半導体装置および半導体装置の製造方法
【課題】銅配線上に形成される銅バリア絶縁膜の膜種を選択して、銅配線上に形成されている銅バリア絶縁膜を下地の周囲に形成されている絶縁膜に対して選択的なエッチング除去を可能にする。
【解決手段】銅もしくは銅を主体とした導電性材料からなる配線（第１配線１４）と、前記第１配線１４上に形成されたバリア絶縁膜２１と、前記第１配線１４上に形成されたビアホール２６とを備えた半導体装置１において、前記バリア絶縁膜２１はアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンからなり、前記ビアホール２６底部の前記バリア絶縁膜２１が選択的に除去されていることを特徴とする。
【解決手段】銅もしくは銅を主体とした導電性材料からなる配線（第１配線１４）と、前記第１配線１４上に形成されたバリア絶縁膜２１と、前記第１配線１４上に形成されたビアホール２６とを備えた半導体装置１において、前記バリア絶縁膜２１はアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンからなり、前記ビアホール２６底部の前記バリア絶縁膜２１が選択的に除去されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線上に形成されるビアホール底部の信頼性に優れた半導体装置および半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
銅（Ｃｕ）配線のダマシン（Damascene）構造においては、酸化膜中へのＣｕ拡散を防止する目的で、バリア膜が用いられている。通常、配線溝の側壁および底部分はメタル系材料を用いることが多く、配線上面のバリア絶縁膜材料としては、窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒化炭化シリコン（ＳｉＣＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、ＳｉＣＯＮ等の化学的気相成長（ＣＶＤ）系材料が用いられることが多い（例えば、非特許文献１参照。）
【０００３】
通常、上層配線と下層配線との接続は、上層配線と下層配線との間にビアを形成することにより繋ぐ。その際、下層配線とビア部分の導通を確保するためには、配線上のバリア絶縁膜をエッチングする必要が有り、このエッチングのエッチングガスには、フロロカーボン系ガス（ＣＦx）が用いられることが一般的である。
【０００４】
また、下層配線に対するビアのパターンニングは露光機を用いて行う。その際、合わせずれが生じることが一般的で有る。例えば、下層配線と上層のビアとがずれた状態で、エッチングガスにフロロカーボン系ガスを用いてバリア絶縁膜の加工を行うと、下層配線側の絶縁膜もエッチングされるという問題が発生する。
【０００５】
上記エッチングによる合わせずれ部分の層間絶縁膜の掘れ量は、加工条件、層間絶縁膜種にも依存するが、下層配線側の層間絶縁膜に低誘電率膜を適用した場合、バリア絶縁膜に対する層間絶縁膜の加工選択比が著しく低下し、掘れ量は増加する。
【０００６】
配線側部の層間絶縁膜が掘れた場合、その後のバリアメタル、銅めっき用のシード層を形成した場合のカバレッジ不足、もしくは、オーバーハングに起因する配線材料となる金属（例えば銅）の埋め込み不良を引き起こし、ビアの高抵抗化、配線の信頼性劣化を引き起こす。さらに、程度が悪い場合、上層配線と下層配線との間で短絡（ショート）を引き起こす場合もある。
【０００７】
以下に、従来の配線形成技術の一例を、図１３〜図１７の製造工程断面図によって説明する。
【０００８】
図１３（１）に示すように、半導体基板（図示せず）上に、化学気相法（ＣＶＤ）を用いて、誘電率が３以下の無機系酸化膜２１１を２００ｎｍの厚さに成膜する。この無機系酸化膜２１１にはＭＳＱ（methyl-hydrogen-silsesquioxane）を用いる。さらに、有機の反射防止膜２１２（ＢＡＲＣ：bottom anti refractive Coat）を塗布により形成した後、溝パターンを形成するためのエッチングマスク２１３を、化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。この溝は線幅６０ｎｍとした。
【０００９】
次に、図１３（２）に示すように、無機系酸化膜２１１に溝２１４を形成する。このエッチングでは、フッ化炭素（ＣＦ）系のエッチングガスを用いた。また溝２１４は、深さ１５０ｎｍに加工した。このエッチング加工で残ったレジストは、酸素（Ｏ2）系ガスにて剥離した。
【００１０】
その後、図１３（３）に示すように、スパッタリングによって、上記無機系酸化膜２１１表面および溝２１４内面にバリアメタル層２１５としてＴａ膜を５ｎｍの厚さに形成し、さらに銅めっきのシード（図示せず）として銅（Ｃｕ）膜を４５ｎｍの厚さに成膜した。次いで、電解めっき（ＥＣＰ）法もしくはＣＶＤ法にて銅（Ｃｕ）膜２１６を形成し、溝２１４を埋め込んだ。
【００１１】
次に、図１３（４）に示すように、機械的化学研磨法（ＣＭＰ）にて、銅（Ｃｕ）膜２１６表面を研磨し、溝２１４内部にバリアメタル２１５を介してＣｕ膜２１６からなる、下層配線２１７を完成させた。
【００１２】
次に、図１４（５）に示すように、上記下層配線２１７上を被覆するように上記無機酸化膜２１１上に、銅バリア絶縁膜２２１として、ＰＥ−ＳｉＣＮ膜を３０ｎｍの厚さに成膜した後、層間絶縁膜２２２として誘電率が３以下のＭＱＳ系酸化膜を２５０ｎｍの厚さに成膜する。この成膜方法はＣＶＤ法でも、ＳＯＧ（Spin on ｇlass）を用いた塗布法でも構わない。
【００１３】
その後、図１４（６）に示すように、ビアを形成するために、上記層間絶縁膜２２２上に有機反射防止膜（ＢＡＲＣ：bottom anti refractive Coat）２２３を塗布して形成した後ビアを形成するためのエッチングマスク２２４を、化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。このエッチングマスク２２４に形成されたビアパターン２２５の直径を６０ｎｍとした。その際、ビアパターン２２５は下層配線２１７に対してずれ量がｄの合わせずれが発生した。
【００１４】
次いで、図１５（７）に示すように、上記層間絶縁膜２２２にビア２２６を形成する。このエッチングは炭化水素（ＣＦx）系ガスを用いたドライエッチングにて行う。そのため、上記銅バリア絶縁膜２２１上でエッチングが停止される。そして、残ったエッチングマスク２２４は、酸素系ガスでアッシングにより除去する。
【００１５】
引き続き、図１５（８）に示すように、上記ビア２２６の内部を埋め込むように、上記層間絶縁膜２２２上に、有機の反射防止膜２１７（ＢＡＲＣ：bottom anti refractive Coat）を塗布により形成した後、溝を形成するためのエッチングマスク１２８を、化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。このエッチングマスク２２８には溝パターン２２９が形成されている。
【００１６】
次に、図１６（９）に示すように、上記エッチングマスク２２８〔前記図１５（８）参照〕を用いたドライエッチングにより、上記層間絶縁膜２２２に溝２３１を形成する。このエッチングでは、フッ化炭素（ＣＦx）系のエッチングガスを用いた。また溝２３１は、深さ１４０ｎｍに加工した。このエッチング加工で残ったレジストは、酸素（Ｏ2）系ガスの低圧力条件下にて剥離した。
【００１７】
次に、図１６（１０）に示すように、ビア２２６を導通するために、ビア２２６底部の上記銅バリア絶縁膜２２１をエッチングにより除去する。このエッチングでは、フッ化炭素（ＣＦx）系のエッチングガスを用いた。その際、ビア２２６底部のＳｉＣＮ膜からなる銅バリア絶縁膜１２１をエッチングするが、ＳｉＣＮ膜と酸化膜とのエッチング選択比が小さく、ＳｉＣＮ膜加工時のオーバーエッチング量に応じて、合わせズレ部分直下の層間絶縁膜の無機系酸化膜２１１もエッチングされる。このエッチングレートはＳｉＣＮ：ＭＳＱ＝１：２であり、ＳｉＣＮは３０％オーバー加工を実施するため、机上計算上は１８ｎｍだけ酸化膜が掘れる。さらに、マイクロローディング効果により狭スペースでのエッチングが加速され、トータルで３６ｎｍ程度の掘れが発生し、不要な溝２３２が形成された。
【００１８】
その後、図１７（１１）に示すように、有機系洗浄液にて下層配線２１７の露出した銅表面を洗浄する。続いて、スパッタリングによって、上記層間絶縁膜２２２表面、溝２３１内面およびビア２２６内面にバリアメタル層２３４としてＴａ膜を５ｎｍの厚さに形成し、さらに銅めっきのシード（図示せず）として銅（Ｃｕ）膜を４５ｎｍの厚さに成膜した。次いで、電解めっき（ＥＣＰ）法もしくはＣＶＤ法にて銅（Ｃｕ）膜２３５を形成し、溝２３１およびビア２２６を埋め込んだ。その際、合わせズレ部分に形成された溝２３２の内部にはボイド２３６が発生してしまい、抵抗上昇のみならず、配線の信頼性も劣化した。
【００１９】
【非特許文献１】H.Miyajima, K.Fujita, S.Ito, K.Tabuchi, T.Shimayama, K.Akiyama, T.Hachiya, K.Higashi, N.Nakamura, A.Kajita, N.Matsunaga, Y.Enomoto, R.Kanamura, M.Inohara, K.Honda, H.Kamijo, R.Nakata, H.Yano, N.Hayasaka, T.Hasegawa, S.Kadomura, H.Shibata,and T.Yoda著 「Challenge of low-k materials for 130, 90, 65ｎｍ node interconnect technology and beyond」 IEDM Tech. Dig., p.329-332 ２００４年１２月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
解決しようとする問題点は、銅配線上に形成されている銅バリア絶縁膜を下地の周囲に形成されている絶縁膜に対して選択的なエッチング除去ができない点である。
【００２１】
本発明は、銅配線上に形成される銅バリア絶縁膜の膜種を選択して、銅配線上に形成されている銅バリア絶縁膜を下地の周囲に形成されている絶縁膜に対して選択的なエッチング除去を可能にすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の半導体装置は、銅もしくは銅を主体とした導電性材料からなる配線と、前記配線上に形成されたバリア絶縁膜と、前記配線上に形成されたビアホールとを備えた半導体装置において、前記バリア絶縁膜はアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンからなり、前記ビアホール底部の前記バリア絶縁膜が選択的に除去されていることを特徴とする。
【００２３】
本発明の半導体装置では、銅もしくは銅を主体とした導電性材料からなる配線（以下、配線という）上に形成されるバリア絶縁膜がアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンからなることから、上記配線上に形成されるビアホールの底部に上記バリア絶縁膜が存在した場合に、上記配線周囲に形成されている例えば無機系絶縁膜をエッチングすることなくビアホール内の上記バリア絶縁膜のみを選択的にエッチング除去できるようになる。このため、合わせずれによって、配線に対してビアホールがずれて形成されていても、配線周囲の絶縁膜を損傷することなく、バリア絶縁膜は選択的に除去された状態に形成される。
【００２４】
本発明の半導体装置の製造方法は、銅もしくは銅を主体とした導電性材料からなる配線と、前記配線上に形成されたバリア絶縁膜と、前記配線上に形成されたビアホールとを備えた半導体装置の製造方法において、前記バリア絶縁膜をアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンで形成し、前記ビアホール底部の前記バリア絶縁膜を選択的に除去することを特徴とする。
【００２５】
本発明の半導体装置の製造方法では、銅もしくは銅を主体とした導電性材料からなる配線（以下、配線という）上に形成されるバリア絶縁膜をアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンで形成したことから、上記配線周囲に形成されている例えば無機系絶縁膜をエッチングすることなく上記配線上に形成されるビアホールの底部の上記バリア絶縁膜のみを選択的にエッチング除去できるようになる。このため、合わせずれによって、配線に対してビアホールがずれて形成されていても、配線周囲の絶縁膜を損傷することなく、バリア絶縁膜を選択的に除去することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の半導体装置は、いわゆる銅配線上に形成されるバリア絶縁膜がアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンで形成されているため、配線に対してビアホールがずれて形成されていても、配線周囲に形成されている例えば無機系絶縁膜をエッチングすることなく上記配線上に形成されるビアホールの底部の上記バリア絶縁膜のみを選択的にエッチング除去できているので、配線側部の絶縁膜がエッチングされることはない。このため、配線溝やビアホール内における銅の埋め込み不良やそれに起因した信頼性劣化や上下配線間短絡（ショート）を回避することができるという利点がある。さらに、バリア絶縁膜が化学的に安定であり、しかも誘電率が低い膜特性を有することにより、信頼性向上と容量低減も可能となるという利点がある。
【００２７】
本発明の半導体装置の製造方法は、いわゆる銅配線上に形成するバリア絶縁膜をアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンで形成するため、配線に対してビアホールがずれて形成されても、配線周囲に形成されている例えば無機系絶縁膜をエッチングすることなく上記配線上に形成されるビアホールの底部の上記バリア絶縁膜のみを選択的にエッチング除去できるので、配線に対してビアホールがずれて形成されても、配線側部の絶縁膜がエッチングされることがない。このため、配線溝やビアホール内に銅の埋め込む際に、埋め込み不良やそれに起因した信頼性劣化や上下配線間短絡（ショート）を発生することがないいう利点がある。さらに、バリア絶縁膜が化学的に安定であり、しかも誘電率が低い膜特性を有することにより、信頼性向上と容量低減も可能となるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の半導体装置に係る一実施の形態の第１例を、図１の概略構成断面図によって説明する。ここでは一例として、いわゆるシングルダマシン法に適用した一例を示す。
【００２９】
図１に示すように、半導体基板１０上に、誘電率が３以下の無機系酸化膜１１が例えば２００ｎｍの厚さに成膜されている。この無機系酸化膜１１には、例えばＭＳＱ（methyl-hydrogen-silsesquioxane）を用いることができる。さらに、上記無機系酸化膜１１には配線溝１２が形成され、その内部にバリアメタル層１３を介して銅（Ｃｕ）膜からなる、第１配線１４が形成されている。
【００３０】
上記無機酸化膜１１上には上記第１配線１４上を被覆するようにバリア絶縁膜２１が形成されている。このバリア絶縁膜２１は、例えばアモルファスカーボン膜からなり、例えば５０ｎｍの厚さに形成されている。このバリア絶縁膜２１には、ダイヤモンドライクカーボン膜を用いることもできる。
【００３１】
ダイヤモンドライクカーボン膜は構造的にはダイヤモンド構造を一部含んだ、炭素と水素からなる高密度な構造であり、ピンホールフリーであることが知られている。結晶粒界がないことより非常に表面粗さが小さく、ダイヤモンドと同様に硬度が高く、耐摩耗性、固体潤滑性、熱伝導性、耐薬品性、耐食性、化学的安定性、絶縁性に優れている。ダイヤモンドライクカーボンに関する基礎特性は、例えばH. Vora and T. J. Moravec著、Appl. Phys.,52, 1651(1981)に開示されている。
【００３２】
一方、アモルファスカーボン膜は、粒界がなく、化学的に安定で、高硬度の膜が得られることが知られている。また、誘電率に関しても、３以下の実現が可能である。また、膜組成がＣＨxであることにより、加工する際のガス系としては、フロロカーボン（ＣＦx）系ガスの適用が必要なく、水素、酸素、窒素の単ガス、もしくは、混合系ガスの適用が可能である。これらのガス系は、無機系酸化膜をエッチングしないため、合わせズレを有する、下層配線と上層ビア構造において、下層層間絶縁膜が掘れること無い。さらに、化学的に安定、誘電率が低い膜特性より、信頼性向上と容量低減も期待される。
【００３３】
上記バリア絶縁膜２１上には層間絶縁膜２２が形成されている。この層間絶縁膜２２は、例えば、誘電率が３以下のＭＱＳ系酸化膜で形成され、その膜厚は例えば２５０ｎｍの厚さに設定されている。
【００３４】
上記層間絶縁膜２２には配線溝３１が形成され、さらにこの配線溝３１の底部にビアホール２６が形成されている。通常、ビアホール２６は、マスク合わせずれによって、例えばｄだけ下層の第１配線１４に対してずれて形成されることがある。図面では、ずれた場合を示してある。さらに、上記ビアホール２６は、上記バリア絶縁膜２１を貫通して、下層の第１配線１４に達するように形成されている。
【００３５】
そして、上記配線溝３１の内部にはバリアメタル層３２を介して銅膜３３からなる第２配線３４が形成されているとともに、この第２配線３４の底部に接続するもので、上記ビアホール２６の内部にバリアメタル層３２を介して銅膜３３からなるビア３５が形成されている。
【００３６】
上記第１例の半導体装置１では、いわゆる銅配線からなる第１配線１４上に形成されるバリア絶縁膜２１がアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンで形成されているため、第１配線１４に対してビアホール２６がずれて形成されていても、第１配線１４周囲に形成されている例えば無機系絶縁膜からなる無機酸化膜１１をエッチングすることなく上記第１配線１４上に形成されるビアホール２６の底部の上記バリア絶縁膜２１のみを選択的にエッチング除去できているので、第１配線１４側部の無機酸化膜１１がエッチングされることはない。このため、配線溝３１やビアホール２６内における銅の埋め込み不良やそれに起因した信頼性劣化や上下配線間、すなわち第１配線２１と第２配線３４との短絡（ショート）を回避することができるという利点がある。さらに、バリア絶縁膜２１が化学的に安定であり、しかも誘電率が低い膜特性を有することにより、信頼性向上と容量低減も可能となるという利点がある。
【００３７】
次に、本発明の半導体装置に係る一実施の形態の第２例を、図２の概略構成断面図によって説明する。ここでは一例として、いわゆるデュアルダマシン法に適用した一例を示す。
【００３８】
図２に示すように、半導体基板１０上に、誘電率が３以下の無機系酸化膜１１が例えば２００ｎｍの厚さに成膜されている。この無機系酸化膜１１には、例えばＭＳＱ（methyl-hydrogen-silsesquioxane）を用いることができる。さらに、上記無機系酸化膜１１には配線溝１２が形成され、その内部にバリアメタル層１３を介して銅（Ｃｕ）膜からなる、第１配線１４が形成されている。
【００３９】
上記無機酸化膜１１上には上記第１配線１４上を被覆するようにバリア絶縁膜２１が形成されている。このバリア絶縁膜２１は、例えばアモルファスカーボン膜からなり、例えば５０ｎｍの厚さに形成されている。このバリア絶縁膜２１には、ダイヤモンドライクカーボン膜を用いることもできる。ダイヤモンドライクカーボン膜およびアモルファスカーボン膜は上記第１例で説明したような膜である。
【００４０】
上記バリア絶縁膜２１上には層間絶縁膜２２が形成されている。この層間絶縁膜２２は、例えば、誘電率が３以下のＭＱＳ系酸化膜で形成され、その膜厚は例えば１００ｎｍの厚さに設定されている。さらに、上記層間絶縁膜２２上には、有機系絶縁膜４１と無機系絶縁膜４２とが順に積層されて形成されている。上記有機系絶縁膜４１は、例えば、ポリアリールエーテルで形成され、その厚さは例えば８０ｎｍに設定されている。上記無機系絶縁膜４２は、例えば、プラズマエンハンスメントＣＶＤにより成膜された酸化シリコン膜（ＰＥ酸化膜）で形成され、その厚さは例えば１００ｎｍに設定されている。
【００４１】
上記有機系絶縁膜４１と無機系絶縁膜４２とには配線溝３１が形成され、さらにこの配線溝３１の底部の上記層間絶縁膜２２にはビアホール２６が形成されている。通常、ビアホール２６は、マスク合わせずれによって、例えばｄだけ下層の第１配線１４に対してずれて形成されることがある。図面では、ずれた場合を示してある。さらに、上記ビアホール２６は、上記バリア絶縁膜２１を貫通して、下層の第１配線１４に達するように形成されている。
【００４２】
そして、上記配線溝３１の内部にはバリアメタル層３２を介して銅膜３３からなる第２配線３４が形成されているとともに、この第２配線３４の底部に接続するもので、上記ビアホール２６の内部にバリアメタル層３２を介して銅膜３３からなるビア３５が形成されている。
【００４３】
上記第２例の半導体装置２では、前記第１例の半導体装置１と同様なる作用効果を奏する。よって、配線溝３１やビアホール２６内における銅の埋め込み不良やそれに起因した信頼性劣化や上下配線間、すなわち第１配線２１と第２配線３４との短絡（ショート）を回避することができるという利点がある。さらに、バリア絶縁膜２１が化学的に安定であり、しかも誘電率が低い膜特性を有することにより、信頼性向上と容量低減も可能となるという利点がある。
【００４４】
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る基本的な実施の形態の一例を、図３の製造工程断面図によって説明する。
【００４５】
図３（１）に示すように、半導体基板（図示せず）上に有機系絶縁膜１１１と無機系絶縁膜１１２とが積層され、その積層膜に形成された配線溝１１３内部にバリアメタル層１１４を介して第１配線１１５が形成されている。
【００４６】
このような上記無機系絶縁膜１１２上に、上記第１配線１１５の表面を被覆するバリア絶縁膜１２１を形成する。こｎバリア絶縁膜１２１は、ダイヤモンドライクカーボンもしくはアモルファスカーボンで形成する。その後、無機絶縁膜１２２と有機絶縁膜１２３と無機絶縁膜１２４との積層膜を形成する。そして、上層の無機絶縁膜１２４に配線溝１２５を形成するとともに、有機絶縁膜１２３と下層の無機絶縁膜１２２に、上記配線溝１２４から上記バリア絶縁膜１２１に達するビアホール１２６を形成する。この状態では、ビアホール１２６の底部にバリア絶縁膜１２１が露出されている。また、通常のリソグラフィーを伴う加工では、上記ビアホール１２６は第１配線１１５に対して合わせずれが生じる。このため、第１配線１１５に対して上記ビアホール１２６がずれて形成されてしまう。
【００４７】
次に、図３（２）に示すように、上記ビアホール１２６底部のバリア絶縁膜１２１を選択的に除去する。この除去加工では、ドライエッチングを用い、例えばエッチングガスに水素（Ｈ2）、窒素（Ｎ2）および酸素（Ｏ2）のうちの一種もしくは複数種を用いてエッチングを行う。これらのエッチングガスでは、無機絶縁膜、特に無機酸化シリコン膜はエッチングされない。このため、ダイヤモンドライクカーボンもしくはアモルファスカーボンからなるバリア絶縁膜１２１のみが選択的に除去され、ビアホール１２６の底部に第１配線１１５表面が露出される。
【００４８】
上記半導体装置の製造方法は、いわゆる銅配線である第１配線１１５上に形成するバリア絶縁膜１２１をアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンで形成するため、第１配線１１５に対してビアホール１２６がずれて形成されても、第１配線１１５周囲に形成されている例えば無機系絶縁膜１１２をエッチングすることなく上記第１配線１１５上に形成されるビアホール１２６の底部の上記バリア絶縁膜１２１のみを選択的にエッチング除去できる。したがって、第１配線１２１に対してビアホール１２６がずれて形成されても、第１配線１２１側部の無機系絶縁膜１１２がエッチングされることがない。このため、配線溝やビアホール内に銅の埋め込む際に、埋め込み不良やそれに起因した信頼性劣化や第１、第２配線１１５、１３１間短絡（ショート）を発生することがないいう利点がある。さらに、バリア絶縁膜１２１が化学的に安定であり、しかも誘電率が低い膜特性を有することにより、信頼性向上と容量低減も可能となるという利点がある。
【００４９】
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第１例を、図４〜図７の製造工程断面図によって説明する。この図４〜図７では、上記図３によって説明した製造方法をより具体化して説明する。ここでは一例として、いわゆるシングルダマシン法に適用した一例を示す。
【００５０】
図４（１）に示すように、半導体基板（図示せず）上に、化学気相法（ＣＶＤ）を用いて、誘電率が３以下の無機系酸化膜１１を例えば２００ｎｍの厚さに成膜する。この無機系酸化膜１１には、例えばＭＳＱ（methyl-hydrogen-silsesquioxane）を用いる。さらに、有機の反射防止膜（ＢＡＲＣ：bottom anti refractive Coat）（図示せず）を、例えば塗布法により形成した後、溝パターンを形成するためのエッチングマスク（図示せず）を、例えば化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。この溝パターンは線幅６０ｎｍとした。
【００５１】
次に、上記無機系酸化膜１１に溝１２を形成する。このエッチングでは、フッ化炭素（ＣＦ）系のエッチングガスを用いた。また溝１２は、深さ１５０ｎｍに加工した。このエッチング加工で残ったレジストは、酸素（Ｏ2）系ガスにて剥離した。
【００５２】
その後、スパッタリングによって、上記無機系酸化膜１１表面および溝１２内面にバリアメタル層１３を形成する。このバリアメタル層１３は、例えばＴａ膜を５ｎｍの厚さに製造して形成する。さらに銅めっきのシード（図示せず）として銅（Ｃｕ）膜を４５ｎｍの厚さに成膜する。次いで、電解めっき（ＥＣＰ）法もしくはＣＶＤ法にて銅（Ｃｕ）膜を形成し、溝１２を埋め込んだ。その後、機械的化学研磨法（ＣＭＰ）にて、銅（Ｃｕ）膜表面を研磨し、溝１２内部にバリアメタル１３を介してＣｕ膜からなる、第１配線１４を完成させた。
【００５３】
次に、上記第１配線１４上を被覆するように上記無機酸化膜１１上に、バリア絶縁膜２１を形成する。このバリア絶縁膜２１は、例えばアモルファスカーボン膜を５０ｎｍの厚さに成膜して形成する。このバリア絶縁膜２１には、ダイヤモンドライクカーボン膜を用いることもできる。上記、ダイヤモンドライクカーボン膜、アモルファスカーボン膜は、例えば平行平板型のプラズマＣＶＤ装置で成膜することが可能である。例えば、基盤ＲＦバイアスパワーを２００Ｗ、成膜雰囲気の圧力を４００Ｐａ、プリカーサ種にメタン（ＣＨ4）を用い、その供給流量を５００ｃｍ3／ｍｉｎ、キャリアガスにヘリウム（Ｈｅ）を用い、その供給流量を１０００ｃｍ3／ｍｉｎに設定した。
【００５４】
ここで、ダイヤモンドライクカーボンとアモルファスカーボンについて、簡単に接続する。両者共に、メタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ4）など炭化水素ガスをプラズマで分解して成膜するプラズマＣＶＤ法にて成膜可能がである。
【００５５】
その後、バリア絶縁膜２１上に層間絶縁膜２２を形成する。この層間絶縁膜２２は、例えば誘電率が３以下のＭＱＳ系酸化膜を２５０ｎｍの厚さに成膜して形成する。この成膜方法はＣＶＤ法でも、ＳＯＧ（Spin on ｇlass）を用いた塗布法でも構わない。
【００５６】
次に、図４（２）に示すように、上記層間絶縁膜２２上に有機反射防止膜（ＢＡＲＣ：bottom anti refractive Coat）２３を塗布して形成した後、ビアを形成するためのエッチングマスク２４を、例えば化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。このエッチングマスク２４に形成されたビアパターン２５が形成されている。このビアパターン２５の直径は、例えば６０ｎｍとした。その際、ビアパターン２５は第１配線１４に対してずれ量がｄの合わせずれが発生した。
【００５７】
次に、図５（３）に示すように、上記層間絶縁膜２２にビア２６を形成する。このエッチングは炭化水素（ＣＦx）系ガスを用いたドライエッチングにて行う。そのため、上記バリア絶縁膜２１上でエッチングが停止される。そして、残ったエッチングマスク２４〔前記図４（２）参照〕は、酸素系ガスでアッシングにより除去する。
【００５８】
次に、図５（４）に示すように、上記ビア２６の内部を埋め込むように、上記層間絶縁膜２２上に、有機の反射防止膜２７（ＢＡＲＣ：bottom anti refractive Coat）を形成する。この反射防止膜２７は、例えば塗布により形成する。その後、溝を形成するためのエッチングマスク２８を、例えば化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。このエッチングマスク２８には溝パターン２９が形成されている。
【００５９】
次に、図６（５）に示すように、上記エッチングマスク２８〔前記図５（４）参照〕を用いたドライエッチングにより、上記層間絶縁膜２２に配線溝３１を形成する。このエッチングでは、フッ化炭素（ＣＦx）系のエッチングガスを用いた。このエッチングでも、フッ化炭素（ＣＦx）系のエッチングガスを用いているためビアホール２６底部のバリア絶縁膜２１がエッチングされることはない。また配線溝３１は、深さ１４０ｎｍに加工した。このエッチング加工で残ったエッチングマスク２８は、酸素（Ｏ2）系ガスの低圧力条件下にて剥離（例えばアッシング）した。
【００６０】
次に、図６（６）に示すように、ビア２６を導通するために、ビア２６底部の上記バリア絶縁膜２１をエッチングにより除去する。このエッチングでは、エッチングガスに窒素（Ｎ2）と酸素（Ｏ2）とを用いた。このエッチング条件は、一例として、エッチング雰囲気の圧力を１．３Ｐａ、窒素ガスの流量を４００ｃｍ3／ｍｉｎ、酸素ガスの領域を２５ｃｍ3／ｍｉｎに設定し、基板バイアスパワーを上部が６５０Ｗ，下部電極が２００Ｗに設定した。上記エッチングでは、水素（Ｈ2）、窒素（Ｎ2）、酸素（Ｏ2）を単独で用いることもでき、また、これらのガス系を複数種組み合わせて用いることもできる。このエッチングでは、無機系酸化膜はエッチングされないため、上記無機酸化膜１１はエッチングされない。このため、従来技術のように、ビアホール２６底部の第１配線１４の側部、すなわち合わせずれ領域が彫れることがないので、不要な凹部が形成されることはない。
【００６１】
その後、図７（７）に示すように、有機系洗浄液にて第１配線１４の露出した銅表面を洗浄する。続いて、スパッタリングによって、上記層間絶縁膜２２表面、配線溝３１内面およびビア２６内面にバリアメタル層３２を形成する。このバリアメタル層３２は、例えばＴａ膜を５ｎｍの厚さに形成する。さらに銅めっきのシード（図示せず）として銅（Ｃｕ）膜を４５ｎｍの厚さに成膜した。次いで、電解めっき（ＥＣＰ）法もしくはＣＶＤ法にて銅（Ｃｕ）膜３３を形成し、溝３１およびビア２６を埋め込んだ。その際、合わせズレ部分では、ボイドが発生することはなくビア抵抗値は安定した。また、アモルファスカーボン膜もしくはダイヤモンドライクカーボン膜は誘電率が３以下であるため、既存技術に対して、２０％程度の容量低減を実現することができ、さらに、化学的安定な膜質により、配線信頼性も向上した。
【００６２】
その後、図示はしないが、上記層間絶縁膜２２上の余剰な上記銅膜３３およびバリアメタル層３２を除去し、配線溝３１の内部にバリアメタル層３２を介して銅膜３３からなる第２配線を形成するとともに、この第２配線の底部に接続するもので、上記ビアホール２６の内部にバリアメタル層３２を介して銅膜３３からなるビアを形成する。
【００６３】
上記第１例の半導体装置の製造方法は、第１配線１４上に形成するバリア絶縁膜２１をアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンで形成するため、第１配線１４に対してビアホール２６がずれて形成されても、第１配線１４周囲に形成されている例えば無機系絶縁膜である無機酸化膜１１をエッチングすることなく上記第１配線１４上に形成されるビアホール２６の底部の上記バリア絶縁膜２１のみを選択的にエッチング除去できる。このため、配線溝３１やビアホール２６内に銅の埋め込む際に、埋め込み不良やそれに起因した信頼性劣化や、第１配線１４と第２配線３４との間で短絡（ショート）を発生することがないいう利点がある。さらに、バリア絶縁膜２１が化学的に安定であり、しかも誘電率が低い膜特性を有することにより、信頼性向上と容量低減も可能となるという利点がある。
【００６４】
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第２例を、図８〜図１２の製造工程断面図によって説明する。この図８〜図１２では、上記図３によって説明した製造方法をより具体化して説明する。ここでは一例として、いわゆるデュアルダマシン法に適用した一例を示す。
【００６５】
図８（１）に示すように、半導体基板（図示せず）上に、化学気相法（ＣＶＤ）を用いて、誘電率が３以下の無機系酸化膜１１を例えば２００ｎｍの厚さに成膜する。この無機系酸化膜１１には、例えばＭＳＱ（methyl-hydrogen-silsesquioxane）を用いる。さらに、有機の反射防止膜（ＢＡＲＣ：bottom anti refractive Coat）（図示せず）を、例えば塗布法により形成した後、溝パターンを形成するためのエッチングマスク（図示せず）を、例えば化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。この溝パターンは線幅６０ｎｍとした。
【００６６】
次に、上記無機系酸化膜１１に溝１２を形成する。このエッチングでは、フッ化炭素（ＣＦ）系のエッチングガスを用いた。また溝１２は、深さ１５０ｎｍに加工した。このエッチング加工で残ったレジストは、酸素（Ｏ2）系ガスにて剥離した。
【００６７】
その後、スパッタリングによって、上記無機系酸化膜１１表面および溝１２内面にバリアメタル層１３を形成する。このバリアメタル層１３は、例えばＴａ膜を５ｎｍの厚さに製造して形成する。さらに銅めっきのシード（図示せず）として銅（Ｃｕ）膜を４５ｎｍの厚さに成膜する。次いで、電解めっき（ＥＣＰ）法もしくはＣＶＤ法にて銅（Ｃｕ）膜を形成し、溝１２を埋め込んだ。その後、機械的化学研磨法（ＣＭＰ）にて、銅（Ｃｕ）膜表面を研磨し、溝１２内部にバリアメタル１３を介してＣｕ膜からなる、第１配線１４を完成させた。
【００６８】
次に、上記第１配線１４上を被覆するように上記無機酸化膜１１上に、バリア絶縁膜２１を形成する。このバリア絶縁膜２１は、例えばアモルファスカーボン膜を５０ｎｍの厚さに成膜して形成する。このバリア絶縁膜２１には、ダイヤモンドライクカーボン膜を用いることもできる。上記、ダイヤモンドライクカーボン膜、アモルファスカーボン膜は、例えば平行平板型のプラズマＣＶＤ装置で成膜することが可能である。例えば、基盤ＲＦバイアスパワーを２００Ｗ、成膜雰囲気の圧力を４００Ｐａ、プリカーサ種にメタン（ＣＨ4）を用い、その供給流量を５００ｃｍ3／ｍｉｎ、キャリアガスにヘリウム（Ｈｅ）を用い、その供給流量を１０００ｃｍ3／ｍｉｎに設定した。
【００６９】
その後、バリア絶縁膜２１上に層間絶縁膜２２を形成する。この層間絶縁膜２２は、例えば誘電率が３以下のＭＱＳ系酸化膜を１００ｎｍの厚さに成膜して形成する。この成膜方法はＣＶＤ法でも、ＳＯＧ（Spin on ｇlass）を用いた塗布法でも構わない。さらに、有機系絶縁膜４１、無機系絶縁膜４２、第１ハードマスク４３、第２ハードマスク４４を形成する。上記有機系絶縁膜４１は、例えば、ポリアリールエーテルで形成し、その厚さを８０ｎｍとした。上記無機系絶縁膜４２は、例えば、プラズマエンハンスメントＣＶＤにより成膜された酸化シリコン膜（ＰＥ酸化膜）で形成し、その厚さを１００ｎｍとした。また、上記第１、第２ハードマスク４３、４４は、それぞれ、５０ｎｍの厚さに形成する。
【００７０】
次に、図８（２）に示すように、上記第２ハードマスク４４上に有機反射防止膜（ＢＡＲＣ：bottom anti refractive Coat）４５を塗布して形成した後、配線溝パターンを形成するためのエッチングマスク４６を、例えば化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。このエッチングマスク４６に形成された配線溝パターン４７が形成されている。
【００７１】
次に、図９（３）に示すように、エッチングマスク４６〔前記図９（２）参照〕を用いて上記第２ハードマスク４４を加工し、配線溝パターン４７〔前記図９（２）参照〕が延長形成された配線溝パターン４８を形成する。その後、このエッチング加工で残ったエッチングマスク４６、有機反射防止膜４５を、酸素（Ｏ2）系ガスにて剥離する。
【００７２】
次に、図９（４）に示すように、上記第２ハードマスク４４上に上記配線溝パターン４８を埋め込むように有機反射防止膜（ＢＡＲＣ：bottom anti refractive Coat）４９を塗布して形成した後、ビアを形成するためのエッチングマスク５０を、例えば化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。このエッチングマスク５０に形成されたビアパターン５１が形成されている。このビアパターン５１の直径は、例えば６０ｎｍとした。その際、ビアパターン５１は第１配線１４に対してずれ量がｄの合わせずれが発生した。
【００７３】
次に、図１０（５）に示すように、上記第１ハードマスク４３、無機系絶縁膜４２、有機系絶縁膜４１を順にエッチング加工してビアホール２６を形成する。このエッチングでは、有機系絶縁膜４１のエッチング際に、上記エッチングマスク５０〔前記図９（４）参照〕もエッチングされて除去される。
【００７４】
次に、図１０（６）に示すように、第２ハードマスク４４をエッチングマスクとして第１ハードマスク４３をエッチング加工し、配線溝パターン４８を延長形成する。このとき、配線溝パターン４８底部の無機系絶縁膜４２と、ビアホール２６底部の層間絶縁膜２２とを同時にエッチング加工する。どちらの膜も無機酸化シリコン系の膜であるため、同時エッチングが可能となっている。このエッチングは炭化水素（ＣＦx）系ガスを用いたドライエッチングにて行う。
【００７５】
この結果、図１１（７）に示すように、上記無機系絶縁膜４２に配線溝５１が形成され、層間絶縁膜２２にビアホール２６が形成される。このエッチングでは、上記バリア絶縁膜２１上でビアホール２６のエッチングが停止され、上記有機系絶縁膜４１上で配線溝５１のエッチングが停止される。また、このエッチングでは、第１ハードマスク４３〔前記図１０（６）参照〕も除去される。
【００７６】
次に、図１１（８）に示すように、ビア２６を導通するために、ビア２６底部の上記バリア絶縁膜２１をエッチングにより除去する。このエッチングでは、エッチングガスに窒素（Ｎ2）と酸素（Ｏ2）とを用いた。このエッチング条件は、一例として、エッチング雰囲気の圧力を１．３Ｐａ、窒素ガスの流量を４００ｃｍ3／ｍｉｎ、酸素ガスの領域を２５ｃｍ3／ｍｉｎに設定し、基板バイアスパワーを上部が６５０Ｗ，下部電極が２００Ｗに設定した。上記エッチングでは、水素（Ｈ2）、窒素（Ｎ2）、酸素（Ｏ2）を単独で用いることもでき、また、これらのガス系を複数種組み合わせて用いることもできる。このエッチングでは、無機系酸化膜はエッチングされないため、上記無機酸化膜１１はエッチングされない。このため、従来技術のように、ビアホール２６底部の第１配線１４の側部、すなわち合わせずれ領域が彫れることがないので、不要な凹部が形成されることはない。
【００７７】
その後、図１２（９）に示すように、有機系洗浄液にて第１配線１４の露出した銅表面を洗浄する。続いて、スパッタリングによって、上記層間絶縁膜２２表面、配線溝３１内面およびビアホール２６内面にバリアメタル層３２を形成する。このバリアメタル層３２は、例えばＴａ膜を５ｎｍの厚さに形成する。さらに銅めっきのシード（図示せず）として銅（Ｃｕ）膜を４５ｎｍの厚さに成膜した。次いで、電解めっき（ＥＣＰ）法もしくはＣＶＤ法にて銅（Ｃｕ）膜３３を形成し、配線溝３１およびビアホール２６を埋め込んだ。その際、合わせズレ部分では、ボイドが発生することはなくビア抵抗値は安定した。また、アモルファスカーボン膜もしくはダイヤモンドライクカーボン膜は誘電率が３以下であるため、既存技術に対して、２０％程度の容量低減を実現することができ、さらに、化学的安定な膜質により、配線信頼性も向上した。
【００７８】
その後、図示はしないが、上記層間絶縁膜２２上の余剰な上記銅膜３３およびバリアメタル層３２を除去し、配線溝３１の内部にバリアメタル層３２を介して銅膜３３からなる第２配線を形成するとともに、この第２配線の底部に接続するもので、上記ビアホール２６の内部にバリアメタル層３２を介して銅膜３３からなるビアを形成する。
【００７９】
上記第２例の半導体装置の製造方法は、いわゆる銅配線からなる第１配線１４上に形成するバリア絶縁膜２１をアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンで形成するため、第１配線に対してビアホール２６がずれて形成されても、第１配線１４周囲に形成されている例えば無機系絶縁膜である無機酸化膜１１をエッチングすることがない。すなわち、上記第１配線１４上に形成されるビアホール２６の底部の上記バリア絶縁膜２１のみを選択的にエッチング除去できるので、第１配線１４に対してビアホール２６がずれて形成されても、第１配線１４側部の無機酸化膜１１がエッチングされることがない。このため、配線溝３１やビアホール２６内に銅の埋め込む際に、埋め込み不良やそれに起因した信頼性劣化や第１配線１４と第２配線３４との間で短絡（ショート）を発生することがないという利点がある。さらに、バリア絶縁膜２１が化学的に安定であり、しかも誘電率が低い膜特性を有することにより、信頼性向上と容量低減も可能となるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の半導体装置に係る一実施の形態の第１例を示した概略構成断面図である。
【図２】本発明の半導体装置に係る一実施の形態の第２例を示した概略構成断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法に係る基本的な実施の形態の一例を示した製造工程断面図である。
【図４】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第１例を示した製造工程断面図である。
【図５】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第１例を示した製造工程断面図である。
【図６】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第１例を示した製造工程断面図である。
【図７】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第１例を示した製造工程断面図である。
【図８】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第２例を示した製造工程断面図である。
【図９】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第２例を示した製造工程断面図である。
【図１０】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第２例を示した製造工程断面図である。
【図１１】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第２例を示した製造工程断面図である。
【図１２】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第２例を示した製造工程断面図である。
【図１３】従来の配線形成技術の一例を示した製造工程断面図である。
【図１４】従来の配線形成技術の一例を示した製造工程断面図である。
【図１５】従来の配線形成技術の一例を示した製造工程断面図である。
【図１６】従来の配線形成技術の一例を示した製造工程断面図である。
【図１７】従来の配線形成技術の一例を示した製造工程断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１…半導体装置、１４…第１配線、２１…バリア絶縁膜、２６…ビアホール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線上に形成されるビアホール底部の信頼性に優れた半導体装置および半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
銅（Ｃｕ）配線のダマシン（Damascene）構造においては、酸化膜中へのＣｕ拡散を防止する目的で、バリア膜が用いられている。通常、配線溝の側壁および底部分はメタル系材料を用いることが多く、配線上面のバリア絶縁膜材料としては、窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒化炭化シリコン（ＳｉＣＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、ＳｉＣＯＮ等の化学的気相成長（ＣＶＤ）系材料が用いられることが多い（例えば、非特許文献１参照。）
【０００３】
通常、上層配線と下層配線との接続は、上層配線と下層配線との間にビアを形成することにより繋ぐ。その際、下層配線とビア部分の導通を確保するためには、配線上のバリア絶縁膜をエッチングする必要が有り、このエッチングのエッチングガスには、フロロカーボン系ガス（ＣＦx）が用いられることが一般的である。
【０００４】
また、下層配線に対するビアのパターンニングは露光機を用いて行う。その際、合わせずれが生じることが一般的で有る。例えば、下層配線と上層のビアとがずれた状態で、エッチングガスにフロロカーボン系ガスを用いてバリア絶縁膜の加工を行うと、下層配線側の絶縁膜もエッチングされるという問題が発生する。
【０００５】
上記エッチングによる合わせずれ部分の層間絶縁膜の掘れ量は、加工条件、層間絶縁膜種にも依存するが、下層配線側の層間絶縁膜に低誘電率膜を適用した場合、バリア絶縁膜に対する層間絶縁膜の加工選択比が著しく低下し、掘れ量は増加する。
【０００６】
配線側部の層間絶縁膜が掘れた場合、その後のバリアメタル、銅めっき用のシード層を形成した場合のカバレッジ不足、もしくは、オーバーハングに起因する配線材料となる金属（例えば銅）の埋め込み不良を引き起こし、ビアの高抵抗化、配線の信頼性劣化を引き起こす。さらに、程度が悪い場合、上層配線と下層配線との間で短絡（ショート）を引き起こす場合もある。
【０００７】
以下に、従来の配線形成技術の一例を、図１３〜図１７の製造工程断面図によって説明する。
【０００８】
図１３（１）に示すように、半導体基板（図示せず）上に、化学気相法（ＣＶＤ）を用いて、誘電率が３以下の無機系酸化膜２１１を２００ｎｍの厚さに成膜する。この無機系酸化膜２１１にはＭＳＱ（methyl-hydrogen-silsesquioxane）を用いる。さらに、有機の反射防止膜２１２（ＢＡＲＣ：bottom anti refractive Coat）を塗布により形成した後、溝パターンを形成するためのエッチングマスク２１３を、化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。この溝は線幅６０ｎｍとした。
【０００９】
次に、図１３（２）に示すように、無機系酸化膜２１１に溝２１４を形成する。このエッチングでは、フッ化炭素（ＣＦ）系のエッチングガスを用いた。また溝２１４は、深さ１５０ｎｍに加工した。このエッチング加工で残ったレジストは、酸素（Ｏ2）系ガスにて剥離した。
【００１０】
その後、図１３（３）に示すように、スパッタリングによって、上記無機系酸化膜２１１表面および溝２１４内面にバリアメタル層２１５としてＴａ膜を５ｎｍの厚さに形成し、さらに銅めっきのシード（図示せず）として銅（Ｃｕ）膜を４５ｎｍの厚さに成膜した。次いで、電解めっき（ＥＣＰ）法もしくはＣＶＤ法にて銅（Ｃｕ）膜２１６を形成し、溝２１４を埋め込んだ。
【００１１】
次に、図１３（４）に示すように、機械的化学研磨法（ＣＭＰ）にて、銅（Ｃｕ）膜２１６表面を研磨し、溝２１４内部にバリアメタル２１５を介してＣｕ膜２１６からなる、下層配線２１７を完成させた。
【００１２】
次に、図１４（５）に示すように、上記下層配線２１７上を被覆するように上記無機酸化膜２１１上に、銅バリア絶縁膜２２１として、ＰＥ−ＳｉＣＮ膜を３０ｎｍの厚さに成膜した後、層間絶縁膜２２２として誘電率が３以下のＭＱＳ系酸化膜を２５０ｎｍの厚さに成膜する。この成膜方法はＣＶＤ法でも、ＳＯＧ（Spin on ｇlass）を用いた塗布法でも構わない。
【００１３】
その後、図１４（６）に示すように、ビアを形成するために、上記層間絶縁膜２２２上に有機反射防止膜（ＢＡＲＣ：bottom anti refractive Coat）２２３を塗布して形成した後ビアを形成するためのエッチングマスク２２４を、化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。このエッチングマスク２２４に形成されたビアパターン２２５の直径を６０ｎｍとした。その際、ビアパターン２２５は下層配線２１７に対してずれ量がｄの合わせずれが発生した。
【００１４】
次いで、図１５（７）に示すように、上記層間絶縁膜２２２にビア２２６を形成する。このエッチングは炭化水素（ＣＦx）系ガスを用いたドライエッチングにて行う。そのため、上記銅バリア絶縁膜２２１上でエッチングが停止される。そして、残ったエッチングマスク２２４は、酸素系ガスでアッシングにより除去する。
【００１５】
引き続き、図１５（８）に示すように、上記ビア２２６の内部を埋め込むように、上記層間絶縁膜２２２上に、有機の反射防止膜２１７（ＢＡＲＣ：bottom anti refractive Coat）を塗布により形成した後、溝を形成するためのエッチングマスク１２８を、化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。このエッチングマスク２２８には溝パターン２２９が形成されている。
【００１６】
次に、図１６（９）に示すように、上記エッチングマスク２２８〔前記図１５（８）参照〕を用いたドライエッチングにより、上記層間絶縁膜２２２に溝２３１を形成する。このエッチングでは、フッ化炭素（ＣＦx）系のエッチングガスを用いた。また溝２３１は、深さ１４０ｎｍに加工した。このエッチング加工で残ったレジストは、酸素（Ｏ2）系ガスの低圧力条件下にて剥離した。
【００１７】
次に、図１６（１０）に示すように、ビア２２６を導通するために、ビア２２６底部の上記銅バリア絶縁膜２２１をエッチングにより除去する。このエッチングでは、フッ化炭素（ＣＦx）系のエッチングガスを用いた。その際、ビア２２６底部のＳｉＣＮ膜からなる銅バリア絶縁膜１２１をエッチングするが、ＳｉＣＮ膜と酸化膜とのエッチング選択比が小さく、ＳｉＣＮ膜加工時のオーバーエッチング量に応じて、合わせズレ部分直下の層間絶縁膜の無機系酸化膜２１１もエッチングされる。このエッチングレートはＳｉＣＮ：ＭＳＱ＝１：２であり、ＳｉＣＮは３０％オーバー加工を実施するため、机上計算上は１８ｎｍだけ酸化膜が掘れる。さらに、マイクロローディング効果により狭スペースでのエッチングが加速され、トータルで３６ｎｍ程度の掘れが発生し、不要な溝２３２が形成された。
【００１８】
その後、図１７（１１）に示すように、有機系洗浄液にて下層配線２１７の露出した銅表面を洗浄する。続いて、スパッタリングによって、上記層間絶縁膜２２２表面、溝２３１内面およびビア２２６内面にバリアメタル層２３４としてＴａ膜を５ｎｍの厚さに形成し、さらに銅めっきのシード（図示せず）として銅（Ｃｕ）膜を４５ｎｍの厚さに成膜した。次いで、電解めっき（ＥＣＰ）法もしくはＣＶＤ法にて銅（Ｃｕ）膜２３５を形成し、溝２３１およびビア２２６を埋め込んだ。その際、合わせズレ部分に形成された溝２３２の内部にはボイド２３６が発生してしまい、抵抗上昇のみならず、配線の信頼性も劣化した。
【００１９】
【非特許文献１】H.Miyajima, K.Fujita, S.Ito, K.Tabuchi, T.Shimayama, K.Akiyama, T.Hachiya, K.Higashi, N.Nakamura, A.Kajita, N.Matsunaga, Y.Enomoto, R.Kanamura, M.Inohara, K.Honda, H.Kamijo, R.Nakata, H.Yano, N.Hayasaka, T.Hasegawa, S.Kadomura, H.Shibata,and T.Yoda著 「Challenge of low-k materials for 130, 90, 65ｎｍ node interconnect technology and beyond」 IEDM Tech. Dig., p.329-332 ２００４年１２月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
解決しようとする問題点は、銅配線上に形成されている銅バリア絶縁膜を下地の周囲に形成されている絶縁膜に対して選択的なエッチング除去ができない点である。
【００２１】
本発明は、銅配線上に形成される銅バリア絶縁膜の膜種を選択して、銅配線上に形成されている銅バリア絶縁膜を下地の周囲に形成されている絶縁膜に対して選択的なエッチング除去を可能にすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の半導体装置は、銅もしくは銅を主体とした導電性材料からなる配線と、前記配線上に形成されたバリア絶縁膜と、前記配線上に形成されたビアホールとを備えた半導体装置において、前記バリア絶縁膜はアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンからなり、前記ビアホール底部の前記バリア絶縁膜が選択的に除去されていることを特徴とする。
【００２３】
本発明の半導体装置では、銅もしくは銅を主体とした導電性材料からなる配線（以下、配線という）上に形成されるバリア絶縁膜がアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンからなることから、上記配線上に形成されるビアホールの底部に上記バリア絶縁膜が存在した場合に、上記配線周囲に形成されている例えば無機系絶縁膜をエッチングすることなくビアホール内の上記バリア絶縁膜のみを選択的にエッチング除去できるようになる。このため、合わせずれによって、配線に対してビアホールがずれて形成されていても、配線周囲の絶縁膜を損傷することなく、バリア絶縁膜は選択的に除去された状態に形成される。
【００２４】
本発明の半導体装置の製造方法は、銅もしくは銅を主体とした導電性材料からなる配線と、前記配線上に形成されたバリア絶縁膜と、前記配線上に形成されたビアホールとを備えた半導体装置の製造方法において、前記バリア絶縁膜をアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンで形成し、前記ビアホール底部の前記バリア絶縁膜を選択的に除去することを特徴とする。
【００２５】
本発明の半導体装置の製造方法では、銅もしくは銅を主体とした導電性材料からなる配線（以下、配線という）上に形成されるバリア絶縁膜をアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンで形成したことから、上記配線周囲に形成されている例えば無機系絶縁膜をエッチングすることなく上記配線上に形成されるビアホールの底部の上記バリア絶縁膜のみを選択的にエッチング除去できるようになる。このため、合わせずれによって、配線に対してビアホールがずれて形成されていても、配線周囲の絶縁膜を損傷することなく、バリア絶縁膜を選択的に除去することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の半導体装置は、いわゆる銅配線上に形成されるバリア絶縁膜がアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンで形成されているため、配線に対してビアホールがずれて形成されていても、配線周囲に形成されている例えば無機系絶縁膜をエッチングすることなく上記配線上に形成されるビアホールの底部の上記バリア絶縁膜のみを選択的にエッチング除去できているので、配線側部の絶縁膜がエッチングされることはない。このため、配線溝やビアホール内における銅の埋め込み不良やそれに起因した信頼性劣化や上下配線間短絡（ショート）を回避することができるという利点がある。さらに、バリア絶縁膜が化学的に安定であり、しかも誘電率が低い膜特性を有することにより、信頼性向上と容量低減も可能となるという利点がある。
【００２７】
本発明の半導体装置の製造方法は、いわゆる銅配線上に形成するバリア絶縁膜をアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンで形成するため、配線に対してビアホールがずれて形成されても、配線周囲に形成されている例えば無機系絶縁膜をエッチングすることなく上記配線上に形成されるビアホールの底部の上記バリア絶縁膜のみを選択的にエッチング除去できるので、配線に対してビアホールがずれて形成されても、配線側部の絶縁膜がエッチングされることがない。このため、配線溝やビアホール内に銅の埋め込む際に、埋め込み不良やそれに起因した信頼性劣化や上下配線間短絡（ショート）を発生することがないいう利点がある。さらに、バリア絶縁膜が化学的に安定であり、しかも誘電率が低い膜特性を有することにより、信頼性向上と容量低減も可能となるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の半導体装置に係る一実施の形態の第１例を、図１の概略構成断面図によって説明する。ここでは一例として、いわゆるシングルダマシン法に適用した一例を示す。
【００２９】
図１に示すように、半導体基板１０上に、誘電率が３以下の無機系酸化膜１１が例えば２００ｎｍの厚さに成膜されている。この無機系酸化膜１１には、例えばＭＳＱ（methyl-hydrogen-silsesquioxane）を用いることができる。さらに、上記無機系酸化膜１１には配線溝１２が形成され、その内部にバリアメタル層１３を介して銅（Ｃｕ）膜からなる、第１配線１４が形成されている。
【００３０】
上記無機酸化膜１１上には上記第１配線１４上を被覆するようにバリア絶縁膜２１が形成されている。このバリア絶縁膜２１は、例えばアモルファスカーボン膜からなり、例えば５０ｎｍの厚さに形成されている。このバリア絶縁膜２１には、ダイヤモンドライクカーボン膜を用いることもできる。
【００３１】
ダイヤモンドライクカーボン膜は構造的にはダイヤモンド構造を一部含んだ、炭素と水素からなる高密度な構造であり、ピンホールフリーであることが知られている。結晶粒界がないことより非常に表面粗さが小さく、ダイヤモンドと同様に硬度が高く、耐摩耗性、固体潤滑性、熱伝導性、耐薬品性、耐食性、化学的安定性、絶縁性に優れている。ダイヤモンドライクカーボンに関する基礎特性は、例えばH. Vora and T. J. Moravec著、Appl. Phys.,52, 1651(1981)に開示されている。
【００３２】
一方、アモルファスカーボン膜は、粒界がなく、化学的に安定で、高硬度の膜が得られることが知られている。また、誘電率に関しても、３以下の実現が可能である。また、膜組成がＣＨxであることにより、加工する際のガス系としては、フロロカーボン（ＣＦx）系ガスの適用が必要なく、水素、酸素、窒素の単ガス、もしくは、混合系ガスの適用が可能である。これらのガス系は、無機系酸化膜をエッチングしないため、合わせズレを有する、下層配線と上層ビア構造において、下層層間絶縁膜が掘れること無い。さらに、化学的に安定、誘電率が低い膜特性より、信頼性向上と容量低減も期待される。
【００３３】
上記バリア絶縁膜２１上には層間絶縁膜２２が形成されている。この層間絶縁膜２２は、例えば、誘電率が３以下のＭＱＳ系酸化膜で形成され、その膜厚は例えば２５０ｎｍの厚さに設定されている。
【００３４】
上記層間絶縁膜２２には配線溝３１が形成され、さらにこの配線溝３１の底部にビアホール２６が形成されている。通常、ビアホール２６は、マスク合わせずれによって、例えばｄだけ下層の第１配線１４に対してずれて形成されることがある。図面では、ずれた場合を示してある。さらに、上記ビアホール２６は、上記バリア絶縁膜２１を貫通して、下層の第１配線１４に達するように形成されている。
【００３５】
そして、上記配線溝３１の内部にはバリアメタル層３２を介して銅膜３３からなる第２配線３４が形成されているとともに、この第２配線３４の底部に接続するもので、上記ビアホール２６の内部にバリアメタル層３２を介して銅膜３３からなるビア３５が形成されている。
【００３６】
上記第１例の半導体装置１では、いわゆる銅配線からなる第１配線１４上に形成されるバリア絶縁膜２１がアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンで形成されているため、第１配線１４に対してビアホール２６がずれて形成されていても、第１配線１４周囲に形成されている例えば無機系絶縁膜からなる無機酸化膜１１をエッチングすることなく上記第１配線１４上に形成されるビアホール２６の底部の上記バリア絶縁膜２１のみを選択的にエッチング除去できているので、第１配線１４側部の無機酸化膜１１がエッチングされることはない。このため、配線溝３１やビアホール２６内における銅の埋め込み不良やそれに起因した信頼性劣化や上下配線間、すなわち第１配線２１と第２配線３４との短絡（ショート）を回避することができるという利点がある。さらに、バリア絶縁膜２１が化学的に安定であり、しかも誘電率が低い膜特性を有することにより、信頼性向上と容量低減も可能となるという利点がある。
【００３７】
次に、本発明の半導体装置に係る一実施の形態の第２例を、図２の概略構成断面図によって説明する。ここでは一例として、いわゆるデュアルダマシン法に適用した一例を示す。
【００３８】
図２に示すように、半導体基板１０上に、誘電率が３以下の無機系酸化膜１１が例えば２００ｎｍの厚さに成膜されている。この無機系酸化膜１１には、例えばＭＳＱ（methyl-hydrogen-silsesquioxane）を用いることができる。さらに、上記無機系酸化膜１１には配線溝１２が形成され、その内部にバリアメタル層１３を介して銅（Ｃｕ）膜からなる、第１配線１４が形成されている。
【００３９】
上記無機酸化膜１１上には上記第１配線１４上を被覆するようにバリア絶縁膜２１が形成されている。このバリア絶縁膜２１は、例えばアモルファスカーボン膜からなり、例えば５０ｎｍの厚さに形成されている。このバリア絶縁膜２１には、ダイヤモンドライクカーボン膜を用いることもできる。ダイヤモンドライクカーボン膜およびアモルファスカーボン膜は上記第１例で説明したような膜である。
【００４０】
上記バリア絶縁膜２１上には層間絶縁膜２２が形成されている。この層間絶縁膜２２は、例えば、誘電率が３以下のＭＱＳ系酸化膜で形成され、その膜厚は例えば１００ｎｍの厚さに設定されている。さらに、上記層間絶縁膜２２上には、有機系絶縁膜４１と無機系絶縁膜４２とが順に積層されて形成されている。上記有機系絶縁膜４１は、例えば、ポリアリールエーテルで形成され、その厚さは例えば８０ｎｍに設定されている。上記無機系絶縁膜４２は、例えば、プラズマエンハンスメントＣＶＤにより成膜された酸化シリコン膜（ＰＥ酸化膜）で形成され、その厚さは例えば１００ｎｍに設定されている。
【００４１】
上記有機系絶縁膜４１と無機系絶縁膜４２とには配線溝３１が形成され、さらにこの配線溝３１の底部の上記層間絶縁膜２２にはビアホール２６が形成されている。通常、ビアホール２６は、マスク合わせずれによって、例えばｄだけ下層の第１配線１４に対してずれて形成されることがある。図面では、ずれた場合を示してある。さらに、上記ビアホール２６は、上記バリア絶縁膜２１を貫通して、下層の第１配線１４に達するように形成されている。
【００４２】
そして、上記配線溝３１の内部にはバリアメタル層３２を介して銅膜３３からなる第２配線３４が形成されているとともに、この第２配線３４の底部に接続するもので、上記ビアホール２６の内部にバリアメタル層３２を介して銅膜３３からなるビア３５が形成されている。
【００４３】
上記第２例の半導体装置２では、前記第１例の半導体装置１と同様なる作用効果を奏する。よって、配線溝３１やビアホール２６内における銅の埋め込み不良やそれに起因した信頼性劣化や上下配線間、すなわち第１配線２１と第２配線３４との短絡（ショート）を回避することができるという利点がある。さらに、バリア絶縁膜２１が化学的に安定であり、しかも誘電率が低い膜特性を有することにより、信頼性向上と容量低減も可能となるという利点がある。
【００４４】
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る基本的な実施の形態の一例を、図３の製造工程断面図によって説明する。
【００４５】
図３（１）に示すように、半導体基板（図示せず）上に有機系絶縁膜１１１と無機系絶縁膜１１２とが積層され、その積層膜に形成された配線溝１１３内部にバリアメタル層１１４を介して第１配線１１５が形成されている。
【００４６】
このような上記無機系絶縁膜１１２上に、上記第１配線１１５の表面を被覆するバリア絶縁膜１２１を形成する。こｎバリア絶縁膜１２１は、ダイヤモンドライクカーボンもしくはアモルファスカーボンで形成する。その後、無機絶縁膜１２２と有機絶縁膜１２３と無機絶縁膜１２４との積層膜を形成する。そして、上層の無機絶縁膜１２４に配線溝１２５を形成するとともに、有機絶縁膜１２３と下層の無機絶縁膜１２２に、上記配線溝１２４から上記バリア絶縁膜１２１に達するビアホール１２６を形成する。この状態では、ビアホール１２６の底部にバリア絶縁膜１２１が露出されている。また、通常のリソグラフィーを伴う加工では、上記ビアホール１２６は第１配線１１５に対して合わせずれが生じる。このため、第１配線１１５に対して上記ビアホール１２６がずれて形成されてしまう。
【００４７】
次に、図３（２）に示すように、上記ビアホール１２６底部のバリア絶縁膜１２１を選択的に除去する。この除去加工では、ドライエッチングを用い、例えばエッチングガスに水素（Ｈ2）、窒素（Ｎ2）および酸素（Ｏ2）のうちの一種もしくは複数種を用いてエッチングを行う。これらのエッチングガスでは、無機絶縁膜、特に無機酸化シリコン膜はエッチングされない。このため、ダイヤモンドライクカーボンもしくはアモルファスカーボンからなるバリア絶縁膜１２１のみが選択的に除去され、ビアホール１２６の底部に第１配線１１５表面が露出される。
【００４８】
上記半導体装置の製造方法は、いわゆる銅配線である第１配線１１５上に形成するバリア絶縁膜１２１をアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンで形成するため、第１配線１１５に対してビアホール１２６がずれて形成されても、第１配線１１５周囲に形成されている例えば無機系絶縁膜１１２をエッチングすることなく上記第１配線１１５上に形成されるビアホール１２６の底部の上記バリア絶縁膜１２１のみを選択的にエッチング除去できる。したがって、第１配線１２１に対してビアホール１２６がずれて形成されても、第１配線１２１側部の無機系絶縁膜１１２がエッチングされることがない。このため、配線溝やビアホール内に銅の埋め込む際に、埋め込み不良やそれに起因した信頼性劣化や第１、第２配線１１５、１３１間短絡（ショート）を発生することがないいう利点がある。さらに、バリア絶縁膜１２１が化学的に安定であり、しかも誘電率が低い膜特性を有することにより、信頼性向上と容量低減も可能となるという利点がある。
【００４９】
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第１例を、図４〜図７の製造工程断面図によって説明する。この図４〜図７では、上記図３によって説明した製造方法をより具体化して説明する。ここでは一例として、いわゆるシングルダマシン法に適用した一例を示す。
【００５０】
図４（１）に示すように、半導体基板（図示せず）上に、化学気相法（ＣＶＤ）を用いて、誘電率が３以下の無機系酸化膜１１を例えば２００ｎｍの厚さに成膜する。この無機系酸化膜１１には、例えばＭＳＱ（methyl-hydrogen-silsesquioxane）を用いる。さらに、有機の反射防止膜（ＢＡＲＣ：bottom anti refractive Coat）（図示せず）を、例えば塗布法により形成した後、溝パターンを形成するためのエッチングマスク（図示せず）を、例えば化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。この溝パターンは線幅６０ｎｍとした。
【００５１】
次に、上記無機系酸化膜１１に溝１２を形成する。このエッチングでは、フッ化炭素（ＣＦ）系のエッチングガスを用いた。また溝１２は、深さ１５０ｎｍに加工した。このエッチング加工で残ったレジストは、酸素（Ｏ2）系ガスにて剥離した。
【００５２】
その後、スパッタリングによって、上記無機系酸化膜１１表面および溝１２内面にバリアメタル層１３を形成する。このバリアメタル層１３は、例えばＴａ膜を５ｎｍの厚さに製造して形成する。さらに銅めっきのシード（図示せず）として銅（Ｃｕ）膜を４５ｎｍの厚さに成膜する。次いで、電解めっき（ＥＣＰ）法もしくはＣＶＤ法にて銅（Ｃｕ）膜を形成し、溝１２を埋め込んだ。その後、機械的化学研磨法（ＣＭＰ）にて、銅（Ｃｕ）膜表面を研磨し、溝１２内部にバリアメタル１３を介してＣｕ膜からなる、第１配線１４を完成させた。
【００５３】
次に、上記第１配線１４上を被覆するように上記無機酸化膜１１上に、バリア絶縁膜２１を形成する。このバリア絶縁膜２１は、例えばアモルファスカーボン膜を５０ｎｍの厚さに成膜して形成する。このバリア絶縁膜２１には、ダイヤモンドライクカーボン膜を用いることもできる。上記、ダイヤモンドライクカーボン膜、アモルファスカーボン膜は、例えば平行平板型のプラズマＣＶＤ装置で成膜することが可能である。例えば、基盤ＲＦバイアスパワーを２００Ｗ、成膜雰囲気の圧力を４００Ｐａ、プリカーサ種にメタン（ＣＨ4）を用い、その供給流量を５００ｃｍ3／ｍｉｎ、キャリアガスにヘリウム（Ｈｅ）を用い、その供給流量を１０００ｃｍ3／ｍｉｎに設定した。
【００５４】
ここで、ダイヤモンドライクカーボンとアモルファスカーボンについて、簡単に接続する。両者共に、メタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ4）など炭化水素ガスをプラズマで分解して成膜するプラズマＣＶＤ法にて成膜可能がである。
【００５５】
その後、バリア絶縁膜２１上に層間絶縁膜２２を形成する。この層間絶縁膜２２は、例えば誘電率が３以下のＭＱＳ系酸化膜を２５０ｎｍの厚さに成膜して形成する。この成膜方法はＣＶＤ法でも、ＳＯＧ（Spin on ｇlass）を用いた塗布法でも構わない。
【００５６】
次に、図４（２）に示すように、上記層間絶縁膜２２上に有機反射防止膜（ＢＡＲＣ：bottom anti refractive Coat）２３を塗布して形成した後、ビアを形成するためのエッチングマスク２４を、例えば化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。このエッチングマスク２４に形成されたビアパターン２５が形成されている。このビアパターン２５の直径は、例えば６０ｎｍとした。その際、ビアパターン２５は第１配線１４に対してずれ量がｄの合わせずれが発生した。
【００５７】
次に、図５（３）に示すように、上記層間絶縁膜２２にビア２６を形成する。このエッチングは炭化水素（ＣＦx）系ガスを用いたドライエッチングにて行う。そのため、上記バリア絶縁膜２１上でエッチングが停止される。そして、残ったエッチングマスク２４〔前記図４（２）参照〕は、酸素系ガスでアッシングにより除去する。
【００５８】
次に、図５（４）に示すように、上記ビア２６の内部を埋め込むように、上記層間絶縁膜２２上に、有機の反射防止膜２７（ＢＡＲＣ：bottom anti refractive Coat）を形成する。この反射防止膜２７は、例えば塗布により形成する。その後、溝を形成するためのエッチングマスク２８を、例えば化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。このエッチングマスク２８には溝パターン２９が形成されている。
【００５９】
次に、図６（５）に示すように、上記エッチングマスク２８〔前記図５（４）参照〕を用いたドライエッチングにより、上記層間絶縁膜２２に配線溝３１を形成する。このエッチングでは、フッ化炭素（ＣＦx）系のエッチングガスを用いた。このエッチングでも、フッ化炭素（ＣＦx）系のエッチングガスを用いているためビアホール２６底部のバリア絶縁膜２１がエッチングされることはない。また配線溝３１は、深さ１４０ｎｍに加工した。このエッチング加工で残ったエッチングマスク２８は、酸素（Ｏ2）系ガスの低圧力条件下にて剥離（例えばアッシング）した。
【００６０】
次に、図６（６）に示すように、ビア２６を導通するために、ビア２６底部の上記バリア絶縁膜２１をエッチングにより除去する。このエッチングでは、エッチングガスに窒素（Ｎ2）と酸素（Ｏ2）とを用いた。このエッチング条件は、一例として、エッチング雰囲気の圧力を１．３Ｐａ、窒素ガスの流量を４００ｃｍ3／ｍｉｎ、酸素ガスの領域を２５ｃｍ3／ｍｉｎに設定し、基板バイアスパワーを上部が６５０Ｗ，下部電極が２００Ｗに設定した。上記エッチングでは、水素（Ｈ2）、窒素（Ｎ2）、酸素（Ｏ2）を単独で用いることもでき、また、これらのガス系を複数種組み合わせて用いることもできる。このエッチングでは、無機系酸化膜はエッチングされないため、上記無機酸化膜１１はエッチングされない。このため、従来技術のように、ビアホール２６底部の第１配線１４の側部、すなわち合わせずれ領域が彫れることがないので、不要な凹部が形成されることはない。
【００６１】
その後、図７（７）に示すように、有機系洗浄液にて第１配線１４の露出した銅表面を洗浄する。続いて、スパッタリングによって、上記層間絶縁膜２２表面、配線溝３１内面およびビア２６内面にバリアメタル層３２を形成する。このバリアメタル層３２は、例えばＴａ膜を５ｎｍの厚さに形成する。さらに銅めっきのシード（図示せず）として銅（Ｃｕ）膜を４５ｎｍの厚さに成膜した。次いで、電解めっき（ＥＣＰ）法もしくはＣＶＤ法にて銅（Ｃｕ）膜３３を形成し、溝３１およびビア２６を埋め込んだ。その際、合わせズレ部分では、ボイドが発生することはなくビア抵抗値は安定した。また、アモルファスカーボン膜もしくはダイヤモンドライクカーボン膜は誘電率が３以下であるため、既存技術に対して、２０％程度の容量低減を実現することができ、さらに、化学的安定な膜質により、配線信頼性も向上した。
【００６２】
その後、図示はしないが、上記層間絶縁膜２２上の余剰な上記銅膜３３およびバリアメタル層３２を除去し、配線溝３１の内部にバリアメタル層３２を介して銅膜３３からなる第２配線を形成するとともに、この第２配線の底部に接続するもので、上記ビアホール２６の内部にバリアメタル層３２を介して銅膜３３からなるビアを形成する。
【００６３】
上記第１例の半導体装置の製造方法は、第１配線１４上に形成するバリア絶縁膜２１をアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンで形成するため、第１配線１４に対してビアホール２６がずれて形成されても、第１配線１４周囲に形成されている例えば無機系絶縁膜である無機酸化膜１１をエッチングすることなく上記第１配線１４上に形成されるビアホール２６の底部の上記バリア絶縁膜２１のみを選択的にエッチング除去できる。このため、配線溝３１やビアホール２６内に銅の埋め込む際に、埋め込み不良やそれに起因した信頼性劣化や、第１配線１４と第２配線３４との間で短絡（ショート）を発生することがないいう利点がある。さらに、バリア絶縁膜２１が化学的に安定であり、しかも誘電率が低い膜特性を有することにより、信頼性向上と容量低減も可能となるという利点がある。
【００６４】
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第２例を、図８〜図１２の製造工程断面図によって説明する。この図８〜図１２では、上記図３によって説明した製造方法をより具体化して説明する。ここでは一例として、いわゆるデュアルダマシン法に適用した一例を示す。
【００６５】
図８（１）に示すように、半導体基板（図示せず）上に、化学気相法（ＣＶＤ）を用いて、誘電率が３以下の無機系酸化膜１１を例えば２００ｎｍの厚さに成膜する。この無機系酸化膜１１には、例えばＭＳＱ（methyl-hydrogen-silsesquioxane）を用いる。さらに、有機の反射防止膜（ＢＡＲＣ：bottom anti refractive Coat）（図示せず）を、例えば塗布法により形成した後、溝パターンを形成するためのエッチングマスク（図示せず）を、例えば化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。この溝パターンは線幅６０ｎｍとした。
【００６６】
次に、上記無機系酸化膜１１に溝１２を形成する。このエッチングでは、フッ化炭素（ＣＦ）系のエッチングガスを用いた。また溝１２は、深さ１５０ｎｍに加工した。このエッチング加工で残ったレジストは、酸素（Ｏ2）系ガスにて剥離した。
【００６７】
その後、スパッタリングによって、上記無機系酸化膜１１表面および溝１２内面にバリアメタル層１３を形成する。このバリアメタル層１３は、例えばＴａ膜を５ｎｍの厚さに製造して形成する。さらに銅めっきのシード（図示せず）として銅（Ｃｕ）膜を４５ｎｍの厚さに成膜する。次いで、電解めっき（ＥＣＰ）法もしくはＣＶＤ法にて銅（Ｃｕ）膜を形成し、溝１２を埋め込んだ。その後、機械的化学研磨法（ＣＭＰ）にて、銅（Ｃｕ）膜表面を研磨し、溝１２内部にバリアメタル１３を介してＣｕ膜からなる、第１配線１４を完成させた。
【００６８】
次に、上記第１配線１４上を被覆するように上記無機酸化膜１１上に、バリア絶縁膜２１を形成する。このバリア絶縁膜２１は、例えばアモルファスカーボン膜を５０ｎｍの厚さに成膜して形成する。このバリア絶縁膜２１には、ダイヤモンドライクカーボン膜を用いることもできる。上記、ダイヤモンドライクカーボン膜、アモルファスカーボン膜は、例えば平行平板型のプラズマＣＶＤ装置で成膜することが可能である。例えば、基盤ＲＦバイアスパワーを２００Ｗ、成膜雰囲気の圧力を４００Ｐａ、プリカーサ種にメタン（ＣＨ4）を用い、その供給流量を５００ｃｍ3／ｍｉｎ、キャリアガスにヘリウム（Ｈｅ）を用い、その供給流量を１０００ｃｍ3／ｍｉｎに設定した。
【００６９】
その後、バリア絶縁膜２１上に層間絶縁膜２２を形成する。この層間絶縁膜２２は、例えば誘電率が３以下のＭＱＳ系酸化膜を１００ｎｍの厚さに成膜して形成する。この成膜方法はＣＶＤ法でも、ＳＯＧ（Spin on ｇlass）を用いた塗布法でも構わない。さらに、有機系絶縁膜４１、無機系絶縁膜４２、第１ハードマスク４３、第２ハードマスク４４を形成する。上記有機系絶縁膜４１は、例えば、ポリアリールエーテルで形成し、その厚さを８０ｎｍとした。上記無機系絶縁膜４２は、例えば、プラズマエンハンスメントＣＶＤにより成膜された酸化シリコン膜（ＰＥ酸化膜）で形成し、その厚さを１００ｎｍとした。また、上記第１、第２ハードマスク４３、４４は、それぞれ、５０ｎｍの厚さに形成する。
【００７０】
次に、図８（２）に示すように、上記第２ハードマスク４４上に有機反射防止膜（ＢＡＲＣ：bottom anti refractive Coat）４５を塗布して形成した後、配線溝パターンを形成するためのエッチングマスク４６を、例えば化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。このエッチングマスク４６に形成された配線溝パターン４７が形成されている。
【００７１】
次に、図９（３）に示すように、エッチングマスク４６〔前記図９（２）参照〕を用いて上記第２ハードマスク４４を加工し、配線溝パターン４７〔前記図９（２）参照〕が延長形成された配線溝パターン４８を形成する。その後、このエッチング加工で残ったエッチングマスク４６、有機反射防止膜４５を、酸素（Ｏ2）系ガスにて剥離する。
【００７２】
次に、図９（４）に示すように、上記第２ハードマスク４４上に上記配線溝パターン４８を埋め込むように有機反射防止膜（ＢＡＲＣ：bottom anti refractive Coat）４９を塗布して形成した後、ビアを形成するためのエッチングマスク５０を、例えば化学増幅型ＡｒＦレジストを用いて形成する。このエッチングマスク５０に形成されたビアパターン５１が形成されている。このビアパターン５１の直径は、例えば６０ｎｍとした。その際、ビアパターン５１は第１配線１４に対してずれ量がｄの合わせずれが発生した。
【００７３】
次に、図１０（５）に示すように、上記第１ハードマスク４３、無機系絶縁膜４２、有機系絶縁膜４１を順にエッチング加工してビアホール２６を形成する。このエッチングでは、有機系絶縁膜４１のエッチング際に、上記エッチングマスク５０〔前記図９（４）参照〕もエッチングされて除去される。
【００７４】
次に、図１０（６）に示すように、第２ハードマスク４４をエッチングマスクとして第１ハードマスク４３をエッチング加工し、配線溝パターン４８を延長形成する。このとき、配線溝パターン４８底部の無機系絶縁膜４２と、ビアホール２６底部の層間絶縁膜２２とを同時にエッチング加工する。どちらの膜も無機酸化シリコン系の膜であるため、同時エッチングが可能となっている。このエッチングは炭化水素（ＣＦx）系ガスを用いたドライエッチングにて行う。
【００７５】
この結果、図１１（７）に示すように、上記無機系絶縁膜４２に配線溝５１が形成され、層間絶縁膜２２にビアホール２６が形成される。このエッチングでは、上記バリア絶縁膜２１上でビアホール２６のエッチングが停止され、上記有機系絶縁膜４１上で配線溝５１のエッチングが停止される。また、このエッチングでは、第１ハードマスク４３〔前記図１０（６）参照〕も除去される。
【００７６】
次に、図１１（８）に示すように、ビア２６を導通するために、ビア２６底部の上記バリア絶縁膜２１をエッチングにより除去する。このエッチングでは、エッチングガスに窒素（Ｎ2）と酸素（Ｏ2）とを用いた。このエッチング条件は、一例として、エッチング雰囲気の圧力を１．３Ｐａ、窒素ガスの流量を４００ｃｍ3／ｍｉｎ、酸素ガスの領域を２５ｃｍ3／ｍｉｎに設定し、基板バイアスパワーを上部が６５０Ｗ，下部電極が２００Ｗに設定した。上記エッチングでは、水素（Ｈ2）、窒素（Ｎ2）、酸素（Ｏ2）を単独で用いることもでき、また、これらのガス系を複数種組み合わせて用いることもできる。このエッチングでは、無機系酸化膜はエッチングされないため、上記無機酸化膜１１はエッチングされない。このため、従来技術のように、ビアホール２６底部の第１配線１４の側部、すなわち合わせずれ領域が彫れることがないので、不要な凹部が形成されることはない。
【００７７】
その後、図１２（９）に示すように、有機系洗浄液にて第１配線１４の露出した銅表面を洗浄する。続いて、スパッタリングによって、上記層間絶縁膜２２表面、配線溝３１内面およびビアホール２６内面にバリアメタル層３２を形成する。このバリアメタル層３２は、例えばＴａ膜を５ｎｍの厚さに形成する。さらに銅めっきのシード（図示せず）として銅（Ｃｕ）膜を４５ｎｍの厚さに成膜した。次いで、電解めっき（ＥＣＰ）法もしくはＣＶＤ法にて銅（Ｃｕ）膜３３を形成し、配線溝３１およびビアホール２６を埋め込んだ。その際、合わせズレ部分では、ボイドが発生することはなくビア抵抗値は安定した。また、アモルファスカーボン膜もしくはダイヤモンドライクカーボン膜は誘電率が３以下であるため、既存技術に対して、２０％程度の容量低減を実現することができ、さらに、化学的安定な膜質により、配線信頼性も向上した。
【００７８】
その後、図示はしないが、上記層間絶縁膜２２上の余剰な上記銅膜３３およびバリアメタル層３２を除去し、配線溝３１の内部にバリアメタル層３２を介して銅膜３３からなる第２配線を形成するとともに、この第２配線の底部に接続するもので、上記ビアホール２６の内部にバリアメタル層３２を介して銅膜３３からなるビアを形成する。
【００７９】
上記第２例の半導体装置の製造方法は、いわゆる銅配線からなる第１配線１４上に形成するバリア絶縁膜２１をアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンで形成するため、第１配線に対してビアホール２６がずれて形成されても、第１配線１４周囲に形成されている例えば無機系絶縁膜である無機酸化膜１１をエッチングすることがない。すなわち、上記第１配線１４上に形成されるビアホール２６の底部の上記バリア絶縁膜２１のみを選択的にエッチング除去できるので、第１配線１４に対してビアホール２６がずれて形成されても、第１配線１４側部の無機酸化膜１１がエッチングされることがない。このため、配線溝３１やビアホール２６内に銅の埋め込む際に、埋め込み不良やそれに起因した信頼性劣化や第１配線１４と第２配線３４との間で短絡（ショート）を発生することがないという利点がある。さらに、バリア絶縁膜２１が化学的に安定であり、しかも誘電率が低い膜特性を有することにより、信頼性向上と容量低減も可能となるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の半導体装置に係る一実施の形態の第１例を示した概略構成断面図である。
【図２】本発明の半導体装置に係る一実施の形態の第２例を示した概略構成断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法に係る基本的な実施の形態の一例を示した製造工程断面図である。
【図４】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第１例を示した製造工程断面図である。
【図５】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第１例を示した製造工程断面図である。
【図６】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第１例を示した製造工程断面図である。
【図７】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第１例を示した製造工程断面図である。
【図８】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第２例を示した製造工程断面図である。
【図９】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第２例を示した製造工程断面図である。
【図１０】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第２例を示した製造工程断面図である。
【図１１】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第２例を示した製造工程断面図である。
【図１２】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第２例を示した製造工程断面図である。
【図１３】従来の配線形成技術の一例を示した製造工程断面図である。
【図１４】従来の配線形成技術の一例を示した製造工程断面図である。
【図１５】従来の配線形成技術の一例を示した製造工程断面図である。
【図１６】従来の配線形成技術の一例を示した製造工程断面図である。
【図１７】従来の配線形成技術の一例を示した製造工程断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１…半導体装置、１４…第１配線、２１…バリア絶縁膜、２６…ビアホール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅もしくは銅を主体とした導電性材料からなる配線と、
前記配線上に形成されたバリア絶縁膜と、
前記配線上に形成されたビアホールとを備えた半導体装置において、
前記バリア絶縁膜はアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンからなり、
前記ビアホール底部の前記バリア絶縁膜が選択的に除去されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記配線上に形成されるビアホール底部の前記バリア絶縁膜が選択的に除去されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
銅もしくは銅を主体とした導電性材料からなる配線と、
前記配線上に形成されたバリア絶縁膜と、
前記配線上に形成されたビアホールとを備えた半導体装置の製造方法において、
前記バリア絶縁膜をアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンで形成し、
前記ビアホール底部の前記バリア絶縁膜を選択的に除去する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ビアホール底部のバリア絶縁膜を選択的に除去する工程は、
エッチングガスに水素、窒素、酸素のうちの１種もしくは複数種を組み合わせた混合ガスを用いたドライエッチングによる
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。
【請求項１】
銅もしくは銅を主体とした導電性材料からなる配線と、
前記配線上に形成されたバリア絶縁膜と、
前記配線上に形成されたビアホールとを備えた半導体装置において、
前記バリア絶縁膜はアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンからなり、
前記ビアホール底部の前記バリア絶縁膜が選択的に除去されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記配線上に形成されるビアホール底部の前記バリア絶縁膜が選択的に除去されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
銅もしくは銅を主体とした導電性材料からなる配線と、
前記配線上に形成されたバリア絶縁膜と、
前記配線上に形成されたビアホールとを備えた半導体装置の製造方法において、
前記バリア絶縁膜をアモルファスカーボンもしくはダイヤモンドライクカーボンで形成し、
前記ビアホール底部の前記バリア絶縁膜を選択的に除去する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ビアホール底部のバリア絶縁膜を選択的に除去する工程は、
エッチングガスに水素、窒素、酸素のうちの１種もしくは複数種を組み合わせた混合ガスを用いたドライエッチングによる
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００７−１３４４２５（Ｐ２００７−１３４４２５Ａ）
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３２４４２２（Ｐ２００５−３２４４２２）
【出願日】平成１７年１１月９日（２００５．１１．９）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月９日（２００５．１１．９）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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