(57)【要約】      （修正有）【課題】デュアルダマシン多層配線構造の形成においてハードマスクの肩落ちを抑制する。【解決手段】半導体基板１００上の第１配線層１０２上に無機系絶縁膜１０４を形成し、無機系絶縁膜上に開口部を有する第１レジストパターンを形成し、無機系絶縁膜をエッチングして無機系絶縁膜にビアホール１０６を形成し、第１レジストパターンを除去する。無機系絶縁膜上及びビアホールの内部を覆うように有機系絶縁膜１０７を形成する。有機系絶縁膜上にハードマスク１０８を形成し、ハードマスク上に開口部を有する第２レジストパターン１０９を形成してハードマスクパターン１０８ａを形成する。第２レジストパターン及びハードマスクパターンをエッチングマスクとしてビアホール内の有機系絶縁膜が除去されるまで有機系絶縁膜をエッチングしてビアホール上に配線溝１１０を形成し、第２レジストパターンを除去する。ビアホール及び配線溝に導電材料を充填する。【選択図】図２
2006179515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デュアルダマシン構造を有する半導体装置を製造する方法であって、
半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板の上方に第１配線層を形成する工程と、
前記第１配線層上に無機系絶縁膜を形成する工程と、
前記無機系絶縁膜上に開口部を有する第１レジストパターンを形成し前記第１レジストパターンをエッチングマスクとして前記無機系絶縁膜をエッチングして前記無機系絶縁膜にビアホールを形成する工程と、
前記第１レジストパターンを除去する工程と、
前記無機系絶縁膜上及び前記ビアホールの内部を覆うように有機系絶縁膜を形成する工程と、
前記有機系絶縁膜上にハードマスクを形成する工程と、
前記ハードマスク上に開口部を有する第２レジストパターンを形成し前記第２レジストパターンをエッチングマスクとして前記ハードマスクをエッチングしてハードマスクパターンを形成する工程と、
前記第２レジストパターン及び前記ハードマスクパターンをエッチングマスクとして前記ビアホール内の前記有機系絶縁膜が除去されるまで前記有機系絶縁膜をエッチングして前記ビアホール上に配線溝を形成すると共に前記第２レジストパターンを除去する工程と、
前記ビアホール及び前記配線溝に導電材料を充填する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
デュアルダマシン構造を有する半導体装置を製造する方法であって、
半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板の上方に第１配線層を形成する工程と、
前記第１配線層上に拡散防止膜を形成する工程と、
前記拡散防止膜上に無機系絶縁膜を形成する工程と、
前記無機系絶縁膜上に開口部を有する第１レジストパターンを形成し前記第１レジストパターンをエッチングマスクとして前記無機系絶縁膜をエッチングして前記無機系絶縁膜にビアホールを形成する工程と、
前記第１レジストパターンを除去する工程と、
前記無機系絶縁膜上及び前記ビアホールの内部を覆うように有機系絶縁膜を形成する工程と、
前記有機系絶縁膜上にハードマスクを形成する工程と、
前記ハードマスク上に開口部を有する第２レジストパターンを形成し前記第２レジストパターンをエッチングマスクとして前記ハードマスクをエッチングしてハードマスクパターンを形成する工程と、
前記第２レジストパターン及び前記ハードマスクパターンをエッチングマスクとして前記ビアホール内の前記有機系絶縁膜が除去されるまで前記有機系絶縁膜をエッチングして前記ビアホール上に配線溝を形成すると共に前記第２レジストパターンを除去する工程と、
前記ビアホールの底部に露出した前記拡散防止膜を除去する工程と、
前記ビアホール及び前記配線溝に導電材料を充填する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記ハードマスクは第１ハードマスク及び第２ハードマスクからなり、前記ハードマスクパターンは第１ハードマスクパターン及び第２ハードマスクパターンからなることを特徴とする、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
デュアルダマシン構造を有する半導体装置を製造する方法であって、
半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板の上方に第１配線層を形成する工程と、
前記第１配線層上に有機系絶縁膜を形成する工程と、
前記有機系絶縁膜上に開口部を有する第１レジストパターンを形成し前記第１レジストパターンをエッチングマスクとして前記有機系絶縁膜をエッチングして前記有機系絶縁膜にビアホールを形成すると共に前記第１レジストパターンを除去する工程と、
前記有機系絶縁膜上及び前記ビアホールの内部を覆うように無機系絶縁膜を形成する工程と、
前記無機系絶縁膜上に第１ハードマスク及び第２ハードマスクを形成する工程と、
前記第２ハードマスク上に開口部を有する第２レジストパターンを形成し前記第２レジストパターンをエッチングマスクとして前記第１ハードマスク及び前記第２ハードマスクをエッチングして第１ハードマスクパターン及び第２ハードマスクパターンを形成する工程と、
前記第２レジストパターンを除去する工程と、
前記第１ハードマスクパターン及び前記第２ハードマスクパターンをエッチングマスクとして前記ビアホール内の前記無機系絶縁膜が除去されるまで前記無機系絶縁膜をエッチングして前記ビアホール上に配線溝を形成すると共に前記第２ハードマスクパターンを除去する工程と、
前記ビアホール及び前記配線溝に導電材料を充填する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
デュアルダマシン構造を有する半導体装置を製造する方法であって、
半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板の上方に第１配線層を形成する工程と、
前記第１配線層上に拡散防止膜を形成する工程と、
前記拡散防止膜上に有機系絶縁膜を形成する工程と、
前記有機系絶縁膜上に開口部を有する第１レジストパターンを形成し前記第１レジストパターンをエッチングマスクとして前記有機系絶縁膜をエッチングして前記有機系絶縁膜にビアホールを形成すると共に前記第１レジストパターンを除去する工程と、
前記ビアホールの底部に露出した前記拡散防止膜を除去する工程と、
前記有機系絶縁膜上及び前記ビアホールの内部を覆うように無機系絶縁膜を形成する工程と、
前記無機系絶縁膜上に第１ハードマスク及び第２ハードマスクを形成する工程と、
前記第２ハードマスク上に開口部を有する第２レジストパターンを形成し前記第２レジストパターンをエッチングマスクとして前記第１ハードマスク及び前記第２ハードマスクをエッチングして第１ハードマスクパターン及び第２ハードマスクパターンを形成する工程と、
前記第２レジストパターンを除去する工程と、
前記第１ハードマスクパターン及び前記第２ハードマスクパターンをエッチングマスクとして前記ビアホール内の前記無機系絶縁膜が除去されるまで前記無機系絶縁膜をエッチングして前記ビアホール上に配線溝を形成すると共に前記第２ハードマスクパターンを除去する工程と、
前記ビアホール及び前記配線溝に導電材料を充填する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記ハードマスクは、シリコン酸化膜であることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記無機系絶縁膜は、ＭＳＱ（Ｍｅｔｈｙｌ−Ｓｉｌｓｅｑｕｉｏｘａｎｅ）膜であることを特徴とする、請求項１乃至５の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記有機系絶縁膜は、ＳｉＬＫＴＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｌｏｗ−ｋ  Ｐｏｌｙｍｅｒ）膜であることを特徴とする、請求項１乃至５の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記無機系絶縁膜はＭＳＱ（Ｍｅｔｈｙｌ−Ｓｉｌｓｅｑｕｉｏｘａｎｅ）膜であり、前記有機系絶縁膜はＳｉＬＫＴＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｌｏｗ−ｋ  Ｐｏｌｙｍｅｒ）膜であることを特徴とする、請求項１乃至５の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記拡散防止膜は、シリコン窒化膜であることを特徴とする、請求項２、３または５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１ハードマスクはシリコン酸化膜であり、前記第２ハードマスクはシリコン窒化膜であることを特徴とする、請求項３乃至５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記拡散防止膜を除去する工程において、前記拡散防止膜の除去と同時に前記第２ハードマスクの除去が行われることを特徴とする、請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記拡散防止膜を除去する工程において、前記拡散防止膜の除去と同時に前記有機系絶縁膜の表面をプラズマ処理して改質層を形成することを特徴とする、請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
第１配線層上に順次積層される無機系絶縁膜と有機系絶縁膜とハードマスクとを被エッチング対象とするデュアルダマシン構造のエッチング方法であって、
前記第１配線層上に前記無機系絶縁膜を形成した後に、前記無機系絶縁膜上に開口部を有する第１レジストパターンを形成し前記第１レジストパターンをエッチングマスクとして前記無機系絶縁膜をエッチングして前記無機系絶縁膜にビアホールを形成する工程と、
前記第１レジストパターンを除去して前記無機系絶縁膜上及び前記ビアホールの内部を覆うように前記有機系絶縁膜を形成し前記有機系絶縁膜上に前記ハードマスクを形成した後に、前記ハードマスク上に開口部を有する第２レジストパターンを形成し前記第２レジストパターンをエッチングマスクとして前記ハードマスクをエッチングしてハードマスクパターンを形成する工程と、
前記第２レジストパターン及び前記ハードマスクパターンをエッチングマスクとして前記ビアホール内の前記有機系絶縁膜が除去されるまで前記有機系絶縁膜をエッチングして前記ビアホール上に配線溝を形成すると共に前記第２レジストパターンを除去する工程と、
を含むことを特徴とするエッチング方法。
【請求項１５】
第１配線層上に順次積層される拡散防止膜と無機系絶縁膜と有機系絶縁膜とハードマスクとを被エッチング対象とするデュアルダマシン構造のエッチング方法であって、
前記第１配線層上に前記拡散防止膜と前記無機系絶縁膜とを順次形成した後に、前記無機系絶縁膜上に開口部を有する第１レジストパターンを形成し前記第１レジストパターンをエッチングマスクとして前記無機系絶縁膜をエッチングして前記無機系絶縁膜にビアホールを形成する工程と、
前記１レジストパターンを除去して前記無機系絶縁膜上及び前記ビアホールの内部を覆うように前記有機系絶縁膜を形成し前記有機系絶縁膜上に前記ハードマスクを形成した後に、前記ハードマスク上に開口部を有する第２レジストパターンを形成し前記第２レジストパターンをエッチングマスクとして前記ハードマスクをエッチングしてハードマスクパターンを形成する工程と、
前記第２レジストパターン及び前記ハードマスクパターンをエッチングマスクとして前記ビアホール内の前記有機系絶縁膜が除去されるまで前記有機系絶縁膜をエッチングして前記ビアホール上に配線溝を形成すると共に前記第２レジストパターンを除去する工程と、
前記ビアホールの底部に露出した前記拡散防止膜を除去する工程と、
を含むことを特徴とするエッチング方法。
【請求項１６】
前記ハードマスクは第１ハードマスク及び第２ハードマスクからなり、前記ハードマスクパターンは第１ハードマスクパターン及び第２ハードマスクパターンからなることを特徴とする、請求項１５に記載のエッチング方法。
【請求項１７】
前記拡散防止膜を除去する工程において、前記拡散防止膜の除去と同時に前記第２ハードマスクの除去が行われることを特徴とする、請求項１６に記載のエッチング方法。
【請求項１８】
第１配線層上に順次積層される有機系絶縁膜と無機系絶縁膜と第１ハードマスクと第２ハードマスクとを被エッチング対象とするデュアルダマシン構造のエッチング方法であって、
前記第１配線層上に前記有機系絶縁膜を形成した後に、前記有機系絶縁膜上に開口部を有する第１レジストパターンを形成し前記第１レジストパターンをエッチングマスクとして前記有機系絶縁膜をエッチングして前記有機系絶縁膜にビアホールを形成すると共に前記第１レジストパターンを除去する工程と、
前記有機系絶縁膜上及び前記ビアホールの内部を覆うように前記無機系絶縁膜を形成し前記無機系絶縁膜上に前記第１ハードマスク及び前記第２ハードマスクを形成した後に、前記第２ハードマスク上に開口部を有する第２レジストパターンを形成し前記第２レジストパターンをエッチングマスクとして前記第１ハードマスク及び前記第２ハードマスクをエッチングして第１ハードマスクパターン及び第２ハードマスクパターンを形成する工程と、
前記第２レジストパターンを除去した後に、第１ハードマスクパターン及び第２ハードマスクパターンをエッチングマスクとして前記ビアホール内の前記無機系絶縁膜が除去されるまで前記無機系絶縁膜をエッチングして前記ビアホール上に配線溝を形成すると共に前記第２ハードマスクパターンを除去する工程と、
を含むことを特徴とするエッチング方法。
【請求項１９】
第１配線層上に順次積層される拡散防止膜と有機系絶縁膜と無機系絶縁膜と第１ハードマスクと第２ハードマスクとを被エッチング対象とするデュアルダマシン構造のエッチング方法であって、
前記第１配線層上に前記拡散防止膜と前記有機系絶縁膜とを順次形成した後に、前記有機系絶縁膜上に開口部を有する第１レジストパターンを形成し前記第１レジストパターンをエッチングマスクとして前記有機系絶縁膜をエッチングして前記有機系絶縁膜にビアホールを形成すると共に前記第１レジストパターンを除去する工程と、
前記ビアホールの底部に露出した前記拡散防止膜を除去する工程と、
前記有機系絶縁膜上及び前記ビアホールの内部を覆うように前記無機系絶縁膜を形成し前記無機系絶縁膜上に前記第１ハードマスク及び前記第２ハードマスクを形成した後に、前記第２ハードマスク上に開口部を有する第２レジストパターンを形成し前記第２レジストパターンをエッチングマスクとして前記第１ハードマスク及び前記第２ハードマスクをエッチングして第１ハードマスクパターン及び第２ハードマスクパターンを形成する工程と、
前記第２レジストパターンを除去した後に、第１ハードマスクパターン及び第２ハードマスクパターンをエッチングマスクとして前記ビアホール内の前記無機系絶縁膜が除去されるまで前記無機系絶縁膜をエッチングして前記ビアホール上に配線溝を形成すると共に前記第２ハードマスクパターンを除去する工程と、
を含むことを特徴とするエッチング方法。
【請求項２０】
前記拡散防止膜を除去する工程において、前記拡散防止膜の除去と同時に前記有機系絶縁膜の表面をプラズマ処理して改質層を形成することを特徴とする、請求項１９に記載のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デュアルダマシン構造を有する半導体装置の製造方法、及びそのエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロプロセッサにおける動作周波数はＧＨｚ域へ突入し、また、一つの半導体チップ上に異なる機能を有する複数の回路を搭載するシステムＬＳＩ、いわゆるシステムオンチップ（ＳＯＣ：Ｓｙｓｔｅｍ−Ｏｎ−ａ−Ｃｈｉｐ）が登場するなど、半導体装置のさらなる高性能化、高機能化が進んでいる。このような半導体装置においては、集積度を向上させるため、配線を半導体装置の厚さ方向に多層にわたって形成する多層配線構造が採用されている。特に最近では、低抵抗でエレクトロマイグレーション耐性に優れたＣｕ（銅）を配線材料とし、金属ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術を利用して配線埋め込みを行うダマシン構造をさらに発展させたデュアルダマシンの多層配線構造の開発が進められている。デュアルダマシン法は、層間絶縁膜に配線溝とビアホールとを形成し、Ｃｕなどの導電材料を同時に埋め込んで上層配線とビアプラグとを一括形成するもので、配線溝とビアホールとを別々に形成する通常のダマシン法、いわゆるシングルダマシン法に比べて製造コストを低減することができる。
【０００３】
多層配線構造を有する半導体装置では、配線自体の抵抗値だけでなく、下層配線と上層配線との間に存在する層間絶縁膜によって形成される配線間容量も動作速度に大きな影響を及ぼす。従って、半導体装置の高速化を実現するためには、配線自体の低抵抗化と共に配線間容量も低減しなければならない。配線間容量を低減するには、層間絶縁膜に低誘電率膜、いわゆるＬｏｗ−ｋ膜を使用して絶縁膜自体の低誘電率化を図ることに加え、実効誘電率（ｋｅｆｆ）低減の観点からは配線構造についても配慮する必要がある。一般にデュアルダマシン構造は、配線部の絶縁膜とビアホール部の絶縁膜とに同種のＬｏｗ−ｋ膜を使用する単一構造、いわゆるホモジニアス構造と、配線部の絶縁膜とビアホール部の絶縁膜とに異種のＬｏｗ−ｋ膜を使用する異種構造、いわゆるハイブリッド構造とに大別される。ホモジニアス構造では、配線溝の深さ制御を行うため、誘電率の高いシリコン窒化膜（比誘電率：ｋ＝７．０）やシリコン炭化膜（ｋ＝４．５）をエッチングストッパ層として使用する必要があり、実効誘電率（ｋｅｆｆ）が高くなるという短所がある。それに対し、ハイブリッド構造では、異種Ｌｏｗ−ｋ膜材料間で容易にエッチングの選択比が取れるため、誘電率の高いシリコン窒化膜やシリコン炭化膜などのエッチングストッパ層を使用する必要がなく、ホモジニアス構造よりも配線構造全体の実効誘電率（ｋｅｆｆ）を低減できるという長所がある。
【０００４】
ハイブリッド型のデュアルダマシン構造を有する半導体装置の製造方法が、例えば、特許文献１に記載されている。一般に、デュアルダマシン構造の製造においては、層間絶縁膜のエッチング工程において配線溝及びビアホールの形成に使用するハードマスクの肩の部分が削れて斜めになる、いわゆる肩落ちを生じやすかった。ハードマスクに肩落ちを生じると、ハードマスクの配線寸法が設計値よりも広くなり、場合によっては隣接配線との間で短絡を引き起こし、信頼性の低下や歩留に影響を及ぼす虞がある。特許文献１に記載の半導体装置の製造方法では、ハードマスク上に最終的には構造中に残らないダミー膜を少なくとも１層以上形成することで、エッチング時のハードマスクの肩落ちを防止している。
【特許文献１】特開２００２−１２４５６８号公報（第６−７頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、デュアルダマシン構造の製造においては、層間絶縁膜のエッチング工程においてハードマスクに肩落ちを生じるという問題がある。ハードマスクに肩落ちを生じると、その部分からエッチングが促進され、ハードマスクの後退現象を引き起こす。これにより、配線寸法を所望の設計値に形成することが困難となり、信頼性の低下や歩留に影響を及ぼす虞がある。  
【０００６】
特許文献１に記載の半導体装置の製造方法では、配線溝及びビアホールの形成に必要なハードマスク上に更に保護用のハードマスクを形成しているため、製造工数及びコストがかかってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、デュアルダマシン構造を有する半導体装置を製造する方法であって、半導体基板を準備する工程と、半導体基板の上方に第１配線層を形成する工程と、第１配線層上に無機系絶縁膜を形成する工程と、無機系絶縁膜上に開口部を有する第１レジストパターンを形成し第１レジストパターンをエッチングマスクとして無機系絶縁膜をエッチングして無機系絶縁膜にビアホールを形成する工程と、第１レジストパターンを除去する工程と、無機系絶縁膜上及びビアホールの内部を覆うように有機系絶縁膜を形成する工程と、有機系絶縁膜上にハードマスクを形成する工程と、ハードマスク上に開口部を有する第２レジストパターンを形成し第２レジストパターンをエッチングマスクとしてハードマスクをエッチングしてハードマスクパターンを形成する工程と、第２レジストパターン及びハードマスクパターンをエッチングマスクとしてビアホール内の有機系絶縁膜が除去されるまで有機系絶縁膜をエッチングしてビアホール上に配線溝を形成すると共に第２レジストパターンを除去する工程と、ビアホール及び配線溝に導電材料を充填する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、配線層間絶縁膜となる有機系絶縁膜を形成する前に、ビア層間絶縁膜となる無機系絶縁膜をエッチングしてビアホールを形成するため、ビアホールのパターニングにハードマスクを使用する必要がなくなり、ハードマスクがエッチングガスに曝される回数を減らすことができる。これにより、ハードマスクの肩落ちや後退が抑制されるため、配線寸法を所望の設計値で形成することができるようになり信頼性及び歩留が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（１）第１実施形態
図１乃至３は、本発明の第１実施形態に係るデュアルダマシン構造を有する半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００１０】
まず、図１（ａ）に示すように、主表面にトランジスタなどの半導体素子によって電子回路（図示せず）が構成された半導体基板１００を準備し、半導体基板１００上に絶縁膜１０１を介してＣｕからなる下層配線１０２を形成する。続いて、下層配線１０２上に拡散防止膜１０３を、例えば、膜厚５００Åのシリコン窒化膜で形成する。この拡散防止膜１０３は、下層配線１０２の配線材料であるＣｕの拡散を防止すると共に下層配線１０２に対するエッチングストッパ層としての機能を果たす。なお、拡散防止膜１０３は必ずしも必要ではなく、後の工程（図１（ｃ））でビアホール１０６をエッチング形成する際、下層配線１０２と、エッチング対象となる無機系絶縁膜１０４とのエッチング選択比を大きく設定できる場合には拡散防止膜１０３を省略することも可能である。続いて、後の工程（図１（ｃ））でビアホール１０６が形成されるビア層間絶縁膜となる無機系絶縁膜１０４を、例えば、膜厚３０００ÅのＭＳＱ（Ｍｅｔｈｙｌ−Ｓｉｌｓｅｑｕｉｏｘａｎｅ）膜で形成する。ＭＳＱ膜の形成は、例えば、ＭＳＱ材料をスピンコートし、Ｎ２などの不活性ガス雰囲気中で熱処理して硬化させる方法が使用できる。ＭＳＱ膜は無機Ｌｏｗ−ｋ膜の一種であり、比誘電率ｋが２．７〜２．９と低いため、無機系絶縁膜１０４にＭＳＱ膜を使用することで配線間容量の低減が実現できる。なお、無機系絶縁膜１０４の材料として、ＭＳＱ膜を使用する代わりにＨＳＱ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ−Ｓｉｌｓｅｑｕｉｏｘａｎｅ）膜などを使用することも可能である。
【００１１】
次に、図１（ｂ）に示すように、無機系絶縁膜１０４上にレジストを塗布し、ホトリソエッチングにより開口部１０５ａを有するレジストパターン１０５を形成する。開口部１０５ａの径は、例えば、０．１２μｍとする。
【００１２】
次に、図１（ｃ）に示すように、レジストパターン１０５をエッチングマスクとして無機系絶縁膜１０４をエッチングしてビアホール１０６を形成する。ビアホール１０６の径は開口部１０５ａの径とほぼ同じで、例えば、０．１２μｍである。無機系絶縁膜１０４のエッチングは、例えば、エッチングガスにＣ４Ｆ８（オクタフルオロシクロブテン）とＯ２（酸素）とＡｒ（アルゴン）とを使用し、エッチング条件を、ガス流量Ｃ４Ｆ８／Ｏ２／Ａ＝２０／１０／５００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー１．５ｋＷ、チャンバー内圧力４０ｍＴｏｒｒとする。このビアホール１０６を形成するための無機系絶縁膜１０４のエッチングにおいて、拡散防止膜１０３が下層配線１０２に対するエッチングストッパ層として機能するため、下層配線１０２がエッチングされることはない。続いて、レジストパターン１０５をアッシング除去する。
【００１３】
次に、図２（ｄ）に示すように、後の工程（図２（ｆ））で配線溝１１０が形成される配線層間絶縁膜となる有機系絶縁膜１０７を、例えば、膜厚３０００ÅのＳｉＬＫＴＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｌｏｗ−ｋ  Ｐｏｌｙｍｅｒ：米国ダウケミカル社商標）膜により、無機系絶縁膜１０４上及びビアホール１０６内部を覆うように形成する。ＳｉＬＫＴＭ膜の形成は、例えば、ＳｉＬＫＴＭ材料をスピンコートし、Ｎ２などの不活性ガス雰囲気中で熱処理して硬化させる方法が使用できる。ＳｉＬＫＴＭ膜は有機Ｌｏｗ−ｋ膜の一種であり、比誘電率ｋが２．６〜２．８と低いため、有機系絶縁膜１０７にＳｉＬＫＴＭ膜を使用することで配線間容量の低減が実現できる。なお、有機系絶縁膜１０７の材料として、ＳｉＬＫＴＭ膜を使用する代わりにＧＸ−３ＴＭ（米国ハネウェル社商標）膜などを使用することも可能である。続いて、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりハードマスク１０８となるシリコン酸化膜を形成する。ここで、ハードマスク１０８の膜厚は、後の工程（図３（ｇ））で拡散防止膜１０３をエッチング除去した後においても、所定の膜厚が残存する程度の厚さにする。
【００１４】
次に、図２（ｅ）に示すように、ハードマスク１０８上にレジストを塗布し、ホトリソエッチングにより開口部１０９ａを有するレジストパターン１０９を形成する。続いて、レジストパターン１０９をエッチングマスクとして、ハードマスク１０８であるシリコン酸化膜をエッチングしてハードマスクパターン１０８ａを形成する。ハードマスク１０８のエッチングは、例えば、Ｃ４Ｆ８とＯ２とＡｒとを使用し、エッチング条件を、ガス流量Ｃ４Ｆ８／Ｏ２／Ａ＝２０／１０／５００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー１．５ｋＷ、チャンバー内圧力４０ｍＴｏｒｒとする。
【００１５】
次に、図２（ｆ）に示すように、レジストパターン１０９及びハードマスクパターン１０８ａをエッチングマスクとして有機系絶縁膜１０７をエッチングして配線溝１１０を形成すると共に、ビアホール１０６内部に埋め込まれた有機系絶縁膜１０７も除去してビアホール１０６を露出させる。有機系絶縁膜１０７のエッチングは、例えば、エッチングガスにＮＨ３（アンモニア）を使用し、エッチング条件を、ガス流量ＮＨ３＝１００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー５００Ｗ、チャンバー内圧力６０ｍＴｏｒｒとする。なお、このエッチング工程において、有機系絶縁膜１０７の材料であるＳｉＬＫＴＭ膜と同じ有機系のレジストパターン１０９も同時に除去することができる。これにより、レジストパターン１０９を除去するためのアッシング処理が不要となるため、製造工数を低減することができる。また、エッチング中は、ハードマスクパターン１０８ａが常にレジストパターン１０９で覆われた状態にあるため、エッチングガスによってハードマスクに肩落ちや後退が生じることを抑制できる。
【００１６】
次に、図３（ｇ）に示すように、ビアホール１０６の底部に露出したシリコン窒化膜からなる拡散防止膜１０３を除去する。拡散防止膜１０３のエッチングは、例えば、エッチングガスにＣＨＦ３とＯ２とＡｒとを使用し、エッチング条件を、ガス流量ＣＨＦ３／Ｏ２／Ａｒ＝３０／２／１５０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー８００Ｗ、チャンバー内圧力３０ｍＴｏｒｒとする。この拡散防止膜１０３のエッチングにおいて、シリコン酸化膜からなるハードマスクパターン１０８ａも同時にエッチングされ、所定の膜厚まで薄膜化する。
【００１７】
次に、図３（ｈ）に示すように、ビアホール１０６内部及び配線溝１１０内部を覆うように、スパッタ法によりＣｕに対するバリア層１１１とシード層１１２とを順次形成する。バリア層１１１は、例えば、Ｔａ（タンタル）とＴａＮ（窒化タンタル）とを材料とする積層膜で、膜厚はＴａ／ＴａＮ／Ｔａ＝５０／４００／５０Åとする。シード層１１２は、例えば、Ｃｕを材料とし、膜厚は１０００Åとする。続いて、電界めっき法によりビアホール１０６内部及び配線溝１１０内部にＣｕを埋め込み、ＣＭＰ法により不要なＣｕを除去する。これにより、Ｃｕからなるビアプラグ１１３及び上層配線１１４が同時に形成される。
【００１８】
本実施形態では、半導体基板（半導体基板１００）上の第１配線層（下層配線１０２）と第２配線層（上層配線１１４）との間にデュアルダマシン構造を形成する方法について説明したが、それ以外の配線間においても本実施形態を適用することは可能であり、図１乃至３の工程を繰り返すことによって所望の多層配線構造を形成することができる。
【００１９】
〔作用効果〕
第１実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、配線層間絶縁膜となる有機系絶縁膜１０７を形成する前に、ビア層間絶縁膜となる無機系絶縁膜１０４をエッチングしてビアホール１０６を形成する（図１（ｃ））ため、ビアホール１０６のパターニングにハードマスクを使用する必要がなくなり、ハードマスクがエッチングガスに曝される回数を減らすことができる。これにより、ハードマスクパターン１０８ａの肩落ちや後退が抑制されるため、配線寸法を所望の設計値で形成することができるようになり信頼性及び歩留が向上する。また、有機系絶縁膜１０７をエッチング除去して配線溝１１０及びビアホール１０６を形成する工程（図２（ｆ））において、ハードマスクパターン１０８ａが常にレジストパターン１０９で覆われた状態にあるため、エッチングガスによってハードマスクパターンに肩落ちや後退が生じることをさらに抑制することができる。また、レジストパターン１０９は、ハードマスクパターン１０８ａのパターニングに使用する（図２（ｅ））と同時に、ハードマスクパターン１０８ａのエッチング保護膜としても使用する（図２（ｆ））ことができるため、ハードマスクパターン１０８ａの保護を目的とするダミー膜、例えば、第２のハードマスクパターンなどを別途形成する必要がなく、製造工数及びコストを低減することができる。また、有機系絶縁膜１０７をエッチング除去して配線溝１１０及びビアホール１０６を形成する工程（図２（ｆ））において、有機系絶縁膜１０７の材料であるＳｉＬＫＴＭ膜と同じ有機系のレジストパターン１０９も同時に除去することができるため、レジストパターン１０９を除去するためのアッシング処理が不要となり、さらに製造工数及びコストを低減することができる。
【００２０】
（２）第２実施形態
図４乃至６は、本発明の第２実施形態に係るデュアルダマシン構造を有する半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００２１】
まず、図４（ａ）に示すように、主表面にトランジスタなどの半導体素子によって電子回路（図示せず）が構成された半導体基板２００を準備し、半導体基板２００上に絶縁膜２０１を介してＣｕからなる下層配線２０２を形成する。続いて、下層配線２０２上に拡散防止膜２０３を、例えば、膜厚５００Åのシリコン窒化膜で形成する。この拡散防止膜２０３は、下層配線２０２の配線材料であるＣｕの拡散を防止すると共に、下層配線２０２に対するエッチングストッパ層としての機能を果たす。なお、拡散防止膜２０３は必ずしも必要ではなく、後の工程（図４（ｃ））でビアホール２０６をエッチング形成する際、下層配線２０２と、エッチング対象となる無機系絶縁膜２０４とのエッチング選択比を大きく設定できる場合には拡散防止膜２０３を省略することも可能である。続いて、後の工程（図４（ｃ））でビアホール２０６が形成されるビア層間絶縁膜となる無機系絶縁膜２０４を、例えば、膜厚３０００ÅのＭＳＱ（Ｍｅｔｈｙｌ−Ｓｉｌｓｅｑｕｉｏｘａｎｅ）膜で形成する。ＭＳＱ膜の形成は、例えば、ＭＳＱ材料をスピンコートし、Ｎ２などの不活性ガス雰囲気中で熱処理して硬化させる方法が使用できる。ＭＳＱ膜は無機Ｌｏｗ−ｋ膜の一種であり、比誘電率ｋが２．７〜２．９と低いため、無機系絶縁膜２０４にＭＳＱ膜を使用することで配線間容量の低減が実現できる。なお、無機系絶縁膜２０４の材料として、ＭＳＱ膜を使用する代わりにＨＳＱ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ−Ｓｉｌｓｅｑｕｉｏｘａｎｅ）膜などを使用することも可能である。
【００２２】
次に、図４（ｂ）に示すように、無機系絶縁膜２０４上にレジストを塗布し、ホトリソエッチングにより開口部２０５ａを有するレジストパターン２０５を形成する。開口部２０５ａの径は、例えば、０．１２μｍとする。
【００２３】
次に、図４（ｃ）に示すように、レジストパターン２０５をエッチングマスクとして無機系絶縁膜２０４をエッチングしてビアホール２０６を形成する。ビアホール２０６の径は開口部２０５ａの径とほぼ同じで、例えば、０．１２μｍである。無機系絶縁膜２０４のエッチングは、例えば、エッチングガスにＣ４Ｆ８（オクタフルオロシクロブテン）とＯ２（酸素）とＡｒ（アルゴン）とを使用し、エッチング条件を、ガス流量Ｃ４Ｆ８／Ｏ２／Ａ＝２０／１０／５００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー１．５ｋＷ、チャンバー内圧力４０ｍＴｏｒｒとする。続いて、レジストパターン２０５をアッシング除去する。
【００２４】
次に、図５（ｄ）に示すように、後の工程（図５（ｆ））で配線溝２１１が形成される配線層間絶縁膜となる有機系絶縁膜２０７を、例えば、膜厚３０００ÅのＳｉＬＫＴＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｌｏｗ−ｋ  Ｐｏｌｙｍｅｒ：米国ダウケミカル社商標）膜により、無機系絶縁膜２０４上及びビアホール２０６内部を覆うように形成する。ＳｉＬＫＴＭ膜の形成は、例えば、ＳｉＬＫＴＭ材料をスピンコートし、Ｎ２などの不活性ガス雰囲気中で熱処理して硬化させる方法が使用できる。ＳｉＬＫＴＭ膜は有機Ｌｏｗ−ｋ膜の一種であり、比誘電率ｋが２．６〜２．８と低いため、有機系絶縁膜２０７にＳｉＬＫＴＭ膜を使用することで配線間容量の低減が実現できる。なお、有機系絶縁膜２０７の材料として、ＳｉＬＫＴＭ膜を使用する代わりにＧＸ−３ＴＭ（米国ハネウェル社商標）膜などを使用することも可能である。続いて、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により下層ハードマスク２０８となるシリコン酸化膜、上層ハードマスク２０９となるシリコン窒化膜を順次形成する。下層ハードマスク２０８となるシリコン酸化膜の膜厚は、例えば、５００Åである。また、上層ハードマスク２０９となるシリコン窒化膜の膜厚は、拡散防止膜２０３の膜厚と同じで、例えば、５００Åである。
【００２５】
次に、図５（ｅ）に示すように、上層ハードマスク２０９上にレジストを塗布し、ホトリソエッチングにより開口部２１０ａを有するレジストパターン２１０を形成する。続いて、レジストパターン２１０をエッチングマスクとして、上層ハードマスク２０９であるシリコン窒化膜、及び下層ハードマスク２０８であるシリコン酸化膜を順次エッチングして上層ハードマスクパターン２０９ａ及び下層ハードマスクパターン２０８ａを形成する。上層ハードマスク２０９のエッチングは、例えば、エッチングガスにＣＨＦ３（トリフルオロメタン）とＯ２とＡｒとを使用し、エッチング条件を、ガス流量ＣＨＦ３／Ｏ２／Ａｒ＝３０／２／１５０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー８００Ｗ、チャンバー内圧力３０ｍＴｏｒｒとする。下層ハードマスク２０８のエッチングは、例えば、Ｃ４Ｆ８とＯ２とＡｒとを使用し、エッチング条件を、ガス流量Ｃ４Ｆ８／Ｏ２／Ａ＝２０／１０／５００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー１．５ｋＷ、チャンバー内圧力４０ｍＴｏｒｒとする。
【００２６】
次に、図５（ｆ）に示すように、レジストパターン２１０、上層ハードマスクパターン２０９ａ及び下層ハードマスクパターン２０８ａをエッチングマスクとして有機系絶縁膜２０７をエッチングして配線溝２１１を形成すると共に、ビアホール２０６内部に埋め込まれた有機系絶縁膜２０７も除去してビアホール２０６を露出させる。有機系絶縁膜２０７のエッチングは、例えば、エッチングガスにＮＨ３（アンモニア）を使用し、エッチング条件を、ガス流量ＮＨ３＝１００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー５００Ｗ、チャンバー内圧力６０ｍＴｏｒｒとする。なお、このエッチング工程において、有機系絶縁膜２０７の材料であるＳｉＬＫＴＭ膜と同じ有機系のレジストパターン２１０も同時に除去することができる。これにより、レジストパターン２１０を除去するためのアッシング処理が不要となるため、製造工数を低減することができる。また、エッチング中は、上層ハードマスクパターン２０９ａ及び下層ハードマスクパターン２０８ａは常にレジストパターン２１０で覆われた状態にあるため、エッチングガスによってハードマスク、特に、シリコン窒化膜からなる上層ハードマスクパターン２０９ａに肩落ちや後退が生じることを抑制できる。
【００２７】
次に、図６（ｇ）に示すように、シリコン窒化膜からなる上層ハードマスクパターン２０９ａをエッチング除去すると同時に、ビアホール２０６の底部に露出したシリコン窒化膜からなる拡散防止膜２０３を除去する。上層ハードマスクパターン２０９ａ及び拡散防止膜２０３のエッチングは、例えば、エッチングガスにＣＨＦ３とＯ２とＡｒとを使用し、エッチング条件を、ガス流量ＣＨＦ３／Ｏ２／Ａｒ＝３０／２／１５０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー８００Ｗ、チャンバー内圧力３０ｍＴｏｒｒとする。
【００２８】
次に、図６（ｈ）に示すように、ビアホール２０６内部及び配線溝２１１内部を覆うように、スパッタ法によりＣｕに対するバリア層２１２とシード層２１３とを順次形成する。バリア層２１２は、例えば、Ｔａ（タンタル）とＴａＮ（窒化タンタル）とを材料とする積層膜で、膜厚はＴａ／ＴａＮ／Ｔａ＝５０／４００／５０Åとする。シード層２１３は、例えば、Ｃｕを材料とし、膜厚は１０００Åとする。続いて、電界めっき法によりビアホール２０６内部及び配線溝２１１内部にＣｕを埋め込み、ＣＭＰ法により不要なＣｕを除去する。これにより、Ｃｕからなるビアプラグ２１４及び上層配線２１５が同時に形成される。
【００２９】
本実施形態では、半導体基板（半導体基板２００）上の第１配線層（下層配線２０２）と第２配線層（上層配線２１５）との間にデュアルダマシン構造を形成する方法について説明したが、それ以外の配線間においても本実施形態を適用することは可能であり、図４乃至６の工程を繰り返すことによって所望の多層配線構造を形成することができる。
【００３０】
〔作用効果〕
第２実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。すなわち、配線層間絶縁膜となる有機系絶縁膜２０７を形成する前に、ビア層間絶縁膜となる無機系絶縁膜２０４をエッチングしてビアホール２０６を形成する（図４（ｃ））ため、ビアホール２０６のパターニングにハードマスクを使用する必要がなくなり、ハードマスクがエッチングガスに曝される回数を減らすことができる。これにより、ハードマスクパターン、特に、シリコン窒化膜からなる上層ハードマスクパターン２０９ａの肩落ちや後退が抑制されるため、配線寸法を所望の設計値で形成することができるようになり信頼性及び歩留が向上する。また、有機系絶縁膜２０７をエッチング除去して配線溝２１１及びビアホール２０６を形成する工程（図５（ｆ））において、上層ハードマスクパターン２０９ａ及び下層ハードマスクパターン２０８ａが常にレジストパターン２１０で覆われた状態にあるため、エッチングガスによってハードマスクパターンに肩落ちや後退が生じることをさらに抑制することができる。また、レジストパターン２１０は、上層ハードマスクパターン２０９ａ及び下層ハードマスクパターン２０８ａのパターニングに使用する（図５（ｅ））と同時に、上層ハードマスクパターン２０９ａ及び下層ハードマスクパターン２０８ａのエッチング保護膜としても使用する（図５（ｆ））ことができるため、上層ハードマスクパターン２０９ａ及び下層ハードマスクパターン２０８ａの保護を目的とするダミー膜、例えば、第３のハードマスクパターンなどを別途形成する必要がなく、製造工数及びコストを低減することができる。また、有機系絶縁膜２０７をエッチング除去して配線溝２１１及びビアホール２０６を形成する工程（図５（ｆ））において、有機系絶縁膜２０７の材料であるＳｉＬＫＴＭ膜と同じ有機系のレジストパターン２１０も同時に除去することができるため、レジストパターン２１０を除去するためのアッシング処理が不要となり、さらに製造工数及びコストを低減することができる。
【００３１】
（３）第３実施形態
図７乃至９は、本発明の第３実施形態に係るデュアルダマシン構造を有する半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００３２】
まず、図７（ａ）に示すように、主表面にトランジスタなどの半導体素子によって電子回路（図示せず）が構成された半導体基板３００を準備し、半導体基板３００上に絶縁膜３０１を介してＣｕからなる下層配線３０２を形成する。続いて、下層配線３０２上に拡散防止膜３０３を、例えば、膜厚５００Åのシリコン窒化膜で形成する。この拡散防止膜３０３は、下層配線３０２の配線材料であるＣｕの拡散を防止すると共に、下層配線３０２に対するエッチングストッパ層としての機能を果たす。なお、拡散防止膜３０３は必ずしも必要ではなく、後の工程（図７（ｃ））でビアホール３０６をエッチング形成する際、下層配線３０２と、エッチング対象となる有機系絶縁膜３０４とのエッチング選択比を大きく設定できる場合には拡散防止膜３０３を省略することも可能である。続いて、後の工程（図７（ｃ））でビアホール３０６が形成されるビア層間絶縁膜となる有機系絶縁膜３０４を、例えば、膜厚３０００ÅのＳｉＬＫＴＭ膜で形成する。ＳｉＬＫＴＭ膜の形成は、例えば、ＳｉＬＫＴＭ材料をスピンコートし、Ｎ２などの不活性ガス雰囲気中で熱処理して硬化させる方法が使用できる。ＳｉＬＫＴＭ膜は有機Ｌｏｗ−ｋ膜の一種であり、比誘電率ｋが２．６〜２．８と低いため、有機系絶縁膜３０４にＳｉＬＫＴＭ膜を使用することで配線間容量の低減が実現できる。なお、有機系絶縁膜３０４の材料として、ＳｉＬＫＴＭ膜を使用する代わりにＧＸ−３ＴＭ膜などを使用することも可能である。
【００３３】
次に、図７（ｂ）に示すように、有機系絶縁膜３０４上にレジストを塗布し、ホトリソエッチングにより開口部３０５ａを有するレジストパターン３０５を形成する。開口部３０５ａの径は、例えば、０．１２μｍとする。
【００３４】
次に、図７（ｃ）に示すように、レジストパターン３０５をエッチングマスクとして有機系絶縁膜３０４をエッチングしてビアホール３０６を形成する。ビアホール３０６の径は開口部３０５ａの径とほぼ同じで、例えば、０．１２μｍである。有機系絶縁膜３０４のエッチングは、例えば、エッチングガスにＮＨ３を使用し、エッチング条件を、ガス流量ＮＨ３＝１００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー５００Ｗ、チャンバー内圧力６０ｍＴｏｒｒとする。このエッチング工程において、有機系絶縁膜３０４の材料であるＳｉＬＫＴＭ膜と同じ有機系のレジストパターン３０５も同時に除去することができる。これにより、レジストパターン３０５を除去するためのアッシング処理が不要となるため、製造工数を低減することができる。
【００３５】
次に、図８（ｄ）に示すように、有機系絶縁膜３０４をエッチングマスクとしてビアホール３０６の底部に露出したシリコン窒化膜からなる拡散防止膜３０３を除去する。拡散防止膜３０３のエッチングは、例えば、エッチングガスにＣＨＦ３とＯ２とＡｒとを使用し、エッチング条件を、ガス流量ＣＨＦ３／Ｏ２／Ａｒ＝３０／２／１５０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー８００Ｗ、チャンバー内圧力３０ｍＴｏｒｒとする。なお、このエッチング工程において、有機系のＳｉＬＫＴＭ膜からなる有機系絶縁膜３０４の表面がプラズマ処理により表面改質し、改質層３０７が形成される。改質層３０７は、後の工程（図８（ｅ））で形成される無機系絶縁膜３０８との密着性を向上させる効果を奏する。
【００３６】
次に、図８（ｅ）に示すように、後の工程（図９（ｈ））で配線溝３１２が形成される配線層間絶縁膜となる無機系絶縁膜３０８を、例えば、膜厚３０００ÅのＭＳＱ膜により、有機系絶縁膜３０４上及びビアホール３０６内部を覆うように形成する。ＭＳＱ膜の形成は、例えば、ＭＳＱ材料をスピンコートし、Ｎ２などの不活性ガス雰囲気中で熱処理して硬化させる方法が使用できる。ＭＳＱ膜は無機Ｌｏｗ−ｋ膜の一種であり、比誘電率ｋが２．７〜２．９と低いため、無機系絶縁膜３０８にＭＳＱ膜を使用することで配線間容量の低減が実現できる。なお、無機系絶縁膜３０８の材料として、ＭＳＱ膜を使用する代わりにＨＳＱ膜などを使用することも可能である。続いて、ＣＶＤ法により下層ハードマスク３０９となるシリコン酸化膜、上層ハードマスク３１０となるシリコン窒化膜を順次形成する。下層ハードマスク３０９となるシリコン酸化膜の膜厚は、例えば、５００Åである。また、上層ハードマスク３１０となるシリコン窒化膜の膜厚は、拡散防止膜３０３の膜厚と同じで、例えば、５００Åである。
【００３７】
次に、図８（ｆ）に示すように、上層ハードマスク３１０上にレジストを塗布し、ホトリソエッチングにより開口部３１１ａを有するレジストパターン３１１を形成する。続いて、レジストパターン３１１をエッチングマスクとして、上層ハードマスク３１０であるシリコン窒化膜、及び下層ハードマスク３０９であるシリコン酸化膜を順次エッチングして上層ハードマスクパターン３１０ａ及び下層ハードマスクパターン３０９ａを形成する。上層ハードマスク３１０のエッチングは、例えば、エッチングガスにＣＨＦ３とＯ２とＡｒとを使用し、エッチング条件を、ガス流量ＣＨＦ３／Ｏ２／Ａｒ＝３０／２／１５０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー８００Ｗ、チャンバー内圧力３０ｍＴｏｒｒとする。下層ハードマスク３０９のエッチングは、例えば、Ｃ４Ｆ８とＯ２とＡｒとを使用し、エッチング条件を、ガス流量Ｃ４Ｆ８／Ｏ２／Ａ＝２０／１０／５００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー１．５ｋＷ、チャンバー内圧力４０ｍＴｏｒｒとする。
【００３８】
次に、図９（ｇ）に示すように、レジストパターン３１１をアッシング除去する。なお、ここでレジストパターン３１１を除去するのは、後の工程（図９（ｈ））でＭＳＱ膜からなる無機系絶縁膜３０８を除去した後にレジストパターン３１１のアッシング処理を行うと、ビアホール３０６の底部に露出しているＣｕを材料とする下層配線３０２がダメージを受ける虞があり、このアッシング処理による下層配線３０２のダメージを防止するためである。
【００３９】
次に、図９（ｈ）に示すように、上層ハードマスクパターン３１０ａ及び下層ハードマスクパターン３０９ａをエッチングマスクとして無機系絶縁膜３０８をエッチングして配線溝３１２を形成すると共に、ビアホール３０６内部に埋め込まれた無機系絶縁膜３０８も除去してビアホール３０６を露出させる。無機系絶縁膜３０８のエッチングは、例えば、エッチングガスにＣ４Ｆ８（オクタフルオロシクロブテン）とＯ２（酸素）とＡｒ（アルゴン）とを使用し、エッチング条件を、ガス流量Ｃ４Ｆ８／Ｏ２／Ａ＝２０／１０／５００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー１．５ｋＷ、チャンバー内圧力４０ｍＴｏｒｒとする。なお、このエッチング工程において、シリコン窒化膜からなる上層ハードマスクパターン３１０ａも同時に除去される。また、このエッチング工程においては、ＭＳＱ膜からなる無機系絶縁膜３０８と、ＳｉＬＫＴＭ膜からなる有機系絶縁膜３０４とのエッチング選択比は５０以上あるため、ＭＳＱ膜からなる無機系絶縁膜３０８のみを効果的に除去することができる。
【００４０】
次に、図９（ｉ）に示すように、ビアホール３０６内部及び配線溝３１２内部を覆うように、スパッタ法によりＣｕに対するバリア層３１３とシード層３１４とを順次形成する。バリア層３１３は、例えば、ＴａとＴａＮとを材料とする積層膜で、膜厚はＴａ／ＴａＮ／Ｔａ＝５０／４００／５０Åとする。シード層３１４は、例えば、Ｃｕを材料とし、膜厚は１０００Åとする。続いて、電界めっき法によりビアホール３０６内部及び配線溝３１２内部にＣｕを埋め込み、ＣＭＰ法により不要なＣｕを除去する。これにより、Ｃｕからなるビアプラグ３１５及び上層配線３１６が同時に形成される。
【００４１】
本実施形態では、半導体基板（半導体基板３００）上の第１配線層（下層配線３０２）と第２配線層（上層配線３１６）との間にデュアルダマシン構造を形成する方法について説明したが、それ以外の配線間においても本実施形態を適用することは可能であり、図７乃至９の工程を繰り返すことにより、所望の多層配線構造を形成することができる。
【００４２】
〔作用効果〕
第３実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、配線層間絶縁膜となる無機系絶縁膜３０８を形成する前にビア層間絶縁膜となる有機系絶縁膜３０４をエッチングしてビアホール３０６を形成する（図７（ｃ））ため、ビアホール３０６のパターニングにハードマスクを使用する必要がなくなり、ハードマスクがエッチングガスに曝される回数を減らすことができる。これにより、ハードマスクパターン、特に、シリコン窒化膜からなる上層ハードマスクパターン３１０ａの肩落ちや後退が抑制されるため、配線寸法を所望の設計値で形成することができるようになり信頼性及び歩留が向上する。また、ビアホール３０６の底部に露出した拡散防止膜３０３を除去する工程（図８（ｄ））において、有機系のＳｉＬＫＴＭ膜からなる有機系絶縁膜３０４の表面をプラズマ処理で表面改質して改質層３０７を形成することにより、有機系絶縁膜３０４上に形成される無機系絶縁膜３０８との密着性を向上させることができ、さらに信頼性及び歩留が向上する。また、有機系絶縁膜３０４をエッチング除去してビアホール３０６を形成する工程（図７（ｃ））において、有機系絶縁膜３０４の材料であるＳｉＬＫＴＭ膜と同じ有機系のレジストパターン３０５も同時に除去することができるため、レジストパターン３０５を除去するためのアッシング処理が不要となり、製造工数及びコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の製造工程図。
【図２】第１実施形態に係る半導体装置の製造工程図。
【図３】第１実施形態に係る半導体装置の製造工程図。
【図４】第２実施形態に係る半導体装置の製造工程図。
【図５】第２実施形態に係る半導体装置の製造工程図。
【図６】第２実施形態に係る半導体装置の製造工程図。
【図７】第３実施形態に係る半導体装置の製造工程図。
【図８】第３実施形態に係る半導体装置の製造工程図。
【図９】第３実施形態に係る半導体装置の製造工程図。
【符号の説明】
【００４４】
１００、２００、３００・・・半導体基板
１０１、２０１、３０１・・・絶縁膜
１０２、２０２、３０２・・・下層配線
１０３、２０３、３０３・・・拡散防止膜
１０４、２０４・・・無機系絶縁膜（ビア層間絶縁膜）
１０５、１０９、２０５、２１０、３０５、３１１・・・レジストパターン
１０５ａ、１０９ａ、２０５ａ、２１０ａ、３０５ａ、３１１ａ・・・開口部
１０６、２０６、３０６・・・ビアホール
１０７、２０７・・・有機系絶縁膜（配線層間絶縁膜）
１０８・・・ハードマスク
１０８ａ・・・ハードマスクパターン
１１０、２１１、３１２・・・配線溝
１１１、２１２、３１３・・・バリア層
１１２、２１３、３１４・・・シード層
１１３、２１４、３１５・・・ビアプラグ
１１４、２１５、３１６・・・上層配線
２０８、３０９・・・下層ハードマスク
２０８ａ、３０９ａ・・・下層ハードマスクパターン
２０９、３１０・・・上層ハードマスク
２０９ａ、３１０ａ・・・下層ハードマスクパターン
３０４・・・有機系絶縁膜（ビア層間絶縁膜）
３０７・・・改質層
３０８・・・無機系絶縁膜（配線層間絶縁膜）
【図１】
2006179515.tif 000003
【図２】
2006179515.tif 000004
【図３】
2006179515.tif 000005
【図４】
2006179515.tif 000006
【図５】
2006179515.tif 000007
【図６】
2006179515.tif 000008
【図７】
2006179515.tif 000009
【図８】
2006179515.tif 000010
【図９】
2006179515.tif 000011