JPH1140545A

JPH1140545A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH1140545A
Application number: JP9194198A
Authority: JP
Inventors: Shinya Watanabe; 慎也渡辺
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-07-18
Filing date: 1997-07-18
Publication date: 1999-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】ホール形成工程を有する半導体装置製造の際
に、ホール形成の条件出しが容易で、かつホール形成に
際し必要とする側壁傾斜角度のみを制御できるようにし
て、接続孔等とするホールについてこれを容易にしかも
適正に形成でき、良好な接続配線構造を得られる半導体
装置の製造方法を提供する。【解決手段】基板３１１の一方の面に成膜した絶縁膜
にエッチングによりホールを形成する工程を有し、絶縁
膜をエッチングしてホールを形成する際に、基板の他方
の面に冷却ガス３０２，３０３を、適宜ガス圧力制御可
能に、場合によっては複数個所にガス圧力を独立に制御
可能にして与える、半導体装置の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関する。特に、半導体装置の製造に際し、絶縁膜
にホールを形成するためのエッチング工程を改良した半
導体装置の製造方法に関するものである。本発明は、絶
縁膜にホールを形成する工程を有する各種の半導体装置
の製造の場合に汎用することができ、たとえば、多層配
線間の接続をとるためのヴィアホールを形成する際に利
用することができる。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体装置の分野においては、た
とえばＶＬＳＩ等に見られるように半導体装置の高集積
化及び高性能化が進展するに伴い、デバイスチップ上で
配線部分が占める割合が増大する傾向にある。このため
のチップ面積の大幅な増大を防止する手段として、多層
配線が必須の技術となって来ている。

【０００３】多層配線構造にあっては、配線層間の接続
をとるために、接続孔としてヴィアホールが形成され、
ここに配線プラグが形成されて、接続がなされるように
なっている。配線プラグの代表的な形成方法を、図１０
ないし図１３に示す。

【０００４】図１０の構造は、基板の一方の面の下地１
０１（下地層間膜、または下層配線）上に、メタル配線
１０２を形成し、さらにその上に反射防止膜１０３を介
して層間絶縁膜１０４を形成したものである。この層間
絶縁膜１０４にホールを形成して、上下の配線間の接続
をとるためのヴィアホールとする。すなわち、フォトレ
ジスト１０５をパターニングして形成し、これをマスク
として絶縁膜１０４をエッチングして図１１のようにホ
ールを形成する。次いで、図１２のように、ポリシリコ
ンやブランケットタングステン等の配線プラグ材料１０
７を基板全面に、ヴィアホールへも埋め込みながら成膜
し、その後、たとえば全面エッチバックを行い、ヴィア
ホール内にのみ配線プラグ材料１０７を残して、図１３
に示す配線プラグ構造を得る。

【０００５】この配線プラグの埋め込み状態を左右する
のが、ヴィアホールの形状である。形成されたホールの
側壁に良好な傾斜（テーパ）が形成されていないと、配
線プラグ材料１０７のステップカバレッジ不足による配
線間の接続不良が重大な問題となってくる。したがっ
て、配線プラグの良否を左右するのは、ヴィアホールの
形状、特に側壁の傾斜角度である。

【０００６】これまで、ヴィアホールの側壁に良好な傾
斜角度を形成する条件を見出すには、多大の時間とコス
ト（特に材料費）が必要であった。なぜなら、この傾斜
角度はホール形成時の雰囲気圧力やガス流量によって制
御できるが、これら圧力やガス流量を変化させると、他
の条件、特に、エッチングレートの面内均一性（以下適
宜、単に「均一性」と略称することもある）が変化する
ので、良好な均一性をも保ちつつ、圧力やガス流量の最
適条件を見出すには、幾度も実験を繰り返さなければな
らなかったからである。

【０００７】この問題は、とりわけ、圧力やガス流量の
変化により、均一性等の他の条件が変化しやすい装置に
ついて、重大である。たとえば、電極間隔が狭い型式の
平行平板型反応性イオンエッチング装置たとえば電極間
隔が１２ｍｍ以下のいわゆる狭電極（ナローギャップ）
型イオンエッチング装置は、電極間隔が狭いため、圧力
やガス流量を変更すると、プラズマの密度や分布が変化
し、エッチングレート面内均一性が大きく変化してしま
う。このようなナローギャップ型イオンエッチング装置
では、良好な均一性を保つと同時に、形成するホールの
側壁傾斜角度を合わせ込むことは技術的に困難なため、
最適条件を見出すには不可避的に、幾度も実験を繰り返
す必要がある。

【０００８】上記したナローギャップ型イオンエッチン
グ装置で顕著なように、良好な均一性と同時に、形成す
るホールの側壁傾斜角度を合わせ込むことが困難なの
は、基本的に、ホールの側壁傾斜角度は圧力で容易に変
えられるが、一方、均一性は圧力に対して変化しやすい
ためである。ナローギャップ型イオンエッチング装置で
はプラズマを封じ込め、均一で高速なエッチングを行う
が、圧力を変えた場合は、封じ込めているプラズマの密
度や分布が変化するため、電極間隔も変えないと均一で
高密度なプラズマを形成することができなくなり、エッ
チレートの低下や、均一性の悪化を招いてしまう。ま
た、ガス流量に対しても、ガス流量を一定にして圧力を
上げると、ガスのレジデントタイムが長くなり、反応生
成物であるたとえばＣＦｘ，ＣＯなどが被エッチング材
である半導体ウェハ等に堆積したり、もしくはプラズマ
中で再解離してエッチングを不均一にするなどの悪影響
を及ぼすことがある。

【０００９】上述したように、ホールの側壁傾斜角度を
合わせ込む場合、圧力を単独で変更するだけでは、望ま
しい条件は得られない。このように、上述した圧力やガ
ス流量を変化させて条件を得る従来の手法では、ホール
たとえばヴィアホール形成時の条件出しを行う場合、圧
力、電極間隔、ガス流量をすべて考慮しながら、面内均
一性及びホールの側壁傾斜角度を同時に合わせ込まなく
てはならず、これには多くの時間とコスト、さらには経
験を必要としていたものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、ホール
形成工程を有する従来の半導体装置製造技術では、ホー
ルの側壁傾斜角度を合わせ込んで最適条件を得るには、
多くの時間とコスト等を要していた。本発明は、このよ
うな従来技術の問題点を解決して、ホール形成の条件出
しを行う場合に、必要とする側壁傾斜角度のみを制御で
きるようにして、他に影響を与えることを極力排し、容
易にしかも適正にホール形成を実現でき、よって良好な
接続配線構造を得られる半導体装置の製造方法を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
の製造方法は、上記目的を達成するため、基板の一方の
面に成膜した絶縁膜にエッチングによりホールを形成す
る工程を少なくとも有する半導体装置の製造方法におい
て、上記絶縁膜をエッチングしてホールを形成する際
に、基板の他方の面に冷却ガスを与えることを特徴とす
るものである。

【００１２】この発明によれば、上記冷却ガスを基板面
に与えるガス圧力を制御することにより、形成するホー
ルの形状制御を行うことができる。これは、エッチング
特性に不都合を及ぼすような他の要因に影響は与えず、
よって、他のエッチング特性を悪化させずに、ホールの
側壁傾斜角度を制御することができる。

【００１３】たとえば、上記冷却ガスを、基板全体の温
度を均一に制御できるように、あるいは、基板の着目し
た個所の温度制御を選択的に行えるように基板に与える
ように構成して、形成するホールの側壁傾斜角度を制御
するようにできる。また冷却ガスを、基板の少なくとも
２個所、たとえば基板のセンターとエッジとの少なくと
も２個所に２系統で与え、かつ与える冷却ガスの圧力
は、各与えられる個所で独立して制御できるように構成
して、着目する個所での独立の制御により、ホールの側
壁傾斜角度のみを、制御するように構成できる。

【００１４】また、基板は、単極式静電チャックにより
支持し、この単極式静電チャックの基板支持電極は、エ
ッチング中冷却するようにして、ウェハ基板全体を冷却
し、かつ、着目する個所をさらに上記のように温度制御
して、ホールの形状制御を達成できる。

【００１５】エッチング時のエッチング用のガスとし
て、少なくともＦ原子を含有するガスと、Ａｒと、Ｎ₂
との混合ガスを、好ましく用いることができる。なお、
エッチングガスは、被エッチング材の材質等の条件で、
適宜選定すべきであることは、当然である。

【００１６】本発明は、エッチング装置として、電極間
隔が１２ｍｍ以下の平行平板型反応性イオンエッチング
装置、いわゆるナローギャップ型イオンエッチング装置
を、毎葉式で用いる場合についても、従来のような煩瑣
な条件出しを要さないので、容易に、しかも適正なホー
ル形成技術として用いることができる。

【００１７】本発明は、絶縁膜に形成するコンタクトホ
ール、ヴィアホール、その他接続孔等の各種のホール形
成について、利用できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態例につい
て、図面を参照して、具体的に説明する。ただし、当然
のことではあるが、本発明は、以下の実施の形態例によ
り限定を受けるものではない。

【００１９】実施の形態例１以下に説明する本実施の形態例は、微細で集積化された
半導体装置の製造の際、多層配線構造について絶縁膜に
ヴィアホールを形成するエッチングにおいて、毎葉式ナ
ローギャップ型ＲＩＥ装置（特に図１に示す構造のエッ
チング装置）を用いる場合に、本発明を具体化したもの
である。この実施の形態例では、エッチング中に、Ｈｅ
を用いたウェーハ裏面（配線形成面と逆の面）冷却ガス
により、基板ウェーハを冷却するようにした。また、エ
ッチングガスは、ＣＨＦ₃，ＣＦ₄を主に使用し、ウェ
ーハ裏面の冷却ガスの圧力は、基板センター、エッジに
与え、それぞれを独立して制御するようにした。なお本
例では冷却ガスはウェーハ裏面を冷やしたのち、チャン
バーに入るので、使用する系でエッチングに影響を与え
るガス（たとえばここではＮ₂）は使用できないが、エ
ッチングに影響を与えない不活性なガスであれば冷却ガ
スとして使用でき、たとえばＡｒ等は使用可能である。
ただし、冷却ガスが、閉システムでチャンバーに影響を
与えない構成にすることも可能であり、その場合は各種
の冷却ガスを適宜用いることができる。

【００２０】本例では、本発明を適用する結果、他のエ
ッチング特性（たとえば均一性）を悪化させないで、ヴ
ィアホールの側壁傾斜角度を、上記ウェーハ裏面の冷却
ガス圧力のみで制御することができる。冷却の程度によ
り、次に説明するように堆積膜の形成が制御され、これ
によりホールの側壁傾斜角度の制御が可能となるからで
ある。適宜冷却ガス圧力を高くして冷却効率を高め、基
板もしくは着目する基板部分の温度を下げ、あるいは逆
に冷却ガス圧力を低くして冷却効率を低めるなどの操作
によって、所望の制御を実現できる。

【００２１】この、ヴィアホールの側壁傾斜角度の制御
の作用について、以下図２ないし図４を参照して説明す
る。各図中、符号１０４はヴィアホールを開口すべき層
間絶縁膜であり、たとえば酸化膜である。１０５はヴィ
アホール形成のためのマスクとするパターニングされた
フォトレジストである。

【００２２】側壁傾斜角度の制御は、具体的には、ウェ
ーハ裏面の冷却ガス圧力の制御により冷却能を変動させ
てウェーハ基板の温度を変化させる。これにより側壁に
堆積する反応生成物の量が変化して、側壁傾斜角度を制
御できる。

【００２３】たとえば、ＣＨＦ₃，ＣＦ₄を用いて酸化
膜をエッチングすると、反応生成物としてフロロカーボ
ン系の物質（ＣＦｘ）が堆積する。図２にエッチング初
期段階の状態を示す。図２ないし図４中、エッチング作
用を呈するＦラジカル（またはＦイオン）粒子を模式的
に符号２０２で示し、反応生成物を模式的に符号２０３
で示し、堆積膜を模式的に符号２０１で示す。そもそも
ＣＦ₄はプラズマ中で、ＣＦ，ＣＦ₂，ＣＦ₃，Ｆに解
離するが、実際には、ＣＦｘラジカル、Ｆラジカルが解
離と再結合とを繰り返して定常状態に達している。そこ
へＣＨＦ₃のＨが割り込みＦラジカルと反応するため、
ＣＦｘラジカルと再結合するためのＦラジカルの量が減
少する。その結果、ＣＦはＣＦ₂に、ＣＦ₂はＣＦ
₃に、ＣＦ_３はＣＦ_４に戻ることができなくなり、定
常状態と比較すると、ＣＦやＣＦ₂が増加する。

【００２４】これらＣＦやＣＦ₂は、原子価が４の炭素
原子にフッ素原子が１個または２個しか結合していない
ため、不対電子が２個以上余り、互いに反応して重合し
一般的にフロロカーボン膜を形成する。このフロロカー
ボン膜はウェーハの基板温度が低いほど、堆積速度が速
くなる。この現象はプラズマＣＶＤ等でも確認されてお
り、基板（側面）表面上の活性種の吸着量が増大するた
めと推定されている。このフロロカーボン膜はエッチン
グの際、すべてを分解することができず、側壁にはこれ
が残留するため、図３（エッチング中の状態を示す）に
示すよう堆積膜２０１によりにホール底の面積が小さく
なり、最終的には図４のように傾斜角度がついたような
形状になる。

【００２５】したがって、側壁傾斜角度のみを制御する
場合、フロロカーボン膜の堆積速度を変化させることに
より、該側壁傾斜角度のみの制御が可能となる。この堆
積速度は、基板温度により変化するので、被エッチング
ウェーハについて基板温度を変更することで、かかる側
壁傾斜角度のみの制御が可能となるのである。基板温度
は、基板を支持している下部電極の温度、及びウェーハ
裏面冷却ガスにより変化させることができるが、下部電
極は一般に装置外部のチラー等で温度制御しているた
め、温度変更に時間がかかる。一方、ウェーハ冷却ガス
は、その冷却圧力をパラメータで設定できるため、即座
に変更することが可能である。

【００２６】以下、具体的に、図面を参照して、本実施
の形態例について説明する。まず、本実施の形態例で用
いたエッチング装置である毎葉式ナローギャップ型ＲＩ
Ｅ装置について、図１を参照して説明する。

【００２７】この装置は、高周波電源から、上部電極３
０５及び下部電極３０４（ウェーハ支持用のサセプタを
なす）に、３８０ＭＨｚのＲＦバイアスを印加し、高密
度プラズマを形成している。符号３１０はプロセスガス
の導入を示す矢印、３０８，３０９は、それぞれ第１，
第２のガス拡散板を示すものである。エッチング中は、
下部電極３０４が上下することによって（矢印３１２に
より上下駆動を示す）、上下電極３０５，３０４間を十
数ｍｍにし、なおかつ石英リング３０６，３０７により
プラズマを封じ込める機構になっている。エッチング中
の基板ウェーハ３１１（たとえば８インチウェーハ）
は、下部電極３０４上に、単極式静電チャックにて固定
される。ウェーハの冷却機構は、下部電極３０４にウェ
ーハ裏面冷却ガス３０２，３０３の２系統を備え、これ
はウェーハ３１１のセンターとエッジをそれぞれ独立し
て制御している。下部電極３０４は、それ自体の温度制
御用として、下部電極冷却用冷媒配管３０１を用いて、
冷媒（たとえば商品名：フロリナートとして市販される
フッ素系冷媒）を循環させて下部電極３０４を冷却する
構造となっている。エッチング中、基板ウェーハ３１１
は下部電極３０４上に静電的に吸着支持されるので、基
板ウェーハ３１１は下部電極３０４にほぼ密着するが、
基板ウェーハ３１１の裏面には設定したガス圧にて冷却
ガス３０２，３０３が与えられるので、図示では明瞭に
は現れないが、基板ウェーハ３１１と下部電極３０４と
の間は、ガスが逃げられる僅かな隙間が生じている。

【００２８】本例では、ヴィアホールの形成に、本発明
を適用する。ここで用いるサンプルは、図１０に示した
構造のものである。基板の一方の面に形成した下地１０
１（下地層間膜、または下層配線）上に、メタル配線１
０２として、アルミニウム系材料配線特にＡｌ−Ｃｕ合
金（たとえばＡｌ−１ｗｔ％Ｃｕ合金）を形成し、さら
にその上に反射防止膜１０３としてＴｉＮ膜等を形成す
る。その後、層間絶縁膜１０４としてＳｉＯ₂をたとえ
ば減圧ＣＶＤ法で９００ｎｍ厚で形成したのち、ｉ線ス
テッパーを用いてフォトレジスト１０５を０．５μｍ径
にパターン加工する。以上で図１０の構造とする。概略
工程としてはその後、フォトレジスト１０５をマスクと
して絶縁膜１０４をエッチングし、図１１のようにヴィ
アホールを開口する。図１１はヴィアホール開口後、レ
ジストを除去した状態を示す。さらにホール内にたとえ
ばスパッタ法によりＴｉＮ／Ｔｉ（膜厚：７０／３０ｎ
ｍ）からなる密着層１０６を、Ｔｉコリメートスパッタ
法などにより形成し、次いで図１２のように、ここでは
ブランケットタングステンを配線プラグ材料１０７とし
てこれを基板全面に、ヴィアホールへも埋め込みながら
６００ｎｍ厚で形成する。そしてこの配線プラグ材料１
０７（ブランケットタングステン）を全面エッチバック
して、ヴィアホール内にのみ配線プラグ材料１０７を残
して、図１３に概略を示す配線プラグ構造を得る。

【００２９】この場合本例では、図１０のサンプルを、
以下の条件でエッチングすることにより、図５（ａ）の
形状を得た。（条件１）装置：ナローギャップ型イオンエッチング装置ガス：ＣＨＦ₃／ＣＦ₄／Ａｒ／Ｎ₂＝３５／５０／４
００／２０ｓｃｃｍ圧力：１６０ＰａＲＦパワー：１４００Ｗ電極間隔：１１ｍｍ下部電極温度：０℃ ウェーハ裏面冷却用Ｈｅガス圧力：（センター／エッ
ジ）＝１０／２６．６ｈＰａ

【００３０】本例ではこのエッチングによって、ヴィア
ホールの側壁傾斜角度４０１が、８５°であり、ヴィア
ホール底部の径が、０．３０μｍであるホール構造が得
られた。また、絶縁膜１０４（酸化膜）のエッチレート
の面内均一性は、±８％であった。この後、前記した手
順にしたがって、ホール内にＴｉＮ／Ｔｉ（膜厚：７０
／３０ｎｍ）からなる密着層１０６（Ｔｉコリメートス
パッタ法）、ブランケットタングステンからなる配線プ
ラグ材料１０７を６００ｎｍ形成し、これを全面エッチ
バックして、配線プラグを形成したところ、図５（ｂ）
に示すように、本実施の形態例によって、良好な配線プ
ラグ形成が実現できた。このように本例によれば、本発
明を適用したことにより、基板ウェーハ裏面に与える冷
却ガス圧力のみの単独制御で、側壁傾斜角度制御がで
き、よって、低コスト、短時間で、側壁傾斜角度を合わ
せ込むことが可能となる。また、良好な配線プラグを形
成することが可能になる。

【００３１】なお本例では、ヴィアホール底部の径が
０．３０μｍであり、エッチング変換差が−０．２μｍ
となった。底部の径が小さくなると、単位面積当たりの
電気抵抗が大きくなるため、電気的信頼性が低下する傾
向がもたらされることがあるので、良好な配線プラグ形
成が実現できる側壁傾斜角度を保ち、なおかつ、エッチ
ング変換差を可能な限り小さくできる条件が望ましいと
言える。

【００３２】実施の形態例２本実施の形態例は、実施の形態例１と同様、ヴィアホー
ルの形成に、本発明を適用する。その他、以下特に説明
する条件以外については、たとえば使用するエッチング
装置等の構成については、実施の形態例１と同様であ
る。

【００３３】ここで用いるサンプルは、実施の形態例１
と同じく、図１０に示した構造のものである。基板の一
方の面に形成した下地１０１（下地層間膜、または下層
配線）上に、メタル配線１０２として、アルミニウム系
材料配線特にＡｌ−Ｃｕ合金を形成し、さらにその上に
反射防止膜１０３としてＴｉＮ膜等を形成する。その
後、層間絶縁膜１０４としてＳｉＯ₂をたとえば減圧Ｃ
ＶＤ法で９００ｎｍ厚で形成したのち、ｉ線ステッパー
を用いてフォトレジスト１０５を０．５μｍ径にパター
ン加工する。以上で図１０の構造とする。概略工程とし
てはその後、フォトレジスト１０５をマスクとして絶縁
膜１０４をエッチングし、図１１のようにヴィアホール
を開口する。図１１はヴィアホール開口後、レジストを
除去した状態を示す。さらにホール内にたとえばスパッ
タ法によりＴｉＮ／Ｔｉ（膜厚：７０／３０ｎｍ）から
なる密着層１０６を、Ｔｉコリメートスパッタ法などに
より形成し、次いで図１２のように、ここではブランケ
ットタングステンを配線プラグ材料１０７としてこれを
基板全面に、ヴィアホールへも埋め込みながら６００ｎ
ｍ厚で形成する。そしてこの配線プラグ材料１０７（ブ
ランケットタングステン）を全面エッチバックして、ヴ
ィアホール内にのみ配線プラグ材料１０７を残して、図
１３に概略を示す配線プラグ構造を得る。

【００３４】この場合本例では、図１０のサンプルを、
以下の条件でエッチングすることにより、図６（ａ）の
形状を得た。（条件２）装置：ナローギャップ型イオンエッチング装置ガス：ＣＨＦ₃／ＣＦ₄／Ａｒ／Ｎ₂＝３５／５０／４
００／２０ｓｃｃｍ圧力：１６０ＰａＲＦパワー：１４００Ｗ電極間隔：１１ｍｍ下部電極温度：０℃ ウェーハ裏面冷却用Ｈｅガス圧力：（センター／エッ
ジ）＝６．７／１７．３ｈＰａ

【００３５】本例ではこのエッチングによって、ヴィア
ホールの側壁傾斜角度４０２が、８７°であり、ヴィア
ホール底部の径が、０．４０μｍであるホール構造が得
られた。本例では、実施の形態例１に比べて側壁傾斜角
度が垂直に近くなったため、底部の径も、実施の形態例
１よりも大きめの０．４０μｍとなったのである。ま
た、絶縁膜１０４（酸化膜）のエッチレートの面内均一
性は、±７．５％であった。この後、前記した手順にし
たがって、ホール内にＴｉＮ／Ｔｉ（膜厚：７０／３０
ｎｍ）からなる密着層１０６（Ｔｉコリメートスパッタ
法）、ブランケットタングステンからなる配線プラグ材
料１０７を６００ｎｍ形成し、これを全面エッチバック
して、配線プラグを形成したところ、図６（ｂ）に示す
ように、本実施の形態例によって、良好な配線信頼性が
十分に保証できる配線プラグ形成が実現できた。このよ
うに本例によれば、本発明を適用したことにより、基板
ウェーハ裏面に与える冷却ガス圧力のみの単独制御で、
側壁傾斜角度制御ができ、よって、低コスト、短時間
で、側壁傾斜角度を合わせ込むことが可能となる。ま
た、良好な配線プラグを形成することが可能になる。

【００３６】実施の形態例３本実施の形態例は、実施の形態例１と同様、ヴィアホー
ルの形成に、本発明を適用する。その他、以下特に説明
する条件以外については、たとえば使用するエッチング
装置等の構成については、実施の形態例１と同様であ
る。

【００３７】ここで用いるサンプルは、実施の形態例１
と同じく、図１０に示した構造のものである。基板の一
方の面に形成した下地１０１（下地層間膜、または下層
配線）上に、メタル配線１０２として、アルミニウム系
材料配線特にＡｌ−Ｃｕ合金を形成し、さらにその上に
反射防止膜１０３としてＴｉＮ膜等を形成する。その
後、層間絶縁膜１０４としてＳｉＯ₂をたとえば減圧Ｃ
ＶＤ法で９００ｎｍ厚で形成したのち、ｉ線ステッパー
を用いてフォトレジスト１０５を０．５μｍ径にパター
ン加工する。以上で図１０の構造とする。概略工程とし
てはその後、フォトレジスト１０５をマスクとして絶縁
膜１０４をエッチングし、図１１のようにヴィアホール
を開口する。図１１はヴィアホール開口後、レジストを
除去した状態を示す。さらにホール内にたとえばスパッ
タ法によりＴｉＮ／Ｔｉ（膜厚：７０／３０ｎｍ）から
なる密着層１０６を、Ｔｉコリメートスパッタ法などに
より形成し、次いで図１２のように、ここではブランケ
ットタングステンを配線プラグ材料１０７としてこれを
基板全面に、ヴィアホールへも埋め込みながら６００ｎ
ｍ厚で形成する。そしてこの配線プラグ材料１０７（ブ
ランケットタングステン）を全面エッチバックして、ヴ
ィアホール内にのみ配線プラグ材料１０７を残して、図
１３に概略を示す配線プラグ構造を得る。

【００３８】この場合本例では、図１０のサンプルを、
以下の条件でエッチングすることにより、図７（ａ）の
形状を得た。（条件３）装置：ナローギャップ型イオンエッチング装置ガス：ＣＨＦ₃／ＣＦ₄／Ａｒ／Ｎ₂＝５０／７５／８
００／２０ｓｃｃｍ圧力：７０ＰａＲＦパワー：１１００Ｗ電極間隔：１０ｍｍ下部電極温度：０℃ ウェーハ裏面冷却用Ｈｅガス圧力：（センター／エッ
ジ）＝１０／２６．６ｈＰａ

【００３９】本例ではこのエッチングによって、ヴィア
ホールの側壁傾斜角度５０１が、８６°であり、ヴィア
ホール底部の径が、０．３８μｍであるホール構造が得
られた。また、絶縁膜１０４（酸化膜）のエッチレート
の面内均一性は、±７．５％であった。この後、前記し
た手順にしたがって、ホール内にＴｉＮ／Ｔｉ（膜厚：
７０／３０ｎｍ）からなる密着層１０６（Ｔｉコリメー
トスパッタ法）、ブランケットタングステンからなる配
線プラグ材料１０７を６００ｎｍ形成し、これを全面エ
ッチバックして、配線プラグを形成したところ、図７
（ｂ）に示すように、本実施の形態例によって、良好な
配線信頼性が十分に保証できる配線プラグ形成が実現で
きた。このように本例によれば、本発明を適用したこと
により、基板ウェーハ裏面に与える冷却ガス圧力のみの
単独制御で、側壁傾斜角度制御ができ、よって、低コス
ト、短時間で、側壁傾斜角度を合わせ込むことが可能と
なる。また、良好な配線プラグを形成することが可能に
なる。

【００４０】実施の形態例４本実施の形態例は、実施の形態例１と同様、ヴィアホー
ルの形成に、本発明を適用する。その他、以下特に説明
する条件以外については、たとえば使用するエッチング
装置等の構成については、実施の形態例１と同様であ
る。

【００４１】ここで用いるサンプルは、実施の形態例１
と同じく、図１０に示した構造のものである。基板の一
方の面に形成した下地１０１（下地層間膜、または下層
配線）上に、メタル配線１０２として、アルミニウム系
材料配線特にＡｌ−Ｃｕ合金を形成し、さらにその上に
反射防止膜１０３としてＴｉＮ膜等を形成する。その
後、層間絶縁膜１０４としてＳｉＯ₂をたとえば減圧Ｃ
ＶＤ法で９００ｎｍ厚で形成したのち、ｉ線ステッパー
を用いてフォトレジスト１０５を０．５μｍ径にパター
ン加工する。以上で図１０の構造とする。概略工程とし
てはその後、フォトレジスト１０５をマスクとして絶縁
膜１０４をエッチングし、図１１のようにヴィアホール
を開口する。図１１はヴィアホール開口後、レジストを
除去した状態を示す。さらにホール内にたとえばスパッ
タ法によりＴｉＮ／Ｔｉ（膜厚：７０／３０ｎｍ）から
なる密着層１０６を、Ｔｉコリメートスパッタ法などに
より形成し、次いで図１２のように、ここではブランケ
ットタングステンを配線プラグ材料１０７としてこれを
基板全面に、ヴィアホールへも埋め込みながら６００ｎ
ｍ厚で形成する。そしてこの配線プラグ材料１０７（ブ
ランケットタングステン）を全面エッチバックして、ヴ
ィアホール内にのみ配線プラグ材料１０７を残して、図
１３に概略を示す配線プラグ構造を得る。

【００４２】この場合本例では、図１０のサンプルを、
以下の条件でエッチングすることにより、図８（ａ）の
形状を得た。（条件４）装置：ナローギャップ型イオンエッチング装置ガス：ＣＨＦ₃／ＣＦ₄／Ａｒ／Ｎ₂＝５０／７５／８
００／２０ｓｃｃｍ圧力：７０ＰａＲＦパワー：１１００Ｗ電極間隔：１０ｍｍ下部電極温度：０℃ ウェーハ裏面冷却用Ｈｅガス圧力：（センター／エッ
ジ）＝６．７／１７．３ｈＰａ

【００４３】本例ではこのエッチングによって、ヴィア
ホールの側壁傾斜角度５０２が、８７°であり、ヴィア
ホール底部の径が、０．４０μｍであるホール構造が得
られた。また、絶縁膜１０４（酸化膜）のエッチレート
の面内均一性は、±７％であった。この後、前記した手
順にしたがって、ホール内にＴｉＮ／Ｔｉ（膜厚：７０
／３０ｎｍ）からなる密着層１０６（Ｔｉコリメートス
パッタ法）、ブランケットタングステンからなる配線プ
ラグ材料１０７を６００ｎｍ形成し、これを全面エッチ
バックして、配線プラグを形成したところ、図８（ｂ）
に示すように、本実施の形態例によって、良好な配線信
頼性が十分に保証できる配線プラグ形成が実現できた。
このように本例によれば、本発明を適用したことによ
り、基板ウェーハ裏面に与える冷却ガス圧力のみの単独
制御で、側壁傾斜角度制御ができ、よって、低コスト、
短時間で、側壁傾斜角度を合わせ込むことが可能とな
る。また、良好な配線プラグを形成することが可能にな
る。

【００４４】実施の形態例５本実施の形態例は、実施の形態例１と同様、ヴィアホー
ルの形成に、本発明を適用する。その他、以下特に説明
する条件以外については、たとえば使用するエッチング
装置等の構成については、実施の形態例１と同様であ
る。

【００４５】ここで用いるサンプルは、実施の形態例１
と同じく、図１０に示した構造のものである。基板の一
方の面に形成した下地１０１（下地層間膜、または下層
配線）上に、メタル配線１０２として、アルミニウム系
材料配線特にＡｌ−Ｃｕ合金を形成し、さらにその上に
反射防止膜１０３としてＴｉＮ膜等を形成する。その
後、層間絶縁膜１０４としてＳｉＯ₂をたとえば減圧Ｃ
ＶＤ法で９００ｎｍ厚で形成したのち、ｉ線ステッパー
を用いてフォトレジスト１０５を０．５μｍ径にパター
ン加工する。以上で図１０の構造とする。概略工程とし
てはその後、フォトレジスト１０５をマスクとして絶縁
膜１０４をエッチングし、図１１のようにヴィアホール
を開口する。図１１はヴィアホール開口後、レジストを
除去した状態を示す。さらにホール内にたとえばスパッ
タ法によりＴｉＮ／Ｔｉ（膜厚：７０／３０ｎｍ）から
なる密着層１０６を、Ｔｉコリメートスパッタ法などに
より形成し、次いで図１２のように、ここではブランケ
ットタングステンを配線プラグ材料１０７としてこれを
基板全面に、ヴィアホールへも埋め込みながら６００ｎ
ｍ厚で形成する。そしてこの配線プラグ材料１０７（ブ
ランケットタングステン）を全面エッチバックして、ヴ
ィアホール内にのみ配線プラグ材料１０７を残して、図
１３に概略を示す配線プラグ構造を得る。

【００４６】この場合本例では、図１０のサンプルを、
以下の条件でエッチングすることにより、図９（ａ）の
形状を得た。（条件５）装置：ナローギャップ型イオンエッチング装置ガス：ＣＨＦ₃／ＣＦ₄／Ａｒ／Ｎ₂＝５０／７５／８
００／２０ｓｃｃｍ圧力：７０ＰａＲＦパワー：１１００Ｗ電極間隔：１０ｍｍ下部電極温度：０℃ ウェーハ裏面冷却用Ｈｅガス圧力：（センター／エッ
ジ）＝６．７／１３．３ｈＰａ

【００４７】本例ではこのエッチングによって、ヴィア
ホールの側壁傾斜角度５０３が、８８°であり、ヴィア
ホール底部の径が、０．４４μｍであるホール構造が得
られた。また、絶縁膜１０４（酸化膜）のエッチレート
の面内均一性は、±７．５％であった。この後、前記し
た手順にしたがって、ホール内にＴｉＮ／Ｔｉ（膜厚：
７０／３０ｎｍ）からなる密着層１０６（Ｔｉコリメー
トスパッタ法）、ブランケットタングステンからなる配
線プラグ材料１０７を６００ｎｍ形成し、これを全面エ
ッチバックして、配線プラグを形成したところ、図９
（ｂ）に示すように、本実施の形態例によって、良好な
配線信頼性が十分に保証できる配線プラグ形成が実現で
きた。このように本例によれば、本発明を適用したこと
により、基板ウェーハ裏面に与える冷却ガス圧力のみの
単独制御で、側壁傾斜角度制御ができ、よって、低コス
ト、短時間で、側壁傾斜角度を合わせ込むことが可能と
なる。また、良好な配線プラグを形成することが可能に
なる。

【００４８】上記説明した実施の形態例３〜５は、前記
実施の形態例１，２とは、ガス比や、圧力、パワー等の
条件が全く異なっているが、ウェーハ裏面のガス圧力の
変更により、絶縁膜（酸化膜）のエッチレートの面内均
一性はさほど変化せず、側壁傾斜角度のみが変わってい
る。すなわち、このことから、どのようなエッチング条
件においても、ウェーハ裏面のガス圧力は、酸化膜エッ
チレートの面内均一性を保ちつつ、ヴィアホールの側壁
傾斜角度のみ変更できるパラメータであると言える。

【００４９】以上、本発明を５つの具体的実施の形態例
によって説明したが、前述したとおり本発明は上記具体
的な実施の形態例に限定を受けるものではなく、たとえ
ばプラズマ源や装置構成、被エッチングサンプル構造、
エッチングガスその他プロセス条件等は、本発明の範囲
で適宜選択できるものであることは、言うまでもない。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る半導
体装置の製造方法によれば、ホール形成工程を有する半
導体装置製造の際に、ホール形成の条件出しが容易で、
かつホール形成に際し必要とする側壁傾斜角度のみを制
御できるようにして、他に影響を与えることを極力排し
て、接続孔等とするホールについてこれを容易にしかも
適正に形成でき、よって良好な接続配線構造を得られる
半導体装置の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態例で用いるエッチング装
置（ナローギャップ型ＲＩＥ装置）のチャンバー構造を
示す概略構成図である。

【図２】本発明の実施の形態例の作用説明図である
（１）。

【図３】本発明の実施の形態例の作用説明図である
（２）。

【図４】本発明の実施の形態例の作用説明図である
（３）。

【図５】実施の形態例１の配線プラグ構造を示す断面
図であり、（ａ）はホールエッチング後の構造を示し、
（ｂ）は配線プラグ材料のエッチバック後の構造を示
す。

【図６】実施の形態例２の配線プラグ構造を示す断面
図であり、（ａ）はホールエッチング後の構造を示し、
（ｂ）は配線プラグ材料のエッチバック後の構造を示
す。

【図７】実施の形態例３の配線プラグ構造を示す断面
図であり、（ａ）はホールエッチング後の構造を示し、
（ｂ）は配線プラグ材料のエッチバック後の構造を示
す。

【図８】実施の形態例４の配線プラグ構造を示す断面
図であり、（ａ）はホールエッチング後の構造を示し、
（ｂ）は配線プラグ材料のエッチバック後の構造を示
す。

【図９】実施の形態例５の配線プラグ構造を示す断面
図であり、（ａ）はホールエッチング後の構造を示し、
（ｂ）は配線プラグ材料のエッチバック後の構造を示
す。

【図１０】ヴィアホール形成の一般的工程をを示す断
面図である（１）。

【図１１】ヴィアホール形成の一般的工程をを示す断
面図である（２）。

【図１２】ヴィアホール形成の一般的工程をを示す断
面図である（３）。

【図１３】ヴィアホール形成の一般的工程をを示す断
面図である（４）。

【符号の説明】

１０１・・・下地（下地層間膜または下地配線）、１０
２・・・メタル配線、１０３・・・反射防止膜、１０４
・・・絶縁膜（ホールを形成すべき層間絶縁膜、ＳｉＯ
₂等）、１０５・・・フォトレジスト、１０６・・・密
着層、１０７・・・配線プラグ形成材料、２０１・・・
堆積膜、２０２・・・Ｆラジカル（Ｆイオン）、２０３
・・・反応生成物、３０１・・・下部電極冷却用冷媒配
管、３０２・・・基板（ウェーハ）裏面冷却ガス（基板
センター用）、３０３・・・基板（ウェーハ）裏面冷却
ガス（基板エッジ用）、３０４・・・下部電極（基板支
持電極）、３０５・・・上部電極、３１１・・・基板
（ウェーハ）、４０１・・・実施の形態例１における側
壁傾斜角度、４０２・・・実施の形態例２における側壁
傾斜角度、５０１・・・実施の形態例３における側壁傾
斜角度、５０２・・・実施の形態例４における側壁傾斜
角度、５０３・・・実施の形態例４における側壁傾斜角
度。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の一方の面に成膜した絶縁膜にエッ
チングによりホールを形成する工程を少なくとも有する
半導体装置の製造方法において、上記絶縁膜をエッチングしてホールを形成する際に、基
板の他方の面に冷却ガスを与えることを特徴とする半導
体装置の製造方法。
【請求項２】上記冷却ガスを与える際のガス圧力を制
御することにより、形成するホールの形状制御を行うこ
とを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項３】上記冷却ガスは、上記基板の少なくとも
２個所に与え、かつ与える冷却ガスの圧力は、各与えら
れる個所で独立して制御できることを特徴とする請求項
１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】上記冷却ガスは、上記基板のセンターと
エッジとの少なくとも２個所に２系統で与えられること
を特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】上記エッチング中の基板は、単極式静電
チャックにより支持することを特徴とする請求項１に記
載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】上記単極式静電チャックの基板支持電極
は、エッチング中冷却されていることを特徴とする請求
項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】上記ホールのエッチング時に、エッチン
グ用のガスとして、少なくともＦ原子を含有するガス
と、Ａｒと、Ｎ₂とを用いることを特徴とする請求項１
に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】上記エッチングに用いるエッチング装置
は、電極間隔が１２ｍｍ以下の平行平板型反応性イオン
エッチング装置であることを特徴とする請求項１に記載
の半導体装置の製造方法。
【請求項９】上記絶縁膜に形成されるホールは、基板
に形成された２層以上の配線層について、配線層間の接
続をとるヴィアホールであることを特徴とする請求項１
に記載の半導体装置の製造方法。