(57)【要約】【課題】  ビアファースト方法を用いるデュアルダマシン配線の形成において、レジストポイズニング現象を抑制しトレンチ開口パターンを高精度に形成する。【解決手段】  上記デュアルダマシン配線の形成工程において、水素活性種は水素ガスあるいは水素ガスと希ガスの混合ガスから、窒素活性種は窒素ガスあるいは窒素ガスと希ガスの混合ガスから、それぞれに生成し、且つ、上記水素活性種と窒素活性種とは混合して使用しない。例えば、下層配線１１表面の防錆剤２は水素活性種３の照射のみにより除去する。また、下層配線１１表面に形成する絶縁性バリア層１２の成膜は、有機シラン４と窒素活性種を成膜の反応ガスとしてＳｉＣＮ膜を形成する。このようにすることにより、ＮＨ、ＮＨ２、ＮＨ３あるいはアミンから成る塩基性物質の生成量が大幅に低減し上記課題が達成される。【選択図】  図１
2006128542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成した層間絶縁膜にビアホールと配線用溝とを一体に設け前記ビアホールおよび配線用溝に導電体膜を埋め込んでデュアルダマシン配線を形成する電子デバイスの製造方法であって、
（ａ）基板上にＣｕ拡散防止膜となる絶縁性バリア層を形成する工程、
（ｂ）前記絶縁性バリア層上に該絶縁性バリア層とは異種の低誘電率膜を形成する工程、
（ｃ）前記絶縁性バリア層および前記低誘電率膜を前記層間絶縁膜とし、前記絶縁性バリア層に達するビアホールを前記層間絶縁膜に形成する工程、
（ｄ）前記ビアホールを埋め込む樹脂膜を成膜し前記ビアホール内に前記樹脂膜から成るダミープラグを形成する工程、
（ｅ）前記ダミープラグの上及び前記層間絶縁膜の上に配線用の開口部を有するレジストマスクを形成する工程、
（ｆ）前記レジストマスクをエッチングマスクとして前記層間絶縁膜に対してドライエッチングを行い、前記ビアホールと接続する前記配線用溝を形成する工程、を少なくとも有する前記デュアルダマシン配線の形成工程において、
水素活性種は、水素ガスあるいは水素ガスと希ガスの混合ガスから、そして窒素活性種は、窒素ガスあるいは窒素ガスと希ガスの混合ガスから、それぞれに生成して使用することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記水素活性種は、水素プラズマあるいは水素ラジカルであり、前記窒素活性種は窒素プラズマあるいは窒素ラジカルであることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記（ａ）工程において、前記絶縁性バリア層の形成前処理として、前記絶縁性バリア層が被覆するＣｕ系金属から成る下層配線表面の防錆剤に対して水素活性種を照射し、前記防錆剤を除去することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記（ａ）工程における前記絶縁性バリア層は、有機シランガスと窒素活性種とを反応ガスとした化学気相成長法あるいは原子層気相成長法により成膜することを特徴とする請求項１，２又は３に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記（ｄ）工程において、前記樹脂膜を成膜後に水素活性種を用いたエッチングを施し、前記ビアホール内のみに残存するダミープラグを形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記（ｆ）工程後、前記レジストマスクおよびダミープラグをアッシング除去し、引続いて前記ビアホール底部に露出する前記絶縁性バリア層をエッチング除去し、前記下層配線に接続しＣｕ拡散防止膜となる導電性バリア層を前記ビアホール内および前記配線用溝内に形成することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記導電性バリア層は、金属有機化合物と窒素活性種とを反応ガスとした化学気相成長法あるいは原子層気相成長法により成膜することを特徴とする請求項６に記載の電子デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記レジストマスクおよびダミープラグをアッシング除去は水素活性種を用いて行うことを特徴とする請求項６又は７に記載の電子デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイスの製造方法に係り、詳しくは、層間絶縁膜に設けた溝に配線材料膜を埋設するデュアルダマシン配線の形成に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高速化は著しく、多層配線部における配線抵抗と配線間の寄生容量に起因する信号伝搬速度の低下による伝送遅延が問題となってきている。こうした問題は、半導体デバイスの高集積化に伴う配線幅および配線間隔の微細化につれて配線抵抗が上昇し且つ寄生容量が増大するので、益々顕著となる傾向にある。そこで、配線抵抗および寄生容量の増大に基づく信号遅延を防止するために、従来のアルミニウム配線に代わる銅配線の導入が行われると共に、層間絶縁膜に低誘電率膜（以下、Ｌｏｗ−ｋ膜ともいう）を用いることが試みられてきた。ここで、低誘電率膜とは二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜の比誘電率３．９以下の絶縁膜のことである。
【０００３】
上記銅配線の形成方法として（シングル）ダマシン法によるものがある。これは、銅（Ｃｕ）がアルミニウム（Ａｌ）に比較してエッチングレートの制御が困難であることに鑑み、Ｃｕはエッチングせずに配線を形成する技術、すなわち層間絶縁膜に配線用溝（トレンチ）あるいは接続孔（ビアホール）をドライエッチングにより形成し、このトレンチあるいはビアホールにＣｕあるいはＣｕ合金を埋め込むダマシン配線（溝配線）技術である。
【０００４】
そして、上記トレンチとビアホールとが互いに連結した溝（デュアルダマシン配線用溝）を上記層間絶縁膜に設けた後、このトレンチおよびビアホールに配線材料膜を一体にして埋め込む、いわゆるデュアルダマシン配線技術は、特に精力的にその実用化に向けた種々の形成方法が行われている。このデュアルダマシン配線の形成方法は、上記デュアルダマシン配線用溝の形成方法の違いにより、ビアファースト方法、トレンチファースト方法、デュアルハードマスク方法に大別される。ここで、ビアファースト方法とトレンチファースト方法は共にレジストマスクを用いた層間絶縁膜のドライエッチングによりデュアルダマシン配線用溝を形成するものである。そして、ビアファースト方法では、初めにビアホールを形成した後でトレンチを形成し、トレンチファースト方法では、その逆でトレンチを形成後にビアホールを形成する。これに対して、上記デュアルハードマスク方法は、ハードマスクを用いた層間絶縁膜のドライエッチングにより一括してデュアルダマシン配線用溝を形成するものである。
【０００５】
上記デュアルダマシン配線技術の中で、上記ビアファースト方法は、他の方法に比べて次のような利点を有する。すなわち、フォトリソグラフィ工程およびドライエッチング工程においてシングルダマシン法との互換性が高く転用し易く、またダマシン配線間のリーク電流の低減が容易になる等である。このために、最近では、上記ビアファースト方法について幅広くその実用化に向けての検討がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
以下、上記ビアファースト方法について図６乃至８を参照して説明する。ここで、図６〜８は上記方法でデュアルダマシン配線を形成する場合の工程別素子断面図である。
【０００７】
先ず、図６（ａ）に示すように、銅配線から成る下層配線１１の上に、Ｃｕ拡散防止膜となる絶縁性バリア層として、例えば膜厚が２５ｎｍ程度の炭化窒化シリコン（ＳｉＣＮ）膜あるいは炭化シリコン（ＳｉＣ）膜で成るビアエッチストッパー層１２を成膜する。そして、この上に適度な膜厚の第１低誘電率膜１３、トレンチエッチストッパー層１４、第２低誘電率膜１５およびキャップ層１６を積層して形成する。ここで、第１低誘電率膜１３および第２低誘電率膜１５は、好ましくは比誘電率が３以下になるＬｏｗ−ｋ膜で構成される。Ｌｏｗ−ｋ膜は、例えば化学気相成長（ＣＶＤ；Chemical Vapor Deposition）法により成膜する炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ膜）、塗布法を用いて形成しその膜組成が例えば［ＣＨ3ＳｉＯ3/2］ｎとなるメチルシルセスキオキサン(ＭＳＱ：Methyl Silsesquioxane)膜等である。あるいは、比誘電率を２．５以下に低減させる場合には、例えば多孔質のＭＳＱ膜（ｐ−ＭＳＱ膜）のように多孔質化した絶縁膜が使用される。そして、トレンチエッチストッパー層１４は、少なくとも第２低誘電率膜１５およびビアエッチストッパー層１２とは異種の絶縁膜であって、ＳｉＣ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＯＣ膜あるいは窒化シリコン（ＳｉＮ）膜等が使用され、キャップ層１６にはＳｉＯ２膜等が用いられるが、このキャップ層１６は必須のものではない。このようにして、ビアエッチストッパー層１２、第１低誘電率膜１３、トレンチエッチストッパー層１４、第２低誘電率膜１５、キャップ層１６から成る多層絶縁膜構造の層間絶縁膜１７が形成される。
【０００８】
次に、フォトリソグラフィ技術により、キャップ層１６表面に第１反射防止膜１８とビア開口１９を有する第１レジストマスク２０とを形成し、図６（ｂ）に示すように、第１レジストマスク２０をドライエッチングのマスクにした反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、第１反射防止膜１８、キャップ層１６、第２低誘電率膜１５、トレンチエッチストッパー層１４、第１低誘電率膜１３を順次にドライエッチングしてこの多層絶縁膜を貫通させ、ビアエッチストッパー層１２表面に達するビアホール２１を形成する。ここで、ビアエッチストッパー層１２はエッチングしない。
【０００９】
次に、図６（ｃ）に示すように、第１レジストマスク２０および第１反射防止膜１８をアッシング除去し、化学薬液での洗浄処理を施して、層間絶縁膜１７のビアエッチストッパー層１２表面まで貫通したビアホール２１が形成される。
そして、図７（ａ）に示すように、スピン塗布法によりビアホール２１を埋設するように樹脂膜２２をキャップ層１６上に塗布形成し、１００〜２２５℃の温度で熱処理を施し樹脂膜２２をキュアーする。ここで、樹脂膜２２には例えばノボラック型フェノール樹脂等、熱硬化性を有し種々の組成物から成る有機ポリマーが用いられる。
【００１０】
次に、図７（ｂ）に示すように、キャップ層１６表面にある樹脂膜２２ａをエッチバックで除去し、ビアホール２１を充填するようにダミープラグ２３を形成する。このエッチバックは、酸素（Ｏ２）ガス、アンモニア（ＮＨ３）あるいはヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）を含む原料ガス（エッチング用ガス）をプラズマ励起したものをエッチングガスとしたドライエッチングにより行う。ここで、通常では上記エッチング用ガスにはＣＦ４、ＣＨＦ３等のフルオロカーボンガスあるいはアルゴン（Ａｒ）ガスが添加され混合される。しかし、上記樹脂膜２２が反射防止膜の機能を有する場合には、図７（ｂ）のエッチバック工程は省き、キャップ層１６上の樹脂膜２２ａを残すようにしてもよい。
【００１１】
次に、図７（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ技術により、キャップ層１６表面およびダミープラグ２３を被覆するように第２反射防止膜２４とトレンチ開口２５を有する第２レジストマスク２６とを形成する。そして、図８（ａ）に示すように、第２レジストマスク２６をドライエッチングのマスクにしたＲＩＥにより、第２反射防止膜２４、キャップ層１６、第２低誘電率膜１５を順次にドライエッチングする。ここで、ダミープラグ２３はビアエッチストッパー層１２を上記ＲＩＥから保護し、トレンチエッチストッパー層１４が第１低誘電率膜１３を上記ＲＩＥから保護する。このようにして、配線パターン状のトレンチ２７が形成される。
【００１２】
次に、第２レジストマスク２６、第２反射防止膜２４およびダミープラグ２３をアッシング除去し、キャップ層１６をハードマスクにしたドライエッチングにおいて、エッチング用ガスとしてフルオロカーボン系ガスを用いプラズマ励起してビアエッチストッパー層１２をドライエッチングし、下層配線１１表面に達するデュアルダマシン配線用溝２８を形成する。そして、露出した下層配線１１表面を酸化しない化学薬液を用いた洗浄処理を施し残渣物を除去する。
【００１３】
次に、図８（ｃ）に示すように、スパッタ法あるいは原子層気相成長（ＡＬＤ；Atomic Layer Deposition）法による窒化タンタル（ＴａＮ）等のバリアメタルの成膜およびＣｕシード形成、そしてＣｕメッキ成膜を行って配線材料膜を形成した後、化学機械研磨（ＣＭＰ；Chemical Mechanical Polishing）法によりキャップ層１６表面の不要部分の配線材料膜を研磨除去する。このようにして、上記デュアルダマシン配線用溝２８内に、下層配線１１に接続しＣｕ拡散防止膜となる導電性のバリア層２９と該バリア層２９に包装されたデュアルダマシン配線３０を形成する。
【特許文献１】特開２００４−２２１４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記ビアファースト方法を用いたデュアルダマシン配線の形成においては、上記第２レジストマスク２６にいわゆるレジストポイズニング現象が生じ易い。このために、図７（ｃ）に示したトレンチ開口２５の微細で高精度な形成が困難になるという問題が生じる。これについて図９を参照して以下に説明する。
【００１５】
フォトリソグラフィ工程において化学増幅型ポジレジストを用いて第２レジストマスク２６を形成するために、例えばＡｒＦエキシマレーザ露光用のフォトレジストに対して光を照射した後に現像を行うと、トレンチ開口２５領域のレジストが充分に溶解せず、その結果、図９（ａ）に示すように、現像不良が生じトレンチ開口２５ａの底部にレジスト残り（スカム）３１が発生する。このために、微細で高精度な配線パターン状のトレンチ開口の形成が難しくなる。
そして、その後、このようなスカム３１が生じた第２レジストマスク２６をエッチングマスクにして第２反射防止膜２４、キャップ層１６および第２低誘電率膜１５に対してドライエッチングを行うと、図９（ｂ）に示すように、トレンチエッチストッパー層１４表面に達しないトレンチ２７ａが第２低誘電率膜１５に形成されてしまう。また、トレンチ２７ａ内においてビアホール外周に沿ったクラウン状のフェンス３２が形成され易くなる。これ等のために、微細構造であって高品質のデュアルダマシン配線用溝およびそれに配線材料膜を埋め込んだデュアルダマシン配線の形成が難しくなる。
【００１６】
上記レジストポイズニング現象は、フォトリソグラフィ工程の、化学増幅型ポジ（あるいはネガ）レジストの塗布、プリベーク、露光あるいはポストエクスポージャーベーク（ＰＥＢ）工程において、アルカリ成分である塩基性物質が化学増幅型レジストの酸発生剤を失活させるためにより生じるものである。
【００１７】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、電子デバイスに製造においてビアファースト方法を用いて基板上にデュアルダマシン配線を形成する場合に、配線パターン状のトレンチ開口を有するレジストマスク形成時に生じ易いレジストポイズニング現象を抑制して微細で高精度なトレンチ開口部を形成し、微細構造であって高品質のデュアルダマシン配線用溝を形成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者は、上記図６乃至図８で説明したデュアルダマシン配線形成における各工程に対して詳細な検討を加え、上記形成工程において使用するアンモニア（ＮＨ３）ガスあるいはヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガスが、上記レジストポイズニング現象に大きく関与していることを見出した。そして、特に、図９（ａ）に示しているような、第１低誘電率膜１３、トレンチエッチストッパー層１４、第２低誘電率膜１５およびキャップ層１６から成る層間絶縁膜に設けられたビアホール２１に充填したダミープラグ２３を通って拡散する塩基性物質が、化学増幅型レジストの酸発生剤を失活させることを見出した。本発明は、これ等の新知見に基づいてなされている。
【００１９】
すなわち、上記課題を解決するために、電子デバイスの製造方法にかかる第１の発明は、基板上に形成した層間絶縁膜にビアホールと配線用溝とを一体に設け前記ビアホールおよび配線用溝に導電体膜を埋め込んでデュアルダマシン配線を形成する電子デバイスの製造方法であって、（ａ）基板上にＣｕ拡散防止膜となる絶縁性バリア層を形成する工程、（ｂ）前記絶縁性バリア層上に該絶縁性バリア層とは異種の低誘電率膜を形成する工程、（ｃ）前記絶縁性バリア層および前記低誘電率膜を前記層間絶縁膜とし、前記絶縁性バリア層に達するビアホールを前記層間絶縁膜に形成する工程、（ｄ）前記ビアホールを埋め込む樹脂膜を成膜し前記ビアホール内に前記樹脂膜から成るダミープラグを形成する工程、（ｅ）前記ダミープラグの上及び前記層間絶縁膜の上に配線用の開口部を有するレジストマスクを形成する工程、（ｆ）前記レジストマスクをエッチングマスクとして前記層間絶縁膜に対してドライエッチングを行い、前記ビアホールと接続する前記配線用溝を形成する工程、を少なくとも有する前記デュアルダマシン配線の形成工程において、水素活性種は水素ガスあるいは水素ガスと希ガスの混合ガスから、そして窒素活性種は窒素ガスあるいは窒素ガスと希ガスの混合ガスから、それぞれに生成して使用する構成になっている。
【００２０】
上記発明において、前記水素活性種は水素プラズマあるいは水素ラジカルであり、前記窒素活性種は窒素プラズマあるいは窒素ラジカルである。
【００２１】
上記（ａ）工程において、前記絶縁性バリア層の形成前処理として、前記絶縁性バリア層が被覆するＣｕ系金属から成る下層配線表面の防錆剤に対して水素活性種を照射して前記防錆剤を除去する。
【００２２】
上記（ａ）工程における前記絶縁性バリア層は、有機シランガスと窒素活性種とを反応ガスとした化学気相成長法あるいは原子層気相成長法により成膜することが好ましい。
【００２３】
上記（ｄ）工程において、前記樹脂膜を成膜後に水素活性種を用いたエッチングを施し、前記ビアホール内のみに残存する前記ダミープラグを形成すると好適である。
【００２４】
上記（ｆ）工程後、前記レジストマスクおよびダミープラグをアッシング除去し、引続いて前記ビアホール底部に露出する前記絶縁性バリア層をエッチング除去し、前記下層配線に接続しＣｕ拡散防止膜となる導電性バリア層を前記ビアホール内および前記配線用溝内に形成する。
【００２５】
前記導電性バリア層は、金属有機化合物と窒素活性種を反応ガスとした化学気相成長法あるいは原子層気相成長法により成膜すると好適である。
【００２６】
そして、前記レジストマスクおよびダミープラグのアッシング除去は水素活性種を用いて行うと好適である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の構成により、配線パターン状のトレンチ開口を有するレジストマスクの形成においてレジストポイズニングを抑制し、微細構造であって高品質のデュアルダマシン配線用溝およびそれに配線材料膜を埋め込んだデュアルダマシン配線が高い制御性の下に形成できるようになり、デュアルダマシン配線を備えた電子デバイスの製造歩留まりが大きく向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。上述したように第２レジストマスク２６の形成工程において生じるレジストポイズニング現象は、図６乃至図８で説明したデュアルダマシン配線の形成工程において使用するアンモニアあるいはヒドラジンのような化学物質に大きく関係している。以下、図６乃至図８で説明したデュアルダマシン配線形成において好適となる主要な工程について抜き出して詳細に説明する。
【００２９】
（下層配線表面の防錆剤除去）
図１（ａ）に示すように、電子デバイスである半導体装置の製造工程において、下地絶縁膜１上にダマシン配線技術により形成したＣｕから成る下層配線１１表面には、防錆剤２が形成される。これは、Ｃｕ材が非常に酸化され易く、上記製造ライン中の空気中酸素による下層配線１１表面の酸化防止のために必須である。ここで、防錆剤２は、通常では酸素を含有しない有機溶剤であり、例えばベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）の塗布により形成される。しかし、この防錆剤２は、次工程（絶縁性バリア層の形成）の前処理として除去する必要がある。
そこで、この防錆剤除去は、図１（ｂ）に示すように水素活性種３を上記防錆剤２に照射することで行う。水素活性種は、水素（Ｈ２）が励起状態にあるもので水素原子イオン（プロトン）、水素分子イオンあるいは中性の水素ラジカルであり、水素ガスあるいはその希ガス（Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ等）との混合ガスの高周波（ＲＦ）によるプラズマ励起、ヘリコン波プラズマ励起、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プラズマ励起、μ波プラズマ励起、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）プラズマ励起等の方法、更には光励起の方法により生成できる。そして、水素ラジカルの生成は、いわゆる水素ガスのリモートプラズマ生成装置あるいはμ波ダウンストリーム型のプラズマ装置を用いて行うと好適である。
上記水素プラズマあるいは水素ラジカルから成る水素活性種３の照射により、上記下層配線１１表面の防錆剤２と、Ｃｕ埋め込みのされていない下地絶縁膜１表面に塗布形成された防錆剤とが完全に除去される。
【００３０】
上記水素活性種による防錆剤除去の効果について図２，３の断面ＳＥＭ写真を参照して説明する。ここで、図２は、Ｈ２とＨｅの混合ガスをμ波でプラズマ励起して生成した水素プラズマにより防錆剤除去した場合である。この防錆剤除去では、基板温度３５０℃、プラズマ生成室内のガス圧力１００Ｐａ、混合ガスの水素濃度５ｖｏｌ．％にそれぞれ設定した。そして、図３は、比較例でありＮＨ３ガスを上記μ波プラズマ励起して生成したアンモニアプラズマにより防錆剤除去した場合である。図２，３に示す構造において、他の形成工程は同一にしている。すなわち、図６〜図７で説明した工程において、ビアエッチストッパー層１２をＳｉＣＮ膜で形成し、第１低誘電率膜１３および第２低誘電率膜１５を低誘電率膜のAuroraULK（商品名）で形成し、トレンチエッチストッパー層１４をＳｉＣ膜で形成し、キャップ層１６をＳｉＯ２膜で形成して層間絶縁膜１７とし、ビアエッチストッパー層１２を除く上記層間絶縁膜１７にビアホール２１を形成した。そして、第２反射防止膜２４機能を有する樹脂膜２２を塗布形成し、図７（ｂ）のエッチバック工程および第２反射防止膜２４の形成を省き、図７（ｃ）の工程において、化学増幅型ポジレジストに対して同一条件で露光・現像を行い、第２レジストマスク２６を形成した。
【００３１】
図２と図３とも上記図７（ｃ）の工程後の断面図であり、同じものに同一符号を付している。両者の場合ともトレンチ開口２５の底部にスカム３１が発生しているが、このスカム３１は図３の場合の方が図２の場合よりも多く発生している。この結果から、図１で説明した防錆剤２の除去には、アンモニアプラズマよりも水素活性種を用いる方が、レジストポイズニングを抑制するうえで好適になることが判る。
【００３２】
（絶縁性バリア層の形成）
上記図１（ｂ）において水素活性種の照射により防錆剤除去を行った後、図１（ｃ）に示すようにＣｕに対して絶縁性バリア層であるビアエッチストッパー層１２を下層配線１１上に形成する。ここで、ビアエッチストッパー層１２は以下のようにして成膜するＳｉＣＮ膜により形成する。基板温度は３００℃程度にし、図１（ｃ）に示すように、例えばヘキサメチルジシラン（（ＣＨ３）６Ｓｉ２）、テトラエチルシラン（Ｃ２Ｈ５）４Ｓｉのような有機シランガス４と窒素活性種５を下層配線１１表面に照射することで、ＳｉＣＮ膜で成るビアエッチストッパー層１２を成膜する。ここで、窒素活性種とは窒素イオン、窒素分子イオンあるいは中性の窒素ラジカルのことである。このＳｉＣＮ膜の成膜では、上記反応ガスを用いたＣＶＤ法あるいはＡＬＤ法を用いると好適である。特に、上記有機シランをプリカーサとし窒素ガスをプラズマ励起して窒素プラズマを照射するＰＥＡＬＤ法が効果的である。この方法により成膜したＳｉＣＮ膜の膜厚は１０ｎｍ以下であっても充分なＣｕ拡散防止機能を有する。上述したように、ＳｉＣ膜も絶縁性バリア層として機能するが、ＳｉＣＮ膜の方がその機能は高くなり好適である。ここで、上記窒素活性種は、上述した水素活性種の生成の場合と同様に、窒素（Ｎ２）あるいはその希ガス（Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ等）との混合ガスのプラズマ励起、光励起等により容易に生成できる。
【００３３】
上記絶縁性バリア層の形成の効果について、図２を比較例とし図４を参照して説明する。ここで、図２および図３では、絶縁性バリア層のＳｉＣＮ膜の成膜は、反応ガスとして通常に使用されるところの有機シランとアンモニアプラズマを用いたＣＶＤ法により行っている。そして、図４のＳＥＭ写真に示す構造は、図２および図３で説明したのと全く同様であり、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
図４に示すように、図２の比較例に示したスカム３１との差は歴然としており、トレンチ開口２５の底部にはスカムはほとんど発生していない。このように、絶縁性バリア層の形成において、アンモニアあるいはアンモニアプラズマよりも窒素活性種を反応ガスとして用いる方が、レジストポイズニングを抑制するうえで好適になることが判る。なお、上述した図２と図３の場合の比較では、両方の場合ともに上記ＳｉＣＮ膜の成膜においてアンモニアガスを用いているために、その差が小さく現れたものである。
【００３４】
上記ＳｉＣＮ膜は、絶縁性バリア層として機能するエッチストッパー層１２以外にも、例えばトレンチエッチバリア層１４にも適用できる。この場合にも同様にして、成膜のための反応ガスにはアンモニアあるいはアンモニアプラズマを使用しないで窒素活性種を用いる。
【００３５】
（樹脂膜から成るダミープラグの形成）
図５に示すように、図７（ｂ）の樹脂膜２２のエッチバック工程において、水素活性種７を上記樹脂膜２２に照射し、キャップ層１６上にある樹脂膜２２ａをエッチング除去することで、ビアホール２１内にダミープラグ２３を形成すると好適である。ここで、水素活性種は、水素ガスあるいはその希ガスとの混合ガスの高周波（ＲＦ）によるプラズマ励起、ヘリコン波プラズマ励起、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プラズマ励起、μ波プラズマ励起、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）プラズマ励起等の方法、更には光励起の方法により生成される。
この水素活性種をエッチングガスとした樹脂膜２２のエッチバックにより、上述した第２レジストマスク２６の形成時に生じるレジストポイズニング現象は抑制されるようになる。これに対して、従来の場合のように、Ｈ２とＮ２の混合ガスのプラズマ、アンモニアガスあるいはヒドラジンガスのプラズマをエッチングガスとして樹脂膜２２をエッチバックすると上記レジストポイズニング現象が現れてくる。
【００３６】
（導電性バリア層の形成）
図８に示したように、層間絶縁膜１７に形成したデュアルダマシン配線用溝２８内へのＣｕの埋め込みにはＴａＮ膜のような導電性の金属窒化物が多用される。従来の技術では、ＴａＮ膜をスパッタ法で成膜する場合には、スパッタ装置にアンモニアガスを導入した反応性スパッタ法が用いられている。あるいは、ＡＬＤ法により成膜する場合には、プリカーサとして有機タンタルとアンモニアを使用する。これに対して、本発明の実施形態では、上記反応性スパッタ法においてはアンモニアの代わりに窒素を導入し窒素プラズマにする。あるいは、上記ＡＬＤ成膜においては、アンモニアの代わりに窒素プラズマあるいは窒素ラジカルから成る窒素活性種を用いると好適である。この導電性バリア層としては、ＴａＮ膜の他に、ＷＮ膜、ＷＳｉＮ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜等の金属窒化膜を用いてもよい。この場合も、上記窒素ガスあるいは窒素活性種を使用する。このようにすることで、デュアルダマシン配線３０の上層に上記ビアファースト方法を用いて２層目のデュアルダマシン配線を形成する場合において、化学増幅型ポジレジストのレジストポイズニングが抑制される。
【００３７】
その他に、本実施の形態においては、第１レジストマスク２０および第２レジストマスク２６のアッシング除去において、水素活性種を用いるとよい。また、上記アッシング後の化学薬液による洗浄においては、従来から使用する有機アミンを含むレジスト剥離液を使用しないようにすることが好ましい。そして、ビアホール２１を形成するための層間絶縁膜１７のドライエッチングにおいて、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のエッチング用のガスには、Ｈ２とＮ２の混合ガス、アンモニアあるいはヒドラジンを使用しないことが好ましい。また、例えばＳｉＮ膜の成膜においても、例えば触媒ＣＶＤあるいはＡＬＤの反応ガスには窒素活性種を用いるようにするとよい。
【００３８】
そして、低誘電率膜である第１低誘電率膜１３および第２低誘電率膜１５としては、上述したところのＳｉＯＣ膜、ＭＳＱ膜、AuroraULK（商品名）の他に、シロキサン骨格を有する他の絶縁膜あるいは有機高分子を主骨格とした絶縁膜、あるいはそれらを多孔質化した絶縁膜が、従来の成膜方法により形成して用いることができる。なお、上記シロキサン骨格を有する絶縁膜には、シルセスキオキサン類の絶縁膜であるＳｉ−ＣＨ３結合、Ｓｉ−Ｈ結合、Ｓｉ−Ｆ結合のうち少なくとも１つの結合を含むシリカ膜があり、有機高分子を主骨格とした絶縁膜には、有機ポリマーで成るＳｉＬＫ（登録商標）がある。そして、シルセスキオキサン類の絶縁膜としてよく知られた絶縁材料には、ハイドロゲンシルセスキオキサン（ＨＳＱ：Hydrogen Silsesquioxane)、メチレーテッドハイドロゲンシルセスキオキサン（ＭＨＳＱ：Methylated Hydrogen Silsesquioxane）等があり、更にＣＶＤ法により成膜するＳｉＯＣＨ膜も同様に使用することができる。
【００３９】
また、図６（ｂ）の工程におけるビアホール２１を形成するための層間絶縁膜１７のＲＩＥでは、エッチング用のガスは、第１反射防止膜１８、キャップ層１６およびトレンチエッチストッパー層１４のドライエッチングでは、例えばＣＦ４／Ａｒ／Ｎ２のフルオロカーボン系ガスを用い、第２低誘電率膜１５および第１低誘電率膜１３のドレイエッチングでは例えばＣ４Ｆ８／Ａｒ／Ｎ２のフルオロカーボン系ガスを用いるとよい。その他に、上記エッチング用ガスとしては、一般式がＣｘＨｙＦｚの化学式（ｘ、ｙ、ｚは、ｘ≧１、ｙ≧０、ｚ≧１を満たす整数）で表されるフルオロカーボンガスからなる群より選択された少なくとも一種の原料ガスを用いることができる。このようなフルオロカーボン系ガスは、図８（ａ）の工程におけるトレンチ２７を形成する場合にも同様に使用できる。
【００４０】
また、図８（ｂ）の工程でのキャップ層１６をハードマスクにしたドライエッチングにおいて、エッチング用ガスとしてＣＨＦ3／Ａｒ／Ｎ２混合ガス、ＣＦ4／Ａｒ／Ｎ２混合ガスなどが好適である。そして、このエッチング用ガスをプラズマ励起してビアエッチストッパー層１２をドライエッチングし、下層配線１１表面に達するデュアルダマシン配線用溝２８を形成する。
【００４１】
また、樹脂膜２２としては、塩基性物質を出さないあるいは塩基性物質をトラップするような熱硬化性の有機ポリマーを用いることが好適になる。上記樹脂膜２２には例えば日産化学工業（株）社製のＮＣＡ２１３１（商品名）を使用することができる。
【００４２】
上記実施の形態においては、デュアルダマシン配線の形成工程において、水素と窒素の混合ガス、アンモニア、ヒドラジンのような反応ガスあるいはその励起したガスの替わりに、窒素ガス、水素ガスあるいは、窒素ガス、水素ガスをそれぞれにプラズマ励起等で励起して生成した水素活性種、窒素活性種を別々に用いるようにする。このようにすることで、ビアファースト方法を用いたデュアルダマシン配線の形成工程において、トレンチ開口２５を有する第２レジストマスク２６の形成で生じる化学増幅型ポジレジストのいわゆるレジストポイズニングは抑制され、レジスト残りであるスカムの生じないトレンチ開口２５が高い再現性の下に安定的に形成できるようになる。
【００４３】
従来の技術で、上記デュアルダマシン配線の形成工程において、水素と窒素の混合ガスのプラズマ励起、アンモニアガス、ヒドラジンガスあるいはそれ等のプラズマ励起から、塩基であるＮＨ、ＮＨ２、ＮＨ３が多量に生成され、これ等の塩基あるいはこれ等のアルキル基と結合したアミンが塩基性物質として上記配線形成の材料膜中に取り込まれ、これ等の塩基性物質が主にダミープラグ２３を通って上方に拡散し、第２レジストマスク２６形成におけるフォトリソグラフィ工程の化学増幅型ポジレジストの塗布、プリベーク、露光あるいはポストエクスポージャーベーク（ＰＥＢ）工程において、化学増幅型ポジレジストの酸発生剤を失活させていたものと思われる。これに対して、上記の実施の形態では、水素と窒素とを同時にプラズマ励起等して使用することがないので、特に、上記塩基であるＮＨ、ＮＨ２が発生することはなく塩基性物質の生成量が大幅に低減し、レジストポイズニング現象が抑制されたものと思われる。
【００４４】
このようにして、本実施の形態では、レジストポイズニングの問題が解消されてデュアルダマシン配線の寸法の更なる微細化が容易になり、半導体デバイス動作の高速化が促進される。また、配線パターン状の細長いトレンチ２５が安定的に形成できるようになり、そのプロセス余裕度が非常に高くなって半導体デバイスの製造歩留まりが向上し、デュアルダマシン配線構造体を有する半導体装置の製造コストが低減するようになる。
【００４５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。
【００４６】
例えば、本発明は、トレンチ開口を有するレジストマスクの形成において化学増幅型ポジレジストの替わりに化学増幅型ネガレジストを使用する場合にも同様に適用できる。
【００４７】
また、上記ビアホールあるいはトレンチにＣｕあるいはＣｕ合金を埋め込む代わりに他の導電体膜を埋め込んだダマシン配線を形成してもよい。ここで、導電体膜としてＷ膜等の高融点金属膜あるいは金（Ａｕ）膜を用いてもよい。
【００４８】
また、上記実施の形態では、配線間の層間絶縁膜としてＬｏｗ−ｋ膜を用いる場合について主に説明しているが、本発明はこのような絶縁膜に限定されるものではなく、層間絶縁膜がシリコン酸化膜、シリコン窒化膜あるいはシリコン酸窒化膜等の絶縁膜で形成される場合にも全く同様に適用できるものである。
【００４９】
そして、本発明は、シリコン半導体基板、化合物半導体基板等の半導体基板上にデュアルダマシン配線を形成する場合に限定されるものではない。その他に、表示デバイスを形成する液晶表示基板、プラズマディスプレイ基板上にデュアルダマシン配線を形成する場合にも同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態にかかるデュアルダマシン配線の好適な形成工程を示す工程別素子断面図である。
【図２】本発明の実施の形態で奏する効果を説明するための断面ＳＥＭ写真である。
【図３】本発明の実施の形態で奏する効果を説明するための断面ＳＥＭ写真である。
【図４】本発明の実施の形態で奏する効果を説明するための断面ＳＥＭ写真である。
【図５】本発明の実施の形態にかかるデュアルダマシン配線の好適な一形成工程を示す素子断面図である。
【図６】デュアルダマシン配線の形成工程を説明するための工程別素子断面図である。
【図７】図６の続きの工程別素子断面図である。
【図８】図７の続きの工程別素子断面図である。
【図９】従来の技術における課題を説明するための素子断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  下地絶縁膜
２  防錆剤
３，７  水素活性種
４  有機シラン
５  窒素活性種
１１  下層配線
１２  ビアエッチストッパー層
１３  第１低誘電率膜
１４  トレンチエッチストッパー層
１５  第２低誘電率膜
１６  キャップ層
１７  層間絶縁膜
１８  第１反射防止膜
１９  ビア開口
２０  第１レジストマスク
２１  ビアホール
２２，２２ａ  樹脂膜
２３  ダミープラグ
２４  第２反射防止膜
２５，２５ａ  トレンチ開口
２６  第２レジストマスク
２７，２７ａ  トレンチ
２８  デュアルダマシン配線用溝
２９  バリア層
３０  デュアルダマシン配線
３１  レジスト残り（スカム）
３２  フェンス
【図１】
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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２】
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【図３】
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【図４】
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