(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁膜上に形成され、低抵抗金属層と高融点金属元素を含む第１のバリアメタル膜を順次積層した構造の配線パターンと、
前記絶縁膜上に形成され、前記配線パターンを覆う層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜中に形成され、前記配線パターンの上面の一部と側壁面の一部をそれぞれ露出上面および露出側壁面として露出し、さらに前記配線パターンに、前記露出上面および前記露出側壁面を連結して形成された斜面をも露出斜面として露出するビアホールと、
前記ビアホールの側壁面、前記露出上面および前記露出側壁面、さらに前記露出斜面に、少なくとも前記ビアホールの底部において直接接して形成された、前記低抵抗金属層の構成元素および前記高融点金属元素、前記層間絶縁膜の構成元素を含む導電性側壁膜と、
前記ビアホールの前記側壁面、前記露出上面および前記露出側壁面、および前記露出斜面を、前記導電性側壁膜を介して覆い、高融点金属元素を含む第２のバリアメタル膜と、
前記ビアホールを、前記第２のバリアメタル膜を介して充填し、前記第２のバリアメタル膜に接する導電性プラグと、を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
絶縁膜上に形成され、低抵抗金属層と高融点金属元素を含む第１のバリアメタル膜を順次積層した構造の配線パターンと、
前記絶縁膜上に形成され、前記配線パターンを覆う層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜中に形成され、前記配線パターンの上面の一部と側壁面の一部をそれぞれ露出上面および露出側壁面として露出し、さらに前記配線パターンに前記露出上面および前記露出側壁面を連結して形成された斜面をも露出斜面として露出するビアホールと、
前記ビアホールの側壁面および前記配線パターンの前記露出上面に形成された第２のバリアメタル膜と、
前記ビアホールの前記側壁面および前記配線パターンの前記露出上面を前記第２のバリアメタル膜を介して覆い、さらに前記配線パターンの前記露出側壁面および前記露出斜面を、少なくとも前記ビアホールの底部において前記露出側壁面および前記露出斜面に接して覆う、前記高融点金属元素および前記低抵抗金属層の構成元素を含み、前記ビアホールの底部において前記層間絶縁膜の構成元素を含まない導電性側壁膜と、
前記ビアホールを、前記導電性側壁膜を介して充填する導電性プラグと、を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
絶縁膜上に低抵抗金属層と高融点金属元素を含む第１のバリアメタル膜とを順次積層した配線パターンを形成する工程と、
前記絶縁膜上において、前記配線パターンを覆って層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜中に、前記配線パターンの上面の一部と側壁面の一部を、それぞれ露出上面および露出側壁面として露出するビアホールを形成する工程と、
前記ビアホールを介して前記露出上面と露出側壁面に対し反応性ガスを添加せずに希ガスのイオンを衝突させる非反応性エッチングを、前記配線パターンを担持する基板が保持される基板保持台が設けられる処理容器の器壁の温度よりも１０℃以上低い前記基板保持台上における基板温度において実行し、前記ビアホールの側壁面、前記露出上面および露出側壁面、および前記非反応性エッチングにより前記配線パターンに前記露出上面および前記露出側壁面を連結して形成され、前記ビアホールにより露出された露出斜面をも覆うように、前記高融点金属元素および前記低抵抗金属層の構成元素を含む導電性側壁膜を形成する工程と、
前記導電性側壁膜上に、前記ビアホールの側壁面、前記露出上面および露出側壁面、および前記露出斜面をも覆うように、第２のバリアメタル膜を形成する工程と、
前記ビアホール内の前記第２のバリアメタル膜上に導電層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
絶縁膜上に低抵抗金属層と高融点金属元素を含む第１のバリアメタル膜を順次積層した配線パターンを形成する工程と、
前記絶縁膜上において、前記配線パターンを覆って、層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜中に、前記配線パターンの上面の一部と側壁面の一部を、それぞれ露出上面および露出側壁面として露出するビアホールを形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に第２のバリアメタル膜を堆積し、前記ビアホールの側壁面および前記配線パターンの前記露出上面を、前記第２のバリアメタル膜により覆う工程と、
前記第２のバリアメタル膜を堆積する工程の後、前記第２のバリアメタル膜に対し反応性ガスを添加せずに希ガスのイオンを衝突させる非反応性エッチングを、前記配線パターンを担持する基板が保持される基板保持台が設けられる処理容器の器壁の温度よりも１０℃以上低い前記基板保持台上における基板温度において実行し、前記ビアホールの側壁面、前記露出上面および露出側壁面、および前記非反応性エッチングにより前記配線パターンに前記露出上面および前記露出側壁面を連結して形成され前記ビアホールにより露出される露出斜面をも覆うように、前記高融点金属元素および前記低抵抗金属層の構成元素、さらに前記第２のバリアメタル膜の構成元素を含む導電性側壁膜を形成する工程と、
前記ビアホール内の前記導電性側壁膜上に導電層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に半導体装置に係り、特に配線構造中にボーダレスコンタクトを有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置で使われる多層配線構造では、下層の配線パタ―ンと上層の配線パタ―ンとが、層間絶縁膜中に形成されたビアプラグで接続されるのが一般的である。
【０００３】
このようなビアプラグとして、タングステン（Ｗ）プラグが使われることが多い。タングステンビアプラグはＷＦ6などの腐食性の原料ガスを使ったＣＶＤ法により、先に層間絶縁膜中に形成されたビアホールを充填して形成されるのが一般的であり、充填工程に先立って、ビアホールの側壁面を、ＴｉＮやＴａＮなど、高融点金属の導電性窒化膜よりなるバリアメタルで覆っておくことが重要である。
【０００４】
一方、このような多層配線構造では従来、ビアプラグがコンタクトする下層の配線パタ―ンに幅広のパッド領域を形成し、ビアプラグにある程度の位置ずれが発生しても、かかるパッド領域に確実にビアプラグをコンタクトさせる構成が使われていた。
【０００５】
しかし、このような幅広のパッドを設けた多層配線構造では、配線パタ―ンが微細化された場合、隣接する配線パタ―ン相互の間隔が過小となり、配線パタ―ン間の寄生キャパシタンスを介して、隣接する配線パタ―ン中の信号が干渉するなどの問題が発生する。
【０００６】
そこで最近では、多層配線構造中の配線パタ―ンにこのようなパッド部を形成せず、上層の配線パタ―ンから下層の配線パタ―ンまで、多少の位置ずれは許容して直接にビアプラグを形成する、いわゆるボーダレスコンタクト技術が使われることが多い。ボーダレスコンタクト技術では、ビアプラグが下層の配線パタ―ンから外れても、ビアプラグが下層配線パタ―ンの上面および側壁面にコンタクトしている限り、ビアプラグと下層の配線パタ―ンとの間に所望のコンタクトが確保される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２３７８３０号公報
【特許文献２】特開平６−１４０３５９号公報
【特許文献３】特開平９−２１３７９４号公報
【特許文献４】特開平１０−２４２１４７号公報
【特許文献５】特開２０００−２７７６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１Ａ〜図１Ｅは、このような位置ずれが発生した場合におけるボーダレスコンタクト構造の形成例を示す断面図である。
【０００９】
図１Ａを参照するに、下層の層間絶縁膜１１上には例えば低抵抗のＡｌ−Ｃｕ合金よりなる配線パタ―ン１２が形成されており、前記配線パタ―ン１２は、上層の層間絶縁膜１３により覆われている。前記配線パタ―ン１２は、低抵抗Ａｌ−Ｃｕ合金よりなる配線層１２Ｂを含み、前記配線層１２Ｂが、例えばＴｉＮなどよりなる下層バリア膜１２Ａおよび同様な上層バリア層１２Ｃにより挟持された構成を有している。
【００１０】
次に図１Ｂの工程において前記上層の層間絶縁膜１３中には、前記配線パタ―ン１２を露出するビアホール１３Ａが形成される。その際、前記図１Ｂの例ではビアホール１３Ａが位置ずれしており、その結果、前記ビアホール１３Ａは前記上層バリア層１２Ｃの上面の一部および側壁面、さらにその下の配線層１２Ｃの側壁面の一部を露出している。このように位置ずれしたビアホール１３Ａでは、ビアホール形成の際、前記上層バリア層１２Ｃの上面が露出した後は、層間絶縁膜１３のエッチング速度が低下するため、先端部に径が深さ方向に向かって急速に狭まるテーパ部１３ａが形成される。
【００１１】
次に図１Ｃの工程において前記図１Ｂの構造上に、例えばＴｉ層とＴｉＮ層を順次積層したＴｉＮ／Ｔｉ構造のバリアメタル膜１４がスパッタ法により、前記層間絶縁膜１３の上面のみならず前記ビアホール１３Ａの側壁面をも覆うように形成され、その後図１Ｄの工程において、ＷＦ6などの気相原料を使ったＣＶＤ法により、前記層間絶縁膜１３上にＷ（タングステン）膜１５が、前記バリアメタル膜１４を介して前記ビアホール１３Ａを充填するように形成される。
【００１２】
さらに前記層間絶縁膜１３上のＷ膜１５およびバリアメタル膜１４をＣＭＰ法により、前記層間絶縁膜１３の上面が露出するまで研磨・除去することにより、図１Ｅに示すように前記ビアホール１３Ｃ中にＷビアプラグ１５Ａが、バリアメタル膜１４により覆われて形成され、前記Ｗビアプラグ１５Ａは前記Ｃｕ配線パタ―ン１２に、前記上層バリア層１２Ｃの上面の一部および側壁面、さらにその下の配線層１２Ｂの側壁面の一部とコンタクトする。
【００１３】
ところが、このようなボーダレスコンタクト構造では、図１Ｃの工程において前記Ｃｕ配線パタ―ン１２の垂直な側壁面には、ステップカバレッジに劣るスパッタ法ではバリアメタル膜１４を満足な厚さの連続膜の形で形成するのが困難で、その結果、図１Ｄの工程で前記ビアホール１３ＡをＷ膜１５で充填した場合、Ｗ膜１５を形成するＷＦ6などの腐食性原料ガスが前記Ａｌ−Ｃｕ層１２Ｂの側壁面をアタックし、ボイドの形成やＷ結晶の異常成長、さらにはバリア層１２Ｃの剥離などの問題が発生する。特に微細なコンタクトホールへのバリアメタル膜形成のために、垂直入射するスパッタ粒子の割合を高めたコリメーテッドスパッタ技術などを使うと、前記Ａｌ−Ｃｕ層１２Ｂの垂直な側壁面や、前記ビアプラグ１５Ａが形成されるビアホールの肩部においては、バリアメタル膜は全く形成されないか、あるいは形成されても極端に薄い膜厚になってしまう。
【００１４】
このようなバリアメタル膜のステップカバレッジ不良は、ビアホール１３Ａ先端のテーパ部１３ａにおいて、特に発生しやすい。一般にビアホール１３Ａのアスペクト比は５〜１０程度であるが、このようなテーパ部１３ａにおいては、アスペクト比はさらに増大している。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
一の側面による半導体装置は、絶縁膜上に形成され、低抵抗金属層と高融点金属元素を含む第１のバリアメタル膜を順次積層した構造の配線パターンと、前記絶縁膜上に形成され、前記配線パターンを覆う層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜中に形成され、前記配線パターンの上面の一部と側壁面の一部をそれぞれ露出上面および露出側壁面として露出し、さらに前記配線パターンに、前記露出上面および前記露出側壁面を連結して形成された斜面をも露出斜面として露出するビアホールと、前記ビアホールの側壁面、前記露出上面および前記露出側壁面、さらに前記露出斜面に、少なくとも前記ビアホールの底部において直接接して形成された、前記低抵抗金属層の構成元素および前記高融点金属元素、前記層間絶縁膜の構成元素を含む導電性側壁膜と、前記ビアホールの前記側壁面、前記露出上面および前記露出側壁面、および前記露出斜面を、前記導電性側壁膜を介して覆い、高融点金属元素を含む第２のバリアメタル膜と、前記ビアホールを、前記第２のバリアメタル膜を介して充填し、前記第２のバリアメタル膜に接する導電性プラグと、を含む。
【００１６】
他の側面による半導体装置は、絶縁膜上に形成され、低抵抗金属層と高融点金属元素を含む第１のバリアメタル膜を順次積層した構造の配線パターンと、前記絶縁膜上に形成され、前記配線パターンを覆う層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜中に形成され、前記配線パターンの上面の一部と側壁面の一部をそれぞれ露出上面および露出側壁面として露出し、さらに前記配線パターンに前記露出上面および前記露出側壁面を連結して形成された斜面をも露出斜面として露出するビアホールと、前記ビアホールの側壁面および前記配線パターンの前記露出上面に形成された第２のバリアメタル膜と、前記ビアホールの前記側壁面および前記配線パターンの前記露出上面を前記第２のバリアメタル膜を介して覆い、さらに前記配線パターンの前記露出側壁面および前記露出斜面を、少なくとも前記ビアホールの底部において前記露出側壁面および前記露出斜面に接して覆う、前記高融点金属元素および前記低抵抗金属層の構成元素を含み、前記ビアホールの底部において前記層間絶縁膜の構成元素を含まない導電性側壁膜と、前記ビアホールを、前記導電性側壁膜を介して充填する導電性プラグと、を含む。
【００１７】
他の側面による半導体装置の製造方法は、絶縁膜上に低抵抗金属層と高融点金属元素を含む第１のバリアメタル膜とを順次積層した配線パターンを形成する工程と、前記絶縁膜上において、前記配線パターンを覆って層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜中に、前記配線パターンの上面の一部と側壁面の一部を、それぞれ露出上面および露出側壁面として露出するビアホールを形成する工程と、前記ビアホールを介して前記露出上面と露出側壁面に対し反応性ガスを添加せずに希ガスのイオンを衝突させる非反応性エッチングを、前記配線パターンを担持する基板が保持される基板保持台が設けられる処理容器の器壁の温度よりも１０℃以上低い前記基板保持台上における基板温度において実行し、前記ビアホールの側壁面、前記露出上面および露出側壁面、および前記非反応性エッチングにより前記配線パターンに前記露出上面および前記露出側壁面を連結して形成され、前記ビアホールにより露出された露出斜面をも覆うように、前記高融点元素および前記低抵抗金属層の構成元素を含む導電性側壁膜を形成する工程と、前記導電性側壁膜上に、前記ビアホールの側壁面、前記露出上面および露出側壁面、および前記露出斜面をも覆うように、第２のバリアメタル膜を形成する工程と、前記ビアホール内の前記第２のバリアメタル膜上に導電層を形成する工程と、を含む。
【００１８】
他の側面による半導体装置の製造方法は、絶縁膜上に低抵抗金属層と高融点金属元素を含む第１のバリアメタル膜を順次積層した配線パターンを形成する工程と、前記絶縁膜上において、前記配線パターンを覆って、層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜中に、前記配線パターンの上面の一部と側壁面の一部を、それぞれ露出上面および露出側壁面として露出するビアホールを形成する工程と、前記層間絶縁膜上に第２のバリアメタル膜を堆積し、前記ビアホールの側壁面および前記配線パターンの前記露出上面を、前記第２のバリアメタル膜により覆う工程と、前記第２のバリアメタル膜を堆積する工程の後、前記第２のバリアメタル膜に対し反応性ガスを添加せずに希ガスのイオンを衝突させる非反応性エッチングを、前記配線パターンを担持する基板が保持される基板保持台が設けられる処理容器の器壁の温度よりも１０℃以上低い前記基板保持台上における基板温度において実行し、前記ビアホールの側壁面、前記露出上面および露出側壁面、および前記非反応性エッチングにより前記配線パターンに前記露出上面および前記露出側壁面を連結して形成され前記ビアホールにより露出される露出斜面をも覆うように、前記高融点元素および前記低抵抗金属層の構成元素、さらに前記第２のバリアメタル膜の構成元素を含む導電性側壁膜を形成する工程と、前記ビアホール内の前記導電性側壁膜上に導電層を形成する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、非反応性エッチングの結果、前記ビアホールの側壁面に、前記配線パタ―ンの露出上面、露出側壁面および露出斜面を含めて、前記配線パタ―ン上部において第１のバリアメタル膜を構成する高融点金属元素および配線パタ―ン本体を構成する低抵抗金属層の構成元素を含む導電性側壁膜が形成される。そこで、かかる導電性側壁膜上に導電膜を形成することにより、あるいは前記導電性側壁膜上に別のバリアメタル膜を介して前記導電膜を形成することにより、バリアメタル膜形成が困難な配線パタ―ンの側壁面にもバリアメタル膜を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】ボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その１）である。
【図１Ｂ】ボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その２）である。
【図１Ｃ】ボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その３）である。
【図１Ｄ】ボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その４）である。
【図１Ｅ】ボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その５）である。
【図２】第１の実施形態による半導体装置の構成を示す断面図である。
【図３Ａ】第１の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その１）である。
【図３Ｂ】第１の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その２）である。
【図３Ｃ】第１の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その３）である。
【図３Ｄ】第１の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その４）である。
【図３Ｅ】第１の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その５）である。
【図３Ｆ】第１の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その６）である。
【図４】第１の実施形態で使われるＩＣＰ型プラズマエッチング装置の構成を示す断面図である。
【図５Ａ】第２の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その１）である。
【図５Ｂ】第２の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その２）である。
【図５Ｃ】第２の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その３）である。
【図５Ｄ】第２の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その４）である。
【図５Ｅ】第２の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その５）である。
【図５Ｆ】第２の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その６）である。
【図６Ａ】第３の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その１）である。
【図６Ｂ】第３の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その２）である。
【図６Ｃ】第３の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その３）である。
【図６Ｄ】第３の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その４）である。
【図６Ｅ】第３の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その５）である。
【図６Ｆ】第３の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その６）である。
【図６Ｇ】第３の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その７）である。
【図７Ａ】第４の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その１）である。
【図７Ｂ】第４の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その２）である。
【図７Ｃ】第４の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その３）である。
【図７Ｄ】第４の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その４）である。
【図７Ｅ】第４の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その５）である。
【図７Ｆ】第４の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その６）である。
【図７Ｇ】第４の実施形態によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その７）である。
【図８Ａ】第４の実施形態の一変形例によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その１）である。
【図８Ｂ】第４の実施形態の一変形例によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その２）である。
【図８Ｃ】第４の実施形態の一変形例によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その３）である。
【図８Ｄ】第４の実施形態の一変形例によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その４）である。
【図８Ｅ】第４の実施形態の一変形例によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その５）である。
【図８Ｆ】第４の実施形態の一変形例によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その６）である。
【図８Ｇ】第４の実施形態の一変形例によるボーダレスコンタクト構造の形成工程を示す図（その７）である。
【図９】第５の実施形態による半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１０Ａ】第５の実施形態によるコンタクト構造の形成工程を示す図（その１）である。
【図１０Ｂ】第５の実施形態によるコンタクト構造の形成工程を示す図（その２）である。
【図１０Ｃ】第５の実施形態によるコンタクト構造の形成工程を示す図（その３）である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１の実施形態］
図２は、第１の実施形態による半導体装置の概略的構成を示す断面図である。
【００２２】
図２を参照するに、例えばｐ型のシリコン基板２１上にはＳＴＩ型の素子分離領域２１Iにより素子領域２１Ａが画成されており、前記素子領域２１Ａにおいては前記シリコン基板２１上に例えばポリシリコンよりなるゲート電極２３が、典型的には熱酸化膜よりなるゲート絶縁膜２２を介して形成されている。また前記素子領域２１Ａでは前記シリコン基板２１中に、ｎ型のソースエクステンション領域２１ａおよびドレインエクステンション領域２１ｂが、前記ゲート電極２３直下のチャネル領域２１Ｃｈを隔てて相対向するように形成されている。
【００２３】
また前記ゲート電極２３には、相対向する側壁面上に側壁絶縁膜２３Ａ，２３Ｂがそれぞれ形成されており、前記素子領域２１Ａにおいては前記シリコン基板２１中、前記チャネル領域２１Ｃｈから見て前記側壁絶縁膜２３Ａの外側に、前記ソースエクステンション領域２１ａに部分的に重畳して、ｎ＋型のソース領域２１ｃが形成されている。また前記素子領域２１Ａにおいては前記シリコン基板２１中、前記チャネル領域２１Ｃｈから見て前記側壁絶縁膜２３Ｂの外側に、前記ドレインエクステンション領域２１ｂに部分的に重畳して、ｎ＋型のドレイン領域２１ｃが形成されている。
【００２４】
前記ゲート電極２３は、前記側壁絶縁膜２３Ａ，２３Ｂ共々、前記シリコン基板２１上において、例えばシリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜２４により覆われており、前記層間絶縁膜２４中には、前記ソース領域２１ｃにコンタクトするビアプラグ２４Ａと、前記ドレイン領域２１ｄにコンタクトするビアプラグ２４Ｂとが形成されている。
【００２５】
さらに前記層間絶縁膜２４上には、前記ビアプラグ２４Ａおよび２４ＢにそれぞれコンタクトしてＡｌ配線パタ―ン２５Ａ，２５Ｂが形成されており、前記Ａｌ配線パタ―ン２５Ａ，２５Ｂは、前記層間絶縁膜２４上に形成された、前記層間絶縁膜２４と同様な層間絶縁膜２５により覆われている。
【００２６】
さらに前記層間絶縁膜２５中には、前記Ａｌ配線パタ―ン２５Ａ，２４Ｂにそれぞれコンタクトするビアプラグ２５Ｃ，２５Ｄが形成されており、前記層間絶縁膜２５上には前記ビアプラグ２５Ｃ，２５Ｄにそれぞれコンタクトする配線パタ―ン２６Ａ，２６Ｂが形成されている。前記配線パタ―ン２６Ａ，２６Ｂは、前記層間絶縁膜２５上に形成された次の層間絶縁膜２６により覆われている。
【００２７】
図２の例では、前記ビアプラグ２５Ｃ，２５Ｄはその下のＡｌ配線パタ―ン２５Ａ，２５Ｂに対して多少ずれており、その結果、前記ビアプラグ２５Ｃ，２５Ｄは前記配線パタ―ン２５Ａ，２５Ｂの上面および側壁面にコンタクトし、ボーダレスコンタクトプラグを形成している。
【００２８】
以下、第１の実施形態による前記ボーダレスコンタクトプラグ２５Ｃ，２５Ｄの形成方法を、図３Ａ〜図３Ｆを参照しながら説明する。
【００２９】
図３Ａを参照するに、前記層間絶縁膜２４に相当する絶縁膜４１上には、低抵抗Ａｌ−Ｃｕ合金よりなる配線層４２ｂを有する配線パタ―ン４２Ａが、前記配線パタ―ン２５Ａあるいは２５Ｂに対応して形成され、前記配線パタ―ン４２Ａでは前記配線層４２ｂが、Ｔｉ膜上にＴｉＮ膜を積層したＴｉ／ＴｉＮ構造の下層バリア層４２ａおよび上層バリア層４２ｃにより、上下から挟持されている。前記配線パタ―ン４２Ａは、前記絶縁膜４１上に形成された、ＴＥＯＳを原料としたＣＶＤ法により形成されたシリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜４３により覆われている。
【００３０】
次に図３Ｂの工程において前記層間絶縁膜４３中に、前記配線パタ―ン４２Ａを露出するビアホール４３Ａが形成される。その際、本実施形態では前記配線パタ―ン４２Ａに幅広のパッド領域などは形成されておらず、前記ビアホ―ル４３Ａは位置ずれの結果、前記配線パタ―ン４２Ａの上面の一部および側壁面の一部を露出して形成されている。前記ビアホール４３Ａの先端部には、先の図１Ｂで説明したテーパ部１３ａと同様なテーパ部４３ａが形成されている。
【００３１】
次に本実施形態では図３Cの工程において、前記図３Bの構造に対しアルゴンガスプラズマなど希ガスプラズマ中において非反応性エッチングを、例えば図４に示すＩＣＰ型エッチング装置３０を使い、前記非反応エッチングにより前記配線パタ―ン４２Ａからスパッタされた導電性粒子が前記ビアホール４３Ａの内壁面および前記配線パタ―ン４２Ａの上面および側壁面に付着するような条件で実行し、前記ビアホール４３Ａの内壁面、前記配線パタ―ン４２Ａのうち前記ビアホール４３Ａで露出された露出上面４２ｅおよび露出側壁面４２ｆ、さらに前記配線パタ―ン４２Ａに前記非反応性エッチングの結果、記露出側壁面４２ｆと露出上面４２ｅを連結して形成され前記ビアホール４３Ａにより露出される露出斜面４２ｄに、少なくとも前記上層バリア層４２ｃおよび前記配線層４２ｂの構成元素を含む導電性の側壁膜４３ｂを形成する。
【００３２】
より具体的には図４のＩＣＰ型プラズマエッチング装置３０は、排気ポート３１Ｖにおいて排気される処理容器３１を備えており、前記処理容器３１中は、基板処理が行われるプロセス空間３１Ｓを画成する。さらに前記処理容器３１中には希ガス導入ポート３１ｃよりアルゴン（Ａｒ）ガスなどの希ガスが導入される。
【００３３】
前記プロセス空間３１Ｓには、被処理基板３１Ｗを保持する基板保持台３１Ａが設けられており、前記基板保持台３１Ａにはバイアス電源３２より、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波バイアスが印加される。
【００３４】
さらに前記処理容器３１上には石英ガラスよりなるドーム状の部材３３が設けられ、前記部材３３の周囲にはコイル３４が巻回されている。
【００３５】
そこで前記プロセス空間３１Ｓを５ｍＴｏｒｒ〜２０ｍＴｏｒｒ、好ましくは１０ｍＴｏｒｒ程度の圧力に減圧し、前記コイル３４に例えば周波数が１３.５６ＭＨｚの高周波を１０００Ｗ〜２５００Ｗ、好ましくは２０００Ｗのパワーで供給することにより、前記部材３３の内側にプラズマを誘起することができ、さらに前記基板保持台３１Ａに周波数が４００ｋＨｚの高周波を、１００Ｗ〜５００Ｗ、好ましくは３００Ｗのパワーで印加し、ウェハーに負のバイアス電圧を発生させ、アルゴンガスを１０ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍ、好ましくは１００ｓｃｃｍ程度の流量で供給することにより、前記ドーム状部材３３中にＡｒプラズマを形成し、前記Ａｒプラズマ中のＡｒイオンを前記被処理基板３１Ｗに衝突させ、所望の非反応性エッチングを、膜種にかかわらず大体５００ｎｍ／分程度のエッチング速度で行うことができる。本実施形態では、前記ポート３１ｃから導入されるアルゴンガスなどの希ガスに塩素ガスやフッ素ガスなどの反応性のガスは添加していない。
【００３６】
なお上記コイル３４を駆動する高周波パワーの上限値は、使用される電源の容量により制約されるものであり、より大きな電源を使うことができるならば、上記２５００Ｗの値に限定されるものではない。一方、前記コイル３４を駆動する高周波パワーを１０００Ｗ未満に減少させると、プラズマ密度が低下するため、非反応性エッチングのエッチング速度が低下してしまう。
【００３７】
また前記バイアスパワーについてみると、これが１００Ｗ未満だと、被処理基板に入来するＡｒ＋イオンのエネルギが減少し、十分なエッチング速度が得られない。また前記バイアスパワーが５００Ｗを超えると、スパッタ効果が過大になり、所望の導電性側壁膜４３ｂの形成が阻害される。
【００３８】
さらに前記プロセス空間３１Ｓの圧力が上記５ｍＴｏｒｒ〜２０ｍＴｏｒｒの範囲を超えると、プラズマが生成せず、アルゴンガス流量が上記の１０ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍの範囲を超えると、圧力制御が困難となる。
【００３９】
その際、本実施形態では前記基板保持台３１Ａに設けられた冷却水通路３１ａに冷却水を流通させ、前記被処理基板Ｗの基板温度を２００℃未満の温度、例えば室温（２０℃）に維持する。このように非反応性エッチングを低い基板温度で行うことにより、前記配線パタ―ン４２Ａからスパッタされた導電性粒子は前記ビアホール４３Ａの側壁面に堆積し、前記側壁膜４３ｂの形成が促進される。
【００４０】
またその際、前記処理容器３１の器壁に設けられた冷却水通路３１ｂに流通される冷却水の温度あるいは流量を制御し、前記器壁の温度、すなわち壁面温度を前記基板温度よりも１０℃以上高い温度、例えば５０℃に維持することで、前記側壁膜４３ｂの形成をさらに促進することができる。
【００４１】
このようにして形成された側壁膜４３ｂは、エッチングを受ける前記上層バリア層４２ｃを構成するＴｉなどの高融点金属元素と窒素、前記低抵抗配線層４２ｂを構成するＡｌやＣｕなどの金属元素、さらに層間絶縁膜４３を構成するＳｉや酸素などを含んでいるが、前記ビアホール４３ａの底に近い部分、すなわち前記露出上面、露出側壁面および露出斜面４２ｄに近いほど、金属元素の割合が多くなり導電性が増加する。前記側壁膜４３ｂは、連続膜で形成されるのが好ましいが、不連続膜であってもよい。
【００４２】
なお図３Ｃの工程では、前記非反応性エッチングの結果、前記層間絶縁膜４３のうち、前記ビアホール４３Ａの開口部近傍に、斜面部４３ｃが形成されているのがわかる。
【００４３】
次にこのようにして形成された図３Ｃの構造を前記図４のＩＣＰ型プラズマエッチング装置３０から取り出し、図３Ｄの工程において前記図３Ｃの構造上に、通常のスパッタ法あるいはコリメーテッドスパッタ法（特許文献２参照）などにより、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜を順次積層したバリアメタル膜４４を形成する。
【００４４】
その際前記図３Ｄの工程では、前記導電性の側壁膜４３ｂが、既に図３Ｃの工程において、前記配線パタ―ン４２Ａの露出上面４２ｅ、露出側壁面４２ｆおよび露出斜面４２ｄに形成されているため、バリアメタル膜４４の形成は、上記露出上面４２ｅ、露出側壁面４２ｆおよび露出斜面４２ｄにおいても優れたステップカバレッジでなされ、連続したバリアメタル膜４４が、これら従来ステップカバレッジが不良となっていた部分においても十分な膜厚を確保することができる。
【００４５】
さらに図３Ｅの工程において前記図３Ｄのビアホール４３ＡにＷＦ6ガスを導入し、これを水素ガスで還元することにより、前記ビアホール４３Ａを充填して、タングステン（Ｗ）膜４５を形成する。
【００４６】
さらに図３Ｆの工程において前記タングステン膜４５およびその下のバリアメタル膜４４、さらに前記側壁膜４３ｂを、前記層間絶縁膜４３の上面が露出するまで化学機械研磨（ＣＭＰ）法により研磨・除去し、図３Ｆに示す、導電性側壁膜４３ｂおよびバリアメタル膜４４を伴うタングステンビアプラグ４５Ａが得られる。
【００４７】
本実施形態では、前記タングステン膜４５の成膜の際に前記ビアホール４３Ａの内壁面が前記バリアメタル膜４３Ｂおよび導電性側壁膜４３ｂにより覆われているため、形成されるタングステン膜４５中におけるタングステン結晶の異常成長やバリア層４２ｃの剥離の問題などは生じない。
【００４８】
なお本実施形態において前記バリア層４２ａ，４２ｃおよびバリアメタル膜４４はＴｉ／ＴｉＮ積層構造の膜に限定されるものではなく、Ｔａ／ＴａＮ積層構造膜や、その他の高融点金属元素を含む導電膜であってもよい。
【００４９】
なお本実施形態において、前記非反応性エッチングは、前記基板温度が前記器壁の温度よりも１０℃以上低い限りにおいて、マイナス１００℃〜プラズ２００℃の範囲の基板温度およびマイナス１００℃〜プラズ２００℃の範囲の器壁温度ないし壁面温度で実行することができる。
【００５０】
また本実施形態において図３Ｃの工程で使われる非反応性エッチング装置は、図４に示すＩＣＰ型の装置に限定されるものではなく、平行平板型のプラズマエッチング装置や、ＥＣＲ型のプラズマエッチング装置などであってもよい。また前記図３Ｃの工程で使われる希ガスもアルゴンガスに限定されるものではなく、ヘリウム（Ｈｅ）ガスやネオン（Ｎｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガスなど、他の希ガスを使うことも可能である。
【００５１】
このようにして形成された本実施形態によるボーダレスコンタクト構造は、前記絶縁膜４１上に形成され、低抵抗金属層４２ｂとＴｉやＴａなどの高融点金属元素を含む第１のバリアメタル膜、すなわち上層のバリア層４２ｃを順次積層した構造の配線パタ―ン４２Ａと、前記絶縁膜４１上に形成され、前記配線パタ―ン４２Ａを覆う層間絶縁膜４３と、前記層間絶縁膜４３中に形成され、前記配線パタ―ン４２Ａの上面の一部と側壁面の一部をそれぞれ露出上面４２ｅおよび露出側壁面４２ｆとして露出し、さらに前記配線パタ―ンに、前記露出上面４２ｅおよび前記露出側壁面４２ｆを連結して形成された斜面をも露出斜面４２ｄとして露出するビアホール４３Ａと、前記ビアホール４３Ａの側壁面、前記露出上面４２ｅおよび前記露出側壁面４２ｆ、さらに前記露出斜面４２ｄに形成された、少なくとも前記低抵抗金属層４２ｂの構成元素および前記高融点金属元素を含む導電性側壁膜４３ｂと、前記ビアホール４３Ａの前記側壁面、前記露出上面４２ｅおよび前記露出側壁面４２ｆ、および前記露出斜面４２ｄを、前記導電性側壁膜４３ｂを介して覆い、高融点金属元素を含む第２のバリアメタル膜４４と、前記ビアホール４３Ａを、前記第２のバリアメタル４４膜を介して充填する導電性プラグ４５Ａと、を含む。
【００５２】
本実施形態によれば、前記配線パタ―ン４２Ａの垂直な露出側壁面４２ｆが、前記露出上面４２ｅおよび露出斜面４２ｄを覆う第２のバリアメタル膜４３ｂにより覆われるため、前記ビアホール４３Ａを、ＷＦ6などの腐食性のソースガスを使うＣＶＤ法により、タングステンなどの金属層４５で充填する場合にも、タングステン結晶の異常成長や上層バリア層４２ｃの剥離の問題などが生じるのを回避することができる。
【００５３】
その際、前記上層のバリア層４２ｃの膜厚を下層のバリア層４２ａの膜厚よりも大きく設定しておくと、前記第２のバリアメタル膜４３ｂ中におけるＴｉやＴａなどの高融点金属元素の割合を増大させることができ、ビアプラグ４５Ａのコンタクト抵抗を低減させることが可能である。
【００５４】
本実施形態において前記層間絶縁膜４３は、ＴＥＯＳを原料としたシリコン酸化膜に限定されるものではなく、Ｓｉを含む他の低誘電率材料（ｌｏｗ−Ｋ材料）、フッ化アモルファスカーボン膜（α−ＣＦ膜）、ボラジン系化合物を用いた低誘電率膜、有機ポリマー系材料、ポーラスダイヤモンド系材料、ポリイミド系材料などを使うことが可能である。
【００５５】
［第２の実施形態］
次に第２の実施形態について、図５Ａ〜図５Ｆを参照しながら説明する。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５６】
図５Ａおよび図５Ｂの工程は、先に説明した図３Ａおよび図３Ｂの工程と同じで、Ｔｉ／ＴｉＮ積層構造の上層バリア層４２ａと下層バリア層４２ｃでＡｌ−Ｃｕ合金よりなる配線層４２ｂを挟持した構造の配線パタ―ン４２Ａが、絶縁膜４１上において層間絶縁膜４３により覆われ、前記層間絶縁膜４３中に、前記配線パタ―ン４２Ａ上面の一部と側壁面の一部を露出するビアホール４３Ａが形成されている。
【００５７】
本実施形態では、図５Ｃの工程において、前記図５Ｂに示す構造上にＴｉ／ＴｉＮ積層構造のバリアメタル膜４３Ｂを、通常のスパッタ法、あるいは垂直入射成分の割合を増加させたコリメーテッドスパッタ法により形成する。この場合、前記配線パタ―ン４２Ａの垂直な側壁面には前記バリアメタル膜４３Ｂは形成されない、あるいは形成されても膜厚が非常に薄い膜しか形成されないが、図５Ｃの段階では問題にしない。
【００５８】
次に図５Ｄの工程において、前記バリアメタル膜４３Ｂに対し、先の図３Ｃの工程と同様な非反応性エッチング工程を、同様な条件で実行し、前記バリアメタル膜４３ｂ上に、主として前記バリアメタル膜４３ｂおよび上層バリア層４２ｃの構成金属元素、すなわちＴｉよりなり、さらに前記低抵抗Ａｌ−Ｃｕ層４２ｂの構成金属元素であるＡｌとＣｕをも含むスパッタ粒子よりなる導電性側壁膜４３ｂを形成する。
【００５９】
本実施形態でも、前記非反応性エッチングの結果、図５Ｄに示すように前記配線パタ―ン４２Ａの肩部およびビアホール４３Ａの肩部には、図３Ｄの実施形態と同様な斜面部４２ｄおよび４３ｃが形成されている。またその際、前記バリアメタル膜４３Ｂも非反応性エッチングを受け、膜厚を減じたバリアメタル膜４３Ｂ1に変化している。
【００６０】
本実施形態では先の実施形態と異なり、前記導電性側壁膜４３ｂは、層間絶縁膜４３の構成元素は、少なくとも前記ビアホール４３Ａの底部近傍においては、実質的に含まない。前記導電性側壁膜４３ｂは、前記ビアホール４３Ａの内壁面に形成されたバリアメタル膜４３Ｂをスパッタすることにより形成されるものであるため、前記配線パタ―ン４２Ａの垂直な側壁面をも、連続的に覆うことが可能である。また本実施形態では、前記導電性側壁膜４３ｂの下に前記バリアメタル膜４３Ｂ1が残っているのが好ましい。
【００６１】
さらに図５Ｅの工程において前記ビアホール４３Ａを、ＷＦ6などの腐食性ソースガスを使ったＣＶＤ法によりタングステン膜４５で充填し、図５Ｆの工程において、余分なタングステン膜４５を、前記層間絶縁膜４３の上面が露出するまで、ＣＭＰ法により研磨・除去し、前記図３Ｆの工程の場合と同様に、所望のビアプラグ４５Ａが得られる。
【００６２】
本実施形態でも、前記タングステン膜４５の成膜の際に前記ビアホール４３Ａの内壁面が前記バリアメタル膜４３Ｂおよび導電性側壁膜４３ｂにより覆われているため、形成されるタングステン膜４５中におけるタングステン結晶の異常成長やバリア層４２ｃの剥離の問題などは生じない。
【００６３】
このように本実施形態により形成されたボーダレスコンタクト構造は、前記絶縁膜４１上に形成され、Ａｌ−Ｃｕ合金などよりなる低抵抗金属層４２ｂとＴｉやＴａなどの高融点金属元素を含む第１のバリアメタル膜４２ｃとを順次積層した構造の配線パタ―ン４２Ａと、前記絶縁膜４１上に形成され、前記配線パタ―ン４２Ａを覆う層間絶縁膜４３と、前記層間絶縁膜４３中に形成され、前記配線パタ―ン４２Ａの上面の一部と側壁面の一部をそれぞれ露出上面４２ｅおよび露出側壁面４２ｆとして露出し、さらに前記配線パタ―ン４２Ａに前記露出上面４２ｅおよび前記露出側壁面４２ｆを連結して形成された斜面をも露出斜面４２ｄとして露出するビアホール４３Ａと、前記ビアホール４３Ａの側壁面および前記配線パタ―ン４２Ａの前記露出上面４２ｅに形成された第２のバリアメタル膜４３Ｂ1と、前記ビアホール４３の前記側壁面および前記配線パタ―ン４２Ａの前記露出上面を４２ｄ前記第２のバリアメタル膜４３Ｂ1を介して覆い、さらに前記配線パタ―ン４２Ａの前記露出側壁面４２ｆおよび前記露出斜面４２ｄを、前記露出側壁面４２ｆおよび前記露出斜面４２ｄに接して覆う、前記ＴｉやＴａなどの高融点金属元素およびＡｌおよびＣｕなど前記低抵抗金属層４２ｂの構成元素を含む第３のバリアメタル膜４３ｂと、前記ビアホール４３Ａを、前記第３のバリアメタル膜４３ｂを介して充填し、前記第３のバリアメタル膜４３ｂに接する導電性プラグ４５Ａと、を含む。
【００６４】
このように本実施形態により形成されたボーダレスコンタクト構造は、前記絶縁膜４１上に形成され、Ａｌ−Ｃｕ合金などよりなる低抵抗金属層とＴｉやＴａなどの高融点金属元素を含む第１のバリアメタル膜４２ｃを順次積層した構造の配線パタ―ン４２Ａと、前記絶縁膜４１上に形成され、前記配線パタ―ン４２Ａを覆う層間絶縁膜４３と、前記層間絶縁膜４３中に形成され、前記配線パタ―ン４２Ａの上面の一部と側壁面の一部をそれぞれ露出上面４２ｅおよび露出側壁面４２ｆとして露出し、さらに前記配線パタ―ン４２Ａに前記露出上面４２ｅおよび前記露出側壁面４２ｆを連結して形成された斜面をも露出斜面４２ｄとして露出するビアホール４３Ａと、前記ビアホール４３Ａの側壁面および前記配線パタ―ン４２Ａの前記露出上面４２ｅに形成された第２のバリアメタル膜４３Ｂ1と、前記ビアホール４３Ａの前記側壁面および前記配線パタ―ン４２Ａの前記露出上面４２ｅを前記第２のバリアメタル膜４３Ｂ1を介して覆い、さらに前記配線パタ―ン４２Ａの前記露出側壁面４２ｅおよび前記露出斜面４２ｄを、前記露出側壁面４２ｆおよび前記露出斜面４２ｄに接して覆う、前記高融点金属元素および前記低抵抗金属層の構成元素を含む導電性側壁膜４３ｂと、前記ビアホール４３Ａを、前記導電性側壁膜４３ｂを介して充填する導電性プラグ４５Ａと、を含む。
【００６５】
本実施形態によれば、前記配線パタ―ン４２Ａの垂直な露出側壁面４２ｆが、前記露出上面４２ｅおよび露出斜面４２ｄを覆う第２のバリアメタル膜４３ｂにより覆われるため、前記ビアホール４３Ａを、ＷＦ6などの腐食性のソースガスを使うＣＶＤ法により、タングステンなどの金属層４５で充填する場合にも、タングステン結晶の異常成長や上層バリア層４２ｃの剥離の問題などが生じるのを回避することができる。
【００６６】
その際、前記上層のバリア層４２ｃの膜厚を下層のバリア層４２ａの膜厚よりも大きく設定しておくと、前記第２のバリアメタル膜４３ｂ中におけるＴｉやＴａなどの高融点金属元素の割合を増大させることができ、ビアプラグ４５Ａのコンタクト抵抗を低減させることが可能である。
【００６７】
本実施形態において前記層間絶縁膜４３は、ＴＥＯＳを原料としたシリコン酸化膜に限定されるものではなく、Ｓｉを含む他の低誘電率材料（ｌｏｗ−Ｋ材料）、フッ化アモルファスカーボン膜（α−ＣＦ膜）、ボラジン系化合物を用いた低誘電率膜、有機ポリマー系材料、ポーラスダイヤモンド系材料、ポリイミド系材料などを使うことが可能である。
【００６８】
［第３の実施形態］
次に第３の実施形態について、図６Ａ〜図６Ｇを参照しながら説明する。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００６９】
図６Ａ〜図６Ｄの工程は、先に説明した図５Ａ〜図５Ｄの工程と同じで、図５Ｄの工程では、前記層間絶縁膜４３中に形成されたビアホール４３Ａの側壁面、および前記ビアホール４３Ａにより露出された配線パタ―ン４２Ａの露出上面４２ｅに、前記膜厚を減じたバリアメタル膜４３Ｂ１が形成され、さらに前記バリアメタル膜４３Ｂ１上、および前記露出側壁面４２ｆおよび露出斜面４２ｄに、導電性側壁膜４３ｂが形成されている。
【００７０】
さて本実施形態では、次に図６Ｅの工程において、先の図３Ｄの工程の場合と同様に、前記図６Ｄの構造上に、Ｔｉ／ＴｉＮ積層構造あるいはＴａ／ＴａＮ積層構造を有する次のバリアメタル膜４４を、前記バリアメタル膜４４が前記導電性側壁膜４３ｂを覆うように、スパッタ法により堆積する。
【００７１】
この場合、先の図３Ｄの工程の場合と同様に、前記バリアメタル膜４４の下には前記導電性側壁膜４３ｂが形成されているため、形成されるバリアメタル膜４４は前記ビアホール４３Ａの側壁面を、前記配線パタ―ン４２Ａの露出上面４２ｅ、露出側壁面４２ｆおよび露出斜面４２ｄを含め、優れたステップカバレッジで覆う。
【００７２】
前記図６Ｅの工程の後、図６Ｆの工程において、前記バリアメタル膜４４上に、前記バリアメタル膜４４に接してタングステン膜４５を、ＷＦ6などの腐食性ソースガスを使ったＣＶＤ法により堆積し、前記ビアホール４３Ａを前記タングステン膜４５で充填する。
【００７３】
さらに図６Ｇの工程において余分なタングステン膜４５を、前記層間絶縁膜４３の上面が露出するまで、ＣＭＰ法により研磨・除去し、前記図３Ｆの工程の場合と同様に、所望のビアプラグ４５Ａが得られる。
【００７４】
本実施形態によれば、前記バリアメタル膜４３Ｂ1および導電性側壁膜４３ｂよりなるバリアメタル構造上にさらにバリアメタル膜４４が、優れたステップカバレッジで形成される。
【００７５】
［第４の実施形態］
次に第４の実施形態について、図７Ａ〜図７Ｇを参照しながら説明する。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００７６】
図７Ａおよび図７Ｂの工程は、先に説明した図３Ａおよび図３Ｂの工程と同じで、Ｔｉ／ＴｉＮ積層構造の上層バリア層４２ａと下層バリア層４２ｃでＡｌ−Ｃｕ合金よりなる配線層４２ｂを挟持した構造の配線パタ―ン４２Ａが、絶縁膜４１上において層間絶縁膜４３により覆われ、前記層間絶縁膜４３中に、前記配線パタ―ン４２Ａ上面の一部と側壁面の一部を露出するビアホール４３Ａが形成されている。
【００７７】
本実施形態では、図７Ｃの工程において、前記図７Ｂの構造に対し、２００℃以下の温度、例えば１８０℃の温度において酸素ガスを１０リットル／分の流量で流しながら２０分間熱酸化処理を行い、前記層間絶縁膜４３の表面およびビアホール４３Ａの側壁面、さらに前記配線パタ―ン４２Ａの露出上面４２ｅおよび露出側壁面４２ｆに、熱酸化膜４３Ｏｘを形成する。この熱酸化処理は、温度が２００℃を超えると前記低抵抗Ａｌ−Ｃｕ合金よりなる配線層４２ｂに異常酸化が生じるため、２００℃以下の温度で行うのが好ましい。
【００７８】
次に図７Ｃの構造を、先の図４のＩＣＰ型プラズマエッチング装置３０の処理容器３１中に、被処理基板Ｗとして導入し、先に図３Ｃに関連して説明したのと同様な条件で、ただし本実施形態ではアルゴンガスを９ｓｃｃｍ〜９０ｓｃｃｍの流量で供給し、さらにこのアルゴンガスに塩素（Ｃｌ2）ガスを１ｓｃｃｍ〜１０ｓｃｃｍの流量で添加することで、前記層間絶縁膜４３の主面に対し略垂直方向に作用する異方性プラズマエッチングを、約５００ｎｍ／分のエッチング速度で１秒間程度行い、前記熱酸化膜４３Ｏｘを、前記露出上面４２ｅから除去する。
【００７９】
ここで前記露出上面４２ｅにおいてはＴｉ／ＴｉＮ積層構造の上側バリア層４２ｃが露出しているため、前記露出上面４２ｅに形成された熱酸化膜４３Ｏｘの膜厚は、層間絶縁膜４３表面あるいはビアホール４３Ａの側壁面、さらに露出側壁面４２ｆに形成された熱酸化膜４３Ｏｘに比べて小さいことに注意すべきである。このため図７Ｄの工程において前記熱酸化膜４３Ｏｘを前記露出上面４２ｅから除去しても、前記熱酸化膜４３Ｏｘは前記層間絶縁膜４３の上面およびビアホール４３Ａの側壁面、さらに前記配線パタ―ン４２Ａの露出側壁面４２ｆには残留している。
【００８０】
次に図７Ｅの工程において前記図７Ｄの構造上にバリアメタル膜４４をスパッタ法により堆積する。このようにして形成されたバリアメタル膜４４は、前記層間絶縁膜４３の表面およびビアホール４３Ａの側壁面、さらに前記配線パタ―ン４２Ａの露出側壁面４２ｆにおいては前記熱酸化膜４３Ｏｘ上に堆積し、このため配線パタ―ン４２Ａとは直接にコンタクトしないが、前記露出上面４２ｅにおいては前記上側バリア層４２ｃと直接にコンタクトし、前記配線パタ―ン４２Ａと電気的にコンタクトする。
【００８１】
さらに図７Ｆの工程において前記ビアホール４３Ａを、ＷＦ6などの腐食性ソースガスを使ったＣＶＤ法によりタングステン膜４５で充填し、図７Ｇの工程において、余分なタングステン膜４５を、前記層間絶縁膜４３の上面が露出するまで、ＣＭＰ法により研磨・除去し、前記図３Ｆの工程の場合と同様に、所望のビアプラグ４５Ａが得られる。
【００８２】
本実施形態では、前記タングステン膜４５の成膜の際に前記配線パタ―ン４２Ａの露出上面４２ｅが前記バリアメタル膜４４により覆われ、また露出側壁面４２ｆが前記熱酸化膜４３Ｏｘにより覆われているため、形成されるタングステン膜４５中におけるタングステン結晶の異常成長やバリア層４２ｃの剥離の問題などは生じない。
【００８３】
図８Ａ〜図８Ｇは、前記図７Ａ〜図７Ｇの実施形態の一変形例を示す。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００８４】
図８Ａ〜図８Ｃの工程は、先に説明した図７Ａ〜図７Ｃの工程と同じで、前記層間絶縁膜４３中に、前記配線パタ―ン４２Ａの露出上面４２ｅおよび露出側壁面４２ｆを露出して形成されたビアホール４３Ａの側壁面、および前記露出上面４２ｅおよび露出側壁面４２ｆを覆って、熱酸化膜４３Ｏｘが形成されている。
【００８５】
本実施形態ではさらに図８Ｄの工程において、前記図７Ｄのプラズマエッチング工程を、前記配線パタ―ン４２Ａに、前記露出上面４２ｅと露出側壁面４２ｆを連結する露出斜面４２ｄが形成されるように実行し、これに伴って、前記層間絶縁膜４３にも前記ビアホール４３Ａの開口部に斜面４３ｃが形成される。
【００８６】
そこで図８Ｅの工程において前記図７Ｅの工程に対応してバリアメタル膜４４を堆積すると、前記配線パタ―ン４２Ａには前記露出斜面４２ｄが形成されているため、バリアメタル膜４４は前記露出上面４２ｅおよび露出斜面４２ｄを連続して、優れたステップカバレッジで覆う。一方前記配線パタ―ン４２Ａの露出側壁面４２ｆは、前記熱酸化膜４３Ｏｘにより覆われている。
【００８７】
そこで図８Ｆの工程において前記ビアホール４３Ａを、タングステン膜４５をＣＶＤ法により堆積することで充填し、さらに余計のタングステン膜４５をＣＭＰ法で除去することにより、図８Ｇに示すビアプラグ４５Ａを含むボーダレスコンタクト構造が得られる。
【００８８】
［第５の実施形態］
図９は、第５の実施形態による半導体装置のコンタクトパッド部近傍を拡大して示す図である。
【００８９】
図９を参照するに、多層配線構造の最上層の層間絶縁膜５１中には、ダマシン法あるいはデュアルダマシン法により、銅（Ｃｕ）配線パタ―ン５１Ａ，５１Ｂが、それぞれＴａ／ＴａＮ積層構造のバリアメタル膜５１ａ，５１ｂに囲まれて形成されており、前記層間絶縁膜５１の上面にはＳｉＣよりなる研磨ストッパ膜５２が形成されている。
【００９０】
前記研磨ストッパ膜５２上にはＴＥＯＳを原料とするプラズマＣＶＤ法により層間絶縁膜５３が形成されており、前記層間絶縁膜５３中には、前記Ｃｕ配線パタ―ン５１Ａにコンタクトして、タングステンプラグ５３Ａが、Ｔｉ／ＴｉＮ積層構造あるいはＴａ／ＴａＮ積層構造のバリアメタル膜得５３ａに囲まれて形成されている。
【００９１】
前記層間絶縁膜５３上には低抵抗Ａｌ−Ｃｕ合金よりなる接続パッド５４Ａが前記タングステンプラグ５３Ａにコンタクトして形成されており、前記接続パッド５４Ａは、前記層間絶縁膜５３上に形成された、前記層間絶縁膜５３と同様な絶縁膜５４により覆われている。
【００９２】
また前記絶縁膜５４はＳｉＮよりなるパッシベーション膜５５により覆われ、前記パッシベーション膜５５はポリイミド膜５６により覆われている。
【００９３】
前記絶縁膜５４、パッシベーション膜５５、およびポリイミド膜５６には前記接続パッドを露出する開口部５４Ｂ，５５Ｂおよび５６Ｂが、それぞれ形成されている。
【００９４】
図１０Ａは、図９の半導体装置におけるタングステンビアプラグ５３Ａの形成工程を説明する図である。
【００９５】
図１０Ａを参照するに、まず前記層間絶縁膜５３中に前記Ｃｕ配線パタ―ン５１Ａを露出する開口部５３Ｖが形成され、Ｔｉ／ＴｉＮ積層構造あるいはＴａ／ＴａＮ積層構造のバリアメタル膜５３ａが、スパッタ法により形成される。このようにして形成されたバリアメタル膜５３ａは、前記開口部５３Ｖのアスペクト比が大きい場合には、図１０Ａに示すように不均一な膜となる。
【００９６】
次に図１０Ｂの工程において、前記図１０Ａの工程に対し、先に図３Ｃで説明した非反応性エッチングを行い、前記バリアメタル膜５３ａからスパッタされた粒子を前記開口部５３Ａの底面および側壁面に一様に付着させ、導電性側壁膜５３ｂを形成する。なお、この非反応性エッチングに伴い、前記開口部５３Ｖの状態が削られ、斜面５３ｃが形成されている。
【００９７】
さらに図１０Ｃの工程で前記開口部５３Ｖを、ＷＦ6などの腐食性原料ガスを使ったＣＶＤ法により、タングステン膜で充填し、ＣＭＰ法により前記層間絶縁膜５３の表面を平坦化することにより、前記開口部５３Ｖをタングステンプラグ５３Ａで充填したコンタクト構造が得られる。
【００９８】
図１０Ｃの構造上に前記接続パッド５４Ａを形成し、絶縁膜５４およびパッシベーション膜５５を形成し、開口部５４Ｂ，５５Ｂを形成した後、ポリイミド膜５６を形成し、さらに開口部５６Ｂを形成することにより、図９に示すコンタクト構造が得られる。
【００９９】
このように、タングステンビアプラグの下の配線パタ―ンは、Ａｌ−Ｃｕ合金よりなる配線パタ―ンに限定されるものではなく、Ｃｕ配線パタ―ンであってもよい。
【０１００】
以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
（付記１）
絶縁膜上に形成され、低抵抗金属層と高融点金属元素を含む第１のバリアメタル膜を順次積層した構造の配線パタ―ンと、
前記絶縁膜上に形成され、前記配線パタ―ンを覆う層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜中に形成され、前記配線パタ―ンの上面の一部と側壁面の一部をそれぞれ露出上面および露出側壁面として露出し、さらに前記配線パタ―ンに、前記露出上面および前記露出側壁面を連結して形成された斜面をも露出斜面として露出するビアホールと、
前記ビアホールの側壁面、前記露出上面および前記露出側壁面、さらに前記露出斜面に形成された、少なくとも前記低抵抗金属層の構成元素および前記高融点金属元素を含む導電性側壁膜と、
前記ビアホールの前記側壁面、前記露出上面および前記露出側壁面、および前記露出斜面を、前記導電性側壁膜を介して覆い、高融点金属元素を含む第２のバリアメタル膜と、
前記ビアホールを、前記第２のバリアメタル膜を介して充填し、前記第２のバリアメタル膜に接する導電性プラグと、を含むことを特徴とする半導体装置。
（付記２）
前記導電性側壁膜は、さらに前記層間絶縁膜の構成元素をも含むことを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記３）
前記配線パタ―ンは、前記低抵抗金属層の下に第３のバリアメタル膜を有し、前記第１のバリアメタル膜の膜厚が、前記第３のバリアメタル膜の膜厚よりも大きいことを特徴とする付記２記載の半導体装置。
（付記４）
絶縁膜上に形成され、低抵抗金属層と高融点金属元素を含む第１のバリアメタル膜を順次積層した構造の配線パタ―ンと、
前記絶縁膜上に形成され、前記配線パタ―ンを覆う層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜中に形成され、前記配線パタ―ンの上面の一部と側壁面の一部をそれぞれ露出上面および露出側壁面として露出し、さらに前記配線パタ―ンに前記露出上面および前記露出側壁面を連結して形成された斜面をも露出斜面として露出するビアホールと、
前記ビアホールの側壁面および前記配線パタ―ンの前記露出上面に形成された第２のバリアメタル膜と、
前記ビアホールの前記側壁面および前記配線パタ―ンの前記露出上面を前記第２のバリアメタル膜を介して覆い、さらに前記配線パタ―ンの前記露出側壁面および前記露出斜面を、前記露出側壁面および前記露出斜面に接して覆う、前記高融点金属元素および前記低抵抗金属層の構成元素を含む導電性側壁膜と、
前記ビアホールを、前記導電性側壁膜を介して充填する導電性プラグと、を含むことを特徴とする半導体装置。
（付記５）
絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された配線パタ―ンと、
前記絶縁膜上に形成され前記配線パタ―ンを覆う層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜中に形成され、前記配線パタ―ンの上面の一部と側壁面の一部を、それぞれ露出上面および露出側壁面として露出するビアホールと、
前記ビアホールの側壁面および前記配線パタ―ンの前記露出側壁面を覆う側壁絶縁膜と、
前記ビアホールの前記側壁面および前記配線パタ―ンの前記露出側壁面を、前記側壁絶縁膜膜を介して覆い、前記配線パタ―ンの露出上面において前記配線パタ―ンとコンタクトするバリアメタル膜と、
前記ビアホールを、前記バリアメタル膜を介して充填し、前記バリアメタル膜に接する導電性プラグと、
を含むことを特徴とする半導体装置。
（付記６）
前記配線パタ―ンには、前記露出上面と前記露出側壁面を連結し前記ビアホールにより露出される露出斜面が形成され、前記バリアメタル膜は前記露出斜面においても、前記配線パタ―ンにコンタクトすることを特徴とする付記５記載の半導体装置。
（付記７）
絶縁膜上に低抵抗金属層と高融点金属元素を含む第１のバリアメタル膜とを順次積層した配線パタ―ンを形成する工程と、
前記絶縁膜上において、前記配線パタ―ンを覆って、層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜中に、前記配線パタ―ンの上面の一部と側壁面の一部を、それぞれ露出上面および露出側壁面として露出するビアホールを形成する工程と、
前記ビアホールを介して前記露出上面と露出側壁面に対し非反応性エッチングを、前記非反応性エッチングに使われるエッチング装置の壁面の温度よりも１０℃以上低い基板温度において実行し、前記ビアホールの側壁面、前記露出上面および露出側壁面、および前記非反応性エッチングにより前記配線パタ―ンに前記露出上面および前記露出側壁面を連結して形成され、前記ビアホールにより露出された露出斜面をも覆うように、前記高融点元素および前記低抵抗金属層の構成元素を含む導電性側壁膜を形成する工程と、
前記導電性側壁膜上に、前記ビアホールの側壁面、前記露出上面および露出側壁面、および前記露出斜面をも覆うように、第２のバリアメタル膜を形成する工程と、
前記ビアホールを、前記第２のバリアメタル膜を介して導電層により充填する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記８）
絶縁膜上に低抵抗金属層と高融点金属元素を含む第１のバリアメタル膜を順次積層した配線パタ―ンを形成する工程と、
前記絶縁膜上において、前記配線パタ―ンを覆って、層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜中に、前記配線パタ―ンの上面の一部と側壁面の一部を、それぞれ露出上面および露出側壁面として露出するビアホールを形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に第２のバリアメタル膜を堆積し、前記ビアホールの側壁面および前記配線パタ―ンの前記露出上面を、前記第２のバリアメタル膜により覆う工程と、
前記第２のバリアメタル膜を堆積する工程の後、前記第２のバリアメタル膜に対し非反応性エッチングを、前記非反応性エッチングに使われるエッチング装置の壁面の温度よりも１０℃以上低い基板温度において実行し、前記ビアホールの側壁面、前記露出上面および露出側壁面、および前記非反応性エッチングにより前記配線パタ―ンに前記露出上面および前記露出側壁面を連結して形成され前記ビアホールにより露出される露出斜面をも覆うように、前記高融点元素および前記低抵抗金属層の構成元素、さらに前記第２のバリアメタル膜の構成元素を含む導電性側壁膜を形成する工程と、
前記ビアホールを、前記導電性側壁膜を介して導電層により充填する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記９）
前記ビアホールを充填する工程の前、前記導電性側壁膜を形成する工程の後に、前記ビアホール中に前記導電性側壁膜を覆って第３のバリアメタル膜を形成する工程を含むことを特徴とする付記８記載の半導体装置の製造方法。
（付記１０）
前記非反応性エッチングは、マイナス１００℃〜プラス２００℃の基板温度で実行されることを特徴とする付記７〜９のうち、何れか一項記載の半導体装置の製造方法。
（付記１１）
前記非反応性エッチングは、前記エッチング装置の壁面温度を前記基板温度よりも１０℃以上高く設定して実行されることを特徴とする付記１０記載の半導体装置の製造方法。
（付記１２）
前記非反応性エッチングは、前記エッチング装置の壁面温度をマイナス１００℃〜プラス２００℃の範囲に設定して実行されることを特徴とする付記１１記載の半導体装置の製造方法。
（付記１３）
絶縁膜上に、低抵抗金属層と第１のバリアメタル膜を積層した配線パタ―ンを形成する工程と、
前記絶縁膜上に、前記配線パタ―ンを覆って層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜中に、前記配線パタ―ンの上面の一部と側壁面の一部を、それぞれ露出上面および露出側壁面として露出するビアホールを形成する工程と、
前記ビアホールの側壁面、前記配線パタ―ンの前記露出上面および前記露出側壁面を、側壁絶縁膜により覆う工程と、
前記層間絶縁膜の主面に略垂直方向に作用するエッチングを行い、前記側壁絶縁膜を前記配線パタ―ンの露出上面から除去する工程と、
前記層間絶縁膜上に第２のバリアメタル膜を、前記第２のバリアメタル膜が前記ビアホールの側壁面を、前記側壁絶縁膜を介して覆うように、また前記第２のバリアメタル膜が前記配線パタ―ンと前記露出上面においてコンタクトするように形成する工程と、
前記ビアホールを、前記第２のバリアメタル膜を介して導電層により充填する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１０１】
１１，４１，５４  絶縁膜
１２，４２Ａ  配線パタ―ン
１２ａ，４２ａ  下側バリア層
１２ｂ，４２ｂ  低抵抗Ａｌ−Ｃｕ配線層
１２ｃ，４２ｃ  上側バリア層
１３，２４，２５，２６，４３，５１，５３  層間絶縁膜
１３Ａ，４３Ａ  ビアホール
１３ａ，４３ａ  ビアホールテーパ部
１４，４４，４３Ｂ，４３Ｂ1，５１ａ，５１ｂ，５３ａ  バリアメタル膜
１５，４５  タングステン層
１５Ａ，４５Ａ，５３Ａ  タングステンプラグ
２１  基板
２１Ａ  素子領域
２１Ｃｈ  チャネル領域
２１Ｉ  素子分離領域
２１ａ，２１ｂ  ソース／ドレインエクステンション領域
２１ｃ，２１ｄ  ソース／ドレイン領域
２２  ゲート絶縁膜
２３  ゲート電極
２３Ａ，２３Ｂ  ゲート側壁絶縁膜
２４Ａ，２４Ｂ  ビアプラグ
２５Ａ，２５Ｂ，２６Ａ，２６Ｂ  配線パタ―ン
２５Ｃ，２５Ｄ  ボーダレスコンタクトプラグ
３０  プラズマエッチング装置
３１  処理容器
３１Ａ  基板保持台
３１Ｓ  プロセス空間
３１Ｖ  排気ポート
３１Ｗ  被処理基板
３２  バイアス電源
３３  ドーム状部
３４  コイル
３１ａ，３１ｂ  冷却水通路
４２ｄ  露出斜面
４２ｅ  露出上面
４２ｆ  露出側壁面
４３Ｏｘ  熱酸化膜
４３ｂ，５３ｂ  導電性側壁膜
４３ｃ  斜面部
５１Ａ，５１Ｂ  Ｃｕ配線パタ―ン
５２  研磨ストッパ膜
５４Ａ  接続パッド
５４Ｂ，５５Ｂ，５６Ｂ  開口部
５５，５６  パッシベーション膜
【図１Ａ】
0005526875.tif 000002
【図１Ｂ】
0005526875.tif 000003
【図１Ｃ】
0005526875.tif 000004
【図１Ｄ】
0005526875.tif 000005
【図１Ｅ】
0005526875.tif 000006
【図２】
0005526875.tif 000007
【図３Ａ】
0005526875.tif 000008
【図３Ｂ】
0005526875.tif 000009
【図３Ｃ】
0005526875.tif 000010
【図３Ｄ】
0005526875.tif 000011
【図３Ｅ】
0005526875.tif 000012
【図３Ｆ】
0005526875.tif 000013
【図４】
0005526875.tif 000014
【図５Ａ】
0005526875.tif 000015
【図５Ｂ】
0005526875.tif 000016
【図５Ｃ】
0005526875.tif 000017
【図５Ｄ】
0005526875.tif 000018
【図５Ｅ】
0005526875.tif 000019
【図５Ｆ】
0005526875.tif 000020
【図６Ａ】
0005526875.tif 000021
【図６Ｂ】
0005526875.tif 000022
【図６Ｃ】
0005526875.tif 000023
【図６Ｄ】
0005526875.tif 000024
【図６Ｅ】
0005526875.tif 000025
【図６Ｆ】
0005526875.tif 000026
【図６Ｇ】
0005526875.tif 000027
【図７Ａ】
0005526875.tif 000028
【図７Ｂ】
0005526875.tif 000029
【図７Ｃ】
0005526875.tif 000030
【図７Ｄ】
0005526875.tif 000031
【図７Ｅ】
0005526875.tif 000032
【図７Ｆ】
0005526875.tif 000033
【図７Ｇ】
0005526875.tif 000034
【図８Ａ】
0005526875.tif 000035
【図８Ｂ】
0005526875.tif 000036
【図８Ｃ】
0005526875.tif 000037
【図８Ｄ】
0005526875.tif 000038
【図８Ｅ】
0005526875.tif 000039
【図８Ｆ】
0005526875.tif 000040
【図８Ｇ】
0005526875.tif 000041
【図９】
0005526875.tif 000042
【図１０Ａ】
0005526875.tif 000043
【図１０Ｂ】
0005526875.tif 000044
【図１０Ｃ】
0005526875.tif 000045