JP3496760B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
方法に関する。
の形成方法として、配線材料上に絶縁膜のパターンを作
成し、そのパターンに従って配線パターンを形成する方
法が利用されている。特に、配線パターン寸法はますま
す小さくなってきており、そのため、配線材料上に絶縁
膜のパターンを精度よく形成する方法は、半導体装置の
製造方法においてますます重要な技術となってきてい
る。また、微細パターン形成のため、前記絶縁膜の上に
更に反射防止膜等が形成されることがあるが、工程簡略
化とコスト削減の両面から、反射防止膜と絶縁膜とを同
時にパターン形成することが望まれている。
の製造方法における断面工程図である。図16(a)〜
図17(f)は、一連の工程図であり、詳しくは半導体
装置における配線パターンの形成方法を工程毎に示した
図である。最初に、図16(a)に示すように、半導体
装置となる積層体170をプラズマエッチング装置16
9の反応室171内に配置する。この積層体170は、
トランジスタが形成された半導体基板168の上に、B
PSG(Bron-Phosphine-Silicate-Glass)膜167、
窒化チタンで形成された金属膜166、アルミニウムで
形成された金属膜165、窒化チタンで形成された金属
膜164、プラズマTEOS(Tetraethyl-ortho-silic
ate)膜163、反射防止膜162、パターン形成され
た感光性樹脂膜161を順に積層して構成されている。
171内に酸素を含むガスを導入してプラズマを生成
し、感光性樹脂層161のパターンに従って反射防止膜
162をエッチングする。その後、図16(c)に示す
ように、一旦プラズマエッチング装置による放電を停止
する。
171内にフルオロカーボンガスを含むガスを導入して
プラズマを生成し、プラズマTEOS膜163をエッチ
ングする。なお、図17(d)はエッチングが終了した
状態を示している。その後、図17(e)に示すように
酸素プラズマを用いて感光性樹脂161及び反射防止膜
162を取り除き(アッシング)、更に常温でバッファ
ードフッ酸水溶液(フッ化アンモニウム水溶液)による
洗浄を行なう。最後に、図17(f)に示すように、金
属膜164〜金属膜166をエッチングしてコンタクト
ホール173を完成させる。
体装置の製造方法では、図16および17に示すように
エッチングにより、反応室171の内壁面に反射防止膜
162およびプラズマTEOS膜163の反応生成物1
72が付着する。特に複数回のエッチングを行なった後
においては、図16(a)に示すように積層体を搬入し
た時点で既に反応室171の内壁面には反応生成物17
2が付着している。
S膜163のエッチングにおいては、プラズマTEOS
膜163のオーバーエッチング時に下地の窒化チタン1
64まで削られる場合がある。この場合、削られた窒化
チタンは排気されずに反応生成物172中に取り込ま
れ、反応室171の内壁面に付着する。
2が有機化合物であるため、主に有機化合物で構成され
ている。そのため、酸素を含むガスのプラズマを用いて
反射防止膜162をエッチングするときに(図16
(b))、反応生成物172は酸素プラズマにより分解
される。
まれた窒化チタンは、酸素プラズマにより分解されない
ため、図16(c)に示すように反射防止膜162のエ
ッチング終了後にプラズマエッチング装置169の放電
を終了すると、積層体170の上にパーティクル174
として散布される。このパーティクル174は続いて行
なわれるプラズマTEOS膜163のエッチング時(図
17(d))にマスクとなり、パターン欠陥を生じさせ
てしまう。
反射防止膜162のエッチングとプラズマTEOS膜1
63のエッチングとを別々の反応室で行なう方法が考え
られる。しかし、この方法では、パーティクル174に
よるパターン欠陥の発生は回避できるが、製造コストが
上昇するという新たな問題が生じてしまう。
の絶縁膜と反射防止膜とを同一の反応室内でエッチング
する際におけるエッチング対象物へのパーティクルの散
布を抑制でき、パターン欠陥の発生を抑制し得る半導体
装置の製造方法を提供することを目的とする。
に本発明にかかる半導体装置の第1の製造方法は、金属
膜と、絶縁膜と、反射防止膜と、パターン形成された感
光性樹脂膜とが順に積層された部分を有する積層体が、
反応室内に配置されたプラズマエッチング装置を用いた
半導体装置の製造方法であって、前記プラズマエッチン
グ装置の反応室内に、フロロカーボンガスを含む第1の
エッチングガスを供給し、前記プラズマエッチング装置
からの放電によりプラズマを生成して前記感光性樹脂膜
のパターンに従って前記反射防止膜をエッチングする工
程と、前記放電を継続した状態で、前記プラズマエッチ
ング装置の反応室内に、フロロカーボンガスを含む第2
のエッチングガスを供給し、プラズマを生成して前記反
射防止膜のパターンに従って前記絶縁膜をエッチング
し、前記金属膜を露出させる工程とを有することを特徴
とする。
により、絶縁膜のエッチング中に生じた反応生成物(下
地の金属膜の一部を含むもの)から発生するパーティク
ルが、積層体上に散布するのを抑制でき、パターン欠陥
を抑制することができる。
のエッチングガスのガス流量が前記第1のエッチングガ
スのガス流量の90%〜110%であり、前記第2のエ
ッチングガスのガス圧力が前記第1のエッチングガスの
ガス圧力の50%〜150%であるのが好ましい。ガス
流量及びガス圧力の変化をこの程度の範囲内にしたこと
により、第1のエッチングガスによるエッチング工程か
ら第2のエッチングガスによるエッチング工程に放電を
連続したまま移行できる。また、第1の製造方法におい
ては、前記第1のエッチングガスに含まれる前記フロロ
カーボンガスの流量は、全ガス流量の50%以下である
のが好ましい。
かかる半導体装置の第2の製造方法は、金属膜と、絶縁
膜と、反射防止膜と、パターン形成された感光性樹脂膜
とが順に積層された部分を有する積層体が、反応室内に
配置されたプラズマエッチング装置を用いた半導体装置
の製造方法であって、前記プラズマエッチング装置の反
応室内に、フロロカーボンガスを含み、且つ、前記フロ
ロカーボンガスの流量が全ガス流量の50%以下である
第1のエッチングガスを供給し、プラズマを生成して前
記感光性樹脂膜のパターンに従って前記反射防止膜をエ
ッチングする工程と、前記プラズマエッチング装置の反
応室内に、フロロカーボンガスを含む第2のエッチング
ガスを供給し、プラズマを生成して前記反射防止膜のパ
ターンに従って前記絶縁膜をエッチングし、前記金属膜
を露出させる工程とを有することを特徴とする。
製造方法と同様に、パーティクルが積層体上に散布され
るのを抑制でき、パターン欠陥を抑制することができ
る。更に、第2の製造方法においては、前記反射防止膜
のエッチングの終了後に、前記プラズマエッチング装置
によるプラズマの生成を一旦停止しても良い。
かかる半導体装置の第3の製造方法は、金属膜と、絶縁
膜と、反射防止膜と、パターン形成された感光性樹脂膜
とが順に積層された部分を有する積層体が、反応室内に
配置されたプラズマエッチング装置を用いた半導体装置
の製造方法であって、前記プラズマエッチング装置の反
応室内に、フロロカーボンガスを含む第1のエッチング
ガスを供給し、プラズマを生成して前記感光性樹脂膜の
パターンに従って前記反射防止膜をエッチングする工程
と、前記プラズマエッチング装置の反応室内にプラズマ
を生成し、フロロカーボンガスを含む第2のエッチング
ガスを供給して、滞在時間が250ms以下となる条件
で前記反射防止膜のパターンに従って前記絶縁膜をエッ
チングし、前記金属膜を露出させる工程とを有すること
を特徴とする。
態様と同様に、パーティクルが積層体上に散布されるの
を抑制でき、パターン欠陥を抑制することができる。更
に、第3の製造方法においては、前記反射防止膜のエッ
チングの終了後に、前記プラズマエッチング装置による
プラズマの生成を一旦停止しても良い。また、上記態様
において、上記第2のエッチングガスは、滞在時間が2
50ms以下となるように供給されているのが好まし
い。
かかる半導体装置の第4の製造方法は、金属膜と、絶縁
膜と、反射防止膜と、パターン形成された感光性樹脂膜
とが順に積層された部分を有する積層体が、前記金属膜
の材料を含む反応生成物と反応して化合物を形成する内
壁部材を備えた反応室内に配置されたプラズマエッチン
グ装置を用いた半導体装置の製造方法であって、前記プ
ラズマエッチング装置の反応室内に、フロロカーボンガ
スを含む第1のエッチングガスを供給し、プラズマを生
成して前記感光性樹脂膜のパターンに従って前記反射防
止膜をエッチングする工程と、前記プラズマエッチング
装置の反応室内に、フロロカーボンガスを含む第2のエ
ッチングガスを供給し、プラズマを生成して前記反射防
止膜のパターンに従って前記絶縁膜をエッチングし、前
記金属膜を露出させて、前記金属膜の材料を含む反応生
成物を発生させる工程と、発生した前記反応生成物と前
記内壁部材とを反応させて前記化合物を形成する工程と
を有することを特徴とする。
の内壁面に付着する反応生成物は内壁部材と反応して化
合物となる。このため、パターン欠陥を生じさせ得るパ
ーティクルの発生を抑制することができる。
造方法から第4の製造方法において、上記金属膜は、チ
タンを含有する化合物材料で形成されているのが好まし
い。
製造方法においては、前記内壁部材が単結晶シリコン、
多結晶シリコンおよび非晶質シリコンのうち一種を含む
材料で形成されているのが好ましい。これにより化学的
安定層の安定度の向上を図ることができる。
実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法について、
図1および図2を参照しながら説明する。図1は本発明
の実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を示す断
面工程図である。図2は本発明の実施の形態1にかかる
半導体装置の製造方法と従来の半導体の製造方法とにお
けるパターン欠陥数を比較する図である。
の製造方法は、プラズマエッチング装置を用いた半導体
装置の製造方法である。本実施の形態1において用いら
れているプラズマエッチング装置は、容量結合型プラズ
マエッチング装置である。なお、図1においてプラズマ
エッチング装置は省略している。
マエッチング装置の反応室内に、金属膜4と、絶縁膜3
と、反射防止膜2と、パターン形成された感光性樹脂膜
1とが順に積層されてなる部分を有する積層体10を配
置する。この積層体10は半導体装置となるものであ
る。但し、同図(a)の例では、金属膜4は窒化チタン
で形成されており、絶縁膜3はプラズマTEOS膜であ
る。また、同図(a)の例では、積層体10は、金属膜
4の下層に、更にアルミニウムで形成された金属膜5、
窒化チタンで形成された金属膜6、BPSG膜7、トラ
ンジスタが形成された半導体基板8を有している。
エッチング装置の反応室内に、フロロカーボンガスを含
む第1のエッチングガスを供給し、プラズマエッチング
装置からの放電によりプラズマを生成して反射防止膜2
を感光性樹脂膜1のパターンに従ってエッチングする。
本工程において供給される第1のエッチングガスはフロ
ロカーボンを含むものであれば良く、特に限定されるも
のではない。具体的には第1のエッチングガスとして
は、CF4ガスの流量が50ml/min(標準状
態)、酸素ガスの流量が20ml/min(標準状態)
の混合ガスを用いることができる。また、本工程におい
て、ガス圧力は5Paに設定し、放電電力は200W〜
1000Wに設定すれば良い。
マエッチング装置の反応室内に、フロロカーボンガスを
含む第2のエッチングガスを供給し、プラズマを生成し
て絶縁膜3を反射防止膜2のパターンに従ってエッチン
グする。このとき、ガス種、ガス圧力、放電電力等は変
更されているが、プラズマエッチング装置による放電は
図1(b)に示す工程の終了後も停止させることなく継
続して行なわれている。このため、パーティクルはプラ
ズマ中に捕捉された状態にあり、従来の製造方法のよう
に積層体10にパーティクルが散布されるのを抑制する
ことができる。
を図り、絶縁膜3のエッチングが不良となるのを抑制す
る点から、本実施の形態1においては、第2のエッチン
グガスのガス流量(全ガス流量)を第1のエッチングガ
スのガス流量(全ガス流量)の90%〜110%に設定
し、第2のエッチングガスのガス圧力を第1のエッチン
グガスのガス圧力の50%〜150%に設定するのが好
ましい。
グガスも、上記の第1のエッチングガスと同様に、フロ
ロカーボンを含むものであれば良く、特に限定されるも
のではない。具体的には、放電維持の点から、第2のエ
ッチングガスとしては、CHF3ガスの流量が10ml
/min(標準状態)〜100ml/min(標準状
態)、CF4ガスの流量が10ml/min(標準状
態)〜100ml/min(標準状態)、アルゴンガス
の流量が100ml/min(標準状態)〜500ml
/min(標準状態)、酸素ガスの流量が0ml/mi
n(標準状態)〜20ml/min(標準状態)の混合
ガスを用いることができる。また、本工程において、ガ
ス圧力は30Paに設定し、放電電力は200W〜10
00Wに設定すれば良い。
ッチング終了後、プラズマエッチング装置の放電を停止
した状態を示している。図1(d)に示すように、放電
を終了した後においては、積層体10にパーティクル9
が散布される。但し、このパーティクル9は後のプラズ
マアッシングおよび洗浄により簡単に除去されるので、
その後にパターン欠陥を生じさせるものではない。
0をプラズマエッチング装置の反応室から搬出し、積層
体10に対してプラズマアッシング装置によるアッシン
グを行なう。これにより、感光性樹脂層1および反射防
止膜2は除去される。その後、積層体10は洗浄工程へ
と送られる。最後に、図1(f)に示すように、金属膜
4〜金属膜6がエッチングされ、コンタクトホールが形
成される。
1の半導体装置の製造方法と従来の半導体装置の製造方
法とにおけるパターン欠陥数について対比して説明す
る。図2において「連続放電」とあるのは、上記図1に
示した工程に従って半導体装置の製造を行なった場合の
パターン欠陥数を示している。一方、図2において「別
放電(従来)」とあるのは、反射防止膜のエッチングの
終了後に一旦放電を停止し、その後にガスを入れ替えて
プラズマTEOS膜(絶縁膜3)をエッチングした場合
のパターン欠陥数を示している。
うが、パターン欠陥数が小さいことが分かる。これは上
述したように、反射防止膜2のエッチング中に発生した
パーティクルは、放電中はプラズマ中に捕捉されている
ので、積層体10上に落下せず、プラズマTEOS膜
(絶縁膜3)のエッチングを阻害しないと考えられるか
らである。そのため、プラズマTEOS膜(絶縁膜3)
のエッチング中におけるパーティクルによるパターン欠
陥の発生を抑制することができる。
来解決が困難であった連続放電を行なう場合の問題点を
解決でき、このため反射防止膜のエッチングと金属層上
の絶縁層のエッチングとを連続放電によって処理できる
ので、パーティクルによるパターン欠陥の発生が抑制さ
れる。
ッチング装置は反応室を有するものであれば特に限定さ
れるものではない。本実施の形態1においては、容量結
合型プラズマエッチング装置以外のものとして、誘導結
合型プラズマエッチング装置、二周波容量結合型プラズ
マエッチング装置、マイクロ波型プラズマエッチング装
置またはVHF型プラズマエッチング装置等を用いるこ
ともできる。
2にかかる半導体装置の製造方法について、図3および
図4を参照しながら説明する。図3は本発明の実施の形
態2にかかる半導体装置の製造方法を示す断面工程図で
ある。図4は反射防止膜のエッチング中におけるフロロ
カーボンガスの流量とパーティクルの発生数との関係を
示す図である。
の製造方法も、実施の形態1と同様にプラズマエッチン
グ装置を用いた半導体装置の製造方法であり、プラズマ
エッチング装置は実施の形態1と同様のものである。な
お、図3においてもプラズマエッチング装置については
省略している。
マエッチング装置の反応室内に、金属膜34と、絶縁膜
33と、反射防止膜32と、パターン形成された感光性
樹脂膜31とが順に積層されてなる部分を有する積層体
30を配置する。この積層体30は図1に示した積層体
10と同様のものであり、金属層34の下層にアルミニ
ウムで形成された金属膜35、窒化チタンで形成された
金属膜36、BPSG膜37、トランジスタが形成され
た半導体基板38を更に有している。
エッチング装置の反応室内に、フロロカーボンガスを含
む第1のエッチングガスを供給し、プラズマエッチング
装置による放電を行なってプラズマを生成し、感光性樹
脂膜31のパターンに従って反射防止膜32をエッチン
グする。このとき、第1のエッチングガスとして、フロ
ロカーボンガスの流量が全ガス流量の50%以下のエッ
チングガスが用いられる。本実施の形態2においては、
実施の形態1と異なり、本工程の終了後、プラズマエッ
チング装置による放電は一旦停止される。
はパターン欠陥を生じさせるパーティクルが散布される
と考えられるが、本実施の形態2では上記したように第
1のエッチングガスにおいてフロロカーボンガスの流量
は全ガス流量の50%以下に設定されている。そのた
め、後述するように、反応室の内壁面に付着した反応生
成物の分解が抑制され、放電終了後に積層体へと散布さ
れるパーティクルの数は従来に比べて極めて少なくなっ
ている。なお、本実施の形態2においても実施の形態1
と同様に放電を連続して行なうことができ、この場合は
パーティクルの散布をよりいっそう抑制することができ
る。
グガスは上記条件を満たすものであれば、特に限定され
るものではない。具体的には、第1のエッチングガスと
しては、CF4ガスの流量が50ml/min(標準状
態)、酸素ガスの流量が20ml/min(標準状態)
の混合ガスを用いることができる。また、本工程におい
て、ガス圧力は5Paに設定し、放電電力は200W〜
1000Wに設定すれば良い。
マエッチング装置の反応室内に、フロロカーボンガスを
含む第2のエッチングガスを供給し、プラズマエッチン
グ装置による放電を行なってプラズマを生成し、絶縁膜
33をエッチングする。本工程において供給される第2
のエッチングガスはフロロカーボンを含むものであれば
良く、特に限定されるものではない。
は、CHF3ガスの流量が10ml/min(標準状
態)〜100ml/min(標準状態)、CF4ガスの
流量が10ml/min(標準状態)〜100ml/m
in(標準状態)、アルゴンガスの流量が100ml/
min(標準状態)〜500ml/min(標準状
態)、酸素ガスの流量が0ml/min(標準状態)〜
20ml/min(標準状態)の混合ガスを用いること
ができる。また、本工程において、ガス圧力は30Pa
に設定し、放電電力は200W〜1000Wに設定すれ
ば良い。
(d)で示したと同様に、積層体10にパーティクルが
散布されてしまうことがある(図3においては図示せ
ず)。但し、このパーティクルは実施の形態1と同様に
後のプラズマアッシングおよび洗浄により簡単に除去さ
れるものであり、その後にパターン欠陥を生じさせるも
のではない。
0はプラズマエッチング装置から搬出され、積層体30
に対してプラズマアッシング装置によるアッシングが行
なわれる。これにより、感光性樹脂膜31および反射防
止膜32は除去される。その後、積層体30は洗浄工程
へと送られる。最後に、図3(e)に示すように、金属
膜34〜金属膜36がエッチングされ、コンタクトホー
ルが形成される。
2においてパーティクルの発生が抑制される理由を説明
する。図4では、縦軸をパーティクル発生数(8インチ
(約200mm)ウェハー1枚当たり)、横軸を反射防
止膜32のエッチング中における第1のエッチングガス
の全ガス流量に対するフロロカーボンガスの流量の比
(フロロカーボンガス流量/全ガス流量)としている。
ガス中のフロロカーボンガスの割合を減少させると、パ
ーティクルの発生数は減少していく。特に50%以下の
場合に顕著である。これは、フロロカーボンガスの流量
の割合が大きくなると、反応室の内壁面に付着している
反応生成物がフロロカーボンガスで過剰に分解され、プ
ラズマ中に取り込まれるパーティクルの数が増大するの
に対し、フロロカーボンガスの流量の割合が小さくなる
と反応生成物の分解が抑制され、プラズマ中に取り込ま
れるパーティクルの数も減少するからである。このた
め、本実施の形態2においては、フロロカーボンガスの
流量を全ガス流量の50%以下としている。
応室の内壁面に付着した反応生成物の分解を抑制し、エ
ッチング中にプラズマに取り込まれるパーティクルの数
を減少させることにより、積層体に散布されるパーティ
クルの数の減少を図っている。よって、本実施の形態2
にかかる半導体装置の製造方法を用いれば、パターン欠
陥の発生を抑制することができる。
形態1と同様に、プラズマエッチング装置は反応室を有
するものであれば特に限定されるものではなく、容量結
合型プラズマエッチング装置以外のものを用いることが
できる。
3にかかる半導体装置の製造方法について、図5〜図7
を参照しながら説明する。図5および図6は、本発明の
実施の形態3にかかる半導体装置の製造方法を示す断面
工程図であり、図5(a)から図6(e)までは一連の
製造工程を示している。図7はエッチングガスの滞在時
間とパーティクルの発生数との関係を示す図である。
の製造方法も、実施の形態1と同様にプラズマエッチン
グ装置を用いた半導体装置の製造方法であり、プラズマ
エッチング装置は実施の形態1と同様のものである。な
お、図5および図6において、プラズマエッチング装置
は簡略化して示している。
マエッチング装置59の反応室61内に、金属膜54
と、絶縁膜53と、反射防止膜52と、パターン形成さ
れた感光性樹脂膜51とが順に積層されてなる部分を有
する積層体60を配置する。この積層体60も図1に示
した積層体10と同様のものであり、金属層54の下層
にアルミニウムで形成された金属膜55、窒化チタンで
形成された金属膜56、BPSG膜57、トランジスタ
が形成された半導体基板58を更に有している。
エッチング装置59の反応室61内に、フロロカーボン
ガスを含む第1のエッチングガスを供給し、プラズマエ
ッチング装置59による放電を行なってプラズマを生成
し、反射防止膜52を感光性樹脂膜51のパターンに従
ってエッチングする。本工程の終了後、プラズマエッチ
ング装置による放電は一旦停止される。
グガスはフロロカーボンを含むものであれば良く、特に
限定されるものではない。具体的には第1のエッチング
ガスとしては、CF4ガスの流量が50ml/min
(標準状態)、酸素ガスの流量が20ml/min(標
準状態)の混合ガスを用いることができる。また、本工
程において、ガス圧力は5Paに設定し、放電電力は2
00W〜1000Wに設定すれば良い。
マエッチング装置50の反応室61内に、フロロカーボ
ンガスを含む第2のエッチングガスを供給し、プラズマ
エッチング装置からの放電によりプラズマを生成し、絶
縁膜53をエッチングする。
間は250ms以下となるようにする。これは滞在時間
が短くなると、パーティクルの原因となる削られた金属
膜が速やかに排出されるからである。よって、反応生成
物の発生および反応生成物の反応室61の内壁面への付
着が抑制され、同時に絶縁膜53のエッチング中に削ら
れた金属膜54の一部が反応生成物に取り込まれて反応
室61の内壁面に付着することも抑制される。
数回のエッチング処理を行なっても反応室61の内壁面
に反応生成物が付着しにくいため、積層体60にパーテ
ィクルが散布される可能性は極めて小さいと言える。な
お、反射防止膜53のエッチング終了後は反応室61の
内壁面に反応生成物が付着するが、この反応生成物には
金属は含まれておらず、又上記図5(c)に示す絶縁膜
53のエッチング中に分解されるので、この反応生成物
によってパターン欠陥が生じる可能性は極めて低いとい
える。
(1)により算出されるものをいう。式(1)において
τは滞在時間〔s〕、kは定数、Pは反応室内部の圧力
〔Pa〕、Vは反応室の容積〔l〕、Fはガス流量〔m
l/min(標準状態)〕である。 τ=k・P・V/F (1) 本工程において供給される第2のエッチングガスはフロ
ロカーボンを含むものであれば良く、特に限定されるも
のではない。具体的には第2のエッチングガスとして
は、CHF3ガスの流量が10ml/min(標準状
態)〜100ml/min(標準状態)、CF4ガスの
流量が10ml/min(標準状態)〜100ml/m
in(標準状態)、アルゴンガスの流量が100ml/
min(標準状態)〜500ml/min(標準状
態)、酸素ガスの流量が0ml/min(標準状態)〜
20ml/min(標準状態)の混合ガスを用いること
ができる。また、本工程において、ガス圧力は30Pa
に設定し、放電電力は200W〜1000Wに設定すれ
ば良い。
0をプラズマエッチング装置59の反応室61から搬出
し、積層体60に対してプラズマアッシング装置による
アッシングを行なう。これにより、感光性樹脂層1およ
び反射防止膜2は除去される。その後、積層体60は洗
浄工程へと送られる。最後に、図6(e)に示すよう
に、金属膜54〜金属膜56がエッチングされ、コンタ
クトホールが形成される。
3においてパーティクルの発生が抑制される理由を説明
する。図7では、縦軸をパーティクル発生数(8インチ
(200mm)ウェハー1枚当たり)、横軸をエッチン
グガスにおける滞在時間としている。なお、図7では二
種類のエッチングガスについてのデータが示されてい
る。一つはCHF3ガスとCF4ガスとアルゴンガスとの
混合ガス(組成比CHF 3:CF4:Ar=1:1:
4)、他はCF4ガスとアルゴンガスとの混合ガス(組
成比CF4:Ar=1:2)である。
おけるガス滞在時間が小さくなると、パーティクルの発
生数が減少する。これは、ガス滞在時間が小さくなる
と、上述した理由からエッチング中に生成された反応生
成物が反応室の内壁面に付着しにくくなるからである。
よって、上述のようにガス滞在時間を設定することで、
積層体60へのパーティクルの散布が抑制され、パター
ン欠陥数も減少する。
応室の内壁面に反応生成物が付着するのを抑制すること
により、積層体にパーティクルが散布されてしまうのを
抑制している。このため、本実施の形態3によればパタ
ーン欠陥の発生を抑制することが出来る。
形態1と同様に、プラズマエッチング装置は反応室を有
するものであれば特に限定されるものではなく、容量結
合型プラズマエッチング装置以外のものを用いることが
できる。
4にかかる半導体装置の製造方法について、図8〜11
を参照しながら説明する。図8および図9は、本発明の
実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法を示す断面
工程図であり、図8(a)から図9(f)までは一連の
製造工程を示している。図10は、エッチング処理後に
反応生成物の除去を行なった場合の反応生成物除去時間
とその際に積層体に散布されるパーティクル数との関係
を示す図である。図11は、エッチング処理後に反応生
成物の除去を行なった場合の反応生成物除去時間とその
後のエッチング中に発生するパーティクル数との関係を
示す図である。
の製造方法も、実施の形態1と同様にプラズマエッチン
グ装置を用いた半導体装置の製造方法であり、プラズマ
エッチング装置は実施の形態1と同様のものである。な
お、図8および図9において、プラズマエッチング装置
は簡略化されて示されている。
マエッチング装置89の反応室91内に、金属膜84
と、絶縁膜83と、反射防止膜82と、パターン形成さ
れた感光性樹脂膜81とが順に積層されてなる部分を有
する積層体90を配置する。この積層体90も図1に示
した積層体10と同様のものであり、金属層84の下層
にアルミニウムで形成された金属膜85、窒化チタンで
形成された金属膜86、BPSG膜87、トランジスタ
が形成された半導体基板88を更に有している。次に、
図8(b)に示すように、プラズマエッチング装置89
の反応室91内に、フロロカーボンガスを含む第1のエ
ッチングガスを供給し、プラズマエッチング装置89に
よる放電を行なってプラズマを生成し、反射防止膜82
を感光性樹脂膜81のパターンに従ってエッチングす
る。エッチング終了後、プラズマエッチング装置による
放電は一旦停止する。
グガスもフロロカーボンを含むものであれば良く、特に
限定されるものではない。具体的には第1のエッチング
ガスとしては、CF4ガスの流量が50ml/min
(標準状態)、酸素ガスの流量が20ml/min(標
準状態)の混合ガスを用いることができる。また、本工
程において、ガス圧力は5Paに設定し、放電電力は2
00W〜1000Wに設定すれば良い。
マエッチング装置89の反応室91内に、フロロカーボ
ンガスを含む第2のエッチングガスを供給し、プラズマ
エッチング装置89によって放電を行なってプラズマを
生成し、絶縁膜83をエッチングする。
グガスもフロロカーボンを含むものであれば良く、特に
限定されるものではない。具体的には第2のエッチング
ガスとしては、CHF3ガスの流量が10ml/min
(標準状態)〜100ml/min(標準状態)、CF
4ガスの流量が10ml/min(標準状態)〜100
ml/min(標準状態)、アルゴンガスの流量が10
0ml/min(標準状態)〜500ml/min(標
準状態)、酸素ガスの流量が0ml/min(標準状
態)〜20ml/min(標準状態)の混合ガスを用い
ることができる。また、本工程において、ガス圧力は3
0Paに設定し、放電電力は200W〜1000Wに設
定すれば良い。
9の内壁面に付着した反応生成物92(図8(c)参
照)の除去を行なう。この反応性生成物92は、上記で
示した絶縁膜83のエッチング中(図8(c))に、金
属膜84の一部を取り込んで反応室89の内壁面に付着
したものであり、本工程を行なわなければ次の積層体を
エッチング処理する際にパーティクル散布の要因となる
ものである。なお、反応生成物92には反射防止膜82
のエッチング処理(図8(b))によって生成されたも
のが含まれる場合もある。
去は、反応室91内に酸素を含むエッチングガスを供給
し、プラズマエッチング装置89による放電を行ない、
プラズマを生成することによって行なわれている。その
ため、反応生成物92は分解され、積層体90にはパー
ティクルが散布される。しかし、このパーティクルは次
のアッシング・洗浄工程によって簡単に除去することが
でき、パターン欠陥を生じさせるものではない。また、
本工程は積層体90を反応室91から搬出した後に行な
うこともできる。
は、酸素を含むものであれば良く、特に限定されるもの
ではない。具体的には、酸素ガスの流量が100ml/
min(標準状態)、アルゴンガスの流量が100ml
/min(標準状態)の混合ガスを用いることができ
る。本工程において、ガス圧力は30Pa〜200Pa
程度に設定することができるが、実験では50Paとし
ている。放電電力は200W〜1000Wに設定すれば
良い。
0をプラズマエッチング装置89の反応室91から搬出
し、積層体90に対してプラズマアッシング装置による
アッシングを行なう。これにより、感光性樹脂層81お
よび反射防止膜82は除去される。その後、積層体90
は洗浄工程へと送られる。最後に、図9(f)に示すよ
うに、金属膜84〜金属膜86がエッチングされ、コン
タクトホールが形成される。
(d)における反応生成物の除去について詳細に説明す
る。図10では縦軸を反応生成物の除去により積層体9
0に散布されたパーティクル数(パーティクル散布数)
とし、横軸を反応生成物の除去(図9(d))を行なっ
た時間(反応生成物除去時間)としている。図10から
分かるように、反応生成物除去時間を長くすると、積層
体に散布されるパーティクル数は徐々に増加するが、6
0秒を経過すると飽和している。このことから、図9
(d)で示した反応生成物の除去を一定時間、好ましく
は60秒以上行なえば反応室の内壁面に付着したパーテ
ィクルは殆ど除去されると考えられ、その後、別の積層
体のエッチングの際にパーティクルが散布されるのを抑
制できると考えられる。
後の反応室に積層体90とは別の積層体を搬入し、更に
反射防止膜および絶縁膜をエッチングしたときに、この
別の積層体の上に散布されたパーティクル数(パーティ
クル発生数)を縦軸にとり、前記反応生成物の除去にか
かった時間(反応生成物除去時間)を横軸にとったもの
である。これにより、反応生成物除去時間に対する洗浄
後(図9(e))のパターン欠陥数の依存性がわかる。
即ち図11から分かるように、反応生成物の除去を一定
時間行なうことにより、その後のエッチングにおいて散
布されるパーティクル数は少なくなり、パターン欠陥の
発生は抑制される。
射防止膜と絶縁層のエッチングを行なった後に、反応生
成物の除去を行なうため、従来に比べて反射防止膜のエ
ッチングによって散布されるパーティクルの数は極めて
少なくなっている。よって、本実施の形態4にかかる半
導体装置の製造方法を用いれば、パターン欠陥の発生を
抑制することができる。
形態1と同様に、プラズマエッチング装置は反応室を有
するものであれば特に限定されるものではなく、容量結
合型プラズマエッチング装置以外のものを用いることが
できる。
5にかかる半導体装置の製造方法について、図12〜1
4を参照しながら説明する。図12および図13は、本
発明の実施の形態5にかかる半導体装置の製造方法を示
す断面工程図であり、図12(a)から図13(f)ま
では一連の製造工程を示している。図14は、エッチン
グ処理後に膜形成を行なった場合の膜形成に要した時間
とその後のエッチング中に発生するパーティクル数との
関係を示す図である。
の製造方法も、実施の形態1と同様にプラズマエッチン
グ装置を用いた半導体装置の製造方法であり、プラズマ
エッチング装置は実施の形態1と同様のものである。な
お、図12および図13において、プラズマエッチング
装置は簡略化されて示されている。
ズマエッチング装置129の反応室131内に、金属膜
124と、絶縁膜123と、反射防止膜122と、パタ
ーン形成された感光性樹脂膜121とが順に積層されて
なる部分を有する積層体130を配置する。この積層体
130も図1に示した積層体10と同様のものであり、
金属層124の下層にアルミニウムで形成された金属膜
125、窒化チタンで形成された金属膜126、BPS
G膜127、トランジスタが形成された半導体基板12
8を更に有している。
マエッチング装置129の反応室131内に、フロロカ
ーボンガスを含む第1のエッチングガスを供給し、プラ
ズマエッチング装置129による放電を行なってプラズ
マを生成し、反射防止膜122を感光性樹脂膜121の
パターンに従ってエッチングする。エッチング終了後、
プラズマエッチング装置による放電は一旦停止する。
グガスもフロロカーボンを含むものであれば良く、特に
限定されるものではない。具体的には第1のエッチング
ガスとしては、CF4ガスの流量が50ml/min
(標準状態)、酸素ガスの流量が20ml/min(標
準状態)の混合ガスを用いることができる。また、本工
程において、ガス圧力は5Paに設定し、放電電力は2
00W〜1000Wに設定すれば良い。
ズマエッチング装置129の反応室131内に、フロロ
カーボンガスを含む第2のエッチングガスを供給し、プ
ラズマエッチング装置129によって放電を行なってプ
ラズマを生成し、絶縁膜123をエッチングする。な
お、図12(c)はエッチング終了時点の状態を示して
おり、反応室131の内壁面には、金属膜124の一部
が取り込まれた反応生成物131が付着している。
グガスもフロロカーボンを含むものであれば良く、特に
限定されるものではない。具体的には第2のエッチング
ガスとしては、CHF3ガスの流量が10ml/min
(標準状態)〜100ml/min(標準状態)、CF
4ガスの流量が10ml/min(標準状態)〜100
ml/min(標準状態)、アルゴンガスの流量が10
0ml/min(標準状態)〜500ml/min(標
準状態)、酸素ガスの流量が0ml/min(標準状
態)〜20ml/min(標準状態)の混合ガスを用い
ることができる。また、本工程において、ガス圧力は3
0Paに設定し、放電電力は200W〜1000Wに設
定すれば良い。
131の内壁面に付着した反応生成物132を被覆する
ように、反応室131の内壁面に膜133を形成する。
この反応生成物132は、上記で示した絶縁膜123の
エッチング終了後(図12(c))に、金属膜124の
一部を取り込んで反応室129の内壁面に付着したもの
であり、本工程を行なわなければ別の積層体をエッチン
グ処理する際にパーティクル散布の要因となるものであ
る。なお、反応生成物132には反射防止膜122のエ
ッチング処理(図12(b))によって生成されたもの
が含まれる場合もある。
は、積層体130を反応室131から搬出した後、反応
室131内にフロロカーボンガスを供給し、プラズマエ
ッチング装置129による放電を行ない、プラズマを生
成することによって行なわれている。このフロロカーボ
ンガスは特に限定されるものではないが、CHF3ガス
を用いることができる。本工程において、ガス圧力は3
0Pa〜200Pa程度に設定することができるが、実
験では50Paとしている。放電電力は200Wに設定
すれば良い。
ないフロロカーボン膜である。よって、本実施の形態5
によれば、別の積層体をエッチング処理するときにパー
ティクルが散布されるのを抑制できる。なお、本実施の
形態5では、膜133の形成は、積層体130を反応室
131から搬出してから行なわれているが、これに限定
されるものではない。アッシングと洗浄とでウェハー上
の付着したデポ膜が除去できるのであれば、積層体13
0を搬出しないで膜133の形成を行なっても良い。
130に対してプラズマアッシング装置によるアッシン
グを行なう。これにより、感光性樹脂層121および反
射防止膜122は除去される。その後、積層体130は
洗浄工程へと送られる。最後に、図13(f)に示すよ
うに、金属膜124〜金属膜126がエッチングされ、
コンタクトホールが形成される。
り、パーティクルの発生が抑制される理由を説明する。
図14は、反応性生成物の除去を行なった後の反応室に
積層体130とは別の積層体を搬入し、更に反射防止膜
および絶縁膜をエッチングしたときに、この別の積層体
の上に散布されたパーティクル数(パーティクル発生
数)を縦軸にとり、膜形成(図13(d))に要した時
間(フロロカーボン膜堆積時間)を横軸にとったもので
ある。
膜堆積時間が長くなると、パーティクル数は少なくなっ
ている。これは、図13(d)に示す工程により、反応
室131内に付着した反応生成物132上に金属成分
(チタン等)を含まないフロロカーボン膜が堆積され、
次の積層体の処理時において金属成分を含む反応生成物
132がプラズマに曝されないためである。このため、
積層体へのパーティクルの散布が抑制される。
射防止膜と絶縁層のエッチングを行なった後に、反応生
成物を覆うように膜が形成されるため、従来に比べて反
射防止膜のエッチングによって散布されるパーティクル
の数は極めて少なくなっている。よって、本実施の形態
5にかかる半導体装置の製造方法を用いれば、パターン
欠陥の発生を抑制することができる。
形態1と同様に、プラズマエッチング装置は反応室を有
するものであれば特に限定されるものではなく、容量結
合型プラズマエッチング装置以外のものを用いることが
できる。
造装置について図15を参照しながらその製造方法とと
もに説明する。図15は本発明における半導体装置の製
造装置の一例を示す図であり、断面で示している。同図
(a)は本発明の製造装置の内壁部材に化合物が形成さ
れる前の状態を示しており、同図(b)は内壁部材に化
合物が形成された後の状態を示している。
置は、プラズマを発生させるための反応室151を有し
ている。図15の例では、本発明の製造装置は、容量結
合型プラズマエッチング装置の一種であり、142は上
部電極、143は円筒状の反応室側壁である。この上部
電極142および反応室側壁143は、反応室の内壁を
構成する内壁部材である。144は反応室側壁143お
よび上部電極142の加熱に用いられるヒーターであ
り、145はアルミニウム製の反応室外壁である。ま
た、146はアルミニウム製の反応室上部電極である。
また、147は後述の積層体141を保持するためのシ
リコンリング、148はポリイミドやセラミック製の静
電吸着用部材、149はアルミニウム製の下部電極、1
50はSiO 2やアルミナ等の絶縁物で形成されたカバ
ーである。
(a)の例に示すように、反応室151内に、金属膜
と、絶縁膜とが順に積層されて構成された部分を有する
積層体141を配置し、フロロカーボンガスを含むガス
のプラズマで、積層体141の絶縁膜および金属膜をエ
ッチングすることによって半導体装置の製造が行なわれ
る。
照)と同様のものであり、半導体基板の上に、BPSG
膜、窒化チタンで形成された金属膜、アルミニウムで形
成された金属膜、窒化チタンで形成された金属膜、絶縁
膜(プラズマTEOS膜)、反射防止膜、およびパター
ン形成された感光性樹脂膜を順に積層して形成したもの
である。以下に本発明の製造装置による半導体装置の製
造について具体的に説明する。
フロロカーボンガスを含むガスのプラズマにより、反射
防止膜のエッチングが、感光性樹脂膜のパターンに従っ
て行なわれる。エッチング条件は、実施の形態4または
5と同様である。エッチング終了後はプラズマエッチン
グ装置の放電は一旦停止される。
プラズマにより、絶縁膜のエッチングが行なわれる。こ
のエッチングにおいては絶縁膜と下層で接触している金
属膜の一部もエッチングされてしまう。この場合のエッ
チング条件も実施の形態4または5と同様である。この
ため、図15(a)の例に示すように、エッチングによ
って金属材料を含む反応生成物152が発生し、この反
応生成物152は内壁部材(上部電極142、反応室側
壁143)に付着する。
141が反応室151から搬出される。更にヒーター1
44を作動させて、内壁部材(上部電極142、反応室
側壁143)の加熱が行なわれる。加熱は反応室側壁1
43および上部電極142の表面が400℃以上、好ま
しくは300℃〜600℃となるように行なわれる。な
お、積層体141は更に別の工程(図示せず)を経て半
導体装置となる。
材(上部電極142、反応室側壁143)は共に単結晶
シリコン、多結晶シリコンおよび非晶質シリコンから選
ばれる一種を含む材料で形成されている。また積層体1
41の金属膜は窒化チタンで形成されており、反応生成
物に含まれた金属材料は窒化チタンである。このため、
内壁部材(上部電極142、反応室側壁143)は、反
応生成物152と反応して化合物を形成する。この化合
物は、チタンシリサイドであり、内壁部材(上部電極1
42、反応室側壁143)を被覆する化学的安定層15
3となる。
た材料であるため、化学的安定層153を形成し易いた
め、エッチング処理中にパーティクルが散布されるのを
抑制することができる。よって、本発明の製造装置を用
いて半導体装置の製造を行なえば、パターン欠陥の発生
を抑制することができる。
成する内壁部材(上部電極142、反応室側壁143)
は、部材全体が単一の材料で構成されたものであるが、
本実施の形態6はこの例に限定されるものではない。本
実施の形態6においては、内壁部材(上部電極142、
反応室側壁143)は、表層のみ、即ち反応生成物15
2と反応する部分のみが、単結晶シリコン、多結晶シリ
コンおよび非晶質シリコンから選ばれる一種を含む材料
で形成された態様であっても良い。
は上述のように容量結合型プラズマエッチング装置の一
種であるが、これに限定されるものではない。本発明の
製造装置は、誘導結合型プラズマエッチング装置、二周
波型容量結合型プラズマエッチング装置、マイクロ波型
プラズマエッチング装置またはVHF型プラズマエッチ
ング装置等の一種であっても良い。
置の製造方法および製造装置を用いれば、従来に比べ、
エッチングによって形成される配線パターンに欠陥が発
生するのを抑制できるので、歩留まりの向上および不良
率の低下を図ることができる。
造方法を示す断面工程図。
造方法と従来の半導体の製造方法とにおけるパターン欠
陥数を比較する図。
造方法を示す断面工程図。
ボンガスの流量とパーティクルの発生数との関係を示す
図。
造方法を示す断面工程図。
造方法を示す断面工程図。
生数との関係を示す図。
造方法を示す断面工程図。
造方法を示す断面工程図。
った場合の反応生成物除去時間とその際に積層体に散布
されるパーティクル数との関係を示す図。
った場合の反応生成物除去時間とその後にエッチング中
に発生するパーティクル数との関係を示す図。
製造方法を示す断面工程図。
製造方法を示す断面工程図。
膜形成に要した時間とその後のエッチング中に発生する
パーティクル数との関係を示す図。
を示す図。
程図。
程図。
Claims (4)
- 【請求項1】 金属膜と、絶縁膜と、反射防止膜と、パ
ターン形成された感光性樹脂膜とが順に積層された部分
を有する積層体が、反応室内に配置されたプラズマエッ
チング装置を用いた半導体装置の製造方法であって、前記金属膜のエッチングに用いられる、前記絶縁膜と前
記反射防止膜とによるマスクを形成するための、 (a) 前記プラズマエッチング装置の反応室内に、フロ
ロカーボンガスを含む第1のエッチングガスを供給して
プラズマを生成し、生成した前記プラズマによって前記
感光性樹脂膜のパターンに従って前記反射防止膜をエッ
チングすると共に、前記エッチングによって生じた反応
生成物を前記反応室の壁面に付着させる工程と、(b) 前記プラズマエッチング装置の反応室内に、フロ
ロカーボンガスを含む第2のエッチングガスを供給して
プラズマを生成し、生成した前記プラズマによって前記
反射防止膜のパターンに従って前記絶縁膜をエッチング
して前記金属膜を露出させ、その際、前記第2のエッチ
ングガスの滞在時間を250ms以下に設定して、前記
エッチングによる前記金属膜の露出によって削れた前記
金属膜の一部を前記第2のエッチングガスと共に前記反
応室から排出し、更に前記反応室の壁面に付着した前記
反応生成物を分解させる工程とを有することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 金属膜と、絶縁膜と、反射防止膜と、パ
ターン形成された感光性樹脂膜とが順に積層された部分
を有する積層体が配置された反応室を有し、且つ、前記
反応室の側壁と前記積層体の上方に位置する前記反応室
の上部とが、前記金属膜の材料を含む反応生成物と反応
して化合物を形成する内壁部材によって形成されたプラ
ズマエッチング装置を用いた半導体装置の製造方法であ
って、前記金属膜のエッチングに用いられる、前記絶縁膜と前
記反射防止膜とによるマスクを形成するための、 (a) 前記プラズマエッチング装置の反応室内に、フロ
ロカーボンガスを含む第1のエッチングガスを供給し、
プラズマを生成して前記感光性樹脂膜のパターンに従っ
て前記反射防止膜をエッチングする工程と、(b) 前記プラズマエッチング装置の反応室内に、フロ
ロカーボンガスを含む第2のエッチングガスを供給し、
プラズマを生成して前記反射防止膜のパターンに従って
前記絶縁膜をエッチングし、前記金属膜を露出させて、
前記エッチングによる前記金属膜の露出によって削れた
前記金属膜の一部を含む反応生成物を発生させ、更に、
前記反応生成物を前記反応室の側壁と前記反応室の上部
とに付着させる工程と、前記反応室の側壁と前記反応室の上部とに付着した 前記
反応生成物と前記内壁部材とを反応させて前記化合物を
形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の
製造方法。 - 【請求項3】 前記内壁部材が単結晶シリコン、多結晶
シリコンおよび非晶質シリコンのうち一種を含む材料で
形成されている請求項2に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項4】 前記金属膜が、チタンを含有する化合物
材料で形成されている請求項1から3のいずれか一項に
記載の半導体装置の製造方法。
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