(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１の絶縁膜を回転塗布によって形成し、該第１の絶縁膜の外周部を除去した後、該基板上に該第１の絶縁膜と異なる第２の絶縁膜を形成し、該基板上にフォトレジストパターンを形成した後、該第１の絶縁膜及び該第２の絶縁膜をエッチングして所定のパターンを形成する工程と、前記所定のパターンに対して所定の配線材料からなる膜の形成及び化学機械研磨を行うことにより配線を形成する工程と有する多層配線形成方法であって、
前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜をエッチングする前に該第１の絶縁膜の外周部上方における前記フォトレジストを前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜の外周部における盛り上がり部が露出するように除去する、
ことを特徴とする多層配線形成方法。
【請求項２】
前記第１の絶縁膜として有機膜を形成し、前記第２の絶縁膜として無機膜又は有機無機複合膜を形成する、
ことを特徴とする請求項１記載の多層配線形成方法。
【請求項３】
外周部上方における前記フォトレジストが除去された後の前記第１の絶縁膜の厚さａに対する前記第１の絶縁膜のエッジ部の盛り上がり部の高さｂの比ｂ／ａが２以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の多層配線形成方法。
【請求項４】
外周部上方における前記フォトレジストが除去された後の前記第１の絶縁膜の厚さａに対する前記第１の絶縁膜のエッジ部の盛り上がり部の高さｂの比ｂ／ａが１．５以下であることを特徴とする、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の多層配線形成方法。
【請求項５】
外周部上方における前記フォトレジストが除去された後の前記第１の絶縁膜の厚さａに対する前記第１の絶縁膜のエッジ部の盛り上がり部の高さｂの比ｂ／ａが１．３以下であることを特徴とする、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の多層配線形成方法。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の多層配線形成方法により基板上に所定のパターンが形成されて成る半導体素子を形成する、
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高集積化した半導体素子の製造に有用な多層配線形成方法及びその半導体素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＳＩの高集積化に伴って、トランジスタを接続する配線が多層化且つ微細化すると共に、素子の動作スピードを向上させるため、層間絶縁膜（ＩＬＤ）の低誘電率化が進んでいる。また、配線金属は、従来のアルミニュウムから、より導電性に優れる低抵抗の銅へと変化している。層間絶縁膜としては、従来から、化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＣＶＤ）法によって形成される比誘電率が４．２程度の酸化珪素（ＳｉＯ2）膜が主として用いられてきた。
【０００３】
しかし、配線の微細化に伴い、配線間容量の増大による信号遅延時間の増大が問題となり、かかる配線間容量の低減が要求されている。そのため、より低誘電率な層間絶縁膜が望まれている。このような層間絶縁膜としては、３．０以下の比誘電率が達成可能な有機ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）膜、有機ポリマー膜が挙げられ、ＬＳＩへの適用が盛んに検討されており、一部で既に適用が開始されている。
【０００４】
有機ＳＯＧ膜、有機ポリマー膜の形成方法としては、回転塗布（スピンコート）法が用いられている。これらの膜を形成する際には、後の工程でウエハ外周部における膜が剥離して異物発生の原因となることを防止するため、塗布後にウエハ外周部における膜の除去が行われる。この膜除去方法としては、ウエハを回転させながら、ウエハ外周部にリンス液を滴下するエッジリンス法が一般的である。
【０００５】
このような回転塗布により形成した膜に対するエッジリンスでは、エッジリンスされた絶縁膜の周縁（エッジ）部分の盛り上がりが問題となる。すなわち、有機ＳＯＧ膜、有機ポリマー膜のような低誘電率膜は、Ｃｕ配線と組み合わせて用いられるので、かようなエッジ部分の盛り上がりは、ダマシン法を用いた銅（Ｃｕ）配線形成の化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；ＣＭＰ）工程において当該エッジ部分の剥離の原因となる。こうなると、剥離によって発生した異物がＬＳＩ製品の歩留まりを低下させることとなるため、絶縁膜のエッジの盛り上がりを低くすることが要求されている。この問題は、ＬＳＩの多層化が進むに従い顕在化してきている。
【０００６】
これに対し、エッジリンス法における絶縁膜のエッジ部分の盛り上がりを小さくする方法として、特開平１１−３３３３５５号公報には、絶縁膜の回転塗布後にそのウエハをホットプレートで加熱して溶剤を揮発させてからエッジリンスを行う方法が提案されている。また、特開平８−２２２５５０号公報には、塗布膜を形成した後に、別の有機膜をマスクにして塗布膜の外周部をエッチングして除去する方法も提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特開平１１−３３３３５５号公報に開示された方法では、塗布膜の種類によっては十分な効果が得られないという問題がある。また、塗布とエッジリンスとの間にウエハを加熱する工程が必要なので、全体の処理プロセスが複雑になると共に、スループットの低下が避け難い。一方、上記特開平８−２２２５５０号公報に開示された方法では、マスク形成工程及びエッチング工程が必要となるため、ＬＳＩの量産への適用は困難である。このような状況下、回転塗布法によって形成される低誘電率膜を用いた多層配線を有するＬＳＩの歩留まりを向上させる方法の開発が望まれている。
【０００８】
そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、回転塗布法で形成される絶縁膜のエッジ部分の盛り上がりに起因する剥離の発生を、複雑な工程を経ることなく十分に低減できる多層配線形成方法、及び、低コストで高歩留りを達成可能な半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明による多層配線形成方法は、基板上に第１の絶縁膜を回転塗布によって形成し、その第１の絶縁膜の外周部を除去した後、その基板上に第１の絶縁膜と異なる（具体的には材質が異なる）第２の絶縁膜を形成し、その基板上にフォトレジストパターンを形成した後、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜をエッチングして所定のパターンを形成する工程と、前記所定のパターンに対して所定の配線材料からなる膜の形成及び化学機械研磨を行うことにより配線を形成する工程とを有する方法であって、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜をエッチングする前に第１の絶縁膜の外周部上方におけるフォトレジストを第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜の外周部における盛り上がり部が露出するように除去することを特徴とする。より具体的には、第１の絶縁膜として有機膜を形成し、第２の絶縁膜として無機膜又は有機無機複合膜を形成すると好ましい。
【００１０】
このような方法においては、塗布絶縁膜である第１の絶縁膜を回転塗布によって形成すると、その外周部を除去した後においても、周縁に近い外周部に盛り上がりが生じ、この上に形成される第２の絶縁膜もその盛り上がり形状を反映する。そして、更にこの上に形成されたフォトレジストの外周部（つまり第１の絶縁膜の外周部上方におけるフォトレジスト）を除去することにより、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜の外周部における盛り上がり部が露出する。よって、続く第１及び第２の絶縁膜のエッチングにより、その盛り上がり部が殆どエッチングされる。
【００１１】
また、本発明による半導体素子の製造方法は、本発明の多層配線形成方法により基板上に所定のパターンが形成されて成る半導体素子を形成することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は、図示の比率に限られるものではない。
【００１３】
本発明の方法では、まず、基板としてのウエハ上に第１の絶縁膜を形成し、その外周部を除去する。この第１の絶縁膜は、回転塗布によって形成される塗布絶縁膜であり、有機含有ポリシロキサン膜、芳香族系ポリマー膜、フッ素樹脂膜等とこれらのポーラス膜とを含む有機無機複合膜、又は、有機膜等の低誘電率膜が用いられる。
【００１４】
図１は、塗布絶縁膜１１（第１の絶縁膜）が形成されたウエハ１０（基板）の周縁部を示す模式断面図である。ここで、外周部が除去された後の塗布絶縁膜１１の厚さａ（外周部よりも内側における厚さ）に対するそのエッジ部の盛り上がり部１１ａの高さｂの比（ｂ／ａ）は、２以下が許容範囲であり、好ましくは１．５以下、特に好ましくは１．３以下である。なお、本発明の方法を用いない場合には、ｂ／ａ＝１が要求される。
【００１５】
かかる塗布絶縁膜１１の形成に用いる装置は、特に限定されないが、例えば、複数のホットプレートを有する市販のスピンコータを使用できる。殊に、回転塗布後に、ウエハ１０を回転させながらその外周部にリンス液を滴下して塗布絶縁膜１１の一部を除去（エッジリンス）するためのノズルを有するものが好ましく、望ましくは、ノズルが可動式であって塗布絶縁膜１１を除去する幅を任意に設定できる装置が好適である。
【００１６】
エッジリンスのリンス液としては、塗布絶縁膜１１が溶解するものであれば特に制限は無く、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール系溶媒、シクロヘキサノン、シクロペンタノン等のケトン系溶媒、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル等の酢酸エステル系溶媒、エチレングリコールモノメチルアセテート、エチレングリコールジアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のグリコールアセテート系溶媒、Ｎ，Ｎ−メチル−２ピロリドン等のアミド系溶媒、グリコールエーテル系溶媒等を使用できる。
【００１７】
これらは、塗布絶縁膜１１の種類に応じて適宜選択することができ、従来から行われているエッジリンス法によって、盛り上がり部１１ａにおけるｂ／ａを１．１以上２．０以下の範囲に制御することが可能である。しかし、ｂ／ａを１以上１．１未満に制御するのは、従来の技術では極めて困難であり、これまでのところ有効な手段は見つかっていない。
【００１８】
また、回転塗布方法によってウエハ１０上に塗布絶縁膜１１を形成する際には、まず、スピンチャックにウエハ１０を吸着させた後、そのウエハ１０を１０〜５０ｒｐｍで回転させながら必要量の塗布液をウエハ１０の中央に滴下する。次いで、例えば１０００〜６０００ｒｐｍで３０秒程度回転させる。この時の回転数を変更することにより、得られる塗布絶縁膜１１の膜厚ａを所望に制御することが可能である。
【００１９】
さらに、この段階で塗布膜の溶剤が十分に揮発していれば、回転数を５００〜２０００ｒｐｍ程度に保持した状態でエッジリンス、及び、ウエハ１０裏面に飛散した塗布液を除去するためのバックリンスを行う。一方、塗布膜の溶剤の揮発が不十分な場合には、エッジ部の盛り上がり部１１ａが増大し、上方から顕微鏡で監察したときの形状も悪化する傾向にある。かかる場合には、エッジリンスの前に、３０００〜５０００ｒｐｍでウエハ１０を３０〜１２０秒程度回転させると、エッジ部の盛り上がりを抑え且つその形状を改善できる。但し、この時の回転時間が過度に長いとスループットが低下する傾向にあるため、回転時間は３０〜６０秒が好ましい。
【００２０】
このような回転塗布を実施後、１〜３枚のホットプレートを用いて５０〜３５０℃のプリベークを行う。通常は、低温から段階的に２〜３段階でベークする方法が用いられる。それから、塗布絶縁膜１１を完全に硬化させるためには、通常４００〜４５０℃で２０〜６０分の加熱処理を行う。この際には、市販の縦型炉を用いることができる。なお、塗布絶縁膜１１が有機膜又は有機無機複合膜である場合には、硬化雰囲気を窒素雰囲気とし、雰囲気中の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下に維持制御するのが好ましい。
【００２１】
ところで、ＬＳＩの層間絶縁膜に有機膜及び／又は有機無機複合膜から成り低誘電率を発現する絶縁膜を用いる場合、絶縁膜がウエハ表面に露出した状態（図１に示すような状態）では、ＬＳＩの多層配線形成プロセスで用いられるプラズマ及び薬品により、膜質が劣化し、絶縁膜としての信頼性が低下するおそれがある。よって、これを防ぐため、絶縁膜の上層に無機膜（第２の絶縁膜）を積層するのが一般的であり、本発明においても採用するものである。
【００２２】
無機膜としては、通常、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜が用いられ、一般にプラズマＣＶＤ法により形成する。また、層間絶縁膜に有機膜及び／又は有機無機複合膜を用いる場合、パターン形成後のフォトレジストの除去に通常用いられるアッシングを行うことができない。よって、パターン形成のエッチング時にフォトレジストを同時に除去する方法が採用されるが、上層として形成された無機膜は、フォトレジストが除去された後のハードマスクとしての役割を果たす場合もある。
【００２３】
また、Ｃｕ配線を形成するシングルダマシン法では、絶縁膜の形成後、配線パターンまたは接続孔パターンのフォトレジストパターンを形成し、プラズマエッチングにより絶縁膜にパターン形成を行う。フォトレジストの形成には、塗布絶縁膜１１の形成に用いたのと同等の機能を有する塗布装置を使用可能である。
【００２４】
次に、第２の絶縁膜である無機膜の形成に引き続き、その上にフォトレジストパターンを形成する。図２は、塗布絶縁膜である低誘電率膜２１（第１の絶縁膜）及び無機膜２２（第２の絶縁膜）上にフォトレジスト層２３が形成されたウエハ２０（基板）の周縁部を示す模式断面図である。同図に示すように、無機膜２２上にフォトレジストを回転塗布等で形成した後、低誘電率膜２１及び無機膜２２の外周部における盛り上がり部２２ａ上方のフォトレジストを除去してフォトレジスト層２３を得る。
【００２５】
ここで、フォトレジストを除去する方法としては、エッジリンス或いは周縁露光のどちらを用いてもよい。このとき、同図に示すように、ウエハ１０の外周部におけるフォトレジスト層２３の除去幅ｄを、ウエハ１０の外周部における低誘電率膜２１の除去幅ｃよりも広くとり、低誘電率膜２１及び無機膜２２のエッジの盛り上がり部２２ａを露出させる。この場合、ウエハ２０をスピンチャックに吸着させる際の位置ずれ等を考慮すると、幅ｄを幅ｃより０．４〜１．０ｍｍ程度広くするのが好ましい。
【００２６】
次いで、市販のステッパ−を用いて、フォトレジスト層２３に、配線又は接続孔のパターンを形成し、無機膜２２と低誘電率膜２１のエッチングを行う。エッチングには、市販のエッチング装置を用いることができる。低誘電率膜２１のエッジの盛り上がり部２２ａは、上述の如く、その上方のフォトレジスト層２３が除去されているため（図２参照）、パターン部分のエッチングと同時にエッチングされる。ここで、絶縁膜のエッチングでは通常３０％程度のオーバーエッチを行うことから、図１に示すｂ／ａが１．３以下であれば、フォトレジスト層２３の外側の無機膜２２と低誘電率膜２１はほぼ除去される。
【００２７】
また、ｂ／ａが１．３以上２．０以下あれば、外周側に低誘電率膜２１の一部がエッチされずに残る。図３は、かかる場合に低誘電率膜２１及び無機膜２２をエッチングした後のウエハ２０の周縁部を示す模式断面図である。このとき、低誘電率膜２１の残存部２１ｂの厚さは、当初の膜厚（すなわちａ）よりも十分に小さくなる。よって、後のＣＭＰ工程において、エッジの盛り上がりに起因する剥離が生じることを十分に防止できる。
【００２８】
さらに、塗布絶縁膜１１や低誘電率膜２１が有機膜の場合、ＣＦ系のエッチングガスで上層の無機膜１１，２２をエッチングした後、Ｎ2／Ｈ2系またはＮＨ3系のエッチングガスを用いてそれら有機膜のエッチングを行う。有機膜のエッチング時には、フォトレジスト層２３も同時にエッチングされ、エッチング完了後にはフォトレジスト層２３が完全に除去される。
【００２９】
また、有機ポリシロキサン膜のような有機無機複合膜のエッチングは、ＣＦ系ガスを用いて行う。この場合、塗布絶縁膜１１や低誘電率膜２１のエッチング完了後もフォトレジスト層２３は完全に除去されないため、別途フォトレジスト層２３の除去を行う必要がある。但し、従来の酸素を用いたアッシャーは塗布絶縁膜１１や低誘電率膜２１を酸化してしまうため、Ｏ2の異方性エッチング又はＮ2／Ｈ2系若しくはＮＨ3系の異方性エッチングを用いる。
【００３０】
このようなエッチングを終えた後、必要に応じて市販のクリーニング液によるクリーニングを行ってもよい。その後、配線孔等のパターンが形成されたウエハ２０上にスパッタによってバリア膜と銅メッキのためのＣｕシード層を形成する。バリア膜は、下地絶縁膜との接着性向上やＣｕ膜が絶縁膜中を拡散することを防ぐ等を目的として形成される。Ｃｕ膜は市販のメッキ液、メッキ装置を用いて形成することができる。さらに、市販の研磨液と装置を用いてＣｕ−ＣＭＰを行い、Ｃｕ配線を形成する。Ｃｕ−ＣＭＰ後は、連続してバリア膜のＣＭＰを行う。
【００３１】
この際、本発明の多層配線形成方法によれば、Ｃｕ−ＣＭＰの前にエッジ部における盛り上がり部２２ａを除去しているため、このＣＭＰ工程でその盛り上がりに起因する絶縁膜（低誘電率膜２１、無機膜２２）の剥離が起こらない。このような作用効果は、絶縁膜の種類に依存することなく発現される。さらに、追加のエッチング処理を行う必要もないので、全体の処理プロセスの複雑化を防止できる利点がある。
【００３２】
次に、Ｃｕ膜及びバリア膜のＣＭＰ後、Ｃｕの拡散防止のため、ＳｉＮ膜をＣＶＤ法により形成する。さらに、その上に上層の配線層を形成するため再び塗布絶縁膜を形成し、同じ工程を繰り返すことにより多層配線を形成させる。図４は、図３に示す状態のウエハ２０上に形成したバリア膜及びＣｕ膜にＣＭＰを施した後の状態を示す模式断面図である。図示の如く、Ｃｕ膜及びバリア膜のＣＭＰ後には、低誘電率膜２１及び無機膜２２のエッジの段差部分側方にＣｕ膜２４が残り、段差が解消される。そして、エッジ部の盛り上がり及び段差が無いため、積層の繰り返しによってエッジの段差が蓄積増大してしまうことを回避できる。よって、多層配線の形成を容易に且つ確実に行うことが可能となる。
【００３３】
また、Ｃｕの多層配線をデュアルダマシン法で形成する場合にも、フォトレジストの外周部の除去幅を塗布絶縁膜の外周部の除去幅より広くすることで、シングルダマシン法の場合と同様な効果が得られる。デュアルダマシン法では、接続孔層と配線層の絶縁膜を形成後、接続孔層のフォトレジスト形成、エッチング及びレジスト除去、配線層のフォトレジスト形成、エッチング及びフォトレジスト除去という工程を経てパターンが形成される。フォトレジストの外周部の除去幅は二回とも塗布絶縁膜の外周部の除去幅より大きくする。これにより、塗布絶縁膜のエッジ部の盛り上がり部分をパターン形成のエッチング時にエッチングできる。
【００３４】
デュアルダマシン法に適用されるエッチングの方法は数種類あるが、ビアファースト法、デュアルハードマスク法が一般的に用いられる。これらの方法では、配線層のエッチングを接続孔のマスクと、配線層のマスクの両方で行うため、フォトレジストの外側部分のエッチング量が塗布絶縁膜の厚さに対して二倍以上になる。従って、エッジリンスによるエッジの盛り上がり高さの許容範囲が広がる。
【００３５】
また、デュアルダマシン法で、接続孔層と配線層との間にエッチングストッパ層を形成する場合には、塗布絶縁膜の形成後エッチングストッパ層を形成し、その上に塗布絶縁膜を再度形成する。図５は、塗布絶縁膜及び無機膜が２段積層されたウエハの周縁部を示す模式断面図である。図示の如く、ウエハ５０上に形成された上層の塗布絶縁膜５３（第１の絶縁膜）及び無機膜５４（第２の絶縁膜）の外周部の除去幅を、下層の塗布絶縁膜５１（第１の絶縁膜）及び無機膜５２（第２の絶縁膜）の同除去幅より大きくする方が望ましい。これにより、エッチング時に、上下層のエッジの盛り上がり部５２ａ，５４ａを同時にエッチングすることが可能になる。
【００３６】
また、配線層の塗布絶縁膜は、実質的に膜厚の２倍＋オーバーエッチ分エッチングされるため、エッジの盛り上がり部５２ａ，５４ａの許容範囲は、図５のｆ／ｅ及びｈ／ｇが３以上に広がり、エッジリンス条件のマージンが拡大する。
【００３７】
このように、本発明の多層配線形成方法によれば、絶縁膜のエッジ部分の盛り上がり及び段差による剥離の問題を複雑な工程を経ることなく解決できるので、高集積化したＬＳＩの歩留まりを低コストで改善することが可能となる。また、かかる多層配線形成方法により基板上に所定のパターンが形成されて成る半導体素子としては、例えば、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、マスクＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリーなどの記憶素子、マイクロプロセッサー、ＡＳＩＣなどの論理回路素子等に代表される集積回路素子が挙げられる。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明に係る具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３９】
〈実施例１〉
塗布絶縁膜（第１の絶縁膜）として、硬化膜の比誘電率が２．６であるダウ・ケミカル社製のＳｉＬＫ  Ｊ３５０樹脂を用いてシングルダマシンを想定した多層配線形成の検討を行った。
【００４０】
基板として、ＳｉＮ１００ｎｍが製膜された８インチのシリコンウエハを用い、塗布装置として、大日本スクリーン製のＳＣＷ−８０Ａコータを用いた。まず、シリコンウエハをスピンチャックに吸着後、３０ｒｐｍで回転しながら、ＳｉＬＫ  Ｊ３５０塗布液をシリコンウエハ上に４ｃｃ滴下した。滴下終了後、直ちに３５００ｒｐｍで２５秒回転し、続いて、５０００ｒｐｍで２０秒回転することにより塗布膜の溶剤を揮発させた。
【００４１】
その後、回転数を１５００ｒｐｍに保持しながら、シリコンウエハの外周部にリンス液を滴下して外周部のＳｉＬＫ樹脂を除去した。リンス液はシクロヘキサノンを用い、樹脂の除去幅は、シリコンウエハの周端から３ｍｍとした。エッジリンスの際には、同時にシリコンウエハ裏面に付着した樹脂液を除去するため、シクロヘキサノンによるバックリンスを行った。エッジリンス、バックリンス終了後、リンス液を振り切るため、２０００ｒｐｍで１０秒回転した。
【００４２】
次いで、ホットプレートを用いて３２０℃／９０秒のベークを行い、続いてクーリングプレートを用いて２３℃／９０秒のクーリングを行った。その後、シリコンウエハを縦型炉用の石英ボートに挿入し、大日本スクリーン社製の縦型炉ＡＶＦ８０１を用いて４００℃／３０分の硬化を行った。この時の雰囲気はＮ2雰囲気とし、Ｏ2濃度を１００ｐｐｍ以下に制御した。
【００４３】
硬化後の樹脂膜の膜厚を干渉膜厚計を用いて屈折率１．６３で測定した結果、３５０ｎｍであった。また、触針式膜厚計を用いて塗布膜のエッジ形状を測定した結果、盛り上がり部の高さは最大５００ｎｍで、図１に示すｂ／ａが１．４であった。また、顕微鏡で監察したエッジ形状は良好であった。
【００４４】
次に、樹脂膜の硬化後、プラズマＣＶＤによりＳｉＯ2膜を積層した。成膜装置として、アプライドマテリアルズ社製のＰｒｅｃｉｓｉｏｎ  ５０００を用い、ソースガスとしてＳｉＨ4及びＮ2Ｏを用いた。また、ウエハチャック温度を４００度、ＳｉＨ4／Ｎ2Ｏ比を１００ｓｃｃｍ／２０００ｓｃｃｍ、処理圧力を１．２ｋＰａとし、１００ｎｍのＳｉＯ2膜を形成した。
【００４５】
実際のシングルダマシン法では、この後フォトレジストを塗布し、露光、現像を行ってパターンを形成するが、本検討では、エッジ部分の形状改善が目的であるため、パターンの形成は省略した。また、ＳｉＬＫ  Ｊ３５０は、芳香族系炭化水素ポリマーであり、フォトレジストと同等のエッチング耐性を有する。さらに、フォトレジストの形成とＳｉＬＫ樹脂の塗布膜の形成とは、同じ方法で可能である。従って、パターンの形成が不要な場合には、フォトレジストの代用としてＳｉＬＫ  Ｊ３５０を用いることが可能である。
【００４６】
そこで、上記ＳｉＯ2膜上に、前述した方法でＳｉＬＫ  Ｊ３５０を塗布し、エッジリンスを行った後、３２０℃／１８０秒のプリベークを行った。エッジリンスの幅は４ｍｍとした。この際、ＳｉＬＫ塗布液滴下後の回転数を５０００ｒｐｍに変更した。プリベーク後の膜厚は２９０ｎｍであった。また、エッジ部の盛り上がり高さは３５０ｎｍであった。この２層目のＳｉＬＫ膜はフォトレジストの代替としてエッチングによって完全に除去されるため、硬化は必要ない。但し、エッチング中の脱ガスを低減するためにプリベーク時間を長くした。
【００４７】
次いで、アルバック社製の平行平板型のＲＩＥ装置ＣＳＥ―１１１０を用いてエッチングを行った。まず、ＣＦ4／Ｏ2を用いて、ＳｉＯ2膜のエッチングを行った。処理条件は、ＣＦ4／Ｏ2＝８０ｓｃｃｍ／２０ｓｃｃｍ、圧力を５０Ｐａ、ＲＦパワーを２００Ｗとした。
【００４８】
続いて、ＳｉＬＫ硬化膜のエッチングを行った。処理圧力を４Ｐａとし、エッチングガスとしてＮ2／Ｈ2＝１５ｓｃｃｍ／１５ｓｃｃｍとした。この時のＳｉＬＫ硬化膜及びプリベーク膜のエッチレートは共に１００ｎｍ／分であった。また、３５０ｎｍの膜厚に対して３０％のオーバーエッチを行うため、エッチング時間を４．５分とした。上層のＳｉＬＫ膜厚は２９０ｎｍで盛り上がり部分の厚さが３５０ｎｍであったため、エッチング後には、上層のＳｉＬＫ膜はエッジ部も含めて完全に除去された。
【００４９】
このエッチング後のエッジ部の断面形状をＳＥＭで観察したところ、図３に模式的に示す形状のようになっており、ＳｉＬＫ膜における盛り上がり部のエッチング後の高さは５０ｎｍ程度であり、絶縁層の膜厚に対して十分に小さいことが確認された。なお、ＬＳＩの実際の製造プロセスでは、上層のＳｉＬＫ膜の代わりに、パターンを形成したフォトレジストを形成することにより、エッチング後に配線又は接続孔が形成される。
【００５０】
次に、Ｃｕ−ＣＭＰの評価を行うため、エッチング完了後のシリコンウエハにＴａＮを１０ｎｍ積層し、次いでＴａを２０ｎｍ積層し、最後にＣｕを２００ｎｍ積層した。これらの成膜はスパッタによって行った。Ｃｕ−ＣＭＰでは、研磨液として砥粒フリー研磨液ＨＳ−４０００（日立化成工業（株）製）、研磨パッドとしてＩＣ−１０００単層、格子溝パッド（ロデール社製）、研磨装置として、定盤直径２４インチ、２プラテン型のメタル用研磨装置（ラップマスター社製）を用いた。
【００５１】
研磨条件は、荷重２００ｇ／ｃｍ2、定盤回転数４０ｒｐｍ、ウエハホルダ回転数４０ｒｐｍ、研磨液供給量２００ｃｃ／分、研磨時間２分とし、プラテンは第一プラテンを用いた。この条件におけるＣｕの研磨速度は１４０ｎｍ／分であった。研磨後、シリコンウエハを水で洗浄し、乾燥させた後、エッジ部分の観察を行った。顕微鏡でウエハ全周を監察したところ、剥離の発生は認められなかった。
【００５２】
続いて、Ｔａ／ＴａＮのＣＭＰを行った。研磨液として砥粒入りの研磨液  ＨＳ−５０００Ｘ−４（日立化成工業（株）製）、研磨パッドとしてＩＣ−１０００単層、格子溝パッド（ロデール社製）、研磨装置としてＣｕ−ＣＭＰと同一の研磨装置を用い、第二プラテンを用いて研磨を行った。研磨条件は、荷重２００ｇ／ｃｍ2、定盤回転数３０ｒｐｍ、ウエハホルダ回転数３０ｒｐｍ、研磨液供給量２００ｃｃ／分、研磨時間１分とした。この条件におけるＴａ及びＴａＮの研磨速度は、共に５０ｎｍ／分であった。研磨後は、水洗し、乾燥させた後、断面の観察を行った。顕微鏡でウエハ全周を監察したところ、剥離の発生は認められなかった。
【００５３】
バリア膜研磨後、Ｃｕ拡散防止膜を想定したＳｉＮ膜（５０ｎｍ厚）を形成することにより、シングルダマシンを想定したプロセスを完了した。この後、上記のシングルダマシンを想定したプロセスを６回繰り返して行ったが、いずれも絶縁膜のエッジ部分における剥離の発生は認められなかった。これより、本プロセスは、ＬＳＩの多層配線形成に対して十分なマージンを有し、多層化した場合にも全く問題ないことが確認された。
【００５４】
〈比較例１〉
ＳｉＬＫ硬化膜上にＳｉＯ2膜を形成後、２層目のＳｉＬＫ膜形成及びエッチングを行わない以外は、実施例１と同様にしてシリコンウエハ上にバリアメタル及びＣｕを成膜した。この場合、２層目のＳｉＬＫ膜形成及びエッチングを行っていないため、エッジ部分に盛り上がり部が存在する。Ｃｕ−ＣＭＰを実施例１と同条件で行い、ＳｉＬＫ膜エッジ部を顕微鏡で監察した。その結果、ＳｉＬＫ樹脂膜の盛り上がり部に起因した剥離の発生が認められた。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多層配線形成方法及び半導体素子の製造方法によれば、回転塗布法で形成される絶縁膜のエッジ部分の盛り上がり及び段差に起因する剥離の発生を、複雑な工程を経ることなく解決でき、高集積化したＬＳＩの歩留まりを低コストで改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】塗布絶縁膜が形成されたウエハの周縁部を示す模式断面図である。
【図２】塗布絶縁膜である低誘電率膜及び無機膜上にフォトレジスト層が形成されたウエハの周縁部を示す模式断面図である。
【図３】低誘電率膜及び無機膜をエッチングした後のウエハの周縁部を示す模式断面図である。
【図４】図３に示す状態のウエハ上に形成したバリア膜及びＣｕ膜にＣＭＰを施した後の状態を示す模式断面図である。
【図５】塗布絶縁膜及び無機膜が２段積層されたウエハの周縁部を示す模式断面図である。
【符号の説明】
１０，２０，５０…ウエハ（基板）、１１ａ，２２ａ，２１ｂ，５２ａ，５４ａ…盛り上がり部、１１，５１，５３…塗布絶縁膜（第１の絶縁膜）、２１…低誘電率膜（第１の絶縁膜）、２２，５２，５４…無機膜（第２の絶縁膜）、２３…フォトレジスト、２４…Ｃｕ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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