(57)【要約】【課題】パターン設計工数、使用マスク枚数及び重ね合わせずれを低減しつつ、微細なビアパターンの形成を可能にする。【解決手段】ハードマスク膜１８における２層目配線パターンと対応する開口部２１と、第３のレジストパターン２２における１層目配線パターンと対応する開口部２３とが重なった領域に露出する部分の層間絶縁膜１９Ａに対してエッチングを行うことによって、ビア開口部２６及び２７を形成する。【選択図】図３
2010283288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の層間絶縁膜上に第１のマスクを用いて第１のレジストパターンを形成した後、前記第１のレジストパターンをエッチングマスクとして前記第１の層間絶縁膜に第１の配線溝を形成する工程（ａ）と、
前記第１のレジストパターンを除去した後、前記第１の配線溝に導電性材料を埋め込むことによって第１の配線を形成する工程（ｂ）と、
前記第１の層間絶縁膜の上及び前記第１の配線の上に第２の層間絶縁膜及びハードマスク膜を順次形成する工程（ｃ）と、
前記ハードマスク膜上に第２のマスクを用いて第２のレジストパターンを形成した後、前記第２のレジストパターンをエッチングマスクとして前記ハードマスク膜をパターン化する工程（ｄ）と、
前記第２のレジストパターンを除去した後、パターン化された前記ハードマスク膜上に前記第１のマスクを用いて第３のレジストパターンを形成する工程（ｅ）と、
パターン化された前記ハードマスク膜の開口部と前記第３のレジストパターンの開口部とが重なった領域に露出する部分の前記第２の層間絶縁膜に対してエッチングを行うことによってビア開口部を形成する工程（ｆ）と、
前記第３のレジストパターンを除去した後、パターン化された前記ハードマスク膜をエッチングマスクとして前記第２の層間絶縁膜に、前記ビア開口部と接続する第２の配線溝を形成する工程（ｇ）と、
前記第２の配線溝及び前記ビア開口部に導電性材料を埋め込むことによって、第２の配線、及び前記第１の配線と前記第２の配線とを接続するビアを形成する工程（ｈ）とを備えていることを特徴とする配線形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の配線形成方法において、
前記第１のレジストパターンと前記第３のレジストパターンとは同じレジスト材料を用いて形成されることを特徴とする配線形成方法。
【請求項３】
請求項１に記載の配線形成方法において、
前記第１のレジストパターンと前記第３のレジストパターンとは同一の露光照明条件を用いて形成されることを特徴とする配線形成方法。
【請求項４】
請求項３に記載の配線形成方法において、
前記同一の露光照明条件における照明絞りは、輪帯状、四重極状又は二重極状であることを特徴とする配線形成方法。
【請求項５】
請求項１に記載の配線形成方法において、
前記工程（ｅ）において、前記第３のレジストパターンは、前記第１の配線と位置合わせして形成されることを特徴とする配線形成方法。
【請求項６】
請求項１に記載の配線形成方法において、
前記ビア開口部はビアホールであることを特徴とする配線形成方法。
【請求項７】
請求項１に記載の配線形成方法において、
前記工程（ｈ）において、前記第２の配線における前記第１の配線と交差する全ての部分に前記ビアが形成されることを特徴とする配線形成方法。
【請求項８】
請求項１に記載の配線形成方法において、
前記第１の配線は、互いに電位が異なる少なくとも２種類以上の配線を含み、
前記工程（ｇ）において、前記第２の配線溝は、前記第１の配線のうち前記第２の配線と同電位の配線の上のみに形成されることを特徴とする配線形成方法。
【請求項９】
請求項１に記載の配線形成方法において、
前記工程（ａ）の前に、活性領域及びゲート電極が形成された基板上に、前記第１の層間絶縁膜の下地となる第３の層間絶縁膜を形成した後、前記第３の層間絶縁膜中に前記活性領域及び前記ゲート電極のそれぞれと接続する複数のコンタクトを形成する工程（ｉ）をさらに備え、
前記工程（ａ）において、前記第１の配線溝は前記複数のコンタクトに達するように形成されることを特徴とする配線形成方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の配線形成方法において、
前記工程（ｈ）の後に、前記第２の層間絶縁膜に空隙を形成する工程（ｊ）をさらに備えていることを特徴とする配線形成方法。
【請求項１１】
第１の配線と、
前記第１の配線の上側に形成された第２の配線とを備え、
前記第２の配線における前記第１の配線と交差する全ての部分に、前記第１の配線と前記第２の配線とを接続するビアが形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の半導体装置において、
前記ビアの上面形状は、４つ以上の辺を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の半導体装置において、
前記ビアの上面形状の少なくとも一辺は、前記第２の配線の下面端部と同一線上に存在することを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の半導体装置において、
前記ビアは、前記第２の配線の側面と連続した側面を有することを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線形成方法及び半導体装置に関し、特に、デュアルダマシン配線形成方法及び多層配線構造を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体の微細化が加速するにつれて、多層配線構造についても微細化に向けた構造が開発されてきている。特に、銅を溝に埋め込むことにより形成されるダマシン配線構造や、多層配線間を接続するビアホール及び上層配線溝に銅を同時に埋め込むことにより形成されるデュアルダマシン配線構造が現在主流となってきている。デュアルダマシン配線形成方法は、ビアを先に開口した後に上層配線溝をエッチングによって形成するビアファースト法と、上層配線溝を先に形成した後にビアを開口するトレンチファースト法とに大別される。トレンチファースト法には、ビア形成に際してトレンチパターンの段差が露光時のフォーカスずれの原因となるという欠点があるため、従来はビアファースト法が用いられてきた。
【０００３】
しかし、トレンチファースト法の欠点を改良するために、トレンチ（配線溝）形成前に薄膜のハードマスクのみをエッチングしておくことによって段差を軽減する手法が提案されている。
【０００４】
一方、微細化が進むにつれて、微細ピッチのビアホールの形成が困難になってきている。その理由としては、多層配線の段差上にホールパターンを形成する際に必要な焦点深度を確保できないことや、ライン系パターンの形成において解像度及び焦点深度の向上効果をもたらす輪帯照明に代表される斜入射照明が、ホール系パターンの形成では孤立ホールの焦点深度の低下をもたらすために使用できないことなどが挙げられる。このような状況の中、従来行われてきた１回の露光によるパターン形成ではなく、複数回の露光によるパターン形成が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
以下、図１１（ａ）〜（ｃ）、図１２（ａ）〜（ｈ）及び図１３（ａ）〜（ｈ）を参照しながら、特許文献１における配線形成方法、具体的には、従来のトレンチファーストデュアルダマシン配線形成方法について説明する。図１１（ａ）〜（ｃ）は、特許文献１における配線形成方法で用いられるマスクの平面図である。また、図１２（ａ）、（ｃ）、（ｅ）及び（ｇ）は、特許文献１における配線形成方法の各工程を示す断面図であり、図１２（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）及び（ｈ）は、図１２（ａ）、（ｃ）、（ｅ）及び（ｇ）のそれぞれに対応する平面図である。ここで、図１２（ａ）は図１２（ｂ）のｂ−ｂ’線の断面図であり、図１２（ｃ）は図１２（ｄ）のｄ−ｄ’線の断面図であり、図１２（ｅ）は図１２（ｆ）のｆ−ｆ’線の断面図であり、図１２（ｇ）は図１２（ｈ）のｈ−ｈ’線の断面図である。さらに、図１３（ａ）、（ｃ）、（ｅ）及び（ｇ）は、特許文献１における配線形成方法の各工程を示す断面図であり、図１３（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）及び（ｈ）は、図１３（ａ）、（ｃ）、（ｅ）及び（ｇ）のそれぞれに対応する平面図である。ここで、図１３（ａ）は図１３（ｂ）のｂ−ｂ’線の断面図であり、図１３（ｃ）は図１３（ｄ）のｄ−ｄ’線の断面図であり、図１３（ｅ）は図１３（ｆ）のｆ−ｆ’線の断面図であり、図１３（ｇ）は図１３（ｈ）のｈ−ｈ’線の断面図である。
【０００６】
まず、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、層間絶縁膜９０上にレジスト８８Ａを塗布した後、図１１（ａ）に示す、１層目配線パターン８３を有する１層目配線マスク８２を用いてパターン露光を行い、その後、現像を行う。これにより、図１２（ｃ）及び（ｄ）に示すように、配線パターン８３と対応する開口部８９を持つレジストパターン８８が形成される。
【０００７】
次に、レジストパターン８８をマスクとして層間絶縁膜９０をエッチングして配線溝を形成した後、当該配線溝に金属を埋め込み、その後、当該配線溝からはみ出た金属を研磨により除去する。これにより、図１２（ｅ）及び（ｆ）に示すように、層間絶縁膜９０中に１層目金属配線９１が形成される。
【０００８】
次に、図１２（ｇ）及び（ｈ）に示すように、層間絶縁膜９０の上及び１層目金属配線９１の上に、ライナー膜９２、層間絶縁膜９３及びハードマスク膜９４を順次堆積した後、ハードマスク膜９４上にレジスト（図示省略）を塗布し、その後、図１１（ｂ）に示す、２層目配線パターン８５を有する２層目配線マスク８４を用いたパターン露光及び現像を順次行う。これにより形成されたレジストパターン（図示省略）をマスクとして、ハードマスク膜９４をエッチング処理した後、当該レジストパターンを除去する。これにより、図１２（ｈ）に示すように、ハードマスク膜９４には、縦方向に延びる２層目配線パターンと対応する溝９５が形成される。
【０００９】
次に、溝９５内を含むハードマスク膜９４上にレジストを塗布した後、図１１（ｃ）に示す、ビア形成用パターン８７を有するビア形成用マスク８６を用いたパターン露光及び現像処理を順次行う。これにより、図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、横方向に延びる開口部９７を有するレジストパターン９６が形成される。ここで、レジストパターン９６における横方向に延びる開口部９７と、ハードマスク膜９４における縦方向に延びる溝（２層目配線パターン）９５との交差部には、層間絶縁膜９３の表面を露出させる正方形開口部９８が存在する。
【００１０】
次に、図１３（ｃ）及び（ｄ）に示すように、正方形開口部９８内に露出する部分の層間絶縁膜９３に対して選択的にエッチング処理を行うことによって、正方形ビアホール９９を形成する。
【００１１】
次に、レジストパターン９６を除去した後、図１３（ｅ）及び（ｆ）に示すように、溝（２層目配線パターン）９５が形成されたハードマスク膜９４をマスクとして、層間絶縁膜９３を所定の膜厚だけエッチング処理する。これにより、層間絶縁膜９３中に、正方形ビアホール９９と接続する２層目配線溝１００が形成される。
【００１２】
次に、正方形ビアホール９９内に露出する部分のライナー膜９２を除去した後、ビアホール９９及び２層目配線溝１００に金属を埋め込み、その後、２層目配線溝１００からはみ出た金属を研磨により除去する。これにより、図１３（ｇ）及び（ｈ）に示すように、２層目金属配線１０２が形成されると共に、１層目金属配線９１と２層目金属配線１０２とを接続する金属ビア１０１が形成される。ここで、金属の研磨除去の際にハードマスク膜９４が除去される。
【００１３】
以上に説明した多層配線形成方法によれば、本来正方形状に形成されるべきビア形成用パターンを長方形状（ライン状）に形成して、当該長方形状のビア形成用パターン（レジストパターン９６における横方向に延びる開口部９７）と２層目配線パターン（ハードマスク膜９４における縦方向に延びる溝９５）との交差部に実質的なビアパターン（正方形開口部９８）を形成することによって、ビアパターン露光時の解像度及び焦点深度を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００５−１５０４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、前述の特許文献１の配線形成方法によると、ビアを形成する際に、ハードマスク膜の２層目配線パターンと交差するトレンチ（横方向に延びる開口部）を持つレジストパターンを形成し、２層目配線パターンとトレンチとの交差部に露出する層間絶縁膜のみをエッチングすることにより、ビアホールを形成している。すなわち、ビア形成時に使用するビア形成用マスクパターンは、２層目配線パターンと交差するラインパターンであって、最終的に形成されるビアの形状とは異なるため、このビア形成用マスクパターンを新規なマスクパターンとして設計する必要が生じる。このため、パターン設計工数が増加してしまうという問題が生じる。
【００１６】
また、前述の特許文献１の配線形成方法において使用するマスク枚数は、従来のビア形成用マスク（ビア形成時に使用するビア形成用マスクパターンが、最終的に形成されるビアと同じ形状を有している）を用いた場合と同じマスク枚数になる。このため、光近接効果補正に伴う工程やマスク欠陥検査の工程などに時間と費用とが必要になる。
【００１７】
また、１つのマスク（つまり１回の露光）によってビア形成を行っていた従来技術と比べて、前述の従来の配線形成方法においては、ラインパターンをそれぞれ有する２枚のマスクを用いてビア形成を行っているため、マスクパターン転写時の重ね合わせずれの影響を２枚のマスクそれぞれによる露光から受けることになるので、ビアと１層目配線との重ね合わせずれが拡大してしまうことが懸念される。
【００１８】
前記に鑑み、本発明は、パターン設計工数、使用マスク枚数及び重ね合わせずれを低減しつつ、微細なビアパターンの形成を可能にする配線形成方法及び半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記の目的を達成するために、本発明に係る配線形成方法は、第１の層間絶縁膜上に第１のマスクを用いて第１のレジストパターンを形成した後、前記第１のレジストパターンをエッチングマスクとして前記第１の層間絶縁膜に第１の配線溝を形成する工程（ａ）と、前記第１のレジストパターンを除去した後、前記第１の配線溝に導電性材料を埋め込むことによって第１の配線を形成する工程（ｂ）と、前記第１の層間絶縁膜の上及び前記第１の配線の上に第２の層間絶縁膜及びハードマスク膜を順次形成する工程（ｃ）と、前記ハードマスク膜上に第２のマスクを用いて第２のレジストパターンを形成した後、前記第２のレジストパターンをエッチングマスクとして前記ハードマスク膜をパターン化する工程（ｄ）と、前記第２のレジストパターンを除去した後、パターン化された前記ハードマスク膜上に前記第１のマスクを用いて第３のレジストパターンを形成する工程（ｅ）と、パターン化された前記ハードマスク膜の開口部と前記第３のレジストパターンの開口部とが重なった領域に露出する部分の前記第２の層間絶縁膜に対してエッチングを行うことによってビア開口部を形成する工程（ｆ）と、前記第３のレジストパターンを除去した後、パターン化された前記ハードマスク膜をエッチングマスクとして前記第２の層間絶縁膜に、前記ビア開口部と接続する第２の配線溝を形成する工程（ｇ）と、前記第２の配線溝及び前記ビア開口部に導電性材料を埋め込むことによって、第２の配線、及び前記第１の配線と前記第２の配線とを接続するビアを形成する工程（ｈ）とを備えている。
【００２０】
本発明に係る配線形成方法において、前記第１のレジストパターンと前記第３のレジストパターンとは同じレジスト材料を用いて形成されてもよい。
【００２１】
本発明に係る配線形成方法において、前記第１のレジストパターンと前記第３のレジストパターンとは同一の露光照明条件を用いて形成されてもよい。この場合、前記同一の露光照明条件における照明絞りは、輪帯状、四重極状又は二重極状であってもよい。
【００２２】
本発明に係る配線形成方法において、前記工程（ｅ）において、前記第３のレジストパターンは、前記第１の配線と位置合わせして形成されてもよい。
【００２３】
本発明に係る配線形成方法において、前記ビア開口部はビアホールであってもよい。
【００２４】
本発明に係る配線形成方法において、前記工程（ｈ）において、前記第２の配線における前記第１の配線と交差する全ての部分に前記ビアが形成されてもよい。
【００２５】
本発明に係る配線形成方法において、前記第１の配線は、互いに電位が異なる少なくとも２種類以上の配線を含み、前記工程（ｇ）において、前記第２の配線溝は、前記第１の配線のうち前記第２の配線と同電位の配線の上のみに形成されてもよい。
【００２６】
本発明に係る配線形成方法において、前記工程（ａ）の前に、活性領域及びゲート電極が形成された基板上に、前記第１の層間絶縁膜の下地となる第３の層間絶縁膜を形成した後、前記第３の層間絶縁膜中に前記活性領域及び前記ゲート電極のそれぞれと接続する複数のコンタクトを形成する工程（ｉ）をさらに備え、前記工程（ａ）において、前記第１の配線溝は前記複数のコンタクトに達するように形成されてもよい。すなわち、活性領域（ソース・ドレイン領域）及びゲート電極のそれぞれと第１の配線とを接続するローカル配線としてコンタクトを設けてもよい。
【００２７】
本発明に係る配線形成方法において、前記工程（ｈ）の後に、前記第２の層間絶縁膜に空隙を形成する工程（ｊ）をさらに備えていてもよい。すなわち、本発明に係る配線形成方法を、いわゆるエアギャップ配線プロセスと組み合わせてもよい。
【００２８】
本発明に係る半導体装置は、第１の配線と、前記第１の配線の上側に形成された第２の配線とを備え、前記第２の配線における前記第１の配線と交差する全ての部分に、前記第１の配線と前記第２の配線とを接続するビアが形成されている。
【００２９】
本発明に係る半導体装置において、前記ビアの上面形状は、４つ以上の辺を有していてもよい。
【００３０】
本発明に係る半導体装置において、前記ビアの上面形状の少なくとも一辺は、前記第２の配線の下面端部と同一線上に存在していてもよい。この場合、前記ビアの上面形状の他の辺が、前記第１の配線の上面端部と同一線上に存在していてもよい。
【００３１】
本発明に係る半導体装置において、前記ビアは、前記第２の配線の側面と連続した側面を有していてもよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、第１のマスク（第１の配線形成用マスク）をビア形成用マスクとして用いることができるため、使用マスク枚数を削減できると共に新たなビア形成用マスクパターンのレイアウト設計を省略できるので、マスク製造・検査・設計等に要するコストを低減することができる。
【００３３】
また、本発明によれば、ハードマスクパターンを用いて第ニの配線溝を形成するため、段差の小さいハードマスクパターン上に第３のレジストパターン（ビア形成用レジストパターン）を形成できる。従って、ビア同士の間隔が解像限界付近であっても、各ビアを互いに分離して良好に形成できるため、チップサイズの縮小が可能になる。
【００３４】
また、本発明によれば、第１の配線とビアとを同じマスクを用いて形成するため、第１の配線とビアとを異なるマスクを用いて形成する場合と比べて、第１の配線とビアとの重ね合わせずれを大きく低減できる。従って、第１の配線とビアとの接続面積を増大させることができるため、断線を防止して配線歩留まりを向上させることができる。
【００３５】
さらに、本発明によれば、第１の配線溝パターンと第２の配線溝パターンとの交差形状によってビア形状を設定するため、ビア形状として、従来のホール形状のみならず、ライン状や多角形状等も利用できるので、エアギャップ配線構造を用いた場合にも、多層配線構造の機械的強度を増大させて歩留まりや信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る配線形成方法で用いるマスクの平面図である。
【図２】図２（ａ）、（ｃ）及び（ｅ）は本発明の第１の実施形態に係る配線形成方法の各工程を示す断面図であり、図２（ｂ）、（ｄ）及び（ｆ）は、図２（ａ）、（ｃ）及び（ｅ）のそれぞれに対応する平面図である。
【図３】図３（ａ）、（ｃ）及び（ｅ）は本発明の第１の実施形態に係る配線形成方法の各工程を示す断面図であり、図３（ｂ）、（ｄ）及び（ｆ）は、図３（ａ）、（ｃ）及び（ｅ）のそれぞれに対応する平面図である。
【図４】図４（ａ）、（ｃ）及び（ｅ）は本発明の第１の実施形態に係る配線形成方法の各工程を示す断面図であり、図４（ｂ）、（ｄ）及び（ｆ）は、図４（ａ）、（ｃ）及び（ｅ）のそれぞれに対応する平面図である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は比較例に係る配線形成方法で用いるマスクの平面図であり、図５（ｃ）は比較例に係る半導体装置の平面図であり、図５（ｄ）及び（ｅ）はそれぞれ図５（ｃ）のｙ−ｙ’線及びｘ−ｘ’線の断面図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る配線形成方法で用いるマスクの平面図であり、図６（ｄ）は本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る半導体装置の平面図であり、図６（ｅ）及び（ｆ）はそれぞれ図６（ｄ）のｙ−ｙ’線及びｘ−ｘ’線の断面図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る配線形成方法で用いるマスクの平面図であり、図７（ｄ）は本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る半導体装置の平面図であり、図７（ｅ）及び（ｆ）はそれぞれ図７（ｄ）のｙ−ｙ’線及びｘ−ｘ’線の断面図である。
【図８】図８（ａ）は本発明の第１の実施形態の第３変形例に係る半導体装置の断面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）と対応する上面図である。
【図９】図９は本発明の第１の実施形態の第４変形例に係る半導体装置の断面図である。
【図１０】図１０は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置におけるビア形状の一例を示す平面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｃ）は、特許文献１における配線形成方法で用いられるマスクの平面図である。
【図１２】図１２（ａ）、（ｃ）、（ｅ）及び（ｇ）は、特許文献１における配線形成方法の各工程を示す断面図であり、図１２（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）及び（ｈ）は、図１２（ａ）、（ｃ）、（ｅ）及び（ｇ）のそれぞれに対応する平面図である。
【図１３】図１３（ａ）、（ｃ）、（ｅ）及び（ｇ）は、特許文献１における配線形成方法の各工程を示す断面図であり、図１３（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）及び（ｈ）は、図１３（ａ）、（ｃ）、（ｅ）及び（ｇ）のそれぞれに対応する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る配線形成方法、具体的には、トレンチファーストデュアルダマシン配線形成方法をベースとした方法について、図面を参照しながら説明する。
【００３８】
図１（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態の配線形成方法で用いるマスクの平面図である。また、図２（ａ）、（ｃ）及び（ｅ）は、本実施形態の配線形成方法の各工程を示す断面図であり、図２（ｂ）、（ｄ）及び（ｆ）は、図２（ａ）、（ｃ）及び（ｅ）のそれぞれに対応する平面図である。ここで、図２（ａ）は図２（ｂ）のｂ−ｂ’線の断面図であり、図２（ｃ）は図２（ｄ）のｄ−ｄ’線の断面図であり、図２（ｅ）は図２（ｆ）のｆ−ｆ’線の断面図である。また、図３（ａ）、（ｃ）及び（ｅ）は、本実施形態の配線形成方法の各工程を示す断面図であり、図３（ｂ）、（ｄ）及び（ｆ）は、図３（ａ）、（ｃ）及び（ｅ）のそれぞれに対応する平面図である。ここで、図３（ａ）は図３（ｂ）のｂ−ｂ’線の断面図であり、図３（ｃ）は図３（ｄ）のｄ−ｄ’線の断面図であり、図３（ｅ）は図３（ｆ）のｆ−ｆ’線の断面図である。さらに、図４（ａ）、（ｃ）及び（ｅ）は、本実施形態の配線形成方法の各工程を示す断面図であり、図４（ｂ）、（ｄ）及び（ｆ）は、図４（ａ）、（ｃ）及び（ｅ）のそれぞれに対応する平面図である。ここで、図４（ａ）は図４（ｂ）のｂ−ｂ’線の断面図であり、図４（ｃ）は図４（ｄ）のｄ−ｄ’線の断面図であり、図４（ｅ）は図４（ｆ）のｆ−ｆ’線の断面図である。
【００３９】
まず、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、基板１１おける素子分離領域１１ａによって囲まれた活性領域上にゲート電極１０を形成した後、ゲート電極１０の両側面上に絶縁性サイドウォールスペーサ１０ａを形成し、その後、ゲート電極１０上を含む基板１１上に層間絶縁膜７を成膜する。続いて、図１（ａ）に示す、コンタクトパターン２を有するコンタクト形成用マスク１を用いて、コンタクトパターン２と対応する開口部を持つレジストパターン（図示省略）を形成した後、当該レジストパターンをマスクとして層間絶縁膜７にエッチング処理を行う。これにより、ゲート電極１０に達するコンタクトホール８、及び基板１１に達するコンタクトホール９が形成される。
【００４０】
次に、図２（ｃ）及び（ｄ）に示すように、コンタクトホール８及び９のそれぞれに金属を埋め込んだ後、コンタクトホール８及び９からはみ出た金属を研磨により除去して、ゲート電極１０と接続する金属コンタクト１５、及び基板１１と接続する金属コンタクト１６を形成する。その後、金属コンタクト１５及び１６の上を含む層間絶縁膜７の上に層間絶縁膜１４を成膜した後、層間絶縁膜１４上にレジストを塗布し、その後、図１（ｂ）に示す、１層目配線パターン４を有する１層目配線形成用マスク３を用いてパターン露光を行った後、現像を行う。これにより、１層目配線形成用マスク３における１層目配線パターン４となる光透過部を透過した光が照射された部分のレジストが除去されて、図２（ｃ）及び（ｄ）に示す第１のレジストパターン１２が形成される。第１のレジストパターン１２は、１層目配線パターン４と対応する開口部（溝）１３を有する。
【００４１】
次に、図２（ｅ）及び（ｆ）に示すように、第１のレジストパターン１２をマスクとして、層間絶縁膜１４をエッチングして１層目配線溝１４ａを形成した後、第１のレジストパターン１２を除去する。続いて、１層目配線溝１４ａに金属を埋め込んだ後、１層目配線溝１４ａからはみ出た金属を研磨により除去して、１層目金属配線１７を形成する。
【００４２】
次に、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、１層目金属配線１７の上を含む層間絶縁膜１４の上に、ライナー膜２０Ａ、層間絶縁膜１９Ａ及びハードマスク膜１８を順次堆積する。続いて、ハードマスク膜１８上にレジスト（図示省略）を塗布した後、図１（ｃ）に示す、２層目配線パターン６を有する２層目配線形成用マスク５を用いてパターン露光を行い、その後、現像を行う。これにより形成された第２のレジストパターン（図示省略）をマスクとして、ハードマスク膜１８をエッチング処理した後、当該第２のレジストパターンを除去する。ここで、ハードマスク膜１８は、２層目配線パターン６と対応する開口部（溝）２１を有する。
【００４３】
次に、図３（ｃ）及び（ｄ）に示すように、開口部２１を含むハードマスク膜１８上にレジストを塗布した後、図１（ｂ）に示す、１層目配線パターン４を有する１層目配線形成用マスク３を用いてパターン露光を行い、その後、現像を行う。これにより、１層目配線形成用マスク３における１層目配線パターン４となる光透過部を透過した光が照射された部分のレジストが除去されて、図３（ｃ）及び（ｄ）に示す第３のレジストパターン２２が形成される。第３のレジストパターン２２は、１層目配線パターン４と対応する開口部（溝）２３を有する。ここで、第３のレジストパターン２２における１層目配線パターン４と対応する開口部２３と、ハードマスク膜１８における２層目配線パターン６と対応する開口部２１との交差部には、それぞれ層間絶縁膜１９Ａの表面を露出させる正方形開口部２４及び長方形開口部２５が存在する。
【００４４】
次に、図３（ｅ）及び（ｆ）に示すように、正方形開口部２４内及び長方形開口部２５内に露出する部分の層間絶縁膜１９Ａに対して選択的にエッチング処理を行うことによって、正方形ビアホール２６及び長方形ビア開口部２７を形成する。
【００４５】
次に、第３のレジストパターン２２を除去した後、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、２層目配線パターン６と対応する開口部２１を有するハードマスク膜１８をマスクとして、層間絶縁膜１９Ａを所定の膜厚だけエッチング処理する。これにより、層間絶縁膜１９Ａ中に、正方形ビアホール２６及び長方形ビア開口部２７のそれぞれと接続する２層目配線溝２８が形成される。
【００４６】
次に、正方形ビアホール２６内及び長方形ビア開口部２７内に露出する部分のライナー膜２０Ａを除去した後、正方形ビアホール２６及び長方形ビア開口部２７並びに２層目配線溝２８に金属を埋め込み、その後、２層目配線溝２８からはみ出た金属を研磨により除去する。これにより、図４（ｃ）及び（ｄ）に示すように、２層目金属配線２９が形成されると共に、それぞれ１層目金属配線１７と２層目金属配線２９とを接続する正方形金属ビア３０及び長方形金属ビア３１が形成される。ここで、金属の研磨除去の際にハードマスク膜１８が除去される。
【００４７】
次に、図４（ｅ）及び（ｆ）に示すように、２層目金属配線２９の上を含む層間絶縁膜１９Ａの上に、ライナー膜２０Ｂ、層間絶縁膜１９Ｂ及びハードマスク膜（図示省略）を順次堆積する。その後、以上に説明した、図３（ａ）及び（ｂ）に示す工程から図４（ｃ）及び（ｄ）に示す工程までの手順と同様の手順に従って、図１（ｄ）に示す、３層目配線パターン３５を有する３層目配線形成用マスク３４、及び図１（ｃ）に示す、２層目配線パターン６を有する２層目配線形成用マスク５を用いて、層間絶縁膜１９Ｂ中に３層目金属配線３２を形成すると共に、２層目金属配線２９と３層目金属配線３２とを接続する金属ビア３３を形成する。
【００４８】
尚、本実施形態において、３層構造の多層配線を形成したが、同様の手順を用いて、４層以上の構造を有する多層配線を形成してもよい。
【００４９】
以上に説明したように、本実施形態の配線形成方法によれば、本来ビア形成用マスクを用いた露光によって形成すべきビアパターンを、ハードマスク膜１８における２層目配線パターン６と対応する開口部２１と第３のレジストパターン２２における１層目配線パターン４と対応する開口部２３との交差部として形成している。このため、１層目配線形成用マスク３をビア形成用マスクとして用いることができるため、ビア形成用マスクを使用する必要が無くなるので、ビア形成用マスクの製造及び検査並びにビア形成用マスクパターンのレイアウト設計が不要となる。半導体装置製造においては、リソグラフィに用いるマスクに関連する費用の割合が微細化に伴って増大していることが大きな問題となっているが、本実施形態では使用マスク枚数を削減してマスク関連費用を抑えることが可能となる。
【００５０】
また、本実施形態によれば、２層目配線パターン６と対応する開口部２１を持つハードマスク膜１８を用いて２層目配線溝２８を形成するため、段差の小さいハードマスク膜１８上に第３のレジストパターン（ビア形成用レジストパターン）２２を形成できる。従って、ビア同士の間隔が解像限界付近であっても、各ビアを互いに分離して良好に形成できるため、チップサイズの縮小が可能になる。
【００５１】
また、本実施形態では、１層目配線形成のための１層目配線形成用マスク３を用いた１回目の露光と、ビア形成のための１層目配線形成用マスク３を用いた２回目の露光とにおいて、同一のマスクを用いることに加えて、同一のレジスト材料及び同一の露光照明条件を用いることによって、１回目の露光により形成される第１のレジストパターン１２の上面形状と、２回目の露光により形成される第３のレジストパターン２２の上面形状とを実質的に同一にすることができる。この場合、前記露光照明条件の照明絞りが輪帯状、四重極状又は二重極状であると、従来のビア形成用露光と比較して、解像度の向上及び焦点深度の拡大を実現できる。
【００５２】
すなわち、１層目金属配線１７と金属ビア３０及び３１とを同じマスクを用いて形成することにより、１層目金属配線１７と金属ビア３０及び３１とを異なるマスクを用いて形成する場合と比べて、１層目金属配線１７と金属ビア３０及び３１との重ね合わせずれを大きく低減できる。
【００５３】
特に、ビア形成のための１層目配線形成用マスク３を用いた２回目の露光において形成される第３のレジストパターン２２を、１層目金属配線１７に位置合わせして形成することにより、金属ビア３０及び３１を１層目金属配線１７に精度良く位置合わせすることができる。
【００５４】
近年の研究によれば、マスクパターンの重ね合わせずれの要因の一つとして、マスク同士の製造個体差に起因する重ね合わせずれの寄与が大きいことが分かってきている。しかし、本実施形態によれば、１層目金属配線１７と金属ビア３０及び３１とを同じマスクを用いて形成するため、マスク間の製造個体差に起因する重ね合わせずれの影響が、従来のビア形成用マスクを使用する場合よりも小さくなる。
【００５５】
以上のように、本実施形態によれば、１層目金属配線１７と金属ビア３０及び３１との接続面積を増大させることができるため、断線を防止して配線歩留まりを向上させることができる。
【００５６】
また、本実施形態の配線形成方法によって製造された半導体装置（以下、本実施形態の半導体装置）は、１層目金属配線１７と２層目金属配線２９との全ての交差部に、１層目金属配線１７と２層目金属配線２９とを接続するビアが形成されていることを特徴としている。尚、互いに異なるノードの複数の１層目配線及び２層目配線の組が存在する場合には、各組について同様の特徴が存在する。また、３層目及びそれよりも上層の金属配線も２層目金属配線２９と同様の手順で形成される場合には、２層目金属配線２９と３層目金属配線との交差部、及びその他の上層配線同士の交差部についても、同様の特徴が存在する。
【００５７】
また、本実施形態の半導体装置においては、金属ビア３０及び３１の上面形状の少なくとも一辺は、２層目金属配線２９の下面端部と同一線上に存在する。言い換えると、金属ビア３０及び３１は、２層目金属配線２９の側面と連続した側面を有する。また、金属ビア３０及び３１の上面形状の他の辺は、１層目金属配線１７の上面端部と同一線上に存在する。
【００５８】
また、本実施形態の半導体装置においては、金属ビア３０及び３１の形状はそれぞれ正方形及び長方形であったが、ビア形状はこれらに限定されるものではなく、他の様々なビア形状、具体的には、４つ以上の辺を有する任意のビア形状が可能である。図１０は、そのようなビア形状の一例を示す平面図である。図１０に示すように、１層目配線７９と２層目配線８０との交差部に、６つの辺を持つビア８１が形成されている。
【００５９】
尚、本実施形態においては、ビア上面形状の各辺の接続部（コーナー部）の丸まりについては特に触れていないが、丸まりの有無によらず、前述の本実施形態の効果が得られることは言うまでもない。
【００６０】
（比較例）
以下、比較例に係る配線形成方法及び半導体装置について、図面を参照しながら説明する。
【００６１】
図５（ａ）及び（ｂ）は比較例の配線形成方法で用いるマスクの平面図であり、図５（ｃ）は比較例の半導体装置の平面図であり、図５（ｄ）及び（ｅ）はそれぞれ図５（ｃ）のｙ−ｙ’線及びｘ−ｘ’線の断面図である。
【００６２】
本比較例においては、前述の第１の実施形態に係る配線形成方法と同様の手順に従って、図５（ｃ）〜（ｅ）に示す２層構造の多層配線を形成する。図５（ｃ）〜（ｅ）に示すように、本比較例の半導体装置においては、層間絶縁膜４０中に、１層目配線４２、２層目配線４３、及び１層目配線４２と２層目配線４３とを接続するビア４１が形成されている。ここで、図５（ｃ）においては、ビア４１の配置を示すために、２層目配線４３の図示を省略している。
【００６３】
図５（ｃ）〜（ｅ）に示す２層構造の多層配線の形成方法は以下の通りである。まず、図５（ａ）に示す、１層目配線パターン３７Ａ、３７Ｂ及び３７Ｃを有する１層目配線形成用マスク３６を用いてレジストに対してパターン露光及び現像を行い、これにより形成されたレジストパターンをマスクとして、層間絶縁膜に対してエッチングを行って１層目配線溝を形成する。次に、１層目配線溝に金属を埋め込んだ後、１層目配線溝からはみ出た金属を研磨により除去して１層目配線４２を形成する。その後、１層目配線４２上に層間絶縁膜及びハードマスク膜を順次堆積した後、図５（ｂ）に示す、２層目配線パターン３９を有する２層目配線形成用マスク３８を用いてレジストに対してパターン露光及び現像を行う。これにより形成されたレジストパターンをマスクとして、ハードマスク膜に対してエッチングを行って２層目配線溝パターンを形成する。次に、２層目配線溝パターンを含むハードマスク膜上にレジストを塗布した後、当該レジストに対して前述の図５（ａ）に示す１層目配線形成用マスク３６を用いてパターン露光及び現像を行い、これにより形成されたレジストパターン及びハードマスク膜をマスクとして、層間絶縁膜に対してエッチングを行ってビアホールを形成する。ここで、ビアホールは、レジストパターンの開口部（１層目配線溝パターン）とハードマスク膜の２層目配線溝パターンとが重なった領域に形成される。その後、レジストパターンを除去した後、２層目配線溝パターンが形成されたハードマスク膜をマスクとして、層間絶縁膜に対してエッチングを行って２層目配線溝を形成する。その後、ビアホール及び２層目配線溝に金属を埋め込んだ後、２層目配線溝からはみ出た金属を研磨により除去してビア４１及び２層目配線４３を形成する。以上により、図５（ｃ）〜（ｅ）に示す２層構造の多層配線が形成される。
【００６４】
本比較例においては、１層目配線４２と２層目配線４３との交差部には必ずビア４１が形成される。ここで、１層目配線形成用マスク３６の１層目配線パターン３７Ａ及び３７Ｃにそれぞれ対応する１層目配線４２同士が電気的に同じ電位を有しており、１層目配線形成用マスク３６の１層目配線パターン３７Ｂに対応する１層目配線４２のみが、他の１層目配線４２とは異なる電位を有しているものとする。この場合、１層目配線パターン３７Ａ及び３７Ｃにそれぞれ対応する１層目配線４２同士を電気的に接続する一方、１層目配線パターン３７Ｂに対応する１層目配線４２については他の１層目配線４２と電気的に接続しない必要がある。しかしながら、図５（ｃ）〜（ｅ）に示す比較例の構造においては、ビア４１及び２層目配線４３を介して、１層目配線パターン３７Ａ及び３７Ｃに対応する１層目配線４２と、１層目配線パターン３７Ｂに対応する１層目配線４２とが互いに電気的に接続されてしまうので、所望の回路が形成されない可能性がある。
【００６５】
（第１の実施形態の第１変形例）
以下、本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る配線形成方法及び半導体装置について、図面を参照しながら説明する。尚、本変形例は前述の比較例の問題点を解決するものである。具体的には、本変形例においては、１層目配線同士の短絡を３層目配線接続により回避する。
【００６６】
図６（ａ）〜（ｃ）は本変形例の配線形成方法で用いるマスクの平面図であり、図６（ｄ）は本変形例の半導体装置の平面図であり、図６（ｅ）及び（ｆ）はそれぞれ図６（ｄ）のｙ−ｙ’線及びｘ−ｘ’線の断面図である。尚、図６（ｄ）においては、ビアの配置を示すために、２層目配線や３層目配線等の図示を省略している。また、図６（ｅ）及び（ｆ）においては、複数の層間絶縁膜の積層構造を層間絶縁膜４９として示している。
【００６７】
本変形例の配線形成方法においては、まず、図６（ａ）に示す、１層目配線パターン４５Ａ、４５Ｂ及び４５Ｃを有する１層目配線形成用マスク４４を用いてレジストに対してパターン露光及び現像を行い、これにより形成されたレジストパターンをマスクとして、層間絶縁膜に対してエッチングを行って１層目配線溝を形成する。次に、１層目配線溝に金属を埋め込んだ後、１層目配線溝からはみ出た金属を研磨により除去して１層目配線５１を形成する。その後、１層目配線５１上に層間絶縁膜及びハードマスク膜を順次堆積した後、図６（ｂ）に示す、２層目配線パターン４７を有する２層目配線形成用マスク４６を用いてレジストに対してパターン露光及び現像を行う。これにより形成されたレジストパターンをマスクとして、ハードマスク膜に対してエッチングを行って２層目配線溝パターンを形成する。次に、２層目配線溝パターンを含むハードマスク膜上にレジストを塗布した後、当該レジストに対して前述の図６（ａ）に示す１層目配線形成用マスク４４を用いてパターン露光及び現像を行い、これにより形成されたレジストパターン及びハードマスク膜をマスクとして、層間絶縁膜に対してエッチングを行ってビアホールを形成する。ここで、ビアホールは、レジストパターンの開口部（１層目配線溝パターン）とハードマスク膜の２層目配線溝パターンとが重なった領域に形成される。その後、レジストパターンを除去した後、２層目配線溝パターンが形成されたハードマスク膜をマスクとして、層間絶縁膜に対してエッチングを行って２層目配線溝を形成する。その後、ビアホール及び２層目配線溝に金属を埋め込んだ後、２層目配線溝からはみ出た金属を研磨により除去してビア５０及び２層目配線５２を形成する。その後、図６（ｃ）に示す、３層目配線パターン４８ａを有する３層目配線形成用マスク４８を用いて、同様の手順を繰り返すことにより、３層目配線まで形成する。具体的には、２層目配線５２上にビア５３を形成した後、ビア５３上に、ビア５３を介して２層目配線５２と電気的に接続する３層目配線５４を形成することにより、図６（ｄ）〜（ｆ）に示す３層構造の多層配線が形成される。
【００６８】
本変形例においては、図６（ａ）に示す１層目配線形成用マスク４４の１層目配線パターン４５Ａ及び４５Ｃにそれぞれ対応する１層目配線５１同士が電気的に同じ電位を有しており、１層目配線形成用マスク４４の１層目配線パターン４５Ｂに対応する１層目配線５１のみが、他の１層目配線５１と異なる電位を有しているものとする。
【００６９】
それに対して、本変形例においては、図６（ｂ）に示す２層目配線形成用マスク４６の２層目配線パターン４７と対応する２層目配線５２は、図６（ａ）に示す１層目配線形成用マスク４４の１層目配線パターン４５Ｂと対応する１層目配線５１と重なり合わないように設計されている。また、図６（ｃ）に示す３層目配線形成用マスク４８の３層目配線パターン４８ａと対応する３層目配線５４は、図面上下方向に離隔して配置されている２層目配線５２同士をビア５３を介して電気的に接続するように設計されている。
【００７０】
具体的には、図６（ｅ）に示すように、１層目配線パターン４５Ａと対応する１層目配線５１と１層目配線パターン４５Ｃと対応する１層目配線５１とは、３層目配線５４を介して電気的接続されている一方、３層目配線５４は１層目配線パターン４５Ｂと対応する１層目配線５１をまたぐように設けられている。
【００７１】
また、図６（ｆ）に示すように、１層目配線パターン４５Ｂと対応する１層目配線５１の上側には２層目配線５２は存在しておらず、３層目配線５４のみが存在する。すなわち、１層目配線パターン４５Ａ及び４５Ｃのそれぞれと対応する１層目配線５１と、１層目配線パターン４５Ｂと対応する１層目配線５１とは電気的に分離されている。
【００７２】
以上のように、本変形例においては、１層目配線５１が、互いに電位が異なる少なくとも２種類以上の配線を含む場合に、２層目配線５２と同電位の１層目配線５１の上のみに２層目配線５２を設けることによって、前述の比較例の問題点を解決するものである。
【００７３】
尚、本変形例において、３層目配線を用いた迂回接続により、同電位の１層目配線同士を電気的に接続したが、これに代えて、４層目以上の上層配線を用いた迂回接続により、同電位の１層目配線同士を電気的に接続してもよいことは言うまでもない。
【００７４】
（第１の実施形態の第２変形例）
以下、本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る配線形成方法及び半導体装置について、図面を参照しながら説明する。尚、本変形例は前述の比較例の問題点を解決するものである。具体的には、本変形例においては、２層目配線同士の短絡をコンタクト層を用いたローカル配線接続により回避する。
【００７５】
図７（ａ）〜（ｃ）は本変形例の配線形成方法で用いるマスクの平面図であり、図７（ｄ）は本変形例の半導体装置の平面図であり、図７（ｅ）及び（ｆ）はそれぞれ図７（ｄ）のｙ−ｙ’線及びｘ−ｘ’線の断面図である。尚、図７（ｄ）においては、ビアの配置を示すために、２層目配線の図示を省略している。また、図７（ｅ）及び（ｆ）においては、複数の層間絶縁膜の積層構造を層間絶縁膜６０として示している。
【００７６】
本変形例の配線形成方法においては、まず、図示していない活性領域（ソースドレイン領域）やゲート電極等が形成された基板６５上に層間絶縁膜を形成した後、図７（ａ）に示す、ローカル配線パターン５５ａを有するコンタクト層形成用マスク５５を用いてレジストに対してパターン露光及び現像を行う。これにより形成されたレジストパターンをマスクとして、層間絶縁膜に対してエッチングを行って、基板６５に達するローカル配線溝を形成した後、ローカル配線溝に金属を埋め込んだ後、ローカル配線溝からはみ出た金属を研磨により除去してローカル配線６２を形成する。その後、ローカル配線６２上に層間絶縁膜を堆積した後、図７（ｂ）に示す、１層目配線パターン５６ａを有する１層目配線形成用マスク５６を用いてレジストに対してパターン露光及び現像を行い、これにより形成されたレジストパターンをマスクとして、層間絶縁膜に対してエッチングを行って１層目配線溝を形成する。次に、１層目配線溝に金属を埋め込んだ後、１層目配線溝からはみ出た金属を研磨により除去して１層目配線６３を形成する。その後、１層目配線６３上に層間絶縁膜及びハードマスク膜を順次堆積した後、図７（ｃ）に示す、２層目配線パターン５８Ａ、５８Ｂ及び５８Ｃを有する２層目配線形成用マスク５７を用いてレジストに対してパターン露光及び現像を行う。これにより形成されたレジストパターンをマスクとして、ハードマスク膜に対してエッチングを行って２層目配線溝パターンを形成する。次に、２層目配線溝パターンを含むハードマスク膜上にレジストを塗布した後、当該レジストに対して前述の図７（ｂ）に示す１層目配線形成用マスク５６を用いてパターン露光及び現像を行い、これにより形成されたレジストパターン及びハードマスク膜をマスクとして、層間絶縁膜に対してエッチングを行ってビア開口部を形成する。ここで、ビア開口部は、レジストパターンの開口部（１層目配線溝パターン）とハードマスク膜の２層目配線溝パターンとが重なった領域に形成される。その後、レジストパターンを除去した後、２層目配線溝パターンが形成されたハードマスク膜をマスクとして、層間絶縁膜に対してエッチングを行って２層目配線溝を形成する。その後、２層目配線溝及びビア開口部に金属を埋め込んだ後、２層目配線溝からはみ出た金属を研磨により除去して、２層目配線６４、及び１層目配線６３と２層目配線６４とを接続するビア６１を形成する。これにより、図７（ｄ）〜（ｆ）に示す２層構造の多層配線が形成される。
【００７７】
本変形例においては、図７（ｃ）に示す２層目配線形成用マスク５７の２層目配線パターン５８Ａ及び５８Ｃにそれぞれ対応する２層目配線６４同士が電気的に同じ電位を有しており、２層目配線形成用マスク７７の２層目配線パターン５８Ｂに対応する２層目配線６４のみが、他の２層目配線６４と異なる電位を有しているものとする。
【００７８】
それに対して、本変形例においては、１層目配線６３上には必ず２層目配線６４が形成されている。また、コンタクト層に形成される複数のローカル配線６２は、コンタクト層形成用マスク５５（図７（ａ））のローカル配線パターン５５ａと対応する配線状パターンを有している。また、ローカル配線６２は、基板６５上に形成された活性領域（ソース・ドレイン領域）やゲート電極のそれぞれと１層目配線６３とを電気的に接続するコンタクトとして機能すると共に、後述するようにローカル配線としても機能する。
【００７９】
具体的には、本変形例において、図７（ｅ）に示すように、２層目配線形成用マスク５７の２層目配線パターン５８Ａ及び５８Ｃのそれぞれと対応する２層目配線６４同士は、ビア６１及び１層目配線６３を介して、ローカル配線６２によって電気的に接続されている。また、図７（ｅ）及び（ｆ）に示すように、２層目配線形成用マスク５７の２層目配線パターン５８Ｂと対応する２層目配線６４の下には１層目配線６３が存在していないので、２層目配線パターン５８Ａ及び５８Ｃと対応する２層目配線６４と、２層目配線パターン５８Ｂと対応する２層目配線６４とは電気的に分離されている。
【００８０】
以上のように、本変形例においては、２層目配線６４が、互いに電位が異なる少なくとも２種類以上の配線を含む場合に、１層目配線６３と同電位の２層目配線６４の下のみに１層目配線６３を設けると共に、基板６５上の活性領域（ソースドレイン領域）やゲート電極等と１層目配線６３とを電気的に接続するコンタクトを、同電位の２層目配線６４同士を接続するローカル配線として機能させることにより、前述の比較例の問題点を解決するものである。
【００８１】
（第１の実施形態の第３変形例）
以下、本発明の第１の実施形態の第３変形例に係る配線形成方法及び半導体装置について図面を参照しながら説明する。尚、本変形例は、第１の実施形態に係る配線形成方法及び半導体装置をＳＲＡＭ（static random access memory ）回路に適用したものである。
【００８２】
図８（ａ）は、本変形例のＳＲＡＭ回路のうち、基板上に形成された活性領域から２層目配線までを抜き出した断面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）と対応する上面図である。尚、図８（ａ）は図８（ｂ）のｂ−ｂ’線の断面図である。また、図８（ｂ）においては、説明の便宜上、層間絶縁膜の図示を省略している。
【００８３】
図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、トランジスタのソース領域及びドレイン領域が形成された活性領域６６を電気的に分離するために、酸化膜等からなる素子分離領域６７が配置されている。活性領域６６上にはゲート電極６８が形成されており、活性領域６６及び電極６８のそれぞれと接続するようにコンタクト（ローカル配線）６９が形成されている。さらに、コンタクト（ローカル配線）６９と接続する１層目配線７０、１層目配線７０と接続するビア７１、及び、ビア７１を介して１層目配線７０と接続する２層目配線７２が順次形成されている。
【００８４】
本変形例においては、上面側から見て１層目配線７０と２層目配線７２とが交差する部分には必ずビア７１が形成されている。また、図８（ｂ）に示すように、ゲート電極６８と活性領域６６とを接続する１層目配線に代えて、例えばローカル配線７４に代表される、コンタクト（ローカル配線）６９を用いてゲート電極６８と活性領域６６とを接続している。以上のように、第１の実施形態に係る配線形成方法及び半導体装置を従来のＳＲＡＭ回路に適用することも可能である。
【００８５】
（第１の実施形態の第４変形例）
以下、本発明の第１の実施形態の第４変形例に係る配線形成方法及び半導体装置について、図面を参照しながら説明する。
【００８６】
本変形例の特徴は、１層目配線同士の間、２層目配線同士の間、及び１層目配線と２層目配線との間の層間絶縁膜に空隙を設けていることである。すなわち、本変形例は、第１の実施形態に係る配線形成方法及び半導体装置に、いわゆるエアギャップ配線プロセスを適用したものである。
【００８７】
図９は、本変形例の半導体装置の断面図である。図９に示すように、１層目配線７５と２層目配線７６との間に存在する層間絶縁膜７８内には空隙７３が形成されている。ここで、空隙７３の形成を、層間絶縁膜７８中に２層目配線７６を形成した後に実施してもよい。また、２層目配線７６と３層目配線７７との間にも同様に空隙７３が形成されていてもよい。
【００８８】
本変形例において、空隙７３内に空気が存在してもよいし、又は空隙７３内は真空であってもよい。このような空隙７３が存在することによって、配線間の誘電率を低減することができ、それにより、信号遅延を低減することが可能となる。
【００８９】
ところで、従来のエアギャップ配線では、層間絶縁膜が存在しないため、上層配線形成の際に余剰金属を研磨除去する工程で発生した機械的圧力によって配線が崩壊するという問題が存在した。特に、従来技術においては、全てのビア（上下配線を接続するビア）がほぼ最小配線幅と同じ均一な直径に持つように形成されているため、言い換えると、ビアの断面積が小さいために、機械的強度の観点から、ビア近辺に空隙を形成することは困難となっていた。
【００９０】
それに対して、本変形例においては、下層の配線溝パターンと上層の配線溝パターンとの交差形状によってビア形状を設定するため、ビア形状として、従来のホール形状のみならず、ライン状や多角形状等も利用できるので、ビアの断面積が従来と比べて大きくなる。このため、エアギャップ配線構造を用いた場合にも、多層配線構造の機械的強度を増大させて歩留まりや信頼性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、配線形成方法及び半導体装置に関し、特に、デュアルダマシン配線形成方法及び多層配線構造を有する半導体装置に適用した場合には、パターン設計工数、使用マスク枚数及び重ね合わせずれを低減しつつ、微細なビアパターンの形成が可能となり、有用である。
【符号の説明】
【００９２】
１    コンタクト形成用マスク
２    コンタクトパターン
３    １層目配線形成用マスク
４    １層目配線パターン 
５    ２層目配線形成用マスク
６    ２層目配線パターン
７    層間絶縁膜
８    コンタクトホール
９    コンタクトホール
１０    ゲート電極
１０ａ    絶縁性サイドウォールスペーサ
１１    基板
１１ａ    素子分離領域
１２    第１のレジストパターン
１３    開口部（溝）
１４    層間絶縁膜
１４ａ    １層目配線溝
１５    金属コンタクト
１６    金属コンタクト
１７    １層目金属配線
１８    ハードマスク膜
１９Ａ、１９Ｂ    層間絶縁膜
２０Ａ、２０Ｂ    ライナー膜
２１    開口部（溝）
２２    第３のレジストパターン
２３    開口部（溝）
２４    正方形開口部
２５    長方形開口部
２６    正方形ビアホール
２７    長方形ビア開口部
２８    ２層目配線溝
２９    ２層目金属配線
３０    正方形金属ビア
３１    長方形金属ビア
３２    ３層目金属配線
３３    金属ビア
３４    ３層目配線形成用マスク
３５    ３層目配線パターン
３６    １層目配線形成用マスク
３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ    １層目配線パターン
３８    ２層目配線形成用マスク
３９    ２層目配線パターン
４０    層間絶縁膜
４１    ビア
４２    １層目配線
４３    ２層目配線
４４    １層目配線形成用マスク
４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ    １層目配線パターン
４６    ２層目配線形成用マスク
４７    ２層目配線パターン
４８    ３層目配線形成用マスク
４８ａ  ３層目配線パターン
４９    層間絶縁膜
５０    ビア
５１    １層目配線
５２    ２層目配線
５３    ビア
５４    ３層目配線
５５    コンタクト層形成用マスク
５５ａ  ローカル配線パターン
５６    １層目配線形成用マスク
５６ａ  １層目配線パターン
５７    ２層目配線形成用マスク
５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ    ２層目配線パターン
６０    層間絶縁膜
６１    ビア
６２    ローカル配線
６３    １層目配線
６４    ２層目配線
６５    基板
６６    活性領域
６７    素子分離領域
６８    ゲート電極
６９    コンタクト（ローカル配線）
７０    １層目配線
７１    ビア
７２    ２層目配線
７３    空隙
７４    ローカル配線
７５    １層目配線
７６    ２層目配線
７７    ３層目配線
７８    層間絶縁膜
７９    １層目配線
８０    ２層目配線
８１    ビア
【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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