(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅の上に配されたシリコン窒化膜をフルオロカーボン系ガス及び不活性ガスとを含む混合ガスを反応ガスとしてドライエッチングするに際し、前記フルオロカーボン系ガスが、ＣＦ4とＣＨＦ3とを３：７〜０：１の流量比で含有し、前記反応ガスが酸素を含み、ドライエッチング時のイオンエネルギーが１０００Ｖ以下の条件下で実施されることを特徴とするシリコン窒化膜エッチング方法。
【請求項２】
銅の上に配されたシリコン窒化膜をフルオロカーボン系ガス及び不活性ガスとを含む混合ガスを反応ガスとしてドライエッチングするに際し、前記フルオロカーボン系ガスが、ＣＦ4とＣＨＦ3とを３：７〜０：１の流量比で含有し、前記反応ガスでのエッチング後に酸素プラズマ処理を行うことを特徴とするシリコン窒化膜エッチング方法。
【請求項３】
銅の上に配されたシリコン窒化膜をフルオロカーボン系ガス及び不活性ガスとを含む混合ガスを反応ガスとしてドライエッチングするに際し、前記フルオロカーボン系ガスが、ＣＦ4とＣＨ2Ｆ2とを２．５：１〜０：１の流量比で含有し、前記反応ガスが酸素を含み、ドライエッチング時のイオンエネルギーが１０００Ｖ以下の条件下で実施されることを特徴とするシリコン窒化膜エッチング方法。
【請求項４】
銅の上に配されたシリコン窒化膜をフルオロカーボン系ガス及び不活性ガスとを含む混合ガスを反応ガスとしてドライエッチングするに際し、前記フルオロカーボン系ガスが、ＣＦ4とＣＨ2Ｆ2とを２．５：１〜０：１の流量比で含有し、前記反応ガスでのエッチング後に酸素プラズマ処理を行うことを特徴とするシリコン窒化膜エッチング方法。
【請求項５】
前記フルオロカーボン系ガスが、ＣＦ4を含まないことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシリコン窒化膜のエッチング方法。
【請求項６】
半導体基板上に形成された銅配線上にシリコン窒化膜からなる第１の絶縁膜を形成する工程、該第１の絶縁膜上に前記第１の絶縁膜とは異なる第２の絶縁膜を形成する工程、該第２の絶縁膜上にレジストマスクパターンを形成する工程、該レジストマスクパターンを介して第２の絶縁膜に溝又はホールを形成する工程、前記レジストを除去する工程、前記第２の絶縁膜に形成された溝又はホール底に露出した第１の絶縁膜を除去する工程、及び前記溝又はホールに金属膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法において、前記第１の絶縁膜の除去を、フルオロカーボン系ガス及び不活性ガスとを含む混合ガスを反応ガスとしてドライエッチングするに際し、前記フルオロカーボン系ガスが、ＣＦ4とＣＨＦ3とを３：７〜０：１の流量比で含有し、前記反応ガスが酸素を含み、ドライエッチング時のイオンエネルギーが１０００Ｖ以下の条件下で実施されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
半導体基板上に形成された銅配線上にシリコン窒化膜からなる第１の絶縁膜を形成する工程、該第１の絶縁膜上に前記第１の絶縁膜とは異なる第２の絶縁膜を形成する工程、該第２の絶縁膜上にレジストマスクパターンを形成する工程、該レジストマスクパターンを介して第２の絶縁膜に溝又はホールを形成する工程、前記レジストを除去する工程、前記第２の絶縁膜に形成された溝又はホール底に露出した第１の絶縁膜を除去する工程、及び前記溝又はホールに金属膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法において、前記第１の絶縁膜の除去を、フルオロカーボン系ガス及び不活性ガスとを含む混合ガスを反応ガスとしてドライエッチングするに際し、前記フルオロカーボン系ガスが、ＣＦ4とＣＨＦ3とを３：７〜０：１の流量比で含有し、前記反応ガスでのエッチング後に酸素プラズマ処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
半導体基板上に形成された銅配線上にシリコン窒化膜からなる第１の絶縁膜を形成する工程、該第１の絶縁膜上に前記第１の絶縁膜とは異なる第２の絶縁膜を形成する工程、該第２の絶縁膜上にレジストマスクパターンを形成する工程、該レジストマスクパターンを介して第２の絶縁膜に溝又はホールを形成する工程、前記レジストを除去する工程、前記第２の絶縁膜に形成された溝又はホール底に露出した第１の絶縁膜を除去する工程、及び前記溝又はホールに金属膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法において、前記第１の絶縁膜の除去を、フルオロカーボン系ガス及び不活性ガスとを含む混合ガスを反応ガスとしてドライエッチングするに際し、前記フルオロカーボン系ガスが、ＣＦ4とＣＨ2Ｆ2とを２．５：１〜０：１の流量比で含有し、前記反応ガスが酸素を含み、ドライエッチング時のイオンエネルギーが１０００Ｖ以下の条件下で実施されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
半導体基板上に形成された銅配線上にシリコン窒化膜からなる第１の絶縁膜を形成する工程、該第１の絶縁膜上に前記第１の絶縁膜とは異なる第２の絶縁膜を形成する工程、該第２の絶縁膜上にレジストマスクパターンを形成する工程、該レジストマスクパターンを介して第２の絶縁膜に溝又はホールを形成する工程、前記レジストを除去する工程、前記第２の絶縁膜に形成された溝又はホール底に露出した第１の絶縁膜を除去する工程、及び前記溝又はホールに金属膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法において、前記第１の絶縁膜の除去を、フルオロカーボン系ガス及び不活性ガスとを含む混合ガスを反応ガスとしてドライエッチングするに際し、前記フルオロカーボン系ガスが、ＣＦ4とＣＨ2Ｆ2とを２．５：１〜０：１の流量比で含有し、前記反応ガスでのエッチング後に酸素プラズマ処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記フルオロカーボン系ガスが、ＣＦ4を含まないことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン窒化膜のエッチング方法に関する。又、本発明は、半導体装置の製造方法に関し、詳しくは、銅配線を備えた半導体装置において、多層配線化に有効な製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高速化、高集積化が進むＬＳＩデバイスにおいて、トランジスタのみならず、配線についても微細化、高密度化が求められている。
【０００３】
従来、配線金属材料としては、Ａｌが専ら使用されていたが、その際、配線上を流れる電流密度の増大やデバイス全体の発熱による温度上昇に起因して、配線層中の金属原子が移動し、その移動した部分にボイドが発生することにより断線に至るというエレクトロマイグレーション（ＥＭ）の問題がある。また、金属原子が蓄積した部分ではヒルロックと呼ばれる粒塊が形成され、これが配線上に形成される絶縁層にストレスを与えることで、クラック発生の原因ともなっている。
【０００４】
これらの問題を解決するために、Ａｌに微量のＳｉやＣｕを混入した合金の使用が提案されているが、微細化、高密度化が更に進むと、必ずしも十分とはいえず、更に信頼性の高い銅配線の使用が検討されている。
【０００５】
この様な銅配線を形成する場合、絶縁膜に形成された溝或いは孔の中に銅を堆積した後、表面を平坦化して、溝或いは孔の中に銅を象眼するダマシン（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）法と称される方法が採用されている。
【０００６】
ダマシン法による銅配線の形成方法について、図面を参照して説明する。図１は、層間絶縁膜に形成したビアホールに銅を埋め込む、いわゆる、シングルダマシン法による形成方法を示す工程断面図である。まず、図１（ａ）に示されるように、半導体基板１上の層間絶縁膜２にバリア膜３を介して埋め込み形成されている下層銅配線４の上にエッチングストッパー膜５としてシリコン窒化膜を形成し、その上にシリコン酸化膜などの層間絶縁膜６を形成する。この時、シリコン窒化膜は、その上に形成されるシリコン酸化膜形成の際に銅配線が酸化されることを防止する機能も果たす。図１（ａ）では、該層間絶縁膜６に銅を埋め込むための溝或いはビアホールを形成するために、レジスト７をパターン状に配した状態を示している。次に、図１（ｂ）に示したように、レジストパターンをマスクに層間絶縁膜６をエッチングする。この時、ドライエッチング条件として、ストッパー膜であるシリコン窒化膜とのエッチング選択比が十分にとれる条件であればよい。次に図１（ｃ）に示すように、埋め込む銅と下層銅配線４とのコンタクトを図るため、ビアホール８底に露出したストッパー膜５をフルオロカーボン系のガスを用いてドライエッチングにより除去する。続いて、形成したビアホール８に銅を埋め込むが、銅がシリコン酸化膜に拡散することを避けるため、これに先駆けて、図１（ｄ）に示すように１０〜１００ｎｍ程度の膜厚にバリア膜９を形成する。ここで、前記バリア膜３及びバリア膜９としては、ＴｉＮ、ＷＮ、ＴａＮなどの高融点金属の窒化膜や前記窒化膜と前記高融点金属との積層構造などが好適に使用されている。続いて、ＣＶＤ法或いは無電解メッキ法にてシードとなる銅膜を薄く形成し、更に電解メッキにより銅膜１０を厚く形成する（図１（ｅ））。最後にＣＭＰ等の研磨法により層間絶縁膜６が露出するまで研磨・平坦化することで図１（ｆ）に示すような銅プラグ１１が形成される。尚、下層銅配線４の形成も、層間絶縁膜２に配線溝を形成し、バリア膜、銅膜形成後にＣＭＰ研磨することで形成できる。
【０００７】
又、図２に示すように、ビアホールと配線溝とを組み合わせたいわゆるデュアルダマシン法による形成方法も提案されている。前記図１（ａ）と同様に、レジスト７をビアホールパターンに形成し（図２（ａ））、前記同様にビアホール８を形成する（図２（ｂ））。次に、溝形成のため、再度レジストマスクパターン７’を形成し（図２（ｃ））、これをマスクに層間絶縁膜６をエッチングして図２（ｄ）に示すように配線溝１２を形成する。その後、図１（ｃ）と同様にストッパー膜５を除去し（図２（ｅ））、同様にバリア膜９の形成（図２（ｆ））、銅膜１０の形成（図２（ｇ））、及びＣＭＰ研磨を行うことにより、図２（ｈ）に示すようなデュアルダマシン（ＤＭ）構造１３が得られる。
【０００８】
ここで、エッチングストッパーなどに使用されるシリコン窒化膜のエッチング方法としては、従来、様々な提案が成されている。例えば、特開平８−９７１９４号公報には、ＣＦ４、Ｏ２及びＡｒを用いてプラズマエッチングする方法が開示されている。また、特開平１０−３０３１８７号公報では、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、又はＣＨＦ３のいずれかのフルオロカーボン系ガスとＡｒ等の不活性ガスを用いて反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）する方法が開示され、不活性ガスをフッ素系ガスの３倍以上の流量比で導入すること、雰囲気を１．３３〜６７Ｐａ（１０〜５００ｍＴｏｒｒ）、電力を１．１〜５．５Ｗ／ｃｍ２、基板温度を２０〜９５℃の範囲で行うことで、シリコン酸化膜との高いエッチング選択比、高いエッチングレートが得られ、特に異方性の強いエッチングが実施できると記載されている。又、特開平１１−１８６２２４号公報には、水素結合を有するフルオロカーボン系ガスとＣＯガスとを含む処理ガスを用いると、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の高選択比のエッチングが可能となり、特に段差構造を有するシリコン窒化膜の除去において、セルフアラインエッチングの実現が可能となることが記載されている。
【０００９】
なお、これらの例は一般的なシリコン窒化膜のエッチング方法について教示してはいるが、その下に銅配線を有する半導体装置については何ら示唆するものではない。
【００１０】
特開平１１−２２００２１号公報には、銅配線上にシリコン窒化膜をエッチングストッパー膜とする絶縁膜を形成し、該絶縁膜にビアホールを形成した後、ホール周囲の上縁部をエッチングして斜面を形成し、その後ストッパー膜を、反応ガスとしてＣＦ４、ＣＨＦ３、Ａｒの各ガスをそれぞれ１５ｓｃｃｍ、１５ｓｃｃｍ、４００ｓｃｃｍずつプラズマ雰囲気中に導入し、基板温度を約０℃に設定して、エッチング雰囲気圧力約６７Ｐａ（５００ｍＴｏｒｒ）でエッチングすることで、下層の銅がホール上縁部の斜面形成時にスパッタされることが無く、ホール側壁に付着して絶縁膜に拡散することを防ぐ方法が例示されている。該公報には、これとは別に、絶縁膜にビアホールを形成した後、チャンバ内に酸素を含むプラズマ雰囲気に半導体基板をおき、レジストの除去と同時にストッパー膜の除去を行う方法も開示されており、この時、ストッパー膜のシリコン窒化膜の除去は、チャンバ内に酸素と同時に導入されたＡｒによる物理的なエッチングにより行われている。ストッパー膜下の銅配線は、この時、導入された酸素により酸化され、Ａｒによる物理的スパッタから保護されると記載されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者の検討によれば、銅配線上のシリコン窒化膜をフッ素系ガスを用いてエッチングすると、エッチング終点近傍では露出した銅とフッ素系ガスとの反応生成物である銅のフッ化物が多量に析出する場合があることを見出した。更に本発明者は、銅のフッ化物自体はあまり導電性が無く、又、後工程で形成するバリア膜の成膜性を阻害するため、除去する必要があること、除去するために、従来公知の剥離液を使用すると、露出した銅配線も溶けだしてしまい、大きな問題となることを見出した。
【００１２】
前述の特開平１１−２２００２１号公報に記載の第１の方法でも、この様な銅のフッ化物の析出が多量に確認された。
【００１３】
前記公報の第２の方法では、フッ素系ガスを使用しないので、この様なフッ化物の問題は生じないが、シリコン窒化膜の除去を物理的なスパッタエッチングで除去する方法は、エッチングレートが低く、実用的な方法とは言い難い。エッチングレートを実用的な速度まで高めようとすると、必然的に投入するイオンエネルギーを高めて、Ａｒイオンを高速化する方法が考えられるが、同時に銅の酸化レートが高まり、厚い酸化銅が形成されてしまうことになる。この様な厚膜化した酸化銅を除去すれば、銅配線高さが減少し、配線抵抗が増大する原因となる。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、フッ素系ガスを使用して銅配線上のシリコン窒化膜からなるストッパー膜を除去するにあたり、銅のフッ化物の生成を抑制したエッチング方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、銅配線上に形成されたシリコン窒化膜をフルオロカーボン系ガスと不活性ガスとの混合ガスを反応ガスとしてドライエッチングする際に、フルオロカーボン系ガスとして炭素−水素結合を有するフルオロカーボンガスを含ませ、フルオロカーボン系ガス中の水素比を高めることで銅のフッ化物の生成が抑制されることを見出し、本発明に到達した。
【００１６】
すなわち本発明は、銅の上に配されたシリコン窒化膜をフルオロカーボン系ガス及び不活性ガスとを含む混合ガスを反応ガスとしてドライエッチングするに際し、前記フルオロカーボン系ガスが、ＣＦ4とＣＨＦ3とを３：７〜０：１の流量比で、或いは、ＣＦ4とＣＨ2Ｆ2とを２．５：１〜０：１の流量比で含有し、
前記反応ガスが酸素を含み、ドライエッチング時のイオンエネルギーが１０００Ｖ以下の条件下で実施されること、または前記反応ガスでのエッチング後に酸素プラズマ処理を行うことを特徴とするシリコン窒化膜のエッチング方法に関する。
【００１７】
また本発明は、半導体基板上に形成された銅配線上にシリコン窒化膜からなる第１の絶縁膜を形成する工程、該第１の絶縁膜上に前記第１の絶縁膜とは異なる第２の絶縁膜を形成する工程、該第２の絶縁膜上にレジストマスクパターンを形成する工程、該レジストマスクパターンを介して第２の絶縁膜に溝又はホールを形成する工程、前記レジストを除去する工程、前記第２の絶縁膜に形成された溝又はホール底に露出した第１の絶縁膜を除去する工程、及び前記溝又はホールに金属膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法において、前記第１の絶縁膜の除去を、フルオロカーボン系ガス及び不活性ガスとを含む混合ガスを反応ガスとしてドライエッチングするに際し、前記フルオロカーボン系ガスが、ＣＦ4とＣＨＦ3とを３：７〜０：１の流量比で、或いは、ＣＦ4とＣＨ2Ｆ2とを２．５：１〜０：１の流量比で含有し、
前記反応ガスが酸素を含み、ドライエッチング時のイオンエネルギーが１０００Ｖ以下の条件下で実施されること、または前記反応ガスでのエッチング後に酸素プラズマ処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１９】
本発明者の検討によれば、フルオロカーボン系ガスとしてＣＦ４とＣＨＦ３とを７：３の流量比で含み、不活性ガスとしてＡｒを含む混合ガスを用いてエッチング（後述する実験１）を行った場合、図３の電子顕微鏡写真に示すように銅フッ化物の生成が顕著であり、形成されたビアホールの底に銅フッ化物が多量に析出していた。これに対して炭素−水素結合を有するフルオロカーボン系ガス、例えば、ＣＨＦ３の割合を増加させていくことにより銅フッ化物の生成が減少することを見出した。
【００２０】
まず、ＣＦ４とＣＨＦ３及びＡｒを反応ガスとして使用し、ＣＦ４とＣＨＦ３との流量比により、銅フッ化物の生成量がどのように変化するかを実験した。
【００２１】
実験に供したサンプルは、３００ｎｍの銅配線上にプラズマＣＶＤ法にて形成した膜厚１００ｎｍのＳｉＮ膜、該ＳｉＮ膜上にプラズマＣＶＤ法で形成した膜厚８００ｎｍのＳｉＯ２を有する基体を用い、まず、ＳｉＯ２膜に０．３μｍのビアホールを形成した後、下記の基体温度、雰囲気圧力、イオンエネルギー条件下に反応ガス組成を表１に示すように変更して、ＳｉＮ膜のエッチングを行った。結果を表１に示す。なお、フルオロカーボン系ガスを用いてシリコン系絶縁膜をエッチングする際、炭素及びフッ素を成分とする高分子量の析出物（フルオロカーボン系デポ物と称する）が生成することは、従来より知られており、ここではその傾向についても検討した。このフルオロカーボン系デポ物及び銅フッ化物は、実験に供したサンプルをビアホールの縦方向に切断し、その断面を電子顕微鏡にて観察して評価した。
【００２２】
【表１】
0003586605.tif 000002
【００２３】
実験１、２では、銅フッ化物の生成量が多く、その後のバリア膜形成が困難であった。これに対し、実験３では銅フッ化物の生成がかなり少なくなっており、実験４ではごく僅かであった。
【００２４】
又、同様の実験をＣＦ４−ＣＨ２Ｆ２−Ａｒ混合ガスを用いて実施したところ、ＣＦ４とＣＨ２Ｆ２の比が２．５：１の時に、上記実験３と同程度の結果が得られた。このことから、銅フッ化物の生成がフルオロカーボン系ガス中のフッ素と水素との比に依存している傾向があることが分かる。
【００２５】
一方、フルオロカーボン系デポ物はＣＨＦ３の割合を多くするにつれて増加する傾向が見られた。なお、フルオロカーボン系デポ物は、銅フッ化物に比較すれば遙かに容易に除去可能であり、例えば、酸素プラズマで除去することができる。例えば、酸素流量１０００ｓｃｃｍ、圧力４Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）、基板温度２０℃として、酸素プラズマ雰囲気中に、３０秒から２分程度曝すことで、デポ物の除去が可能となる。又、この時、銅配線の表面が酸化されるため、これを除去する。例えばアミン系の有機剥離液などを用いて除去することができる。或いは還元雰囲気に曝して除去することもできる。
【００２６】
又、特開平５−１０９７０２号公報に記載されているように、フルオロカーボン系ガスに微量の酸素を添加してエッチングすることでフルオロカーボン系デポ物の生成を抑制できることが知られている。ところが、酸素を添加した条件でエッチングを行うと、下地の銅配線が酸化されてしまうという問題が発生する。
【００２７】
特開平１１−２２００２１号公報の第２の方法について述べたように、銅酸化膜は絶縁性であるため除去する必要があるが、形成される酸化膜の厚みによっては配線抵抗の増大という問題を孕んでいる。しかしながら、該方法は、フルオロカーボン系デポ物の抑制という点では極めて効果的方法であることから、本発明者は、この方法を採用しつつ、銅配線の酸化の抑制について検討した。
【００２８】
その結果、エッチング時のイオンエネルギーを下げることによって、銅配線の酸化の抑制が可能であることを見出した。特にイオンエネルギーを１０００Ｖ以下とすることにより、酸化膜の生成が許容範囲に抑制できる。以下、実験に基づき、説明する。
【００２９】
この実験に供したサンプルは、シリコンウエハ上に熱酸化膜を形成し、その上にバリア膜を形成した後、電解法により銅膜をメッキしたものを使用し、窒化膜は形成していないものを使用した。このサンプルをＣＨＦ３２５ｓｃｃｍ、Ｏ２１０〜２０ｓｃｃｍ、Ａｒ２００ｓｃｃｍ、雰囲気圧力１．３〜８．０Ｐａ（１０〜６０ｍＴｏｒｒ）、基板温度２０℃の条件下のプラズマ雰囲気中に置き、そのときのイオン化エネルギー及び処理時間を、（１）５００Ｖ、３０秒、（２）５００Ｖ、６０秒、（３）１０００Ｖ、３０秒と変化させ、銅表面に形成される酸化膜厚をＳＩＭＳにより測定した。結果を図４に示す。同図において、イニシャルは処理前のものであり、表面には自然酸化により酸化膜が２０ｎｍ程度形成されている。上記（１）の条件下では、このイニシャルとほぼ同じであり、ほとんど酸化されていないことが分かる。処理時間が長くなると酸化が進行しており、更にイオンエネルギーを増大させることで、酸化膜厚も増大する。本発明者の検討によれば、３００ｎｍ程度の銅配線では（３）の条件で実施して形成される酸化膜厚８０ｎｍ程度であっても、許容範囲であることを確認している。これより多く、例えば１００ｎｍ以上の膜厚に酸化膜が形成されると配線抵抗の問題が顕著となる。
【００３０】
次に、上記評価結果に基づき、実際のエッチングを行った。評価サンプルは、前記表１で使用したものと同様のものを使用し、ガス組成を下記表２に示すように変更して実施した。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
表２に示すように、いずれの組成においてもフルオロカーボン系デポ物は極めて少なく、又、銅フッ化物の生成も少ないことが確認された。又、いずれの実験においても銅酸化膜は８０ｎｍ未満であり、銅酸化膜の生成が効果的に抑制されていることが分かる。
【００３３】
又、前記同様に、残留するデポ物を酸素プラズマで除去することができる。
【００３４】
なお、形成された銅酸化膜は、従来公知の方法、例えば、処理後の基板を還元雰囲気に置くことで除去することができる。又、有機アミン系の剥離液などを使用して除去することもできる。
【００３５】
本発明におけるシリコン窒化膜のエッチングは、フルオロカーボン系ガスと不活性ガスとを反応ガスとして使用するものであり、フルオロカーボン系ガスとして、ＣＦ４とＣＨＦ３とを３：７〜０：１の流量比、或いはＣＦ４とＣＨ２Ｆ２とを２．５：１〜０：１の流量比で含むものである。この様なフルオロカーボン系ガスは、エッチング時の雰囲気圧力、基板温度等により一概に規定できないが、通常、合計流量として、５〜５０ｓｃｃｍ程度の流量でエッチング装置内に導入される。
【００３６】
不活性ガスとしては、Ｈｅ、Ａｒなどが挙げられるが、Ａｒが好ましい。不活性ガスとしては、フルオロカーボン系ガスの流量の３倍以上、好ましくは１０倍以上とすればよい。
【００３７】
エッチング雰囲気の圧力は、０．７〜１４Ｐａ（５〜１００ｍＴｏｒｒ）とすればよい。
【００３８】
基板温度は、１５０℃を超えると、銅の酸化が激しくなるため、それよりも低い温度で実施するのが好ましく、通常は、０〜６０℃、好ましくは、０〜３０℃程度である。
【００３９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではない。
【００４０】
実施例１
図面を参照して説明する。図１は、層間絶縁膜に形成したビアホールに銅を埋め込む、いわゆる、シングルダマシン法による形成方法を示す工程断面図である。まず、図１（ａ）に示されるように、シリコンなどの半導体基板１上に、不図示のトランジスタなどの機能素子を形成した後、層間絶縁膜２としてシリコン酸化膜を形成し、層間絶縁膜２に配線溝を形成して、バリア膜３及び銅膜を堆積し、ＣＭＰ研磨により表面を平坦化して、第１層目配線としての下層銅配線４を３００ｎｍ厚みに形成しておく。この下層銅配線４の上にエッチングストッパー膜５としてシリコン窒化膜をプラズマＣＶＤ法にて、１００ｎｍ厚に形成し、さらにその上に層間絶縁膜６としてシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法にて８００ｎｍ厚に形成する。この時、シリコン窒化膜は、その上に形成されるシリコン酸化膜形成の際に銅配線が酸化されることを防止する機能も果たす。続いて、層間絶縁膜６に銅を埋め込むためのビアホールを形成するために、レジスト７をパターン状に配することで、図１（ａ）に示す構造を得る。
【００４１】
次に、図１（ｂ）に示したように、レジストパターンをマスクに層間絶縁膜６をエッチングする。この時、ドライエッチング条件として、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒの混合ガスを反応ガスとして、反応性イオンエッチングを行い、続いて、温度２００℃の条件下にＯ２プラズマ処理を行い、レジスト剥離を行う。これにより図１（ｂ）に示すようなビアホール８を形成する。
【００４２】
次に、図１（ｃ）に示すように、埋め込む銅と下層銅配線とのコンタクトを図るため、ビアホール８底に露出したストッパー膜６を、前記実験３の条件で除去する。この結果、フルオロカーボン系のデポ物は認められたが、銅フッ化物はほとんど見られなかった。この後、酸素流量１０００ｓｃｃｍ、圧力４Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）、基板温度２０℃として、酸素プラズマ雰囲気中に、３０秒程度処理し、更に、アミン系剥離液であるアシュランドケミカル社製「ＡＰ−９７０」を用いてデポ物を除去した。
【００４３】
続いて、図１（ｄ）に示すように１０ｎｍ程度の膜厚にＴｉＮ／Ｔｉの積層構造からなるバリア膜９を形成した。続いて、ＣＶＤ法或いは無電解メッキ法にてシードとなる銅膜を薄く形成し、更に電解メッキにより銅膜１０を１μｍ程度の厚みに形成した（図１（ｅ））。最後にＣＭＰ等の研磨法により層間絶縁膜６が露出するまで研磨・平坦化することで図１（ｆ）に示すような銅プラグ１１が形成された。
【００４４】
実施例２
ストッパー膜の除去を実験５の酸素を含む条件に変え、エッチング後の酸素プラズマ処理を行わなかった以外は、実施例１と同様に銅プラグ形成を行った。この結果、銅フッ化物、フルオロカーボン系デポ物の生成が少なく、酸素プラズマ処理を行わない条件でも、正常なバリア膜形成及び銅プラグの埋め込みが可能であった。
【００４５】
以上の説明では、半導体基板及びシリコン窒化膜上に形成される層間絶縁膜として、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、シリコン窒化膜をエッチングストッパー膜として使用できるものであれば従来公知のいかなる材料をも使用することができる。例えば、ＢＰＳＧ（ｐｈｏｓｐｈｏ−ｂｏｒｏ  ｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ）、ＰＳＧ（ｐｈｏｓｐｈｏ  ｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ）、ＢＳＧ（ｂｏｒｏ  ｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ）、その他、ポリイミドなどの低誘電率有機膜などが使用できる。又、図２に示したデュアルダマシン法による銅配線形成にも本発明を適用できることはいうまでもない。
【００４６】
又、本明細書中では、ダマシン法による銅埋め込み配線の製造方法を主に説明しているが、形成されるビアホール、或いは溝に埋め込まれる金属膜は銅に限定されるものではなく、従来公知のコンタクト材料を用いる半導体装置にも本発明の方法が適用可能であることはいうまでもない。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、銅配線上に形成されるシリコン窒化膜の除去を、フルオロカーボン系ガスとしてＣＦ４とＣＨＦ３とを３：７〜０：１の流量比、或いはＣＦ４とＣＨ２Ｆ２とを２．５：１〜０：１の流量比で含む反応ガスを用いることで、除去困難な銅フッ化物の生成を効果的に抑制することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明及び従来技術になるシングルダマシン法による銅配線形成を説明する工程断面図である。
【図２】本発明及び従来技術になるデュアルダマシン法による銅配線形成を説明する工程断面図である。
【図３】本発明の課題である銅フッ化物の生成状態を例示する電子顕微鏡写真である。
【図４】イオンエネルギーの違いによる銅酸化膜の膜厚を示すＳＩＭＳによるグラフである。
【符号の説明】
１  半導体基板
２  層間絶縁膜
３  バリア膜
４  下層銅配線
５  ストッパー膜
６  層間絶縁膜
７  レジスト
８  ビアホール
９  バリア膜
１０  銅膜
１１  銅プラグ
１２  配線溝
１３  デュアルダマシン（ＤＭ）構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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