JPH04218915A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH04218915A
JPH04218915A JP3072811A JP7281191A JPH04218915A JP H04218915 A JPH04218915 A JP H04218915A JP 3072811 A JP3072811 A JP 3072811A JP 7281191 A JP7281191 A JP 7281191A JP H04218915 A JPH04218915 A JP H04218915A
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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】
【０００１】
【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、特にシリコン酸化膜の平坦化技術等に好適な反
応性イオンエッチング技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の多層配線構造においては、
急峻で複雑な凹凸形状の段差部分にアルミニウムを蒸着
すると、アルミニウム膜の配線に断線や層間絶縁不良な
どの障害を起こす。このため、段差を少なくしたウェハ
の表面を平滑に平坦化する成膜法を考慮することが必要
となる。
【０００３】図８は従来の半導体装置におけるシリコン
酸化膜平坦化法の一例を説明する断面図である。
【０００４】同図中、２はＳｉ基板１の上に蒸着形成さ
れたアルミニウム配線で、このアルミニウム配線の上の
シリコン酸化膜の平坦化処理にはエッチバック法が採用
されている。すなわち、ＣＶＤ法または熱酸化で形成し
たＳｉＯ２　膜３の上にＳＯＧ（ｓｐｉｎ−ｏｎ−ｇｌ
ａｓｓ）膜４を塗布し、このＳＯＧ膜４と共にＳｉＯ２
　膜３をドライエッチングして表面を同図に示す破線ま
で削り取り平坦化する。このドライエッチングは、不活
性ガスのＡｒガスを用いたスパッタエッチングまたはイ
オンミーリングであり、下地のＳｉＯ２　膜３（第１の
シリコン酸化膜）に対するＳＯＧ膜４（第２のシリコン
酸化膜）の選択比は１．１８程度である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】Ａｒガスを用いたスパ
ッタエッチングまたはイオンミーリングによれば、平坦
化処理等のような異種のシリコン酸化膜の同時エッチン
グ工程においては、小さな選択比（１．１８）を得るこ
とができるものの、次のような問題点を有している。
【０００６】■　　不活性の比較的重いＡｒイオンを、
ＳＯＧ膜４及びＳｉＯ２　膜３に衝撃させて、その表面
の分子を剥ぎ取る物理的なエッチング法であることから
、エッチング速度が低く、通常は数１０ｎｍ／ｍｉｎで
ある。このため、長時間のエッチング処理を必要とする
。 従って、厚いＳＯＧ膜４であると、平坦化精度が改善さ
れるが、平坦化精度を上げるために、ＳＯＧ膜４を厚く
形成すればする程、エッチング処理時間が長くなる。
【０００７】■　　また、物理的なエッチング法である
ので、衝撃による損傷が同時に惹起され、トランジスタ
特性（例えば閾値電圧）に悪影響を及ぼす。一方、剥ぎ
取られたＳｉＯ２　の分子が対向電極等に付着し、この
再付着層の剥離により残滓粒子が発生するが、これは歩
留りの低下を招来する。この問題は、ＳＯＧ膜４が厚い
程顕著になる。
【０００８】そこで、本発明は上記問題点を解決するも
のであり、その課題は、第１のシリコン酸化膜とこれと
異なる第２のシリコン酸化膜とを同時にドライエッチン
グする工程において、選択比を低く抑えながら、エッチ
ング速度の高いドライエッチング法を採用することによ
り、エッチング時間の短縮と高信頼性で歩留りの向上を
図り得る半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明において講じた手段は、第１のシリコン酸化
膜とこれと異なる第２のシリコン酸化膜とを同時にドラ
イエッチングする工程において、一般式Ｃｎ　Ｆ２ｎ＋
２（ｎは整数）で表されるＣＦ２　，Ｃ２　Ｆ６　，Ｃ
３　Ｆ８　等のフッ化炭素ガスと、Ｈｅ，Ａｒ，Ｘｅ等
の不活性ガスとの混合ガスを用いた反応性イオンエッチ
ングが採用される。
【００１０】図１に示すように、半導体装置の製造プロ
セスにおいて、Ｓｉ基板１の上に蒸着形成されたアルミ
ニウム配線２の上には、ＣＶＤ法または熱酸化により第
１のシリコン酸化膜としてのＳｉＯ２　膜３が形成され
、アルミニウム配線２の段差を反映した凹凸を有するＳ
ｉＯ２　膜３の上には、第２のシリコン酸化膜としてス
ピナーによりＳＯＧ（ｓｐｉｎ−ｏｎ−ｇｌａｓｓ）膜
４が塗布される。そして、エッチバック工程におけるド
ライエッチングは反応性イオンエッチングであるが、使
用されるガスとして、Ｃ２　Ｆ６　等のフッ化炭素ガス
と、Ｈｅ，Ａｒ，Ｘｅ等の不活性ガスとの混合ガスが使
用される。
【００１１】
【作用】基本的にはフッ化炭素ガス（Ｃｎ　Ｆ２ｎ＋２
）を用いているため、フッ素ラジカルＦ＊　が発生し、
シリコン酸化膜とは次の反応を起こしてエッチングを進
行させる。
【００１２】 　　　　　　ＳｉＯ２　　　＋　　４Ｆ＊　　　→　　
　　　　ＳｉＦ４　↑　　＋　　Ｏ２　↑これは化学的
エッチングであるため、速いエッチング速度が得られる
が、異種のシリコン酸化膜に対するエッチング速度の比
（選択比）は１に近い低い値を示す。そのメカニズムは
究明されていないが、不活性ガス原子がエッチング表面
に付着して、化学的エッチングを律速させるためである
と推測される。シリコン酸化膜表面に緩衝的に作用する
フッ素ラジカルＦ＊　による化学的エッチングであるた
め、シリコン酸化膜の内部や半導体活性領域に対する物
理的な衝撃が生じないので、エッチング工程自体によっ
て起因するトランジスタ特性の劣化等を防止することが
できる。また、反応結果物たるＳｉＦ４　は揮発性であ
るため、ＳｉＯ２　残滓粒子の発生が起こらず、エッチ
ング表面は常に清浄なシリコン酸化膜として維持される
。従って、エッチング工程の歩留りが改善される。
【００１３】
【実施例】〔実施例１〕まず、本発明者はヘキサフルオ
ルエタンガス（Ｃ２Ｆ６　）を用いた反応性イオンエッ
チングにおいてアルゴンガスを添加した場合を検証した
。
【００１４】図２は、種々のシリコン酸化膜に対するヘ
キサフルオルエタンガス（Ｃ２　Ｆ６　）とＡｒガスと
の混合比を変えたときのエッチング速度及び選択比との
関係を示すグラフである。現実には種々のシリコン酸化
膜が存在するが、本例では代表例として、ＳＯＧ膜、Ｔ
ＥＯＳ（テトラ・エトキシ・オルソ・シリケート）膜、
ＬＴＯ（低温熱酸化のＳｉＯ２　）膜に対して、反応性
イオンエッチングを施した。
【００１５】圧力２００ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー８００
Ｗ、エッチング時間１０秒、単位分当たりの全流量が１
５０ｓｃｃｍの条件下で、ヘキサフルオルエタンガス（
Ｃ２　Ｆ６　）とＡｒガスとの混合比（流量比）を変え
て、上記各膜（実線１１，１２，１３で示す）に対する
エッチング速度（左縦軸）のデータを得た。これ以外の
種々のシリコン酸化膜に対するエッチング速度の特性曲
線群は、一般に、図２のＳＯＧ膜に対する曲線とＴＥＯ
Ｓ膜に対する曲線の間に挟まれるものと推測される。
【００１６】図２において、Ａｒガスの混合比が高くな
ると、エッチング速度が低くなるが、一般にエッチング
速度は数百ｎｍ／ｍｉｎ（４００〜１０００ｎｍ／ｍｉ
ｎ）であった。これは、従来のＡｒガスのスパッタエッ
チングやイオンミーリングのエッチング速度に比して１
桁以上速い。
【００１７】また、図２にはＳＯＧ膜を基準にした選択
比も実線１４，１５で示されている（右縦軸）。ＴＥＯ
Ｓ膜の選択比とＬＴＯ膜の選択比はほぼ接近しており、
１．１２〜１．１７の範囲にある。混合比が約５０％の
ときはいずれも選択比１．１２程度であった。この選択
比の値は、平坦化処理等において好適な値で、従来のＡ
ｒガスのスパッタリングやイオンミーリングによる選択
比（１．１８）に較べて何ら遜色がない。
【００１８】次に、本発明者は、図３のグラフに示すよ
うに、熱酸化膜ＳｉＯ２　に対してＲＦパワーを変えて
エッチング速度（左縦軸）と均一性（右縦軸）を評価し
た。条件は圧力２００ｍＴｏｒｒ、エッチング時間１７
秒、ヘキサフルオルエタンガス（Ｃ２　Ｆ６　）１５ｓ
ｃｃｍ、Ａｒガス１３５ｓｃｃｍとした。図３の実線１
６で示すように、ＲＦパワーを高めると、エッチング速
度が速くなった。反面、エッチング表面の均一性は、実
線１７で示すように暫減した。
【００１９】次に、本発明者は、図１に示すように、Ｓ
ｉ基板１の上に蒸着形成されたアルミニウム配線２の上
に熱酸化により厚さ６００ｎｍのＳｉＯ２　膜３を形成
し、このＳｉＯ２　膜３の上にはスピナーにより厚さ７
０ｎｍのＳＯＧ膜４を塗布し、しかる後、ヘキサフルオ
ルエタンガス（Ｃ２Ｆ６　：１５ｓｃｃｍ）、Ａｒガス
（１３５ｓｃｃｍ）の混合ガスを用いて反応イオンエッ
チング（ＲＦパワー８００Ｗ）により、約１８秒間のエ
ッチバックを施した。その結果、エッチバックは１５０
ｎｍで、実質的な選択比は約１．１であり、平坦化処理
におけるエッチング時間は従来に比して、１割程度に短
縮された。また、非衝撃的な化学的エッチングであるた
め、膜質への悪影響の問題、トランジスタ特性の劣化等
が回避できる。
【００２０】更に、反応生成物が揮発性であるので、残
滓粒子による汚染等が発生せず、従来に比して歩留りが
改善される。
【００２１】〔実施例２〕さらに、本発明者はテトラフ
ルオルメタンガス（Ｃ１　Ｆ４　）、オクタフルオルプ
ロパンガス（Ｃ３　Ｆ８　）を用いた反応性イオンエッ
チングにおいてアルゴンガスを添加した場合を検証した
。
【００２２】図４は、シリコン酸化膜に対するテトラフ
ルオルメタンガス（Ｃ１　Ｆ４　）とＡｒガスとの混合
比を変えたときのエッチング速度及び選択比との関係を
示すグラフであり、図５は、シリコン酸化膜に対するオ
クタフルオルプロパンガス（Ｃ３　Ｆ８　）とＡｒガス
との混合比を変えたときのエッチング速度及び選択比と
の関係を示すグラフである。反応性イオンエッチングを
施したシリコン酸化膜は、ＳＯＧ膜、ＴＥＯＳ膜である
。また、条件は、実施例１と同様に、圧力２００ｍＴｏ
ｒｒ、ＲＦパワー８００Ｗ、エッチング時間１０秒、単
位分当たりの全流量が１５０ｓｃｃｍの条件下で、テト
ラフルオルメタンガス（Ｃ１　Ｆ４　）、オクタフルオ
ルプロパンガス（Ｃ３　Ｆ８　）とＡｒガスとの混合比
（流量比）を変えて、エッチング速度（左縦軸）のデー
タ及びＳＯＧ膜を基準にした選択比（右縦軸）を得た。
【００２３】図４において、テトラフルオルメタンガス
（Ｃ１　Ｆ４　）とＡｒガスとの混合ガスを使用した場
合には、実線１８，１９で示すように、各膜のエッチン
グ速度は、Ａｒガスの混合比が高くなると低くなるが、
数百ｎｍ／ｍｉｎ（４００〜１０００ｎｍ／ｍｉｎ）で
あった。また、実線２０で示すように、ＳＯＧ膜を基準
にした選択比は、１．１２〜１．１６の範囲にあり、混
合比が約５０％のときは選択比１．１２程度であった。
【００２４】一方、図５において、オクタフルオルプロ
パンガス（Ｃ３　Ｆ８　）とＡｒガスとの混合ガスを使
用した場合にも、実線２１，２２で示すように、各膜の
エッチング速度は、Ａｒガスの混合比が高くなると低く
なるが、数百ｎｍ／ｍｉｎ（４００〜１０００ｎｍ／ｍ
ｉｎ）であった。また、実線２３で示すように、ＳＯＧ
膜を基準にした選択比は、１．１２〜１．１６の範囲に
あり、混合比が約５０％のときは選択比１．１２程度で
あった。
【００２５】このように、実施例２のいずれの場合にお
いても、エッチング速度は、テトラフルオルメタンガス
（Ｃ２　Ｆ６　）とＡｒガスとの混合ガスを使用した場
合と同レベルであり、従来のＡｒガスのスパッタエッチ
ングやイオンミーリングのエッチング速度に比して１桁
以上速い。また、選択比の値は、テトラフルオルメタン
ガス（Ｃ２　Ｆ６　）とＡｒガスの混合ガスを使用した
場合の選択比と同レベルであり、従来のＡｒガスのスパ
ッタリングやイオンミーリングによる選択比（１．１８
）に較べて何ら遜色がない。
【００２６】従って、この方法を実施例１と同様に多層
配線における平坦化処理に適用した場合にも、平坦化処
理におけるエッチング時間は従来に比して短縮され、歩
留りも改善される。
【００２７】〔その他の実施例〕さらに、本発明者は、
実施例２と同様な検証を、ヘキサフルオルエタンガス（
Ｃ２　Ｆ６　）とヘリウムガスとの混合ガス、ヘキサフ
ルオルエタンガス（Ｃ２　Ｆ６　）とキセノンガスとの
混合ガスを用いた反応性イオンエッチングについても行
なった。ここで、反応性イオンエッチングを施したシリ
コン酸化膜の種類、反応性イオンエッチングの条件は、
実施例２と同じである。
【００２８】図６は、ヘキサフルオルエタンガス（Ｃ２
　Ｆ６　）とＨｅガスとの混合比を変えたときのエッチ
ング速度（左縦軸）及び選択比（右縦軸）との関係を示
すグラフであり、図７は、ヘキサフルオルエタンガス（
Ｃ２　Ｆ６　）とＸｅガスとの混合比を変えたときのエ
ッチング速度（左縦軸）及び選択比（右縦軸）との関係
を示すグラフである。
【００２９】図６において、ヘキサフルオルエタンガス
（Ｃ２　Ｆ６　）とＨｅガスとの混合ガスを使用した場
合にも、実線２４，２５で示すように、エッチング速度
は、Ｈｅガスの混合比が高くなると低くなるが、数百ｎ
ｍ／ｍｉｎ（４００〜１０００ｎｍ／ｍｉｎ）であった
。また、実線２６で示すように、ＳＯＧ膜を基準にした
選択比は、１．１２〜１．１６の範囲にあり、混合比が
約５０％のときは選択比１．１２程度であった。
【００３０】一方、図７において、ヘキサフルオルエタ
ンガス（Ｃ２　Ｆ６　）とＸｅガスとの混合ガスを使用
した場合にも、実線２７，２８で示すように、各膜のエ
ッチング速度は、Ｘｅガスの混合比が高くなると低くな
るが、数百ｎｍ／ｍｉｎ（４００〜１０００ｎｍ／ｍｉ
ｎ）であった。また、実線２９で示すように、ＳＯＧ膜
を基準にした選択比は、１．１２〜１．１６の範囲にあ
り、混合比が約５０％のときは選択比１．１２程度であ
った。
【００３１】このように、ヘキサフルオルエタンガス（
Ｃ２　Ｆ６）とＨｅガスとの混合ガス、ヘキサフルオル
エタンガス（Ｃ２　Ｆ６　）とＸｅガスとの混合ガスの
いずれの場合においても、従来のＡｒガスのスパッタエ
ッチングやイオンミーリングのエッチング速度に比して
１桁以上速く、選択比も遜色がない。
【００３２】従って、この方法を実施例１と同様に多層
配線における平坦化処理に適用した場合にも、平坦化処
理におけるエッチング時間は従来に比して短縮され、歩
留りも改善される。
【００３３】以上のとおり、いずれの実施例も、平坦化
処理におけるエッチング時間は従来に比して短縮され、
歩留りも改善されるものであるが、さらに他の種類のシ
リコン酸化膜を使用しても、また、種々のフッ化炭素ガ
ス及び不活性ガスを、種類、組合せを変えて評価しても
、同様な効果が得られると推測できる。
【００３４】なお、上記の反応性イオンエッチングは、
多層配線における平坦化処理に限らず、トレンチの溝埋
め処理等のように、低選択比で２種以上のシリコン酸化
膜に対して行なう同時エッチング工程にも使用すること
ができる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、フッ素
ラジカルＦ＊　による反応性イオンエッチングを基本と
しながら、Ｈｅ，Ａｒ，Ｘｅ等の不活性ガスを添加した
混合ガスを用いる点に特徴を有するものである。従って
、次の効果を奏する。
【００３６】■　　従来のスパッタエッチングやイオン
ミーリングの物理的なエッチング法に比して、エッチン
グ速度が１桁以上大きいので、短時間でエッチング処理
ができる。しかも、異なるシリコン酸化膜に対する選択
比は、上記従来のエッチング法とほぼ同様で、低い選択
比を有する。従って、シリコン酸化膜の平坦化処理等に
適用した場合には、エッチバック処理の短時間化を図る
ことができる。逆に、下地のシリコン酸化膜に被着すべ
き第２のシリコン酸化膜の膜厚を従来より厚めに設定し
て、平坦精度の改善を企画した場合でも、エッチバック
処理時間を短縮することが可能である。
【００３７】■　　化学的エッチングであることから、
エッチング工程による膜質の劣化やトランジスタ特性へ
の悪影響の問題が回避できる。
【００３８】■　　反応生成物が揮発性であることから
、残滓粒子のウェハ表面への再付着が発生せず、歩留り
の向上を図り得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をシリコン酸化膜の平坦化処理に適用し
た実施例１を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る反応性イオンエッチン
グにおいて、ヘキサフルオルエタンガス（Ｃ２　Ｆ６　
）とＡｒガスとの混合比を変えたときのエッチング速度
及び選択比の関係を示すグラフ図である。
【図３】本発明の実施例１に係る反応性イオンエッチン
グにおいて、熱酸化膜ＳｉＯ２　に対して、ＲＦパワー
を変えてエッチング速度と均一性を評価したグラフ図で
ある。
【図４】本発明の実施例２に係る反応性イオンエッチン
グにおいて、テトラフルオルメタンガス（Ｃ１　Ｆ４　
）とＡｒガスとの混合比を変えたときのエッチング速度
及び選択比の関係を示すグラフ図である。
【図５】本発明の実施例２に係る反応性イオンエッチン
グにおいて、オクタフルオルプロパンガス（Ｃ３　Ｆ８
　）とＡｒガスとの混合比を変えたときのエッチング速
度及び選択比の関係を示すグラフ図である。
【図６】本発明の別の実施例に係る反応性イオンエッチ
ングにおいて、ヘキサフルオルエタンガス（Ｃ２　Ｆ６
　）とＨｅガスとの混合比を変えたときのエッチング速
度及び選択比の関係を示すグラフ図である。
【図７】本発明の別の実施例に係る反応性イオンエッチ
ングにおいて、ヘキサフルオルエタンガス（Ｃ２　Ｆ６
　）とＸｅガスとの混合比を変えたときのエッチング速
度及び選択比の関係を示すグラフ図である。
【図８】従来の半導体装置におけるシリコン酸化膜平坦
化法の一例を説明する断面図である。
【符号の説明】
１・・・Ｓｉ基板 ２・・・アルミニウム配線 ３・・・ＳｉＯ２　膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１のシリコン酸化膜とこれと異なる第２
    のシリコン酸化膜とを同時にドライエッチングする工程
    を含む半導体装置の製造方法において、該エッチング工
    程は、一般式Ｃｎ　Ｆ２ｎ＋２（ｎは整数）で表される
    フッ化炭素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いた反応
    性イオンエッチングであることを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  2. 【請求項２】凹凸を有するシリコン酸化膜の上にＳＯＧ
    膜を被着させてからドライエッチングするエッチバック
    平坦化法を用いる半導体装置の製造方法において、該エ
    ッチング工程は、一般式Ｃｎ　Ｆ２ｎ＋２（ｎは整数）
    で表されるフッ化炭素ガスと不活性ガスとの混合ガスを
    用いた反応性イオンエッチングであることを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項３】請求項１または請求項２において、前記不
    活性ガスは、Ｈｅ，Ａｒ及びＸｅからなる群のうちの１
    種または２種以上のガスからなることを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
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