(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
当該層間絶縁膜上に接続孔パターンを有する第１マスクを形成する工程と、
前記第１マスク上からのエッチングにより前記層間絶縁膜に接続孔を形成する工程と、
をこの順に行う半導体装置の製造方法であって、
さらに、この工程を行った後に、
前記接続孔が形成された前記層間絶縁膜上に配線溝パターンを備えた第２マスクを形成する工程と、
前記接続孔の内壁を覆う状態で保護膜を成膜する工程と、
前記第２マスク上からのエッチングにより前記保護膜および前記層間絶縁膜の上層をエッチングして前記保護膜によって内壁が保護された前記接続孔の上部に配線溝を形成する工程と、
前記保護膜上からのエッチングにより前記接続孔の底部に前記基板を露出させる工程と、
前記配線溝および前記接続孔内を埋め込む状態で導電性材料膜を成膜する工程と、
前記配線溝および接続孔内のみに残るように前記導電性材料膜を研磨除去することにより埋め込み配線を形成する工程と、
をこの順に行う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】
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特には埋め込み配線の形成工程を備えた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置における素子構造の微細化および高速化にともない、配線抵抗の低下や層間絶縁膜の低誘電率化が望まれている。これに応え、最先端デバイスにおいては、従来のアルミニウム（Ａｌ）合金の配線に代えて、より低抵抗の銅（Ｃｕ）配線を使用することが一般的となってきた。Ｃｕ配線の形成においては、ドライエッチングによるＣｕ膜のパターニングが困難であることから、Ｃｕ配線を埋め込み配線として形成することが一般的である。
【０００３】
埋め込み配線を形成する場合には、配線溝とその底部から接続孔を掘下げたデュアルダマシン構造を層間絶縁膜に形成し、この内部を導電性材料（Ｃｕ等）で同時に埋め込んだ後、層間絶縁膜上に残る導電性材料をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）で研磨除去する方法が行われている。
【０００４】
また、上記デュアルダマシン構造の形成には、様々な手法が提案されているが、先に接続孔（ヴィア）パターンをリソグラフィーによって形成し、これをマスクとして層間絶縁膜の全部あるいは一部をエッチングして接続孔を形成した後、配線溝パターンをリソグラフィーによって形成し、これをマスクとして層間絶縁膜の上部をエッチングして配線溝をエッチングする、いわゆる先ヴィア法が一般的に用いられている。
【０００５】
この場合、先ず、図１１（１）に示すように、埋め込み形状の下層配線１ａが形成された基板１上に、ＳｉＣ(Ｎ,Ｈ)からなる拡散防止膜３、ＳｉＣＯＨの多孔質膜からなる層間絶縁膜５、ＳｉＮからなるハードマスク層７を順次成膜し、この上部に接続孔パターンを備えたレジストパターン９をリソグラフィーによって形成する。次に、図１１（２）に示すように、レジストパターン９をマスクにしたエッチングにより、ハードマスク層７および層間絶縁膜５に接続孔５ａをパターン形成する。その後、レジストパターン９を除去する。次いで、図１１（３）に示すように、ハードマスク層７上に、配線溝パターン９を備えたレジストパターン１１をリソグラフィーによって新たに形成し、これをマスクにしたエッチングによりハードマスク層７に配線溝パターン７-1を開口する。その後、レジストパターン９を除去する。
【０００６】
次に、図１１（４）に示すように、ハードマスク層７上からのエッチングにより、層間絶縁膜５に配線溝５ｂを形成する。次に、図１２（１）に示すように、ハードマスク層７および拡散防止膜３をエッチング除去し、接続孔５ａの底部に下層配線１ａを露出させる。これにより、接続孔（ヴィア）パターンを先に形成する、いわゆる先ヴィア法によるデュアルダマシン構造が形成される。
【０００７】
またその後は、図１２（２）に示すように、配線溝５ｂとこの底部に設けられた接続孔５ａの内壁を覆う状態で、バリアメタル層１３を成膜し、さらにＣｕシード層を形成し、配線溝５ｂおよび接続孔５ａの内部を埋め込む状態でＣｕ膜１５をメッキ成膜する。その後、ＣＭＰによって、層間絶縁膜５上のＣｕ膜１５およびバリアメタル層１３を除去し、配線溝５ｂおよび接続孔５ａ内のみにバリアメタル層１３を介してＣｕ膜１５を埋め込んでなる埋め込み配線１５ａを形成する（以上、下記特許文献1参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−４１５１９号公報参照
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した先ヴィア法によるデュアルダマシン構造の形成においては、図１２（１）に示したように、拡散防止膜３を除去して下層配線１ａを露出させる際に、配線溝５ｂの底部が長時間のプラズマに晒され、接続孔５ａの上部が肩落ちしてテーパ形状になり易い。
【００１０】
このため、次の図１２（２）で示した工程で、配線溝５ａおよび接続孔５ｂ内を埋め込む際のバリアメタル層１３およびＣｕシード層の成膜においてスパッタ成膜を行った場合には、テーパ形状となった接続孔５ｂの上部Ａにスパッタ材料が再付着してオーバーハング形状となる（文献；A. Kajita et al., 「Highly Reliable Cu/Low-k Dual-Damascene Interconnect Technology with Hybrid (PAE/SiOC) Dielectrics for 65nm-Node High Performance eDRAM」Proceedings of the IEEE 2003 International Interconnect Technology Conference, p.9.参照）。これにより、接続孔５ｂの内部にボイドＢが発生し、接続孔５ｂを介しての上層埋め込み配線１５ａと下層配線１ａとの接続抵抗を著しく上昇させ、半導体装置の信頼性を劣化させる要因となる。
【００１１】
また、このような接続孔５ｂの上部Ａにおける肩落ちは、層間絶縁膜５として低誘電膜（比誘電率ｋ＜３．２）を用いた場合に発生し易くなり、多孔質材料を用いた低誘電膜では特に顕著に発生する。
【００１２】
そこで本発明は、接続孔の上部の肩落ちが防止された形状精度の良好なデュアルダマシン構造を形成することが可能であり、ボイドの発生が防止された信頼性の高い半導体装置を得ることが可能な製造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】
【００１３】
このような目的を達成するための本発明の半導体装置の製造方法は、以下の工程を行うことを特徴としている。即ち、基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、当該層間絶縁膜上に接続孔パターンを有する第１マスクを形成する工程と、第１マスク上からのエッチングにより前記層間絶縁膜に接続孔を形成する工程と、をこの順に行う半導体装置の製造方法であって、さらに、この工程を行った後に、接続孔が形成された前記層間絶縁膜上に配線溝パターンを備えた第２マスクを形成する工程と、接続孔の内壁を覆う状態で保護膜を成膜する工程と、第２マスク上からのエッチングにより前記保護膜および前記層間絶縁膜の上層をエッチングして前記保護膜によって内壁が保護された接続孔の上部に配線溝を形成する工程と、保護膜上からのエッチングにより前記接続孔の底部に前記基板を露出させる工程と、配線溝および接続孔内を埋め込む状態で導電性材料膜を成膜する工程と、配線溝および接続孔内のみに残るように前記導電性材料膜を研磨除去することにより埋め込み配線を形成する工程と、をこの順に行う。
【００１４】
以上説明した製造方法では、配線溝のパターン形成の前に接続孔のパターン形成を行う先ヴィア方法のデュアルダマシンプロセスにおいて、配線溝のパターン形成のための層間絶縁膜のエッチングが、接続孔の内壁を保護膜で覆った状態で行われる。これにより、配線溝形成のためのエッチングが接続孔の開口形状に影響を及ぼすことが防止され、第1マスク上からのエッチングによって形成された接続孔の開口形状が維持され、接続孔の開口上部の肩落ちが防止される。したがって、第６工程において埋め込み配線を形成する際には、配線溝および接続孔内を埋め込む状態で成膜される導電性材料膜が接続孔の開口上部でオーバーハング状態になることが防止され、ボイドの発生のない埋め込み配線が形成される。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、接続孔の上部の肩落ちが防止された形状精度の良好なデュアルダマシン構造を形成することが可能であり、ボイドの発生が防止された信頼性の高い半導体装置を得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明をＣｕの埋め込み配線の形成に適用した各実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
＜第１実施形態＞
図１〜図３の断面工程図に沿って第１実施形態の製造方法を説明する。尚、図１１,１２を用いて説明した従来の製造方法と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を行うこととする。
【００１８】
先ず図1（１）に示すように、表面側にＣｕ埋め込み配線からなる下層配線１ａが形成された基板１を用意する。そして、この基板１上に、炭化シリコン（ＳｉＣ）からなるＣｕの拡散防止膜３を成膜する。この炭化シリコン（ＳｉＣ）からなるＣｕの拡散防止膜３は、成膜工程において用いるガスにより窒素（Ｎ）または水素（Ｈ）を含有したＳｉＣ（Ｎ，Ｈ）として構成されても良い。次に、多孔質のＳｉＣＯＨからなる層間絶縁膜５を成膜し、この上部に酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなるハードマスク層７を成膜する。
【００１９】
その後、リソグラフィー処理により、ハードマスク層７上に、接続孔パターン９ａを備えたレジストパターン９を第1マスクとして形成する。
【００２０】
次に、図１（２）に示すように、レジストパターン９上からのエッチングにより、ハードマスク層（ＳｉＯ2）７、および層間絶縁膜（多孔質ＳｉＣＯＨ）５に、接続孔５ａを形成する。しかる後、アッシング処理により、レジストパターン９を除去する。
【００２１】
次に、図１（３）に示すように、接続孔５ａの内壁を覆う状態で薄膜状の保護膜２１を成膜する。この工程が、本第1実施形態に特徴的な工程となる。この保護膜２１は、層間絶縁膜５のエッチングに対してエッチング耐性を有する材料を用いて構成され、例えばＳｉＣＯＨ薄膜、ＳｉＯ2薄膜、ＳｉＮ薄膜、ＳｉＯＮ薄膜、ＳｉＣ薄膜、さらにはＣＨＯ,ＣＨ,ＣＦ,ＣＮ等の炭素（Ｃ）を含む材料薄膜が用いられる。ここでは、一例としてＳｉＯＣＨ薄膜からなる保護膜２１を形成することとする。
【００２２】
次いで、図２（１）に示すように、接続孔５ａ内を埋め込む状態で、有機系埋め込み材料膜２３を埋め込み成膜する。次に、この有機埋め込み材料膜２３上に、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜２５を成膜する。その後、リソグラフィー処理により、この酸化シリコン膜２５上に、配線溝パターン１１ａを備えたレジストパターン１１を第２マスクとして形成する。
【００２３】
その後、図２（２）に示すように、レジストパターン(第２マスク）１１上からのエッチングにより、酸化シリコン膜２５、有機埋め込み材料膜２３をエッチングし、さらに保護膜２１、ハードマスク層７、および層間絶縁膜５の上層をエッチングする。これにより、保護層２１によって内壁が保護された接続孔５ａの上部に配線溝５ｂを形成する。またこのエッチングにおいては、層間絶縁膜５の表面層に配線溝５ｂが形成されるまでの間に、レジストパターン１１および酸化シリコン膜２５がエッチング除去される。
【００２４】
次に、図３（１）に示すように、アッシング処理によって有機埋め込み材料膜２３を除去する。このアッシング処理においては、少なくとも酸素（Ｏ2）を含むガス、窒素および水素（Ｎ2／Ｈ2）を含むガス、またはアンモニア（ＮＨ3）を含むガスを用いて行うこととする。
【００２５】
その後、図３（２）に示すように、保護膜２１上からのエッチングにより、接続孔５ａの底部に基板１の下層配線１ａを露出させる。この際、ＳｉＣＯＨからなる保護膜２１と、ＳｉＣ(Ｎ,Ｈ)からなる拡散防止膜３のエッチングを行う。エッチング条件の一例は次のようである。
装置              ：平行平板型エッチング装置
ソースパワー      ：１０００Ｗ
ＲＦバイアスパワー：３００Ｗ
ガスおよび流量    ：ＣＨ2Ｆ2/Ａｒ/Ｏ2=６０／６００／６０ｓｃｃｍ
圧力              ：５０ｍＴｏｒｒ
基板温度          ：２０℃
Gap間隔          ：４０ｍｍ
【００２６】
以上の後、図３（３）に示すように、接続孔５ａ内および配線溝５ｂ内に、バリアメタル層１３を介して埋め込み配線１５ａを形成する。ここでは、配線溝５ｂとこの底部に設けられた接続孔５ａの内壁を覆う状態でバリアメタル層１３を成膜し、さらにＣｕシード層を形成し、配線溝５ｂおよび接続孔５ａの内部を埋め込む状態でＣｕ膜１５をメッキ成膜する。その後、ＣＭＰによって、層間絶縁膜５上のＣｕ膜およびバリアメタル層１３をＣＭＰによって研磨除去し、配線溝５ｂおよび接続孔５ａ内のみにバリアメタル層１３を介してＣｕ膜を埋め込んでなる埋め込み配線１５ａを形成する。
【００２７】
以上説明した第1実施形態によれば、図２（２）〜図３（２）を用いて説明したように、配線溝のパターン形成のためのハードマスク層７、層間絶縁膜５、および拡散防止層３のエッチングが、接続孔５ａの内壁を保護膜２１で覆った状態で行われる。これにより、配線溝５ｂ形成のためのエッチングが接続孔５ａの開口形状に影響を及ぼすことが防止され、接続孔５ａの開口上部の肩落ちが防止される。
【００２８】
このため、図３（３）を用いて説明した埋め込み配線１５ａの形成において、接続孔５ａの開口上部でバリアメタル層１３やＣｕシード層がオーバーハング状態で成膜されることが防止される。したがって、接続孔５ａの内部にボイドの発生なくＣｕ膜を成膜して埋め込み配線１５ａを形成することが可能になる。この結果、下層配線１ａと埋め込み配線１５ａとが確実に接続された信頼性の高い半導体装置を得ることが可能になる。
【００２９】
尚、上述下第１実施形態において保護膜２１として、ＳｉＣＯＨ薄膜、ＳｉＯ2薄膜、ＳｉＮ薄膜、さらにはＣＨＯ,ＣＨ,ＣＦ,ＣＮ等の炭素（Ｃ）を含む材料薄膜のような絶縁性材料膜を用いた構成を説明した。しかしながら、この保護膜２１は、図３（２）を用いて説明した接続孔５ａの底部に下層配線１ａを露出させる工程において、ハードマスク層７上の保護膜２１も完全に除去されるか、または次の図３（３）を用いて説明したＣＭＰ工程で除去できるのであれば、絶縁性材料膜からなるものに限定されることはない。この場合であっても、保護膜２１は、層間絶縁膜５のエッチングに対してエッチング耐性を有する材料を用いて構成されることは同様であり、例えばタンタル（Ｔａ）またはチタン（Ｔｉ）を含む金属材料膜が適用される。このような導電性材料膜を保護膜２１として用いた場合、接続孔５ａの内壁に残った保護膜２１が、配線間の誘電率を上昇させることはない。
【００３０】
＜第２実施形態＞
次に、図４〜図６の断面工程図に沿って第２実施形態の製造方法を説明する。尚、第１実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を行うこととする。
【００３１】
先ず図４（１）に示すように、表面側にＣｕ埋め込み配線からなる下層配線１ａが形成された基板１を用意し、ＳｉＣ(Ｎ,Ｈ)からなるＣｕの拡散防止膜３、多孔質のＳｉＣＯＨからなる層間絶縁膜５、さらに窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる第１ハードマスク層７-1、および酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる第２ハードマスク層７-2を成膜する。
【００３２】
その後、リソグラフィー処理により、第２ハードマスク層７-2上に、接続孔パターン９ａを備えたレジストパターン９を第1マスクとして形成する。
【００３３】
次に、図４（２）に示すように、レジストパターン９上からのエッチングにより、第２ハードマスク層（ＳｉＯ2）７-2、第1ハードマスク層（ＳｉＮ）７-1をエッチングし、さらに層間絶縁膜（多孔質ＳｉＣＯＨ）５を途中までエッチングして接続孔５ａを形成する。しかる後、アッシング処理により、レジストパターン９を除去する。
【００３４】
その後、図５（１）に示すように、接続孔５ａ内を埋め込む状態で、有機系埋め込み材料膜２３を埋め込み成膜し、さらに酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜２５を成膜する。その後、リソグラフィー処理により、この酸化シリコン膜２５上に、配線溝パターン１１ａを備えたレジストパターン１１を形成する。
【００３５】
次に、図５（２）に示すように、レジストパターン(第２マスク）１１上からのエッチングにより、酸化シリコン膜２５、有機埋め込み材料膜２３をエッチングし、さらに第２ハードマスク層７-2をエッチングする。これにより、第２ハードマスク７-2に配線溝パターン１１ａを形成し、これが第２マスクとなる。またこのエッチングにおいては、レジストパターン１１および酸化シリコン膜２５がエッチング除去される。
【００３６】
次に、図５（３）に示すように、アッシング処理によって有機埋め込み材料膜２３を除去する。このアッシング処理においては、少なくとも酸素（Ｏ2）を含むガス、窒素および水素（Ｎ2／Ｈ2）を含むガス、またはアンモニア（ＮＨ3）を含むガスを用いて行うこととする。
【００３７】
次に、図６（１）に示すように、接続孔５ａの内壁を覆う状態で薄膜状の保護膜２１を成膜する。この工程が、本第２実施形態に特徴的な工程となる。この保護膜２１は、第１実施形態と同様の材料膜が用いられ、例えばＳｉＣＯＨ薄膜からなることとする。
【００３８】
次に、図６（２）に示すように、保護膜２１上からのエッチングにより、保護膜２１および層間絶縁膜５の上層をエッチングして層間絶縁膜５の表面層に接続孔５ａの開口縁部を保護膜２１で覆った配線溝５ｂを形成すると共に、接続孔５ａを掘下げて基板１の下層配線１ａを露出させる。この際、ＳｉＣＯＨからなる保護膜２１、ＳｉＮからなる第１ハードマスク層７−１、多孔質ＳｉＣＯＨからなる層間絶縁膜５、およびＳｉＣ（Ｎ，Ｈ）からなる拡散防止膜３のエッチングを行う。エッチング条件の一例は次のようである。
装置  ：平行平板型エッチング装置
ソースパワー  ：１０００Ｗ
ＲＦバイアスパワー：３００Ｗ
ガスおよび流量  ：ＣＨ２Ｆ２／Ａｒ／Ｏ２＝６０／６００／６０ｓｃｃｍ
圧力  ：５０ｍＴｏｒｒ
基板温度  ：２０℃
Ｇａｐ間隔  ：４０ｍｍ
【００３９】
以上の後、図６（３）に示すように、接続孔５ａ内および配線溝５ｂ内に、バリアメタル層１３を介して埋め込み配線１５ａを形成する。この埋め込み配線１５ａの形成は、第１実施形態において図３（３）を用いて説明したと同様に行う。すなわち、バリアメタル層１３およびＣｕシード層を形成し、配線溝５ｂおよび接続孔５ａの内部を埋め込む状態でＣｕ膜をメッキ成膜した後、ＣＭＰによって、層間絶縁膜５上のＣｕ膜およびバリアメタル層１３をＣＭＰによって研磨除去し、配線溝５ｂおよび接続孔５ａ内のみにバリアメタル層１３を介してＣｕ膜を埋め込むことによって行う。
【００４０】
以上説明した第２実施形態によれば、図６（１）および図６（２）を用いて説明したように、配線溝５ｂのパターン形成のための、第１ハードマスク層７-1、層間絶縁膜５、および拡散防止層３のエッチングが、接続孔５ａの内壁を保護膜２１で覆った状態で行われる。これにより、第１実施形態と同様に、配線溝５ｂ形成のためのエッチングが接続孔５ａの開口形状に影響を及ぼすことによる接続孔５ａの開口上部の肩落ちがなく、接続孔５ａの内部におけるボイドの発生を抑えた成膜によって埋め込み配線１５ａを形成することが可能になる。この結果、下層配線１ａと埋め込み配線１５ａとが確実に接続された信頼性の高い半導体装置を得ることが可能になる。
【００４１】
＜第３実施形態＞
次に、図７の断面工程図に沿って第３実施形態の製造方法を説明する。
【００４２】
先ず、第２実施形態において図４（１）〜図５（３）を用いて説明したと同様の手順を行うことにより、拡散防止膜３上の層間絶縁膜５を途中までエッチングして接続孔５ａを形成する。また、層間絶縁膜５上に第１ハードマスク層７-1を介して形成された第２ハードマスク層７-2に、配線溝パターン１１ａを転写して第２マスクとする。
【００４３】
以上の後、図７（１）に示すように、プラズマ処理によって、接続孔５ａの内壁表面層を硬質化させた層を保護膜３１として形成する。このプラズマ処理においては、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）などの不活性ガスを用いることが好ましく、これにより多孔質ではないＳｉＣＯＨのような硬質化させた保護膜３１を形成することができる。
【００４４】
例えば、Ｈｅプラズマを用いたプラズマ処理条件の一例は次のようである。
装置              ：平行平板型エッチング装置
ソースパワー      ：２２００Ｗ
ＲＦバイアスパワー：４００Ｗ
ガスおよび流量    ：Ｈｅ＝６００ｓｃｃｍ
圧力              ：５０ｍＴｏｒｒ
基板温度          ：２０℃
Ｇａｐ間隔        ：４０ｍｍ
【００４５】
次に、図７（２)に示すように、第２ハードマスク層(第２マスク）７-2上からのエッチングにより、保護膜３１によって内壁が保護された接続孔５ａの上部に配線溝５ｂを形成すると共に、接続孔５ｂの底部に基板１の下層配線１ａを露出させる。この際、硬質化された保護膜３１、ＳｉＮからなる第１ハードマスク層７-1、多孔質ＳｉＣＯＨからなる層間絶縁膜５、およびＳｉＣ(Ｎ,Ｈ)からなる拡散防止膜３のエッチングを行う。このエッチングは、第２実施形態において図６（２）を用いて説明した配線溝形成のためのエッチングと同様に行われる。
【００４６】
次に、図７（３）に示すように、接続孔５ａ内および配線溝５ｂ内に、バリアメタル層１３を介して埋め込み配線１５ａを形成する。この埋め込み配線１５ａの形成は、第１実施形態において図３（３）を用いて説明したと同様に行われる。すなわち、バリアメタル層１３およびＣｕシード層を形成し、配線溝５ｂおよび接続孔５ａの内部を埋め込む状態でＣｕ膜をメッキ成膜した後、ＣＭＰによって、層間絶縁膜５上のＣｕ膜およびバリアメタル層１３をＣＭＰによって研磨除去し、配線溝５ｂおよび接続孔５ａ内のみにバリアメタル層１３を介してＣｕ膜を埋め込むことによって形成される。
【００４７】
以上説明した第３実施形態によれば、図７（１）および図７（２）を用いて説明したように、配線溝５ｂのパターン形成のための、第１ハードマスク層７-1、層間絶縁膜５、および拡散防止層３のエッチングが、接続孔５ａの内壁を保護膜３１で覆った状態で行われる。これにより、第１実施形態と同様に、配線溝５ｂ形成のためのエッチングが接続孔５ａの開口形状に影響を及ぼすことによる接続孔５ａの開口上部の肩落ちがなく、接続孔５ａの内部にボイドの発生を抑えた成膜によって埋め込み配線１５ａを形成することが可能になる。この結果、下層配線１ａと埋め込み配線１５ａとが確実に接続された信頼性の高い半導体装置を得ることが可能になる。
【００４８】
尚、上述下第３実施形態においては、接続孔５ａの内壁に硬質化させた層が形成されれば良く、プラズマ処理に換えて電子線照射処理または紫外線照射処理を行っても良い。
【００４９】
また、本第３実施形態においては、拡散防止膜３に達する接続孔５ａを形成した状態で、接続孔５ａの内壁表面層を硬質化させた保護膜３１を形成し、その後、配線溝５ｂを形成するエッチングを行う手順であっても良く、保護膜３１を設けた状態で配線溝５ｂを形成する効果を同様に得ることができる。
【００５０】
＜第４実施形態＞
次に、図８〜図１０の断面工程図に沿って第４実施形態の製造方法を説明する。本第４実施形態においては、層間絶縁膜として有機絶縁膜と無機絶縁膜とを積層したハイブリッド構造の層間絶縁膜に対して先ヴィア法によってデュアルダマシン構造を形成する場合に本発明を適用した実施形態を説明する。
【００５１】
先ず図８（１）に示すように、表面側にＣｕ埋め込み配線からなる下層配線１ａが形成された基板１を用意する。そして、この基板１上に、ＳｉＣ(Ｎ,Ｈ)からなるＣｕの拡散防止膜３を成膜する。次いで、多孔質のＳｉＣＯＨからなる無機層間絶縁膜５-1を成膜する。次に、この上部に、有機低誘電材料からなる有機層間絶縁膜５-2を成膜する。
【００５２】
次いで、有機層間絶縁膜５-2上に、窒化シリコン（ＳｉＯ2）からなる第1ハードマスク層７-1、および酸化シリコン（ＳｉＮ）からなる第２ハードマスク層７-2、さらには窒化シリコン（ＳｉＯ2）からなる第３ハードマスク層７-3を成膜する。
【００５３】
その後、図８（２）に示すように、リソグラフィー処理により、第３ハードマスク層７-3上に、配線溝パターン４１ａを備えたレジストパターン４１を形成する。そして、このレジストパターン４１をマスクにして第３ハードマスク層７-3をエッチングすることにより、第３ハードマスク層７-3に配線溝パターンを転写する。エッチング終了後には、レジストパターン４１を除去する。
【００５４】
次に、図８（３）に示すように、リソグラフィー処理により、第２ハードマスク層７-2上に、接続孔パターン４３ａを備えたレジストパターン４３を第１マスクとして形成する。ここで接続孔パターン４３ａは、第３ハードマスク層７-3の開口（配線溝パターン）内に形成されることとする。
【００５５】
そして、このレジストパターン(第１マスク）４３上から、て第２ハードマスク層７-2および第１ハードマスク層７-1をエッチングすることにより、第２ハードマスク層７-2および第１ハードマスク層７-1に接続孔パターンを転写する。エッチング終了後には、レジストパターン４３を除去する。
【００５６】
次いで、図９（１）に示すように、第３ハードマスク層７-3および第２ハードマスク層７-2をマスクにして有機層間絶縁膜５-2をエッチングし、接続孔５ａを形成する。
【００５７】
引き続き、図９（２）に示すように、第３ハードマスク層７-3上からのエッチングにより、第２ハードマスク層７-2に配線溝パターンを転写すると共に、無機層間絶縁膜５-1に接続孔５ａを掘り進める。
【００５８】
さらに、図９（３）に示すように、第３ハードマスク層７-3上からのエッチングを進め、第１ハードマスク層７-1に配線溝パターンを転写する。これにより、第１ハードマスク層7-2および第１ハードマスク層７-1との２層構造の第２マスクを形成する。またこれと共に、無機層間絶縁膜５-1のエッチングを進めて接続孔５ａの底部に拡散防止膜３を露出させる。尚、このエッチングにより、第３ハードマスク層７-3がエッチング除去されて第２ハードマスク層７-2が露出する。
【００５９】
その後、図１０（１）に示すように、、接続孔５ａの内壁を覆う状態で薄膜状の保護膜４５を成膜する。この工程が、本第４実施形態に特徴的な工程となる。この保護膜４５は、第１実施形態と同様の材料膜が用いられ、例えばＳｉＣＯＨ薄膜からなることとする。
【００６０】
次に、図１０（２）に示すように、保護膜４５上から、第１ハードマスク層７-2および第１ハードマスク層７-1を第２マスクとしたエッチングを行い、有機層間絶縁膜５-2に配線溝５ｂを形成すると共に、接続孔５ａ底部を覆う保護膜４５および拡散防止層３を除去して基板１の下層配線１ａを露出させる。
【００６１】
以上の後、図１０（３）に示すように、接続孔５ａ内および配線溝５ｂ内に、バリアメタル層１３を介して埋め込み配線１５ａを形成する。この埋め込み配線１５ａの形成は、第１実施形態において図３（３）を用いて説明したと同様に行われる。すなわち、バリアメタル層１３およびＣｕシード層を形成し、配線溝５ｂおよび接続孔５ａの内部を埋め込む状態でＣｕ膜をメッキ成膜した後、ＣＭＰによって、層間絶縁膜５上のＣｕ膜およびバリアメタル層１３をＣＭＰによって研磨除去し、配線溝５ｂおよび接続孔５ａ内のみにバリアメタル層１３を介してＣｕ膜を埋め込むことによって形成される。
【００６２】
以上説明した第４実施形態によれば、図１０（１）および図１０（２）を用いて説明したように、配線溝５ｂのパターン形成のための、有機層間絶縁膜５-2のエッチングが、接続孔５ａの内壁を保護膜２１で覆った状態で行われる。これにより、第１実施形態と同様に、配線溝５ｂ形成のためのエッチングが接続孔５ａの開口形状に影響を及ぼすことによる接続孔５ａの開口上部の肩落ちがなく、接続孔５ａの内部におけるボイドの発生を抑えた成膜によって埋め込み配線１５ａを形成することが可能になる。この結果、下層配線１ａと埋め込み配線１５ａとが確実に接続された信頼性の高い半導体装置を得ることが可能になる。
【００６３】
尚、本第４実施形態においては、図１０（１）を用いて説明した工程において、ＳｉＯＣＨ薄膜からなる保護膜４５の形成に換えて、接続孔５ａの内壁表面層を硬質化させた保護膜を形成しても良く、同様の効果を得ることができる。
【００６４】
また、上述した第１実施形態〜第４実施形態で用いた層間絶縁膜の材料およびハードマスク層の材料、さらにはハードマスク層の層数は、一例に過ぎず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、適宜変更できる。さらに、各実施形態で一例を挙げたエッチング条件（エッチング装置）はあくまでも一例に過ぎず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、適宜変更できる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第1実施形態の製造方法を示す断面工程図（その１）である。
【図２】第1実施形態の製造方法を示す断面工程図（その２）である。
【図３】第1実施形態の製造方法を示す断面工程図（その３）である。
【図４】第２実施形態の製造方法を示す断面工程図（その１）である。
【図５】第２実施形態の製造方法を示す断面工程図（その２）である。
【図６】第２実施形態の製造方法を示す断面工程図（その３）である。
【図７】第３実施形態の製造方法を示す断面工程図である。
【図８】第４実施形態の製造方法を示す断面工程図（その１）である。
【図９】第４実施形態の製造方法を示す断面工程図（その２）である。
【図１０】第４実施形態の製造方法を示す断面工程図（その３）である。
【図１１】従来の製造方法の一例を示す断面工程図（その１）である。
【図１２】従来の製造方法の一例を示す断面工程図（その２）である。
【符号の説明】
【００６６】
１…基板、５…層間絶縁膜、５-1…無機層間絶縁膜、５-2…有機層間絶縁膜、５ａ…接続孔、５ｂ…配線溝、７-1…第１ハードマスク層（第２マスク）、７-2…第２ハードマスク層（第２マスク）、９，４２…レジストパターン（第１マスク）、１１…レジストパターン（第２マスク）、２１，３１，４５…保護膜、１５ａ…埋め込み配線
【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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