(57)【要約】【課題】下層配線の接続状態に関係なくエッチングレートを一定にすることができ、エッチングストッパ膜の突き抜けを防止することができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】第１の絶縁膜４２と第２の絶縁膜４３とよりなる層間絶縁膜を挟んだ上下の配線を接続する接続孔４７を層間絶縁膜に形成する過程で、まず、第２の絶縁膜４３を５０ｎｍ程度残して接続孔４７を形成する。次いで、接続孔４７の下層側の配線４１に蓄積された電荷を除電する。この後、第２の絶縁膜４３の残膜をエッチング除去する。除電処理は、プラズマ処理、軟Ｘ線照射処理、紫外線照射処理、イオン含有液処理等により行うことができる。【選択図】図１
2007123412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とよりなる層間絶縁膜を介して多層配線を形成した半導体装置の製造方法において、
前記層間絶縁膜を挟んだ上下の配線を接続する接続孔を層間絶縁膜に形成する過程で、当該接続孔を前記第１の絶縁膜の上面から所定厚みを残した深さまでエッチングをするステップ、
前記接続孔の下層側の配線に蓄積された電荷を除電するステップ、
前記残りの厚みをエッチングするステップ、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記下層側の配線が、半導体基板と電気的に接続された配線である請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記層間絶縁膜がエッチングストッパ膜となる第１の絶縁膜とその上に形成された第２の絶縁膜であり、前記所定厚みが前記エッチングストッパ膜からの所定厚みである請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記所定厚みが少なくとも５０ｎｍである請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記除電が、プラズマ中で行われる請求項１から４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記プラズマ発生のための装置は、アノードとカソードを備え、アノードに高周波を印加し、カソードを接地した状態で使用する請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記アノード面積よりカソード面積の方が大きい請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記除電が、軟Ｘ線照射により行われる請求項１から４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記軟Ｘ線が大気中で照射される請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記除電が、紫外線照射により行われる請求項１から４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記紫外線照射が不活性ガス、酸素、または空気のいずれか１つの単体あるいは混合ガス中で行われる請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記不活性ガスが、窒素、アルゴン、クリプトン、キセノンのいずれかである請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記紫外線照射処理は、圧力が１０-1〜１０-2Ｔｏｒｒの範囲内で照射する請求項１０から１２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記除電が、イオン含有液との接触により行われる請求項１から４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記イオン含有液がＣＯ2含有液である請求項１４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、半導体装置の製造方法に関し、特に、接続孔をエッチングする際のエッチングストッパ膜の突き抜けを防止しデバイス不良を抑制することができる半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＶＬＳＩ（Very Large Scale Integreted circuit）の集積度の向上に伴い、微細加工技術に対する要求はますます厳しくなっている。特に、多層配線の採用が進み、５層ないし６層の配線構造がとられている近年のデバイスにおいては、デュアルダマシン（Dual Damascene）をはじめとする埋め込み配線技術の開発が急がれている。
【０００３】
このデュアルダマシン配線とは上下の配線層間を結ぶ接続孔と配線を埋め込む配線溝とを形成した後、これら双方を配線材料で埋め込み、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）で配線溝に埋め込まれていない余分な配線材料を削り、接続孔及び配線溝内のプラグを同時に形成する技術である。このデュアルダマシン配線技術によると、配線とプラグとを一度に形成することができるので、大幅なプロセスコストの低減を図ることができる。
【０００４】
図４及び図５はデュアルダマシン法による半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。まず図４（ａ）に示すように、半導体基板（図示省略）上に素子（図示省略）の形成から下層配線１０１の形成までの一連のプロセスを行った後、所定の平坦化プロセスを行って下部構造１００を形成する。
【０００５】
次に、下部構造１００上にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）等からなるエッチングストッパ膜１０２（第１の絶縁膜）を形成し、そのエッチングストッパ膜１０２の上部に炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ）よりなる低誘電絶縁膜１０３と、後の工程で形成するバリア膜による汚染を防ぐためのシリコン酸化膜よりなるキャップ絶縁膜１０４とを形成する。このキャップ絶縁膜１０４は、ＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）を材料ガスとして成長させたシリコン酸化膜（以下、ＴＥＯＳ膜という。）である。このキャップ絶縁膜１０４上に反射防止膜（ＢＡＲＣ：Bottom Anti-Reflective coating）１０５を塗布し、さらに、レジストを塗布し、当該レジストにリソグラフィ技術により接続孔を形成するためのレジストパターン１０６を形成する。
【０００６】
次に、図４（ｂ）に示すように、レジストパターン１０６をマスクにして反射防止膜１０５とキャップ絶縁膜１０４と低誘電絶縁膜１０３をエッチングストッパ膜１０２の表面が露出するまでエッチングし、接続孔１０７を形成する。なお、図４（ｂ）は、接続孔１０７の形成後に、レジストパターン１０６及び反射防止膜１０５が除去された状態を示している。
【０００７】
次に、図４（ｃ）に示す工程で、接続孔１０７にレジスト１０８を埋め込む。キャップ絶縁膜１０４上に反射防止膜１０９を塗布し、さらに反射防止膜１０９上にレジストを塗布して当該レジストに配線溝を形成するためのレジストパターン１０１０を形成する。
【０００８】
次に、図４（ｄ）に示す工程で、レジストパターン１０１０をマスクとし反射防止膜１０９とキャップ絶縁膜１０４と低誘電絶縁膜１０３を所定の深さまでエッチングする。次にアッシング処理により接続孔１０７に埋め込まれたレジスト１０８、レジストパターン１０１０及び反射防止膜１０９を除去する。次に、図５（ａ）に示すように、エッチングストッパ膜１０２をエッチングし接続孔１０１１と配線溝１０１２の形成が完了する。
【０００９】
次に図５（ｂ）に示すように、接続孔１０１１及び配線溝１０１２の内部にバリア膜１０１３を堆積し、当該バリア膜１０１３上に無電解メッキで、次工程の電解メッキ用のシード膜１０１４を形成する。次いで、電解メッキにより、シード膜１０１４上に銅膜１０１５を形成し、接続孔１０１１及び配線溝１０１２を充填する。次に図５（ｃ）に示すように、接続孔１０１１及び配線溝１０１２以外の部分の銅膜１０１５、シード膜１０１４、バリア膜１０１３、及びキャップ絶縁膜１０４を例えばＣＭＰを用いて除去し低誘電絶縁膜１０３の表面が露出するまで研磨する。これにより、銅膜１０１５、シード膜１０１４及びバリア膜１０１３からなる第２層配線（上層配線）と該第２層配線と第１層配線（下層配線）を接続するプラグが形成されることになる。このようして、多層配線構造を有する半導体装置が製造される。
【特許文献１】特開２００４−３６３２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特開２００４−３６３２５４号に示されるような従来の半導体装置における接続孔のエッチング方法では、図５（ａ）に示す接続孔１０１１を形成するエッチング工程において、エッチングレートが下層配線の接続状態に依存するという現象が発生する。すなわち、下層配線には、（１）基板に接続されている状態と、（２）電気的に浮遊な配線、すなわち基板と接続されていない状態とがある。（１）の状態の下層配線の上側に位置する接続孔１０１１のエッチングレートは、（２）の状態の下層配線の上側に位置する接続孔１０１１のエッチングレートよりも大きくなる傾向がある。その原因は、以下の図７、図８での説明からも明らかなように、基板に接続されている下層配線は、上記接続孔１０７（図４（ｂ）参照）を形成するためのエッチングに使用するプラズマによりチャージアップされるためと考えられる。
【００１１】
図６は、基板に接続された配線と、基板に接続されていない配線との２種の配線構造を備えた半導体装置の、図４（ｂ）の工程に対応する断面図である。当該構成では、図４の事例と同様に、まず、半導体基板（図示省略）上に素子（図示省略）の形成を行い、層間絶縁膜１２を堆積する。次に、層間絶縁膜１２に基板（基板表面に形成された不純物拡散領域等）と上層の配線を接続するための接続孔を形成し、当該接続孔内にコンタクトプラグ１１を充填する。次に、層間絶縁膜１２上にＴＥＯＳ膜１３を形成する。次に、ＴＥＯＳ膜１３にエッチングにより配線溝を形成し、当該配線溝に、コンタクトプラグ１１を介して基板に接続された配線１５と、基板に接続されていない配線１４を形成する。次に、ＴＥＯＳ膜１３上にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）からなるエッチングストッパ膜（第１の絶縁膜）１６を形成し、そのエッチングストッパ膜１６の上部に炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）よりなる低誘電絶縁膜（第２の絶縁膜）１７と、ＴＥＯＳ膜よりなるキャップ絶縁膜１８を形成する。次にキャップ絶縁膜１８上に反射防止膜１９を塗布し、リソグラフィ技術によりレジストを用いて接続孔を形成するためのレジストパターン１１０を形成する。次にレジストパターン１１０をマスクにして反射防止膜１９とキャップ絶縁膜１８と低誘電絶縁膜１７をエッチングしエッチングストッパ膜１６の表面が露出するまでエッチングする。これにより、基板に接続された下層配線１５の上に接続孔１１２を形成し、基板に接続されない下層配線１４の上に接続孔１１１を形成する。
【００１２】
図６に示したプロセスで、図４（ｂ）の接続孔１０７に対応する接続孔１１１及び接続孔１１２を形成する際、基板に接続された配線１５上の接続孔１１２のエッチング速度が、電気的に浮遊な配線１４上の接続孔１１１のエッチング速度よりも速くなる。その結果、基板に接続された接続孔１１２を形成する際にエッチングストッパ膜１６が突き抜け、配線１５（例えば銅配線）が露出するという不具合が生じる（図６に矢指部Ａで示す。）。接続孔１１２のエッチング時にエッチングストッパ膜１６の突き抜けが生じると、接続孔１１２を介してエッチングストッパ膜１６をエッチングするときに用いるエッチングガスに含まれるフッ素が、配線１５の銅と反応し、当該銅材料の消失が起こる。またエッチング後の洗浄もフッ素を含有する薬液を使用しているため、更なる銅の消失を招きデバイス不良の原因となる。
【００１３】
上記の現象は以下の実験によって確認することができる。
【００１４】
図７（ａ）に示すサンプルＡは基板２０上に酸化膜２１と銅膜２２とエッチングストッパ膜２３と低誘電絶縁膜２４を堆積している。ここで、銅膜２２は、図示しない位置で、基板に接続されている。また、図７（ｂ）に示すサンプルＢは基板２０上に酸化膜２１とＴＥＯＳ膜２５とエッチングストッパ膜２３と低誘電絶縁膜２４を堆積している。すなわち、サンプルＡは下層配線として基板に接続された配線を有する状態であり、サンプルＢは基板に接続された下層配線がない状態である。なお、低誘電絶縁膜２４の膜厚は３５０ｎｍとする。
【００１５】
図８はサンプルＡとサンプルＢとをそれぞれ７枚ずつ用いて低誘電絶縁膜２４を５０ｎｍごとにエッチング量を増やしエッチングした際のエッチングレートを示す図である。図８から、低誘電絶縁膜２４を３００ｎｍ程度エッチングした状態、つまりエッチングストッパ膜２３上に低誘電絶縁膜２４が５０ｎｍ程度残る辺りから、下層配線が基板に接続されたサンプルＡは、下層配線が基板に接続されていないサンプルＢよりもエッチングレートが速くなっていることが理解できる。
【００１６】
本発明は、上記不具合を解決するために提案されたものであり、下層配線が基板に接続されているか否かに関係なくエッチングレートを同じにすることができ、エッチングストッパ膜の突き抜けを防止することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記現象の原因は正確には不明であるが、本願発明者は、主としてＳｉＯＣ膜をエッチングする際に、コンタクトプラグを通じて基板から下層配線に流入して飽和した電子が、エッチングの際の高エネルギーイオンの入射を促進させていると推定した。本発明はこうした知見も考慮してなされたものである。
【００１８】
上記の目的を達成するために本発明は、以下の手段を採用している。まず、本発明は、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とよりなる層間絶縁膜を介して多層配線を形成した半導体装置の製造方法を前提としている。そして、本発明に係る半導体装置の製造方法は、まず、層間絶縁膜を挟んだ上下の配線を接続する接続孔を層間絶縁膜に形成する過程で、当該接続孔を第１の絶縁膜の上面から所定厚みを残した深さまでエッチングをする。次いで、前記接続孔の下層側の配線に蓄積された電荷を除電する。そして、残りの厚みをエッチングする。この構成は、下層側の配線が、半導体基板と電気的に接続された配線である場合に特に好適である。
【００１９】
例えば、上記層間絶縁膜がエッチングストッパ膜となる第１の絶縁膜とその上に形成された第２の絶縁膜からなる場合、上記所定厚みはエッチングストッパ膜からの所定厚みである。当該、所定厚みが少なくとも５０ｎｍであることが好ましい。
【００２０】
また、上記除電は、プラズマ中で行うことができる。当該プラズマ発生のための装置は、アノードとカソードを備え、アノードに高周波を印加し、カソードを接地した状態で使用することができる。この場合、アノード面積よりカソード面積の方が大きいことが好ましい。
【００２１】
また、上記除電は、軟Ｘ線照射により行うことができる。この場合、軟Ｘ線は大気中で照射されることが好ましい。
【００２２】
また、上記除電は、紫外線照射により行うことができる。当該紫外線照射は、不活性ガス、酸素、または空気のいずれか１つの単体あるいは混合ガス中で行うことができる。例えば、不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、クリプトン、キセノンを用いることができる。なお、外線照射処理は、圧力が１０-1〜１０-2Ｔｏｒｒの範囲内で照射することが好ましい。
【００２３】
さらに、上記除電は、ＣＯ2含有液等のイオン含有液に浸漬することにより行うことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、下層配線の状態に関わりなく、層間絶縁膜のエッチングレートを一定とすることができる。これにより、エッチングストッパ膜の突き抜けを防止し、デバイス不良の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る方法について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板（図示省略）上に素子（図示省略）の形成から下層配線４１の形成までの一連のプロセスを行った後、所定の平坦化プロセスを行って下部構造４０を形成する。なお、図１では下層配線４１は基板に接続されている。
【００２７】
次に下部構造４０の全面を覆うように、炭化窒化シリコン（ＳｉＣＮ）からなるエッチングストッパ膜（第１の絶縁膜）４２を形成する。続いて、エッチングストッパ膜４２上に、例えばトリメチルシランやテトラメチルシランを原料としてＣＶＤ法により炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ）よりなる低誘電絶縁膜（第２の絶縁膜）４３を３５０ｎｍ程度堆積する。
【００２８】
次に低誘電絶縁膜４３上に例えばＬＰ−ＣＶＤ（Low Pressure-CVD）法によりＴＥＯＳを原料としてキャップ絶縁膜４４を例えば１００ｎｍ程度を形成する。このキャップ絶縁膜４４は後の工程で形成されるバリア膜による低誘電絶縁膜４３の汚染を防止するために形成されている。次に、以下に説明する接続孔４７を開口するための反射防止膜４５を塗布し、さらに、リソグラフィ技術によりレジストに所定の開口部を形成してレジストパターン４６とする。
【００２９】
次に図１（ｂ）に示すように、上記レジストパターン４６をマスクとし、反射防止膜４５とキャップ絶縁膜４４と低誘電絶縁膜４３とをエッチングし接続孔４７を形成する。本実施形態では、ここで低誘電絶縁膜４３の残厚が５０ｎｍとなるようにエッチングを行っている。当該エッチングは、例えば、ＣＨＦ3ガスとＣＦ4ガスとの混合ガスをエッチングガスとしたドライエッチングにより行うことができる。ここでは、ＣＨＦ3ガスの流量を１０ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）とし、ＣＦ4ガスの流量を２０ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）としている。また、エッチングが実施されるチャンバ圧力は１０Ｐａとし、上部電極に１０００Ｗ、下部電極に２０００Ｗの電力を印加している（チャンバ内の電極構造については、後に説明する図３参照。）。なお、下部電極温度は０℃、エッチング時間は４０ｓｅｃである。このエッチング処理によって、図１（ｂ）に示すように下層配線４１に帯電が起こっているものと考えられる。
【００３０】
次に図１（ｃ）に示すように除電処理を行う。本実施形態では、例えば、Ａｒガスの流量が２００ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）、チャンバ圧力が５Ｐａ、上部電極電力が２０００Ｗ、除電時間が２ｓｅｃの条件でプラズマを生成し、エッチング途中の接続孔４７の内部に対してプラズマ処理を行う。なお、このプラズマ処理により図１（ｂ）に示すエッチング中に下層配線４１である銅に蓄積すると考えられる電荷４８（電子）が除電されているものと考えられる。この工程は上記接続孔４７の途中までの形成工程（図１（ｂ））に引き続き同一チャンバ内でガスをＡｒガスに交換しプラズマ処理を行う。
【００３１】
図２は、図７に示したサンプルＡとサンプルＢにおいて、低誘電絶縁膜２４を５０ｎｍ残した状態で、Ａｒプラズマによるプラズマ処理（除電処理）をした場合のエッチングレートを示す図である。サンプルＡは下層配線４１が基板に接続されている場合であり、サンプルＢは下層配線４１がされていない場合である。
【００３２】
図２に示すようにプラズマ処理を行うことで、下層配線４１と基板との接続状態に関係なくエッチングレートが等しくなっていることがわかる。すなわち、プラズマ処理を行うことで下層配線４１に蓄積した電荷が除電され、低誘電絶縁膜４３が薄くなっても下層配線に蓄積した電子の影響を受けることなくエッチングが進行するためであると考えられる。
【００３３】
次に図１（ｄ）に示すように、低誘電絶縁膜４３の残厚５０ｎｍをエッチングする。ここではＡｒプラズマ処理と同一チャンバを用いてガスをエッチングガスに交換してエッチングを行う。エッチング条件は、例えばＣＨＦ3ガスの流量が１０ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）、ＣＦ4ガスの流量が２０ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）、チャンバ圧力が１０Ｐａ、上部電極電力が１０００Ｗ、下部電極電力が２０００Ｗ、下部電極温度が０℃、エッチング時間が１０ｓｅｃの条件である。このとき、既に除電処理を行っているため低誘電絶縁膜４３の残厚５０ｎｍをエッチングしても、下層配線４１が基板に接続されているかいないかに関係なくエッチングレートが同じである。したがって、下層配線４１が基板に接続されているかいないかに関係なくエッチングストッパ膜４２の突き抜けを防止することができる。
【００３４】
その後の工程は、従来技術で示した図４（ｃ）〜（ｄ）及び図５の工程と同様であるため説明を省略する。
【００３５】
図３は図１（ｂ）〜（ｄ）の工程を行うドライエッチング装置の構成を示す。当該装置のチャンバ６１は内壁がセラミック、アルミナまたは石英等の絶縁膜で覆われている。また当該装置は、高周波電力が印加されるコイル状の上部電極６２と高周波電力が印加される試料台となる下部電極６３とを備えている。接続孔４７の形成のための図１（ｂ）と図１（ｄ）のエッチングの工程では、図３（ａ）に示すようなカソード領域６４が比較的小さいチャンバを用いるのが一般的である。ここで、カソード領域６４とは、ＤＣ（直流）的に、下部電極と等電位となる領域である。この種のチャンバは図１（ｃ）の除電を行う工程でも用いることができ、この場合は、接続孔４７形成のためのエッチングガス（ＣＨＦ3ガス、ＣＦ4ガス）と除電のためのＡｒガスを工程に対応して切り替えるようにする。
【００３６】
さらに、除電効率を上げるためには、除電工程で、図３（ｂ）に示すようなカソード領域６４が比較的大きいチャンバを用いることが有効である。より具体的には、カソード領域６４の面積が、チャンバ内でアノードとして機能する領域の面積に比べて大きいチャンバを使用する。この場合、図１（ｂ）のエッチング工程では、図３（ａ）に示すカソード６４領域の狭いチャンバを用い、図１（ｃ）の除電を行う工程では、図３（ｂ）に示すチャンバに切り替え、さらに図１（ｄ）の低誘電絶縁膜４３の残厚をエッチングする工程では再び図３（ａ）に示すチャンバに切り替えることになる。この切り替えは、図３（ａ）、（ｂ）に示す各チャンバを備えたマルチチャンバ方式のドライエッチング装置において、真空中で被加工物を移送することによって実行されることになる。
【００３７】
（第２の実施形態）
上記の実施形態では除電処理をプラズマ中で行う場合を説明したが、除電処理は軟Ｘ線を低誘電絶縁膜４３の残厚部に照射することでも実現可能である。なお、本実施形態において、低誘電絶縁膜４３を残厚が５０ｎｍ程度になるようにエッチングするまでの工程は図１（ａ)、図１（ｂ）に示した第１の実施形態と同一である。
【００３８】
本実施形態では、図１（ｃ）に示す工程で、接続孔４７を含む領域に対して大気中で軟Ｘ線（波長＝０．１〜５０ｎｍ）を照射する。軟Ｘ線の照射は帯電物体近傍の空気を直接電離し、電離直後の高濃度イオンが減衰することなく帯電物体に到達して除電するという作用を有している。したがって、この処理により図１（ｂ）に示すエッチング中に下層配線４１である銅に帯電する電荷４８が除電されことになる。なお、軟Ｘ線の強度は、低誘電絶縁膜４３の残厚部近傍の空気を電離可能な強度であればよい。
【００３９】
軟Ｘ線照射装置としては、軟Ｘ線管からの光を、ベリリウム窓を通して照射する構造のものが知られている。軟Ｘ線照射処理を行う場合、減圧下では大気圧に比べてイオン生成が極端に減少してしまうためイオン生成効率から考えると大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）下で行うのが望ましい。例えば、２秒程度の軟Ｘ線照射で帯電を除電することができる。
【００４０】
上記のように、軟Ｘ線照射による除電が終了すると、図１（ｄ）に示すように、低誘電絶縁膜４３の残厚５０ｎｍをエッチングしてエッチングストッパ膜４２を露出する。このときのエッチング条件は上記第１の実施形態と同じであるので説明を省略する。さらに、上記残厚のエッチング以降の工程は図４（ｃ）〜（ｄ）及び図５の工程と同様であるため説明を省略する。
【００４１】
本実施形態においても、上記のように軟Ｘ線照射による除電をしているため低誘電絶縁膜４３の残厚５０ｎｍをエッチングするとき、下層配線４１が基板に接続されているかいないかに関係なくエッチングレートが同じとなる。このため、本実施形態によれば、下層配線４１が基板に接続されているかいないかに関係なくエッチングストッパ膜の突き抜けを防止することができる。
【００４２】
第１の実施形態に示したＡｒプラズマの除電処理はプラズマを生成しているためＡｒイオン衝撃によって基板に対するダメージが発生する恐れがあり、軟Ｘ線照射処理することでウエハに対するダメージの低減を図ることができる。
【００４３】
なお、上記軟Ｘ線照射処理は、図１（ｂ）のエッチング工程を実施した後、チャンバから一旦基板を取り出し、上記紫外線光源装置を備えた別のチャンバに移送して実施することができる。また、図３（ａ）に示したチャンバが、軟Ｘ線照射機能を備える構成とし、図１（ｂ）のエッチング工程を実施した後、チャンバ圧力を大気圧として実施してもよい。
【００４４】
（第３の実施形態）
さらに、上記除電処理は紫外線を低誘電絶縁膜４３の残厚部に照射することでも実現可能である。なお、低誘電絶縁膜４３を残厚が５０ｎｍ程度になるようにエッチングするまでの工程は第１の実施形態と同一である。
【００４５】
本実施形態では、図１（ｃ）に示す工程で、接続孔４７を含む領域に紫外線照射（波長１００〜４００ｎｍ）を照射する。接続孔４７付近に紫外線を照射すると、接続孔４７の近傍の気体の分子がイオン化される。このため、上記下層配線４１のような帯電物体がある場合、その除電を行うことができる。したがって紫外線照射処理により図１（ｂ）に示すエッチング中に下層配線４１である銅に帯電すると考えられる電荷４８（電子）が除電されているものと考えられる。
【００４６】
紫外線光源装置としては、例えば、重水素ランプを用いたもので、その周辺部を窒素あるいはアルゴンといった不活性ガスからなる置換ガスで置換されている構造のものが知られている。紫外線照射処理に際して、圧力を１０-1〜１０-2Ｔｏｒｒの範囲内で行うと、イオン化効率、あるいは電荷がある場合には除電効率が良くなる。また、圧力を設定するためのガスとしては、窒素、アルゴン、クリプトン、キセノンといった不活性ガス、または、酸素、大気の単体あるいは混合ガスを用いる。なお、紫外線の強度は、低誘電絶縁膜４３の残厚部近傍の気体の分子が電離可能な強度であればよい。
【００４７】
上記のように紫外線照射による除電処理が終了すると、図１（ｄ）に示すように、低誘電絶縁膜４３の残厚５０ｎｍをエッチングしてエッチングストッパ膜４２を露出するが、このときのエッチング条件は上記第１の実施形態と同じであるので説明を省略する。さらに、上記低誘電絶縁膜４３の残厚のエッチング以降の工程は、図４（ｃ）〜（ｄ）、及び図５の工程と同様であるため説明を省略する。
【００４８】
上記のように、紫外線照射によって下層配線４１である銅に蓄積した電荷を除電しているため低誘電絶縁膜の残厚の５０ｎｍをエッチングしても、下層配線４１が基板に接続されているかいないかに関係なくエッチングレートが同じとなる。このため、本実施形態によれば下層配線４１が基板に接続されているかいないないかに関係なくエッチングストッパ膜の突き抜けを防止することができる。
【００４９】
紫外線照射処理は短時間での除電が可能で、残留電荷を低下させることができる。また非空気雰囲気中での除電が可能で、Ｎ2ガス、Ａｒガスなどの不活性ガス内や減圧真空下においても有効に適用できる。
【００５０】
なお、上記紫外線照射処理は、図１（ｂ）のエッチング工程を実施した後、チャンバから一旦基板を取り出し、上記紫外線光源装置を備えた別のチャンバに移送して実施することができる。また、図３（ａ）に示したチャンバが、上記紫外線光源装置を備える構成とし、図１（ｂ）のエッチング工程を実施した後、チャンバ圧力を上記圧力として実施してもよい。
【００５１】
（第４の実施形態）
さらに、上記除電処理は被加工物をイオン含有液と接触させることでも実現可能である。イオン含有液としてはＣＯ2含有液、ＮＨ3含有液を挙げることができるが、以下、ＣＯ2含有液を例に説明する。このようなＣＯ2含有液は、例えば、純水中にＣＯ2ガスをバブリングすることにより生成される。なお、低誘電絶縁膜４３を残厚が５０ｎｍ程度になるようにエッチングするまでの工程は第１の実施形態と同一である。
【００５２】
本実施形態では、図１（ｃ）に示す工程で、接続孔４７を含む基板をＣＯ2含有液に接触させるＣＯ2含有液処理を行う。ＣＯ2含有液は導電性で比抵抗が純水よりはるかに小さいため、接触面の帯電を除電することができる。したがってこの処理により図１（ｂ）に示す接続孔４７のエッチング中に下層配線４１である銅に帯電する電荷４８（電子）が除電されているものと考えられる。当該ＣＯ2含有液処理は、例えば、基板を上記ＣＯ2含有液に浸漬する、あるいは、基板に上記ＣＯ2含有液を吹き付ける等により実施される。また、ＣＯ2含有液処理は、１ｍｉｎ程度の処理で、十分な除電効果を得ることができる。
【００５３】
上記のようにＣＯ2含有液による除電処理が終了すると、図１（ｄ）に示すように、低誘電絶縁膜４３の残厚５０ｎｍをエッチングしてエッチングストッパ膜４２を露出するが、このときのエッチング条件は上記第１の実施形態と同じであるので説明を省略する。さらに、上記残厚のエッチング以降の工程は、図４（ｃ）〜（ｄ）、及び図５の工程と同様であるため説明を省略する。
【００５４】
本実施形態においても、低誘電絶縁膜４３の残厚をエッチングする工程では、図１（ｃ）の工程においてＣＯ2含有液処理を行って除電しているため、低誘電絶縁膜４３の残厚５０ｎｍをエッチングするとき、下層配線が基板に接続されているかいないかに関係なくエッチングレートが同じとなる。このため、本実施形態によれば、基板接続の有無に関係なくエッチングストッパ膜の突き抜けを防止することができる。
【００５５】
なお、当該ＣＯ2含有液は、弱酸性であり腐食性が低い。このため、腐食耐性が低い材料膜を備えた基板等、腐食させたくない基板に対して、ＣＯ2含有液処理は有効である。また、ＣＯ2含有液処理（イオン含有液処理）は、例えば、図３（ａ）に示した後、一旦、基板をチャンバから取り出して実施すればよい。
【００５６】
以上説明したように、本発明によれば、帯電を緩和することで下層配線が基板に接続されているかいないかに関係なくエッチングストッパ膜の突き抜けを防止することができ、デバイス不良の発生を抑制することができる。
【００５７】
本発明は、以上で説明した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において、種々の変形及び応用が可能である。例えば、上記では、本発明をビアファーストのデュアルダマシン法に適用した事例に基づいて説明を行ったが、本発明は、絶縁膜にスルーホールを形成する工程を含む全ての半導体装置の製造方法に適用可能である。また、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、上記半導体装置を製造する各工程に採用したプロセスは、他の等価なプロセスに置換することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、層間絶縁膜のエッチングレートを一定とすることができるという効果を有し、ダマシンプロセス等により配線形成を行う半導体装置の製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施形態における工程を示す断面図
【図２】本発明によるエッチングレートを示す図
【図３】本発明の第１の実施形態におけるチャンバの断面図
【図４】従来の半導体装置の製造工程を示す工程断面図
【図５】従来の半導体装置の製造工程を示す工程断面図
【図６】エッチングストッパ膜の突き抜けを説明する断面図
【図７】従来の半導体装置の製造工程における実験例で用いたサンプルの断面図
【図８】従来技術によるエッチングレートを示す図
【符号の説明】
【００６０】
１１  コンタクトプラグ
１２  層間絶縁膜
１３  ＴＥＯＳ膜（層間絶縁膜）
１４  基板接続なしの配線
１５  基板接続ありの配線
１６  エッチングストッパ膜（第１の絶縁膜）
１７  低誘電絶縁膜（第２の絶縁膜）
１８  キャップ絶縁膜
１９  反射防止膜
１１０  レジストパターン
１１１  基板接続なしの接続孔
１１２  基板接続ありの接続孔
２０  半導体基板
２１  酸化膜
２２  銅膜
２３  エッチングストッパ膜
２４  低誘電絶縁膜
２５  ＴＥＯＳ膜
４０  下部構造
４１  下層配線（銅配線）
４２  エッチングストッパ膜（第１の絶縁膜）
４３  低誘電絶縁膜（第２の絶縁膜）
４４  キャップ絶縁膜
４７  接続孔
１０１２  配線溝
１０１３  バリア膜
１０１４  シード膜
１０１５  銅
【図１】
2007123412.tif 000003
【図２】
2007123412.tif 000004
【図３】
2007123412.tif 000005
【図４】
2007123412.tif 000006
【図５】
2007123412.tif 000007
【図６】
2007123412.tif 000008
【図７】
2007123412.tif 000009
【図８】
2007123412.tif 000010