(57)【要約】【課題】デュアルダマシン加工での配線容量を低く抑えた半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】下層銅配線１上に炭化シリコン窒化膜（ＳｉＣＮ）２を第１の膜厚で形成；炭化シリコン窒化膜を一部の領域を除いて第２の膜厚に薄膜化；薄膜化工程後のＳｉＣＮ上に、ＳｉＣＮに接する炭化シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）３を含む絶縁膜を形成；絶縁膜を貫通し、第１の膜厚のＳｉＣＮ表面を露出するコンタクトホール６を形成；絶縁膜上に、コンタクトホールを含む領域に溝７を形成すると共に、コンタクトホール底の前記炭化シリコン窒化膜を除去して下層銅配線表面を露出する；溝及びコンタクトホール内に銅９を含む導電膜を形成し、上層銅配線１１及びコンタクトビア１０を形成する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下層銅配線と
前記下層銅配線を覆う層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の上面側に埋設された上層銅配線と、
前記層間絶縁膜を貫通し、前記下層銅配線と接続する、前記上層銅配線と一体に形成されたコンタクトビアとを有し、
前記層間絶縁膜は、
前記下層銅配線上に形成された炭化シリコン窒化膜と、
前記炭化シリコン窒化膜上に形成され炭化シリコン酸化膜とを含み、
前記炭化シリコン窒化膜は、前記コンタクトビアと接する領域及びその近傍で他の領域よりも厚い膜厚を有する半導体装置。
【請求項２】
前記炭化シリコン窒化膜の厚い膜厚を有する領域は、前記コンタクトビアと前記上層銅配線とをデュアルダマシン法で形成する際の１段目のコンタクトホールを前記炭化シリコン酸化膜に形成する際に、エッチングストッパとして必要十分な膜厚を有する請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記炭化シリコン窒化膜の前記他の領域は、下層銅配線からの銅拡散防止に必要最小限の膜厚を有する請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記層間絶縁膜は、前記炭化シリコン酸化膜上に形成されたシリコン酸化膜を含み、前記上層銅配線の下面は、前記炭化シリコン酸化膜に接している請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
下層銅配線上に炭化シリコン窒化膜を第１の膜厚で形成する工程と、
前記炭化シリコン窒化膜を一部の領域を除いて第２の膜厚に薄膜化する工程と、
前記薄膜化工程後の炭化シリコン窒化膜上に、前記炭化シリコン窒化膜に接する炭化シリコン酸化膜を含む絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜を貫通し、前記第１の膜厚の炭化シリコン窒化膜表面を露出するコンタクトホールを形成する工程と、
前記絶縁膜上に、前記コンタクトホールを含む領域に溝を形成すると共に、前記コンタクトホール底の前記炭化シリコン窒化膜を除去して前記下層銅配線表面を露出する工程と、
前記溝及びコンタクトホール内に銅を含む導電膜を形成し、上層銅配線及びコンタクトビアを形成する工程と
を備えた半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１の膜厚は、前記第１の膜厚の炭化シリコン窒化膜表面を露出するコンタクトホールを形成する工程の際に、エッチングストッパとして必要十分な膜厚である請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第２の膜厚は、下層銅配線からの銅拡散防止に必要最小限の膜厚である請求項５又は６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１の膜厚の炭化シリコン窒化膜表面を露出するコンタクトホールを形成する工程は、前記炭化シリコン酸化膜を垂直にエッチングする第１のドライエッチングと、前記炭化シリコン窒化膜のエッチングレートが前記炭化シリコン酸化膜のエッチングレートよりも遅い条件の第２のドライエッチングとを含む請求項５乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記絶縁膜は、前記炭化シリコン酸化膜上に形成されたシリコン酸化膜を含み、前記溝は、前記シリコン酸化膜を貫通し、前記炭化シリコン酸化膜上面を露出する深さに形成される請求項５乃至８のいずれか１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及びその製造方法に関し、詳しくは銅配線を含む半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路では高速、高性能を実現するため、配線材料に銅（Ｃｕ）、層間膜にＬｏｗ−ｋと呼ばれる低誘電率絶縁膜を用いられているが、近年、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などの半導体記億装置にもＣｕ配線が採用されるようになってきた。また、Ｃｕ配線プ口セスの形成はデュアルダマシン（ＤＤ：Ｄｕａｌ−Ｄａｍａｓｃｅｎｅ）法が用いられ、最初にコンタクトホールを形成し、次にＣｕ配線を埋め込むトレンチを形成するＶｉａファーストと呼ばれるデュアルダマシンの加工が主流となっている。このデュアルダマシン加工におけるコンタクトホール部のエッチングでは、まず、層間絶縁膜の途中までホールエッチングし、続いて、トレンチエッチングを行って、同時にホール底をエッチングすることでコンタクトホールを形成している。デュアルダマシン法によるＣｕ配線プロセスの一例として特許文献１（特開２００１−２９８０８４号公報）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２９８０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
デュアルダマシン法では、最初のホールエッチングで層間絶縁膜を残し過ぎると、トレンチエッチングにてホール底部の絶縁膜除去が不完全となり導通不良となる場合がある。一方、ホールエッチングが過多となると、トレンチエッチングの際に下層Ｃｕ配線にダメージが発生する場合がある。また、コンタクトホールのエッチングでのストッパ膜を厚くすると、配線間容量低減の阻害要因となる。特に、ＤＲＡＭのＣｕ配線ではＣｕ配線の膜厚が厚くなる傾向にあるため、深いコンタクトホールを形成する必要があり、より高い加工精度が要求される。
【０００５】
従来技術のデュアルダマシン法による製造工程を図１に示す。図１（ａ）はコンタクトホール形成前の状態を示し、下層Ｃｕ配線１を形成後にＣｕ拡散防止およびコンタクトエッチングのストッパ膜の炭化シリコン窒化膜（ＳｉＣＮ膜）２、Ｌｏｗ−ｋ膜の炭化シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ膜）３、シリコン酸化膜４を成膜する。次にコンタクトホールを形成するためのフォトレジストパターン５をリソグラフィ技術で形成する。図１（ｂ）に示すように、ドライエッチによりＳｉＣＮ膜２をストッパとしてエッチングを行うが、Ｌｏｗ−ｋ膜（ＳｉＯＣ膜３）のコンタクトエッチングでは炭化シリコン窒化膜との選択が低いため、オーバーエッチングとなる。その後、図１（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜４に上層Ｃｕ配線用の溝を形成すると共に、コンタクトホール６内のＳｉＣＮ膜２を除去し、バリア膜８及びＣｕ膜９を成膜することで、コンタクトビア１０と上層Ｃｕ配線１１が形成される。このように、ＳｉＣＮ膜２は、エッチングのストッパとしての機能が十分に発揮できる膜厚（図１（ａ）に示すＴ１）まで厚くする必要がある。そのため、Ｃｕ拡散防止に必要な膜厚よりも大幅に厚い炭化シリコン窒化膜が必要になり、配線間容量の増加が問題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明はデュアルダマシン加工での配線容量を低く抑えた半導体装置およびその製造方法を提供する。
【０００７】
すなわち、本発明の一実施形態によれば、
下層銅配線と
前記下層銅配線を覆う層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の上面側に埋設された上層銅配線と、
前記層間絶縁膜を貫通し、前記下層銅配線と接続する、前記上層銅配線と一体に形成されたコンタクトビアとを有し、
前記層間絶縁膜は、
前記下層銅配線上に形成された炭化シリコン窒化膜と、
前記炭化シリコン窒化膜上に形成され炭化シリコン酸化膜とを含み、
前記炭化シリコン窒化膜は、前記コンタクトビアと接する領域及びその近傍で他の領域よりも厚い膜厚を有する半導体装置、が提供される。
【０００８】
また、本発明の別の実施形態によれば、
下層銅配線上に炭化シリコン窒化膜を第１の膜厚で形成する工程と、
前記炭化シリコン窒化膜を一部の領域を除いて第２の膜厚に薄膜化する工程と、
前記薄膜化工程後の炭化シリコン窒化膜上に、前記炭化シリコン窒化膜に接する炭化シリコン酸化膜を含むシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜を貫通し、前記第１の膜厚の炭化シリコン窒化膜表面を露出するコンタクトホールを形成する工程と、
前記シリコン酸化膜上に、前記コンタクトホールを含む領域に溝を形成すると共に、前記コンタクトホール底の前記炭化シリコン窒化膜を除去して前記下層銅配線表面を露出する工程と、
前記溝及びコンタクトホール内に銅を含む導電膜を形成し、上層銅配線及びコンタクトビアを形成する工程と
を備えた半導体装置の製造方法、が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
コンタクトホールを形成する個所のみＣｕ配線上の炭化シリコン窒化膜の膜厚を厚くした構造を形成し、その後コンタクトホールをエッチングすることで、Ｃｕ配線間容量の低いデュアルダマシン構造を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来のデュアルダマシン加工による配線プラグ構造の製造工程を説明する工程断面図である。
【図２】本発明の一実施形態になるデュアルダマシン加工による配線ビア構造の製造工程を説明する工程断面図である。
【図３】本発明の一実施形態になるデュアルダマシン加工による配線ビア構造の製造工程を説明する工程断面図である。
【図４】本発明の一実施形態になるデュアルダマシン加工による配線ビア構造の製造工程を説明する工程断面図である。
【図５】本発明の一実施形態になるデュアルダマシン加工による配線ビア構造の製造工程を説明する工程断面図である。
【図６】本発明の一実施形態になるデュアルダマシン加工による配線ビア構造の製造工程を説明する工程断面図である。
【図７】本発明の一実施形態になるデュアルダマシン加工による配線ビア構造の製造工程を説明する工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態例について具体的に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
【００１２】
本発明の一実施形態例に係るコンタクトホール形成方法を図２〜図６に示す。
層間膜構造は図２に示したように、下層Ｃｕ配線１を形成後、炭化シリコン窒化膜（ＳｉＣＮ）２をエッチングのストッパとしての機能が十分に発揮できる第１の膜厚Ｔ１、例えば８０ｎｍに成膜する。次にコンタクトホールを形成する個所を覆うようにフォトレジストパターン５ａをリソグラフィ技術で形成する。このとき、図示しない領域、例えば、下層Ｃｕ配線１下の半導体基板上などにアラインメントマークなどを形成しておき、そのアラインメントマークを用いて位置合わせする。フォトレジストパターン５ａは、後工程で形成するコンタクトホール径よりも大きく形成するが、通常は、アラインメントずれを考慮した大きさに形成すればよく、必要以上に大きくすると配線間容量の低減効果が減少する。
【００１３】
次に図３に示すように、ドライエッチングでＳｉＣＮ膜２を第２の膜厚Ｔ２、例えば２０〜３０ｎｍになるまでエッチングし、残ったフォトレジストパターン５ａを除去する。第２の膜厚Ｔ２は、下層Ｃｕ配線１からのＣｕ拡散を防止しえる必要最小限の膜厚を確保しておく。エッチング条件は、例えば、
圧力：６．６７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）
ＲＦ電力：上部電極／下部電極＝５００Ｗ／１０００Ｗ
ガス：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２＝１０／５００／５ｓｃｃｍ
を使用する。
【００１４】
次に図４に示すように、Ｌｏｗ−ｋ膜である炭化シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）３を成膜し、その上にＳｉＯＣ膜３の保護膜となるシリコン酸化膜（ＳｉＯ）４を成膜する。
【００１５】
次にコンタクトホールを形成するためのフォトレジストパターン５ｂをリソグラフィ技術で形成する。コンタクトホール形成のためのドライエッチングでは２ステップ方式のエッチング方法を用いた。第１ステップではＬｏｗ−ｋ膜であるＳｉＯＣ膜３のエッチング形状を垂直に形成する目的で用いる。エッチング条件は、例えば、
圧力：４．０Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）
ＲＦ電力：上部電極／下部電極＝５００Ｗ／２５００Ｗ
ガス：Ｃ４Ｆ８／ＣＨ２Ｆ２／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２＝８／２０／７００／５０／２３ｓｃｃｍ
を使用する。
【００１６】
次に、第２ステップではＳｉＣＮ膜膜２と選択比が取れるエッチング条件、例えば
圧力：６．６７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）
ＲＦ電力：上部電極／下部電極＝４００Ｗ／２５００Ｗ
ガス：Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２＝８／６００／４４０ｓｃｃｍ
などを使用する。
【００１７】
その後、残ったフォトレジストパターン５ｂを除去し、図５に示すようなエッチングのストッパ膜の機能を有し、配線間容量の増加を抑制する構造でコンタクトホール６の形成が可能となる。
【００１８】
以降は、従来技術と同様に、コンタクトホール６を通過し、上層の配線形成用のトレンチ７をドライエッチングで形成する（図６）。このときコンタクトホール６の底部のＳｉＣＮ膜２を除去し、下層Ｃｕ配線１の上面を露出するコンタクトホール６’を形成する。トレンチエッチングは、上記の第１ステップのエッチング条件と同様の条件で実施できる。
【００１９】
最後に、スパッタ法でバリア膜８となるＴｉ／ＴｉＮ膜とシードとなるＣｕ膜（図示せず）を成膜し、さらに電解めっきによりＣｕ膜９を形成し、ＣＭＰでシリコン酸化膜４の表面まで平坦化することで、コンタクトビア１０と上層Ｃｕ配線１１が一体に形成され、図７に示す配線構造が完成する。
【００２０】
図１（ｃ）に示す従来構造と比較して、上層Ｃｕ配線１と上層Ｃｕ配線１１との間隔Ｈ１は同じであるが、Ｌｏｗ−ｋ膜であるＳｉＯＣ膜３は、Ｈ２からＨ２’と厚膜化されるため、Ｃｕ配線間容量の低減が可能となる。また、コンタクトホール自体は、従来と同様にエッチングのストッパとしての機能が十分に発揮できる膜厚である第１の膜厚Ｔ１のＳｉＣＮ膜２をストッパとするため、問題なく形成できる。
【符号の説明】
【００２１】
１  下層Ｃｕ配線
２  炭化シリコン窒化膜（ＳｉＣＮ膜）
３  炭化シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ膜）
４  シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）
５、５ａ、５ｂ  フォトレジストパターン
６、６’  コンタクトホール
７  トレンチ
８  バリア膜
９  Ｃｕ膜
１０  コンタクトビア
１１  上層Ｃｕ配線
【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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