JPH07335625A

JPH07335625A - プラズマエッチング方法

Info

Publication number: JPH07335625A
Application number: JP12859594A
Authority: JP
Inventors: Keiji Shinohara; 啓二篠原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-06-10
Filing date: 1994-06-10
Publication date: 1995-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】酸化シリコン系の層間絶縁膜に開口する接続
孔側壁のテーパー角度を任意な一定値に制御することが
できる、プラズマエッチング方法を提供する。【構成】エッチング初期におけるＣＯの発光スペクト
ル強度値に基づき、エッチング性ガスと堆積性ガスの混
合比の設定にフィードバックをかける。【効果】層間絶縁膜３の露出面積や膜質にかかわりな
く、側壁保護膜の形成を常に最適条件に設定でき、順テ
ーパ状の接続孔７の形成が可能となる。フィードバック
を複数回行えば制御性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置等の製造分野
で適用されるプラズマエッチング方法に関し、更に詳し
くは酸化シリコン系材料層からなる層間絶縁膜に接続孔
を開口する際に、接続孔側壁のテーパ角度を制御しつつ
開口することが可能なプラズマエッチング方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置の高集積度化、高
性能化が進展するに伴い、そのデザインルールはハーフ
ミクロンからクォータミクロンへと縮小し、接続孔の開
口径も微細化している。一方、多層配線層の層間耐圧を
確保するため、層間絶縁膜の膜厚はほとんど変わってい
ないので、接続孔のアスペクト比は増大する傾向にある
のが現状である。このため、Ａｌ系金属のスパッタリン
グや電子ビーム蒸着によりコンタクトプラグや上層配線
を形成する場合には、アスペクト比の大きな接続孔をス
テップカバリッジよく充填することが困難となりつつあ
り、オーミック性の低下や導通不良を生じ、半導体装置
の信頼性が低下する虞れがある。

【０００３】そこで近年、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ等の高融点金
属層やＡｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ等の金属を接続孔内に選択
的に成長させて埋め込む、各種の選択ＣＶＤが提案され
ている。この選択ＣＶＤは、金属ハロゲン化物や金属カ
ルボニル、有機金属化合物等のソースガスを、接続孔底
部に露出する半導体基板の拡散層や下層配線材料により
還元して、接続孔内に構成金属を選択的に析出させるも
のである。しかし選択ＣＶＤは、バッチ数を重ねると次
第にその選択性が劣化し、層間絶縁膜上等、不所望の部
位にも金属が析出する傾向がある。また、深さの異なる
接続孔内に同時に選択成長する場合には、ネイルヘッド
と呼称される、浅い接続孔上の過剰成長部分のエッチバ
ック除去の制御性に乏しいこと等の未解決の問題があ
り、未だ実用レベルに達していないのが現状である。

【０００４】かかる実情に鑑み、選択ＣＶＤに代わって
見直されつつあるのがブランケットＣＶＤによる電極・
配線形成方法である。ブランケットＣＶＤは、成長下地
面の化学的性質のいかんに関わらず、下地全面に選択性
無く析出するのでかかる名称が付けられる。一例とし
て、接続孔が開口された層間絶縁膜の全面を被覆して、
この接続孔を埋め込むようにＷ等の高融点金属層を形成
するプロセスが代表例である。なお、ブランケットＣＶ
Ｄによるタングステン（Ｗ）のコンタクトホール埋め込
みに関する一般的な解説記事は、例えば月間セミコンダ
クターワールド誌（プレスジャーナル社刊）１９９０年
１１月号２２０ページに掲載されている。

【０００５】ブランケットＣＶＤとエッチバックを併用
して接続孔内部にＷプラグを形成する工程を、図３
（ａ）〜（ｂ）を参照して説明する。なお各材料層の厚
さ等のディメンジョンは、すべて参考例である。

【０００６】まず図３（ａ）に示すように、不純物拡散
層２等の能動素子が形成されたＳｉ等の半導体基板１上
にＳｉＯ₂等からなる層間絶縁膜３を形成し、不純物拡
散層２に臨む接続孔４を開口する。層間絶縁膜３の膜厚
は６００ｎｍ、接続孔４の開口径は３５０ｎｍである。

【０００７】つぎに密着層兼バリアメタル層５として、
ＴｉとＴｉＯＮをこの順に１０ｎｍおよび７０ｎｍ、ス
パッタリングと反応性スパッタリングにより形成する。
ＴｉＯＮは、ＴｉＮ等を用いてもよい。この後、例えば
コールドウォール型の減圧ＣＶＤ装置を用い、接続孔４
を埋め込み、かつ層間絶縁膜３上の密着層兼バリアメタ
ル層５をも被覆して略平坦面を形成するごとく、ブラン
ケットＣＶＤによりＷからなる導電性薄膜６を形成す
る。このブランケットＣＶＤは、一例として下記条件に
より成膜する。まず、ＷＦ₆ ２５ｓｃｃｍＳｉＨ₄ １０ｓｃｃｍガス圧力１．１×１０⁴Ｐａ基板温度４７５ ℃ の条件で２０秒間、Ｗの核形成を行った後、ＷＦ₆ ６０ｓｃｃｍＨ₂ ３６０ｓｃｃｍガス圧力１．１×１０⁴Ｐａ基板温度４７５ ℃ の条件に切り替えて堆積する。なお、層間絶縁膜３上の
導電性薄膜９の厚さは、６００ｎｍである。このブラン
ケットＣＶＤ工程においては、ＴｉＯＮがバリアメタル
として機能することと、Ｗの融点が３３８０℃と高いこ
ともあいまって、４７５℃と比較的高温でＣＶＤを行っ
てもＳｉ基板中へのＷの侵入が抑制され、接合破壊等の
ない良好なオーミックコンタクトが達成される。

【０００８】この後、ＳＦ₆等のＦ系ガスを用て導電性
薄膜６を全面エッチバックして図３（ｂ）に示すように
接続孔４内にコンタクトプラグ７を完成する。層間絶縁
膜３上の密着層兼バリアメタル層５もエッチバックして
除去する場合には、Ｆ系ガスにＣｌ系ガスを添加した、
例えばＳＦ₆／Ｃｌ₂混合ガスを用いてエッチバックし
てもよいし、別途ＢＣｌ₃／Ｃｌ₂混合ガス等のＣｌ系
ガスで除去してもよい。

【０００９】ところで、ブランケットＷのＣＶＤとその
エッチバックによるコンタクトプラグ形成においては、
接続孔の形状制御が従来にも増して重要になってきてい
る。接続孔部分を含めて、層間絶縁膜上にブランケット
Ｗを形成する場合、前述したように密着性とバリア性を
改善するため、Ｔｉ系の材料を予め薄くコンフォーマル
に形成しておくことが行われる。このＴｉ系の密着層兼
バリアメタル層を形成する手段は、Ｔｉ金属をターゲッ
トとしたスパッタリングないしは反応性スパッタリング
による方法が一般的である。

【００１０】しかしながら、スパッタリングでは段差部
分でのステップカバリッジを良好に形成することは困難
である。この問題を図４（ａ）〜（ｃ）を参照して説明
する。接続孔側壁が垂直に形成された被処理基板に、ス
パッタリングにより密着層兼バリアメタル層を成膜する
場合には、図４（ａ）に示すように接続孔４側壁部分で
密着層兼バリアメタル層５がオーバーハング状に付着す
る。この状態からブランケットＷ等の導電性薄膜６のＣ
ＶＤを行うと、図４（ｂ）に示すように接続孔内部にボ
イド８が発生し、これをエッチバックすると図４（ｃ）
に示すようにボイド８が露出し、図示しない上層配線の
ステップカバリッジを著しく悪化する。またボイド８が
露出しない迄も、バリア性の低下やコンタクト抵抗の増
大等の問題が発生する。

【００１１】密着層兼バリアメタル層５のオーバーハン
グと、ボイド８の発生を防止する最も確実な方法は、接
続孔４の側壁を順テーパ形状に開口することにより、密
着層兼バリアメタル層５のステップカバリッジを向上す
ることである。接続孔のテーパエッチングとしては、メ
インとなるエッチングガスに堆積性ガスを添加し、その
混合比を制御する方法が一般的である。例えば図３
（ａ）の説明で先述した３５０ｎｍ径の接続孔をＳｉＯ
₂からなる層間絶縁膜にレジストマスクを用いて開口す
る場合に、マグネトロンＲＩＥ装置を用いて下記条件に
よりエッチングをおこなう。ＣＦ₄ １０ｓｃｃｍＣＨＦ₃ ４０ｓｃｃｍＡｒ１００ｓｃｃｍガス圧力２０ＰａＲＦパワー６００Ｗ基板温度常温この被エッチング基板の場合には、上記エッチング条件
で接続孔４の側壁のテーパー角度は図２に示すように約
８５度の順テーパー状の望ましい形状に形成された。こ
こでテーパー角度１０の表示は、半導体基板１と接続孔
４側壁が、層間絶縁膜３側で形成する角度で定義する。
なお、図２は接続孔４側壁のテーパー角度１０と、プラ
ズマエッチング条件の関係を示す概略断面図である。

【００１２】テーパー角度の制御は、エッチング性ガス
であるＣＦ₄と堆積性ガスであるＣＨＦ₃との混合比の
制御により可能である。すなわち、ＣＦ₄が少なく、Ｃ
ＨＦ ₃が多ければ仮想線４１に示すようにテーパー角度
は小さくなる。逆にＣＦ₄が多く、ＣＨＦ₃が少なけれ
ば仮想線４２で示すようにテーパー角度は大きくなり、
垂直に近くなる。テーパー角度は、堆積性ガスに起因す
る側壁保護膜の形成と、エッチングとの競合反応により
決定されるので、堆積性ガスが多ければ、テーパー角度
は小さくなり、いわゆる順テーパ形状となるのである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、堆積とエッ
チングの競合反応においては、何らかの原因でそのバラ
ンスが崩れると接続孔側壁のテーパー角度が変化するこ
とになる。例えば、被エッチング基板上の接続孔形成用
レジストマスクの開口面積が十分小さい場合には、Ｓｉ
Ｏ₂のエッチング反応生成物であるＯ原子、Ｏ分子ある
いはＯを含有する分子の生成量は少なく、エッチング反
応系への影響も少ない。一方、接続孔形成用レジストマ
スクの開口面積が大きい場合や、スクライブライン等接
続孔以外の層間絶縁膜を同時に除去する場合には、上記
した反応生成物が多く発生し、堆積生成物であるＣＦ系
ポリマを分解するので、側壁保護膜の形成が不足とな
り、テーパー角度は大きくなる。

【００１４】さらに、層間絶縁膜であるＳｉＯ₂の製造
方法、不純物の有無やその含有量によってもエッチング
レートが変化する。すなわち、緻密性の低い層間絶縁膜
や、不純物量が多い層間絶縁膜は、一般にエッチングレ
ートが大きい。この場合も反応生成物であるＯ原子、Ｏ
分子あるいはＯを含有する分子が多く発生し、堆積生成
物であるＣＦ系ポリマを分解するので、側壁保護膜の形
成が不足となり、テーパー角度は大きくなる。

【００１５】このように、レジストマスクの開口面積
や、被エッチング層である層間絶縁膜の膜質が異なる複
数の被エッチング基板を連続的にエッチングする場合に
は、被エッチング基板毎に最適な、エッチングと堆積の
競合反応のバランスがとれるエッチングパラメータを採
用することで、接続孔側壁のテーパー角度を一定とする
ことは原理的には可能である。しかしながら、被エッチ
ング基板ごとに最適エッチング条件を管理することは、
被エッチング基板の種類数だけエッチングパラメータを
用意し、これを随時選択せねばならず、プロセス管理上
煩雑でありスループットが低下する。またスペックの異
なる被エッチング基板を新たに導入する際には、エッチ
ングパラメータを新規に設定する必要があった。また開
口面積や膜質が未知の被エッチング基板に対しては、最
適エッチング条件の設定すら不可能であった。

【００１６】そこで本発明の課題は、異なる種類の被エ
ッチング基板を連続的に処理する場合においても、各被
エッチング基板毎に最適なエッチングパラメータを自動
的に選択し、接続孔の側壁を常に一定のテーパー角度に
制御することのできるプラズマエッチング方法を提供す
ることである。

【００１７】また本発明の別の課題は、ブランケットＣ
ＶＤとそのエッチバックにより形成するコンタクトプラ
グ表面を平坦に形成し、信頼性に優れた多層配線を有す
る半導体装置を製造しうるプラズマエッチング方法を提
供することである。本発明の上記以外の目的は、本願明
細書および添付図面の説明により明らかにされる。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマエッチ
ング方法は、上記課題を達成するために提案するもので
あり、酸化シリコン系材料層からなる被エッチング層上
に少なくとも接続孔形成用のレジストマスクを形成する
工程と、エッチング性ガスと堆積性ガスを含む混合ガス
により、この被エッチング層をＣＯに起因する発光スペ
クトル強度をモニタしつつエッチングする工程と、発光
スペクトル強度のモニタ値にもとづき、エッチング性ガ
スと堆積性ガスの混合比を制御しつつ、この被エッチン
グ層をさらにエッチングする工程とを有するものであ
る。

【００１９】また本発明のプラズマエッチング方法は、
上述したプラズマエッチング方法において、エッチング
性ガスと堆積性ガスを含む混合ガスにより、該被エッチ
ング層をＣＯに起因する発光スペクトル強度をモニタし
つつエッチングする工程と、発光スペクトル強度のモニ
タ値にもとづき、上記エッチング性ガスと堆積性ガスの
混合比を制御しつつ、この被エッチング層をさらにエッ
チングする工程を複数回繰り返すものである。すなわ
ち、発光スペクトル強度のモニタと、モニタ値にもとづ
くエッチング性ガスと堆積性ガスの混合比の制御へのフ
ィードバックを、接続孔が開口する迄の間に、複数回反
復するのである。

【００２０】これら一連のプロセスは、制御系としての
マイクロコンピュータにより自動的に実施することも可
能である。マイクロコンピュータのメモリには、予め実
験にもとづき求めておいた、プラズマ発光スペクトル強
度値と、これに対応する最適なエッチング性ガスと堆積
性ガスの混合比のデータを、接続孔側壁のテーパー角度
毎にインプットしておき、プロセスガス導入部の各マス
フローメータを制御する。

【００２１】エッチング性ガスと堆積性ガスの混合比の
制御により、接続孔側壁のテーパ角を８０度以上９０度
未満に形成することが望ましい。これは、８０度未満で
はテーパー拡がりすぎて接続孔上面の開口径が大きくな
り、パターン密度が低下するからであり、９０度以上で
は逆テーパとなり、密着層兼バリアメタル層のステップ
カバリッジが悪化するためである。

【００２２】

【作用】本発明のポイントは、ＣＯに起因する発光スペ
クトル強度をモニタすることにより、被エッチング基板
上のレジストマスクから露出するＳｉＯ₂系の被エッチ
ング層の面積を演算し、この露出面積に応じた最適エッ
チングガス組成を選択してエッチングする点にある。こ
の構成により、露出面積や膜質の異なる複数の被エッチ
ング基板に対しても、常に一定のテーパー角度を有する
接続孔の形成が可能となる。

【００２３】周知のように、ＳｉＯ₂のエッチャント
は、ＣＦ₃ ^*やＣＦ₂ ^*等のＣＦ系ラジカルが一般的で
あり、ＳｉＯ₂＋ＣＦ_x ^*→ＳｉＦ₄＋ＣＯ（またはＣ
Ｏ₂）の反応により、ＣＯまたはＣＯ₂を生成する。こ
のうち、ＣＯはプラズマ中で発光し、２８２〜２８５ｎ
ｍ、２９６〜３００ｎｍ、４８４ｎｍおよび５２０ｎｍ
で固有のスペクトルを発生する。この発光スペクトルの
有無により、ＳｉＯ₂系被エッチング層の終点検出をお
こなうことは従来公知である。一方この発光スペクトル
強度はプラズマ中のＣＯの濃度に比例する。

【００２４】すなわち、被エッチング層の露出面積が大
きい場合には反応生成物の量も多く、発光スペクトル強
度が大きくなる。同じく、Ｂ、Ｐ、Ａｓ等の不純物を含
有するＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧおよびＡｓＳＧ等はエ
ッチングレートが大きいので反応生成物の量が多く、こ
の場合も発光スペクトル強度が大きくなる。すなわち、
上記した反応式により、ＣＯの発光スペクトル強度は、
ＳｉＯ₂系被エッチング層の露出表面積およびエッチン
グレートに比例するのである。

【００２５】したがって、ＣＯの発光スペクトル強度が
所定値より大きい場合には、エッチングと堆積の競合反
応がエッチング優位の方向にずれ、堆積性ガスが不足し
側壁保護膜の形成が不十分であるから、テーパー角度が
大きくなり、接続孔側壁は垂直に近くなる。したがっ
て、この場合は堆積性ガスの混合比を高め、エッチング
レートを抑えることにより所定のテーパー角度を得るこ
とができる。同時に、ＣＯの発光スペクトル強度も下が
り、その値は所定値に落ち着く。一方、ＣＯの発光スペ
クトル強度が所定値より小さい場合は、上述した操作と
逆の操作を施せばよい。

【００２６】接続孔エッチングの過程中、ＣＯの発光ス
ペクトル強度の測定と、そのモニタ値にもとづくプロセ
スガスの混合比制御を複数回反復すれば、テーパー角度
の精度が向上する。この方法は、被エッチング層の膜質
や不純物濃度が膜厚方向に変化する場合でも一定のテー
パー角度が得られる効果がある。複数のＳｉＯ₂系材料
を積層した層間絶縁膜の場合にも、同様の効果がえられ
る。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき、図１
（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。なお同図では、先
述した図２、３および４と同様の構成部分には同一の符
号を付すものとする。

【００２８】実施例１本実施例は、レジストマスクの開口面積、すなわち被エ
ッチング層の露出面積の異なる複数の被エッチング基板
を連続的に処理し、接続孔の形成を行った例である。

【００２９】まず図１（ａ）に示すように、予め不純物
拡散層２等が形成されたＳｉ等の半導体基板１上に、Ｓ
ｉＯ₂からなる層間絶縁膜３を形成する。つぎに化学増
幅型レジストとＫｒＦエキシマレーザリソグラフィによ
り、０．３５μｍの開口径を有するレジストマスク９を
接続孔開口位置にパターニングする。層間絶縁膜３の厚
さは一例として６００ｎｍであり、減圧ＣＶＤ等により
形成する。ここまで形成した図１（ａ）に示すサンプル
を被エッチング基板とする。

【００３０】つぎにこの被エッチング基板を磁場を併用
したマグネトロンＲＩＥ装置のカソード電極上に載置
し、下記条件により層間絶縁膜３の露出部分のエッチン
グを開始する。この状態を図１（ｂ）に示す。ＣＦ₄ １０ｓｃｃｍＣＨＦ₃ ４０ｓｃｃｍＡｒ１００ｓｃｃｍガス圧力３５ＰａＲＦ電源パワー６００Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ）磁界強度６×１０^-3 Ｔ被エッチング基板温度常温このエッチング条件は、図２の説明において８５度のテ
ーパー角度が得られたエッチング条件と同一のものをそ
のまま用いた。しかしながら、本実施例における被エッ
チング基板は、図２の説明に供した被エッチング基板と
比較すると、被エッチング層の露出面積は約２倍であっ
た。したがって、プラズマ中のＣＯに起因する発光スペ
クトル強度値は大きく、この条件でエッチングを続行す
ると側壁保護膜の堆積が不足し、テーパー角度が小さく
なる虞れがある。

【００３１】そこで下記条件にエッチング条件を変更
し、接続孔のパターニングを続行した。ＣＦ₄ １０ｓｃｃｍＣＨＦ₃ ５０ｓｃｃｍＡｒ１００ｓｃｃｍガス圧力３５ＰａＲＦ電源パワー６００Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ）磁界強度６×１０^-3 Ｔ被エッチング基板温度常温本エッチング条件は、前記エッチング条件と比較する
と、堆積性ガスであるＣＨＦ₃の流量を１０ｓｃｃｍ増
加したものである。エッチング性ガスであるＣＦ ₄の流
量を減少してもよい。この結果、エッチングレートは若
干低下し、反応生成物の一部であるＣＯの発光スペクト
ル強度は、８５度のテーパー角度をもってエッチングし
た時と同じレベルまで低下するとともに、実際のエッチ
ングプロファイルも図１（ｃ）に示すようにテーパー角
度を８５度とすることができた。発光スペクトル強度の
測定値にもとづくプロセスガスの混合比の制御は、エッ
チングプロセス中複数回実行してもよい。

【００３２】本実施例によれば、被エッチング層の露出
面積が異なる複数の被エッチング基板を連続的に処理し
ても、ＣＯの発光スペクトル強度が所定値に維持される
ようにプロセスガスの混合比を制御することにより、一
定のテーパー角度を有する接続孔の形成が可能である。

【００３３】実施例２本実施例は、層間絶縁膜の材料の違いによるテーパー角
度の差の発生を防止するため、本発明を適用した例であ
る。本実施例における被エッチング基板は、層間絶縁膜
３が不純物としてＢとＰを添加したＢＰＳＧから構成さ
れている他は、図１（ａ）に示したものと同じである。
またレジストマスク９から露出する被エッチング層であ
る層間絶縁膜の露出面積は、図２の説明において８５度
のテーパー角度が得られた被エッチング基板の露出面積
と同一である。

【００３４】この被エッチング基板を次のエッチング条
件により、マグネトロンＲＩＥ装置によりパターニング
を開始した。この状態を図１（ｂ）に示す。ＣＦ₄ １０ｓｃｃｍＣＨＦ₃ ４０ｓｃｃｍＡｒ１００ｓｃｃｍガス圧力３５ＰａＲＦ電源パワー６００Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ）磁界強度６×１０^-3 Ｔ被エッチング基板温度常温このエッチング条件は、図２の説明において８５度のテ
ーパー角度が得られたエッチング条件と同一のものをそ
のまま用いた。しかしながら、本実施例における被エッ
チング層は、不純物を含まないＳｉＯ₂そのものよりエ
ッチングレートが約４０％大きい。

【００３５】上記エッチング条件により、図１（ｂ）に
示すように接続孔エッチングを開始すると、図２の説明
において８５度のテーパー角度でエッチングした場合よ
りも反応生成物が多いので、ＣＯの発光スペクトル強度
も大きかった。この条件でエッチングを続行すると側壁
保護膜の堆積が不足し、テーパー角度が大きくなる虞れ
がある。

【００３６】そこで下記条件にエッチング条件を変更
し、接続孔のパターニングを続行した。ＣＦ₄ ８ｓｃｃｍＣＨＦ₃ ４０ｓｃｃｍＡｒ１００ｓｃｃｍガス圧力３５ＰａＲＦ電源パワー６００Ｗ（１３．５６ＭＨ
ｚ）磁界強度６×１０^-3 Ｔ被エッチング基板温度常温本エッチング条件は、前記エッチング条件と比較する
と、エッチング性ガスであるＣＦ₄の流量を２ｓｃｃｍ
減少したものである。堆積性ガスであるＣＨＦ₃の流量
を増加してもよい。この結果、エッチングレートは若干
低下し、ＣＯの発光スペクトル強度も８５度のテーパー
角度が得られた場合と同じ強度まで低下するとともに、
図１（ｃ）に示すように実際の接続孔のプロファイルも
８５度のテーパー角度に形成された。発光スペクトル強
度の測定値にもとづくプロセスガスの混合比の制御は、
エッチングプロセス中複数回実行してもよい。

【００３７】本実施例においては、被エッチング層の膜
質や不純物の有無や含有量の異なる複数の被エッチング
基板を連続的に処理しても、ＣＯの発光スペクトル強度
が所定値に維持されるようにプロセスガスの混合比を制
御することにより、一定のテーパー角度を有する接続孔
の形成が可能である。

【００３８】以上、本発明を２つの実施例により説明し
たが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものでは
ない。

【００３９】例えば、本実施例においては、発光スペク
トル強度のモニタ値にもとづき、プロセスガスの混合比
を変更してエッチングと堆積の競合反応のバランスをと
り、所定のテーパー角度が得られるようにエッチングパ
ラメータを制御したが、ガス圧力、高周波パワー、磁束
密度等他のエッチングパラメータの制御によりエッチン
グと堆積のバランスを制御してもよい。

【００４０】発光スペクトルモニタとして、ＣＯにもと
づく特性スペクトルを採り上げたが、これはその強度が
大きくモニタが容易であるからである。他の反応生成物
である、ＳｉＦにもとづく４４０ｎｍ、７７７ｎｍ等の
特性発光スペクトルをモニタして、これをエッチングパ
ラメータにフィードバックすることも可能である。

【００４１】接続孔側壁のテーパー角度を任意の一定値
に制御するプラズマエッチング方法を例示したが、テー
パー角度を多段階に任意の値に制御することも本発明方
法に従えば容易である。

【００４２】エッチング性ガスとしてＣＦ₄を例示した
が、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₈等、反応生成物とし
てＣＯを発生しうる他のＣＦ系ガスを用いてもよい。堆
積性ガスとしてＣＨＦ₃を例示したが、ＣＨ₂Ｆ₂、Ｃ
Ｈ₃Ｆ、ＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₂Ｆ ₄等、カーボン系ポリマに
よる側壁保護膜を形成しうる他のＣＨＦ系ガスを用いて
もよい。

【００４３】プラズマエッチング装置として平行平板型
マグネトロンＲＩＥ装置を例示して説明したが、磁界を
用いないＲＩＥ装置やＥＣＲプラズマエッチング装置、
ヘリコン波プラズマエッチング装置、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕ
ｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）エッ
チング装置、ＴＣＰ（ＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＣｏｕ
ｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）エッチング装置等のプラズマ
エッチング装置に発光スペクトル強度モニタを組み合わ
せて用いてもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は被エッチング層の露出面積や膜質の異なる被エッチン
グ基板を処理する場合においても、各被エッチング基板
ごとに最適なエッチングパラメータを自動的に選択し、
接続孔の側壁を常に一定のテーパー角度に制御すること
が可能となった。

【００４５】とりわけ各種被エッチング基板を連続的に
処理する場合や、被エッチング層の露出面積や膜質が未
知の被エッチング基板を処理する場合にも上記効果は達
成される。同じく、層間絶縁膜の厚さ方向に膜質や不純
物濃度がことなる傾斜材料や、積層材料であっても、上
記効果は達成される。これにより、密着層兼バリアメタ
ル層のステップカバリッジを向上し、ブランケットＣＶ
Ｄとそのエッチバックによる平坦な表面を有するＷコン
タクトプラグの形成が安定に実施できるようになった。

【００４６】以上述べた効果により、微細な設計ルール
に基づく多層配線の層間接続を信頼性高く行うことがで
き、本発明が半導体装置等の製造プロセスに与える寄与
は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマエッチング方法を適用した実
施例１および２を、その工程順に説明する概略断面図で
あり、（ａ）は層間絶縁膜上に接続孔形成用のレジスト
マスクを形成した状態、（ｂ）はプラズマの発光スペク
トル強度をモニタしつつ、接続孔エッチングを開始した
状態、（ｃ）は所定のテーパー角度を有する接続孔を完
成した状態である。

【図２】接続孔側壁のテーパー角度と、プラズマエッチ
ング条件の関係を示す概略断面図である。

【図３】コンタクトプラグ形成の説明に供する概略断面
図であり、（ａ）は接続孔に密着層兼バリアメタル層と
ブランケットＷによる導電性薄膜を形成した状態、
（ｂ）は導電性薄膜のエッチバックによりコンタクトプ
ラグが形成された状態である。

【図４】コンタクトプラグの形成における問題点の説明
に供する概略断面図であり、（ａ）は接続孔に密着層兼
バリアメタル層がオーバーハング状に形成された状態、
（ｂ）はブランケットＷによる導電性薄膜を形成してボ
イドが発生した状態、（ｃ）は導電性薄膜のエッチバッ
クによりボイドが露出した状態である。

【符号の説明】

１半導体基板２不純物拡散層３層間絶縁膜４接続孔５密着層兼バリアメタル層６導電性薄膜７コンタクトプラグ８ボイド９レジストマスク１０テーパー角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 21/88 Ｄ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化シリコン系材料層からなる被エッチ
ング層上に少なくとも接続孔形成用のレジストマスクを
形成する工程、エッチング性ガスと堆積性ガスを含む混合ガスにより、
該被エッチング層をＣＯに起因する発光スペクトル強度
をモニタしつつエッチングする工程、上記発光スペクトル強度のモニタ値にもとづき、上記エ
ッチング性ガスと堆積性ガスの混合比を制御しつつ、該
被エッチング層をさらにエッチングする工程を有するこ
とを特徴とする、プラズマエッチング方法。
【請求項２】エッチング性ガスと堆積性ガスを含む混
合ガスにより、被エッチング層をＣＯに起因する発光ス
ペクトル強度をモニタしつつエッチングする工程と、上記発光スペクトル強度のモニタ値にもとづき、上記エ
ッチング性ガスと堆積性ガスの混合比を制御しつつ、該
被エッチング層をさらにエッチングする工程を、複数回
繰り返すことを特徴とする、請求項１記載のプラズマエ
ッチング方法。
【請求項３】エッチング性ガスと堆積性ガスの混合比
の制御により、接続孔側壁のテーパ角度を８０度以上９
０度未満に形成することを特徴とする、請求項１および
２記載のプラズマエッチング方法。