(57)【要約】【課題】  半導体装置において、配置状態によるエッチングレートのばらつきを低減し、エッチングレートのばらつきによる凹状パターンの深さ方向の形状ばらつきを低減する。【解決手段】  ＳｉＯＣ等の層間絶縁膜１１０に複数のスルーホール１０２を形成する際、エッチングガス中の窒素含有ガスの含有量を高くする。また、Ｃ４Ｆ６を含むエッチングガスと、Ｃ４Ｆ６を含まないエッチングガスとを用いて順次エッチングを行う。【選択図】図１
2005079201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造方法であって、
少なくともＳｉ、Ｏ、およびＣを含む絶縁膜を形成する工程と、
窒素含有ガスを含むエッチングガスを用いたドライエッチングにより、前記絶縁膜に複数の凹状パターンを形成する工程と、
を含み、
前記エッチングガスにおける前記窒素含有ガスの含有量が流量比で２３％以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記窒素含有ガスは、Ｎ２であ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】
前記エッチングガスは、Ｃ４Ｆ６を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
半導体装置の製造方法であって、
少なくともＳｉ、Ｏ、およびＣを含む絶縁膜を形成する工程と、
Ｃ４Ｆ６を含む第一のエッチングガスを用いたドライエッチングにより、前記絶縁膜に複数の凹状パターンを形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記複数の凹状パターンを形成する工程は、ＣＨ２Ｆ２、ＣＦ４、およびＣ４Ｆ８から選択される一以上のフルオロカーボン系ガスを含む第二のエッチングガスによりドライエッチングを行う工程を含み、当該工程の前または後に前記第一のエッチングガスを用いたドライエッチングを行うことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記絶縁膜がＳｉＯＣ膜であることを特徴とする請求項１から６いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、絶縁膜に複数の凹状パターンが形成された半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の高速動作および製造コストの抑制といった課題に対するひとつの解として、多層配線の微細化が進んでいる。同時に、配線の電気抵抗および配線間の電気容量の増大に伴う、配線遅延（ＲＣ遅延）の問題が表面化し、半導体装置の動作速度を律速するようになった。そこで、配線の電気抵抗を低減するために配線材料銅（Ｃｕ）を用いたり、配線間の電気容量を低減するため、絶縁膜に従来のＳｉＯ２よりも比誘電率の低い低誘電率材料を用いたりするといった対策が広く知られるようになってきた。
【０００３】
このような低誘電率材料としては、ＳｉＯＣやＭＳＱ等が検討されている。これらの材料は、従来のＳｉＯ２の技術を転用することができると期待され、取り扱いやすい材料として開発が進められている。
【０００４】
しかし、ＳｉＯ２膜にスルーホールを形成する際に、エッチングガスとして従来用いていたフルオロカーボン系のガスを用いてＳｉＯＣ膜にスルーホールを形成しようとすると、膜の特性の違いにより、ＳｉＯ２膜では生じていなかった問題が生じることがある。
【０００５】
たとえば、特許文献１には、フルオロカーボン系のガスを用いてＳｉＯＣ膜のエッチングを行うと、エッチングの途中でエッチングの進行が止まってしまうという現象が記載されている。また、このような現象を防ぐために酸素の含有量を高くすると、レジスト膜とＳｉＯＣ膜のエッチング速度の比が低下してしまうという問題があり、これらの問題を解決するために、エッチングガスにＣＯを添加する技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００２−８３７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本出願の発明者は、ＳｉＯＣ膜にエッチングにより複数のスルーホールを形成する際、スルーホールの配置状態によって、エッチングレートにばらつきが生じるという現象を見出した。
【０００７】
図４は、この現象を示す図である。
図４（ａ）に示すように、層間絶縁膜１０には行列状に配置された複数のスルーホールを含むスルーホール群１２が形成されている。このようなパターンのスルーホールをフルオロカーボン系のガスを用いたエッチングにより形成すると、図４（ｂ）に示すようなスルーホールが形成される。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。図４（ｂ）に示すように、スルーホール群１２の中央部に形成されたスルーホールａにおけるエッチングレートに比べて、その外側に形成されたスルーホールｂ、スルーホール群１２の外周部に形成されたスルーホールｃおよびスルーホールｄのエッチングレートは低下してしまう。
【０００８】
図５は、層間絶縁膜の種類とエッチングガスを異ならせた場合のエッチングレートを示す図である。
ここでは、
（１）層間絶縁膜としてＳｉＯ２、エッチングガスとしてガスＡを用いた場合、
（２）層間絶縁膜としてＳｉＯＣ、エッチングガスとしてガスＡを用いた場合、
（３）層間絶縁膜としてＳｉＯＣ、エッチングガスとしてガスＢを用いた場合、のエッチングレートを示す。
【０００９】
エッチングガスの条件は以下の通りである。
ガスＡ：Ａｒ、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、およびＮ２を含む、Ｎ２ガスの含有量が流量比で８％、圧力５０ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー１３００Ｗ；
ガスＢ：Ａｒ、Ｃ４Ｆ８、およびＮ２を含む、Ｎ２ガスの含有量が流量比で９％、圧力５０ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー１３００Ｗ。
【００１０】
ここで、スルーホールのホール径は０．２μｍとした。層間絶縁膜としてＳｉＯ２を用いた場合、スルーホールの配置状態によるエッチングレートの差異は生じなかった。
【００１１】
一方、層間絶縁膜としてＳｉＯＣを用いた場合、エッチングガスとしてＣＦ４およびＣＨ２Ｆ２を用いた場合、スルーホールｂにおけるエッチングレートは、スルーホールａのエッチングレートに比べて３０％近く低下した。また、この場合、スルーホールｃおよびスルーホールｄにおけるエッチングレートは、スルーホールａのエッチングレートに比べて３０％〜４０％低下した。さらに、エッチングガスとしてＣ４Ｆ８を用いた場合も、スルーホールｂにおけるエッチングレートは、スルーホールａのエッチングレートに比べて３０％以上低下した。また、この場合、スルーホールｃおよびスルーホールｄにおけるエッチングレートは、スルーホールａのエッチングレートに比べて５０％近く低下した。このように、エッチングガスとして、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、およびＣ４Ｆ８等を用いてＳｉＯＣをエッチングした場合、スルーホールの配置状態によるエッチングレートにばらつきが生じることが判明した。
【００１２】
このようなエッチングレートのばらつきが生じると、エッチングレートが低下した部分のスルーホールの抜け残りが生じたり、エッチングレートが高い部分で層間絶縁膜の下に形成された拡散防止膜等がエッチングされて薄膜化してしまう等の問題が生じる。これにより、エッチングによる深さ方向の寸法変換差が生じ、歩留まりが低下してしまう。
【００１３】
本発明は上記事情を踏まえてなされたものであり、本発明の目的は、半導体装置において、配置状態が異なる複数の凹状パターンにおけるエッチングレートのばらつきを低減し、エッチングによる深さ方向の寸法変換差を低減し、歩留まりを向上することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
以上のように、本出願の発明者は、層間絶縁膜としてＳｉＯＣを用いた場合、従来のＳｉＯ２では生じなかったようなスルーホールの配置状態に応じてエッチングレートに差異が生じるという問題が生じることを見出した。そのため、スルーホール等の凹状パターンを形成する絶縁膜としてＳｉＯＣ、ＳｉＯＣＮ、またはＭＳＱ等の、Ｓｉ、Ｏ、Ｃ、およびＨ等を含む材料を用いた場合に配置状態によるエッチングレートのばらつきを低減するために、エッチングガスを構成するガスの種類や組成を異ならせて様々な検討を行った。その結果、本発明者は、以下の本発明に想到した。
【００１５】
すなわち、エッチングガス中の窒素含有ガスの含有量を所定量以上とすることにより、凹状パターンの配置状態に関わらず、エッチングレートのばらつきを低減することができ、複数の凹状パターンの深さ方向における形状を安定的に形成することができることを見いだした。
【００１６】
また、フルオロカーボン系のガスとして、Ｃ４Ｆ６を用いることにより、ブロック状に形成された凹状パターンの端部、または孤立して設けられた凹状パターンにおけるエッチングレートを高めることができることを見いだした。ここで、ブロック状とは、複数の凹状パターンがかたまりで配置されたものを含み、たとえばマトリクス状、行列状、または列状に配置された凹状パターンが適宜は位置されたものとすることができる。また、複数の凹状パターンがランダムに配置された場合も同様となる。
【００１７】
本発明によれば、半導体装置の製造方法であって、少なくともＳｉ、Ｏ、およびＣを含む絶縁膜を形成する工程と、窒素含有ガスを含むエッチングガスを用いたドライエッチングにより、絶縁膜に複数の凹状パターンを形成する工程と、を含み、エッチングガスにおける窒素含有ガスの含有量が流量比で２３％以上であることを特徴とする。
【００１８】
ここで、窒素含有ガスは、Ｎ２ガス、アンモニアガス等とすることができる。エッチングガスは、フルオロカーボン系のガスを含むことができる。絶縁膜は、たとえば、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＣＮ、またはＭＳＱとすることができる。ＳｉＯＣまたはＳｉＯＣＮは、ＣＶＤ法またはスピンコート法で堆積することができる。また、ＭＳＱは、スピンコート法で堆積することができる。
【００１９】
後述する実施例で示すように、エッチングガス中の窒素の含有量をこのような範囲とすることにより、行列状に形成された凹状パターンの端部におけるエッチングレートの低下を中心部における凹状パターンのエッチングレートと比較しても２０％以内に抑えることができる。これにより、エッチングによる深さ方向の寸法変換差を低減することができ、歩留まりを向上することができる。また、エッチングガス中の窒素の含有量をこのような範囲とすることにより、列状に形成された凹状パターンの端部におけるエッチングレートの低下を行列状に形成された凹状パターンの中心部におけるエッチングレートと比較しても３０％以内に抑えることができる。これにより、凹状パターンの配置状態に関わらず、エッチングの抜け残りや下膜の薄膜化が実効的に問題とならない程度にエッチングのばらつきを低減することができる。これにより、エッチングによる深さ方向の寸法変換差を抑えることができ、歩留まりを向上することができる。
【００２０】
窒素含有ガスは、Ｎ２とすることができる。窒素含有ガスとしてＮ２ガスを用いることにより、上記のようなエッチングレートのばらつきの低減を安定的に実現することができる。
【００２１】
本発明の半導体装置の製造方法は、少なくともＳｉ、Ｏ、およびＣを含む絶縁膜を形成する工程と、Ｃ４Ｆ６を含む第一のエッチングガスを用いたドライエッチングにより、絶縁膜に複数の凹状パターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２２】
フルオロカーボン系ガスとしてＣ４Ｆ６を用いることにより、後述する実施例で示すように、マトリクス状に形成された凹状パターンの端部または周辺部や孤立して設けられた凹状パターンにおけるエッチングレートを高めることができる。これにより、凹状パターンの配置状態の差異によるエッチングレートのばらつきを低減することができる。
【００２３】
ここで、エッチングガスは、実質的に酸素を含まないものとすることができる。実質的に酸素を含まないとは、たとえば酸素の含有量が流量比で２〜３％以下のことである。これにより、スルーホールのエッチングレートのばらつきを低減するための制御を容易に行うことができる。
【００２４】
複数の凹状パターンを形成する工程は、ＣＨ２Ｆ２、ＣＦ４、およびＣ４Ｆ８から選択される一以上のフルオロカーボン系ガスを含む第二のエッチングガスによりドライエッチングを行う工程を含むことができ、当該工程の前または後に第一のエッチングガスを用いたドライエッチングを行うことができる。
【００２５】
このようにフルオロカーボン系ガスの種類を変えて段階的にドライエッチングを行うことにより、最初のドライエッチングで凹状パターンの配置状態によりエッチングレートの差異が生じても、次のドライエッチングでその差異を相殺することができるので、凹状パターンの配置状態の差異による凹状パターンの深さ方向の形状ばらつきを低減することができる。
【００２６】
それぞれのガスを用いたドライエッチングの時間配分は、用いるガスの種類やエッチングガス中の窒素含有ガスの種類に応じて適宜設定することができる。
【００２７】
第一のエッチングガスはＣＦ４をさらに含むことができ、Ｃ４Ｆ６のＣＦ４に対する流量比が１より小さくなるようにすることができる。これにより、エッチングガス中のＣ４Ｆ６の濃度を薄めることができ、スルーホールのエッチングレートのばらつきを低減するための制御を行いやすくすることができる。また、第一のエッチングガス中のＣ４Ｆ６の含有量は、たとえば流量比で１％以上とすることができる。これにより、ブロック状に形成された凹状パターンの端部におけるエッチングレートを高めるという効果を安定的に生じさせることができる。さらに、凹状パターンの配置位置に関わらず、全体的なエッチングレートを良好にするために、第一のエッチングガス中のＣ４Ｆ６の含有量を３％以下とすることができる。
【００２８】
以上、本発明の構成について説明したが、これらの構成を任意に組み合わせたものも本発明の態様として有効である。また、本発明の表現を他のカテゴリーに変換したものもまた本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、半導体装置において、配置状態の異なる複数の凹状パターンにおけるエッチングレートのばらつきを低減することができ、エッチングによる深さ方向の寸法変換差を低減することができる。これにより、歩留まりを向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
次に本発明の好ましい実施例について図面を参照して説明する。
以下の実施例においては、層間絶縁膜の材料として、ＳｉＯＣ膜を用いた例を説明するが、層間絶縁膜としては、ＳｉＯＣＮ膜やＭＳＱ膜を用いることもできる。なお、ＳｉＯＣ膜は、ＳｉＯＣＨ膜と表記されることもあり、構成元素としては、通常、Ｓｉ、Ｏ、ＣおよびＨを含む。
【００３１】
以下の実施例においては、フルオロカーボン系ガスと窒素含有ガスを含むエッチングガスを用いて層間絶縁膜に複数のスルーホールを形成する例を説明する。
【実施例】
【００３２】
（実施例１）
図１は、複数のスルーホール１０２が形成された層間絶縁膜１１０の上面図である。ここで、層間絶縁膜１１０としては、ＳｉＯＣ膜を用いた。
【００３３】
シリコン基板上にＣＶＤ法によりＳｉＯＣからなる層間絶縁膜１１０を形成した。つづいて、フルオロカーボン系ガスとしてＣＦ４およびＣＨ２Ｆ２を含み、希釈ガスとしてＡｒを含むエッチングガスを用いて図１に示したパターンのスルーホールａ〜ｄ（ホール径０．２μｍ、間隔１μｍ）を形成した。窒素含有ガスとしては、Ｎ２ガスを用いた。
【００３４】
エッチングガス中のＮ２ガスの含有量は、流量比で８％、２３％、および３２％となるようにした。エッチングは、すべて圧力５０ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー１３００Ｗの条件下で行った。
【００３５】
図２は、その結果を示す図である。ここでは、スルーホールａのエッチングレートを１とした図を示す。エッチングガス中のＮ２ガスの含有量を流量比で約８％とした場合、行列状に形成された複数のスルーホール１０２の外周部に配置されたスルーホールｃやスルーホールｄにおけるエッチングレートは、中心に配置されたスルーホールａのエッチングレートに比べて３０％以上低下した。また、行列状に形成されたスルーホール１０２の最外層から３番目に配置されたスルーホールｂにおいても、スルーホールａのエッチングレートに比べて３０％近くエッチングレートが低下した。Ｎ２ガスの含有量を同様の範囲で数度実験を行ったが、いずれの場合もスルーホールｂ、スルーホールｃ、およびスルーホールｄにおけるエッチングレートはスルーホールａのエッチングレートと比べて３０％〜４０％前後低下することが判明した。
【００３６】
一方、エッチングガス中のＮ２ガスの含有量を流量比で２３％とした場合、スルーホールｂ、スルーホールｃ、およびスルーホールｄにおけるエッチングレートの低下は、中心に配置されたスルーホールａのエッチングレートに比べて２０％以内に抑えることができた。Ｎ２ガスの含有量を同様の範囲で数度実験を行ったが、いずれの場合もスルーホールｂ、スルーホールｃ、およびスルーホールｄにおけるエッチングレートの低下は、スルーホールａのエッチングレートと比べて２０％以内に抑えることができた。
【００３７】
また、エッチングガス中のＮ２ガスの含有量を流量比で３２％とした場合、スルーホールｂ、スルーホールｃ、およびスルーホールｄにおけるエッチングレートの低下は、中心に配置されたスルーホールａのエッチングレートに比べて１０％近くまで抑えることができた。
【００３８】
以上のように、エッチングガス中のＮ２ガスの含有量を流量比で２３％以上とすることにより、複数の凹状パターンの配置状態に関わらず、エッチングによる深さ方向の寸法変換差を低減することができることが判明した。
【００３９】
また、列状に形成された複数のスルーホールの最端部に配置されたスルーホール、および周囲に他のスルーホールが形成されていない孤立したスルーホールについても、エッチングガス中のＮ２ガスの含有量を流量比で２３％以上とすることにより、同様に、エッチングによる深さ方向の寸法変換差を低減することができることが確認された。
【００４０】
（実施例２）
実施例１と同様、シリコン基板上にＣＶＤ法によりＳｉＯＣからなる層間絶縁膜１１０を形成した。つづいて、フルオロカーボン系ガスとしてＣ４Ｆ８を含み、希釈ガスとしてＡｒを含むエッチングガスを用いて図１に示したパターンのスルーホールａ〜ｄ（ホール径０．２μｍ、間隔１μｍ）を形成した。窒素含有ガスとしては、Ｎ２ガスを用いた。エッチングガス中のＮ２ガスの含有量は、流量比で２３％となるようにした。エッチングは、すべて圧力５０ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー１３００Ｗ条件下で行った。この場合も、スルーホールｂ、スルーホールｃ、およびスルーホールｄにおけるエッチングレートの低下を抑えることができた。
【００４１】
（実施例３）
実施例１と同様、シリコン基板上にＣＶＤ法によりＳｉＯＣからなる層間絶縁膜１１０を形成した。つづいて、フルオロカーボン系ガスとしてＣＦ４およびＣＨ２Ｆ２を含むエッチングガスＩ、およびフルオロカーボン系ガスとしてＣ４Ｆ６およびＣＨ２Ｆ２を含むエッチングガスＩＩを順次用いて図１に示したパターンのスルーホールａ〜ｄ（ホール径０．２μｍ、間隔１μｍ）を形成した。いずれのエッチングガスも希釈ガスとしてＡｒを用い、窒素含有ガスとしてＮ２ガスを用いた。エッチングガスＩＩ中のＮ２ガスの含有量は、いずれのエッチングガスにおいても流量比で１４％となるようにした。
【００４２】
本実施例においては、エッチングガスＩのＮ２ガスの含有量を流量比で８％、２３％および３２％としてスルーホール形成時のエッチングレートを測定した。エッチングは、すべて圧力５０ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー１３００Ｗの条件下で行った。
【００４３】
エッチングガス中のＮ２ガスの含有量が８％の場合、エッチングガスＩによる処理時間：エッチングガスＩＩによる処理時間＝１（約３０秒）：５．０とした。エッチングガス中のＮ２ガスの含有量が２３％の場合、エッチングガスＩによる処理時間：エッチングガスＩＩによる処理時間＝１（約３０秒）：２．３とした。エッチングガス中のＮ２ガスの含有量が３２％の場合、エッチングガスＩによる処理時間：エッチングガスＩＩによる処理時間＝１（約３０秒）：１．３とした。
【００４４】
図３は、その結果を示す図である。ここでは、最もエッチングレートが高いスルーホールｄにおけるエッチングレートを１とした図を示す。このように、エッチングガスＩおよびエッチングガスＩＩを順次用いてスルーホールを形成することにより、エッチングガス中のＮ２ガスの含有量が８％、２３％、または３２％のいずれにおいても、複数のエッチングホールにおけるエッチングレートのばらつきを約１５％以内に抑えることができた。
【００４５】
エッチングガスＩ中のＮ２ガスの含有量を２３％以上とした例においては、エッチングレートのばらつきを約１０％以内に抑えることができ、実施例１におけるＮ２ガスの含有量が３２％の例と同等程度にエッチングレートのばらつきを低減することができた。
【００４６】
エッチングガスＩによる処理時間およびエッチングガスＩＩによる処理時間は、エッチングガス中に含まれるフルオロカーボン系ガスや窒素含有ガスの種類および含有量等に応じて適宜設定することができる。これらの処理時間を調整することにより、さらなるエッチングレートのばらつきの低下が可能である。
【００４７】
また、周囲に他のスルーホールが形成されていない孤立したスルーホールについても、エッチングガスＩおよびエッチングガスＩＩを順次用いることにより、エッチングによる深さ方向の寸法変換差を低減することができることが確認された。
【００４８】
さらに、フルオロカーボン系ガスとして、上記実施例２と同様に、Ｃ４Ｆ８を含むエッチングガスを用い、エッチングガス中のＮ２ガスの含有量が流量比で約２８％となるようにして図１に示したパターンのスルーホールａ〜ｄ（ホール径０．２μｍ、間隔１μｍ）を形成した。その結果、フルオロカーボン系ガスとしてＣ４Ｆ６を用いた場合と同様、ブロック状に形成された凹状パターンの端部に設けられた凹状パターンにおけるエッチングレートを高めることができることが判明した。また、孤立して設けられた凹状パターンについても同様であった。
【００４９】
本実施の形態において、複数の凹状パターンを形成する工程において、Ｃ４Ｆ８等のフルオロカーボン系ガスおよび窒素含有ガスを含む第一のエッチングガス、および第一のエッチングガスと同じガスを含み、窒素含有ガスの含有量が第一エッチングガスよりも高い第二のエッチングガスを用いて段階的にドライエッチングを行うようにすることができる。これにより、エッチングによる深さ方向の寸法変換差を低減することができる。
【００５０】
以上、実施例に基づいて説明した。この実施の形態および実施例はあくまで例示であり、種々の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。
【００５１】
以上の実施例においては、スルーホールを例として説明したが、配線溝についても、同様とすることができる。エッチングガスを上記実施例で示したような組成とすることにより、複数の配線溝の配置状態によるエッチングレートのばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施例におけるスルーホールが形成された層間絶縁膜の上面図である。
【図２】エッチングガス中のＮ２ガスの含有量を異ならせた場合のエッチングレートを示すグラフである。
【図３】エッチングガス中にＣ４Ｆ６を含めた場合のエッチングレートを示すグラフである。
【図４】ＳｉＯＣ膜を層間絶縁膜として用い、スルーホールを形成する際に生じる現象を示す図である。
【図５】層間絶縁膜の種類とエッチングガスを異ならせた場合のエッチングレートを示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０２  スルーホール、  １１０  層間絶縁膜、  １１２  スルーホール群。
【図１】
2005079201.tif 000003
【図２】
2005079201.tif 000004
【図３】
2005079201.tif 000005
【図４】
2005079201.tif 000006
【図５】
2005079201.tif 000007