JP4796372B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、プラズマ製造装置を用いた半導体装置の製造に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technique, and more particularly to a technique effective when applied to the manufacture of a semiconductor device using a plasma manufacturing apparatus.
特開2003−282545号公報(特許文献1)では、プラズマ製造装置(プラズマ装置)においてプラズマ放電の安定期のインピーダンスを検出して演算制御処理によって異常放電と判断されたときに電力供給を停止する技術が開示されている。 In Japanese Patent Laid-Open No. 2003-282545 (Patent Document 1), the plasma production apparatus (plasma apparatus) detects the impedance in the stable period of plasma discharge, and stops the power supply when it is determined as abnormal discharge by the arithmetic control process. Technology is disclosed.
特開2002−305182号公報(特許文献2)では、プラズマ放電のピーク電圧をあらかじめ設定された値と比較して異常を監視する技術が開示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-305182 (Patent Document 2) discloses a technique for monitoring an abnormality by comparing a peak voltage of plasma discharge with a preset value.
特開2003−173973号公報(特許文献3)では、プラズマが安定期に達してから進行波電力信号をモニタして波形をフィルタリング、微分処理を行い反射波の最大値、最小値と比較して異常放電をモニタする技術が開示されている。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-173974 (Patent Document 3), after the plasma reaches a stable period, the traveling wave power signal is monitored and the waveform is filtered and differentiated to compare the maximum and minimum values of the reflected wave. A technique for monitoring abnormal discharge is disclosed.
特開2004−220923号公報(特許文献4)では、プラズマの進行波と反射波をそれぞれ平滑して進行波に対する反射波の比率を算出して異常放電を検出する技術が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-220923 (Patent Document 4) discloses a technique for detecting abnormal discharge by smoothing a traveling wave and a reflected wave of plasma and calculating a ratio of the reflected wave to the traveling wave.
特開2002−324783号公報(特許文献5)では、プラズマの安定放電時に電圧、電流のいずれかをモニタしてデジタル化して取り込み振幅から異常か否かを判定する技術が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-324783 (Patent Document 5) discloses a technique for monitoring whether voltage or current is monitored and digitizing it at the time of stable discharge of plasma, and determining whether or not it is abnormal from the captured amplitude.
特開平10−74734号公報(特許文献6)では、プラズマのインピーダンスの変化をモニタして検出器により異常放電を検出する技術が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-74734 (Patent Document 6) discloses a technique for monitoring a change in plasma impedance and detecting abnormal discharge with a detector.
特開平9−199430号公報(特許文献7)では、プラズマ放電の検出をシーケンサが受けてシーケンサからマグネットコントローラを動かしてプラズマ製造装置のクリアランスを調整する技術が開示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 9-199430 (Patent Document 7) discloses a technique in which a sequencer receives plasma discharge detection and moves a magnet controller from the sequencer to adjust the clearance of the plasma production apparatus.
特開2004−288849号公報(特許文献8)では、プラズマの異常放電を電磁波をモニタすることによってデータを取り込みデータロガーにデータを取り込み、あらかじめ設定したテーブルの判定基準にしたがって異常放電と判定する技術が開示されている。
半導体集積回路の微細化に伴い、半導体集積回路などを搭載した半導体装置には、例えば、配線加工、ビアホール加工などのエッチング時に発生する加工不良や、層間絶縁膜などの堆積・埋め込み時に発生する堆積不良などが起こり易くなる。これら加工不良および堆積不良などが起こった場合、半導体装置には種々の不具合が発生することとなり、また、半導体装置の製造歩留まりは低下する。 With the miniaturization of semiconductor integrated circuits, semiconductor devices equipped with semiconductor integrated circuits have, for example, processing defects that occur during etching such as wiring processing and via hole processing, and deposition that occurs when depositing and embedding interlayer insulation films, etc. Defects are likely to occur. When these processing defects and deposition defects occur, various problems occur in the semiconductor device, and the manufacturing yield of the semiconductor device decreases.
ところで、配線加工、ビアホール加工などは、例えばプラズマエッチング装置を用いることによって行われ、また、層間絶縁膜などの堆積などは、例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)装置を用いることによって行われる。これらプラズマエッチング装置、プラズマCVD装置などのプラズマ製造装置を用いたプラズマ処理においては、プラズマの異常放電が発生する場合がある。このため、例えば特開2003−282545号公報(特許文献1など)に記載されるように、プラズマの異常放電と判断されたときに電力供給を停止するような対策が行われる。
By the way, wiring processing, via hole processing, and the like are performed by using, for example, a plasma etching apparatus, and deposition of an interlayer insulating film or the like is performed by, for example, using a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus. In plasma processing using a plasma manufacturing apparatus such as a plasma etching apparatus or a plasma CVD apparatus, abnormal plasma discharge may occur. For this reason, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-282545 (
以下に、半導体装置に発生する不良の一例を図10を参照して説明する。図10は、半導体装置に発生する不良の一例を示す説明図であり、図中、符号1は半導体基板、符号2は配線、符号3はソース/ドレイン、符号4a、4bはコンタクト、符号5はゲート電極、符号6は素子分離、符号7はゲート絶縁膜、符号8はビアホール用開口部、および符号9は層間絶縁膜を示している。
Below, an example of the defect which generate | occur | produces in a semiconductor device is demonstrated with reference to FIG. FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a defect that occurs in a semiconductor device. In the figure,
図10に示すように、半導体基板1の主面上には、MIS(Metal Insulator Semiconductor)トランジスタQが形成されている。このMISトランジスタQの上部には同一層で形成された配線2が配置されており、それぞれの配線2は例えば酸化シリコンからなる層間絶縁膜9によって覆われ、互いに絶縁分離されている。配線2は、コンタクト4aを介してMISトランジスタQのソース/ドレイン3と電気的に接続されており、また、コンタクト4bを介してMISトランジスタQのゲート5と電気的に接続されている。このゲート電極5下には、例えば2nm程度の酸化シリコンからなるゲート絶縁膜7が形成されている。
As shown in FIG. 10, a MIS (Metal Insulator Semiconductor) transistor Q is formed on the main surface of the
図10の半導体装置では、例えば、円で囲む不良箇所X1における配線2間の層間絶縁膜9が絶縁破壊となり、また円で囲む不良箇所X2におけるゲート絶縁膜7が絶縁破壊となるような絶縁不良が発生する場合がある。
In the semiconductor device of FIG. 10, for example, an insulation failure such that the interlayer insulating film 9 between the
例えば、プラズマエッチング装置を用いたプラズマエッチングによって層間絶縁膜9にビアホール用開口部8を形成する工程において、ビアホール用開口部8が配線2まで到達し、配線2が露出した場合、チャージアップした電荷が配線2を経由して半導体基板1に流れる。図10中では、チャージアップした電荷の流れが符号Iで示されている。このような場合では、不良箇所X1の層間絶縁膜9や不良箇所X2のゲート絶縁膜7が設計基準より比較的低い絶縁耐圧で形成されること、チャージアップした電荷が通常の製造工程中のものより瞬間的に多く存在することなどによって、不良箇所X1の層間絶縁膜9、または不良箇所X2のゲート絶縁膜7で、絶縁破壊が起きるものと考えられる。ここで、瞬間的にチャージアップした電荷が多数存在することになる要因としては、プラズマエッチング装置のプラズマの異常放電が考えられる。
For example, in the step of forming the via hole opening 8 in the interlayer insulating film 9 by plasma etching using a plasma etching apparatus, if the
以下に、プラズマ製造装置のプラズマの異常放電が発生する要因の一例を図11を参照して説明する。図11は、プラズマ製造装置の真空処理室内でプラズマの異常放電が発生する要因の一例を示す説明図であり、図中、符号21はアノード電極、符号22はカソード電極、符号23は冷却用ヘリウムガスの供給管用コマ部、符号24は隙間、および符号25は異物を示している。なお、ウエハステージであるカソード電極22に半導体ウエハが配置される。
Hereinafter, an example of factors that cause abnormal plasma discharge in the plasma manufacturing apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of the cause of abnormal plasma discharge in the vacuum processing chamber of the plasma manufacturing apparatus. In the figure,
プラズマの異常放電が発生する要因の1つとして、円で囲む要因箇所Y1のコマ部23が焼き付くような放電が生じてしまうことが挙げられる。図11に示すコマ部23は、それぞれ3つのコマ23a、23b、23cが重ねて構成されている。各コマには複数の貫通孔が形成されており、それら貫通孔を冷却用Heガスが通る。各コマを複数個用いることによって、冷却用Heガス流量の調整や、コマ部23で放電が起きないように絶縁耐圧の調整がされている。なお、冷却用Heガスは、ウエハステージであるカソード電極22に配置された半導体ウエハを、プラズマ処理中に冷却するために用いられる。
As one of the factors that cause the abnormal discharge of plasma, there is a discharge that burns the frame portion 23 of the factor portion Y1 surrounded by a circle. The frame unit 23 shown in FIG. 11 is configured by overlapping three frames 23a, 23b, and 23c. A plurality of through holes are formed in each frame, and the cooling He gas passes through these through holes. By using a plurality of frames, the cooling He gas flow rate is adjusted, and the withstand voltage is adjusted so that no discharge occurs in the frame portion 23. The cooling He gas is used to cool the semiconductor wafer disposed on the
しかしながら、例えば、コマ23aに形成された貫通孔の1つと、コマ23bに形成された貫通孔の1つとが重なるように配置された箇所では、冷却用Heガス中に含まれる電子が冷却用Heガス供給管内で加速されエネルギーが大きくなり放電を起こすことがあり、コマ部の絶縁耐圧が低くなる場合がある。この場合、正常であれば放電が起きないコマ部23において、放電が起こってしまい、前述したように、コマ部23が焼き付いてしまう。また、コマ部23にはプラズマの立ち上がりの初期に瞬間的に高い電界が発生する。したがって、これらのような放電がプラズマ製造装置の真空処理室内でプラズマの異常放電の要因となる。なお、焼き付いた状態のコマ部23は、正常な役割を果たさない。 However, for example, in a place where one of the through holes formed in the top 23a and one of the through holes formed in the top 23b overlap with each other, electrons contained in the cooling He gas are transferred to the cooling He. In some cases, the gas supply pipe is accelerated to increase energy and cause discharge, which may lower the withstand voltage of the top portion. In this case, if it is normal, discharge occurs in the frame portion 23 where no discharge occurs, and the frame portion 23 is burned as described above. In addition, a high electric field is instantaneously generated in the top portion 23 at the beginning of the rise of plasma. Therefore, such discharges cause abnormal plasma discharge in the vacuum processing chamber of the plasma manufacturing apparatus. Note that the burned-up frame portion 23 does not play a normal role.
また、円で囲む要因箇所Y2の組み付け不良による隙間24によって発生する異常放電、円で囲む要因箇所Y3の異物25がアンテナとなることによって発生する異常放電、または、円で囲む要因箇所Y4の異物25がアノード電極21のガス穴を閉塞による圧力差によって発生する異常放電がプラズマ製造装置の真空処理室内でプラズマの異常放電の要因となる。なお、他にもプッシャピン起因などの機械的干渉、アルマイト劣化起因などの電界バランス異常などによっても異常放電が引き起こされることが考えられる。
Also, abnormal discharge generated by the gap 24 due to poor assembly of the factor location Y2 surrounded by a circle, abnormal discharge generated when the foreign material 25 of the factor location Y3 surrounded by a circle becomes an antenna, or foreign material of the factor location Y4 surrounded by a circle The abnormal discharge generated by the pressure difference due to the pressure hole 25 closing the gas hole of the
このようなプラズマの異常放電によってプラズマ処理が正常に行われない場合、前述したように、配線間の層間絶縁膜の絶縁破壊、ゲート絶縁膜の絶縁破壊などの種々の不良によって半導体装置に不具合が生じてしまう。そこで、プラズマの異常放電を検知することによって、プラズマ処理を終了させることは、多くの不具合品を製造しないこと、すなわち半導体製造装置の不具合に起因する不良品の作りこみを防止することによる半導体装置の製造歩留まりを向上することに有効であると考えられる。 When plasma processing is not normally performed due to such abnormal discharge of plasma, as described above, the semiconductor device may be defective due to various defects such as dielectric breakdown of the interlayer insulating film between the wirings and dielectric breakdown of the gate insulating film. It will occur. Therefore, the termination of plasma processing by detecting an abnormal discharge of plasma does not manufacture many defective products, that is, a semiconductor device by preventing the creation of defective products due to the failure of the semiconductor manufacturing apparatus. It is considered effective to improve the manufacturing yield of
以下に、プラズマの異常放電の検知について図12を参照して説明する。図12は、プラズマ製造装置のプラズマインピーダンスVppの波形および反射波Prの波形の一例であり、符号Tはプラズマの立ち上がりからの一定時間を示している。 Hereinafter, detection of abnormal discharge of plasma will be described with reference to FIG. FIG. 12 is an example of the waveform of the plasma impedance Vpp and the waveform of the reflected wave Pr of the plasma manufacturing apparatus, and the symbol T indicates a certain time from the rise of the plasma.
図12に示すように、まず、プラズマ製造装置の真空処理室内でプラズマを生成しようとした場合、プラズマインピーダンスVppが出力されると共に、反射波Prが出力される。次いで、プラズマの状態が安定した場合、プラズマインピーダンスVppが安定して出力されると共に、反射波Prが出力されなくなる。次いで、プラズマの生成を停止した場合、プラズマインピーダンスVppが出力されなくなる。 As shown in FIG. 12, when plasma is first generated in the vacuum processing chamber of the plasma manufacturing apparatus, the plasma impedance Vpp is output and the reflected wave Pr is output. Next, when the plasma state is stabilized, the plasma impedance Vpp is stably output and the reflected wave Pr is not output. Next, when plasma generation is stopped, the plasma impedance Vpp is not output.
ここで、図12に示したプラズマインピーダンスVppの出力波形および反射波Prの出力波形は、例えば100ms程度のサンプリングによって行われた場合を示している。この場合、より短時間で発生しているプラズマの異常放電を観測することが難しいことが考えられる。 Here, the output waveform of the plasma impedance Vpp and the output waveform of the reflected wave Pr shown in FIG. 12 show a case where the sampling is performed by sampling of about 100 ms, for example. In this case, it may be difficult to observe the abnormal discharge of the plasma generated in a shorter time.
しかし、プラズマの異常放電が発生しても半導体装置に不具合が生じなければ、100ms程度のサンプリングによるプラズマインピーダンスVppの波形および反射波Prの波形からプラズマの異常放電を検知することで十分と考えられる。また、プラズマ処理を行うことができれば、100ms程度のサンプリングができるクロック周波数より高いクロック周波数の制御装置を用いることは過剰な仕様であって、100ms程度のサンプリングで行ったプラズマインピーダンスVppの波形および反射波Prの波形からプラズマの異常放電を検知することで十分と考えられる。なお、サンプリングの100ms程度の値は、プラズマ処理を行うために、圧力調整、ガス流量調整および温度調整などの種々の制御信号を同期させるプラズマ製造装置側の制御装置のクロック周波数から決定されるものである。 However, if there is no problem in the semiconductor device even if abnormal plasma discharge occurs, it is considered sufficient to detect abnormal plasma discharge from the waveform of the plasma impedance Vpp and the waveform of the reflected wave Pr by sampling for about 100 ms. . Further, if the plasma processing can be performed, it is excessive specification to use a control device having a clock frequency higher than the clock frequency capable of sampling about 100 ms, and the waveform and reflection of the plasma impedance Vpp performed by the sampling of about 100 ms. It is considered sufficient to detect abnormal plasma discharge from the waveform of the wave Pr. The sampling value of about 100 ms is determined from the clock frequency of the control device on the plasma manufacturing apparatus side that synchronizes various control signals such as pressure adjustment, gas flow rate adjustment, and temperature adjustment in order to perform plasma processing. It is.
このように、図12で示すプラズマインピーダンスVppおよび反射波Prそれぞれの波形は、プラズマの放電が正常に行われている場合に出力されるものと、プラズマの異常放電が発生して出力されるものと、ほぼ同様であって、100ms程度のサンプリングより短い時間で生じているプラズマの異常放電の検知をすることは難しい。しかしながら、プラズマの異常放電によって、例えば、微細化のため絶縁耐圧確保が難しくなった層間絶縁膜の絶縁破壊などの不良で半導体装置に不具合が発生することが考えられ、半導体装置の製造歩留まりの低下を防止するためにも、プラズマの異常放電をより正確に判定することが要求される。 As described above, the waveforms of the plasma impedance Vpp and the reflected wave Pr shown in FIG. 12 are output when the plasma discharge is normally performed and output when the abnormal discharge of the plasma is generated. It is almost the same, and it is difficult to detect an abnormal discharge of plasma generated in a time shorter than sampling of about 100 ms. However, due to abnormal discharge of the plasma, for example, it is considered that a failure occurs in the semiconductor device due to a breakdown such as an insulation breakdown of an interlayer insulating film that has become difficult to ensure withstand voltage due to miniaturization, and a decrease in manufacturing yield of the semiconductor device. In order to prevent this, it is required to more accurately determine abnormal plasma discharge.
また、前述したコマ部の異常放電自体を検知するために、発光モニタでの検出はコマ部がカバーされているなど装置機構上、難しい。また、コマ部にはプラズマの立ち上がり初期に瞬間的に高い電界が発生するが、半導体装置に不具合が生じないプラズマの異常放電であれば、特に、コマ部での異常放電を検出する必要もなく、このため異常判別インターロック機構を設ける必要もなかった。しかしながら、コマ部で異常放電が起こった場合、焼き付いた状態のままのコマ部の使用は、正常なプラズマ処理を行えず、半導体装置の製造歩留まりを低下する。 In addition, in order to detect the abnormal discharge itself of the above-mentioned frame part, detection by the light emission monitor is difficult due to the device mechanism such as the frame part being covered. In addition, although a high electric field is instantaneously generated in the top part of the plasma at the beginning of the plasma, it is not necessary to detect abnormal discharge in the top part as long as it is an abnormal discharge of the plasma that does not cause a problem in the semiconductor device. Therefore, it is not necessary to provide an abnormality determination interlock mechanism. However, when abnormal discharge occurs in the top part, the use of the top part in the burned-in state cannot perform normal plasma processing, and the manufacturing yield of the semiconductor device is lowered.
本発明の目的は、プラズマ製造装置を用いた半導体装置の製造歩留まりを向上させることのできる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the manufacturing yield of a semiconductor device using a plasma manufacturing apparatus.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
本発明による半導体装置の製造方法は、まず、半導体基板上に絶縁膜を形成する。次に、プラズマエッチング装置のプラズマインピーダンス波形と反射波形を検出する。次に、前記検出波形をプラズマ立ち上がり時、プラズマ安定時、プラズマ立ち下がり時について、それぞれ細分割した時間分割単位で異常放電のしきい値を設定して異常放電を監視しながら前記絶縁膜にプラズマエッチング装置により開口部を形成する。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, first, an insulating film is formed on a semiconductor substrate. Next, a plasma impedance waveform and a reflected waveform of the plasma etching apparatus are detected. Next, the detected waveform is set on the insulating film while monitoring abnormal discharge by setting a threshold value of abnormal discharge in each time division unit for plasma rising, plasma stable, and plasma falling. An opening is formed by an etching apparatus.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
本発明の半導体装置の製造技術によれば、プラズマ製造装置を用いた半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。 According to the semiconductor device manufacturing technique of the present invention, the manufacturing yield of a semiconductor device using a plasma manufacturing apparatus can be improved.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.
まず、本発明に係る半導体装置の製造に用いるプラズマ製造装置の一例を、プラズマエッチング装置に適用した場合について図1および図2を参照して説明する。図1は、本発明に係る半導体装置の製造に用いるプラズマ製造装置の一例を示す説明図である。図2は、図1のプラズマ製造装置のプラズマインピーダンス波形および反射波形を示す説明図である。 First, a case where an example of a plasma manufacturing apparatus used for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is applied to a plasma etching apparatus will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an explanatory view showing an example of a plasma manufacturing apparatus used for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram showing a plasma impedance waveform and a reflected waveform of the plasma manufacturing apparatus of FIG.
図1に示すように、本発明に係る半導体装置の製造に用いるプラズマ製造装置31は、プラズマの異常放電検知システム(異常放電検知機構)32を、例えば外部に備えている。プラズマ製造装置31の真空処理室33内には、対面するようにアノード電極21およびウエハステージとなるカソード電極22が配置され、また、このカソード電極22上には、半導体基板でもある半導体ウエハ1Wが配置されている。このプラズマ製造装置31は、真空処理室33内の半導体ウエハ1Wに対してプラズマ処理であるプラズマエッチングが行うプラズマエッチング装置である。
As shown in FIG. 1, a
放電用ガスの供給によって圧力が調整された真空処理室33内でのプラズマは、マッチングボックス34aを介して高周波電源35aからアノード電極21へ供給される、例えば60MHz程度の高周波電力(RF(Radio Frequency)電力)と、マッチングボックス34bを介して高周波電源35bからカソード電極22へ供給される、例えば2MHz程度の高周波電力とによって生成される。カソード電極22側で発生するシース電位によって、イオンなどからなるプラズマが引き付けられるため、例えば半導体ウエハ1W上に形成されている絶縁膜などをより効率的にプラズマエッチング(プラズマ処理)することができる。なお、本実施の形態では、アノード電極21およびカソード電極22のそれぞれに高周波電力を供給しているが、アノード電極21に高周波電力を供給しなくとも良い。
The plasma in the
半導体ウエハ1Wが配置される側とは反対側であるカソード電極22の下部には、図1では図示しないコマ部が配置されている。コマ部は、複数のコマが重ねて構成されており、各コマに形成されている複数の貫通孔を通る冷却用Heガスによって半導体ウエハ1Wの冷却などの温度調整に用いられるものである。また、例えば、テフロン(登録商標)からなるコマを複数個用いることによって、冷却用Heガス流量の調整の他に、コマ部で放電が起きないように絶縁耐圧の調整が行われる。
A frame portion (not shown in FIG. 1) is disposed below the
マッチングボックス34bの変動を示すプラズマインピーダンスVpp、高周波電源35bから供給するプラズマ生成用の高周波電力の入射波Pfおよび反射波Prは、プラズマ製造装置31の監視装置36で監視(チェック)される。この監視装置36は、プラズマ処理を行うにあたり種々の制御を行う制御装置と接続されている。
The plasma impedance Vpp indicating the fluctuation of the
制御装置(シーケンサ)は、所定のシーケンスによって、例えば、監視装置36に監視するための信号、真空処理室33内の圧力を制御するための信号、およびプラズマ生成用の高周波電力を制御するための信号などをそれぞれの機構へ送信するなど、プラズマ製造装置31でプラズマ処理するための制御を行うものである。なお、プラズマ処理を行うシーケンスは、制御装置のクロック周波数(以下、第1クロック周波数という)で同期が取られている。
The control device (sequencer) controls, for example, a signal for monitoring by the
プラズマ製造装置31の外部に装備された異常放電検知システム32は、A/D変換ユニット37と、異常判定データ保存ユニット38と、データ入力/表示ユニット39と、異常発報ユニット40とを備えている。
The abnormal
プラズマ製造装置31のプラズマの異常放電を検知する主要なユニットである異常判定データ保存ユニット38は、プラズマの異常放電が生じているか否かの判定を行うものである。すなわち、異常判定データ保存ユニット38のデータロガーに保存され、種々のプラズマ処理条件に応じて予め設定された正常なプラズマインピーダンスおよび反射波のそれぞれの波形データと、プラズマ製造装置31から検出したプラズマインピーダンスおよび反射波のそれぞれの波形データとを比較して、異常放電が発生しているか否かの判定を行うものである。この検出されたプラズマインピーダンスおよび反射波において異常放電があるか否かの判定は、A/D変換ユニット37を介して、制御装置(シーケンサ)から異常判定データ保存ユニット38のデータロガーに転送され、データロガーにてリアルタイムで行われる。リアルタイムで行うことによって、より迅速にプラズマの異常放電を検知することができる。
The abnormality determination
すなわち、第1クロック周波数で同期された種々の制御によって半導体ウエハ1Wにプラズマ処理を行うプラズマ製造装置31に半導体ウエハ1Wを配置した後、プラズマを生成する高周波電力の供給時から一定の時間区分ごとに、プラズマインピーダンスVppまたは反射波Prの少なくとも一方を監視することによって、プラズマの異常放電を検知することができる。
That is, after the
A/D変換ユニット37には、プラズマインピーダンスVppおよび反射波Prのそれぞれの波形データが監視装置36から送信される。A/D変換ユニット37は、これらプラズマインピーダンスVppおよび反射波Prのそれぞれの波形データがアナログデータであるため、例えば1ms程度のサンプリングによってデジタルデータへ変換し、変換したデジタルデータを異常判定データ保存ユニット38に送信する。この例えば1ms程度の一定の時間区分は、A/D変換ユニット37のクロック周波数(以下、第2クロック周波数という)によって制御される。このA/D変換ユニット37の第2クロック周波数は、前述した制御装置の第1クロック周波数より高い。
The waveform data of the plasma impedance Vpp and the reflected wave Pr is transmitted from the
ここで、前述した制御装置の第1クロック周波数によっても一定の時間区分、例えば100ms程度でサンプリングを行い、プラズマインピーダンスVppおよび反射波Prを検出し、プラズマの異常放電を検知することができる。しかしながら、100ms程度のサンプリングより短い時間で生じているプラズマの異常放電の検知をすることは難しい。したがって、異常放電検知システム32のA/D変換ユニット37において、第1クロック周波数より高い第2クロック周波数で一定の時間区分を制御することによって、例えば、100ms程度のサンプリングより短い時間の1ms程度でサンプリングし、より正確にプラズマの異常放電を検知することができる。本実施の形態では、1ms程度としたが、本発明者らの検討によってプラズマの異常放電は2ms程度のパルス幅の波形で発生することが確認されているため、時間分割単位を少なくとも2ms以下望ましくは1ms以下としても良い。
Here, it is also possible to perform sampling at a constant time interval, for example, about 100 ms, according to the first clock frequency of the control device described above, detect the plasma impedance Vpp and the reflected wave Pr, and detect the abnormal discharge of the plasma. However, it is difficult to detect an abnormal discharge of plasma that occurs in a time shorter than the sampling of about 100 ms. Therefore, in the A /
データ入力/表示ユニット39では、例えば、プラズマ処理する被対象物である絶縁膜の種類などプラズマエッチングするための条件のデータ入力を行うことができ、また、異常判定基準値の入力波形を表示することができる。また、このデータ入力/表示ユニット39は、異常判定データ保存ユニット38とデータの送受信を行う。
The data input /
異常判定データ保存ユニット38には、波形データを比較するためのトリガ信号が監視装置36から送られる。一方、監視装置36には、判定結果が異常と判定した場合、異常信号が異常判定データ保存ユニット38から送られる。また、判定結果が異常と判定した場合、異常発報ユニット40は、異常信号が異常判定データ保存ユニット38から送られ、例えば、警報などで異常を知らせる。
A trigger signal for comparing waveform data is sent from the
次に、本発明に係る半導体装置の製造中におけるプラズマの異常放電の検知について図2を参照して説明する。図2は、図1のプラズマ製造装置のプラズマインピーダンスVppの波形および反射波Prの波形の一例であり、符号Tはプラズマの立ち上がりからの一定時間を示している。なお、プラズマインピーダンスVppにおいて、プラズマの立ち上がり時は領域F、A、B、プラズマ安定時は領域C、プラズマの立ち下がり時は領域G、また、反射波Prにおいて、プラズマの立ち上がり時は領域H、D、プラズマ安定時は領域E、プラズマの立ち下がり時は領域Iで示されている。 Next, detection of abnormal plasma discharge during manufacture of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an example of the waveform of the plasma impedance Vpp and the waveform of the reflected wave Pr of the plasma manufacturing apparatus of FIG. 1, and the symbol T indicates a certain time from the rise of the plasma. In the plasma impedance Vpp, the regions F, A, and B when the plasma rises, the region C when the plasma is stable, the region G when the plasma falls, and the reflected wave Pr in the region H when the plasma rises. D, the region E is shown when the plasma is stable, and the region I is shown when the plasma falls.
図2に示したプラズマインピーダンスVppの波形および反射波Prの波形は、例えば1ms程度のサンプリングによって検出されたものである。100ms程度のサンプリングによる図12に示したプラズマインピーダンスVppの波形および反射波Prの波形と、1ms程度のサンプリングによる図2に示したプラズマインピーダンスVppの波形および反射波Prの波形とを比較した場合、1ms程度のサンプリングによる出力波形には、より短時間のプラズマの放電を検出することができる。したがって、プラズマの異常放電の検知は、より短時間のプラズマの放電を検出することができるので、精度の高いものとなる。 The waveform of the plasma impedance Vpp and the waveform of the reflected wave Pr shown in FIG. 2 are detected by sampling of about 1 ms, for example. When comparing the waveform of the plasma impedance Vpp and the reflected wave Pr shown in FIG. 12 by sampling of about 100 ms with the waveform of the plasma impedance Vpp and the waveform of the reflected wave Pr shown in FIG. 2 by sampling of about 1 ms, A short-time plasma discharge can be detected from the output waveform obtained by sampling of about 1 ms. Therefore, the detection of the abnormal discharge of the plasma can detect the discharge of the plasma for a shorter time, and therefore has high accuracy.
プラズマインピーダンスVppおよび反射波Prにおいてプラズマの異常放電の判定は、しきい値を用いて行われる。図2には、プラズマインピーダンスVppおよび反射波Prのしきい値の一例をそれぞれ一点線状で示している。プラズマインピーダンスVppにおいて、例えば、領域Aではしきい値VA、領域Bではしきい値VB、領域Cではしきい値VCを設定することができる。また、反射波Prにおいて、例えば、領域Dではしきい値PD、領域Eではしきい値PEを設定することができる。 Determination of abnormal plasma discharge in the plasma impedance Vpp and the reflected wave Pr is performed using a threshold value. In FIG. 2, examples of the threshold values of the plasma impedance Vpp and the reflected wave Pr are respectively shown by dotted lines. In the plasma impedance Vpp, for example, the threshold value V A can be set in the region A, the threshold value V B in the region B, and the threshold value V C in the region C. Further, the reflected wave Pr, for example, can be set in the region D threshold P D, in the region E threshold P E.
図2では、ある時間において、プラズマの異常放電が発生した場合、プラズマインピーダンスVppおよび反射波Prにはそれぞれ点線で示す波形Z1および波形Z2が検出される。この波形Z1は、領域Cのしきい値VCを越えているので、プラズマインピーダンスVppでは、異常と判定される。また、波形Z2は、領域Eのしきい値PEを越えているので、反射波Prでは、異常と判定される。したがって、ある時間において検出されたプラズマインピーダンスVppおよび反射波Prの両方がしきい値を越えている場合、プラズマの異常放電が発生していると検知(判定)することができる。なお、プラズマインピーダンスVppまたは反射波Prがしきい値を越えている場合に、プラズマの異常放電が発生していると検知することもできる。 In FIG. 2, when an abnormal discharge of plasma occurs at a certain time, a waveform Z1 and a waveform Z2 indicated by dotted lines are detected in the plasma impedance Vpp and the reflected wave Pr, respectively. The waveform Z1 is because it exceeds the threshold value V C region C, the plasma impedance Vpp, is determined to be abnormal. The waveform Z2 is because it exceeds the threshold P E region E, the reflected wave Pr, is determined to be abnormal. Therefore, when both the plasma impedance Vpp and the reflected wave Pr detected at a certain time exceed the threshold value, it can be detected (determined) that an abnormal plasma discharge has occurred. It is also possible to detect that abnormal plasma discharge has occurred when the plasma impedance Vpp or the reflected wave Pr exceeds a threshold value.
また、領域Bのしきい値VBを越えるようなプラズマインピーダンスVppの波形を検出した場合、特に、コマが焼き付くようなプラズマの異常放電が発生している場合が考えられる。プラズマの立ち上がりのプラズマインピーダンスVppの変動は、特に、複数のコマから構成されるコマ部に影響を与えるため、しきい値VBを越えるようなプラズマの異常放電の場合、コマが焼き付いていると考えられるからである。なお、コマ部での異常放電が検出された場合のために、異常判別インターロック機構を設けることができる。 Also, when detecting a plasma impedance Vpp of the waveform that exceeds the threshold value V B region B, in particular, if the abnormal discharge plasma, such as coma seizure is occurring is considered. Variations in the rise of the plasma impedance Vpp of the plasma, in particular, to influence the frame portion including a plurality of frames, when the abnormal discharge plasma which exceeds the threshold value V B, the frame is burned It is possible. An abnormal determination interlock mechanism can be provided for the case where abnormal discharge is detected in the frame section.
次に、本発明に係る半導体装置の製造方法について図3〜図9を参照して説明する。図3〜図8は、本実施の形態の製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。図9は、プラズマの異常放電を検知するためのフローチャートであり、プラズマインピーダンス波形から異常放電を判定する場合が示されている。なお、説明は省略するが、同様に、反射波形から異常放電であるか否かの判定を行うことができる。 Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 8 are cross-sectional views schematically showing the semiconductor device during the manufacturing process of the present embodiment. FIG. 9 is a flowchart for detecting an abnormal discharge of plasma, and shows a case where an abnormal discharge is determined from a plasma impedance waveform. In addition, although description is abbreviate | omitted, it can determine similarly whether it is abnormal discharge from a reflected waveform.
まず、図3に示すように、例えばp型の単結晶シリコンからなる半導体基板1の主面に、素子分離6を形成した後、MISトランジスタQを形成する。素子分離6は、半導体基板1にフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によって所定の領域に溝が形成された後、その溝に例えば酸化シリコンを埋め込み、平坦化して形成される。また、MISトランジスタQのゲート電極5およびゲート絶縁膜7は、ゲート絶縁膜7となる例えば2nm程度の酸化シリコンおよびゲート電極5となるポリシリコンからなるシリコン膜を堆積した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によって所定の領域が残るようにパターニングして形成される。また、MISトランジスタQのソース/ドレイン3は、例えば、ゲート電極5をマスクとし、n型の不純物を用いたイオン注入技術によって形成される。
First, as shown in FIG. 3, after the
なお、ゲート電極5となるシリコン膜上に、金属膜が形成されていても良い。すなわち、半導体基板1の主面上にゲート絶縁膜7となる例えば酸化シリコン、ゲート電極5となるシリコン膜および金属膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によって所定の領域が残るようにパターニングして、ゲート絶縁膜7および上部に金属膜を含むゲート電極5を形成する。ここで、エッチング技術として、プラズマの異常放電の検知を伴うプラズマエッチングを適用することができる。すなわち、プラズマエッチング装置のプラズマインピーダンス波形および反射波形について、それぞれのプラズマ立ち上がり時、プラズマ安定時、プラズマ立ち下がり時を細分割した時間分割単位で設定されたしきい値を監視しながら、パターニングするものである。
Note that a metal film may be formed on the silicon film to be the
続いて、図4に示すように、半導体基板1の主面を覆うように例えば酸化シリコンからなる層間絶縁膜9aを堆積し、平坦化した後、所定の領域に形成したコンタクト用開口部に例えばタングステン(W)などの導電体を埋め込み、コンタクト4a、4bを形成する。コンタクト4aは、MISトランジスタQのソース/ドレイン3と電気的に接続されるように形成されている。また、コンタクト4bは、MISトランジスタQのゲート電極5と電気的に接続されるように形成されている。
Subsequently, as shown in FIG. 4, an
続いて、図5に示すように、層間絶縁膜9a上に、例えばアルミニウム(Al)などの導電体を堆積した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によって、同一層からなる配線2を形成する。この配線2は、配線2下に形成されているコンタクト4aなどと電気的に接続されている。
Subsequently, as shown in FIG. 5, a conductor such as aluminum (Al), for example, is deposited on the
続いて、図6に示すように、半導体基板1の主面上に形成された配線2を覆うように、層間絶縁膜9bが形成され、平坦化された後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によって、層間絶縁膜9b上にレジストを堆積し、パターニングしたレジスト膜11を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 6, an
続いて、後述するプラズマの異常放電の検知を行った後、プラズマの異常放電を検知できなかった場合、図7に示すように、レジスト膜をマスクとしてプラズマ12によって層間絶縁膜9bを、配線2が露出するまでエッチングし、ビアホール用開口部8を形成する。このプラズマエッチングは、図6で示したレジスト膜11をマスクに行われる。ここで、エッチング技術として、プラズマの異常放電の検知を伴うプラズマエッチングを適用することができる。すなわち、プラズマエッチング装置のプラズマインピーダンス波形および反射波形について、それぞれのプラズマ立ち上がり時、プラズマ安定時、プラズマ立ち下がり時を細分割した時間分割単位で設定された異常放電判定のしきい値を監視しながら、層間絶縁膜9bにビアホール用開口部8を形成するものである。
Subsequently, after detecting the abnormal discharge of the plasma described later, if the abnormal discharge of the plasma cannot be detected, the
続いて、図8に示すように、層間絶縁膜9bに、配線2を露出するように形成されたビアホール用開口部8内を、例えばタングステン(W)からなる導電体で埋め込み、ビアホール10を形成する。したがって、ビアホール10は、配線2およびコンタクト4aを介してMISトランジスタQのソース/ドレイン3と電気的に接続されており、または、配線2およびコンタクト4bを介してMISトランジスタQのゲート電極5と電気的に接続される。
Subsequently, as shown in FIG. 8, the via
その後、例えば、複数の配線層などを形成した後、半導体基板1の主面を覆うような保護膜を形成して半導体装置が略完成する。
Thereafter, for example, after forming a plurality of wiring layers and the like, a protective film covering the main surface of the
前述のプラズマの異常放電の検知を行うにあたり、プラズマインピーダンスVppの波形から異常放電であるか否かの判定処理(以下、異常放電判定という)を行う場合について説明する。ここで、図2で示したようなプラズマインピーダンスVppの波形について、プラズマの立ち上がり時(領域F、A、B)、プラズマ安定時(領域C)、プラズマ立ち下がり時(領域G)を細分割した時間分割単位を、例えば1ms程度とする。すなわち、プラズマ製造装置の真空処理室内にプラズマを生成する高周波電力の供給時から、例えば1ms程度の一定の時間区分ごとに、プラズマインピーダンスVppを監視することになる。本実施の形態では、1ms程度としたが、本発明者らの検討によってプラズマの異常放電は2ms程度で発生することが確認されているため、時間分割単位は1ms以下であることが望ましい。さらに、プラズマの異常放電か否かの判定を行う監視区間を領域A、B、Cとし、監視を行わない非監視区間を領域F、Gとしている。なお、すべての領域F、A、B、C、Gを監視区間としても良いが、本実施の形態では、特に、プラズマの異常放電が発生し易い領域A〜Cを監視区間としている。 A description will be given of a case where determination processing for determining whether or not there is abnormal discharge (hereinafter referred to as abnormal discharge determination) from the waveform of the plasma impedance Vpp when detecting the abnormal discharge of the plasma described above. Here, the plasma impedance Vpp waveform as shown in FIG. 2 is subdivided when the plasma rises (regions F, A, and B), when the plasma is stable (region C), and when the plasma falls (region G). The time division unit is set to about 1 ms, for example. That is, the plasma impedance Vpp is monitored for every fixed time segment of about 1 ms, for example, from the time of supplying the high frequency power for generating plasma in the vacuum processing chamber of the plasma manufacturing apparatus. In this embodiment, it is set to about 1 ms. However, it has been confirmed by the inventors that the abnormal discharge of plasma occurs in about 2 ms. Therefore, the time division unit is preferably 1 ms or less. Furthermore, the monitoring sections for determining whether or not the plasma is abnormally discharged are areas A, B, and C, and the non-monitoring sections for which monitoring is not performed are the areas F and G. Although all the regions F, A, B, C, and G may be set as monitoring sections, in the present embodiment, particularly, the areas A to C where abnormal plasma discharge is likely to occur are set as monitoring sections.
まず、プラズマエッチングするにあたり、被対象物となる半導体基板1の主面上に形成された層間絶縁膜9bの材質などのプラズマエッチング条件を設定した後、異常放電判定を開始する(ステップS10)。このプラズマエッチング条件に応じてしきい値VA、VB、VCが設定される。これらしきい値VA、VB、VCは、予めプラズマエッチング条件で測定された正常なプラズマ立ち上がり時、プラズマ安定時、プラズマ立ち下がり時のプラズマインピーダンス波形を基準(基準値)として設定される。なお、例えば、しきい値VAは基準値の±90%程度、しきい値VBは100V程度以上2500V程度以下、しきい値VCは基準値の±11%程度とすることができる。
First, in plasma etching, after setting plasma etching conditions such as the material of the
続いて、監視区間Aであるか否かの判定を行い(ステップS20)、監視区間Aであれば、検出したプラズマインピーダンスVppの波形に異常があるか否かの判定、すなわち、しきい値VAを越えるか否かの判定を行う(ステップS30)。その際、プラズマインピーダンスVppの波形を制御装置(シーケンサ)から異常判定保存ユニット(データロガー)に転送して、異常判定保存ユニットにてリアルタイムに行われる。一方、監視区間Aでない、すなわち非監視区間Fである場合、プラズマインピーダンスVppの波形に異常があるか否かの判定を行わず、監視区間Aであるか否かの判定を繰り返す。 Subsequently, it is determined whether or not it is the monitoring section A (step S20). If it is the monitoring section A, it is determined whether or not the waveform of the detected plasma impedance Vpp is abnormal, that is, the threshold value V. It is determined whether or not A is exceeded (step S30). At this time, the waveform of the plasma impedance Vpp is transferred from the control device (sequencer) to the abnormality determination storage unit (data logger), and is performed in real time by the abnormality determination storage unit. On the other hand, if it is not the monitoring section A, that is, the non-monitoring section F, the determination as to whether or not it is the monitoring section A is repeated without determining whether or not the waveform of the plasma impedance Vpp is abnormal.
ここで、監視区間Aにおいて、プラズマインピーダンスVppの波形に異常と判定がある場合、プラズマの異常放電が発生していると検知され、例えば異常の警告を行う、波形データの一定時間分だけ蓄積する、プラズマ処理を停止するなどの異常処理を行い(ステップS100)、異常判定の処理を終了する(ステップS90)。なお、監視区間B、Cにおいて、プラズマインピーダンスVppの波形に異常があると判定した場合も同様である。 Here, in the monitoring section A, when it is determined that the waveform of the plasma impedance Vpp is abnormal, it is detected that an abnormal discharge of the plasma has occurred, and for example, an abnormality warning is performed, and waveform data is accumulated for a certain period of time. Then, abnormality processing such as stopping the plasma processing is performed (step S100), and the abnormality determination processing is ended (step S90). The same applies when it is determined that there is an abnormality in the waveform of the plasma impedance Vpp in the monitoring sections B and C.
続いて、監視区間AにおいてプラズマインピーダンスVppの波形に異常がないと判定した場合、監視区間Bであるか否かの判定を行う(ステップS40)。監視区間Bである場合、監視区間Bにおいて検出したプラズマインピーダンスVppの波形に異常があるか否かの判定、すなわち、しきい値VBを越えるか否かの判定を行う(ステップS50)。その際、プラズマインピーダンスVppの波形を監視装置から異常判定保存ユニットに転送して、異常判定保存ユニットにてリアルタイムに行われる。一方、監視区間Bでない、すなわち監視区間Aである場合、プラズマインピーダンスVppの波形に異常があるか否かの判定を繰り返す。 Subsequently, when it is determined that there is no abnormality in the waveform of the plasma impedance Vpp in the monitoring section A, it is determined whether or not it is the monitoring section B (step S40). If a monitoring Section B, the determination of whether there is an abnormality in the waveform of the plasma impedance Vpp detected at monitor block B, that, to determine whether or not exceeding the threshold value V B (step S50). At that time, the waveform of the plasma impedance Vpp is transferred from the monitoring device to the abnormality determination storage unit, and is performed in real time by the abnormality determination storage unit. On the other hand, if it is not the monitoring section B, that is, the monitoring section A, the determination as to whether or not the waveform of the plasma impedance Vpp is abnormal is repeated.
続いて、監視区間BにおいてプラズマインピーダンスVppの波形に異常がないと判定した場合、監視区間Cであるか否かの判定を行う(ステップS60)。監視区間Cである場合、監視区間Bにおいて検出したプラズマインピーダンスVppの波形に異常があるか否かの判定、すなわち、しきい値VCを越えるか否かの判定を行う(ステップS70)。その際、プラズマインピーダンスVppの波形を監視装置から異常判定保存ユニットに転送して、異常判定保存ユニットにてリアルタイムに行われる。一方、監視区間Cでない、すなわち監視区間Bである場合、プラズマインピーダンスVppの波形に異常があるか否かの判定を繰り返す。 Subsequently, when it is determined that there is no abnormality in the waveform of the plasma impedance Vpp in the monitoring section B, it is determined whether or not it is the monitoring section C (step S60). If a monitor block C, the determination of whether there is an abnormality in the waveform of the plasma impedance Vpp detected at monitor block B, that, to determine whether or not exceeding the threshold value V C (step S70). At that time, the waveform of the plasma impedance Vpp is transferred from the monitoring device to the abnormality determination storage unit, and is performed in real time by the abnormality determination storage unit. On the other hand, if it is not the monitoring section C, that is, the monitoring section B, the determination as to whether or not the waveform of the plasma impedance Vpp is abnormal is repeated.
例えば、図2中点線で示すような波形Z1が観測された場合、波形Z1はしきい値VCを越えていることとなる。したがって、プラズマインピーダンスVppの波形は異常であると判定され、プラズマの異常放電が発生していることを検知することができる。プラズマの異常放電が発生していると検知された場合、プラズマエッチング装置の異常放電を止めるようにメンテナンスが行われるため、プラズマエッチング装置を用いた半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。 For example, when the waveform Z1 as shown by dotted lines in FIG. 2 was observed, the waveform Z1 is the fact that exceeds the threshold value V C. Therefore, it is determined that the waveform of the plasma impedance Vpp is abnormal, and it can be detected that an abnormal discharge of plasma has occurred. When it is detected that the abnormal discharge of the plasma is generated, maintenance is performed so as to stop the abnormal discharge of the plasma etching apparatus, so that the manufacturing yield of the semiconductor device using the plasma etching apparatus can be improved.
続いて、監視区間CにおいてプラズマインピーダンスVppの波形に異常でないと判定した場合、非監視区間Gであるか否かの判定を行い(ステップS80)、非監視区間Gであれば、異常判定の処理を終了する(ステップS90)。一方、非監視区間Gでない、すなわち監視区間Cである場合、プラズマインピーダンスVppの波形に異常があるか否かの判定を繰り返す。 Subsequently, if it is determined that the waveform of the plasma impedance Vpp is not abnormal in the monitoring section C, it is determined whether or not it is the non-monitoring section G (step S80). Is finished (step S90). On the other hand, if it is not the non-monitoring section G, that is, the monitoring section C, the determination as to whether or not the waveform of the plasma impedance Vpp is abnormal is repeated.
なお、プラズマインピーダンス波形の異常放電判定について説明したが、反射波形の異常放電判定も同様に行うことができる。 In addition, although the abnormal discharge determination of the plasma impedance waveform has been described, the abnormal discharge determination of the reflected waveform can be similarly performed.
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
例えば、前記実施の形態では、プラズマ処理を行うプラズマ製造装置として、プラズマエッチングするプラズマエッチング装置に適用した場合について説明したが、例えば絶縁膜を形成するプラズマCVD装置にも適用することができる。 For example, in the above-described embodiment, the case where the plasma manufacturing apparatus that performs plasma processing is applied to a plasma etching apparatus that performs plasma etching has been described, but the present invention can also be applied to, for example, a plasma CVD apparatus that forms an insulating film.
本発明は、プラズマ製造装置を用いた半導体装置を製造する製造業に幅広く利用されるものである。 The present invention is widely used in the manufacturing industry for manufacturing a semiconductor device using a plasma manufacturing apparatus.
1 半導体基板
1W 半導体ウエハ
2 配線
3 ソース/ドレイン
4a、4b コンタクト
5 ゲート電極
6 素子分離
7 ゲート絶縁膜
8 ビアホール用開口部
9、9a、9b 層間絶縁膜
10 ビアホール
11 レジスト膜
12 プラズマ
21 アノード電極
22 カソード電極
23 コマ部
23a、23b、23c コマ
24 隙間
25 異物
31 プラズマ製造装置
32 異常放電検知システム
33 真空処理室
34a、34b マッチングボックス
35a、35b 高周波電源
36 監視装置
37 A/D変換ユニット
38 異常判定データ保存ユニット
39 データ入力/表示ユニット
40 異常発報ユニット
Q MISトランジスタ
Vpp プラズマインピーダンス
Pf 入射波
Pr 反射波
DESCRIPTION OF
Claims (11)
(b)前記真空処理室内にプラズマを生成する高周波電力の供給時から一定の時間区分ごとに、前記プラズマのインピーダンスまたは前記高周波電力の反射波の少なくとも一方を監視することによって、前記プラズマの異常放電を検知する工程、
を含む半導体装置の製造方法であって、
前記プラズマ製造装置に備えられた異常放電検知機構は、前記第1クロック周波数より高い第2クロック周波数によって前記プラズマのインピーダンスまたは前記高周波電力の反射波の少なくとも一方のサンプリングを行ない、前記一定の時間区分ごとに別々に設定されたしきい値と比較して異常放電を検知することを特徴とする半導体装置の製造方法。 (A) placing the semiconductor wafer in a vacuum processing chamber of a plasma manufacturing apparatus that performs plasma processing on the semiconductor wafer by various controls synchronized with a first clock frequency;
(B) The abnormal discharge of the plasma is monitored by monitoring at least one of the impedance of the plasma or the reflected wave of the high-frequency power every certain time interval from the time of supplying the high-frequency power that generates plasma in the vacuum processing chamber. Detecting process,
A method of manufacturing a semiconductor device including:
The abnormal discharge detection mechanism provided in the plasma manufacturing apparatus performs sampling of at least one of the impedance of the plasma or the reflected wave of the high-frequency power at a second clock frequency higher than the first clock frequency, and performs the predetermined time division. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein abnormal discharge is detected by comparing with a threshold value set separately for each.
前記プラズマが前記電極側に引き付けられ、前記半導体ウエハをプラズマ処理することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 The high-frequency power is supplied to the electrode in which the semiconductor wafer is disposed in the vacuum processing chamber,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the plasma is attracted to the electrode side, and the semiconductor wafer is subjected to plasma processing.
(a)半導体基板の主面上に絶縁膜を形成する工程、
(b)プラズマ処理の制御のためにサンプリングを行って得た、プラズマエッチング装置のプラズマインピーダンス波形およびプラズマ生成用の高周波電力の反射波形について、それぞれのプラズマ立ち上がり時、プラズマ安定時、プラズマ立ち下がり時を細分割した2ms以下の時間分割単位でサンプリングして、前記それぞれのプラズマ立ち上がり時、プラズマ安定時、プラズマ立ち下がり時ごとに別々に設定されたしきい値で異常放電を監視しながら、前記プラズマエッチング装置によって前記絶縁膜に開口部を形成する工程。 A method for manufacturing a semiconductor device comprising the following steps:
(A) forming an insulating film on the main surface of the semiconductor substrate;
(B) With respect to the plasma impedance waveform of the plasma etching apparatus and the reflected waveform of the high frequency power for plasma generation obtained by sampling for controlling the plasma processing, when the plasma rises, when the plasma is stable, when the plasma falls The plasma is sampled in a time division unit of 2 ms or less, and the plasma is monitored while monitoring abnormal discharge with thresholds set separately for each plasma rise time, plasma stable time, and plasma fall time. Forming an opening in the insulating film by an etching apparatus;
前記プラズマインピーダンス波形および前記反射波形の波形を前記シーケンサから前記データロガーに転送して、前記データロガーにて前記プラズマの異常放電の判断をリアルタイムに行うことを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。 The plasma etching apparatus includes a sequencer and a data logger,
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the plasma impedance waveform and the reflected waveform are transferred from the sequencer to the data logger, and the determination of abnormal discharge of the plasma is performed in real time by the data logger. Manufacturing method.
前記開口部は、前記配線を露出することを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。 The insulating film is formed so as to cover the wiring formed on the main surface of the semiconductor substrate,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the opening exposes the wiring.
(a)半導体基板の主面上にゲート絶縁膜、シリコン膜および金属膜を形成する工程、
(b)プラズマ処理の制御のためにサンプリングを行って得た、プラズマエッチング装置のプラズマインピーダンス波形およびプラズマ生成用の高周波電力の反射波形について、それぞれのプラズマ立ち上がり時、プラズマ安定時、プラズマ立ち下がり時を細分割した2ms以下の時間分割単位でサンプリングして、前記それぞれのプラズマ立ち上がり時、プラズマ安定時、プラズマ立ち下がり時ごとに別々に設定されたしきい値で異常放電を監視しながら、前記プラズマエッチング装置によって前記ゲート絶縁膜、前記シリコン膜および金属膜をパターニングする工程。 A method for manufacturing a semiconductor device comprising the following steps:
(A) forming a gate insulating film, a silicon film and a metal film on the main surface of the semiconductor substrate;
(B) With respect to the plasma impedance waveform of the plasma etching apparatus and the reflected waveform of the high frequency power for plasma generation obtained by sampling for controlling the plasma processing, when the plasma rises, when the plasma is stable, when the plasma falls The plasma is sampled in a time division unit of 2 ms or less, and the plasma is monitored while monitoring abnormal discharge with thresholds set separately for each plasma rise time, plasma stable time, and plasma fall time. Patterning the gate insulating film, the silicon film and the metal film with an etching apparatus;
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