JP2001093975A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JP2001093975A JP2001093975A JP26719899A JP26719899A JP2001093975A JP 2001093975 A JP2001093975 A JP 2001093975A JP 26719899 A JP26719899 A JP 26719899A JP 26719899 A JP26719899 A JP 26719899A JP 2001093975 A JP2001093975 A JP 2001093975A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】信頼性の高い多層配線構造を有する半導体装置
及びその製造方法を提供する。 【解決手段】Ｐ−ＳｉＯ2膜１上に、第１層〜第５層の
Ａｌ配線８４，８８，９２，９６及び１００が形成さ
れ、各配線層の間にＦＳＧ膜８５，８９，９３及び９７
が形成され、同一配線層の配線間に有機シリコン酸化膜
８２，８６，９０，９４及び９８が形成されており、第
１層及び第２層のアルミ配線４及び８のカーボン濃度は
２２ｗｔ％、第３〜第５層のアルミ配線１２，１６及び
２０のカーボン濃度は２０ｗｔ％である。
及びその製造方法を提供する。 【解決手段】Ｐ−ＳｉＯ2膜１上に、第１層〜第５層の
Ａｌ配線８４，８８，９２，９６及び１００が形成さ
れ、各配線層の間にＦＳＧ膜８５，８９，９３及び９７
が形成され、同一配線層の配線間に有機シリコン酸化膜
８２，８６，９０，９４及び９８が形成されており、第
１層及び第２層のアルミ配線４及び８のカーボン濃度は
２２ｗｔ％、第３〜第５層のアルミ配線１２，１６及び
２０のカーボン濃度は２０ｗｔ％である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、層間絶縁膜の間に
配線構造を有する半導体装置及びその製造方法に関す
る。
配線構造を有する半導体装置及びその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】配線寸法の微細化によって、配線抵抗や
配線容量は増加の一途を辿っており、デバイスの動作周
波数や消費電力に大きな影響を与えるようになってきて
いる。そこで、配線容量を低減してデバイスの高性能化
を実現するために、従来から層間絶縁膜として用いられ
ているプラズマＣＶＤ法で形成したＳｉＯ2膜（Ｐ−Ｓ
ｉＯ2膜）に代わり、誘電率が低いＦを添加したＳｉＯ2
膜（ＦＳＧ）、有機ＳｉＯ2膜、有機膜等の研究開発が
盛んに行われている。
配線容量は増加の一途を辿っており、デバイスの動作周
波数や消費電力に大きな影響を与えるようになってきて
いる。そこで、配線容量を低減してデバイスの高性能化
を実現するために、従来から層間絶縁膜として用いられ
ているプラズマＣＶＤ法で形成したＳｉＯ2膜（Ｐ−Ｓ
ｉＯ2膜）に代わり、誘電率が低いＦを添加したＳｉＯ2
膜（ＦＳＧ）、有機ＳｉＯ2膜、有機膜等の研究開発が
盛んに行われている。
【０００３】しかし、いずれの材料も従来から用いられ
ているＰ−ＳｉＯ2膜と比較すると一長一短あり、ＬＳ
Ｉの層間絶縁膜へ適用するのには様々な課題が存在す
る。
ているＰ−ＳｉＯ2膜と比較すると一長一短あり、ＬＳ
Ｉの層間絶縁膜へ適用するのには様々な課題が存在す
る。
【０００４】ＦＳＧ膜の課題は、Ｆを高濃度（誘電率は
Ｆ添加量に比例して低減する）に添加した時の大気放置
による吸湿性を抑制することであり、ＦＳＧ膜の実用的
な適用範囲は誘電率３．３までであることが知られてい
る。
Ｆ添加量に比例して低減する）に添加した時の大気放置
による吸湿性を抑制することであり、ＦＳＧ膜の実用的
な適用範囲は誘電率３．３までであることが知られてい
る。
【０００５】一方、有機ＳｉＯ2膜は、誘電率３．０以
下の材料においても優れた耐吸湿性を有するが、クラッ
ク耐性が低い、レジスト剥離に用いるＯ2プラズマによ
りクラックが発生する、微細なホールパターンの加工が
できないエッチストップ（エッチングが途中でストップ
する）が生じる等の問題が存在し、単層膜でＬＳＩの層
間絶縁膜へ適用することが困難だった。
下の材料においても優れた耐吸湿性を有するが、クラッ
ク耐性が低い、レジスト剥離に用いるＯ2プラズマによ
りクラックが発生する、微細なホールパターンの加工が
できないエッチストップ（エッチングが途中でストップ
する）が生じる等の問題が存在し、単層膜でＬＳＩの層
間絶縁膜へ適用することが困難だった。
【０００６】そこで、有機ＳｉＯ2膜と例えばＳｉＮ、
ＳｉＯ2、ＦＳＧ等の無機膜とを組み合わせて多層配線
の層間絶縁膜へ適用することが検討されているが、有機
ＳｉＯ 2膜を単層で用いたときと比較して誘電率が高く
なる上、４層、５層と多層化した場合には、熱工程でク
ラックが発生したり、ＣＭＰ工程で剥離したりする問題
が存在し信頼性の高い多層配線を作ることが困難であっ
た。
ＳｉＯ2、ＦＳＧ等の無機膜とを組み合わせて多層配線
の層間絶縁膜へ適用することが検討されているが、有機
ＳｉＯ 2膜を単層で用いたときと比較して誘電率が高く
なる上、４層、５層と多層化した場合には、熱工程でク
ラックが発生したり、ＣＭＰ工程で剥離したりする問題
が存在し信頼性の高い多層配線を作ることが困難であっ
た。
【０００７】これらの問題点を以下、図を用いて説明す
る。
る。
【０００８】図８は有機シリコン酸化膜とＦＳＧ膜を組
み合わせて多層配線構造を実現した半導体装置の断面図
である。８１はＰ−ＳｉＯ2膜、８４，８８，９２，９
６及び１００は順に第１層〜第５層のＡｌ配線、８５，
８９，９３及び９７は層間膜としてＦＳＧ膜が用いられ
る。また、８２，８６，９０，９４及び９８は線間膜、
すなわち同一配線層の配線同士を絶縁する膜として、所
定のカーボン濃度を有する有機シリコン酸化膜が用いら
れる。また、８３，８７，９１，９５及び９９はライナ
ー材としてＮｂ膜が用いられる。この多層配線構造で
は、一番下層のＡｌ配線８４の線間膜である有機シリコ
ン酸化膜８２において、応力によりクラック１０１が発
生している。
み合わせて多層配線構造を実現した半導体装置の断面図
である。８１はＰ−ＳｉＯ2膜、８４，８８，９２，９
６及び１００は順に第１層〜第５層のＡｌ配線、８５，
８９，９３及び９７は層間膜としてＦＳＧ膜が用いられ
る。また、８２，８６，９０，９４及び９８は線間膜、
すなわち同一配線層の配線同士を絶縁する膜として、所
定のカーボン濃度を有する有機シリコン酸化膜が用いら
れる。また、８３，８７，９１，９５及び９９はライナ
ー材としてＮｂ膜が用いられる。この多層配線構造で
は、一番下層のＡｌ配線８４の線間膜である有機シリコ
ン酸化膜８２において、応力によりクラック１０１が発
生している。
【０００９】図９は単一の配線構造を示す図であり、１
１１は図示しない素子等が形成されたＢＰＳＧ膜、１１
２及び１１３はＴｉＯ2が添加された所定のカーボン濃
度を有する有機シリコン酸化膜である。この配線構造を
製造する場合、通常、有機シリコン酸化膜１１３をパタ
ーニングする際に、反射防止膜（ＡＲＬ）及びレジスト
を塗布して現像し、ＲＩＥを用いて溝の加工を行うが、
Ｏ2ガスを用いたＲＩＥを用いて反射防止膜及びレジス
トを除去すると、溝の底部においてクラック１１４が発
生する。
１１は図示しない素子等が形成されたＢＰＳＧ膜、１１
２及び１１３はＴｉＯ2が添加された所定のカーボン濃
度を有する有機シリコン酸化膜である。この配線構造を
製造する場合、通常、有機シリコン酸化膜１１３をパタ
ーニングする際に、反射防止膜（ＡＲＬ）及びレジスト
を塗布して現像し、ＲＩＥを用いて溝の加工を行うが、
Ｏ2ガスを用いたＲＩＥを用いて反射防止膜及びレジス
トを除去すると、溝の底部においてクラック１１４が発
生する。
【００１０】また、図１０は図９と同じく配線構造の要
部を拡大した図であり、１２１はＰ−ＳｉＯ2膜、１２
２は所定のカーボン濃度を有する有機シリコン酸化膜で
あり、この有機シリコン酸化膜１２２に形成された溝部
にＡｌ配線１２４がライナー材であるＮｂ膜１２３を介
して形成されている。このＡｌ配線１２４及び有機シリ
コン酸化膜１２２上にはさらに層間膜として所定のカー
ボン濃度を有する有機シリコン酸化膜１２５が形成され
ている。また、Ａｌ配線１２４とコンタクトを取るた
め、有機シリコン酸化膜１２５にＡｌ配線１２４が露出
するホールを形成する。
部を拡大した図であり、１２１はＰ−ＳｉＯ2膜、１２
２は所定のカーボン濃度を有する有機シリコン酸化膜で
あり、この有機シリコン酸化膜１２２に形成された溝部
にＡｌ配線１２４がライナー材であるＮｂ膜１２３を介
して形成されている。このＡｌ配線１２４及び有機シリ
コン酸化膜１２２上にはさらに層間膜として所定のカー
ボン濃度を有する有機シリコン酸化膜１２５が形成され
ている。また、Ａｌ配線１２４とコンタクトを取るた
め、有機シリコン酸化膜１２５にＡｌ配線１２４が露出
するホールを形成する。
【００１１】このホール形成の際にエッチングを行う
と、比較的緩やかな寸法のホール１２６を形成する場合
には、充分に底面までエッチングが進行するが、微細な
ホール１２７を形成する場合には、有機シリコン酸化膜
１２５に含有されるカーボンの重合物が生じ、レジスト
が後退するだけでエッチングが途中で止まるエッチスト
ップが生じ、Ａｌ配線１２４まで充分にエッチングが進
行しない問題があった。
と、比較的緩やかな寸法のホール１２６を形成する場合
には、充分に底面までエッチングが進行するが、微細な
ホール１２７を形成する場合には、有機シリコン酸化膜
１２５に含有されるカーボンの重合物が生じ、レジスト
が後退するだけでエッチングが途中で止まるエッチスト
ップが生じ、Ａｌ配線１２４まで充分にエッチングが進
行しない問題があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように従
来の配線構造の場合、熱工程やレジスト剥離時に層間絶
縁膜にクラックが発生したり、配線用溝形成の際にエッ
チングストップが生じたりする問題があった。
来の配線構造の場合、熱工程やレジスト剥離時に層間絶
縁膜にクラックが発生したり、配線用溝形成の際にエッ
チングストップが生じたりする問題があった。
【００１３】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、信頼性の高い多層
配線構造を有する半導体装置及びその製造方法を提供す
ることにある。
たもので、その目的とするところは、信頼性の高い多層
配線構造を有する半導体装置及びその製造方法を提供す
ることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
は、基板上に、層間絶縁膜と該層間絶縁膜に形成された
配線を有する配線層が少なくとも一層形成された配線構
造を有する半導体装置において、配線層のうち少なくと
も一の層の層間絶縁膜は、膜厚方向にカーボン濃度又は
金属酸化物濃度が異なることを特徴とする。
は、基板上に、層間絶縁膜と該層間絶縁膜に形成された
配線を有する配線層が少なくとも一層形成された配線構
造を有する半導体装置において、配線層のうち少なくと
も一の層の層間絶縁膜は、膜厚方向にカーボン濃度又は
金属酸化物濃度が異なることを特徴とする。
【００１５】また、別の本発明に係る半導体装置は、基
板上に、層間絶縁膜と該層間絶縁膜に形成された配線を
有する配線層が多層積層して形成された多層配線構造を
有する半導体装置において、少なくとも一の層の層間絶
縁膜は他の層の層間絶縁膜とカーボン濃度又は金属酸化
物濃度が異なることを特徴とする。
板上に、層間絶縁膜と該層間絶縁膜に形成された配線を
有する配線層が多層積層して形成された多層配線構造を
有する半導体装置において、少なくとも一の層の層間絶
縁膜は他の層の層間絶縁膜とカーボン濃度又は金属酸化
物濃度が異なることを特徴とする。
【００１６】ここで、配線層のうち少なくとも一の層の
層間絶縁膜は、膜厚方向にカーボン濃度又は金属酸化物
濃度が異なるものでもよい。
層間絶縁膜は、膜厚方向にカーボン濃度又は金属酸化物
濃度が異なるものでもよい。
【００１７】なお、上記した発明における層間絶縁膜と
は、異なる配線層同士の間に形成された絶縁膜と、同一
の配線層の配線同士の間に形成された絶縁膜の双方が含
まれるものとする。
は、異なる配線層同士の間に形成された絶縁膜と、同一
の配線層の配線同士の間に形成された絶縁膜の双方が含
まれるものとする。
【００１８】また、別の本発明に係る半導体装置は、絶
縁膜と該絶縁膜を介して複数形成された配線を有する配
線層と、この配線層上に金属膜を形成し、該金属膜を選
択的に除去することにより形成され、配線とコンタクト
を取るピラーと、配線層上であってピラーの側部を覆う
ように形成された層間絶縁膜と、この層間絶縁膜の上に
形成され、該層間絶縁膜よりもカーボン濃度が高い絶縁
膜と、ピラーが露出するように該絶縁膜を選択的に除去
して形成された配線用の溝部とを具備してなることを特
徴とする。
縁膜と該絶縁膜を介して複数形成された配線を有する配
線層と、この配線層上に金属膜を形成し、該金属膜を選
択的に除去することにより形成され、配線とコンタクト
を取るピラーと、配線層上であってピラーの側部を覆う
ように形成された層間絶縁膜と、この層間絶縁膜の上に
形成され、該層間絶縁膜よりもカーボン濃度が高い絶縁
膜と、ピラーが露出するように該絶縁膜を選択的に除去
して形成された配線用の溝部とを具備してなることを特
徴とする。
【００１９】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、絶縁膜を介して複数形成された配線からなる配線層
上に金属膜を形成する工程と、配線層が露出するように
金属膜を選択的に除去することにより配線とコンタクト
を取るピラーを形成する工程と、配線層上であってピラ
ーの側部を覆うように層間絶縁膜を形成する工程と、層
間絶縁膜よりもカーボン濃度が高い絶縁膜を該層間絶縁
膜上に形成する工程と、絶縁膜に配線に接続される配線
用の溝部を形成する工程とを有することを特徴とする。
は、絶縁膜を介して複数形成された配線からなる配線層
上に金属膜を形成する工程と、配線層が露出するように
金属膜を選択的に除去することにより配線とコンタクト
を取るピラーを形成する工程と、配線層上であってピラ
ーの側部を覆うように層間絶縁膜を形成する工程と、層
間絶縁膜よりもカーボン濃度が高い絶縁膜を該層間絶縁
膜上に形成する工程と、絶縁膜に配線に接続される配線
用の溝部を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００２０】また、別の本発明に係る半導体装置の製造
方法は、絶縁膜を介して複数形成された配線からなる配
線層上に、第１の層間絶縁膜と、この第１の層間絶縁膜
とカーボン濃度又は金属酸化物濃度の異なる第２の層間
絶縁膜とを積層して形成する工程と、第１及び第２の絶
縁膜に選択的に穴部を形成する工程と、第１の絶縁膜を
ストッパとして第２の絶縁膜に、穴部にオーバーラップ
するように溝部を形成する工程とを具備してなることを
特徴とする。
方法は、絶縁膜を介して複数形成された配線からなる配
線層上に、第１の層間絶縁膜と、この第１の層間絶縁膜
とカーボン濃度又は金属酸化物濃度の異なる第２の層間
絶縁膜とを積層して形成する工程と、第１及び第２の絶
縁膜に選択的に穴部を形成する工程と、第１の絶縁膜を
ストッパとして第２の絶縁膜に、穴部にオーバーラップ
するように溝部を形成する工程とを具備してなることを
特徴とする。
【００２１】望ましくは、上記絶縁膜、層間絶縁膜又は
線間絶縁膜は、有機シリコン酸化物からなり、さらに望
ましくは、この有機シリコン酸化物はメチルポリシロキ
サンである。
線間絶縁膜は、有機シリコン酸化物からなり、さらに望
ましくは、この有機シリコン酸化物はメチルポリシロキ
サンである。
【００２２】（作用）本発明では、基板上に形成された
配線構造において、ある配線層の少なくとも一の層の層
間絶縁膜について、膜厚方向にカーボン濃度又は金属酸
化物濃度を異ならしめることにより、該層間絶縁膜に微
細なホール加工を行う際に生じるエッチストップを防止
することができる。また、該層間絶縁膜に配線用溝を形
成する際にエッチングを用いた場合、レジストの剥離時
に溝底面に生じるクラックの発生を防止することができ
る。
配線構造において、ある配線層の少なくとも一の層の層
間絶縁膜について、膜厚方向にカーボン濃度又は金属酸
化物濃度を異ならしめることにより、該層間絶縁膜に微
細なホール加工を行う際に生じるエッチストップを防止
することができる。また、該層間絶縁膜に配線用溝を形
成する際にエッチングを用いた場合、レジストの剥離時
に溝底面に生じるクラックの発生を防止することができ
る。
【００２３】特に、配線同士を接続するコンタクトの形
成に、ピラープロセスを用いることにより、微細なホー
ル加工の形成が不要となるため低誘電率の材料での層間
絶縁膜の構成が可能となる。また、このピラーの上に配
線用の溝を形成する際に、同一層のピラー同士の間に形
成された層間絶縁膜と、この層間絶縁膜の上に形成され
る絶縁膜のカーボン濃度又は金属酸化物濃度を異ならし
めることにより、該線間絶縁膜に形成すべき配線溝の加
工における溝深さの制御性が向上し、従って溝深さのば
らつきによる配線の抵抗ばらつきを抑制することができ
る。
成に、ピラープロセスを用いることにより、微細なホー
ル加工の形成が不要となるため低誘電率の材料での層間
絶縁膜の構成が可能となる。また、このピラーの上に配
線用の溝を形成する際に、同一層のピラー同士の間に形
成された層間絶縁膜と、この層間絶縁膜の上に形成され
る絶縁膜のカーボン濃度又は金属酸化物濃度を異ならし
めることにより、該線間絶縁膜に形成すべき配線溝の加
工における溝深さの制御性が向上し、従って溝深さのば
らつきによる配線の抵抗ばらつきを抑制することができ
る。
【００２４】また、別の本発明では、基板上に形成され
た多層配線構造において、各層の層間絶縁膜のカーボン
濃度又は金属酸化物濃度を異ならしめることにより、多
層配線の機械的強度を高めることが可能となり、クラッ
クの発生を防止することができる。
た多層配線構造において、各層の層間絶縁膜のカーボン
濃度又は金属酸化物濃度を異ならしめることにより、多
層配線の機械的強度を高めることが可能となり、クラッ
クの発生を防止することができる。
【００２５】このように本発明によれば、配線構造の信
頼性を向上することができる。
頼性を向上することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。
の実施形態を説明する。
【００２７】（第１実施形態）図１は本発明の第１実施
形態に係る半導体装置の全体構成を示す図である。１は
図示しないトランジスタ等の素子が形成されたＰ−Ｓｉ
Ｏ2膜、すなわちプラズマＣＶＤ法により形成されたＳ
ｉＯ2膜であり、このＰ−ＳｉＯ2膜１上に、カーボン濃
度２２ｗｔ％、膜厚５００ｎｍの有機シリコン酸化膜２
が形成されている。この有機シリコン酸化膜２には溝部
が形成されており、この溝部の側壁及び底面にライナー
材として膜厚１５ｎｍのＮｂ膜３が形成され、さらに溝
部にはＡｌ配線４が形成され、第１層の配線構造をな
す。
形態に係る半導体装置の全体構成を示す図である。１は
図示しないトランジスタ等の素子が形成されたＰ−Ｓｉ
Ｏ2膜、すなわちプラズマＣＶＤ法により形成されたＳ
ｉＯ2膜であり、このＰ−ＳｉＯ2膜１上に、カーボン濃
度２２ｗｔ％、膜厚５００ｎｍの有機シリコン酸化膜２
が形成されている。この有機シリコン酸化膜２には溝部
が形成されており、この溝部の側壁及び底面にライナー
材として膜厚１５ｎｍのＮｂ膜３が形成され、さらに溝
部にはＡｌ配線４が形成され、第１層の配線構造をな
す。
【００２８】有機シリコン酸化膜２及びＡｌ配線４上に
は、層間膜として、プラズマＣＶＤ法によりフッ素を添
加したシリコン酸化膜、すなわちＦＳＧ膜５が膜厚５０
０ｎｍで形成されている。このＦＳＧ膜５上にはカーボ
ン濃度２２ｗｔ％の有機シリコン酸化膜６が４００ｎｍ
程度の膜厚で形成されている。この有機シリコン酸化膜
６及びＦＳＧ膜５を貫通してＡｌ配線４が露出するよう
にホールが形成されている。さらに、このホールにオー
バーラップするように有機シリコン酸化膜６に溝部が形
成されている。このホール及び溝部の側壁及び底面に
は、ライナー材として膜厚１５ｎｍのＮｂ膜７が形成さ
れており、またホール及び溝部にはＡｌ配線８が形成さ
れ、第２層の配線構造をなす。
は、層間膜として、プラズマＣＶＤ法によりフッ素を添
加したシリコン酸化膜、すなわちＦＳＧ膜５が膜厚５０
０ｎｍで形成されている。このＦＳＧ膜５上にはカーボ
ン濃度２２ｗｔ％の有機シリコン酸化膜６が４００ｎｍ
程度の膜厚で形成されている。この有機シリコン酸化膜
６及びＦＳＧ膜５を貫通してＡｌ配線４が露出するよう
にホールが形成されている。さらに、このホールにオー
バーラップするように有機シリコン酸化膜６に溝部が形
成されている。このホール及び溝部の側壁及び底面に
は、ライナー材として膜厚１５ｎｍのＮｂ膜７が形成さ
れており、またホール及び溝部にはＡｌ配線８が形成さ
れ、第２層の配線構造をなす。
【００２９】有機シリコン酸化膜６及びＡｌ配線８上に
は、層間膜としてＦＳＧ膜９が形成されており、このＦ
ＳＧ膜９上にはカーボン濃度２０ｗｔ％の有機シリコン
酸化膜１０が形成されている。この有機シリコン酸化膜
１０には溝部が形成されており、この溝部にはライナー
材である膜厚１５ｎｍのＮｂ膜１１を介して膜厚５００
ｎｍのＡｌ配線１２が形成され、第３層の配線構造をな
す。
は、層間膜としてＦＳＧ膜９が形成されており、このＦ
ＳＧ膜９上にはカーボン濃度２０ｗｔ％の有機シリコン
酸化膜１０が形成されている。この有機シリコン酸化膜
１０には溝部が形成されており、この溝部にはライナー
材である膜厚１５ｎｍのＮｂ膜１１を介して膜厚５００
ｎｍのＡｌ配線１２が形成され、第３層の配線構造をな
す。
【００３０】有機シリコン酸化膜１０及びＡｌ配線１２
上には層間膜としてＦＳＧ膜１３が形成されており、さ
らにこのＦＳＧ膜１３上にはカーボン濃度２０ｗｔ％の
有機シリコン酸化膜１４が形成されている。この有機シ
リコン酸化膜１４に設けられた溝部にはライナー材であ
るＮｂ膜１５を介して膜厚１．０μｍのＡｌ配線１６が
形成され、第４層の配線構造をなす。
上には層間膜としてＦＳＧ膜１３が形成されており、さ
らにこのＦＳＧ膜１３上にはカーボン濃度２０ｗｔ％の
有機シリコン酸化膜１４が形成されている。この有機シ
リコン酸化膜１４に設けられた溝部にはライナー材であ
るＮｂ膜１５を介して膜厚１．０μｍのＡｌ配線１６が
形成され、第４層の配線構造をなす。
【００３１】同様にして、有機シリコン酸化膜１４及び
Ａｌ配線１６上にはＦＳＧ膜１７が形成されており、こ
のＦＳＧ膜１７上にはカーボン濃度２０ｗｔ％の有機シ
リコン酸化膜１８が形成されている。また、この有機シ
リコン酸化膜１８の溝部にはＮｂ膜１９を介して膜厚
１．５μｍのＡｌ配線２０が形成され、第５層の配線構
造をなす。
Ａｌ配線１６上にはＦＳＧ膜１７が形成されており、こ
のＦＳＧ膜１７上にはカーボン濃度２０ｗｔ％の有機シ
リコン酸化膜１８が形成されている。また、この有機シ
リコン酸化膜１８の溝部にはＮｂ膜１９を介して膜厚
１．５μｍのＡｌ配線２０が形成され、第５層の配線構
造をなす。
【００３２】次に、本実施形態に係る半導体装置の製造
方法を図２〜図３に示す工程断面図を用いて説明する。
方法を図２〜図３に示す工程断面図を用いて説明する。
【００３３】まず、図２（ａ）に示すように、プラズマ
ＣＶＤ法を用いてＰ−ＳｉＯ2膜１を形成し、このＰ−
ＳｉＯ2膜１に図示しないトランジスタ等の素子を形成
する。次いで、このＰ−ＳｉＯ2膜１上に、溶媒に溶か
したメチルポリシロキサンをコータを用いて塗布した
後、熱処理を行い、有機シリコン酸化膜２を５００ｎｍ
形成する。熱処理は、Ｎ2雰囲気において８０℃で１
分、２００℃で１分、４５０℃で３０分の順に行う。な
お、後の工程で形成される有機シリコン酸化膜もカーボ
ンの添加率が異なるのみで、その製法は同じである。次
に、図示しない反射防止膜（ＡＲＬ）及びレジストを塗
布して現像し、ＲＩＥを用いてＰ−ＳｉＯ2膜１が露出
するように配線用の溝部を形成する。
ＣＶＤ法を用いてＰ−ＳｉＯ2膜１を形成し、このＰ−
ＳｉＯ2膜１に図示しないトランジスタ等の素子を形成
する。次いで、このＰ−ＳｉＯ2膜１上に、溶媒に溶か
したメチルポリシロキサンをコータを用いて塗布した
後、熱処理を行い、有機シリコン酸化膜２を５００ｎｍ
形成する。熱処理は、Ｎ2雰囲気において８０℃で１
分、２００℃で１分、４５０℃で３０分の順に行う。な
お、後の工程で形成される有機シリコン酸化膜もカーボ
ンの添加率が異なるのみで、その製法は同じである。次
に、図示しない反射防止膜（ＡＲＬ）及びレジストを塗
布して現像し、ＲＩＥを用いてＰ−ＳｉＯ2膜１が露出
するように配線用の溝部を形成する。
【００３４】次に、図２（ｂ）に示すように、溝部の側
面及び底面を含めて、有機シリコン酸化膜２表面にＮｂ
膜３をスパッタにより１５ｎｍ形成する。そして、この
Ｎｂ膜３によりコーティングされた溝部に、基板を４５
０℃に加熱しながらＡｌスパッタを膜厚４００ｎｍ行
い、溝部にＡｌ４’を埋め込む。
面及び底面を含めて、有機シリコン酸化膜２表面にＮｂ
膜３をスパッタにより１５ｎｍ形成する。そして、この
Ｎｂ膜３によりコーティングされた溝部に、基板を４５
０℃に加熱しながらＡｌスパッタを膜厚４００ｎｍ行
い、溝部にＡｌ４’を埋め込む。
【００３５】そして、図２（ｃ）に示すように、ＣＭＰ
等の平坦化技術を用いて有機シリコン酸化膜２が露出す
るように溝部以外に形成されたＡｌ４’及びＮｂ膜３を
除去することにより第１層のＡｌ配線４を形成する。
等の平坦化技術を用いて有機シリコン酸化膜２が露出す
るように溝部以外に形成されたＡｌ４’及びＮｂ膜３を
除去することにより第１層のＡｌ配線４を形成する。
【００３６】次に、図３（ｄ）に示すように、層間絶縁
膜として、プラズマＣＶＤ法を用いてフッ素を添加した
シリコン酸化膜、すなわちＦＳＧ膜５を５００ｎｍ形成
し、さらにこのＦＳＧ膜５上にカーボン濃度２２ｗｔ％
の有機シリコン酸化膜６を形成する。そして、有機シリ
コン酸化膜２に形成されたＡｌ配線４が露出するように
有機シリコン酸化膜６及びＦＳＧ膜５を除去して第１層
のＡｌ配線４とコンタクトを取るホールを形成するとと
もに、有機シリコン酸化膜６を除去してこのホールにオ
ーバーラップするように配線用の溝部を形成する。
膜として、プラズマＣＶＤ法を用いてフッ素を添加した
シリコン酸化膜、すなわちＦＳＧ膜５を５００ｎｍ形成
し、さらにこのＦＳＧ膜５上にカーボン濃度２２ｗｔ％
の有機シリコン酸化膜６を形成する。そして、有機シリ
コン酸化膜２に形成されたＡｌ配線４が露出するように
有機シリコン酸化膜６及びＦＳＧ膜５を除去して第１層
のＡｌ配線４とコンタクトを取るホールを形成するとと
もに、有機シリコン酸化膜６を除去してこのホールにオ
ーバーラップするように配線用の溝部を形成する。
【００３７】次に、図３（ｅ）に示すように、ホール及
び溝部に、第１層のＡｌ配線４の場合と同様の方法でＡ
ｌを埋め込み、表面をＣＭＰ処理することで、底面及び
側面に１５ｎｍのＮｂ膜７を介して４００ｎｍの膜厚の
第２層のＡｌ配線８が形成される。
び溝部に、第１層のＡｌ配線４の場合と同様の方法でＡ
ｌを埋め込み、表面をＣＭＰ処理することで、底面及び
側面に１５ｎｍのＮｂ膜７を介して４００ｎｍの膜厚の
第２層のＡｌ配線８が形成される。
【００３８】以上に示した工程を繰り返し行うことによ
り、ＦＳＧ膜９上のカーボン濃度２０ｗｔ％の有機シリ
コン酸化膜１０に１５ｎｍの膜厚のＮｂ膜１１を介して
埋め込まれた膜厚５００ｎｍの第３層Ａｌ配線１２、Ｆ
ＳＧ膜１３上のカーボン濃度２０ｗｔ％の有機シリコン
酸化膜１４に１５ｎｍの膜厚のＮｂ膜１５を介して埋め
込まれた膜厚１μｍの第４層Ａｌ配線１６、ＦＳＧ膜１
７上のカーボン濃度２２ｗｔ％の有機シリコン酸化膜１
８に１５ｎｍの膜厚のＮｂ膜１９を介して埋め込まれた
膜厚１．５μｍの第５層Ａｌ配線２０が形成される。
り、ＦＳＧ膜９上のカーボン濃度２０ｗｔ％の有機シリ
コン酸化膜１０に１５ｎｍの膜厚のＮｂ膜１１を介して
埋め込まれた膜厚５００ｎｍの第３層Ａｌ配線１２、Ｆ
ＳＧ膜１３上のカーボン濃度２０ｗｔ％の有機シリコン
酸化膜１４に１５ｎｍの膜厚のＮｂ膜１５を介して埋め
込まれた膜厚１μｍの第４層Ａｌ配線１６、ＦＳＧ膜１
７上のカーボン濃度２２ｗｔ％の有機シリコン酸化膜１
８に１５ｎｍの膜厚のＮｂ膜１９を介して埋め込まれた
膜厚１．５μｍの第５層Ａｌ配線２０が形成される。
【００３９】このように、本実施形態では、５層からな
る配線構造において、同一配線層の各配線間に形成され
る絶縁膜で、上層側の絶縁膜を、下層側の絶縁膜のカー
ボン濃度に比較して低くする構造とすることにより、厚
い膜厚を有する上層の絶縁膜の機械的強度を高め、これ
により多層配線全体としての機械的強度を高めることが
できる。従って、有機シリコン酸化膜を層間絶縁膜とし
て用いた場合のクラック発生を防止することができる。
る配線構造において、同一配線層の各配線間に形成され
る絶縁膜で、上層側の絶縁膜を、下層側の絶縁膜のカー
ボン濃度に比較して低くする構造とすることにより、厚
い膜厚を有する上層の絶縁膜の機械的強度を高め、これ
により多層配線全体としての機械的強度を高めることが
できる。従って、有機シリコン酸化膜を層間絶縁膜とし
て用いた場合のクラック発生を防止することができる。
【００４０】従来の装置構成、すなわち図８に示すよう
に、５層の配線構造において各配線層の配線間に形成さ
れる絶縁膜のカーボン濃度が同じ場合には、下層側の配
線近傍の絶縁膜でクラックの発生が見られたが、本実施
形態に示される方法により製造された多層配線構造では
クラックが発生しなかった。
に、５層の配線構造において各配線層の配線間に形成さ
れる絶縁膜のカーボン濃度が同じ場合には、下層側の配
線近傍の絶縁膜でクラックの発生が見られたが、本実施
形態に示される方法により製造された多層配線構造では
クラックが発生しなかった。
【００４１】なお、本実施形態においては、金属酸化物
を含有しない有機シリコン酸化膜を用いたが、金属酸化
物を含んでいても同様の効果が得られた。また、本実施
形態では、塗布法を用いて有機シリコン酸化膜の形成を
行ったが、トリメチルシランや、テトラメチルシランと
酸素等を原料ガスとして用いたＣＶＤ法によりカーボン
濃度の異なる有機シリコン酸化膜を形成しても同様の効
果が得られた。
を含有しない有機シリコン酸化膜を用いたが、金属酸化
物を含んでいても同様の効果が得られた。また、本実施
形態では、塗布法を用いて有機シリコン酸化膜の形成を
行ったが、トリメチルシランや、テトラメチルシランと
酸素等を原料ガスとして用いたＣＶＤ法によりカーボン
濃度の異なる有機シリコン酸化膜を形成しても同様の効
果が得られた。
【００４２】さらに本実施形態では、同一配線層の各配
線間に形成される絶縁膜で、上層側の絶縁膜に比較して
下層側の絶縁膜のカーボン濃度を上げたが、本発明の効
果を奏する構造はこれに限定されず、下層側の絶縁膜の
カーボン濃度を低くする場合でもよい。本実施形態で
は、上層に向かうに従って配線幅及び膜厚ともに増加す
る場合を示したが、上層側と下層側のカーボン濃度の増
減は、各層の配線の幅又は膜厚等により種々変更するこ
とができる。
線間に形成される絶縁膜で、上層側の絶縁膜に比較して
下層側の絶縁膜のカーボン濃度を上げたが、本発明の効
果を奏する構造はこれに限定されず、下層側の絶縁膜の
カーボン濃度を低くする場合でもよい。本実施形態で
は、上層に向かうに従って配線幅及び膜厚ともに増加す
る場合を示したが、上層側と下層側のカーボン濃度の増
減は、各層の配線の幅又は膜厚等により種々変更するこ
とができる。
【００４３】（第２実施形態）図４は本発明の第２実施
形態に係る半導体装置の全体構成を示す断面図である。
図４に示すように、図示しないトランジスタ等の素子が
形成されたＢＰＳＧ膜３１上に、ＴｉＯ2濃度５ｗｔ
％、カーボン濃度２２ｗｔ％の有機シリコン酸化膜３２
が膜厚５００ｎｍで形成されている。この有機シリコン
酸化膜３２上には、さらにＴｉＯ2濃度０．１ｗｔ％、
カーボン濃度２２ｗｔ％の有機シリコン酸化膜３３が形
成されている。この有機シリコン酸化膜３３には配線用
の溝部が形成されている。
形態に係る半導体装置の全体構成を示す断面図である。
図４に示すように、図示しないトランジスタ等の素子が
形成されたＢＰＳＧ膜３１上に、ＴｉＯ2濃度５ｗｔ
％、カーボン濃度２２ｗｔ％の有機シリコン酸化膜３２
が膜厚５００ｎｍで形成されている。この有機シリコン
酸化膜３２上には、さらにＴｉＯ2濃度０．１ｗｔ％、
カーボン濃度２２ｗｔ％の有機シリコン酸化膜３３が形
成されている。この有機シリコン酸化膜３３には配線用
の溝部が形成されている。
【００４４】上記実施形態に係る半導体装置の製造方法
を説明する。
を説明する。
【００４５】ＢＰＳＧ膜３１に素子等を形成した後、こ
のＢＰＳＧ膜３１上に有機シリコン酸化膜３２及び３３
を積層して形成する。これら有機シリコン酸化膜３２及
び３３の形成には、溶媒に溶かしたメチルポリシロキサ
ンをコータを用いて塗布した後、Ｎ2雰囲気中で熱処理
することにより形成する。熱処理は、８０℃で１分、２
００℃で１分、４５０℃で３０分の順に行う。
のＢＰＳＧ膜３１上に有機シリコン酸化膜３２及び３３
を積層して形成する。これら有機シリコン酸化膜３２及
び３３の形成には、溶媒に溶かしたメチルポリシロキサ
ンをコータを用いて塗布した後、Ｎ2雰囲気中で熱処理
することにより形成する。熱処理は、８０℃で１分、２
００℃で１分、４５０℃で３０分の順に行う。
【００４６】次に、有機シリコン酸化膜３２及び３３の
上に反射防止膜（ＡＲＬ）及びレジストを塗布して現像
し、ＲＩＥを用いて溝部の加工を行った後、Ｏ2ガスを
用いたＲＩＥを用いて反射防止膜及びレジストを除去す
ると、図４に示すような配線用の溝部が形成される。引
き続き第１実施形態と同様の方法によりＡｌのリフロー
及びＣＭＰ等を行うことにより、溝部に図示しない第１
のＡｌ配線が形成される。
上に反射防止膜（ＡＲＬ）及びレジストを塗布して現像
し、ＲＩＥを用いて溝部の加工を行った後、Ｏ2ガスを
用いたＲＩＥを用いて反射防止膜及びレジストを除去す
ると、図４に示すような配線用の溝部が形成される。引
き続き第１実施形態と同様の方法によりＡｌのリフロー
及びＣＭＰ等を行うことにより、溝部に図示しない第１
のＡｌ配線が形成される。
【００４７】このように、本実施形態では、配線層の下
部に形成された絶縁膜のＴｉＯ2濃度を、同一の配線層
の各配線間に形成された絶縁膜のＴｉＯ2濃度に比較し
て高くすることにより、配線層下部の絶縁膜の機械的強
度を高めることができ、配線用の溝部形成に用いられる
レジストの剥離時におけるクラック発生頻度を大幅に低
減できる。
部に形成された絶縁膜のＴｉＯ2濃度を、同一の配線層
の各配線間に形成された絶縁膜のＴｉＯ2濃度に比較し
て高くすることにより、配線層下部の絶縁膜の機械的強
度を高めることができ、配線用の溝部形成に用いられる
レジストの剥離時におけるクラック発生頻度を大幅に低
減できる。
【００４８】従来の装置構成、すなわち図９に示すよう
に、同じ金属酸化物濃度で配線層下部の絶縁膜及び同一
配線層の各配線間の絶縁膜を形成した場合には、レジス
トの剥離時に配線用溝部の底面にクラックが発生した
が、本実施形態に示される方法により製造された配線構
造ではクラックが発生しなかった。
に、同じ金属酸化物濃度で配線層下部の絶縁膜及び同一
配線層の各配線間の絶縁膜を形成した場合には、レジス
トの剥離時に配線用溝部の底面にクラックが発生した
が、本実施形態に示される方法により製造された配線構
造ではクラックが発生しなかった。
【００４９】なお、本実施形態では有機シリコン酸化膜
３２の金属酸化物濃度を有機シリコン酸化膜３３のＴｉ
Ｏ2濃度に比して高くする場合を示したが、これに限定
されることなく、配線幅や配線膜厚に応じて種々変更で
き、例えば有機シリコン酸化膜３２側を低くする構成で
あっても良い。また、塗布法以外にＣＶＤ法等により有
機シリコン酸化膜を形成しても良い。
３２の金属酸化物濃度を有機シリコン酸化膜３３のＴｉ
Ｏ2濃度に比して高くする場合を示したが、これに限定
されることなく、配線幅や配線膜厚に応じて種々変更で
き、例えば有機シリコン酸化膜３２側を低くする構成で
あっても良い。また、塗布法以外にＣＶＤ法等により有
機シリコン酸化膜を形成しても良い。
【００５０】（第３実施形態）図５は本発明の第３実施
形態に係る半導体装置の全体構成を示す図である。４１
はトランジスタ等の素子が形成されたＰ−ＳｉＯ2膜、
すなわちプラズマＣＶＤ法により形成されたＳｉＯ2膜
であり、このＰ−ＳｉＯ2膜４１上に、カーボン濃度２
２ｗｔ％、膜厚５００ｎｍの有機シリコン酸化膜４２が
形成されている。この有機シリコン酸化膜４２には溝部
が形成されており、この溝部の側壁及び底面にライナー
材として膜厚１５ｎｍのＮｂ膜４３が形成され、さらに
溝部にはＡｌ配線４４が形成され、第１層の配線構造を
なす。
形態に係る半導体装置の全体構成を示す図である。４１
はトランジスタ等の素子が形成されたＰ−ＳｉＯ2膜、
すなわちプラズマＣＶＤ法により形成されたＳｉＯ2膜
であり、このＰ−ＳｉＯ2膜４１上に、カーボン濃度２
２ｗｔ％、膜厚５００ｎｍの有機シリコン酸化膜４２が
形成されている。この有機シリコン酸化膜４２には溝部
が形成されており、この溝部の側壁及び底面にライナー
材として膜厚１５ｎｍのＮｂ膜４３が形成され、さらに
溝部にはＡｌ配線４４が形成され、第１層の配線構造を
なす。
【００５１】有機シリコン酸化膜４２及びＡｌ配線４４
上には、層間膜として、有機シリコン酸化膜４５及び４
６が積層形成されている。有機シリコン酸化膜４５及び
４６はカーボン濃度がそれぞれ１６ｗｔ％及び２０ｗｔ
％である。この有機シリコン酸化膜４５及び４６には、
第１層の配線であるＡｌ配線４４とコンタクトを取るホ
ールが形成されている。
上には、層間膜として、有機シリコン酸化膜４５及び４
６が積層形成されている。有機シリコン酸化膜４５及び
４６はカーボン濃度がそれぞれ１６ｗｔ％及び２０ｗｔ
％である。この有機シリコン酸化膜４５及び４６には、
第１層の配線であるＡｌ配線４４とコンタクトを取るホ
ールが形成されている。
【００５２】本実施形態に係る半導体装置の製造方法を
説明する。
説明する。
【００５３】Ｐ−ＳｉＯ2膜４１上に有機シリコン酸化
膜４２を形成し、この有機シリコン酸化膜４２に溝部を
形成し、溝部にＮｂ膜４３及びＡｌ配線４４を形成する
までの工程は第１実施形態と同じである。
膜４２を形成し、この有機シリコン酸化膜４２に溝部を
形成し、溝部にＮｂ膜４３及びＡｌ配線４４を形成する
までの工程は第１実施形態と同じである。
【００５４】次に、有機シリコン酸化膜４２及びＡｌ配
線４４上に、カーボン濃度１６ｗｔ％の有機シリコン酸
化膜４５を膜厚５００ｎｍ形成した後に、さらに有機シ
リコン酸化膜４５上にカーボン濃度２０ｗｔ％の有機シ
リコン酸化膜４６を膜厚５００ｎｍ形成する。有機シリ
コン酸化膜４５及び４６の形成には、溶媒を溶かしたメ
チルポリシロキサンをコータを用いて塗布した後、熱処
理することにより行う。熱処理は、Ｎ2雰囲気中におい
て８０℃で１分、２００℃で１分、４５０℃で３０分の
順に行う。
線４４上に、カーボン濃度１６ｗｔ％の有機シリコン酸
化膜４５を膜厚５００ｎｍ形成した後に、さらに有機シ
リコン酸化膜４５上にカーボン濃度２０ｗｔ％の有機シ
リコン酸化膜４６を膜厚５００ｎｍ形成する。有機シリ
コン酸化膜４５及び４６の形成には、溶媒を溶かしたメ
チルポリシロキサンをコータを用いて塗布した後、熱処
理することにより行う。熱処理は、Ｎ2雰囲気中におい
て８０℃で１分、２００℃で１分、４５０℃で３０分の
順に行う。
【００５５】次に、反射防止膜（ＡＲＬ）及びレジスト
を塗布して現像し、ＲＩＥを用いてホールの加工を行っ
た後、Ｏ2ガスを用いたＲＩＥを用いて反射防止膜及び
レジストを除去することにより、０．１７５μｍの微細
なホールが形成される。
を塗布して現像し、ＲＩＥを用いてホールの加工を行っ
た後、Ｏ2ガスを用いたＲＩＥを用いて反射防止膜及び
レジストを除去することにより、０．１７５μｍの微細
なホールが形成される。
【００５６】引き続き、第１実施形態と同様の方法によ
り、層間膜である有機シリコン酸化膜４５及び４６上に
絶縁膜を形成し、この絶縁膜に配線用の溝部を形成し、
Ａｌのリフロー、ＣＭＰ等を行うことにより、第２の配
線が形成される。
り、層間膜である有機シリコン酸化膜４５及び４６上に
絶縁膜を形成し、この絶縁膜に配線用の溝部を形成し、
Ａｌのリフロー、ＣＭＰ等を行うことにより、第２の配
線が形成される。
【００５７】このように本実施形態では、層間絶縁膜を
カーボン濃度の異なる積層構造とし、下層側を上層側に
対してカーボン濃度を低くすることにより、第１実施形
態のように有機シリコン酸化膜と無機膜との積層構造を
用いなくても、下層側においてエッチストップが起こる
ことなく、下層のＡｌ配線４４まで充分に貫通するエッ
チングを行うことができる。
カーボン濃度の異なる積層構造とし、下層側を上層側に
対してカーボン濃度を低くすることにより、第１実施形
態のように有機シリコン酸化膜と無機膜との積層構造を
用いなくても、下層側においてエッチストップが起こる
ことなく、下層のＡｌ配線４４まで充分に貫通するエッ
チングを行うことができる。
【００５８】従来の装置構成、すなわち図１０に示すよ
うに、各配線層間の絶縁膜及び同一配線層の配線間の絶
縁膜ともに同じカーボン濃度の場合には、Ａｌ配線１２
４上の有機シリコン酸化膜１２５にコンタクトを形成す
る際のエッチングにおいて、微細なホール１２７形成時
にエッチストップが見られたが、本実施形態の場合には
ホールが下層のＡｌ配線４４まで充分に貫通し、充分な
ホールが形成された。
うに、各配線層間の絶縁膜及び同一配線層の配線間の絶
縁膜ともに同じカーボン濃度の場合には、Ａｌ配線１２
４上の有機シリコン酸化膜１２５にコンタクトを形成す
る際のエッチングにおいて、微細なホール１２７形成時
にエッチストップが見られたが、本実施形態の場合には
ホールが下層のＡｌ配線４４まで充分に貫通し、充分な
ホールが形成された。
【００５９】なお、本実施形態ではカーボン濃度の異な
る２層の有機シリコン酸化膜４５及び４６の積層構造を
用いたが、カーボン濃度が連続的に変化する層間絶縁膜
を用いても同様の効果を奏する。また、２層の有機シリ
コン酸化膜４５及び４６の間に５０ｎｍ〜１００ｎｍの
薄いシリコン窒化膜やシリコン酸化膜を挟んだ構造でも
同様の効果が得られた。また、本実施形態では層間絶縁
膜として金属酸化物を含まない有機シリコン酸化膜を用
いたが、金属酸化物を含んだ酸化膜を用いても同様の効
果が得られた。
る２層の有機シリコン酸化膜４５及び４６の積層構造を
用いたが、カーボン濃度が連続的に変化する層間絶縁膜
を用いても同様の効果を奏する。また、２層の有機シリ
コン酸化膜４５及び４６の間に５０ｎｍ〜１００ｎｍの
薄いシリコン窒化膜やシリコン酸化膜を挟んだ構造でも
同様の効果が得られた。また、本実施形態では層間絶縁
膜として金属酸化物を含まない有機シリコン酸化膜を用
いたが、金属酸化物を含んだ酸化膜を用いても同様の効
果が得られた。
【００６０】また、本実施形態では、塗布法を用いて有
機シリコン酸化膜の形成を行ったが、トリメチルシラン
や、テトラメチルシランと酸素等を原料ガスとして用い
たＣＶＤ法によりカーボン濃度の異なる有機シリコン酸
化膜を形成しても同様の効果が得られた。
機シリコン酸化膜の形成を行ったが、トリメチルシラン
や、テトラメチルシランと酸素等を原料ガスとして用い
たＣＶＤ法によりカーボン濃度の異なる有機シリコン酸
化膜を形成しても同様の効果が得られた。
【００６１】また、本実施形態では第１層の配線上にカ
ーボン濃度の異なる積層構造の層間絶縁膜を設ける場合
を示したが、これに限定されるものではなく、第ｎ層目
の配線上にカーボン濃度の異なる積層構造の層間絶縁膜
を設ける場合であっても本発明の効果を奏する。また、
層間絶縁膜の積層構造で、上層のカーボン濃度を下層よ
りも高くする場合を示したが、上層と下層でカーボン濃
度を逆にしても良く、また本実施形態に示された濃度に
は限定されない。
ーボン濃度の異なる積層構造の層間絶縁膜を設ける場合
を示したが、これに限定されるものではなく、第ｎ層目
の配線上にカーボン濃度の異なる積層構造の層間絶縁膜
を設ける場合であっても本発明の効果を奏する。また、
層間絶縁膜の積層構造で、上層のカーボン濃度を下層よ
りも高くする場合を示したが、上層と下層でカーボン濃
度を逆にしても良く、また本実施形態に示された濃度に
は限定されない。
【００６２】（第４実施形態）図６は本発明の第４実施
形態に係る半導体装置の全体構成を示す図である。５１
は図示しないトランジスタ等の素子が形成されたＰ−Ｓ
ｉＯ2膜であり、このＰ−ＳｉＯ2膜５１上に、カーボン
濃度１８ｗｔ％の有機シリコン酸化膜５２が形成されて
いる。この有機シリコン酸化膜５２には溝部が形成され
ており、この溝部及び底面にライナー材として膜厚１５
ｎｍのＮｂ膜５３が形成され、さらにこのＮｂ膜５３を
介して溝部にＡｌ配線５４が形成され、第１層の配線構
造をなす。
形態に係る半導体装置の全体構成を示す図である。５１
は図示しないトランジスタ等の素子が形成されたＰ−Ｓ
ｉＯ2膜であり、このＰ−ＳｉＯ2膜５１上に、カーボン
濃度１８ｗｔ％の有機シリコン酸化膜５２が形成されて
いる。この有機シリコン酸化膜５２には溝部が形成され
ており、この溝部及び底面にライナー材として膜厚１５
ｎｍのＮｂ膜５３が形成され、さらにこのＮｂ膜５３を
介して溝部にＡｌ配線５４が形成され、第１層の配線構
造をなす。
【００６３】このＡｌ配線５４上には、Ａｌからなるピ
ラー５５が形成されており、このピラー５５の側部を覆
うように層間膜としてカーボン濃度２２ｗｔ％の有機シ
リコン酸化膜５６が膜厚５００ｎｍで形成されている。
さらにこの有機シリコン酸化膜５６上にはカーボン濃度
１８ｗｔ％の有機シリコン酸化膜５７が形成されてい
る。この有機シリコン酸化膜５７には溝部が形成されて
おり、溝部側壁及び底面にライナー材であるＮｂ膜５８
を介してＡｌ配線５９が形成され、第２層の配線構造を
なす。第１層のＡｌ配線５４と第２層のＡｌ配線５９は
ピラー５５により接続される。
ラー５５が形成されており、このピラー５５の側部を覆
うように層間膜としてカーボン濃度２２ｗｔ％の有機シ
リコン酸化膜５６が膜厚５００ｎｍで形成されている。
さらにこの有機シリコン酸化膜５６上にはカーボン濃度
１８ｗｔ％の有機シリコン酸化膜５７が形成されてい
る。この有機シリコン酸化膜５７には溝部が形成されて
おり、溝部側壁及び底面にライナー材であるＮｂ膜５８
を介してＡｌ配線５９が形成され、第２層の配線構造を
なす。第１層のＡｌ配線５４と第２層のＡｌ配線５９は
ピラー５５により接続される。
【００６４】本実施形態に係る半導体装置の製造方法を
図７を用いて説明する。
図７を用いて説明する。
【００６５】図７（ａ）に示すように、Ｐ−ＳｉＯ2膜
５１上に有機シリコン酸化膜５２を形成し、この有機シ
リコン酸化膜５２に溝部を形成し、溝部にＮｂ膜５３及
びＡｌ配線５４を形成する。ここまでの工程は第１実施
形態と同じである。
５１上に有機シリコン酸化膜５２を形成し、この有機シ
リコン酸化膜５２に溝部を形成し、溝部にＮｂ膜５３及
びＡｌ配線５４を形成する。ここまでの工程は第１実施
形態と同じである。
【００６６】次に、有機シリコン酸化膜５２及びＡｌ配
線５４及上にＡｌを形成した後、反射防止膜（ＡＲＬ）
及びレジストを塗布して現像し、ＲＩＥを用いて第１層
のＡｌ配線５４とコンタクトを取るピラー５５を形成す
る。
線５４及上にＡｌを形成した後、反射防止膜（ＡＲＬ）
及びレジストを塗布して現像し、ＲＩＥを用いて第１層
のＡｌ配線５４とコンタクトを取るピラー５５を形成す
る。
【００６７】次に、カーボン濃度２２ｗｔ％の有機シリ
コン酸化膜５６を形成し、ピラー５５が露出するように
表面をＣＭＰにより平坦化除去する。さらに、ピラー５
５及び有機シリコン酸化膜５６上にカーボン濃度１８ｗ
ｔ％の有機シリコン酸化膜５７を形成する。
コン酸化膜５６を形成し、ピラー５５が露出するように
表面をＣＭＰにより平坦化除去する。さらに、ピラー５
５及び有機シリコン酸化膜５６上にカーボン濃度１８ｗ
ｔ％の有機シリコン酸化膜５７を形成する。
【００６８】最後に、ピラー５５が露出するように有機
シリコン酸化膜５７に溝部を形成し、この溝部にライナ
ー材となるＮｂ膜５８を介してＡｌ配線５９を形成す
る。
シリコン酸化膜５７に溝部を形成し、この溝部にライナ
ー材となるＮｂ膜５８を介してＡｌ配線５９を形成す
る。
【００６９】このように本実施形態では、ピラープロセ
スを用いてコンタクトを形成することにより、層間膜と
して有機シリコン酸化膜を用いた場合に問題となる微細
なホール加工の形成が必要なくなるため、誘電率が低い
材料での層間絶縁膜の構成が可能となる。また、有機シ
リコン酸化膜中のカーボン濃度が高くなるにつれてＲＩ
Ｅによるエッチングレートが低くなるために、本実施形
態のようにカーボン濃度の異なる有機シリコン酸化膜を
積層化して配線用の溝加工を行うことにより、配線の溝
加工における溝深さの制御性を高めることができる。従
って、溝深さのばらつきによる配線の抵抗ばらつきを抑
制することができる。さらに、有機シリコン酸化膜５６
のカーボン濃度が低いために機械的強度が向上し、ピラ
ーの側部に形成された有機シリコン酸化膜５６をＣＭＰ
により平坦化除去する際の研磨耐性が向上する。
スを用いてコンタクトを形成することにより、層間膜と
して有機シリコン酸化膜を用いた場合に問題となる微細
なホール加工の形成が必要なくなるため、誘電率が低い
材料での層間絶縁膜の構成が可能となる。また、有機シ
リコン酸化膜中のカーボン濃度が高くなるにつれてＲＩ
Ｅによるエッチングレートが低くなるために、本実施形
態のようにカーボン濃度の異なる有機シリコン酸化膜を
積層化して配線用の溝加工を行うことにより、配線の溝
加工における溝深さの制御性を高めることができる。従
って、溝深さのばらつきによる配線の抵抗ばらつきを抑
制することができる。さらに、有機シリコン酸化膜５６
のカーボン濃度が低いために機械的強度が向上し、ピラ
ーの側部に形成された有機シリコン酸化膜５６をＣＭＰ
により平坦化除去する際の研磨耐性が向上する。
【００７０】なお、本実施形態で示された有機シリコン
酸化膜５６及び５７のカーボン濃度には限定されず、両
者のカーボン濃度の高低も変えることができ、さらに本
実施形態で示された値には限定されず、種々変更可能で
ある。
酸化膜５６及び５７のカーボン濃度には限定されず、両
者のカーボン濃度の高低も変えることができ、さらに本
実施形態で示された値には限定されず、種々変更可能で
ある。
【００７１】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、配
線構造の層間絶縁膜の各部にカーボン濃度の異なる材料
を用いることにより、信頼性の高い多層配線構造を有す
る半導体装置が得られる。
線構造の層間絶縁膜の各部にカーボン濃度の異なる材料
を用いることにより、信頼性の高い多層配線構造を有す
る半導体装置が得られる。
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の全体
構成を示す断面図。
構成を示す断面図。
【図２】同実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す
工程断面図。
工程断面図。
【図３】同実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す
工程断面図。
工程断面図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の全体
構成を示す断面図。
構成を示す断面図。
【図５】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の全体
構成を示す断面図。
構成を示す断面図。
【図６】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の全体
構成を示す断面図。
構成を示す断面図。
【図７】同実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す
工程断面図。
工程断面図。
【図８】従来の多層配線構造を有する半導体装置の断面
図。
図。
【図９】従来の配線構造を有する半導体装置の断面図。
【図１０】従来の配線構造を有する半導体装置の断面
図。
図。
１，４１，５１…Ｐ−ＳｉＯ2膜 ２，６，１０，１４，１８，３２，３３，４２，４５，
４６，５２，５６，５７…有機シリコン酸化膜 ３，７，１１，１５，１９，４３，５３，５８…Ｎｂ膜 ４，８，１２，１６，２０，４４，５４，５９…Ａｌ配
線 ５，９，１３，１７…ＦＳＧ膜 ３１…ＢＰＳＧ膜 ５５…ピラー
４６，５２，５６，５７…有機シリコン酸化膜 ３，７，１１，１５，１９，４３，５３，５８…Ｎｂ膜 ４，８，１２，１６，２０，４４，５４，５９…Ａｌ配
線 ５，９，１３，１７…ＦＳＧ膜 ３１…ＢＰＳＧ膜 ５５…ピラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河合 基伸 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 5F033 HH08 HH17 JJ08 JJ17 KK08 KK17 MM01 MM02 MM12 MM13 NN06 NN07 NN19 PP15 PP18 QQ09 QQ13 QQ37 QQ48 RR04 RR11 RR23 RR26 SS01 SS03 SS11 SS15 SS22 WW04 XX17 5F058 BA04 BA20 BD02 BD04 BD06 BD19 BF07 BF46 BH01 BJ01 BJ02
Claims (6)
- 【請求項１】 基板上に、層間絶縁膜と該層間絶縁膜に
形成された配線を有する配線層が少なくとも一層形成さ
れた配線構造を有する半導体装置において、 前記配線層のうち少なくとも一の層の前記層間絶縁膜
は、膜厚方向にカーボン濃度又は金属酸化物濃度が異な
ることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 基板上に、層間絶縁膜と該層間絶縁膜に
形成された配線を有する配線層が多層積層して形成され
た多層配線構造を有する半導体装置において、 少なくとも一の層の前記層間絶縁膜は他の層の前記層間
絶縁膜とカーボン濃度又は金属酸化物濃度が異なること
を特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】 前記配線層のうち少なくとも一の層の前
記層間絶縁膜は、膜厚方向にカーボン濃度又は金属酸化
物濃度が異なることを特徴とする請求項２に記載の半導
体装置。 - 【請求項４】 絶縁膜と該絶縁膜を介して複数形成され
た配線を有する配線層と、 この配線層上に金属膜を形成し、該金属膜を選択的に除
去することにより形成され、前記配線とコンタクトを取
るピラーと、 前記配線層上であって前記ピラーの側部を覆うように形
成された層間絶縁膜と、 この層間絶縁膜の上に形成され、該層間絶縁膜よりもカ
ーボン濃度が高い絶縁膜と、 前記ピラーが露出するように該絶縁膜を選択的に除去し
て形成された配線用の溝部とを具備してなることを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項５】 絶縁膜を介して複数形成された配線から
なる配線層上に金属膜を形成する工程と、 前記配線層が露出するように前記金属膜を選択的に除去
することにより前記配線とコンタクトを取るピラーを形
成する工程と、 前記配線層上であって前記ピラーの側部を覆うように層
間絶縁膜を形成する工程と、 前記層間絶縁膜よりもカーボン濃度が高い絶縁膜を該層
間絶縁膜上に形成する工程と、 前記絶縁膜に前記配線に接続される配線用の溝部を形成
する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項６】 絶縁膜を介して複数形成された配線から
なる配線層上に、第１の層間絶縁膜と、この第１の層間
絶縁膜とカーボン濃度又は金属酸化物濃度の異なる第２
の層間絶縁膜とを積層して形成する工程と、 第１及び第２の絶縁膜に選択的に穴部を形成する工程
と、 前記第１の絶縁膜をストッパとして前記第２の絶縁膜
に、前記穴部にオーバーラップするように溝部を形成す
る工程とを具備してなることを特徴とする半導体装置の
製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26719899A JP2001093975A (ja) | 1999-09-21 | 1999-09-21 | 半導体装置及びその製造方法 |
| US09/594,843 US6534870B1 (en) | 1999-06-15 | 2000-06-15 | Apparatus and method for manufacturing a semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26719899A JP2001093975A (ja) | 1999-09-21 | 1999-09-21 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001093975A true JP2001093975A (ja) | 2001-04-06 |
Family
ID=17441494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26719899A Pending JP2001093975A (ja) | 1999-06-15 | 1999-09-21 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001093975A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003060032A (ja) * | 2001-08-17 | 2003-02-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置および製造方法 |
| US6737744B2 (en) | 2001-09-25 | 2004-05-18 | Fujitsu Limited | Semiconductor device including porous insulating material and manufacturing method therefor |
| WO2007142172A1 (ja) * | 2006-06-09 | 2007-12-13 | Nec Corporation | 多層配線製造方法と多層配線構造と多層配線製造装置 |
-
1999
- 1999-09-21 JP JP26719899A patent/JP2001093975A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003060032A (ja) * | 2001-08-17 | 2003-02-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置および製造方法 |
| JP4661004B2 (ja) * | 2001-08-17 | 2011-03-30 | パナソニック株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| US6737744B2 (en) | 2001-09-25 | 2004-05-18 | Fujitsu Limited | Semiconductor device including porous insulating material and manufacturing method therefor |
| WO2007142172A1 (ja) * | 2006-06-09 | 2007-12-13 | Nec Corporation | 多層配線製造方法と多層配線構造と多層配線製造装置 |
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|---|---|---|---|
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|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040308 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050830 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060207 |