JPH0779097B2 - 平坦化エツチング方法 - Google Patents

平坦化エツチング方法

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JPH0779097B2
JPH0779097B2 JP15250186A JP15250186A JPH0779097B2 JP H0779097 B2 JPH0779097 B2 JP H0779097B2 JP 15250186 A JP15250186 A JP 15250186A JP 15250186 A JP15250186 A JP 15250186A JP H0779097 B2 JPH0779097 B2 JP H0779097B2
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    • H01L21/3105After-treatment
    • H01L21/31051Planarisation of the insulating layers
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    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76819Smoothing of the dielectric

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は凹凸面を有する窒化シリコン膜の表面、特に半
導体装置の製造工程でできた凹凸面を有する窒化シリコ
ン膜の表面を平坦化する平坦化エッチング方法に関する
ものである。
従来の技術 近年平坦化エッチング方法は半導体集積回路の高集積
化、高密度化に伴ない半導体装置の製造工程において重
要視されている。特に中間絶縁膜として窒化シリコン膜
を使用しAl金属等の2層配線を施す場合、第1層の配線
パターン形成後、その上に窒化シリコン膜を形成すると
その窒化シリコン膜表面には前記第1層の配線パターン
どおりの凹凸面が生じる。このような凹凸面を有する窒
化シリコン膜上に第2層の配線材料をスパッタリング法
などによって形成すると、第2層の配線材料の膜厚は均
一にならず、特に凹凸面の段差部では膜厚が薄くなり、
極端な場合には凹凸面の段差部で第2層の配線材料が段
切れし、断線状態となる。第4図にシリコン基板7上に
SiO2膜8で段差を形成し、その上にAl膜9をスパッタリ
ングで形成した場合の概略図を示すが前記段差部でAl膜
が薄くなる。
又、凹凸面を有する窒化シリコン膜上の第2層の配線材
料をドライエッチングでパターニングする場合には前記
凹凸面の段差部で第2層の配線材料がエッチングされに
くくなり、極端な場合には第2層の配線材料がショート
状態となる。第5図にシリコン基板10上にSiO2膜11で段
差を形成し、その上にAl膜12をスパッタリングで形成し
たのち、通常のレジストマスクを形成し、ドライエッチ
ングを施した後の概略図を示すが、前記段差部でAl配線
がショートしている。
以上のような問題点を解決するための従来の技術として
は、例えば特開昭51−66778号公報に示されているよう
に凹凸面を有する膜と同程度のエッチング速度を有する
材料からなる塗布被膜によって平坦化する工程と物理的
エッチング法によって前記塗布被膜と前記凹凸面を有す
る膜の凸部の少なくとも一部を除去し、前記凹凸面を平
坦化する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製
造方法がある。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、エッチング速度を
等しくする点から塗布被膜が限定されると共にArガス等
の物理的エッチングではエッチング速度が非常に小さい
ため、エッチング処理時間が長く、半導体装置の生産に
は使用しにくいと言う問題点を有していた。さらに平坦
化を実現する物理的エッチングの処理時間を決定するに
は、事前に凹凸面を段差,塗布被膜の膜厚,エッチング
速度等を測定しなければならず、平坦化状態を再現性よ
く抑制しにくいという問題点を有していた。
本発明は上記問題点に鑑み、凹凸面を有する窒化シリコ
ン膜を平坦化エッチングする方法において、そのエッチ
ング速度の向上と前記窒化シリコン膜の平坦化状態を再
現性よく制御することを特徴とする平坦化エッチング方
法を提供するものである。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明の平坦化ドライエ
ッチング方法は、凹凸面を有する窒化シリコン膜上に凹
凸段差以上の塗布膜を形成し、その塗布膜表面をまず平
坦化する。次い反応ガスとして窒化シリコン膜と塗布膜
のエッチング速度が等しくなるように混合比を選択した
弗素系化合物と酸素との混合ガスを用いて、そのプラズ
マにより化学的エッチングと物理的エッチングの両作用
により前記凹凸面を有する窒化シリコン膜を平坦化する
方法において、上記平坦化エッチング中のプラズマ光の
うち窒素原子発光スペクトル強度をモニタリングするこ
とにより、前記凹凸面を有する窒化シリコン膜の平坦化
状態を再現性よく検出、制御するという構成を備えたも
のである。
作用 本発明は上記した構成によって、次に示す原理に基づき
凹凸面を有する窒化シリコン膜を平坦化する。
第1図は本発明の原理を説明するための工程概略図であ
る。まず第1図(a)に示すように半導体基板(あるい
は、その上に形成した膜)1にAl等の配線パターン2を
形成し、その上にCVD(化学気相成長)等で凹凸面を有
する窒化シリコン膜3を形成する。さらにその表面に凹
凸段差部4以上の膜厚の塗布膜5を形成する。塗布膜5
は市販されている通常のネガ型,ポジ型どちらのフォト
レジストでも使用可能であり、塗布膜表面の平坦化は十
分に得られる。
次に塗布膜5と窒化シリコン膜3とを同じエッチング速
度で除去していくとエッチング時間の経過と共に第1図
(b),(c),(d)に示すような平坦化状態の加工
ができる。本発明は前記従来例のように平坦化すべき膜
と同一のエッチング速度を有する塗布膜を使用すると言
う限定をせずに、プラズマを利用したエッチングにおい
て、反応ガスとして弗素系化合物と酸素との混合ガスを
用いその混合比を制御することにより、市販されている
通常のフォトレジストを使用して、前記塗布膜5と窒化
シリコン膜3とを同一のエッチング速度で、しかも高速
で除去することができる。又、上記平坦化エッチングに
おいて、プラズマ中の窒素原子発光スペクトル強度をモ
ニタリングすることにより、平坦化状態、すなわち、第
1図(b),(c),(d)に示すエッチング状態を検
出することができる。例えば第1図(a)に示すエッチ
ング初期状態では窒素原子発光スペクトル強度はゼロで
あり、第1図(b)に示すように窒化シリコン膜3の凸
部が露出すると窒素原子発光スペクトル強度は増加して
くる。さらにエッチングが進行し、第1図(c)に示す
ように塗布膜5がなくなると窒素原子発光スペクトル強
度はピークに達し一定値を示すが、さらにエッチングが
進行し、第1図(d)に示すように、Al等の配線パター
ン2が露出すると、窒素原子発光スペクトル強度は減少
する。
よって、第1図(c)に示す平坦化状態を検出し、第2
層目の配線材料を形成することにより、前記問題点であ
る凹凸段差部での断線やショートを防止できる。さらに
第1図(d)に示す平坦化状態を検出し、その後、第1
図(e)に示すように絶縁膜6(窒化シリコン膜3と同
一でも良い)を形成した後、前記同様に第2層目の配線
材料を形成しても同じ効果が得られる。
実施例 以下本発明の一実施例平坦化エッチング方法について、
図面を参照しながら説明する。
第1図は本発明の実施例における平坦化ドライエッチン
グの原理を説明するための工程概略図を示すものであ
る。第1図において、1はシリコン基板、2はAl−Si合
金(厚み:0.8μm)、3はプラズマCVDで形成したSiN膜
(厚み:1μm)、5はレジスト膜であり、ネガレジスト
OMR−83とポジレジストOFPR−800(共に厚み:1.2μm東
京応化工業製商品名)と使用した。プラズマを利用した
エッチングに使用した反応ガスは四弗化炭素(CF4)と
酸素(O2)との混合ガスである。第2図に示すようにCF
4とO2との混合比を制御することにより、窒化シリコン
膜とネガレジスト膜あるいは窒化シリコン膜とポジレジ
スト膜とのエッチング速度を同一にすることができる。
実施例で用いたエッチング装置の構造は平行平板型でカ
ソードカップリング方式を用いた。エッチング条件は反
応圧力:100mTorr,CF4ガス流量:80SCCM、O2ガス流量:20S
CCM、RFパワー:300Wである。
その時の窒化シリコン膜のエッチング速度は5.350Å/
分,ポジレジスト(OFPR−800)のエッチング速度は5.2
50Å/分であった。
次に第3図を用いて、上記平坦化エッチングにおけるプ
ラズマ中の窒素原子発光スペクトル強度変化をモニタリ
ングすることにより、窒化シリコン膜の平坦化状態を制
御できる点について説明する。第3図は第1図(a)に
示すサンプルを前記エッチング条件でエッチングした時
のエッチング時間経過に対するプラズマ中の窒素原子発
光スペクトル(674nm)強度の変化を示している。第3
図(a)の部分は第1図(a)のエッチング状態と対応
しており、まだ窒化シリコン膜の凸部が露出していない
状態である。第3図(b)の窒素原子発光スペクトル強
度が増加している部分は第1図(b)のエッチング状態
と対応しており、窒化シリコン膜の凸部が露出し、窒化
シリコン膜とレジスト膜とを同時にエッチングしている
状態である。第3図(c)の窒素原子発光スペクトル強
度がピークに達した部分は第1図(c)のエッチング状
態と対応しており、レジスト膜が完全にエッチングさ
れ、凹凸を有していた窒化シリコン膜が平坦化された状
態である。さらにエッチングを続け、第3図(d)の部
分では第1図(d)のエッチング状態と対応しており、
Al−Si合金が露出し、窒化シリコン膜が平坦化された状
態である。第1図(d)の状態から半導体装置製造プロ
セスに応じて、絶縁膜6(窒化シリコン膜3と同一でも
良い)を形成して、第1図(e)に示す平坦化も実現で
きる。以上のように本実施例によれば、凹凸面を有する
窒化シリコン膜上にその凹凸段差以上の膜厚の塗布膜を
形成し、前記窒化シリコン膜の凸部と前記塗布膜をCF4
とO2との混合ガスを用い、前記エッチング条件で平坦化
エッチングしながら、プラズマ中の窒素原子発光スペク
トル強度をモニタリングすることにより、前記窒化シリ
コン膜の平坦化状態を検出,制御できるのは勿論の事、
塗布膜材料に影響されることなく、CF4とO2との混合比
をかえることにより、窒化シリコン膜と塗布膜とを同一
のエッチング速度で除去できると共に、大きなエッチン
グ速度を得ることができる。
なお実施例において、平坦化エッチングの反応ガスをCF
4とO2との混合ガスとしたが、反応ガスは弗素系化合物
と酸素との混合ガスを用い、窒化シリコン膜と使用した
塗布膜とのエッチング速度が同一になるように混合ガス
の混合比を決定すれば本発明を適用することができる。
発明の効果 以上のように本発明は凹凸面を有する窒化シリコン膜上
にその凹凸段差以上の膜厚の塗布膜を形成し、前記窒化
シリコン膜の凸部と前記塗布膜を弗素系化合物と酸素と
の混合ガスプラズマにより、エッチングしながら、前記
混合ガスプラズマ中の窒素原子発光スペクトル強度変化
をモニタリングすることにより、前記窒化シリコン膜の
平坦化状態を再現性よく、検出、制御できると共に、弗
素系化合物と酸素との混合比をかえることにより、塗布
膜材料に限定されることなく、平坦化エッチングが実現
でき、しかも、大きなエッチング速度を得ることができ
る。
以上の本発明である平坦化エッチング方法を用いること
により、半導体装置製造工程において、窒化シリコン膜
上に形成される導体層の膜厚の不均一化,断線およびシ
ョート状態を防止し、半導体装置の信頼性を向上するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における平坦化ドライエッチ
ングの原理を示す工程概略図、第2図は平坦化ドライエ
ッチングを実現するためのCF4とO2との混合比に対する
窒化シリコン膜とレジスト膜のエッチング速度を示す
図、第3図はエッチング経過時間に対するプラズマ中の
窒素原子発光スペクトル(674nm)強度変化を示す図、
第4図は段差部でAl膜厚が薄くなっている様子をあらわ
す図、第5図は段差部でAl配線がショートしている様子
をあらわす図である。 3……窒化シリコン膜、4……凹凸段差部、5……塗布
膜。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】凹凸面を有する窒化シリコン膜上にその凹
    凸段差以上の膜厚の塗布膜を上面が平坦になるように形
    成し、前記窒化シリコン膜のエッチング速度と前記塗布
    膜のエッチング速度とが同一になるようにエッチングガ
    スである弗素系化合物と酸素との混合比を選択し、前記
    窒化シリコン膜の凸部と前記塗布膜とを同時にドライエ
    ッチングする平坦化エッチングにおいて、平坦化エッチ
    ング中のプラズマ光のうち窒素原子発光スペクトル強度
    の変化をモニタリングすることにより、前記窒化シリコ
    ン膜の平坦化状態を制御することを特徴とする平坦化エ
    ッチング方法。
  2. 【請求項2】弗素系化合物として四弗化炭素を用いたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の平坦化エッ
    チング方法。
  3. 【請求項3】窒素原子発光スペクトルとして、674nmを
    用いたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の平
    坦化エッチング方法。
JP15250186A 1985-06-28 1986-06-27 平坦化エツチング方法 Expired - Lifetime JPH0779097B2 (ja)

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JPS6290934A JPS6290934A (ja) 1987-04-25
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