JP3676140B2 - エッチング終点検出方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、埋め込み配線を形成する際の層間絶縁膜をエッチング時のエッチング深さを制御する終点検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体基板に埋め込み配線を形成するダマシン(Damascene) 工程を図１３及び図１４を参照して説明する。図１３及び図１４は、半導体基板上に形成された絶縁膜に配線を埋め込む製造工程断面図である。シリコン半導体基板１００に、例えば、有機溶剤に溶けガラス溶液から形成されたＳＯＧ(Spin On Glass) 膜といわれる有機シリコン酸化膜であるシリコン酸化膜図１４を形成する（図１３（ａ））。次に、有機シリコン酸化膜１０１上にフォトレジスト膜１０２を形成し、これをパターニングして開口部を形成する。パターニングされたフォトレジスト膜１０２をマスクにして、例えば、ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)などの異方向エッチングを用いて所定の深さまでエッチングすることにより配線溝１０３を形成する（図１３（ｂ））。配線溝と一体化された接続孔を同時に形成する場合もある。次に、フォトレジスト膜１０２を除去してから厚さ１００ｎｍ程度の窒化チタン（ＴｉＮ）膜１０４を配線溝１０３を含めて有機シリコン酸化膜１０１に堆積させる。そして、この窒化チタン膜１０４の上及び配線溝１０３内部にＣＶＤ(Chemical Vapour Deposition)法により厚さ８００ｎｍ程度のタングステン膜１０５を堆積させる（図１４（ａ））。
【０００３】
次に、例えば、ＳＦ6 ガスを用いたＲＩＥによりタングステン膜１０５をエッチング速度１００ｎｍ／ｍｉｎ程度でエッチバックする。このエッチングでは、窒化チタンは、ほとんどエッチングされないので、次の工程では、Ｃｌ2 ガスを用いたＲＩＥにより有機シリコン酸化膜１０１上の窒化チタン膜１０４を除去し、配線溝１０３内部にのみ窒化チタン膜１０４とタングステン膜１０５から構成された埋め込み配線を形成する（図１４（ｂ））。この埋め込み配線にはタングステン膜を用いているが、Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ｃｕのような配線材料を用い、ＣＭＰにより、有機シリコン酸化膜と選択性を持たせ、配線を形成しても良い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の溝加工は、層間絶縁膜の部分エッチングのため、エッチング深さを終点検出及びモニタなどを用い、リアルタイムで制御することは非常に困難である。このため、エッチング深さを決める場合は、予め時間を決めておく時間指定で行っている。この時間指定により、ロット間及びウエハー間での下地に対する層間絶縁膜のばらつきがあった場合、エッチング深さの制御を行うのに非常に困難をともなっている。
また最近ではエッチング深さを面内で均一にするためストッパー膜を引いている。しかし、層間絶縁膜のストッパー膜は、通常そのまま半導体装置内に作り込まれるものであるのにも拘らず、誘電率が高く、層間絶縁膜に挟まれていると、層間絶縁膜全体の誘電率が上がり、その結果、配線容量が大きくなって伝播速度が遅くなってしまうという問題があった。
本発明は、このような事情によりなされたものであり、半導体基板に埋め込み配線を形成する際に行われる層間絶縁膜のエッチングを行う場合に、新規な構造の層間絶縁膜を用いてエッチングの終点検出を速やかに行うことを特徴とする終点検出方法を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、層間絶縁膜を所定の深さまで深さ方向に部分エッチングを行う工程を備え、前記層間絶縁膜は、エッチングされる上部分とエッチングされない下部分から構成され、前記上部分がエッチングされて前記下部分が露出したときのエッチング生成物より発光される光の変化によりエッチング終点を検出する方法に関するものである。また、この光の変化を得るために層間絶縁膜の下部分の表面に薄くＣ及びＯが多い表面層を形成するか、あるいは、前記下部分表面のＣ及びＯの多い改質層を形成する。この結果、部分エッチングの際、上部分及び下部分間での反応生成物が変化し、発光により検出が容易になる。したがって、Ｉｎ−ｓｉｔｕでエッチングの深さの制御が可能となる。
【０００７】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、同じ材質からなる上層及び下層の絶縁膜をそれぞれ熱処理温度を変えて順次積層形成する工程と、前記絶縁膜の前記上層をエッチングして開口部を形成する工程と、前記絶縁膜のエッチングにおいて発光される光の変化に応じてエッチングを停止する工程と、前記開口部内に導電材を形成する工程とを具備することを特徴としている。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に下層の絶縁膜を形成する工程と、前記下層の絶縁膜の表面をエッチング処理して改質層を形成する工程と、前記改質層上に上層の絶縁膜を形成する工程と、前記上層の絶縁膜をエッチングして開口部を形成する工程と、前記上層の絶縁膜のエッチングにおいて発光される光の変化に応じてエッチングを停止する工程と、前記開口部内に導電材を形成する工程を具備し、前記改質層は、前記上層の絶縁膜よりも炭素又は酸素を多く含むことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して発明の実施の形態を説明する。
まず、図１乃至図５、図１５を参照して第１の実施例を説明する。
図１は、マグネトロンＲＩＥ装置の概略断面図、図２は、層間絶縁膜のエッチングを説明する工程断面図、図３は、発光確認モニタによるエッチング時間と発光強度との関係を示す特性図、図４は、層間絶縁膜のエッチングを説明する工程断面図、図５は、発光確認モニターの示す発光強度−時間特性を示す特性図、図１５は、エッチング処理後の工程を説明する工程断面図である。図１のマグネトロンＲＩＥ装置は、真空チャンバ１０を有し、この真空チャンバ１０の内部には、シリコンウェーハなどの被処理物１２を載置する載置台１３が設けられている。この載置台１３には高周波電極１７が取り付けられており、これに対向して対向電極１４が設けられている。載置台１３は、温度調節機構を有しており、被処理物１２の温度を制御できるように構成されている。また、真空チャンバ１０の天壁には、ガス導入管１５が接続されている。ガス導入管１５から真空チャンバ１０にガスが導入され、排気口１６の弁によって圧力が調整される。圧力が安定を示した後、載置台１３下の高周波電極１７から高周波を印可することにより真空チャンバ１０の内部にプラズマが発生する。
【００１０】
また、真空チャンバ１０の外周部には磁石１８が設けられており、真空中に高密度な磁界を作り、プラズマ中のイオンに異方性を持たせ、これにより被処理物１２がプラズマエッチングされる。また、エッチング生成物が出たときに、発光により光の強度を確認できる終点検出装置（発光検出装置）１９が真空チャンバー１０内に装着されている。
この実施例ではマグネトロンＲＩＥ装置を使用したが、これ以外にも、ＥＣＲ、ヘリコン、誘電結合型プラズマ等の他のドライエッチング装置を用いることも可能である。
図２は、この実施例の層間絶縁膜をエッチングする工程を説明する断面図である。４００ｎｍ厚程度２度塗布して形成したＳＯＧ膜のような有機シリコン酸化膜（１層目４、２層目３）に、反射防止膜２を塗布する。この反射防止膜２にフォレジスト膜１を形成し、これを配線形状にパターニングをする。また、有機シリコン酸化膜を塗布する際に、一層目の膜４は、３５０℃、二層目の膜３は、４００℃で熱処理を行っている。次に、このエッチング装置を用いて配線の溝加工を行う。終点検出装置１９を使用し、モニタにより、ＣＯの発光が検出できるように３７０（ｎｍ）の波長に合わせている。
【００１１】
この実施例のエッチング条件として、４０（ｍＴｏｒｒ）、１４００（Ｗ）、ＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ＝２５／７５（ｓｃｃｍ）、下部電極温度２０℃で行っている。まず、反射防止膜２を加工してから、層間絶縁膜の第１層目の膜３をエッチングする。
その結果、このエッチング時において有機シリコン酸化膜が、４００ｎｍ削れた時点で、図３に示すように、終点検出モニタの発光強度の変化をみることができる。図３は、発光確認モニタの発光強度と時間との関係を示す特性図である。この特性図を説明すると、有機シリコン酸化膜を二回目塗布して熱処理を行う際に、一層目の膜４からは有機シリコン酸化膜から放出されるＣが少なく（▲１▼の領域）、一層目の膜４と二層目の膜３との界面層（▲２▼の領域）を境にＣを多く有する有機シリコン酸化膜が形成されるので有機シリコン酸化膜から放出されるＣが▲１▼の領域と比較して多く放出されるので波形が上昇（▲２▼の領域）し、▲３▼の領域でＣＯの発光が確認されたと考えられる。この実施例では、一層目を３５０℃、二層目を４００℃で成膜しているが、他の温度で成膜温度を変化させても終点検出モニタの発光強度の変化を確認することができる。波形の変化する時エッチングを止めることにより、深さ制御が容易にできる。
【００１２】
また、終点検出モニターの波長をＣＯの検出できる、４５１、４８４、５２０、５６１（ｎｍ）としても良い。上の例では１層目を３５０℃、二層目を４００℃にしているが、一層目を４００℃、二層目を３５０℃にすると、図３に示すように、発光強度が二層目のエッチングの際下がる。このような構成により発光が確認される。
また、図４に示すように、溝の配線加工を深さ２００ｎｍとしたい場合、上部の二層目の膜３を２００ｎｍ厚に有機シリコン酸化膜を塗布することにより、終点検出モニタで２００ｎｍ削れた時、図２と同様に発光強度の変化を確認することができた。図５に示すように、二層目の膜３がエッチングされている時は、発光強度は低く（▲１▼の領域）、一層目の膜４と二層目の膜３との界面層（▲２▼の領域）を境にＣが多く含まれる有機シリコン酸化膜が形成されるので▲３▼の領域で発光強度が強くなる。上の例では１層目を３５０℃、二層目を４００℃にしているが、一層目を４００℃、二層目を３５０℃にすると、図５に示すように、発光強度が二層目のエッチングの際下がる。このような構成により発光が確認される。この温度を逆にすると膜の信頼性が損なわれないという効果がある。
【００１３】
図４では、２００ｎｍ及び４００ｎｍの深さで膜厚制御を行っているが、深さに応じて本発明の方法を使用すれば深さの制御を正確にエッチングすることが可能になる。つまり、制御したい深さに膜厚を制御することにより、容易に加工可能である。
この実施例のエッチングガス条件として、ＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ガスを使用しているが、Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ2 、ＣＦ4 ／ＣＯ等の条件であっても同様の効果を得ることができた。
この実施例では、配線パターンを使用したが、コンタクトホールパターン及びその他のパターンであっても同様の効果が得られた。
この実施例では有機シリコン酸化膜を用いているが、成膜温度、エッチング条件を最適化することにより、無機シリコン酸化膜、シリコン窒化酸化膜などにおいても同様に終点検出により、深さ制御を確認することができる。
この実施例では、フォトレジストをマスクとして使用しているが、マスクをシリコン窒化膜マスク、カーボンマスクもしくはメタルマスク（アルミマスク、ポリシリコン、ニオブマスク、銅マスクなど）でも同様の結果が得られる。
【００１４】
また、この実施例では二層目の膜についての終点検出について述べているが、用途に合わせて三層目以上の膜の終点検出を使用しても充分可能である。すなわち、二層目上に三層目を熱処理温度を変えて形成して終点検出を同様に行う。
図１５は、図４に示す層間絶縁膜３、４に形成された溝に窒化チタン膜７及びタングステン膜８を埋め込んで形成した配線構造を示すものである。図５に示すように、有機シリコン酸化膜を二回目塗布して熱処理を行う際に、一層目の膜４からは有機シリコン酸化膜から放出されるＣが少なく（▲１▼の領域）、一層目の膜４と二層目の膜３との界面層（▲２▼の領域）を境にＣを多く有する有機シリコン酸化膜が形成されるので有機シリコン酸化膜から放出されるＣが▲１▼の領域と比較して多く放出されるので波形が上昇（▲２▼の領域）し、▲３▼の領域でＣＯの発光が確認されたと考えられる。この実施例では、一層目を３５０℃、二層目を４００℃で成膜しているが、他の温度で成膜温度を変化させても終点検出モニタの発光強度の変化を確認することができる。波形の変化する時エッチングを止めることにより、深さ制御が容易にできる。
【００１５】
次に、図６乃至図１０を参照して第２の実施例を説明する。
この実施例では改質層を層間絶縁膜の下層部分と上層部分の中間に形成することを特徴としている。
まず、有機シリコン酸化膜の内膜厚４００ｎｍの一層目４を塗布した後、厚さ２０ｎｍ程度の改質膜５を形成する。その後、エッチング深さの制御を行う膜厚で有機シリコン酸化膜の二層目３を４００ｎｍ程度塗布する。この一層目４及び二層目３から構成され改質層５を間に挟む有機シリコン酸化膜の上に反射防止膜２を形成する。この反射防止膜２にフォレジスト膜１を形成し、これを配線形状にパターニングをする。また、有機シリコン酸化膜を塗布する際に、一層目の膜４は、４００℃、二層目の膜３は、４００℃で熱処理を行っている（図６）。
次に、図１に示すエッチング装置を用いて配線の溝加工を行う。終点検出装置１９を使用し、モニタにより、ＣＯの発光が検出できるように３７０（ｎｍ）の波長に合わせている。この実施例のエッチング条件として、４０（ｍＴｏｒｒ）、１４００（Ｗ）、ＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ＝２５／７５（ｓｃｃｍ）、下部電極温度２０℃で行っている。まず、反射防止膜２を加工してから、層間絶縁膜の第１層目の膜３をエッチングする（図７（ｂ））。
【００１６】
その結果、このエッチング時において有機シリコン酸化膜が、４００ｎｍ削れた時点（図７（ｃ））で、図８に示すように、終点検出モニタの発光強度の変化をみることができる。図８は、発光確認モニタの発光強度と時間との関係を示す特性図である。この特性図を説明すると、有機シリコン酸化膜を二回目塗布して熱処理を行う際に、二層目の膜３、一層目の膜４からは有機シリコン酸化膜から放出されるＣが少なく（▲１▼の領域、▲３▼の領域）、改質層５（▲２▼の領域）は、Ｃ又はＯが多い、例えば、ＳＯＧ膜などの有機シリコン酸化膜が形成されるので、▲２▼の領域でＣＯの発光が確認されたと考えられる。改質層５の内容によって図８のモニタ曲線は、異なり、▲２▼の領域において、Ｃが多いときには、発光強度は、高く、Ｏが多いときには発光強度は低くなっている。つまり、一層目４と二層目３は、同じ発光特性を示し、改質層５のみ発光強度が変化するのでこの部分でエッチ終点が容易に検出できる。
この実施例では、一層目、二層目ともに４００℃で成膜しているが、ほぼ同じ温度で一層目と二層目を成膜するのであれば所定の範囲内で成膜温度を変化させても終点検出モニタの発光強度の変化を確認することができる。これにより、改質層を用いることで発光深さを制御することができる。また、熱処理温度を一層目と二層目とはほぼ同じ温度に設定すると、改質層での波形の変化が見易い。
【００１７】
表面改質方法により改質層５を形成する手段を次（▲１▼〜▲５▼）に示す。▲１▼Ｏ2 、Ｎ2 、ＣＯなどの各単一ガス又はこれらの混合ガスを用いたＲＩＥ処理により改質層を形成する。▲２▼ＣＦ系、Ｏ2 などの各単ガス又はこれらの混合ガスを用いたアッシャー処理を行うことにより改質層を形成する。▲３▼ＣＦ系、Ｏ2 などの各単一ガス又はこれらの混合ガスによりＣＤＥ(Chemical Dry Etching)処理により改質層を形成する。▲４▼ＨＦ酸もしくは弗酸蒸気などを用いたウエットエッチング処理により改質層を形成する。▲５▼電子線もしくはエネルギー波などを用いて表面照射することにより改質層を形成する。これらの表面改質方法により、Ｃ又はＯが多い改質層が形成される。
この改質層を介在させ、上記した条件でエッチングを行うことにより、図７に示す様に、有機シリコン酸化膜を４００ｎｍエッチングを行った時点でＣＯの発光を確認でき、これにより終点検出が行われる。この時、終点検出モニタの波長は、ＣＯの検出できる３７０（ｎｍ）としているが、ＣＯの発光が検出できる４５１、４８４、５２０、５６１（ｎｍ）としても良い。
この実施例は、エッチングのガス条件として、ＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ３ガスを使用しているが、Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ／０2 、ＣＦ4 ／ＣＯ等の条件に変えても同様の効果を得ることができた。
【００１８】
この実施例は、配線パタ−ンを使用したが、コンタクトホ−ルパタ−ン及びその他のパタ−ンにおいても同様の傾向が得られる。
この実施例では、ＳＯＧ膜のような有機シリコン酸化膜を用いているが、成膜温度、エッチング条件を最適化させることにより無機シリコン酸化膜、シリコン窒化酸化膜などを用いても同様に本発明の終点検出が行うことができる。
また、この実施例ではフォトレジストマスクを使用しているが、マスクをシリコン窒化膜マスク、カ−ボンマスクもしくはメタルマスク（アルミマスク、ポリシリコン、ニオブマスク、銅マスクなど）でも同様の効果が得られる。
【００１９】
次に、図９及び図１０を参照してエッチングの終点検出を説明する。
この実施例では改質層を層間絶縁膜の下層部分と上層部分の中間に形成し、しかも上層部分を下層部分より薄くすることを特徴としている。
まず、有機シリコン酸化膜の内膜厚６００ｎｍの一層目４を塗布した後、厚さ２０ｎｍ程度の改質膜５を形成する。その後、エッチング深さの制御を行う膜厚で有機シリコン酸化膜の二層目３を２００ｎｍ程度塗布する。この一層目４及び二層目３から構成され改質層５を間に挟む有機シリコン酸化膜の上に反射防止膜２を形成する。この反射防止膜２にフォレジスト膜１を形成し、これを配線形状にパターニングをする（図９（ａ））。有機シリコン酸化膜を塗布する際に、一層目の膜４は、４００℃、二層目の膜３は、４００℃で熱処理を行っている。
次に、図１に示すエッチング装置を用いて配線の溝加工を行う。終点検出装置１９を使用し、モニタにより、ＣＯの発光が検出できるように３７０（ｎｍ）の波長に合わせている。この実施例のエッチング条件として、４０（ｍＴｏｒｒ）、１４００（Ｗ）、ＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ＝２５／７５（ｓｃｃｍ）、下部電極温度２０℃で行っている。まず、反射防止膜２を加工してから、層間絶縁膜の第１層目の膜３をエッチングする（図９（ｂ））。
【００２０】
その結果、このエッチング時において有機シリコン酸化膜が、４００ｎｍ削れた時点（図９（ｃ））で、図１０に示すように、終点検出モニタの発光強度の変化をみることができる。図１０は、発光確認モニタの発光強度と時間との関係を示す特性図である。この特性図を説明すると、有機シリコン酸化膜を二回目塗布して熱処理を行う際に、二層目の膜３、一層目の膜４からは有機シリコン酸化膜から放出されるＣが少ない（▲１▼の領域、▲３▼の領域）、改質層５（▲２▼の領域）は、Ｃ又はＯが多い、例えば、ＳＯＧ膜などの有機シリコン酸化膜が形成されるので、▲２▼の領域でＣＯの発光が確認されたと考えられる。改質層５の内容によって図１０のモニタ曲線は、異なり、▲２▼の領域において、Ｃを多く有するときには、発光強度は高く、Ｏを多く有するときには発光強度は低くなっている。つまり、一層目４と二層目３は、同じ発光特性を示し、改質層５のみ発光強度が変化するのでこの部分でエッチング終点が容易に検出できる。
この実施例では、一層目、二層目ともに４００℃で成膜しているが、ほぼ同じ温度で一層目と二層目を成膜するのであれば所定の範囲内で成膜温度を変化させても終点検出モニタの発光強度の変化を確認することができる。これにより、改質層を用いることで発光深さを制御することができる。
【００２１】
表面改質方法により改質層５を形成する手段は、図７の場合と同じである。
この改質層を介在させ、上記した条件でエッチングを行うことにより、図９に示す様に、有機シリコン酸化膜を４００ｎｍエッチングを行った時点でＣＯの発光を確認でき、これにより終点検出が行われる。この時、終点検出モニタの波長は、ＣＯの検出できる３７０（ｎｍ）としているが、ＣＯの発光が検出できる４５１、４８４、５２０、５６１（ｎｍ）としても良い。
この実施例は、エッチングのガス条件として、ＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ３ガスを使用しているが、Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ／０2 、ＣＦ4 ／ＣＯ等を使用しても同様の効果を得ることができた。
このように、配線溝の配線加工を２００ｎｍとしたい場合には、上層部分の二層目を２００ｎｍ厚に有機シリコン酸化膜を塗布する。これににより、終点検出モニタで有機シリコン酸化膜が２００ｎｍ削れた時に、図７の場合と同様に発光強度の変化を確認することができた。この実施例では２００ｎｍ厚及び４００ｎｍ厚の膜厚制御を行っているが、深さに応じて、この実施例の方法を用いれば深さの制御性の高いエッチングを行うことができる。
また、この実施例では二層の膜を用いた終点検出方法について述べているが、用途に合わせて、三層以上の検出方法の使用も可能である。
【００２２】
次に、図１１及び図１２を参照して第３の実施例を説明する。
この実施例では改質層とは異なる層間絶縁膜とは別な非常に薄い有機シリコン酸化膜を層間絶縁膜の下層部分と上層部分の中間に形成することを特徴としている。
まず、有機シリコン酸化膜の内膜厚４００ｎｍの一層目４を塗布した後、薄い膜６を形成する。その後、エッチング深さの制御を行う膜厚で有機シリコン酸化膜の二層目３を４００ｎｍ程度塗布する。この一層目４及び二層目３から構成され薄い膜６を間に挟む有機シリコン酸化膜の上に反射防止膜２を形成する。この反射防止膜２にフォレジスト膜１を形成し、これを配線形状にパターニングをする。また、有機シリコン酸化膜を塗布する際に、一層目、二層目ともに４００℃で熱処理を行っている。この時、有機シリコン酸化膜６がＣの含有量の多い膜を用いる。第２の実施例と同様に熱処理温度を同じにすると波形の変化が見易いという効果がある。
【００２３】
次に、図１に示すエッチング装置を用いて配線の溝加工を行う。終点検出装置１９を使用し、モニタにより、ＣＯの発光が検出できるように３７０（ｎｍ）の波長に合わせている。この実施例のエッチング条件として、４０（ｍＴｏｒｒ）、１４００（Ｗ）、ＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ＝２５／７５（ｓｃｃｍ）、下部電極温度２０℃で行っている。まず、反射防止膜２を加工してから、層間絶縁膜の第１層目の膜３をエッチングする（図１１（ｂ））。
その結果、このエッチング時において有機シリコン酸化膜が、４００ｎｍ削れた時点（図１１（ｃ））で、図１２に示すように、終点検出モニタの発光強度の変化をみることができる。図１２は、発光確認モニタの発光強度と時間との関係を示す特性図である。この特性図を説明すると、有機シリコン酸化膜を二回目塗布して熱処理を行う際に、二層目の膜３、一層目の膜４からは有機シリコン酸化膜から放出されるＣが少なく（▲１▼の領域、▲３▼の領域）、薄い膜６（▲２▼の領域）は、Ｃ又はＯが多い膜が形成されるので、▲２▼の領域でＣＯの発光が確認されたと考えられる。薄い膜６の内容によって図１２のモニタ曲線は、異なり、▲２▼の領域において、Ｃが多いときには、発光強度は高く、Ｏが多いとき（有機シリコン酸化膜のＣの含有量の少ないもの）には発光強度は低くなっている。つまり、一層目４と二層目３は、同じ発光特性を示し、薄い膜６のみ発光強度が変化するのでこの部分でエッチ終点が容易に検出できる。
【００２４】
この実施例では、一層目、二層目を４００℃で成膜しているが、他の温度で成膜温度を変化させても終点検出モニタの発光強度の変化を確認することができる。これにより、薄い膜６を用いることで発光深さを制御することができる。
この薄い膜を介在させ、上記した条件でエッチングを行うことにより、図１１に示す様に、有機シリコン酸化膜を４００ｎｍエッチングを行った時点でＣＯの発光を確認でき、これにより終点検出が行われる。この時、終点検出モニタの波長は、ＣＯの検出できる３７０（ｎｍ）としているが、ＣＯの発光が検出できる４５１、４８４、５２０、５６１（ｎｍ）としても良い。
この実施例は、エッチングのガス条件として、ＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ３ガスを使用しているが、Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ／０2 、ＣＦ4 ／ＣＯ等を使用しても同様の効果を得ることができた。
上の例では薄い膜６に有機シリコン酸化膜を用いているが、有機膜（シルクなど）のＣの非常に多く含む材料を使用することで発光確認が非常に効果的になることがわかった。
【００２５】
この実施例は、配線パタ−ンを使用したが、コンタクトホ−ルパタ−ン及びその他のパタ−ンにおいても同様の傾向が得られる。
この実施例では、ＳＯＧ膜のような有機シリコン酸化膜を用いているが、成膜温度、エッチング条件を最適化させることにより無機シリコン酸化膜、シリコン窒化酸化膜などを用いても同様に本発明の終点検出が行うことができる。
また、この実施例ではフォトレジストマスクを使用しているが、マスクをシリコン窒化膜マスク、カ−ボンマスクもしくはメタルマスク（アルミマスク、ポリシリコン、ニオブマスク、銅マスクなど）でも同様の効果が得られる。
次に、薄い膜の形成方法及び組成を説明する。
例えば、有機シリコン酸化膜に二回塗布する際に、図６に示すと同じ様に、一度有機シリコン酸化膜を塗布し一層非常にＣの含有量の異なる有機シリコン酸化膜の薄い膜を引いた後、エッチング深さの制御を行う膜厚に二回目の有機シリコン酸化膜の塗布を行う。二層目の有機シリコン酸化膜を塗布した後の処理は他の実施例と同じである。この一層非常に薄い膜として、次に示すようなＣ及びＯが多い同種類の層間絶縁膜を使用して終点検出を実施することができる。▲１▼有機シリコン酸化膜と誘電率が同等の有機シリコン酸化膜にチタン酸化物（Ｔｉ０2 ）を含有させた膜。▲２▼無機シリコン酸化膜。▲３▼シリコン酸化膜。
【００２６】
この実施例では、層間絶縁膜として有機シリコン酸化膜を用いたが、無機シリコン酸化膜、シリコン酸化膜においても、ＣもしくはＯが多い同種類の層間絶縁膜を挟み、二層目の膜厚にエッチングする場合において、エッチング深さの制御を行う膜厚に二層目の膜を成膜させることで、エッチング深さの制御を発光により確認することが可能になる。
また、この実施例では二層の膜についての終点検出方法について説明しているが、用途に合わせて三層以上の検出方法を用いても良い。
また、この実施例では配線パタ−ンを使用したが、コンタクトホ−ルパタ−ン及び、その他のパタ−ンにおいても同様の効果が得られる。
この実施例ではフォトレジストをマスクに使用しているが、マスクはハ−ドマスク（シリコン窒化膜マスク）及びメタルマスク（アルミマスク、ポリシリコン、ニオブマスク、銅マスク）でも良い。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、埋め込み配線などを形成するために層間絶縁膜の部分エッチングを行う工程において、所定の深さの配線溝を得るために、層間絶縁膜のエッチングされるべき上層部分の膜質とこの上層部分に接する部分の膜質を変えることにより、エッチング生成物より発光される光の変化を検出し、この検出結果に基づいてエッチングの終点検出を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いられるマグネトロンＲＩＥ装置の概略断面図。
【図２】本発明のエッチング工程を説明する工程断面図。
【図３】本発明の終点検出方法における発光強度とエッチング時間との関係を示す特性図。
【図４】本発明のエッチングを説明する工程断面図。
【図５】本発明の終点検出方法における発光強度とエッチング時間との関係を示す特性図。
【図６】本発明のエッチング工程を説明する工程断面図。
【図７】本発明のエッチング工程を説明する工程断面図。
【図８】本発明の終点検出方法における発光強度とエッチング時間との関係を示す特性図。
【図９】本発明のエッチング工程を説明する工程断面図。
【図１０】本発明の終点検出方法における発光強度とエッチング時間との関係を示す特性図。
【図１１】本発明のエッチング工程を説明する工程断面図。
【図１２】本発明の終点検出方法における発光強度とエッチング時間との関係を示す特性図。
【図１３】従来の半導体装置の製造工程断面図。
【図１４】従来の半導体装置の製造工程断面図。
【図１５】本発明のエッチング処理後の工程を説明する工程断面図。
【符号の説明】
１、１０２・・・フォトレジスト膜、 ２・・・反射防止膜、
３・・・層間絶縁膜の上部分、 ４・・・層間絶縁膜の下部分、
５・・・改質層、 ６・・・薄い膜、 ７、１０４・・・窒化チタン膜、
８、１０５・・・タングステン膜、 １０・・・真空チャンバ、
１２・・・被処理物、 １３・・・載置台、 １４・・・対向電極、
１５・・・ガス導入管、 １６・・・排気口、 １７・・・高周波電極、
１８・・・磁石、 １９・・・終点検出装置（発光検出装置）、
１００・・・半導体基板、 １０１・・・シリコン酸化膜、
１０３・・・配線溝。
【発明の属する技術分野】
本発明は、埋め込み配線を形成する際の層間絶縁膜をエッチング時のエッチング深さを制御する終点検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体基板に埋め込み配線を形成するダマシン(Damascene) 工程を図１３及び図１４を参照して説明する。図１３及び図１４は、半導体基板上に形成された絶縁膜に配線を埋め込む製造工程断面図である。シリコン半導体基板１００に、例えば、有機溶剤に溶けガラス溶液から形成されたＳＯＧ(Spin On Glass) 膜といわれる有機シリコン酸化膜であるシリコン酸化膜図１４を形成する（図１３（ａ））。次に、有機シリコン酸化膜１０１上にフォトレジスト膜１０２を形成し、これをパターニングして開口部を形成する。パターニングされたフォトレジスト膜１０２をマスクにして、例えば、ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)などの異方向エッチングを用いて所定の深さまでエッチングすることにより配線溝１０３を形成する（図１３（ｂ））。配線溝と一体化された接続孔を同時に形成する場合もある。次に、フォトレジスト膜１０２を除去してから厚さ１００ｎｍ程度の窒化チタン（ＴｉＮ）膜１０４を配線溝１０３を含めて有機シリコン酸化膜１０１に堆積させる。そして、この窒化チタン膜１０４の上及び配線溝１０３内部にＣＶＤ(Chemical Vapour Deposition)法により厚さ８００ｎｍ程度のタングステン膜１０５を堆積させる（図１４（ａ））。
【０００３】
次に、例えば、ＳＦ6 ガスを用いたＲＩＥによりタングステン膜１０５をエッチング速度１００ｎｍ／ｍｉｎ程度でエッチバックする。このエッチングでは、窒化チタンは、ほとんどエッチングされないので、次の工程では、Ｃｌ2 ガスを用いたＲＩＥにより有機シリコン酸化膜１０１上の窒化チタン膜１０４を除去し、配線溝１０３内部にのみ窒化チタン膜１０４とタングステン膜１０５から構成された埋め込み配線を形成する（図１４（ｂ））。この埋め込み配線にはタングステン膜を用いているが、Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ｃｕのような配線材料を用い、ＣＭＰにより、有機シリコン酸化膜と選択性を持たせ、配線を形成しても良い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の溝加工は、層間絶縁膜の部分エッチングのため、エッチング深さを終点検出及びモニタなどを用い、リアルタイムで制御することは非常に困難である。このため、エッチング深さを決める場合は、予め時間を決めておく時間指定で行っている。この時間指定により、ロット間及びウエハー間での下地に対する層間絶縁膜のばらつきがあった場合、エッチング深さの制御を行うのに非常に困難をともなっている。
また最近ではエッチング深さを面内で均一にするためストッパー膜を引いている。しかし、層間絶縁膜のストッパー膜は、通常そのまま半導体装置内に作り込まれるものであるのにも拘らず、誘電率が高く、層間絶縁膜に挟まれていると、層間絶縁膜全体の誘電率が上がり、その結果、配線容量が大きくなって伝播速度が遅くなってしまうという問題があった。
本発明は、このような事情によりなされたものであり、半導体基板に埋め込み配線を形成する際に行われる層間絶縁膜のエッチングを行う場合に、新規な構造の層間絶縁膜を用いてエッチングの終点検出を速やかに行うことを特徴とする終点検出方法を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、層間絶縁膜を所定の深さまで深さ方向に部分エッチングを行う工程を備え、前記層間絶縁膜は、エッチングされる上部分とエッチングされない下部分から構成され、前記上部分がエッチングされて前記下部分が露出したときのエッチング生成物より発光される光の変化によりエッチング終点を検出する方法に関するものである。また、この光の変化を得るために層間絶縁膜の下部分の表面に薄くＣ及びＯが多い表面層を形成するか、あるいは、前記下部分表面のＣ及びＯの多い改質層を形成する。この結果、部分エッチングの際、上部分及び下部分間での反応生成物が変化し、発光により検出が容易になる。したがって、Ｉｎ−ｓｉｔｕでエッチングの深さの制御が可能となる。
【０００７】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、同じ材質からなる上層及び下層の絶縁膜をそれぞれ熱処理温度を変えて順次積層形成する工程と、前記絶縁膜の前記上層をエッチングして開口部を形成する工程と、前記絶縁膜のエッチングにおいて発光される光の変化に応じてエッチングを停止する工程と、前記開口部内に導電材を形成する工程とを具備することを特徴としている。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に下層の絶縁膜を形成する工程と、前記下層の絶縁膜の表面をエッチング処理して改質層を形成する工程と、前記改質層上に上層の絶縁膜を形成する工程と、前記上層の絶縁膜をエッチングして開口部を形成する工程と、前記上層の絶縁膜のエッチングにおいて発光される光の変化に応じてエッチングを停止する工程と、前記開口部内に導電材を形成する工程を具備し、前記改質層は、前記上層の絶縁膜よりも炭素又は酸素を多く含むことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して発明の実施の形態を説明する。
まず、図１乃至図５、図１５を参照して第１の実施例を説明する。
図１は、マグネトロンＲＩＥ装置の概略断面図、図２は、層間絶縁膜のエッチングを説明する工程断面図、図３は、発光確認モニタによるエッチング時間と発光強度との関係を示す特性図、図４は、層間絶縁膜のエッチングを説明する工程断面図、図５は、発光確認モニターの示す発光強度−時間特性を示す特性図、図１５は、エッチング処理後の工程を説明する工程断面図である。図１のマグネトロンＲＩＥ装置は、真空チャンバ１０を有し、この真空チャンバ１０の内部には、シリコンウェーハなどの被処理物１２を載置する載置台１３が設けられている。この載置台１３には高周波電極１７が取り付けられており、これに対向して対向電極１４が設けられている。載置台１３は、温度調節機構を有しており、被処理物１２の温度を制御できるように構成されている。また、真空チャンバ１０の天壁には、ガス導入管１５が接続されている。ガス導入管１５から真空チャンバ１０にガスが導入され、排気口１６の弁によって圧力が調整される。圧力が安定を示した後、載置台１３下の高周波電極１７から高周波を印可することにより真空チャンバ１０の内部にプラズマが発生する。
【００１０】
また、真空チャンバ１０の外周部には磁石１８が設けられており、真空中に高密度な磁界を作り、プラズマ中のイオンに異方性を持たせ、これにより被処理物１２がプラズマエッチングされる。また、エッチング生成物が出たときに、発光により光の強度を確認できる終点検出装置（発光検出装置）１９が真空チャンバー１０内に装着されている。
この実施例ではマグネトロンＲＩＥ装置を使用したが、これ以外にも、ＥＣＲ、ヘリコン、誘電結合型プラズマ等の他のドライエッチング装置を用いることも可能である。
図２は、この実施例の層間絶縁膜をエッチングする工程を説明する断面図である。４００ｎｍ厚程度２度塗布して形成したＳＯＧ膜のような有機シリコン酸化膜（１層目４、２層目３）に、反射防止膜２を塗布する。この反射防止膜２にフォレジスト膜１を形成し、これを配線形状にパターニングをする。また、有機シリコン酸化膜を塗布する際に、一層目の膜４は、３５０℃、二層目の膜３は、４００℃で熱処理を行っている。次に、このエッチング装置を用いて配線の溝加工を行う。終点検出装置１９を使用し、モニタにより、ＣＯの発光が検出できるように３７０（ｎｍ）の波長に合わせている。
【００１１】
この実施例のエッチング条件として、４０（ｍＴｏｒｒ）、１４００（Ｗ）、ＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ＝２５／７５（ｓｃｃｍ）、下部電極温度２０℃で行っている。まず、反射防止膜２を加工してから、層間絶縁膜の第１層目の膜３をエッチングする。
その結果、このエッチング時において有機シリコン酸化膜が、４００ｎｍ削れた時点で、図３に示すように、終点検出モニタの発光強度の変化をみることができる。図３は、発光確認モニタの発光強度と時間との関係を示す特性図である。この特性図を説明すると、有機シリコン酸化膜を二回目塗布して熱処理を行う際に、一層目の膜４からは有機シリコン酸化膜から放出されるＣが少なく（▲１▼の領域）、一層目の膜４と二層目の膜３との界面層（▲２▼の領域）を境にＣを多く有する有機シリコン酸化膜が形成されるので有機シリコン酸化膜から放出されるＣが▲１▼の領域と比較して多く放出されるので波形が上昇（▲２▼の領域）し、▲３▼の領域でＣＯの発光が確認されたと考えられる。この実施例では、一層目を３５０℃、二層目を４００℃で成膜しているが、他の温度で成膜温度を変化させても終点検出モニタの発光強度の変化を確認することができる。波形の変化する時エッチングを止めることにより、深さ制御が容易にできる。
【００１２】
また、終点検出モニターの波長をＣＯの検出できる、４５１、４８４、５２０、５６１（ｎｍ）としても良い。上の例では１層目を３５０℃、二層目を４００℃にしているが、一層目を４００℃、二層目を３５０℃にすると、図３に示すように、発光強度が二層目のエッチングの際下がる。このような構成により発光が確認される。
また、図４に示すように、溝の配線加工を深さ２００ｎｍとしたい場合、上部の二層目の膜３を２００ｎｍ厚に有機シリコン酸化膜を塗布することにより、終点検出モニタで２００ｎｍ削れた時、図２と同様に発光強度の変化を確認することができた。図５に示すように、二層目の膜３がエッチングされている時は、発光強度は低く（▲１▼の領域）、一層目の膜４と二層目の膜３との界面層（▲２▼の領域）を境にＣが多く含まれる有機シリコン酸化膜が形成されるので▲３▼の領域で発光強度が強くなる。上の例では１層目を３５０℃、二層目を４００℃にしているが、一層目を４００℃、二層目を３５０℃にすると、図５に示すように、発光強度が二層目のエッチングの際下がる。このような構成により発光が確認される。この温度を逆にすると膜の信頼性が損なわれないという効果がある。
【００１３】
図４では、２００ｎｍ及び４００ｎｍの深さで膜厚制御を行っているが、深さに応じて本発明の方法を使用すれば深さの制御を正確にエッチングすることが可能になる。つまり、制御したい深さに膜厚を制御することにより、容易に加工可能である。
この実施例のエッチングガス条件として、ＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ガスを使用しているが、Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ2 、ＣＦ4 ／ＣＯ等の条件であっても同様の効果を得ることができた。
この実施例では、配線パターンを使用したが、コンタクトホールパターン及びその他のパターンであっても同様の効果が得られた。
この実施例では有機シリコン酸化膜を用いているが、成膜温度、エッチング条件を最適化することにより、無機シリコン酸化膜、シリコン窒化酸化膜などにおいても同様に終点検出により、深さ制御を確認することができる。
この実施例では、フォトレジストをマスクとして使用しているが、マスクをシリコン窒化膜マスク、カーボンマスクもしくはメタルマスク（アルミマスク、ポリシリコン、ニオブマスク、銅マスクなど）でも同様の結果が得られる。
【００１４】
また、この実施例では二層目の膜についての終点検出について述べているが、用途に合わせて三層目以上の膜の終点検出を使用しても充分可能である。すなわち、二層目上に三層目を熱処理温度を変えて形成して終点検出を同様に行う。
図１５は、図４に示す層間絶縁膜３、４に形成された溝に窒化チタン膜７及びタングステン膜８を埋め込んで形成した配線構造を示すものである。図５に示すように、有機シリコン酸化膜を二回目塗布して熱処理を行う際に、一層目の膜４からは有機シリコン酸化膜から放出されるＣが少なく（▲１▼の領域）、一層目の膜４と二層目の膜３との界面層（▲２▼の領域）を境にＣを多く有する有機シリコン酸化膜が形成されるので有機シリコン酸化膜から放出されるＣが▲１▼の領域と比較して多く放出されるので波形が上昇（▲２▼の領域）し、▲３▼の領域でＣＯの発光が確認されたと考えられる。この実施例では、一層目を３５０℃、二層目を４００℃で成膜しているが、他の温度で成膜温度を変化させても終点検出モニタの発光強度の変化を確認することができる。波形の変化する時エッチングを止めることにより、深さ制御が容易にできる。
【００１５】
次に、図６乃至図１０を参照して第２の実施例を説明する。
この実施例では改質層を層間絶縁膜の下層部分と上層部分の中間に形成することを特徴としている。
まず、有機シリコン酸化膜の内膜厚４００ｎｍの一層目４を塗布した後、厚さ２０ｎｍ程度の改質膜５を形成する。その後、エッチング深さの制御を行う膜厚で有機シリコン酸化膜の二層目３を４００ｎｍ程度塗布する。この一層目４及び二層目３から構成され改質層５を間に挟む有機シリコン酸化膜の上に反射防止膜２を形成する。この反射防止膜２にフォレジスト膜１を形成し、これを配線形状にパターニングをする。また、有機シリコン酸化膜を塗布する際に、一層目の膜４は、４００℃、二層目の膜３は、４００℃で熱処理を行っている（図６）。
次に、図１に示すエッチング装置を用いて配線の溝加工を行う。終点検出装置１９を使用し、モニタにより、ＣＯの発光が検出できるように３７０（ｎｍ）の波長に合わせている。この実施例のエッチング条件として、４０（ｍＴｏｒｒ）、１４００（Ｗ）、ＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ＝２５／７５（ｓｃｃｍ）、下部電極温度２０℃で行っている。まず、反射防止膜２を加工してから、層間絶縁膜の第１層目の膜３をエッチングする（図７（ｂ））。
【００１６】
その結果、このエッチング時において有機シリコン酸化膜が、４００ｎｍ削れた時点（図７（ｃ））で、図８に示すように、終点検出モニタの発光強度の変化をみることができる。図８は、発光確認モニタの発光強度と時間との関係を示す特性図である。この特性図を説明すると、有機シリコン酸化膜を二回目塗布して熱処理を行う際に、二層目の膜３、一層目の膜４からは有機シリコン酸化膜から放出されるＣが少なく（▲１▼の領域、▲３▼の領域）、改質層５（▲２▼の領域）は、Ｃ又はＯが多い、例えば、ＳＯＧ膜などの有機シリコン酸化膜が形成されるので、▲２▼の領域でＣＯの発光が確認されたと考えられる。改質層５の内容によって図８のモニタ曲線は、異なり、▲２▼の領域において、Ｃが多いときには、発光強度は、高く、Ｏが多いときには発光強度は低くなっている。つまり、一層目４と二層目３は、同じ発光特性を示し、改質層５のみ発光強度が変化するのでこの部分でエッチ終点が容易に検出できる。
この実施例では、一層目、二層目ともに４００℃で成膜しているが、ほぼ同じ温度で一層目と二層目を成膜するのであれば所定の範囲内で成膜温度を変化させても終点検出モニタの発光強度の変化を確認することができる。これにより、改質層を用いることで発光深さを制御することができる。また、熱処理温度を一層目と二層目とはほぼ同じ温度に設定すると、改質層での波形の変化が見易い。
【００１７】
表面改質方法により改質層５を形成する手段を次（▲１▼〜▲５▼）に示す。▲１▼Ｏ2 、Ｎ2 、ＣＯなどの各単一ガス又はこれらの混合ガスを用いたＲＩＥ処理により改質層を形成する。▲２▼ＣＦ系、Ｏ2 などの各単ガス又はこれらの混合ガスを用いたアッシャー処理を行うことにより改質層を形成する。▲３▼ＣＦ系、Ｏ2 などの各単一ガス又はこれらの混合ガスによりＣＤＥ(Chemical Dry Etching)処理により改質層を形成する。▲４▼ＨＦ酸もしくは弗酸蒸気などを用いたウエットエッチング処理により改質層を形成する。▲５▼電子線もしくはエネルギー波などを用いて表面照射することにより改質層を形成する。これらの表面改質方法により、Ｃ又はＯが多い改質層が形成される。
この改質層を介在させ、上記した条件でエッチングを行うことにより、図７に示す様に、有機シリコン酸化膜を４００ｎｍエッチングを行った時点でＣＯの発光を確認でき、これにより終点検出が行われる。この時、終点検出モニタの波長は、ＣＯの検出できる３７０（ｎｍ）としているが、ＣＯの発光が検出できる４５１、４８４、５２０、５６１（ｎｍ）としても良い。
この実施例は、エッチングのガス条件として、ＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ３ガスを使用しているが、Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ／０2 、ＣＦ4 ／ＣＯ等の条件に変えても同様の効果を得ることができた。
【００１８】
この実施例は、配線パタ−ンを使用したが、コンタクトホ−ルパタ−ン及びその他のパタ−ンにおいても同様の傾向が得られる。
この実施例では、ＳＯＧ膜のような有機シリコン酸化膜を用いているが、成膜温度、エッチング条件を最適化させることにより無機シリコン酸化膜、シリコン窒化酸化膜などを用いても同様に本発明の終点検出が行うことができる。
また、この実施例ではフォトレジストマスクを使用しているが、マスクをシリコン窒化膜マスク、カ−ボンマスクもしくはメタルマスク（アルミマスク、ポリシリコン、ニオブマスク、銅マスクなど）でも同様の効果が得られる。
【００１９】
次に、図９及び図１０を参照してエッチングの終点検出を説明する。
この実施例では改質層を層間絶縁膜の下層部分と上層部分の中間に形成し、しかも上層部分を下層部分より薄くすることを特徴としている。
まず、有機シリコン酸化膜の内膜厚６００ｎｍの一層目４を塗布した後、厚さ２０ｎｍ程度の改質膜５を形成する。その後、エッチング深さの制御を行う膜厚で有機シリコン酸化膜の二層目３を２００ｎｍ程度塗布する。この一層目４及び二層目３から構成され改質層５を間に挟む有機シリコン酸化膜の上に反射防止膜２を形成する。この反射防止膜２にフォレジスト膜１を形成し、これを配線形状にパターニングをする（図９（ａ））。有機シリコン酸化膜を塗布する際に、一層目の膜４は、４００℃、二層目の膜３は、４００℃で熱処理を行っている。
次に、図１に示すエッチング装置を用いて配線の溝加工を行う。終点検出装置１９を使用し、モニタにより、ＣＯの発光が検出できるように３７０（ｎｍ）の波長に合わせている。この実施例のエッチング条件として、４０（ｍＴｏｒｒ）、１４００（Ｗ）、ＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ＝２５／７５（ｓｃｃｍ）、下部電極温度２０℃で行っている。まず、反射防止膜２を加工してから、層間絶縁膜の第１層目の膜３をエッチングする（図９（ｂ））。
【００２０】
その結果、このエッチング時において有機シリコン酸化膜が、４００ｎｍ削れた時点（図９（ｃ））で、図１０に示すように、終点検出モニタの発光強度の変化をみることができる。図１０は、発光確認モニタの発光強度と時間との関係を示す特性図である。この特性図を説明すると、有機シリコン酸化膜を二回目塗布して熱処理を行う際に、二層目の膜３、一層目の膜４からは有機シリコン酸化膜から放出されるＣが少ない（▲１▼の領域、▲３▼の領域）、改質層５（▲２▼の領域）は、Ｃ又はＯが多い、例えば、ＳＯＧ膜などの有機シリコン酸化膜が形成されるので、▲２▼の領域でＣＯの発光が確認されたと考えられる。改質層５の内容によって図１０のモニタ曲線は、異なり、▲２▼の領域において、Ｃを多く有するときには、発光強度は高く、Ｏを多く有するときには発光強度は低くなっている。つまり、一層目４と二層目３は、同じ発光特性を示し、改質層５のみ発光強度が変化するのでこの部分でエッチング終点が容易に検出できる。
この実施例では、一層目、二層目ともに４００℃で成膜しているが、ほぼ同じ温度で一層目と二層目を成膜するのであれば所定の範囲内で成膜温度を変化させても終点検出モニタの発光強度の変化を確認することができる。これにより、改質層を用いることで発光深さを制御することができる。
【００２１】
表面改質方法により改質層５を形成する手段は、図７の場合と同じである。
この改質層を介在させ、上記した条件でエッチングを行うことにより、図９に示す様に、有機シリコン酸化膜を４００ｎｍエッチングを行った時点でＣＯの発光を確認でき、これにより終点検出が行われる。この時、終点検出モニタの波長は、ＣＯの検出できる３７０（ｎｍ）としているが、ＣＯの発光が検出できる４５１、４８４、５２０、５６１（ｎｍ）としても良い。
この実施例は、エッチングのガス条件として、ＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ３ガスを使用しているが、Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ／０2 、ＣＦ4 ／ＣＯ等を使用しても同様の効果を得ることができた。
このように、配線溝の配線加工を２００ｎｍとしたい場合には、上層部分の二層目を２００ｎｍ厚に有機シリコン酸化膜を塗布する。これににより、終点検出モニタで有機シリコン酸化膜が２００ｎｍ削れた時に、図７の場合と同様に発光強度の変化を確認することができた。この実施例では２００ｎｍ厚及び４００ｎｍ厚の膜厚制御を行っているが、深さに応じて、この実施例の方法を用いれば深さの制御性の高いエッチングを行うことができる。
また、この実施例では二層の膜を用いた終点検出方法について述べているが、用途に合わせて、三層以上の検出方法の使用も可能である。
【００２２】
次に、図１１及び図１２を参照して第３の実施例を説明する。
この実施例では改質層とは異なる層間絶縁膜とは別な非常に薄い有機シリコン酸化膜を層間絶縁膜の下層部分と上層部分の中間に形成することを特徴としている。
まず、有機シリコン酸化膜の内膜厚４００ｎｍの一層目４を塗布した後、薄い膜６を形成する。その後、エッチング深さの制御を行う膜厚で有機シリコン酸化膜の二層目３を４００ｎｍ程度塗布する。この一層目４及び二層目３から構成され薄い膜６を間に挟む有機シリコン酸化膜の上に反射防止膜２を形成する。この反射防止膜２にフォレジスト膜１を形成し、これを配線形状にパターニングをする。また、有機シリコン酸化膜を塗布する際に、一層目、二層目ともに４００℃で熱処理を行っている。この時、有機シリコン酸化膜６がＣの含有量の多い膜を用いる。第２の実施例と同様に熱処理温度を同じにすると波形の変化が見易いという効果がある。
【００２３】
次に、図１に示すエッチング装置を用いて配線の溝加工を行う。終点検出装置１９を使用し、モニタにより、ＣＯの発光が検出できるように３７０（ｎｍ）の波長に合わせている。この実施例のエッチング条件として、４０（ｍＴｏｒｒ）、１４００（Ｗ）、ＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ＝２５／７５（ｓｃｃｍ）、下部電極温度２０℃で行っている。まず、反射防止膜２を加工してから、層間絶縁膜の第１層目の膜３をエッチングする（図１１（ｂ））。
その結果、このエッチング時において有機シリコン酸化膜が、４００ｎｍ削れた時点（図１１（ｃ））で、図１２に示すように、終点検出モニタの発光強度の変化をみることができる。図１２は、発光確認モニタの発光強度と時間との関係を示す特性図である。この特性図を説明すると、有機シリコン酸化膜を二回目塗布して熱処理を行う際に、二層目の膜３、一層目の膜４からは有機シリコン酸化膜から放出されるＣが少なく（▲１▼の領域、▲３▼の領域）、薄い膜６（▲２▼の領域）は、Ｃ又はＯが多い膜が形成されるので、▲２▼の領域でＣＯの発光が確認されたと考えられる。薄い膜６の内容によって図１２のモニタ曲線は、異なり、▲２▼の領域において、Ｃが多いときには、発光強度は高く、Ｏが多いとき（有機シリコン酸化膜のＣの含有量の少ないもの）には発光強度は低くなっている。つまり、一層目４と二層目３は、同じ発光特性を示し、薄い膜６のみ発光強度が変化するのでこの部分でエッチ終点が容易に検出できる。
【００２４】
この実施例では、一層目、二層目を４００℃で成膜しているが、他の温度で成膜温度を変化させても終点検出モニタの発光強度の変化を確認することができる。これにより、薄い膜６を用いることで発光深さを制御することができる。
この薄い膜を介在させ、上記した条件でエッチングを行うことにより、図１１に示す様に、有機シリコン酸化膜を４００ｎｍエッチングを行った時点でＣＯの発光を確認でき、これにより終点検出が行われる。この時、終点検出モニタの波長は、ＣＯの検出できる３７０（ｎｍ）としているが、ＣＯの発光が検出できる４５１、４８４、５２０、５６１（ｎｍ）としても良い。
この実施例は、エッチングのガス条件として、ＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ３ガスを使用しているが、Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ／０2 、ＣＦ4 ／ＣＯ等を使用しても同様の効果を得ることができた。
上の例では薄い膜６に有機シリコン酸化膜を用いているが、有機膜（シルクなど）のＣの非常に多く含む材料を使用することで発光確認が非常に効果的になることがわかった。
【００２５】
この実施例は、配線パタ−ンを使用したが、コンタクトホ−ルパタ−ン及びその他のパタ−ンにおいても同様の傾向が得られる。
この実施例では、ＳＯＧ膜のような有機シリコン酸化膜を用いているが、成膜温度、エッチング条件を最適化させることにより無機シリコン酸化膜、シリコン窒化酸化膜などを用いても同様に本発明の終点検出が行うことができる。
また、この実施例ではフォトレジストマスクを使用しているが、マスクをシリコン窒化膜マスク、カ−ボンマスクもしくはメタルマスク（アルミマスク、ポリシリコン、ニオブマスク、銅マスクなど）でも同様の効果が得られる。
次に、薄い膜の形成方法及び組成を説明する。
例えば、有機シリコン酸化膜に二回塗布する際に、図６に示すと同じ様に、一度有機シリコン酸化膜を塗布し一層非常にＣの含有量の異なる有機シリコン酸化膜の薄い膜を引いた後、エッチング深さの制御を行う膜厚に二回目の有機シリコン酸化膜の塗布を行う。二層目の有機シリコン酸化膜を塗布した後の処理は他の実施例と同じである。この一層非常に薄い膜として、次に示すようなＣ及びＯが多い同種類の層間絶縁膜を使用して終点検出を実施することができる。▲１▼有機シリコン酸化膜と誘電率が同等の有機シリコン酸化膜にチタン酸化物（Ｔｉ０2 ）を含有させた膜。▲２▼無機シリコン酸化膜。▲３▼シリコン酸化膜。
【００２６】
この実施例では、層間絶縁膜として有機シリコン酸化膜を用いたが、無機シリコン酸化膜、シリコン酸化膜においても、ＣもしくはＯが多い同種類の層間絶縁膜を挟み、二層目の膜厚にエッチングする場合において、エッチング深さの制御を行う膜厚に二層目の膜を成膜させることで、エッチング深さの制御を発光により確認することが可能になる。
また、この実施例では二層の膜についての終点検出方法について説明しているが、用途に合わせて三層以上の検出方法を用いても良い。
また、この実施例では配線パタ−ンを使用したが、コンタクトホ−ルパタ−ン及び、その他のパタ−ンにおいても同様の効果が得られる。
この実施例ではフォトレジストをマスクに使用しているが、マスクはハ−ドマスク（シリコン窒化膜マスク）及びメタルマスク（アルミマスク、ポリシリコン、ニオブマスク、銅マスク）でも良い。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、埋め込み配線などを形成するために層間絶縁膜の部分エッチングを行う工程において、所定の深さの配線溝を得るために、層間絶縁膜のエッチングされるべき上層部分の膜質とこの上層部分に接する部分の膜質を変えることにより、エッチング生成物より発光される光の変化を検出し、この検出結果に基づいてエッチングの終点検出を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いられるマグネトロンＲＩＥ装置の概略断面図。
【図２】本発明のエッチング工程を説明する工程断面図。
【図３】本発明の終点検出方法における発光強度とエッチング時間との関係を示す特性図。
【図４】本発明のエッチングを説明する工程断面図。
【図５】本発明の終点検出方法における発光強度とエッチング時間との関係を示す特性図。
【図６】本発明のエッチング工程を説明する工程断面図。
【図７】本発明のエッチング工程を説明する工程断面図。
【図８】本発明の終点検出方法における発光強度とエッチング時間との関係を示す特性図。
【図９】本発明のエッチング工程を説明する工程断面図。
【図１０】本発明の終点検出方法における発光強度とエッチング時間との関係を示す特性図。
【図１１】本発明のエッチング工程を説明する工程断面図。
【図１２】本発明の終点検出方法における発光強度とエッチング時間との関係を示す特性図。
【図１３】従来の半導体装置の製造工程断面図。
【図１４】従来の半導体装置の製造工程断面図。
【図１５】本発明のエッチング処理後の工程を説明する工程断面図。
【符号の説明】
１、１０２・・・フォトレジスト膜、 ２・・・反射防止膜、
３・・・層間絶縁膜の上部分、 ４・・・層間絶縁膜の下部分、
５・・・改質層、 ６・・・薄い膜、 ７、１０４・・・窒化チタン膜、
８、１０５・・・タングステン膜、 １０・・・真空チャンバ、
１２・・・被処理物、 １３・・・載置台、 １４・・・対向電極、
１５・・・ガス導入管、 １６・・・排気口、 １７・・・高周波電極、
１８・・・磁石、 １９・・・終点検出装置（発光検出装置）、
１００・・・半導体基板、 １０１・・・シリコン酸化膜、
１０３・・・配線溝。
Claims (2)
- 半導体基板上に、同じ材質からなる上層及び下層の絶縁膜をそれぞれ熱処理温度を変えて順次積層形成する工程と、
前記絶縁膜の前記上層をエッチングして開口部を形成する工程と、
前記絶縁膜のエッチングにおいて発光される光の変化に応じてエッチングを停止する工程と、
前記開口部内に導電材を形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体基板上に下層の絶縁膜を形成する工程と、
前記下層の絶縁膜の表面をエッチング処理して改質層を形成する工程と、
前記改質層上に上層の絶縁膜を形成する工程と、
前記上層の絶縁膜をエッチングして開口部を形成する工程と、
前記上層の絶縁膜のエッチングにおいて発光される光の変化に応じてエッチングを停止する工程と、
前記開口部内に導電材を形成する工程を具備し、
前記改質層は、前記上層の絶縁膜よりも炭素又は酸素を多く含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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