(57)【要約】【課題】  プロセスのバラツキに因らず、凹凸を有する酸化膜を良好な形状に平坦化することが可能な半導体装置の製造方法及び半導体製造装置を提供する。【解決手段】  基板上に形成された凹凸を有する酸化膜上に全面塗布されたレジスト膜のエッチバック工程において、所定濃度のＯ２ガス及びＦ系のガスを含むエッチングガスを、エッチバックチャンバー内に導入する工程と、前記エッチバックチャンバー内のＯ２濃度をモニタリングする工程と、モニタリングされた前記エッチバックチャンバー内のＯ２濃度に基づき、前記エッチバックチャンバー内のＯ２濃度が所定濃度となるように、前記エッチバックチャンバーに導入されるエッチングガスの前記Ｏ２濃度を制御する工程を備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された凹凸を有する酸化膜上に全面塗布されたレジスト膜のエッチバック工程において、
所定濃度のＯ２ガス及びＦ系のガスを含むエッチングガスを、エッチバックチャンバー内に導入する工程と、
前記エッチバックチャンバー内のＯ２濃度をモニタリングする工程と、
モニタリングされた前記エッチバックチャンバー内のＯ２濃度に基づき、前記エッチバックチャンバー内のＯ２濃度が所定濃度となるように、前記エッチバックチャンバーに導入されるエッチングガスの前記Ｏ２濃度を制御する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
モニタリングされた前記エッチバックチャンバー内のＯ２濃度に基づき、前記Ｆ系のガスの濃度を制御する工程を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記エッチバックチャンバー内のＯ２濃度は、前記エッチバックチャンバーからの排出ガス中のＯ２濃度によりモニタリングされることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
基板上に形成された凹凸を有する酸化膜上に全面塗布されたレジスト膜のエッチバックを行うエッチバックチャンバーと、
Ｏ２ガス及びＦ系のガスを含むエッチングガスを、エッチバックチャンバー内に導入する手段と、
少なくともエッチバックチャンバー内に導入されるエッチングガスのＯ２濃度を制御する手段と、
前記エッチバックチャンバー内のＯ２濃度をモニタリングする手段と、
モニタリングされた前記エッチバックチャンバー内のＯ２濃度を、前記エッチバックチャンバー内に導入されるエッチングガスのＯ２濃度を制御する手段にフィードバックする手段を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】
前記チエッチバックャンバー内のＯ２濃度をモニタリングする手段は、前記エッチバックチャンバー後段に設けられる排出ガス系に設置されることを特徴とする請求項４に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レジストエッチバックによる平坦化工程の改善を図った半導体装置の製造方法及び半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程における平坦化工程の一つとして、レジストエッチバックが用いられている。これは、メタル配線等の段差上に形成されたプラズマシラン膜（以下P−ＳｉＯ膜）等の酸化膜の凹凸上に、レジスト膜を全面塗布し、これを全面ドライエッチング（エッチバック）することにより平坦化する工程である。
【０００３】
一般に、このようなエッチバックには、ＣＦ４、ＣＨＦ３等のＦ系ガスに加えて、Ｏ２を含むエッチングガスが用いられる。これは、図９に示すように、レジストのエッチングレート（酸化膜の対レジスト選択比）はＯ２流量に依存するためである。しかしながら、エッチングが進行し、レジスト膜の薄い部分（酸化膜の凸部上）が除去され、下地の酸化膜が露出すると、酸化膜中よりＯ２が発生し、レジストのエッチングレートが急激に上がってしまう。
【０００４】
そこで、レジストのみのエッチングを行う時には、酸化膜の対レジスト選択比が例えば１．２程度となるように流量を制御してＯ２を供給し、酸化膜が露出した時点で、Ｏ２の供給を止めている。そして、図１０に示すように、酸化膜のエッチングレート（酸化膜の対レジスト選択比）はＣＨＦ３流量に依存するため、酸化膜の露出時を境に、ＣＨＦ３流量を増大させ、酸化膜の対レジスト選択比を１．８〜２．１程度とすることにより、平坦化した良好な形状を得ることができる。
【０００５】
しかしながら、酸化膜の露出によるステップの切替を、時間制御により行っているため、レジスト膜厚のバラツキ、エッチング条件のバラツキ等プロセスのバラツキにより、酸化膜が露出した時点で確実に切替を行うことが困難であった。そして、図１１（ａ）（ｂ）のように、酸化膜１２の対レジスト選択比が低すぎて平坦化されず、図１２（ａ）（ｂ）のように、酸化膜１１２の対レジスト選択比が高すぎてレジスト膜１１３を除去する前に、メタル配線１１１が露出し、角形状となる等、形状が大きく変化し、歩留りや特性、信頼性に影響するという問題があった。
【０００６】
（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−１０２１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、プロセスのバラツキに因らず、凹凸を有する酸化膜を良好な形状に平坦化することが可能な半導体装置の製造方法及び半導体製造装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、基板上に形成された凹凸を有する酸化膜上に全面塗布されたレジスト膜のエッチバック工程において、所定濃度のＯ２ガス及びＦ系のガスを含むエッチングガスを、エッチバックチャンバー内に導入する工程と、前記エッチバックチャンバー内のＯ２濃度をモニタリングする工程と、モニタリングされた前記エッチバックチャンバー内のＯ２濃度に基づき、前記エッチバックチャンバー内のＯ２濃度が所定濃度となるように、前記エッチバックチャンバーに導入されるエッチングガスの前記Ｏ２濃度を制御する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００９】
また、本発明の一態様によれば、基板上に形成された凹凸を有する酸化膜上に全面塗布されたレジスト膜のエッチバックを行うエッチバックチャンバーと、Ｏ２ガス及びＦ系のガスを含むエッチングガスを、エッチバックチャンバー内に導入する手段と、少なくともエッチバックチャンバー内に導入されるエッチングガスのＯ２濃度を制御する手段と、前記エッチバックチャンバー内のＯ２濃度をモニタリングする手段と、モニタリングされた前記エッチバックチャンバー内のＯ２濃度を、前記エッチバックチャンバー内に導入されるエッチングガスのＯ２濃度を制御する手段にフィードバックする手段を備えることを特徴とする半導体製造装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一実施態様によれば、半導体装置の製造方法及び半導体製造装置において、凹凸を有する酸化膜を良好な形状に平坦化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１２】
（実施形態１）
図１に本実施形態の半導体製造装置を示す。図に示すように、並行平板型ドライエッチング装置が用いられており、半導体ウェーハ１のエッチング処理が行われるチャンバー２に、半導体ウェーハ１を載置し高周波印加手段（図示せず）に接続される電極３、エッチングガスを供給する供給口４、及びエッチングガスを排出する排出口５が設けられている。この供給口４にはエッチングガス供給手段６と、エッチングガス中の各ガスの流量を制御する流量制御手段(マスフローコントローラ)７が接続されており、排出口５には、真空ポンプ８と、その後段にＯ２濃度をモニタリングするＯ２濃度計９が設けられている。このＯ２濃度計９は、流量制御手段７と接続され、Ｏ２濃度計９で取得されたＯ２濃度のデータを流量制御手段７にフィードバックしている。
【００１３】
このような半導体製造装置を用いて、以下のように酸化膜の平坦化が行われる。図２にフローチャートを示すように、先ず、図３に示すように、メタル配線１１、ＴＥＯＳ膜等の酸化膜１２、レジスト膜１３が順次形成された半導体ウェーハ１を、電極３上に載置する。真空ポンプ８によりチャンバー２内を減圧した後、供給口４より、Ａｒ／Ｈｅ／ＣＦ４／ＣＨＦ３／Ｏ２系のエッチングガスを予め設定された初期流量にて供給し、高周波を印加することによりエッチングを行う（ステップ１）。そして、真空ポンプ８後段に設けられたＯ２濃度計９により、初期状態（ＴＥＯＳ膜が露出する前の状態）におけるＯ２濃度を初期値として、排出ガス中のＯ２濃度をモニタリングする（ステップ２）。
【００１４】
１分程度経過し、エッチングの進行により、図４に示すように、ＴＥＯＳ膜の表面が露出すると、Ｏ２が発生する。これにより急激に増大するＯ２濃度のデータを、Ｏ２濃度計９により取得し、これを、流量制御手段７にフィードバックする。そして、Ｏ２の発生による濃度上昇を相殺し、Ｏ２濃度が初期値となるように、流量制御手段７により供給するＯ２流量を絞ってゆく（ステップ３）。さらに、図５に示すようにエッチングが進行し、１分程度経過してＯ２流量が０となったとき、今度は流量制御手段７により、ＣＨＦ３の流量を２０ｓｃｃｍ程度まで徐々に増やして、酸化膜の対レジスト選択比を１．８〜２．１程度となるよう制御し（ステップ４）、３０〜４０秒程度エッチングを進行させ、終点とすることにより、図６に示すように酸化膜が平坦化される。
【００１５】
このようにして、Ｏ２濃度をモニタリングしながら、エッチバックを行うことにより、エッチングガス中の各ガスの供給流量をタイムリーに制御することができる。そして、図７、図８に、夫々平坦化前後の断面写真を示すように、凹凸を有する酸化膜を、良好な形状に平坦化することが可能となる。さらに、上層配線の段切れ、カバレッジの悪化を抑制することができ、歩留り、品質の向上を図ることが可能となる。
【００１６】
本実施形態において、平坦化する酸化膜１２として、ＴＥＯＳ膜を用いたが、他にP−ＳｉＯ膜等のプラズマＣＶＤ膜、ＢＰＳＧ膜等の常圧ＣＶＤ膜において適用可能である。また、エッチングガス中のＦ系のガスとしてＣＦ４／ＣＨＦ３を用いたが、これに限定されるものではない。また、Ｏ２流量が０となった時点で、F系のガス量を増大させたが、必ずしも０となっていなくても、Ｏ２流量が０になる前にF系のガス量を増大させるよう制御しても良い。
【００１７】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一態様における半導体製造装置を示す図。
【図２】本発明の一態様における半導体装置の製造工程のフローチャートを示す図
【図３】本発明の一態様における半導体装置の製造工程を示す図。
【図４】本発明の一態様における半導体装置の製造工程を示す図。
【図５】本発明の一態様における半導体装置の製造工程を示す図。
【図６】本発明の一態様における半導体装置の製造工程を示す図。
【図７】本発明の一態様における半導体装置の製造工程を示す図。
【図８】本発明の一態様における半導体装置の製造工程を示す図。
【図９】酸化膜の対レジスト選択比とＯ２流量の関係を示す図。
【図１０】酸化膜の対レジスト選択比とＣＨＦ３流量の関係を示す図。
【図１１】従来の半導体装置の製造工程における問題を示す図。
【図１２】従来の半導体装置の製造工程における問題を示す図。
【符号の説明】
【００１９】
１…半導体ウェーハ、２…チャンバー、３…電極、４…供給口、５…排出口、６…エッチングガス供給手段、７…流量制御手段(マスフローコントローラ)、８…真空ポンプ、９…Ｏ２濃度計、１１、１１１…メタル配線、１２、１１２…酸化膜、１３、１１３…レジスト膜
【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６】
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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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【図７】
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【図８】
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