(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）導電層が形成された下地に、水素アニール処理を施す工程と、
（ｂ）前記下地上に、有機膜、絶縁膜、およびハードマスクを順次堆積する工程と、
（ｃ）前記ハードマスク上にレジストパターンを形成する工程と、
（ｄ）前記ハードマスクに、前記レジストパターンを用いてエッチング処理を施し、前記ハードマスクをパターン形成する工程と、
（ｅ）前記（ｄ）工程後に、酸素プラズマを用いて、前記レジストパターンを除去する工程と、
（ｆ）前記（ｅ）工程後に、前記ハードマスクの存在下で前記有機膜をエッチングストッパー膜として用いて、前記絶縁膜にエッチング処理を施し、前記ハードマスクのパターンを前記絶縁膜へ選択的に転写する工程と、
（ｇ）前記（ｆ）工程後に、前記ハードマスクの存在下で前記有機膜にエッチング処理を施し、前記ハードマスクのパターンを前記有機膜へ転写する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁膜はシリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜であり、
前記絶縁膜は前記有機膜よりも酸素プラズマ耐性が高い膜である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（ｇ）工程で前記ハードマスクは除去され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、
前記ハードマスクのパターンを有する溝が前記（ｆ）工程と前記（ｇ）工程で前記絶縁膜、前記有機膜に形成され、導電膜を前記溝内と前記絶縁膜上に形成した後、研磨により前記絶縁膜上の前記導電膜を除去し、前記導電膜が前記溝に埋め込まれ、前記ハードマスクは前記研磨時に除去され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（ｄ）工程で前記絶縁膜の上面は部分的に除去され、前記有機膜は前記絶縁膜より薄い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、
前記有機膜は接着層を介して前記導電層上に堆積され、前記接着層は５０ｎｍ以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
（ａ）導電層が形成された下地に、水素アニール処理を施す工程と、
（ｂ）前記下地上に、有機膜、絶縁膜、およびハードマスクを順次堆積する工程と、
（ｃ）前記ハードマスク上にレジストパターンを形成する工程と、
（ｄ）前記ハードマスクに、前記レジストパターンを用いてエッチング処理を施し、前記ハードマスクをパターン形成する工程と、
（ｅ）前記（ｄ）工程後に、酸素プラズマを用いて、前記レジストパターンを除去する工程と、
（ｆ）前記（ｅ）工程後に、前記ハードマスクを用いて、前記絶縁膜をエッチングする工程と、
（ｇ）前記（ｆ）工程後に、前記ハードマスクを用いて、前記有機膜をエッチングする工程と、
（ｈ）前記（ｇ）工程後に、前記ハードマスクを除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁膜はシリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜であり、
前記絶縁膜は前記有機膜よりも酸素プラズマ耐性が高い膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｇ）工程で前記ハードマスクは除去され、前記（ｇ）工程と前記（ｈ）工程は同じ工程で行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項６記載の半導体装置の製造方法において、
前記ハードマスクのパターンを有する溝が前記（ｆ）工程と前記（ｇ）工程で前記絶縁膜、前記有機膜に形成され、導電膜を前記溝内と前記絶縁膜上に形成した後、研磨により前記絶縁膜上の導電膜を除去し、前記導電膜が前記溝に埋め込まれ、前記ハードマスクは前記（ｈ）工程で除去されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項６記載の半導体装置の製造方法おいて、
前記（ｄ）工程で前記絶縁膜の上面は部分的に除去されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項６記載の半導体装置の製造方法おいて、
前記有機膜は接着層を介して前記導電層上に堆積され、前記接着層は５０ｎｍ以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
（ａ）導電層が形成された下地に、水素アニール処理を施す工程と、
（ｂ）前記下地上に、厚さが５０ｎｍ以下である接着層を介して有機膜、絶縁膜、およびハードマスクを順次堆積する工程と、
（ｃ）前記ハードマスク上にレジストパターンを形成する工程と、
（ｄ）前記ハードマスクに、前記レジストパターンを用いてエッチング処理を施し、前記ハードマスクをパターン形成する工程と、
（ｅ）前記（ｄ）工程後に、酸素プラズマを用いて、前記レジストパターンを除去する工程と、
（ｆ）前記（ｅ）工程後に、前記ハードマスクを用いて、前記絶縁膜をエッチングする工程と、
（ｇ）前記（ｆ）工程後に、前記ハードマスクを用いて、前記有機膜をエッチングする工程と、
（ｈ）前記（ｇ）工程後に、前記ハードマスクを除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁膜はシリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜であり、
前記絶縁膜は前記有機膜よりも酸素プラズマ耐性が高い膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｇ）工程で前記ハードマスクは除去されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の半導体装置の製造方法において、
前記ハードマスクのパターンを有する溝が前記（ｆ）工程と前記（ｇ）工程で前記絶縁膜、前記有機膜に形成され、さらに、
（ｉ）導電膜を前記溝内と前記絶縁膜上に形成した後、研磨により前記絶縁膜上の前記導電膜を除去し、前記導電膜が前記溝に埋め込まれる工程とを含み、
前記ハードマスクは前記（ｈ）工程で除去されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１１記載の半導体装置の製造方法において、
前記（ｄ）工程で前記絶縁膜の上面は部分的に除去されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ハードマスクは、窒化シリコン膜からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜は、酸化シリコン膜からなる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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、いわゆるダマシン（Damascene）法を用いて形成された多層配線構造、およびそのような多層配線構造を有する半導体装置に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の高性能化および微細化に伴い、多層配線技術は半導体装置製造において必要な技術となっている。半導体集積回路における配線層の形成法として、層間絶縁層上にアルミニウム（Ａｌ）合金またはタングステン（Ｗ）等の高融点金属薄膜を成膜した後、フォトリソグラフィ工程により配線用薄膜上に配線パターンと同一形状のレジストパターンを形成し、それをマスクとしてドライエッチング工程により配線パターンを形成する方法が知られている。しかし、このアルミニウム合金等を用いる方法では配線の微細化に伴い、配線抵抗の増大が顕著となり、それに伴い配線遅延が増加し、半導体装置の性能が低下する等の問題がある。特に、高性能なロジックＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）においては、その性能阻害要因として大きな問題が生じている。
【０００３】
このため、層間絶縁層に形成した溝上に銅（Ｃｕ）を主導体層とする配線用金属を埋め込んだ後、溝外部の余分な金属をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて除去することにより溝内に配線パターンを形成する方法（いわゆるダマシン法）が検討されている。
【０００４】
ところで、銅配線を埋め込む溝が形成される層間絶縁層には、エッチングストッパー膜およびＴＥＯＳ酸化膜が下層から順に堆積された積層構造が提案されている。ＴＥＯＳ酸化膜は、ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate：Si(OC2H5)）ガスとオゾン（Ｏ3）ガスとを用いたプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法で成膜される。エッチングストッパー膜としては、層間絶縁層をＴＥＯＳ酸化膜で構成する場合、通常シリコン窒化膜が用いられている。
【０００５】
しかし、シリコン窒化膜の比誘電率が約７程度と高いため、層間絶縁層中にシリコン窒化膜を設けると、層間絶縁層全体の比誘電率が高くなるという問題が生ずる。これは配線間容量の増大を招き、半導体装置の動作速度の劣化や消費電力の増大に繋がる。
【０００６】
そこで、比誘電率が２〜３程度と相対的に低く、ＴＥＯＳ酸化膜に対してエッチング選択比がとれる低誘電率材料の採用が検討され、なかでも、熱に対して比較的安定であり、また湿度に対しても高い耐性を有する有機ＳＯＧ（Spin On Glass）膜が層間絶縁層を構成する材料として有望視されている。
【０００７】
なお、有機ＳＯＧ膜を層間絶縁層に適用した配線プロセスについては、たとえば株式会社プレスジャーナル発行「セミコンダクタ・ワールド（Semiconductor World）」１９９８年２月号、Ｐ１０３〜Ｐ１０７に記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、有機ＳＯＧ膜をエッチングストッパー膜とする層間絶縁層に、ダマシン法による多層配線を形成する工程について、本発明者らが検討したところ、以下のような問題あることを認識した。
【０００９】
すなわち、パターニングされたレジスト膜をマスクとしてＴＥＯＳ酸化膜および有機ＳＯＧ膜を順次加工することで溝パターンを形成し、その後、上記レジスト膜を酸素プラズマで除去すると、有機ＳＯＧ膜に−ＯＨ基が生成されて、有機ＳＯＧ膜の膜質が粗となってしまう。−ＯＨ基の発生に伴い有機ＳＯＧ膜中の水分が増加し、さらに熱が加わることで生じる脱水縮合反応での膜収縮によって有機ＳＯＧ膜にクラックが生じてしまう。
【００１０】
本発明の目的は、ダマシン配線の信頼度を向上することのできる技術を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、配線間の容量を低減し、半導体装置の性能向上が図れる技術を提供することにある。
【００１２】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
（１）本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）プラグまたは配線が形成された下地上に、第１絶縁膜、第１絶縁膜よりもエッチング耐性の低い第２絶縁膜、およびハードマスクを順次堆積する工程と、（ｂ）ハードマスク上に、レジストパターンを形成する工程と、（ｃ）レジストパターンの存在下でエッチング処理を施し、レジストパターンのパターンをハードマスクへ転写する工程と、（ｄ）レジストパターンを除去する工程と、（ｅ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第２絶縁膜へ選択的に転写する工程と、（ｆ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第１絶縁膜へ転写する工程とを有し、
上記第１絶縁膜はシリコン酸化膜よりも低い比誘電率を有する有機官能基を持つ絶縁膜、上記第２絶縁膜はシリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜とするものである。
（２）本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）プラグまたは配線が形成された下地上に、第１絶縁膜、第１絶縁膜よりもエッチング耐性の低い第２絶縁膜、およびハードマスクを順次堆積する工程と、（ｂ）ハードマスク上に、レジストパターンを形成する工程と、（ｃ）レジストパターンの存在下でエッチング処理を施し、レジストパターンのパターンをハードマスクへ転写する工程と、（ｄ）レジストパターンを除去する工程と、（ｅ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第２絶縁膜へ選択的に転写する工程と、（ｆ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第１絶縁膜へ転写する工程とを有し、
上記第１絶縁膜はシリコン酸化膜よりも低い比誘電率を有する有機官能基を持つ絶縁膜、上記第２絶縁膜はシリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜とし、上記第１絶縁膜の堆積膜厚は５０〜２００ｎｍ程度、上記第２絶縁膜の堆積膜厚は２００〜２０００ｎｍ程度、上記ハードマスクの堆積膜厚は５０〜２００ｎｍ程度とするものである。
（３）本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）プラグまたは配線が形成された下地上に、第１絶縁膜、第１絶縁膜に対してエッチング耐性の低い第２絶縁膜、およびハードマスクを順次堆積する工程と、（ｂ）ハードマスク上に、レジストパターンを形成する工程と、（ｃ）レジストパターンの存在下でエッチング処理を施し、レジストパターンのパターンをハードマスクへ転写する工程と、（ｄ）レジストパターンを除去する工程と、（ｅ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第２絶縁膜へ選択的に転写する工程と、（ｆ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第１絶縁膜へ転写する工程とを有し、
上記第１絶縁膜はシリコン酸化膜よりも低い比誘電率を有する有機官能基を持つ絶縁膜、前記第２絶縁膜はシリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜とし、上記第１絶縁膜の堆積膜厚は２００〜３０００ｎｍ程度、上記第２絶縁膜の堆積膜厚は１００〜５００ｎｍ程度、上記ハードマスクの堆積膜厚は５０〜２００ｎｍ程度とするものである。
（４）本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）プラグまたは配線が形成された下地上に、接着層、第１絶縁膜、第１絶縁膜よりもエッチング耐性の低い第２絶縁膜、およびハードマスクを順次堆積する工程と、（ｂ）ハードマスク上に、レジストパターンを形成する工程と、（ｃ）レジストパターンの存在下でエッチング処理を施し、レジストパターンのパターンをハードマスクへ転写する工程と、（ｄ）レジストパターンを除去する工程と、（ｅ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第２絶縁膜へ選択的に転写する工程と、（ｆ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第１絶縁膜および接着層へ転写する工程とを有し、
上記第１絶縁膜はシリコン酸化膜よりも低い比誘電率を有する有機官能基を持つ絶縁膜、上記第２絶縁膜はシリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜、上記接着層は５０ｎｍ以下の厚さのシリコン酸化膜とするものである。
（５）本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）プラグまたは配線が形成された下地に水素アニール処理を施した後、第１絶縁膜、第１絶縁膜よりもエッチング耐性の低い第２絶縁膜、およびハードマスクを順次堆積する工程と、（ｂ）ハードマスク上に、レジストパターンを形成する工程と、（ｃ）レジストパターンの存在下でエッチング処理を施し、レジストパターンのパターンをハードマスクへ転写する工程と、（ｄ）レジストパターンを除去する工程と、（ｅ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第２絶縁膜へ選択的に転写する工程と、（ｆ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第１絶縁膜へ転写する工程とを有し、
上記第１絶縁膜はシリコン酸化膜よりも低い比誘電率を有する有機官能基を持つ絶縁膜、上記第２絶縁膜はシリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜とするものである。
（６）本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）プラグまたは配線が形成された下地に水素アニール処理を施した後、接着層、第１絶縁膜、第１絶縁膜よりもエッチング耐性の低い第２絶縁膜、およびハードマスクを順次堆積する工程と、（ｂ）ハードマスク上に、レジストパターンを形成する工程と、（ｃ）レジストパターンの存在下でエッチング処理を施し、レジストパターンのパターンをハードマスクへ転写する工程と、（ｄ）レジストパターンを除去する工程と、（ｅ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第２絶縁膜へ選択的に転写する工程と、（ｆ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第１絶縁膜および接着層へ転写する工程とを有し、
上記第１絶縁膜はシリコン酸化膜よりも低い比誘電率を有する有機官能基を持つ絶縁膜、上記第２絶縁膜はシリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜、上記接着層は５０ｎｍ以下の厚さのシリコン酸化膜とするものである。
（７）本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）プラグまたは配線が形成された下地上に、第１絶縁膜、第１絶縁膜よりもエッチング耐性の低い第２絶縁膜、およびハードマスクを順次堆積する工程と、（ｂ）ハードマスク上に、レジストパターンを形成する工程と、（ｃ）レジストパターンの存在下でエッチング処理を施し、レジストパターンのパターンを前記ハードマスクへ転写する工程と、（ｄ）レジストパターンを除去する工程と、（ｅ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第２絶縁膜へ選択的に転写する工程と、（ｆ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第１絶縁膜へ転写する工程とを有し、
上記第１絶縁膜はシリコン酸化膜よりも低い比誘電率を有する有機官能基を持つ絶縁膜、上記第２絶縁膜はシリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜、上記ハードマスクは金属膜または金属化合物とするものである。
（８）本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）プラグまたは配線が形成された下地上に、第１絶縁膜、第１絶縁膜よりもエッチング耐性の低い第２絶縁膜、およびハードマスクを順次堆積する工程と、（ｂ）ハードマスク上に、レジストパターンを形成する工程と、（ｃ）レジストパターンの存在下でエッチング処理を施し、レジストパターンのパターンをハードマスクおよび第２絶縁膜の上部へ転写する工程と、（ｄ）レジストパターンを除去する工程と、（ｅ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第２絶縁膜の下部へ選択的に転写する工程と、（ｆ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第１絶縁膜へ転写する工程とを有し、
上記第１絶縁膜はシリコン酸化膜よりも低い比誘電率を有する有機官能基を持つ絶縁膜、上記第２絶縁膜はシリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜、上記ハードマスクはシリコン窒化膜とするものである。
（９）本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）プラグまたは配線が形成された下地上に、第１絶縁膜、第１絶縁膜よりもエッチング耐性の低い第２絶縁膜、およびハードマスクを順次堆積する工程と、（ｂ）ハードマスク上に、レジストパターンを形成する工程と、（ｃ）レジストパターンの存在下でエッチング処理を施し、レジストパターンのパターンをハードマスクへ転写する工程と、（ｄ）レジストパターンを除去する工程と、（ｅ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第２絶縁膜へ選択的に転写する工程と、（ｆ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第１絶縁膜へ転写する工程と、（ｇ）基板の全面にバリアメタル層および銅膜を順次堆積する工程と、（ｈ）第２絶縁膜の上部が露出するまで、バリアメタル層および銅膜を除去する工程とを有し、
上記第１絶縁膜はシリコン酸化膜よりも低い比誘電率を有する有機官能基を持つ絶縁膜、上記第２絶縁膜はシリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜とするものである。
（１０）本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）プラグまたは配線が形成された下地上に、第１絶縁膜、第１絶縁膜よりもエッチング耐性の低い第２絶縁膜、およびハードマスクを順次堆積する工程と、（ｂ）ハードマスク上に、レジストパターンを形成する工程と、（ｃ）レジストパターンの存在下でエッチング処理を施し、レジストパターンのパターンをハードマスクへ転写する工程と、（ｄ）レジストパターンを除去する工程と、（ｅ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第２絶縁膜へ選択的に転写する工程と、（ｆ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第１絶縁膜へ転写する工程と、（ｇ）基板の全面にバリアメタル層および銅膜を順次堆積する工程と、（ｈ）第２絶縁膜の上部が露出するまで、バリアメタル層および前記銅膜を除去する工程とを有し、
上記第１絶縁膜はシリコン酸化膜よりも低い比誘電率を有する有機官能基を持つ絶縁膜、上記第２絶縁膜はシリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜とし、上記第１絶縁膜の堆積膜厚は５０〜２００ｎｍ程度、上記第２絶縁膜の堆積膜厚は２００〜２０００ｎｍ程度、上記ハードマスクの堆積膜厚は５０〜２００ｎｍ程度とするものである。
（１１）本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）プラグまたは配線が形成された下地上に、第１絶縁膜、第１絶縁膜よりもエッチング耐性の低い第２絶縁膜、およびハードマスクを順次堆積する工程と、（ｂ）ハードマスク上に、レジストパターンを形成する工程と、（ｃ）レジストパターンの存在下でエッチング処理を施し、レジストパターンのパターンをハードマスクへ転写する工程と、（ｄ）レジストパターンを除去する工程と、（ｅ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第２絶縁膜へ選択的に転写する工程と、（ｆ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第１絶縁膜へ転写する工程と、（ｇ）基板の全面にバリアメタル層および銅膜を順次堆積する工程と、（ｈ）第２絶縁膜の上部が露出するまで、バリアメタル層および銅膜を除去する工程とを有し、
上記第１絶縁膜はシリコン酸化膜よりも低い比誘電率を有する有機官能基を持つ絶縁膜、上記第２絶縁膜はシリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜とし、上記第１絶縁膜の堆積膜厚は２００〜３０００ｎｍ程度、上記第２絶縁膜の堆積膜厚は１００〜５００ｎｍ程度、上記ハードマスクの堆積膜厚は５０〜２００ｎｍ程度とするものである。
（１２）本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）プラグまたは配線が形成された下地上に、接着層、第１絶縁膜、第１絶縁膜よりもエッチング耐性の低い第２絶縁膜、およびハードマスクを順次堆積する工程と、（ｂ）ハードマスク上に、レジストパターンを形成する工程と、（ｃ）レジストパターンの存在下でエッチング処理を施し、レジストパターンのパターンを前記ハードマスクへ転写する工程と、（ｄ）レジストパターンを除去する工程と、（ｅ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第２絶縁膜へ選択的に転写する工程と、（ｆ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第１絶縁膜および接着層へ転写する工程と、（ｇ）基板の全面にバリアメタル層および銅膜を順次堆積する工程と、（ｈ）第２絶縁膜の上部が露出するまで、バリアメタル層および銅膜を除去する工程とを有し、
上記第１絶縁膜はシリコン酸化膜よりも低い比誘電率を有する有機官能基を持つ絶縁膜、上記第２絶縁膜はシリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜、上記接着層は５０ｎｍ以下の厚さのシリコン酸化膜とするものである。
（１３）本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）プラグまたは配線が形成された下地上に水素アニール処理を施した後、第１絶縁膜、第１絶縁膜よりもエッチング耐性の低い第２絶縁膜、およびハードマスクを順次堆積する工程と、（ｂ）ハードマスク上に、レジストパターンを形成する工程と、（ｃ）レジストパターンの存在下でエッチング処理を施し、レジストパターンのパターンをハードマスクへ転写する工程と、（ｄ）レジストパターンを除去する工程と、（ｅ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第２絶縁膜へ選択的に転写する工程と、（ｆ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第１絶縁膜へ転写する工程と、（ｇ）基板の全面にバリアメタル層および銅膜を順次堆積する工程と、（ｈ）第２絶縁膜の上部が露出するまで、バリアメタル層および銅膜を除去する工程とを有し、
上記第１絶縁膜はシリコン酸化膜よりも低い比誘電率を有する有機官能基を持つ絶縁膜、上記第２絶縁膜はシリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜とするものである。
（１４）本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）プラグまたは配線が形成された下地に水素アニール処理を施した後、接着層、第１絶縁膜、第１絶縁膜よりもエッチング耐性の低い第２絶縁膜、およびハードマスクを順次堆積する工程と、（ｂ）ハードマスク上に、レジストパターンを形成する工程と、（ｃ）レジストパターンの存在下でエッチング処理を施し、レジストパターンのパターンをハードマスクへ転写する工程と、（ｄ）レジストパターンを除去する工程と、（ｅ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第２絶縁膜へ選択的に転写する工程と、（ｆ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第１絶縁膜へ転写する工程と、（ｇ）基板の全面にバリアメタル層および銅膜を順次堆積する工程と、（ｈ）第２絶縁膜の上部が露出するまで、バリアメタル層および銅膜を除去する工程とを有し、
上記第１絶縁膜はシリコン酸化膜よりも低い比誘電率を有する有機官能基を持つ絶縁膜、上記第２絶縁膜はシリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜、上記接着層は５０ｎｍ以下の厚さのシリコン酸化膜とするものである。
（１５）本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）プラグまたは配線が形成された下地上に、第１絶縁膜、第１絶縁膜よりもエッチング耐性の低い第２絶縁膜、およびハードマスクを順次堆積する工程と、（ｂ）ハードマスク上に、レジストパターンを形成する工程と、（ｃ）レジストパターンの存在下でエッチング処理を施し、レジストパターンのパターンをハードマスクへ転写する工程と、（ｄ）レジストパターンを除去する工程と、（ｅ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第２絶縁膜へ選択的に転写する工程と、（ｆ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第１絶縁膜へ転写する工程と、（ｇ）基板の全面にバリアメタル層および銅膜を順次堆積する工程と、（ｈ）第２絶縁膜の上部が露出するまで、バリアメタル層および銅膜を除去する工程とを有し、
上記第１絶縁膜はシリコン酸化膜よりも低い比誘電率を有する有機官能基を持つ絶縁膜、上記第２絶縁膜はシリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜、上記ハードマスクは金属膜または金属化合物とするものである。
（１６）本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）プラグまたは配線が形成された下地上に、第１絶縁膜、第１絶縁膜よりもエッチング耐性の低い第２絶縁膜、およびハードマスクを順次堆積する工程と、（ｂ）ハードマスク上に、レジストパターンを形成する工程と、（ｃ）レジストパターンの存在下でエッチング処理を施し、レジストパターンのパターンをハードマスクおよび第２絶縁膜の上部へ転写する工程と、（ｄ）レジストパターンを除去する工程と、（ｅ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第２絶縁膜の下部へ選択的に転写する工程と、（ｆ）ハードマスクの存在下でエッチング処理を施し、ハードマスクのパターンを第１絶縁膜へ転写する工程と、（ｇ）基板の全面にバリアメタル層および銅膜を順次堆積する工程と、（ｈ）第２絶縁膜の上部が露出するまで、バリアメタル層および銅膜を除去する工程とを有し、
上記第１絶縁膜はシリコン酸化膜よりも低い比誘電率を有する有機官能基を持つ絶縁膜、上記第２絶縁膜はシリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜、上記ハードマスクはシリコン窒化膜とするものである。
【００１４】
上記した手段によれば、ハードマスクにパターンを転写するために用いられるレジストパターンを酸素プラズマで除去する際、第１絶縁膜は第２絶縁膜により保護されることから、第１絶縁膜を酸素プラズマ耐性の低い有機絶縁膜で構成しても、第１絶縁膜は酸化プラズマの影響を受けることがなく、第１絶縁膜の膜質の変化を抑えることができる。また、第１絶縁膜自体はハードマスクで加工されることから、酸素プラズマに晒されることがない。
【００１５】
さらに、シリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する第２絶縁膜の加工の際のエッチング用ストッパとして、比誘電率がシリコン酸化膜よりも低い有機絶縁膜で構成される第１絶縁膜を用いることで、プラグまたは配線を取り囲む絶縁膜を、シリコン窒化膜よりも低い誘電率を有する絶縁膜とシリコン酸化膜よりも低い誘電率を有する有機絶縁膜とで構成することが可能となり、配線間容量の増加を抑えることができる。
【００１６】
さらに、第１絶縁膜に対するハードマスクのエッチング選択比を高くすることで、シリコン酸化膜よりも比誘電率が低い第１絶縁膜を厚く形成することを可能とし、これにより配線間容量の増加抑制の高い効果を得ることができる。
【００１７】
さらに、下地を構成するプラグまたは配線を形成した後に水素アニール処理を施し、プラグまたは配線に生じた隙間からの脱ガスを積極的に発生させることによって、プラグまたは配線上に形成される第１絶縁膜のはがれを防ぐことができる。また、プラグまたは配線上に接着層を設けることで、第１絶縁膜または第２絶縁膜の成膜時においてプラグまたは配線に生じた隙間からの脱ガスが発生しても、脱ガスの影響による第１絶縁膜のはがれを防ぐことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
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。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１〜図１９は、本実施の形態１の半導体装置の製造方法の一例を工程順に示した断面図である。以下、図面を用いて工程順に説明する。
【００２０】
まず、図１に示すように、たとえばｐ-型の単結晶シリコンからなる半導体基板１を用意し、半導体基板１の主面に素子分離領域２を形成する。素子分離領域２は、たとえば以下のようにして形成できる。まず、半導体基板１の主面上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）およびシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）を順次形成し、このシリコン窒化膜をパターニングされたフォトレジスト膜を用いてエッチングし、このエッチングされたシリコン窒化膜をマスクとして半導体基板１に浅溝を形成する。その後、浅溝を埋め込む絶縁膜、たとえばシリコン酸化膜を堆積し、ＣＭＰ法等を用いて浅溝以外の領域のシリコン酸化膜を除去し、さらにウエットエッチング法等によりシリコン窒化膜を除去する。これにより素子分離領域２が形成される。
【００２１】
次に、パターニングされたフォトレジスト膜をマスクとして不純物をイオン注入し、ｐウェル３およびｎウェル４を形成する。ｐウェル３にはｐ型の導電型を示す不純物たとえばボロン（Ｂ）をイオン注入し、ｎウェルにはｎ型の導電型を示す不純物たとえばリン（Ｐ）をイオン注入する。この後、各ウェル領域にＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）のしきい値を制御するための不純物をイオン注入してもよい。
【００２２】
次に、ゲート絶縁膜５となるシリコン酸化膜、ゲート電極６となる多結晶シリコン膜およびキャップ絶縁膜７となるシリコン酸化膜を順次堆積して積層膜を形成し、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたフォトレジスト膜をマスクとして前記積層膜をエッチングする。これにより、ゲート絶縁膜５、ゲート電極６およびキャップ絶縁膜７を形成する。ゲート絶縁膜５は、たとえば熱ＣＶＤ法により形成することができ、ゲート電極６は、たとえばＣＶＤ法により形成することができる。ゲート電極６の抵抗値を低減するために、ｎ型あるいはｐ型の不純物をＭＩＳＦＥＴのチャネル型に応じてドープしてもよい。すなわち、ｎチャネルＭＩＳＦＥＴのゲート電極にはｎ型不純物を、ｐチャネルＭＩＳＦＥＴのゲート電極にはｐ型不純物をドープしてもよい。この場合イオン注入法を用いることができる。なお、ゲート電極６の上部にタングステンシリサイド（ＷＳｉx）、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉx）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉx）、タンタルシリサイド（ＴａＳｉx）等の高融点金属シリサイド膜を積層してもよく、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）等のバリアメタル層を介してタングステン等の金属層を形成してもよい。これによりゲート電極６のシート抵抗値を低減し、ＭＩＳＦＥＴの動作速度を向上できる。キャップ絶縁膜７は、たとえばＣＶＤ法により堆積することができる。
【００２３】
次に、半導体基板１上に、たとえばＣＶＤ法でシリコン酸化膜を堆積した後、このシリコン酸化膜を異方性エッチングすることにより、ゲート電極６の側壁にサイドウォールスペーサ８を形成する。その後、フォトレジスト膜をマスクとして、ｐウェル３にｎ型不純物（たとえばリン、ヒ素（Ａｓ））をイオン注入し、ｐウェル３上のゲート電極６の両側にｎ型半導体領域９を形成する。ｎ型半導体領域９は、ゲート電極６およびサイドウォールスペーサ８に対して自己整合的に形成される。また、ｎ型半導体領域９は、ｎチャネルＭＩＳＦＥＴのソース、ドレイン領域として機能する。同様に、フォトレジスト膜をマスクとして、ｎウェル４にｐ型不純物（たとえばボロン）をイオン注入し、ｎウェル４上のゲート電極６の両側にｐ型半導体領域１０を形成する。ｐ型半導体領域１０は、ゲート電極６およびサイドウォールスペーサ８に対して自己整合的に形成され、ｐチャネルＭＩＳＦＥＴのソース、ドレイン領域として機能する。
【００２４】
なお、サイドウォールスペーサ８の形成前に低濃度の不純物半導体領域を形成し、サイドウォールスペーサ８の形成後に高濃度の不純物半導体領域を形成して、いわゆるＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造としてもよい。
【００２５】
次に、図２に示すように、半導体基板１上にＣＶＤ法またはスパッタ法でシリコン酸化膜を堆積した後、そのシリコン酸化膜を、たとえばＣＭＰ法で研磨することにより、表面が平坦化された第１層間絶縁膜１１を形成する。第１層間絶縁膜１１は、シリコン窒化膜、ＳＯＧ膜、ＢＰＳＧ（Boron Phosphor Silicate Glass）膜、ＰＳＧ（Phosphor Silicate Glass）膜等の積層膜で形成してもよい。
【００２６】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて第１層間絶縁膜１１に接続孔１２を形成する。この接続孔１２は、ｎ型半導体領域９あるいはｐ型半導体領域１０上の必要部分に形成する。
【００２７】
次に、接続孔１２内にプラグ１３を、たとえば以下のようにして形成する。まず、接続孔１２の内部を含む半導体基板１の全面に窒化チタン膜を形成する。窒化チタン膜は、たとえばＣＶＤ法により形成できる。ＣＶＤ法は被膜の段差被覆性に優れるため、微細な接続孔１２内にも均一な膜厚で窒化チタン膜を形成できる。次に、接続孔１２を埋め込むタングステン膜を形成する。タングステン膜は、たとえばＣＶＤ法で形成できる、ＣＶＤ法であれば同様に微細な接続孔１２内をタングステンで埋め込むことができる。次に、接続孔１２以外の領域のタングステン膜および窒化チタン膜を、たとえばＣＭＰ法により除去してプラグ１３を形成できる。なお、窒化チタン膜の形成前に、たとえばチタン（Ｔｉ）膜を堆積し、熱処理を行って接続孔１２の底部における半導体基板（ｎ型あるいはｐ型の半導体領域９，１０）をシリサイド化してもよい。このようなシリサイド層を形成することにより、接続孔１２底部でのコンタクト抵抗を低減できる。
【００２８】
次に、半導体基板１の全面に、たとえばタングステン膜を形成し、このタングステン膜をフォトリソグラフィ技術によりパターニングし、第１配線層の配線１４を形成する。タングステン膜は、ＣＶＤ法またはスパッタ法により形成できる。
【００２９】
次に、図３に示すように、配線１４を覆う絶縁膜、たとえばシリコン酸化膜を形成し、この絶縁膜をＣＭＰ法により平坦化して第２層間絶縁膜１５を形成する。
【００３０】
次に、第２層間絶縁膜１５上に接続孔が形成される領域に開孔を有するフォトレジスト膜を形成し、このフォトレジスト膜をマスクとしてエッチングを施す。これにより第２層間絶縁膜１５の所定の領域に接続孔１６を形成する。
【００３１】
次に、接続孔１６内にプラグ１７を形成する。プラグ１７は以下のようにして形成できる。まず、接続孔１６の内部を含む半導体基板１の全面にバリアメタル層を形成し、さらに接続孔１６を埋め込むタングステン膜を形成する。その後、接続孔１６以外の領域のタングステン膜およびバリアメタル層をＣＭＰ法により除去してプラグ１７を形成する。
【００３２】
バリアメタル層は第２層間絶縁膜１５等周辺へのタングステンの拡散を防止する機能を有し、たとえば窒化チタン膜を例示できる。なお、窒化チタン膜には限られず、タングステンの拡散防止機能を有する限り他の金属膜であってもよい。たとえば、窒化チタンに代えてタンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）を用いることもできる。次工程以降のプラグ１７のバリアメタル層については窒化チタン膜を例示して説明するが、タンタル膜、窒化タンタル膜等に代えることができる。
【００３３】
タングステン膜はプラグ１７の主導電層として機能し、たとえばＣＶＤ法またはスパッタ法により形成できる。
【００３４】
次に、本発明による第２配線層〜第５配線層の形成方法を説明する。
【００３５】
まず、第２配線層の形成方法を図４〜図１３を用いて工程順に説明する。
【００３６】
図４に示すように、第２層間絶縁膜１５およびプラグ１７上にストッパ絶縁膜１８を形成した後、さらに第２配線層形成用の絶縁膜１９およびハードマスク２０を順次形成する。
【００３７】
ストッパ絶縁膜１８は、たとえば有機ＳＯＧ膜からなり、膜厚はたとえば５０〜２００ｎｍ程度である。なお、ストッパ絶縁膜１８として、有機ＳＯＧ膜を例示しているが、有機ＳＯＧ膜に代えて、絶縁膜１９に対して高いエッチング選択比を有し、かつシリコン酸化膜よりも低い低誘電率（たとえば２〜３程度）を有する有機官能基を持った絶縁膜を用いることもできる。
【００３８】
絶縁膜１９は、たとえばＴＥＯＳ酸化膜からなり、膜厚はたとえば２００〜２０００ｎｍ程度である。なお、絶縁膜１９として、ＴＥＯＳ酸化膜を例示しているが、ＴＥＯＳ酸化膜に代えて、無機ＳＯＧ膜、フッ素を含むシリコン酸化膜（ＳｉＯＦ）等のシリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有し、酸素プラズマ耐性が高い無機絶縁膜または有機絶縁膜を用いることもできる。
【００３９】
ハードマスク２０は、たとえばタングステン膜、アルミニウム膜等の金属膜または窒化チタン膜、窒化タンタル膜等の金属化合物からなり、膜厚はたとえば５０〜２００ｎｍ程度である。なお、ハードマスク２０は、酸素プラズマ耐性が高く、下地の絶縁膜１９に対してエッチング選択比が取れる金属膜または金属化合膜が選択される。
【００４０】
ストッパ絶縁膜１８を構成する有機ＳＯＧ膜は、たとえば塗布法によって形成することができる。これにより、エッチバック法やＣＭＰ法等の平坦化技術を用いずにストッパ絶縁膜１８の表面が平坦化でき、配線層の多層化を容易とすることができる。ストッパ絶縁膜１８は、後に説明するように、絶縁膜１９に配線溝を形成する際のエッチング用ストッパとして機能する。すなわち、絶縁膜１９に対して有機ＳＯＧ膜がエッチングされにくい条件で絶縁膜１９はエッチングされる。よって、有機ＳＯＧ膜の膜厚は、上記配線溝形成の際のエッチング用ストッパに要求される膜厚が選択される。前記５０〜２００ｎｍはこのような条件を考慮したものである。なお、有機ＳＯＧ膜の形成方法として塗布法を例示しているが、ＣＶＤ法等の他の製法を用いてもよい。
【００４１】
絶縁膜１９を構成するＴＥＯＳ酸化膜は、ＴＥＯＳガスとＯ3ガスとを原料ガスとしたプラズマＣＶＤ法で成膜される。プラズマＣＶＤ法を用いることにより成膜温度の低温下を図ることができる。配線形成工程は、半導体装置の製造工程（いわゆる前工程）のうち、最終工程に近い工程のため、すでに形成されたデバイス構造（不純物拡散層、シリサイド層等）に影響を及ぼさない温度（たとえば４００℃程度の低温）で処理することが望まれる。このような低温化の要請に合致する成膜方法としてプラズマＣＶＤ法はメリットが大きい。また、ＴＥＯＳを用いてシリコン酸化膜を形成すると、膜形成時のクラスタ流動性を高くでき、ステップカバレジに優れたシリコン酸化膜が形成できる。
【００４２】
ストッパ絶縁膜１８と絶縁膜１９とには、次に説明する第２配線層が埋め込まれる配線溝が形成される。このため、ストッパ絶縁膜１８と絶縁膜１９との合計膜厚は第２配線層に必要な設計膜厚で決められる。また、配線間容量を低減することを考慮すれば、ストッパ絶縁膜１８の膜厚を厚く設定することが望まれるが、これについては、実施の形態４に詳述するので、ここでの説明は省略する。
【００４３】
ハードマスク２０は、後に説明するように、絶縁膜１９に配線溝を形成する際のマスクとして機能する。すなわち、絶縁膜１９に対してハードマスク２０がエッチングされにくい条件で絶縁膜１９をエッチングする。さらに、このハードマスク２０は、後に説明するように配線形成時には除去することが可能である。よって、ハードマスク２０の膜厚は、上記配線溝形成の際のエッチング用ストッパに要求される膜厚が選択される。前記５０〜２００ｎｍはこのような条件を考慮したものである。
【００４４】
次に、図５に示すように、ハードマスク２０上に、フォトリソグラフィ技術を用いてレジスト膜２１を形成する。レジスト膜２１は、配線パターンである配線溝が形成される領域に開孔が形成されるように、配線溝パターンにパターニングされる。
【００４５】
次に、図６に示すように、レジスト膜２１の存在下でドライエッチング処理を施し、ハードマスク２０に配線溝パターンを転写する。その後、図７に示すように、酸素プラズマを用いたアッシャ処理によりレジスト膜２１を除去する。このようにして配線の溝パターンが転写されたハードマスク２０が形成される。この時、ストッパ絶縁膜１８を構成する有機ＳＯＧ膜は、酸素プラズマ耐性の高い絶縁膜１９で覆われており、有機ＳＯＧ膜は酸素プラズマに晒されない。これにより、有機ＳＯＧ膜の酸素プラズマによる変質を防ぐことができる。
【００４６】
次に、図８に示すように、パターニングされたハードマスク２０をマスクとし、ストッパ絶縁膜１８をエッチング用ストッパとして第１のエッチングを施す。この第１のエッチングにより絶縁膜１９に配線溝２２の一部を形成する。このエッチングの条件は、絶縁膜１９（ＴＥＯＳ酸化膜）がエッチングされ易く、ハードマスク２０およびストッパ絶縁膜１８（有機ＳＯＧ膜）がエッチングされ難い条件を選択する。たとえばエッチングガスをＣＨＦ4、ＣＦ4、Ａｒの混合ガスとする。
【００４７】
続いて、パターニングされた上記ハードマスク２０をマスクとして第２のエッチングを施す。この第２のエッチングにより露出しているストッパ絶縁膜１８を除去して、ストッパ絶縁膜１８に配線溝２２の他の一部を形成する。このエッチングの条件には、次の２通りの方法を採ることができる。
【００４８】
第１の方法は、ストッパ絶縁膜１８（有機ＳＯＧ膜）に対するハードマスク２０のエッチング選択比が低い条件を選択する方法であって、ハードマスク２０とストッパ絶縁膜１８とがほぼ同等のエッチング速度でエッチングされる。このような条件を選択した場合、図９に示すように、ストッパ絶縁膜１８の加工が終了した時点でハードマスク２０がほぼ無くなり、絶縁膜１９の上面が露出する。
【００４９】
第２の方法は、ストッパ絶縁膜１８（有機ＳＯＧ膜）に対するハードマスク２０のエッチング選択比が高い条件を選択する方法であって、ストッパ絶縁膜１８はエッチングされるがハードマスク２０はエッチングされにくい条件で選択エッチングされる。このような条件を選択した場合、図１０に示すように、ストッパ絶縁膜１８の加工が終了した時点では、未だハードマスク２０の一部が残っており、絶縁膜１９の上面は露出しない。
【００５０】
前記第１の方法、第２の方法のいずれの方法においても、エッチング時におけるエッチングガスはＣＨＦ3、Ｏ2混合ガスが用いられる。しかし、その他のエッチング条件、たとえば圧力、混合ガスの流量、ＲＦ投入電源、基板温度等の条件を選択することにより、第１の方法および第２の方法を選択することができる。
【００５１】
次に、配線溝２２の内部に第２配線層の配線２３を形成する。配線２３は、バリアメタル層および主導電層からなり、配線２３の形成は以下のようにして行う。
【００５２】
まず、図１１および図１２に示すように、バリアメタル層２３ａを形成する。図１１は、前記図９を用いて説明した第１の方法によって形成された配線溝２２に、バリアメタル層２３ａを成膜した場合を示しており、図１２は、前記図１０を用いて説明した第２の方法によって形成された配線溝２２に、バリアメタル層２３ａを成膜した場合を示している。
【００５３】
バリアメタル層２３ａは配線の主成分である銅の拡散を防止するとともに、銅とシリコン酸化膜との接着性を向上させる機能を有する。バリアメタル層２３ａとしては、たとえば窒化チタン膜を用いることができる。なお、窒化チタンに代えて、窒化タンタル、タンタル等を用いてもよい。これらの金属化合物膜または金属膜であっても銅の拡散を防止できる限りバリアメタル層２３ａに適用できる。バリアメタル層２３ａは、たとえばＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて形成される。次工程以降の配線のバリアメタル層については窒化チタン膜を例示して説明するが、窒化タンタル膜、タンタル膜等に代えることができる。
【００５４】
次に、バリアメタル層２３ａ上にシード層（図示せず）を形成する。シード層は、次に説明する銅のメッキ層を形成するための種（シード）となる層であり、銅で構成される。シード層は、たとえばＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて形成される。次に、銅のメッキ層２３ｂを形成する。メッキ法は、電解メッキ、無電解メッキのいずれの方法を用いてもよい。メッキ層の膜厚は基板平面上で３００ｎｍ程度とする。
【００５５】
なお、本実施の形態１では、メッキ法による銅膜（メッキ層２３ｂ）の形成を示したが、スパッタ法により形成してもよい。この場合、シード層は必要ではない。スパッタ法により銅膜を形成する場合には、配線溝２２に銅が埋め込まれるように熱処理を施して銅をリフローさせることができる。次工程以降の配線の主導電膜である銅膜についてはメッキ法で形成する場合の例示するが、スパッタ法を用いてもよい。
【００５６】
次に、図１３に示すように、ＣＭＰ法を用いてメッキ層２３ｂおよびシード層を研磨する。銅は研磨速度が大きいので、まず先に銅の部分が除去される。さらに、研磨を継続し、絶縁膜１９上のバリアメタル層２３ａも除去する。これにより配線溝２２の領域以外のバリアメタル層２３ａおよび銅膜（メッキ層２３およびシード層）を除去する。
【００５７】
ここで、前記図９に示した第１の方法を用いてストッパ絶縁膜１８を除去した場合は、絶縁膜１９の上面はバリアメタル層２３ａに接していることから、絶縁膜１９上のバリアメタル層２３ａの除去が終了する状態まで研磨除去が上記ＣＭＰ法を用いて行われる。これに対し、前記図１０に示した第２の方法を用いてストッパ絶縁膜１８を除去した場合は、絶縁膜１９の上面にはハードマスク２０が残っていることから、絶縁膜１９上のバリアメタル層２３ａの除去を終了させ、さらにハードマスク２０の除去が終了する状態まで研磨除去が上記ＣＭＰ法を用いて行われる。
【００５８】
ＣＭＰ法による研磨には過酸化水素等の酸化剤を含みアルミナ砥粒が分散された研磨スラリーを使用できる。また、銅膜とバリアメタル層を同一プラテンで一括研磨する方法を採ることができる。なお、ＣＭＰ法による研磨の後、濃度０.１％のアンモニア水溶液を用いた洗浄さらに純粋を用いた洗浄の２段階のブラシスクラブ洗浄により、基板表面に付着した研磨砥粒および銅を除去できる。
【００５９】
以上のようにして、第２配線層の配線２３が完成する。その後、第２配線層と同様な形成方法によって第３配線層以上の任意の配線層が形成される。
【００６０】
次に、第３配線層〜第５配線層の形成方法を図１４〜図１９を用いて説明する。
【００６１】
図１４に示すように、第２配線層の配線２３を覆う絶縁膜、たとえばシリコン酸化膜を形成し、この絶縁膜をＣＭＰ法により平坦化して第３層間絶縁膜２４を形成する。次いで、第３層間絶縁膜２４上に接続孔が形成される領域に開孔を有するフォトレジスト膜を形成し、このフォトレジスト膜をマスクとしてエッチングを施す。これにより第３層間絶縁膜２４の所定の領域に接続孔２５を形成する。
【００６２】
次に、接続孔２５の内部を含む半導体基板１の全面にバリアメタル層を形成し、さらに接続孔２５を埋め込むタングステン膜を形成する。その後、接続孔２５以外の領域のタングステン膜およびバリアメタル層をＣＭＰ法により除去してプラグ２６を形成する。バリアメタル層は、たとえば窒化チタン膜を例示できる。タングステン膜は主導電層として機能し、たとえばＣＶＤ法またはスパッタ法で形成できる。
【００６３】
次に、図１５に示すように、前記第２配線層と同様な形成方法で、第３配線層を形成する。まず、プラグ２６および第３層間絶縁膜２４上にストッパ絶縁膜２７、絶縁膜２８、ハードマスク（図示せず）を順次形成する。ストッパ絶縁膜２７は、絶縁膜２８に対して高いエッチング選択比を有する材料で構成され、たとえば前記ストッパ絶縁膜１８と同様に、塗布法で形成される有機ＳＯＧ膜とすることができる。なお、有機ＳＯＧ膜には限られず、絶縁膜２８に対して高いエッチング選択比を有し、かつシリコン酸化膜よりも低い比誘電率を有する有機低誘電率膜を用いることもできる。
【００６４】
一方、絶縁膜２８は、たとえば前記絶縁膜１９と同様に、ＴＥＯＳガスとＯ3ガスとを原料ガスとしたプラズマＣＶＤ法で形成されるＴＥＯＳ酸化膜とすることができる。なお、ＴＥＯＳ酸化膜には限られず、シリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜を用いることもできる。
【００６５】
ハードマスクは、たとえば前記ハードマスク２０と同様に、タングステン膜、窒化チタン膜、窒化タンタル膜またはアルミニウム膜とすることができる。
【００６６】
次に、ハードマスク上にフォトリソグラフィ技術を用いて配線溝パターンにパターニングされたレジスト膜を形成し、ドライエッチング処理を施すことにより、ハードマスクに配線溝パターンを転写する。その後、酸素プラズマを用いたアッシャ処理によりレジスト膜を除去するが、ストッパ絶縁膜２７を構成する有機ＳＯＧ膜は、絶縁膜２８で覆われており、有機ＳＯＧ膜は酸素プラズマに晒されない。これにより、有機ＳＯＧ膜の酸素プラズマによる変質を防ぐことができる。
【００６７】
次に、パターニングされたハードマスクをマスクとし、ストッパ絶縁膜２７をエッチング用ストッパとして、絶縁膜２８に配線溝２９の一部を形成する（第１のエッチング）。続いて、上記ハードマスクをマスクとして、ストッパ絶縁膜２７に配線溝２９の他の一部を形成する（第２のエッチング）。この第２のエッチングの条件には、前記第１の方法と第２の方法の２通りの方法を採ることができる。
【００６８】
次に、配線溝２９の内部に第３配線層の配線３０を形成する。配線３０は、バリアメタル層および主導電層からなり、バリアメタル層は、たとえば窒化チタン膜、主導電層はたとえば銅である。配線３０の形成は以下のようにして行う。まず、配線溝２９の内部を含む半導体基板１の全面に窒化チタン膜を形成し、その後配線溝２９を埋め込む銅膜を形成する。窒化チタン膜の形成には、たとえばＣＶＤ法を、銅膜の形成には、たとえばメッキ法を用いる。メッキ法による銅膜の形成前に、たとえばスパッタ法により銅のシード層を形成できる。その後、配線溝２９以外の領域の銅膜および窒化チタン膜をＣＭＰ法により除去して第３配線層の配線３１を形成できる。
【００６９】
次に、図１６に示すように、第３配線層の配線３０を覆う絶縁膜、たとえばシリコン酸化膜を形成し、この絶縁膜をＣＭＰ法により平坦化して第４層間絶縁膜３１を形成する。次いで、第４層間絶縁膜３１上に接続孔が形成される領域に開孔を有するフォトレジスト膜を形成し、このフォトレジスト膜をマスクとしてエッチングを施す。これにより第４層間絶縁膜３１の所定の領域に接続孔３２を形成する。
【００７０】
次に、接続孔３２の内部を含む半導体基板１の全面にバリアメタル層を形成し、さらに接続孔３２を埋め込むタングステン膜を形成する。その後、接続孔３２以外の領域のタングステン膜およびバリアメタル層をＣＭＰ法により除去してプラグ３３を形成する。バリアメタル層はたとえば窒化チタン膜を例示できる。タングステン膜は主導電層として機能し、たとえばＣＶＤ法またはスパッタ法で形成できる。
【００７１】
次に、図１７に示すように、前記第２配線層と同様な形成方法で、第４配線層を形成する。まず、プラグ３３および第４層間絶縁膜３１上にストッパ絶縁膜３４、絶縁膜３５、ハードマスク（図示せず）を順次形成する。ストッパ絶縁膜３４は、絶縁膜３５に対して高いエッチング選択比を有する材料で構成され、たとえば前記ストッパ絶縁膜１８と同様に、塗布法で形成される有機ＳＯＧ膜とすることができる。なお、有機ＳＯＧ膜には限られず、絶縁膜３５に対して高いエッチング選択比を有し、かつシリコン酸化膜よりも低い比誘電率を有する有機低誘電率膜を用いることもできる。
【００７２】
一方、絶縁膜３５は、たとえば前記絶縁膜１９と同様に、ＴＥＯＳガスとＯ3ガスとを原料ガスとしたプラズマＣＶＤ法で形成されるＴＥＯＳ酸化膜とすることができる。なお、ＴＥＯＳ酸化膜には限られず、シリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜を用いることもできる。
【００７３】
ハードマスクは、たとえば前記ハードマスク２０と同様に、タングステン膜、窒化チタン膜、窒化タンタル膜またはアルミニウム膜とすることができる。
【００７４】
次に、ハードマスク上にフォトリソグラフィ技術を用いて配線溝パターンにパターニングされたレジスト膜を形成し、ドライエッチング処理を施すことにより、ハードマスクに配線溝パターンを転写する。その後、酸素プラズマを用いたアッシャ処理によりレジスト膜を除去するが、ストッパ絶縁膜３４を構成する有機ＳＯＧ膜は、絶縁膜３５で覆われており、有機ＳＯＧ膜は酸素プラズマに晒されない。これにより、有機ＳＯＧ膜の酸素プラズマによる変質を防ぐことができる。
【００７５】
次に、パターニングされたハードマスクをマスクとし、ストッパ絶縁膜３４をエッチング用ストッパとして、絶縁膜３５に配線溝３６の一部を形成する（第１のエッチング）。続いて、上記ハードマスクをマスクとして、ストッパ絶縁膜３４に配線溝３６の他の一部を形成する（第２のエッチング）。この第２のエッチングの条件には、前記第１の方法と第２の方法の２通りの方法を採ることができる。
【００７６】
次に、配線溝３６の内部に第４配線層の配線３７を形成する。配線３７は、バリアメタル層および主導電層からなり、バリアメタル層はたとえば窒化チタン膜、主導電層はたとえば銅である。配線３７の形成は以下のようにして行う。まず、配線溝３６の内部を含む半導体基板１の全面に窒化チタン膜を形成し、その後配線溝３６を埋め込む銅膜を形成する。窒化チタン膜の形成には、たとえばＣＶＤ法を、銅膜の形成には、たとえばメッキ法を用いる。メッキ法による銅膜の形成前に、たとえばスパッタ法により銅のシード層を形成できる。その後、配線溝３６以外の領域の銅膜および窒化チタン膜をＣＭＰ法により除去して配線３７を形成できる。
【００７７】
次に、図１８に示すように、第４配線層の配線３７を覆う絶縁膜、たとえばシリコン酸化膜を形成し、この絶縁膜をＣＭＰ法により平坦化して第５層間絶縁膜３８を形成する。次いで、第５層間絶縁膜３８上に接続孔が形成される領域に開孔を有するフォトレジスト膜を形成し、このフォトレジスト膜をマスクとしてエッチングを施す。これにより第５層間絶縁膜３８の所定の領域に接続孔３９を形成する。
【００７８】
次に、接続孔３９の内部を含む半導体基板１の全面にバリアメタル層を形成し、さらに接続孔３９を埋め込むタングステン膜を形成する。その後、接続孔３９以外の領域のタングステン膜およびバリアメタル層をＣＭＰ法により除去してプラグ４０を形成する。バリアメタル層はたとえば窒化チタン膜を例示できる。タングステン膜は主導電層として機能し、たとえばＣＶＤ法またはスパッタ法で形成できる。
【００７９】
次に、図１９に示すように、前記第２配線層と同様な形成方法で、第５配線層を形成する。まず、プラグ４０および第５層間絶縁膜３８上にストッパ絶縁膜４１、絶縁膜４２、ハードマスク（図示せず）を順次形成する。ストッパ絶縁膜４１は、絶縁膜４２に対して高いエッチング選択比を有する材料で構成され、たとえば前記ストッパ絶縁膜１８と同様に、塗布法で形成される有機ＳＯＧ膜とすることができる。なお、有機ＳＯＧ膜には限られず、絶縁膜４２に対して高いエッチング選択比を有し、かつシリコン酸化膜よりも低い比誘電率を有する有機低誘電率膜を用いることもできる。
【００８０】
一方、絶縁膜４２は、たとえば前記絶縁膜１９と同様に、ＴＥＯＳガスとＯ3ガスとを原料ガスとしたプラズマＣＶＤ法で形成されるＴＥＯＳ酸化膜とすることができる。なお、ＴＥＯＳ酸化膜には限られず、シリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜を用いることもできる。
【００８１】
ハードマスクは、たとえば前記ハードマスク２０と同様に、タングステン膜、窒化チタン膜、窒化タンタル膜またはアルミニウム膜とすることができる。
【００８２】
次に、ハードマスク上にフォトリソグラフィ技術を用いて配線溝パターンにパターニングされたレジスト膜を形成し、ドライエッチング処理を施すことにより、ハードマスクに配線溝パターンを転写する。その後、酸素プラズマを用いたアッシャ処理によりレジスト膜を除去するが、ストッパ絶縁膜４１を構成する有機ＳＯＧ膜は、絶縁膜４２で覆われており、有機ＳＯＧ膜は酸素プラズマに晒されない。これにより、有機ＳＯＧ膜の酸素プラズマによる変質を防ぐことができる。
【００８３】
次に、パターニングされたハードマスクをマスクとし、ストッパ絶縁膜４１をエッチング用ストッパとして、絶縁膜４２に配線溝４３の一部を形成する（第１のエッチング）。続いて、上記ハードマスクをマスクとして、ストッパ絶縁膜４１に配線溝４３の他の一部を形成する（第２のエッチング）。この第２のエッチングの条件には、前記第１の方法と第２の方法の２通りの方法を採ることができる。
【００８４】
次に、配線溝４３の内部に第５配線層の配線４４を形成する。配線４４は、バリアメタル層および主導電層からなり、バリアメタル層はたとえば窒化チタン膜、主導電層はたとえば銅である。配線４４の形成は以下のようにして行う。まず、配線溝４３の内部を含む半導体基板１の全面に窒化チタン膜を形成し、その後配線溝４３を埋め込む銅膜を形成する。窒化チタン膜の形成には、たとえばＣＶＤ法を、銅膜の形成には、たとえばメッキ法を用いる。メッキ法による銅膜の形成前に、たとえばスパッタ法により銅のシード層を形成できる。その後、配線溝４３以外の領域の銅膜および窒化チタン膜をＣＭＰ法により除去して配線４４を形成できる。
【００８５】
その後、同様な方法で第６配線層以上の任意の配線層が形成できるが、詳細な説明は省略する。
【００８６】
このように、本実施の形態１によれば、たとえば第２配線層にその詳細を例示したように、配線パターンがパターニングされたレジスト膜２１を用いて配線溝パターンをハードマスク２０に転写した後、レジスト膜２１を酸素プラズマで除去し、次いで配線溝パターンが転写されたハードマスク２０をマスクとして絶縁膜１９およびストッパ絶縁膜１８が順次エッチングされる。従って、レジスト膜２１を除去する際、ストッパ絶縁膜１８を構成する酸素プラズマ耐性の低い有機ＳＯＧ膜はＴＥＯＳ酸化膜で構成される絶縁膜１９により保護されており、有機ＳＯＧ膜は酸素プラズマの影響を受けることがない。また、ストッパ絶縁膜１８を加工する際は、後にエッチング法またはＣＭＰ法で除去されるハードマスク２０をマスクとしてエッチングされるので、ストッパ絶縁膜１８を構成する有機ＳＯＧ膜は酸素プラズマに晒されることがない。これらにより、ストッパ絶縁膜１８を構成する有機ＳＯＧ膜の膜質の変化を抑えることができる。
【００８７】
さらに、たとえば第２配線層にその詳細を例示したように、ＴＥＯＳ酸化膜で構成される絶縁膜１９への溝加工の際のエッチング用ストッパとして、比誘電率が２〜３程度と相対的に低い有機ＳＯＧ膜で構成されるストッパ絶縁膜１８を用いることで、第２配線層を取り囲む絶縁膜を、ＴＥＯＳ酸化膜とシリコン酸化膜よりも低い誘電率を有する有機ＳＯＧ膜とで構成することが可能となり、配線間容量の増加を抑えることができる。
【００８８】
なお、多層配線を構成するその他の配線層（本実施の形態１で例示した第３配線層〜第５配線層）も第２配線層と同様な製造方法で形成されており、第２配線層と同様な効果を得ることができる。
【００８９】
（実施の形態２）
図２０〜図２８は、本発明の実施の形態２である半導体装置の製造方法をその工程順に示した一部断面図である。図２０〜図２８では第２配線層のみを示す。
【００９０】
本実施の形態２の製造方法は、実施の形態１における図３までの工程と同様の工程の後、図２０すように、プラグ１６上にストッパ絶縁膜１８、絶縁膜１９を順次堆積し、さらにハードマスク４５を形成する。このハードマスク４５は、たとえばシリコン窒化膜からなり、膜厚はたとえば５０〜２００ｎｍ程度である。ハードマスク４５を構成するシリコン窒化膜は、たとえば成膜温度の低温下を図ることができるプラズマＣＶＤ法で形成される。
【００９１】
次に、ハードマスク４５上に、フォトリソグラフィ技術を用いてレジスト膜２１を形成する。レジスト膜２１は、配線パターンである配線溝が形成される領域に開孔が形成されるように、配線溝パターンにパターニングされる。
【００９２】
次に、図２１示すように、レジスト膜２１の存在下でドライエッチング処理を施して、ハードマスク４５に配線溝パターンを転写し、続いて絶縁膜１９の上部をエッチングすることで、配線溝２２の一部を形成する。ここで、絶縁膜１９のエッチングは、ストッパ絶縁膜１８の表面が露出する手前で停止させる。
【００９３】
その後、図２２示すように、酸素プラズマを用いたアッシャ処理によりレジスト膜２１を除去する。このようにして配線の溝パターンが転写されたハードマスク４５が形成される。この時、絶縁膜１９の上部には配線溝２２の一部が形成されているが、ストッパ絶縁膜１８を構成する有機ＳＯＧ膜は、未だ酸素プラズマ耐性の高い絶縁膜１９で覆われており、有機ＳＯＧ膜は酸素プラズマに晒されない。これにより、有機ＳＯＧ膜の上記酸素プラズマによる変質を防ぐことができる。
【００９４】
次に、図２３に示すように、パターニングされたハードマスク４５をマスクとし、ストッパ絶縁膜１８をエッチング用ストッパとして第１のエッチングを施す。この第１のエッチングにより、残りの絶縁膜１９の下部に配線溝２２のさらに一部を形成する。このエッチングの条件は、絶縁膜１９（ＴＥＯＳ酸化膜）がエッチングされ易く、ハードマスク４５およびストッパ絶縁膜１８（有機ＳＯＧ膜）がエッチングされ難い条件、たとえばＴＥＯＳ酸化膜に対するシリコン窒化膜のエッチング選択比が１０以上となる条件を選択する。
【００９５】
続いて、上記ハードマスク４５をマスクとして第２のエッチングを施す。この第２のエッチングにより露出しているストッパ絶縁膜１８を除去して、さらにストッパ絶縁膜１８に配線溝２２の残りの一部を形成する。このエッチングの条件には、次の２通りの方法を採ることができる。
【００９６】
第１の方法は、図２４に示すように、ストッパ絶縁膜１８（有機ＳＯＧ膜）に対するハードマスク４５のエッチング選択比が低い条件を選択する方法であって、ハードマスク４５とストッパ絶縁膜１８とがほぼ同等のエッチング速度でエッチングされる。
【００９７】
第２の方法は、図２５に示すように、ストッパ絶縁膜１８（有機ＳＯＧ膜）に対するハードマスク４５のエッチング選択比が高い条件を選択する方法であって、ストッパ絶縁膜１８はエッチングされるがハードマスク４５はエッチングされにくい条件で選択エッチングされる。
【００９８】
次に、実施の形態１の図１０の工程と同様に、配線溝２２の内部に第２配線層の配線２３を形成する。図２６は、前記図２４を用いて説明した第１の方法によってストッパ絶縁膜１８を除去することで形成された配線溝２２に、バリアメタル層２３ａ、シード層（図示せず）および銅のメッキ層２３ｂを形成した場合を示しており、図２７は、前記図２５を用いて説明した第２の方法によってストッパ絶縁膜１８を除去することで形成された配線溝２２に、バリアメタル層２３ａ、シード層（図示せず）および銅のメッキ層２３ｂを形成した場合を示している。
【００９９】
次に、図２８に示すように、ＣＭＰ法を用いてメッキ層２３ｂおよびシード層を研磨する。さらに、研磨を継続し、絶縁膜１９上のバリアメタル層２３ａも除去する。これにより配線溝２２の領域以外のバリアメタル層２３ａおよび銅膜（メッキ層２３およびシード層）を除去する。
【０１００】
ここで、前記図２４に示した第１の方法を用いてストッパ絶縁膜１８を除去した場合は、絶縁膜１９上のバリアメタル層２３ａの除去が終了する状態まで研磨除去が上記ＣＭＰ法を用いて行われる。これに対し、前記図２５に示した第２の方法を用いてストッパ絶縁膜１８を除去した場合は、絶縁膜１９上のバリアメタル層２３ａの除去を終了させ、さらにハードマスク４５の除去が終了する状態まで研磨除去が上記ＣＭＰ法を用いて行われる。
【０１０１】
以上のようにして、本実施の形態２の第２配線層の配線２３が完成する。
【０１０２】
このように、本実施の形態２によれば、ハードマスク４５にシリコン窒化膜を用いた場合でも、前記実施の形態１で説明したと同様に、ストッパ絶縁膜１８を構成する有機ＳＯＧ膜が酸化プラズマの影響を受けないことで、有機ＳＯＧ膜の膜質の変化を抑えることのできる効果と、ストッパ絶縁膜１８に低誘電率材料である有機ＳＯＧ膜を用いることで配線間容量の増加を抑えることのできる効果とを得ることができる。
【０１０３】
（実施の形態３）
図２９〜図３７は、本発明の実施の形態３である半導体装置の製造方法をその工程順に示した一部断面図である。図２９〜図３７では第２配線層のみを示す。
【０１０４】
本実施の形態３の製造方法は、実施の形態１における図３までの工程と同様の工程の後、水素（Ｈ2）アニール処理を半導体基板１に施す。水素アニール処理の条件は、たとえば温度４７５℃、処理時間５分とすることができる。次いで、図２９に示すように、プラグ１６上に接着層４６を堆積した後、さらにストッパ絶縁膜１８、絶縁膜１９、ハードマスク２０を順次形成する。接着層４６は、たとえばＴＥＯＳ酸化膜とすることができる。その厚さは、後の工程においてストッパ絶縁膜１８をエッチングで除去する際のオーバーエッチングで除去できる厚さである５０ｎｍ以下に設定され、たとえば約２５ｎｍ程度である。
【０１０５】
接続孔１６に埋め込まれたプラグ１７に生ずる埋め込み不良によって、プラグ１７の内部に隙間が生じ、この隙間からの脱ガスによってプラグ１７上のストッパ絶縁膜１８がはがれることがある。しかし、プラグ１７を形成した後に水素アニール処理を施すことにより、プラグ１７に生じた隙間から積極的に脱ガスを発生させて、ストッパ絶縁膜１８に及ぼす脱ガスの影響を防ぐことができる。さらに、ストッパ絶縁膜１８の下に接着層４６を堆積することで、水素アニール処理が不充分であっても、ストッパ絶縁膜１８または絶縁膜１９の成膜時における上記脱ガスの影響によるストッパ絶縁膜１８のはがれを防ぐことができる。なお、ストッパ絶縁膜１８のはがれ防止の効果は、水素アニール処理のみ、または接着層４６の成膜のみでも得ることが可能である。
【０１０６】
次に、ハードマスク２０上に、フォトリソグラフィ技術を用いてレジスト膜２１を形成する。レジスト膜２１は、配線パターンである配線溝が形成される領域に開孔が形成されるように、配線溝パターンにパターニングされる。
【０１０７】
次に、図３０に示すように、レジスト膜２１の存在下でドライエッチング処理を施して、ハードマスク２０に配線溝パターンを転写した後、図３１に示すように、酸素プラズマを用いたアッシャ処理によりレジスト膜２１を除去する。このようにして配線の溝パターンが転写されたハードマスク２０が形成される。この時、ストッパ絶縁膜１８を構成する有機ＳＯＧ膜は、酸素プラズマ耐性の高い絶縁膜１９で覆われており、有機ＳＯＧ膜は酸素プラズマに晒されない。これにより、有機ＳＯＧ膜の上記酸素プラズマによる変質を防ぐことができる。
【０１０８】
次に、図３２に示すように、パターニングされたハードマスク２０をマスクとし、ストッパ絶縁膜１８をエッチング用ストッパとして第１のエッチングを施す。この第１のエッチングにより、絶縁膜１９に配線溝２２の一部を形成する。このエッチングの条件は、絶縁膜１９（ＴＥＯＳ酸化膜）がエッチングされ易く、ハードマスク２０およびストッパ絶縁膜１８（有機ＳＯＧ膜）がエッチングされ難い条件を選択する。
【０１０９】
続いて、上記ハードマスク２０をマスクとして第２のエッチングを施す。この第２のエッチングにより露出しているストッパ絶縁膜１８および接着層４６を順次除去して、ストッパ絶縁膜１８および接着層４６に配線溝２２の他の一部を形成する。このエッチングの条件には、次の２通りの方法を採ることができる。
【０１１０】
第１の方法は、図３３に示すように、ストッパ絶縁膜１８（有機ＳＯＧ膜）および接着層４６（ＴＥＯＳ酸化膜）に対するハードマスク２０のエッチング選択比が低い条件を選択する方法であって、ハードマスク２０とストッパ絶縁膜１８、ハードマスク２０と接着層４６とがほぼ同等のエッチング速度でエッチングされる。
【０１１１】
第２の方法は、図３４に示すように、ストッパ絶縁膜１８（有機ＳＯＧ膜）および接着層４６（ＴＥＯＳ酸化膜）に対するハードマスク２０のエッチング選択比が高い条件を選択する方法であって、ストッパ絶縁膜１８はエッチングされるがハードマスク２０はエッチングされにくい条件で選択エッチングされる。
【０１１２】
次に、実施の形態１の図１０の工程と同様に、配線溝２２の内部に第２配線層の配線２３を形成する。図３５は、前記図３３を用いて説明した第１の方法によってストッパ絶縁膜１８および接着層４６を除去することで形成された配線溝２２に、バリアメタル層２３ａ、シード層（図示せず）および銅のメッキ層２３ｂを形成した場合を示しており、図３６は、前記図３４を用いて説明した第２の方法によってストッパ絶縁膜１８を除去することで形成された配線溝２２に、バリアメタル層２３ａ、シード層（図示せず）および銅のメッキ層２３ｂを形成した場合を示している。
【０１１３】
次に、図３７に示すように、ＣＭＰ法を用いてメッキ層２３ｂおよびシード層を研磨する。さらに、研磨を継続し、絶縁膜１９上のバリアメタル層２３ａも除去する。これにより配線溝２２の領域以外のバリアメタル層２３ａおよび銅膜（メッキ層２３およびシード層）を除去する。
【０１１４】
ここで、前記図３３に示した第１の方法を用いてストッパ絶縁膜１８を除去した場合は、絶縁膜１９上のバリアメタル層２３ａの除去が終了する状態まで研磨除去が上記ＣＭＰ法を用いて行われる。これに対し、前記図３４に示した第２の方法を用いてストッパ絶縁膜１８を除去した場合は、絶縁膜１９上のバリアメタル層２３ａの除去を終了させ、さらにハードマスク２０の除去が終了する状態まで研磨除去が上記ＣＭＰ法を用いて行われる。
【０１１５】
以上のようにして、本実施の形態３の第２配線層の配線２３が完成する。
【０１１６】
このように、本実施の形態３によれば、前記実施の形態１で説明したと同様に、ストッパ絶縁膜１８を構成する有機ＳＯＧ膜が酸化プラズマの影響を受けないことで、有機ＳＯＧ膜の膜質の変化を抑えることのできる効果と、ストッパ絶縁膜１８に低誘電率材料である有機ＳＯＧ膜を用いることで配線間容量の増加を抑えることのできる効果とを得ることができる。これら効果に加えて、プラグ１７を形成した後に水素アニール処理を行うことで、プラグ１７に生じた隙間からの脱ガスを積極的に発生させることができ、さらに、プラグ１７上に接着層４６を設けることで、ストッパ絶縁膜１８または絶縁膜１９の成膜時において上記脱ガスが発生しても、脱ガスの影響によるストッパ絶縁膜１８のはがれを防ぐことができる。
【０１１７】
（実施の形態４）
図３８〜図４６は、本発明の実施の形態４である半導体装置の製造方法をその工程順に示した一部断面図である。図３８〜図４６では第２配線層のみを示す。
【０１１８】
本実施の形態４の製造方法は、実施の形態１における図３までの工程と同様の工程の後、図３８に示すように、プラグ１６の上に第１絶縁膜４７、第２絶縁膜４８およびハードマスク２０を順次形成する。第１絶縁膜４８は、たとえば有機ＳＯＧ膜からなり、その厚さは、たとえば２００〜３０００ｎｍ程度である。なお、有機ＳＯＧ膜には限られず、第２絶縁膜４８に対して高いエッチング選択比を有し、かつシリコン酸化膜よりも低い比誘電率を有する有機低誘電率膜を用いることもできる。第２絶縁膜４８は、たとえばＴＥＯＳ酸化膜からなり、その厚さは、たとえば１００〜５００ｎｍ程度である。なお、ＴＥＯＳ酸化膜には限られず、シリコン窒化膜よりも低い比誘電率を有する絶縁膜を用いることもできる。
【０１１９】
第２絶縁膜４８のエッチング用ストッパとして機能する第１絶縁膜４７は、エッチング用ストッパに要求される膜厚が選択されると同時に、配線間容量を低減することを考慮すれば、その膜厚を厚く設定することが望まれる。前記２００〜３０００ｎｍはこのような条件を考慮したものである。
【０１２０】
次に、ハードマスク２０上に、フォトリソグラフィ技術を用いてレジスト膜２１を形成する。レジスト膜２１は、配線パターンである配線溝が形成される領域に開孔が形成されるように、配線溝パターンにパターニングされる。
【０１２１】
次に、図３９に示すように、レジスト膜２１の存在下でドライエッチング処理を施して、ハードマスク２０に配線溝パターンを転写した後、図４０に示すように、酸素プラズマを用いたアッシャ処理によりレジスト膜２１を除去する。このようにして配線の溝パターンが転写されたハードマスク２０が形成される。この時、第１絶縁膜４７を構成する有機ＳＯＧ膜は、酸素プラズマ耐性の高い第２絶縁膜４８で覆われており、有機ＳＯＧ膜は酸素プラズマに晒されない。これにより、有機ＳＯＧ膜の上記酸素プラズマによる変質を防ぐことができる。
【０１２２】
次に、図４１に示すように、パターニングされたハードマスク２０をマスクとし、第１絶縁膜４７をエッチング用ストッパとして第１のエッチングを施す。この第１のエッチングにより、第２絶縁膜４８に配線溝２２の一部を形成する。このエッチングの条件は、第２絶縁膜４８（ＴＥＯＳ酸化膜）がエッチングされ易く、ハードマスク２０および第１絶縁膜４７（有機ＳＯＧ膜）がエッチングされ難い条件を選択する。
【０１２３】
続いて、上記ハードマスク２０をマスクとして第２のエッチングを施す。この第２のエッチングにより露出している第１絶縁膜４７を除去して、第１絶縁膜４７に配線溝２２の他の一部を形成する。このエッチングの条件には、次の２通りの方法を採ることができる。
【０１２４】
第１の方法は、図４２に示すように、第１絶縁膜４７（有機ＳＯＧ膜）に対するハードマスク２０のエッチング選択比が低い条件を選択する方法であって、ハードマスク２０と第１絶縁膜４７とがほぼ同等のエッチング速度でエッチングされる。
【０１２５】
第２の方法は、図４３に示すように、第１絶縁膜４７（有機ＳＯＧ膜）に対するハードマスク２０のエッチング選択比が高い条件を選択する方法であって、第１絶縁膜４７はエッチングされるがハードマスク２０はエッチングされにくい条件で選択エッチングされる。
【０１２６】
次に、実施の形態１の図１０の工程と同様に、配線溝２２の内部に第２配線層の配線２３を形成する。図４４は、前記図４２を用いて説明した第１の方法によって第１絶縁膜４７を除去することで形成された配線溝２２に、バリアメタル層２３ａ、シード層（図示せず）および銅のメッキ層２３ｂを形成した場合を示しており、図４５は、前記図４３を用いて説明した第２の方法によって第１絶縁膜４７を除去することで形成された配線溝２２に、バリアメタル層２３ａ、シード層（図示せず）および銅のメッキ層２３ｂを形成した場合を示している。
【０１２７】
次に、図４６に示すように、ＣＭＰ法を用いてメッキ層２３ｂおよびシード層を研磨する。さらに、研磨を継続し、第２絶縁膜４８上のバリアメタル層２３ａも除去する。これにより配線溝２２の領域以外のバリアメタル層２３ａおよび銅膜（メッキ層２３およびシード層）を除去する。
【０１２８】
ここで、前記図４２に示した第１の方法を用いて第１絶縁膜４７を除去した場合は、第２絶縁膜４８上のバリアメタル層２３ａの除去が終了する状態まで研磨除去が上記ＣＭＰ法を用いて行われる。これに対し、前記図４３に示した第２の方法を用いて第１絶縁膜４７を除去した場合は、第２絶縁膜４８上のバリアメタル層２３ａの除去を終了させ、さらにハードマスク２０の除去が終了する状態まで研磨除去が上記ＣＭＰ法を用いて行われる。
【０１２９】
以上のようにして、本実施の形態４の第２配線層の配線２３が完成する。
【０１３０】
このように、本実施の形態４によれば、前記実施の形態１で説明したと同様に、第１絶縁膜４７を構成する有機ＳＯＧ膜が酸化プラズマの影響を受けないことで、有機ＳＯＧ膜の膜質の変化を抑えることのできる効果と、第１絶縁膜４７に低誘電率材料である有機ＳＯＧ膜を用いることで配線間容量の増加を抑えることのできる効果とを得ることができる。特に、第１絶縁膜４７に対するハードマスク２０のエッチング選択比を高くすることで、第１絶縁膜４７を厚く形成することを可能とし、これにより配線間容量の増加抑制の高い効果を得ることができる。
【０１３１】
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【０１３２】
たとえば、前記実施の形態では、配線層が接続されるプラグをタングステン膜で構成したが、銅膜で構成してもよい。銅膜で構成されるプラグは以下のようにして形成できる。まず、接続孔の内部を含む半導体基板の全面に、銅の拡散を防止する機能を有するバリアメタル層を形成し、さらに接続孔を埋め込む銅膜を形成する。その後、接続孔以外の領域の銅膜およびバリアメタル層をＣＭＰ法により除去してプラグを形成する。銅膜は、たとえばメッキ法で形成できる。メッキ層の形成前にシード層として薄い銅膜をスパッタ法により形成できる。また、銅膜は、スパッタ法により形成してもよい。この場合、スパッタ法により銅膜を形成した後、熱処理により銅膜を流動化させて、接続孔への埋め込み特性を向上するようにしてもよい。
【０１３３】
また、前記実施の形態では、配線層の形成工程に適用した場合について説明したが、上下配線層間を接続するプラグの形成工程に適用してもよく、同様な効果が得られる。
【０１３４】
また、前記実施の形態では、多層配線を構成する第２配線層以上の任意の配線層に適用した場合について説明したが、半導体基板の主面上に形成された半導体領域または電極に接続される配線層に適用してもよく、同様な効果が得られる。
【０１３５】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【０１３６】
本発明によれば、上下配線層の間に設けられる絶縁膜の膜質の変化を防ぐことができる。さらに、配線層とこの配線層の下層に設けられたプラグとの接着性を向上することができる。これらにより、ダマシン配線の信頼度を向上することができる。
【０１３７】
本発明によれば、配線層を囲む絶縁膜を比誘電率が相対的に低い絶縁材料で構成することで、配線間の容量が低減し、半導体装置の性能向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態（実施の形態１）である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図２】本実施の形態１である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図３】本実施の形態１である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図４】本実施の形態１である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図５】本実施の形態１である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図６】本実施の形態１である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図７】本実施の形態１である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図８】本実施の形態１である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図９】本実施の形態１である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図１０】本実施の形態１である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図１１】本実施の形態１である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図１２】本実施の形態１である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図１３】本実施の形態１である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図１４】本実施の形態１である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図１５】本実施の形態１である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図１６】本実施の形態１である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図１７】本実施の形態１である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図１８】本実施の形態１である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図１９】本実施の形態１である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図２０】本発明の他の実施の形態（実施の形態２）である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図２１】本実施の形態２である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図２２】本実施の形態２である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図２３】本実施の形態２である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図２４】本実施の形態２である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図２５】本実施の形態２である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図２６】本実施の形態２である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図２７】本実施の形態２である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図２８】本実施の形態２である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図２９】本発明のさらに他の実施の形態（実施の形態３）である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図３０】本実施の形態３である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図３１】本実施の形態３である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図３２】本実施の形態３である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図３３】本実施の形態３である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図３４】本実施の形態３である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図３５】本実施の形態３である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図３６】本実施の形態３である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部面図である。
【図３７】本実施の形態３である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図３８】本発明のさらに他の実施の形態（実施の形態４）である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図３９】本実施の形態４である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図４０】本実施の形態４である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図４１】本実施の形態４である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図４２】本実施の形態４である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図４３】本実施の形態４である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図４４】本実施の形態４である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図４５】本実施の形態４である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【図４６】本実施の形態４である半導体装置の製造方法の一例をその工程順に示した半導体基板の要部断面図である。
【符号の説明】
１  半導体基板
２  素子分離領域
３  ｐウェル
４  ｎウェル
５  ゲート絶縁膜
６  ゲート電極
７  キャップ絶縁膜
８  サイドウォールスペーサ
９  ｎ型半導体領域
１０  ｐ型半導体領域
１１  第１層間絶縁膜
１２  接続孔
１３  プラグ
１４  配線
１５  第２層間絶縁膜
１６  接続孔
１７  プラグ
１８  ストッパ絶縁膜
１９  絶縁膜
２０  ハードマスク
２１  レジスト膜
２２  配線溝
２３  配線
２３ａ  バリアメタル層
２３ｂ  メッキ層
２４  第３層間絶縁膜
２５  接続孔
２６  プラグ
２７  ストッパ絶縁膜
２８  絶縁膜
２９  配線溝
３０  配線
３１  第４層間絶縁膜
３２  接続孔
３３  プラグ
３４  ストッパ絶縁膜
３５  絶縁膜
３６  配線溝
３７  配線
３８  第５層間絶縁膜
３９  接続孔
４０  プラグ
４１  ストッパ絶縁膜
４２  絶縁膜
４３  配線溝
４４  配線
４５  ハードマスク
４６  接着層
４７  第１絶縁膜
４８  第２絶縁膜
【図１】
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【図２】
0004057762.tif 000003
【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】
0004057762.tif 000008
【図８】
0004057762.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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