(57)【要約】【課題】半導体装置の製造方法において歩留まりを向上させること。【解決手段】シリコン基板３０の上方に金属からなる第１の配線６６を形成する工程と、第１の配線６６の上に層間絶縁膜６９を形成する工程と、第１の配線６６の表面が露出する開口６９ａを層間絶縁膜６９に形成する工程と、開口６９ａの内面及び層間絶縁膜６９の表面に、上記金属の拡散を抑制するバリアメタル膜７２を形成する工程と、バリアメタル膜７２上に第１の導電膜７３を形成する工程と、第１の導電膜７３の表面を化学機械研磨法により研磨し、バリアメタル膜７２の表面を露出させる工程と、開口６９ａの内の第１の導電膜７３上及びバリアメタル膜７２上に、第２の導電膜８０を形成する工程と、第２の導電膜８０を、開口６９ａよりも拡大した領域に残して選択的に除去し、第２の配線８０ａを形成する工程とを有する半導体装置の製造方法による。【選択図】図１９
2010177365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上方に金属からなる第１の配線を形成する工程と、
前記第１の配線の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に、前記第１の配線の表面が露出する開口を形成する工程と、
前記開口の内面及び前記層間絶縁膜の表面に、前記金属の拡散を抑制するバリアメタル膜を形成する工程と、
前記開口の内部を含む前記バリアメタル膜上に第１の導電膜を形成する工程と、
前記第１の導電膜の表面を化学機械研磨法により研磨し、前記開口の内部を除く前記バリアメタル膜の表面を露出させる工程と、
前記開口の内部に残った前記第１の導電膜上及び前記バリアメタル膜上に、第２の導電膜を形成する工程と、
前記第２の導電膜を、前記開口よりも拡大した領域に残して選択的に除去し、第２の配線を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２の導電膜が、アルミニウム膜を挟んでその上下に窒化チタン膜が配置された構成を有していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記バリアメタル膜が、チタンからなる第１の膜上に窒化チタンからなる第２の膜が積層された構成を有し、
前記第１の膜の厚さが、前記第２の膜の厚さ以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記層間絶縁膜の前記開口を形成した後、前記開口の縁部がテーパ状になるまで前記層間絶縁膜をエッチングすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１の配線が、銅からなる配線であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
LSI等の半導体装置の製造工程では、層間絶縁膜のホールに導電膜を埋め込み、その導電膜によって層間の金属配線同士を電気的に接続する。ホール内に導電膜を埋め込むには、例えば、ホール内と層間絶縁膜上とに導電膜を形成し、その導電膜を化学機械研磨法（CMP: Chemical Mechanical Polishing）法によって研磨して層間絶縁膜上から除去すればよい。
【０００３】
ここで、ホール内の導電膜とその下の金属配線とのコンタクト不良は、半導体装置の歩留まりを低下させてしまう。よって、上記のようにしてホール内に導電膜を埋め込むときに、いかにして導電膜と金属配線とのコンタクト不良を防止するかが、半導体装置の歩留まり向上を実現するうえでの鍵となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２１４３９１号公報
【特許文献２】特開２０００−１０６３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体装置の製造方法において、半導体装置の歩留まりを向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下の開示の一観点によれば、半導体基板の上方に金属からなる第１の配線を形成する工程と、前記第１の配線の上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜に、前記第１の配線の表面が露出する開口を形成する工程と、前記開口の内面及び前記層間絶縁膜の表面に、前記金属の拡散を抑制するバリアメタル膜を形成する工程と、前記開口の内部を含む前記バリアメタル膜上に第１の導電膜を形成する工程と、前記第１の導電膜の表面を化学機械研磨法により研磨し、前記開口の内部を除く前記バリアメタル膜の表面を露出させる工程と、前記開口の内部に残った前記第１の導電膜上及び前記バリアメタル膜上に、第２の導電膜を形成する工程と、前記第２の導電膜を、前記開口よりも拡大した領域に残して選択的に除去し、第２の配線を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
以下の開示では、層間絶縁膜の上にバリアメタル膜を残すので、ウエット処理の薬液やスラリ中の酸化剤が開口内に侵入するのがバリアメタル膜により阻止される。よって、これらの酸化剤や薬液によって開口下の第１の配線が溶解するのを防止でき、当該第１の配線と開口内に残された第１の導電膜とのコンタクト抵抗が安定し、ひいては半導体装置の歩留まり向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１（ａ）、（ｂ）は、予備的事項に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１）である。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）は、予備的事項に係る半導体装置の製造途中の断面図（その２）である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、予備的事項に係る半導体装置の製造途中の断面図（その３）である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）は、予備的事項に係る半導体装置の製造途中の断面図（その４）である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、予備的事項に係る半導体装置の製造途中の断面図（その５）である。
【図６】図６は、予備的事項に係る半導体装置の製造途中の断面図（その６）である。
【図７】図７は、各種金属の融点、スパッタ率、及び導電率を示す表である。
【図８】図８は、予備的事項に係る半導体装置の断面のSEM像を基にして描いた図である。
【図９】図９（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１）である。
【図１０】図１０（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その２）である。
【図１１】図１１（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その３）である。
【図１２】図１２（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その４）である。
【図１３】図１３（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その５）である。
【図１４】図１４（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その６）である。
【図１５】図１５（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その７）である。
【図１６】図１６（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その８）である。
【図１７】図１７は、第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その９）である。
【図１８】図１８は、第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１０）である。
【図１９】図１９は、第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１１）である。
【図２０】図２０は、第２実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１）である。
【図２１】図２１は、第２実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その２）である。
【図２２】図２２は、第３実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図２３】図２３（ａ）、（ｂ）は、第４実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１）である。
【図２４】図２４は、第４実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その２）である。
【図２５】図２５は、第４実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その３）である。
【図２６】図２７は、第４実施形態において、第５の層間絶縁膜の上面からバリアメタル膜を除去した場合の断面図である。
【図２７】図２６は、図２６の構造において、開口の縁部をテーパ状にすることで、一層目金属配線におけるボイドの発生がどの程度抑制されるのかを調査して得られたグラフである。
【図２８】図２８は、第５実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１）である。
【図２９】図２９は、第５実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その２）である。
【図３０】図３０は、第５実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その３）である。
【図３１】図３１は、図２９のCMP時にバリアメタル膜も研磨することにより、第５の層間絶縁膜の上面からバリアメタル膜７２を除去した場合の断面図である。
【図３２】図３１は、図３１の構造において、開口のアスペクト比を高めることにより、一層目金属配線におけるボイドの発生がどの程度抑制されるのかを調査して得られたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（１）予備的事項
実施形態の説明に先立ち、実施形態の基礎となる予備的事項について説明する。
【００１０】
図１〜図５は、予備的事項に係る半導体装置の製造途中の断面図である。
【００１１】
その半導体装置を作製するには、まず、図１（ａ）に示すように、不図示のシリコン基板の上方に、第１の層間絶縁膜４と第２の層間絶縁膜６をCVD法により形成する。これら第１及び第２の層間絶縁膜４、６はシリコンオキシカーバイド（SiOC）膜のような低誘電率絶縁膜よりなり、第２の層間絶縁膜６の膜厚は約１０００nmである。
【００１２】
そして、デュアルダマシン法により第２の層間絶縁６に配線溝６ａを形成し、その中に銅配線７を埋め込む。
【００１３】
更に、CVD法を用いて、この銅配線７の上にバリア絶縁膜８としてシリコンカーバイド膜を約１００nmの厚さに形成し、その上に第３の層間絶縁膜９として酸化シリコン膜を約１５００nmの厚さに形成する。
【００１４】
次いで、図１（ｂ）に示すように、第３の層間絶縁膜９の上にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像して第１のレジストパターン１１とする。
【００１５】
そして、この第１のレジストパターン１１の窓１１ａを通じてバリア絶縁膜８と第３の層間絶縁膜９をドライエッチングし、銅配線７の上のこれらの絶縁膜に開口９ａを形成する。
【００１６】
このエッチングでは、フッ素系ガスがエッチングガスとして使用される。
【００１７】
次に、図２（ａ）に示すように、上記のエッチングのマスクに用いた第１のレジストパターン１１を除去する。
【００１８】
ここで、開口９ａの側壁には、図１（ｂ）のドライエッチングにおいて発生したエッチング生成物や、銅配線７の表面に由来する酸化銅が付着しているので、その反応性生物と酸化銅を洗浄して除去する。その洗浄液としては、アミン系の洗浄液や、特許文献１に開示される酸アンモニウム塩を含む洗浄液がある。しかし、前者の洗浄液は銅配線７を溶解するおそれがあるので、本工程では後者の酸アンモニウム塩を含む洗浄液を使用する。
【００１９】
このようにウエット処理を行うことにより、開口９ａ内でのコンタクト抵抗の上昇や、反応性生物に起因した脱ガスの発生を防止できる。
【００２０】
但し、ウエット処理ではエッチング生成物を除去できても、銅配線７の表面に形成された酸化銅を含む自然酸化膜を完全に除去するのは困難であるため、これだけでは銅配線７の自然酸化膜によって開口９ａ内のコンタクト抵抗が上昇するおそれがある。
【００２１】
そこで、この例では、後述のバリアメタル層１３の形成前に、in-situでアルゴンガスを用いたスパッタエッチングによって銅配線７の表面をスパッタし、銅の自然酸化膜を除去する。
【００２２】
銅は、他の金属と比較してスパッタされ易い金属である。図７は、各種金属の融点、スパッタ率、及び導電率を示す表である。
【００２３】
このうち、スパッタ率とは、４００eVの加速電圧で加速された一つのアルゴン原子との衝突により金属表面から飛散する金属原子の個数であり、同図では銅のスパッタ率を基準としている。
【００２４】
図７に示されるように、銅は、半導体装置の製造工程で使用されるアルミニウム、タングステン、チタン等と比較してスパッタ率が高い。
【００２５】
よって、図２（ａ）のように銅配線７の表面をスパッタすると、比較的多くの銅原子が飛散し、開口９ａの側壁にその銅原子が再付着してリスパッタ膜７ａが形成されることになる。
【００２６】
このスパッタの目的は、既述のように銅配線７の表層の酸化銅を除去することにあるが、酸化銅と銅との間にスパッタ速度の差はないため、表層のみを選択的にスパッタするのは困難であり、銅配線７の内部の銅もスパッタされる。よって、リスパッタ膜７ａには、酸化銅だけでなく、銅も含まれることになる。
【００２７】
次いで、図２（ｂ）に示すように、開口９ａの内面と第３の層間絶縁膜９の上面に、バリアメタル膜１３としてスパッタ法によりチタン膜と窒化チタン膜とをこの順に形成する。このうち、チタン膜は５nm〜３０nm程度の厚さであり、窒化チタン膜は１０nm〜５０nm程度の厚さである。
【００２８】
なお、タンタル膜と窒化タンタル膜の積層膜をこのバリアメタル膜１３として形成してもよい。
【００２９】
その後に、六フッ化タングステンガスを使用するCVD法により、バリアメタル膜１３の上に導電膜１４としてタングステン膜を形成し、その導電膜１４で開口９ａを完全に埋め込む。
【００３０】
続いて、図３（ａ）に示すように、研磨パッド１９を回転させながら導電膜１４上にスラリ１８を吐出して、導電膜１４とバリアメタル膜１３に対するCMPを開始する。そのCMPで使用されるスラリ１８には、砥粒１６の他に、導電膜１４を酸化してその研磨速度を速めるための酸化剤１７も添加される。酸化剤１７としては例えば過酸化水素水が使用され、その場合はスラリ１８は強酸性となる。
【００３１】
図示のように、そのCMPでは導電膜１４は一様には研磨されず、下地の第３の層間絶縁膜９の表面の局所段差を反映して導電膜１４が残る部分がある。
【００３２】
そのような導電膜１４の残渣の発生を防止するために、図３（ｂ）に示すように、このCMPを更に進めてオーバー研磨を行うことにより、第３の層間絶縁膜９の上から導電膜１４とバリアメタル膜１３とを完全に除去する。そして、開口９ａ内にのみ導電膜１４を残すようにする。
【００３３】
但し、このようにオーバー研磨を行うと第３の層間絶縁膜９の膜厚が減少し、研磨面に銅のリスパッタ膜７ａが表出する。
【００３４】
スラリ１８の酸化剤１７は銅を溶解する性質を有するので、このように研磨面にリスパッタ膜７ａが表出すると、図３（ｂ）のようにリスパッタ膜７ａが溶解する。
【００３５】
そして、リスパッタ膜７ａの溶解が更に進むと、図４（ａ）のようにリスパッタ膜７ａの下の銅配線７も酸化剤によって溶解し、銅配線７中にボイド７ｂが形成されてしまう。
【００３６】
次いで、図４（ｂ）に示すように、第３の層間絶縁膜９と開口９ａ内の導電膜１４のそれぞれの上面をウエット処理により僅かにエッチングし、該上面に残留する砥粒１６や異物をリフトオフして除去する。
【００３７】
そのウエット処理では、希釈フッ酸や希釈アンモニア水等の薬液が使用される。その薬液に対して銅配線７は溶解するので、仮に図３（ｂ）の工程でボイド７ｂが発生しなくても、本工程の薬液によってボイド７ｂが形成されることがある。
【００３８】
次いで、図５（ａ）に示すように、開口９ａ内の導電膜１４と第２の層間絶縁膜６のそれぞれの上にスパッタ法により金属積層膜２０を形成する。
【００３９】
その金属積層膜２０は、下から順に、厚さ５０nmの窒化チタンよりなる第１のバリアメタル膜２０ｘ、厚さ８００nmのアルミニウム膜２０ｙ、厚さ５０nmの窒化チタンよりなる第２のバリアメタル膜２０ｚである。なお、第１のバリアメタル膜２０ｘと第２のバリアメタル膜２０ｚとして、チタン膜と窒化チタン膜との積層膜を形成してもよい。
【００４０】
次に、図５（ｂ）に示すように、金属積層膜２０の上にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像して第２のレジストパターン２１とする。
【００４１】
そして、この第２のレジストパターン２１をマスクに用いながら、塩素ガスを含むエッチングガスを使用するRIE(Reactive Ion Etching)により金属積層膜２０をドライエッチングし、開口９ａ内の導電膜１４と電気的に接続された金属配線２０ａを形成する。
【００４２】
その後に、図６に示すように、第２のレジストパターン２１は除去される。
【００４３】
ここで、上記の金属積層膜２０のドライエッチングでは、金属配線２０ａの側壁をエッチング生成物で覆うことで、エッチングが横方向に進行するのを防止している。よって、エッチングが終了した後の金属配線２０ａの側壁にはエッチング生成物が残存している。
【００４４】
そこで、本工程では、硝酸溶液等の薬液を使用するウエット処理により金属配線２０ａを洗浄し、上記のエッチング生成物を除去する。なお、硝酸溶液に代えて、有機アミン系溶剤を含むアルカリ溶液、希フッ酸、及び酸系溶剤を含む薬液のいずれかを用いてこのウエット処理を行ってもよい。
【００４５】
このとき、金属配線２０ａと開口９ａとが位置ずれを起こし、金属配線２０ａの側面２０ｂが図６の点線のように開口９ａ上に位置する場合がある。
【００４６】
その場合、仮に本工程まで銅配線７にボイド７ｂが発生していなくても、本工程で使用する薬液が開口９ａ内に侵入し、その薬液によってリスパッタ膜７ａとその下の銅配線７が溶解してボイド７ｂが形成されてしまう。
【００４７】
以上により、この半導体装置の基本構造が完成した。
【００４８】
この半導体装置では、図４（ａ）に示したように、開口９ａ内にのみ導電膜１４を残すためのCMPにおいて、銅配線７にボイド７ｂが発生する。
【００４９】
ボイド７ｂの発生は、ウエハの大口径化に伴う研磨速度の面内分布の不均一化を防止したり、導電膜１４の研磨速度を向上させたりする目的で、スラリ中の酸化剤濃度を高めた場合に特に顕著となる。
【００５０】
また、このCMPでボイド７ｂが発生しなくても、スラリの砥粒１６等をリフトオフするためのウエット処理（図４（ｂ））や、金属配線２０ａの側壁のエッチング生成物を除去するためのウエット処理（図６）でボイド７ｂが発生することがある。
【００５１】
よって、この方法では開口９ａ内の導電膜１４と銅配線７のコンタクト抵抗がボイド７ｂによって上昇するという不都合がある。
【００５２】
図８は、この半導体の断面のSEM(Scanning Electron Microscope)像を基にして描いた図である。
【００５３】
図８に示されるように、実際に銅配線７にボイド７ｂが発生しているのが分かる。
【００５４】
本願発明者は、このような調査結果に基づき、以下に説明するような実施形態に想到した。
【００５５】
（２）第１実施形態
図９〜図１９は、第１実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。
【００５６】
最初に、図９（ａ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【００５７】
まず、シリコン（半導体）基板３０にSTI(Shallow Trench Isolation)用の溝を形成し、その中に素子分離絶縁膜３１として酸化シリコン膜を埋め込む。
【００５８】
そして、素子分離絶縁膜３１で画定されるシリコン基板３０の活性領域に、イオン注入によりpウェル３２を形成した後、活性領域の表面を熱酸化して厚さが約２nmのゲート絶縁膜３３を形成する。
【００５９】
更に、ゲート絶縁膜３３の上にポリシリコン膜をパターニングしてなるゲート電極３４を形成する。そして、シリコン基板３０の上側全面に絶縁膜を形成し、それをエッチバックしてゲート電極３４の横に絶縁性サイドウォール３５として残す。その絶縁膜として、例えばCVD法により酸化シリコン膜を形成する。
【００６０】
次いで、ゲート電極３４と絶縁性サイドウォール３５とをマスクにするイオン注入により、ゲート電極３４の横のシリコン基板３０にn型ソース／ドレイン領域３６を形成する
続いて、シリコン基板３０の上側全面にスパッタ法によりコバルト層等の高融点金属層を形成し、それをアニールしてシリコンと反応させ、n型ソース／ドレイン領域３６の上に高融点金属シリサイド層３９を形成する。
【００６１】
そのシリサイド層３９はゲート電極３４上にも形成され、それによりゲート電極３４が低抵抗化されることになる。
【００６２】
ここまでの工程により、ゲート絶縁膜３３、ゲート電極３４、及びソース／ドレイン領域３６等を有する電界効果型トランジスタTRの基本構造が完成する。
【００６３】
その後に、トランジスタTRを覆う第１の層間絶縁膜３７として、CVD法によりPSG膜を１．５μm程度の厚さに形成する。ゲート電極３４等を反映して第１の層間絶縁膜３７の上面に形成された凹凸は、CMP法による研磨で平坦化される。
【００６４】
次いで、フォトリソグラフィとエッチングによりn型ソース／ドレイン領域３６の上の第１の層間絶縁膜３７にコンタクトホール３７ａを形成し、その中にn型ソース／ドレイン領域３６と電気的に接続されたコンタクトプラグ３８を形成する。
【００６５】
そのコンタクトプラグ３８の形成にあたっては、例えば、第１の層間絶縁膜３７の上面とコンタクトホール３７ａの内面に、バリアメタル膜として厚さ約５〜３０nmのチタン膜と厚さ約１０〜５０nmの窒化チタン膜をこの順にスパッタ法で形成する。そして、このバリアメタル膜の上にタングステン膜を形成し、タングステン膜でコンタクトホール３７ａを完全に埋め込む。その後、バリアメタル膜とタングステン膜とをCMP法に研磨してコンタクトホール３７ａ内にのみコンタクトプラグ３８として残す。
【００６６】
次に、図９（ｂ）に示すように、コンタクトプラグ３８と第１の層間絶縁膜３７の上に、プラズマCVD法によりシリコンカーバイド（SiC）膜を５０〜７０nmの厚さに形成し、そのシリコンカーバイド膜を第１のエッチングストッパ膜４０とする。
【００６７】
そのシリコンカーバイド膜の成膜ガスは特に限定されないが、本実施形態では、テトラメチルシランガスとCO2ガスとの混合ガスを成膜ガスとして使用する。
【００６８】
更に、この第１のエッチングストッパ膜４０の上に第２の層間絶縁膜４１として低誘電率絶縁膜を厚さ約２５０nmに形成する。その低誘電率絶縁膜は、例えばテトラメチルシクロテトラシロキサン（TMCTS）ガス、酸素（O2）ガス、及び二酸化炭素（CO2）の混合ガスを使用するプラズマCVD法により形成されたシリコンオキシカーバイド膜である。
【００６９】
その後に、第２の層間絶縁膜４１の上にCVD法により酸化シリコン膜を厚さ約３０nmに形成し、その酸化シリコン膜を第１のマスク膜４２とする。
【００７０】
続いて、図１０（ａ）に示すように、第１のマスク膜４２の上にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像することにより、配線溝形状の窓４３ａを備えた第１のレジストパターン４３を形成する。
【００７１】
そして、第１のレジストパターン４３をマスクにして絶縁膜４０〜４２をRIEによりエッチングし、これらの絶縁膜に第１の配線溝４１ａを形成する。
【００７２】
そのエッチングでは、各絶縁膜４０〜４２に対してフッ素系のエッチングガスの種類を個別に切り替えることにより、絶縁膜４０〜４２の各々が選択的にエッチングされる。
【００７３】
その後に、酸素プラズマを用いたアッシングにより第１のレジストパターン４３を除去する。
【００７４】
次に、図１０（ｂ）に示すように、第１のマスク膜４２の上面と第１の配線溝４１ａの内面とに、スパッタ法によりタンタル膜を厚さ約３０nmに形成し、そのタンタル膜を第１の銅拡散防止膜４５とする。
【００７５】
更に、この第１の銅拡散防止絶縁膜４５の上にスパッタ法により第１の銅シード層４６を約３０nm程度の厚さに形成した後、この第１の銅シード層４６を給電層にして電解銅めっきを行い、第１の配線溝４１ａを第１の銅めっき膜４７で埋め込む。
【００７６】
続いて、図１１（ａ）に示すように、各膜４５〜４７をCMP法により研磨し、これらの膜を第１の配線溝４１ａ内にのみ一層目金属配線４８として残す。
【００７７】
なお、このCMPでは、第１のマスク膜４２も研磨によって除去される。
【００７８】
この後は、以下のようにしてデュアルダマシン法により一層目金属配線４８の上に二層目金属配線を形成する。
【００７９】
まず、図１１（ｂ）に示すように、第２の層間絶縁膜４１と一層目金属配線４８のそれぞれの上に、第１のバリア絶縁膜５１、第３の層間絶縁膜５２、第２のエッチングストッパ膜５３、第４の層間絶縁膜５４、及び第２のマスク膜５５をCVD法により積層する。
【００８０】
このうち、第１のバリア絶縁膜５１としては、第１のエッチングストッパ膜４０と同様の成膜条件により、例えば厚さ約５０〜７０nmのシリコンカーバイド膜が形成される。その第１のバリア絶縁膜５１は、一層目金属配線４８中の銅がその上方の第３の層間絶縁膜５２に拡散するのを防止する役割を担うものである。
【００８１】
そのような機能を有する膜としては、シリコンカーバイド膜の他に、窒化シリコン（SiN）膜やSiCN膜もあり、これらの膜を第１のバリア絶縁膜５１として形成してもよい。
【００８２】
そして、第３の層間絶縁膜５２と第４の層間絶縁膜５４としてはいずれもシリコンオキシカーバイド膜等の低誘電率絶縁膜が形成され、第３の層間絶縁膜５２は１５０〜５５０nm程度の厚さ、第４の層間絶縁膜５４は１０００nm程度の厚さに形成される。その低誘電率絶縁膜の成膜にあたっては、第２の層間絶縁膜４１と同様に、TMCTSガスをCVD法の成膜ガスとして使用する。
【００８３】
また、第２のエッチングストッパ膜５３としては厚さが約３０nmのシリコンカーバイド膜が形成され、第２のマスク膜５５としては厚さが約１００nmの酸化シリコン膜が形成される。
【００８４】
続いて、図１２（ａ）に示すように、第２のマスク膜５５の上にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像することにより、配線溝形状の窓５７ａを備えた第２のレジストパターン５７を形成する。
【００８５】
なお、第２のレジストパターン５７の形成前に、露光時に露光光が反射するのを防止するための反射防止絶縁膜を第２のマスク膜５５の上に形成してもよい。その反射防止絶縁膜は、例えば、CVD法により形成された窒化シリコン膜である。
【００８６】
そして、フッ素系ガスをエッチングガスとするRIEにより、窓５７ａを通じて第２のマスク膜５５と第４の層間絶縁膜５４とをエッチングし、これらの絶縁膜に第２の配線溝５４ａを形成する。
【００８７】
フッ素系ガスに対して第２のエッチングストッパ膜５３と第４の層間絶縁膜５４とのエッチング選択比は比較的大きいので、このエッチングは第２のエッチングストッパ膜５３の上で停止する。
【００８８】
この後に、酸素プラズマを用いたアッシングにより第２のレジストパターン５７を除去する。
【００８９】
次いで、図１２（ｂ）に示すように、シリコン基板３０の上側全面にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像することにより、ホール形状の窓６０ａを備えた第３のレジストパターン６０を形成する。
【００９０】
そして、窓６０ａを通じて絶縁膜５１〜５３をRIEによりエッチングすることにより、一層目金属配線４８の上のこれらの絶縁膜にホール５２ａを形成する。
【００９１】
このエッチングでは、各絶縁膜５１〜５３のそれぞれに対し、フッ素系のエッチングガスの種類を個別に切り替えることにより、絶縁膜５１〜５３の各々が選択的にエッチングされる。
【００９２】
この後に、酸素プラズマを用いたアッシングにより第３のレジストパターン６０を除去する。
【００９３】
次に、図１３（ａ）に示すように、ホール５２ａと第２の配線溝５４ａのそれぞれの内面、及び第２のマスク膜５５の上面に、第２の銅拡散防止膜６３としてスパッタ法によりタンタル膜を厚さ約３０nmに形成する。第２の銅拡散防止膜６３はタンタル膜に限定されず、窒化タンタル膜であってもよい。
【００９４】
更に、第２の銅拡散防止絶縁膜６３の上にスパッタ法により第２の銅シード層６４を約３０nm程度の厚さに形成した後、第２の銅シード層６４を給電層にして電解銅めっきを行い、第２の配線溝５４ａとホール５２ａを第２の銅めっき膜６５で埋め込む。
【００９５】
その後に、図１３（ｂ）に示すように、各膜６３〜６５をCMP法により研磨し、これらの膜を第２の配線溝５４ａとホール５２ａ内にのみ二層目金属配線６６として残す。
【００９６】
その二層目金属配線６６は、ホール５２ａを介してその下の一層目金属配線４８と電気的に接続される。
【００９７】
また、このCMPでは、第２のマスク膜５５も研磨により除去される。
【００９８】
次に、図１４（ａ）に示すように、第４の層間絶縁膜５４と二層目金属配線６６のそれぞれの上に第２のバリア絶縁膜６８としてCVD法によりシリコンカーバイド膜を約１００nmの厚さに形成する。
【００９９】
第２のバリア絶縁膜６８は、二層目金属配線６６中の銅が上方に拡散するのを防止する役割を担う。そのような機能を有する膜としては、シリコンカーバイドの他に、窒化シリコン膜やSiCN膜もあり、これらの膜を第２のバリア絶縁膜６８として形成してもよい。
【０１００】
次いで、第２のバリア絶縁膜６８の上に、第５の層間絶縁膜６９としてCVD法により酸化シリコン膜を約１５００nmの厚さに形成する。
【０１０１】
続いて、図１４（ｂ）に示すように、第５の層間絶縁膜６９の上にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像することにより、ホール形状の窓７０ａを備えた第４のレジストパターン７０を形成する。
【０１０２】
そして、窓７０ａを通じて第５の層間絶縁膜６９と第２のバリア絶縁膜６８をRIEによりドライエッチングし、これらの絶縁膜に二層目金属配線６６の表面が露出する開口６９ａを形成する。
【０１０３】
このドライエッチングでは、酸化シリコンよりなる第５の層間絶縁膜６９に対するエッチングガスとしてはCF4ガスが使用される。一方、シリコンカーバイド膜よりなる第２のバリア絶縁膜６８に対するエッチングガスとしてはCF4ガスとO2ガスとの混合ガスが使用される。
【０１０４】
この後に、第４のレジストパターン７０をアッシングして除去する。
【０１０５】
これ以降の工程については、開口６９ａとその周囲の拡大断面図を参照して説明する。
【０１０６】
まず、図１５（ａ）の工程では、酸アンモニウム塩を含む洗浄液を用いることにより、図１４（ｂ）のドライエッチングで開口６９ａの側壁に付着したエッチング生成物と、二層目金属配線６６の表面の酸化銅を洗浄して除去する。
【０１０７】
このようにウエット処理を行うことにより、エッチング生成物等に起因した開口６９ａ内でのコンタクト抵抗の上昇や脱ガスの発生を防止できる。
【０１０８】
次いで、アルゴンガスのような不活性ガスを用いたスパッタエッチングによって二層目金属配線６６の表面をスパッタし、銅の自然酸化膜を除去する。そのスパッタエッチングは、後述のバリアメタル膜７２を形成する前にin-situで行われる。
【０１０９】
こスパッタエッチングの条件は特に限定されないが、本実施形態ではチャンバにアルゴンガスを１〜１０sccmの流量で供給し、チャンバ内の圧力を０．１〜０．８mTorrに維持する。そして、基板側に周波数が１３．５６MHzでパワーが２００〜１０００Wの高周波電力を印加してチャンバ内のアルゴンガスをプラズマ化し、上記のスパッタエッチングを行う。
【０１１０】
このスパッタエッチングが不十分だと、エッチング後に二層目金属配線６６の表面の酸化銅が残ってしまい、コンタクト抵抗の上昇を招くおそれがある。酸化銅を完全に除去するには、酸化シリコン膜の膜厚換算で、上記のスパッタエッチングの深さを１０〜５０nmにするのが好ましい。
【０１１１】
また、図７を参照して説明したように、銅は他の金属と比較してスパッタ率が高いので、このようなスパッタエッチングにより開口６９ａの側面には銅のリスパッタ膜６６ａが形成されることになる。
【０１１２】
次いで、図１５（ｂ）に示すように、開口６９ａ内と第５の層間絶縁膜６９の上面に、チタン膜７２ｘと窒化チタン膜７２ｙとをこの順にスパッタ法により形成し、これらの膜をバリアメタル膜７２とする。
【０１１３】
バリアメタル膜７２の膜厚は特に限定されない。本実施形態では、チタン膜７２ｘを５〜３０nm、例えば１０nmとする。一方、窒化チタン膜７２ｙについては１０〜５０nm、例えば５０nmとする。なお、チタン膜７２ｘに代えてタンタル膜を形成し、窒化チタン膜に代えて窒化タンタル膜を形成してもよい。
【０１１４】
そのバリアメタル膜７２は、開口６９ａの底面において、二層目金属配線６６中の銅が上方に拡散するのを防止する役割を担う。
【０１１５】
更に、このバリアメタル膜７２の上に、六フッ化タングステンガスを使用するCVD法により第１の導電膜７３としてタングステン膜を約１０００nmの厚さに形成し、その第１の導電膜７３で開口６９ａを完全に埋め込む。
【０１１６】
次に、図１６（ａ）に示すように、研磨パッド７５を回転させながら第１の導電膜７３上にスラリ７６を吐出して、第１の導電膜７３の表面を法CMP法により研磨する。そのCMPで使用されるスラリ７６には、砥粒７７の他に、第１の導電膜７３を酸化して研磨し易くするための酸化剤７８が１〜２wt%の濃度で添加される。
【０１１７】
本実施形態で使用し得る酸化剤７８としては、例えば、過酸化水素水、硝酸鉄、過ヨウ素酸カリウム、及びオゾン水のいずれかがある。また、砥粒７７としては、シリカ粒又はアルミナ粒が使用される。
【０１１８】
更に、酸化剤７８と砥粒７７の他に、有機酸よりなるインヒビタや水をスラリ７６に添加してもよい。
【０１１９】
既述のように、酸化剤７８は、第１の導電膜７３の研磨速度の向上に寄与する一方、銅を含むリスパッタ膜６６ａを溶解させるおそれがある。
【０１２０】
そこで、本実施形態では、CMP法による研磨をバリアメタル膜７２の途中の深さで停止し、研磨面にリスパッタ膜６６ａが表出しないようにする。これにより、酸化剤７８によってリスパッタ膜６６ａとその下の二層目金属配線６６が溶解するのを防止でき、二層目金属配線６６にボイドが発生する危険性を低減することができる。
【０１２１】
ここで、上記のように研磨の深さをコントロールするには、CMP装置に付属の終点検出装置を用いればよい。終点検出装置は、所定の波長のレーザ光を研磨面に照射し、その反射光の強度をモニターすることにより、研磨対象の膜の研磨が終了したかどうかを判断するものである。本実施形態では、タングステンよりなる導電膜７３の研磨が終了して研磨面にバリアメタル膜７２の表面が露出すると、上記の反射光の強度が弱くなるので、このように反射光の強度が変化したタイミングで研磨を終了する。
【０１２２】
また、バリアメタル膜７２を残し易くするために、導電膜７３の研磨速度をバリアメタル膜７２の研磨速度よりも速め、これらの膜７２、７３の研磨速度比を高めるようにしてもよい。
【０１２３】
その研磨速度比は、スラリ７６における酸化剤７８の濃度で調節し得る。
【０１２４】
例えば、酸化剤の濃度が１〜２wt%の場合は、第１の導電膜７３とバリアメタル膜７２の研磨速度比（＝第１の導電膜７３の研磨速度／バリアメタル膜７２の研磨速度）は約２程度である。その場合、第５の層間絶縁膜６９の平坦面上に第１の導電膜７３の残渣を残さないように第１の導電膜７３に対して８０nmのオーバー研磨を行っても、バリアメタル膜７２を１０nm程度の厚さで残すことができる。
【０１２５】
これに対し、酸化剤７８の濃度を２〜３wt%に高めると、上記の研磨速度比を約５程度に高めることができる。したがって、第１の導電膜７３に対するオーバー研磨を上記よりも更に進めて１５０nmとしても、バリアメタル膜７２を２０nm程度の厚さに残すことができる。
【０１２６】
このようにスラリ中の酸化剤濃度を高めて研磨速度比を向上することで、バリアメタル膜７２を残しつつ第１の導電膜７３に対してオーバー研磨を行うことができ、第５の層間絶縁膜６９の平坦面上に第１の導電膜７３の残渣が残る危険性を防止できる。
【０１２７】
更に、このような酸化剤の高濃度化によって、第１の導電膜７３の研磨速度の向上や、研磨速度の面内分布の均一化といった利点も得ることができる。
【０１２８】
続いて、図１６（ｂ）に示すように、バリアメタル膜７２と開口６９ａ内の第１の導電膜７３のそれぞれの表面をウエット処理により洗浄し、該表面に残留する砥粒７７や異物を除去する。
【０１２９】
そのウエット処理では、希釈フッ酸や希釈アンモニア水等のように、銅を溶解する薬液が使用される。このとき、第５の層間絶縁膜６９の上面にはバリアメタル膜７２が残っているので、リスパッタ膜６６ａがこれらの薬液に触れることはない。したがって、本工程においてリスパッタ膜６６ａとその下の二層目金属配線６６が薬液によって溶解する危険性はない。
【０１３０】
次に、図１７に示すように、バリアメタル膜７２と第１の導電膜７３のそれぞれの上に、スパッタ法により第２の導電膜８０を形成する。
【０１３１】
その第２の導電膜８０は、下から順に、厚さ約５０nmの窒化チタン膜８０ｘ、厚さ約８００nmのアルミニウム膜８０ｙ、及び厚さ約５０nmの窒化チタン膜８０ｚを積層してなる。
【０１３２】
次いで、図１８に示すように、第２の導電膜８０の上にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像して第５のレジストパターン８１を形成する。
【０１３３】
そして、第５のレジストパターン８１をマスクにしながら、塩素を含むエッチングガスを使用するRIEにより第２の導電膜８０とバリアメタル膜７２とを選択的にドライエッチングし、開口６９ａよりも拡大した領域に三層目金属配線８０ａを形成する。
【０１３４】
そのエッチングでは、最初にエッチングされた第２の導電膜８０がマスクとなり、バリアメタル膜７２が選択的にエッチングされて除去される。
【０１３５】
このようにして形成した三層目金属配線８０ａは、アルミニウム膜８０ｙがその上下から窒化チタン膜８０ｘ、８０ｚで挟まれた構造を有する。このような構造を採用することで、三層目金属配線８０ａの機械的強度が高められるので、三層目金属配線８０ａのストレスマイグレーション耐性やエレクトロマイグレーション耐性が高くなり、三層目金属配線８０ａの断線を防止できる。
【０１３６】
このドライエッチングを終了後、マスクに使用した第５のレジストパターン８１をアッシングして除去する。
【０１３７】
なお、このドライエッチングでは、三層目金属配線８０ａの側壁をエッチング生成物で覆うことで、エッチングが横方向に進行するのを防止している。よって、エッチングが終了した後の金属配線８０ａの側壁にはエッチング生成物が残存している。
【０１３８】
そこで、次の工程では、図１９に示すように、ウエット処理により金属配線８０ａを洗浄し、上記のエッチング生成物を除去する。
【０１３９】
このとき、開口６９ａの周囲の第５の層間絶縁膜６９にバリアメタル膜７２が残っているので、上記の薬液にリスパッタ膜６６ａが曝されることはない。よって、この薬液によってリスパッタ膜６６ａとその下の二層目金属配線６６が溶解するおそれはなく、二層目金属配線６６にボイドが形成される危険性を低減できる。
【０１４０】
なお、このウエット処理で使用される薬液としては、硝酸溶液、有機アミン系溶剤を含むアルカリ溶液、希フッ酸、及び酸系溶剤を含む薬液のいずれかがある。更に、二層目金属配線６６中の銅が溶解するのを更に効果的に防止するため、これらの薬液中に銅に対するインヒビタ（腐食防止剤）を添加してもよい。また、銅が溶解しないようにこれらの薬液のPhを制御してもよい。
【０１４１】
以上により、本実施形態に係る半導体装置の基本構造が完成した。
【０１４２】
上記した本実施形態では、図１６（ａ）を参照して説明したように、開口６９ａ内に第１の導電膜７３を残すためのCMP法において、第５の層間絶縁膜６９の上にバリアメタル膜７２を残すようにした。
【０１４３】
そのため、第２のホール６９内のリスパッタ膜６６ａが第５の層間絶縁膜６９の上面に表出しなくなり、上記のCMP時に使用される酸化剤７８にリスパッタ膜６６ａが曝される危険性を低減できる。
【０１４４】
更に、そのCMPの後に行われる異物等を除去するためのウエット処理（図１６（ｂ））や、三層目金属配線８０ａに付着したエッチング生成物を除去するためのウエット処理（図１９）においても、リスパッタ膜６６ａが薬液に曝されるのを防止できる。
【０１４５】
よって、薬液やCMPの酸化剤によってリスパッタ膜６６ａとその下の二層目金属配線６６が溶解するおそれがなく、二層目金属配線６６にボイドが形成されるのを防止できる。その結果、開口６９ａ内に残された第１の導電膜７３と二層目金属配線６６とのコンタクト抵抗がボイドによって上昇するのを抑制でき、半導体装置の歩留まりを向上させることが可能となる。
【０１４６】
特に、銅のリスパッタ率はアルミニウム等の他の金属よりも高いので（図７参照）、二層目金属配線６６が銅よりなる場合にリスパッタ膜６６ａが厚膜化し、薬液等によるリスパッタ膜６６ａの溶解が顕著となる。よって、本実施形態は、銅配線を形成するプロセスにおいて特に実益がある。
【０１４７】
更に、図１６（ａ）のCMPにおいて、スラリ７６における酸化剤７８の濃度を２〜３wt%程度に高めることにより、第１の導電膜７３とバリアメタル膜７２の研磨速度比を約５程度に高めることができる。CMPにより二層の金属積層膜のうち一方の金属膜のみを選択的に研磨して他方を残すのは困難であるが、上記のように酸化剤の濃度を高めることでバリアメタル膜７２を第５の層間絶縁膜６９の上に残し易くすることができる。
【０１４８】
（３）第２実施形態
図２０〜図２１は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。なお、これらの図において第１実施形態と同じ要素には第１実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１４９】
本実施形態では、まず、第１実施形態で説明した図９（ａ）〜図１５（ｂ）の工程を行うことにより、図２０の断面構造を得る。
【０１５０】
但し、本実施形態では、チタン膜７２ｘの厚さを約５０nmとすることにより、該チタン膜７２ｘの厚さを窒化チタン膜７２ｙの厚さ以上にする。
【０１５１】
その後、第１実施形態で説明した図１６（ａ）〜図１９と同じ工程を行うことにより、図２１に示すような半導体装置の基本構造を完成させる。
【０１５２】
チタン膜７２ｘは酸化物を還元する作用があるので、このように窒化チタン膜７２ｙの厚さ以上にチタン膜７２ｘを形成することで、開口６９ａの下の二層目金属配線６６表面に残留する酸化銅を除去し易くなる。これにより、開口６９ａ内の第１の導電膜７３と二層目金属配線６６との間のコンタクト抵抗が酸化銅によって上昇するのを抑制でき、当該コンタクト抵抗を第１実施形態よりも安定させ易くすることが可能となる。
【０１５３】
（４）第３実施形態
図２２は、本実施形態に係る半導体装置の断面図である。なお、図２２において第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１５４】
本実施形態が第１実施形態と異なる点は、第２の導電膜８０の最下層の窒化チタン膜８０ｘを省略し、アルミニウム膜８０ｙと最上層の窒化チタン膜８０ｚのみを第２の導電膜８０とした点である。
【０１５５】
既述のように、最下層の窒化チタン膜８０ｘは、三層目金属配線８０ａのストレスマイグレーション耐性とエレクトロマイグレーション耐性の向上に寄与する。
【０１５６】
このように最下層の窒化チタン膜８０ｘを省略しても、第５の層間絶縁膜６９の上面に残っているバリアメタル膜７２が省略した窒化チタン膜８０ｘの役割を兼ねる。したがって、三層目金属配線８０ａのストレスマイグレーション耐性とエレクトロマイグレーション耐性が維持され、半導体装置の信頼性低下を招くことはない。
【０１５７】
更に、窒化チタン膜８０ｘを省略することにより、半導体装置の製造工程の短縮化が図られ、半導体装置の低コスト化も図ることができる。
【０１５８】
（５）第４実施形態
図２３〜図２５は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。なお、これらの図において第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１５９】
本実施形態では、まず、第１実施形態で説明した図９（ａ）〜図１５（ａ）の工程を行うことにより、図２３（ａ）に示す断面構造を得る。
【０１６０】
但し、本実施形態では図１５（ａ）のスパッタエッチングにおけるエッチング量を第１実施形態よりも増やす。
【０１６１】
これにより、図２３（ａ）に示すように、第５の層間絶縁膜６９が上面がエッチングされると共に、開口６９ａの縁部６９ｂにおいてそのエッチングが横方向にも進行し、当該縁部６９ｂが基板垂直方向から約４５度程度傾いたテーパ状となる。
【０１６２】
また、このようにエッチングが横方向に進行すると、縁部６９ｂでは一度付着した銅のリスパッタ膜６６ａが再度エッチングされるので、縁部６９ｂにはリスパッタ膜６６ａが形成されないことになる。
【０１６３】
なお、上記のように縁部６９ｂをテーパ状にするのに必要なエッチング量は、スパッタエッチングの時間によって制御することができる。
【０１６４】
更に、このスパッタエッチングの条件は特に限定されず、第１実施形態と同様にチャンバにアルゴンガスを１〜１０sccmの流量で供給し、チャンバ内の圧力を０．１〜０．８mTorrに維持する。そして、基板側に周波数が１３．５６MHzでパワーが２００〜１０００Wの高周波電力を印加してチャンバ内のアルゴンガスをプラズマ化し、このスパッタエッチングを行う。
【０１６５】
次いで、図２３（ｂ）に示すように、バリアメタル膜７２として窒化チタン膜をスパッタ法で約５０nmの厚さに形成する。
【０１６６】
そして、このバリアメタル膜７２の上に、六フッ化タングステン膜を使用するCVD法により第１の導電膜７３としてタングステン膜を約１０００nmの厚さに形成し、この第１の導電膜７３で開口６９ａを完全に埋め込む。
【０１６７】
続いて、図２４に示すように、第１実施形態で説明した図１６（ａ）の工程と同様にして、研磨パッド７５を回転させながら第１の導電膜７３上にスラリ７６を吐出し、第１の導電膜７３とバリアメタル膜７２とをCMP法により研磨する。
【０１６８】
そのスラリ７６には、砥粒７７と、第１の導電膜７３を酸化して研磨し易くするための過酸化水素等の酸化剤７８が添加される。スラリ７６における酸化剤７８の濃度は特に限定されない。第１実施形態で説明したように、酸化剤７８の濃度を高めると、第１の導電膜７３とバリアメタル膜７２の研磨速度比を高めることができる。
【０１６９】
そして、本工程では、第１実施形態と同様にバリアメタル膜７２を第５の層間絶縁膜６９の上面に残すようにし、第１の導電膜７３を開口６９ａのみに残すようにする。
【０１７０】
このように第５の層間絶縁膜６９の上にバリアメタル膜７２を残すようにすると、リスパッタ膜６６ａが研磨面に表出しなくなるので、酸化剤７８によってリスパッタ膜６６ａとその下の二層目金属配線６６が溶解するのを防止できる。
【０１７１】
しかも、本実施形態では開口６９ａの縁部６９ｂをテーパ状にしたので、第５の層間絶縁膜６９の上面からリスパッタ膜６６ａまでの距離Dが第１実施形態よりも長くなり、リスパッタ膜６６ａを研磨面から十分に隔てることができる。そのため、第１実施形態と比較して、リスパッタ膜６６ａが酸化剤７８に曝される危険性を一層低減でき、リスパッタ膜６６ａの溶解を効果的に防止することができる。
【０１７２】
この後は、第１実施形態で説明した図１６（ｂ）〜図１９の工程を行うことにより、図２５に示すような半導体装置の基本構造を完成させる。
【０１７３】
以上説明した本実施形態によれば、開口６９ａの縁部６９ｂをテーパ状にすることで、リスパッタ膜６６ａとその下の二層目金属配線６６が酸化剤７８等に曝される危険性を低減した。
【０１７４】
更に、本実施形態では、開口６９ａの縁部６９ａをテーパ状にしたことで、開口７３内の第１の導電膜７３と三層目金属配線８０ａとの接触面積が第１実施形態よりも増え、第１の導電膜７３と三層目金属配線８０ａとのコンタクト抵抗を低減することが可能となる。
【０１７５】
なお、上記のようにテーパ状の縁部６９ｂによってリスパッタ膜６６ａが第５の層間絶縁膜６９の上面から隔てられるので、図２６のように当該上面からバリアメタル膜７２を除去しても、CMPの酸化剤等がリスパッタ膜６６ａに浸み込むおそれはない。
【０１７６】
このように第５の層間絶縁膜６９の上面からバリアメタル膜７２を除去するには、例えば、塩素又はHBrを含むエッチングガスを用いて、バリアメタル膜７２をプラズマエッチングするのが好ましい。
【０１７７】
上記のエッチングガスに対し、バリアメタル膜７２のエッチング速度は、第５の層間絶縁膜６９や第１の導電膜７３のエッチング速度よりも速いので、バリアメタル膜７２のみを選択的に除去することができる。そのエッチング条件は特に限定されないが、例えば、エッチングチャンバ内の圧力を２０〜２００mTorr、シリコン基板３０側に周波数が１３．５６MHzでパワーが５０〜５００Wの高周波電力を印加し、上記のエッチングガスの高密度プラズマを生成するのが好ましい。
【０１７８】
このように第５の層間絶縁膜６９の上面からバリアメタル膜７２を除去すると、第２の導電膜８０をエッチングする工程（図１８参照）でのエッチング量が第１実施形態よりも減り、第５の層間絶縁膜６９上にバリアメタル膜７２のエッチング残渣が残り難くなる。
【０１７９】
図２７は、図２６の構造において、テーパ状の縁部６９ｂにより、一層目金属配線６６におけるボイドの発生がどの程度抑制されるのかを調査して得られたグラフである。
【０１８０】
このグラフの横軸は、図２３（ａ）のスパッタエッチングにおけるエッチング量を、酸化シリコン膜でのエッチング量で換算した値である。また、グラフの縦軸は、直径が１２インチのシリコン基板３０の面内において、一層目金属配線６６に発生したボイドの個数を表す。なお、この調査では、開口６９ａのアスペクト比（開口の高さ／直径）を１．５に固定してある。
【０１８１】
図２７に示されるように、エッチング量が１５nmでは、５nmの場合と比較してボイドの発生は抑制されているが、ボイドの発生を完全に防止するには至っていない。
【０１８２】
これに対し、エッチング量を３０nmとすると、ボイドの発生が完全に抑制された。
【０１８３】
この結果から、一層目金属配線６６におけるボイドの発生を防止するには、図２３（ａ）のスパッタエッチングにおけるエッチング量を酸化シリコン膜の膜厚換算で３０nm以上とすればよいことが明らかとなった。
【０１８４】
（６）第５実施形態
図２８〜図３０は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。なお、これらの図において第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１８５】
本実施形態では、まず、第１実施形態で説明した図９（ａ）〜図１５（ａ）の工程を行うことにより、図２８に示す断面構造を得る。
【０１８６】
但し、本実施形態では、開口６９ａの直径は第１実施形態と同じにしながら、第５の層間絶縁膜６９を第１実施形態よりも厚くすることにより、開口６９ａのアスペクト比を１．１〜１．８６とする。
【０１８７】
図２８に示すように、開口６９ａのアスペクト比を高くすると、二層目金属配線６６の表面に形成された自然酸化膜を除去するためのスパッタエッチングのときに、二層目金属配線６６から飛散した銅が開口６９ａの上部に達しない。
【０１８８】
そのため、リスパッタ膜６６ａは、開口６９ａの側面において第５の層間絶縁膜６９の上面から離れて形成されるようになる。
【０１８９】
なお、このスパッタエッチングの条件は特に限定されず、第１実施形態と同様にチャンバにアルゴンガスを１〜１０sccmの流量で供給し、チャンバ内の圧力を０．１〜０．８mTorrに維持する。そして、基板側に周波数が１３．５６MHzでパワーが２００〜１０００Wの高周波電力を印加してチャンバ内のアルゴンガスをプラズマ化し、上記のスパッタエッチングを行う。
【０１９０】
次いで、図２９に示すように、第１実施形態と同様にして開口６９ａ内と第５の層間絶縁膜６９の上面に、バリアメタル膜７２と第１の導電膜７３とを形成する。
【０１９１】
そして、研磨パッド７５を回転させながら第１の導電膜７３上にスラリ７６を吐出して、第１の導電膜７３とバリアメタル膜７２とをCMP法により研磨する。
【０１９２】
このとき、リスパッタ膜６６ａが開口６９ａの側面の上部に形成されていないので、リスパッタ膜６６ａと第５の層間絶縁膜６９の上面との距離Dを確保できる。よって、スラリ７６中の酸化剤７８がリスパッタ膜６６ａに至り難くなり、酸化剤７８によってリスパッタ膜６６ａとその下の二層目金属配線６６が溶解する危険性を第１実施形態よりも低減することができる。
【０１９３】
この後は、第１実施形態で説明した図１６（ｂ）〜図１９の工程を行うことにより、図３０に示す半導体装置を完成させる。
【０１９４】
以上のように、本実施形態では、開口６９ａのアスペクト比を高めることにより、リスパッタ膜６６ａが開口６９ａの側面の上部に形成されないようにし、CMPの酸化剤等がリスパッタ膜６６ａに侵入する危険性を低減した。
【０１９５】
よって、本実施形態では第５の層間絶縁膜６９の上面からバリアメタル膜７２を除去しても、リスパッタ膜６６ａが上記の酸化剤等と触れるのを防止できる。
【０１９６】
図３１は、図２９のCMP時にバリアメタル膜７２も研磨することにより、第５の層間絶縁膜６９の上面からバリアメタル膜７２を除去した場合の断面図である。
【０１９７】
図３２は、図３１の構造において開口６９ａのアスペクト比を高めることにより、一層目金属配線６６におけるボイドの発生がどの程度抑制されるのかを調査して得られたグラフである。
【０１９８】
このグラフの横軸は、開口６９ａのアスペクト比を表す。そして、グラフの縦軸は、直径が１２インチのシリコン基板３０の面内において、一層目金属配線６６に発生したボイドの個数を表す。なお、この調査では、各アスペクト比のそれぞれについて、図２８のスパッタエッチングの量を、酸化シリコン膜の膜厚換算で１５nmとしている。
【０１９９】
図３２に示されるように、開口６９ａのアスペクト比が高くなるにつれてボイドの発生が抑制され、アスペクト比が１．８６になるとボイドが発生しなくなる。
【０２００】
この結果から、一層目金属配線６６におけるボイドの発生を防止するには、開口６９ａのアスペクト比を１．８６以上とすればよいことが明らかとなった。
【０２０１】
更に、図３０と図３１の点線に示すように、三層目金属配線８０ａが位置ずれしてその側面８０ｂが開口６９ａの上に位置しても、リスパッタ膜６６ａと第５の層間絶縁膜６９の上面との距離Dが確保されるので、薬液等によってリスパッタ膜６６ａが溶解する懸念がない。よって、三層目金属配線８０ａと開口６９ａとの位置合わせ精度が緩和され、いわゆるボーダレスコンタクトが可能となる。
【０２０２】
以上、本実施形態について詳細に説明したが、各実施形態は上記に限定されない。例えば、上記では二層目金属配線６６として第２の銅シード層６４や第２の銅めっき膜６５を形成したが、これらの膜に代えてタングステン膜を形成するようにしてもよい。
【０２０３】
以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０２０４】
（付記１）  半導体基板の上方に金属からなる第１の配線を形成する工程と、
前記第１の配線の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に、前記第１の配線の表面が露出する開口を形成する工程と、
前記開口の内面及び前記層間絶縁膜の表面に、前記金属の拡散を抑制するバリアメタル膜を形成する工程と、
前記開口の内部を含む前記バリアメタル膜上に第１の導電膜を形成する工程と、
前記第１の導電膜の表面を化学機械研磨法により研磨し、前記開口の内部を除く前記バリアメタル膜の表面を露出させる工程と、
前記開口の内部に残った前記第１の導電膜上及び前記バリアメタル膜上に、第２の導電膜を形成する工程と、
前記第２の導電膜を、前記開口よりも拡大した領域に残して選択的に除去し、第２の配線を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０２０５】
（付記２）  前記第２の配線を形成する工程が、
前記第２の導電膜を、前記開口よりも拡大した領域に残して選択的に除去する第１の工程と、
残された前記第２の導電膜をマスクとして前記バリアメタル膜を選択的に除去する第２の工程と、
を含むことを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【０２０６】
（付記３）  前記第２の導電膜が、アルミニウム膜を挟んでその上下に窒化チタン膜が配置された構成を有していることを特徴とする付記１又は付記２に記載の半導体装置の製造方法。
【０２０７】
（付記４）  前記第２の導電膜が、アルミニウム膜上に窒化チタン膜が配置された構成を有していることを特徴とする付記１又は付記２に記載の半導体装置の製造方法。
【０２０８】
（付記５）  前記バリアメタル膜が、チタンからなる第１の膜上に窒化チタンからなる第２の膜が積層された構成を有し、
前記第１の膜の厚さが、前記第２の膜の厚さ以上であることを特徴とする付記１乃至付記４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【０２０９】
（付記６）  前記層間絶縁膜の前記開口を形成した後、前記開口の縁部がテーパ状になるまで前記層間絶縁膜をエッチングすることを特徴とする付記１乃至付記５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【０２１０】
（付記７）  前記第１の配線が、銅又はタングステンからなる配線であることを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【０２１１】
（付記８）  前記エッチングは、不活性ガスを用いるスパッタエッチングであり、前記スパッタエッチングにおけるエッチング量を、酸化シリコン膜の膜厚換算で３０nm以上とすることを特徴とする付記７に記載の半導体装置の製造方法。
【０２１２】
（付記９）  前記開口のアスペクト比を１．８６以上にすることを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【０２１３】
（付記１０）  前記第１の導電膜の表面を化学機械研磨法により研磨した後であって、前記第２の導電膜を形成する工程の前に、前記第１の配線の前記金属を溶解する薬液を用いて、前記バリアメタル膜の表面と前記第１の導電膜のそれぞれの表面を洗浄する工程を更に有することを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【０２１４】
（付記１１）  前記第１の配線の前記金属を溶解する薬液を用いて、前記第２の配線を洗浄する工程を更に有することを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０２１５】
４…第１の層間絶縁膜、６…第２の層間絶縁膜、６ａ…配線溝、７…銅配線、７ａ…リスパッタ膜、７ｂ…ボイド、８…バリア絶縁膜、９…第３の層間絶縁膜、１１…第１のレジストパターン、１１ａ…窓、１３…バリアメタル膜、１４…導電膜、１６…砥粒、１７…酸化剤、１８…スラリ、１９…研磨パッド、２０…金属積層膜、２０ｘ…第１のバリアメタル膜、２０ｙ…アルミニウム膜、２０ｚ…第２のバリアメタル膜、２０ａ…金属配線、２１…金属配線、３０…シリコン基板、３１…素子分離絶縁膜、３２…pウェル、３３…ゲート絶縁膜、３４…ゲート電極、３５…絶縁性サイドウォール、３６…n型ソース／ドレイン領域、３７…第１の層間絶縁膜、３７ａ…コンタクトホール、３８…コンタクトプラグ、４０…第１のエッチングストッパ膜、４１…第２の層間絶縁膜、４１ａ…第１の配線溝、４２…第１のマスク膜、４３…第１のレジストパターン、４３ａ…窓、４５…第１の銅拡散防止膜、４６…第１の銅シード層、４７…第１の銅めっき膜、４８…一層目金属配線、５１…第１のバリア絶縁膜、５２…第３の層間絶縁膜、５２ａ…ホール、５３…第２のエッチングストッパ膜、５４…第４の層間絶縁膜、５４ａ…第２の配線溝、５５…第２のマスク膜、５７…第２のレジストパターン、５７ａ…窓、６０…第３のレジストパターン、６０ａ…窓、６３…第２の銅拡散防止膜、６４…第２の銅シード層、６５…第２の銅めっき膜、６６…二層目金属配線、６６ａ…リスパッタ膜、６８…第２のバリア絶縁膜、６９…第５の層間絶縁膜、６９ａ…開口、６９ｂ…縁部、７０…第４のレジストパターン、７０ａ…窓、７２…バリアメタル膜、７２ｘ…チタン膜、７２ｙ…窒化チタン膜、７３…第１の導電膜、７５…研磨パッド、７６…スラリ、７７…砥粒、７８…酸化剤、８０…第２の導電膜、８０ｘ…窒化チタン膜、８０ｙ…アルミニウム膜、８０ｚ…窒化チタン膜、８０ａ…三層目金属配線、８１…第５のレジストパターン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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