(57)【要約】多層配線構造は、半導体基板又は半導体層に形成された少なくとも１つの回路素子と、前記少なくとも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、絶縁膜に形成される配線溝およびビア孔に金属配線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る。この多層配線構造において、配線層間低誘電率膜中のカーボン／シリコン比がビア層間低誘電率膜中のカーボン／シリコン比に比べて大きい。この多層配線構造を製造するには、上層に位置する第２のＳｉＯＣＨ低誘電率膜を溝加工して前記下層に位置する第１のＳｉＯＣＨ低誘電率膜上で停止させる際、Ｎ２とＣＨｘＦｙを少なくとも含む混合ガスプラズマの発光分光による終点検出を用いて加工する。
2007142172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下層に位置する第１のＳｉＯＣＨ低誘電率膜と上層に位置する第２のＳｉＯＣＨ低誘電率膜とが直接積層されたＳｉＯＣＨ膜連続体であって、前記第１のＳｉＯＣＨ低誘電率膜のカーボン／シリコン比よりも前記第２のＳｉＯＣＨ低誘電率膜のカーボン／シリコン比が大きいことを特徴とする多層配線の製造方法において、前記上層に位置する第２のＳｉＯＣＨ低誘電率膜を溝加工して前記下層に位置する第１のＳｉＯＣＨ低誘電率膜上で停止させる際、Ｎ２とＣＨｘＦｙを少なくとも含む混合ガスプラズマの発光分光による終点検出を用いて加工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２種類の低誘電率膜のうち、前記上層に位置する第２のＳｉＯＣＨ低誘電率膜のカーボン／シリコン比が、前記下層に位置する第１のＳｉＯＣＨ低誘電率膜のカーボン／シリコン比に比べて２倍以上大き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又は２に記載の多層配線の製造方法において、前記混合ガスプラズマにおける、窒素の含有量が２０％から５０％であ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乃至３の内のいずれか一項に記載の多層配線の製造方法において、前記混合ガスプラズマにおいて、ＣＨｘＦｙがＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２あるいはこれらの混合ガス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乃至４の内のいずれか一項に記載の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、前記第１のＳｉＯＣＨ低誘電率膜からなるビア層間低誘電率膜、前記第２のＳｉＯＣＨ低誘電率膜からなる配線層間低誘電率膜、ハードマスク膜を順に形成する工程と、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する工程と、絶縁膜構造内にビア孔を形成する工程と、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する工程と、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配線溝レジストを除去する工程と、Ｎ２とＣＨｘＦｙを含む混合ガスプラズマを用いて発光分光による終点検出を行いながら前記第２のＳｉＯＣＨ低誘電率膜からなるビア層間低誘電率膜内に溝加工を行う工程とを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の内のいずれか一項に記載の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、前記第１のＳｉＯＣＨ低誘電率膜からなるビア層間低誘電率膜、前記第２のＳｉＯＣＨ低誘電率膜からなる配線層間低誘電率膜、第３のＳｉＯＣＨ低誘電率膜からなるハードマスク膜、無機ハードマスク膜を順に形成する工程と、前記無機ハードマスク謹上にビア孔レジストパターンを形成する工程と、絶縁膜構造内にビア孔を形成する工程と、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する工程と、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無機および第３のＳｉＯＣＨ低誘電率膜からなる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配線溝レジストを除去する工程と、Ｎ２とＣＨｘＦｙ含む混合ガスプラズマを用いて発光分光による終点検出を行いながら前記第２のＳｉＯＣＨ低誘電率ＳｉＯＣＨ低誘電率膜からなるビア層間低誘電率膜内に溝加工を行う工程とを特徴とする多層配線の製造方法。
【請求項７】
半導体基板又は半導体層に形成された少なくとも１つの回路素子と、前記少なくとも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多層配線構造であって、絶縁膜に形成される配線溝およびビア孔に金属配線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る多層配線構造において、配線層間低誘電率膜中のカーボン／シリコン比がビア層間低誘電率膜中のカーボン／シリコン比に比べて大きいことを特徴とする多層配線構造。
【請求項８】
請求項７に記載の多層配線構造において、前記配線層間低誘電率膜中のカーボン／シリコン比が前記ビア層間低誘電率膜中のカーボン／シリコン比に比べて２倍以上大きいことを特徴とする多層配線構造。
【請求項９】
請求項７または８の内のいずれか一項に記載の多層配線構造前記配線層間低誘電率膜および前記ビア層間低誘電率膜の少なくとも１種類は空孔を内含するポーラス膜であることを特徴とする多層配線構造。
【請求項１０】
請求項７乃至９の内のいずれか一項に記載の多層配線構造において、前記配線層間低誘電率膜がＳｉＯＣＨから構成され、そのカーボン／シリコン比が１５以上であることを特徴とする多層配線構造。
【請求項１１】
請求項７乃至１０の内のいずれか一項に記載の多層配線構造前記配線層間低誘電率膜がＳｉＯＣＨから構成され、そのカーボン／シリコン比が１以上であり、かつ環状シリカ骨格を有することを特徴とする多層配線構造。
【請求項１２】
請求項７乃至１１の内のいずれか一項に記載の多層配線構造において、前記配線層間低誘電率膜がＳｉＯＣＨから構成され、そのカーボン／シリコン比が１５以上であり、かつ３個のシリコン原子と３個の酸素原子からなる６員環状シリカ骨格を有することを特徴とする多層配線構造。
【請求項１３】
請求項７乃至１２の内のいずれか一項に記載の多層配線構造において、前記配線層間低誘電率膜中に不飽和炭化水素を含むことを特徴とする多層配線構造。
【請求項１４】
請求項７乃至１３の内のいずれか一項に記載の多層配線構造において、前記配線層間低誘電率膜の上にシリコン酸化膜が積層されていることを特徴とする多層配線構造。
【請求項１５】
請求項７乃至１４の内のいずれか一項に記載の多層配線構造において、前記ビア層間低誘電率膜の側壁に形成される酸化改質層の厚さよりも前記配線層間低誘電率膜の側壁に形成される酸化改質層の厚さが薄いことを特徴とする多層配線構造。
【請求項１６】
化学組成の異なるＳｉＯＣＨ膜を直接積層した層間絶縁膜の内部を終点とする開口加工に対し、プラズマ中のＳｉＦの発光強度の時間変化から終点検出を行って自動的に停止させるプログラムを有するマイクロコンピュータを備えている多層配線製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２００６年６月９日に提出された日本国特許出願第２００６−１６１２０４号に基づき、且つ、その優先権の恩恵を主張するものであり、その開示は、参照することによりここにその全体を組み入れる。
技術分野：
本発明は溝配線を有する多層配線製造方法と多層配線構造と多層配線製造装置に関する。
【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線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。
例えば、銅／低誘電率膜で構成された一般的なデュアルダマシン配線では、下層配線１の上にＳｉＣＮなどの材料で形成されるＣｕキャップ膜、ＳｉＯＣＨなどの低誘電率膜で形成されるビア層間低誘電率膜、ＳｉＯ２などの無機膜で形成されるエッチングストッパー膜、ポーラスＳｉＯＣＨなどの低誘電率膜で形成される配線層間低誘電率膜、ＳｉＯ２などの無機膜で形成されるハードマスク、ＳｉＣＮなどの材料で形成されるＣｕキャップ膜の絶縁膜構造内に、主たる配線を構成する銅、Ｔａ／ＴａＮなどのＣｕバリア膜で構成される配線／ビアが埋め込まれた構造になっている。
この構造は特願２００６−００１８６４号公報（以下、参考文献１と呼ぶ）などに記載されているデュアルダマシン方法によって形成される。しかし、さらに配線層間やビア層間の誘電率を下けるには、無機膜で構成されているＣｕキャップ膜や、エッチングストッパー膜、ハードマスクを低誘電率膜に置き換えるのが効果的である。
特にエッチングストッパー膜やハードマスクは電極間に存在するため、低誘電率膜に置き換えると実効的な比誘電率が低減できる。そこで、エッチングストッパーがなく、ハードマスクも低誘電率膜ハードマスクになっているものも検討されている。
しかしながら、エッチストッパー膜をなくすと、溝エッチング時のエッチングを停止する層がなく、結果として面内ばらつきやパターンばらつきを生じやすい。また、エッチングストッパーがある場合には、エッチングの停止を発光分光の終点検出プログラムを用いることで自動的に停止することができるが、エッチングストッパーがないと終点検出プログラムを用いることができず、ウエハ間やロット間の深さばらつきが生じやすくなる。例えば、ビア層間低誘電率膜としてプラズマＣＶＤ−ＳｉＯＣＨ膜であるＡｕｒｏｒａＴＭ膜、配線層間低誘電率膜として分子細孔膜であるＭＰＳ膜（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｐｏｒｅ  Ｓｔａｃｋ  膜）を使用する場合を考える。平行平板型のプラズマ源を用いて、電極間距離４５ｍｍ、圧力２５ｍＴｏｒｒ（３．３３Ｐａ）、上部電極パワー１ｋＷ、下部電極パワー１５０Ｗ、Ｎ２／Ｃ４Ｆ８／Ｏ２＝１５０／８／３０ｓｃｃｍの条件を用いてＭＰＳに溝加工を行う場合、ＭＰＳエッチング終点を発光分光で検出することはできなかった。Ａｒで大量希釈した場合にも同じであった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、本発明の一目的は、低誘電率膜中に形成されるデュアルダマシン配線において、溝エッチング時の面内ばらつきやパターンばらつきを抑制し、かつ、終点検出を可能にする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配線間絶縁性の高い多層配線構造とを提供することにある。
また、本発明のもう一つの目的は、前記多層配線の製造方法を実施することによって多層配線構造の製造を可能にする多層配線製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
具体的には、下層に位置する第１のＳｉＯＣＨ低誘電率膜と上層に位置する第２のＳｉＯＣＨ低誘電率膜とが直接積層されたＳｉＯＣＨ膜連続体であって、前記第１のＳｉＯＣＨ低誘電率膜のカーボン／シリコン比よりも前記第２のＳｉＯＣＨ低誘電率膜のカーボン／シリコン比が大きいことを特徴とする多層配線の製造方法において、前記上層に位置する第２のＳｉＯＣＨ低誘電率膜を溝加工して前記下層に位置する第１のＳｉＯＣＨ低誘電率膜上で停止させる際、Ｎ２とＣＨＸＦ７を少なくとも含む混合ガスプラズマの発光分光による終点検出を用いて加工することを特徴とする。好ましくは、前記上層に位置する第２のＳｉＯＣＨ低誘電率膜のカーボン／シリコン比が、前記下層に位置する第１のＳｉＯＣＨ低誘電率膜のカーボン／シリコン比に比べて２倍以上大きいことを特徴とする。混合カスプラズマ中のＣＨｘＦｙはＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２あるいはこれらの混合ガスであって、窒素の含有量は２０から５０％であるのが好ましい。
さらには、下層配線上にバリア絶縁膜、前記第１のＳｉＯＣＨ低誘電率膜からなるビア層間低誘電率膜、前記第２のＳｉＯＣＨ低誘電率膜からなる配線層間低誘電率膜、ハードマスク膜を順に形成する工程と、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する工程と、絶縁膜構造内にビア孔を形成する工程と、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する工程と、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配線溝レジストを除去する工程と、Ｎ２とＣＨｘＦｙを含む混合ガスプラズマを用いて発光分光による終点検出を行いながら前記第２のＳｉＯＣＨ低誘電率膜からなるビア層間低誘電率膜内に溝加工を行う工程とを特徴とする。このとき、第２のポーラスＳｉＯＣＨ膜は複数のＳｉＯＣＨ膜から構成されていても良い。
また、本発明で示される多層配線構造は、配線層間低誘電率膜中のカーボン／シリコン比がビア層間低誘電率膜中に比べて大きいことを特徴とする。このとき、配線層間低誘電率膜中のカーボン／シリコン比がビア層間低誘電率膜中に比べて２倍以上大きいことが好ましい。また、記配線層間低誘電率膜およびビア層間低誘電率膜の少なくとも１種類は空孔を内含するポーラス膜であることを特徴とする。配線層間低誘電率膜はＳｉＯＣＨから構成され、そのカーボン／シリコン比が１５以上であり、６員環シリカ骨格を有したり、膜中に不飽和炭化水素を含んでいてもよい。さらには、配線層間低誘電率膜の上にシリコン酸化膜が積層されている構造でも良い。また、ビア層間低誘電率膜の側壁に形成される酸化改質層の厚さよりも前記配線層間低誘電率膜の側壁に形成される酸化改質層の厚さが薄いことも特徴のひとつである。
さらには、本発明で示される多層配線製造装置は、ＳｉＯＣＨを主成分とする積層構造の層間絶縁膜に開口部形成に用いられ、プラズマ中のＳｉＦの発光強度の時間変化から終点検出を行って、前記積層構造の層間絶縁膜内部を終点とする加工を自動的に停止させるプログラムを有するマイクロコンピュータを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明により、低誘電率膜を配線／ビア層間膜に用いた多層配線において、面内ばらつきやパターン依存性が少なく、ウエハ間・ロット間ばらつきも少なく、実効比誘電率が低い多層配線が実現される。
さらに、本発明によれば、低誘電率膜を配線／ビア層間低誘電率膜に用いた多層配線において、面内ばらつきやパターン依存性が少なく、実効比誘電率が低い多層配線形成が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
第１Ａ図は従来のデュアルダマシン配線を示す図である。
第１Ｂ図は従来の従来のデュアルダマシン配線のより実効比誘電率を下げた構造を示す図である。
第２図はＭＰＳ、ＡｕｒｏｒａＴＭのエッチング速度のＮ２流量依存性を示した図である。
第３Ａ図はＡｒ／Ｎ２／ＣＦ４プラズマ中の発光スペクトルを示す図である。
第３Ｂ図はＡｒ／Ｎ２／Ｃ４Ｆ８プラズマ中の発光スペクトルを示す図である。
第４図はＭＰＳエッチング時の発光スペクトル４４０ｎｍの時間変化を示す図である
第５Ａ図はＭＰＳエッチング時の発光スペクトル４４０ｎｍの時間変化の下層膜ＣＨのＣ／Ｓｉ比依存性を示す図で、Ｃ／Ｓｉ＝２．２２の場合を示す。
第５Ｂ図はＭＰＳエッチング時の発光スペクトル４４０ｎｍの時間変化の下層膜ＣＨのＣ／Ｓｉ比依存性を示す図で、Ｃ／Ｓｉ＝１．２０の場合を示す。
第５Ｃ図はＭＰＳエッチング時の発光スペクトル４４０ｎｍの時間変化の下層膜ＣＨのＣ／Ｓｉ比依存性を示す図で、Ｃ／Ｓｉ＝１．４１の場合を示す。
第５Ｄ図はＭＰＳエッチング時の発光スペクトル４４０ｎｍの時間変化の下層膜ＣＨのＣ／Ｓｉ比依存性を示す図で、Ｃ／Ｓｉ＝１．２０の場合を示す。
第６図はＭＰＳをエッチングプラズマに曝した後のＴＤＳスペクトルである。
第７図はＭＰＳ，ＡｕｒｏｒａＴＭをエッチングプラズマに曝した後のＮｌｓ（ＸＰＳ）スペクトルである。
第８Ａ図は配線加工後のＭＰＳ側壁からの組成分析をＴＥＭ−ＥＥＬＳマッピングによって観察した結果の図である。
第８Ｂ図は配線加工後のＡｕｒｏｒａＴＭ側壁からの組成分析をＴＥＭ−ＥＥＬＳマッピングによって観察した結果の図である。
第８Ｃ図は第８Ａ図及び第８Ｂ図の配線加工後のＭＰＳ，ＡｕｒｏｒａＴＭの各側壁からの組成分析を行うためのＴＥＭ−ＥＥＬＳマッピングの為の試料の断面図である。
第９図は配線加工後のＭＰＳ，ＡｕｒｏｒａＴＭの側壁の酸化層をフッ酸ディップによって調査した電子顕微鏡写真である。
第１０Ａ図は本発明の第１の実施例による多層配線の製造方法の一工程を示す断面図である。
第１０Ｂ図は本発明の第１の実施例による多層配線の製造方法の第１０Ａ図の次の工程を示す断面図である。
第１０Ｃ図は本発明の第１の実施例による多層配線の製造方法の第１０Ｂ図の次の工程を示す断面図である。
第１０Ｄ図本発明の第１の実施例による多層配線の製造方法の第１０Ｃ図の次の工程を示す断面図である。
第１０Ｅ図は本発明の第１の実施例による多層配線の製造方法の第１０Ｄ図の次の工程を示す断面図である。
第１０Ｆ図本発明の第１の実施例による多層配線の製造方法の第１０Ｅ図の次の工程を示す断面図である。
第１０Ｇ図は本発明の第１の実施例による多層配線の製造方法の第１０Ｆ図の次の工程を示す断面図である。
第１０Ｈ図は本発明の第１の実施例による多層配線の製造方法の第１０Ｇ図の次の工程を示す断面図である。
第１０Ｉ図は本発明の第１の実施例による多層配線の製造方法の第１０Ｈ図の次の工程を示す断面図である。
第１１Ａ図は本発明の第２の実施例による多層配線の製造方法の一工程を示す断面図である。
第１１Ｂ図は本発明の第２の実施例による多層配線の製造方法の第１１Ａ図の次の工程を示す断面図である。
第１１Ｃ図乃至第１１Ｈ図は本発明の第２の実施例による多層配線の製造方法を第１１Ｂ図の次の工程を示す断面図である。
第１１Ｄ図は本発明の第２の実施例による多層配線の製造方法の第１１Ｃ図の次の工程を示す断面図である。
第１１Ｅ図は本発明の第２の実施例による多層配線の製造方法の第１１Ｄ図の次の工程を示す断面図である。
第１１Ｆ図は本発明の第２の実施例による多層配線の製造方法の第１１Ｅ図の次の工程を示す断面図である。
第１１Ｇ図は本発明の第２の実施例による多層配線の製造方法の第１１Ｆ図の次の工程を示す断面図である。
第１１Ｈ図は本発明の第２の実施例による多層配線の製造方法の第１１Ｇ図の次の工程を示す断面図である。
第１１Ｉ図は本発明の第２の実施例による多層配線の製造方法の第１１Ｈ図の次の工程を示す断面図である。
第１２図は本発明の第３の実施例による多層配線構造を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の実施例を説明する前に、従来技術によるデュアルダマシン配線について説明する。
第１Ａ図を参照すると、銅／低誘電率膜で構成された一般的なデュアルダマシン配線の構造では、下層配線１の上にＳｉＣＮなどの材料で形成されるＣｕキャップ膜２、ＳｉＯＣＨなどの低誘電率膜で形成されるビア層間低誘電率膜３、ＳｉＯ２などの無機膜で形成されるエッチングストッパー膜４、ポーラスＳｉＯＣＨなどの低誘電率膜で形成される配線層間低誘電率膜５、ＳｉＯ２などの無機膜で形成されるハードマスク６、ＳｉＣＮなどの材料で形成されるＣｕキャンプ膜７の絶縁膜構造内に、主たる配線を構成する銅８、Ｔａ／ＴａＮなどのＣｕバリア膜９で構成される配線／ビアが埋め込まれた構造になっている。この構造は特開２００４−０４７８７３号公報（以下、特許文献１と呼ぶ）などに記載されているデュアルダマシン方法によって形成される。しかし、さらに配線層間やビア層間の誘電率を下げるには、無機膜で構成されているＣｕキャップ膜２と７や、エッチングストッパー膜４、ハードマスク６を低誘電率膜に置き換えるのが効果的である。特にエッチングストッパー膜４やハードマスク６は電極間に存在するため、低誘電率膜に置き換えると実効的な比誘電率が低減できる。
そこで、第１Ｂ図に示すように、エッチングストッパーがなく、ハードマスクも低誘電率膜ハードマスク６’になっている構造が検討されている。
それでは、本発明の実施例について第２図乃至第１２図を参照しながら説明する。
本発明は、下層に位置する第１のＳｉＯＣＨ低誘電率膜と上層に位置する第２のＳｉＯＣＨ低誘電率膜とが直接積層されたＳｉＯＣＨ膜連続体において、膜中のカーボン／シリコン比（Ｃ／Ｓｉ比）が異なる２種類のＳｉＯＣＨ低誘電率膜をＮ２／ＣＨｘＦｙ混合ガス系で上層のＳｉＯＣＨ膜をエッチングすると、上層と下層のＳｉＯＣＨ膜のエッチング選択比が確保できるとともに、発光分光による終点検出が可能であるという発見に基づく。
また、本発明の多層配線の製造方法では、例えばビア層間低誘電率膜としてプラズマＣＶＤ−ＳｉＯＣＨ膜であるＡｕｒｏｒａＴＭ膜、配線層間低誘電率膜として分子細孔膜であるＭＰＳ−ＳｉＯＣＨ膜（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｐｏｒｅ  Ｓｔａｃｋ膜、以後単に“ＭＰＳ”と記す）を使用する。ここで、ＭＰＳ−ＳｉＯＣＨ膜中のカーボン／シリコン比＝２．７であり、ＡｕｒｏｒａＴＭ膜（プラズマＣＶＤ−ＳｉＯＣＨ膜）中のカーボン／シリコン比＝０．７よりも大きい。ハードマスクとしては膜２を使用する。
本発明の多層配線の形成方法では、ＣＦ４などの単炭素原子からなるフルオロカーボンと２０から５０％の窒素ガスからなる混合ガスプラズマを用いてエッチング加工を行う。
第２図は、ブランケットウエハーで評価したＳｉＯＣＨ（ＡｕｒｏｒａＴＭ、ＭＰＳ）エッチング速度の窒素添加量依存性を示す図である。第２図を参照すると、平行平板のエッチング装置を用いて、電極間距離３５ｍｍ、圧力６．６５Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）、上部電極パワー１０００Ｗ、下部電極パワー１００Ｗ、Ａｒ／Ｎ２／ＣＦ４／Ｏ２＝３００／１００／２５／６ｓｃｃｍの条件でエッチング速度を求めた。ＡｕｒｏｒａＴＭでは窒素含有によりエッチング速度が低下するのに対し、ＭＰＳではエッチング速度が増加する。また、ＳｉＯ２ハードマスクで溝パターンをエッチングした場合には、ＭＰＳ／ＡｕｒｏｒａＴＭエッチング選択比として１．７以上が確保できることを確認している。このように窒素ガス流量を制御することにより、ＭＰＳエッチングをＡｕｒｏｒａＴＭ上で停止させることが可能になる。このように、ＳｉＯＣＨ膜連続体であっても、そのＣ／Ｓｉ比の変化を検出しうることを見出し、エッチングの終点検出が可能となる。さらには、ＣＦ４などの単炭素原子（ＣｘＦｙ：ｘ＝１）をフルオロカーボンガスとして用いた場合、ＳｉＦなどの発光スペクトルが明瞭になり、発光分光による終点検出が容易になる。
第３Ａ図及び第３Ｂ図は、ＭＰＳ基板とシリコン基板のエッチングを、Ｃ４Ｆ８ガスあるいはＣＦ４ガス添加で行った場合の４４０ｎｍ発光スペクトルを示す図である。第３Ａ図及び第３Ｂ図を参照すると、Ｃ４Ｆ８では高分子フルオロカーボンからの分子性発光スペクトルが広い帯域にわたり存在するため、４４０ｎｍの発光も埋もれてしまいやすいが、ＣＦ４を用いた場合には、はっきりと確認できる。
第４図はＳｉＯ２／ＭＰＳ／ＡｕｒｏｒａＴＭの構造上に溝露光を行い、ＳｉＯ２ハードマスクをエッチングした後レジストアッシングして、ＳｉＯ２ハードマスクでＭＰＳエッチングした場合の４４０ｎｍ発光スペクトルの時間変化を観察した図である。第４図を参照すると、エッチングは、平行平板のエッチング装置を用いて、電極間距離３５ｍｍ、圧力６．６５Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）、上部電極パワー１０００Ｗ、下部電極パワー１００Ｗ、Ａｒ／Ｎ２／ＣＦ４／Ｏ２＝３００／１００／２５／６ｓｃｃｍの条件で行った。ＭＰＳのエッチングが終了すると、ＳｉＦを示す４４０ｎｍの発光スペクトルは増大する。これは、ＭＰＳよりもＡｕｒｏｒａＴＭの方がＣ／Ｓｉ比が小さいためである。４４０ｎｍの発光スペクトルを微分した値も併記したが、大きく変化している。この発光スペクトル、あるいはその微分値を用いてエッチング時間を調整することで、エッチング深さのウエハ間ばらつきやロットばらつきを抑制できる。
第５Ａ図は、第５Ｂ図、第５Ｃ図、第５Ｄ図はＳｉＯ２／ＭＰｓ／ＳｉＯＣＨの構造でＳｉＯＣＨのＣ／Ｓｉ比をＣ／Ｓｉ＝２．２２、１．５３，１．４１，１．２０と夫々変化させたサンプル上に溝露光を行い、ＳｉＯ２ハードマスクをエッチングした後レジストアッシングして、ＳｉＯ２ハードマスクでＭＰＳエッチングした場合の４４０ｎｍ発光スペクトルの時間変化を観察した結果を夫々示している。ＭＰＳのＣ／Ｓｉ比は２７である。下層のＳｉＯＣＨのＣ／Ｓｉ比が低いほど４４０ｎｍのスペクトルの時間変化は大きい。Ｃ／Ｓｉ比が１．４以下では特に時間変化が大きく観察される。
この結果から、ＳｉＯＣＨ膜連続体において上層のＳｉＯＣＨ（ここではＭＰＳ）のＣ／Ｓｉ比が下層の約２倍程度であるのが好ましいことがわかる。
これらのことから、ＭＰＳのエッチングをＡｒ／Ｎ２／ＣＦ４などのガスでエッチングすると、下層ＡｕｒｏｒａＴＭ膜との選択比が確保できるとともに、発光分光により、ＳｉＯＣＨ膜連続体であり、たとえば同質材料からなる２種類のＳｉＯＣＨ低誘電率膜のエッチングの終点検出も可能になるため、面内ばらつきやパターンばらつきが少なく、ウエハ間・ロット間ばらつきの少ない溝加工が可能になる。
また、第６図に示すように、Ｆ吸蔵の観点からも、Ａｒ／Ｎ２／ＣＦ４がＡｒ／Ｎ２／Ｃ４Ｆ８よりも優れている。ＣＦ４に比べてＣ４ＦＲは容易に解離反応を示す（結合エネルギーが弱い）ため、Ｃ４Ｆ８からはＣＦ２やＣＦ、Ｆラジカルが多量に発生するためである。ＳｉＯＣＨ膜中にフッ素が取り込まれると密着性を劣化させたり、膜吸湿によりＨＦが形成され膜中にボイドを形成させたりするため、ＣＦ４添加が好ましいことがわかる。さらには、膜のエッチング効率においては、ＣＦ３イオンがＣＦ２やＣＦイオンよりも高いことが知られており、ＣＦ３イオンを発生させるＣＦ４添加が好ましい。
ところで、カーボンリッチのＣ／Ｓｉ比＞１のＳｉＯＣＨ膜では、ＣｘＨｙ／Ｎ２系ガスでプラズマエッチングを行うと側壁に炭窒化皮膜が形成される。
第７図はエッチングプラズマに照射後の表面をＸＰＳを用いてＮ１ｓスペクトルを観察した図を示す。ＭＰＳ膜では、（すなわちＣ／Ｓｉ比＞１のＳｉＯＣＨ膜では）Ｎ１ｓのスペクトルが照射後に観察される。この炭窒化皮膜はエッチング工程後に続く酸素アッシング工程において完全に除去されるが、ＳｉＯＣＨ膜側壁からの炭素引き抜きを抑制する効果がある。すなわち、酸素アッシング後の側壁の酸化量が抑制される。この効果は、ＳｉＯＣＨ膜中のカーボン量が多いほど顕著であり、膜中に不飽和炭化水素が含まれている方がさらに顕著であった。これは、膜中の不飽和炭化水素がエッチングプラズマ中のＮラジカルと反応しやすく、炭窒化被膜が形成しやすいためと推察される。また、その詳細な原因は明らかではないが、カーボンリッチのＣ／Ｓｉ比＞１のＳｉＯＣＨ膜のシリカ骨格が環状、さらには６員環（Ｓｉ３Ｏ３）の場合酸素アッシング後の側壁の酸化量が抑制される傾向も認められた。
さて、本願発明で特徴的なカーボンリッチなＳｉＯＣＨ膜である配線層間低誘電率膜とシリコンリッチ（Ｃ／Ｓｉ＜１）のＳｉＯＣＨ膜であるビア層間低誘電率膜とを直接積層した構造に対して、それぞれ配線溝とビアとからなる開口部を形成する。カーボンリッチなＳｉＯＣＨ膜である配線層間低誘電率膜ではその側壁の酸化量が抑制され、ビア側壁の酸化量よりも薄くなる。
第８Ａ図及び第８Ｂ図はエッチング後にアッシングプラズマを曝したパターン上にＣｕ配線を形成し、ＴＥＭ−ＥＥＬＳマッピングによりＭＰＳ膜及びＡｕｒｏｒａＴＭ膜を組成分析した結果を夫々示す図で、第８Ｃ図はＴＥＭ−ＥＥＬＳマッピングのための試料の断面図ある。
第９図はエッチング後にアッシングプラズマを曝したパターン上にＣｕ配線を形成し、配線加工後のＭＰＳ，ＡｕｒｏｒａＴＭの側壁の酸化層をフッ酸ディップによって調査した電子顕微鏡写真である。
ＭＰＳでは側壁から１０ｎｍ程度までにＣやＯの変化が収まっているのに対し、ＡｕｒｏｒａＴＭを用いた場合には３０ｎｍ程度まで深くＣや○が変化しており、酸化改質層の厚みが大きいことがわかる。このような酸化量の違いはデバイスの被断面に対して希フッ酸水溶液にディッピングすることで容易に確認できる。本構造で特徴的なカーボンリッチＳｉＯＣＨ／シリコンリッチＳｉＯＣＨ積層構造でデュアルダマシン加工後にレジストを埋め込み、配線の被断面形成後、６％ＨＦ，３０％ＮＨ４Ｆを含む水溶液に５秒ディッピングした結果を示す。ＡｕｒｏｒａＴＭ側壁やトレンチ底面には酸化層が確認できる。ＭＰＳではほとんど改質層は確認されない。配線層間低誘電率膜の酸化量が少なく形成できるため、実効比誘電率の増加を抑制しつつ、Ｃｕ／ｌｏｗ−ｋ配線を形成できる構造になっている。
本発明によれば、低誘電率膜を配線層開膜に用いた多層配線において、溝深さのパターンばらつき、面内ばらつき、ウエハ間・ロット間ばらつきを低く抑え、実効比誘電率が低い多層配線が形成できる。
【実施例】
【０００８】
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。
（第１の実施例）
第１の実施例では、ＳｉＯ２ハードマスクについて説明する。
第１０Ａ図から第１０Ｈ図は本発明の第１の実施例にかかわる多層配線構造の製造プロセスを複式的に示す断面図である。第１の実施例は、シリコン酸化膜／ＭＰＳ膜／ＡｕｒｏｒａＴＭ／ＳｉＣＮの絶縁膜構造にビアと配線溝が形成されている、いわゆるデュアルダマシンＣｕ配線の形成にあたり、ビア加工をした後、配線溝用レジストパターン形成し、Ａｒ／Ｎ２／ＣＦ４プラズマにより発光による終点検出を用いながらＭＰＳ膜をエッチングすることにより、面内均―性やパターン依存性、ウエハ間・ロット間ばらつきが少ない溝加工を行うことができるものである。
まず、第１０Ａ図に示すように、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、ビア層間低誘電率膜となるＡｕｒｏｒａＴＭ膜２０３、配線層間低誘電率膜となるＭＰＳ膜２０４、ハードマスクであるシリコン酸化膜２０５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２０６、ビア用レジスト２０７をこの順に塗布し、ビアレジストパターン２０７ａ、２０７ｂを形成する。
次に、第１０Ｂ図に示すように、ビアレジストパターン２０７ａ、２０７ｂをマスクとして、反射防止膜２０６、シリコン酸化膜２０５、ＭＰＳ膜２０４、ＡｕｒｏｒａＴＭ膜２０３をこの順でエッチングする。
その後、第１０Ｃ図に示すように、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、２０３ｂが形成される。
その後、第１０Ｄ図に示すように、シリコン酸化膜２０５の上に有機膜２０８を塗布し、シリコン酸化膜２０９を例えばＣＶＤ法によって成膜する。シリコン酸化膜２０９の上に反射防止膜２１０、配線溝用レジスト２１１をこの順に塗布し、配線溝用レジストパターン２１１ａ、２１１ｂを形成する。
第１０Ｅ図に示すように、配線溝用レジストパターン２１１ａ、２１１ｂをマスクとして、反射防止膜２１０、シリコン酸化膜２０９、有機膜２０８、シリコン酸化膜２０５をエッチングする。有機膜２０８のエッチングの際に配線溝用レジスト２１１と反射防止膜２１０が消失し、シリコン酸化膜２０５のエッチングの際にシリコン酸化膜２０９が消失するため、第１０Ｅ図に示したエッチング加工後は有機膜２０８が最上層になる形となる。
その後、第１０Ｆ図に示すように、有機膜２０８を例えば酸素プラズマによりアクシングすると、配線溝用パターンが転写された配線溝用ハードマスクパターン２０５ａ、２０５ｂが形成できる。
さらに、第１０Ｇ図に示すように、配線溝用ハードマスクパクーン２０５ａ、２０５ｂをマスクとして、ＭＰＳ膜２０４をＡｒ／Ｎ２／ＣＦ４プラズマを用いてエッチングする。このときの条件としては、平行平板電極のプラズマ源で、電極間距離３５ｍｍ、圧力１０．６Ｐａ（８０ｍＴｏｒｒ）、上部電極パワー１０００Ｗ、バイアスパワー１００Ｗ、Ａｒ／Ｎ２／ＣＦ４／Ｏ２＝３００／１００／２５／６ｓｃｃｍの条件などが挙げられる。ここで重要なのは、単炭素原子フルオロカーボンを用いることと、２０％以上５０％未満の窒素を用いることである。単炭素原子フルオロカーボンを用いることで発光分光による終点検出をしやすくし、窒素を含有させることで下層ＡｕｒｏｒａＴＭ膜との選択比を確保することができるためである。これらの条件を用いると、ＳｉＦ＝４４０ｎｍなどの発光変化を容易に観測可能になるため、終点検出ができ、面内ばらつきやパターンばらつき、ウエハ間、ロット間ばらつきの少ない加工が可能になる。また、このエッチング中にＣｕキャップ膜２０２は消失する。
その後、第１０Ｈ図に示すように、デポジション物を除去するため、Ｏ２を含むクリーニングプラズマを若干照射する。このとき、Ｃ／Ｓｉ＝０．７とシリコンリッチのＡｕｒｏｒａＴＭ側壁２０３’に比べて、Ｃ／Ｓｉ＝２．７とカーボンリッチなＭＰＳ側壁２０４′には、薄い酸化層が形成される。配線層間低誘電率膜での酸化改質層が薄いので、比誘電率が低く抑制できる。このような配線部とビア部での酸化量の違いはデバイスの破断面に対して希フッ酸水溶液にディッピングすることで容易に確認できる。例えば、６％ＨＦ、３０％ＮＨ４Ｆを含む水溶液に３から５秒ディッピングすることで確認できる。逆に、このような配線側壁とビア側壁との酸化厚の違いを有することは、本願発明による製造プロセスおよび化学組成の異なるＳｉＯＣＨ膜を直接積層した層間絶縁膜構造を用いた証となる。
この後、第１０Ｉ図に示すように、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２１２が形成される。さらにＣｕキャップ膜としてシリコン炭窒化膜を例えばＣＶＤ法により成膜する。これを繰り返すことにより、多層配線が形成できる。
本実施例の配線層間低誘電率膜としては、ＭＰＳ膜を示したが、ビア層間低誘電率膜とのカーボン／シリコン比の差が十分確保できるＳｉＯＣＨ膜であれば、特に限定されず、上記と同じ材料が適用できる。望ましくは、ビア層間低誘電率膜のカーボン／シリコン比に対して、配線層間低誘電率膜のカーボン／シリコン比が２倍以上のあることが望ましい。
また、本プラズマ発光をモニタする終点検出方法を適用したデュアルダマシン開口パターン形成の場合、酸素アッシング工程による配線溝側壁の酸化を抑制するため、ＳｉＯＣＨ膜中のＣ／Ｓｉ比が１．５以上であることが望ましい。
一方、本実施例のビア層間低誘電率膜としてＡｕｒｏｒａＴＭ膜を示したが、配線層間低誘電率膜のカーボン／シリコン比に対するビア層間低誘電率膜のカーボン／シリコン比、すなわち｛（Ｃ／Ｓｉ）ビアノ（Ｃ／Ｓｉ）配線｝比が０．５倍以下であることが望ましい。ビア層間低誘電率膜中のＣ／Ｓｉ比が１以下である日本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、特許文献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。実装耐性を考えると、ビア層間低誘電率膜の方が配線層間低誘電率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てき、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けられるが、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・ベンゾクロブテン（ＤＶＳ−ＢＣＢ）のようなシロキサン含有有機膜であってもよい。さらには本実施例では、ＭＰＳ膜をハードマスクをマスクとして加工する例について示したが、ＭＰＳのエッチングをレジスト剥離前に行っても良い。
（第２の実施例）
本発明の第２の実施例では、ｌｏｗ−ｋハードマスクについて説明する。
第１１Ａ図乃至第１１Ｈ図は本発明の第２の実施例にかかわる多層配線構造の製造プロセスを複式的に示す断面図である。第２の実施例は、シリコン酸化膜／Ｂｌａｃｋ  ＤｉａｍｏｎｄＴＭ／ＭＰＳ膜／ＡｕｒｏｒａＴＭ／ＳｉＣＮの絶縁膜構造にビアと配線溝が形成されている、いわゆるデュアルダマシンＣｕ配線の形成にあたり、ビア加工をした後、配線溝用レジストパターン形成し、Ａｒ／Ｎ２／ＣＦ４プラズマにより発光による終点検出を用いながらＭＰＳ膜をエッチングすることにより、面内均一性やパターン依存性が少ない溝加工を行うとともに、ハードマスクを低誘電率化することにより、さらなる実効誘電率の低下を鑑みたものである。
まず、第１１Ａ図に示すように、第１の実施例と同様に下層配線２０１上に銅キャップ膜となるシリコン炭窒化膜２０２、ビア層間低誘電率膜となるＡｕｒｏｒａＴＭ膜２０３、配線層間低誘電率膜となるＭＰＳ膜２０４をこの順にプラズマＣＶＤなどにより成膜する。さらに、第一のハードマスクであるＢｌａｃｋ  ＤｉａｍｏｎｄＴＭ膜３０５、第二のハードマスクであるシリコン酸化膜３０６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３０７、ビア用レジスト３０８をこの順に塗布し、ビアレジストパターン３０８ａ、３０８ｂを形成する。
次に、第１１Ｂ図に示すように、ビアレジストパターン３０８ａ、３０８ｂをマスクとして、反射防止膜３０７、シリコン酸化膜３０６、Ｂｌａｃｋ  ＤｉａｍｏｎｄＴＭ膜３０５、ＭＰＳ膜２０４、ＡｕｒｏｒａＴＭ膜２０３をこの順でエッチングする。
その後、第１１Ｃ図に示すように、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、２０３ｂが形成される。
その後、第１１Ｄ図に示すように、シリコン酸化膜３０６の上に有機膜３０９を塗布し、シリコン酸化膜３１０を、例えばＣＶＤ法によって成膜する。シリコン酸化膜３１０の上に反射防止膜３１１、配線溝用レジスト３１２をこの順に塗布し、配線溝用レジストパターン３１２ａ、３１２ｂを形成する。
第１１Ｅ図に示すように、配線溝用レジストパターン３１２ａ、３１２ｂをマスクとして、反射防止膜３１１、シリコン酸化膜３１０、有機膜３０９、シリコン酸化膜３０６、Ｂｌａｃｋ  ＤｌａｍｏｎｄＴＭ膜３０５をエッチングする。有機膜３０９のエッチングの際に配線溝用レジスト３１２と反射防止膜３１１が消失し、シリコン酸化膜３０６のエッチングの際にシリコン酸化膜３１０が消失するため、第１１Ｅ図に示したエッチング加工後は有機膜３０９が最上層になる形となる。
その後、第１１Ｆ図に示すように、有機膜３０９を例えば酸素プラズマによりアッシングすると、配線溝用パターンが転写された配線溝用ハードマスクパターン３０５ａ、３０５ｂが形成できる。
さらに、第１１Ｇ図に示すように、配線溝用ハードマスクパクーン３０５ａ、３０５ｂをマスクとして、ＭＰＳ膜２０４をＡｒ／Ｎ２／ＣＦ４プラズマを用いてエッチングする。このときの条件としては、平行平板電極のプラズマ源で、電極間距離３５ｍｍ、圧力１０．６Ｐａ（８０ｍＴｏｒｒ）、上部電極パワー１０００Ｗ、バイアスパワー１００Ｗ、Ａｒ／Ｎ２／ＣＦ４／Ｏ２＝３００／１００／２５／６ｓｃｃｍの条件などが挙げられる。ここで重要なのは、単炭素原子フルオロカーボンを用いることと、２０％以上５０％未満の窒素を用いることである。単炭素原子フルオロカーボンを用いることで発光分光による終点検出をしやすくし、窒素を含有させることで下層ＡｕｒｏｒａＴＭ膜との選択比を確保することができるためである。これらの条件を用いると、ＳｉＦ＝４４０ｎｍなどの発光変化を容易に観測可能になるため、終点検出ができ、面内ばらつきやパターンばらつき、ウエハ間、ロット間ばらつきの少ない加工が可能になる。
また、第１１Ｈ図に示すように、このエッチング中にＣｕキャップ膜２０２は消失する。その後、デポジション物を除去するため、Ｏ２を含むクリーニングプラズマを若干照射する。このとき、Ｃ／Ｓｉ＝０．７とシリコンリッチのＡｕｒｏｒａＴＭの側壁２０３’に比べて、Ｃ／Ｓｉ＝２．７とカーボンリッチのＭＰＳ側壁２０４’には薄い酸化層が形成される。配線層間低誘電率膜での酸化改質層が薄いので、実効比誘電率の上昇を抑制できる。このような配線部とビア部での酸化量の違いはデバイスの破断面に対して希フッ酸水溶液にディッピングすることで容易に確認できる。例えば、６％ＨＦ，３０％ＮＨ４Ｆを含む水溶液に３から５秒ディッピングすることで確認できる。逆に、このような配線側壁とビア側壁との酸化厚の違いを有することは、本願発明による製造プロセスおよび化学組成の異なるＳｉＯＣＨ膜を直接積層した層間絶縁膜構造を用いた証となる。
この後、第１１Ｉ図に示すように、バリア・Ｃｕシードスパック、Ｃｕめっきを行い、ＣＭＰによりＣｕ配線３１３が形成される。このとき、シリコン酸化膜を削り取ってしまうことにより、実効誘電率の低下が見込める。さらにＣｕキャップ膜としてシリコン炭窒化膜を例えばＣＶＤ法より成膜する。これを繰り返すことにより、多層配線が形成できる。
本実施例の配線層間低誘電率膜としては、ＭＰＳ膜を示したが、ビア層間低誘電率膜とのカーボン／シリコン比の差が十分確保できるＳｉＯＣＨ膜であれば、特に限定されず、上記と同じ材料が適用できる。望ましくは、ビア層間低誘電率膜のカーボン／シリコン比に対して、配線層間低誘電率膜のカーボン／シリコン比が２倍以上のあることが望ましい。また、本プラズマ発光をモニタする終点検出方法を適用したデュアルダマシン開口パターン形成の場合、酸素アッシング工程による配線溝側壁の酸化を抑制するため、ＳｉＯＣＨ膜中のＣ／Ｓｉ比が１．５以上であることが望ましい。
実施例のビア層間低誘電率膜としてＡｕｒｏｒａＴＭ膜を示したが、例えば、配線層間低誘電率膜のカーボン／シリコン比に対するビア層間低誘電率膜のカーボン／シリコン比、すなわち｛（Ｃ／Ｓｉ）ビア／（Ｃ／Ｓｉ）配線｝比が０．５倍以下であることが望ましく、ビア層間低誘電率膜中のＣ／Ｓｉ比が１以下である日本ＡＳＭ社のＡｕｒｏｒａシリーズ、Ｔｒｉｃｏｎ社のＯｒｉｏｎ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社のＢＤ／ＢＤＩＩ、ノベラズ社の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、特許文献１に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。実装耐性を考えると、ビア層間低誘電率膜の方が配線層間低誘電率膜よりも高い密度を持つ材料を選択するのが好ましい。低誘電率ハードマスクとしても上記の材料のいずれもが使用可能である。ＣＭＰ耐性のある膜であれば、種類を問わない。
本実施例では、Ｃｕキャップ膜としてシリコン炭窯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けられるが、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。
さらには本実施例では、ＭＰＳ膜をハードマスクをマスクとして加工する例について示したが、ＭＰＳのエッチングをレジスト剥離前に行っても良い。
（第３の実施例）
第３の実施例では、多層構造について説明する。
第１２図はシリコン基板４０１に素子分離酸化膜４０２で分離されたＭＯＳＦＥＴ４０３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図である。以下に、その構造的特徴を示す。本実施例においても、ＭＰＳのエッチングにはＡｒ／Ｎ２／ＣＦ４の混合ガスプラズマを用いることにより、面内ばらつき、パターン依存性、ウエハ間・ロット間ばらつきの少ない溝加工が可能である。ここては、ビア層間低誘電率膜としてＡｕｒｏｒａＴＭ膜、配線溝用層間膜としてＭＰＳ膜、Ｌｏｗ−ｋハードマスクとしてＢＤＴＭ膜を用いた場合を示したが、日本ＡＳＭ社のＡｕｒｏｒａシリーズ、Ｔｒｉｃｏｎ社のＯｒｉｏｎ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社のＢＤ／ＢＤＩＩ、ノベラズ社の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、特許文献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。ＭＯＳＦＥＴ４０３上には、Ｗコンククトプラグ４０４を持つシリコン酸化膜４０５が形成されており、前記シリコン酸化膜４０５上に第１層目銅配線４０６に対応する配線溝のエッチストップ膜として３０ｎｍ厚のシリコン炭窒素化膜４１３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４１４とそのハードマスクとして３０ｎｍ厚のＢＤ膜４１５が形成されている。第１層目の銀配線は、かかるＢＤ膜４１５／ＭＰＳ膜４１４／シリコン炭窒化膜４１３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４２０で覆われたＣｕ膜４２１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４０６は、Ｗコンククトプラグ４０４に接続されている。第１層目のＣｕ配線４０６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４１６が形成されている。さらに、１５０ｎｍ厚のＡｕｒｏｒａＴＭ膜４１７とが形成されている。ＡｕｒｏｒａＴＭ膜４１７はＣＭＰ等によって平坦化されていても良い。さらに、このＡｕｒｏｒａＴＭ膜４１７上には１３０ｎｍ厚のＭＰＳ膜４１８とそのハードマスクとして３０ｎｍ厚のＢＤ膜４１９が形成されている。この積層構造絶縁膜に対して、ＢＤ膜４１９／ＭＰＳ膜４１８を貫く配線溝にＣｕ膜の埋め込まれた第２のＣｕ配線４０８が形成されている。この第２の銅配線４０８の底部より、ＡｕｒｏｒａＴＭ膜４１７とシリコン炭窒化膜４１６を貫く第１のＣｕビアプラグ４０７が形成されており、第１層目のＣｕ配線４０６に接続されている。
酸素プラズマクリーニング工程によりＡｕｒｏｒａＴＭ膜４１７側壁には酸化改質層４２２が存在し、ＭＰＳ膜４１８側壁には、４２２より薄い酸化改質層４２３が存在する。このような配線部とビア部での酸化量の違いはデバイスの破断面に対して希フッ酸水溶液にディッピングすることで容易に確認できる。例えば、６％ＨＦ，３０％ＮＨ４Ｆを含む水溶液に３から５秒ディッピングすることで確認できる。逆に、このような配線側壁とビア側壁との酸化厚の違いを有することは、本願発明による製造プロセスおよび化学組成の異なるＳｉＯＣＨ膜を直接積層した層間絶縁膜構造を用いた証となる。第３層のＣｕ配線層４１０、第３層と第２層を繋ぐＣｕビアプラグ４０９に対しても、第二配線層４０８、ビアプラグ４０７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】
【０００９】
以上の説明の通り、本発明の多層配線製造方法と多層配線構造と多層配線製造装置は、半導体装置及び電子装置やその製造に適用される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【図１０Ｈ】
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【図１０Ｉ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１１Ｇ】
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【図１１Ｈ】
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【図１１Ｉ】
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【図１２】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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