WO2004036638A1

WO2004036638A1 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: WO2004036638A1
Application number: PCT/JP2002/010844
Authority: WO
Inventors: Nobuyuki Negishi; Kenetsu Yokogawa; Masaru Izawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2005-04-18
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Abstract

本発明の目的は歩留りおよび生産性向上が図れる半導体装置の製造方法を提供することにある。本発明に係わる半導体装置の製造方法は、本発明は、真空容器1と、前記真空容器1内に設けられたウエハ8を設置するためのサセプタ7と、前記真空容器に原料ガスを導入するためのガス導入手段2と、および高周波電力導入手段6とを有するプラズマエッチング装置が準備され、前記ガス導入手段2により前記真空容器1内に導入されたガスを前記高周波電力でプラズマ化し、前記プラズマ雰囲気中でウエハ主面の酸化膜23に選択的に複数の穴を形成する工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記穴を形成する工程で前記半導体ウエハ主面の平坦部と穴部とに連続スペクトルを有する光15を照射させ、前記平坦部と前記穴部との反射率変化を測定することを特徴とする。

Description

半導体装置の製造方法技術分野

本発明は半導体技術分野、特に層間絶縁膜のコンタクトホール形成工程を含む半導体装置の製明造方法に関するものである。

田

背景技術

半導体装置の製造過程において、ウェハ主面に形成された層間絶縁膜（主に酸化シリコンを主成分とする絶縁膜）に、プラズマを利用したドライエツチング方法でコンタクトホールを形成し、そのコンタクトホール内に、半導体もしくは金属を充填する工程がある。このコンタクトホール形成では、下地の半導体領域表面もしくは下層配線が露出するまでエッチストップしないで完全に開孔することが半導体装置の歩留まり向上に不可欠である。したがって、コンタクトホールの微細化に伴い、エッチングの難易度が高まっている状況下において、所望のエッチング処理を行うために、エッチングの進行状況、特にエッチング深さを正確に把握し、プロセス条件に反映させることが極めて重要になる。

コンタクトホール形成が途中でェツチストップして下地の半導体領域または配線が露出しない状況を非開孔という。従来、この非開孔による歩留まりの低下を抑制するために、走査電子顕微鏡 S EM ^ S c a n n i n g E l e c t r o n M i c r o s c o p y ) 等による断面観察や電位コントラスト方式による非開孔検査を行レ、、不良の原因を特定していた。

しかしながら、従来の方法では、実際にロットからウェハを抜き出して S E M等の検査装置用のサンプル（試料）を作成する必要がある。このため、ノンプロダクトウェハが必要であることと、製造プロセスへの.フィードバックに時間がかかることから、生産性の低下を招いていた。なお、ノンプロダクトウェハとは半導体装置の製造に直接寄与しないウェハを言う。

また、ホール径の微細化が進み、直径が 1 0 0 n m以下となりつつある状況下では、紫外から可視域の波長の光はパターン境界の影響無しにパターン底部まで入射しにくく、パターン上部と底部との光路長差を利用した干渉波形測定方式では、実用に耐え得る S / N 比が充分得られない。

なお、特開 2 0 0 0— 1 3 1 0 2 8号公報ゃ特開 2 0 0 1 — 2 8 4 3 2 3号公報に示されているように、コンタクトホールのエッチング深さをリアルタイムにモニターする手段としては、パターン上部と底部との光路長差による干渉波形からエッチング深さを求める方式がある。発明の開示

本発明の目的は歩留りおよび生産性向上が図れる半導体装置の製造方法を提供することにある。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば次のとおりである。

本発明は、真空容器と、前記真空容器内に設けられた半導体ゥェハを設置するためのサセプタと、前記真空容器に原料ガスを導入するためのガス導入手段と、および高周波電力導入手段とを有するプラズマエッチング装置が準備され、前記ガス導入手段により前記真空容器内に導入されたガスを前記高周波電力でプラズマ化し、前記プラズマ雰囲気中で半導体ウェハ主面に選択的に複数の穴を形成する工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記穴を形成する工程の間もしくはその後に前記半導体ウェハ主面の平坦部と穴部とに連続スぺクトルを有する光を照射させ、前記平坦部と前記穴部との反射率変化を測定する工程を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、エッチング過程において、簡便に光学特性を測定することにより、非破壌でェツチング状態、特にコンタクトホールのエッチング深さをモニターし、早期のロット停止やプロセス条件へのフィードバックを行うものである。これにより、 D R AM (D y n a m 1 c a n d a m A c c e s s M e m o r y ) に代表される多量少品種生産だけでなく、少量多品種生産が必要な口ジック製品等でも生産性の向上に貢献できる。図面の簡単な説明

. 図 1は本発明の実施例 1で用いるエッチング深さ検査機能付きドライエッチング装置の概略図である。

図 2は本発明の実施例 1に係わるウェハの部分断面図である。図 3は本発明の実施例 1 に係わるウェハの平面図である。

図 4は本発明の実施例 1 に係わる検出光照射位置の走査過程を示す説明図である。

図 5は本発明の実施例 1に係わる平坦部と穴部の反射率の波長依存性と干渉ピークの波長シフト量を示す特性図である。図 6は本発明の実施例 1 に係わる干渉ピークの波長シフト量とエツチング時間の関係を示す特性図である。

図 7は本発明の実施例 1に係わるエッチング完了時の波長シフト量とウェハ処理枚数の関係を示す特性図である。

図 8は本発明の実施例 1で用いるマルチチャンバ一方式のプラズマエッチング装置の概略図である'。

図 9は本発明の実施例 2で用いるエッチング深さ検査機能付きァンロードロック室の概略図である。

図 1 0は本発明の実施例 2に係わるィンピーダンス測定の測定確度と測定周波数の関係を示す特性図である。

図 1 1 は本発明の実施例 2に係わるウェハ主面の平坦部における上部電極と下部電極と間の容量を示す等価回路図である。

図 1 2は本発明の実施例 2に係わるウェハ主面の穴部における上部電極と下部電極と間の容量を示す等価回路図である。

図 1 3は本発明の実施例 2に係わるエツチング深さと 1 Cの関係を示す特性図である。

図 1 4は本発明の実施例 3で用いるエッチング深さ検査機能付きドライエッチング装置の概略図である。

図 1 5は本発明の実施例 3に係わる添加 O ₂流量とエッチストップが発生する最大ァスぺクト比の関係を示す特性図である。

図 1 6 は本発明の実施例 3に係わる O ₂流量の制御ステップを示すシーケンス図である。

図 1 7は本発明の実施例 3に係わる HARC形成工程における半導体装置の部分断面図である。

図 1 8は本発明の実施例 3に係わる SAC形成工程における半導体装置の部分断面図である。発明を実施するための最良の形態

本発明をより詳細に説述するために、添付の図面にしたがつてこれを説明する。

(実施例 1 )

本発明の実施例に用いるエツチング深さ検査機能付きドライエツチング装置の構成図を図 1に示す。このエッチング装置によれば、ガス導入管 2、シャワープレート 3を介し真空容器 1に原料ガスを導入して、高周波電源 6にて発生した高周波電界によりプラズマを形成する。真空容器 1 (エッチング処理室）内はターボ分子ポンプの如き高排気は可能な真空排気手段（図示せず）により減圧され、その内部の圧力調整はコンダクタンスバルブ 2 1で行う。真空容器 1内には下部電極 7があり、この下部電極 7上に半導体ウェハ 8が設置される。半導体ウェハ 8は例えば単結晶シリコン（Si) から成り、その内部には浅溝分離領域およびその浅溝分離領域に区画された半導体領域（活性領域）を有する。そして、半導体ウェハ 8の主面には二酸化シリコン（具体的には TEOS膜）から成る絶縁膜（層間絶縁膜）を有する。この下部電極 7には高周波バイアス電源 9が接続されている。高周波バイアス電源 9の周波数は 4 0 0 kHz〜 1 - 5 6 MHz, 好ましくは 8 0 0 kHzである。真空容器 1内を減圧雰囲気に保ち、高周波バイアス電源 9により下部電極 7に発生するおよそ 0 . 5 k V ~ 2 k Vの V p p (Peak to Peak) 電圧によってプラズマ中のイオンを引き込んで絶縁膜のエッチングを行う。

次に、エッチング装置に内蔵されたエッチング深さ検査機能（ェ, ツチング深さ測定装置）について詳しく説明する。

本実施例のエッチング深さ測定装置は真空容器 1の上部に設置されている。すなわち、真空容器 1の天井部には検出光 1 5を導入するための石英窓 1 4が備えられている。この石英窓にはレンズ 1 3 を介して検出光である X e ランプ 1 1からの白色光（ 3 5 0 nm以上の連続スペクトル）が入射する。検出光の一部成分はウェハ 8上を照射し、反射光が同一光路を通ってビームスプリッタにて反射され、検出系に入射する。また、検出光のうち、他の成分は参照光としてビームスプリッタ 1 2を経て直接検出系に導かれる。検出系は分光器 1 6、ダイォードアレイ 1 7により構成されており、入射した入射光強度、反射光強度の波長分布を瞬時に測定できる。レンズ 1 3'はウェハ 8上に焦点をあわせるために、上下移動ステージ（図示せず）に設置されている。そして、これらのエッチング深さ測定装置は水平方向に移動可能な X Y移動テーブル 1 8に設置されている。 X Y移動テーブル 1 8は D / A変換部 3 8を介して計算機 2 0 に電気'的に接続されている。また、計算機 2 0は A / D変換部 1 9 を介してダイオードアレイ 1 7に電気的接続されている。

なお、本実施例では光源、光学系、検出系が 1式備えられ、平坦部測定および穴部測定がリアルタイム行われるものである。しかしながら、検査スループット向上のために、光源、光学系および検出系を 2式備え、一つは穴部測定用、他の一つは平坦部測定用としてもよい。

上記のように構成されたエッチング深さ測定装置を用いた測定方法を、図 1乃至図 5を参照し、以下に説明する。なお、図 2はゥェハ（ S i 基板 4 0 ) 上に酸化膜 2 3を堆積させ、複数のコンタクトホール形成用の穴を有するレジストマスク 2 2で酸化膜 2 3にホールパターンを転写している状態を示すウェハの部分断面図である。図 2に示すように、酸化膜 2 3 (絶縁膜）上に形成されたレジストマスク 2 2は複数の穴パターン部と穴パターンが形成されていない平坦部とを有する。図 3はホールパターンが形成されたウェハの平面図である。，ウェハ 8 の主面には IC チップを構成するパターン 2 4が格子状に配列されている。そして、各チップパターン 2 4内にはホールパターン（複数の穴）が形成されている。図 4はホールパターンが密集しているチップパターン内の一部分を示す平面図である。

まず、図 1 において、図 3に示したウェハパターン 2 4のデータが入力されている計算機 2 0から、ホールパターンが形成されていない平坦部の位置を割り出し、 X Y移動テーブル 1 8にて平坦部測定用の検出光位.置を決定する。検出光 1 5は X e ランプ 1 1からレンズ 1 3を介し、ウェハ 8上の測定位置に照射される。すなわち、図 2に示すように、ホールパターンが形成されていない平坦部 2 2 Aに検出光 1 5 Aが垂直入射もしくは所定角度を保って斜入射される。その際、ウェハ上の測定位置で焦点が合うように、上下移動ステージを上下させる。ここで、分光器 1 6、ダイォ一ドアレイ 1 Ί を用いて、入射光と反射光の強度比である反射率の波長依存性を測定し、参照データとして計算機 2 0に格納する。平坦部測定では、レジストマスク 2 2表面での反射光と、レジスト 2 2 と酸化膜 2 3 との界面での反射光との位相ずれにより干渉が発生することになる。次に、実際に測定する測定位置を計算機 2 0から出力し、 X Y移動テーブル 1 8を駆動し、検出光の位置を一旦決定する。平坦部同様、検出光 1 5は X e ランプからレンズを介し、ウェハ上の測定位置に照射される。また、ウェハ上の測定位置で焦点が合うように、上下移動ステージを上下させる。すなわち、図 2に示すように、ホールパターンが形成されている穴部 2 2 Bに検出光 1 5 Bが入射される。この時の入射は前記平坦部 2 2 Aへの入射と同一条件で行われるつまり、平坦部 2 2 Aへの入射が垂直入射であるならば穴部 2 2 Bへの入射も垂直入射となる。

そして、図 4に示すように、 X Y移動テーブルを走查させ、検出光の反射率の波長依存性を各点において測定する。先に取得した参照データの干渉ピーク位置に対する波長シフト量を計算し、その値が最大となるところに X Y移動テーブルを固定する。この工程により、ロジック製品のように穴部のピッチが大きいパターンでも、ゥェハ毎に常に検出光照射領域 2 5に収まる穴の数を一定且つ最大に保つことができ、測定精度を向上させることが可能となる。

本実施例では検出光の波長を測定対象の穴径の 2倍以上に設定しているため、穴部はエッチングの進行とともにマク口なポーラス化が進行していると捉えることができ、図 5に示すように干渉ピークの波長シフトが生じる。この参照データとの干渉ピークの波長シフト量 Δ λは測定領域の体積変化を与える。

したがって、穴部の酸化膜厚とレジス'ト膜厚が、平坦部のそれと等しいと想定し、パターンデータから穴径を割り出すと、体積変化量はエツチン深さに変換される。上記工程のうち、平坦部及び穴部の測定位置決定工程以外の工程をェツチング最中に繰返し実施することで、リアルタイムにエッチング深さを測定することが可能となる。次に、レジスト選択比の算出方法を説明する。先に取得した平坦部における反射率の波長依存性の参照データと、予め格納されているウェハの膜厚構造の酸化膜厚を用いて多重反射干渉モデルに基づき算出した理論曲線データとの比較から、その時点におけるレジスト膜厚が算出できる。したがって、初期膜厚との差がその時点におけるレジスト削れ量となる。一方、既に説明したように、参照データに対する干渉ピーク位置の波長シフト量から穴部のエッチング深さが求められているため、その値をレジスト削れ量で割ることで、レジスト選択比を求めることができる。

図 6はエッチング時間と波長シフト量の関係を示したものであるェツチングが進行する場合は曲線 aに示すように、ェツチング時間に対し波長シフト量が増加していくが、途中でェツチストップが発生した場合は曲線 bのようにその時点から波長シフト量が一定値を示す。本実施例では、例えば、エッチング処理中に曲線 bが得られた場合、エッチストップと判断し、図 7に示すように、高開孔性条件にレシピを変更して処理を継続する。これにより非開口に対する金属埋め込み、すなわちコンタクト不良が防止でき、スループットを維持したまま、歩留まり向上および生産性を向上できるシステムを構築することが可能となる。

本実施例では、光源、光学系、検出系が 1式備えられている場合を説明したが、光源からの検出光をビームスプリッタ等光学素子で分割して光学系、検出系を 2式備えることでも同様の効果が得られる。さらに、穴部における検出光の反射率測定のみをウェハ毎に行うことで、経時変化のモニターにも利用できる。

また、本実施例では、リアルタイムにエッチング深さ測定を行う構成を説明したが、このエッチング深さ測定装置はガス雰囲気を問わず設置が可能である。すなわち、エッチング深さ測定装置は、ェツチングを行う真空容器以外、例えば、図 8に示すアンロードロック室 2 9のような、エッチング後にウェハを搬送してある時間停滞する場所にも設置可能である。これにより、スループットを低下させることなく、エッチング深さをモニターできる。コンタクトホーノレのエツチング深さをモニターすることで、続いてエッチング処理すべき半導体ウェハに対する処理停止ゃェツチングプロセス条件へのフィードバックを行う。

続いて、このようにして形成されたスルーホール内には、タンダステン（W) あるいは銅（Cu) の如き金属が埋め込まれる。

(実施例 2 )

図 9乃至図 1 3を参照し、静電容量測定によってェツチング深さを観測する実施例を説明する。

本実施例によれば、測定手段はアンロードロック室、例えば図 8 に示したアンロードロック室 2 9に設置されている。アンロード口ック室は、エッチング処理室で処理されたウェハをウェハカセットへ排出するための中間真空室である。

図 9において、アンロードロック室 2 9の天井部には、ウェハの表面に対向するように、測定用上部電極（第 2の電極） 3 0が設置されている。この測定用上部電極 3 0は真空容器と絶縁体 3 1で電気的にアイソレーションされている。ウェハに対向する上部電極 3 0 の端部面は直径 0 . 1 m mから 3 m mの円状平面を成している。そして、この上部電極 3 0はウェハ表面との間隔を 0 . Ι μ πιから 5 0 μ mに設定できるように上下移動ステージ 3 2に設置されており、間隔をモニターするために、電極先端部には、レーザ変位計

3 3が取り付けてある。一方、ウェハが設置される測定用下部電極 (第 1 の電極） 3 5は X Y両方向に移動できる X Y移動テーブル 3 6上に設置されており、任意の位置を測定できる。この X Y移動テ一ブル 3 6は A Z D変換部 3 8 Aを介して計算機 2 0に電気的接続されている。上下移動ステージ 3 2は A / D変換部 3 8 Bを介して計算機 2 0に電気的接続されている。レーザ変位計 3 3は A / D変換部 1 9を介して計算機 2 0に電気的接続されている。下部電極 3 5にはウェハ裏面の酸化膜を貫き、常に安定してコンタクトが取れるように先端が鋭利な突起電極 3 4が複数備えられている。そして、上部電極 3 0、下部電極 3 5間にはインピーダンスメータ 3 7が電気的接続されており、電極間の容量を測定できる。インピーダンスメータ 3 7は A Z D変換部 3 8 Cを介して計算機 2 0に電気的接続されている。

次に、エッチング深さの測定方法を説明する。

まず、図 9に示すようにエッチング後のウェハ 8を搬送して下部電極 3 5上に設置する。ウェハによっては裏面に酸化膜が形成されているため、突起電極を当てて確実にコンタクトを取る。この場合、ある 2点の突起間の抵抗をウェハ設置毎に測定すれば、裏面コンタタトの再現性が保証される。但し、微小な突起電極でなくても確実にコンタクトが取れる手段であれば、本実施例の範囲に入ることは言うまでもない。

次に、計算機 2 0に予め格納されているウェハのパターンデータをもとに、 X Y移動テーブル 3 6を駆動させ、パターンの無い平坦部の測定位置に電極 3 0を移動する。その後、レーザ変位計 3 3の出力値をフィードバックしながら上下移動ステージ 3 2を駆動し、ウェハ 8表面と上部電極 3 0の ¾面との間隔を設定値に固定する。図 1 0はインピーダンスメータの測定確度と測定周波数の関係を示したものである。本実施例では、測定確度が最小となるように測定周波数を 1 0 0 k H z とした。

この平坦部の測定位置でインピーダンス測定を行う。測定結果は、図 .1 1 に示すように電極一ウェハ間隔容量 C g、レジスト容量 Cm、酸化膜容量 C f が直列に接続された合成容量と等価である。

次に、 XY移動テーブル 3 6にて上部電極 3 0の位置を測定位置である穴部にもっていく。ここでも平坦部の測定と同様にインピーダンス測定から合成容量を測定する。ここで、実施例 1 と同様に、ェツチングにより形成された穴群をマク口なポーラス化と想定すると、図 1 2に示すように、穴部の容量 C h と、酸化膜が充填されている部分（穴部周辺部分）の容量 C f ' との並列容量と捉えることができる。したがって、エッチングによって合成容量は減少するため、平坦部の値との差である Δ〇とエツチング深さの関係は図 1 3 のようになる。ここでは、酸化膜厚 2 μ ηι、開孔面積の率 2 0 %、電極一ウェハ間隔 1 _mを想定した。この場合、 A Cはエッチング深さと伴に増大し、エッチング深さ 2 μ ηιで A C = 0. 4 7 ( p F ) となる。これは、合成容量に対し約 5 %の値であり十分測定できる値である。

次に、測定位置の再現性向上について説明する。実施例 1で説明した場合と同様に、ウェハが設置されている XY移動テーブルを穴部の測定位置付近で走査させる。各位置にて合成容量を測定し、その値の最小値と先に求めた平坦部の合成容量との差を真の Δ Cとする。この工程により、ロジック製品のように穴部のピッチが大きいパターンでも、ウェハ毎に常に上部電極の測定範囲に収まる穴の数を一定、且つ最大に保つことができるため、測定精度を向上させることが可能となる。

上記検査によりエッチングによるスルーホール形成が確実に実行されていれば、その形成されたスルーホール内には、タングステン (W) あるいは銅（Cu) の如き金属が埋め込まれる。すなわち、スルーホール内に金属を埋め込む工程が実行される。もし、スルーホ一ルが非開口であるならば、エッチング処理されるべき次の半導体ウェハに対し、そのエッチング条件は確実に開口されるレシピに変更される。

本実施例でも、実施例 1 と同様に、レジスト選択比を算出することができる。先に取得した平坦部における合成容量と、予め格納されているウェハの膜厚構造から算出した理論合成容量との比較から、その時点におけるレジスト膜厚が算出できる。したがって、初期膜厚との差がエッチング完了後のレジスト削れ量となる。一方、先に説明したように、平坦部での合成容量に対する穴部での合成容量の差と酸化膜厚、開孔面積、電極一ウェハ間隔の膜構造からエツチング深さが求まっているため、その値をレジスト削れ量で割ることで、レジスト選択比を求めることができる。

(実施例 3 )

図 1 4乃至図' 1 8を参照し、より具体的な半導体装置の製造方法の実施例を以下に説明する。半導体装置（LSI) の微細化に伴なつて高精度ェツチングが要求されるコンタクトホール形成工程を図 1 7および図 1 8に示す。まず、図 1 7は層間絶縁膜（具体的には TEOS 膜）に対する HARC (High Aspect Ratio Contact hole) と呼ばれるコンタクトホール形成工程の断面図を示す。 HARC形成は孔径 0.13 mから将来的には Ο. ΐ μ m以下で深さ 2 μ mと非常に深い孔を層間絶縁膜 2 3 B に形成する必要がある。この時のドライエッチング加工では孔底での開口不良、テーパ形状等による形状不良によりコンタクト不良が発生し、歩留まり低下を引き起こしゃすい。

図 1 8は SAC (セルファラインコンタクト）と呼ばれるコンタクトホール形成工程の断面図を示す。 SAC形成は、グート電極 4 1 を保護するシリコン窒化膜 4 2をェツチングせずにシリコン酸化膜 2 3 Aをドライエッチングし、シリコン基板（より具体的にはソースもしくはドレインの如き半導体領域） 4 0の主面を露出する工程である。シリコン窒化膜 4 2 とシリコン酸化膜 2 3 の選択性を得るには高度な堆積制御が必要であり、ェツチング条件が微妙に変化することでコンタクト部の開口不良あるいはテーパ形状等の形状不良を引き起こす。

このような図 1 7あるいは図 1 8に示したコンタクトホール形成工程に、実施例 1 あるいは実施例 2で述べたエッチング結果の評価方法が適用される。

また、これらのコンタクトホール形成工程では、図 1 4に示すェツチング装置が適用される。以下、その実施例を説明する。

原料ガスとして、 A r Z C ₅ F ₈ / θ ₂混合ガス系を用い、ガス圧力が 2 P aになる様に設定する。このガス条件で例えば、図 1 7に示した直径 0 . 1 μ mの微細ホール（コンタクトホール CH) をェツチングする場合、添加する O ₂流量とエッチストップが発生する最大ァスぺクト比は O ₂流量に対し、図 1 5の関係が成り立つ。これより、エッチストップは O ₂流量に対し急激に改善し、ァスぺクト比 4付近にェツチングを抑制する領域が存在することが分る。すなわち、添加する O ₂流量を必要最低限に抑制し、マスク選択比を向上するには、アスペクト比 4付近まで〇 ₂流量を増加し、それ以降では〇 ₂流量を低減するステップエッチが有効であることが明らかになつた。

本実施例では図 1 4に示すように、基本構成は図 1 を参照し、実施例 1で述べたとおりである。特に、 O ₂流量制御のためにガス流量計 1 0が A / D変換部 3 8を介してレシピ制御用計算機 3 9に電気的接続されている。本実施例では図 1 6に示した〇 ₂流量の制御ステップによりエッチングが行われる。予めレシピ制御用計算機 3 9にァスぺクト比と添加 O ₂流量の関係を入力しておくことで、経時変化よるエッチングレートの変動に左右されず、上記課題を解決できる。ここではガス流量の制御系のみを示したが、ガス圧力、高周波電力、高周波バイアス電力等、他の外部パラメータの制御にも適用できる。

コンタクトホール形成工程の後、そのコンタクトホール CH内には金属を埋め込む、いわゆるプラグ形成工程が成される。そして、このプラグ形成工程の後、配線形成工程が周知のスパッタリング法およびフォトリゾグラフィ技術を用いて行われる。

なお、半導体装置の製造過程において、図 1 8に示す SAC形成ェ程は、図 1 7に示す HARC形成工程に先立って行われる。図 1 8に示す HARC形成工程は図 1 8に示す層間絶縁膜 2 3 A上に形成される絶縁膜 2 3 Bに対して行われる。以上、具体的実施例に基づき説明した本発明によれば、エッチングでコンタクトホールの形成を行うェツチング方法において、ェツチング深さやレジスト等のマスク選択比をエッチングを行ってレ、る過程、もしくはェツチング終了後のエッチング処理室からウェハを搬送する過程において、非破壌かつ簡便にモニターし、早期の口ット停止やプロセス条件へのフィードバックを可能にする。これにより、 D R A Mに代表される多量少品種生産だけでなく、少量多品種生産が必要なロジック製品等でも生産性の向上が可能となる。産業上の利用可能性

本発明によれば、半導体装置の製造過程、特にコンタクトホール形成工程において、エツチング深さやレジスト等のマスク選択比を、ェツチングの過程もしくはェツチング終了後、ェツチング処理室からウェハを搬送する過程で非破壊かつ簡便にモニターし、早期の口ット停止やプロセス条件へのフィードバックを可能にする。これにより、半導体装置の歩留りの向上及び生産性の向上が図れる。

Claims

請求の範囲

1 . 真空容器と、前記真空容器内に設けられた半導体ウェハを設置するためのサセプタと、前記真空容器に原料ガスを導入するためのガス導入手段と、および高周波電力導入手段とを有するプラズマェツチング装置が準備され、前記ガス導入手段により前記真空容器内に導入されたガスを前記高周波電力でプラズマ化し、前記プラズマ雰囲気中で半導体ウェハ主面に選択的に複数の穴を形成する工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記穴を形成する工程の間もしくはその後に前記半導体ウェハ主面の平坦部と穴部とに連続スぺクトルを有する光を照射させ、前記平坦部と前記穴部との反射率変化を測定する工程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 . 請求の範囲第 1項記載の半導体装置の製造方法において、前記光は前記半導体ウェハ主面に対し、垂直入射もしくは斜入射され、この入射光と反射光の強度比から前記反射率を測定することを特徴とする半導体装置の製造方法。 ·

3 . 請求の範囲第 1項記載の半導体装置の製造方法において、前記光は白色光であって、前記半導体ウェハ主面に対し、垂直入射もしくは斜入射され、前記白色光の入射光と反射光の強度比から反射率の波長依存性を測定することを特徴とする半導体装置の製造方法。

4 . 請求の範囲第 1項記載の半導体装置の製造方法において、前記半導体ウェハ主面は層間絶縁膜を有し、該層間絶縁膜に対して前記複数の穴を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。

5 . ( 1 ) 半導体基板上に絶縁膜および該絶縁膜上に複数の穴バターン部と穴パターンが形成されていない平坦部とを有するマスクを 8 形成する工程と、

( 2 ) 前記マスクに基づき、前記絶縁膜に複数の穴をドライエッチングにより形成する工程と、

( 3 ) 前記（ 2 ) 工程の間、前記平坦部と前記穴部とに連続スぺクトルを有する光を照射させ、前記平坦部と前記穴部との反射率変化を測定し、その測定結果に基づき前記穴部における複数の穴を貫通させる工程と、

( 4 ) 前記穴部における複数の穴に金属を埋め込む工程と、から成ることを特徴とする半導体装置の製造方法。

6. 請求の範囲第 5項記載の半導体装置の製造方法において、前記

( 2 ) 工程中、前記光は前記半導体ウェハ主面に対し、垂直入射もしくは斜入射され、この入射光と反射光の強度比から前記反射率を測定す'ることを特徴とする半導体装置の製造方法。

7. 請求の範囲第 5項記載の半導体装置の製造方法において、前記 ( 2 ) 工程中、前記光は白色光であって、前記半導体ウェハ主面に対し、垂直入射もしくは斜入射され、前記白色光の入射光と反射光の強度比から反射率の波長依存性を測定することを特徴とする半導体装置の製造方法。

8. ( 1 ) 半導体基板上に絶縁膜および該絶縁膜上に複数の穴バターン部と穴パターンが形成されていない平坦部とを有するマスクを形成する工程と、

( 3 ) 前記（ 2 ) 工程の間、前記平坦部で反射率の波長依存性を測定する工程と、前記穴部で反射率の波長依存性を測定する工程と、 9 前記穴部と前記平坦部とで取得した波長依存性のスぺクトルを比較し、前記平坦部の干渉ピーク位置に対する前記穴部の干渉ピーク位置の波長シフト量を求める工程とを備え、しかる後その測定結果に基づき前記穴部における複数の穴を貫通させる工程と、

9 . 請求の範囲第 8項記載の半導体装置の製造方法において、前記 ( 2 ) 工程中、前記光は前記半導体ウェハ主面に対し、垂直入射もしくは斜入射され、この入射光と反射光の強度比から前記反射率を測定することを特徴とする半導体装置の製造方法。

1 0 . 請求の範囲第 9項記載の半導体装置の製造方法において、前記光は白色光であることを特徴とする半導体装置の製造方法。

1 1 . 真空容器と、前記真空容器内に設けられた半導体ウェハを設置するためのサセプタと、前記真空容器に原料ガスを導入するためのガス導入手段と、および高周波電力導入手段とを有するプラズマエッチング装置が準備され、前記ガス導入手段により前記真空容器内に導入されたガスを前記高周波電力でプラズマ化し、前記プラズマ雰囲気中で半導体ウェハ主面に選択的に複数の穴を形成する工程を含む半導体装置の製造方法であって、

前記プラズマエッチング装置は、検出光を放出させる光源と、光路に配置されたビームスプリッタ、レンズ、分光器およびダイォードアレイからなる検出系と、該検出系を水平方向に移動可能な X Y 移動テーブルと、前記検出系のデータを格納する計算機とを備え、前記光源からの検出光は前記真空容器の天井部に設けられた石英窓を通して半導体ウェハ主面に照射される構成であり、前記穴を形成する工程の間もしくはその後に、前記半導体ゥェハ主面の平坦部と穴部とに前記光源からの検出光を照射させ、前記平坦部と前記穴部との反射率変化を測定する工程を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。

1 2 . 請求の範囲第 1 1項記載の半導体装置の製造方法において、前記光源は Xe ランプであることを特徴とする半導体装置の製造方法。

1 3 . 請求の範囲第 1 1項記載の半導体装置の製造方法において、前記検出光は前記半導体ウェハ主面に対し、垂直入射もしくは斜入射され、この入射光と反射光の強度比から前記反射率を測定することを特徴とする半導体装置の製造方法。

1 4 . 請求の範囲第 1 1項記載の半導体装置の製造方法において、前記検出光は白色光であって、前記半導体ウェハ主面に対し、垂直入射もしくは斜入射され、前記白色光の入射光と反射光の強度比から反射率の波長依存性を測定することを特徴とする半導体装置の製造方法。

1 5 . 真空容器と、前記真空容器に原料ガスを導入するためのガス導入手段と、および高周波電力導入手段とを有するプラズマエッチング装置が準備され、前記ガス導入手段により前記'真空容器内に導入されたガスを前記高周波電力でプラズマ化し、前記プラズマ雰囲気中で半導体ウェハ主面に選択的に複数の穴を形成する工程を含む半導体装置の製造方法であって、

前記プラズマエッチング装置は、半導体ウェハが接して設置される、水平方向に移動が可能な第 1の電極と、前記第 1の電極に対向して配置され、上下方向に移動が可能な第 2の電極と、前記第 1、 2 第 2の電極とに電気的接続されたインピーダンスメータと、前記ィンピーダンスメータに A/D変換部を介して電気的に接続された計算機とを備えたェツチング深さ検査装置を備え、

前記穴を形成した後に、エッチング深さ検査装置により、前記半導体ウェハ主面の平坦部と穴部との静電容量を測定する工程と、前記平坦部と前記穴部とで取得した静電容量を比較し、前記平坦部の静電容量の測定値と前記穴部の静電容量の測定値との差を求めるェ程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

1 6 . 請求の範囲第 1 5記載の半導体装置の製造方法において、前記穴部を測定する前記第 2の電極が半導体ウェハを走査する工程を備えており、この走査工程によって前記静電容量が最小となるように前記第 2の電極位置を決定することを特徴とする半導体装置の製造方法。

1 7 . 請求の範囲第 1 5記載の半導体装置の製造方法において、前記プラズマエッチング装置はロードロック室およびアンロードロック室を具備し、前記アンロードロック室に前記第 1、第 2の電極が設置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。

1 8 . 請求の範囲第 1 5記載の半導体装置の製造方法において、前記第 1の電極には前記半導体ウェハの裏面に接する複数の突起電極が配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。

1 9 . 請求の範囲第 1 5項記載の半導体装置の製造装置において、前記第 2の電極の先端部は直径が 0 . 1 m mから 3 m mである円状面であることを特徴とする半導体装置の製造装置。

2 0 . 請求の範囲第 1 5項記載の半導体装置の製造方法において、前記第 2の電極と前記半導体ウェハの表面との間隔を 0 . Ι μ πιから 5 0 mの間とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。