(57)【要約】【課題】Ｃｕの拡散から生じるリーク電流の発生を低減し、オーバーハングを抑制することを目的とする。【解決手段】半導体基板（図示せず）上に形成された下層配線１０１に絶縁性バリア膜１０２及び層間絶縁膜１０３を順次形成する。次に、層間絶縁膜１０３を除去して絶縁性バリア膜１０２に到達するビア１０４及びビア１０４に到達するトレンチ１０５を形成する。次に、層間絶縁膜１０３の露出している部分に改質層２００を形成した後、改質層２００を除去し、丸み１０５ｂ、丸み１０５ａ及び丸み１０４ａを形成する。次に、ビア１０４の底面の絶縁性バリア膜１０２を除去する。次に、ビア１０４及びトレンチ１０５にバリアメタル膜１０６を堆積し、リスパッタを行う。次に、バリアメタル膜１０６上にＣｕ膜１０７を堆積し、Ｃｕ膜１０７及びバリアメタル膜１０６を研磨してビアプラグ１０８及び上層配線１０９を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜に形成されたトレンチに埋め込まれた配線とを有する半導体装置において、
前記トレンチの底部の角に丸みを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体基板上に形成された下層配線と、前記下層配線上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜に形成されたビアに埋め込まれたビアプラグと、前記絶縁膜に形成されたトレンチに埋め込まれた上層配線とを有する半導体装置において、
前記トレンチの底部の角に丸みを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記ビアの肩部に丸みを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置において、
前記絶縁膜は、絶縁性バリア膜と、前記絶縁性バリア膜の上に形成された層間絶縁膜とからなることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置において、
前記層間絶縁膜は、ＳｉＯＣ膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体装置において、
前記トレンチの底部の角の丸みの曲率は７．７×Ｅ７[１／ｍ]以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
半導体基板上に絶縁膜を形成する工程（ａ）と、
前記絶縁膜にトレンチを形成する工程（ｂ）と、
前記工程（ｂ）の後に、前記絶縁膜の表面に改質層を形成する工程（ｍ）と、
前記改質層を除去する工程（ｎ）と、
前記工程（ｎ）の後に、前記トレンチを覆うようにバリアメタル膜を堆積する工程（ｃ）と、
前記工程（ｃ）の後に、前記トレンチを埋めるようにＣｕ膜を堆積する工程（ｄ）とを有することを特徴とする半導体装置の形成方法。
【請求項８】
半導体基板上に下層配線を形成する工程（ａ）と、
前記下層配線上に絶縁膜を形成する工程（ｂ）と、
前記絶縁膜にビアを形成する工程（ｃ）と、
前記絶縁膜に前記ビアに接続するトレンチを形成する工程（ｄ）と、
前記工程（ｄ）の後に、前記絶縁膜の表面に改質層を形成する工程（ｍ）と、
前記改質層を除去する工程（ｎ）と、
前記工程（ｎ）の後に、前記ビア及び前記トレンチを覆うようにバリアメタル膜を堆積する工程（ｅ）と、
前記工程（ｅ）の後に前記ビア及び前記トレンチを埋め込むようにＣｕ膜を堆積する工程（ｆ）とを有することを特徴とする半導体装置の形成方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の半導体装置の形成方法において、
前記工程（ｍ）は、イオン照射又はプラズマ照射を用いることを特徴とする半導体装置の形成方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体装置の形成方法において、
前記イオン照射は、Ａｒガスを用いることを特徴とする半導体装置の形成方法。  
【請求項１１】
請求項９に記載の半導体装置の形成方法において、
前記プラズマ照射はＯ、Ｎ又はＨのいずれかを含む原子又は分子を発生させるガスを用いることを特徴とする半導体装置の形成方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の半導体装置の形成方法において、
前記Ｏ、Ｎ又はＨのいずれかを含む原子又は分子は、Ｏ2又はＮＨ3であることを特徴とする半導体装置の形成方法。
【請求項１３】
請求項８〜１２のいずれか一つに記載の半導体装置の形成方法において、
前記工程（ｂ）は、前記下層配線上に絶縁性バリア膜を形成する工程（ｂ１）と、  
前記絶縁性バリア膜上に層間絶縁膜を形成する工程（ｂ２）を有することを特徴とする半導体装置の形成方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の半導体装置の形成方法において、前記層間絶縁膜は、ＳｉＯＣ膜であることを特徴とする半導体装置の形成方法。
【請求項１５】
請求項７〜１４のいずれか一つに記載の半導体装置の形成方法において、
前記工程（ｎ）は、希弗酸又は緩衝弗酸の薬液を用いたウエットエッチング処理を行うことを特徴とする半導体装置の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダマシン法により形成された配線を有する半導体装置及びその形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の高集積化とチップサイズの縮小化に伴い、配線の微細化及び多層化が進められている。配線ピッチが狭小化することにより、配線の抵抗及び配線間容量の増加によるＲＣ遅延が無視できない状況になってきている。このため、半導体集積回路の微細化を進める上で、配線に生じる電気寄生抵抗を低減することが必要とされている。配線の電気寄生抵抗を低減するためには、配線材料の比抵抗又は層間絶縁膜の比誘電率を低減させることが必要である。
【０００３】
ゲート長０．１３μｍデバイスの配線については、配線材の比抵抗を低減させるために、アルミニウム（Ａｌ）配線から銅（Ｃｕ）配線へ変更されてきた。Ｃｕ配線を採用することによって、配線の比抵抗は従来の２／３程度まで低減された。
【０００４】
しかしながら、Ｃｕ配線においては、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）をはじめとする絶縁膜中へのＣｕ原子の拡散が速いため、Ｃｕ原子がトランジスタ中へ侵入してトランジスタの破壊を引き起こしていた。Ｃｕ原子が配線間へ拡散して配線間に予期せぬ架橋構造が形成された場合には、配線間における絶縁耐圧が劣化する等の現象が発生するため、配線用のＣｕ膜の周囲にＣｕ原子の拡散を防止するバリア膜を設ける必要があった。現在、配線用Ｃｕ膜の周辺を覆うために、Ｃｕ配線の底面及び側面には、一般に、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）又は窒化チタン（ＴｉＮ）等からなる導電性バリア膜（以下、バリアメタル膜とする）が用いられている。
【０００５】
なお、Ｃｕ配線を採用する場合、Ａｌ配線と比べてエッチング加工により形成することは困難であるため、ダマシン法によるＣｕ配線形成が行なわれている。すなわち、堆積した層間絶縁膜に配線パターンを持つ溝を形成した後、その溝の壁面をバリアメタル膜によって覆い、その後、電解メッキ法によって溝にＣｕ膜を埋め込み、その後、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学的機械研磨）法によってバリアメタル膜及びＣｕ膜を研磨して平坦化し、Ｃｕ配線を完成する（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
以下、従来のダマシン法により形成された配線を有する半導体装置について説明する。
【０００７】
図６は、従来のダマシン法により形成された配線を有する半導体装置を示す断面図である。従来のダマシン法により形成された配線を有する半導体装置は、図６に示すように、半導体基板（図示せず）上に形成された下層配線１と、下層配線１上に形成された絶縁膜２と、絶縁膜２に形成された下層配線１に接続するビア３と、絶縁膜２の上部に形成されたビア３に接続するトレンチ４と、ビア３及びトレンチ４を覆うように形成されたバリアメタル膜５と、バリアメタル膜５の上からビア３及びトレンチ４を埋め込むように形成されたＣｕ膜６とを有している。ここで、ビア３内のバリアメタル膜５及びＣｕ膜６はビアプラグ７を形成し、トレンチ４内のバリアメタル膜５及びＣｕ膜６は上層配線８を形成している。
【特許文献１】特開平７−１３０６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のダマシン法により形成された配線を有する半導体装置では以下のような問題が発生する。従来のダマシン法により形成された配線を有する半導体装置は、配線パターンの微細化に伴い、ビア側面上部及びトレンチ側面上部でバリアメタル膜やＣｕシード層がオーバーハングする。すなわち、ビア側面上部及びトレンチ側面上部では、バリアメタル膜が厚くなり、ビア側面下部及びトレンチ側面下部では、バリアメタル膜が薄くなる。このため、図７に示すように、電解めっきによるＣｕ膜６の埋め込みが困難となり、ビア３の内部にボイド等の埋め込み不良が発生する。また、ビア側面下部においてバリアメタル膜のステップカバレッジ（被覆性）が低下する。そのため、バリアメタル膜を堆積した後に、ビアの底面に堆積されたバリアメタル膜表面から原子を叩き出しビアの側面に再蒸着するリスパッタが行われている。しかしながら、図８に示すように、リスパッタの際に、ビア３底面のバリアメタル膜５のみならず、トレンチ４底面のバリアメタル膜５も剥れてしまい、特にトレンチ４底面の角Ａにおいては、バリアメタル膜５が完全に除去されてしまう。これにより、Ｃｕ膜６のＣｕ原子が角Ａから絶縁膜２中に拡散するために、リーク電流等が発生する問題が生じている。
【０００９】
本発明は、トレンチ底面の特に角Ａにおけるバリアメタル膜のステップカバレッジを向上させてＣｕの拡散を抑制し、且つ、オーバーハングを抑えることでボイドの発生を抑制することを可能とする半導体装置及びその形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る半導体装置は、半導体基板上に形成された絶縁膜と、絶縁膜に形成されたトレンチに埋め込まれた配線とを有する半導体装置において、トレンチの底部の角に丸みを有する。
【００１１】
これにより、トレンチ底面の特に角におけるバリアメタル膜のステップカバレッジを向上させることができるので、Ｃｕの拡散を抑制することができる。
【００１２】
また、本発明に係る半導体装置は、半導体基板上に形成された下層配線と、下層配線上に形成された絶縁膜と、絶縁膜に形成されたビアに埋め込まれたビアプラグと、絶縁膜に形成されたトレンチに埋め込まれた上層配線とを有する半導体装置において、トレンチの底部の角に丸みを有する。
【００１３】
これにより、トレンチ底面の特に角におけるバリアメタル膜のステップカバレッジを向上させることができるので、Ｃｕの拡散を抑制することができる。
【００１４】
また、本発明に係る半導体装置は、ビアの肩部に丸みを有する。
【００１５】
これにより、ビア側面上部のオーバーハングを抑えることができ、ボイドの発生を抑制することができる。
【００１６】
また、本発明に係る半導体装置は、絶縁膜は、絶縁性バリア膜と、絶縁性バリア膜の上に形成された層間絶縁膜とからなる。
【００１７】
また、本発明に係る半導体装置は、層間絶縁膜は、ＳｉＯＣ膜である。
【００１８】
また、トレンチの底部の角の丸みの曲率は、ｋ＝７．７×Ｅ７[１／ｍ]以下である。
【００１９】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程（ａ）と、絶縁膜にトレンチを形成する工程（ｂ）と、工程（ｂ）の後に、絶縁膜の表面に改質層を形成する工程（ｍ）と、改質層を除去する工程（ｎ）と、工程（ｎ）の後に、トレンチを覆うようにバリアメタル膜を堆積する工程（ｃ）と、工程（ｃ）の後に、トレンチを埋めるようにＣｕ膜を堆積する工程（ｄ）とを有する。
【００２０】
これにより、トレンチ底面の特に角におけるバリアメタル膜のステップカバレッジを向上させてＣｕの拡散を抑制することができる。また、トレンチ側面上部のオーバーハングを抑えることでボイドの発生を抑制することができる。
【００２１】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に下層配線を形成する工程（ａ）と、下層配線上に絶縁膜を形成する工程（ｂ）と、絶縁膜にビアを形成する工程（ｃ）と、絶縁膜にビアに接続するトレンチを形成する工程（ｄ）と、工程（ｄ）の後に、絶縁膜の表面に改質層を形成する工程（ｍ）と、改質層を除去する工程（ｎ）と、工程（ｎ）の後に、ビア及びトレンチを覆うようにバリアメタル膜を堆積する工程（ｅ）と、工程（ｅ）の後にビア及びトレンチを埋め込むようにＣｕ膜を堆積する工程（ｆ）とを有する。
【００２２】
これにより、トレンチ底面の特に角におけるバリアメタル膜のステップカバレッジを向上させてＣｕの拡散を抑制することができる。また、ビア側面上部及びトレンチ側面上部のオーバーハングを抑えることでボイドの発生を抑制することができる。
【００２３】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、工程（ｍ）は、イオン照射又はプラズマ照射を用いる。
【００２４】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、イオン照射は、Ａｒガスを用いる。
【００２５】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、プラズマ照射はＯ、Ｎ又はＨのいずれかを含む原子又は分子を発生させるガスを用いる。
【００２６】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、Ｏ、Ｎ又はＨのいずれかを含む原子又は分子は、Ｏ2又はＮＨ3である。
【００２７】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、工程（ｂ）は、下層配線上に絶縁性バリア膜を形成する工程（ｂ１）と、絶縁性バリア膜上に層間絶縁膜を形成する工程（ｂ２）を有する。
【００２８】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、層間絶縁膜は、ＳｉＯＣ膜である。
【００２９】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、工程（ｎ）は、希弗酸又は緩衝弗酸の薬液を用いたウエットエッチング処理を行う。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、トレンチ底面の特に角におけるバリアメタル膜のステップカバレッジを向上させて、Ｃｕの拡散を抑えてリーク電流の発生を低減することができ、また、オーバーハングを抑え、ボイドの発生を抑制することができるため、ダマシン法による埋め込み配線の信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る半導体装置について説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置は、半導体基板（図示せず）上に形成された下層配線１０１と、下層配線１０１上に形成された絶縁性バリア膜１０２と、絶縁性バリア膜１０２上に形成された層間絶縁膜１０３と、肩部に丸み１０４ａを有し下層配線１０１に接続するビア１０４と、底面の角Ａに丸み１０５ｂを有しビア１０４に接続するトレンチ１０５と、ビア１０４及びトレンチ１０５を覆うように形成されたバリアメタル膜１０６と、ビア１０４及びトレンチ１０５を埋め込むように形成されたＣｕ膜１０７とを有している。ここで、ビア１０４内のバリアメタル膜１０６及びＣｕ膜１０７はビアプラグ１０８を形成し、トレンチ１０５内のバリアメタル膜１０６及びＣｕ膜１０７は上層配線１０９を形成している。また、ビア１０４の肩部の丸み１０４ａ及びトレンチ１０５の底面の角Ａの丸み１０５ｂの曲率は、ｋ＝７．７×Ｅ７[１／ｍ]以下である。
【００３２】
本発明によれば、トレンチ１０５が底面の角Ａに丸み１０５ｂを有するため、トレンチ１０５底面の特に角Ａにおけるバリアメタル膜１０６のステップカバレッジを向上させることができる。これにより、バリアメタル膜１０６の剥れのない信頼性の高い半導体装置を提供することができる。また、バリアメタル膜１０６のオーバーハングの抑制された良好な埋め込み配線を有する半導体装置を提供することができる。
【００３３】
なお、第１の実施形態に係る半導体装置においてはデュアルダマシン構造を示したが、シングルダマシン構造を用いることできる。
【００３４】
（第１の実施形態に係る第１の半導体装置の形成方法）
以下、本発明の第１の実施形態に係る第１の半導体装置の形成方法を説明する。図２（ａ）〜図３（ｅ）は、本発明の第１の実施形態に係る第１の半導体装置の形成方法の各工程を示す断面図である。
【００３５】
まず、図２（ａ）に示すように、トランジスタ等の素子が形成された半導体基板（図示せず）上に下層配線１０１を形成する。次に、ＣＶＤ法により、下層配線１０１の上に絶縁性バリア膜１０２を形成する。ここで、絶縁性バリア膜１０２としては、ＳｉＣを用いる。その後、ＣＶＤ法により、絶縁性バリア膜１０２上に層間絶縁膜１０３を形成する。ここで、層間絶縁膜１０３としては、炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ膜）を用いる。
【００３６】
次に、図２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、層間絶縁膜１０３上にビアパターンを有するフォトマスク（図示せず）を堆積する。続いて、ドライエッチング法により、このフォトマスクを用いてドライエッチングを行い、層間絶縁膜１０３を除去して、絶縁性バリア膜１０２に接続するビア１０４を形成する。その後、アッシングにより、このフォトマスクを除去する。
【００３７】
次に、図２（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、層間絶縁膜１０３上にトレンチパターンを有するフォトマスク（図示せず）を堆積する。続いて、ドライエッチング法により、このフォトマスクを用いてドライエッチングを行い、層間絶縁膜１０３を除去して、ビア１０４に接続するトレンチ１０５を形成する。その後、アッシングにより、このフォトマスクを除去する。
【００３８】
次に、図２（ｄ）に示すように、イオン照射により、層間絶縁膜１０３の露出している部分、すなわち層間絶縁膜１０３の上面、トレンチ１０５の側面及び底面、及び、ビア１０４の側面に改質処理を行う。ここで、イオン照射はＲＦバイアスや圧力の設定により制御し、深さ５ｎｍ程度行う。また、イオン照射は、アルゴン（Ａｒ）ガスを用いる。このとき、ＳｉＯＣ膜中においてＳｉ−Ｏの結合力よりもＳｉ−Ｃの結合力の方が弱いため、Ａｒイオン照射により層間絶縁膜１０３から炭素（Ｃ）が脱離し、層間絶縁膜１０３の表面にＳｉＯXの改質層２００が形成される。
【００３９】
次に、図２（ｅ）に示すように、ウエットエッチング法により、層間絶縁膜１０３の上面、トレンチ１０５の側面及び底面、及び、ビア１０４の側面の特に、トレンチ１０５の底面の角Ａ、トレンチ１０５の肩部、及びビア１０４の肩部の部分の改質層２００を除去し、トレンチ１０５の底面の角Ａの丸み１０５ｂ、トレンチ１０５の肩部の丸み１０５ａ及びビア１０４の肩部の丸み１０４ａを形成する。ここで、丸み１０５ｂ、丸み１０５ａ及び丸み１０４ａの曲率は、ｋ＝７．７×Ｅ７［１／ｍ］以下である。また、ウエットエッチングは、希弗酸又は緩衝弗酸の薬液を用いる。このとき、一般に、ＳｉＯX膜はＳｉＯＣ膜に比べてエッチング速度が高いため、ＳｉＯX膜のみが選択的に除去される。
【００４０】
次に、図３（ａ）に示すように、ドライエッチングにより、ビア１０４の底面の絶縁性バリア膜１０２を除去する。
【００４１】
次に、図３（ｂ）に示すように、スパッタ法により、ビア１０４及びトレンチ１０５を覆うようにバリアメタル膜１０６を堆積する。ここで、バリアメタル膜１０６としては、タンタル（Ｔａ）及び窒化タンタル（ＴａＮ）を用いる。このとき、バリアメタル膜１０６はビア１０４の開口部でオーバーハングしており、バリアメタル膜１０６の膜厚は、ビア１０４の側面の上部においては厚くなるが、ビア１０４の側面の下部においては薄くなっている。
【００４２】
次に、図３（ｃ）に示すように、リスパッタにより、ビア１０４の底面のバリアメタル膜１０６表面から原子を叩き出し、ビア１０４の側面の下部のバリアメタル膜１０４が薄くなっている部分に再蒸着する。
【００４３】
次に、図３（ｄ）に示すように、金属めっき法により、バリアメタル膜１０６の上からビア１０４及びトレンチ１０５を埋めるようにＣｕ膜１０７を堆積する。
【００４４】
次に、図３（ｅ）に示すように、ＣＭＰ法により、トレンチ１０５からはみ出したＣｕ膜１０７及びバリアメタル膜１０６を研磨し、トレンチ１０５以外の部分に層間絶縁膜１０３を露出させ、トレンチ１０５及びビア１０４内にＣｕ膜１０７及びバリアメタル膜１０６を残して、ビアプラグ１０８及び上層配線１０９を形成する。
【００４５】
第１の実施形態に係る第１の半導体装置の形成方法によれば、トレンチ１０５の底面の角Ａに丸み１０５ｂを有するため、図３（ｂ）に示すバリアメタル膜１０６の堆積工程において、トレンチ１０５底面の特に角Ａにおけるバリアメタル膜１０６のステップカバレッジを向上させることができる。これにより、図３（ｃ）に示すリスパッタ工程において、ビア１０４の底面のバリアメタル膜１０６を剥がす一方、トレンチ１０５の底面のバリアメタル膜１０６を残すことができる。したがって、Ｃｕ拡散を抑制することができ、リーク電流の発生を低減することができる。また、第１の実施形態に係る第１の半導体装置の形成方法によれば、ビア１０４の肩部に丸み１０４ａを有し、トレンチ１０５の肩部に丸み１０５ａを有するため、ビア１０４の肩部及びトレンチ１０５の肩部において層間絶縁膜１０３の出っ張りがなくなり、図３（ｂ）に示すバリアメタル膜１０６の堆積工程において、オーバーハングを抑制することができる。これにより、図３（ｄ）に示すＣｕ膜１０７の埋め込み工程において、ボイドの発生を低減することができ、電界めっきによるＣｕ膜１０７の良好な埋め込みを行うことができる。
【００４６】
なお、第１の実施形態に係る第１の半導体装置の形成方法においてはデュアルダマシン構造を示したが、シングルダマシン構造を用いることもできる。また、第１の実施形態に係る第１の半導体装置の形成方法では、改質処理としてイオン照射を用いたが、プラズマ照射を用いても良い。この場合、プラズマ照射は例えば酸素（Ｏ2）、アンモニア（ＮＨ3）のような酸素原子（Ｏ）、窒素原子（Ｎ）、水素原子（Ｈ）のいずれかを含む原子又は分子を発生させるガスを用いる。このプラズマ照射により、ＳｉＯＣ中のＣが上記のＯ、Ｎ又はＨのいずれかを含む原子又は分子と反応するため、一酸化炭素（ＣＯ）や二酸化炭素（ＣＯ2）又はシアン化水素（ＨＣＮ）や窒化炭素（ＣＮ）などのガスとしてＣを脱離することができる。
【００４７】
（第１の実施形態に係る第２の半導体装置の形成方法）
次に、本発明の第１の実施形態に係る第２の半導体装置の形成方法を説明する。図４（ａ）〜図５（ｅ）は、本発明の第１の実施形態に係る第２の半導体装置の形成方法の各工程を示す断面図である。
【００４８】
まず、図４（ａ）に示すように、トランジスタ等の素子が形成された半導体基板（図示せず）上に下層配線１０１を形成する。次に、ＣＶＤ法により、下層配線１０１の上に絶縁性バリア膜１０２を形成する。ここで、絶縁性バリア膜１０２としては、ＳｉＣを用いる。その後、ＣＶＤ法により、絶縁性バリア膜１０２上に層間絶縁膜１０３を形成する。ここで、層間絶縁膜１０３としては、ＳｉＯＣ膜を用いる。
【００４９】
次に、図４（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、層間絶縁膜１０３上にビアパターンを有するフォトマスク（図示せず）を堆積する。続いて、ドライエッチング法により、このフォトマスクを用いてドライエッチングを行い、層間絶縁膜１０３を除去して、絶縁性バリア膜１０２に接続するビア１０４を形成する。その後、アッシングにより、このフォトマスクを除去する。
【００５０】
次に、図４（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、層間絶縁膜１０３上にトレンチパターンを有するフォトマスク３００を堆積する。続いて、ドライエッチング法により、フォトマスク３００を用いてドライエッチングを行い、層間絶縁膜１０３を除去して、ビア１０４に接続するトレンチ１０５を形成する。その後、フォトマスク３００は残存させておく。
【００５１】
次に、図４（ｄ）に示すように、イオン照射により、フォトマスク３００をマスクとして層間絶縁膜１０３の露出している部分、すなわち、トレンチ１０５の側面及び底面に改質処理を行う。ここで、イオン照射はＲＦバイアスや圧力の設定により制御し、深さ５ｎｍ程度行う。また、イオン照射は、Ａｒガスを用いる。このとき、ＳｉＯＣ膜中においてＳｉ−Ｏの結合力よりもＳｉ−Ｃの結合力の方が弱いため、Ａｒイオン照射により、層間絶縁膜１０３からＣが脱離し、層間絶縁膜１０３の表面にＳｉＯXの改質層４００が形成される。
【００５２】
次に、図４（ｅ）に示すように、ウエットエッチング法により、トレンチ１０５の側面及び底面の特に、トレンチ１０５の底面の角Ａ、トレンチ１０５の肩部、及びビア１０４の肩部の部分の改質層４００を除去し、トレンチ１０５の底面の角Ａの丸み１０５ｂ、トレンチ１０５の肩部の丸み１０５ａ及びビア１０４の肩部の丸み１０４ａを形成する。ここで、丸み１０５ｂ、丸み１０５ａ及び丸み１０４ａの曲率は、ｋ＝７．７×Ｅ７［１／ｍ］以下である。また、ウエットエッチングは、希弗酸又は緩衝弗酸の薬液を用いる。このとき、一般に、ＳｉＯX膜はＳｉＯＣ膜に比べてエッチング速度が高いため、ＳｉＯX膜のみが選択的に除去される。また、ウエットエッチングによりフォトマスク３００も除去される。
【００５３】
次に、図５（ａ）に示すように、ドライエッチングにより、ビア１０４の底面の絶縁性バリア膜１０２を除去する。
【００５４】
次に、図５（ｂ）に示すように、スパッタ法により、ビア１０４及びトレンチ１０５を覆うようにバリアメタル膜１０６を堆積する。ここで、バリアメタル膜１０６としてはＴａ及びＴａＮを用いる。このとき、バリアメタル膜１０６はビア１０４の開口部でオーバーハングしており、バリアメタル膜１０６の膜厚は、ビア１０４の側面の上部においては厚くなるが、ビア１０４の側面の下部においては薄くなっている。
【００５５】
次に、図５（ｃ）に示すように、リスパッタにより、ビア１０４の底面のバリアメタル膜１０６表面から原子を叩き出し、ビア１０４の側面の下部のバリアメタル膜１０４が薄くなっている部分に再蒸着する。次に、図５（ｄ）に示すように、金属めっき法により、バリアメタル膜１０６の上からビア１０４及びトレンチ１０５を埋めるようにＣｕ膜１０７を堆積する。
【００５６】
次に、図５（ｅ）に示すように、ＣＭＰ法により、トレンチ１０５からはみ出したＣｕ膜１０７及びバリアメタル膜１０６を研磨し、トレンチ１０５以外の部分に層間絶縁膜１０３を露出させ、トレンチ１０５及びビア１０４内にＣｕ膜１０７及びバリアメタル膜１０６を残して、ビアプラグ１０８及び上層配線１０９を形成する。
【００５７】
第１の実施形態に係る第２の半導体装置の形成方法によれば、トレンチ１０５の底面の角Ａに丸み１０５ｂを有するため、図５（ｂ）に示すバリアメタル膜１０６の堆積工程において、トレンチ１０５底面の特に角Ａにおけるバリアメタル膜１０６のステップカバレッジを向上させることができる。これにより、図５（ｃ）に示すリスパッタ工程において、ビア１０４の底面のバリアメタル膜１０６を剥がす一方、トレンチ１０５の底面のバリアメタル膜１０６を残すことができる。したがって、Ｃｕの拡散を抑制することができ、リーク電流の発生を低減することができる。また、第１の実施形態に係る第２の半導体装置の形成方法によれば、ビア１０４の肩部に丸み１０４ａを有し、トレンチ１０５の肩部に丸み１０５ａを有するため、ビア１０４の肩部及びトレンチ１０５の肩部において層間絶縁膜２の出っ張りがなくなり、図５（ｂ）に示すバリアメタル膜１０６の堆積工程において、オーバーハングを抑制することができる。これにより、図５（ｄ）に示すＣｕ膜１０７の埋め込み工程において、ボイドの発生を低減することができ、電界めっきによるＣｕ膜１０７の良好な埋め込みを行うことができる。さらに、第１の実施形態に係る第２の半導体装置の形成方法によれば、図４（ｄ）に示す層間絶縁膜１０３のイオン照射工程において、フォトマスク３００を残した状態でイオン照射又はプラズマ照射を行い、トレンチ１０５の底面及び側面のみに改質層４００を形成しているので、図４（ｅ）に示すウエットエッチング工程で層間絶縁膜１０３の上面が除去されることはなく、層間絶縁膜１０３の膜厚制御が容易となる。また、第１の実施形態に係る第２の半導体装置の形成方法によれば、図４（ｅ）に示すウエットエッチング工程でフォトマスク３００を改質層４００と共に除去しているため、図４（ｃ）に示すトレンチ形成工程の後にフォトマスク３００をアッシングにより除去する必要がなく、工程数を削減することができる。
【００５８】
なお、第１の実施形態に係る第２の半導体装置の形成方法においてはデュアルダマシン構造を示したが、シングルダマシン構造を用いることもできる。また、第１の実施形態に係る第２の半導体装置の形成方法では、改質処理としてイオン照射を用いたが、プラズマ照射を用いても良い。この場合、プラズマ照射は例えばＯ2、ＮＨ3のようなＯ、Ｎ、Ｈのいずれかを含む原子又は分子を発生させることができるガスを用いる。このプラズマ照射により、ＳｉＯＣ中のＣが反応するため、ＣＯやＣＯ2などのガスを脱離することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、例えば、微細化・集積化したＬＳＩ等のダマシン法により形成された配線を有する半導体装置及びその形成方法に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を示す断面図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る第１の半導体装置の形成方法の各工程を示す断面図
【図３】本発明の第１の実施形態に係る第１の半導体装置の形成方法の各工程を示す断面図
【図４】本発明の第１の実施形態に係る第２の半導体装置の形成方法の各工程を示す断面図
【図５】本発明の第１の実施形態に係る第２の半導体装置の形成方法の各工程を示す断面図
【図６】従来のダマシン法により形成された配線を有する半導体装置を示す断面図
【図７】従来における半導体装置の課題を示す断面図
【図８】従来における半導体装置の課題を示す断面図
【符号の説明】
【００６１】
１０１  下層配線
１０２  絶縁性バリア膜
１０３  層間絶縁膜
１０４  ビア
１０４ａ  ビアの肩部の丸み
１０５  トレンチ
１０５ａ  トレンチの肩部の丸み
１０５ｂ  トレンチの底面の角Ａの丸み
１０６  バリアメタル膜
１０７  Ｃｕ膜
１０８  ビアプラグ
１０９  上層配線
２００  改質層
３００  フォトマスク
４００  改質層
Ａ  角
【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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