JP2001118925A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配線を覆う絶縁膜にコンタクトホールを形成
する際にオーバエッチングを行っても、コンタクトホー
ル底部に露出した上記配線をエッチングすることのない
絶縁膜材料を提供し、配線信頼性の向上を図る。 【解決手段】 基板１０の第１の絶縁膜１４に導電体
（第２の配線）１５が形成された半導体装置１におい
て、導電体１５に対して選択的にエッチングされる絶縁
材料からなるもので第１の絶縁膜１４上に導電体１５を
覆う状態に形成された第２の絶縁膜１６と、第２の絶縁
膜１６上に形成された第３の絶縁膜１７とを備えたもの
であり、かつ第２の絶縁膜１６は第１の絶縁膜１４に対
して選択的にエッチングされる絶縁材料、例えば有機絶
縁膜からなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造方法に関し、詳しくは複数層の層間絶縁膜構造
を備えた半導体装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化にともなう
各構成素子の縮小化を達成するために、この各構成素子
間の相互接続に余裕度のないコンタクトホールを使用し
た、いわゆるボーダーレスコンタクト法が利用されつつ
ある。このボーダーレスコンタクト法によりコンタクト
ホールを加工するときには、一例としてエッチングに
は、オクタフルオロブテン（Ｃ₄ Ｆ₈ ）と一酸化炭素
（ＣＯ）とアルゴン（Ａｒ）との混合ガス、トリフルオ
ロメタン（ＣＨＦ₃ ）と一酸化炭素（ＣＯ）とアルゴン
（Ａｒ）との混合ガス、オクタフルオロブテン（Ｃ₄ Ｆ
₈ ）と酸素（Ｏ₂ ）とアルゴン（Ａｒ）との混合ガス、
オクタフルオロブテン（Ｃ₄ Ｆ₈ ）と一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）とアルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ₂ ）との混合ガス、
パーフルオロプロパン（Ｃ₃ Ｆ₈ ）と酸素（Ｏ₂ ）とア
ルゴン（Ａｒ）との混合ガスもしくはオクタフルオロシ
クロペンテン（Ｃ₅ Ｆ₈ ）と酸素（Ｏ₂ ）とアルゴン
（Ａｒ）との混合ガスを用い、例えばマグネトロン反応
性イオンエッチング装置、２周波励起容量結合型プラズ
マエッチング装置等を用いる。

【０００３】次に、従来の多層配線構造における層間絶
縁膜構造を図６によって、以下に説明する。

【０００４】図６に示すように、シリコン基板１１１上
には絶縁膜１１２が、例えばホウ素リンシリケートガラ
ス（ＢＰＳＧ）のリフロー膜で形成されている。その絶
縁膜１１２上には、第１の配線１１３が例えばアルミニ
ウム銅合金で形成されている。この第１の配線１１３の
上層および下層には窒化チタン膜１１３ａ、１１３ｂが
形成されている。さらに、絶縁膜１１２上には、上記第
１の配線１１３を覆う状態に第１の層間絶縁膜１１４が
形成されている。この第１の層間絶縁膜１１４は、例え
ばプラズマＣＶＤ法により成膜さらた、いわゆるＰ−Ｔ
ＥＯＳ・ＮＳＧ〔テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を
原料ガスに用いて成膜したノンドープトシリケートガラ
ス〕膜１１４ａ、その上に形成されらＦＳＧ（フッ素シ
リケートガラス）膜１１４ｂとで構成されている。

【０００５】上記第１の層間絶縁膜１１４上には第２の
配線１１５が、例えばアルミニウム銅合金で形成されて
いる。この第２の配線１１５も前記第１の配線１１３と
同様に、第２の配線１１５の下層および上層には窒化チ
タン膜１１５ａ、１１５ｂが形成されている。さらに、
第１の層間絶縁膜１１４上には、上記第２の配線１１５
を覆う状態に第２の層間絶縁膜１１６が形成されてい
る。この第２の層間絶縁膜１１６は、例えばプラズマＣ
ＶＤ法により成膜さらた、いわゆるＰ−ＴＥＯＳ・ＮＳ
Ｇ〔テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を原料ガスに用
いて成膜したノンドープトシリケートガラス〕膜１１６
ａ、その上に形成されらＦＳＧ（フッ素シリケートガラ
ス）膜１１６ｂとで構成されている。

【０００６】上記第２の層間絶縁膜１１６には第２の配
線１１５に通じるボーダーレスコンタクトホール１１８
が形成されている。このボーダーレスコンタクトホール
１１８を形成する際のエッチング条件としては、マグネ
トロン反応性イオンエッチング装置を用い、エッチング
ガスには、オクタフルオロブテン（Ｃ₄ Ｆ₈ ）と一酸化
炭素（ＣＯ）とアルゴン（Ａｒ）との混合ガスを用い、
エッチング雰囲気の圧力を１０Ｐａ、基板温度を２０
℃、エッチングパワーを１．５ｋＷに設定した。さらに
上記ボーダーレスコンタクトホール１１８の内部には密
着層１１９を介してタングステンプラグ１２０が形成さ
れている。

【０００７】上記第２の層間絶縁膜１１６上には上記タ
ングステンプラグ１２０に接続する第３の配線１２１
が、例えばアルミニウム銅合金で形成されている。この
第３の配線１２１も前記第１の配線１１３と同様に、第
３の配線１２１の下層および上層には窒化チタン膜１２
１ａ、１２１ｂが形成されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第２の
層間絶縁膜は、表面をＣＭＰによって平坦化している
が、第２の層間絶縁膜の表面にはグローバル段差が残
る。そのため、上記ボーダーレスコンタクトホールを形
成する際に、深いコンタクトホールと浅いコンタクトホ
ールとが存在し、深いコンタクトホールを完全に形成す
るために、オーバエッチングを行う。その結果、前記図
７に示すように、浅いボーダーレスコンタクトホール１
１８では、第２の配線１１５が過剰にエッチングされ、
浅いボーダーレスコンタクトホール１１８の底部に露出
した第２の配線１１５の肩の部分の窒化チタン膜１１５
ｂは、エッチング成分のフッ化炭素イオンやフッ化炭素
ラジカルのコンタクトホール側壁での反射、散乱の影響
を受けてエッチングされる、いわゆるコーナー効果を受
け、著しくエッチング選択比が低下してエッチングされ
てしまう。そして、窒化チタン膜１１５ｂを突き抜け、
アルミニウム銅合金層１１５ｃまで達する。また、ボー
ダーレスコンタクトホール１１８が第２の配線１１５に
対してずれて形成された場合には、第１の絶縁膜１１４
まで突き抜けて形成される。図示はしないが、最悪の場
合には、第１の配線１１３まで達することもある。

【０００９】この場合、その後の工程で行われるロング
スロースパッタリングによる窒化チタン膜よりなる密着
層１１９の形成の際に、アルミニウム銅合金のアルミニ
ウムと窒化チタンを成膜するために用いる窒素とが反応
して、アルミニウム銅合金層１１５ｃの表面に窒化アル
ミニウム膜を生成する。この窒化アルミニウム膜は高抵
抗であるため、このような状態でタングステンプラグ１
２０を形成した場合には、タングステンプラグ１２０と
第２の配線１１５との接触抵抗が上昇する。つまり、ビ
アコンタクト抵抗が上昇して、ＬＳＩの消費電力が増大
し、また信号遅延を招き、半導体装置の性能の劣化、信
頼性の低下を来していた。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた半導体装置およびその製造方法で
ある。

【００１１】半導体装置は、基板上の第１の絶縁膜に導
電体が形成されたもので、前記導電体に対して選択的に
エッチングされる絶縁材料からなりかつ前記第１の絶縁
膜上に前記導電体を覆う状態に形成された第２の絶縁膜
と、前記第２の絶縁膜上に形成された第３の絶縁膜とを
備えたもので、第２の絶縁膜は有機絶縁材料からなるも
のである。

【００１２】上記半導体装置では、第１の絶縁膜に形成
された導電体を覆う第２の絶縁膜がその導電体に対して
選択的にエッチングされる絶縁材料、例えば有機絶縁材
料で形成されていることから、エッチングによって第２
の絶縁膜に形成されるコンタクトホールは、上記導電体
をエッチングすることなく形成されたものとなる。した
がって、ボーダーレスコンタクトホールを形成した場合
に、オーバエッチングを行っても、導電体が過剰エッチ
ングされたものとはならない。

【００１３】半導体装置の製造方法は、基板上の第１の
絶縁膜に形成された導電体を覆う状態にかつ前記導電体
に対して選択的にエッチングされる材料からなる第２の
絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜上に第３の
絶縁膜を形成する工程と、前記第３の絶縁膜から前記第
２の絶縁膜までエッチングして前記導電体に通じる凹部
を形成する工程とを備えた製造方法であり、第２の絶縁
膜を有機絶縁材料で形成する製造方法である。

【００１４】上記半導体装置の製造方法では、第１の絶
縁膜に形成された導電体を覆う第２の絶縁膜をその導電
体に対して選択的にエッチングされる絶縁材料、例えば
有機絶縁材料で形成することから、第３の絶縁膜から前
記第２の絶縁膜までエッチングして前記導電体に通じる
凹部を形成する工程において、上記導電体をエッチング
することなく凹部を形成することが可能になる。したが
って、ボーダーレスコンタクトホールを形成した場合に
オーバエッチングを行っても、導電体が過剰エッチング
されることがない。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の半導体装置に係わる第１
の実施の形態を、図１の概略構成断面図によって説明す
る。

【００１６】図１に示すように、シリコン基板１１上に
はトランジスタ等の半導体素子（図示せず）が形成さ
れ、そのシリコン基板１１上に上記半導体素子を覆う絶
縁膜１２が形成されている。この絶縁膜１２は、例えば
リフローにより表面が平坦化されたホウ素リンシリケー
トガラス（ＢＰＳＧ）よりなる。

【００１７】上記絶縁膜１２上には配線１３が、例えば
５００ｎｍの厚さに形成されている。この配線１３は、
例えばアルミニウム銅合金で形成され、その下層および
上層には窒化チタン膜１３ａ、１３ｂ形成されている。
このように基板１０が構成されている。

【００１８】さらに、絶縁膜１２上には、上記第１の配
線１３を覆いかつ表面が平坦化された第１の絶縁膜１４
が、例えば１．００μｍの厚さに形成されている。この
第１の絶縁膜１４は、例えばプラズマＣＶＤ法により成
膜さらた、いわゆるＰ−ＴＥＯＳ・ＮＳＧ〔テトラエト
キシシラン（ＴＥＯＳ）を原料ガスに用いて成膜したノ
ンドープトシリケートガラス〕膜１４ａ、その上に形成
されらＦＳＧ（フッ素シリケートガラス）膜１４ｂとで
構成されている。

【００１９】上記基板１０上の第１の絶縁膜１４上には
第２の配線（導電体）１５が、例えばアルミニウム銅合
金で、例えば５００ｎｍの厚さに形成されている。この
第２の配線１５も前記第１の配線１３と同様に、第２の
配線１５の下層および上層には窒化チタン膜１５ａ、１
５ｂが形成されている。

【００２０】さらに、第１の絶縁膜１４上には、上記第
２の配線１５を覆う第２の絶縁膜１６が、上記第２の配
線１５に対して選択的にエッチングされる絶縁材料で形
成されている。また上記第２の絶縁膜１６は、上記第１
の絶縁膜１３に対しても選択的にエッチングされる材料
からなる。このような絶縁材料としては、例えば、ポリ
アリールエーテルと総称される有機ポリマー（例えば、
ダウケミカル社製のＳＩＬＫ、アライドシグナル社製の
ＦＬＡＲＥ、シューマッカー社製のＶＥＬＯＸ等）、フ
ルオロカーボン（例えば、環状フッ素樹脂、テフロン、
アモルファステフロン、フッ化アリールエーテル、フッ
化ポリイミド等）等の有機絶縁材料がある。さらにこの
第２の絶縁膜１６上には、例えば表面が平坦化された第
３の絶縁膜１７が、例えばＦＳＧ（フッ素シリケートガ
ラス）膜で形成されている。上記第２の絶縁膜１６と第
３の絶縁膜１７とを合わせた膜厚は、例えば１．５０μ
ｍとした。

【００２１】上記第３の絶縁膜１７から第２の絶縁膜１
６にかけて、第２の配線１５に通じるボーダーレスコン
タクトホールからなる凹部（以下接続孔と記す）１８が
形成されている。この接続孔１８の内部には密着層１９
を介してプラグ２０が例えばタングステンで形成されて
いる。

【００２２】上記第３の絶縁膜１７上には上記プラグ２
０に接続する第３の配線２１が、例えばアルミニウム銅
合金で形成されている。この第３の配線２１も前記第１
の配線１３と同様に、第３の配線２１の下層および上層
には窒化チタン膜２１ａ、２１ｂが形成されている。

【００２３】上記半導体装置１では、第１の絶縁膜１４
上には第２の配線（導電体）１５を覆う第２の絶縁膜１
６がその第２の配線１５の窒化チタン膜１５ｂに対して
選択的にエッチングされる有機絶縁材料で形成されてい
ることから、エッチングによって第２の絶縁膜１６に形
成される接続孔１８は、上記第２の配線１５をエッチン
グすることなく形成されたものとなる。したがって、ボ
ーダーレスコンタクトホールの接続孔１８を形成した場
合に、オーバエッチングを行っても、第２の配線１５
（導電体９が過剰エッチングされることはない。さらに
第２の絶縁膜１６は第１の絶縁膜１４のＦＳＧ膜１４ｂ
に対して選択的にエッチングされる有機絶縁材料からな
るため、接続孔１８を形成する際にオーバエッチングを
行っても、接続孔１８がＦＳＧ膜１４ｂに形成されるこ
とはない。

【００２４】よって、上記接続孔１８の構造によれば、
接続孔１８内に密着層１９を形成しても、第２の配線１
５に高抵抗層となる窒化アルミニウム層が形成されない
ため、その接続孔１８内にプラグ２０を形成しても、従
来の技術で問題となったコンタクト抵抗の上昇は起こら
ない。

【００２５】次に、本発明の半導体装置に係わる第２の
実施の形態を、図２の概略構成断面図によって説明す
る。

【００２６】図２に示すように、シリコン基板（基板）
４１上には第１の絶縁膜４２が例えばＦＳＧ膜で形成さ
れている。上記第１の絶縁膜４２にはシリコン基板４１
に通じるコンタクトホール４３が形成されていて、その
コンタクトホール４３の内部にはバリア層４４を介して
プラグ（導電体）４５が形成されている。バリア層４４
は例えばタンタルで形成され、プラグ４５は例えば銅で
形成されている。そしてプラグ４５の上面と第１の絶縁
膜４２の上面とはほぼ同一平面に平坦化されている。

【００２７】上記第１の絶縁膜４２上には、上記プラグ
４５を覆う第２の絶縁膜４６が、上記プラグ４５に対し
て選択的にエッチングされる有機絶縁材料で形成されて
いる。また上記第２の絶縁膜４６は、上記第１の絶縁膜
４２に対しても選択的にエッチングされる材料からな
る。このような有機絶縁材料としては、例えば、低誘電
率誘電率材料（誘電率が例えば２．３〜２．７程度）の
ポリアリールエーテル、ポリイミド等がある。上記第２
の絶縁膜４６上には第３の絶縁膜４７が、例えば表面が
平坦化されたＦＳＧ（フッ素シリケートガラス）で形成
されている。上記第２の絶縁膜４６と第３の絶縁膜４７
とを合わせた膜厚は、例えば６００±６０ｎｍとなって
いる。

【００２８】上記第３の絶縁膜４７から第２の絶縁膜４
６にかけて、プラグ４５に通じる凹部（以下溝と記す）
４８が形成されている。この溝４８の内部にはバリア層
４９を介して配線５０が形成されている。バリア層４９
は例えばタンタル膜で形成され、配線５０は例えば銅で
形成されている。

【００２９】上記第２の実施の形態では、第２の絶縁膜
４６および第３の絶縁膜４７はいずれも１層の膜で形成
したが、複数層の絶縁膜で形成することも可能である。

【００３０】上記半導体装置２では、第１の絶縁膜４２
上にはプラグ４５を覆う第２の絶縁膜４６がそのプラグ
４５に対して選択的にエッチングされる有機絶縁材料で
形成されていることから、エッチングによって第２の絶
縁膜４６に形成される溝４８は、上記プラグ４５をエッ
チングすることなく形成されたものとなる。また、第２
の絶縁膜４６は第１の絶縁膜４２のＦＳＧ膜に対して選
択的にエッチングされる有機絶縁材料からなるため、溝
４８を形成する際にオーバエッチングを行っても、溝４
８が第１の絶縁膜４２にまで形成されることはなく、プ
ラグ４５が過剰にエッチングされることもない。

【００３１】よって、上記第２の実施の形態で説明した
製造方法によれば、第２の絶縁膜４６がプラグ４５およ
び第１の絶縁膜４２に対して選択的にエッチングされる
有機絶縁材料で形成されていることから、第３の絶縁膜
４７から第２の絶縁膜４６までエッチングしてプラグ４
５に接続する溝４８を形成した際に、プラグ４５の銅を
エッチングすることなく、また第１の絶縁膜４２をエッ
チングすることなく溝４８が形成される。そのため、プ
ラグ４５の削れや第１の絶縁膜４２の削れは起こらない
ので、溝４８の内面にバリア層４９が均一に形成される
ので、バリア層４９の形成不良により配線５０の銅が第
１の絶縁膜４２中に拡散することはなく、良好な配線構
造が得られる。したがって、配線抵抗が上昇せず、半導
体装置の消費電力の増大や信号遅延を招くことがない。
また、第２の絶縁膜４６を有機絶縁材料で形成したこと
から、シリコン酸化系の膜で形成するよりも配線間容量
をおよそ３０％程度低減することができる。そのため、
良好な電気的特性を得ることができる。

【００３２】次に、本発明の半導体装置の製造方法に係
わる第１の実施の形態を、図３および図４の製造工程断
面図によって説明する。図３および図４では、前記図１
よって示した構成部品と同様のもには同一符号を付与し
て示した。

【００３３】図３の（１）に示すように、トランジスタ
等の半導体素子（図示せず）が形成されたシリコン基板
１１上に、上記半導体素子を覆う絶縁膜１２を、例えば
ホウ素リンシリケートガラス（ＢＰＳＧ）で形成する。
このＢＰＳＧ膜の表面は、例えばリフローにより平坦化
しておく。このように基板１０が構成されている。

【００３４】次いで上記絶縁膜１２上に、例えば、スパ
ッタリングによって、窒化チタン膜１３ａ、アルミニウ
ム銅合金層１３ｃ、窒化チタン膜１３ｂを順次成膜して
配線層を形成した後、通常のリソグラフィー技術および
エッチング技術を用いて上記配線層を加工し、第１の配
線１３を形成する。この第１の配線１３は、例えば５０
０ｎｍの厚さに形成する。

【００３５】さらに、絶縁膜１２上に、上記第１の配線
１３を覆う第１の絶縁膜１４を、例えば１．００μｍの
厚さにかつ表面を平坦化した状態に形成する。その形成
方法は、例えば、プラズマＣＶＤ法を用い、まずテトラ
エトキシシラン（ＴＥＯＳ）を原料ガスに用いて、Ｐ−
ＴＥＯＳ・ＮＳＧ（ノンドープトシリケートガラス）膜
１４ａを成膜した後、その上にＦＳＧ（フッ素シリケー
トガラス）膜１４ｂを成膜して形成する。

【００３６】上記のように構成された基板１０上の第１
の絶縁膜１４上に、例えば、スパッタリングによって、
窒化チタン膜１５ａ、アルミニウム銅合金層１５ｃ、窒
化チタン膜１５ｂを順次成膜して配線層を形成した後、
通常のリソグラフィー技術およびエッチング技術を用い
て上記配線層を加工し、第２の配線（導電体）１５を形
成する。この第２の配線１５は、例えば５００ｎｍの厚
さに形成する。

【００３７】さらに、第１の絶縁膜１４上に、上記第２
の配線１５を覆う第２の絶縁膜１６を、上記第２の配線
１５に対して選択的にエッチングされる有機絶縁材料で
形成する。また上記第２の絶縁膜１６は、上記第１の絶
縁膜１４に対しても選択的にエッチングされる材料であ
る。このような有機絶縁材料としては、例えば、低誘電
率誘電率材料（誘電率が例えば２．３〜２．７程度）の
ポリアリールエーテル、ポリイミド等がある。その成膜
方法の一例としては、回転塗布法により有機絶縁材料の
前駆体を第１の絶縁膜１４上に塗布し、例えば基板回転
数を２７００ｒｐｍ、塗布雰囲気の温度を２５℃に設定
した。塗布後、通常のベーキングを行った後、６６．７
Ｐａ、４００℃の窒素雰囲気で１時間のキュアを行っ
た。なお、上記第２の絶縁膜１６は、ＣＶＤ法によって
形成することも可能である。

【００３８】続いて例えばプラズマＣＶＤ法によって、
上記第２の絶縁膜１６上に第３の絶縁膜１７を、例えば
ＦＳＧ（フッ素シリケートガラス）で形成する。その
後、例えば化学的機械研磨によって、上記第３の絶縁膜
１７の表面を平坦化する。それによって、上記第２の絶
縁膜１６と第３の絶縁膜１７とを合わせた膜厚を、例え
ば１．５０μｍとする。

【００３９】次いで通常のレジスト塗布技術を用いて、
上記第３の絶縁膜１７上にレジスト膜３１を形成する。
そしてリソグラフィー技術によって、レジスト膜３１に
接続孔を開口するための開口部３２を形成する。

【００４０】その後、図３の（２）に示すように、上記
レジスト膜３１をエッチングマスクに用いた例えばマグ
ネトロン反応性イオンエッチングによって、第３の絶縁
膜１７から第２の絶縁膜１６にかけて、第２の配線１５
に通じるボーダーレスコンタクトホールからなる接続孔
１８を形成する。上記エッチングでは、一例としては、
深さ換算で、ＦＳＧからなる第３の絶縁膜１７を１００
０ｎｍの厚さに対応する分だけエッチングし、有機絶縁
材料からなる第２の絶縁膜１６を７００ｎｍの厚さに対
応する分だけエッチングする。このように、２段階エッ
チングを行う。上記エッチングでは、エッチング条件を
最適化することで、マイクロローディング効果、対レジ
スト選択比、対窒化チタン膜１５ｂの選択比、接続孔の
角度制御等に良好な特性を得るようにしている。

【００４１】エッチング装置（図示せず）には、例え
ば、第１のチャンバと第２のチャンバとがバッファチャ
ンバによって連結されたマイクロ波反応性イオンエッチ
ング装置を用い、第１のチャンバで第３の絶縁膜１７の
エッチングを行った後、基板１０をバッファチャンバに
一旦格納し、その後第２のチャンバで第２の絶縁膜１６
のエッチングを行うことで、大気に開放することなく連
続してエッチングを行う。

【００４２】第３の絶縁膜１７のエッチング条件の一例
としては、エッチングガスにオクタフルオロブテン（Ｃ
₄ Ｆ₈ ）〔供給流量を例えば１２ｃｍ³ ／ｍｉｎとす
る〕と一酸化炭素（ＣＯ）〔供給流量を例えば１０ｃｍ
³ ／ｍｉｎとする〕とアルゴン（Ａｒ）〔供給流量を例
えば２００ｃｍ³ ／ｍｉｎとする〕とを用い、エッチン
グ雰囲気の圧力を６．０Ｐａ、ＲＦパワーを１．６０ｋ
Ｗ、下部電極の温度を２０℃に設定した。この条件で第
３の絶縁膜１７のエッチングを行った結果、第３の絶縁
膜１７のエッチング速度は５００±２４ｎｍ／ｍｉｎと
なり、マイクロローディング効果は８５％以上、角度制
御θ＝８９±１°が得られた。このエッチングでは、炭
素と水素とを主成分とする有機絶縁膜はフルオロカーボ
ンによるプラズマに対してエッチング耐性を有するた
め、第２の絶縁膜１６はほとんどエッチングされない。
すなわち、有機絶縁膜をエッチングする量の窒素もしく
は酸素がエッチングガス中に含まれていないためであ
る。

【００４３】その後、基板１０をバッファチャンバに回
収し、次に第２のチャンバに搬送する。そこで、第２の
絶縁膜１６をエッチングする。そのエッチング条件の一
例としては、エッチングガスに窒素（Ｎ₂ ）〔供給流量
を例えば４５ｃｍ³ ／ｍｉｎとする〕を用い、エッチン
グ雰囲気の圧力を７．０Ｐａ、ＲＦパワーを１．６０ｋ
Ｗ、下部電極の温度を−２０℃に設定した。この条件で
第２の絶縁膜１６のエッチングを行った結果、第２の絶
縁膜１６のエッチング速度は２００±１６ｎｍ／ｍｉｎ
となり、マイクロローディング効果は８５％以上、角度
制御θ＝８９±１°が得られた。このエッチングでは、
接続孔１８の底部に第２の配線１５の窒化チタン膜１５
ｂが露出しても、窒化チタン膜１５ｂのエッチングは認
められない。それは窒素もしくは酸素が窒化チタンのエ
ッチング種ではないため、窒化チタンに対するエッチン
グ選択比が非常に大きな値となるためである。

【００４４】図示はしないが、第１の絶縁膜１４には、
例えばグローバル段差が生じており、そのため、ある領
域Ａの第３の絶縁膜１７の膜厚は例えば１０００ｎｍ、
第２の絶縁膜の膜厚は例えば７００ｎｍとなり、またあ
る領域Ｂの第３の絶縁膜１７の膜厚は例えば４００ｎ
ｍ、第２の絶縁膜の膜厚は例えば７００ｎｍとなる。こ
のように、領域によって膜厚が異なる場合には、接続孔
１８の深さも異なり、領域Ａに形成される接続孔（１
８）１８Ａは深いものになり、領域Ｂに形成される接続
孔（１８）１８Ｂは浅いものとなる。いずれの接続孔１
８Ａ、１８Ｂも２段階エッチングにより形成される。

【００４５】第１段階のエッチングで第３の絶縁膜１７
を加工し、第２段階のエッチングで第２の絶縁膜１６を
加工する。

【００４６】第１段階のエッチングで、接続孔１８の底
部に第２の絶縁膜１６が露出されるが、フルオロカーボ
ンを主とするプラズマではほとんどエッチングされな
い。そのため、深い接続孔１８Ａを形成するためにオー
バーエッチングを行っても、浅い接続孔１８Ｂのエッチ
ングは第２の絶縁膜１６上で停止している。

【００４７】第２段階のエッチングでは、エッチングガ
スに窒素単独もしくは酸素単独もしくは窒素と酸素との
混合ガスを用い、窒素プラズマもしくは酸素プラズマに
よってエッチングが進行する。有機絶縁膜である第２の
絶縁膜１６の膜厚が一定であるため、接続孔１８はその
深さに関係なく精度良く開口されることになる。また、
第２段階のエッチングでは、接続孔１８内に第２の配線
１５の窒化チタン膜１５ｂや接続孔１８の底部にＦＳＧ
膜１４ｂが露出するが、窒化チタン膜１５ｂやＦＳＧ膜
１４ｂは窒素プラズマや酸素プラズマではエッチングさ
れない。そのため、ＦＳＧ膜１４ｂより下層へのエッチ
ングの進行は起こらないので、接続孔１８の底部が窒化
チタン膜１５ｂ、第２の配線１５の側壁、ＦＳＧ膜１４
ｂ表面にそろう。

【００４８】その後、上記レジスト膜３１を例えば有機
アミンを含む溶液洗浄法によって除去する。

【００４９】次に、図４に示すように、例えばＣＶＤ法
によって、接続孔１８の内面および第３の絶縁膜１７の
表面に密着層１９を例えば窒化チタン膜で形成する。さ
らにＣＶＤ法によって、接続孔１８の内部に例えばタン
グステンを埋め込む。その際、第３の絶縁膜１７上にも
密着層１９を介して形成される。その後、エッチバック
もしくは化学的機械研磨によって、余分なタングステン
および密着層１９を除去し、接続孔１８の内部に密着層
１９を介してタングステンからなるプラグ２０を形成す
る。

【００５０】次に、上記第３の絶縁膜１７上に、例え
ば、スパッタリングによって、窒化チタン膜２１ａ、ア
ルミニウム銅合金層２１ｃ、窒化チタン膜２１ｂを順次
成膜して配線層を形成した後、通常のリソグラフィー技
術およびドライエッチング技術を用いて上記配線層を加
工し、第３の配線２１を例えば上記プラグ２０に接続す
るように形成する。この第３の配線２１は、例えば５０
０ｎｍ程度の厚さに形成する。

【００５１】上記第１の実施の形態では、第２の絶縁膜
１６および第３の絶縁膜１７はいずれも１層の膜で形成
したが、複数層の絶縁膜で形成することも可能である。
その場合も、第２の絶縁膜１６は、第２の配線１５の窒
化チタン膜１５ｂに対して選択的にエッチングされ、か
つ第１の絶縁膜１４に対して選択的にエッチングされる
絶縁材料で形成されることが必要である。また、複数層
の絶縁膜で形成した場合には、その層数に合わせて、多
段階にエッチングを行うことも可能である。

【００５２】上記第１の実施の形態で説明した製造方法
では、ＦＳＧ膜の第３の絶縁膜１７と有機絶縁膜の第２
の絶縁膜１６とからなる２層構造の絶縁膜に対してエッ
チングガスを切り換えた２段階エッチングを行うこと
で、各エッチング段階でのマイクロローディング効果が
良好なものとなるようにしているので、深く微細なボー
ダーレスコンタクトホールからなる接続孔１８を良好な
形状に形成することが可能になる。また複数のチャンバ
を有するエッチング装置を用いて酸化性雰囲気にさらす
ことなく第３、第２の絶縁膜１７、１６をエッチングす
ることで、接続孔１８を形成しているので、スループッ
トが向上し、生産性が高まる。

【００５３】それとともに、第１の絶縁膜１４上の第２
の配線１５を覆う第２の絶縁膜１６をその第２の配線１
５に対して選択的にエッチングされる絶縁材料で形成す
ることから、第３の絶縁膜１７から第２の絶縁膜１６ま
でエッチングして第２の配線１５に通じる接続孔１８を
形成する工程において、第２の配線１５の窒化チタン膜
１５ｂをエッチングすることなく接続孔１８を形成する
ことができる。そのため、窒化チタン膜１５の肩部の削
れやいわゆる突き抜けが起こらないので、アルミニウム
銅合金層１５ｃが上面側に露出しない。そのため、例え
ばロングスロースパッタリングによって密着層１９とな
る窒化チタン膜を成膜しても、第２の配線１５の表面に
は窒化アルミニウムのような高抵抗層が生成されない。
したがって、ビア抵抗（密着層１９と第２の配線１５と
の接続抵抗）が上昇せず、半導体装置の消費電力の増大
や信号遅延を招くことがない。また、第２の絶縁膜１６
を有機絶縁材料で形成したことから、シリコン酸化系の
膜で形成するよりも配線間容量をおよそ３０％程度低減
することができる。そのため、良好な電気的特性を得る
ことができる。

【００５４】次に、本発明の半導体装置の製造方法に係
わる第２の実施の形態を、図５の概略構成断面図によっ
て説明する。

【００５５】図５の（１）に示すように、例えばＣＶＤ
法によって、シリコン基板（基板）４１上に第１の絶縁
膜４２を例えばＦＳＧ膜で形成する。次いで通常のリソ
グラフィー技術とドライエッチング技術とを用いて、上
記第１の絶縁膜４２にシリコン基板４１に通じるコンタ
クトホール４３を形成する。さらに、コンタクトホール
４３の内面にバリア層４４を例えばタンタルで形成した
後、コンタクトホール４３内部を埋め込むように銅を堆
積する。その後、化学的機械研磨によって、第１の絶縁
膜４２上の余分な銅およびタンタルを除去して、コンタ
クトホール４３内にバリア層４４を介して銅からなるプ
ラグ（導電体）４５を形成する。このようにプラグ４５
は第１の絶縁膜４２中に形成されている。

【００５６】次いで上記第１の絶縁膜４２上に、上記プ
ラグ４５を覆う第２に絶縁膜４６を、上記プラグ４５に
対して選択的にエッチングされる有機絶縁材料で形成す
る。また上記第２の絶縁膜４６は、上記第１の絶縁膜４
２に対しても選択的にエッチングされる材料である。こ
のような有機絶縁材料としては、例えば、低誘電率誘電
率材料（誘電率が例えば２．３〜２．７程度）のポリア
リールエーテル、ポリイミド等がある。その成膜方法の
一例としては、回転塗布法により有機絶縁材料の前駆体
を第１の絶縁膜４２上に塗布し、例えば基板回転数を２
７００ｒｐｍ、塗布雰囲気の温度を２５℃に設定した。
塗布後、通常のベーキングを行った後、６６．７Ｐａ、
４００℃の窒素雰囲気で１時間のキュアを行った。な
お、上記第２の絶縁膜４６は、ＣＶＤ法によって形成す
ることも可能である。

【００５７】続いて例えばプラズマＣＶＤ法によって、
上記第２の絶縁膜４６上に第３の絶縁膜４７を、例えば
ＦＳＧ（フッ素シリケートガラス）で形成する。その
後、例えば化学的機械研磨によって、上記第３の絶縁膜
４７の表面を平坦化する。それによって、上記第２の絶
縁膜４６と第３の絶縁膜４７とを合わせた膜厚を、例え
ば６００±６０ｎｍとする。

【００５８】次いで通常のレジスト塗布技術を用いて、
上記第３の絶縁膜１７上にレジスト膜６１を形成する。
そしてリソグラフィー技術によって、レジスト膜６１に
溝を開口するための開口部６２を形成する。

【００５９】その後、図５の（２）に示すように、上記
レジスト膜６１をエッチングマスクに用いた例えばマグ
ネトロン反応性イオンエッチングによって、第３の絶縁
膜４７から第２の絶縁膜４６にかけて、プラグ４５に通
じる凹部（以下溝と記す）４８を形成する。上記エッチ
ングでは、一例としては、深さ換算で、ＦＳＧからなる
第３の絶縁膜４７を４６０ｎｍの厚さに対応する分だけ
エッチングし、有機絶縁材料からなる第２の絶縁膜４６
を２００ｎｍの厚さに対応する分だけエッチングする。
このように、２段階エッチングを行う。上記エッチング
では、エッチング条件を最適化することで、マイクロロ
ーディング効果、対レジスト選択比、対銅選択比、溝の
角度制御等に良好な特性を得るようにしている。

【００６０】エッチング装置（図示せず）には、例え
ば、第１のチャンバと第２のチャンバとがバッファチャ
ンバによって連結されたマイクロ波反応性イオンエッチ
ング装置を用いる。その第１のチャンバで第３の絶縁膜
４７のエッチングを行った後、基板をバッファチャンバ
に一旦格納し、その後第２のチャンバで第２の絶縁膜４
６のエッチングを行うことで、大気に開放することなく
連続してエッチングを行う。

【００６１】第３の絶縁膜４７のエッチング条件の一例
としては、エッチングガスにオクタフルオロブテン（Ｃ
₄ Ｆ₈ ）〔供給流量を例えば１２ｃｍ³ ／ｍｉｎとす
る〕と一酸化炭素（ＣＯ）〔供給流量を例えば１００ｃ
ｍ³ ／ｍｉｎとする〕とアルゴン（Ａｒ）〔供給流量を
例えば２００ｃｍ³ ／ｍｉｎとする〕とを用い、エッチ
ング雰囲気の圧力を６．０Ｐａ、ＲＦパワーを１．６０
ｋＷ、下部電極の温度を２０℃に設定した。この条件で
第３の絶縁膜４７のエッチングを行った結果、第３の絶
縁膜４７のエッチング速度は５００±２４ｎｍ／ｍｉｎ
となり、マイクロローディング効果は８５％以上、角度
制御θ＝８９±１°が得られた。このエッチングでは、
炭素と水素とを主成分とする有機絶縁膜はフルオロカー
ボンによるプラズマに対してエッチング耐性を有するた
め、第２の絶縁膜４６はほとんどエッチングされない。
すなわち、有機絶縁膜をエッチングする量の窒素もしく
は酸素がエッチングガス中に含まれていないためであ
る。

【００６２】その後、シリコン基板４１をバッファチャ
ンバに回収し、次に第２のチャンバに搬送する。そこ
で、第２の絶縁膜４６をエッチングする。そのエッチン
グ条件の一例としては、エッチングガスに窒素（Ｎ₂ ）
〔供給流量を例えば４５ｃｍ³／ｍｉｎとする〕を用
い、エッチング雰囲気の圧力を７．０Ｐａ、ＲＦパワー
を１．６０ｋＷ、下部電極の温度を−２０℃に設定し
た。この条件で第２の絶縁膜４６のエッチングを行った
結果、第２の絶縁膜４６のエッチング速度は２００±１
６ｎｍ／ｍｉｎとなり、マイクロローディング効果は８
５％以上、角度制御θ＝８９±１°が得られた。このエ
ッチングでは、溝４８の底部にプラグ４５の銅が露出し
ても、銅のエッチングは認められない。それは窒素が銅
のエッチング種ではないため、銅に対するエッチング選
択比が非常に大きな値となるためである。

【００６３】上記エッチングでは、第１段階のエッチン
グで第３の絶縁膜４７を加工し、第２段階のエッチング
で第２の絶縁膜４６を加工する。

【００６４】第１段階のエッチングで、溝４８の底部に
第２の絶縁膜４６が露出されるが、フルオロカーボンを
主とするプラズマではほとんどエッチングされない。そ
のため、深い溝を形成するためにオーバーエッチングを
行っても、浅い溝のエッチングは第２の絶縁膜４６上で
停止している。

【００６５】第２段階のエッチングでは、エッチングガ
スに窒素を用い、発生させた窒素プラズマによってエッ
チングが進行する。第３の絶縁膜４７と第２の絶縁膜４
６とを合わせた膜厚は基板全面でほぼ一定であるため、
溝４８はその深さに関係なく精度良く開口されることに
なる。また、第２段階のエッチングでは、溝４８に底部
にプラグ４５が露出するが、プラグ４５を構成する銅は
窒素プラズマではエッチングされない。そのため、プラ
グ４５へのエッチングの進行は起こらない。また、第１
の絶縁膜４２がＦＳＧで形成されていることから、第１
の絶縁膜４２より下層へのエッチングの進行は起こらな
いので、溝４８の底部がプラグ４５の上面および第１の
絶縁膜４２の上面にそろう。

【００６６】その後、上記レジスト膜６１を例えば有機
アミンを含む溶液洗浄法によって除去する。

【００６７】次に、図５の（３）に示すように、例えば
ＣＶＤ法によって、溝４８の内面および第３の絶縁膜４
７の表面にバリア層４９を例えばタンタル膜で形成す
る。さらにＣＶＤ法によって、溝４８の内部に例えば銅
を埋め込む。その際、第３の絶縁膜４７上にもバリア層
４９を介して形成される。その後、化学的機械研磨によ
って、余分な銅およびバリア層４９を除去し、溝４８の
内部にバリア層４９を介して銅からなる配線の５０を形
成する。

【００６８】上記第２の実施の形態では、第２の絶縁膜
４６および第３の絶縁膜４７はいずれも１層の膜で形成
したが、複数層の絶縁膜で形成することも可能である。
その場合も、第２の絶縁膜４６は、プラグ４５の銅に対
して選択的にエッチングされ、かつ第１の絶縁膜４２に
対して選択的にエッチングされる絶縁材料で形成される
ことが必要である。また、複数層の絶縁膜で形成した場
合には、その層数に合わせて、多段階にエッチングを行
うことも可能である。

【００６９】上記第２の実施の形態で説明した製造方法
では、ＦＳＧ膜の第３の絶縁膜４７と有機絶縁膜の第２
の絶縁膜４６とからなる２層構造の絶縁膜に対してエッ
チングガスを切り換えた２段階エッチングを行っている
ため、各エッチング段階でのマイクロローディング効果
が良好なものとなり、深く微細なボーダーレスコンタク
トホールからなる接続孔１８を良好な形状に形成するこ
とが可能になる。また複数のチャンバを有するエッチン
グ装置を用いて酸化性雰囲気にさらすことなく第３、第
２の絶縁膜４７、４６をエッチングすることで、接続孔
４８を形成しているので、スループットが向上し、生産
性が高まる。

【００７０】それとともに、第１の絶縁膜４２に形成し
たプラグ４５を覆う第２の絶縁膜４６をその第１の絶縁
膜４２に対して選択的にエッチングされる絶縁材料で形
成することから、第３の絶縁膜４７から第２の絶縁膜４
６までエッチングしてプラグ４５に接続する溝４８を形
成する工程において、プラグ４５の銅をエッチングする
ことなく溝４８を形成することができる。したがって、
プラグ４５の削れや第１の絶縁膜４２の削れは起こらな
いので、溝４８の内面にバリア層４９が均一に形成され
る。そのため、バリア層４９の形成不良により配線５０
の銅が第１の絶縁膜４２中に拡散することがなく、良好
な配線構造が得られる。また、配線抵抗が上昇せず、半
導体装置の消費電力の増大や信号遅延を招くことがな
い。また、第２の絶縁膜４６を有機絶縁材料で形成した
ことから、シリコン酸化系の膜で形成するよりも配線間
容量をおよそ３０％程度低減することができる。そのた
め、良好な電気的特性を得ることができる。

【００７１】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の半導体装
置によれば、第１の絶縁膜に形成された導電体を覆う第
２の絶縁膜がその導電体に対して選択的にエッチングさ
れる絶縁材料で形成されているので、例えばエッチング
によって第２の絶縁膜に形成されるコンタクトホール
は、上記導電体をエッチングすることなく形成されたも
のとなる。したがって、ボーダーレスコンタクトホール
を形成した場合に、オーバエッチングを行っても、導電
体が過剰エッチングされたものとはならない。よって、
本発明の半導体装置は、信頼性の高いコンタクト構造が
形成される絶縁膜構造を有している。

【００７２】本発明の半導体装置の製造方法によれば、
第１の絶縁膜に形成された導電体を覆う第２の絶縁膜を
その導電体に対して選択的にエッチングされる絶縁材
料、例えば有機絶縁材料で形成するので、第３の絶縁膜
から前記第２の絶縁膜までエッチングして前記導電体に
通じる凹部を形成する工程において、上記導電体をエッ
チングすることなく凹部を形成することができる。その
ため、導電体の肩部の削れやいわゆる突き抜けが起こら
ない。例えば導電体が窒化チタン膜、アルミニウム銅合
金層、窒化チタン膜の積層構造で形成されている場合
は、窒化チタン膜がエッチングされてアルミニウム銅合
金層が上面側に露出するようなことはないので、例えば
ロングスロースパッタリングによって凹部内面に窒化チ
タン膜を成膜しても、導電体表面には窒化アルミニウム
のような高抵抗層が生成されない。したがって、ビア抵
抗が上昇せず、半導体装置の消費電力の増大や信号遅延
を招くことがない。また、第２の絶縁膜１６を有機絶縁
材料で形成したことから、シリコン酸化系の膜で形成す
るよりも配線間容量をおよそ３０％程度低減することが
できる。そのため、良好な電気的特性を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置に係わる第１の実施の形態
を示す概略構成断面図である。

【図２】本発明の半導体装置に係わる第２の実施の形態
を示す概略構成断面図である。

【図３】本発明の半導体装置の製造方法に係わる第１の
実施の形態を示す製造工程断面図である。

【図４】本発明の半導体装置の製造方法に係わる第１の
実施の形態を示す製造工程断面図（続き）である。

【図５】本発明の半導体装置の製造方法に係わる第２の
実施の形態を示す製造工程断面図である。

【図６】従来の多層配線における層間絶縁膜構造を示す
概略構成断面図である。

【図７】従来の多層配線における課題を示す概略構成断
面図である。

【符号の説明】

１０…基板、１４…第１の絶縁膜、１５…第２の配線
（導電体）、１６…第２の絶縁膜、１７…第３の絶縁膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F033 HH09 HH11 HH21 HH33 JJ12 JJ19 JJ21 JJ33 KK01 KK09 KK33 MM01 MM08 NN06 PP15 QQ08 QQ09 QQ13 QQ15 QQ25 QQ31 QQ37 QQ48 QQ75 RR04 RR11 RR15 RR21 RR22 RR24 RR26 SS04 SS11 SS15 SS22 TT04 XX01 XX09 XX24

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上の第１の絶縁膜に導電体が形成さ
   れた半導体装置において、 前記導電体に対して選択的にエッチングされる絶縁材料
   からなりかつ前記第１の絶縁膜上に前記導電体を覆う状
   態に形成された第２の絶縁膜と、 前記第２の絶縁膜上に形成された第３の絶縁膜とを備え
   たことを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 前記第２の絶縁膜は有機絶縁材料からな
   ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 【請求項３】 前記第２の絶縁膜は前記第１の絶縁膜に
   対して選択的にエッチングされる絶縁材料からなり、 前記第３の絶縁膜は前記第２の絶縁膜に対して選択的に
   エッチングされる絶縁材料からなることを特徴とする請
   求項１記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 前記第１の絶縁膜はシリコン系絶縁材料
   からなり、 前記第２の絶縁膜は有機絶縁材料からなり、 前記第３の絶縁膜はシリコン系絶縁材料からなることを
   特徴とする請求項３記載の半導体装置。
5. 【請求項５】 基板上の第１の絶縁膜に形成された導電
   体を覆う状態にかつ前記導電体に対して選択的にエッチ
   ングされる材料からなる第２の絶縁膜を形成する工程
   と、 前記第２の絶縁膜上に第３の絶縁膜を形成する工程と、 前記第３の絶縁膜から前記第２の絶縁膜までエッチング
   して前記導電体に通じる凹部を形成する工程とを備えた
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】 前記第２の絶縁膜を有機絶縁材料で形成
   することを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造
   方法。
7. 【請求項７】 前記第２に絶縁膜を前記第１の絶縁膜に
   対して選択的にエッチングされる絶縁材料で形成し、 前記第３に絶縁膜を前記第２の絶縁膜に対して選択的に
   エッチングされる絶縁材料で形成することを特徴とする
   請求項５記載の半導体装置の製造方法。
8. 【請求項８】 前記第１の絶縁膜をシリコン系絶縁膜で
   形成し、 前記第２の絶縁膜を有機絶縁材料で形成し、 前記第３の絶縁膜をシリコン系絶縁材料で形成すること
   を特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
9. 【請求項９】 前記導電体の表面が金属窒化物もしくは
   金属酸化物もしくはアルミニウム系金属で形成される場
   合、前記エッチングのエッチングガスには窒素もしくは
   酸素もしくは窒素と酸素との混合ガスを用いることを特
   徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記導電体の表面が銅もしくは銅合金
    で形成される場合、前記エッチングのエッチングガスに
    は窒素を用いることを特徴とする請求項６記載の半導体
    装置の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記凹部を接続孔で形成することを特
    徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記凹部を溝で形成することを特徴と
    する請求項５記載の半導体装置の製造方法。