JP2003077917A

JP2003077917A - 配線の形成方法

Info

Publication number: JP2003077917A
Application number: JP2001266862A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Shibuki; 俊一澁木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2003-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】溝配線を形成する際に、機械的、化学的に弱
い材料からなる絶縁膜表面に傷や変質を生じることな
く、絶縁膜上の余剰な導電膜を研磨もしくはドライエッ
チングによる除去を可能にする。【解決手段】基板１１上に絶縁膜１２を形成する工程
と、絶縁膜１２上に犠牲膜１３を形成する工程と、絶縁
膜１２に犠牲膜１３を貫通する凹部１４を形成する工程
と、凹部１４を埋め込む導電膜１５を形成する工程と、
凹部１４内に導電膜１５を残すように導電膜１５の余剰
な部分を除去することで凹部１４内に埋め込まれた導電
膜１５で配線１６を形成する工程と、犠牲層１３を除去
する工程とを備えた配線の形成方法により課題が解決さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配線の形成方法に
関し、詳しくは半導体装置に用いる溝配線構造の配線の
形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術には、基板上に絶縁膜を形成
した後、この絶縁膜に凹部を形成する。次いで凹部を埋
め込むように導電膜を形成した後、凹部内に導電膜を残
すようにして上記導電膜の余剰な部分を研磨によって除
去する。これによって、凹部内に埋め込まれた導電膜で
配線を形成するという、配線の形成方法が知られてい
る。この方法はいわゆる溝配線の形成方法である。

【０００３】または、上記溝配線の形成方法において、
凹部内に導電膜を残すようにして上記導電膜の余剰な部
分を除去するのをドライエッチングにより行う、配線の
形成方法が知られている。この方法もいわゆる溝配線の
形成方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、絶縁膜
には、低誘電率膜といわれる機械的、化学的に弱い材料
が採用されつつある（ＪＳＴフォーラム第１７期第５回
予稿集（２００１．３．２３）サイエンスフォーラム
社）ため、低誘電率な絶縁膜材料を用いて溝配線技術を
行った場合には、研磨時に、絶縁膜表面に傷や薬品によ
る変質を発生していた。

【０００５】また、研磨の代わりにドライエッチングを
用いた方法では、絶縁膜として化学的に弱い材料を用い
た場合、ドライエッチングによるエッチバック時に、エ
ッチングガスにさらされることやプラズマ照射により絶
縁膜にダメージを与えることになる。

【０００６】

【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配線の形成方法である。

【０００７】本発明の配線の形成方法は、基板上に絶縁
膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に犠牲膜を形成する
工程と、前記絶縁膜に前記犠牲膜を貫通する凹部を形成
する工程と、前記凹部を埋め込む導電膜を形成する工程
と、前記凹部内に前記導電膜を残すように前記導電膜の
余剰な部分を除去することで前記凹部内に埋め込まれた
前記導電膜で配線を形成する工程と、前記犠牲層を除去
する工程とを備えた形成方法である。このように、犠牲
膜が形成されていることから、導電膜を除去する際に
は、絶縁膜にダメージが入ることがない。

【０００８】前記導電膜を形成する工程は、前記凹部内
面に第１の導電膜を形成する工程と、前記凹部内を前記
第１の導電膜を介して埋め込む第２の導電膜を形成する
工程とからなる。このように、第１の導電膜と第２の導
電膜とで導電膜を形成することから、第１の導電膜に拡
散を防止するいわゆるバリア膜、密着膜を用いることに
より、第２の導電膜に拡散しやすい導電材料、例えば銅
もしくは銅合金を用いることが可能となる。また、絶縁
膜に対してはがれやすい導電材料、例えば銅もしくは銅
合金を用いることが可能になる。

【０００９】前記犠牲膜は金属もしくは金属化合物から
なる。このように、犠牲膜が金属もしくは金属化合物か
らなることから、犠牲膜にクラックが発生しにくくな
り、下地へのダメージが防止される。また、犠牲膜を薄
く形成することが可能になるので、犠牲膜を除去した際
に、導電膜表面に比べて犠牲膜の厚さ分だけ絶縁膜表面
が低くなる量が低減されるとともにその表面に生じる凹
凸が小さくなる。したがって、後の工程において、例え
ばリソグラフィーにおけるフォーカスマージンが大きく
なる。

【００１０】前記犠牲膜と前記第１の導電膜とは同質材
料からなる。このように、犠牲膜と第１の導電膜とが同
質材料で形成されることから、犠牲膜を除去する際に、
第１の導電膜の除去も同時に行えるので除去工程が簡略
化される。

【００１１】前記犠牲膜を形成する工程は、前記絶縁膜
上に第１の犠牲膜を形成する工程と、前記第１の犠牲膜
上に第２の犠牲膜を形成する工程とからなる。このよう
に、絶縁膜上に第１の犠牲膜を形成し、第１の犠牲膜上
に第２の犠牲膜を形成することから、犠牲膜と絶縁膜と
の密着性を改善することが可能になる。第１、第２の犠
牲膜の組み合わせにより、薄さと強度とを備えた膜構成
が可能になる。

【００１２】前記第１の犠牲膜は絶縁材料からなる。こ
のように、第１の犠牲膜が絶縁材料からなることから、
絶縁膜に対する密着性が高くなる。

【００１３】前記第２の犠牲膜は金属もしくは金属化合
物からなる。このように、第２の犠牲膜が金属もしくは
金属化合物からなることから、第２の犠牲膜は薄く形成
されても、クラックが入りにくくなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の配線の形成方法に係る第
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。

【００１５】図１の（１）に示すように、基板１１上に
絶縁膜１２を例えば有機絶縁膜で例えば４００ｎｍの厚
さに形成する。この有機絶縁膜の膜厚は、後に形成され
る配線の厚さによって適宜決定される。この有機絶縁膜
には、一例として、ポリアリールエーテル系樹脂（例え
ばアライドシグナル社製のＦＬＡＲＥ、ダウケミカル社
製のＳｉＬＫ、シューマッカー社製のＶＥＬＯＸ等）、
ポリテトラフルオロエチレン系樹脂、シクロポリマライ
ズドフロリネーテッドポリマー系樹脂、ポリイミド樹脂
等を用いることが可能である。ここでは、一例としてポ
リアリールエーテル系樹脂（ＳｉＬＫ）を用いた。

【００１６】次いで、上記絶縁膜１２上に犠牲膜１３を
形成する。この犠牲膜１３には例えば酸化シリコンを用
い、その厚さは、後の研磨工程時に絶縁膜１２が損傷を
受けることが無くかつ犠牲膜１３を除去した際に配線の
段差が大きくならない程度のとする。ここでは、一例と
して、酸化シリコン膜を２００ｎｍの厚さに成膜した。
成膜方法は、塗布法、化学的気相成長法等、低温（上記
絶縁膜１２の熱分解温度未満の成膜温度）で成膜可能な
方法を用いる。

【００１７】次いで、上記絶縁膜１２に上記犠牲膜１３
を貫通する凹部１４を、例えば幅：０．５μｍ、長さ：
５μｍに形成する。まず、レジスト塗布技術により犠牲
膜１３上にレジスト膜（図示せず）を形成した後、リソ
グラフィー技術により凹部を形成する領域上のレジスト
膜に開口部を形成する。その後、このレジスト膜をマス
クに用いたエッチングにより上記犠牲膜１３および上記
絶縁膜１２をエッチングして、凹部１４を形成する。こ
のエッチングでは、絶縁膜１２をエッチングする際に、
上記レジスト膜がエッチングされるが、犠牲膜１３がエ
ッチングマスクになるので、形状が崩れることなく、レ
ジスト膜に形成した開口部を転写するように、凹部１４
が形成される。したがって、凹部１４を形成するエッチ
ングによってレジスト膜が完全に除去されるならば、新
たにレジスト膜を除去する工程を行う必要はない。

【００１８】なお、図１の（１）では、凹部１４が基板
１１に達するように形成されているが、上記凹部１４は
絶縁膜１２の途中まで形成されるものであってもよい。

【００１９】次いで、上記凹部１４が埋め込まれるよう
に上記犠牲膜１３上に導電膜１５を形成する。この導電
膜１５は、例えばアルミニウムもしくはアルミニウム合
金で成膜する。ここでは、一例として、アルミニウムを
２μｍの厚さに成膜した。この成膜方法は問わないが、
例えばスパッタリングにより成膜する。

【００２０】次いで、図１の（２）に示すように、上記
凹部１４内に上記導電膜１５を残すように上記導電膜１
５の余剰な部分、すなわち、凹部１４に埋め込まれた以
外の導電膜１５を、例えば研磨によって除去する。

【００２１】その後、ドライエッチングによって、酸化
シリコン膜からなる上記犠牲層１３を除去して、図１の
（３）に示すように、絶縁膜１２に形成された凹部１４
に溝配線構造の導電膜１５からなる配線１６が完成す
る。このドライエッチングではＣＦ系などのフッ素
（Ｆ）系のドライエッチング剤を用いることにより、酸
化シリコンからなる犠牲膜１３を絶縁膜１２および配線
１６に対して選択的に除去することができる。

【００２２】次に、上記第１の実施の形態に対する比較
例を、図２の概略構成断面図によって説明する。

【００２３】図２の（１）に示すように、基板２１１上
に絶縁膜２１２を例えば有機絶縁膜で例えば４００ｎｍ
の厚さに形成する。この有機絶縁膜には、一例として、
ポリアリールエーテル系樹脂（例えばダウケミカル社製
のＳｉＬＫ）を用いる。

【００２４】次いで、上記絶縁膜２１２に凹部１１３
を、例えば幅：０．５μｍ、長さ：５μｍに形成する。
まず、レジスト塗布技術により絶縁膜２１２上にレジス
ト膜（図示せず）を形成した後、リソグラフィー技術に
より凹部を形成する領域上のレジスト膜に開口部を形成
する。その後、このレジスト膜をマスクに用いたエッチ
ングにより上記絶縁膜２１２をエッチングして、凹部２
１３を形成する。

【００２５】次いで、上記凹部２１３を埋め込むように
上記絶縁膜２１２上に導電膜２１４を形成する。この導
電膜２１４は例えばアルミニウムもしくはアルミニウム
合金で、例えば２μｍの厚さに形成する。この成膜は、
例えばスパッタリングにより成膜する。

【００２６】次いで、図２の（２）に示すように、上記
凹部２１３内に上記導電膜２１４を残すように上記導電
膜２１４の余剰な部分、すなわち、凹部２１３に埋め込
まれた以外の導電膜２１４を、例えば研磨によって除去
する。この結果、上記凹部２１３内に埋め込まれた導電
膜２１４で配線２１５が形成される。

【００２７】上記比較例では、配線２１５が形成された
後、絶縁膜２１２表面に多数の傷が確認された。一方、
上記第１の実施の形態による形成方法によれば、犠牲膜
１３を除去した後の上記絶縁膜１２表面には傷は確認さ
れなかった。よって、本発明の方法によれば、絶縁膜１
２表面を損傷することなく溝配線構造の配線１６を形成
することが可能になる。

【００２８】次に、本発明の配線の形成方法に係る第２
の実施の形態を、図３の概略構成断面図によって説明す
る。なお、図３では、前記図１によって説明した構成部
品と同様なものには図１と同一の符号を付与した。

【００２９】図３の（１）に示すように、基板１１上に
絶縁膜１２を例えば有機絶縁膜で例えば４００ｎｍの厚
さに形成する。この有機絶縁膜の膜厚は、後に形成され
る配線の厚さによって適宜決定される。この有機絶縁膜
には、一例として、ポリアリールエーテル系樹脂（例え
ばアライドシグナル社製のＦＬＡＲＥ、ダウケミカル社
製のＳｉＬＫ、シューマッカー社製のＶＥＬＯＸ等）、
ポリテトラフルオロエチレン系樹脂、シクロポリマライ
ズドフロリネーテッドポリマー系樹脂、ポリイミド樹脂
等を用いることが可能である。ここでは、一例としてポ
リアリールエーテル系樹脂（ＳｉＬＫ）を用いた。

【００３０】次いで、上記絶縁膜１２上に犠牲膜１３を
形成する。この犠牲膜１３には例えば酸化シリコンを用
い、その厚さは、後の研磨工程時に絶縁膜１２が損傷を
受けることが無くかつ犠牲膜１３を除去した際に配線の
段差が大きくならない程度のとする。ここでは、一例と
して、酸化シリコン膜を２００ｎｍの厚さに成膜した。
成膜方法は、塗布法、化学的気相成長法等、低温（上記
絶縁膜１２の熱分解温度未満の成膜温度）で成膜可能な
方法を用いる。

【００３１】次いで、上記絶縁膜１２に上記犠牲膜１３
を貫通する凹部１４を、例えば幅：０．５μｍ、長さ：
５μｍに形成する。まず、レジスト塗布技術により犠牲
膜１３上にレジスト膜（図示せず）を形成した後、リソ
グラフィー技術により凹部を形成する領域上のレジスト
膜に開口部を形成する。その後、このレジスト膜をマス
クに用いたエッチングにより上記犠牲膜１３および上記
絶縁膜１２をエッチングして、凹部１４を形成する。こ
のエッチングでは、絶縁膜１２をエッチングする際に、
上記レジスト膜がエッチングされるが、犠牲膜１３がエ
ッチングマスクになるので、形状が崩れることなく、レ
ジスト膜に形成した開口部を転写するように、凹部１４
が形成される。したがって、凹部１４を形成するエッチ
ングによってレジスト膜が完全に除去されるならば、新
たにレジスト膜を除去する工程を行う必要はない。

【００３２】なお、図３の（１）では、凹部１４が基板
１１に達するように形成されているが、上記凹部１４は
絶縁膜１２の途中まで形成されるものであってもよい。

【００３３】次いで、上記凹部１４の内面および上記犠
牲膜１３上に第１の導電膜２１を形成する。この第１の
導電膜２１は、例えばタンタル膜で形成し、その膜厚は
次に成膜する第２の導電膜２２の拡散を防止するバリア
層としての機能を有する膜厚、例えば５ｎｍ〜５０ｎｍ
の厚さに形成する。ここでは一例として３０ｎｍの厚さ
に形成した。この成膜は、例えばスパッタリングを用い
る。

【００３４】次いで、上記第１の導電膜２１を介して上
記凹部１４を埋め込むように上記犠牲膜１３上に第２の
導電膜２２を形成する。この第２の導電膜２２は、例え
ば銅もしくは銅合金で形成する。まず、スパッタリング
により例えば１００ｎｍの厚さに銅めっきシード層を形
成した後、銅めっきにより例えば１μｍの厚さに銅を堆
積して形成する。この銅の膜厚は上記凹部１４が完全に
埋め込まれる膜厚とする。

【００３５】次いで、図３の（２）に示すように、上記
凹部１４内に上記第１の導電膜２１および第２の導電膜
２２を残すように上記第２の導電膜２２の余剰な部分、
すなわち、凹部１４に埋め込まれた以外の第２の導電膜
２２を、例えば研磨によって除去する。この結果、上記
凹部１４内には第１の導電膜２１を介して埋め込まれた
第２の導電膜２２が残る。また、犠牲膜１３上には第１
の導電膜２１が残る。この第１の導電膜２１は、上記第
２の導電膜２２の研磨において研磨ストッパとなる。

【００３６】さらに、研磨によって、上記犠牲膜１３上
の第１の導電膜２１を除去する。これによって、図３の
（３）に示すように、犠牲膜１３が露出される。

【００３７】その後、ドライエッチングによって、酸化
シリコン膜からなる上記犠牲層１３を除去して、図３の
（４）に示すように、絶縁膜１２に形成された凹部１４
に第１の導電膜２１を介して溝配線構造の第２の導電膜
２２からなる配線１６が完成する。このドライエッチン
グではＣＦ系などのフッ素（Ｆ）系のドライエッチング
剤を用いることにより、酸化シリコンからなる犠牲膜１
３を絶縁膜１２および配線１６に対して選択的に除去す
ることができる。

【００３８】上記第２の実施の形態では、配線の主材料
となる第２の導電膜２２を成膜する前にタンタルからな
る第１の導電膜２１を形成したことにより、第１の導電
膜２１は、第２の導電膜２２の拡散を防止するバリア層
として働き、また第２の導電膜２２の密着性を向上させ
る密着層として機能する。

【００３９】次に、本発明の配線の形成方法に係る第３
の実施の形態を、図４の概略構成断面図によって説明す
る。なお、図４では、前記図３によって説明した構成部
品と同様なものには図３と同一の符号を付与した。

【００４０】図４の（１）に示すように、基板１１上に
絶縁膜１２を例えば有機絶縁膜で例えば４００ｎｍの厚
さに形成する。この有機絶縁膜には、一例として、ポリ
アリールエーテル系樹脂（例えばアライドシグナル社製
のＦＬＡＲＥ、ダウケミカル社製のＳｉＬＫ、シューマ
ッカー社製のＶＥＬＯＸ等）、ポリテトラフルオロエチ
レン系樹脂、シクロポリマライズドフロリネーテッドポ
リマー系樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることが可能で
ある。ここでは、一例としてポリアリールエーテル系樹
脂（ＳｉＬＫ）を用いた。

【００４１】次いで、上記絶縁膜１２上に犠牲膜１３を
形成する。この犠牲膜１３には例えばチタン膜を用い、
その厚さは、後の研磨工程時に絶縁膜１２が損傷を受け
ることが無くかつ犠牲膜１３を除去した際に配線の段差
ができうる限り低くなるように決定する。ここでは一例
としてチタン膜を例えば７０ｎｍの厚さに成膜した。成
膜方法は、スパッタリング、化学的気相成長法、蒸着法
等で低温（上記絶縁膜１２の熱分解温度未満の成膜温
度）で成膜可能な方法を用いる。

【００４２】次いで、上記絶縁膜１２に上記犠牲膜１３
を貫通する凹部１４を、例えば幅：０．５μｍ、長さ：
５μｍに形成する。まず、レジスト塗布技術により犠牲
膜１３上にレジスト膜（図示せず）を形成した後、リソ
グラフィー技術により凹部を形成する領域上のレジスト
膜に開口部を形成する。その後、このレジスト膜をマス
クに用いたエッチングにより上記犠牲膜１３および上記
絶縁膜１２をエッチングして、凹部１４を形成する。こ
のエッチングでは、絶縁膜１２をエッチングする際に、
上記レジスト膜がエッチングされるが、犠牲膜１３がエ
ッチングマスクになるので、形状が崩れることなく、レ
ジスト膜に形成した開口部を転写するように、凹部１４
が形成される。したがって、凹部１４を形成するエッチ
ングによってレジスト膜が完全に除去されるならば、新
たにレジスト膜を除去する工程を行う必要はない。

【００４３】なお、図４の（１）では、凹部１４が基板
１１に達するように形成されているが、上記凹部１４は
絶縁膜１２の途中まで形成されるものであってもよい。

【００４４】次いで、上記凹部１４の内面および上記犠
牲膜１３上に第１の導電膜２１を形成する。この第１の
導電膜２１は、例えばタンタル膜で形成し、その膜厚は
次に成膜する第２の導電膜２２の拡散を防止するバリア
層としての機能を有する膜厚、例えば５ｎｍ〜５０ｎｍ
の厚さに形成する。ここでは一例として３０ｎｍの厚さ
に形成した。この成膜は、例えばスパッタリングを用い
る。

【００４５】次いで、上記第１の導電膜２１を介して上
記凹部１４を埋め込むように上記犠牲膜１３上に第２の
導電膜２２を形成する。この第２の導電膜２２は、例え
ば銅もしくは銅合金で形成する。まず、スパッタリング
により例えば１００ｎｍの厚さに銅めっきシード層を形
成した後、銅めっきにより例えば１μｍの厚さに銅を堆
積して形成する。この銅の膜厚は上記凹部１４が完全に
埋め込まれる膜厚とする。

【００４６】次いで、図４の（２）に示すように、上記
凹部１４内に上記第１の導電膜２１および第２の導電膜
２２を残すように上記第２の導電膜２２の余剰な部分、
すなわち、凹部１４に埋め込まれた以外の第２の導電膜
２２を、例えば研磨によって除去する。この結果、上記
凹部１４内には第１の導電膜２１を介して埋め込まれた
第２の導電膜２２が残る。また、犠牲膜１３上には第１
の導電膜２１が残る。この第１の導電膜２１は、上記第
２の導電膜２２の研磨において研磨ストッパとなる。

【００４７】さらに、研磨によって、上記犠牲膜１３上
の第１の導電膜２１を除去する。これによって、図４の
（３）に示すように、犠牲膜１３が露出される。

【００４８】その後、ドライエッチングによって、チタ
ン膜からなる上記犠牲層１３を除去して、図４の（４）
に示すように、絶縁膜１２に形成された凹部１４に第２
の導電膜２１を介して溝配線構造の第２の導電膜２２か
らなる配線１６が完成する。このドライエッチングでは
塩素（Ｃｌ）系またはＣＦ系などのフッ素（Ｆ）系のド
ライエッチング剤を用いることにより、チタンからなる
犠牲膜１３を絶縁膜１２および配線１６に対して選択的
に除去することができる。

【００４９】上記第３の実施の形態では、犠牲膜１３を
除去した後の上記絶縁膜１２表面を顕微鏡観察した結
果、その表面に傷は確認されなかった。よって、本発明
の方法によれば、絶縁膜１２表面を損傷することなく溝
配線構造の配線１６を形成することが可能になる。

【００５０】また、配線の主材料となる第２の導電膜２
２を成膜する前にタンタルからなる第１の導電膜２１を
形成したことにより、第１の導電膜２１は、第２の導電
膜２２の拡散を防止するバリア層として働き、また第２
の導電膜２２の密着性を向上させる密着層として機能す
る。

【００５１】次に、上記第３の実施の形態に対する比較
例を以下に説明する。この比較例は、前記第３の実施の
形態において、犠牲膜１３を厚さが７０ｎｍの酸化シリ
コンで形成した点のみが異なる。

【００５２】この比較例において、第１の導電膜２１の
タンタル膜を除去した後に顕微鏡観察を行ったところ、
犠牲膜１３に多数のクラックが発生していた。これは、
犠牲膜１３を厚さが７０ｎｍの酸化シリコンで形成した
ため、第１の導電膜２１を除去する研磨の加工圧力に犠
牲膜１３が耐えられずにクラックが発生したものであ
る。さらに、ドライエッチングにより酸化シリコンから
なる犠牲膜１３を除去した後に顕微鏡観察を行ったとこ
ろ、絶縁膜１２表面には多数の傷が発見された。これ
は、犠牲膜１３に生じたクラックが原因となって、研磨
中に絶縁膜１２表面に傷が発生したものと考えられる。

【００５３】ここで、犠牲膜１３の材質と厚さによる、
配線１６を形成した後の絶縁膜１２表面状態を表１に表
す。犠牲膜１３として、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン
（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（Ｔａ
Ｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、酸
化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（ＳｉＮ）を用
いた場合を示した。

【００５４】

【表１】

【００５５】表１より、犠牲膜１３は、金属、金属化合
物で形成したほうが、厚さを薄くしてもクラックの発生
が少ないことがわかった。

【００５６】なお、犠牲膜１３に用いる金属、金属化合
物には、上記チタン（Ｔｉ）のほかに、窒化チタン（Ｔ
ｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、
銅、アルミニウム、金、白金、イリジウム、ルテニウ
ム、ニッケル、コバルト、クロム、鉄等を用いることが
できる。これらの材料は、強度、コスト、ドライエッチ
ング時の選択比等を考慮して選択される。

【００５７】また、第２の実施の形態と第３の実施の形
態を比較すると、第２の実施の形態では、銅からなる配
線１６と絶縁膜１２との段差が２００ｎｍある。しかし
ながら、第３の実施の形態では、銅からなる配線１６と
絶縁膜１２との段差が７０ｎｍとなる。よって、犠牲膜
１３に金属もしくは金属化合物を用いることによって、
犠牲膜１３の膜厚を薄く形成することは段差の低減とい
う点で効果がある。

【００５８】次に、本発明の配線の形成方法に係る第４
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。なお、図５では、前記図３によって説明した構成部
品と同様なものには図３と同一の符号を付与した。

【００５９】図５の（１）に示すように、基板１１上に
絶縁膜１２を例えば有機絶縁膜で例えば４００ｎｍの厚
さに形成する。この有機絶縁膜には、一例として、ポリ
アリールエーテル系樹脂（例えばアライドシグナル社製
のＦＬＡＲＥ、ダウケミカル社製のＳｉＬＫ、シューマ
ッカー社製のＶＥＬＯＸ等）、ポリテトラフルオロエチ
レン系樹脂、シクロポリマライズドフロリネーテッドポ
リマー系樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることが可能で
ある。ここでは、一例としてポリアリールエーテル系樹
脂（ＳｉＬＫ）を用いた。

【００６０】次いで、上記絶縁膜１２上に犠牲膜１３を
形成する。この犠牲膜１３には例えばタンタル膜を用
い、その厚さは、後の研磨工程時に絶縁膜１２が損傷を
受けることが無くかつ犠牲膜１３を除去した際に配線の
段差ができうる限り低くなるように決定する。ここでは
一例としてタンタル膜を例えば７０ｎｍの厚さに成膜し
た。成膜方法は、スパッタリング、化学的気相成長法、
蒸着法等で低温（上記絶縁膜１２の熱分解温度未満の成
膜温度）で成膜可能な方法を用いる。

【００６１】次いで、上記絶縁膜１２に上記犠牲膜１３
を貫通する凹部１４を、例えば幅：０．５μｍ、長さ：
５μｍに形成する。まず、レジスト塗布技術により犠牲
膜１３上にレジスト膜（図示せず）を形成した後、リソ
グラフィー技術により凹部を形成する領域上のレジスト
膜に開口部を形成する。その後、このレジスト膜をマス
クに用いたエッチングにより上記犠牲膜１３および上記
絶縁膜１２をエッチングして、凹部１４を形成する。こ
のエッチングでは、絶縁膜１２をエッチングする際に、
上記レジスト膜がエッチングされるが、犠牲膜１３がエ
ッチングマスクになるので、形状が崩れることなく、レ
ジスト膜に形成した開口部を転写するように、凹部１４
が形成される。したがって、凹部１４を形成するエッチ
ングによってレジスト膜が完全に除去されるならば、新
たにレジスト膜を除去する工程を行う必要はない。

【００６２】なお、図５の（１）では、凹部１４が基板
１１に達するように形成されているが、上記凹部１４は
絶縁膜１２の途中まで形成されるものであってもよい。

【００６３】次いで、上記凹部１４の内面および上記犠
牲膜１３上に第１の導電膜２１を形成する。この第１の
導電膜２１は、例えばタンタル膜で形成し、その膜厚は
次に成膜する第２の導電膜２２の拡散を防止するバリア
層としての機能を有する膜厚、例えば５ｎｍ〜５０ｎｍ
の厚さに形成する。ここでは一例として３０ｎｍの厚さ
に形成した。この成膜は、例えばスパッタリングを用い
る。

【００６４】次いで、上記第１の導電膜２１を介して上
記凹部１４を埋め込むように上記犠牲膜１３上に第２の
導電膜２２を形成する。この第２の導電膜２２は、例え
ば銅もしくは銅合金で形成する。まず、スパッタリング
により例えば１００ｎｍの厚さに銅めっきシード層を形
成した後、銅めっきにより例えば１μｍの厚さに銅を堆
積して形成する。この銅の膜厚は上記凹部１４が完全に
埋め込まれる膜厚とする。

【００６５】次いで、図５の（２）に示すように、上記
凹部１４内に上記第１の導電膜２１および第２の導電膜
２２を残すように上記第２の導電膜２２の余剰な部分、
すなわち、凹部１４に埋め込まれた以外の第２の導電膜
２２を、例えば研磨によって除去する。この結果、上記
凹部１４内には第１の導電膜２１を介して埋め込まれた
第２の導電膜２２が残る。また、犠牲膜１３上には第１
の導電膜２１が残る。この第１の導電膜２１は、上記第
２の導電膜２２の研磨において研磨ストッパとなる。

【００６６】その後、ドライエッチングによって、タン
タル膜からなる上記犠牲層１３上の第１の導電膜２１お
よび上記犠牲膜１３を除去して、図５の（３）に示すよ
うに、絶縁膜１２に形成された凹部１４に第１の導電膜
２１を介して溝配線構造の第１の導電膜２１からなる配
線１６が完成する。このドライエッチングでは塩素（Ｃ
ｌ）系のドライエッチング剤を用いることにより、タン
タルからなる第１の導電膜２１および犠牲膜１３を絶縁
膜１２および配線１６に対して選択的に除去することが
できる。

【００６７】上記第４の実施の形態では、犠牲膜１３を
除去した後の上記絶縁膜１２表面を顕微鏡観察した結
果、その表面に傷は確認されなかった。よって、本発明
の方法によれば、絶縁膜１２表面を損傷することなく溝
配線構造の配線１６を形成することが可能になる。ま
た、第１の導電膜２１と犠牲膜１３を１回のドライエッ
チング工程により除去することができるので、上記第３
の実施の形態よりも１工程削減することができる。

【００６８】さらに、配線の主材料となる第２の導電膜
２２を成膜する前にタンタルからなる第１の導電膜２１
を形成したことにより、第１の導電膜２１は、第２の導
電膜２２の拡散を防止するバリア層として働き、また第
２の導電膜２２の密着性を向上させる密着層として機能
する。

【００６９】次に、本発明の配線の形成方法に係る第５
の実施の形態を、図６の概略構成断面図によって説明す
る。なお、図６では、前記図３によって説明した構成部
品と同様なものには図３と同一の符号を付与した。

【００７０】図６の（１）に示すように、基板１１上に
絶縁膜１２を例えば有機絶縁膜で例えば４００ｎｍの厚
さに形成する。この有機絶縁膜には、一例として、ポリ
アリールエーテル系樹脂（例えばアライドシグナル社製
のＦＬＡＲＥ、ダウケミカル社製のＳｉＬＫ、シューマ
ッカー社製のＶＥＬＯＸ等）、ポリテトラフルオロエチ
レン系樹脂、シクロポリマライズドフロリネーテッドポ
リマー系樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることが可能で
ある。ここでは、一例としてポリアリールエーテル系樹
脂（ＳｉＬＫ）を用いた。

【００７１】次いで、上記絶縁膜１２上に第１の犠牲膜
３１を形成する。この第１の犠牲膜３１には例えば酸化
シリコン膜を用い、厚さが例えば２ｎｍ〜４０ｎｍとな
るように成膜する。ここでは、一例として、５ｎｍの厚
さに成膜した。成膜方法は、低温（上記絶縁膜１２の熱
分解温度未満の成膜温度）で成膜可能な、例えば化学的
気相成長法を用いる。

【００７２】さらに、上記第１の犠牲膜３１上に第２の
犠牲膜３２を形成する。この第２の犠牲膜３２には例え
ばチタン膜を用い、厚さが例えば１０ｎｍ〜１３０ｎｍ
となるように成膜する。ここでは、一例として、６５ｎ
ｍの厚さに成膜した。成膜方法は、例えばスパッタリン
グ、化学的気相成長法、蒸着法等の低温（上記絶縁膜１
２の熱分解温度未満の成膜温度）で成膜可能な成膜方法
を用いる。ここでは、一例として、スパッタリングによ
り成膜した。

【００７３】上記第１の犠牲膜３１は上記第２の犠牲膜
３２の密着性が確保される材料かつ膜厚に形成されれば
よく、上記第２の犠牲膜３２は、後の研磨工程時に絶縁
膜１２が損傷を受けることが無くかつ第２の犠牲膜３２
を除去した際に配線の段差ができうる限り低くなるよう
に決定する。

【００７４】次いで、上記絶縁膜１２に上記第２、第１
の犠牲膜３２、３１を貫通する凹部１４を、例えば幅：
０．５μｍ、長さ：５μｍに形成する。まず、レジスト
塗布技術により第２の犠牲膜３２上にレジスト膜（図示
せず）を形成した後、リソグラフィー技術により凹部を
形成する領域上のレジスト膜に開口部を形成する。その
後、このレジスト膜をマスクに用いたエッチングにより
上記第２、第１の犠牲膜３２、３１および上記絶縁膜１
２をエッチングして、凹部１４を形成する。このエッチ
ングでは、絶縁膜１２をエッチングする際に、上記レジ
スト膜がエッチングされるが、第２の犠牲膜３２がエッ
チングマスクになるので、形状が崩れることなく、レジ
スト膜に形成した開口部を転写するように、凹部１４が
形成される。したがって、凹部１４を形成するエッチン
グによってレジスト膜が完全に除去されるならば、新た
にレジスト膜を除去する工程を行う必要はない。

【００７５】なお、図６の（１）では、凹部１４が基板
１１に達するように形成されているが、上記凹部１４は
絶縁膜１２の途中まで形成されるものであってもよい。

【００７６】次いで、上記凹部１４の内面および上記第
２の犠牲膜３２上に第１の導電膜２１を形成する。この
第１の導電膜２１は、例えばタンタル膜で形成し、その
膜厚は次に成膜する第２の導電膜２２の拡散を防止する
バリア層としての機能を有する膜厚、例えば５ｎｍ〜５
０ｎｍの厚さに形成する。ここでは一例として３０ｎｍ
の厚さに形成した。この成膜は、例えばスパッタリング
を用いる。

【００７７】次いで、上記第１の導電膜２１を介して上
記凹部１４を埋め込むように上記犠牲膜１３上に第２の
導電膜２２を形成する。この第２の導電膜２２は、例え
ば銅もしくは銅合金で形成する。まず、スパッタリング
により例えば１００ｎｍの厚さに銅めっきシード層を形
成した後、銅めっきにより例えば１μｍの厚さに銅を堆
積して形成する。この銅の膜厚は上記凹部１４が完全に
埋め込まれる膜厚とする。

【００７８】次いで、図６の（２）に示すように、上記
凹部１４内に上記第１の導電膜２１および第２の導電膜
２２を残すように上記第２の導電膜２２の余剰な部分、
すなわち、凹部１４に埋め込まれた以外の第２の導電膜
２２を、例えば研磨によって除去する。この結果、上記
凹部１４内には第１の導電膜２１を介して埋め込まれた
第２の導電膜２２が残る。また、第２の犠牲膜３２上に
は第１の導電膜２１が残る。この第１の導電膜２１は、
上記第２の導電膜２２の研磨において研磨ストッパとな
る。

【００７９】さらに、研磨によって、上記第２の犠牲膜
３２上における第１の導電膜２１を除去する。これによ
って、図６の（３）に示すように、第２の犠牲膜３２が
露出される。

【００８０】その後、ドライエッチングによって、チタ
ン膜からなる上記第２の犠牲層３２を除去する。その結
果、図６の（４）に示すように、第２の犠牲膜３１が露
出される。このドライエッチングでは塩素（Ｃｌ）系ま
たはＣＦ系などのフッ素（Ｆ）系のドライエッチング剤
を用いることにより、チタンからなる第２の犠牲膜３２
を第２の導電膜２２に対して選択的に除去することがで
きる。

【００８１】さらに、ドライエッチングによって、酸化
シリコン膜からなる上記第１の犠牲層３１を除去して、
図６の（５）に示すように、絶縁膜１２に形成された凹
部１４に第１の導電膜２１を介して溝配線構造の第２の
導電膜２２からなる配線１６が完成する。このドライエ
ッチングではＣＦ系などのフッ素（Ｆ）系のドライエッ
チング剤を用いることにより、酸化シリコンからなる第
１の犠牲膜３１を絶縁膜１２および配線１６に対して選
択的に除去することができる。

【００８２】上記第５の実施の形態による形成方法によ
れば、第１の犠牲膜３１を除去した後の上記絶縁膜１２
表面を顕微鏡観察した結果、その表面に傷は確認されな
かった。よって、本発明の方法によれば、絶縁膜１２表
面を損傷することなく溝配線構造の配線１６を形成する
ことが可能になる。また、銅の下地にタンタルからなる
第１の導電膜２１が形成されていることから、第１の導
電膜２１によって銅の拡散が防止される。

【００８３】さらに、配線の主材料となる第２の導電膜
２２を成膜する前にタンタルからなる第１の導電膜２１
を形成したことにより、第１の導電膜２１は、第２の導
電膜２２の拡散を防止するバリア層として働き、また第
２の導電膜２２の密着性を向上させる密着層として機能
する。

【００８４】上記各実施の形態において、上記各実施の
形態に示した絶縁膜１２は、上記した有機絶縁膜（比誘
電率が２〜３）の他に、比誘電率が３以下の絶縁材料を
用いることができる。一般に、比誘電率が３以下の絶縁
材料は、酸化シリコンや窒化シリコンと比べて化学薬品
耐性が低い、機械的強度が低い、熱に弱い等の性質を有
している。しかしながら、上記説明した各実施の形態の
形成方法、すなわち本発明の配線の形成方法では、導電
膜１５もしくは第１、第２の導電膜２１，２２を除去す
る際に犠牲膜１３もしくは第１、第２の犠牲膜３１，３
２によって絶縁膜１２が保護されているため、絶縁膜１
２に比誘電率が３以下の材料を用いることができる。

【００８５】また、上記説明した各実施の形態の形成方
法、すなわち本発明の配線の形成方法では、絶縁膜１２
上に犠牲膜１３もしくは第１、第２の犠牲膜３１、３２
が形成されていることから、加工圧力が加えられるため
に機械的ダメージが絶縁膜１２に入りやすい研磨により
導電膜１５もしくは第１、第２の導電膜２１、２２を除
去することが可能になっている。

【００８６】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の配線の形
成方法によれば、絶縁膜上に犠牲膜を形成することによ
り配線を形成した後、絶縁膜を損傷することなく絶縁膜
上の犠牲膜を除去することができるので、絶縁膜へのダ
メージを大幅に低減することができる。よって、配線の
形成を伴う半導体装置の製造工程における製造歩留まり
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配線の形成方法に係る第１の実施の形
態を示す製造工程断面図である。

【図２】本発明の配線の形成方法に対する比較例を示す
製造工程断面図である。

【図３】本発明の配線の形成方法に係る第２の実施の形
態を示す製造工程断面図である。

【図４】本発明の配線の形成方法に係る第３の実施の形
態を示す製造工程断面図である。

【図５】本発明の配線の形成方法に係る第４の実施の形
態を示す製造工程断面図である。

【図６】本発明の配線の形成方法に係る第５の実施の形
態を示す製造工程断面図である。

【符号の説明】

１１…基板、１２…絶縁膜、１３…犠牲膜、１４…凹
部、１５…導電膜、１６…配線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に犠牲膜を形成する工程と、前記絶縁膜に前記犠牲膜を貫通する凹部を形成する工程
と、前記凹部を埋め込む導電膜を形成する工程と、前記凹部内に前記導電膜を残すように前記導電膜の余剰
な部分を除去することで前記凹部内に埋め込まれた前記
導電膜で配線を形成する工程と、前記犠牲層を除去する工程とを備えたことを特徴とする
配線の形成方法。
【請求項２】前記導電膜を形成する工程は、前記凹部内面に第１の導電膜を形成する工程と、前記凹部内を前記第１の導電膜を介して埋め込む第２の
導電膜を形成する工程とからなることを特徴とする請求
項１記載の配線の形成方法。
【請求項３】前記犠牲膜は金属もしくは金属化合物か
らなることを特徴とする請求項１記載の配線の形成方
法。
【請求項４】前記犠牲膜は金属もしくは金属化合物か
らなることを特徴とする請求項２記載の配線の形成方
法。
【請求項５】前記犠牲膜と前記第１の導電膜とは同質
材料からなることを特徴とする請求項２記載の配線の形
成方法。
【請求項６】前記犠牲膜と前記第１の導電膜とは同質
材料からなることを特徴とする請求項４記載の配線の形
成方法。
【請求項７】前記犠牲膜を形成する工程は、前記絶縁膜上に第１の犠牲膜を形成する工程と、前記第１の犠牲膜上に第２の犠牲膜を形成する工程とか
らなることを特徴とする請求項１記載の配線の形成方
法。
【請求項８】前記犠牲膜を形成する工程は、前記絶縁膜上に第１の犠牲膜を形成する工程と、前記第１の犠牲膜上に第２の犠牲膜を形成する工程とか
らなることを特徴とする請求項２記載の配線の形成方
法。
【請求項９】前記犠牲膜を形成する工程は、前記絶縁膜上に第１の犠牲膜を形成する工程と、前記第１の犠牲膜上に第２の犠牲膜を形成する工程とか
らなることを特徴とする請求項３記載の配線の形成方
法。
【請求項１０】前記犠牲膜を形成する工程は、前記絶縁膜上に第１の犠牲膜を形成する工程と、前記第１の犠牲膜上に第２の犠牲膜を形成する工程とか
らなることを特徴とする請求項４記載の配線の形成方
法。
【請求項１１】前記犠牲膜を形成する工程は、前記絶縁膜上に第１の犠牲膜を形成する工程と、前記第１の犠牲膜上に第２の犠牲膜を形成する工程とか
らなることを特徴とする請求項５記載の配線の形成方
法。
【請求項１２】前記犠牲膜を形成する工程は、前記絶縁膜上に第１の犠牲膜を形成する工程と、前記第１の犠牲膜上に第２の犠牲膜を形成する工程とか
らなることを特徴とする請求項６記載の配線の形成方
法。
【請求項１３】前記第１の犠牲膜は絶縁材料からなる
ことを特徴とする請求項７記載の配線の形成方法。
【請求項１４】前記第１の犠牲膜は絶縁材料からなる
ことを特徴とする請求項８記載の配線の形成方法。
【請求項１５】前記第１の犠牲膜は絶縁材料からなる
ことを特徴とする請求項９記載の配線の形成方法。
【請求項１６】前記第１の犠牲膜は絶縁材料からなる
ことを特徴とする請求項１０記載の配線の形成方法。
【請求項１７】前記第１の犠牲膜は絶縁材料からなる
ことを特徴とする請求項１１記載の配線の形成方法。
【請求項１８】前記第１の犠牲膜は絶縁材料からなる
ことを特徴とする請求項１２記載の配線の形成方法。
【請求項１９】前記第２の犠牲膜は金属もしくは金属
化合物からなることを特徴とする請求項７記載の配線の
形成方法。
【請求項２０】前記第２の犠牲膜は金属もしくは金属
化合物からなることを特徴とする請求項８記載の配線の
形成方法。
【請求項２１】前記第２の犠牲膜は金属もしくは金属
化合物からなることを特徴とする請求項９記載の配線の
形成方法。
【請求項２２】前記第２の犠牲膜は金属もしくは金属
化合物からなることを特徴とする請求項１０記載の配線
の形成方法。
【請求項２３】前記第２の犠牲膜は金属もしくは金属
化合物からなることを特徴とする請求項１１記載の配線
の形成方法。
【請求項２４】前記第２の犠牲膜は金属もしくは金属
化合物からなることを特徴とする請求項１２記載の配線
の形成方法。
【請求項２５】前記第２の犠牲膜は金属もしくは金属
化合物からなることを特徴とする請求項１３記載の配線
の形成方法。
【請求項２６】前記第２の犠牲膜は金属もしくは金属
化合物からなることを特徴とする請求項１４記載の配線
の形成方法。
【請求項２７】前記第２の犠牲膜は金属もしくは金属
化合物からなることを特徴とする請求項１５記載の配線
の形成方法。
【請求項２８】前記第２の犠牲膜は金属もしくは金属
化合物からなることを特徴とする請求項１６記載の配線
の形成方法。
【請求項２９】前記第２の犠牲膜は金属もしくは金属
化合物からなることを特徴とする請求項１７記載の配線
の形成方法。
【請求項３０】前記第２の犠牲膜は金属もしくは金属
化合物からなることを特徴とする請求項１８記載の配線
の形成方法。