(57)【要約】【課題】信頼性の高い半導体装置を実現する。【解決手段】半導体装置の製造方法は、導電膜ＣＦ１が埋め込まれた層間絶縁膜ＩＩ１上に、層間絶縁膜ＩＩ２を形成する工程と、層間絶縁膜ＩＩ２上に、導電膜ＣＦ１と重なる開口部ＯＰ１を有する金属膜ＭＦ１を形成する工程と、金属膜ＭＦ１上および層間絶縁膜ＩＩ２上に、層間絶縁膜ＩＩ３を形成する工程と、層間絶縁膜ＩＩ３に金属膜ＭＦ１および開口部ＯＰ１と重なる配線溝ＴＲ１を形成するとともに、層間絶縁膜ＩＩ２に開口部ＯＰ１と重なるビア孔ＶＨ１を形成する工程と、導電膜ＣＦ１のうちのビア孔ＶＨ１と重なる一部を除去する工程と、配線溝ＴＲ１内およびビア孔ＶＨ１内に導電膜ＣＦ２を埋め込む工程と、を備える。【選択図】図１
2014229667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電膜が埋め込まれた第１層間絶縁膜上に、第２層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第２層間絶縁膜上に、前記第１導電膜と重なる開口部を有する第１金属膜を形成する工程と、
前記第１金属膜上および前記第２層間絶縁膜上に、第３層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第３層間絶縁膜に前記第１金属膜および前記開口部と重なる配線溝を形成するとともに、前記第２層間絶縁膜に前記開口部と重なるビア孔を形成する工程と、
前記第１導電膜のうちの前記ビア孔と重なる一部を除去する工程と、
前記配線溝内および前記ビア孔内に第２導電膜を埋め込む工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２層間絶縁膜を形成する前記工程の前において、前記第１導電膜上に第１金属膜よりも膜厚が薄い第２金属膜を形成する工程を備えており、
前記第１導電膜のうちの前記ビア孔と重なる一部を除去する前記工程は、前記第２金属膜のうちの前記ビア孔と重なる一部を除去するとともに前記第１導電膜のうちの前記ビア孔と重なる一部を除去する半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２金属膜は、ＴｉＮまたはＴａＮにより構成される半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記配線溝および前記ビア孔を形成する前記工程において、前記第１金属膜の外縁が前記第３層間絶縁膜により覆われるように前記配線溝が形成される半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１導電膜のうちの前記ビア孔と重なる一部を除去する前記工程の後であって、前記配線溝内および前記ビア孔内に第２導電膜を埋め込む前記工程の前において、前記配線溝の内壁、前記ビア孔の内壁、および前記第３層間絶縁膜の上面を覆う第３金属膜を形成する工程を備える半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１金属膜は、ＴｉＮまたはＴａＮにより構成される半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記配線溝および前記ビア孔を形成する工程の後であって、前記第１導電膜のうちの前記ビア孔と重なる一部を除去する前記工程の前において、前記配線溝の内壁および前記ビア孔の内壁を覆う第４金属膜を形成する工程を備え、
前記第１導電膜のうちの前記ビア孔と重なる一部を除去する前記工程は、前記第４金属膜のうちの前記ビア孔と重なる一部を除去するとともに前記第１導電膜のうちの前記ビア孔と重なる一部を除去する半導体装置の製造方法。
【請求項８】
第１導電膜が埋め込まれた第１層間絶縁膜と、
前記第１層間絶縁膜上に設けられており、かつ前記第１導電膜と重なるビア孔を有する第２層間絶縁膜と、
少なくとも前記第２層間絶縁膜上のうちの前記ビア孔の周囲に設けられた第１金属膜と、
前記第２層間絶縁膜上に設けられ、前記ビア孔と重なる配線溝を有し、かつ前記配線溝の周囲に位置する一部が前記第１金属膜上に位置する第３層間絶縁膜と、
前記配線溝内および前記ビア孔内に埋め込まれた第２導電膜と、
を備える半導体装置。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体装置において、
前記第１導電膜上には、第２金属膜が形成されている半導体装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体装置において、
前記第２金属膜は、ＴｉＮまたはＴａＮにより構成される半導体装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の半導体装置において、
前記配線溝および前記ビア孔と、前記第２導電膜と、の間にはバリア膜が設けられ、
前記バリア膜のうち前記配線溝の底面上および側面上に位置する部分は、前記第１金属膜と、前記第１金属膜と異なる材料により構成される第３金属膜と、の積層膜により構成される半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、例えばデュアルダマシン構造を有する半導体装置およびその製造方法に適用可能な技術である。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造方法においては、配線およびビアの形成に際してデュアルダマシンプロセスが用いられる場合がある。デュアルダマシンプロセスに関する技術としては、たとえば特許文献１〜３に記載のものが挙げられる。
【０００３】
特許文献１に記載の技術は、第１および第２のマスク膜をマスクにして、第１および第２の被エッチング膜を一度のエッチング工程により除去し、配線パターンとビアパターンとを形成するというものである。特許文献２に記載の技術は、メタルハードマスクを用いて配線溝を形成するというものである。特許文献３には、ビア開口部の底部にガウジング構造部を含む相互接続構造体が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２４５２３６号公報
【特許文献２】特開２００９−４６６５号公報
【特許文献３】特開２０１１−１４９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
デュアルダマシン構造を有する半導体装置の製造において、下層配線上にビア孔および配線溝を形成した後、下層配線のうちのビア孔と重なる領域にエッチングにより凹部を形成する処理が行われる場合がある。しかしながら、当該処理により配線溝の底面に露出した層間絶縁膜がエッチングされ、配線溝の底面に凹凸が生じるおそれがあった。この場合、配線溝における導電膜の埋め込み性が低下することが懸念される。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施の形態によれば、第２層間絶縁膜上に開口部を有する金属膜を形成した後、第２層間絶縁膜上および当該金属膜上に第３層間絶縁膜を形成する。そして、第３層間絶縁膜に上記金属膜と重なる配線溝を形成するとともに、第２層間絶縁膜に上記開口部と重なるビア孔を形成する。
【発明の効果】
【０００７】
前記一実施の形態によれば、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置の配線構造を示す断面図である。
【図２】図１に示す配線構造のうち、配線溝と金属膜との位置関係を示す平面図である。
【図３】第１の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図７】図４に示す半導体装置の製造方法の変形例を示す断面図である。
【図８】第２の実施形態に係る半導体装置の配線構造を示す断面図である。
【図９】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体装置ＳＤ１の配線構造を示す断面図である。図２は、図１に示す配線構造のうち、配線溝ＴＲ１と金属膜ＭＦ１との位置関係を示す平面図である。図３は、本実施形態に係る半導体装置ＳＤ１を示す断面図である。
図４〜６は、本実施形態に係る半導体装置ＳＤ１の製造方法を示す断面図である。
【００１１】
本実施形態に係る半導体装置ＳＤ１の製造方法は、次のように行われる。
まず、導電膜ＣＦ１が埋め込まれた層間絶縁膜ＩＩ１上に、層間絶縁膜ＩＩ２を形成する。次いで、層間絶縁膜ＩＩ２上に、導電膜ＣＦ１と重なる開口部ＯＰ１を有する金属膜ＭＦ１を形成する。次いで、金属膜ＭＦ１上および層間絶縁膜ＩＩ２上に、層間絶縁膜ＩＩ３を形成する。次いで、層間絶縁膜ＩＩ３に金属膜ＭＦ１および開口部ＯＰ１と重なる配線溝ＴＲ１を形成するとともに、層間絶縁膜ＩＩ２に開口部ＯＰ１と重なるビア孔ＶＨ１を形成する。次いで、導電膜ＣＦ１のうちのビア孔ＶＨ１と重なる一部を除去する。次いで、配線溝ＴＲ１内およびビア孔ＶＨ１内に導電膜ＣＦ２を埋め込む。本実施形態においては、このようにして半導体装置ＳＤ１が製造される。
【００１２】
本実施形態によれば、配線溝ＴＲ１およびビア孔ＶＨ１が形成された状態において、配線溝ＴＲ１の底面は金属膜ＭＦ１により覆われることとなる。この場合、導電膜ＣＦ１のうちのビア孔ＶＨ１と重なる一部を除去する工程において、配線溝ＴＲ１の底面を金属膜ＭＦ１により保護することができる。このため、配線溝ＴＲ１の底面に凹凸が生じることを抑制し、配線溝ＴＲ１における導電膜ＣＦ２の埋め込み性を良好なものとすることができる。したがって、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００１３】
以下、本実施形態に係る半導体装置ＳＤ１の構成、および半導体装置ＳＤ１の製造方法について詳細に説明する。
【００１４】
まず、半導体装置ＳＤ１の構成について説明する。
半導体装置ＳＤ１は、たとえば半導体基板ＳＢ１と、半導体基板ＳＢ１に設けられたトランジスタＭＴ１と、半導体基板ＳＢ１上に設けられた多層配線構造と、を備える。
半導体基板ＳＢ１内には、トランジスタＭＴ１を他の素子から分離する素子分離膜ＥＬ１が設けられている。トランジスタＭＴ１は、たとえば半導体基板ＳＢ１上に設けられたゲート絶縁膜ＧＩ１およびゲート電極ＧＥ１と、ゲート電極ＧＥ１を挟むように半導体基板ＳＢ１に設けられたソース・ドレイン領域ＤＲ１と、を備える。また、ゲート電極ＧＥ１の側壁には、サイドウォールＳＷ１が設けられている。半導体基板ＳＢ１上には、トランジスタＭＴ１を覆うように層間絶縁膜ＩＩ４が設けられている。層間絶縁膜ＩＩ４中には、ソース・ドレイン領域ＤＲ１に接続するコンタクトプラグＣＰ１が埋め込まれている。
【００１５】
層間絶縁膜ＩＩ４上には、多層配線構造が形成される。多層配線構造は、互いに積層された複数の配線層により構成される。本実施形態においては、これらの配線層を構成する各配線に対して、図１に示すデュアルダマシン配線構造を適用することが可能である。
【００１６】
本実施形態に係る半導体装置ＳＤ１を構成する多層配線構造は、層間絶縁膜ＩＩ１と、層間絶縁膜ＩＩ１上に設けられた層間絶縁膜ＩＩ２と、層間絶縁膜ＩＩ２上に設けられた層間絶縁膜ＩＩ３と、を備えている。層間絶縁膜ＩＩ１、層間絶縁膜ＩＩ２、および層間絶縁膜ＩＩ３は、多層配線構造中の任意の配線層を構成することができる。
図３においては、層間絶縁膜ＩＩ１、層間絶縁膜ＩＩ２、および層間絶縁膜ＩＩ３が、層間絶縁膜ＩＩ４上に順に積層される場合が例示されている。図３に示す例において、層間絶縁膜ＩＩ３上には、たとえばさらに複数の配線層を形成することができる。
【００１７】
層間絶縁膜ＩＩ１には、導電膜ＣＦ１が埋め込まれている。図１に示す例において、導電膜ＣＦ１は、配線ＩＣ１を構成する。層間絶縁膜ＩＩ１は、たとえば低誘電率材料により構成される。導電膜ＣＦ１は、たとえばＣｕにより構成される。また、導電膜ＣＦ１は、たとえば層間絶縁膜ＩＩ１中にダマシンプロセスを用いて形成される。なお、導電膜ＣＦ１の側面および底面は、バリアメタル膜により覆われていてもよい。
【００１８】
層間絶縁膜ＩＩ２は、層間絶縁膜ＩＩ１上に設けられており、かつ平面視において導電膜ＣＦ１と重なるビア孔ＶＨ１を有している。ビア孔ＶＨ１は、層間絶縁膜ＩＩ２を貫通して導電膜ＣＦ１に至るように形成される。層間絶縁膜ＩＩ２は、たとえば低誘電率材料により構成される。
【００１９】
導電膜ＣＦ１は、ビア孔ＶＨ１と重なる領域において凹部ＲＣ１を有している。凹部ＲＣ１は、導電膜ＣＦ１の上面に導電膜ＣＦ１を貫通しないように設けられる。すなわち、ビア孔ＶＨ１は、層間絶縁膜ＩＩ２を貫通し導電膜ＣＦ１内部へ至ることとなる。この場合、配線ＩＣ１とビアプラグＶＰ２との間における界面抵抗を低減し、配線の低抵抗化を図ることができる。また、配線ＩＣ１と配線ＩＣ２との間における接続信頼性の向上を図ることも可能となる。
【００２０】
導電膜ＣＦ１上には、たとえば金属膜ＭＦ２が設けられている。この場合、層間絶縁膜ＩＩ２は、金属膜ＭＦ２を介して導電膜ＣＦ１上に設けられることとなる。これにより、導電膜ＣＦ１を構成するＣｕが層間絶縁膜ＩＩ２中へ拡散することを抑制できる。また、導電膜ＣＦ１上に金属膜ＭＦ２が形成されている場合、後述する凹部ＲＣ１を形成する工程においてエッチングされた金属膜ＭＦ２の一部は、ビア孔ＶＨ１の側面上に付着する。これにより、凹部ＲＣ１を形成する際に、エッチングされた導電膜ＣＦ１を構成するＣｕがビア孔ＶＨ１の側面に直接接触することを回避することが可能となる。
【００２１】
図１に示す例においては、導電膜ＣＦ１の上面上およびビア孔ＶＨ１の側面上に、金属膜ＭＦ２が形成されている。このとき、金属膜ＭＦ２のうちの導電膜ＣＦ１上に設けられた部分は、配線ＩＣ１の上面を覆うバリアメタル膜ＢＦ１を構成することとなる。なお、ビア孔ＶＨ１の側面上に位置する部分は、たとえば凹部ＲＣ１を形成する際にエッチングされた金属膜ＭＦ２の一部がビア孔ＶＨ１側面上に付着することにより形成される。また、金属膜ＭＦ２は、凹部ＲＣ１と重なる領域において開口を有する。
【００２２】
金属膜ＭＦ２は、たとえばＴｉＮまたはＴａＮにより構成される。これにより、金属膜ＭＦ２の層間絶縁膜ＩＩ２に対する密着性を確保しつつ、導電膜ＣＦ１を構成するＣｕが層間絶縁膜ＩＩ２中へ拡散することを抑制できる。
【００２３】
ビア孔ＶＨ１の側面には、たとえば金属膜ＭＦ２を介して金属膜ＭＦ４が設けられている。金属膜ＭＦ４は、凹部ＲＣ１を形成する際にエッチングされた導電膜ＣＦ１の一部が、ビア孔ＶＨ１の側面上に付着することにより形成される。金属膜ＭＦ４は、導電膜ＣＦ１と同様の材料により構成され、たとえばＣｕにより構成される。
【００２４】
層間絶縁膜ＩＩ３は、層間絶縁膜ＩＩ２上に設けられ、かつ平面視においてビア孔ＶＨ１と重なる配線溝ＴＲ１を有している。配線溝ＴＲ１は、層間絶縁膜ＩＩ３を貫通してビア孔ＶＨ１に接続されるように形成される。層間絶縁膜ＩＩ３は、たとえば低誘電率材料により構成される。
【００２５】
少なくとも層間絶縁膜ＩＩ２上のうちのビア孔ＶＨ１の周囲には、金属膜ＭＦ１が設けられている。すなわち、配線溝ＴＲ１の底面は金属膜ＭＦ１により覆われることとなる。これにより、凹部ＲＣ１を形成する工程において、配線溝ＴＲ１の底面がエッチングされることにより配線溝ＴＲ１の底面に凹凸が生じることを抑制することができる。
本実施形態においては、たとえば配線溝ＴＲ１の底面全面が金属膜ＭＦ１により覆われる。この場合、凹部ＲＣ１を形成する工程において、配線溝ＴＲ１の底面に凹凸が生じることを確実に抑制することが可能となる。
【００２６】
層間絶縁膜ＩＩ３のうちの配線溝ＴＲ１の周囲に位置する一部は、たとえば金属膜ＭＦ１上に設けられている。本実施形態においては、層間絶縁膜ＩＩ３のうちの配線溝ＴＲ１の周囲に位置する一部が、たとえば平面視における金属膜ＭＦ１の外縁部ＰＰ１上に設けられる。この場合、平面視における金属膜ＭＦ１の外縁部ＰＰ１は、層間絶縁膜ＩＩ３により覆われることとなる。これにより、配線溝ＴＲ１を形成する際に目合わせズレが生じても、配線溝ＴＲ１底面において層間絶縁膜ＩＩ２が露出することを抑制できる。このため、配線溝ＴＲ１の底面を金属膜ＭＦ１により確実に保護することができる。
図２において、破線は金属膜ＭＦ１の外形線を、一転鎖線はビア孔ＶＨ１の外形線を、それぞれ示している。図２に示す例において、金属膜ＭＦ１の幅は、配線溝ＴＲ１の幅よりも大きい。この場合、金属膜ＭＦ１の平面視における外形線は、配線溝ＴＲ１の平面視における外形線よりも外側に位置することとなる。また、ビア孔ＶＨ１の平面視における外形線は、配線溝ＴＲ１の平面視における外形線よりも内側に位置している。
【００２７】
図１に示す例において、金属膜ＭＦ１は、たとえば配線溝ＴＲ１の底面上および側面上に設けられる。なお、配線溝ＴＲ１の側面上に位置する部分は、たとえば凹部ＲＣ１を形成する際にエッチングされた金属膜ＭＦ１の一部がビア孔ＶＨ１側面上に付着することにより形成される。
【００２８】
金属膜ＭＦ１は、たとえばＴｉＮまたはＴａＮにより構成される。これにより、金属膜ＭＦ１の層間絶縁膜ＩＩ２および層間絶縁膜ＩＩ３に対する密着性を確保しつつ、導電膜ＣＦ２を構成するＣｕが層間絶縁膜ＩＩ２中または層間絶縁膜ＩＩ３中へ拡散することを抑制できる。また、金属膜ＭＦ１のうちの配線溝ＴＲ１の底面に位置する部分の膜厚は、たとえば層間絶縁膜ＩＩ３に覆われた外縁部ＰＰ１の膜厚よりも小さい。
【００２９】
配線溝ＴＲ１の底面上および側面上、ならびにビア孔ＶＨ１の底面上および側面上には、金属膜ＭＦ３が設けられている。本実施形態において、金属膜ＭＦ３は、たとえば金属膜ＭＦ１を介して配線溝ＴＲ１の底面上および側面上に設けられ、金属膜ＭＦ２および金属膜ＭＦ４を介してビア孔ＶＨ１の側面上に設けられる。また、金属膜ＭＦ３は、ビア孔ＶＨ１の底部において、導電膜ＣＦ１に対し直接接触する。
金属膜ＭＦ３は、たとえばＴｉまたはＴａにより構成される。これにより、金属膜ＭＦ３の導電膜ＣＦ２に対する密着性を確保しつつ、導電膜ＣＦ２を構成するＣｕが層間絶縁膜ＩＩ２中または層間絶縁膜ＩＩ３中へ拡散することを抑制できる。
【００３０】
配線溝ＴＲ１内およびビア孔ＶＨ１内には、導電膜ＣＦ２が埋め込まれている。導電膜ＣＦ２は、たとえばＣｕにより構成される。本実施形態において、導電膜ＣＦ２は、デュアルダマシン構造を有する配線ＩＣ２とビアプラグＶＰ２を構成することとなる。
【００３１】
図１に示す例において、ビア孔ＶＨ１および配線溝ＴＲ１と、導電膜ＣＦ２と、の間には、各金属膜により構成されるバリアメタル膜ＢＦ２が設けられることとなる。バリアメタル膜ＢＦ２のうち配線溝ＴＲ１の底面上および側面上に位置する部分は、金属膜ＭＦ１と、金属膜ＭＦ３と、の積層膜により構成される。この場合、導電膜ＣＦ２、層間絶縁膜ＩＩ２および層間絶縁膜ＩＩ３に対し密着性の高いバリアメタル膜ＢＦ２を実現できる。また、バリアメタル膜ＢＦ２のうちビア孔ＶＨ１の側面上に位置する部分は、金属膜ＭＦ２と、金属膜ＭＦ４と、金属膜ＭＦ３と、を順に積層した積層膜により構成される。この場合においても、導電膜ＣＦ２および層間絶縁膜ＩＩ２に対し密着性の高いバリアメタル膜ＢＦ２を実現できる。
【００３２】
次に、本実施形態に係る半導体装置ＳＤ１の製造方法について説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、トランジスタＭＴ１が設けられた半導体基板ＳＢ１上に、導電膜ＣＦ１が埋め込まれた層間絶縁膜ＩＩ１を形成する。層間絶縁膜ＩＩ１は、他の配線層を介して半導体基板ＳＢ１上に形成されていてもよい。図４（ａ）においては、半導体基板ＳＢ１およびトランジスタＭＴ１の構成は省略されている。
【００３３】
次に、導電膜ＣＦ１上に金属膜ＭＦ２を形成する。これにより、導電膜ＣＦ１を構成するＣｕが層間絶縁膜ＩＩ２中へ拡散することを抑制できる。また、後述する凹部ＲＣ１を形成する工程において、エッチングされた金属膜ＭＦ２の一部をビア孔ＶＨ１の側面上に付着させることができる。これにより、凹部ＲＣ１を形成する際に、エッチングされた導電膜ＣＦ１を構成するＣｕがビア孔ＶＨ１の側面に直接接触することを回避することが可能となる。金属膜ＭＦ２は、たとえばスパッタリングにより形成される。
【００３４】
金属膜ＭＦ２は、たとえばＴｉＮまたはＴａＮにより構成される。これにより、金属膜ＭＦ２の層間絶縁膜ＩＩ２に対する密着性を確保しつつ、導電膜ＣＦ１を構成するＣｕが層間絶縁膜ＩＩ２中へ拡散することを抑制できる。
金属膜ＭＦ２は、後述する金属膜ＭＦ１を形成する工程において成膜される金属膜ＭＦ１よりも薄い膜厚を有する。これにより、凹部ＲＣ１を形成する工程において金属膜ＭＦ２の一部および導電膜ＣＦ１の一部を除去する際に、配線溝ＴＲ１の底面を金属膜ＭＦ１により確実に保護することができる。当該工程において成膜される金属膜ＭＦ２の膜厚は、とくに限定されないが、たとえば１０Å以上４０Å以下である。
【００３５】
金属膜ＭＦ２は、たとえば次のように形成される。まず、図４（ｂ）に示すように、導電膜ＣＦ１の上部を選択的にエッチングし、導電膜ＣＦ１の上面を層間絶縁膜ＩＩ１の上面よりも低くする。次いで、図４（ｃ）に示すように、導電膜ＣＦ１上および層間絶縁膜ＩＩ１上に、金属膜ＭＦ２を形成する。次いで、図４（ｄ）に示すように、金属膜ＭＦ２に対しＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を行い、層間絶縁膜ＩＩ１上の金属膜ＭＦ２を除去する。本実施形態の一例においては、たとえばこのようにして導電膜ＣＦ１上に金属膜ＭＦ２が形成される。
【００３６】
図７は、図４に示す半導体装置ＳＤ１の製造方法の変形例を示す断面図であり、図４とは異なる金属膜ＭＦ２の形成方法を示している。
図７に示す例において、金属膜ＭＦ２は、次のように形成される。まず、図７（ｂ）に示すように、導電膜ＣＦ１上および層間絶縁膜ＩＩ１上に金属膜ＭＦ２を形成する。このとき、導電膜ＣＦ１の上面と層間絶縁膜ＩＩ１の上面は、図７（ａ）に示すように互いに同一平面を構成している。次いで、レジスト膜を露光および現像によりパターニングして得られたレジストマスクを用いて金属膜ＭＦ２をドライエッチングすることにより、金属膜ＭＦ２をパターニングする。これにより、図７（ｃ）に示すように、導電膜ＣＦ１上のみに金属膜ＭＦ２を残存させる。本変形例においては、このようにして導電膜ＣＦ１上に金属膜ＭＦ２が形成される。
【００３７】
次に、導電膜ＣＦ１が埋め込まれた層間絶縁膜ＩＩ１上に、層間絶縁膜ＩＩ２を形成する。本実施形態においては、たとえば金属膜ＭＦ２を介して導電膜ＣＦ１上に層間絶縁膜ＩＩ２が形成される。
【００３８】
次に、層間絶縁膜ＩＩ２上に、平面視において導電膜ＣＦ１と重なる開口部ＯＰ１を有する金属膜ＭＦ１を形成する。金属膜ＭＦ１は、層間絶縁膜ＩＩ２に設けられる配線溝ＴＲ１の少なくとも底面を覆うバリアメタル膜ＢＦ２として機能する。このため、金属膜ＭＦ１は、配線溝ＴＲ１の形状に合わせてパターニングされる。本実施形態において、金属膜ＭＦ１は、たとえば第１方向に延在した平面形状を有することができる。
本実施形態においては、たとえばスパッタリング等により層間絶縁膜ＩＩ２上に成膜された金属膜ＭＦ１を、レジストマスク等を用いたドライエッチングによってパターニングすることにより、開口部ＯＰ１を有する金属膜ＭＦ１が形成される。
これにより、図５（ａ）に示す構造が得られることとなる。
【００３９】
金属膜ＭＦ１は、たとえばＴｉＮまたはＴａＮにより構成される。これにより、金属膜ＭＦ１の層間絶縁膜ＩＩ２に対する密着性を確保しつつ、導電膜ＣＦ２を構成するＣｕが層間絶縁膜ＩＩ２中へ拡散することを抑制できる。当該工程において形成される金属膜ＭＦ１の膜厚は、とくに限定されないが、たとえば２０Å以上８０Å以下である。
金属膜ＭＦ１は、たとえば導電膜ＣＦ１により構成される配線ＩＣ１の配線幅よりも大きい幅を有するように設けられる。これにより、層間絶縁膜ＩＩ２に形成される配線溝ＴＲ１の目合わせズレに対するマージンを得ることが容易となる。
【００４０】
次に、図５（ｂ）に示すように、金属膜ＭＦ１上および層間絶縁膜ＩＩ２上に、層間絶縁膜ＩＩ３を形成する。
【００４１】
次に、図５（ｃ）に示すように、層間絶縁膜ＩＩ３に金属膜ＭＦ１および開口部ＯＰ１と重なる配線溝ＴＲ１を形成するとともに、層間絶縁膜ＩＩ２に開口部ＯＰ１と重なるビア孔ＶＨ１を形成する。ビア孔ＶＨ１と配線溝ＴＲ１は、互いに接続するように層間絶縁膜ＩＩ２と層間絶縁膜ＩＩ３にそれぞれ設けられる。
配線溝ＴＲ１およびビア孔ＶＨ１の平面形状は、とくに限定されない。本実施形態において、配線溝ＴＲ１は、たとえば第１方向に延在する平面形状を有することができる。
【００４２】
本実施形態においては、たとえば次のように配線溝ＴＲ１およびビア孔ＶＨ１を形成することができる。まず、層間絶縁膜ＩＩ３上に、レジスト膜を露光および現像によりパターニングして得られたレジストマスクを形成する。次いで、当該レジストマスクを用いて層間絶縁膜ＩＩ２をドライエッチングすることにより、配線溝ＴＲ１を形成する。次いで、上記レジストマスクおよび金属膜ＭＦ１をエッチングマスクとして層間絶縁膜ＩＩ２をドライエッチングすることにより、ビア孔ＶＨ１を形成する。これにより、配線溝ＴＲ１およびビア孔ＶＨ１が形成されることとなる。本実施形態によれば、このようにデュアルダマシン構造を構成する配線溝ＴＲ１およびビア孔ＶＨ１を同時に形成することできる。また、ビア孔ＶＨ１を形成するためのレジストマスクを新たに形成せずとも、開口部ＯＰ１を有する金属膜ＭＦ１を利用して層間絶縁膜ＩＩ２にビア孔ＶＨ１を形成することができる。なお、金属膜ＭＦ２は、たとえばビア孔ＶＨ１を形成する際のエッチングストッパとして機能することができる。
【００４３】
配線溝ＴＲ１およびビア孔ＶＨ１を形成する上記工程において、配線溝ＴＲ１は、たとえば金属膜ＭＦ１の外縁部ＰＰ１が層間絶縁膜ＩＩ３により覆われるように形成される。すなわち、層間絶縁膜ＩＩ３のうち配線溝ＴＲ１の周囲に位置する一部は、金属膜ＭＦ１の外縁部ＰＰ１上に設けられることとなる。これにより、配線溝ＴＲ１を形成する際に目合わせズレが生じても、配線溝ＴＲ１底面において層間絶縁膜ＩＩ２が露出することを抑制できる。このため、配線溝ＴＲ１の底面を金属膜ＭＦ１により確実に保護し、配線溝ＴＲ１の底面に凹凸が生じることを抑制できる。
【００４４】
次に、図６（ａ）に示すように、導電膜ＣＦ１のうちのビア孔ＶＨ１と重なる一部を除去する。これにより、導電膜ＣＦ１上面に凹部ＲＣ１が形成される。このため、配線における低抵抗化および接続信頼性の向上を図ることができる。
本実施形態においては、配線溝ＴＲ１およびビア孔ＶＨ１が形成された状態において、配線溝ＴＲ１の底面は金属膜ＭＦ１により覆われている。この場合、導電膜ＣＦ１のうちのビア孔ＶＨ１と重なる一部を除去する当該工程において、配線溝ＴＲ１の底面は金属膜ＭＦ１により保護される。このため、配線溝ＴＲ１の底面に凹凸が生じることを抑制し、配線溝ＴＲ１における導電膜ＣＦ２の埋め込み性を良好なものとすることができる。
【００４５】
導電膜ＣＦ１の一部を除去する上記工程においては、金属膜ＭＦ１の表面部分がエッチングにより除去されて配線溝ＴＲ１の側面上に付着する。このため、金属膜ＭＦ１は、配線溝ＴＲ１の側面上および底面上に設けられることとなる。
金属膜ＭＦ１のうちの外縁部ＰＰ１が層間絶縁膜ＩＩ３により覆われる場合、外縁部ＰＰ１は導電膜ＣＦ１の一部を除去する上記工程においてエッチングされない。この場合、金属膜ＭＦ１のうちの外縁部ＰＰ１の膜厚は、金属膜ＭＦ１のうち配線溝ＴＲ１の底面に位置する部分の膜厚よりも大きくなる。
【００４６】
導電膜ＣＦ１上に金属膜ＭＦ２が設けられている場合、導電膜ＣＦ１の一部を除去する上記工程は、金属膜ＭＦ２のうちのビア孔ＶＨ１と重なる一部を除去するとともに導電膜ＣＦ１のうちのビア孔ＶＨ１と重なる一部を除去する。これにより、凹部ＲＣ１を有する導電膜ＣＦ１が実現される。この場合、金属膜ＭＦ２のうちビア孔ＶＨ１と重なる部分がエッチングにより除去され、ビア孔ＶＨ１の側面上に付着する。このため、金属膜ＭＦ２は、ビア孔ＶＨ１の側面上および導電膜ＣＦ１の上面上に設けられる。
図６に示す例においては、凹部ＲＣ１を形成する際にエッチングにより除去された導電膜ＣＦ１の一部は、たとえばビア孔ＶＨ１の側面上に設けられた金属膜ＭＦ２上に付着し、金属膜ＭＦ４を構成する。
【００４７】
次に、図６（ｂ）に示すように、配線溝ＴＲ１の内壁、ビア孔ＶＨ１の内壁、および層間絶縁膜ＩＩ３の上面を覆う金属膜ＭＦ３を形成する。これにより、後述する導電膜ＣＦ２を形成する工程において、層間絶縁膜ＩＩ３の上面上に設けられた導電膜ＣＦ２を構成するＣｕが層間絶縁膜ＩＩ３中へ拡散することを抑制することができる。金属膜ＭＦ３は、たとえばスパッタリングにより形成される。
【００４８】
次に、図６（ｃ）に示すように、配線溝ＴＲ１内およびビア孔ＶＨ１内に導電膜ＣＦ２を埋め込む。本実施形態においては、配線溝ＴＲ１内、ビア孔ＶＨ１内、および層間絶縁膜ＩＩ３上に、金属膜ＭＦ３を介して導電膜ＣＦ２が形成される。導電膜ＣＦ２は、たとえばＣｕシード膜を成膜した後、当該Ｃｕシード膜を用いためっき法を用いて形成される。
【００４９】
次に、導電膜ＣＦ２のうちの層間絶縁膜ＩＩ３上に位置する部分を、ＣＭＰを用いて除去する。次いで、金属膜ＭＦ３のうちの層間絶縁膜ＩＩ３上に位置する部分を、ＣＭＰを用いて除去する。これにより、配線溝ＴＲ１内に埋め込まれた導電膜ＣＦ２により構成される配線ＩＣ２と、ビア孔ＶＨ１内に埋め込まれた導電膜ＣＦ２により構成されるビアプラグＶＰ２と、が形成される。このようにして、配線ＩＣ２およびビアプラグＶＰ２により構成されるデュアルダマシン配線構造が得られることとなる。
本実施形態においては、たとえばこのようにして半導体装置ＳＤ１が製造される。
【００５０】
次に、本実施形態の効果を説明する。
本実施形態によれば、配線溝ＴＲ１およびビア孔ＶＨ１が形成された状態において、配線溝ＴＲ１の底面は金属膜ＭＦ１により覆われることとなる。この場合、導電膜ＣＦ１のうちのビア孔ＶＨ１と重なる一部を除去する工程において、配線溝ＴＲ１の底面を金属膜ＭＦ１により保護することができる。このため、配線溝ＴＲ１の底面に凹凸が生じることを抑制し、配線溝ＴＲ１における導電膜ＣＦ２の埋め込み性を良好なものとすることができる。したがって、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００５１】
（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係る半導体装置ＳＤ２の配線構造を示す断面図である。図９〜１０は、本実施形態に係る半導体装置ＳＤ２の製造方法を示す断面図である。
本実施形態に係る半導体装置ＳＤ２は、金属膜ＭＦ５を備える点を除いて第１の実施形態に係る半導体装置ＳＤ１と同様の構成を有する。以下、本実施形態に係る半導体装置ＳＤ１の構成、および製造方法につき詳細に説明する。
【００５２】
半導体装置ＳＤ２は、金属膜ＭＦ５を備えている。金属膜ＭＦ５は、配線溝ＴＲ１の側面上およびビア孔ＶＨ１の側面上を覆うように設けられている。図８に示す例において、金属膜ＭＦ１は、金属膜ＭＦ５を介して配線溝ＴＲ１の側面上に設けられる。また、金属膜ＭＦ２は、金属膜ＭＦ５を介してビア孔ＶＨ１の側面上に設けられる。
金属膜ＭＦ５は、たとえばＴｉＮまたはＴａＮにより構成される。これにより、層間絶縁膜ＩＩ２および層間絶縁膜ＩＩ３に対する金属膜ＭＦ５の密着性を良好なものとすることができる。金属膜ＭＦ５は、たとえばバリアメタル膜ＢＦ２の一部として機能する。
【００５３】
次に、本実施形態に係る半導体装置ＳＤ２の製造方法を説明する。
まず、導電膜ＣＦ１が埋め込まれた層間絶縁膜ＩＩ１上に、層間絶縁膜ＩＩ２、金属膜ＭＦ１、および層間絶縁膜ＩＩ３を形成した後、配線溝ＴＲ１およびビア孔ＶＨ１を形成する。本実施形態に係る半導体装置ＳＤ２の製造方法は、層間絶縁膜ＩＩ３に配線溝ＴＲ１を形成するとともに、層間絶縁膜ＩＩ２にビア孔ＶＨ１を形成する工程までを、第１の実施形態と同様に行うことができる。
【００５４】
次に、図９（ａ）に示すように、配線溝ＴＲ１の内壁およびビア孔ＶＨ１の内壁を覆う金属膜ＭＦ５を形成する。本実施形態においては、たとえば配線溝ＴＲ１の内壁、ビア孔ＶＨ１の内壁、および層間絶縁膜ＩＩ３の上面上に金属膜ＭＦ５が形成される。
【００５５】
次に、図９（ｂ）に示すように、導電膜ＣＦ１のうちのビア孔ＶＨ１と重なる一部を除去する。本実施形態においては、金属膜ＭＦ５のうちのビア孔ＶＨ１と重なる一部を除去するとともに、導電膜ＣＦ１のうちのビア孔ＶＨ１と重なる一部が除去されることとなる。これにより、上面に凹部ＲＣ１を有する導電膜ＣＦ１が実現される。このとき、金属膜ＭＦ５のうちの層間絶縁膜ＩＩ３の上面上に設けられた部分についても同時に除去される。
【００５６】
次に、図１０（ａ）に示すように、配線溝ＴＲ１の内壁、ビア孔ＶＨ１の内壁、および層間絶縁膜ＩＩ３の上面上に、金属膜ＭＦ３を形成する。金属膜ＭＦ３は、第１の実施形態に係る半導体装置ＳＤ１の製造方法と同様に形成することができる。
次に、図１０（ｂ）に示すように、配線溝ＴＲ１内およびビア孔ＶＨ１内に導電膜ＣＦ２を埋め込む。導電膜ＣＦ２は、第１の実施形態に係る半導体装置ＳＤ１の製造方法と同様に配線溝ＴＲ１内およびビア孔ＶＨ１内に形成することができる。
【００５７】
次に、導電膜ＣＦ２のうちの層間絶縁膜ＩＩ３上に位置する部分を、ＣＭＰを用いて除去する。次いで、金属膜ＭＦ３のうちの層間絶縁膜ＩＩ３上に位置する部分を、ＣＭＰを用いて除去する。これにより、配線溝ＴＲ１内に埋め込まれた導電膜ＣＦ２により構成される配線ＩＣ２と、ビア孔ＶＨ１内に埋め込まれた導電膜ＣＦ２により構成されるビアプラグＶＰ２と、が形成される。このようにして、配線ＩＣ２およびビアプラグＶＰ２により構成されるデュアルダマシン配線構造が得られることとなる。
本実施形態においては、たとえばこのようにして半導体装置ＳＤ２が製造される。
【００５８】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００６０】
ＳＤ１、ＳＤ２  半導体装置
ＣＦ１、ＣＦ２  導電膜
ＩＣ１、ＩＣ２  配線
ＶＰ２  ビアプラグ
ＶＨ１  ビア孔
ＴＲ１  配線溝
ＩＩ１、ＩＩ２、ＩＩ３、ＩＩ４  層間絶縁膜
ＢＦ１、ＢＦ２  バリアメタル膜
ＭＦ１、ＭＦ２、ＭＦ３、ＭＦ４、ＭＦ５  金属膜
ＲＣ１  凹部
ＯＰ１  開口部
ＰＰ１  外縁部
ＳＢ１  半導体基板
ＭＴ１  トランジスタ
ＥＬ１  素子分離膜
ＧＩ１  ゲート絶縁膜
ＧＥ１  ゲート電極
ＤＲ１  ソース・ドレイン領域
ＳＷ１  サイドウォール
ＣＰ１  コンタクトプラグ
【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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