(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）半導体基板の主面上に下層から順に、窒化チタン膜、アルミニウム膜、窒化チタン膜の三層を含む積層配線を形成する工程、
（ｂ）前記積層配線を覆うように、当該積層配線上に絶縁膜を形成する工程、
（ｃ）前記絶縁膜上にフォトレジスト膜を塗布し、リソグラフィによりビアホールパターンを形成する工程、
（ｄ）前記ビアホールパターンをマスクに、ドライエッチングにより前記絶縁膜にビアホールを形成する工程、
を有し、前記絶縁膜のドライエッチング時に、少なくともＣＯ、ＣＮ、ＡｌＦの発光強度をモニターし、
当該モニターしたＣＯ、ＣＮ、ＡｌＦの発光強度を用いて演算処理を行い、当該演算処理結果であるＣＯ／ＣＮ比およびＡｌ／ＣＮ比に基づき、前記絶縁膜のドライエッチングの終点検出を行う半導体装置の製造方法。
【請求項２】
（ａ）半導体基板の主面上に下層から順に、窒化チタン膜、アルミニウム膜、窒化チタン膜の三層を含む積層配線を形成する工程、
（ｂ）前記積層配線を覆うように、当該積層配線上に絶縁膜を形成する工程、
（ｃ）前記絶縁膜上にフォトレジスト膜を塗布し、リソグラフィによりビアホールパターンを形成する工程、
（ｄ）前記ビアホールパターンをマスクに、ドライエッチングにより前記絶縁膜にビアホールを形成する工程、
を有し、前記絶縁膜のドライエッチング時に、少なくともＣＯ、ＣＮ、ＡｌＦの発光強度をモニターすることにより、前記絶縁膜のドライエッチングの終点検出を行う半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁膜のドライエッチングは、メインエッチステップとオーバーエッチステップからなり、少なくともオーバーエッチステップにおいて、ＡｌＦの発光強度をモニターす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であって、
前記絶縁膜はシリコン酸化膜であり、フッ素成分を含むエッチングガスを用いてドライエッチングを行う半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載の半導体装置の製造方法であって、
モニターしたＡｌＦの発光強度を用いて二次微分処理を行い、算出した二次微分値の変曲点管理により、ドライエッチングの状態を監視する半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法であって、
ＡｌＦの発光強度から算出した二次微分値が予め設定した値を超えた場合、当該ドライエッチングに異常が生じていると判定し、アラームを発信する半導体装置の製造方法。
【請求項６】
ドライエッチングに用いるプラズマの発光スペクトルのうち、少なくともＣＯ、ＣＮ、ＡｌＦの発光強度をモニターし、
当該モニターしたＣＯ、ＣＮ、ＡｌＦの発光強度を用いて演算処理を行い、当該演算処理結果であるＣＯ／ＣＮ比およびＡｌ／ＣＮ比に基づき、当該ドライエッチングの終点検出を行うドライエッチングの終点検出方法。
【請求項７】
ドライエッチングに用いるプラズマの発光スペクトルのうち、少なくともＣＯ、ＣＮ、ＡｌＦの発光強度をモニターし、
モニターしたＣＯ、ＣＮ、ＡｌＦの発光強度に基づき、当該ドライエッチングの終点検出を行うドライエッチングの終点検出方法であって、
前記ドライエッチングは、メインエッチステップとオーバーエッチステップからなり、少なくともオーバーエッチステップにおいて、ＡｌＦの発光強度をモニターするドライエッチングの終点検出方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載のドライエッチングの終点検出方法であって、
前記ドライエッチングは、アルミニウム配線上に形成されたシリコン酸化膜にビアホールを形成するためのドライエッチングであり、フッ素成分を含むエッチングガスを用いてドライエッチングを行うドライエッチングの終点検出方法。
【請求項９】
請求項７に記載のドライエッチングの終点検出方法であって、
モニターしたＡｌＦの発光強度を用いて二次微分処理を行い、算出した二次微分値の変曲点管理により、ドライエッチングの状態を監視するドライエッチングの終点検出方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のドライエッチングの終点検出方法であって、
ＡｌＦの発光強度から算出した二次微分値が予め設定した値を超えた場合、当該ドライエッチングに異常が生じていると判定し、アラームを発信するドライエッチングの終点検出方法。
【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係り、特に、処理室から放出される放射光を検出してその発光強度の変化に基づいてエッチング終点検出を行うドライエッチング工程に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスにおいて、プロセスチャンバ内のプラズマ発光の変化を監視し、プロセスの終点を検知する手法が広く使用されている。ドライエッチング工程においても、エッチング終点検出方法として、ほとんどの設備で発光モニタリング方法を採用しており、プラズマ中において発光するエッチングガス成分の発光強度やプラズマ中で生成される反応生成物の発光強度の変化を捉えてエッチングの終点を検出している。
【０００３】
一方、半導体製品の微細化に伴い、被エッチング面積の低下が進み、特に、シリコン酸化膜などの層間絶縁膜にビアホール（コンタクトホール）を形成する際のビアホールエッチングにおいては、ビアホールの開口面積の低下により精度良く終点検出を行うことが難しくなっている。
【０００４】
例えば、ビアホールエッチングにおいて、層間絶縁膜のエッチング途中でエッチングの終点と判定した場合、ビアホールが下地のメタル配線層まで到達せずに、ビアの導通不良となってしまう。逆に、ビアホールが下地のメタル配線層のバリアメタルを突き抜けてメタル配線本体（アルミニウム膜）に到達した場合、エッチングガスに含まれるフッ素成分と反応してフッ化アルミニウムなどの高抵抗層が形成され、ビアの高抵抗不良につながる。このような問題に対し、２つの波長の発光を組み合わせてモニタリングする等、終点検出の精度を高めるための様々な方法が検討されている。
【０００５】
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には、「ビアの下層に大きな体積を有する配線を配置することを禁止することで、ビア底部での断線不良を防止し、半導体デバイスの信頼性を向上する技術」が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、「２波長の発光強度比の時系列データを二次微分演算して第２変曲点でエッチング終点を検知することにより、エッチング終点を安定して検出する技術」が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２５５８３１号公報
【特許文献２】特開２００９−２３１７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ビアの導通状態を確認する方法として、ビア周辺の断面ＳＥＭ像（Ｓｃａｎｎｉｎｇ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を取得し観察する方法がある。ビアホールが下地のメタル配線層のバリアメタルを突き抜けてメタル配線本体（アルミニウム膜）に到達した場合、ビア底部が非連続的な虫食い形状となったり、ビア底部へのエッチング反応生成物の付着等により筋状の画像が得られるため、これらの画像から確認することができる。
【０００９】
また、ウエハ処理工程の完了後に、スクライブ上に配置された評価用素子（ＴＥＧ：Ｔｅｓｔ−Ｅｌｅｍｅｎｔ−Ｇｒｏｕｐ）の電気的測定により確認することもできる。電気的特性はＩ−Ｖカーブを取得することで、抵抗成分を算出し、理論値から定められた閾値に基づき判定する。
【００１０】
しかしながら、ＳＥＭ像による観察は、ミクロ的な観察であり、ウエハ上のごく限られた箇所を代表値として確認するものであり、パターン依存性が生じるような場合、検出漏れが生じるリスクが高い。また、ＳＥＭ像の取得には時間を要するため、検査頻度は概ねウエハ２５枚毎から１５０枚毎に１枚程度と低く、異常を確認した時点で大量の不良製品を作り込んでしまう恐れがある。
【００１１】
一方、ＴＥＧによる電気的測定は高感度ではあるものの、ウエハ処理工程の完了後に実施するため、断面ＳＥＭ像での検査と同様に、異常を確認した時点で大量の不良製品を作り込んでしまうリスクが高い。
【００１２】
上記特許文献１は、ビア底部の導通（断線）を課題としているが、上記のようなエッチングの終点検出に関する記載はない。
【００１３】
また、上記特許文献２は、微細化に伴いビアホールの開口面積が低下した場合に有効な手段ではあるが、上記のようなビアホールのバリアメタル突き抜けによる問題について触れられていない。
【００１４】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
一実施の形態によれば、層間絶縁膜のドライエッチングに用いるプラズマの発光スペクトルのうち、少なくともＣＯ、ＣＮ、ＡｌＦの発光強度をモニターし、それらの発光強度に基づき、層間絶縁膜のドライエッチングの終点検出を行う。
【発明の効果】
【００１６】
前記一実施の形態によれば、メタル配線上の層間絶縁膜に精度良くビアホールを形成することができる。これにより、半導体装置の製造歩留り向上、信頼性向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るドライエッチング装置の概要を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るドライエッチング装置の制御系の概要を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るドライエッチング装置のエッチング終点検出の概要を示す図である。
【図４】エッチング終点検出波形とビアホールの加工状態を概念的に示す図である。
【図５】検出波長毎のエッチング終点検出演算結果の時系列推移を示す図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を示す図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を示す図である。
【図８】ビアホールエッチング時の課題を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を用いて実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
【実施例１】
【００１９】
先ず、図１から図３を用いて、本実施例のドライエッチング装置および終点検出器について説明する。図１はドライエッチング装置の全体概要を示す図であり、例として平行平板型プラズマエッチング装置を用いている。図２は図１に示すドライエッチング装置の制御系の概要を示している。また、図３は終点検出器の構成を概略的に示す図である。
【００２０】
図１を参照して、本実施例のドライエッチング装置ＤＥは、処理室ＥＣ内に上部電極ＵＥおよび下部電極ＬＥが互いに対向して設けられている。上部電極ＵＥには複数の処理ガス供給孔ＧＨが設けられており、ガス導入孔ＧＩから導入された処理ガス（エッチングガス）を処理室ＥＣ内に供給する構造となっている。いわゆるシャワーヘッド型の上部電極である。
【００２１】
処理ガス（エッチングガス）は、処理ガス供給源ＧＳから供給され、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）ＭＦ、開閉バルブＡＶを介して処理ガス供給管ＧＰによりガス導入孔ＧＩへ供給される。
【００２２】
上部電極ＵＥには、整合器ＭＢを介して給電線ＰＬにより高周波電源ＲＧが電気的に接続されており、高周波電源ＲＧからの高周波電力が整合器ＭＢを介して上部電極ＵＥに供給される。この上部電極ＵＥ用の高周波電源ＲＧは、例えば、６０ＭＨｚの高周波電力を出力する。
【００２３】
処理室ＥＣの下部には、排気配管ＶＰが接続されている。排気配管ＶＰは排気装置ＥＳに接続されている。排気装置ＥＳはドライポンプやターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などの真空ポンプから構成されている。排気装置ＥＳにより排気量を調節して処理室ＥＣ内を真空排気する。これにより処理室ＥＣ内を所定の圧力まで減圧可能となっている。
【００２４】
下部電極ＬＥは、絶縁部材ＩＭを介して処理室ＥＣの底部に設置されている。この下部電極ＬＥは、例えば、アルミニウム（ＡＬ）母材の表面にアルマイトコートを施して形成されている。下部電極ＬＥの周囲には、石英やアルミナセラミック（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁材料からなるフォーカスリングＦＲが配置されている。フォーカスリングＦＲは下部電極ＬＥ上のウエハＷＦにプラズマを集中させるフォーカスリングとして機能すると共にプラズマから下部電極ＬＥを保護する保護リングとしても機能する。
【００２５】
下部電極ＬＥの表面には、誘電体を含む材料がアルミナ溶射により誘電体コーティングＤＣとして形成されており、下部電極ＬＥに直流電圧（ＤＣ電圧）を印加することで（図示せず）、ウエハＷＦを下部電極ＬＥ上に静電気力により吸着固定する構造となっている。いわゆる静電チャックである。
【００２６】
下部電極ＬＥには、上部電極ＵＥと同様に、整合器ＭＢを介して給電線ＰＬにより高周波電源ＲＧが電気的に接続されており、高周波電源ＲＧからの高周波電力が整合器ＭＢを介して下部電極ＬＥに供給される。この下部電極ＬＥ用の高周波電源ＲＧは、例えば、２ＭＨｚの高周波電力を出力する。
【００２７】
処理室ＥＣの側壁には、処理室ＥＣの圧力を維持しつつ、プラズマの発光を処理室ＥＣの外部へ透過させる採光窓ＬＷが設けられている。採光窓ＬＷには終点検出器ＥＤが接続されている。
【００２８】
図１に示すドライエッチング装置ＤＥは、以上のように構成されており、処理室ＥＣ内にウエハＷＦを搬入し、下部電極ＬＥ上に吸着固定した後、排気装置ＥＳにより処理室ＥＣ内を所定の圧力まで真空排気する。その後、処理ガス供給孔ＧＨから処理室ＥＣ内へ処理ガス（エッチングガス）を導入し、上部電極ＵＥおよび下部電極ＬＥにそれぞれ高周波電力を印加することにより、処理室ＥＣ内にプラズマを発生させ、下部電極ＬＥ上に吸着固定されたウエハＷＦにドライエッチング処理を行う。
【００２９】
図２は、図１に示すドライエッチング装置ＤＥを制御する制御系を概略的に示すブロック図である。図２に示すように、装置コントローラＭＣは、排気装置ＥＳ、マスフローコントローラＭＦ、上部電極ＵＥ用の高周波電源ＲＧ、上部電極ＵＥ用の整合器ＭＢ、下部電極ＬＥ用の高周波電源ＲＧ、下部電極ＬＥ用の整合器ＭＢに接続され、装置各部の制御および監視を行う。また、装置コントローラＭＣは、処理室ＥＣ内におけるプラズマ発光強度に基づいてエッチングの終点を検出する終点検出器ＥＤに接続され、プラズマ発光強度を監視（モニター）し、処理室ＥＣ内におけるプラズマの状態を監視する。
【００３０】
装置コントローラＭＣは、処理条件（プロセスレシピ）を記憶する記憶部を有しており、記憶部に記憶（設定）された処理条件（プロセスレシピ）に従い、装置各部の制御を行う。また、記憶部には処理条件（プロセスレシピ）に対する許容範囲が予め記憶（設定）されており、装置各部の監視値（モニター値）が許容範囲を超えた場合、
ドライエッチング装置ＤＥに異常が発生していると判定し、ドライエッチング装置ＤＥから直接またはドライエッチング装置ＤＥが設置されている半導体製造ラインの集中監視システムを介してアラームを外部へ発信する。
【００３１】
図３は、図１に示すドライエッチング装置ＤＥの終点検出器ＥＤの構成を概略的に示す図である。図３に示すように、終点検出器ＥＤは、採光窓ＬＷを介してプラズマＰＤの発光を検出するモノクロメータ（検出器）ＭＭおよびモノクロメータ（検出器）ＭＭにより検出した信号を演算処理する終点検出コントローラＤＳから構成されている。モノクロメータは、入射した光をプリズムや回折格子などの分光光学素子で空間的に波長分散させ、一定の波長範囲の波長を取り出す分光器である。モノクロメータには、特定の１波長の光を検出するシングルモノクロメータ、特定の２波長の光を検出するダブルモノクロメータ、特定の３波長の光を検出するトリプルモノクロメータ、特定の範囲の波長域の光を分解能に応じて複数検出可能なマルチチャンネルモノクロメータなどがある。
【００３２】
本実施例においては、後述するように少なくともＣＯ（λ＝２２６ｎｍ）、ＣＮ（λ＝３８７ｎｍ）、ＡｌＦ（λ＝３９６ｎｍ）の３波長を検出する必要があるため、２００ｎｍ〜８００ｎｍの波長域を連続してモニターすることが可能なマルチチャンネルモノクロメータを用いるのがより好適である。
【００３３】
なお、１台のトリプルモノクロメータを採光窓ＬＷに取り付け、１台の終点検出コントローラＤＳに接続しても良い。また、３台のシングルモノクロメータを用いる方法や１台のシングルモノクロメータと１台のダブルモノクロメータとを組み合せて用いる方法も考えられる。
【００３４】
或いは、特定の波長の光のみを透過するフィルターを介して、採光窓ＬＷにフォトダイオード等の検出器を設けても良い。例えば、採光窓ＬＷにＣＯ（λ＝２２６ｎｍ）、ＣＮ（λ＝３８７ｎｍ）、ＡｌＦ（λ＝３９６ｎｍ）の各波長の光のみを透過するフィルター３枚を並列に設置し、各フィルター上に各々フォトダイオードを設けることで、３波長の光をモニターすることもできる。
【００３５】
終点検出コントローラＤＳは、演算処理機能を備えており、検出した各波長の発光強度の比率演算や二次微分演算が可能である。ここで、比率演算は、監視の対象となる波長の発光強度の他の波長の発光強度に対する割合を求める演算処理である。一方、二次微分演算は、一次微分値をさらに微分することにより二次微分値を求める演算処理であり、変化の割合（変化の程度）を求めるのに有効な方法である。二次微分演算により、変化の割合が大きい点（変曲点）の管理を効果的に行うことができる。
【００３６】
次に、図４，図５および図８を用いて、シリコン酸化膜などの層間絶縁膜にビアホール（コンタクトホール）を形成する際のビアホールエッチングの終点検出について説明する。図４はエッチング終点検出波形とビアホールの加工状態を概念的に示している。図５は検出波長毎のエッチング終点検出演算結果の時系列推移を示す図である。また、図８はビアホールエッチング時の課題を概念的に示す図である。
【００３７】
先ず、図８を参照して、従来のビアホールエッチング時の問題点を説明する。図８は、下層のバリアメタルＢＭ、アルミニウム（ＡＬ）膜ＡＦ、上層のバリアメタルＢＭの三層からなるメタル配線上の層間絶縁膜ＩＤにドライエッチングによりビアホールを形成した後の状態を示している。上層のバリアメタルＢＭはビアホールエッチング時のエッチングストッパー膜として機能するため、本来であれば、ビアホールＶＨの底部が上層のバリアメタルＢＭの表面に到達した時点或いは途中までエッチングした時点でビアホールエッチングを終了するのが望ましい。しかしながら、図８に示すように、上層のバリアメタルＢＭを突き抜けて、アルミニウム（ＡＬ）膜ＡＦまでエッチングしてしまう場合がある。
【００３８】
これは、半導体製品の微細化に伴いビアホールの開口面積も低下しており、従来の終点検出方法では精度良く終点を検出することが困難になっていることに起因している。また、ウエハも大口径化する傾向にあり、エッチング均一性すなわちウエハ面内のエッチングレート（エッチング速度）のバラつきにより、エッチングレートが高い領域において他の領域よりも先にビアホールの底部が上層のバリアメタルＢＭに到達し、エッチングの進行により上層のバリアメタルＢＭを突き抜けて、アルミニウム（ＡＬ）膜ＡＦまでエッチングしてしまうことがある。
【００３９】
図８のように、上層のバリメタルＢＭを全てエッチングしてしまうと、エッチングガス中のフッ素（Ｆ）成分とアルミニウム（ＡＬ）膜が反応し、ビアホールＶＨの底部に高抵抗層（ＡｌＦ層）ＨＬが形成され、ビアの導通不良につながる。
【００４０】
図４にエッチング終点検出波形とビアホールの加工状態の例を示す。終点検出波形ＤＷの横軸はエッチング時間の相対値（Ｒｅｌａｔｉｖｅ−Ｔｉｍｅ）であり、縦軸は終点検出器での演算値の大きさ（Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）である。終点検出波形ＤＷ中の実線はＣＯ／ＣＮ比の時系列推移を示し、破線は二次微分値の時系列推移を示している。
【００４１】
なお、ＣＯはエッチングガスの成分、またはフォトレジストの成分‘Ｃ’と被エッチング膜であるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）の成分‘Ｏ’の反応生成物であり、ＣＮはエッチングガスの成分、またはフォトレジストの成分‘Ｃ’と上層のバリアメタルＢＭである窒化チタン（ＴｉＮ）膜の成分‘Ｎ’の反応生成物である。従って、ＣＯ（λ＝２２６ｎｍ）の発光強度をモニターすることで、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）のエッチング状態を検知することができる。また、ＣＮ（λ＝３８７ｎｍ）の発光強度をモニターすることで、バリアメタルＢＭ（ＴｉＮ膜）のエッチング状態を検知することができる。
【００４２】
図４に示すように、相対時間４５あたりではＣＯ／ＣＮ比は比較的高い値を示しており、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）のエッチングが進行中であることが分かる。（図４のミドルエッチング状態）一方、エッチングが進行し、相対時間７５〜７６あたりからＣＯ／ＣＮ比の値が低下し変化も少なくなることから、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）のエッチングが終了しつつあるのが分かる。相対時間８０〜９０あたりで二次微分値が最大（変曲点）となり、これ以降のＣＯ／ＣＮ比は殆ど変化しなくなり、ほぼ横這いで推移している。（図４のジャストエッチング状態）このままの状態でドライエッチングを継続すると、図８のように上層のバリアメタルＢＭの突き抜けが発生するリスクが高くなる。
【００４３】
図５に、バリアメタルＢＭの突き抜けが発生したウエハ（異常処理ウエハ）とバリアメタルＢＭの突き抜けが発生していないウエハ（正常処理ウエハ）の比較を示す。異常処理ウエハはウエハＮｏ．１に示し、正常処理ウエハはウエハＮｏ．２〜４に示す。
【００４４】
各ウエハのＣＯ（λ＝２２６ｎｍ）の波形を比較してみると、正常処理ウエハと異常処理ウエハでは殆ど違いが見られない。ＣＮ（λ＝３８７ｎｍ）の波形では異常処理ウエハの波形（図５のＢ部）において、正常処理ウエハの波形と違いが見られるが、その違いは従来の演算波形（ＣＯ／ＣＮ比や二次微分値）では殆ど違いが見られず、異常を検知できないことが分かる。
【００４５】
通常、ビアホールエッチングではシリコン酸化膜のエッチング時に発生するＣＯ／ＣＮ等の複数のスペクトルを組み合せて演算処理を実施し終点検出を行うが、これらの波形では、極わずかな波形変動であり異常検知することができない。
【００４６】
一方、ＡｌＦ（λ＝３９６ｎｍ）の波形では、異常処理ウエハの波形と正常処理ウエハの波形でその違いが大きく、特に、エッチング終段において、図５のＣ部に示すように、異常処理ウエハではその値が大きく上昇しているのが分かる。しかしながら、この差異にのみ基づいて、正常・異常を判定するのは非常に困難である。
【００４７】
そこで、ＡｌＦ（λ＝３９６ｎｍ）の二次微分演算を従来のＣＯ／ＣＮ比による終点検出以降に追加すると、図５のＤ部および図５のＥに示すように、正常処理ウエハと異常処理ウエハとの間において、その違いがより明確になることが分かる。
【００４８】
本実施例においては、従来のＣＯ／ＣＮ比による終点検出（図５のＡ部）に加え、少なくともオーバーエッチステップにおいて、ＡｌＦ（λ＝３９６ｎｍ）の波形をＣＯ（λ＝２２６ｎｍ）の波形およびＣＮ（λ＝３８７ｎｍ）の波形と同時にモニターし並列演算処理を行う。なおかつ、ＡｌＦ（λ＝３９６ｎｍ）について二次微分処理を実施することで変曲点管理を行う。これらのアルゴリズムを終点検出コントローラＤＳに組み込んでいる。（図５のＤ部，Ｅ部）
なお、モニターしたＣＯ（λ＝２２６ｎｍ）、ＣＮ（λ＝３８７ｎｍ）、ＡｌＦ（λ＝３９６ｎｍ）の各波形に基づき、従来のＣＯ／ＣＮ比の演算処理に加え、ＡＬ／ＣＮ比の演算処理を行うことで、より精度良く異常処理、すなわちバリアメタル突き抜けを検出することができる。ビア底部のバリアメタルの突き抜けが生じた場合、バリアメタルＢＭである窒化チタン（ＴｉＮ）膜の成分‘Ｎ’は減少する一方、メタル配線本体（アルミニウム膜）の成分‘ＡＬ’は増加するため、ＡＬ／ＣＮ比率はより大きな変化を示し、エッチング状態をより精度良く監視することができるためである。
【００４９】
以上説明したように、本実施例によれば、安定的かつ高感度にビアホールエッチング時のバリメタル突き抜けを検知することができ、高抵抗ビアによる不良製品の作り込みを早期に防止することが可能となる。また、高抵抗ビアの形成を抑制することにより、半導体装置の信頼性向上にも寄与する。
【実施例２】
【００５０】
図６Ａから図７Ｂを用いて、実施例１で説明した終点検出による半導体装置の製造方法について説明する。図６Ａおよび図６Ｂはドライエッチングによるエッチバック法でタングステン（Ｗ）ビアを形成するプロセスフローを示している。また、図７Ａおよび図７Ｂは、ＣＭＰ研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によりタングステン（Ｗ）ビアを形成するプロセスフローを示している。
【００５１】
図６Ａを参照して、先ず、ＡＬスパッタ工程からＰＴＥＯＳデポ工程までを説明する。半導体基板（図示せず）の主面上に、スパッタリング装置を用いて下層から順に、下層のチタン（Ｔｉ）膜ＴＩ、下層の窒化チタン（ＴｉＮ）膜ＴＮ、アルミニウム（ＡＬ）膜ＡＦ、上層のチタン（Ｔｉ）膜ＴＩ、上層の窒化チタン（ＴｉＮ）膜ＴＮの積層膜を成膜する。成膜される膜厚は、下層のチタン（Ｔｉ）膜ＴＩが８ｎｍ〜１２ｎｍ程度、下層の窒化チタン（ＴｉＮ）膜ＴＮが７０ｎｍ〜８０ｎｍ程度、アルミニウム（ＡＬ）膜ＡＦが３５０ｎｍ〜４５０ｎｍ程度、上層のチタン（Ｔｉ）膜ＴＩが８ｎｍ〜１２ｎｍ程度、上層の窒化チタン（ＴｉＮ）膜ＴＮが７０ｎｍ〜８０ｎｍ程度である。なお、これらの膜厚は、あくまでも例示であって、これに限定されるものではない。
【００５２】
続いて、上層の窒化チタン（ＴｉＮ）膜ＴＮ上に、例えば、ＰＴＥＯＳ膜（Ｐｌａｓｍａ−Ｔｅｔｒａ−Ｅｔｙｌｅ−Ｏｒｔｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ）からなるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）ＳＯをＣＶＤ装置（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｖａｐｏｒ−Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて成膜する。このＰＴＥＯＳ膜の膜厚は、８００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度である。
【００５３】
次に、ビアホト工程からエッチ工程までを説明する。シリコン酸化膜ＳＯ上に塗布装置によりフォトレジスト膜を塗布し（図示せず）、リソグラフィによりフォトレジスト膜にビアホールパターンを形成する。ビアホールパターンをマスクに、シリコン酸化膜ＳＯにドライエッチング処理を施し、シリコン酸化膜ＳＯにビアホールＶＨを形成する。
【００５４】
このドライエッチングには、表１に示すような処理条件（プロセスレシピ）を用いる。表１のドライエッチング条件では、処理室ＥＣ内に導入するエッチングガスの流量および処理室ＥＣ内の圧力を安定させる安定時間が設定されている。（ステップ１）エッチングステップは、メインエッチステップ（ステップ２）とオーバーエッチステップ（ステップ３）からなり、メインエッチでは被エッチング膜であるシリコン酸化膜ＳＯの膜厚に応じたエッチング時間が設定される。オーバーエッチステップでは終点検出によるエッチングが行われる。
【００５５】
なお、シリコン酸化膜ＳＯのエッチングには、フッ素（Ｆ）成分を含むフルオロカーボンガス（ＣｘＦｙ）が主要なエッチングガスとして用いられる。表１のドライエッチング条件では、Ｃ５Ｆ８の例を示す。Ｃ５Ｆ８以外にも、ＣＦ４，Ｃ３Ｆ８，Ｃ４Ｆ８等も用いられる。
【００５６】
【表１】
0006584229.tif 000002
【００５７】
ここで、表１のオーバーエッチステップ（ステップ３）を行う際の終点検出に、実施例１で説明した終点検出方法を用いる。つまり、少なくともＣＯ（λ＝２２６ｎｍ）、ＣＮ（λ＝３８７ｎｍ）、ＡｌＦ（λ＝３９６ｎｍ）の３波長を連続してモニターし、このうち少なくともＡｌＦ（λ＝３９６ｎｍ）については、二次微分演算処理を行い、エッチング状態を監視する。これにより、オーバーエッチ時にビアホールＶＨがシリコン酸化膜ＳＯの下地膜である窒化チタン（ＴｉＮ）膜ＴＮやチタン（Ｔｉ）膜ＴＩを突き抜けて形成されるのを防ぐことができる。
【００５８】
また、ビアホールＶＨの窒化チタン（ＴｉＮ）膜ＴＮやチタン（Ｔｉ）膜ＴＩの突き抜けが発生した場合でも、ＡｌＦ（λ＝３９６ｎｍ）の二次微分値から異常処理と判定することができ、高抵抗ビアによる不良製品の作り込みを防止することができる。
【００５９】
続いて、Ｔｉ／ＴｉＮスパッタ工程からＷデポ工程までを説明する。ビアホールＶＨ内およびシリコン酸化膜ＳＯの表面を覆うようにチタン（Ｔｉ）膜ＴＩおよび窒化チタン（ＴｉＮ）膜ＴＮをスパッタリング装置により成膜する。成膜する膜厚は、チタン（Ｔｉ）膜ＴＩが８ｎｍ〜１２ｎｍ程度、窒化チタン（ＴｉＮ）膜ＴＮが７０ｎｍ〜８０ｎｍ程度である。続いて、ビアホールＶＨ内に埋め込むように、窒化チタン（ＴｉＮ）膜ＴＮ上にＣＶＤ装置を用いてタングステン（Ｗ）膜ＷＴを成膜する。タングステン（Ｗ）膜ＷＴの膜厚は、４５０ｎｍ〜５５０ｎｍ程度である。
【００６０】
図６Ｂを参照して、Ｗエッチバック工程について説明する。
【００６１】
ドライエッチング装置を用いて、窒化チタン（ＴｉＮ）膜ＴＮ上の余分なタングステン（Ｗ）膜ＷＴをエッチバックし、ビアホールＶＨ内のタングステン（Ｗ）膜ＷＴを残して除去する。この時、ビアホールＶＨ内のタングステン（Ｗ）膜ＷＴの表面にはリセスと呼ばれる窪みが形成される。
【００６２】
次に、Ｔｉスパッタ工程について説明する。スパッタリング装置を用いて、窒化チタン（ＴｉＮ）膜ＴＮの表面およびビアホールＶＨ内のタングステン（Ｗ）膜ＷＴ上にチタン（Ｔｉ）膜ＴＩを成膜する。このチタン（Ｔｉ）膜ＴＩの膜厚は、８ｎｍ〜１２ｎｍ程度である。
【００６３】
次に、ＡＬ／Ｔｉ／ＴｉＮスパッタ工程について説明する。ＣＶＤ装置を用いて、アルミニウム（ＡＬ）膜ＡＦを成膜する。このアルミニウム（ＡＬ）膜ＡＦの膜厚は、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍ程度である。続いて、スパッタリング装置を用いて、アルミニウム（ＡＬ）膜ＡＦ上に下層から順にチタン（Ｔｉ）膜ＴＩ、窒化チタン（ＴｉＮ）膜ＴＮを成膜する。これらの膜厚は、チタン（Ｔｉ）膜ＴＩが８ｎｍ〜１２ｎｍ程度、窒化チタン（ＴｉＮ）膜ＴＮが８０ｎｍ〜１２０ｎｍ程度である。
【００６４】
以上で説明した工程を経て、図６Ｂの右側に示すビア構造が形成される。図６Ａ，図６Ｂに示す半導体装置の製造方法によれば、ビアホールエッチングに実施例１で説明した終点検出方法を用いており、下層配線のバリアメタルである窒化チタン（ＴｉＮ）膜ＴＮやチタン（Ｔｉ）膜ＴＩの突き抜けを防止することができ、高抵抗ビアの形成を抑制し、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００６５】
図７Ａおよび図７Ｂを参照して、Ｗ−ＣＭＰ装置を用いた製造方法について説明する。図６Ａ，図６Ｂに示す製造方法と図７Ａ，図７Ｂに示す製造方法との主な違いは、ビアホールＶＨ外の余分なタングステン（Ｗ）膜ＷＴをエッチバック法により除去するかＷ研磨により除去するかの違いであるため、共通する部分については省略して説明する。また、それぞれの製造方法を採用する製品のプロセス世代により、成膜される各種膜の膜厚は異なるが、本願の趣旨とは直接関係ないため、図７Ａ，図７Ｂでの詳細な説明は省略する。
【００６６】
図７Ａは、図６Ａと同様に、ＡＬスパッタ工程からＷデポ工程までを示している。各種膜の膜厚の違いを除くと基本的に図６Ａと同じである。従って、図７Ａのビアホト工程からエッチ工程の間に行われるビアホールエッチングには、表１の処理条件（プロセスレシピ）を用い、オーバーエッチステップ（ステップ３）を行う際の終点検出に、実施例１で説明した終点検出方法を用いる。
【００６７】
つまり、少なくともＣＯ（λ＝２２６ｎｍ）、ＣＮ（λ＝３８７ｎｍ）、ＡｌＦ（λ＝３９６ｎｍ）の３波長を連続してモニターし、このうち少なくともＡｌＦ（λ＝３９６ｎｍ）については、二次微分演算処理を行い、エッチング状態を監視する。これにより、図６Ａ，図６Ｂに示す製造方法と同様に、オーバーエッチ時にビアホールＶＨがリコン酸化膜ＳＯの下地膜である窒化チタン（ＴｉＮ）膜ＴＮやチタン（Ｔｉ）膜ＴＩを突き抜けて形成されるのを防ぐことができる。
【００６８】
図７Ｂに示すように、Ｗ−ＣＭＰ装置によりビアホールＶＨ外の余分なタングステン（Ｗ）膜ＷＴをＣＭＰ研磨により除去する。なお、シリコン酸化膜ＳＯ上の窒化チタン（ＴｉＮ）膜ＴＮはＣＭＰ研磨時のストッパー膜として機能するが、ＣＭＰ研磨によりダメージを受けるため、ＣＭＰ研磨後にウェットエッチ等により除去される。
【００６９】
次に、シリコン酸化膜ＳＯ、チタン（Ｔｉ）膜ＴＩ、窒化チタン（ＴｉＮ）膜ＴＮ上にスパッタリング装置を用いて、チタン（Ｔｉ）膜ＴＩを成膜する。
【００７０】
続いて、同じくスパッタリング装置によりチタン（Ｔｉ）膜ＴＩ上に窒化チタン（ＴｉＮ）膜を成膜した後、ＣＶＤ装置を用いて、アルミニウム（ＡＬ）膜ＡＦを成膜し、最後にスパッタリング装置を用いて、アルミニウム（ＡＬ）膜ＡＦ上にチタン（Ｔｉ）膜ＴＩ、窒化チタン（ＴｉＮ）膜ＴＮを成膜し、図７Ｂの右側に示すビアが形成される。図７Ａ，図７Ｂに示す半導体装置の製造方法によれば、ビアホールエッチングに実施例１で説明した終点検出方法を用いており、下層配線のバリアメタルである窒化チタン（ＴｉＮ）膜ＴＮやチタン（Ｔｉ）膜ＴＩの突き抜けを防止することができ、高抵抗ビアの形成を抑制し、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００７１】
なお、実施例１および実施例２で説明した積層構造のメタル配線は、下層から順にチタン（Ｔｉ）膜、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、アルミニウム（ＡＬ）膜、チタン（Ｔｉ）膜、窒化チタン（ＴｉＮ）膜の５層構造の例を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、上層および下層のチタン（Ｔｉ）膜を省略しても良い。例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、アルミニウム（ＡＬ）膜、窒化チタン（ＴｉＮ）膜の３層構造であっても良い。
【００７２】
また、各実施例では、シリコン酸化膜などの層間絶縁膜にビアホール（コンタクトホール）を形成する際のビアホールエッチングの例を用いて説明したが、例えば、ゲート酸化膜上のポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜をエッチングし、ゲート電極を形成する際にも有効である。
【００７３】
ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜のエッチング時に、被エッチング膜であるポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜の成分とエッチングガス成分による反応生成物の発光をモニターする。これに加え、オーバーエッチ時にポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜の下地膜であるゲート酸化膜（ＳｉＯ２膜）の成分とエッチングガス成分による反応生成物の発光をモニターし、二次微分値を監視することで、ゲート酸化膜の突き抜け不良を防止することができる。
【００７４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００７５】
ＩＤ…層間絶縁膜、ＢＭ…バリアメタル、ＡＦ…アルミニウム（ＡＬ）膜、ＶＨ…ビアホール、ＨＬ…高抵抗層（ＡｌＦ層）、ＤＥ…ドライエッチング装置、ＥＣ…処理室、ＵＥ…上部電極、ＧＳ…処理ガス供給源、ＭＦ…マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、ＡＶ…開閉バルブ、ＧＰ…処理ガス供給管、ＧＩ…ガス導入孔、ＧＨ…処理ガス供給孔、ＬＥ…下部電極、ＦＲ…フォーカスリング、ＤＣ…誘電体コーティング、ＷＦ…ウエハ、ＩＭ…絶縁部材、ＶＰ…排気配管、ＥＳ…排気装置、ＲＧ…高周波電源、ＭＢ…整合器、ＰＬ…給電線、ＬＷ…採光窓、ＥＤ…終点検出器、ＭＣ…装置コントローラ、ＰＤ…プラズマ（放電）、ＭＭ…モノクロメータ（検出器）、ＤＳ…終点検出コントローラ、ＤＷ…終点検出波形、ＴＩ…チタン（Ｔｉ）膜、ＴＮ…窒化チタン（ＴｉＮ）膜、ＳＯ…シリコン酸化膜、ＷＴ…タングステン（Ｗ）膜。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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