(57)【要約】【課題】  金属配線を構成する金属の拡散防止性能に優れ、絶縁性及び実効誘電率等に優れた半導体装置の多層配線構造を提供する。【解決手段】  半導体基板上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層中に前記半導体基板と反対の面を露出して金属配線が埋設された配線層と、前記金属配線が露出する面側に前記金属配線を構成する金属の拡散を防止するためのバリア絶縁層とを備えた半導体装置であって、前記バリア絶縁層はシラン化合物で構成される第１のバリア絶縁層と、前記第１のバリア絶縁層の上に形成された第２のバリア絶縁層とを含むことを特徴とする半導体装置。【選択図】  図１
2007258208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層中に前記半導体基板と反対の面を露出して金属配線が埋設された配線層と、前記金属配線が露出する面側に前記金属配線を構成する金属の拡散を防止するためのバリア絶縁層とを備えた半導体装置であって、前記バリア絶縁層はシラン化合物で構成される第１のバリア絶縁層と、前記第１のバリア絶縁層の上に形成された第２のバリア絶縁層とを含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１のバリア絶縁層は、窒素原子とシラノール基を有する絶縁膜材料を脱水縮合反応することによって得られるものである請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２のバリア絶縁層は、有機絶縁層である請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２のバリア絶縁層は、ポリベンゾオキサゾール樹脂層である請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記金属配線が銅を含む導電性材料である請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の多層配線は、現在、配線材料として、従来のＡｌから代わってＣｕが使用されてきている。しかしこのＣｕは、トランジスタ層及び配線層の絶縁膜部に容易に拡散して、前記絶縁膜の絶縁性が劣化しリーク電流が増加することが知られている。このためＣｕ配線の側面及び底面には、通常、ＰＶＤ法で作製したＴａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ及びＷＮ等からなるバリアメタル膜を形成し、Ｃｕ配線の上面には、プラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＮ及びＳｉＣＮ等からなる絶縁膜を形成し、Ｃｕの拡散を防止している。
【０００３】
一方、半導体装置の高速化及び低消費電力化等に対応するために、半導体装置の多層配線における各配線間の容量低減のため、絶縁層の低誘電率化（いわゆるＬｏｗ−ｋ膜の導入）が進められている。しかし、このＬｏｗ−ｋ膜に比べて、上記のＳｉＮ膜及びＳｉＣＮ膜の誘電率は相対的に高いため、多層配線における実効誘電率の低減のためには無視できないものとなってきている。実効誘電率の低減のためには、多層配線で使用される絶縁層であるＬｏｗ−ｋ膜に加えて、Ｌｏｗ−ｋ層のハードマスク、Ｃｕの拡散を防止するためのバリア絶縁膜、エッチングストッパー膜などの多層配線で使用される絶縁層の全ての低誘電率化を考える必要がある。
【０００４】
このような多層配線の絶縁層の１つであるＣｕのバリア絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法によってＳｉ系のＳｉＮ膜が主に使用されており、ＳｉＮ膜にカーボン（Ｃ）を導入することによる低誘電率化も検討されている。しかし、このＳｉＮ膜の比誘電率は７程度であり、例えば、特許文献１に開示されているようにカーボンを導入してＳｉＣＮ膜又はＳｉＣ膜にまでしても、比誘電率は、３．５〜５程度までしか低減することはできず、Ｌｏｗ−ｋ膜は比誘電率が２．０〜２．５の材料が開発されその適用が試みられていることと比較すると、大きく乖離している。
【０００５】
またＬｏｗ−ｋ膜の比誘電率が２．５以下の絶縁材料では、比誘電率低減のためにその多くが空孔を導入する手法を用いている。しかしながら空孔の導入により比誘電率は低減される一方で、空孔導入及び空孔導入量増大により膜密度の低下、機械強度の低下、接着強度の低下、薬液及びガス等のＬｏｗ−ｋ膜内部への浸入などの問題が発生している。このことにより、エッチング耐性やアッシング耐性の低下によるインテグレーションマージンが狭くなることや、ＣＭＰ工程、ダイシング工程及びパッケージング工程におけるストレスの発生により、配線層での剥離やクラックの発生などの問題が発生するため、比誘電率が２．５以下の絶縁材料をデバイスの量産に用いることは容易にはできない。
これらのことから、Ｌｏｗ−ｋ層以外の絶縁膜であるＣｕ配線のバリア絶縁膜として低誘電率でかつＣｕの拡散防止性能を備えた半導体装置を提案するものである。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−８３８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような事情のもとで、金属配線を構成する金属の拡散防止性能に優れ、絶縁性及び実効誘電率等に優れた半導体装置の多層配線構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、半導体装置の配線層においてＣｕをはじめとする金属配線の上部に金属原子ならびに金属イオンに対する拡散防止性能を有するバリア絶縁層を積層することによって、その目的を達成し得ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち本発明は、
（１）  半導体基板上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層中に前記半導体基板と反対の面を露出して金属配線が埋設された配線層と、前記金属配線が露出する面側に前記金属配線を構成する金属の拡散を防止するためのバリア絶縁層とを備えた半導体装置であって、前記バリア絶縁層はシラン化合物で構成される第１のバリア絶縁層と、前記第１のバリア絶縁層の上に形成された第２のバリア絶縁層とを含むことを特徴とする半導体装置、
（２）  前記第１のバリア絶縁層は、窒素原子とシラノール基を有する絶縁膜材料を脱水縮合反応することによって得られるものである第（１）項に記載の半導体装置、
（３）  前記第２のバリア絶縁層は、有機絶縁層である第（１）項又は第（２）項に記載の半導体装置、
（４）  前記第２のバリア絶縁層は、ポリベンゾオキサゾール樹脂層である第（１）項〜第（３）項のいずれか１項に記載の半導体装置、
（５）  前記金属配線が銅を含む導電性材料である第（１）項〜第（４）項のいずれか１項に記載の半導体装置、
を提供するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る配線構造を有する半導体装置によれば、従来の配線構造より低い実効誘電率の配線構造が形成できると共に、絶縁性に優れ、かつ金属配線を構成する金属の拡散防止性能並びに信頼性に優れた半導体装置を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、半導体基板上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層中に前記半導体基板と反対の面を露出して金属配線が埋設された配線層と、前記金属配線が露出する面側に前記金属配線を構成する金属の拡散を防止するためのバリア絶縁層とを備えた半導体装置であって、前記バリア絶縁層はシラン化合物で構成される第１のバリア絶縁層と、前記第１のバリア絶縁層の上に形成された第２のバリア絶縁層とを含むことを特徴とする半導体装置であり、このような形態にすることによって配線間の絶縁性ならびに信頼性の向上、多層配線における実効誘電率の低減を実現するものである。
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明について、図面を用いて説明するが、なんらこれらに限定されるものではない。
本発明の半導体装置の一例について、図１（ｇ）を用いて説明すると、半導体基板１０１と、その上に設けられた絶縁層（図面において、前記絶縁層は、エッチングストッパー層１０２と配線間絶縁層１０３からなる。）と、前記絶縁層に埋設され、少なくとも半導体基板１０１と反対の面を前記絶縁層より露出して設けられた金属配線層１０９と、前記金属配線層１０９が露出する絶縁層の半導体基板とは反対面に、第１のバリア絶縁層１１０と第２のバリア絶縁層１１１との２層からなるバリア層を有するものである。
【００１３】
次に、本発明の半導体装置の製造方法について、上記半導体装置の一例を製造する例により説明する。
まず、トランジスタ等の素子を具備する半導体基板１０１を用意して、その上に、エッチングストッパー層１０２を形成し、次いで、低誘電率材料により配線間絶縁層１０３を形成し、次いで、ハードマスク層１０４を形成し、さらにその上部に、金属配線層を形成する位置に開口部が設けられたレジストパターン１０５を形成する（図１（ａ））。
前記エッチングストッパー層用材料としては、ＳｉＣＮ及びＳｉＮなどが挙げられる。
前記絶縁層用低誘電率材料としては、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＦ、ＭＳＱ（Ｍｅｔｈｙｌ  ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）及びＨＳＱ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）などの無機系低誘電率材料や、ポリアリーレン樹脂、ポリイミド樹脂及びポリベンゾオキサゾール樹脂などの有機系低誘電率材料などが挙げられる。
前記ハードマスク層用材料としては、ＳｉＯ及びＳｉＯＣなどが挙げられる。
【００１４】
前記配線間絶縁層の形成方法としては、上記材料を用いて、塗布法及びプラズマＣＶＤ法などにより形成することができるが、プラズマＣＶＤ法により形成されるのが一般的である。
前記エッチングストッパー層及びハードマスク層の形成方法としては、同様にして、上記材料を用いて、プラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００１５】
次に、ハードマスク層１０４に対して、レジストパターン１０５をエッチング用マスクとして用いて、ドライエッチングを行って、ハードマスク層１０４の金属配線層を形成する位置に開口部が設けられたハードマスク層を形成する（図１（ｂ））。
上記のエッチング用マスクの形成におけるドライエッチングの方法としては、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法による方法が挙げられる。
【００１６】
次に、配線間絶縁層１０３に対して、レジストパターン１０５及び開口部が設けられたハードマスク層１０４をエッチングマスクとして、ドライエッチングを行なって配線溝を形成し、その後、プラズマアッシングによってレジストパターン１０５を除去する（ 図１（ｃ））。
【００１７】
次に、配線溝の側壁及び底部並びにハードマスク上面を、スパッタリング法を用いて、第１のバリアメタル層１０６を形成した後に、続けて同一真空内で第２のバリアメタル層１０７、Ｃｕシード層１０８を順番に形成する（図１（ｄ））。
この例においては、金属配線層の金属がＣｕの例であることから、金属配線を構成する金属のシード層として、Ｃｕシード層を形成している。
上記第１のバリアメタル層の材質としては、金属配線を構成する金属の拡散を防止し、配線間絶縁層１０３と密着性の確保できるものであることが好ましい。また、上記第２のバリアメタル層の材質としては、同様に金属配線を構成する金属の拡散を防止し、金属配線を構成する金属シード層（銅シード層１０８）との密着性を確保できるものであることが好ましい。そのような第1バリアメタル層及び第２バリアメタル層の材質の具体例としては、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ及びＴｉＮなどの高融点金属及びその窒化物などが挙げられる。
【００１８】
その後、めっき法によりＣｕシード層１０８の上に、金属配線となるＣｕめっき層１０９を配線溝が完全に埋まるように形成する（図１（ｅ））。
上記めっき法としては、電解めっきによる方法が挙げられる。
金属配線層の材質としては、電気抵抗が小さい銅を含む導電性材料が好ましく、銅による例を挙げたが、銅と、アルミニウム、ニッケル、金、錫及び銀などの金属とからなる銅合金であっても良い。
【００１９】
次に、Ｃｕめっき層１０９、Ｃｕシード層１０８、第２のバリアメタル層１０７、第１のバリアメタル層１０６を、ＣＭＰ法を用いて、平坦化することによって、Ｃｕめっき層１０９、Ｃｕシード層１０８、第２のバリアメタル層１０７及び第１のバリアメタル層１０６からなる配線構造が得られる（図１（ｆ））。
【００２０】
次いで、上記で平坦化した面に、金属配線を構成する金属の拡散を防止するための第1のバリア絶縁層１１０と第２のバリア絶縁層１１１とを形成して、本発明の半導体装置が得られる（図１（ｇ））。
前記第1のバリア絶縁層１１０と第２のバリア絶縁層１１１の形成方法としては、上記で平坦化した面に、第１のバリア絶縁層用材料を、スピンコート法などにより塗布して、塗膜を形成し、ホットプレートなどで加熱乾燥処理を行って、第１のバリア絶縁層を形成し、次に、前記第１のバリア絶縁層の上に、第２のバリア絶縁層用材料を前記同様にして、スピンコート法などにより塗布して、塗膜を形成し、ホットプレートなどで加熱乾燥処理を行って、第２のバリア絶縁層を形成することができる。
前記第1のバリア絶縁層１１０と前記第２のバリア絶縁層１１１とは、前記平坦化全面に形成する例を示したが、平坦化面において金属配線が露出する面がこれらの絶縁膜により覆われていれば良い。
前記第１のバリア絶縁層の厚みとしては、１~１０ｎｍが好ましく、前記第２のバリア絶縁層の厚みとしては、２０〜３０ｎｍが好ましい。
【００２１】
前記第１のバリア絶縁層用材料としては、金属配線を構成する金属、特に銅、の拡散を防止する機能を有するものであれば良いが、さらには、第２のバリア絶縁層との密着性と、前記ハードマスク層と隣接する場合それとの密着性を有するものがより好ましい。
そのような材料としては、有機シラン系材料が好ましく、また、金属配線を構成する金属、特に銅、の拡散を防止する機能を有するものであれば、特に限定されない。前記有機シラン系材料としては、窒素原子とシラノール基を有する絶縁膜用材料が好ましく、具体的にはＮ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルメチルジメトキシシランが挙げられる。前記第１のバリア絶縁層を形成する工程においては、これを、純水と有機溶剤の混合溶媒に溶解しワニスとし、これをスピンコート法で塗布し、加熱乾燥処理を行なうことによって脱水縮合反応を経て成膜するのが好ましい。
【００２２】
前記第２のバリア絶縁層用材料としては、前記第１のバリア絶縁層との密着性が良好なものであれば良いが、有機絶縁膜用材料であることが好ましい。前記有機絶縁膜用材料としては、低誘電率であると共に、金属配線を構成する金属、特に銅、の拡散を防止する機能を有するものであることがより好ましい。
【００２３】
そのような第２のバリア絶縁層用有機絶縁膜材料としては、例えばポリベンゾオキサゾール樹脂、ポリベンズイミダゾール樹脂などが挙げられる。これらは、前記第２のバリア絶縁層を形成する工程において、その前駆体構造の樹脂を用いて成膜し、加熱等のエネルギーによる環化反応により作製する方法や、既に環化反応したものを成膜し、加熱等をして作製する方法により、バリア絶縁層を形成することが可能である。その中でも、ポリベンゾオキサゾール前駆体構造の樹脂を溶媒に溶解し、スピンコート法で塗膜を形成し、加熱乾燥処理を行なって塗布膜が焼成される過程を経て成膜することが好ましい。
また、有機絶縁膜材料を構成するモノマー、オリゴマー、ポリマーを溶剤に溶解し、スピンコート法により塗布膜を形成し、加熱乾燥処理を行なって塗布膜が焼成される過程を経て形成しても良い。
【００２４】
本発明において、第２のバリア絶縁層用有機絶縁膜材料をスピンコート法によって塗布膜を得るための溶媒としては、用いる溶質の構造によりそれぞれ異なるが、例えば、炭酸プロピレン、ジアセトンアルコール、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコール１−モノ−ｎ−ブチルエーテル、プロピレングリコールジアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、メチル−１，３−ブチレングリコールアセテート、１，３−ブチレングリコール−３−モノメチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メチル−３−メトキシプロピオネート、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、ベンゼン、メトキシベンゼン、エトキシベンゼン、トルエン、キシレン及びメシチレン等を挙げることができ、これらは１種類又は２種類以上を混合して用いることができる。
【００２５】
また本発明で用いる第２のバリア絶縁層用有機絶縁膜材料には、必要に応じて各種添加剤として界面活性剤、酸素ラジカルやイオウラジカルを加熱により発生するラジカル開始剤等を添加することも可能である。
【００２６】
本発明において、第１のバリア絶縁層用材料として、窒素原子とシラノール基を有する絶縁膜用材料を用いることにより、金属配線層、ハードマスク層１０４及び第２のバリア絶縁層１１１との密着性に優れ、さらにはそれぞれとの界面においてシロキサン結合を主体とした化学結合を生じ、これによって配線間の絶縁性が向上するものである。
また、第１のバリア絶縁層１１０の薄膜化ならびに第２のバリア絶縁層１１１の低誘電率化によって、第１のバリア絶縁層と第２のバリア絶縁層を合わせたバリア絶縁層全体の比誘電率を小さくすることができ、これによって配線構造全体の実効誘電率を大きく低減することが可能となる。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。なお実施例及び比較例で作製した膜は、下記の方法により比誘電率を測定した。
（比誘電率測定）
低抵抗（０．０１Ωｃｍ以下）のP型Ｓｉ基板（Ｓｉ基板（Ｓｉ単体）にＢ（ボロン）をドーピング（注入）したウェハ）上に成膜した膜を、水銀プローブＣＶ／ＩＶ測定装置（ＳＳＭ社製ＳＳＭ４９５）により測定した。
【００２８】
（製造例１）
純水 １０ｇに対してメタノール（電子工業用）９０ｇを混合し、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン ０．５ｇを小さな液滴で滴下し、室温で３時間撹拌した。その後、この混合溶液を５０ｎｍのフィルターでろ過することによって、前記第１のバリア絶縁層用の塗布液を得た。
【００２９】
（製造例２）
Ｎ2ガスフロー下で、２，２−ビス（３−アミノ−４−ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン ３６．６ｇ（０．１ｍｏｌ）を、乾燥したＮ−メチル−２−ピロリドン ２００ｇに溶解し、ピリジン １７．４ｇ（０．２２ｍｏｌ）を添加した後、−１５℃に冷却し、イソフタル酸ジクロリドを少量ずつ滴下することによって添加した。滴下終了後、−１５℃で１時間撹拌した後に室温まで戻し、室温で５時間撹拌した。その後、反応液を蒸留水４リットルに小さな液滴で滴下し、沈殿物を集めて乾燥することにより、ポリベンゾオキサゾール樹脂前駆体を得た。得られたポリベンゾオキサゾール樹脂前駆体の数平均分子量（Ｍｎ）を、東ソー株式会社製ＧＰＣを用いてポリスチレン換算で算出したところ、Ｍｎ＝１９，０００であった。このポリベンゾオキサゾール樹脂前駆体 ０．５ｇを、Ｎ−メチル−２−ピロリドン ５０ｇに溶解し、５０ｎｍのフィルターでろ過することによって、前記第２のバリア絶縁層用のポリベンゾオキサゾール前駆体構造の塗布液を得た。
【００３０】
（製造例３）
製造例２において、２，２−ビス（３−アミノ−４−ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン ３６．６ｇ（０．１ｍｏｌ）の代わりに、３，３’，４，４’−テトラアミノビフェニルを用いた以外は、全て製造例２と同様にして、ポリベンズイミダゾール樹脂前駆体を得た。得られたポリベンズイミダゾール樹脂前駆体の数平均分子量（Ｍｎ）を、東ソー株式会社製ＧＰＣを用いてポリスチレン換算で算出したところ、Ｍｎ＝１６，０００であった。このポリベンズイミダゾール樹脂前駆体 ０．５ｇを、Ｎ−メチル−２−ピロリドン ５０ｇに溶解し、５０ｎｍのフィルターでろ過することによって、前記第２のバリア絶縁層用のポリベンズイミダゾール前駆体構造の塗布液を得た。
【００３１】
以下、実施の形態に係る具体的な実施例について説明する。
（ 実施例１ ）
まず、トランジスタ素子を備えた半導体基板１０１を用意し、その上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、トリメチルシラン／ＮＨ3／Ｈｅの混合ガスプラズマにより、エッチングストッパー層である厚さ３０ｎｍのｐ−ＳｉＣＮ層１０２（比誘電率：４．９）を形成し、続いて、同様にして、トリメチルシラン／Ｏ2／Ｈｅの混合ガスプラズマを用いて、配線間絶縁層である厚さ１５０ｎｍのｐ−ＳｉＯＣ層１０３（比誘電率：２．９）を形成した。続いて配線間絶縁層のハードマスクとして、同じくプラズマＣＶＤ法においてＳｉＨ4／Ｎ2Ｏの混合ガスプラズマを用いて、ｐ−ＳｉＯ層１０４（比誘電率：４．０）を厚さ６０ｎｍ形成し、その後、該ｐ−ＳｉＯ層上に配線溝形成領域に 配線溝の 幅／間隔＝９０ｎｍ／９０ｎｍの開口部を有するレジストパターン１０５を形成した（ 図１（ａ））。
【００３２】
次に、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法においてＣＦ4／Ａｒの混合ガスプラズマを用いて、ｐ−ＳｉＯ層に対してレジストパターンをマスクにドライエッチングを行なって、図１（ｂ）に示すようにｐ−ＳｉＯ層よりなるハードマスクを形成した。（以下、ｐ−ＳｉＯハードマスク１０４と略する。）
【００３３】
次に、同じくＲＩＥ法においてＣＦ4／Ａｒ／Ｎ2ガスプラズマを用いて、ｐ−ＳｉＯＣ層１０３に対してレジストパターン及びｐ−ＳｉＯハードマスクをマスクにドライエッチングを行ない、その後、ＮＨ3ガスプラズマとＨｅガスプラズマによるアッシング法を用いて最上層のレジストパターンを除去し、図１（ｃ）に示すように配線溝を形成した。
【００３４】
次に、図１（ｄ）に示すように、配線溝の側壁及び底部並びにｐ−ＳｉＯハードマスクの上面を、スパッタリング法を用いて第１のバリアメタル層であるＴａＮ層１０６を厚さ１０ｎｍ成膜した後に、続けて同一真空内で第２のバリアメタル層であるＴａ層１０７を厚さ１０ｎｍ、Ｃｕシード層となるＣｕ層１０８を厚さ４５ｎｍ成膜した。
【００３５】
その後、図１（ｅ）に示すように、電解めっき法によりＣｕシード層１０８の上にＣｕめっき層１０９を配線溝が完全に埋まるように形成した。
【００３６】
次に、Ｃｕめっき層１０９、Ｃｕシード層１０８、第２のバリアメタル層１０７、第１のバリアメタル層１０６をＣＭＰ法によって平坦化することによって、図１（ｆ）に示すように、Ｃｕめっき層、Ｃｕシード層、第２のバリアメタル層及び第１のバリアメタル層からなる配線構造を得た。
【００３７】
次に、Ｃｕ原子ならびにＣｕイオンに対する拡散防止性能を有するバリア絶縁層の形成工程において、Ｃｕ原子ならびにＣｕイオンに対する拡散防止性能を有する第１のバリア絶縁層として製造例１で得られた塗布液を、上記で得られた配線層が形成された半導体基板上にスピンコート法を用いて２０００ｒｐｍの回転数で塗布し、ホットプレートで１００℃／１分間 加熱乾燥処理を行なうことによって厚さ５ｎｍの第１のバリア絶縁層１１０を形成する。続いて同じくＣｕ原子ならびにＣｕイオンに対する拡散防止性能を有する第２のバリア絶縁層として、製造例２で得られたポリベンゾオキサゾール前駆体構造の塗布液を同様にスピンコート法を用いて１３００ｒｐｍの回転数で塗布し、ホットプレートで１００℃／１分間及び２００℃／１分間の２段階の加熱乾燥処理を行い、その後酸素濃度１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００℃／１時間の加熱乾燥処理（焼成）を行なうことによって、厚さ２５ｎｍの第２のバリア絶縁層１１１（比誘電率：３．０）を形成し、前記第１のバリア絶縁層１１０の上部に前記第２のバリア絶縁層１１１を積層した配線構造を形成した（ 図１（ｇ））。
【００３８】
次に、得られた配線構造の上部に保護層としてプラズマＣＶＤにおいて厚さ３００ｎｍのｐ−ＳｉＯ層１１２を成膜し、フォトリソグラフィー法、ＲＩＥ法、Ｏ2アッシング法によってｐ−ＳｉＯ層１１２、第２のバリア絶縁層１１１、第１のバリア絶縁層１１０にコンタクトホールを形成し、スパッタリング法において厚さ７０ｎｍのＴｉ層及び厚さ１０００ｎｍのＡｌ層を成膜することによって、コンタクトホール内部にＴｉとＡｌを埋め込む。続いて、フォトリソグラフィー法とウェットエッチング法、Ｏ2アッシング法によってＡｌ電極パッド１１３を作製し、図１（ｈ）に示す１層配線構造を形成した。
【００３９】
このようにして得られた実施例１の配線構造において算出した実効誘電率は ｋeff＝３．０であった。また、配線幅／配線間隔＝９０ｎｍ／９０ｎｍのＴＥＧパターンにおいて配線間のリーク電流を測定した結果、３．５×１０-8Ａ／ｃｍ2（＠ ０．５ＭＶ／ｃｍ）、７．０×１０-8Ａ／ｃｍ2（＠ １．０ＭＶ／ｃｍ）、２．０×１０-7Ａ／ｃｍ2（＠ ２．０ＭＶ／ｃｍ）、３．７×１０-6Ａ／ｃｍ2（＠ ３．０ＭＶ／ｃｍ）であった。また、同じ寸法の配線において１４０℃におけるＴＤＤＢ寿命を測定した結果、２２００秒（＠ ４ＭＶ／ｃｍ）、４００秒（＠ ４．５ＭＶ／ｃｍ）であった。この結果から実使用電界である０．３ＭＶ／ｃｍにおけるＴＤＤＢ寿命は４．０×１０9秒と算出され、十分に１０年寿命を達成しＣｕの拡散防止性能を満たしていた。これらのことから実施例１によると、実効誘電率が低く、配線間の絶縁性に優れ、かつＣｕの拡散防止性能が高く信頼性の優れた配線構造を得ることができた。
【００４０】
（ 実施例２ ）
実施例１と同様に、まず、トランジスタ素子を備えた半導体基板１０１を用意し、その上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、トリメチルシラン／ＮＨ3／Ｈｅの混合ガスプラズマにより、エッチングストッパー層である厚さ３０ｎｍのｐ−ＳｉＣＮ層１０２（比誘電率：４．９）を形成し、続いて、同様にして、トリメチルシラン／Ｏ2／Ｈｅの混合ガスプラズマを用いて、配線間絶縁層である厚さ１５０ｎｍのｐ−ＳｉＯＣ層１０３（比誘電率：２．９）を形成した。続いて配線間絶縁層のハードマスクとして、同じくプラズマＣＶＤ法においてＳｉＨ4／Ｎ2Ｏの混合ガスプラズマを用いて、ｐ−ＳｉＯ層１０４（比誘電率：４．０）を厚さ６０ｎｍ形成し、その後、該ｐ−ＳｉＯ層上の配線溝形成領域に 配線溝の 幅／間隔＝９０ｎｍ／９０ｎｍの開口部を有するレジストパターン１０５を形成した（ 図１（ａ））。
【００４１】
次に、ＲＩＥ法においてＣＦ4／Ａｒの混合ガスプラズマを用いて、ｐ−ＳｉＯ層１０４に対してレジストパターンをマスクにドライエッチングを行なって、図１（ｂ）に示すようにｐ−ＳｉＯ層よりなるハードマスクを形成した。（以下、ｐ−ＳｉＯハードマスク１０４と略する。）
【００４２】
次に、同じくＲＩＥ法においてＣＦ4／Ａｒ／Ｎ2ガスプラズマを用いて、ｐ−ＳｉＯＣ層１０３に対してレジストパターン及びｐ−ＳｉＯハードマスクをマスクにドライエッチングを行ない、その後、ＮＨ3ガスプラズマとＨｅガスプラズマによるアッシング法を用いて最上層のレジストパターンを除去し、図１（ｃ）に示すように配線溝を形成した。
【００４３】
次に、図１（ｄ）に示すように、配線溝の側壁及び底部並びにｐ−ＳｉＯハードマスク１０４の上面を、スパッタリング法を用いて第１のバリアメタル層であるＴａＮ層１０６を厚さ１０ｎｍ成膜した後に、続けて同一真空内で第2のバリアメタル層であるＴａ層１０７を厚さ１０ｎｍ、Ｃｕシード層１０８となるＣｕ層を厚さ４５ｎｍ成膜した。
【００４４】
その後、図１（ｅ）に示すように、電解めっき法によりＣｕシード層１０８の上にＣｕめっき層１０９を配線溝が完全に埋まるように形成した。
【００４５】
次に、Ｃｕめっき層１０９、Ｃｕシード層１０８、第２のバリアメタル層１０７、第１のバリアメタル層１０６をＣＭＰ法によって平坦化することによって、図１（ｆ）に示すように、Ｃｕめっき層、Ｃｕシード層、第２のバリアメタル層及び第１のバリアメタル層からなる配線構造を得た。
【００４６】
次に、Ｃｕ原子ならびにＣｕイオンに対する拡散防止性能を有するバリア絶縁層の形成工程において、Ｃｕ原子ならびにＣｕイオンに対する拡散防止性能を有する第１のバリア絶縁層として製造例１で得られた塗布液を、上記で得られた配線層が形成された半導体基板上にスピンコート法を用いて２０００ｒｐｍの回転数で塗布し、ホットプレートで１００℃／１分間 加熱乾燥処理を行なうことによって厚さ５ｎｍの第１のバリア絶縁層１１０を形成する。続いて同じくＣｕ原子ならびにＣｕイオンに対する拡散防止性能を有する第２のバリア絶縁層として、製造例３で得られたポリベンズイミダゾール前駆体構造の塗布液を同様にスピンコート法を用いて１３００ｒｐｍの回転数で塗布し、ホットプレートで１００℃／１分間及び２００℃／１分間の２段階の加熱乾燥処理を行い、その後酸素濃度１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００℃／１時間の加熱乾燥処理（焼成）を行なうことによって、厚さ２５ｎｍの第２のバリア絶縁膜層１１１（比誘電率：３．０）を形成し、前記第１のバリア絶縁層１１０の上部に前記第２のバリア絶縁層１１１を積層した配線構造を形成した（ 図１（ｇ））。
【００４７】
次に、得られた配線構造の上部に保護層としてプラズマＣＶＤにおいて厚さ３００ｎｍのｐ−ＳｉＯ層１１２を成膜し、フォトリソグラフィー法、ＲＩＥ法、Ｏ2アッシング法によってｐ−ＳｉＯ層１１２、第２のバリア絶縁層１１１、第１のバリア絶縁層１１０にコンタクトホールを形成し、スパッタリング法において厚さ７０ｎｍのＴｉ層及び厚さ１０００ｎｍのＡｌ層を成膜することによって、コンタクトホール内部にＴｉとＡｌを埋め込む。続いて、フォトリソグラフィー法とウェットエッチング法、Ｏ2アッシング法によってＡｌ電極パッド１１３を作製し、図１（ｈ）に示す１層配線構造を形成した。
【００４８】
このようにして得られた実施例２の配線構造において算出した実効誘電率は ｋeff＝３．０であった。また、配線幅／配線間隔＝９０ｎｍ／９０ｎｍのＴＥＧパターンにおいて配線間のリーク電流を測定した結果、５．３×１０-8Ａ／ｃｍ2（＠ ０．５ＭＶ／ｃｍ）、８．５×１０-8Ａ／ｃｍ2（＠ １．０ＭＶ／ｃｍ）、４．０×１０-7Ａ／ｃｍ2（＠ ２．０ＭＶ／ｃｍ）、５．５×１０-6Ａ／ｃｍ2（＠ ３．０ＭＶ／ｃｍ）であった。また、同じ寸法の配線において１４０℃におけるＴＤＤＢ寿命を測定した結果、１６００秒（＠ ４ＭＶ／ｃｍ）、３００秒（＠ ４．５ＭＶ／ｃｍ）であった。この結果から実使用電界である０．３ＭＶ／ｃｍにおけるＴＤＤＢ寿命は１．８×１０9秒と算出され、十分に１０年寿命を達成しＣｕの拡散防止性能を満たしていた。これらのことから実施例２によると、実効誘電率が低く、配線間の絶縁性に優れ、かつＣｕの拡散防止性能が高く信頼性の優れた配線構造を得ることができる。
【００４９】
（ 比較例１ ）
実施例１と同様に、まず、トランジスタ素子を備えた半導体基板２０１を用意し、その上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、トリメチルシラン／ＮＨ3／Ｈｅの混合ガスプラズマにより、エッチングストッパー層である厚さ３０ｎｍのｐ−ＳｉＣＮ層２０２（比誘電率：４．９）を形成し、続いて、同様にして、トリメチルシラン／Ｏ2／Ｈｅの混合ガスプラズマを用いて、配線間絶縁層である厚さ１５０ｎｍのｐ−ＳｉＯＣ層２０３（比誘電率：２．９）を形成した。続いて配線間絶縁層のハードマスクとして、同じくプラズマＣＶＤ法においてＳｉＨ4／Ｎ2Ｏの混合ガスプラズマを用いて、ｐ−ＳｉＯ層２０４（比誘電率：４．０）を厚さ６０ｎｍ形成し、その後、該ｐ−ＳｉＯ層上に配線溝形成領域に 配線溝の 幅／間隔＝９０ｎｍ／９０ｎｍの開口部を有するレジストパターン２０５を形成した（ 図２（ａ））。
【００５０】
次に、ＲＩＥ法においてＣＦ4／Ａｒの混合ガスプラズマを用いて、ｐ−ＳｉＯ層２０４に対してレジストパターンをマスクにドライエッチングを行なって、図２（ｂ）に示すようにｐ−ＳｉＯ層よりなるハードマスクを形成した。（以下、ｐ−ＳｉＯハードマスク２０４と略する。）
【００５１】
次に、同じくＲＩＥ法においてＣＦ4／Ａｒ／Ｎ2ガスプラズマを用いて、ｐ−ＳｉＯＣ層２０３に対してレジストパターン及びｐ−ＳｉＯハードマスク２０４をマスクにドライエッチングを行ない、その後、ＮＨ3ガスプラズマとＨｅガスプラズマによるアッシング法を用いて最上層のレジストパターンを除去し、図２（ｃ）に示すように配線溝を形成した。
【００５２】
次に、図２（ｄ）に示すように、配線溝の側壁及び底部並びにｐ−ＳｉＯハードマスク２０４の上面を、スパッタリング法を用いて第１のバリアメタル層であるＴａＮ層２０６を厚さ１０ｎｍ成膜した後に、続けて同一真空内で第２のバリアメタル層２０７であるＴａ層を厚さ１０ｎｍ、Ｃｕシード層となるＣｕ層２０８を厚さ４５ｎｍ成膜した。
【００５３】
その後、図２（ｅ）に示すように、電解めっき法によりＣｕシード層２０８の上にＣｕめっき層２０９を配線溝が完全に埋まるように形成した。
【００５４】
次に、Ｃｕめっき層２０９、Ｃｕシード層２０８、第２のバリアメタル層２０７、第１のバリアメタル層２０６をＣＭＰ法によって平坦化することによって、図２（ｆ）に示すように、Ｃｕめっき層、Ｃｕシード層、第２のバリアメタル層及び第１のバリアメタル層からなる配線構造を得た。
【００５５】
次に、Ｃｕ原子ならびにＣｕイオンに対する拡散防止性能を有するバリア絶縁層として、製造例３で得られたポリベンズイミダゾール前駆体構造の塗布液を同様にスピンコート法を用いて１２００ｒｐｍの回転数で塗布し、ホットプレートで１００℃／１分間及び２００℃／１分間の２段階の加熱乾燥処理を行い、その後酸素濃度１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００℃／１時間の加熱乾燥処理（焼成）を行なうことによって、厚さ３０ｎｍのバリア絶縁層２１０（比誘電率：３．０）を積層した配線構造を形成した（ 図２（ｇ））。
【００５６】
次に、得られた配線構造の上部に保護層としてプラズマＣＶＤにおいて厚さ３００ｎｍのｐ−ＳｉＯ層２１２を成膜し、フォトリソグラフィー法、ＲＩＥ法、Ｏ2アッシング法によってｐ−ＳｉＯ層２１２、バリア絶縁層２１０にコンタクトホールを形成し、スパッタリング法において厚さ７０ｎｍのＴｉ層及び厚さ１０００ｎｍのＡｌ層を成膜することによって、コンタクトホール内部にＴｉとＡｌを埋め込む。続いて、フォトリソグラフィー法とウェットエッチング法、Ｏ2アッシング法によってＡｌ電極パッド２１３を作製し、図２（ｈ）に示す１層配線構造を形成した。
【００５７】
このようにして得られた比較例１の配線構造において算出した実効誘電率は ｋeff＝３．０であった。しかし、配線幅／配線間隔＝９０ｎｍ／９０ｎｍのＴＥＧパターンにおいて配線間のリーク電流を測定した結果、７．０×１０-8Ａ／ｃｍ2（＠ ０．５ＭＶ／ｃｍ）、１．０×１０-7Ａ／ｃｍ2（＠ １．０ＭＶ／ｃｍ）、３．０×１０-6Ａ／ｃｍ2（＠ ２．０ＭＶ／ｃｍ）、８．０×１０-4Ａ／ｃｍ2（＠ ３．０ＭＶ／ｃｍ）であった。また、同じ寸法の配線において１４０℃におけるＴＤＤＢ寿命を測定した結果、９０秒（＠ ３．５ＭＶ／ｃｍ）、２０秒（＠ ４．０ＭＶ／ｃｍ）であった。この結果から実使用電界である０．３ＭＶ／ｃｍにおけるＴＤＤＢ寿命は４．０×１０5秒と算出され、１０年寿命に達しなく満足するＣｕの拡散防止性能は得られなかった。これらのことから、比較例１によると、実効誘電率は低いものの、配線間の絶縁性に劣り、かつＣｕの拡散防止性能が低く信頼性の劣る配線構造であった。
【００５８】
（ 比較例２ ）
実施例１と同様に、まず、トランジスタ素子を備えた半導体基板２０１を用意し、その上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、トリメチルシラン／ＮＨ3／Ｈｅの混合ガスプラズマにより、エッチングストッパー層である厚さ３０ｎｍのｐ−ＳｉＣＮ層２０２（比誘電率：４．９）を形成し、続いて、同様にして、トリメチルシラン／Ｏ2／Ｈｅの混合ガスプラズマを用いて、配線間絶縁層である厚さ１５０ｎｍのｐ−ＳｉＯＣ層２０３（比誘電率：２．９）を形成した。続いて配線間絶縁層のハードマスクとして、同じくプラズマＣＶＤ法においてＳｉＨ4／Ｎ2Ｏの混合ガスプラズマを用いて、ｐ−ＳｉＯ層２０４（比誘電率：４．０）を厚さ６０ｎｍ形成し、その後、該ｐ−ＳｉＯ層上の配線溝形成領域に 配線溝の 幅／間隔＝９０ｎｍ／９０ｎｍの開口部を有するレジストパターン２０５を形成した（ 図２（ａ））。
【００５９】
次に、ＲＩＥ法においてＣＦ4／Ａｒの混合ガスプラズマを用いて、ｐ−ＳｉＯ層２０４に対してレジストパターンをマスクにドライエッチングを行なって、図２（ｂ）に示すようにｐ−ＳｉＯ層よりなるハードマスクを形成した。（以下、ｐ−ＳｉＯハードマスク２０４と略する。）
【００６０】
次に、同じくＲＩＥ法においてＣＦ4／Ａｒ／Ｎ2ガスプラズマを用いて、ｐ−ＳｉＯＣ層２０３に対してレジストパターン及びｐ−ＳｉＯハードマスクをマスクにドライエッチングを行ない、その後、ＮＨ3ガスプラズマアッシングとＨｅガスプラズマアッシングを用いて最上層のレジストパターンを除去し、図２（ｃ）に示すように配線溝を形成した。
【００６１】
次に、図２（ｄ）に示すように、配線溝の側壁及び底部並びにｐ−ＳｉＯハードマスク２０４の上面を、スパッタリング法を用いて第１のバリアメタル層であるＴａＮ層２０６を厚さ１０ｎｍ成膜した後に、続けて同一真空内で第２のバリアメタル層であるＴａ層２０７を厚さ１０ｎｍ、Ｃｕシード層となるＣｕ層２０８を厚さ４５ｎｍ成膜した。
【００６２】
その後、図２（ｅ）に示すように、電解めっき法によりＣｕシード層２０８の上にＣｕめっき層２０９を配線溝が完全に埋まるように形成した。
【００６３】
次に、Ｃｕめっき層２０９、Ｃｕシード層２０８、第２のバリアメタル層２０７、第１のバリアメタル層２０６をＣＭＰ法によって平坦化することによって、図２（ｆ）に示すように、Ｃｕめっき層、Ｃｕシード層、第２のバリアメタル層及び第１のバリアメタル層からなる配線構造を得た。
【００６４】
次に、Ｃｕ原子ならびにＣｕイオンに対する拡散防止性能を有するバリア絶縁層の形成工程において、Ｃｕ原子ならびにＣｕイオンに対するバリア絶縁層２１０として、プラズマＣＶＤ法においてトリメチルシラン／ＮＨ3／Ｎ2の混合ガスプラズマを用いてｐ−ＳｉＮ層（比誘電率：７．０）を厚さ３０ｎｍ成膜し配線構造を形成した（ 図２（ｇ））。
【００６５】
次に、得られた配線構造の上部に保護層としてプラズマＣＶＤにおいて厚さ３００ｎｍのｐ−ＳｉＯ層２１２を成膜し、フォトリソグラフィー法、ＲＩＥ法、Ｏ2アッシング法によってｐ−ＳｉＯ層２１２、バリア絶縁層２１０（ｐ−ＳｉＮ層）にコンタクトホールを形成し、スパッタリング法において厚さ７０ｎｍのＴｉ層及び厚さ１０００ｎｍのＡｌ層を成膜することによって、コンタクトホール内部にＴｉとＡｌを埋め込む。続いて、フォトリソグラフィー法とウェットエッチング法、Ｏ2アッシング法によってＡｌ電極パッド２１３を作製し、図２（ｈ）に示す１層配線構造を形成した。
【００６６】
このようにして得られた比較例２の配線構造において算出した実効誘電率は ｋeff＝５．０であった。また、配線幅／配線間隔＝９０ｎｍ／９０ｎｍのＴＥＧパターンにおいて配線間のリーク電流を測定した結果、１．０×１０-8Ａ／ｃｍ2（＠ ０．５ＭＶ／ｃｍ）、２．０×１０-8Ａ／ｃｍ2（＠ １．０ＭＶ／ｃｍ）、６．０×１０-8Ａ／ｃｍ2（＠ ２．０ＭＶ／ｃｍ）、２．０×１０-6Ａ／ｃｍ2（＠ ３．０ＭＶ／ｃｍ）であった。また、同じ寸法の配線において１４０℃におけるＴＤＤＢ寿命を測定した結果、５．０×１０5秒（＠ ４．０ＭＶ／ｃｍ）、５００００秒（＠ ４．５ＭＶ／ｃｍ）であった。この結果から実使用電界である０．３ＭＶ／ｃｍにおけるＴＤＤＢ寿命は４．５×１０13秒と算出され、十分に１０年寿命を達成しＣｕの拡散防止性能を満たしていた。これらのことから、比較例２によると、配線間の絶縁性に優れ、かつＣｕの拡散防止性能が高く信頼性の優れた配線構造が得られるが、実施例１、２に比べて実効誘電率が高い配線構造であった。
【００６７】
（ 比較例３ ）
実施例１と同様に、まず、トランジスタ素子を備えた半導体基板２０１を用意し、その上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、トリメチルシラン／ＮＨ3／Ｈｅの混合ガスプラズマにより、エッチングストッパー層である厚さ３０ｎｍのｐ−ＳｉＣＮ層２０２（比誘電率：４．９）を形成し、続いて、同様にして、トリメチルシラン／Ｏ2／Ｈｅの混合ガスプラズマを用いて、配線間絶縁層である厚さ１５０ｎｍのｐ−ＳｉＯＣ層２０３（比誘電率：２．９）を形成した。続いて配線間絶縁層のハードマスクとして、同じくプラズマＣＶＤ法においてＳｉＨ4／Ｎ2Ｏの混合ガスプラズマを用いて、ｐ−ＳｉＯ層２０４（比誘電率：４．０）を厚さ６０ｎｍ形成し、その後、該ｐ−ＳｉＯ層上の配線溝形成領域に 配線溝の 幅／間隔＝９０ｎｍ／９０ｎｍの開口部を有するレジストパターン２０５を形成した（ 図２（ａ））。
【００６８】
次に、ＲＩＥ法においてＣＦ4／Ａｒの混合ガスプラズマを用いて、ｐ−ＳｉＯ層２０４に対してレジストパターンをマスクにドライエッチングを行なって、図２（ｂ）に示すようにｐ−ＳｉＯ層よりなるハードマスクを形成した。（以下、ｐ−ＳｉＯハードマスク２０４と略する。）
【００６９】
次に、同じくＲＩＥ法においてＣＦ4／Ａｒ／Ｎ2ガスプラズマを用いて、ｐ−ＳｉＯＣ層２０３に対してレジストパターン及びｐ−ＳｉＯハードマスク２０４をマスクにドライエッチングを行ない、その後、ＮＨ3ガスプラズマアッシングとＨｅガスプラズマアッシングを用いて最上層のレジストパターンを除去し、図２（ｃ）に示すように配線溝を形成した。
【００７０】
次に、図２（ｄ）に示すように、配線溝の側壁及び底部並びにｐ−ＳｉＯハードマスク２０４の上面を、スパッタリング法を用いて第１のバリアメタル層であるＴａＮ層２０６を厚さ１０ｎｍ成膜した後に、続けて同一真空内で第２のバリアメタル層であるＴａ層２０７を厚さ１０ｎｍ、Ｃｕシード層２０８となるＣｕ層を厚さ４５ｎｍ成膜した。
【００７１】
その後、図２（ｅ）に示すように、電解めっき法によりＣｕシード層２０８の上にＣｕめっき層２０９を配線溝が完全に埋まるように形成した。
【００７２】
次に、Ｃｕめっき層２０９、Ｃｕシード層２０８、第２のバリアメタル層２０７、第１のバリアメタル層２０６をＣＭＰ法によって平坦化することによって、図２（ｆ）に示すように、Ｃｕめっき層、Ｃｕシード層、第２のバリアメタル層及び第１のバリアメタル層からなる配線構造を得た。
【００７３】
次に、Ｃｕ原子ならびにＣｕイオンに対する拡散防止性能を有するバリア絶縁層の形成工程において、Ｃｕ原子ならびにＣｕイオンに対するバリア絶縁層２１０として、プラズマＣＶＤ法においてトリメチルシラン／ＮＨ3／Ｈｅの混合ガスプラズマを用いてｐ−ＳｉＣＮ層（比誘電率：４．９）を厚さ３０ｎｍ成膜し配線構造を形成した。（ 図２（ｇ））。
【００７４】
次に、得られた配線構造の上部に保護層としてプラズマＣＶＤにおいて厚さ３００ｎｍのｐ−ＳｉＯ層２１２を成膜し、フォトリソグラフィー法、ＲＩＥ法、Ｏ2アッシング法によってｐ−ＳｉＯ層２１２、バリア絶縁層２１０（ｐ−ＳｉＣＮ層）にコンタクトホールを形成し、スパッタリング法において厚さ７０ｎｍのＴｉ層及び厚さ１０００ｎｍのＡｌ層を成膜することによって、コンタクトホール内部にＴｉとＡｌを埋め込む。続いて、フォトリソグラフィー法とウェットエッチング法、Ｏ2アッシング法によってＡｌ電極パッド２１３を作製し、図２（ｈ）に示す１層配線構造を形成した。
【００７５】
このようにして得られた比較例３の配線構造において算出した実効誘電率は ｋeff＝４．２であった。また、配線幅／配線間隔＝９０ｎｍ／９０ｎｍのＴＥＧパターンにおいて配線間のリーク電流を測定した結果、４．０×１０-8Ａ／ｃｍ2（＠ ０．５ＭＶ／ｃｍ）、８．０×１０-8Ａ／ｃｍ2（＠ １．０ＭＶ／ｃｍ）、２．０×１０-7Ａ／ｃｍ2（＠ ２．０ＭＶ／ｃｍ）、３．０×１０-6Ａ／ｃｍ2（＠ ３．０ＭＶ／ｃｍ）であった。また、同じ寸法の配線において１４０℃におけるＴＤＤＢ寿命を測定した結果、５０００秒（＠ ４．０ＭＶ／ｃｍ）、６００秒（＠ ４．５ＭＶ／ｃｍ）であった。この結果から実使用電界である０．３ＭＶ／ｃｍにおけるＴＤＤＢ寿命は８．０×１０10秒と算出され、十分に１０年寿命を達成しＣｕの拡散防止性能を満たしていた。これらのことから、比較例３によると、配線間の絶縁性に優れ、かつＣｕの拡散防止性能が高く信頼性の優れた配線構造が得られるが、実施例１、２に比べて実効誘電率が高い配線構造であった。
【００７６】
上述の実施例から明らかなように、実施例１、２の配線構造は、比較例１と比べて配線間の絶縁性、Ｃｕの拡散防止性能、信頼性に優れていることがわかった。また、実施例１、２の配線構造は、比較例２、３と比べて実効誘電率が低いことがわかった。これにより本発明の配線構造の効果が確認された。その結果、本発明によれば、実効誘電率が低くかつ絶縁性、信頼性に優れた半導体装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】図１は、本発明の半導体装置の製造例及び実施例を説明するための断面図である。
【図２】図２は、比較例を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０１  半導体基板
１０２  エッチングストッパー層
１０３  配線間絶縁層／ｐ−ＳｉＯＣ層
１０４  ハードマスク層／ｐ−ＳｉＯ層（ｐ−ＳｉＯハードマスク）
１０５  レジストパターン
１０６  第１のバリアメタル層／ＴａＮ層
１０７  第２のバリアメタル層／Ｔａ層
１０８  Ｃｕシード層／Ｃｕ層
１０９  金属配線層／Ｃｕめっき層
１１０  第１のバリア絶縁層
１１１  第２のバリア絶縁層
１１２  ｐ−ＳｉＯ層
１１３  Ａｌ電極パッド
２０１  半導体基板
２０２  エッチングストッパー層
２０３  配線間絶縁層／ｐ−ＳｉＯＣ層
２０４  ハードマスク層／ｐ−ＳｉＯ層（ｐ−ＳｉＯハードマスク）
２０５  レジストパターン
２０６  第１のバリアメタル層／ＴａＮ層
２０７  第２のバリアメタル層／Ｔａ層
２０８  Ｃｕシード層／Ｃｕ層
２０９  Ｃｕめっき層
２１０  バリア絶縁層
２１２  ｐ−ＳｉＯ層
２１３  Ａｌ電極パッド
【図１】
2007258208.tif 000003
【図２】
2007258208.tif 000004