(57)【要約】【課題】位置ずれに対するマージンを大きくとれるようにし、隣接する層間配線層間の距離を短く取れるようにする。【解決手段】シリコン基板１に第１の層間絶縁膜２を形成しこれに第１の配線層３を埋め込み形成する。この上部に層間絶縁膜４を形成してコンタクトプラグ６を形成する。さらに、第１および第１の積層絶縁膜７よりもエッチングレートが小さい第２の積層絶縁膜８を形成し、第１および第２の積層絶縁膜７、８を同じ条件で一度にエッチングし、第２の配線層１０用のパターン溝９を形成する。パターン溝９は第２の積層絶縁膜が第１の積層絶縁膜７よりもエッチングレートが小さいので、上部が開いた状態で下部がほぼ垂直の形状に形成される。これにより、マスクのあわせずれに対する工程能力の向上を図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に絶縁膜を介して形成された第１の配線層と、
前記第１の配線層の上部および前記絶縁膜を覆うように形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜内に形成され、前記第１の配線層に接続されたコンタクトプラグと、
前記層間絶縁膜および前記コンタクトプラグ上に形成された第１の積層絶縁膜と、
前記第１の積層絶縁膜上に形成された第２の積層絶縁膜と、
前記第２の積層絶縁膜の上面から前記第１の積層絶縁膜を介して前記コンタクトプラグの上面にわたり形成された溝部内に埋め込まれた第２の配線層と
を備え、
前記第２の積層絶縁膜の上面にける幅寸法が前記第２の積層絶縁膜の下面における幅寸法より大きくなるように形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第２の積層絶縁膜が前記第１の積層絶縁膜に比べて前記溝部形成加工におけるエッチング速度が遅くなる材料により形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記第２の積層絶縁膜が前記第１の積層絶縁膜に比べて緻密な膜質により形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置において、
前記第２の積層絶縁膜が窒化膜からなり、前記第１の積層絶縁膜が酸化膜からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
半導体基板上に絶縁膜を介して第１の配線層を形成する工程と、
前記第１の配線層の上部および前記絶縁膜を覆うように層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の配線層に接続されるように前記層間絶縁膜内にコンタクトプラグを形成する工程と、
前記層間絶縁膜および前記コンタクトプラグ上に第１の背ｋ層絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の積層絶縁膜及び前記第１の積層絶縁膜を同一条件で連続的にエッチングし、前記第２の積層絶縁膜の上面から前記コンタクトプラグの上面にかけて溝部を形成する工程と、
前記溝部に導電性材料を埋め込んで第２の配線層を形成する工程とを備え、
前記第２の積層絶縁膜を形成する工程では、前記第１の積層絶縁膜に比べて前記溝部形成工程におけるエッチング速度が遅い材料を用いて形成することを特徴とする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、層間絶縁膜に埋め込み形成する層間配線層を備えた半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造においては、高集積度のための配線の微細化に伴い、配線材料には従来のＡｌ（アルミニウム）よりも抵抗の低いＣｕ（銅）を用いることが主流となっている。Ａｌに比較してＣｕは反応性イオンエッチング（以後ＲＩＥ；Reactive Ion Etching）によって配線を形成することが困難である。このため、先に配線材であるＣｕを埋め込む溝を形成したのちにＣｕをメッキ法などで配線溝に埋め込み、平坦部のＣｕは化学的機械的研磨法（以後ＣＭＰ法；Chemical Mechanical Polishing）を用いて除去し配線とする埋め込み配線法（以後ダマシン法と呼ぶ）を用いるのが一般的である。
【０００３】
ダマシン法による製造工程では、半導体基板上に形成された絶縁膜中に下層側の配線層がパターンニングされ、この上に形成された層間絶縁膜にコンタクトホールに導電性材料であるＣｕをめっきにより埋め込んで、ＣＭＰ処理することで層間絶縁膜上の不要なＣｕを除去して層間配線層を形成するものである（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
上述の製造工程では、コンタクトホール形成の工程で、フォトリソグラフィ処理工程があるが、ここでパターンニングに位置ずれが生ずると、隣接する層間配線層との絶縁距離が短くなる。配線層のパターン間隔が狭くなるに従って、パターンニングの際の位置ずれの影響が大きくなり、ショート不良を発生させないための工程上のマージンが小さくなってくる。
【特許文献１】特開２００５−２０３６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これまで上記したような層間配線層に関して、位置ずれに伴うショート不良を防止するための対策を施したものがなく、その対応が要求されていた。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、層間絶縁膜中にコンタクトホールを形成して層間配線層を埋め込み形成する構成において、位置ずれに対するマージンを大きくとれるようにし、隣接する層間配線層間の距離を短く取れるようにした半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に絶縁膜を介して形成された第１の配線層と、前記第１の配線層の上部および前記絶縁膜を覆うように形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜内に形成され、前記第１の配線層に接続されたコンタクトプラグと、前記層間絶縁膜および前記コンタクトプラグ上に形成された第１の積層絶縁膜と、前記第１の積層絶縁膜上に形成された第２の積層絶縁膜と、前記第２の積層絶縁膜の上面から前記第１の積層絶縁膜を介して前記コンタクトプラグの上面にわたり形成された溝部内に埋め込まれた第２の配線層とを備え、前記第２の積層絶縁膜の上面にける幅寸法が前記第２の積層絶縁膜の下面における幅寸法より大きくなるように形成したところに特徴を有する。
【０００７】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に絶縁膜を介して第１の配線層を形成する工程と、前記第１の配線層の上部および前記絶縁膜を覆うように層間絶縁膜を形成する工程と、前記第１の配線層に接続されるように前記層間絶縁膜内にコンタクトプラグを形成する工程と、前記層間絶縁膜および前記コンタクトプラグ上に第１の背ｋ層絶縁膜を形成する工程と、前記第２の積層絶縁膜及び前記第１の積層絶縁膜を同一条件で連続的にエッチングし、前記第２の積層絶縁膜の上面から前記コンタクトプラグの上面にかけて溝部を形成する工程と、前記溝部に導電性材料を埋め込んで第２の配線層を形成する工程とを備え、前記第２の積層絶縁膜を形成する工程では、前記第１の積層絶縁膜に比べて前記溝部形成工程におけるエッチング速度が遅い材料を用いて形成するところに特徴を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の半導体装置によれば、半導体装置の多層配線においてコンタクトホールと上層の埋め込み配線の距離を確保し、電気的なショートを抑制することが可能になる。また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、上記したようなコンタクトホールを１回のエッチング加工処理で実施することができるので、加工工程の増大やコストの増加を招くことなくなし得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、半導体基板としてのシリコン基板１に形成した層間配線層の部分の縦断面図を模式的に示すもので、ここでは、この部分を中心として説明し他の素子の形成部分については省略するが、実際にはシリコン基板１にさまざまな素子が作りこまれた状態となることが一般的である。
【００１０】
シリコン基板１の上にシリコン酸化膜などからなる第１の絶縁膜２が形成され、この上層部分に埋め込み形成するように第１の配線層３がパターンニング形成されている。この第１の配線層３の上部には同じくシリコン酸化膜などからなる第１の層間絶縁膜４が形成されている。この第１の層間絶縁膜４には第１の配線層３と電気的に接続をするためのコンタクトホール５が形成され、コンタクトホール５の内部には導体を埋め込むように形成したコンタクトプラグ６が設けられている。
【００１１】
第１の層間絶縁膜４の上部には、ダマシン形成用の第２の層間絶縁膜として第１の積層絶縁膜７および第２の積層絶縁膜８が順次積層形成されている。ここで、第２の積層絶縁膜８は、第１の積層絶縁膜７に比べて後述するエッチング処理におけるエッチング速度が遅い材料が設定されている。第１の積層絶縁膜７が比較的低密度のシリコン酸化膜系材料であるのに対して、第２の積層絶縁膜は、例えば、プラズマを用いたＴＥＯＳを原料としたシリコン酸化膜、プラズマを用いたＳｉＯＮ（シリコン酸化窒化）膜、ＳｉＨ4を原料としたプラズマＣＶＤ ＳｉＯ2膜、プラズマを用いたシリコン窒化膜、あるいは高密度プラズマを用いたシリコン酸化膜などの材料を用いている。
【００１２】
この第１および第２の積層絶縁膜７および８には、ダマシン配線形成用のパターン溝９が所定間隔で形成されている。このパターン溝９は、実際にはその下層部分つまり第１の層間絶縁層４の一部に溝が形成されるようにエッチングにより形成されている。図示の状態で、コンタクトプラグ６の部分では、エッチング速度の違いから、やや浅い溝として形成されている。
【００１３】
パターン溝９は、第１の積層絶縁膜７側のシリコン基板１の表面に対する側壁の角度がほぼ垂直（第１のテーパー角）になるよう形成され、第２の積層絶縁膜８側のシリコン基板１の表面に対する側壁の角度が第１の積層絶縁膜７の側壁の角度よりも小さい順テーパー角（第２のテーパー角）になるよう形成されている。パターン溝９にはダマシン技術により形成されたＣｕ（銅）の第２の配線層１０が埋め込み形成されている。
【００１４】
上述の構成において、第２の配線層１０は、隣り合うもの同士が間隔Ｂを存して配置されており、第１の積層絶縁膜７における幅寸法はｄ１であり、第２の積層絶縁膜８における幅寸法は、第１の積層絶縁膜７と接する部分がｄ１であり、上面開口部の幅寸法がｄ２となっており、この幅寸法ｄ２はｄ１よりも大きい寸法となっている。また、この実施形態においては、幅寸法ｄ２はコンタクトプラグ６の径寸法と略同じである。
【００１５】
この場合、従来相当の構成においては第２の配線層１０の幅寸法はコンタクトプラグ６の径寸法ｄ２と同等であるから、これに比べると第２の配線層１０の寸法が（ｄ２−ｄ１）／２だけ狭くなっている。換言すれば、本実施形態における構成では、第２の配線層１０の下端部とコンタクトプラグ６との間の距離Ａ０（＝（Ｂ−ｄ２／２−ｄ１／２）は、従来相当の構成のものの距離ａ０（＝Ｂ−ｄ２）と比べた場合に、上記の差寸法Ａ０−ａ０が（ｄ２−ｄ１）／２となり、それだけ広くなっていることがわかる。
【００１６】
したがって、図２に示すように、例えばダマシン配線形成用のパターン溝９を形成するフォトリソグラフィ処理において、パターンニングの位置ずれが発生する際の余裕度は、本実施形態の構成では片側で上記の差寸法（ｄ２−ｄ１）／２だけ広くなり、中心線を挟んだ両側では（ｄ２−ｄ１）だけ広くとることができるようになり、これによってフォトリソグラフィ処理工程における工程能力の向上を図ることができるようになる。また、同じ工程能力とする場合にはパターニングの間隔を上記の差寸法だけ狭く設定することができるようになる。
【００１７】
すなわち、このときのダマシン配線形成用パターン溝９のパターンニングの位置ずれがΔＤであったとすると、コンタクトプラグ６と第２の配線層１０の下端部との間の距離Ａ１は、Ａ１＝Ａ０−ΔＤとなる。このとき、距離Ａ１は、従来相当の構成に比べて上記した差寸法（ｄ２−ｄ１）／２だけ大きいので、位置ずれΔＤによる絶縁距離の大きさが大きく取れるようになる。これによって、位置ずれに対する工程能力を向上させることができるようになる。
【００１８】
また、上記構成においては、第２の配線層１０の上面の露出している部分では、従来相当の幅寸法ｄ２となっているので、さらに上層の配線層を形成する際の位置ずれに対しても下層の構成と同等の条件で行うことができるようになる。
【００１９】
次に、上記構成の製造工程について図３〜図７を参照して説明する。
まず、図３において、図示の状態では、半導体基板１に第１の絶縁膜２を形成しこの第１の絶縁膜２に第１の配線層３を埋め込み形成されている。この上部に第１の層間絶縁膜４が形成されている。
【００２０】
次に、図４に示すように、フォトリソグラフィ処理により第１の層間絶縁膜４にコンタクトホール５が形成され、図５に示すように、コンタクトホール５内に導体を埋め込み形成したコンタクトプラグ６が形成されている。上面はＣＭＰ処理などにより平坦化処理されている。
【００２１】
続いて、図６に示すように、上記構成の上面にダマシン形成用の層間絶縁膜として第１の積層絶縁膜７および第２の積層絶縁膜８が順次積層形成する。この場合、前述のように、第１の積層絶縁膜７は通常の層間絶縁膜が比較的低密度のシリコン酸化膜系材料であり、これに対して、第２の積層絶縁膜８は、ダマシン形成用のパターン溝９を形成する際のエッチングにおいてエッチング速度が遅い特性を有する材料を用いている。
【００２２】
この後、上記構成の上面すなわち第２の積層絶縁膜８上に、反射防止膜１１を積層形成し、さらに、フォトリソグラフィ処理によりレジスト１２をパターンニング形成する。ここで、パターンニングに際して形成するダマシン形成用の開口部の幅寸法は前述した幅寸法ｄ２である。
【００２３】
次に、図７に示すように、エッチング処理によりダマシン用のパターン溝９を形成する。ここでは、上記したレジスト１２のパターンをマスクとしてＲＩＥ法により、第２の積層絶縁膜８および第１の積層絶縁膜７を同じ条件で連続的に一度にエッチング加工する。この場合、第２の積層絶縁膜８は第１の積層絶縁膜７に対してエッチング速度が遅いので、レジスト１２の分解物がエッチング表面に堆積しやすく、このことで、第２の積層絶縁膜８の加工形状として順テーパー（傾斜）を有する形状となる。続く第１の積層絶縁膜７のエッチング速度は速いので傾斜の少ない垂直に近いエッチング形状に形成される。この結果、パターン溝９の形状は、二段テーパー形状すなわち上部で第２のテーパー角を小さく、下部は第１のテーパー角を大きくすることが可能になる。こうすることで溝の下部の寸法は縮小することができる。
【００２４】
なお、パターン溝９は、第１の積層絶縁膜７よりも深い位置まで掘り下げるように形成される。したがって、底部はコンタクトプラグ６あるいは積層絶縁膜４の上部を部分的にエッチングした状態とされる。この後、図１に示したように、ダマシン法によりパターン溝９内に銅（Ｃｕ）を埋め込み形成し、第２の配線層１０を形成する。
【００２５】
このような本実施形態によれば、コンタクトプラグの形成領域にエッチングレートの異なる第１及び第２の積層絶縁膜７、８を形成し、これらを同じ条件で一度にエッチングすることで、下部側を垂直に近いテーパー角とし上部側を傾斜の大きいテーパー角とする形状に形成することができ、加工工程の増大やコストの増加を招くことなくなし得る。
【００２６】
（他の実施形態）
本発明は、上記実施例にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
第２の層間絶縁膜を２つの積層絶縁膜で構成したが、３層以上の積層絶縁膜で構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態を示す模式的断面図
【図２】パターンニングのずれが発生した場合の図１相当図
【図３】製造工程の模式的断面図（その１）
【図４】製造工程の模式的断面図（その２）
【図５】製造工程の模式的断面図（その３）
【図６】製造工程の模式的断面図（その４）
【図７】製造工程の模式的断面図（その５）
【符号の説明】
【００２８】
図面中、１はシリコン基板（半導体基板）、２は第１の層間絶縁膜、３は第１の配線層、４は層間絶縁膜、６はコンタクトプラグ、７は第１の積層絶縁膜、８は第２の積層絶縁膜、９はパターン溝、１０は第２の配線層である。
【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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