(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１クロック周波数で同期された種々の制御によって半導体ウエハにプラズマ処理を行うプラズマ製造装置の真空処理室内に前記半導体ウエハを配置する工程、
（ｂ）前記真空処理室内にプラズマを生成する高周波電力の供給時から一定の時間区分ごとに、前記プラズマのインピーダンスまたは前記高周波電力の反射波の少なくとも一方を監視することによって、前記プラズマの異常放電を検知する工程、
を含む半導体装置の製造方法であって、
前記プラズマ製造装置に備えられた異常放電検知機構は、前記第１クロック周波数より高い第２クロック周波数によって前記プラズマのインピーダンスまたは前記高周波電力の反射波の少なくとも一方のサンプリングを行ない、前記一定の時間区分ごとに別々に設定されたしきい値と比較して異常放電を検知することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記真空処理室内であって、前記半導体ウエハが配置される電極には、前記高周波電力が供給され、
前記プラズマが前記電極側に引き付けられ、前記半導体ウエハをプラズマ処理することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
以下の工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法：
（ａ）半導体基板の主面上に絶縁膜を形成する工程、
（ｂ）プラズマ処理の制御のためにサンプリングを行って得た、プラズマエッチング装置のプラズマインピーダンス波形およびプラズマ生成用の高周波電力の反射波形について、それぞれのプラズマ立ち上がり時、プラズマ安定時、プラズマ立ち下がり時を細分割した２ｍｓ以下の時間分割単位でサンプリングして、前記それぞれのプラズマ立ち上がり時、プラズマ安定時、プラズマ立ち下がり時ごとに別々に設定されたしきい値で異常放電を監視しながら、前記プラズマエッチング装置によって前記絶縁膜に開口部を形成する工程。
【請求項４】
前記時間分割単位は１ｍｓ以下であることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記しきい値を越えたときにのみ波形データを蓄積することを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記プラズマインピーダンス波形と前記反射波形の両方の波形が前記しきい値を越えたときに、プラズマの異常放電と判断することを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記プラズマインピーダンス波形と前記反射波形のいずれかの波形が前記しきい値を越えたときに、プラズマの異常放電と判断することを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記プラズマエッチング装置は、シーケンサおよびデータロガーを備え、
前記プラズマインピーダンス波形および前記反射波形の波形を前記シーケンサから前記データロガーに転送して、前記データロガーにて前記プラズマの異常放電の判断をリアルタイムに行うことを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記しきい値を、プラズマエッチング条件に応じて設定することを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁膜は、前記半導体基板の主面上に形成された配線を覆うように形成されており、
前記開口部は、前記配線を露出することを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
以下の工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法：
（ａ）半導体基板の主面上にゲート絶縁膜、シリコン膜および金属膜を形成する工程、
（ｂ）プラズマ処理の制御のためにサンプリングを行って得た、プラズマエッチング装置のプラズマインピーダンス波形およびプラズマ生成用の高周波電力の反射波形について、それぞれのプラズマ立ち上がり時、プラズマ安定時、プラズマ立ち下がり時を細分割した２ｍｓ以下の時間分割単位でサンプリングして、前記それぞれのプラズマ立ち上がり時、プラズマ安定時、プラズマ立ち下がり時ごとに別々に設定されたしきい値で異常放電を監視しながら、前記プラズマエッチング装置によって前記ゲート絶縁膜、前記シリコン膜および金属膜をパターニングする工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、プラズマ製造装置を用いた半導体装置の製造に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００３−２８２５４５号公報（特許文献１）では、プラズマ製造装置（プラズマ装置）においてプラズマ放電の安定期のインピーダンスを検出して演算制御処理によって異常放電と判断されたときに電力供給を停止する技術が開示されている。
【０００３】
特開２００２−３０５１８２号公報（特許文献２）では、プラズマ放電のピーク電圧をあらかじめ設定された値と比較して異常を監視する技術が開示されている。
【０００４】
特開２００３−１７３９７３号公報（特許文献３）では、プラズマが安定期に達してから進行波電力信号をモニタして波形をフィルタリング、微分処理を行い反射波の最大値、最小値と比較して異常放電をモニタする技術が開示されている。
【０００５】
特開２００４−２２０９２３号公報（特許文献４）では、プラズマの進行波と反射波をそれぞれ平滑して進行波に対する反射波の比率を算出して異常放電を検出する技術が開示されている。
【０００６】
特開２００２−３２４７８３号公報（特許文献５）では、プラズマの安定放電時に電圧、電流のいずれかをモニタしてデジタル化して取り込み振幅から異常か否かを判定する技術が開示されている。
【０００７】
特開平１０−７４７３４号公報（特許文献６）では、プラズマのインピーダンスの変化をモニタして検出器により異常放電を検出する技術が開示されている。
【０００８】
特開平９−１９９４３０号公報（特許文献７）では、プラズマ放電の検出をシーケンサが受けてシーケンサからマグネットコントローラを動かしてプラズマ製造装置のクリアランスを調整する技術が開示されている。
【０００９】
特開２００４−２８８８４９号公報（特許文献８）では、プラズマの異常放電を電磁波をモニタすることによってデータを取り込みデータロガーにデータを取り込み、あらかじめ設定したテーブルの判定基準にしたがって異常放電と判定する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２８２５４５号公報（［００２２］〜［００３０］、図１〜図３）
【特許文献２】特開２００２−３０５１８２号公報（［００１２］〜［００１５］、図１、図２）
【特許文献３】特開２００３−１７３９７３号公報（［００１３］〜［００２２］、図４〜図８）
【特許文献４】特開２００４−２２０９２３号公報（［００１９］〜［００２２］、図１）
【特許文献５】特開２００２−３２４７８３号公報（［００２７］〜［００３１］、図２、図３）
【特許文献６】特開平１０−７４７３４号公報（［００１８］、［００１９］、［００２８］〜［００３０］、図１、図２）
【特許文献７】特開平９−１９９４３０号公報（［０００８］〜［００１４］、図１）
【特許文献８】特開２００４−２８８８４９号公報（［００２４］〜［００２８］、図７〜図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
半導体集積回路の微細化に伴い、半導体集積回路などを搭載した半導体装置には、例えば、配線加工、ビアホール加工などのエッチング時に発生する加工不良や、層間絶縁膜などの堆積・埋め込み時に発生する堆積不良などが起こり易くなる。これら加工不良および堆積不良などが起こった場合、半導体装置には種々の不具合が発生することとなり、また、半導体装置の製造歩留まりは低下する。
【００１１】
ところで、配線加工、ビアホール加工などは、例えばプラズマエッチング装置を用いることによって行われ、また、層間絶縁膜などの堆積などは、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置を用いることによって行われる。これらプラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置などのプラズマ製造装置を用いたプラズマ処理においては、プラズマの異常放電が発生する場合がある。このため、例えば特開２００３−２８２５４５号公報（特許文献１など）に記載されるように、プラズマの異常放電と判断されたときに電力供給を停止するような対策が行われる。
【００１２】
以下に、半導体装置に発生する不良の一例を図１０を参照して説明する。図１０は、半導体装置に発生する不良の一例を示す説明図であり、図中、符号１は半導体基板、符号２は配線、符号３はソース／ドレイン、符号４ａ、４ｂはコンタクト、符号５はゲート電極、符号６は素子分離、符号７はゲート絶縁膜、符号８はビアホール用開口部、および符号９は層間絶縁膜を示している。
【００１３】
図１０に示すように、半導体基板１の主面上には、ＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）トランジスタＱが形成されている。このＭＩＳトランジスタＱの上部には同一層で形成された配線２が配置されており、それぞれの配線２は例えば酸化シリコンからなる層間絶縁膜９によって覆われ、互いに絶縁分離されている。配線２は、コンタクト４ａを介してＭＩＳトランジスタＱのソース／ドレイン３と電気的に接続されており、また、コンタクト４ｂを介してＭＩＳトランジスタＱのゲート５と電気的に接続されている。このゲート電極５下には、例えば２ｎｍ程度の酸化シリコンからなるゲート絶縁膜７が形成されている。
【００１４】
図１０の半導体装置では、例えば、円で囲む不良箇所Ｘ１における配線２間の層間絶縁膜９が絶縁破壊となり、また円で囲む不良箇所Ｘ２におけるゲート絶縁膜７が絶縁破壊となるような絶縁不良が発生する場合がある。
【００１５】
例えば、プラズマエッチング装置を用いたプラズマエッチングによって層間絶縁膜９にビアホール用開口部８を形成する工程において、ビアホール用開口部８が配線２まで到達し、配線２が露出した場合、チャージアップした電荷が配線２を経由して半導体基板１に流れる。図１０中では、チャージアップした電荷の流れが符号Ｉで示されている。このような場合では、不良箇所Ｘ１の層間絶縁膜９や不良箇所Ｘ２のゲート絶縁膜７が設計基準より比較的低い絶縁耐圧で形成されること、チャージアップした電荷が通常の製造工程中のものより瞬間的に多く存在することなどによって、不良箇所Ｘ１の層間絶縁膜９、または不良箇所Ｘ２のゲート絶縁膜７で、絶縁破壊が起きるものと考えられる。ここで、瞬間的にチャージアップした電荷が多数存在することになる要因としては、プラズマエッチング装置のプラズマの異常放電が考えられる。
【００１６】
以下に、プラズマ製造装置のプラズマの異常放電が発生する要因の一例を図１１を参照して説明する。図１１は、プラズマ製造装置の真空処理室内でプラズマの異常放電が発生する要因の一例を示す説明図であり、図中、符号２１はアノード電極、符号２２はカソード電極、符号２３は冷却用ヘリウムガスの供給管用コマ部、符号２４は隙間、および符号２５は異物を示している。なお、ウエハステージであるカソード電極２２に半導体ウエハが配置される。
【００１７】
プラズマの異常放電が発生する要因の１つとして、円で囲む要因箇所Ｙ１のコマ部２３が焼き付くような放電が生じてしまうことが挙げられる。図１１に示すコマ部２３は、それぞれ３つのコマ２３ａ、２３ｂ、２３ｃが重ねて構成されている。各コマには複数の貫通孔が形成されており、それら貫通孔を冷却用Ｈｅガスが通る。各コマを複数個用いることによって、冷却用Ｈｅガス流量の調整や、コマ部２３で放電が起きないように絶縁耐圧の調整がされている。なお、冷却用Ｈｅガスは、ウエハステージであるカソード電極２２に配置された半導体ウエハを、プラズマ処理中に冷却するために用いられる。
【００１８】
しかしながら、例えば、コマ２３ａに形成された貫通孔の１つと、コマ２３ｂに形成された貫通孔の１つとが重なるように配置された箇所では、冷却用Ｈｅガス中に含まれる電子が冷却用Ｈｅガス供給管内で加速されエネルギーが大きくなり放電を起こすことがあり、コマ部の絶縁耐圧が低くなる場合がある。この場合、正常であれば放電が起きないコマ部２３において、放電が起こってしまい、前述したように、コマ部２３が焼き付いてしまう。また、コマ部２３にはプラズマの立ち上がりの初期に瞬間的に高い電界が発生する。したがって、これらのような放電がプラズマ製造装置の真空処理室内でプラズマの異常放電の要因となる。なお、焼き付いた状態のコマ部２３は、正常な役割を果たさない。
【００１９】
また、円で囲む要因箇所Ｙ２の組み付け不良による隙間２４によって発生する異常放電、円で囲む要因箇所Ｙ３の異物２５がアンテナとなることによって発生する異常放電、または、円で囲む要因箇所Ｙ４の異物２５がアノード電極２１のガス穴を閉塞による圧力差によって発生する異常放電がプラズマ製造装置の真空処理室内でプラズマの異常放電の要因となる。なお、他にもプッシャピン起因などの機械的干渉、アルマイト劣化起因などの電界バランス異常などによっても異常放電が引き起こされることが考えられる。
【００２０】
このようなプラズマの異常放電によってプラズマ処理が正常に行われない場合、前述したように、配線間の層間絶縁膜の絶縁破壊、ゲート絶縁膜の絶縁破壊などの種々の不良によって半導体装置に不具合が生じてしまう。そこで、プラズマの異常放電を検知することによって、プラズマ処理を終了させることは、多くの不具合品を製造しないこと、すなわち半導体製造装置の不具合に起因する不良品の作りこみを防止することによる半導体装置の製造歩留まりを向上することに有効であると考えられる。
【００２１】
以下に、プラズマの異常放電の検知について図１２を参照して説明する。図１２は、プラズマ製造装置のプラズマインピーダンスＶｐｐの波形および反射波Ｐｒの波形の一例であり、符号Ｔはプラズマの立ち上がりからの一定時間を示している。
【００２２】
図１２に示すように、まず、プラズマ製造装置の真空処理室内でプラズマを生成しようとした場合、プラズマインピーダンスＶｐｐが出力されると共に、反射波Ｐｒが出力される。次いで、プラズマの状態が安定した場合、プラズマインピーダンスＶｐｐが安定して出力されると共に、反射波Ｐｒが出力されなくなる。次いで、プラズマの生成を停止した場合、プラズマインピーダンスＶｐｐが出力されなくなる。
【００２３】
ここで、図１２に示したプラズマインピーダンスＶｐｐの出力波形および反射波Ｐｒの出力波形は、例えば１００ｍｓ程度のサンプリングによって行われた場合を示している。この場合、より短時間で発生しているプラズマの異常放電を観測することが難しいことが考えられる。
【００２４】
しかし、プラズマの異常放電が発生しても半導体装置に不具合が生じなければ、１００ｍｓ程度のサンプリングによるプラズマインピーダンスＶｐｐの波形および反射波Ｐｒの波形からプラズマの異常放電を検知することで十分と考えられる。また、プラズマ処理を行うことができれば、１００ｍｓ程度のサンプリングができるクロック周波数より高いクロック周波数の制御装置を用いることは過剰な仕様であって、１００ｍｓ程度のサンプリングで行ったプラズマインピーダンスＶｐｐの波形および反射波Ｐｒの波形からプラズマの異常放電を検知することで十分と考えられる。なお、サンプリングの１００ｍｓ程度の値は、プラズマ処理を行うために、圧力調整、ガス流量調整および温度調整などの種々の制御信号を同期させるプラズマ製造装置側の制御装置のクロック周波数から決定されるものである。
【００２５】
このように、図１２で示すプラズマインピーダンスＶｐｐおよび反射波Ｐｒそれぞれの波形は、プラズマの放電が正常に行われている場合に出力されるものと、プラズマの異常放電が発生して出力されるものと、ほぼ同様であって、１００ｍｓ程度のサンプリングより短い時間で生じているプラズマの異常放電の検知をすることは難しい。しかしながら、プラズマの異常放電によって、例えば、微細化のため絶縁耐圧確保が難しくなった層間絶縁膜の絶縁破壊などの不良で半導体装置に不具合が発生することが考えられ、半導体装置の製造歩留まりの低下を防止するためにも、プラズマの異常放電をより正確に判定することが要求される。
【００２６】
また、前述したコマ部の異常放電自体を検知するために、発光モニタでの検出はコマ部がカバーされているなど装置機構上、難しい。また、コマ部にはプラズマの立ち上がり初期に瞬間的に高い電界が発生するが、半導体装置に不具合が生じないプラズマの異常放電であれば、特に、コマ部での異常放電を検出する必要もなく、このため異常判別インターロック機構を設ける必要もなかった。しかしながら、コマ部で異常放電が起こった場合、焼き付いた状態のままのコマ部の使用は、正常なプラズマ処理を行えず、半導体装置の製造歩留まりを低下する。
【００２７】
本発明の目的は、プラズマ製造装置を用いた半導体装置の製造歩留まりを向上させることのできる技術を提供することにある。
【００２８】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、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】
【００２９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００３０】
本発明による半導体装置の製造方法は、まず、半導体基板上に絶縁膜を形成する。次に、プラズマエッチング装置のプラズマインピーダンス波形と反射波形を検出する。次に、前記検出波形をプラズマ立ち上がり時、プラズマ安定時、プラズマ立ち下がり時について、それぞれ細分割した時間分割単位で異常放電のしきい値を設定して異常放電を監視しながら前記絶縁膜にプラズマエッチング装置により開口部を形成する。
【発明の効果】
【００３１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００３２】
本発明の半導体装置の製造技術によれば、プラズマ製造装置を用いた半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００３４】
まず、本発明に係る半導体装置の製造に用いるプラズマ製造装置の一例を、プラズマエッチング装置に適用した場合について図１および図２を参照して説明する。図１は、本発明に係る半導体装置の製造に用いるプラズマ製造装置の一例を示す説明図である。図２は、図１のプラズマ製造装置のプラズマインピーダンス波形および反射波形を示す説明図である。
【００３５】
図１に示すように、本発明に係る半導体装置の製造に用いるプラズマ製造装置３１は、プラズマの異常放電検知システム（異常放電検知機構）３２を、例えば外部に備えている。プラズマ製造装置３１の真空処理室３３内には、対面するようにアノード電極２１およびウエハステージとなるカソード電極２２が配置され、また、このカソード電極２２上には、半導体基板でもある半導体ウエハ１Ｗが配置されている。このプラズマ製造装置３１は、真空処理室３３内の半導体ウエハ１Ｗに対してプラズマ処理であるプラズマエッチングが行うプラズマエッチング装置である。
【００３６】
放電用ガスの供給によって圧力が調整された真空処理室３３内でのプラズマは、マッチングボックス３４ａを介して高周波電源３５ａからアノード電極２１へ供給される、例えば６０ＭＨｚ程度の高周波電力（ＲＦ（Radio Frequency）電力）と、マッチングボックス３４ｂを介して高周波電源３５ｂからカソード電極２２へ供給される、例えば２ＭＨｚ程度の高周波電力とによって生成される。カソード電極２２側で発生するシース電位によって、イオンなどからなるプラズマが引き付けられるため、例えば半導体ウエハ１Ｗ上に形成されている絶縁膜などをより効率的にプラズマエッチング（プラズマ処理）することができる。なお、本実施の形態では、アノード電極２１およびカソード電極２２のそれぞれに高周波電力を供給しているが、アノード電極２１に高周波電力を供給しなくとも良い。
【００３７】
半導体ウエハ１Ｗが配置される側とは反対側であるカソード電極２２の下部には、図１では図示しないコマ部が配置されている。コマ部は、複数のコマが重ねて構成されており、各コマに形成されている複数の貫通孔を通る冷却用Ｈｅガスによって半導体ウエハ１Ｗの冷却などの温度調整に用いられるものである。また、例えば、テフロン（登録商標）からなるコマを複数個用いることによって、冷却用Ｈｅガス流量の調整の他に、コマ部で放電が起きないように絶縁耐圧の調整が行われる。
【００３８】
マッチングボックス３４ｂの変動を示すプラズマインピーダンスＶｐｐ、高周波電源３５ｂから供給するプラズマ生成用の高周波電力の入射波Ｐｆおよび反射波Ｐｒは、プラズマ製造装置３１の監視装置３６で監視（チェック）される。この監視装置３６は、プラズマ処理を行うにあたり種々の制御を行う制御装置と接続されている。
【００３９】
制御装置（シーケンサ）は、所定のシーケンスによって、例えば、監視装置３６に監視するための信号、真空処理室３３内の圧力を制御するための信号、およびプラズマ生成用の高周波電力を制御するための信号などをそれぞれの機構へ送信するなど、プラズマ製造装置３１でプラズマ処理するための制御を行うものである。なお、プラズマ処理を行うシーケンスは、制御装置のクロック周波数（以下、第１クロック周波数という）で同期が取られている。
【００４０】
プラズマ製造装置３１の外部に装備された異常放電検知システム３２は、Ａ／Ｄ変換ユニット３７と、異常判定データ保存ユニット３８と、データ入力／表示ユニット３９と、異常発報ユニット４０とを備えている。
【００４１】
プラズマ製造装置３１のプラズマの異常放電を検知する主要なユニットである異常判定データ保存ユニット３８は、プラズマの異常放電が生じているか否かの判定を行うものである。すなわち、異常判定データ保存ユニット３８のデータロガーに保存され、種々のプラズマ処理条件に応じて予め設定された正常なプラズマインピーダンスおよび反射波のそれぞれの波形データと、プラズマ製造装置３１から検出したプラズマインピーダンスおよび反射波のそれぞれの波形データとを比較して、異常放電が発生しているか否かの判定を行うものである。この検出されたプラズマインピーダンスおよび反射波において異常放電があるか否かの判定は、Ａ／Ｄ変換ユニット３７を介して、制御装置（シーケンサ）から異常判定データ保存ユニット３８のデータロガーに転送され、データロガーにてリアルタイムで行われる。リアルタイムで行うことによって、より迅速にプラズマの異常放電を検知することができる。
【００４２】
すなわち、第１クロック周波数で同期された種々の制御によって半導体ウエハ１Ｗにプラズマ処理を行うプラズマ製造装置３１に半導体ウエハ１Ｗを配置した後、プラズマを生成する高周波電力の供給時から一定の時間区分ごとに、プラズマインピーダンスＶｐｐまたは反射波Ｐｒの少なくとも一方を監視することによって、プラズマの異常放電を検知することができる。
【００４３】
Ａ／Ｄ変換ユニット３７には、プラズマインピーダンスＶｐｐおよび反射波Ｐｒのそれぞれの波形データが監視装置３６から送信される。Ａ／Ｄ変換ユニット３７は、これらプラズマインピーダンスＶｐｐおよび反射波Ｐｒのそれぞれの波形データがアナログデータであるため、例えば１ｍｓ程度のサンプリングによってデジタルデータへ変換し、変換したデジタルデータを異常判定データ保存ユニット３８に送信する。この例えば１ｍｓ程度の一定の時間区分は、Ａ／Ｄ変換ユニット３７のクロック周波数（以下、第２クロック周波数という）によって制御される。このＡ／Ｄ変換ユニット３７の第２クロック周波数は、前述した制御装置の第１クロック周波数より高い。
【００４４】
ここで、前述した制御装置の第１クロック周波数によっても一定の時間区分、例えば１００ｍｓ程度でサンプリングを行い、プラズマインピーダンスＶｐｐおよび反射波Ｐｒを検出し、プラズマの異常放電を検知することができる。しかしながら、１００ｍｓ程度のサンプリングより短い時間で生じているプラズマの異常放電の検知をすることは難しい。したがって、異常放電検知システム３２のＡ／Ｄ変換ユニット３７において、第１クロック周波数より高い第２クロック周波数で一定の時間区分を制御することによって、例えば、１００ｍｓ程度のサンプリングより短い時間の１ｍｓ程度でサンプリングし、より正確にプラズマの異常放電を検知することができる。本実施の形態では、１ｍｓ程度としたが、本発明者らの検討によってプラズマの異常放電は２ｍｓ程度のパルス幅の波形で発生することが確認されているため、時間分割単位を少なくとも２ｍｓ以下望ましくは１ｍｓ以下としても良い。
【００４５】
データ入力／表示ユニット３９では、例えば、プラズマ処理する被対象物である絶縁膜の種類などプラズマエッチングするための条件のデータ入力を行うことができ、また、異常判定基準値の入力波形を表示することができる。また、このデータ入力／表示ユニット３９は、異常判定データ保存ユニット３８とデータの送受信を行う。
【００４６】
異常判定データ保存ユニット３８には、波形データを比較するためのトリガ信号が監視装置３６から送られる。一方、監視装置３６には、判定結果が異常と判定した場合、異常信号が異常判定データ保存ユニット３８から送られる。また、判定結果が異常と判定した場合、異常発報ユニット４０は、異常信号が異常判定データ保存ユニット３８から送られ、例えば、警報などで異常を知らせる。
【００４７】
次に、本発明に係る半導体装置の製造中におけるプラズマの異常放電の検知について図２を参照して説明する。図２は、図１のプラズマ製造装置のプラズマインピーダンスＶｐｐの波形および反射波Ｐｒの波形の一例であり、符号Ｔはプラズマの立ち上がりからの一定時間を示している。なお、プラズマインピーダンスＶｐｐにおいて、プラズマの立ち上がり時は領域Ｆ、Ａ、Ｂ、プラズマ安定時は領域Ｃ、プラズマの立ち下がり時は領域Ｇ、また、反射波Ｐｒにおいて、プラズマの立ち上がり時は領域Ｈ、Ｄ、プラズマ安定時は領域Ｅ、プラズマの立ち下がり時は領域Ｉで示されている。
【００４８】
図２に示したプラズマインピーダンスＶｐｐの波形および反射波Ｐｒの波形は、例えば１ｍｓ程度のサンプリングによって検出されたものである。１００ｍｓ程度のサンプリングによる図１２に示したプラズマインピーダンスＶｐｐの波形および反射波Ｐｒの波形と、１ｍｓ程度のサンプリングによる図２に示したプラズマインピーダンスＶｐｐの波形および反射波Ｐｒの波形とを比較した場合、１ｍｓ程度のサンプリングによる出力波形には、より短時間のプラズマの放電を検出することができる。したがって、プラズマの異常放電の検知は、より短時間のプラズマの放電を検出することができるので、精度の高いものとなる。
【００４９】
プラズマインピーダンスＶｐｐおよび反射波Ｐｒにおいてプラズマの異常放電の判定は、しきい値を用いて行われる。図２には、プラズマインピーダンスＶｐｐおよび反射波Ｐｒのしきい値の一例をそれぞれ一点線状で示している。プラズマインピーダンスＶｐｐにおいて、例えば、領域Ａではしきい値ＶＡ、領域Ｂではしきい値ＶＢ、領域Ｃではしきい値ＶＣを設定することができる。また、反射波Ｐｒにおいて、例えば、領域Ｄではしきい値ＰＤ、領域Ｅではしきい値ＰＥを設定することができる。
【００５０】
図２では、ある時間において、プラズマの異常放電が発生した場合、プラズマインピーダンスＶｐｐおよび反射波Ｐｒにはそれぞれ点線で示す波形Ｚ１および波形Ｚ２が検出される。この波形Ｚ１は、領域Ｃのしきい値ＶＣを越えているので、プラズマインピーダンスＶｐｐでは、異常と判定される。また、波形Ｚ２は、領域Ｅのしきい値ＰＥを越えているので、反射波Ｐｒでは、異常と判定される。したがって、ある時間において検出されたプラズマインピーダンスＶｐｐおよび反射波Ｐｒの両方がしきい値を越えている場合、プラズマの異常放電が発生していると検知（判定）することができる。なお、プラズマインピーダンスＶｐｐまたは反射波Ｐｒがしきい値を越えている場合に、プラズマの異常放電が発生していると検知することもできる。
【００５１】
また、領域Ｂのしきい値ＶＢを越えるようなプラズマインピーダンスＶｐｐの波形を検出した場合、特に、コマが焼き付くようなプラズマの異常放電が発生している場合が考えられる。プラズマの立ち上がりのプラズマインピーダンスＶｐｐの変動は、特に、複数のコマから構成されるコマ部に影響を与えるため、しきい値ＶＢを越えるようなプラズマの異常放電の場合、コマが焼き付いていると考えられるからである。なお、コマ部での異常放電が検出された場合のために、異常判別インターロック機構を設けることができる。
【００５２】
次に、本発明に係る半導体装置の製造方法について図３〜図９を参照して説明する。図３〜図８は、本実施の形態の製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。図９は、プラズマの異常放電を検知するためのフローチャートであり、プラズマインピーダンス波形から異常放電を判定する場合が示されている。なお、説明は省略するが、同様に、反射波形から異常放電であるか否かの判定を行うことができる。
【００５３】
まず、図３に示すように、例えばｐ型の単結晶シリコンからなる半導体基板１の主面に、素子分離６を形成した後、ＭＩＳトランジスタＱを形成する。素子分離６は、半導体基板１にフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によって所定の領域に溝が形成された後、その溝に例えば酸化シリコンを埋め込み、平坦化して形成される。また、ＭＩＳトランジスタＱのゲート電極５およびゲート絶縁膜７は、ゲート絶縁膜７となる例えば２ｎｍ程度の酸化シリコンおよびゲート電極５となるポリシリコンからなるシリコン膜を堆積した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によって所定の領域が残るようにパターニングして形成される。また、ＭＩＳトランジスタＱのソース／ドレイン３は、例えば、ゲート電極５をマスクとし、ｎ型の不純物を用いたイオン注入技術によって形成される。
【００５４】
なお、ゲート電極５となるシリコン膜上に、金属膜が形成されていても良い。すなわち、半導体基板１の主面上にゲート絶縁膜７となる例えば酸化シリコン、ゲート電極５となるシリコン膜および金属膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によって所定の領域が残るようにパターニングして、ゲート絶縁膜７および上部に金属膜を含むゲート電極５を形成する。ここで、エッチング技術として、プラズマの異常放電の検知を伴うプラズマエッチングを適用することができる。すなわち、プラズマエッチング装置のプラズマインピーダンス波形および反射波形について、それぞれのプラズマ立ち上がり時、プラズマ安定時、プラズマ立ち下がり時を細分割した時間分割単位で設定されたしきい値を監視しながら、パターニングするものである。
【００５５】
続いて、図４に示すように、半導体基板１の主面を覆うように例えば酸化シリコンからなる層間絶縁膜９ａを堆積し、平坦化した後、所定の領域に形成したコンタクト用開口部に例えばタングステン（Ｗ）などの導電体を埋め込み、コンタクト４ａ、４ｂを形成する。コンタクト４ａは、ＭＩＳトランジスタＱのソース／ドレイン３と電気的に接続されるように形成されている。また、コンタクト４ｂは、ＭＩＳトランジスタＱのゲート電極５と電気的に接続されるように形成されている。
【００５６】
続いて、図５に示すように、層間絶縁膜９ａ上に、例えばアルミニウム（Ａｌ）などの導電体を堆積した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によって、同一層からなる配線２を形成する。この配線２は、配線２下に形成されているコンタクト４ａなどと電気的に接続されている。
【００５７】
続いて、図６に示すように、半導体基板１の主面上に形成された配線２を覆うように、層間絶縁膜９ｂが形成され、平坦化された後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によって、層間絶縁膜９ｂ上にレジストを堆積し、パターニングしたレジスト膜１１を形成する。
【００５８】
続いて、後述するプラズマの異常放電の検知を行った後、プラズマの異常放電を検知できなかった場合、図７に示すように、レジスト膜をマスクとしてプラズマ１２によって層間絶縁膜９ｂを、配線２が露出するまでエッチングし、ビアホール用開口部８を形成する。このプラズマエッチングは、図６で示したレジスト膜１１をマスクに行われる。ここで、エッチング技術として、プラズマの異常放電の検知を伴うプラズマエッチングを適用することができる。すなわち、プラズマエッチング装置のプラズマインピーダンス波形および反射波形について、それぞれのプラズマ立ち上がり時、プラズマ安定時、プラズマ立ち下がり時を細分割した時間分割単位で設定された異常放電判定のしきい値を監視しながら、層間絶縁膜９ｂにビアホール用開口部８を形成するものである。
【００５９】
続いて、図８に示すように、層間絶縁膜９ｂに、配線２を露出するように形成されたビアホール用開口部８内を、例えばタングステン（Ｗ）からなる導電体で埋め込み、ビアホール１０を形成する。したがって、ビアホール１０は、配線２およびコンタクト４ａを介してＭＩＳトランジスタＱのソース／ドレイン３と電気的に接続されており、または、配線２およびコンタクト４ｂを介してＭＩＳトランジスタＱのゲート電極５と電気的に接続される。
【００６０】
その後、例えば、複数の配線層などを形成した後、半導体基板１の主面を覆うような保護膜を形成して半導体装置が略完成する。
【００６１】
前述のプラズマの異常放電の検知を行うにあたり、プラズマインピーダンスＶｐｐの波形から異常放電であるか否かの判定処理（以下、異常放電判定という）を行う場合について説明する。ここで、図２で示したようなプラズマインピーダンスＶｐｐの波形について、プラズマの立ち上がり時（領域Ｆ、Ａ、Ｂ）、プラズマ安定時（領域Ｃ）、プラズマ立ち下がり時（領域Ｇ）を細分割した時間分割単位を、例えば１ｍｓ程度とする。すなわち、プラズマ製造装置の真空処理室内にプラズマを生成する高周波電力の供給時から、例えば１ｍｓ程度の一定の時間区分ごとに、プラズマインピーダンスＶｐｐを監視することになる。本実施の形態では、１ｍｓ程度としたが、本発明者らの検討によってプラズマの異常放電は２ｍｓ程度で発生することが確認されているため、時間分割単位は１ｍｓ以下であることが望ましい。さらに、プラズマの異常放電か否かの判定を行う監視区間を領域Ａ、Ｂ、Ｃとし、監視を行わない非監視区間を領域Ｆ、Ｇとしている。なお、すべての領域Ｆ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｇを監視区間としても良いが、本実施の形態では、特に、プラズマの異常放電が発生し易い領域Ａ〜Ｃを監視区間としている。
【００６２】
まず、プラズマエッチングするにあたり、被対象物となる半導体基板１の主面上に形成された層間絶縁膜９ｂの材質などのプラズマエッチング条件を設定した後、異常放電判定を開始する（ステップＳ１０）。このプラズマエッチング条件に応じてしきい値ＶＡ、ＶＢ、ＶＣが設定される。これらしきい値ＶＡ、ＶＢ、ＶＣは、予めプラズマエッチング条件で測定された正常なプラズマ立ち上がり時、プラズマ安定時、プラズマ立ち下がり時のプラズマインピーダンス波形を基準（基準値）として設定される。なお、例えば、しきい値ＶＡは基準値の±９０％程度、しきい値ＶＢは１００Ｖ程度以上２５００Ｖ程度以下、しきい値ＶＣは基準値の±１１％程度とすることができる。
【００６３】
続いて、監視区間Ａであるか否かの判定を行い（ステップＳ２０）、監視区間Ａであれば、検出したプラズマインピーダンスＶｐｐの波形に異常があるか否かの判定、すなわち、しきい値ＶＡを越えるか否かの判定を行う（ステップＳ３０）。その際、プラズマインピーダンスＶｐｐの波形を制御装置（シーケンサ）から異常判定保存ユニット（データロガー）に転送して、異常判定保存ユニットにてリアルタイムに行われる。一方、監視区間Ａでない、すなわち非監視区間Ｆである場合、プラズマインピーダンスＶｐｐの波形に異常があるか否かの判定を行わず、監視区間Ａであるか否かの判定を繰り返す。
【００６４】
ここで、監視区間Ａにおいて、プラズマインピーダンスＶｐｐの波形に異常と判定がある場合、プラズマの異常放電が発生していると検知され、例えば異常の警告を行う、波形データの一定時間分だけ蓄積する、プラズマ処理を停止するなどの異常処理を行い（ステップＳ１００）、異常判定の処理を終了する（ステップＳ９０）。なお、監視区間Ｂ、Ｃにおいて、プラズマインピーダンスＶｐｐの波形に異常があると判定した場合も同様である。
【００６５】
続いて、監視区間ＡにおいてプラズマインピーダンスＶｐｐの波形に異常がないと判定した場合、監視区間Ｂであるか否かの判定を行う（ステップＳ４０）。監視区間Ｂである場合、監視区間Ｂにおいて検出したプラズマインピーダンスＶｐｐの波形に異常があるか否かの判定、すなわち、しきい値ＶＢを越えるか否かの判定を行う（ステップＳ５０）。その際、プラズマインピーダンスＶｐｐの波形を監視装置から異常判定保存ユニットに転送して、異常判定保存ユニットにてリアルタイムに行われる。一方、監視区間Ｂでない、すなわち監視区間Ａである場合、プラズマインピーダンスＶｐｐの波形に異常があるか否かの判定を繰り返す。
【００６６】
続いて、監視区間ＢにおいてプラズマインピーダンスＶｐｐの波形に異常がないと判定した場合、監視区間Ｃであるか否かの判定を行う（ステップＳ６０）。監視区間Ｃである場合、監視区間Ｂにおいて検出したプラズマインピーダンスＶｐｐの波形に異常があるか否かの判定、すなわち、しきい値ＶＣを越えるか否かの判定を行う（ステップＳ７０）。その際、プラズマインピーダンスＶｐｐの波形を監視装置から異常判定保存ユニットに転送して、異常判定保存ユニットにてリアルタイムに行われる。一方、監視区間Ｃでない、すなわち監視区間Ｂである場合、プラズマインピーダンスＶｐｐの波形に異常があるか否かの判定を繰り返す。
【００６７】
例えば、図２中点線で示すような波形Ｚ１が観測された場合、波形Ｚ１はしきい値ＶＣを越えていることとなる。したがって、プラズマインピーダンスＶｐｐの波形は異常であると判定され、プラズマの異常放電が発生していることを検知することができる。プラズマの異常放電が発生していると検知された場合、プラズマエッチング装置の異常放電を止めるようにメンテナンスが行われるため、プラズマエッチング装置を用いた半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。
【００６８】
続いて、監視区間ＣにおいてプラズマインピーダンスＶｐｐの波形に異常でないと判定した場合、非監視区間Ｇであるか否かの判定を行い（ステップＳ８０）、非監視区間Ｇであれば、異常判定の処理を終了する（ステップＳ９０）。一方、非監視区間Ｇでない、すなわち監視区間Ｃである場合、プラズマインピーダンスＶｐｐの波形に異常があるか否かの判定を繰り返す。
【００６９】
なお、プラズマインピーダンス波形の異常放電判定について説明したが、反射波形の異常放電判定も同様に行うことができる。
【００７０】
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。
【００７１】
例えば、前記実施の形態では、プラズマ処理を行うプラズマ製造装置として、プラズマエッチングするプラズマエッチング装置に適用した場合について説明したが、例えば絶縁膜を形成するプラズマＣＶＤ装置にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、プラズマ製造装置を用いた半導体装置を製造する製造業に幅広く利用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に係る半導体装置の製造に用いるプラズマ製造装置の一例を示す説明図である。
【図２】図１のプラズマ製造装置のプラズマインピーダンス波形および反射波形を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図４】図３に続く製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図５】図４に続く製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図６】図５に続く製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図７】図６に続く製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図８】図７に続く製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るプラズマの異常放電を検知するためのフローチャートである。
【図１０】半導体装置に発生する不良箇所の一例を示す説明図である。
【図１１】プラズマ製造装置の真空処理室内でプラズマの異常放電が発生する要因の一例を示す説明図である。
【図１２】プラズマ製造装置のプラズマインピーダンス波形および反射波形の一例である。
【符号の説明】
【００７４】
１      半導体基板
１Ｗ    半導体ウエハ
２      配線
３      ソース／ドレイン
４ａ、４ｂ  コンタクト
５      ゲート電極
６      素子分離
７      ゲート絶縁膜
８      ビアホール用開口部
９、９ａ、９ｂ  層間絶縁膜
１０    ビアホール
１１    レジスト膜
１２    プラズマ
２１    アノード電極
２２    カソード電極
２３    コマ部
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ  コマ
２４    隙間
２５    異物
３１    プラズマ製造装置
３２    異常放電検知システム
３３    真空処理室
３４ａ、３４ｂ  マッチングボックス
３５ａ、３５ｂ  高周波電源
３６    監視装置
３７    Ａ／Ｄ変換ユニット
３８    異常判定データ保存ユニット
３９    データ入力／表示ユニット
４０    異常発報ユニット
Ｑ      ＭＩＳトランジスタ
Ｖｐｐ  プラズマインピーダンス
Ｐｆ    入射波
Ｐｒ    反射波
【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】
0004796372.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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