JPH0722399A - Forming method and device for forming buried plug - Google Patents
Forming method and device for forming buried plugInfo
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Abstract
Description
【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a buried plug forming method and a buried plug forming apparatus for selectively forming a buried plug in a via hole.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art In a multilayer wiring structure of a semiconductor device, a buried plug is formed in order to electrically connect wiring metal films stacked in multiple layers. This embedded plug has conventionally been generally formed as follows. First, a lower wiring metal film made of aluminum (Al) metal is formed on a Si substrate and patterned into a predetermined wiring shape. next,
An interlayer insulating film is laminated on the lower wiring metal film, and a via hole is opened at a predetermined position of the interlayer insulating film. Next, in order to remove the alumina layer formed on the surface of the lower wiring metal film exposed in the via hole during the step of opening the via hole and the subsequent standing in the atmosphere, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-291.
As shown in Japanese Patent Laid-Open No. 920, plasma etching using chlorine (Cl) -based gas is performed on the surface of the lower wiring metal film exposed in the via hole. Then, Al metal or tungsten (W) metal is selectively deposited in the via hole by a chemical vapor deposition (CVD) method to form a buried plug. Next, an upper wiring metal film is formed on the interlayer insulating film. The upper layer wiring metal film is electrically connected to the lower layer wiring metal film via the buried plug.
【０００３】[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。However, during the plasma etching using the above Cl-based gas, the state of the alumina layer formed on the surface of the lower wiring metal film exposed in the via hole depends on the history of each substrate. different. For example,
The film thickness of the alumina layer formed by oxidizing the surface of the lower wiring metal film varies depending on the time the substrate is exposed to the atmosphere. The Cl-based plasma etching for removing the alumina layer on the surface of the lower wiring metal film is performed for a certain period of time in common in each substrate without detecting the etching end point in the above-described conventional method for forming a buried plug. . Therefore, there are some substrates in which the alumina layer on the surface of the lower layer wiring metal film cannot be completely removed, and there are also substrates in which the lower layer wiring metal film is over-etched, and the etching depth varies from substrate to substrate.
【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。In order to eliminate such inconvenience,
A method is also conceivable in which an antireflection film having a constant film thickness used when patterning the lower layer wiring metal film is left on the lower layer wiring metal film and the lower layer wiring metal film is not immediately exposed after the via hole is opened. That is, immediately before the formation of the plug, plasma etching is performed for a time corresponding to a certain thickness of the antireflection film to remove the antireflection film on the surface of the lower wiring metal film.
After this etching removal, selective CVD is performed to selectively form a buried plug on the surface of the lower wiring metal film exposed in the via hole.
【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。However, the antireflection film made of TiN or the like is
It also has a constant etching rate against a fluorine (F) -based plasma etching that is performed to selectively remove the interlayer insulating film and open the via hole. Therefore, the thickness of the antireflection film may decrease due to overetching of the F-based plasma etching. At the same time, a deposit containing fluorine may be formed on the surface of the antireflection film. For this reason,
Even in such a method using the antireflection film, plasma etching for exposing the lower wiring metal film cannot be stably performed. That is, the plasma etching for removing the antireflection film, which is performed on the assumption that the thickness of the antireflection film is constant, is performed for a certain time common to each substrate. For this reason, in some substrates, not only the antireflection film is removed by etching, but also the lower wiring metal film below the antireflection film may be etched too deeply. On the contrary, the presence of the deposit may delay the etching, and the antireflection film may not be completely removed.
【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。Further, the lower wiring metal film made of Al metal can be etched only by the chemical action of chlorine radicals, whereas high energy ions are used for etching the alumina layer and the antireflection film on the lower wiring metal film surface. Is required, and etching conditions with high ion energy are adopted. However, when such high-energy ions are irradiated on the surface of the lower wiring metal film, the Al metal of the lower wiring metal film is sputtered and scattered around, and reattaches to the sidewall of the via hole. Such redeposition of the metal causes the selectivity to deteriorate when the buried plug is formed by the selective deposition. When chlorine ions are irradiated in a high energy state, they penetrate deeply into the lower wiring metal film and remain. The residual chlorine thus increases the contact resistance between the lower wiring metal film and the buried plug, and causes corrosion of the lower wiring metal film or the buried plug.
【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。In addition, B is particularly used for etching the alumina layer.
A reducing gas such as Cl 3 is effective and is often used. However, when reactive ion etching (RIE) is performed in a gas containing BCl 3 , a deposit containing boron (B) may be generated on the sidewall of the via hole or may remain on the surface of the lower wiring metal film. . The deposits on the sidewalls of the via holes cause the deterioration of the selectivity when forming the buried plug,
The residue on the surface of the lower-layer wiring metal film causes an increase in contact resistance between the lower-layer wiring metal film and the embedded plug.
【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。Similarly, PCl 3 has a reducing property, but in this case, a deposit containing phosphorus (P) is produced.
【０００９】[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。The present invention has been made in order to solve such a problem, and includes a step of forming an interlayer insulating film on a lower wiring metal film containing Al metal, and the interlayer insulating film. Selectively removing a part of the via hole to open the via hole, plasma etching the surface of the lower wiring metal film exposed on the bottom surface of the via hole in an atmosphere containing a chlorine-based gas, and the via hole. In a method for forming a buried plug, which comprises a step of selectively forming a buried plug inside, plasma emission is performed by observing light emission of a specific wavelength in plasma during plasma etching and detecting a change in intensity thereof. It is characterized in that it is provided with a step of deciding the stop point of time.
【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。Further, an etching chamber for performing plasma etching using plasma of a reactive gas, a CVD chamber for performing selective CVD using a metal compound gas, and a chamber between these two chambers are transferred without exposing the substrate surface to the atmosphere. A buried plug forming apparatus including a transfer mechanism, wherein the etching chamber includes a control unit that detects a change in intensity of specific light emission in plasma during plasma etching and stops the etching. It is a feature.
【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。Further, a step of forming an interlayer insulating film on the lower wiring metal film containing Al metal, a step of selectively removing a part of the interlayer insulating film to open a via hole, and a step of forming the via hole. Of the buried plug including a step of plasma etching the surface of the lower wiring metal film exposed on the bottom surface of the via in an atmosphere containing a chlorine-based gas, and a step of selectively forming the buried plug in the via hole. In the formation method, during plasma etching, light emission of a specific wavelength in the plasma is observed, the intensity change is detected to change the plasma etching conditions, and after overetching the surface layer of the lower wiring metal film, plasma is formed. It is characterized by including a step of stopping the etching, and in particular, the change of the plasma etching condition is a change which gives an effect of lowering the energy of the ions irradiated on the substrate surface. It is an feature.
【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。Further, an etching chamber for performing plasma etching using plasma of a reactive gas, a CVD chamber for performing selective CVD using a metal compound gas, and a chamber between these two chambers are transferred without exposing the substrate surface to the atmosphere. A buried plug forming apparatus having a transfer mechanism, wherein the etching condition is changed in the etching chamber by detecting a change in intensity of specific light emission in plasma during plasma etching, and changed. It is characterized by comprising a control means for stopping the etching after performing the etching under the conditions.
【００１３】[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。[Function] During plasma etching of the surface of the lower wiring metal film, the emission of a specific wavelength in the plasma is observed, and the intensity change is detected to determine the stop point of the plasma etching. Regardless, it becomes possible to perform plasma etching for each substrate for an appropriate time.
【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。During the plasma etching, the emission of a specific wavelength in the plasma is observed, and the change in the intensity is detected to change the plasma etching condition, so that the alumina layer requiring a high ion energy is required. It is possible to perform the etching of the antireflection film and the antireflection film and the etching of the surface layer of the lower wiring metal film in which it is preferable to lower the ion energy under conditions suitable for each.
【００１５】[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。Next, a method of forming a buried plug and a buried plug forming apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described.
【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。First, a base insulating film made of SiO 2 is formed on a Si substrate, and Al or A is formed on the base insulating film.
A such as 1Cu, AlSiCu, AlCuTi, AlSc
A lower wiring metal film made of an L alloy is formed. Next, this lower layer wiring metal film is patterned into a predetermined shape by using a lithography technique, and an interlayer insulating film made of SiO 2 is formed on the patterned lower layer wiring metal film. Next, a photoresist is applied on the interlayer insulating film, and the photoresist is patterned into a predetermined shape by using the photolithography technique. Next, using the patterned photoresist as a mask, etching is performed using an F-based gas to selectively remove the interlayer insulating film and open a via hole that partially exposes the lower wiring metal film. After that, the photoresist used for patterning is removed by oxygen plasma ashing and organic solvent treatment.
【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。Next, the following etching is performed as a pretreatment for forming a plug in the opened via hole.
【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。That is, as shown in FIG. 1, the substrate 1 which has been subjected to this step is placed on the cathode 3 in the container 2 which is the etching chamber constituting the embedded plug forming apparatus of this embodiment. . BC for the container 2 through the gas control system 8
An etching gas such as l 3 and Cl 2 and a dilution gas such as He are supplied, and a pressure control system 9 sets the inside to a predetermined pressure. An anode 4 is provided inside this so as to face the cathode 3 and constitutes a pair of parallel plate electrodes. A high frequency voltage is applied from the power source 5 to the cathode 3, and plasma P is formed between the electrodes. A window 2a for extracting light generated in the plasma P is provided on the side wall of the container 2, and an optical sensor 6 for detecting light incident through the window 2a is provided outside the container. .
This optical sensor 6 has an A having an emission wavelength of 396 nm.
A filter for transmitting only 1 light emission is provided. It is also possible to guide the light emission to the optical sensor 6 by using an optical fiber without passing through the window 2a. A control means 7 is provided at the output of the optical sensor 6, and the control means 7 is provided in the container 2
It has a function of controlling the gas supplied to the chamber, the pressure in the container 2, and the high-frequency power supplied to the cathode 3.
【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。Although not shown in FIG. 1, the present buried plug forming apparatus has a buried plug formed in the via hole of the substrate after being etched in the etching chamber by selective CVD using a metal compound gas as a raw material. Also provided is a CVD chamber for forming the. The etching chamber and this CVD chamber are connected by, for example, a transfer chamber 10b partitioned by a vacuum valve 10a so that the substrate after etching can be transferred to the CVD chamber without being exposed to the atmosphere.
【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。FIG. 2A shows the substrate 1 in this container 2.
It is a cross-sectional view showing the state of. A base insulating film 12 is formed on the Si substrate 11, and a patterned lower wiring metal film 13 is formed on the base insulating film 12. An interlayer insulating film 14 is laminated on the lower wiring metal film 13, and a via hole 14a is formed in the interlayer insulating film 14.
Is open. Further, an alumina layer 15 formed by oxidizing Al metal is formed on the surface of the lower wiring metal film 13 exposed on the bottom surface of the via hole 14a. With such a substrate 1 placed on the cathode 3, a Cl-based gas such as BCl 3 is used as an etching gas from the gas inlet.
A mixed gas of Cl and Cl 2 is introduced. This mixed gas is
When a high frequency voltage is applied to the cathode 3, it is turned into plasma.
【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。Alumina layer 1 on the bottom of the via hole 14a
5 is etched by plasma etching using such a Cl-based gas. At the time of etching the alumina layer 15 and the subsequent lower wiring metal film 13, light emission related to Al occurs in the plasma P. Figure 3 shows this Al
It is a graph showing the relationship between the emission intensity of emitted light and the etching time, in which the vertical axis represents the emission intensity and the horizontal axis represents the etching time. As shown in the graph, the Al emission intensity shows an extremely low value when the alumina layer 15 is etched, but thereafter increases stepwise after a lapse of time T 1 . This change in the intensity of Al light emission indicates that the etching removal of the alumina layer 15 is completed, the etching rate is faster under the same etching conditions, and thus etching of the lower wiring metal film 13 in which a larger amount of Al is released into the plasma starts. It corresponds to that. Therefore, during the etching, the window 2 provided in the etching container 2
By detecting this Al light emission by the optical sensor 6 via a, it is possible to detect the end point of the etching of the alumina layer 15.
【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。That is, the optical sensor 6 has a predetermined over-etching that takes into consideration variations in the film thickness of the alumina layer 15 within the substrate surface and the etching rate from the time when the Al emission intensity increase at time T 1 is finished. The signal is output to the control means 7 until time T 2 when the time ΔT has elapsed. The control means 7 receives this signal input and stops the power supply from the power supply 5 to the cathode 3. By stopping this power supply, Cl
The plasma etching by the system gas is stopped, and the via hole 14
The etching of the alumina layer 15 exposed on the bottom surface of a is completed. As a result, the state of the bottom surface of the via hole 14a becomes as shown in FIG. 2B, the alumina layer 15 is completely removed, and the surface of the lower wiring metal film 13 is overetched by an intended amount. become. After that, the substrate is transferred to a CVD chamber (not shown) through the transfer chamber 10b, and dimethyl aluminum hydride (D
MAH) gas is flowed and selective CVD is performed. By this selective CVD, Al metal is selectively deposited on the surface of the lower wiring metal film 13 exposed on the bottom surface of the via hole 14a to form a buried plug.
【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。Here, although an example in which the end point of etching is detected by observing that the emission intensity due to Al emitted by the etching of the lower wiring metal film 13 increases is shown, it is emitted in the form of AlCl or the like. It is also possible to observe the increase in the emission intensity of the molecule. On the contrary, it can be observed that the etching of the lower wiring metal film 13 is started and the emission intensity due to the etching gas such as Cl and BCl is reduced. However, in this case, the change in intensity is small and a highly sensitive observation means is required.
【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。Further, here, an example is shown in which overetching is performed for a predetermined time ΔT after the completion of etching of the alumina layer 15 is detected.
It is also possible to calculate the overetch time at a constant rate with respect to 1 .
【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。Although selective CVD was performed using DMAH gas, other CVD source gases that can be used other than DMAH include trimethylamine alane, dimethylethylamine alane, triethylamine alane, triisobutylaluminum, trimethylaluminum, DMAH and trimethylaluminum. And intermolecular compounds with. Also,
A gas containing copper such as cyclopentadienyl / triethylphosphine copper is simultaneously supplied to selectively deposit an Al-Cu alloy, or another gas containing impurities effective for improving the aluminum film quality is supplied to supply Al-Cu alloy. Ti, Al-Si, Al
It is also possible to selectively deposit an alloy such as -Sc.
【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。Further, although the case where the Al metal is selectively deposited by using DMAH which is an organic compound gas of Al as the source gas is shown here, when the other metal is selectively deposited by using the compound gas containing other metal. For example, even when tungsten metal is selectively deposited using tungsten hexafluoride gas as a raw material, the method of the present invention has the same effect.
【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。The gas used for plasma etching is not limited to a mixed gas of BCl 3 and Cl 2 , but a chlorine-based gas, specifically Cl 2 gas and HCl, CCl.
Chlorine compound gas such as 4 , SiCl 4 , BCl 3 , PCl 3 , AsCl 3 or the like, alone or in a mixture of two or more kinds,
If necessary, a diluent gas such as He, Ar, or N 2 can be added for use. It is also possible to use a bromine-based gas such as HBr or BBr 3 . Of these, BCl is a gas having a reducing property effective for removing the alumina layer.
3 and PCl 3 . On the other hand, Cl 2 produces the least amount of deposits.
【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。According to this embodiment, even if the history of each substrate is different and the thickness of the alumina layer formed on the surface of the wiring metal film exposed in the via hole is different, the etching end point of the alumina layer can be detected. Therefore, plasma etching can be performed for each substrate for an appropriate time.
Therefore, it is possible to accurately remove only the excess alumina layer on the surface of the lower wiring metal film, and the alumina layer cannot be removed completely as in the conventional case, or the lower wiring metal film is overetched. Disappears.
【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。After the completion of etching of the alumina layer 15 is detected, only the minimum over-etching for compensating the variations in the thickness of the alumina layer in the substrate and the etching rate is performed, and the etching of the surface layer of the lower wiring metal film 13 is minimized. It is also possible to limit it. Also, after performing the minimum overetch, intentionally add overetch,
It is also possible to deeply etch the surface layer of the lower wiring metal film 13. In the latter case, the contact area between the lower wiring metal film 13 and the embedded plug increases, and a low contact resistance can be easily obtained.
【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。Furthermore, the etching conditions for the additional overetch may be the same as those for the etching of the alumina layer 15, or may be changed. In the latter case, for example, if the flow rate of BCl 3 added for reducing alumina is reduced or reduced to zero, the lower wiring metal film 13 exposed on the sidewall of the via hole 14a of the deposit containing boron and the bottom surface of the via hole 14a. It is possible to prevent adhesion to the surface. The deposit on the sidewall of the via hole deteriorates the selectivity in selective deposition of Al metal, and the deposit on the surface of the lower wiring metal film 13 increases the contact resistance between the lower wiring metal film 13 and the buried plug.
【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。Further, if the energy of the ions irradiated from the plasma is reduced and additional overetching is performed, the amount of chlorine adsorbed on the surface of the lower layer wiring metal film 13 exposed on the surface of the via hole 14a can be reduced, and the lower layer wiring metal can be reduced. It is possible to reduce the amount of the material of the film 13 that is sputtered and adheres to the sidewall of the via hole 14a. By reducing the amount of adsorbed chlorine, it is possible to reduce the contact resistance between the lower wiring metal film and the plug and prevent corrosion from occurring. By reducing the amount of the lower layer wiring material attached to the side wall of the via hole 14a, A
It is possible to improve the selectivity when selectively depositing a metal. Further, if the additional over-etching is performed under the condition of low ion energy, the deposit adhered to the sidewall of the via hole 14a during the etching of the alumina layer 15 and the minimum over-etching for compensating for the variation. It is also possible to remove deposits attached to the sidewalls of the via holes 14a when the surface of the lower wiring metal film 13 is exposed to the etching plasma under the same conditions as the alumina layer etching.
【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。In order to reduce the ion energy, when a normal parallel plate type RIE device is used, the high frequency power is decreased, the gas pressure is increased, and the like. If an apparatus capable of controlling plasma density and ion energy independently, such as an ECR etching apparatus that also uses a high frequency bias, is used, the ion energy can be changed in a wider range.
【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。Next, a buried plug forming method and an etching apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described.
【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。Also in this embodiment, similar to the above embodiment,
A base insulating film made of SiO 2 and a lower wiring metal film made of Al metal are first deposited on a Si substrate. After that, without exposing the substrate to the atmosphere or exposing the substrate surface to an atmosphere containing oxygen, a T film is formed on the lower wiring metal film.
An antireflection film made of iN is formed. Subsequently, a photoresist is applied on this antireflection film. This photoresist is exposed and developed by the photolithography technique and patterned into a predetermined shape. At the time of this exposure process, the antireflection film under the photoresist has a function of preventing diffused reflection of the light irradiated through the mask pattern on the surface of the substrate and enhancing the transfer accuracy of the mask pattern to the photoresist. Then, RIE is performed using the patterned photoresist as a mask to pattern the antireflection film and the lower wiring metal film into a predetermined wiring pattern shape. Next, after the photoresist on the antireflection film is removed, an interlayer insulating film made of SiO 2 is formed on the patterned antireflection film and the lower wiring metal film. A photoresist is also applied on this interlayer insulating film and patterned by a lithography technique. Next, RIE using a fluorine-based gas is performed using the patterned photoresist as a mask to selectively remove the interlayer insulating film. By this RIE, a via hole which partially exposes the antireflection film on the lower wiring metal film is opened. After that, the photoresist used for patterning is removed by oxygen plasma ashing and organic solvent treatment.
【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。FIG. 4A is a sectional view showing the state of the substrate which has been subjected to this step. The base insulating film 2 is formed on the Si substrate 21.
2 is formed, and the patterned lower wiring metal film 23 and antireflection film 24 are formed on the base insulating film 22.
Are formed. An interlayer insulating film 25 is laminated on the antireflection film 24, and a via hole 25a is opened in the interlayer insulating film 25. Next, as a pretreatment for forming the plug, the antireflection film 2 exposed on the bottom surface of the via hole 25a.
In order to remove 4, the following etching is performed in the etching chamber.
【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。At the time of this etching, the surface of the lower wiring metal film 23 is also etched due to overetching performed to compensate for variations in the antireflection film thickness and the etching rate. It is also possible to intentionally add overetching to deeply etch the surface layer of the lower wiring metal film 23.
【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。The buried plug forming device used for this purpose has the same structure as the device shown in FIG. Via hole 2
The substrate which has been subjected to the opening step of 5a is placed on the cathode in the etching container as in the above embodiment. In such a state, a mixed gas of BCl 3 and Cl 2 is introduced as an etching gas from the gas inlet of the etching container. This mixed gas is turned into plasma when a high frequency voltage is applied to the cathode 3. Via hole 25a
The antireflection film 24 on the bottom surface of the is etched by plasma etching using such a Cl-based gas. At the time of etching the antireflection film 24, TiCl light emission occurs in the etched portion.
【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。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the intensity of light emission generated at this etched portion and the etching time. The vertical axis of the graph shows the emission intensity and the horizontal axis shows the etching time. The TiCl light emission generated by etching the antireflection film 24 is shown by the characteristic line A in the graph. As shown in the same graph, the TiCl emission intensity shows a constant value after the etching of the antireflection film 24 is started, but decreases after a certain period of time. On the other hand, this TiCl
As the light emission decreases, the Al light emission shown by the characteristic line B rises and the Al light emission intensity increases. This increase in Al emission intensity corresponds to the fact that the etching removal of the antireflection film 24 containing Ti is completed and the etching of the lower wiring metal film 23 containing Al is started. Therefore,
During the etching, the light emission of TiCl or Al is detected by the optical sensor through the window provided in the etching container, so that it is possible to detect the end point of the etching of the antireflection film 24.
【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。For example, from the time T 1 (see FIG. 5) when the emission intensity of TiCl is reduced to 1/2, the optical sensor sends a signal to the control means at a time T 3 when a predetermined overetch time ΔT 1 has elapsed. Output. The control means receives this signal input and changes the etching condition in the container to a low ion energy condition. To remove the antireflection film 24 by etching, bombardment with high-energy ions is required, but it is not suitable for removing the lower wiring metal film 23 by etching. That is, when the lower layer wiring metal film 23 is etched under the same high ion energy condition as when the antireflection film 24 is etched, Al metal scattered by the impact of ions is redeposited on the sidewall of the via hole 25a. By this deposited Al metal, the next selective CVD
As a result, the selectivity at the time of forming the buried plug is deteriorated. Also,
When chlorine ions are irradiated in a high energy state, they penetrate deeply into the lower wiring metal film and remain. The residual chlorine thus increases the contact resistance between the lower layer wiring metal film and the embedded plug and causes corrosion of the lower layer wiring metal film or the embedded plug. However, when the etching condition is changed to a condition of low ion energy when the lower layer wiring metal film 23 appears, the Al component of the lower layer wiring metal film 23 chemically reacts with chlorine radicals in the etching.
It is done by becoming 3 and evaporating. For this reason,
The etching is performed without scattering Al metal, and the above problem does not occur.
【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。It should be noted that ΔT 1 and ΔT 2 can be set to predetermined values, or can be calculated for each substrate at a constant ratio to the measured value of T 1 and adjusted for each substrate. is there.
【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）。In reality, before the antireflection film on the bottom of the via hole on the entire surface of the substrate is removed and the etching condition is changed to the condition of low ion energy, the lower layer wiring is partially removed in the part where the antireflection film is removed. The metal film 23 is etched under conditions of high ion energy. Therefore, a small amount of Al metal is scattered, a small amount of Al metal is redeposited on the sidewall of the via hole 25a, and chlorine remains. However, the re-deposited matter and the residual chlorine are removed cleanly after that by performing etching under the condition of low ion energy. Etching under the condition of low ion energy is performed for a time of ΔT 2 ,
At time 4 , the high frequency power is turned off and the etching is finished (see FIG. 5).
【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。Here, since the ion energy was reduced by reducing the high frequency power, the chlorine radical density was also reduced at the same time, and the Al metal etching rate was also reduced, so the Al emission intensity between T 3 and T 4 was reduced. It is falling. As a result, the state of the bottom surface of the via hole 25a is shown in FIG.
In the state shown in (b), the antireflection film 24 is cleanly removed and the lower wiring metal film 23 is exposed. afterwards,
The substrate is transferred to the CVD chamber through the transfer chamber and D
MAH gas is flown and selective CVD is performed. By this selective CVD, Al metal is selectively deposited on the surface of the lower wiring metal film 23 exposed on the bottom surface of the via hole 25a to form a buried plug.
【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。According to this embodiment, the antireflection film 24 is over-etched by the fluorine-based etching for opening the via hole 25a, and even if the thickness of the antireflection film 24 is different for each substrate, Even if a deposit containing fluorine is formed on the surface of the antireflection film, the etching end point of the antireflection film 24 is detected for each substrate, so that the antireflection film 24 can be removed by etching with good controllability. . Therefore, as in the conventional case, the antireflection film remains on one substrate, the antireflection film is overetched on another substrate, and the lower wiring metal film under the antireflection film is etched deeply. The inconvenience of being lost will not occur.
【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。Here, an example of observing the emission of TiCl is shown, but during the etching of the TiN film, TiCl
Besides, it is possible to observe the light emission of Ti, N, etc., and it is also possible to detect the etching end point by using the intensity of these light emission.
【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。Although an example in which the etching end point is detected by observing the light emission accompanying the etching of the antireflection film is shown here, the light emission of Al, AlCl, etc. accompanying the etching of the lower wiring metal film is observed. It goes without saying that it can also be detected by. However, when observing light emission due to etching of the antireflection film,
As shown in (1), it is possible to detect the etching end point when the emission intensity is reduced by a certain ratio as compared with the maximum value. On the other hand, in order to reliably detect the end point by observing the light emission due to the etching of the lower wiring metal film, as shown in FIG. 5, the emission intensity increases with the etching of the lower wiring metal film. Has to wait until the end of the period and stabilizes, the latter being slower. Therefore, in order to reduce the amount of etching of the surface of the lower wiring metal film as much as possible, and to reduce the amount of high energy ions irradiated to the surface of the lower wiring metal film as much as possible, the antireflection film is used. It is advantageous to use the emission associated with the etching of.
【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。On the other hand, when the antireflection film is deposited after the substrate is taken out into the atmosphere after the lower layer wiring metal film is deposited or the substrate surface is exposed to an atmosphere containing oxygen, the lower layer wiring metal film An alumina layer exists between the antireflection film. In this case, after etching the antireflection film,
The etching of the lower wiring metal film starts after a certain delay time, and the delay time varies depending on the film thickness and film quality of the alumina layer and is unstable. Therefore, in this case, it is better to observe the light emission accompanying the etching of the lower wiring metal film.
This is advantageous because the time when the etching of the antireflection film and the alumina layer is completed can be reliably detected.
【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。Here, an example is shown in which overetching is performed by changing the etching conditions after detection of the end point of etching of the antireflection film. However, as shown in the first embodiment, after the end point of detection is detected. It is also possible to adopt a method of performing overetching in a predetermined amount under the same conditions. However, changing the condition like the example shown here
Removal of deposits on the side wall and residual chlorine can be realized, which is more preferable.
【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。Further, also in the substrate having the structure in which the antireflection film is deposited on the lower wiring metal film as in the substrate of this embodiment,
It is needless to say that it is possible to continuously perform the removal of the antireflection film at the time of opening the via hole and then to form the embedded plug according to the process shown in the first embodiment.
【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。As the antireflection film, in addition to TiN, T
A film of a refractory metal compound such as iON, TiB, TiBN, WN, or TaN can be used. When a film of a refractory metal compound containing Ti is used, TiC is used as in the present embodiment.
It is possible to detect the etching end point by observing the light emission of l. Needless to say, when a film of a refractory metal compound other than the above is used, detection can be similarly performed by selecting an appropriate light emission for the material.
【００５０】[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。As described above, according to the present invention, the alumina layer or the antireflection film on the surface of the lower wiring metal film exposed on the bottom surface of the via hole is almost removed by etching,
When etching is started on the lower wiring metal film,
A change in the intensity of Al light emission appears in the light emission in plasma. Therefore, by detecting the change in the Al emission intensity, it is possible to detect the etching end point of the alumina layer or the antireflection film, and the alumina layer can be removed by etching with good controllability.
【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。Further, the alumina layer or the antireflection film is etched under the condition of high ion energy, and the lower wiring metal film which appears after the alumina layer or the antireflection film is removed is overetched under the condition of low ion energy.
Therefore, the metal component of the lower wiring metal film does not scatter to the vicinity due to the physical action of RIE, and dirt does not adhere to the sidewall of the via hole, so that the plug can be formed inside the via hole with high selectivity.
【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。FIG. 1 is a schematic view of a buried plug forming apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【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。FIG. 2 is a substrate cross-sectional view showing a process of forming a buried plug according to the first embodiment.
【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。FIG. 3 is a graph showing changes in the intensity of Al light emission that occurs when etching is performed using the etching chamber of the embedded plug forming device according to the first example.
【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。FIG. 4 is a cross-sectional view of a substrate showing a process of forming a buried plug according to a second embodiment of the present invention.
【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。FIG. 5 is a graph showing changes in intensity of TiCl light emission and Al light emission that occur when etching is performed using the etching chamber of the embedded plug forming apparatus according to the second embodiment.
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。1 ... Substrate, 2 ... RIE container, 2a ... Window, 3 ... Cathode,
4 ... Anode, 5 ... High frequency power source, 6 ... Optical sensor, 7 ... Control means, 8 ... Gas control diameter, 9 ... Pressure control system, 10a ... Vacuum valve, 10b ... Transfer chamber, 11, 21 ... Si substrate, 1
2, 22 ... Base insulating film, 13, 23 ... Lower wiring metal film,
14, 25 ... Interlayer insulating film, 15 ... Alumina layer, 24 ... Antireflection film, 14a, 25a ... Via hole.
───────────────────────────────────────────────────── 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Eiichi Kondo 1 Kawasaki-cho, Chuo-ku, Chiba-shi, Chiba Kawasaki Steel Corporation Technical Research Division (72) Inventor Yoyo Ota Kawasaki-cho, Chuo-ku, Chiba-shi No. 1 Kawasaki Steel Co., Ltd. Technical Research Division
Claims (5)
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。1. A step of forming an interlayer insulating film on a lower wiring metal film containing Al metal, a step of selectively removing a part of the interlayer insulating film to open a via hole, and a step of forming the via hole. Of the embedded plug including a step of plasma etching the surface of the lower wiring metal film exposed on the bottom surface of the via in an atmosphere containing a chlorine-based gas, and a step of selectively forming the embedded plug in the via hole. The method for forming a buried plug, comprising the step of observing light emission of a specific wavelength in plasma during the plasma etching and detecting a change in intensity thereof to determine a stop point of the plasma etching. Forming method.
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。2. An etching chamber for performing plasma etching using plasma of a reactive gas, a CVD chamber for performing selective CVD using a metal compound gas, and a chamber between these two chambers are transferred without exposing the substrate surface to the atmosphere. A buried plug forming apparatus including a transfer mechanism, wherein the etching chamber includes a control unit that detects a change in intensity of specific light emission in plasma during plasma etching and stops etching. Characteristic embedded plug forming device.
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。3. A step of forming an interlayer insulating film on a lower wiring metal film containing Al metal, a step of selectively removing a part of the interlayer insulating film to open a via hole, and a step of forming the via hole. Embedded plug having a step of plasma etching the surface of the lower wiring metal film exposed at the bottom surface of the substrate in an atmosphere containing a chlorine-based gas, and a step of selectively forming an embedded plug in the via hole In the method of forming the above, during the plasma etching, light emission of a specific wavelength in the plasma is observed, the intensity change is detected to change the plasma etching condition, and the surface layer of the lower wiring metal film is overetched. A method of forming a buried plug, characterized by further comprising the step of stopping the plasma etching.
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。4. The method for forming a buried plug according to claim 3, wherein the change of the plasma etching condition is a change which has an effect of lowering the energy of ions irradiated on the substrate surface.
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。5. An etching chamber for performing plasma etching using plasma of a reactive gas, a CVD chamber for performing selective CVD using a metal compound gas, and a chamber between these two chambers without exposing the substrate surface to the atmosphere. A buried plug forming apparatus having a transfer mechanism, wherein the etching condition is changed in the etching chamber by detecting a change in intensity of specific light emission in plasma during plasma etching, and the change is made. An embedded plug forming apparatus comprising a control means for stopping the etching after performing the etching under the conditions.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15736993A JPH0722399A (en) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | Forming method and device for forming buried plug |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15736993A JPH0722399A (en) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | Forming method and device for forming buried plug |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0722399A true JPH0722399A (en) | 1995-01-24 |
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ID=15648152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15736993A Pending JPH0722399A (en) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | Forming method and device for forming buried plug |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0722399A (en) |
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