JPH0722399A - 埋込プラグの形成方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヴィア孔底面の下層配線金属膜上のアルミナ
層または反射防止膜のエッチング終了時点を検出し、制
御性よくこれら各膜をエッチング除去して埋込プラグを
形成する方法およびその装置を提供する。 【構成】 ヴィア孔１４ａの底面にあるアルミナ層１５
はＣｌ系ガスを用いたプラズマによりエッチングされ、
このエッチング時にＡｌ発光が生じる。この発光強度
は、アルミナ層１５のエッチング開始後一定した値を示
すが、アルミナ層１５についてのエッチングが終了し、
より多くのＡｌを含む下層配線金属膜１３についてのエ
ッチングが始まる一定時間経過後にステップ状に増加す
る。従って、この強度変化を光センサ６で検出すること
により、エッチング終了時点を検知することが可能にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヴィア孔に埋込プラグ
を選択形成する埋込プラグの形成方法および埋込プラグ
形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の多層配線構造において、多
層に積み重ねられる各配線金属膜間を電気的に接続する
ため、埋込プラグが形成される。この埋込プラグは従来
一般的に次のように形成されていた。まず、Ｓｉ基板上
にアルミニウム（Ａｌ）金属からなる下層配線金属膜が
形成され、所定配線形状にパターニングされる。次に、
この下層配線金属膜上に層間絶縁膜が積層され、この層
間絶縁膜の所定箇所にヴィア孔が開口される。次に、ヴ
ィア孔の開口工程およびその後の大気中での放置の際
に、ヴィア孔に露出する下層配線金属膜表面に形成され
たアルミナ層を除去するため、例えば特開平３−２９１
９２０号公報に示されたように、ヴィア孔に露出する下
層配線金属膜表面について塩素（Ｃｌ）系のガスを用い
たプラズマエッチングが行われる。次に、化学気相成長
（ＣＶＤ）法によってＡｌ金属やタングステン（Ｗ）金
属がヴィア孔内に選択堆積され、埋込プラグが形成され
る。次に、層間絶縁膜上に上層配線金属膜が形成され
る。この上層配線金属膜は埋込プラグを介して下層配線
金属膜に電気的に接続される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
Ｃｌ系ガスを用いたプラズマエッチの際、ヴィア孔に露
出する下層配線金属膜表面に形成されるアルミナ層の状
態は、各基板の履歴によってそれぞれ異なる。例えば、
基板が大気中に曝される時間により、下層配線金属膜表
面が酸化して形成されるアルミナ層の膜厚は異なる。下
層配線金属膜表面のこのアルミナ層を除去するＣｌ系プ
ラズマエッチは、上記従来の埋込プラグの形成方法にお
いては、エッチングエンドポイントを検出することな
く、各基板共通に一定時間だけ行われていた。このた
め、下層配線金属膜表面のアルミナ層が除去しきれない
基板があったり、また、下層配線金属膜をエッチングし
過ぎてしまう基板もあり、エッチング深さは基板ごとに
ばらついた。

【０００４】また、このような不都合を解消するため、
下層配線金属膜をパターニングする際に用いられる一定
膜厚の反射防止膜を下層配線金属膜上に残しておき、ヴ
ィア孔の開口後に下層配線金属膜を直ぐに露出させない
方法も考えられる。つまり、プラグ形成の直前に反射防
止膜の一定膜厚に対応する時間だけプラズマエッチが行
われ、下層配線金属膜表面の反射防止膜が除去される。
その後、このエッチング除去に引き続いて選択ＣＶＤが
行われ、ヴィア孔に露出した下層配線金属膜の表面に埋
込プラグが選択形成される。

【０００５】しかし、ＴｉＮ等からなる反射防止膜は、
層間絶縁膜を選択的に除去してヴィア孔を開口するため
に行われる弗素（Ｆ）系プラズマエッチに対しても一定
のエッチング速度を持つ。従って、反射防止膜は、この
Ｆ系プラズマエッチのオーバーエッチングによって膜厚
が減少することがある。それと共に、弗素を含む堆積物
が反射防止膜表面に形成される場合もある。このため、
反射防止膜を用いたこのような方法においても、下層配
線金属膜を露出させるプラズマエッチは安定して行えな
い。つまり、反射防止膜の膜厚が一定であることを前提
に行われる、反射防止膜除去のためのプラズマエッチ
は、各基板に共通した一定時間だけ行われる。このた
め、ある基板においては反射防止膜をエッチング除去す
るのみならず、反射防止膜下の下層配線金属膜を奥深く
までエッチングし過ぎてしまうこともある。また、逆
に、堆積物の存在によってエッチングが遅らされ、反射
防止膜が除去しきれないこともある。

【０００６】また、Ａｌ金属からなる下層配線金属膜は
塩素ラジカルの化学的作用のみでエッチング可能である
のに対して、下層配線金属膜表面のアルミナ層や反射防
止膜のエッチングには高エネルギイオンによる物理的作
用が必要であり、イオンエネルギの高いエッチング条件
が採用される。ところが、このような高エネルギのイオ
ンが下層配線金属膜表面に照射されると、下層配線金属
膜のＡｌ金属がスパッタされて付近に飛散し、ヴィア孔
側壁に再付着する。このような金属の再付着は、選択堆
積による埋込プラグ形成の際に選択性を悪化させる原因
になる。また、塩素イオンが高エネルギ状態で照射され
ると、下層配線金属膜内に深く侵入して残留する。この
ようにして残留して塩素は、下層配線金属膜と埋込プラ
グとの間の接触抵抗を増大させたり、下層配線金属膜も
しくは埋込プラグの腐食を起こす原因になる。

【０００７】また、特にアルミナ層のエッチングにはＢ
Ｃｌ₃ 等の還元性を持つガスが有効であり、使用される
場合が多い。ところが、ＢＣｌ₃ を含むガス中で反応性
イオンエッチング（ＲＩＥ）を行うと、硼素（Ｂ）を含
む堆積物がヴィア孔側壁に生成されたり、下層配線金属
膜表面に残留したりする場合がある。ヴィア孔側壁の堆
積物は埋込プラグ形成の際の選択性悪化の原因になり、
下層配線金属膜表面の残留物は下層配線金属膜と埋込プ
ラグとの間の接触抵抗の増大の原因になる。

【０００８】同様にＰＣｌ₃ も還元性を持つが、この場
合にはリン（Ｐ）を含む堆積物が生成される。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解消するためになされたもので、Ａｌ金属を含んだ下
層配線金属膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、この層
間絶縁膜の一部を選択的に除去してヴィア孔を開口する
工程と、このヴィア孔の底面に露出した下層配線金属膜
の表面を塩素系ガスを含む雰囲気中でプラズマエッチす
る工程と、このヴィア孔内に埋込プラグを選択的に形成
する工程とを備えた埋込プラグの形成方法において、プ
ラズマエッチの際に、プラズマ中の特定波長の発光を観
察し、その強度変化を検知してプラズマエッチの停止時
点を決定する工程を備えたことを特徴とするものであ
る。

【００１０】また、反応性ガスのプラズマを用いたプラ
ズマエッチを行うエッチング室と、金属化合物ガスを用
いた選択ＣＶＤを行うＣＶＤ室と、これら２室間を基板
表面を大気に曝すことなく搬送する搬送機構とを備えた
埋込プラグ形成装置であって、上記エッチング室に、プ
ラズマエッチング中のプラズマ内での特定の発光の強度
変化を検知してエッチングを停止させる制御手段を備え
ていることを特徴とするものである。

【００１１】また、Ａｌ金属を含んだ下層配線金属膜上
に層間絶縁膜を形成する工程と、この層間絶縁膜の一部
を選択的に除去してヴィア孔を開口する工程と、このヴ
ィア孔の底面に露出した下層配線金属膜の表面を塩素系
のガスを含む雰囲気中でプラズマエッチする工程と、こ
のヴィア孔内に埋込プラグを選択的に形成する工程とを
備えた埋込プラグの形成方法において、プラズマエッチ
の際に、プラズマ中の特定波長の発光を観察し、その強
度変化を検知してプラズマエッチの条件を変化させ、下
層配線金属膜の表面層をオーバーエッチした後、プラズ
マエッチを停止する工程を備えたことを特徴とするもの
であり、特に、プラズマエッチの条件の変化は、基板表
面に照射されるイオンのエネルギを低くする効果を与え
る変化であることを特徴とするものである。

【００１２】また、反応性ガスのプラズマを用いたプラ
ズマエッチを行うエッチング室と、金属化合物ガスを用
いた選択ＣＶＤを行うＣＶＤ室と、これら２室間を基板
表面を大気に曝すことなく搬送する搬送機構とを備えた
埋込プラグ形成装置であって、上記エッチング室に、プ
ラズマエッチング中のプラズマ内での特定の発光の強度
変化を検知してエッチング条件を変化させ、かつ、この
変化させた条件でのエッチングを行った後にエッチング
を停止させる制御手段を備えていることを特徴とするも
のである。

【００１３】

【作用】下層配線金属膜の表面のプラズマエッチの際
に、プラズマ中の特定の波長の発光を観察し、その強度
変化を検知してプラズマエッチの停止時点を決定するこ
とにより、基板の履歴にかかわらず、各基板毎に適切な
時間だけプラズマエッチを行うことが可能になる。

【００１４】また、プラズマエッチの際に、プラズマ中
の特定の波長の発光を観察し、その強度変化を検知して
プラズマエッチの条件を変化させることにより、イオン
エネルギの高い条件が必要なアルミナ層や反射防止膜の
エッチングと、イオンエネルギを低くした方が好ましい
下層配線金属膜の表面層のエッチングとを、それぞれに
適した条件で行うことが可能になる。

【００１５】

【実施例】次に、本発明の第１の実施例による埋込プラ
グの形成方法および埋込プラグ形成装置について説明す
る。

【００１６】まず、Ｓｉ基板上にＳｉＯ₂ からなる下地
絶縁膜が形成され、この下地絶縁膜上にＡｌもしくはＡ
ｌＣｕ，ＡｌＳｉＣｕ，ＡｌＣｕＴｉ，ＡｌＳｃ等のＡ
ｌ合金からなる下層配線金属膜が形成される。次に、こ
の下層配線金属膜はリソグラフィ技術を用いて所定形状
にパターニングされ、パターニングされた下層配線金属
膜上にＳｉＯ₂ からなる層間絶縁膜が形成される。次
に、この層間絶縁膜上にホトレジストが塗布され、この
ホトレジストはホトリソグラフィ技術を用いて所定形状
にパターニングされる。次に、パターニングされたこの
ホトレジストをマスクにＦ系ガスを用いたエッチングが
行われ、層間絶縁膜が選択的に除去され、下層配線金属
膜が一部露出するヴィア孔が開口される。その後、パタ
ーニングに用いられたホトレジストは酸素プラズマアッ
シングおよび有機溶剤処理によって除去される。

【００１７】次に、開口したヴィア孔へのプラグ形成の
前処理として、以下のエッチングが行われる。

【００１８】つまり、図１に示すように、この工程まで
終えた基板１は、本実施例の埋込プラグ形成装置を構成
するエッチング室である容器２内のカソード３上に載置
されている。容器２にはガス制御系８を通じてＢＣ
ｌ₃ ，Ｃｌ₂ 等のエッチングガスおよびＨｅ等の希釈ガ
スが供給され、圧力制御系９によって内部は所定圧力に
設定されている。この内部にはカソード３に対向してア
ノード４が設けられており、一対の平行平板電極を構成
している。このカソード３には電源５から高周波電圧が
与えられ、電極間にプラズマＰが形成される。また、容
器２の側壁には、プラズマＰ中で生じる光を取り出す窓
２ａが設けられており、容器外部には、窓２ａを介して
入射される光を検出する光センサ６が設けられている。
この光センサ６には、３９６ｎｍの発光波長を有するＡ
ｌ発光のみを透過するフィルタが備えられている。な
お、窓２ａを介さずに光ファイバを用いて発光を光セン
サ６に導くこともできる。また、光センサ６の出力には
制御手段７が設けられており、この制御手段７は容器２
に供給されるガス、容器２内の圧力、カソード３に与え
られる高周波の電力を制御する機能を持っている。

【００１９】また、図１では省略されているが、本埋込
プラグ形成装置は、エッチング室でエッチングされた後
の基板のヴィア孔内に、金属化合物ガスを原料とした選
択ＣＶＤにより埋込プラグを形成するためのＣＶＤ室も
備えている。エッチング室とこのＣＶＤ室とは、エッチ
ング後の基板を大気に曝すことなくＣＶＤ室に搬送する
ことができるように、例えば、真空バルブ１０ａで仕切
られた搬送室１０ｂによって連結されている。

【００２０】図２（ａ）はこの容器２内における基板１
の状態を示す断面図である。Ｓｉ基板１１上には下地絶
縁膜１２が形成されており、この下地絶縁膜１２上にパ
ターニングされた下層配線金属膜１３が形成されてい
る。この下層配線金属膜１３上には層間絶縁膜１４が積
層されており、この層間絶縁膜１４にはヴィア孔１４ａ
が開口している。また、ヴィア孔１４ａの底面に露出す
る下層配線金属膜１３の表面にはＡｌ金属が酸化して形
成されたアルミナ層１５が形成されている。このような
基板１がカソード３上に載置された状態で、ガス導入口
からエッチングガスとしてＣｌ系ガス、例えばＢＣｌ₃
とＣｌ₂ との混合ガスが導入される。この混合ガスは、
カソード３に高周波電圧が与えられることにより、プラ
ズマ化する。

【００２１】ヴィア孔１４ａの底面にあるアルミナ層１
５はこのようなＣｌ系ガスを用いたプラズマエッチによ
りエッチングされる。このアルミナ層１５およびそれに
続く下層配線金属膜１３のエッチング時には、プラズマ
Ｐ内にＡｌに関係する発光が生じる。図３は、このＡｌ
発光の発光強度とエッチング時間の関係を示したグラフ
であり、同グラフの縦軸は発光強度、横軸はエッチング
時間を示している。Ａｌ発光強度は、同グラフに示され
るように、アルミナ層１５のエッチング時には極めて低
い値しか示さないが、その後、時間Ｔ₁ 経過後にステッ
プ状に増加する。このＡｌ発光の強度変化は、アルミナ
層１５についてのエッチング除去が終了し、同一エッチ
ング条件においてよりエッチング速度が速く、従ってよ
り多量のＡｌがプラズマ中に放出される下層配線金属膜
１３のエッチングが始まったことに対応している。従っ
て、エッチング中、エッチング容器２に設けられた窓２
ａを介してこのＡｌ発光を光センサ６で検出することに
より、アルミナ層１５のエッチング終了時点を検知する
ことが可能になる。

【００２２】すなわち、光センサ６は、時間Ｔ₁ におけ
るＡｌ発光強度増大が終了した時点から、基板面内での
アルミナ層１５の膜厚やエッチング速度のバラツキを考
慮して予め定められたオーバーエッチ時間△Ｔ経過した
Ｔ₂ 時点まで、制御手段７へ信号を出力する。制御手段
７はこの信号入力を受け、電源５からカソード３への電
源供給を停止させる。この電源供給の停止により、Ｃｌ
系ガスによるプラズマエッチが停止され、ヴィア孔１４
ａの底面に露出するアルミナ層１５のエッチングが終了
させられる。この結果、ヴィア孔１４ａの底面の状態は
図２（ｂ）に示されるようになり、アルミナ層１５は完
全に除去され、意図された量だけ下層配線金属膜１３の
表面がオーバーエッチされた状態になる。その後、基板
は搬送室１０ｂを通じて図示されないＣＶＤ室に移さ
れ、基板表面にジメチルアルミニウムハイドライド（Ｄ
ＭＡＨ）ガスが流され、選択ＣＶＤが行われる。この選
択ＣＶＤにより、ヴィア孔１４ａの底面に露出した下層
配線金属膜１３の表面にＡｌ金属が選択堆積され、埋込
プラグが形成される。

【００２３】なお、ここでは、下層配線金属膜１３のエ
ッチングによって放出されるＡｌによる発光強度が増大
することを観察してエッチング終了時点を検知した例を
示したが、ＡｌＣｌ等の形で放出される分子の発光強度
増大を観察するこも可能である。また逆に、下層配線金
属膜１３のエッチングが開始されてＣｌ、ＢＣｌ等のエ
ッチングガスに起因する発光強度が低下することを観察
することも可能である。しかし、この場合は強度変化が
小さく、高感度の観察手段が必要となる。

【００２４】またここでは、アルミナ層１５のエッチン
グ終了を検知してから一定時間△Ｔだけのオーバーエッ
チを行った例を示したが、エッチング終了までの時間Ｔ
₁ に対して一定割合のオーバーエッチ時間を算出して行
うことも可能である。

【００２５】またＤＭＡＨガスを用いて選択ＣＶＤを行
ったが、ＤＭＡＨの他に使用可能なＣＶＤ原料ガスとし
ては、トリメチルアミンアラン、ジメチルエチルアミン
アラン、トリエチルアミンアラン、トリイソブチルアル
ミニウム、トリメチルアルミニウム、ＤＭＡＨとトリメ
チルアルミニウムとの分子間化合物などがある。また、
シクロペンタジエニル・トリエチルフォスフィン銅等の
銅を含むガスを同時に供給してＡｌ−Ｃｕ合金を選択堆
積することや、その他のアルミ膜質改善に有効な不純物
を含むガスを供給して、Ａｌ−Ｔｉ，Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ
−Ｓｃ等の合金を選択堆積することも可能である。

【００２６】またここでは原料ガスとしてＡｌの有機化
合物ガスであるＤＭＡＨを用いてＡｌ金属を選択堆積す
る場合について示したが、他の金属を含む化合物ガスを
用いて他の金属を選択堆積する場合、例えば、６フッ化
タングステンガスを原料としてタングステン金属を選択
堆積する場合にも、本発明の方法は同様の効果を持つ。

【００２７】また、プラズマエッチに使用するガスとし
てはＢＣｌ₃ とＣｌ₂ との混合ガスのみではなく、塩素
系のガス、具体的にはＣｌ₂ ガスおよびＨＣｌ，ＣＣｌ
₄ ，ＳｉＣｌ₄ ，ＢＣｌ₃ ，ＰＣｌ₃ ，ＡｓＣｌ₃ 等の
塩素化合物ガスを単独または２種以上混合した状態で、
必要ならばＨｅ，Ａｒ，Ｎ₂ 等の希釈ガスを加えてしよ
うすることができる。またＨＢｒ，ＢＢｒ₃ 等の臭素系
のガスを使用するこも可能である。このうち、アルミナ
層除去のために有効な還元性を持つガスとしてはＢＣｌ
₃ ，ＰＣｌ₃ がある。一方、Ｃｌ₂ が最も堆積物発生が
少ない。

【００２８】このような本実施例によれば、各基板の履
歴が異なり、ヴィア孔に露出する配線金属膜表面に生じ
るアルミナ層の膜厚が異なっても、アルミナ層のエッチ
ングエンドポイントが検知されるため、各基板ごとに適
正な時間だけプラズマエッチを行うことが可能になる。
従って、下層配線金属膜表面の余分なアルミナ層のみを
精度よく除去することができ、従来のように、アルミナ
層が除去しきれなかったり、また、下層配線金属膜をエ
ッチングし過ぎてしまうといったことはなくなる。

【００２９】また、アルミナ層１５のエッチング終了検
知後、基板内のアルミナ層膜厚およびエッチング速度バ
ラツキを補償するための最低限のオーバーエッチのみを
行い、下層配線金属膜１３表面層のエッチングを最低限
に抑えることも可能である。また、最低限のオーバーエ
ッチを行った後、意図的にオーバーエッチを追加して、
下層配線金属膜１３表面層を深くエッチングすることも
可能である。後者の場合、下層配線金属膜１３と埋込プ
ラグとの接触面積が増大し、容易に低い接触抵抗を得る
ことができる。

【００３０】さらにまた、追加オーバーエッチを行う際
のエッチング条件は、アルミナ層１５のエッチングを行
う際と同一でもよいし、変化させてもよい。後者の場
合、例えばアルミナの還元のために加えたＢＣｌ₃ の流
量を減らすかもしくは零にすれば、硼素を含む堆積物の
ヴィア孔１４ａ側壁や、ヴィア孔１４ａ底面に露出した
下層配線金属膜１３表面への付着を防止することが可能
である。ヴィア孔側壁の堆積物はＡｌ金属の選択堆積の
際の選択性を劣化させ、下層配線金属膜１３表面の堆積
物は下層配線金属膜１３と埋込プラグとの間の接触抵抗
を増大させる。

【００３１】また、プラズマから照射されるイオンのエ
ネルギを下げて追加オーバーエッチを行えば、ヴィア孔
１４ａ表面に露出した下層配線金属膜１３表面への塩素
の吸着量を減少させたり、下層配線金属膜１３の材料が
スパッタされてヴィア孔１４ａ側壁に付着する量を減少
させることが可能である。塩素吸着量の減少によって下
層配線金属膜とプラグとの間の接触抵抗を低減させると
ともに、腐食の発生を防止することができる。ヴィア孔
１４ａ側壁への下層配線材料の付着量の減少により、Ａ
ｌ金属の選択堆積の際の選択性を向上させることができ
る。さらに、イオンエネルギの低い条件に変化させて追
加オーバーエッチングを行えば、アルミナ層１５のエッ
チングの際にヴィア孔１４ａ側壁に付着した堆積物およ
び、バラツキを補償するための最低限のオーバーエッチ
の際にアルミナ層エッチングと同一の条件のエッチング
プラズマに下層配線金属膜１３表面が曝された際にヴィ
ア孔１４ａ側壁に付着した堆積物を除去することも可能
である。

【００３２】イオンエネルギを低くするためには、通常
の平行平板型ＲＩＥ装置を使用する場合には、高周波電
力を減少させる、ガス圧力を増加させる等の方法をと
る。また、高周波バイアスを併用したＥＣＲエッチング
装置のように、プラズマ密度とイオンエネルギを独立し
て制御することができる装置を使用すれば、より広い範
囲でイオンエネルギを変化させることができる。

【００３３】次に、本発明の第２の実施例による埋込プ
ラグの形成方法およびエッチング装置について説明す
る。

【００３４】本実施例においても、上記実施例と同様、
ＳｉＯ₂ からなる下地絶縁膜、Ａｌ金属からなる下層配
線金属膜がＳｉ基板上にまず堆積される。その後、基板
を大気中に取り出したり、基板表面を酸素を含む雰囲気
に曝したりすることなしに、この下層配線金属膜上にＴ
ｉＮからなる反射防止膜が形成される。続いて、この反
射防止膜上にホトレジストが塗布される。このホトレジ
ストはホトリソグラフィ技術によって露光・現像処理さ
れ、所定形状にパターニングされる。この露光処理の
際、ホトレジスト下の反射防止膜は、マスクパターンを
介して照射される光が基板表面で乱反射するのを防止
し、マスクパターンのホトレジストへの転写精度を高め
る機能を果たしている。次に、パターニングされたこの
ホトレジストをマスクにＲＩＥが行われ、反射防止膜お
よび下層配線金属膜が所定の配線パターン形状にパター
ニングされる。次に、反射防止膜上のホトレジストが除
去された後、パターニングされたこの反射防止膜および
下層配線金属膜上にＳｉＯ₂ からなる層間絶縁膜が形成
される。この層間絶縁膜上にもホトレジストが塗布さ
れ、リソグラフィ技術によりパターニングされる。次
に、パターニングされたこのホトレジストをマスクにフ
ッ素系ガスを用いたＲＩＥが行われ、層間絶縁膜が選択
的に除去される。このＲＩＥにより、下層配線金属膜上
の反射防止膜が一部露出するヴィア孔が開口される。そ
の後、パターニングに用いられたホトレジストは酸素プ
ラズマアッシングおよび有機溶剤処理によって除去され
る。

【００３５】図４（ａ）はこの工程まで終えた基板状態
を示す断面図である。Ｓｉ基板２１上には下地絶縁膜２
２が形成されており、この下地絶縁膜２２上にはパター
ニングされた下層配線金属膜２３および反射防止膜２４
が形成されている。この反射防止膜２４上には層間絶縁
膜２５が積層されており、この層間絶縁膜２５にはヴィ
ア孔２５ａが開口している。次に、プラグ形成の前処理
として、ヴィア孔２５ａの底面に露出する反射防止膜２
４を除去するため、エッチング室内で以下のエッチング
が行われる。

【００３６】このエッチングの際、反射防止膜厚および
エッチング速度のバラツキを補償するために行われるオ
ーバーエッチのために、下層配線金属膜２３表面もエッ
チングされる。また、意図的にオーバーエッチングを追
加して、下層配線金属膜２３の表面層を深くエッチング
することも可能である。

【００３７】このために使用される埋込プラグ形成装置
は図１に示される装置と同様な構成である。ヴィア孔２
５ａの開口工程まで終了した基板は、上記実施例と同様
にエッチング容器内のカソード上に載置されている。こ
のような状態で、エッチング容器のガス導入口からエッ
チングガスとしてＢＣｌ₃ とＣｌ₂ との混合ガスが導入
される。この混合ガスは、カソード３に高周波電圧が与
えられることにより、プラズマ化する。ヴィア孔２５ａ
の底面にある反射防止膜２４は、このようなＣｌ系ガス
を用いたプラズマエッチによりエッチングされる。この
反射防止膜２４のエッチング時には、エッチング部分に
ＴｉＣｌ発光が生じる。

【００３８】図５は、このエッチング部分に生じる発光
の強度とエッチング時間との関係を示したグラフであ
る。同グラフの縦軸は発光強度、横軸はエッチング時間
を示している。反射防止膜２４をエッチングすることに
より生じるＴｉＣｌ発光は、同グラフの特性線Ａに示さ
れる。ＴｉＣｌ発光強度は、同グラフに示されるよう
に、反射防止膜２４のエッチング開始後一定した値を示
すが、一定時間経過後に低下する。一方、このＴｉＣｌ
発光の低下に伴い、特性線Ｂに示されるＡｌ発光が立上
がり、Ａｌ発光強度が増加する。このＡｌ発光強度の増
加は、Ｔｉを含む反射防止膜２４についてのエッチング
除去が終了し、Ａｌを含む下層配線金属膜２３について
のエッチングが始まったことに対応している。従って、
エッチング中、このＴｉＣｌもしくはＡｌ発光をエッチ
ング容器に設けられた窓を介して光センサで検出するこ
とにより、反射防止膜２４のエッチング終了時点を検知
することが可能になる。

【００３９】例えば、ＴｉＣｌ発光強度が１／２に低下
した時点Ｔ₁ （図５参照）から、予め定められたオーバ
ーエッチ時間△Ｔ₁ 経過した時点Ｔ₃ で、光センサは制
御手段へ信号を出力する。制御手段はこの信号入力を受
け、容器内におけるエッチング条件をイオンエネルギの
低い条件に変化させる。反射防止膜２４をエッチング除
去するには、高エネルギイオンによる衝撃が必要になる
が、下層配線金属膜２３をエッチング除去するには適し
ていない。つまり、反射防止膜２４をエッチングするの
と同様なイオンエネルギの高い条件をもって下層配線金
属膜２３をエッチングすると、イオンの衝撃によって飛
散するＡｌ金属がヴィア孔２５ａの側壁に再付着してし
まう。この付着したＡｌ金属によって、次の選択ＣＶＤ
による埋込プラグ形成の際の選択性が劣化する。また、
塩素イオンが高エネルギ状態で照射されると、下層配線
金属膜内に深く侵入して残留する。このようにして残留
した塩素は、下層配線金属膜と埋込プラグとの間の接触
抵抗を増大させたり、下層配線金属膜もしくは埋込プラ
グの腐食を起こす原因になる。しかし、下層配線金属膜
２３が現れた時にエッチング条件をイオンエネルギの低
い条件に変化させると、エッチングは、下層配線金属膜
２３のＡｌ成分が塩素ラジカルと化学反応し、ＡｌＣｌ
₃ となって蒸発することによって行われる。このため、
エッチングはＡｌ金属が飛散することなく行われ、上記
問題は生じない。

【００４０】なお、△Ｔ₁ および△Ｔ₂ は、予め定めら
れた値とすることも、例えば、Ｔ₁の測定値に対して一
定の割合で算出して基板毎に調整することも可能であ
る。

【００４１】現実には、基板全面のヴィア孔底の反射防
止膜が除去され、エッチング条件がイオンエネルギの低
い条件に変化させられる以前に、部分的に反射防止膜が
除去された部分では下層配線金属膜２３についてイオン
エネルギの高い条件でのエッチングが行われる。このた
め、僅かながらＡｌ金属が飛散し、ヴィア孔２５ａの側
壁には少量のＡｌ金属が再付着し、また、塩素の残留が
発生する。しかし、その後にイオンエネルギの低い条件
でのエッチングが行われることにより、この再付着物や
残留塩素はきれいに除去される。このイオンエネルギの
低い条件でのエッチングは△Ｔ₂ の時間だけ行われ、Ｔ
₄ の時点で高周波電力がオフになり、エッチングが終了
される（図５参照）。

【００４２】なおここでは、高周波電力を減少させるこ
とによってイオンエネルギを低下させたため、同時に塩
素ラジカル密度も低下し、Ａｌ金属のエッチング速度も
低下したため、Ｔ₃ 〜Ｔ₄ 間でのＡｌ発光強度が低下し
ている。この結果、ヴィア孔２５ａの底面の状態は図４
（ｂ）に示される状態になり、反射防止膜２４がきれい
に除去されて下層配線金属膜２３が露出する。その後、
基板は搬送室を通じてＣＶＤ室に移され、基板表面にＤ
ＭＡＨガスが流され、選択ＣＶＤが行われる。この選択
ＣＶＤにより、ヴィア孔２５ａの底面に露出した下層配
線金属膜２３の表面にＡｌ金属が選択堆積され、埋込プ
ラグが形成される。

【００４３】このような本実施例によれば、反射防止膜
２４がヴィア孔２５ａ開口のためのフッ素系エッチング
によってオーバーエッチングされ、基板ごとに反射防止
膜２４の膜厚が異なっても、また、フッ素を含む堆積物
が反射防止膜表面に形成されても、反射防止膜２４のエ
ッチングエンドポイントが各基板ごとに検知されるた
め、反射防止膜２４を制御性よくエッチング除去するこ
とが可能になる。従って、従来のように、ある基板に対
しては反射防止膜が残留し、他の基板に対しては反射防
止膜をエッチングし過ぎ、反射防止膜下の下層配線金属
膜を奥深くまでエッチングしてしまうといった不都合は
生じなくなる。

【００４４】なおここでは、ＴｉＣｌの発光を観察した
例を示したが、ＴｉＮ膜のエッチング中には、ＴｉＣｌ
以外にＴｉ，Ｎ等の発光も観察可能であり、これらの発
光の強度を用いてエッチング終了時点を検知することも
可能である。

【００４５】また、ここでは反射防止膜のエッチングに
伴う発光を観察することによってエッチング終了時点を
検知した例を示したが、下層配線金属膜のエッチングに
伴うＡｌ，ＡｌＣｌ等の発光を観察することによっても
検知可能であることは言うまでもない。ただし、反射防
止膜のエッチングに伴う発光を観察した場合には、図５
に示されたように、発光強度が最大値に比較して一定割
合だけ低下した時点でエッチング終了時点を検知するこ
とが可能である。これに対して、下層配線金属膜のエッ
チングに伴う発光を観察して終了時点を確実に検知する
ためには、図５に示されたように、下層配線金属膜のエ
ッチングに伴う発光強度の増大が終了して安定する時点
まで待つ必要があり、後者の方が遅くなる。従って、下
層配線金属膜の表面がエッチングされる量を少しでも小
さくしたり、下層配線金属膜の表面に高エネルギのイオ
ンが照射される量を少しでも小さくしたりするために
は、反射防止膜のエッチングに伴う発光を使用するほう
が有利である。

【００４６】しかし、一方、下層配線金属膜堆積後に基
板を大気中に取り出したり、基板表面を酸素を含む雰囲
気に曝したりした後に反射防止膜の堆積を行った場合に
は、下層配線金属膜と反射防止膜との間にアルミナ層が
存在する。この場合、反射防止膜のエッチング終了後、
ある遅れ時間の後に下層配線金属膜のエッチングが始ま
り、かつその遅れ時間はアルミナ層の膜厚および膜質に
よって変化し、不安定である。従って、この場合は、下
層配線金属膜のエッチングに伴う発光を観察した方が、
反射防止膜およびアルミナ層のエッチングが終了する時
点を確実に検知することができ、有利である。

【００４７】なお、ここでは、反射防止膜のエッチング
終了時点の検知後にエッチング条件を変化させてオーバ
ーエッチを行った例を示したが、第１の実施例に示した
ような、終了時点検知後、同一の条件で定められた量の
オーバーエッチを行う方法を採ることも可能である。た
だし、ここで示した例のように条件を変化させる方が、
側壁付着物や残留塩素の除去も実現でき、より好まし
い。

【００４８】また、本実施例の基板と同様に下層配線金
属膜上に反射防止膜を堆積した構造の基板においても、
ヴィア孔開口の際に反射防止膜の除去まで連続して行
い、その後、第１の実施例に示した工程に従って埋込プ
ラグの形成を行うことも可能であることは言うまでもな
い。

【００４９】なお、反射防止膜としてはＴｉＮ以外にＴ
ｉＯＮ，ＴｉＢ，ＴｉＢＮ，ＷＮ，ＴａＮ等の高融点金
属化合物の膜が使用可能である。Ｔｉを含む高融点金属
化合物の膜を使用した場合には本実施例と同様にＴｉＣ
ｌの発光を観察することによってエッチング終了時点を
検知することが可能である。それ以外の高融点金属化合
物の膜を使用した場合にも、その材料に適切な発光を選
ぶことによって同様に検知が可能であることは言うまで
もない。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ヴ
ィア孔の底面に露出する下層配線金属膜表面のアルミナ
層または反射防止膜がエッチングによりほぼ除去され、
エッチングが下層配線金属膜に対して行われ始めると、
プラズマ中の発光にはＡｌ発光の強度変化が現れる。こ
のため、このＡｌ発光強度の変化を検知することによ
り、アルミナ層または反射防止膜のエッチング終了時点
を検出することが可能になり、制御性よくアルミナ層を
エッチング除去することが可能になる。

【００５１】また、アルミナ層または反射防止膜はイオ
ンエネルギの高い条件でエッチングされ、アルミナ層ま
たは反射防止膜が除去されて現れる下層配線金属膜はイ
オンエネルギの低い条件でオーバーエッチングされる。
このため、ＲＩＥの物理的作用によって下層配線金属膜
の金属成分が付近に飛散することがなく、ヴィア孔の側
壁に汚れが付着しないため、プラグ形成はヴィア孔内部
に選択性よく行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による埋込プラグ形成装
置の概略を示す図である。

【図２】第１の実施例による埋込プラグの形成過程を示
す基板断面図である。

【図３】第１の実施例による埋込プラグ形成装置のエッ
チング室を用いてエッチングする際に生じるＡｌ発光の
強度変化を示すグラフである。

【図４】本発明の第２の実施例による埋込プラグの形成
過程を示す基板断面図である。

【図５】第２の実施例による埋込プラグ形成装置のエッ
チング室を用いてエッチングする際に生じるＴｉＣｌ発
光およびＡｌ発光の各強度変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１…基板、２…ＲＩＥ容器、２ａ…窓、３…カソード、
４…アノード、５…高周波電源、６…光センサ、７…制
御手段、８…ガス制御径、９…圧力制御系、１０ａ…真
空バルブ、１０ｂ…搬送室、１１、２１…Ｓｉ基板、１
２、２２…下地絶縁膜、１３、２３…下層配線金属膜、
１４、２５…層間絶縁膜、１５…アルミナ層、２４…反
射防止膜、１４ａ、２５ａ…ヴィア孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 英一 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 太田 与洋 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａｌ金属を含んだ下層配線金属膜上に層
   間絶縁膜を形成する工程と、この層間絶縁膜の一部を選
   択的に除去してヴィア孔を開口する工程と、このヴィア
   孔の底面に露出した前記下層配線金属膜の表面を塩素系
   ガスを含む雰囲気中でプラズマエッチする工程と、前記
   ヴィア孔内に埋込プラグを選択的に形成する工程とを備
   えた埋込プラグの形成方法において、 前記プラズマエッチの際に、プラズマ中の特定波長の発
   光を観察し、その強度変化を検知して前記プラズマエッ
   チの停止時点を決定する工程を備えたことを特徴とする
   埋込プラグの形成方法。
2. 【請求項２】 反応性ガスのプラズマを用いたプラズマ
   エッチを行うエッチング室と、金属化合物ガスを用いた
   選択ＣＶＤを行うＣＶＤ室と、これら２室間を基板表面
   を大気に曝すことなく搬送する搬送機構とを備えた埋込
   プラグ形成装置であって、 前記エッチング室に、プラズマエッチング中のプラズマ
   内での特定の発光の強度変化を検知してエッチングを停
   止させる制御手段を備えていることを特徴とする埋込プ
   ラグ形成装置。
3. 【請求項３】 Ａｌ金属を含んだ下層配線金属膜上に層
   間絶縁膜を形成する工程と、この層間絶縁膜の一部を選
   択的に除去してヴィア孔を開口する工程と、このヴィア
   孔の底面に露出した前記下層配線金属膜の表面を塩素系
   のガスを含む雰囲気中でプラズマエッチする工程と、前
   記ヴィア孔内に埋込プラグを選択的に形成する工程とを
   備えた埋込プラグの形成方法において、 前記プラズマエッチの際に、プラズマ中の特定波長の発
   光を観察し、その強度変化を検知してプラズマエッチの
   条件を変化させ、前記下層配線金属膜の表面層をオーバ
   ーエッチした後、前記プラズマエッチを停止する工程を
   備えたことを特徴とする埋込プラグの形成方法。
4. 【請求項４】 前記プラズマエッチの条件の変化は、基
   板表面に照射されるイオンのエネルギを低くする効果を
   与える変化であることを特徴とする請求項３記載の埋込
   プラグの形成方法。
5. 【請求項５】 反応性ガスのプラズマを用いたプラズマ
   エッチを行うエッチング室と、金属化合物ガスを用いた
   選択ＣＶＤを行うＣＶＤ室と、これら２室間を基板表面
   を大気に曝すことなく搬送する搬送機構とを備えた埋込
   プラグ形成装置であって、 前記エッチング室に、プラズマエッチング中のプラズマ
   内での特定の発光の強度変化を検知してエッチング条件
   を変化させ、かつ、この変化させた条件でのエッチング
   を行った後にエッチングを停止させる制御手段を備えて
   いることを特徴とする埋込プラグ形成装置。