(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）銅を使用している下層配線上に、エッチングストップ層を形成する工程と、
（２）前記エッチングストップ層上に、層間絶縁膜を形成する工程と、
（３）前記層間絶縁膜に、前記エッチングストップ層に達する開孔を形成する工程と、
（４）前記層間絶縁膜上に、酸化マンガン膜を形成する工程と、
（５）前記酸化マンガン膜を前記開孔から露呈した前記層間絶縁膜の表面に残しながら、前記下層配線上に形成されたエッチングストップ層を除去し、前記開孔の底に、前記下層配線を露呈させる工程と、
（６）前記開孔の底に露呈した前記下層配線上に、上層配線を形成する工程と、
を、具備し、
前記（４）工程と前記（５）工程とを同一処理容器、又は真空一貫で連続して行うことを特徴とする多層配線の形成方法。
【請求項２】
前記エッチングストップ層の酸素原子含有量又は表面の酸素原子残留量を、前記層間絶縁膜の酸素原子含有量又は表面の酸素原子残留量よりも少なくすることを特徴とする請求項１に記載の多層配線の形成方法。
【請求項３】
前記層間絶縁膜に形成された開孔が、
前記下層配線と前記上層配線との接続パターンに対応した孔状部分と、
前記上層配線の配線パターンに対応した溝状部分と、
を有することを特徴とする請求項２に記載の多層配線の形成方法。
【請求項４】
前記上層配線に銅を使用し、
前記エッチングストップ層に、前記銅に対するバリア性を有する材料を選ぶことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の多層配線の形成方法。
【請求項５】
前記（５）工程には、２周波の高周波電力によるドライエッチングを用いることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の多層配線の形成方法。
【請求項６】
（１）銅を使用している下層配線上に、第１のエッチングストップ層を形成する工程と、
（２）前記第１のエッチングストップ層上に、第１の層間絶縁膜を形成する工程と、
（３）前記第１の層間絶縁膜上に、前記第１のエッチングストップ層よりも膜厚が厚い第２のエッチングストップ層を形成する工程と、
（４）前記第２のエッチングストップ層上に、第２の層間絶縁膜を形成する工程と、
（５）前記第２の層間絶縁膜に、前記第２のエッチングストップ層に達する第１の開孔を形成する工程と、
（６）前記第１の開孔の底の露呈した前記第２のエッチングストップ層及び前記第１の層間絶縁膜に、前記第１のエッチングストップ層に達する第２の開孔を形成する工程と、
（７）前記第１の層間絶縁膜及び前記第２の層間絶縁膜上に、酸化マンガン膜を形成する工程と、
（８）前記第２のエッチングストップ層を前記第１の層間絶縁膜上に残すとともに、前記酸化マンガン膜を前記第１の開孔及び前記第２の開孔から露呈した前記層間絶縁膜の表面に残しながら、前記下層配線上に形成された第１のエッチングストップ層を除去し、前記第２の開孔の底に、前記下層配線を露呈させる工程と、
（９）前記第２の開孔の底に露呈した前記下層配線上に、上層配線を形成する工程と、
を、具備し、
前記（７）工程と前記（８）工程とを同一処理容器、又は真空一貫で連続して行うことを特徴とする多層配線の形成方法。
【請求項７】
前記第２のエッチングストップ層の材質が、前記第１のエッチングストップ層の材質と同じであることを特徴とする請求項６に記載の多層配線の形成方法。
【請求項８】
前記上層配線に銅を使用し、
前記第１のエッチングストップ層及び前記第２のエッチングストップ層に、前記銅に対するバリア性を有する材料を選ぶことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の多層配線の形成方法。
【請求項９】
前記（５）工程には、２周波の高周波電力によるドライエッチングを用いることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の多層配線の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多層配線の形成方法に係わり、特に、配線どうしの接触抵抗を軽減する多層配線の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の内部金属配線からの金属、例えば、銅（Ｃｕ）の拡散を防ぐ拡散防止膜（以下バリア層という）の材料として金属酸化物、例えば、酸化マンガンが注目されている。
【０００３】
酸化マンガン膜は電気的な抵抗値が銅よりも高い。しかも、酸化マンガン膜は、銅の上に僅かながら付着する。このため、酸化マンガン膜をバリア層に用いた場合、銅を使用している配線どうしの接触抵抗の増大が懸念される。
【０００４】
そこで、特許文献１には、銅を使用している配線上に付着した酸化マンガン膜を、パンチスルーして除去する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１６７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された技術は、パンチスルー工程が必要であるため、工程数が増加する。また、銅を使用している配線上から酸化マンガン膜を除去するため、銅を使用している配線へのダメージが懸念される。
【０００７】
この発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、工程数の増加がなく、しかも銅を使用している配線にダメージが及ぶ可能性も少ない多層配線の形成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、この発明の第１の態様に係る多層配線の形成方法は、（１）銅を使用している下層配線上に、エッチングストップ層を形成する工程と、（２）前記エッチングストップ層上に、層間絶縁膜を形成する工程と、（３）前記層間絶縁膜に、前記エッチングストップ層に達する開孔を形成する工程と、（４）前記層間絶縁膜上に、酸化マンガン膜を形成する工程と、（５）前記酸化マンガン膜を前記開孔から露呈した前記層間絶縁膜の表面に残しながら、前記下層配線上に形成されたエッチングストップ層を除去し、前記開孔の底に、前記下層配線を露呈させる工程と、（６）前記開孔の底に露呈した前記下層配線上に、上層配線を形成する工程と、を、具備し、前記（４）工程と前記（５）工程とを同一処理容器、又は真空一貫で連続して行う。
【０００９】
この発明の第２の態様に係る多層配線の形成方法は、（１）銅を使用している下層配線上に、第１のエッチングストップ層を形成する工程と、（２）前記第１のエッチングストップ層上に、第１の層間絶縁膜を形成する工程と、（３）前記第１の層間絶縁膜上に、前記第１のエッチングストップ層よりも膜厚が厚い第２のエッチングストップ層を形成する工程と、（４）前記第２のエッチングストップ層上に、第２の層間絶縁膜を形成する工程と、（５）前記第２の層間絶縁膜に、前記第２のエッチングストップ層に達する第１の開孔を形成する工程と、（６）前記第１の開孔の底の露呈した前記第２のエッチングストップ層及び前記第１の層間絶縁膜に、前記第１のエッチングストップ層に達する第２の開孔を形成する工程と、（７）前記第１の層間絶縁膜及び前記第２の層間絶縁膜上に、酸化マンガン膜を形成する工程と、（８）前記第２のエッチングストップ層を前記第１の層間絶縁膜上に残すとともに、前記酸化マンガン膜を前記第１の開孔及び前記第２の開孔から露呈した前記層間絶縁膜の表面に残しながら、前記下層配線上に形成された第１のエッチングストップ層を除去し、前記第２の開孔の底に、前記下層配線を露呈させる工程と、（９）前記第２の開孔の底に露呈した前記下層配線上に、上層配線を形成する工程と、を、具備し、前記（７）工程と前記（８）工程とを同一処理容器、又は真空一貫で連続して行う。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、工程数の増加がなく、しかも銅を使用している配線にダメージが及ぶ可能性も少ない多層配線の形成方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】この発明の第１の実施形態に係る多層配線の形成方法の第１例を示す断面図
【図１Ｂ】この発明の第１の実施形態に係る多層配線の形成方法の第１例を示す断面図
【図１Ｃ】この発明の第１の実施形態に係る多層配線の形成方法の第１例を示す断面図
【図１Ｄ】この発明の第１の実施形態に係る多層配線の形成方法の第１例を示す断面図
【図１Ｅ】この発明の第１の実施形態に係る多層配線の形成方法の第１例を示す断面図
【図１Ｆ】この発明の第１の実施形態に係る多層配線の形成方法の第１例を示す断面図
【図１Ｇ】この発明の第１の実施形態に係る多層配線の形成方法の第１例を示す断面図
【図２】この発明の第１の実施形態に係る多層配線の形成方法の第２例を示す断面図
【図３Ａ】この発明の第１の実施形態に係る多層配線の形成方法の第３例を示す断面図
【図３Ｂ】この発明の第１の実施形態に係る多層配線の形成方法の第３例を示す断面図
【図３Ｃ】この発明の第１の実施形態に係る多層配線の形成方法の第３例を示す断面図
【図３Ｄ】この発明の第１の実施形態に係る多層配線の形成方法の第３例を示す断面図
【図３Ｅ】この発明の第１の実施形態に係る多層配線の形成方法の第３例を示す断面図
【図４Ａ】この発明の第２の実施形態に係る多層配線の形成方法の一例を示す断面図
【図４Ｂ】この発明の第２の実施形態に係る多層配線の形成方法の一例を示す断面図
【図４Ｃ】この発明の第２の実施形態に係る多層配線の形成方法の一例を示す断面図
【図４Ｄ】この発明の第２の実施形態に係る多層配線の形成方法の一例を示す断面図
【図４Ｅ】この発明の第２の実施形態に係る多層配線の形成方法の一例を示す断面図
【図５】この発明の第１、第２の実施形態に係る多層配線の形成方法の実施に好適な処理装置の一例を概略的に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。
【００１３】
（第１の実施形態）
（第１例）
第１例は、この発明を、上層配線を下層配線に接続する孔状開孔（ヴィア孔、スルー孔、コンタクト孔等）に適用した例である。
【００１４】
図１Ａ〜図１Ｇは、この発明の第１の実施形態に係る多層配線の形成方法の第１例を示す断面図である。なお、本明細書に添付する図面においては、シリコンウエハやトランジスタ等の素子の図示は省略し、シリコンウエハ上に形成されている配線、及び層間絶縁膜の部分のみを概略的に示すことにする。
【００１５】
まず、図１Ａに示すように、図示基板１は半導体ウエハ、例えば、シリコンウエハである。シリコンウエハ上には、第１層層間絶縁膜２が形成されている。第１層層間絶縁膜２の材料例はＣＶＤ−酸化シリコン系絶縁膜であり、その上面にハードマスク層ＨＭが残されている例を示している。ハードマスク層ＨＭは除去されていても良い。ＣＶＤ−酸化シリコン系絶縁膜の一例はＴＥＯＳ膜であるが、ＴＥＯＳ膜に限られるものではない。第１層層間絶縁膜２には、配線を形成するための溝が形成されており、この溝の内部には、銅を使用している下層配線３が形成されている。下層配線３の周囲にはバリア膜４が形成されている。このような基板１の少なくとも下層配線３上にエッチングストップ層５を形成する。本例では、層間絶縁膜２上に及び下層配線３上にエッチングストップ層５を形成する。エッチングストップ層５は、銅に対するバリア性を有する材料が選ばれることが良い。そのような材料の例としては、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ等を挙げることができる。
【００１６】
次に、図１Ｂに示すように、エッチングストップ層５上に、第２層層間絶縁膜６を形成する。第２層層間絶縁膜６の材料例は、第１層層間絶縁膜２と同様にＣＶＤ−酸化シリコン系絶縁膜である。また、その上面にはハードマスク層ＨＭが残されているが、ハードマスク層ＨＭは第１層層間絶縁膜２と同様に除去されていても良い。ＣＶＤ−酸化シリコン系絶縁膜の一例はＴＥＯＳ膜であるが、ＴＥＯＳ膜に限られるものではない。
【００１７】
次に、図１Ｃに示すように、第２層層間絶縁膜６に、エッチングストップ層５に達する開孔７を形成する。開孔７は、例えば、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて形成される。フォトリソグラフィ法において使用されたフォトレジスト膜は残っていても、また、図１Ｃに示すように残らなくてもどちらでも良い。また、第２層層間絶縁膜６の上面にあるハードマスクＨＭは図１Ｃに示すように残されても良いし、除去されても良い。
【００１８】
次に、図１Ｄに示すように、第２層層間絶縁膜６上に、酸化マンガン膜８を形成する。酸化マンガン膜８は、例えば、マンガン前駆体ガス、例えば、ビスエチルシクロペンタジエニルマンガン（（ＥｔＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ２Ｈ５Ｃ５Ｈ４）２］）ガスを用いた熱ＣＶＤ法によって形成される。
【００１９】
この熱ＣＶＤにおける成膜処理条件の一例は次の通りである。
【００２０】
処理容器内圧力  ：  １Ｐａ以上１０４Ｐａ以下  
基板温度        ：  ５０℃以上４００℃以下  
処理容器内雰囲気：  マンガン前駆体ガス雰囲気  
もしくは不活性ガスで希釈されたマンガン前駆体ガス雰囲気  
処理時間        ：  １０ｓｅｃ以上６０ｓｅｃ以下  
次に、図１Ｅに示すように、酸化マンガン膜８を、開孔７から露呈した第２層層間絶縁膜６の表面（開孔７の側面）に残しながら、下層配線３上に形成されたエッチングストップ層５を除去する。これにより、開孔７の底に、下層配線３を露呈させる。
【００２１】
エッチングストップ層５の材料を、例えば、膜厚５０ｎｍのＳｉＣとし、平行平板型２周波プラズマエッチング装置を用いたときのエッチング処理条件の一例は次の通りである。
【００２２】
処理容器内圧力    ：  １Ｐａ以上１０Ｐａ以下  
エッチングガス流量：  ＣＨ２Ｆ２(又はＣＨ３Ｆ)／Ｏ２／Ａｒ  
＝１０／１０／１００（ｓｃｃｍ）  
上部電極のＲＦ電力：  １５００Ｗ  
上部電極の周波数  ：  ６０ＭＨｚ  
下部電極のＲＦ電力：  １００Ｗ  
下部電極の周波数  ：  ２ＭＨｚ  
電極間ギャップ    ：  ３５ｍｍ  
処理時間          ：  ３０ｓｅｃ以上１８０ｓｅｃ以下  
次に、開孔７の底に露呈した下層配線３上に、上層配線９を形成する。本例では、図１Ｆに示すように、開孔７の底に露呈した下層配線３上及び第２層層間絶縁膜６上に、銅又は銅合金膜９ａを形成した後、図１Ｇに示すように、銅又は銅合金膜９ａの表面を平坦化し、上層配線９を形成する。本例における上層配線９はヴィアである。
【００２３】
（第２例）
第２例は、開孔の幅が下層配線の幅より広いことを想定した例である。
【００２４】
図２は、この発明の第１の実施形態に係る多層配線の形成方法の第２例を示す断面図である。図２には、上層配線９が、例えば、ヴィアであるとき、このヴィア９に上層配線１５を接続した例を示している。
【００２５】
図２に示す構造を得るための方法は、第１例において説明した形成方法と同じであり、第２層層間絶縁膜６上にはエッチングストップ層１１が形成される。エッチングストップ層１１上には第３層層間絶縁膜１２が形成され、第３層層間絶縁膜１２にはエッチングストップ層１１に達する開孔１３が形成される。開孔１３に露呈した第３層層間絶縁膜１２の表面には酸化マンガン膜１４が形成され、開孔１３の中にはヴィア９に接続され、例えば、銅が使用されている上層配線１５が形成される。
【００２６】
第２例が第１例と異なるところは、第３層層間絶縁膜１２に形成された開孔１３の幅Ｗ１３が、開孔１３の下層にある開孔７の幅Ｗ７よりも広く、開孔１３が第２層層間絶縁膜６上に拡がって形成されることである。
【００２７】
このような場合、第２層層間絶縁膜６の上面にハードマスクＨＭを残し、かつ、第２層層間絶縁膜６の上面のハードマスクＨＭに、銅に対するバリア性を有する材料が選ばれることが良い。そのような材料の例としては、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ等を挙げることができる。また、ハードマスクＨＭには、銅の拡散を抑制するために必要な膜厚を持たせることが良い。
【００２８】
このように、この発明の第１の実施形態に係る多層配線の形成方法は、開孔の幅が下層にある配線の幅よりも狭い場合に限られるものではなく、開孔の幅が下層にある配線の幅よりも広い場合、もしくは開孔が下層にある配線から同じく下層にある層間絶縁膜上にかけて形成される場合にも適用することができる。
【００２９】
（第３例）
第３例は、この発明をデュアルダマシン技術に適用した例である。
【００３０】
図３Ａ〜図３Ｅは、この発明の第１の実施形態に係る多層配線の形成方法の第３例を示す断面図である。
【００３１】
まず、図３Ａに示すように、図１Ａを参照して説明した基板１の、第１層層間絶縁膜２上及び下層配線３上に、エッチングストップ層５を形成する。エッチングストップ層５の材料例は、第１例において説明したものと同様で良い。しかし、本例では、エッチングストップ層５の酸素原子含有量又は表面の酸素原子残留量を、次に形成される第２層層間絶縁膜６の酸素原子含有量又は表面の酸素原子残留量よりも少ない膜を使用する。もしくはエッチングストップ層５の酸素原子含有量又は表面の酸素原子残留量を、次に形成される第２層層間絶縁膜６の酸素原子含有量又は表面の酸素原子残留量より少なくする。
【００３２】
このようなエッチングストップ層５の材料例としては、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ等を挙げることができる。また、エッチングストップ層５の酸素原子含有量又は表面の酸素原子残留量を、第２層層間絶縁膜６よりも少なくするには、例えば、エッチングストップ層５を形成した後、酸素原子を抜く処理、例えば、含有水分を蒸発させるなどの処理を行えば良い。次いで、エッチングストップ層５上に、第２層層間絶縁膜６を形成する。本例では、まず、下層部分６−１を形成し、次いで、上層部分６−２を形成する。下層部分６−１の材料と上層部分６−２の材料とは異ならせても良いし、同じであっても良い。次に、第２層層間絶縁膜６に、エッチングストップ層５に達する開孔を形成するが、本例では、下層配線と上層配線との接続パターンに対応した孔状部分と、上層配線の配線パターンに対応した溝状部分と、を形成する（デュアルダマシン技術）。まず、上層部分６−２に配線パターンに対応した溝状の開孔１３を形成する。次いで、溝状の開孔１３の底に露呈した下層部分６−１に、接続パターンに対応し、エッチングストップ層５に達する孔状の開孔７を形成する。
【００３３】
なお、開孔７を形成してから開孔１３を形成するようにしても良い。
【００３４】
次に、図３Ｂに示すように、第２層層間絶縁膜６上に、酸化マンガン膜８を形成する。酸化マンガン膜８の形成方法、及び成膜処理条件は、第１例において説明したものと同様で良い。このとき、上述したように、第２層層間絶縁膜６の酸素原子含有量又は表面の酸素原子残留量は、エッチングストップ層５酸素原子含有量又は表面の酸素原子残留量よりも多くされている。このため、酸化マンガン膜８は、第２層層間絶縁膜６上で厚く形成されるが、エッチングストップ層５上では薄くなるか、あるいはほとんど形成されなくすることができる。
【００３５】
次に、図３Ｃに示すように、酸化マンガン膜８を、開孔１３及び開孔７から露呈した第２層層間絶縁膜６の表面（開孔７の側面、開孔１３の側面及び底面）に残しながら、下層配線３上に形成されたエッチングストップ層５を除去する。これにより、開孔７の底に、下層配線３を露呈させる。エッチングの処理条件は、第１例において説明したものと同様で良い。
【００３６】
次に、開孔７の底に露呈した下層配線３上に、上層配線９を形成する。本例では、図３Ｄに示すように、開孔７の底に露呈した下層配線３上及び第２層層間絶縁膜６上に、銅又は銅合金膜９ａを形成した後、図３Ｅに示すように、銅又は銅合金膜９ａの表面を平坦化し、上層配線９を形成する。
【００３７】
このような第１の実施形態に係る多層配線の形成方法によれば、第２層層間絶縁膜６に、エッチングストップ層５に達する開孔７、１３を形成し、第２層層間絶縁膜６上に、酸化マンガン膜８を形成し、酸化マンガン膜８を開孔７、１３から露呈した第２層層間絶縁膜６の表面に残しながら、下層配線３上に形成されたエッチングストップ層５を除去し、開孔７、１３の底に、下層配線３を露呈させる。そして、上層配線９を形成する。
【００３８】
このようにしながら、下層配線３に上層配線９を接続するので、下層配線３と上層配線９との接触面に酸化マンガン膜８が存在することがなく、下層配線３と上層配線９との接触抵抗の増大を抑制することができる。
【００３９】
さらに、下層配線３上に形成されたエッチングストップ層５の除去にあっては、酸化マンガン膜８を開孔７、１３から露呈した第２層層間絶縁膜６の表面に残しながら、酸化マンガン膜８と同一の工程で除去することができるので、工程数が増加することもない。また、銅を使用している下層配線３の表面から酸化マンガン膜を除去するようなパンチスルー工程も必要ないので、下層配線３にダメージが及ぶ可能性も少なくすることができる。
【００４０】
このように、第１の実施形態に係る多層配線の形成方法によれば、工程数の増加がなく、しかも銅を使用している配線にダメージが及ぶ可能性も少なくすることができる、という利点を得ることができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、この発明をデュアルダマシン技術に適用した例である。
【００４２】
図４Ａ〜図４Ｅは、この発明の第２の実施形態に係る多層配線の形成方法の一例を示す断面図である。なお、第２の実施形態において、エッチングストップ層、及び層間絶縁膜の材料は、第１の実施形態において説明したものと同様のものを使用することができる。
【００４３】
まず、図４Ａに示すように、図１Ａを参照して説明した基板１の、第１層層間絶縁膜２上及び下層配線３上に、第１のエッチングストップ層５を形成する。次いで、第１のエッチングストップ層５上に、第２層層間絶縁膜６を形成する。次いで、第２層層間絶縁膜６上に、第２のエッチングストップ層１１を形成する。本例では、第２のエッチングストップ層１１の膜厚ｔ１１は、第１のエッチングストップ層５の膜厚ｔ５よりも厚くなるように形成する。また、第２のエッチングストップ層１１の材質が、第１のエッチングストップ層５の材質と同じとしても良い。次いで、第２のエッチングストップ層１１上に、第３層層間絶縁膜１２を形成する。本例では、第３層層間絶縁膜１２の上面にはハードマスクＨＭが残されているが、もちろん除去されていても良い。次いで、第３層層間絶縁膜１２に、第２のエッチングストップ層１１に達する開孔１３を形成する。本例の開孔１３は、上層配線の配線パターンに対応した溝状の開孔である。次いで、開孔１３の底に露呈した第２のエッチングストップ層１１及び第２層層間絶縁膜６に、第１のエッチングストップ層５に達する開孔７を形成する。本例の開孔７は、上層配線と下層配線３との接続パターンに対応した孔状の開孔７である。
【００４４】
次に、図４Ｂに示すように、第２層層間絶縁膜６及び第３層層間絶縁膜１２上に、酸化マンガン膜８を形成する。
【００４５】
次に、図４Ｃに示すように、第２のエッチングストップ層１１を第２層層間絶縁膜６上に残すとともに、酸化マンガン膜８を開孔７、１３から露呈した第２層層間絶縁膜６、第３層層間絶縁膜１２の表面に残しながら、下層配線３上に形成された第１のエッチングストップ層５を除去する。これにより、開孔７の底に、下層配線３を露呈させる。
【００４６】
次に、開孔７の底に露呈した下層配線３上に、上層配線９を形成する。本例では、図４Ｄに示すように、開孔７の底に露呈した下層配線３上、第２層層間絶縁膜６上、及び第３層層間絶縁膜１２上に銅又は銅合金膜９ａを形成した後、図４Ｅに示すように、銅又は銅合金膜９ａの表面を平坦化し、上層配線９を形成する。
【００４７】
このような第２の実施形態に係る多層配線の形成方法によれば、第１の実施形態と同様に、下層配線３と上層配線９との接触面に酸化マンガン膜８が存在することがなく、下層配線３と上層配線９との接触抵抗の増大を抑制することができる。
【００４８】
さらに、下層配線３上に形成されたエッチングストップ層５の除去にあっては、酸化マンガン膜８の除去と同一の工程で除去することができるので、工程数が増加することもない。また、銅を使用している下層配線３の表面から酸化マンガン膜を除去するようなパンチスルー工程も必要ない。
【００４９】
よって、第２の実施形態に係る多層配線の形成方法によっても、工程数の増加がなく、しかも銅を使用している配線にダメージが及ぶ可能性も少なくすることができる、という利点を得ることができる。
【００５０】
かつ、第２の実施形態にあっては、第２のエッチングストップ層１１の膜厚ｔ１１を、第１のエッチングストップ層５の膜厚ｔ５よりも厚くする。このため、開孔７の底に露呈した第１のエッチングストップ層５を除去したとしても、開孔１３の底に、第２のエッチングストップ層１１を残すことができる。そして、第２のエッチングストップ層１１に、銅に対するバリア性を有する材料が選び、かつ、残された第２のエッチングストップ層１１の膜厚を、銅に対するバリア性が充分な膜厚とする。このようにすると、第２のエッチングストップ層１１を、上層配線９の、開孔１３の側面及び底面におけるバリア膜として使用することができる。
【００５１】
このように第２の実施形態によれば、第１のエッチングストップ層５と、第２のエッチングストップ層１１との材質と同じとしても、開孔１３の側面及び底面から、第２のエッチングストップ層１１が消失することがない、という利点も得ることができる。
【００５２】
第１のエッチングストップ層５と、第２のエッチングストップ層１１との材質と同じにできれば、二つのエッチングストップ層５、１１を作るために、別々の成膜装置を使用することもなく、電気的製品、例えば、半導体集積回路装置の製造コストの低減にも有利である。
【００５３】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、第１、第２の実施形態に係る多層配線の形成方法の実施に、好適な処理装置に関する例である。
【００５４】
（装置構成）
図５は、この発明の第１、第２の実施形態に係る多層配線の形成方法の実施に好適な処理装置の一例を概略的に示す断面図である。
【００５５】
図５に示すように、処理装置１００は、例えば、ドライエッチング装置として構成され、特に、酸化マンガン膜８、及びエッチングストップ層５の除去に使用されるものである。しかし、本例では、これに酸化マンガン膜８を成膜する成膜機能を付加し、第１、第２の実施形態に多層配線の形成方法に実施に有用な構成としたものである。
【００５６】
図５に示すように、処理装置１００は、処理容器（処理室）１０１を有する。処理容器１０１内には基板１を水平に載置する載置台１０２が、処理容器１０１から絶縁部材１０３により絶縁された状態で設けられている。載置台１０２内には基板１の温調手段となるヒータ１０４が設けられている。基板１は、ヒータ１０４により、例えば、２００℃程度の温度まで昇温することが可能である。また、載置台１０２は、ブロッキングコンデンサ１０５を介して高周波電源１０６ａに接続されている。これにより、載置台１０２には、高周波電力の供給が可能になっている。
【００５７】
処理容器１０１の底部には排気口１０７が設けられており、排気口１０７は排気装置１０８に接続されている。処理容器１０１の内部は、排気装置１０８により排気されることで、内部の圧力を、所定の減圧環境下とすることが可能に構成されている。なお、処理容器１０１の側壁には、図示せぬゲートバルブにより開閉される図示せぬ搬送口が形成されており、搬送口を介して基板１の搬入及び搬出が行われる。
【００５８】
処理容器１０１の上面には載置台１０２に対向し、高周波電源１０６ｂに接続されたガスシャワーヘッド１０９が設けられている。これにより、ガスシャワーヘッド１０９には、高周波電力の供給が可能となるとともに、平行平板型２周波プラズマエッチング装置が構成される。さらに、ガスシャワーヘッド１０９はガス室１１０を備え、ガス室１１０に供給されたガスは複数のガス吐出孔１１１から処理容器１０１内に供給される。ガス室１１０には、エッチングガス供給系１１２、及びマンガン前駆体ガス供給系１１３が接続されている。
【００５９】
エッチングガス供給系１１２は、エッチングガス供給源１１２ａを備えている。エッチングガス供給源１１２ａは、エッチングガスの流量を調節するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１１２ｂ、及びバルブ１１２ｃを介してガス室１１０に接続される。
【００６０】
また、マンガン前駆体ガス供給系１１３は、マンガン前駆体ガス供給源１１３ａを備えている。マンガン前駆体ガス供給源１１３ａは、マンガン前駆体ガスの流量を調節するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１１３ｂ、及びバルブ１１３ｃを介してガス室１１０に接続される。
【００６１】
制御部１１４は、処理装置１００を制御する。制御部１１４は、プロセスコントローラ１１５、ユーザーインターフェース１１６、及び記憶部１１７を含んで構成される。ユーザーインターフェース１１６は、工程管理者が、処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボード、処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を含む。記憶部１１７には、処理装置１００による処理を、コントローラ１１５の制御にて実現するための制御プログラムや駆動条件データ等が記録されたレシピが格納される。レシピは、必要に応じてユーザーインターフェース１１６からの指示により記憶部１１７から呼び出され、コントローラ１１５に実行させることで処理装置１００が制御される。レシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリなどのコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させて利用したりすることも可能である。
【００６２】
処理装置１００を用いて、酸化マンガン膜８の成膜、及び酸化マンガン膜８及びエッチングストップ層５の除去を行う場合には、例えば、次のようにする。
【００６３】
（酸化マンガン膜８の成膜）
基板１を載置台１０２に載置し、ヒータ１０４を用いて、基板１を、例えば、２００℃に加熱する。この際、例えば、高周波電源１０６ａ、１０６ｂはオフさせ、高周波電力が載置台１０２に供給されないようにしておく。
【００６４】
バルブ１１２ｃを閉じ、バルブ１１３ｃを開ける。これにより、マンガン前駆体ガス、例えば、（ＥｔＣｐ）２Ｍｎガスをガス室１１０に供給し、複数のガス吐出孔１１１を介して処理容器１０１内に（ＥｔＣｐ）２Ｍｎガスを吐出させ、加熱された基板１上に、酸化マンガン膜８を形成する。なお、酸化マンガン膜８の形成に必要な酸素は、第２層層間絶縁膜６等に含まれた水分、もしくは第２層層間絶縁膜６の表面に残留した水分を利用することができる。このため、酸素の添加は、基本的に不要である。
【００６５】
このように、酸化マンガン膜８は、基板１を加熱する、いわゆる熱ＣＶＤ法を用いて成膜される。
【００６６】
（酸化マンガン膜８及びエッチングストップ層５の除去）
酸化マンガン膜８が形成された基板１を載置台１０２に載置したまま、排気装置１０８を用いて、処理容器１０１の内部を排気する。ヒータ１０４の温度を調節し、基板１の温度を、例えば、５０℃とする。
【００６７】
バルブ１１３ｃを閉じ、バルブ１１２ｃを開ける。これにより、エッチングガス、例えば、ＣＨ２Ｆ２又はＣＨ３Ｆガスをガス室１１０に供給し、複数のガス吐出孔１１１を介して処理容器１０１内にＣＨ２Ｆ２又はＣＨ３Ｆガスを吐出させる。
【００６８】
高周波電源１０６ａ、１０６ｂをオンさせ、載置台１０２とガスシャワーヘッド１０９との間に高周波電界を形成し、処理容器１０１内に供給されたＣＨ２Ｆ２又はＣＨ３Ｆガスをプラズマ化させる。プラズマ化されたＣＨ２Ｆ２又はＣＨ３Ｆガスを用いて、基板１上に形成された酸化マンガン膜８、及びエッチングストップ層５を除去する。
【００６９】
このように、酸化マンガン膜８、及びエッチングストップ層５は、プラズマを用いたドライエッチング法を用いて除去される。
【００７０】
このような処理装置１００によれば、酸化マンガン膜８の成膜、及び酸化マンガン膜８及びエッチングストップ層５の除去を連続して行うことができる。このため、第１、第２の実施形態に係る多層配線の形成方法を実施するにあたり、スループットの向上に有利である。
【００７１】
以上、この発明を第１〜第３の実施形態に従って説明したが、この発明は第１〜第３の実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。
【００７２】
例えば、上記一実施形態においては、マンガン前駆体として、（ＥｔＣｐ）２Ｍｎを用いたが、これに限られるものではなく、他のマンガン前駆体を用いることもできる。
【００７３】
他のマンガン前駆体としては、例えば、
Ｃｐ２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ５Ｈ５）２］
（ＭｅＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）２］
（ｉ−ＰｒＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ３Ｈ７Ｃ５Ｈ４）２］
ＭｅＣｐＭｎ（ＣＯ）３［＝（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）Ｍｎ（ＣＯ）３］
（ｔ−ＢｕＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ４Ｈ９Ｃ５Ｈ４）２］
Ｍｎ（ＤＭＰＤ）（ＥｔＣｐ）［＝Ｍｎ（Ｃ７Ｈ１１Ｃ２Ｈ５Ｃ５Ｈ４）］
Ｍｎ（ａｃａｃ）２［＝Ｍｎ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）２］
Ｍｎ（ａｃａｃ）３［＝Ｍｎ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）３］
Ｍｎ（ｈｆａｃ）２［＝Ｍｎ（Ｃ５ＨＦ６Ｏ２）３］
（（ＣＨ３）５Ｃｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（（ＣＨ３）５Ｃ５Ｈ４）２］
等を挙げることができる。
【００７４】
また、上記一実施形態においては、層間絶縁膜としてＴＥＯＳ膜を用いたが、ＴＥＯＳ膜に限られるものではなく、酸化マンガン膜８の形成に必要な水分を含む絶縁物であれば良い。
【００７５】
また、水分に限らず、ＯＨ基を含む膜であっても良い。特に、ＯＨ基を含む膜としては、反応させることでＯＨ基が水分（Ｈ２Ｏ）に変化する膜であることが良い。ＯＨ基が変化して生成された水分を表面に出すことによって、金属原料ガスを表面に出た水分と接触させることができるからである。
【００７６】
また、エッチングストップ層のエッチングガスとして、ＣＨ２Ｆ２やＣＨ３Ｆではなく、ＣＦ４などの他のガスを使用しても良い。
【００７７】
また、第１、第２の実施形態に係る多層配線の形成方法は、第３の実施形態において図５を参照して説明した処理装置１００によってのみ実施されるものではない。例えば、プロセス毎に処理容器を複数に分け、かつ、複数の処理容器それぞれに接続され、基板１を大気暴露することなく搬送させる搬送室を持つ、いわゆるクラスターツール型の処理装置を用いて実施することもできる。
【００７８】
その他、この発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１…基板、２…第１層層間絶縁膜、３…銅を使用している下層配線、４…バリア膜、５…エッチングストップ層、６…第２層層間絶縁膜、７…開孔、８…酸化マンガン膜、９…上層配線。
【図１Ａ】
0005466889.tif 000002
【図１Ｂ】
0005466889.tif 000003
【図１Ｃ】
0005466889.tif 000004
【図１Ｄ】
0005466889.tif 000005
【図１Ｅ】
0005466889.tif 000006
【図１Ｆ】
0005466889.tif 000007
【図１Ｇ】
0005466889.tif 000008
【図２】
0005466889.tif 000009
【図３Ａ】
0005466889.tif 000010
【図３Ｂ】
0005466889.tif 000011
【図３Ｃ】
0005466889.tif 000012
【図３Ｄ】
0005466889.tif 000013
【図３Ｅ】
0005466889.tif 000014
【図４Ａ】
0005466889.tif 000015
【図４Ｂ】
0005466889.tif 000016
【図４Ｃ】
0005466889.tif 000017
【図４Ｄ】
0005466889.tif 000018
【図４Ｅ】
0005466889.tif 000019
【図５】
0005466889.tif 000020