JPH05291184A

JPH05291184A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH05291184A
Application number: JP4071733A
Authority: JP
Inventors: Hisahiro Shoda; 尚弘庄田; Keiji Horioka; 啓治堀岡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-02-10
Filing date: 1992-03-27
Publication date: 1993-11-05
Anticipated expiration: 2016-07-16
Also published as: JP3190098B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】深さが異なる複数の接続孔がある場合でも、断
線不良等を招くこと無く全ての接続孔をその表面までＷ
膜を埋め込むこと。【構成】基板３１上に設けられた層間絶縁膜３２に深さ
の異なる接続孔３３ａ，３３を形成する工程と、選択Ｃ
ＶＤ法を用いてＷ膜３４が接続孔３３ａの上面まで埋め
込まれるようにＷ膜３４を接続孔３３ａ，３３内に選択
的に形成する工程と、層間絶縁膜３２上にレジスト３５
を塗布する工程と、塩素と六弗化硫黄とを有するエッチ
ングガスを放電させてＷ膜３４とレジスト３５とをエッ
チングし、接続孔３３ａ，３３内にＷ膜３４を埋め込む
工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係わり、特に接続孔の埋め込み方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュ−タ−や通信機器の重要
部分には、多数のトランジスタや抵抗等を電気回路を達
成するようにむすびつけ、１チップ上に集積化して形成
した大規模集積回路（ＬＳＩ）が多用されている。この
ため、機器全体の性能は、ＬＳＩ単体の性能と大きく結
び付いている。

【０００３】ＬＳＩ単体の性能向上は、集積度を高める
こと、つまり、素子の微細化により実現できる。素子の
微細化が進むと、コンタクトホ−ルやヴィアホ−ル等の
接続孔の径が小さくなるため、接続孔のアスペクト比が
高くなる。この結果、スパッタ蒸着により接続孔をＡｌ
膜で埋め込もうとすると、接続孔の底部の側壁における
Ａｌ膜の膜厚が薄くなるため、断線不良が生じるという
問題があった。また、Ａｌ膜は反射率が高いため、レジ
ストパタ−ンの寸法精度が悪くなるという問題があっ
た。

【０００４】即ち、図１７（ａ）に示すように、基板４
１上に形成された層間絶縁膜４２の接続孔４５が平坦で
ないＡｌ膜４３で埋め込まれると、平坦でない部分に入
射する露光光４６の反射光４７により、露光されるべき
ない部分、この場合では接続孔４５上のレジスト４４が
露光されてしまう。

【０００５】この結果、図１７（ｂ）に示すように、接
続孔４５上でレジストパタ−ン４８が所定寸法より小さ
くなるという問題が生じる。そこで、選択ＣＶＤ法を用
いて接続孔に金属、特にタングステン（Ｗ）を埋め込む
ことで埋め込み形状を平坦化する試みがなされている。

【０００６】しかしながら、この種の方法により、深さ
の異なる接続孔を埋め込むには、図１８（ａ）に示すよ
うに、Ｗの埋め込み量を浅い方の接続孔４５ｂに合わせ
るか、又は図１８（ｂ）に示すように、深い方の接続孔
４５ａに合わせることになる。Ｗの埋め込み量を浅い方
の接続孔４５ｂに合わせた場合には、深い方の接続孔４
５ａの上面までＷを埋め込めなくなり、一方、深い方に
合わせた場合には、Ｗが浅い方の接続孔から溢れてしま
うという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のス
パッタ法を用いた接続孔の埋め込み方法では、接続孔の
底部の側壁におけるＡｌ膜の膜厚が薄くなるため、断線
不良が生じるという問題があった。また、選択ＣＶＤ法
を用いた接続孔の埋め込み方法では、深さが異なる接続
孔があると、全ての接続孔をその上面までＷで埋め込む
ことができないという問題があった。

【０００８】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、断線等による信頼性の
低下を招くこと無く、深さの異なる接続孔を全てその上
面までＷで埋め込むことができる半導体装置の製造方法
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、塩素と
六弗化硫黄とを有するエッチングガスを用いたことにあ
る。

【００１０】即ち、上記の目的を達成するために、本発
明の半導体装置の製造方法は、表面に凹凸がある所望の
処理が施された基板上にタングステン膜を堆積する工程
と、このタングステン膜上にレジストを塗布する工程
と、塩素と六弗化硫黄とを有するエッチングガスを放電
させて前記タングステン膜と前記レジストとをエッチン
グし、前記タングステン膜を平坦化する工程とを備えた
ことを特徴とする。

【００１１】また、本発明の他の半導体装置の製造方法
は、基板上に設けられた絶縁膜に深さが異なる複数の接
続孔を形成する工程と、選択ＣＶＤ法を用いて最も深い
接続孔の上面までタングステン膜が充填されるべく前記
接続孔内にタングステン膜を選択的に形成する工程と、
前記絶縁膜上に前記タングステン膜が覆われるようにレ
ジストを塗布する工程と、塩素と六弗化硫黄とを有する
エッチングガスを放電させて前記タングステン膜と前記
レジストとをエッチングし、前記接続孔に前記タングス
テン膜を埋め込む工程とを備えたことを特徴とする。

【００１２】なお、前記タングステン膜及び前記レジス
トのエッチングは、反応容器内に前記基板を収容し、前
記反応容器に高周波電力を与えて前記エッチングガスを
放電させ、且つ前記高周波電力の電力密度をＰo （Ｗ／
ｃｍ₂），前記反応容器内の圧力Ｐr （ｍＴｏｒｒ），
前記接続孔の直径をＲ（μｍ），前記接続孔の上面から
溢れるタングステン膜の厚さをＦ（μｍ）とした場合
に、前記塩素の流量と前記六弗化硫黄の流量とを、 100Po-0.5Pr+50-1.1 {(F-0.05) ÷F} ≦( 六弗化硫黄の流量 )÷{(塩素の流量)+( 六弗化硫黄の流量 )} ≦100Po-0.5Pr+50+13.5 {(F+R)÷F} に設定して行うことが望ましい。

【００１３】また、本発明の他の半導体装置の製造方法
は、基板上に設けられた絶縁膜に深さが異なる複数の接
続孔を形成する工程と、選択ＣＶＤ法を用いて最も深い
接続孔の上面までタングステン膜が充填されるべく前記
接続孔内にタングステン膜を選択的に形成する工程と、
前記絶縁膜上に前記タングステン膜が覆われるようにレ
ジストを塗布する工程と、塩素と六弗化硫黄と酸素とを
有するエッチングガスを放電させて前記タングステン膜
と前記レジストとをエッチングし、前記接続孔に前記タ
ングステン膜を埋め込む工程とを備え、前記レジストの
エッチングの際に生じる一酸化炭素の発光の強度から前
記レジストの消失を検出することを特徴とする。

【００１４】なお、前記タングステン膜及び前記レジス
トとのエッチングは、反応容器内に前記半導体基板を収
容し、前記反応容器に高周波電力を与えて前記エッチン
グガスを放電させ、且つ前記高周波電力の電力密度をＰ
o （Ｗ／ｃｍ₂），前記反応容器内の圧力Ｐr （ｍＴｏ
ｒｒ），前記接続孔の直径をＲ（μｍ），前記接続孔の
上面から溢れるタングステン膜の厚さをＦ（μｍ）とし
た場合に、前記塩素の流量と前記六弗化硫黄の流量と前
記酸素の流量とを、 -240Po+0.44Pr-0.8[( Cl₂の流量 )÷{(Cl₂の流量)+( SF₆の流量) +( O₂の流量)}]+115-28.8{(F+R)÷F} ≦(O₂の流量) ÷{(Cl₂の流量)+( SF₆の流量)+(O₂の流量)} ≦-240Po+0.44Pr-0.8[( Cl₂の流量 )÷{(Cl₂の流量)+( SF₆の流量) +( O₂の流量)}]+115+11.1{(F-0.05) ÷F} に設定して行なうことが望ましい。

【００１５】また、上記エッチングのおいて、塩素と六
弗化硫黄と酸素とを有するエッチングガスの代わりに、
少なくとも六弗化硫黄と酸素とを有するエッチングガス
を用いた場合には、前記六弗化硫黄の流量と前記酸素の
流量とを、 -240Po+0.38Pr+210-28.8{[ (F+R)÷F } ≦(O₂の流量) ÷{(SF₆の流量)+(O₂の流量)} ≦-240Po+0.38Pr+210+11.1{ (F-0.05)÷F } また、少なくとも六弗化硫黄と酸素とを有するエッチン
グガスの代わりに、少なくとも塩素と六弗化硫黄とを有
するエッチングガスを用いても良い。

【００１６】

【作用】本発明者等の研究によれば、塩素と六弗化硫黄
とを用いることで、Ｗ膜のエッチング速度とレジストの
エッチング速度とを等しくできることが分かった。

【００１７】したがって、本発明の半導体装置の製造方
法（請求項１）の如く、下地の影響で表面が平坦でない
Ｗ膜上にレジストを塗布し、Ｗ膜のエッチング速度とレ
ジストのエッチング速度とを等しくてＷ膜，レジストを
エッチングすれば、Ｗ膜の表面を平坦にすることができ
る。

【００１８】また、本発明の他の半導体装置の製造方法
（請求項２）では、最も深い接続孔にＷ膜の膜厚を合わ
せて接続孔内にＷ膜を選択的に形成している。このと
き、最も深い接続孔以外の接続孔のＷ膜は接続孔より溢
れる。Ｗ膜とレジストとを同一のエッチング速度でエッ
チングできるので、接続孔から溢れたＷ膜とレジストと
を同時に消失することができる。したがって、異なる深
さの接続孔がある場合でも、全ての接続孔をその上面ま
でＷ膜で埋め込むことができる。

【００１９】また、本発明の他の半導体装置の製造方法
（請求項４）では、塩素と六弗化硫黄と酸素とを有する
エッチングガスを用いてＷ膜とレジストとをエッチング
している。このとき、レジストの炭素原子と酸素ラジカ
ルとが結合して一酸化炭素が生成され、この一酸化炭素
に起因する発光光が放電中に発生する。この一酸化炭素
の発光光の強度（発光強度）は、レジストの残量に依存
する。即ち、レジストの消失は、基本的には基板上のあ
る部分より始まり、その後、基板全体に広がる傾向があ
るため、発光強度は、レジストの消失が基板全体に広が
るに従い弱くなり、そして、レジストが消失した時点で
一定になる。したがって、発光強度をモニタすること
で、レジストの消失した時点が分かるので、Ｗ膜のオ−
バ−エッチングを防止でき、良好な埋めこみ形状が容易
に得られる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１は、本発明の第１の実施例に係るマグネトロン
放電を利用したドライエッチング装置の概略構成図であ
る。

【００２１】このエッチング装置のエッチング室２内の
底部には、陰極板７が設けられている。この陰極板７
は、絶縁部材１５によりエッチング室２を構成する反応
容器１に固定されている。陰極板７には、マッチング回
路８を介して電源９から１３．５６ＭＨｚの高周波電力
が与えられている。また、陰極板７には、冷却管１０
ａ，１０ｂが設けられており、冷却管１０ａから冷却管
１０ｂに向かって流れる溶媒により、陰極板７の温度制
御がなされている。なお、冷却管１０ｂは、陰極板７に
高周波電力を与えるためのリ−ド線の役割も果たしてい
る。また、陰極板７上には、ポリイミド膜１１に挾持さ
れた銅板１２が貼着されている。この銅板１２には、電
源１３から４ｋＶの電圧が印加されている。この結果、
被処理基板１７は、静電気力により陰極板７に吸着され
固定される。

【００２２】一方、エッチング室２の上壁は、陽極板１
８となっている。この陽極板１８には、反応ガスを導入
するためのガス導入口３が設けられている。このガス導
入口３を介してエッチング室２内に導入された反応ガス
は排気口４から室外に排気される。

【００２３】また、エッチング室２の外部には、複数の
永久磁石５とこれら永久磁石５を回転駆動するための駆
動機構６とで構成された磁場発生器が設けられ、これに
より、陰極板７と陽極板１８と間の空間に磁場が形成さ
れる。

【００２４】なお、図中、１４は被処理基板１７の裏面
にガスを導入して被処理基板１７の温度制御をするため
のガス導入管、１６は静電チャックの銅板１２のリード
と陰極板７とが電気的に接続されるのを防止するための
絶縁部材を示している。次に上記のように構成されたエ
ッチング装置を用いたＷ膜の平坦化の方法を図２の工程
断面図を用いて説明する。

【００２５】まず、図２（ａ）に示すように、所望の素
子加工が施された基板２１上にＷ膜２２を堆積する。こ
こで、Ｗ膜２２の表面形状は、下地等の影響、例えば、
配線等の影響で凹凸になっている。次に図２（ｂ）に示
すように、Ｗ膜２２上にレジスト２３を塗布して基板表
面を平坦にする。

【００２６】次に基板２１を図１のエッチング装置の陰
極板７に載置した後、Ｃｌ₂ガスとＳＦ₆ガスとを用い
てＷ膜２２，レジスト２３のエッチングを行なう。ここ
で、Ｃｌ₂ガスとＳＦ₆ガスとを用いたのは、これらガ
スを利用することでＷ膜２２のレジスト２３に対する選
択比を１．０にできるからである。図３は、このことを
表しているＳＦ₆濃度とエッチング速度との関係を示す
特性図である。ここで、ＳＦ₆濃度は次式のように定義
されている。 ( SF₆の濃度)=( SF₆の濃度) ÷100{(Cl ₂の流量)+(
SF₆の流量)}

【００２７】この図からＷのエッチング速度はＳＦ₆の
濃度の増加により急激に大きくなっていることが分か
る。これはＷが主としてＦラジカルによりエッチングさ
れるからだと考えられる。また、この図からレジストの
エッチング速度がＳＦ₆濃度の増加に対して緩やかに大
きくなっていることが分かる。これはＦラジカルによる
レジスト中の水素原子の引き抜き効果の促進が原因だと
考えられる。そして、Ｗのエッチング速度とレジストの
エッチング速度とを比べると、最初は、レジストのエッ
チング速度の方がＷのエッチング速度より大きいが、Ｓ
Ｆ₆の濃度が８０％程度以上になるとＷのエッチング速
度の方がレジストのエッチング速度より大きくなること
が分かる。したがって、ＳＦ₆の濃度を調整することで
Ｗとレジストとの選択比を１．０にすることができる。
本実施例では、Ｗ膜２２のレジスト２３に対する選択比
を１．０にするために次のような条件でエッチングを行
なった。

【００２８】即ち、エッチング室２内を７５ｍＴｏｒ
ｒ，基板温度を４５℃に設定し、ガス導入管３から流量
２０ＳＣＣＭのＣｌ₂ガスと流量８０ＳＣＣＭのＳＦ₆
ガスとをエッチング室２内に導入すると共に、ＲＦ電力
密度が０．５８Ｗ／ｃｍ² となる電圧を陰極板７に印加
し、基板２１上の水平磁束密度を１２０Ｇａｕｓｓに設
定した。このような条件下で、レジスト２３が消失する
までエッチングを行なうと、図２（ｃ）に示すように、
表面が平坦なＷ膜２２が得られる。かくして本実施例に
よれば、Ｃｌ₂ガス，ＳＦ₆ガスとを用いることで、表
面に凹凸があるＷ膜２２を容易に平坦化できる。図４
は、本発明の第２の実施例に係る接続孔の埋め込み方法
を説明するための工程断面図である。まず、図４（ａ）
に示すように、所望の素子加工が施された基板３１上に
層間絶縁膜３２を堆積した後、接続孔３３を形成する。
次に図４（ｂ）に示すように、選択ＣＶＤ法を用いて接
続孔３３をＷ膜３４で埋め込んだ後、全面にレジスト３
５を塗布する。

【００２９】次に基板３１を図１のエッチング装置の陰
極板７に載置する。そして、ガス導入口３からＣＩ₂ガ
ス，ＳＦ₆ガスをそれぞれ流量２０ＳＣＣＭ、８０ＳＣ
ＣＭ導入し、ＲＦ電力密度を０．５８Ｗ／ｃｍ² ，エッ
チング室２の圧力を７５ｍＴｏｒｒ，基板上での水平磁
束密度を１２０Ｇａｕｓｓ、基板温度を４５℃に設定し
て、レジスト３５が消失するまでをエッチングを行な
う。この結果、図４（ｃ）に示すように、接続孔３３か
ら溢れたＷ膜３２が除去され、層間絶縁膜３２の表面は
平坦になる。

【００３０】また、接続孔の深さが異なる場合でも、図
５（ａ）に示すように、深い方の接続孔３３ａに合わせ
てＷ膜３２を選択成長させた後、全面にレジスト３３を
塗布し、続いて、上記エッチング条件でレジスト３５が
無くなるまでエッチングを行なえば、図５（ｂ）に示す
ように、接続孔３３，３３ａの上面までＷ膜３２を埋め
込むことができる。なお、深さが異なる接続孔が３つ以
上ある場合でも、最も深い接続孔に合わせてＷ膜を選択
成長させれば、同様に全ての接続孔の上面までＷ膜３２
を埋め込むことができる。

【００３１】かくして本実施例によれば、深さが異なる
接続孔がある場合でも、全ての接続孔の上面までＷ膜を
埋め込むことができ、断線不良等を招かない良好な埋め
込み形状が得られる。また、この上にＡｌ配線等の金属
配線を形成しても下地が平坦なため、段差等がない良好
な配線形状とすることができる。次にＷのレジストに対
する選択比を１．０にするためのＳＦ₆濃度の選びかた
を説明する。

【００３２】図６は、図１のエッチング装置を用いて調
べたＷのレジストに対する選択比が１．０になるＳＦ₆
濃度とエッチング室の圧力との関係を示すグラフであ
る。これはＲＦ電力密度を０．５８Ｗ／ｃｍ² に固定し
て調べたものである。また、他の条件、即ち、基板上で
の水平磁束密度，基板温度，ＲＦ周波数はそれぞぞれ１
２０Ｇａｕｓｓ，４５℃，１３．５６ＭＨｚとした。

【００３３】また、図７は、図１のエッチング装置を用
いて調べたＷのレジストに対する選択比が１．０になる
ＳＦ₆濃度とＲＦ電力密度との関係を示すグラフであ
る。これはエッチング室内の圧力を７５ｍＴｏｒｒに固
定して調べたものである。他の条件は図６の場合と同じ
である。これらの２つのグラフを基にして、Ｗのレジス
トに対する選択比が１．０になるＳＦ₆の濃度を、エッ
チング室内の圧力とＲＦ電力密度とを用いて表すと、 ( SF₆の濃度)=100Po-0.5Pr+50 ・・・（１）となる。ここで、PoはＷ／ｃｍ₂の単位で表されるＲＦ
電力密度であり、PrはｍＴｏｒｒの単位で表されるエッ
チング室内の圧力である。

【００３４】図８には、ＳＦ₆ガスとＯ₂ガスとの混合
ガスを用いた場合（曲線ｂ）と、Ｃｌ₂ガスとＳＦ₆ガ
スとＯ₂ガスとの混合ガスを用いた場合（曲線ａ）のそ
れぞれのエッチング時間とＷ膜との関係を示す図が示さ
れている。

【００３５】試料は、厚さ０．５μｍの酸化膜に接続孔
を開孔し、Ｗを１．０μｍ堆積した後に、レジストを表
面が平坦になるように塗布して作成した。この試料をＳ
Ｆ₆ガスとＯ₂ガスとの混合ガス，Ｃｌ₂ガスとＳＦ₆
ガスとＯ₂ガスとの混合ガスでそれぞれエッチングし
た。

【００３６】ＳＦ₆ガスとＯ₂ガスとの混合ガスを用い
た場合のエッチング条件は、ＳＦ₆ガスの流量を５０Ｓ
ＣＣＭ，Ｏ₂ガスの流量を５０ＳＣＣＭとし、陰極板７
にＲＦ電力密度が０．７５Ｗ／ｃｍ² （ＲＦパワ−＝３
００Ｗ）となる電圧を印加し、エッチング室内の圧力を
５０ｍＴｏｒｒに調整し、基板上での水平磁束密度を１
２０Ｇａｕｓｓに設定し、基板温度を６５℃に加熱し
た。

【００３７】また、Ｃｌ₂ガスとＳＦ₆ガスとＯ₂ガス
との混合ガスを用いた場合のエッチング条件は、Ｃｌ₂
ガスの流量を９ＳＣＣＭ，ＳＦ₆ガスの流量を３６ＳＣ
ＣＭ，Ｏ₂ガスの流量を５５ＳＣＣＭ、ＲＦ電力密度を
０．５８Ｗ／ｃｍ² （ＲＦパワ−＝２３４Ｗ），圧力を
２００ｍＴｏｒｒ，水平磁束密度を１２０Ｇａｕｓｓ，
基板温度を４５℃とした。

【００３８】図８から分かるように、Ｗ膜厚が０．５μ
ｍとなる点がコンタクト深さに相当する位置でエッチン
グの終点の位置である。ＳＦ₆ガスとＯ₂ガスとの混合
ガスを用いた場合、Ｗのエッチング速度は、エッチング
終点までは５００ｎｍ／ｍｉｎ，終点からは１３００ｎ
ｍ／ｍｉｎと著しく速くなっている。この傾向は電力密
度が小さくなると著しくなり、また、圧力が高くなって
も著しくなることが認められた。しかしながら、Ｃｌ₂
ガスとＳＦ₆ガスとＯ₂ガスとの混合ガスを用いた場合
は、エッチングの終点の前後でＷのエッチング速度は変
わらずに、２７０ｎｍ／ｍｉｎとなる。即ち、ＳＦ₆ガ
スとＯ₂ガスとの混合ガスにＣｌ₂ガスを添加したガス
を用いれば、エッチングの終点でＷのエッチング速度の
変動を抑制することができる。このため、埋め込まれた
Ｗ膜の上面が接続孔の上面より凹むという問題を十分解
決することが可能である。

【００３９】また、本発明者等は、図４で説明した方法
でＷ膜をエッチバックし、この後、Ａｌを蒸着してその
形状及び接続孔における抵抗を調べた。なお、接続孔の
直径を０．８μｍとし、接続孔の上面から溢れるＷ膜の
厚さを０．５μｍとした。

【００４０】この結果、Ｗ膜の上面が接続孔の上面より
０．８μｍ以上凹むと、即ち、アスペクト比が１以上に
なると、Ａｌの被覆形状が悪化し断線しやすくなり、且
つ抵抗も上昇し、デバイスとしては適さないことが分か
った。また、接続孔の直径を変えても、アスペクト比が
１以上になると、Ａｌの被覆形状が悪化し、デバイスと
しては適さなくなること分かった。また、Ｗ膜の上面が
接続孔の上面より０．０５μｍ以上出っ張ると、その出
っ張ったＷ膜の傾斜部でＡＩの被覆形状が悪化して断線
し易くなる。

【００４１】したがって、Ｗ膜の上面の位置としては、
接続孔の上面を基準として凹みが０．８μｍ以下、且つ
出っ張りが０．０５μｍ以下でなくてはならない。Ｗ膜
の凹みが０．８μｍ以下、且つ出っ張りが０．０５μｍ
以下にするには、Ｗ膜のレジストに対する選択比を０．
９から２．６の間にすればよい。その範囲は、図５，図
６に示された斜線の範囲となる。また、接続孔の直径を
Ｆ（μｍ），接続孔の上面より溢れたＷ膜の厚さをＲ
（μｍ）とし、（１）式を利用すると、Ｗのレジストに
対する選択比が０．９〜２．６となるＳＦ₆の濃度の範
囲は、 100Po-0.5Pr+50-1.1{(F-0.05) ÷F} ≦( SF₆の流量) ÷{(Cl₂の流量)+( SF₆の流量)} ≦100Po-0.5Pr+50+13.5{(F+R) ÷F} となる。次に図４の方法においてＳＦ₆濃度がＷ膜のレ
ジストに対する選択比が１．０以外に設定された場合に
ついて説明する。

【００４２】Ｗ膜３４のエッチング速度がレジスト３５
のエッチングより速い場合には、図９（ａ）に示すよう
に、Ｗ膜３４はその中心部が凹むようにエッチングされ
る。また、層間絶縁膜３２の上面でＷ膜３４のエッチン
グを終了した場合には、図９（ｂ）に示すように、接続
孔３３の外側にＷ膜３４が残ってしまう。

【００４３】一方、Ｗ膜３４のエッチング速度よりもレ
ジスト３５のエッチング速度が速い場合には、図１０
（ａ）に示すように、Ｗ膜３４はその中心部が出っ張っ
るようにエッチングされる。そして、図１０（ｂ）に示
すように、レジスト３５が完全に除去された後もエッチ
ングを行ない、接続孔３３の上面から溢れているＷ膜３
４を除去すると、図１０（ｃ）に示すように、接続孔３
３の外側にＷ膜３４が残るということはない。ここで、
被覆形状の悪化による断線を防止するために、上述した
ように、接続孔３２より溢れるＷ膜３４の膜厚を０．０
５μｍ以下にする。このようなＷ膜３４を得るには、次
式（２）で規定された範囲内においてエッチングを行な
えば良い。１≦Ｓ≦Ｆ÷（Ｆ−０．０５）・・・（２）ここで、ＳはＷ膜３４の層間絶縁膜３２に対する選択比
であり、Ｆは接続孔３２より溢れるＷ膜３４の厚さであ
る。次に本発明の第３の実施例に係る接続孔の埋め込み
方法を説明する。

【００４４】本実施例の方法が第２の実施例のそれと異
なる点は、エッチングガスとしてＣｌ₂ガスとＳＦ₆ガ
スとＯ₂ガスとの混合ガスを用いたことにある。このよ
うなエッチングガスを用いると、酸素ラジカルとレジス
ト中の炭素原子とが結合する際に生成される一酸化炭素
（ＣＯ）が放電中に発光する。図１１に図１のエッチン
グ装置を用いた場合のエッチング時間とＣＯに起因する
発光強度との関係を示す特性図を示す。

【００４５】これはエッチング室内に流量がそれぞれ９
ＳＣＣＭ，３６ＳＣＣＭ，５５ＳＣＣＭのＣｌ₂ガス，
ＳＦ₆ガス，Ｏ₂ガスを導入し、下部電極７にＲＦ電力
密度を０．５８Ｗ／ｃｍ₂となる電圧を印加し、エッチ
ング室内の圧力を２００ｍＴｏｒｒに調圧し、基板上で
の水平磁束密度を１２０Ｇａｕｓｓに設定し、基板温度
を４５℃に加熱し、波長４５１ｎｍの発光光を測定して
得られたものである。この条件でのエッチングレートの
平均値は２８０ｎｍ／ｍｉｎであった。なお、レジスト
の膜厚は４５０ｎｍとした。

【００４６】この図からＣＯの発光強度は、エッチング
時間が１分３０秒を過ぎると減少し始め、１分４５秒ま
で減少し、それ以降は一定の値となることが分かる。Ｃ
Ｏの発光強度がこのように変化するのは、１分３０秒を
過ぎると、レジストの無い領域が広がり始めて発光強度
が減少し、そして１分４５秒で全てのレジストが無くな
り、発光強度の減少が止まるからである。このため、Ｃ
Ｏの発光強度をモニタすることで、エッチングの終点検
出ができる。即ち、ＣＯの発光強度が減少した後、一定
の値になった時にエッチングを終えれば良い。

【００４７】かくして本実施例によれば、ＣＯの発光強
度をモニタすることでエッチングの終点検出を行なえる
ので、Ｗ膜のオ−バ−エッチング等を防止でき、もって
表面形状が平坦な良好な埋め込み形状が容易に得られ
る。

【００４８】図１２，図１３，図１４には、それぞれエ
ッチングガスとしてＣｌ₂，ＳＦ₆，Ｏ₂の混合ガスを
用い場合に、Ｗのレジストに対する選択比が１．０にな
るときのエッチング室内の圧力とＯ₂濃度との関係を表
すグラフ，エッチング室内の圧力とＳＦ₆濃度との関係
を表すグラフ，Ｃｌ₂濃度とＯ₂濃度との関係を表すグ
ラフが示されている。エッチング条件は、図１２の場合
には、基板上での水平磁束密度を１２０Ｇａｕｓｓ，基
板温度を４５℃，ＲＦ電力密度を０．５８Ｗ／ｃｍ² ，
そしてＣｌ₂とＳＦ₆との流量比を１：４とした。図１
３の場合には、エッチング室内の圧力を７５ｍＴｏｒ
ｒ，Ｃｌ₂とＳＦ₆との流量比を１：４とした。図１４
の場合には、ＲＦ電力密度を０．５８Ｗ／ｃｍ² ，エッ
チング室内の圧力を７５ｍＴｏｒｒとした。また、Ｃｌ
₂濃度，Ｏ₂濃度はそれぞれ次式のように定義されてい
る。 (O₂の濃度)=(O₂の流量 )÷100{( Cl₂の流量)+( SF₂
の流量)+(O₂の流量)} ( Cl₂の濃度)=( Cl₂の流量 )÷100{( Cl₂の流量)+(
SF₆の流量)+(O₂の流量)}

【００４９】これらのグラフを基にして、Ｗ膜のレジス
トに対する選択比が１．０になるときのＯ₂の濃度を、
圧力とＲＦ電力密度とＣｌ₂の濃度との関数の次式
（３）のようになる。 (O₂の濃度)=-240Po+0.44Pr-0.8(Cl₂の濃度)+115 ・・・（３）

【００５０】また、前述と同じ理由により、Ｗ膜に対す
るレジストの選択比が０．９〜２．６になる範囲は、図
１２，図１３，図１４の斜線の範囲となる。また、接続
孔の直径をＲ（μｍ），接続孔の上面より溢れたＷ膜の
厚さをＦ（μｍ）とし、（３）式を利用すると、Ｗのレ
ジストに対する選択比が０．９〜２．６となるＳＦ₆の
濃度の範囲は、 -240Po+0.44Pr-0.8[( Cl₂の流量) ÷{(Cl₂の流量)+( SF₆の流量) +( O₂の流量)}]+115-28.8{ (F+R) ÷F} ≦(O₂の流量) ÷{(Cl₂の流量)+( SF₆の流量)+(O₂の流量)} ≦-240Po+0.44Pr-0.8[( Cl₂の流量) ÷{(Cl₂の流量)+( SF₆の流量) +( O₂の流量)}]+115+11.1{(F-0.05) ÷F} となる。

【００５１】また、Ｗ膜のレジストに対する選択比を
１．０以下、接続孔より溢れるＷ膜の厚さを０．０５μ
ｍ以下にするには、先の実施例と同様に式（２）で規定
された範囲内においてエッチングを行なえば良い。

【００５２】図１５，図１６には、それぞれエッチング
ガスとしてＳＦ₆，Ｏ₂の混合ガスを用い場合に、Ｗの
レジストに対する選択比が１．０になるときのエッチン
グ室内の圧力とＯ₂濃度との関係を表すグラフ，ＲＦ電
力密度とＯ₂濃度との関係を表すグラフが示されてい
る。エッチング条件は、基板上での水平磁束密度を１２
０Ｇａｕｓｓ，基板温度を６５℃とした。そして、図１
５の場合には、ＲＦ電力密度を０．７５Ｗ／ｃｍ² に固
定し、図１６の場合には、エッチング室内の圧力を５０
ｍＴｏｒｒに固定している。また、Ｏ₂濃度は次式のよ
うに定義されている。 (O₂の濃度)=(O₂の流量 )÷100{( SF₂の流量)+(O₂の
流量)} これらのグラフを基にして、Ｗ膜のレジストに対する選
択比が１．０になるときのＯ₂の濃度を、圧力とＲＦ電
力密度で表すと次式（４）のようになる。 (O₂の濃度)=-240Po+0.38Pr+210 ・・・（４）

【００５３】また、前述と同じ理由により、Ｗ膜に対す
るレジストの選択比が０．９〜２．６になる範囲は、図
１５，図１６の斜線の範囲となる。また、接続孔の直径
をＲ（μｍ），接続孔の上面より溢れたＷ膜の厚さをＦ
（μｍ）とし、（４）式を利用すると、Ｗのレジストに
対する選択比が０．９〜２．６となるＳＦ₆の濃度の範
囲は、 -240Po+0.38Pr+210-28.8{[ (F+R)÷F } ≦(O₂の流量) ÷{(SF₆の流量)+(O₂の流量)} ≦-240Po+0.38Pr+210+11.1{ (F-0.05)÷F } となる。

【００５４】また、本発明者等は、図１のエッチング装
置を用い、エッチングガスとしてＳＦ₆ガスとＯ₂ガス
との混合ガスを用いた場合のエッチング時間とＣＯに起
因する発光強度との関係を調べてみた。

【００５５】即ち、エッチング室内に流量５０ＳＣＣＭ
のＳＦ₆ガス，流量５０ＳＣＣＭのＯ₂ガスを導入し、
下部電極７にＲＦ電力密度を０．７５Ｗ／ｃｍ₂となる
電圧を印加し、エッチング室内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ
に調圧し、基板上での水平磁束密度を１２０Ｇａｕｓｓ
に設定し、基板温度を６５℃に加熱し、波長４５１ｎｍ
の発光光を測定した。なお、エッチングレートの平均値
は５２０μ／ｍｉｎ、レジストの膜厚は８００ｎｍとし
た。

【００５６】この結果、図１１と同様な特性図が得られ
た。即ち、エッチング時間が１分３０秒を過ぎると減少
し始め、１分４５秒まで減少し、それ以降は一定の値と
なったる。

【００５７】したがって、エッチングガスとしてＣｌ₂
ガス，ＳＦ₆ガス，Ｏ₂ガスを用い場合と同様に、ＣＯ
の発光強度をモニタすることで、エッチングの終点検出
ができるので、表面形状が平坦な良好な埋め込み形状が
容易に得られる。

【００５８】なお、上記実施例では、Ｗ膜について説明
したが他の金属膜でも同様な効果が期待できる。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施できる。

【００５９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、Ｗ
膜のレジストに対する選択比を１．０にできるので、表
面に凹凸があるＷ膜を平坦化できたり、深さが異なる複
数の接続孔がある場合でも、断線不良等を招くこと無く
全ての接続孔をその上面までＷ膜を埋め込むことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るドライエッチング
装置の概略構成図。

【図２】図１のドライエッチング装置を用いたＷ膜の平
坦化の方法を説明するための工程断面図。

【図３】ＳＦ₆濃度とエッチング速度との関係を示す特
性図。

【図４】本発明の第２の実施例に係る接続孔の埋め込み
方法を説明するための工程断面図。

【図５】異なる深さの接続孔がある場合の埋め込み方法
を説明するための工程断面図。

【図６】ＳＦ₆濃度とエッチング室の圧力との関係を示
す図。

【図７】ＳＦ₆濃度とＲＦ電力密度との関係を示す図。

【図８】エッチング時間とＷ膜厚との関係を示す図。

【図９】Ｗのエッチング速度がレジストのエッチングよ
り速い場合の埋め込み形状を示す図。

【図１０】Ｗのエッチング速度がレジストのエッチング
より遅い場合の埋め込み形状を示す図。

【図１１】エッチング時間と発光強度との関係を示す特
性図。

【図１２】圧力とＯ₂濃度との関係を示す図。

【図１３】圧力とＳＦ₆濃度との関係を示す図。

【図１４】Ｃｌ₂濃度とＯ₂濃度との関係を示す図。

【図１５】圧力とＯ₂濃度との関係を示す図。

【図１６】ＲＦ電力密度とＯ₂濃度との関係を示す図。

【図１７】従来の接続孔の埋め込み方法の問題点を説明
するための図。

【図１８】従来の接続孔の埋め込み方法の問題点を説明
するための図。

【符号の説明】

１…反応容器、２…エッチング室、３…ガス導入口、４
…排気口、５…永久磁石、６…、７…陰極板、８…マッ
チング回路、９…電源、１０ａ，１０ｂ…冷却管、１１
…ポリイミド膜、１２…銅板、１３…電源、１４…ガス
導入管、１５…絶縁部材、１６…絶縁部材、１７…被処
理基板、１８…陽極板、２１…基板、２２…Ｗ膜、２３
…レジスト、３１…基板、３２…層間絶縁膜、３３…接
続孔、３４…Ｗ膜、３５…レジスト、４１…基板、４２
…層間絶縁膜、４３…Ａｌ膜、４４…レジスト、４５，
４５ａ，４５ｂ…接続孔、４６…露光光、４７…反射
光、４８…レジストパタ−ン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に凹凸がある基板上にタングステン膜
を堆積する工程と、このタングステン膜上にレジストを塗布する工程と、塩素と六弗化硫黄とを有するエッチングガスを放電させ
て前記タングステン膜と前記レジストとをエッチング
し、前記タングステン膜を平坦化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２】基板上に設けられた絶縁膜に深さが異なる
複数の接続孔を形成する工程と、選択ＣＶＤ法を用いて最も深い接続孔の上面までタング
ステン膜が充填されるべく前記接続孔内にタングステン
膜を選択的に形成する工程と、前記絶縁膜上に前記タングステン膜が覆われるようにレ
ジストを塗布する工程と、塩素と六弗化硫黄とを有するエッチングガスを放電させ
て前記タングステン膜と前記レジストとをエッチング
し、前記接続孔に前記タングステン膜を埋め込む工程と
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】前記タングステン膜及び前記レジストのエ
ッチングは、反応容器内に前記基板を収容し、前記反応
容器に高周波電力を与えて前記エッチングガスを放電さ
せ、且つ前記高周波電力の電力密度をＰo （Ｗ／ｃ
ｍ₂），前記反応容器内の圧力Ｐr （ｍＴｏｒｒ），前
記接続孔の直径をＲ（μｍ），前記接続孔の上面から溢
れるタングステン膜の厚さをＦ（μｍ）とした場合に、
前記塩素の流量と前記六弗化硫黄の流量とを、 100Po-0.5Pr+50-1.1 {(F-0.05) ÷F} ≦( 六弗化硫黄の流量 )÷{(塩素の流量)+( 六弗化硫黄の流量 )} ≦100Po-0.5Pr+50+13.5 {(F+R)÷Ｆ｝に設定して行うことを特徴とする請求項２に記載の半導
体装置の製造方法。
【請求項４】基板上に設けられた絶縁膜に深さが異なる
複数の接続孔を形成する工程と、選択ＣＶＤ法を用いて最も深い接続孔の上面までタング
ステン膜が充填されるべく前記接続孔内にタングステン
膜を選択的に形成する工程と、前記絶縁膜上に前記タングステン膜が覆われるようにレ
ジストを塗布する工程と、塩素と六弗化硫黄と酸素とを有するエッチングガスを放
電させて前記タングステン膜と前記レジストとをエッチ
ングし、前記接続孔に前記タングステン膜を埋め込む工
程とを有し、前記レジストのエッチングの際に生じる一酸化炭素の発
光の強度から前記レジストの消失を検出することを特徴
とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】前記タングステン膜及び前記レジストのエ
ッチングは、反応容器内に前記半導体基板を収容し、前
記反応容器に高周波電力を与えて前記エッチングガスを
放電させ、且つ前記高周波電力の電力密度をＰｏ（Ｗ
／ｃｍ₂），前記反応容器内の圧力Ｐr （ｍＴｏｒ
ｒ），前記接続孔の直径をＲ（μｍ），前記接続孔の上
面から溢れるタングステン膜の厚さをＦ（μｍ）とした
場合に、前記塩素の流量と前記六弗化硫黄の流量と前記
酸素の流量とを、 -240Po+0.44Pr-0.8[( Cl₂の流量 )÷{(Cl₂の流量)+( SF₆の流量) +( O₂の流量)}]+115-28.8{(F+R)÷F} ≦(O₂の流量) ÷{(Cl₂の流量)+( SF₆の流量)+(O₂の流量)} ≦-240Po+0.44Pr-0.8[( Cl₂の流量 )÷{(Cl₂の流量)+( SF₆の流量) +( O₂の流量)}]+115+11.1{(F-0.05) ÷F} に設定して行うことを特徴とする請求項４に記載の半導
体装置の製造方法。