JPH05291196A - Method for fabricating semiconductor device - Google Patents
Method for fabricating semiconductor deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法、
特に配線パターンを形成する際のエッチング終点を高精
度に判定できる半導体装置の製造方法に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device,
In particular, the present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device capable of highly accurately determining an etching end point when forming a wiring pattern.
【０００２】[0002]
【従来の技術】アルミニウムの配線パターンを有する種
々の半導体装置が実用化されている。この半導体装置で
は、所定の半導体領域が形成されている半導体基体上に
層間絶縁膜が形成され、この層間絶縁膜上に配線用のア
ルミニウム又はアルミニウム合金層が形成され、その後
プラズマエッチング処理により配線パターンが形成され
ている。このプラズマエッチングにおいて、エッチング
終点の検出は、素子の性能を維持し歩留を向上させる上
で極めて重要である。2. Description of the Related Art Various semiconductor devices having an aluminum wiring pattern have been put into practical use. In this semiconductor device, an interlayer insulating film is formed on a semiconductor substrate in which a predetermined semiconductor region is formed, an aluminum or aluminum alloy layer for wiring is formed on the interlayer insulating film, and then a wiring pattern is formed by a plasma etching process. Are formed. In this plasma etching, detection of the etching end point is extremely important for maintaining the performance of the device and improving the yield.
【０００３】従来、アルミニウム又はアルミニウム合金
層のプラズマエッチング処理においては、プラズマから
発生するアルミニウム又は塩化アルミニウムの発光スペ
クトルが検出され、検出した発光スペクトルの強度変化
からエッチングの終点が判定されている。そして、エッ
チング終点の特定は、例えば発光レベルが50％まで低下
した後所定の時間経過した時点を以ってエッチング終点
としたり、或いは発光強度のレベル変化信号を時間微分
し、２次微分曲線からエッチング終点が特定されてい
る。Conventionally, in plasma etching treatment of an aluminum or aluminum alloy layer, the emission spectrum of aluminum or aluminum chloride generated from plasma is detected, and the end point of etching is determined from the intensity change of the detected emission spectrum. Then, the etching end point is specified by, for example, the etching end point when a predetermined time has elapsed after the emission level has decreased to 50%, or the level change signal of the emission intensity is time-differentiated to determine from the second derivative curve. The etching end point is specified.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】図５及び図６はSiO2の
層間絶縁膜上に形成されたアルミニウム合金層を塩素系
の反応ガスを用いてプラズマエッチングした際に観測さ
れたアルミニウムの発光スペクトルの時間変化及びその
２次微分曲線を示すグラフである。ここで、図５は層間
絶縁膜上に均一な厚さのアルミニウム合金層が形成され
ている場合に観測された発光強度変化を示し、図６は厚
さが不均一なアルミニウム合金層が形成されている場合
に観測された発光強度変化を示す。図５に示すように、
アルミニウム合金層の膜厚が均一な場合アルミニウム合
金層のエッチングが終了するとアルミニムウの発光強度
は急激に低下するため、エッチング終点を正確に判定す
ることができる。しかしながら、図６に示すように、ア
ルミニムウ合金層の膜厚が不均一な場合或いはエッチン
グ速度が不均一な場合、アルミニウム合金層のエッチン
グ終点付近に達すると、発光強度がなだらかに低下する
ため、エッチング終点を正確に判定しにくい不具合が生
じてしまう。例えば、検出した発光強度の時間微分信号
からエッチング終点を判定しようする場合図６に示すよ
うに、微分信号がゆるやかに変化するため、エッチング
終点を指示する零クロス位置を正確に判定しにくい不具
合が生じていた。FIGS. 5 and 6 show the emission spectra of aluminum observed when the aluminum alloy layer formed on the interlayer insulating film of SiO 2 was plasma-etched using a chlorine-based reaction gas. 3 is a graph showing the change over time and its second derivative curve. Here, FIG. 5 shows a change in emission intensity observed when an aluminum alloy layer having a uniform thickness is formed on the interlayer insulating film, and FIG. 6 shows an aluminum alloy layer having a non-uniform thickness. The change in emission intensity observed when As shown in FIG.
When the thickness of the aluminum alloy layer is uniform, the light emission intensity of the aluminum alloy is drastically reduced when the etching of the aluminum alloy layer is completed, so that the etching end point can be accurately determined. However, as shown in FIG. 6, when the thickness of the aluminum alloy layer is non-uniform or the etching rate is non-uniform, when the aluminum alloy layer reaches near the etching end point, the emission intensity is gently reduced, so that the etching There is a problem that it is difficult to accurately determine the end point. For example, when trying to determine the etching end point from the time-differentiated signal of the detected emission intensity, as shown in FIG. 6, since the differential signal changes gradually, it is difficult to accurately determine the zero-cross position that indicates the etching end point. It was happening.
【０００５】従って、本発明の目的は、アルミニウム合
金層の膜厚が不均一であっても或いはエッチング速度が
不均一な場合であってもエッチング終点を正確に判定で
きる半導体装置の製造方法を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of accurately determining the etching end point even if the thickness of the aluminum alloy layer is non-uniform or the etching rate is non-uniform. To do.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
の製造方法は、半導体基体上にアルミ配線パターンが形
成されている半導体装置を製造するに際し、所定の半導
体領域が形成されている半導体基体上に層間絶縁膜を形
成し、この層間絶縁膜上に酸化アルミニウム層を形成
し、コンタクトホールを形成してから配線用のアルミニ
ウム又はアルミニウム合金層を形成し、塩素系反応ガス
を用いるプラズマエッチング処理により前記アルミニウ
ム又はアルミニウム合金及び酸化アルミニウム層を選択
的に除去し、このプラズマエッチング処理において、ア
ルミニウムの発光スペクトルを検出し、検出したアルミ
ニウムの発光スペクトルの変化に基いてエッチング終点
を判定することを特徴とするものである。According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, in manufacturing a semiconductor device having an aluminum wiring pattern formed on a semiconductor substrate, a semiconductor substrate having a predetermined semiconductor region is formed. An interlayer insulating film is formed on the aluminum oxide film, an aluminum oxide layer is formed on the interlayer insulating film, a contact hole is formed, and then an aluminum or aluminum alloy layer for wiring is formed. The aluminum or aluminum alloy and the aluminum oxide layer are selectively removed, and in this plasma etching process, the emission spectrum of aluminum is detected, and the etching end point is determined based on the change in the detected emission spectrum of aluminum. To do.
【０００７】[0007]
【作用】本発明者が種々の実験及び解析を行なった結
果、塩素系の反応ガスを用いてアルミニウム又はアルミ
ニウム合金層をプラズマエッチングする場合、アルミニ
ウの発光スペクトルにおいて酸化アルミニウムの発光強
度がアルミニウム又はアルミニウム合金の発光強度より
も10％〜15％高いことを見い出した。すなわち、図５及
び図６において、エッチング開始直後に観測される発光
ピーク(a) は、アルミニムウ合金層の表面に形成される
厚さ10〜20nm程度の自然酸化膜（Al2O3)をエッチングし
た際に生ずる発光スペクトルであり、その後に観測され
る平坦な発光強度(b) はアルミニウム合金がエッチング
されたときに生ずる発光スペクトルである。この実験結
果より、塩素系反応ガスを用いるプラズマエッチングに
おいて観測されるアルミニウムの発光スペクトルは、ア
ルミニウム又はアルミニウム合金よりも酸化アルミニウ
ムの方がより強い発光強度を呈すること明らかである。
この現像はアルミニウムの発光スペクトル(396nm) で顕
著に観測される特有の現象であり、塩化アルミニウムの
発光スペクトルでは特有の効果として観測されない。As a result of various experiments and analyzes conducted by the present inventor, when the aluminum or aluminum alloy layer is plasma-etched using a chlorine-based reaction gas, the emission intensity of aluminum oxide in the emission spectrum of aluminum is aluminum or aluminum. It was found to be 10% to 15% higher than the emission intensity of the alloy. That is, in FIG. 5 and FIG. 6, the emission peak (a) observed immediately after the etching starts is the etching of the natural oxide film (Al 2 O 3 ) having a thickness of about 10 to 20 nm formed on the surface of the aluminum alloy layer. The emission spectrum that occurs when the aluminum alloy is etched, and the flat emission intensity (b) observed thereafter is the emission spectrum that occurs when the aluminum alloy is etched. From this experimental result, it is clear that the emission spectrum of aluminum observed in plasma etching using a chlorine-based reaction gas exhibits a higher emission intensity of aluminum oxide than aluminum or an aluminum alloy.
This development is a peculiar phenomenon that is significantly observed in the emission spectrum of aluminum (396 nm), and is not observed as a peculiar effect in the emission spectrum of aluminum chloride.
【０００８】本発明はこのような認識に基き、層間絶縁
膜上に酸化アルミニウム層を形成し、この上に配線用の
アルミニウム層又はアルミニウム合金層を形成し、その
後塩素系反応ガスを用いてプラズマエッチングを行う。
そして、プラズマエッチング中において、アルミニウム
の発光スペクトル（３９６ｎｍ）における発光スペクト
ルの時間変化を検出する。Based on such recognition, the present invention forms an aluminum oxide layer on an interlayer insulating film, forms an aluminum layer for wiring or an aluminum alloy layer on the aluminum oxide layer, and then forms a plasma using a chlorine-based reaction gas. Etching is performed.
Then, during plasma etching, the time change of the emission spectrum in the emission spectrum of aluminum (396 nm) is detected.
【０００９】図７及び図８は、層間絶縁膜と配線用のア
ルミニウム合金層との間に厚さ20nmの酸化アルミニウム
層が介在する場合のアルミニウムの発光スペクトル域に
おいて観測されるプラズマからの発光強度変化を示す。
図7 は均一な膜厚のアルミニウム合金層が形成されてい
る場合の発光強度変化を示し、図８は膜厚が不均一なア
ルミニウム合金層が形成されている場合の発光強度変化
を示す。図７に示すように、膜厚が均一な場合、(b) で
示すアルミニウム合金層のエッチングが終了した後発光
強度が一層高い酸化アルミニウムの発光ピークが検出さ
れ、その後発光強度は急激に低下する。一方、アルミニ
ウム合金層の膜厚が不均一な場合、図８に示すように、
酸化アルミニウムの強い発光ピークは顕著なものとして
観測されないが、エッチング終了時の強度変化は図６の
ものと比較して一層急激に低下している。この結果、２
次微分のピークも一層大きくなり、従って微分曲線の零
クロス点からエッチング終点を正確に判定することがで
きる。このような効果の要因は以下のように考えられ
る。膜厚が不均一な場合、膜厚の薄い部分のアルミニウ
ム合金層は比較的短時間でエッチング終点に達するが、
その直後から酸化アルミニウム層がエッチングされるた
め、検出されるプラズマ全体としての発光強度は低下せ
ず、酸化アルミニムウ層のエッチング終点に達すると比
較的急激に低下するためであると考えられる。FIGS. 7 and 8 show the emission intensity from plasma observed in the emission spectrum region of aluminum when an aluminum oxide layer having a thickness of 20 nm is interposed between the interlayer insulating film and the aluminum alloy layer for wiring. Show changes.
FIG. 7 shows a change in emission intensity when an aluminum alloy layer having a uniform film thickness is formed, and FIG. 8 shows a change in emission intensity when an aluminum alloy layer having an uneven film thickness is formed. As shown in FIG. 7, when the film thickness is uniform, the emission peak of aluminum oxide having a higher emission intensity is detected after the etching of the aluminum alloy layer shown in (b) is completed, and then the emission intensity sharply decreases. .. On the other hand, when the film thickness of the aluminum alloy layer is not uniform, as shown in FIG.
Although the strong emission peak of aluminum oxide is not observed as a prominent one, the change in intensity at the end of etching is much more rapidly reduced as compared with that in FIG. As a result, 2
The peak of the second derivative also becomes larger, so that the etching end point can be accurately determined from the zero cross point of the derivative curve. Factors of such an effect are considered as follows. When the film thickness is uneven, the aluminum alloy layer in the thin film portion reaches the etching end point in a relatively short time,
Since the aluminum oxide layer is etched immediately after that, it is considered that the emission intensity of the detected plasma as a whole does not decrease, and it decreases relatively rapidly when the etching end point of the aluminum oxide layer is reached.
【００１０】酸化アルミニウムは電気的に絶縁性であ
り、しかも熱的にも高い安定性を有しているから、層間
絶縁膜と配線用アルミニウム合金層との間に存在しても
何んら不都合が生ずることはない。Since aluminum oxide is electrically insulating and has high thermal stability, even if it exists between the interlayer insulating film and the aluminum alloy layer for wiring, there is no problem. Does not occur.
【００１１】[0011]
【実施例】図１〜図４は本発明による半導体装置の製造
方法を示す一連の工程図である。本例では、層間絶縁膜
上にAl−Cuから成る配線パターンを有する半導体装置を
例にして説明する。シリコン基体１には半導体装置を構
成する各種半導体領域がすでに形成されているものとす
る。このシリコン基体１上にSiO2から成る層間絶縁膜２
をＣＶＤ法により堆積させ、この層間絶縁膜上に厚さ20
nmのAl2O3 層３をスパッタリングより形成する。1 to 4 are a series of process charts showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention. In this example, a semiconductor device having a wiring pattern made of Al—Cu on the interlayer insulating film will be described as an example. It is assumed that various semiconductor regions forming a semiconductor device have already been formed on the silicon substrate 1. An interlayer insulating film 2 made of SiO 2 is formed on the silicon substrate 1.
Is deposited by a CVD method and a thickness of 20 is formed on the interlayer insulating film.
The Al 2 O 3 layer 3 of nm is formed by sputtering.
【００１２】次に、図２に示すように、例えば電界効果
トランジスタにおけるソース領域、ドレイン領域、ゲー
ト領域を構成する領域と対応する部分にコンタクトホー
ル４をリソグラフィ法及びエッチング処理により形成す
る。この際、Al2O3 層３及び層間絶縁膜２を共に選択的
に除去する。Next, as shown in FIG. 2, a contact hole 4 is formed by a lithographic method and an etching process in a portion corresponding to a region forming a source region, a drain region and a gate region in a field effect transistor, for example. At this time, both the Al 2 O 3 layer 3 and the interlayer insulating film 2 are selectively removed.
【００１３】次に、図３に示すように、コンタクトホー
ルが形成された半導体基体の全面に亘って厚さ1.0 μm
のAl−Cu層５を形成する。Next, as shown in FIG. 3, a thickness of 1.0 μm is formed over the entire surface of the semiconductor substrate in which the contact holes are formed.
To form the Al-Cu layer 5.
【００１４】次に、図４に示すように、リソグラフィ法
及びプラズマエッチング処理によりAl−Cu層５を選択的
に除去して積層アルミニウム配線構造を形成する。エッ
チング処理に際し、エッチング装置として、60W のＲＦ
パワー、300mA の出力のマイクロ波プラズマエッチャー
を用いる。また、反応力ガスとしてガス圧８mTorr のBC
l3／Cl2(30／70) の混合ガスを用いる。プラズマエッチ
ングの開始時からプラズマから生ずる発光スペクトルを
検出する。検出に際し、モノクロメータ又はバンドパス
フィルタと光検出器とを組合せたものを用い、396nm の
アルミニウムの発光スペクトルにおいて検出を行なう。
検出された発光強度は図７又は図８のように変化するの
で、検出した発光強度変化に基いてエッチング終点を判
定する。判定に際し、検出した発光強度の時間変化から
信号処理回路で２次微分曲線を求め、その零クロス点か
らエッチング終点を特定する。Next, as shown in FIG. 4, the Al—Cu layer 5 is selectively removed by a lithographic method and a plasma etching process to form a laminated aluminum wiring structure. At the time of etching processing, as an etching device, RF of 60W
A microwave plasma etcher with power output of 300mA is used. In addition, as a reactive gas, BC with a gas pressure of 8 mTorr
A mixed gas of l 3 / Cl 2 (30/70) is used. The emission spectrum generated from the plasma is detected from the start of plasma etching. For detection, a monochromator or a combination of a bandpass filter and a photodetector is used, and detection is performed in the emission spectrum of aluminum at 396 nm.
Since the detected emission intensity changes as shown in FIG. 7 or FIG. 8, the etching end point is determined based on the detected emission intensity change. At the time of determination, a signal processing circuit obtains a secondary differential curve from the detected change in emission intensity over time, and the etching end point is specified from the zero cross point.
【００１５】本発明は上述した実施例だけに限定され
ず、種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した
実施例では、モノクロメタにより発光スペクトルを検出
したが、バンドパスフィルタと光検出器との組み合せを
用いて検出することも可能である。また、上述した実施
例では、配線用の金属層としてAl−Cu層と用いたが、勿
論Al層、Al−Si層、Al−Si−Cu層等のAl合金を用いるこ
ともできる。The present invention is not limited to the above-described embodiments, but various modifications and changes can be made. For example, in the embodiment described above, the emission spectrum is detected by monochrome meta, but it is also possible to detect it by using a combination of a bandpass filter and a photodetector. Further, in the above-mentioned embodiments, the Al—Cu layer was used as the metal layer for wiring, but it is of course possible to use an Al alloy such as an Al layer, an Al—Si layer, an Al—Si—Cu layer.
【００１６】[0016]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、層
間絶縁膜と配線用のアルミニウム層又はアルミニウム合
金層との間に酸化アルミニウム層を介在させていると共
にアルミニウムの発光スペクトルにおいてプラズマの発
光強度変化を検出しているから、エッチング終点付近に
おいてプラズマからの発光強度を一層急激に低下させる
ことができ、エッチング終点を正確に特定することがで
きる。この結果半導体装置の製造歩留を一層向上させる
ことができる。As described above, according to the present invention, an aluminum oxide layer is interposed between an interlayer insulating film and an aluminum layer or an aluminum alloy layer for wiring, and the emission spectrum of aluminum emits plasma. Since the intensity change is detected, the emission intensity from the plasma can be more rapidly reduced near the etching end point, and the etching end point can be accurately specified. As a result, the manufacturing yield of semiconductor devices can be further improved.
【図１】本発明による半導体装置の製造方法の一例の工
程を説明する断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a step of an example of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
【図２】本発明による半導体装置の製造方法の一例の工
程を説明する断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a step of an example of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
【図３】本発明による半導体装置の製造方法の一例の工
程を説明する断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a step of an example of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
【図４】本発明による半導体装置の製造方法の一例の工
程を説明する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a step of an example of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
【図５】均一膜厚のアルミニウム配線膜が形成されてい
るときのプラズマエッチング処理中に観測される発光強
度変化を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a change in emission intensity observed during a plasma etching process when an aluminum wiring film having a uniform film thickness is formed.
【図６】不均一な膜厚のアルミニウム配線膜が形成され
たときの発光強度変化を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing changes in emission intensity when an aluminum wiring film having a non-uniform thickness is formed.
【図７】層間絶縁膜と配線用アルミニウム合金層との間
に酸化アルミニウム層が介在する場合の発光強度変化を
示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing changes in emission intensity when an aluminum oxide layer is interposed between an interlayer insulating film and an aluminum alloy layer for wiring.
【図８】配線用アルミニウム層の膜厚が不均一な場合に
おける発光強度変化を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing changes in emission intensity when the film thickness of an aluminum layer for wiring is non-uniform.
１ 半導体基体 ２ 層間絶縁膜 ３ Al2O3 層 ４ コンタクトホール ５ Al−Cu層1 semiconductor substrate 2 interlayer insulating film 3 Al 2 O 3 layer 4 contact hole 5 Al-Cu layer
Claims (1)
成されている半導体装置を製造するに際し、 所定の半導体領域が形成されている半導体基体上に層間
絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜上に酸化アルミニウム
層を形成し、コンタクトホールを形成してから配線用の
アルミニウム又はアルミニウム合金層を形成し、塩素系
反応ガスを用いるプラズマエッチング処理により前記ア
ルミニウム又はアルミニウム合金層及び酸化アルミニウ
ム層を選択的に除去し、このプラズマエッチング処理に
おいて、アルミニウムの発光スペクトルを検出し、検出
したアルミニウムの発光スペクトルの変化に基いてエッ
チング終点を判定することを特徴とする半導体装置の製
造方法。1. When manufacturing a semiconductor device in which an aluminum wiring pattern is formed on a semiconductor substrate, an interlayer insulating film is formed on the semiconductor substrate on which a predetermined semiconductor region is formed, and the interlayer insulating film is formed on the interlayer insulating film. An aluminum oxide layer is formed, a contact hole is formed, and then an aluminum or aluminum alloy layer for wiring is formed, and the aluminum or aluminum alloy layer and the aluminum oxide layer are selectively etched by plasma etching using a chlorine-based reaction gas. A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises removing and then detecting an emission spectrum of aluminum in the plasma etching process and determining an etching end point based on a change in the detected emission spectrum of aluminum.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9073092A JPH05291196A (en) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | Method for fabricating semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9073092A JPH05291196A (en) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | Method for fabricating semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05291196A true JPH05291196A (en) | 1993-11-05 |
Family
ID=14006680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9073092A Pending JPH05291196A (en) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | Method for fabricating semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05291196A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1986007489A1 (en) * | 1985-06-10 | 1986-12-18 | Takeuchi Press Industries Co., Ltd. | Resin-bonded magnetic composition and process for producing magnetic molding therefrom |
| JPH09326382A (en) * | 1996-06-04 | 1997-12-16 | Matsushita Electron Corp | Etching method |
-
1992
- 1992-04-10 JP JP9073092A patent/JPH05291196A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO1986007489A1 (en) * | 1985-06-10 | 1986-12-18 | Takeuchi Press Industries Co., Ltd. | Resin-bonded magnetic composition and process for producing magnetic molding therefrom |
| US4808326A (en) * | 1985-06-10 | 1989-02-28 | Takeuchi Press Industries Co., Ltd. | Resin-bonded magnetic composition and process for producing magnetic molding therefrom |
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