JP2000138207A

JP2000138207A - ドライエッチング方法及びドライエッチング装置

Info

Publication number: JP2000138207A
Application number: JP10324404A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tokashiki; 健渡嘉敷
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2000-05-16

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】積層メタル配線、スルーホールまたはコンタ
クトホールを有する半導体装置の製造方法において、電
子シェーディングダメージが引き起こすゲート酸化膜の
劣化を低減させ、高い信頼性及び生産性のもとで且つ容
易に製造することができる方法及び装置を提供する。【解決手段】積層メタル配線のエッチング、またはス
ルーホールもしくはコンタクトホール等の孔構造を所望
のアスペクト比でドライエッチングする際に、プラズマ
密度Ｎｅをおおよそ１０¹¹ｃｍ^-3以下に制御した状態で
エッチングすることを特徴する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、特に、チャージングダメージを緩和させる
積層メタル配線、スルーホールまたはコンタクトホール
のドライエッチング方法及びドライエッチング装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスのドライプロセス
として、特に、プラズマを利用したドライエッチングが
盛んに用いられるようになっている。しかしながら、こ
のようなプラズマを利用したドライエッチングのプロセ
スにおいては、プラズマ中の荷電粒子が原因となって引
き起こされるチャージアップダメージが問題となってい
る。

【０００３】これまで、チャージアップダメージの原因
としては、プラズマの空間的不均一性等が主原因であっ
た。プラズマの空間的不均一性に起因してプラズマ密
度、プラズマ電位、あるいは電子温度が空間的に不均一
が生じた場合、プラズマ源のゲート電極と基板との間で
電位差が発生し、ゲート電極直下へ電気的ストレスが加
わり、その結果、ゲート酸化膜の劣化やゲートリーク電
流が増大する等の問題が引き起こされる。

【０００４】現在では、エッチング装置（特にプラズマ
源）の改良が進み、プラズマの均一性は向上したため、
プラズマ不均一に起因するチャージアップダメージもか
なり抑制されるようになってきている。しかしながら、
半導体デバイスの微細化傾向に伴い、新たなチャージン
グダメージのモード（以降、このモードを電子シェーデ
ィングダメージと称する）が見いだされた。

【０００５】電子シェーディングダメージの詳細に関し
ては、１９９３年のジャパンジャーナルオブアプ
ライドフィジックスの３２巻の６１０９頁（Ｋ．Ｈａ
ｓｈｉｍｏｔｏ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ
３２，６１０９（１９９３））に記載されている。
本文献によると、電子シェーディングダメージの大きさ
は、半導体デバイスの配線の構造（特にアスペクト比）
と、プラズマを特徴付ける電子温度に依存することが記
述されている。また本文献には、このような電子シェー
ディングダメージの抑制方法として、半導体デバイスの
配線のアスペクト比の低減やプラズマ源の電子温度の低
減が効果的であることも述べられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、電子
シェーディングダメージの抑制には、半導体デバイスの
配線のアスペクト比の低減や電子温度の低減が効果的で
あることが述べられている。しかしながら、近年の半導
体デバイスの超微細化により、アスペクト比は増加傾向
にある。また、プラズマガスの電子温度は、プラズマガ
スのガス圧力の増加により、ある程度低くすることが可
能である。

【０００７】しかしながら、半導体デバイスの超微細化
に対応したドライエッチングのプロセスは低圧力が有利
であるため、低圧力のプラズマガス下で電子温度を下げ
ることは容易でなく、半導体デバイスの配線のアスペク
ト比の低減やプラズマガスの電子温度の低減といった方
法では、ドライエッチングのプロセスにおける電子シェ
ーディングダメージを半導体デバイスの超微細化に対応
できる程度十分に抑制することが難しいという技術的課
題があり、半導体デバイスの配線のアスペクト比の低減
やプラズマガスの電子温度の低減以外の方法が望まれて
いる。

【０００８】本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、積層メタル配線、
スルーホールまたはコンタクトホールを有する半導体装
置を作成する際に電子シェーディングダメージを低減で
き、電子シェーディングダメージが引き起こすゲート酸
化膜の劣化を低減でき、高い信頼性及び生産性を備え、
かつ積層メタル配線、スルーホールまたはコンタクトホ
ールを容易に製造することができるドライエッチング方
法及びドライエッチング装置を提供する点にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の要旨は、導電性膜と絶縁性膜が積層された積層膜をプ
ラズマを用いてドライエッチングするドライエッチング
方法であって、ドライエッチングを行うプラズマの密度
を所定密度以下に制御した状態でエッチングすることを
特徴とするドライエッチング方法に存する。また、本発
明の請求項２に記載の要旨は、アルミ銅合金を含む導電
性膜と窒化チタン及びチタンを含むバリア膜が積層され
た積層膜をプラズマを用いてドライエッチングするドラ
イエッチング方法であって、ドライエッチングを行うプ
ラズマの圧力を５０ｍＴｏｒｒ以下に制御すると共に、
当該ドライエッチングを行うプラズマの密度を略１０¹¹
ｃｍ^-3以下に制御した状態でエッチングすることを特徴
とするドライエッチング方法に存する。また、本発明の
請求項３に記載の要旨は、導電性膜と絶縁性膜が積層さ
れた積層膜をプラズマを用いてドライエッチングするド
ライエッチング方法であって、前記絶縁性膜をドライエ
ッチングする際のプラズマ密度を前記導電性膜をドライ
エッチングする際のプラズマ密度よりも低く制御するこ
とを特徴とするドライエッチング方法に存する。また、
本発明の請求項４に記載の要旨は、アルミ銅合金を含む
導電性膜と、窒化チタン及びチタンを含むバリア膜が積
層された積層膜をプラズマを用いてドライエッチングす
るドライエッチング方法であって、前記バリア膜をドラ
イエッチングする際のプラズマ密度を前記導電性膜をド
ライエッチングする際のプラズマ密度よりも低く制御す
ることを特徴とするドライエッチング方法に存する。ま
た、本発明の請求項５に記載の要旨は、アルミ銅合金を
含む導電性膜と窒化チタン及びチタンを含むバリア膜が
積層された積層膜をプラズマを用いてドライエッチング
するドライエッチング方法であって、ドライエッチング
を行うプラズマの圧力を５０ｍＴｏｒｒ以下に制御する
と共に、当該プラズマの密度を略１０¹¹ｃｍ^-3以上に制
御して前記アルミ銅合金を含む導電性膜をドライエッチ
ングする第１ステップと、ドライエッチングを行うプラ
ズマの圧力を５０ｍＴｏｒｒ以下に制御すると共に、当
該プラズマの密度を略１０¹¹ｃｍ^-3以下に制御して前記
バリア膜をドライエッチングする第２ステップとを有す
ることを特徴とするドライエッチング方法に存する。ま
た、本発明の請求項６に記載の要旨は、導電性膜と絶縁
性膜が積層された積層膜をプラズマを用いてドライエッ
チングするドライエッチング装置であって、ドライエッ
チングを行うプラズマの圧力を所定圧力以下に制御する
圧力制御手段と、ドライエッチングを行うプラズマの密
度を所定密度以下に制御した状態でエッチングするプラ
ズマ発生手段とを有することを特徴とするドライエッチ
ング装置に存する。また、本発明の請求項７に記載の要
旨は、アルミ銅合金を含む導電性膜と窒化チタン及びチ
タンを含むバリア膜が積層された積層膜をプラズマを用
いてドライエッチングするドライエッチング装置であっ
て、ドライエッチングを行うプラズマの圧力を５０ｍＴ
ｏｒｒ以下に制御する圧力制御手段と、当該ドライエッ
チングを行うプラズマの密度を略１０¹¹ｃｍ^-3以下に制
御した状態でエッチングするプラズマ発生手段とを有す
ることを特徴とするドライエッチング装置に存する。ま
た、本発明の請求項８に記載の要旨は、導電性膜と絶縁
性膜が積層された積層膜をプラズマを用いてドライエッ
チングするドライエッチング装置であって、ドライエッ
チングを行うプラズマの圧力を所定圧力以下に制御する
圧力制御手段と、前記絶縁性膜をドライエッチングする
際のプラズマ密度を前記導電性膜をドライエッチングす
る際のプラズマ密度よりも低く制御するプラズマ発生手
段を有することを特徴とするドライエッチング装置に存
する。また、本発明の請求項９に記載の要旨は、アルミ
銅合金を含む導電性膜と、窒化チタン及びチタンを含む
バリア膜が積層された積層膜をプラズマを用いてドライ
エッチングするドライエッチング装置であって、ドライ
エッチングを行うプラズマの圧力を所定圧力以下に制御
する圧力制御手段と、前記バリア膜をドライエッチング
する際のプラズマ密度を前記導電性膜をドライエッチン
グする際のプラズマ密度よりも低く制御するプラズマ発
生手段とを有することを特徴とするドライエッチング装
置に存する。また、本発明の請求項１０に記載の要旨
は、アルミ銅合金を含む導電性膜と窒化チタン及びチタ
ンを含むバリア膜が積層された積層膜をプラズマを用い
てドライエッチングするドライエッチング装置であっ
て、ドライエッチングを行うプラズマの圧力を５０ｍＴ
ｏｒｒ以下に制御する圧力制御手段と、当該プラズマの
密度を略１０¹¹ｃｍ^-3以上に制御して前記アルミ銅合金
を含む導電性膜をドライエッチングする第１ステップ
と、当該プラズマの密度を略１０¹¹ｃｍ^-3以下に制御し
て前記バリア膜をドライエッチングする第２ステップと
を実行するプラズマ発生手段とを有することを特徴とす
るドライエッチング装置に存する。

【００１０】

【発明の実施の形態】初めに、本発明のドライエッチン
グ方法を図１を参照して説明する。図１は、本発明のド
ライエッチング方法の作用を説明するための模式図であ
って、配線間底部（またはスルーホール底部、あるいは
コンタクトホール底部）で発生するマイクロローディン
グに起因する電子シェーディングダメージを説明するた
めの素子断面図である。

【００１１】電子シェーディングダメージは、配線間底
部（またはスルーホール底部、あるいはコンタクトホー
ル底部）５におけるイオンフラックス１と電子フラック
ス２のチャージアンバランスおよびドライエッチングの
特性であるマイクロローディングに起因する。以下にそ
の理由を図１を用いて説明する。

【００１２】プラズマ放電時に、高周波電力（ＲＦ）印
加電極に形成されるイオンシース内において、イオンフ
ラックス１は異方的に入射するが、電子フラックス２は
プラズマバルク中と同様ほぼ等方的に入射する。電子フ
ラックス２の等方性のため、多くの電子４は絶縁マスク
（例えばレジストマスク３）の側壁に入射する。その結
果、レジストマスク３の側壁に電子４が蓄積し、レジス
トマスク３側壁に負の電位が形成される。

【００１３】隣接したレジストマスク３間の距離が小さ
いほど、すなわち、アスペクト比が増大するほど、レジ
ストマスク３側壁に負の電位が重ね合わされ、レジスト
マスク３の近傍空間の負電位はさらに増大する。その結
果、電子フラックス２の配線間底部（またはスルーホー
ル底部、あるいはコンタクトホール底部）５への到達量
は急激に減少する。

【００１４】一方、プラスイオン６は、レジストマスク
３側壁に負の電位にじゃまされることなく容易に配線間
底部（またはスルーホール底部、あるいはコンタクトホ
ール底部）５へ到達する。その結果、アスペクト比の高
い配線間底部（またはスルーホール底部、あるいはコン
タクトホール底部）５では、電子フラックス２とイオン
フラックス１のアンバランスが生じる。

【００１５】ドライエッチングの特徴として、マイクロ
ローディング効果がある。マイクロローディング効果と
は、（配線）アスペクト比に対してエッチングレートが
異なる現象をいう。一般的に、アスペクト比が増大する
につれてエッチングレートは低下する。そのため、アス
ペクト比の低いところでは、被エッチング材料は完全に
エッチングが終了しているにも拘わらず、アスペクト比
が高いところではまだエッチングが終了していないとい
ったケースが発生する。

【００１６】このとき、低アスペクト比の領域７に対し
てエッチング除去が完了した時点から高アスペクト比の
配線間底部（またはスルーホール底部、あるいはコンタ
クトホール底部）５が完全にエッチング除去されるまで
の時間（これを今後、注入時間と称する）、配線間底部
（またはスルーホール底部、あるいはコンタクトホール
底部）５に生じるチャージアンバランスに起因する正の
電荷が配線間底部（またはスルーホール底部、あるいは
コンタクトホール底部）５に蓄積される。

【００１７】その結果、ゲート電極８はシリコン基板９
に対して正の電位となる。このチャージアンバランスを
解消しようとする力が作用して、シリコン基板９からゲ
ート酸化膜１０を通って電子が注入される（注入電荷１
１）。注入電荷１１による注入電流は、ゲート電位およ
び注入時間に比例して決定される。なお、注入時間は先
程述べたとおりである。

【００１８】過剰な注入電流がゲート酸化膜１０に流れ
た場合、ゲート酸化膜１０に劣化および破壊が生じる。
以上が電子シェーディングダメージに至るメカニズムで
ある。

【００１９】シース理論に基づくと、イオンフラックス
１をＩi、電子フラックス２をＩeとすると、Ｉi，Ｉeは
以下に定式化される。

【００２０】Ｉi＝ｅＮeＵB ，ＵB≡（ｋＴe／ｍi）^1/2 で表される。

【００２１】電子フラックス２は、Ｉe＝ｅＮeＶthｅｘｐ（−ｅＶsh／ｋＴe），Ｖth≡（８ｋＴe／ｍe）^1/2 で表される。なお、ｅは素電荷、Ｎeはプラズマ密度、
Ｖth、ｋはボルツマン係数、Ｔeはプラズマ温度、ｍiは
イオンの質量、ｍeは電子の質量、Ｖshはシース電位を
各々示す。

【００２２】これらの式および電子シェーディングダメ
ージメカニズムより、プラズマ密度Ｎeを下げることで
配線間底部（またはスルーホール底部、あるいはコンタ
クトホール底部）５に到達するイオンフラックス１を減
少させることができることが解る。

【００２３】一方、電子フラックス２は、その等方的性
質からプラズマ密度Ｎeを下げても配線間底部（または
スルーホール底部、あるいはコンタクトホール底部）５
に到達する量はほとんど変わらない。よって、プラズマ
密度Ｎeを下げることで配線間底部（またはスルーホー
ル底部、あるいはコンタクトホール底部）５のチャージ
アンバランスを低減させることができることも解る。

【００２４】（第１実施形態）本実施形態では、積層
メタル配線、スルーホールまたはコンタクトホールの中
から、積層メタル配線を例にとって説明するが、スルー
ホールやコンタクトホールに対しても、積層メタル配線
と同様に、本実施形態のドライエッチング方法及びドラ
イエッチング装置を適用することができる。

【００２５】図２は、本発明のドライエッチング方法の
第１実施形態で使用される、ドライエッチング装置の一
実施形態を説明するための構造図である。図３は、図１
のドライエッチング装置で生成されるプラズマ密度Ｎe
の制御特性図である。縦軸はプラズマ密度Ｎe（電子密
度と等価）を示し、横軸はソースパワーを示す。

【００２６】図２のドライエッチング装置では、ＲＦコ
イル（高周波コイル）２１におおよそ２ＭＨｚの高周波
電力ＲＦを印加（以後、ソースパワーと称する）し、誘
導結合型放電を用いてプラズマを生成する。

【００２７】一方、ウェハ２２を設置した下部電極２３
には、おおよそ１３．５６ＭＨｚの高周波電力ＲＦが印
加（以後、バイアスパワーと称する）でき、イオンの入
射エネルギーを独立に制御できるようになっている。プ
ラズマ密度Ｎe（電子密度と等価）は、図３に示すよう
に、おおよそ１００〜１５００Ｗのソースパワーに対し
て、線形に変化する。

【００２８】図２のドライエッチング装置において、プ
ラズマ密度Ｎe（ＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｎｓｉｔｙ（ｃ
ｍ^-3））は、おおよそ２ｘ１０¹⁰からおおよそ４ｘ１０
¹¹ｃｍ^-3まで変化させることができる。

【００２９】また、本実施形態のドライエッチング方法
では、電子シェーディングダメージを定量的に評価する
ため、ゲート酸化膜厚＝おおよそ４．５ｎｍ、ゲート長
＝おおよそ０．３５μｍ、ゲート幅＝おおよそ１０μｍ
のｎチャネルＭＯＳトランジスタを用いた。

【００３０】本実施形態のドライエッチング方法では、
図２のドライエッチング装置を用いて、ｎチャネルＭＯ
Ｓトランジスタを被覆するように層間絶縁膜を形成す
る。次にｎチャネルＭＯＳトランジスタのゲート電極上
にコンタクト孔を開口し、このコンタクト孔にチタン、
窒化チタン、タングステン等の導電性材料を埋設しコン
タクトプラグを形成する。続いて、アルミ銅合金、チタ
ン、窒化チタンの順に堆積した後、リソグラフィー技術
によりレジストのパターニングを行う。

【００３１】レジストパターニングは、積層メタル配線
の配線長さや配線間の距離を任意に変化させるように行
う。配線長さを変化させることでチャージングダメージ
の原因となるプラズマ中の荷電粒子流入量を変えること
ができ（これをアンテナ効果と呼ぶ、また、配線側壁面
積とゲート面積の比をアンテナ比と定義する）、また、
配線間距離を変化させ（配線）アスペクト比を変えるこ
とで、電子シェーディングダメージの定量評価が可能と
なる。

【００３２】以上、形成した電子シェーディングダメー
ジ評価用のｎチャネルＭＯＳトランジスタの積層メタル
配線をドライエッチングし、トランジスタパラメータを
測定することでダメージの定量評価を行った。本実施形
態で用いた積層メタル配線の構造は、レジスト厚＝おお
よそ１μｍに対し、窒化チタン膜厚＝おおよそ５０ｎ
ｍ、アルミ銅合金膜厚＝おおよそ４５０ｎｍ、窒化チタ
ン膜厚＝おおよそ１００ｎｍ、チタン３０膜厚＝おおよ
そ３０ｎｍとなっている。また、ドライエッチングに用
いた条件は、塩素をおおよそ１１０ｓｃｃｍ、三塩化ホ
ウ素をおおよそ４５ｓｃｃｍ、ＣＨＦ3をおおよそ１０
ｓｃｃｍとし、圧力をおおよそ８ｍＴｏｒｒ、バイアス
パワーをおおよそ１００Ｗとした。なお、ソースパワー
は、おおよそ２００〜１７００Ｗまで変化させた。

【００３３】図４は、本発明のドライエッチング方法の
第１実施形態で使用される、ｎチャネルＭＯＳトランジ
スタしきい値電圧変動量n-chΔＶtとプラズマ密度Ｎeの
関係図である。本実施形態では、プラズマ密度Ｎeはソ
ースパワーを変化させることにより変えた。

【００３４】しきい値変動量n-chΔＶtは、アンテナ比
７７００倍のしきい値電圧Ｖthと定義し、アンテナ比６
０倍のしきい値電圧の差で定義している。このとき、し
きい値変動量n-chΔＶtは、ほぼゲート酸化膜中に蓄積
された電子に比例する。

【００３５】パラメータとして、積層メタル配線の配線
間距離（アスペクト比に相当）を、おおよそ０．３，
０．６及び０．８μｍに設定した。積層メタル配線の配
線間距離（アスペクト比）が、おおよそ０．３のときの
プラズマ密度Ｎeを●で示し、おおよそ０．６のときの
プラズマ密度Ｎeを■で示し、おおよそ０．８のときの
プラズマ密度Ｎeを▲で示している。

【００３６】本実施形態では、プラズマの電子温度Ｔe
をおおよそ２ｅＶ近傍（２〜２．２５ｅｖ）に固定して
実験を行っている。本実施形態の特徴として、おおよそ
０．８μｍの配線間距離の場合、プラズマ密度Ｎeに対
するしきい値変動量n-chΔＶtはほとんどない。しかし
ながら、配線間距離がおおよそ０．６μｍおよびおおよ
そ０．３μｍにおいて、プラズマ密度Ｎeを下げるに従
い変動量n-chΔＶtは減少した。１ｘ１０¹¹ｃｍ^-3以下
のプラズマ密度Ｎeでは、配線間距離がおおよそ０．６
μｍおよびおおよそ０．３μｍのＭＯＳトランジスタし
きい値変動量n-chΔＶtをおおよそ０．０２Ｖ以下に抑
制できた。

【００３７】以上第１実施形態によれば、積層メタル配
線を有する半導体装置を作成する際に電子シェーディン
グダメージを低減でき、電子シェーディングダメージが
引き起こすゲート酸化膜の劣化を低減でき、高い信頼性
及び生産性を備え、かつ積層メタル配線、スルーホール
またはコンタクトホールを容易に製造することができ
る。

【００３８】（第２実施形態）第２実施形態として、
積層アルミ配線のバリア膜（窒化チタンおよびチタン）
を抜きさるときのみ、プラズマ密度Ｎeを下げるドライ
エッチング方法を示す。図５は、本発明のドライエッチ
ング方法の第２実施形態で使用される、エッチングステ
ップのタイムチャートである。縦軸はＡｌ（３９６ｎ
ｍ）の発光強度を示し、横軸はエッチング強度を示す。

【００３９】Ａｌ（３９６ｎｍ）の発光強度において、
先ず、ステップ１（第１ステップ）の最初の終点として
アルミ銅合金の終点（エンドポイント）３１の発光強度
が検出される。その次に、バリア膜の終点（エンドポイ
ント）３２の発光強度が検出される。

【００４０】本実施形態のドライエッチング方法とし
て、アルミ銅合金のエッチング終点３１まで、プラズマ
密度Ｎe≧１ｘ１０¹¹ｃｍ^-3の条件でドライエッチング
を行い（ステップ１（第１ステップ））、アルミ銅合金
のエッチング終点３１を検出した後にプラズマ密度Ｎe
≦１ｘ１０¹¹ｃｍ^-3の条件に下げてバリア膜をエッチン
グする（ステップ２（第２ステップ））。

【００４１】このように、エッチングのステップを少な
くとも２段階（ステップ１（第１ステップ）とステップ
２（第２ステップ））に分け、積層メタル配線のバリア
膜を抜きさる際に、プラズマ密度Ｎeが１０¹¹ｃｍ^-3以
下に制御するドライエッチング方法を用いれば、エッチ
ング特性を大きく損なうことなく、また電子シェーディ
ングダメージのメカニズムから推測できるようにチャー
ジングダメージの抑制されたエッチングが可能となる。

【００４２】具体的には、本実施形態では、第１実施形
態で用いたものと同様のダメージ評価用ＭＯＳトランジ
スタ、同様の積層メタル配線をエッチングした。ドライ
エッチングに用いた条件は、ふたつのステップからな
る。

【００４３】ステップ１（第１ステップ）は、塩素をお
およそ１１０ｓｃｃｍ、三塩化ホウ素をおおよそ４５ｓ
ｃｃｍ、ＣＨＦ３をおおよそ１０ｓｃｃｍ、圧力をおお
よそ８ｍＴｏｒｒ、バイアスパワーをおおよそ１００
Ｗ、そしてソースパワーをおおよそ１０００Ｗとした。

【００４４】アルミ銅合金のエッチング終点３１の検出
は、アルミ原子（Ａｌ）の発光スペクトル（スペクトル
波長３９６ｎｍ）強度変化を用いた。そして、アルミ銅
合金のエッチング終点３１の検出後に、工程をステップ
２（第２ステップ）に切り替えた。

【００４５】ステップ２（第２ステップ）のバリア膜の
窒化チタンおよびチタンのエッチング条件は、塩素をお
およそ５０ｓｃｃｍ、三塩化ホウ素をおおよそ２５ｓｃ
ｃｍ、圧力をおおよそ５ｍＴｏｒｒ、バイアスパワーを
おおよそ５０Ｗの条件でおおよそ１５秒間行った。この
ときのソースパワーは、おおよそ３００Ｗ、５００Ｗ，
７００Ｗおよび１０００Ｗとそれぞれ変えた。

【００４６】図６は、本発明のドライエッチング方法の
第２実施形態で使用される、ゲートリーク歩留まりとバ
リア膜エッチ時のソースパワーの関係図であって、アン
テナ比１１０００倍におけるゲートリークの歩留まりを
配線間スペースおおよそ０．３μｍおよび０．４μｍに
ついてバリア膜エッチング時のソースパワー依存性を示
している。縦軸はゲートリーク歩留まり（Ｙｉｅｌｄ）
を示し、横軸はソースパワーを示す。明らかに、バリア
膜をエッチングする際にプラズマ密度Ｎeを下げること
で、ゲートリーク歩留まりが向上していることがわか
る。

【００４７】以上第２実施形態によれば、積層メタル配
線を有する半導体装置を作成する際に電子シェーディン
グダメージを低減でき、電子シェーディングダメージが
引き起こすゲート酸化膜の劣化を低減でき、高い信頼性
及び生産性を備え、かつ積層メタル配線、スルーホール
またはコンタクトホールを容易に製造することができ
る。

【００４８】なお、第１，２実施形態の構成は単なる一
例示であり、本発明のドライエッチング方法及びドライ
エッチング装置は、上記実施形態の構成から様々の修正
及び変更を加えた積層メタル配線、スルーホールまたは
コンタクトホールのドライエッチング方法及びドライエ
ッチング装置を含むことは、自明である。また、上記構
成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定され
ず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にす
ることができる。また、各図において、同一構成要素に
は同一符号を付している。

【００４９】

【発明の効果】本発明は、プラズマ密度をおおよそ１ｘ
１０¹¹ｃｍ^-3以下に制御してドライエッチングを実行す
ることにより、電子シェーディングダメージに起因する
ＭＯＳトランジスタ特性の劣化を回避できるようにな
り、その結果、半導体装置の歩留まりの向上、生産性の
向上を図ることができるといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のドライエッチング方法の作用およびを
説明するための模式図であって、配線間底部（またはス
ルーホール底部、あるいはコンタクトホール底部）で発
生するマイクロローディングに起因する電子シェーディ
ングダメージを説明するための素子断面図である。

【図２】本発明のドライエッチング方法の第１実施形態
で使用される、ドライエッチング装置の一実施形態を説
明するための構造図である。

【図３】図１のドライエッチング装置で生成されるプラ
ズマ密度の制御特性図（プラズマ密度とソースパワーの
関係図）である。

【図４】本発明のドライエッチング方法の第１実施形態
で使用される、ｎチャネルＭＯＳトランジスタしきい値
電圧変動量とプラズマ密度の関係図である。

【図５】本発明のドライエッチング方法の第２実施形態
で使用される、エッチングステップのタイムチャートで
ある。

【図６】本発明のドライエッチング方法の第２実施形態
で使用される、ゲートリーク歩留まりとバリア膜エッチ
時のソースパワーの関係図である。

【符号の説明】

１…イオンフラックス２…電子フラックス３…レジストマスク４…電子５…配線間底部６…イオン７…低アスペクト比領域８…ゲート電極９…シリコン基板１０…ゲート酸化膜１１…注入電荷２１…ＲＦコイル２２…ウェハ２３…下部電極３１…アルミエンドポイント３２…バリア膜エンドポイント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K057 DA02 DB00 DB01 DB05 DD03 DD08 DE01 DE04 DE06 DG08 DG13 DJ02 DJ03 DM40 DN01 5F004 AA06 BA20 BB11 BB13 BB18 BD02 CA02 CA06 CB02 DA04 DA11 DA16 DB00 DB09 DB16 EA28 EB01 EB02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性膜と絶縁性膜が積層された積層膜
をプラズマを用いてドライエッチングするドライエッチ
ング方法であって、ドライエッチングを行うプラズマの密度を所定密度以下
に制御した状態でエッチングすることを特徴とするドラ
イエッチング方法。
【請求項２】アルミ銅合金を含む導電性膜と窒化チタ
ン及びチタンを含むバリア膜が積層された積層膜をプラ
ズマを用いてドライエッチングするドライエッチング方
法であって、ドライエッチングを行うプラズマの圧力を５０ｍＴｏｒ
ｒ以下に制御すると共に、当該ドライエッチングを行う
プラズマの密度を略１０¹¹ｃｍ^-3以下に制御した状態で
エッチングすることを特徴とするドライエッチング方
法。
【請求項３】導電性膜と絶縁性膜が積層された積層膜
をプラズマを用いてドライエッチングするドライエッチ
ング方法であって、前記絶縁性膜をドライエッチングする際のプラズマ密度
を前記導電性膜をドライエッチングする際のプラズマ密
度よりも低く制御することを特徴とするドライエッチン
グ方法。
【請求項４】アルミ銅合金を含む導電性膜と、窒化チ
タン及びチタンを含むバリア膜が積層された積層膜をプ
ラズマを用いてドライエッチングするドライエッチング
方法であって、前記バリア膜をドライエッチングする際のプラズマ密度
を前記導電性膜をドライエッチングする際のプラズマ密
度よりも低く制御することを特徴とするドライエッチン
グ方法。
【請求項５】アルミ銅合金を含む導電性膜と窒化チタ
ン及びチタンを含むバリア膜が積層された積層膜をプラ
ズマを用いてドライエッチングするドライエッチング方
法であって、ドライエッチングを行うプラズマの圧力を５０ｍＴｏｒ
ｒ以下に制御すると共に、当該プラズマの密度を略１０
¹¹ｃｍ^-3以上に制御して前記アルミ銅合金を含む導電性
膜をドライエッチングする第１ステップと、ドライエッチングを行うプラズマの圧力を５０ｍＴｏｒ
ｒ以下に制御すると共に、当該プラズマの密度を略１０
¹¹ｃｍ^-3以下に制御して前記バリア膜をドライエッチン
グする第２ステップとを有することを特徴とするドライ
エッチング方法。
【請求項６】導電性膜と絶縁性膜が積層された積層膜
をプラズマを用いてドライエッチングするドライエッチ
ング装置であって、ドライエッチングを行うプラズマの圧力を所定圧力以下
に制御する圧力制御手段と、ドライエッチングを行うプラズマの密度を所定密度以下
に制御した状態でエッチングするプラズマ発生手段とを
有することを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項７】アルミ銅合金を含む導電性膜と窒化チタ
ン及びチタンを含むバリア膜が積層された積層膜をプラ
ズマを用いてドライエッチングするドライエッチング装
置であって、ドライエッチングを行うプラズマの圧力を５０ｍＴｏｒ
ｒ以下に制御する圧力制御手段と、当該ドライエッチングを行うプラズマの密度を略１０¹¹
ｃｍ^-3以下に制御した状態でエッチングするプラズマ発
生手段とを有することを特徴とするドライエッチング装
置。
【請求項８】導電性膜と絶縁性膜が積層された積層膜
をプラズマを用いてドライエッチングするドライエッチ
ング装置であって、ドライエッチングを行うプラズマの圧力を所定圧力以下
に制御する圧力制御手段と、前記絶縁性膜をドライエッチングする際のプラズマ密度
を前記導電性膜をドライエッチングする際のプラズマ密
度よりも低く制御するプラズマ発生手段を有することを
特徴とするドライエッチング装置。
【請求項９】アルミ銅合金を含む導電性膜と、窒化チ
タン及びチタンを含むバリア膜が積層された積層膜をプ
ラズマを用いてドライエッチングするドライエッチング
装置であって、ドライエッチングを行うプラズマの圧力を所定圧力以下
に制御する圧力制御手段と、前記バリア膜をドライエッチングする際のプラズマ密度
を前記導電性膜をドライエッチングする際のプラズマ密
度よりも低く制御するプラズマ発生手段とを有すること
を特徴とするドライエッチング装置。
【請求項１０】アルミ銅合金を含む導電性膜と窒化チ
タン及びチタンを含むバリア膜が積層された積層膜をプ
ラズマを用いてドライエッチングするドライエッチング
装置であって、ドライエッチングを行うプラズマの圧力を５０ｍＴｏｒ
ｒ以下に制御する圧力制御手段と、当該プラズマの密度を略１０¹¹ｃｍ^-3以上に制御して前
記アルミ銅合金を含む導電性膜をドライエッチングする
第１ステップと、当該プラズマの密度を略１０¹¹ｃｍ^-3
以下に制御して前記バリア膜をドライエッチングする第
２ステップとを実行するプラズマ発生手段とを有するこ
とを特徴とするドライエッチング装置。