(57)【要約】【課題】配線溝底部の面粗れを防止するエッチングストッパーを配線溝の底部となる領域に導入することで、デバイス速度の向上、デバイス信頼性の向上を可能とする。【解決手段】多孔質絶縁膜を含む層間絶縁膜を備えた半導体装置の製造方法において、前記層間絶縁膜に配線溝２０を形成する前に、前記配線溝２０底部となる領域、すなわち接続孔が形成される絶縁膜１５上の配線溝が形成される領域に、前記層間絶縁膜の配線層が形成される絶縁膜１８とは異なる材質の絶縁膜パターン１７を形成する工程を備えている。【選択図】図２
2006073907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質絶縁膜を含む層間絶縁膜を備えた半導体装置の製造方法において、
前記層間絶縁膜に配線溝を形成する前に、前記配線溝底部となる領域に前記層間絶縁膜の配線層が形成される絶縁膜とは異なる材質の絶縁膜パターンを形成する工程
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
絶縁膜パターンは、前記層間絶縁膜の接続孔が形成される絶縁膜を形成した後で前記層間絶縁膜の配線層が形成される前に、前記接続孔が形成される絶縁膜上の配線溝が形成される領域に形成される
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁膜パターンは、前記層間絶縁膜の接続孔が形成される絶縁膜と異なる
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記絶縁膜パターンは、前記層間絶縁膜の配線溝が形成される絶縁膜と異なる
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記層間絶縁膜の接続孔が形成される絶縁膜に多孔質絶縁膜を用い、
前記絶縁膜パターンは前記多孔質絶縁膜の空孔の大きさの２倍以上２０ｎｍ以下の膜厚に形成される
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
多孔質絶縁膜を含む層間絶縁膜を備えた半導体装置において、
前記層間絶縁膜に形成される配線溝底部に前記層間絶縁膜の配線層が形成される絶縁膜とは異なる材質の絶縁膜パターンが形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
絶縁膜パターンは、前記層間絶縁膜の接続孔が形成される絶縁膜を形成した後で前記層間絶縁膜の配線層が形成される前に、前記接続孔が形成される絶縁膜上の配線溝が形成される領域に形成されている
ことを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
前記絶縁膜パターンは、前記層間絶縁膜の接続孔が形成される絶縁膜とは異なる
ことを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
【請求項９】
前記絶縁膜パターンは、前記層間絶縁膜の配線溝が形成される絶縁膜とは異なる
ことを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記層間絶縁膜の接続孔が形成される絶縁膜は多孔質絶縁膜からなり、
前記絶縁膜パターンは前記多孔質絶縁膜の空孔の大きさの２倍以上２０ｎｍ以下の膜厚を有する
ことを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デバイス信頼性、デバイス速度の向上が容易な半導体装置の製造方法および半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
銅（Ｃｕ）配線はアルミニウム（Ａｌ）系合金配線より低抵抗・低容量・高信頼性を与えることから、配線の寄生抵抗・寄生容量による回路遅延が支配的になる微細素子において重要性を増してきた。一般にはＣｕはＡｌ系合金配線と異なりドライエッチングが容易ではないため、ダマシンプロセスとして知られている、いわゆる溝配線技術が広く受け入れられている。溝配線技術とは、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）などの層間絶縁膜に予め配線形状を転写した所定の溝を形成し、その溝内に配線材料を埋め込み、その後層間絶縁膜上の余剰配線材料を化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）法などにより除去することにより形成される配線のプロセスである。さらに接続孔（ヴィア）と配線部分（トレンチ）を形成後、一括して配線材料を埋め込み、余剰配線材料を除去するデュアルダマシン法（例えば特許文献１および２参照）も工程数・コストの削減に有効である。
【０００３】
また、配線容量の増加がデバイスの速度低下につながるため、低誘電率膜を層間絶縁膜に用いた微細な多層配線が不可欠となっている。低誘電率層間絶縁膜の材料としては、従来より比較的実績のある比誘電率３．５程度のフッ素含有酸化シリコン（ＦＳＧ）のみならず、ポリアリールエーテル（ＰＡＥ）に代表される有機シリコン系のポリマーや、ハイドロゲンシルセキオサン（ＨＳＱ）、メチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）に代表される無機系材料などの比誘電率２．７前後の低誘電率膜が挙げられる。
【０００４】
デバイスの微細化に伴い、より低誘電率の層間絶縁膜が必要とされているが、近年では上記低誘電率膜を多孔質（ポーラス）化させて比誘電率を２．２前後とした材料の導入が試みられている。これら多孔質膜を適用した、いわゆるデュアルダマシン構造は、膜中にポアが存在するが故に生じる以下の問題点が発生する。なお、デュアルダマシン構造とは、層間絶縁膜に形成された配線溝とその配線溝の底部に形成された接続孔とに導電材料を同時に埋め込み、層間絶縁膜上の余剰な導電材料を除去して、接続孔内に形成された上下配線間を接続するプラグと配線溝内に形成した配線とからなる配線構造をいう。
【０００５】
従来技術では、デュアルダマシン構造を形成する際、図５（１）に示すように、配線層間と接続孔層間に同一種の層間絶縁膜１１１を適用した場合、配線溝１１２の加工を時間で制御することにより配線溝１１２の高さを制御していた。また、図５（２）に示すように、接続孔層間と配線層間とに異なる層間絶縁膜１２１、１２２を適用した場合は、配線溝１２３を加工する際に、下層の接続孔が形成される層間絶縁膜１２１が加工されないように、加工条件を調整していた。いずれの手法も従来適用してきた低誘電率膜の場合、問題は無かったが、図５（３）に示すように層間絶縁膜１１１に多孔質膜を適用した場合、および図５（４）に示すように下層の接続孔が形成される層間絶縁膜１２１に多孔質膜を適用した場合は、多孔質膜に存在する空孔（ポア）により、デュアルダマシン構造を形成した後の配線溝１１２、１２３の底部が凸凹になるという問題が生じる。これにより、デュアルダマシン構造を形成した後、配線材料である銅（Ｃｕ）に対する拡散防止膜（バリアメタル）が均一に成膜することができないため、銅の拡散を抑制できなくなり、デバイス信頼性が著しく低下してしまうという問題がある。
【０００６】
配線溝底部の凸凹形状を抑制する手段として、配線溝底部にエッチングストッパーを導入することにより、多孔質膜の表面を覆い凸凹が形成されないようにする、もしくは、配線（トレンチ）と接続孔（ビア）を交互に形成していくシングルダマシン法にすることにより、銅の拡散防止膜として使用するストッパー膜で配線溝および接続孔の高さを制御するという方法がある。しかし、前者の場合は配線溝底部にエッチングストッパー膜が必要になること、後者の場合は銅の拡散防止膜として使用するストッパー膜が接続孔部分と配線溝部分とで２倍以上必要になってくるのだが、通常、キャップ膜やストッパー膜は層間絶縁膜と比べて比較的誘電率の高い膜を使用するため、絶縁膜の系全体の誘電率は高くなる。したがって、多孔質膜を適用したにもかかわらず、配線容量を低減することができず、デバイスの速度向上が達成されないという問題が発生する。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００-１５０５１９号公報
【特許文献２】特開２００１-４４１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
解決しようとする問題点は、配線溝の底部の面形状が凹凸になり、拡散防止膜（バリアメタル）を均一に成膜することができなくなるため、銅の拡散の抑制ができなくなり、デバイス信頼性が著しく低下してしまう点である。また、誘電率の高いストッパー膜を使用した場合には、絶縁膜の系全体の誘電率が高くなり、多孔質膜を適用したにもかかわらず配線容量を低減することができず、デバイスの速度向上が達成されないという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の半導体装置の製造方法は、多孔質絶縁膜を含む層間絶縁膜を備えた半導体装置の製造方法において、前記層間絶縁膜に配線溝を形成する際に、前記配線溝底部に前記層間絶縁膜の配線層が形成される絶縁膜とは異なる材質の絶縁膜パターンを形成する工程を備えたことを最も主要な特徴とする。
【００１０】
本発明の半導体装置は、多孔質絶縁膜を含む層間絶縁膜を備えた半導体装置において、前記層間絶縁膜に形成される配線溝底部に前記層間絶縁膜の配線層が形成される絶縁膜とは異なる材質の絶縁膜パターンが形成されていることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体装置の製造方法は、配線溝底部に層間絶縁膜の配線層が形成される絶縁膜とは異なる材質の絶縁膜パターンを形成するため、配線溝を形成する際に絶縁膜パターンがエッチングストッパーとなるので、配線溝底部の層間絶縁膜に低誘電率な多孔質絶縁膜を用いたとしても、配線溝底部表面が粗面になることがない。このため、配線溝内面に銅の拡散を防止する拡散防止膜（バリアメタル）を均一に成膜することができ、配線信頼性の向上が図れるという利点がある。さらに、配線溝底部のみに絶縁膜パターンを形成することにより、絶縁膜パターンが誘電率の高いものであっても、誘電率が高いことの影響は最小限になり、従来技術のエッチングストッパー膜を導入した溝配線よりもより高速動作が可能になり、かつ良好な配線溝の底面形状が得られるため、より高い信頼性が得られる半導体装置を製造することができるという利点がある。
【００１２】
本発明の半導体装置は、層間絶縁膜に形成される配線溝底部に層間絶縁膜の配線層が形成される絶縁膜とは異なる材質の絶縁膜パターンが形成されているため、配線溝を形成する際に絶縁膜パターンがエッチングストッパーとなるとともに、配線溝底部表面が粗面になることがないので、配線溝底部の層間絶縁膜に低誘電率な多孔質絶縁膜を用いることができる。このため、配線溝内面に形成される銅の拡散を防止する拡散防止膜（バリアメタル）は均一に成膜されるので、配線信頼性の向上が図れるという利点がある。さらに、配線溝底部にのみ絶縁膜パターンが形成されるため、絶縁膜パターンが誘電率の高いものであっても、その影響は最小限になり、従来技術のエッチングストッパー膜を導入した溝配線よりもより高速動作が可能になり、かつ良好な配線溝の底面形状が得られるため、より高い信頼性を得ることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
デバイス速度の向上、デバイス信頼性の向上という目的を、接続孔が形成される絶縁膜上の配線溝が形成される領域上、すなわち配線溝底部となる領域のみにエッチングストッパーとなる絶縁膜パターンを導入することで実現した。
【実施例１】
【００１４】
本発明の半導体装置の製造方法および半導体装置に係る第１実施例を、図１および図２の製造工程断面図によって説明する。
【００１５】
図１（１）に示すように、基体１１上に層間絶縁膜１２が形成されている。この層間絶縁膜１２は、例えばポリアリールエーテル（ＰＡＥ）が用いられている。また、層間絶縁膜１２には溝配線構造の配線１３が形成されている。この配線１３は例えば銅（Ｃｕ）配線で形成され、例えば配線厚１５０ｎｍになるように形成されている。なお、ここでは、上記基体１１はトランジスタなどのデバイス（図示せず）が作製されたものをいう。
【００１６】
上記層間絶縁膜１２表面の後処理を行った後、銅の酸化および拡散を防止するバリア層１４を形成する。このバリア層１４には、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）膜を用いることができ、その炭化シリコン膜は例えば３５ｎｍの厚さに形成される。この炭化シリコン膜は、例えば、平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用いて、メチルシラン（ＳｉＣＨ3）をシリコン源とし、成膜雰囲気の圧力を５５０Ｐａとして成膜される。続けて、上記バリア層１４上に接続孔が形成される絶縁膜１５を形成する。この絶縁膜１５には、例えば多孔質（ポーラス）炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜を例えば１５０ｎｍの厚さに形成して用いる。多孔質ＳｉＯＣ膜は、多孔質ＳｉＯＣの前駆体をスピンコート法により塗布した後、４００℃、５分のキュア処理を行うことにより形成することができる。
【００１７】
続けて、上記接続孔が形成される絶縁膜１５上に配線形成用のエッチングストッパー膜１６を形成する。このエッチングストッパー膜１６には、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を用いることができ、この窒化シリコン膜は例えば４５ｎｍの厚さに形成される。上記窒化シリコン膜は、例えば、平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用い、原料ガスにシラン（ＳｉＨ4）およびアンモニア（ＮＨ3）を用い、成膜雰囲気の圧力を５５０Ｐａとして成膜することができる。また、ここでの窒化シリコン膜の膜厚は、最終的な配線溝の底部に露出される窒化シリコン膜の膜厚が１０ｎｍになるようにするために４５ｎｍと設定している。ここで、この最終的な狙い膜厚は、接続孔の層間絶縁膜に適用する多孔質膜の空孔（ポアともいう）サイズに併せて決定する必要がある。空孔に起因する凸凹により銅の拡散防止膜の成膜不均一を改善するのが目的であるため、少なくとも空孔サイズの２倍の膜厚が必要となる。また、エッチストッパー膜１６を厚くしすぎると、デバイス全体の誘電率が上がってしまうため、低誘電率な多孔質膜を適用した利点が損なわれてしまう。そのため、望ましくは２０ｎｍ以下に設定するのがよい。
【００１８】
続いて、上記エッチングストッパー膜１６上に配線溝パターンのレジストマスク３０を形成する。
【００１９】
次に、上記レジストマスク３０を用いて、ドライエッチング法によってエッチングストッパー膜１６の加工を行う。ここでのＳｉＮのエッチングは、例えば一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を用いて、例えばエッチングガスにトリフルオロメタン（ＣＨＦ3）、アルゴン（Ａｒ）および酸素（Ｏ2）を用い、ガス流量比をＣＨＦ３：Ａｒ：Ｏ2＝１：５：１とし、バイアスパワーを５００Ｗに、基板温度は２０℃に設定する。酸素（Ｏ2）プラズマを用いたアッシング処理と有機系の薬液処理を行うことにより、レジストマスク３０の除去、エッチング処理時の残留デポ物の除去をした。
【００２０】
この結果、図１（２）に示すように、上記接続孔が形成される絶縁膜１５上にエッチングストッパー膜１６からなる絶縁膜パターン１７が形成される。ここでの絶縁膜パターン１７の形成は、この後の配線形成のためのリソグラフィーの際に位置合わせずれを起こした際の加工時の下地掘れを抑制するために、用いる露光装置の位置合わせ精度のマージンを含めた大きさに設定する必要がある。例えば、幅０．１５μｍ、長さ１μｍの配線を形成する場合で露光装置の位置合わせ精度が２５ｎｍの場合は、エッチストッパーは幅０．１５５μｍ、長さ１．０５μｍとなるよう設定した。
【００２１】
次に、図１（３）に示すように、上記接続孔が形成される絶縁膜１５上に上記絶縁膜パターン１７を被覆する配線層の絶縁膜１８を形成する。この配線層の絶縁膜１８は、例えばポリアリールエーテル（ＰＡＥ）膜を１５０ｎｍの厚さに形成する。このポリアリールエーテル膜は、ポリアリールエーテルの前駆体をスピンコート法により塗布した後、３５０℃、５分間のキュア処理を行うことにより形成することができる。続いて第１エッチングマスク３１を、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜で形成し、次いで第２エッチングマスク３２を、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜で形成する。上記酸化シリコン膜は、例えば１５０ｎｍの厚さに形成され、上記窒化シリコン膜は例えば８０ｎｍの厚さに形成される。
【００２２】
続いて、上記第２エッチングマスク３２上に接続孔パターンを有するレジストマスク（図示せず）を形成し、それをエッチングマスクに用いて、ドライエッチング法にて、第２、第１エッチングマスク３２、３１に接続孔パターン３３を形成する。上記第２エッチングマスク３２の窒化シリコンのエッチングは、例えば一般的なマグネトロン方式のエッチング装置にて、例えば、エッチングガスとしてトリフルオロメタン（ＣＨＦ3）、アルゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ2）を用い、ガス流量比ＣＨＦ3：Ａｒ：Ｏ2＝１：５：１とし、バイアスパワーを５００Ｗ、基板温度を２０℃に設定する。続いて同じ接続孔パターンのレジストマスクを用いて第１エッチングマスク３１への接続孔パターン３３の開口を行う。接続孔パターン３３の開口は、例えば、一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を用い、エッチングガスとしてオクタフルオロブタン（Ｃ4Ｆ8）、一酸化炭素（ＣＯ）およびアルゴン（Ａｒ）を用い、ガス流量比Ｃ4Ｆ8：ＣＯ：Ａｒ＝１：１０：２０とし、バイアスパワーを１５００Ｗ、基板温度を２０℃に設定する。この条件で１２０ｎｍの深さまで開口を行った。その後、酸素（Ｏ2）プラズマを用いたアッシング処理と有機系の薬液処理を行うことにより、レジストマスクを除去し、さらにエッチング処理時の残留デポ物を除去する。
【００２３】
次に、図１（４）に示すように、上記第２エッチングマスク３２上に配線溝パターン３５を有するマスク３４を形成する。ここでは、前記工程で第２、第１エッチングマスク３２、３１に形成した接続孔パターン３３の段差の影響を緩和するために、多層レジストを用いて上記マスク３４を形成する。例えば、下層マスク３６としては有機系レジスト膜を用いて上記段差部の平坦化を行い、この下層マスク３６上に上層マスク３７を例えばシリコン含有レジストを用いて形成する。この上層マスク３７に上記配線溝パターン３５を形成しておく。
【００２４】
次に、図１（５）に示すように、上層マスク３７をエッチングマスクに用いて下層マスク３６に配線溝パターン３５を転写する。その際、接続孔パターン３３内に形成されていた下層マスク３６も除去される。この加工では、例えば、一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を用い、例えば、エッチングガスとして酸素（Ｏ2）を用い、バイアスパワーを５００Ｗ、基板温度を２０℃に設定する。
【００２５】
次に、図１（６）に示すように、上記下層マスク３６を用いて、上記第２エッチングマスク３２を加工して、配線溝パターン３５を転写する。その際、第１エッチングマスク３１に形成された接続孔パターン３３が第１エッチングマスク３１を貫通するように延長形成される。このエッチングは、例えば一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を用いて、例えばエッチングガスとしてトリフルオロメタン（ＣＨＦ3）、アルゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ2）を用いて行う。そのガス流量比、バイアスパワー、基盤温度は、第１エッチングマスク３１の上端のいわゆる肩落ちが発生しないように、エッチング選択比を調整する必要がある。またこの工程で、第１エッチングマスク３１に接続孔パターン３３を同時にエッチング形成する必要があるため、上記エッチング条件においては、酸化シリコン膜に対するエッチング選択比は２．７程度になるよう調整した。さらに、この第２エッチングマスク３２の窒化シリコンをエッチングする際に、上層マスク３７〔前記図１（５）参照〕を除去することができる。
【００２６】
次に、図２（７）に示すように、上記第１エッチングマスク３１を用いて絶縁膜パターン１７に接続孔１９を開口する。ここで配線層の絶縁膜１８のエッチングは、例えば一般的な高密度プラズマエッチング装置を用い、例えばエッチングガスとしてアンモニア（ＮＨ3）を用いて行う。また、ＲＦパワーは例えば１５０Ｗ、基板温度は例えば１０℃に設定した。このエッチング条件での有機系の上記下層マスク３６〔前記図１（６）参照〕のエッチングレートはＰＡＥ膜からなる配線層の絶縁膜１８のエッチングレートとほぼ同等であるため、配線層の絶縁膜１８に接続孔パターン３３を開口中にレジストからなる下層マスク３６は後退していくが、ハードマスクである第１エッチングマスク３１があるため良好な接続孔パターン３３の開口形状を得ることができる。例えば上記エッチング条件における窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜に対するエッチング選択比は１００以上が得られる。
【００２７】
次に、図２（８）に示すように、第１エッチングマスク３１を用いて接続孔パターン３３を転写するように、絶縁膜パターン１７に接続孔１９を開口する。窒化シリコンからなる絶縁膜パターン１７のエッチングは、例えば一般的なマグネトロン方式のエッチング装置にて、例えばエッチングガスにトリフルオロメタン（ＣＨＦ3）、アルゴン（Ａｒ）および酸素（Ｏ2）を用い、ガス流量比をＣＨＦ3：Ａｒ：Ｏ2＝１：５：１とし、バイアスパワーを５００Ｗ、基板温度を２０℃に設定する。ここでの絶縁膜パターン１７のエッチングにおいて、上部の窒化シリコンからなる第２エッチングマスク３２もエッチングされるが、ここで第２エッチングマスク３２が完全に除去されてしまうと、次の配線溝パターンを形成するための第１エッチングマスク３１を加工する際に配線上部の肩落ちを抑制することができない。これを抑制するため、第２エッチングマスク３２は、エッチングストッパーとなる絶縁膜パターン１７よりも厚く成膜する必要がある。また上記エッチング工程では、酸化シリコンからなる第１エッチングマスク３１の上部には配線溝パターン３５が形成される。
【００２８】
次に、図２（９）に示すように、多孔質の炭化酸化シリコンからなる接続孔が形成される絶縁膜１５に接続孔１９を開口する。ここで同時に第２エッチングマスク３２を用いて第１エッチングマスク３１のエッチングを行い、第１エッチングマスク３１に第２エッチングマスク３２に形成されている配線溝パターン３５を転写して形成する。ここでのエッチングは、例えば、一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を用いて、例えばエッチングガスにオクタフルオロシクロペンテン（Ｃ5Ｆ8）、一酸化炭素（ＣＯ）、アルゴン（Ａｒ）および酸素（Ｏ2）を用いて、ガス流量比をＣ5Ｆ8：ＣＯ：Ａｒ：Ｏ2＝１：１０：５：１とし、バイアスパワーを１６００Ｗ、基板温度を２０℃に設定する。
【００２９】
次に、図２（１０）に示すように、第２、第１エッチングマスク３２、３１を用いて、配線層の絶縁膜１８に配線溝２０を形成する。上記配線溝２０は上記配線溝パターン３５を転写するように形成される。そして、配線溝２０底部に残存するＰＡＥからなる配線層の絶縁膜１８のエッチングを行う。このエッチングでは、配線溝２０底部に絶縁膜パターン１７が存在するため、この絶縁膜パターン１７はエッチングストッパーとなり、エッチングが停止される。
【００３０】
上記配線層の絶縁膜１８に配線溝２０を形成するエッチングでは、例えば一般的な高密度プラズマエッチング装置を用い、エッチングガスに例えばアンモニア（ＮＨ3）を用い、ＲＦパワーを１５０Ｗ、基板温度を２０℃に設定した。このエッチング条件における絶縁膜パターン１７に対するエッチング選択比は１００以上得られるため、配線溝２０の開口は深さばらつきが無く、制御性良く行うことができる。
【００３１】
次に、図２（１１）に示すように、接続孔１９底部にある窒化シリコンからなるバリア層１４をエッチングにより除去する。これによって、所定のデュアルダマシン加工が完了する。なお、窒化シリコンからなる第２エッチングマスク３２〔前記図２（１０）参照〕は、接続孔１９底部の炭化シリコンからなるバリア層１４をエッチングする過程で除去されることになる。また、絶縁膜パターン１７もエッチングされるが、絶縁膜パターン１７のエッチング量をバリア層１４のエッチング量と同程度になるようバリア層１４のエッチング条件を調整するため、この実施例において最終的な配線溝２０底部に残存される絶縁膜パターン１７の膜厚は例えば１０ｎｍになる。
【００３２】
上記接続孔１９底部にあるバリア層１４のエッチングは、例えば一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を用いて、例えばエッチングガスとしてジフルオルメタン（ＣＨ2Ｆ2）、酸素（Ｏ2）およびアルゴン（Ａｒ）を用い、ガス流量比をＣＨ2Ｆ2：Ｏ2：Ａｒ＝２：１：５とし、バイアスパワーを１００Ｗに設定する。このエッチング条件における絶縁膜パターン１６に対する選択比は１前後であるため、絶縁膜パターン１６は接続孔１９底部のバリア層１４と同定度エッチングされることとなり、最終的な配線溝２０底部の絶縁膜パターン１７の膜厚は例えば１０ｎｍとなるようにする。また、第２エッチングマスク３２は、炭化シリコンからなるバリア層１４のエッチング中に完全に除去することができる。
【００３３】
次に、図２（１２）に示すように、薬液を用いた後処理を行うことにより、エッチング処理時の残留デポ物の除去する。続けて、脱ガス処理およびＲＦスパッタリング処理を行うことにより、接続孔１９開口によって露出した下層の配線１３の変質層を除去する。続けて配線１３の層間絶縁膜に対する拡散防止膜２１を形成する。この拡散防止膜２１は、例えばタンタル（Ｔａ）膜を用いる。この成膜は例えば一般的なマグネトロンスパッタリング装置を用いて、Ｔａターゲットを用いて指向性スパッタリング法にて成膜する。続けて銅（Ｃｕ）もしくは銅（Ｃｕ）を含む合金を電界めっき法もしくはスパッタリング法もしくはＣＶＤ法によって成膜する。ここでの拡散防止膜２１の成膜は、上記配線溝２０および上記接続孔１９の各内面に対してカバレッジ良く形成される必要があり、好ましくは自己放電イオン化スパッタリング法もしくは遠距離スパッタリング法などの指向性スパッタリング法を用いるのが良い。続けて、例えば化学的機械研磨（ＣＭＰ）法により配線を形成していない余剰銅膜、タンタル膜を除去することにより、配線溝２０に配線２２が形成されるとともに、接続孔１９にプラグ２３が形成され、いわゆるデュアルダマシン構造の多層配線構造が得られる。また、配線１３と同様に、配線２２表面を被覆するように、配線層の絶縁膜１８上に、銅酸化防止膜、銅拡散防止膜として機能するバリア層２４を形成する。このバリア層２４は、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）膜で形成することができる。上記工程では、第１エッチングマスク３１が残るが、バリア層２４を形成する前に、第１エッチングマスク３１を除去してもよい。
【００３４】
上記製造方法によって形成されたデュアルダマシン構造の多層配線は、配線２２底部にエッチストッパーとなる絶縁膜パターン１７を設置しているため、接続孔が形成される絶縁膜１５に多孔質絶縁膜を用いても、配線２２底部の凸凹を抑制することができ、銅の拡散防止膜２１を均一に成膜することが可能である。さらに、デュアルダマシン加工の際の加工選択比、第１エッチングマスク３１、第２エッチングマスク３２の膜厚を調整することにより、上記絶縁膜パターン１７の膜厚は接続孔が形成される絶縁膜１５に適用している多孔質膜の空孔に起因する凸凹を抑制するのに必要な最低限な膜厚に抑えることができるため、デバイスの誘電率の上昇も抑制することができ、高性能な半導体装置を供給することが可能となる。少なくとも上記各工程を経て形成された半導体装置は、エッチングストッパーとなる絶縁膜パターン１７を使用していないデュアルダマシン構造を備える半導体装置よりも優れたストレスマイグレーションおよびエレクトロマイグレーション特性を得ることができる。
【００３５】
なお、上記記載の層間絶縁膜は、上記膜種、膜厚、製法に限定されることはない。
【００３６】
さらに銅の酸化防止膜として形成した炭化シリコン（ＳｉＣ）膜の代わりに、ＣＶＤ法により形成される窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を用いることもでき、また炭化シリコン膜中に窒素（Ｎ）や水素（Ｈ）等の軽元素を含有した膜を用いることも可能である。
【００３７】
また、配線溝２０底部にのみ形成するエッチングストッパーとなる絶縁膜パターン１６は、膜種、膜厚、製法に限定されることはなく、ＣＶＤ法により形成される炭化シリコン（ＳｉＣ）膜としてもよく、炭化シリコン膜中に窒素（Ｎ）や水素（Ｈ）等の軽元素を含有した膜を用いることも可能である。
【００３８】
また、接続孔が形成される絶縁膜１５となる多孔質な炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜は、例えば、スピンコート法により形成される多孔質なメチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）膜や多孔質なハイドロゲンシルセキオサン（ＨＳＱ）膜を用いることもできる。さらに、配線層の絶縁膜１７となるポリアリールエーテル膜は、例えば、ポリアリレンエーテル膜、アモルファスカーボン膜、ポリテトラトラフロロエチレン膜の適用が可能である。さらに、キセロゲル膜、多孔質構造を有するＭＳＱ膜や有機ポリマー等の適用や、これらの組み合わせでも可能である。
【００３９】
また、上記ポリアリールエーテル膜上に形成される上記第１エッチングマスク３１には１５０ｎｍの厚さの酸化シリコン（ＳｉＯ2）を用い、第２エッチングマスク３２には８０ｎｍの厚さの窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いたが、上層の第２エッチングマスク３２を用いて下層の第１エッチングマスク３１をエッチングできる組み合わせの膜種、膜厚、製法であれば、上記材料に限定されない。例えば、第２エッチングマスク３２にＣＶＤ法で成膜した炭化シリコン（ＳｉＣ）膜を用いてもよく、エッチング選択比が許す限り薄膜化することも可能である。
【実施例２】
【００４０】
本発明の半導体装置の製造方法および半導体装置に係る第２実施例を、図３および図４の製造工程断面図によって説明する。
【００４１】
図３（１）に示すように、基体１１上に層間絶縁膜１２が形成されている。この層間絶縁膜１２は、例えばポリアリールエーテル（ＰＡＥ）が用いられている。また、層間絶縁膜１２には溝配線構造の配線１３が形成されている。この配線１３は例えば銅（Ｃｕ）配線で形成され、例えば配線厚１５０ｎｍになるように形成されている。なお、ここでは、上記基体１１はトランジスタなどのデバイス（図示せず）が作製されたものをいう。
【００４２】
上記層間絶縁膜１２表面の後処理を行った後、銅の酸化および拡散を防止するバリア層１４を形成する。このバリア層１４には、例えば炭化シリコン膜（ＳｉＣ）を用いることができ、その炭化シリコン膜は例えば３５ｎｍの厚さに形成される。この炭化シリコン膜は、例えば、平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用いて、メチルシラン（ＳｉＣＨ3）をシリコン源とし、成膜雰囲気の圧力を５５０Ｐａとして成膜される。続けて、上記バリア層１４上に接続孔が形成される絶縁膜１５を形成する。この絶縁膜１５には、例えば多孔質（ポーラス）の炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜を例えば１５０ｎｍの厚さに形成して用いる。多孔質ＳｉＯＣ膜は、多孔質ＳｉＯＣの前駆体をスピンコート法により塗布した後、４００℃、５分のキュア処理を行うことにより形成することができる。
【００４３】
続けて、上記接続孔が形成される絶縁膜１５上に配線形成用のエッチングストッパー膜１６を形成する。このエッチングストッパー膜１６には、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を用いることができ、この窒化シリコン膜は例えば４５ｎｍの厚さに形成される。上記窒化シリコン膜は、例えば平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用い、原料ガスにシラン（ＳｉＨ4）およびアンモニア（ＮＨ3）を用い、成膜雰囲気の圧力を５５０Ｐａとして成膜することができる。また、ここでの窒化シリコン膜の膜厚は、最終的な配線溝の底部に露出される窒化シリコン膜の膜厚が１０ｎｍになるようにするために４５ｎｍと設定している。ここで、この最終的な狙い膜厚は、接続孔の層間絶縁膜に適用する多孔質膜の空孔（ポア）サイズに併せて決定する必要がある。空孔に起因する凸凹により銅の拡散防止膜の成膜不均一を改善するのが目的であるため、少なくとも空孔サイズの２倍の膜厚が必要となる。また、エッチストッパー膜１６を厚くしすぎると、デバイス全体の誘電率が上がってしまうため、低誘電率な多孔質膜を適用した利点が損なわれてしまう。そのため、望ましくは２０ｎｍ以下に設定するのがよい。
【００４４】
さらに続けてエッチングストッパー膜１６上にマスク層４１を形成する。このマスク層４１は、上記エッチングストッパー膜１６を加工するために使用するもので、例えば４０ｎｍの厚さの酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜で形成される。この酸化シリコン膜は、例えば、平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用いて、原料ガスにモノシラン（ＳｉＨ4）を用い、酸化剤に一酸化ニ窒素（Ｎ2Ｏ）を用いたプラズマＣＶＤ法により成膜することができる。
【００４５】
続いて、上記マスク層４１上に配線溝パターンのレジストマスク３０を形成する。
【００４６】
次に、図３（２）に示すように、上記レジストマスク３０〔前記図３（１）参照〕を用いて、ドライエッチング法によってマスク層４１の加工を行う。マスク層４１のエッチングは、例えば一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を用いて、例えばエッチングガスとしてオクタフルオロブタン（Ｃ4Ｆ8）、一酸化炭素（ＣＯ）およびアルゴン（Ａｒ）を用い、ガス流量比をＣ4Ｆ8：ＣＯ：Ａｒ＝１：５：２０とし、バイアスパワーを１０００Ｗに、基板温度は２０℃に設定する。このエッチング条件における窒化シリコン膜に対するエッチング選択比は１０以上得ることができるため、下地の窒化シリコン膜はほとんど掘れることはない。酸素（Ｏ2）プラズマを用いたアッシング処理と有機系の薬液処理を行うことにより、レジストマスク３０の除去、エッチング処理時の残留デポ物の除去をした。
【００４７】
次に、配線溝パターンに加工された上記マスク層４１を用いて、ドライエッチング法によってエッチングストッパー膜１６の加工を行う。ここでのＳｉＮのエッチングは、例えば一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を用いて、例えばエッチングガスにトリフルオロメタン（ＣＨＦ3）、アルゴン（Ａｒ）および酸素（Ｏ2）を用い、ガス流量比をＣＨＦ３：Ａｒ：Ｏ2＝１：５：１とし、バイアスパワーを５００Ｗ、基板温度は２０℃に設定する。その後、薬液を用いた後処理を行うことにより、エッチング処理時の残留デポ物を除去する。また、このエッチングストッパー膜１６のエッチングでマスク層４１を除去することができる。
【００４８】
この結果、図３（３）に示すように、上記接続孔が形成される絶縁膜１５上にエッチングストッパー膜１６からなる絶縁膜パターン１７が形成される。ここでの絶縁膜パターン１７の形成は、この後の配線形成のためのリソグラフィーの際に位置合わせずれを起こした際の加工時の下地掘れを抑制するために、用いる露光装置の位置合わせ精度のマージンを含めた大きさに設定する必要がある。例えば、幅０．１５μｍ、長さ１μｍの配線を形成する場合で露光装置の位置合わせ精度が２５ｎｍの場合は、エッチストッパーは幅０．１５５μｍ、長さ１．０５μｍとなるよう設定した。
【００４９】
上記絶縁膜パターン１７を形成するエッチング加工では、上記のように酸化シリコンからなるマスク層４１を用いた加工に限らず、前記実施例１と同様のレジストマスクを用いたエッチング加工でも可能である。この場合には、エッチング加工後のレジストマスクを除去する際に、露出したポリアリールエーテルからなる接続孔が形成される絶縁膜１５の後退が進むため、好ましくはマスク層４１のようなハードマスクによるエッチング加工を用いた方がよい。
【００５０】
次に、図３（４）に示すように、上記接続孔が形成される絶縁膜１５上に上記絶縁膜パターン１７を被覆する配線層の絶縁膜１８を形成する。この配線層の絶縁膜１８は、例えばポリアリールエーテル（ＰＡＥ）膜を１５０ｎｍの厚さに形成する。このポリアリールエーテル膜は、ポリアリールエーテルの前駆体をスピンコート法により塗布した後、３５０℃、５分間のキュア処理を行うことにより形成することができる。続いて第１エッチングマスク３１を、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜で形成し、次いで第２エッチングマスク３２を、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜で形成する。上記酸化シリコン膜は、例えば５０ｎｍの厚さに形成され、上記窒化シリコン膜は例えば８０ｎｍの厚さに形成される。
【００５１】
続いて、上記第２エッチングマスク３２上に接続孔パターンを有するレジストマスク（図示せず）を形成し、それをエッチングマスクに用いて、ドライエッチング法にて、第２エッチングマスク３２に接続孔パターン３３を形成する。上記第２エッチングマスク３２の窒化シリコンのエッチングは、例えば一般的なマグネトロン方式のエッチング装置にて、例えば、エッチングガスとしてトリフルオロメタン（ＣＨＦ3）、アルゴン（Ａｒ）および酸素（Ｏ2）を用い、ガス流量比をＣＨＦ3：Ａｒ：Ｏ2＝１：５：１とし、バイアスパワーを５００Ｗ、基板温度を２０℃に設定する。続いて同じ接続孔パターンのレジストマスクを用いて第１エッチングマスク３１への接続孔パターン３３の開口を行う。その後、酸素（Ｏ2）プラズマを用いたアッシング処理と有機系の薬液処理を行うことにより、レジストマスクおよびエッチング処理時の残留デポ物を除去する。
【００５２】
次に、図３（５）に示すように、配線溝パターン３５を有するマスク３４を形成し、このマスクを用いたドライエッチング法にて上記第２エッチングマスク３２に配線溝パターン３５を延長形成する。ここでは、前記工程で第２エッチングマスク３２に形成した接続孔パターン３３の段差の影響を緩和するために、多層レジストを用いて上記マスク３４を形成する。例えば、下層マスク３６としては有機系レジスト膜を用いて上記段差部の平坦化を行い、この下層マスク３６上に上層マスク３７を例えばシリコン含有レジストを用いて形成する。この上層マスク３７に上記配線溝パターン３５を形成しておく。
【００５３】
次に、図３（６）に示すように、上層マスク３７をエッチングマスクに用いて下層マスク３６に配線溝パターン３５を転写する。その際、接続孔パターン３３内に形成されていた下層マスク３６も除去される。この加工では、例えば、一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を用い、例えば、エッチングガスとして酸素（Ｏ2）を用い、バイアスパワーを５００Ｗ、基板温度を２０℃に設定する。
【００５４】
次に、図４（７）に示すように、上記下層マスク３６を用いて、上記第２エッチングマスク３２を加工して、配線溝パターン３５を転写する。このエッチングは、例えば一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を用いて、例えばエッチングガスとしてトリフルオロメタン（ＣＨＦ3）、アルゴン（Ａｒ）および酸素（Ｏ2）を用いて行う。そのガス流量比、バイアスパワー、基盤温度は、第１エッチングマスク３１の上端のいわゆる肩落ちが発生しないように、エッチング選択比を調整する必要がある。またこの工程で、第１エッチングマスク３１に接続孔パターン３３を同時にエッチング形成する必要があるため、上記エッチング条件においては、酸化シリコン膜に対するエッチング選択比は１．６程度になるよう調整した。さらに、この第２エッチングマスク３２の窒化シリコンをエッチングする際に、上層マスク３７〔前記図３（６）参照〕を除去することができる。
【００５５】
次に、図４（８）に示すように、上記第１エッチングマスク３１を用いて配線層の絶縁膜１８に接続孔パターン３３を開口する。ここで配線層の絶縁膜１８のエッチングは、例えば一般的な高密度プラズマエッチング装置を用い、例えばエッチングガスとしてアンモニア（ＮＨ3）を用いて行う。また、ＲＦパワーは例えば１５０Ｗ、基板温度は例えば１０℃に設定した。このエッチング条件での有機系の上記下層マスク３６〔前記図４（７）参照〕のエッチングレートはＰＡＥ膜からなる配線層の絶縁膜１８のエッチングレートとほぼ同等であるため、配線層の絶縁膜１８に接続孔パターン３３を開口中にレジストからなる第２エッチングマスク３２は後退していくが、ハードマスクである第１エッチングマスク３１があるため良好な接続孔パターン３３の開口形状を得ることができる。例えば上記エッチング条件におけるシリコン（ＳｉＮ）膜、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜、炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜に対するエッチング選択比は１００以上が得られる。
【００５６】
次に、図４（９）に示すように、上記第１エッチングマスク３１を用いて絶縁膜パターン１７に接続孔パターン３３を転写する接続孔１９を開口する。ここで絶縁膜パターン１７のエッチングは、例えば、一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を用い、例えばエッチングガスとしてトリフルオロメタン（ＣＨＦ3）、アルゴン（Ａｒ）および酸素（Ｏ2）を用い、ガス流量比をＣＨＦ3：Ａｒ：Ｏ2＝１：５：１とし、バイアスパワーを５００Ｗ、基板温度を２０℃に設定する。ここでの絶縁膜パターン１７のエッチングにおいて、上部の第２エッチングマスク３２もエッチングされるが、ここで第２エッチングマスク３２が完全に除去されてしまうと次の配線溝を形成するための酸化シリコンからなる第１エッチングマスク３１をエッチングする際に、配線上部の肩落ちを抑制することができない。これを抑制するため、第２エッチングマスク３２は、絶縁膜パターン１７よりも厚く成膜する必要がある。さらに、上記エッチングでは、第２エッチングマスク３２がマスクとなって第１エッチングマスク３１に配線溝パターン３５が転写されるように形成される。なお、第１エッチングマスク３１を貫通するように配線溝パターン３５が形成されない場合には、第２エッチングマスク３２をマスクに用いて第１エッチングマスク３１をエッチングすればよい。ここでのエッチングは、例えば一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を用いて、例えばエッチングガスにオクタフルオロシクロペンテン（Ｃ5Ｆ8）、一酸化炭素（ＣＯ）、アルゴン（Ａｒ）および酸素（Ｏ2）を用いて、ガス流量比をＣ5Ｆ8：ＣＯ：Ａｒ：Ｏ2＝１：１０：５：１とし、バイアスパワーを１６００Ｗ、基板温度を２０℃に設定する。
【００５７】
次に、図４（１０）に示すように、第２、第１エッチングマスク３２、３１を用いて、配線層の絶縁膜１８に配線溝２０を形成するとともに、接続孔が形成される絶縁膜１５に接続孔１９を形成する。上記配線溝２０は上記配線溝パターン３５を転写するように形成され、接続孔１９は絶縁膜パターン１７に形成された接続孔１９が延長形成される。このエッチングでは、配線溝２０底部に絶縁膜パターン１７が存在するため、この絶縁膜パターン１７はエッチングストッパーとなり、エッチングが停止される。上記エッチングでは、例えば一般的な高密度プラズマエッチング装置を用い、エッチングガスに例えばアンモニア（ＮＨ3）を用い、ＲＦパワーを１５０Ｗ、基板温度を１０℃に設定した。このエッチング条件における絶縁膜パターン１７に対するエッチング選択比は１００以上得られるため、配線溝２０の開口は深さばらつきが無く、制御性良く行うことができる。
【００５８】
次に、図４（１１）に示すように、接続孔１９底部にある窒化シリコンからなるバリア層１４をエッチングする。これによって、所定のデュアルダマシン加工が完了する。なお、窒化シリコンからなる第２エッチングマスク３２〔前記図４（１０）参照〕は、接続孔１９底部の炭化シリコンからなるバリア層１４をエッチングする過程で除去されることになる。また、絶縁膜パターン１７もエッチングされるが、絶縁膜パターン１７のエッチング量をバリア層１４のエッチング量と同程度になるようバリア層１４のエッチング条件を調整するため、この実施例において最終的な配線溝２０底部に残存される絶縁膜パターン１７の膜厚は例えば１０ｎｍになる。
【００５９】
上記接続孔１９底部にあるバリア層１４のエッチングは、例えば一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を用いて、例えばエッチングガスとしてジフルオルメタン（ＣＨ2Ｆ2）、酸素（Ｏ2）およびアルゴン（Ａｒ）を用い、ガス流量比をＣＨ2Ｆ2：Ｏ2：Ａｒ＝２：１：５とし、バイアスパワーを１００Ｗに設定する。このエッチング条件における絶縁膜パターン１６に対する選択比は１前後であるため、絶縁膜パターン１６は接続孔１９底部のバリア層１４と同定度エッチングされることとなり、最終的な配線溝２０底部の絶縁膜パターン１７の膜厚は例えば１０ｎｍとなるようにする。また、第２エッチングマスク３２は、炭化シリコンからなるバリア層１４のエッチング中に完全に除去することができる。
【００６０】
次に、図２（１２）に示すように、薬液を用いた後処理を行うことにより、エッチング処理時の残留デポ物の除去する。続けて、脱ガス処理およびＲＦスパッタリング処理を行うことにより、接続孔１９の開口によって露出した下層の配線１３の変質層を除去する。続けて配線１３の層間絶縁膜に対する拡散防止膜２１を形成する。この拡散防止膜２１は、例えばタンタル（Ｔａ）膜を用いる。この成膜は例えば一般的なマグネトロンスパッタリング装置を用いて、Ｔａターゲットを用いて指向性スパッタリング法にて成膜する。続けて銅（Ｃｕ）もしくは銅（Ｃｕ）を含む合金を電界めっき法もしくはスパッタリング法もしくはＣＶＤ法によって成膜する。ここでの拡散防止膜２１の成膜は、上記配線溝２０および上記接続孔１９の各内面に対してカバレッジ良く形成される必要があり、好ましくは自己放電イオン化スパッタリング法もしくは遠距離スパッタリング法などの指向性スパッタリング法を用いるのが良い。続けて、例えば化学的機械研磨（ＣＭＰ）法により配線を形成していない余剰銅膜、タンタル膜を除去することにより、配線溝２０に配線２２が形成されるとともに、接続孔１９にプラグ２３が形成され、いわゆるデュアルダマシン構造の多層配線構造が得られる。また、配線１３と同様に、配線２２表面を被覆するように、配線層の絶縁膜１８表面に、銅酸化防止膜、銅拡散防止膜として機能するバリア層２４を形成する。このバリア層２４は、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）膜で形成することができる。上記工程では、第１エッチングマスク３１が残るが、バリア層２４を形成する前に、第１エッチングマスク３１を除去してもよい。
【００６１】
上記第２実施例の製造方法によって形成されたデュアルダマシン構造の多層配線は、配線２２底部にエッチストッパーとなる絶縁膜パターン１７を設置しているため、接続孔が形成される絶縁膜１５に多孔質絶縁膜を用いても、配線２２底部の凸凹を抑制することができ、銅の拡散防止膜２１を均一に成膜することが可能である。さらに、デュアルダマシン加工の際の加工選択比、第１エッチングマスク３１、第２エッチングマスク３２の膜厚を調整することにより、上記絶縁膜パターン１７の膜厚は接続孔が形成される絶縁膜１５に適用している多孔質膜の空孔に起因する凸凹を抑制するのに必要な最低限な膜厚に抑えることができるため、デバイスの誘電率の上昇も抑制することができ、高性能な半導体装置を供給することが可能となる。少なくとも上記各工程を経て形成された半導体装置は、エッチングストッパーとなる絶縁膜パターン１７を使用していないデュアルダマシン構造を備える半導体装置よりも優れたストレスマイグレーションおよびエレクトロマイグレーション特性を得ることができる。
【００６２】
さらに銅の酸化防止膜として形成した炭化シリコン（ＳｉＣ）膜の代わりに、ＣＶＤ法により形成される窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を用いることもでき、また炭化シリコン膜中に窒素（Ｎ）や水素（Ｈ）等の軽元素を含有した膜を用いることも可能である。
【００６３】
また、配線溝２０底部にのみ形成するエッチングストッパーとなる絶縁膜パターン１７は、膜種、膜厚、製法に限定されることはなく、ＣＶＤ法により形成される炭化シリコン（ＳｉＣ）膜としてもよく、炭化シリコン膜中に窒素（Ｎ）や水素（Ｈ）等の軽元素を含有した膜を用いることも可能である。
【００６４】
また、上記接続孔が形成される絶縁膜１５、配線層の絶縁膜１８は、ポーラスポリアリールエーテル膜の代わりに、ポーラスポリアリレンエーテル膜、ポーラスアモルファスカーボン膜、ポーラスポリテトラトラフロロエチレン膜の適用が可能である。さらに、キセロゲル膜、多孔質構造を有するＭＳＱ膜や有機ポリマー等の適用や、これらの組み合わせでも可能である。
【００６５】
また、上記ポリアリールエーテル膜上に形成される上記第１エッチングマスク３１には１５０ｎｍの厚さの酸化シリコン（ＳｉＯ2）を用い、第２エッチングマスク３２には８０ｎｍの厚さの窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いたが、上層の第２エッチングマスク３２を用いて下層の第１エッチングマスク３１をエッチングできる組み合わせの膜種、膜厚、製法であれば、上記材料に限定されない。例えば、第２エッチングマスク３２にＣＶＤ法で成膜した炭化シリコン（ＳｉＣ）膜を用いてもよく、エッチング選択比が許す限り薄膜化することも可能である。
【００６６】
上記第１、第２実施例で説明した半導体装置の製造方法は、配線溝２０底部、すなわち接続孔が形成される絶縁膜１５の表面における配線溝２０が形成される領域に、層間絶縁膜の配線層が形成される絶縁膜１８とは異なる材質の絶縁膜パターン１７を形成するため、配線溝２０を形成する際に絶縁膜パターン１７がエッチングストッパーとなるので、配線溝２０底部の接続孔が形成される絶縁膜１５に低誘電率な多孔質絶縁膜を用いたとしても、配線溝２０底部表面が粗面になることがない。このため、配線溝２０内面に銅の拡散を防止する拡散防止膜２１（バリアメタル）を均一に成膜することができ、配線信頼性の向上が図れるという利点がある。さらに、配線溝２０底部のみに絶縁膜パターン１７を形成することにより、絶縁膜パターン１７が誘電率の高いものであっても、誘電率が高いことの影響は最小限になり、従来技術のエッチングストッパー膜を導入した溝配線よりもより高速動作が可能になり、かつ良好な配線溝２０の底面形状が得られるため、より高い信頼性が得られる半導体装置を製造することができるという利点がある。
【００６７】
また、本発明の半導体装置は、上記説明したような製造方法によって形成されるもので、配線層の絶縁膜１８に形成される配線溝２０底部、すなわち接続孔が形成される絶縁膜１５の表面における配線溝２０が形成される領域に、層間絶縁膜の配線層が形成される絶縁膜１８とは異なる材質の絶縁膜パターン１７が形成されているため、配線溝２０を形成する際に絶縁膜パターン１７がエッチングストッパーとなるとともに、配線溝２０底部表面が粗面になることがないので、配線溝２０底部の接続孔が形成される絶縁膜１５に低誘電率な多孔質絶縁膜を用いることができる。このため、配線溝２０内面に形成される銅の拡散を防止する拡散防止膜２１（バリアメタル）は均一に成膜されるので、配線信頼性の向上が図れるという利点がある。さらに、配線溝２０底部にのみ絶縁膜パターン１７が形成されるため、絶縁膜パターン１７が誘電率の高いものであっても、その影響は最小限になり、従来技術のエッチングストッパー膜を導入した溝配線よりもより高速動作が可能になり、かつ良好な配線溝２０の底面形状が得られるため、より高い信頼性を得ることができるという利点がある。
【００６８】
６５ｎｍ、４５ｎｍ世代以降デバイスを考慮した場合、層間絶縁膜の誘電率が２．５未満の多孔質低誘電率膜がＲＣ（抵抗−容量）特性の観点から必要とされている。この要求は、本発明の半導体装置の製造方法およびその製造方法で形成される半導体装置によって満たすことができる。つまり、接続孔が形成される絶縁膜１５に多孔質低誘電率膜を用いたとしても、その膜が有する空孔による影響は絶縁膜パターン１７が防いでくれるため、配線溝２０の底面は粗面な状態とはならず、平滑な面が得られるからである。また、上記説明したように、配線溝２０の底面部のみに絶縁膜パターン１７が形成され、その膜厚もでき得る限り薄く形成することによって、絶縁膜パターン１７自体の容量増加を抑制している。この点から、配線間容量の上昇を最小限に抑えることが可能となっているという特徴を有する。上記特徴を有する本発明の半導体装置の製造方法および半導体装置では、その配線構造は、デバイスの高速化、デバイス信頼性の向上をもたらすものとなる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の半導体装置の製造方法および半導体装置は、多孔質な低誘電率膜を層間絶縁膜に用いた多層配線構造を有する各種半導体装置の製造方法および半導体装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の半導体装置の製造方法および半導体装置に係る第１実施例を示した製造工程断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の製造方法および半導体装置に係る第１実施例を示した製造工程断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法および半導体装置に係る第２実施例を示した製造工程断面図である。
【図４】本発明の半導体装置の製造方法および半導体装置に係る第２実施例を示した製造工程断面図である。
【図５】従来の半導体装置の製造方法に係る課題を示した概略構成断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１７…絶縁膜パターン、１８…配線層の絶縁膜、２０…配線溝
【図１】
2006073907.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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