(57)【要約】【課題】有機絶縁膜のようなシリコンを含有しない絶縁膜が露出する溝パターン内にも、自己整合的に形成された絶縁性のバリア層を介して埋め込み銅配線を形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】第１Ｃｕ配線４が埋め込み形成された層間絶縁膜２を基板の表面層とし、当該基板上にＳｉＣＮ膜５、ＳｉＯＣ膜６、ＰＡＥ膜８、およびＳｉＯＣ膜８をこの順に成膜してなる層間絶縁膜を成膜する。この層間絶縁膜に溝パターンとして配線溝Ａと接続孔Ｂとを形成する。次に、少なくとも配線溝Ａと接続孔Ｂの側壁を覆う状態でシリコン含有膜１１を形成する。シリコン含有膜１１を介してＣｕＭｎ膜１２を成膜し、配線溝Ａおよび接続孔Ｂ内を埋め込む状態で、Ｃｕ膜１３を成膜する。その後、熱処理を行うことにより、層間絶縁膜中の酸素とシリコン含有膜１１中のシリコンとＣｕＭｎ膜１３中のマンガンとを結合させたマンガンシリケートからなるバリア層１４を、層間絶縁膜とＣｕ膜１３との界面に形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に層間絶縁膜を成膜する工程と、
前記層間絶縁膜に溝パターンを形成する工程と、
少なくとも前記溝パターンの側壁を覆う状態でシリコン含有膜を形成する工程と、
前記シリコン含有膜を介して前記溝パターンの内壁を覆う状態で、前記層間絶縁膜上にマンガン含有銅膜を成膜する工程と、
前記マンガン含有銅膜を介して前記溝パターン内を埋め込む状態で、前記層間絶縁膜上に銅膜を成膜する工程と、
熱処理を行うことにより、前記層間絶縁膜中の酸素と前記シリコン含有膜中のシリコンと前記マンガン含有銅膜中のマンガンとを結合させたマンガンシリケートからなるバリア層を、当該層間絶縁膜と前記銅膜との界面に形成する工程とを行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記溝パターンを形成する工程では、当該溝パターンの底面に導電性パターンを露出させ、
前記シリコン含有膜を形成する工程では、前記溝パターンの内壁を覆う状態で前記絶縁膜上に当該シリコン含有膜を成膜し、次に当該溝パターンの側壁に当該シリコン含有絶縁膜を残す状態で当該溝パターンの底面における当該シリコン含有膜を除去して前記導電性パターンを露出させる
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記溝パターンを形成する工程では、当該溝パターンの底面に金属材料からなる導電性パターンを露出させ、
前記シリコン含有膜を形成する工程では、シリコンを含有する成膜ガスの供給により当該シリコン含有膜としてシリコン層を成膜すると共に前記導電性パターンの露出面に金属シリサイド層を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記層間絶縁膜を成膜する工程では、少なくとも最下層にシリコンを含有する材料層を備えた層間絶縁膜を成膜し、
前記溝パターンを形成する工程では、前記最下層の層間絶縁膜部分をエッチングして当該溝パターンの底面に導電性パターンを露出させる際、エッチング生成物を当該溝パターンの底面を除く内壁に付着させて前記シリコン含有膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記層間絶縁膜は、有機材料層を備えた
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、特には銅埋め込み配線構造を備えた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅（Ｃｕ）配線は、アルミニウム（Ａｌ）系合金配線より低抵抗・低容量・高信頼性を与えることから、配線の寄生抵抗・寄生容量による回路遅延が支配的になる微細素子において重要性を増してきた。一般にＣｕは、Ａｌ系合金配線と異なり、ドライエッチングが容易ではない。このため、Ｃｕ配線の形成には、ダマシンプロセスが広く受け入れられている。ダマシンプロセスとは、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）などからなる層間絶縁膜に予め所定の溝を形成し、その溝を埋め込むように配線材料層を成膜し、その後余剰配線材料を化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）法などにより除去することにより形成される埋め込み配線の形成プロセスである。さらに配線溝および配線溝の底部に開口する接続孔に、一括して配線材料を埋め込み、余剰配線材料を除去するデュアルダマシンプロセスも、工程数・コストの削減に有効である。
【０００３】
しかしながら、ＬＳＩの設計ルールの微細化にともない、上述したようなＣｕを用いた埋め込みＣｕ配線においては、Ｃｕの層間絶縁膜中への拡散防止用に設けられたバリアメタル層の占める割合の増加等の影響により配線抵抗の急激な上昇が発生し、その結果としてデバイスの速度低下を招くことが問題となっている。また、従来技術においてバリアメタル層として使用されているタンタル（Ｔａ）系の材料膜は、スパッタ法によって成膜されるため、配線溝や接続孔の開口上部でオーバーハング形状になる。このため、ＬＳＩ設計ルールの微細化にともない、配線材料層を成膜する際に、配線溝および接続孔の内部にボイドが形成され易くなると言った問題点も発生する。
【０００４】
このようなバリアメタル層のオーバーハング形状を解決する方法として、マンガン含有銅（ＣｕＭｎ）膜を用いて、自己形成的にＣｕのバリア層を形成する方法が提案されている（例えば、下記非特許文献1参照）。
【０００５】
以下、このようなバリア絶縁膜の形成方法を、デュアルダマシンプロセスに対して適用した半導体装置の製造方法を説明する。先ず、図８（１）を参照し、ＭＯＳトランジスタやその他の半導体素子を形成した半導体基板を覆う下地絶縁膜１０１上に、層間絶縁膜１０２が成膜され、この層間絶縁膜１０２に形成された配線溝１０２ａ内にバリア層１０３を介して第１Ｃｕ配線１０４が埋め込み形成された状態となっている。
【０００６】
このような状態で、第１Ｃｕ配線１０４および層間絶縁膜１０２上を覆うように、Ｃｕの拡散防止・酸化防止層として例えば炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ)膜１０５を成膜し、この上部に炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜１０６を成膜する。次に、リソグラフィー法によって形成したレジストパターンをマスクにした反応性イオンエッチングにより、ＳｉＯＣ膜１０６の表面層に配線溝１０６ａを形成し、さらに配線溝１０６ａの底部から第１Ｃｕ配線１０４に達する接続孔１０６ｂを形成する。
【０００７】
次に、図８（２）に示すように、配線溝１０６ａおよび接続孔１０６ｂの内壁を覆う状態で、Ｃｕを電気めっき法で成膜するためのシード層となるマンガン含有銅（ＣｕＭｎ）膜１０７をスパッタリング法にて成膜する。次いで、図８（３）に示すように、ＣｕＭｎ膜１０７をシード層とした電気めっき法によって、配線材料のＣｕ膜１０８を成膜する。
【０００８】
その後、２００℃以上のアニール処理を行うことにより、ＣｕＭｎ膜１０７中のＭｎを、ＳｉＣＮ膜１０５およびＳｉＯＣ膜１０６中のＳｉと結合させる。これにより、図９（４）に示すように、Ｃｕ膜１０８とＳｉＣＮ膜１０５およびＳｉＯＣ膜１０６との間に、Ｃｕに対してバリア性の高いマンガンシリケート（ＭｎＳｉｘＯｙ）からなる絶縁性のバリア層１０９を自己整合的に形成する。この際、接続孔１０６ａの底部のＣｕＭｎ膜（１０７）の構成成分は、接続孔の界面及びＣｕ膜１０８の表面に偏析するため、この部分に絶縁性のバリア層１０９が形成されることはない。
【０００９】
続けて、図９（５）に示すように、Ｃｕ膜１０８の表面側からのＣＭＰ法により、ＳｉＯＣ膜１０６上のＣｕ膜１０８およびバリア層１０９を除去し、配線溝１０６ａおよび接続孔１０６ｂ内に残したＣｕ膜１０８からなる第２Ｃｕ配線１０８ａを得る。その後は、第２Ｃｕ配線１０８ａ上を覆う状態で、ＳｉＣＮ膜１１０を成膜し、ＭｎＳｉｘＯｙからなる絶縁性のバリア層１０９を自己整合的に形成してなる多層配線構造を得る。
【００１０】
上記の方法にて形成された多層配線構造においては、タンタル（Ｔａ）のような導電性のバリアメタル層を、ＭｎＳｉｘＯｙのような絶縁膜のバリア層１０９に置き換えたことにより、埋め込み配線に占めるＣｕ配線の割合を増加させて配線抵抗の低減を図ることができる。また、接続孔１０６ｂの底部では、第１Ｃｕ配線１０４に対して上層の第２Ｃｕ配線１０８ａが直接接続される構成となる。このため、この部分にＴａなどのバリアメタル層が存在する構成と比較して、エレクトロマイグレーション寿命の向上が期待される。
【００１１】
【非特許文献１】T.Usui, H.Nasu, J.Koike, M.Wada, S.Takahashi, N.Shimizu, T.Nishikawa, M.Yoshimura and H.Shibata著  「Low Resistive and Highly Reliable Cu Dual-Damascene Interconnect Technology Using Self-Formed MnSixOy Barrier Layer」International Interconnect Technology Conference 2005年 p.188-190
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、設計ルールの微細化が進んだ半導体装置においては、配線容量の増大が半導体装置の動作速度の低下を招くために、層間絶縁膜を低誘電率化することによる配線容量の増大の抑制が不可欠となっている。そこで近年においては、ポリアリールエーテル（ＰＡＥ）に代表される有機絶縁膜や多孔質絶縁膜などを層間絶縁膜として用いることが試みられている。
【００１３】
しかしながら、上述したようなマンガンシリケート（ＭｎＳｉｘＯｙ）からなるバリア層の自己整合的な形成には、バリア層の形成部分にマンガン（Ｍｎ）、シリコン（Ｓｉ）、および酸素（Ｏ）が存在することが必須である。このため、例えば図１０に示すように、層間絶縁膜の一部がポリアリールエーテル（ＰＡＥ）のようなシリコンを含まない有機絶縁膜１１１で構成されていて、この有機絶縁膜１１１が配線溝１０６ａや接続孔１０６ｂの内壁に露出されている場合、有機絶縁膜１１１の露出面においてはシリコン（Ｓｉ）の供給がないために、シード層として形成したＣｕＭｎ膜１０７がそのまま残され、マンガンシリケート（ＭｎＳｉｘＯｙ）からなるバリア層１０９を形成することができない。
【００１４】
そこで本発明は、有機絶縁膜のようなシリコンを含有しない絶縁膜が露出する溝パターン内にも、自己整合的に形成された絶縁性のバリア層を介して埋め込み銅配線を形成することが可能な半導体装置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】
【００１５】
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、以下の手順を行うことを特徴としている。先ず、基板上に層間絶縁膜を成膜し、この層間絶縁膜に溝パターンを形成した後、少なくとも溝パターンの側壁を覆う状態でシリコン含有膜を形成する。次に、シリコン含有膜を介して、溝パターンの内壁を覆うマンガン含有銅膜を成膜し、さらにマンガン含有銅膜を介して溝パターン内を埋め込む銅膜を成膜する。その後、熱処理を行うことにより、層間絶縁膜中の酸素、シリコン含有膜中のシリコン、およびマンガン含有銅膜中のマンガンを結合させたマンガンシリケート（ＭｎＳｉxＯy）からなるバリア層を、層間絶縁膜と銅膜との界面に形成する。
【００１６】
このような製造方法によれば、層間絶縁膜に設けた溝パターンの側壁にシリコン含有膜を介してマンガン含有銅膜を設けた状態で熱処理が行われるため、層間絶縁膜が有機絶縁膜のようなシリコンを含有しない層を備えていても、層間絶縁膜の側壁全体にマンガンシリケート（ＭｎＳｉxＯy）からなる絶縁性のバリア層が成膜される。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明の半導体装置の製造方法によれば、シリコンを含有しない有機絶縁膜が露出する溝パターン内にも自己整合的にマンガンシリケート（ＭｎＳｉxＯy）膜からなるバリア層を形成することができ、このような絶縁性のバリア層を介して埋め込み銅配線を形成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
＜第１実施形態＞
図１〜図３は、本発明の第１実施形態を説明する断面工程図である。以下これらの図に基づいて、第１実施形態の製造方法の詳細を説明する。
【００２０】
先ず、図１（１）に示すように、ＭＯＳトランジスタやその他の半導体素子を形成した半導体基板を覆う下地絶縁膜１上に、層間絶縁膜として例えば炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜２を成膜し、このＳｉＯＣ膜２に配線溝２ａを形成した後、配線溝２ａ内にバリア層３を介して第１Ｃｕ配線４を埋め込み形成する。ここでは第１Ｃｕ配線４の高さが１５０ｎｍとなるよう形成されていることとする。
【００２１】
次に、第１Ｃｕ配線４およびＳｉＯＣ膜２上を覆うように、Ｃｕの拡散防止・酸化防止用の層間絶縁膜として例えば炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ)膜５を３５ｎｍの膜厚で成膜する。このＳｉＣＮ膜５は、例えば平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用い、メチルシラン［ＳｉＨ3（ＣＨ3）］をシリコン源として、成膜雰囲気圧力を５５０Ｐａ、プラズマパワーを２００Ｗとして成膜する。
【００２２】
次いで、ＳｉＣＮ膜５上に、接続孔用の層間絶縁膜として、例えば炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ)膜６を３００ｎｍの膜厚で成膜する。このＳｉＯＣ膜６は、例えば平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い、メチルシランをシリコン源として成膜する。
【００２３】
その後さらに、ＳｉＯＣ膜６上に、配線溝用の層間絶縁膜として、例えば有機絶縁性材料であるポリアリルエーテル（ＰＡＥ）膜７を１４０ｎｍの膜厚で成膜し、さらに炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ)膜８を８０ｎｍの膜厚で成膜する。ＰＡＥ膜７は、しかるべき前駆体をスピンコート法により塗布した後、３５０℃，３０分のキュア処理を行うことにより成膜する。一方、ＳｉＯＣ膜８は、上述と同様に例えば平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い、メチルシランをシリコン源として成膜する。
【００２４】
以上の後、ＳｉＯＣ膜８およびその下層のＰＡＥ膜７に溝パターンとして配線溝Ａを形成する。また、この配線溝Ａの底部のＳｉＯＣ膜６およびその下層のＳｉＣＮ膜５に、溝パターンとして第１Ｃｕ配線４に達する接続孔Ｂを形成する。これにより、無機絶縁膜であるＳｉＯＣ膜６と有機絶縁膜であるＰＡＥ膜７とを積層したハイブリッド層間絶縁膜に、配線溝Ａとその底部の接続孔Ｂとを設けたデュアルダマシン構造を得る。これらの配線溝Ａおよび接続孔Ｂは、一例として特開２００４-６３８５９号公報に開示されている、積層ハードマスクに配線溝を開口後に接続孔を途中開口し、その後ハードマスクを用いて配線溝Ａと接続孔Ｂを完全開口する手法を用いて形成される。
【００２５】
次に、図１（２）に示すように、配線溝Ａおよび接続孔Ｂの内壁を覆う状態で、ＳｉＯＰＣ膜８上にシリコン含有膜１１を成膜する。このシリコン含有膜１１は、例えば炭窒化シリコン(ＳｉＣＮ)からなる膜であり、１０ｎｍの膜厚で成膜する。このようなシリコン含有膜（ＳｉＣＮ）膜１１は、上述したＳｉＣＮ膜５の成膜と同様に、例えば平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用い、メチルシランをシリコン源として、成膜雰囲気圧力を５５０Ｐａ、プラズマパワーを２００Ｗとして成膜する。
【００２６】
尚、ここで成膜するシリコン含有膜１１としては、Ｓｉを有する膜であれば、上述したようなＳｉＣＮからなる膜に限定されることはなく、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）や窒化シリコン(ＳｉＮ)からなる膜であっても良い。
【００２７】
次に、図１（３）に示すように、配線溝Ａおよび接続孔Ｂの側壁にシリコン含有膜１１を残した状態で、接続孔Ｂの底部におけるシリコン含有膜１１を選択的にエッチング除去し、接続孔Ｂの底部に第１Ｃｕ配線４を露出させる。この際、例えばタンタル（Ｔａ）のターゲットが設置された指向性のマグネトロンスパッタリング装置を用い、ベタ膜上においてＴａ成膜とエッチングがプラスマイナスゼロとなるように設定して所定時間の放電処理を施す。このような条件の一例として、基板バイアス１０００Ｗ、ターゲットＤＣパワー５ｋＷに設定し、処理雰囲気アルゴン１００％の０．２ｍｔｏｒｒとする。これにより、配線溝Ａおよび接続孔Ｂの側壁および配線溝Ａの上部と比較して、アスペクト比が高い接続孔Ｂの底部でバイアスエッチングの成分を大きくし、接続孔Ｂの底部におけるシリコン含有膜１１部分を選択的にエッチング除去する。そして、配線溝Ａおよび接続孔Ｂの側壁および配線溝Ａの上部にシリコン含有膜１１を残す。
【００２８】
尚、本工程におけるシリコン含有膜１１のエッチングでは、配線溝Ａの底部を構成するＳｉＯＣ膜６上およびＳｉＯＣ膜８の上部にシリコン含有膜１１が残らなくても良い。このため、本工程のエッチングは、配線溝Ａおよび接続孔Ｂの側壁に、シリコン含有膜１１からなるサイドウォールが形成されるように行っても良い。ただし、配線溝Ａの底部や配線溝Ａの最上部を構成する層間絶縁膜が、ＰＡＥのようなシリコンを含有しない絶縁膜で構成されている場合には、接続孔Ｂの底部のシリコン含有膜１１分部のみがエッチング除去されるように、指向性を強めたエッチング条件でシリコン含有膜１１をエッチングすることが重要である。
【００２９】
以上の後、必要に応じてしかるべき脱ガス処理を行う。
【００３０】
その後、図２（４）に示すように、配線溝Ａおよび接続孔Ｂの内壁を覆う状態で、シリコン含有膜１１上にマンガン含有銅（ＣｕＭｎ）膜１２を成膜する。このＣｕＭｎ膜１２は、配線溝Ａおよび接続孔Ｂ部分にカバレッジ良く成膜される必要があり、好ましくは自己放電イオン化スパッタリング法あるいは遠距離スパッタリング法などの指向性スパッタリング法による成膜が好ましく適用される。このため、例えばここでは、Ｍｎを５％含むＣｕターゲットを用いた指向性スパッタリング法にて、６０ｎｍの膜厚でＣｕＭｎ膜１２を成膜する。
【００３１】
次に、図２（５）に示すように、配線溝Ａおよび接続孔Ｂを埋め込むように、電気メッキ法、スパッタリング法、あるいはＣＶＤ法にて配線材料の銅（Ｃｕ）膜１３を成膜する。電気めっき法によってＣｕ膜１３を成膜する場合には、ＣｕＭｎ膜１２をシード層とした電気めっきを行う。
【００３２】
以上の後、図２（６）に示すように、自己整合的なバリア層１４の形成を行う。ここでは、窒素（Ｎ２）１００％の雰囲気中にて３００℃のアニール処理を行い、図２（５）に示したＣｕＭｎ膜１２中のＭｎと、シリコン含有膜１１中のＳｉと、ＳｉＯＣ膜６，８およびＰＡＥ膜７中のＯとを結合させる。これにより、Ｃｕに対してバリア性の高いマンガンシリケート（ＭｎＳｉｘＯｙ）からなる絶縁性のバリア層１４を自己整合的に形成する。このようなマンガンシリケート（ＭｎＳｉｘＯｙ）形成のメカニズムは、例えば、第６５回応用物理学会予稿集ｐ．７１１,「銅配線における自己拡散バリア層形成のための新規合金元素」で開示されている。
【００３３】
尚、接続孔Ｂの底部のＣｕＭｎ膜１２は、接続孔の界面及びＣｕ膜１３の表面に偏析する、この部分にバリア層１４が形成されることはない。また、Ｏを含有しないＳｉＣＮ膜５の側壁にも、上層のＳｉＯＣ膜６からの酸素の供給によってバリア層１４が形成される。
【００３４】
以上の後には、図３に示すように、Ｃｕ膜１３の表面側からのＣＭＰ法により、ＳｉＯＣ膜８上のＣｕ膜１３およびマンガンシリケート（ＭｎＳｉｘＯｙ）からなるバリア層１４を除去し、配線溝Ａおよび接続孔Ｂ内に残したＣｕ膜１３からなる第２Ｃｕ配線１３ａを得る。その後は、第２Ｃｕ配線１３ａ上を覆う状態で、ＳｉＣＮ１５を成膜し、マンガンシリケート（ＭｎＳｉｘＯｙ）からなる絶縁性のバリア層１４を自己整合的に形成してなる多層配線構造の半導体装置を得る。
【００３５】
以上説明した第１実施形態の製造方法では、図２（５）に示したように、配線溝Ａおよび接続孔Ｂの側壁にシリコン含有膜１１を介してＣｕＭｎ膜１２およびＣｕ膜１３を設けた状態で熱処理が行われるため、ＰＡＥ膜７のようなシリコンを含有しない層を用いて層間絶縁膜が構成された場合であっても、層間絶縁膜の側壁全体にマンガンシリケート（ＭｎＳｉxＯy）からなる絶縁性のバリア層１４を自己整合的に形成することができる。
【００３６】
この結果、層間絶縁膜に有機絶縁膜を用いた多層配線についても、自己整合的に形成された絶縁性のバリア層を備えたことにより、配線抵抗の低減を図ることが可能になる。
【００３７】
またさらに、接続孔Ｂの底部におけるシリコン含有膜１１を選択的に除去して第１Ｃｕ配線４を露出させ、その後ＣｕＭｎ膜１２およびＣｕ膜１３を設けた状態で熱処理を行うため、第１Ｃｕ配線４と第２Ｃｕ配線１３ａとの間にはバリア層１４が設けられることはない。このため、第１Ｃｕ配線４と第２Ｃｕ配線１４との間にバリアメタル層が存在する従来構成と比較して、エレクトロマイグレーション寿命を向上させて信頼性の高い半導体装置を得ることが可能になる。
【００３８】
尚、上述した第１実施形態においては、無機絶縁膜であるＳｉＯＣ膜６と有機絶縁膜であるＰＡＥ膜７とを積層したハイブリッド層間絶縁膜に、配線溝Ａとその底部の接続孔Ｂとを設けたデュアルダマシン構造に対して本発明を適用した製造方法を説明した。しかしながら、本第１実施形態の方法は、配線溝Ａおよび接続孔Ｂともに有機絶縁膜を適用した、いわゆるホモジーニアスのデュアルダマシン構造に対しても適用することが可能であり、同様の効果を得ることができる。
【００３９】
＜第２実施形態＞
図４〜図５は、本発明の第２実施形態を説明する断面工程図である。以下これらの図に基づいて、第２実施形態の製造方法の詳細を説明する。
【００４０】
先ず、図４（１）に示す工程を、第１実施形態において図１（１）を用いて説明したと同様に行う。これにより、下地絶縁膜１上のＳｉＯＣ膜２に第１Ｃｕ配線４を埋め込み形成し、さらにＳｉＣＮ膜５、ＳｉＯＣ膜６、ＰＡＥ膜７、ＳｉＯＣ膜８をこの順に成膜すると共に、ＳｉＯＣ膜８およびその下層のＰＡＥ膜７に配線溝Ａを形成し、配線溝Ａの底部のＳｉＯＣ膜６およびその下層のＳｉＣＮ膜５に第１Ｃｕ配線４に達する接続孔Ｂを形成する。そして、無機絶縁膜であるＳｉＯＣ膜６と有機絶縁膜であるＰＡＥ膜７とを積層したハイブリッド層間絶縁膜に、配線溝Ａとその底部の接続孔Ｂとを設けたデュアルダマシン構造を得る。
【００４１】
次に、図４（２）に示すように、配線溝Ａおよび接続孔Ｂの内壁を覆う状態で、ＳｉＯＰＣ膜８上にシリコン含有膜２１を形成する。ここでは、シリコンを含有する成膜ガスの供給により、シリコン層２１ａを成膜すると共に、第１Ｃｕ配線４の露出面にＣｕシリサイド層２１ｂを形成する。
【００４２】
この場合、シリコンを含有する成膜ガスとした、例えばシラン（ＳｉＨ4）を用い、成膜雰囲気内圧力０．１Ｔｏｒｒ、成膜温度４００℃に５分間曝する。これにより、層間絶縁膜の露出面にはシリコン（Ｓｉ）が堆積してシリコン層２１ａが成膜され、第１Ｃｕ配線４の露出面にはＣｕシリサイド（ＣｕＳｉ）層２１ｂが成膜される。
【００４３】
尚、シリコンを含有する成膜ガスとしては、シラン（ＳｉＨ4）の他に、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、トリシラン（Ｓｉ3Ｈ8）を用いても良い。また、成膜温度も、半導体装置を製造するプロセスが許す限り高温にしても問題ない。ただし、成膜温度は、Ｃｕシリサイド膜を確実に形成するために３５０℃以上に設定するのが望ましく、一方、Ｃｕ配線の信頼性劣化を招かないために４５０℃以下にするのが望ましい。
【００４４】
以上の後、必要に応じてしかるべき脱ガス処理を行う。
【００４５】
その後、図４（３）に示すように、配線溝Ａおよび接続孔Ｂの内壁を覆う状態で、シリコン層２１ａおよびＣｕシリサイド層２１ｂからなるシリコン含有膜２１上に、ＣｕＭｎ膜１２を成膜する。このＣｕＭｎ膜１２の成膜は、第１実施形態において図２（４）を用いて説明したと同様に行われ、６０ｎｍの膜厚で成膜される。
【００４６】
次に、図５（４）に示すように、配線溝Ａおよび接続孔Ｂを埋め込むように、電気メッキ法、スパッタリング法、あるいはＣＶＤ法にて配線材料のＣｕ膜１３を成膜する。電気めっき法によってＣｕ膜１３を成膜する場合には、ＣｕＭｎ膜１２をシード層とした電気めっきを行う。
【００４７】
その後、図５（５）に示すように、自己整合的なバリア層１４の形成を行う。ここでは、第１実施形態において図２（６）を用いて説明したと同様に、窒素（Ｎ２）１００％の雰囲気中にて３００℃のアニール処理を行うことにより、Ｃｕに対してバリア性の高いマンガンシリケート（ＭｎＳｉｘＯｙ）からなる絶縁性のバリア層１４を自己整合的に形成する。
【００４８】
尚、接続孔Ｂの底部のＣｕＭｎ膜（１２）は接続孔の界面及びＣｕ膜１３の表面に偏析するため、この部分にバリア層１４が形成されることはなく、接続孔Ｂの底部にはＣｕシリサイド層２１ｂのみが残される。また、酸素（Ｏ）を含有しないＳｉＣＮ膜５の側壁にも、上層の炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ)膜６からの酸素の供給によってバリア層１４が形成されることは、第１実施形態と同様である。
【００４９】
以上の後には、図５（６）に示すように、Ｃｕ膜１３の表面側からのＣＭＰ法により、ＳｉＯＣ膜８上のＣｕ膜１３およびバリア層１４を除去し、配線溝Ａおよび接続孔Ｂ内に残したＣｕ膜１３からなる第２Ｃｕ配線１３ａを得る。その後は、第２Ｃｕ配線１３ａ上を覆う状態で、ＳｉＣＮ１５を成膜し、マンガンシリケート（ＭｎＳｉｘＯｙ）からなる絶縁性のバリア層１４を自己整合的に形成してなる多層配線構造の半導体装置を得る。
【００５０】
以上説明した第２実施形態の製造方法では、図５（４）に示したように、配線溝Ａおよび接続孔Ｂの側壁にシリコン含有膜２１を介してＣｕＭｎ膜１２およびＣｕ膜１３を設けた状態で熱処理が行われる。このため第１実施形態と同様に、ＰＡＥ膜７のようなシリコンを含有しない層を用いて層間絶縁膜が構成された場合であっても、層間絶縁膜の側壁全体にマンガンシリケート（ＭｎＳｉxＯy）からなる絶縁性のバリア層１４を自己整合的に形成することができる。
【００５１】
この結果、層間絶縁膜に有機絶縁膜を用いた多層配線についても、自己整合的に形成された絶縁性のバリア層を備えたことにより、配線抵抗の低減を図ることが可能になる。
【００５２】
またさらに、接続孔Ｂの底部には、シリコン含有膜２１の一部として選択的にＣｕシリサイド層２１ｂが形成される。
【００５３】
尚、上述した第２実施形態においては、無機絶縁膜であるＳｉＯＣ膜６と有機絶縁膜であるＰＡＥ膜７とを積層したハイブリッド層間絶縁膜に、配線溝Ａとその底部の接続孔Ｂとを設けたデュアルダマシン構造に対して本発明を適用した製造方法を説明した。しかしながら、本第２実施形態の方法は、配線溝Ａおよび接続孔Ｂともに有機絶縁膜を適用した、いわゆるホモジーニアスのデュアルダマシン構造に対しても適用することが可能であり、同様の効果を得ることができることは、第１実施形態と同様である。
【００５４】
＜第３実施形態＞
図６〜図７は、本発明の第３実施形態を説明する断面工程図である。以下これらの図に基づいて、第３実施形態の製造方法の詳細を説明する。
【００５５】
先ず、図６（１）に示すように、第１実施形態において図１（１）を用いて説明したと同様に、下地絶縁膜１上のＳｉＯＣ膜２に第１Ｃｕ配線４を埋め込み形成し、さらにＣｕの拡散防止・酸化防止層として例えばＳｉＣＮ膜５を成膜するまでを行う。
【００５６】
次いで、ＳｉＣＮ膜５上に、接続孔用の層間絶縁膜として、ＰＡＥからなる多孔質有機膜３１を１５０ｎｍの膜厚で成膜する。次いで、多孔質有機膜３１上に、中間エッチングストッパー用の層間絶縁膜としてＳｉＣＮ膜３２を３５ｎｍの膜厚で成膜し、さらに配線溝用の層間絶縁膜としてＰＡＥからなる多孔質有機膜３３を８０ｎｍの膜厚で成膜する。そして最後に、第１ハードマスク用の層間絶縁膜として例えばＳｉＯＣ膜３４を１４０ｎｍの膜厚で成膜する。
【００５７】
多孔質有機膜３１,３３は、しかるべき前駆体をスピンコート法により塗布した後、３５０℃，６０分のキュア処理を行うことにより形成する。また、ＳｉＣＮ膜３２は、第１実施形態で説明したＳｉＣＮ膜の成膜と同様に、例えば平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用い、メチルシランをシリコン源として、成膜雰囲気圧力を５５０Ｐａ、プラズマパワーを２００Ｗとして成膜する。さらにＳｉＯＣ膜３４は、第１実施形態で説明したＳｉＯＣ膜の成膜と同様に、例えば平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い、メチルシランをシリコン源として成膜する。
【００５８】
以上の後、ＳｉＯＣ膜３４およびその下層の多孔質有機膜３３に、溝パターンとして配線溝Ａを形成する。また、この配線溝Ａの底部のＳｉＣＮ膜３２およびその下層の多孔質有機膜３１に、溝パターンとしてＳｉＣＮ膜５に達する接続孔Ｂを形成する。この際、配線溝Ａおよび接続孔Ｂ共に、ＳｉＣＮ膜５，３２をエッチングストッパとして底部に露出させておく。
【００５９】
次に、図６（２）に示すように、接続孔Ｂの底部のＳｉＣＮ膜５をエッチング除去して第１Ｃｕ配線４を露出させる。この際、例えば一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を用い、エッチングガスとしてジフルオルメタン（ＣＨ2Ｆ2）、酸素（Ｏ2）、アルゴン(Ａｒ)を用い、ガス流量比を（ＣＨ2Ｆ2：Ｏ2：Ａｒ)＝２：１：５とし、バイアスパワーを２００Ｗに設定することにより、接続孔Ｂの底部におけるＳｉＣＮ膜５をエッチングしつつ、配線溝Ａおよび接続孔Ｂの側壁部分にＳｉ系のエッチング生成物を再付着させたシリコン含有膜３５を形成する。
【００６０】
また、このエッチングにおいては、配線溝Ａの底部のＳｉＣＮ膜３２もエッチング除去されるが、エッチングの指向性を高めることにより接続孔Ｂの底部でエッチングが進み、接続孔Ｂ底部のエッチングによって生成されたエッチング生成物が、これよりもアスペクト比の低い配線溝Ａの底部に再付着する。これにより、配線溝Ａの底部においても、多孔質有機膜３１がシリコン含有膜３５で覆われた状態となる。
【００６１】
また、このエッチング工程においては、接続孔Ｂの底部のＳｉＣＮ膜５が除去されて第１Ｃｕ配線４が露出されれば、配線溝Ａの底部にＳｉＣＮ膜３２が残っても良い。そして、配線溝Ａの底部にＳｉＣＮ膜３２が残された場合には、このＳｉＣＮ膜３２上にシリコン含有膜３５が成膜されても良く、成膜されなくても良い。
【００６２】
尚、これらの配線溝Ａおよび接続孔Ｂは、例えば特開２０００-１５０５１９号公報に開示されている、積層ハードマスクに接続孔を開口後に第１のハードマスクを用いて配線溝を開口する手法を用いて形成される。そして、接続孔Ｂの底部のＳｉＣＮ膜５のエッチングにおいてのエッチング条件のみを、上述したように設定することで、配線溝Ａおよび接続孔Ｂの側壁部分にＳｉ系のエッチング生成物を付着させてシリコン含有膜３５を成膜する。
【００６３】
以上の後、必要に応じてしかるべき脱ガス処理を行う。
【００６４】
その後、図６（３）に示すように、シリコン含有膜３５を介して配線溝Ａおよび接続孔Ｂの内壁を覆う状態で、ＣｕＭｎ膜１２を成膜する。このＣｕＭｎ膜１２の成膜は、第１実施形態において図２（４）を用いて説明したと同様に行われ、６０ｎｍの膜厚で成膜される。
【００６５】
次に、図７（４）に示すように、配線溝Ａおよび接続孔Ｂを埋め込むように、電気メッキ法、スパッタリング法、あるいはＣＶＤ法にて配線材料のＣｕ膜１３を成膜する。電気めっき法によってＣｕ膜１３を成膜する場合には、ＣｕＭｎ膜１２をシード層とした電気めっきを行う。
【００６６】
その後、図７（５）に示すように、自己整合的なバリア層１４の形成を行う。ここでは、第１実施形態において図２（６）を用いて説明したと同様に、窒素（Ｎ２）１００％の雰囲気中にて３００℃のアニール処理を行うことにより、銅（Ｃｕ）に対してバリア性の高いマンガンシリケート（ＭｎＳｉｘＯｙ）からなる絶縁性のバリア層１４を自己整合的に形成する。
【００６７】
尚、接続孔Ｂの底部のＣｕＭｎ膜１２は接続孔の界面及びＣｕ膜１３の表面に偏析するため、この部分にバリア層１４が形成されることはない。また、酸素（Ｏ）を含有しないＳｉＣＮ膜５，３２の側壁にも、ＰＡＥからなる多孔質有機膜３１，３３からの酸素の供給によってバリア層１４が形成されることは、第１実施形態と同様である。
【００６８】
以上の後には、図７（６）に示すように、Ｃｕ膜１３の表面側からのＣＭＰ法により、ＳｉＯＣ膜３４上のＣｕ膜１３およびバリア層１４を除去し、配線溝Ａおよび接続孔Ｂ内に残したＣｕ膜１３からなる第２Ｃｕ配線１３ａを得る。その後は、第２Ｃｕ配線１３ａ上を覆う状態で、ＳｉＣＮ１５を成膜し、マンガンシリケート（ＭｎＳｉｘＯｙ）からなる絶縁性のバリア層１４を自己整合的に形成してなる多層配線構造の半導体装置を得る。
【００６９】
以上説明した第３実施形態の製造方法では、図７（４）に示したように、配線溝Ａおよび接続孔Ｂの側壁にシリコン含有膜３５を介してＣｕＭｎ膜１２およびＣｕ膜１３を設けた状態で熱処理が行われる。このため第１実施形態と同様に、ＰＡＥからなる多孔質有機膜３１，３３のようなシリコンを含有しない層を用いて層間絶縁膜が構成された場合であっても、層間絶縁膜の側壁全体にマンガンシリケート（ＭｎＳｉxＯy）からなる絶縁性のバリア層１４を自己整合的に形成することができる。
【００７０】
この結果、層間絶縁膜に有機絶縁膜を用いた多層配線についても、自己整合的に形成された絶縁性のバリア層を備えたことにより、配線抵抗の低減を図ることが可能になる。
【００７１】
またさらに、接続孔Ｂの底部にはシリコン含有膜３５が成膜されずに第１Ｃｕ配線４を露出させた構成であるため、第１Ｃｕ配線４と第２Ｃｕ配線１３ａとの間にはバリア層１４が設けられることはない。このため、第１実施形態と同様に第１Ｃｕ配線４と第２Ｃｕ配線１４との間にバリアメタル層が存在する従来構成と比較して、エレクトロマイグレーション寿命を向上させて信頼性の高い半導体装置を得ることが可能になる。
【００７２】
尚、上述した第３実施形態においては、多孔質有機膜３１，３３を積層したホモジーニアスの層間絶縁膜に、配線溝Ａとその底部の接続孔Ｂとを設けたデュアルダマシン構造に対して本発明を適用した製造方法を説明した。しかしながら、本第３実施形態の方法は、いわゆるハイブリッドの層間絶縁膜を用いたデュアルダマシン構造に対しても適用することが可能であり、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第１実施形態の製造方法を説明するための断面工程図（その１）である。
【図２】第１実施形態の製造方法を説明するための断面工程図（その２）である。
【図３】第１実施形態の製造方法を説明するための断面工程図（その３）である。
【図４】第２実施形態の製造方法を説明するための断面工程図（その１）である。
【図５】第２実施形態の製造方法を説明するための断面工程図（その２）である。
【図６】第３実施形態の製造方法を説明するための断面工程図（その１）である。
【図７】第３実施形態の製造方法を説明するための断面工程図（その２）である。
【図８】従来の製造方法を説明するための断面工程図（その１）である。
【図９】従来の製造方法を説明するための断面工程図（その２）である。
【図１０】従来技術の課題を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
４…第１Ｃｕ配線（金属パターン）、５，３２…ＳｉＣＮ膜（層間絶縁膜）、６，８…ＳｉＯＣ膜（層間絶縁膜）、７…ＰＡＥ膜（層間絶縁膜）、１１，２１，３５…シリコン含有膜、１３…Ｃｕ膜、１４…バリア層［マンガンシリケート（ＭｎＳｉxＯy）膜］、２１ｂ…金属シリサイド層、２１ａ…シリコン層、３１，３３…多孔質有機膜、Ａ…配線溝（溝パターン）、Ｂ…接続孔（溝パターン）
【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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