JP2002170882A

JP2002170882A - 配線構造の製造方法

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Publication number: JP2002170882A
Application number: JP2000367058A
Authority: JP
Inventors: Munehiro Tada; 宗弘多田; Taku Ogura; 卓小倉; Yoshihiro Hayashi; 喜宏林; Tatsuro Nagahara; 達郎長原; Hideki Matsuo; 英樹松尾
Original assignee: NEC Corp; Clariant Japan KK
Current assignee: NEC Corp; Clariant Japan KK
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2002-06-14

Abstract

(57)【要約】【課題】銅を配線材として用いても、微細な配線構造
の形成が可能で、製造の工程数が少なく、低コスト化が
可能な配線構造の製造方法を提供する。【解決手段】配線構造の製造方法が、半導体素子２０
１の上にＷプラグ２０３（下層配線）が形成された基板
上に、対電子線感光性を有する材料を含む第二層間絶縁
膜２０４（絶縁膜）を形成する工程と、第二層間絶縁膜
２０４に電子線を照射して、第二層間絶縁膜２０４を露
光する工程と、第二層間絶縁膜２０４を現像して未露光
部を除去し、配線溝および／またはビアホールおよび／
またはコンタクトホールを形成する工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆるダマシン
法を用いた配線構造とその製造方法であって、その工程
数が少なく、また、配線材として銅を用いても、配線間
での銅の拡散が生じない、信頼性の高いＬＳＩの配線構
造とその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、集積回路の配線材料にはアルミニ
ウム（Ａｌ）もしくはＡｌ合金が用いられ、配線間およ
び配線層間の層間絶縁膜にはシリコン酸化膜（Ｓｉ
Ｏ₂）が広く用いられてきた。しかし、ＬＳＩの微細化
の進行に伴い、配線における信号伝送の遅延を抑制、低
減することが望まれており、配線抵抗の低減のために配
線材には銅（Ｃｕ）が使用されるようになってきてい
る。また、配線間容量の低減のために、配線間および配
線層間の層間絶縁膜には誘電率の低い有機物や空孔を含
んだシリコン酸化膜が使用されるようになってきてい
る。しかし、銅は、シリコン（Ｓｉ）や、シリコン酸化
膜をはじめとする層間絶縁膜中における拡散がアルミニ
ウムよりも速い。そのため、トランジスタをはじめとす
るシリコンデバイス部への銅の侵入、配線間の絶縁耐圧
劣化などを防いで信頼性を高めるために、銅の周囲に、
銅の拡散を防止するバリア膜を形成することが必要であ
る。

【０００３】従って、銅を用いた配線構造の製造におい
ては、アルミニウムなどを配線材に用いたときにはなか
った材料と工程が必要となる。そのため、工程の簡略化
とプロセスコストダウンが必要であり、これまでにも、
デュアルダマシン法の実用化や、感光性材料の提案など
がされている。以下に、銅膜の下面および側面に銅の拡
散防止（バリア）膜となる導体膜を形成する配線構造と
その製造方法について説明する。

【０００４】［従来例１］図１１は、現在、一般的に用
いられるダマシン構造の配線の製造方法を工程順に示す
図である。まず、シリコン基板１１０１上に酸化シリコ
ン膜１１０２、ＳｉＯＮ膜１１０３、酸化シリコン膜１
１０４を順次堆積し（図１１ａ）、その上にレジストパ
タン１１０５（図１１ｂ）を形成する。そしてレジスト
パターン１１０５をマスクに酸化シリコン膜１１０４を
異方性エッチングし、レジストパターン１１０５を除去
して配線溝を形成する（図１１ｃ）。次に、エッチング
により形成した表面に導体からなる導体バリア膜１１０
６を形成後、銅膜１１０７を形成する（図１１ｄ）。続
いて、化学機械研磨（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎ
ｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）によって配線
溝およびビアホール以外の余剰な銅膜１１０７を除去
し、続いて同様に余剰なバリア膜１１０６を除去する
（図１１ｅ）。その後、絶縁体からなる絶縁バリア膜１
１０８を形成することで、銅膜１１０７の下面および側
面が導体バリア膜１１０６で覆われ、銅膜１１０７の上
面が絶縁バリア膜１１０８で覆われた配線構造が形成さ
れる（図１１ｆ）。

【０００５】この導体バリア膜１１０６には、銅の拡散
防止能力が高いこと、下地となる絶縁物および銅配線部
との密着性、プロセス上の熱的安定性などの理由から、
高融点であるチタン、タンタル、タングステンなどの金
属およびその窒化物、またはそれらにシリコンなどを添
加した３元系もしくは４元系の窒化物、もしくはそれら
を積層したものが用いられる。一方、上面の絶縁バリア
膜１１０８には、導体バリア膜１１０６と同様に銅の拡
散防止能力が高いこと、下地となる絶縁物および銅配線
部との密着性、プロセス上の熱的安定性などの理由か
ら、シリコンの窒化物（ＳｉＮ）もしくは炭化物（Ｓｉ
Ｃ）などが用いられる。

【０００６】［従来例２］図１２は、現在、一般的に用
いられるデュアルダマシン構造の配線の製造方法を工程
順に示す図である。まず、シリコン基板上に作製した銅
配線１２１０上に窒化シリコン膜１２０１、第一の酸化
シリコン膜１２０２、ＳｉＯＮ膜１２０３、第二の酸化
シリコン膜１２０４を順次形成し（図１２ａ）、その上
にビアレジストパターン１２０５を形成する（図１２
ｂ）。そしてビアレジストパターン１２０５をマスクに
異方性エッチングによって第一の酸化シリコン膜１２０
２、ＳｉＯＮ膜１２０３、第二の酸化シリコン膜１２０
４の順にエッチングした後、レジストパタン１２０５を
除去してビアホール１２１２を形成する（図１２ｄ）。
次に、ビアホール上に配線溝レジストパターン１２０６
を形成し（図１２ｅ）、トレンチパターン１２０６をマ
スクに異方性エッチングを行って配線溝１２１３となる
酸化シリコン膜１２０４の一部を除去する。そしてレジ
ストパターン１２０６を除去後、ビアホール１２１２の
底になっている窒化シリコン膜１２０１をエッチングに
よって除去し、底が銅配線１２１０となったビアホール
および配線溝が形成される（図１２ｆ）。

【０００７】次に、エッチングによって形成した表面に
導体からなる導体バリア膜１２０７を形成し（図１２
ｇ）その後、銅膜２０８を形成する（図１２ｆ）。ＣＭ
Ｐによって配線溝およびビアホール以外の余剰な銅１２
０８を除去し（図１２ｇ）、同様に余剰な導体バリア膜
１２０７を除去する。その後、絶縁バリア膜１２０９を
形成することで、銅膜１２０８の下面および側面が導体
バリア膜１２０７で覆われ、銅膜１２０８の上面が層間
絶縁膜であるバリア層で覆われた銅配線１２１１が形成
される（図１２ｈ）。

【０００８】［従来例３］図１３は、特開２０００−１
３８２１９号公報などにより提案されている、銅配線を
有し、感光性材料を層間絶縁膜に用いたダマシン法の配
線構造の製造方法を工程順に示す図である。まず、シリ
コン基板１３０１上に酸化シリコン膜１３０２を形成し
（図１３ａ）、続いて感光性材料を塗布し、これをベー
クすることで感光性層間絶縁膜層１３０３を形成する
（図１３ｂ）。この感光性層間絶縁膜層１３０３として
は、ポリイミド、ポリアミド酸、ベンゾシクロブテン、
ポリオキシベンゾール（ＰＢＯ；例えば、住友ベークラ
イト株式会社製ＣＲＣ８３００）などを含むベース材料
にポジ型感光材を添加した材料である。

【０００９】次に、図１３ｃに示すように、所望の配線
溝を形成するため、感光性層間絶縁膜層１３０３に紫外
線を露光し、潜像を形成する。このとき用いるフォトマ
スクは、合成石英などから構成された透明基板上にクロ
ムなどの金属膜からなる遮光膜が所定のところに形成さ
れたものでる。この方法では、ポジ型の感光性樹脂を用
いているため、フォトマスクパターンは透過部で構成さ
れる。次に、現像を行うことで感光性層間絶縁膜層に配
線溝を形成する（図１３ｄ）。現像にはアルカリ水溶液
の現像液を用いる。次に配線溝が形成された層間絶縁膜
を硬化するため、窒素雰囲気下で１５０℃で３０分加熱
した後、３１０℃〜３２０℃の温度で３０分間加熱す
る。その後、図１３ｅに示すように硬化処理されて感光
性が消失した層間絶縁膜１３０４に、導体からなる導体
バリア膜１３０５を形成後、銅膜１３０６を形成する
（図１３ｆ）。次いで、ＣＭＰによって配線溝およびビ
アホール以外の余剰な銅膜１３０６を除去し、同時に余
剰な層間絶縁膜１３０４とバリア膜１３０５とを除去
し、平面にする。（図１３ｇ）。

【００１０】上記のように層間絶縁膜に感光性材料が用
いられる他の従来技術としては、例えば、特開２０００
−１８１０６９号公報に記載された、感光性ポリシラザ
ン組成物をポジ型レジストとして用い、これを感光して
層間絶縁膜に用いる例が挙げられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の方法で
は、次に示すような問題点があった。従来例１では、銅
の拡散を防止するバリア膜を形成する工程が増え、工程
数が多くなり、結果的に製造装置も多くなりコストアッ
プにつながっていた。また、層間絶縁膜に酸化シリコン
膜を用いているが、より集積度を高めるためには、配線
間をより近接にしなければならず、そのためにはより誘
電率の低い層間絶縁膜を用いなければならない。また、
従来例２では、層間絶縁膜にダマシン配線を形成する際
には、層間絶縁膜中に配線を形成するための配線溝やビ
アホールを、レジストを用いたフォトリソグラフィとエ
ッチングを用いた加工技術を用いて形成する。しかしな
がら、層間絶縁膜のエッチングとアッシングには加工上
の課題が多く、微細な配線パターンを形成するには工程
数が多くなり、加えて製造装置も多くなりコストアップ
につながっていた。

【００１２】従来例３、特に特開２０００−１３８２１
９号公報などに記載された配線構造の製造方法は、従来
例１および２と異なり、有機感光材料を層間絶縁膜とし
て用いることで、エッチング工程およびアッシング工程
が不要である。しかしながら、有機感光性材料は第一に
耐熱性が低いため、実用的な多層配線、特に配線材をＣ
ｕとした場合における層間絶縁膜への適用は不可能であ
る。第二にこれらの公報に開示された方法では、Ｃｕの
バリア膜（バリアメタルおよびバリア絶縁膜）と感光性
材料との組み合わせを想定していないため、微細な配線
において、配線間でのＣｕの拡散が祖生じ、配線の信頼
性が低下する。第三にＣｕおよび前述のバリア膜を含め
た構造を得る場合には、実用的な多層配線のプロセス
（条件や手法）としては不十分であった。

【００１３】また、特開２０００−１８１０６９号公報
記載の感光性ポリシラザン組成物は、リソグラフィ時に
おける、微細な配線溝パターンの形成、露光条件の大気
安定性、焼成後の耐熱性が不十分であり、スループット
が低く、実用的な多層配線に適用することができなかっ
た。この感光性ポリシラザン組成物は、光の照射によっ
てポリシラザンのＳｉ−Ｎ結合が開裂し、雰囲気中の水
分が反応してシラノール（Ｓｉ−ＯＨ結合）を形成し、
このシラノールが現像液に溶解することでパターンを形
成することを特徴としている。具体的な課題としては、
第一に、露光部において選択的にシラノール化反応を進
めることが望ましいが、浸水処理では効果的に溶性を促
進することができず、微細で良好なパターンを得ること
が困難であり、そのための手法及び条件を見出すのは容
易ではなかった。第二には加湿加熱処理時に露光部のシ
ラノール化反応が進むことが望ましいが、未露光部が待
機時間中に雰囲気中の水分によってシラノール化してし
まうことで、所望の微細な寸法のパターニングが不可能
であった。第三には未露光部について加熱を行うだけで
は膜中に未反応のＳｉ−Ｎ結合が残存し、膜質の悪化、
詳しくは誘電率の上昇と耐熱性の低下を招いていた。第
４にＣｕおよび前述のバリア膜を含めた構造を得る場合
には、実用的な多層配線のプロセス（特に処理手法や条
件）としては不十分であった。例えば高い配線信頼性を
有した下層ビアとの接続手法や、ミスアライメントが生
じた場合の再生手法などである。

【００１４】そこで、本発明は、かかる課題を解決する
ため、銅を配線材として用いても、微細な配線構造の形
成が可能で、工程数が少なく、低コスト化が可能な配線
構造およびその製造方法を提供することを目的とする。
また、配線間での銅の拡散が生じない配線構造およびそ
の製造方法を提供することを目的とする。また、露光条
件の大気安定性の高い配線構造の製造方法を提供するこ
とを目的とする。また、微細な配線構造を形成可能な現
像処理条件およびその製造方法を提供することを目的と
する。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の配線構造は、半
導体素子が形成された基板上に絶縁膜が多層形成され、
絶縁膜に形成された配線溝およびビアホールに金属配線
剤が充填されて、配線および接続プラグが形成された配
線構造において、前記絶縁膜のうち少なくとも一層が対
電子線感光性を有する材料から形成されており、絶縁膜
の層間にはバリア絶縁膜を有し、前記金属配線剤は銅を
含むものである。前記絶縁膜がポリシラザンを主成分と
して含む組成物から形成されたものであることが好まし
い。前記バリア絶縁膜が、窒化ケイ素および／または炭
化ケイ素を含むことが好ましい。

【００１６】また、本発明の配線構造の製造方法は、半
導体素子の上に下層配線が形成された基板上に対電子線
感光性を有する材料を含む絶縁膜を形成する工程と、前
記絶縁膜に電子線を照射して、前記絶縁膜を露光する工
程と、前記絶縁膜を現像して未露光部を除去し、配線溝
および／またはビアホールおよび／またはコンタクトホ
ールを形成する工程と、を有する方法である。絶縁膜を
形成する工程と露光する工程との間に、絶縁膜を加熱す
る工程を有することが好ましい。前記絶縁膜を形成する
工程と絶縁膜を露光する工程との間に、前記絶縁膜の上
に保護膜を塗布し、前記絶縁膜を露光する工程の後に、
前記保護膜を除去することが好ましい。

【００１７】絶縁膜を露光する工程と絶縁膜を現像する
工程との間に、露光した基板を所定の湿度及び温度で、
加湿と加熱同時処理する工程を有することが好ましい。
前記絶縁膜を現像した後に、前記絶縁膜を紫外線照射を
行う工程と、これに引き続き、所定の湿度及び温度で加
湿と加熱同時に行う工程と、更に加熱を行う工程とを有
することが好ましい。前記絶縁膜と金属から形成された
配線の上にバリア絶縁膜を形成することが好ましい。配
線溝の底面またはビアホールの底面になっているバリア
膜を、反応性イオンエッチング法またはスパッタリング
法によって除去する工程を有することが好ましい。前記
ビアホールと、ビアホールの上とビアホールが形成され
た絶縁膜との上に感光性を有する絶縁膜を形成する工程
と、前記絶縁膜に電子線を照射して露光する工程と、前
記絶縁膜を現像して未露光部を除去し、配線溝の形成と
ビアホールの再形成とを同時に行う工程とを有すること
が好ましい。

【００１８】前記ビアホールは、対電子線感光性を有す
る材料を含む材料から形成された絶縁膜に形成されてい
ることが好ましい。配線溝およびビアホールに金属配線
剤を充填して配線を形成する工程と、この配線と絶縁膜
とを化学機械研磨する工程と、これにより形成した平面
の上に絶縁性バリア膜を形成する工程を有することが好
ましい。前記絶縁膜に形成された配線溝またはビアホー
ルが下層配線との間にミスアライメントを生じた際に
は、前記絶縁膜を絶縁膜の現像を行う溶液と同じ溶液で
溶解して除去することが好ましい。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の配線構造の例として、半
導体装置の一例を図１に示す。この配線構造は、第一の
層間絶縁膜となるシリコン酸化膜１０１と、配線材から
なるＷプラグ１０２と、配線間を分離する絶縁膜１０３
と、絶縁性バリアとなるバリア絶縁膜１０４と、Ｔａ／
ＴａＮからなり銅の拡散を防ぐ導電性バリア膜１０５
と、配線となる銅膜１０６とから概略構成されている。

【００２０】層間絶縁膜１０３は少なくとも一層は対電
子線感光性を有する材料から形成されている。この対電
子線感光性を有する材料は、ポリシラザンを主成分とし
て含む組成物である。このポリシラザン組成物は、ポリ
メチルシラザンまたはフェニルシラザンと光酸発生材と
を含むものであり、特開２０００−１８１０６９号公報
に記載されているものも使用できる。本発明で用いるポ
リシラザンは、ポリシラザン単独、およびポリシラザン
と他のポリマーの共重合体やポリシラザンと他の化合物
の混合物でも利用できる。用いるポリシラザンの一般式
は下記化学式にて示される。

【００２１】

【化１】

【００２２】（上記化学式中でＲ¹、Ｒ²、Ｒ³はそれぞ
れ単独に水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロ
アルキル基、アリール基、これらの基以外でケイ素又は
水素に直結する部分が炭素である基、アルキルシリル
基、アルキルアミノ基を表す。）

【００２３】バリア絶縁膜１０４は、絶縁性を有するも
のが選ばれるが、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、炭化ケイ素
（ＳｉＣ）またはこれらの混合物（ＳｉＣＮ）を含むも
のが好ましい。

【００２４】このような配線構造にあっては、半導体素
子が形成された基板上に絶縁膜１０３が多層形成され、
絶縁膜１０３に形成された配線溝およびビアホールに金
属配線剤が充填されて、配線および接続プラグが形成さ
れた配線構造において、前記絶縁膜のうち少なくとも一
層が対電子線感光性を有する材料から形成されており、
絶縁膜１０３の層間にはバリア絶縁膜１０４を有し、前
記金属配線剤は銅を含むものため、微細な配線パターン
を形成でき、また、エッチングや（エッチング後の）ア
ッシング工程を省略できる。また、層間絶縁膜１０３の
層間に有するバリア絶縁膜１０４により、銅の拡散を抑
制できる。また、配線が銅であるため配線抵抗が小さ
い。また、前記層間絶縁膜１０３がポリシラザン組成物
を主成分として含むので、層間絶縁膜１０３の誘電率が
低い。

【００２５】次に、本発明の配線構造の製造方法の実施
の形態について図２〜１０を参照して詳細に説明する。［第一実施形態］本発明の配線構造の製造方法の第一実
施形態は、配線部上に埋め込みと研磨によって単層の上
層配線を形成する、いわゆるシングルダマシン（Ｓｉｎ
ｇｌｅＤａｍａｓｃｅｎｅ）と呼ばれる手法の場合につ
いての実施の形態である。以下、その実施形態について
図２を参照して詳細に説明する。半導体素子が形成され
た基板上２０１に、ＣＶＤ法によりシリコン酸化物を含
む第一層間絶縁膜２０２を形成する。この第一層間絶縁
膜２０２にＷプラグ２０３を形成し（図２ａ）、これら
の上に、スピンコーティング法により配線層間膜となる
第二層間絶縁膜２０４を、回転数と溶液の粘度を調節し
て塗布膜厚を制御しながら形成する（図２ｂ）。第二層
間絶縁膜２０４は対電子線感光性を有し、かつ比誘電率
が３．０以下の材料を含むものである。このような材料
の例として、クラリアントジャパン株式会社製のポリシ
ラザン組成物が挙げられる。

【００２６】第二層間絶縁膜２０４を塗布後、プロピレ
ングリコールモノメチルエーテルアセテート／プロピレ
ングリコールモノメチルエーテル（ＰＧＭＥＡ／ＰＧＭ
Ｅ）を用いてエッジ・バックリンスを行う。続いて、溶
媒を蒸発させるため、４０℃〜１５０℃の範囲で加熱処
理を行う。この条件より高温では感光性が消失し、低温
では下地との密着性が不十分となる場合がある。次に、
大気安定性を確保するために、露光前に感光性材料の表
面に保護膜２０５をコーティングする（図２ｃ）。保護
膜２０５を使用しない場合には、大気放置時間が長い
と、パターン形成が不可能な場合がある。なお、保護膜
２０５は、現像と同時あるいは前後に除去することが必
要である。

【００２７】次に、電子線リソグラフィーによるパター
ニングを行い（図２ｄ）、その後、所望の現像特性を得
るために加湿と加熱同時処理を行う。この時の条件は、
膜厚や溶剤、露光量などにもよるが、湿度が２５〜１０
０％、かつ温度が室温〜８０℃であることが好ましく、
特に４５〜９５％、かつ３０〜８０℃であることが好ま
しい。加湿と加熱とを同時に行わないと、微細な配線、
特に０．６μｍピッチ以下の微細配線パターンにおいて
膜剥がれが生じる場合がある。次に、露光部を、アルカ
リ水溶性の現像液であるテトラメチルアンモニウムハイ
ドロオキサイド（ＴＭＡＨ）を現像液として用い、図２
ｅに示すように第二層間絶縁膜２０４に配線溝を形成す
る。次に、ウェハの全面に紫外線照射を４分程度行い、
感光特性を消失させた後、再び加湿加熱処理を行う。こ
の時の条件は、湿度が２５％以上、かつ温度が室温〜８
０℃であることが好ましい。この加湿加熱同時処理によ
って、未露光部におけるＳｉ−Ｎ結合を消失させること
が可能となり、層間絶縁膜の耐熱性を高く、かつ比誘電
率を低くすることができる。

【００２８】これを図８および図９により説明する。図
８は、最終的に得られた膜に温度を加えたときの、脱離
ガススペクトルを示す。湿度８０％／温度５０℃および
湿度６０％／温度７０℃で加湿加熱処理を行った場合に
はガス量が少ないのに対し、湿度６０％／温度９０℃で
加湿加熱処理を行った場合には、ガス量が非常に多い。
図９は比誘電率と４００℃までの総脱ガス量（温度５０
℃／湿度８０％を１とした相対量）とをプロットしたグ
ラフである。このように、脱ガス量が多いと、比誘電率
は高くなる。硬化処理として３００〜４００℃の温度で
３０分加熱する。好ましくは、後に行う銅アニール処理
と同一条件である４００℃、３０分加熱する。この時、
ウェハ全面への紫外線照射を行わないと、加熱処理後に
得られる膜の耐熱性が劣化する場合がある。このことを
図１０の脱離ガススペクトルを用いて説明する。紫外線
照射処理を行った場合には、脱離ガスが発生しないが、
紫外線照射処理を行わない場合には３００℃付近で多量
の脱離ガスが発生する。従って、膜の耐熱性を向上させ
るためには紫外線照射処理が非常に有効であることがわ
かる。これら一連の手法によって、４５０℃以上の耐熱
性を有する低誘電率層間絶縁膜を得ることができる。ま
た、下地のＷプラグ２０３と作製した溝パターンにミス
アライメントが生じた場合には、シラノール化反応とそ
の溶解特性を利用し、パターンの再生を行うことが可能
である。ウェハの全面に紫外線照射を１分〜４分程度行
った後、アルカリ水溶液、例えば、ＴＭＡＨなどに溶解
させて、ミスアライメントパターンを除去することによ
り、再び対電子線感光性を有する層間絶縁膜２０４を形
成することが可能である。

【００２９】次に、この全表面に、図２ｆに示すように
導電性バリア膜２０６を成膜した後、スパッタ法により
銅シード膜を形成し、これを電極として電解メッキ法に
より銅膜２０７を形成する。この時、導電性バリア膜２
０６は銅の拡散を阻止できる、例えばチタン、タンタ
ル、タングステンなどの金属およびその窒化物またはケ
イ化物もしくはそれらをを含有したものが良く、好まし
くはタンタル／窒化タンタルを含有したものが良い。こ
の導電性バリア膜１０６の成膜厚さは５〜４０ｎｍであ
ることが好ましい。また、銅シード膜の厚さは５０〜２
００ｎｍであることが好ましい。その後、２００℃〜４
００℃の温度範囲で、１０〜３０分の銅膜の結晶化アニ
ールを行う。特に４００℃、３０分程度の加熱が最適で
あるが、これは銅の結晶性が促進されるためである。こ
こで、ＮＨ₃などの窒素を含むガス中でプラズマ照射す
ることで、溝側壁部を窒化し、Ｃｕの拡散耐性を向上さ
せることも可能である。

【００３０】続いて、図２ｇに示すようにＣＭＰ法によ
って、配線溝およびビアホール以外の余剰な銅膜２０７
と第二層間絶縁膜２０４と導電性バリア膜２０６とを除
去して、銅配線２０８を形成する。次に、図２ｈに示す
ように、ＣＭＰ法によって形成された平面の上に炭化ケ
イ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）およびそれらの
混合物（ＳｉＣＮ）などからなる絶縁性バリア膜２０９
を形成する。この時、絶縁性バリア膜２０９の厚さは５
〜５０ｎｍであることが好ましく、特に好ましくは１０
ｎｍ程度が良い。薄すぎると銅の拡散バリア性が不十分
となり、厚すぎると配線間容量が増大したり、ビアホー
ル開口時におけるエッチングに負荷がかかる場合があ
る。また、これら絶縁性のバリア膜の成膜直前にＮＨ₃
やＨｅなどを含むガス中のプラズマ照射によってＣｕお
よび絶縁膜の表面処理を行うことで、配線の信頼性を向
上させることも可能である。一方、絶縁性のバリア膜を
用いない場合には、Ｃｕ上に選択的に高融点の金属、た
とえばＣｕ合金（シリコン、タンタル、タングステン、
などとの合金）やそれらの化合物などを成長させ、Ｃｕ
の拡散を防ぐことが必要である。

【００３１】［第二実施形態］本発明の配線構造の製造
方法の第二の実施形態は、上層の配線層および下層と接
続するビアホール層を形成した後両者に配線材を埋め込
んで研磨を行う、いわゆるデュアルダマシン（Ｄｕａｌ
Ｄａｍａｓｃｅｎｅ）法の実施の形態であり、ポリシ
ラザン組成物を層間絶縁膜として用いる第一実施形態と
同様の手法をデュアルダマシンに適用したものである。
以下、その実施形態について図３を参照して詳細に説明
する。ポリシラザンの加熱条件や加湿条件、その目的お
よび効果は、基本的には第一実施形態に示すものと同一
である。図３ａはデュアルダマシン法の下層配線構造を
示す図である。この構造は、半導体素子が形成された基
板３０１の上に第一層間絶縁膜３０２とＷプラグ３０３
とが形成されており、これらの上に対電子線感光特性を
有する層間絶縁膜から形成されている第二層間絶縁膜３
０４と、銅および導電性Ｔａ／ＴａＮ積層バリア膜から
なる配線材３０５とが形成されている。さらに、その上
にＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮからなるバリア絶縁膜膜３
０６が形成されている。

【００３２】なお、図３ａの下層配線構造においては、
上記の材料に限定されるものではなく、層間絶縁膜３０
２および３０４はＳｉＯ₂、ハイドロゲンシルセキオサ
ン（ＨＳＱ）、メチルシルセキオサン（ＭＳＱ）および
芳香族を含む有機ポリマー、例えばジビニルシロキサン
ビスベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）などでもよい。ま
た、配線材３０５は銀、アルミニウム、ニッケル、コバ
ルト、タングステン、シリコン、チタン、タンタルおよ
びそれらの化合物などでもよい。

【００３３】図３ａに示した下層配線構造の上に、図３
ｂに示すように、第三層間絶縁膜３０７を形成する。こ
の第三層間絶縁膜３０７は、対電子線感光性を有し、か
つ比誘電率が３．０以下の、例えばクラリアントジャパ
ン株式会社製のポリシラザンを含むものが用いられる。
この時、第三層間絶縁膜３０７は、回転する基板に溶液
を塗布するスピンコーティング法などにより形成され
る。塗布後、ＰＧＭＥＡ／ＰＧＭＥなどを用いて行う。
続いて、溶媒を蒸発させるため、４０〜１５０℃の範囲
で加熱処理を行う。次に、図３ｃに示すように、大気安
定性を確保するために、露光前に感光性材料の表面に保
護膜３０８をコーティングする。この保護膜３０８は、
現像と同時、あるいは前後に除去することが必要であ
る。

【００３４】次に、図３ｄに示すように電子線リソグラ
フィによるパターニングを行い、その後、所望の現像特
性を得るために加湿加熱処理を行う。この時の条件は、
湿度は２５％以上、かつ温度は室温〜８０℃であること
が好ましい。特に４５〜９５％、かつ３０〜８０℃であ
ることが好ましい。この条件では０．２μｍピッチ以下
の微細配線パターンの剥がれは観察されない。また、形
状も良好である。次に露光部を現像し、図３ｅに示すよ
うに感光性層間絶縁膜にビアパターン３０９を形成す
る。この時現像液はアルカリ水溶性の現像液であるＴＭ
ＡＨなどを用いる。次に、ウェハの全面に紫外線照射を
１分〜５分程度行い、感光特性を消失させた後、再び加
湿加熱処理を行う。この時の条件は、湿度が２５％以
上、かつ温度が室温〜８０℃の範囲であることが好まし
い。その後、硬化処理として３００〜４００℃の温度で
３０分加熱して、第三層間絶縁膜３１０を形成する。

【００３５】なお、配線材３０５と作製したビアホール
３０９にミスアライメントが生じた場合には、ウェハの
全面に紫外線照射を１分〜４分程度行い、加湿加熱同時
処理を行った後、現像に用いたものと同一のアルカリ水
溶液、例えば、ＴＭＡＨなどに溶解させて、ミスアライ
メントパターンを除去することにより、再び対電子線感
光性を有する層間絶縁膜３０７を形成することが可能で
ある。

【００３６】次に、図３ｆに示すように、この感光性が
消失して形成されたビアパターン３０９およびその上
に、スピンコーティング法などによって感光性を有する
第四層間絶縁膜３１１を形成し、その後、エッジ・バッ
クリンスを行う。次に、前述の温度範囲にて加熱処理を
行い、電子線リソグラフィーによる配線溝パターニング
を行う。この時、ビアパターン３０９はすでに感光特性
を消失しているため、露光処理による影響は全く受けな
い。その後、ビアホールパターンと同様にウェハの全面
に紫外線処理を１〜５分程度行い、引き続いて、加湿加
熱処理を行う。この時の条件は湿度が２５％以上、かつ
温度が室温〜８０℃の範囲であることが好ましい。続い
て、硬化処理として３００〜４００℃の温度で３０分加
熱する。次に、露光部を現像し、図３ｇに示すように第
三層間絶縁膜上に配線溝パターン形成する。この時現像
液はアルカリ水溶性の現像液であるＴＭＡＨなどを用い
るが、ビアパターン３０９が形成されている第三層間絶
縁膜３１０はすでに硬化処理を行っているため、現像処
理による影響は全く受けない。次に、図３ｈに示すよう
に、反応性イオンエッチング法、あるいはスパッタリン
グ法などにより、ビアホール底面になっているバリア膜
３０６を除去する。この時のエッチングガスは第四層間
絶縁膜３１１に対して選択比の高い条件が望ましく、例
えばＣＨＦ₃／Ａｒ系ガスやＣＦ₄／Ａｒ系ガスが挙げら
れる。

【００３７】次に、エッチングにより形成された表面
に、図３ｉに示すように導電性バリア膜３１２を形成す
る。その後、スパッタ法による銅シード膜を形成し、こ
れを電極として電解メッキ法により銅膜３１３を形成す
る。この時、導電性バリア膜３１２は銅の拡散を阻止で
きる材料、例えばチタン、タンタル、タングステンなど
の金属およびその窒化物またはケイ化物若しくはそれら
を含有したものが好ましい。また導電性バリア膜３１２
の成膜厚さは５〜４０ｎｍであることが好ましい。続い
て、図３ｊに示すようにＣＭＰ法によって配線溝および
ビアホール以外の余剰な銅膜３１３と第四層間絶縁膜３
１０と導電性バリア膜３１２とを除去して、銅配線を形
成する。そして、図３ｋに示すように、ＣＭＰ法により
形成された平面の上にＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮなどか
らなる絶縁性バリア膜３１４を形成する。この絶縁性バ
リア膜３１４の厚さは５〜５０ｎｍであることが好まし
い。

【００３８】［第三実施形態］第三実施形態は、感光性
層間絶縁膜に、従来のフォトレジスト工程とエッチング
工程とを組み合わせた配線構造の製造方法である。以
下、その実施形態について図４を参照して詳細に説明す
る。ポリシラザンの加熱条件や加湿条件、その目的およ
び効果は、基本的には第一実施形態および第二実施形態
に示すものと同一である。図４ａはデュアルダマシン法
の下層配線構造を示す図である。この構造は、半導体素
子が形成された基板４０１の上に第一層間絶縁膜４０２
とＷプラグ４０３とが形成されており、これらの上に対
電子線感光特性を有する層間絶縁膜から形成されている
第二層間絶縁膜４０４と、銅および導電性Ｔａ／ＴａＮ
積層バリア膜からなる配線材４０５とが形成されてい
る。さらに、その上にＳｉＣＮからなるバリア膜４０６
が形成されている。なお、図４ａの下層配線構造におい
ては、上記の材料に限定されるものではなく、層間絶縁
膜４０２および４０４はＳｉＯ₂、ＨＳＱ、ＭＳＱおよ
び芳香族を含む有機ポリマーなどでもよい。また、配線
材４０５は銀、アルミニウム、ニッケル、コバルト、タ
ングステン、シリコン、チタン、タンタルおよびそれら
の化合物などでもよい。また、バリア膜４０６はＳｉ
Ｃ，ＳｉＮなどでもよい。

【００３９】次に、図４ａの下層配線構造の上に、図４
ｂに示すように、第三層間絶縁膜４０７を形成する。こ
の第三層間絶縁膜４０７は対電子線感光性を有し、かつ
比誘電率が３．０以下の、例えばクラリアントジャパン
株式会社製のポリシラザンを含むものである。この時、
第三層間絶縁膜４０７は、回転する基板に溶液を塗布す
るスピンコーティング法などにより形成する。塗布後、
エッジ・バックリンスを、ＰＧＭＥＡ／ＰＧＭＥなどを
用いて行う。次に、溶媒を蒸発させるため、４０℃〜１
５０℃の範囲で加熱処理を行う。この時、高温の処理で
は感光性が消失し、逆に低温の処理では下地との密着性
が不十分となる。次に、図４ｃに示すように、大気安定
性を確保するために、露光前に感光性材料の表面に保護
膜４０８をコーティングする。この保護膜４０８は、現
像時に除去することが必要である。

【００４０】次に、図４ｄに示すように、電子線リソグ
ラフィによるパターニングを行う。その後、所望の現像
特性を得るために加湿加熱処理を行う。この時の条件
は、湿度は、２５〜１００％、かつ温度は室温〜８０℃
であることが好ましい。特に８０％、４０℃の条件が好
ましく、この条件では、０．２μｍピッチ以下の微細配
線パターンの剥がれは観察されない。次に、露光部を現
像し、図４ｅに示すように、第三層間絶縁膜４０７にビ
アホールパターン４０９を形成する。この時、現像液は
アルカリ水溶性の現像液であるＴＭＡＨなどを用いる。
次に、ウェハの全面に紫外線照射を１〜５分程度行い、
感光材料の感光特性を消失させた後、再び加湿加熱処理
を行う。この時の条件は、湿度が２５〜１００％、かつ
温度が室温〜８０℃の範囲で行うことが好ましい。続い
て、硬化処理として３００℃〜４００℃の温度で３０分
加熱する。

【００４１】なお、配線材４０５と作製したビアホール
４０９にミスアライメントが生じた場合には、ウェハの
全面に紫外線照射を１〜４分程度行った後、加湿加熱同
時処理を行い、現像に用いたものと同一のアルカリ水溶
液、例えば、ＴＭＡＨなどに溶解させることで、容易に
ミスアライメントパターンを除去し、再び対電子線感光
性を有する第三層間絶縁膜４０７を形成することが可能
である。

【００４２】次に、第三層間絶縁膜４０７の上に、フォ
トレジストを塗布する。そして、配線溝パターンを露光
現像し、所望の配線溝パターンを有するフォトレジスト
パターン４１０を形成する（図４ｆ）。次に、そのフォ
トレジストパターン４１０をマスクとして第三層間絶縁
膜４０７とフォトレジストを同時にエッチングし、第三
層間絶縁膜に溝パターンを形成する（図４ｇ）。次に、
図４ｈに示すように、ビアホールの底面になっているバ
リア膜４０６を反応性イオンエッチング法またはスパッ
タリング法などにより除去する。この時のエッチングガ
スは感光性層間絶縁膜に対して選択比の高いものが好ま
しい。なお、感光性を有する第三層間絶縁膜４０７をフ
ォトレジストとして使用し、同様の手法によってエッチ
ングを行うことも可能である。

【００４３】次に、エッチングまたはスパッタリングに
より形成された表面に導電性バリア膜４１１を形成した
後、スパッタリング法による銅シード膜を形成し、これ
を電極として電解メッキ法により銅膜４１２を形成す
る。この時、導電性バリア膜４１１は銅の拡散を阻止で
きる材料、例えばチタン、タンタル、タングステンなど
の金属およびその窒化物またはケイ化物若しくはそれら
を含有したものが好ましい。またバリア膜４１１の成膜
厚さは５〜４０ｎｍであることが好ましい。続いて、図
４ｉに示すようにＣＭＰ法によって配線溝およびビアホ
ール以外の余剰な銅膜４１２と第三層間絶縁膜４０７と
導電性バリア膜４１１とを除去して、銅配線を形成す
る。そして、図４ｊに示すように、ＣＭＰ法により形成
された平面の上に、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮなどから
なる絶縁性バリア膜４１３を形成する。この絶縁性バリ
ア膜４１３の厚さは５〜５０ｎｍであることが好まし
い。

【００４４】第三実施形態では、第二実施形態にはなか
った、フォトレジスト工程および溝エッチング工程が追
加される。しかしながら、あらかじめ形成されたビアパ
ターンに重なって配線溝パターンを形成するため、露光
の際にミスアライメントが生じても、配線の信頼性を確
保できる構造となる。

【００４５】なお、上記実施形態では、銅の成膜方法と
してメッキ法を用いたが、これに限定するものではな
く、例えばＭＯＣＶＤ法やスピンコーティング法などに
よる銅成膜も可能である。また、感光性層間絶縁膜を使
用する範囲はＷプラグの上、銅配線の上に限定するもの
ではなく、いわゆるコンタクトホールの層間膜として適
用することも可能である。

【００４６】上述した第一〜第三実施形態の配線構造の
製造方法にあっては、半導体素子の上に下層配線が形成
された基板上に、その上に対電子線感光性を有する材料
を含む絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に電子線を
照射して、前記絶縁膜を露光する工程と、前記絶縁膜を
現像して未露光部を除去し、配線溝および／またはビア
ホールおよび／またはコンタクトホールを形成する工程
とを有するので、工程数を少なくすることができる。ま
た、微細な配線パターンを形成できる。また、前記絶縁
膜を形成する工程と露光する工程との間に、絶縁膜を加
熱する工程を有するので、絶縁膜の下地への密着性がよ
くなる。また、層間絶縁膜を形成する工程と層間絶縁膜
を露光する工程との間に、層間絶縁膜の上に保護膜を塗
布し、層間絶縁膜を露光する工程の後に、保護膜を除去
するので、リソグラフィ時の大気安定性を高くすること
ができる。また、層間絶縁膜を露光する工程と層間絶縁
膜を現像する工程との間に、露光した基板を加湿および
加熱処理するので、露光部の溶解性を高め、良好なパタ
ーンを得ることができる。また、層間絶縁膜を現像した
後に、層間絶縁膜に紫外線照射し、加湿および加熱処理
を行い、加熱する工程を有しているので、層間絶縁膜の
耐熱性を高め、さらに比誘電率を低くすることができ
る。また、配線溝を形成後に、溝底のバリア絶縁膜を選
択的に除去するので、Ｃｕを配線材とした多層配線を形
成することができる。

【００４７】

【実施例】［実施例１］この実施例は、下層の配線部上
に埋め込みと研磨によって単層の上層配線を形成する、
いわゆるシングルダマシン（ＳｉｎｇｌｅＤａｍａｓ
ｃｅｎｅ）法に関する例である。以下、この実施例につ
いて図５を参照して詳細に説明する。図５ａに示すよう
に、半導体素子が形成された基板上５０１に第一層間絶
縁膜５０２を形成した。この第一層間絶縁膜にＷプラグ
５０３を形成し、その後、これらの上に、スピンコーテ
ィング法により配線層間膜となる第二層間絶縁膜５０４
を厚さ０．３μｍ形成した（図５ｂ）。この第二層間絶
縁膜５０４は、対電子線感光性を有し、かつ比誘電率が
３．０以下であるクラリアントジャパン株式会社製のポ
リシラザン組成物である。その後、エッジ・バックリン
スを、ＰＧＭＥＡ／ＰＧＭＥを用いて行い、続いて、感
光性特性を維持し、良好な密着性を確保するため、８０
℃での加熱を１分間行なって、溶媒を蒸発させた。次
に、大気安定性を確保するために、露光前に感光性材料
の表面にフッ素樹脂を主成分とした保護膜を０．１μｍ
コーティングした（図５ｃ）。次に、電子線を用いたパ
ターニングを行い、その後、湿度８０％、温度４０℃で
の加湿加熱同時処理を１分間行った（図５ｄ）。

【００４８】次に、露光部をＴＭＡＨを用いて現像し、
続いて、ウェハの全面に紫外線照射を４分行い、感光特
性を消失させた。その後、湿度８０％、温度６０℃で加
湿加熱処理を行い、硬化処理を４００℃の温度で２０分
間加熱することにより行い、配線溝パターンを得た（図
５ｅ）。この時、硬化処理における膜厚の減少は膜厚方
向のみであり、その減少割合は１０％以下であった。次
に、形成された配線溝パターン表面に、図５ｆに示すよ
うに、ＴａＮ／Ｔａを積層した導線性バリア膜５０６を
４０ｎｍ形成した後、スパッタ法による銅シード膜を１
００ｎｍ形成した。これを電極として電解メッキ法によ
り銅膜を５００ｎｍ形成し、計７００ｎｍの銅膜５０７
を形成した。

【００４９】次に、２０分の銅膜５０７の結晶化アニー
ルを行った後、ＣＭＰ法によって配線溝以外の余剰な銅
と第二層間絶縁膜５０４と導電性バリア膜５０６とを除
去して、銅配線５０８を形成した（図５ｇ）。なお、Ｃ
ＭＰ法はシリカを主成分とする研磨剤に過酸化水素を混
合した研磨溶液（スラリー）を用いて行った。この時、
第二層間絶縁膜５０４とバリア膜５０６との界面および
第二層間絶縁膜５０４と第一層間絶縁膜５０２との界面
のいずれにおいても剥がれなどは起こらなかった。次
に、図５ｈに示すように、ＣＭＰ法により形成された平
面の上にＳｉＣＮからなる絶縁性バリア膜５０９を２５
ｎｍ形成した。

【００５０】このような工程により形成された配線構造
は、間隔０．２０μｍで隣接する１０ｍｍ長の配線対を
形成し、４００℃で１０時間アニールしても配線間リー
ク電流が１０^-9Ａ／ｃｍ²程度の十分な絶縁耐性を有し
ていた。また、層間絶縁膜の誘電率が下がり、配線間容
量もシリコン酸化膜を層間絶縁膜とした場合と比較して
約３０％低減した。

【００５１】［実施例２］この実施例は、上層の配線層
および下層と接続するビアホール層を形成した後両者に
配線材を埋め込んで研磨を行う、デュアルダマシン（Ｄ
ｕａｌＤａｍａｓｃｅｎｅ）法に関する例である。以
下、その実施例について図６を参照して詳細に説明す
る。図６ａはデュアルダマシン法の下層配線構造を示す
図である。この構造は、半導体素子が形成された基板６
０１の上に第一層間絶縁膜６０２とＷプラグ６０３とが
形成されており、これらの上に対電子線感光特性を有す
る層間絶縁膜から形成されている第二層間絶縁膜６０４
と、銅および導電性Ｔａ／ＴａＮ積層バリア膜からなる
配線材６０５とが形成されている。さらに、その上にＳ
ｉＣＮ膜６０６が厚さ２５ｎｍ形成されている。

【００５２】次に、図６ｂに示すように、対電子線感光
性を有しかつ比誘電率が２．７のクラリアントジャパン
株式会社製のポリシラザン組成物からなる第三層間絶縁
膜６０７をスピンコーティング法により０．７μｍ形成
した。その後、エッジ・バックリンスをＰＧＭＥＡ／Ｐ
ＧＭＥを用いて行った。続いて、感光性特性を維持し、
良好な密着性を有するために、４０℃での加熱を１分間
行い、溶媒を蒸発させた。次に、大気安定性を確保する
ために、露光前に第三層間絶縁膜６０７の表面にフッ素
樹脂を主成分とした保護膜６０８を０．１μｍコーティ
ングした（図６ｃ）。

【００５３】次に、電子線を用いたビアパターニングを
行い、その後、湿度８０％、温度４０℃での加湿加熱同
時処理を３分間行った（図６ｄ）。次に、露光部をＴＭ
ＡＨを用いて現像した後、ウェハの全面に紫外線照射を
４分間行い、感光材料の感光特性を消失させた。その
後、湿度８０％、温度６０℃で加湿加熱処理を行い、続
いて４００℃の温度で３０分加熱して硬化処理を行った
（図６ｅ）。次に、ビアパターン６０９内およびビアパ
ターン６０９が形成された第三層間絶縁膜６０７の上
に、スピンコーティング法によって再び感光性ポリシラ
ザン組成物を塗布し、塗布後にエッジ・バックリンスを
行い、ポリシラザン膜６１０を形成した（図６ｆ）。

【００５４】次に、前述の温度範囲で加熱処理を行い、
電子線リソグラフィーによる配線溝パターニングを行っ
た。この時、第三層間絶縁膜６０７はすでに感光特性を
消失しているため、露光処理による影響は全く受けなか
った。その後、ビアホールパターンと同様にして加湿加
熱処理を湿度８０％、温度６０℃の条件で行い、続いて
硬化処理として３００〜４００℃で３０分加熱した。こ
れにより、ポリシラザンは硬化し、第四層間絶縁膜とな
った。次に、露光部を現像し、図６ｇに示すように第二
層間絶縁膜および配線材上に配線溝およびビアホールを
形成した。現像液にはアルカリ水溶性の現像液ＴＭＡＨ
を用いたが、ビアパターン６０９は硬化処理を行ってい
るため、現像処理による影響は全くなかった。

【００５５】次に、ＣＨＦ₃／Ａｒ系のガスを用いて反
応性イオンエッチング法により、ビアホール底面になっ
ていたＳｉＣＮ膜６０６を除去した（図６ｈ）。次に、
図６ｉに示すように、ＴａＮ／Ｔａを積層した導電性バ
リア膜６１２を４０ｎｍ形成した後、スパッタ法により
銅シード膜を１００ｎｍ形成し、これを電極として電解
メッキ法により銅を堆積して銅膜６１３を７００ｎｍ形
成した。その後、４００℃、２０分間、銅膜６１３の結
晶化アニールを行った後、ＣＭＰ法によって配線溝以外
の余剰な銅と第四層間絶縁膜６１１の一部と導電性バリ
ア膜６１２の一部とを除去した（図６ｊ）。ＣＭＰ法は
シリカを主成分とする研磨剤に過酸化水素を混合した研
磨溶液（スラリー）を用いて行った。ＣＭＰの際、第四
層間絶縁膜６１１と導電性バリア膜６１２との界面、お
よび第一層間絶縁膜６０２と第二層間絶縁膜６０４との
界面のいずれにおいても剥がれ等は起きなかった。次
に、図６ｋに示すように、ＣＭＰによって形成された平
面の上に、ＳｉＣＮからなる絶縁性バリア膜６１４を２
５ｎｍ形成した。

【００５６】このような工程により形成された配線構造
は、間隔０．２０μｍで隣接する１０ｍｍ長の配線対を
形成し、４００℃で１０時間アニールしても配線間リー
ク電流が１０^-9Ａ／ｃｍ²程度の十分な絶縁耐性を有し
ていた。また、配線材の埋め込みについてビア部と配線
部を同時に行ったため、工程数を減少させることができ
た。

【００５７】［実施例３］この実施例ではビアホール部
と上層配線部の感光性層間絶縁膜を堆積し、電子線リソ
グラフィーによってビアパターンを形成した後、フォト
レジストとエッチングを用いて配線溝パターンを形成す
る例である。以下、その実施例について図７を参照して
詳細に説明する。図７ａはデュアルダマシン法の下層配
線構造を示す図である。この構造は、半導体素子が形成
された基板７０１の上に第一層間絶縁膜７０２とＷプラ
グ７０３とが形成されており、これらの上に対電子線感
光特性を有する層間絶縁膜から形成されている第二層間
絶縁膜７０４と、銅およびＴａ／ＴａＮが積層した導電
性バリア膜からなる配線材７０５とが形成されている。
さらに、その上にＳｉＣＮ膜７０６が厚さ２５ｎｍ形成
されている。

【００５８】図７ｂに示すように、対電子線感光性を有
しかつ比誘電率が２．７のクラリアントジャパン株式会
社製のポリシラザン組成物をスピンコーティング法によ
り１．０μｍ塗布し、第三層間絶縁膜７０７を形成し
た。塗布後、エッジ・バックリンスをＰＧＭＥＡ／ＰＧ
ＭＥを用いて行った。続いて、感光性特性を維持し、良
好な密着性を持たせるために、４０℃での加熱を１分間
行い、溶媒を蒸発させた。次に、大気安定性を確保する
ために、露光前に第三層間絶縁膜７０７の表面にフッ素
樹脂を主成分とした保護膜７０８を０．１μｍコーティ
ングした（図７ｃ）。次に、電子線を用いたビアパター
ニングを行った後、湿度８０％、温度６０℃での加湿加
熱同時処理を３分間行った（図７ｄ）。

【００５９】次に、露光部をＴＭＡＨを用いて現像し、
次にウェハの全面に紫外線照射を４分間行い、感光材料
の感光特性を消失させた。その後、湿度８０％、温度６
０℃で加湿加熱処理を行い、硬化処理を４００℃の温度
で３０分加熱することにより行い、第三層間絶縁膜７１
１を硬化させた（図７ｅ）。次に、形成されたビアパタ
ーン７０９上に、フォトレジストを塗布し、配線溝パタ
ーンを露光現像し、所望の配線溝パターンを有するフォ
トレジストパターン７１０を形成した。次に、そのフォ
トレジストパターン７１０をマスクとして、第三層間絶
縁膜７１１を同時にエッチングして、第三層間絶縁膜７
１１に溝パターンを形成した。

【００６０】次に、ＣＨＦ₃／Ａｒ系のガスを用いて反
応性イオンエッチング法により、ビア底のＳｉＣＮ膜７
０６を除去した（図７ｇ）。次に、図７ｈに示すよう
に、ＴａＮ／Ｔａを積層した導電性バリア膜７１２を４
０ｎｍ形成した後、スパッタ法により銅シード膜を１０
０ｎｍ形成し、これを電極として電解メッキ法により銅
を堆積して銅膜７１３を７００ｎｍ形成した。その後、
４００℃、２０分間、銅膜７１３の結晶化アニールを行
った後、ＣＭＰ法によって配線溝以外の余剰な銅と第三
層間絶縁膜７１１の一部と導電性バリア膜７１２の一部
とを除去した（図７ｉ）。ＣＭＰ法はシリカを主成分と
する研磨剤に過酸化水素を混合した研磨溶液（スラリ
ー）を用いて行った。ＣＭＰの際、第三層間絶縁膜７１
１とバリア膜７１２との界面、および第一層間絶縁膜７
０２と第二層間絶縁膜７０４との界面のいずれにおいて
も剥がれ等は起きなかった。次に、図７ｊに示すよう
に、ＣＭＰによって形成された平面の上に、ＳｉＣＮか
らなる絶縁性バリア膜７１４を２５ｎｍ形成した。

【００６１】このような工程により形成された配線構造
は、間隔０．２０μｍで隣接する１０ｍｍ長の配線対を
形成し、４００℃で１０時間アニールしても配線間リー
ク電流が１０^-9Ａ／ｃｍ²程度の十分な絶縁耐性を有し
ていた。また、ビアとその上層の配線溝間にミスアライ
メントが生じた場合にも、良好な配線信頼性を維持し
た。実施例３では、実施例２にはなかったフォトレジス
ト工程および溝エッチング工程が追加された。しかしな
がら、あらかじめ形成されたビアパターンに重なって配
線溝パターンを形成したため、露光の際にミスアライメ
ントが生じても、配線の信頼性が向上する構造になっ
た。

【００６２】

【発明の効果】本発明の配線構造は、半導体素子が形成
された基板上に絶縁膜が多層形成され、絶縁膜に形成さ
れた配線溝およびビアホールに金属配線剤が充填され
て、配線および接続プラグが形成された配線構造におい
て、前記絶縁膜のうち少なくとも一層が対電子線感光性
を有する材料から形成されており、絶縁膜の層間にはバ
リア絶縁膜を有し、前記金属配線剤は銅を含むものであ
る。このため、配線抵抗、配線間容量が低く、微細な配
線構造が可能で、信頼性の高いＬＳＩの製造が可能とな
る。前記絶縁膜がポリシラザンを主成分として含む組成
物から形成されたものであることにより、配線構造を形
成するための工程数を少なくでき、コストを低くするこ
とができる。前記バリア絶縁膜が、窒化ケイ素および／
または炭化ケイ素を含むことにより、配線に用いた銅の
拡散を防止することができる上に、熱安定性も高くする
ことができる。

【００６３】また、本発明の配線構造の製造方法によれ
ば、半導体素子の上に下層配線が形成された基板上に対
電子線感光性を有する材料を含む絶縁膜を形成する工程
と、前記絶縁膜に電子線を照射して、前記絶縁膜を露光
する工程と、前記絶縁膜を現像して未露光部を除去し、
配線溝および／またはビアホールおよび／またはコンタ
クトホールを形成する工程とを有する方法であるため、
配線溝のドライエッチングや、アッシングを用いること
なく、微細は配線構造の形成が可能となる。また、配線
工程が簡略化されており、コストを低くすることができ
る。前記絶縁膜を形成する工程と露光する工程との間
に、前記絶縁膜を加熱する工程を有することにより、感
光特性および密着性を高めることができる。前記絶縁膜
を形成する工程と露光する工程との間に、前記絶縁膜の
上に保護膜を塗布し、前記絶縁膜を露光する工程の後
に、前記保護膜を除去することにより、露光特性を安定
化させることができる。

【００６４】絶縁膜を露光する工程と絶縁膜を現像する
工程との間に、露光した基板を加湿および加熱処理する
工程を有することにより、露光部の溶解性を高め、微細
な配線パターンを所望の寸法にて得ることができる。前
記絶縁膜を現像した後に、前記絶縁膜に紫外線照射し、
加湿および加熱同時処理し、加熱する工程を有すること
により、感光性材料の感光性を消失させ、感光性材料が
用いられた絶縁膜を硬化し、耐熱性を高め、低い比誘電
率を得ることができる。前記絶縁膜と金属から形成され
た配線の上にバリア絶縁膜を形成することにより、絶縁
膜間の絶縁性が高くなるので、多層構造の半導体装置の
信頼性を高めることができる。配線溝の底面またはビア
ホールの底面になっているバリア膜を、反応性イオンエ
ッチング法またはスパッタリング法によって除去する工
程を有することにより、配線構造の多層化を行うことが
できる。前記ビアホールと、ビアホールとビアホールが
形成された絶縁膜との上に、感光性を有する絶縁膜を新
たに形成する工程と、前記絶縁膜に電子線を照射して露
光する工程と、前記絶縁膜を現像して未露光部を除去
し、配線溝の形成とビアホールの再形成とを同時に行う
工程とを有することにより、露光の際のミスアライメン
トが生じても、配線の信頼性を低下させることがない。

【００６５】前記ビアホールは、対電子線感光性を有す
る材料を含む材料から形成された絶縁膜に形成されてい
ることにより、配線構造の製造工程を少なくすることが
できる。配線溝およびビアホールに金属配線剤を充填し
て配線を形成する工程と、この配線と絶縁膜とを化学機
械研磨する工程と、これにより形成された平面の上に絶
縁性バリア膜を形成する工程を有することにより、銅の
拡散のない多層配線構造を形成することができる。前記
絶縁膜に形成された配線溝またはビアホールが下層配線
との間にミスアライメントを有している際には、前記絶
縁膜を絶縁膜の現像を行う溶液と同じ溶液で溶解して除
去することにより、再び絶縁膜を形成し、この絶縁膜に
ビアホールパターンを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配線構造の一例を示す断面図であ
る。

【図２】本発明における第一実施形態の配線構造の製
造方法を工程順に示す断面図である。

【図３】本発明における第二実施形態の配線構造の製
造方法を工程順に示す断面図である。

【図４】本発明における第三実施形態の配線構造の製
造方法を工程順に示す断面図である。

【図５】本発明における実施例１の配線構造の製造方
法を工程順に示す断面図である。

【図６】本発明における実施例２の配線構造の製造方
法を工程順に示す断面図である。

【図７】本発明における実施例３の配線構造の製造方
法を工程順に示す断面図である。

【図８】露光工程後に行う加湿加熱処理工程の条件を
変えたときの脱離ガススペクトルを示す図である。

【図９】４００℃でウェハから発生した脱離ガス量と
比誘電率とをプロットしたグラフである。

【図１０】対電子線感光性を有する材料から形成され
た層間絶縁膜に、紫外線照射を行う前と後における脱離
ガススペクトルを示す図である。

【図１１】従来例１の配線構造の製造方法を工程順に
示す断面図である。

【図１２】従来例２の配線構造の製造方法を工程順に
示す断面図である。

【図１３】従来例３の配線構造の製造方法を工程順に
示す断面図である。

【符号の説明】

１０３層間絶縁膜１０４バリア絶縁膜１０５導電性バリア膜

【手続補正書】

【提出日】平成１４年２月７日（２００２．２．７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】配線構造の製造方法

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆるダマシン
法を用いた配線構造の製造方法であって、その工程数が
少なく、また、配線材として銅を用いても、配線間での
銅の拡散が生じない、信頼性の高いＬＳＩの配線構造を
製造する配線構造の製造方法に関するものである。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】そこで、本発明は、かかる課題を解決する
ため、銅を配線材として用いても、微細な配線構造の形
成が可能で、工程数が少なく、低コスト化が可能な配線
構造の製造方法を提供することを目的とする。また、配
線間での銅の拡散が生じない配線構造の製造方法を提供
することを目的とする。また、露光条件の大気安定性の
高い配線構造の製造方法を提供することを目的とする。
また、微細な配線構造を形成可能な現像処理条件および
その製造方法を提供することを目的とする。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】削除

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の配線構造の製造
方法は、半導体素子の上に下層配線が形成された基板上
に対電子線感光性を有する材料を含む絶縁膜を形成する
工程と、前記絶縁膜に電子線を照射して、前記絶縁膜を
露光する工程と、前記絶縁膜を現像して未露光部を除去
し、配線溝および／またはビアホールおよび／またはコ
ンタクトホールを形成する工程と、を有する方法であ
る。本発明の配線構造の製造方法においては、絶縁膜を
形成する工程と露光する工程との間に、絶縁膜を加熱す
る工程を有することが好ましい。前記絶縁膜を形成する
工程と絶縁膜を露光する工程との間に、前記絶縁膜の上
に保護膜を塗布し、前記絶縁膜を露光する工程の後に、
前記保護膜を除去することが好ましい。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の配線構造の製造方法で製
造される配線構造の例として、半導体装置の一例を図１
に示す。この配線構造は、第一の層間絶縁膜となるシリ
コン酸化膜１０１と、配線材からなるＷプラグ１０２
と、配線間を分離する絶縁膜１０３と、絶縁性バリアと
なるバリア絶縁膜１０４と、Ｔａ／ＴａＮからなり銅の
拡散を防ぐ導電性バリア膜１０５と、配線となる銅膜１
０６とから概略構成されている。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６２

【補正方法】削除

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６３】

【発明の効果】本発明の配線構造の製造方法によれば、
半導体素子の上に下層配線が形成された基板上に対電子
線感光性を有する材料を含む絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に電子線を照射して、前記絶縁膜を露光する
工程と、前記絶縁膜を現像して未露光部を除去し、配線
溝および／またはビアホールおよび／またはコンタクト
ホールを形成する工程とを有する方法であるため、配線
溝のドライエッチングや、アッシングを用いることな
く、微細は配線構造の形成が可能となる。また、配線工
程が簡略化されており、コストを低くすることができ
る。前記絶縁膜を形成する工程と露光する工程との間
に、前記絶縁膜を加熱する工程を有することにより、感
光特性および密着性を高めることができる。前記絶縁膜
を形成する工程と露光する工程との間に、前記絶縁膜の
上に保護膜を塗布し、前記絶縁膜を露光する工程の後
に、前記保護膜を除去することにより、露光特性を安定
化させることができる。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】本発明の配線構造の製造方法で製造される配
線構造の一例を示す断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/90 ＫＳＱ (72)発明者小倉卓東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者林喜宏東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者長原達郎東京都文京区本駒込二丁目28番８号クラリアントジャパン株式会社内 (72)発明者松尾英樹東京都文京区本駒込二丁目28番８号クラリアントジャパン株式会社内Ｆターム(参考） 5F033 HH04 HH05 HH06 HH07 HH08 HH11 HH12 HH14 HH15 HH18 HH19 HH21 HH23 HH27 HH28 HH30 HH32 HH33 HH34 JJ01 JJ04 JJ05 JJ06 JJ07 JJ08 JJ11 JJ14 JJ15 JJ18 JJ19 JJ21 JJ23 JJ27 JJ28 JJ30 JJ32 JJ33 JJ34 KK01 KK04 KK05 KK06 KK07 KK08 KK14 KK15 KK18 KK19 KK21 KK32 MM01 MM02 MM12 MM13 NN06 NN07 PP11 PP15 PP26 PP27 PP33 QQ09 QQ13 QQ14 QQ37 QQ48 QQ54 QQ73 QQ74 RR01 RR04 RR06 RR21 RR24 RR27 SS11 SS22 TT04 XX03 XX10 XX15 XX24 XX28 XX33 XX34 5F058 AA10 AC10 AD08 AD11 AF04 AG01 AG09 AH02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体素子が形成された基板上に絶縁膜
が多層形成され、絶縁膜に形成された配線溝およびビア
ホールに金属配線剤が充填されて、配線および接続プラ
グが形成された配線構造において、前記絶縁膜のうち少なくとも一層が対電子線感光性を有
する材料から形成されており、絶縁膜の層間および配線
間には対銅バリア膜を有し、前記金属配線剤は銅を含む
ことを特徴とする配線構造。
【請求項２】前記絶縁膜がポリシラザンを主成分とし
て含む組成物から形成されたものであることを特徴とす
る請求項１に記載の配線構造。
【請求項３】前記対銅バリア絶縁膜が、窒化ケイ素お
よび／または炭化ケイ素を含むことを特徴とする請求項
１に記載の配線構造。
【請求項４】半導体素子の上に下層配線が形成された
基板上に、その上に対電子線感光性を有する材料を含む
絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に電子線を照射して、前記絶縁膜を露光する
工程と、前記絶縁膜を現像して未露光部を除去し、配線溝および
／またはビアホールおよび／またはコンタクトホールを
形成する工程と、を有することを特徴とする配線構造の
製造方法。
【請求項５】請求項４に記載の配線構造の製造方法に
おいて、前記絶縁膜を形成する工程と露光する工程との
間に、絶縁膜を加熱する工程を有することを特徴とする
配線構造の製造方法。
【請求項６】請求項４または５に記載の配線構造の製
造方法において、前記絶縁膜を形成する工程と前記絶縁
膜を露光する工程との間に、前記絶縁膜の上に保護膜を
塗布し、前記絶縁膜を露光する工程の後に、前記保護膜
を除去することを特徴とする配線構造の製造方法。
【請求項７】請求項４〜６のいずれかに記載の配線構
造の製造方法において、前記絶縁膜を露光する工程と絶
縁膜を現像する工程との間に、露光した基板を加湿およ
び加熱処理する工程を有することを特徴とする配線構造
の製造方法。
【請求項８】請求項４〜７のいずれかに記載の配線構
造の製造方法において、前記絶縁膜を現像した後に、前
記絶縁膜に紫外線照射し、加湿および加熱処理し、加熱
する工程を有することを特徴とする配線構造の製造方
法。
【請求項９】請求項４〜８のいずれかに記載の配線構
造の製造方法において、前記絶縁膜と金属から形成され
た配線の上にバリア絶縁膜を形成することを特徴とする
配線構造の製造方法。
【請求項１０】請求項４〜９のいずれかに記載の配線
構造の製造方法において、配線溝の底面またはビアホー
ルの底面になっているバリア絶縁膜を、反応性イオンエ
ッチング法またはスパッタリング法によって除去する工
程を有することを特徴とする配線構造の製造方法。
【請求項１１】請求項４〜１０のいずれかに記載の配
線構造の製造方法において、前記ビアホールと、ビアホ
ールの上と、ビアホールが形成された絶縁膜との上に感
光性を有する絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に電
子線を照射して露光する工程と、前記絶縁膜を現像して
未露光部を除去し、配線溝の形成とビアホールの再形成
とを同時に行う工程とを有することを特徴とする配線構
造の製造方法。
【請求項１２】前記ビアホールが、対電子線感光性を
有する材料を含む材料から形成された絶縁膜に形成され
ていることを特徴とする請求項１１に記載の配線構造の
製造方法。
【請求項１３】請求項４〜１２のいずれかに記載の配
線構造の製造方法において、配線溝およびビアホールに
金属配線剤を充填して配線を形成する工程と、この配線
と絶縁膜とを化学機械研磨する工程と、これにより形成
された平面の上に絶縁性バリア膜を形成する工程を有す
ることを特徴とする配線構造の製造方法。
【請求項１４】請求項４〜１２のいずれかに記載の配
線構造の製造方法において、前記絶縁膜に形成された配
線溝またはビアホールが下層配線との間にミスアライメ
ントを生じた際には、前記絶縁膜を絶縁膜の現像を行う
溶液と同じ溶液で溶解して除去することを特徴とする配
線構造の製造方法。