(57)【要約】【課題】配線パターン形成において、配線抵抗を低減するため、配線層の膜厚を厚くしたい。一方、パターンの微細化には、レジストは薄い方が有利である。【解決手段】層間絶縁膜内に形成されたコンタクトプラグを備える半導体装置であって、層間絶縁膜内においてコンタクトプラグの側面の周りに形成された第１の配線溝と、コンタクトプラグの側面と接するよう第１の配線溝内に形成された配線層と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
層間絶縁膜内に形成されたコンタクトプラグを備える半導体装置であって、
少なくとも、前記層間絶縁膜内において前記コンタクトプラグの側面の周りに形成された第１の配線溝と、
前記コンタクトプラグの側面と接するよう前記第１の配線溝内に形成された配線層と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記配線層は、さらに、前記コンタクトプラグの平面と接するよう前記層間絶縁膜上に形成されたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記層間絶縁膜内において、前記コンタクトプラグが形成されていない部分に形成された第２の配線溝を備え、
前記第２の配線溝内に、前記配線層が形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記配線層は、少なくとも配線とバリア膜を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１の配線溝の深さは、前記層間絶縁膜上の配線層の高さよりも、浅いことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１の配線溝の深さは、前記層間絶縁膜上の配線層の高さよりも、深いことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記コンタクトプラグはタングステンを含み、前記配線層はアルミニウムを含み、前記バリア膜はチタンないし窒化チタンを含む、ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項８】
層間絶縁膜にコンタクトプラグを形成する工程と、
前記層間絶縁膜内に前記コンタクトプラグの側面の少なくとも一部が露出するよう、第１の配線溝を形成する工程と、
前記コンタクトプラグの側面と接触するよう前記第１の配線溝内に、かつ、前記コンタクトプラグの平面と接するよう前記層間絶縁膜上に、配線層を形成する工程と、
前記配線層をパターニングする工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記配線溝を形成するためのパターンと、前記配線層を形成するためのパターンが同一であることを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記配線溝と前記配線層のレイアウトの中心がずれていることを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記配線溝と前記配線層のレイアウトの中心が一致していることを特徴とする請求項８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する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ハードマスクを用いる加工法として、下記の工程が開示されている。
（１）被エッチング層の上にハードマスク層を形成する。
（２）ハードマスク層の上にレジストをパターニングして、ハードマスクパターニングする。
（３）さらに第２レジストでハードマスクをパターニングした後、被エッチング層をエッチングする。
【０００３】
図６（Ａ）〜（Ｄ）は、従来例に係る、コンタクトプラグ６３を備えた半導体装置６１における配線層形成方法を説明するための工程図である。以下、この従来例に係る配線層形成方法を説明する。
【０００４】
図６（Ａ）を参照すると、層間絶縁膜６２内にコンタクトプラグ６３を形成する。図６（Ｂ）を参照すると、層間絶縁膜６２上に配線層６６を形成する。配線層６６は、コンタクトプラグ６３の平面（図中の上面）と接する。なお、配線層６６は、Ａｌから構成される配線６６ａと、ＴｉＮ又はＴｉ又構成されるバリア膜６６ｂ，６６ｃを含んでいる。図６（Ｃ）を参照すると、配線層６６上にレジスト６７をパターニングする。図６（Ｄ）を参照すると、レジスト６７をマスクとして用いてエッチングを行い、配線層６６をパターニングする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１７５９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以下の分析は、本願発明者により与えられる。
【０００７】
（１）配線パターン形成において、配線抵抗を低くするため、配線層の膜厚を厚くしたい。しかし、厚い膜厚を加工するためには、マスクとなるレジストをエッチング量に対応して厚くする必要がある。
（２）一方、パターンの微細化には、レジストは薄い方が有利である。
（３）よって、レジストの耐性と加工性を同時に満足させるようにしてパターニングすることは難しいという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、第１の視点において、層間絶縁膜内に形成されたコンタクトプラグを備える半導体装置であって、少なくとも、前記層間絶縁膜内において前記コンタクトプラグの側面の周りに形成された第１の配線溝と、前記コンタクトプラグの側面と接するよう前記第１の配線溝内に形成された配線層と、を備える半導体装置を提供する。
【０００９】
本発明は、第２の視点において、下記の工程を含む半導体装置の製造方法を提供する。層間絶縁膜にコンタクトプラグを形成する工程。前記層間絶縁膜内に前記コンタクトプラグの側面の少なくとも一部が露出するよう、第１の配線溝を形成する工程。前記コンタクトプラグの側面と接触するよう前記第１の配線溝内に、かつ、前記コンタクトプラグの平面と接するよう前記層間絶縁膜上に、配線層を形成する工程。前記配線層をパターニングする工程。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一視点によれば、層間絶縁膜内に形成された配線溝内にも配線層が形成されるため、層間絶縁膜上に形成される配線層を薄く形成しても、全体の配線抵抗を低くすることができる。さらに、配線層は、配線溝内でコンタクトプラグの側面と接することにより、配線層とコンタクトプラグの接触抵抗が低減される。本発明の他の視点によれば、配線層のパターニング時、配線層の層間絶縁膜上に形成された部分を、エッチング等によって部分的に除去すれば十分であるため、製造面でも有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の平面レイアウトの説明図である。
【図２】（Ａ）は図１中のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）は図１中のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程図である。
【図４】（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の他の実施形態に係る半導体装置の断面図であって、（Ａ）は微細配線部、（Ｂ）は幅広配線部を示す。
【図５】本発明の別の実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｄ）は、従来例に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態（実施形態１）に係る半導体装置の平面レイアウトの説明図である。図１を参照すると、コンタクトプラグ３を有する半導体装置１の製造において、配線溝を形成するための配線溝用パターン１１と、配線層を形成するための配線層用パターン１２が同一のパターンから形成することができる。
【００１４】
このように、本実施形態に係る半導体装置は、同一のパターンを用いて、配線層と配線溝の二種類の加工を行うことができる。配線溝パターンと、配線層パターンを同一パターンで形成することによって、配線層加工時（パターニング時）、エッチング量を配線溝の深さ分低減することができる。
【００１５】
なお、図１においては、配線溝用パターン１１と配線層用パターン１２は、コンタクトプラグ３の中心に対し、リソグラフィ技術では完璧に合わせることは難しく、結果的にずれて配置されている場合が多い。すなわち、配線溝と配線層のレイアウトの中心がずれている。ずれない場合もありうる。
【００１６】
図２（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の説明図であって、（Ａ）は図１のＡ−Ａ断面構造、（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面構造を示している。
【００１７】
図２（Ａ）および（Ｂ）を参照すると、半導体装置１は、層間絶縁膜２内に形成されたコンタクトプラグ３を備えている。半導体装置１は、層間絶縁膜内２においてコンタクトプラグ３の側面の周りに形成された第１の配線溝４と、コンタクトプラグ３の側面と接するよう第１の配線溝４内に形成された配線層６と、を備えている。
【００１８】
配線層６は、さらに、コンタクトプラグ３の平面（図中の上面）と接するよう、層間絶縁膜２上にも形成されている。
【００１９】
また、半導体装置１は、層間絶縁膜２内において、コンタクトプラグ３が形成されていない部分に形成された第２の配線溝５を備えている。第２の配線溝５内にも、配線層６が形成されている。なお、第２の配線溝５は、第１の配線溝４から所定間隔離れている。
【００２０】
第１および第２の配線溝４，５並びに層間絶縁膜２上に形成された配線層６は、配線６ａとバリア膜６ｂを含むよう構成することができる。配線６ａは、アルミニウム等から形成することができ、バリア膜６ｂは、ＴｉＮ又はＴｉ、或いは、ＴｉＮ／Ｔｉの複数層から形成することができる。なお、配線層６は、さらに、他の膜ないし層を含むことができる。例えば、配線６ａは２７０ｎｍ膜厚のＡｌ、配線６ａ上層のバリア膜６ｂは５０ｎｍ膜厚のＴｉＮ、配線６ａ下層のバリア膜６ｂは３０ｎｍ膜厚のＴｉＮと、２０ｎｍ膜厚Ｔｉから構成することができる。なお、配線６ａは、良導電性金属（Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇなどにより形成でき、バリア膜６ｂは、Ｔｉ、Ｔａ又はその窒化物、或いはその他の金属又はその窒化物などが形成できる。
【００２１】
以上説明した半導体装置１の利点を例示する。
（１）第１ないし第２の配線溝４，５内にも、配線層６が形成されていることによって、配線層６の膜厚を稼げるため、配線抵抗が減少する。
（２）配線層６は、コンタクトプラグ３の上面（平面）だけでなく、コンタクトプラグ３の側壁とも接触しているため、配線層６とコンタクトプラグ３間のコンタクト抵抗が減少し、又、配線層６とコンタクトプラグ３間の接触に関する信頼性が向上する。
【００２２】
次に、以上説明した本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。図３（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程図である。なお、図３（Ａ）〜（Ｄ）において、左図は図１のＡ−Ａ断面に相当する断面を示し、右図は図１のＢ−Ｂ断面に相当する断面を示している。また、第１及び第２の配線溝４，５と、配線層６は、図１に示したようにレイアウトされる。
【００２３】
図３（Ａ）を参照すると、第１のステップでは、層間絶縁膜２にコンタクトプラグ３を形成する。
【００２４】
図３（Ｂ）を参照すると、第２のステップでは、層間絶縁膜２上に第１のレジスト７を形成してパターニングし、配線パターンスペース部に形成された第１のレジスト７を用い、層間絶縁膜２内にコンタクトプラグ３の側面の少なくとも一部が露出するよう、第１の配線溝４を形成する。この際、層間絶縁膜２内において、コンタクトプラグ３が形成されていない部分には、同様に第１のレジスト７を用いて、第２の配線溝５，５を形成する。第１の配線溝４の深さ９ａは、層間絶縁膜２上の配線層６の高さ９ｂ（図３（Ｃ）参照）よりも、浅く設定することができる。第２の配線溝５についても同様である。なお、第１および第２の配線溝４，５は、エッチングまたはその他の方法により形成することができる。
【００２５】
図３（Ｂ）から図３（Ｃ）を参照すると、第３のステップでは、第１のレジスト７を除去した後、コンタクトプラグ３の側面と接触するよう第１の配線溝４内に、かつ、コンタクトプラグ３の上面（平面）と接するよう層間絶縁膜２上に、配線層６を形成ないし成膜する。この際、第２の配線溝５，５内にも配線層６を形成する。
【００２６】
図３（Ｄ）を参照すると、第４のステップでは、層間絶縁膜２上に第２のレジスト８を形成してリソグラフィ技術を用いてパターニングし、パターニングされた第１のレジスト７を用い、配線層６をドライエッチング或いはその他の方法によりパターニングして、図２（Ａ）および（Ｂ）に示した半導体装置１を形成する。なお、図示しないが、半導体装置１において、下地にはＭＯＳトランジスタ等のデバイスが形成され、上層には配線層が適宜形成される。
【００２７】
以上説明した製造方法の利点を例示する。
（１）予め形成される第１ないし第２の配線溝４，５の深さ分、配線パターニング時のエッチング量を低減することができる。
（２）配線パターニング時のエッチング量を低減することができるため、パターンのさらなる微細化や加工マージンの向上を図ることができる。
【００２８】
前記実施形態１においては、図３（Ｂ）を参照して、第１の配線溝４の深さ９ａ（例えば、１００ｎｍ）は、層間絶縁膜２上の配線層６の高さ９ｂよりも浅く設定したが、反対に設定することもできる。図４（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の他の実施形態（実施形態２）に係る半導体装置の断面図であって、（Ａ）は微細配線部、（Ｂ）は幅広配線部を示している。なお、前記実施形態１と本実施形態２の共通点については、適宜、前記実施形態１の欄を参照することができるものとする。
【００２９】
図４（Ａ）を参照すると、半導体装置２１において、第１の配線溝４の深さ９ａ（例えば、７００ｎｍ）は、層間絶縁膜２上の配線層６の高さ９ｂよりも深く設定されている。第２の配線溝５についても同様である。これによって、高抵抗化が避けられなかった微細配線部の配線抵抗が、第１ないし第２の配線溝４，５の深さ分、低減することができる。図４（Ｂ）に示した幅広配線部においても同様に配線抵抗が低減することができる。なお、第１ないし第２の配線溝４，５の深さ９ａは、所望の低抵抗化に十分な深さに設定する。例えば、層間絶縁膜２上の配線層６の高さ９ｂに対して、９ａ／９ｂ＝０．１〜４の範囲に設定することができ、好ましくは、９ａ／９ｂ＝０．２〜３の範囲に設定することができる。
【００３０】
実施形態１においては、図１を参照して、配線溝用パターン１１と配線層用パターン１２は、コンタクトプラグ３の中心に対し、ずれて配置したが、両パターン１１，１２の中心を一致させて配置することもできる。図５は、本発明の別の実施形態（実施形態３）に係る半導体装置の断面図であって、図１のＡ−Ａ断面に相当する断面を示している。なお、前記実施形態１と本実施形態２の共通点については、適宜、前記実施形態１の欄を参照することができるものとする。
【００３１】
図５を参照すると、半導体装置３１は、配線溝用パターンと配線層用パターンは、コンタクトプラグ３の中心に対して一致させてレイアウトしたことにより、第１の配線溝４と配線層６は、コンタクトプラグ３の中心軸に対して、軸対称にレイアウトされている。
【００３２】
なお、本出願において図面参照符号を付している場合は、それらは、専ら理解を助けるためのものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。
【００３３】
また、本発明の全開示（請求の範囲及び図面を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲及び図面を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００３４】
１，２１，３１  半導体装置
２  層間絶縁膜
３  コンタクトプラグ
４  第１の配線溝
５  第２の配線溝
６  配線層
６ａ  配線
６ｂ  バリア膜
７  第１のレジスト
８  第２のレジスト
９ａ  第１の配線溝の深さ
９ｂ  層間絶縁膜上の配線層の高さ
１１  配線溝用パターン
１２  配線層用パターン
【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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