(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１絶縁膜を塗布する第１絶縁膜形成工程と、
第１の熱エネルギーを与えて前記第１絶縁膜を部分的に硬化させる第１キュア工程と、
前記第１絶縁膜上に第２絶縁膜を塗布する第２絶縁膜形成工程と、
前記第１の熱エネルギーより大きい第２の熱エネルギーを与えて、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜を完全に硬化させる第２キュア工程と、
を含み、
前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜は多層配線構造に使われる層間絶縁膜を形成し、
前記第１絶縁膜および前記第２絶縁膜は有機系低誘電率層間絶縁材料よりなる
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２絶縁膜をパターニングして開口部を形成する工程と、
前記第２絶縁膜をマスクとして前記第１絶縁膜をエッチングする工程と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１絶縁膜は有機材料であり、且つ、誘電率が３．０以下であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１絶縁膜は芳香族系有機材料であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１絶縁膜はＳｉＮＣＨ膜、ＳｉＯＣＨ膜、有機ＳＯＧ膜及びＨＳＱ膜からなる群から選ばれたスピンオン膜であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２絶縁膜は有機材料であり、且つ、誘電率が３．０以下であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第２絶縁膜は芳香族有機材料であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第２絶縁膜はＳｉＮＣＨ膜、ＳｉＯＣＨ膜、有機ＳＯＧ膜及びＨＳＱ膜からなる群から選ばれたスピンオン膜であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１キュア工程を３８０℃〜５００℃の温度で、５〜１８０秒の時間で行うことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１キュア工程を３８０℃〜５００℃の温度で、１０〜１５０秒の時間で行うことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１キュア工程を４００℃〜４７０℃の温度で、１０〜１５０秒の時間で行うことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第１キュア工程を４００℃の温度で、９０秒間行うことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第１キュア工程、前記第２絶縁膜形成工程、前記第２キュア工程を行うことにより、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜との間にインターミキシング層を形成させることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
背景技術
本発明は、一般には半導体製造装置に係り、より詳細には、有機系低誘電率塗布絶縁膜を多層配線構造の層間絶縁膜とした半導体装置の製造方法に関する。
従来の技術
高解像度リソグラフィ技術の進歩に伴い、今日の先端的な半導体集積回路装置では基板上に多くの数の半導体素子が形成されている。かかる先端的な半導体集積回路装置では、基板上に半導体素子間を接続させるには、一層の配線層では不十分であり、複数の配線層を層間絶縁膜を介して積層させた、いわゆる多層配線構造が利用されている。
【０００２】
特に最近では、層間絶縁膜中に配線層に対応した配線溝及びコンタクトホールを予め形成しておき、これを導体で埋めることにより配線層を形成する、いわゆるデュアルダマシン法による多層配線構造の研究がなされている。
【０００３】
デュアルダマシン法には様々な変形が存在するが、図１（Ａ）〜図１（Ｆ）には、典型的なデュアルダマシン法による、多層配線構造の形成方法を示す。
【０００４】
まず、図１（Ａ）を参照するに、ＭＯＳ（金属−酸化物−シリコン）トランジスタ等、図示しない半導体要素が形成されたシリコン基板１０は、ＣＶＤ（化学気相堆積）−ＳｉＯ２などの層間絶縁膜１１により覆われており、前記層間絶縁膜１１上に配線パターン１２Ａが形成されている。前記配線パターン１２Ａは、前記層間絶縁膜１１上に形成された次の層間絶縁膜１２Ｂ中に埋め込まれており、前記配線パターン１２Ａ及び層間絶縁膜１２Ｂは、ＳｉＮ等のエッチングストッパ膜１３により覆われている。前記エッチングストッパ膜１３は、さらに次の層間絶縁膜１４に覆われ、前記層間絶縁膜１４上には、ＳｉＮ等よりなる、さらに別のエッチングストッパ膜１５が形成されている。
【０００５】
図示した例では、前記エッチングストッパ膜１５上にさらに別の層間絶縁膜１６が形成され、さらに前記層間絶縁膜１６は次のエッチングストッパ膜１７により覆われている。エッチングストッパ膜１５、１７は、「ハードマスク」ともよばれることがある。
【０００６】
図１（Ａ）の工程では、前記エッチングストッパ膜１７上にフォトリソグラフィー工程により、所望のコンタクトホールに対応したレジスト開口部１８Ａを有するレジストパターン１８が形成され、前記レジストパターン１８をマスクに、前記エッチング膜１７をドライエッチングにより除去し、前記エッチングストッパ膜１７中に、前記コンタクトホールに対応した開口部を形成する。
【０００７】
次に、図１（Ｂ）の工程では、前記エッチングストッパ膜１７の下の層間絶縁膜１６を反応性イオンエッチング（以下、「ＲＩＥ」という）法により、ドライエッチングし、前記層間絶縁膜１６中の前記コンタクトホールに対応した開口部１６Ａを形成した後、前記レジストパターンを除去する。層間絶縁膜１６が有機材料の場合には、層間絶縁膜１６をエッチングしてコンタクトホール１６Ａを形成する際に、レジスト除去をする。
【０００８】
さらに、図１（Ｃ）の工程では、前記図１（Ｂ）の構造上にレジスト膜１９が塗布され、図１（Ｄ）の工程において、これをフォトリソグラフィー法によりパターニングし、所望の配線パターンに対応したレジスト開口部１９Ａをレジスト層１９中に形成する。前記開口部１９Ａが形成された結果として、前記層間絶縁膜１６中に形成された開口部１６Ａが、前記レジスト開口部１９Ａ中に露出される。
【０００９】
図１（Ｄ）の工程では、さらに前記レジスト膜１９をマスクに、前記レジスト開口部１９Ａにおいて露出した前記エッチングストッパ膜１７及び前記開口部１６Ａ底部において露出したエッチングストッパ膜１５をドライエッチングにより除去し、図１（Ｅ）の工程にて、前記層間絶縁膜１６及び層間絶縁膜１４をドライエッチングにより一括してパターニングし、前記レジスト層１９を除去する。かかるパターニングの結果、図１（Ｅ）に示すように、前記層間絶縁膜１６中には所望の配線膜溝に対応する開口部１４Ａが形成される。前記開口部１６Ｂは、前記開口部１６Ａを含むように形成される。
【００１０】
さらに、図１（Ｆ）の工程にて、さらに前記開口部１４Ａにおいて露出しているエッチングストッパ膜１３をＲＩＥ法によるドライエッチング法により除去し、前記配線パターン１２Ａを露出させた後、前記配線溝１６Ａ及び開口部１４ＡをＡｌ或いはＣｕ等の導電膜で充填させ、さらにこれを化学機械研磨（ＣＭＰ）することにより、配線パターン１２Ａとコンタクトホール１４Ａで電気的に接続された配線パターン２０が得られる。これらの工程をさらに繰り返すことにより、３層目、４層目の配線パターンを形成することが可能である。
【００１１】
一方、従来から半導体装置は、設計ルールを微細化することで、高集積化及び高性能化を進めてきた。しかしながら、設計ルールを微細化していくと、配線抵抗及び配線間容量の増加が顕著となり、従来の配線材料では、これ以上の半導体装置の高性能化することが難しい状況にある。このため、近時では、配線材料として電気抵抗の低いＣｕの使用が、また、層間絶縁膜には配線間容量低減のための低誘電率材料の使用が研究されてきている。
【００１２】
特に最近の高性能半導体装置においては、低誘電率層間絶縁膜と組み合わせて、従来使われているＡｌの代わりに低抵抗Ｃｕを配線材料として使い、ダマシン法にて多層配線構造を構成する試みがなされている。
【００１３】
前述したデュアルダマシン法ではＣＭＰ工程が含まれるため、かかるデュアルダマシン法において使われる低誘電率材料も、通常に要求される小さい配線間キャパシタンスの他に、せん断・圧縮応力に耐え得る良好な機械的性質、すなわち密着性を有することが要求される。この機械的強度は、デュアルダマシン法で使われる低誘電率絶縁膜にとって最も重要な要求特性のひとつである。
【００１４】
ところで、従来のような層間絶縁膜としてＳｉＯ２若しくはＢＰＳＧ等を使った場合には、比誘電率の値は４〜５程度になるが、例えば、ＦＳＧと称されるＦ（フッ素）添加ＳｉＯ２膜を使うと比誘電率の値を３．３〜３．６程度まで減少させることができる。またＨＳＱ（hydrogen silsesquioxane）等のＳｉ−Ｈ基を含むＳｉＯ２膜では、比誘電率の値を２．９〜３．１程度まで低減させることができる。さらに、前記層間絶縁膜として、有機ＳＯＧの使用や、有機系絶縁膜の使用の提案されている。有機ＳＯＧを使用した場合、３．０以下の比誘電率が達成される。また有機系絶縁膜は２．７程度の非常に低い誘電率を実現させることが可能である。
【００１５】
かかる有機系低誘電率層間絶縁膜の成膜方法には、熱或いはプラズマＣＶＤ法や塗布法があるが、塗布法は、絶縁材料を形成する溶液を選択する際の自由度がＣＶＤ法よりも大きく、スループットが高いという大きな利点を有している。
【００１６】
通常、塗布方法はシリコン基板をスピンコータにてセットし、基板を回転させながら前記シリコン基板上に溶液から有機系低誘電率層間絶縁材料の膜を形成する。続いてシリコン基板を乾燥させて溶媒を蒸発させ、必要に応じてホットプレート、炉や加熱ランプなどの加熱装置でキュアを行う。最終の熱キュアによって溶媒に不溶な、高度に架橋した絶縁膜を得られる。
【００１７】
一方、デュアルダマシン法により低抵抗Ｃｕを用いた多層配線構造を形成する場合、Ｃｕのドライエッチが困難なため、ＣＭＰ技術を使うことが重要になる。しかし、ＣＭＰ法の適用に関しては、特に有機系絶縁膜を用いた場合に有機絶縁膜の密着性が劣る問題が指摘されている。
発明の開示
そこで本発明は上記の課題を解決した新規で有用な半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１８】
本発明のより具体的な課題は、多層配線構造において使われる、塗布法により形成された有機系低誘電率層間絶縁材料の密着性を向上させることにある。
【００１９】
本発明は、基板上に第１絶縁膜を塗布する第１絶縁膜形成工程と、第１の熱エネルギーを与えて前記第１絶縁膜を部分的に硬化させる第１キュア工程と、前記第１絶縁膜上に第２絶縁膜を塗布する第２絶縁膜形成工程と、前記第１の熱エネルギーより大きい第２の熱エネルギーを与えて、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜を完全に硬化させる第２キュア工程と、を含み、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜は多層配線構造に使われる層間絶縁膜を形成し、前記第１絶縁膜および前記第２絶縁膜は有機系低誘電率層間絶縁材料よりなることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【００２０】
また上記半導体装置の製造方法は、前記第２絶縁膜をパターニングして開口部を形成する工程と、前記第２絶縁膜をマスクとして前記第１絶縁膜をエッチングする工程と、を含むことができる。
【００２１】
本発明によれば、芳香族系低誘電率有機絶縁膜の密着性が、その硬化条件を最適化することにより向上する。そこで、このような有機絶縁膜を多層配線構造中において使うことにより、多層配線構造を形成するのにＣＭＰ法を使うダマシン法を使った場合でも半導体装置製造の際の歩留りが向上する。本発明の有機絶縁膜を使うことにより、多層配線構造全体の誘電率を減少させることが可能で、その結果半導体装置の動作速度が向上する。
本発明のその他の課題および特徴は、以下の図面を参照して行う詳細な説明より明らかとなろう。
発明を実施するための最良の態様
［原理］
以下、本発明の発明者が行った本発明の基礎となる実験の説明をする。
【００２２】
実験では、塗布方法により成膜される芳香族系有機低誘電率絶縁膜を含む積層膜構造について、密着性試験行った。芳香族系有機低誘電率絶縁膜としてＳｉＬＫ（ダウケミカル社商品名）あるいはＦＬＡＲＥ（ハネウエル社商品名）などがある。従来から、塗布法による成膜は、スピンコート後にベークを行って溶媒を蒸発させ、その後、ホットプレート若しくは炉又はランプ加熱などの加熱装置によりキュアをさせている。そのキュアの際には、膜を十分硬化させることが、通常行われている。
【００２３】
以下では「一次ベーク」は、第一の絶縁膜塗布後のベークのことを意味するものとし、「一次キュア」は一次ベーク後のキュアを意味するものとする。さらに「二次ベーク」は第二の絶縁膜塗布後のベークのことを意味するものとし、「二次キュア」は二次ベーク後のキュアを意味するものとする。
【００２４】
試験‐１（従来技術）
Ｓｉ基板上に、芳香族系有機絶縁膜の溶液をスピンコータにて塗布し、一次ベーク後、４００℃の３０分間で、加熱装置で一次キュアさせ、シリコン基板上に、第一の絶縁層として比誘電率が２．６５の芳香族系有機絶縁膜を形成する。
【００２５】
さらに、市販のスピンオン絶縁膜（有機ＳＯＧ）を、前記第一の絶縁膜上に塗布し、二次ベークを行い、４００℃の３０分間で、加熱装置で二次キュアさせて前記第一の絶縁膜上に、第二の絶縁層であるＳｉＮＣＨ膜を形成した。
【００２６】
試験‐２
第一の絶縁膜に適用される一次キュア工程の時間を変化させた以外は、試験‐１と同様な手順を行った。より具体的には、前記第一の絶縁膜の一次キュア工程を４００℃で９０秒間、加熱装置中で行った。
【００２７】
剥離試験
上記試験‐１及び試験‐２で得られた多層膜構造に対して引張り試験を行い、第一の絶縁膜と第二の絶縁膜との間の密着力を求めた。引張り試験は、アルミピンの先端を第二の絶縁膜にエポキシ樹脂により取り付け、エポキシ樹脂硬化後に引っ張ることによって行った。その結果を図２に示す。
【００２８】
図２から明らかなように、密着力は、前記第一の絶縁膜の一次キュアを、通常よりも不十分なキュアしか生じないような条件で行った場合に増大することがわかる。図２に示す結果は、第一の絶縁層が芳香族系有機絶縁膜で第二の絶縁層があるＳｉＮＣＨ膜である場合についてのものであるが、同様な結果は、第一の絶縁層が芳香族系有機絶縁膜で第二の絶縁層が一般的に入手可能な有機シラン系材料から導かれるＳｉＯＣＨ膜である場合、あるいは第一の絶縁層が芳香族系有機絶縁膜で第二の絶縁層がＨＳＱ（hydrogen silsesquioxane）膜や芳香族系有機絶縁膜である場合でも得られる。
【００２９】
図３Ａ〜図３Ｆは、従来のスピンオン絶縁膜の積層工程を示す。
【００３０】
通常のスピンオン膜の形成方法では、図３Ａに示す工程にて、シリコン基板２０上に目的とする有機絶縁材料を含んだ溶液をスピンコートした後、図３Ｂの工程にて一次ベークを行い、溶媒等を蒸発させる。
【００３１】
さらに、図３Ｃの工程にて、前記目的材料を、一次キュアを行い、前記目的材料を完全に硬化させる。その結果、前記Ｓｉ基板２０上には目的とする材料の完全硬化膜２１が形成される。実際に多層配線用に利用される有機絶縁膜はほとんどが熱硬化性を備えているので、ベークによる溶媒除去とともに、その後のキュアにて硬化が十分に進行する。
【００３２】
次に図３Ｄの工程において第二の絶縁層２２を塗布し、図３Ｅの工程にて二次ベークを行った後、図３Ｆの工程で二次キュア工程を行い、完全に硬化した膜２１及び２２よりなる積層構造が得られる。
【００３３】
図４Ａ〜４Ｆは、図２の発見に基づく本発明のプロセスを示す。
【００３４】
図２の試験‐２に対する結果は、前記第一の絶縁層２１に対して一次キュア工程を、試験‐１の対応する一次キュア工程よりも低い熱エネルギーで行うことにより、前記絶縁膜２１と２２との間にはるかに優れた密着性が得られることを明らかに示している。このことは、試験‐２における前記第一の絶縁膜２１の硬化程度は、前記一次キュア工程を終えた時点では、前記試験‐１場合に一次キュア工程が終了した時点、すなわちまだ前記第一の絶縁膜２１上に第二の絶縁膜２２が形成されていない時点での硬化程度よりも低くなっていることを意味していると考えられる。試験−１ではキュアは４００℃で３０分なされているのに対し、試験−２ではキュアは同じ温度で９０秒間しかなされていない。
【００３５】
そこで本発明では図３Ａの工程に対応する図４Ａの工程の後、図４Ｂに示す試験‐２の一次キュアを図３Ｂの場合よりも低い熱エネルギーで実行する。その結果、前記第一の絶縁膜は部分的にしか硬化せず、図４Ｂの一次キュア工程が終了した時点でも膜２１中には多数の未反応サイトが残されている。
【００３６】
図４Ｂの工程の後、図４Ｃの工程で前記第一の絶縁膜２１上に第二の絶縁層２２を塗布し、図４Ｄの工程で二次ベークを行った後、図４Ｅに示す二次キュアを行うことにより、第一の絶縁層２１の上部に存在する未反応サイトと、第二の絶縁層２２の下部に存在する反応サイトとが相互に反応し、第一及び第二の絶縁層間の界面に相互反応によってインターミキシング層２８が図４Ｆおよび図４Ｇに示すように形成される。ただし図４Ｇは図４Ｆの一部を拡大し図である。前記二次キュアをより大きな熱エネルギで行うことにより、完全に硬化した膜２１及び２２よりなる積層構造が得られる。
【００３７】
図４Ａ〜４Ｅの工程により、層２１，２２の密着性が向上する。
【００３８】
このように、本発明では積層絶縁構造を構成する第一の絶縁層２１の一次キュアの時間条件を制御することによりインターミキシング層２８を形成する。本発明は、第一の絶縁層２１が芳香族系有機絶縁膜であり第二の絶縁層２２がＳｉＮＣＨ膜である場合に限定されるものではなく、第一の絶縁層２１としてＳｉＮＣＨ膜、ＳｉＯＣＨ膜、有機ＳＯＧ膜やＨＳＱ膜を使った場合においても適用可能である。また第二の絶縁層は、前述のＳｉＮＣＨ膜以外に、芳香族系有機絶縁膜、ＳｉＯＣＨ膜、有機ＳＯＧ膜やＨＳＱ膜でも可能である。
【００３９】
また同様な結果は、Ｓｉ基板上にすでに配線パターンが形成されている基板においても得られる。
【００４０】
上記剥離試験の結果から、前記第一の絶縁層２１の一次キュア条件は３８０℃乃至５００℃で、５秒乃至１８０秒が好ましく、より好ましくは３８０℃乃至５００℃で、１０秒乃至１５０秒で、さらに好ましくは、４００℃乃至４７０℃で、１０秒乃至１５０秒がよいことが結論される。第一の絶縁層２１の一次キュア温度の上限は、第二の絶縁層を形成する際に、前述のインターミキシング層を形成する反応以外に前記第一および第二の絶縁膜間で化学反応が生じない要請より決定される。また、キュア時間については５秒以下ではキュアプロセスとして不適当であり、一方１８０秒以上のキュア時間では、所望の密着性の向上が得られない。このキュア時間はもちろん乾燥温度にも依存する。
［第一実施例］
図５Ａ〜図５Ｆは、本発明の第一実施例による多層配線構造を有する半導体装置の製造工程を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４１】
図５Ａを参照するに、多層配線構造はＣｕ配線パターン１２Ａの形成されているＳｉ基板１０上に絶縁膜１１を介して形成されており、Ｃｕ配線パターン１２Ａは層間絶縁膜１２Ｂ中に埋設されている。
【００４２】
前記層間絶縁膜１２上には、従来のＳｉＮエッチングストッパ膜１３の代わりにＳｉＯＣＨよりなるエッチングストッパ膜２３が市販のポリシラン膜のスピンコートにより形成されており、前記エッチングストッパ膜２３上には芳香族系低誘電率有機絶遠材料よりなる層間絶縁膜２４がスピンコートにより形成されている。さらに前記層間絶縁膜２４上にはＳｉＯＣＨよりなるエッチングストッパ膜２５が有機ＳＯＧのスピンコートにより形成されており、芳香族系低誘電率絶遠材料よりなる層間絶縁膜２６が前記エッチングストッパ膜２５上にさらにスピンコートにより形成されている。前記層間絶縁膜２６上にはＳｉＮＣＨよりなるエッチングストッパ膜２７が形成されている。
【００４３】
図５Ａの工程では、層２３〜２７の各々がスピンコートにより形成される都度、一次ベーク工程と一次キュア工程とが行われるが、その際前記一次キュア工程は、図２の知見に基づいて、４００°Ｃにおいて９０秒間実行される。さらに前記層２３〜２７を含む層構造が形成された後、二次キュアを４００°Ｃにおいて３０分間行い、膜２３〜２７を完全に硬化させる。
【００４４】
次に図５Ｂの工程において、前記レジストパターン１８をマスクに、前記ＳｉＮ膜２７をドライエッチングし、前記ＳｉＮＣＨ膜２７中に前記レジスト開口部１８Ａに対応した開口部を形成する。なお、前記レジスト開口部１８Ａは、多層配線構造中に形成したいコンタクトホールの対応している。さらに、前記レジストパターン１８を除去して、前記ＳｉＮＣＨ膜２７の下にある有機低誘電率絶縁膜２６をドライエッチングし、前記レジスト開口部１８Ａに対応した開口部２６Ａを形成する。
【００４５】
次に、図５Ｃの工程において、図５Ｂの構造上のレジスト膜１９を新たに塗布し、その後、図５Ｄの工程において、前記レジスト膜１９をフォトリソグラフィー工程によりパターニングし、前記多層配線構造中に形成したい配線溝に対応したレジスト開口部１９Ａを形成する。前記レジスト開口部１９Ａを形成した結果、前記ＳｉＮＣＨ膜２７及び前記低誘電率絶縁膜２６中に形成された開口部２６Ａが露出する。また、前記開口部２６Ａの底において、前記ＳｉＯＣＨ膜２５が露出する。
【００４６】
続いて、図５Ｅの工程において、前記レジスト１９をマスクに、前記レジスト開口部１９Ａにより露出された前記ＳｉＮＣＨ膜２７をドライエッチングして除去する。かかるドライエッチングを行うことにより、前記開口部２６Ａの底部において露出されたＳｉＯＣＨ膜２５も同時に除去され、前記層間絶縁膜２４が露出される。
【００４７】
さらに、図５Ｅの工程では、このようにして得られた構造に対してドライエッチングを行い、前記層間絶縁膜２６中に、前記レジスト開口部１９Ａに対応した、すなわち形成したい配線溝に対応した開口部２６Ｂを形成する。但し、前記開口部２６Ｂは前記開口部２６Ａを含むように形成される。前記開口部２６Ｂの形成と同時に、前記層間絶縁膜２４中には、前記開口部２６Ａに対応した、すなわち形成したいコンタクトホールに対応した開口部２４Ａが形成される。
【００４８】
さらに、図５Ｆの工程において前記層間絶縁膜２６上のＳｉＮＣＨ膜２７、前開口部２６Ｂにおいて露出しているＳｉＯＣＨ膜２５、さらに前記開口部２４Ａにおいて露出しているＳｉＯＣＨ膜２３がドライエッチングを行うことにより除去され、このようにして形成された前記開口部２６Ｂよりなる配線溝及び前記開口部２４ＡよりなるコンタクトホールをＣｕの導体層により充填させることにより、所望の多層配線構造が得られる。
【００４９】
前記層間絶縁膜２４及び２６として、ＳｉＮＣＨ膜、ＳｉＯＣＨ膜、ＳｉＯＨ等のＨＳＱ膜、あるいは有機ＳＯＧ膜を使うことも可能である。さらに、エッチングストッパ膜２３、２５、及び２７として、有機低誘電率絶縁膜、ＳｉＯＨ等のＨＳＱ膜、あるいは有機ＳＯＧ膜を使うことも可能である。本実施例による多層配線構造は、全体的な誘電率を低下させることが可能になり、半導体装置の高速動作に寄与する。
［第一比較例］
前記第一実施例と同様な構造を有する積層構造を図５Ａ〜５Ｆと同様な工程において、だだし一次キュア工程を４００℃の３０分間の条件で行い、第一比較例用の多層配線構造を作製した。
【００５０】
このようにして得られた本比較例による多層配線構造の評価については後で説明する。
［第二実施例］
図６Ａ〜図６Eは、本発明の第一実施例による多層配線構造を有する半導体装置の製造工程を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。本実施例の多層配線構造は、いわゆるデュアルハードマスク構成を有する。
【００５１】
図６Ａを参照するに、多層配線構造はＣｕ配線パターン１２Ａの形成されているＳｉ基板１０上に絶縁膜１１を介して形成されており、Ｃｕ配線パターン１２Ａは層間絶縁膜１２Ｂ中に埋設されている。
【００５２】
前記層間絶縁膜１２上にはＳｉＯＣＨよりなるエッチングストッパ膜２３が市販のポリシラン膜のスピンコートにより形成されており、前記エッチングストッパ膜２３上には芳香族系低誘電率有機絶遠材料よりなる層間絶縁膜２４がスピンコートにより形成されている。さらに前記層間絶縁膜２４上にはＳｉＯＣＨよりなるエッチングストッパ膜３０がスピンコートにより形成されており、芳香族系低誘電率絶遠材料よりなる層間絶縁膜２６が前記エッチングストッパ膜３０上にさらにスピンコートにより形成されている。前記層間絶縁膜２６上にはＳｉＯＣＨよりなるエッチングストッパ膜３１が形成されている。前記エッチングストッパ膜３０，３１はいわゆるデュアルハードマスクを構成する。
【００５３】
図６Ａの工程でも、層２３，２４，２６，３１，３２の各々がスピンコートにより形成される都度、一次ベーク工程と一次キュア工程とが行われるが、その際前記一次キュア工程は、図２の知見に基づいて、４００°Ｃにおいて９０秒間実行される。さらに前記層２３，２４，２６，３１，３２を含む層構造が形成された後、二次キュアを４００°Ｃにおいて３０分間行い、これらの膜を完全に硬化させる。
【００５４】
図６Ａの工程では、さらに前記ＳｉＯ２膜３２上にレジスト開口部１８Ａを有するレジスト膜１８が形成され、レジスト膜１８をマスクとしてＳｉＯ２膜にドライエッチングを施すことにより、前記レジスト開口部１８Ａに対応して前記ＳｉＯ2膜３２中にＳｉＯＣＨ膜３１を露出する開口部が形成される。
【００５５】
次に図６Ｂの工程において前記ＳｉＯＣＨ膜３１はパターニングされ、前記ＳｉＯＣＨ膜３１中に前記レジスト開口部１８Ａに対応した開口部３１Ａが、前記層間絶縁膜２６を露出するように形成される。次に前記レジスト膜１８が除去され、さらに形成したい配線溝に対応したレジスト開口部１９Ａを有するレジスト膜１９が形成され、図６Ｃの工程において前記レジスト膜をマスクに前記ＳｉＯ２膜３２をパターニングする。その結果、前記ＳｉＯ２膜３２中には、前記レジスト開口部１９Ａに対応した開口部３２Ａが、前記ＳｉＯＣＨ膜３１を露出するように、所望の配線溝に対応して形成される。
【００５６】
図６Ｃの前記ＳｉＯ2膜３２のパターニング工程では、前記層間絶縁膜２６の露出部も同時にパターニングされ、その結果、前記層間絶縁膜２６中に、前記開口部３１Ａに対応した開口部２６Ａが形成される。この工程では、前記ＳｉＯＣＨ膜３１がハードマスクとして使われる。前記開口部２６Ａにおいて、ＳｉＯＣＨ膜３０が露出される。
【００５７】
次に、図６Ｄの工程において、前記開口部３２Ａにおいて露出しているＳｉＯＣＨ膜３１及び開口部２６Ａにおいて露出しているＳｉＯＣＨ膜３０を同時にパターニングし、前記開口部３２Ａにおいて層間絶縁膜２６を、また前記開口部２６Ａにおいて層間絶縁膜２４を露出する。
【００５８】
さらに、図６Ｅの工程にて、前記ＳｉＯＣＨ膜３１上の残っているＳｉＯ2膜３２を除去し、さらに前記開口部３２Ａにおいて露出している層間絶縁膜２６及び前記開口部２６Ａにおいて露出している層間絶縁膜２４を除去する。その結果、前記層間絶縁膜２６中に、前記レジスト開口部１９Ａに対応した、すなわち形成したい配線溝に対応した開口部２６Ｂが、また前記層間絶縁膜２４中に前記レジスト開口部２４Ａに対応した開口部２４Ａが形成される。
【００５９】
さらに、図６Ｅの構造において残っているＳｉＯＣＨ膜２３を除去し、前記開口部２６Ａ及び２４ＡをＣｕの導体層により充填させることにより、所望の多層配線構造がＳｉ基板１０上に得られる。
【００６０】
本実施例では、前記層間絶縁膜２４及び２６として、ＳｉＮＣＨ膜、ＳｉＯＣＨ膜、ＳｉＯＨ等のＨＳＱ膜、あるいは有機ＳＯＧを使うことも可能である。さらに、エッチングストッパ膜２３、３０及び３１として、有機低誘電率絶縁膜、ＳｉＮＣＨ膜、ＳｉＯＨ等のＨＳＱ膜、あるいは有機ＳＯＧ膜を使うことも可能である。上記第二実施例による多層配線構造は、全体的な誘電率を低下させることが可能となり、半導体装置の高速動作に寄与する。
［第二比較例］
第二の比較実験では、前記第二実施例と同様な構造を有する積層構造を形成する際に、スピンオン層２３〜３１の形成毎に一次ベーク工程の後一次キュア工程を、４００℃の温度で、３０分間の条件で行った。
【００６１】
以下に第二比較例の評価を行う。
【００６２】
［ＣＭＰによる層間剥離］
本発明の発明者は、前記第一および第二の実施例で得られた多層配線構造について、その上に堆積されたＣｕ層をＣＭＰ法により除去する実験を行った。また本発明の発明者は、前記第一および第二の比較例で得られた多層配線構造についても、Ｃｕ層をＣＭＰ法により除去する実験を行った。
【００６３】
本実験によれば、本発明の第一及び第二実施例による多層配線構造では、層間絶縁膜の剥離やクラックは発生しないことが確認された。これに対し、前記第一および第二の比較例による多層配線構造では、層間膜に剥離が生じるのが観測された。
【００６４】
以上要約すると、本発明は一次ベークの条件を最適に制御することにより、多層配線構造における層間膜の密着性を向上させることを可能とする。
【００６５】
さらに本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨内において様々な変形・変更が可能である。
産業上の利用可能性
本発明によれば、誘電率塗布絶縁膜よりなる多層配線構造において、一次キュアの条件を最適に制御することにより、層間絶縁膜の密着性を向上させることが可能になる。その結果、高速半導体装置および集積回路装置を歩留良く製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  Ａ〜１Ｆは、従来の多層配線構造の形成工程を示す図である。
【図２】  芳香族系有機低誘電率絶縁膜の引張り強度と一次ベーク際の条件との関係を示す図である。
【図３】  Ａ〜Ｆは、従来の処理工程を示す図である。
【図４】  Ａ〜Ｇは、本発明の原理を説明する図である。
【図５】  Ａ〜Ｆは、本発明の第一実施例による半導体装置の製造工程を示す図である。
【図６】  Ａ〜Ｅは、本発明の第二実施例による半導体装置の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
１０  シリコン基板
１２  配線層
１２Ａ  配線パターン
１２Ｂ  絶縁膜，エッチングストッパ膜
１４，１６  絶縁膜
１４Ａ，１６Ａ，２５Ａ，３２Ａ  ハードマスク開口部
１８，１９  レジスト膜
１８Ａ，１９Ａ  レジスト開口部
２０  導体パターン
２１  第一の絶縁膜
２２  第二の絶縁膜
２８  インターミキシング層
２３，２５，２７，３０，３１  エッチングストッパ膜
【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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