JP2001217226A - 半導体装置の製造装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 深いホール形成のためのエッチング時におけ
る突然のエッチストップを防止しうる半導体装置の製造
装置及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 チャンバーの下枠１ａ，石英ドーム２
Ａ，上部電極７，Ｏリング１６等により反応室が形成さ
れている。反応室内には、下部電極１０と、下部電極１
０上の被加工物である基板９とが設置されている。石英
ドーム２Ａの温度は、ヒーター６によって１８０℃以上
の温度に保たれるように制御されている。ガス導入口８
より反応室内部にＣ₂ Ｆ₆ ガス，Ｃ₄ Ｆ₈ ガス等のフロ
ロカーボン系ガスを導入し、第１高周波電源５によりア
ンテナコイル３に高周波電力を印加して、プラズマ１７
を生成し、基板９をエッチングする。石英ドーム２Ａの
温度を高温に加熱制御することで、壁面からの酸素の放
出を妨げるデポ物の付着を妨げ、エッチストップを発生
させるホール底のデポ物を酸素により除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマを用いた
半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】現在の半導体デバイスの製造において、
反応室内にプラズマを生成させて、ドライエッチングや
ＣＶＤを行うプラズマ加工は、高集積化された半導体デ
バイス内の要素を加工するために欠かせない技術であ
る。例えば、酸化膜からなる層間絶縁膜に、配線とトラ
ンジスタのソース・ドレイン領域などの活性領域とを接
続するためのコンタクトホールや、配線間を接続するた
めのバイヤホールを形成する際には、反応室内にプラズ
マを生成して、ホールの側面方向へのエッチングの進行
は側壁保護膜によって抑制しながら、ホール底面にはプ
ラズマイオンの衝突によってエッチングを進行させるよ
うにしている。このような異方性エッチングによって、
微細な径を有しながら層間絶縁膜をほぼストレートに貫
通するコンタクトホールやバイヤホールを形成すること
ができる。

【０００３】ところで、半導体デバイスサイズの縮小に
伴い、配線幅やコンタクトホールやバイヤホールの径は
ますます小さくなっている。しかるに、これらのホール
の形成工程を例にとれば、ホール径は小さくなっている
にかかわらず、層間絶縁膜の厚さはほとんど薄くなって
いない。したがって、ホール径に対する層間絶縁膜の厚
さの比（アスペクト比）はますます大きくなってきてい
る。そして、アスペクト比の増大に伴い、ホールを形成
する工程において、正常なホールが形成されないケース
が生じやすくなる。特に、高アスペクト比のホールを形
成する際には、ホール径によってエッチレートが変わる
マイクロローディング現象と呼ばれる現象が生じやすか
った。特に微細な径のホールを形成している際にこのマ
イクロローディング効果が発生すると、エッチングの進
行が次第に遅くなり、ときには貫通ホールが形成されな
いうちにエッチングが停止するおそれがあった。

【０００４】一方、ドライエッチング技術の最近の進歩
に伴い、側壁保護膜の発生をできるだけ抑制すべく側壁
保護膜の形成とエッチングとを交互に行なうＴＭエッチ
ング（Time Modelation Etching ）と呼ばれる技術や、
側壁でのラジカル反応が凍結するまでウエハ温度を下げ
て、側壁保護膜を形成することなく異方性エッチングを
実現する低温エッチング技術と呼ばれる技術がある。こ
れらの技術によると、側壁保護膜をなくすか低減しなが
ら、異方性を確保することができる。上述のマイクロロ
ーディング現象の発生も抑制される。

【０００５】また、最近では、高アスペクト比のホール
のエッチングに適したプラズマ源として、アンテナを絶
縁物の反応室壁に設置した低ガス圧力、高密度プラズマ
の誘導結合型プラズマやヘリコン波プラズマを用いるこ
とにより、側壁保護膜を形成しなくても高異方性，高エ
ッチ速度，高選択性を実現できるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この高
密度プラズマを用いる技術において、エッチングの進行
が途中で停止して、貫通ホールが形成されないという現
象がある。このようなエッチストップは、それまで貫通
ホールが正常に形成されていた状態で、突如エッチング
が途中で停止する現象である。また、このエッチストッ
プの発生時期は、エッチング開始直後のときもあり、エ
ッチングが進行してから後のときもあるというようにば
らつきがあり、一定の傾向を示していない。ウエハを何
枚か処理しているうちに、あるウエハのエッチングの進
行中に突然エッチストップが発生するのであって、何ら
かの要因が蓄積されて生じることを暗示している。

【０００７】このようなばらつきが生じる原因について
は、まだ詳細に解明されていないのが現状であるが、上
記マイクロローディングとは明らかに区別できる現象で
ある。そこで、本発明者達は、このようなエッチングが
停止する現象を「エッチストップ」と呼ぶことにする。

【０００８】図３７は、正常なエッチング，マイクロロ
ーディング及びここで問題にしているエッチストップの
３つの場合におけるエッチングの進行状態を示す図であ
る。同図において、横軸はエッチング時間を表し、縦軸
はエッチング量を示している。そして、エッチング線Ｅ
tnは正常なエッチングの場合を、エッチング線Ｅmlはマ
イクロローディングが生じる場合を、エッチング線Ｅst
はエッチストップが生じる場合をそれぞれ示す。マイク
ロローディングの場合には、図３７のエッチング線Ｅml
に示すように、ある程度の深さに達するとエッチングの
進行が遅くなるのが特徴である。一方、エッチストップ
の場合、図３７のエッチング線Ｅstに示すように、正常
なエッチングの進行状態から突然エッチングの進行が止
まるのであって、既に述べたように、発生時期もまちま
ちである。すなわち、マイクロローディング効果がエッ
チングレートの連続的な低下により引き起こされる現象
であるのに対し、ここでいう「エッチストップ」とは、
ある一定のエッチングレートで正常なエッチングを行な
っている状態から非連続的にエッチングレートが０にな
ることにより引き起こされる現象といえる。しかも、マ
イクロローディング効果が生じない条件下でも、エッチ
ストップは生じる。

【０００９】ここで、一般的に、プラズマエッチングに
おけるエッチングレートＲは、下記式（１）で表され
る。

【００１０】 Ｒ＝（１／ρ）・θ・Γｉ・Ｅｉ−θ・Γｄ （１） ここで、ρは被エッチング物の密度、θはラジカルの表
面被覆率、Γｉはイオンのフラックス量を表す関数、Ｅ
ｉはイオンエネルギー、Γｄはラジカルのフラックス量
を表す関数をそれぞれ示す。そして、式（１）の第１項
はエッチングに寄与するファクタであり、第２項はデポ
ジションに寄与するファクタである。

【００１１】エッチングが停止するということは、上記
式（１）のエッチングレートＲが０以下になるというこ
とである。そして、このようなＲ≦０になるためには、
以下のような条件が必要である。 （ａ） Γｉ≒０の場合 この場合には、コンタクト孔内に入射するイオンフラッ
クス量が減少する。この状態は、コンタクト孔のアスペ
クト比の増大や、表面チャージングなどにより発生す
る。 （ｂ） Ｅｉ≒０の場合 この場合には、コンタクト孔内に入射するイオンのエネ
ルギーが減少する。この状態は、特に絶縁膜に形成され
るコンタクト孔内にイオンの下方への運動を阻害するチ
ャージが存在することにより発生する。例えば、コンタ
クト孔の底面に正の電荷がありコンタクト孔の側壁上部
に負の電荷がある場合である。 （ｃ） （１／ρ）・θ・Γｉ・Ｅｉ≦θ・Γｄの場合 これは、デポジションに寄与するラジカルの量がエッチ
ングに寄与するイオンの量を上回る場合である。これ
は、プラズマ中のＣ₂ ／Ｆ比又はＣ／Ｆ比が増大するこ
とにより発生する。

【００１２】そして、一般的に、マイクロローディング
効果とは、上記条件（ｃ）によって引き起こされる現象
ということがいえる。これらの現象の機構はまだ解明さ
れていないが、マイクロローディング効果は、ホール内
に供給されるデポラジカルが連続的に多くなって徐々に
エッチングレートが小さくなる現象であって関数Γｉ，
Γｄが連続関数として表されるのに対し、エッチストッ
プはエッチングレートが突然０になる現象であって関数
Γｉ，Γｄが不連続関数として表されるものと推定され
る。

【００１３】本発明は、このエッチストップ現象の原因
の究明のための多くの実験を積み重ねた結果なされたも
のであり、エッチストップが発生する条件とエッチスト
ップが発生しない条件とを把握することにより、エッチ
ストップを確実に解消しうる半導体装置の製造装置及び
その製造方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明が講じた手段は、反応室の壁面からの酸素の放
出作用あるいは酸素を含むガスの供給によりエッチング
等のプラズマ処理の進行を妨げるデポ物を除去すること
にある。

【００１５】本発明の半導体装置の製造方法は、ウエハ
上の膜にエッチングを行なうための反応室と、上記反応
室内にエッチング用ガスを導入するためのガス供給手段
と、上記エッチング用ガスを高密度プラズマにするため
のプラズマ発生手段と、上記反応室内に配置され少なく
とも表面の一部が露出する金属性の部材とを備えた装置
を用いて行なう半導体装置の製造方法であって、半導体
装置が形成されるウエハを上記反応室内に設置した状態
で、上記反応室内にエッチング用ガスを導入する第１の
ステップと、上記プラズマ発生手段により反応室内にプ
ラズマを発生させて、上記ウエハの一部にホールを形成
するためのエッチングを行う第２のステップと、上記ホ
ール形成後に、上記プラズマを発生させた状態で上記エ
ッチングを標準条件よりも遅い条件で上記反応室内に存
在する金属イオンを除去するようにさらに所定時間行う
第３のステップとを備えている。

【００１６】この方法により、金属イオンの蓄積に起因
するエッチストップの発生を未然に防止することができ
る。

【００１７】上記第２のステップは、上記ウエハの一部
にホールを形成するためのエッチングを標準条件よりも
遅い条件で上記反応室内に存在する金属イオンを除去す
るように行なわれ、前回のウエハに対する上記第３のス
テップを兼ねていることにより、工程数の低減が可能に
なる。

【００１８】本発明の半導体装置の製造装置は、酸素含
有部材を壁部に有しウエハ上の膜にエッチングを行なう
ための反応室と、上記反応室内に少なくとも炭素とフッ
素とを含むエッチング用ガスを導入するためのガス供給
手段と、上記エッチング用ガスを高密度プラズマにする
ためのプラズマ発生手段と、上記反応室内に少なくとも
表面の一部が露出するように配設され、上記プラズマ内
のＯ及びＣのうち少なくともいずれか１つの濃度を変更
する機能を有する濃度変更手段と、上記ＯとＣの濃度比
が、エッチングがほぼ一定速度で進行している状態から
非連続的にエッチングが停止するエッチストップが発生
しないための予め設定されている適正範囲内であるよう
に、上記濃度変更手段を調節するための調節手段とを備
え、上記濃度変更手段の少なくとも１つは酸素含有部材
であり、上記調節手段の少なくとも１つは上記酸素含有
部材からの酸素の放出量を制御する手段を有する。

【００１９】本発明の半導体装置の製造装置は、酸素含
有部材を壁部に有しウエハ上の膜にエッチングを行なう
ための反応室と、上記反応室内に少なくとも炭素とフッ
素とを含むエッチング用ガスを導入するためのガス供給
手段と、上記エッチング用ガスを高密度プラズマにする
ためのプラズマ発生手段と、上記反応室内に少なくとも
表面の一部が露出するように配設され、上記プラズマ内
のＯ及びＦのうち少なくともいずれか１つの濃度を変更
する機能を有する濃度変更手段と、上記ＯとＦの濃度比
が、エッチングがほぼ一定速度で進行している状態から
非連続的にエッチングが停止するエッチストップが発生
しないための予め設定されている適正範囲内であるよう
に、上記濃度変更手段を調節するための調節手段とを備
え、上記濃度変更手段の少なくとも１つは酸素含有部材
であり、上記調節手段の少なくとも１つは上記酸素含有
部材からの酸素の放出量を制御する手段を有する。

【００２０】本発明の半導体装置の製造装置は、素含有
部材を壁部に有しウエハ上の膜にエッチングを行なうた
めの反応室と、上記反応室内に少なくとも炭素とフッ素
とを含むエッチング用ガスを導入するためのガス供給手
段と、上記エッチング用ガスを高密度プラズマにするた
めのプラズマ発生手段と、上記反応室内に少なくとも表
面の一部が露出するように配設され、上記プラズマ内の
Ｏ，Ｆ及びＣのうち少なくともいずれか１つの濃度を変
更する機能を有する濃度変更手段と、上記Ｏ，Ｆ及びＣ
の濃度比が、エッチングがほぼ一定速度で進行している
状態から非連続的にエッチングが停止するエッチストッ
プが発生しないための予め設定されている適正範囲内で
あるように、上記濃度変更手段を調節するための調節手
段とを備え、上記濃度変更手段の少なくとも１つは酸素
含有部材であり、上記調節手段の少なくとも１つは上記
酸素含有部材からの酸素の放出量を制御する手段を有す
る。

【００２１】これれらの各発明により、以下の作用が得
られる。すなわち、Ｃに対するＯの濃度が低すぎるとホ
ールの底部に堆積する炭素含有生成物を除去することが
できずエッチストップが発生するおそれがあるが、Ｃに
対するＯの濃度が高すぎるとウエハの下地も除去される
などエッチング特性が悪化する。その際、Ｆの濃度もエ
ッチング特性に影響する。したがって、調節手段によ
り、Ｏ又はＣの濃度比、又はＯとＦの濃度比、あるいは
Ｏ，Ｆ及びＣの濃度比を調節することで、エッチストッ
プの発生を回避しながら、ホールを貫通させることがで
きる。

【００２２】上記濃度変更手段を酸素含有部材とし、上
記調節手段を上記酸素含有部材に近接して設けられたア
ンテナコイルとし、上記プラズマ発生手段を上記アンテ
ナコイルに高周波電力を供給して上記反応室内に高密度
のプラズマを発生させるものとすることにより、酸素含
有部材の表面上のデポ物が揮発しやすい状態になるの
で、酸素含有部材の表面から酸素が放出され、Ｏの濃度
の低下によるエッチストップの発生が回避される。

【００２３】上記エッチングガスは、ＣＦ₄ ，Ｃ₂ Ｆ
₆ ，Ｃ₃ Ｆ₈ ，Ｃ₄ Ｆ₈ ，Ｃ₅ Ｆ₈ 及びＣ₆ Ｆ₆ のうち
少なくともいずれか１つを含むことが好ましい。

【００２４】上記プラズマ中のＯの発光強度を検出する
ためのＯ発光強度検出手段をさらに備えている場合に
は、上記調節手段により、上記Ｏ発光強度検出手段で検
出されるＯの発光強度が予め設定されている適正範囲内
であるように上記濃度変更手段を調節することができ
る。

【００２５】上記プラズマ中のＯの発光強度を検出する
ためのＯ発光強度検出手段と、上記プラズマ中のＦの発
光強度を検出するためのＦ発光強度検出手段とをさらに
備えている場合には、上記調節手段は、上記各発光強度
検出手段により検出されたＯの発光強度とＦの発光強度
との比が予め設定されている適正範囲内であるように上
記濃度変更手段を調節することができる。

【００２６】これにより、エッチレートの低下を低下を
招くことなく、エッチストップの発生を防止する機能を
有する半導体装置の製造装置が得られる。

【００２７】本発明の半導体装置の製造装置は、ウエハ
上の膜にエッチングを行なうための反応室と、上記反応
室内に少なくとも炭素とフッ素とを含むエッチング用ガ
スを導入するためのガス供給手段と、上記エッチング用
ガスを高密度プラズマにするためのプラズマ発生手段
と、上記反応室内に少なくとも表面の一部が露出するよ
うに配設され、上記プラズマ内のＯ及びＣのうち少なく
ともいずれか１つの濃度を変更する機能を有する濃度変
更手段と、上記濃度変更手段を調節するための調節手段
と、上記プラズマ中のＯの発光強度を検出するためのＯ
発光強度検出手段と、上記プラズマ中のＣ₂ の発光強度
を検出するためのＣ₂ 発光強度検出手段とを備え、上記
調整手段は、上記各発光強度検出手段により検出された
Ｏの発光強度とＣ₂ の発光強度との比が予め設定されて
いる適正範囲内であるように上記濃度変更手段を調節す
るものである。

【００２８】これにより、下地に対する膜のエッチング
選択比を高く維持しながら、エッチストップの発生を防
止する機能を有する半導体装置の製造装置が得られる。

【００２９】本発明の半導体装置の製造装置は、ウエハ
上の膜にエッチングを行なうための反応室と、上記反応
室内に少なくとも炭素とフッ素とを含むエッチング用ガ
スを導入するためのガス供給手段と、上記エッチング用
ガスを高密度プラズマにするためのプラズマ発生手段
と、上記反応室内に少なくとも表面の一部が露出するよ
うに配設され、上記プラズマ内のＯ及びＣのうち少なく
ともいずれか１つの濃度を変更する機能を有する濃度変
更手段と、上記濃度変更手段を調節するための調節手段
と、上記プラズマ中のＯの発光強度を検出するためのＯ
発光強度検出手段と、上記プラズマ中のＦの発光強度を
検出するためのＦ発光強度検出手段と、上記プラズマ中
のＣ₂ の発光強度を検出するためのＣ₂ 発光強度検出手
段とを備え、上記調節手段は、上記各発光強度検出手段
の出力を受け、Ｏの発光強度とＦの発光強度との比が予
め設定されている適正範囲内であり、かつＯの発光強度
とＣ ₂ の発光強度との比が予め設定されている適正範囲
内であるように上記濃度変更手段を調節するものであ
る。

【００３０】上記濃度変更手段を酸素含有部材とし、上
記調節手段を上記酸素含有部材を加熱するためのヒータ
とすることにより、酸素含有部材の表面上のデポ物の揮
発が促進されるので、酸素含有部材の表面から酸素が放
出され、Ｏの濃度の低下によるエッチストップの発生が
回避される。

【００３１】上記濃度変更手段を、上記反応室内に少な
くとも表面の一部が露出するように配設されたシリコン
含有部材とし、上記調節手段を上記シリコン含有部材を
加熱するためのヒータとすることにより、シリコン含有
部材中にフッ素が吸収されることを利用して、プラズマ
中のＦの濃度が調節される。したがって、エッチング機
能が調節されるとともに、相対的にＯの濃度も調節され
る。

【００３２】上記濃度変更手段及び上記調節手段を、上
記反応室内に少なくとも表面の一部が露出するように配
設されたカーボンヒータとすることにより、カーボンヒ
ータから放出されるカーボンを利用してプラズマ中のＣ
の濃度が調節される。したがって、エッチングの選択性
が調節されるとともに、相対的にＯの濃度も調節され
る。

【００３３】上記濃度変更手段を石英により構成し、上
記エッチング用ガスをフロロカーボン系ガスとし、上記
調節手段により、上記濃度変更手段の温度を１８０〜３
００℃の範囲に加熱することにより、反応室内への酸素
の放出量を適正範囲に維持することができる。

【００３４】本発明の半導体装置の製造装置は、ウエハ
上の膜にエッチングを行なうための反応室と、上記反応
室内にエッチング用ガスを導入するためのガス供給手段
と、上記エッチング用ガスを高密度プラズマにするため
のプラズマ発生手段とを備えており、上記反応室内には
プラズマと接する領域にエッチング種と結合する金属製
の部材が配設されていない。

【００３５】これにより、反応室内において金属イオン
との反応によってプラズマ中のエッチング種が低減され
ることがなく、エッチストップの発生を抑制することが
できる。

【００３６】本発明の半導体装置の製造装置は、ウエハ
上の膜にエッチングを行なうための反応室と、上記反応
室内にエッチング用ガスを導入するためのガス供給手段
と、上記エッチング用ガスを高密度プラズマにするため
のプラズマ発生手段とを備えるとともに、上記反応室内
に、金属を含まない部材からなるＯリングを配設してい
る。

【００３７】上記金属を、Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｗ及びＣ
ｏのうち少なくともいずれか１つとすることができる。

【００３８】

【発明の実施の形態】まず、本実施形態に係るプラズマ
中の炭素，フッ素及び酸素の濃度比とエッチストップと
の関連性について多数の実験データについて、図面を参
照しながら説明する。

【００３９】図１は実験に使用した半導体装置の製造装
置の構成を説明する図である。図１において、１ａは反
応室を囲むチャンバーの下枠、１ｂはチャンバーの上
枠、２Ａはチャンバーの中央部を構成する石英ドーム
（酸素含有部材）、３は石英ドーム２Ａの外周に巻かれ
たアンテナコイル、４はアンテナコイル３に供給される
高周波電力用の第１整合器、５は第１高周波電源、７は
ポリシリコンからなる上部電極、６は上部電極７を加熱
するためのトップヒーター、８はガス導入口、９は被加
工物である基板、１０は下部電極、１２は下部電極１０
に供給される高周波電力用の第２整合器、１３は第２高
周波電源、１４はターボ分子ポンプ、１５はドライポン
プ、１７はプラズマ、１８はプラズマ１７からの光を通
過させるための光フャイバ、１９は発光分光装置、２１
はアンテナコイル３を保護するアルミナ筒、２２はクー
リングリング、２３は石英製のウエハクランプ、２４は
アルミナ筒２１の下端部に配設され石英ドーム２Ａを加
熱するためのドームヒーター、２５は反応室の下部を囲
む石英ライナーをそれぞれ示す。上記ガス導入口８に
は、図示しないガス供給系からエッチングに必要な各種
ガスが供給されるように構成されており、その各種ガス
の流量は流量計と制御弁とによって所望の値に調節可能
に構成されている。

【００４０】図１に示すように、チャンバーの下枠１
ａ、石英ドーム２Ａ及びチャンバーの上枠１ｂによって
反応室が形成され、ターボ分子ポンプ１４及びドライポ
ンプ１５により反応室内が真空引きされるように構成さ
れている。この反応室内には、下部電極１０が設置され
ており、下部電極１０の上に被加工物である基板９が設
置されている。上部電極７はトップヒーター６によって
温度が調整できるように構成されており、石英ドーム２
Ａはドームヒーター２４によって温度が調整できるよう
に構成されている。

【００４１】基板９を加工する際には、ガス導入口８よ
り反応室内部にフロロカーボン系ガス例えばＣ₂ Ｆ₆ を
含むガスを流量４０ｓｃｃｍで導入し、Ｏ₂ ガスは添加
しない。反応室内の圧力を５ｍTorr（０．６７Ｐａ）に
した状態で、第１高周波電源５によりアンテナコイル３
にソースパワーとして約２７００Ｗの高周波電力を印加
し、第１整合器４によって高周波電力の反射電力を抑え
ることによって、反応室内部にプラズマ１７を生成す
る。そして、第２高周波電源１３により下部電極１０に
バイアスパワーとして約１３００Ｗの高周波電力を印加
し、第２整合器１２によって高周波電力の反射電力を抑
えることによって、基板９上にプラズマ１７に対するバ
イアス電圧を印加する。そして、このバイアス電圧によ
って加速されるイオンによって、基板９上の被加工領域
例えば層間絶縁膜をエッチングして、ホールを形成す
る。例えばＣ₂ Ｆ₆ がプラズマ中で分解して発生するＣ
x Ｆyラジカル（ｘ＝０，１，２，…、ｘ＝０，１，
２，…）と層間絶縁膜を構成する酸化シリコンとが反応
し、下地のシリコン基板とのエッチング選択比を高く維
持しながらエッチングが進行する。特に、この装置は、
１０ｍTorrオーダーの高真空中で、高密度のプラズマを
発生させるように構成されており、ホール形成中にも側
壁保護膜を形成することなく異方性エッチングを実現で
きるように構成されている。

【００４２】図２（ａ），（ｂ）及び図３（ａ），
（ｂ）は、本発明に関連して行ったプラズマの発光分析
の結果得られた発光スペクトルを示す図であり、いずれ
も縦軸は発光強度を示し、横軸は波長（波数）を示す。
図２（ａ），（ｂ）はいずれもエッチング途中における
エッチストップを生じないで円滑に加工ができた場合の
発光スペクトルを示し、図２（ａ）はＯ，Ｆがピークと
なる波長（それぞれ７７４ｎｍ，７７７ｎｍ）の近辺に
おける発光スペクトルを、図２（ｂ）はＣ₂ がピークと
なる波長の近辺における発光スペクトルをそれぞれ示
す。また、図３（ａ），（ｂ）はいずれもエッチング途
中におけるエッチストップを生じて貫通ホールが形成さ
れない場合の発光スペクトルを示し、図３（ａ）はＯ，
Ｆがピークとなる波長の近辺における発光スペクトル
を、図３（ｂ）はＣ₂ がピークとなる波長の近辺におけ
る発光スペクトルをそれぞれ示す。なお、図２及び図３
には示されていないが、ＳｉＦのピークも観察されてい
る。それ以外の物質のピークは観察されていない。

【００４３】ここで、以下の記載において、発光強度は
ピークの値によって比較するものとし、ピーク部の幅は
無視するものとする。

【００４４】図２（ａ）と図３（ａ）とを比較すると、
エッチストップを生じる場合、Ｏの発光強度が弱いこと
が示されている。また、Ｏ／Ｆの発光強度比が大きいほ
どエッチストップが生じていないことも示されている。
図２（ｂ）と図３（ｂ）とを比較すると、エッチストッ
プを生じる場合、Ｃ₂ の発光強度が大きいことが示され
ている。ただし、図２（ａ），（ｂ）及び図３（ａ），
（ｂ）の示す傾向が意味のあるものかどうかについて
は、さらにこの後説明する他のデータをも参考にして定
める必要がある。

【００４５】なお、一般的には、シリコン酸化膜をエッ
チングすると、ＳｉＯ₂ の分解によって生じたＯとエッ
チングガスであるフルオロカーボンガスの分解によって
生じたＣとが反応してＣＯ，ＣＯ₂ ，ＣＦ等が生じると
いわれている。そして、エッチングの終点検出のために
はプラズマ中のＣＯ量の変化を観察するのであるが、図
１に示す装置によるエッチングの場合、プラズマ中にＣ
Ｏ，ＣＯ₂ はほとんど存在していなかった。これは、こ
の装置において形成されるプラズマ中においては極めて
高い解離効率が実現されているために、フルオロカーボ
ンが効率よくＣ，Ｆに分離しているものと考えられる。

【００４６】図４（ａ），（ｂ）は、ホールを形成する
ためのエッチング時にホールの底面上に堆積するデポ物
の結合状態を調べるために行った基板の中心位置と端部
位置とにおけるＥＳＣＡの分析結果を示す柱状グラフで
ある。同図において、ハッチング模様が異なる柱はそれ
ぞれ異なる原子間結合の存在比を示している。また、同
図（ａ）は、サンプルＮｏ．１〜３のＥＳＣＡ分析結果
を、同図（ｂ）はサンプルＮｏ．４〜６のＥＳＣＡ分析
結果をそれぞれ示す。サンプルＮｏ．１は一般的な条件
（上部電極温度２６０℃，石英ドームの壁温２２０℃，
ソースパワー２７００Ｗ，Ｏ₂ 流量０ｓｃｃｍ）でエッ
チングされたものであり、エッチストップは生じなかっ
た。サンプルＮｏ．２は上記一般的な条件から石英ドー
ム２Ａの壁温のみを１８０℃に変えてエッチングされた
ものであり、エッチストップが生じた。サンプルＮｏ．
３はソースパワーを２５００Ｗにして上部電極７の温度
を２４０℃に制御しながらエッチングされたものであ
り、エッチストップは生じなかった。サンプルＮｏ．４
はソースパワーが２５００ＷでＯ₂ の流量が４ｓｃｃｍ
の条件でエッチングされたサンプルでありエッチストッ
プは生じなかった。サンプルＮｏ．５はソースパワーが
２５００ＷでＯ₂ の流量が２ｓｃｃｍの条件でエッチン
グされたサンプルであり、エッチストップが生じなかっ
た。サンプルＮｏ．６は上記一般的な条件からソースパ
ワーのみを２５００Ｗに変えてエッチングされたもので
あり、エッチストップが生じた。

【００４７】上記実験結果を整理すると下記表１が得ら
れる。

【００４８】

【表１】

【００４９】図５（ａ），（ｂ）は、上記図４（ａ），
（ｂ）に示すサンプルＮｏ．１〜６と同じサンプルにつ
いて、ホールの底面上に堆積するデポ物の成分を分析し
た結果を示す図である。

【００５０】上記図４（ａ），（ｂ）及び図５（ａ），
（ｂ）を比較してわかるように、ホールの底面上に堆積
するデポ物は、Ｃ，Ｏ，Ｆ，Ｓｉをそれぞれ相当量含ん
でいるにもかかわらず、これらの成分の結合状態は、Ｃ
−Ｃ結合がほとんどであり、ＦやＳｉは遊離状態で存在
していると思われる。

【００５１】図６はＯ，Ｆ及びＣ₂ の発光強度のソース
パワー依存性を示す図、図７はＯ／Ｆの発光強度比及び
Ｃ₂ ／Ｆの発光強度比のソースパワー依存性を示す図で
ある。図６からわかるように、ソースパワーが大きいほ
どＯの発光強度が大きくなる。その原因は、石英ドーム
２Ａがエッチングされやすくなる結果、石英ドーム２Ａ
から酸素が放出されやすくなることによると思われる。
また、ソースパワーが大きいほどＦの発光強度がわずか
に大きくなっている。これは、プラズマ中におけるＣ₂
Ｆ₆ の解離度が大きくなるため当然のことと思われる。
なお、Ｃ₂ の発光強度はソースパワーの変化があっても
ほとんど変化が見られない。その結果、図７に示すよう
に、ソースパワーが大きいほどＯ／Ｆの発光強度比が大
きくなる。また、ソースパワーが大きいほどＣ₂ ／Ｆの
発光強度比が小さくなっているが、これはそれほど顕著
な傾向とはいえない。

【００５２】図８はＯ，Ｆ及びＣ₂ の発光強度の石英ド
ーム２Ａの壁温依存性を示す図、図９はＯ／Ｆの発光強
度比及びＣ₂ ／Ｆの発光強度比のドームの壁温依存性を
示す図である。図８からわかるように、ドームの壁温が
高くなるほどＯの発光強度が大きくなる。その原因は、
石英ドーム２Ａに付着したデポ物が暖められて揮発しや
すくなる結果、石英ドーム２Ａから酸素が放出されやす
くなることによると思われる。また、ドームの壁温が高
いほどＣ₂ ，Ｆの発光強度がわずかに小さくなってい
る。その結果、図９に示すように、ソースパワーが大き
いほどＯ／Ｆの発光強度比が大きくなるが、Ｃ₂ ／Ｆの
発光強度比は有意性のある変化を示していない。そし
て、この条件下における実験では、ドームの壁温が２０
０℃以下ではエッチストップが生じたが、ドームの壁温
が２００℃を越えるとエッチストップが生じていない。

【００５３】図１０（ａ）〜（ｃ）は、シリコン基板上
の層間絶縁膜にコンタクトホールを形成するドライエッ
チングを行ったときの正常な貫通ホールが形成された状
態，エッチストップが生じて貫通ホールが形成されてい
ない状態、貫通ホールが形成された後オーバーエッチン
グを行ったときの状態を示すＳＥＭ写真である。ただ
し、同図（ａ），（ｂ）はフォトレジストマスクが除去
された状態を示し、同図（ｃ）フォトレジストマスクが
残っている状態を示している。

【００５４】ここで、上述の図２〜図１０のデータに基
づき、エッチング途中におけるエッチストップが生じる
原因について考察する。

【００５５】まず、ここで問題にしているエッチストッ
プは、エッチレートが連続的に低下することによって生
じるいわゆるマイクロローディング効果（ＲＩＥラグ）
とは異なる。また、図１０（ｂ）に示すエッチストップ
を生じたときの底部におけるホール径が、図１０（ａ）
に示す正常な貫通ホールが形成される途中の径とほぼ同
じである。

【００５６】次に、フルオロカーボンガスをエッチング
ガスとして用いたときのシリコン酸化膜へのホールの形
成は、以下の作用によって行われるといわれている。

【００５７】シリコン酸化膜にホールを開口している
間、ホールの底には上述のようにＣに富んだＣＦ系化合
物が堆積している。一方、イオンの照射によって堆積物
下方のシリコン酸化膜中にダメージ層が形成されると、
ＳｉＯ₂ が分解してＳｉとＯとが発生する。そして、こ
のＳｉ，Ｏと堆積物中のＣ，Ｆとの反応によって堆積物
除去され、かつシリコン酸化膜のエッチングが進行す
る。つまり、堆積物がホールの底に堆積しようとする作
用よりも、堆積物を除去しかつシリコン酸化膜を除去し
ようとする作用が強いことで、下方にエッチングが進行
する。

【００５８】しかるに、例えば、ホールのアスペクト比
が４以上になり、ホールの径が１μｍ程度になるなど、
半導体装置の高集積化が進むと以下の問題が生じる。こ
のようにホールが深くなるとホールの底面に対するイオ
ンの入射角が狭くなるので、イオンの入射量が低減し、
エッチング作用が弱くなる。このために、エッチング作
用よりも堆積物の堆積作用が強くなり、エッチングが停
止するものと推定される（上述の条件（ａ）による）。
また、ここで行った条件下では、ホール底の堆積物は、
ＣＦ化合物ではなく−Ｃ−Ｃ−ポリマーがほとんどであ
ると思われる。そして、このようなカーボン系化合物が
−Ｃ−Ｃ−ポリマーとなってホールの底に堆積すると、
イオンの衝突によっても分解されない下方のシリコン酸
化膜中にダメージ層が形成されにくくなり、エッチスト
ップが生じるものと思われる（上述の条件（ｃ）によ
る）。すなわち、このような硬い−Ｃ−Ｃ−ポリマーが
形成されると、Ｏの存在によって−Ｃ−Ｃ−ポリマーの
主鎖を分解してしまうことが必要である。

【００５９】ところが、シリコン基板上のシリコン酸化
膜にホールを形成するためのエッチングを行う際には、
フルオロカーボンガスにＯ₂ ガスを添加しないことが多
い。これは、上述のようにＳｉＯ₂ の分解によってＯが
発生するので、Ｏ₂ ガスを添加しなくても、ホール底に
堆積しようとするカーボン系滞留物を容易に分解して、
その堆積を防止することができるからである。また、Ｏ
₂ ガスを添加しない方が下地のシリコン基板のオーバー
エッチングを確実に防止できる（言い換えると高選択比
が得られる）ことにもよる。したがって、実際に図１の
装置を使用して層間絶縁膜（シリコン酸化膜）にコンタ
クトホールを形成していると、Ｏ₂ ガスを添加していな
いにも拘わらず、図２，図３に示すように、プラズマ中
にＯが存在している。

【００６０】ここで、図２，図３に示すように、エッチ
ングの途中においてエッチストップを生じないときに
は、エッチストップを生じるときに比べ、プラズマ中の
Ｏの濃度が高いことがわかった。したがって、この過剰
なＯを供給する供給源があるはずである。さらに実験を
行った結果、図６に示すように、石英ドームの温度が高
いとき（２００℃）にはエッチストップが生じないこと
がわかった。すなわち、従来エッチストップを生じた
り、生じなかったりするという現象のばらつきが、石英
ドームの温度に依存していることが判明したのである。
これは、高周波電力の印加によって石英ドームを構成す
るＳｉＯ₂ が一部反応し、ＳｉＦとＯ₂ とが発生するこ
とによるものと思われる。一方、石英ドームにはプラズ
マ加工の際に生じたデポ物が堆積するが、石英ドームの
温度が高いとこのデポ物が揮発しやすくなり、その結
果、表面のデポ膜の厚みが薄くなるので、石英ドームか
らＯ₂ が反応室内に抜け出しやすくなるものと推定され
る。この推定がほぼ事実に近いであろうことは、図１５
に示す試料Ｎｏ．２の石英ドームの壁温や、図８に示す
データによって裏付けられている。

【００６１】また、図４に示す試料Ｎｏ．６のソースパ
ワーや図６に示すデータからわかるように、ソースパワ
ーが大きいほどエッチストップは生じにくい。これは、
ソースパワーが大きいと石英ドームがエッチングされる
ため、石英ドームから発生するＯ₂ の量も増大するため
と推定される。

【００６２】以上を総合すると、何らかの手段によって
反応室内のＯ₂ の量を適正量に維持することにより、エ
ッチストップを防止することができると考えられた。た
だし、Ｏ₂ ガスの量が多すぎると、上述のように貫通ホ
ールが形成された後にシリコン基板がエッチングされる
ので、選択比が悪化する。

【００６３】次に、Ｏ以外の元素の存在もエッチング作
用に重要な影響を及ぼしていると思われた。まず、プラ
ズマ中のＯに対するＦの存在比も重要である。その理由
は、Ｆが少ないとエッチング作用が弱くなり、Ｆが多す
ぎると下地のシリコン基板のエッチング作用が強くな
り、シリコン酸化膜のエッチング選択比が低下するから
である。

【００６４】また、プラズマ中のＯに対するＣの存在比
が多すぎるとエッチストップが生じやすくなり、少なす
ぎるとシリコン酸化膜とシリコン基板とエッチング選択
比が悪化する。

【００６５】したがって、シリコン酸化膜にホールを形
成する際におけるエッチストップだけでなく、下地のシ
リコン基板のエッチングを防止するためには、Ｏ₂ ガス
の量だけでなく、Ｏ，Ｆ及びＣの存在比が重要となる。

【００６６】図３１は、石英ドームを使用してその温度
を一定（２４０℃）に保持しながら、酸素ガスを供給し
たときのＯの発光強度をコイル電力をパラメータとして
示すデータである。エッチングガスには、Ｃ₂ Ｆ₆ を用
いている。同図の横軸は酸素ガスの流量を表し、縦軸は
Ｏの発光強度を表している。そして、コイル電力が一定
の測定点を結んだ直線が発光強度０の線（横軸）と交わ
る点における酸素流量の値（負の値）が、酸素の流量に
相当する石英ドームからの酸素の放出量を示している。
例えば、コイル電力２７００Ｗの測定点を結んだ直線と
横軸との交点の値（ｘ＝−１９．８）は、酸素流量１
９．８ｓｃｃｍに相当する酸素を放出しているものと思
われる。

【００６７】同図に示されるように、酸素ガス流量の増
大に応じてＯの発光強度が増大している。これは、既に
述べたように、石英ドームの内面に付着しているデポ物
が加熱されて揮発しやすくなり、その結果、石英ドーム
中の酸素が放出されやすくなるからである。このデータ
から、Ｏの発光強度がエッチストップを生じない所定値
（例えば図２に示す任意単位で３００）よりも大きくな
るように酸素ガスの流量を制御すればよいことがわか
る。

【００６８】また、コイル電力の増大につれてＯの発光
強度も増大していることがわかる。これは、既に述べた
ように、石英ドームの内面に付着しているデポ物が分解
して揮発しやすくなり、その結果、石英ドーム中の酸素
が放出されやすくなるからである。したがって、酸素の
流量を一定に、あるいは酸素ガスを供給せずにＯの発光
強度がエッチストップを生じない所定値よりも大きくな
るようにコイル電力を制御してもよいこともわかる。

【００６９】また、コイル電力と酸素流量とを適宜調整
することによって、エッチストップをより効果的に防止
できるであろうことが予想される。

【００７０】図３２は、コイル電力を変更したときのコ
イル電力に対するＯ／Ｆの発光強度比及びＣ₂ ／Ｆの発
光強度比の変化を示すデータである。石英ドーム２Ａの
温度は２４０℃と一定にし、酸素ガスは供給していな
い。エッチングガスとしてはＣ ₂ Ｆ₆ を用いている。同
図に示されるように、コイル電力が増大するほどＯ／Ｆ
の発光強度比は大きくなっている。一方、コイル電力が
増大するほどＣ₂ ／Ｆの発光強度比は小さくなってい
る。このことは、いずれもコイル電力が大きいほどエッ
チストップが生じにくいことを意味する。

【００７１】本発明は、上述の実験データに裏付けられ
た考察に基づいてなされたものであり、以下のような実
施形態がある。

【００７２】（第１の実施形態）本実施形態では、図１
に示す半導体装置の製造装置を使用して、反応室内の酸
素濃度を調整する第１の方法について説明する。

【００７３】基板９を加工する際には、ガス導入口８よ
り反応室内部にＣ₂ Ｆ₆ ガス，Ｃ₄Ｆ₈ ガス等のフロロ
カーボン系ガスを導入し、第１高周波電源５によりアン
テナコイル３に高周波電力を印加し、第１整合器４によ
って高周波電力の反射電力を抑えることによって、反応
室内部にプラズマ１７を生成する。そして、第２高周波
電源１３によりブロッキングコンデンサ１１を介して下
部電極１０に高周波電力を印加し、第２整合器１２によ
って高周波電力の反射電力を抑えることによって、プラ
ズマ１７を基板９に付勢するためのバイアス電圧が基板
９に印加される。そして、このバイアス電圧によって加
速されるイオンによって、基板９をエッチングする。

【００７４】ここで、本実施形態の製造方法の特徴は、
発光分光装置１９によりプラズマ１７から出射される光
のうちＯの発光強度を観察しながら石英ドーム２Ａ内の
温度を約１８０℃に制御している点である。

【００７５】図１１は、本実施形態に関連して行ったプ
ラズマの発光分析結果を示す図である。図１１におい
て、縦軸はＯの発光強度ここでは例として波長７７７ｎ
ｍのＯの発光強度（任意単位）を示し、横軸は石英ドー
ムの温度を示している。エッチングガスとしては、Ｃ₂
Ｆ₆ を使用している。また、酸素ガスは供給していな
い。同図に示されるように、石英ドームの壁温が１６０
℃以下の範囲では温度の上昇に対してＯの発光強度が緩
やかに増加するのに対して、１６０℃以上では石英ドー
ムの壁温の上昇につれて急激にＯの発光強度が増大す
る。また、１８０℃以上では石英ドームの壁温が上昇し
てもＯの発光強度はほとんど変わらなくなる。

【００７６】ここで、既に説明したように、この発光強
度を上昇させる酸素は、主として石英ドーム２Ａを構成
する石英（酸化珪素）中の酸素であり、石英ドーム２Ａ
の外周部に巻かれたアンテナコイル３の電界によって石
英ドーム２Ａがエッチングされるときに発生し、プラズ
マ１７中に放出されるものと思われる。その場合、石英
ドームの壁温が１６０℃以下のときには、反応生成物が
石英ドーム２Ａの内壁面に堆積するために、酸素はプラ
ズマ１７中に放出されず発光強度は小さいが、石英ドー
ムの壁温が１６０℃以上になると、反応生成物が石英ド
ーム２Ａの内壁面に堆積しにくくなるので、酸素がプラ
ズマ１７中に放出され、発光強度が大きくなると考えら
れる。

【００７７】そして、上述のような石英ドームの壁温の
範囲によって石英ドーム２Ａの内壁面から酸素が放出さ
れたり放出されなかったりすることで、以下のような図
１２（ａ），（ｂ）に示すエッチング形態の相違が生じ
ていた。

【００７８】図１２（ａ）は、石英ドームの壁温を１４
０℃に制御してエッチングを行ったときの基板９の断面
図である。図１２（ａ）において、１０１はレジスト
膜、１０２は酸化膜、１０３はシリコン基板、１０４は
コンタクトホール、１０５はデポ物をそれぞれ示す。図
１２（ａ）に示す条件では、コンタクトホール１０４が
酸化膜１０２の中間程度に達するまでエッチングは進む
が、コンタクトホール１０４が深くなると、エッチング
ガスがプラズマ中で重合されてなる炭素を含んだ重合膜
やレジスト膜１０１中に含まれる炭素を含んだデポ物が
開口中のコンタクトホール１０４の底面に堆積し始め
る。そして、このデポ物がエッチングのイオンを遮るの
で、エッチングが途中停止し、コンタクトホール１０４
が貫通されない。

【００７９】一方、図１２（ｂ）は、本実施形態による
石英ドームの壁温を１８０℃に制御してコンタクトホー
ル１０４を形成する時の形状を示す。上述のように、こ
の条件下では石英ドーム２Ａの内壁面から酸素が放出さ
れるので、コンタクトホール１０４の底面に炭素を含ん
だデポ物が堆積しようとしても、炭素と酸素との反応に
よってデポ物が除去される。したがって、コンタクトホ
ール１０４が深くなっても、底面にエッチングの途中停
止を招くようなデポ物が堆積することはない。したがっ
て、図１２（ｂ）に示すように、酸化膜１０２を貫通し
てシリコン基板１０３に到達するコンタクトホール１０
４を形成することができる。

【００８０】以上のように、本実施形態によれば、石英
ドームの壁温を１８０℃以上に温度制御することで、石
英ドーム２Ａの内壁面に反応生成物が付着するのが抑制
される。そして、エッチングを行っている間、この反応
生成物の付着抑制作用によって石英ドーム２Ａの内壁面
から安定して酸素が供給されるので、エッチングが途中
停止することなく、アスペクト比の高いコンタクトホー
ルをも確実に形成することができる。

【００８１】なお、本実施形態では、石英ドームの壁温
をプラズマ１７中のＯの発光強度から検出するようにし
ているが、温度の検出は他の方法によってもよい。たと
えば、経験的にヒーターへの供給電力と石英ドームの壁
温との関係を予め求めておいて供給電力を制御する方法
や、直接石英ドームにサーモメータを取り付ける方法な
どがあり、どのような方法を用いても、エッチング等の
加工を円滑に行うことができる。

【００８２】また、プラズマ中のＯ発光強度を検出する
ことにより、図１１に示す特性を利用して、石英ドーム
から酸素が確実に放出されるように、プラズマ中の酸素
濃度をより直接的に調整しうる。図３３は、Ｏの発光強
度が適正範囲内に入るように石英ドームの壁温を制御す
ることにより、エッチストップを防止するための手順を
示すフローチャートである。

【００８３】ステップＳＴ１１で、ウエハを反応室内に
搬入して、ステップＳＴ１２で反応室内へのガスの供給
を開始するとともに、ステップＳＴ１３でアンテナコイ
ル３及び下部電極１０に高周波電力を印加して、ウエハ
上の酸化膜のエッチングを開始する。その後、ステップ
ＳＴ１４で、ドームヒーター２４による石英ドーム２Ａ
の加熱制御を行ない、ステップＳＴ１５でＯの発光強度
を検出する。次に、ステップＳＴ１６で、Ｏの発光強度
が所定値３００（図２に示す任意単位の値）以上か否か
を判別して、３００以上であればステップＳＴ１７に進
んでエッチングを続行する。一方、ステップＳＴ１６に
おける判別でＯの発光強度が３００未満であればステッ
プＳＴ１８に移行し、石英ドーム２Ａの加熱量を変更し
てから、ステップＳＴ１４に戻る。

【００８４】以上の制御により、反応室内の酸素濃度を
エッチストップが生じない範囲に制御することができ
る。

【００８５】（第２の実施形態）本実施形態において
は、図１に示す半導体装置の製造装置を用いて、反応室
内の酸素雰囲気を調整する第２の方法について説明す
る。

【００８６】本実施形態においては、石英ドーム２Ａ及
び上部電極７をヒーター６，２４によって加熱すること
により、石英ドーム２Ａを１４０℃に温度制御しなが
ら、加工を行う。そして、ガス導入口８より反応室内部
にＣ₂ Ｆ₆ ガス，Ｃ₄ Ｆ₈ ガス等のフロロカーボン系ガ
スとこのフロロカーボン系ガスの流量の５％以下の流量
の酸素ガスとの混合ガスを導入する。そして、上述の第
１の実施形態と同様に、第１高周波電源５からの電力の
供給によってプラズマ１７を生成するとともに、第２高
周波電源１３からの高周波電力の供給によって、基板９
上にバイアス電圧を印加し、基板９をエッチングする。

【００８７】図１３は、本実施形態に関連して行ったプ
ラズマの発光分析結果を示す図である。図１３におい
て、縦軸はＯの発光強度ここでは例として波長７７７ｎ
ｍのＯの発光強度（任意単位）を示し、横軸は石英ドー
ムの温度を示している。同図に示されるように、本実施
形態では、第１の実施形態とは異なり反応室内に酸素ガ
スを導入しているので、その分だけＯの発光強度が高く
なる。すなわち、石英ドームの壁温１４０℃においても
Ｏの発光強度が３００程度になっており、このＯの発光
強度の値は、図１１に示す第１の実施形態における酸素
ガスを導入しないときの石英ドームの壁温１８０℃にお
けるＯの発光強度と同じ値である。このことから、石英
ドームを高温に加熱して石英ドームから酸素を多く放出
させなくても、酸素ガスを添加することで同様の効果が
得られると予想される。

【００８８】本実施形態では、酸素ガスを導入して石英
ドームの壁温を１４０℃に制御しながら、第１の実施形
態と同様に基板９中のコンタクトホール１０４の形成の
ためのエッチングを行うと、図１２（ｂ）に示すよう
に、コンタクトホール１０４の底部にエッチングを途中
停止させるようなデポ物を堆積させることなくエッチン
グを行うことができ、酸化膜１０２を貫通してシリコン
基板１０３に到達するコンタクトホール１０４を形成す
ることができた。

【００８９】なお、本実施形態では、反応室内部にＣ₂
Ｆ₆ ガス，Ｃ₄ Ｆ₈ ガス等のフロロカーボン系ガスと、
フロロカーボン系ガスの流量の５％以下の酸素ガスとの
混合ガスを導入するとしたが、Ｃ₂ Ｆ₆ ガス，Ｃ₄ Ｆ₈
ガス等のフロロカーボン系ガス及びＡｒ，Ｈｅ，Ｘｅ，
Ｋｒ等の希ガス（不活性ガス）の混合ガスと、混合ガス
の流量の５％以下の流量の酸素ガスとの混合ガスでもよ
い。また、添加ガスとして酸素ガスを用いたが、一部に
酸素を含む分子からなるガス，たとえばＣＯガス，ＣＯ
₂ ガスでもよい。

【００９０】（第３の実施形態）本実施形態では、酸素
ガスの流量によって反応室内の酸素濃度を調整する方法
について説明する。

【００９１】図１４は第３の実施形態に係る半導体装置
の製造装置の構成を示す図である。同図に示すように、
本実施形態に係る半導体装置の製造装置は、石英ドーム
２Ａの代わりに窒化珪素ドーム２Ｂを備えている点とを
除き、上記図１に示す半導体装置の製造装置と同じ構造
を有している。ただし、図１４にはＯリング１６が記載
されているが、図１においても、図示は省略されている
ものの、図１４におけるとほぼ同じ位置にＯリングが設
けられている。

【００９２】そして、本実施形態においては、窒化珪素
ドーム２Ｂ及び上部電極７はヒーター６によって加熱さ
れ、窒化珪素ドーム２Ｂの温度が１８０℃以上に保たれ
るようにヒーター６の加熱量が制御されている。そし
て、ガス導入口８より反応室内部にＣ₂ Ｆ₆ ガス，Ｃ₄
Ｆ₈ ガス等のフロロカーボン系ガスとフロロカーボンガ
スの流量の５％以下の酸素ガスとの混合ガスを導入す
る。そして、上述の第１の実施形態と同様に、第１高周
波電源５からの電力の供給によってプラズマ１７を生成
するとともに、第２高周波電源１３からの高周波電力の
供給によって、基板９上にバイアス電圧を印加し、基板
９をエッチングする。

【００９３】次に、図１５は、本実施形態に関連して行
った酸素を含まない窒化珪素ドームを用いた場合と酸素
を含む石英ドームを用いた場合の酸素のプラズマ発光強
度の相違を示す図である。なお、ドームの壁温は共に１
８０℃の高温である。第１の実施形態で説明したよう
に、石英ドーム２Ａは、アンテナコイル３の電界により
ＳｉＯ₂ がエッチングされるのでその内壁面から酸素が
放出されるが、窒化珪素ドーム２Ｂは、同じ条件ではエ
ッチングされることはなく、内壁面からは何も放出され
ない。これは、窒化珪素ドーム２Ｂの構成元素Ｓｉ−Ｎ
間の結合エネルギーは石英の構成元素Ｓｉ−Ｏ間の結合
エネルギーより大きいことによる。

【００９４】このように、酸素を含まない窒化珪素ドー
ムがエッチングされても反応室の側壁から酸素が放出し
ないので、基板９中のコンタクトホール１０４の形成の
ためのエッチングを行うとエッチング途中でコンタクト
ホール１０４の底部に炭素系のデポ物が堆積し、エッチ
ングが途中で停止する（図１２（ｂ）参照）。

【００９５】この時、図１５に示す石英ドーム２ＡのＯ
の発光強度以上のＯの発光強度を示すように酸素ガスを
添加すると炭素系のデポ物は除去され、エッチングが途
中で停止することなく進行し、酸化膜１０２を貫通して
シリコン基板１０３に到達するコンタクトホール１０４
が形成された。図３４は、Ｏの発光強度が適正範囲内に
入るように酸素ガスの流量を制御することにより、エッ
チストップを防止するための手順を示すフローチャート
である。

【００９６】ステップＳＴ２１で、ウエハを反応室内に
搬入して、ステップＳＴ２２で反応室内へのガスの供給
を開始するとともに、ステップＳＴ２３でアンテナコイ
ル３及び下部電極１０に高周波電力を印加して、ウエハ
上の酸化膜のエッチングを開始する。その後、ステップ
ＳＴ２４で、ガス供給系の制御弁の開度を調節して酸素
ガスの流量制御を行ない、ステップＳＴ２５でＯの発光
強度を検出する。次に、ステップＳＴ２６で、Ｏの発光
強度が所定値３００（図２に示す任意単位の値）以上か
否かを判別して、３００以上であればステップＳＴ２７
に進んでエッチングを続行する。一方、ステップＳＴ２
６における判別でＯの発光強度が３００未満であればス
テップＳＴ２８に移行し、酸素ガスの流量を変更してか
ら、ステップＳＴ２４に戻る。

【００９７】以上の制御により、プラズマ中のＯの濃度
をエッチストップが生じない範囲に制御することができ
る。

【００９８】また、石英ドーム２Ａの代わりに窒化珪素
ドーム２Ｂを設けることにより、ドームの内壁面から酸
素が放出されないので、エッチング特性が反応室の内壁
を構成する材料の影響を受けない。したがって、プラズ
マ中のＯの濃度を酸素ガスの流量のみで制御できるの
で、制御は容易であるといえる。

【００９９】なお、本実施形態では、反応室の内壁を構
成する材料として窒化珪素を使用したが、窒化珪素の代
わりに、窒化アルミニウム、炭化珪素、ＡｌＦ等、他の
いかなる酸素を有しない絶縁物を用いてもよい。

【０１００】なお、本実施形態では、反応室内部にＣ₂
Ｆ₆ ガス，Ｃ₄ Ｆ₈ ガス等のフロロカーボン系ガスとフ
ロロカーボン系ガスの流量の５％以下の酸素ガスとの混
合ガスを導入するとしたが、Ｃ₂ Ｆ₆ ガス，Ｃ₄ Ｆ₈ ガ
ス等のフロロカーボン系ガス及びＡｒ，Ｈｅ，Ｘｅ，Ｋ
ｒ等の希ガス（不活性ガス）の混合ガスと、混合ガスの
流量の５％以下の流量の酸素ガスとの混合ガスでもよ
い。また、添加ガスとして酸素ガスを用いたが、一部に
酸素を含む分子からなるガス，たとえばＣＯガス，ＣＯ
₂ ガスでもよい。あるいは、Ｃ₂ Ｆ₆ ガス，Ｃ₄ Ｆ₈ ガ
ス等のフロロカーボン系ガスと、Ａｒ，Ｈｅ，Ｘｅ，Ｋ
ｒ等の希ガス（不活性ガス）と、ＣＯガス，ＣＯ₂ ガス
等との混合ガスと、この混合ガスの流量の５％以下の酸
素ガスとの混合ガスでもよい。

【０１０１】（第４の実施形態）本実施形態では、図１
に示す半導体装置の製造装置中の石英ドームの使用の可
否を判断する方法について説明する。

【０１０２】第１の実施形態においても説明したよう
に、反応室の内壁を酸素を含む材料により構成したと
き、この反応室からの放出酸素量がエッチング特性に大
きな影響を与える。第１の実施形態で使用した図１に示
す半導体装置の製造装置においては、石英ドーム２Ａに
巻いているアンテナコイル３の電界によって石英ドーム
２Ａがエッチングされて、石英ドーム２Ａの内壁面から
酸素がプラズマ１７中に放出される。

【０１０３】したがって、例えば部品寿命で石英ドーム
を交換したとき、石英ドームの酸素含有量の相違、ある
いは石英ドームの内壁面の処理による凹凸の程度の相違
など、石英ドームの状態のばらつきによって内壁面から
放出される酸素量が異なり、エッチング特性に大きな影
響を与える。従来の方法では、実際に製品を処理してエ
ッチングが途中停止するという製品不良が発生してか
ら、石英ドームに問題があることが判明した。

【０１０４】図１６は、図１に示す半導体装置の製造装
置において石英ドーム２Ａの温度を１８０℃にしたとき
のＯの発光強度の石英ドームのロット依存性を示してい
る。石英ドームＳ１、Ｓ２、Ｓ３は全く同様に作製され
た物であるが、同図に示されるようにＯの発光強度が異
なる。Ｏの発光強度が規格値よりも小さい値の石英ドー
ムＳ２を用いたとき、その内壁面から十分に酸素が供給
されず、コンタクトホール形成のためのエッチングを行
うとエッチング途中でコンタクトホールの底部に炭素系
のデポ物が堆積し、エッチングが途中で停止する。Ｏの
発光強度が規格値よりも大きい値の石英ドームＳ１、Ｓ
３を用いれば、その内壁面から十分に酸素が供給される
ので、コンタクトホール底部の炭素系のデポ物は除去さ
れ、エッチングが途中で停止することなくコンタクトホ
ールを貫通させることができる。

【０１０５】本実施形態によれば、半導体装置の製造装
置において石英ドーム等の部品を交換する際、製品を製
造する前にあらかじめ部品から放出される酸素量を測定
するようにしたので、製造されるデバイス製品の不良を
事前に防ぐことが可能となる。

【０１０６】（第５の実施形態）本実施形態では、図１
に示す半導体装置の製造装置中の石英ドームを交換する
際に、石英ドームの使用前の状態に応じて半導体装置の
製造工程中における反応室の雰囲気を制御する方法につ
いて説明する。

【０１０７】第１の実施形態において説明したように、
反応室の内壁を酸素を含む材料により構成したとき、こ
の反応室からの放出酸素量がエッチング特性に大きな影
響を与える。第１の実施形態で使用した図１に示す半導
体装置の製造装置においては、石英ドーム２Ａに巻いて
いるアンテナコイル３の電界によって石英ドーム２Ａが
エッチングされて、石英ドーム２Ａの内壁面から酸素が
プラズマ１７中に放出される。

【０１０８】したがって、例えば部品寿命で石英ドーム
を交換したとき、石英ドームの加工精度の相違、あるい
は取り付けの際の調整の相違などにより、石英ドームと
アンテナコイルとの密着度が異なる。このことにより、
石英ドームの内壁面からの放出酸素量が異なり、エッチ
ング特性に大きな影響を与える。従来の方法では、実際
に製品を処理してエッチングが途中停止するという製品
不良が発生してから、石英ドームに問題があることが判
明した。

【０１０９】図１７は、第４の実施形態における図１６
に示すようなＯの発光強度の石英ロット依存性がある場
合に、Ｏの発光強度が規格値よりも大きい値の石英ドー
ム（例えば図１６の石英ドームＳ３）を図１に示す半導
体装置の製造装置に数回取り付け，取り外しを行ったと
きのＯの発光強度のばらつきを示している。同図に示さ
れるように、同じ石英ドームを用いているが、取り付け
回数が変わるとＯの発光強度も異なり、Ｏの発光強度が
規格値よりも小さくなる場合も発生している。

【０１１０】上述のようなＯの発光強度のばらつきの原
因は、石英ドームの取り付け具合によってアンテナコイ
ルとの密着度が異なっていることにあると考えられる。
この状態でコンタクトホール形成のためのエッチングを
実施すると、エッチング途中でコンタクトホールの底部
に炭素系のデポ物が堆積し、エッチングが途中で停止す
る。

【０１１１】ここで、本実施形態では、石英ドームの交
換時にＯの発光強度を検出し、Ｏの発光強度が規格値よ
りも大きくなるように、酸素ガスを添加する。このため
の制御は、図３４に示すフローチャートに示すとおりで
よい。これにより、コンタクトホール底部の炭素系のデ
ポ物は除去され、エッチングが途中で停止することな
く、酸化膜を貫通してシリコン基板に到達するコンタク
トホールを形成できる。

【０１１２】このように、半導体装置の製造装置におい
て石英部品を交換する際、製品を製造する前にあらかじ
め部品から放出される酸素量を測定し、放出酸素量が規
格値を満足しない場合、酸素ガスを導入し、その導入酸
素ガス量を制御することで、製品不良を事前に防ぐこと
が可能となる。

【０１１３】なお、酸素ガスに限らず、酸素を含む他の
ガスを使用してもよい。酸素を含むガスとしてはＯ₂ ガ
スに限定されるものではなく、構成元素として酸素を含
むＣＯガス，ＣＯ₂ ガス等を使用してもよい。

【０１１４】本具体例を適用できるエッチングガスは、
ＣＦ₄ ，Ｃ₂ Ｆ₆ ，Ｃ₃ Ｆ₈ ，Ｃ₄Ｆ₈ 及びＣ₆ Ｆ₆ の
うち少なくともいずれか１つを含むガスであることが好
ましい。また、Ｃ_x Ｆ_y Ｏ_z で表されるガス（例えばＣ
₂ Ｆ₂ Ｏ₂ ，Ｃ₄ Ｆ₆ Ｏ₃ ，Ｃ₆ Ｆ₄ Ｏ₂ など）を使用
すれば、酸素の濃度比も同時に調整可能となる。したが
って、ガスの流量の調節に必要なマスフローコントロー
ラの数を低減することができ、設備費の低減と制御の簡
素化を図ることができる。

【０１１５】（第６の実施形態）本実施形態では、図１
に示す半導体装置の製造装置を用い、ＯとＦの発光強度
比を制御しながら半導体装置の製造を行なう方法につい
て説明する。

【０１１６】本実施形態においては、石英ドーム２Ａ及
び上部電極７をヒーター６，２４によって加熱すること
により、石英ドーム２Ａを１８０℃に温度制御しなが
ら、加工を行う。そして、ガス導入口８より反応室内部
にＣ₂ Ｆ₆ ガス，Ｃ₄ Ｆ₈ ガス等のフロロカーボン系ガ
スとこのフロロカーボン系ガスの流量の５％以下の流量
の酸素ガスとの混合ガスを導入する。そして、上述の第
１の実施形態と同様に、第１高周波電源５からの電力の
供給によってプラズマ１７を生成するとともに、第２高
周波電源１３からの高周波電力の供給によって、基板９
上にバイアス電圧を印加し、基板９をエッチングする。

【０１１７】ここで、本実施形態の特徴は、光ファイバ
１８を通して発光分光装置１９によりプラズマ１７中の
ＯとＦの発光強度を検出している点である。

【０１１８】図１８は、プラズマ１７中のＯの発光強度
とＦの発光強度と石英ドームの壁温との関係を示す図で
ある。同図の縦軸はフッ素（波長６８５ｎｍ）の発光強
度に対する酸素（波長７７７ｎｍ）の発光強度の比（以
下、単に発光強度比という）を表している。同図に示さ
れるように、石英ドームの壁温が高くなるほど発光強度
比が大きくなっている。これは、エッチングガスである
フロロカーボン系ガスから生成されるフッ素量は石英ド
ームの壁温の如何に拘わらず一定であるのに対し、石英
ドームの内壁面からの酸素放出量は石英ドームの壁温が
高くなるほど多くなることによる。そして、コンタクト
ホール形成のためのエッチングを行うと、石英ドームの
壁温が１６０℃のときの発光強度比２０では、酸素量が
少ないためにコンタクトホール底部に炭素系のデポ物が
堆積され、エッチングが途中で停止してコンタクトホー
ルが形成されない。一方、石英ドームの壁温が１８０℃
以上になって発光強度比が４０〜５０になると、コンタ
クトホール底部にデポ物が堆積することなくエッチング
が進行し、コンタクトホールを貫通させることができ
る。特に、図１８に示す石英ドームの壁温と発光強度比
との間の相関関係を利用する方法によれば、図１４に示
す石英ドームの壁温と発光強度との相関関係を利用する
場合に比べて、実際に測定する発光強度比の変化から石
英ドームの壁温が１８０℃に達した状態を確実に把握で
きる利点がある。なお、このＯ／Ｆの発光強度比の適正
範囲が上述の図４〜図９のデータと異なっているのは、
図２〜図９のＯ／Ｆの発光強度比は、制御の容易さを考
慮して、図２及び図３に示すＯのピーク波長７７７ｎｍ
に近い波長７７４ｎｍにおけるＦのピーク値を利用して
算出しているためである。

【０１１９】そこで、本実施形態における半導体装置の
製造方法では、ＯとＦの発光強度比が４０以上の条件で
エッチングを行う。

【０１２０】図１９は、本実施形態に係る半導体装置の
製造装置の制御系の構成を概略的に示すブロック図であ
る。同図において、２１は図１に示すような機器類を含
む反応室、２２は発光分光装置、２３はアナログ信号を
デジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器、２４は各
部材の動作を制御するための装置ＣＰＵ、２５は製品を
反応室の内外に搬送するための搬送系、２６は異常を告
知するための警報器をそれぞれ示す。

【０１２１】また、図２０は、エッチングを行う際に図
１９に示す装置ＣＰＵ２４によって行われる制御の手順
を示すフローチャートである。以下、図１９を参照しな
がら、図２０のフローチャートに沿って、エッチング工
程について説明する。

【０１２２】まず、ステップＳＴ１で、搬送系２５によ
り製品を反応室２１外へ搬送し、エッチング処理待ちの
次の製品を反応室２１内へ搬送する。そして、ステップ
ＳＴ２で、製品のエッチング例えばコンタクトホール形
成のためのエッチングを開始する。

【０１２３】次に、ステップＳＴ３，ＳＴ４で、エッチ
ング中におけるプラズマ中の発光強度を発光分光装置２
２で検知する。ここでは、ＯとＦの発光強度を検出す
る。この検出したアナログ信号はＡ／Ｄ変換器２３でデ
ジタル信号に変換された後、装置ＣＰＵ２４に取り込ま
れる。そして、ステップＳＴ６で、装置ＣＰＵ２４によ
り酸素とフッ素との発光強度比が演算される。

【０１２４】次に、ステップＳＴ６で、発光強度比が４
０以上か否かを判別し、発光強度比が４０以上であれ
ば、ステップＳＴ７に進んでエッチングを続行し、エッ
チングが終了すると上記ステップＳＴ１の制御に戻る。

【０１２５】一方、ステップＳＴ６の判別で発光強度比
が４０に満たない場合は、現在進行中のエッチングは続
行し、ステップＳＴ９でエッチングが終了すると、エッ
チング終了後の製品は搬送系２５により反応室（石英ド
ーム）外へ搬送させるが、エッチング処理待ちの次の製
品は、ステップＳＴ９の制御により反応室内へ搬送させ
ない。そして、ステップＳＴ１０で、警報器２６から異
常であることを知らせる警報を発生させる。

【０１２６】このような半導体装置の製造装置及び半導
体装置の製造方法を用いることで、製品不良を未然に防
ぐことが可能となる。なお、ステップＳＴ８におけるエ
ッチングの終了時には、貫通したコンタクトホールが形
成される（図１２（ｂ）の状態）こともあれば、貫通さ
れないで途中でエッチングの進行が停止している（図１
２（ａ）の状態）こともあり得る。

【０１２７】なお、本実施形態では、ＯとＦの発光強度
を測定し、その比を用いたが、Ｏのみの発光強度を用い
ても良い。

【０１２８】また、本実施形態の応用として、Ｏの発光
強度とＦの発光強度との比が４０以上になる条件でエッ
チングを行うように、酸素ガスを導入しながらエッチン
グを行うようにしてもよい。

【０１２９】（第７の実施形態）本実施形態では、図１
に示す半導体装置の製造装置を用い、反応室内の酸素，
フッ素及び炭素の濃度比を調整しながら半導体装置の製
造を行なう方法について説明する。

【０１３０】図２１は、図１に示す装置を用いてフルオ
ロカーボンガス（ここではＣ₂ Ｆ₆ガス）を使用しなが
らＲＦパワーを２７００Ｗとし、これに添加するＯ₂ ガ
スの流量と、石英ドーム２Ａの温度とを変えたときの発
光スペクトル中のＯピーク値とＦピーク値との比である
Ｏ／Ｆの発光強度比を示す図である。そして、図２１に
示す各条件のうちＯ₂ ガスの流量が０で石英ドーム２Ａ
の温度が２２０℃，２３０℃のときのみエッチストップ
が生じた。すなわち、Ｏ／Ｆの発光強度比が１．０以下
のときにはエッチストップが生じていることがわかる。
このときのプラズマ中のＯ／Ｆの濃度比はこの発光強度
比とは一致しないが、予めエッチストップが生じないＯ
／Ｆの発光強度比がわかっているので、このＯ／Ｆの発
光強度比がエッチストップを生じない適正範囲に入るよ
うにＯ₂ ガスとフルオロカーボンガスとの流量比を制御
することにより、エッチストップを確実に回避しながら
コンタクトホールを形成することができる。

【０１３１】一方、図２２は、図１に示す装置を用いて
フルオロカーボンガス（ここではＣ ₂ Ｆ₆ ガス）を使用
しながらＲＦパワーを２３００Ｗとし、これに添加する
Ｏ₂ガスの流量と、石英ドーム２Ａの温度とを変えたと
きの発光スペクトル中のＯピーク値とＣ₂ ピーク値との
比であるＯ／Ｃ₂ の発光強度比を示す図である。図２２
に示す各条件のうちＯ₂ ガスの流量が０で石英ドーム２
Ａの温度が１６０℃，１８０℃のとき、Ｏ₂ ガスの流量
が１ｓｃｃｍで石英ドーム２Ａの温度が１６０℃，１８
０℃のとき、Ｏ₂ ガスの流量が２ｓｃｃｍで石英ドーム
２Ａの温度が１６０℃のときにエッチストップが生じ
た。すなわち、Ｏ／Ｃ₂ の発光強度比が１９以下のとき
にエッチストップが生じていることがわかる。このとき
のプラズマ中のＯ／Ｃの濃度比はＯ／Ｃ₂ の発光強度比
とは一致しないが、予めエッチストップが生じないＯ／
Ｃ₂ の発光強度比がわかっているので、このＯ／Ｃ₂ の
発光強度比がエッチストップを生じない適正範囲に入る
ようにＯ₂ ガスとフルオロカーボンガスとの流量比を制
御することにより、エッチストップを確実に回避しなが
らコンタクトホールを形成することができる。なお、図
２２に示すデータでは、エッチストップを生じる温度が
図２１に示す温度よりも低いが、これは、ＲＦパワーが
２３００Ｗと少し弱いためと思われる。

【０１３２】また、図２１及び図２２のデータを総合す
ると、プラズマ中のＣ，Ｆ及びＯの発光強度比が適正範
囲内にあるように、プラズマ中の３者の濃度比を制御す
ることは可能であることはわかる。ただし、フルオロカ
ーボンガスなどのエッチングガスの種類が定まると、反
応室内に存在する炭素とフッ素の濃度比はほぼ一定とな
る。したがって、一般的には、Ｏ／Ｆの発光強度比また
はＯ／Ｃ₂ の発光強度比を測定しながらＯ₂ ガスの流量
を制御すればよいことがわかる。その場合、Ｏ／Ｃ₂ の
発光強度比を制御パラメータとする方がホールの底部に
炭素含有生成物が堆積しようとする作用とそれを除去し
ようとする作用とのバランスが適正に図れるように直接
的に制御することができる。しかし、図２（ａ），
（ｂ）に示すように、発光スペクトル中のＯとＣ₂ のピ
ーク値を与える波長は大きく異なっているので、両者の
発光ピーク強度比を正確に求めるには手間を要する。そ
の点、発光スペクトル中のＯとＦのピーク値を与える波
長は極めて近いので、両者の発光ピーク強度比は迅速か
つ正確に測定することができる。また、図２１に示すよ
うに、フルオロカーボンガスの種類によって炭素とフッ
素の濃度比はほぼ一定と見なせるので、ＯとＦとの発光
強度比をＯとＣ₂ との発光強度比の代わりに制御パラメ
ータとして利用することができる。その場合、図２１に
示すエッチストップが生じたときのＯ／Ｆの発光強度比
は、実際はエッチストップが生じるＯ／Ｃ ₂ の発光強度
比つまりプラズマ中のＯとＣの濃度比を表しているとも
考えることができる。ただし、Ｆの濃度自体も別の機能
面でエッチング作用に影響を及ぼすので、エッチング作
用を害しない範囲でエッチストップを防止するためにＯ
／Ｆの発光強度比を制御パラメータとして利用すること
もできる。

【０１３３】上記各データに示されるエッチストップの
発生の有無とＣ，Ｆ，Ｏの発光強度比との関係から、エ
ッチング途中におけるエッチストップを生じないために
は、プラズマ中のＣ，Ｆ，Ｏの濃度比が以下の範囲であ
ることが好ましいと思われる。

【０１３４】まず、エッチストップが生じないために
は、Ｏ／Ｆの濃度比が４以上であることが好ましいと思
われる。一方、Ｏ／Ｆの濃度比が大きすぎるとシリコン
酸化膜とシリコン基板とのエッチング選択比が悪化する
とともにエッチングレートが低下するので、１０以下で
あることが好ましいと思われる。すなわち、Ｏ／Ｆの濃
度比は４〜１０であることが好ましいと思われる。

【０１３５】また、プラズマ中のＯ／Ｃの濃度比が小さ
すぎるとエッチング途中におけるエッチストップが生じ
ることから、Ｏ／Ｃの濃度比が２以上であることが好ま
しいと思われる。一方、プラズマ中のＯ／Ｃの濃度比が
大きすぎるとシリコン酸化膜とシリコン基板とのエッチ
ング選択比が高くできないので、５以下であることが好
ましいと思われる。すなわち、プラズマ中のＯ／Ｃの濃
度比は２〜５であることが好ましいと思われる。

【０１３６】ここで、単に一定流量のＯ₂ ガスを流すだ
けでは、多くのウエハを処理していくうちに反応室のプ
ラズマ中のＣ，Ｆ，Ｏの濃度比が次第に適正範囲からず
れて、突然エッチストップが発生する事態を確実に回避
することができない。これは、プラズマ中のＣ，Ｆ，Ｏ
の濃度比が最適範囲から少しでもずれていると、そのず
れが蓄積されて行くことによるものと思われる。したが
って、プラズマ中のＣ，Ｆ，Ｏの濃度比が適正範囲にな
るように制御することにより、常にプラズマ中のＣ，
Ｆ，Ｏの濃度比が適正範囲に保たれて、より確実にエッ
チストップを防止できる利点がある。

【０１３７】ここで、上述のような適正なＣ，Ｆ，Ｏの
濃度比を実現するための方法としては、以下の方法があ
る。

【０１３８】第１の方法は、既に説明したように、Ｏ₂
ガスを添加することなく石英ドーム２Ａの温度を制御す
る方法である。この方法によって、Ｏの濃度が調整され
る結果、Ｏに対するＣ及びＦの濃度比をそれぞれ適正範
囲に維持することが可能である。この方法については、
既に説明したとおりである。

【０１３９】ただし、石英部材の加熱制御だけでは、適
正範囲を実現するための条件が狭くなる。そこで、以下
の方法が可能である。

【０１４０】まず、トップヒータ６によってポリシリコ
ンからなる上部電極７を暖めると、Ｆが直接ポリシリコ
ンと反応する、つまり、ポリシリコンがＦを吸収すると
いう作用が大きくなる。例えば、Ｏ₂ ガスを供給せず
に、石英ドーム２Ａを２２０℃に加熱し、かつ上部電極
７を加熱し、ソースパワーを２５００Ｗ印加した場合、
２４０℃ではエッチストップが生じなかったが、２６０
℃に加熱するとエッチストップが生じるという結果が得
られている。これは、Ｆの濃度比が低くなったためと思
われる。したがって、トップヒータ６によってポリシリ
コンからなる上部電極７（以下、ポリシリコン電極と呼
ぶ）を加熱制御することによって、Ｆの濃度比を調整す
ることができる。

【０１４１】図３５は、Ｏ／Ｆの発光強度比が適正範囲
内に入るように石英ドームの加熱量やポリシリコン電極
の加熱量を制御することにより、エッチストップを防止
するための手順を示すフローチャートである。

【０１４２】ステップＳＴ３１で、ウエハを反応室内に
搬入して、ステップＳＴ３２で反応室内へのガスの供給
を開始するとともに、ステップＳＴ３３でアンテナコイ
ル３及び下部電極１０に高周波電力を印加して、ウエハ
上の酸化膜のエッチングを開始する。その後、ステップ
ＳＴ３４で、ドームヒーター２４による石英ドーム２Ａ
の加熱制御を行ない、ステップＳＴ３５で、トップヒー
ター６によるポリシリコン電極の加熱制御を行ない、ス
テップＳＴ３６で、Ｏ，Ｆの発光強度を検出する。次
に、ステップＳＴ３７で、Ｏ／Ｆの発光強度比が適正範
囲内か否かを判別して、適正範囲内であればステップＳ
Ｔ３８に進んでエッチングを続行する。一方、ステップ
ＳＴ３７における判別でＯ／Ｆの発光強度が適正範囲内
になければステップＳＴ３９に移行し、石英ドームの加
熱量又はポリシリコン電極の加熱量（あるいは両者の加
熱量）を変更してから、ステップＳＴ３４に戻る。

【０１４３】以上の制御により、プラズマ中のＯ／Ｆの
濃度比をエッチストップが生じない範囲に制御すること
ができる。

【０１４４】また、炭素を含有する部材を反応室内に設
置してこれを加熱制御するようにしてもよい。例えばト
ップヒータ７をカーボンで構成し（以下、カーボンヒー
ターと呼ぶ）、加熱することによって反応室内へのＣの
放出量を制御し、プラズマ中のＣの濃度比を調整するこ
とができる。

【０１４５】図３６は、Ｏ／Ｆの発光強度比及びＯ／Ｃ
₂ の発光強度比が適正範囲内に入るように石英ドームの
加熱量やカーボンヒーターの加熱量を制御することによ
り、エッチストップを防止するための手順を示すフロー
チャートである。

【０１４６】ステップＳＴ４１で、ウエハを反応室内に
搬入して、ステップＳＴ４２で反応室内へのガスの供給
を開始するとともに、ステップＳＴ４３でアンテナコイ
ル３及び下部電極１０に高周波電力を印加して、ウエハ
上の酸化膜のエッチングを開始する。その後、ステップ
ＳＴ４４で、ドームヒーター２４による石英ドーム２Ａ
の加熱制御を行ない、ステップＳＴ４５で、カーボンヒ
ーターの加熱制御を行ない、ステップＳＴ４６で、Ｏ，
Ｆ，Ｃ₂ の発光強度を検出する。次に、ステップＳＴ４
７で、Ｏ／Ｆの発光強度比が適正範囲内か否かを判別し
た後、さらにステップＳＴ４８で、Ｏ／Ｃ₂ の発光強度
比が適正範囲内か否かを判別して、両者がいずれも適正
範囲内であればステップＳＴ４９に進んでエッチングを
続行する。一方、Ｏ／Ｆの発光強度比又はＯ／Ｃ₂ の発
光強度比が適正範囲内になければステップＳＴ５０に移
行し、石英ドームの加熱量又はカーボンヒーターの加熱
量（あるいは両者の加熱量）を変更してから、ステップ
ＳＴ４４に戻る。

【０１４７】以上の制御により、プラズマ中のＯ／Ｆの
濃度比及びＯ／Ｃ₂ の濃度比をエッチストップが生じな
い範囲に制御することができる。

【０１４８】また、Ｃ，Ｆ，Ｏの濃度比を調整するため
には、これらの元素のうち少なくともいずれか１つを含
むガスを反応ガス，あるいは添加ガスとして使用するこ
とができる。

【０１４９】例えば、反応ガスとして、ＣＦ₄ ，Ｃ₂ Ｆ
₆ ，Ｃ₃ Ｆ₈ ，Ｃ₄ Ｆ₈ ，Ｃ₅ Ｆ₈及びＣ₆ Ｆ₆ のうち
少なくともいずれか１つを含むガスを使用することがで
きる。また、Ｃ₄ Ｆ₈ にＣＯガスまたはＯ₂ ガスを添加
してもよい。さらに、Ｃ₆ Ｆ ₆ にＣ₄ Ｆ₈ を加えたガス
を反応ガスとして用いることで、Ｃ，Ｆの濃度比をより
微細に調整することもできる。

【０１５０】また、Ｃ_x Ｆ_y Ｏ_z で表されるガス（例え
ばＣ₂ Ｆ₂ Ｏ₂ ，Ｃ₄ Ｆ₆ Ｏ₃ ，Ｃ ₆ Ｆ₄ Ｏ₂ など）を
使用すれば、ＣＯガスのごとく毒性のあるガスを使用し
なくても、単一の反応ガスによってＣ，Ｆ，Ｏの濃度比
を適正範囲に維持することが可能となる。また、これら
のガスに、ＣＦ₄ 等のフルオロカーボンガスを加えても
よい。

【０１５１】特に、以上の反応ガス，添加ガスを使用す
る場合、反応室内に露出する表面部分が石英やカーボン
で構成される部材を反応室内には配置せずに、ガスの流
量の制御のみで、プラズマ中のＣ，Ｆ，Ｏの濃度比を適
正に調整するようにしてもよい。

【０１５２】（第８の実施形態）本実施形態では、反応
室内におけるアルミニウムイオンの存在に起因して生じ
るエッチストップに関して説明する。

【０１５３】一般に、金属膜（特に配線用のＡｌ膜，Ｔ
ｉ膜，Ｃｕ膜，Ｗ膜，Ｃｏ膜など）をエッチングする際
や、金属膜上の他の部材（例えばシリコン酸化膜）をエ
ッチングし終わって金属膜が露出したときに、反応室内
のプラズマに金属が飛散する現象が見られる。図２３
（ａ），（ｂ）は、Ａｌ膜をエッチングするときとＳｉ
基板をエッチングするときのプラズマの発光分析の結果
を示す発光スペクトル図である。図２３（ａ）に示すデ
ータにおいては、図２３（ｂ）には現れていないＡｌイ
オンが検出されており、プラズマ中にＡｌイオンが飛散
していることが裏付けられている。

【０１５４】そして、飛散した金属はチャンバー内の部
材に付着してエッチング種（Ｆ，０）と結合するものと
思われる。図２４は、チャンバー内のシリコン天板と石
英ドームの表面をＸＰＳにより分析した結果を示す図で
ある。同図において、横軸は結合力（ｅＶ）を表し、縦
軸は分析強度を示す。同図に示されるように、両部材共
にＡｌ−Ｆ結合を有する物質の存在が確認されている。

【０１５５】図２５は、反応室内へのＡｌの飛散に起因
するエッチストップのモデルを示す断面図である。ま
た、図２６は、エッチストップが発生する過程を示すフ
ローチャートである。以下、図２５及び図２６を参照し
ながら、エッチストップが発生する過程について説明す
る。

【０１５６】ここでは、チャンバーの壁部を石英ドーム
とシリコン天板とにより構成し、２つのＲＦ電源によ
り、誘導コイルと下部電極に高周波電力を印加するよう
に構成された誘導結合型プラズマ装置を用いる場合を例
に採っている。ウエハ上にシリコン酸化膜からなる層間
絶縁膜が形成されており、この層間絶縁膜にＡｌ配線に
到達するホール（バイヤホール）を形成するためのプラ
ズマエッチングを行なっているとする。プラズマ内に
は、フロロカーボンの分解によって生じたＦイオン，Ｆ
ラジカルやＣ₂ イオンが存在している。このとき、大面
積のホール（例えばボンディングパッド上のホール）が
あると、そのホールが貫通されると、大面積のＡｌ配線
の表面が露出する。そして、プラズマ中にＡｌイオンが
飛散すると、プラズマ内のＦイオンとＡｌイオンとが結
合して化合物ＡｌＦ_x が形成され、これがシリコン天板
や石英ドーム上に堆積する。このＡｌＦ_x の形成によっ
て、プラズマ中のエッチング種（Ｆ）が減少し、Ｃ₂ ／
Ｆ比が上昇する。その結果、実施形態の前に述べた作用
により、エッチストップが生じる。このような形態のエ
ッチストップは、上記条件（ｃ）が満たされたことによ
って生じると考えられる。

【０１５７】ただし、このような金属汚染に起因するエ
ッチストップは、高アスペクト比のホールのエッチング
によっては生じにくい。図２７は、１０００個のイオン
がホールにある場合に、どの位置に存在するかをモンテ
カルロシミュレーションにより求めた結果を示す図であ
る。同図の横軸は１０００個のイオンの番号を表し、縦
軸は断面が一定のホールの底面からの高さをアスペクト
比として表したものである。つまり、あるアスペクト比
のホールにイオンが閉じこめられる確率は、図２７中で
そのアスペクト比の位置よりも下方にあるイオンの数を
イオンの総数で割った値になる。

【０１５８】図２８は、図２７のシミュレーション結果
に基づいてイオンがホール内にトラップされる確率と、
イオンがホールの外に飛散する確率とがアスペクト比に
よってどのように変化するかを計算した結果を示す図で
ある。図２７及び図２８に示されるように、ホールのア
スペクト比が高くなるほどＡｌイオンはホールの外に飛
散しにくくなることがわかる。

【０１５９】この理由は、図２９に示すように、高アス
ペクト比のホールを形成する際には、Ａｌ配線から飛散
したＡｌイオンの大部分が、ホールの側面上にデポ物と
して堆積し、ホール内にトラップされるからと考えられ
る。

【０１６０】したがって、ボンディングパッド上のホー
ルのようなアスペクト比の低いホールを含むプラズマエ
ッチングを行なう場合、このような形態のエッチストッ
プが生じる確率が高い。すなわち、ボンディングパッド
上のホールが開口されるごとに金属イオンが飛散し、こ
れが次第に反応室内に蓄積されると、反応室内のエッチ
ング種が低減していくので、何枚目かのウエハにおい
て、エッチストップが発生することになる。

【０１６１】次に、このような金属汚染に起因するエッ
チストップを回避するためには、以下のような手段が有
効である。

【０１６２】第１の方法は、チャンバー内に金属製部材
の表面を露出させない方法である。金属製部材の表面が
チャンバー内に露出していると、金属製部材の表面でエ
ッチング種と金属との結合が生じることにより、エッチ
ング種（Ｆなど）が不足して、金属配線の表面が露出し
たのと同様の作用が生じるからである。例えばチャンバ
ーの気密性保持のために使用されるＯリングに金属を混
入したものがあるが、このような状態で使用される金属
も問題となる。例えば図１４に示す装置におけるＯリン
グ１６は、従来、アルミニウム等の金属をシリコンゴム
中に混入させたものを使用しているが、本実施形態で
は、このＯリング１６を金属を含まないシリコンゴムな
どにより構成する。これによって、金属汚染に起因する
エッチストップを確実に防止できることが確認された。
また、金属酸化物を用いたセラミックを含むＯリング等
の部材をチャンバー内には配設しないことが好ましい。

【０１６３】第２の方法は、反応室内のフロロカーボン
プラズマ又はフロンプラズマによって反応室内において
金属イオンのクリーニングを行なう方法である。図３０
は、エッチストップを生じた条件下において、フロロカ
ーボンプラズマによるクリーニングを行なったときの回
復程度を調べた実験の結果を示す図である。同図の横軸
はクリーニング時間を、同図の縦軸は再エッチングを行
なったときのエッチストップを生じるまでに進行したホ
ールの深さをそれぞれ表しており、厚み１μｍの酸化膜
にホールを形成するようにしている。これは、エッチス
トップを生じた時点では、反応室内に金属イオンが多く
残存しており、これをフロロカーボンプラズマで徐々に
クリーニングしていることを意味する。図３０に示され
ように、クリーニング時間を経るごとにエッチング深さ
が深くなっており、８時間で金属イオンの濃度がわずか
である元の状態に回復していることが示されている。こ
のことは、アスペクト比２．８程度のホールをエッチン
グしたときに放出される金属イオンによる汚染は、ウエ
ハ１枚当たりに換算すると５０秒程度のクリーニングに
よって除去され、エッチストップに至らないことが計算
及び実験で確認されている。

【０１６４】この第２の方法の変形として、クリーニン
グを行なう代わりに、次のウエハ処理時のフロロカーボ
ンプラズマによるメインエッチの時間をわざと長めにし
て、その前の処理で反応室内に放出された金属イオンを
除去する方法である。具体的には、基板上に印加するバ
イアスパワーを通常の条件よりも落とすことにより、エ
ッチングレートを小さくしてエッチングする方法などが
ある。

【０１６５】本実施形態における金属の代表的なものと
してはＡｌ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｗ，Ｃｏがある。ただし、こ
れらに限定されるものではなく、エッチング種（Ｆな
ど）と反応性のあるものが該当する。

【０１６６】（その他の実施形態）本発明を適用できる
被加工領域は、特に酸素を含む膜例えばシリコン酸化
膜，アルミナ膜等の酸化物により構成される膜であると
きに大きな効果を発揮することができる。このような酸
化物により構成される膜は、エッチングされたときに酸
素を放出するので、これを利用してシリコン基板やポリ
シリコン膜とのエッチング選択比を高く維持しようとす
ると上述のようなエッチストップを招くおそれがあるか
らである。

【０１６７】上記各実施形態では、チャンバーの側壁を
石英ドーム又は窒化珪素ドームで構成したが、本発明は
かかる実施形態に限定されるものではなく、石英ドーム
等がチャンバー内に設置されているものでもよい。その
場合、反応室は、石英ドーム等で囲まれる部分であり、
石英ドーム等の外壁面から酸素が発生するような場合も
含まれる。

【０１６８】上記各実施形態では、酸素含有部材として
石英ドームしか例示していないが、他の酸化物系の無機
材料でドームを構成してもよい。

【０１６９】上記各実施形態では、プラズマ処理として
エッチングについてしか説明していないが、本発明はか
かる実施形態に限定されるものではない。例えばアンモ
ニアガスや窒素ガス雰囲気中でプラズマ処理を行ってコ
ンタクトホール底の半導体基板や金属配線中に窒素を導
入するような場合にも、本発明のプラズマ処理を適用す
ることができる。

【０１７０】

【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、反応室内でプラズマエッチングを行なった後、反応
室内の金属イオンを除去するためにエッチング用ガスを
所定時間の間流すようにしたので、金属イオンの蓄積に
起因するエッチストップの発生を未然に防止することが
できる。

【０１７１】本発明の半導体装置の製造装置によれば、
１×１０¹¹／ｃｍ³ 以上の高密度プラズマを用いてプラ
ズマエッチングを行なうための反応室内に酸素含有部材
を設け、エッチストップが生じないようにこの酸素含有
部材を加熱制御しているので、酸素含有部材の内壁面か
らの酸素の放出量を確保することにより、エッチストッ
プを確実に防止することができる。

【０１７２】本発明の半導体装置の製造装置によれば、
プラズマエッチングを行なうための反応室内に表面が露
出した金属製部材を設置しないようにしているので、金
属製部材から飛散する金属イオンの蓄積に起因するエッ
チストップを確実に防止することができる。

【０１７３】本発明の半導体装置の製造方法によれば、
プラズマエッチングによりホールを形成する際には、エ
ッチストップが生じないように反応室内のプラズマ中の
Ｏの濃度を調節するようにしたので、ホールの底に堆積
する−Ｃ−Ｃ−ポリマーを確実に除去することにより、
エッチストップを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で使用される半導体装置の製造装置の構
成の例を部分的に断面図で示すブロック図である。

【図２】エッチストップを生じないで円滑に加工ができ
た場合の発光スペクトルを示す図である。

【図３】エッチストップを生じて貫通ホールが形成され
ない場合の発光スペクトルを示す図である。

【図４】ホールの底面上に堆積するデポ物の結合状態を
調べるために行ったサンプル１〜６の基板の中心位置と
端部位置とにおけるＥＳＣＡの分析結果をそれぞれ示す
図である。

【図５】図４に示すサンプル１〜６について、ホールの
底面上に堆積するデポ物の成分を分析した結果をそれぞ
れ示す図である。

【図６】Ｏ，Ｆ及びＣ₂ の発光強度のソースパワー依存
性に関するデータを示す図である。

【図７】Ｏ／Ｆの発光強度比及びＣ₂ ／Ｆの発光強度比
のソースパワー依存性を示す図である。

【図８】Ｏ，Ｆ及びＣ₂ の発光強度のドームの壁温依存
性を示す図である。

【図９】Ｏ／Ｆの発光強度比及びＣ₂ ／Ｆの発光強度比
のドームの壁温依存性を示す図である。

【図１０】ドライエッチングにおける正常な貫通ホール
が形成された状態，エッチストップが生じた状態、貫通
ホールが形成された後オーバーエッチングを行ったとき
の状態をそれぞれ示すＳＥＭ写真を複写した図である。

【図１１】第１の実施形態に係る酸素発光分析により得
られたＯの発光強度の石英ドームの壁温依存性を示す図
である。

【図１２】第１の実施形態によるコンタクトホール形成
のためのエッチングにおいてエッチストップが生じた状
態と貫通ホールが形成された状態とをそれぞれ示す断面
図である。

【図１３】第２の実施形態に係る酸素発光分析により得
られたＯの発光強度の石英ドームの壁温依存性を示す特
性図である。

【図１４】第３の実施形態に係る半導体装置の製造装置
の構成を部分的に断面図で示すブロック図である。

【図１５】第３の実施形態に関して行った実験で得られ
た窒化珪素ドームと石英ドームとを使用した場合におけ
るＯの発光強度の相違を示す図である。

【図１６】第４の実施形態に係る石英ドームの温度を１
８０℃にしたときのＯの発光強度の石英ドームのロット
依存性を示す図である。

【図１７】第５の実施形態に係るＯの発光強度が規格値
よりも大きい値の石英ドームを半導体装置の製造装置に
数回取り付け，取り外しを行ったときのＯの発光強度の
ばらつきを示す図である。

【図１８】第６の実施形態に係るＯの発光強度とＦの発
光強度との比の石英ドームの壁温依存性を示す特性図で
ある。。

【図１９】第６の実施形態に係る半導体装置の製造装置
の制御系統図である。

【図２０】第６の実施形態に係る半導体装置のエッチン
グ工程の手順を示すフローチャート図である。

【図２１】第７の実施形態の第２の具体例におけるＣ₂
Ｆ₆ ガスに添加するＯ₂ ガスの流量と石英ドームの温度
とを変えたときのＯ／Ｆの発光強度比を示す図である。

【図２２】第７の実施形態の第２の具体例におけるＣ₂
Ｆ₆ ガスに添加するＯ₂ ガスの流量と石英ドームの温度
とを変えたときのＯ／Ｃ₂ の発光強度比を示す図であ
る。

【図２３】第８の実施形態におけるＡｌ膜をエッチング
するときとＳｉ基板をエッチングするときのプラズマの
発光分析の結果を示す発光スペクトル図である。

【図２４】第８の実施形態におけるチャンバー内のシリ
コン天板と石英ドームの表面をＸＰＳにより分析した結
果を示す図である。

【図２５】第８の実施形態における反応室内へのＡｌの
飛散に起因するエッチストップのモデルを示す断面図で
ある。

【図２６】第８の実施形態におけるエッチストップが発
生する過程を示すフローチャート図である。

【図２７】第８の実施形態において、１０００個のイオ
ンがホールにある場合に、どの位置に存在するかをモン
テカルロシミュレーションにより求めた結果を示す図で
ある。

【図２８】図２７のシミュレーション結果に基づいてイ
オンがホール内にトラップされる確率と、イオンがホー
ルの外に飛散する確率とがアスペクト比によってどのよ
うに変化するかを計算した結果を示す図である。

【図２９】第８の実施形態におけるＡｌ配線から飛散し
たＡｌイオンがホールの側面上にデポ物として堆積して
いる状態を示す断面図である。

【図３０】第８の実施形態において、エッチストップを
生じた条件下において、フロロカーボンプラズマによる
クリーニングを行なったときの回復程度を調べた実験の
結果を示す図である。

【図３１】石英ドームを使用してその温度を一定に保持
しながら、酸素ガスを供給したときのＯの発光強度をコ
イル電力をパラメータとして示す図である。

【図３２】コイル電力を変更したときのコイル電力に対
するＯ／Ｆの発光強度比及びＣ₂／Ｆの発光強度比の変
化を示す図である。

【図３３】第１の実施形態において、Ｏの発光強度が適
正範囲内に入るように石英ドームの壁温を制御するため
の手順を示すフローチャート図である。

【図３４】第３の実施形態において、Ｏの発光強度が適
正範囲内に入るように酸素ガスの流量を制御する手順を
示すフローチャート図である。

【図３５】第７の実施形態において、Ｏ／Ｆの発光強度
比が適正範囲内に入るように石英ドームの加熱量やポリ
シリコン電極の加熱量を制御する手順を示すフローチャ
ート図である。

【図３６】第７の実施形態において、Ｏ／Ｆの発光強度
比及びＣ₂ ／Ｏの発光強度比が適正範囲内に入るように
石英ドームの加熱量やカーボンヒーターの加熱量を制御
する手順を示すフローチャート図である。

【図３７】正常なエッチング，マイクロローディング及
びエッチストップの３つの場合におけるエッチングの進
行状態を示す図である。

【符号の説明】

１ａ チャンバーの下枠 １ｂ チャンバーの上枠 ２ 石英ドーム（酸素含有部材） ３ アンテナコイル ４ 第１整合器 ５ 第２高周波電源 ６ ヒーター ７ 上部電極 ８ ガス導入口 ９ 基板 １０ 下部電極 １１ ブロッキングコンデンサ １２ 第２整合器 １３ 第２高周波電源 １４ ターボ分子ポンプ １５ ドライポンプ １６ Ｏリング １７ プラズマ １８ 光ファイバー １９ 発光分光装置 ２１ アルミナ筒 ２２ クーリングリング ２３ ウエハクランプ ２４ ドームヒーター ２５ 石英ライナー１０１ レジスト膜 １０２ 酸化膜 １０３ シリコン基板 １０４ コンタクトホール １０５ デポ物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二河 秀夫 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 (72)発明者 中川 聡 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 (72)発明者 松元 省二 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 (72)発明者 尾藤 陽二 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハ上の膜にエッチングを行なうため
   の反応室と、上記反応室内にエッチング用ガスを導入す
   るためのガス供給手段と、上記エッチング用ガスを高密
   度プラズマにするためのプラズマ発生手段とを備えた装
   置を用いて行なう半導体装置の製造方法であって、 フロロカーボンプラズマ又はフロンプラズマによる反応
   室内のクリーニングを行なって、金属イオンがエッチス
   トップが発生したときの濃度からエッチストップが発生
   しないときの濃度まで回復するまでに必要なクリーニン
   グの所定時間を予め求めておき、 半導体装置が形成されるウエハを上記反応室内に設置し
   た状態で、上記反応室内にエッチング用ガスを導入する
   第１のステップと、 上記プラズマ発生手段により反応室内にプラズマを発生
   させて、上記ウエハの一部にホールを形成するためのエ
   ッチングを行う第２のステップと、 上記ホールの形成後に、さらに上記フロロカーボンプラ
   ズマ又はフロンプラズマによる反応室内のクリーニング
   を上記所定時間の間行なう第３のステップとを備えてい
   ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体装置の製造方法に
   おいて、 上記第２のステップは、上記ウエハの一部にホールを形
   成するためのエッチングを標準条件よりも遅い条件で上
   記反応室内に存在する金属イオンを除去するように行な
   われ、 前回のウエハに対する上記第３のステップを兼ねている
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 酸素含有部材を壁部に有しウエハ上の膜
   にエッチングを行なうための反応室と、 上記反応室内に少なくとも炭素とフッ素とを含むエッチ
   ング用ガスを導入するためのガス供給手段と、 上記エッチング用ガスを高密度プラズマにするためのプ
   ラズマ発生手段と、 上記反応室内に少なくとも表面の一部が露出するように
   配設され、上記プラズマ内のＯ及びＣのうち少なくとも
   いずれか１つの濃度を変更する機能を有する濃度変更手
   段と、 上記ＯとＣの濃度比が、エッチングがほぼ一定速度で進
   行している状態から非連続的にエッチングが停止するエ
   ッチストップが発生しないための予め設定されている適
   正範囲内であるように、上記濃度変更手段を調節するた
   めの調節手段とを備え、 上記濃度変更手段の少なくとも１つは酸素含有部材であ
   り、上記調節手段の少なくとも１つは上記酸素含有部材
   からの酸素の放出量を制御する手段を有することを特徴
   とする半導体装置の製造装置。
4. 【請求項４】 酸素含有部材を壁部に有しウエハ上の膜
   にエッチングを行なうための反応室と、 上記反応室内に少なくとも炭素とフッ素とを含むエッチ
   ング用ガスを導入するためのガス供給手段と、 上記エッチング用ガスを高密度プラズマにするためのプ
   ラズマ発生手段と、 上記反応室内に少なくとも表面の一部が露出するように
   配設され、上記プラズマ内のＯ及びＦのうち少なくとも
   いずれか１つの濃度を変更する機能を有する濃度変更手
   段と、 上記ＯとＦの濃度比が、エッチングがほぼ一定速度で進
   行している状態から非連続的にエッチングが停止するエ
   ッチストップが発生しないための予め設定されている適
   正範囲内であるように、上記濃度変更手段を調節するた
   めの調節手段とを備え、 上記濃度変更手段の少なくとも１つは酸素含有部材であ
   り、上記調節手段の少なくとも１つは上記酸素含有部材
   からの酸素の放出量を制御する手段を有することを特徴
   とする半導体装置の製造装置。
5. 【請求項５】 酸素含有部材を壁部に有しウエハ上の膜
   にエッチングを行なうための反応室と、 上記反応室内に少なくとも炭素とフッ素とを含むエッチ
   ング用ガスを導入するためのガス供給手段と、 上記エッチング用ガスを高密度プラズマにするためのプ
   ラズマ発生手段と、 上記反応室内に少なくとも表面の一部が露出するように
   配設され、上記プラズマ内のＯ，Ｆ及びＣのうち少なく
   ともいずれか１つの濃度を変更する機能を有する濃度変
   更手段と、 上記Ｏ，Ｆ及びＣの濃度比が、エッチングがほぼ一定速
   度で進行している状態から非連続的にエッチングが停止
   するエッチストップが発生しないための予め設定されて
   いる適正範囲内であるように、上記濃度変更手段を調節
   するための調節手段とを備え、 上記濃度変更手段の少なくとも１つは酸素含有部材であ
   り、上記調節手段の少なくとも１つは上記酸素含有部材
   からの酸素の放出量を制御する手段を有することを特徴
   とする半導体装置の製造装置。