配線構造及びその形成方法
【課題】 Ｃｕを含有する材料に代表されるような層間絶縁膜に対する易拡散性の材料を用いて配線を構成した場合に、前記易拡散性の材料の層間絶縁膜への拡散や材料の剥離を確実に防止するとともに、層間容量を低減させ、しかも高い耐酸化性を保持する。
【解決手段】 Ｃｕ配線に対応した保護膜として、当該Ｃｕの拡散防止及びビア孔２３形成時のエッチングストッパーとしての機能を有し、しかも低誘電率を示す構造の保護膜１６を提案する。この保護膜１６は、水素化シリコンカーバイド膜（ＳｉＣ：Ｈ膜）２１上にシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）２２が積層されてなる２層構成のものである。
【解決手段】 Ｃｕ配線に対応した保護膜として、当該Ｃｕの拡散防止及びビア孔２３形成時のエッチングストッパーとしての機能を有し、しかも低誘電率を示す構造の保護膜１６を提案する。この保護膜１６は、水素化シリコンカーバイド膜（ＳｉＣ：Ｈ膜）２１上にシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）２２が積層されてなる２層構成のものである。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に半導体装置に用いられる配線構造及びその形成方法に関し、特に配線が少なくとも銅（Ｃｕ）を含有する材料からなる配線構造に適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】近年では、半導体素子の高集積化とチップサイズの縮小化に伴い、配線の微細化及び多層配線化が加速的に進められている。こうした多層配線を有するロジックデバイスにおいては、配線遅延がデバイス信号遅延の支配的要因の１つになりつつある。デバイスの信号遅延は配線抵抗値と配線容量の積に比例しており、従って配線遅延の改善のためには、配線抵抗値や配線容量を軽減することが重要である。
【０００３】そこで、配線抵抗を低減するため、Ｃｕ配線を形成することが検討されている。Ｃｕは加工が困難であり、従ってこれを配線に適用する場合の好適な構造として、絶縁膜に形成した配線溝をＣｕで充填してなる、いわゆるダマシン構造が注目されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】Ｃｕ配線を形成した場合、Ｃｕは酸化膜等の層間絶縁膜中へ拡散し易い性質を有することから、Ｃｕ配線とその上層の層間絶縁膜との間に拡散防止を主目的とする保護膜を形成する必要がある。この保護膜として、従来では耐酸化性に優れたシリコン窒化膜が用いられてきた。しかしながら、シリコン窒化膜は比較的エッチング速度が低くエッチングストッパーとして機能する反面、誘電率が高く、これを形成することにより層間容量の増大を招くという問題がある。
【０００５】そこで本発明は、前記課題を解決すべく成されたものであり、Ｃｕを含有する材料に代表されるような層間絶縁膜に対する易拡散性の材料を用いて配線を構成した場合に、前記易拡散性の材料の層間絶縁膜への拡散や材料の剥離を確実に防止するとともに、層間容量を低減させ、しかも高い耐酸化性を保持して信頼性の高い配線構造及びその形成方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意検討の結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【０００７】本発明の配線構造の形成方法は、基板の上方に下層配線を形成する工程と、前記下層配線の一表面を覆うように、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜を形成する工程と、前記第１の保護膜上に、絶縁材料からなる第２の保護膜を形成する工程と、前記第２の保護膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記第２の保護膜をストッパーとして、前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記層間絶縁膜の上層部位を前記開孔と整合する部位で加工する工程と、前記開孔に整合するように前記第２の保護膜及び前記第１の保護膜を加工し、前記開孔から前記下層配線の一表面を露出させる工程と、少なくとも前記開孔内を導電材料により埋め込む工程とを含む。
【０００８】本発明の配線構造の形成方法の他の態様は、基板の上方に下層配線を形成する工程と、前記下層配線の一表面を覆うように、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜を形成する工程と、前記第１の保護膜上に、絶縁材料からなる第２の保護膜を形成する工程と、前記第２の保護膜上に、シリコンカーバイドからなる第３の保護膜を形成する工程と、前記第３の保護膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記第３の保護膜をストッパーとして、前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記層間絶縁膜の上層部位を前記開孔と整合する部位で加工する工程と、前記開孔に整合するように前記第２の保護膜及び前記第１の保護膜を加工し、前記開孔から前記下層配線の一表面を露出させる工程と、少なくとも前記開孔内を導電材料により埋め込む工程とを含む。
【０００９】本発明の配線構造の形成方法の他の態様は、下層配線の一表面を覆うようにシリコンカーバイドからなる第１の保護膜、絶縁材料からなる第２の保護膜、及び層間絶縁膜を順次形成する工程と、前記第２の保護膜をストッパーとして前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記開孔から前記第２の保護膜の表面が露出した状態で前記開孔形成に用いたマスクを除去する工程とを含む。
【００１０】本発明の配線構造の形成方法の他の態様は、下層配線の一表面を覆うようにシリコンカーバイドからなる第１の保護膜、絶縁材料からなる第２の保護膜、シリコンカーバイドからなる第３の保護膜及び層間絶縁膜を順次形成する工程と、前記第３の保護膜をストッパーとして前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記開孔から前記第３の保護膜又は前記第２の保護膜の表面が露出した状態で前記開孔形成に用いたマスクを除去する工程とを含む。
【００１１】本発明の配線構造は、基板の上方に形成された下層配線と、前記下層配線を覆うように形成され、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜と、前記第１の保護膜上に形成され、絶縁材料からなる第２の保護膜と、前記第２の保護膜上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜、前記第２の保護膜及び前記前記第１の保護膜に形成された開孔を介して前記下層配線と導通する上層配線とを含む。
【００１２】本発明の配線構造の他の態様は、基板の上方に形成された下層配線と、前記下層配線を覆うように形成され、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜と、前記第１の保護膜上に形成され、絶縁材料からなる第２の保護膜と、前記第２の保護膜上に形成され、シリコンカーバイドからなる第３の保護膜と、前記第３の保護膜上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜、前記第３の保護膜、前記第２の保護膜及び前記前記第１の保護膜に形成された開孔を介して前記下層配線と導通する上層配線とを含む。
【００１３】
【発明の実施の形態】−本発明の主要構成−先ず、本発明の主要構成について、その作用原理と共に説明する。Ｃｕを含有する材料に代表されるような層間絶縁膜に対する易拡散性の配線材料を用いて配線を構成した場合に、シリコン窒化膜に替わって低誘電率の保護膜として有望視されているものに、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）膜（より具体的には水素化シリコンカーバイド（ＳｉＣ：Ｈ）膜であり、以下このように記載する。）がある。
【００１４】しかしながら、ＳｉＣ：Ｈからなる保護膜をＣｕの拡散防止及び上層の層間絶縁膜の開孔時におけるエッチングストッパーに用いる場合、ＳｉＣ：Ｈの耐酸化性が問題となる。即ち、開孔を形成した後、当該開孔から保護膜の表面の一部が露出した状態で開孔形成に用いたレジストマスクを酸素プラズマによる灰化（アッシング）処理で除去することになるが、このアッシング処理により保護膜の表面、場合によっては膜中まで酸化されてしまう。これに起因して、保護膜のエッチング速度が高くなり、本来ならばエッチングされない保護膜がエッチングされ、開孔形状の異常や下層構造における不測のエッチングを惹起することにある。
【００１５】本発明では、易拡散性材料からなる配線に対応した保護膜として、当該材料の拡散防止及びエッチングストッパーとしての機能を有し、しかも低誘電率を示す構造の保護膜を提案する。この保護膜は、ＳｉＣ：Ｈ膜上にシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）が積層されてなる２層構成のものが典型的形態となる。
【００１６】ここで、ＳｉＣ：Ｈ膜のキャップ膜となるＳｉＮ膜の膜厚の最適値は、以下のように決定される。図１は、ＳｉＣ：Ｈ膜上にＳｉＮ膜を形成して灰化（アッシング）処理を行った時のＳｉＣ：Ｈ膜の膜減り量を表す特性図である。この特性図において、ＳｉＣ：Ｈ膜の膜減り量はアッシングによるＳｉＣ：Ｈ膜の酸化量に比例する値である。この特性図から、ＳｉＣ：Ｈ膜上のＳｉＮ膜の膜厚が２０ｎｍ以下の場合には、アッシングによりＳｉＣ：Ｈ膜が酸化されてＳｉＣ：Ｈ膜の膜厚が減少しているが、２０ｎｍ以上の場合ではＳｉＣ：Ｈ膜の膜減り量が見られないことが判る。従って、ＳｉＮ膜を２０ｎｍ以上の膜厚に形成することが必須となる。
【００１７】更に、このＳｉＮ膜のエッチングストッパーとしての機能を考慮し、エッチングによる膜減り量を３０ｎｍ程度と見積もれば、ＳｉＮ膜を５０ｎｍ以上に形成すれば良いことが判る。
【００１８】例えば、ダマシン法により形成されたＣｕ配線を覆うように、前記２層構成の保護膜を形成した場合、この保護膜上に層間絶縁膜を形成し、前記Ｃｕ配線に対する開孔を形成する際に、先ず保護膜を構成する上層膜であるＳｉＮ膜をストッパーとして開孔形成する。このとき、開孔形成後にＳｉＮ膜の表面の一部が開孔底部から露出した状態で開孔形成に用いたレジストパターンを灰化除去することになるが、ＳｉＮ膜は耐酸化性に優れているためにその下のＳｉＣ：Ｈ膜や前記Ｃｕ配線の酸化が抑止される。
【００１９】そして、例えば前記Ｃｕ配線を下層配線として、層間絶縁膜に更にダマシン法によりＣｕ配線を上層配線として形成する場合には、層間絶縁膜に配線溝を形成するとともに、開孔に整合するように下層Ｃｕ配線の表面の一部が露出するまで保護膜を加工した後、配線溝及び開孔を充填するように上層Ｃｕ配線を形成する。
【００２０】このように本発明では、Ｃｕ配線の保護膜を前記２層構造に形成することにより、上層のＳｉＮ膜では開孔形成時のエッチングストッパー及び下部構造の酸化防止を確実に行い、下層のＳｉＣ：Ｈ膜では低誘電率であるために層間容量を抑えることが可能となる。即ちこの保護膜を適用することにより、その本来の目的であるＣｕの拡散を確実に防止するとともに、層間容量の低減を図り、更にはエッチングストッパーとして機能するのみならずこれを発揮する際の耐酸化効果を確実に奏し、信頼性の高い配線構造が実現することになる。
【００２１】以上説明したように本発明では、保護膜を、エッチングストップ機能と耐酸化機能とを併有する材料（以下、ＳｉＮ膜として説明する。）と、層間容量の低い材料（ＳｉＣ：Ｈ）との２種類で構成するのであるが、層間容量の抑制を図るという見地からは、保護膜におけるＳｉＮ膜の割合を可及的に小さく抑えることが必要となる。
【００２２】そこで本発明者は、ＳｉＮ膜に対するエッチングストッパーの要請を最小限満たすのみに留め、その耐酸化機能を最重要視できるような構成の保護膜を考察し、ＳｉＮ膜をＳｉＣ：Ｈ膜で挟持した３重構造の保護膜を採用して、層間絶縁膜への開孔形成時には最上層のＳｉＣ：Ｈ膜をエッチングストッパーと見なしてエッチングする構成に想到した。この場合、ＳｉＣ：Ｈ膜もＳｉＮ膜には劣るもののエッチングストップ機能を有しており、更にその下層にはＳｉＮ膜が存する。従って、このシリコン酸化膜を耐酸化機能の発現に専念すべく単独ではエッチングストップ機能には不十分なほど薄く形成しても、シリコン酸化膜とその上のＳｉＣ：Ｈ膜との２層膜全体として見れば、十分なエッチングストップ効果を奏する。
【００２３】このように本発明では、Ｃｕ配線の保護膜を前記３層構造に形成することにより、上層のＳｉＣ：Ｈ膜及びＳｉＮ膜では開孔形成時のエッチングストッパーを、ＳｉＮ膜では下部構造の酸化防止を確実に行い、上下層のＳｉＣ：Ｈ膜では低誘電率であるために層間容量を抑えることが可能となる。即ちこの保護膜を適用することにより、Ｃｕの拡散を確実に防止するとともに、ＳｉＮ膜を可及的に薄く形成して層間容量の大幅な低減を図り、更にはエッチングストッパーとして機能するのみならずこれを発揮する際の耐酸化効果を確実に奏し、信頼性の高い配線構造が実現することになる。
【００２４】−具体的な実施形態−上述した主要構成を踏まえ、本発明を適用した具体的な諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。これらの実施形態では、半導体装置として一般的なＭＯＳトランジスタを例に採り、その配線構造に本発明を適用する。なお便宜上、配線構造の構成をその形成方法とともに説明する。
【００２５】（第１の実施形態）図２〜図４は、第１の実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。この配線構造を形成するにあたり、シリコンウェーハ上にゲート電極、ソース／ドレインを備えたＭＯＳトランジスタ構造を形成する。そして、このＭＯＳトランジスタの例えばソース／ドレインと電気的に接続される配線構造に本発明が適用される。
【００２６】先ず、図２（ａ）に示すように、シリコン半導体基板上のＭＯＳトランジスタ（共に不図示）を覆うようにＣＶＤ法によりシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１１を堆積した後、いわゆるダマシン法により下層Ｃｕ配線を形成する。なお、シリコン酸化膜の替わりにフッ化シリコン酸化膜、有機絶縁膜を形成するようにしても良い。具体的には、先ず、層間絶縁膜１１上にフォトレジスト（不図示）を塗布し、フォトリソグラフィーによりフォトレジストを配線形状に加工する。次に、このフォトレジストをマスクとして層間絶縁膜１１をドライエッチングし、層間絶縁膜１１にフォトレジストの形状に倣った配線溝１２を形成する。
【００２７】続いて、図２（ｂ）に示すように、配線溝１２の内壁面を覆うように、層間絶縁膜１１上にＴａＮからなるバリアメタル膜１３を膜厚２５ｎｍ程度に、更にシード金属膜としてＣｕ膜（不図示）をスパッタ装置により真空中で連続的に堆積形成する。ここで、ＲＦ処理とバリアメタル膜１３及びシード金属膜の形成は真空中で連続的に行なうことが望ましい。
【００２８】続いて、シード金属膜を電極として、メッキ法により配線溝１２内を埋め込む膜厚、ここでは１μｍ程度にＣｕ膜１４を形成する。
【００２９】そして、図２（ｃ）に示すように、ダマシン法によるＣｕ膜１４の分離のため、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法によりＣｕ膜１４及びバリアメタル膜１３を研磨して配線溝１２内のみにＣｕ膜１４及びバリアメタル膜１３を残し、下層Ｃｕ配線１５を形成する。
【００３０】続いて、下層Ｃｕ配線１５とビア孔を介して電気的に接続される上層Ｃｕ配線を形成する。
【００３１】具体的には、先ず図２（ｄ）に示すように、下層Ｃｕ配線１５の表面を覆うように本発明の２層構造の保護膜を形成する。初めに、プラズマＣＶＤ法により、下層Ｃｕ配線１５上にＳｉＣ：Ｈ膜２１を膜厚２０ｎｍ程度に形成する。続いて、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＣ：Ｈ膜２１上にＳｉＮ膜２２を膜厚５０ｎｍ程度に形成する。このＳｉＮ膜２２の膜厚は上述の考察から決定したものである。これらＳｉＣ：Ｈ膜２１及びＳｉＮ膜２２から保護膜１６が構成される。
【００３２】ＳｉＮ膜２２の形成条件としては、ＳｉＨ4ガスを流量５００ｓｃｃｍ、ＮＨ3ガスを流量３８００ｓｃｃｍ、Ｎ2ガスを流量３８００ｓｃｃｍでチャンバー内にそれぞれ供給し、チャンバー圧力を２２０Ｐａ、１３．５６ＭＨｚの高周波を５００Ｗ、２５０ｋＨｚの低周波を３５０Ｗ、基板（基板ステージ）温度を４００℃とした。
【００３３】続いて、図２（ｅ）に示すように、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１７を保護膜１６上に膜厚１２００ｎｍ程度に形成する。なお、シリコン酸化膜の替わりにフッ化シリコン酸化膜、有機絶縁膜を形成するようにしても良い。
【００３４】続いて、図３（ａ）に示すように、層間絶縁膜１７上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによりこれを加工して、開孔パターンを有するレジストパターン１８を形成する。そして、このレジストパターン１８をマスクとし、Ｃ4Ｆ8／Ｏ2系のエッチングガスを用い、保護膜１６のＳｉＮ膜２２をエッチングストッパーとして層間絶縁膜１７をエッチングし、ビア孔２３を形成する。
【００３５】続いて、図３（ｂ）に示すように、ＣＦ4／Ｏ2系のエッチングガスを用い、不要となったレジストパターン１８をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法によるアッシング処理により灰化除去する。このとき、保護膜１６はそのキャップ膜であるＳｉＮ膜２２の一部がビア孔２３の底部から露出した状態とされているが、ＳｉＮ膜２２が耐酸化性を有するために下層のＳｉＣ：Ｈ膜２１及び下層Ｃｕ配線１５等の酸素ラジカルによる酸化が防止される。ＳｉＣ：Ｈ膜２１はエッチングによる損傷や酸化による変質を受けないため、Ｃｕの拡散防止膜として十分に機能することになる。
【００３６】続いて、図３（ｃ）に示すように、ビア孔２３内を樹脂２４で充填する。この状態で層間絶縁膜１７上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによりこれを加工して、配線溝パターンを有するレジストパターン（不図示）を形成し、このレジストパターンをマスクとして層間絶縁膜１７（及び樹脂２４の一部）をエッチングして、配線溝２５を形成する。
【００３７】続いて、ＣＦ4／Ｏ2系のエッチングガスを用い、不要となったレジストパターン及びビア孔２３内の樹脂２４をＲＩＥ法によるアッシング処理により灰化除去する。
【００３８】続いて、図４（ａ）に示すように、Ｃ4Ｆ8／Ｏ2系のエッチングガスを用い、保護膜１６をビア孔２３に対して自己整合的にエッチングし、ビア孔２３の底部に下層Ｃｕ配線１５の表面の一部が露出するように、当該ビア孔２３を拡張する。
【００３９】続いて、図４（ｂ）に示すように、配線溝２５及びビア孔２３の内壁面を覆うように、層間絶縁膜１７上にＴａＮからなるバリアメタル膜２６を膜厚２５ｎｍ程度に、更にシード金属膜としてＣｕ膜（不図示）をスパッタ装置により真空中で連続的に堆積形成する。ここで、ＲＦ処理とバリアメタル膜２６及びシード金属膜の形成は真空中で連続的に行なうことが望ましい。
【００４０】続いて、シード金属膜を電極として、メッキ法により配線溝２５内及びビア孔２３内を埋め込む膜厚、ここでは１３００ｎｍ程度にＣｕ膜２７を形成する。
【００４１】そして、図４（ｃ）に示すように、ダマシン法によるＣｕ膜２７の分離のため、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法によりＣｕ膜２７及びバリアメタル膜２６を研磨して、配線溝２５内及びビア孔２３内のみにＣｕ膜２７及びバリアメタル膜２６を残し、上層Ｃｕ配線２８を形成する。以上により、ビア孔２３を介して下層Ｃｕ配線１５と上層Ｃｕ配線２８とが電気的に接続されてなる配線構造が完成する。
【００４２】しかる後、更なる層間絶縁膜やビア孔、配線等の形成を経て、前記配線構造を備えてなるＭＯＳトランジスタを完成させる。
【００４３】以上説明したように、本実施形態の配線構造によれば、下層Ｃｕ配線１５の層間絶縁膜１７へのＣｕ拡散やＣｕ膜１４の剥離を確実に防止するとともに、層間容量を低減させ、しかも高い耐酸化性を保持し、エッチングストッパーとしての機能も十分に発揮することができる。これにより、当該配線構造を備えた高集積・微細な信頼性の高い半導体装置が実現する。
【００４４】（第２の実施形態）図５〜図７は、第２の実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。この配線構造を形成するにあたり、先ず第１の実施形態と同様に図２（ａ）〜（ｃ）の各工程を経て、ダマシン法により、層間絶縁膜１１の配線溝１２をバリアメタル膜１３を介してＣｕ膜１４で埋め込んでなる下層Ｃｕ配線１５を形成する。
【００４５】続いて、下層Ｃｕ配線１５とビア孔を介して電気的に接続される上層Ｃｕ配線を形成する。
【００４６】具体的には、先ず図５（ａ）に示すように、下層Ｃｕ配線１５の表面を覆うように本発明の３層構造の保護膜を形成する。初めに、プラズマＣＶＤ法により、下層Ｃｕ配線１５上に下層ＳｉＣ：Ｈ膜３１を膜厚２０ｎｍ程度に形成する。続いて、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＣ：Ｈ膜３１上に膜厚２０ｎｍ〜２５ｎｍ程度に薄く、ここでは２０ｎｍにＳｉＮ膜３２を形成する。ここで、ＳｉＣ：Ｈ膜３１の膜厚を２０ｎｍより薄くすると耐酸化効果を奏することができず、他方で保護膜全体の層間容量を十分に低減するには２５ｎｍより薄いことを要する。続いて、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＮ膜３２上に上層ＳｉＣ：Ｈ膜３３を膜厚３０ｎｍ程度に形成する。このように、ＳｉＮ膜３２を上層ＳｉＣ：Ｈ膜３３よりも薄く形成することが好適である。これらＳｉＮ膜３１，３３の膜厚は上述の考察から決定したものである。これら下層ＳｉＣ：Ｈ膜３１、ＳｉＮ膜３２及び上層ＳｉＣ：Ｈ膜３３から保護膜４１が構成される。
【００４７】ＳｉＮ膜３２の形成条件としては、ＳｉＨ4ガスを流量５００ｓｃｃｍ、ＮＨ3ガスを流量３８００ｓｃｃｍ、Ｎ2ガスを流量３８００ｓｃｃｍでチャンバー内にそれぞれ供給し、チャンバー圧力を２２０Ｐａ、１３．５６ＭＨｚの高周波を５００Ｗ、２５０ｋＨｚの低周波を３５０Ｗ、基板（基板ステージ）温度を４００℃とした。
【００４８】続いて、図５（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１７を保護膜１６上に膜厚１２００ｎｍ程度に形成する。なお、シリコン酸化膜の替わりにフッ化シリコン酸化膜、有機絶縁膜を形成するようにしても良い。
【００４９】続いて、図６（ａ）に示すように、層間絶縁膜１７上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによりこれを加工して、開孔パターンを有するレジストパターン１８を形成する。そして、このレジストパターン１８をマスクとし、Ｃ4Ｆ8／Ｏ2系のエッチングガスを用い、保護膜４１の上層ＳｉＣ：Ｈ膜３３をエッチングストッパーとして層間絶縁膜１７をエッチングし、ビア孔２３を形成する。このとき、上層ＳｉＣ：Ｈ膜３３をエッチングストッパーとしても若干のエッチング又は貫通によるＳｉＮ層３２の露出が発生する。しかしながら、上層ＳｉＣ：Ｈ膜３３をエッチングストッパーとしておけば、少なくともＳｉＮ層３２の表面でエッチングが終了し、上層ＳｉＣ：Ｈ膜３３及びＳｉＮ層３２の２層構造全体でみれば、十分エッチングストッパーとして機能する。なお、図示の例では、ＳｉＮ層３２の一部が露出した様子を示す。
【００５０】続いて、図６（ｂ）に示すように、ＣＦ4／Ｏ2系のエッチングガスを用い、不要となったレジストパターン１８をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法によるアッシング処理により灰化除去する。このとき、保護膜４１では、上層ＳｉＣ：Ｈ膜３３の一部又はキャップ膜であるＳｉＮ膜３２の一部がビア孔２３の底部から露出した状態とされているが、ＳｉＮ膜３２が耐酸化性を有するために下層ＳｉＣ：Ｈ膜３１及び下層Ｃｕ配線１５等の酸素ラジカルによる酸化が防止される。下層ＳｉＣ：Ｈ膜３１はエッチングによる損傷や酸化による変質を受けないため、Ｃｕの拡散防止膜として十分に機能することになる。
【００５１】続いて、図６（ｃ）に示すように、ビア孔２３内を樹脂２４で充填する。この状態で層間絶縁膜１７上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによりこれを加工して、配線溝パターンを有するレジストパターン（不図示）を形成し、このレジストパターンをマスクとして層間絶縁膜１７（及び樹脂２４の一部）をエッチングして、配線溝２５を形成する。
【００５２】続いて、ＣＦ4／Ｏ2系のエッチングガスを用い、不要となったレジストパターン及びビア孔２３内の樹脂２４をＲＩＥ法によるアッシング処理により灰化除去する。
【００５３】続いて、図７（ａ）に示すように、Ｃ4Ｆ8／Ｏ2系のエッチングガスを用い、保護膜１６をビア孔２３に対して自己整合的にエッチングし、ビア孔２３の底部に下層Ｃｕ配線１５の表面の一部が露出するように、当該ビア孔２３を拡張する。
【００５４】続いて、図４（ｂ）に示すように、配線溝２５及びビア孔２３の内壁面を覆うように、層間絶縁膜１７上にＴａＮからなるバリアメタル膜２６を膜厚２５ｎｍ程度に、更にシード金属膜としてＣｕ膜（不図示）をスパッタ装置により真空中で連続的に堆積形成する。ここで、ＲＦ処理とバリアメタル膜２６及びシード金属膜の形成は真空中で連続的に行なうことが望ましい。
【００５５】続いて、シード金属膜を電極として、メッキ法により配線溝２５内及びビア孔２３内を埋め込む膜厚、ここでは１３００ｎｍ程度にＣｕ膜２７を形成する。
【００５６】そして、図４（ｃ）に示すように、ダマシン法によるＣｕ膜２７の分離のため、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法によりＣｕ膜２７及びバリアメタル膜２６を研磨して、配線溝２５内及びビア孔２３内のみにＣｕ膜２７及びバリアメタル膜２６を残し、上層Ｃｕ配線２８を形成する。以上により、ビア孔２３を介して下層Ｃｕ配線１５と上層Ｃｕ配線２８とが電気的に接続されてなる配線構造が完成する。
【００５７】しかる後、更なる層間絶縁膜やビア孔、配線等の形成を経て、前記配線構造を備えてなるＭＯＳトランジスタを完成させる。
【００５８】以上説明したように、本実施形態の配線構造によれば、下層Ｃｕ配線１５の層間絶縁膜１７へのＣｕ拡散やＣｕ膜１４の剥離を確実に防止するとともに、層間容量を大幅に低減させ、しかも高い耐酸化性を保持し、エッチングストッパーとしての機能も十分に発揮することができる。これにより、当該配線構造を備えた高集積・微細な信頼性の高い半導体装置が実現する。
【００５９】なお、本実施形態では半導体装置としてＭＯＳトランジスタを例示したが、本発明はこれに限定されず、ダマシン法によるＣｕ配線を備えて高集積化・微細化を図る全ての半導体装置に当該配線構造を適用して好適である。
【００６０】以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００６１】（付記１）基板の上方に下層配線を形成する工程と、前記下層配線の一表面を覆うように、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜を形成する工程と、前記第１の保護膜上に、絶縁材料からなる第２の保護膜を形成する工程と、前記第２の保護膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記第２の保護膜をストッパーとして、前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記層間絶縁膜の上層部位を前記開孔と整合する部位で加工する工程と、前記開孔に整合するように前記第２の保護膜及び前記第１の保護膜を加工し、前記開孔から前記下層配線の一表面を露出させる工程と、少なくとも前記開孔内を導電材料により埋め込む工程とを含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
【００６２】（付記２）基板の上方に下層配線を形成する工程と、前記下層配線の一表面を覆うように、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜を形成する工程と、前記第１の保護膜上に、絶縁材料からなる第２の保護膜を形成する工程と、前記第２の保護膜上に、シリコンカーバイドからなる第３の保護膜を形成する工程と、前記第３の保護膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記第３の保護膜をストッパーとして、前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記層間絶縁膜の上層部位を前記開孔と整合する部位で加工する工程と、前記開孔に整合するように前記第２の保護膜及び前記第１の保護膜を加工し、前記開孔から前記下層配線の一表面を露出させる工程と、少なくとも前記開孔内を導電材料により埋め込む工程とを含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
【００６３】（付記３）前記第２の保護膜を、前記第３の保護膜よりも薄く形成することを特徴とする付記２に記載の配線構造の形成方法。
【００６４】（付記４）前記下層配線を形成する工程は、前記基板の上方に形成された下層絶縁膜に配線形状の溝を形成する工程と、少なくとも銅を含有する導電材料を用いて前記溝内を充填し、前記下層配線を形成する工程とを含むことを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【００６５】（付記５）前記第２の保護膜は、前記層間絶縁膜に比してエッチング速度の低い材料からなるものであることを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【００６６】（付記６）前記第２の保護膜をプラズマＣＶＤ法により形成することを特徴とする付記５に記載の配線構造の形成方法。
【００６７】（付記７）前記層間絶縁膜の上層部位を加工する工程は、前記層間絶縁膜に前記開孔と整合するように配線形状の溝を形成する工程と、少なくとも銅を含有する導電材料を用いて前記開孔内及び前記溝内を充填し、前記下層配線と導通する上層配線を形成する工程とを含むことを特徴とする付記１〜６のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【００６８】（付記８）前記層間絶縁膜に前記開孔に整合するように配線形状の溝を形成するに際して、前記前記開孔を充填材料で埋め込んだ後、前記溝を形成し、前記充填材料を除去することを特徴とする付記７に記載の配線構造の形成方法。
【００６９】（付記９）下層配線の一表面を覆うようにシリコンカーバイドからなる第１の保護膜、絶縁材料からなる第２の保護膜、及び層間絶縁膜を順次形成する工程と、前記第２の保護膜をストッパーとして前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記開孔から前記第２の保護膜の表面が露出した状態で前記開孔形成に用いたマスクを除去する工程とを含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
【００７０】（付記１０）下層配線の一表面を覆うようにシリコンカーバイドからなる第１の保護膜、絶縁材料からなる第２の保護膜、シリコンカーバイドからなる第３の保護膜及び層間絶縁膜を順次形成する工程と、前記第３の保護膜をストッパーとして前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記開孔から前記第３の保護膜又は前記第２の保護膜の表面が露出した状態で前記開孔形成に用いたマスクを除去する工程とを含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
【００７１】（付記１１）前記第２の保護膜を、前記第３の保護膜よりも薄く形成することを特徴とする付記１０に記載の配線構造の形成方法。
【００７２】（付記１２）前記マスクを除去した後、前記層間絶縁膜の上層部位を前記開孔と整合する部位で加工し、前記開孔に整合するように前記第２の保護膜及び前記第１の保護膜を加工し、前記開孔から前記下層配線の一表面を露出させ、少なくとも前記開孔内を導電材料により埋め込むことを特徴とする付記９に記載の配線構造の形成方法。
【００７３】（付記１３）前記マスクを除去した後、前記層間絶縁膜の上層部位を前記開孔と整合する部位で加工し、前記開孔に整合するように前記第３の保護膜、前記第２の保護膜及び前記第１の保護膜を加工し、前記開孔から前記下層配線の一表面を露出させ、少なくとも前記開孔内を導電材料により埋め込むことを特徴とする付記１０又は１１に記載の配線構造の形成方法。
【００７４】（付記１４）前記マスクを除去するに際して、酸素プラズマにより前記マスクを灰化することを特徴とする付記９〜１３のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【００７５】（付記１５）前記第２の保護膜は、前記層間絶縁膜に比してエッチング速度の低い材料からなるものであることを特徴とする付記９〜１４のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【００７６】（付記１６）前記第２の保護膜をプラズマＣＶＤ法により形成することを特徴とする付記１５に記載の配線構造の形成方法。
【００７７】（付記１７）前記絶縁膜に形成した第１の配線溝内に少なくとも銅を含有する導電材料を充填することにより前記下層配線を形成することを特徴とする付記９〜１６のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【００７８】（付記１８）前記層間絶縁膜に前記開孔と整合するように形成した第２の配線溝内及び前記開孔内に少なくとも銅を含有する導電材料を充填し、前記下層配線と導通する上層配線を形成することを特徴とする付記１７に記載の配線構造の形成方法。
【００７９】（付記１９）基板の上方に形成された下層配線と、前記下層配線を覆うように形成され、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜と、前記第１の保護膜上に形成され、絶縁材料からなる第２の保護膜と、前記第２の保護膜上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜、前記第２の保護膜及び前記前記第１の保護膜に形成された開孔を介して前記下層配線と導通する上層配線とを含むことを特徴とする配線構造。
【００８０】（付記２０）基板の上方に形成された下層配線と、前記下層配線を覆うように形成され、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜と、前記第１の保護膜上に形成され、絶縁材料からなる第２の保護膜と、前記第２の保護膜上に形成され、シリコンカーバイドからなる第３の保護膜と、前記第３の保護膜上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜、前記第３の保護膜、前記第２の保護膜及び前記前記第１の保護膜に形成された開孔を介して前記下層配線と導通する上層配線とを含むことを特徴とする配線構造。
【００８１】（付記２１）前記下層配線は、前記絶縁膜に形成された第１の配線溝内に少なくとも銅を含有する導電材料が充填されてなるものであることを特徴とする付記１９又は２０に記載の配線構造。
【００８２】（付記２２）前記上層配線は、前記層間絶縁膜に前記開孔と整合するように形成された第２の配線溝内及び前記開孔内に少なくとも銅を含有する導電材料が充填されてなるものであることを特徴とする付記２１に記載の配線構造。
【００８３】（付記２３）前記第２の保護膜はシリコン窒化膜であることを特徴とする付記１９〜２２のいずれか１項に記載の配線構造。
【００８４】
【発明の効果】本発明によれば、Ｃｕを含有する材料に代表されるような層間絶縁膜に対する易拡散性の材料を用いて配線を構成した場合に、前記易拡散性の材料の層間絶縁膜への拡散や材料の剥離を確実に防止するとともに、層間容量を低減させ、しかも高い耐酸化性を保持して信頼性の高い配線構造が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳｉＣ：Ｈ膜上にＳｉＮ膜を形成してアッシング処理を行った時のＳｉＣ：Ｈ膜の膜減り量を表す特性図である。
【図２】第１の実施形態に係る配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【図３】図２に引き続き、第１の実施形態に係る配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【図４】図３に引き続き、第１の実施形態に係る配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【図５】第２の実施形態に係る配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【図６】図５に引き続き、第２の実施形態に係る配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【図７】図６に引き続き、第２の実施形態に係る配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【符号の説明】
１１，１７ 層間絶縁膜
１２，２５ 配線溝
１３，２６ バリアメタル膜
１４，２７ Ｃｕ膜
１５ 下層Ｃｕ配線
１６，４１ 保護膜
１８ レジストパターン
２１ ＳｉＣ：Ｈ膜
２２，３２ ＳｉＮ膜
２３ ビア孔
２４ 樹脂
２８ 上層Ｃｕ配線
３１ 下層ＳｉＣ：Ｈ膜
３３ 上層ＳｉＣ：Ｈ膜
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に半導体装置に用いられる配線構造及びその形成方法に関し、特に配線が少なくとも銅（Ｃｕ）を含有する材料からなる配線構造に適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】近年では、半導体素子の高集積化とチップサイズの縮小化に伴い、配線の微細化及び多層配線化が加速的に進められている。こうした多層配線を有するロジックデバイスにおいては、配線遅延がデバイス信号遅延の支配的要因の１つになりつつある。デバイスの信号遅延は配線抵抗値と配線容量の積に比例しており、従って配線遅延の改善のためには、配線抵抗値や配線容量を軽減することが重要である。
【０００３】そこで、配線抵抗を低減するため、Ｃｕ配線を形成することが検討されている。Ｃｕは加工が困難であり、従ってこれを配線に適用する場合の好適な構造として、絶縁膜に形成した配線溝をＣｕで充填してなる、いわゆるダマシン構造が注目されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】Ｃｕ配線を形成した場合、Ｃｕは酸化膜等の層間絶縁膜中へ拡散し易い性質を有することから、Ｃｕ配線とその上層の層間絶縁膜との間に拡散防止を主目的とする保護膜を形成する必要がある。この保護膜として、従来では耐酸化性に優れたシリコン窒化膜が用いられてきた。しかしながら、シリコン窒化膜は比較的エッチング速度が低くエッチングストッパーとして機能する反面、誘電率が高く、これを形成することにより層間容量の増大を招くという問題がある。
【０００５】そこで本発明は、前記課題を解決すべく成されたものであり、Ｃｕを含有する材料に代表されるような層間絶縁膜に対する易拡散性の材料を用いて配線を構成した場合に、前記易拡散性の材料の層間絶縁膜への拡散や材料の剥離を確実に防止するとともに、層間容量を低減させ、しかも高い耐酸化性を保持して信頼性の高い配線構造及びその形成方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意検討の結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【０００７】本発明の配線構造の形成方法は、基板の上方に下層配線を形成する工程と、前記下層配線の一表面を覆うように、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜を形成する工程と、前記第１の保護膜上に、絶縁材料からなる第２の保護膜を形成する工程と、前記第２の保護膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記第２の保護膜をストッパーとして、前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記層間絶縁膜の上層部位を前記開孔と整合する部位で加工する工程と、前記開孔に整合するように前記第２の保護膜及び前記第１の保護膜を加工し、前記開孔から前記下層配線の一表面を露出させる工程と、少なくとも前記開孔内を導電材料により埋め込む工程とを含む。
【０００８】本発明の配線構造の形成方法の他の態様は、基板の上方に下層配線を形成する工程と、前記下層配線の一表面を覆うように、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜を形成する工程と、前記第１の保護膜上に、絶縁材料からなる第２の保護膜を形成する工程と、前記第２の保護膜上に、シリコンカーバイドからなる第３の保護膜を形成する工程と、前記第３の保護膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記第３の保護膜をストッパーとして、前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記層間絶縁膜の上層部位を前記開孔と整合する部位で加工する工程と、前記開孔に整合するように前記第２の保護膜及び前記第１の保護膜を加工し、前記開孔から前記下層配線の一表面を露出させる工程と、少なくとも前記開孔内を導電材料により埋め込む工程とを含む。
【０００９】本発明の配線構造の形成方法の他の態様は、下層配線の一表面を覆うようにシリコンカーバイドからなる第１の保護膜、絶縁材料からなる第２の保護膜、及び層間絶縁膜を順次形成する工程と、前記第２の保護膜をストッパーとして前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記開孔から前記第２の保護膜の表面が露出した状態で前記開孔形成に用いたマスクを除去する工程とを含む。
【００１０】本発明の配線構造の形成方法の他の態様は、下層配線の一表面を覆うようにシリコンカーバイドからなる第１の保護膜、絶縁材料からなる第２の保護膜、シリコンカーバイドからなる第３の保護膜及び層間絶縁膜を順次形成する工程と、前記第３の保護膜をストッパーとして前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記開孔から前記第３の保護膜又は前記第２の保護膜の表面が露出した状態で前記開孔形成に用いたマスクを除去する工程とを含む。
【００１１】本発明の配線構造は、基板の上方に形成された下層配線と、前記下層配線を覆うように形成され、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜と、前記第１の保護膜上に形成され、絶縁材料からなる第２の保護膜と、前記第２の保護膜上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜、前記第２の保護膜及び前記前記第１の保護膜に形成された開孔を介して前記下層配線と導通する上層配線とを含む。
【００１２】本発明の配線構造の他の態様は、基板の上方に形成された下層配線と、前記下層配線を覆うように形成され、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜と、前記第１の保護膜上に形成され、絶縁材料からなる第２の保護膜と、前記第２の保護膜上に形成され、シリコンカーバイドからなる第３の保護膜と、前記第３の保護膜上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜、前記第３の保護膜、前記第２の保護膜及び前記前記第１の保護膜に形成された開孔を介して前記下層配線と導通する上層配線とを含む。
【００１３】
【発明の実施の形態】−本発明の主要構成−先ず、本発明の主要構成について、その作用原理と共に説明する。Ｃｕを含有する材料に代表されるような層間絶縁膜に対する易拡散性の配線材料を用いて配線を構成した場合に、シリコン窒化膜に替わって低誘電率の保護膜として有望視されているものに、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）膜（より具体的には水素化シリコンカーバイド（ＳｉＣ：Ｈ）膜であり、以下このように記載する。）がある。
【００１４】しかしながら、ＳｉＣ：Ｈからなる保護膜をＣｕの拡散防止及び上層の層間絶縁膜の開孔時におけるエッチングストッパーに用いる場合、ＳｉＣ：Ｈの耐酸化性が問題となる。即ち、開孔を形成した後、当該開孔から保護膜の表面の一部が露出した状態で開孔形成に用いたレジストマスクを酸素プラズマによる灰化（アッシング）処理で除去することになるが、このアッシング処理により保護膜の表面、場合によっては膜中まで酸化されてしまう。これに起因して、保護膜のエッチング速度が高くなり、本来ならばエッチングされない保護膜がエッチングされ、開孔形状の異常や下層構造における不測のエッチングを惹起することにある。
【００１５】本発明では、易拡散性材料からなる配線に対応した保護膜として、当該材料の拡散防止及びエッチングストッパーとしての機能を有し、しかも低誘電率を示す構造の保護膜を提案する。この保護膜は、ＳｉＣ：Ｈ膜上にシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）が積層されてなる２層構成のものが典型的形態となる。
【００１６】ここで、ＳｉＣ：Ｈ膜のキャップ膜となるＳｉＮ膜の膜厚の最適値は、以下のように決定される。図１は、ＳｉＣ：Ｈ膜上にＳｉＮ膜を形成して灰化（アッシング）処理を行った時のＳｉＣ：Ｈ膜の膜減り量を表す特性図である。この特性図において、ＳｉＣ：Ｈ膜の膜減り量はアッシングによるＳｉＣ：Ｈ膜の酸化量に比例する値である。この特性図から、ＳｉＣ：Ｈ膜上のＳｉＮ膜の膜厚が２０ｎｍ以下の場合には、アッシングによりＳｉＣ：Ｈ膜が酸化されてＳｉＣ：Ｈ膜の膜厚が減少しているが、２０ｎｍ以上の場合ではＳｉＣ：Ｈ膜の膜減り量が見られないことが判る。従って、ＳｉＮ膜を２０ｎｍ以上の膜厚に形成することが必須となる。
【００１７】更に、このＳｉＮ膜のエッチングストッパーとしての機能を考慮し、エッチングによる膜減り量を３０ｎｍ程度と見積もれば、ＳｉＮ膜を５０ｎｍ以上に形成すれば良いことが判る。
【００１８】例えば、ダマシン法により形成されたＣｕ配線を覆うように、前記２層構成の保護膜を形成した場合、この保護膜上に層間絶縁膜を形成し、前記Ｃｕ配線に対する開孔を形成する際に、先ず保護膜を構成する上層膜であるＳｉＮ膜をストッパーとして開孔形成する。このとき、開孔形成後にＳｉＮ膜の表面の一部が開孔底部から露出した状態で開孔形成に用いたレジストパターンを灰化除去することになるが、ＳｉＮ膜は耐酸化性に優れているためにその下のＳｉＣ：Ｈ膜や前記Ｃｕ配線の酸化が抑止される。
【００１９】そして、例えば前記Ｃｕ配線を下層配線として、層間絶縁膜に更にダマシン法によりＣｕ配線を上層配線として形成する場合には、層間絶縁膜に配線溝を形成するとともに、開孔に整合するように下層Ｃｕ配線の表面の一部が露出するまで保護膜を加工した後、配線溝及び開孔を充填するように上層Ｃｕ配線を形成する。
【００２０】このように本発明では、Ｃｕ配線の保護膜を前記２層構造に形成することにより、上層のＳｉＮ膜では開孔形成時のエッチングストッパー及び下部構造の酸化防止を確実に行い、下層のＳｉＣ：Ｈ膜では低誘電率であるために層間容量を抑えることが可能となる。即ちこの保護膜を適用することにより、その本来の目的であるＣｕの拡散を確実に防止するとともに、層間容量の低減を図り、更にはエッチングストッパーとして機能するのみならずこれを発揮する際の耐酸化効果を確実に奏し、信頼性の高い配線構造が実現することになる。
【００２１】以上説明したように本発明では、保護膜を、エッチングストップ機能と耐酸化機能とを併有する材料（以下、ＳｉＮ膜として説明する。）と、層間容量の低い材料（ＳｉＣ：Ｈ）との２種類で構成するのであるが、層間容量の抑制を図るという見地からは、保護膜におけるＳｉＮ膜の割合を可及的に小さく抑えることが必要となる。
【００２２】そこで本発明者は、ＳｉＮ膜に対するエッチングストッパーの要請を最小限満たすのみに留め、その耐酸化機能を最重要視できるような構成の保護膜を考察し、ＳｉＮ膜をＳｉＣ：Ｈ膜で挟持した３重構造の保護膜を採用して、層間絶縁膜への開孔形成時には最上層のＳｉＣ：Ｈ膜をエッチングストッパーと見なしてエッチングする構成に想到した。この場合、ＳｉＣ：Ｈ膜もＳｉＮ膜には劣るもののエッチングストップ機能を有しており、更にその下層にはＳｉＮ膜が存する。従って、このシリコン酸化膜を耐酸化機能の発現に専念すべく単独ではエッチングストップ機能には不十分なほど薄く形成しても、シリコン酸化膜とその上のＳｉＣ：Ｈ膜との２層膜全体として見れば、十分なエッチングストップ効果を奏する。
【００２３】このように本発明では、Ｃｕ配線の保護膜を前記３層構造に形成することにより、上層のＳｉＣ：Ｈ膜及びＳｉＮ膜では開孔形成時のエッチングストッパーを、ＳｉＮ膜では下部構造の酸化防止を確実に行い、上下層のＳｉＣ：Ｈ膜では低誘電率であるために層間容量を抑えることが可能となる。即ちこの保護膜を適用することにより、Ｃｕの拡散を確実に防止するとともに、ＳｉＮ膜を可及的に薄く形成して層間容量の大幅な低減を図り、更にはエッチングストッパーとして機能するのみならずこれを発揮する際の耐酸化効果を確実に奏し、信頼性の高い配線構造が実現することになる。
【００２４】−具体的な実施形態−上述した主要構成を踏まえ、本発明を適用した具体的な諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。これらの実施形態では、半導体装置として一般的なＭＯＳトランジスタを例に採り、その配線構造に本発明を適用する。なお便宜上、配線構造の構成をその形成方法とともに説明する。
【００２５】（第１の実施形態）図２〜図４は、第１の実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。この配線構造を形成するにあたり、シリコンウェーハ上にゲート電極、ソース／ドレインを備えたＭＯＳトランジスタ構造を形成する。そして、このＭＯＳトランジスタの例えばソース／ドレインと電気的に接続される配線構造に本発明が適用される。
【００２６】先ず、図２（ａ）に示すように、シリコン半導体基板上のＭＯＳトランジスタ（共に不図示）を覆うようにＣＶＤ法によりシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１１を堆積した後、いわゆるダマシン法により下層Ｃｕ配線を形成する。なお、シリコン酸化膜の替わりにフッ化シリコン酸化膜、有機絶縁膜を形成するようにしても良い。具体的には、先ず、層間絶縁膜１１上にフォトレジスト（不図示）を塗布し、フォトリソグラフィーによりフォトレジストを配線形状に加工する。次に、このフォトレジストをマスクとして層間絶縁膜１１をドライエッチングし、層間絶縁膜１１にフォトレジストの形状に倣った配線溝１２を形成する。
【００２７】続いて、図２（ｂ）に示すように、配線溝１２の内壁面を覆うように、層間絶縁膜１１上にＴａＮからなるバリアメタル膜１３を膜厚２５ｎｍ程度に、更にシード金属膜としてＣｕ膜（不図示）をスパッタ装置により真空中で連続的に堆積形成する。ここで、ＲＦ処理とバリアメタル膜１３及びシード金属膜の形成は真空中で連続的に行なうことが望ましい。
【００２８】続いて、シード金属膜を電極として、メッキ法により配線溝１２内を埋め込む膜厚、ここでは１μｍ程度にＣｕ膜１４を形成する。
【００２９】そして、図２（ｃ）に示すように、ダマシン法によるＣｕ膜１４の分離のため、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法によりＣｕ膜１４及びバリアメタル膜１３を研磨して配線溝１２内のみにＣｕ膜１４及びバリアメタル膜１３を残し、下層Ｃｕ配線１５を形成する。
【００３０】続いて、下層Ｃｕ配線１５とビア孔を介して電気的に接続される上層Ｃｕ配線を形成する。
【００３１】具体的には、先ず図２（ｄ）に示すように、下層Ｃｕ配線１５の表面を覆うように本発明の２層構造の保護膜を形成する。初めに、プラズマＣＶＤ法により、下層Ｃｕ配線１５上にＳｉＣ：Ｈ膜２１を膜厚２０ｎｍ程度に形成する。続いて、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＣ：Ｈ膜２１上にＳｉＮ膜２２を膜厚５０ｎｍ程度に形成する。このＳｉＮ膜２２の膜厚は上述の考察から決定したものである。これらＳｉＣ：Ｈ膜２１及びＳｉＮ膜２２から保護膜１６が構成される。
【００３２】ＳｉＮ膜２２の形成条件としては、ＳｉＨ4ガスを流量５００ｓｃｃｍ、ＮＨ3ガスを流量３８００ｓｃｃｍ、Ｎ2ガスを流量３８００ｓｃｃｍでチャンバー内にそれぞれ供給し、チャンバー圧力を２２０Ｐａ、１３．５６ＭＨｚの高周波を５００Ｗ、２５０ｋＨｚの低周波を３５０Ｗ、基板（基板ステージ）温度を４００℃とした。
【００３３】続いて、図２（ｅ）に示すように、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１７を保護膜１６上に膜厚１２００ｎｍ程度に形成する。なお、シリコン酸化膜の替わりにフッ化シリコン酸化膜、有機絶縁膜を形成するようにしても良い。
【００３４】続いて、図３（ａ）に示すように、層間絶縁膜１７上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによりこれを加工して、開孔パターンを有するレジストパターン１８を形成する。そして、このレジストパターン１８をマスクとし、Ｃ4Ｆ8／Ｏ2系のエッチングガスを用い、保護膜１６のＳｉＮ膜２２をエッチングストッパーとして層間絶縁膜１７をエッチングし、ビア孔２３を形成する。
【００３５】続いて、図３（ｂ）に示すように、ＣＦ4／Ｏ2系のエッチングガスを用い、不要となったレジストパターン１８をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法によるアッシング処理により灰化除去する。このとき、保護膜１６はそのキャップ膜であるＳｉＮ膜２２の一部がビア孔２３の底部から露出した状態とされているが、ＳｉＮ膜２２が耐酸化性を有するために下層のＳｉＣ：Ｈ膜２１及び下層Ｃｕ配線１５等の酸素ラジカルによる酸化が防止される。ＳｉＣ：Ｈ膜２１はエッチングによる損傷や酸化による変質を受けないため、Ｃｕの拡散防止膜として十分に機能することになる。
【００３６】続いて、図３（ｃ）に示すように、ビア孔２３内を樹脂２４で充填する。この状態で層間絶縁膜１７上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによりこれを加工して、配線溝パターンを有するレジストパターン（不図示）を形成し、このレジストパターンをマスクとして層間絶縁膜１７（及び樹脂２４の一部）をエッチングして、配線溝２５を形成する。
【００３７】続いて、ＣＦ4／Ｏ2系のエッチングガスを用い、不要となったレジストパターン及びビア孔２３内の樹脂２４をＲＩＥ法によるアッシング処理により灰化除去する。
【００３８】続いて、図４（ａ）に示すように、Ｃ4Ｆ8／Ｏ2系のエッチングガスを用い、保護膜１６をビア孔２３に対して自己整合的にエッチングし、ビア孔２３の底部に下層Ｃｕ配線１５の表面の一部が露出するように、当該ビア孔２３を拡張する。
【００３９】続いて、図４（ｂ）に示すように、配線溝２５及びビア孔２３の内壁面を覆うように、層間絶縁膜１７上にＴａＮからなるバリアメタル膜２６を膜厚２５ｎｍ程度に、更にシード金属膜としてＣｕ膜（不図示）をスパッタ装置により真空中で連続的に堆積形成する。ここで、ＲＦ処理とバリアメタル膜２６及びシード金属膜の形成は真空中で連続的に行なうことが望ましい。
【００４０】続いて、シード金属膜を電極として、メッキ法により配線溝２５内及びビア孔２３内を埋め込む膜厚、ここでは１３００ｎｍ程度にＣｕ膜２７を形成する。
【００４１】そして、図４（ｃ）に示すように、ダマシン法によるＣｕ膜２７の分離のため、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法によりＣｕ膜２７及びバリアメタル膜２６を研磨して、配線溝２５内及びビア孔２３内のみにＣｕ膜２７及びバリアメタル膜２６を残し、上層Ｃｕ配線２８を形成する。以上により、ビア孔２３を介して下層Ｃｕ配線１５と上層Ｃｕ配線２８とが電気的に接続されてなる配線構造が完成する。
【００４２】しかる後、更なる層間絶縁膜やビア孔、配線等の形成を経て、前記配線構造を備えてなるＭＯＳトランジスタを完成させる。
【００４３】以上説明したように、本実施形態の配線構造によれば、下層Ｃｕ配線１５の層間絶縁膜１７へのＣｕ拡散やＣｕ膜１４の剥離を確実に防止するとともに、層間容量を低減させ、しかも高い耐酸化性を保持し、エッチングストッパーとしての機能も十分に発揮することができる。これにより、当該配線構造を備えた高集積・微細な信頼性の高い半導体装置が実現する。
【００４４】（第２の実施形態）図５〜図７は、第２の実施形態による配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。この配線構造を形成するにあたり、先ず第１の実施形態と同様に図２（ａ）〜（ｃ）の各工程を経て、ダマシン法により、層間絶縁膜１１の配線溝１２をバリアメタル膜１３を介してＣｕ膜１４で埋め込んでなる下層Ｃｕ配線１５を形成する。
【００４５】続いて、下層Ｃｕ配線１５とビア孔を介して電気的に接続される上層Ｃｕ配線を形成する。
【００４６】具体的には、先ず図５（ａ）に示すように、下層Ｃｕ配線１５の表面を覆うように本発明の３層構造の保護膜を形成する。初めに、プラズマＣＶＤ法により、下層Ｃｕ配線１５上に下層ＳｉＣ：Ｈ膜３１を膜厚２０ｎｍ程度に形成する。続いて、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＣ：Ｈ膜３１上に膜厚２０ｎｍ〜２５ｎｍ程度に薄く、ここでは２０ｎｍにＳｉＮ膜３２を形成する。ここで、ＳｉＣ：Ｈ膜３１の膜厚を２０ｎｍより薄くすると耐酸化効果を奏することができず、他方で保護膜全体の層間容量を十分に低減するには２５ｎｍより薄いことを要する。続いて、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＮ膜３２上に上層ＳｉＣ：Ｈ膜３３を膜厚３０ｎｍ程度に形成する。このように、ＳｉＮ膜３２を上層ＳｉＣ：Ｈ膜３３よりも薄く形成することが好適である。これらＳｉＮ膜３１，３３の膜厚は上述の考察から決定したものである。これら下層ＳｉＣ：Ｈ膜３１、ＳｉＮ膜３２及び上層ＳｉＣ：Ｈ膜３３から保護膜４１が構成される。
【００４７】ＳｉＮ膜３２の形成条件としては、ＳｉＨ4ガスを流量５００ｓｃｃｍ、ＮＨ3ガスを流量３８００ｓｃｃｍ、Ｎ2ガスを流量３８００ｓｃｃｍでチャンバー内にそれぞれ供給し、チャンバー圧力を２２０Ｐａ、１３．５６ＭＨｚの高周波を５００Ｗ、２５０ｋＨｚの低周波を３５０Ｗ、基板（基板ステージ）温度を４００℃とした。
【００４８】続いて、図５（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１７を保護膜１６上に膜厚１２００ｎｍ程度に形成する。なお、シリコン酸化膜の替わりにフッ化シリコン酸化膜、有機絶縁膜を形成するようにしても良い。
【００４９】続いて、図６（ａ）に示すように、層間絶縁膜１７上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによりこれを加工して、開孔パターンを有するレジストパターン１８を形成する。そして、このレジストパターン１８をマスクとし、Ｃ4Ｆ8／Ｏ2系のエッチングガスを用い、保護膜４１の上層ＳｉＣ：Ｈ膜３３をエッチングストッパーとして層間絶縁膜１７をエッチングし、ビア孔２３を形成する。このとき、上層ＳｉＣ：Ｈ膜３３をエッチングストッパーとしても若干のエッチング又は貫通によるＳｉＮ層３２の露出が発生する。しかしながら、上層ＳｉＣ：Ｈ膜３３をエッチングストッパーとしておけば、少なくともＳｉＮ層３２の表面でエッチングが終了し、上層ＳｉＣ：Ｈ膜３３及びＳｉＮ層３２の２層構造全体でみれば、十分エッチングストッパーとして機能する。なお、図示の例では、ＳｉＮ層３２の一部が露出した様子を示す。
【００５０】続いて、図６（ｂ）に示すように、ＣＦ4／Ｏ2系のエッチングガスを用い、不要となったレジストパターン１８をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法によるアッシング処理により灰化除去する。このとき、保護膜４１では、上層ＳｉＣ：Ｈ膜３３の一部又はキャップ膜であるＳｉＮ膜３２の一部がビア孔２３の底部から露出した状態とされているが、ＳｉＮ膜３２が耐酸化性を有するために下層ＳｉＣ：Ｈ膜３１及び下層Ｃｕ配線１５等の酸素ラジカルによる酸化が防止される。下層ＳｉＣ：Ｈ膜３１はエッチングによる損傷や酸化による変質を受けないため、Ｃｕの拡散防止膜として十分に機能することになる。
【００５１】続いて、図６（ｃ）に示すように、ビア孔２３内を樹脂２４で充填する。この状態で層間絶縁膜１７上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによりこれを加工して、配線溝パターンを有するレジストパターン（不図示）を形成し、このレジストパターンをマスクとして層間絶縁膜１７（及び樹脂２４の一部）をエッチングして、配線溝２５を形成する。
【００５２】続いて、ＣＦ4／Ｏ2系のエッチングガスを用い、不要となったレジストパターン及びビア孔２３内の樹脂２４をＲＩＥ法によるアッシング処理により灰化除去する。
【００５３】続いて、図７（ａ）に示すように、Ｃ4Ｆ8／Ｏ2系のエッチングガスを用い、保護膜１６をビア孔２３に対して自己整合的にエッチングし、ビア孔２３の底部に下層Ｃｕ配線１５の表面の一部が露出するように、当該ビア孔２３を拡張する。
【００５４】続いて、図４（ｂ）に示すように、配線溝２５及びビア孔２３の内壁面を覆うように、層間絶縁膜１７上にＴａＮからなるバリアメタル膜２６を膜厚２５ｎｍ程度に、更にシード金属膜としてＣｕ膜（不図示）をスパッタ装置により真空中で連続的に堆積形成する。ここで、ＲＦ処理とバリアメタル膜２６及びシード金属膜の形成は真空中で連続的に行なうことが望ましい。
【００５５】続いて、シード金属膜を電極として、メッキ法により配線溝２５内及びビア孔２３内を埋め込む膜厚、ここでは１３００ｎｍ程度にＣｕ膜２７を形成する。
【００５６】そして、図４（ｃ）に示すように、ダマシン法によるＣｕ膜２７の分離のため、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法によりＣｕ膜２７及びバリアメタル膜２６を研磨して、配線溝２５内及びビア孔２３内のみにＣｕ膜２７及びバリアメタル膜２６を残し、上層Ｃｕ配線２８を形成する。以上により、ビア孔２３を介して下層Ｃｕ配線１５と上層Ｃｕ配線２８とが電気的に接続されてなる配線構造が完成する。
【００５７】しかる後、更なる層間絶縁膜やビア孔、配線等の形成を経て、前記配線構造を備えてなるＭＯＳトランジスタを完成させる。
【００５８】以上説明したように、本実施形態の配線構造によれば、下層Ｃｕ配線１５の層間絶縁膜１７へのＣｕ拡散やＣｕ膜１４の剥離を確実に防止するとともに、層間容量を大幅に低減させ、しかも高い耐酸化性を保持し、エッチングストッパーとしての機能も十分に発揮することができる。これにより、当該配線構造を備えた高集積・微細な信頼性の高い半導体装置が実現する。
【００５９】なお、本実施形態では半導体装置としてＭＯＳトランジスタを例示したが、本発明はこれに限定されず、ダマシン法によるＣｕ配線を備えて高集積化・微細化を図る全ての半導体装置に当該配線構造を適用して好適である。
【００６０】以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００６１】（付記１）基板の上方に下層配線を形成する工程と、前記下層配線の一表面を覆うように、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜を形成する工程と、前記第１の保護膜上に、絶縁材料からなる第２の保護膜を形成する工程と、前記第２の保護膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記第２の保護膜をストッパーとして、前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記層間絶縁膜の上層部位を前記開孔と整合する部位で加工する工程と、前記開孔に整合するように前記第２の保護膜及び前記第１の保護膜を加工し、前記開孔から前記下層配線の一表面を露出させる工程と、少なくとも前記開孔内を導電材料により埋め込む工程とを含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
【００６２】（付記２）基板の上方に下層配線を形成する工程と、前記下層配線の一表面を覆うように、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜を形成する工程と、前記第１の保護膜上に、絶縁材料からなる第２の保護膜を形成する工程と、前記第２の保護膜上に、シリコンカーバイドからなる第３の保護膜を形成する工程と、前記第３の保護膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記第３の保護膜をストッパーとして、前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記層間絶縁膜の上層部位を前記開孔と整合する部位で加工する工程と、前記開孔に整合するように前記第２の保護膜及び前記第１の保護膜を加工し、前記開孔から前記下層配線の一表面を露出させる工程と、少なくとも前記開孔内を導電材料により埋め込む工程とを含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
【００６３】（付記３）前記第２の保護膜を、前記第３の保護膜よりも薄く形成することを特徴とする付記２に記載の配線構造の形成方法。
【００６４】（付記４）前記下層配線を形成する工程は、前記基板の上方に形成された下層絶縁膜に配線形状の溝を形成する工程と、少なくとも銅を含有する導電材料を用いて前記溝内を充填し、前記下層配線を形成する工程とを含むことを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【００６５】（付記５）前記第２の保護膜は、前記層間絶縁膜に比してエッチング速度の低い材料からなるものであることを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【００６６】（付記６）前記第２の保護膜をプラズマＣＶＤ法により形成することを特徴とする付記５に記載の配線構造の形成方法。
【００６７】（付記７）前記層間絶縁膜の上層部位を加工する工程は、前記層間絶縁膜に前記開孔と整合するように配線形状の溝を形成する工程と、少なくとも銅を含有する導電材料を用いて前記開孔内及び前記溝内を充填し、前記下層配線と導通する上層配線を形成する工程とを含むことを特徴とする付記１〜６のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【００６８】（付記８）前記層間絶縁膜に前記開孔に整合するように配線形状の溝を形成するに際して、前記前記開孔を充填材料で埋め込んだ後、前記溝を形成し、前記充填材料を除去することを特徴とする付記７に記載の配線構造の形成方法。
【００６９】（付記９）下層配線の一表面を覆うようにシリコンカーバイドからなる第１の保護膜、絶縁材料からなる第２の保護膜、及び層間絶縁膜を順次形成する工程と、前記第２の保護膜をストッパーとして前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記開孔から前記第２の保護膜の表面が露出した状態で前記開孔形成に用いたマスクを除去する工程とを含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
【００７０】（付記１０）下層配線の一表面を覆うようにシリコンカーバイドからなる第１の保護膜、絶縁材料からなる第２の保護膜、シリコンカーバイドからなる第３の保護膜及び層間絶縁膜を順次形成する工程と、前記第３の保護膜をストッパーとして前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記開孔から前記第３の保護膜又は前記第２の保護膜の表面が露出した状態で前記開孔形成に用いたマスクを除去する工程とを含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
【００７１】（付記１１）前記第２の保護膜を、前記第３の保護膜よりも薄く形成することを特徴とする付記１０に記載の配線構造の形成方法。
【００７２】（付記１２）前記マスクを除去した後、前記層間絶縁膜の上層部位を前記開孔と整合する部位で加工し、前記開孔に整合するように前記第２の保護膜及び前記第１の保護膜を加工し、前記開孔から前記下層配線の一表面を露出させ、少なくとも前記開孔内を導電材料により埋め込むことを特徴とする付記９に記載の配線構造の形成方法。
【００７３】（付記１３）前記マスクを除去した後、前記層間絶縁膜の上層部位を前記開孔と整合する部位で加工し、前記開孔に整合するように前記第３の保護膜、前記第２の保護膜及び前記第１の保護膜を加工し、前記開孔から前記下層配線の一表面を露出させ、少なくとも前記開孔内を導電材料により埋め込むことを特徴とする付記１０又は１１に記載の配線構造の形成方法。
【００７４】（付記１４）前記マスクを除去するに際して、酸素プラズマにより前記マスクを灰化することを特徴とする付記９〜１３のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【００７５】（付記１５）前記第２の保護膜は、前記層間絶縁膜に比してエッチング速度の低い材料からなるものであることを特徴とする付記９〜１４のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【００７６】（付記１６）前記第２の保護膜をプラズマＣＶＤ法により形成することを特徴とする付記１５に記載の配線構造の形成方法。
【００７７】（付記１７）前記絶縁膜に形成した第１の配線溝内に少なくとも銅を含有する導電材料を充填することにより前記下層配線を形成することを特徴とする付記９〜１６のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【００７８】（付記１８）前記層間絶縁膜に前記開孔と整合するように形成した第２の配線溝内及び前記開孔内に少なくとも銅を含有する導電材料を充填し、前記下層配線と導通する上層配線を形成することを特徴とする付記１７に記載の配線構造の形成方法。
【００７９】（付記１９）基板の上方に形成された下層配線と、前記下層配線を覆うように形成され、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜と、前記第１の保護膜上に形成され、絶縁材料からなる第２の保護膜と、前記第２の保護膜上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜、前記第２の保護膜及び前記前記第１の保護膜に形成された開孔を介して前記下層配線と導通する上層配線とを含むことを特徴とする配線構造。
【００８０】（付記２０）基板の上方に形成された下層配線と、前記下層配線を覆うように形成され、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜と、前記第１の保護膜上に形成され、絶縁材料からなる第２の保護膜と、前記第２の保護膜上に形成され、シリコンカーバイドからなる第３の保護膜と、前記第３の保護膜上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜、前記第３の保護膜、前記第２の保護膜及び前記前記第１の保護膜に形成された開孔を介して前記下層配線と導通する上層配線とを含むことを特徴とする配線構造。
【００８１】（付記２１）前記下層配線は、前記絶縁膜に形成された第１の配線溝内に少なくとも銅を含有する導電材料が充填されてなるものであることを特徴とする付記１９又は２０に記載の配線構造。
【００８２】（付記２２）前記上層配線は、前記層間絶縁膜に前記開孔と整合するように形成された第２の配線溝内及び前記開孔内に少なくとも銅を含有する導電材料が充填されてなるものであることを特徴とする付記２１に記載の配線構造。
【００８３】（付記２３）前記第２の保護膜はシリコン窒化膜であることを特徴とする付記１９〜２２のいずれか１項に記載の配線構造。
【００８４】
【発明の効果】本発明によれば、Ｃｕを含有する材料に代表されるような層間絶縁膜に対する易拡散性の材料を用いて配線を構成した場合に、前記易拡散性の材料の層間絶縁膜への拡散や材料の剥離を確実に防止するとともに、層間容量を低減させ、しかも高い耐酸化性を保持して信頼性の高い配線構造が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳｉＣ：Ｈ膜上にＳｉＮ膜を形成してアッシング処理を行った時のＳｉＣ：Ｈ膜の膜減り量を表す特性図である。
【図２】第１の実施形態に係る配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【図３】図２に引き続き、第１の実施形態に係る配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【図４】図３に引き続き、第１の実施形態に係る配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【図５】第２の実施形態に係る配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【図６】図５に引き続き、第２の実施形態に係る配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【図７】図６に引き続き、第２の実施形態に係る配線構造の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【符号の説明】
１１，１７ 層間絶縁膜
１２，２５ 配線溝
１３，２６ バリアメタル膜
１４，２７ Ｃｕ膜
１５ 下層Ｃｕ配線
１６，４１ 保護膜
１８ レジストパターン
２１ ＳｉＣ：Ｈ膜
２２，３２ ＳｉＮ膜
２３ ビア孔
２４ 樹脂
２８ 上層Ｃｕ配線
３１ 下層ＳｉＣ：Ｈ膜
３３ 上層ＳｉＣ：Ｈ膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】 基板の上方に下層配線を形成する工程と、前記下層配線の一表面を覆うように、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜を形成する工程と、前記第１の保護膜上に、絶縁材料からなる第２の保護膜を形成する工程と、前記第２の保護膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記第２の保護膜をストッパーとして、前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記層間絶縁膜の上層部位を前記開孔と整合する部位で加工する工程と、前記開孔に整合するように前記第２の保護膜及び前記第１の保護膜を加工し、前記開孔から前記下層配線の一表面を露出させる工程と、少なくとも前記開孔内を導電材料により埋め込む工程とを含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
【請求項２】 基板の上方に下層配線を形成する工程と、前記下層配線の一表面を覆うように、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜を形成する工程と、前記第１の保護膜上に、絶縁材料からなる第２の保護膜を形成する工程と、前記第２の保護膜上に、シリコンカーバイドからなる第３の保護膜を形成する工程と、前記第３の保護膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記第３の保護膜をストッパーとして、前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記層間絶縁膜の上層部位を前記開孔と整合する部位で加工する工程と、前記開孔に整合するように前記第２の保護膜及び前記第１の保護膜を加工し、前記開孔から前記下層配線の一表面を露出させる工程と、少なくとも前記開孔内を導電材料により埋め込む工程とを含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
【請求項３】 前記第２の保護膜を、前記第３の保護膜よりも薄く形成することを特徴とする請求項２に記載の配線構造の形成方法。
【請求項４】 前記下層配線を形成する工程は、前記基板の上方に形成された下層絶縁膜に配線形状の溝を形成する工程と、少なくとも銅を含有する導電材料を用いて前記溝内を充填し、前記下層配線を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【請求項５】 下層配線の一表面を覆うようにシリコンカーバイドからなる第１の保護膜、絶縁材料からなる第２の保護膜、及び層間絶縁膜を順次形成する工程と、前記第２の保護膜をストッパーとして前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記開孔から前記第２の保護膜の表面が露出した状態で前記開孔形成に用いたマスクを除去する工程とを含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
【請求項６】 下層配線の一表面を覆うようにシリコンカーバイドからなる第１の保護膜、絶縁材料からなる第２の保護膜、シリコンカーバイドからなる第３の保護膜及び層間絶縁膜を順次形成する工程と、前記第３の保護膜をストッパーとして前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記開孔から前記第３の保護膜又は前記第２の保護膜の表面が露出した状態で前記開孔形成に用いたマスクを除去する工程とを含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
【請求項７】 前記第２の保護膜を、前記第３の保護膜よりも薄く形成することを特徴とする請求項６に記載の配線構造の形成方法。
【請求項８】 前記マスクを除去した後、前記層間絶縁膜の上層部位を前記開孔と整合する部位で加工し、前記開孔に整合するように前記第３の保護膜、前記第２の保護膜及び前記第１の保護膜を加工し、前記開孔から前記下層配線の一表面を露出させ、少なくとも前記開孔内を導電材料により埋め込むことを特徴とする請求項６又は７に記載の配線構造の形成方法。
【請求項９】 基板の上方に形成された下層配線と、前記下層配線を覆うように形成され、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜と、前記第１の保護膜上に形成され、絶縁材料からなる第２の保護膜と、前記第２の保護膜上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜、前記第２の保護膜及び前記前記第１の保護膜に形成された開孔を介して前記下層配線と導通する上層配線とを含むことを特徴とする配線構造。
【請求項１０】 基板の上方に形成された下層配線と、前記下層配線を覆うように形成され、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜と、前記第１の保護膜上に形成され、絶縁材料からなる第２の保護膜と、前記第２の保護膜上に形成され、シリコンカーバイドからなる第３の保護膜と、前記第３の保護膜上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜、前記第３の保護膜、前記第２の保護膜及び前記前記第１の保護膜に形成された開孔を介して前記下層配線と導通する上層配線とを含むことを特徴とする配線構造。
【請求項１】 基板の上方に下層配線を形成する工程と、前記下層配線の一表面を覆うように、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜を形成する工程と、前記第１の保護膜上に、絶縁材料からなる第２の保護膜を形成する工程と、前記第２の保護膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記第２の保護膜をストッパーとして、前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記層間絶縁膜の上層部位を前記開孔と整合する部位で加工する工程と、前記開孔に整合するように前記第２の保護膜及び前記第１の保護膜を加工し、前記開孔から前記下層配線の一表面を露出させる工程と、少なくとも前記開孔内を導電材料により埋め込む工程とを含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
【請求項２】 基板の上方に下層配線を形成する工程と、前記下層配線の一表面を覆うように、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜を形成する工程と、前記第１の保護膜上に、絶縁材料からなる第２の保護膜を形成する工程と、前記第２の保護膜上に、シリコンカーバイドからなる第３の保護膜を形成する工程と、前記第３の保護膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記第３の保護膜をストッパーとして、前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記層間絶縁膜の上層部位を前記開孔と整合する部位で加工する工程と、前記開孔に整合するように前記第２の保護膜及び前記第１の保護膜を加工し、前記開孔から前記下層配線の一表面を露出させる工程と、少なくとも前記開孔内を導電材料により埋め込む工程とを含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
【請求項３】 前記第２の保護膜を、前記第３の保護膜よりも薄く形成することを特徴とする請求項２に記載の配線構造の形成方法。
【請求項４】 前記下層配線を形成する工程は、前記基板の上方に形成された下層絶縁膜に配線形状の溝を形成する工程と、少なくとも銅を含有する導電材料を用いて前記溝内を充填し、前記下層配線を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の配線構造の形成方法。
【請求項５】 下層配線の一表面を覆うようにシリコンカーバイドからなる第１の保護膜、絶縁材料からなる第２の保護膜、及び層間絶縁膜を順次形成する工程と、前記第２の保護膜をストッパーとして前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記開孔から前記第２の保護膜の表面が露出した状態で前記開孔形成に用いたマスクを除去する工程とを含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
【請求項６】 下層配線の一表面を覆うようにシリコンカーバイドからなる第１の保護膜、絶縁材料からなる第２の保護膜、シリコンカーバイドからなる第３の保護膜及び層間絶縁膜を順次形成する工程と、前記第３の保護膜をストッパーとして前記層間絶縁膜に開孔を形成する工程と、前記開孔から前記第３の保護膜又は前記第２の保護膜の表面が露出した状態で前記開孔形成に用いたマスクを除去する工程とを含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
【請求項７】 前記第２の保護膜を、前記第３の保護膜よりも薄く形成することを特徴とする請求項６に記載の配線構造の形成方法。
【請求項８】 前記マスクを除去した後、前記層間絶縁膜の上層部位を前記開孔と整合する部位で加工し、前記開孔に整合するように前記第３の保護膜、前記第２の保護膜及び前記第１の保護膜を加工し、前記開孔から前記下層配線の一表面を露出させ、少なくとも前記開孔内を導電材料により埋め込むことを特徴とする請求項６又は７に記載の配線構造の形成方法。
【請求項９】 基板の上方に形成された下層配線と、前記下層配線を覆うように形成され、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜と、前記第１の保護膜上に形成され、絶縁材料からなる第２の保護膜と、前記第２の保護膜上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜、前記第２の保護膜及び前記前記第１の保護膜に形成された開孔を介して前記下層配線と導通する上層配線とを含むことを特徴とする配線構造。
【請求項１０】 基板の上方に形成された下層配線と、前記下層配線を覆うように形成され、シリコンカーバイドからなる第１の保護膜と、前記第１の保護膜上に形成され、絶縁材料からなる第２の保護膜と、前記第２の保護膜上に形成され、シリコンカーバイドからなる第３の保護膜と、前記第３の保護膜上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜、前記第３の保護膜、前記第２の保護膜及び前記前記第１の保護膜に形成された開孔を介して前記下層配線と導通する上層配線とを含むことを特徴とする配線構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００３−３０９１７４（Ｐ２００３−３０９１７４Ａ）
【公開日】平成１５年１０月３１日（２００３．１０．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００３−３７３１１（Ｐ２００３−３７３１１）
【出願日】平成１５年２月１４日（２００３．２．１４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１５年１０月３１日（２００３．１０．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年２月１４日（２００３．２．１４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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