JP2004111779A - 有機系絶縁膜のエッチング方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ボーイングが少ない垂直加工形状を形成しうるとともにハードマスクの肩落ちが少ない有機系絶縁膜のエッチング方法及びこのエッチング方法を用いた半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】有機系絶縁膜を有する被処理物が載置された電極１２に第１の高周波電力を印加し、電極１２に対向する電極１４に第２の高周波電力を印加することにより、ＮＨ３を含むガスのプラズマを生成して有機系絶縁膜をエッチングする有機系絶縁膜のエッチング方法において、電極１２に印加される電圧のＶｐｐ値が５００Ｖ以下になるように、第１の高周波電力及び第２の高周波電力を制御する。これにより、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量を低減しつつ、有機絶縁膜を垂直に加工することができる。
【選択図】 図１２
【解決手段】有機系絶縁膜を有する被処理物が載置された電極１２に第１の高周波電力を印加し、電極１２に対向する電極１４に第２の高周波電力を印加することにより、ＮＨ３を含むガスのプラズマを生成して有機系絶縁膜をエッチングする有機系絶縁膜のエッチング方法において、電極１２に印加される電圧のＶｐｐ値が５００Ｖ以下になるように、第１の高周波電力及び第２の高周波電力を制御する。これにより、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量を低減しつつ、有機絶縁膜を垂直に加工することができる。
【選択図】 図１２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機系絶縁膜のエッチング方法及び半導体装置の製造方法に係り、特に、ボーイングが少ない垂直加工形状を形成しうるとともにハードマスクの肩落ちが少ない有機絶縁膜のエッチング方法及びこのエッチング方法を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の大規模高集積化に伴い、配線の設計ルールも世代と共に縮小化されている。従来、配線層は、配線材料を堆積した後、リソグラフィー及びドライエッチングを用いてパターニングすることにより形成されてきたが、世代が進むにつれて技術的な限界が生じ始めている。このため、従来の配線層の形成プロセスに代わる新たな形成プロセスとして、層間絶縁膜に溝パターンやホールパターンを形成した後、この溝やホールに配線材料を埋め込む、いわゆるダマシンプロセスと呼ばれる手法が利用されつつある。ダマシンプロセスは、反応性エッチングが困難な銅などの低抵抗材料を用いて配線層を形成することも容易であり、微細パターンを有する低抵抗の配線層を形成するうえで極めて有効である。
【０００３】
また、配線層の微細化に伴って配線間隔も狭まっており、層間絶縁膜を介して構成される寄生容量の増加が半導体装置の高速化を妨げる要因の一つともなっている。そこで、層間絶縁膜として、従来のシリコン酸化膜やシリコン窒化膜よりも誘電率の低い有機系絶縁材料（ｌｏｗ−ｋ材料）を用いることが検討されており、一部では既に実用化されている。なお、有機系絶縁材料としては、有機ＳＯＧ材料である、ダウ・ケミカル社製の有機系ポリマーＳｉＬＫ（登録商標）、ハネウェル社製の有機系ポリマーＦＬＡＲＥ（登録商標）等が知られている。
【０００４】
このような背景から、層間絶縁膜として有機系絶縁材料を用い、配線層としてこの有機系絶縁膜に埋め込まれた銅を主体とする導電体を用いた半導体装置及びその製造方法に関し、種々の検討が行われている。
【０００５】
有機系絶縁膜のエッチングは、シリコン酸化膜系の絶縁膜と比較すると、エッチング機構に未だ不明な点が多い。現状では、有機絶縁材料において垂直加工形状を得ようとした場合、側壁保護膜による加工制御が必須となる。上記ＳｉＬＫやＦＬＡＲＥ等のようにＳｉを含まない有機系絶縁材料では、従来のシリコン酸化膜のエッチングに用いられているフロロカーボン（ＣＦ）系プラズマではなく、水素系のプラズマ（例えばＨ２／Ｎ２やＮＨ３）が用いられることが多い。これらのガスを用いたエッチングでは、エッチング面にＣＮ系の側壁保護膜が形成されるため、断面加工形状を制御することが可能である。
【０００６】
一方、次世代の微細デバイスにおけるエッチングプロセスに好適なエッチング装置として、平行平板型二周波励起エッチング装置が注目されている。平行平板型二周波励起エッチング装置は、ウェーハを支持する下部電極と、下部電極に対向する上部電極とに、それぞれ異なる周波数の高周波を印加してプラズマを励起し、エッチングを行うエッチング装置である。平行平板型二周波励起エッチング装置は、従来にない低い圧力で高速かつ均一性の良好なエッチングが可能であり、且つチャージアップダメージが少ないという特徴がある。また、プラズマ生成効率が高く、従来のエッチング装置と比較して高いエッチング速度を得ることができる。なお、平行平板型二周波励起エッチング装置を用いた有機系絶縁膜のエッチングに関しては、例えば特許文献１に記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１１０７８４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
平行平板型二周波励起エッチング装置を用いた有機系絶縁膜のエッチングにおける課題として、ボーイングとハードマスクの肩落ちが挙げられる。ボーイングとは、ホール中程においてサイドエッチングが生じてホール径が広がる現象をいう。ハードマスクの肩落ちとは、有機系絶縁膜のエッチングの際に用いるハードマスクのパターン端部が削れる現象をいう。
【０００９】
平行平板型二周波励起エッチング装置を用いて有機系絶縁膜をエッチングする場合、Ｎ２／Ｈ２ガス系を用いたエッチングプロセスでは、ボーイング形状は発生しないが、ハードマスクの肩落ち量が大きい。一方、ＮＨ３ガス系を用いたエッチングプロセスでは、ハードマスクの肩落ち量は小さいが、ボーイング形状となりやすい。
【００１０】
図２１は、シリコン酸化膜上にＳｉＬＫ膜及びシリコン酸化膜が形成された試料において、上層のシリコン酸化膜をハードマスクとしてＳｉＬＫ膜をエッチングした場合における断面加工形状を走査型電子顕微鏡により撮影した結果を示す図である。図２１（ａ）はＮ２／Ｈ２ガス系を用いてエッチングを行った試料であり、図２１（ｂ）はＮＨ３ガス系を用いてエッチングを行った試料である。
【００１１】
図２１（ａ）に示すように、Ｎ２／Ｈ２ガス系を用いてエッチングした試料では、ハードマスクとして用いたシリコン酸化膜の角部が削れており、肩落ちが生じていることが判る。また、図２１（ｂ）に示すように、ＮＨ３ガス系を用いてエッチングした試料では、ハードマスクとして用いたシリコン酸化膜の下部領域までＳｉＬＫ膜がエッチングされており、ボーイングが生じていることが判る。
【００１２】
また、一般的に、エッチングにより垂直加工形状を形成しようとした場合、バイアス電力を高くしてイオンエネルギーを高めることによりウェーハへの入射角度を垂直方向にする必要があるが、バイアス電力が高いほどにハードマスクの肩落ち量は大きくなる。他方、ハードマスクの肩落ち量が少なくなるようなエッチング条件を適用すると、等方的なエッチング成分が多くなり、ボーイング量が大きくなる。
【００１３】
このように、有機系絶縁膜のエッチングプロセスにおいて、ボーイング量とハードマスクの肩落ち量とはトレードオフの関係にあり、これらを両立することは困難であった。
【００１４】
本発明の目的は、ボーイングが少ない垂直加工形状を形成しうるとともにハードマスクの肩落ちが少ない有機絶縁膜のエッチング方法及びこのエッチング方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、有機系絶縁膜を有する被処理物が載置された第１の電極に第１の周波数を有する第１の高周波電力を印加し、前記第１の電極に対向する第２の電極に前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２の高周波電力を印加することにより、ＮＨ３を含むガスのプラズマを生成して前記有機系絶縁膜をエッチングする有機系絶縁膜のエッチング方法であって、前記第１の電極に印加される電圧のＶｐｐ値が５００Ｖ以下になるように、前記第１の高周波電力及び前記第２の高周波電力を制御することを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法によって達成される。
【００１６】
また、上記目的は、基板上に、有機系絶縁膜と無機系絶縁膜とを順次形成する工程と、前記無機系絶縁膜をパターニングする工程と、パターニングした前記無機系絶縁膜をマスクとして前記有機系絶縁膜をエッチングする工程とを有し、前記有機系絶縁膜をエッチングする工程では、前記半導体基板を載置する第１の電極に第１の周波数を有する第１の高周波電力を印加し、前記第１の電極に対向する第２の電極に前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２の高周波電力を印加することにより、ＮＨ３を含むガスのプラズマを生成して前記有機系絶縁膜をエッチングする有機系絶縁膜のエッチング方法を用い、前記第１の電極に印加される電圧のＶｐｐ値が５００Ｖ以下になるように、前記第１の高周波電力及び前記第２の高周波電力を制御することを特徴とする半導体装置の製造方法によっても達成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による有機系絶縁膜のエッチング方法について、図１乃至図１５を用いて説明する。
【００１８】
図１は平行平板型二周波励起エッチング装置の構造を示す概略図、図２は検討に用いた試料の構造を示す概略断面図、図３はボーイング量及びハードマスクの肩落ち量のエッチングガス依存性を示すグラフ、図４はＮＨ３ガス系を用いた場合における種々のパラメータのエッチング時間依存性を示すグラフ、図５はＮ２／Ｈ２ガス系を用いた場合における種々のパラメータのエッチング時間依存性を示すグラフ、図６はＮＨ３プラズマの発光分析結果を示すグラフ、図７はＮ２／Ｈ２プラズマの発光分析結果を示すグラフ、図８はエッチングレートとプラズマ処理室内の圧力との関係を示すグラフ、図９はエッチングレート、面内均一性及びＶｐｐ電圧のＮＨ３流量依存性を示すグラフ、図１０はＶｐｐ電圧の印加電力依存性を示すグラフ、図１１はＶｐｐ電圧の電極間隔依存性を示すグラフ、図１２はボーイング量及びハードマスクの肩落ち量のＶｐｐ電圧依存性を示すグラフ、図１３は本実施形態による有機絶縁膜のエッチング方法におけるＮＨ３プラズマの発光分析結果を示すグラフ、図１４はエッチングレート、面内均一性及びＶｐｐ電圧の上部電極に印加する電力依存性を示すグラフ、図１５は上部電極に印加する電力の断面加工形状への影響を示す図である。
【００１９】
はじめに、平行平板型二周波励起エッチング装置について図１を用いて説明する。
【００２０】
プラズマ処理室１０内には、下部電極１２と、下部電極１２に対向する上部電極１４とが設けられている。下部電極１２には、高周波電源１６及び低周波フィルタ１８が接続されており、低周波フィルタ１８の透過帯域に応じた高周波、例えば２ＭＨｚの高周波を下部電極１２に印加できるようになっている。下部電極１２上には、被処理物であるウェーハ２０が載置できるようになっている。上部電極１４には、高周波電源２２及び高周波フィルタ２４が接続されており、高周波フィルタ２４の透過帯域に応じた高周波、例えば６０ＭＨｚの高周波を上部電極１４に印加できるようになっている。上部電極１４は、エッチングガスをプラズマ処理室１０内に導入するシャワーヘッドを兼ねており、ガス導入配管２６を介してプラズマ処理室１０内にエッチングガスを導入できるようになっている。また、プラズマ処理室１０には、排気配管２８が設けられている。
【００２１】
次に、本実施形態による有機絶縁材料のエッチング方法の概略について図１を用いて説明する。
【００２２】
まず、下部電極１２上に被処理物であるウェーハ２０を載置した後、排気配管２８に接続された真空ポンプ（図示せず）により、プラズマ処理室１０内を減圧する。
【００２３】
次いで、ガス導入配管２６より、エッチングに用いるガスを導入するとともに、排気配管２８からの排気量を制御し、プラズマ処理室１０内を所定値まで減圧する。このとき、エッチャントであるＮＨ３の流量を５０ｓｃｃｍ以下、例えば４０ｓｃｃｍに設定するとともに、プラズマ処理室１０内の圧力を１００ｍＴｏｒｒ以下、例えば５０ｍＴｏｒｒに設定する。
【００２４】
なお、ＮＨ３にＮ２ガスを添加するようにしてもよい。Ｎ２ガスを添加した場合、側壁保護の影響をより強くすることができる。側壁保護の影響に関しては後述する。
【００２５】
次いで、高周波電源１６により、下部電極１２に例えば２ＭＨｚの高周波を印加する。また、高周波電源２２により、上部電極１４に例えば６０ＭＨｚの高周波を印加する。これにより、上部電極１２と下部電極１４との間に、プラズマを生成する。
【００２６】
なお、下部電極１２に印加する電力は例えば２００Ｗとし、上部電極１４に印加する電力は例えば１６００Ｗとし、電極間隔は例えば３０ｍｍとする。これら条件は、Ｖｐｐ電圧が５００Ｖ以下になるように設定する。ここで、本明細書にいうＶｐｐ電圧或いはＶｐｐ値とは、下部電極１２に印加される高周波電圧の最大値と最小値との間の電圧差を表す電圧値であり、ピークツーピーク（Ｐｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋ）電圧と呼ばれるものである。上記条件に設定した場合、Ｖｐｐ電圧は４５４Ｖとなる。
【００２７】
この状態でウェーハ２０に形成された有機絶縁膜をエッチングすることにより、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量を低減しつつ、垂直な加工形状を形成することができる。
【００２８】
このように、本実施形態による有機絶縁膜のエッチング方法は、平行平板型二周波励起エッチング装置によるＮＨ３ガス系を用いたエッチングにおいて、Ｖｐｐ電圧を５００Ｖ以下に、ＮＨ３流量を５０ｓｃｃｍ以下に、プラズマ処理室内の圧力を１００ｍＴｏｒｒ以下に、それぞれ設定することに主たる特徴がある。このようにしてエッチング条件を制御することにより、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量を低減しつつ、有機絶縁材料を垂直に加工することができる。
【００２９】
なお、Ｖｐｐ電圧、ＮＨ３流量、プラズマ処理室の圧力は、小さくなるほどにエッチングレートが遅くなる。したがって、これらパラメータの下限値については、必要とされるエッチングレートに応じて適宜制御することが望ましい。
【００３０】
また、導入するガスが希薄になるにつれ、放電の安定性が損なわれてプラズマが生成しにくくなる。また、電極間のインピーダンスがチャンバ排気速度のばらつきに敏感になる。したがって、ＮＨ３流量及びプラズマ処理室の圧力の下限値は、エッチングレートの制約のほか装置排気能力に依存して決定される一面もある。
【００３１】
次に、エッチング条件を上記のように設定する理由について、本願発明者による検討結果を参照しつつ説明する。なお、以下に示す検討には、図２に示すように、シリコン酸化膜４８上に、膜厚１５０ｎｍのＳｉＬＫよりなる有機絶縁膜５０と、ハードマスクとしての膜厚２５０ｎｍのシリコン酸化膜５２と、反射防止膜としての膜厚２５０ｎｍのＢＡＲＣ膜５６と、膜厚１３３ｎｍのフォトレジスト膜５８とが形成された試料を用い、パターニングされたシリコン酸化膜５２、ＢＡＲＣ膜５６及びフォトレジスト膜５８をマスクとして有機絶縁膜５０のエッチングを行った際のものである。
【００３２】
はじめに、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量とエッチングガスとの関係について図３を用いて説明する。図３は、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量のエッチングガス依存性を示すグラフである。
【００３３】
図３に示すように、エッチングガスにＮ２／Ｈ２ガス系を用いた場合と、ＮＨ３ガス系を用いた場合とでは、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量に異なる傾向が見られる。すなわち、Ｎ２／Ｈ２ガス系を用いたエッチングプロセスでは、ボーイングは発生しないが、ハードマスクの肩落ち量が大きい。一方、ＮＨ３ガス系を用いたエッチングプロセスでは、ハードマスクの肩落ち量は小さいが、ボーイング量が大きい。
【００３４】
図４（ａ）はＮＨ３ガス系を用いた場合における有機絶縁膜のエッチング深さ及びフォトレジスト膜の膜厚のエッチング時間依存性を示すグラフである。また、図４（ｂ）はＮＨ３ガス系を用いた場合におけるボーイング量及びハードマスクの肩落ち量のエッチング時間依存性を示すグラフである。
【００３５】
図５（ａ）はＮ２／Ｈ２ガス系を用いた場合における有機絶縁膜のエッチング深さ及びフォトレジスト膜の膜厚のエッチング時間依存性を示すグラフである。また、図５（ｂ）はＮ２／Ｈ２ガス系を用いた場合におけるボーイング量及びハードマスクの肩落ち量のエッチング時間依存性を示すグラフである。
【００３６】
図４に示すように、ＮＨ３ガス系を用いた場合、有機絶縁膜のボーイングは、フォトレジスト膜がすべて除去された時点から生じている。これは、フォトレジスト膜が存在するうちは、フォトレジスト膜から生成されるＣＮ系の堆積物が側壁保護膜と機能するためと考えられる。また、ハードマスクの肩落ちも、フォトレジスト膜がすべて除去された時点からハードマスクの肩落ちが生じている。
【００３７】
一方、図５に示すように、Ｎ２／Ｈ２ガス系を用いた場合、ボーイングは生じないが、フォトレジスト膜がすべて除去された時点からハードマスクの肩落ちが生じていることが判る。
【００３８】
上述したＮＨ３ガス系とＮ２／Ｈ２ガス系とにおけるエッチング形態の相違点を明らかにするために、各ガス系を用いた場合のプラズマについて発光分析を行った。その結果を図６及び図７に示す。図６はＮＨ３プラズマの発光分析結果を示すグラフである。図７はＮ２／Ｈ２プラズマの発光分析結果を示すグラフである。なお、各図において、実線がエッチング初期における状態を示し、点線がエッチング終期における状態を示している。
【００３９】
各図において有機絶縁膜の側壁保護膜として作用するＣＮの波長（７８５ｎｍ）と、有機絶縁膜を等方的にエッチングするＨの波長（４８６ｎｍ）に着目すると、エッチング初期ではフォトレジスト膜が存在することにより、ＮＨ３プラズマ及びＮ２／Ｈ２プラズマの双方において、ＣＮの存在が確認できる。また、エッチング終期では、フォトレジスト膜が除去されているため、ＣＮの発光がなくなり、Ｈの発光が強くなる。
【００４０】
ここで、ＣＮは側壁保護膜となるため、ＣＮが多いほどボーイングが小さいと考えられる。また、Ｈは等方的なエッチングに寄与するため、Ｈが少ないほどボーイングが小さいと考えられる。かかる観点からＣＮの量とＨの量とを考えると、（エッチング初期のＣＮの量）／（エッチング終期のＨの量）の比（以下、ＣＮ／Ｈ比という）が大きいほどに、ボーイング量が小さいと考えられる。
【００４１】
図６のグラフにおいてＣＮ／Ｈ比は約０．１６、図７のグラフにおいてＣＮ／Ｈ比は約０．６５５であり、すなわちＮＨ３プラズマのＣＮ／Ｈ比よりもＮ２／Ｈ２プラズマのＣＮ／Ｈの方が大きくなっており、上記仮定が裏付けられる。したがって、ＣＮ／Ｈ比を小さくできれば、ＮＨ３プラズマにおいてもボーイング量を低減しうると考えられる。
【００４２】
次に、ＮＨ３ガス系を用いた場合において、ＣＮ／Ｈ比を小さくしうるエッチング条件について種々の検討を行った。
【００４３】
はじめに、エッチングレート及びＶｐｐ電圧とプラズマ処理室１０内の圧力との関係を示す。図８は、エッチングレートとプラズマ処理室１０内の圧力との関係を示すグラフである。なお、図８（ａ）は、下部電極１２に印加する高周波電力のパワーを２００Ｗ、上部電極に印加する高周波電力のパワーを２０００Ｗ、電極間隔を３０ｍｍとした場合を示している。図８（ｂ）は、下部電極１２に印加する高周波電力のパワーを７００Ｗ、上部電極に印加する高周波電力のパワーを１０００Ｗ、電極間隔を４５ｍｍとした場合を示している。図８（ｃ）は、下部電極１２に印加する高周波電力のパワーを１０００Ｗ、上部電極に印加する高周波電力のパワーを２００Ｗ、電極間隔を４５ｍｍとした場合を示している。ＮＨ３の流量（３００ｓｃｃｍ）及び基板温度（３０℃）は、各条件において共通である。また、各図において、実線はエッチングレートを示し、一点鎖線はＶｐｐ電圧を示している。
【００４４】
図８（ｃ）に示すように、下部電極１２に印加する電力が上部電極１４に印加する電力よりも十分に大きい場合には、プラズマ処理室１０内の圧力を下げるほどにエッチングレートは低下する。また、Ｖｐｐ電圧は、プラズマ処理室１０内の圧力を下げるほどに増加する。
【００４５】
図８（ｂ）に示すように、下部電極１２に印加する電力を上部電極１４に印加する電力よりも僅かに大きいときは、エッチングレート及びＶｐｐ電圧のプラズマ処理室１０内の圧力に対する依存性は小さくなる。
【００４６】
これに対し、図８（ａ）に示すように、上部電極１４に印加する電力が下部電極１２に印加する電力よりも十分に大きい場合には、プラズマ処理室１０内の圧力を下げるほどにエッチングレートは増加する。また、Ｖｐｐ電圧は、プラズマ処理室１０内の圧力を下げるほどに低下する。
【００４７】
プラズマ処理室１０内の圧力を下げることにより、イオンの散乱は小さくなり、入射角度はより垂直方向となる。このため、垂直な加工形状を得ることが可能となる。また、Ｖｐｐ電圧を下げることにより、低入射エネルギーでのエッチングが可能となり、ハードマスクの肩落ち量を低減することができる。したがって、上部電極１４に印加する電力を下部電極１２に印加する電力よりも大きくすることは、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量を低減するうえで効果的であると考えられる。
【００４８】
図９は、エッチングレート、面内均一性及びＶｐｐ電圧のＮＨ３流量依存性を示すグラフである。なお、図９（ａ）はエッチングレート及び面内均一性のＮＨ３流量依存性を示すグラフ、図９（ｂ）は、エッチングレート及びＶｐｐ電圧のＮＨ３流量依存性を示すグラフである。なお、下部電極１２に印加する高周波電力のパワーは２００Ｗ、上部電極に印加する高周波電力のパワーは２０００Ｗ、成膜室の圧力は５０ｍＴｏｒｒ、電極間隔は３０ｍｍ、基板温度は３０℃とした。また、図９（ａ）において、実線はエッチングレートを示し、一点鎖線は面内均一性を示している。また、図９（ｂ）において、実線はエッチングレートを示し、一点鎖線はＶｐｐ電圧を示している。
【００４９】
図９（ａ）に示すように、ＮＨ３の流量を低下することにより、面内均一性は大幅に向上する。上部電極１４に印加する電力が高く処理圧力が低い条件下ではプラズマ分布が不均一となることが懸念されるが、ＮＨ３の流量を低下することにより面内均一性を飛躍的に向上することができる。
【００５０】
エッチャントであるＮＨ３の流量を低下することは、エッチングレートが低下することを意味する。しかしながら、図９（ａ）に示すように、ＮＨ３流量を３００ｓｃｃｍから５０ｓｃｃｍ下げたことに伴うエッチングレートの低下はおよそ１割程度であり、上述の面内均一性向上の効果に鑑みれば、エッチングレートへの影響は十分に小さいといえる。
【００５１】
また、図９（ｂ）に示すように、ＮＨ３流量の低下に伴うＶｐｐ電圧の変動は小さい。また、ＮＨ３流量を低下することにより生成されるイオン数が少なくなり、ハードマスクの肩落ち量を小さくすることができる。
【００５２】
したがって、ＮＨ３流量を低下することにより、上述した上部電極１４に印加する電力を下部電極１２に印加する電力よりも大きくする効果を維持しつつ、面内分布の均一性を向上することができる。
【００５３】
図１０は、Ｖｐｐ電圧の印加電力依存性を示すグラフである。横軸は、下部電極１２に印加する電力［Ｗ］／上部電力１４に印加する電力［Ｗ］を示している。なお、ＮＨ３の流量を３００ｓｃｃｍ、電極間隔を３０ｍｍとした。
【００５４】
図１１は、Ｖｐｐ電圧の電極間隔依存性を示すグラフである。なお、下部電極に印加する電力を２００Ｗ、上部電極に印加する電力を２０００Ｗ、ＮＨ３の流量を３００ｓｃｃｍとした。
【００５５】
図１０及び図１１に示すように、Ｖｐｐ電圧は、下部電極１２及び上部電極１４に印加する電力、電極間隔等に依存する。これは、Ｖｐｐ電圧が、プラズマ処理室１０内におけるプラズマ等のインピーダンスにより左右されるためである。補足すると、電極間隔を狭めるとプラズマはより解離し、Ｖｐｐ電圧は下がる。この現象は、上部電極に印加する電力を高くしてプラズマをより解離した状態と似た現象となる。したがって、Ｖｐｐ電圧を規定することにより、そのプロセス領域は必然的に決定されることとなる。
【００５６】
図１２は、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量のＶｐｐ電圧依存性を示すグラフである。なお、測定した試料の作成に際し、エッチング条件は、下部電極に印加する電力を２００Ｗ、上部電極に印加する電力を１６００Ｗ、ＮＨ３流量を４０ｓｃｃｍ、プラズマ処理室の圧力を５０ｍＴｏｒｒとした。このときのＶｐｐ電圧は４５４Ｖである。
【００５７】
また、図１２に示すボーイング量の値は、ハードマスクの端部から測定した有機絶縁膜の横方向へのエッチング量である。また、ハードマスクの肩落ち量の値は、図２１（ａ）に矢印で示すように、ハードマスクの端部から測定したハードマスクのエッチング領域の幅である。
【００５８】
図１２に示すように、Ｖｐｐ電圧を５００Ｖ程度以下に抑えることにより、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量を大幅に低減することができる。
【００５９】
上述したように、上部電極に印加する電力及び下部電極に印加する電力、電極間隔、プラズマ処理室の圧力は、Ｖｐｐ電圧に反映される。このため、Ｖｐｐ電圧値を定義することにより、そのプロセス領域は決定される。また、Ｖｐｐ電圧が低くなる条件において、プラズマ処理室内の圧力を下げることは形状制御に大きく作用する。また、ＮＨ３流量を下げることは面内均一性に大きく作用し、ハードマスクの肩落ち量を低減するうえで効果的である。具体的には、Ｖｐｐ電圧を５００Ｖ程度以下に、プラズマ処理室内の圧力を１００ｍＴｏｒｒ以下に、ＮＨ３流量を５０ｓｃｃｍ以下に設定することが望ましい。
【００６０】
図１３は、下部電極に印加する電力を２００Ｗ、上部電極に印加する電力を１６００Ｗ、ＮＨ３流量を４０ｓｃｃｍ、プラズマ処理室の圧力を５０ｍＴｏｒｒとした場合におけるＮＨ３プラズマの発光分析結果を示すグラフである。
【００６１】
図示するように、ＮＨ３系ガスにおいても、Ｖｐｐ電圧を５００Ｖ程度以下に、プラズマ処理室内の圧力を１００ｍＴｏｒｒ以下に、ＮＨ３流量を５０ｓｃｃｍ以下に設定することにより、ＣＮ／Ｈ比は３．９となり、Ｎ２／Ｈ２プラズマの場合と比較しても極めて大きな値を得ることができた。この結果からも、図１２においてボーイング量を低減する効果を裏付けることができる。
【００６２】
図１４は、エッチングレート、面内均一性及びＶｐｐ電圧の上部電極に印加する電力依存性を示すグラフである。図１４（ａ）はエッチングレート及び面内均一性の依存性を示すグラフ、図１４（ｂ）はエッチングレート及びＶｐｐ電圧の依存性を示すグラフである。
【００６３】
図１５は、上部電極に印加する電力の断面加工形状への影響を示す図である。図１５（ａ）は図１４において上部電極に印加する電力を１２００Ｗとした場合、図１５（ｂ）は図１４において上部電極に印加する電力を１６００Ｗとした場合、図１５（ｃ）は図１４において上部電極に印加する電力を２０００Ｗとした場合である。
【００６４】
なお、図１４及び図１５の試料では、他のエッチング条件は、下部電極に印加する電力を２００Ｗ、電極間隔を３０ｍｍ、ＮＨ３流量を５０ｓｃｃｍ、プラズマ処理室内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ、基板温度を３０℃とした。
【００６５】
図１４に示すように、上部電極に印加する電力の値は、エッチングレートには影響を与えるが、面内均一性及びＶｐｐ電圧には大きく影響しない。つまり、ボーイング及びハードマスクの肩落ちに与える影響は小さい。
【００６６】
これに対し、図１５に示すように、上部電極に印加する電力の値は断面加工形状に影響し、電力値が大きいほどに順テーパ形状となる傾向にある。なお、図示する例では、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）ではほぼ垂直形状であり、図１５（ｃ）では順テーパ形状であった。
【００６７】
図１４及び図１５の結果から、上部電極に印加する電力の値を制御することにより、ボーイング及びハードマスクの肩落ち量を抑えつつ、断面加工形状の制御をも行うことができる。
【００６８】
このように、本実施形態によれば、ＮＨ３ガス系を用いた平行平板型二周波励起エッチング装置における有機系絶縁膜のエッチングにおいて、Ｖｐｐ電圧を５００Ｖ以下に、ＮＨ３流量を５０ｓｃｃｍ以下に、プラズマ処理室内の圧力を１００ｍＴｏｒｒ以下に、それぞれ設定するので、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量を低減しつつ、有機絶縁材料を垂直に加工することができる。
【００６９】
なお、上記実施形態では、下部電極に印加する高周波として２ＭＨｚという比較的低い周波数を用い、Ｖｐｐ電圧を５００Ｖ以下に設定しているが、より高周波の電源を用いた場合には、Ｖｄｃ電圧の影響を無視できなくなる。このような場合では、Ｖｐｐ＋Ｖｄｃの値が、本実施形態におけるＶｐｐ電圧の値と同等の意味を持つことになる。
【００７０】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法について図１６乃至図２０を用いて説明する。
【００７１】
図１６乃至図２０は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００７２】
本実施形態では、デュアルダマシン構造の配線層を有する半導体装置の製造方法に、第１実施形態による有機絶縁膜のエッチング方法を適用する場合について説明する。なお、第１実施形態による有機絶縁膜のエッチング方法は、有機絶縁膜のエッチング工程を有する半導体装置の製造方法に広く適用できるものであり、本実施形態に示す半導体装置の構造への適用に限定されるものではない。
【００７３】
まず、下地基板３０上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚２８０ｎｍのシリコン酸化膜３２を形成する。なお、本明細書にいう下地基板１０とは、半導体基板そのもののみならず、トランジスタその他の素子や配線層が形成された半導体基板をも含むものである。
【００７４】
次いで、シリコン酸化膜３２上に、例えばスピンコート法により、例えば膜厚１００ｎｍの有機絶縁膜３４を形成する。有機絶縁膜３４としては、例えばダウ・ケミカル社製のＳｉＬＫを用いることができる。なお、ＳｉＬＫの代わりに、ハネウェル社製のＦＬＡＲＥ等を用いてもよい。また、炭化水素含有樹脂、弗素含有樹脂、シリコンオキシカーバイドなどの他の有機系絶縁材料を用いてもよい。また、これら有機系絶縁材料を任意に組み合わせた積層膜を用いてもよい。
【００７５】
次いで、有機絶縁膜３４上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚１５０ｎｍのシリコン酸化膜３６を形成する。
【００７６】
次いで、フォトリソグラフィーにより、シリコン酸化膜３６上に、配線溝の形成予定領域を露出するフォトレジスト膜（図示せず）を形成する。
【００７７】
次いで、このフォトレジスト膜をマスクとして、シリコン酸化膜３６及び有機絶縁膜３４を異方性エッチングし、シリコン酸化膜３６及び有機絶縁膜３４に配線溝３８を形成する。
【００７８】
なお、シリコン酸化膜３６のエッチングには、ＣＦ系のエッチングガスを用いた通常のプラズマエッチングを用いることができる。
【００７９】
また、有機絶縁膜３４のエッチングには、第１実施形態による有機絶縁膜のエッチング方法を用いることができる。例えば、下部電極に印加する電力を２００Ｗ、上部電極に印加する電力を１６００Ｗ、ＮＨ３流量を４０ｓｃｃｍ、プラズマ処理室内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ、電極間隔を３０ｍｍ、基板温度を３０℃とすることにより、ボーイング及びハードマスクとしてのシリコン酸化膜３６の肩落ちを防止しつつ、有機絶縁膜３４をエッチングすることができる。
【００８０】
こうして、有機絶縁膜３４及びシリコン酸化膜３６よりなる層間絶縁膜に、配線溝３８を形成する（図１６（ａ））。
【００８１】
なお、有機絶縁膜３４のエッチングと同時に、シリコン酸化膜３６のエッチングマスクとして用いたフォトレジスト膜は除去される。
【００８２】
次いで、全面に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚１５ｎｍの窒化チタン膜を堆積し、窒化チタン膜よりなるバリアメタル層４０を形成する。なお、窒化チタン膜の代わりに、バリアメタルとして機能する他の導電膜、例えば窒化タンタル膜を用いてもよい。
【００８３】
次いで、バリアメタル層４０上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚１３０ｎｍの銅（Ｃｕ）膜を堆積する。次いで、この銅膜をシードとして電解メッキ法により更に銅膜を堆積し、トータル膜厚が例えば９７０ｎｍ程度の銅膜４２を形成する。
【００８４】
次いで、例えばＣＭＰ法により、シリコン酸化膜３６の表面が露出するまで銅膜４２及びバリアメタル層４０を平坦に除去し、配線溝３８内に埋め込まれ、銅膜４２及びバリアメタル層４０よりなる配線層４４を形成する（図１６（ｂ））。
【００８５】
次いで、配線層４４が埋め込まれたシリコン酸化膜３６上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚７０ｎｍのシリコン窒化膜４６と、例えば膜厚２８０ｎｍのシリコン酸化膜４８とを形成する。
【００８６】
次いで、シリコン酸化膜４８上に、例えばスピンコート法により、例えば膜厚１５０ｎｍとなるようにＳｉＬＫを塗布し、ＳｉＬＫよりなる有機絶縁膜５０を形成する。なお、ＳｉＬＫの代わりに、ＦＬＡＲＥ等を用いてもよい。また、炭化水素含有樹脂、弗素含有樹脂、シリコンオキシカーバイドなどの他の有機系絶縁材料を用いてもよい。また、これら有機系絶縁材料を任意に組み合わせた積層膜を用いてもよい。
【００８７】
次いで、有機絶縁膜５０上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚２５０ｎｍのシリコン酸化膜５２と、例えば膜厚１００ｎｍのシリコン窒化膜５４とを形成する。
【００８８】
次いで、フォトリソグラフィー及びドライエッチングによりシリコン窒化膜５４をパターニングし、有機絶縁膜５０及びシリコン酸化膜５２に形成される配線溝の形成予定領域のシリコン窒化膜５４を除去する（図１６（ｃ））。
【００８９】
次いで、例えばスピンコート法により、シリコン酸化膜５２及びシリコン窒化膜５４上に、例えば膜厚１４０ｎｍの有機系の反射防止（ＢＡＲＣ：Ｂｏｔｔｏｍ Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏａｔ）膜５６を形成する。
【００９０】
次いで、フォトリソグラフィーにより、反射防止膜５６上に、シリコン窒化膜４６及びシリコン酸化膜４８に形成されるビアホールの形成予定領域を露出するフォトレジスト膜５８を形成する（図１７（ａ））。
【００９１】
次いで、ドライエッチングにより、フォトレジスト膜５８をマスクとして及びシリコン酸化膜５２をストッパとして反射防止膜５６を異方性エッチングし、ビアホール形成予定領域の反射防止膜５６を除去する（図１７（ｂ））。
【００９２】
次いで、ドライエッチングにより、フォトレジスト膜５８をマスクとして及び有機絶縁膜５０をストッパとしてシリコン酸化膜５２を異方性エッチングし、ビアホール形成予定領域のシリコン酸化膜５２を除去する（図１８（ａ））。
【００９３】
次いで、ドライエッチングにより、フォトレジスト膜５８をマスクとして及びシリコン酸化膜４８をストッパとして有機絶縁膜５０を異方性エッチングし、ビアホール形成予定領域の有機絶縁膜５０を除去する。
【００９４】
有機絶縁膜５０のエッチングには、第１実施形態による有機絶縁膜のエッチング方法を用いることができる。例えば、下部電極に印加する電力を２００Ｗ、上部電極に印加する電力を１６００Ｗ、ＮＨ３流量を４０ｓｃｃｍ、プラズマ処理室内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ、電極間隔を３０ｍｍ、基板温度を３０℃とすることにより、ボーイング及びハードマスクとしてのシリコン酸化膜５２の肩落ちを防止しつつ、有機絶縁膜５０をエッチングすることができる。
【００９５】
なお、有機絶縁膜５０のエッチングと同時に、シリコン酸化膜３６のエッチングマスクとして用いたフォトレジスト膜５８及び反射防止膜は除去される（図１８（ｂ））。
【００９６】
次いで、シリコン窒化膜５４をマスクとして及びシリコン窒化膜４６をストッパとしてシリコン酸化膜４８，５２をエッチングし、ビアホール形成予定領域のシリコン酸化膜４８及び配線溝形成予定領域のシリコン酸化膜５２を除去する（図１９（ａ））。
【００９７】
次いで、有機絶縁膜５０をマスクとして及びシリコン酸化膜５２をストッパとしてシリコン窒化膜４６，５４を異方性エッチングし、シリコン窒化膜４６及びシリコン酸化膜４８に配線層４４を露出するビアホール６０を形成する（図１９（ｂ））。
【００９８】
次いで、シリコン酸化膜５２をマスクとして及びシリコン酸化膜４６をストッパとして有機絶縁膜５０を異方性エッチングし、有機絶縁膜５０及びシリコン酸化膜５２にビアホール６０に接続する配線溝６２を形成する（図２０（ａ））。
【００９９】
有機絶縁膜５０のエッチングには、第１実施形態による有機絶縁膜のエッチング方法を用いることができる。例えば、下部電極に印加する電力を２００Ｗ、上部電極に印加する電力を１６００Ｗ、ＮＨ３流量を４０ｓｃｃｍ、プラズマ処理室内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ、電極間隔を３０ｍｍ、基板温度を３０℃とすることにより、ボーイング及びハードマスクとしてのシリコン酸化膜５２の肩落ちを防止しつつ、有機絶縁膜５０をエッチングすることができる。
【０１００】
次いで、全面に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚１５ｎｍの窒化チタン膜を堆積し、窒化チタン膜よりなるバリアメタル層６４を形成する。なお、窒化チタン膜の代わりに、バリアメタルとして機能する他の導電膜、例えば窒化タンタル膜を用いてもよい。
【０１０１】
なお、配線層４４が表面に露出した状態でＮＨ３ガス系による有機系絶縁膜のエッチングを行うことは、配線層４４の上面をクリーニングする効果もある。すなわち、このエッチングには、図１９（ｂ）に示す工程においてシリコン窒化膜４６，５４をエッチングする際に配線層４４上に付着するＣＦ系のポリマーを除去する効果や銅表面を還元する効果がある。これにより、バリアメタル層６４の膜厚を薄くすることが可能であり、ひいてはコンタクト抵抗の低減を図ることが可能である。
【０１０２】
次いで、バリアメタル層６４上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚１３０ｎｍの銅（Ｃｕ）膜を堆積する。次いで、この銅膜をシードとして電解メッキ法により更に銅膜を堆積し、バリアメタル層６４上に、トータル膜厚が例えば９７０ｎｍ程度の銅膜６６を形成する。
【０１０３】
次いで、例えばＣＭＰ法により、シリコン酸化膜５２の表面が露出するまで銅膜６６及びバリアメタル層６４を平坦に除去する。こうして、ビアホール６０及び配線溝６２に埋め込まれた銅膜６６及びバリアメタル層６４よりなり、ビアホール６０を介して配線層４４に電気的に接続された配線層６８を形成する。
【０１０４】
このように、本実施形態によれば、有機絶縁膜を有する半導体装置の製造方法において、有機絶縁膜のエッチングに第１実施形態による有機系絶縁膜のエッチング方法を適用するので、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量を低減しつつ、有機絶縁膜を垂直に加工することができる。
【０１０５】
また、ＮＨ３ガス系を用いたエッチングは、銅を主体とする配線層を腐食したりする等の悪影響を与えないため、有機絶縁膜をエッチングする際に銅配線が表面に露出していても差し支えない。逆に、ＮＨ３ガス系を用いたエッチングは配線層の表面をクリーニングする効果があるため、この配線層上に更に配線層を形成する場合、バリアメタル層の膜厚を薄くすることが可能である。これにより、コンタクト抵抗の低減を図ることができる。
【０１０６】
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１０７】
例えば上記実施形態では、有機系絶縁膜のハードマスクとしてシリコン酸化膜を用いたが、他の絶縁材料を用いることも可能である。例えば、シリコン窒化膜、シリコン窒化酸化膜等を用いてもよい。また、シリコン酸化膜は、不純物を含まない膜であってもよいし、ボロンや燐を含む膜であってもよい。また、第２実施形態において、シリコン窒化膜の代わりにシリコンカーバイド膜を用いてもよい。なお、本明細書においては、有機系絶縁膜に対比する語として、これら絶縁膜を無機系絶縁膜とも表現する。
【０１０８】
また、上記実施形態では、一の有機系絶縁膜をエッチングする場合について示したが、異なる二以上の有機系絶縁膜が積層されている場合であっても、本発明による有機系絶縁膜のエッチング方法を適用することができる。例えば、ＦＬＡＲＥ膜上にＳｉＬＫ膜が形成されている層間絶縁膜構造、ＳｉＬＫ膜上にＦＬＡＲＥ膜が形成されている層間絶縁膜構造等においても、本発明を適用することができる。
【０１０９】
また、上記第２実施形態では、銅を主体とする配線層が２層である場合を示したが、配線層６８上に更に一層又は多層の配線層を形成するようにしてもよい。また、配線層４４の下層に一層又は多層の配線層を形成するようにしてもよい。
【０１１０】
以上詳述した通り、本発明の特徴をまとめると以下の通りとなる。
【０１１１】
（付記１） 有機系絶縁膜を有する被処理物が載置された第１の電極に第１の周波数を有する第１の高周波電力を印加し、前記第１の電極に対向する第２の電極に前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２の高周波電力を印加することにより、ＮＨ３を含むガスのプラズマを生成して前記有機系絶縁膜をエッチングする有機系絶縁膜のエッチング方法であって、
前記第１の電極に印加される電圧のＶｐｐ値が５００Ｖ以下になるように、前記第１の高周波電力及び前記第２の高周波電力を制御する
ことを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法。
【０１１２】
（付記２） 付記１記載の有機系絶縁膜のエッチング方法において、
前記プラズマが生成されるプラズマ処理室の圧力を、１００ｍＴｏｒｒ以下に制御する
ことを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法。
【０１１３】
（付記３） 付記１又は２記載の有機系絶縁膜のエッチング方法において、
ＮＨ３ガスの流量を５０ｓｃｃｍ以下に制御する
ことを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法。
【０１１４】
（付記４） 付記１乃至３のいずれか１項に記載の有機系絶縁膜のエッチング方法において、
前記有機系絶縁膜の断面加工形状を、前記第２の高周波電力により制御する
ことを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法。
【０１１５】
（付記５） 付記１乃至４のいずれか１項に記載の有機系絶縁膜のエッチング方法において、
前記第１の電極に印加される電圧のＶｄｃ値と前記Ｖｐｐ値との和が５００Ｖ以下になるように、前記第１の高周波電力及び前記第２の高周波電力を制御する
ことを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法。
【０１１６】
（付記６） 付記１乃至５のいずれか１項に記載の有機系絶縁膜のエッチング方法において、
前記Ｖｐｐ値又は前記Ｖｄｃ値と前記Ｖｐｐ値との和が５００Ｖ以下になるように、前記第１の電極と前記第２の電極との間隔を更に制御する
ことを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法。
【０１１７】
（付記７） 付記１乃至６のいずれか１項に記載の有機系絶縁膜のエッチング方法において、
前記第２の高周波電力は、前記第１の高周波電力よりも大きい
ことを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法。
【０１１８】
（付記８） 付記１乃至７のいずれか１項に記載の有機系絶縁膜のエッチング方法において、
前記第２の周波数は、前記第１の周波数よりも大きい
ことを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法。
【０１１９】
（付記９） 基板上に、有機系絶縁膜と無機系絶縁膜とを順次形成する工程と、
前記無機系絶縁膜をパターニングする工程と、
パターニングした前記無機系絶縁膜をマスクとして前記有機系絶縁膜をエッチングする工程とを有し、
前記有機系絶縁膜をエッチングする工程では、前記半導体基板を載置する第１の電極に第１の周波数を有する第１の高周波電力を印加し、前記第１の電極に対向する第２の電極に前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２の高周波電力を印加することにより、ＮＨ３を含むガスのプラズマを生成して前記有機系絶縁膜をエッチングする有機系絶縁膜のエッチング方法を用い、前記第１の電極に印加される電圧のＶｐｐ値が５００Ｖ以下になるように、前記第１の高周波電力及び前記第２の高周波電力を制御する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１２０】
（付記１０） 付記９記載の半導体装置の製造方法において、
前記有機系絶縁膜をエッチングする工程では、前記プラズマが生成されるプラズマ処理室の圧力を、１００ｍＴｏｒｒ以下に制御する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１２１】
（付記１１） 付記９又は１０記載の半導体装置の製造方法において、
前記有機系絶縁膜をエッチングする工程では、ＮＨ３ガスの流量を５０ｓｃｃｍ以下に制御する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１２２】
（付記１２） 付記９乃至１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板は、表面側に銅を主体とする第１の配線層を有しており、
前記有機系絶縁膜をエッチングする工程では、前記第１の配線層が露出した状態で前記有機系絶縁膜をエッチングする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１２３】
（付記１３） 付記１０乃至１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記無機系絶縁膜をエッチングする工程の後に、前記無機系絶縁膜及び前記有機系絶縁膜に埋め込まれた第２の配線層を形成する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１２４】
（付記１４） 付記９乃至１３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記有機系絶縁膜は、異なる二以上の有機系絶縁材料を含む積層構造を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１２５】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、ＮＨ３ガス系を用いた平行平板型二周波励起エッチング装置における有機系絶縁膜のエッチングにおいて、Ｖｐｐ電圧を５００Ｖ以下に、ＮＨ３流量を５０ｓｃｃｍ以下に、プラズマ処理室内の圧力を１００ｍＴｏｒｒ以下に、それぞれ設定するので、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量を低減しつつ、有機絶縁材料を垂直に加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】平行平板型二周波励起エッチング装置の構造を示す概略図である。
【図２】検討に用いた試料の構造を示す概略断面図である。
【図３】ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量のエッチングガス依存性を示すグラフである。
【図４】ＮＨ３ガス系を用いた場合における種々のパラメータのエッチング時間依存性を示すグラフである。
【図５】Ｎ２／Ｈ２ガス系を用いた場合における種々のパラメータのエッチング時間依存性を示すグラフである。
【図６】ＮＨ３プラズマの発光分析結果を示すグラフである。
【図７】Ｎ２／Ｈ２プラズマの発光分析結果を示すグラフである。
【図８】エッチングレートとプラズマ処理室内の圧力との関係を示すグラフである。
【図９】エッチングレート、面内均一性及びＶｐｐ電圧のＮＨ３流量依存性を示すグラフである。
【図１０】Ｖｐｐ電圧の印加電力依存性を示すグラフである。
【図１１】Ｖｐｐ電圧の電極間隔依存性を示すグラフである。
【図１２】ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量のＶｐｐ電圧依存性を示すグラフである。
【図１３】本発明の第１実施形態による有機系絶縁膜のエッチング方法におけるＮＨ３プラズマの発光分析結果を示すグラフである。
【図１４】エッチングレート、面内均一性及びＶｐｐ電圧の上部電極に印加する電力依存性を示すグラフである。
【図１５】上部電極に印加する電力の断面加工形状への影響を示す図である。
【図１６】本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図１７】本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１８】本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図１９】本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図２０】本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【図２１】ハードマスクの肩落ち及びボーイングを示す図である。
【符号の説明】
１０…プラズマ処理室
１２…下部電極
１４…上部電極
１６，２２…高周波電源
１８…低周波フィルタ
２０…ウェーハ
２４…高周波フィルタ
２６…ガス導入配管
２８…排気配管
３０…下地基板
３２，３６，４８，５２…シリコン酸化膜
３４，５０…有機絶縁膜
３８，６２…配線溝
４０，６４…バリアメタル層
４２，６６…銅膜
４４，６８…配線層
４６，５４…シリコン窒化膜
５６…ＢＡＲＣ膜
５８…フォトレジスト膜
６０…ビアホール
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機系絶縁膜のエッチング方法及び半導体装置の製造方法に係り、特に、ボーイングが少ない垂直加工形状を形成しうるとともにハードマスクの肩落ちが少ない有機絶縁膜のエッチング方法及びこのエッチング方法を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の大規模高集積化に伴い、配線の設計ルールも世代と共に縮小化されている。従来、配線層は、配線材料を堆積した後、リソグラフィー及びドライエッチングを用いてパターニングすることにより形成されてきたが、世代が進むにつれて技術的な限界が生じ始めている。このため、従来の配線層の形成プロセスに代わる新たな形成プロセスとして、層間絶縁膜に溝パターンやホールパターンを形成した後、この溝やホールに配線材料を埋め込む、いわゆるダマシンプロセスと呼ばれる手法が利用されつつある。ダマシンプロセスは、反応性エッチングが困難な銅などの低抵抗材料を用いて配線層を形成することも容易であり、微細パターンを有する低抵抗の配線層を形成するうえで極めて有効である。
【０００３】
また、配線層の微細化に伴って配線間隔も狭まっており、層間絶縁膜を介して構成される寄生容量の増加が半導体装置の高速化を妨げる要因の一つともなっている。そこで、層間絶縁膜として、従来のシリコン酸化膜やシリコン窒化膜よりも誘電率の低い有機系絶縁材料（ｌｏｗ−ｋ材料）を用いることが検討されており、一部では既に実用化されている。なお、有機系絶縁材料としては、有機ＳＯＧ材料である、ダウ・ケミカル社製の有機系ポリマーＳｉＬＫ（登録商標）、ハネウェル社製の有機系ポリマーＦＬＡＲＥ（登録商標）等が知られている。
【０００４】
このような背景から、層間絶縁膜として有機系絶縁材料を用い、配線層としてこの有機系絶縁膜に埋め込まれた銅を主体とする導電体を用いた半導体装置及びその製造方法に関し、種々の検討が行われている。
【０００５】
有機系絶縁膜のエッチングは、シリコン酸化膜系の絶縁膜と比較すると、エッチング機構に未だ不明な点が多い。現状では、有機絶縁材料において垂直加工形状を得ようとした場合、側壁保護膜による加工制御が必須となる。上記ＳｉＬＫやＦＬＡＲＥ等のようにＳｉを含まない有機系絶縁材料では、従来のシリコン酸化膜のエッチングに用いられているフロロカーボン（ＣＦ）系プラズマではなく、水素系のプラズマ（例えばＨ２／Ｎ２やＮＨ３）が用いられることが多い。これらのガスを用いたエッチングでは、エッチング面にＣＮ系の側壁保護膜が形成されるため、断面加工形状を制御することが可能である。
【０００６】
一方、次世代の微細デバイスにおけるエッチングプロセスに好適なエッチング装置として、平行平板型二周波励起エッチング装置が注目されている。平行平板型二周波励起エッチング装置は、ウェーハを支持する下部電極と、下部電極に対向する上部電極とに、それぞれ異なる周波数の高周波を印加してプラズマを励起し、エッチングを行うエッチング装置である。平行平板型二周波励起エッチング装置は、従来にない低い圧力で高速かつ均一性の良好なエッチングが可能であり、且つチャージアップダメージが少ないという特徴がある。また、プラズマ生成効率が高く、従来のエッチング装置と比較して高いエッチング速度を得ることができる。なお、平行平板型二周波励起エッチング装置を用いた有機系絶縁膜のエッチングに関しては、例えば特許文献１に記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１１０７８４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
平行平板型二周波励起エッチング装置を用いた有機系絶縁膜のエッチングにおける課題として、ボーイングとハードマスクの肩落ちが挙げられる。ボーイングとは、ホール中程においてサイドエッチングが生じてホール径が広がる現象をいう。ハードマスクの肩落ちとは、有機系絶縁膜のエッチングの際に用いるハードマスクのパターン端部が削れる現象をいう。
【０００９】
平行平板型二周波励起エッチング装置を用いて有機系絶縁膜をエッチングする場合、Ｎ２／Ｈ２ガス系を用いたエッチングプロセスでは、ボーイング形状は発生しないが、ハードマスクの肩落ち量が大きい。一方、ＮＨ３ガス系を用いたエッチングプロセスでは、ハードマスクの肩落ち量は小さいが、ボーイング形状となりやすい。
【００１０】
図２１は、シリコン酸化膜上にＳｉＬＫ膜及びシリコン酸化膜が形成された試料において、上層のシリコン酸化膜をハードマスクとしてＳｉＬＫ膜をエッチングした場合における断面加工形状を走査型電子顕微鏡により撮影した結果を示す図である。図２１（ａ）はＮ２／Ｈ２ガス系を用いてエッチングを行った試料であり、図２１（ｂ）はＮＨ３ガス系を用いてエッチングを行った試料である。
【００１１】
図２１（ａ）に示すように、Ｎ２／Ｈ２ガス系を用いてエッチングした試料では、ハードマスクとして用いたシリコン酸化膜の角部が削れており、肩落ちが生じていることが判る。また、図２１（ｂ）に示すように、ＮＨ３ガス系を用いてエッチングした試料では、ハードマスクとして用いたシリコン酸化膜の下部領域までＳｉＬＫ膜がエッチングされており、ボーイングが生じていることが判る。
【００１２】
また、一般的に、エッチングにより垂直加工形状を形成しようとした場合、バイアス電力を高くしてイオンエネルギーを高めることによりウェーハへの入射角度を垂直方向にする必要があるが、バイアス電力が高いほどにハードマスクの肩落ち量は大きくなる。他方、ハードマスクの肩落ち量が少なくなるようなエッチング条件を適用すると、等方的なエッチング成分が多くなり、ボーイング量が大きくなる。
【００１３】
このように、有機系絶縁膜のエッチングプロセスにおいて、ボーイング量とハードマスクの肩落ち量とはトレードオフの関係にあり、これらを両立することは困難であった。
【００１４】
本発明の目的は、ボーイングが少ない垂直加工形状を形成しうるとともにハードマスクの肩落ちが少ない有機絶縁膜のエッチング方法及びこのエッチング方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、有機系絶縁膜を有する被処理物が載置された第１の電極に第１の周波数を有する第１の高周波電力を印加し、前記第１の電極に対向する第２の電極に前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２の高周波電力を印加することにより、ＮＨ３を含むガスのプラズマを生成して前記有機系絶縁膜をエッチングする有機系絶縁膜のエッチング方法であって、前記第１の電極に印加される電圧のＶｐｐ値が５００Ｖ以下になるように、前記第１の高周波電力及び前記第２の高周波電力を制御することを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法によって達成される。
【００１６】
また、上記目的は、基板上に、有機系絶縁膜と無機系絶縁膜とを順次形成する工程と、前記無機系絶縁膜をパターニングする工程と、パターニングした前記無機系絶縁膜をマスクとして前記有機系絶縁膜をエッチングする工程とを有し、前記有機系絶縁膜をエッチングする工程では、前記半導体基板を載置する第１の電極に第１の周波数を有する第１の高周波電力を印加し、前記第１の電極に対向する第２の電極に前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２の高周波電力を印加することにより、ＮＨ３を含むガスのプラズマを生成して前記有機系絶縁膜をエッチングする有機系絶縁膜のエッチング方法を用い、前記第１の電極に印加される電圧のＶｐｐ値が５００Ｖ以下になるように、前記第１の高周波電力及び前記第２の高周波電力を制御することを特徴とする半導体装置の製造方法によっても達成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による有機系絶縁膜のエッチング方法について、図１乃至図１５を用いて説明する。
【００１８】
図１は平行平板型二周波励起エッチング装置の構造を示す概略図、図２は検討に用いた試料の構造を示す概略断面図、図３はボーイング量及びハードマスクの肩落ち量のエッチングガス依存性を示すグラフ、図４はＮＨ３ガス系を用いた場合における種々のパラメータのエッチング時間依存性を示すグラフ、図５はＮ２／Ｈ２ガス系を用いた場合における種々のパラメータのエッチング時間依存性を示すグラフ、図６はＮＨ３プラズマの発光分析結果を示すグラフ、図７はＮ２／Ｈ２プラズマの発光分析結果を示すグラフ、図８はエッチングレートとプラズマ処理室内の圧力との関係を示すグラフ、図９はエッチングレート、面内均一性及びＶｐｐ電圧のＮＨ３流量依存性を示すグラフ、図１０はＶｐｐ電圧の印加電力依存性を示すグラフ、図１１はＶｐｐ電圧の電極間隔依存性を示すグラフ、図１２はボーイング量及びハードマスクの肩落ち量のＶｐｐ電圧依存性を示すグラフ、図１３は本実施形態による有機絶縁膜のエッチング方法におけるＮＨ３プラズマの発光分析結果を示すグラフ、図１４はエッチングレート、面内均一性及びＶｐｐ電圧の上部電極に印加する電力依存性を示すグラフ、図１５は上部電極に印加する電力の断面加工形状への影響を示す図である。
【００１９】
はじめに、平行平板型二周波励起エッチング装置について図１を用いて説明する。
【００２０】
プラズマ処理室１０内には、下部電極１２と、下部電極１２に対向する上部電極１４とが設けられている。下部電極１２には、高周波電源１６及び低周波フィルタ１８が接続されており、低周波フィルタ１８の透過帯域に応じた高周波、例えば２ＭＨｚの高周波を下部電極１２に印加できるようになっている。下部電極１２上には、被処理物であるウェーハ２０が載置できるようになっている。上部電極１４には、高周波電源２２及び高周波フィルタ２４が接続されており、高周波フィルタ２４の透過帯域に応じた高周波、例えば６０ＭＨｚの高周波を上部電極１４に印加できるようになっている。上部電極１４は、エッチングガスをプラズマ処理室１０内に導入するシャワーヘッドを兼ねており、ガス導入配管２６を介してプラズマ処理室１０内にエッチングガスを導入できるようになっている。また、プラズマ処理室１０には、排気配管２８が設けられている。
【００２１】
次に、本実施形態による有機絶縁材料のエッチング方法の概略について図１を用いて説明する。
【００２２】
まず、下部電極１２上に被処理物であるウェーハ２０を載置した後、排気配管２８に接続された真空ポンプ（図示せず）により、プラズマ処理室１０内を減圧する。
【００２３】
次いで、ガス導入配管２６より、エッチングに用いるガスを導入するとともに、排気配管２８からの排気量を制御し、プラズマ処理室１０内を所定値まで減圧する。このとき、エッチャントであるＮＨ３の流量を５０ｓｃｃｍ以下、例えば４０ｓｃｃｍに設定するとともに、プラズマ処理室１０内の圧力を１００ｍＴｏｒｒ以下、例えば５０ｍＴｏｒｒに設定する。
【００２４】
なお、ＮＨ３にＮ２ガスを添加するようにしてもよい。Ｎ２ガスを添加した場合、側壁保護の影響をより強くすることができる。側壁保護の影響に関しては後述する。
【００２５】
次いで、高周波電源１６により、下部電極１２に例えば２ＭＨｚの高周波を印加する。また、高周波電源２２により、上部電極１４に例えば６０ＭＨｚの高周波を印加する。これにより、上部電極１２と下部電極１４との間に、プラズマを生成する。
【００２６】
なお、下部電極１２に印加する電力は例えば２００Ｗとし、上部電極１４に印加する電力は例えば１６００Ｗとし、電極間隔は例えば３０ｍｍとする。これら条件は、Ｖｐｐ電圧が５００Ｖ以下になるように設定する。ここで、本明細書にいうＶｐｐ電圧或いはＶｐｐ値とは、下部電極１２に印加される高周波電圧の最大値と最小値との間の電圧差を表す電圧値であり、ピークツーピーク（Ｐｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋ）電圧と呼ばれるものである。上記条件に設定した場合、Ｖｐｐ電圧は４５４Ｖとなる。
【００２７】
この状態でウェーハ２０に形成された有機絶縁膜をエッチングすることにより、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量を低減しつつ、垂直な加工形状を形成することができる。
【００２８】
このように、本実施形態による有機絶縁膜のエッチング方法は、平行平板型二周波励起エッチング装置によるＮＨ３ガス系を用いたエッチングにおいて、Ｖｐｐ電圧を５００Ｖ以下に、ＮＨ３流量を５０ｓｃｃｍ以下に、プラズマ処理室内の圧力を１００ｍＴｏｒｒ以下に、それぞれ設定することに主たる特徴がある。このようにしてエッチング条件を制御することにより、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量を低減しつつ、有機絶縁材料を垂直に加工することができる。
【００２９】
なお、Ｖｐｐ電圧、ＮＨ３流量、プラズマ処理室の圧力は、小さくなるほどにエッチングレートが遅くなる。したがって、これらパラメータの下限値については、必要とされるエッチングレートに応じて適宜制御することが望ましい。
【００３０】
また、導入するガスが希薄になるにつれ、放電の安定性が損なわれてプラズマが生成しにくくなる。また、電極間のインピーダンスがチャンバ排気速度のばらつきに敏感になる。したがって、ＮＨ３流量及びプラズマ処理室の圧力の下限値は、エッチングレートの制約のほか装置排気能力に依存して決定される一面もある。
【００３１】
次に、エッチング条件を上記のように設定する理由について、本願発明者による検討結果を参照しつつ説明する。なお、以下に示す検討には、図２に示すように、シリコン酸化膜４８上に、膜厚１５０ｎｍのＳｉＬＫよりなる有機絶縁膜５０と、ハードマスクとしての膜厚２５０ｎｍのシリコン酸化膜５２と、反射防止膜としての膜厚２５０ｎｍのＢＡＲＣ膜５６と、膜厚１３３ｎｍのフォトレジスト膜５８とが形成された試料を用い、パターニングされたシリコン酸化膜５２、ＢＡＲＣ膜５６及びフォトレジスト膜５８をマスクとして有機絶縁膜５０のエッチングを行った際のものである。
【００３２】
はじめに、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量とエッチングガスとの関係について図３を用いて説明する。図３は、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量のエッチングガス依存性を示すグラフである。
【００３３】
図３に示すように、エッチングガスにＮ２／Ｈ２ガス系を用いた場合と、ＮＨ３ガス系を用いた場合とでは、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量に異なる傾向が見られる。すなわち、Ｎ２／Ｈ２ガス系を用いたエッチングプロセスでは、ボーイングは発生しないが、ハードマスクの肩落ち量が大きい。一方、ＮＨ３ガス系を用いたエッチングプロセスでは、ハードマスクの肩落ち量は小さいが、ボーイング量が大きい。
【００３４】
図４（ａ）はＮＨ３ガス系を用いた場合における有機絶縁膜のエッチング深さ及びフォトレジスト膜の膜厚のエッチング時間依存性を示すグラフである。また、図４（ｂ）はＮＨ３ガス系を用いた場合におけるボーイング量及びハードマスクの肩落ち量のエッチング時間依存性を示すグラフである。
【００３５】
図５（ａ）はＮ２／Ｈ２ガス系を用いた場合における有機絶縁膜のエッチング深さ及びフォトレジスト膜の膜厚のエッチング時間依存性を示すグラフである。また、図５（ｂ）はＮ２／Ｈ２ガス系を用いた場合におけるボーイング量及びハードマスクの肩落ち量のエッチング時間依存性を示すグラフである。
【００３６】
図４に示すように、ＮＨ３ガス系を用いた場合、有機絶縁膜のボーイングは、フォトレジスト膜がすべて除去された時点から生じている。これは、フォトレジスト膜が存在するうちは、フォトレジスト膜から生成されるＣＮ系の堆積物が側壁保護膜と機能するためと考えられる。また、ハードマスクの肩落ちも、フォトレジスト膜がすべて除去された時点からハードマスクの肩落ちが生じている。
【００３７】
一方、図５に示すように、Ｎ２／Ｈ２ガス系を用いた場合、ボーイングは生じないが、フォトレジスト膜がすべて除去された時点からハードマスクの肩落ちが生じていることが判る。
【００３８】
上述したＮＨ３ガス系とＮ２／Ｈ２ガス系とにおけるエッチング形態の相違点を明らかにするために、各ガス系を用いた場合のプラズマについて発光分析を行った。その結果を図６及び図７に示す。図６はＮＨ３プラズマの発光分析結果を示すグラフである。図７はＮ２／Ｈ２プラズマの発光分析結果を示すグラフである。なお、各図において、実線がエッチング初期における状態を示し、点線がエッチング終期における状態を示している。
【００３９】
各図において有機絶縁膜の側壁保護膜として作用するＣＮの波長（７８５ｎｍ）と、有機絶縁膜を等方的にエッチングするＨの波長（４８６ｎｍ）に着目すると、エッチング初期ではフォトレジスト膜が存在することにより、ＮＨ３プラズマ及びＮ２／Ｈ２プラズマの双方において、ＣＮの存在が確認できる。また、エッチング終期では、フォトレジスト膜が除去されているため、ＣＮの発光がなくなり、Ｈの発光が強くなる。
【００４０】
ここで、ＣＮは側壁保護膜となるため、ＣＮが多いほどボーイングが小さいと考えられる。また、Ｈは等方的なエッチングに寄与するため、Ｈが少ないほどボーイングが小さいと考えられる。かかる観点からＣＮの量とＨの量とを考えると、（エッチング初期のＣＮの量）／（エッチング終期のＨの量）の比（以下、ＣＮ／Ｈ比という）が大きいほどに、ボーイング量が小さいと考えられる。
【００４１】
図６のグラフにおいてＣＮ／Ｈ比は約０．１６、図７のグラフにおいてＣＮ／Ｈ比は約０．６５５であり、すなわちＮＨ３プラズマのＣＮ／Ｈ比よりもＮ２／Ｈ２プラズマのＣＮ／Ｈの方が大きくなっており、上記仮定が裏付けられる。したがって、ＣＮ／Ｈ比を小さくできれば、ＮＨ３プラズマにおいてもボーイング量を低減しうると考えられる。
【００４２】
次に、ＮＨ３ガス系を用いた場合において、ＣＮ／Ｈ比を小さくしうるエッチング条件について種々の検討を行った。
【００４３】
はじめに、エッチングレート及びＶｐｐ電圧とプラズマ処理室１０内の圧力との関係を示す。図８は、エッチングレートとプラズマ処理室１０内の圧力との関係を示すグラフである。なお、図８（ａ）は、下部電極１２に印加する高周波電力のパワーを２００Ｗ、上部電極に印加する高周波電力のパワーを２０００Ｗ、電極間隔を３０ｍｍとした場合を示している。図８（ｂ）は、下部電極１２に印加する高周波電力のパワーを７００Ｗ、上部電極に印加する高周波電力のパワーを１０００Ｗ、電極間隔を４５ｍｍとした場合を示している。図８（ｃ）は、下部電極１２に印加する高周波電力のパワーを１０００Ｗ、上部電極に印加する高周波電力のパワーを２００Ｗ、電極間隔を４５ｍｍとした場合を示している。ＮＨ３の流量（３００ｓｃｃｍ）及び基板温度（３０℃）は、各条件において共通である。また、各図において、実線はエッチングレートを示し、一点鎖線はＶｐｐ電圧を示している。
【００４４】
図８（ｃ）に示すように、下部電極１２に印加する電力が上部電極１４に印加する電力よりも十分に大きい場合には、プラズマ処理室１０内の圧力を下げるほどにエッチングレートは低下する。また、Ｖｐｐ電圧は、プラズマ処理室１０内の圧力を下げるほどに増加する。
【００４５】
図８（ｂ）に示すように、下部電極１２に印加する電力を上部電極１４に印加する電力よりも僅かに大きいときは、エッチングレート及びＶｐｐ電圧のプラズマ処理室１０内の圧力に対する依存性は小さくなる。
【００４６】
これに対し、図８（ａ）に示すように、上部電極１４に印加する電力が下部電極１２に印加する電力よりも十分に大きい場合には、プラズマ処理室１０内の圧力を下げるほどにエッチングレートは増加する。また、Ｖｐｐ電圧は、プラズマ処理室１０内の圧力を下げるほどに低下する。
【００４７】
プラズマ処理室１０内の圧力を下げることにより、イオンの散乱は小さくなり、入射角度はより垂直方向となる。このため、垂直な加工形状を得ることが可能となる。また、Ｖｐｐ電圧を下げることにより、低入射エネルギーでのエッチングが可能となり、ハードマスクの肩落ち量を低減することができる。したがって、上部電極１４に印加する電力を下部電極１２に印加する電力よりも大きくすることは、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量を低減するうえで効果的であると考えられる。
【００４８】
図９は、エッチングレート、面内均一性及びＶｐｐ電圧のＮＨ３流量依存性を示すグラフである。なお、図９（ａ）はエッチングレート及び面内均一性のＮＨ３流量依存性を示すグラフ、図９（ｂ）は、エッチングレート及びＶｐｐ電圧のＮＨ３流量依存性を示すグラフである。なお、下部電極１２に印加する高周波電力のパワーは２００Ｗ、上部電極に印加する高周波電力のパワーは２０００Ｗ、成膜室の圧力は５０ｍＴｏｒｒ、電極間隔は３０ｍｍ、基板温度は３０℃とした。また、図９（ａ）において、実線はエッチングレートを示し、一点鎖線は面内均一性を示している。また、図９（ｂ）において、実線はエッチングレートを示し、一点鎖線はＶｐｐ電圧を示している。
【００４９】
図９（ａ）に示すように、ＮＨ３の流量を低下することにより、面内均一性は大幅に向上する。上部電極１４に印加する電力が高く処理圧力が低い条件下ではプラズマ分布が不均一となることが懸念されるが、ＮＨ３の流量を低下することにより面内均一性を飛躍的に向上することができる。
【００５０】
エッチャントであるＮＨ３の流量を低下することは、エッチングレートが低下することを意味する。しかしながら、図９（ａ）に示すように、ＮＨ３流量を３００ｓｃｃｍから５０ｓｃｃｍ下げたことに伴うエッチングレートの低下はおよそ１割程度であり、上述の面内均一性向上の効果に鑑みれば、エッチングレートへの影響は十分に小さいといえる。
【００５１】
また、図９（ｂ）に示すように、ＮＨ３流量の低下に伴うＶｐｐ電圧の変動は小さい。また、ＮＨ３流量を低下することにより生成されるイオン数が少なくなり、ハードマスクの肩落ち量を小さくすることができる。
【００５２】
したがって、ＮＨ３流量を低下することにより、上述した上部電極１４に印加する電力を下部電極１２に印加する電力よりも大きくする効果を維持しつつ、面内分布の均一性を向上することができる。
【００５３】
図１０は、Ｖｐｐ電圧の印加電力依存性を示すグラフである。横軸は、下部電極１２に印加する電力［Ｗ］／上部電力１４に印加する電力［Ｗ］を示している。なお、ＮＨ３の流量を３００ｓｃｃｍ、電極間隔を３０ｍｍとした。
【００５４】
図１１は、Ｖｐｐ電圧の電極間隔依存性を示すグラフである。なお、下部電極に印加する電力を２００Ｗ、上部電極に印加する電力を２０００Ｗ、ＮＨ３の流量を３００ｓｃｃｍとした。
【００５５】
図１０及び図１１に示すように、Ｖｐｐ電圧は、下部電極１２及び上部電極１４に印加する電力、電極間隔等に依存する。これは、Ｖｐｐ電圧が、プラズマ処理室１０内におけるプラズマ等のインピーダンスにより左右されるためである。補足すると、電極間隔を狭めるとプラズマはより解離し、Ｖｐｐ電圧は下がる。この現象は、上部電極に印加する電力を高くしてプラズマをより解離した状態と似た現象となる。したがって、Ｖｐｐ電圧を規定することにより、そのプロセス領域は必然的に決定されることとなる。
【００５６】
図１２は、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量のＶｐｐ電圧依存性を示すグラフである。なお、測定した試料の作成に際し、エッチング条件は、下部電極に印加する電力を２００Ｗ、上部電極に印加する電力を１６００Ｗ、ＮＨ３流量を４０ｓｃｃｍ、プラズマ処理室の圧力を５０ｍＴｏｒｒとした。このときのＶｐｐ電圧は４５４Ｖである。
【００５７】
また、図１２に示すボーイング量の値は、ハードマスクの端部から測定した有機絶縁膜の横方向へのエッチング量である。また、ハードマスクの肩落ち量の値は、図２１（ａ）に矢印で示すように、ハードマスクの端部から測定したハードマスクのエッチング領域の幅である。
【００５８】
図１２に示すように、Ｖｐｐ電圧を５００Ｖ程度以下に抑えることにより、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量を大幅に低減することができる。
【００５９】
上述したように、上部電極に印加する電力及び下部電極に印加する電力、電極間隔、プラズマ処理室の圧力は、Ｖｐｐ電圧に反映される。このため、Ｖｐｐ電圧値を定義することにより、そのプロセス領域は決定される。また、Ｖｐｐ電圧が低くなる条件において、プラズマ処理室内の圧力を下げることは形状制御に大きく作用する。また、ＮＨ３流量を下げることは面内均一性に大きく作用し、ハードマスクの肩落ち量を低減するうえで効果的である。具体的には、Ｖｐｐ電圧を５００Ｖ程度以下に、プラズマ処理室内の圧力を１００ｍＴｏｒｒ以下に、ＮＨ３流量を５０ｓｃｃｍ以下に設定することが望ましい。
【００６０】
図１３は、下部電極に印加する電力を２００Ｗ、上部電極に印加する電力を１６００Ｗ、ＮＨ３流量を４０ｓｃｃｍ、プラズマ処理室の圧力を５０ｍＴｏｒｒとした場合におけるＮＨ３プラズマの発光分析結果を示すグラフである。
【００６１】
図示するように、ＮＨ３系ガスにおいても、Ｖｐｐ電圧を５００Ｖ程度以下に、プラズマ処理室内の圧力を１００ｍＴｏｒｒ以下に、ＮＨ３流量を５０ｓｃｃｍ以下に設定することにより、ＣＮ／Ｈ比は３．９となり、Ｎ２／Ｈ２プラズマの場合と比較しても極めて大きな値を得ることができた。この結果からも、図１２においてボーイング量を低減する効果を裏付けることができる。
【００６２】
図１４は、エッチングレート、面内均一性及びＶｐｐ電圧の上部電極に印加する電力依存性を示すグラフである。図１４（ａ）はエッチングレート及び面内均一性の依存性を示すグラフ、図１４（ｂ）はエッチングレート及びＶｐｐ電圧の依存性を示すグラフである。
【００６３】
図１５は、上部電極に印加する電力の断面加工形状への影響を示す図である。図１５（ａ）は図１４において上部電極に印加する電力を１２００Ｗとした場合、図１５（ｂ）は図１４において上部電極に印加する電力を１６００Ｗとした場合、図１５（ｃ）は図１４において上部電極に印加する電力を２０００Ｗとした場合である。
【００６４】
なお、図１４及び図１５の試料では、他のエッチング条件は、下部電極に印加する電力を２００Ｗ、電極間隔を３０ｍｍ、ＮＨ３流量を５０ｓｃｃｍ、プラズマ処理室内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ、基板温度を３０℃とした。
【００６５】
図１４に示すように、上部電極に印加する電力の値は、エッチングレートには影響を与えるが、面内均一性及びＶｐｐ電圧には大きく影響しない。つまり、ボーイング及びハードマスクの肩落ちに与える影響は小さい。
【００６６】
これに対し、図１５に示すように、上部電極に印加する電力の値は断面加工形状に影響し、電力値が大きいほどに順テーパ形状となる傾向にある。なお、図示する例では、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）ではほぼ垂直形状であり、図１５（ｃ）では順テーパ形状であった。
【００６７】
図１４及び図１５の結果から、上部電極に印加する電力の値を制御することにより、ボーイング及びハードマスクの肩落ち量を抑えつつ、断面加工形状の制御をも行うことができる。
【００６８】
このように、本実施形態によれば、ＮＨ３ガス系を用いた平行平板型二周波励起エッチング装置における有機系絶縁膜のエッチングにおいて、Ｖｐｐ電圧を５００Ｖ以下に、ＮＨ３流量を５０ｓｃｃｍ以下に、プラズマ処理室内の圧力を１００ｍＴｏｒｒ以下に、それぞれ設定するので、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量を低減しつつ、有機絶縁材料を垂直に加工することができる。
【００６９】
なお、上記実施形態では、下部電極に印加する高周波として２ＭＨｚという比較的低い周波数を用い、Ｖｐｐ電圧を５００Ｖ以下に設定しているが、より高周波の電源を用いた場合には、Ｖｄｃ電圧の影響を無視できなくなる。このような場合では、Ｖｐｐ＋Ｖｄｃの値が、本実施形態におけるＶｐｐ電圧の値と同等の意味を持つことになる。
【００７０】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法について図１６乃至図２０を用いて説明する。
【００７１】
図１６乃至図２０は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００７２】
本実施形態では、デュアルダマシン構造の配線層を有する半導体装置の製造方法に、第１実施形態による有機絶縁膜のエッチング方法を適用する場合について説明する。なお、第１実施形態による有機絶縁膜のエッチング方法は、有機絶縁膜のエッチング工程を有する半導体装置の製造方法に広く適用できるものであり、本実施形態に示す半導体装置の構造への適用に限定されるものではない。
【００７３】
まず、下地基板３０上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚２８０ｎｍのシリコン酸化膜３２を形成する。なお、本明細書にいう下地基板１０とは、半導体基板そのもののみならず、トランジスタその他の素子や配線層が形成された半導体基板をも含むものである。
【００７４】
次いで、シリコン酸化膜３２上に、例えばスピンコート法により、例えば膜厚１００ｎｍの有機絶縁膜３４を形成する。有機絶縁膜３４としては、例えばダウ・ケミカル社製のＳｉＬＫを用いることができる。なお、ＳｉＬＫの代わりに、ハネウェル社製のＦＬＡＲＥ等を用いてもよい。また、炭化水素含有樹脂、弗素含有樹脂、シリコンオキシカーバイドなどの他の有機系絶縁材料を用いてもよい。また、これら有機系絶縁材料を任意に組み合わせた積層膜を用いてもよい。
【００７５】
次いで、有機絶縁膜３４上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚１５０ｎｍのシリコン酸化膜３６を形成する。
【００７６】
次いで、フォトリソグラフィーにより、シリコン酸化膜３６上に、配線溝の形成予定領域を露出するフォトレジスト膜（図示せず）を形成する。
【００７７】
次いで、このフォトレジスト膜をマスクとして、シリコン酸化膜３６及び有機絶縁膜３４を異方性エッチングし、シリコン酸化膜３６及び有機絶縁膜３４に配線溝３８を形成する。
【００７８】
なお、シリコン酸化膜３６のエッチングには、ＣＦ系のエッチングガスを用いた通常のプラズマエッチングを用いることができる。
【００７９】
また、有機絶縁膜３４のエッチングには、第１実施形態による有機絶縁膜のエッチング方法を用いることができる。例えば、下部電極に印加する電力を２００Ｗ、上部電極に印加する電力を１６００Ｗ、ＮＨ３流量を４０ｓｃｃｍ、プラズマ処理室内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ、電極間隔を３０ｍｍ、基板温度を３０℃とすることにより、ボーイング及びハードマスクとしてのシリコン酸化膜３６の肩落ちを防止しつつ、有機絶縁膜３４をエッチングすることができる。
【００８０】
こうして、有機絶縁膜３４及びシリコン酸化膜３６よりなる層間絶縁膜に、配線溝３８を形成する（図１６（ａ））。
【００８１】
なお、有機絶縁膜３４のエッチングと同時に、シリコン酸化膜３６のエッチングマスクとして用いたフォトレジスト膜は除去される。
【００８２】
次いで、全面に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚１５ｎｍの窒化チタン膜を堆積し、窒化チタン膜よりなるバリアメタル層４０を形成する。なお、窒化チタン膜の代わりに、バリアメタルとして機能する他の導電膜、例えば窒化タンタル膜を用いてもよい。
【００８３】
次いで、バリアメタル層４０上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚１３０ｎｍの銅（Ｃｕ）膜を堆積する。次いで、この銅膜をシードとして電解メッキ法により更に銅膜を堆積し、トータル膜厚が例えば９７０ｎｍ程度の銅膜４２を形成する。
【００８４】
次いで、例えばＣＭＰ法により、シリコン酸化膜３６の表面が露出するまで銅膜４２及びバリアメタル層４０を平坦に除去し、配線溝３８内に埋め込まれ、銅膜４２及びバリアメタル層４０よりなる配線層４４を形成する（図１６（ｂ））。
【００８５】
次いで、配線層４４が埋め込まれたシリコン酸化膜３６上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚７０ｎｍのシリコン窒化膜４６と、例えば膜厚２８０ｎｍのシリコン酸化膜４８とを形成する。
【００８６】
次いで、シリコン酸化膜４８上に、例えばスピンコート法により、例えば膜厚１５０ｎｍとなるようにＳｉＬＫを塗布し、ＳｉＬＫよりなる有機絶縁膜５０を形成する。なお、ＳｉＬＫの代わりに、ＦＬＡＲＥ等を用いてもよい。また、炭化水素含有樹脂、弗素含有樹脂、シリコンオキシカーバイドなどの他の有機系絶縁材料を用いてもよい。また、これら有機系絶縁材料を任意に組み合わせた積層膜を用いてもよい。
【００８７】
次いで、有機絶縁膜５０上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚２５０ｎｍのシリコン酸化膜５２と、例えば膜厚１００ｎｍのシリコン窒化膜５４とを形成する。
【００８８】
次いで、フォトリソグラフィー及びドライエッチングによりシリコン窒化膜５４をパターニングし、有機絶縁膜５０及びシリコン酸化膜５２に形成される配線溝の形成予定領域のシリコン窒化膜５４を除去する（図１６（ｃ））。
【００８９】
次いで、例えばスピンコート法により、シリコン酸化膜５２及びシリコン窒化膜５４上に、例えば膜厚１４０ｎｍの有機系の反射防止（ＢＡＲＣ：Ｂｏｔｔｏｍ Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏａｔ）膜５６を形成する。
【００９０】
次いで、フォトリソグラフィーにより、反射防止膜５６上に、シリコン窒化膜４６及びシリコン酸化膜４８に形成されるビアホールの形成予定領域を露出するフォトレジスト膜５８を形成する（図１７（ａ））。
【００９１】
次いで、ドライエッチングにより、フォトレジスト膜５８をマスクとして及びシリコン酸化膜５２をストッパとして反射防止膜５６を異方性エッチングし、ビアホール形成予定領域の反射防止膜５６を除去する（図１７（ｂ））。
【００９２】
次いで、ドライエッチングにより、フォトレジスト膜５８をマスクとして及び有機絶縁膜５０をストッパとしてシリコン酸化膜５２を異方性エッチングし、ビアホール形成予定領域のシリコン酸化膜５２を除去する（図１８（ａ））。
【００９３】
次いで、ドライエッチングにより、フォトレジスト膜５８をマスクとして及びシリコン酸化膜４８をストッパとして有機絶縁膜５０を異方性エッチングし、ビアホール形成予定領域の有機絶縁膜５０を除去する。
【００９４】
有機絶縁膜５０のエッチングには、第１実施形態による有機絶縁膜のエッチング方法を用いることができる。例えば、下部電極に印加する電力を２００Ｗ、上部電極に印加する電力を１６００Ｗ、ＮＨ３流量を４０ｓｃｃｍ、プラズマ処理室内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ、電極間隔を３０ｍｍ、基板温度を３０℃とすることにより、ボーイング及びハードマスクとしてのシリコン酸化膜５２の肩落ちを防止しつつ、有機絶縁膜５０をエッチングすることができる。
【００９５】
なお、有機絶縁膜５０のエッチングと同時に、シリコン酸化膜３６のエッチングマスクとして用いたフォトレジスト膜５８及び反射防止膜は除去される（図１８（ｂ））。
【００９６】
次いで、シリコン窒化膜５４をマスクとして及びシリコン窒化膜４６をストッパとしてシリコン酸化膜４８，５２をエッチングし、ビアホール形成予定領域のシリコン酸化膜４８及び配線溝形成予定領域のシリコン酸化膜５２を除去する（図１９（ａ））。
【００９７】
次いで、有機絶縁膜５０をマスクとして及びシリコン酸化膜５２をストッパとしてシリコン窒化膜４６，５４を異方性エッチングし、シリコン窒化膜４６及びシリコン酸化膜４８に配線層４４を露出するビアホール６０を形成する（図１９（ｂ））。
【００９８】
次いで、シリコン酸化膜５２をマスクとして及びシリコン酸化膜４６をストッパとして有機絶縁膜５０を異方性エッチングし、有機絶縁膜５０及びシリコン酸化膜５２にビアホール６０に接続する配線溝６２を形成する（図２０（ａ））。
【００９９】
有機絶縁膜５０のエッチングには、第１実施形態による有機絶縁膜のエッチング方法を用いることができる。例えば、下部電極に印加する電力を２００Ｗ、上部電極に印加する電力を１６００Ｗ、ＮＨ３流量を４０ｓｃｃｍ、プラズマ処理室内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ、電極間隔を３０ｍｍ、基板温度を３０℃とすることにより、ボーイング及びハードマスクとしてのシリコン酸化膜５２の肩落ちを防止しつつ、有機絶縁膜５０をエッチングすることができる。
【０１００】
次いで、全面に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚１５ｎｍの窒化チタン膜を堆積し、窒化チタン膜よりなるバリアメタル層６４を形成する。なお、窒化チタン膜の代わりに、バリアメタルとして機能する他の導電膜、例えば窒化タンタル膜を用いてもよい。
【０１０１】
なお、配線層４４が表面に露出した状態でＮＨ３ガス系による有機系絶縁膜のエッチングを行うことは、配線層４４の上面をクリーニングする効果もある。すなわち、このエッチングには、図１９（ｂ）に示す工程においてシリコン窒化膜４６，５４をエッチングする際に配線層４４上に付着するＣＦ系のポリマーを除去する効果や銅表面を還元する効果がある。これにより、バリアメタル層６４の膜厚を薄くすることが可能であり、ひいてはコンタクト抵抗の低減を図ることが可能である。
【０１０２】
次いで、バリアメタル層６４上に、例えばスパッタ法により、例えば膜厚１３０ｎｍの銅（Ｃｕ）膜を堆積する。次いで、この銅膜をシードとして電解メッキ法により更に銅膜を堆積し、バリアメタル層６４上に、トータル膜厚が例えば９７０ｎｍ程度の銅膜６６を形成する。
【０１０３】
次いで、例えばＣＭＰ法により、シリコン酸化膜５２の表面が露出するまで銅膜６６及びバリアメタル層６４を平坦に除去する。こうして、ビアホール６０及び配線溝６２に埋め込まれた銅膜６６及びバリアメタル層６４よりなり、ビアホール６０を介して配線層４４に電気的に接続された配線層６８を形成する。
【０１０４】
このように、本実施形態によれば、有機絶縁膜を有する半導体装置の製造方法において、有機絶縁膜のエッチングに第１実施形態による有機系絶縁膜のエッチング方法を適用するので、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量を低減しつつ、有機絶縁膜を垂直に加工することができる。
【０１０５】
また、ＮＨ３ガス系を用いたエッチングは、銅を主体とする配線層を腐食したりする等の悪影響を与えないため、有機絶縁膜をエッチングする際に銅配線が表面に露出していても差し支えない。逆に、ＮＨ３ガス系を用いたエッチングは配線層の表面をクリーニングする効果があるため、この配線層上に更に配線層を形成する場合、バリアメタル層の膜厚を薄くすることが可能である。これにより、コンタクト抵抗の低減を図ることができる。
【０１０６】
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１０７】
例えば上記実施形態では、有機系絶縁膜のハードマスクとしてシリコン酸化膜を用いたが、他の絶縁材料を用いることも可能である。例えば、シリコン窒化膜、シリコン窒化酸化膜等を用いてもよい。また、シリコン酸化膜は、不純物を含まない膜であってもよいし、ボロンや燐を含む膜であってもよい。また、第２実施形態において、シリコン窒化膜の代わりにシリコンカーバイド膜を用いてもよい。なお、本明細書においては、有機系絶縁膜に対比する語として、これら絶縁膜を無機系絶縁膜とも表現する。
【０１０８】
また、上記実施形態では、一の有機系絶縁膜をエッチングする場合について示したが、異なる二以上の有機系絶縁膜が積層されている場合であっても、本発明による有機系絶縁膜のエッチング方法を適用することができる。例えば、ＦＬＡＲＥ膜上にＳｉＬＫ膜が形成されている層間絶縁膜構造、ＳｉＬＫ膜上にＦＬＡＲＥ膜が形成されている層間絶縁膜構造等においても、本発明を適用することができる。
【０１０９】
また、上記第２実施形態では、銅を主体とする配線層が２層である場合を示したが、配線層６８上に更に一層又は多層の配線層を形成するようにしてもよい。また、配線層４４の下層に一層又は多層の配線層を形成するようにしてもよい。
【０１１０】
以上詳述した通り、本発明の特徴をまとめると以下の通りとなる。
【０１１１】
（付記１） 有機系絶縁膜を有する被処理物が載置された第１の電極に第１の周波数を有する第１の高周波電力を印加し、前記第１の電極に対向する第２の電極に前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２の高周波電力を印加することにより、ＮＨ３を含むガスのプラズマを生成して前記有機系絶縁膜をエッチングする有機系絶縁膜のエッチング方法であって、
前記第１の電極に印加される電圧のＶｐｐ値が５００Ｖ以下になるように、前記第１の高周波電力及び前記第２の高周波電力を制御する
ことを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法。
【０１１２】
（付記２） 付記１記載の有機系絶縁膜のエッチング方法において、
前記プラズマが生成されるプラズマ処理室の圧力を、１００ｍＴｏｒｒ以下に制御する
ことを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法。
【０１１３】
（付記３） 付記１又は２記載の有機系絶縁膜のエッチング方法において、
ＮＨ３ガスの流量を５０ｓｃｃｍ以下に制御する
ことを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法。
【０１１４】
（付記４） 付記１乃至３のいずれか１項に記載の有機系絶縁膜のエッチング方法において、
前記有機系絶縁膜の断面加工形状を、前記第２の高周波電力により制御する
ことを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法。
【０１１５】
（付記５） 付記１乃至４のいずれか１項に記載の有機系絶縁膜のエッチング方法において、
前記第１の電極に印加される電圧のＶｄｃ値と前記Ｖｐｐ値との和が５００Ｖ以下になるように、前記第１の高周波電力及び前記第２の高周波電力を制御する
ことを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法。
【０１１６】
（付記６） 付記１乃至５のいずれか１項に記載の有機系絶縁膜のエッチング方法において、
前記Ｖｐｐ値又は前記Ｖｄｃ値と前記Ｖｐｐ値との和が５００Ｖ以下になるように、前記第１の電極と前記第２の電極との間隔を更に制御する
ことを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法。
【０１１７】
（付記７） 付記１乃至６のいずれか１項に記載の有機系絶縁膜のエッチング方法において、
前記第２の高周波電力は、前記第１の高周波電力よりも大きい
ことを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法。
【０１１８】
（付記８） 付記１乃至７のいずれか１項に記載の有機系絶縁膜のエッチング方法において、
前記第２の周波数は、前記第１の周波数よりも大きい
ことを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法。
【０１１９】
（付記９） 基板上に、有機系絶縁膜と無機系絶縁膜とを順次形成する工程と、
前記無機系絶縁膜をパターニングする工程と、
パターニングした前記無機系絶縁膜をマスクとして前記有機系絶縁膜をエッチングする工程とを有し、
前記有機系絶縁膜をエッチングする工程では、前記半導体基板を載置する第１の電極に第１の周波数を有する第１の高周波電力を印加し、前記第１の電極に対向する第２の電極に前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２の高周波電力を印加することにより、ＮＨ３を含むガスのプラズマを生成して前記有機系絶縁膜をエッチングする有機系絶縁膜のエッチング方法を用い、前記第１の電極に印加される電圧のＶｐｐ値が５００Ｖ以下になるように、前記第１の高周波電力及び前記第２の高周波電力を制御する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１２０】
（付記１０） 付記９記載の半導体装置の製造方法において、
前記有機系絶縁膜をエッチングする工程では、前記プラズマが生成されるプラズマ処理室の圧力を、１００ｍＴｏｒｒ以下に制御する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１２１】
（付記１１） 付記９又は１０記載の半導体装置の製造方法において、
前記有機系絶縁膜をエッチングする工程では、ＮＨ３ガスの流量を５０ｓｃｃｍ以下に制御する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１２２】
（付記１２） 付記９乃至１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板は、表面側に銅を主体とする第１の配線層を有しており、
前記有機系絶縁膜をエッチングする工程では、前記第１の配線層が露出した状態で前記有機系絶縁膜をエッチングする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１２３】
（付記１３） 付記１０乃至１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記無機系絶縁膜をエッチングする工程の後に、前記無機系絶縁膜及び前記有機系絶縁膜に埋め込まれた第２の配線層を形成する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１２４】
（付記１４） 付記９乃至１３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記有機系絶縁膜は、異なる二以上の有機系絶縁材料を含む積層構造を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１２５】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、ＮＨ３ガス系を用いた平行平板型二周波励起エッチング装置における有機系絶縁膜のエッチングにおいて、Ｖｐｐ電圧を５００Ｖ以下に、ＮＨ３流量を５０ｓｃｃｍ以下に、プラズマ処理室内の圧力を１００ｍＴｏｒｒ以下に、それぞれ設定するので、ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量を低減しつつ、有機絶縁材料を垂直に加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】平行平板型二周波励起エッチング装置の構造を示す概略図である。
【図２】検討に用いた試料の構造を示す概略断面図である。
【図３】ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量のエッチングガス依存性を示すグラフである。
【図４】ＮＨ３ガス系を用いた場合における種々のパラメータのエッチング時間依存性を示すグラフである。
【図５】Ｎ２／Ｈ２ガス系を用いた場合における種々のパラメータのエッチング時間依存性を示すグラフである。
【図６】ＮＨ３プラズマの発光分析結果を示すグラフである。
【図７】Ｎ２／Ｈ２プラズマの発光分析結果を示すグラフである。
【図８】エッチングレートとプラズマ処理室内の圧力との関係を示すグラフである。
【図９】エッチングレート、面内均一性及びＶｐｐ電圧のＮＨ３流量依存性を示すグラフである。
【図１０】Ｖｐｐ電圧の印加電力依存性を示すグラフである。
【図１１】Ｖｐｐ電圧の電極間隔依存性を示すグラフである。
【図１２】ボーイング量及びハードマスクの肩落ち量のＶｐｐ電圧依存性を示すグラフである。
【図１３】本発明の第１実施形態による有機系絶縁膜のエッチング方法におけるＮＨ３プラズマの発光分析結果を示すグラフである。
【図１４】エッチングレート、面内均一性及びＶｐｐ電圧の上部電極に印加する電力依存性を示すグラフである。
【図１５】上部電極に印加する電力の断面加工形状への影響を示す図である。
【図１６】本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図１７】本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１８】本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図１９】本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図２０】本発明の第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【図２１】ハードマスクの肩落ち及びボーイングを示す図である。
【符号の説明】
１０…プラズマ処理室
１２…下部電極
１４…上部電極
１６，２２…高周波電源
１８…低周波フィルタ
２０…ウェーハ
２４…高周波フィルタ
２６…ガス導入配管
２８…排気配管
３０…下地基板
３２，３６，４８，５２…シリコン酸化膜
３４，５０…有機絶縁膜
３８，６２…配線溝
４０，６４…バリアメタル層
４２，６６…銅膜
４４，６８…配線層
４６，５４…シリコン窒化膜
５６…ＢＡＲＣ膜
５８…フォトレジスト膜
６０…ビアホール
Claims (10)
- 有機系絶縁膜を有する被処理物が載置された第１の電極に第１の周波数を有する第１の高周波電力を印加し、前記第１の電極に対向する第２の電極に前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２の高周波電力を印加することにより、ＮＨ３を含むガスのプラズマを生成して前記有機系絶縁膜をエッチングする有機系絶縁膜のエッチング方法であって、
前記第１の電極に印加される電圧のＶｐｐ値が５００Ｖ以下になるように、前記第１の高周波電力及び前記第２の高周波電力を制御する
ことを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法。 - 請求項１記載の有機系絶縁膜のエッチング方法において、
前記プラズマが生成されるプラズマ処理室の圧力を、１００ｍＴｏｒｒ以下に制御する
ことを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法。 - 請求項１又は２記載の有機系絶縁膜のエッチング方法において、
ＮＨ３ガスの流量を５０ｓｃｃｍ以下に制御する
ことを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法。 - 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有機系絶縁膜のエッチング方法において、
前記有機系絶縁膜の断面加工形状を、前記第２の高周波電力により制御する
ことを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法。 - 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の有機系絶縁膜のエッチング方法において、
前記第１の電極に印加される電圧のＶｄｃ値と前記Ｖｐｐ値との和が５００Ｖ以下になるように、前記第１の高周波電力及び前記第２の高周波電力を制御する
ことを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法。 - 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の有機系絶縁膜のエッチング方法において、
前記第２の高周波電力は、前記第１の高周波電力よりも大きい
ことを特徴とする有機系絶縁膜のエッチング方法。 - 基板上に、有機系絶縁膜と無機系絶縁膜とを順次形成する工程と、
前記無機系絶縁膜をパターニングする工程と、
パターニングした前記無機系絶縁膜をマスクとして前記有機系絶縁膜をエッチングする工程とを有し、
前記有機系絶縁膜をエッチングする工程では、前記半導体基板を載置する第１の電極に第１の周波数を有する第１の高周波電力を印加し、前記第１の電極に対向する第２の電極に前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２の高周波電力を印加することにより、ＮＨ３を含むガスのプラズマを生成して前記有機系絶縁膜をエッチングする有機系絶縁膜のエッチング方法を用い、前記第１の電極に印加される電圧のＶｐｐ値が５００Ｖ以下になるように、前記第１の高周波電力及び前記第２の高周波電力を制御する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項７記載の半導体装置の製造方法において、
前記有機系絶縁膜をエッチングする工程では、前記プラズマが生成されるプラズマ処理室の圧力を、１００ｍＴｏｒｒ以下に制御する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項７又は８記載の半導体装置の製造方法において、
前記有機系絶縁膜をエッチングする工程では、ＮＨ３ガスの流量を５０ｓｃｃｍ以下に制御する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項７乃至９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板は、表面側に銅を主体とする第１の配線層を有しており、
前記有機系絶縁膜をエッチングする工程では、前記第１の配線層が露出した状態で前記有機系絶縁膜をエッチングする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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