(57)【要約】【課題】エレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性の向上と、アライメントずれによる配線材料の拡散の防止とを、配線間の容量を増大させることなく実現できるようにする。【解決手段】第１の層間絶縁膜１４の第１の溝部１４ａには下層配線１６が形成され、該下層配線１６の上面は、第１のバリア絶縁膜１３の上面と下面との間に配置されている。下層配線１６の上面における接続孔部２２ｂが形成される領域を除く領域には、第２のバリアメタル膜１７が形成されている。第２の層間絶縁膜２２の第２の溝部２２ａ及び接続孔部２２ｂにはそれぞれ上層配線２４及び配線接続部２４ａが形成されており、アライメントずれが生じた場合であっても、配線接続部２４ａと第１の絶縁膜１２との間には第１のバリア絶縁膜１３が配置される。【選択図】        図１
2004356315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体領域の上方に形成され、第１の配線材料からなる下層配線と、
前記半導体領域上に形成され、前記半導体領域と前記下層配線との間を絶縁する第１の層間絶縁膜と、
前記下層配線の上方に形成され、第２の配線材料からなる上層配線と、
前記第２の配線材料からなり、前記下層配線の上面と前記上層配線の下面との間を接続する配線接続部と、
前記第１の層間絶縁膜の上に形成され、前記下層配線と前記上層配線との間を絶縁する第２の層間絶縁膜と、
前記下層配線の上面における前記配線接続部が形成される部分を除く領域に形成され、前記第１の配線材料の拡散を防止する第１の拡散防止膜とを備え、
前記第１の層間絶縁膜は、第１の絶縁層と該第１の絶縁層の上に形成され且つ前記第１の配線材料及び前記第２の配線材料の拡散を防止する第１の拡散防止絶縁層とからなり、
前記下層配線の上面は、前記第１の拡散防止絶縁層の上面と下面との間に位置するように設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１の拡散防止膜は導電性材料からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１の配線材料及び前記第２の配線材料は銅又は銅を含む合金であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の拡散防止膜を構成する材料はタンタル、窒化タンタル、窒化タングステン及び窒化珪化タンタルのうちのいずれか１つであることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１の拡散防止絶縁層を構成する材料は窒化シリコン又は炭化シリコンであることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記上層配線の上を覆い且つ前記第２の配線材料の拡散を防止する第２の拡散防止膜をさらに備え、
前記第２の層間絶縁膜は、第２の絶縁層と、該第２の絶縁層の上に形成され且つ前記第２の配線材料の拡散を防止する第２の拡散防止絶縁層を有し、
前記上層配線の上面は、前記第２の拡散防止絶縁層における上面の位置と下面の位置との間に位置するように設けられていることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
半導体領域上に第１の絶縁層及び第１の拡散防止絶縁層を順次積層して第１の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の層間絶縁膜に溝部を形成する工程と、
前記溝部の内部に、その上面が前記第１の拡散防止絶縁層の上面と下面との間に位置するように下層配線を形成する工程と、
前記下層配線の上に第１の拡散防止膜を形成する工程と、
前記第１の拡散防止絶縁層の上に前記第１の拡散防止膜の上を含む全面にわたって、第２の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の層間絶縁膜に、該第２の層間絶縁膜を貫通する開口部を形成して前記第１の拡散防止膜を露出する工程と、
前記開口部に露出した前記第１の拡散防止膜を除去して前記開口部の底面に下層配線を露出する工程と、
前記開口部の内部に配線接続部及び上層配線を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記下層配線を露出する工程において、前記第１の拡散防止膜を構成する材料と前記第１の拡散防止絶縁層を構成する材料とをエッチング可能なエッチング剤を用いて、前記開口部に露出した前記第１の拡散防止膜を除去することを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記下層配線を露出する工程において、前記第１の拡散防止絶縁層を構成する材料に対するエッチング速度よりも、前記第１の拡散防止膜を構成する材料に対するエッチング速度の方が大きいエッチング剤を用いて、前記開口部に露出した前記第１の拡散防止膜をエッチング除去することを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記下層配線を形成する工程は、前記第１の層間絶縁膜の上に前記溝部の上を含む全面にわたって下層配線形成膜を形成する工程と、前記下層配線形成膜を、上面が前記第１の拡散防止絶縁層の上面と下面との間に位置する程度にまで研磨除去することにより、前記下層配線形成膜から前記下層配線を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項７〜９のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の拡散防止膜を形成する工程は、
前記第１の拡散防止絶縁層の上に、前記下層配線の上を含む全面にわたって導電性材料からなる第１の拡散防止膜形成膜を形成する工程と、
前記第１の拡散防止絶縁層の上面が露出するように前記第１の拡散防止膜形成膜の上部を除去することにより、前記第１の拡散防止膜形成膜から前記第１の拡散防止膜を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項７〜１０のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記上層配線を形成する工程よりも後に、前記上層配線の上に第２の拡散防止膜を形成する工程をさらに備え、
前記第２の層間絶縁膜を形成する工程は、前記第１の層間絶縁膜の上に第２の絶縁層と第２の拡散防止絶縁層とを順次形成する工程を含み、
前記上層配線を形成する工程は、
前記第２の層間絶縁膜の上に前記開口部の内部を含む全面にわたって上層配線形成膜を形成する工程と、
前記上層配線形成膜を、上面が前記第２の拡散防止絶縁層の上面と下面との間に位置する程度にまで研磨除去することにより、前記上層配線形成膜から前記上層配線を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項７〜１１のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の配線層を有する半導体装置及びその製造方法に関し、特に、下層配線及び上層配線と、該下層配線と上層配線とを接続する配線接続部とが層間絶縁膜に埋め込み形成された半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の微細化及び高速化の要求により、半導体集積回路等に用いられる配線に対して、抵抗率の低下と信頼性の向上とが求められている。特に配線を構成する材料として、従来はアルミニウムが用いられていたが、近年では、アルミニウムよりも低抵抗で且つ信頼性が高い配線材料として銅が利用されている。
【０００３】
ここで、配線材料に銅を用いる場合、銅原子は層間絶縁膜を構成する酸化シリコンに拡散し易い性質があるため、配線溝と接続孔部との底面及び側面に、例えば窒化タンタル（ＴａＮ）等、銅原子に対してバリア性を有する材料からなるバリアメタル膜を形成することにより、配線材料が層間絶縁膜へと拡散することを防止する必要がある。
【０００４】
（第１従来例）
図１０は、ダマシン法により形成された第１従来例の半導体装置を断面構成図である。図１０に示すように、第１従来例の半導体装置は、半導体集積回路が設けられた半導体基板１０１上には、第１の層間絶縁膜として、上部に第１の溝部１０２ａが設けられた第１のシリコン酸化膜１０２が形成されており、第１の溝部１０２ａの内部には、側面及び底面を覆う窒化タンタルからなる第１のバリアメタル膜１０３を介して、銅からなる下層配線１０４が形成されている。
【０００５】
また、下層配線１０４の上を含む第１のシリコン酸化膜１０２の上には、第１のシリコン窒化膜１０５、第２のシリコン酸化膜１０６、第２のシリコン窒化膜１０７及び第３のシリコン酸化膜１０８が順次積層された積層膜として第２の層間絶縁膜１０９が形成されている。第２の層間絶縁膜１０９には、上層配線用の第２の溝部１０９ａと、該第２の溝部１０９ａの底面から下層配線１０４の上面にまで達する接続孔部１０９ｂとが設けられている。第２の溝部１０９ａ及び接続孔部１０９ｂの内部には、それぞれの側面及び底面を覆う窒化タンタルからなる第２のバリアメタル膜１１０を介して、配線材料である銅が埋め込まれることにより、上層配線１１１と、該上層配線１１１と下層配線１０４とを接続する配線接続部１１１ａとが形成されている。
【０００６】
ここで、第１のバリアメタル膜１０３及び第２のバリアメタル膜１１０を構成する窒化タンタルは銅原子に対するバリア性（銅原子の拡散を防止する性質）を有する導電性材料であるため、第１のバリアメタル膜１０３及び第２のバリアメタル膜１１０により、下層配線１０４及び上層配線１１１を構成する銅が第１のシリコン酸化膜１０２、第２のシリコン酸化膜１０６及び第３のシリコン酸化膜１０８へと拡散することが防止される。
【０００７】
また、窒化シリコンは銅原子に対するバリア性を持つ絶縁性材料であるため、下層配線１０４と第２のシリコン酸化膜１０６との間には第１のシリコン窒化膜１０５が設けられているので、下層配線１０４を構成する銅原子が第２のシリコン酸化膜１０６へと拡散することを防止できる。
【０００８】
第１従来例の半導体装置において、第２の溝部１０９ａ及び接続孔部１０９ｂは、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法とを用いて第２の層間絶縁膜１０９にパターン形成され、フォトリソグラフィ工程においては、接続孔部１０９ｂを形成するための開口領域が下層配線１０４の形成領域に含まれるように位置あわせされる。
【０００９】
ところで、下層配線１０４と上層配線１１１との間に高密度の電流が流れると、配線材料である銅原子が電子流により移動するエレクトロマイグレーション（ＥＭ：Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）と呼ばれる現象が生じる。
【００１０】
第１従来例の半導体装置において、下層配線１０４と配線接続部１１１ａとの間には、第２のバリアメタル膜１１０が配置されているため、ＥＭによる銅原子の移動が第２のバリアメタル膜１１０により妨げられて下層配線１０４と配線接続部１１１ａとの間にボイドが成長するので、断線などの不良の原因となる。
【００１１】
このように、第１従来例の半導体装置はエレクトロマイグレーションによるボイドが発生しやすい（即ち、ＥＭ耐性が低い）という問題を有している。
【００１２】
このような問題に対して、第２のバリアメタル膜１１０における接続孔部１０９ｂの底面部分を除去して下層配線と上層配線と連続的に形成にした半導体装置（例えば、特許文献１参照）や、第２のバリアメタル膜１１０における接続孔部１０９ｂの底面部分を、銅原子が移動可能な程度にまで薄膜化された半導体装置（例えば、特許文献２参照）が知られている。
【００１３】
（第２従来例）
以下に、第２従来例として、特許文献１に記載の半導体装置について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１１（ａ）は、第２従来例の半導体装置の断面構成を示している。図１１（ａ）に示すように、第２従来例の半導体装置は、第２のバリアメタル膜１１０における下層配線１０４と配線接続部１１１ａとの間の部分と、第２のシリコン窒化膜１０７の上側部分とが除去されている。このような構成は、第２の層間絶縁膜１０９の上に、第２の溝部１０９ａ及び接続孔部１０９ｂの上を含む全面にわたって第２のバリアメタル膜１１０を形成した後、第２のバリアメタル膜１１０に対する異方性エッチングを行い、第２のバリアメタル膜１１０における第２の溝部１０９ａ及び接続孔部１０９ｂのそれぞれの底面上に形成された部分を除去することにより実現される。
【００１５】
第２従来例の構成によると、下層配線１０４と配線接続部１１１ａとの間にバリアメタル膜が形成されていないため、下層配線１０４と上層配線１１１との間に高密度の電流が生じても、ＥＭによる銅原子の移動が妨げられないのでボイドの発生が抑制される。従って、第２従来例の半導体装置ではＥＭ耐性が向上されている。
【００１６】
しかし、第２従来例の半導体装置において、フォトリソグラフィ工程にアライメントずれが生じた場合に銅原子の拡散が生じてしまうという問題が生じる。以下に、第２従来例の半導体装置において、アライメントずれが生じた場合について具体的に説明する。
【００１７】
図１１（ｂ）は、接続孔部１０９ｂをパターニングするためのフォトリソグラフィ工程において、フォトマスク間のアライメントずれが生じた場合の断面構成図である。図１１（ｂ）に示すように、アライメントずれにより、接続孔部１０９ｂの一部分が下層配線１０４からはみ出して配置されると、配線接続部１１１ａの一部分が第１のシリコン酸化膜１０２と接して配置される。
【００１８】
従って、配線接続部１１１ａと第１のシリコン酸化膜１０２との間には銅原子に対してバリア性を持つ材料が配置されないため、配線材料の銅原子が第１のシリコン酸化膜１０２へと拡散し、接続不良や断線などの原因となる。
【００１９】
このように、第２従来例の半導体装置は、配線接続部１１１ａと下層配線１０４との間を配線材料の銅原子が移動できるようにしてＥＭ耐性を確保しているため、接続孔部１０９ｂの底面には第２のバリアメタル膜１１０がないので、アライメントずれが生じた場合に銅原子が第１のシリコン酸化膜１０２へと拡散して半導体装置の信頼性を劣化させてしまう。
【００２０】
このような問題に対し、第１のシリコン酸化膜１０２の上に、配線材料に対してバリア性を持つ絶縁膜を形成した後に上層配線１１１用の第２の溝部１０９ａと接続孔部１０９ｂとをパターニングするように構成された半導体装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【００２１】
（第３従来例）
以下に、第３従来例として、特許文献３に記載の半導体装置について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１２（ａ）は、第３従来例の半導体記憶装置の断面構成を示している。図１２（ａ）に示すように、第３従来例の半導体装置は、第１のシリコン酸化膜１０２の上に、銅原子に対してバリア性を有する絶縁性材料からなるバリア絶縁膜として第１のシリコン窒化膜１１２を設け、第１のシリコン酸化膜１０２と第１のシリコン窒化膜１１２とからなる積層膜を第１の層間絶縁膜１１３として用い、該第１の層間絶縁膜１１３に設けた第１の溝部１１３ａに下層配線１０４が設けられている。さらに、第２の層間絶縁膜１０９Ａとして、炭化シリコン（ＳｉＣ）からなるＳｉＣ膜１１４、第２のシリコン酸化膜１０６、第２のシリコン窒化膜１０７、第３のシリコン酸化膜１０８及び第２のシリコン窒化膜１１５が順次積層された積層膜が形成されている。
【００２３】
ここで、第１の層間絶縁膜１１３の最上層を構成する第１のシリコン窒化膜１１２は、接続孔部１０９ｂを形成する際にアライメントずれが生じた場合に、配線接続部１１１ａの配線材料である銅原子が第１のシリコン酸化膜１０２へと拡散することを防止している。
【００２４】
また、第２の層間絶縁膜１０９Ａの最下層を構成するＳｉＣ膜１１４は、下層配線１０４の配線材料である銅原子が第２のシリコン酸化膜１０６へと拡散することを防止すると共に、接続孔部１０９ｂを形成する際にアライメントずれが生じた場合に、第１のシリコン窒化膜１１２との選択エッチングが可能としている。以下に、第３従来例の半導体装置の製造方法においてアライメントずれ生じた場合について具体的に説明する。
【００２５】
図１２（ｂ）は、第３従来例の半導体装置の製造方法において、接続孔部１０９ｂをパターニングするためのフォトリソグラフィ工程にアライメントずれが生じた場合を示す断面構成図である。図１２（ｂ）に示すように、アライメントずれにより接続孔部１０９ｂの一部分が下層配線１０４からはみ出して第１の層間絶縁膜１１３の上に配置された場合であっても、配線接続部１１１ａと第１のシリコン酸化膜１０２との間には第１のシリコン窒化膜１１２が配置されているため、配線接続部１１１ａを構成する銅は第１のシリコン酸化膜１０２に拡散されない。
【００２６】
【特許文献１】
特開２００１−２８４４４９号公報
【特許文献２】
特開２００２−１７６０９９号公報
【特許文献３】
特開２００２−０６４１４０号公報
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記第３従来例によると、配線材料の拡散を防止するための絶縁膜として、下層配線１０４から第２のシリコン酸化膜１０６への拡散を防ぐために第２の層間絶縁膜１０９Ａの最下層に設けられたＳｉＣ膜１１４と、配線接続部１１１ａから第１のシリコン酸化膜１０２への拡散を防ぐために第１の層間絶縁膜１１３の最上層に設けられた第１のシリコン窒化膜１１２とが必要である。ここで、窒化シリコン及び炭化シリコンは酸化シリコンと比べて誘電率が高いため、第１のシリコン窒化膜１１２とＳｉＣ膜１１４とのそれぞれについて銅原子の拡散を防止するために十分な膜厚を確保すると、第２従来例と配線間の容量が比べて増大してしまう。
【００２８】
このように、第３従来例の半導体装置は、配線材料が下層配線と配線接続部との間を移動できるようにしてＥＭ耐性を向上させた場合に、アライメントずれが生じても配線接続部１１１ａからの配線材料の拡散を防止できるようにすると、拡散防止用の絶縁膜の膜厚が大きくなってしまうため、配線間の容量が増大するいう問題を有している。
【００２９】
本発明は、前記従来の問題を解決し、ＥＭ耐性の向上と、アライメントずれによる配線材料の拡散の防止とを、配線間の容量を増大させることなく実現できるようにすることを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、層間絶縁膜の最上層には拡散防止絶縁層を設け、下層配線の上面には拡散防止膜を設けると共に、下層配線の上面が拡散防止絶縁層の上面と下面との間に位置するように設ける構成とする。
【００３１】
具体的に、本発明に係る半導体装置は、半導体領域の上方に形成され、第１の配線材料からなる下層配線と、半導体領域上に形成され、半導体領域と下層配線との間を絶縁する第１の層間絶縁膜と、下層配線の上方に形成され、第２の配線材料からなる上層配線と、第２の配線材料からなり、下層配線の上面と上層配線の下面との間を接続する配線接続部と、第１の層間絶縁膜の上に形成され、下層配線と上層配線との間を絶縁する第２の層間絶縁膜と、下層配線の上面における配線接続部が形成される部分を除く領域に形成され、第１の配線材料の拡散を防止する第１の拡散防止膜とを備え、第１の層間絶縁膜は、第１の絶縁層と該第１の絶縁層の上に形成され且つ第１の配線材料及び第２の配線材料の拡散を防止する第１の拡散防止絶縁層とからなり、下層配線の上面は、第１の拡散防止絶縁層の上面と下面との間に位置するように設けられている。
【００３２】
本発明の半導体装置によると、下層配線の上における配線接続部が形成される領域を除く領域に形成された第１の拡散防止膜を備えているため、下層配線と第２の層間絶縁膜との間においては、下層配線を構成する配線材料が第２の層間絶縁膜へと拡散されないので、第３従来例のように第２の層間絶縁膜の最下層に拡散防止用の絶縁膜を設ける必要がなく、配線間の容量を増大させることがない。また、下層配線と配線接続部との間には、第１の拡散防止膜が存在しないため、配線材料が移動できるのでＥＭ耐性が向上されている。さらに、下層配線の上面は、第１の拡散防止絶縁層の上面と下面との間に配置されているため、アライメントずれにより配線接続部の一部分が第１の層間絶縁膜の上に形成された場合であっても、配線接続部を構成する配線材料が第１の絶縁層へと拡散することを防止できる。
【００３３】
本発明の半導体装置において、第１の拡散防止膜は導電性材料からなることが好ましい。
【００３４】
このようにすると、下層配線と上層配線との間の容量をさらに低減することができる。
【００３５】
本発明の半導体装置において、第１の配線材料及び第２の配線材料は銅又は銅を含む合金であることが好ましい。
【００３６】
このようにすると、下層配線、上層配線及び配線接続部を低抵抗に且つ信頼性良く形成することができる。
【００３７】
本発明の半導体装置において、第１の拡散防止膜を構成する材料はタンタル、窒化タンタル、窒化タングステン及び窒化珪化タンタルのうちのいずれか１つであることが好ましい。
【００３８】
このようにすると、第１の拡散防止膜により配線材料である銅原子の拡散を確実に防止できる。
【００３９】
本発明の半導体装置において、第１の拡散防止絶縁層を構成する材料は窒化シリコン又は炭化シリコンであることが好ましい。
【００４０】
このようにすると、第１の拡散防止絶縁層により配線材料である銅原子の拡散を確実に防止できる。
【００４１】
本発明の半導体装置は、上層配線の上を覆い且つ第２の配線材料の拡散を防止する第２の拡散防止膜をさらに備え、第２の層間絶縁膜は、第２の絶縁層と、該第２の絶縁層の上に形成され且つ第２の配線材料の拡散を防止する第２の拡散防止絶縁層を有し、上層配線の上面は、第２の拡散防止絶縁層における上面の位置と下面の位置との間に位置するように設けられていることが好ましい。
【００４２】
このようにすると、上層配線の上に他の配線を形成する場合においても、配線間の容量を増大させることなく、ＥＭ耐性の向上をし、且つアライメントずれによる配線材料の拡散を防止することができる。
【００４３】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体領域上に第１の絶縁層及び第１の拡散防止絶縁層を順次積層して第１の層間絶縁膜を形成する工程と、第１の層間絶縁膜に溝部を形成する工程と、溝部の内部に、その上面が第１の拡散防止絶縁層の上面と下面との間に位置するように下層配線を形成する工程と、下層配線の上に第１の拡散防止膜を形成する工程と、第１の拡散防止絶縁層の上に第１の拡散防止膜の上を含む全面にわたって、第２の層間絶縁膜を形成する工程と、第２の層間絶縁膜に、該第２の層間絶縁膜を貫通する開口部を形成して第１の拡散防止膜を露出する工程と、開口部に露出した第１の拡散防止膜を除去して開口部の底面に下層配線を露出する工程と、開口部の内部に配線接続部及び上層配線を形成する工程とを備えている。
【００４４】
本発明の半導体装置の製造方法によると、その上面が第１の拡散防止絶縁層の上面と下面との間に位置するように下層配線を形成する工程とを備えているため、第２の層間絶縁膜に開口部を形成する際にアライメントずれが生じて開口部の一部分が第１の層間絶縁膜の上側に配置された場合であっても、開口部に下層配線を露出する工程では下層配線の上面が露出した時点でエッチングを停止するので、開口部の底面には第１の絶縁層が露出されず、従って第１の拡散防止絶縁層により配線接続部から第２の配線材料が第１の層間絶縁膜へと拡散することを防止できる。さらに、下層配線の上に第１の拡散防止膜を形成する工程と、開口部に露出した第１の拡散防止膜を除去して開口部の底面に下層配線を露出する工程とを備えているため、第２の層間絶縁膜の最下層に拡散防止用の絶縁層を形成しなくても下層配線から第１の配線材料が第２の層間絶縁膜へと拡散することを防止できると共に、配線材料が下層配線と配線接続部との間を移動できるためＥＭ耐性が向上する。従って、配線間の容量を増大させることなく、ＥＭ耐性の向上とアライメントずれによる配線材料の拡散の防止とを実現できる。
【００４５】
本発明の半導体装置の製造方法は、下層配線を露出する工程において、第１の拡散防止膜を構成する材料と第１の拡散防止絶縁層を構成する材料とをエッチング可能なエッチング剤を用いて、開口部に露出した第１の拡散防止膜を除去することが好ましい。
【００４６】
本発明の半導体装置の製造方法は、下層配線を露出する工程において、第１の拡散防止絶縁層を構成する材料に対するエッチング速度よりも、第１の拡散防止膜を構成する材料に対するエッチング速度の方が大きいエッチング剤を用いて、開口部に露出した第１の拡散防止膜をエッチング除去することが好ましい。
【００４７】
このようにすると、下層配線を露出する工程において第１の拡散防止絶縁層がほとんどエッチングされないため、第１の拡散防止絶縁層の膜厚を薄くしても開口部の底面において配線材料の拡散を防止するために十分な厚さを確保できるので、配線間の容量を低減できる。
【００４８】
本発明の半導体装置の製造方法において、下層配線を形成する工程は、第１の層間絶縁膜の上に溝部の上を含む全面にわたって下層配線形成膜を形成する工程と、下層配線形成膜を、上面が第１の拡散防止絶縁層の上面と下面との間に位置する程度にまで研磨除去することにより、下層配線形成膜から下層配線を形成する工程とを含むことが好ましい。
【００４９】
このようにすると、下層配線形成膜の研磨条件を適宜設定することにより下層配線の上面の位置を第１の拡散防止絶縁層の上面と下面との間に位置するよう調整できるため、下層配線を低コストに且つ確実に形成できる。
【００５０】
本発明の半導体装置の製造方法において、第１の拡散防止膜を形成する工程は、第１の拡散防止絶縁層の上に、下層配線の上を含む全面にわたって導電性材料からなる第１の拡散防止膜形成膜を形成する工程と、第１の拡散防止絶縁層の上面が露出するように第１の拡散防止膜形成膜の上部を除去することにより、第１の拡散防止膜形成膜から第１の拡散防止膜を形成する工程とを含むことが好ましい。
【００５１】
このようにすると、第１の拡散防止膜を第１の層間絶縁膜の溝部に対して自己整合的に形成することができるため、第１の拡散防止膜を低コストに且つ確実に形成することができる。
【００５２】
本発明の半導体装置の製造方法は、上層配線を形成する工程よりも後に、上層配線の上に第２の拡散防止膜を形成する工程をさらに備え、第２の層間絶縁膜を形成する工程は、第１の層間絶縁膜の上に第２の絶縁層と第２の拡散防止絶縁層とを順次形成する工程を含み、上層配線を形成する工程は、第２の層間絶縁膜の上に開口部の内部を含む全面にわたって上層配線形成膜を形成する工程と、上層配線形成膜を、上面が第２の拡散防止絶縁層の上面と下面との間に位置する程度にまで研磨除去することにより、上層配線形成膜から上層配線を形成する工程とを含むことが好ましい。
【００５３】
このようにすると、上層配線の上に他の配線を形成する場合においても、配線間の容量を増大させることなく、ＥＭ耐性の向上をし、且つアライメントずれによる配線材料の拡散を防止することができる。
【００５４】
【発明の実施の形態】
（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図面を参照しながら説明する。
【００５５】
図１（ａ）は第１の実施形態に係る半導体装置の断面構成を示している。図１（ａ）に示すように、第１の実施形態に係る半導体装置は、例えば、シリコンからなる半導体基板１１の上に、膜厚が約２５０ｎｍの酸化シリコンからなる第１の絶縁膜１２と、膜厚が約７０ｎｍの窒化シリコンからなる第１のバリア絶縁膜（第１の拡散防止絶縁層）１３とが順次積層されている。ここで、第１の絶縁膜１２及び第１のバリア絶縁膜１３は第１の層間絶縁膜１４を構成し、該第１の層間絶縁膜１４の上部には、下層配線を形成するため配線溝として、第１のバリア絶縁膜１３の上面からの深さが約２５０ｎｍで幅が約２４０ｎｍの第１の溝部（溝部）１４ａが設けられている。
【００５６】
第１の溝部１４ａの壁面及び底面には、膜厚が約２０ｎｍの窒化タンタルからなる第１のバリアメタル膜１５が設けられており、第１の溝部１４ａの内部には、配線材料である銅が埋め込まれることにより、下層配線１６が形成されている。
【００５７】
なお、図示は省略しているが、半導体基板１１の上面には、トランジスタ等からなる半導体集積回路と、該半導体集積回路の表面を覆う保護膜とが設けられており、保護膜の上面にはトランジスタ等の電極となるタングステンプラグが設けられている。下層配線１６は、このタングステンプラグを介して半導体基板１１上の半導体集積回路と接続されている。また、第１の層間絶縁膜１４は下層配線１６と半導体集積回路との間を絶縁している。
【００５８】
下層配線１６の上面は、第１の溝部１４ａにおける第１のバリア絶縁膜１３の上面からの深さが１０ｎｍ〜２０ｎｍ程度の位置に配置されている。第１の溝部１４ａにおける下層配線１６の上における後述の配線接続部が形成される領域を除く領域には、第１のバリア絶縁膜１３の上面よりも下側の部分を埋めるように第２のバリアメタル膜（第１の拡散防止膜）１７が設けられている。ここで、第２のバリアメタル膜１７の膜厚は、第１のバリア絶縁膜１３の上面から下層配線１６の上面までの深さとほぼ一致する１０ｎｍ〜２０ｎｍ程度であるため、銅原子に対するバリア性が確保されている。
【００５９】
また、第２のバリアメタル膜１７の上を含む第１の層間絶縁膜１４の上には、膜厚が約２００ｎｍの酸化シリコンからなる第２の絶縁膜１８、膜厚が約７０ｎｍの窒化シリコンからなる第２のバリア絶縁膜１９、膜厚が約２００ｎｍの酸化シリコンからなる第３の絶縁膜２０及び膜厚が約７０ｎｍの窒化シリコンからなる第３のバリア絶縁膜（第２の拡散防止絶縁層）２１が順次積層されている。
【００６０】
ここで、第２の絶縁膜１８、第２のバリア絶縁膜１９、第３の絶縁膜２０及び第３のバリア絶縁膜２１は第２の層間絶縁膜２２を構成し、該第２の層間絶縁膜２２の上部、即ち、第３の絶縁膜２０と第３のバリア絶縁膜２１とには、第３のバリア絶縁膜２１の上面からの深さが約２５０ｎｍで幅が約２４０ｎｍの第２の溝部２２ａが設けられると共に、第２の層間絶縁膜２２の下部、即ち、第２の絶縁膜１８と第２のバリア絶縁膜１９とには、第２の溝部２２ａの底面から下層配線１６の上面に達する接続孔部２２ｂが設けられている。
【００６１】
第２の層間絶縁膜２２における第２の溝部２２ａ及び接続孔部２２ｂの壁面には、膜厚が約２０ｎｍの窒化タンタルからなる第３のバリアメタル膜２３が形成されており、さらに、第２の溝部２２ａ及び接続孔部２２ｂの内部には、配線材料である銅が埋め込まれることにより、上層配線２４及び配線接続部２４ａがそれぞれ形成されている。
【００６２】
ここで、上層配線２４の上面は、第２の溝部２２ａにおける第３のバリア絶縁膜２１の上面からの深さが１０ｎｍ〜２０ｎｍ程度の位置に配置されており、第２の溝部２２ａにおける上層配線２４の上には、膜厚が１０〜２０ｎｍ程度の窒化タンタルからなる第４のバリアメタル膜（第２の拡散防止膜）２５が設けられている。
【００６３】
以上のように構成された第１の実施形態に係る半導体装置において、第１のバリア絶縁膜１３、第２のバリア絶縁膜１９及び第３のバリア絶縁膜２１は、銅原子に対するバリア性（銅原子が拡散することを防止可能な性質）を有する絶縁性材料であるシリコン窒化膜によって構成されており、且つ第１のバリアメタル膜１５、第２のバリアメタル膜１７、第３のバリアメタル膜２３及び第４のバリアメタル膜２５は、銅原子に対するバリア性を有する導電性材料である窒化タンタルによって構成されているため、下層配線１６及び上層配線２４の配線材料が第１の層間絶縁膜１４及び第２の層間絶縁膜２２へと拡散することを防止できる。
【００６４】
具体的に、下層配線１６の側面及び底面は第１のバリアメタル膜１５により覆われているため、下層配線１６を構成する配線材料である銅原子が第１の絶縁膜１２へと拡散することが防止されており、また、下層配線１６の上面は、配線接続部２４ａが形成される領域を除いて、第２のバリアメタル膜１７により覆われているため、銅原子が第２の絶縁膜１８へと拡散することが防止されている。
【００６５】
また、上層配線２４及び配線接続部２４ａの側面は第３のバリアメタル膜２３により覆われているため、上層配線２４及び配線接続部２４ａを構成する銅原子がそれぞれ第３の絶縁膜２０及び第２の絶縁膜１８へと拡散することが防止されている。
【００６６】
さらに、上層配線２４は底面における配線接続部２４ａが形成領域された領域を除く部分には、第２のバリア絶縁膜１９が設けられているため、窒化シリコンは銅原子に対して拡散を防止するバリア性を有する絶縁性材料であるので、上層配線２４を構成する配線材料である銅原子が第２の絶縁膜１８へと拡散することが防止されている。
【００６７】
また、上層配線２４の上に形成された第４のバリアメタル膜２５と、第２の層間絶縁膜２２の最上層を構成する第３のバリア絶縁膜２１とにより、上層配線２４の上に他の層間絶縁膜を介してさらに他の配線を形成する場合においても、上層配線２４及びその上に形成される他の配線を構成する配線材料の拡散を防止することができる。
【００６８】
ここで、第１の実施形態に係る半導体装置では、第２のバリアメタル膜１７を用いて下層配線１６から第２の絶縁膜１８への配線材料の拡散を防止できるため、第２の層間絶縁膜２２の最下層にバリア性の絶縁膜を形成する必要がないので、下層配線１６と上層配線２４との間の容量が第３の従来例の半導体装置よりも低減されている。
【００６９】
また、下層配線１６と配線接続部２４ａとの間にはバリアメタル膜が無く、配線材料である銅原子が下層配線１６と配線接続部２４ａとの間を移動できるように構成されているため、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）によるボイドの成長を抑制でき、ＥＭ耐性が向上されている。
【００７０】
第１の実施形態の特徴は、半導体基板１１と下層配線１６との間を絶縁する第１の層間絶縁膜１１３として、第１の絶縁膜１２と第１のバリア絶縁膜１３とが順次積層された積層膜が用いられており、下層配線１６の上面は、第１のバリア絶縁膜１３の上面と下面との間に配置され、且つ下層配線１６の上面における配線接続部２４ａが形成される領域を除く領域の上には第１のバリア絶縁膜１３が配置されていることを特徴とする。
【００７１】
このような構成により、接続孔部２２ｂを形成する際にアライメントずれが生じた場合であっても、第１のバリア絶縁膜１３により配線接続部２４ａを構成する配線材料が第１の絶縁膜１２へと拡散することを防止できる。
【００７２】
以下に、第１の実施形態の半導体装置において、接続孔部２２ｂを形成する際にアライメントずれが生じた場合について図面を参照しながら説明する。
【００７３】
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す半導体装置において、接続孔部２２ｂを形成する際に、アライメントずれにより接続孔部２２ｂの一部分が下層配線１６の側方にはみ出して第１の層間絶縁膜１４の上側に配置された場合の断面構成を示している。
【００７４】
図１（ｂ）に示すように、接続孔部２２ｂの一部分が第１のバリア絶縁膜１３の上に配置された場合、接続孔部２２ｂの底面は、下層配線１６の上面と一致するように配置される。この際、第１のバリア絶縁膜１３において、接続孔部２２ｂと対向する領域では、下層配線１６の上面よりも上側の部分が除去されている。
【００７５】
ここで、第１の実施形態において、第１のバリア絶縁膜１３の膜厚は約７０ｎｍであり、第１のバリア絶縁膜１３の上面から下層配線１６の上面までの深さが１０〜２０ｎｍであるため、第１のバリア絶縁膜１３における接続孔部２２ｂと対向する領域の厚さ５０〜６０ｎｍ程度となるので、第１のバリア絶縁膜１３は、銅原子に対して十分なバリア性が確保される。従って、第１のバリア絶縁膜１３により、配線接続部２４ａから第１の絶縁膜１２への銅原子の拡散が防止されている。
【００７６】
以上説明したように、第１の実施形態に係る半導体装置によると、下層配線１６の上面は、配線接続部２４ａが形成される領域を除いて、第２のバリアメタル膜１７により覆われているため、ＥＭ耐性を向上することができると共に、第２の層間絶縁膜２２の最下層にバリア性の絶縁膜を形成する必要がないので配線間の容量が増大することがない。さらに、下層配線１６の上面は、第１のバリア絶縁膜１３の上面と下面との間に配置されているため、アライメントずれが生じても配線接続部２４ａから第１の絶縁膜１２への配線材料の拡散を防止できる。
【００７７】
また、第１の実施形態に係る半導体装置において、上層配線２４の上面は第３のバリア絶縁膜２１の上面と下面との間に配置されているため、上層配線２４の上に他の配線層が形成される場合においても、下層配線１６の上に上層配線２４が形成される場合と同様に、アライメントずれに対応でき且つ上層配線２４とその上の他の配線との間の配線間容量を低減できる。
【００７８】
（第１の実施形態の製造方法）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００７９】
図２（ａ）〜図２（ｄ）、図３（ａ）〜図３（ｄ）、図４（ａ）〜図４（ｄ）及び図５（ａ）〜図５（ｃ）は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００８０】
まず、図２（ａ）に示すように、図示しない半導体集積回路が設けられた半導体基板１１の上に、例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）法により、膜厚が約２５０ｎｍの第１の絶縁膜１２と、膜厚が約７０ｎｍの第１のバリア絶縁膜１３とを順次堆積して第１の層間絶縁膜１４を形成する。
【００８１】
次に、図２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて第１の層間絶縁膜１４をパターニングすることにより、下層配線を形成するための配線溝となる深さが約２５０ｎｍで且つ幅が約２４０ｎｍの第１の溝部１４ａを形成する。
【００８２】
次に、図２（ｃ）に示すように、スパッタ法により、第１の層間絶縁膜１４上に、第１の溝部１４ａの底面及び壁面の上を含む全面にわたって、第１の溝部１４ａの底面における膜厚が約２０ｎｍとなるように第１の窒化タンタル膜１５Ａを形成する。
【００８３】
次に、図２（ｄ）に示すように、電界メッキ法により、第１の窒化タンタル膜１５Ａの上に、第１の溝部１４ａの内部を充填するように全面にわたって、第１の銅膜１６Ａを堆積する。ここで、第１の銅膜１６Ａを形成する工程において、メッキ金属である銅が堆積されやすいように、電界メッキ法に先立ってスパッタ法を用いて銅からなる薄膜を形成しておくことが好ましい。
【００８４】
次に、図２（ｅ）に示すように、化学的機械研磨法（ＣＭＰ）法により、第１の銅膜１６Ａ及び第１の窒化タンタル膜１５Ａにおける第１の層間絶縁膜１４の上側部分を順次除去すると共に、第１の層間絶縁膜１４の上面を平坦化する。この平坦化工程において、ＣＭＰ法における研磨条件を、第１のバリア絶縁膜１３の上面から第１の銅膜１６Ａの上面までの深さが１０ｎｍ〜２０ｎｍ程度となるまでオーバー研磨される条件に調整する。これにより、第１の窒化タンタル膜１５Ａから第１のバリアメタル膜１５が形成されると共に、第１の銅膜１６Ａから、その上面が第１のバリア絶縁膜１３の上面と下面との間に配置された下層配線１６が形成される。
【００８５】
ここで、下層配線１６の上面は、第１のバリア絶縁膜１３の上面よりも下側に配置されるため、第１の溝部１４ａにおいて、第１のバリア絶縁膜１３の上面と下層配線１６の上面との間には段差が形成される。
【００８６】
次に、図３（ａ）に示すように、スパッタ法により、第１の層間絶縁膜１４の上に、下層配線１６の上を含む全面にわたって、第１の層間絶縁膜１４上の膜厚が約２０ｎｍとなるように第２の窒化タンタル膜１７Ａを形成する。これにより、第１のバリア絶縁膜１３の上面と下層配線１６の上面との間の領域にも第２の窒化タンタル膜１７Ａが形成される。
【００８７】
次に、図３（ｂ）に示すように、ＣＭＰ法により、第２の窒化タンタル膜１７Ａにおける第１の層間絶縁膜１４の上側部分を除去して第２の窒化タンタル膜１７Ａから第２のバリアメタル膜１７を形成すると共に、第１の層間絶縁膜１４の上面を平坦化する。
【００８８】
ここで、下層配線１６は、上面が第１のバリア絶縁膜１３の上面と下面との間に配置されているため、第２の窒化タンタル膜１７Ａを第１の層間絶縁膜１４の上面が露出するまで研磨することにより、第２のバリア絶縁膜１７を第１の溝部１４ａに対して自己整合的に形成される。
【００８９】
即ち、第２のバリアメタル膜１７は、上面が第１のバリア絶縁膜１３の上面とほぼ一致するように形成され、その膜厚は第１のバリア絶縁膜１３の上面から下層配線１６の上面までの深さである１０ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚さとなる。これにより、第２のバリアメタル膜１７は、銅原子の拡散を防止するために十分な膜厚を有するように形成できる。
【００９０】
次に、図３（ｃ）に示すように、ＣＶＤ法により、第１の層間絶縁膜１４上に、第２のバリアメタル膜１７の上を含む全面にわたって、膜厚が約２００ｎｍの第２の絶縁膜１８と、膜厚が約７０ｎｍの第２のバリア絶縁膜１９と、膜厚が約２００ｎｍの第３の絶縁膜２０と、膜厚が約７０ｎｍの第３のバリア絶縁膜２１とを順次堆積する。これにより、第１の層間絶縁膜１４の上には、第２の絶縁膜１８、第２のバリア絶縁膜１９、第３の絶縁膜２０及び第３のバリア絶縁膜２１からなる第２の層間絶縁膜２２が形成される。
【００９１】
次に、図３（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法により、第２の層間絶縁膜２２をパターニングして幅が約２４０ｎｍで深さが約２５０ｎｍの第２の溝部２２ａと、直径が約１４０ｎｍで深さが約２５０ｎｍの接続孔部２２ｂを形成する。ここで、第２のバリア絶縁膜１９は、第２の溝部２２ａをパターニングする際のエッチングストッパ膜となる。従って、第２の溝部２２ａの深さは第３のバリア絶縁膜２１の上面から第２のバリア絶縁膜１９の上面までの深さとなり、接続孔部２２ｂの深さは第２のバリア絶縁膜１９の上面から第２のバリアメタル膜１７の上面までの深さとなる。
【００９２】
なお、接続孔部２２ｂを形成する際のフォトリソグラフィ法において、第２の層間絶縁膜２２に接続孔部２２ｂをパターニングするためのフォトマスクを位置合わせ（アライメント）して、マスクパターンは、接続孔部２２ｂ形成用の開口部の全領域が下層配線１６の上面に配置されるように位置調整する。
【００９３】
次に、図４（ａ）に示すように、スパッタ法により、第２の層間絶縁膜２２の上に、第２の溝部２２ａ及び接続孔部２２ｂの壁面及び底面の上を含む全面にわたって、接続孔部２２ｂの底面における膜厚が約２０ｎｍとなるように第３の窒化タンタル膜２３Ａを形成する。
【００９４】
次に、図４（ｂ）に示すように、ドライエッチング法により、第３の窒化タンタル膜２３Ａ及び第２のバリアメタル膜１７に対する異方性エッチングを行って接続孔部２２ｂの底面に下層配線１６を露出させる。ここで、第３の窒化タンタル膜２３Ａ及び第２のバリアメタル膜１７をエッチングするエッチングガスとして、窒化タンタルのドライエッチング工程において、窒化タンタルと窒化シリコンとをほぼ同一の速度で除去可能なアルゴン（Ａｒ）ガスを用いたスパッタエッチングによって行う。
【００９５】
これにより、第３の窒化タンタル膜２３Ａにおける第２の層間絶縁膜２２の上面上に形成された部分と、第２の溝部２２ａ及び接続孔部２２ｂの底面上に形成された部分とが除去され、第３の窒化タンタル膜２３Ａから、第２の溝部２２ａ及び接続孔部２２ｂの壁面上を覆う第３のバリアメタル膜２３が形成される。
【００９６】
次に、図４（ｃ）に示すように、スパッタ法及び電界メッキ法により、第２の層間絶縁膜２２の上に、第２の溝部２２ａ及び接続孔部２２ｂの内部を埋めるように第２の銅膜２４Ａを堆積する。
【００９７】
次に、図５（ａ）に示すように、ＣＭＰ法により、第２の銅膜２４Ａにおける第２の層間絶縁膜２２の上側部分を除去すると共に、平坦化を行う。この平坦か工程においても、第２の銅膜２４Ａがオーバー研磨されるように設定することにより、第３のバリア絶縁膜２１の上面から第２の銅膜２４Ａの上面までの深さが１０〜２０ｎｍ程度となるまで第２の銅膜２４Ａを研磨除去する。これにより、第２の銅膜２４Ａから、その上面が第３のバリア絶縁膜２１の上面と下面との間に配置された上層配線２４が形成され、また、第２の銅膜２４Ａにおける接続孔部２２ｂに形成された領域は、上層配線２４と下層配線１６とを接続する配線接続部２４ａとなる。
【００９８】
次に、図５（ｂ）に示すように、スパッタ法により、第２の層間絶縁膜２２の上に、上層配線２４の上を含む全面にわたって、第２の層間絶縁膜２２上の膜厚が約２０ｎｍとなるように第４の窒化タンタル膜２５Ａを形成する。これにより、第３のバリア絶縁膜２１の上面と上層配線２４の上面との間の領域にも第４の窒化タンタル膜２５Ａが形成される。
【００９９】
次に、図５（ｃ）に示すように、ＣＭＰ法により、第４の窒化タンタル膜２５Ａにおける第２の層間絶縁膜２２の上側部分を除去することにより、上層配線２４の上面には、第４の窒化タンタル膜２５Ａから第４のバリアメタル膜２５が形成される。これにより、第４のバリアメタル膜２５の膜厚は、第３のバリア絶縁膜２１の上面から上層配線２４の上面までの深さである１０ｎｍ〜２０ｎｍ程度となる。
【０１００】
以上の工程により、図１（ａ）に示す第１の実施形態に係る半導体装置が完成する。
【０１０１】
なお、第１の窒化タンタル膜１５Ａ、第２の窒化タンタル膜１７Ａ、第３の窒化タンタル膜２３Ａ及び第４の窒化タンタル膜２５Ａを形成する各工程において、スパッタ法に代えてＣＶＤ法を用いてもよい。
【０１０２】
以下、第１の半導体装置の製造方法において、接続孔部２２ｂを形成する際のフォトマスクのアライメントずれにより、接続孔部２２ｂの一部分が下層配線１６の側方にはみ出して第１の層間絶縁膜１４の上側に配置された場合について、図面を参照しながら説明する。
【０１０３】
図６（ａ）〜図６（ｃ）及び図７（ａ）〜図７（ｃ）は、図３（ｃ）に示す工程の後、接続孔部２２ｂを形成する際に、フォトマスクのアライメントずれにより接続孔部２２ｂの一部分が下層配線１６の側方にはみ出して第１のバリア絶縁膜１３の上側に配置された場合を説明し、それぞれ図３（ｄ）、図４（ａ）〜図４（ｃ）、図５（ａ）及び図５（ｃ）に示す工程と対応している。
【０１０４】
図６（ａ）に示すように、図３（ｄ）の工程においてフォトマスクのアライメントずれが生じることにより、接続孔部２２ｂの底面には、下層配線１６上に形成された第２のバリアメタル膜１７が露出されると共に、下層配線１６の側方の第１のバリア絶縁膜１３が露出されている。
【０１０５】
次に、図６（ｂ）に示すように、図４（ａ）に示す工程と同様にして、第３の窒化タンタル膜２３Ａを形成する。これにより、第３の窒化タンタル膜２３Ａは、接続孔部２２ｂの底面において、第２のバリアメタル膜１７の上面と第１のバリア絶縁膜１３の上面との上に形成される。
【０１０６】
次に、図６（ｃ）に示すように、図４（ｂ）に示す工程と同様にして、第３の窒化タンタル膜２３Ａ及び第２のバリアメタル膜１７に対する異方性エッチングを行って接続孔部２２ｂの底面に下層配線１６を露出させる。ここで、第３の窒化タンタル膜２３Ａ及び第２のバリアメタル膜１７を除去するためのエッチング剤として、窒化タンタルと窒化シリコンとをほぼ同一の速度で除去可能なエッチング剤を用いているため、下層配線１６の上面が露出するまでエッチングすると、接続孔部の底面に位置する第１のバリア絶縁膜１３もエッチングをうける。
【０１０７】
このドライエッチング工程では下層配線１６が露出するまでエッチングを行うため、第１のバリア絶縁膜１３における下層配線１６よりも上側の部分が除去されるとエッチングが停止する。従って、下層配線１６の側方には第１のバリア絶縁膜１３が残存しており、第１の絶縁膜１２は露出しない。
【０１０８】
具体的に、このドライエッチング工程において第１のバリア絶縁膜１３がエッチングされる深さ寸法は、図２（ｅ）のＣＭＰ工程でオーバー研磨される深さ寸法と同じであり、第１のバリア絶縁膜１３における接続孔部２２ｂと対向する領域は、１０〜２０ｎｍ程度エッチングされて５０〜６０ｎｍ程度の厚さとなり、銅原子に対するバリア性を実現するために十分な膜厚が確保される。
【０１０９】
次に、図７（ａ）に示すように、図４（ｃ）に示す工程と同様にして、第２の溝部２２ａ及び接続孔部２２ｂの内部を埋めるように第２の銅膜２４Ａを堆積する。
【０１１０】
次に、図７（ｂ）に示すように、図５（ａ）に示す工程と同様にして、第２の銅膜２４Ａにおける第２の層間絶縁膜２２の上側部分を除去して第２の銅膜２４Ａから上層配線２４及び配線接続部２４ａを形成すると共に、第２の層間絶縁膜２２及び上層配線２４の上面を平坦化する。
【０１１１】
ここで、接続孔部２２ｂの底面において、下層配線１６の側方には、膜厚が３０〜４０ｎｍ程度の第１のバリア絶縁膜１３が残存しているため、配線接続部２４ａを構成する銅原子が第１の絶縁膜１２へと拡散することがない。
【０１１２】
次に、図７（ｃ）に示すように、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示す工程と同様にして、第４の窒化タンタル膜を堆積した後にその上部を研磨除去して、上層配線２４の上面の上に第４のバリアメタル膜２５を形成する。
【０１１３】
以上説明したように、第１の実施形態の半導体装置の製造方法によると、アライメントずれにより接続孔部２２ｂの一部分が下層配線１６の側方にはみ出して第１の層間絶縁膜１４の上に配置された場合であっても、第１のバリア絶縁膜１３における接続孔部２２ｂの底面に露出した部分は、下層配線１６の上面よりも上側部分が除去されるだけである。従って、第１のバリア絶縁膜１３により、配線接続部２４ａから第１の絶縁膜１２へと配線材料が拡散することを防止できる。
【０１１４】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０１１５】
図８（ａ）〜図８（ｃ）、図９（ａ）及び図９（ｂ）は、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示している。図８（ａ）〜図８（ｃ）、図９（ａ）及び図９（ｂ）において、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の説明に用いた各図面と同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。なお、第２の実施形態において、接続孔部２２ｂが正常に配置された場合については第１の実施形態と同様であるため、図示と説明とを省略する。
【０１１６】
図８（ａ）に示すように、まず、図２（ａ）〜図２（ｅ）及び図３（ａ）〜図３（ｃ）に工程と同様にして、半導体基板１１上に第１の層間絶縁膜１４と下層配線１６とを形成した後、第２の層間絶縁膜２２を形成し、続いて図３（ｄ）に示す工程と同様にして、第２の層間絶縁膜２２に第２の溝部２２ａ及び接続孔部２２ｂを形成する。ここで、接続孔部２２ｂを形成する工程においてアライメントずれにより、接続孔部２２ｂの一部分が下層配線１６の側方にはみ出して第１のバリア絶縁膜１３の上側に配置されている。
【０１１７】
その後、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す工程と同様にして、第２の層間絶縁膜２２の上に、第２の溝部２２ａ及び接続孔部２２ｂの底面及び壁面の上を含む全面にわたって第３の窒化タンタル膜を形成した後、異方性ドライエッチングにより接続孔部２２ｂの底面に位置する第３の窒化タンタル膜及び第２のバリアメタル膜１７を除去して接続孔部２２ｂの底面に下層配線１６を露出する。
【０１１８】
ここで、第２の実施形態では、下層配線１６を露出するための異方性エッチングにおいて、窒化シリコンよりも窒化タンタルに対するエッチング速度が大きいエッチング剤を用いており、これにより、図８（ａ）に示すように、第１のバリア絶縁膜１３における接続孔部２２ｂの底面に露出した部分は、ほとんどエッチングされていない。ここで、窒化シリコンと比べて窒化タンタルに対するエッチング速度が大きいエッチングガスとして、例えば塩素ガス又は塩素を含む混合ガスを主成分とするプラズマガスを用いる。
【０１１９】
次に、図８（ｂ）に示すように、図４（ｃ）に示す工程と同様にして、第２の溝部２２ａ及び接続孔部２２ｂの内部を埋めるように第２の銅膜２４Ａを堆積する。
【０１２０】
次に、図８（ｃ）に示すように、図５（ａ）に示す工程と同様にして、第２の銅膜２４Ａにおける第２の層間絶縁膜２２の上側部分を除去して第２の銅膜２４Ａから上層配線２４及び配線接続部２４ａを形成すると共に、第２の層間絶縁膜２２及び上層配線２４の上面を平坦化する。
【０１２１】
次に、図９（ａ）に示すように、図５（ｂ）に示す工程と同様にして、第２の層間絶縁膜２２の上に、上層配線２４の上を含む全面にわたって、第４の窒化タンタル膜２５Ａを堆積する。
【０１２２】
次に、図９（ｂ）に示すように、図５（ｃ）に示す工程と同様にして、第２の層間絶縁膜２２の上面が露出するまで第４の窒化タンタル膜２５Ａを研磨除去することにより、第４の窒化タンタル膜２５Ａから上層配線２４の上面を覆う第４のバリアメタル膜２５を形成する。
【０１２３】
このように、第２の実施形態の半導体装置の製造方法によると、下層配線１６を露出する工程において、第１のバリア絶縁膜１３はほとんどエッチングされないため、接続孔部２２ｂの底面に露出した第１のバリア絶縁膜１３の膜厚を５０ｎｍ程度に形成しても、下層配線１６を露出した後に、銅原子に対する十分なバリア性を確保できる。従って、第２の実施形態では、第１の実施形態よりも第１のバリア絶縁膜１３の膜厚を小さくすることができるため、配線間の容量をさらに低減できる。
【０１２４】
なお、第１の実施形態及び第２の実施形態において、下層配線１６、上層配線２４及び配線接続部２４ａを構成する材料は、銅に限られず、銅を含む合金であってもよい。また、下層配線１６と、上層配線２４及び配線接続部２４ａとのそれぞれに異なる材料を用いてもよい。
【０１２５】
また、第１の実施形態及び第２の実施形態において、第１のバリア絶縁膜１３、第２のバリア絶縁膜１９及び第３のバリア絶縁膜２１を構成する材料は、窒化シリコンに限られず、銅原子に対するバリア性を有する絶縁であればよい。例えば、第１のバリア絶縁膜１３、第２のバリア絶縁膜１９及び第３のバリア絶縁膜２１のうちの１つ以上に、炭化シリコン（ＳｉＣ）を用いていも、窒化シリコンを用いた場合と同様に下層配線１６、上層配線２４及び配線接続部２４ａを構成する配線材料の拡散を防止できる。
【０１２６】
また、第１の実施形態及び第２の実施形態において、各バリアメタル膜（即ち、第１のバリアメタル膜１５、第２のバリアメタル膜１７、第３のバリアメタル膜２３及び第４のバリアメタル膜２５）を構成する材料は、窒化タンタルに限られず、銅原子に対してバリア性を有する他の材料を用いてもよい。特に、各バリアメタル膜を構成する材料として、例えば、タンタル（Ｔａ）、窒化タングステン（ＷＮ）又は窒化珪化タンタル（ＴａＳｉＮ）等の導電性材料を用いることにより、配線間の容量を低減する効果を得られる。
【０１２７】
また、第１の実施形態及び第２の実施形態において、上層配線の上に他の配線を形成しない場合には、上層配線２４の上に形成された第４のバリアメタル膜２５と、第２の層間絶縁膜２２の最上層を構成する第３のバリア絶縁膜２１とを省略してもよい。
【０１２８】
【発明の効果】
本発明の半導体装置及びその製造方法によると、下層配線と配線接続部との間を配線材料が移動できるため、エレクトロマイグレーション耐性を向上されており、また、下層配線の上に形成された第１の拡散防止膜により下層配線から第２の絶縁膜への配線材料の拡散が防止できるため、配線間の容量が増大しない。さらに、アライメントアライメントずれが生じて配線接続部が下層配線の側方にはみ出して配置された場合であっても、第１の拡散防止絶縁層により配線接続部から第１の絶縁層へと配線材料が拡散されることを防止できる。従って、配線間の容量を増大させることなく、ＥＭ耐性の向上とアライメントずれによる配線材料の拡散の防止とを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を示す構成断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す半導体装置を形成する工程において、アライメントずれが生じて接続孔部の一部分が下層配線の側方にはみ出して形成された場合を示す構成断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、アライメントずれが生じて接続孔部の一部分が下層配線の側方にはみ出して形成された場合を示す工程順の構成断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、アライメントずれが生じて接続孔部の一部分が下層配線の側方にはみ出して形成された場合を示す工程順の構成断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示し、アライメントずれにより接続孔部の一部分が下層配線の側方にはみ出して形成された場合の工程順の構成断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示し、アライメントずれにより接続孔部の一部分が下層配線の側方にはみ出して形成された場合の工程順の構成断面図である。
【図１０】第１の従来例に係る半導体装置を示す構成断面図である。
【図１１】（ａ）は第２の従来例に係る半導体装置を示す断面構成図であり、（ｂ）は（ａ）に示す半導体装置を形成する工程において、アライメントずれが生じて接続孔部の一部分が下層配線の側方にはみ出して形成された場合を示す構成断面図である。
【図１２】（ａ）は第３の従来例に係る半導体装置を示す断面構成図であり、（ｂ）は（ａ）に示す半導体装置を形成する工程において、アライメントずれが生じて接続孔部の一部分が下層配線の側方にはみ出して形成された場合を示す構成断面図である。
【符号の説明】
１１    半導体基板（半導体領域）
１２    第１の絶縁膜（第１の絶縁層）
１３    第１のバリア絶縁膜（第１の拡散防止絶縁層）
１４    第１の層間絶縁膜
１４ａ  第１の溝部（溝部）
１５    第１のバリアメタル膜
１５Ａ  第１の窒化タンタル膜
１６    下層配線
１６Ａ  第１の銅膜（下層配線形成膜）
１７    第２のバリアメタル膜（第１の拡散防止膜）
１７Ａ  第２の窒化タンタル膜（第１の拡散防止膜形成膜）
１８    第２の絶縁膜
１９    第２のバリア絶縁膜
２０    第３の絶縁膜
２１    第３のバリア絶縁膜（第２の拡散防止絶縁層）
２２    第２の層間絶縁膜
２２ａ  第２の溝部
２２ｂ  接続孔部
２３    第３のバリアメタル膜
２３Ａ  第３の窒化タンタル膜
２４    上層配線
２４ａ  配線接続部
２４Ａ  第２の銅膜（上層配線形成膜）
２５    第４のバリアメタル膜（第２の拡散防止膜）
２５Ａ  第４の窒化タンタル膜
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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