selective growth of the substrate to which the second invention of the present invention is applied. FIG. 5(A) and FIG. 5(B) are schematic cross-sectional views showing an embodiment to which the third invention of the present invention is applied in the order of steps, and FIG. 5(A) shows selective growth of a tungsten layer. FIG. 5B shows the state of the substrate after etch-back and over-etching are completed. 6(A) and 6(B) are schematic cross-sectional views showing an example of the configuration of a magnetic field microwave plasma etching apparatus used in the present invention, and FIG. 6(A) is a high RF bias FIG. 6(B) shows the operating conditions when a low RF bias frequency is applied. 1...Substrate 2...Lower wiring layer 3 (on the lower stage side)...Lower wiring layer 4 (on the upper stage side)...Interlayer insulating film 5...First connection hole 6...No. 2 connection hole 7...Tungsten layer 7a, 7b...Protrusion 8...Resist film 9...Blanket tungsten layer 13
...Plasma generation chamber 14 ...Plasma extraction window 15 ...Wafer 16 ...Wafer stage 17 ...Sample chamber 23 ...Selector switch 24 ...Second RF power supply 25 ... First RFt source Figure 3 (C) Figure 3 (D) Figure 6 (A) Figure 6 (B)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)段差を有する基体上に複数の下層配線を形成する
工程と、 全面に層間絶縁膜を形成する工程と、 前記下層配線に臨んで前記層間絶縁膜に深さの異なる複
数の接続孔を開孔する工程と、 深い接続孔が完全に埋め込まれるまで前記接続孔内に選
択的に上層配線材料層を成長させる工程と、 全面に平坦化材料層を形成して基体を平坦化する工程と
、 有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置を用い、ラ
ジカル反応が主体となるエッチング条件で前記層間絶縁
膜の表面が露出するまで上記平坦化材料層と上層配線材
料層との等速エッチバックを行う工程と、 イオンによるスパッタリング反応が主体となるエッチン
グ条件に切り替えてオーバーエッチングを行う工程とを
有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(1) A step of forming a plurality of lower layer wirings on a substrate having a step, a step of forming an interlayer insulating film on the entire surface, and a plurality of contact holes with different depths in the interlayer insulating film facing the lower layer wirings. A step of forming a hole, a step of selectively growing an upper wiring material layer in the contact hole until the deep contact hole is completely filled, and a step of planarizing the substrate by forming a layer of planarizing material on the entire surface. , using a magnetic field microwave plasma etching device to etch back the planarization material layer and the upper wiring material layer at a constant rate under etching conditions in which radical reactions are the main component until the surface of the interlayer insulating film is exposed; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: performing over-etching by switching to etching conditions in which a sputtering reaction by ions is the main ingredient.
(2)段差を有する基体上に複数の下層配線を形成する
工程と、 全面に層間絶縁膜を形成する工程と、 前記下層配線に臨んで前記層間絶縁膜に深さの異なる複
数の接続孔を開孔する工程と、 浅い接続孔が完全に埋め込まれ、かつ深い接続孔におい
て埋込みが不足する状態となるよう前記接続孔内に選択
的に第1の上層配線材料層を成長させる工程と、 前記深い接続孔が完全に埋め込まれるように全面に第2
の上層配線材料層を形成する工程と、全面に平坦化材料
層を形成して基体を平坦化する工程と、 有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置を用い、ラ
ジカル反応が主体となるエッチング条件で前記層間絶縁
膜の表面が露出するまで少なくとも上記平坦化材料層と
前記第2の上層配線材料層とのエッチング速度が等しく
なる条件でエッチバックを行う工程と、 イオンによるスパッタリング反応が主体となるエッチン
グ条件に切り換えてオーバーエッチングを行う工程とを
有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(2) A step of forming a plurality of lower layer wirings on a substrate having a step, a step of forming an interlayer insulating film on the entire surface, and a plurality of contact holes with different depths in the interlayer insulating film facing the lower layer wirings. the step of selectively growing a first upper wiring material layer in the contact hole so that the shallow contact hole is completely filled and the deep contact hole is insufficiently filled; A second layer is placed on the entire surface so that the deep connection hole is completely buried.
A step of forming an upper wiring material layer, a step of forming a planarizing material layer on the entire surface to planarize the substrate, and a magnetic field microwave plasma etching device is used to perform the above etching process under etching conditions in which radical reactions are the main component. etching back under conditions such that the etching rate of at least the planarization material layer and the second upper wiring material layer are equal until the surface of the interlayer insulating film is exposed; and etching conditions in which a sputtering reaction by ions is the main component. 1. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of performing over-etching by switching to
(3)段差を有する基体上に複数の下層配線を形成する
工程と、 全面に層間絶縁膜を形成する工程と、 前記下層配線に臨んで前記層間絶縁膜に深さの異なる複
数の接続孔を開孔する工程と、 いずれの接続孔においても埋込みが不足する状態となる
ように前記接続孔内に選択的に第1の上層配線材料層を
成長させる工程と、 前記接続孔が完全に埋め込まれるように全面に第2の上
層配線材料層を形成する工程と、全面に平坦化材料層を
形成して基体を平坦化する工程と、 有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置を用い、ラ
ジカル反応が主体となるエッチング条件で前記層間絶縁
膜の表面が露出するまで上記平坦化材料層と前記第2の
上層配線材料層との等速エッチバックを行う工程と、 イオンによるスパッタリング反応が主体となるエッチン
グ条件に切り換えてオーバーエッチングを行う工程とを
有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(3) A step of forming a plurality of lower layer wirings on a substrate having a step, a step of forming an interlayer insulating film on the entire surface, and a plurality of contact holes with different depths in the interlayer insulating film facing the lower layer wirings. a step of opening a hole; a step of selectively growing a first upper layer wiring material layer in the contact hole so that the filling is insufficient in any of the contact holes; and a step of completely filling the contact hole. As shown in FIG. etching back the planarization material layer and the second upper wiring material layer at a constant rate until the surface of the interlayer insulating film is exposed under etching conditions such that the etching conditions are such that a sputtering reaction by ions is the main component; 1. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of performing over-etching by switching to
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5795831A (en) * 1996-10-16 1998-08-18 Ulvac Technologies, Inc. Cold processes for cleaning and stripping photoresist from surfaces of semiconductor wafers

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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