(57)【要約】【課題】  異なる幅の配線溝に埋め込み形成された金属配線の変質および腐食等による不良が生じない半導体装置及びその製造方法を実現する。【解決手段】  ＣＭＰ法により幅の広い第１の銅配線１０３ａと幅の狭い第２の銅配線１０３ｂにおいて表面に凹凸が発生するが、第２の絶縁膜１０４を平坦化することにより第２の絶縁膜１０４上に堆積する第３の絶縁膜１０５の表面が平坦になる。その為、層間絶縁膜である第４の絶縁膜１０６の膜厚が均一に形成され、その後の第１のスルーホール１０８ａ及び第２のスルーホール１０８ｂの形成時において、エッチングによる除去が幅の広い第１の銅配線１０３ａ上と幅の狭い第２の銅配線１０３ｂ上で同一量行うことが可能となる。その結果、第２の絶縁膜１０４がエッチングされてしまうことを抑制し、特に幅の狭い第２の銅配線１０３ｂ表面の露出を防止することができ、不良の発生が抑制される。【選択図】  図１
2005252054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜に形成された互いに幅の異なる第１の配線溝及び第２の配線溝と、
前記第１の配線溝及び第２の配線溝に埋め込まれた金属からなり互いに幅の異なる第１の金属配線及び第２の金属配線と、
前記第１の絶縁膜、前記第１の金属配線及び前記第２の金属配線の上に形成された前記金属の拡散を防止するための第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜の上に形成され前記第２の絶縁膜より厚膜の絶縁膜と、
前記厚膜の絶縁膜の中に形成され前記第２の絶縁膜に達する複数の第１のスルーホールと、
それぞれ前記第１のスルーホールの直下の前記第２の絶縁膜の中に前記第１のスルーホールと連続して形成され、前記第１の金属配線あるいは前記第２の金属配線に達する複数の第２のスルーホールと、
を備えた半導体装置であって、
前記第２の絶縁膜の表面が略平坦であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第２の絶縁膜が窒素を含有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２の絶縁膜が窒素と炭素を含有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記複数の第１のスルーホールを形成するためのエッチャントに対して、前記第２の絶縁膜の前記厚膜の絶縁膜に対する選択比をＡとし、前記第２の絶縁膜の最も薄い部分での膜厚をｔとした場合において、前記第２の絶縁膜の表面における最上面と最下面の差ｘが、
ｘ＜Ａ×ｔ
の式を満足することを特徴とする請求項１から３のうちいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
基板上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜に形成された互いに幅の異なる第１の配線溝及び第２の配線溝と、
前記第１の配線溝及び第２の配線溝に埋め込まれた金属からなり互いに幅の異なる第１の金属配線及び第２の金属配線と、
前記第１の絶縁膜、前記第１の金属配線及び前記第２の金属配線の上に形成された前記金属の拡散を防止するための第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜の上に形成された第３の絶縁膜と、
前記第３の絶縁膜の上に形成され前記第２、第３の絶縁膜より厚膜の絶縁膜と、
前記厚膜の絶縁膜の中に形成され前記第３の絶縁膜に達する複数の第１のスルーホールと、
それぞれ前記第１のスルーホールの直下の前記第２及び第３の絶縁膜の中に前記第１のスルーホールと連続して形成され、前記第１の金属配線あるいは前記第２の金属配線に達する複数の第２のスルーホールと、
を備えた半導体装置であって、
前記第３の絶縁膜の表面が略平坦であることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
前記第２の絶縁膜の表面が略平坦であることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２の絶縁膜が窒素を含有し、前記第３の絶縁膜が窒素を含有しないことを特徴とする請求項５または６記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２の絶縁膜が窒素と炭素を含有することを特徴とする請求項５または６記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第３の絶縁膜が炭素を含有することを特徴とする請求項５から８のうちいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記複数の第１のスルーホールを形成するためのエッチャントに対して、前記第３の絶縁膜の前記厚膜の絶縁膜に対する選択比をＡとし、前記第３の絶縁膜の最も薄い部分での膜厚をｔとした場合において、前記第３の絶縁膜の表面における最上面と最下面の差ｘが、
ｘ＜Ａ×ｔ
の式を満足することを特徴とする請求項５から９のうちいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１１】
基板上に形成された第１の絶縁膜に互いに幅の異なる第１の配線溝及び第２の配線溝を形成する工程と、
前記第１の配線溝及び第２の配線溝に埋め込まれた金属からなり互いに幅の異なる第１の金属配線及び第２の金属配線を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜、前記第１の金属配線及び前記第２の金属配線の上に前記金属の拡散を防止するための第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜の表面を平坦化する工程と、
前記平坦化された第２の絶縁膜の上に前記第２の絶縁膜より厚膜の絶縁膜を形成する工程と、
前記厚膜の絶縁膜の中に前記第２の絶縁膜に達する複数のスルーホールを形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第２の絶縁膜が窒素を含有することを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第２の絶縁膜が窒素と炭素を含有することを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記複数のスルーホールを形成するためのエッチャントに対して、前記第２の絶縁膜の前記厚膜の絶縁膜に対する選択比をＡとし、前記第２の絶縁膜の最も薄い部分での膜厚をｔとした場合において、前記第２の絶縁膜の表面における最上面と最下面の差ｘが、
ｘ＜Ａ×ｔ
の式を満足することを特徴とする請求項１１から１３のうちいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
基板上に形成された第１の絶縁膜に互いに幅の異なる第１の配線溝及び第２の配線溝を形成する工程と、
前記第１の配線溝及び第２の配線溝に埋め込まれた金属からなり互いに幅の異なる第１の金属配線及び第２の金属配線を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜、前記第１の金属配線及び前記第２の金属配線の上に前記金属の拡散を防止するための第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜の上に第３の絶縁膜を形成する工程と、
前記第３の絶縁膜の表面を平坦化する工程と、
前記平坦化された第３の絶縁膜の上に前記第２、第３の絶縁膜より厚膜の絶縁膜を形成する工程と、
前記厚膜の絶縁膜の中に前記第３の絶縁膜に達する複数のスルーホールを形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
基板上に形成された第１の絶縁膜に互いに幅の異なる第１の配線溝及び第２の配線溝を形成する工程と、
前記第１の配線溝及び第２の配線溝に埋め込まれた金属からなり互いに幅の異なる第１の金属配線及び第２の金属配線を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜、前記第１の金属配線及び前記第２の金属配線の上に前記金属の拡散を防止するための第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜の表面を平坦化する工程と、
前記平坦化された第２の絶縁膜の上に第３の絶縁膜を形成する工程と、
前記第３の絶縁膜の上に前記第２、第３の絶縁膜より厚膜の絶縁膜を形成する工程と、
前記厚膜の絶縁膜の中に前記第３の絶縁膜に達する複数のスルーホールを形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記第２の絶縁膜が窒素を含有し、前記第３の絶縁膜が窒素を含有しないことを特徴とする請求項１５または１６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記第２の絶縁膜が窒素と炭素を含有することを特徴とする請求項１５または１６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記第３の絶縁膜が炭素を含有することを特徴とする請求項１５から１８のうちいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記複数のスルーホールを形成するためのエッチャントに対して、前記第３の絶縁膜の前記厚膜の絶縁膜に対する選択比をＡとし、前記第３の絶縁膜の最も薄い部分での膜厚をｔとした場合において、前記第３の絶縁膜の表面における最上面と最下面の差ｘが、
ｘ＜Ａ×ｔ
の式を満足することを特徴とする請求項１５から１９のうちいずれかに記載の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、化学的機械研磨法を用いて形成された配線構造を有する半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体集積回路のより一層の高集積化に伴い、配線が微細化し、従来配線材料として用いられてきたアルミニウムでは、配線抵抗の増大が顕著となり、配線遅延が増加して半導体装置の性能が低下する問題があった。
【０００３】
そこで、抵抗率が相対的に低い銅を主導体層とする配線の検討が行われている。この銅配線は、一般には、絶縁膜に設けられた溝に銅膜を主導体層とする金属膜を埋め込んだ後、溝以外の領域の余分な金属膜をＣＭＰ（chemical mechanical polishing：化学的機械研磨）法（例えば特許文献２）を用いて除去することにより溝の内部に配線を形成する、いわゆるダマシン法（例えば特許文献１）で形成される。
【０００４】
図５（ａ）はダマシン法を用いて形成した半導体装置の製造工程途中における理想的な場合の要部断面図である。
【０００５】
シリコン基板（図示せず）に形成された第１の絶縁膜５０１中に、銅拡散防止のバリア膜であるタンタルナイトライド／タンタルの積層膜５０２および銅配線５０３ｃが形成されている。銅配線５０３ｃの表面は前述のＣＭＰ法によって平坦化されている。銅配線５０３ｃと第１の絶縁膜５０１上には、エッチングストッパ膜としての第２の絶縁膜５０４が形成されている。第２の絶縁膜５０４上には炭素含有シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜である第３の絶縁膜５０６が形成されている。第３の絶縁膜５０６の表面もＣＭＰ法により平坦化されている。第３の絶縁膜５０６上にはシリコン酸化膜からなる第４の絶縁膜５０７が形成されている。第３の絶縁膜５０６と第４の絶縁膜５０７中には、上層と下層の金属配線を接続するためのスルーホール５０８ｃが形成されている。図５（ａ）の後に、スルーホール５０８ｃの下部の絶縁膜５０４を除去し、更に、スルーホール５０８ｃを金属で埋める工程等が続く。
【特許文献１】特開２００３−１３３３１４号公報
【特許文献２】特開２０００−３１１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のダマシン法では、以下の課題が発生することを本発明者は見出した。
【０００７】
図５（ｂ）は、従来のダマシン法を用いて形成した半導体装置の製造工程途中における要部断面図である。ここでは、相対的に配線幅の広い第１の銅配線５０３ａと相対的に配線幅の狭い第２の銅配線５０３ｂが混在している。相対的に配線幅の広い第１の銅配線５０３ａにおいては、第１のスルーホール５０８ａは第１の銅配線５０３ａにまで到達していないが、相対的に配線幅の狭い第２の銅配線５０３ｂにおいては、第２のスルーホール５０８ｂは第２の絶縁膜５０４を突き抜けて、第２の銅配線５０３ｂにまで到達している。このような状態では、第２の銅配線５０３ｂの表面が露出するために、以降の工程において、第２の銅配線５０３ｂの変質および腐食等を引き起こす。その結果、半導体装置に不良を起こす。
【０００８】
次に、図６を使って、上記課題が発生する理由を説明する。
【０００９】
図６は異なる幅の銅配線を有する半導体装置の従来例のダマシン法による製造方法を説明する要部断面図である。
【００１０】
まず、シリコン基板（図示せず）上に形成したシリコン酸化膜からなる第１の絶縁膜５０１に対してマスクとなる溝パターンをフォトリソグラフィー法により形成し、ドライエッチ法により第１の絶縁膜５０１を部分的にエッチング除去し配線溝を形成する。その後、タンタルナイトライド／タンタルの多層膜５０２及び銅５０３を堆積する（図６（ａ））。
【００１１】
続いて、銅５０３の表面をＣＭＰ法により平坦化し、相対的に幅の広い第１の銅配線５０３ａと相対的に幅の狭い第２の銅配線５０３ｂを形成する（図６（ｂ））。この際、第１の銅配線５０３ａと第２の銅配線５０３ｂに接する箇所以外の多層膜５０２もＣＭＰ法で除去する。ＣＭＰ法での処理の際のオーバー研磨の段階で研磨速度の差に起因して銅膜が選択的に研磨されることにより、銅配線の中央部が窪む現象、いわゆるディッシング（dishing）が相対的に幅の広い第１の銅配線５０３ａで生じる。一方、オーバー研磨において、相対的に幅の狭い第２の銅配線５０３ｂでは、ディッシングが生じにくいため、第１の絶縁膜５０１から若干盛り上がった状態となる。例えば、相対的に幅の広い第１の銅配線５０３ａでは最大５０ｎｍの深さの凹状に形成され、相対的に幅の狭い第２の銅配線５０３ｂでは最大１０ｎｍの高さの凸状に形成される。
【００１２】
次に、第１の絶縁膜５０１上と相対的に幅の広い第１の銅配線５０３ａ上と相対的に幅の狭い第２の銅配線５０３ｂ上に第２の絶縁膜５０４を約１０ｎｍの厚さで堆積する（図６（ｃ））。
【００１３】
次に、第２の絶縁膜５０４の上に炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）からなる第３の絶縁膜５０６を約５５０ｎｍの厚さで堆積する（図６（ｄ））。
【００１４】
次に、第３の絶縁膜５０６をＣＭＰ法により約１００ｎｍ研磨して平坦化させる。平坦化された第３の絶縁膜５０６上に、シリコン酸化膜からなる第４の絶縁膜５０７をＣＶＤ法等により約５０ｎｍの厚さで堆積する（図６（ｅ））。
【００１５】
次に、図面では表示していないが、第４の絶縁膜５０７の表面に有機反射防止膜を塗布し、有機反射防止膜上に、ホールパターンをフォトリソグラフィーにより形成する。
【００１６】
次に、ドライエッチ法により有機反射防止膜、第４の絶縁膜５０７、第３の絶縁膜５０６をエッチング除去し、アッシングによりフォトレジストと有機反射防止膜を除去し、相対的に幅の広い第１の銅配線５０３ａ上に第１のスルーホール５０８ａを、相対的に幅の狭い第２の銅配線５０３ｂ上に第２のスルーホール５０８ｂを形成する（図６（ｆ））。
【００１７】
第４の絶縁膜５０７は、後のレジスト剥離工程においてプラズマアッシングを行った場合に、炭素含有シリコン酸化膜である第３の絶縁膜５０６表面の炭素が酸素と結合して脱離し、誘電率の高いダメージ層が形成されるのを防止する目的がある。
【００１８】
以上説明した方法では、図６（ｂ）に示したようにＣＭＰ法で形成された銅配線が凹凸形状である為、図６（ｃ）に示すように第２の絶縁膜５０４を堆積後の表面が凹凸になる。第３の絶縁膜５０６をＣＭＰ法により平坦化すると、図６（ｅ）に示すように第３の絶縁膜５０６の厚さが相対的に幅の広い第１の銅配線５０３ａ上で厚くなり、一方、相対的に幅の狭い第２の銅配線５０３ｂ上で薄く形成される。この状態で第３の絶縁膜５０６に対して第１のスルーホール５０８ａ及び第２のスルーホール５０８ｂをエッチングにより形成すると、第２の絶縁膜５０４のエッチング選択比が第３の絶縁膜５０６に対して十分に大きくない場合は、第１のスルーホール５０８ａを確実に第２の絶縁膜５０４に到達するようにエッチングを行う間に、相対的に幅の狭い第２の銅配線５０３ｂ上の第２の絶縁膜５０４が除去され、第２のスルーホール５０８ｂが第２の銅配線５０３ｂに到達してしまう。それにより第２の銅配線５０３ｂの表面が露出する。
【００１９】
その後、第４の絶縁膜５０７と第３の絶縁膜５０６を、フォトレジスト（図示していない）をマスクとしてエッチングして、第１のスルーホール５０８ａ及び第２のスルーホール５０８ｂにそれぞれつながる第１の上部配線溝５０９ａ及び第２の上部配線溝５０９ｂを形成し、その後、第１のスルーホール５０８ａ及び第２のスルーホール５０８ｂの下部の第２の絶縁膜５０４をエッチングして、第１のスルーホール５０８ａ及び第２のスルーホール５０８ｂにそれぞれ、金属を埋め込み、コンタクト５１０ａ、５１０ｂを形成し、第１の配線溝５０９ａ及び第２の配線溝５０９ｂにそれぞれ、金属を埋め込み、第１の上部配線５１２ａ及び第２の上部配線５１２ｂを形成する（図６（ｇ））。
【００２０】
第１の上部配線溝５０９ａ及び第２の上部配線溝５０９ｂの形成前に、第２の銅配線５０３ｂの表面が露出した状態では、上部配線溝形成のために第４の絶縁膜５０７と第３の絶縁膜５０６をエッチングする際や、フォトレジストをプラズマアッシングしたり、その後、基板洗浄したりする際に、ガスや洗浄液と銅配線５０３ｂが反応して、銅配線の変質および腐食等を引き起こす。その結果、半導体装置に不良を起こす。
【００２１】
上記の課題に鑑み、本発明は、配線溝に埋め込み形成された銅配線のような金属配線の変質および腐食等による不良が生じない、異なる幅の金属配線を有する半導体装置及びその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】
【００２２】
上記の課題を解決するため、本発明の第１の半導体装置は、基板上に形成された第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜に形成された互いに幅の異なる第１の配線溝及び第２の配線溝と、第１の配線溝及び第２の配線溝に埋め込まれた金属からなり互いに幅の異なる第１の金属配線及び第２の金属配線と、第１の絶縁膜、第１の金属配線及び第２の金属配線の上に形成された金属の拡散を防止するための第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜の上に形成され第２の絶縁膜より厚膜の絶縁膜と、厚膜の絶縁膜の中に形成され第２の絶縁膜に達する複数の第１のスルーホールと、それぞれ第１のスルーホールの直下の第２の絶縁膜の中に第１のスルーホールと連続して形成され、第１の金属配線あるいは第２の金属配線に達する複数の第２のスルーホールと、を備えた半導体装置であって、第２の絶縁膜の表面が略平坦であることを特徴とする。
【００２３】
このような構成とすることによって、第２の絶縁膜の表面が平坦なため、層間絶縁膜である厚膜の絶縁膜の膜厚が均一に形成され、その後の第１のスルーホール形成時において、エッチングによる除去が幅の広い金属配線上と幅の狭い金属配線上で同一量行うことが可能となる。その結果、第２の絶縁膜がエッチングされず、第１のスルーホール形成後の工程において、金属配線の露出を防止することができ、不良の発生を抑制できる効果がある。例えば、第１のスルーホール形成後に、厚膜の絶縁膜をエッチングして、第１のスルーホールにつながる上部配線溝を形成する工程が行われる場合において、厚膜の絶縁膜をエッチングする際や、フォトマスクのプラズマアッシングや洗浄等の際に、ガスや洗浄液と金属配線の反応による銅配線の変質および腐食等が生じることが無くなる。
【００２４】
第２の半導体装置は、第１の半導体装置において、第２の絶縁膜が窒素を含有することを特徴とする。
【００２５】
このような構成とすることによって、第２の絶縁膜において、第１の金属配線及び第２の金属配線からの金属の拡散を防止する役割を果たす効果が得られる。
【００２６】
第３の半導体装置は、第１の半導体装置において、第２の絶縁膜が窒素と炭素を含有することを特徴とする。
【００２７】
このような構成とすることによって、第２の絶縁膜において、第１の金属配線及び第２の金属配線からの金属の拡散を防止することが可能となり、かつ、第２の絶縁膜の比誘電率を下げることが可能となり、電気容量を下げる効果が得られる。
【００２８】
第４の半導体装置は、第１〜第３の半導体装置において、複数の第１のスルーホールを形成するためのエッチャントに対して第２の絶縁膜の厚膜の絶縁膜に対する選択比をＡとし、第２の絶縁膜の最も薄い部分での膜厚をｔとした場合において、第２の絶縁膜の表面における最上面と最下面の差ｘが、ｘ＜Ａ×ｔの式を満足することを特徴とする。
【００２９】
このような構成とすることによって、第１〜第３の半導体装置における効果を得られやすくなる。
【００３０】
第５の半導体装置は、基板上に形成された第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜に形成された互いに幅の異なる第１の配線溝及び第２の配線溝と、第１の配線溝及び第２の配線溝に埋め込まれた金属からなり互いに幅の異なる第１の金属配線及び第２の金属配線と、第１の絶縁膜、第１の金属配線及び第２の金属配線の上に形成された金属の拡散を防止するための第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜の上に形成された第３の絶縁膜と、第３の絶縁膜の上に形成され第２、第３の絶縁膜より厚膜の絶縁膜と、厚膜の絶縁膜の中に形成され第３の絶縁膜に達する複数の第１のスルーホールと、それぞれ第１のスルーホールの直下の第２及び第３の絶縁膜の中に第１のスルーホールと連続して形成され、第１の金属配線あるいは第２の金属配線に達する複数の第２のスルーホールと、を備えた半導体装置であって、第３の絶縁膜の表面が略平坦であることを特徴とする。
【００３１】
このような構成とすることによって、第３の絶縁膜の表面が平坦なため、層間絶縁膜である厚膜の絶縁膜の膜厚が均一に形成され、その後の第１のスルーホール形成時において、エッチングによる除去が幅の広い金属配線上と幅の狭い金属配線上で同一量行うことが可能となる。その結果、第２の絶縁膜がエッチングされず、第１のスルーホール形成後の工程において、金属配線の露出を防止することができ、不良の発生を抑制できる効果がある。例えば、第１のスルーホール形成後に、厚膜の絶縁膜をエッチングして、第１のスルーホールにつながる上部配線溝を形成する工程が行われる場合において、厚膜の絶縁膜をエッチングする際や、フォトマスクのプラズマアッシングや洗浄等の際に、ガスや洗浄液と金属配線の反応による銅配線の変質および腐食等が生じることが無くなる。
【００３２】
第６の半導体装置は、第５の半導体装置において、第２の絶縁膜の表面が略平坦であることを特徴とする。
【００３３】
このような構成とすることによっても、第５の半導体装置と同様の効果が得られる。更に、第５の半導体装置の場合と比較して、第３の絶縁膜の膜厚が均一であることから、第２の絶縁膜に窒素が含有されていた場合に、第３の絶縁膜において、第２の絶縁膜中の窒素が厚膜の絶縁膜に拡散するのを防止する効果が高くなる。また、第５の半導体装置の場合と比較して、第２の絶縁膜の膜厚を全体的に厚くできるため、第２の絶縁膜の厚膜の絶縁膜に対するエッチング選択比を大きくすることによって、第１のスルーホール形成時において、第１のスルーホールが第２の絶縁膜を突き抜けることを防止する効果が高くなる。
【００３４】
第７の半導体装置は、第５、第６の半導体装置において、第２の絶縁膜が窒素を含有し、第３の絶縁膜が窒素を含有しない構成とすることによって、第２の絶縁膜において、含有する窒素によって、第１の金属配線及び第２の金属配線からの金属の拡散を防止する役割を果たす効果が得られ、かつ、第３の絶縁膜において、窒素が厚膜の絶縁膜に拡散するのを防止することが可能となり、レジストと窒素が反応することで現像不良となるレジストポイゾニング現象を抑制する効果が得られる。
【００３５】
第８の半導体装置は、第５、第６の半導体装置において、第２の絶縁膜が窒素と炭素を含有することを特徴とする。
【００３６】
このような構成とすることによって、第２の絶縁膜において、第１の金属配線及び第２の金属配線からの金属の拡散を防止することが可能となり、かつ、第２の絶縁膜の比誘電率を下げることが可能となり、電気容量を下げる効果が得られる。
【００３７】
第９の半導体装置は、上記第５〜第８の半導体装置において、第３の絶縁膜が炭素を含有することを特徴とする。
【００３８】
このような構成とすることによって、第３の絶縁膜の比誘電率を下げることが可能となり、電気容量を下げる効果が得られる。
【００３９】
第１０の半導体装置は、上記第５〜第９の半導体装置において、複数の第１のスルーホールを形成するためのエッチャントに対して第３の絶縁膜の厚膜の絶縁膜に対する選択比をＡとし、第３の絶縁膜の最も薄い部分での膜厚をｔとした場合において、第３の絶縁膜の表面における最上面と最下面の差ｘが、ｘ＜Ａ×ｔの式を満足することを特徴とする。
【００４０】
このような構成とすることによって、第５〜第９の半導体装置における効果を得られやすくなる。
【００４１】
また、上記の課題を解決するため、本発明の第１の半導体装置の製造方法は、基板上に形成された第１の絶縁膜に互いに幅の異なる第１の配線溝及び第２の配線溝を形成する工程と、第１の配線溝及び第２の配線溝に埋め込まれた金属からなり互いに幅の異なる第１の金属配線及び第２の金属配線を形成する工程と、第１の絶縁膜、第１の金属配線及び第２の金属配線の上に金属の拡散を防止するための第２の絶縁膜を形成する工程と、第２の絶縁膜の表面を平坦化する工程と、平坦化された第２の絶縁膜の上に第２の絶縁膜より厚膜の絶縁膜を形成する工程と、厚膜の絶縁膜の中に第２の絶縁膜に達する複数のスルーホールを形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００４２】
このような製造方法とすることによって、第１の金属配線及び第２の金属配線の表面に凹凸があり、その上の第２の絶縁膜の表面に凹凸が残っている場合においても、第２の絶縁膜の表面を平坦化させるため、層間絶縁膜である厚膜の絶縁膜の膜厚が均一に形成され、その後のスルーホール形成時において、エッチングによる除去が幅の広い金属配線上と幅の狭い金属配線上で同一量行うことが可能となる。その結果、第２の絶縁膜がエッチングされず、スルーホール形成後の工程において、金属配線の露出を防止することができ、不良の発生を抑制できる効果がある。例えば、スルーホール形成後に、厚膜の絶縁膜をエッチングして、スルーホールにつながる上部配線溝を形成する工程が行われる場合において、厚膜の絶縁膜をエッチングする際や、フォトマスクのプラズマアッシングや洗浄等の際に、ガスや洗浄液と金属配線の反応による銅配線の変質および腐食等が生じることが無くなる。
【００４３】
第２の半導体装置の製造方法は、第１の半導体装置の製造方法において、第２の絶縁膜が窒素を含有することを特徴とする。
【００４４】
このような製造方法とすることによって、第２の半導体装置が得られる。
【００４５】
第３の半導体装置の製造方法は、第１の半導体装置の製造方法において、第２の絶縁膜が窒素と炭素を含有することを特徴とする。
【００４６】
このような製造方法とすることによって、第３の半導体装置が得られる。
【００４７】
第４の半導体装置の製造方法は、第１から第３の半導体装置の製造方法において、複数のスルーホールを形成するためのエッチャントに対して、第２の絶縁膜の厚膜の絶縁膜に対する選択比をＡとし、第２の絶縁膜の最も薄い部分での膜厚をｔとした場合において、第２の絶縁膜の表面における最上面と最下面の差ｘが、ｘ＜Ａ×ｔの式を満足することを特徴とする。
【００４８】
このような製造方法とすることによって、第４の半導体装置が得られる。
【００４９】
第５の半導体装置の製造方法は、基板上に形成された第１の絶縁膜に互いに幅の異なる第１の配線溝及び第２の配線溝を形成する工程と、第１の配線溝及び第２の配線溝に埋め込まれた金属からなり互いに幅の異なる第１の金属配線及び第２の金属配線を形成する工程と、第１の絶縁膜、第１の金属配線及び第２の金属配線の上に金属の拡散を防止するための第２の絶縁膜を形成する工程と、第２の絶縁膜の上に第３の絶縁膜を形成する工程と、第３の絶縁膜の表面を平坦化する工程と、平坦化された第３の絶縁膜の上に第２、第３の絶縁膜より厚膜の絶縁膜を形成する工程と、厚膜の絶縁膜の中に第３の絶縁膜に達する複数のスルーホールを形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００５０】
このような製造方法とすることによって、第１の金属配線及び第２の金属配線の表面に凹凸があり、その上の第２の絶縁膜の表面に凹凸が残っている場合においても、その上の第３の絶縁膜の表面を平坦化させるため、第３の絶縁膜の表面が平坦となり、層間絶縁膜である厚膜の絶縁膜の膜厚が均一に形成され、その後のスルーホール形成時において、エッチングによる除去が幅の広い金属配線上と幅の狭い金属配線上で同一量行うことが可能となる。その結果、第２の絶縁膜がエッチングされず、スルーホール形成後の工程において、金属配線の露出を防止することができ、不良の発生を抑制できる効果がある。例えば、スルーホール形成後に、厚膜の絶縁膜をエッチングして、スルーホールにつながる上部配線溝を形成する工程が行われる場合において、厚膜の絶縁膜をエッチングする際や、フォトマスクのプラズマアッシングや洗浄等の際に、ガスや洗浄液と金属配線の反応による銅配線の変質および腐食等が生じることが無くなる。
【００５１】
第６の半導体装置の製造方法は、基板上に形成された第１の絶縁膜に互いに幅の異なる第１の配線溝及び第２の配線溝を形成する工程と、第１の配線溝及び第２の配線溝に埋め込まれた金属からなり互いに幅の異なる第１の金属配線及び第２の金属配線を形成する工程と、第１の絶縁膜、第１の金属配線及び第２の金属配線の上に金属の拡散を防止するための第２の絶縁膜を形成する工程と、第２の絶縁膜の表面を平坦化する工程と、平坦化された第２の絶縁膜の上に第３の絶縁膜を形成する工程と、第３の絶縁膜の上に第２、第３の絶縁膜より厚膜の絶縁膜を形成する工程と、厚膜の絶縁膜の中に第３の絶縁膜に達する複数のスルーホールを形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００５２】
このような製造方法とすることによって、第１の金属配線及び第２の金属配線の表面に凹凸があった場合においても、その上の第２の絶縁膜の表面を平坦化させるため、第３の絶縁膜の表面が平坦となり、層間絶縁膜である厚膜の絶縁膜の膜厚が均一に形成され、その後のスルーホール形成時において、エッチングによる除去が幅の広い金属配線上と幅の狭い金属配線上で同一量行うことが可能となる。その結果、第２の絶縁膜がエッチングされず、スルーホール形成後の工程において、金属配線の露出を防止することができ、不良の発生を抑制できる効果がある。例えば、スルーホール形成後に、厚膜の絶縁膜をエッチングして、スルーホールにつながる上部配線溝を形成する工程が行われる場合において、厚膜の絶縁膜をエッチングする際や、フォトマスクのプラズマアッシングや洗浄等の際に、ガスや洗浄液と金属配線の反応による銅配線の変質および腐食等が生じることが無くなる。更に、第５の半導体装置の製造方法の場合と比較して、第３の絶縁膜の膜厚が均一となることから、第２の絶縁膜に窒素が含有されていた場合に、第３の絶縁膜において、第２の絶縁膜中の窒素が厚膜の絶縁膜に拡散するのを防止する効果が高くなる。また、第５の半導体装置の製造方法の場合と比較して、第２の絶縁膜の膜厚を全体的に厚くできるため、第２の絶縁膜の厚膜の絶縁膜に対するエッチング選択比を大きくすることによって、スルーホールが第２の絶縁膜を突き抜けることを防止する効果が高くなる。
【００５３】
第７の半導体装置の製造方法は、第５、第６の半導体装置の製造方法において、第２の絶縁膜が窒素を含有し、第３の絶縁膜が窒素を含有しないことを特徴とする。
【００５４】
このような製造方法とすることによって、第７の半導体装置が得られる。
【００５５】
第８の半導体装置の製造方法は、第５、第６の半導体装置の製造方法において、第２の絶縁膜が窒素と炭素を含有することを特徴とする。
【００５６】
このような製造方法とすることによって、第８の半導体装置が得られる。
【００５７】
第９の半導体装置の製造方法は、第５〜第８の半導体装置の製造方法において、第３の絶縁膜が炭素を含有することを特徴とする。
【００５８】
このような製造方法とすることによって、第９の半導体装置が得られる。
【００５９】
第１０の半導体装置の製造方法は、第５〜第９の半導体装置の製造方法において、複数のスルーホールを形成するためのエッチャントに対して、第３の絶縁膜の厚膜の絶縁膜に対する選択比をＡとし、第３の絶縁膜の最も薄い部分での膜厚をｔとした場合において、第３の絶縁膜の表面における最上面と最下面の差ｘが、ｘ＜Ａ×ｔの式を満足することを特徴とする。
【００６０】
このような製造方法とすることによって、第１０の半導体装置が得られる。
【発明の効果】
【００６１】
本発明の半導体装置及びその製造方法によれば、ＣＭＰ法により幅の広い金属配線と幅の狭い金属配線において表面に凹凸が発生するが、バリア膜である第２の絶縁膜あるいはストッパ膜である第３の絶縁膜を平坦化することにより、第３の絶縁膜を形成しない場合には第２の絶縁膜の表面が平坦になり、第３の絶縁膜を形成する場合には第３の絶縁膜の表面が平坦になる。その為、層間絶縁膜である厚膜の絶縁膜の膜厚が均一に形成され、その後の第２あるいは第３の絶縁膜に達するスルーホール形成時において、エッチングによる除去が幅の広い金属配線上と幅の狭い金属配線上で同一量行うことが可能となる。その結果、第２の絶縁膜がエッチングされてしまうことを抑制し、第２あるいは第３の絶縁膜に達するスルーホール形成後の工程において、金属配線の露出を防止することができ、不良の発生を抑制できる効果がある。例えば、第２あるいは第３の絶縁膜に達するスルーホール形成後に、厚膜の絶縁膜をエッチングして、スルーホールにつながる上部配線溝を形成する工程が行われる場合において、厚膜の絶縁膜をエッチングする際や、フォトマスクのプラズマアッシングや洗浄等の際に、ガスや洗浄液と金属配線の反応による銅配線の変質および腐食等が生じることが無くなる。
【００６２】
また、バリア膜である第２の絶縁膜あるいはストッパ膜である第３の絶縁膜を平坦化しているので、厚膜の絶縁膜をＣＭＰ法で平坦化する必要がなくなる。層間絶縁膜である厚膜の絶縁膜は比誘電率の低い材料が用いられることから、機械的強度が比較的弱く、ＣＭＰ法のエッチングの際に、欠陥が生じやすい。その点、本発明によれば、厚膜の絶縁膜をＣＭＰ法で平坦化する必要がなくなることから、厚膜の絶縁膜への欠陥の発生を防止することが可能であり、ひいては、不良の発生を抑制できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００６４】
（第１の実施形態）
図１は本実施形態の半導体装置の要部断面図を示している。
【００６５】
シリコン基板（図示せず）上に形成された炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）からなる第１の絶縁膜１０１中に、タンタルナイトライド／タンタル多層膜１０２および相対的に幅の広い第１の銅配線１０３ａと相対的に幅の狭い第２の銅配線１０３ｂが形成されている。第１の銅配線１０３ａは表面が凹状に形成されている。第２の銅配線１０３ｂは表面が凸状に形成されている。第１の銅配線１０３ａ上と第２の銅配線１０３ｂ上と第１の絶縁膜１０１上には、シリコン窒化炭化膜（ＳｉＣＮ）からなる第２の絶縁膜１０４が形成されている。第２の絶縁膜１０４の表面は平坦化されている。第２の絶縁膜１０４上にはシリコン酸化炭化膜（ＳｉＣＯ）からなる第３の絶縁膜１０５が形成されている。第３の絶縁膜１０５上には炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）からなる第４の絶縁膜１０６が形成されている。第４の絶縁膜１０６上にはシリコン酸化膜からなる第５の絶縁膜１０７が形成されている。第４の絶縁膜１０６と第５の絶縁膜１０７中には、第１の銅配線１０３ａ上の第１の上部配線溝１０９ａ及び第２の銅配線１０３ｂ上の第２の上部配線溝１０９ｂが形成されている。第１の上部配線溝１０９ａの中にはタンタルナイトライド／タンタル多層膜１１３ａと銅からなる第１の上部配線１１２ａが形成され、第２の上部配線溝１０９ｂの中にはタンタルナイトライド／タンタル多層膜１１３ｂと銅からなる第２の上部配線１１２ｂが形成されている。また、第１の上部配線溝１０９ａと第１の銅配線１０３ａを接続する第１のスルーホール１０８ａ及び第２の上部配線溝１０９ｂと第２の銅配線１０３ｂを接続する第２のスルーホール１０８ｂが、第２〜第４の絶縁膜１０４、１０５、１０６の中に形成されている。第１のスルーホール１０８ａの内部にはタンタルナイトライド／タンタル多層膜１１１ａと銅からなるコンタクト１１０ａが形成され、第２のスルーホール１０８ｂの内部にはタンタルナイトライド／タンタル多層膜１１１ｂと銅からなるコンタクト１１０ｂが形成されている。
【００６６】
ここで、シリコン窒化炭化膜からなる第２の絶縁膜１０４は銅の酸化および拡散を防止するためのバリア膜であり、酸素含有シリコン炭化膜からなる第３の絶縁膜１０５はスルーホール１０８ａ、１０８ｂ形成のためのエッチング時のストッパ膜としての役割と、シリコン窒化炭化膜からなる第２の絶縁膜１０４に含まれる窒素が炭素含有シリコン酸化膜からなる第４の絶縁膜１０６へ拡散するのを防止し、レジストと窒素が反応することで現像不良となるレジストポイゾニング現象を抑制する目的がある。
【００６７】
図２を用いて本発明の第1の実施形態の半導体装置の製造方法を詳細に述べる。
【００６８】
まず、シリコン基板（図示せず）上に形成したシリコン酸化膜からなる第１の絶縁膜１０１に対してマスクとなる溝パターンをフォトリソグラフィー法により形成し、ドライエッチ法により第１の絶縁膜１０１を部分的にエッチング除去し配線溝を形成する。その後、タンタルナイトライド／タンタルの多層膜１０２及び銅１０３を堆積する（図２（ａ））。
続いて、銅１０３の表面をＣＭＰ法により平坦化し、相対的に幅の広い第１の銅配線１０３ａと相対的に幅の狭い第２の銅配線１０３ｂを形成する（図２（ｂ））。この際、第１の銅配線１０３ａと第２の銅配線１０３ｂに接する箇所以外の多層膜１０２もＣＭＰ法で除去する。前述のように、相対的に幅の広い第１の銅配線１０３ａは最大５０ｎｍの深さの凹状に形成され、相対的に幅の狭い第２の銅配線１０３ｂでは最大１０ｎｍの高さの凸状に形成される。
【００６９】
次に、第１の絶縁膜１０１上と相対的に幅の広い第１の銅配線１０３ａ上と相対的に幅の狭い第２の銅配線１０３ｂ上に、シリコン窒化炭化膜（ＳｉＣＮ）からなる第２の絶縁膜１０４を７０ｎｍ以上の厚さで堆積する（図２（ｃ））。
【００７０】
次に、第２の絶縁膜１０４の膜厚を第２の銅配線１０３ｂ上で１０ｎｍ程度となるように平坦化する（図２（ｄ））。例えば、第２の絶縁膜１０４を１２０ｎｍの厚さで堆積後、ＣＭＰ法により平坦化する。
【００７１】
続いて第２の絶縁膜１０４上にシリコン酸化炭化膜（ＳｉＣＯ）からなる第３の絶縁膜１０５を約４０ｎｍの厚さで堆積する（図２（ｅ））。
【００７２】
次に、第３の絶縁膜１０５上に炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）からなる第４の絶縁膜１０６を約４５０ｎｍの厚さで堆積する（図２（ｆ））。
【００７３】
次に、第４の絶縁膜１０６上に、第５の絶縁膜１０７をＣＶＤ法等により約５０ｎｍの厚さで堆積する（図２（ｇ））。
【００７４】
次に、図面では表示していないが、第５の絶縁膜１０７の表面に有機反射防止膜を塗布し、有機反射防止膜上に、ホールパターンをフォトリソグラフィーにより形成する。
【００７５】
次に、ドライエッチ法により有機反射防止膜、第５の絶縁膜１０７、第４の絶縁膜１０６をエッチング除去し、アッシングによりフォトレジストと有機反射防止膜を除去し、相対的に幅の広い第１の銅配線１０３ａ上に第１のスルーホール１０８ａを、相対的に幅の狭い第２の銅配線１０３ｂ上に第２のスルーホール１０８ｂを形成する（図２（ｈ））。
【００７６】
第２の絶縁膜１０４は第４の絶縁膜１０６に対して、５〜７の選択比を有する（ＳｉＣＮのエッチングレート：ＳｉＯＣのエッチングレート＝１：５〜７）。また、第３の絶縁膜１０５は第４の絶縁膜１０６に対して、２〜３の選択比を有する（ＳｉＣＯのエッチングレート：ＳｉＯＣのエッチングレート＝１：２〜３）。
【００７７】
スルーホール１０８ａ、１０８ｂを形成後、フォトレジストをマスクとして（図示していない）、第５の絶縁膜１０７と第４の絶縁膜１０６とをエッチングして、第１の銅配線１０３ａの上方に、第１のスルーホール１０８ａとつながる第１の上部配線溝１０９ａを、第２の銅配線１０３ｂの上方に、第２のスルーホール１０８ｂとつながる第２の上部配線溝１０９ｂを形成する。その後、図示していない上記マスクに用いたフォトレジストをプラズマアッシングにより除去し、基板洗浄する。その後、スルーホール１０８ａ、１０８ｂの下部の第３の絶縁膜１０５と第２の絶縁膜１０４をエッチング除去して、第１の銅配線１０３ａと第２の銅配線１０３ｂの表面を露出させる（図２（ｉ））。
【００７８】
続いて、図２（ｊ）に示すように、スルーホール１０８ａ、１０８ｂと配線溝１０９ａ、１０９ｂの中に、タンタルナイトライド／タンタル多層膜１１１ａ、１１１ｂ及び１１３ａ、１１３ｂを形成し、続いて、銅をスルーホール１０８ａ、１０８ｂと配線溝１０９ａ、１０９ｂの中に埋め込み、第５の絶縁膜１０７の上のタンタルナイトライド／タンタル多層膜と銅をＣＭＰ法等で除去して、第１のコンタクト１１０ａ、第２のコンタクト１１０ｂ、第１の上部配線１１２ａ及び第２の上部配線１１２ｂを形成する。
【００７９】
図２（ｅ）における、ＣＭＰ法により平坦化された第２の絶縁膜１０４上の第３の絶縁膜１０５の表面の平坦性については、できるだけ良いことが好ましいが、ＣＭＰ法によるエッチングばらつきが存在するため、完全な平坦な面にはならない。本実施形態の効果を得るための平坦性は、第３の絶縁膜１０５の膜厚と、第３の絶縁膜１０５の第４の絶縁膜１０６に対するエッチング選択比に依存する。第３の絶縁膜１０５の膜厚が厚いほど、または、エッチング選択比が大きいほど、求められる平坦性は甘くなる。第３の絶縁膜１０５の最も薄い部分の膜厚をｔ、第３の絶縁膜１０５の第４の絶縁膜１０６に対するエッチング選択比をＡ（第３の絶縁膜１０５のエッチングレート：第４の絶縁膜１０６のエッチングレート＝１：Ａ）とすると、必要とされる平坦性ｘ（第３の絶縁膜１０５の表面における最上面と最下面の差）は以下の式で表される。
【００８０】
ｘ＜Ａ×ｔ
この平坦性ｘの評価は、ＳＥＭ（２次電子顕微鏡）像、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）像あるいは段差測定等により評価できる。また、評価対象領域は、銅配線が形成されている近傍であり、半導体素子が形成されないような領域は対象としない。
【００８１】
本実施形態の製造方法によれば、ＣＭＰ法により幅の広い第１の銅配線１０３ａと幅の狭い第２の銅配線１０３ｂにおいて表面に凹凸が発生するが、第２の絶縁膜１０４を平坦化することにより第２の絶縁膜１０４上に堆積する第３の絶縁膜１０５の表面が平坦になる。その為、層間絶縁膜である第４の絶縁膜１０６の膜厚が均一に形成され、その後の第１のスルーホール１０８ａ及び第２のスルーホール１０８ｂの形成時（図２（ｈ）の工程）において、エッチングによる除去が幅の広い第１の銅配線１０３ａ上と幅の狭い第２の銅配線１０３ｂ上で同一量行うことが可能となる。その結果、第２の絶縁膜１０４がエッチングされてしまうことを抑制し、特に幅の狭い第２の銅配線１０３ｂ表面の露出を防止することができる。第２の銅配線１０３ｂ表面の露出を防止した状態で、第２の上部配線溝１０９ｂを形成することにより、第２の銅配線１０３ｂの変質や腐食が生じず、その結果、本実施形態の製造方法により作製した半導体装置は不良の発生が抑制される。
【００８２】
また、第３の絶縁膜１０５の表面が平坦であるので、第４の絶縁膜１０６をＣＭＰ法で平坦化する必要がなくなる。層間絶縁膜である第４の絶縁膜１０６は機械的強度が比較的弱く、ＣＭＰ法のエッチングの際に、欠陥が生じやすい。その点、本実施形態の製造方法によれば、第４の絶縁膜１０６をＣＭＰ法で平坦化する必要がなくなることから、第４の絶縁膜１０６への欠陥の発生を防止することが可能であり、ひいては、本実施形態の製造方法により作製した半導体装置は不良の発生が抑制される。
【００８３】
更に、第３の絶縁膜１０５の膜厚が均一となることから、本実施形態のように第２の絶縁膜１０４に窒素が含有されていた場合に、第３の絶縁膜１０５において、第２の絶縁膜中１０４の窒素が第４の絶縁膜１０６に拡散するのを防止する効果が高くなる。また、後述の第２の実施形態と比較して、第２の絶縁膜１０４の膜厚を全体的に厚くできるため、第２の絶縁膜１０４の第４の絶縁膜１０６に対するエッチング選択比を大きくすることによって、スルーホール１０８ａ、１０８ｂが第２の絶縁膜１０４を突き抜けることを防止する効果が高くなる。
【００８４】
なお、前述のレジストポイゾニングが問題とならない場合においては、必ずしも、第３に絶縁膜１０５を形成しなくともよい。この場合においても、第２の絶縁膜１０４の表面は平坦化されているため、第２の銅配線１０３ｂの変質や腐食が生じず、その結果、本実施形態の製造方法により作製した半導体装置は不良の発生が抑制される効果が得られる点は同様である。また、第４の絶縁膜１０６をＣＭＰ法で平坦化する必要がなくなることから、第４の絶縁膜１０６への欠陥の発生を防止することが可能であり、ひいては、本実施形態の製造方法により作製した半導体装置は不良の発生が抑制される効果についても同様に得られる。この場合、第２の絶縁膜１０４の表面の必要とされる平坦性については、前述の第３の絶縁膜１０５の表面の必要とされる平坦性と同様である。
【００８５】
（第２の実施形態）
図３は本実施形態の半導体装置の要部断面図を示している。
【００８６】
シリコン基板（図示せず）上に形成された炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）からなる第１の絶縁膜２０１中に、タンタルナイトライド／タンタル多層膜２０２および相対的に幅の広い第１の銅配線２０３ａと相対的に幅の狭い第２の銅配線２０３ｂが形成されている。第１の銅配線２０３ａは表面が凹状に形成されている。第２の銅配線２０３ｂは表面が凸状に形成されている。第１の銅配線２０３ａ上と第２の銅配線２０３ｂ上と第１の絶縁膜２０１上には、シリコン窒化炭化膜（ＳｉＣＮ）からなる第２の絶縁膜２０４が形成されている。第２の絶縁膜２０４の表面には凹凸が残っている。第２の絶縁膜２０４上にはシリコン酸化炭化膜（ＳｉＣＯ）からなる第３の絶縁膜２０５が形成されている。第３の絶縁膜２０５の表面は平坦化されている。第３の絶縁膜２０５上には炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）からなる第４の絶縁膜２０６が形成されている。第４の絶縁膜２０６上にはシリコン酸化膜からなる第５の絶縁膜２０７が形成されている。第４の絶縁膜２０６と第５の絶縁膜２０７中には、第１の銅配線２０３ａ上の第１の上部配線溝２０９ａ及び第２の銅配線２０３ｂ上の第２の上部配線溝２０９ｂが形成されている。第１の上部配線溝２０９ａの中にはタンタルナイトライド／タンタル多層膜２１３ａと銅からなる第１の上部配線２１２ａが形成され、第２の上部配線溝２０９ｂの中にはタンタルナイトライド／タンタル多層膜２１３ｂと銅からなる第２の上部配線２１２ｂが形成されている。また、第１の上部配線溝２０９ａと第１の銅配線２０３ａを接続する第１のスルーホール２０８ａ及び第２の上部配線溝２０９ｂと第２の銅配線２０３ｂを接続する第２のスルーホール２０８ｂが、第２〜第４の絶縁膜２０４、２０５、２０６の中に形成されている。第１のスルーホール２０８ａの内部にはタンタルナイトライド／タンタル多層膜２１１ａと銅からなるコンタクト２１０ａが形成され、第２のスルーホール２０８ｂの内部にはタンタルナイトライド／タンタル多層膜２１１ｂと銅からなるコンタクト２１０ｂが形成されている。
【００８７】
図４を用いて本発明の第２の実施形態の半導体装置の製造方法を詳細に述べる。
【００８８】
まず、シリコン基板（図示せず）上に形成したシリコン酸化膜からなる第１の絶縁膜２０１に対してマスクとなる溝パターンをフォトリソグラフィー法により形成し、ドライエッチ法により第１の絶縁膜２０１を部分的にエッチング除去し配線溝を形成する。その後、タンタルナイトライド／タンタルの多層膜２０２及び銅２０３を堆積する（図４（ａ））。
【００８９】
続いて、銅２０３の表面をＣＭＰ法により平坦化し、相対的に幅の広い第１の銅配線２０３ａと相対的に幅の狭い第２の銅配線２０３ｂを形成する（図４（ｂ））。この際、第１の銅配線２０３ａと第２の銅配線２０３ｂに接する箇所以外の多層膜２０２もＣＭＰ法で除去する。前述のように、相対的に幅の広い第１の銅配線２０３ａは最大５０ｎｍの深さの凹状に形成され、相対的に幅の狭い第２の銅配線２０３ｂでは最大１０ｎｍの高さの凸状に形成される。
【００９０】
次に、第１の絶縁膜２０１上と相対的に幅の広い第１の銅配線２０３ａ上と相対的に幅の狭い第２の銅配線２０３ｂ上にシリコン窒化炭化膜（ＳｉＣＮ）からなる第２の絶縁膜２０４を約１０ｎｍの厚さで堆積する（図４（ｃ））。
【００９１】
続いて第２の絶縁膜２０４上にシリコン酸化炭化膜（ＳｉＣＯ）からなる第３の絶縁膜２０５を７０ｎｍ以上の厚さで堆積する（図４（ｄ））。
【００９２】
次に、第３の絶縁膜２０５の膜厚を第２の銅配線２０３ｂ上で４０ｎｍ程度となるように平坦化する（図４（ｅ））。
【００９３】
次に、第３の絶縁膜２０５の上に炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）からなる第４の絶縁膜２０６を約約４５０ｎｍ堆積する（図４（ｆ））。
【００９４】
次に、第４の絶縁膜２０６上に、第５の絶縁膜２０７をＣＶＤ法等により約５０ｎｍ堆積する（図４（ｇ））。
【００９５】
次に、図面では表示していないが、第５の絶縁膜２０７の表面に有機反射防止膜を塗布し、有機反射防止膜上に、ホールパターンをフォトリソグラフィーにより形成する。
【００９６】
次に、ドライエッチ法により有機反射防止膜、第５の絶縁膜２０７、第４の絶縁膜２０６をエッチング除去し、アッシングによりフォトレジストと有機反射防止膜を除去し、相対的に幅の広い第１の銅配線２０３ａ上に第１のスルーホール２０８ａを、相対的に幅の狭い第２の銅配線２０３ｂ上に第２のスルーホール２０８ｂを形成する（図４（ｈ））。
【００９７】
ＣＭＰ法により平坦化された第３の絶縁膜２０５の表面の必要とされる平坦性については、第１の実施形態と同様である。
【００９８】
スルーホール２０８ａ、２０８ｂを形成後、フォトレジストをマスクとして（図示していない）、第５の絶縁膜２０７と第４の絶縁膜２０６とをエッチングして、第１の銅配線２０３ａの上方に、第１のスルーホール２０８ａとつながる第１の上部配線溝２０９ａを、第２の銅配線２０３ｂの上方に、第２のスルーホール２０８ｂとつながる第２の上部配線溝２０９ｂを形成する。その後、図示していない上記マスクに用いたフォトレジストをプラズマアッシングにより除去し、基板洗浄する。その後、スルーホール２０８ａ、２０８ｂの下部の第３の絶縁膜２０５と第２の絶縁膜２０４をエッチング除去して、第１の銅配線２０３ａと第２の銅配線２０３ｂの表面を露出させる（図４（ｉ））。
【００９９】
その後、図４（ｊ）に示すように、スルーホール２０８ａ、２０８ｂと配線溝２０９ａ、２０９ｂの中に、タンタルナイトライド／タンタル多層膜２１１ａ、２１１ｂ及び２１３ａ、２１３ｂを形成し、続いて、銅をスルーホール２０８ａ、２０８ｂと配線溝２０９ａ、２０９ｂの中に埋め込み、第５の絶縁膜２０７の上のタンタルナイトライド／タンタル多層膜と銅をＣＭＰ法等で除去して、第１のコンタクト２１０ａ、第２のコンタクト２１０ｂ、第１の上部配線２１２ａ及び第２の上部配線２１２ｂを形成する。
【０１００】
本実施形態の製造方法によれば、ＣＭＰ法により幅の広い第１の銅配線２０３ａと幅の狭い第２の銅配線２０３ｂにおいて表面に凹凸が発生し、その上の第２の絶縁膜２０４の表面にも凹凸が残っているが、第３の絶縁膜２０５を平坦化することにより第３の絶縁膜２０５の表面が平坦になる。その為、層間絶縁膜である第４の絶縁膜２０６の膜厚が均一に形成され、その後の第１のスルーホール２０８ａ及び第２のスルーホール２０８ｂの形成時（図４（ｈ）の工程）において、エッチングによる除去が幅の広い第１の銅配線２０３ａ上と幅の狭い第２の銅配線２０３ｂ上で同一量行うことが可能となる。その結果、第２の絶縁膜２０４がエッチングされてしまうことを抑制し、特に幅の狭い第２の銅配線２０３ｂ表面の露出を防止することができる。第２の銅配線２０３ｂ表面の露出を防止した状態で、第２の上部配線溝２０９ｂを形成することにより、第２の銅配線２０３ｂの変質や腐食が生じず、その結果、本実施形態の製造方法により作製した半導体装置は不良の発生が抑制される。
【０１０１】
また、第３の絶縁膜２０５の表面が平坦であるので、第４の絶縁膜２０６をＣＭＰ法で平坦化する必要がなくなる。層間絶縁膜である第４の絶縁膜２０６は機械的強度が比較的弱く、ＣＭＰ法のエッチングの際に、欠陥が生じやすい。その点、本実施形態の製造方法によれば、第４の絶縁膜２０６をＣＭＰ法で平坦化する必要がなくなることから、第４の絶縁膜２０６への欠陥の発生を防止することが可能であり、ひいては、本実施形態の製造方法により作製した半導体装置は不良の発生が抑制される。
【０１０２】
なお、第１の絶縁膜（１０１及び２０１）、第４の絶縁膜（１０６及び２０６）及び第５の絶縁膜（１０７及び２０７）については、第１及び第２の実施形態の材質には限定されない。たとえば、ＴＥＯＳ膜、ＳｉＯＣ膜もしくはＦＳＧ膜、あるいはこれらの多層膜であってもよい。
【０１０３】
また、第２の絶縁膜（１０４及び２０４）、第３の絶縁膜（１０５及び２０５）については、第１及び第２の実施形態の材質には限定されない。たとえば、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＣＯ膜、ＳｉＣ膜もしくはＳｉＮ膜、あるいはこれらの多層膜であってもよい。但し、第２の絶縁膜（１０４及び２０４）としては、窒素（Ｎ）を含む材質が望ましく、更に炭素（Ｃ）を含む材質がより望ましい。また、第３の絶縁膜（１０５及び２０５）としては、窒素（Ｎ）を含まない材質が望ましく、更に炭素（Ｃ）を含む材質がより望ましい。
【０１０４】
また、多層配線構造においても適用可能である。
【０１０５】
また、第１の銅配線（１０３ａ及び２０３ａ）及び第２の銅配線（１０３ｂ及び２０３ｂ）については、それぞれ、銅配線に代えて、銀配線やそれ以外の金属配線としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明は、化学的機械研磨方法を用いて形成された配線構造を有する半導体装置及びその製造方法に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の要部断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す要部断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の要部断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す要部断面図。
【図５】従来例に係る半導体装置の要部断面図。
【図６】従来例に係る半導体装置の製造方法における問題点を説明する要部断面図。
【符号の説明】
【０１０８】
１０１    第１の絶縁膜
１０２    タンタルナイトライド／タンタル多層膜
１０３    銅
１０３ａ  相対的に幅の広い第１の銅配線
１０３ｂ  相対的に幅の狭い第２の銅配線
１０４    第２の絶縁膜
１０５    第３の絶縁膜
１０６    第４の絶縁膜
１０７    第５の絶縁膜
１０８ａ  第１の銅配線上の第１のスルーホール
１０８ｂ  第２の銅配線上の第２のスルーホール
１０９ａ  第１の銅配線上の第１の上部配線溝
１０９ｂ  第２の銅配線上の第２の上部配線溝
１１０ａ  第１の銅配線上の第１のコンタクト
１１０ｂ  第２の銅配線上の第２のコンタクト
１１１ａ、１１１ｂ  タンタルナイトライド／タンタル多層膜
１１２ａ  第１の銅配線上の第１の上部配線
１１２ｂ  第２の銅配線上の第２の上部配線
１１３ａ、１１３ｂ  タンタルナイトライド／タンタル多層膜
２０１    第１の絶縁膜
２０２    タンタルナイトライド／タンタル多層膜
２０３    銅
２０３ａ  相対的に幅の広い第１の銅配線
２０３ｂ  相対的に幅の狭い第２の銅配線
２０４    第２の絶縁膜
２０５    第３の絶縁膜
２０６    第４の絶縁膜
２０７    第５の絶縁膜
２０８ａ  第１の銅配線上の第１のスルーホール
２０８ｂ  第２の銅配線上の第２のスルーホール
２０９ａ  第１の銅配線上の第１の上部配線溝
２０９ｂ  第２の銅配線上の第２の上部配線溝
２１０ａ  第１の銅配線上の第１のコンタクト
２１０ｂ  第２の銅配線上の第２のコンタクト
２１１ａ、２１１ｂ  タンタルナイトライド／タンタル多層膜
２１２ａ  第１の銅配線上の第１の上部配線
２１２ｂ  第２の銅配線上の第２の上部配線
２１３ａ、２１３ｂ  タンタルナイトライド／タンタル多層膜
５０１    第１の絶縁膜
５０２    タンタルナイトライド／タンタル多層膜
５０３    銅
５０３ａ  相対的に幅の広い第１の銅配線
５０３ｂ  相対的に幅の狭い第２の銅配線
５０３ｃ  銅配線
５０４    第２の絶縁膜
５０６    第３の絶縁膜
５０７    第４の絶縁膜
５０８ａ  第１の銅配線上の第１のスルーホール
５０８ｂ  第２の銅配線上の第２のスルーホール
５０８ｃ  銅配線上のスルーホール
５０９ａ  第１の銅配線上の第１の上部配線溝
５０９ｂ  第２の銅配線上の第２の上部配線溝
５１０ａ  第１の銅配線上の第１のコンタクト
５１０ｂ  第２の銅配線上の第２のコンタクト
５１２ａ  第１の銅配線上の第１の上部配線
５１２ｂ  第２の銅配線上の第２の上部配線
【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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