配線の形成方法
【課題】プロセスの自由度が大きい配線の形成方法を提供する。
【解決手段】配線層２５上に絶縁層３１を形成する工程と、絶縁層３１上に第１マスク層３２と第２マスク層３３とを形成する工程と、第２マスク層３３上にレジスト層４２を形成する工程と、レジスト層４２をパターニングする工程と、レジスト層４２をマスクとして第２マスク層３３をパターニングする工程と、レジスト層４２及び第２マスク層３３をマスクとして第１マスク層３２を途中までエッチングする工程と、レジスト層４２を取り除く工程と、第２マスク層３２をマスクとして第１マスク層３２の残りをエッチングして第１マスク層３２をパターニングする工程と、パターニングされた第１マスク層３３をマスクとして絶縁層３１をエッチングして配線溝３６を形成する工程と、配線溝３６に導電体３７を埋め込んで、配線層２５に接続する埋め込み配線層３８を形成する工程と、を有する。
【解決手段】配線層２５上に絶縁層３１を形成する工程と、絶縁層３１上に第１マスク層３２と第２マスク層３３とを形成する工程と、第２マスク層３３上にレジスト層４２を形成する工程と、レジスト層４２をパターニングする工程と、レジスト層４２をマスクとして第２マスク層３３をパターニングする工程と、レジスト層４２及び第２マスク層３３をマスクとして第１マスク層３２を途中までエッチングする工程と、レジスト層４２を取り除く工程と、第２マスク層３２をマスクとして第１マスク層３２の残りをエッチングして第１マスク層３２をパターニングする工程と、パターニングされた第１マスク層３３をマスクとして絶縁層３１をエッチングして配線溝３６を形成する工程と、配線溝３６に導電体３７を埋め込んで、配線層２５に接続する埋め込み配線層３８を形成する工程と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線の形成方法に関し、特にダマシン法を用いた配線の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置における素子の集積密度を向上するために、加工技術の微細化が図られている。そして、半導体素子の微細化に伴って、素子同士を接続する配線構造の微細化も行なわれている。
【０００３】
また、半導体装置に対しては、集積密度の向上と共に、低消費電力化及び高速化等が要求されており、配線間絶縁層の低誘電率化が必要となっている。
【０００４】
このような要求に応える配線構造を形成する手法として、低誘電率材料により形成された溝に導電体を埋め込み、余分な導電体を化学機械研磨して埋め込み配線を形成するダマシン法が広く利用されている。特に、ビアと埋め込み配線とを一緒に形成するデュアルダマシン法が、製造工程を簡素化する観点から注目されている。
【０００５】
図１〜図３に、デュアルダマシン法を用いて配線を形成する従来の製造工程の一例を示す。
【０００６】
まず、図１（Ａ）に示すように、絶縁層１２２及びシリコン炭化物層１２３が積層して形成された層内に配置された配線層１２５上に、バリア層１２４と、第１絶縁層１３０と、第２絶縁層１３１とが積層して形成される。配線層１２５は、下層の半導体装置（図示せず）と接続されている。更に、第２絶縁層１３１上に、第１ハードマスク層１３２がシリコン酸化物を用いて形成され、この第１ハードマスク層１３２上に、第２ハードマスク層１３３がシリコン窒化物を用いて更に形成される。
【０００７】
続いて、第２ハードマスク層１３３と、第１ハードマスク層１３２と、第２絶縁層１３１と、第１絶縁層１３０とを貫通するビア孔１３５が、配線層１２５の上の領域に形成される。
【０００８】
次に、図１（Ｂ）に示すように、第１レジスト層１４０が、ビア孔１３５内に埋め込まれると共に第２ハードマスク層１３３上に形成される。
【０００９】
次に、図１（Ｃ）に示すように、第２ハードマスク層１３３が露出するまで、第１レジスト層１４０のエッチバックを行なって、第１レジスト層１４０の表面が、第２ハードマスク層１３３の表面と一致するように平坦化される。
【００１０】
次に、図２（Ｄ）に示すように、第２ハードマスク層１３３上に、ＢＡＲＣ（Ｂｏｔｔｏｍ Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏａｔｉｎｇ）層１４１及び第２レジスト層１４２が形成される。続いて、ビア孔１３５の位置に合わせて配線溝形成用の開口部１５０が、パターニングによって第２レジスト層１４２に形成される。
【００１１】
次に、図２（Ｅ）に示すように、パターニングされた第２レジスト層１４２をマスクとして、ＢＡＲＣ層１４１及び第２ハードマスク層１３３が、第１マスク層１３２が露出するまでエッチングされて、第２ハードマスク層１３３がパターニングされる。
【００１２】
次に、図２（Ｆ）に示すように、第２レジスト層１４２と、ＢＡＲＣ層１４１と、ビア孔１３５内に埋め込まれている第１レジスト層１４０とが、アッシングにより取り除かれる。
【００１３】
次に、図３（Ｇ）に示すように、パターニングされた第２ハードマスク層１３３をマスクとして、第１ハードマスク層１３２がエッチングされて、第１ハードマスク層１３２がパターニングされる。
【００１４】
次に、図３（Ｈ）に示すように、第２ハードマスク層１３３及び第１ハードマスク層１３２をマスクとして、第１絶縁層１３０が露出するまで第２絶縁層１３１がエッチングされて、第２絶縁層１３１に配線溝１３６が形成される。このエッチングでは、第２ハードマスク層１３３が取り除かれると共に、第１ハードマスク層１３２もエッチングにより厚さが減少する。また、このエッチングによって、ビア孔１３５内に露出しているバリア層１２４の部分が取り除かれて、配線層１２５がビア孔１３５内に露出する。
【００１５】
最後に、図３（Ｉ）に示すように、ビア孔１３５及び配線溝１３６内に導電体１３７が埋め込まれて、第２絶縁層１３１内に埋め込み配線層１３８が形成される。
【００１６】
続いて、デュアルダマシン法を用いて配線を形成する従来の製造工程の他の例を、図４に示す。
【００１７】
まず、上述したのと同様の処理が行われて、図２（Ｅ）に示す構造が形成される。
【００１８】
次に、図４（Ａ）に示すように、第１レジスト層１４０及び第２レジスト層１４２をアッシングして除去することなく、第２レジスト層１４２をマスクとして、第１ハードマスク層１３２がエッチングされて、第１ハードマスク層１３２にパターンが形成される。
【００１９】
次に、図４（Ｂ）に示すように、第１レジスト層１４０と、第２レジスト層１４２と、ＢＡＲＣ層１４１とが、アッシングにより取り除かれた後、図３（Ｇ）〜（Ｉ）に示すのと同様の工程によって、配線が形成される。
【００２０】
上述した図１〜図３に示す配線の形成方法では、図３（Ｇ）に示す工程において、第１ハードマスク層１３２がエッチングされる際に、マスクである第２ハードマスク層１３３がエッチングによって取り除かれないようにしなくてはならない。そのためには、エッチングガスとして、第１ハードマスク層１３２のエッチング速度が、第２ハードマスク層１３３のエッチング速度よりも大きなガスが用いられる必要がある。このように、エッチングガスには、第２ハードマスク層１３３よりも第１ハードマスク層１３２に対するエッチング速度が高いというエッチング選択性が求められるので、使用できるエッチングガスの種類が限られる。このため、プロセスの自由度が制約される。
【００２１】
一方、図４に示す配線の形成方法では、第２ハードマスク層１３３上に第２レジスト１４２を残存させた状態で、第１ハードマスク層１３２をエッチングするため、第２ハードマスク１３３がエッチングされることを防止できる。しかし、第１レジスト１４０を残存させた状態で第１ハードマスクのエッチングを行うことになり、第１レジスト１４０の側壁にエッチングの副生成物を含む堆積物が発生し、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第１レジストを除去した際にフェンス１６０として残存する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２００１−７７１９６号公報
【特許文献２】特開２００２−２２２８６０号公報
【特許文献３】特許第３７５７２１３号公報
【特許文献４】特開２００８−４７５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
第１ハードマスクのパターニング工程において第２ハードマスクが除去されず、また第１ハードマスクのパターニング後に、エッチング副生成物を含むフェンスが形成されることを防止することができる製造フローが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決するために、本明細書で開示する配線の形成方法の一形態によれば、まず、上記絶縁層上に第１マスク層を形成し、上記第１マスク層上に第２マスク層を形成する。次に、上記第２マスク層と、上記第１マスク層と、上記絶縁層とを貫通するビア孔を形成する。次に、上記ビア孔内部に第１レジスト層を形成する。次に、上記第２マスク層上及び上記第１レジスト層上に第２レジスト層を形成する。次に、上記第２レジスト層を配線パターンにパターニングし、パターニングされた上記第２レジスト層をマスクとして上記第２マスク層をエッチングする。次に、上記第２レジスト層及び上記第２マスク層をマスクとして上記第１マスク層を途中の深さまでエッチングする。次に、上記第１レジスト層及び上記第２レジスト層を除去する。次に、上記第２マスク層をマスクとして上記第１マスク層の残りの部分をエッチングする。次に、上記第１マスク層をマスクとして、上記絶縁層をエッチングして配線溝を形成する。次に、上記ビア孔及び上記配線溝内に導電体を埋め込んで、上記導電層に接続する埋め込み配線層を形成する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、第１マスク層のパターニング工程において第２マスク層が除去されることがない。また、第１マスク層のパターニング後に、エッチング副生成物を含むフェンスが形成されることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、従来の例による配線の形成方法を説明する図である。
【図２】（Ｄ）〜（Ｆ）は、従来の例による配線の形成方法を説明する図１に続く工程を示す図である。
【図３】（Ｇ）〜（Ｉ）は、従来の例による配線の形成方法を説明する図２に続く工程を示す図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の他の例による配線の形成方法を説明する図である。
【図５】本明細書に開示する配線の形成方法の第１実施形態を用いて製造された半導体装置の構成を示す図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、本明細書に開示する配線の形成方法の第１実施形態による製造工程を示す図である。
【図７】（Ｄ）〜（Ｆ）は、本明細書に開示する配線の形成方法の第１実施形態による製造工程の図６に続く工程を示す図である。
【図８】（Ｇ）〜（Ｉ）は、本明細書に開示する配線の形成方法の第１実施形態による製造工程の図７に続く工程を示す図である。
【図９】（Ｊ）〜（Ｌ）は、本明細書に開示する配線の形成方法の第１実施形態による製造工程の図８に続く工程を示す図である。
【図１０】（Ｍ）及び（Ｎ）は、本明細書に開示する配線の形成方法の第１実施形態による製造工程の図９に続く工程を示す図である。
【図１１】ＳｉＯ2／ＳｉＮエッチング選択性とＣＯ混入流量との関係を示す図である。
【図１２】本明細書に開示する配線の形成方法の第２実施形態を用いて製造された半導体装置の構成を示す図である。
【図１３】（Ａ）〜（Ｃ）は、本明細書に開示する配線の形成方法の第２実施形態による製造工程を示す図である。
【図１４】（Ｄ）〜（Ｆ）は、本明細書に開示する配線の形成方法の第２実施形態による製造工程の図１３に続く工程を示す図である。
【図１５】（Ｇ）〜（Ｉ）は、本明細書に開示する配線の形成方法の第２実施形態による製造工程の図１４に続く工程を示す図である。
【図１６】（Ｊ）〜（Ｌ）は、本明細書に開示する配線の形成方法の第２実施形態による製造工程の図１５に続く工程を示す図である。
【図１７】（Ｍ）〜（Ｏ）は、本明細書に開示する配線の形成方法の第２実施形態による製造工程の図１６に続く工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本明細書で開示する配線の形成方法の好ましい実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【００２８】
図５は、本明細書で開示する配線の形成方法の第１実施形態を用いて形成された半導体装置の構成の一例を示す図である。
【００２９】
図５に示すように、単結晶シリコン基板１１上には、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）型の素子分離構造１１Ｉで画成されたｎ型のウェルである素子領域１１Ａが形成されている。そして、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ１０が、この素子領域１１Ａ内に形成される。
【００３０】
シリコン基板１１上には素子領域１１Ａ中のチャネル領域に対応してゲート絶縁膜１２が形成される。ゲート絶縁膜１２は、例えば、シリコン酸化膜あるいはシリコン酸窒化膜により形成される。
【００３１】
また、ゲート絶縁膜１２上にはｐ型にドープされた多結晶シリコンのゲート電極１３が形成される。ゲート電極１３の両側壁上には、側壁絶縁膜１３Ａ，１３Ｂが形成される。
【００３２】
シリコン基板１１中には側壁絶縁膜１３Ａ，１３Ｂのそれぞれ外側に、ｐ型ソース／ドレイン領域１１Ｓ，１１Ｄが形成される。
【００３３】
また、図５に示すように、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ１０は、ゲート電極１３下方の両側の領域にｐ型のソースエクステンション領域１１ａ及びドレインエクステンション領域１１ｂが形成される。
【００３４】
ｐ型ソースエクステンション領域１１ａは、ゲート電極１３の下方からｐ型ソース領域１１Ｓに向かって延出し、ｐ型ソース領域１１Ｓに接続している。同様に、ドレインエクステンション領域１１ｂは、ゲート電極１３の下方からｐ型ドレイン領域１１Ｄに向かって延出し、ｐ型ドレイン領域１１Ｄに接続している。
【００３５】
また、図５に示すように、ｐ型ソース／ドレイン領域１１Ｓ，１１Ｄ上にはシリサイド層１６Ａ，１６Ｂがそれぞれ形成される。また同様のシリサイド層１６Ｃが、ゲート電極１３上にも形成される。
【００３６】
また、シリコン基板１１の上には、第１絶縁層２０がトランジスタ１０を埋め込むように形成される。第１絶縁層２０の上には、導電層である第１配線層２５が形成される。この第１配線層２５は、第２絶縁層２２の中に配置される。
【００３７】
トランジスタ１０のシリサイド層１６Ａ，１６Ｂと第１配線層２５とを接続するタングステンプラグ（Ｗプラグ）２１が、第１絶縁層２０の中に配置される。
【００３８】
第２絶縁層２２の上には、シリコン炭化物層２３が形成される。このシリコン炭化物層２３の上には、第１バリア層２４として例えばシリコン炭化物層が形成される。
【００３９】
そして、第１バリア層２４の上には第３絶縁層３０が形成されており、この第３絶縁層３０の上には第４絶縁層３１が形成されており、この第４絶縁層３１の上には第１ハードマスク層３２が形成される。
【００４０】
ビア孔３５が、第３絶縁層３０及び第１バリア層２４を貫通して形成される。また、配線溝３６が、第４絶縁層３１及び第１ハードマスク層３２内にビア孔３５の位置に合わせて形成される。これらの配線溝３６及びビア孔３５内に導電体３７が埋め込まれて、第４絶縁層３１内に第２配線層としての埋め込み配線層３８が形成される。
【００４１】
第３絶縁層３０及び第４絶縁層３１は、誘電率が低いＬｏｗ−ｋ材料により形成される。埋め込み配線層３８が形成されている第４絶縁層３１は、図示しない隣接する配線との間の静電容量を低減する観点から、特に誘電率の低い材料を用いて形成されることが好ましい。本実施形態では、第３絶縁層３０及び第４絶縁層３１は無機材料を用いて形成される。第４絶縁層３１としてはポーラスシリカ等、第３絶縁層の誘電率よりも低い誘電率の材料を用いることが好ましい。
【００４２】
第１ハードマスク層３２は、第４絶縁層３１内に配線溝３６を形成するためのマスクとして用いられた層であるが、埋め込み配線層３８の電気的特性を良好にする観点から、第４絶縁層３１の上に所定の厚さを有した状態で残されている。尚、この第１ハードマスク層３２は、埋め込み配線層３８の電気的特性に影響がなければ、取り除かれていても良い。
【００４３】
第１配線層２５は、ビア孔３５内の導電体３７と接続する。トランジスタ１０のｐ型ドレイン領域１１Ｄと埋め込み配線層３８とは、Ｗプラグ２１、第１配線層２５及びビア孔３５内の導電体３７を介して接続する。
【００４４】
第１ハードマスク層３２の上には、第２バリア層３４が形成される。この第２バリア層３４の上には、必要に応じて、更に別の配線層等を形成しても良い。
【００４５】
次に、図５に示した配線構造を有する半導体装置に関して、本明細書に開示する配線の形成方法の第１実施形態を、図６〜図１１を参照して以下に説明する。
【００４６】
まず、図６（Ａ）に示すように、シリコン基板１１上にトランジスタ１０を備えた構造が形成される。図６（Ａ）に示す構造は、更に、第１絶縁層２０と、Ｗプラグ２１と、第２絶縁層２２と、シリコン炭化物層２３と、第１配線層２５とを有している。以下、図中の四角い枠で囲んだ部分において配線が形成される工程について説明する。
【００４７】
次に、図６（Ｂ）に示すように、導電層である第１配線層２５上に、第１バリア層２４と、第３絶縁層３０と、第４絶縁層３１とが、プラズマＣＶＤ法により順番に積層して形成される。続いて、第４絶縁層３１上に第１ハードマスク層３２がプラズマＣＶＤ法により形成され、更に、この第１ハードマスク層３２上に第２ハードマスク層３３がプラズマＣＶＤ法により形成される。
【００４８】
第３絶縁層３０及び第４絶縁層３１は、Ｌｏｗ−ｋ材料を用いて形成されることが好ましい。具体的には、Ｌｏｗ−ｋ材料としてシリコン酸炭化物（ＳｉＯＣ）やポーラスシリカ等を用いることができる。第４絶縁層３１の形成材料としては、第３絶縁層３０の形成材料よりも誘電率の低い材料が用いられることが好ましい。
【００４９】
第１ハードマスク層３２の形成材料は、樹脂からなるレジスト材に対するエッチング処理によってはエッチングされない材質であるが、第４絶縁層３１をパターニングする際のマスクとして機能する材質であることが好ましい。また、第１ハードマスク層３２の形成材料は、化学機械研磨法によって容易に研磨し得る材質であることが好ましい。
【００５０】
また、第２ハードマスク層３３の形成材料は、樹脂からなるレジスト材のエッチング処理によってはエッチングされない材質であるが、第１ハードマスク層３２をパターニングする際のマスクとしては機能できる材質であることが好ましい。
【００５１】
更に、第１ハードマスク層３２が、第２ハードマスク層３３をマスクとして、エッチングされる際には、第２ハードマスク層３３のエッチング速度よりも第１ハードマスク層３２のエッチング速度が高いことが好ましい。これは、第１ハードマスク層３２がエッチングされてパターニングされた状態においても、第１ハードマスク層３２上に第２ハードマスク層３３が所定の厚さを有して残されていることが、形状精度の高い配線溝を第４絶縁層３１に形成するために必要であるからである。以下、本明細書において、第１ハードマスク層３２のエッチング速度／第２ハードマスク層３３のエッチング速度の比の値をエッチング選択性として定義する。エッチング選択性が高いとは、第１ハードマスク層３２のエッチング速度が、第２ハードマスク層３３のエッチング速度よりも大きいことを意味する。また、エッチング選択性が低いとは、第１ハードマスク層３２のエッチング速度が、第２ハードマスク層３３のエッチング速度と同等か、又は小さいことを意味する。
【００５２】
このような観点から、ＣＦ4を含むガスを用いる場合には、第１ハードマスク層３２がシリコン酸化物（ＳｉＯ2）を用いて形成され、第２ハードマスク層３３がシリコン窒化物（ＳｉＮ）又はシリコン炭化物（ＳｉＣ）を用いて形成されることが好ましい。
【００５３】
上述した各層の厚さとしては、例えば、第１バリア層２４の厚さを３０ｎｍとし、第３絶縁層３０の厚さと第４絶縁層３１の厚さＬとを合わせた厚さを２５０ｎｍとすることができる。第３絶縁層３０と第４絶縁層３１との厚さの割合は、必要とされる配線溝の深さによって適宜調整される。第１ハードマスク層３２及び第２ハードマスク層３３の厚さに関しては、後述する。
【００５４】
次に、図６（Ｃ）に示すように、エッチングを用いて、第２ハードマスク層３３と、第１ハードマスク層３２と、第２絶縁層３１と、第１絶縁層３０とを貫通するビア孔３５が、第１配線層２５の上の領域に形成される。ビア孔３５の底には、第１バリア層２４が露出する。
【００５５】
次に、図７（Ｄ）に示すように、第１レジスト層４０が、ビア孔３５内に埋め込まれると共に第２ハードマスク層３３上に形成される。
【００５６】
次に、図７（Ｅ）に示すように、第２ハードマスク層３３が露出するまで、第１レジスト層４０のエッチバックを行なう。
【００５７】
次に、図７（Ｆ）に示すように、第２ハードマスク層３３上に、ＢＡＲＣ層４１及び第２レジスト層４２が形成される。続いて、ビア孔３５の位置に合わせて第２レジスト層４２がパターニングされて、配線溝形成用の開口部５０が第２レジスト層４２に形成される。パターニングされた第２レジスト層４２は、埋め込み配線層３８の配線パターンを有する。
【００５８】
次に、図８（Ｇ）に示すように、パターニングされた第２レジスト層４２をマスクとして、ＢＡＲＣ層４１がエッチングされる。ＢＡＲＣ層４１は、例えば、ＣＦ4を含むガスを用いてプラズマエッチングされる。
【００５９】
続いて、パターニングされた第２レジスト層４２及びＢＡＲＣ層４１をマスクとして、第２ハードマスク層３３が、第１ハードマスク層３２が露出するまでエッチングされて、第２ハードマスク層３３がパターニングされる。第２ハードマスク層３３は、例えば、ＣＨ2Ｆ2／Ｏ2／Ａｒを含むガスを用いてプラズマエッチングされる。この時、ビア孔３５内に埋め込まれた第１レジスト層４０の一部も除去される。
【００６０】
次に、図８（Ｈ）に示すように、パターニングされた第２レジスト層４２と、ＢＡＲＣ層４１と、第２ハードマスク層３３とをマスクとして、第１ハードマスク層３２が途中の深さまでエッチングされる。第１ハードマスク層３２は、例えば、ＣＦ4を含むガスを用いて、第１ハードマスク層３２の途中の深さまでプラズマエッチングされる。図８（Ｈ）に示す例では、第１ハードマスク層３２は、開口部５０に露出している部分が、その厚さがｔ２になるまでエッチングされる。
【００６１】
第２ハードマスク層３３は、第２レジスト層４２及びＢＡＲＣ層４１に覆われているので、第１ハードマスク層３２が途中の深さまでエッチングされる際には、厚さは減少しない。そのため、第２ハードマスク層３３の厚さは、図６（Ｂ）の工程において形成された厚さｔ１のままである。
【００６２】
また、第１ハードマスク層３２は、ＣＦ4と共に、Ｃ4Ｆ6、Ｃ4Ｆ8、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、Ｈ2、Ｎ2、Ｏ2及びＡｒの内の少なくとも１つのガスを用いてプラズマエッチングされることが、パターン形状の精度を高める上で好ましい。
【００６３】
具体的には、図８（Ｈ）に示す工程では、ガス流量として、ＣＦ4を３．３８×１０-2Ｐａ・ｍ3／秒（２００ｓｃｃｍ）、ＣＨＦ3を８．４５×１０-3〜１．６９×１０-2Ｐａ・ｍ3／秒（５０〜１００ｓｃｃｍ）用いることができる。また、このプラズマエッチングでは、プロセス圧力として３．９９〜１３．３Ｐａ（３０〜１００ｍＴｏｒｒ）を用いることができる。更に、このプラズマエッチングでは、例えば５００Ｗの電力を用いてプラズマが発生される。
【００６４】
図８（Ｈ）に示す工程において、第１ハードマスク層３２は、開口部５０に露出している部分の厚さｔ２が３０〜６０ｎｍの範囲になるまで、エッチングされることが好ましい。下層である第４絶縁層３１がエッチング又はアッシングによる損傷を受けることを防止する上で、厚さｔ２は３０ｎｍ以上であることが好ましい。一方、後の工程において、第１ハードマスク層３２の残りの部分をエッチングにより取り除く観点から、厚さｔ２は６０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００６５】
また、図８（Ｈ）に示す工程において、厚さｔ２を３０〜６０ｎｍの範囲にすることと関係して、図６（Ｂ）の工程において第２ハードマスク層３３が形成される厚さｔ１は、２３〜９０ｎｍの範囲であることが好ましい。この理由については、後述する。
【００６６】
図８（Ｈ）に示す工程では、第１ハードマスク層３２が途中の深さまでしかエッチングされないので、図８（Ｈ）に示すように、開口部５０内に突出する第１レジスト４０の量が小さい。
【００６７】
次に、図８（Ｉ）に示すように、第２レジスト層４２と、ＢＡＲＣ層４１と、ビア孔３５内に埋め込まれている第１レジスト層４０とが、アッシングにより除去される。
【００６８】
図８（Ｉ）に示す工程では、開口部５０内への突出量の小さい第１レジスト４０が、アッシングにより除去されるので、開口部５０内にフェンスが発生することを抑制できる。
【００６９】
次に、図９（Ｊ）に示すように、パターニングされた第２ハードマスク層３３をマスクとして第１ハードマスク層３２の残りの厚さｔ２の部分が全てエッチングされて、第１ハードマスク層３２がパターニングされる。第１ハードマスク層３２の残りの厚さｔ２の部分は、例えば、エッチング選択性が低いＣＦ4を含むガスを用いてプラズマエッチングされる。また、図９（Ｊ）に示す例では、第２ハードマスク層３３は、その厚さの最大部分における厚さがｔ１からｔ３になるまでエッチングされる。
【００７０】
また、第１ハードマスク層３２の残りの厚さｔ２の部分は、ＣＦ4と共に、Ｃ4Ｆ6、Ｃ4Ｆ8、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、Ｈ2、Ｎ2、Ｏ2及びＡｒの内の少なくとも１つのガスを用いてプラズマエッチングされることが、パターン形状の精度を高める上で好ましい。又は、第１ハードマスク層３２の残りの厚さｔ２の部分は、ＣＦ4を含まないガスを用いてプラズマエッチングされても良い。
【００７１】
更に、第１ハードマスク層３２の残りの厚さｔ２の部分は、ＣＦ4及びＣＯを含むガスを用いてプラズマエッチングされることが、第２ハードマスク層３３よりも第１ハードマスク層３２に対するエッチング速度が高いエッチング選択性が得られる観点から好ましい。この理由については、後述する。
【００７２】
図９（Ｊ）の工程では、上記エッチングガスを用い、プロセス圧力として６．６５〜１３．３Ｐａ（５０〜１００ｍＴｏｒｒ）を用いることができる。更に、このプラズマエッチングでは、例えば３００Ｗの電力を用いてプラズマが発生される。
【００７３】
また、図９（Ｊ）の工程において、第２ハードマスク層３３の厚さｔ３と、第２ハードマスク層３３が形成された当初の厚さｔ１（図６（Ｂ）参照）と、第１ハードマスク層３２の残りの厚さｔ２（図８（Ｈ）参照）とは、次の関係式（１）を満たすことが好ましい。下記式（１）について、後に説明する。
【００７４】
ｔ１／２−ｔ３／２ ＜ ｔ２ ＜ ｔ１−ｔ３ （１）
【００７５】
次に、図９（Ｋ）に示すように、パターニングされた第２ハードマスク層３３及び第１ハードマスク層３２をマスクとして、第４絶縁層３１が第３絶縁層３０が露出するまでエッチングされて、配線溝３６が形成される。第４絶縁層３１は、例えば、ＣＦ4を含むガスを用いてプラズマエッチングされる。また、このエッチングによって、ビア孔３５内に露出している第１バリア層２４の部分が取り除かれて、第１配線層２５がビア孔３５内に露出する。続いて、図９（Ｋ）に示す配線構造は、ウエット洗浄された後、ビア孔３５及び配線溝３６の内壁上にバリアメタル層及びシード層（図示せず）が形成される。このシード層としては、例えば銅を用いることができる。
【００７６】
図９（Ｋ）の工程において、第１ハードマスク層３２がシリコン酸化物により形成されており、第４絶縁層３１がＬｏｗ−ｋ材料により形成される場合、第４絶縁層３１のエッチングをＣＦ4を含むガスを用いて行なうと、両層のエッチング速度はほぼ等しくなる。
【００７７】
従って、第１ハードマスク層３２が当初に形成された厚さＳ（図６（Ｂ）参照）は、第４絶縁層３１の厚さＬよりも大きいことが、第１ハードマスク層３２をマスクとして第４絶縁層３１をエッチングする上で好ましい。厚さＳを厚さＬよりも大きく形成することによって、第４絶縁層３１のエッチング後も、第１ハードマスク層３２が第４絶縁層３１上に所定の厚さで残される。
【００７８】
第１ハードマスク層３２は、図９（Ｋ）に示すように、エッチングによって開口部５０側の端部の肩が削られて、厚さが薄くなっている。この肩の削れを考慮すると、エッチングされた第１ハードマスク層３２は、その厚さの最大部分における厚さが少なくとも３０ｎｍあることが、第１ハードマスク層３２をマスクとして、第４絶縁層３１に配線溝を形状精度良くエッチングする上で好ましい。この場合、第１ハードマスク層３２の厚さＳは、第４絶縁層３１の厚さＬよりも少なくとも３０ｎｍ大きいことが好ましい。例えば、第４絶縁層３１の厚さＬを１２０ｎｍとした場合、第１ハードマスク層３２の厚さＳとして少なくとも１５０ｎｍが必要である。
【００７９】
更にここで、上述した第１ハードマスク層３２の厚さＳを用いて、図８（Ｈ）の工程によって、第１ハードマスク層３２がエッチングされる深さの具体例を以下に述べる。まず、第２ハードマスク層３３の厚さｔ１（図６（Ｂ）参照）は、エッチング選択性等を考慮して１００ｎｍ程度に形成される。そこで、第２ハードマスク層３３の厚さｔ１を８０ｎｍとし、厚さｔ３（図９（Ｊ）参照）を３０ｎｍとした場合、上記式（２）を用いて計算すると、２５ｎｍ＜ｔ２＜５０ｎｍという範囲にｔ２が得られる。そして、第１ハードマスク層３２の厚さＳを上述したように１５０ｎｍした場合には、第１ハードマスク層３２は、図８（Ｈ）の工程によって、１００〜１２５ｎｍの深さ（Ｓ−ｔ２）だけエッチングされることになる。即ち、第１ハードマスク層３２は２／３以上が取り除かれることになる。
【００８０】
次に、図９（Ｌ）に示すように、バリアメタル層及びシード層が形成されたビア孔３５及び配線溝３６内に導電体３７が埋め込まれる。導電体３７は、第１ハードマスク層３２上にも積層される。導電体３７としては、例えば銅、アルミニウム、銀等を用いることができる。
【００８１】
次に、図１０（Ｍ）に示すように、化学機械研磨法を用いて、第１ハードマスク層３２が露出するまで余分な導電体３７を研磨して、第１配線層２５と電気的に接続する埋め込み配線層である第２配線層３８が形成される。図１０（Ｍ）に示す工程では、第１ハードマスク層３２が途中の深さまで研磨されて、第１ハードマスク層３２が残されていても良い。
【００８２】
又は、図１０（Ｍ）に示す工程では、第４絶縁層３１が露出するまで、第１ハードマスク層３２を全て研磨しても良い。
【００８３】
最後に、図１０（Ｎ）に示すように、第１ハードマスク層３２及び第２配線層３８の上に第２バリア層３４が形成される。この第２バリア層３４の上には、必要に応じて、更に別の配線層等が形成され得る。
【００８４】
次に、図９（Ｊ）の工程において、第１ハードマスク層３２の残りの厚さｔ２の部分が、ＣＦ4及びＣＯを含むガスを用いてプラズマエッチングされることが、エッチング選択性の観点から好ましい理由を以下に説明する。
【００８５】
上述した図９（Ｋ）に示す工程において、パターニングされた第１ハードマスク層３１をマスクとして、第４絶縁層３１をエッチングして配線溝が形成される。このエッチングの初期の段階では、第１ハードマスク層３１上に第２ハードマスク層３３が所定の厚さを有した状態で残っていることが、形状精度の高い配線溝を形成する上で好ましい。
【００８６】
従って、図９（Ｊ）に示す工程において、第１ハードマスク層３２の残りの厚さｔ２の部分がエッチングされる際には、マスクである第２ハードマスク層３３がエッチングによって完全には取り除かれないようにしなくてはならない。そのためには、エッチングガスとして、第１ハードマスク層３２に対するエッチン速度が、第２ハードマスク層３３に対するエッチング速度よりも大きなエッチングガスが用いられる必要がある。
【００８７】
また、このようなエッチング選択性を有するエッチングガスを用いることにより、図６（Ｂ）の工程において第２ハードマスク層３３が形成される厚さｔ１を薄くすることも可能となる。厚さの薄い第２ハードマスク層３３をマスクとして第１ハードマスク層３２をエッチングすることにより、パターン精度を向上させることができる。
【００８８】
上述したエッチング選択性の具体例について、第１ハードマスク層３２がシリコン酸化物により形成されており、第２ハードマスク層３３がシリコン窒化物により形成される場合を例として、図１１を参照して以下に説明する。
【００８９】
図１１には、シリコン酸化物（ＳｉＯ2）のエッチング速度と、シリコン窒化物（ＳｉＮ）のエッチング速度との比（エッチング選択性：ＳｉＯ2／ＳｉＮ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）と、ＣＦ4に対するＣＯ混入流量との関係が示されている。
【００９０】
図１１に示すように、ＣＦ4が１００％の場合には、エッチング選択性は約１であり、シリコン酸化物とシリコン窒化物とはほぼ同じエッチング速度を有している。
【００９１】
そして、ＣＦ4が一定の流量の下でＣＯ混入流量が増加していくと、シリコン酸化物のエッチング速度がシリコン窒化物のエッチング速度よりも高くなっていくので、ＣＯ混入流量の増加と共にエッチング選択性は増大する。
【００９２】
更に、ＣＯ混入流量が増加していくと、エッチングガス中のＣＦ4の割合が低下して、シリコン酸化物のエッチング速度が低下する。このため、エッチング選択性は約２で一定となっていく。
【００９３】
従って、ＣＦ4ガスの流量が1.69×10-2Ｐａ・ｍ3／秒一定の下では、シリコン酸化物のエッチング速度を維持しつつ且つ高いエッチング選択性を得る観点から、ＣＯガスの混入流量は3.38×10-2〜5.07×10-2Ｐａ・ｍ3／秒の範囲にあることが好ましい。以上がエッチング選択性の説明である。
【００９４】
次に、第２ハードマスク層３３が形成される厚さｔ１を２３〜９０ｎｍの範囲とすることが好ましい理由を、以下に説明する。
【００９５】
第２ハードマスク層３３は、上述した図９（Ｊ）の工程においてエッチングされる。このエッチングによって、マスクされている第１ハードマスク層３２がエッチングされないように、マスクとしての第２ハードマスク層３３は、エッチング後も、第１ハードマスク層３２上に所定の厚さを有して残っている必要がある。
【００９６】
従って、上述した図９（Ｊ）の工程でのエッチング後も第２ハードマスク層３３が第１ハードマスク層３２上に所定の厚さで残っているためには、厚さｔ１と、厚さｔ２とは、次の関係式（２）を満たすことが好ましい。
【００９７】
ｔ１＝ａ×ｔ２／Ｒ （２）
【００９８】
ここで、ａは、１以上のパラメータであり、このａが第１ハードマスク層３２上に残す第２ハードマスク層３３の厚さを決定する。ａとしては、プロセスの変動を考慮して、例えば１．５を用いることができる。
【００９９】
また、Ｒは、第１ハードマスク層３２のエッチング速度と、第２ハードマスク層３３のエッチング速度との比（第１ハードマスク層３２のエッチング速度／第２ハードマスク層３３のエッチング速度）である。比Ｒは、上述したように、１〜２の範囲にある。
【０１００】
そこで、パラメータａを１．５とし、厚さｔ２を３０〜６０ｎｍとし、比Ｒを１〜２として、上記式（２）を用いて計算すると、厚さｔ１として２３〜９０ｎｍの範囲が得られる。
【０１０１】
詳述すると、比Ｒが１の場合には、厚さｔ１として４５〜９０ｎｍの範囲が得られる。比Ｒが２の場合には、厚さｔ１として２３〜４５ｎｍの範囲が得られる。以上が、第２ハードマスク層３３が形成される厚さｔ１の説明である。
【０１０２】
次に、上記式（１）の説明を行なう。
【０１０３】
上述したように、図９（Ｊ）の工程でのエッチング後も第２ハードマスク層３３が、第１ハードマスク層３２上に所定の厚さｔ３で残っていることが好ましい。そのためには、エッチング速度の比Ｒ（第１ハードマスク層３２のエッチング速度／第２ハードマスク層３３のエッチング速度）が１の場合には、厚さｔ２はｔ１−ｔ３となる。また、エッチング速度の比Ｒが２の場合には、厚さｔ２はｔ１／２−ｔ３／２となる。
【０１０４】
エッチング速度の比Ｒは、上述したように、１〜２の範囲にある場合には、厚さｔ２は、ｔ１／２−ｔ３／２とｔ１−ｔ３との間の範囲になるため、上記式（１）の関係が得られる。
【０１０５】
更に、厚さｔ３に対する好ましい寸法について以下に述べる。第２ハードマスク層３３は、図９（Ｊ）に示すように、エッチングによって開口部５０側の端部の肩が削られて、厚さが薄くなっている。この肩の削れを考慮すると、エッチングされた第２ハードマスク層３３は、その厚さの最大部分における厚さｔ３が少なくとも３０ｎｍあることが、第２ハードマスク層３３をマスクとして、第４絶縁層３１に配線溝が、形状精度良くエッチングされる上で好ましい。以上が、上記式（１）の説明である。
【０１０６】
上述した本実施形態の配線の形成方法によれば、図８（Ｈ）の工程において、第２ハードマスク層３３の上に形成された第２レジスト層４２をマスクとして、第１ハードマスク層３２が途中の深さまでエッチングされる。そのため、第２ハードマスク層３３の厚さが維持された状態で、第１ハードマスク層３２が途中の深さまでエッチングされる。そして、図９（Ｊ）の工程において、この第２ハードマスク層３３をマスクとして、第１ハードマスク層３２の残りの部分がエッチングされる。そのため、図９（Ｊ）の工程において、エッチング選択性が高いＣ4Ｆ6又はＣ4Ｆ8といったガス以外にも、エッチング選択性が低いガス、例えばＣＦ4、を用いてプラズマエッチングができるので、プロセスの自由度が大きい。
【０１０７】
一方、ＣＦ4を含まずに、Ｃ4Ｆ6／Ｏ2／Ａｒ、又はＣ4Ｆ8／Ｏ2／Ａｒを用いたエッチングでは、エッチングパターンにおける局所的なエッチング速度が不均一となり易い。また、これらのガスを用いたエッチングでは、複数のウエハを枚葉式に処理すると、最初と最後ではエッチング速度が異なってくるという不具合が生じる場合がある。
【０１０８】
しかし、本実施形態の配線の形成方法によれば、図９（Ｊ）に示す工程において、ＣＦ4を含むガス用いてプラズマエッチングができるので、エッチングパターンの形状精度が高められるため、プロセスの安定性も向上する。
【０１０９】
また、本実施形態の配線の形成方法によれば、埋め込み配線層を形成する過程において、図４に示すようなフェンスが発生することが防止される。
【０１１０】
次に、本明細書に開示する第２実施形態の配線の形成方法を、図を参照しながら以下に説明する。第２実施形態では、第１実施形態の第１ハードマスク層の下側に、更に第３ハードマスク層を挿入する点が、第１実施形態と相違する。図１２は第２実施例を用いて製造した半導体装置の断面構造を示す図であり、膜３９が第３ハードマスク層に相当する。
【０１１１】
図１２に示す構造の製造方法を説明する。まず、図１３（Ａ）に示すように、シリコン基板１１上にトランジスタ１０を備えた構造が形成される。図１３（Ａ）に示す構造は、更に、第１絶縁層２０と、Ｗプラグ２１と、第２絶縁層２２と、シリコン炭化物層２３と、第１配線層２５とを有している。以下、図中の四角い枠で囲んだ部分について、配線が形成される工程を説明する。
【０１１２】
次に、図１３（Ｂ）に示すように、導電層である第１配線層２５上に、第１バリア層２４と、第３絶縁層３０と、第４絶縁層３１とが、プラズマＣＶＤ法により順番に積層して形成される。続いて、第４絶縁層３１上に第３ハードマスク層３９がプラズマＣＶＤ法により形成される。更に、第３ハードマスク層３９上に第１ハードマスク層３２がプラズマＣＶＤ法により形成され、更にまた、この第１ハードマスク層３２上に第２ハードマスク層３３がプラズマＣＶＤ法により形成される。
【０１１３】
Ｌｏｗ−ｋ材により形成される第４絶縁層３１、及び銅により形成される導電体３７は、一般に、化学機械研磨法による研磨速度が速いので、容易に研磨され得る。そのため、上述した図１０（Ｍ）の工程において、第１ハードマスク層３２を化学機械研磨法を用いて研磨して行くと、プロセスの変動等によって第４絶縁層３１まで研磨されてしまう場合がある。そこで、本実施形態では、第４絶縁層３１が研磨されることを防止するために、第４絶縁層３１と第１ハードマスク層３２との間に、第１ハードマスク層３２を化学機械研磨により除去する工程においてストッパとして機能する第３ハードマスク層３９が形成される。化学機械研磨法による第１ハードマスク層３２の研磨速度は、第３ハードマスク層３９の研磨速度よりも大きいことが好ましい。
【０１１４】
第１ハードマスク層３２がシリコン酸化膜である場合には、第３ハードマスク層３９の形成材料としては、例えば、シリコン炭化物（ＳｉＣ、ＳｉＣＨ）を用いることができる。
【０１１５】
また、第３ハードマスク層３９の厚さとしては、２０〜６０ｎｍ、であることが好ましく、例えば３０ｎｍとする。第３ハードマスク層３９の厚さが２０ｎｍ以上であることにより、研磨を第３ハードマスク層３９上で確実に止めることができる。また、第３ハードマスク層３９の厚さが６０ｎｍ以下であることが、第３ハードマスク層３９を形成する時間を低減する上で好ましい。
【０１１６】
次に、図１３（Ｃ）に示すように、パターニング及びエッチングを用いて、第２ハードマスク層３３と、第１ハードマスク層３２と、第３ハードマスク層３９と、第２絶縁層３１と、第１絶縁層３０とを貫通するビア孔３５が、第１配線層２５の上の領域に形成される。ビア孔３５の底には、第１バリア層２４が露出する。
【０１１７】
次に、図１４（Ｄ）に示すように、第１レジスト層４０が、ビア孔３５内に埋め込まれると共に第２ハードマスク層３３上に形成される。
【０１１８】
次に、図１４（Ｅ）に示すように、第２ハードマスク層３３が露出するまで、第１レジスト層４０のエッチバックを行なって、第１レジスト層４０の表面が、第２ハードマスク層３３の表面と一致するように平坦化される。
【０１１９】
次に、図１４（Ｆ）に示すように、第２ハードマスク層３３上に、ＢＡＲＣ層４１及び第２レジスト層４２が形成される。続いて、ビア孔３５の位置に合わせて第２レジスト層４２がパターニングされて、配線溝形成用の開口部５０が第２レジスト層４２に形成される。パターニングされた第２レジスト層４２は、埋め込み配線層３８の配線パターンを有する。
【０１２０】
次に、図１５（Ｇ）に示すように、パターニングされた第２レジスト層４２をマスクとして、ＢＡＲＣ層４１が、第２ハードマスク層３３が露出するまでエッチングされると、ＢＡＲＣ層４１がパターニングされると共に開口部５０が深くなる。
【０１２１】
続いて、パターニングされた第２レジスト層４２及びＢＡＲＣ層４１をマスクとして、第２ハードマスク層３３が、第１ハードマスク層３２が露出するまでエッチングされて、第２ハードマスク層３３がパターニングされる。
【０１２２】
次に、図１５（Ｈ）に示すように、パターニングされた第２レジスト層４２と、ＢＡＲＣ層４１と、第２ハードマスク層３３とをマスクとして、第１ハードマスク層３２が途中の深さまでエッチングされる。
【０１２３】
図１５（Ｈ）に示す工程では、第１ハードマスク層３２が途中の深さまでしかエッチングされないので、図１５（Ｈ）に示すように、開口部５０内に突出する第１レジスト４０の量が小さい。
【０１２４】
次に、図１５（Ｉ）に示すように、第２レジスト層４２と、ＢＡＲＣ層４１と、ビア孔３５内に埋め込まれている第１レスト層４０とが、アッシングにより除去される。
【０１２５】
図１５（Ｉ）に示す工程では、開口部５０内への突出量の小さい第１レジスト４０が、アッシングにより除去されるので、開口部５０内にフェンスが発生することを抑制できる。
【０１２６】
次に、図１６（Ｊ）に示すように、パターニングされた第２ハードマスク層３３をマスクとして第１ハードマスク層３２の残りの厚さの部分が全てエッチングされて、第１ハードマスク層３２がパターニングされる。
【０１２７】
次に、図１６（Ｋ）に示すように、第２ハードマスク３３及び第１ハードマスク３２をマスクとして、開口部５０に露出している第３ハードマスク層３９の部分がエッチングされて取り除かれる。その結果、開口部５０には、第４絶縁層３１が露出する。第３ハードマスク層３９は、例えば、ＣＦ4を含むガスを用いてプラズマエッチングされる。また、このエッチングによって、第２ハードマスク３３が取り除かれると共に、ビア孔３５内に露出している第１バリア層２４の部分が取り除かれて、第１配線層２５がビア孔３５内に露出する。
【０１２８】
次に、図１６（Ｌ）に示すように、パターニングされた第１ハードマスク層３２及び第３ハードマスク層３９をマスクとして、第４絶縁層３１が第３絶縁層３０が露出するまでエッチングされて、配線溝３６が形成される。続いて、図１６（Ｌ）に示す配線構造は、ウエット洗浄された後、ビア孔３５及び配線溝３６の内壁上にバリアメタル層及びシード層（図示せず）が形成される。このシード層としては、例えば銅を用いることができる。
【０１２９】
次に、図１７（Ｍ）に示すように、バリアメタル層及びシード層が形成されたビア孔３５及び配線溝３６内に導電体３７が埋め込まれる。導電体３７は、第１ハードマスク層３２上にも積層される。導電体３７としては、例えば銅、アルミニウム、銀等を用いることができる。
【０１３０】
次に、図１７（Ｎ）に示すように、化学機械研磨法を用いて、第３ハードマスク層３９が露出するまで、余分な導電体３７及び第１ハードマスク層３２を研磨して、第１配線層２５と電気的に接続する埋め込み配線層である第２配線層３８が形成される。
【０１３１】
最後に、図１７（Ｏ）に示すように、第３ハードマスク層３９及び第２配線層３８の上に第２バリア層３４が形成される。この第２バリア層３４の上には、必要に応じて、更に別の配線層等が形成され得る。
【０１３２】
上述した本実施形態の配線の形成方法によれば、第１ハードマスク層３２よりも化学機械研磨法による研磨速度が低い第３ハードマスク層３９が第４絶縁層３１の上に形成されるので、図１７（Ｎ）の工程において第４絶縁層３１が研磨されることが防止される。
【０１３３】
また、上述した本実施形態の配線の形成方法によれば、前述した第１実施形態と同様に、プロセスの自由度が大きく、且つプロセスの高安定性という効果が奏される。
【０１３４】
本発明では、上述した各実施形態の配線の形成方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。例えば、上述した各実施形態では、絶縁層が第３絶縁層３０及び第４絶縁層３１の２層により形成されていたが、絶縁層は、一層のみにより形成されていても良い。
【０１３５】
また、上述した各実施形態では、各層が、プラズマＣＶＤ法を用いて形成されていたが、各層は、熱分解ＣＶＤ法、スパッタリング法などの他の成膜手法を用いて形成しても良い。
【０１３６】
以上の上述した複数の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１３７】
（付記１）
導電層上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上に第１マスク層を形成する工程と、
前記第１マスク層上に第２マスク層を形成する工程と、
前記第２マスク層と、前記第１マスク層と、前記絶縁層とを貫通するビア孔を形成する工程と、
前記ビア孔内部に第１レジスト層を形成する工程と、
前記第２マスク層上及び前記第１レジスト層上に第２レジスト層を形成する工程と、
前記第２レジスト層を配線パターンにパターニングする工程と、
パターニングされた前記第２レジスト層をマスクとして前記第２マスク層をエッチングする工程と、
前記第２レジスト層及び前記第２マスク層をマスクとして前記第１マスク層を途中の深さまでエッチングする工程と、
前記第１レジスト層及び前記第２レジスト層を除去する工程と、
前記第２マスク層をマスクとして前記第１マスク層の残りの部分をエッチングする工程と、
前記第１マスク層をマスクとして、前記絶縁層をエッチングして配線溝を形成する工程と、
前記ビア孔及び前記配線溝内に導電体を埋め込んで、前記導電層に接続する埋め込み配線層を形成する工程と、
を備えた配線の形成方法。
【０１３８】
（付記２）
前記第１マスク層は、シリコン酸化物を含む付記１に記載の配線の形成方法。
【０１３９】
（付記３）
前記第２マスク層は、シリコン窒化物又はシリコン炭化物を含む付記２に記載の配線の形成方法。
【０１４０】
（付記４）
前記第１マスク層を途中の深さまでエッチングする工程、又は前記第１マスク層の残りの部分をエッチングする工程は、ＣＦ4を含むガスを用いる付記１〜３の何れか一項に記載の配線の形成方法。
【０１４１】
（付記５）
前記第１マスク層の残りの部分をエッチングする工程は、ＣＦ4及びＣＯを含むガスを用いる付記１〜４の何れか一項に記載の配線の形成方法。
【０１４２】
（付記６）
前記第１マスク層を途中の深さまでエッチングする工程、又は前記第１マスク層の残りの部分をエッチングする工程は、ＣＦ4と共に、Ｃ4Ｆ6、Ｃ4Ｆ8、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、Ｈ2、Ｎ2、Ｏ2及びＡｒの内の少なくとも１つのガスを用いる付記４または５に記載の配線の形成方法。
【０１４３】
（付記７）
前記第１マスク層を形成する工程の前に、
更に、前記絶縁層上に第３マスク層を形成する工程を備えており、
前記第１マスク層を形成する工程は、前記第３マスク層上に前記第１マスク層を形成する付記１〜６の何れか一項に記載の配線の形成方法。
【０１４４】
（付記８）
前記埋め込み配線層を形成する工程は、前記ビア孔内、前記配線溝内、及び前記第１マスク上に導電体を形成する工程と、
前記第１マスク上の前記導電体を化学機械研摩除去する工程を含み、
前記化学機械研磨法による前記第１マスク層の研磨速度が、前記第３マスク層の研磨速度よりも大きい付記７に記載の配線の形成方法。
【０１４５】
（付記９）
前記第３マスク層は、シリコン炭化物を含む付記７又は８に記載の配線の形成方法。
【０１４６】
（付記１０）
前記絶縁層は、前記導電層上に形成された第１絶縁層と、前記第１絶縁膜層上に形成された第２絶縁層とを含み、
前記第２絶縁層の誘電率は、前記第１絶縁層の誘電率よりも低い付記９に記載の配線の形成方法。
【０１４７】
（付記１１）
前記第２マスク層を形成する工程は、厚さｔ１の前記第２マスク層を形成し、
前記第１マスク層を途中の深さまでエッチングする工程は、前記第１マスク層の厚さがｔ２になるまで前記第１マスク層をエッチングし、
前記第１マスク層の残りの部分をエッチングする工程は、前記第２マスク層の厚さがｔ３になるまで前記第２マスク層をエッチングし、
ｔ１と、ｔ２と、ｔ３とは、ｔ１／２−ｔ３／２ ＜ ｔ２ ＜ ｔ１−ｔ３なる関係を満たす付記１〜１０の何れか一項に記載の配線の形成方法。
【０１４８】
（付記１２）
前記第２マスク層を形成する工程は、厚さが２３ｎｍ〜９０ｎｍの範囲の前記第２マスク層を形成し、
前記第１マスク層を途中の深さまでエッチングする工程は、前記第１マスク層の厚さが３０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲になるまで、前記第１マスク層をエッチングする付記１〜１０の何れか一項に記載の配線の形成方法。
【０１４９】
（付記１３）
前記第１マスク層をパターニングする工程では、ＣＦ4ガスの流量が１．６９×１０-2Ｐａ・ｍ3／秒であり、ＣＯガスの流量が３．３８×１０-2〜５．０７×１０-2Ｐａ・ｍ3／秒の範囲にある付記１〜１２の何れか一項に記載の配線の形成方法。
【符号の説明】
【０１５０】
２０ 第１絶縁層
２２ 第２絶縁層
２３ シリコン炭化物層
２４ 第１バリア層
２５ 第１配線層（導電層）
３０ 第３絶縁層（絶縁層）
３１ 第４絶縁層（絶縁層）
３２ 第１ハードマスク層（第１マスク層）
３３ 第２ハードマスク層（第２マスク層）
３４ 第２バリア層
３５ ビア孔
３６ 配線溝
３７ 導電体
３８ 第２配線層（埋め込み配線層）
３９ 第３ハードマスク層
４０ 第１レジスト層
４１ ＢＡＲＣ層
４２ 第２レジスト層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線の形成方法に関し、特にダマシン法を用いた配線の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置における素子の集積密度を向上するために、加工技術の微細化が図られている。そして、半導体素子の微細化に伴って、素子同士を接続する配線構造の微細化も行なわれている。
【０００３】
また、半導体装置に対しては、集積密度の向上と共に、低消費電力化及び高速化等が要求されており、配線間絶縁層の低誘電率化が必要となっている。
【０００４】
このような要求に応える配線構造を形成する手法として、低誘電率材料により形成された溝に導電体を埋め込み、余分な導電体を化学機械研磨して埋め込み配線を形成するダマシン法が広く利用されている。特に、ビアと埋め込み配線とを一緒に形成するデュアルダマシン法が、製造工程を簡素化する観点から注目されている。
【０００５】
図１〜図３に、デュアルダマシン法を用いて配線を形成する従来の製造工程の一例を示す。
【０００６】
まず、図１（Ａ）に示すように、絶縁層１２２及びシリコン炭化物層１２３が積層して形成された層内に配置された配線層１２５上に、バリア層１２４と、第１絶縁層１３０と、第２絶縁層１３１とが積層して形成される。配線層１２５は、下層の半導体装置（図示せず）と接続されている。更に、第２絶縁層１３１上に、第１ハードマスク層１３２がシリコン酸化物を用いて形成され、この第１ハードマスク層１３２上に、第２ハードマスク層１３３がシリコン窒化物を用いて更に形成される。
【０００７】
続いて、第２ハードマスク層１３３と、第１ハードマスク層１３２と、第２絶縁層１３１と、第１絶縁層１３０とを貫通するビア孔１３５が、配線層１２５の上の領域に形成される。
【０００８】
次に、図１（Ｂ）に示すように、第１レジスト層１４０が、ビア孔１３５内に埋め込まれると共に第２ハードマスク層１３３上に形成される。
【０００９】
次に、図１（Ｃ）に示すように、第２ハードマスク層１３３が露出するまで、第１レジスト層１４０のエッチバックを行なって、第１レジスト層１４０の表面が、第２ハードマスク層１３３の表面と一致するように平坦化される。
【００１０】
次に、図２（Ｄ）に示すように、第２ハードマスク層１３３上に、ＢＡＲＣ（Ｂｏｔｔｏｍ Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏａｔｉｎｇ）層１４１及び第２レジスト層１４２が形成される。続いて、ビア孔１３５の位置に合わせて配線溝形成用の開口部１５０が、パターニングによって第２レジスト層１４２に形成される。
【００１１】
次に、図２（Ｅ）に示すように、パターニングされた第２レジスト層１４２をマスクとして、ＢＡＲＣ層１４１及び第２ハードマスク層１３３が、第１マスク層１３２が露出するまでエッチングされて、第２ハードマスク層１３３がパターニングされる。
【００１２】
次に、図２（Ｆ）に示すように、第２レジスト層１４２と、ＢＡＲＣ層１４１と、ビア孔１３５内に埋め込まれている第１レジスト層１４０とが、アッシングにより取り除かれる。
【００１３】
次に、図３（Ｇ）に示すように、パターニングされた第２ハードマスク層１３３をマスクとして、第１ハードマスク層１３２がエッチングされて、第１ハードマスク層１３２がパターニングされる。
【００１４】
次に、図３（Ｈ）に示すように、第２ハードマスク層１３３及び第１ハードマスク層１３２をマスクとして、第１絶縁層１３０が露出するまで第２絶縁層１３１がエッチングされて、第２絶縁層１３１に配線溝１３６が形成される。このエッチングでは、第２ハードマスク層１３３が取り除かれると共に、第１ハードマスク層１３２もエッチングにより厚さが減少する。また、このエッチングによって、ビア孔１３５内に露出しているバリア層１２４の部分が取り除かれて、配線層１２５がビア孔１３５内に露出する。
【００１５】
最後に、図３（Ｉ）に示すように、ビア孔１３５及び配線溝１３６内に導電体１３７が埋め込まれて、第２絶縁層１３１内に埋め込み配線層１３８が形成される。
【００１６】
続いて、デュアルダマシン法を用いて配線を形成する従来の製造工程の他の例を、図４に示す。
【００１７】
まず、上述したのと同様の処理が行われて、図２（Ｅ）に示す構造が形成される。
【００１８】
次に、図４（Ａ）に示すように、第１レジスト層１４０及び第２レジスト層１４２をアッシングして除去することなく、第２レジスト層１４２をマスクとして、第１ハードマスク層１３２がエッチングされて、第１ハードマスク層１３２にパターンが形成される。
【００１９】
次に、図４（Ｂ）に示すように、第１レジスト層１４０と、第２レジスト層１４２と、ＢＡＲＣ層１４１とが、アッシングにより取り除かれた後、図３（Ｇ）〜（Ｉ）に示すのと同様の工程によって、配線が形成される。
【００２０】
上述した図１〜図３に示す配線の形成方法では、図３（Ｇ）に示す工程において、第１ハードマスク層１３２がエッチングされる際に、マスクである第２ハードマスク層１３３がエッチングによって取り除かれないようにしなくてはならない。そのためには、エッチングガスとして、第１ハードマスク層１３２のエッチング速度が、第２ハードマスク層１３３のエッチング速度よりも大きなガスが用いられる必要がある。このように、エッチングガスには、第２ハードマスク層１３３よりも第１ハードマスク層１３２に対するエッチング速度が高いというエッチング選択性が求められるので、使用できるエッチングガスの種類が限られる。このため、プロセスの自由度が制約される。
【００２１】
一方、図４に示す配線の形成方法では、第２ハードマスク層１３３上に第２レジスト１４２を残存させた状態で、第１ハードマスク層１３２をエッチングするため、第２ハードマスク１３３がエッチングされることを防止できる。しかし、第１レジスト１４０を残存させた状態で第１ハードマスクのエッチングを行うことになり、第１レジスト１４０の側壁にエッチングの副生成物を含む堆積物が発生し、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第１レジストを除去した際にフェンス１６０として残存する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２００１−７７１９６号公報
【特許文献２】特開２００２−２２２８６０号公報
【特許文献３】特許第３７５７２１３号公報
【特許文献４】特開２００８−４７５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
第１ハードマスクのパターニング工程において第２ハードマスクが除去されず、また第１ハードマスクのパターニング後に、エッチング副生成物を含むフェンスが形成されることを防止することができる製造フローが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決するために、本明細書で開示する配線の形成方法の一形態によれば、まず、上記絶縁層上に第１マスク層を形成し、上記第１マスク層上に第２マスク層を形成する。次に、上記第２マスク層と、上記第１マスク層と、上記絶縁層とを貫通するビア孔を形成する。次に、上記ビア孔内部に第１レジスト層を形成する。次に、上記第２マスク層上及び上記第１レジスト層上に第２レジスト層を形成する。次に、上記第２レジスト層を配線パターンにパターニングし、パターニングされた上記第２レジスト層をマスクとして上記第２マスク層をエッチングする。次に、上記第２レジスト層及び上記第２マスク層をマスクとして上記第１マスク層を途中の深さまでエッチングする。次に、上記第１レジスト層及び上記第２レジスト層を除去する。次に、上記第２マスク層をマスクとして上記第１マスク層の残りの部分をエッチングする。次に、上記第１マスク層をマスクとして、上記絶縁層をエッチングして配線溝を形成する。次に、上記ビア孔及び上記配線溝内に導電体を埋め込んで、上記導電層に接続する埋め込み配線層を形成する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、第１マスク層のパターニング工程において第２マスク層が除去されることがない。また、第１マスク層のパターニング後に、エッチング副生成物を含むフェンスが形成されることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、従来の例による配線の形成方法を説明する図である。
【図２】（Ｄ）〜（Ｆ）は、従来の例による配線の形成方法を説明する図１に続く工程を示す図である。
【図３】（Ｇ）〜（Ｉ）は、従来の例による配線の形成方法を説明する図２に続く工程を示す図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の他の例による配線の形成方法を説明する図である。
【図５】本明細書に開示する配線の形成方法の第１実施形態を用いて製造された半導体装置の構成を示す図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、本明細書に開示する配線の形成方法の第１実施形態による製造工程を示す図である。
【図７】（Ｄ）〜（Ｆ）は、本明細書に開示する配線の形成方法の第１実施形態による製造工程の図６に続く工程を示す図である。
【図８】（Ｇ）〜（Ｉ）は、本明細書に開示する配線の形成方法の第１実施形態による製造工程の図７に続く工程を示す図である。
【図９】（Ｊ）〜（Ｌ）は、本明細書に開示する配線の形成方法の第１実施形態による製造工程の図８に続く工程を示す図である。
【図１０】（Ｍ）及び（Ｎ）は、本明細書に開示する配線の形成方法の第１実施形態による製造工程の図９に続く工程を示す図である。
【図１１】ＳｉＯ2／ＳｉＮエッチング選択性とＣＯ混入流量との関係を示す図である。
【図１２】本明細書に開示する配線の形成方法の第２実施形態を用いて製造された半導体装置の構成を示す図である。
【図１３】（Ａ）〜（Ｃ）は、本明細書に開示する配線の形成方法の第２実施形態による製造工程を示す図である。
【図１４】（Ｄ）〜（Ｆ）は、本明細書に開示する配線の形成方法の第２実施形態による製造工程の図１３に続く工程を示す図である。
【図１５】（Ｇ）〜（Ｉ）は、本明細書に開示する配線の形成方法の第２実施形態による製造工程の図１４に続く工程を示す図である。
【図１６】（Ｊ）〜（Ｌ）は、本明細書に開示する配線の形成方法の第２実施形態による製造工程の図１５に続く工程を示す図である。
【図１７】（Ｍ）〜（Ｏ）は、本明細書に開示する配線の形成方法の第２実施形態による製造工程の図１６に続く工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本明細書で開示する配線の形成方法の好ましい実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【００２８】
図５は、本明細書で開示する配線の形成方法の第１実施形態を用いて形成された半導体装置の構成の一例を示す図である。
【００２９】
図５に示すように、単結晶シリコン基板１１上には、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）型の素子分離構造１１Ｉで画成されたｎ型のウェルである素子領域１１Ａが形成されている。そして、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ１０が、この素子領域１１Ａ内に形成される。
【００３０】
シリコン基板１１上には素子領域１１Ａ中のチャネル領域に対応してゲート絶縁膜１２が形成される。ゲート絶縁膜１２は、例えば、シリコン酸化膜あるいはシリコン酸窒化膜により形成される。
【００３１】
また、ゲート絶縁膜１２上にはｐ型にドープされた多結晶シリコンのゲート電極１３が形成される。ゲート電極１３の両側壁上には、側壁絶縁膜１３Ａ，１３Ｂが形成される。
【００３２】
シリコン基板１１中には側壁絶縁膜１３Ａ，１３Ｂのそれぞれ外側に、ｐ型ソース／ドレイン領域１１Ｓ，１１Ｄが形成される。
【００３３】
また、図５に示すように、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ１０は、ゲート電極１３下方の両側の領域にｐ型のソースエクステンション領域１１ａ及びドレインエクステンション領域１１ｂが形成される。
【００３４】
ｐ型ソースエクステンション領域１１ａは、ゲート電極１３の下方からｐ型ソース領域１１Ｓに向かって延出し、ｐ型ソース領域１１Ｓに接続している。同様に、ドレインエクステンション領域１１ｂは、ゲート電極１３の下方からｐ型ドレイン領域１１Ｄに向かって延出し、ｐ型ドレイン領域１１Ｄに接続している。
【００３５】
また、図５に示すように、ｐ型ソース／ドレイン領域１１Ｓ，１１Ｄ上にはシリサイド層１６Ａ，１６Ｂがそれぞれ形成される。また同様のシリサイド層１６Ｃが、ゲート電極１３上にも形成される。
【００３６】
また、シリコン基板１１の上には、第１絶縁層２０がトランジスタ１０を埋め込むように形成される。第１絶縁層２０の上には、導電層である第１配線層２５が形成される。この第１配線層２５は、第２絶縁層２２の中に配置される。
【００３７】
トランジスタ１０のシリサイド層１６Ａ，１６Ｂと第１配線層２５とを接続するタングステンプラグ（Ｗプラグ）２１が、第１絶縁層２０の中に配置される。
【００３８】
第２絶縁層２２の上には、シリコン炭化物層２３が形成される。このシリコン炭化物層２３の上には、第１バリア層２４として例えばシリコン炭化物層が形成される。
【００３９】
そして、第１バリア層２４の上には第３絶縁層３０が形成されており、この第３絶縁層３０の上には第４絶縁層３１が形成されており、この第４絶縁層３１の上には第１ハードマスク層３２が形成される。
【００４０】
ビア孔３５が、第３絶縁層３０及び第１バリア層２４を貫通して形成される。また、配線溝３６が、第４絶縁層３１及び第１ハードマスク層３２内にビア孔３５の位置に合わせて形成される。これらの配線溝３６及びビア孔３５内に導電体３７が埋め込まれて、第４絶縁層３１内に第２配線層としての埋め込み配線層３８が形成される。
【００４１】
第３絶縁層３０及び第４絶縁層３１は、誘電率が低いＬｏｗ−ｋ材料により形成される。埋め込み配線層３８が形成されている第４絶縁層３１は、図示しない隣接する配線との間の静電容量を低減する観点から、特に誘電率の低い材料を用いて形成されることが好ましい。本実施形態では、第３絶縁層３０及び第４絶縁層３１は無機材料を用いて形成される。第４絶縁層３１としてはポーラスシリカ等、第３絶縁層の誘電率よりも低い誘電率の材料を用いることが好ましい。
【００４２】
第１ハードマスク層３２は、第４絶縁層３１内に配線溝３６を形成するためのマスクとして用いられた層であるが、埋め込み配線層３８の電気的特性を良好にする観点から、第４絶縁層３１の上に所定の厚さを有した状態で残されている。尚、この第１ハードマスク層３２は、埋め込み配線層３８の電気的特性に影響がなければ、取り除かれていても良い。
【００４３】
第１配線層２５は、ビア孔３５内の導電体３７と接続する。トランジスタ１０のｐ型ドレイン領域１１Ｄと埋め込み配線層３８とは、Ｗプラグ２１、第１配線層２５及びビア孔３５内の導電体３７を介して接続する。
【００４４】
第１ハードマスク層３２の上には、第２バリア層３４が形成される。この第２バリア層３４の上には、必要に応じて、更に別の配線層等を形成しても良い。
【００４５】
次に、図５に示した配線構造を有する半導体装置に関して、本明細書に開示する配線の形成方法の第１実施形態を、図６〜図１１を参照して以下に説明する。
【００４６】
まず、図６（Ａ）に示すように、シリコン基板１１上にトランジスタ１０を備えた構造が形成される。図６（Ａ）に示す構造は、更に、第１絶縁層２０と、Ｗプラグ２１と、第２絶縁層２２と、シリコン炭化物層２３と、第１配線層２５とを有している。以下、図中の四角い枠で囲んだ部分において配線が形成される工程について説明する。
【００４７】
次に、図６（Ｂ）に示すように、導電層である第１配線層２５上に、第１バリア層２４と、第３絶縁層３０と、第４絶縁層３１とが、プラズマＣＶＤ法により順番に積層して形成される。続いて、第４絶縁層３１上に第１ハードマスク層３２がプラズマＣＶＤ法により形成され、更に、この第１ハードマスク層３２上に第２ハードマスク層３３がプラズマＣＶＤ法により形成される。
【００４８】
第３絶縁層３０及び第４絶縁層３１は、Ｌｏｗ−ｋ材料を用いて形成されることが好ましい。具体的には、Ｌｏｗ−ｋ材料としてシリコン酸炭化物（ＳｉＯＣ）やポーラスシリカ等を用いることができる。第４絶縁層３１の形成材料としては、第３絶縁層３０の形成材料よりも誘電率の低い材料が用いられることが好ましい。
【００４９】
第１ハードマスク層３２の形成材料は、樹脂からなるレジスト材に対するエッチング処理によってはエッチングされない材質であるが、第４絶縁層３１をパターニングする際のマスクとして機能する材質であることが好ましい。また、第１ハードマスク層３２の形成材料は、化学機械研磨法によって容易に研磨し得る材質であることが好ましい。
【００５０】
また、第２ハードマスク層３３の形成材料は、樹脂からなるレジスト材のエッチング処理によってはエッチングされない材質であるが、第１ハードマスク層３２をパターニングする際のマスクとしては機能できる材質であることが好ましい。
【００５１】
更に、第１ハードマスク層３２が、第２ハードマスク層３３をマスクとして、エッチングされる際には、第２ハードマスク層３３のエッチング速度よりも第１ハードマスク層３２のエッチング速度が高いことが好ましい。これは、第１ハードマスク層３２がエッチングされてパターニングされた状態においても、第１ハードマスク層３２上に第２ハードマスク層３３が所定の厚さを有して残されていることが、形状精度の高い配線溝を第４絶縁層３１に形成するために必要であるからである。以下、本明細書において、第１ハードマスク層３２のエッチング速度／第２ハードマスク層３３のエッチング速度の比の値をエッチング選択性として定義する。エッチング選択性が高いとは、第１ハードマスク層３２のエッチング速度が、第２ハードマスク層３３のエッチング速度よりも大きいことを意味する。また、エッチング選択性が低いとは、第１ハードマスク層３２のエッチング速度が、第２ハードマスク層３３のエッチング速度と同等か、又は小さいことを意味する。
【００５２】
このような観点から、ＣＦ4を含むガスを用いる場合には、第１ハードマスク層３２がシリコン酸化物（ＳｉＯ2）を用いて形成され、第２ハードマスク層３３がシリコン窒化物（ＳｉＮ）又はシリコン炭化物（ＳｉＣ）を用いて形成されることが好ましい。
【００５３】
上述した各層の厚さとしては、例えば、第１バリア層２４の厚さを３０ｎｍとし、第３絶縁層３０の厚さと第４絶縁層３１の厚さＬとを合わせた厚さを２５０ｎｍとすることができる。第３絶縁層３０と第４絶縁層３１との厚さの割合は、必要とされる配線溝の深さによって適宜調整される。第１ハードマスク層３２及び第２ハードマスク層３３の厚さに関しては、後述する。
【００５４】
次に、図６（Ｃ）に示すように、エッチングを用いて、第２ハードマスク層３３と、第１ハードマスク層３２と、第２絶縁層３１と、第１絶縁層３０とを貫通するビア孔３５が、第１配線層２５の上の領域に形成される。ビア孔３５の底には、第１バリア層２４が露出する。
【００５５】
次に、図７（Ｄ）に示すように、第１レジスト層４０が、ビア孔３５内に埋め込まれると共に第２ハードマスク層３３上に形成される。
【００５６】
次に、図７（Ｅ）に示すように、第２ハードマスク層３３が露出するまで、第１レジスト層４０のエッチバックを行なう。
【００５７】
次に、図７（Ｆ）に示すように、第２ハードマスク層３３上に、ＢＡＲＣ層４１及び第２レジスト層４２が形成される。続いて、ビア孔３５の位置に合わせて第２レジスト層４２がパターニングされて、配線溝形成用の開口部５０が第２レジスト層４２に形成される。パターニングされた第２レジスト層４２は、埋め込み配線層３８の配線パターンを有する。
【００５８】
次に、図８（Ｇ）に示すように、パターニングされた第２レジスト層４２をマスクとして、ＢＡＲＣ層４１がエッチングされる。ＢＡＲＣ層４１は、例えば、ＣＦ4を含むガスを用いてプラズマエッチングされる。
【００５９】
続いて、パターニングされた第２レジスト層４２及びＢＡＲＣ層４１をマスクとして、第２ハードマスク層３３が、第１ハードマスク層３２が露出するまでエッチングされて、第２ハードマスク層３３がパターニングされる。第２ハードマスク層３３は、例えば、ＣＨ2Ｆ2／Ｏ2／Ａｒを含むガスを用いてプラズマエッチングされる。この時、ビア孔３５内に埋め込まれた第１レジスト層４０の一部も除去される。
【００６０】
次に、図８（Ｈ）に示すように、パターニングされた第２レジスト層４２と、ＢＡＲＣ層４１と、第２ハードマスク層３３とをマスクとして、第１ハードマスク層３２が途中の深さまでエッチングされる。第１ハードマスク層３２は、例えば、ＣＦ4を含むガスを用いて、第１ハードマスク層３２の途中の深さまでプラズマエッチングされる。図８（Ｈ）に示す例では、第１ハードマスク層３２は、開口部５０に露出している部分が、その厚さがｔ２になるまでエッチングされる。
【００６１】
第２ハードマスク層３３は、第２レジスト層４２及びＢＡＲＣ層４１に覆われているので、第１ハードマスク層３２が途中の深さまでエッチングされる際には、厚さは減少しない。そのため、第２ハードマスク層３３の厚さは、図６（Ｂ）の工程において形成された厚さｔ１のままである。
【００６２】
また、第１ハードマスク層３２は、ＣＦ4と共に、Ｃ4Ｆ6、Ｃ4Ｆ8、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、Ｈ2、Ｎ2、Ｏ2及びＡｒの内の少なくとも１つのガスを用いてプラズマエッチングされることが、パターン形状の精度を高める上で好ましい。
【００６３】
具体的には、図８（Ｈ）に示す工程では、ガス流量として、ＣＦ4を３．３８×１０-2Ｐａ・ｍ3／秒（２００ｓｃｃｍ）、ＣＨＦ3を８．４５×１０-3〜１．６９×１０-2Ｐａ・ｍ3／秒（５０〜１００ｓｃｃｍ）用いることができる。また、このプラズマエッチングでは、プロセス圧力として３．９９〜１３．３Ｐａ（３０〜１００ｍＴｏｒｒ）を用いることができる。更に、このプラズマエッチングでは、例えば５００Ｗの電力を用いてプラズマが発生される。
【００６４】
図８（Ｈ）に示す工程において、第１ハードマスク層３２は、開口部５０に露出している部分の厚さｔ２が３０〜６０ｎｍの範囲になるまで、エッチングされることが好ましい。下層である第４絶縁層３１がエッチング又はアッシングによる損傷を受けることを防止する上で、厚さｔ２は３０ｎｍ以上であることが好ましい。一方、後の工程において、第１ハードマスク層３２の残りの部分をエッチングにより取り除く観点から、厚さｔ２は６０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００６５】
また、図８（Ｈ）に示す工程において、厚さｔ２を３０〜６０ｎｍの範囲にすることと関係して、図６（Ｂ）の工程において第２ハードマスク層３３が形成される厚さｔ１は、２３〜９０ｎｍの範囲であることが好ましい。この理由については、後述する。
【００６６】
図８（Ｈ）に示す工程では、第１ハードマスク層３２が途中の深さまでしかエッチングされないので、図８（Ｈ）に示すように、開口部５０内に突出する第１レジスト４０の量が小さい。
【００６７】
次に、図８（Ｉ）に示すように、第２レジスト層４２と、ＢＡＲＣ層４１と、ビア孔３５内に埋め込まれている第１レジスト層４０とが、アッシングにより除去される。
【００６８】
図８（Ｉ）に示す工程では、開口部５０内への突出量の小さい第１レジスト４０が、アッシングにより除去されるので、開口部５０内にフェンスが発生することを抑制できる。
【００６９】
次に、図９（Ｊ）に示すように、パターニングされた第２ハードマスク層３３をマスクとして第１ハードマスク層３２の残りの厚さｔ２の部分が全てエッチングされて、第１ハードマスク層３２がパターニングされる。第１ハードマスク層３２の残りの厚さｔ２の部分は、例えば、エッチング選択性が低いＣＦ4を含むガスを用いてプラズマエッチングされる。また、図９（Ｊ）に示す例では、第２ハードマスク層３３は、その厚さの最大部分における厚さがｔ１からｔ３になるまでエッチングされる。
【００７０】
また、第１ハードマスク層３２の残りの厚さｔ２の部分は、ＣＦ4と共に、Ｃ4Ｆ6、Ｃ4Ｆ8、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、Ｈ2、Ｎ2、Ｏ2及びＡｒの内の少なくとも１つのガスを用いてプラズマエッチングされることが、パターン形状の精度を高める上で好ましい。又は、第１ハードマスク層３２の残りの厚さｔ２の部分は、ＣＦ4を含まないガスを用いてプラズマエッチングされても良い。
【００７１】
更に、第１ハードマスク層３２の残りの厚さｔ２の部分は、ＣＦ4及びＣＯを含むガスを用いてプラズマエッチングされることが、第２ハードマスク層３３よりも第１ハードマスク層３２に対するエッチング速度が高いエッチング選択性が得られる観点から好ましい。この理由については、後述する。
【００７２】
図９（Ｊ）の工程では、上記エッチングガスを用い、プロセス圧力として６．６５〜１３．３Ｐａ（５０〜１００ｍＴｏｒｒ）を用いることができる。更に、このプラズマエッチングでは、例えば３００Ｗの電力を用いてプラズマが発生される。
【００７３】
また、図９（Ｊ）の工程において、第２ハードマスク層３３の厚さｔ３と、第２ハードマスク層３３が形成された当初の厚さｔ１（図６（Ｂ）参照）と、第１ハードマスク層３２の残りの厚さｔ２（図８（Ｈ）参照）とは、次の関係式（１）を満たすことが好ましい。下記式（１）について、後に説明する。
【００７４】
ｔ１／２−ｔ３／２ ＜ ｔ２ ＜ ｔ１−ｔ３ （１）
【００７５】
次に、図９（Ｋ）に示すように、パターニングされた第２ハードマスク層３３及び第１ハードマスク層３２をマスクとして、第４絶縁層３１が第３絶縁層３０が露出するまでエッチングされて、配線溝３６が形成される。第４絶縁層３１は、例えば、ＣＦ4を含むガスを用いてプラズマエッチングされる。また、このエッチングによって、ビア孔３５内に露出している第１バリア層２４の部分が取り除かれて、第１配線層２５がビア孔３５内に露出する。続いて、図９（Ｋ）に示す配線構造は、ウエット洗浄された後、ビア孔３５及び配線溝３６の内壁上にバリアメタル層及びシード層（図示せず）が形成される。このシード層としては、例えば銅を用いることができる。
【００７６】
図９（Ｋ）の工程において、第１ハードマスク層３２がシリコン酸化物により形成されており、第４絶縁層３１がＬｏｗ−ｋ材料により形成される場合、第４絶縁層３１のエッチングをＣＦ4を含むガスを用いて行なうと、両層のエッチング速度はほぼ等しくなる。
【００７７】
従って、第１ハードマスク層３２が当初に形成された厚さＳ（図６（Ｂ）参照）は、第４絶縁層３１の厚さＬよりも大きいことが、第１ハードマスク層３２をマスクとして第４絶縁層３１をエッチングする上で好ましい。厚さＳを厚さＬよりも大きく形成することによって、第４絶縁層３１のエッチング後も、第１ハードマスク層３２が第４絶縁層３１上に所定の厚さで残される。
【００７８】
第１ハードマスク層３２は、図９（Ｋ）に示すように、エッチングによって開口部５０側の端部の肩が削られて、厚さが薄くなっている。この肩の削れを考慮すると、エッチングされた第１ハードマスク層３２は、その厚さの最大部分における厚さが少なくとも３０ｎｍあることが、第１ハードマスク層３２をマスクとして、第４絶縁層３１に配線溝を形状精度良くエッチングする上で好ましい。この場合、第１ハードマスク層３２の厚さＳは、第４絶縁層３１の厚さＬよりも少なくとも３０ｎｍ大きいことが好ましい。例えば、第４絶縁層３１の厚さＬを１２０ｎｍとした場合、第１ハードマスク層３２の厚さＳとして少なくとも１５０ｎｍが必要である。
【００７９】
更にここで、上述した第１ハードマスク層３２の厚さＳを用いて、図８（Ｈ）の工程によって、第１ハードマスク層３２がエッチングされる深さの具体例を以下に述べる。まず、第２ハードマスク層３３の厚さｔ１（図６（Ｂ）参照）は、エッチング選択性等を考慮して１００ｎｍ程度に形成される。そこで、第２ハードマスク層３３の厚さｔ１を８０ｎｍとし、厚さｔ３（図９（Ｊ）参照）を３０ｎｍとした場合、上記式（２）を用いて計算すると、２５ｎｍ＜ｔ２＜５０ｎｍという範囲にｔ２が得られる。そして、第１ハードマスク層３２の厚さＳを上述したように１５０ｎｍした場合には、第１ハードマスク層３２は、図８（Ｈ）の工程によって、１００〜１２５ｎｍの深さ（Ｓ−ｔ２）だけエッチングされることになる。即ち、第１ハードマスク層３２は２／３以上が取り除かれることになる。
【００８０】
次に、図９（Ｌ）に示すように、バリアメタル層及びシード層が形成されたビア孔３５及び配線溝３６内に導電体３７が埋め込まれる。導電体３７は、第１ハードマスク層３２上にも積層される。導電体３７としては、例えば銅、アルミニウム、銀等を用いることができる。
【００８１】
次に、図１０（Ｍ）に示すように、化学機械研磨法を用いて、第１ハードマスク層３２が露出するまで余分な導電体３７を研磨して、第１配線層２５と電気的に接続する埋め込み配線層である第２配線層３８が形成される。図１０（Ｍ）に示す工程では、第１ハードマスク層３２が途中の深さまで研磨されて、第１ハードマスク層３２が残されていても良い。
【００８２】
又は、図１０（Ｍ）に示す工程では、第４絶縁層３１が露出するまで、第１ハードマスク層３２を全て研磨しても良い。
【００８３】
最後に、図１０（Ｎ）に示すように、第１ハードマスク層３２及び第２配線層３８の上に第２バリア層３４が形成される。この第２バリア層３４の上には、必要に応じて、更に別の配線層等が形成され得る。
【００８４】
次に、図９（Ｊ）の工程において、第１ハードマスク層３２の残りの厚さｔ２の部分が、ＣＦ4及びＣＯを含むガスを用いてプラズマエッチングされることが、エッチング選択性の観点から好ましい理由を以下に説明する。
【００８５】
上述した図９（Ｋ）に示す工程において、パターニングされた第１ハードマスク層３１をマスクとして、第４絶縁層３１をエッチングして配線溝が形成される。このエッチングの初期の段階では、第１ハードマスク層３１上に第２ハードマスク層３３が所定の厚さを有した状態で残っていることが、形状精度の高い配線溝を形成する上で好ましい。
【００８６】
従って、図９（Ｊ）に示す工程において、第１ハードマスク層３２の残りの厚さｔ２の部分がエッチングされる際には、マスクである第２ハードマスク層３３がエッチングによって完全には取り除かれないようにしなくてはならない。そのためには、エッチングガスとして、第１ハードマスク層３２に対するエッチン速度が、第２ハードマスク層３３に対するエッチング速度よりも大きなエッチングガスが用いられる必要がある。
【００８７】
また、このようなエッチング選択性を有するエッチングガスを用いることにより、図６（Ｂ）の工程において第２ハードマスク層３３が形成される厚さｔ１を薄くすることも可能となる。厚さの薄い第２ハードマスク層３３をマスクとして第１ハードマスク層３２をエッチングすることにより、パターン精度を向上させることができる。
【００８８】
上述したエッチング選択性の具体例について、第１ハードマスク層３２がシリコン酸化物により形成されており、第２ハードマスク層３３がシリコン窒化物により形成される場合を例として、図１１を参照して以下に説明する。
【００８９】
図１１には、シリコン酸化物（ＳｉＯ2）のエッチング速度と、シリコン窒化物（ＳｉＮ）のエッチング速度との比（エッチング選択性：ＳｉＯ2／ＳｉＮ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）と、ＣＦ4に対するＣＯ混入流量との関係が示されている。
【００９０】
図１１に示すように、ＣＦ4が１００％の場合には、エッチング選択性は約１であり、シリコン酸化物とシリコン窒化物とはほぼ同じエッチング速度を有している。
【００９１】
そして、ＣＦ4が一定の流量の下でＣＯ混入流量が増加していくと、シリコン酸化物のエッチング速度がシリコン窒化物のエッチング速度よりも高くなっていくので、ＣＯ混入流量の増加と共にエッチング選択性は増大する。
【００９２】
更に、ＣＯ混入流量が増加していくと、エッチングガス中のＣＦ4の割合が低下して、シリコン酸化物のエッチング速度が低下する。このため、エッチング選択性は約２で一定となっていく。
【００９３】
従って、ＣＦ4ガスの流量が1.69×10-2Ｐａ・ｍ3／秒一定の下では、シリコン酸化物のエッチング速度を維持しつつ且つ高いエッチング選択性を得る観点から、ＣＯガスの混入流量は3.38×10-2〜5.07×10-2Ｐａ・ｍ3／秒の範囲にあることが好ましい。以上がエッチング選択性の説明である。
【００９４】
次に、第２ハードマスク層３３が形成される厚さｔ１を２３〜９０ｎｍの範囲とすることが好ましい理由を、以下に説明する。
【００９５】
第２ハードマスク層３３は、上述した図９（Ｊ）の工程においてエッチングされる。このエッチングによって、マスクされている第１ハードマスク層３２がエッチングされないように、マスクとしての第２ハードマスク層３３は、エッチング後も、第１ハードマスク層３２上に所定の厚さを有して残っている必要がある。
【００９６】
従って、上述した図９（Ｊ）の工程でのエッチング後も第２ハードマスク層３３が第１ハードマスク層３２上に所定の厚さで残っているためには、厚さｔ１と、厚さｔ２とは、次の関係式（２）を満たすことが好ましい。
【００９７】
ｔ１＝ａ×ｔ２／Ｒ （２）
【００９８】
ここで、ａは、１以上のパラメータであり、このａが第１ハードマスク層３２上に残す第２ハードマスク層３３の厚さを決定する。ａとしては、プロセスの変動を考慮して、例えば１．５を用いることができる。
【００９９】
また、Ｒは、第１ハードマスク層３２のエッチング速度と、第２ハードマスク層３３のエッチング速度との比（第１ハードマスク層３２のエッチング速度／第２ハードマスク層３３のエッチング速度）である。比Ｒは、上述したように、１〜２の範囲にある。
【０１００】
そこで、パラメータａを１．５とし、厚さｔ２を３０〜６０ｎｍとし、比Ｒを１〜２として、上記式（２）を用いて計算すると、厚さｔ１として２３〜９０ｎｍの範囲が得られる。
【０１０１】
詳述すると、比Ｒが１の場合には、厚さｔ１として４５〜９０ｎｍの範囲が得られる。比Ｒが２の場合には、厚さｔ１として２３〜４５ｎｍの範囲が得られる。以上が、第２ハードマスク層３３が形成される厚さｔ１の説明である。
【０１０２】
次に、上記式（１）の説明を行なう。
【０１０３】
上述したように、図９（Ｊ）の工程でのエッチング後も第２ハードマスク層３３が、第１ハードマスク層３２上に所定の厚さｔ３で残っていることが好ましい。そのためには、エッチング速度の比Ｒ（第１ハードマスク層３２のエッチング速度／第２ハードマスク層３３のエッチング速度）が１の場合には、厚さｔ２はｔ１−ｔ３となる。また、エッチング速度の比Ｒが２の場合には、厚さｔ２はｔ１／２−ｔ３／２となる。
【０１０４】
エッチング速度の比Ｒは、上述したように、１〜２の範囲にある場合には、厚さｔ２は、ｔ１／２−ｔ３／２とｔ１−ｔ３との間の範囲になるため、上記式（１）の関係が得られる。
【０１０５】
更に、厚さｔ３に対する好ましい寸法について以下に述べる。第２ハードマスク層３３は、図９（Ｊ）に示すように、エッチングによって開口部５０側の端部の肩が削られて、厚さが薄くなっている。この肩の削れを考慮すると、エッチングされた第２ハードマスク層３３は、その厚さの最大部分における厚さｔ３が少なくとも３０ｎｍあることが、第２ハードマスク層３３をマスクとして、第４絶縁層３１に配線溝が、形状精度良くエッチングされる上で好ましい。以上が、上記式（１）の説明である。
【０１０６】
上述した本実施形態の配線の形成方法によれば、図８（Ｈ）の工程において、第２ハードマスク層３３の上に形成された第２レジスト層４２をマスクとして、第１ハードマスク層３２が途中の深さまでエッチングされる。そのため、第２ハードマスク層３３の厚さが維持された状態で、第１ハードマスク層３２が途中の深さまでエッチングされる。そして、図９（Ｊ）の工程において、この第２ハードマスク層３３をマスクとして、第１ハードマスク層３２の残りの部分がエッチングされる。そのため、図９（Ｊ）の工程において、エッチング選択性が高いＣ4Ｆ6又はＣ4Ｆ8といったガス以外にも、エッチング選択性が低いガス、例えばＣＦ4、を用いてプラズマエッチングができるので、プロセスの自由度が大きい。
【０１０７】
一方、ＣＦ4を含まずに、Ｃ4Ｆ6／Ｏ2／Ａｒ、又はＣ4Ｆ8／Ｏ2／Ａｒを用いたエッチングでは、エッチングパターンにおける局所的なエッチング速度が不均一となり易い。また、これらのガスを用いたエッチングでは、複数のウエハを枚葉式に処理すると、最初と最後ではエッチング速度が異なってくるという不具合が生じる場合がある。
【０１０８】
しかし、本実施形態の配線の形成方法によれば、図９（Ｊ）に示す工程において、ＣＦ4を含むガス用いてプラズマエッチングができるので、エッチングパターンの形状精度が高められるため、プロセスの安定性も向上する。
【０１０９】
また、本実施形態の配線の形成方法によれば、埋め込み配線層を形成する過程において、図４に示すようなフェンスが発生することが防止される。
【０１１０】
次に、本明細書に開示する第２実施形態の配線の形成方法を、図を参照しながら以下に説明する。第２実施形態では、第１実施形態の第１ハードマスク層の下側に、更に第３ハードマスク層を挿入する点が、第１実施形態と相違する。図１２は第２実施例を用いて製造した半導体装置の断面構造を示す図であり、膜３９が第３ハードマスク層に相当する。
【０１１１】
図１２に示す構造の製造方法を説明する。まず、図１３（Ａ）に示すように、シリコン基板１１上にトランジスタ１０を備えた構造が形成される。図１３（Ａ）に示す構造は、更に、第１絶縁層２０と、Ｗプラグ２１と、第２絶縁層２２と、シリコン炭化物層２３と、第１配線層２５とを有している。以下、図中の四角い枠で囲んだ部分について、配線が形成される工程を説明する。
【０１１２】
次に、図１３（Ｂ）に示すように、導電層である第１配線層２５上に、第１バリア層２４と、第３絶縁層３０と、第４絶縁層３１とが、プラズマＣＶＤ法により順番に積層して形成される。続いて、第４絶縁層３１上に第３ハードマスク層３９がプラズマＣＶＤ法により形成される。更に、第３ハードマスク層３９上に第１ハードマスク層３２がプラズマＣＶＤ法により形成され、更にまた、この第１ハードマスク層３２上に第２ハードマスク層３３がプラズマＣＶＤ法により形成される。
【０１１３】
Ｌｏｗ−ｋ材により形成される第４絶縁層３１、及び銅により形成される導電体３７は、一般に、化学機械研磨法による研磨速度が速いので、容易に研磨され得る。そのため、上述した図１０（Ｍ）の工程において、第１ハードマスク層３２を化学機械研磨法を用いて研磨して行くと、プロセスの変動等によって第４絶縁層３１まで研磨されてしまう場合がある。そこで、本実施形態では、第４絶縁層３１が研磨されることを防止するために、第４絶縁層３１と第１ハードマスク層３２との間に、第１ハードマスク層３２を化学機械研磨により除去する工程においてストッパとして機能する第３ハードマスク層３９が形成される。化学機械研磨法による第１ハードマスク層３２の研磨速度は、第３ハードマスク層３９の研磨速度よりも大きいことが好ましい。
【０１１４】
第１ハードマスク層３２がシリコン酸化膜である場合には、第３ハードマスク層３９の形成材料としては、例えば、シリコン炭化物（ＳｉＣ、ＳｉＣＨ）を用いることができる。
【０１１５】
また、第３ハードマスク層３９の厚さとしては、２０〜６０ｎｍ、であることが好ましく、例えば３０ｎｍとする。第３ハードマスク層３９の厚さが２０ｎｍ以上であることにより、研磨を第３ハードマスク層３９上で確実に止めることができる。また、第３ハードマスク層３９の厚さが６０ｎｍ以下であることが、第３ハードマスク層３９を形成する時間を低減する上で好ましい。
【０１１６】
次に、図１３（Ｃ）に示すように、パターニング及びエッチングを用いて、第２ハードマスク層３３と、第１ハードマスク層３２と、第３ハードマスク層３９と、第２絶縁層３１と、第１絶縁層３０とを貫通するビア孔３５が、第１配線層２５の上の領域に形成される。ビア孔３５の底には、第１バリア層２４が露出する。
【０１１７】
次に、図１４（Ｄ）に示すように、第１レジスト層４０が、ビア孔３５内に埋め込まれると共に第２ハードマスク層３３上に形成される。
【０１１８】
次に、図１４（Ｅ）に示すように、第２ハードマスク層３３が露出するまで、第１レジスト層４０のエッチバックを行なって、第１レジスト層４０の表面が、第２ハードマスク層３３の表面と一致するように平坦化される。
【０１１９】
次に、図１４（Ｆ）に示すように、第２ハードマスク層３３上に、ＢＡＲＣ層４１及び第２レジスト層４２が形成される。続いて、ビア孔３５の位置に合わせて第２レジスト層４２がパターニングされて、配線溝形成用の開口部５０が第２レジスト層４２に形成される。パターニングされた第２レジスト層４２は、埋め込み配線層３８の配線パターンを有する。
【０１２０】
次に、図１５（Ｇ）に示すように、パターニングされた第２レジスト層４２をマスクとして、ＢＡＲＣ層４１が、第２ハードマスク層３３が露出するまでエッチングされると、ＢＡＲＣ層４１がパターニングされると共に開口部５０が深くなる。
【０１２１】
続いて、パターニングされた第２レジスト層４２及びＢＡＲＣ層４１をマスクとして、第２ハードマスク層３３が、第１ハードマスク層３２が露出するまでエッチングされて、第２ハードマスク層３３がパターニングされる。
【０１２２】
次に、図１５（Ｈ）に示すように、パターニングされた第２レジスト層４２と、ＢＡＲＣ層４１と、第２ハードマスク層３３とをマスクとして、第１ハードマスク層３２が途中の深さまでエッチングされる。
【０１２３】
図１５（Ｈ）に示す工程では、第１ハードマスク層３２が途中の深さまでしかエッチングされないので、図１５（Ｈ）に示すように、開口部５０内に突出する第１レジスト４０の量が小さい。
【０１２４】
次に、図１５（Ｉ）に示すように、第２レジスト層４２と、ＢＡＲＣ層４１と、ビア孔３５内に埋め込まれている第１レスト層４０とが、アッシングにより除去される。
【０１２５】
図１５（Ｉ）に示す工程では、開口部５０内への突出量の小さい第１レジスト４０が、アッシングにより除去されるので、開口部５０内にフェンスが発生することを抑制できる。
【０１２６】
次に、図１６（Ｊ）に示すように、パターニングされた第２ハードマスク層３３をマスクとして第１ハードマスク層３２の残りの厚さの部分が全てエッチングされて、第１ハードマスク層３２がパターニングされる。
【０１２７】
次に、図１６（Ｋ）に示すように、第２ハードマスク３３及び第１ハードマスク３２をマスクとして、開口部５０に露出している第３ハードマスク層３９の部分がエッチングされて取り除かれる。その結果、開口部５０には、第４絶縁層３１が露出する。第３ハードマスク層３９は、例えば、ＣＦ4を含むガスを用いてプラズマエッチングされる。また、このエッチングによって、第２ハードマスク３３が取り除かれると共に、ビア孔３５内に露出している第１バリア層２４の部分が取り除かれて、第１配線層２５がビア孔３５内に露出する。
【０１２８】
次に、図１６（Ｌ）に示すように、パターニングされた第１ハードマスク層３２及び第３ハードマスク層３９をマスクとして、第４絶縁層３１が第３絶縁層３０が露出するまでエッチングされて、配線溝３６が形成される。続いて、図１６（Ｌ）に示す配線構造は、ウエット洗浄された後、ビア孔３５及び配線溝３６の内壁上にバリアメタル層及びシード層（図示せず）が形成される。このシード層としては、例えば銅を用いることができる。
【０１２９】
次に、図１７（Ｍ）に示すように、バリアメタル層及びシード層が形成されたビア孔３５及び配線溝３６内に導電体３７が埋め込まれる。導電体３７は、第１ハードマスク層３２上にも積層される。導電体３７としては、例えば銅、アルミニウム、銀等を用いることができる。
【０１３０】
次に、図１７（Ｎ）に示すように、化学機械研磨法を用いて、第３ハードマスク層３９が露出するまで、余分な導電体３７及び第１ハードマスク層３２を研磨して、第１配線層２５と電気的に接続する埋め込み配線層である第２配線層３８が形成される。
【０１３１】
最後に、図１７（Ｏ）に示すように、第３ハードマスク層３９及び第２配線層３８の上に第２バリア層３４が形成される。この第２バリア層３４の上には、必要に応じて、更に別の配線層等が形成され得る。
【０１３２】
上述した本実施形態の配線の形成方法によれば、第１ハードマスク層３２よりも化学機械研磨法による研磨速度が低い第３ハードマスク層３９が第４絶縁層３１の上に形成されるので、図１７（Ｎ）の工程において第４絶縁層３１が研磨されることが防止される。
【０１３３】
また、上述した本実施形態の配線の形成方法によれば、前述した第１実施形態と同様に、プロセスの自由度が大きく、且つプロセスの高安定性という効果が奏される。
【０１３４】
本発明では、上述した各実施形態の配線の形成方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。例えば、上述した各実施形態では、絶縁層が第３絶縁層３０及び第４絶縁層３１の２層により形成されていたが、絶縁層は、一層のみにより形成されていても良い。
【０１３５】
また、上述した各実施形態では、各層が、プラズマＣＶＤ法を用いて形成されていたが、各層は、熱分解ＣＶＤ法、スパッタリング法などの他の成膜手法を用いて形成しても良い。
【０１３６】
以上の上述した複数の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１３７】
（付記１）
導電層上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上に第１マスク層を形成する工程と、
前記第１マスク層上に第２マスク層を形成する工程と、
前記第２マスク層と、前記第１マスク層と、前記絶縁層とを貫通するビア孔を形成する工程と、
前記ビア孔内部に第１レジスト層を形成する工程と、
前記第２マスク層上及び前記第１レジスト層上に第２レジスト層を形成する工程と、
前記第２レジスト層を配線パターンにパターニングする工程と、
パターニングされた前記第２レジスト層をマスクとして前記第２マスク層をエッチングする工程と、
前記第２レジスト層及び前記第２マスク層をマスクとして前記第１マスク層を途中の深さまでエッチングする工程と、
前記第１レジスト層及び前記第２レジスト層を除去する工程と、
前記第２マスク層をマスクとして前記第１マスク層の残りの部分をエッチングする工程と、
前記第１マスク層をマスクとして、前記絶縁層をエッチングして配線溝を形成する工程と、
前記ビア孔及び前記配線溝内に導電体を埋め込んで、前記導電層に接続する埋め込み配線層を形成する工程と、
を備えた配線の形成方法。
【０１３８】
（付記２）
前記第１マスク層は、シリコン酸化物を含む付記１に記載の配線の形成方法。
【０１３９】
（付記３）
前記第２マスク層は、シリコン窒化物又はシリコン炭化物を含む付記２に記載の配線の形成方法。
【０１４０】
（付記４）
前記第１マスク層を途中の深さまでエッチングする工程、又は前記第１マスク層の残りの部分をエッチングする工程は、ＣＦ4を含むガスを用いる付記１〜３の何れか一項に記載の配線の形成方法。
【０１４１】
（付記５）
前記第１マスク層の残りの部分をエッチングする工程は、ＣＦ4及びＣＯを含むガスを用いる付記１〜４の何れか一項に記載の配線の形成方法。
【０１４２】
（付記６）
前記第１マスク層を途中の深さまでエッチングする工程、又は前記第１マスク層の残りの部分をエッチングする工程は、ＣＦ4と共に、Ｃ4Ｆ6、Ｃ4Ｆ8、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、Ｈ2、Ｎ2、Ｏ2及びＡｒの内の少なくとも１つのガスを用いる付記４または５に記載の配線の形成方法。
【０１４３】
（付記７）
前記第１マスク層を形成する工程の前に、
更に、前記絶縁層上に第３マスク層を形成する工程を備えており、
前記第１マスク層を形成する工程は、前記第３マスク層上に前記第１マスク層を形成する付記１〜６の何れか一項に記載の配線の形成方法。
【０１４４】
（付記８）
前記埋め込み配線層を形成する工程は、前記ビア孔内、前記配線溝内、及び前記第１マスク上に導電体を形成する工程と、
前記第１マスク上の前記導電体を化学機械研摩除去する工程を含み、
前記化学機械研磨法による前記第１マスク層の研磨速度が、前記第３マスク層の研磨速度よりも大きい付記７に記載の配線の形成方法。
【０１４５】
（付記９）
前記第３マスク層は、シリコン炭化物を含む付記７又は８に記載の配線の形成方法。
【０１４６】
（付記１０）
前記絶縁層は、前記導電層上に形成された第１絶縁層と、前記第１絶縁膜層上に形成された第２絶縁層とを含み、
前記第２絶縁層の誘電率は、前記第１絶縁層の誘電率よりも低い付記９に記載の配線の形成方法。
【０１４７】
（付記１１）
前記第２マスク層を形成する工程は、厚さｔ１の前記第２マスク層を形成し、
前記第１マスク層を途中の深さまでエッチングする工程は、前記第１マスク層の厚さがｔ２になるまで前記第１マスク層をエッチングし、
前記第１マスク層の残りの部分をエッチングする工程は、前記第２マスク層の厚さがｔ３になるまで前記第２マスク層をエッチングし、
ｔ１と、ｔ２と、ｔ３とは、ｔ１／２−ｔ３／２ ＜ ｔ２ ＜ ｔ１−ｔ３なる関係を満たす付記１〜１０の何れか一項に記載の配線の形成方法。
【０１４８】
（付記１２）
前記第２マスク層を形成する工程は、厚さが２３ｎｍ〜９０ｎｍの範囲の前記第２マスク層を形成し、
前記第１マスク層を途中の深さまでエッチングする工程は、前記第１マスク層の厚さが３０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲になるまで、前記第１マスク層をエッチングする付記１〜１０の何れか一項に記載の配線の形成方法。
【０１４９】
（付記１３）
前記第１マスク層をパターニングする工程では、ＣＦ4ガスの流量が１．６９×１０-2Ｐａ・ｍ3／秒であり、ＣＯガスの流量が３．３８×１０-2〜５．０７×１０-2Ｐａ・ｍ3／秒の範囲にある付記１〜１２の何れか一項に記載の配線の形成方法。
【符号の説明】
【０１５０】
２０ 第１絶縁層
２２ 第２絶縁層
２３ シリコン炭化物層
２４ 第１バリア層
２５ 第１配線層（導電層）
３０ 第３絶縁層（絶縁層）
３１ 第４絶縁層（絶縁層）
３２ 第１ハードマスク層（第１マスク層）
３３ 第２ハードマスク層（第２マスク層）
３４ 第２バリア層
３５ ビア孔
３６ 配線溝
３７ 導電体
３８ 第２配線層（埋め込み配線層）
３９ 第３ハードマスク層
４０ 第１レジスト層
４１ ＢＡＲＣ層
４２ 第２レジスト層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電層上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上に第１マスク層を形成する工程と、
前記第１マスク層上に第２マスク層を形成する工程と、
前記第２マスク層と、前記第１マスク層と、前記絶縁層とを貫通するビア孔を形成する工程と、
前記ビア孔内部に第１レジスト層を形成する工程と、
前記第２マスク層上及び前記第１レジスト層上に第２レジスト層を形成する工程と、
前記第２レジスト層を配線パターンにパターニングする工程と、
パターニングされた前記第２レジスト層をマスクとして前記第２マスク層をエッチングする工程と、
前記第２レジスト層及び前記第２マスク層をマスクとして前記第１マスク層を途中の深さまでエッチングする工程と、
前記第１レジスト層及び前記第２レジスト層を除去する工程と、
前記第２マスク層をマスクとして前記第１マスク層の残りの部分をエッチングする工程と、
前記第１マスク層をマスクとして、前記絶縁層をエッチングして配線溝を形成する工程と、
前記ビア孔及び前記配線溝内に導電体を埋め込んで、前記導電層に接続する埋め込み配線層を形成する工程と、
を備えた配線の形成方法。
【請求項２】
前記第１マスク層は、シリコン酸化物を含む請求項１に記載の配線の形成方法。
【請求項３】
前記第２マスク層は、シリコン窒化物又はシリコン炭化物を含む請求項２に記載の配線の形成方法。
【請求項４】
前記第１マスク層を途中の深さまでエッチングする工程、又は前記第１マスク層の残りの部分をエッチングする工程は、ＣＦ4を含むガスを用いる請求項１〜３の何れか一項に記載の配線の形成方法。
【請求項５】
前記第１マスク層の残りの部分をエッチングする工程は、ＣＦ4及びＣＯを含むガスを用いる請求項１〜４の何れか一項に記載の配線の形成方法。
【請求項１】
導電層上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上に第１マスク層を形成する工程と、
前記第１マスク層上に第２マスク層を形成する工程と、
前記第２マスク層と、前記第１マスク層と、前記絶縁層とを貫通するビア孔を形成する工程と、
前記ビア孔内部に第１レジスト層を形成する工程と、
前記第２マスク層上及び前記第１レジスト層上に第２レジスト層を形成する工程と、
前記第２レジスト層を配線パターンにパターニングする工程と、
パターニングされた前記第２レジスト層をマスクとして前記第２マスク層をエッチングする工程と、
前記第２レジスト層及び前記第２マスク層をマスクとして前記第１マスク層を途中の深さまでエッチングする工程と、
前記第１レジスト層及び前記第２レジスト層を除去する工程と、
前記第２マスク層をマスクとして前記第１マスク層の残りの部分をエッチングする工程と、
前記第１マスク層をマスクとして、前記絶縁層をエッチングして配線溝を形成する工程と、
前記ビア孔及び前記配線溝内に導電体を埋め込んで、前記導電層に接続する埋め込み配線層を形成する工程と、
を備えた配線の形成方法。
【請求項２】
前記第１マスク層は、シリコン酸化物を含む請求項１に記載の配線の形成方法。
【請求項３】
前記第２マスク層は、シリコン窒化物又はシリコン炭化物を含む請求項２に記載の配線の形成方法。
【請求項４】
前記第１マスク層を途中の深さまでエッチングする工程、又は前記第１マスク層の残りの部分をエッチングする工程は、ＣＦ4を含むガスを用いる請求項１〜３の何れか一項に記載の配線の形成方法。
【請求項５】
前記第１マスク層の残りの部分をエッチングする工程は、ＣＦ4及びＣＯを含むガスを用いる請求項１〜４の何れか一項に記載の配線の形成方法。
【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２０１０−１６１１６６（Ｐ２０１０−１６１１６６Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８４１（Ｐ２００９−１８４１）
【出願日】平成２１年１月７日（２００９．１．７）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通セミコンダクター株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月７日（２００９．１．７）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通セミコンダクター株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
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