(57)【要約】【課題】配線とそれに接続されるビアプラグとの間のコンタクト不良を低減することが可能な接続技術を提供する。【解決手段】下層の配線６内に、その上面に向かって開口する孔１１ａを形成する。そして、孔１１ａを充填するビアプラグ１４を形成する。これによって、ビアプラグ１４が配線６の内部でそれと接続されるようになる。その結果、配線６の上面付近にボイドが発生した場合であっても、当該配線６とビアプラグ１４との間のコンタクト不良を低減することができる。【選択図】        図２
2004363376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１絶縁膜を設ける工程と、
（ｂ）前記第１絶縁膜内にその上面に向って開口する溝を形成する工程と
を備え、
前記工程（ｂ）において形成される前記溝内には前記第１絶縁膜の一部が残置しており、
（ｃ）前記溝を充填する配線を形成する工程と、
（ｄ）前記配線及び前記第１絶縁膜の表面上に第２絶縁膜を形成する工程と、
（ｅ）前記第１絶縁膜の前記一部の上面を少なくとも部分的に露出する第１の孔を前記第２絶縁膜内に形成する工程と、
（ｆ）前記工程（ｅ）で露出した前記第１絶縁膜の前記一部を少なくとも部分的に除去して、前記配線の内部で対向する少なくとも一組の側面をそれぞれ露出させる第２の孔を前記配線内に形成する工程と、
（ｇ）前記第１，２の孔を充填するビアプラグを形成する工程と
を更に備える、配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記工程（ｅ）において、前記第１絶縁膜の前記一部の上面の全領域を露出する前記第１の孔を形成し、
前記工程（ｆ）において、前記配線の内部の側面をその全周縁にわたって露出させる前記第２の孔を形成する、請求項１に記載の配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法。
【請求項３】
（ａ）第１絶縁膜を設ける工程と、
（ｂ）前記第１絶縁膜内にその上面に向って開口する溝を形成する工程と
を備え、
前記工程（ｂ）において形成される前記溝内には前記第１絶縁膜の一部が残置しており、
（ｃ）前記溝を充填する配線を形成する工程と、
（ｄ）前記配線及び前記第１絶縁膜の表面上に第２絶縁膜を形成する工程と、
（ｅ）前記第１絶縁膜の前記一部の上面の全領域を露出する第１の孔を前記第２絶縁膜内に形成する工程と、
（ｆ）前記工程（ｅ）で露出した前記第１絶縁膜の前記一部を少なくとも部分的に除去して、前記配線の内部の側面をその全周縁にわたって露出させる第２の孔を前記配線内に形成する工程と、
（ｇ）前記第１，２の孔を充填するビアプラグを形成する工程と
を更に備える、配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記工程（ｃ）を実行する前の前記第１絶縁膜の前記一部は、前記溝の長手方向に延在している、請求項１に記載の配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記工程（ｅ）において、前記第２絶縁膜の膜厚方向に貫通し、かつ前記配線の上面の一部をも露出する前記第１の孔を形成する、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法。
【請求項６】
配線と、
前記配線内に設けられ、その上面に向って開口する第１の孔と、
前記配線上に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜内に設けられ、その膜厚方向に貫通しつつ前記第１の孔と連通する第２の孔と、
前記第１，２の孔を充填し、前記配線の内部の側面に接触するビアプラグと
を備え、
前記第１の孔は前記第２の孔の直下のみに位置する、配線及びビアプラグ間の接続構造。
【請求項７】
前記ビアプラグは、それを取り囲む前記配線の内部の側面の全領域と接触する、請求項６に記載の配線及びビアプラグ間の接続構造。
【請求項８】
配線と、
前記配線内に設けられ、前記配線の長手方向に延在しつつ前記配線の厚さ方向に貫通する第１絶縁膜と、
前記配線及び前記第１絶縁膜の上に設けられた第２絶縁膜と、
前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜との内部に設けられ、前記配線の内部の側面と接触するビアプラグと
を備える、配線及びビアプラグ間の接続構造。
【請求項９】
前記ビアプラグは、前記配線の内部で対向する側面のそれぞれと接触する、請求項８に記載の配線及びビアプラグ間の接続構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、配線とビアプラグとの間の接続技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細化が進行する半導体集積回路において、配線容量と配線抵抗の増加による配線遅延の問題が重大になってきている。そこで、配線抵抗を低減する手法として、従来から使用されてきたアルミニウム系の配線材料の代わりに、より低抵抗な銅（Ｃｕ）を配線材料として使用する方法が提案されている。
【０００３】
銅を主成分とする配線（以下「銅配線」）を用いた場合には、配線抵抗の点においてはメリットが大きいが、一方でその製造方法においては従来のアルミニウムを主成分とする配線（以下「アルミ配線」）と同じ手法で製造することができないというデメリットがある。そのため、銅配線を製造する場合には、従来のアルミ配線を製造する方法に代わってダマシン加工法が採用される。なお、銅配線に関する技術が特許文献１〜３及び非特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２９９４３６号公報
【特許文献２】
特開２００２−２４６４６７号公報
【特許文献３】
特開平１１−３０７６２８号公報
【非特許文献１】
Ｅ．Ｔ．Ｏｇａｗａ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｓｔｒｅｓｓ−Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｖｏｉｄｉｎｇ  ＵｎｄｅｒＶｉａｓ  Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ          Ｔｏ  Ｗｉｄｅ  Ｃｕ  Ｍｅｔａｌ  Ｌｅｓｄｓ”，ｉｎ  ２００２  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｌｉａｂｉｌｉ          ｔｙ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ４０ｔｈ  Ａｎｎｕａｌ，ｐ．３１２−３２１，２００２
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
銅配線の信頼性においては、従来のアルミ配線では問題とならなかったストレスマイグレーションによる配線故障が重要な問題となっている。例えば上記非特許文献１では、ストレスマイグレーションによる故障モードとして、下層配線を上層配線に接続するために設けられるビアプラグと、当該下層配線との接触界面にボイドが発生して断線不良が生じる故障モードが報告されている。そして非特許文献１では、このボイドの発生率がビアプラグと接続される下層配線の体積に依存するということが報告されており、下層配線の体積が大きくなるにつれてボイドが発生しやすい。
【０００６】
また、ストレスマイグレーションによるボイドは下層配線の上面近傍で発生しやすく、特にビアプラグの底面と側面とが成すコーナー部の下方で発生しやすい。そして、ストレスマイグレーションによるボイドの発生原因は下層の銅配線に含まれる原子空孔の拡散集中であり、ビアプラグの上記コーナー部の下方では熱ストレスが集中しやすく、その結果、原子空孔が拡散集中しやすくボイドが発生しやすい。
【０００７】
そこで、本発明は上述の問題に鑑みて成されたものであり、下層配線とそれに接続されるビアプラグとの間のコンタクト不良を低減することが可能な接続技術を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の第１の製造方法は、（ａ）第１絶縁膜を設ける工程と、（ｂ）前記第１絶縁膜内にその上面に向って開口する溝を形成する工程とを備え、前記工程（ｂ）において形成される前記溝内には前記第１絶縁膜の一部が残置しており、（ｃ）前記溝を充填する配線を形成する工程と、（ｄ）前記配線及び前記第１絶縁膜の表面上に第２絶縁膜を形成する工程と、（ｅ）前記第１絶縁膜の前記一部の上面を少なくとも部分的に露出する第１の孔を前記第２絶縁膜内に形成する工程と、（ｆ）前記工程（ｅ）で露出した前記第１絶縁膜の前記一部を少なくとも部分的に除去して、前記配線の内部で対向する少なくとも一組の側面をそれぞれ露出させる第２の孔を前記配線内に形成する工程と、（ｇ）前記第１，２の孔を充填するビアプラグを形成する工程とを更に備える。
【０００９】
また、この発明の配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の第２の製造方法は、（ａ）第１絶縁膜を設ける工程と、（ｂ）前記第１絶縁膜内にその上面に向って開口する溝を形成する工程とを備え、前記工程（ｂ）において形成される前記溝内には前記第１絶縁膜の一部が残置しており、（ｃ）前記溝を充填する配線を形成する工程と、（ｄ）前記配線及び前記第１絶縁膜の表面上に第２絶縁膜を形成する工程と、（ｅ）前記第１絶縁膜の前記一部の上面の全領域を露出する第１の孔を前記第２絶縁膜内に形成する工程と、（ｆ）前記工程（ｅ）で露出した前記第１絶縁膜の前記一部を少なくとも部分的に除去して、前記配線の内部の側面をその全周縁にわたって露出させる第２の孔を前記配線内に形成する工程と、（ｇ）前記第１，２の孔を充填するビアプラグを形成する工程とを更に備える。
【００１０】
また、この発明の配線及びビアプラグ間の第１の接続構造は、配線と、前記配線内に設けられ、その上面に向って開口する第１の孔と、前記配線上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜内に設けられ、その膜厚方向に貫通しつつ前記第１の孔と連通する第２の孔と、前記第１，２の孔を充填し、前記配線の内部の側面に接触するビアプラグとを備え、前記第１の孔は前記第２の孔の直下のみに位置する。
【００１１】
また、この発明の配線及びビアプラグ間の第２の接続構造は、配線と、前記配線内に設けられ、前記配線の長手方向に延在しつつ前記配線の厚さ方向に貫通する第１絶縁膜と、前記配線及び前記第１絶縁膜の上に設けられた第２絶縁膜と、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜との内部に設けられ、前記配線の内部の側面と接触するビアプラグとを備える。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を示す平面図であって、図２，３は、図１の矢視Ａ−Ａにおける断面図及び矢視Ｂ−Ｂにおける断面図をそれぞれ示している。なお図１では、説明の便宜上、図２，３における絶縁膜２０及び層間絶縁膜２１の記載を省略している。
【００１３】
図１〜３に示されるように、下地層間絶縁膜１上には絶縁膜２が設けられており、下地層間絶縁膜１及び絶縁膜２には例えばＦＳＧ（ＦｌｕｏｒｉｎａｔｅｄＳｉｌｉｃｏｎ  Ｇｌａｓｓ）膜が採用される。絶縁膜２にはその膜厚方向に貫通して溝３〜５が設けられており、各溝３〜５は所定の方向に、ここではＢ−Ｂに平行に延在している。また、溝３〜５の幅はこの順で大きくなっている。なお図示されていないが、下地層間絶縁膜１の下方には、後述する配線６〜８に接続される半導体素子が形成された半導体基板が存在する。
【００１４】
溝３には、導電性バリア層６ａを介して導電性膜６ｂが充填されており、かかる導電性バリア層６ａ及び導電性膜６ｂで下層の配線６を構成している。溝４には、導電性バリア層７ａを介して導電性膜７ｂが充填されており、かかる導電性バリア層７ａ及び導電性膜７ｂで下層の配線７を構成している。溝５には、導電性バリア層８ａを介して導電性膜８ｂが充填されており、かかる導電性バリア層８ａ及び導電性膜８ｂで下層の配線８を構成している。
【００１５】
溝３によって露出する下地層間絶縁膜１と導電性膜６ｂとの間にも導電性バリア層６ａが介在しており、溝４によって露出する下地層間絶縁膜１と導電性膜７ｂとの間にも導電性バリア層７ａが介在しており、溝５によって露出する下地層間絶縁膜１と導電性膜８ｂとの間にも導電性バリア層８ａが介在している。
【００１６】
溝３〜５の幅はこの順で大きくなっているため、それらを充填する配線６〜８の幅もこの順で大きくなっている。また、導電性バリア層６ａ〜８ａは例えばチタン（Ｔａ）あるいは窒化チタン（ＴａＮ）などから成り、導電性膜６ｂ〜８ｂは例えば銅から成る。
【００１７】
配線６には、その厚さ方向に貫通する孔１１が設けられている。孔１１の形状は例えば円柱状や正四角柱状であって、配線６の上面に向って開口する孔１１ａと、当該孔１１ａに連通し、配線６の下面に向って開口する孔１１ｂとから成る。孔１１ｂには下地層間絶縁膜１と接触して上記絶縁膜２の一部２ａが充填されており、孔１１と導電性膜６ｂとの間にも導電性バリア層６ａが設けられている。その結果、孔１１によって配線６の内部の側面の全領域が露出している。
【００１８】
配線６〜８の導電性バリア層６ａ〜８ａの上端面及び導電性膜６ｂ〜８ｂの上面の上と、絶縁膜２の上面上とには酸化防止膜９及び層間絶縁膜１０がこの順で積層されており、かかる酸化防止膜９及び層間絶縁膜１０で絶縁膜２０を構成している。そして絶縁膜２０上には層間絶縁膜２１が設けられている。酸化防止膜９は例えばシリコン窒化膜から成り、層間絶縁膜１０，２１は例えばＦＳＧ膜から成る。
【００１９】
絶縁膜２０には、それぞれがその膜厚方向に貫通する孔１２，１３が設けられている。孔１２は配線６内の孔１１ａと連通している。そして、孔１２の周縁は平面視上で孔１１ａの周縁を取り囲んでおり、孔１１ａは孔１２の直下のみに位置している。その結果、孔１２によって配線６の上面の一部が露出し、孔１１ａは絶縁膜２０の直下には位置していない。また、孔１３は配線７の導電性膜７ｂの上面に達している。
【００２０】
層間絶縁膜２１には、それぞれがその膜厚方向に貫通する溝１６，１７が設けられている。溝１６，１７は孔１２，１３とそれぞれ連通している。
【００２１】
孔１１ａ，１２には、導電性バリア層１４ａを介して導電性膜１４ｂが充填されており、かかる導電性バリア層１４ａと導電性膜１４ｂとでビアプラグ１４を構成している。孔１３には、導電性バリア層１５ａを介して導電性膜１５ｂが充填されており、かかる導電性バリア層１５ａと導電性膜１５ｂとでビアプラグ１５を構成している。導電性膜１４ｂと絶縁膜２の一部２ａの上面との間にも導電性バリア層１４ａが介在しており、導電性膜１５ｂと孔１３によって露出する配線７の導電性膜７ｂの上面との間にも導電性バリア層１５ａが介在している。
【００２２】
孔１２と連通する溝１６には、導電性バリア層１８ａを介して導電性膜１８ｂが充填されており、かかる導電性バリア層１８ａと導電性膜１８ｂとで上層の配線１８を構成している。また、孔１３と連通する溝１７には、導電性バリア層１９ａを介して導電性膜１９ｂが充填されており、かかる導電性バリア層１９ａと導電性膜１９ｂとでビアプラグ１９を構成している。導電性膜１８ｂと溝１６によって露出する絶縁膜２０の上面との間にも導電性バリア層１８ａが介在しており、導電性膜１９ｂと、溝１７によって露出する絶縁膜２０の上面との間にも導電性バリア層１９ａが介在している。
【００２３】
導電性バリア層１４ａ，１８ａは互いに一体的に形成されており、導電性バリア層１５ａ，１９ａは互いに一体的に形成されている。導電性バリア層１４ａ，１５ａ，１８ａ，１９ａは例えばチタンあるいは窒化チタンなどから成る。
【００２４】
導電性膜１４ｂ，１８ｂは互いに一体的に形成されており、導電性膜１５ｂ，１９ｂは互いに一体的に形成されている。導電性膜１４ｂ，１５ｂ，１８ｂ，１９ｂは例えば銅で形成されている。
【００２５】
導電性バリア層６ａ〜８ａはそれぞれ導電性膜６ｂ〜８ｂからの下地層間絶縁膜１あるいは絶縁膜２への銅原子の拡散を抑止しており、導電性バリア層１４ａ，１５ａはそれぞれ導電性膜１４ｂ，１５ｂからの層間絶縁膜１０への銅原子の拡散を抑止している。そして、導電性バリア層１８ａ，１９ａはそれぞれ導電性プラグ１８ｂ，１９ｂからの層間絶縁膜２１への銅原子の拡散を抑止している。
【００２６】
このように本実施の形態１に係る配線及びビアプラグ間の接続構造によれば、配線６内に設けられた孔１１ａには、それを充填するビアプラグ１４が設けられているため、ビアプラグ１４は配線６の内部の側面と接触している。従って、図２と同じ箇所の断面を示す図４に示されるように、ビアプラグ１４との接触面付近であって、配線６の導電性膜６ｂの上面近傍にストレスマイグレーションによってボイド６０が発生した場合であっても、それによるビアプラグ１４と下層の配線６との間のコンタクト不良を低減することができる。
【００２７】
更に、配線６内の孔１１ａは孔１２の直下のみに位置し、絶縁膜２０の直下には位置していないため、孔１２の上方から孔１１ａにビアプラグ１４を充填しやすくなる。
【００２８】
孔１１ａにビアプラグ１４が完全に充填されていない場合には、その充填されていない箇所が基点となって、エレクトロマイグレーションやストレスマイグレーションによるビアプラグ１４と配線６との間のコンタクト不良が発生しやすくなる。従って、本実施の形態１に係る接続構造のように、孔１１ａにビアプラグ１４を充填しやすくすることによって、ビアプラグ１４と配線６との間のコンタクト不良を更に低減することができる。
【００２９】
また本実施の形態１では、配線６に設けられた孔１１ａにビアプラグ１４が充填されているため、ビアプラグ１４はそれを取り囲む配線６の内部の側面の全領域と接触するようになる。例えば孔１１の形状が正四角柱状であれば、配線６の内部には互いに対向する側面の組が２組存在するため、ビアプラグ１４は、その２組の側面と接触するようになる。
【００３０】
このように、ビアプラグ１４がそれを取り囲む配線６の内部の側面の全領域と接触することによって、ビアプラグ１４と配線６との間の接触抵抗を低減することができる。なお、孔１２は配線６の上面の一部を露出しているため、当該孔１２を充填するビアプラグ１４は配線６の上面の一部とも接触している。
【００３１】
本実施の形態１では、配線７に関しては、その上面のみでビアプラグ１５と接触している。上述のように、下層配線でのボイドの発生率は当該下層配線の体積に依存するため、配線７のように配線６よりも配線幅が十分に小さい場合には、従来構造のように、下層配線の上面のみで当該下層配線とビアプラグとを互いに接触させても良い。
【００３２】
また本実施の形態１では、孔１１の一部に絶縁膜２の一部２ａが充填されているが、孔１１ｂを形成せずに孔１１を孔１１ａのみで形成し、これをビアプラグ１４だけで埋め込んでも良い。この場合には、銅原子の拡散を抑止するために、下地層間絶縁膜１とビアプラグ１４の導電性膜１４ｂとの間には導電性バリア層１４ａを介在させる。
【００３３】
次に図１〜３に示される接続構造を有する半導体装置の製造方法について説明する。図５〜１４は実施の形態１に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す図である。図５，６，８，１０〜１４は図１の矢視Ａ−Ａに相当する位置での断面図であり、図７，９は平面図である。
【００３４】
図５に示されるように、まず、半導体素子が形成された半導体基板（図示せず）の上方に下地層間絶縁膜１を形成し、その上に厚さ２００ｎｍ〜２μｍ程度の絶縁膜２を形成する。そして、所定の開口パターンを有するレジスト（図示せず）を絶縁膜２上に形成し、かかるレジストをマスクに用いて絶縁膜２をエッチングする。これにより、図６に示されるように、絶縁膜２に溝３〜５が形成され、更に溝３内には絶縁膜２の一部２ａが残置する。この絶縁膜２の一部２ａの形状は例えば円柱状あるいは正四角柱状である。なお、図７は図６の構造を矢視Ｃから見た場合の平面図であって、図７の矢視Ｄ−Ｄ（図１の矢視Ａ−Ａに相当）における断面図が図６である。また図７では、一例として、正四角柱状の絶縁膜２の一部２ａを示している。
【００３５】
次に、スパッタリング法を用いて導電性バリア層６ａ〜８ａの材料を厚さ１０〜５０ｎｍ程度で全面に形成する。これにより、絶縁膜２の上面上と、溝３〜５の表面上と、溝３〜５によって露出している下地層間絶縁膜１の上面上と、溝３内の絶縁膜２の一部２ａの側面及び上面上とに、導電性バリア層６ａ〜８ａの材料が形成される。
【００３６】
次に、メッキ法を用いて導電性膜６ｂ〜８ｂの材料を厚さ２００ｎｍ〜２μｍ程度で導電性バリア層６ａ〜８ａの材料の上に形成する。このとき、溝３〜５は導電性膜６ｂ〜８ｂの材料で充填される。その後、溝３〜５よりも上方の導電性バリア層６ａ〜８ａの材料及び導電性膜６ｂ〜８ｂの材料をＣＭＰ法等で除去する。これにより、図８に示されるように、溝３〜５をそれぞれ充填する配線６〜８が形成される。なお、図９は図８の構造を矢視Ｅから見た場合の平面図であって、図９の矢視Ｆ−Ｆ（図１の矢視Ａ−Ａに相当）における断面図が図８である。
【００３７】
以上の工程により、配線６にその厚さ方向に貫通する孔１１が設けられ、かかる孔１１に絶縁膜２の一部２ａが充填された構造が得られる。
【００３８】
次に図１０に示されるように、絶縁膜２の上面上と、導電性バリア層６ａ〜８ａの上端面上と、導電性膜６ｂ〜８ｂの上面上と、溝３内の絶縁膜２の一部２ａの上面上とに、酸化防止膜９及び層間絶縁膜１０，２１をこの順で積層する。このとき、酸化防止膜９は例えば厚さ５０〜２００ｎｍで形成され、各層間絶縁膜１０，２１は例えば厚さ２００ｎｍ〜２μｍで形成される。
【００３９】
次に、デュアルダマシン法を用いて、ビアプラグ１４，１５及び上層の配線１８，１９を形成する。具体的には、まず所定の開口パターンを有するレジスト（図示せず）を層間絶縁膜２１上に形成して、かかるレジストをマスクに用いて、酸化防止膜９をエッチングストッパとして層間絶縁膜１０，２１をエッチングする。これにより、図１１に示されるように、絶縁膜２の一部２ａの上方に位置し、かつ層間絶縁膜２１の上面から酸化防止膜９まで達する孔１２ａが層間絶縁膜１０，２１に形成される。同時に、配線７の上方に位置し、かつ層間絶縁膜２１の上面から酸化防止膜９まで達する孔１３ａが層間絶縁膜１０，２１に形成される。
【００４０】
次に、所定の開口パターンを有するレジスト（図示せず）を層間絶縁膜２１上に形成して、かかるレジストをマスクに用いて、層間絶縁膜２１をエッチングする。これにより、図１２に示されるように、孔１２ａ，１３ａとそれぞれ連通する溝１６，１７が層間絶縁膜２１に形成される。
【００４１】
次に全面に対してエッチングを行い、図１３に示されるように、孔１２ａ，１３ａによって露出している酸化防止膜９を除去する。これにより、孔１２ａと連通し、絶縁膜２の一部２ａの上面に達する孔１２ｂが酸化防止膜９に形成され、孔１２ａ，１２ｂから成る孔１２が絶縁膜２０内に完成する。同時に、孔１３ａと連通し、配線７の導電性膜７ｂの上面に達する孔１３ｂが酸化防止膜９に形成され、孔１３ａ，１３ｂから成る孔１３が絶縁膜２０内に完成する。
【００４２】
孔１２の形状は例えば円柱状や正四角柱状であって、その径は、絶縁膜２の一部２ａが充填されている孔１１の径よりも大きい。そして孔１２の周縁は平面視上で孔１１の周縁を取り囲んでいる。その結果、孔１２によって、絶縁膜２の一部２ａの上面の全領域が露出し、更に配線６の上面の一部、本実施の形態１では導電性バリア層６ａの上端面が露出する。
【００４３】
次に、ＣＦ４とＯ２との混合ガス、あるいはＣ４Ｆ８とＯ２との混合ガスなどを用いて全面に対して異方性エッチングを行う。これにより、図１４に示されるように、絶縁膜２の一部２ａが部分的に除去されて、配線６の内部の側面がその全周縁にわたって露出する。言い換えれば、配線６の内部の側面のうち、除去された絶縁膜２の一部２ａを取り囲んでいた側面の全領域が露出する。なお、このとき使用されるエッチングガスでは、露出している配線６の導電性バリア層６ａや、配線７の導電性膜７ｂはエッチングされにくいため、ほとんど除去されることがない。
【００４４】
以上の工程により、配線６には、その上面に向って開口しつつ孔１２と連通し、更に孔１２の直下のみに位置する孔１１ａが形成され、かかる孔１１ａによって配線６の内部の側面がその全周縁にわたって露出する。
【００４５】
次に、スパッタリング法を用いて導電性バリア層１４ａ，１５ａ，１８ａ，１９ａの材料を例えば厚さ１０〜５０ｎｍで全面に形成する。これにより、層間絶縁膜２１の上面上と、溝１６，１７の表面上と、孔１２，１３の表面上と、孔１３によって露出している配線７の導電性膜７ｂの上面上と、孔１１ａの表面上と、孔１１の下端部にある絶縁膜２の一部２ａの上面上とに、導電性バリア層１４ａ，１５ａ，１８ａ，１９ａの材料が形成される。
【００４６】
次に、メッキ法を用いて導電性膜１４ｂ，１５ｂ，１８ｂ，１９ｂの材料を例えば厚さ２００ｎｍ〜２μｍで導電性バリア層１４ａ，１５ａ，１８ａ，１９ａの材料の上に形成する。このとき、溝１６，１７と、孔１１ａ，１２，１３とは導電性膜１４ｂ，１５ｂ，１８ｂ，１９ｂの材料で充填される。その後、溝１６，１７よりも上方の導電性バリア層１４ａ，１５ａ，１８ａ，１９ａの材料及び導電性膜１４ｂ，１５ｂ，１８ｂ，１９ｂの材料をＣＭＰ法等で除去することによって、孔１２，１３をそれぞれ充填するビアプラグ１４，１５と、溝１６，１７をそれぞれ充填する配線１８，１９が完成し、図１〜３に示される接続構造を有する半導体装置が得られる。
【００４７】
このように本実施の形態１に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法によれば、ビアプラグ１４は配線６の内部の側面と接触するようになるため、上述の図４に示されるように、配線６の上面付近にボイド６０が発生した場合であっても、ビアプラグ１４と配線６と間のコンタクト不良を低減することができる。
【００４８】
また、絶縁膜２０に形成される孔１２は、溝３内の絶縁膜２の一部２ａの上面だけではなく、配線６の上面の一部をも露出している。そのため、本実施の形態１のように、配線６に対して選択性のある異方性エッチングで溝５内の絶縁膜２の一部２ａを除去することによって、ビアプラグ１４が充填される孔１１ａが絶縁膜２０の下方に位置することなく、配線６の内部の側面を露出させることが可能になる。従って、孔１１ａにビアプラグ１４を充填しやすくなり、ビアプラグ１４と配線６との間のコンタクト不良を更に低減することができる。
【００４９】
また本実施の形態１では、配線６の内部の側面をその全周縁にわたって露出させる孔１１ａを形成している。そのため、その孔１１ａに充填されるビアプラグ１４は、配線６の内部の側面とその全周縁にわたって接触するようになる。従って、ビアププラグ１４と配線６との接触抵抗を低減することができる。
【００５０】
なお、本実施の形態１に係る半導体装置の製造方法では、溝３内の絶縁膜２の一部２ａを部分的に除去していたが、完全に除去しても良い。つまり、溝３内の絶縁膜２の一部２ａは少なくとも部分的に除去すればよい。絶縁膜２の一部２ａを完全に除去した場合には、後の工程で、ビアプラグ１４のみが孔１１を充填するようになる。
【００５１】
実施の形態２．
図１５は本発明の実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を示す平面図であって、図１６，１７は、図１５の矢視Ｇ−Ｇにおける断面図及び矢視Ｈ−Ｈにおける断面図をそれぞれ示している。なお図１５では、説明の便宜上、図１６，１７における絶縁膜２０及び層間絶縁膜２１の記載を省略している。本実施の形態２に係る接続構造は、上述の実施の形態１に係る接続構造において、基本的には、孔１１の替わりに孔６１及び孔６１ａを、絶縁膜２の一部２ａの替わりに絶縁膜２の一部２ｂをそれぞれ備えるものである。
【００５２】
図１５〜１７に示されるように、配線６には、その厚さ方向に貫通する孔６１が配線６の長手方向に延在して設けられている。そして、配線６の導電性バリア層６ａは、孔６１と導電性膜６ｂとの間にも設けられている。
【００５３】
孔６１には絶縁膜２の一部２ｂが充填されている。その結果、絶縁膜２の一部２ｂは、配線６の長手方向に延在しつつ配線６の厚さ方向に貫通している。そして、絶縁膜２０は絶縁膜２の一部２ｂの上にも設けられている。
【００５４】
絶縁膜２の一部２ｂには、その上面に向って開口する孔６１ａが設けられている。孔６１ａは、絶縁膜２の一部２ｂの短手方向に広がっており、配線６の同方向において対向する内部の側面を露出している。そして、孔６１ａは絶縁膜２の一部２ｂの膜厚方向には完全に貫通していない。従って、孔６１ａの直下には絶縁膜２の一部２ｂが存在している。また、孔６１ａは絶縁膜２０に設けられた孔１２と連通している。
【００５５】
孔１２と孔６１ａとにはビアプラグ１４が充填されている。具体的には、孔１２と孔６１ａには導電性バリア層１４ａを介して導電性膜１４ｂが充填されている。そして、導電性膜１４ｂと配線６との間にも導電性バリア層１４ａが介在している。その他の構造については実施の形態１に係る接続構造と同じであるため、その説明は省略する。
【００５６】
このように本実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造によれば、配線６の内部の側面を露出する孔６１ａにはビアプラグ１４が充填されているため、ビアプラグ１４が配線６の内部の側面と接触している。従って、上述の実施の形態１に係る接続構造と同様に、下層の配線６の上面付近にボイドが発生した場合であっても、ビアプラグ１４と配線６との間のコンタクト不良を低減することができる。
【００５７】
更に、絶縁膜２の一部２ｂが配線６の長手方向に延在しつつ配線６の厚さ方向に貫通しているため、配線６が部分的に分割される。上述のように、ストレスマイグレーションによるボイドの発生率は配線６の体積に依存するため、本実施の形態２のように、配線６を部分的に分割することによって、下層の配線６の表面付近にボイドが発生しにくくなる。従って、ビアプラグ１４と配線６の間のコンタクト不良を更に低減することができる。
【００５８】
また本実施の形態２では、孔６１ａは配線６の内部で対向する側面を露出している。そのため、孔６１ａを充填するビアプラグ１４は配線６の内部で対向する一組の側面のそれぞれと接触する。従って、ビアプラグ１４が配線６の内部で対向する側面の一方としか接触しない場合よりも、ビアプラグ１４と配線６との間の接触抵抗を低減することができる。なお本実施の形態２においても、孔１２によって配線６の上面の一部が露出しており、当該孔１２を充填するビアプラグ１４は配線６の上面の一部とも接触している。
【００５９】
次に図１５〜１７に示される接続構造を有する半導体装置の製造方法について説明する。図１８〜３３は本実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す図である。図１８，２１，２４，２６，２８，３０，３２は図１５の矢視Ｇ−Ｇに相当する位置での断面図であり、図２０，２３，２５，２７，２９，３１，３３は図１５の矢視Ｈ−Ｈに相当する位置での断面図であり、図１９，２２は平面図である。
【００６０】
まず実施の形態１と同様にして、半導体素子が形成された半導体基板（図示せず）の上方に下地層間絶縁膜１を形成し、その上に絶縁膜２を形成する。そして、所定の開口パターンを有するレジスト（図示せず）を用いて絶縁膜２をエッチングする。これにより、図１８〜２０に示されるように、絶縁膜２に溝３〜５が形成され、更に溝３内には絶縁膜２の一部２ｂが残置する。この絶縁膜２の一部２ｂの形状は例えば溝３の長手方向に延在する四角柱状である。なお、図１９は図１８の構造を矢視Ｉから見た場合の平面図であって、図１９の矢視Ｋ−Ｋ（矢視Ｇ−Ｇに相当）における断面図が図１８である。また、図２０は図１９の矢視Ｊ−Ｊ（矢視Ｈ−Ｈに相当）における断面図である。
【００６１】
次に実施の形態１と同様に、導電性バリア層６ａ〜８ａの材料を全面に形成する。これにより、絶縁膜２の上面上と、溝３〜５の表面上と、溝３〜５によって露出している下地層間絶縁膜１の上面上と、溝３内の絶縁膜２の一部２ｂの側面及び上面上とに、導電性バリア層６ａ〜８ａの材料が形成される。
【００６２】
そして、実施の形態１と同様に、溝３〜５を充填する導電性膜６ｂ〜８ｂの材料を導電性バリア層６ａ〜８ａの材料の上に形成する。その後、溝３〜５よりも上方の導電性バリア層６ａ〜８ａの材料及び導電性膜６ｂ〜８ｂの材料をＣＭＰ法等で除去する。これにより、図２１〜２３に示されるように、溝３〜５をそれぞれ充填する配線６〜８が形成される。なお、図２２は図２１の構造を矢視Ｌから見た場合の平面図であって、図２２の矢視Ｎ−Ｎ（矢視Ｇ−Ｇに相当）における断面図が図２１である。また、図２３は図２２の矢視Ｍ−Ｍ（矢視Ｈ−Ｈに相当）における断面図である。
【００６３】
以上の工程により、配線６内に、配線６の厚さ方向に貫通しつつ配線６の長手方向に延在する孔６１が設けられ、かかる孔６１に絶縁膜２の一部２ｂが充填された構造が得られる。
【００６４】
次に図２４，２５に示されるように、絶縁膜２の上面上と、導電性バリア層６ａ〜８ａの上端面上と、導電性膜６ｂ〜８ｂの上面上と、溝３内の絶縁膜２の一部２ｂの上面上とに、酸化防止膜９及び層間絶縁膜１０，２１をこの順で積層する。
【００６５】
次に、デュアルダマシン法を用いて、ビアプラグ１４，１５及び上層の配線１８，１９を形成する。具体的には、実施の形態１と同様に、まず所定の開口パターンを有するレジスト（図示せず）を用いて、層間絶縁膜１０，２１をエッチングする。これにより、図２６，２７に示されるように、溝３内の絶縁膜２の一部２ｂの上方に位置し、かつ層間絶縁膜２１の上面から酸化防止膜９まで達する孔１２ａが層間絶縁膜１０，２１に形成される。同時に、層間絶縁膜１０，２１に孔１３ａが形成される。
【００６６】
次に、所定の開口パターンを有するレジスト（図示せず）を用いて、層間絶縁膜２１をエッチングする。これにより、図２８，２９に示されるように、孔１２ａ，１３ａとそれぞれ連通する溝１６，１７が層間絶縁膜２１に形成される。
【００６７】
次に全面に対してエッチングを行い、図３０，３１に示されるように、孔１２ａ，１３ａによって露出している酸化防止膜９を除去する。これにより、孔１２ａと連通し、絶縁膜２の一部２ｂの上面に達する孔１２ｂが酸化防止膜９に形成され、孔１２ａ，１２ｂから成る孔１２が絶縁膜２０内に完成する。同時に、孔１３ａと連通し、配線７の導電性膜７ｂの上面に達する孔１３ｂが酸化防止膜９に形成され、孔１３ａ，１３ｂから成る孔１３が絶縁膜２０内に完成する。
【００６８】
図３０に示されるように、孔１２における配線６の短手方向の径は、孔６１におけるそれよりも大きい。また図３１に示されるように、孔１２における配線６の長手方向の径は、孔６１におけるそれより小さい。その結果、孔１２によって、絶縁膜２の一部２ｂの上面が部分的に露出し、更に配線６の上面の一部、本実施の形態１では導電性バリア層６ａの上端面が露出する。
【００６９】
次に、ＣＦ４とＯ２との混合ガス、あるいはＣ４Ｆ８とＯ２との混合ガスなどを用いて全面に対して異方性エッチングを行う。これにより、図３２，３３に示されるように、絶縁膜２の一部２ｂが部分的に除去されて、配線６の短手方向で対向する内部の側面が露出する。
【００７０】
以上の工程により、配線６内に設けれた絶縁膜２の一部２ｂには、その上面に向って開口しつつ孔１２と連通する孔６１ａが形成され、かかる孔６１ａによって配線６の内部で対向する側面が露出する。
【００７１】
次に、実施の形態１と同様に、導電性バリア層１４ａ，１５ａ，１８ａ，１９ａの材料を全面に形成し、溝１６，１７と、孔１２，１３と、孔６１ａとを充填する導電性膜１４ｂ，１５ｂ，１８ｂ，１９ｂの材料を導電性バリア層１４ａ，１５ａ，１８ａ，１９ａの材料の上に形成する。その後、溝１６，１７よりも上方の導電性バリア層１４ａ，１５ａ，１８ａ，１９ａの材料及び導電性膜１４ｂ，１５ｂ，１８ｂ，１９ｂの材料をＣＭＰ法等で除去することによって、孔１２及び孔６１ａを充填するビアプラグ１４と、孔１３を充填するビアプラグ１５と、溝１６，１７をそれぞれ充填する配線１８，１９とが完成し、図１５〜１７に示される接続構造を有する半導体装置が得られる。
【００７２】
このように本実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法によれば、実施の形態１と同様に、ビアプラグ１４は配線６の内部の側面と接触するようになるため、配線６の上面付近にボイドが発生した場合であっても、ビアプラグ１４と配線６と間のコンタクト不良を低減することができる。
【００７３】
また、絶縁膜２０に形成される孔１２は、溝３内の絶縁膜２の一部２ｂの上面だけではなく、配線６の上面の一部をも露出している。そのため、実施の形態１と同様に、配線６に対して選択性のある異方性エッチングで溝５内の絶縁膜２の一部２ｂを除去することによって、ビアプラグ１４が充填される孔６１ａが絶縁膜２０の下方に位置することなく、配線６の側面を露出させることが可能になる。従って、孔６１ａにビアプラグ１４を充填しやすくなり、ビアプラグ１４と配線６との間のコンタクト不良を更に低減することができる。
【００７４】
また、溝３内の絶縁膜２の一部２ｂは溝３の長手方向に延在しているため、溝３を充填する配線６を形成すると、当該配線６が絶縁膜２の一部２ｂによって部分的に分割されるようになる。従って、配線６の上面付近にストレスマイグレーションによるボイドが発生しにくくなり、ビアプラグ１４と配線６との間のコンタクト不良を低減することができる。
【００７５】
また本実施の形態２では、配線６の内部で対向する一組の側面のそれぞれを露出する孔６１ａを配線６内に形成している。そのため、孔６１ａを充填するビアプラグ１４は、配線６の内部で対向する側面のぞれぞれと接触するようになる。従って、ビアプラグ１４が配線６の内部で対向する側面の一方としか接触しない場合よりも、ビアプラグ１４と配線６との間の接触抵抗を低減することができる。
【００７６】
なお本実施の形態２では、孔６１ａは絶縁膜２の一部２ｂの膜厚方向に貫通していなかったが、貫通させても良い。この場合には、ビアプラグ１４が下地層間絶縁膜１まで到達するようになる。
【００７７】
【発明の効果】
この発明の配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の第１の製造方法によれば、ビアプラグは配線の内部の側面と接触するようになるため、配線の上面近傍にストレスマイグレーションによってボイドが発生した場合であっても、ビアプラグと配線との間のコンタクト不良を低減することができる。
【００７８】
更に、配線の内部で対向する一組の側面のそれぞれを露出する第２の孔を配線内に形成しているため、第２の孔を充填するビアプラグは、配線の内部で対向する側面のぞれぞれと接触するようになる。従って、ビアプラグが配線の内部で対向する側面の一方としか接触しない場合よりも、ビアプラグと配線との間の接触抵抗を低減することができる。
【００７９】
また、この発明の配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の第２の製造方法によれば、ビアプラグは配線の内部の側面と接触するようになるため、配線の上面近傍にストレスマイグレーションによってボイドが発生した場合であっても、ビアプラグと配線との間のコンタクト不良を低減することができる。
【００８０】
更に、配線の内部の側面をその全周縁にわたって露出させる第２の孔を形成しているため、第２の孔に充填されるビアプラグは、配線の内部の側面とその全周縁にわたって接触するようになる。従って、ビアププラグと配線との接触抵抗を低減することができる。
【００８１】
また、この発明の配線及びビアプラグ間の第１の接続構造によれば、ビアプラグは配線の内部の側面と接触している。従って、配線の上面近傍にストレスマイグレーションによってボイドが発生した場合であっても、ビアプラグと配線との間のコンタクト不良を低減することができる。
【００８２】
更に、配線内の第１の孔は第２の孔の直下のみに位置しているため、第２の孔の上方から第１の孔にビアプラグを充填しやすくなる。従って、ビアプラグと配線との間のコンタクト不良を更に低減することができる。
【００８３】
また、この発明の配線及びビアプラグ間の第２の接続構造によれば、ビアプラグが配線の内部の側面と接触している。従って、配線の上面近傍にストレスマイグレーションによってボイドが発生した場合であっても、ビアプラグと配線との間のコンタクト不良を低減することができる。
【００８４】
更に、絶縁膜の一部が配線の長手方向に延在しつつ配線の厚さ方向に貫通しているため、配線が部分的に分割される。ストレスマイグレーションによるボイドの発生率は配線の体積に依存するため、配線を部分的に分割することによって、配線の表面付近にボイドが発生しにくくなる。従って、ビアプラグと配線との間のコンタクト不良を更に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態１に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態１に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を示す平面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を示す断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図２０】本発明の実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図２３】本発明の実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２４】本発明の実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２５】本発明の実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２６】本発明の実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２７】本発明の実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２８】本発明の実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２９】本発明の実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３０】本発明の実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３１】本発明の実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３２】本発明の実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３３】本発明の実施の形態２に係る配線及びビアプラグ間の接続構造を有する半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
２，２０  絶縁膜、２ａ，２ｂ  一部、３  溝、６  配線、１１ａ，１２，６１ａ  孔、１４  ビアプラグ。
【図１】
2004363376.tif 000003
【図２】
2004363376.tif 000004
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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