(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチング特性が互いに異なる２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜（ＳｉＯxＣyＨz；但し、ｘ、ｙ、ｚは任意の数とする。）が接して積層されている積層絶縁膜の加工方法であって、前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜をエッチングによって加工するに際し、前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜のそれぞれについて、反応ガスの種類及び／又はその供給量に対するエッチング速度の関係と、クリティカルポイント（エッチング速度が最大値をとる反応ガス流量）とを求めておき、前記反応ガスの供給量を、前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜の前記クリティカルポイントの小さい方以下の大きさに設定する、積層絶縁膜の加工方法。
【請求項２】
前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜の下層のエッチング速度が上層のエッチング速度を上回るようにエッチング選択比を制御する、請求項１に記載した積層絶縁膜の加工方法。
【請求項３】
エッチング特性が互いに異なる２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜（ＳｉＯxＣyＨz；但し、ｘ、ｙ、ｚは任意の数とする。）が接して積層されている積層絶縁膜の加工方法であって、前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜をエッチングによって加工するに際し、前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜のそれぞれについて、反応ガスの種類及び／又はその供給量に対するエッチング速度の関係と、クリティカルポイント（エッチング速度が最大値をとる反応ガス流量）とを求めておき、前記反応ガスの供給量を、前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜の前記クリティカルポイントの中間の大きさであって、且つ、前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜の上層のエッチング速度と下層のエッチング速度とが同等になる大きさに設定する、積層絶縁膜の加工方法。
【請求項４】
前記エッチングによってトレンチ又はビアホールを形成する、請求項１又は３に記載した積層絶縁膜の加工方法。
【請求項５】
前記エッチングの深さに応じて前記反応ガスの供給量及び／又はプラズマ発生電力を調節する、請求項４に記載した積層絶縁膜の加工方法。
【請求項６】
前記反応ガスとしてフルオロカーボンを使用する、請求項１又は３に記載した積層絶縁膜の加工方法。
【請求項７】
前記反応ガスとしてＣ4Ｆ8、Ｃ4Ｆ6、Ｃ5Ｆ8、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6及びＣ3Ｆ6からなる群より選ばれた少なくとも１種を使用する、請求項６に記載した積層絶縁膜の加工方法。
【請求項８】
エッチング特性が互いに異なる２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜（ＳｉＯxＣyＨz；但し、ｘ、ｙ、ｚは任意の数とする。）が接して積層されている積層絶縁膜をエッチングによって加工し、更にこのエッチングによって形成された接続孔又は凹部に配線を埋め込む配線構造の形成方法であって、前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜のそれぞれについて、反応ガスの種類及び／又はその供給量に対するエッチング速度の関係と、クリティカルポイント（エッチング速度が最大値をとる反応ガス流量）とを求めておき、前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜の前記クリティカルポイントの小さい方以下の大きさの前記反応ガスの供給量で前記エッチングを行う、配線構造の形成方法。
【請求項９】
前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜の下層のエッチング速度が上層のエッチング速度を上回るようにエッチング選択比を制御する、請求項８に記載した配線構造の形成方法。
【請求項１０】
エッチング特性が互いに異なる２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜（ＳｉＯxＣyＨz；但し、ｘ、ｙ、ｚは任意の数とする。）が接して積層されている積層絶縁膜をエッチングによって加工し、更にこのエッチングによって形成された接続孔又は凹部に配線を埋め込む配線構造の形成方法であって、前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜のそれぞれについて、反応ガスの種類及び／又はその供給量に対するエッチング速度の関係と、クリティカルポイント（エッチング速度が最大値をとる反応ガス流量）とを求めておき、前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜の前記クリティカルポイントの中間の大きさであって、且つ、前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜の上層のエッチング速度と下層のエッチング速度とが同等になる大きさの前記反応ガスの供給量で前記エッチングを行う、配線構造の形成方法。
【請求項１１】
前記エッチングによってトレンチ又はビアホールを形成する、請求項８又は１０に記載した配線構造の形成方法。
【請求項１２】
前記エッチングの深さに応じて前記反応ガスの供給量及び／又はプラズマ発生電力を調節する、請求項１１に記載した配線構造の形成方法。
【請求項１３】
前記反応ガスとしてフルオロカーボンを使用する、請求項８又は１０に記載した配線構造の形成方法。
【請求項１４】
前記反応ガスとしてＣ4Ｆ8、Ｃ4Ｆ6、Ｃ5Ｆ8、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6及びＣ3Ｆ6からなる群より選ばれた少なくとも１種を使用する、請求項１３に記載した配線構造の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに異なる複数の絶縁膜からなる積層絶縁膜の加工方法（特に半導体装置の製造分野等で用いられるプラズマエッチング方法を用いて接続孔又は凹部を形成する方法）、並びにその加工方法を用いた配線構造の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の分野では微細化、集積化が進行し、微細加工技術への要求は、ますます厳しいものとなってきている。また、近年の超ＬＳＩ（Ultra Large Scale Integrated Circuit）デバイスの開発においては、高速・低消費電力デバイスの実現を念頭においた各社各様の検討が進められている。
【０００３】
特にロジックデバイスの多層配線構造では、低抵抗、低誘電率を実現するために、Ｃｕ配線および低誘電率層間膜が採用されるようになってきた。これに伴い、プロセス開発の現場においても、従来のような微細化一辺倒の追求から、より多様な構造、多様な材料に臨機応変に対応する技術の確立へと要求は日々厳しくなってきている。ドライエッチング工程において、高精度加工を目指して種々の検討が重ねられている。
【０００４】
通常、上記の低誘電率層間膜としては、ＳｉＯＣＨ系の材料（例えばメチル基含有ポリシロキサンＭＳＱ等）または有機高分子膜が多く用いられる。前者は酸化シリコンＳｉＯ2のＯの一部をメチル基（−ＣＨ3）で置換することで、膜自身を低密度化し、結果的に誘電率を下げることを目標に開発されてきたものである。つまり、ＳｉＯＣＨ系の材料は、膜密度が低いと同時に、膜中に含まれる酸素が少なく、ＣやＨといった元素が含まれているという特徴をもつ。
【０００５】
このＳｉＯＣＨ系低誘電率膜には、従来の酸化シリコン膜（ＳｉＯ2膜）の加工技術をそのまま応用することが可能であり、既存の設備を使用したドライエッチング技術で微細な穴（接続孔又はビアホール）や溝（凹部又はトレンチ）を形成することができるという利点がある。
【０００６】
しかしながら、辰巳他、２０００年ドライプロセスシンポジウム予稿集，ｐ．３７に示されているように、メチル基等による置換で膜中に含まれる酸素量が減少すると、エッチング面から過剰な高分子状生成物を除去する能力が著しく損なわれるので、ＳｉＯＣＨ系低誘電率膜のエッチング速度やエッチング状態等のエッチング性能は、反応ガスの流量や圧力などの微小な変化に対し非常に敏感に変化する。
【０００７】
特にダマシン配線などに用いられるトレンチやビアホール加工に関しては、最適な条件から外れると、所謂マイクロトレンチング（マスク端部下での過剰の削れ）、残渣、ファセッティング（トレンチ又はホール周囲での肩落ち）といった形状異常が発生することが大きな問題となる。
【０００８】
これらの異常の発生状況は、使用する膜種に応じて変化するため、一般的な解決策を見つけるのは容易ではない。従って、膜組成に応じて最適な反応ガスの組成を求める方法、及びそれを実現するための装置の開発が急務となっている。
【０００９】
【発明に至る経過】
プラズマエッチングにおいては、プラズマ放電域に到達した反応ガスがプラズマの作用を受けて反応活性種を生じ、この反応活性種がエッチング面で絶縁膜等と反応して揮発性の生成物を生じ、この揮発性生成物がエッチング面から脱離して排出されることで絶縁膜等のエッチングが進行する。
【００１０】
一方、エッチング面上では、上記の揮発性生成物の生成と同時に、反応ガスのプラズマ重合によって高分子状化合物（ポリマー）も生成していて、エッチング表面は通常２層構造（ポリマー層と反応層）をとり、これが入射フラックス量に応じて形成される。ポリマー層は表面に付着してその部分でのエッチング反応の進行を抑制する働きをする。適正な量の高分子状生成物は、側壁やフォトレジスト表面に付着してその部分を保護する。深いトレンチの形成や側壁形状のコントロールは、この高分子状生成物の保護作用によって可能になる。しかし、過剰な量の高分子状生成物は、その一部がエッチング面に堆積して、イオンを減速して反応層へのエネルギー供給を妨げ、エッチングを阻害する。
【００１１】
本発明者は、早くから、高分子状生成物をはじめとしてエッチング中に生成する堆積物の組成と量を制御する方法に着目して、常に適正なエッチング条件を維持して常に良好なエッチングが行われるように制御する方法について、鋭意検討してきた。
【００１２】
例えば、特開平７−１０６３１２号公報には、側壁保護膜として機能する生成物の生成量をモニタして、これに基づいてエッチング温度を調節するエッチング方法を提案している。ここでモニタする量とは、例えば反応生成物の発光強度やマスクスペクトル量等の、実際に進行しているエッチング量に応じて変化し、しかも実測可能な何らかの物理量である。
【００１３】
また、特開平８−３１６２０９号公報や特開平９−１１５８７８号公報では、高分子状化合物が生成しやすい有機高分子系絶縁膜のエッチングにおいては、プラズマ中のフッ素系化学種の割合を大きくしたＣＦ系ガス、および酸素系化学種を発生しうるガスのうちの少なくともいずれか１種のガス等を反応ガスとすることで、高分子状生成物等が過剰に堆積するのを防止する方法を提案している。
【００１４】
本発明者はさらに研究を進め、Ｃ4Ｆ8を反応ガスとするＳｉＯＣＨ系、ＳｉＯx系材料のプラズマエッチングに関して次のような結論を得た（辰巳他、２０００年ドライプロセスシンポジウム予稿集，ｐ３７）。
【００１５】
マイクロトレンチングや残渣の原因は、エッチング面に供給されるＣＦ系ラジカルの流入量が、絶縁膜中の酸素（もしくは窒素）が化学反応によって炭素分を除去する能力（イオンによるアシストを必要としないケミカルな反応）を超えて過剰になることである。
【００１６】
メチル基等による置換で材料中に含まれる酸素の含有率が減少すると、エッチング面から過剰な高分子状生成物を除去する能力が著しく損なわれるので、ＳｉＯＣＨ系低誘電率材料のエッチング速度は、反応ガスの流量や圧力などの微小な変化に対し非常に敏感に変化する。
【００１７】
図７は、酸素等による高分子状生成物の除去作用を一定に保つように他の条件は変化させず、Ｃ4Ｆ8流量のみを変化させて、平面状のＳｉＯＣＨ系材料のエッチング速度の変化及びエッチング面に堆積する高分子状生成物の厚さの変化を調べたトレンドグラフである（以下、Ｃ4Ｆ8等の反応ガス流量の変化に対する各種材料のエッチング速度の変化及びエッチング面に堆積する高分子状生成物の厚さの変化を示すグラフを、その材料のトレンドグラフと呼ぶことにする）。
【００１８】
実験は２周波印加型のＣＣＰ（容量結合型プラズマ）装置を用いて行った。実験条件は次の通りである。
ガス流量：Ｃ4Ｆ8／Ａｒ／Ｎ2＝０〜１２／１０００／１６０ｓｃｃｍ（standard cc per minute）、
反応室圧力：６０ｍＴｏｒｒ、
プラズマ発生のために加えた電力（ウェハ上部／ウェハ下部；以下、単に上部／下部と記す）：１２００／１５００Ｗ、
プラズマ密度：１．５×１０11／ｃｍ3、
イオン加速電圧（Ｉｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ）：２０００Ｖ、
基板温度：４０℃
【００１９】
図７のＣ4Ｆ8流量が比較的小さい領域Iでは、Ｃ4Ｆ8流量の増加によってエッチング速度は増加する。これは、Ｃ4Ｆ8流量の増加によってエッチング面に供給されるＦ*等の反応活性種の流入量が増加するためと考えられる。領域Iでは、エッチング面に堆積する高分子状生成物の厚さは小さく、ほぼ一定である。
【００２０】
しかし、Ｃ4Ｆ8流量が５ｓｃｃｍに達したところでエッチング速度は最大値をとり、Ｃ4Ｆ8流量がこれよりも大きい領域IIや領域IIIでは、Ｃ4Ｆ8流量の増加によってエッチング速度はむしろ減少する。同時に、エッチング面に堆積する高分子状生成物の厚さは、エッチング速度の減少に反比例するように増加する。これは、過剰なＣＦ系ラジカルの流入がエッチング面に高分子状堆積物を形成し、これがエッチングを阻害しているためと考えられる。
【００２１】
つまり、図７のトレンドグラフは、エッチング面の表面状態に基づいて、次の領域I〜領域IIIに分類される。
領域I：材料の表面に薄い高分子状堆積物層（ポリマー）が形成され、良好なエッチングが進行している状態である。
領域II：領域Iから領域IIIへの遷移状態であり、エッチングは進行するが、高分子状生成物の除去は不安定で、残渣が発生する場合もある。
領域III：厚い高分子状堆積物層が定常的に形成され、エッチング速度が遅いか、又は高分子状生成物が堆積するのみでエッチングは進行しない状態である。
【００２２】
他のＳｉＯＣＨ系及びＳｉＯx系の材料についてもトレンドグラフを求めた結果、上記のような傾向はいずれの材料についても見られ、これらの材料のエッチング加工中の表面状態は、上記の領域I〜領域IIIに分類されることがわかった。
【００２３】
エッチング速度が最大値をとり、領域Iと領域IIの境界にあたる反応ガス流量をクリティカルポイントＰｃと呼ぶことにすると、これらの材料を良好にエッチング加工するには、反応ガス流量をＰｃ以下に抑え、表面状態を領域Iの状態に保つのがよい。
【００２４】
上記のトレンドグラフの求め方としては、
（ａ）エッチング速度の変化の実測
（ｂ）ポリマー厚さの変化の実測
（ｃ）ラジカル量の実測に基づく計算
（ｄ）プロセス条件から計算
のいずれかの方法で求めることができる。精度は前者ほど高いが、いずれの方法でも実用上十分な精度のグラフが得られる。
【００２５】
図８に示すように、高いアスペクト比を持つ加工部分やパターンによってプラズマから遮られる加工部分では、エッチング面に供給される反応活性種等のラジカル流入量が、平坦でプラズマに対し開放的な部分に比べ相対的に少なくなる。実際の加工では、この点を考慮に入れる必要がある。
【００２６】
例えばトレンチ（溝又は凹部）加工の場合には、ラジカル流入量が最も多くなるトレンチ中央部が領域Iに収まるようにすれば、トレンチの端部ではラジカル流入量がやや少なく、エッチング速度がやや小さくなるので、底部が平坦な、もしくはやや丸みをもった良好な形状のトレンチを形成できる。
【００２７】
図９（ａ）は、半導体基板（図示せず）上に形成した酸化シリコン膜１にＣｕ配線２を埋め込み、酸化シリコン膜１の上に、銅拡散防止用の炭化シリコン膜３、ＳｉＯＣＨ系の層間絶縁膜８を積層し、この絶縁膜の上に、トレンチパターンに対応したレジストマスク９を形成した状態を示す。
【００２８】
Ｃ4Ｆ8を反応ガスとするエッチングでＳｉＯＣＨ膜８の一部を取り除いてトレンチパターンを形成したい場合、ＳｉＯＣＨのＰｃが５ｓｃｃｍであるから、それ以下のＣ4Ｆ8流量で行えば、領域Iでの良好なエッチング加工を行えると予想できる。
【００２９】
そこで、少し誤差範囲を考慮して、Ｃ4Ｆ8流量を４ｓｃｃｍに設定し、図６を得たのと同じ２周波印加型のＣＣＰ装置を用いて、次の実験条件下でエッチング加工を行った。
ガス流量：Ｃ4Ｆ8／Ａｒ／Ｎ2＝４／１０００／１６０ｓｃｃｍ、
反応室圧力：６０ｍＴｏｒｒ、
プラズマ発生のために加えた電力（上部／下部）：１２００／１５００Ｗ、
基板温度：４０℃
【００３０】
これにより、図９（ｂ）のように、マイクロトレンチングや残渣のない良好なトレンチ加工形状（トレンチパターン）２０を得ることが可能となり、図９（ｃ）のように残渣１０が発生することはなかった。なお、ここで用いたＣ4Ｆ8流量は、通常の加工で用いられるＣ4Ｆ8流量に比べかなり小さいものである。
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、単層の絶縁膜８に関しては、良好なエッチング加工を行える適切な反応ガス流量を設定できるようになった。しかし、実際の半導体装置では複数の膜が積層構造を形成している。
【００３２】
例えば、層間絶縁膜として互いに異なるＳｉＯＣＨ（Ａ）膜とＳｉＯＣＨ（Ｂ）膜とが積層されている場合、これらの二つの膜を連続的に良好にエッチングするにはＣ4Ｆ8流量をどのような値とすればよいか、あるいは、ＳｉＯＣＨ（Ｂ）膜をエッチングせずにＳｉＯＣＨ（Ａ）膜のみをエッチングするには、Ｃ4Ｆ8流量をどのような値とすればよいか、というような課題に応える方法は未だ示されていない。
【００３３】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ＳｉＯＣＨ系積層絶縁膜の良好な加工形状を得ることのできる加工方法、並びにその加工方法を用いた配線構造の形成方法を提供することにある。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、エッチング特性が互いに異なる２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜（ＳｉＯxＣyＨz；但し、ｘ、ｙ、ｚは任意の数とする。）が接して積層されている積層絶縁膜の加工方法であって、前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜をエッチングによって加工するに際し、前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜のそれぞれについて、反応ガスの種類及び／又はその供給量に対するエッチング速度の関係と、クリティカルポイント（エッチング速度が最大値をとる反応ガス流量）とを求めておき、
第１の積層絶縁膜の加工方法では、前記反応ガスの供給量を、前記２層のＳｉＯＣＨ 系絶縁膜の前記クリティカルポイントの小さい方以下の大きさに設定し、
第２の積層絶縁膜の加工方法では、前記反応ガスの供給量を、前記２層のＳｉＯＣＨ 系絶縁膜の前記クリティカルポイントの中間の大きさであって、且つ、前記２層のＳｉ ＯＣＨ系絶縁膜の上層のエッチング速度と下層のエッチング速度とが同等になる大きさ に設定する
積層絶縁膜の加工方法、並びにその加工方法によって形成された接続孔又は凹部に配線を埋め込む配線構造の形成方法に係わるものである。
【００３５】
ここで、「エッチング特性が互いに異なる互いに異なる絶縁膜」とは、組成や製法や後処理等の相違により、同じ条件下で同じ反応ガスに対して異なるエッチング速度を示す絶縁膜のことである。
【００３６】
本発明によれば、予め求めておいた、前記反応ガスの種類及び／又はその供給量に対するエッチング速度の関係とクリティカルポイントとに基づいて前記エッチングを行うので、前記反応ガスの供給量を、前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜の前記エッチング速度をそれぞれ適切に選択できる大きさに最適化することができ、前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜が積層していても常に良好な加工形状を得ることができ、かつ配線を常に良好に信頼性良く形成することができる。
【００３７】
前記エッチング速度は前記反応ガスの種類や供給量や圧力などにより変化し、前記反応ガスの適切な供給量は膜種ごとに異なる。このような性質は、前記反応ガスの適切な供給流量を膜種ごとに見出すことを必要とするが、一旦それが見つかれば、膜種ごとに異なる前記エッチング速度の前記反応ガスの供給量に対する依存性を、前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜の相互間で差別化し、前記積層絶縁膜のエッチング選択比を目的にあわせて適切に設定するための手段として効果的に利用することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の積層絶縁膜の加工方法、並びにその加工方法によって前記接続孔又は凹部を形成する配線構造の形成方法では、前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜の下層のエッチング速度が上層のエッチング速度を上回るようにエッチング選択比を制御することが、各絶縁膜を連続的に良好にエッチングする上で望ましい。
【００４０】
本発明では、前記エッチングによってトレンチ又はビアホールを形成するのがよく、前記エッチングの深さに応じて前記反応ガスの供給量及び／又はプラズマ発生電力を調節するのがよい。
【００４１】
本発明では、前記絶縁膜を２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜で形成するが、この絶縁膜に接して他の酸化シリコン系及び／又は窒化シリコン系絶縁膜、具体的には、ＳｉＯx、ＳｉＯxＨy、ＳｉＯxＦy、ＳｉxＮy、及びＳｉＣxＮy（但し、ｘ、ｙ、ｚは任意の数とする。）からなる群より選ばれた少なくとも１種の絶縁膜が形成されていてもよい。既述したように、絶縁膜中の酸素には炭素分を除去する能力があるが、窒素にも同様の能力がある。
【００４２】
また、前記反応ガスとしてフルオロカーボンを使用するのがよく、具体的には、Ｃ4Ｆ8、Ｃ4Ｆ6、Ｃ5Ｆ8、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6及びＣ3Ｆ6からなる群より選ばれた少なくとも１種を使用するのがよい。
【００４３】
以下、本発明に基づく実施の形態を図面参照下に具体的に説明する。
【００４４】
実施の形態１
図１（ａ）は、上述したと同様に、Ｃｕ配線２を埋め込んだ酸化シリコン膜１の上に炭化シリコン膜３を形成し、この上に、ＳｉＯＣＨ系のＳｉＯＣＨ（Ｂ）膜４、ＳｉＯＣＨ系のＳｉＯＣＨ（Ａ）膜５が積層されてなる積層絶縁膜を形成し、更にトレンチ（溝又は凹部）パターン２０に対応した形状のレジストマスク９を形成した状態を示す。ＳｉＯＣＨ（Ｂ）膜４は前述したＳｉＯＣＨ膜８とほぼ同じ組成をもつ膜であるが、ＳｉＯＣＨ（Ａ）膜５はＳｉＯＣＨ膜８に比べてメチル基の割合が少なく、酸素含有率の大きい膜である。
【００４５】
図１（ｂ）に示すように、このような積層絶縁膜のＳｉＯＣＨ膜（Ａ）を貫通してＳｉＯＣＨ（Ｂ）膜４の中間部にまで達するトレンチパターン２０をＣ4Ｆ8を反応ガスとするドライエッチングで形成する。この場合、エッチングするＳｉＯＣＨ（Ａ）膜５とＳｉＯＣＨ（Ｂ）膜４との両層で領域Ｉを満たすＣ4Ｆ8流量（供給量）を設定すれば、積層構造であっても、マイクロトレンチングや残渣、過剰な高分子状堆積物によるエッチストップ等を生じさせずに、連続的に良好なエッチング加工を施すことが可能である。
【００４６】
図１（ｃ）に、ＳｉＯＣＨ（Ａ）膜５およびＳｉＯＣＨ（Ｂ）膜４のトレンドグラフを示す。ＳｉＯＣＨ（Ｂ）膜４の組成はＳｉＯＣＨ膜８と同等の傾向を示し、Ｐｃは約５ｓｃｃｍである。ＳｉＯＣＨ（Ａ）膜５はＳｉＯＣＨ（Ｂ）膜４に比べてメチル基が少なく酸素がより多い膜であるため、そのＰｃはより高流量側、約８ｓｃｃｍのところに存在する。このトレンドグラフは、実測によって求めるか、平面の場合に実測されたトレンドグラフから補正計算して求めるか、計算のみで求めるか、いずれかの方法で求める。
【００４７】
従って、ＳｉＯＣＨ（Ｂ）膜４のＰｃであるＣ4Ｆ8流量約５ｓｃｃｍ以下の流量で行えば、二つの膜とも領域Iでの良好な表面状態で連続的にエッチング加工できると予想される。そこで、一例として、誤差範囲等を考慮して、Ｃ4Ｆ8流量を後述のビアホール加工の場合よりも低流量の４ｓｃｃｍに設定し、２周波印加型のＣＣＰ（容量結合型プラズマ）装置を用いて、次の実験条件下でエッチング加工を行った。
ガス流量：Ｃ4Ｆ8／Ａｒ／Ｎ2＝４／１０００／１６０ｓｃｃｍ、
反応室圧力：６０ｍＴｏｒｒ、
プラズマ発生のために加えた電力（上部／下部）：１２００／１５００Ｗ、
基板温度：４０℃
【００４８】
これにより、図１（ｂ）のように、積層されているＳｉＯＣＨ（Ａ）膜５とＳｉＯＣＨ（Ｂ）膜４との二つの膜をＳｉＯＣＨ（Ｂ）膜４の途中厚さまで連続的に良好にエッチングすることができ、マイクロトレンチング、残渣のない良好なトレンチ加工形状を得ることが可能となった。
【００４９】
但し、従来では、上記のごとき積層絶縁膜のエッチング条件は、図１（ｃ）のトレンドグラフに依るものではないため、実際にはＣ4Ｆ8流量は多め（例えば８ｓｃｃｍ）にしてエッチングしていたので、いずれかの絶縁膜のエッチング状態が悪くなっていた。
【００５０】
図２は、上記のエッチング加工によって形成されたトレンチパターン部２０にＣｕ配線１３を埋め込み、ダマシン構造の配線構造を形成した状態を示す。形成の順序としては、まず、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法又はＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法等によりトレンチパターン表面に窒化タンタル又は窒化チタンからなるバリアメタル層１１を形成する。これは、外部への銅の拡散を阻止するためのものである。
【００５１】
次に、バリアメタル層１１の上にＣｕメッキシード層１２を、やはりＣＶＤ法又はＰＶＤ法等により積層する。
【００５２】
最後に、ＣＶＤ法又は電解メッキ法等により、Ｃｕメッキシード層１２を土台としてＣｕ配線１３をトレンチパターン部２０に埋め込む。以下の各実施の形態においても、配線構造を上記と同様にして形成することができる。
【００５３】
実施の形態２
図３（ａ）に示すように、実施の形態１と同じ積層絶縁膜の上に、ビアホール（貫通孔又は接続孔）３０に対応したレジストマスク９を形成し、エッチング加工により、図３（ｂ）に示すように、ＳｉＯＣＨ（Ａ）膜５およびＳｉＯＣＨ（Ｂ）膜４からなる積層絶縁膜を貫通して、炭化シリコン膜３に達するビアホール３０を形成する。
【００５４】
実施の形態１の場合と異なる点は次の２点である。第一は、ビアホール３０を形成する場合、アスペクト比の高いホール内では孔壁で消滅するＣＦ系ラジカルの損失分がトレンチ形成の場合に比べ多くなり、その分だけ孔底のエッチング面に到達するラジカル量は少なくなる点である。この点を考慮したトレンドグラフが必要になる。
【００５５】
ホール形成の場合のトレンドグラフは、実測によって求めるか、平面の場合に実測されたトレンドグラフから補正計算して求めるか、計算のみで求めるか、いずれかの方法で求める。計算で求める場合には、ホール内でのラジカル種の輸送についても考慮に入れる必要がある。
【００５６】
第二は、ＳｉＯＣＨ（Ａ）膜５及びＳｉＯＣＨ（Ｂ）膜４はいずれも貫通したエッチングを行うが、炭化シリコン膜３はエッチングしない条件を見い出す必要がある点である。そのために、炭化シリコン膜３のトレンドグラフも必要になる。
【００５７】
図３（ｃ）に、それぞれの絶縁膜の、ホール形成の場合のトレンドグラフを示す。ホール形成の場合のＳｉＯＣＨ（Ｂ）膜４のＰｃは、平面又はトレンチ形成の場合（約５ｓｃｃｍ）に比べてより高流量側にシフトし、約７ｓｃｃｍである。メチル基の少ないＳｉＯＣＨ（Ａ）膜５のホール形成の場合のＰｃは、さらに高流量側の約１０ｓｃｃｍである。炭化シリコン膜３のトレンドグラフは、５．５〜１２ｓｃｃｍの範囲ではＣ4Ｆ8流量の増加とともに減少し、約７ｓｃｃｍ近辺及びそれ以上の流量でのエッチング速度は十分小さい。
【００５８】
従って、Ｃ4Ｆ8流量を約７ｓｃｃｍに設定すれば、二つの膜とも領域Iでの良好な表面状態で連続的にエッチング加工し、かつ、炭化シリコン膜３へのダメージを最小限にすることができる。
【００５９】
そこで、一例として、誤差範囲等を考慮して、Ｃ4Ｆ8流量を６．５ｓｃｃｍに設定し、前述の２周波印加型のＣＣＰ（容量結合型プラズマ）装置を用いて、次の実験条件下でエッチング加工を行った。
ガス流量：Ｃ4Ｆ8／Ａｒ／Ｎ2＝６．５／１０００／１６０ｓｃｃｍ、
反応室圧力：６０ｍＴｏｒｒ、
プラズマ発生のために加えた電力（上部／下部）：１２００／１５００Ｗ、
基板温度：４０℃
【００６０】
これにより、図３（ｂ）のように、積層されているＳｉＯＣＨ（Ａ）膜５とＳｉＯＣＨ（Ｂ）膜４との二つの膜を連続的に良好にエッチングして、エッチストップのない良好なホール形状をもつビアホール３０を形成することが可能となり、しかも炭化シリコン膜３へのダメージは最小限にすることができた（図３（ｂ））。
【００６１】
実施の形態３
ウェハ面内での均一性が悪いエッチング装置を使用して図４（ａ）、（ｂ）に示すようにエッチングした場合には、ウェハ面の複数のビアホール３０形成箇所の間でエッチング速度に差を生じる。この結果、エッチング面がＳｉＯＣＨ（Ａ）膜５とＳｉＯＣＨ（Ｂ）膜４との界面に達する時間は、各ビアホール３０形成箇所ごとにばらつき、エッチング面が早く界面に達したホールからＳｉＯＣＨ（Ｂ）膜４のエッチングが始まる。
【００６２】
このような場合、実施の形態２のように下層（ＳｉＯＣＨ（Ｂ）膜４）のエッチング速度の方が上層（ＳｉＯＣＨ（Ａ）膜５）のエッチング速度より大きく設定されている場合、エッチング面の深さにますます差を生じ、一部のホールだけが深く掘れた、ウェハ面内での均一性の悪いエッチングプロセスになる懸念がある。
【００６３】
このような懸念がある場合、ＳｉＯＣＨ（Ａ）膜５とＳｉＯＣＨ（Ｂ）膜４のエッチング速度が同等になるようにＣ4Ｆ8流量を設定することで、ウェハ面内での均一性が改善されたエッチングプロセスとすることができる。
【００６４】
図４（ｃ）のトレンドグラフから、上の条件を満たすＣ4Ｆ8流量は約８．８ｓｃｃｍと求まる。この流量ではＳｉＯＣＨ（Ｂ）膜４のエッチング面は領域IIの表面状態を取ることになるが、微細なホール内では残渣は比較的発生し難いため、問題になるほどではない。
【００６５】
本実施の形態において、一例として、誤差範囲等を考慮してＣ4Ｆ8流量を８．５ｓｃｃｍに設定し、前述の２周波印加型のＣＣＰ（容量結合型プラズマ）装置を用いて、次の実験条件下でエッチング加工を行った。
ガス流量：Ｃ4Ｆ8／Ａｒ／Ｎ2＝８．５／１０００／１６０ｓｃｃｍ、
反応室圧力：６０ｍＴｏｒｒ、
プラズマ発生のために加えた電力（上部／下部）：１２００／１５００Ｗ、
基板温度：４０℃
【００６６】
図５（ａ）は、Ｃｕ配線２を埋め込んだ酸化シリコン膜１の上に炭化シリコン膜３、ＳｉＯＣＨ（Ｄ）膜６、ＳｉＯＣＨ（Ｃ）膜７が積層されてなる積層絶縁膜の上に、トレンチパターン２０に対応した形状のレジストマスク９を形成した状態を示す。ここでは図５（ｂ）に示すように、このような積層絶縁膜のＳｉＯＣＨ（Ｄ）膜６をエッチングせずにＳｉＯＣＨ（Ｃ）膜７のみをエッチング加工して、トレンチパターン２０を形成する。
【００６７】
このような場合には、Ｃ4Ｆ8流量をある適切な値に設定したとき、上層ＳｉＯＣＨ（Ｃ）膜７が領域Ｉにあり、また下層ＳｉＯＣＨ（Ｄ）膜６が領域IIIになるように、ＳｉＯＣＨ（Ｃ）膜７及びＳｉＯＣＨ（Ｄ）膜６の材料を選択する。このためには、組成的に大きく異なる２つの材料を積層することが望ましい。
【００６８】
一例として、ここではＳｉＯＣＨ（Ｃ）膜７には、ＳｉＯＣＨ（Ｄ）膜６との相違を際だたせるため、炭素を含まないＨ含有ポリシロキサンＨＳＱを用い、またＳｉＯＣＨ（Ｄ）膜６にはＳｉＯＣＨ膜８と同様の膜を使用する。
【００６９】
図５（ｃ）に両者のトレンドグラフを示す。ＳｉＯＣＨ（Ｃ）膜（Ｈ含有ポリシロキサンＨＳＱ）７は炭素を含まないため、大きなＣ4Ｆ8流量の領域まで領域Iが広がっていて、Ｐｃは約１０ｓｃｃｍであり、ＳｉＯＣＨ（Ｄ）膜６のＰｃ値（約６．５ｓｃｃｍ）から大きく離れている。Ｃ4Ｆ8流量を例えば１０ｓｃｃｍに設定すれば、ＳｉＯＣＨ（Ｃ）膜７は領域I、ＳｉＯＣＨ（Ｄ）膜６は領域IIIに属するので、上記の条件を満たし、Ｃ4Ｆ8の供給を止めなくてもエッチング選択比の設定によって上層のＳｉＯＣＨ（Ｃ）膜７のみのエッチングを行え、下層のＳｉＯＣＨ（Ｄ）膜６のエッチングを自動的に止めることができる。
【００７０】
本実施の形態において、一例として、Ｃ4Ｆ8流量を１０ｓｃｃｍに設定し、前述の２周波印加型のＣＣＰ（容量結合型プラズマ）装置を用いて、次の実験条件下でエッチング加工を行った。
ガス流量：Ｃ4Ｆ8／Ａｒ／Ｎ2＝１０／１０００／１６０ｓｃｃｍ、
反応室圧力：６０ｍＴｏｒｒ、
プラズマ発生のために加えた電力（上部／下部）：１２００／１５００Ｗ、
基板温度：４０℃
【００７１】
エッチング加工が進行し、エッチング面がＳｉＯＣＨ（Ｃ）膜７とＳｉＯＣＨ（Ｄ）膜６の界面に達した時点で、ＳｉＯＣＨ（Ｄ）膜６上には厚い高分子状堆積物（厚さ約６ｎｍ）が形成され、エッチングはストップした。これにより、図５（ｂ）に示すように、トレンチ深さがウェハ面内で均一なトレンチパターンを形成できた。
【００７２】
上記したＳｉＯＣＨ系膜以外の絶縁膜も組成は可変である。塗布もしくはＣＶＤ（化学的気相成長）法によって形成した各種の絶縁膜について、上述した実施の形態１と同様にトレンチパターンを形成するときのエッチング速度を図６に示す。これらのトレンドグラフを各膜質ごとに使い分けることにより、各種絶縁膜のエッチングを良好に行うことができる。
【００７３】
なお、膜質による特性の変化として、膜中の酸素含有率が小さいほど、又は炭素含有率が大きいほど、Ｐｃが低流量側に現れる傾向がある。また、Ｐｃより低流量側でのエッチング速度の大きさそのものは、膜密度が小さいほど大きくなる傾向がある。
【００７４】
以上に述べたように、本発明に基づく方法により、エッチストップや残渣の無いＳｉＯＣＨ系積層絶縁膜の加工プロセスを、膜質によらずに提供することが可能となる。従って、各種Ｌｏｗ−ｋ（低比誘電率）材料の加工、さらにはデュアルダマシンを用いたＣｕ埋め込み配線を効率よく良好に形成することができ、高速低消費電力のデバイスの信頼性や歩留まり向上に寄与することができる。
【００７５】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、反応ガスの供給条件や各膜の材質、装置等は本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、予め求めておいた、前記反応ガスの種類及び／又はその供給量に対するエッチング速度の関係と前記クリティカルポイントとに基づいて前記エッチングを行うので、前記反応ガスの供給量を、前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜の前記エッチング速度をそれぞれ適切に選択できる大きさに最適化することができ、前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜が積層していても常に良好な加工形状を得ることができ、かつ良好に形成された接続孔又は凹部に配線を常に良好に信頼性良く形成することができる。
【００７７】
前記エッチング速度は前記反応ガスの種類や供給量や圧力などにより変化し、前記反応ガスの適切な供給量は膜種ごとに異なる。このような性質は、前記反応ガスの適切な供給流量を膜種ごとに見出すことを必要とするが、一旦それが見つかれば、膜種ごとに異なる前記エッチング速度の前記反応ガスの供給量に対する依存性を、前記２層のＳｉＯＣＨ系絶縁膜の相互間で差別化し、前記積層絶縁膜のエッチング選択比を目的にあわせて適切に設定するための手段として効果的に利用することができる。
【００７８】
本発明により、エッチストップや残渣の無いＳｉＯＣＨ系積層絶縁膜の加工プロセスを、膜質によらずに提供することが可能となる。従って、各種Ｌｏｗ−ｋ（低比誘電率）材料の加工、さらにはデュアルダマシンを用いたＣｕ埋め込み配線等の配線を効率よく良好に形成することができ、高速低消費電力のデバイスの信頼性や歩留まり向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１により、ＳｉＯＣＨ系積層絶縁膜にトレンチパターンを形成した例を示す要部概略断面図及び概略斜視図（ａ）、（ｂ）と、Ｃ4Ｆ8流量の変化によるＳｉＯＣＨ系材料のエッチング速度の変化を示すグラフ（トレンドグラフ）（ｃ）である。
【図２】  同、トレンチパターンにＣｕ埋め込み配線を施した例を示す要部概略断面図である。
【図３】  本発明の実施の形態２により、ＳｉＯＣＨ系積層絶縁膜にビアホールを形成した例を示す要部概略断面図及び概略斜視図（ａ）、（ｂ）と、Ｃ4Ｆ8流量の変化によるＳｉＯＣＨ系材料のエッチング速度の変化を示すグラフ（トレンドグラフ）（ｃ）である。
【図４】  本発明の実施の形態３により、ＳｉＯＣＨ系積層絶縁膜にビアホールを形成した例を示す要部概略断面図及び概略斜視図（ａ）、（ｂ）と、Ｃ4Ｆ8流量の変化によるＳｉＯＣＨ系材料のエッチング速度の変化を示すグラフ（トレンドグラフ）（ｃ）である。
【図５】  本発明の実施の形態４により、ＳｉＯＣＨ系積層絶縁膜にトレンチパターンを形成した例を示す要部概略断面図及び概略斜視図（ａ）、（ｂ）と、Ｃ4Ｆ8流量の変化によるＳｉＯＣＨ系材料のエッチング速度の変化を示すグラフ（トレンドグラフ）（ｃ）である。
【図６】  各種絶縁膜材料のエッチング速度の変化を示すグラフ（トレンドグラフ）である。
【図７】  Ｃ4Ｆ8流量の変化による、ＳｉＯＣＨ系材料のエッチング速度の変化及びエッチング面に堆積する高分子状生成物の厚さの変化を示すグラフである。
【図８】  アスペクト比の変化による、エッチング面に流入するラジカル流量の変化を示すグラフである。
【図９】  図７のグラフに基づいて設定したＣ4Ｆ8流量で、単層のＳｉＯＣＨ系膜をトレンチパターンにエッチング加工した例を示す要部概略断面図と概略斜視図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）である。
【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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