(57)【要約】【課題】  積層金属配線の信頼性を保ちつつ層間絶縁膜の埋め込みが容易な集積回路配線を実現する半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】  下地のバリア膜１１は例えばＴｉ／ＴｉＮ積層膜であり、接続領域ＣＯＮ及び絶縁層ＩＮＬ上に形成されている。主配線部材１２上に、Ａｌのストレスマイグレーション対策としてキャップ膜１３が形成されている。キャップ膜１３は、例えばＴｉＮ膜で、Ａｌのストレスマイグレーション対策、フォトリソグラフィ工程における反射防止対策として設けられる。キャップ膜１３は、少なくとも中央付近が高く側部に向かうほど低くなるテーパー側面１３２を有する。ハードマスク等、配線の実効的なアスペクト比をより大きくするような堆積物も無く、配線間はより上部が広い形態となる。【選択図】  図１
2006261185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続領域及び絶縁層上に形成された第１導電部材と、
前記第１導電部材上に形成された主配線部材と、
前記主配線部材上に形成され上部配線形状として少なくとも中央付近が高く側部に向かうほど低くなるテーパー側面を有する第２導電部材と、
を含む半導体装置。
【請求項２】
前記主配線部材はアルミニウムを主成分とし、前記第１導電部材は少なくとも前記主配線部材の前記接続領域または前記絶縁層とのバリア金属膜を含み、前記第２導電部材は少なくとも前記主配線部材のマイグレーション防止用金属膜を含む請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
第１導電部材及び第２導電部材は、窒化チタンを含む請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１導電部材は、中央付近が高く側部に向かうほど低くなる形状を有する請求項１〜３いずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２導電部材上方まで全域を覆う次層の絶縁層と、前記次層の絶縁層を貫通して形成された前記第２導電部材の少なくともテーパー側面への接続領域と、をさらに含む請求項１〜４いずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項６】
接続領域及び絶縁層上に形成され、中央付近が厚く側部に向かうほど薄く形成された第１導電部材と、
前記第１導電部材の厚い部分が中央領域に、前記第１導電部材の薄い部分が両側部になるように形成され、前記第１導電部材の形状を反映して中央領域が両側部に比べて高さのある主配線部材と、
前記主配線部材上に形成され少なくとも前記主配線部材の幅以下の頂部と頂部から傾斜したテーパー側面を有する第２導電部材と、
を含む半導体装置。
【請求項７】
前記主配線部材はアルミニウムを主成分とし、前記第１導電部材は少なくとも窒化チタンを含むバリア膜、前記第２導電部材は少なくとも窒化チタンを含むキャップ膜であって、少なくとも前記キャップ膜が前記主配線部材との密着下部から上部に向かって先細り形状を呈している請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
半導体集積回路配線を構成する半導体装置の製造方法において、
接続領域及び絶縁層上に下地のバリア膜を形成する工程と、
前記バリア膜上にアルミニウムを主成分とする主配線部材を形成する工程と、
前記主配線部材上をキャップ膜で覆う工程と、
前記キャップ膜上に形成したマスクパターンに従って前記キャップ膜及び主配線部材及びバリア膜を異方性エッチングする工程と、
前記キャップ膜を縁部から優先的にエッチングし、前記主配線部材との密着下部から上部に向かって先細り形状を現出する非反応性イオンエッチング工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記異方性エッチングする工程の終了時では、前記絶縁層は前記バリア膜の残膜で覆われた状態にあり、前記非反応性イオンエッチング工程において前記絶縁層を露出させ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】
半導体集積回路配線を構成する半導体装置の製造方法において、
接続領域及び絶縁層上に下地のバリア膜を形成する工程と、
前記バリア膜に関し、その厚さが配線形成予定領域中央付近で大きく側部に向かうほど小さくなるように加工する工程と、
前記バリア膜上にアルミニウムを主成分とする主配線部材を形成する工程と、
前記主配線部材上をキャップ膜で覆う工程と、
前記キャップ膜上に形成した前記配線形成予定領域に対応するマスクパターンに従って前記キャップ膜及び主配線部材及びバリア膜を異方性エッチングし、中央付近が高く側部に向かうほど高さが低くなる配線形状を現出する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記バリア膜に関する加工は、所定のマスクパターンを形成し、前記マスクパターンに従ったウェットエッチングまたはドライエッチングにより達成する請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記キャップ膜に関し、縁部から優先的にエッチングし、前記主配線部材との密着下部から上部に向かって先細り形状を現出する物理的エッチング工程をさらに含む請求項１０または１１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、半導体デバイスの多層の金属配線技術に適用される半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ａｌを主成分とし、ＣｕやＳｉ等を含有するＡｌ合金配線は、下地のバリア膜として例えばＴｉ／ＴｉＮ積層膜（またはＴｉＮ単層膜）を設ける。また、Ａｌ合金配線上部はストレスマイグレーション対策、また反射防止膜としても機能するキャップ膜、例えばＴｉ／ＴｉＮ積層膜（またはＴｉやＴｉＮの単層膜）を設ける。Ａｌ合金配線のパターニングには異方性エッチング工程が不可欠である。例えば、バリア膜、Ａｌ合金配線及びキャップ膜の積層上にフォトリソグラフィ技術を用いてマスクを形成し、ＣＦ４等のエッチングガスを利用して反応性イオンエッチングが実施される。
【０００３】
高集積及び微細化と共に配線の狭ピッチ化が進むと、層間絶縁膜の形成において配線間への埋め込みが困難になる。これにより、配線間に絶縁膜中の空洞、いわゆるボイドが発生し易い。また、層間絶縁膜の埋め込み性能の向上のためにプラズマＣＶＤ（化学気相成長）時のバイアスパワーを高めにとっている。バイアスパワーの高パワー化は、主成分Ａｌの熱的ストレスを大きくし、ストレスマイグレーションによるメタルボイド発生の原因となる。
【０００４】
従来、上記フォトリソグラフィ技術を用いたマスク形成に、酸化膜マスクを利用する。この酸化膜マスクに従って積層アルミ配線をエッチング形成する。その後、アルゴンガスのスパッタエッチングによって酸化膜マスクの角を落として丸めるという技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。積層アルミ配線上部の酸化膜マスクが丸められることにより、配線間における層間膜の埋め込みを改善する。
【特許文献１】特開２０００−３１２７７号公報（図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術では、積層アルミ配線上に酸化膜マスクが形成された状態で層間膜が埋め込まれることになる。このため、配線形成後の配線高さに酸化膜マスクの厚さ分が加わる。これにより、配線の実効的なアスペクト比が大きくなり、層間絶縁膜の埋め込みに対して不利に働く。
【０００６】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、積層金属配線の信頼性を保ちつつ層間絶縁膜の埋め込みが容易な集積回路配線を実現する半導体装置及びその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体装置は、接続領域及び絶縁層上に形成された第１導電部材と、前記第１導電部材上に形成された主配線部材と、前記主配線部材上に形成され上部配線形状として少なくとも中央付近が高く側部に向かうほど低くなるテーパー側面を有する第２導電部材と、を含む。
【０００８】
上記本発明に係る半導体装置によれば、主配線部材上の第２導電部材は、上部配線形状として少なくとも中央付近が高く側部に向かうほど低くなるテーパー側面を有する。これにより、次層の層間絶縁膜の埋め込み性能は向上する。また、上層への配線接続もテーパー側面が利用されることになる。
【０００９】
なお、上記本発明に係る半導体装置において、次のいずれかの特徴を有して半導体集積回路配線の信頼性向上、形状の安定化に寄与する。
前記主配線部材はアルミニウムを主成分とし、前記第１導電部材は少なくとも前記主配線部材の前記接続領域または前記絶縁層とのバリア金属膜を含み、前記第２導電部材は少なくとも前記主配線部材のマイグレーション防止用金属膜を含むことを特徴とする。
第１導電部材及び第２導電部材は、窒化チタンを含むことを特徴とする。
前記第１導電部材は、中央付近が高く側部に向かうほど低くなる形状を有することを特徴とする。
前記第２導電部材上方まで全域を覆う次層の絶縁層と、前記次層の絶縁層を貫通して形成された前記第２導電部材の少なくともテーパー側面への接続領域と、をさらに含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る半導体装置は、接続領域及び絶縁層上に形成され、中央付近が厚く側部に向かうほど薄く形成された第１導電部材と、前記第１導電部材の厚い部分が中央領域に、前記第１導電部材の薄い部分が両側部になるように形成され、前記第１導電部材の形状を反映して中央領域が両側部に比べて高さのある主配線部材と、前記主配線部材上に形成され少なくとも前記主配線部材の幅以下の頂部と頂部から傾斜したテーパー側面を有する第２導電部材と、を含む。
【００１１】
上記本発明に係る半導体装置によれば、第１導電部材の形状は、上に積層される主配線部材及び第２導電部材の形状に影響を与える。第１導電部材として、中央付近が厚く側部に向かうほど薄い形状を用いる。これにより、主配線部材の形状を中央領域が高いものとし、その上の第２導電部材も中央領域が高い形状を反映させている。これにより、次層の層間絶縁膜の埋め込み性能は向上する。また、上層への配線接続もテーパー側面が利用されることになる。
【００１２】
また、上記本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記主配線部材はアルミニウムを主成分とし、前記第１導電部材は少なくとも窒化チタンを含むバリア膜、前記第２導電部材は少なくとも窒化チタンを含むキャップ膜であって、少なくとも前記キャップ膜が前記主配線部材との密着下部から上部に向かって先細り形状を呈していることを特徴とする。これにより、半導体集積回路配線の信頼性向上、形状の安定化に寄与する。
【００１３】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体集積回路配線を構成する半導体装置の製造方法において、接続領域及び絶縁層上に下地のバリア膜を形成する工程と、前記バリア膜上にアルミニウムを主成分とする主配線部材を形成する工程と、前記主配線部材上をキャップ膜で覆う工程と、前記キャップ膜上に形成したマスクパターンに従って前記キャップ膜及び主配線部材及びバリア膜を異方性エッチングする工程と、前記キャップ膜を縁部から優先的にエッチングし、前記主配線部材との密着下部から上部に向かって先細り形状を現出する非反応性イオンエッチング工程と、を含む。
【００１４】
上記本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、異方性エッチングによる配線のパターニング後、非反応性イオンエッチング工程によって、キャップ膜を縁部から優先的にエッチングし、主配線部材との密着下部から上部に向かって先細り形状を現出する。これにより、層間絶縁膜の埋め込み性能を向上させることができる。
【００１５】
また、上記本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記異方性エッチングする工程の終了時では、前記絶縁層は前記バリア膜の残膜で覆われた状態にあり、前記非反応性イオンエッチング工程において前記絶縁層を露出させることを特徴とする。信頼性向上に寄与する。
【００１６】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体集積回路配線を構成する半導体装置の製造方法において、接続領域及び絶縁層上に下地のバリア膜を形成する工程と、前記バリア膜に関し、その厚さが配線形成予定領域中央付近で大きく側部に向かうほど小さくなるように加工する工程と、前記バリア膜上にアルミニウムを主成分とする主配線部材を形成する工程と、前記主配線部材上をキャップ膜で覆う工程と、前記キャップ膜上に形成した前記配線形成予定領域に対応するマスクパターンに従って前記キャップ膜及び主配線部材及びバリア膜を異方性エッチングし、中央付近が高く側部に向かうほど高さが低くなる配線形状を現出する工程と、を含む。
【００１７】
上記本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、バリア膜の加工形状は、その後に積層される主配線部材及びキャップ膜の形状に影響を与える。バリア膜として、配線形成予定領域の中央付近の厚さを大きく、側部に向かうほど厚さを小さく加工する。これにより、主配線部材の形状は、配線形成予定の中央領域が高いものとなり、その上の第２導電部材も高い領域の形状を反映させている。これにより、次層の層間絶縁膜の埋め込み性能は向上する。
【００１８】
なお、上記本発明に係る半導体装置において、次のいずれかの特徴を有して半導体集積回路配線の形状の安定化ひいては信頼性向上に寄与する。
前記バリア膜に関する加工は、所定のマスクパターンを形成し、前記マスクパターンに従ったウェットエッチングにより達成することを特徴とする。
前記キャップ膜に関し、縁部から優先的にエッチングし、前記主配線部材との密着下部から上部に向かって先細り形状を現出する物理的エッチング工程をさらに含む。キャップ膜をさらに加工することにより、次層の層間絶縁膜の埋め込みがいっそう容易な配線形状を実現する。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の要部を示す断面図であり、半導体集積回路配線の一部（ＭＬ１０１、ＭＬｌ０２）である。下地のバリア膜１１は、接続領域ＣＯＮ及び絶縁層ＩＮＬ上に形成されている。絶縁層ＩＮＬは、例えば図示しない下層の導電領域との層間絶縁膜である。破線の接続領域ＣＯＮは、例えば図示しない下層の導電領域とつながるＷ等のプラグ金属である。バリア膜１１は、ここではＴｉ／ＴｉＮ積層膜が用いられている。バリア膜１１上に主配線部材１２が形成されている。主配線部材１２は、Ａｌを主成分とし、例えばＣｕを１％未満（例えば０．５％）含有させたＡｌ−Ｃｕ構造としている。
【００２０】
上記主配線部材１２上に、キャップ膜１３が形成されている。キャップ膜１３は、例えばＴｉＮ膜で、Ａｌのストレスマイグレーション対策、フォトリソグラフィ工程における反射防止対策として設けられる。キャップ膜１３は、少なくとも中央付近が高く側部に向かうほど低くなるテーパー側面１３２を有する。さらに好ましくは、キャップ膜１３は、主配線部材１２の幅以下の頂部１３１を有し、傾斜して主配線部材１２側部に近付くテーパー側面１３２を有する。次層の層間絶縁膜２０は、集積回路配線ＭＬ１０１、Ｍ１０２を覆うように形成されている。
【００２１】
上記実施形態の構成によれば、上記のような集積回路配線ＭＬ１０１、Ｍｌ０２は、キャップ膜１３として、頂部１３１及びテーパー側面１３２を有する。従って、全体的な形態として、集積回路配線ＭＬ１０１とＭＬｌ０２の間はより上部の方が広くなる。これにより、次層の層間絶縁膜２０の埋め込み性能が優れ、ボイドは抑制される。また、このような形状であるため、層間絶縁膜２０を形成する際のプラズマＣＶＤ時のバイアスパワーは従来に比べ低く抑えることができる。これにより、主配線部材１２のＡｌの熱的ストレスを低減し、ストレスマイグレーションによるメタルボイド発生が抑制される。これにより、積層金属配線の信頼性を保ちつつ層間絶縁膜の、ボイドがより低減された埋め込みが可能となる。
【００２２】
なお、上記実施形態の構成において、主配線部材１２は、主成分のＡｌにＣｕの他、さらにＳｉ等を含有する構成も考えられる。また、バリア膜１１は、ＴｉＮ単層膜を用いることも考えられる。その他、キャップ膜１３は、例えばＴｉ／ＴｉＮの積層膜を用いることも考えられる。
【００２３】
図２、図３は、それぞれ本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図であり、前記第１実施形態の構成を実現する方法を順に示している。第１実施形態と同様の箇所には図１と同一の符号を付して説明する。
図２に示すように、接続領域ＣＯＮ及び絶縁層ＩＮＬ上に下地のバリア膜１１を形成する。絶縁層ＩＮＬは、例えば図示しない下層の導電領域との層間絶縁膜である。破線の接続領域ＣＯＮは、例えば図示しない下層の導電領域とつながるＷ等のプラグ金属である。バリア膜１１は、ここではスパッタ法によってＴｉ／ＴｉＮ積層膜を形成する。例えば、Ｔｉ膜は１０ｎｍ程度、ＴｉＮ膜は２０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲の所定厚さとなるよう形成する。その後、バリア膜１１上に主配線部材１２を形成する。主配線部材１２は、Ａｌを主成分としたＡｌ−Ｃｕ構造とし、スパッタ法により形成する。主配線部材１２の厚さは様々であるが、３００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の所定厚さが設定される。次に、スパッタ法によって主配線部材１２をキャップ膜１３で覆う。キャップ膜１３は、例えば所定厚さのＴｉＮ膜で、６０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲の厚さを有する。キャップ膜１３は、従来の厚さＴ１より３０％〜５０％厚く形成する（Ｔ１＋Ｔ２）。
【００２４】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて所定領域に図示しないマスクパターンを形成し、マスクパターンに従って、キャップ膜１３、主配線部材１２及びバリア膜１１を異方性エッチングする。このエッチングは例えば塩素系ガスを用い、異方性の強い反応性イオンエッチング工程を経る。主配線部材１２のコロージョン対策処理として酸素や水素、メチルアルコール等を含有する混合ガスを用いたエッチング処理も考えられる。なお、上記マスクパターンはレジストパターンに限らず、ハードマスクパターンを用いてもよい。反応性イオンエッチング工程終了時には、キャップ膜１３が露出していることが望ましい。また、エッチングに晒された部分のバリア膜１１は、残膜として薄く被覆された状態になっている。あるいは、エッチングに晒された部分のバリア膜１１は除去された直後で、絶縁層ＩＮＬが露出された状態になっていてもよい。
【００２５】
次に、図３に示すように、キャップ膜１３をエッチングするために、非反応性イオンエッチング工程を実施する。Ａｒ等不活性イオンを利用した物理的なスパッタエッチングである。物理的エッチングの特性上、キャップ膜１３を縁部が優先的にエッチングされていく。これにより、キャップ膜１３は主配線部材１２との密着下部から上部に向かって先細り形状を現出する。また、バリア膜１１のエッチング終点から十数〜数十％ほどオーバーエッチングの状態になり、配線短絡の防止に寄与する。
【００２６】
次に、高密度プラズマＣＶＤ法を利用して、層間絶縁膜２０（またはその一部）を堆積していく。キャップ膜１３は、主配線部材１２の幅以下の頂部１３１を有し、傾斜して主配線部材１２側部に近付くテーパー側面１３２を有する。これにより、層間絶縁膜２０は、比較的低バイアスでもボイドの抑制された良好な埋め込みが達成される。その後、エッチバック、またはＣＭＰ（化学的機械的研磨）技術を用いて層間絶縁膜２０を平坦化すれば、図１のような構成が得られる。
【００２７】
上記実施形態の方法によれば、主配線部材１２上のキャップ膜１３は、非反応性イオンエッチング工程を経ることによって、縁部から優先的にエッチングされる。これにより、キャップ膜１３は主配線部材１２との密着下部から上部に向かって先細り形状を現出する。このような形態により、比較的低バイアスでも層間絶縁膜２０は容易に埋め込まれる。従って、主配線部材１２のＡｌの熱ストレス低減によるマイグレーション抑制（メタルボイド防止）、及び層間絶縁膜２０の埋め込み性能向上によるボイド抑制が同時に達成できる。
【００２８】
図４は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の要部を示す断面図であり、半導体集積回路配線の一部（ＭＬ３０１、ＭＬ３０２）である。下地のバリア膜３１は、接続領域ＣＯＮ及び絶縁層ＩＮＬ上に形成されている。絶縁層ＩＮＬは、例えば図示しない下層の導電領域との層間絶縁膜である。破線の接続領域ＣＯＮは、例えば図示しない下層の導電領域とつながるＷ等のプラグ金属である。
【００２９】
バリア膜３１は、ここではＴｉ／ＴｉＮ積層膜が用いられている。バリア膜３１は、中央付近３１１が厚く（高く）側部３１２に向かうほど薄い（低い）。このような形状のバリア膜３１上に主配線部材３２が形成されている。主配線部材３２は、Ａｌを主成分とし、例えばＣｕを１％未満（例えば０．５％）含有させたＡｌ−Ｃｕ構造としている。主配線部材３２は、バリア膜３１の薄い部分が両側部になるように形成され、バリア膜３１の形状を反映し、両側部に比べて高さのある中央領域を有する。
【００３０】
上記主配線部材３２上に、キャップ膜３３が形成されている。キャップ膜３３は、例えばＴｉＮ膜で、Ａｌのストレスマイグレーション対策、フォトリソグラフィ工程における反射防止対策として設けられる。キャップ膜３３は、主配線部材３２の形状を反映し、少なくとも主配線部材３２の幅以下の頂部３３１を有し、頂部３３１から傾斜したテーパー側面３３２を有する。次層の層間絶縁膜４０は、集積回路配線ＭＬ３０１、ＭＬ３０２を覆うように形成されている。
【００３１】
上記実施形態の構成によれば、上記のような半導体集積回路配線ＭＬ３０１、Ｍ３０２は、前記第１実施形態と同様に、頂部３３１及びテーパー側面３３２を有するキャップ膜３３が設けられる。従って、全体的な形態として、集積回路配線ＭＬ３０１とＭ３０２の間はより上部の方が広くなる。これにより、次層の層間絶縁膜４０の埋め込み性能が優れ、ボイドは抑制される。また、このような形状であるため、層間絶縁膜４０を形成する際のプラズマＣＶＤ時のバイアスパワーは従来に比べ低く抑えることができる。これにより、主配線部材３２のＡｌの熱的ストレスを低減し、ストレスマイグレーションによるメタルボイド発生が抑制される。これにより、積層金属配線の信頼性を保ちつつボイドを低減させる層間絶縁膜の埋め込みが可能になる。
【００３２】
なお、上記実施形態の構成において、主配線部材３２は、主成分のＡｌにＣｕの他、さらにＳｉ等を含有する構成も考えられる。また、バリア膜３１は、ＴｉＮ単層膜を用いることも考えられる。その他、キャップ膜３３は、例えばＴｉ／ＴｉＮの積層膜を用いることも考えられる。
【００３３】
図５〜図７は、それぞれ本発明の第４実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図であり、前記第３実施形態の構成を実現する方法を順に示している。第３実施形態と同様の箇所には図４と同一の符号を付して説明する。
図５に示すように、接続領域ＣＯＮ及び絶縁層ＩＮＬ上に下地のバリア膜３１を形成する。絶縁層ＩＮＬは、例えば図示しない下層の導電領域との層間絶縁膜である。破線の接続領域ＣＯＮは、例えば図示しない下層の導電領域とつながるＷ等のプラグ金属である。バリア膜３１は、ここではスパッタ法によってＴｉ／ＴｉＮ積層膜を形成する。例えば、Ｔｉ膜は１０ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の所定厚さ、ＴｉＮ膜は３０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲の所定厚さとなるよう形成する（破線）。バリア膜３１は、従来の厚さより２０％〜３０％厚さを増すことが好ましい。
【００３４】
その後、フォトリソグラフィ技術を用いて配線形成予定領域にマスクパターンＭＰ１を形成する。マスクパターンＭＰに従って、等方的なエッチングを施す。例えばフッ酸を利用したウェットエッチングで達成する。ウェットエッチング後にドライエッチングを加えても良好なメサ形状が現出される。その他、等方性を強めたプラズマエッチング等、ドライエッチングで達成することも考えられる。これにより、バリア膜３１は、その厚さが配線形成予定領域中央付近３１１で大きく側部３１２に向かうほど小さくなるように加工される。
【００３５】
次に、図６に示すように、バリア膜３１上に主配線部材３２を形成する。主配線部材３２は、Ａｌを主成分としたＡｌ−Ｃｕ構造とし、スパッタ法により形成する。主配線部材３２の厚さは様々であるが、３００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の所定厚さが設定される。次に、スパッタ法によって主配線部材３２をキャップ膜３３で覆う。キャップ膜３３は、例えば所定厚さのＴｉＮ膜で、３０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲の所定厚さを有する。主配線部材３２、キャップ膜３３の各積層は、バリア膜３１の形状を反映し、配線形成予定領域中央付近の高さが大きくなる。
【００３６】
次に、図７に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて所定領域に図示しないマスクパターンを形成し、マスクパターンに従って、キャップ膜３３、主配線部材３２及びバリア膜３１を異方性エッチングする。このエッチングは例えば塩素系ガスを用い、異方性の強い反応性イオンエッチング工程を経る。主配線部材３２のコロージョン対策処理として酸素や水素、メチルアルコール等を含有する混合ガスを用いたエッチング処理も考えられる。なお、上記マスクパターンはレジストパターンに限らず、ハードマスクパターンを用いてもよい。反応性イオンエッチング工程終了時には、キャップ膜３３が露出している。また、エッチングに晒された部分のバリア膜３１は除去され、若干のオーバーエッチングを伴い絶縁層ＩＮＬが露出された状態になっている。
【００３７】
次に、高密度プラズマＣＶＤ法を利用して、層間絶縁膜４０（またはその一部）を堆積していく。キャップ膜３３は、主配線部材３２の幅以下の頂部３３１を有し、頂部３３１から傾斜したテーパー側面３３２を現出する。これにより、層間絶縁膜４０は、比較的低バイアスでもボイドの抑制された良好な埋め込みが達成される。その後、エッチバック、またはＣＭＰ（化学的機械的研磨）技術を用いて層間絶縁膜４０を平坦化すれば、図４のような構成が得られる。
【００３８】
上記実施形態の方法によれば、バリア膜３１の加工形状は、その後に積層される主配線部材３２及びキャップ膜３３の形状に影響を与える。バリア膜３１として、配線形成予定領域の中央付近の厚さを大きく、側部に向かうほど厚さを小さく加工する。これにより、主配線部材３２の形状は、配線形成予定の中央領域が高いものとなり、その上のキャップ膜３３も高い領域の形状を反映させている。このような形態により、比較的低バイアスでも層間絶縁膜４０は容易に埋め込まれる。従って、主配線部材３２のＡｌの熱ストレス低減によるマイグレーション抑制（メタルボイド防止）、及び層間絶縁膜４０の埋め込み性能向上によるボイド抑制が同時に達成できる。
【００３９】
図８は、前記第３、第４実施形態に係る変形例を示す要部の断面図である。同一の符号を付して説明する。前記図７における反応性イオンエッチング工程で、前記第２実施形態の図２と同様に、エッチングに晒された部分のバリア膜３１を薄く残存させる（図示せず）。あるいは、エッチングに晒された部分のバリア膜３１は除去された直後で、絶縁層ＩＮＬが露出された状態になっていてもよい。次に、キャップ膜３３をエッチングするために、非反応性イオンエッチング工程を実施する。Ａｒ等不活性イオンを利用した物理的なスパッタエッチングである。物理的エッチングの特性上、キャップ膜３３を縁部が優先的にエッチングされていく。これにより、キャップ膜３３は主配線部材３２との密着下部から上部に向かって先細り形状が強まる。また、バリア膜３１のエッチング終点から十数〜数十％ほどオーバーエッチングの状態になる。
このような形態によっても、層間絶縁膜は比較的低バイアスで容易に埋め込み可能である。従って、主配線部材３２のＡｌの熱ストレス低減によるマイグレーション抑制（メタルボイド防止）、及び層間絶縁膜の埋め込み性能向上によるボイド抑制が同時に達成できる。
【００４０】
図９（ａ），（ｂ）は、それぞれ従来の配線構造と本発明の配線構造との比較を示す断面図である。図９（ａ）に示す配線構造としては、テーパー側部を持たない集積回路配線ＭＬ４０１を示す。図９（ｂ）に示す本発明の配線構造としては、第３、第４実施形態に係る構成（集積回路配線ＭＬ３０１）を用いた。
層間絶縁膜４０上に集積回路配線ＭＬ４０１，ＭＬ３０１へのビア開孔部（ボーダレスビア）ＶＩＡ１，ＶＩＡ２を形成する。両者ともに合わせずれを起こした状態を示している。ＶＩＡ１，ＶＩＡ２の内壁は、タングステンプラグが用いられる際のバリアメタルＢＭ１，ＢＭ２で被覆する必要がある。バリアメタルはＴｉＮ膜等であり、スパッタ法により形成される。このとき、図９（ａ）より図９（ｂ）に示す本発明の配線構造の方が、ボトムカバレッジの向上が期待できる。すなわち、キャップ膜３３は、主配線部材３２の形状を反映し、頂部３３１から傾斜したテーパー側面３３２を有する。これにより、テーパー側面３３２へのバリアメタルＢＭ２の付き回りが良好となり、ボトムカバレッジも向上する。よって、タングステンプラグの形成時に主配線部材３２のＡｌとスパッタガスが接触することはなく、高抵抗部が形成されるなどの不都合は避けられる。
【００４１】
以上説明したように本発明によれば、主配線部材上のキャップ膜のエッチング加工、または、バリア膜のエッチング加工により、上部配線形状として少なくとも中央付近が高く側部に向かうほど低くなるテーパー側面を有する集積回路配線を構成することができる。ハードマスク等、配線の実効的なアスペクト比をより大きくするような堆積物も無く、配線間はより上部が広い形態となる。このため、層間絶縁膜を形成する際のプラズマＣＶＤ時のバイアスパワーは従来に比べ低く抑えつつ、層間絶縁膜の埋め込み性能を向上させることができる。これにより、主配線部材のＡｌの熱的ストレスを低減し、ストレスマイグレーションによるメタルボイド発生が抑制されると共に、ボイドを低減させる層間絶縁膜の埋め込みが可能になる。この結果、積層金属配線の信頼性を保ちつつ層間絶縁膜の埋め込みが容易な集積回路配線を実現する半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の要部を示す断面図。
【図２】第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す第１断面図。
【図３】図２に続く第２断面図。
【図４】第３実施形態に係る半導体装置の要部を示す断面図。
【図５】第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す第１断面図。
【図６】図５に続く第２断面図。
【図７】図６に続く第３断面図。
【図８】第３、第４実施形態に係る変形例を示す要部の断面図。
【図９】従来の配線構造と本発明の配線構造との比較を示す各断面図。
【符号の説明】
【００４３】
１１，３１…バリア膜、１２，３２…主配線部材、１３，３３…キャップ膜、１３１，３３１…頂部、１３２，３３２…テーパー側面、２０，４０…層間絶縁膜、ＣＯＮ…接続領域、ＩＮＬ…絶縁層、ＭＰ…マスクパターン、ＭＬ１０１，ＭＬ１０２，ＭＬ３０１，ＭＬ３０２，ＭＬ４０１…集積回路配線、ＶＩＡ１，ＶＩＡ２…ビア開孔部。
【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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