JP2001267422A

JP2001267422A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2001267422A
Application number: JP2001069280A
Authority: JP
Inventors: Hisahiro Shoda; 尚弘庄田; Keiji Horioka; 啓治堀岡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-02-10
Filing date: 2001-03-12
Publication date: 2001-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】深さが異なる複数の接続孔がある場合でも、断
線不良等を招くこと無く全ての接続孔をその表面までＷ
膜を埋め込むこと。【解決手段】基板３１上に設けられた層間絶縁膜３２に
深さの異なる接続孔３３ａ，３３を形成する工程と、選
択ＣＶＤ法を用いてＷ膜３４が接続孔３３ａの上面まで
埋め込まれるようにＷ膜３４を接続孔３３ａ，３３内に
選択的に形成する工程と、層間絶縁膜３２上にレジスト
３５を塗布する工程と、塩素と六弗化硫黄とを有するエ
ッチングガスを放電させてＷ膜３４とレジスト３５とを
エッチングし、接続孔３３ａ，３３内にＷ膜３４を埋め
込む工程とを有する。

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
方法に係わり、特に接続孔の埋め込み方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュ−タ−や通信機器の重要
部分には、多数のトランジスタや抵抗等を電気回路を達
成するようにむすびつけ、１チップ上に集積化して形成
した大規模集積回路（ＬＳＩ）が多用されている。この
ため、機器全体の性能は、ＬＳＩ単体の性能と大きく結
び付いている。

【０００３】ＬＳＩ単体の性能向上は、集積度を高める
こと、つまり、素子の微細化により実現できる。素子の
微細化が進むと、コンタクトホ−ルやヴィアホ−ル等の
接続孔の径が小さくなるため、接続孔のアスペクト比が
高くなる。この結果、スパッタ蒸着により接続孔をＡｌ
膜で埋め込もうとすると、接続孔の底部の側壁における
Ａｌ膜の膜厚が薄くなるため、断線不良が生じるという
問題があった。また、Ａｌ膜は反射率が高いため、レジ
ストパタ−ンの寸法精度が悪くなるという問題があっ
た。

【０００４】即ち、図１７（ａ）に示すように、基板４
１上に形成された層間絶縁膜４２の接続孔４５が平坦で
ないＡｌ膜４３で埋め込まれると、平坦でない部分に入
射する露光光４６の反射光４７により、露光されるべき
ない部分、この場合では接続孔４５上のレジスト４４が
露光されてしまう。

【０００５】この結果、図１７（ｂ）に示すように、接
続孔４５上でレジストパタ−ン４８が所定寸法より小さ
くなるという問題が生じる。そこで、選択ＣＶＤ法を用
いて接続孔に金属、特にタングステン（Ｗ）を埋め込む
ことで埋め込み形状を平坦化する試みがなされている。

【０００６】しかしながら、この種の方法により、深さ
の異なる接続孔を埋め込むには、図１８（ａ）に示すよ
うに、Ｗの埋め込み量を浅い方の接続孔４５ｂに合わせ
るか、又は図１８（ｂ）に示すように、深い方の接続孔
４５ａに合わせることになる。Ｗの埋め込み量を浅い方
の接続孔４５ｂに合わせた場合には、深い方の接続孔４
５ａの上面までＷを埋め込めなくなり、一方、深い方に
合わせた場合には、Ｗが浅い方の接続孔から溢れてしま
うという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のス
パッタ法を用いた接続孔の埋め込み方法では、接続孔の
底部の側壁におけるＡｌ膜の膜厚が薄くなるため、断線
不良が生じるという問題があった。また、選択ＣＶＤ法
を用いた接続孔の埋め込み方法では、深さが異なる接続
孔があると、全ての接続孔をその上面までＷで埋め込む
ことができないという問題があった。

【０００８】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、断線等による信頼性の
低下を招くこと無く、深さの異なる接続孔を全てその上
面までＷで埋め込むことができる半導体装置の製造方法
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、塩素と
六弗化硫黄とを有するエッチングガスを用いたことにあ
る。

【００１０】即ち、上記の目的を達成するために、本発
明の半導体装置の製造方法は、表面に凹凸がある所望の
処理が施された基板上にタングステン膜を堆積する工程
と、このタングステン膜上にレジストを塗布する工程
と、塩素と六弗化硫黄とを有するエッチングガスを放電
させて前記タングステン膜と前記レジストとをエッチン
グし、前記タングステン膜を平坦化する工程とを備えた
ことを特徴とする。

【００１１】また、本発明の他の半導体装置の製造方法
は、基板上に設けられた絶縁膜に深さが異なる複数の接
続孔を形成する工程と、選択ＣＶＤ法を用いて最も深い
接続孔の上面までタングステン膜が充填されるべく前記
接続孔内にタングステン膜を選択的に形成する工程と、
前記絶縁膜上に前記タングステン膜が覆われるようにレ
ジストを塗布する工程と、塩素と六弗化硫黄とを有する
エッチングガスを放電させて前記タングステン膜と前記
レジストとをエッチングし、前記接続孔に前記タングス
テン膜を埋め込む工程とを備えたことを特徴とする。

【００１２】なお、前記タングステン膜及び前記レジス
トのエッチングは、反応容器内に前記基板を収容し、前
記反応容器に高周波電力を与えて前記エッチングガスを
放電させ、且つ前記高周波電力の電力密度をＰo（Ｗ／
ｃｍ²），前記反応容器内の圧力Ｐr（ｍＴｏｒｒ），
前記接続孔の直径をＲ（μｍ），前記接続孔の上面から
溢れるタングステン膜の厚さをＦ（μｍ）とした場合
に、前記塩素の流量と前記六弗化硫黄の流量とを、 100Po-0.5Pr+50-1.1 {(F-0.05) ÷F} ≦( 六弗化硫黄の流量 )÷{(塩素の流量)+( 六弗化硫黄
の流量 )} ≦100Po-0.5Pr+50+13.5 {(F+R)÷Ｆ｝に設定して行うこ
とが望ましい。

【００１３】［作用］本発明者等の研究によれば、塩素
と六弗化硫黄とを用いることで、Ｗ膜のエッチング速度
とレジストのエッチング速度とを等しくできることが分
かった。

【００１４】したがって、本発明の半導体装置の製造方
法（請求項１）の如く、下地の影響で表面が平坦でない
Ｗ膜上にレジストを塗布し、Ｗ膜のエッチング速度とレ
ジストのエッチング速度とを等しくてＷ膜，レジストを
エッチングすれば、Ｗ膜の表面を平坦にすることができ
る。

【００１５】また、本発明の他の半導体装置の製造方法
（請求項２）では、最も深い接続孔にＷ膜の膜厚を合わ
せて接続孔内にＷ膜を選択的に形成している。このと
き、最も深い接続孔以外の接続孔のＷ膜は接続孔より溢
れる。Ｗ膜とレジストとを同一のエッチング速度でエッ
チングできるので、接続孔から溢れたＷ膜とレジストと
を同時に消失することができる。したがって、異なる深
さの接続孔がある場合でも、全ての接続孔をその上面ま
でＷ膜で埋め込むことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。

【００１７】図１は、本発明の第１の実施例に係るマグ
ネトロン放電を利用したドライエッチング装置の概略構
成図である。

【００１８】このエッチング装置のエッチング室２内の
底部には、陰極板７が設けられている。この陰極板７
は、絶縁部材１５によりエッチング室２を構成する反応
容器１に固定されている。陰極板７には、マッチング回
路８を介して電源９から１３．５６ＭＨｚの高周波電力
が与えられている。また、陰極板７には、冷却管１０
ａ，１０ｂが設けられており、冷却管１０ａから冷却管
１０ｂに向かって流れる溶媒により、陰極板７の温度制
御がなされている。なお、冷却管１０ｂは、陰極板７に
高周波電力を与えるためのリ−ド線の役割も果たしてい
る。また、陰極板７上には、ポリイミド膜１１に挾持さ
れた銅板１２が貼着されている。この銅板１２には、電
源１３から４ｋＶの電圧が印加されている。この結果、
被処理基板１７は、静電気力により陰極板７に吸着され
固定される。

【００１９】一方、エッチング室２の上壁は、陽極板１
８となっている。この陽極板１８には、反応ガスを導入
するためのガス導入口３が設けられている。このガス導
入口３を介してエッチング室２内に導入された反応ガス
は排気口４から室外に排気される。

【００２０】また、エッチング室２の外部には、複数の
永久磁石５とこれら永久磁石５を回転駆動するための駆
動機構６とで構成された磁場発生器が設けられ、これに
より、陰極板７と陽極板１８と間の空間に磁場が形成さ
れる。

【００２１】なお、図中、１４は被処理基板１７の裏面
にガスを導入して被処理基板１７の温度制御をするため
のガス導入管、１６は静電チャックの銅板１２のリード
と陰極板７とが電気的に接続されるのを防止するための
絶縁部材を示している。次に上記のように構成されたエ
ッチング装置を用いたＷ膜の平坦化の方法を図２の工程
断面図を用いて説明する。

【００２２】まず、図２（ａ）に示すように、所望の素
子加工が施された基板２１上にＷ膜２２を堆積する。こ
こで、Ｗ膜２２の表面形状は、下地等の影響、例えば、
配線等の影響で凹凸になっている。

【００２３】次に図２（ｂ）に示すように、Ｗ膜２２上
にレジスト２３を塗布して基板表面を平坦にする。

【００２４】次に基板２１を図１のエッチング装置の陰
極板７に載置した後、Ｃｌ₂ガスとＳＦ₆ガスとを用い
てＷ膜２２，レジスト２３のエッチングを行なう。ここ
で、Ｃｌ₂ガスとＳＦ₆ガスとを用いたのは、これらガ
スを利用することでＷ膜２２のレジスト２３に対する選
択比を１．０にできるからである。図３は、このことを
表しているＳＦ₆濃度とエッチング速度との関係を示す
特性図である。ここで、ＳＦ₆濃度は次式のように定義
されている。

【００２５】(SF₆の濃度)=(SF₆の濃度) ÷100{(Cl₂
の流量)+(SF₆の流量)} この図からＷのエッチング速度はＳＦ₆の濃度の増加に
より急激に大きくなっていることが分かる。これはＷが
主としてＦラジカルによりエッチングされるからだと考
えられる。また、この図からレジストのエッチング速度
がＳＦ₆濃度の増加に対して緩やかに大きくなっている
ことが分かる。これはＦラジカルによるレジスト中の水
素原子の引き抜き効果の促進が原因だと考えられる。そ
して、Ｗのエッチング速度とレジストのエッチング速度
とを比べると、最初は、レジストのエッチング速度の方
がＷのエッチング速度より大きいが、ＳＦ₆の濃度が８
０％程度以上になるとＷのエッチング速度の方がレジス
トのエッチング速度より大きくなることが分かる。した
がって、ＳＦ₆の濃度を調整することでＷとレジストと
の選択比を１．０にすることができる。本実施例では、
Ｗ膜２２のレジスト２３に対する選択比を１．０にする
ために次のような条件でエッチングを行なった。

【００２６】即ち、エッチング室２内を７５ｍＴｏｒ
ｒ，基板温度を４５℃に設定し、ガス導入管３から流量
２０ＳＣＣＭのＣｌ₂ガスと流量８０ＳＣＣＭのＳＦ₆
ガスとをエッチング室２内に導入すると共に、ＲＦ電力
密度が０．５８Ｗ／ｃｍ²となる電圧を陰極板７に印加
し、基板２１上の水平磁束密度を１２０Ｇａｕｓｓに設
定した。

【００２７】このような条件下で、レジスト２３が消失
するまでエッチングを行なうと、図２（ｃ）に示すよう
に、表面が平坦なＷ膜２２が得られる。

【００２８】かくして本実施例によれば、Ｃｌ₂ガス，
ＳＦ₆ガスとを用いることで、表面に凹凸があるＷ膜２
２を容易に平坦化できる。

【００２９】図４は、本発明の第２の実施例に係る接続
孔の埋め込み方法を説明するための工程断面図である。

【００３０】まず、図４（ａ）に示すように、所望の素
子加工が施された基板３１上に層間絶縁膜３２を堆積し
た後、接続孔３３を形成する。

【００３１】次に図４（ｂ）に示すように、選択ＣＶＤ
法を用いて接続孔３３をＷ膜３４で埋め込んだ後、全面
にレジスト３５を塗布する。

【００３２】次に基板３１を図１のエッチング装置の陰
極板７に載置する。そして、ガス導入口３からＣｌ₂ガ
ス，ＳＦ₆ガスをそれぞれ流量２０ＳＣＣＭ、８０ＳＣ
ＣＭ導入し、ＲＦ電力密度を０．５８Ｗ／ｃｍ²，エッ
チング室２の圧力を７５ｍＴｏｒｒ，基板上での水平磁
束密度を１２０Ｇａｕｓｓ、基板温度を４５℃に設定し
て、レジスト３５が消失するまでをエッチングを行な
う。

【００３３】この結果、図４（ｃ）に示すように、接続
孔３３から溢れたＷ膜３２が除去され、層間絶縁膜３２
の表面は平坦になる。

【００３４】また、接続孔の深さが異なる場合でも、図
５（ａ）に示すように、深い方の接続孔３３ａに合わせ
てＷ膜３２を選択成長させた後、全面にレジスト３３を
塗布し、続いて、上記エッチング条件でレジスト３５が
無くなるまでエッチングを行なえば、図５（ｂ）に示す
ように、接続孔３３，３３ａの上面までＷ膜３２を埋め
込むことができる。なお、深さが異なる接続孔が３つ以
上ある場合でも、最も深い接続孔に合わせてＷ膜を選択
成長させれば、同様に全ての接続孔の上面までＷ膜３２
を埋め込むことができる。

【００３５】かくして本実施例によれば、深さが異なる
接続孔がある場合でも、全ての接続孔の上面までＷ膜を
埋め込むことができ、断線不良等を招かない良好な埋め
込み形状が得られる。また、この上にＡｌ配線等の金属
配線を形成しても下地が平坦なため、段差等がない良好
な配線形状とすることができる。

【００３６】次にＷのレジストに対する選択比を１．０
にするためのＳＦ₆濃度の選びかたを説明する。

【００３７】図６は、図１のエッチング装置を用いて調
べたＷのレジストに対する選択比が１．０になるＳＦ₆
濃度とエッチング室の圧力との関係を示すグラフであ
る。これはＲＦ電力密度を０．５８Ｗ／ｃｍ²に固定し
て調べたものである。また、他の条件、即ち、基板上で
の水平磁束密度，基板温度，ＲＦ周波数はそれぞぞれ１
２０Ｇａｕｓｓ，４５℃，１３．５６ＭＨｚとした。

【００３８】また、図７は、図１のエッチング装置を用
いて調べたＷのレジストに対する選択比が１．０になる
ＳＦ₆濃度とＲＦ電力密度との関係を示すグラフであ
る。これはエッチング室内の圧力を７５ｍＴｏｒｒに固
定して調べたものである。他の条件は図６の場合と同じ
である。

【００３９】これらの２つのグラフを基にして、Ｗのレ
ジストに対する選択比が１．０になるＳＦ₆の濃度を、
エッチング室内の圧力とＲＦ電力密度とを用いて表す
と、 ( SF₆の濃度)=100Po-0.5Pr+50 ・・・（１）となる。

【００４０】ここで、PoはＷ／ｃｍ²の単位で表される
ＲＦ電力密度であり、PrはｍＴｏｒｒの単位で表される
エッチング室内の圧力である。

【００４１】図８には、ＳＦ₆ガスとＯ₂ガスとの混合
ガスを用いた場合（曲線ｂ）と、Ｃｌ₂ガスとＳＦ₆ガ
スとＯ₂ガスとの混合ガスを用いた場合（曲線ａ）のそ
れぞれのエッチング時間とＷ膜との関係を示す図が示さ
れている。

【００４２】試料は、厚さ０．５μｍの酸化膜に接続孔
を開孔し、Ｗを１．０μｍ堆積した後に、レジストを表
面が平坦になるように塗布して作成した。この試料をＳ
Ｆ₆ガスとＯ₂ガスとの混合ガス，Ｃｌ₂ガスとＳＦ₆
ガスとＯ₂ガスとの混合ガスでそれぞれエッチングし
た。

【００４３】ＳＦ₆ガスとＯ₂ガスとの混合ガスを用い
た場合のエッチング条件は、ＳＦ₆ガスの流量を５０Ｓ
ＣＣＭ，Ｏ₂ガスの流量を５０ＳＣＣＭとし、陰極板７
にＲＦ電力密度が０．７５Ｗ／ｃｍ²（ＲＦパワ−＝３
００Ｗ）となる電圧を印加し、エッチング室内の圧力を
５０ｍＴｏｒｒに調整し、基板上での水平磁束密度を１
２０Ｇａｕｓｓに設定し、基板温度を６５℃に加熱し
た。

【００４４】また、Ｃｌ₂ガスとＳＦ₆ガスとＯ₂ガス
との混合ガスを用いた場合のエッチング条件は、Ｃｌ₂
ガスの流量を９ＳＣＣＭ，ＳＦ₆ガスの流量を３６ＳＣ
ＣＭ，Ｏ₂ガスの流量を５５ＳＣＣＭ、ＲＦ電力密度を
０．５８Ｗ／ｃｍ²（ＲＦパワ−＝２３４Ｗ），圧力を
２００ｍＴｏｒｒ，水平磁束密度を１２０Ｇａｕｓｓ，
基板温度を４５℃とした。

【００４５】図８から分かるように、Ｗ膜厚が０．５μ
ｍとなる点がコンタクト深さに相当する位置でエッチン
グの終点の位置である。ＳＦ₆ガスとＯ₂ガスとの混合
ガスを用いた場合、Ｗのエッチング速度は、エッチング
終点までは５００ｎｍ／ｍｉｎ，終点からは１３００ｎ
ｍ／ｍｉｎと著しく速くなっている。この傾向は電力密
度が小さくなると著しくなり、また、圧力が高くなって
も著しくなることが認められた。しかしながら、Ｃｌ₂
ガスとＳＦ₆ガスとＯ₂ガスとの混合ガスを用いた場合
は、エッチングの終点の前後でＷのエッチング速度は変
わらずに、２７０ｎｍ／ｍｉｎとなる。即ち、ＳＦ₆ガ
スとＯ₂ガスとの混合ガスにＣｌ₂ガスを添加したガス
を用いれば、エッチングの終点でＷのエッチング速度の
変動を抑制することができる。このため、埋め込まれた
Ｗ膜の上面が接続孔の上面より凹むという問題を十分解
決することが可能である。

【００４６】また、本発明者等は、図４で説明した方法
でＷ膜をエッチバックし、この後、Ａｌを蒸着してその
形状及び接続孔における抵抗を調べた。なお、接続孔の
直径を０．８μｍとし、接続孔の上面から溢れるＷ膜の
厚さを０．５μｍとした。

【００４７】この結果、Ｗ膜の上面が接続孔の上面より
０．８μｍ以上凹むと、即ち、アスペクト比が１以上に
なると、Ａｌの被覆形状が悪化し断線しやすくなり、且
つ抵抗も上昇し、デバイスとしては適さないことが分か
った。また、接続孔の直径を変えても、アスペクト比が
１以上になると、Ａｌの被覆形状が悪化し、デバイスと
しては適さなくなること分かった。

【００４８】また、Ｗ膜の上面が接続孔の上面より０．
０５μｍ以上出っ張ると、その出っ張ったＷ膜の傾斜部
でＡＩの被覆形状が悪化して断線し易くなる。

【００４９】したがって、Ｗ膜の上面の位置としては、
接続孔の上面を基準として凹みが０．８μｍ以下、且つ
出っ張りが０．０５μｍ以下でなくてはならない。Ｗ膜
の凹みが０．８μｍ以下、且つ出っ張りが０．０５μｍ
以下にするには、Ｗ膜のレジストに対する選択比を０．
９から２．６の間にすればよい。その範囲は、図５，図
６に示された斜線の範囲となる。また、接続孔の直径を
Ｆ（μｍ），接続孔の上面より溢れたＷ膜の厚さをＲ
（μｍ）とし、（１）式を利用すると、Ｗのレジストに
対する選択比が０．９〜２．６となるＳＦ₆の濃度の範
囲は、 100Po-0.5Pr+50-1.1{(F-0.05) ÷F} ≦( SF₆の流量) ÷{(Cl₂の流量)+( SF₆の流量)} ≦100Po-0.5Pr+50+13.5{(F+R) ÷F} となる。

【００５０】次に図４の方法においてＳＦ₆濃度がＷ膜
のレジストに対する選択比が１．０以外に設定された場
合について説明する。

【００５１】Ｗ膜３４のエッチング速度がレジスト３５
のエッチングより速い場合には、図９（ａ）に示すよう
に、Ｗ膜３４はその中心部が凹むようにエッチングされ
る。また、層間絶縁膜３２の上面でＷ膜３４のエッチン
グを終了した場合には、図９（ｂ）に示すように、接続
孔３３の外側にＷ膜３４が残ってしまう。

【００５２】一方、Ｗ膜３４のエッチング速度よりもレ
ジスト３５のエッチング速度が速い場合には、図１０
（ａ）に示すように、Ｗ膜３４はその中心部が出っ張っ
るようにエッチングされる。そして、図１０（ｂ）に示
すように、レジスト３５が完全に除去された後もエッチ
ングを行ない、接続孔３３の上面から溢れているＷ膜３
４を除去すると、図１０（ｃ）に示すように、接続孔３
３の外側にＷ膜３４が残るということはない。ここで、
被覆形状の悪化による断線を防止するために、上述した
ように、接続孔３２より溢れるＷ膜３４の膜厚を０．０
５μｍ以下にする。このようなＷ膜３４を得るには、次
式（２）で規定された範囲内においてエッチングを行な
えば良い。

【００５３】１≦Ｓ≦Ｆ÷（Ｆ−０．０５）・・・（２）ここで、ＳはＷ膜３４の層間絶縁膜３２に対する選択比
であり、Ｆは接続孔３２より溢れるＷ膜３４の厚さであ
る。

【００５４】次に本発明の第３の実施例に係る接続孔の
埋め込み方法を説明する。

【００５５】本実施例の方法が第２の実施例のそれと異
なる点は、エッチングガスとしてＣｌ₂ガスとＳＦ₆ガ
スとＯ₂ガスとの混合ガスを用いたことにある。このよ
うなエッチングガスを用いると、酸素ラジカルとレジス
ト中の炭素原子とが結合する際に生成される一酸化炭素
（ＣＯ）が放電中に発光する。図１１に図１のエッチン
グ装置を用いた場合のエッチング時間とＣＯに起因する
発光強度との関係を示す特性図を示す。

【００５６】これはエッチング室内に流量がそれぞれ９
ＳＣＣＭ，３６ＳＣＣＭ，５５ＳＣＣＭのＣｌ₂ガス，
ＳＦ₆ガス，Ｏ₂ガスを導入し、下部電極７にＲＦ電力
密度を０．５８Ｗ／ｃｍ²となる電圧を印加し、エッチ
ング室内の圧力を２００ｍＴｏｒｒに調圧し、基板上で
の水平磁束密度を１２０Ｇａｕｓｓに設定し、基板温度
を４５℃に加熱し、波長４５１ｎｍの発光光を測定して
得られたものである。この条件でのエッチングレートの
平均値は２８０ｎｍ／ｍｉｎであった。なお、レジスト
の膜厚は４５０ｎｍとした。

【００５７】この図からＣＯの発光強度は、エッチング
時間が１分３０秒を過ぎると減少し始め、１分４５秒ま
で減少し、それ以降は一定の値となることが分かる。Ｃ
Ｏの発光強度がこのように変化するのは、１分３０秒を
過ぎると、レジストの無い領域が広がり始めて発光強度
が減少し、そして１分４５秒で全てのレジストが無くな
り、発光強度の減少が止まるからである。このため、Ｃ
Ｏの発光強度をモニタすることで、エッチングの終点検
出ができる。即ち、ＣＯの発光強度が減少した後、一定
の値になった時にエッチングを終えれば良い。

【００５８】かくして本実施例によれば、ＣＯの発光強
度をモニタすることでエッチングの終点検出を行なえる
ので、Ｗ膜のオ−バ−エッチング等を防止でき、もって
表面形状が平坦な良好な埋め込み形状が容易に得られ
る。

【００５９】図１２，図１３，図１４には、それぞれエ
ッチングガスとしてＣｌ₂，ＳＦ₆，Ｏ₂の混合ガスを
用い場合に、Ｗのレジストに対する選択比が１．０にな
るときのエッチング室内の圧力とＯ₂濃度との関係を表
すグラフ，エッチング室内の圧力とＳＦ₆濃度との関係
を表すグラフ，Ｃｌ₂濃度とＯ₂濃度との関係を表すグ
ラフが示されている。エッチング条件は、図１２の場合
には、基板上での水平磁束密度を１２０Ｇａｕｓｓ，基
板温度を４５℃，ＲＦ電力密度を０．５８Ｗ／ｃｍ²，
そしてＣｌ₂とＳＦ₆との流量比を１：４とした。図１
３の場合には、エッチング室内の圧力を７５ｍＴｏｒ
ｒ，Ｃｌ₂とＳＦ₆との流量比を１：４とした。図１４
の場合には、ＲＦ電力密度を０．５８Ｗ／ｃｍ²，エッ
チング室内の圧力を７５ｍＴｏｒｒとした。また、Ｃｌ
₂濃度，Ｏ₂濃度はそれぞれ次式のように定義されてい
る。

【００６０】(O₂の濃度)=(O₂の流量 )÷100{( Cl₂の
流量)+( SF₂の流量)+(O₂の流量)}( Cl₂の濃度)=( Cl
₂の流量 )÷100{( Cl₂の流量)+( SF₆の流量)+(O₂の
流量)} これらのグラフを基にして、Ｗ膜のレジストに対する選
択比が１．０になるときのＯ₂の濃度を、圧力とＲＦ電
力密度とＣｌ₂の濃度との関数の次式（３）のようにな
る。

【００６１】 (O₂の濃度)=-240Po+0.44Pr-0.8(Cl₂の濃度)+115 ・・・（３）また、前述と同じ理由により、Ｗ膜に対するレジストの
選択比が０．９〜２．６になる範囲は、図１２，図１
３，図１４の斜線の範囲となる。また、接続孔の直径を
Ｒ（μｍ），接続孔の上面より溢れたＷ膜の厚さをＦ
（μｍ）とし、（３）式を利用すると、Ｗのレジストに
対する選択比が０．９〜２．６となるＳＦ₆の濃度の範
囲は、 -240Po+0.44Pr-0.8[( Cl₂の流量) ÷{(Cl₂の流量)+(
SF₆の流量)+( O₂の流量)}]+115-28.8{ (F+R) ÷F}≦
(O₂の流量) ÷{(Cl₂の流量)+( SF₆の流量)+(O₂の流
量)}≦-240Po+0.44Pr-0.8[( Cl₂の流量) ÷{(Cl₂の流
量)+( SF₆の流量)+( O₂の流量)}]+115+11.1{(F-0.05)
÷F} となる。

【００６２】また、Ｗ膜のレジストに対する選択比を
１．０以下、接続孔より溢れるＷ膜の厚さを０．０５μ
ｍ以下にするには、先の実施例と同様に式（２）で規定
された範囲内においてエッチングを行なえば良い。

【００６３】図１５，図１６には、それぞれエッチング
ガスとしてＳＦ₆，Ｏ₂の混合ガスを用い場合に、Ｗの
レジストに対する選択比が１．０になるときのエッチン
グ室内の圧力とＯ₂濃度との関係を表すグラフ，ＲＦ電
力密度とＯ₂濃度との関係を表すグラフが示されてい
る。エッチング条件は、基板上での水平磁束密度を１２
０Ｇａｕｓｓ，基板温度を６５℃とした。そして、図１
５の場合には、ＲＦ電力密度を０．７５Ｗ／ｃｍ²に固
定し、図１６の場合には、エッチング室内の圧力を５０
ｍＴｏｒｒに固定している。また、Ｏ₂濃度は次式のよ
うに定義されている。

【００６４】(O₂の濃度)=(O₂の流量 )÷100{( SF₂の
流量)+(O₂の流量)} これらのグラフを基にして、Ｗ膜のレジストに対する選
択比が１．０になるときのＯ₂の濃度を、圧力とＲＦ電
力密度で表すと次式（４）のようになる。

【００６５】 (O₂の濃度)=-240Po+0.38Pr+210 ・・・（４）また、前述と同じ理由により、Ｗ膜に対するレジストの
選択比が０．９〜２．６になる範囲は、図１５，図１６
の斜線の範囲となる。また、接続孔の直径をＲ（μ
ｍ），接続孔の上面より溢れたＷ膜の厚さをＦ（μｍ）
とし、（４）式を利用すると、Ｗのレジストに対する選
択比が０．９〜２．６となるＳＦ₆の濃度の範囲は、 -240Po+0.38Pr+210-28.8{[ (F+R)÷F }≦(O2 の流量)
÷{(SF6 の流量)+(O2 の流量)}≦-240Po+0.38Pr+210+1
1.1{ (F-0.05)÷F } となる。

【００６６】また、本発明者等は、図１のエッチング装
置を用い、エッチングガスとしてＳＦ₆ガスとＯ₂ガス
との混合ガスを用いた場合のエッチング時間とＣＯに起
因する発光強度との関係を調べてみた。

【００６７】即ち、エッチング室内に流量５０ＳＣＣＭ
のＳＦ₆ガス，流量５０ＳＣＣＭのＯ₂ガスを導入し、
下部電極７にＲＦ電力密度を０．７５Ｗ／ｃｍ²となる
電圧を印加し、エッチング室内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ
に調圧し、基板上での水平磁束密度を１２０Ｇａｕｓｓ
に設定し、基板温度を６５℃に加熱し、波長４５１ｎｍ
の発光光を測定した。なお、エッチングレートの平均値
は５２０μ／ｍｉｎ、レジストの膜厚は８００ｎｍとし
た。

【００６８】この結果、図１１と同様な特性図が得られ
た。即ち、エッチング時間が１分３０秒を過ぎると減少
し始め、１分４５秒まで減少し、それ以降は一定の値と
なったる。

【００６９】したがって、エッチングガスとしてＣｌ₂
ガス，ＳＦ₆ガス，Ｏ₂ガスを用い場合と同様に、ＣＯ
の発光強度をモニタすることで、エッチングの終点検出
ができるので、表面形状が平坦な良好な埋め込み形状が
容易に得られる。

【００７０】なお、上記実施例では、Ｗ膜について説明
したが他の金属膜でも同様な効果が期待できる。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施できる。

【００７１】

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、以
上詳述したように本発明によれば、Ｗ膜のレジストに対
する選択比を１．０にできるので、表面に凹凸があるＷ
膜を平坦化できたり、深さが異なる複数の接続孔がある
場合でも、断線不良等を招くこと無く全ての接続孔をそ
の上面までＷ膜を埋め込むことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るドライエッチング
装置の概略構成図。

【図２】図１のドライエッチング装置を用いたＷ膜の平
坦化の方法を説明するための工程断面図。

【図３】ＳＦ₆濃度とエッチング速度との関係を示す特
性図。

【図４】本発明の第２の実施例に係る接続孔の埋め込み
方法を説明するための工程断面図。

【図５】異なる深さの接続孔がある場合の埋め込み方法
を説明するための工程断面図。

【図６】ＳＦ₆濃度とエッチング室の圧力との関係を示
す図。

【図７】ＳＦ₆濃度とＲＦ電力密度との関係を示す図。

【図８】エッチング時間とＷ膜厚との関係を示す図。

【図９】Ｗのエッチング速度がレジストのエッチングよ
り速い場合の埋め込み形状を示す図。

【図１０】Ｗのエッチング速度がレジストのエッチング
より遅い場合の埋め込み形状を示す図。

【図１１】エッチング時間と発光強度との関係を示す特
性図。

【図１２】圧力とＯ₂濃度との関係を示す図。

【図１３】圧力とＳＦ₆濃度との関係を示す図。

【図１４】Ｃｌ₂濃度とＯ₂濃度との関係を示す図。

【図１５】圧力とＯ₂濃度との関係を示す図。

【図１６】ＲＦ電力密度とＯ₂濃度との関係を示す図。

【図１７】従来の接続孔の埋め込み方法の問題点を説明
するための図。

【図１８】従来の接続孔の埋め込み方法の問題点を説明
するための図。

【符号の説明】

１…反応容器、２…エッチング室、３…ガス導入口、４
…排気口、５…永久磁石、６…、７…陰極板、８…マッ
チング回路、９…電源、１０ａ，１０ｂ…冷却管、１１
…ポリイミド膜、１２…銅板、１３…電源、１４…ガス
導入管、１５…絶縁部材、１６…絶縁部材、１７…被処
理基板、１８…陽極板、２１…基板、２２…Ｗ膜、２３
…レジスト、３１…基板、３２…層間絶縁膜、３３…接
続孔、３４…Ｗ膜、３５…レジスト、４１…基板、４２
…層間絶縁膜、４３…Ａｌ膜、４４…レジスト、４５，
４５ａ，４５ｂ…接続孔、４６…露光光、４７…反射
光、４８…レジストパタ−ン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に凹凸がある基板上にタングステン膜
を堆積する工程と、このタングステン膜上にレジストを塗布する工程と、塩素と六弗化硫黄とを有するエッチングガスを放電させ
て前記タングステン膜と前記レジストとをエッチング
し、前記タングステン膜を平坦化する工程とを有するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】基板上に設けられた絶縁膜に深さが異なる
複数の接続孔を形成する工程と、選択ＣＶＤ法を用いて最も深い接続孔の上面までタング
ステン膜が充填されるべく前記接続孔内にタングステン
膜を選択的に形成する工程と、前記絶縁膜上に前記タングステン膜が覆われるようにレ
ジストを塗布する工程と、塩素と六弗化硫黄とを有するエッチングガスを放電させ
て前記タングステン膜と前記レジストとをエッチング
し、前記接続孔に前記タングステン膜を埋め込む工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記タングステン膜及び前記レジストのエ
ッチングは、反応容器内に前記基板を収容し、前記反応
容器に高周波電力を与えて前記エッチングガスを放電さ
せ、且つ前記高周波電力の電力密度をＰo（Ｗ／ｃ
ｍ²），前記反応容器内の圧力Ｐr（ｍＴｏｒｒ），前
記接続孔の直径をＲ（μｍ），前記接続孔の上面から溢
れるタングステン膜の厚さをＦ（μｍ）とした場合に、
前記塩素の流量と前記六弗化硫黄の流量とを、 100Po-0.5Pr+50-1.1 {(F-0.05) ÷F} ≦( 六弗化硫黄の流量 )÷{(塩素の流量)+( 六弗化硫黄
の流量 )} ≦100Po-0.5Pr+50+13.5 {(F+R)÷Ｆ｝に設定して行うことを特徴とする請求項２に記載の半導
体装置の製造方法。