(57)【要約】【課題】精度よくエッチングを行う。【解決手段】検出部４０４は、エッチング装置４０２において半導体基板上に形成された窒素含有膜および当該窒素含有膜に接して設けられた窒素非含有膜のいずれかをドライエッチングする際に、複数の波長（３５８ｎｍ近傍に発光ピークを有する発光帯および３８７ｎｍ近傍に発光ピークを有する発光帯）におけるプラズマ発光の強度の変化量をそれぞれ検出する。演算処理部４０６は、検出された変化量を用いた演算処理を行う。制御部４１０は、演算処理の結果を考慮して、ドライエッチングの終了点を決定する。【選択図】  図４
2004235361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に膜を形成する工程と、
複数の波長におけるプラズマ発光をモニターしながら前記膜をドライエッチングにより除去する工程と、を含み、
前記複数の波長におけるプラズマ発光の強度変化に基づいてドライエッチングの終了点を決定することを特徴とす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、
前記膜は、窒素を含むことを特徴と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において、
前記膜は、ＳｉＣＮまたはＳｉＯＮを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記膜は、窒素を含む他の膜上に接して設けられた絶縁膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記膜は、ＳｉＣＮまたはＳｉＯＮを含む他の膜上に接して設けられた絶縁膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜は窒素を含まないことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記複数の波長は、３５８ｎｍ近傍に発光ピークを有する発光帯および３８７ｎｍ近傍に発光ピークを有する発光帯である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窒素含有膜と、前記窒素含有膜上に接して形成された膜とを含む半導体装置の製造方法であって、
複数の波長におけるプラズマ発光をモニターしながら前記膜を少なくとも前記窒素含有膜との界面に達するまでドライエッチングにより除去する工程を含み、
前記複数の波長におけるプラズマ発光の強度変化に基づいてドライエッチングの終了点を決定す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膜と、前記膜上に接して形成された窒素含有膜とを含む半導体装置の製造方法であって、
複数の波長におけるプラズマ発光をモニターしながら前記窒素含有膜を少なくとも前記膜との界面に達するまでドライエッチングにより除去する工程を含み、
前記複数の波長におけるプラズマ発光の強度変化に基づいてドライエッチングの終了点を決定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の半導体装置の製造方法において、前記膜は、窒素を含まないことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
半導体基板上に形成された窒素含有膜および当該窒素含有膜に接して設けられた窒素非含有膜のいずれかをドライエッチングする際に、複数の波長におけるプラズマ発光の強度の変化量をそれぞれ検出する検出部と、
検出された前記変化量を用いた演算処理を行う演算処理部と、
前記演算処理の結果を考慮して、前記ドライエッチングの終了点を決定する制御部と、
を含むことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の半導体製造装置において、
前記検出部は、３５８ｎｍ近傍に発光ピークを有する発光帯および３８７ｎｍ近傍に発光ピークを有する発光帯を検出することを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体製造装置に関し、とくにプラズマドライエッチングにより半導体装置の膜を除去する工程を含む半導体装置の製造方法および半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年における半導体装置の高集積化への要請から、配線やプラグの材料として銅が広く用いられるようになってきた。銅は、従来用いられていたアルミニウムに比べ、抵抗が低く、エレクトロマイグレーション耐性にも優れるという特徴を有している。
【０００３】
一方、銅はＳｉ化合物等からなる絶縁膜中を高速で拡散することが知られている。このため、配線材料として銅を用いる場合、層間絶縁膜中へ銅が拡散することを防止するため、銅配線の側面および下面をバリアメタルで覆うとともに上面を拡散防止膜で覆うことが、通常、行われる。従来、拡散防止膜としてはＳｉＮ等が広く利用されてきたが、配線間のクロストークを低減する観点から、近年では、誘電率の低いＳｉＣＮ等が用いられるようになってきた（特許文献１）。また、拡散防止膜は、その上層の膜をエッチングする際のエッチングストッパ膜としても機能する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３１９６１９号公報  請求項５、段落００２９
【特許文献２】
米国特許６３７３２６２号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなエッチングストッパ膜を用いた場合であっても、歩留まりを充分に向上させることが困難であった。図１２は、銅配線２が形成された第一の絶縁膜１と、その上に形成されたエッチングストッパ膜３と、その上に形成された層間絶縁膜４と、その上に形成されたレジスト５により構成された半導体装置において、層間絶縁膜４およびエッチングストッパ膜３をエッチングにより除去する処理を示す工程図である。
【０００６】
このような半導体装置の成膜工程やＣＭＰ（化学的機械的研磨）工程等エッチング工程の前段階で、成膜条件や装置の違いにより、層間絶縁膜４の膜厚が変動してしまうことがある。ここで、図１２（ａ）には層間絶縁膜４の膜厚が小さい場合、図１２（ｂ）には層間絶縁膜４の膜厚が正常な場合、図１２（ｂ）には層間絶縁膜４の膜厚が大きい場合の工程図をそれぞれ示す。従来、層間絶縁膜４およびエッチングストッパ膜３のエッチングは、予め設定された固定時間で行われていた。したがって、図１２（ｂ）に示した半導体装置を基準として固定時間を設定すると、図１２（ａ）に示すように、層間絶縁膜４の膜厚が小さい場合、層間絶縁膜４のエッチング工程でエッチングストッパ膜３までもがエッチングされてしまい、ＳｉＣＮの突き抜けが起こる。この場合、層間絶縁膜４のエッチング工程やレジスト５の除去工程において、銅配線２の表面が酸化される。この酸化物は、コンタクト抵抗や配線抵抗の上昇を招き、たとえウェットエッチングによる洗浄により除去できたとしても、銅配線２の銅の消失を招いてしまう。また、図１２（ｃ）に示すように、層間絶縁膜４の膜厚が大きい場合、層間絶縁膜４のエッチング工程で層間絶縁膜４が充分にエッチングされず、抜け残りが生じる。そのため、エッチングストッパ膜３のエッチング工程でもエッチングストッパ膜３の抜け残りが生じる。
【０００７】
また、膜厚が一定であっても、エッチング装置のエッチングレートの変動の影響により、オーバーエッチングやエッチング不足が生じるおそれもある。そのため、抜け残りによる歩留まり低下やエッチング深さの増減による電気特性のばらつきが生じ、素子の信頼性が低下するという問題がある。
【０００８】
さらに、成膜条件や装置の違いにより、ビアホール径等が変動することもある。ホール径が異なると、プラズマドライエッチング時におけるホール内のプラズマ密度が変動し、それにより部分的なエッチングレートの相違が生じ、上述したようなオーバーエッチングや抜け残りという問題が生じる。
【０００９】
このような問題を解決すべく、上記した特許文献２には、ＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）膜上に形成された窒化膜をエッチングして除去する際に、３８７ｎｍの発光強度が減少する点でエッチングを停止する技術が開示されている。これにより、膜厚の違いやエッチング装置の特性により生じるオーバーエッチングの可能性を低減することができる。
【００１０】
しかし、エッチングストッパ膜としてＳｉＣＮ膜やＳｉＯＮ膜を用いた場合、膜中の窒素（Ｎ）濃度が低く、Ｎに起因したエッチング中の発光強度（３８７ｎｍ）が弱くなってしまう。そのため、単一の波長による終点検出では検出に十分な発光強度が得られない場合がある。また、エッチングストッパ膜としてＳｉＮ膜を用いた場合であっても、単一の波長による検出のみでは精度よく終点を決定するのが困難であった。さらに、ＣＯに基づく発光のピークが３８７ｎｍ付近にあるため、３８７ｎｍの発光強度のみに基づく検出では、Ｎに起因した発光強度の変化が把握しづらかった。
【００１１】
本発明は上記事情を踏まえてなされたものであり、プラズマドライエッチングにより膜を除去する際のエッチング精度を高める技術を提供することを目的とする。本発明の別の目的は、窒素含有膜と当該窒素含有膜に接して設けられた窒素非含有膜を含む半導体装置におけるエッチングの終了点を精度よく決定する技術を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、半導体基板上に膜を形成する工程と、複数の波長におけるプラズマ発光をモニターしながら膜をドライエッチングにより除去する工程と、を含み、複数の波長におけるプラズマ発光の強度変化に基づいてドライエッチングの終了点を決定す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。
【００１３】
このようにすれば、複数の波長におけるプラズマ発光の強度変化に基づいてドライエッチングの終点を決定することができるので、個々の波長の強度変化が微弱であっても、精度よくエッチングの終了点を決定することができる。これにより、配線溝やビアホールにおけるオーバーエッチが減少し、配線抵抗の制御が容易となる。また、エッチングストッパ膜やその上下の絶縁膜の厚みが異なる場合であっても、各膜の膜厚に応じてエッチングの終了点を決定することができるので、精度よくエッチングを行うことができる。その結果、半導体装置の精度や寸法のばらつきが減少し、安定性を増すことができる。
【００１４】
本発明の半導体装置の製造方法において、複数の波長は、いずれも膜をドライエッチングする際に、発光強度が変化するピークを有する発光帯とすることができる。
【００１５】
複数の波長のいずれもの発光強度が変化する場合に、ドライエッチングを終了すべき点を明瞭に検出することができる。また、いずれかの波長の発光強度が増加し、他の波長の発光強度が減少するような場合、これらの波長の強度変化の絶対値の和を演算してその演算結果に基づいてドライエッチングの終了点を決定してもよい。これにより、精度よくエッチングを行うことができる。
【００１６】
本発明の半導体装置の製造方法において、膜は、窒素を含むことができる。本発明の半導体装置の製造方法において、膜は、ＳｉＣＮまたはＳｉＯＮを含むことができる。ここで、ＳｉＣＮとは、Ｓｉ、Ｃ、ＮおよびＨを含み、これらのいずれかの結合の組み合わせにより構成された組成物であってよい。また、ＳｉＯＮとは、Ｓｉ、Ｏ、ＮおよびＨを含み、これらのいずれかの結合の組み合わせにより構成された組成物であってよい。とくに、膜がＳｉＣＮまたはＳｉＯＮを含む場合、膜中の窒素の含有量が少なくなってしまうが、複数の波長におけるプラズマ発光の強度変化に基づいてドライエッチングの終了点を決定することにより、精度よくエッチングを行うことができる。
【００１７】
本発明の半導体装置の製造方法において、膜は、窒素を含む他の膜上に接して設けられた絶縁膜とすることができる。本発明の半導体装置の製造方法において、膜は、ＳｉＣＮまたはＳｉＯＮを含む他の膜上に接して設けられた絶縁膜とすることができる。
【００１８】
本発明の半導体装置の製造方法において、絶縁膜は窒素を含まないものとすることができる。
【００１９】
本発明の半導体装置の製造方法において、複数の異なる波長は、３５８ｎｍ近傍に発光ピークを有する発光帯および３８７ｎｍ近傍に発光ピークを有する発光帯とすることができる。ここで、３５８ｎｍ近傍とは、たとえば３５６ｎｍ〜３６０ｎｍとすることができる。ここで、３８７ｎｍ近傍とは、たとえば３８５ｎｍ〜３８９ｎｍとすることができる。
【００２０】
本発明によれば、半導体基板上に形成された窒素含有膜と、窒素含有膜上に接して形成された膜とを含む半導体装置の製造方法であって、複数の波長におけるプラズマ発光をモニターしながら膜を少なくとも窒素含有膜との界面に達するまでドライエッチングにより除去する工程を含み、複数の波長におけるプラズマ発光の強度変化に基づいてドライエッチングの終了点を決定す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。
【００２１】
このようにすれば、複数の波長におけるプラズマ発光の強度変化に基づいてドライエッチングの終点を決定することができるので、個々の波長の強度変化が微弱であっても、精度よくエッチングの終了点を決定することができる。
【００２２】
本発明によれば、半導体基板上に形成された膜と、膜上に接して形成された窒素含有膜とを含む半導体装置の製造方法であって、複数の波長におけるプラズマ発光をモニターしながら窒素含有膜を少なくとも膜との界面に達するまでドライエッチングにより除去する工程を含み、複数の波長におけるプラズマ発光の強度変化に基づいてドライエッチングの終了点を決定す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。
【００２３】
本発明の半導体装置の製造方法において、膜は、窒素を含まないものとすることができる。
【００２４】
本発明によれば、半導体基板上に形成された窒素含有膜および当該窒素含有膜に接して設けられた窒素非含有膜のいずれかをドライエッチングする際に、複数の波長におけるプラズマ発光の強度の変化量をそれぞれ検出する検出部と、検出された変化量を用いた演算処理を行う演算処理部と、演算処理の結果を考慮して、ドライエッチングの終了点を決定する制御部と、を含むことを特徴とする半導体製造装置が提供される。
【００２５】
このようにすれば、演算処理部が複数の波長におけるプラズマ発光の強度の変化量を用いた演算を行い、制御部はその演算結果を考慮してエッチングの終了点を決定するので、個々の波長の発光強度の変化が微弱であっても、精度よくエッチングの終了点を決定することができる。これにより、配線溝やビアホールにおけるオーバーエッチが減少し、配線抵抗の制御が容易となる。
【００２６】
本発明の半導体製造装置において、検出部は、３５８ｎｍ近傍に発光ピークを有する発光帯および３８７ｎｍ近傍に発光ピークを有する発光帯を検出することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第一の実施の形態）
本実施の形態は、シングルダマシン法を用いて半導体装置を形成する際に本発明を適用した例である。
【００２８】
図１は本実施の形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
本実施の形態における半導体装置２００は、トランジスタ等の素子を形成した半導体基板（不図示）上に成膜された下地絶縁膜２０１、ＳｉＣＮ膜であるエッチングストッパ膜２０２、第一の絶縁膜２０３、エッチングストッパ膜２１１、層間絶縁膜２１２、エッチングストッパ膜２１３、および第二の絶縁膜２１６がこの順に積層された構造を有する。エッチングストッパ膜２０２および第一の絶縁膜２０３にはバリア膜２０８および配線金属膜２０９により構成された下層配線２５５が、エッチングストッパ膜２１３および第二の絶縁膜２１６にはバリア膜２２０および配線金属膜２２３により構成された上層配線２７０が形成されている。これらの下層配線２５５および上層配線２７０はバリア膜２２６およびビア金属膜２２８により構成されたビアプラグ２２９を介して接続されている。
【００２９】
次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図２および図３は図１に示した半導体装置のビアプラグ２２９部分を形成する工程を示す断面図である。
【００３０】
まず、エッチングストッパ膜２０２および第一の絶縁膜２０３をエッチングして配線溝を形成した後、バリア膜２０８および配線金属膜２０９を成膜する。つづいてＣＭＰ（化学的機械的研磨）を行い、バリア膜２０８により側面および底面を覆われた配線金属膜２０９により構成された下層配線２５５を形成する。その後、基板全面に、配線金属膜２０９を構成する金属の拡散防止膜かつエッチングストッパとして機能するエッチングストッパ膜２１１を形成する。つづいて、その上に層間絶縁膜２１２を形成する。さらにその上に、所定の開口部を設けたレジスト膜３１０を形成する（図２（ａ））。
【００３１】
エッチングストッパ膜２０２、エッチングストッパ膜２１１、およびエッチングストッパ膜２１３（図１参照）は、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＯＮ膜、またはＳｉＮ膜により構成することができる。以下、エッチングストッパ膜２０２、エッチングストッパ膜２１１、およびエッチングストッパ膜２１３がＳｉＣＮ膜により構成される場合を例として説明する。
【００３２】
第一の絶縁膜２０３および第二の絶縁膜２１６（図１参照）は、たとえば、ＳｉＯ２膜（シリコン酸化膜）により構成することができる。また、第一の絶縁膜２０３および第二の絶縁膜２１６は、低誘電率材料により構成してもよい。ここで、低誘電率材料とは、比誘電率が３．６以下の材料とすることができる。低誘電率材料としては、梯子型水素化シロキサン等のラダーオキサイドを含む膜を用いることができる。梯子型水素化シロキサンとは梯子型の分子構造を有するポリマーのことであり、配線遅延防止の観点からは、とくに比誘電率が２．９以下のものが好ましく、また膜密度が低いものが好ましい。こうした膜材料の具体例としてＬ−Ｏｘ（商標）等を例示することができる。また、低誘電率材料としては、この他に、たとえば、ＨＳＱ（ハイドロジェンシルセスキオキサン）、ＭＳＱ（メチルシルセスキオキサン）、またはＭＨＳＱ（メチル化ハイドロジェンシルセスキオキサン）等のポリオルガノシロキサン、ポリアリールエーテル（ＰＡＥ）、ジビニルシロキサン−ビス−ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、またはＳｉｌｋ（登録商標）等の芳香族含有有機材料、ＳＯＧ（ｓｐｉｎ  ｏｎ  ｇｌａｓｓ）、ＦＯＸ（ｆｌｏｗａｂｌｅ  ｏｘｉｄｅ）、パリレン、サイトップ、またはＢＣＢ（Ｂｅｎｓｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）等種々のものを用いることができる。これにより、配線間の容量を低減することができる。さらに、第一の絶縁膜２０３は、このような低誘電率材料により構成された膜およびその上に形成されたたとえばＳｉＯ２膜等の保護膜を含むことができる。
【００３３】
バリア膜２０８、バリア膜２２６、およびバリア膜２２０（図１参照）は、たとえばＴａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮまたはこれらの積層構造により構成される。また、配線金属膜２０９、ビア金属膜２２８、配線金属膜２２３（図１参照）はたとえば銅を含む膜により構成される。
【００３４】
つづいて、レジスト膜３１０をマスクとして層間絶縁膜２１２をエッチングしてビアホール３１２を形成する（図２（ｂ）および図２（ｃ））。ビアホール３１２の形成は、後述するエッチング制御システムにより制御される。ＳｉＣＮ膜をプラズマエッチングすると、ＳｉＣＮ膜の窒素（Ｎ）に起因した波長（約３５６〜３６０ｎｍにピークを有する発光帯および約３８５〜３８９ｎｍにピークを有する発光帯）の発光が生じる。そのため、たとえばエッチングストッパ膜２１１上の層間絶縁膜２１２をエッチングしてエッチングストッパ膜２１１表面を露出させる場合は、約３５８ｎｍおよび約３８７ｎｍの発光の発生または強度変化の増加に応じて、層間絶縁膜２１２のエッチングの終了点を決定することができる。
【００３５】
つづいて、次に、酸素プラズマアッシングによりレジスト膜３１０を除去した後、エッチバックを行い下層配線２５５上のエッチングストッパ膜２１１を除去する（図３（ａ）および図３（ｂ））。エッチングストッパ膜２１１をエッチングして第一の絶縁膜２０３表面を露出させる場合は、約３５８ｎｍおよび約３８７ｎｍの発光の消滅または強度変化の減少に応じて、エッチングストッパ膜２１１のエッチングの終了点を決定することができる。
【００３６】
その後、全面にバリア膜２２６およびビア金属膜２２８を形成した後、ＣＭＰによりビアホール３１２外部のビア金属膜２２８およびバリア膜２２６を除去し、下層配線２５５に接続されたビアプラグ２２９を形成する（図３（ｃ））。
【００３７】
ここでは、ビアプラグ２２９の形成方法を例として説明したが、下層配線２５５および上層配線２７０も同様にして形成することができる。以上のような方法で金属配線およびビアプラグを順次形成する工程を繰り返すことにより、シングルダマシンプロセスにより、所望の層数の多層配線構造を有する半導体装置を製造することができる。
【００３８】
図４は、本実施の形態におけるエッチング制御システム４００の構成を示すブロック図である。エッチング制御システム４００は、エッチング装置４０２と、検出部４０４と、演算処理部４０６と、記憶部４０８と、制御部４１０とを含む。エッチング装置４０２は、既知のプラズマエッチング装置であって、各種膜のプラズマエッチングを行う。エッチング装置４０２には、発光検出用の窓が設けられ、検出部４０４は、エッチング装置４０２に取り付けられた光センサを含む。検出部４０４は、発光分析（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＯＥＳ）により、エッチング中にたとえば波長領域１７５〜５２５ｎｍの範囲で測定を行う。また、検出部４０４は、このようにして測定された結果から、エッチング装置４０２中の複数の波長（ここでは約３５６〜３６０ｎｍ近傍にピークを有する発光帯および約３８５〜３８９ｎｍ近傍にピークを有する発光帯）におけるプラズマ発光の強度を検出する。演算処理部４０６は、検出部４０４により検出された検出結果に基づき、複数の波長における発光強度の演算処理を行う。記憶部４０８は、検出対象となるサンプル毎にエッチング処理を終了するのに適切な時間を記憶する。制御部４１０は、検出部４０４が検出した検出結果および演算処理部４０６により演算された演算結果を受け付け、記憶部４０８を参照する等してエッチング装置４０２を制御する。
【００３９】
図５は、本実施の形態において、エッチングストッパ膜上に形成された絶縁膜のエッチングおよびエッチングストッパ膜のエッチングの終了点を決定する際に検出部４０４により検出される複数の特定波長の変化および演算処理部により演算されるこれらの特定波長の変化の合計の経時変化を模式的に示す図である。
【００４０】
本実施の形態において、検出部４０４は、エッチングストッパ膜（エッチングストッパ膜２０２、エッチングストッパ膜２１１、またはエッチングストッパ膜２１３）であるＳｉＣＮ膜に由来するＮに起因した二つの異なる波長（約３５８ｎｍおよび約３８７ｎｍ）の発光強度を検出する。演算処理部４０６は、これらの波長（約３５８ｎｍおよび約３８７ｎｍ）の発光強度の合計を演算する。
【００４１】
図５（ａ）に示すように、絶縁膜（第一の絶縁膜２０３、層間絶縁膜２１２、または第二の絶縁膜２１６）のエッチングを行う場合、絶縁膜が除去され、その下層のエッチングストッパ膜表面が露出してくると、約３５８ｎｍおよび約３８７ｎｍの発光強度がそれぞれ増加する。記憶部４０８は、たとえばもとの発光強度に対する複数の波長の発光強度の合計の変化量が所定の割合以上となった点をエッチングの終了点として記憶しておくことができる。演算処理部４０６は、演算処理部４０６からの演算結果を受け付け、記憶部４０８を参照して絶縁膜のエッチングの終了点を決定する。演算処理部４０６は、エッチングの終了点を決定すると、そのタイミングでエッチング装置４０２を制御して絶縁膜のエッチングを終了させる。
【００４２】
また、図５（ｂ）に示すように、エッチングストッパ膜のエッチングを行う場合、エッチングストッパ膜が除去され、その下層の絶縁膜が露出してくると、約３５８ｎｍおよび約３８７ｎｍの発光強度がそれぞれ減少する。この場合も、記憶部４０８は、たとえばもとの発光強度に対する複数の波長の発光強度の合計の変化量が所定の割合以下となった点をエッチングの終了点として記憶しておくことができる。演算処理部４０６は、演算処理部４０６からの演算結果を受け付け、記憶部４０８を参照してエッチングストッパ膜のエッチングの終了点を決定する。演算処理部４０６は、エッチングの終了点を決定すると、そのタイミングでエッチング装置４０２を制御してエッチングストッパ膜のエッチングを終了させる。
【００４３】
以上のように、本実施の形態において、演算処理部４０６が複数の波長の発光強度の変化を演算し、制御部４１０はその演算結果を用いてエッチングの終了点を決定するので、個々の波長の発光強度の変化が微弱であっても、精度よくエッチングの終了点を決定することができる。これにより、配線溝やビアホールにおけるオーバーエッチが減少し、配線抵抗の制御が容易となる。また、エッチングストッパ膜やその上下の絶縁膜の厚みが異なる場合であっても、エッチング制御システム４００により各膜の膜厚に応じてエッチングの終了点を決定することができるので、精度よくエッチングを行うことができる。
【００４４】
（第二の実施の形態）
本実施の形態は、デュアルダマシンプロセスで多層配線構造を形成する際に本発明を適用した例である。ここでは、いわゆるトレンチファースト法で金属配線およびビアプラグを形成する方法を例として説明する。本実施の形態において、第一の実施の形態と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。
【００４５】
図６は本実施の形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
本実施の形態においても、第一の実施の形態と同様、半導体装置２００は、下地絶縁膜２０１、エッチングストッパ膜２０２、第一の絶縁膜２０３、エッチングストッパ膜２１１、層間絶縁膜２１２、エッチングストッパ膜２１３、および第二の絶縁膜２１６がこの順で積層された構造を有する。ここで、エッチングストッパ膜２０２および第一の絶縁膜２０３にはバリア膜２０８および配線金属膜２０９により構成された下層配線２５５が形成されている。エッチングストッパ膜２１１、層間絶縁膜２１２、エッチングストッパ膜２１３、および第二の絶縁膜２１６にはバリア膜２２０および配線金属膜２２３により構成された上層配線２７０（およびビアプラグ）が形成されている。
【００４６】
次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図７は図６に示した半導体装置の上層配線２７０部分を形成する工程を示す断面図である。
【００４７】
本実施の形態において、まず、第二の絶縁膜２１６上にレジスト膜２７２が形成される。レジスト膜２７２および第二の絶縁膜２１６には、第一の実施の形態で説明したのと同様、エッチング制御システム４００によりエッチングの終了点を制御しつつ、既知のリソグラフィー技術およびエッチングエッチング技術により、配線形成用溝２７３が形成される（図７（ａ））。なお、ここでは図示していないが、レジスト膜２７２によるレジストパターニングを制御よく行うためには、レジスト膜２７２の下に反射防止膜を設けることもできる。
【００４８】
次に、配線形成用溝２７３の形成に用いたレジスト膜２７２を除去し、次いで、配線形成用溝２７３を埋め込むように、第二の絶縁膜２１６上にレジスト膜２７４を形成する。つづいて、再び、エッチング制御システム４００によりエッチングの終了点を制御しつつ、レジスト膜２７４を用いて、エッチングストッパ膜２１３、層間絶縁膜２１２、およびエッチングストッパ膜２１１のビアプラグを形成する領域に、既知のリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いてビアホール２７５を形成する（図７（ｂ））。
【００４９】
この後、レジスト膜２７４を除去する。これにより、下層配線２５５上にビアホール２７５および配線形成用溝２７３が連続して形成される（図７（ｃ））。つづいて、ビアホール２７５および配線形成用溝２７３内にスパッタリング法によりバリア膜２２０を形成する。次に、バリア膜２２０上において、ビアホール２７５および配線形成用溝２７３を埋め込むように、たとえば電界めっき法により配線金属膜２２３を形成する（図７（ｄ））。その後、配線形成用溝２７３外部に形成された不要なバリア膜２２０および配線金属膜２２３をＣＭＰにより除去する。これにより、図６に示したような半導体装置２００が形成される。
【００５０】
本実施の形態においても、エッチング制御システム４００（図４参照）により絶縁膜およびエッチングストッパ膜のエッチングの終了点を決定するので、エッチングを精度よく行うことができる。これにより、配線溝やビアホールにおけるオーバーエッチが減少し、配線抵抗の制御が容易となる。また、エッチングストッパ膜やその上下の絶縁膜の厚みが異なる場合であっても、エッチング制御システム４００により各膜の膜厚に応じてエッチングの終了点を決定することができるので、精度よくエッチングを行うことができる。さらに、複数の波長におけるプラズマ発光強度を用いて終了点を検出するため、各波長におけるプラズマ発光強度が小さい場合であっても、終了点を明瞭に検出することができる。
【００５１】
（第三の実施の形態）
本実施の形態は、第二の実施の形態と同様、デュアルダマシンプロセスで多層配線構造を形成する際に本発明を適用した例である。ここでは、いわゆるビアファースト法で金属配線およびビアプラグを形成する方法を例として説明する。本実施の形態において、第一および第二の実施の形態と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。
【００５２】
本実施の形態においても、半導体装置２００は第二の実施の形態において図６に示したのと同様の構成を有する。
【００５３】
次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図８は図６に示した半導体装置の上層配線２７０部分を形成する工程を示す断面図である。
【００５４】
まず、下層配線２５５上にエッチングストッパ膜２１１、層間絶縁膜２１２、エッチングストッパ膜２１３、および第二の絶縁膜２１６をこの順で積層させる（図８（ａ））。このとき、層間絶縁膜２１２形成後に、下層配線２５５形成時のＣＭＰ工程で発生した凹凸を低減するために、層間絶縁膜２１２をＣＭＰで処理して表面平坦化を行うのが好ましい。これにより、多層配線構造を形成した場合であっても、各層を平坦に保つことができ、半導体装置を精度よく安定的に製造することができる。
【００５５】
次に、第二の絶縁膜２１６上にレジスト膜２７７を形成する。つづいて、第一の実施の形態で説明したのと同様、エッチング制御システム４００によりエッチングの終了点を制御しつつ、既知のリソグラフィー技術およびエッチング技術により、第二の絶縁膜２１６、エッチングストッパ膜２１３および層間絶縁膜２１２にビアホール２７８を形成する（図８（ｂ））。
【００５６】
次に、ビアホール２７８形成に用いたレジスト膜２７７を除去した後、第二の絶縁膜２１６上にレジスト膜２８０を形成する。つづいて、再びエッチング制御システム４００によりエッチングの終了点を制御しつつ、既知のリソグラフィー技術およびエッチング技術により第二の絶縁膜２１６に配線溝２７９を形成する（図８（ｃ））。
【００５７】
その後、レジスト膜２８０を除去し、ビアホール２７８底のエッチングストッパ膜２１１をエッチングにより除去する。このときも、エッチング制御システム４００によりエッチングの終了点を制御する。つづいて、第二の実施の形態において図７（ｄ）を参照して説明したのと同様に、バリア膜２２０および配線金属膜２２３を形成する。次いで、配線溝２７９外部に形成された不要なバリア膜２２０および配線金属膜２２３をＣＭＰにより除去する。これにより、図６に示したのと同様の半導体装置２００が形成される。
【００５８】
本実施の形態においても、エッチング制御システム４００（図４参照）により絶縁膜およびエッチングストッパ膜のエッチングの終了点を決定するので、エッチングを精度よく行うことができる。これにより、配線溝やビアホールにおけるオーバーエッチが減少し、配線抵抗の制御が容易となる。また、エッチングストッパ膜やその上下の絶縁膜の厚みが異なる場合であっても、エッチング制御システム４００により各膜の膜厚に応じてエッチングの終了点を決定することができるので、精度よくエッチングを行うことができる。さらに、複数の波長におけるプラズマ発光強度を用いて終了点を検出するため、各波長におけるプラズマ発光強度が小さい場合であっても、終了点を明瞭に検出することができる。
【００５９】
（第四の実施の形態）
本実施の形態は、第二および第三の実施の形態と同様、デュアルダマシンプロセスで多層配線構造を形成する際に本発明を適用した例である。ここでは、いわゆるミドルファースト法で金属配線およびビアプラグを形成する方法を例として説明する。本実施の形態において、第一〜第三の実施の形態と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。
【００６０】
本実施の形態においても、半導体装置２００は第二の実施の形態において図６に示したのと同様の構成を有する。
【００６１】
次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図９は図６に示した半導体装置の上層配線２７０部分を形成する工程を示す断面図である。
【００６２】
まず、下層配線２５５上にエッチングストッパ膜２１１、層間絶縁膜２１２、およびエッチングストッパ膜２１３をこの順で積層させる（図９（ａ））。
【００６３】
次に、エッチングストッパ膜２１３上にレジスト膜２８１を形成する。つづいて、つづいて、第一の実施の形態で説明したのと同様、エッチング制御システム４００によりエッチングの終了点を制御しつつ、既知のリソグラフィー技術およびエッチング技術により、ビアホール２８２となる領域のエッチングストッパ膜２１３を除去する（図９（ｂ））。
【００６４】
次に、レジスト膜２８１を除去し、エッチングストッパ膜２１３上に第二の絶縁膜２１６を形成する（図９（ｃ））。
【００６５】
その後、第二の絶縁膜２１６上にレジスト膜２８３を形成する。つづいて、再びエッチング制御システム４００によりエッチングの終了点を制御しつつ、既知のリソグラフィー技術およびエッチング技術により、第二の絶縁膜２１６に配線溝２８４を形成する。このとき、エッチングにより形成される配線溝２８４がエッチングストッパ膜２１３に到達した後、さらにビアホール２８２を形成するためにエッチングを継続する（図９（ｄ））。この後、第三の実施の形態と同様にエッチングストッパ膜２１１を除去し、バリア膜２２０および配線金属膜２２３を形成する。次いで、配線溝２８４外部に形成された不要なバリア膜２２０および配線金属膜２２３をＣＭＰにより除去する。これにより、図６に示したのと同様の半導体装置が形成される。
【００６６】
本実施の形態においても、エッチング制御システム４００（図４参照）により絶縁膜およびエッチングストッパ膜のエッチングの終了点を決定するので、エッチングを精度よく行うことができる。これにより、配線溝やビアホールにおけるオーバーエッチが減少し、配線抵抗の制御が容易となる。また、エッチングストッパ膜やその上下の絶縁膜の厚みが異なる場合であっても、エッチング制御システム４００により各膜の膜厚に応じてエッチングの終了点を決定することができるので、精度よくエッチングを行うことができる。さらに、複数の波長におけるプラズマ発光強度を用いて終了点を検出するため、各波長におけるプラズマ発光強度が小さい場合であっても、終了点を明瞭に検出することができる。
【００６７】
【実施例】
以下に本発明のエッチング制御システム４００について実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００６８】
まず、ＳｉＯ２（Ｃｕ）膜（膜厚２００ｎｍ）、ＳｉＣＮ膜（膜厚５０ｎｍ）、ＳｉＯ２膜（膜厚３００ｎｍ）およびレジスト膜がこの順で積層した積層構造を形成した。
【００６９】
（実施例１）
上記積層構造における上層のＳｉＯ２膜をエッチング装置でプラズマエッチング（使用ガス：Ｃ４Ｆ８、Ａｒ、Ｏ２、圧力：４０ｍｔｏｒｒ、バイアス１０００Ｗ）してその下層のＳｉＣＮ膜との境界におけるエッチングの終了点を検出する実験を行った。終了点の検出は、分光器（光電子倍増管）でＯＥＳ分析を用いて行った。その結果を図１０に示す。
【００７０】
図１０（ａ）は、エッチング時間とλ＝３５８ｎｍ、およびλ＝３８７ｎｍにおける発光強度との関係を示す図である。ここで、エッチング開始直後（５秒後）の発光強度が５０％となるように感度調整を行った。図１０（ｂ）は、これらの二波長（λ＝３５８ｎｍ、およびλ＝３８７ｎｍ）の発光強度の和から発光強度５０％分を減じた発光強度を示す図である。図１０（ｂ）に示すように、二波長の発光強度の和を用いることにより、ＳｉＯ２膜とＳｉＣＮ膜との境界をより鮮明に検出することができる。
【００７１】
（実施例２）
上記積層構造における上層のＳｉＯ２膜をプラズマエッチングにより除去した後、ＳｉＣＮ膜を同様のエッチング装置でプラズマエッチング（使用ガス：ＣＨＦ３、Ａｒ、Ｏ２、圧力：２０ｍｔｏｒｒ、バイアス１００Ｗ）してその下層のＳｉＯ２膜との境界におけるエッチングの終了点を検出する実験を行った。
終了点の検出は、分光器（光電子倍増管）でＯＥＳ分析を用いて行った。その結果を図１１に示す。
【００７２】
図１１（ａ）は、エッチング時間とλ＝３５８ｎｍ、およびλ＝３８７ｎｍにおける発光強度との関係を示す図である。ここで、エッチング開始直後（１０秒後）の発光強度が５０％となるように感度調整を行った。図１１（ｂ）は、これらの二波長（λ＝３５８ｎｍ、およびλ＝３８７ｎｍ）の発光強度の和から発光強度５０％分を減じた発光強度を示す図である。図１１（ｂ）に示すように、二波長の発光強度の和を用いることにより、ＳｉＣＮ膜とＳｉＯ２膜との境界をより鮮明に検出することができる。
【００７３】
以上、本発明を実施の形態および実施例をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、そうした例を説明する。
【００７４】
以上の実施の形態および実施例においては、約３５８ｎｍおよび約３８７ｎｍにピークを有する発光帯を対象としたが、対象波長は三つ以上することもできる。対象波長の数が増えれば、プラズマドライエッチングの終了点決定の精度を増すことができる。また、対象波長が減少する場合には、変化量の絶対値を用いることもできる。
【００７５】
また、以上の実施例では、二波長の発光強度の和を用いて終了点を検出する例を説明したが、たとえば複数の波長の比（いずれかの波長における発光強度他の波長における発光強度で除した値等）を用いたり、いずれかの波長における発光強度に他の波長における発光強度よりも大きい重み付けを行って和や比を求めたものを用いる等、複数の波長の種々の相関関係により終了点を検出することができる。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、プラズマドライエッチングにより膜を除去する際のエッチング精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における半導体装置の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるエッチング制御システムの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態において、複数の特定波長の経時変化を模式的に示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における半導体装置の構造を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図８】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図９】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図１０】本発明の実施例におけるエッチング時間と発光強度の関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施例におけるエッチング時間と発光強度の関係を示す図である。
【図１２】従来のエッチング時における問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
２００  半導体装置
２０１  下地絶縁膜
２０２  エッチングストッパ膜
２０３  第一の絶縁膜
２０８  バリア膜
２０９  配線金属膜
２１１  エッチングストッパ膜
２１２  層間絶縁膜
２１３  エッチングストッパ膜
２１６  第二の絶縁膜
２２０  バリア膜
２２３  配線金属膜
２２６  バリア膜
２２８  ビア金属膜
２２９  ビアプラグ
２５５  下層配線
２７０  上層配線
２７２  レジスト膜
２７３  配線形成用溝
２７４  レジスト膜
２７５  ビアホール
２７７  レジスト膜
２７８  ビアホール
２７９  配線溝
２８０  レジスト膜
２８１  レジスト膜
２８２  ビアホール
２８３  レジスト膜
２８４  配線溝
３１０  レジスト膜
３１２  ビアホール
４００  エッチング制御システム
４０２  エッチング装置
４０４  検出部
４０６  演算処理部
４０８  記憶部
４１０  制御部
【図１】
2004235361.tif 000003
【図２】
2004235361.tif 000004
【図３】
2004235361.tif 000005
【図４】
2004235361.tif 000006
【図５】
2004235361.tif 000007
【図６】
2004235361.tif 000008
【図７】
2004235361.tif 000009
【図８】
2004235361.tif 000010
【図９】
2004235361.tif 000011
【図１０】
2004235361.tif 000012
【図１１】
2004235361.tif 000013
【図１２】
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