(57)【要約】【課題】配線構造を形成する際に、ウェハ面内の配線溝の深さのばらつきを抑え、均一加工を実現する。【解決手段】高炭素濃度絶縁膜１１４と、炭素を含まないまたは炭素濃度が低い低炭素濃度絶縁膜１１６との積層構造にドライエッチングで配線溝を形成する際、ＣＨＦ系ガスを添加した第１のエッチングガスを用いた第１のエッチング条件で低炭素濃度絶縁膜１１６に配線溝を形成し、当該配線溝底部に高炭素濃度絶縁膜１１４を露出させる。第１のエッチング条件の第１のエッチングガス中のＣＨＦ系ガスの分圧は、第１のエッチングガスに当該ＣＨＦ系ガスを添加していない場合の各膜へのエッチングレートを基準として、当該ＣＨＦ系ガスを添加することにより、高炭素濃度絶縁膜１１４に対するエッチングレートが低下するとともに、低炭素濃度絶縁膜１１６に対するエッチングレートを変化させない範囲に設定されている。【選択図】図１
2011138871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された、炭素濃度が高いＳｉＯＣＨ膜により構成された第１の絶縁膜と、炭素を含まない、または炭素濃度が低い第２の絶縁膜との積層構造に配線溝を形成する工程を含み、
前記配線溝を形成する工程は、
ＣＨＦ系ガスを添加した第１のエッチングガスを用いた第１のエッチング条件のドライエッチングにより、前記第２の絶縁膜に前記配線溝を形成し、当該配線溝底部に前記第１の絶縁膜を露出させる工程と、
前記配線溝底部に前記第１の絶縁膜を露出させた後に、前記第１のエッチング条件とは異なる第２のエッチング条件のドライエッチングにより、前記第１の絶縁膜に前記配線溝を形成する工程と、
を含み、
前記第１のエッチング条件において、前記第１のエッチングガス中の前記ＣＨＦ系ガスの分圧は、前記第１のエッチングガスに当該ＣＨＦ系ガスを添加していない場合の各膜へのエッチングレートを基準として、当該ＣＨＦ系ガスを添加することにより、前記第１の絶縁膜に対するエッチングレートが低下するとともに、前記第２の絶縁膜に対するエッチングレートを変化させない範囲に設定されている半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１の絶縁膜を露出させる工程において、前記第１の絶縁膜が露出すると、前記第１のエッチング条件の前記ドライエッチングにより前記第１の絶縁膜表面に当該第１の絶縁膜に由来する堆積物が形成され、
前記第１の絶縁膜に前記配線溝を形成する工程において、前記第２のエッチング条件の前記ドライエッチングにより、当該堆積物が除去される半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記積層構造に配線溝を形成する工程において、前記積層構造に複数の配線溝が形成され、
前記第１の絶縁膜を露出させる工程において、各前記複数の配線溝底部において、前記第１の絶縁膜が露出すると、前記第１のエッチング条件の前記ドライエッチングにより前記第１の絶縁膜に由来する堆積物が形成され、
すべての各前記複数の配線溝において、前記堆積物が形成された後に、前記第１のエッチング条件の前記ドライエッチングを終了し、前記第２のエッチング条件の前記ドライエッチングにより、各前記複数の配線溝底部の前記堆積物を除去する半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記複数の配線溝は、配線幅の異なる配線溝を含む半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１のエッチング条件において、前記第１のエッチングガス中の前記ＣＨＦ系ガスの分圧は、２ｍＴｏｒｒ以上である半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１から５いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１のエッチング条件において、前記第１のエッチングガス中の前記ＣＨＦ系ガスの分圧は、１０ｍＴｏｒｒ以下である半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１から６いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１のエッチング条件において、前記第１のエッチングガス中の前記ＣＨＦ系ガスの分圧は、６ｍＴｏｒｒ以下である半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１から７いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１のエッチング条件において、前記第１のエッチングガス中の前記ＣＨＦ系ガスは、ＣＨ（４−ｎ）Ｆｎ（ｎは１〜３の整数）である半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１から８いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１のエッチング条件において、前記第１のエッチングガス中の前記ＣＨＦ系ガスは、ＣＨＦ３である半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から９いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１のエッチング条件において、前記第１のエッチングガスは、酸素を含まない半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１から１０いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記積層構造に配線溝を形成する工程は、前記第２の絶縁膜上にレジスト膜を形成する工程を含み、
前記第１の絶縁膜を露出させる工程において、前記レジスト膜をマスクとして、前記第１のエッチング条件の前記ドライエッチングにより前記第２の絶縁膜をエッチングする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１から１１いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１のエッチング条件において、前記第２の絶縁膜では堆積物が形成されないとともに前記第１の絶縁膜では堆積物が形成され、
前記第２のエッチング条件において、前記第１の絶縁膜に由来する前記堆積物が除去される半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１から１２いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１の絶縁膜は、多孔質ＳｉＯＣＨ膜である半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１から１３いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１の絶縁膜は、ＳｉＯ２膜である半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１から１４いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２のエッチング条件において、エッチングガスがＣＨＦ系ガスを含まない半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の微細化と集積化の進展に伴い、トランジスタの上層に形成される多層配線構造の製造技術が急速に発展している。半導体装置の多層配線構造は配線とビアとを含む。６５ｎｍ技術ノード以降、配線金属材料として銅が用いられるようになっている。配線金属材料として銅を用いる場合、ダマシン構造が用いられる。また、工程数削減のため、配線とビアとを同時に作りこむデュアルダマシン構造が用いられることもある。このようなデュアルダマシン構造の加工方法としては、配線溝（トレンチ）加工を先に行うトレンチファースト法、ビアホール加工を先に行うビアファースト法等がある。
【０００３】
従来、デュアルダマシン構造を形成するためには、ビア底と配線溝底にそれぞれエッチング阻止膜が設けられており、ビア底と配線溝底のエッチング阻止膜を同時に除去する手順が用いられることが多かった。
【０００４】
特許文献１（特開２００３−１３３４１１号公報）には、以下の技術が記載されている。下層配線部上に、接続孔のエッチングストッパーとしての第１の有機絶縁膜であるＢＣＢ膜、第１の絶縁膜であるＡＬＣＡＰTM、配線溝エッチストッパーとしての第２の有機絶縁膜であるＢＣＢ膜、第２の絶縁膜であるＡＬＣＡＰTM、および第３の有機絶縁膜であるＢＣＢ膜から成る積層構造の層間絶縁膜が形成される。このような積層構造の層間絶縁膜に対して、配線溝がＢＣＢ膜とＡＬＣＡＰTMに形成され、この配線溝底からＡＬＣＡＰTMと接続孔のエッチングストッパーであるＢＣＢ膜を貫く接続孔が形成され、上層デュアルダマシン配線、上層ダマシン配線が形成される。これにより、高精度なダマシン配線形成が可能で低誘電率の層間膜構造を有する半導体装置を提供できるとされている。
【０００５】
しかし、配線溝底にもエッチング阻止膜を用いた構成とすると、エッチング阻止膜形成の手間が増え、コストが高くなるという課題がある。また、４５ｎｍノード以降、デバイスの微細化にともなう配線層間容量の増加に対し、配線層間絶縁膜に比較して高い誘電率を有する配線溝底のエッチング阻止膜を取り除くことが求められている。
【０００６】
特許文献２（特開２００４−０７１７３１号公報）には、シロキサン結合の繰り返し単位を有し、少なくとも一つのシロキサン結合に有機官能基が結合した重合体で構成され、比誘電率が２．６以下の低誘電率絶縁膜と、誘電材料を主成分とし、低誘電率絶縁膜表面に配置されたキャップ層とを有するエッチング対象物を真空雰囲気中に配置し、二重結合を有するフルオロカーボンガスを主成分とする第一の反応ガスを、真空雰囲気中に導入し、該第一の反応ガスのプラズマを発生させ、キャップ層をエッチングし、低誘電率絶縁膜を露出させた後、二重結合を有しないフルオロカーボンガスを主成分とする第二の反応ガスを、真空雰囲気中に導入し、第二の反応ガスのプラズマを発生させ、低誘電率絶縁膜をエッチングするエッチング方法が記載されている。
【０００７】
特許文献３（特開２００８−１３０６０４号公報）には、低誘電率膜（第１の絶縁膜）と低誘電率膜上に設けられたキャップ膜（第２の絶縁膜）とを備える半導体装置において、まず、レジストをマスクとして、第１のエッチング条件でキャップ膜を途中までエッチングし（第１のエッチング工程）、第１のエッチング条件とは異なる第２のエッチング条件で、キャップ膜の残部と低誘電率膜とを一括してエッチングする（第２のエッチング工程）ことが記載されている。これにより、絶縁膜のエッチング加工形状についてウェハ面内で高い均一性を得ることが可能になるとされている。
【０００８】
また、特許文献４（特開２００６−０２４７３０号公報）には、以下の技術が記載されている。
基板上にＳｉＯＣＨ系絶縁膜からなる被エッチング膜を形成し、マスクパターン上からのプラズマ処理を行う。これにより、マスクパターンから露出している被エッチング膜部分をＳｉＯ２化して改質部を形成する前処理を行う。次に、マスクパターンおよびＳｉＯＣＨ系材料からなる未改質部に対して選択的に改質部をエッチング除去する。これにより、加工パターンの疎密に依存することなく面内均一に精度良好なパターン加工行うことが可能であるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１３３４１１号公報
【特許文献２】特開２００４−０７１７３１号公報
【特許文献３】特開２００８−１３０６０４号公報
【特許文献４】特開２００６−０２４７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献４に記載の技術では、マスクパターン上からのプラズマ処理という前処理工程が追加で必要となる。また、被エッチング材料に応じたプラズマ処理の条件最適化の設定が煩雑となる。
【００１１】
また、特許文献２に記載の技術では、下地の低誘電率膜と上層のキャップ膜とに対するエッチング選択比が大きいエッチングガスを選択する必要があり、ガスの選択設定が煩雑となる。
【００１２】
また、特許文献３に記載の技術では、エッチング深さの面内ばらつきを低減する点で課題がある。とくに、配線溝底のエッチング阻止膜を除いた構成では、深さ方向の配線溝加工制御性が低下し、配線高さばらつきを引き起こしやすくなる。微細デバイスにおける最小ピッチ配線の配線高さは、配線抵抗を決定する重要な要素であり、高い加工制御性が求められる。とくに３２ｎｍノード以降、配線抵抗は細線効果の影響で配線断面積に対する感度が高く、配線溝加工制御性の向上が求められる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、
基板上に形成された、炭素濃度が高いＳｉＯＣＨ膜により構成された第１の絶縁膜と、炭素を含まない、または炭素濃度が低い第２の絶縁膜との積層構造に配線溝を形成する工程を含み、
前記配線溝を形成する工程は、
ＣＨＦ系ガスを添加した第１のエッチングガスを用いた第１のエッチング条件のドライエッチングにより、前記第２の絶縁膜に前記配線溝を形成し、当該配線溝底部に前記第１の絶縁膜を露出させる工程と、
前記配線溝底部に前記第１の絶縁膜を露出させた後に、前記第１のエッチング条件とは異なる第２のエッチング条件のドライエッチングにより、前記第１の絶縁膜に前記配線溝を形成する工程と、
を含み、
前記第１のエッチング条件において、前記第１のエッチングガス中の前記ＣＨＦ系ガスの分圧は、前記第１のエッチングガスに当該ＣＨＦ系ガスを添加していない場合の各膜へのエッチングレートを基準として、当該ＣＨＦ系ガスを添加することにより、前記第１の絶縁膜に対するエッチングレートが低下するとともに、前記第２の絶縁膜に対するエッチングレートを変化させない範囲に設定されている半導体装置の製造方法が提供される。
【００１４】
特許文献３には、特許文献２に記載されたような技術においては、下地の低誘電率膜が露出した途端に、低誘電率膜から発生するカーボンや水素等のデポジション成分の相違と、低誘電率膜に対するデポジションの付着確率の相違により、低誘電率膜上に堆積するデポジションのバランスが崩れて問題が生じると記載されている。しかし、本発明者等は、炭素濃度が高いＳｉＯＣＨ膜のドライエッチング工程において、エッチングガスにＣＨＦ系ガスを添加し、ＣＨＦ系ガスの分圧を適切な範囲に制御することで、ＣＨＦ系ガスによるデポジション膜の形成を容易に制御できることを新たに見出した。本発明者は、エッチングガス中のＣＨＦ系ガスの分圧を、ＳｉＯ２膜等の炭素を含まない絶縁膜や炭素濃度の低い絶縁膜では堆積物（デポジション）が形成されないような低い分圧とすることにより、炭素濃度が高いＳｉＯＣＨ膜由来の堆積物の形成を制御でき、複雑な除去処理が不要な膜厚・膜質で堆積物を形成することが可能であることを見出した。
【００１５】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、このような第１の条件でドライエッチングすることにより、第２の絶縁膜では堆積物が形成されないので、配線溝側壁に堆積物が形成されることがない。そのため、被エッチング面の表面反応のみで堆積物を選択形成でき、後の工程で容易に除去することができる。これにより、特許文献３に記載されたような前処理やエッチング阻止膜の形成等の追加処理を用いることなく、配線構造を形成する際に、ウェハ面内の配線溝の深さのばらつきを抑え、均一加工を行うことが可能となる。
【００１６】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、配線構造を形成する際に、ウェハ面内の配線溝の深さのばらつきを抑え、均一加工を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順の一例を示す工程断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順の一例を示す工程断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順の一例を示す工程断面図である。
【図４】本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順の一例を示す工程断面図である。
【図５】本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順の一例を示す工程断面図である。
【図６】本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順の一例を示す工程断面図である。
【図７】本発明の実施の形態における半導体装置の平面構成を模式的に示す平面図である。
【図８】ドライエッチング時のエッチングガス中のＣＨＦ系ガスの分圧とエッチングレートとの関係を示す図である。である。
【図９】本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順の他の例を示す工程断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順の他の例を示す工程断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順の他の例を示す工程断面図である。
【図１２】低炭素濃度絶縁膜をエッチング中のシリコンの発光強度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様の構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２０】
図１から図６は、本実施の形態における半導体装置１００の製造手順の一例を示す工程断面図である。図７は、本実施の形態における半導体装置１００の平面構成を模式的に示す平面図である。
【００２１】
本実施の形態において、配線構造は、デュアルダマシン法のビアファースト法で形成することができる。ビアファースト法を用いることにより、ビアとトレンチとの重ね合わせ精度を確保しやすく、微細化に対応しやすくすることができる。
本実施の形態における半導体装置１００の製造方法は、基板（不図示）上に形成された、炭素濃度が高いＳｉＯＣＨ膜により構成された第１の絶縁膜（高炭素濃度絶縁膜１１４）と、炭素を含まない、または炭素濃度が低い第２の絶縁膜（低炭素濃度絶縁膜１１６）との積層構造に配線溝（太幅配線溝１４８、細幅配線溝１５０）を形成する工程を含む。
積層構造に配線溝を形成する工程は、ＣＨＦ系ガスを添加した第１のエッチングガスを用いた第１のエッチング条件のドライエッチングにより、第２の絶縁膜に配線溝を形成し、当該配線溝底部に第１の絶縁膜を露出させる工程と、
当該配線溝底部に第１の絶縁膜を露出させた後に、第１のエッチング条件とは異なる第２のエッチング条件のドライエッチングにより、第１の絶縁膜に配線溝を形成する工程と、を含む。
第１のエッチング条件において、第１のエッチングガス中のＣＨＦ系ガスの分圧は、第１のエッチングガスに当該ＣＨＦ系ガスを添加していない場合の各膜へのエッチングレートを基準として、当該ＣＨＦ系ガスを添加することにより、第１の絶縁膜に対するエッチングレートが低下するとともに、第２の絶縁膜に対するエッチングレートを変化させない範囲に設定されている。
【００２２】
以下、図を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）に示すように、半導体装置１００は、トランジスタ等の素子が形成された基板（不図示）と、基板上に形成された層間絶縁膜１１０と、層間絶縁膜１１０の上にこの順で形成されたエッチング阻止膜１１２、高炭素濃度絶縁膜１１４、低炭素濃度絶縁膜１１６と、を含む。層間絶縁膜１１０には、太幅配線１３０と細幅配線１３２とが形成されている。ここで、太幅配線１３０と細幅配線１３２とは、それぞれ、銅膜と、当該銅膜の側壁および底部にバリアメタル膜が形成された構成とすることができる。
【００２３】
高炭素濃度絶縁膜１１４は、炭素濃度が高いＳｉＯＣＨ膜とすることができる。ここで、炭素濃度が高いとは、たとえばＣ（炭素）／Ｓｉ（シリコン）組成比が１以上とすることができる。高炭素濃度絶縁膜１１４は、比誘電率が２．９以下の低誘電率膜とすることができる。本実施の形態において、高炭素濃度絶縁膜１１４が、炭素濃度が高い多孔質ＳｉＯＣＨ膜（Ｃ（炭素）／Ｓｉ（シリコン）組成比が２．７５程度）である場合を例として説明する。
【００２４】
低炭素濃度絶縁膜１１６は、ＳｉＯ２膜等の炭素を含まない絶縁膜、または炭素濃度が低いＳｉＯＣＨ膜等とすることができる。ここで、炭素濃度が高いとは、たとえばＣ（炭素）／Ｓｉ（シリコン）組成比が１未満とすることができる。本実施の形態において、低炭素濃度絶縁膜１１６が、炭素を含まないＳｉＯ２膜である場合を例として説明する。ここで、低炭素濃度絶縁膜１１６は、高炭素濃度絶縁膜１１４よりも強度の高い材料により構成され、高炭素濃度絶縁膜１１４のハードマスク（ＨＭ）として機能するようにすることができる。これにより、高炭素濃度絶縁膜１１４および低炭素濃度絶縁膜１１６に配線溝を形成し、当該配線溝にバリアメタル膜や銅膜等の導電膜を埋め込んで、配線溝外部に露出した導電膜を化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）で除去する際に、低炭素濃度絶縁膜１１６が保護膜として機能するようにすることができる。
【００２５】
エッチング阻止膜１１２は、たとえばＳｉＣＮ膜等、エッチング阻止膜として用いられる通常の材料とすることができる。
【００２６】
このような構成の半導体装置１００において、まず、高炭素濃度絶縁膜１１４および低炭素濃度絶縁膜１１６に、それぞれ太幅配線１３０および細幅配線１３２と重なるビアホールを形成する。図５（ｂ）および図６は、図７のＢ−Ｂ’断面図に該当し、それぞれ太幅配線１３０および細幅配線１３２と重なるビアホール１６４およびビアホール１６６が形成された箇所を示す。なお、図１から図５（ａ）は、図７のＡ−Ａ’断面図に該当し、ビアホール１６４およびビアホール１６６が形成されていない箇所を示す。
【００２７】
図１に戻り、低炭素濃度絶縁膜１１６上に、下層レジスト膜１２２、中間絶縁膜１２４、反射防止膜１２６、および上層レジスト膜１２８がこの順で形成された多層レジスト膜１２０を形成する。多層レジスト膜１２０の構成は、通常用いられる多層レジスト膜と同様の構成とすることができる。中間絶縁膜１２４は、たとえばＳｉＯ２膜により構成することができる。下層レジスト膜１２２は、ビアホール１６４およびビアホール１６６を埋め込むように形成される。また、多層レジスト膜１２０の上層レジスト膜１２８および反射防止膜１２６には、太幅開口部１４０および細幅開口部１４２がそれぞれ形成されている。この太幅開口部１４０および細幅開口部１４２は、それぞれ、層間絶縁膜１１０に形成された太幅配線１３０および細幅配線１３２に対応する（図１（ａ））。
【００２８】
このような状態で、上層レジスト膜１２８および反射防止膜１２６をマスクとして、中間絶縁膜１２４および下層レジスト膜１２２をドライエッチングして、上層レジスト膜１２８および反射防止膜１２６に、それぞれ太幅開口部１４０および細幅開口部１４２に対応する太幅開口部１４４および細幅開口部１４６を形成する（図１（ｂ））。このときのエッチングガスは、通常のものを用いることができる。
【００２９】
つづいて、中間絶縁膜１２４および下層レジスト膜１２２をマスクとして、第１のエッチングガス１６０を用いた第１のエッチング条件のドライエッチングにより、低炭素濃度絶縁膜１１６に、それぞれ太幅開口部１４４および細幅開口部１４６に対応する太幅配線溝１４８および細幅配線溝１５０を形成する。
【００３０】
本実施の形態において、第１のエッチング条件は、低炭素濃度絶縁膜１１６では堆積物（デポジション）が形成されないとともに高炭素濃度絶縁膜１１４では堆積物が形成される構成とすることができる。このような第１のエッチング条件でドライエッチングを行うことにより、低炭素濃度絶縁膜１１６に配線溝が形成され、配線溝底部に高炭素濃度絶縁膜１１４が露出すると、高炭素濃度絶縁膜１１４がエッチングされ、高炭素濃度絶縁膜１１４表面に、高炭素濃度絶縁膜１１４に由来する堆積物が生成される。これにより、高炭素濃度絶縁膜１１４表面に形成された堆積物がエッチング阻止膜として機能する。
【００３１】
第１のエッチング条件において、第１のエッチングガス１６０は、たとえば、ＣＦ４およびＡｒを含む構成とすることができる。ここでＣＦ４の流量は、たとえば、６００ｓｃｃｍ以上１２００ｓｃｃｍ以下程度とすることができる。Ａｒの流量は、たとえば６００ｓｃｃｍ以上１２００ｓｃｃｍ以下程度とすることができる。また、加工時の圧力は、たとえば４０ｍＴｏｒｒ以上６０ｍＴｏｒｒ以下程度とすることができる。
【００３２】
また、本実施の形態において、第１のエッチングガス１６０は、酸素を含まない構成とすることができる。これにより、下層レジスト膜１２２をマスクとして配線溝を形成する際に、酸素によるレジストへの影響を防ぐことができ、配線溝を精度よく形成することができる。
【００３３】
また、本実施の形態の第１のエッチング条件において、第１のエッチングガス１６０は、ＣＨＦ系ガスを添加した構成とすることができる。第１のエッチングガス１６０中のＣＨＦ系ガスは、たとえば、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ等のＣＨ（４−ｎ）Ｆｎ（ｎは１〜３の整数）とすることができる。
【００３４】
上述したように、本発明者等は、第１のエッチング条件において、第１のエッチングガス１６０中のＣＨＦ系ガスの分圧を適切な範囲に設定することにより、ＣＨＦ系ガスによる高炭素濃度絶縁膜１１４に由来する堆積物の形成を容易に制御できることを新たに見出した。第１のエッチングガス１６０中のＣＨＦ系ガスの分圧は、第１のエッチングガス１６０に当該ＣＨＦ系ガスを添加していない場合の各膜へのエッチングレートを基準として、当該ＣＨＦ系ガスを添加することにより、高炭素濃度絶縁膜１１４に対するエッチングレートが低下するとともに、低炭素濃度絶縁膜１１６に対するエッチングレートを変化させない範囲に設定することができる。ここで、エッチングレートが変化しないとは、エッチングレートの変化が１０％程度以内とすることができる。
このような構成とすることにより、低炭素濃度絶縁膜１１６に対するエッチングレートを変化させないので、低炭素濃度絶縁膜１１６に対するエッチング条件を保ったまま、高炭素濃度絶縁膜１１４に対するエッチングレートだけを低下させることができる。高炭素濃度絶縁膜１１４のエッチングレートを低下させることにより、ウェハ面内にばらつきがあり、一部の配線溝底部で他の配線溝よりも速く高炭素濃度絶縁膜１１４が露出したとしても、高炭素濃度絶縁膜１１４のエッチング量を低減することができる。また、高炭素濃度絶縁膜１１４が露出した後に、高炭素濃度絶縁膜１１４がエッチングされることにより堆積物が形成されるようにすることができ、堆積物をエッチング阻止膜として機能させることができる。これにより、配線溝の深さの面内ばらつきを防ぐことができる。ここで、とくに制限はされないが、第１のエッチングガス１６０中のＣＨＦ系ガスの分圧は、高炭素濃度絶縁膜１１４に対するエッチングレートが低炭素濃度絶縁膜１１６に対するエッチングレートの約３５％以下となるようにすることができる。
【００３５】
図８は、ドライエッチング時のエッチングガス中のＣＨＦ３の分圧（CHF3 partial pressure）［ｍＴｏｒｒ］とエッチングレート（Etching rate）［ｎｍ／ｍｉｎ．］との関係を示す図である。
ここで、被エッチング絶縁膜として、「ａ：高炭素濃度多孔質ＳｉＯＣＨ膜（Ｃ／Ｓｉ組成比２．７）」、「ｂ：ＳｉＯ２膜」、「ｃ：低炭素濃度ＳｉＯＣＨ膜（Ｃ／Ｓｉ組成比０．５）」を用いた。また、エッチングガスとしては、Ａｒ、ＣＨＦ３、およびＣＦ４を含む混合ガスを用い、圧力５０ｍＴｏｒｒとした。混合ガス中のＡｒとＣＦ４のガス流量は一定として、ＣＨＦ３のガス流量を変化させることにより、ＣＨＦ３の分圧を変化させ（ＣＨＦ３の分圧：３、４、５、６、および１０ｍＴｏｒｒ）、各被エッチング膜のエッチングレートを測定した。
【００３６】
その結果、「ｂ：ＳｉＯ２膜」および「ｃ：低炭素濃度ＳｉＯＣＨ膜（Ｃ／Ｓｉ組成比０．５）」では、ＣＨＦ３の分圧が１０ｍＴｏｒｒ以下の範囲では、ＣＨＦ３の分圧に関わらず、エッチングレートが一定であった。なお、図示していないが、ＣＨＦ３の分圧をさらに高くすると（たとえば２０ｍＴｏｒｒ以上）、「ｂ：ＳｉＯ２膜」および「ｃ：低炭素濃度ＳｉＯＣＨ膜（Ｃ／Ｓｉ組成比０．５）」のエッチングレートにも影響が生じる可能性がある。「ｂ：ＳｉＯ２膜」および「ｃ：低炭素濃度ＳｉＯＣＨ膜（Ｃ／Ｓｉ組成比０．５）」のエッチングレートが低くなると、「ｂ：ＳｉＯ２膜」および「ｃ：低炭素濃度ＳｉＯＣＨ膜（Ｃ／Ｓｉ組成比０．５）」のエッチング時にも堆積物が形成される可能性が生じる。「ｂ：ＳｉＯ２膜」および「ｃ：低炭素濃度ＳｉＯＣＨ膜（Ｃ／Ｓｉ組成比０．５）」のエッチング時にも堆積物が形成されてしまうと、配線溝側壁に堆積物が形成され、後の工程で堆積物を除去するのが困難となってしまう。そのため、ＣＨＦ３の分圧は、「ｂ：ＳｉＯ２膜」および「ｃ：低炭素濃度ＳｉＯＣＨ膜（Ｃ／Ｓｉ組成比０．５）」のエッチング時に堆積物が形成されない範囲とすることができる。
【００３７】
一方、「ａ：高炭素濃度多孔質ＳｉＯＣＨ膜（Ｃ／Ｓｉ組成比２．７）」においては、ＣＨＦ３の分圧が増加するに従い、エッチングレートが低下した。ＣＨＦ３を添加していない場合のエッチングレートが５０［ｎｍ／ｍｉｎ．］程度なのに対し、ＣＨＦ３の分圧が２ｍＴｏｒｒ程度以上６ｍＴｏｒｒ程度以下の間では、エッチングレートが３０［ｎｍ／ｍｉｎ．］程度となっている。また、ＣＨＦ３の分圧を約１０ｍＴｏｒｒとすると、エッチングレートが５［ｎｍ／ｍｉｎ．］程度となっている。
【００３８】
本発明者等の検討によれば、高炭素濃度絶縁膜１１４に対するエッチングレートを３０［ｎｍ／ｍｉｎ．］程度以下とすることにより、ＣＨＦ系ガスによる高炭素濃度絶縁膜１１４に由来する堆積物を制御性よく形成できることが明らかになった。
【００３９】
本実施の形態において、たとえば、第１のエッチングガス１６０中のＣＨＦ系ガスの分圧は、２ｍＴｏｒｒ以上とすることができる。これにより、ＣＨＦ３による高炭素濃度絶縁膜１１４に由来する堆積物を制御性よく形成することができる。
【００４０】
また、たとえば、第１のエッチングガス１６０中のＣＨＦ系ガスの分圧は、１０ｍＴｏｒｒ以下とすることができる。これにより、第１のエッチングガス１６０によって低炭素濃度絶縁膜１１６に由来する堆積物が形成されることがなく高炭素濃度絶縁膜１１４に由来する堆積物を形成することができる。
【００４１】
ただし、高炭素濃度絶縁膜１１４に対するエッチングレートが低くなり過ぎると、形成される堆積物の量が多くなり、堆積物の膜厚が厚くなりすぎ、後の工程での堆積物の除去性が劣化するおそれがある。このような観点からは、高炭素濃度絶縁膜１１４に対するエッチングレートが２０［ｎｍ／ｍｉｎ．］程度以上となるようにすることができる。また、このような観点からは、本実施の形態において、たとえば、第１のエッチングガス１６０中のＣＨＦ系ガスの分圧は、６ｍＴｏｒｒ以下とすることができる。
【００４２】
以上から、本実施の形態において、たとえば、第１のエッチングガス１６０中のＣＨＦ系ガスの分圧を２ｍＴｏｒｒ以上６ｍＴｏｒｒ以下とすることができる。このような条件においては、高炭素濃度絶縁膜１１４に由来する堆積物の生成とエッチングがそれぞれ適度に行われ、高炭素濃度絶縁膜１１４表面に形成された堆積物の膜厚を均一に保つことができる。これにより、堆積物を、エッチング阻止膜としてウェハの面内ばらつきの吸収層として有効に利用でき、均一な加工が可能になる。
【００４３】
一例として、第１のエッチングの条件は、圧力５０ｍＴｏｒｒ、第１のエッチングガス１６０は、たとえばＡｒ：８００ｓｃｃｍ、ＣＨＦ３：１００ｓｃｃｍ、ＣＦ４：１００ｓｃｃｍ（ＣＨＦ３の分圧：５ｍＴｏｒｒ）とすることができる。
【００４４】
図２に戻り、第１のエッチングガス１６０でエッチングを行うと、たとえばマイクロローディング効果により、開口面積の広い太幅配線溝１４８においては、開口面積の狭い細幅配線溝１５０よりも早くエッチングされる。そのため、太幅配線溝１４８底部において、細幅配線溝１５０よりも先に高炭素濃度絶縁膜１１４が露出する（図２（ａ））。上述したように、第１のエッチングガス１６０を用いることにより、低炭素濃度絶縁膜１１６をエッチングする際には堆積物が形成されないが、高炭素濃度絶縁膜１１４をエッチングすると、堆積物が形成される。そのため、太幅配線溝１４８の底部には堆積物１５２が形成される。ここで、太幅配線溝１４８底部において堆積物１５２がエッチング阻止膜として機能し、エッチングが止まる。
【００４５】
この後、細幅配線溝１５０でエッチングが進み、細幅配線溝１５０においても底部に高炭素濃度絶縁膜１１４が露出する（図２（ｂ））。ここで、高炭素濃度絶縁膜１１４が露出すると、高炭素濃度絶縁膜１１４も第１のエッチングガス１６０によりエッチングされ、細幅配線溝１５０の底部にも堆積物１５４が形成される。ここで、細幅配線溝１５０底部においても堆積物１５４がエッチング阻止膜として機能し、エッチングが止まる（図３（ａ））。
【００４６】
この後、第２のエッチングガス１６２を用いた第２のエッチング条件のドライエッチングにより、太幅配線溝１４８および細幅配線溝１５０底部の堆積物１５２および堆積物１５４を除去するとともに（図３（ｂ））、高炭素濃度絶縁膜１１４に太幅配線溝１４８および細幅配線溝１５０を形成する（図４（ａ））。本実施の形態において、高炭素濃度絶縁膜１１４および低炭素濃度絶縁膜１１６に形成されるすべての各配線溝底部において、高炭素濃度絶縁膜１１４が露出して堆積物が形成された後に、第１のエッチング条件のドライエッチングを終了し、第１のエッチング条件とは異なる第２のエッチング条件のドライエッチングを開始する。
【００４７】
第２のエッチング条件は、高炭素濃度絶縁膜１１４に由来する堆積物を除去できる構成とすることができる。第２のエッチングガス１６２は、酸素を含むことができる。また、第２のエッチングガス１６２は、第２のエッチングガス１６２により、高炭素濃度絶縁膜１１４に由来する堆積物が形成されないような構成とすることができる。本実施の形態において、第２のエッチング条件において、第２のエッチングガス１６２はＣＨＦ系ガスを含まない構成とすることができる。
【００４８】
一例として、第２のエッチングの条件は、圧力５０ｍＴｏｒｒ、第２のエッチングガス１６２は、たとえばＡｒ：４００ｓｃｃｍ、ＣＦ４：４００ｓｃｃｍ、Ｏ２：５ｓｃｃｍとすることができる。
【００４９】
この後、下層レジスト膜１２２を除去する（図４（ｂ））。つづいて、ビアホール１６４およびビアホール１６６（図６参照）底部のエッチング阻止膜１１２を除去する。このとき、低炭素濃度絶縁膜１１６も除去される。次いで、太幅配線溝１４８およびビアホール１６４内、ならびに細幅配線溝１５０およびビアホール１６６内にバリアメタル膜および銅膜を形成し、太幅配線溝１４８および細幅配線溝１５０外部に露出した銅膜およびバリアメタル膜をＣＭＰで除去し、太幅配線１７０、ビア１７４、細幅配線１７２、およびビア１７６を形成する（図５（ａ）、図５（ｂ））。なお、エッチング阻止膜１１２を除去する際には、低炭素濃度絶縁膜１１６の一部が除去されるが、一部は残った状態とすることができる。このようにすれば、銅膜およびバリアメタル膜をＣＭＰで除去する際に、低炭素濃度絶縁膜１１６が高炭素濃度絶縁膜１１４の保護膜として機能するようにすることができる。本実施の形態においては、低炭素濃度絶縁膜１１６は、銅膜およびバリアメタル膜をＣＭＰで除去する際に完全に除去される構成とすることができる。ここで、図５（ａ）は図７のＡ−Ａ’断面図に該当し、図５（ｂ）は図７のＢ−Ｂ’断面図に該当する。
【００５０】
また、低炭素濃度絶縁膜１１６は、複数種の膜の積層構造とすることもできる。以下、低炭素濃度絶縁膜１１６が第１の低炭素濃度絶縁膜１１７と第２の低炭素濃度絶縁膜１１８とがこの順で積層された構成である場合を例として説明する。
【００５１】
図９から図１１は、本実施の形態における半導体装置１００の製造手順の他の例を示す工程断面図である。
ここで、第１の低炭素濃度絶縁膜１１７は、第２の低炭素濃度絶縁膜１１８よりも比誘電率が低い材料により構成することができる。一例として、たとえば第１の低炭素濃度絶縁膜１１７が炭素濃度の低い多孔質ＳｉＯＣＨ膜（Ｃ（炭素）／Ｓｉ（シリコン）組成比が０．６程度）、第２の低炭素濃度絶縁膜１１８がＳｉＯ２膜とすることができる。
【００５２】
このような構成において、図１から図７を参照して説明したのと同様にして、第１のエッチングガス１６０を用いた第１のエッチング条件のドライエッチングにより、第２の低炭素濃度絶縁膜１１８および第１の低炭素濃度絶縁膜１１７に太幅配線溝１４８と細幅配線溝１５０とを形成する。このような第１のエッチング条件でドライエッチングを行うことにより、配線溝底部に高炭素濃度絶縁膜１１４が露出すると、高炭素濃度絶縁膜１１４がエッチングされ、高炭素濃度絶縁膜１１４表面に、高炭素濃度絶縁膜１１４に由来する堆積物１５２および堆積物１５４が生成される（図９（ａ））。この後、第２のエッチングガス１６２を用いた第２のエッチング条件のドライエッチングにより、太幅配線溝１４８および細幅配線溝１５０底部の堆積物１５２および堆積物１５４を除去するとともに（図９（ｂ））、高炭素濃度絶縁膜１１４に太幅配線溝１４８および細幅配線溝１５０を形成する（図１０（ａ））。
【００５３】
次いで、下層レジスト膜１２２を除去する（図１０（ｂ））。つづいて、ビアホール１６４およびビアホール１６６（図６参照）底部のエッチング阻止膜１１２を除去する。このとき、第２の低炭素濃度絶縁膜１１８も除去される。次いで、太幅配線溝１４８およびビアホール１６４内、ならびに細幅配線溝１５０およびビアホール１６６内にバリアメタル膜および銅膜を形成し、太幅配線溝１４８および細幅配線溝１５０外部に露出した銅膜およびバリアメタル膜をＣＭＰで除去し、太幅配線１７０、ビア１７４、細幅配線１７２、およびビア１７６を形成する（図１１（ａ）、図１１（ｂ））。なお、本例において、銅膜およびバリアメタル膜をＣＭＰで除去する際に、第１の低炭素濃度絶縁膜１１７の一部が除去されるが、最終的に第１の低炭素濃度絶縁膜１１７が残った構成とすることができる。第１の低炭素濃度絶縁膜１１７は、第２の低炭素濃度絶縁膜１１８よりも比誘電率が低い材料により構成されているため、残った状態としても、半導体装置１００の比誘電率の増大を防ぐことができる。
【００５４】
（実施例１）
図１から図７を参照して説明したのと同様、低炭素濃度絶縁膜１１６に太幅配線溝１４８（配線幅１μｍ）および細幅配線溝１５０（配線幅５０ｎｍ）を形成するドライエッチングを以下の条件で行った。ここで、低炭素濃度絶縁膜１１６としてはＳｉＯ２膜、高炭素濃度絶縁膜１１４としては高炭素濃度多孔質ＳｉＯＣＨ膜（Ｃ／Ｓｉ組成比２．７）を用いた。
【００５５】
（１）圧力５０ｍＴｏｒｒ、混合ガスの流量は、Ａｒ：８００ｓｃｃｍ、ＣＨＦ３：１００ｓｃｃｍ、ＣＦ４：１００ｓｃｃｍ（ＣＨＦ３の分圧：５ｍＴｏｒｒ）とした。
（２）圧力１００ｍＴｏｒｒ、混合ガスの流量は、Ａｒ：８００ｓｃｃｍ、ＣＨＦ３：１００ｓｃｃｍ、ＣＦ４：１００ｓｃｃｍ（ＣＨＦ３の分圧：１０ｍＴｏｒｒ）とした。
（３）圧力１００ｍＴｏｒｒ、混合ガスの流量は、Ａｒ：８００ｓｃｃｍ、ＣＦ４：２００ｓｃｃｍ（ＣＨＦ３の分圧：０ｍＴｏｒｒ（ＣＨＦ３）なし）とした。
【００５６】
（１）および（２）では、太幅配線溝１４８と細幅配線溝１５０とで配線溝深さの差はなかった。（１）では、配線溝の深さを設計値通りとすることができた。（２）では、太幅配線溝１４８と細幅配線溝１５０とで配線溝深さの差はなかったが、堆積物の膜厚が厚くなり、形成された配線溝の深さが設計値よりも浅くなってしまった。この後の第２のエッチング条件でのドライエッチングにより、堆積物を除去することはできるが、制御性の点では、（１）の条件が好ましい。一方、（３）では、太幅配線溝１４８の方が細幅配線溝１５０よりも速くエッチングされ、太幅配線溝１４８と細幅配線溝１５０とで配線溝深さにばらつきが生じた。
【００５７】
（実施例２）
ＣＨＦ系ガスを添加したエッチングガスにおけるエッチングレートと、被エッチング膜のＣ／Ｓｉ組成比との関係を調べた。
ここで、エッチング条件は、圧力１００ｍＴｏｒｒ、混合ガスの流量は、Ａｒ：８００ｓｃｃｍ、ＣＨＦ３：１００ｓｃｃｍ、ＣＦ４：１００ｓｃｃｍ（ＣＨＦ３の分圧：１０ｍＴｏｒｒ）とした。
【００５８】
この結果、被エッチング膜のＣ／Ｓｉ組成比が低いときには、エッチングレート［ｎｍ／ｍｉｎ．］が高かった。具体的には、Ｃ／Ｓｉ組成比がゼロのときにはエッチングレート［ｎｍ／ｍｉｎ．］が９０程度、またＣ／Ｓｉ組成比が０．６５のときにはエッチングレート［ｎｍ／ｍｉｎ．］が１２０程度だった。一方、被エッチング膜のＣ／Ｓｉ組成比が高いときには、エッチングレート［ｎｍ／ｍｉｎ．］が顕著に低下することが明らかになった。具体的には、Ｃ／Ｓｉ組成比が２．７５のときには、エッチングレート［ｎｍ／ｍｉｎ．］が約１０程度だった。
【００５９】
（実施例３）
図１から図７を参照して説明した半導体装置について、実施例１の（１）と同様のエッチング条件で、低炭素濃度絶縁膜１１６に太幅配線溝１４８（配線幅１μｍ）および細幅配線溝１５０（配線幅５０ｎｍ）を形成するドライエッチングを行い、エッチング中、高炭素濃度絶縁膜１１４が露出する後までのシリコンの発光強度を測定した。結果を図１２の破線（ａ）で示す。図１２の横軸は時間、縦軸は発光強度を示す。
【００６０】
また、比較例として、図１から図７に示した高炭素濃度絶縁膜１１４を、低炭素濃度絶縁膜１１６にかえた構成（つまり図１から図７の高炭素濃度絶縁膜１１４と低炭素濃度絶縁膜１１６とがすべて低炭素濃度絶縁膜１１６で構成された構造）の半導体装置についても同様のエッチング条件でドライエッチングを行い、エッチング中のシリコンの発光強度を測定した。結果を図１２の実線（ｂ）で示す。
【００６１】
図１２に示すように、（ａ）では、（ｂ）よりも速く発光が消滅している。つまり、（ａ）では、高炭素濃度絶縁膜１１４の露出とともに発光がなくなっており、（ｂ）では、高炭素濃度絶縁膜１１４にかえて低炭素濃度絶縁膜１１６を用いているので、（ａ）では高炭素濃度絶縁膜１１４が露出するタイミングでも低炭素濃度絶縁膜１１６がエッチングされ続けているため、発光が続いている。以上から、本実施の形態において、高炭素濃度絶縁膜１１４が露出しても、第１のエッチングガス１６０によっては高炭素濃度絶縁膜１１４がほとんどエッチングされないことがわかる。
【００６２】
次に、本実施の形態における半導体装置１００の製造手順の効果を説明する。
本実施の形態における半導体装置１００の製造方法によれば、上記のような第１の条件でドライエッチングすることにより、低炭素濃度絶縁膜１１６では堆積物が形成されず、高炭素濃度絶縁膜１１４表面でのみ選択的に堆積物が形成される。そのため、配線溝側壁に堆積物が形成されることがなく、後の工程で容易に除去することができる。これにより、配線構造を形成する際に、ウェハ面内の配線溝の深さのばらつきを抑え、均一加工を行うことが可能となる。
【００６３】
第１のエッチング条件における第１のエッチングガス１６０中のＣＨＦ系ガスの分圧を適切な範囲に設定することにより、高炭素濃度絶縁膜１１４に由来する堆積物の生成とエッチングがそれぞれ適度に行われ、高炭素濃度絶縁膜１１４表面に形成された堆積物の膜厚を均一に保つことができる。これにより、堆積物を、エッチング阻止膜としてウェハの面内ばらつきの吸収層として有効に利用でき、均一な加工が可能になる。これにより、配線幅の異なる複数の配線溝を形成する場合でも、微細パターンにおけるマイクロローディング効果を吸収させることが可能となり、配線溝深さの加工均一性を向上させることができる。
【００６４】
また、高炭素濃度絶縁膜１１４は、加工プロセス制御に有用な除去性を持つことにより、アッシング等のステップを挿入することなく、容易に除去することができる。そのため、層間絶縁膜へのエッチングダメージ低減と高い加工制御性を両立できる。これにより、ウェハ面内依存、パターン依存のない形状および抵抗の均一な銅ダマシン配線を形成することが可能となる。
【００６５】
以上の手順により、たとえば配線幅が４５ｎｍから１μｍの範囲において、配線溝深さのばらつきを１０ｎｍ未満適度に制御することができる。
【００６６】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００６７】
１００ 半導体装置
１１０ 層間絶縁膜
１１２ エッチング阻止膜
１１４ 高炭素濃度絶縁膜
１１６ 低炭素濃度絶縁膜
１１７ 第１の低炭素濃度絶縁膜
１１８ 第２の低炭素濃度絶縁膜
１２０ 多層レジスト膜
１２２ 下層レジスト膜
１２４ 中間絶縁膜
１２６ 反射防止膜
１２８ 上層レジスト膜
１３０ 太幅配線
１３２ 細幅配線
１４０ 太幅開口部
１４２ 細幅開口部
１４４ 太幅開口部
１４６ 細幅開口部
１４８ 太幅配線溝
１５０ 細幅配線溝
１５２ 堆積物
１５４ 堆積物
１６０ 第１のエッチングガス
１６２ 第２のエッチングガス
１６４ ビアホール
１６６ ビアホール
１７０ 太幅配線
１７２ 細幅配線
１７４ ビア
１７６ ビア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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