JPH1131678A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH1131678A
JPH1131678A JP18480697A JP18480697A JPH1131678A JP H1131678 A JPH1131678 A JP H1131678A JP 18480697 A JP18480697 A JP 18480697A JP 18480697 A JP18480697 A JP 18480697A JP H1131678 A JPH1131678 A JP H1131678A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating film
interlayer insulating
opening pattern
etching
silicon oxide
Prior art date
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Pending
Application number
JP18480697A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shingo Kadomura
新吾 門村
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPH1131678A publication Critical patent/JPH1131678A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce interwiring capacity by embedding conduction materials in the opening pattern of an stack inter layer insulating film formed of the opening pattern of organic system inter layer insulating film containing fluorine and the opening pattern of a silicon oxide system inter layer insulating film. SOLUTION: A silicon oxide system inter layer insulating film 2 is formed on a semiconductor substrate 1 by plasma CVD, and the organic system inter layer insulating film 3 containing fluorine is formed. Then, a resist film containing silicon is applied, and the opening pattern of the resist film containing silicon is formed. The form of the opening pattern is copied on the organic system inter layer insulating film 3 containing fluoride, and the opening pattern 3a of the organic system inter layer insulating film containing fluoride is formed. Then, the silicon oxide inter system layer insulating film 2 is etched, and the opening pattern 2a is formed. Then, the conduction materials 5 are embedded in the respective opening patterns 2a and 3a, and a contact plug is formed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、さらに詳しくは、低誘電率のフッ素を含む有
機系層間絶縁膜と酸化シリコン系層間絶縁膜との積層層
間絶縁膜に、高アスペクト比の接続孔や溝を高精度に形
成する工程を有する高集積度半導体装置の製造方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device, which has a high aspect ratio in a laminated interlayer insulating film of an organic interlayer insulating film containing fluorine and a silicon oxide based interlayer insulating film. The present invention relates to a method for manufacturing a highly integrated semiconductor device having a step of forming connection holes and grooves with a high precision.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSI等の半導体装置の高集積度化が進
展するに伴い、多層配線構造においては同一配線層内の
隣り合う配線間の層間絶縁膜の幅が狭まるとともに、異
なる配線層間の層間絶縁膜の厚さも薄くなっている。か
かる配線間隔の縮小により、配線間容量の上昇による配
線遅延が問題となりつつある。このため半導体装置の実
動作速度は1/K(Kはスケーリングファクタ、K>
1)のスケーリング則に合致しなくなり、高集積化のメ
リットを充分に享受することができない。配線間容量の
上昇防止は、高集積度半導体装置の高速動作、低消費電
力および低発熱等の諸要請に応えるためには、是非とも
解決しなければならない要素技術の1つである。従来よ
り半導体装置の層間絶縁膜に採用されてきた材料は、S
iO2 (比誘電率約4)、SiON(比誘電率約4〜
6)やSi3 4 (比誘電率約6)等の無機系材料が主
体であった。高集積度半導体装置の配線間容量の低減方
法として、例えば特開昭63−7650号公報に開示さ
れているように、これら無機系材料に替わる低誘電率材
料の層間絶縁膜の採用が有効である。
2. Description of the Related Art As the degree of integration of semiconductor devices such as LSIs increases, the width of an interlayer insulating film between adjacent wirings in the same wiring layer in a multi-layer wiring structure decreases, and the interlayer between different wiring layers decreases. The thickness of the insulating film is also reduced. Due to the reduction of the wiring interval, wiring delay due to an increase in capacitance between wirings is becoming a problem. Therefore, the actual operation speed of the semiconductor device is 1 / K (K is a scaling factor, and K>
This does not meet the scaling rule of 1), and the advantage of high integration cannot be fully enjoyed. Preventing an increase in the capacitance between wirings is one of the elemental technologies that must be solved in order to respond to various demands such as high-speed operation, low power consumption, and low heat generation of a highly integrated semiconductor device. The material conventionally used for an interlayer insulating film of a semiconductor device is S
iO 2 (relative permittivity of about 4), SiON (relative permittivity of about 4 to
6) and inorganic materials such as Si 3 N 4 (relative permittivity of about 6). As a method for reducing the capacitance between wirings of a highly integrated semiconductor device, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-7650, the use of an interlayer insulating film of a low dielectric constant material instead of these inorganic materials is effective. is there.

【0003】低誘電率の層間絶縁膜材料としては、フッ
素を含む酸化シリコン系絶縁膜(以下SiOFと記す)
等の無機系材料が代表的である。SiOFはSi−O−
Si結合のネットワークをF原子で終端することでその
密度が低下すること、およびSi−F結合の分極率が小
さいことにより、低誘電率が達成される。またその成膜
プロセスや加工プロセスがSiO2 等従来の無機系層間
絶縁膜の成膜プロセスや加工プロセスと整合性があるこ
とから、現用の製造設備でも容易に採用できるので注目
されている。また無機系材料であるので当然のことなが
ら耐熱性にも優れる。しかしながら、SiOFの比誘電
率は3前後であるので、低誘電率の達成効果は限定され
たものとなる。
As a low dielectric constant interlayer insulating film material, a silicon oxide based insulating film containing fluorine (hereinafter referred to as SiOF) is used.
And the like are typical. SiOF is Si-O-
A low dielectric constant is achieved by terminating the Si bond network with F atoms to decrease its density and by reducing the polarizability of the Si—F bond. In addition, since the film forming process and the processing process are compatible with the film forming process and the processing process of a conventional inorganic interlayer insulating film such as SiO 2, it is attracting attention because it can be easily adopted even in a current manufacturing facility. Also, since it is an inorganic material, it naturally has excellent heat resistance. However, since the relative dielectric constant of SiOF is around 3, the effect of achieving a low dielectric constant is limited.

【0004】SiOFの成膜法としては、従来よりTE
OSにフッ素源として例えばNF3を添加してCVD成
膜する方法(第40回応用物理学関係連合講演会(19
93年春季年会)講演予稿集p799、講演番号1a−
ZV−9)等が報告されている。また、膜質の安定化を
目的として、難分解性のSiF4 を高密度プラズマによ
り解離して低誘電率のSiOFを形成する方法(第40
回応用物理学関係連合講演会(1993年春季年会)講
演予稿集p752、講演番号31p−ZV−1)が報告
されている。
As a method of forming a SiOF film, TEF has been conventionally used.
A method of forming a CVD film by adding, for example, NF 3 as a fluorine source to the OS (40th Joint Lecture on Applied Physics (19)
1993 Spring Annual Meeting) Lecture abstracts p799, Lecture number 1a-
ZV-9) has been reported. For the purpose of stabilizing the film quality, a method of forming low dielectric constant SiOF by dissociating hardly decomposable SiF 4 by high-density plasma (No. 40)
Proceedings of the Federation Conference on Applied Physics (Spring Annual Meeting, 1993), p.752, lecture number 31p-ZV-1).

【0005】SiF4 をシリコン供給源とする高密度プ
ラズマCVD法では、比誘電率が3.4程度のSiOF
が得られる。しかしながら、低誘電率を達成するために
高濃度のフッ素原子を酸化シリコン中に導入しようとす
ると、遊離のFやHFがSiOF中に採りこまれる。こ
の場合には、後工程で層間絶縁膜に接続孔を開口し、接
続孔内にTiNバリア層やWプラグを埋め込む際に、S
iOF中の遊離のFやHFとTiNとが反応し、TiN
バリア層の密着性が著しく低下し、W(タングステン)
プラグやW層の剥離に至る事態が発生する。かかる現象
は、例えば第43回応用物理学会学術講演会(1996
年春季年会)講演予稿集p672、講演番号28a−K
−3に報告されている。
In a high-density plasma CVD method using SiF 4 as a silicon source, SiOF having a relative dielectric constant of about 3.4 is used.
Is obtained. However, when attempting to introduce a high concentration of fluorine atoms into silicon oxide to achieve a low dielectric constant, free F and HF are incorporated into SiOF. In this case, a connection hole is opened in the interlayer insulating film in a later step, and when a TiN barrier layer or a W plug is buried in the connection hole, S
Free F or HF in iOF reacts with TiN, and TiN
The adhesion of the barrier layer is significantly reduced, and W (tungsten)
A situation that leads to peeling of the plug and the W layer occurs. Such a phenomenon is described in, for example, the 43rd Annual Meeting of the Japan Society of Applied Physics (1996)
Spring Annual Meeting) Lecture proceedings p672, Lecture number 28a-K
-3.

【0006】また遊離のFやHFとはならないまでも、
シリコン1原子に2個のF原子が結合したSiF2 結合
が発生する。SiF2 結合は不安定で容易に加水分解し
てSiOH結合を生成し、さらに水素結合により大気中
のH2 Oを吸着してSiOF中の水分含有量を増大させ
る。この場合には、やはり後工程で層間絶縁膜に接続孔
を開口し、接続孔内に金属膜を埋め込む際に、ポイズン
ドビア等の不都合を発生し、埋め込み特性の劣化やコン
タクト抵抗値の上昇を招く結果となる。SiOF低誘電
率層間絶縁膜に関しては、例えば月刊セミコンダクター
・ワールド誌(プレスジャーナル社刊)1996年3月
号p.76等に紹介されている。
[0006] Even if it does not become free F or HF,
A SiF 2 bond in which two F atoms are bonded to one silicon atom is generated. The SiF 2 bond is unstable and easily hydrolyzes to form a SiOH bond, and further, adsorbs H 2 O in the atmosphere by a hydrogen bond to increase the water content in the SiOF. In this case, when a connection hole is opened in the interlayer insulating film in a later step and a metal film is buried in the connection hole, inconveniences such as poisoned vias are generated, which leads to deterioration of filling characteristics and an increase in contact resistance. Results. Regarding the SiOF low-dielectric-constant interlayer insulating film, see, for example, Monthly Semiconductor World Magazine (published by Press Journal), March 1996, p. 76 etc.

【0007】一方、有機材料系の低誘電率絶縁体膜では
2.0〜2.5程度の比誘電率が得られるので、次世代
以降の高集積度半導体装置の層間絶縁膜としての期待は
大きい。有機系絶縁膜材料としては、炭化水素系樹脂と
フッ素系樹脂に大別される。炭化水素系樹脂としては、
シロキサン結合を有する有機SOG(Spin OnG
lass)、ポリイミド、ポリパラキシリレン(商品名
パリレン)、ポリアリールエーテル(商品名フレア)、
ポリベンゾシクロブテン、ポリナフタレン等の高分子材
料が知られている。これらの材料は、炭素原子を含有す
ることで密度を低減し、また高分子材料自身の分極率を
小さくすることで低誘電率を達成している。またシロキ
サン結合、イミド結合、あるいは芳香環を導入すること
によりある程度の耐熱性を得ている。
On the other hand, since a relative dielectric constant of about 2.0 to 2.5 can be obtained with an organic material-based low dielectric constant insulator film, it is expected to be used as an interlayer insulating film for next-generation and higher-integration semiconductor devices. large. Organic insulating film materials are roughly classified into hydrocarbon resins and fluorine resins. As the hydrocarbon resin,
Organic SOG having a siloxane bond (Spin OnG
las), polyimide, polyparaxylylene (trade name: parylene), polyarylether (trade name: flare),
Polymer materials such as polybenzocyclobutene and polynaphthalene are known. These materials achieve a low dielectric constant by reducing the density by containing carbon atoms and by decreasing the polarizability of the polymer material itself. In addition, a certain degree of heat resistance is obtained by introducing a siloxane bond, an imide bond, or an aromatic ring.

【0008】一方のフッ素系樹脂として、テフロン(商
品名)、サイトップ(商品名)、パーフルオロ基含有ポ
リイミドやフッ化ポリアリールエーテル等のフッ素樹脂
系の有機高分子材料が例示される。これらフッ素系樹脂
においては、低分極率のC−F結合の導入により、炭化
水素系樹脂と比較しても一層の低誘電率が達成される。
しかしながら、このC−F結合は耐熱性に乏しく、例え
ばAl系金属配線のシンタリング等に多用される400
℃程度の熱処理により変質する場合もあるので、現在の
LSIプロセスへの適合性には配慮が必要である。
Examples of the fluorine resin include Teflon (trade name), Cytop (trade name), and fluororesin-based organic polymer materials such as polyimide containing perfluoro group and fluorinated polyaryl ether. In these fluorine-based resins, the introduction of a C—F bond having a low polarizability achieves a further lower dielectric constant than that of a hydrocarbon-based resin.
However, this CF bond has poor heat resistance, and is often used for sintering of Al-based metal wiring, for example.
Since the quality may change due to heat treatment at about ° C, consideration must be given to compatibility with the current LSI process.

【0009】これら低誘電率材料層を、隣り合う配線間
はもとより、異なるレベルの配線層間にも適用し、しか
も低誘電率材料層をSiO2 、SiONやSi3 4
の膜質に優れた絶縁膜により挟み込んで、配線層の腐食
等の影響を防止する構造の積層層間絶縁膜を、本願出願
人は特開平8−162528号公報で開示し、低誘電率
と高信頼性を合わせ持つ層間絶縁膜を有する半導体装置
の可能性を示した。
These low dielectric constant material layers are applied not only between adjacent wirings but also between wiring layers of different levels, and the low dielectric constant material layers are excellent in film quality such as SiO 2 , SiON and Si 3 N 4 . The present applicant discloses in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-162528 a laminated interlayer insulating film having a structure sandwiched between insulating films to prevent the influence of corrosion of a wiring layer and the like, which has a low dielectric constant and high reliability. The possibility of a semiconductor device having an insulating film was shown.

【0010】一方、近年の高集積度半導体装置のデザイ
ンルールの微細化により、多層配線構造における接続孔
の高アスペクト比化や、デュアルダマシン(Dual
Damascene)法に代表される溝配線構造等の採
用が要求されている。このため、酸化シリコン系層間絶
縁膜へ開口パターンを形成する際のエッチング工程の困
難度は益々高まっている。
On the other hand, due to the recent miniaturization of design rules for highly integrated semiconductor devices, the aspect ratio of connection holes in a multilayer wiring structure has been increased, and dual damascene (Dual Damascene) has been developed.
It is required to employ a trench wiring structure typified by the Damascene method. For this reason, the difficulty of the etching step when forming an opening pattern in a silicon oxide-based interlayer insulating film is increasing more and more.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】酸化シリコン系層間絶
縁膜へ高アスペクト比の開口パターンを形成する異方性
エッチング工程においては、フルオロカーボンポリマ前
駆体の入射、特にCFイオンやCFラジカル等のCF系
活性種の開口パターン底部への入射が重要であること
が、近年の研究により明らかとなってきた。しかしなが
ら、CF系ガスを含むエッチングガスのみから、開口パ
ターン底部への入射に必要な量のCF系活性種を得るこ
とは実質的に困難であった。このため、高アスペクト比
の接続孔や溝内部でのCF系活性種の入射が不足し、開
口工程途中でエッチングが停止する、いわゆるエッチス
トップと呼称される現象が発生する場合があった。
In the anisotropic etching step for forming an opening pattern having a high aspect ratio in a silicon oxide-based interlayer insulating film, the injection of a fluorocarbon polymer precursor, particularly the use of CF-based ions such as CF ions and CF radicals, is carried out. Recent studies have revealed that the incidence of active species on the bottom of the aperture pattern is important. However, it has been substantially difficult to obtain an amount of CF-based active species necessary for incidence on the bottom of the opening pattern from only an etching gas containing a CF-based gas. For this reason, the incidence of CF-based active species inside the connection holes or grooves having a high aspect ratio is insufficient, and a phenomenon called a so-called etch stop in which the etching is stopped during the opening process may occur.

【0012】本発明はこのような技術的背景のもとに提
案するものであり、高集積度半導体装置の層間絶縁膜
に、高アスペクト比の接続孔や溝を精度高く形成すると
ともに、フッ素を含む低誘電率の有機系層間絶縁膜を積
層層間絶縁膜の一部に用いた、配線間容量の低減された
高集積度半導体装置の製造方法を提供することをその課
題とする。
The present invention has been made in view of such a technical background. In the present invention, connection holes and grooves having a high aspect ratio are formed with high precision in an interlayer insulating film of a highly integrated semiconductor device, and fluorine is added. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a highly integrated semiconductor device with reduced inter-wiring capacitance using a low dielectric constant organic interlayer insulating film including a part of a laminated interlayer insulating film.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、上述の課題を解決するために提案するもので
あり、酸化シリコン系層間絶縁膜上に、フッ素を含む有
機系層間絶縁膜の開口パターンを形成する工程、少なく
ともこのフッ素を含む有機系層間絶縁膜をエッチングマ
スクとし、酸化シリコン系層間絶縁膜をエッチングし
て、酸化シリコン系層間絶縁膜の開口パターンを形成す
る工程、フッ素を含む有機系層間絶縁膜の開口パターン
と、酸化シリコン系層間絶縁膜の開口パターンにより形
成された、積層層間絶縁膜の開口パターン内に、導電材
料を埋め込む工程、以上の工程を順次有することを特徴
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is proposed to solve the above-mentioned problem. An organic interlayer insulating film containing fluorine is formed on a silicon oxide interlayer insulating film. Forming an opening pattern of the silicon oxide-based interlayer insulating film by etching the silicon oxide-based interlayer insulating film using at least the organic interlayer insulating film containing fluorine as an etching mask; A step of embedding a conductive material in the opening pattern of the stacked interlayer insulating film formed by the opening pattern of the organic interlayer insulating film including the opening pattern of the silicon oxide based interlayer insulating film. And

【0014】この酸化シリコン系層間絶縁膜のエッチン
グ時には、CF系ガスを含むエッチングガスを用いると
ともに、フッ素を含む有機系層間絶縁膜のスパッタリン
グにより生成するCF系活性種を、形成されつつある酸
化シリコン系層間絶縁膜の開口パターン内に供給しつ
つ、酸化シリコン系層間絶縁膜の開口パターンを形成す
ることを特徴とする。
At the time of etching the silicon oxide-based interlayer insulating film, an etching gas containing a CF-based gas is used, and a CF-based active species generated by sputtering the fluorine-containing organic interlayer insulating film is removed. An opening pattern of a silicon oxide-based interlayer insulating film is formed while being supplied into the opening pattern of the system-based interlayer insulating film.

【0015】本発明の半導体装置の製造方法により得ら
れる積層層間絶縁膜の開口パターンは、コンタクトホー
ルやビアホール等の接続孔パターンや、溝配線用の溝パ
ターンとして好適に用いることができる。またフッ素を
含む有機系層間絶縁膜の比誘電率は、酸化シリコン系層
間絶縁膜の比誘電率より小さいことが望ましい。
The opening pattern of the laminated interlayer insulating film obtained by the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention can be suitably used as a connection hole pattern such as a contact hole or a via hole or a groove pattern for groove wiring. The relative dielectric constant of the fluorine-containing organic interlayer insulating film is preferably smaller than the relative dielectric constant of the silicon oxide-based interlayer insulating film.

【0016】酸化シリコン系層間絶縁膜としては、Si
2 、PSG、BSG、BPSG、AsSG、SiON
あるいはSOG等を例示することができる。またフッ素
を含む有機系層間絶縁膜としては、Cyclo Per
fluorocarbon Polymer(商品名:
サイトップ)、フッ化ポリイミド、フッ化ポリアリール
エーテル、あるいはテフロン(商品名)等のフッ化炭素
系樹脂あるいはフッ化炭化水素系樹脂をいずれも使用す
ることができる。
As the silicon oxide-based interlayer insulating film, Si
O 2 , PSG, BSG, BPSG, AsSG, SiON
Alternatively, SOG or the like can be exemplified. As the organic interlayer insulating film containing fluorine, Cyclo Per is used.
Fluorocarbon Polymer (trade name:
Any of fluorocarbon resins or fluorocarbon resins such as CYTOP, fluorinated polyimide, fluorinated polyarylether, or Teflon (trade name) can be used.

【0017】次に作用の説明に移る。本発明のポイント
は、酸化シリコン系層間絶縁膜の開口パターンを形成す
る際のエッチングマスクとして、フッ素を含む有機系層
間絶縁膜の開口パターンを用いるとともに、必要に応じ
てこのフッ素を含む有機系層間絶縁膜の開口パターン
を、積層層間絶縁膜の一部として用いる点にある。酸化
シリコン系層間絶縁膜の開口パターンは、フッ素を含む
有機系層間絶縁膜の保護膜あるいはその一部として用い
ることができる。
Next, the operation will be described. The point of the present invention is that the opening pattern of the organic interlayer insulating film containing fluorine is used as an etching mask when forming the opening pattern of the silicon oxide based interlayer insulating film, and the organic interlayer containing fluorine is used as necessary. The point is that the opening pattern of the insulating film is used as a part of the laminated interlayer insulating film. The opening pattern of the silicon oxide-based interlayer insulating film can be used as a protective film of a fluorine-containing organic interlayer insulating film or a part thereof.

【0018】一般的に、酸化シリコン系層間絶縁膜に接
続孔や溝配線用の溝等の開口パターンを形成する際のエ
ッチングマスクとしては、ノボラック樹脂等のフォトレ
ジストが用いられる。このフォトレジストは、構成元素
として水素を多量に含有するため、エッチング時にプラ
ズマから被エッチング基板に入射するフルオロカーボン
系のラジカルやイオン等のエッチング種から、フッ素を
選択的にスカベンジ(scavenge)する。このた
め、被エッチング基板表面近傍のエッチング種はカーボ
ンリッチの傾向となり、そのC/F比が上昇し、エッチ
ング反応系の堆積性が高まる。したがって、開口幅が小
さく、アスペクト比が大きな接続孔や溝配線用の溝等の
開口パターンの加工時におけるエッチングレートの低下
や、極端な場合にはエッチストップが発生する原因とな
っていた。なお、C/F比はエッチング反応系における
カーボン系の堆積種と、フッ素系のエッチング種とのバ
ランスを表すパラメータであり、C/F比を適切な値に
選ぶことにより、異方性、選択比およびエッチングレー
トの各エッチング条件の最適化を図ることが可能とな
る。
Generally, a photoresist such as a novolak resin is used as an etching mask when forming an opening pattern such as a connection hole or a groove for a groove wiring in a silicon oxide-based interlayer insulating film. Since this photoresist contains a large amount of hydrogen as a constituent element, fluorine is selectively scavenged from etching species such as fluorocarbon radicals and ions that enter the substrate to be etched from plasma during etching. Therefore, the etching species in the vicinity of the surface of the substrate to be etched tends to be carbon-rich, the C / F ratio increases, and the deposition property of the etching reaction system increases. Therefore, the etching rate is reduced when processing an opening pattern such as a connection hole having a small opening width and a large aspect ratio or a groove for a groove wiring, or an etch stop occurs in an extreme case. Note that the C / F ratio is a parameter indicating the balance between the carbon-based deposition species and the fluorine-based etching species in the etching reaction system. It is possible to optimize each etching condition of the ratio and the etching rate.

【0019】従来においては、このフォトレジストによ
るフッ素のスカベンジ減少分を見込んでエッチングガス
種や添加ガス、その混合比を調整し、エッチング条件を
設定していた。しかしながら、デザインルールが微細化
し、高精度のエッチング技術が求められる現状ににおい
ては、プラズマ中の電子エネルギ分布関数(EEDF;
Electron Energy Distribut
ion Function)が不明確でEEDFとエッ
チングガス解離の関係が明確でないこともあって、プラ
ズマ放電時の解離生成ラジカルの制御は困難である。し
たがって、異方性、選択比およびエッチングレート等の
諸特性を高いレベルで同時に満足することができなかっ
た。
Conventionally, in consideration of the amount of scavenging of fluorine caused by the photoresist, the type of etching gas, the added gas, and the mixing ratio thereof have been adjusted to set the etching conditions. However, in the present situation where design rules are miniaturized and high-precision etching technology is required, an electron energy distribution function (EEDF;
Electron Energy Distribut
It is difficult to control the dissociation generated radicals at the time of plasma discharge, because the ion function is not clear and the relationship between EEDF and etching gas dissociation is not clear. Therefore, it was not possible to simultaneously satisfy various characteristics such as anisotropy, selectivity and etching rate at a high level.

【0020】本発明においては、酸化シリコン系層間絶
縁膜に接続孔や溝配線用の溝等の開口パターンを形成す
る際のエッチングマスクとして、フルオロカーボン樹脂
等のフッ素を含む有機系層間絶縁膜の開口パターンを用
いる。このため、エッチングマスク中の構成元素から水
素が減少あるいは排除され、これにともない、エッチン
グ時にプラズマから被エッチング基板に入射するフルオ
ロカーボン系のラジカルやイオン等のエッチング種か
ら、フッ素を選択的にスカベンジする現象は軽減あるい
は排除される。これに加え、エッチングマスクからのス
パッタリング生成物として、CFやCF2 等のCF系活
性種がエッチング反応系に供給される。したがって、エ
ッチングガスの解離生成物だけでは積極的な制御が困難
なCF系活性種が、接続孔や溝配線用の溝等の開口パタ
ーンの内部に多量に供給され、異方性、選択比およびエ
ッチングレート等の諸特性を高いレベルで同時に満足す
ることが可能となる。
In the present invention, an opening of an organic interlayer insulating film containing fluorine such as fluorocarbon resin is used as an etching mask when forming an opening pattern such as a connection hole or a groove for trench wiring in the silicon oxide based interlayer insulating film. Use a pattern. For this reason, hydrogen is reduced or eliminated from the constituent elements in the etching mask, and accordingly, fluorine is selectively scavenged from etching species such as fluorocarbon radicals and ions that enter the substrate to be etched from the plasma during etching. The phenomenon is reduced or eliminated. In addition, CF-based active species such as CF and CF 2 are supplied to the etching reaction system as a sputtering product from the etching mask. Therefore, a large amount of CF-based active species, which is difficult to actively control only by the dissociation product of the etching gas, is supplied into the opening pattern such as the connection hole or the groove for the groove wiring, and the anisotropy, the selectivity, and the Various characteristics such as an etching rate can be simultaneously satisfied at a high level.

【0021】なお、フッ素を含む有機系層間絶縁膜に開
口パターンを形成するためのエッチングマスクとして
は、シリコーン含有レジストマスクや表層シリル化レジ
ストマスク、あるいはSiO2 等の無機マスクを用いる
ことが望ましい。シリコーン含有レジストマスクあるい
は表層シリル化レジストマスクは、膜中にSi原子を含
むので、酸素プラズマ照射によりその表面がSiOx
に改質される。この現象を利用し、フッ素を含む有機系
層間絶縁膜のエッチング時に酸素系ガスを用いることに
より、レジストマスク表面をSiOx 化する。表層がS
iOx 化されたレジストマスクや、SiO2 等の無機マ
スクは酸素系ガスではエッチングされることはない。し
かも被エッチング膜であるフッ素を含む有機系層間絶縁
膜は燃焼反応で容易にエッチングされるので、容易に高
選択比を達成でき、高精度でフッ素を含む有機系層間絶
縁膜に開口パターンを形成することが出来る。この場
合、被エッチング基板を室温以下に制御することによ
り、エッチング工程における等方的ラジカル反応が凍結
され、アンダーカットやボウイング等のパターン異常が
防止され、高精度の異方性加工がなされる。もちろん、
フッ素を含む有機系層間絶縁膜パターンをマスクに酸化
シリコン系層間絶縁膜をパターニングする場合にも、被
エッチング基板を室温以下に制御すれば、さらに精度の
高い異方性加工ができる。
As an etching mask for forming an opening pattern in the organic interlayer insulating film containing fluorine, it is desirable to use a silicone-containing resist mask, a surface silylated resist mask, or an inorganic mask such as SiO 2 . Since the silicon-containing resist mask or the surface silylated resist mask contains Si atoms in the film, the surface thereof is modified into a SiO x layer by oxygen plasma irradiation. Utilizing this phenomenon, by using oxygen-based gas in etching of the organic interlayer insulating film containing fluorine and SiO x the resist mask surface. Surface is S
and iO x reduction resist mask, the inorganic mask such as SiO 2 are not etched in the oxygen-based gas. Moreover, since the organic interlayer insulating film containing fluorine, which is the film to be etched, is easily etched by the combustion reaction, a high selectivity can be easily achieved, and an opening pattern is formed on the organic interlayer insulating film containing fluorine with high precision. You can do it. In this case, by controlling the substrate to be etched below room temperature, the isotropic radical reaction in the etching step is frozen, pattern abnormalities such as undercut and bowing are prevented, and highly accurate anisotropic processing is performed. of course,
Even when a silicon oxide-based interlayer insulating film is patterned using a fluorine-containing organic interlayer insulating film pattern as a mask, anisotropic processing with higher accuracy can be performed by controlling the substrate to be etched to room temperature or lower.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的実施の形態
例につき図面を参照しながら説明するが、これらは単な
る例示であり、本発明はこれら実施の形態例に何ら限定
されるものではない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but these are merely examples, and the present invention is not limited to these embodiments. Absent.

【0023】以下の実施の形態例で採用したエッチング
装置の基本構成は、マグネトロンタイプの平行平板型プ
ラズマエッチング装置(以下、マグネトロンRIE装置
と記す)であり、装置構成の図示は省略するが、その基
板ステージはアルミ金属製冷却ジャケットを有し、この
アルミニウム金属製冷却ジャケットは冷却手段としての
冷媒配管、加熱手段としての埋め込みヒータ、静電チャ
ック用電極、静電チャック用誘電体および静電チャック
用誘電体ろう付け層、温度センサ等より構成されるもの
である。このアルミニウム製冷却ジャケットは、アルミ
ニウム製の冷媒配管とシースヒータ(埋め込みヒータ)
を鋳型に入れて溶融アルミニウムを流しこみ、減圧下で
プレス鋳造して製作したものである。この方法によれ
ば、通常の鋳造のようにアルミニウム金属内に気泡や鬆
を発生することが無く、また予めパターン化した冷媒配
管や埋め込みヒータ等を容易に一体化できて製作が簡単
であり、しかもアルミニウムブロックを削り出して製作
したものと変わらぬ品質が得られる。このアルミ金属製
冷却ジャケットに、静電チャック用誘電体を、静電チャ
ック用電極を兼ねたろう付け層で接合し、基板ステージ
が形成される。
The basic configuration of the etching apparatus employed in the following embodiments is a magnetron type parallel plate type plasma etching apparatus (hereinafter, referred to as a magnetron RIE apparatus). The substrate stage has a cooling jacket made of aluminum metal. The cooling jacket made of aluminum metal has a refrigerant pipe as a cooling means, an embedded heater as a heating means, an electrode for an electrostatic chuck, a dielectric for an electrostatic chuck, and an electrostatic chuck. It is composed of a dielectric brazing layer, a temperature sensor and the like. This aluminum cooling jacket consists of an aluminum refrigerant pipe and a sheath heater (embedded heater).
Was poured into a mold, and molten aluminum was poured into the mold, followed by press casting under reduced pressure. According to this method, bubbles and voids are not generated in the aluminum metal as in ordinary casting, and a pre-patterned refrigerant pipe, an embedded heater, and the like can be easily integrated, and the production is simple, Moreover, the same quality as that produced by cutting out an aluminum block can be obtained. A dielectric for electrostatic chuck is joined to the aluminum metal cooling jacket with a brazing layer also serving as an electrode for electrostatic chuck, thereby forming a substrate stage.

【0024】この基板ステージには、冷媒循環装置、H
eガス等の熱媒体供給装置等や温度センサ等が付随して
いる。この冷媒循環装置は、フロンやエタノール等の冷
媒を供給可能なチラー、冷媒を循環する配管ライン等よ
り構成される。配管ラインには、バイパスラインを設
け、これらは極低温で作動可能なバルブにより接続され
ている。このバルブは被エッチング基板の温度変化を検
知したり、予め設定された温度プログラムに基づいて開
閉動作をおこなうものである。すなわち、所望とする設
定温度と現在の被エッチング基板温度との差を演算し、
急速冷却を必要とする場合には配管ラインのバルブを開
とし、細かい温度制御が必要な場合にはバイパスライン
のバルブの開閉と、埋め込みヒータのon/offによ
り被エッチング基板温度を精密に制御する。上述したプ
ラズマエッチング装置の各制御要素は、いずれもマイク
ロコンピュータ等の中央演算制御装置により、予め設定
されたプログラムにより統一的に制御することも可能で
ある。
The substrate stage has a refrigerant circulating device, H
A heating medium supply device for e-gas and the like, a temperature sensor, and the like are attached. This refrigerant circulating device includes a chiller capable of supplying a refrigerant such as Freon and ethanol, a piping line for circulating the refrigerant, and the like. A bypass line is provided in the piping line, and these are connected by a valve which can operate at a very low temperature. This valve detects a change in the temperature of the substrate to be etched and performs an opening / closing operation based on a preset temperature program. That is, the difference between the desired set temperature and the current substrate temperature to be etched is calculated,
If rapid cooling is required, open the valve on the piping line. If fine temperature control is required, open and close the valve on the bypass line and turn on / off the embedded heater to precisely control the temperature of the substrate to be etched. . Each control element of the above-described plasma etching apparatus can be uniformly controlled by a central processing control device such as a microcomputer by a preset program.

【0025】上述したエッチング装置の採用により、フ
ッ素を含む有機系層間絶縁膜と酸化シリコン系層間絶縁
膜による積層層間絶縁膜が形成された被エッチング基板
を必要に応じて室温以下に制御、すなわち冷却しながら
異方性の高いパターニングを施すことができる。また被
エッチング基板の冷却と加熱とを、短時間のうちに切り
換えて施すことができるので、積層層間絶縁膜のパター
ニングや、被エッチング基板の搬出時の結露を防止する
ことも可能である。以下、本発明のさらに具体的な実施
例を説明する。
By employing the above-described etching apparatus, the substrate to be etched on which the laminated interlayer insulating film including the fluorine-containing organic interlayer insulating film and the silicon oxide-based interlayer insulating film are formed is controlled to room temperature or lower as required, ie, cooled. While anisotropic patterning can be performed. Since the cooling and heating of the substrate to be etched can be switched in a short time, patterning of the laminated interlayer insulating film and dew condensation at the time of carrying out the substrate to be etched can be prevented. Hereinafter, more specific examples of the present invention will be described.

【0026】実施例1 本実施例は、半導体基板上に形成された、酸化シリコン
系層間絶縁膜およびフッ素を含む有機系層間絶縁膜から
なる積層層間絶縁膜にコンタクトホール加工をおこなっ
た例であり、この工程を図1および図2を参照して説明
する。
Embodiment 1 This embodiment is an example in which a contact hole is formed in a laminated interlayer insulating film formed on a semiconductor substrate and formed of a silicon oxide-based interlayer insulating film and an organic interlayer insulating film containing fluorine. This step will be described with reference to FIGS.

【0027】本実施例で採用した試料は、図1(a)に
示すようにトランジスタ等の素子(不図示)を形成した
シリコン等の半導体基板1上に、酸化シリコン系層間絶
縁膜2としてTEOS(Tetra Ethyl Or
tho Silicate)と酸素とを原料ガスとする
プラズマCVDにより形成されたSiO2 膜を例えば8
00nmの厚さに形成し、さらにフッ素を含む有機系層
間絶縁膜3として、Cyclo Per Fluoro
carbon Polymer(商品名サイトップ)を
例えば1μmの厚さにスピンコーティングしてベーキン
グしたものである。
As shown in FIG. 1A, a sample employed in this embodiment is a TEOS as a silicon oxide-based interlayer insulating film 2 on a semiconductor substrate 1 of silicon or the like on which elements such as transistors (not shown) are formed. (Tetra Ethyl Or
An SiO 2 film formed by plasma CVD using oxygen as a raw material gas is, for example, 8
Cyclo Per Fluoro, which is formed to a thickness of 00 nm and further serves as an organic interlayer insulating film 3 containing fluorine.
Carbon Polymer (trade name: Cytop) is spin-coated to a thickness of, for example, 1 μm and baked.

【0028】つぎに、図1(b)に示すように市販のシ
リコーン含有レジスト膜4を0.1nmの厚さに塗布
し、フォトリソグラフィ工程を経て、例えば0.18μ
mの開口径を有するシリコーン含有レジスト膜の開口パ
ターン4aを形成する。
Next, as shown in FIG. 1 (b), a commercially available silicone-containing resist film 4 is applied to a thickness of 0.1 nm, and subjected to a photolithography step to obtain a 0.18 μm thick film.
An opening pattern 4a of a silicone-containing resist film having an opening diameter of m is formed.

【0029】図1(b)に示す被エッチング基板を、先
述したマグネトロンRIE装置の基板ステージ上にセッ
ティングし、シリコーン含有レジスト膜4をエッチング
マスクとしてフッ素を含む有機系層間絶縁膜3をエッチ
ングする。エッチング条件の一例を下記に示す。 O2 50 sccm 圧力 1 Pa RFパワー 1500 W 被エッチング基板温度 −50 ℃
The substrate to be etched shown in FIG. 1B is set on the substrate stage of the magnetron RIE apparatus described above, and the organic interlayer insulating film 3 containing fluorine is etched using the silicon-containing resist film 4 as an etching mask. An example of the etching conditions is shown below. O 2 50 sccm pressure 1 Pa RF power 1500 W substrate to be etched temperature −50 ° C.

【0030】このエッチング工程においては、酸素プラ
ズマや酸素イオンの照射により、シリコーン含有レジス
ト膜4表面がSiOx 化されるのでエッチング耐性が高
まり、フッ素を含む有機系層間絶縁膜3とのエッチング
選択比が十分に確保される。また、被エッチング基板を
室温以下、この例では−50℃に制御したことにより、
ラジカル反応が抑制され、アンダーカットやボウイング
は発生せず、異方性の高いエッチングが可能となる。こ
の結果、図1(c)に示すようにシリコーン含有レジス
ト膜の開口パターン4aの形状がフッ素を含む有機系層
間絶縁膜3に転写され、フッ素を含む有機系層間絶縁膜
の開口パターン3aが形成される。フッ素を含む有機系
層間絶縁膜の開口パターン3aの幅は、シリコーン含有
レジスト膜の開口パターン4aの幅とほぼ同じ0.18
μmであった。
[0030] In this etching process, by irradiation of oxygen plasma or oxygen ions, because the silicone-containing resist film 4 surface is SiO x of increased etching resistance, etching selectivity of the organic interlayer insulating film 3 containing fluorine Is sufficiently secured. In addition, by controlling the substrate to be etched to a room temperature or lower, in this example, to -50 ° C.,
The radical reaction is suppressed, undercuts and bowing do not occur, and highly anisotropic etching can be performed. As a result, as shown in FIG. 1C, the shape of the opening pattern 4a of the silicone-containing resist film is transferred to the organic interlayer insulating film 3 containing fluorine, and the opening pattern 3a of the organic interlayer insulating film containing fluorine is formed. Is done. The width of the opening pattern 3a of the fluorine-containing organic interlayer insulating film is about 0.18, which is almost the same as the width of the opening pattern 4a of the silicone-containing resist film.
μm.

【0031】つぎにエッチング条件を切り換え、酸化シ
リコン系層間絶縁膜2をパターニングする。このエッチ
ング条件の一例を下記に示す。 C4 8 8 sccm CO 50 sccm Ar 150 sccm O2 2 sccm 圧力 1 Pa RFパワー 1500 W 被エッチング基板温度 30 ℃
Next, the etching conditions are switched, and the silicon oxide-based interlayer insulating film 2 is patterned. An example of this etching condition is shown below. C 4 F 8 8 sccm CO 50 sccm Ar 150 sccm O 2 2 sccm Pressure 1 Pa RF power 1500 W to be etched substrate temperature 30 ° C.

【0032】このエッチング工程においては、図2
(d)に示すように、シリコーン含有レジスト膜4もエ
ッチングされるのでその膜厚が減少し、エッチングの比
較的初期の段階でエッチオフされ、この後は露出したフ
ッ素を含む有機系層間絶縁膜3をエッチングマスクとし
てエッチングが進行する。この段階では、フッ素を含む
有機系層間絶縁膜3のスパッタ生成物としてCF系活性
種が放出され、エッチングガスから生成するCF系活性
種とともに酸化シリコン系層間絶縁膜2のエッチングに
寄与する。したがって、アスペクト比の大きな開口パタ
ーン底部でのエッチングにもかかわらず、通常のレジス
トマスクや無機系ハードマスクを用いた場合のようなエ
ッチストップが発生することなく、過剰なポリマの堆積
を防止しつつ酸化シリコン系層間絶縁膜の開口パターン
2aが形成される。エッチング終了後の状態を図2
(e)に示す。酸化シリコン系層間絶縁膜の開口パター
ン2aの幅は、図1(b)に示したシリコーン含有レジ
スト膜の開口パターン4aの幅とほぼ同じ0.18μm
であった。
In this etching step, FIG.
As shown in (d), the silicon-containing resist film 4 is also etched, so that its thickness is reduced, and is etched off at a relatively early stage of etching, and thereafter, the exposed organic interlayer insulating film containing fluorine. Etching proceeds using 3 as an etching mask. At this stage, CF-based active species are released as sputter products of the organic interlayer insulating film 3 containing fluorine, and contribute to the etching of the silicon oxide-based interlayer insulating film 2 together with the CF-based active species generated from the etching gas. Therefore, despite etching at the bottom of the opening pattern having a large aspect ratio, an etch stop does not occur as in the case of using a normal resist mask or an inorganic hard mask, while preventing excessive polymer deposition. An opening pattern 2a of a silicon oxide-based interlayer insulating film is formed. Figure 2 shows the state after etching is completed.
(E). The width of the opening pattern 2a of the silicon oxide-based interlayer insulating film is substantially the same as the width of the opening pattern 4a of the silicone-containing resist film shown in FIG.
Met.

【0033】酸化シリコン系層間絶縁膜の開口パターン
2aおよびフッ素を含む有機系層間絶縁膜の開口パター
ン3aにより形成されたコンタクトホールのアスペクト
比は、フッ素を含む有機系層間絶縁膜3の膜厚がスパッ
タリングにより減少したため、約9であった。
The aspect ratio of the contact hole formed by the opening pattern 2a of the silicon oxide-based interlayer insulating film and the opening pattern 3a of the organic interlayer insulating film containing fluorine is such that the thickness of the organic interlayer insulating film 3 containing fluorine is small. It was about 9 because it was reduced by sputtering.

【0034】この後、図2(f)に示すように酸化シリ
コン系層間絶縁膜の開口パターン2aおよびフッ素を含
む有機系層間絶縁膜の開口パターン3aにより形成され
たコンタクトホール内に導電材料5を埋め込み、コンタ
クトプラグを形成する。導電材料5としてはAl系金
属、WやTi等の高融点金属、TiN等の高融点金属窒
化物、多結晶シリコンあるいはこれらの積層材料等いず
れでもよく、またその成膜法も蒸着やスパッタリングあ
るいは化学的気相成長(CVD)法等のいずれでもよ
い。導電材料の成膜後、エッチバックや化学的機械研磨
(CMP)法によりその表面を平坦化してもよい。
Thereafter, as shown in FIG. 2F, the conductive material 5 is placed in the contact holes formed by the opening pattern 2a of the silicon oxide-based interlayer insulating film and the opening pattern 3a of the organic interlayer insulating film containing fluorine. Embedding and forming a contact plug. The conductive material 5 may be any of an Al-based metal, a refractory metal such as W or Ti, a refractory metal nitride such as TiN, polycrystalline silicon, or a laminated material thereof. Any of a chemical vapor deposition (CVD) method and the like may be used. After the formation of the conductive material, the surface thereof may be planarized by etch back or chemical mechanical polishing (CMP).

【0035】本実施例によれば、酸化シリコン系層間絶
縁膜のエッチングマスクとしてフッ素を含む有機系層間
絶縁膜を用い、このフッ素を含む有機系層間絶縁膜を積
層層間絶縁膜の一部にそのまま採用することにより、高
アスペクト比の微細なコンタクトホールを制御性よく形
成でき、また同時に低誘電率の積層層間絶縁膜を有する
半導体装置を提供することができる。
According to this embodiment, an organic interlayer insulating film containing fluorine is used as an etching mask for the silicon oxide based interlayer insulating film, and the organic interlayer insulating film containing fluorine is used as a part of the laminated interlayer insulating film. By employing this, a fine contact hole with a high aspect ratio can be formed with good controllability, and at the same time, a semiconductor device having a low dielectric constant laminated interlayer insulating film can be provided.

【0036】実施例2 本実施例は、Al系金属配線上に形成された、酸化シリ
コン系層間絶縁膜とフッ素を含む有機系層間絶縁膜から
なる積層層間絶縁膜に、デュアルダマシン法による溝配
線用の溝パターンを形成した例であり、この工程を図3
〜図5を参照して説明する。なお図3〜図5では、先の
実施例1で参照した図1〜図2中の構成要素に準じる構
成要素には、同じ参照符号を付すものとする。
Embodiment 2 In this embodiment, a trench wiring is formed by a dual damascene method on a laminated interlayer insulating film formed of a silicon oxide-based interlayer insulating film and an organic interlayer insulating film containing fluorine formed on an Al-based metal wiring. FIG. 3 is an example in which a groove pattern is formed.
This will be described with reference to FIGS. Note that in FIGS. 3 to 5, the same reference numerals are given to components similar to the components in FIGS. 1 and 2 referred to in the first embodiment.

【0037】本実施例で採用した試料は、図3(a)に
示すように不図示の下層層間絶縁膜上に形成されたAl
系金属配線6上に、酸化シリコン系層間絶縁膜(下層)
21、エッチングストッパ層7、酸化シリコン系層間絶
縁膜(上層)22およびフッ素を含む有機系層間絶縁膜
3が順次形成されたものである。これらのうち、エッチ
ングストッパ層7はプラズマCVDにより形成されたS
3 4 からなる他は、酸化シリコン系層間絶縁膜(下
層)21、酸化シリコン系層間絶縁膜(上層)22およ
びフッ素を含む有機系層間絶縁膜3の材料および成膜法
は前実施例1と同様であり、重複する説明は省略する。
各層の厚さは、例えば酸化シリコン系層間絶縁膜(下
層)21および酸化シリコン系層間絶縁膜(上層)22
がともに500nm、エッチングストッパ層7が10n
m、フッ素を含む有機系層間絶縁膜3が1.0μmであ
る。
As shown in FIG. 3A, the sample employed in this embodiment is an Al film formed on a lower interlayer insulating film (not shown).
Silicon oxide based interlayer insulating film (lower layer) on base metal wiring 6
21, an etching stopper layer 7, a silicon oxide-based interlayer insulating film (upper layer) 22, and an organic interlayer insulating film 3 containing fluorine are sequentially formed. Of these, the etching stopper layer 7 is formed of S
Except for using i 3 N 4, the materials and film forming methods of the silicon oxide-based interlayer insulating film (lower layer) 21, the silicon oxide-based interlayer insulating film (upper layer) 22, and the organic interlayer insulating film 3 containing fluorine are the same as those of the previous embodiment. 1 is the same as that of FIG.
The thickness of each layer is, for example, a silicon oxide-based interlayer insulating film (lower layer) 21 and a silicon oxide-based interlayer insulating film (upper layer) 22
Are both 500 nm, and the etching stopper layer 7 is 10 n
m, the thickness of the organic interlayer insulating film 3 containing fluorine is 1.0 μm.

【0038】つぎに、図3(b)に示すように市販のシ
リコーン含有レジスト膜4を0.1nmの厚さに塗布
し、フォトリソグラフィ工程を経て、例えば0.18μ
mの開口径を有するシリコーン含有レジスト膜の開口パ
ターン4aを形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, a commercially available silicone-containing resist film 4 is applied to a thickness of 0.1 nm, and is subjected to a photolithography process to obtain a 0.18 μm thick film.
An opening pattern 4a of a silicone-containing resist film having an opening diameter of m is formed.

【0039】この図3(b)に示す被エッチング基板
を、先述したマグネトロンRIE装置の基板ステージ上
にセッティングし、シリコーン含有レジスト膜4をエッ
チングマスクとしてフッ素を含む有機系層間絶縁膜3を
エッチングする。エッチング条件の一例を下記に示す。 O2 50 sccm 圧力 1 Pa RFパワー 1500 W 被エッチング基板温度 −50 ℃
The substrate to be etched shown in FIG. 3B is set on the substrate stage of the magnetron RIE apparatus described above, and the organic interlayer insulating film 3 containing fluorine is etched using the silicon-containing resist film 4 as an etching mask. . An example of the etching conditions is shown below. O 2 50 sccm pressure 1 Pa RF power 1500 W substrate to be etched temperature −50 ° C.

【0040】このエッチング工程においては、酸素プラ
ズマや酸素イオンの照射により、シリコーン含有レジス
ト膜4表面がSiOx 化されるのでエッチング耐性が高
まり、フッ素を含む有機系層間絶縁膜3とのエッチング
選択比が十分に確保される。また、被エッチング基板を
室温以下、この例では−50℃に制御したことにより、
ラジカル反応が抑制され、アンダーカットやボウイング
は発生せず、異方性の高いエッチングが可能となる。エ
ッチングは、酸化シリコン系層間絶縁膜(上層)22上
で停止する。この結果、図3(c)に示すようにシリコ
ーン含有レジスト膜の開口パターン4aの形状が、フッ
素を含む有機系層間絶縁膜3に転写され、フッ素を含む
有機系層間絶縁膜の開口パターン3aが形成される。フ
ッ素を含む有機系層間絶縁膜の開口パターン3aの幅
は、シリコーン含有レジスト膜の開口パターン4aの幅
とほぼ同じ0.18μmであった。
[0040] In this etching process, by irradiation of oxygen plasma or oxygen ions, because the silicone-containing resist film 4 surface is SiO x of increased etching resistance, etching selectivity of the organic interlayer insulating film 3 containing fluorine Is sufficiently secured. In addition, by controlling the substrate to be etched to a room temperature or lower, in this example, to -50 ° C.,
The radical reaction is suppressed, undercuts and bowing do not occur, and highly anisotropic etching can be performed. Etching stops on the silicon oxide-based interlayer insulating film (upper layer) 22. As a result, as shown in FIG. 3C, the shape of the opening pattern 4a of the silicone-containing resist film is transferred to the fluorine-containing organic interlayer insulating film 3, and the opening pattern 3a of the fluorine-containing organic interlayer insulating film is changed. It is formed. The width of the opening pattern 3a of the fluorine-containing organic interlayer insulating film was 0.18 μm, which was almost the same as the width of the opening pattern 4a of the silicone-containing resist film.

【0041】つぎにエッチング条件を切り換え、酸化シ
リコン系層間絶縁膜2をパターニングする。このエッチ
ング条件の一例を下記に示す。 C4 8 8 sccm CO 50 sccm Ar 150 sccm O2 2 sccm 圧力 1 Pa RFパワー 1500 W 被エッチング基板温度 30 ℃
Next, the etching conditions are switched, and the silicon oxide-based interlayer insulating film 2 is patterned. An example of this etching condition is shown below. C 4 F 8 8 sccm CO 50 sccm Ar 150 sccm O 2 2 sccm Pressure 1 Pa RF power 1500 W to be etched substrate temperature 30 ° C.

【0042】このエッチング工程においては、エッチン
グの初期の段階で薄いシリコーン含有レジスト膜4がエ
ッチオフされ、これにより露出したフッ素を含む有機系
層間絶縁膜3をエッチングマスクとしてエッチングが進
行する。この段階では、フッ素を含む有機系層間絶縁膜
3のスパッタ生成物としてCF系活性種が放出され、エ
ッチングガスから生成するCF系活性種とともに酸化シ
リコン系層間絶縁膜2のエッチングに寄与する。したが
って、アスペクト比の大きな開口パターン底部でのエッ
チングにもかかわらず、通常のレジストマスクや無機系
ハードマスクを用いた場合のようなエッチストップが発
生することなく、過剰なポリマの堆積を防止しつつ酸化
シリコン系層間絶縁膜の開口パターン2aが形成され
る。エッチング終了後の状態を図4(d)に示す。酸化
シリコン系層間絶縁膜の開口パターン2aの幅は、図3
(b)で示したシリコーン含有レジスト膜の開口パター
ン4aの幅とほぼ同じ0.18μmであった。
In this etching step, the thin silicone-containing resist film 4 is etched off at an early stage of the etching, and the etching proceeds using the exposed organic interlayer insulating film 3 containing fluorine as an etching mask. At this stage, CF-based active species are released as sputter products of the organic interlayer insulating film 3 containing fluorine, and contribute to the etching of the silicon oxide-based interlayer insulating film 2 together with the CF-based active species generated from the etching gas. Therefore, despite etching at the bottom of the opening pattern having a large aspect ratio, an etch stop does not occur as in the case of using a normal resist mask or an inorganic hard mask, while preventing excessive polymer deposition. An opening pattern 2a of a silicon oxide-based interlayer insulating film is formed. FIG. 4D shows the state after the completion of the etching. FIG.
The width of the opening pattern 4a of the silicone-containing resist film shown in FIG.

【0043】この後、本実施例においてはフッ素を含む
有機系層間絶縁膜3を酸素プラズマで全面的に除去し、
再びフッ素を含む有機系層間絶縁膜3として、Cycl
oPer Fluorocarbon Polymer
(商品名サイトップ)を例えば1μmの厚さにスピンコ
ーティングしてベーキングしたものを形成する。つぎ
に、図4(e)に示すように市販のシリコーン含有レジ
スト膜4を0.1nmの厚さに塗布し、フォトリソグラ
フィ工程を経て、例えば0.25μmの開口径を有する
シリコーン含有レジスト膜の開口パターン4aを形成す
る。シリコーン含有レジスト膜の開口パターン4aの位
置は、酸化シリコン系層間絶縁膜の開口パターン2aに
位置合わせする。
Thereafter, in the present embodiment, the organic interlayer insulating film 3 containing fluorine is entirely removed by oxygen plasma.
Cycl is again used as the organic interlayer insulating film 3 containing fluorine.
oPer Fluorocarbon Polymer
(Trade name: Cytop) is spin-coated to a thickness of, for example, 1 μm to form a baked product. Next, as shown in FIG. 4 (e), a commercially available silicone-containing resist film 4 is applied to a thickness of 0.1 nm and subjected to a photolithography process to form a silicone-containing resist film having an opening diameter of, for example, 0.25 μm. An opening pattern 4a is formed. The position of the opening pattern 4a of the silicone-containing resist film is aligned with the opening pattern 2a of the silicon oxide-based interlayer insulating film.

【0044】図4(e)に示す被エッチング基板を、再
び先述したマグネトロンRIE装置の基板ステージ上に
セッティングし、シリコーン含有レジスト膜4をエッチ
ングマスクとしてフッ素を含む有機系層間絶縁膜3をエ
ッチングする。エッチング条件の一例を下記に示す。 O2 50 sccm 圧力 1 Pa RFパワー 1500 W 被エッチング基板温度 −50 ℃
The substrate to be etched shown in FIG. 4E is again set on the substrate stage of the magnetron RIE apparatus described above, and the organic interlayer insulating film 3 containing fluorine is etched using the silicon-containing resist film 4 as an etching mask. . An example of the etching conditions is shown below. O 2 50 sccm pressure 1 Pa RF power 1500 W substrate to be etched temperature −50 ° C.

【0045】このエッチング工程においては、酸素プラ
ズマや酸素イオンの照射により、シリコーン含有レジス
ト膜4表面がSiOx 化されるのでエッチング耐性が高
まり、フッ素を含む有機系層間絶縁膜3とのエッチング
選択比が十分に確保される。また、被エッチング基板を
室温以下、この例では−50℃に制御したことにより、
ラジカル反応が抑制され、アンダーカットやボウイング
は発生せず、異方性の高いエッチングが可能となる。こ
の結果、図4(f)に示すようにシリコーン含有レジス
ト膜の開口パターン4aの形状がフッ素を含む有機系層
間絶縁膜3に転写され、フッ素を含む有機系層間絶縁膜
の開口パターン3aが形成される。フッ素を含む有機系
層間絶縁膜の開口パターン3aの幅は、シリコーン含有
レジスト膜の開口パターン4aの幅とほぼ同じ0.25
μmであった。引き続きオーバーエッチングをかけるこ
とにより、酸化シリコン系層間絶縁膜の開口パターン2
a中のフッ素を含む有機系層間絶縁膜3もアッシング除
去する。
[0045] In this etching process, by irradiation of oxygen plasma or oxygen ions, because the silicone-containing resist film 4 surface is SiO x of increased etching resistance, etching selectivity of the organic interlayer insulating film 3 containing fluorine Is sufficiently secured. In addition, by controlling the substrate to be etched to a room temperature or lower, in this example, to -50 ° C.,
The radical reaction is suppressed, undercuts and bowing do not occur, and highly anisotropic etching can be performed. As a result, as shown in FIG. 4F, the shape of the opening pattern 4a of the silicone-containing resist film is transferred to the organic interlayer insulating film 3 containing fluorine, and the opening pattern 3a of the organic interlayer insulating film containing fluorine is formed. Is done. The width of the opening pattern 3a of the fluorine-containing organic interlayer insulating film is substantially the same as the width of the opening pattern 4a of the silicone-containing resist film, ie, 0.25.
μm. Subsequently, over-etching is performed to form an opening pattern 2 of the silicon oxide-based interlayer insulating film.
Ashing also removes the organic interlayer insulating film 3 containing fluorine in a.

【0046】つぎにエッチング条件を切り換え、酸化シ
リコン系層間絶縁膜2をパターニングする。このエッチ
ング条件の一例を下記に示す。 C4 8 8 sccm CO 100 sccm Ar 100 sccm O2 2 sccm 圧力 1 Pa RFパワー 1500 W 被エッチング基板温度 30 ℃
Next, the etching conditions are switched, and the silicon oxide-based interlayer insulating film 2 is patterned. An example of this etching condition is shown below. C 4 F 8 8 sccm CO 100 sccm Ar 100 sccm O 2 2 sccm Pressure 1 Pa RF power 1500 W to be etched substrate temperature 30 ° C.

【0047】このエッチング工程においては、エッチン
グの初期の段階で薄いシリコーン含有レジスト膜4がエ
ッチオフされ、これにより露出したフッ素を含む有機系
層間絶縁膜3をエッチングマスクとしてエッチングが進
行する。この段階では、フッ素を含む有機系層間絶縁膜
3のスパッタ生成物としてCF系活性種が放出され、エ
ッチングガスから生成するCF系活性種とともに酸化シ
リコン系層間絶縁膜(上層)22のエッチングに寄与す
る。したがって、アスペクト比の比較的大きな開口パタ
ーン底部でのエッチングにもかかわらず、通常のレジス
トマスクや無機系ハードマスクを用いた場合のようなエ
ッチストップが発生することなく、過剰なポリマの堆積
を防止しつつ酸化シリコン系層間絶縁膜(上層)の開口
パターン22aが形成される。エッチングは、COの混
合比を高めたことにより、Si34 からなるエッチン
グストッパ層7上で停止する。デュアルダマシン配線用
の溝が完成した状態を図5(g)に示す。
In this etching step, the thin silicon-containing resist film 4 is etched off at an early stage of the etching, and the etching proceeds using the exposed organic interlayer insulating film 3 containing fluorine as an etching mask. At this stage, CF-based active species are released as a sputter product of the organic interlayer insulating film 3 containing fluorine, and contribute to the etching of the silicon oxide-based interlayer insulating film (upper layer) 22 together with the CF-based active species generated from the etching gas. I do. Therefore, despite the etching at the bottom of the opening pattern having a relatively large aspect ratio, excessive polymer deposition is prevented without generating an etch stop unlike the case of using a normal resist mask or an inorganic hard mask. While opening, the opening pattern 22a of the silicon oxide based interlayer insulating film (upper layer) is formed. The etching stops on the etching stopper layer 7 made of Si 3 N 4 by increasing the mixing ratio of CO. FIG. 5G shows a state where the groove for the dual damascene wiring is completed.

【0048】この後、図5(h)に示すようにデュアル
ダマシン配線用の溝内に導電材料5を埋め込み、溝配線
を形成する。導電材料5としてはAl系金属、WやTi
等の高融点金属、TiN等の高融点金属窒化物あるいは
多結晶シリコン等いずれでもよく、またその成膜法も蒸
着やスパッタリングあるいは化学的気相成長(CVD)
法等のいずれでもよい。導電材料の成膜後、エッチバッ
クや化学的機械研磨(CMP)法によりその表面を平坦
化してもよい。
Thereafter, as shown in FIG. 5H, a conductive material 5 is buried in the groove for the dual damascene wiring to form a groove wiring. As the conductive material 5, Al-based metal, W or Ti
, High-melting metal nitride such as TiN, polycrystalline silicon, etc., and the film forming method thereof is also vapor deposition, sputtering or chemical vapor deposition (CVD).
It may be any of the methods. After the formation of the conductive material, the surface thereof may be planarized by etch back or chemical mechanical polishing (CMP).

【0049】本実施例によれば、酸化シリコン系層間絶
縁膜のエッチングマスクとしてフッ素を含む有機系層間
絶縁膜を用い、このフッ素を含む有機系層間絶縁膜を必
要に応じて積層層間絶縁膜の一部にそのまま採用するこ
とにより、溝配線用の溝を制御性よく形成でき、また同
時に低誘電率の積層層間絶縁膜に形成された溝配線を有
する半導体装置を提供することができる。
According to the present embodiment, an organic interlayer insulating film containing fluorine is used as an etching mask for the silicon oxide based interlayer insulating film, and this organic interlayer insulating film containing fluorine is optionally used to form a laminated interlayer insulating film. By adopting a part as it is, a groove for groove wiring can be formed with good controllability, and at the same time, a semiconductor device having a groove wiring formed in a laminated interlayer insulating film having a low dielectric constant can be provided.

【0050】以上、本発明を2例の実施例により詳細に
説明したが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるも
のではない。
Although the present invention has been described in detail with reference to two examples, the present invention is not limited to these examples.

【0051】例えば、実施例1では半導体基板に臨むコ
ンタクトホール形成工程を例示したが、下層配線に臨む
ビアホール形成工程に本発明を適用してもよい。
For example, in the first embodiment, the step of forming a contact hole facing a semiconductor substrate is illustrated, but the present invention may be applied to a step of forming a via hole facing a lower wiring.

【0052】また実施例2においては、溝配線と接続孔
の形成を同時におこなうDualDamasceneプ
ロセスに本発明を適用したが、単に溝配線を形成するい
わゆるDamasceneプロセスに適用してもよいこ
とは言うまでもない。
In the second embodiment, the present invention is applied to the dual damascene process for simultaneously forming the groove wiring and the connection hole. However, it is needless to say that the present invention may be applied to a so-called damascene process for simply forming the groove wiring.

【0053】酸化シリコン系層間絶縁膜として例示した
SiO2 の他にも不純物を有するPSG、BSG、BP
SGあるいはAsSGやこれらの積層層間絶縁膜でもよ
く、またその成膜方法もプラズマCVD以外に減圧CV
D等の各種CVD法やスパッタリング法、スピンコーテ
ィング法等を採用してもよい。
PSG, BSG, BP containing impurities other than SiO 2 exemplified as the silicon oxide-based interlayer insulating film
SG or AsSG or a laminated interlayer insulating film of these materials may be used.
Various CVD methods such as D, a sputtering method, and a spin coating method may be employed.

【0054】フッ素を含む有機系層間絶縁膜として、C
yclo Perfluorocarbon Poly
mer(商品名:サイトップ)を例示したが、フッ化ポ
リイミド、フッ化ポリアリールエーテル、あるいはテフ
ロン(商品名)等のフッ化炭素系樹脂をいずれも用いる
ことができる。またその成膜方法も、塗布法の他に、プ
ラズマCVD法等の気相成長法を用いることができる。
As an organic interlayer insulating film containing fluorine, C
Cyclo Perfluorocarbon Poly
Although mer (trade name: Cytop) is illustrated, any fluorocarbon resin such as fluorinated polyimide, fluorinated polyaryl ether, or Teflon (trade name) can be used. In addition, as the film forming method, a vapor phase growth method such as a plasma CVD method can be used in addition to the coating method.

【0055】また半導体装置以外にも、薄膜ヘッドや薄
膜インダクタ等、高周波の各種マイクロ電子デバイスに
低誘電率のフッ素を含む有機系層間絶縁膜を採用した場
合にも、本発明を適用可能であることは言うまでもな
い。
In addition to the semiconductor device, the present invention is also applicable to a case where an organic interlayer insulating film containing fluorine having a low dielectric constant is used for various high-frequency microelectronic devices such as a thin film head and a thin film inductor. Needless to say.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の半導体装置の製造方法によれば、高集積度半導体装置
の層間絶縁膜に、高アスペクト比の接続孔や溝を精度高
く形成することができるとともに、フッ素を含む低誘電
率の有機系層間絶縁膜を層間絶縁膜の一部に用いた、配
線間容量の低減された高集積度の半導体装置の製造方法
を提供することが可能となる。
As is apparent from the above description, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, connection holes and grooves having a high aspect ratio are formed with high precision in an interlayer insulating film of a highly integrated semiconductor device. It is possible to provide a method for manufacturing a highly integrated semiconductor device with reduced inter-wiring capacitance, using a low dielectric constant organic interlayer insulating film containing fluorine as a part of the interlayer insulating film. Becomes

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

【図1】本発明の実施例1の工程を説明する概略断面図
である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a process of Example 1 of the present invention.

【図2】図1の工程に引き続き、本発明の実施例1の工
程を説明する概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a step of Example 1 of the present invention following the step of FIG.

【図3】本発明の実施例2の工程を説明する概略断面図
である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a process according to a second embodiment of the present invention.

【図4】図3の工程に引き続き、本発明の実施例2の工
程を説明する概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a process of Example 2 of the present invention following the process of FIG. 3;

【図5】図4の工程に引き続き、本発明の実施例2の工
程を説明する概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating a step of Example 2 of the present invention following the step of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体基板、2…酸化シリコン系層間絶縁膜、2a
…酸化シリコン系層間絶縁膜の開口パターン、3…フッ
素を含む有機系層間絶縁膜、3a…フッ素を含む有機系
層間絶縁膜の開口パターン、4…シリコーン含有レジス
ト膜、4a…シリコーン含有レジスト膜の開口パター
ン、5…導電材料、6…Al系金属配線、7…エッチン
グストッパ層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... Silicon oxide type interlayer insulating film, 2a
... opening pattern of silicon oxide based interlayer insulating film, 3 ... organic interlayer insulating film containing fluorine, 3a ... opening pattern of organic interlayer insulating film containing fluorine, 4 ... silicone containing resist film, 4a ... silicone containing resist film Opening pattern, 5: conductive material, 6: Al-based metal wiring, 7: etching stopper layer

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酸化シリコン系層間絶縁膜上に、フッ素
を含む有機系層間絶縁膜の開口パターンを形成する工
程、 少なくとも前記フッ素を含む有機系層間絶縁膜をエッチ
ングマスクとし、前記酸化シリコン系層間絶縁膜をエッ
チングして、前記酸化シリコン系層間絶縁膜の開口パタ
ーンを形成する工程、 前記フッ素を含む有機系層間絶縁膜の開口パターンと、
前記酸化シリコン系層間絶縁膜の開口パターンにより形
成された、積層層間絶縁膜の開口パターン内に、導電材
料を埋め込む工程、 以上の工程を順次有することを特徴とする半導体装置の
製造方法。
A step of forming an opening pattern of a fluorine-containing organic interlayer insulating film on the silicon oxide-based interlayer insulating film, wherein at least the fluorine-containing organic interlayer insulating film is used as an etching mask; Etching an insulating film to form an opening pattern of the silicon oxide based interlayer insulating film; an opening pattern of the fluorine-containing organic based interlayer insulating film;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of burying a conductive material in an opening pattern of a laminated interlayer insulating film formed by the opening pattern of the silicon oxide-based interlayer insulating film.
【請求項2】 前記酸化シリコン系層間絶縁膜のエッチ
ング時には、 CF系ガスを含むエッチングガスを用いるとともに、 前記フッ素を含む有機系層間絶縁膜のスパッタリングに
より生成するCF系活性種を、形成されつつある前記酸
化シリコン系層間絶縁膜の開口パターン内に供給しつ
つ、 前記酸化シリコン系層間絶縁膜の開口パターンを形成す
ることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方
法。
2. An etching gas containing a CF-based gas is used for etching the silicon oxide-based interlayer insulating film, and a CF-based active species generated by sputtering the fluorine-containing organic interlayer insulating film is formed. 2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein an opening pattern of the silicon oxide-based interlayer insulating film is formed while being supplied into an opening pattern of the silicon oxide-based interlayer insulating film.
【請求項3】 前記積層層間絶縁膜の開口パターンは、
接続孔パターンであることを特徴とする請求項1記載の
半導体装置の製造方法。
3. An opening pattern of the laminated interlayer insulating film,
2. The method according to claim 1, wherein the pattern is a connection hole pattern.
【請求項4】 前記積層層間絶縁膜の開口パターンは、
溝配線用の溝パターンであることを特徴とする請求項1
記載の半導体装置の製造方法。
4. An opening pattern of the laminated interlayer insulating film,
2. A groove pattern for groove wiring.
The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
【請求項5】 前記フッ素を含む有機系層間絶縁膜の比
誘電率は、前記酸化シリコン系層間絶縁膜の比誘電率よ
り小さいことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の
製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein a relative dielectric constant of the fluorine-containing organic interlayer insulating film is smaller than a relative dielectric constant of the silicon oxide-based interlayer insulating film.
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