(57)【要約】下層配線上にバリア絶縁膜、ビア層間絶縁膜、配線層間絶縁膜、ハードマスク膜の順に積層された絶縁膜構造において、前記絶縁膜構造内にビア孔パターンを形成した後に、前記ハードマスク膜中に溝パターンを形成し、これをマスクとして前記絶縁膜構造内に溝加工を行う。従来例では、ビア側壁は両プロセスとも酸化が進んでおり、同様である。一方、トレンチ側壁は、ビアファーストプロセスで酸化が進んでいるのに対し、本発明では抑制され、ほとんど酸化していない状態を作ることが可能である。
2007078011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下層配線上にバリア絶縁膜、ビア層間絶縁膜、配線層間絶縁膜、ハードマスク膜の順に積層された絶縁膜構造において、前記絶縁膜構造内にビア孔パターンを形成した後に、前記ハードマスク膜中に溝パターンを形成し、これをマスクとして前記絶縁膜構造内に溝加工を行うことを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の多層配線の製造方法において、前記ハードマスク膜が酸素プラズマに曝されても組成が変化しないことを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の多層配線の製造方法において、前記絶縁膜構造内に形成されるビア孔パターンを、ハードマスク膜、配線層間絶縁膜とビア層間絶縁膜の一部を貫通して形成することを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３の内のいずれか一つに記載の多層配線の製造方法において、前記ハードマスク膜が少なくとも２層の積層膜からなることを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の多層配線の製造方法において、前記２層のハードマスク膜において、下層ハードマスク膜の膜厚が上層ハードマスク膜の膜厚以上の厚さであることを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５の内のいずれか一つに記載の多層配線の製造方法において、前記配線層間絶縁膜がＳｉＯ２膜よりも比誘電率が低い多孔質膜であることを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６の内のいずれか一つに記載の多層配線の製造方法において、前記ハードマスク膜の少なくとも一部がＳｉＯ２膜からなることを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７の内のいずれか一つに記載の多層配線の製造方法において、前記ハードマスク膜が下層ＳｉＯ２膜、上層ＳｉＮ膜の積層膜からなることを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜５の内のいずれか一つに記載の多層配線の製造方法において、前記ハードマスク膜の少なくとも一部が、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、その合金あるいはその化合物の中から選択された１種または複数種の材料の膜を有することを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９の内のいずれか一つに記載の多層配線の製造方法において、前記ビア層間絶縁膜と前記配線層間絶縁膜との間に、ＳｉＯ２からなるエッチングストッパー膜が挿入されていることを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０の内のいずれか一つに記載の多層配線の製造方法において、前記ビア層間絶縁膜の炭素／シリコン比が前記配線層間絶縁膜の炭素／シリコン比に比べて小さいことを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１の内のいずれか一つに記載の多層配線の製造方法において、前記配線層間絶縁膜が２層の積層膜からなり、下層の炭素／シリコン比に比べて上層の炭素／シリコン比が小さいことを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項１３】
下層配線上にＳｉＣＮからなるバリア絶縁膜、ＳｉＯＣＨからなるビア層間絶縁膜、多孔質ＳｉＯＣＨからなる配線層間絶縁膜、ＳｉＯ２／ＳｉＮからなるハードマスク膜を順に形成し、絶縁膜構造を形成する工程と、前記ハードマスク膜上にビア孔レジストパターンを形成し、絶縁膜構造内にビア孔を形成した後に酸素プラズマアッシングによってビア孔レジストを除去する工程と、前記ビア孔上に配線溝レジストパターンを形成した後、前記配線溝レジストパターンをドライエッチングによって前記ハードマスク膜に転写した後、酸素プラズマアッシングによって配線溝レジストを除去する工程と、ハードマスクに転写された配線溝パターンをマスクとして前記絶縁膜構造内に溝加工を行うことを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項１４】
半導体基板又は半導体層に形成された少なくとも１つの回路素子に電気的に接続された状態で前記半導体基板上又は前記半導体層上に形成された、配線層間絶縁膜に形成された配線溝およびビア層間絶縁膜に形成されたビア孔に金属を充填して形成された配線およびビア孔プラグを有する単位配線構造が複数積層された多層配線の構造において、ビア孔プラグの直上部の配線の配線層間絶縁膜の側壁に比べて、ビア孔プラグの直上部でない配線の配線層間絶縁膜の側壁の密度が高く、かつ、ビア孔プラグ側壁に接するビア層間絶縁膜に比べて、ビア孔プラグに接しないビア層間絶縁膜の密度が高いことを特徴とする多層配線構造。
【請求項１５】
半導体基板又は半導体層に形成された少なくとも１つの回路素子に電気的に接続された状態で前記半導体基板上又は前記半導体層上に形成された、配線層間絶縁膜に形成された配線溝およびビア層間絶縁膜に形成されたビア孔に金属を充填して形成された配線およびビア孔プラグを有する単位配線構造が複数積層された多層配線の構造において、ビア孔プラグの直上部の配線の配線層間絶縁膜の側壁に比べて、ビア孔プラグの直上部でない配線の配線層間絶縁膜の側壁の比誘電率が高く、かつ、ビア孔プラグ側壁に接するビア層間絶縁膜に比べて、ビア孔プラグに接しないビア層間絶縁膜の比誘電率が高いことを特徴とする多層配線構造。
【請求項１６】
半導体基板又は半導体層に形成された少なくとも１つの回路素子に電気的に接続された状態で前記半導体基板上又は前記半導体層上に形成された、配線層間絶縁膜に形成された配線溝およびビア層間絶縁膜に形成されたビア孔に金属を充填して形成された配線およびビア孔プラグを有する単位配線構造が複数積層された多層配線の構造において、配線、ビア層間絶縁膜材料が炭素とシリコンを少なくとも含む膜であって、ビア孔プラグの直上部の配線の配線層間絶縁膜の側壁に比べて、ビア孔プラグの直上部でない配線の配線層間絶縁膜の側壁の炭素／シリコン比が高く、かつ、ビア孔プラグ側壁に接するビア層間絶縁膜に比べて、ビア孔プラグに接しないビア層間絶縁膜の炭素／シリコン比が高いことを特徴とする多層配線構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溝配線を有する多層配線構造の製造方法と多層配線構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の超ＬＳＩデバイスでは、数ｍｍ角のチップに数百万個以上の素子を集積する必要があるため、素子を微細化、多層化することが不可欠である。特にデバイス動作速度の高速化のため、配線抵抗および層間容量の低減が重要な課題となる。
配線抵抗および層間容量の低減のために、銅を配線材料に、シリコン酸化膜より誘電率の低い膜を層間絶縁膜に用いる方法が用いられている。さらには、工程の低減、配線抵抗低減のため、デュアルダマシン工法が採用されている。デュアルダマシン工法では、シングルダマシンに比べて銅の埋め込み工程や銅の機械的化学的研磨工程が削減できるなど、工程が大きく短縮される。また、ビア上部のバリア膜が存在しないため、ビア抵抗が低減できる。
このように、ビアファーストプロセスは、酸素プラズマに曝される回数が多く、厚い酸化層を持った構造が形成される特徴を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前述のビアファーストプロセスでは層間膜が露出した状態でのアッシングが２回ある。その結果、シリコン酸化膜よりも低い誘電率を持っている、いわゆる低誘電率膜を配線層間膜に使用すると、低誘電率膜中の炭素が減るために比誘電率が増加する（アッシングダメージ）。さらに、配線溝パターンの露光の際目合わせずれを生じた場合にアッシングを行うと、低誘電率膜のダメージはさらに悪化する。
そこで、本発明の目的は、低誘電率膜を配線層間膜に用いた多層配線において、配線層間のアッシングダメージが少ない多層配線の製造方法と溝間絶縁膜の比誘電率上昇が少なく、ビア間絶縁膜とバリア膜との密着性が高く、信頼性の高い多層配線を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、ＳｉＯＣＨ低誘電率絶縁膜を用いたデュアルダマシン配線において、低誘電率膜のダメージが少ないエッチング加工における製造方法と、結果として形成される多層配線構造を提供するものである。
具体的には、下層配線上にバリア絶縁膜、ビア層間絶縁膜、配線層間絶縁膜、ハードマスク膜の順に積層し、絶縁膜構造内にビア孔パターンを形成した後、ハードマスク膜中に溝パターンを形成、これをマスクとして、絶縁膜構造内に溝加工を行うことを特徴とする多層配線の製造方法を提供する。
このとき、ハードマスク膜は、酸素アッシングに耐性のある材料であり、２層以上の構造になっていてもよく、例えば、下層にシリコン酸化膜、上層にシリコン窒化膜などを用い上層のハードマスクが薄い構造にしているものであってもよい。さらには、金属材料であるチタン、タンタル、タングステン、アルミニウムの金属および合金、あるいは化合物との積層膜をハードマスクとして使用しても良い。ビア、配線層間膜としては、シリコン酸化膜よりも比誘電率が低いものであり、例えば多孔質膜などを使用する。配線層間膜は、単層の低誘電率膜、あるいは異種積層の低誘電率膜など、少なくとも１種類の低誘電率膜を含む積層膜であることが特徴である。２層以上積層する場合には、下層の低誘電率膜に比べて、上層の低誘電率膜の炭素／シリコン比が炭素／シリコン比に比べて小さいことを特徴とする。また、ハードマスクとしては、下層ハードマスクがアッシング耐性を有し、少なくともシリコン・窒素・炭素のいずれか、あるいは複数含むことが特徴である。さらには、上層のハードマスクは無機膜であるほか、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウムなどの金属および合金、あるいはその化合物であってもよい。
この結果形成される配線構造として、配線溝間絶縁膜の側壁は内部に比べて酸化しておらず、ビア直上の配線間絶縁膜の側壁は酸化している構造であって、ビア孔間絶縁膜の側壁は内部に比して酸化していることを特徴とする多層配線構造を提供することができる。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、低誘電率膜を配線層間膜に用いた多層配線において、配線層間のアッシングダメージが少ない多層配線の製造方法と溝間絶縁膜の比誘電率上昇が少なく、ビア間絶縁膜とバリア膜との密着性が高く、信頼性の高い多層配線が実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は従来のデュアルダマシン加工として、ビアファーストプロセスによる多層配線の製造方法を示した図である。
図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は従来のデュアルダマシン加工として、ビアファーストプロセスによる多層配線の製造方法を示した図である。
図３は対ＳｉＯ２選択比の高いＳｉＯＣＨエッチング技術について示した図である。
図４が対Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ選択比の高いＭＰＳエッチング技術について示した図である。
図５（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の第１の実施例に記載の多層配線の製造方法である。
図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の第１の実施例に記載の多層配線の製造方法である。
図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の第１の実施例に記載の多層配線の製造方法である。
図８（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の第１の実施例に記載の多層配線の製造方法の他の適用例である。
図９（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施例と従来プロセスとの構造を比較したものである。
図１０（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の第２の実施例に記載の多層配線の製造方法である。
図１１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の第２の実施例に記載の多層配線の製造方法である。
図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の第２の実施例に記載の多層配線の製造方法である。
図１３（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の第２の実施例に記載の多層配線の製造方法の他の適用例である。
図１４（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の第３の実施例に記載の多層配線の製造方法である。
図１５（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の第３の実施例に記載の多層配線の製造方法である。
図１６（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の第３の実施例に記載の多層配線の製造方法である。
図１７（ａ），（ｂ）は本発明の第３の実施例に記載の多層配線の製造方法の他の適用例である。
図１８は本発明の第４の実施例に記載の多層配線の製造方法である。
【符号の説明】
【０００７】
１、２０１、３０１    下層配線
２    キャップ膜
３    ビア層間膜
４    ストッパー膜
５    トレンチ層間膜
６    ハードマスク
７、９、２０８、２１２、３０８、３１２    反射防止膜
８    接続孔開口用レジスト
８ａ    接続孔開口用レジストパターン
１０、２１３、３１３  配線溝用レジスト
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃ、３１３ａ、３１３ｂ、３１３ｃ    配線溝用レジストパターン
１１、２１４、３１４    銅配線
１２    Ｃｕキャップ膜
２０、２１ａ、２１ｂ、２３０、２３１    酸化改質層
２０２、２１５、３０２、３１５    シリコン炭窒化膜
２０３、３０３    Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜
２０４、２０６、２１１、３０６、３１１、６０５    シリコン酸化膜
２０５、３０４  ＭＰＳ膜
２０７、３０７    シリコン窒化膜
２０９、３０９    ビア孔用レジスト
２０９ａ、３０９ａ    ビア孔用レジストパターン
２１０、３１０    有機膜
２２０、３２０    ライナー
２２１、３２１    Ｃｕキャップ低誘電率膜
３０５    リジッドＳｉＯＣＨ膜
３３０、３３１、３３２    酸化改質層
６０１    シリコン基板
６０２    分離絶縁膜
６０３    ＭＯＳＦＥＴ
６０４    コンタクトプラグ
６０６    第一銅配線
６０７    第一ビアプラグ
６０８    第二銅配線
６０９    第二ビアプラグ
６１０    第三銅配線
６１３、６１３ａ    トレンチキャップシリコン炭窒化膜
６１４、６１４ａ、６１４ｂ    層間膜
６１５、６１５ｂ    ＢＤ膜
６１６    バリア膜
６１７    銅
６１８    改質層
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施例を説明する前に、本発明の理解を容易にするために、従来技術による多層配線の製造方法及び多層配線構造について説明する。
従来技術としては、一般にビアファーストプロセスといわれているものがある。
まず、図１（ａ）に示されているように、下部配線構造１の上面にキャップ膜２が形成される。キャップ膜２は後述されるようにビア層間膜３をエッチングする際のエッチングストッパーになる。更に、キャップ膜２の上面に、ビア層間膜３が形成される。更に、ビア層間膜３の上面に、ストッパー膜４が形成される。このストッパー膜４は後述されるように配線層間膜５をエッチングする際のエッチングストッパーになる。更にストッパー膜４の上面に、配線層間膜５が形成される。更に、配線層間膜５の上面に、ハードマスク６が形成される。続いて、ハードマスク６の上面に反射防止膜７、フォトレジスト８が形成され、更に、フォトリソグラフィー技術を用いてフォトレジスト８に接続孔開口用レジストパターン８ａが形成される。
続いて、図１（ｂ）に示されているように、接続孔開口パターン８ａが形成されたフォトレジスト８をマスクとして、反射防止膜７、ハードマスク６、配線層間膜５、ストッパー膜４、ビア層間膜３が、順次にエッチングされ、接続孔開口３ａが形成される。この際、ビア層間膜３のエッチングはキャップ膜２でストップする。
次に、図１（ｃ）に示されているようにレジスト８、反射防止膜７を酸素プラズマにより剥離する。この際、ビア層間膜３、配線層間膜５側壁には、酸素プラズマによる酸化層２０が形成される。次に、図１（ｄ）に示されているように、ハードマスク６の上面に、反射防止膜９ならびにフォトレジスト１０が形成される。この反射防止膜は接続孔底のキャップ膜２を保護する役割を果たす。更に、フォトリソグラフィー技術を用いてフォトレジスト１０に配線溝用レジストパターン１０ａ、１０ｂ、１０ｃが形成される。
続いて、図２（ａ）に示されているように、フォトレジストパターン１０ａ、１０ｂ、１０ｃ下の反射防止膜９、ハードマスク６、配線層間膜５が順次エッチングされ、配線溝パターン５ａ、５ｂ、５ｃが形成される。
次に、図２（ｂ）に示すように、接続孔底のキャップ膜２は反射防止膜によりエッチングプラズマから保護される。レジストアッシング後、キャップ膜２を除去することにより、デュアルダマシンの構造が形成できる。アッシングの際には、溝用レジストと同様、酸素プラズマが使用されるが、このときにもビア層間膜３、配線層間膜５はともに酸化され、酸化層２１ａ、２１ｂが形成される。特にビア側壁と配線側壁が上から下に一直線に並ぶ２１ａでは、酸化度合いの強い酸化層が形成される。
続いて、図２（ｃ）に示されているように、接続孔開口３ａと配線溝５ａとにバリア膜、銅が埋め込まれ、銅配線１１が形成される。
さらに、図２（ｄ）に示すように、Ｃｕキャップ膜１２を成膜する。
それでは、本発明の多層配線の製造方法について説明する。本発明の多層配線の製造方法では、例えばビア層間絶縁膜としてプラズマＣＶＤ−ＳｉＯＣＨ膜である、ＡＳＭ社のＡｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜、配線層間絶縁膜として分子細孔膜であるＭＰＳ膜（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｐｏｒｅ  Ｓｔａｃｋ膜）を使用する。ここで、ＭＰＳの炭素／シリコン比は２．７であり、Ａｕｏｒｏｒａ−ＵＬＫ膜の０．７よりも大きい。第１のハードマスクとしてはＳｉＯ２、第２のハードマスクとしてはＳｉＮを使用する。
本発明の多層配線の製造方法は、ビアを先に加工形成した後、有機膜とレジスト膜を形成、トレンチレジストパターンを形成、トレンチレジストパターンをハードマスクに転写し、ハードマスクでトレンチ加工を行うものである。ビア孔側壁はアッシングが２回あるため、酸化が進行している一方、トレンチ加工はハードマスクを使用するため、配線層間膜側壁にはアッシングダメージを生じないことが特徴である。
また、本発明の製造方法を実現するためには、高選択な加工技術が必要になるが、４０％以上の窒素ガス、４０％以上のフロロカーボンガスに酸素ガスを添加した混合ガスプラズマによってエッチングを行うことによって、ＳｉＯＣＨ系低誘電率絶縁膜とシリコン酸化膜とのエッチング選択比を５以上にすることが可能である。
図３はＳｉＯＣＨ（リジッドＳｉＯＣＨ、Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ、ＭＰＳ）、ＳｉＯ２膜のエッチング速度の酸素添加量依存性を示す図である。ＳｉＯ２膜は、酸素添加量を増加させることによって、表面の酸素濃度が高くなるため、エッチング速度が低下する。しかし、ＳｉＯＣＨ膜は、酸素添加量を増加させると、表面の炭素が離脱しやすくなるため、ある程度の酸素添加まではエッチング速度が増加する。この酸素含有量でエッチングすることにより、ＳｉＯＣＨの高選択エッチングが可能になる。
さらには、１５％以上の酸素ガス、５％以上２０％未満のフロロカーボンガスを窒素で希釈した混合ガスプラズマによってエッチングを行うことによって、炭素／シリコン比の異なるＳｉＯＣＨ系低誘電率膜をビアと配線層間絶縁膜に使用すれば、選択比を３以上にすることが可能である。すなわち、炭素／シリコン比の低いＡｕｒｏｒａ−ＵＬＫをビア層間に、比率の高いＭＰＳを配線層間に使用することで、ストッパがない構造でのデュアルダマシン加工が可能となる。
図４は、ＭＰＳ、Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ、ＳｉＮ膜のエッチング速度の酸素添加量依存性を示す図である。Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜は、Ｓｉ含有量が多いので、フロロカーボン量が少ないとエッチング速度が低く、また、酸素添加量を増加させることによって、表面の酸素濃度が高くなるため、エッチング速度が低下する。しかし、ＭＰＳ膜は炭素成分が多いので、酸素添加量を増加させると、表面の炭素が離脱しやすくなるため、ある程度の酸素添加まではエッチング速度が増加する。この酸素含有量でエッチングすることにより、ＭＰＳの高選択エッチングが可能になり、ストッパなしでもデュアルダマシン構造の形成が可能となる。
また、前記２種類の混合ガスプラズマ条件を組み合わせて使用することで、低誘電率膜／ポーラス低誘電膜のスタック構造を持った配線層間膜構造においても良好形状でかつストッパーなし構造にも対応した加工が可能となる。
さらに、本発明を使用した場合、ビア間絶縁膜は十分に酸化されるため、バリア膜とビア層間絶縁膜側壁との密着性を強化できる。また、十分に酸化された結果、ビア間のリークを抑制することができるので、信頼性も向上する。一方、溝間絶縁膜はアッシングされないために低誘電率な多層配線を形成することが可能となる。
本発明によれば、低誘電率膜を配線層間膜に用いた多層配線において、トレンチ側壁のアッシングダメージを生じず、かつ、ビア層間膜の密着性、リークの抑制が可能となり、実効比誘電率が低く、ビア信頼性の高い多層配線が形成できる。
【実施例】
【０００９】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施例１）
＜基本構造−ハーフビア＋ＤＨＭ＞
図５乃至図７は本発明の第１の実施例に係る多層配線構造の製造プロセスを模式的に示す要部平面図と断面図である。第１の実施例は、シリコン酸化膜／ＭＰＳ膜／シリコン酸化膜ストッパー／Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫの絶縁膜構造にビアとトレンチが形成されている、いわゆるデュアルダマシンＣｕ配線の形成にあたり、Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜の一部までビア加工をした後、有機材料およびレジスト塗布、トレンチレジストパターン形成し、シリコン窒化膜／シリコン酸化膜ハードマスクプロセスにより溝加工を行うことにより、トレンチ部分のＭＰＳ膜の側壁ダメージを生じずにデュアルダマシン加工を行うことができるものである。
まず、図５（ａ）に示すように、下層配線２０１上に銅キャップ膜となるシリコン炭窒化膜２０２、ビア層間絶縁膜となるＡｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜２０３、エッチングストッパーとなるシリコン酸化膜２０４、配線層間絶縁膜となるＭＰＳ膜２０５、下層のハードマスクであるシリコン酸化膜２０６、上層のハードマスクであるシリコン窒化膜２０７をこの順に例えばプラズマＣＶＤ法により成膜し、その上に反射防止膜２０８、ビア用レジスト２０９をこの順に塗布し、ビアレジストパターン２０９ａを形成する
次に図５（ｂ）に示すように、ビアレジストパターン２０９ａが形成されたレジスト２０９をマスクとして、反射防止膜２０８、シリコン窒化膜２０７、シリコン酸化膜２０６、ＭＰＳ膜２０５、シリコン酸化膜２０４、Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜２０３の一部をこの順でエッチングする。
その後、図５（ｃ）に示すように、例えば酸素プラズマなどでアッシングを行うと、ビア孔パターン２０３ａが形成される。この際、Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜２０３、ＭＰＳ膜２０５側壁には、酸素プラズマによる酸化層２３０が形成される。その後、シリコン窒化膜２０７の上に有機膜２１０を塗布し、シリコン酸化膜２１１を例えばＣＶＤ法によって成膜する。
次に、図５（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜２１１の上に反射防止膜２１２、トレンチレジスト２１３をこの順に塗布し、トレンチレジストパターン２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃを形成する。
続いて、図６（ａ）に示すように、トレンチレジストパターン２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃが形成されたレジスト２１３をマスクとして、反射防止膜２１２、シリコン酸化膜２１１、有機膜２１０、シリコン窒化膜２０７、シリコン酸化膜２０６の一部をエッチングする。有機膜２１０のエッチングの際にトレンチレジスト２１３と反射防止膜２１２が消失し、シリコン酸化膜２０６の一部のエッチングの際にシリコン酸化膜２１２が消失するため、図６（ａ）に示したエッチング加工後は有機膜２１０が最上層になる形となる。
その後、図６（ｂ）に示すように、有機膜２１０を例えば酸素プラズマによりアッシングすると、トレンチ溝パターンが転写されたトレンチ溝ハードマスクパターン２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃが形成できる。この時、トレンチ溝ハードマスクパターン２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ下にあるＭＰＳ膜２０５はアッシングプラズマに曝されないので、ダメージを生じない。また、先に形成したビアパターンは酸素プラズマに曝されてさらに酸化する。
さらに、図６（ｃ）に示すように、トレンチ溝ハードマスクパターン２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃが形成されたシリコン窒化膜２０７をマスクとして、シリコン酸化膜２０６の残膜と、ＭＰＳ膜２０５をエッチングするとともに、ビア孔パターン２０３ａが形成された絶縁膜をマスクとして、Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ２０３膜の残膜をエッチングする。この時、４０％以上の窒素ガス、４０％以上のフロロカーボンガスに酸素ガスを添加した混合ガスプラズマによってＭＰＳをエッチングすることによって、ハードマスクの形状劣化を招くことなく加工が可能である。
さらに図６（ｄ）に示すように、銅キャップ膜２０２をエッチバックする間にシリコン窒化膜ハードマスク２０７が消失する。
その後、図７（ａ）に示すように、バリア・Ｃｕシードスパッタ、Ｃｕめっきを行い、ＣＭＰによりＣｕ配線２１４が形成される。
さらに図７（ｂ）に示すように、Ｃｕキャップ膜としてシリコン炭窒化膜２１５を例えばＣＶＤにより成膜する。これを繰り返すことにより、多層配線が形成できる。このとき、Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜２０３の側壁は２回の酸素アッシングを通過するため、酸化度合いの強い膜になるため、バリアの密着性が向上し、ビア層間の信頼性が向上する。一方、ビア直上にない部分のＭＰＳ膜２０５の側壁は酸素アッシングを経ないため、比誘電率は低いまま保たれる。
本実施例のビア層間膜としてＡｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜を示したが、例えば、Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ以外の日本ＡＳＭ社のＡｕｒｏｒａシリーズ、Ｔｒｉｃｏｎ社のＯｒｉｏｎ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社のＢＤ／ＢＤ  ＩＩ（Ｂｌａｃｋ  Ｄｉａｍｏｎｄ／Ｂｌａｃｋ  Ｄｉａｍｏｎｄ  ＩＩ）、ノベラス社のＣｏｒａｌなどのＣＶＤ−ＳｉＯＣＨ膜、Ｄｏｗ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ社のポーラスＳｉＬＫ、触媒化成社のＮＣＳなどの塗布成膜するＳｉＯＣＨ膜などでも構わない。さらには、特開２００４−０４７８７３号公報（文献１）で示されているようなプラズマ重合で形成されるＳｉＯＣＨ膜でもよい。配線層間絶縁膜としては、ＭＰＳ膜を示したが、上記と同じ材料が適用できる。実装耐性を考えると、ビア層間絶縁膜の方が配線層間絶縁膜よりも高い密度を持つ材料を選択するのが好ましい。
本実施例では、Ｃｕキャップ膜としてシリコン炭窒化膜を用いた例を示したが、低誘電率膜とのエッチング選択比が確保でき、Ｃｕバリア性のある材料であれば、特に制限はなく、どのような材料も使用することができる。例えば、シリコン炭化膜、シリコン窒化膜などが挙げられるが、プラズマ重合法で形成された有機膜やジビニルシロキサン・ベンゾシクロブテン（ＤＶＳ−ＢＣＢ）のようなシロキサンン含有有機膜であってもよい。エッチングストッパー膜としてシリコン酸化膜を示したが、低誘電率膜とのエッチング選択比が確保できる材料であれば、特に制限はなく、ＳｉＯＣＨの組成を持つ低誘電率膜などでも良い。ハードマスクの組み合わせとしてはＳｉＮ／ＳｉＯ２を示したが、選択比が確保できる組み合わせであれば、特に制限はなく、ＳｉＣ／ＳｉＯ２、ＳｉＣＮ／ＳｉＯ２、ＳｉＯ２／ＳｉＮ、ＳｉＯ２／ＳｉＣ、ＳｉＯ２／ＳｉＣＮなどの組み合わせなどからポーラスＳｉＯＣＨ膜との選択比の高いいずれの組み合わせでも良い。さらには、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウムやその合金、あるいは酸化物、窒化物をハードマスクの片方、あるいは両方に使用することもできる。また、アッシング耐性がある膜であれば、低誘電率膜でも良いし、その改質膜でも良い。
本実施例では、ビアエッチングをＡｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜の半分程度までエッチングする方法を示したが、ビアエッチングは、図７（ｃ）のようにＡｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜をすべてエッチングしてしまっても良い。また、Ｃｕキャップ膜のエッチバック時に図７（ｄ）のようにシリコン酸化膜ストッパーがエッチングされてしまっても良い。
本実施例の適用例として、図８に示す構造が他に考えられる。
図８（ａ）のように低誘電率膜上のシリコン酸化膜をＣＭＰで全て除去してしまってもよい。
また、図８（ｂ）のようにポーラスＳｉＯＣＨ膜側壁保護、あるいは側壁ラフネス制御のためのライナー２２０がある構造でも良い。この際のライナーにはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン炭窒化膜、シリコン炭化膜、ＳｉＯＣＨ膜あるいはプラズマ重合で形成された有機膜、シロキサン含有有機膜などが考えられる。
さらに図８（ｃ）にはＣｕキャップ膜として低誘電率膜２２１を用いた例を示した。前述したようにプラズマ重合法で形成された有機膜やジビニルシロキサン・ベンゾシクロブテン（ＤＶＳ−ＢＣＢ）のようなシロキサンン含有有機膜などが考えられる。
図９（ａ）に従来プロセスであるビアファーストプロセスと図９（ｂ）に本発明で形成されるデュアルダマシン配線構造の断面の模式図を夫々示す。ビア側壁は両プロセスとも酸化が進んでおり、同様である。一方、トレンチ側壁は、図９（ａ）におけるビアファーストプロセスで酸化が進んでいるのに対し、図９（ｂ）に示す本発明では抑制され、ほとんど酸化していない状態を作ることが可能である。この結果、本発明によれば、ビアの信頼性を確保しながら、実効比誘電率を抑制することが可能となる。
（実施例２）
＜ハーフビア＋ＤＨＭ＋ストッパレス＞
図１０から図１２は本発明の第２の実施例に係る多層配線構造の製造プロセスを模式的に示す要部平面図と断面図である。
第２の実施例は、シリコン酸化膜／ＭＰＳ／Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫの絶縁膜構造にビアとトレンチが形成されている、いわゆるストッパレスのデュアルダマシンＣｕ配線の形成にあたり、Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜の一部までビア加工をした後、有機材料およびレジスト塗布、トレンチレジストパターン形成し、シリコン窒化膜／シリコン酸化膜ハードマスクプロセスにより溝加工を行うことにより、トレンチ部分のＭＰＳ膜の側壁ダメージを生じずにストッパなし構造のデュアルダマシン加工を行うことができる特徴がある。その製造方法は具体的には、以下の通りである。
まず、図１０（ａ）に示すように、下層配線２０１上に銅キャップ膜となるシリコン炭窒化膜２０２、ビア層間絶縁膜となるＡｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜２０３、配線層間絶縁膜となるＭＰＳ膜２０５、下層のハードマスクであるシリコン酸化膜２０６、上層のハードマスクであるシリコン窒化膜２０７をこの順に例えばプラズマＣＶＤ法により成膜し、その上に反射防止膜２０８、ビア用レジスト２０９をこの順に塗布し、ビアレジストパターン２０９ａを形成する。
次に図１０（ｂ）に示すように、ビアレジストパターン２０９ａが形成されたレジスト２０９をマスクとして、反射防止膜２０８、シリコン窒化膜２０７、シリコン酸化膜２０６、ＭＰＳ膜２０５、Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜２０３の一部をこの順でエッチングする。
その後、図１０（ｃ）に示すように、例えば酸素プラズマなどでアッシングを行うと、ビア孔パターン２０３ａが形成される。この際、Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜２０３、ＭＰＳ膜２０５側壁には、酸素プラズマによる酸化層２３０が形成される。エッチングは例えばＡｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜の半分までをエッチングしたものを示したが、図１２（ｃ）のように全てをエッチングしても良い。
その後、図１０（ｄ）に示すように、シリコン窒化膜２０７の上に有機膜２１０を塗布し、シリコン酸化膜２１１を例えばＣＶＤ法によって成膜する。シリコン酸化膜２１１の上に反射防止膜２１２、トレンチレジスト２１３をこの順に塗布し、トレンチレジストパターン２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃを形成する。
図１１（ａ）に示すように、トレンチレジストパターン２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃが形成されたレジスト２１３をマスクとして、反射防止膜２１２、シリコン酸化膜２１１、有機膜２１０、シリコン窒化膜２０７、シリコン酸化膜２０６の一部をエッチングする。有機膜２１０のエッチングの際にトレンチレジスト２１３と反射防止膜２１２が消失し、シリコン酸化膜２０８の一部のエッチングの際にシリコン酸化膜２１２が消失するため、図１１（ａ）に示したエッチング加工後は有機膜２１０が最上層にある形となる。
その後、図１１（ｂ）に示すように、有機膜２１０を例えば酸素プラズマによりアッシングすると、トレンチ溝パターンが転写されたトレンチ溝ハードマスクパターン２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃが形成できる。この時、トレンチ溝ハードマスクパターン２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ下にあるＭＰＳ膜２０５はアッシングプラズマに曝されないので、ダメージを生じない。また、先に形成したビアパターンは酸素プラズマに曝されてさらに酸化する。
さらに、図１１（ｃ）に示すように、トレンチ溝ハードマスクパターン２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃが形成されたシリコン窒化膜２０７をマスクとして、シリコン酸化膜２０６の残膜と、ＭＰＳ膜２０５をエッチングするとともに、ビア孔パターン２０３ａが形成された絶縁膜をマスクとして、Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜２０３の残膜をエッチングする。この時、１５％以上の酸素ガス、５％以上２０％未満のフロロカーボンガスを窒素で希釈した混合ガスプラズマによってＭＰＳをエッチングすることによって、エッチングをＡｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜で停止させることができる。
さらに、図１１（ｄ）に示すように、銅キャップ膜２０２をエッチバックする間にシリコン窒化膜ハードマスク２０７が消失する。
その後、図１２（ａ）に示すように、バリア・Ｃｕシードスパッタ、Ｃｕめっきを行い、ＣＭＰによりＣｕ配線２１４が形成される。
図１２（ｂ）に示すように、上層配線Ｍ２は、ビアＶ１に目合わせているので、Ｍ２−Ｖ１間目合わせずれはΔｄ２に抑制されている。さらにＣｕキャップ膜としてシリコン炭窒化膜２１５を例えばＣＶＤにより成膜する。これを繰り返すことにより、多層配線が形成できる。このとき、Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜２０３の側壁は２回の酸素アッシングを通過するため、酸化度合いの強い膜になるため、バリアの密着性が向上し、ビア層間の信頼性が向上する。一方、ビア直上にない部分のＭＰＳ膜２０５の側壁は酸素アッシングを経ないため、比誘電率は低いまま保たれる。
本実施例のビア層間膜としてＡｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜を示したが、例えば、Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ以外の日本ＡＳＭ社のＡｕｒｏｒａシリーズ、Ｔｒｉｃｏｎ社のＯｒｉｏｎ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社のＢＤ／ＢＤＩＩ、ノベラス社のＣｏｒａｌなどのＣＶＤ−ＳｉＯＣＨ膜、Ｄｏｗ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ社のポーラスＳｉＬＫ、触媒化成社のＮＣＳなどの塗布成膜するＳｉＯＣＨ膜などでも構わない。さらには、文献１で示されているようなプラズマ重合で形成されるＳｉＯＣＨ膜でもよい。配線層間絶縁膜としては、ＭＰＳ膜を示したが、上記と同じ材料が適用できる。エッチング選択比を確保し、良好なデュアルダマシン構造を形成するには、ビア層間絶縁膜よりも炭素／シリコン比率の高い配線層間絶縁膜を使用するのが好ましく、実装耐性を考えるとビア層間絶縁膜の方が配線層間絶縁膜よりも高い密度を持つ材料を選択するのが好ましい。
本実施例では、Ｃｕキャップ膜としてシリコン炭窒化膜を用いた例を示したが、低誘電率膜とのエッチング選択比が確保でき、Ｃｕバリア性のある材料であれば、特に制限はなく、どのような材料も使用することができる。例えば、シリコン炭化膜、シリコン窒化膜などが挙げられるが、プラズマ重合法で形成された有機膜やジビニルシロキサン・ベンゾシクロブテン（ＤＶＳ−ＢＣＢ）のようなシロキサンン含有有機膜であってもよい。ハードマスクの組み合わせとしてはＳｉＮ／ＳｉＯ２を示したが、選択比が確保できる組み合わせであれば、特に制限はなく、ＳｉＣ／ＳｉＯ２、ＳｉＣＮ／ＳｉＯ２、ＳｉＯ２／ＳｉＮ、ＳｉＯ２／ＳｉＣ、ＳｉＯ２／ＳｉＣＮなどの組み合わせなどからポーラスＳｉＯＣＨ膜との選択比の高いいずれの組み合わせでも良い。さらには、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウムやその合金、あるいは酸化物、窒化物をハードマスクの片方、あるいは両方に使用することもできる。また、アッシング耐性がある膜であれば、低誘電率膜でも良いし、その改質膜でも良い。
本実施例の適用例として、図１３に示す構造が他に考えられる。
図１３（ａ）のように低誘電率膜上のシリコン酸化膜をＣＭＰで全て除去してしまってもよい。
また、図１３（ｂ）のようにポーラスＳｉＯＣＨ膜側壁保護、あるいは側壁ラフネス制御のためのライナー２２０がある構造でも良い。この際のライナーにはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン炭窒化膜、シリコン炭化膜、ＳｉＯＣＨ膜あるいはプラズマ重合で形成された有機膜、シロキサン含有有機膜などが考えられる。
さらに、図１３（ｃ）にはＣｕキャップ膜として低誘電率膜１０３を用いた例を示した。前述したようにプラズマ重合法で形成された有機膜やジビニルシロキサン・ベンゾシクロブテン（ＤＶＳ−ＢＣＢ）のようなシロキサンン含有有機膜などが考えられる。
（実施例３）
＜ハーフビア＋ＤＨＭ＋ストッパレス＋Ｌｏｗ−ｋ  ＨＭ＞
図１４から図１６は本発明の第３の実施例に係る多層配線構造の製造プロセスを模式的に示す要部平面図と断面図である。
第３の実施例は、シリコン酸化膜／リジッドＳｉＯＣＨ／ＭＰＳ／Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫの絶縁膜構造にビアとトレンチが形成されている、いわゆる低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ）ハードマスク／ポーラスＳｉＯＣＨ／ストッパレス構造のデュアルダマシンＣｕ配線の形成にあたり、Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜の一部までビア加工をした後、有機材料およびレジスト塗布、トレンチレジストパターン形成し、シリコン窒化膜／シリコン酸化膜ハードマスクプロセスにより溝加工を行うことにより、ビアファーストプロセスであり、かつ、トレンチ部分のＭＰＳ膜の側壁ダメージを生じずにストッパなし構造のデュアルダマシン加工を行うことができる特徴がある。また、本実施例により、ハードマスクの誘電率が低減できるので、実効誘電率の低下が見込める。
まず、図１４（ａ）に示すように、下層配線３０１上に銅キャップ膜となるシリコン炭窒化膜３０２、ビア層間絶縁膜となるＡｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜３０３、配線層間絶縁膜となるＭＰＳ膜３０４、Ｌｏｗ−ｋハードマスクとなるリジッドＳｉＯＣＨ膜３０５、下層のハードマスクであるシリコン酸化膜３０６、上層のハードマスクであるシリコン窒化膜３０７をこの順に例えばプラズマＣＶＤ法により成膜し、その上に反射防止膜３０８、ビア用レジスト３０９をこの順に塗布し、ビアレジストパターン３０９ａを形成する。
次に、図１４（ｂ）に示すように、ビアレジストパターン３０９ａが形成されたレジスト３０９をマスクとして、反射防止膜３０８、シリコン窒化膜３０７、シリコン酸化膜３０６、リジッドＳｉＯＣＨ膜３０５、ＭＰＳ膜３０４、Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜３０３の一部をこの順でエッチングする。
その後、図１４（ｃ）に示すように、例えば酸素プラズマなどでアッシングを行うと、ビア孔パターン３０３ａが形成される。この際、Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜３０３、ＭＰＳ膜３０４側壁には、酸素プラズマによる酸化層３３０が形成される。エッチングは例えばＡｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜３０３の半分までをエッチングしたものを示したが、図１６（ｃ）のように全てをエッチングしても良い。
その後、図１４（ｄ）に示すように、シリコン窒化膜３０７の上に有機膜３１０を塗布し、シリコン酸化膜３１１を例えばＣＶＤ法によって成膜する。シリコン酸化膜３１１の上に反射防止膜３１２、トレンチレジスト３１３をこの順に塗布し、トレンチレジストパターン３１３ａ、３１３ｂ、３１３ｃを形成する。
次に、図１５（ａ）に示すように、トレンチレジストパターン３１３ａ、３１３ｂ、３１３ｃが形成されたレジスト３１３をマスクとして、反射防止膜３１２、シリコン酸化膜３１１、有機膜３１０、シリコン窒化膜３０７、シリコン酸化膜３０６の一部をエッチングする。有機膜３１０のエッチングの際にトレンチレジスト３１３と反射防止膜３１２が消失し、シリコン酸化膜３０６の一部のエッチングの際にシリコン酸化膜３１１が消失するため、図１５（ａ）に示したエッチング加工後は有機膜３１０が最上層にある形となる。
その後、図１５（ｂ）に示すように、有機膜３１０を例えば酸素プラズマによりアッシングすると、トレンチ溝パターンが転写されたトレンチ溝ハードマスクパターン３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃが形成できる。このとき、トレンチ溝ハードマスクパターン３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃ下にあるリジッドＳｉＯＣＨ膜３０５はアッシングプラズマに曝されないので、ダメージが生じない。また、先に形成したビアパターンは酸素プラズマに曝されてさらに酸化する。
さらに、図１５（ｃ）に示すように、トレンチ溝ハードマスクパターン３０６ａ、３０６ｂ、３０６ｃが形成されたシリコン窒化膜３０７をマスクとして、シリコン酸化膜３０６の残膜と、リジッドＳｉＯＣＨ膜３０５、ＭＰＳ膜３０４をエッチングするとともに、ビア孔パターン３０３ａが形成された絶縁膜をマスクとして、Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜３０３の残膜をエッチングする。この時、まず、４０％以上の窒素ガス、４０％以上のフロロカーボンガスに酸素ガスを添加した混合ガスプラズマによってリジッドＳｉＯＣＨをエッチングする。この条件ではＳｉＯ２との選択比が高いので、寸法ずれやハードマスクの形状異常を生じることなく加工が可能である。
さらに、図１５（ｄ）に示すように、１５％以上の酸素ガス、５％以上２０％未満のフロロカーボンガスを窒素で希釈した混合ガスプラズマによってＭＰＳをエッチングすることによって、エッチングをＡｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜３０３で停止させることができる。さらに銅キャップ膜３０２をエッチバックする間にシリコン窒化膜ハードマスク３０７が消失する。
その後、図１６（ａ）に示すように、バリア・Ｃｕシードスパッタ、Ｃｕめっきを行い、ＣＭＰによりＣｕ配線３１４が形成される。このとき、ＳｉＯ２ハードマスクを全て研磨することにより、配線層間は低誘電率膜だけの構造になるため、実効誘電率の低下を見込める。また、本実施例ではリジッドＳｉＯＣＨ膜のアッシングダメージが生じないため、十分なＣＭＰ耐性を保証できる。
さらに図１６（ｂ）に示すように、Ｃｕキャップ膜としてシリコン炭窒化膜３１５を例えばＣＶＤにより成膜する。これを繰り返すことにより、多層配線が形成できる。このとき、Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜３０３の側壁は２回の酸素アッシングを通過するため、酸化度合いの強い膜になるため、バリアの密着性が向上し、ビア層間の信頼性が向上する。一方、ビア直上にない部分のＭＰＳ膜３０４の側壁は酸素アッシングを経ないため、比誘電率は低いまま保たれる。
本実施例のビア層間膜としてＡｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜を示したが、例えば、Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ以外の日本ＡＳＭ社のＡｕｒｏｒａシリーズ、Ｔｒｉｃｏｎ社のＯｒｉｏｎ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社のＢＤ／ＢＤＩＩ、ノベラス社のＣｏｒａｌなどのＣＶＤ−ＳｉＯＣＨ膜、Ｄｏｗ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ社のポーラスＳｉＬＫ、触媒化成社のＮＣＳなどの塗布成膜するＳｉＯＣＨ膜などでも構わない。
さらには、文献１で示されているようなプラズマ重合で形成されるＳｉＯＣＨ膜でもよい。配線層間絶縁膜としては、ＭＰＳ膜を示したが、上記と同じ材料が適用できる。エッチング選択比を確保し、良好なデュアルダマシン構造を形成するには、ビア層間絶縁膜よりも炭素／シリコン比率の高い配線層間絶縁膜を使用するのが好ましく、実装耐性を考えるとビア層間絶縁膜の方が配線層間絶縁膜よりも高い密度を持つ材料を選択するのが好ましい。また、Ｌｏｗ−ｋハードマスクとして、リジッドＳｉＯＣＨ膜を示したが、ＣＭＰ耐性を持つＬｏｗ−ｋ膜であれば特に限定されず、上記のような低誘電率膜のいずれも使用できる。
本実施例では、Ｃｕキャップ膜としてシリコン炭窒化膜を用いた例を示したが、低誘電率膜とのエッチング選択比が確保でき、Ｃｕバリア性のある材料であれば、特に制限はなく、どのような材料も使用することができる。例えば、シリコン炭化膜、シリコン窒化膜などが挙げられるが、プラズマ重合法で形成された有機膜やジビニルシロキサン・ベンゾシクロブテン（ＤＶＳ−ＢＣＢ）のようなシロキサンン含有有機膜であってもよい。ハードマスクの組み合わせとしてはＳｉＮ／ＳｉＯ２を示したが、選択比が確保できる組み合わせであれば、特に制限はなく、ＳｉＣ／ＳｉＯ２、ＳｉＣＮ／ＳｉＯ２、ＳｉＯ２／ＳｉＮ、ＳｉＯ２／ＳｉＣ、ＳｉＯ２／ＳｉＣＮなどの組み合わせなどからポーラスＳｉＯＣＨ膜との選択比の高いいずれの組み合わせでも良い。さらには、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウムやその合金、あるいは酸化物、窒化物をハードマスクの片方、あるいは両方に使用することもできる。また、アッシング耐性がある膜であれば、低誘電率膜でも良いし、その改質膜でも良い。
本実施例の適用例として、図１７に示す構造が他に考えられる。図１７（ａ）のようにポーラスＳｉＯＣＨ膜側壁保護、あるいは側壁ラフネス制御のためのライナー３２０がある構造でも良い。この際のライナーにはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン炭窒化膜、シリコン炭化膜、ＳｉＯＣＨ膜あるいはプラズマ重合で形成された有機膜、シロキサン含有有機膜などが考えられる。また、図１７（ｂ）にはＣｕキャップ膜として低誘電率膜３２１を用いた例を示した。前述したようにプラズマ重合法で形成された有機膜やジビニルシロキサン・ベンゾシクロブテン（ＤＶＳ−ＢＣＢ）のようなシロキサンン含有有機膜などが考えられる。
（実施例４）
＜多層構造＞
図１８にシリコン基板６０１に素子分離酸化膜６０２で分離されたＭＯＳＦＥＴ６０３上に炭素含有の低誘電率絶縁膜に銅多層配線を形成した実施例を示す。以下に、その構造的特徴を示す。本実施例においても、デュアルダマシン構造の形成にはビアファーストのレジストプロセスとハードマスクを組み合わせた方法を用いることにより、ビア層間膜側壁は酸化しており、ビア直上以外のトレンチ層間膜側壁は酸化していない構造の配線を形成できる。ここでは、ビア層間膜としてＡｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜、トレンチ層間膜としてＭＰＳ膜、Ｌｏｗ−ｋハードマスクとしてＢＤ膜を用いた場合を示したが、Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ以外の日本ＡＳＭ社のＡｕｒｏｒａシリーズ、Ｔｒｉｃｏｎ社のＯｒｉｏｎ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社のＢＤＩＩ、ノベラス社のＣｏｒａｌなどのＣＶＤ−ＳｉＯＣＨ膜、Ｄｏｗ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ社のポーラスＳｉＬＫ、触媒化成社のＮＣＳなどの塗布成膜するＳｉＯＣＨ膜などでも構わない。さらには、特開２００４−０４７８７３で示されているようなプラズマ重合で形成されるＳｉＯＣＨ膜でもよい。
ＭＯＳＦＥＴ６０３上には、Ｗコンタクトプラグ６０４を持つシリコン酸化膜６０５が形成されており、前記シリコン酸化膜６０５上に第１層目銅配線６０６に対応する配線溝のエッチストップ膜として３０ｎｍ厚のシリコン炭窒化膜６１３が形成されている。このシリコン炭窒化膜上には１１０ｎｍ厚のＭＰＳ膜６１４とそのハードマスクとして３０ｎｍ厚のＢＤ膜６１５が形成されている。第１層目の銅配線は、かかるＢＤ膜６１５／ＭＰＳ膜６１４／シリコン炭窒化膜６１３からなる積層絶縁膜を貫く配線溝にＴａ（１０ｎｍ）／ＴａＮ（５ｎｍ）のバリア膜６１６で覆われたＣｕ膜６１７が埋め込まれた構造となっている。この第１層目のＣｕ配線６０６は、Ｗコンタクトプラグ６０４に接続されている。
第１層目のＣｕ配線６０６上には、ビアエッチングストップ層として３０ｎｍ厚のシリコン炭窒化膜６１３ａが形成されている。さらに、１３０ｎｍ厚のＡｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜６１４ａとが形成されている。Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜６１４ａはＣＭＰ等によって平坦化されていても良い。さらに、このＡｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜６１４ａ上には１３０ｎｍ厚のＭＰＳ膜６１４ｂとそのハードマスクとして３０ｎｍ厚のＢＤ膜６１５ｂが形成されている。この積層構造絶縁膜に対して、ＢＤ膜６１５ｂ／ＭＰＳ膜６１４ｂを貫く配線溝にＣｕ膜の埋め込まれた第２のＣｕ配線６０８が形成されている。この第２の銅配線６０８の底部より、Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜６１４ａとシリコン炭窒化膜６１３ａを貫く第１のＣｕビアプラグ６０７が形成されており、第１層目のＣｕ配線６０６に接続されている。Ａｕｒｏｒａ−ＵＬＫ膜６１４ａ側壁は、２回のアッシング工程で形成された酸化層６１８ｂが存在し、ＭＰＳ膜６１４ｂ側壁もビア側壁と上下に一直線に並んでいる箇所は酸化層が存在する。この酸化層の存在により、バリア材との密着性が向上し、かつ、ビアリークを低減できる。
第３層のＣｕ配線層６１０、第３層と第２層を繋ぐＣｕビアプラグ６０９に対しても、第二配線層６０８、ビアプラグ６０７と同じ構造を形成することが可能であり、この構造を重ねることによって多層配線を形成することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
以上の説明のように、本発明に係る多層配線の製造方法は、半導体装置やそのための配線の製造に適用される。
【図１】
2007078011.tif 000003
【図２】
2007078011.tif 000004
【図３】
2007078011.tif 000005
【図４】
2007078011.tif 000006
【図５】
2007078011.tif 000007
【図６】
2007078011.tif 000008
【図７】
2007078011.tif 000009
【図８】
2007078011.tif 000010
【図９】
2007078011.tif 000011
【図１０】
2007078011.tif 000012
【図１１】
2007078011.tif 000013
【図１２】
2007078011.tif 000014
【図１３】
2007078011.tif 000015
【図１４】
2007078011.tif 000016
【図１５】
2007078011.tif 000017
【図１６】
2007078011.tif 000018
【図１７】
2007078011.tif 000019
【図１８】
2007078011.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成19年10月24日(2007.10.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成するデュアルダマシン多層配線の製造方法において、
下層配線上にバリア絶縁膜、ビア層間絶縁膜、配線層間絶縁膜、ハードマスク膜の順に積層された絶縁膜構造において、フォトレジストとドライエッチングを用いて、前記絶縁膜構造内に少なくとも前記ハードマスク膜と前記配線層間絶縁膜とを貫通し、前記ビア層間絶縁膜まで達するビア孔パターンを形成する工程と、
酸素プラズマによるアッシング処理によってフォトレジストを除去する工程と、フォトレジストからなる溝パターンを形成する工程と、
前記フォトレジストをマスクに前記ハードマスク内に溝パターンを形成する工程と、
前記フォトレジストを酸素プラズマによるアッシング処理によって除去する工程と、
前記ハードマスク内の溝パターンを前記配線層間絶縁膜にドライエッチングによって転写する工程と、
を有することを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の多層配線の製造方法において、前記配線層間絶縁膜が少なくともシリコン、炭素を含む絶縁膜であることを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の多層配線の製造方法において、前記ハードマスク膜が酸素プラズマに曝されても組成が変化しないことを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の多層配線の製造方法において、前記ハードマスク膜の少なくとも一部がＳｉＯ２膜であることを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４の内のいずれか一つに記載の多層配線の製造方法において、前記ハードマスク膜が少なくとも２層の積層膜からなることを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の多層配線の製造方法において、前記２層のハードマスク膜において、下層ハードマスク膜の膜厚が上層ハードマスク膜の膜厚以上の厚さであることを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜７のいずれかに記載の多層配線の製造方法において、前記ハードマスク膜が下層ＳｉＯ２膜、上層ＳｉＮ膜の積層膜からなることを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項８】
請求項３に記載の多層配線の製造方法において、前記ハードマスク膜の少なくとも一部が、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、その合金、あるいはその窒化合物、あるいはその酸化物の中から選択された少なくとも１種以上の材料の膜を有することを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８の内のいずれか一つに記載の多層配線の製造方法において、前記ビア層間絶縁膜と前記配線層間絶縁膜との間に、ＳｉＯ２からなるエッチングストッパー膜が挿入されていることを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９の内のいずれか一つに記載の多層配線の製造方法前記ビア層間絶縁膜の炭素／シリコン比が前記配線層間絶縁膜の炭素／シリコン比に比べて小さいことを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項１１】
（削除）
【請求項１２】
請求項１に記載の多層配線の製造方法において、下層配線上にＳｉＣＮからなるバリア絶縁膜、ＳｉＯＣＨからなるビア層間絶縁膜、多孔質ＳｉＯＣＨからなる配線層間絶縁膜、少なくとも一部がＳｉＯ２膜であるハードマスク膜を順に形成し、絶縁膜構造を形成する工程と、
前記ハードマスク膜上にビア孔レジストパターンを形成し、少なくともハードマスク膜と配線層間絶縁膜を貫通するビア孔をドライエッチングによって形成する工程と、
酸素プラズマアッシングによってビア孔レジストパターンを除去する工程と、前記ビア孔上に配線溝レジストパターンを形成した後、前記配線溝レジストパターンをドライエッチングによって前記ハードマスク膜に転写する工程と、
酸素プラズマアッシングによって前記配線溝レジストを除去する工程と、
ハードマスクに転写された配線溝パターンをマスクとして前記絶縁膜構造内に溝パターンを形成する工程と、
を有することを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の多層配線の製造方法において、前記ハードマスク膜が下層ＳｉＯ２膜、上層ＳｉＮ膜からなる積層膜であることを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項１４】
半導体基板又は半導体層に形成された少なくとも１つの回路素子に電気的に接続された状態で前記半導体基板上又は前記半導体層上に形成された絶縁膜に形成された配線溝およびビア層間絶縁膜に形成されたビア孔に金属を充填して形成された配線およびビア孔プラグを有する単位配線構造が複数積層された多層配線の構造において、
少なくとも配線層間絶縁膜が炭素とシリコンを少なくとも含む膜であって、ビア孔プラグ直上部の配線の配線層間絶縁膜の測壁に比べて、ビア孔プラグの直上部でない配線の配線層間絶縁膜の側壁での膜密度が低いことを特徴とする多層配線構造。
【請求項１５】
半導体基板又は半導体層に形成された少なくとも１つの回路素子に電気的に接続された状態で前記半導体基板上又は前記半導体層上に形成された絶縁膜に形成された配線溝およびビア層間絶縁膜に形成されたビア孔に金属を充填して形成された配線およびビア孔プラグを有する単位配線構造が複数積層された多層配線の構造において、
少なくとも配線層間絶縁膜が炭素とシリコンを少なくとも含む膜であって、ビア孔プラグ直上部の配線の配線層間絶縁膜の測壁に比べて、ビア孔プラグの直上部でない配線の配線層間絶縁膜の側壁が少なくとも比誘電率、シリコン／炭素比のいずれかが低いことを特徴とする多層配線構造。
【請求項１６】
請求項１４に記載の多層配線構造において、前記ビア層間絶縁膜が少なくとも炭素とシリコンを含む膜であって、ビア孔プラグ接するビア層間絶縁膜の側壁に比べて、ビア孔プラグに接しないビア層間絶縁膜内部が少なくとも比誘電率、密度、シリコン／炭素比のいずれかが低いことを特徴とする多層配線構造。
【国際調査報告】
2007078011.tif 000021
2007078011.tif 000022
2007078011.tif 000023
2007078011.tif 000024
2007078011.tif 000025
2007078011.tif 000026
2007078011.tif 000027