多層配線の製造方法および多層配線
【課題】 溝配線形成の際の密着層カバレッジ不良とライナーエッチング後にボイドが発生することを同時に防止する。
【解決手段】 基板１００上に、第１の配線層１０６ａ上での膜厚が第１の絶縁膜１０１上での膜厚よりも薄くなるように第２の絶縁膜１０７を形成する工程と、第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜１０８を形成する工程と、第３の絶縁膜を貫通して第２の絶縁膜に到達する接続孔１０９を、平面的に見て第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成する工程と、接続孔の底面における第１の配線層とオーバーラップする領域では第１の配線層を露出するとともに、接続孔の底面における第１の配線層とオーバーラップしない領域では第２の絶縁膜が残存するように、接続孔の底面に露出した第２の絶縁膜をエッチング除去する工程とを含む。
【解決手段】 基板１００上に、第１の配線層１０６ａ上での膜厚が第１の絶縁膜１０１上での膜厚よりも薄くなるように第２の絶縁膜１０７を形成する工程と、第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜１０８を形成する工程と、第３の絶縁膜を貫通して第２の絶縁膜に到達する接続孔１０９を、平面的に見て第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成する工程と、接続孔の底面における第１の配線層とオーバーラップする領域では第１の配線層を露出するとともに、接続孔の底面における第１の配線層とオーバーラップしない領域では第２の絶縁膜が残存するように、接続孔の底面に露出した第２の絶縁膜をエッチング除去する工程とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層配線の製造方法および多層配線、特に下層配線と上層配線とそれらを接続する接続孔を備えた多層配線の製造方法および多層配線に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の高集積化に伴う配線遅延低減のために、比抵抗の小さい配線材料としてＣｕが用いられるようになってきている。Ｃｕ配線を形成する一般的な手法としてダマシン技術が用いられている。この技術は、配線層間絶縁膜にビアホール、配線用溝等の凹部を形成した後に、スパッタ法、めっき法等を用いて導電膜を埋め込み、その後凹部以外の領域に形成されている導電膜を、化学的機械研磨法(ＣＭＰ)を用いて除去することにより、配線を形成するものである。
【０００３】
以下、従来の多層配線の製造方法について、図８，９を参照しながら説明する（例えば、特許文献１）。
【０００４】
図８(ａ)に示すように、半導体基板１００上に、ＳｉＯ２よりなる第１の絶縁膜１０１を堆積した後、絶縁膜１０１に対してリソグラフィー工程を経て形成されたレジストパターンをマスクとして(図示省略)、絶縁膜１０１をドライエッチングする。このドライエッチングによって、図８(ａ)に示すように絶縁膜１０１に幅２００ｎｍの配線用溝１０２を形成する。
【０００５】
次に、図８(ｂ)に示すように、絶縁膜１０１上の全面にスパッタリング法を用いて、配線用溝１０２内に膜厚２０ｎｍの窒化タンタル膜からなる導電膜１０３、膜厚２０ｎｍのタンタル膜からなる導電膜１０４を順次堆積する。続いて、導電膜１０４の上にスパッタリング法を用いて膜厚１００ｎｍの銅からなる導電膜１０５を堆積する。
【０００６】
次に、図８(ｃ)に示すように、導電膜１０５をシード層として用い、電解めっき法を用いて導電膜１０５全面の上に配線用溝１０２が完全に埋め込まれるように銅膜１０６を形成する。その後、ＣＭＰ法を用いて、形成された導電膜を配線用溝１０２内にのみ残すように、配線用溝１０２内以外の領域にある導電膜１０３，１０４，１０５，１０６を除去する。
【０００７】
次に、図８(ｄ)に示すように、ＣＭＰ法によって平坦化された上面全体に膜厚１５０ｎｍのＳｉ３Ｎ４からなる第２の絶縁膜１０７、続いて第２の絶縁膜１０７の上に膜厚９００ｎｍのＳｉＯ２からなる第３の絶縁膜１０８、続いて反射防止膜としてシリコン酸窒化膜からなる第４の絶縁膜１１２を順次堆積する。その後、第３の絶縁膜１０８および第４の絶縁膜１１２に対してリソグラフィー工程を経て形成されたレジストパターンをマスク(図示省略)として、第３の絶縁膜１０８および第４の絶縁膜１１２をドライエッチングを行い、底部が第２の絶縁膜１０７内に到達するように接続孔１０９を形成する。以下、本明細書ではこの工程のことをビアエッチングと称する。
【０００８】
次に、図９(ａ)に示すように、リソグラフィー工程によりレジスト１１０を塗布し、接続孔１０９の周辺に配線溝形成用開口部パターンを形成すると共に、接続孔１０９の内部にレジスト１１０が埋め込まれて残存するようにパターニングを行う。
【０００９】
続いて、図９(ｂ)に示すように、レジスト１１０が残存した接続孔１０９を含む第３の絶縁膜１０８の配線溝形成用開口部をドライエッチングする。
【００１０】
その後、図９(ｃ)に示すように、アッシング、洗浄工程を経てレジスト１１０を除去することによって、絶縁膜１０８に幅２００ｎｍ、深さ４００ｎｍの配線用溝１１１を形成する。以下、本明細書ではこの工程のことをトレンチエッチングと称する。
【００１１】
続いて、図９(ｄ)に示すように、第３の絶縁膜１０８および第４の絶縁膜１１２に対して全面ドライエッチングを行い、露出した接続孔１０９の底部の第２の絶縁膜をエッチング除去し、配線と接続する接続孔１０９を開口する。以下、本明細書ではこの工程のことをライナーエッチングと称する。
【特許文献１】特開２０００−１８８３２９号公報
【特許文献２】特開平１１−１６３１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来の多層配線の製造方法においては、配線と接続孔のサイズが同じ（いわゆるボーダレスコンタクト）であると、図１０(ａ)に示すように、重ね合わせずれが発生した場合、ライナーエッチング工程で接続孔の底部が溝配線上をはみ出す場合が発生し、この際抉れた形状をした隙間が形成される。
【００１３】
このように隙間が形成された状態で、さらにライナーエッチング後の洗浄を行なうと、ボイドが発生する場合がある。これは、図１０(ｂ)に示すように、ライナーエッチング後の洗浄薬液が、主として希フッ酸を主原料とするもので構成されており、隙間に入った洗浄液が洗浄の工程で取り切れずに濃縮し、高濃度のフッ酸が形成されることによって、配線に隣接する酸化膜が溶出するためである。
【００１４】
このボイドが発生した場合、後にスパッタリング法で密着層やシード層といった導電膜を堆積する際に段切れ等の不良が発生する。また、隣接する配線間のショート不良やＣｕ配線の埋め込み不良が発生し、配線の信頼性が低下する可能性がある。
【００１５】
かかる従来の多層配線の形成方法の課題を解決する方法として、配線上層にエッチング抑制層を形成する方法が特開平１１−１６３１２７（特許文献２）に開示されている。この文献では、配線ドライエッチングの条件を変更することなく、配線構造を変えた配線形成方法が開示されている。
【００１６】
ここでは、図１１(１)に示すように、半導体基板１１に窒化シリコン膜１２を堆積し、その上に第１の絶縁層１３を堆積する。続いて、エッチング抑制層１４を堆積する。その後、通常のリソグラフィー法を用いてパターニング処理を行い、第１の絶縁層１３とエッチング抑制層１４を同時にエッチング処理し、溝配線１５を形成する。その後、スパッタエッチング法によるクリーニング処理を行った後、遠距離スパッタ法を用いて上記配線溝１５及びエッチング抑制層１４にＴｉ,ＴｉＮからなる密着層２２を形成する。その後、金属配線２３を配線溝１５に埋め込む。
【００１７】
次に、図１１(２)に示すように、第２の絶縁層３１を形成し、通常のリソグラフィー法とエッチングを行って開口部３２を形成する。このとき、エッチング抑制層１４は、第２の絶縁層３１よりもエッチングし難い材料で形成されているため、開口部３２が重ね合わせずれによって配線溝１５からずれて形成されても、エッチングがエッチング抑制層１４でストップするため、エッチングによるボイド形成を防止することができる。
【００１８】
しかしながら、この多層配線の形成方法はエッチング抑制層１４と第１の絶縁膜を同時にエッチング処理を行って配線溝の形成を行っているため、エッチング抑制層１４に比べてエッチングレートの早い第１の絶縁層が、横方向にもエッチングされ、エッチング抑制層よりも開口部が横方向に広がる。この結果、エッチング抑制層が庇のような形状で残り、後にこの部分に形成される密着層やバリアメタルがエッチング抑制層１４の下部で堆積せず、カバレッジ不良となる。これによりＣｕ膜の埋め込む際に段切れ等が発生し、めっき不良を発生させることになる。
【００１９】
したがって、本発明の目的は、前記に鑑み、溝配線形成の際の密着層カバレッジ不良とライナーエッチング後にボイドが発生することを同時に防止する多層配線構造及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１記載の多層配線の製造方法は、基板上に第１の絶縁膜を形成する第１工程と、前記第１の絶縁膜中に第１の配線溝を形成する第２工程と、前記第１の配線溝内に導電膜を埋め込み、第１の配線層を形成する第３工程と、前記基板上に、前記第１の配線層上での膜厚が前記第１の絶縁膜上での膜厚よりも薄くなるように第２の絶縁膜を形成する第４工程と、前記第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を形成する第５工程と、前記第３の絶縁膜を貫通して前記第２の絶縁膜に到達する接続孔を、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成する第６工程と、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップする領域では前記第１の配線層を露出するとともに、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では前記第２の絶縁膜が残存するように、前記接続孔の底面に露出した前記第２の絶縁膜をエッチング除去する第７工程とを含む。
【００２１】
上記多層配線の製造方法によれば、第１の配線層上での膜厚が第１の絶縁膜上での膜厚よりも薄くなるように第２の絶縁膜を形成する第４工程を行うので、第２の絶縁膜の配線上での厚さを配線上以外での厚さよりも薄くしている。このため、ライナーエッチングを行って接続孔を開口する際に、配線上の接続孔部が先に開口するため、それ以外の領域の第２の絶縁膜は貫通することがないのでボイドは発生せず、高い信頼性を持った多層配線を形成することができる。
【００２２】
請求項２記載の多層配線の製造方法は、請求項１記載の多層配線の製造方法において、前記第４工程は、少なくとも水素を含有するガスを用いたプラズマ処理により前記第１の配線層の表面を不活性化する工程と、前記表面が不活性化された第１の配線層上および前記第１の絶縁膜上に前記第２の絶縁膜を堆積する工程とを含む。
【００２３】
上記多層配線の製造方法によれば、第４工程は、少なくとも水素を含有するガスを用いたプラズマ処理により第１の配線層の表面を不活性化する工程を行うので、この処理により第１の配線層上での第２の絶縁膜の成長を抑制することができる。
【００２４】
請求項３記載の多層配線の製造方法は、基板上に第１の絶縁膜を形成する第１工程と、前記第１の絶縁膜中に第１の配線溝を形成する第２工程と、前記第１の配線溝内に導電膜を埋め込み、第１の配線層を形成する第３工程と、前記第１の絶縁膜の表面高さを前記第１の配線層の表面高さより低くする第４工程と、前記第１の配線層上および前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成するとともに、前記第２の絶縁膜の表面を平坦化する第５工程と、前記第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を形成する第６工程と、前記第３の絶縁膜を貫通して前記第２の絶縁膜に到達する接続孔を、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成する第７工程と、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップする領域では前記第１の配線層を露出するとともに、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では前記第２の絶縁膜が残存するように、前記接続孔の底面に露出した前記第２の絶縁膜をエッチング除去する第８工程とを含む。
【００２５】
上記多層配線の製造方法によれば、第１の絶縁膜の表面高さを第１の配線層の表面高さより低くする第４工程と、第１の配線層上および第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成するとともに、第２の絶縁膜の表面を平坦化する第５工程とを行うので、配線上の第２の絶縁膜の厚さを、それ以外の領域の第２の絶縁膜よりも薄くしている。このため、ライナーエッチングを行って接続孔を開口する際に、溝配線上以外の領域の第２の絶縁膜を貫通することがないのでボイドは発生せず、高い信頼性を持った多層配線を形成することができる。また、第４工程において、溝配線外の領域の第２の絶縁膜の厚さを任意に調整することができるため、プロセスのオーバーエッチング量に伴う溝配線上以外の領域の第２の絶縁膜の削れ量に対応することが容易である点で優れている。
【００２６】
請求項４記載の多層配線の製造方法は、請求項３記載の多層配線の製造方法において、前記第４工程は、化学的機械研磨法あるいはドライエッチング法を用いて行う。
【００２７】
上記多層配線の製造方法によれば、第４工程は、化学的機械研磨法あるいはドライエッチング法を用いて行うので、第１の絶縁膜の表面高さを第１の配線層の表面高さより低くすることができる。
【００２８】
請求項５記載の多層配線の製造方法は、請求項３または４記載の多層配線の製造方法において、前記第４工程では、前記第１の絶縁膜の表面高さを前記第１の配線層の表面高さより少なくとも１０ｎｍ以上低くする。
【００２９】
請求項６記載の多層配線の製造方法は、基板上に第１の絶縁膜を形成する第１工程と、前記第１の絶縁膜中に第１の配線溝を形成する第２工程と、前記第１の配線溝内に導電膜を埋め込み、第１の配線層を形成する第３工程と、前記第１の絶縁膜の表層を改質する第４工程と、前記第１の配線層上および前記表層が改質された第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第５工程と、前記第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を形成する第６工程と、前記第３の絶縁膜を貫通して前記第２の絶縁膜に到達する接続孔を、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成する第７工程と、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップする領域では前記第１の配線層を露出するとともに、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では少なくとも前記改質された第１の絶縁膜の表層が残存するように、前記接続孔の底面に露出した前記第２の絶縁膜をエッチング除去する第８工程とを含み、前記第４工程では、改質された前記第１の絶縁膜の表層のエッチングレートが前記第２の絶縁膜のエッチングレートと同等かあるいはそれよりも小さい。
【００３０】
上記多層配線の製造方法によれば、第１の絶縁膜の表層を改質する第４工程と、第１の配線層上および表層が改質された第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第５工程とを行い、第４工程では、改質された第１の絶縁膜の表層のエッチングレートが第２の絶縁膜のエッチングレートと同等かあるいはそれよりも小さくするので、第１の絶縁膜の表層を第２の絶縁膜と同等以下のエッチングレートの膜に改質させる。これにより、溝配線上の第２の絶縁膜の厚さが、それ以外の領域の第２の絶縁膜よりも実効的に薄くなる。そのため、ライナーエッチングを行って接続孔を開口する際に、溝配線上以外の領域の第１の絶縁膜をエッチングすることがないのでボイドは発生せず、高い信頼性を持った多層配線を形成することができる。また、プラズマ処理等によって溝配線上以外の領域において第１の絶縁膜よりもエッチングレートが低い層を形成することができるため、プロセスが簡単で容易であるという点が優れている。
【００３１】
請求項７記載の多層配線の製造方法は、請求項６記載の多層配線の製造方法において、前記第４工程は、少なくとも窒素を含有するガスを用いたプラズマ処理により前記第１の絶縁膜の表面を窒化処理する工程を含む。
【００３２】
上記多層配線の製造方法によれば、第４工程は、少なくとも窒素を含有するガスを用いたプラズマ処理により第１の絶縁膜の表面を窒化処理する工程を含むので、この窒化処理を行うことによって、第１の絶縁膜の上層から窒化層が形成される。
【００３３】
請求項８記載の多層配線の製造方法は、請求項６または７記載の多層配線の製造方法において、前記第４工程では、前記第１の絶縁膜の表層を少なくとも１０ｎｍ以上の深さまで改質する。
【００３４】
請求項９記載の多層配線の製造方法は、基板上に第１の絶縁膜を形成する第１工程と、前記第１の絶縁膜中に第１の配線溝を形成する第２工程と、前記第１の配線溝内に導電膜を埋め込み、第１の配線層を形成する第３工程と、前記第１の配線層の表面高さを前記第１の絶縁膜の表面高さより低くする第４工程と、前記第１の絶縁膜の表層を改質する第５工程と、前記第１の配線層上および前記表層が改質された第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第６工程と、前記第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を形成する第７工程と、前記第３の絶縁膜を貫通して前記第２の絶縁膜に到達する接続孔を、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成する第８工程と、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップする領域では前記第１の配線層を露出するとともに、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では少なくとも前記改質された第１の絶縁膜の表層が残存するように、前記接続孔の底面に露出した前記第２の絶縁膜をエッチング除去する第９工程とを含み、前記第５工程では、改質された前記第１の絶縁膜の表層のエッチングレートが前記第２の絶縁膜のエッチングレートと同等かあるいはそれよりも小さい。
【００３５】
上記多層配線の製造方法によれば、第１の配線層の表面高さを第１の絶縁膜の表面高さより低くする第４工程と、第１の絶縁膜の表層を改質する第５工程と、第１の配線層上および表層が改質された第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第６工程とを行い、第５工程では、改質された第１の絶縁膜の表層のエッチングレートが第２の絶縁膜のエッチングレートと同等かあるいはそれよりも小さいので、配線上面を第１の絶縁膜の上面よりも低くし、第１の絶縁膜の表層を第２の絶縁膜と同等以下のエッチングレートの膜に改質させ、かつその上に第２の絶縁膜を堆積している。このため、溝配線上の第２の絶縁膜の厚さを、それ以外の領域の第２の絶縁膜よりも薄くすることができる。これによって、ライナーエッチングを行って接続孔を開口する際に、溝配線上以外の領域の第１の絶縁膜をエッチングすることがないのでボイドは発生せず、高い信頼性を持った多層配線を形成することができる。
【００３６】
請求項１０記載の多層配線の製造方法は、請求項９記載の多層配線の製造方法において、前記第４工程は、化学的機械研磨法を用いて行う。
【００３７】
上記多層配線の製造方法によれば、第４工程は、化学的機械研磨法を用いて行うので、１の配線層の表面高さを第１の絶縁膜の表面高さより低くすることができる。
【００３８】
請求項１１記載の多層配線の製造方法は、請求項９または１０記載の多層配線の製造方法において、前記第４工程では、前記第１の絶縁膜の表層を少なくとも１０ｎｍ以上の深さまで改質する。
【００３９】
請求項１２記載の多層配線は、基板上に形成された第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜中の配線溝内に形成された第１の配線層と、前記第１の配線層上および前記第１の絶縁膜上に形成された第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜上に形成された第３の絶縁膜と、前記第３の絶縁膜および前記第２の絶縁膜を貫通し、前記第１の配線層に到達する接続孔とを含み、前記接続孔は、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成され、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では前記第２の絶縁膜が残存している。
【００４０】
上記多層配線によれば、請求項１または３記載の多層配線の製造方法で製造でき、同様の効果が得られる。
【００４１】
請求項１３記載の多層配線は、請求項１２記載の多層配線において、前記第２の絶縁膜の膜厚は、前記第１の配線層上での膜厚が前記第１の絶縁膜上での膜厚よりも薄くなるように形成されている。
【００４２】
請求項１４記載の多層配線は、基板上に形成され、表層が改質された第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜中の配線溝内に形成された第１の配線層と、前記第１の配線層上および前記第１の絶縁膜上に形成された第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜上に形成された第３の絶縁膜と、前記第３の絶縁膜および前記第２の絶縁膜を貫通し、前記第１の配線層に到達する接続孔とを備え、前記接続孔は、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成され、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では少なくとも前記第１の絶縁膜の改質された表層が残存している。
【００４３】
上記多層配線によれば、請求項６または９記載の多層配線の製造方法で製造でき同様の効果が得られる。
【００４４】
請求項１５記載の多層配線は、請求項１４記載の多層配線において、前記第１の絶縁膜の改質された表層は、Ｓｉ、Ｏを含有し、Ｎ、Ｃのうちいずれか１つを含む。
【００４５】
請求項１６記載の多層配線は、請求項１４または１５記載の多層配線において、前記第１の絶縁膜の改質された表層のエッチングレートは、前記第２の絶縁膜のエッチングレートと同等かあるいはそれよりも小さい。
【００４６】
請求項１７記載の多層配線は、請求項１２，１３，１４，１５または１６記載の多層配線において、前記第２の絶縁膜は、前記第１および第３の絶縁膜よりもエッチングされ難く、前記第２の絶縁膜に対する前記第１または第３の絶縁膜のエッチングレートの選択比は少なくとも２以上である。
【００４７】
請求項１８記載の多層配線は、請求項１２，１３，１４，１５，１６または１７記載の多層配線において、前記第１および第３の絶縁膜は、フッ素含有シリコン酸化膜または有機無機ハイブリッド膜よりなる。
【００４８】
請求項１９記載の多層配線は、請求項１２，１３，１４，１５，１６，１７または１８記載の多層配線において、前記第２の絶縁膜は、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、炭素含有シリコン酸化膜、炭化シリコン膜のうちいずれか１つまたはそれらのうちの２つ以上の積層膜よりなる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によると、接続孔が配線とずれが生じた場合でも、接続孔を開口するライナーエッチングの際に、接続孔の底部は必ず上層の第２の絶縁膜内または改質された第１の絶縁膜の表層内に形成されることになる。つまり、ライナーエッチングで、下層の第１の絶縁膜がエッチングされることがないため、第１の絶縁膜に抉れた部分が発生しない。そのため、洗浄工程による酸化膜消失といった不良や、導電膜の埋め込み不良が発生するといった不良を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
(第１の実施形態)
以下、本発明の第１の実施の形態に係る多層配線の製造方法について図１〜図３に基づいて説明する。
【００５１】
まず、図１(ａ)に示すように、半導体基板１００上に、例えばＣＶＤ法により膜厚１０００ｎｍのシリコン酸化膜からなる第１の絶縁膜１０１を堆積した後、絶縁膜１０１に対してリソグラフィー工程を経て形成されたレジストパターン(図示省略)をマスクとして、絶縁膜１０１の所定領域をドライエッチングし、溝幅２００ｎｍ、溝深さ４００ｎｍの配線用溝１０２を形成する。
【００５２】
次に、図１(ｂ)に示すように、配線用溝１０２内を含む絶縁膜１０１の全面にスパッタリング法を用いて膜厚２０ｎｍの窒化タンタル膜からなる導電膜１０３、膜厚２０ｎｍのタンタル膜からなる導電膜１０４を堆積する。続いて、導電膜１０４の上にスパッタリング法を用いて膜厚１００ｎｍの銅膜からなる導電膜１０５を堆積する。
【００５３】
次に、図１(ｃ)に示すように、導電膜１０５をシード層として電解めっき法により該シード層の上に銅膜からなる導電膜１０６を、配線用溝が完全に埋まるように成長させる。このとき、配線用溝１０２が完全に埋まるように、配線用溝領域以外の銅膜の成長速度が抑制するように、成長抑制剤を添加する。
【００５４】
次に、図１(ｄ)に示すように、ＣＭＰ法を用いてタンタル膜又は窒化タンタル膜のそれぞれの銅膜に対する研磨速度が１:４０となるような研磨条件を用いて、銅膜を除去する。その後、タンタル膜又は窒化タンタル膜のそれぞれのシリコン酸化膜に対する研磨速度が４０:１となるような研磨条件を用いて、タンタル膜、窒素タンタル膜をＣＭＰ法で研磨し、配線用溝領域以外の導電膜を完全に除去する。このようにして、埋め込み配線を完成させる。
【００５５】
次に、図１(ｅ)に示すように、水素プラズマ処理を用いて銅配線１０６ａの上部を不活性化した後、窒化シリコン膜からなる膜厚１５０ｎｍの第２の絶縁膜１０７を例えばプラズマＣＶＤ法で堆積する。ここで、水素プラズマ処理を用いて銅配線１０６ａの上部を不活性化する理由は、この処理により銅配線１０６ａ上での窒化シリコン膜の成長を抑制するためである。これについては、後に詳細を説明する。
【００５６】
上記プラズマ窒化膜の成長条件の一例としては、プロセスガスにＳｉＨ４:５００ｓｃｃｍ、Ｎ２:１４００ｓｃｃｍとを用い、膜成長時の圧力を２Ｔｏｒｒ、装置のＲＦパワーを６００Ｗに設定した。
【００５７】
上記水素プラズマ処理条件の一例としては、プラズマ導入ガスにＨ２：２００ｓｃｃｍとＡｒ:８００ｓｃｃｍとを用い、チャンバー雰囲気の圧力を２Ｔｏｒｒ、基板温度を４００℃に設定した。
【００５８】
このようにして、溝配線１０６ａ上の第２の絶縁膜１０７の成長レートを低下させることによって、溝配線１０６ａ上の第２の絶縁膜１０７の膜厚は約１１０ｎｍとなり、溝配線１０６ａ上の第２の絶縁膜１０７の厚さを溝配線上以外の領域の第２の絶縁膜１０７の厚さ１５０ｎｍよりも薄く形成することができる。
【００５９】
次に、図１(ｆ)に示すように、シリコン酸化膜からなる膜厚９００ｎｍの第３の絶縁膜１０８を例えばＣＶＤ法で堆積し、続いて反射防止膜としてシリコン酸窒化膜からなる膜厚６０ｎｍの第４の絶縁膜１１２を例えばプラズマＣＶＤ法を用いて堆積する。続いて、リソグラフィー工程を経て形成されたレジストパターン(図示省略)をマスクとして、絶縁膜１０８，１１２をドライエッチングし、開口径２００ｎｍの接続孔を形成する。このとき、第２の絶縁膜１０７に対する第３の絶縁膜１０８のエッチング選択比が１０以上となるドライエッチング条件を適用する。これにより、第２の絶縁膜１０７はほとんど削れず、接続孔の底部は第２の絶縁膜１０７内に形成される。
【００６０】
上記ドライエッチング条件の一例としては、エッチングガスにＣ５Ｆ８：２０ｓｃｃｍとＡｒ:６００ｓｃｃｍ、Ｏ２:２０ｓｃｃｍとを用い、エッチング雰囲気の圧力を１５Ｐａ、２周波ＲＩＥ方式のエッチング装置を用い、ＲＦパワーを上部電極１６００Ｗ、下部電極８００Ｗ、基板温度を２０℃に設定した。
【００６１】
次に、図２(ａ)に示すように、リソグラフィー工程によりレジスト１１０を塗布し接続孔１０９の周辺に配線溝形成用開口部パターンを形成すると共に、接続孔１０９の内部にレジスト１１０が埋め込まれて残存するようにパターニングを行う。
【００６２】
このレジストパターニングでは、配線溝を形成する部分に焦点を合わせるために接続孔１０９周辺部に配線溝のパターンを形成することができ、かつ接続孔内では露光の焦点が合わないために、ホールの中央部よりも底部に近い側にレジスト１１０を残存させることができる。
【００６３】
次に、図２(ｂ)に示すように、配線溝形成用開口部パターンをマスクとして絶縁膜１０８，１１２をドライエッチングし、幅２００ｎｍ、深さ４００ｎｍの配線用溝１１１を形成する。
【００６４】
上記ドライエッチング条件の一例としては、２周波ＲＩＥ方式のエッチング装置を用い、エッチングガスにＣ５Ｆ８：２５ｓｃｃｍとＡｒ:６００ｓｃｃｍ、Ｏ２:２０ｓｃｃｍとを用い、エッチング雰囲気の圧力を１０Ｐａ、ＲＦパワーを上部電極１５００Ｗ、下部電極８００Ｗ、基板温度を５０℃に設定した。
【００６５】
次に、図２(ｃ)に示すように、アッシング、洗浄工程を経てレジスト１１０を除去する。これにより、接続孔内に残存していたレジストが除去される。その後、接続孔内に露出した絶縁膜１０７をドライエッチングすることによって、接続孔を開口する。
【００６６】
上記ドライエッチング条件の一例としては、２周波ＲＩＥ方式のエッチング装置を用い、エッチングガスにＣＨＦ３：１０ｓｃｃｍとＡｒ:６００ｓｃｃｍ、Ｏ２:１０ｓｃｃｍとを用い、エッチング雰囲気の圧力を１５Ｐａ、エッチング装置のＲＦパワーを上部電極１１００Ｗ、下部電極８００Ｗ、基板温度を２０℃に設定した。
【００６７】
以降は、溝配線１０６ａを形成した手法と同様の手法を用いて銅配線を形成することによって溝配線を形成し、接続孔と上層配線を形成することができる。
【００６８】
第１の実施形態によると、第２の絶縁膜１０７の堆積直後の厚さは、下層配線の第１の溝配線１０６ａ上の厚さが１１０ｎｍ、溝配線外の厚さが１５０ｎｍとなる。
【００６９】
これは、図３に示す水素プラズマ処理時間とＳｉＮ膜成長レートの関係から次のように説明することができる。溝配線にプラズマ処理を実施した場合、処理を実施していないサンプルに比べて、溝配線上の初期のＳｉＮ膜の堆積レートが低いことがわかる。これは、水素処理を行うことで、Ｓｉ基板上の水素終端効果と同様に金属表面の未結合手が終端されて、不活性状態になる。このことにより、銅配線上の初期に堆積する窒化シリコン膜の成長レートが抑制される。その結果、銅配線上の窒化シリコン膜が銅配線上以外の窒化シリコン膜厚よりも薄く形成される。
【００７０】
なお、表面に異物が付着することを防止するために、水素プラズマ処理と窒化膜の堆積は同一チャンバーで実施することが望ましい。このことにより、第２の絶縁膜１０７の堆積直後の厚さは、下層配線の第１の溝配線１０６ａ上の厚さが１１０ｎｍ、溝配線１０６ａ外の厚さが１５０ｎｍとなる。
【００７１】
ビアエッチングのオーバーエッチングでたとえ第２の絶縁膜１０７が１０ｎｍ程度削れても、図２(ｃ)に示すように、第２の絶縁膜１０７は溝配線１０６ａ上で膜厚が１００ｎｍ、溝配線上以外で膜厚が１４０ｎｍとなる。さらに、下層配線の溝配線１０６ａと接続孔１０９を開口するライナーエッチングを行う際に、開口不良をなくすために２０％のオーバーエッチングをかけても、第２の絶縁膜１０７の削れ量は１２０ｎｍであり、第２の絶縁膜１０７の溝配線１０６ａ外での膜厚は２０ｎｍとなり、第２の絶縁膜１０７が第１の絶縁膜１０１上に残り、ボイド等の発生を完全に防止することができる。
【００７２】
なお、本実施形態では、接続孔の上部に配線が形成されている場合について説明したが、接続孔単独であっても同様の効果が得られる。
【００７３】
なお、第１の絶縁膜１０１、第３の絶縁膜１０８としては、例えばＳｉＯＦ(フッ素含有シリコン酸化膜)、ＳｉＯＣ(炭素含有シリコン酸化膜)等の低誘電率膜や有機無機ハイブリッド膜等を単層ないし積層膜を用いることができる。特に、低誘電率膜を使用すると、配線間容量を低減することができるため好ましい。
【００７４】
また、第２の絶縁膜１０７として、窒化シリコン膜に代えて、例えば誘電率の低いＳｉＯＮ(シリコン酸窒化膜)、ＳｉＯＣ(炭素含有シリコン酸化膜)、ＳｉＣ(炭化シリコン膜)を用いることができる。
(第２の実施形態)
以下、本発明の第２の実施の形態に係る多層配線の製造方法について図４に基づいて説明する。
【００７５】
まず、実施形態１と同様の方法に従い、図４(ａ)に示すように、配線用溝１０２までを形成する。
【００７６】
次に、図４(ｂ)に示すように、ＣＭＰ法を用いて酸化シリコン膜の銅膜に対する研磨速度が４０:１となるような研磨条件を用いて、第１の絶縁膜１０１を研磨し溝配線１０６ａの上面を第１の絶縁膜１０１よりも約５０ｎｍ上面に露出させる処理を行う。
【００７７】
従来の実施例では、配線用溝に導電膜を堆積し、導電膜を残すように研磨を実施するだけであり、溝配線の上面は第１の絶縁膜よりも下面に形成されており、この点が本発明と大きく異なる点である。
【００７８】
次に、図４(ｃ)に示すように、窒化シリコン膜からなる膜厚２００ｎｍの第２の絶縁膜１０７を例えばプラズマＣＶＤ法で堆積する。その後、ＣＭＰ法を用いて第２の絶縁膜１０７を約１００ｎｍ研磨し、平坦化処理を施す。これにより、溝配線１０６ａ上では窒化シリコン膜は約５０ｎｍ、第１の絶縁層１０１上では窒化シリコン膜は約１００ｎｍ堆積していることになる。
【００７９】
次に、図４(ｄ)に示すように、シリコン酸化膜からなる膜厚９００ｎｍの第３の絶縁層１０８を例えばＣＶＤ法で堆積し、続いて反射防止膜としてシリコン酸窒化膜からなる膜厚６０ｎｍの第４の絶縁膜１１２を例えばプラズマＣＶＤ法を用いて堆積する。続いて、絶縁膜１０８，１１２に対してリソグラフィー工程を経て形成されたレジストパターン(図示省略)をマスクとして、絶縁膜１０８，１１２をドライエッチングし、開口径２００ｎｍの接続孔１０９を形成する。このとき、第２の絶縁膜１０７に対する第３の絶縁膜１０８のエッチングの選択比は、１０以上となるドライエッチング条件を適用する。これにより、第２の絶縁膜１０７はほとんど削れない。
【００８０】
上記ドライエッチング条件の一例としては、２周波ＲＩＥ方式のエッチング装置を用い、エッチングガスにＣ５Ｆ８：２０ｓｃｃｍとＡｒ:６００ｓｃｃｍ、Ｏ２:２０ｓｃｃｍとを用い、エッチング雰囲気の圧力を１５Ｐａ、上部電極のＲＦパワーを１５００Ｗ、下部電極のＲＦパワーを８００Ｗ、基板温度を２０℃に設定した。
【００８１】
以降の工程は、第１の実施形態と同様の手法を用いて処理し、図４(ｅ)に示す多層配線を形成する。
【００８２】
第２の実施形態によると、第２の絶縁膜１０７を堆積し研磨した直後の厚さは、下層配線の溝配線１０６ａ上での厚さが５０ｎｍ、溝配線以外での厚さが１００ｎｍとなる。
【００８３】
ビアエッチングのオーバーエッチングでたとえＳｉＮ膜厚が１０ｎｍ程度削れても、図４(ｄ)に示すように、第２の絶縁膜１０７は溝配線１０６ａ上で膜厚が４０ｎｍ、溝配線上以外で膜厚が９０ｎｍとなる。さらに、下層配線の溝配線１０６ａと接続孔１０９を開口するライナーエッチングを行う際に、開口不良をなくすために２０％のオーバーエッチングをかけても、第２の絶縁膜１０７の削れ量は４８ｎｍであり、溝配線１０６ａ上以外の領域では、溝配線の上面から８ｎｍ程度しか削れないため、ボイド不良の発生を完全に防止することができる。
【００８４】
本実施形態では第１の絶縁膜１０１を研磨し溝配線１０６ａの上面を第１の絶縁膜１０１よりも上面に露出させる工程において、溝配線外の領域の第２の絶縁膜１０７の厚さを任意に調整することができる。このため、プロセスのオーバーエッチング量に伴う溝配線上以外の領域の第２の絶縁膜１０７の削れ量に対応することが容易である点で優れている。
【００８５】
なお、第１の絶縁膜１０１、第３の絶縁膜１０８としては、例えばＳｉＯＦ(フッ素含有シリコン酸化膜)、ＳｉＯＣ(炭素含有シリコン酸化膜)等の低誘電率膜や有機無機ハイブリッド膜等を単層ないし積層膜を用いることができる。特に、低誘電率膜を使用すると、配線間容量を低減することができるため好ましい。
【００８６】
また、第２の絶縁膜１０７として、窒化シリコン膜に代えて、例えば誘電率の低いＳｉＯＮ(シリコン酸窒化膜)、ＳｉＯＣ(炭素含有シリコン酸化膜)、ＳｉＣ(炭化シリコン膜)を用いることができる。
(第３の実施形態)
以下、本発明の第３の実施の形態に係る多層配線の製造方法について図５および図６に基づいて説明する。
【００８７】
まず、実施形態１と同様の方法に従い、図５(ａ)に示すように、配線用溝１０２までを形成する。
【００８８】
次に、図５(ｂ)に示すように、窒素プラズマ処理を用いて第１の絶縁膜１０１の上部を窒化処理する。この窒化処理を行うことによって、第１の絶縁膜の１０１の上層から約４０ｎｍの窒化層１０７Ａが形成される。
【００８９】
上記窒素プラズマ処理条件の一例としては、プラズマ導入ガスにＮ２：１４００ｓｃｃｍとＡｒ:８００ｓｃｃｍとを用い、チャンバー雰囲気の圧力を２Ｐａ、基板温度を４００℃に設定した。
【００９０】
次に、図５(ｃ)に示すように、窒化シリコン膜からなる膜厚１５０ｎｍの第２の絶縁膜１０７を例えばプラズマＣＶＤ法で堆積する。このようにすることによって、配線用溝１０２上の第２の絶縁膜１０７の厚さは１５０ｎｍ、配線用溝１０２上以外の領域では約４０ｎｍの窒化層１０７Ａと１５０ｎｍの第２の絶縁膜１０７を合わせた１９０ｎｍの膜が形成されている。続いて、シリコン酸化膜からなる膜厚９００ｎｍの第３の絶縁膜１０８を例えばＣＶＤ法で堆積し、続いて反射防止膜としてシリコン酸窒化膜からなる膜厚６０ｎｍの第４の絶縁膜１１２を例えばプラズマＣＶＤ法を用いて堆積する。
【００９１】
続いて、リソグラフィー工程を経て形成されたレジストパターン(図示省略)をマスクとして、第３の絶縁膜１０８および第４の絶縁膜１１２をドライエッチングし、開口径２００ｎｍの接続孔１０９を形成する。このとき、第２の絶縁膜１０７に対する第３の絶縁膜１０８のエッチングの選択比が１０以上となるドライエッチング条件を適用する。これにより、第２の絶縁膜１０７はほとんど削れない。
【００９２】
上記ドライエッチング条件の一例としては、２周波ＲＩＥ方式のエッチング装置を用い、エッチングガスにＣ５Ｆ８：２０ｓｃｃｍとＡｒ:６００ｓｃｃｍ、Ｏ２:２０ｓｃｃｍとを用い、ＲＦパワーを上部電極１５００Ｗ、下部電極８００Ｗ、エッチング雰囲気の圧力を１５Ｐａ、基板温度を２０℃に設定した。
【００９３】
以降の工程は、第１の実施形態と同様の手法を用いて処理し、図５(ｄ)に示す多層配線を形成する。
【００９４】
第３の実施形態によると、第１の絶縁膜１０１の表層に窒化層１０７Ａを形成することができる。この窒化層１０７Ａの深さについて、図６に窒素プラズマ処理時間との関係を示す。
【００９５】
図６からプラズマ処理時間が長くなるにつれて、窒化が第１の絶縁膜の深さ方向に進行することがわかるが、３０ｓｅｃ以上処理が進むと窒化の進行が止まる。これは、第１の絶縁膜１０１の表層の窒化が完了し緻密な膜が形成されたためと考えられる。この窒素プラズマ処理によって第１の絶縁膜１０１の上層から約４０ｎｍの窒化層１０７Ａが形成される。
【００９６】
また、窒素プラズマ処理により第１の配線１０６ａの表面は窒化されるが、接続孔１０９を開口するライナーエッチング工程で、配線表面の窒化層は除去されるため、配線層間の導通は確保され、問題はない。
【００９７】
堆積直後の第２の絶縁膜１０７の膜厚は１５０ｎｍであるが、ビアエッチングのオーバーエッチングでＳｉＮ膜厚が１０ｎｍ程度削れるため、図５(ｃ)に示すように、第２の絶縁膜１０７の厚さは１４０ｎｍとなる。続いて、下層配線の第１の溝配線１０６ａと接続孔１０９を開口するライナーエッチングを行う際に、開口不良をなくすために２０％のオーバーエッチングをかけると、第２の絶縁膜１０７の削れ量は１６８ｎｍとなる。しかし、溝配線１０６ａ上以外の領域では、第２の絶縁膜１０７をエッチングした後に窒化層１０７Ａが存在しており、この窒化層１０７Ａのエッチングレートは第２の絶縁膜１０７とほぼ同等であるため２８ｎｍ程度しか削れず、その結果、窒化層１０７Ａが１２ｎｍ残り、接続孔１０９の底部は第１の絶縁膜１０１まで到達せず、ボイド不良の発生を完全に防止することができる。
【００９８】
もし、窒化層１０７Ａがなければボイドが発生し、その結果、導電膜１０３，１０４，１０５を堆積するときに段切れ等が発生するためボイド不良となる。
【００９９】
第３の実施形態では、プラズマ処理によって溝配線１０６ａ上以外の領域において第１の絶縁膜１０１よりもエッチングレートが低い層を形成することができるため、第２の実施形態に比べ、プロセスが簡単で容易であるという点が優れている。
【０１００】
なお、本実施形態では、接続孔１０９の上部に配線が形成されている場合について説明したが、接続孔単独であっても同様の効果が得られる。
【０１０１】
なお、第１の絶縁膜１０１、第３の絶縁膜１０８としては、例えばＳｉＯＦ(フッ素含有シリコン酸化膜)、ＳｉＯＣ(炭素含有シリコン酸化膜)等の低誘電率膜や有機無機ハイブリッド膜等を単層ないし積層膜を用いることができる。特に、低誘電率膜を使用すると、配線間容量を低減することができるため好ましい。
【０１０２】
また、第２の絶縁膜１０７として、窒化シリコン膜に代えて、例えば誘電率の低いＳｉＯＮ(シリコン酸窒化膜)、ＳｉＯＣ(炭素含有シリコン酸化膜)、ＳｉＣ(炭化シリコン膜)を用いることができる。
(第４の実施形態)
以下、本発明の第４の実施の形態に係る多層配線の製造方法について図７に基づいて説明する。
【０１０３】
まず、実施形態１と同様の方法に従い、図７(ａ)に示すように、配線用溝１０２までを形成する。
【０１０４】
次に、図７(ｂ)に示すように、ＣＭＰ法を用いて銅膜の酸化シリコン膜に対する研磨速度が４０:１となるような研磨条件を用いて、溝配線１０６ａを研磨し溝配線１０６ａの上面を第１の絶縁膜１０１よりも約４０ｎｍ下面に研磨させる処理を行う。
【０１０５】
次に、第３の実施形態と同様に、図７(ｃ)に示すように、窒素プラズマ処理を用いて第１の絶縁膜１０１の上部を窒化処理する。この窒素プラズマ処理によって第１の絶縁膜１０１の上面から約４０ｎｍの窒化層１０７Ａが形成される。
【０１０６】
次に、図７(ｄ)に示すように、窒化シリコン膜からなる膜厚１５０ｎｍの第２の絶縁膜１０７を例えばプラズマＣＶＤ法で堆積する。このようにすることによって、配線用溝１０２上の第２の絶縁膜１０７の膜厚は１５０ｎｍ、配線用溝１０２上以外の領域では約４０ｎｍの窒化層１０７Ａと１５０ｎｍの第２の絶縁膜１０７を合わせた１９０ｎｍの膜が形成されている。
【０１０７】
続いて、シリコン酸化膜からなる膜厚９００ｎｍの第３の絶縁膜１０８を例えばＣＶＤ法で堆積し、続いて反射防止膜としてシリコン酸窒化膜からなる膜厚６０ｎｍの第４の絶縁膜１１２（図５（ｃ）等参照）を例えばプラズマＣＶＤ法を用いて堆積する。
【０１０８】
続いて、リソグラフィー工程を経て形成されたレジストパターン(図示省略)をマスクとして、第３の絶縁膜１０８および第４の絶縁膜１１２をドライエッチングし、開口径２００ｎｍの接続孔を形成する。このとき、第２の絶縁膜１０７に対する第３の絶縁膜１０８のエッチングの選択比が１０以上となるドライエッチング条件を適用する。これにより、第２の絶縁膜１０７はほとんど削れない。
【０１０９】
上記ドライエッチング条件の一例としては、２周波ＲＩＥ方式のエッチング装置を用い、エッチングガスにＣ５Ｆ８：２０ｓｃｃｍとＡｒ:６００ｓｃｃｍ、Ｏ２:２０ｓｃｃｍとを用い、ＲＦパワーを上部電極１５００Ｗ、下部電極８００Ｗ、エッチング雰囲気の圧力を１５Ｐａ、基板温度を２０℃に設定した。
【０１１０】
以降の工程は、第１の実施形態と同様の手法を用いて処理し、図７(ｅ)に示す多層配線を形成する。
【０１１１】
第４の実施形態によると、第２の絶縁膜１０７の堆積直後の厚さは、下層配線の第１の溝配線１０６ａ上での厚さが１５０ｎｍ、溝配線外の厚さが、第２の絶縁膜１０７が１５０ｎｍ、窒化層１０７Ａが４０ｎｍとなり、合わせて１９０ｎｍとなる。
【０１１２】
ビアエッチングのオーバーエッチングでたとえ第２の絶縁膜１０７が１０ｎｍ程度削れても、図７(ｄ)に示すように、溝配線１０６ａ上で膜厚が１４０ｎｍ、溝配線上以外で膜厚が１８０ｎｍとなる。さらに、下層配線の溝配線１０６ａと接続孔を開口するライナーエッチングを行う際に、開口不良をなくすために２０％のオーバーエッチングをかけても、第２の絶縁膜１０７と窒化層１０７Ａの削れ量は合わせて１６８ｎｍであり、溝配線上以外での膜厚は１２ｎｍとなり、第２の絶縁膜１０７が第１の絶縁膜１０１上に残る。このため、ボイド等の発生を完全に防止することができる。なお、このとき第２の絶縁膜１０７と窒化層１０７Ａのエッチングレートはほぼ同等である。また、仮にオーバーエッチング量が多くなり溝配線上以外でも第２の絶縁膜１０７が残存しない状態になっても、下層の窒化層１０７Ａは残存する。このため、ボイド等の発生を完全に防止することができる。
【０１１３】
また、第４の実施形態では、図７（ｂ）におけるＣＭＰ法による溝配線１０６ａの高さ制御および図７（ｃ）における窒化層１０７Ａの膜厚制御により、窒化層１０７Ａが第１の溝配線１０６ａ表面の高さよりも上にのみ形成されるように制御することが可能である。このようにすれば、溝配線１０６ａの横部に窒化層１０７Ａが形成されない。このため、隣接する配線との層間容量を上昇させることがないという効果が得られる。
【０１１４】
なお、本実施形態では、接続孔１０９の上部に配線が形成されている場合について説明したが、接続孔単独であっても同様の効果が得られる。
【０１１５】
なお、第１の絶縁膜１０１、第３の絶縁膜１０８としては、例えばＳｉＯＦ(フッ素含有シリコン酸化膜)、ＳｉＯＣ(炭素含有シリコン酸化膜)等の低誘電率膜や有機無機ハイブリッド膜等を単層ないし積層膜を用いることができる。特に、低誘電率膜を使用すると、配線間容量を低減することができるため好ましい。
【０１１６】
また、第２の絶縁膜１０７として、窒化シリコン膜に代えて、例えば誘電率の低いＳｉＯＮ(シリコン酸窒化膜)、ＳｉＯＣ(炭素含有シリコン酸化膜)、ＳｉＣ(炭化シリコン膜)を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明に係る多層配線の製造方法および多層配線は、溝配線形成の際の密着層カバレッジ不良とライナーエッチ後にボイドが発生することを同時に防止できるものであり、特に下層配線と上層配線とそれらを接続する接続孔を備えた多層配線の製造方法および多層配線において有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る多層配線の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図２】図１の次の各工程を示す断面図である。
【図３】ＳＩＮ堆積時間とＳｉＮ堆積膜厚の関係をＨ２プラズマ処理を実施したものと、していないものを比較した図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る多層配線の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る多層配線の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図６】窒化処理時間と第１の絶縁膜の表層の窒化量を示した図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る多層配線の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図８】従来の多層配線の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図９】図８の次の各工程を示す断面図である。
【図１０】(ａ)、(ｂ)は、従来の多層配線の製造方法により発生した不良の断面模式図である。
【図１１】(１)、(２)は、先行文献の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１００ 半導体基板
１０１ 第１の絶縁膜
１０２ 配線用溝第１の絶縁膜
１０３ 窒化タンタル膜
１０４ タンタル膜
１０５ 銅膜
１０６ 銅膜
１０７ 第２の絶縁膜(Ｓｉ３Ｎ４)
１０８ 第３の絶縁膜(ＳｉＯ２)
１０９ 接続孔
１１０ レジスト
１１１ 配線用溝
１１２ 第４の絶縁膜(ＳｉＯＮ)
１０７Ａ 窒化層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層配線の製造方法および多層配線、特に下層配線と上層配線とそれらを接続する接続孔を備えた多層配線の製造方法および多層配線に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の高集積化に伴う配線遅延低減のために、比抵抗の小さい配線材料としてＣｕが用いられるようになってきている。Ｃｕ配線を形成する一般的な手法としてダマシン技術が用いられている。この技術は、配線層間絶縁膜にビアホール、配線用溝等の凹部を形成した後に、スパッタ法、めっき法等を用いて導電膜を埋め込み、その後凹部以外の領域に形成されている導電膜を、化学的機械研磨法(ＣＭＰ)を用いて除去することにより、配線を形成するものである。
【０００３】
以下、従来の多層配線の製造方法について、図８，９を参照しながら説明する（例えば、特許文献１）。
【０００４】
図８(ａ)に示すように、半導体基板１００上に、ＳｉＯ２よりなる第１の絶縁膜１０１を堆積した後、絶縁膜１０１に対してリソグラフィー工程を経て形成されたレジストパターンをマスクとして(図示省略)、絶縁膜１０１をドライエッチングする。このドライエッチングによって、図８(ａ)に示すように絶縁膜１０１に幅２００ｎｍの配線用溝１０２を形成する。
【０００５】
次に、図８(ｂ)に示すように、絶縁膜１０１上の全面にスパッタリング法を用いて、配線用溝１０２内に膜厚２０ｎｍの窒化タンタル膜からなる導電膜１０３、膜厚２０ｎｍのタンタル膜からなる導電膜１０４を順次堆積する。続いて、導電膜１０４の上にスパッタリング法を用いて膜厚１００ｎｍの銅からなる導電膜１０５を堆積する。
【０００６】
次に、図８(ｃ)に示すように、導電膜１０５をシード層として用い、電解めっき法を用いて導電膜１０５全面の上に配線用溝１０２が完全に埋め込まれるように銅膜１０６を形成する。その後、ＣＭＰ法を用いて、形成された導電膜を配線用溝１０２内にのみ残すように、配線用溝１０２内以外の領域にある導電膜１０３，１０４，１０５，１０６を除去する。
【０００７】
次に、図８(ｄ)に示すように、ＣＭＰ法によって平坦化された上面全体に膜厚１５０ｎｍのＳｉ３Ｎ４からなる第２の絶縁膜１０７、続いて第２の絶縁膜１０７の上に膜厚９００ｎｍのＳｉＯ２からなる第３の絶縁膜１０８、続いて反射防止膜としてシリコン酸窒化膜からなる第４の絶縁膜１１２を順次堆積する。その後、第３の絶縁膜１０８および第４の絶縁膜１１２に対してリソグラフィー工程を経て形成されたレジストパターンをマスク(図示省略)として、第３の絶縁膜１０８および第４の絶縁膜１１２をドライエッチングを行い、底部が第２の絶縁膜１０７内に到達するように接続孔１０９を形成する。以下、本明細書ではこの工程のことをビアエッチングと称する。
【０００８】
次に、図９(ａ)に示すように、リソグラフィー工程によりレジスト１１０を塗布し、接続孔１０９の周辺に配線溝形成用開口部パターンを形成すると共に、接続孔１０９の内部にレジスト１１０が埋め込まれて残存するようにパターニングを行う。
【０００９】
続いて、図９(ｂ)に示すように、レジスト１１０が残存した接続孔１０９を含む第３の絶縁膜１０８の配線溝形成用開口部をドライエッチングする。
【００１０】
その後、図９(ｃ)に示すように、アッシング、洗浄工程を経てレジスト１１０を除去することによって、絶縁膜１０８に幅２００ｎｍ、深さ４００ｎｍの配線用溝１１１を形成する。以下、本明細書ではこの工程のことをトレンチエッチングと称する。
【００１１】
続いて、図９(ｄ)に示すように、第３の絶縁膜１０８および第４の絶縁膜１１２に対して全面ドライエッチングを行い、露出した接続孔１０９の底部の第２の絶縁膜をエッチング除去し、配線と接続する接続孔１０９を開口する。以下、本明細書ではこの工程のことをライナーエッチングと称する。
【特許文献１】特開２０００−１８８３２９号公報
【特許文献２】特開平１１−１６３１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来の多層配線の製造方法においては、配線と接続孔のサイズが同じ（いわゆるボーダレスコンタクト）であると、図１０(ａ)に示すように、重ね合わせずれが発生した場合、ライナーエッチング工程で接続孔の底部が溝配線上をはみ出す場合が発生し、この際抉れた形状をした隙間が形成される。
【００１３】
このように隙間が形成された状態で、さらにライナーエッチング後の洗浄を行なうと、ボイドが発生する場合がある。これは、図１０(ｂ)に示すように、ライナーエッチング後の洗浄薬液が、主として希フッ酸を主原料とするもので構成されており、隙間に入った洗浄液が洗浄の工程で取り切れずに濃縮し、高濃度のフッ酸が形成されることによって、配線に隣接する酸化膜が溶出するためである。
【００１４】
このボイドが発生した場合、後にスパッタリング法で密着層やシード層といった導電膜を堆積する際に段切れ等の不良が発生する。また、隣接する配線間のショート不良やＣｕ配線の埋め込み不良が発生し、配線の信頼性が低下する可能性がある。
【００１５】
かかる従来の多層配線の形成方法の課題を解決する方法として、配線上層にエッチング抑制層を形成する方法が特開平１１−１６３１２７（特許文献２）に開示されている。この文献では、配線ドライエッチングの条件を変更することなく、配線構造を変えた配線形成方法が開示されている。
【００１６】
ここでは、図１１(１)に示すように、半導体基板１１に窒化シリコン膜１２を堆積し、その上に第１の絶縁層１３を堆積する。続いて、エッチング抑制層１４を堆積する。その後、通常のリソグラフィー法を用いてパターニング処理を行い、第１の絶縁層１３とエッチング抑制層１４を同時にエッチング処理し、溝配線１５を形成する。その後、スパッタエッチング法によるクリーニング処理を行った後、遠距離スパッタ法を用いて上記配線溝１５及びエッチング抑制層１４にＴｉ,ＴｉＮからなる密着層２２を形成する。その後、金属配線２３を配線溝１５に埋め込む。
【００１７】
次に、図１１(２)に示すように、第２の絶縁層３１を形成し、通常のリソグラフィー法とエッチングを行って開口部３２を形成する。このとき、エッチング抑制層１４は、第２の絶縁層３１よりもエッチングし難い材料で形成されているため、開口部３２が重ね合わせずれによって配線溝１５からずれて形成されても、エッチングがエッチング抑制層１４でストップするため、エッチングによるボイド形成を防止することができる。
【００１８】
しかしながら、この多層配線の形成方法はエッチング抑制層１４と第１の絶縁膜を同時にエッチング処理を行って配線溝の形成を行っているため、エッチング抑制層１４に比べてエッチングレートの早い第１の絶縁層が、横方向にもエッチングされ、エッチング抑制層よりも開口部が横方向に広がる。この結果、エッチング抑制層が庇のような形状で残り、後にこの部分に形成される密着層やバリアメタルがエッチング抑制層１４の下部で堆積せず、カバレッジ不良となる。これによりＣｕ膜の埋め込む際に段切れ等が発生し、めっき不良を発生させることになる。
【００１９】
したがって、本発明の目的は、前記に鑑み、溝配線形成の際の密着層カバレッジ不良とライナーエッチング後にボイドが発生することを同時に防止する多層配線構造及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１記載の多層配線の製造方法は、基板上に第１の絶縁膜を形成する第１工程と、前記第１の絶縁膜中に第１の配線溝を形成する第２工程と、前記第１の配線溝内に導電膜を埋め込み、第１の配線層を形成する第３工程と、前記基板上に、前記第１の配線層上での膜厚が前記第１の絶縁膜上での膜厚よりも薄くなるように第２の絶縁膜を形成する第４工程と、前記第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を形成する第５工程と、前記第３の絶縁膜を貫通して前記第２の絶縁膜に到達する接続孔を、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成する第６工程と、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップする領域では前記第１の配線層を露出するとともに、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では前記第２の絶縁膜が残存するように、前記接続孔の底面に露出した前記第２の絶縁膜をエッチング除去する第７工程とを含む。
【００２１】
上記多層配線の製造方法によれば、第１の配線層上での膜厚が第１の絶縁膜上での膜厚よりも薄くなるように第２の絶縁膜を形成する第４工程を行うので、第２の絶縁膜の配線上での厚さを配線上以外での厚さよりも薄くしている。このため、ライナーエッチングを行って接続孔を開口する際に、配線上の接続孔部が先に開口するため、それ以外の領域の第２の絶縁膜は貫通することがないのでボイドは発生せず、高い信頼性を持った多層配線を形成することができる。
【００２２】
請求項２記載の多層配線の製造方法は、請求項１記載の多層配線の製造方法において、前記第４工程は、少なくとも水素を含有するガスを用いたプラズマ処理により前記第１の配線層の表面を不活性化する工程と、前記表面が不活性化された第１の配線層上および前記第１の絶縁膜上に前記第２の絶縁膜を堆積する工程とを含む。
【００２３】
上記多層配線の製造方法によれば、第４工程は、少なくとも水素を含有するガスを用いたプラズマ処理により第１の配線層の表面を不活性化する工程を行うので、この処理により第１の配線層上での第２の絶縁膜の成長を抑制することができる。
【００２４】
請求項３記載の多層配線の製造方法は、基板上に第１の絶縁膜を形成する第１工程と、前記第１の絶縁膜中に第１の配線溝を形成する第２工程と、前記第１の配線溝内に導電膜を埋め込み、第１の配線層を形成する第３工程と、前記第１の絶縁膜の表面高さを前記第１の配線層の表面高さより低くする第４工程と、前記第１の配線層上および前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成するとともに、前記第２の絶縁膜の表面を平坦化する第５工程と、前記第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を形成する第６工程と、前記第３の絶縁膜を貫通して前記第２の絶縁膜に到達する接続孔を、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成する第７工程と、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップする領域では前記第１の配線層を露出するとともに、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では前記第２の絶縁膜が残存するように、前記接続孔の底面に露出した前記第２の絶縁膜をエッチング除去する第８工程とを含む。
【００２５】
上記多層配線の製造方法によれば、第１の絶縁膜の表面高さを第１の配線層の表面高さより低くする第４工程と、第１の配線層上および第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成するとともに、第２の絶縁膜の表面を平坦化する第５工程とを行うので、配線上の第２の絶縁膜の厚さを、それ以外の領域の第２の絶縁膜よりも薄くしている。このため、ライナーエッチングを行って接続孔を開口する際に、溝配線上以外の領域の第２の絶縁膜を貫通することがないのでボイドは発生せず、高い信頼性を持った多層配線を形成することができる。また、第４工程において、溝配線外の領域の第２の絶縁膜の厚さを任意に調整することができるため、プロセスのオーバーエッチング量に伴う溝配線上以外の領域の第２の絶縁膜の削れ量に対応することが容易である点で優れている。
【００２６】
請求項４記載の多層配線の製造方法は、請求項３記載の多層配線の製造方法において、前記第４工程は、化学的機械研磨法あるいはドライエッチング法を用いて行う。
【００２７】
上記多層配線の製造方法によれば、第４工程は、化学的機械研磨法あるいはドライエッチング法を用いて行うので、第１の絶縁膜の表面高さを第１の配線層の表面高さより低くすることができる。
【００２８】
請求項５記載の多層配線の製造方法は、請求項３または４記載の多層配線の製造方法において、前記第４工程では、前記第１の絶縁膜の表面高さを前記第１の配線層の表面高さより少なくとも１０ｎｍ以上低くする。
【００２９】
請求項６記載の多層配線の製造方法は、基板上に第１の絶縁膜を形成する第１工程と、前記第１の絶縁膜中に第１の配線溝を形成する第２工程と、前記第１の配線溝内に導電膜を埋め込み、第１の配線層を形成する第３工程と、前記第１の絶縁膜の表層を改質する第４工程と、前記第１の配線層上および前記表層が改質された第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第５工程と、前記第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を形成する第６工程と、前記第３の絶縁膜を貫通して前記第２の絶縁膜に到達する接続孔を、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成する第７工程と、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップする領域では前記第１の配線層を露出するとともに、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では少なくとも前記改質された第１の絶縁膜の表層が残存するように、前記接続孔の底面に露出した前記第２の絶縁膜をエッチング除去する第８工程とを含み、前記第４工程では、改質された前記第１の絶縁膜の表層のエッチングレートが前記第２の絶縁膜のエッチングレートと同等かあるいはそれよりも小さい。
【００３０】
上記多層配線の製造方法によれば、第１の絶縁膜の表層を改質する第４工程と、第１の配線層上および表層が改質された第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第５工程とを行い、第４工程では、改質された第１の絶縁膜の表層のエッチングレートが第２の絶縁膜のエッチングレートと同等かあるいはそれよりも小さくするので、第１の絶縁膜の表層を第２の絶縁膜と同等以下のエッチングレートの膜に改質させる。これにより、溝配線上の第２の絶縁膜の厚さが、それ以外の領域の第２の絶縁膜よりも実効的に薄くなる。そのため、ライナーエッチングを行って接続孔を開口する際に、溝配線上以外の領域の第１の絶縁膜をエッチングすることがないのでボイドは発生せず、高い信頼性を持った多層配線を形成することができる。また、プラズマ処理等によって溝配線上以外の領域において第１の絶縁膜よりもエッチングレートが低い層を形成することができるため、プロセスが簡単で容易であるという点が優れている。
【００３１】
請求項７記載の多層配線の製造方法は、請求項６記載の多層配線の製造方法において、前記第４工程は、少なくとも窒素を含有するガスを用いたプラズマ処理により前記第１の絶縁膜の表面を窒化処理する工程を含む。
【００３２】
上記多層配線の製造方法によれば、第４工程は、少なくとも窒素を含有するガスを用いたプラズマ処理により第１の絶縁膜の表面を窒化処理する工程を含むので、この窒化処理を行うことによって、第１の絶縁膜の上層から窒化層が形成される。
【００３３】
請求項８記載の多層配線の製造方法は、請求項６または７記載の多層配線の製造方法において、前記第４工程では、前記第１の絶縁膜の表層を少なくとも１０ｎｍ以上の深さまで改質する。
【００３４】
請求項９記載の多層配線の製造方法は、基板上に第１の絶縁膜を形成する第１工程と、前記第１の絶縁膜中に第１の配線溝を形成する第２工程と、前記第１の配線溝内に導電膜を埋め込み、第１の配線層を形成する第３工程と、前記第１の配線層の表面高さを前記第１の絶縁膜の表面高さより低くする第４工程と、前記第１の絶縁膜の表層を改質する第５工程と、前記第１の配線層上および前記表層が改質された第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第６工程と、前記第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を形成する第７工程と、前記第３の絶縁膜を貫通して前記第２の絶縁膜に到達する接続孔を、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成する第８工程と、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップする領域では前記第１の配線層を露出するとともに、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では少なくとも前記改質された第１の絶縁膜の表層が残存するように、前記接続孔の底面に露出した前記第２の絶縁膜をエッチング除去する第９工程とを含み、前記第５工程では、改質された前記第１の絶縁膜の表層のエッチングレートが前記第２の絶縁膜のエッチングレートと同等かあるいはそれよりも小さい。
【００３５】
上記多層配線の製造方法によれば、第１の配線層の表面高さを第１の絶縁膜の表面高さより低くする第４工程と、第１の絶縁膜の表層を改質する第５工程と、第１の配線層上および表層が改質された第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第６工程とを行い、第５工程では、改質された第１の絶縁膜の表層のエッチングレートが第２の絶縁膜のエッチングレートと同等かあるいはそれよりも小さいので、配線上面を第１の絶縁膜の上面よりも低くし、第１の絶縁膜の表層を第２の絶縁膜と同等以下のエッチングレートの膜に改質させ、かつその上に第２の絶縁膜を堆積している。このため、溝配線上の第２の絶縁膜の厚さを、それ以外の領域の第２の絶縁膜よりも薄くすることができる。これによって、ライナーエッチングを行って接続孔を開口する際に、溝配線上以外の領域の第１の絶縁膜をエッチングすることがないのでボイドは発生せず、高い信頼性を持った多層配線を形成することができる。
【００３６】
請求項１０記載の多層配線の製造方法は、請求項９記載の多層配線の製造方法において、前記第４工程は、化学的機械研磨法を用いて行う。
【００３７】
上記多層配線の製造方法によれば、第４工程は、化学的機械研磨法を用いて行うので、１の配線層の表面高さを第１の絶縁膜の表面高さより低くすることができる。
【００３８】
請求項１１記載の多層配線の製造方法は、請求項９または１０記載の多層配線の製造方法において、前記第４工程では、前記第１の絶縁膜の表層を少なくとも１０ｎｍ以上の深さまで改質する。
【００３９】
請求項１２記載の多層配線は、基板上に形成された第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜中の配線溝内に形成された第１の配線層と、前記第１の配線層上および前記第１の絶縁膜上に形成された第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜上に形成された第３の絶縁膜と、前記第３の絶縁膜および前記第２の絶縁膜を貫通し、前記第１の配線層に到達する接続孔とを含み、前記接続孔は、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成され、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では前記第２の絶縁膜が残存している。
【００４０】
上記多層配線によれば、請求項１または３記載の多層配線の製造方法で製造でき、同様の効果が得られる。
【００４１】
請求項１３記載の多層配線は、請求項１２記載の多層配線において、前記第２の絶縁膜の膜厚は、前記第１の配線層上での膜厚が前記第１の絶縁膜上での膜厚よりも薄くなるように形成されている。
【００４２】
請求項１４記載の多層配線は、基板上に形成され、表層が改質された第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜中の配線溝内に形成された第１の配線層と、前記第１の配線層上および前記第１の絶縁膜上に形成された第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜上に形成された第３の絶縁膜と、前記第３の絶縁膜および前記第２の絶縁膜を貫通し、前記第１の配線層に到達する接続孔とを備え、前記接続孔は、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成され、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では少なくとも前記第１の絶縁膜の改質された表層が残存している。
【００４３】
上記多層配線によれば、請求項６または９記載の多層配線の製造方法で製造でき同様の効果が得られる。
【００４４】
請求項１５記載の多層配線は、請求項１４記載の多層配線において、前記第１の絶縁膜の改質された表層は、Ｓｉ、Ｏを含有し、Ｎ、Ｃのうちいずれか１つを含む。
【００４５】
請求項１６記載の多層配線は、請求項１４または１５記載の多層配線において、前記第１の絶縁膜の改質された表層のエッチングレートは、前記第２の絶縁膜のエッチングレートと同等かあるいはそれよりも小さい。
【００４６】
請求項１７記載の多層配線は、請求項１２，１３，１４，１５または１６記載の多層配線において、前記第２の絶縁膜は、前記第１および第３の絶縁膜よりもエッチングされ難く、前記第２の絶縁膜に対する前記第１または第３の絶縁膜のエッチングレートの選択比は少なくとも２以上である。
【００４７】
請求項１８記載の多層配線は、請求項１２，１３，１４，１５，１６または１７記載の多層配線において、前記第１および第３の絶縁膜は、フッ素含有シリコン酸化膜または有機無機ハイブリッド膜よりなる。
【００４８】
請求項１９記載の多層配線は、請求項１２，１３，１４，１５，１６，１７または１８記載の多層配線において、前記第２の絶縁膜は、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、炭素含有シリコン酸化膜、炭化シリコン膜のうちいずれか１つまたはそれらのうちの２つ以上の積層膜よりなる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によると、接続孔が配線とずれが生じた場合でも、接続孔を開口するライナーエッチングの際に、接続孔の底部は必ず上層の第２の絶縁膜内または改質された第１の絶縁膜の表層内に形成されることになる。つまり、ライナーエッチングで、下層の第１の絶縁膜がエッチングされることがないため、第１の絶縁膜に抉れた部分が発生しない。そのため、洗浄工程による酸化膜消失といった不良や、導電膜の埋め込み不良が発生するといった不良を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
(第１の実施形態)
以下、本発明の第１の実施の形態に係る多層配線の製造方法について図１〜図３に基づいて説明する。
【００５１】
まず、図１(ａ)に示すように、半導体基板１００上に、例えばＣＶＤ法により膜厚１０００ｎｍのシリコン酸化膜からなる第１の絶縁膜１０１を堆積した後、絶縁膜１０１に対してリソグラフィー工程を経て形成されたレジストパターン(図示省略)をマスクとして、絶縁膜１０１の所定領域をドライエッチングし、溝幅２００ｎｍ、溝深さ４００ｎｍの配線用溝１０２を形成する。
【００５２】
次に、図１(ｂ)に示すように、配線用溝１０２内を含む絶縁膜１０１の全面にスパッタリング法を用いて膜厚２０ｎｍの窒化タンタル膜からなる導電膜１０３、膜厚２０ｎｍのタンタル膜からなる導電膜１０４を堆積する。続いて、導電膜１０４の上にスパッタリング法を用いて膜厚１００ｎｍの銅膜からなる導電膜１０５を堆積する。
【００５３】
次に、図１(ｃ)に示すように、導電膜１０５をシード層として電解めっき法により該シード層の上に銅膜からなる導電膜１０６を、配線用溝が完全に埋まるように成長させる。このとき、配線用溝１０２が完全に埋まるように、配線用溝領域以外の銅膜の成長速度が抑制するように、成長抑制剤を添加する。
【００５４】
次に、図１(ｄ)に示すように、ＣＭＰ法を用いてタンタル膜又は窒化タンタル膜のそれぞれの銅膜に対する研磨速度が１:４０となるような研磨条件を用いて、銅膜を除去する。その後、タンタル膜又は窒化タンタル膜のそれぞれのシリコン酸化膜に対する研磨速度が４０:１となるような研磨条件を用いて、タンタル膜、窒素タンタル膜をＣＭＰ法で研磨し、配線用溝領域以外の導電膜を完全に除去する。このようにして、埋め込み配線を完成させる。
【００５５】
次に、図１(ｅ)に示すように、水素プラズマ処理を用いて銅配線１０６ａの上部を不活性化した後、窒化シリコン膜からなる膜厚１５０ｎｍの第２の絶縁膜１０７を例えばプラズマＣＶＤ法で堆積する。ここで、水素プラズマ処理を用いて銅配線１０６ａの上部を不活性化する理由は、この処理により銅配線１０６ａ上での窒化シリコン膜の成長を抑制するためである。これについては、後に詳細を説明する。
【００５６】
上記プラズマ窒化膜の成長条件の一例としては、プロセスガスにＳｉＨ４:５００ｓｃｃｍ、Ｎ２:１４００ｓｃｃｍとを用い、膜成長時の圧力を２Ｔｏｒｒ、装置のＲＦパワーを６００Ｗに設定した。
【００５７】
上記水素プラズマ処理条件の一例としては、プラズマ導入ガスにＨ２：２００ｓｃｃｍとＡｒ:８００ｓｃｃｍとを用い、チャンバー雰囲気の圧力を２Ｔｏｒｒ、基板温度を４００℃に設定した。
【００５８】
このようにして、溝配線１０６ａ上の第２の絶縁膜１０７の成長レートを低下させることによって、溝配線１０６ａ上の第２の絶縁膜１０７の膜厚は約１１０ｎｍとなり、溝配線１０６ａ上の第２の絶縁膜１０７の厚さを溝配線上以外の領域の第２の絶縁膜１０７の厚さ１５０ｎｍよりも薄く形成することができる。
【００５９】
次に、図１(ｆ)に示すように、シリコン酸化膜からなる膜厚９００ｎｍの第３の絶縁膜１０８を例えばＣＶＤ法で堆積し、続いて反射防止膜としてシリコン酸窒化膜からなる膜厚６０ｎｍの第４の絶縁膜１１２を例えばプラズマＣＶＤ法を用いて堆積する。続いて、リソグラフィー工程を経て形成されたレジストパターン(図示省略)をマスクとして、絶縁膜１０８，１１２をドライエッチングし、開口径２００ｎｍの接続孔を形成する。このとき、第２の絶縁膜１０７に対する第３の絶縁膜１０８のエッチング選択比が１０以上となるドライエッチング条件を適用する。これにより、第２の絶縁膜１０７はほとんど削れず、接続孔の底部は第２の絶縁膜１０７内に形成される。
【００６０】
上記ドライエッチング条件の一例としては、エッチングガスにＣ５Ｆ８：２０ｓｃｃｍとＡｒ:６００ｓｃｃｍ、Ｏ２:２０ｓｃｃｍとを用い、エッチング雰囲気の圧力を１５Ｐａ、２周波ＲＩＥ方式のエッチング装置を用い、ＲＦパワーを上部電極１６００Ｗ、下部電極８００Ｗ、基板温度を２０℃に設定した。
【００６１】
次に、図２(ａ)に示すように、リソグラフィー工程によりレジスト１１０を塗布し接続孔１０９の周辺に配線溝形成用開口部パターンを形成すると共に、接続孔１０９の内部にレジスト１１０が埋め込まれて残存するようにパターニングを行う。
【００６２】
このレジストパターニングでは、配線溝を形成する部分に焦点を合わせるために接続孔１０９周辺部に配線溝のパターンを形成することができ、かつ接続孔内では露光の焦点が合わないために、ホールの中央部よりも底部に近い側にレジスト１１０を残存させることができる。
【００６３】
次に、図２(ｂ)に示すように、配線溝形成用開口部パターンをマスクとして絶縁膜１０８，１１２をドライエッチングし、幅２００ｎｍ、深さ４００ｎｍの配線用溝１１１を形成する。
【００６４】
上記ドライエッチング条件の一例としては、２周波ＲＩＥ方式のエッチング装置を用い、エッチングガスにＣ５Ｆ８：２５ｓｃｃｍとＡｒ:６００ｓｃｃｍ、Ｏ２:２０ｓｃｃｍとを用い、エッチング雰囲気の圧力を１０Ｐａ、ＲＦパワーを上部電極１５００Ｗ、下部電極８００Ｗ、基板温度を５０℃に設定した。
【００６５】
次に、図２(ｃ)に示すように、アッシング、洗浄工程を経てレジスト１１０を除去する。これにより、接続孔内に残存していたレジストが除去される。その後、接続孔内に露出した絶縁膜１０７をドライエッチングすることによって、接続孔を開口する。
【００６６】
上記ドライエッチング条件の一例としては、２周波ＲＩＥ方式のエッチング装置を用い、エッチングガスにＣＨＦ３：１０ｓｃｃｍとＡｒ:６００ｓｃｃｍ、Ｏ２:１０ｓｃｃｍとを用い、エッチング雰囲気の圧力を１５Ｐａ、エッチング装置のＲＦパワーを上部電極１１００Ｗ、下部電極８００Ｗ、基板温度を２０℃に設定した。
【００６７】
以降は、溝配線１０６ａを形成した手法と同様の手法を用いて銅配線を形成することによって溝配線を形成し、接続孔と上層配線を形成することができる。
【００６８】
第１の実施形態によると、第２の絶縁膜１０７の堆積直後の厚さは、下層配線の第１の溝配線１０６ａ上の厚さが１１０ｎｍ、溝配線外の厚さが１５０ｎｍとなる。
【００６９】
これは、図３に示す水素プラズマ処理時間とＳｉＮ膜成長レートの関係から次のように説明することができる。溝配線にプラズマ処理を実施した場合、処理を実施していないサンプルに比べて、溝配線上の初期のＳｉＮ膜の堆積レートが低いことがわかる。これは、水素処理を行うことで、Ｓｉ基板上の水素終端効果と同様に金属表面の未結合手が終端されて、不活性状態になる。このことにより、銅配線上の初期に堆積する窒化シリコン膜の成長レートが抑制される。その結果、銅配線上の窒化シリコン膜が銅配線上以外の窒化シリコン膜厚よりも薄く形成される。
【００７０】
なお、表面に異物が付着することを防止するために、水素プラズマ処理と窒化膜の堆積は同一チャンバーで実施することが望ましい。このことにより、第２の絶縁膜１０７の堆積直後の厚さは、下層配線の第１の溝配線１０６ａ上の厚さが１１０ｎｍ、溝配線１０６ａ外の厚さが１５０ｎｍとなる。
【００７１】
ビアエッチングのオーバーエッチングでたとえ第２の絶縁膜１０７が１０ｎｍ程度削れても、図２(ｃ)に示すように、第２の絶縁膜１０７は溝配線１０６ａ上で膜厚が１００ｎｍ、溝配線上以外で膜厚が１４０ｎｍとなる。さらに、下層配線の溝配線１０６ａと接続孔１０９を開口するライナーエッチングを行う際に、開口不良をなくすために２０％のオーバーエッチングをかけても、第２の絶縁膜１０７の削れ量は１２０ｎｍであり、第２の絶縁膜１０７の溝配線１０６ａ外での膜厚は２０ｎｍとなり、第２の絶縁膜１０７が第１の絶縁膜１０１上に残り、ボイド等の発生を完全に防止することができる。
【００７２】
なお、本実施形態では、接続孔の上部に配線が形成されている場合について説明したが、接続孔単独であっても同様の効果が得られる。
【００７３】
なお、第１の絶縁膜１０１、第３の絶縁膜１０８としては、例えばＳｉＯＦ(フッ素含有シリコン酸化膜)、ＳｉＯＣ(炭素含有シリコン酸化膜)等の低誘電率膜や有機無機ハイブリッド膜等を単層ないし積層膜を用いることができる。特に、低誘電率膜を使用すると、配線間容量を低減することができるため好ましい。
【００７４】
また、第２の絶縁膜１０７として、窒化シリコン膜に代えて、例えば誘電率の低いＳｉＯＮ(シリコン酸窒化膜)、ＳｉＯＣ(炭素含有シリコン酸化膜)、ＳｉＣ(炭化シリコン膜)を用いることができる。
(第２の実施形態)
以下、本発明の第２の実施の形態に係る多層配線の製造方法について図４に基づいて説明する。
【００７５】
まず、実施形態１と同様の方法に従い、図４(ａ)に示すように、配線用溝１０２までを形成する。
【００７６】
次に、図４(ｂ)に示すように、ＣＭＰ法を用いて酸化シリコン膜の銅膜に対する研磨速度が４０:１となるような研磨条件を用いて、第１の絶縁膜１０１を研磨し溝配線１０６ａの上面を第１の絶縁膜１０１よりも約５０ｎｍ上面に露出させる処理を行う。
【００７７】
従来の実施例では、配線用溝に導電膜を堆積し、導電膜を残すように研磨を実施するだけであり、溝配線の上面は第１の絶縁膜よりも下面に形成されており、この点が本発明と大きく異なる点である。
【００７８】
次に、図４(ｃ)に示すように、窒化シリコン膜からなる膜厚２００ｎｍの第２の絶縁膜１０７を例えばプラズマＣＶＤ法で堆積する。その後、ＣＭＰ法を用いて第２の絶縁膜１０７を約１００ｎｍ研磨し、平坦化処理を施す。これにより、溝配線１０６ａ上では窒化シリコン膜は約５０ｎｍ、第１の絶縁層１０１上では窒化シリコン膜は約１００ｎｍ堆積していることになる。
【００７９】
次に、図４(ｄ)に示すように、シリコン酸化膜からなる膜厚９００ｎｍの第３の絶縁層１０８を例えばＣＶＤ法で堆積し、続いて反射防止膜としてシリコン酸窒化膜からなる膜厚６０ｎｍの第４の絶縁膜１１２を例えばプラズマＣＶＤ法を用いて堆積する。続いて、絶縁膜１０８，１１２に対してリソグラフィー工程を経て形成されたレジストパターン(図示省略)をマスクとして、絶縁膜１０８，１１２をドライエッチングし、開口径２００ｎｍの接続孔１０９を形成する。このとき、第２の絶縁膜１０７に対する第３の絶縁膜１０８のエッチングの選択比は、１０以上となるドライエッチング条件を適用する。これにより、第２の絶縁膜１０７はほとんど削れない。
【００８０】
上記ドライエッチング条件の一例としては、２周波ＲＩＥ方式のエッチング装置を用い、エッチングガスにＣ５Ｆ８：２０ｓｃｃｍとＡｒ:６００ｓｃｃｍ、Ｏ２:２０ｓｃｃｍとを用い、エッチング雰囲気の圧力を１５Ｐａ、上部電極のＲＦパワーを１５００Ｗ、下部電極のＲＦパワーを８００Ｗ、基板温度を２０℃に設定した。
【００８１】
以降の工程は、第１の実施形態と同様の手法を用いて処理し、図４(ｅ)に示す多層配線を形成する。
【００８２】
第２の実施形態によると、第２の絶縁膜１０７を堆積し研磨した直後の厚さは、下層配線の溝配線１０６ａ上での厚さが５０ｎｍ、溝配線以外での厚さが１００ｎｍとなる。
【００８３】
ビアエッチングのオーバーエッチングでたとえＳｉＮ膜厚が１０ｎｍ程度削れても、図４(ｄ)に示すように、第２の絶縁膜１０７は溝配線１０６ａ上で膜厚が４０ｎｍ、溝配線上以外で膜厚が９０ｎｍとなる。さらに、下層配線の溝配線１０６ａと接続孔１０９を開口するライナーエッチングを行う際に、開口不良をなくすために２０％のオーバーエッチングをかけても、第２の絶縁膜１０７の削れ量は４８ｎｍであり、溝配線１０６ａ上以外の領域では、溝配線の上面から８ｎｍ程度しか削れないため、ボイド不良の発生を完全に防止することができる。
【００８４】
本実施形態では第１の絶縁膜１０１を研磨し溝配線１０６ａの上面を第１の絶縁膜１０１よりも上面に露出させる工程において、溝配線外の領域の第２の絶縁膜１０７の厚さを任意に調整することができる。このため、プロセスのオーバーエッチング量に伴う溝配線上以外の領域の第２の絶縁膜１０７の削れ量に対応することが容易である点で優れている。
【００８５】
なお、第１の絶縁膜１０１、第３の絶縁膜１０８としては、例えばＳｉＯＦ(フッ素含有シリコン酸化膜)、ＳｉＯＣ(炭素含有シリコン酸化膜)等の低誘電率膜や有機無機ハイブリッド膜等を単層ないし積層膜を用いることができる。特に、低誘電率膜を使用すると、配線間容量を低減することができるため好ましい。
【００８６】
また、第２の絶縁膜１０７として、窒化シリコン膜に代えて、例えば誘電率の低いＳｉＯＮ(シリコン酸窒化膜)、ＳｉＯＣ(炭素含有シリコン酸化膜)、ＳｉＣ(炭化シリコン膜)を用いることができる。
(第３の実施形態)
以下、本発明の第３の実施の形態に係る多層配線の製造方法について図５および図６に基づいて説明する。
【００８７】
まず、実施形態１と同様の方法に従い、図５(ａ)に示すように、配線用溝１０２までを形成する。
【００８８】
次に、図５(ｂ)に示すように、窒素プラズマ処理を用いて第１の絶縁膜１０１の上部を窒化処理する。この窒化処理を行うことによって、第１の絶縁膜の１０１の上層から約４０ｎｍの窒化層１０７Ａが形成される。
【００８９】
上記窒素プラズマ処理条件の一例としては、プラズマ導入ガスにＮ２：１４００ｓｃｃｍとＡｒ:８００ｓｃｃｍとを用い、チャンバー雰囲気の圧力を２Ｐａ、基板温度を４００℃に設定した。
【００９０】
次に、図５(ｃ)に示すように、窒化シリコン膜からなる膜厚１５０ｎｍの第２の絶縁膜１０７を例えばプラズマＣＶＤ法で堆積する。このようにすることによって、配線用溝１０２上の第２の絶縁膜１０７の厚さは１５０ｎｍ、配線用溝１０２上以外の領域では約４０ｎｍの窒化層１０７Ａと１５０ｎｍの第２の絶縁膜１０７を合わせた１９０ｎｍの膜が形成されている。続いて、シリコン酸化膜からなる膜厚９００ｎｍの第３の絶縁膜１０８を例えばＣＶＤ法で堆積し、続いて反射防止膜としてシリコン酸窒化膜からなる膜厚６０ｎｍの第４の絶縁膜１１２を例えばプラズマＣＶＤ法を用いて堆積する。
【００９１】
続いて、リソグラフィー工程を経て形成されたレジストパターン(図示省略)をマスクとして、第３の絶縁膜１０８および第４の絶縁膜１１２をドライエッチングし、開口径２００ｎｍの接続孔１０９を形成する。このとき、第２の絶縁膜１０７に対する第３の絶縁膜１０８のエッチングの選択比が１０以上となるドライエッチング条件を適用する。これにより、第２の絶縁膜１０７はほとんど削れない。
【００９２】
上記ドライエッチング条件の一例としては、２周波ＲＩＥ方式のエッチング装置を用い、エッチングガスにＣ５Ｆ８：２０ｓｃｃｍとＡｒ:６００ｓｃｃｍ、Ｏ２:２０ｓｃｃｍとを用い、ＲＦパワーを上部電極１５００Ｗ、下部電極８００Ｗ、エッチング雰囲気の圧力を１５Ｐａ、基板温度を２０℃に設定した。
【００９３】
以降の工程は、第１の実施形態と同様の手法を用いて処理し、図５(ｄ)に示す多層配線を形成する。
【００９４】
第３の実施形態によると、第１の絶縁膜１０１の表層に窒化層１０７Ａを形成することができる。この窒化層１０７Ａの深さについて、図６に窒素プラズマ処理時間との関係を示す。
【００９５】
図６からプラズマ処理時間が長くなるにつれて、窒化が第１の絶縁膜の深さ方向に進行することがわかるが、３０ｓｅｃ以上処理が進むと窒化の進行が止まる。これは、第１の絶縁膜１０１の表層の窒化が完了し緻密な膜が形成されたためと考えられる。この窒素プラズマ処理によって第１の絶縁膜１０１の上層から約４０ｎｍの窒化層１０７Ａが形成される。
【００９６】
また、窒素プラズマ処理により第１の配線１０６ａの表面は窒化されるが、接続孔１０９を開口するライナーエッチング工程で、配線表面の窒化層は除去されるため、配線層間の導通は確保され、問題はない。
【００９７】
堆積直後の第２の絶縁膜１０７の膜厚は１５０ｎｍであるが、ビアエッチングのオーバーエッチングでＳｉＮ膜厚が１０ｎｍ程度削れるため、図５(ｃ)に示すように、第２の絶縁膜１０７の厚さは１４０ｎｍとなる。続いて、下層配線の第１の溝配線１０６ａと接続孔１０９を開口するライナーエッチングを行う際に、開口不良をなくすために２０％のオーバーエッチングをかけると、第２の絶縁膜１０７の削れ量は１６８ｎｍとなる。しかし、溝配線１０６ａ上以外の領域では、第２の絶縁膜１０７をエッチングした後に窒化層１０７Ａが存在しており、この窒化層１０７Ａのエッチングレートは第２の絶縁膜１０７とほぼ同等であるため２８ｎｍ程度しか削れず、その結果、窒化層１０７Ａが１２ｎｍ残り、接続孔１０９の底部は第１の絶縁膜１０１まで到達せず、ボイド不良の発生を完全に防止することができる。
【００９８】
もし、窒化層１０７Ａがなければボイドが発生し、その結果、導電膜１０３，１０４，１０５を堆積するときに段切れ等が発生するためボイド不良となる。
【００９９】
第３の実施形態では、プラズマ処理によって溝配線１０６ａ上以外の領域において第１の絶縁膜１０１よりもエッチングレートが低い層を形成することができるため、第２の実施形態に比べ、プロセスが簡単で容易であるという点が優れている。
【０１００】
なお、本実施形態では、接続孔１０９の上部に配線が形成されている場合について説明したが、接続孔単独であっても同様の効果が得られる。
【０１０１】
なお、第１の絶縁膜１０１、第３の絶縁膜１０８としては、例えばＳｉＯＦ(フッ素含有シリコン酸化膜)、ＳｉＯＣ(炭素含有シリコン酸化膜)等の低誘電率膜や有機無機ハイブリッド膜等を単層ないし積層膜を用いることができる。特に、低誘電率膜を使用すると、配線間容量を低減することができるため好ましい。
【０１０２】
また、第２の絶縁膜１０７として、窒化シリコン膜に代えて、例えば誘電率の低いＳｉＯＮ(シリコン酸窒化膜)、ＳｉＯＣ(炭素含有シリコン酸化膜)、ＳｉＣ(炭化シリコン膜)を用いることができる。
(第４の実施形態)
以下、本発明の第４の実施の形態に係る多層配線の製造方法について図７に基づいて説明する。
【０１０３】
まず、実施形態１と同様の方法に従い、図７(ａ)に示すように、配線用溝１０２までを形成する。
【０１０４】
次に、図７(ｂ)に示すように、ＣＭＰ法を用いて銅膜の酸化シリコン膜に対する研磨速度が４０:１となるような研磨条件を用いて、溝配線１０６ａを研磨し溝配線１０６ａの上面を第１の絶縁膜１０１よりも約４０ｎｍ下面に研磨させる処理を行う。
【０１０５】
次に、第３の実施形態と同様に、図７(ｃ)に示すように、窒素プラズマ処理を用いて第１の絶縁膜１０１の上部を窒化処理する。この窒素プラズマ処理によって第１の絶縁膜１０１の上面から約４０ｎｍの窒化層１０７Ａが形成される。
【０１０６】
次に、図７(ｄ)に示すように、窒化シリコン膜からなる膜厚１５０ｎｍの第２の絶縁膜１０７を例えばプラズマＣＶＤ法で堆積する。このようにすることによって、配線用溝１０２上の第２の絶縁膜１０７の膜厚は１５０ｎｍ、配線用溝１０２上以外の領域では約４０ｎｍの窒化層１０７Ａと１５０ｎｍの第２の絶縁膜１０７を合わせた１９０ｎｍの膜が形成されている。
【０１０７】
続いて、シリコン酸化膜からなる膜厚９００ｎｍの第３の絶縁膜１０８を例えばＣＶＤ法で堆積し、続いて反射防止膜としてシリコン酸窒化膜からなる膜厚６０ｎｍの第４の絶縁膜１１２（図５（ｃ）等参照）を例えばプラズマＣＶＤ法を用いて堆積する。
【０１０８】
続いて、リソグラフィー工程を経て形成されたレジストパターン(図示省略)をマスクとして、第３の絶縁膜１０８および第４の絶縁膜１１２をドライエッチングし、開口径２００ｎｍの接続孔を形成する。このとき、第２の絶縁膜１０７に対する第３の絶縁膜１０８のエッチングの選択比が１０以上となるドライエッチング条件を適用する。これにより、第２の絶縁膜１０７はほとんど削れない。
【０１０９】
上記ドライエッチング条件の一例としては、２周波ＲＩＥ方式のエッチング装置を用い、エッチングガスにＣ５Ｆ８：２０ｓｃｃｍとＡｒ:６００ｓｃｃｍ、Ｏ２:２０ｓｃｃｍとを用い、ＲＦパワーを上部電極１５００Ｗ、下部電極８００Ｗ、エッチング雰囲気の圧力を１５Ｐａ、基板温度を２０℃に設定した。
【０１１０】
以降の工程は、第１の実施形態と同様の手法を用いて処理し、図７(ｅ)に示す多層配線を形成する。
【０１１１】
第４の実施形態によると、第２の絶縁膜１０７の堆積直後の厚さは、下層配線の第１の溝配線１０６ａ上での厚さが１５０ｎｍ、溝配線外の厚さが、第２の絶縁膜１０７が１５０ｎｍ、窒化層１０７Ａが４０ｎｍとなり、合わせて１９０ｎｍとなる。
【０１１２】
ビアエッチングのオーバーエッチングでたとえ第２の絶縁膜１０７が１０ｎｍ程度削れても、図７(ｄ)に示すように、溝配線１０６ａ上で膜厚が１４０ｎｍ、溝配線上以外で膜厚が１８０ｎｍとなる。さらに、下層配線の溝配線１０６ａと接続孔を開口するライナーエッチングを行う際に、開口不良をなくすために２０％のオーバーエッチングをかけても、第２の絶縁膜１０７と窒化層１０７Ａの削れ量は合わせて１６８ｎｍであり、溝配線上以外での膜厚は１２ｎｍとなり、第２の絶縁膜１０７が第１の絶縁膜１０１上に残る。このため、ボイド等の発生を完全に防止することができる。なお、このとき第２の絶縁膜１０７と窒化層１０７Ａのエッチングレートはほぼ同等である。また、仮にオーバーエッチング量が多くなり溝配線上以外でも第２の絶縁膜１０７が残存しない状態になっても、下層の窒化層１０７Ａは残存する。このため、ボイド等の発生を完全に防止することができる。
【０１１３】
また、第４の実施形態では、図７（ｂ）におけるＣＭＰ法による溝配線１０６ａの高さ制御および図７（ｃ）における窒化層１０７Ａの膜厚制御により、窒化層１０７Ａが第１の溝配線１０６ａ表面の高さよりも上にのみ形成されるように制御することが可能である。このようにすれば、溝配線１０６ａの横部に窒化層１０７Ａが形成されない。このため、隣接する配線との層間容量を上昇させることがないという効果が得られる。
【０１１４】
なお、本実施形態では、接続孔１０９の上部に配線が形成されている場合について説明したが、接続孔単独であっても同様の効果が得られる。
【０１１５】
なお、第１の絶縁膜１０１、第３の絶縁膜１０８としては、例えばＳｉＯＦ(フッ素含有シリコン酸化膜)、ＳｉＯＣ(炭素含有シリコン酸化膜)等の低誘電率膜や有機無機ハイブリッド膜等を単層ないし積層膜を用いることができる。特に、低誘電率膜を使用すると、配線間容量を低減することができるため好ましい。
【０１１６】
また、第２の絶縁膜１０７として、窒化シリコン膜に代えて、例えば誘電率の低いＳｉＯＮ(シリコン酸窒化膜)、ＳｉＯＣ(炭素含有シリコン酸化膜)、ＳｉＣ(炭化シリコン膜)を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明に係る多層配線の製造方法および多層配線は、溝配線形成の際の密着層カバレッジ不良とライナーエッチ後にボイドが発生することを同時に防止できるものであり、特に下層配線と上層配線とそれらを接続する接続孔を備えた多層配線の製造方法および多層配線において有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る多層配線の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図２】図１の次の各工程を示す断面図である。
【図３】ＳＩＮ堆積時間とＳｉＮ堆積膜厚の関係をＨ２プラズマ処理を実施したものと、していないものを比較した図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る多層配線の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る多層配線の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図６】窒化処理時間と第１の絶縁膜の表層の窒化量を示した図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る多層配線の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図８】従来の多層配線の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図９】図８の次の各工程を示す断面図である。
【図１０】(ａ)、(ｂ)は、従来の多層配線の製造方法により発生した不良の断面模式図である。
【図１１】(１)、(２)は、先行文献の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１００ 半導体基板
１０１ 第１の絶縁膜
１０２ 配線用溝第１の絶縁膜
１０３ 窒化タンタル膜
１０４ タンタル膜
１０５ 銅膜
１０６ 銅膜
１０７ 第２の絶縁膜(Ｓｉ３Ｎ４)
１０８ 第３の絶縁膜(ＳｉＯ２)
１０９ 接続孔
１１０ レジスト
１１１ 配線用溝
１１２ 第４の絶縁膜(ＳｉＯＮ)
１０７Ａ 窒化層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１の絶縁膜を形成する第１工程と、
前記第１の絶縁膜中に第１の配線溝を形成する第２工程と、
前記第１の配線溝内に導電膜を埋め込み、第１の配線層を形成する第３工程と、
前記基板上に、前記第１の配線層上での膜厚が前記第１の絶縁膜上での膜厚よりも薄くなるように第２の絶縁膜を形成する第４工程と、
前記第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を形成する第５工程と、
前記第３の絶縁膜を貫通して前記第２の絶縁膜に到達する接続孔を、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成する第６工程と、
前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップする領域では前記第１の配線層を露出するとともに、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では前記第２の絶縁膜が残存するように、前記接続孔の底面に露出した前記第２の絶縁膜をエッチング除去する第７工程とを含む多層配線の製造方法。
【請求項２】
前記第４工程は、少なくとも水素を含有するガスを用いたプラズマ処理により前記第１の配線層の表面を不活性化する工程と、前記表面が不活性化された第１の配線層上および前記第１の絶縁膜上に前記第２の絶縁膜を堆積する工程とを含むことを特徴とする請求項１記載の多層配線の製造方法。
【請求項３】
基板上に第１の絶縁膜を形成する第１工程と、
前記第１の絶縁膜中に第１の配線溝を形成する第２工程と、
前記第１の配線溝内に導電膜を埋め込み、第１の配線層を形成する第３工程と、
前記第１の絶縁膜の表面高さを前記第１の配線層の表面高さより低くする第４工程と、
前記第１の配線層上および前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成するとともに、前記第２の絶縁膜の表面を平坦化する第５工程と、
前記第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を形成する第６工程と、
前記第３の絶縁膜を貫通して前記第２の絶縁膜に到達する接続孔を、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成する第７工程と、
前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップする領域では前記第１の配線層を露出するとともに、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では前記第２の絶縁膜が残存するように、前記接続孔の底面に露出した前記第２の絶縁膜をエッチング除去する第８工程とを含む多層配線の製造方法。
【請求項４】
前記第４工程は、化学的機械研磨法あるいはドライエッチング法を用いて行うことを特徴とする請求項３記載の多層配線の製造方法。
【請求項５】
前記第４工程では、前記第１の絶縁膜の表面高さを前記第１の配線層の表面高さより少なくとも１０ｎｍ以上低くすることを特徴とする請求項３または４記載の多層配線の製造方法。
【請求項６】
基板上に第１の絶縁膜を形成する第１工程と、
前記第１の絶縁膜中に第１の配線溝を形成する第２工程と、
前記第１の配線溝内に導電膜を埋め込み、第１の配線層を形成する第３工程と、
前記第１の絶縁膜の表層を改質する第４工程と、
前記第１の配線層上および前記表層が改質された第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第５工程と、
前記第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を形成する第６工程と、
前記第３の絶縁膜を貫通して前記第２の絶縁膜に到達する接続孔を、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成する第７工程と、
前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップする領域では前記第１の配線層を露出するとともに、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では少なくとも前記改質された第１の絶縁膜の表層が残存するように、前記接続孔の底面に露出した前記第２の絶縁膜をエッチング除去する第８工程とを含み、
前記第４工程では、改質された前記第１の絶縁膜の表層のエッチングレートが前記第２の絶縁膜のエッチングレートと同等かあるいはそれよりも小さいことを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項７】
前記第４工程は、少なくとも窒素を含有するガスを用いたプラズマ処理により前記第１の絶縁膜の表面を窒化処理する工程を含むことを特徴とする請求項６記載の多層配線の製造方法。
【請求項８】
前記第４工程では、前記第１の絶縁膜の表層を少なくとも１０ｎｍ以上の深さまで改質することを特徴とする請求項６または７記載の多層配線の製造方法。
【請求項９】
基板上に第１の絶縁膜を形成する第１工程と、
前記第１の絶縁膜中に第１の配線溝を形成する第２工程と、
前記第１の配線溝内に導電膜を埋め込み、第１の配線層を形成する第３工程と、
前記第１の配線層の表面高さを前記第１の絶縁膜の表面高さより低くする第４工程と、
前記第１の絶縁膜の表層を改質する第５工程と、
前記第１の配線層上および前記表層が改質された第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第６工程と、
前記第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を形成する第７工程と、
前記第３の絶縁膜を貫通して前記第２の絶縁膜に到達する接続孔を、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成する第８工程と、
前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップする領域では前記第１の配線層を露出するとともに、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では少なくとも前記改質された第１の絶縁膜の表層が残存するように、前記接続孔の底面に露出した前記第２の絶縁膜をエッチング除去する第９工程とを含み、
前記第５工程では、改質された前記第１の絶縁膜の表層のエッチングレートが前記第２の絶縁膜のエッチングレートと同等かあるいはそれよりも小さいことを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項１０】
前記第４工程は、化学的機械研磨法を用いて行うことを特徴とする請求項９記載の多層配線の製造方法。
【請求項１１】
前記第４工程では、前記第１の絶縁膜の表層を少なくとも１０ｎｍ以上の深さまで改質することを特徴とする請求項９または１０記載の多層配線の製造方法。
【請求項１２】
基板上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜中の配線溝内に形成された第１の配線層と、
前記第１の配線層上および前記第１の絶縁膜上に形成された第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に形成された第３の絶縁膜と、
前記第３の絶縁膜および前記第２の絶縁膜を貫通し、前記第１の配線層に到達する接続孔とを含み、
前記接続孔は、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成され、
前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では前記第２の絶縁膜が残存していることを特徴とする多層配線。
【請求項１３】
前記第２の絶縁膜の膜厚は、前記第１の配線層上での膜厚が前記第１の絶縁膜上での膜厚よりも薄くなるように形成されている請求項１２記載の多層配線。
【請求項１４】
基板上に形成され、表層が改質された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜中の配線溝内に形成された第１の配線層と、
前記第１の配線層上および前記第１の絶縁膜上に形成された第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に形成された第３の絶縁膜と、
前記第３の絶縁膜および前記第２の絶縁膜を貫通し、前記第１の配線層に到達する接続孔とを備え、
前記接続孔は、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成され、
前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では少なくとも前記第１の絶縁膜の改質された表層が残存していることを特徴とする多層配線。
【請求項１５】
前記第１の絶縁膜の改質された表層は、Ｓｉ、Ｏを含有し、Ｎ、Ｃのうちいずれか１つを含む請求項１４記載の多層配線。
【請求項１６】
前記第１の絶縁膜の改質された表層のエッチングレートは、前記第２の絶縁膜のエッチングレートと同等かあるいはそれよりも小さい請求項１４または１５記載の多層配線。
【請求項１７】
前記第２の絶縁膜は、前記第１および第３の絶縁膜よりもエッチングされ難く、前記第２の絶縁膜に対する前記第１または第３の絶縁膜のエッチングレートの選択比は少なくとも２以上である請求項１２，１３，１４，１５または１６記載の多層配線。
【請求項１８】
前記第１および第３の絶縁膜は、フッ素含有シリコン酸化膜または有機無機ハイブリッド膜よりなる請求項１２，１３，１４，１５，１６または１７記載の多層配線。
【請求項１９】
前記第２の絶縁膜は、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、炭素含有シリコン酸化膜、炭化シリコン膜のうちいずれか１つまたはそれらのうちの２つ以上の積層膜よりなる請求項１２，１３，１４，１５，１６，１７または１８記載の多層配線。
【請求項１】
基板上に第１の絶縁膜を形成する第１工程と、
前記第１の絶縁膜中に第１の配線溝を形成する第２工程と、
前記第１の配線溝内に導電膜を埋め込み、第１の配線層を形成する第３工程と、
前記基板上に、前記第１の配線層上での膜厚が前記第１の絶縁膜上での膜厚よりも薄くなるように第２の絶縁膜を形成する第４工程と、
前記第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を形成する第５工程と、
前記第３の絶縁膜を貫通して前記第２の絶縁膜に到達する接続孔を、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成する第６工程と、
前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップする領域では前記第１の配線層を露出するとともに、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では前記第２の絶縁膜が残存するように、前記接続孔の底面に露出した前記第２の絶縁膜をエッチング除去する第７工程とを含む多層配線の製造方法。
【請求項２】
前記第４工程は、少なくとも水素を含有するガスを用いたプラズマ処理により前記第１の配線層の表面を不活性化する工程と、前記表面が不活性化された第１の配線層上および前記第１の絶縁膜上に前記第２の絶縁膜を堆積する工程とを含むことを特徴とする請求項１記載の多層配線の製造方法。
【請求項３】
基板上に第１の絶縁膜を形成する第１工程と、
前記第１の絶縁膜中に第１の配線溝を形成する第２工程と、
前記第１の配線溝内に導電膜を埋め込み、第１の配線層を形成する第３工程と、
前記第１の絶縁膜の表面高さを前記第１の配線層の表面高さより低くする第４工程と、
前記第１の配線層上および前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成するとともに、前記第２の絶縁膜の表面を平坦化する第５工程と、
前記第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を形成する第６工程と、
前記第３の絶縁膜を貫通して前記第２の絶縁膜に到達する接続孔を、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成する第７工程と、
前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップする領域では前記第１の配線層を露出するとともに、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では前記第２の絶縁膜が残存するように、前記接続孔の底面に露出した前記第２の絶縁膜をエッチング除去する第８工程とを含む多層配線の製造方法。
【請求項４】
前記第４工程は、化学的機械研磨法あるいはドライエッチング法を用いて行うことを特徴とする請求項３記載の多層配線の製造方法。
【請求項５】
前記第４工程では、前記第１の絶縁膜の表面高さを前記第１の配線層の表面高さより少なくとも１０ｎｍ以上低くすることを特徴とする請求項３または４記載の多層配線の製造方法。
【請求項６】
基板上に第１の絶縁膜を形成する第１工程と、
前記第１の絶縁膜中に第１の配線溝を形成する第２工程と、
前記第１の配線溝内に導電膜を埋め込み、第１の配線層を形成する第３工程と、
前記第１の絶縁膜の表層を改質する第４工程と、
前記第１の配線層上および前記表層が改質された第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第５工程と、
前記第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を形成する第６工程と、
前記第３の絶縁膜を貫通して前記第２の絶縁膜に到達する接続孔を、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成する第７工程と、
前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップする領域では前記第１の配線層を露出するとともに、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では少なくとも前記改質された第１の絶縁膜の表層が残存するように、前記接続孔の底面に露出した前記第２の絶縁膜をエッチング除去する第８工程とを含み、
前記第４工程では、改質された前記第１の絶縁膜の表層のエッチングレートが前記第２の絶縁膜のエッチングレートと同等かあるいはそれよりも小さいことを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項７】
前記第４工程は、少なくとも窒素を含有するガスを用いたプラズマ処理により前記第１の絶縁膜の表面を窒化処理する工程を含むことを特徴とする請求項６記載の多層配線の製造方法。
【請求項８】
前記第４工程では、前記第１の絶縁膜の表層を少なくとも１０ｎｍ以上の深さまで改質することを特徴とする請求項６または７記載の多層配線の製造方法。
【請求項９】
基板上に第１の絶縁膜を形成する第１工程と、
前記第１の絶縁膜中に第１の配線溝を形成する第２工程と、
前記第１の配線溝内に導電膜を埋め込み、第１の配線層を形成する第３工程と、
前記第１の配線層の表面高さを前記第１の絶縁膜の表面高さより低くする第４工程と、
前記第１の絶縁膜の表層を改質する第５工程と、
前記第１の配線層上および前記表層が改質された第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する第６工程と、
前記第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を形成する第７工程と、
前記第３の絶縁膜を貫通して前記第２の絶縁膜に到達する接続孔を、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成する第８工程と、
前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップする領域では前記第１の配線層を露出するとともに、前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では少なくとも前記改質された第１の絶縁膜の表層が残存するように、前記接続孔の底面に露出した前記第２の絶縁膜をエッチング除去する第９工程とを含み、
前記第５工程では、改質された前記第１の絶縁膜の表層のエッチングレートが前記第２の絶縁膜のエッチングレートと同等かあるいはそれよりも小さいことを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項１０】
前記第４工程は、化学的機械研磨法を用いて行うことを特徴とする請求項９記載の多層配線の製造方法。
【請求項１１】
前記第４工程では、前記第１の絶縁膜の表層を少なくとも１０ｎｍ以上の深さまで改質することを特徴とする請求項９または１０記載の多層配線の製造方法。
【請求項１２】
基板上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜中の配線溝内に形成された第１の配線層と、
前記第１の配線層上および前記第１の絶縁膜上に形成された第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に形成された第３の絶縁膜と、
前記第３の絶縁膜および前記第２の絶縁膜を貫通し、前記第１の配線層に到達する接続孔とを含み、
前記接続孔は、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成され、
前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では前記第２の絶縁膜が残存していることを特徴とする多層配線。
【請求項１３】
前記第２の絶縁膜の膜厚は、前記第１の配線層上での膜厚が前記第１の絶縁膜上での膜厚よりも薄くなるように形成されている請求項１２記載の多層配線。
【請求項１４】
基板上に形成され、表層が改質された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜中の配線溝内に形成された第１の配線層と、
前記第１の配線層上および前記第１の絶縁膜上に形成された第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に形成された第３の絶縁膜と、
前記第３の絶縁膜および前記第２の絶縁膜を貫通し、前記第１の配線層に到達する接続孔とを備え、
前記接続孔は、平面的に見て前記第１の配線層と少なくとも一部がオーバーラップする位置に形成され、
前記接続孔の底面における前記第１の配線層とオーバーラップしない領域では少なくとも前記第１の絶縁膜の改質された表層が残存していることを特徴とする多層配線。
【請求項１５】
前記第１の絶縁膜の改質された表層は、Ｓｉ、Ｏを含有し、Ｎ、Ｃのうちいずれか１つを含む請求項１４記載の多層配線。
【請求項１６】
前記第１の絶縁膜の改質された表層のエッチングレートは、前記第２の絶縁膜のエッチングレートと同等かあるいはそれよりも小さい請求項１４または１５記載の多層配線。
【請求項１７】
前記第２の絶縁膜は、前記第１および第３の絶縁膜よりもエッチングされ難く、前記第２の絶縁膜に対する前記第１または第３の絶縁膜のエッチングレートの選択比は少なくとも２以上である請求項１２，１３，１４，１５または１６記載の多層配線。
【請求項１８】
前記第１および第３の絶縁膜は、フッ素含有シリコン酸化膜または有機無機ハイブリッド膜よりなる請求項１２，１３，１４，１５，１６または１７記載の多層配線。
【請求項１９】
前記第２の絶縁膜は、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、炭素含有シリコン酸化膜、炭化シリコン膜のうちいずれか１つまたはそれらのうちの２つ以上の積層膜よりなる請求項１２，１３，１４，１５，１６，１７または１８記載の多層配線。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−３３９４７９（Ｐ２００６−３３９４７９Ａ）
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６３６３０（Ｐ２００５−１６３６３０）
【出願日】平成１７年６月３日（２００５．６．３）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月３日（２００５．６．３）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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