(57)【要約】【課題】高精度にエッチングの終点を検出することができるエッチング終点検出方法およびエッチング終点検出装置を提供する。【解決手段】プラズマエッチング工程において、ウェハ２１外周部に形成したパッド２２からリーク電流を測定することにより、ウェハ２１のエッチング終点を検出する。この方法では、リーク電流が所定のしきい値を超えた時点をウェハ２１のエッチング終点とする。また、プラズマエッチング工程では、配線層の上にライナー層を介して設けた絶縁層に配線層につながるビアおよびトレンチを形成するデュアルダマシントレンチエッチング工程が行われる。【選択図】　　　　図２
2004140234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマエッチング工程において、ウェハ外周縁部に形成したパッドを通して流れるリーク電流を測定することにより、前記ウェハのエッチング終点を検出するエッチング終点検出方法。
【請求項２】
リーク電流が所定の閾値を超えた時点をウェハのエッチング終点とすることを特徴とする請求項１記載のエッチング終点検出方法。
【請求項３】
プラズマエッチング工程は、ウェハに設けられた配線層の上にライナー層を介して設けた絶縁層に前記配線層につながるビアおよびトレンチを形成するデュアルダマシントレンチエッチング工程であり、パッドが前記配線層に接続されている請求項１または２記載のエッチング終点検出方法。
【請求項４】
プラズマエッチング装置の基板電極の外周縁部付近に設置したリーク電流測定用パッドピンと、外周縁部にリーク電流を測定するためのパッドを形成したウェハの前記パッドに前記リーク電流測定用パッドピンを接触させたときに前記リーク電流測定用パッドピンを通して流れるリーク電流を測定する電流測定器とを備え、前記電流測定器によるリーク電流からエッチングの終点を検出することを特徴とするエッチング終点検出装置。
【請求項５】
リーク電流が所定の閾値を超えた時点をエッチングの終点とする終点検出制御部を設けた請求項４記載のエッチング終点検出装置。
【請求項６】
プラズマエッチング装置は、ウェハに設けられた配線層の上にライナー層を介して設けた絶縁層に前記配線層につながるビアおよびトレンチを形成するデュアルダマシントレンチエッチングを行い、パッドが前記配線層に接続されている請求項４または５記載のエッチング終点検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置のエッチング終点を検出するためのエッチング終点検出方法およびエッチング終点検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製品のＬＳＩ（大規模集積回路）製造において、ダマシントレンチのエッチング工程では、そのエッチングでの下地Ｃｕ配線露出で、その表面が腐食し、その腐食がＬＳＩ製品の歩留や信頼性を悪化させていた。
【０００３】
Ｃｕ表面の腐食を防ぐためには、ダマシントレンチのエッチング深さ加工に対し、ＳｉＮライナー膜とＣｕ配線の界面付近でエッチング止めする高い加工制御技術が要求される。エッチングの深さを制御性良く加工するためには、その終点検出が必要である。
【０００４】
従来の終点検出技術として一般に用いられる方法が発光分光による終点検出方法である。これは、エッチング中にプラズマ化した反応生成物等の発光スペクトル強度をモニタリングし、時間的な発光強度変化からエッチング状態の変化を読み取りエッチング終点を判定する手法である（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図１８（ａ），（ｂ）に、ＳｉＮ膜エッチングに利用する一般的な発光分光強度（ＣＮ：波長３８７ｎｍ）のエッチング時間依存特性のグラフの一例を示す。
図１８（ａ），（ｂ）においては、縦軸にＥＰＤ発光スペクトル強度（任意単位）をとり、横軸にエッチング時間（任意単位）をとっている。なお、上記の記号ＣＮは、化学記号で炭素（Ｃ）と窒素（Ｎ）の結合体を意味する。また、記号ＥＰＤは、エンドポイントディテクタ（Ｅｎｄ　Ｐｏｉｎｔ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）の略である。
【０００６】
発光強度が低下する箇所をＳｉＮ膜が無くなる状態（ジャストエッチ）と判定し、さらにその後、ＳｉＮ膜の残渣除去のためオーバーエッチ処理を施しエッチングの終点とする。発光分光で終点検出するためには、図１８（ａ）に示すように、エッチング状態の変化に対応する発光強度の変化を得ることが必須である。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−２６００７９号公報（第３〜５頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ダマシントレンチエッチングにおいては、ウェハ表面当たりのビアの開口総面積が少なく、かつ下地のＳｉＮライナー膜が薄い。そのため、上述のような終点検出方法では、ダマシントレンチエッチングにおけるＳｉＮライナーエッチングの場合には、エッチング状態の変化に対応する発光強度の変化が少なく、高精度のエッチング終点判定が大変難しいという問題を有している。また、光学的に検出、判定を行うため、大がかりな検出判定装置が必要で、判定が容易でなかった。
【０００９】
図１９に示すＣｕ配線を用いたデュアルダマシントレンチエッチングのエッチングプロセスフローを例に、その具体例を説明する。図１９に示す構造の各膜は、ＳｉＯＮ膜から成るＡＲＬ（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ　ｌａｙｅｒ）２０１、高密度のプラズマＣＶＤにより形成したＦＳＧ（フッ素添加のｓｉｌｉｃａｔｅ　ｇｌａｓｓ）２０２、プラズマＣＶＤにより形成されたシリコン酸化膜（ｔｅｔｒａ　ｅｔｈｏｘｙ　ｓｉｌａｎｅより生成）であるｐ−ＴＥＯＳ２０３、プラズマＣＶＤにより形成されたＳｉＮライナー膜２０４である。２０５はＣｕ配線である。なお、Ｃｕ配線２０５の両側の層はＦＳＧで形成されている。
【００１０】
Ｃｕ配線を用いたデュアルダマシントレンチエッチングのエッチングプロセスフローは、図１９（ａ）に示すビアエッチング工程、図１９（ｂ）に示すトレンチエッチング工程、図１９（ｃ）に示すライナーエッチング工程の順に行う。図１９（ａ）のビアエッチング工程と図１９（ｂ）のトレンチエッチング工程では、各々レジストマスク２０８をパターニングする。
【００１１】
トレンチエッチングにおいては、図１９（ｂ）の状態とは異なり実際にＳｉＮライナー膜２０４が抜けてしまっている場合でも、図１８（ｂ）に示すように、従来の光学式終点検出装置では、発光強度（例えばＣＮ：波長３８７ｎｍ）の変化は大変小さい。そのため、ＳｉＮライナー膜２０４が抜ける直前での判定が困難である。
【００１２】
このため、ダマシントレンチエッチングには、Ｃｕ配線２０５とＳｉＮライナー膜２０４との界面を検知する有効な終点検出方法がなく、そのため、その終点検出方法が望まれていた。
【００１３】
本願発明は上記課題に鑑み、高精度にかつ容易にエッチングの終点を検出することができるエッチング終点検出方法およびエッチング終点検出装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のエッチング終点検出方法は、プラズマエッチング工程において、ウェハ外周縁部に形成したパッドを通して流れるリーク電流を測定することにより、ウェハのエッチング終点を検出する方法である。この方法では、リーク電流が所定の閾値を超えた時点をウェハのエッチング終点とすることが好ましい。また、プラズマエッチング工程では、例えば、ウェハに設けられた配線層の上にライナー層を介して設けた絶縁層に配線層につながるビアおよびトレンチを形成するデュアルダマシントレンチエッチング工程が行われ、パッドは配線層に接続されている。
【００１５】
この方法によれば、エッチングの進行に伴ってリーク電流が大きく変化するので、リーク電流を測定することによりエッチングの終点を精度よく検出することができ、エッチング掘れ量の加工精度を向上させ、半導体製品製造の歩留り向上を実現できるものである。
【００１６】
しかも、リーク電流の測定によってエッチング終点を検出するので、エッチング時の発光強度の変化を検出するのに比べてエッチング終点を容易に検出することができる。
【００１７】
例えば、ダマシントレンチエッチングを行う場合、その進行に伴うＳｉＮライナー膜の厚みの変化に応じてリーク電流が大きく変化するので、リーク電流を測定することにより、ダマシントレンチエッチングでのＣｕ配線とＳｉＮライナー膜の界面付近で精度よくエッチング止めを行うことが可能で、エッチング掘れ量の加工精度を向上させ、半導体製品製造の歩留り向上を実現できるものである。
【００１８】
また、本発明のエッチング終点検出装置は、プラズマエッチング装置の基板電極の外周縁部付近に設置したリーク電流測定用パッドピンと、外周縁部にリーク電流を測定するためのパッドを形成したウェハのパッドにリーク電流測定用パッドピンを接触させたときにリーク電流測定用パッドピンを通して流れるリーク電流を測定する電流測定器とを備え、電流測定器によるリーク電流からエッチングの終点を検出する。また、この装置では、電流測定器の出力を入力としてリーク電流が所定の閾値を超えた時点でエッチングの終点とする終点検出制御部を設けることが好ましい。また、プラズマエッチング装置は、例えば、ウェハに設けられた配線層の上にライナー層を介して設けた絶縁層に配線層につながるビアおよびトレンチを形成するデュアルダマシントレンチエッチングを行うのに使用され、パッドは配線層に接続されている。
【００１９】
この構成によれば、エッチングの進行に伴ってリーク電流が大きく変化するので、リーク電流を測定することによりエッチングの終点を精度よく検出することができ、エッチング掘れ量の加工精度を向上させ、半導体製品製造の歩留り向上を実現できるものである。
【００２０】
しかも、リーク電流の測定によってエッチング終点を検出するので、エッチング時の発光強度の変化を検出するのに比べてエッチング終点を容易に検出することができる。
【００２１】
例えば、ダマシントレンチエッチングの進行に伴うＳｉＮライナー膜の厚みの変化に応じてリーク電流が大きく変化するので、リーク電流を測定することにより、ダマシントレンチエッチングでのＣｕ配線とＳｉＮライナー膜の界面付近で精度よくエッチング止めを行うことが可能で、エッチング掘れ量の加工精度を向上させ、半導体製品製造の歩留り向上を実現できるものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について図１を参照しながら説明する。
【００２３】
図１に示すＣｕ配線を用いたデュアルダマシントレンチエッチングのエッチングプロセスフローを例に、その具体例を説明する。図１に示す構造の各膜は、ＳｉＯＮ膜から成るＡＲＬ（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ　ｌａｙｅｒ）１１、高密度のプラズマＣＶＤにより形成したＦＳＧ（フッ素添加のｓｉｌｉｃａｔｅ　ｇｌａｓｓ）１２、プラズマＣＶＤにより形成されたシリコン酸化膜（ｔｅｔｒａ　ｅｔｈｏｘｙ　ｓｉｌａｎｅ　より生成）であるｐ−ＴＥＯＳ１３、プラズマＣＶＤにより形成されたＳｉＮライナー膜１４である。１５はＣｕ配線である。１６はビア、１７はトレンチである。なお、Ｃｕ配線１５の両側の層はＦＳＧで形成されている。
【００２４】
図１に示す構造の各種膜厚は、ＳｉＯＮ膜から成るＡＲＬ（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ　ｌａｙｅｒ）１１が８０ｎｍ、高密度のプラズマＣＶＤにより形成したＦＳＧ（フッ素添加のｓｉｌｉｃａｔｅ　ｇｌａｓｓ）１２が３００ｎｍ、プラズマＣＶＤにより形成されたシリコン酸化膜（ｔｅｔｒａ　ｅｔｈｏｘｙ　ｓｉｌａｎｅより生成）ｐ−ＴＥＯＳ１３が４００ｎｍ、プラズマＣＶＤにより形成されたＳｉＮライナー膜１４が１６０ｎｍである。
【００２５】
Ｃｕ配線を用いたデュアルダマシントレンチエッチングのエッチングプロセスフローは、図１に示す通りで、図１（ａ）のビアエッチング工程、図１（ｂ）のトレンチエッチング工程、図１（ｃ）のライナーエッチング工程の順に行う。図１（ａ）のビアエッチング工程と図１（ｂ）のトレンチエッチング工程では、各々レジストマスク（図示せず）をパターニングする。
【００２６】
本実施の形態では、図１（ｂ）のトレンチエッチング工程でＳｉＮライナー膜１４が抜ける直前でエッチング止めする場合について説明する。なお、図１（ｃ）のライナーエッチング工程は図示しない別エッチング装置で処理する。
【００２７】
本発明の第１の実施の形態では、図２に示すようなウェハ２１が使用される。
このウェハ２１は、外周縁部の４隅にリーク電流を測定するためのパッド２２をそれぞれ有し、製品回路パターン２３同士の間に終点検出配線パターン２４が形成されている。終点検出配線パターン２４は、Ｃｕ配線１５と同じ配線層で形成され、ウェハ２１の表面に例えば４個の領域に分かれて張り巡らされている。パッド２２もＣｕ配線１５と同じ配線層で形成され、終点検出配線パターン２４は各々パッド２２に電気的につながっている。パッド２２の上方は予め開口させている。
【００２８】
上記の終点検出配線パターン２４は、ウェハ２１を製品回路パターン２３が形成されたチップ毎に分割するときのスクライブライン上に設けられており、ウェハ２１上における製品回路パターン２３の形成領域を狭めることがないようにしている。つまり、終点検出配線パターン２４をウェハ２１に形成したことによって、ウェハ２１上に形成される製品回路パターン２３の個数が少なくなることがないようにしている。
【００２９】
終点検出配線パターン２４の一部の微細構造の断面図を図３（ａ），（ｂ）に示す。図３（ａ）の断面図はエッチング前の状態を示し、図３（ｂ）の断面図はエッチング後の状態を示す。
【００３０】
図３に示す構造の各種膜厚は、ＳｉＯＮ膜から成るＡＲＬ３１が８０ｎｍ、高密度のプラズマＣＶＤにより形成したＦＳＧ３２が３００ｎｍ、プラズマＣＶＤにより形成されたシリコン酸化膜であるｐ−ＴＥＯＳ３３が４００ｎｍ、プラズマＣＶＤにより形成されたＳｉＮライナー膜３４が１６０ｎｍである。図示はしていないが、レジストマスクのパターニング時膜厚は５００ｎｍである。
【００３１】
図３には図示しないパッド２２と電気的に繋がるＣｕ配線（ＴａＮ上にシードとしてＣｕをスパッタし、その後メッキにてＣｕ層を形成）３５上にＳｉＮライナー膜３４を介し多数のビア（Ｖｉａ）３６がプラズマエッチングにより形成されている。
【００３２】
トレンチ３７のプラズマエッチングは、ＡＲＬエッチングステップとメインエッチングステップの２ステップエッチングであり、ＡＲＬエッチングステップはＡＲＬ３１の膜をエッチングするステップで、メインエッチングステップはＦＳＧ３２とｐ−ＴＥＯＳ３３の一部をエッチングするステップである。
【００３３】
本実施の形態のエッチング反応室は、ＲＦ１３．５６ＭＨｚの平行平板ＲＩＥである。
【００３４】
ＡＲＬエッチングステップの条件は、圧力設定が１３Ｐａ、基板電極ＲＦパワー設定が８００Ｗ、反応ガス流量がＡｒ／ＣＦ４／Ｏ２＝２００ｓｃｃｍ／５０ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍ、基板電極温度設定が４０℃である。
【００３５】
また、メインエッチングステップの条件は、圧力設定が１３Ｐａ、基板電極ＲＦパワー設定が１７００Ｗ、反応ガス流量がＡｒ／Ｃ５Ｆ８／Ｏ２＝８００ｓｃｃｍ／２０ｓｃｃｍ／２０ｓｃｃｍ、基板電極温度設定が４０℃である。
【００３６】
トレンチ３７のエッチング中に、図３（ｂ）の断面図に示すように、ＳｉＮライナー膜３４が薄くなり、エッチングを継続すると、そのＳｉＮライナー膜３４は抜け、Ｃｕ配線３５の表面が露出する。
【００３７】
上記のウェハ２１は、プラズマエッチング装置としての図４に示すようなエッチング反応室１００における基板電極４１の上まで図示しない搬送系で搬送され、基板電極４１が移動し、ウェハ２１上のパッド２２（図示せず）が外周リング４３に、つまり基板電極４１の外周縁部付近に設けたパッド押え４２のパッドピンと接触し、これによってウェハ２１は基板電極４１上に固定される。図４において、４４はウェハ２１の上方に存在するプラズマ、４７はマッチングボックス、４８はＲＦ電源である。矢符Ａは基板電極移動方向を示している。矢符Ｂはパッドピンに流れる電流が図示しない終点検出制御部へ送られることを示している。
【００３８】
また、図５に示すように、ウェハ２１上のパッド２２は、リーク電流測定用のパッドピン（図示せず）を有するパッド押え４２で上から覆われ、これによってパッドピンがパッド２２に接触する。
【００３９】
そして、エッチングの終点検出のために、図６に示すように、終点検出回路を構成する。図６において、２１ａはパッド２２付近のウェハの部分を示し、２１ｂは終点検出配線パターン２４付近のウェハの部分を示している。２２はパッド、３６はビア、３７はトレンチ、４２はパッド押え、４２ａはパッドピン、４４はプラズマ、６３は突入電流防止コイル、６４はリーク電流調整用可変抵抗である。
【００４０】
ここで、ＳｉＮライナー膜３４が薄くなる、あるいは突き抜けると、直流リーク電流６１は入射イオンを介してプラズマ４４中へ流れる。このときに電流測定器６２によって、パッドピン４２ａを通して流れる直流リーク電流６１の値が測定され、電流測定器６２によって測定された直流リーク電流６１の電流値は図示しない終点検出制御部へ伝達される。なお、リーク電流が直流になるのは以下の理由である。すなわち、図６の突入電流防止コイルが交流成分も同時にカットするからである。これによって、電流測定器６２に流れる電流は直流成分だけである。
【００４１】
以上のように構成されたエッチング終点検出回路において、以下にそのエッチング終点検出方法について説明する。
【００４２】
ＲＦパワー印加により図４に示すエッチング反応室１００の内部でプラズマ４４が発生し、ＳｉＮライナー膜３４が薄くなると、図６に示すように、プラズマ４４からの入射イオンを介し、トンネル電流として直流リーク電流６１が流れ始める。この直流リーク電流６１を電流測定器６２で測定する。終点検出制御部において、この直流リーク電流の測定値に対して、所定の閾値を設定し、直流リーク電流の測定値が上記閾値を超えた時点をエッチングの終点とし、エッチングを終了させるようにプラズマエッチング装置を制御する。
【００４３】
本実施の形態では、図３（ｂ）に示すようなトレンチエッチング工程でＳｉＮライナー膜３４が抜ける直前でのエッチング止めをするが、ＳｉＮライナー膜３４が薄くなると、トンネル電流が流れるため、ＳｉＮライナー膜３４が抜ける前でエッチング止めが可能である。
【００４４】
図６に示す終点検出回路による直流電流測定の一例を図７に示す。図７は、縦軸にリーク電流絶対値（任意単位）をとり、横軸にエッチング時間（任意単位）をとっている。
【００４５】
トレンチエッチングを行うと、エッチング時間に対し、ＳｉＮライナー膜３４が薄くなり、さらにエッチングを継続するとＳｉＮライナー膜３４が突き抜ける。それに伴いリーク電流の絶対値が増加する。終点に対応した閾値については、リーク電流の絶対値と断面形状評価等で得られるＳｉＮライナー膜３４膜の残膜厚との相関をとり、最適値を設定すればよい。
【００４６】
以上のように、この実施の形態は、プラズマエッチング工程において、ウェハ２１の外周縁部に形成したパッド２２からリーク電流を測定することにより、ウェハ２１のエッチング終点を検出する方法であり、ダマシントレンチエッチングでのＳｉＮライナー膜３４の抜け前でのエッチング止めすることができる。
【００４７】
なお、以上の説明においては、図３（ｂ）のトレンチエッチング工程でＳｉＮライナー膜３４が抜ける直前でのエッチング止めする場合について説明したが、図８に示すようにＳｉＮライナー膜３４を抜いた状態までエッチングを継続しても同様の効果が得られることは言うまでも無い。
【００４８】
本発明の実施の形態によれば、ダマシントレンチエッチングの進行に伴うＳｉＮライナー膜３４の厚みの変化に応じて直流リーク電流が大きく変化するので、直流リーク電流を測定することにより、ダマシントレンチエッチングでのＣｕ配線３５とＳｉＮライナー膜３４の界面付近で精度よくエッチング止めを行うことが可能で、エッチング掘れ量の加工精度を向上させることができ、半導体製品製造の歩留り向上を実現できるものである。
【００４９】
しかも、リーク電流の測定によってエッチング終点を検出するので、エッチング時の発光強度の変化を検出するのに比べてエッチング終点を容易に検出することができる。
【００５０】
また、本実施の形態では、ダマシントレンチエッチングの終点検出方法として述べたが、これ以外のエッチングの場合にも、エッチング終点の検出に利用することができる。たとえば、レート換算で求めたエッチング時間を通常の終点とした場合での過剰エッチングリミッターの検出方法として使用しても良い。以下、この点について具体的に説明する。
【００５１】
上記で説明した終点検出の場合と、エッチングリミッターとして使用する場合とで、構成は、全く同じである。エッチング加工の終点をＥＰＤにするか、時間にするかの違いである。時間で止める場合、ＳｉＮライナー膜３４の抜けが心配されるので、終点時間がまだでも、リミッターで検知したなら先にエッチングを終了させる。例えば、図３（ｂ）のエッチングで、トレンチ３７を時間固定で加工する場合である。この固定時間はエッチレート換算で求める。トレンチ３７のエッチングでも、何らかの影響でエッチングレートが変動した場合、ＳｉＮライナー膜３４が抜けてしまう可能性がある。そうした場合は、エッチングリミッターとして使える。また、図３（ａ）のビア３６のような場合でも、時間固定が加工するので、同様のことが言える。
【００５２】
また、上記の実施の形態では、下地配線がＣｕの場合について説明したが、これに限らず、Ａｌ等の場合にも本発明を適用できる。
【００５３】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について図９を参照しながら説明する。
【００５４】
図９に示すＣｕ配線を用いたデュアルダマシントレンチエッチングのエッチングプロセスフローを例に、その具体例を説明する。図９に示す構造の各膜は、ＳｉＯＮ膜から成るＡＲＬ（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ　ｌａｙｅｒ）９１、高密度のプラズマＣＶＤにより形成したＦＳＧ（フッ素添加のｓｉｌｉｃａｔｅ　ｇｌａｓｓ）９２、プラズマＣＶＤにより形成されたシリコン酸化膜（ｔｅｔｒａ　ｅｔｈｏｘｙ　ｓｉｌａｎｅ　より生成）であるｐ−ＴＥＯＳ９３、プラズマＣＶＤにより形成されたＳｉＮライナー膜９４である。９５はＣｕ配線である。９６はビア、９７はトレンチである。なお、Ｃｕ配線９５の両側の層はＦＳＧで形成されている。
【００５５】
図９に示す構造の各種膜厚は、ＳｉＯＮ膜から成るＡＲＬ（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ　ｌａｙｅｒ）９１が８０ｎｍ、高密度のプラズマＣＶＤにより形成したＦＳＧ（フッ素添加のｓｉｌｉｃａｔｅ　ｇｌａｓｓ）９２が３００ｎｍ、プラズマＣＶＤにより形成されたシリコン酸化膜（ｔｅｔｒａ　ｅｔｈｏｘｙ　ｓｉｌａｎｅより生成）ｐ−ＴＥＯＳ９３が４００ｎｍ、プラズマＣＶＤにより形成されたＳｉＮライナー膜９４が１６０ｎｍである。
【００５６】
Ｃｕ配線を用いたデュアルダマシントレンチエッチングのエッチングプロセスフローは、図９に示す通りで、図９（ａ）のビアエッチング工程、図９（ｂ）のトレンチエッチング工程、図９（ｃ）のライナーエッチング工程の順に行う。本実施の形態では、図９（ｂ）のトレンチエッチング工程でＳｉＮライナー膜９４が抜ける直前でエッチング止めする場合について説明する。なお、図９（ｃ）のライナーエッチング工程は図示しない別エッチング装置で処理する。
【００５７】
本発明の第２の実施の形態では、図１０に示すようなウェハ１０１が使用される。このウェハ１０１は、外周縁部の４隅に直流リーク電流を測定するためのパッド１０２をそれぞれ有し、製品回路パターン１０３同士の間に終点検出配線パターン１０４が形成されている。終点検出配線パターン１０４は、Ｃｕ配線９５と同じ配線層で形成され、ウェハ１０１の表面に例えば４個の領域に分かれて張り巡らされている。パッド１０２もＣｕ配線９５と同じ配線層で形成され、終点検出配線パターン１０４は各々パッド１０２に電気的につながっている。パッド１０２の上方は予め開口させている。
【００５８】
上記の終点検出配線パターン１０４は、ウェハ１０１を製品回路パターン１０３が形成されたチップ毎に分割するときのスクライブライン上に設けられており、ウェハ１０１上における製品回路パターン２３の形成領域を狭めることがないようにしている。つまり、終点検出配線パターン１０４をウェハ１０１に形成したことによって、ウェハ１０１上に形成される製品回路パターン１０３の個数が少なくなることがないようにしている。
【００５９】
終点検出配線パターン１０４の一部の微細構造の断面図を図１１（ａ），（ｂ）に示す。図１１（ａ）の断面図はエッチング前の状態を示し、図１１（ｂ）の断面図はエッチング後の状態を示す。
【００６０】
図１１に示す構造の各種膜厚は、ＳｉＯＮ膜から成るＡＲＬ１１１が８０ｎｍ、高密度のプラズマＣＶＤにより形成したＦＳＧ１１２が３００ｎｍ、プラズマＣＶＤにより形成されたシリコン酸化膜であるｐ−ＴＥＯＳ１１３が４００ｎｍ、プラズマＣＶＤにより形成されたＳｉＮライナー膜１１４が１６０ｎｍである。図示はしていないが、レジストマスクのパターニング時膜厚は５００ｎｍである。
【００６１】
図１１には図示しないパッド１０２と電気的に繋がるＣｕ配線（ＴａＮ上にシードとしてＣｕをスパッタし、その後メッキにてＣｕ層を形成）１１５上にＳｉＮライナー膜１１４を介し多数のビア（Ｖｉａ）１１６がプラズマエッチングにより形成されている。
【００６２】
トレンチ１１７のプラズマエッチングは、ＡＲＬエッチングステップとメインエッチングステップの２ステップエッチングであり、ＡＲＬエッチングステップはＡＲＬ１１１の膜をエッチングするステップで、メインエッチングステップはＦＳＧ１１２とｐ−ＴＥＯＳ１１３の一部をエッチングするステップである。
【００６３】
本実施の形態のエッチング反応室は、ＲＦ１３．５６ＭＨｚの平行平板ＲＩＥである。
【００６４】
ＡＲＬエッチングステップの条件は、圧力設定が１３Ｐａ、基板電極ＲＦパワー設定が８００Ｗ、反応ガス流量がＡｒ／ＣＦ４／Ｏ２＝２００ｓｃｃｍ／５０ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍ、基板電極温度設定が４０℃である。
【００６５】
また、メインエッチングステップの条件は、圧力設定が１３Ｐａ、基板電極ＲＦパワー設定が１７００Ｗ、反応ガス流量がＡｒ／Ｃ５Ｆ８／Ｏ２＝８００ｓｃｃｍ／２０ｓｃｃｍ／２０ｓｃｃｍ、基板電極温度設定が４０℃である。
【００６６】
トレンチ１１７のエッチング中に、図１１（ｂ）の断面図に示すように、ＳｉＮライナー膜１１４が薄くなり、エッチングを継続すると、そのＳｉＮライナー膜１１４は抜け、Ｃｕ配線１１５の表面が露出する。
【００６７】
上記のウェハ１０１は、プラズマエッチング装置としての図１２に示すようなエッチング反応室２００において、で基板電極１２１の上まで図示しない搬送系搬送され、基板電極１２１が移動し、ウェハ１０１上のパッド１０２（図示せず）が外周リング１２３に、つまり基板電極１２１の外周縁部付近に設けたパッド押え１２２のパッドピンと接触し、これによってウェハ１０１は基板電極１２１上に固定される。図１２において、１２４はウェハ１０１の上方に存在するプラズマ、１２７はマッチングボックス、１２８はＲＦ電源である。矢符Ｃは基板電極移動方向を示している。矢符Ｄはパッドピンに流れる電流が図示しない終点検出制御部へ送られることを示している。
【００６８】
また、図１３に示すように、ウェハ１０１上のパッド１０２は、リーク電流測定用のパッドピン（図示せず）を有するパッド押え１２２で上から覆われ、これによってパッドピンがパッド１０２に接触する。
【００６９】
そして、エッチングの終点検出のために、図１４に示すように、終点検出回路を構成する。図１４において、１０１ａはパッド１２２付近のウェハの部分を示し、１０１ｂは終点検出配線パターン１０４付近のウェハの部分を示している。
１０２はパッド、１１６はビア、１１７はトレンチ、１２２はパッド押え、１２２ａはパッドピン、１２４はプラズマ、１４３は突入電流防止コイル、１４４はリーク電流調整用可変抵抗である。
【００７０】
ここで、ＳｉＮライナー膜１１４が薄くなる、あるいは突き抜けると、直流リーク電流１４１は入射イオンを介してプラズマ１２４中へ流れる。このときに電流測定器１４２によって、パッドピン１２２ａを通して流れる直流リーク電流１４１の値が測定され、電流測定器１４２によって測定された直流リーク電流１４１の電流値は図１５に示す終点検出制御部１５１へ伝達される。図１５において、１５２はエッチング反応室であり、図１２のエッチング反応室２００に対応する。１５３はエッチング反応室制御部であり、終点検出制御部１５１のエッチング終点検出信号に応答して、エッチング反応室１５２における、エッチング動作を停止させる。
【００７１】
図１４に示す終点検出回路と図１５に示す終点検出制御部１５１を合せて終点検出装置とする。
【００７２】
以上のように構成された終点検出装置において、以下にその動作を説明する。
【００７３】
ＲＦパワー印加により図１２に示すエッチング反応室内部でプラズマ１２４が発生し、ＳｉＮライナー膜１１４が薄くなると、図１４に示すように、プラズマ１２４からの入射イオンを介し、トンネル電流として直流リーク電流１４１が流れ始める。この直流リーク電流１４１を電流測定器１４２で測定する。終点検出制御部１５１において、この直流リーク電流の測定値に対して、所定の閾値を設定し、直流リーク電流の測定値が上記閾値を超えた時点をエッチングの終点とし、エッチング反応室制御部１５３がエッチング反応室１５２におけるエッチングを終了させる。
【００７４】
本実施の形態では、図１１（ｂ）に示すようなトレンチエッチング工程でＳｉＮライナー膜１１４が抜ける直前でのエッチング止めをするが、ＳｉＮライナー膜１１４が薄くなると、トンネル電流が流れるため、ＳｉＮライナー膜１１４が抜ける前でエッチング止めが可能である。
【００７５】
図１４に示す終点検出回路での直流電流測定の一例を図１６に示す。図１６は、縦軸にリーク電流絶対値（任意単位）をとり、横軸にエッチング時間（任意単位）をとっている。
【００７６】
トレンチエッチングを行うと、エッチング時間に対し、ＳｉＮライナー膜１１４が薄くなり、さらにエッチングを継続するとＳｉＮライナー膜１１４が突き抜ける。それに伴いリーク電流の絶対値が増加する。終点に対応した閾値については、リーク電流の絶対値と断面形状評価等で得られるＳｉＮライナー膜３４膜の残膜厚との相関をとり、最適値を設定すればよい。
【００７７】
以上のように、この実施の形態は、エッチング装置の基板電極１２１の外周縁部に設置したリーク電流測定用パッドピンを、外周縁部にリーク電流を測定するためのパッド１０２を形成したウェハ１０１のパッド１０２に接触させることによってリーク電流を測定し、リーク電流が検出された時点でエッチングの終点とすることを特徴とする終点検出装置であり、ダマシントレンチエッチングでのＳｉＮライナー膜１１４の抜け前でのエッチング止めすることができる。
【００７８】
なお、以上の説明においては、図１１（ｂ）のトレンチエッチング工程でＳｉＮライナー膜１１４が抜ける直前でのエッチング止めする場合について説明したが、図１７に示すようにＳｉＮライナー膜１１４を抜いた状態までエッチングを継続しても同様の効果が得られることは言うまでも無い。
【００７９】
本発明の実施の形態によれば、ダマシントレンチエッチングの進行に伴うＳｉＮライナー膜１１４の厚みの変化に応じて直流リーク電流が大きく変化するので、直流リーク電流を測定することにより、ダマシントレンチエッチングでのＣｕ配線１１５とＳｉＮライナー膜１１４の界面付近で精度よくエッチング止めを行うことが可能で、エッチング掘れ量の加工精度を向上させることができ、半導体製品製造の歩留り向上を実現できるものである。
【００８０】
しかも、リーク電流の測定によってエッチング終点を検出するので、エッチング時の発光強度の変化を検出するのに比べてエッチング終点を容易に検出することができる。
【００８１】
また、本実施の形態では、ダマシントレンチエッチングの終点検出方法として述べたが、これ以外のエッチングの場合にも、エッチング終点の検出に利用することができる。たとえば、レート換算で求めたエッチング時間を通常の終点とした場合での過剰エッチングリミッターの検出方法として使用しても良い。
【００８２】
また、上記の実施の形態では、下地配線がＣｕの場合について説明したが、これに限らず、Ａｌ等の場合にも本発明を適用できる。
【００８３】
【発明の効果】
本発明のエッチング終点検出方法によれば、エッチングの進行に伴ってリーク電流が大きく変化するので、リーク電流を測定することによりエッチングの終点を精度よく検出することができ、エッチング掘れ量の加工精度を向上させ、半導体製品製造の歩留り向上を実現できる。しかも、リーク電流の測定によってエッチング終点を検出するので、エッチング時の発光強度の変化を検出するのに比べてエッチング終点を容易に検出することができる。
【００８４】
本発明のエッチング終点検出装置によれば、エッチングの進行に伴ってリーク電流が大きく変化するので、リーク電流を測定することによりエッチングの終点を精度よく検出することができ、エッチング掘れ量の加工精度を向上させ、半導体製品製造の歩留り向上を実現できる。しかも、リーク電流の測定によってエッチング終点を検出するので、エッチング時の発光強度の変化を検出するのに比べてエッチング終点を容易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるビア／トレンチ形成フローを示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるパッドと終点検出回路パターンを形成したウェハを示す概略図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における終点検出配線パターンのトレンチエッチングの前と後の状態を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるエッチング反応室の構成を示す概略図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態におけるパッド押えとウェハを示す概略図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における終点検出回路の概念を模式図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態におけるリーク電流のエッチング時間依存特性を示すグラフである。
【図８】本発明の第１の実施の形態における終点検出配線パターントレンチエッチングのＳｉＮライナー膜抜けエッチング後の状態を示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態におけるビア／トレンチ形成フローを示す断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態におけるパッドと終点検出回路パターンを形成したウェハを示す概略図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態における終点検出配線パターンのトレンチエッチングの前と後の状態を示す断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態におけるエッチング反応室の構成を示す概略図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態におけるパッド押えとウェハを示す概略図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態における終点検出回路の概念を模式図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態におけるエッチング反応室と終点検出制御部とエッチング反応室制御部の構成を示す概略図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態におけるリーク電流のエッチング時間依存特性を示すグラフである。
【図１７】
本発明の第２の実施の形態における終点検出配線パターントレンチエッチングのＳｉＮライナー膜抜けエッチング後の状態を示す断面図である。
【図１８】従来例における終点検出方法とその課題の説明するための特性図である。
【図１９】従来例におけるビア／トレンチ形成フローを示す断面図である。
【符号の説明】
１１　　ＡＲＬ
１２　　ＦＳＧ
１３　　ｐ−ＴＥＯＳ
１４　　ＳｉＮライナー膜
１５　　Ｃｕ配線
１６　　ビア
１７　　トレンチ
２１　　ウェハ
２２　　パッド
２３　　製品回路パターン
２４　　終点検出配線パターン
３１　　ＡＲＬ
３２　　ＦＳＧ
３３　　ｐ−ＴＥＯＳ
３４　　ＳｉＮライナー膜
３５　　Ｃｕ配線
３６　　ビア
３７　　トレンチ
４１　　基板電極
４２　　パッド押え
４３　　外周リング
４４　　プラズマ
４７　　マッチングボックス
４８　　ＲＦ電源
６１　　直流リーク電流
６２　　電流測定器
６３　　突入電流防止コイル
６４　　リーク電流調整用可変抵抗
９１　　ＡＲＬ
９２　　ＦＳＧ
９３　　ｐ−ＴＥＯＳ
９４　　ＳｉＮライナー膜
９５　　Ｃｕ配線
９６　　ビア
９７　　トレンチ
１００　　エッチング反応室
１０１　　ウェハ
１０２　　パッド
１０３　　製品回路パターン
１０４　　終点検出配線パターン
１１１　　ＡＲＬ
１１２　　ＦＳＧ
１１３　　ｐ−ＴＥＯＳ
１１４　　ＳｉＮライナー膜
１１５　　Ｃｕ配線
１１６　　ビア
１１７　　トレンチ
１２１　　基板電極
１２２　　パッド押え
１２３　　外周リング
１２４　　プラズマ
１２７　　マッチングボックス
１２８　　ＲＦ電源
１４１　　リーク電流
１４２　　電流測定器
１４３　　突入電流防止コイル
１４４　　リーク電流調整用可変抵抗
１５１　　終点検出制御部
１５２　　エッチング反応室
１５３　　エッチング反応室制御部
２００　　エッチング反応室
２０１　　ＡＲＬ
２０２　　ＦＳＧ
２０３　　ｐ−ＴＥＯＳ
２０４　　ＳｉＮライナー膜
２０５　　Ｃｕ配線
２０６　　ビア
２０７　　トレンチ
２０８　　レジストマスク
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2004140234.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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