JP2003133411A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高精度なダマシン配線形成が可能で低誘電率の
層間膜構造を有する半導体装置を提供する。 【解決手段】下層配線部１上に、接続孔のエッチングス
トッパーとしての第１の有機絶縁膜であるＢＣＢ膜４、
第１の絶縁膜であるＡＬＣＡＰ^TM５、配線溝エッチスト
ッパーとしての第２の有機絶縁膜であるＢＣＢ膜６、第
２の絶縁膜であるＡＬＣＡＰ^TM７、および第３の有機絶
縁膜であるＢＣＢ膜８から成る積層構造の層間絶縁膜が
形成される。このような積層構造の層間絶縁膜に対し
て、配線溝がＢＣＢ膜６，８とＡＬＣＡＰ^TM７に形成さ
れ、この配線溝底からＡＬＣＡＰ^TM５と接続孔のエッチ
ングストッパーであるＢＣＢ膜４を貫く接続孔が形成さ
れ、上層デュアルダマシン配線９、上層ダマシン配線９
ａが形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置およびそ
の製造方法に関し、特に、層間絶縁膜を含むダマシン配
線構造とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の超ＬＳＩデバイスでは、数ｍｍ角
のチップに数百万個以上の素子を集積する必要があるた
め、素子を微細化、多層化することが不可欠である。そ
して、デバイス動作速度の高速化のため、配線抵抗およ
び層間容量の低減が重要な課題となる。特にロジック系
のデバイスでは、配線抵抗低減のため銅（Ｃｕ）を配線
材料に用い、配線間の寄生容量を低減するためにシリコ
ン酸化膜よりも比誘電率（約３．９）が小さくなる低誘
電率膜を用いることが必要である。

【０００３】上記Ｃｕ配線は、低抵抗かつ高信頼性のた
め、次世代配線材料としてもっとも注目されているもの
である。しかし、Ｃｕは従来のアルミ材料と異なり、ド
ライエッチングによる加工が難しいため、化学機械研磨
（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing)法を用いた
埋め込み配線（ダマシン配線）技術が行われている。こ
のＣｕの埋め込み配線技術では、絶縁層間膜中に配線溝
あるいは接続孔（ビア）を形成し、その後Ｃｕをスパッ
タやめっき技術により埋め込み、ＣＭＰにより余剰のＣ
ｕを除去し、所望の配線やビアプラグを得ている。

【０００４】これまで製品に使用されてきた従来の技術
（以下、第１の従来例と記す）を図１９を参照して説明
する。図１９はダマシン配線の製造工程順の断面図であ
る。図１９（ａ）に示すように、半導体基板（図示せ
ず）上の層間絶縁膜２０１上に第１シリコン窒化膜２０
２、低誘電率膜２０３、第２シリコン窒化膜２０４、シ
リコン酸化膜２０５が化学気相成長（ＣＶＤ）法等で積
層して堆積される。そしてフォトリソグラフィー技術で
レジストマスク２０６が形成され、これをエッチングマ
スクにしたドライエッチング技術でもってシリコン酸化
膜２０５がエッチングされるパターニングされる。

【０００５】次に、図１９（ｂ）に示すように、レジス
トマスク２０６が除去され、上記パターニングされたシ
リコン酸化膜２０５をハードマスクにして、反応性イオ
ンエッチング（ＲＩＥ）でもって第２シリコン窒化膜２
０４、低誘電率膜２０３、第１シリコン窒化膜２０２が
ドライエッチングされる。このようにして配線溝２０７
が形成される。上記のドライエッチング工程では、シリ
コン窒化膜のエッチング速度／シリコン酸化膜のエッチ
ング速度の比、および、低誘電率膜のエッチング速度／
シリコン酸化膜のエッチング速度の比、すなわちエッチ
ングの選択比を大きくするような反応ガスの選択が重要
である。

【０００６】次に、図１９（ｃ）に示すように、全面に
バリア膜２０８が窒化タンタル（ＴａＮ）等で形成さ
れ、上記配線溝を埋め込むようにメッキ法等でＣｕ膜２
０９が形成される。

【０００７】次に、ＣＭＰ法で上記Ｃｕ膜２０９および
バリア膜２０８の不要部分が研磨除去される。ここで、
シリコン酸化膜２０５は研磨ストッパーとして機能す
る。このようにして、図１９（ｄ）に示すようにダマシ
ン配線２１０が形成されることになる。しかし、このよ
うにしてできあがる配線構造では、後述するように配線
間の寄生容量が増加する。

【０００８】そこで、特開２０００−２９４６３３号公
報では、配線溝底のエッチングストッパー層やハードマ
スクとして有機絶縁膜を用いる構造を提案している。上
記公報に記載の技術（以下、第２の従来例と記す）につ
いて図２０を参照して説明する。図２０はデュアルダマ
シン配線構造の断面図である。

【０００９】図２０に示すように、下部層間膜３１１に
は下部配線３１２が形成されている。そして、第１絶縁
膜３１３、第１有機絶縁膜３１４、第２絶縁膜３１５、
第２有機絶縁膜３１６が積層して形成されている。ここ
で、第１絶縁膜３１３、第２絶縁膜３１５はキセロゲル
膜であると規定されている。

【００１０】そして、接続孔および配線溝の側壁にバリ
アメタル３１７が形成され、接続孔および配線溝内を充
填するＣｕ配線３１８が形成されてデュアルダマシン配
線３１９が形成される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、第１
の従来例では、ダマシン配線の厚さ言いかえれば配線溝
の深さを規定するため、層間絶縁膜を低誘電率膜とシリ
コン窒化膜とを積層して形成する。そして、シリコン窒
化膜をエッチングストッパーとして用いることでダマシ
ン配線の厚さを規定する。また、埋め込まれるＣｕはレ
ジストマスク除去のためのアッシングに用いられる酸素
プラズマに弱く、容易に酸化するため、ハードマスクで
加工する場合が多く、この場合でも配線材料とは異なる
種類の膜、例えばシリコン窒化膜などの使用が必要にな
る。

【００１２】このように第１の従来例の配線技術では、
シリコン窒化膜が多用される。しかし、シリコン窒化膜
は比誘電率が７程度であり、比誘電率３以下の低誘電率
膜を層間絶縁膜に使っても、実効的な誘電率が増大する
ため、配線間の寄生容量の低減が難しくなる。

【００１３】そして、第２の従来例の配線構造の特徴の
１つは、図２０で説明したように、ダマシン配線すなわ
ち配線溝が第１有機絶縁膜３１４上に形成されることで
ある。しかし、図２１（ａ）に示すように、第１絶縁膜
３１３と第１有機絶縁膜３１４に形成する接続孔３２０
の深さが、第２絶縁膜３１５と第２有機絶縁膜３１６に
形成する配線溝３２１の深さに比べて薄い場合、接続孔
３２０底の下部配線３１２表面がドライエッチングのプ
ラズマ３２２に長時間曝されることになる。ここで、下
部配線３１２がＣｕで構成されると、Ｃｕの腐食、劣化
の面で大きな問題となる。

【００１４】また、図２１（ｂ）のように、露光時に接
続孔３２０と下層配線３１２間で目合わせずれが生じた
場合、接続孔形成のための第１絶縁膜３１３のオーバー
エッチング時に下部層間膜３１１に突き抜け部３２３が
発生する。そこで、配線構造の形成において、上記露光
の目合わせずれを考慮しておくことが必要不可欠とな
る。この対策として、上記公報では露光時の目合わせず
れに対する具体的な記載はないが、接続部での下層配線
幅を接続孔の口径よりも大きくする必要が生じる。しか
し、このため配線ピッチが大きくなってしまうことは必
然であり、配線ピッチの増大がチップサイズを増大させ
ることになる。理想的には、チップ内の最小ピッチ配線
において、接続孔の口径とダマシン配線の幅とがほぼ同
等となり、接続孔の口径と配線溝の寸法とが同一になる
ことが望ましい。

【００１５】以上に述べた観点から、下部配線３１２上
面にもエッチングストッパー膜が必要で、かつそのエッ
チングストッパー膜自体も低誘電率であり、さらにＣｕ
拡散防止能を有していることが必要となる。しかし、上
記公報においては、露光の目合わせずれ対策として下地
配線３１２上のエッチングストッパー膜を形成すること
は考慮されていない。

【００１６】本発明の主目的は、積層する低誘電率の層
間絶縁膜を形成できるようにすると共に、層間絶縁膜の
エッチング選択性を向上させて、微細で高精度な（デュ
アル）ダマシン配線を容易に形成できるようにすること
にある。そして、本発明の他の目的は、ダマシン配線の
接続孔の底部のエッチングストッパー膜に有機絶縁膜を
用い、接続孔底のエッチングストッパー膜と配線溝底の
エッチングストッパー膜を同時にエッチング除去できる
ようにしてＣｕ配線上の損傷の少ない製造方法を提供す
ることにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段は、下記のように表現される。その表現中に現
れる技術的事項には、括弧（）つきで、符号等が添記さ
れている。その符号等は、本発明の複数の実施の形態
（実施例）のうちの、少なくとも１つの実施の形態（実
施例）を構成する技術的事項、特に、その実施の形態
（実施例）に対応する図面に表現されている技術的事項
に付せられている符号等に一致している。このような符
号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態（実施例）
の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。そし
て、この対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実
施の形態（実施例）の技術的事項に限定されて解釈され
ることを意味しない。

【００１８】本発明の半導体装置では、半導体素子の形
成された基板上の層間絶縁膜は、第１の有機絶縁膜（Ｂ
ＣＢ膜４）と、前記第１の有機絶縁膜上に形成した前記
有機絶縁膜とは別種の第１の絶縁膜（ＡＬＣＡＰ^TM膜
５）と、前記第１の絶縁膜上に形成した第２の有機絶縁
膜（ＢＣＢ膜６）と、前記第２の有機絶縁膜上に形成し
た前記有機絶縁膜とは別種の第２の絶縁膜（ＡＬＣＡＰ
^TM膜７）とから成り、前記第２の絶縁膜と少なくとも前
記第２の有機絶縁膜の一部とに形成された配線溝と、前
記配線溝の底部に少なくとも連結するもので前記第１の
絶縁膜と前記第１の有機絶縁膜にわたって形成された接
続孔とを備えている。

【００１９】更には、前記第２の絶縁膜上に第３の有機
絶縁膜（ＢＣＢ膜８）が形成され、前記配線溝が前記第
３の有機絶縁膜と前記第２の絶縁膜と少なくとも前記第
２の有機絶縁膜の一部とにわたって形成されている。

【００２０】そして、本発明では、前記接続孔を埋め込
む状態に形成された導電性を有するプラグと、前記配線
溝を埋め込むとともに前記プラグに接続する状態に形成
された溝配線とを備えている。

【００２１】そして、本発明の半導体装置の製造方法
は、半導体素子が形成された基板上に第１の有機絶縁膜
（ＢＣＢ膜４）、第１の絶縁膜（ＡＬＣＡＰ^TM膜５）、
第２の有機絶縁膜（ＢＣＢ膜６）、第２の絶縁膜（ＡＬ
ＣＡＰ^TM膜７）、第３の有機絶縁膜（ＢＣＢ膜８）をこ
の順に積層して形成した後に前記第３の有機絶縁膜上に
無機膜（シリコン酸化膜１０）を設ける工程と、前記無
機膜上に形成した配線溝パターンを有するレジストマス
ク（第１レジストマスク１１）を用いたドライエッチン
グにより、前記第２の有機絶縁膜をエッチングストッパ
ーとして前記無機膜と第３の有機絶縁膜と第２の絶縁膜
とをエッチングし配線溝（１２，１２ａ）を形成する工
程と、前記レジストマスクを除去後、接続孔パターンを
有するレジストマスク（第２レジストマスク１３）をを
用いたエッチングにより、前記第１の有機絶縁膜をエッ
チングストッパーとして前記第２の有機絶縁膜と第１の
絶縁膜とをエッチングし配線溝（１２）に連結する接続
孔（１４）を形成する工程と、前記接続孔パターンを有
するレジストマスクを除去後、前記配線溝（１２，１２
ａ）底の第２の有機絶縁膜と前記接続孔（１４）底の第
１の有機絶縁膜とを同時にエッチングする工程とを含
む。

【００２２】あるいは、本発明の半導体装置の製造方法
は、半導体素子が形成された基板上に第１の有機絶縁
膜、第１の絶縁膜、第２の有機絶縁膜、第２の絶縁膜、
第３の有機絶縁膜をこの順に積層して形成した後に前記
第３の有機絶縁膜上に無機膜を設ける工程と、前記無機
膜上に形成した接続孔パターンを有するレジストマスク
（第３レジストマスク２０）を用いたドライエッチング
により、少なくとも前記無機膜と第３の有機絶縁膜と第
２の絶縁膜と第２の有機絶縁膜とをエッチングし接続孔
（開孔２１）を形成する工程と、前記レジストマスクを
除去後、配線溝パターンを有するレジストマスク（第４
レジストマスク２２）を用いたエッチングにより、前記
第１の有機絶縁膜と第２の有機絶縁膜をエッチングスト
ッパーとして前記第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを同時
にエッチングし前記接続孔（開孔２１）を前記第１の有
機絶縁膜表面まで延在させると共に配線溝（１２，１２
ａ）を形成する工程と、前記配線溝パターンを有するレ
ジストマスクを除去後、前記配線溝（１２，１２ａ）底
の第２の有機絶縁膜（ＢＣＢ膜６）と前記接続孔（１
４）底の第１の有機絶縁膜（ＢＣＢ膜４）を同時にエッ
チングする工程と、を含むことを特徴とする半導体装置
の製造方法。

【００２３】あるいは、本発明の半導体装置の製造方法
は、半導体素子が形成された基板上に第１の有機絶縁
膜、第１の絶縁膜、第２の有機絶縁膜、第２の絶縁膜、
第３の有機絶縁膜をこの順に積層して形成した後に前記
第３の有機絶縁膜上に無機膜を設ける工程と、前記無機
膜上に形成した接続孔パターンを有するレジストマスク
（第２レジストマスク２０）を用いたエッチングによ
り、前記第１の有機絶縁膜をエッチングストッパーとし
て前記無機膜と第３の有機絶縁膜と第２の絶縁膜と第２
の有機絶縁膜と第１の絶縁膜とをエッチングし接続孔
（１４）を形成する工程と、前記レジストマスクを除去
後、反射防止膜（ＡＲＣ膜２３、埋込ＡＲＣ膜２４）を
全面に塗布する工程と、配線溝パターンを有するレジス
トマスク（第５レジストマスク２５）を用いたエッチン
グにより、前記第２の有機絶縁膜をエッチングストッパ
ーとして前記第２の絶縁膜をエッチングし配線溝（１
２，１２ａ）を形成する工程と、前記配線溝パターンを
有するレジストマスクと前記反射防止膜を除去後、前記
配線溝（１２，１２ａ）底の第２の有機絶縁膜と前記接
続孔（１４）底の第１の有機絶縁膜を同時にエッチング
する工程とを含む。

【００２４】あるいは、本発明の半導体装置の製造方法
は、半導体素子が形成された基板上に第１の有機絶縁
膜、第１の絶縁膜、第２の有機絶縁膜、第２の絶縁膜、
第３の有機絶縁膜をこの順に積層して形成した後に前記
第３の有機絶縁膜上に無機膜を設ける工程と、前記無機
膜上に形成した配線溝パターンを有するレジストマスク
（第１レジストマスク１１）を用いたエッチングによ
り、前記第３の有機絶縁膜をエッチングストッパーとし
て前記無機膜をエッチングする工程と、前記レジストマ
スクを除去後、接続孔パターンを有するレジストマスク
（第６レジストマスク２７）を用いたエッチングによ
り、前記第３の有機絶縁膜（ＢＣＢ膜８）と第２の絶縁
膜と第２の有機絶縁膜と第１の絶縁膜の一部とを順次エ
ッチングし接続孔（開孔２１）を形成する工程と、前記
接続孔パターンを有するレジストマスクを除去後、前記
無機膜（シリコン酸化膜１０）をマスクとして前記第３
の有機絶縁膜をエッチングし、前記第１の有機絶縁膜と
第２の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記第
１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを同時にエッチングし、前
記接続孔を前記第１の有機絶縁膜の表面まで延在させる
と共に配線溝（１２，１２ａ）を形成する工程と、前記
配線溝（１２，１２ａ）底の第２の有機絶縁膜と前記接
続孔（１４）底の第１の有機絶縁膜とを同時にエッチン
グする工程と、を含む。

【００２５】あるいは、本発明の半導体装置の製造方法
は、半導体素子が形成された基板上に第１の有機絶縁
膜、第１の絶縁膜、第２の有機絶縁膜、第２の絶縁膜、
第３の有機絶縁膜をこの順に積層して形成した後に前記
第３の有機絶縁膜上に第１の無機膜（シリコン酸化膜１
０）および第２の無機膜（シリコン窒化膜２８）とをこ
の順に積層して設ける工程と、前記第２の無機膜上に形
成した配線溝パターンを有するレジストマスク（第１レ
ジストマスク１１）を用いたエッチングにより、前記第
１の無機膜をエッチングストッパーとして前記第２の無
機膜をエッチングする工程と、前記レジストマスクを除
去後、接続孔パターンを有するレジストマスク（第６レ
ジストマスク２７）を用いたエッチングにより、前記第
１の無機膜と第３の有機絶縁膜と第２の絶縁膜と第２の
有機絶縁膜と第１の絶縁膜の一部とを順次エッチングし
接続孔（開孔２１）を形成する工程と、前記接続孔パタ
ーンを有するレジストマスクを除去後、前記第２の無機
膜をマスクとして前記第１の無機マスクと前記第３の有
機絶縁膜をエッチングした後、前記第１の有機絶縁膜と
第２の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記第
１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを同時にエッチングし、前
記接続孔を前記第１の有機絶縁膜の表面まで延在させる
と共に配線溝（１２，１２ａ）を形成する工程と、前記
配線溝（１２，１２ａ）底の第２の有機絶縁膜と前記接
続孔（１４）底の第１の有機絶縁膜を同時にエッチング
する工程とを含む。

【００２６】上述した第１、第２、第３の有機絶縁膜の
うち、少なくとも１つが有機高分子を主骨格としたＳｉ
含有の有機薄膜である。そして、前記有機高分子がベン
ゼン環を含有する構造である。あるいは、前記有機高分
子を主骨格としたＳｉ含有の有機薄膜は、ジビニルシロ
キサンベンゾシクロブテンが重合された重合体で構成さ
れる。

【００２７】そして、上述した第１、第２の絶縁膜のう
ち少なくとも１つがＳｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水
素含有の絶縁膜である。そして、前記Ｓｉ−Ｏ結合構造
を主骨格とした水素含有の絶縁膜はポーラス構造であ
る。あるいは、前記Ｓｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水
素含有の絶縁膜が有機成分を含有する。あるいは、前記
Ｓｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした有機成分を含有する水
素含有の絶縁膜は有機シルセスクオザンである。

【００２８】そして、本発明の半導体装置の製造方法で
は、前記配線溝底の第２の有機絶縁膜と前記接続孔底の
第１の有機絶縁膜を同時にエッチングする前に、酸素と
フロロカーボンガスを含む混合ガスプラズマを用いてシ
リコン窒化膜からなる無機膜だけをエッチバックする。
そして、ダマシン配線のためメタルのＣＭＰの際に最表
面の無機膜を除去する。

【００２９】あるいは、本発明の半導体装置の製造方法
では、前記配線および接続孔のエッチング形成後、溝配
線用のメタルの成膜前にヘリウムプラズマ中あるいはそ
の他の不活性ガスをプラズマ励起したプラズマ中での処
理を行う。

【００３０】あるいは、本発明の半導体装置の製造方法
では、半導体素子が形成された基板上に、上述したよう
な有機高分子を主骨格としたＳｉ含有の有機絶縁膜と、
Ｓｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水素あるいは有機成分
含有の絶縁膜とを積層して形成する。

【００３１】そして、本発明の半導体装置の製造方法で
は、アルゴンと酸素とフロロカーボンガスを含む混合ガ
スプラズマを用いて前記絶縁膜を前記有機絶縁膜に対し
て高い選択比でエッチングする。あるいは、前記有機絶
縁膜のプラズマエッチングに際し、少なくとも窒素、水
素、フロロカーボンを含む混合ガスを用いて、前記有機
絶縁膜を前記絶縁膜に対して高い選択比でエッチングす
る。

【００３２】すなわち、アルゴンと酸素とフロロカーボ
ンガスを含む混合ガスのプラズマを用い前記有機絶縁膜
をエッチングマスクあるいはエッチングストッパー層と
して前記絶縁膜を選択的にエッチングする。そして、窒
素と水素の混合ガスにフロロカーボンガスを添加しプラ
ズマ励起して前記有機絶縁膜を選択的にエッチングす
る。ここで、前記フロロカーボンガスは、ＣＦ₄ 、ＣＨ
Ｆ₃ 、ＣＨ₂ Ｆ₂ 、Ｃ₄Ｆ₈ 、Ｃ₅ Ｆ₈ 、 あるいは、
これらの混合ガスである。

【００３３】このようにすることで、ダマシン配線構造
を形成する層間絶縁膜の誘電率は容易に低減できるよう
になる。そして、上記配線のピッチは大幅に小さくな
り、微細で高密度の多層配線が高精度に形成できるよう
になる。

【００３４】また、ダマシン配線と接続孔の底部のエッ
チングストッパーに有機絶縁膜を用い、接続孔底のエッ
チングストッパー膜と配線溝底のエッチングストッパー
膜を同時にエッチング除去できるようになりＣｕ配線表
面の損傷は皆無になる。また、（デュアル）ダマシン配
線を多層化しても、層間絶縁膜の反りあるいはクラック
の発生は大幅に低減する。このようにして高品質の多層
配線が形成できるようになる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明による実施の形態を説明する。図１は本発明を適
用した多層配線構造の断面図である。図１に示す配線構
造は、２層のデュアルダマシン配線になっており、同じ
構造を有する下層配線部１と上層配線部２とが積層して
形成される場合を示している。以下、上層配線部２を詳
細に説明する。なお、下層配線部１には下層デュアルダ
マシン配線３、下層ダマシン配線３ａが設けられてい
る。

【００３６】図１に示すように、下層配線部１上に接続
孔のエッチングストッパーとして機能するＢＣＢ膜４が
形成されている。これが第１の有機絶縁膜である。そし
て、第１の絶縁膜であるＡＬＣＡＰ^TM膜５、配線溝のエ
ッチストッパーとして機能し第２の有機絶縁膜であるＢ
ＣＢ膜６、第２の絶縁膜であるＡＬＣＡＰ^TM膜７、第３
の有機絶縁膜であるＢＣＢ膜８から成る積層構造の低誘
電率絶縁膜から構成される。

【００３７】かかる積層構造の低誘電率絶縁膜に対し
て、配線溝は、上記第３の有機絶縁膜であるＢＣＢ膜８
と第２の絶縁膜であるＡＬＣＡＰ^TM膜７と第２の有機絶
縁膜であるＢＣＢ膜６に形成される。そして、この配線
溝の底から、第１の絶縁膜であるとＡＬＣＡＰ^TM膜５と
第１の有機絶縁膜であるＢＣＢ膜４とを貫く接続孔が形
成される。図１の配線構造は上記のことを特徴としてい
る。そして、上記配線溝および接続孔にメタルが埋め込
まれて、上層デュアルダマシン配線９と上層ダマシン配
線９ａが形成される。ここで、配線溝の幅寸法と接続孔
の口径寸法は同一となっている。そして、上層デュアル
ダマシン配線９の幅寸法と上記下層デュアルダマシン配
線３の幅寸法も同じである。

【００３８】上述したように、低誘電率の絶縁膜である
ところの第１、第２の絶縁膜を第１、第２および第３の
有機絶縁膜で挟みこむことで、配線の実効誘電率を上昇
させることなく、加工寸法精度の高い多層のＣｕ配線が
可能となる。また、上記ＢＣＢ膜のような有機絶縁膜
は、Ｃｕ拡散防止能が非常に高く、配線構造下部の基板
上の半導体素子をＣｕ配線からのＣｕ汚染から完全に保
護する。

【００３９】ここで、上記有機絶縁膜は、ＢＣＢ膜（ジ
ビニルシロキサンベンゾシクロブテン重合体で形成され
た有機膜）のように有機高分子を主骨格としたシリコン
含有の有機膜であり、上記絶縁膜はＡＬＣＡＰ^TM（旭化
成株式会社の化学物質の商品名）膜のようにＳｉ−Ｏ結
合構造を主骨格とした水素あるいは有機成分含有の絶縁
膜である。なお、接続孔のエッチングストッパーとして
機能する第１の有機絶縁膜はかならずしも単層膜である
必要はなく、有機成分とシリカ成分との混合比が段階的
に異なる複層膜であってもかまわない。

【００４０】有機高分子を主骨格としたシリコン含有の
有機薄膜は、スピン塗付法及びプラズマ重合法のいずれ
の成膜方法で形成することも可能である。スピン塗付法
が使用される場合、まず、出発原料であるモノマーが基
板にスピン塗付される。更に、基板をアニールすること
により、モノマーが熱重合され、有機高分子を主骨格と
したシリコン含有の有機薄膜が形成される。また、プラ
ズマ重合法が使用される場合、出発原料であるモノマー
が気化されて、モノマー蒸気が生成される。そのモノマ
ー蒸気が不活性ガス中に導入され、更に重合されて、有
機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜が形成
される。このような有機絶縁膜として使用できるものに
は、ＢＣＢ膜の他にポリアリルエーテル−Ｓｉ結合の有
機絶縁膜があることを確認している。この他に、有機高
分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜としては、
一般に有機シロキサン、または、芳香族および／あるい
は炭化水素鎖を含む有機シロキサンで構成されるもので
あれば使用できる材料が存在する。

【００４１】Ｓｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは
有機含有の絶縁膜は主にスピン塗布法で形成される。こ
こで、この絶縁膜が半導体装置を構成する層間絶縁膜と
して使用される場合、その比誘電率はシリコン酸化膜よ
りも低いことが好ましい。このようなＳｉ−Ｏ構造を主
骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜としては、上
述したように全芳香族有機化合物で構成されているＡＬ
ＣＡＰ^TMが使用され得る。更に、上記のＡＬＣＡＰ^TM膜
の他に、シルセスキオキサン類の絶縁膜、あるいは、Ｓ
ｉ−Ｈ結合、Ｓｉ−ＣＨ₃ 結合、Ｓｉ−Ｆ結合のうち少
なくとも１つの結合を含むシリカ膜で形成してもよい。
なお、これらの絶縁膜は多孔性を有していてもよい。こ
こで、シルセスキオキサン類の絶縁膜は、Ｓｉ−Ｏベー
スの誘電体膜であり、そのような絶縁膜としては、ＭＳ
Ｑ膜の他にシルセスキオキサン類であるハイドロゲンシ
ルセスキオキサン（Hydrogen Silsesquioxane)、メチレ
ーテッドハイドロゲンシルセスキオキサン（Methylated
Hydrogen Silsesquioxane）あるいはフルオリネーテッ
ドシルセスキオキサン（Furuorinated Silsesquioxan
e）のような低誘電率膜がある。

【００４２】次に、上記ＢＣＢ膜の具体的な製法につい
て説明する。上述したように、ＢＣＢ膜はプラズマ重合
法により形成される。1999 Symposium on VLSI Techno
logypp.45-46に記述があるように、以下のようなプロセ
スで形成可能である。図１８は、ＢＣＢ膜を形成するプ
ラズマ重合装置１００を示す。プラズマ重合装置１００
は、原料タンク１０１、液体流量制御器１０２、気化器
１０３、気体流量制御器１０４、真空反応室１０５、ポ
ンプ１０６、及びＲＦ電源１０７を含む。

【００４３】原料タンク１０１は、ジビニルシロキサン
ベンゾシクロブテンモノマー１１１を気化器１０３に供
給する。原料タンク１０１には、ジビニルシロキサンベ
ンゾシクロブテンモノマー１１１が入っている。ジビニ
ルシロキサンベンゾシクロブテンモノマー１１１は、室
温で液体である。原料タンク１０１には、加圧Ｈｅガス
１１２が供給されている。ジビニルシロキサンベンゾシ
クロブテンモノマー１１１は、加圧Ｈｅガス１１２によ
り加圧され、液体流量制御器１０２を介して気化器１０
３に送られる。

【００４４】気化器１０３は、ジビニルシロキサンベン
ゾシクロブテンモノマー１１１を気化して気化モノマー
１１４を生成し、真空反応室１０５に供給する。気化器
１０３には、気体流量制御器１０４を介して、Ｈｅキャ
リアガス１１３が供給されている。ジビニルシロキサン
ベンゾシクロブテンモノマー１１１とＨｅキャリアガス
１１３とは混合され、気化器１０３に含まれる気化室
（図示されない）に送られる。気化室は、１．３×１０
Ｐａ程度に減圧され、更に、２００℃程度に加熱されて
いる。気化室に送られたジビニルシロキサンベンゾシク
ロブテンモノマー１１１は、瞬時に気化され、気化モノ
マー１１４が生成される。ジビニルシロキサンベンゾシ
クロブテンモノマー１１１の気化能は、０．１〜０．５
ｇ／ｍｉｎ程度である。気化された気化モノマー１１４
は真空反応室１０５に送られる。

【００４５】真空反応室１０５では、気化モノマー１１
４が重合され、ＢＣＢ膜１１６が基板１１５に形成され
る。真空反応室１０５は、ポンプ１０６によって減圧さ
れる。真空反応室１０５には、基板ヒータ１０５ａとシ
ャワーヘッド１０５ｂとが設けられている。基板ヒータ
１０５ａには、低周波電源（図示されない）が接続さ
れ、４３０ｋＨｚの低周波電圧が供給される。シャワー
ヘッド１０５ｂには、ＲＦ電源１０７が接続され、１
３．５６ＭＨｚの高周波電圧が供給される。

【００４６】基板ヒータ１０５ａに４３０ｋＨｚの低周
波電圧が、シャワーヘッド１０５ｂに１３．５６ＭＨｚ
の高周波電圧が供給されると、基板ヒータ１０５ａとシ
ャワーヘッド１０５ｂとの間に、Ｈｅプラズマ１１７が
発生する。Ｈｅプラズマ１１７の中に、気化モノマー１
１４が導入されると、ジビニルシロキサンベンゾシクロ
ブテンが有するシクロ基の開環反応とビニル基の重合反
応とが進行し、ジビニルシロキサンベンゾシクロブテン
重合体からなるＢＣＢ膜１１６が基板１１５に形成され
る。

【００４７】このような成膜方法により、耐熱性が４０
０℃以上、比誘電率ｋが２．４〜２．７であるＢＣＢ膜
１１６が、実際に得られる。このＢＣＢ膜は２０％程度
のシリカ成分を含むが、このような有機成分とシリカ成
分あるいはシリコン成分とからなる複合膜も有機絶縁膜
としてもよい。さらには、該有機成分と該シリカ成分あ
るいはシリコン成分の一部が窒化された複合膜も有機絶
縁膜としてもよい。

【００４８】一方、Ｓｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あ
るいは有機含有の絶縁膜を形成するＡＬＣＡＰ^TMは、Ad
vanced Metallization Conference（ＡＭＣ）２００
０，ｐｐ．１７１に記述されているような過程で形成さ
れる。

【００４９】先ず、ａｌｉｐｈａｔｉｃポリマー（スペ
ーサー）と溶媒を混ぜたシリカゾルを作成する。シリコ
ンウエハ上に室温で混合液をスピンオン塗布する。その
後１２０℃〜２００℃で溶媒を除去しながら、ゾルのｇ
ｅｌａｔｉｏｎ反応を起こす。さらに４００℃まで加熱
することによりスペーサーを除去する。このようなプロ
セスを経て、ＡＬＣＡＰ^TM膜が形成される。ＡＬＣＡＰ
^TM膜の膜厚はスピンスピードとスピンコーティングプロ
セスによって決定される。最終的な誘電率は１．６〜
２．７程度となる。

【００５０】次に、本発明の特徴の１つとなる、低誘電
率となる絶縁膜と有機絶縁膜のドライエッチングの方法
について図２および図３を参照して説明する。以下で
は、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜
として、上述した方法で形成されたＢＣＢ膜が使用さ
れ、Ｓｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは有機含有
の絶縁膜として、ＡＬＣＡＰ^TM（旭化成株式会社製）で
形成されたＡＬＣＡＰ^TM膜が使用される場合の、有機高
分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜とＳｉ−Ｏ
構造を主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜のエ
ッチング方法及びエッチング特性について説明する。

【００５１】図２は、上述したＢＣＢ膜とＡＬＣＡＰ^TM
膜およびプラズマＣＶＤによって生成されたシリコン窒
化（ＳｉＮ）膜をそれぞれドライエッチングしたときの
エッチング速度を示す。但し、エッチング条件は、以下
の通りである。フロロカーボンガスであるＣＨ₂ Ｆ₂ ガ
スの流量は２０ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量は３００ｓｃ
ｃｍ、Ｏ₂ ガスの流量を３ｓｃｃｍから１０ｓｃｃｍま
で変えた。また、使用されているエッチング装置は、平
行平板電極型のエッチング装置であり、電極間距離は、
３５（ｍｍ）である。また、上部電極への供給電力は、
７００（Ｗ）、下部電極への供給電力は、１００
（Ｗ）、エッチング圧力は、２．６（Ｐａ）である。

【００５２】図２に示されているように、ＡＬＣＡＰ^TM
膜は、酸素とフロロカーボンガスおよびアルゴンを含む
混合ガスをエッチングガスとしてエッチングすると、エ
ッチングが進行する。一方、ＢＣＢ膜は、酸素とフロロ
カーボンガスおよびアルゴンを含む混合ガスプラズマを
エッチングガスとしてエッチングしようとしても、Ｏ ₂
流量が５ｓｃｃｍ以下ではエッチングがほとんど進行し
ない。更には、ＳｉＮ膜はＡＬＣＡＰ^TM膜と同様にエッ
チングは可能である。

【００５３】このように、ＢＣＢ膜は、酸素とフロロカ
ーボンガスおよびアルゴンを含む混合ガスで発生された
プラズマに対して耐エッチング性を有する。またＢＣＢ
膜がＳｉＮ膜の直下にある場合には、上記条件によるＳ
ｉＮ膜のエッチバックが可能となる。

【００５４】さらに別のエッチング条件においても、Ａ
ＬＣＡＰ^TM膜のエッチング速度／ＢＣＢ膜のエッチング
速度の比すなわちエッチングの選択比を高くすることが
できる。以下に上述のＢＣＢ膜とＡＬＣＡＰ^TM膜をそれ
ぞれエッチングしたときのエッチング速度を示す。

【００５５】ＡＬＣＡＰ^TM膜：約１．２μｍ／ｍｉｎ、
ＢＣＢ膜：約２９ｎｍ／ｍｉｎであり、この場合のエッ
チング選択比は４０以上になる。但し、エッチング条件
は以下の通りである。フロロカーボンガスはＣ₅ Ｆ₈ ガ
スでその流量は１３ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量は４００
ｓｃｃｍ、Ｏ₂ ガスの流量は１８ｓｃｃｍである。ま
た、使用されているエッチング装置は、平行平板電極型
のエッチング装置であり、電極間距離は、３０（ｍｍ）
である。また、上部電極への供給電力は、１８００
（Ｗ）、下部電極への供給電力は、１５００（Ｗ）、エ
ッチング圧力は、２．６（Ｐａ）である。この場合にお
いても、ＢＣＢ膜は、酸素とフロロカーボンガスおよび
アルゴンを含む混合ガスで発生されたプラズマに対して
耐エッチング性を有し、十分な選択比が確保される。

【００５６】一方でＢＣＢ膜のエッチング時には、少な
くとも窒素／水素／フロロカーボンを含む混合ガスプラ
ズマを用いる。図３は、ＢＣＢ膜およびＡＬＣＡＰ^TM膜
のエッチング速度のＣＨ₂ Ｆ₂ ガス流量依存性を示す。
このエッチングで特徴となるところは、Ｎ₂ ガスとＨ₂
ガスの混合ガスを用いることである。

【００５７】エッチング条件は以下の通りである。Ｎ₂
ガスの流量は２００ｓｃｃｍ、Ｈ₂ガスの流量は３３０
ｓｃｃｍである。また、使用されているエッチング装置
は、平行平板電極型のエッチング装置であり、電極間距
離は、４５（ｍｍ）である。また、上部電極への供給電
力は、１８００（Ｗ）、下部電極への供給電力は、１５
０（Ｗ）、エッチング圧力は、１３（Ｐａ）である。但
し、ＡＬＣＡＰ膜のエッチング時には、下部電極への供
給電力は０（Ｗ）とした。

【００５８】図３によると、ＣＨ₂ Ｆ₂ ガス流量の増加
と共にＢＣＢ膜エッチング速度が増加し、エッチング可
能となる。一方で、下部電極供給電力を０としたＡＬＣ
ＡＰ ^TM膜のエッチング速度はほぼ０である。このよう
に、図３に示すエッチングでは、図２の場合とは逆に、
ＢＣＢ膜のエッチング速度／ＡＬＣＡＰ^TM膜のエッチン
グ速度の比を増大させることが可能になる。

【００５９】このようなエッチングであると、ＡＬＣＡ
Ｐ^TMが側壁にあってもほとんどダメージを受けずに下層
のＢＣＢ膜をエッチング加工することが可能となる。ま
た、上記ガス系を用いてＣｕ配線上のＢＣＢ膜をエッチ
ングしてもＣｕ配線の腐食が進行しないことが確認され
た。

【００６０】以上から上記窒素／水素／フロロカーボン
を含む混合ガスプラズマをＢＣＢ膜のエッチングに用い
ることは、ＡＬＣＡＰ^TM膜の側壁保護の面からも、Ｃｕ
腐食の面からも適当であることがわかる。また、このエ
ッチングでは基板の温度を零度以下にするとよい。この
ようにすると、上記の側壁保護は更に促進されるように
なる。

【００６１】上記の図２、図３ではＢＣＢ膜とＡＬＣＡ
Ｐ^TM膜の場合について示している。図２，図３に示した
エッチングガスの選択効果はこれに限定されるものでは
なく、一般に、有機高分子を主骨格としたシリコン含有
の有機薄膜のエッチング速度／Ｓｉ−Ｏ構造を主骨格と
した水素あるいは有機含有の絶縁膜のエッチング速度の
比は、エッチング装置には余り依存しないため、図２あ
るいは図３で説明したのと同じエッチングガスの選択に
より、大きくしたり小さくしたりすることが容易であ
る。なお、上記のエッチングに使用するフロロカーボン
としては、上記の他に、ＣＦ₄ 、ＣＨＦ₃ 、Ｃ₄ Ｆ₈ 等
を用いても同様の効果が生じる。

【００６２】上述したように、本発明による実施の形態
では、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄
膜をエッチングマスクあるいはエッチングストッパーと
して用い、Ｓｉ−Ｏを主骨格とした水素あるいは有機含
有の絶縁膜を低誘電率膜として用いる例を示している
が、同様のプロセスによって同様な層間絶縁膜の構造を
得ることができれば、上記のような膜に限定されず、他
のいかなる低誘電率膜も代替に利用することは可能であ
る。

【００６３】以上に説明されているように、本実施の形
態の半導体装置は、Ｓｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あ
るいは有機含有の絶縁膜を主たる配線層間膜とし、有機
高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜をエッチ
ングマスクあるいはエッチングストッパー層に用いる構
造を有する。

【００６４】また、本実施の形態の半導体装置の製造方
法は、Ｓｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは有機含
有の絶縁膜と、有機高分子を主骨格としたシリコン含有
の有機薄膜とを積層する工程と、有機高分子を主骨格と
したシリコン含有の有機薄膜をエッチングマスクあるい
はエッチングストッパー層に用い、Ｓｉ−Ｏ構造を主骨
格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜を選択的にエッ
チングする工程とを含む。あるいは、上記Ｓｉ−Ｏ構造
を主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜をエッチ
ングさせないで、有機高分子を主骨格としたシリコン含
有の有機薄膜を選択的にエッチングする工程を含む。ま
た、半導体装置の製造方法は、有機高分子を主骨格とし
たシリコン含有の有機薄膜を接続孔底のエッチングスト
ッパーとして用い、配線溝底と接続孔底のエッチングス
トッパー膜を同時にエッチングする実施形態で使用され
得る。

【００６５】以下、使用形態が実施例により更に詳細に
説明される。

【００６６】

【実施例】［実施例１］図４乃至図７は、実施例１に係
る半導体装置の構造および半導体装置の製造方法を示す
断面図である。ここで、図１に示したものと同様のもの
は同一符号で示される。

【００６７】先ず、図４（ａ）に示されているように、
下部配線部１の上面にＢＣＢ膜４が形成される。このＢ
ＣＢ膜４は後述されるようにＡＬＣＡＰ^TM膜５をエッチ
ングする際のエッチングストッパーとして機能する。更
に、ＢＣＢ膜４の上面に、ＡＬＣＡＰ^TM膜５が形成され
る。更に、ＡＬＣＡＰ^TM膜５の上面に、別のＢＣＢ膜６
が形成される。このＢＣＢ膜６は後述するようにＡＬＣ
ＡＰ^TM膜７をエッチングする際のエッチングストッパー
として機能する。そして、ＢＣＢ膜６の上面に、ＡＬＣ
ＡＰ^TM膜７が形成される。更に、ＡＬＣＡＰ^TM膜７の上
面に、別のＢＣＢ膜８と、シリコン酸化膜１０とが、順
次に形成される。後述されるように、ＢＣＢ膜８とシリ
コン酸化膜１０とは、ＡＬＣＡＰ^TM膜７、ＢＣＢ膜６、
ＡＬＣＡＰ^TM膜５をエッチングする際のハードマスクに
なる。

【００６８】続いて、図４（ｂ）に示されるように、公
知のフォトリソグラフィー技術で配線溝パターンの第１
レジストマスク１１が形成され、これをエッチングマス
クとして、シリコン酸化膜１０、ＢＣＢ膜８、ＡＬＣＡ
Ｐ^TM膜７が、順次にエッチングされ、図４（ｃ）に示す
ように配線溝１２，１２ａが形成される。

【００６９】上記のＢＣＢ膜８のエッチングにおいて
は、図３で説明したようなエッチングガスを用いる。す
なわち、窒素／水素／フロロカーボンの混合ガスプラズ
マを用いる。

【００７０】また、シリコン酸化膜１０およびＡＬＣＡ
Ｐ^TM膜７のエッチングにおいては、図２で説明したよう
なエッチングガスを用いる。すなわち、酸素とフロロカ
ーボンガスおよびアルゴンを含む混合ガスをエッチング
ガスである。このようなエッチングガスであると、ＢＣ
Ｂ６のエッチングは進行しない。すなわち、エッチング
ストッパーとして機能する。ここで、タイムモジュレー
ションプラズマを使用してもよい。タイムモジュレーシ
ョンプラズマを用いることによってＡＬＣＡＰ ^TM膜７の
側壁に保護膜層が厚く形成され、ボーイングの無い良好
な配線溝の形状がえられる。

【００７１】続いて図５（ａ）に示されているように、
窒素／水素プラズマによって上記第１レジストマスク１
１が剥離される。特願２００１−０４７３５８号に示さ
れているように、ＢＣＢ膜のようなシリコン含有の有機
膜は窒素／水素によっておかされないので、層間膜の腐
食無しにアッシングすることが可能である。

【００７２】続いて、図５（ｂ）に示されているよう
に、再度フォトリソグラフィー技術で第２レジストマス
ク１３が形成される。ここで、第２レジストマスク１３
は、配線溝１２上に接続孔パターンを有する。

【００７３】続いて、図５（ｃ）に示されているよう
に、第２レジストマスク１３をエッチングマスクにし
て、上記接続孔パターン下のＢＣＢ膜６、ＡＬＣＡＰ^TM
膜５が順次ドライエッチングされ、接続孔１４が形成さ
れる。ここで、ＢＣＢ膜６のエッチングにおいては、図
３で示したように、窒素／水素／フロロカーボンの混合
ガスプラズマを用いる。この混合ガスプラズマを用いる
と側壁のＡＬＣＡＰ^TM膜７を損傷させるおそれが少な
く、接続孔の側壁のサイドエッチング発生はほとんど無
い。ここで、ドライエッチング時の基板の温度を零度以
下の低温にすると、エッチング時に側壁保護がなされ
て、接続孔の側壁のサイドエッチングとそれに伴うボー
イング発生は皆無になる。

【００７４】また、ＡＬＣＡＰ^TM膜５のエッチングは図
２で示したような条件で行う。この際も上述したよう
に、ドライエッチングにおいてタイムモジュレーション
プラズマを使用してもよい。タイムモジュレーションプ
ラズマを用いることによって側壁保護膜層が厚く形成さ
れ、良好な形状がえられる。

【００７５】次に、窒素／水素プラズマによって第２レ
ジストマスク１３が剥離される。この場合も、上述した
ように、シリコン含有の有機膜は窒素／水素によってお
かされないので、層間膜の腐食無しにアッシングするこ
とが可能である。ただし、下層のＡＬＣＡＰ^TM膜５をオ
ーバーエッチングする間にレジストを消失させることが
できれば、窒素／水素アッシングを行う必要はない。

【００７６】このようにして、図６（ａ）に示されてい
るように、配線溝１２，１２ａがＡＬＣＡＰ^TM膜７に形
成され、接続孔１４がＡＬＣＡＰ^TM膜５に形成される。
ここで、ＢＣＢ膜６，４はＡＬＣＡＰ^TM膜のエッチング
ストッパーとして機能し、配線溝の深さは高精度に制御
される。更には、配線溝１２の寸法と接続孔１４の口径
寸法は同一になるように容易に制御される。

【００７７】続いて、図６（ｂ）に示されているよう
に、パターニングされたシリコン酸化膜１０をハードマ
スクにして、接続孔１４底のＢＣＢ膜４と配線溝１２，
１２ａ底のＢＣＢ膜６を、図３で説明したように窒素／
水素／フロロカーボンの混合ガスプラズマを用いて同時
にエッチングする。

【００７８】この混合ガスプラズマを用いると、ＢＣＢ
膜４の下層デュアルダマシン配線３のＣｕ配線を酸化さ
せるおそれが無い。そして、上述したようにＡＬＣＡＰ
^TM膜５，７の側壁を損傷させるおそれが少ない。このよ
うに接続孔１４底に配線溝１２，１２ａ底と同様の膜を
設けることでＣｕ損傷の少ないエッチングを行うことが
可能となる。また、接続孔１４と下層デュアルダマシン
配線３とが目合わせずれてしまった場合に、第２の従来
例で示したような、接続孔１４エッチング時の下層配線
への突き抜けが抑制でき高精度なエッチング加工が可能
となる。

【００７９】次に、図６（ｃ）に示されるように、全面
にＨｅプラズマ１５を照射する。これは、接続孔１４、
配線溝１２，１２ａおよびシリコン酸化膜とＣｕ配線と
の密着性を高くし、ＣＭＰ研磨に耐えうるようにするた
めである。

【００８０】続いて、図７（ａ）に示されているよう
に、全面にバリア膜１６とＣｕ膜１７が形成される。こ
こで、バリア膜１６は窒化タンタル（ＴａＮ）である。
そして、図７（ｂ）に示されているように、バリア膜１
６とＣｕ膜１７はＣＭＰ法で不要部分が研磨除去され、
バリアメタル１８とＣｕ配線１９とから成る上層デュア
ルダマシン配線９が形成される。この時、ＣＭＰ法にて
シリコン酸化膜／ＢＣＢ膜の高選択ポリッシングを行う
ことで、最表層のシリコン酸化膜はほぼ完全に除去され
た状態になる。このようにして、図１で説明した配線構
造ができあがことになる。ここで、上記ＢＣＢ膜８は、
ＣＭＰ工程で研磨ストッパーとしても機能する。

【００８１】このようにハードマスクとして用いたシリ
コン酸化膜を除去することにより、配線間層間膜が誘電
率３以下の材料によって構成されるため、更なる配線間
容量の低下が見込める。

【００８２】実施例１の半導体の製造方法では、エッチ
ングストッパーとしてＢＣＢ膜、層間絶縁膜の大部分を
占める領域にＡＬＣＡＰ^TM膜を用いた例を示したが、同
様の特性を示す膜であれば、これらの膜に限定されな
い。さらに実施例１のハードマスクとして、シリコン酸
化膜を用いた例を示したが、同様のプロセスを行うこと
のできる膜であれば、これらの膜、ならびに組み合わ
せ、さらには層数に限定されない。即ち、シリコン窒化
膜やＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＮなどを用いたり、２層
や３層以上の無機膜を使用してもよい。

【００８３】上述したように、実施例１の半導体装置の
製造方法では、配線溝低と接続孔底にエッチングストッ
パーとなるＢＣＢ膜を設け、配線溝底と接続孔底のＢＣ
Ｂ膜を同時にエッチングしているため、Ｃｕ配線の損傷
が少なく、微細で高精度のダマシン配線の形成が可能に
なる。

【００８４】［実施例２］図８、図９は、実施例２に係
る半導体装置の構造および半導体装置の製造方法を示す
断面図である。以下、実施例１と同様のものは同一符号
で示す。

【００８５】先ず、図８（ａ）に示されているように、
図４（ａ）で説明したのと同様に下部配線部１の上面に
ＢＣＢ膜４、ＡＬＣＡＰ^TM膜５、ＢＣＢ膜６、ＡＬＣＡ
Ｐ^TM膜７、ＢＣＢ膜８およびシリコン酸化膜１０が、順
次に積層して形成される。

【００８６】続いて、図８（ｂ）に示すようにフォトリ
ソグラフィー技術を用いて接続孔パターンを有する第３
レジストマスク２０が形成され、上述したシリコン酸化
膜１０、ＢＣＢ膜８、ＡＬＣＡＰ^TM膜７、ＢＣＢ膜６、
ＡＬＣＡＰ^TM膜５が、実施例１と同様にして、それぞれ
順次にエッチングされる。このようにして、図８（ｃ）
に示されているように、ＡＬＣＡＰ^TM膜５の途中までで
エッチング停止された開孔２１が形成される。

【００８７】この際、ＡＬＣＡＰ^TM膜５，７のドライエ
ッチングにタイムモジュレーションプラズマを使用して
もよい。タイムモジュレーションプラズマを用いること
によって上述したように側壁保護膜層が厚く形成され、
良好な形状がえられる。また、ＢＣＢ膜エッチングにお
いては、窒素／水素／フロロカーボンの混合ガスプラズ
マを用いる。この混合ガスプラズマを用いると、下層や
側壁のＡＬＣＡＰ^TM膜５，７を損傷させるおそれが少な
い。

【００８８】続いて、図９（ａ）に示されているよう
に、第３レジストマスク２０は上述した窒素／水素プラ
ズマによって剥離され開孔２１のみとなる。但し、ＡＬ
ＣＡＰ ^TM膜５をエッチングするまでにレジストを消失さ
せることができれば、窒素／水素アッシングを行う必要
はない。

【００８９】続いて、図９（ｂ）に示されているよう
に、開孔２１が露出した配線溝パターンを有する第４レ
ジストマスク２２が形成される。そして、図９（ｃ）に
示されているように、第４レジストマスク２２をエッチ
ングマスクにしてシリコン酸化膜、ＢＣＢ膜、ＡＬＣＡ
Ｐ^TM膜が上述したのと同様にして順次エッチングされ、
配線溝１２，１２ａが形成される。更に、開孔２１のＡ
ＬＣＡＰ^TM膜５も配線溝１２ａのＡＬＣＡＰ^TM膜７のエ
ッチング中にエッチングされ、接続孔１４が形成され
る。ここで、配線溝１２，１２ａ底のＢＣＢ膜６と接続
孔１４底のＢＣＢ膜４で上記ドライエッチングが停止す
る。この際、ＡＬＣＡＰ^TM膜５，７のエッチングにタイ
ムモジュレーションプラズマを使用してもよい。このＡ
ＬＣＡＰ^TM膜５，７のエッチングでは、図２で説明した
ようなエッチングガスが使用される。

【００９０】以後の工程は、第１実施例の図６、図７で
説明したのと同様にして、上層デュアルダマシン配線、
上層ダマシン配線が形成される。

【００９１】実施例２の半導体装置の製造方法において
も、第１実施例の場合と同様に、接続孔底にエッチング
ストッパーとなるＢＣＢ膜を設け、接続孔底と配線溝底
のＢＣＢ膜を同時にエッチングしているため、Ｃｕの損
傷が少なく、精度の高いプロセスを行うことが可能にな
る。

【００９２】［実施例３］図１０、図１１は、実施例３
に係る半導体装置の構造および半導体装置の製造方法を
示す断面図である。ここで、上記の実施例と同様のもの
は同一符号で示す。なお、以降、明記しない場合は、シ
リコン酸化膜、ＢＣＢ膜あるいはＡＬＣＡＰ^TM膜のエッ
チングは、上記実施例１，２で説明したのと同じであ
る。

【００９３】先ず、図１０（ａ）に示されているよう
に、図４（ａ）で説明したのと同様にして下部配線部１
の上面にＢＣＢ膜４、ＡＬＣＡＰ^TM膜５、ＢＣＢ膜６、
ＡＬＣＡＰ^TM膜７、ＢＣＢ膜８およびシリコン酸化膜１
０が、順次に積層して形成される。

【００９４】続いて、図１０（ｂ）に示すようにフォト
リソグラフィー技術を用いてシリコン酸化膜１０上に接
続孔パターンを有する第３レジストマスク２０が形成さ
れ、図１０（ｃ）に示すように、第３レジストマスク２
０をエッチングマスクにしてＢＣＢ膜４表面に達する接
続孔１４がエッチングで形成される。そして、上述した
ように第３レジストマスク２０をアッシングで除去す
る。このようにして図１１（ａ）に示す構造になる。

【００９５】続いて、図１１（ｂ）に示されているよう
に、シリコン酸化膜１０の上面に、反射防止膜であるＡ
ＲＣ膜２３ならびに配線溝パターンを有する第５レジス
トマスク２５が形成される。ここで、接続孔内には埋込
ＡＲＣ膜２４が形成され接続孔底のＢＣＢ膜４を保護す
る役割を果たす。

【００９６】続いて、図１１（ｃ）に示されているよう
に、第５レジストマスク２５および埋込ＡＲＣ膜２４を
エッチングマスクにし、図２で説明したドライエッチン
グで、ＢＣＢ膜６をエッチングストッパーとし、上述し
たシリコン酸化膜１０、ＢＣＢ膜８、ＡＬＣＡＰ^TM膜７
が順次エッチングされ、配線溝１２，１２ａが形成され
る。接続孔底のＢＣＢ膜４は埋込ＡＲＣ２４によりエッ
チングプラズマから保護される。

【００９７】以後の工程は、上記第５レジストマスク２
５および（埋込）ＡＲＣ膜２４，２３が上記のアッシン
グ方法で除去される。そして、第１実施例の図６、図７
で説明したのと同様にして、上層デュアルダマシン配
線、上層ダマシン配線が形成される。この場合も、従来
例１，２に説明したのと同様の効果が生じる。

【００９８】［実施例４］図１２、図１３は、実施例４
に係る半導体装置の構造および半導体装置の製造方法を
示す断面図である。以下、上記実施例と同様のものは同
一符号で示す。なお、以降、明記しない場合は、シリコ
ン酸化膜、ＢＣＢ膜あるいはＡＬＣＡＰ^TM膜のエッチン
グは、上記実施例１，２で説明したのと同じである。

【００９９】先ず図１２（ａ）に示されているように、
図４（ａ）で説明したのと同様にして下部配線部１の上
面にＢＣＢ膜４、ＡＬＣＡＰ^TM膜５、ＢＣＢ膜６、ＡＬ
ＣＡＰ^TM膜７、ＢＣＢ膜８およびシリコン酸化膜１０
が、順次に積層して形成される。

【０１００】続いて、図１２（ｂ）に示されているよう
に、配線溝パターンを有する第１レジストマスク１１が
形成され、これをエッチングマスクにしたドライエッチ
ングで、図１２（ｃ）に示されているように、シリコン
酸化膜１０がエッチングされ、上記配線溝パターンが転
写されて開口２６が形成される。更に、Ｎ₂ ／Ｈ₂ プラ
ズマによりレジストマスク１１がアッシング除去され
る。この際、ＢＣＢ膜が露出しているが、上述したよう
にＢＣＢ膜は、Ｎ₂ ／Ｈ₂ プラズマに対して耐エッチン
グ性を有しエッチングされることはない。

【０１０１】続いて、図１３（ａ）に示されているよう
に、接続孔パターンを有する第６レジストマスク２７が
形成され、第６レジストマスク２７をマスクとして、Ｂ
ＣＢ膜８がエッチングされる。そして、その下部のＡＬ
ＣＡＰ^TM膜、ＢＣＢ膜、ＡＬＣＡＰ^TM膜が、順次にエッ
チングされて図１３（ｂ）に示すように、開孔２１が形
成される。

【０１０２】そして、図１３（ｃ）に示されているよう
に、図３で説明したように、ＡＬＣＡＰ^TM膜５、ＡＬＣ
ＡＰ^TM膜７のエッチングは抑制され、ＢＣＢ膜８が選択
的にエッチングされ開口２６ａが形成される。このよう
にして、ＢＣＢ膜８、ＡＬＣＡＰ^TM膜７、ＢＣＢ膜６、
およびＡＬＣＡＰ^TM膜５の中間深さの領域に開孔２１が
形成される。この段階では、開孔２１はＢＣＢ膜４表面
には達しない。

【０１０３】続いて、ＡＬＣＡＰ^TM膜７と残りのＡＬＣ
ＡＰ^TM膜５とが酸素とフロロカーボンの混合ガスプラズ
マでエッチングされ、図６（ａ）で示した構造になる。
この際、接続孔１４底部に現われるＢＣＢ膜４および配
線溝１２，１２ａ底のＢＣＢ膜６はエッチングストッパ
ーとして作用する。以後の工程は、図６および図７に基
づいて説明した通りである。この場合も、従来例１，
２，３に説明したのと同様の効果が生じる。

【０１０４】［実施例５］図１４乃至図１６は、実施例
５に係る半導体装置の構造および半導体装置の製造方法
を示す断面図である。この場合も上記の実施例と同様の
ものは同一符号で示す。なお、以降、明記しない場合
は、シリコン酸化膜、ＢＣＢ膜あるいはＡＬＣＡＰ^TM膜
のエッチングは、上記実施例１，２で説明したのと同じ
である。

【０１０５】先ず、図１４（ａ）に示されているよう
に、図４（ａ）で説明したのと同様にして下部配線部１
の上面にＢＣＢ膜４、ＡＬＣＡＰ^TM膜５、ＢＣＢ膜６、
ＡＬＣＡＰ^TM膜７、ＢＣＢ膜８、シリコン酸化膜１０お
よびシリコン窒化膜２８が、順次に積層して形成され
る。

【０１０６】続いて、図１４（ｂ）に示されているよう
に、シリコン窒化膜２８の上面に配線溝パターンを有す
る第１レジストマスク１１が形成される。そして、第１
レジストマスク１１をエッチングマスクとして、シリコ
ン窒化膜２８がエッチングされ、図１４（ｃ）に示すよ
うに、シリコン窒化膜２８に配線溝パターンが転写され
開口２９が形成される。そして、酸素プラズマにより第
１レジストマスク１１がアッシング除去される。

【０１０７】続いて、図１５（ａ）に示されているよう
に、接続孔パターンを有する第６レジストマスク２７が
形成され、図１５（ｂ）に示すように開孔２１が形成さ
れる。そして、シリコン窒化膜２８をエッチングのマス
クにしてシリコン酸化膜１０とＢＣＢ膜８とがドライエ
ッチングされる。このようにして、図１５（ｃ）に示す
ような開孔２１と開口２９ａが形成される。

【０１０８】続いて、図１６（ａ）に示されているよう
に、上述したようにパターニングされたシリコン窒化膜
とシリコン酸化膜とをハードマスクとして、ＡＬＣＡＰ
^TM膜７とＡＬＣＡＰ^TM膜５が酸素とフロロカーボンの混
合ガスプラズマでエッチングされ、配線溝１２，１２ａ
と接続孔１４とが形成される。その際、配線溝１２，１
２ａの底部に現われるＢＣＢ膜６および接続孔１４底の
ＢＣＢ膜４はエッチングストッパーとして作用する。

【０１０９】更に、図２で示したようなフロロカーボン
／酸素の混合ガスを用いて、図１６（ｂ）に示すように
シリコン窒化膜（ＳｉＮ）を選択的にエッチングしシリ
コン酸化膜１０を露出させる。フロロカーボン／酸素の
混合ガスの条件を適当にすることで、ＢＣＢ膜６やＢＣ
Ｂ膜４を損傷すること無く、シリコン窒化膜をエッチバ
ックすることが可能である。ここで、ＣＭＰの補強用に
シリコン窒化膜を一部残しておいてもよい。

【０１１０】その後、図３で説明したような窒素／水素
／フロロカーボンの混合ガスプラズマを用いて、ＢＣＢ
膜４，６を選択的に同時にエッチングする。このように
して、配線溝１２，１２ａと接続孔１４が形成される。
この混合ガスプラズマを用いると、ＢＣＢ膜４の下層の
Ｃｕを酸化させるおそれが無い。また側壁のＡＬＣＡＰ
^TM膜５およびＡＬＣＡＰ^TM膜７を損傷させるおそれが少
ない。

【０１１１】以後の工程は、図７に基づいて説明した通
りである。なお、上記シリコン窒化膜の残存する一部お
よびシリコン酸化膜はＣＭＰで研磨除去してもよい。こ
の場合も、従来例１，２，３，４に説明したのと同様の
効果が生じる。

【０１１２】実施例５の半導体の製造方法では、下層に
シリコン酸化膜、上層にシリコン窒化膜を用いた２層の
無機膜を用いた例を示したが、同様のプロセスを行うこ
とのできる膜であれば、これらの膜、ならびに組み合わ
せ、さらには層数に限定されない。即ち、下層にシリコ
ン窒化膜、上層にシリコン酸化膜を用いてもよいし、Ｓ
ｉＣやＳｉＣＮ、ＳｉＯＮなどを用いたり、単層や３層
以上の無機膜を使用してもよい。

【０１１３】［実施例６］前述したような実施例でもっ
て、シリコン基板３１に素子分離絶縁膜３２で分離さ
れ、コンタクトプラグ３３の形成された層間絶縁膜３４
で被覆されたＭＯＳＦＥＴ３５上に、ダマシン構造のＣ
ｕ多層配線が形成される実施例を図１７を参照して説明
する。以下に、その構造的な特徴を示す。

【０１１４】ＭＯＳＦＥＴ３５上のシリコン酸化膜で成
る層間絶縁膜３４の表面はＣＭＰ法により平坦化されて
いる。ここで、層間絶縁膜３４の膜厚は７００ｎｍ程度
である。この層間絶縁膜３４にはＭＯＳＦＥＴ３５の拡
散層およびゲート電極に至る０．１μｍφのコンタクト
ホールが形成され、このコンタクトホールに、Ｔａ（１
０ｎｍ）／ＴａＮ（１０ｎｍ）のバリアメタルで囲まれ
たＣｕ材料のコンタクトプラグ３３が形成されている。

【０１１５】上記層間絶縁膜３４上に配線溝のエッチン
グストッパーである第２の有機絶縁膜３７として３０ｎ
ｍ厚のＤＶＳ（ジビニルシロキサン）−ＢＣＢ膜が形成
されている。そして、第２の有機絶縁膜３７上には３０
０ｎｍ厚のポーラス有機シリカ膜で第２の絶縁膜３８が
形成され、その上部に第３の有機絶縁膜３９として３０
ｎｍ厚のＤＶＳ−ＢＣＢ膜が形成されている。

【０１１６】第１層ダマシン配線４１は、上記ＤＶＳ−
ＢＣＢ膜／ポーラス有機シリカ膜／ＤＶＳ−ＢＣＢ膜か
らなる積層絶縁膜を貫く配線溝にＴａ（１０ｎｍ）／Ｔ
ａＮ（１０ｎｍ）のバリアメタルで覆われたＣｕ配線が
埋め込まれた構造となっている。そして、第１層ダマシ
ン配線４１は、コンタクトプラグ３３に接続され、第１
層ダマシン配線４１上には、接続孔のエッチングストッ
パー膜として３０ｎｍ厚のＤＶＳ−ＢＣＢ膜から成る第
１の有機絶縁膜４０が形成されている。

【０１１７】更に、４００ｎｍ厚のポーラス有機シリカ
膜で第１の絶縁膜３６が形成され、配線溝エッチングス
トッパー膜として３０ｎｍ厚のＤＶＳ−ＢＣＢ膜で第２
の有機絶縁膜３７ａが形成されている。そして、第２の
有機絶縁膜３７ａ上には３００ｎｍ厚のポーラス有機シ
リカ膜から成る第２の絶縁膜３８ａと、第３の有機絶縁
膜３９ａとして３０ｎｍ厚のＤＶＳ−ＢＣＢ膜が形成さ
れている。

【０１１８】この積層構造絶縁膜に対して、上述したよ
うにＤＶＳ−ＢＣＢ膜／ポーラス有機シリカ膜／ＤＶＳ
−ＢＣＢ膜を貫く配線溝にバリアメタルとＣｕ配線の埋
め込まれた第２層ダマシン配線４３が形成されている。
なお、配線溝は必ずしも第２の有機絶縁膜３７ａをつら
ぬいている必要はなく、配線溝底部が第２の有機絶縁膜
３７ａ内に存在してもよい。第２層ダマシン配線４３の
底部より、第１の絶縁膜３６と第１の有機絶縁膜４０を
貫く第１ビアプラグ４２が形成されており、第１層ダマ
シン配線４１に接続されている。

【０１１９】第２層ダマシン配線４３上には、ビアエッ
チングストッパー膜として３０ｎｍ厚のＤＶＳ−ＢＣＢ
膜から成る第１の有機絶縁膜４０ａが形成されている。
さらに、４００ｎｍ厚のポーラス有機シリカ膜で第１の
絶縁膜３６ａが形成され、配線溝エッチングストッパー
膜としての３０ｎｍ厚のＤＶＳ−ＢＣＢ膜から成る第２
の有機絶縁膜３７ｂが形成されている。

【０１２０】そして、第２の有機絶縁膜３７ｂ上には３
００ｎｍ厚のポーラス有機シリカ膜から成る第２の絶縁
膜３８ｂが形成される。そして、第２の絶縁膜３８ｂ上
に３０ｎｍ厚のＤＶＳ−ＢＣＢ膜から成る第３の有機絶
縁膜３９ｂが形成されている。そして、第１、２層ダマ
シン配線と同様に、ＤＶＳ−ＢＣＢ膜／ポーラス有機シ
リカ膜／ＤＶＳ−ＢＣＢ膜を貫く配線溝に第３層ダマシ
ン配線４５が形成されている。この第３層ダマシン配線
４５の底部より、第１の絶縁膜３６ａと第１の有機絶縁
膜４０ａを貫く第２ビアプラグ４４が形成されており、
第２層ダマシン配線４３に接続されている。この第３層
ダマシン配線４５上にはカバー膜として第１の有機絶縁
膜４０ｂが形成されている。

【０１２１】実施例６のようにデュアルダマシン配線を
多層化しても、層間絶縁膜の反りあるいはクラックの発
生は生じない。これは、積層する有機絶縁膜あるいは絶
縁膜の熱膨張係数が小さくなるからである。このように
して高品質の多層配線が形成できるようになる。

【０１２２】また、Ｃｕ配線幅の寸法とビアプラグの寸
法とはほぼ全層にわたって同一にできる。このために、
配線のピッチが小さくでき、微細で高密度の多層配線が
容易に形成できるようになる。

【０１２３】上記の実施の形態では、有機絶縁膜をＢＣ
Ｂ膜単層としたが、炭素／シリコン比の異なる有機絶縁
膜の積層膜であるＤＶＳ−ＢＣＢ／ＳｉＣＮであっても
よい。また、ＤＶＳ−ＢＣＢ膜に窒素をプラズマ添加し
たＤＶＳ−ＢＣＢＮ膜であってもよい。この場合の窒素
の含有量は１〜１０％程度である。

【０１２４】上記の実施例では、無機膜をハードマスク
としてエッチングマスクに使用する場合について説明し
ているが、ＢＣＢ膜のような有機高分子を主骨格とした
Ｓｉ含有の有機絶縁膜をエッチングマスクにしてもよい
ことに言及しておく。

【０１２５】また、上記の実施例ではデュアルダマシン
配線の形成について説明したが、ダマシン配線のみを形
成する場合でも同様に本発明は適用でき、同様の効果が
生じることに言及しておく。この場合にも、ＢＣＢ膜の
ような有機高分子を主骨格としたＳｉ含有の有機絶縁膜
をエッチングマスクあるいはエッチングストッパーとし
て、ＡＬＣＡＰ^TM膜のようなＳｉ−Ｏ結合構造を主骨格
とした水素あるいは有機成分含有の絶縁膜を選択的にエ
ッチングする。あるいは、逆に、発明の実施の形態で説
明したようなエッチングガス選択により、ＡＬＣＡＰ^TM
膜のようなＳｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水素あるい
は有機成分含有の絶縁膜をエッチングしないで、ＢＣＢ
膜のような有機高分子を主骨格としたＳｉ含有の有機絶
縁膜を選択的にエッチングする。

【０１２６】本発明は上記の実施の形態（あるいは実施
例）に限定されず、本発明の技術思想の範囲内におい
て、実施の形態が適宜変更され得る。

【０１２７】

【発明の効果】上述したように、本発明により、ダマシ
ン配線構造を形成する層間絶縁膜の誘電率は大幅に低減
でき、上記配線のピッチは大幅に小さくなり、微細で高
密度の多層配線が高精度に形成できるようになる。

【０１２８】また、ダマシン配線と接続孔の底部のエッ
チングストッパーに有機絶縁膜を用い、接続孔底のエッ
チングストッパー膜と配線溝底のエッチングストッパー
膜を同時にエッチング除去できるようになりＣｕ配線表
面の損傷は皆無になる。また、（デュアル）ダマシン配
線を多層化しても、層間絶縁膜の反りあるいはクラック
の発生は大幅に低減する。このようにして高品質の多層
配線が形成できるようになる。

【０１２９】そして、多層配線での寄生容量に起因した
電力消費が抑制され、半導体装置の高性能化あるいは低
消費電力化が促進される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するための多層配線構造の断面図
である。

【図２】本発明を説明するための層間絶縁膜のエッチン
グ特性を示すグラフである。

【図３】本発明を説明するための層間絶縁膜の別のエッ
チング特性を示すグラフである。

【図４】本発明の実施例１を説明するための多層配線構
造の製造工程順の断面図である。

【図５】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図であ
る。

【図６】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図であ
る。

【図７】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図であ
る。

【図８】本発明の実施例２を説明するための多層配線構
造の製造工程順の断面図である。

【図９】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図であ
る。

【図１０】本発明の実施例３を説明するための多層配線
構造の製造工程順の断面図である。

【図１１】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図で
ある。

【図１２】本発明の実施例４を説明するための多層配線
構造の製造工程順の断面図である。

【図１３】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図で
ある。

【図１４】本発明の実施例５を説明するための多層配線
構造の製造工程順の断面図である。

【図１５】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図で
ある。

【図１６】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図で
ある。

【図１７】本発明の実施例６を説明するための多層配線
構造の断面図である。

【図１８】ＢＣＢ膜を堆積させる成膜装置である。

【図１９】第１の従来例を示すためのダマシン配線構造
の製造工程順の断面図である。

【図２０】第２の従来例を示すデュアルダマシン配線構
造の断面図である。

【図２１】第２の従来例の課題を説明するためのデュア
ルダマシン配線構造の断面図である。

【符号の説明】

１ 下層配線部 ２ 上層配線部 ３ 下層デュアルダマシン配線 ４，６，８ ＢＣＢ膜 ５，７ ＡＬＣＡＰ^TM ９，９ａ 上層デュアルダマシン配線 １０ シリコン酸化膜 １１ 第１レジストマスク １２，１２ａ 配線溝 １３ 第２レジストマスク １４ 接続孔 １５ Ｈｅプラズマ １６ バリア膜 １７ Ｃｕ膜 １８ バリアメタル １９ Ｃｕ配線 ２０ 第３レジストマスク ２１ 開孔 ２２ 第４レジストマスク ２３ ＡＲＣ膜 ２４ 埋込ＡＲＣ膜 ２５ 第５レジストマスク ２６，２６ａ，２９，２９ａ 開口 ２７ 第６レジストマスク ２８ シリコン窒化膜 ３１ シリコン基板 ３２ 素子分離絶縁膜 ３３ コンタクトプラグ ３４ 層間絶縁膜 ３５ ＭＯＳＦＥＴ ３６，３６ａ 第１の絶縁膜 ３７，３７ａ，３７ｂ 第２の有機絶縁膜 ３８，３８ａ，３８ｂ 第２の絶縁膜 ３９，３９ａ，３９ｂ 第３の有機絶縁膜 ４０，４０ａ，４０ｂ 第１の有機絶縁膜 ４１ 第１層ダマシン配線 ４２ 第１ビアプラグ ４３ 第２層ダマシン配線 ４４ 第２ビアプラグ ４５ 第３層ダマシン配線 ４６ バリアメタル ４７ Ｃｕ配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 多田 宗弘 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 原田 恵充 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 Ｆターム(参考） 5F004 AA05 BA04 CA02 CA03 DA00 DA01 DA14 DA15 DA23 DA26 DB07 DB24 EA23 EB03 5F033 HH11 HH21 HH32 JJ01 JJ11 JJ21 JJ32 KK11 KK21 KK32 MM01 MM02 MM12 MM13 NN06 NN07 QQ00 QQ03 QQ04 QQ09 QQ11 QQ12 QQ15 QQ25 QQ28 QQ37 QQ48 RR01 RR04 RR06 RR08 RR21 RR25 RR29 SS15 SS22 TT04 TT07 XX03 XX14 XX17 XX19 5F058 AA10 AC10 AD02 AD05 AD11 AF02 AF04 AH02 BG01 BG02

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子の形成された基板上の層間絶
   縁膜は、第１の有機絶縁膜と、前記第１の有機絶縁膜上
   に形成した前記有機絶縁膜とは別種の第１の絶縁膜と、
   前記第１の絶縁膜上に形成した第２の有機絶縁膜と、前
   記第２の有機絶縁膜上に形成した前記有機絶縁膜とは別
   種の第２の絶縁膜とから成り、前記第２の絶縁膜と少な
   くとも前記第２の有機絶縁膜の一部とに形成された配線
   溝と、前記配線溝の底部に少なくとも連結するもので前
   記第１の絶縁膜と前記第１の有機絶縁膜にわたって形成
   された接続孔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の絶縁膜上に第３の有機絶縁膜
   が形成され、前記配線溝が前記第３の有機絶縁膜と前記
   第２の絶縁膜と少なくとも前記第２の有機絶縁膜の一部
   とにわたって形成されてい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】 前記接続孔を埋め込む状態に形成された
   導電性を有するプラグと、前記配線溝を埋め込むととも
   に前記プラグに接続する状態に形成された溝配線とを備
   えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の半
   導体装置。
4. 【請求項４】 前記第１、第２、第３の有機絶縁膜のう
   ち、少なくとも１つが有機高分子を主骨格としたＳｉ含
   有の有機薄膜であることを特徴とする請求項１、請求項
   ２または請求項３記載の半導体装置。
5. 【請求項５】 前記有機高分子が、ベンゼン環を含有す
   る構造であることを特徴とする請求項４記載の半導体装
   置。
6. 【請求項６】 前記有機高分子を主骨格としたＳｉ含有
   の有機薄膜は、ジビニルシロキサンベンゾシクロブテン
   が重合された重合体で構成されることを特徴とする請求
   項４記載の半導体装置。
7. 【請求項７】 前記第１、第２の絶縁膜のうち少なくと
   も１つがＳｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水素含有の絶
   縁膜であることを特徴とする請求項１から請求項６のう
   ち１つの請求項に記載の半導体装置。
8. 【請求項８】 前記Ｓｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水
   素含有の絶縁膜がポーラス構造であることを特徴とする
   請求項７記載の半導体装置。
9. 【請求項９】 前記Ｓｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水
   素含有の絶縁膜が有機成分を含有することを特徴とする
   請求項７または請求項８記載の半導体装置。
10. 【請求項１０】 前記Ｓｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした
    有機成分を含有する水素含有の絶縁膜が有機シルセスク
    オザンであることを特徴とする請求項９記載の半導体装
    置。
11. 【請求項１１】 半導体素子が形成された基板上に第１
    の有機絶縁膜、第１の絶縁膜、第２の有機絶縁膜、第２
    の絶縁膜、第３の有機絶縁膜をこの順に積層して形成し
    た後に前記第３の有機絶縁膜上に無機膜を設ける工程
    と、 前記無機膜上に形成した配線溝パターンを有するレジス
    トマスクを用いたエッチングにより、前記第２の有機絶
    縁膜をエッチングストッパーとして前記無機膜と第３の
    有機絶縁膜と第２の絶縁膜とをエッチングし配線溝を形
    成する工程と、 前記レジストマスクを除去後、接続孔パターンを有する
    レジストマスクを用いたエッチングにより、前記第１の
    有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記第２の有
    機絶縁膜と第１の絶縁膜とをエッチングし前記配線溝に
    連結する接続孔を形成する工程と、 前記接続孔パターンを有するレジストマスクを除去後、
    前記配線溝底の第２の有機絶縁膜と前記接続孔底の第１
    の有機絶縁膜とを同時にエッチングする工程と、を含む
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. 【請求項１２】 半導体素子が形成された基板上に第１
    の有機絶縁膜、第１の絶縁膜、第２の有機絶縁膜、第２
    の絶縁膜、第３の有機絶縁膜をこの順に積層して形成し
    た後に前記第３の有機絶縁膜上に無機膜を設ける工程
    と、 前記無機膜上に形成した接続孔パターンを有するレジス
    トマスクを用いたエッチングにより、少なくとも前記無
    機膜と第３の有機絶縁膜と第２の絶縁膜と第２の有機絶
    縁膜とをエッチングし接続孔を形成する工程と、 前記レジストマスクを除去後、配線溝パターンを有する
    レジストマスクを用いたエッチングにより、前記第１の
    有機絶縁膜と第２の有機絶縁膜をエッチングストッパー
    として前記第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを同時にエッ
    チングし前記接続孔を前記第１の有機絶縁膜の表面まで
    延在させると共に配線溝を形成する工程と、 前記配線溝パターンを有するレジストマスクを除去後、
    前記配線溝底の第２の有機絶縁膜と前記接続孔底の第１
    の有機絶縁膜を同時にエッチングする工程と、を含むこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
13. 【請求項１３】 半導体素子が形成された基板上に第１
    の有機絶縁膜、第１の絶縁膜、第２の有機絶縁膜、第２
    の絶縁膜、第３の有機絶縁膜をこの順に積層して形成し
    た後に前記第３の有機絶縁膜上に無機膜を設ける工程
    と、 前記無機膜上に形成した接続孔パターンを有するレジス
    トマスクを用いたエッチングにより、前記第１の有機絶
    縁膜をエッチングストッパーとして前記無機膜と第３の
    有機絶縁膜と第２の絶縁膜と第２の有機絶縁膜と第１の
    絶縁膜とをエッチングし接続孔を形成する工程と、 前記レジストマスクを除去後、反射防止膜を全面に塗布
    する工程と、 配線溝パターンを有するレジストマスクを用いたエッチ
    ングにより、前記第２の有機絶縁膜をエッチングストッ
    パーとして前記第２の絶縁膜をエッチングし配線溝を形
    成する工程と、 前記配線溝パターンを有するレジストマスクおよび反射
    防止膜を除去後、前記配線溝底の第２の有機絶縁膜と前
    記接続孔底の第１の有機絶縁膜を同時にエッチングする
    工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
14. 【請求項１４】 半導体素子が形成された基板上に第１
    の有機絶縁膜、第１の絶縁膜、第２の有機絶縁膜、第２
    の絶縁膜、第３の有機絶縁膜をこの順に積層して形成し
    た後に前記第３の有機絶縁膜上に無機膜を設ける工程
    と、 前記無機膜上に形成した配線溝パターンを有するレジス
    トマスクを用いたエッチングにより、前記第３の有機絶
    縁膜をエッチングストッパーとして前記無機膜をエッチ
    ングする工程と、 前記レジストマスクを除去後、接続孔パターンを有する
    レジストマスクを用いたエッチングにより、前記第３の
    有機絶縁膜と第２の絶縁膜と第２の有機絶縁膜と第１の
    絶縁膜の一部とを順次エッチングし接続孔を形成する工
    程と、 前記接続孔パターンを有するレジストマスクを除去後、
    前記無機膜をマスクとして前記第３の有機絶縁膜をエッ
    チングし、前記第１の有機絶縁膜と第２の有機絶縁膜を
    エッチングストッパーとして前記第１の絶縁膜と第２の
    絶縁膜とを同時にエッチングし、前記接続孔を前記第１
    の有機絶縁膜の表面まで延在させると共に配線溝を形成
    する工程と、 前記配線溝底の第２の有機絶縁膜と前記接続孔底の第１
    の有機絶縁膜とを同時にエッチングする工程と、を含む
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
15. 【請求項１５】 半導体素子が形成された基板上に第１
    の有機絶縁膜、第１の絶縁膜、第２の有機絶縁膜、第２
    の絶縁膜、第３の有機絶縁膜をこの順に積層して形成し
    た後に前記第３の有機絶縁膜上に第１の無機膜および第
    ２の無機膜とこの順に積層して設ける工程と、 前記第２の無機膜上に形成した配線溝パターンを有する
    レジストマスクを用いたエッチングにより、前記第１の
    無機膜をエッチングストッパーとして前記第２の無機膜
    をエッチングする工程と、 前記レジストマスクを除去後、接続孔パターンを有する
    レジストマスクを用いたエッチングにより、前記第１の
    無機膜と第３の有機絶縁膜と第２の絶縁膜と第２の有機
    絶縁膜と第１の絶縁膜の一部とを順次エッチングし接続
    孔を形成する工程と、 前記接続孔パターンを有するレジストマスクを除去後、
    前記第２の無機膜をマスクとして前記第１の無機マスク
    と前記第３の有機絶縁膜をエッチングした後、前記第１
    の有機絶縁膜と第２の有機絶縁膜をエッチングストッパ
    ーとして前記第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを同時にエ
    ッチングし、前記接続孔を前記第１の有機絶縁膜の表面
    まで延在させると共に配線溝を形成する工程と、 前記配線溝底の第２の有機絶縁膜と前記接続孔底の第１
    の有機絶縁膜を同時にエッチングする工程と、を含むこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
16. 【請求項１６】 前記第１、第２、第３の有機絶縁膜の
    うち、少なくとも１つが有機高分子を主骨格としたＳｉ
    含有の有機薄膜であることを特徴とする請求項１１から
    請求項１５のうち１つの請求項に記載の半導体装置の製
    造方法。
17. 【請求項１７】 前記第１、第２の絶縁膜のうち少なく
    とも１つがＳｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水素あるい
    は有機成分含有の絶縁膜であることを特徴とする請求項
    １１から請求項１６のうち１つの請求項に記載の半導体
    装置の製造方法。
18. 【請求項１８】 半導体素子が形成された基板上に、有
    機高分子を主骨格としたＳｉ含有の有機絶縁膜と、Ｓｉ
    −Ｏ結合構造を主骨格とした水素あるいは有機成分含有
    の絶縁膜を積層して形成することを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
19. 【請求項１９】 前記有機高分子がベンゼン環を含有す
    る構造であることを特徴とする請求項１６、請求項１７
    または請求項１８記載の半導体装置の製造方法。
20. 【請求項２０】 前記有機高分子を主骨格としたＳｉ含
    有の有機薄膜あるいは有機絶縁膜は、ジビニルシロキサ
    ンベンゾシクロブテンが重合された重合体で構成される
    ことを特徴とする請求項１６、請求項１７または請求項
    １８記載の半導体装置の製造方法。
21. 【請求項２１】 前記Ｓｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした
    水素あるいは有機成分含有の絶縁膜がポーラス構造であ
    ることを特徴とする請求項１７から請求項２０のうち１
    つの請求項に記載の半導体装置の製造方法。
22. 【請求項２２】 前記Ｓｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした
    水素あるいは有機成分含有の絶縁膜が有機シルセスクオ
    ザンであることを特徴とする請求項１７から請求項２１
    のうち１つの請求項に記載の半導体装置の製造方法。
23. 【請求項２３】 前記配線溝底の第２の有機絶縁膜と前
    記接続孔底の第１の有機絶縁膜を同時にエッチングする
    前に、酸素とフロロカーボンガスを含む混合ガスプラズ
    マを用いてシリコン窒化膜からなる無機膜だけをエッチ
    バックすることを特徴とする請求項１６、請求項１７あ
    るいは請求項１９から請求項２２のうち１つの請求項に
    記載の半導体装置の製造方法。
24. 【請求項２４】 溝配線用メタルの化学機械研磨の際に
    最表面の無機膜を除去する工程を備えることを特徴する
    請求項１１から請求項１７あるいは請求項１９から請求
    項２２のうち１つの請求項に記載の半導体装置の製造方
    法。
25. 【請求項２５】 前記配線溝および接続孔を形成後、溝
    配線用メタルの成膜前にプラズマ処理を行うことを特徴
    とする請求項１１から請求項１７あるいは請求項１９か
    ら請求項２４のうち１つの請求項に記載の半導体装置の
    製造方法。
26. 【請求項２６】 アルゴンと酸素とフロロカーボンガス
    を含む混合ガスのプラズマを用い前記有機絶縁膜をエッ
    チングマスクあるいはエッチングストッパー層として前
    記絶縁膜を選択的にエッチングすることを特徴とする請
    求項１６から請求項２５のうち１つの請求項に記載の半
    導体装置の製造方法。
27. 【請求項２７】 窒素と水素の混合ガスにフロロカーボ
    ンガスを添加しプラズマ励起して前記有機絶縁膜を選択
    的にエッチングすることを特徴とする請求項１６から請
    求項２６のうち１つの請求項に記載の半導体の製造方
    法。
28. 【請求項２８】 前記フロロカーボンガスは、ＣＦ₄ 、
    ＣＨＦ₃ 、ＣＨ₂ Ｆ ₂ 、Ｃ₄ Ｆ₈ 、Ｃ₅ Ｆ₈ 、 あるい
    は、これらの混合ガスであることを特徴とする請求項２
    ３、請求項２６または請求項２７記載の半導体の製造方
    法。
29. 【請求項２９】 溝配線用メタルの成膜前のプラズマ処
    理はヘリウムプラズマで行うことを特徴とする請求項２
    ５、請求項２６または請求項２７記載の半導体の製造方
    法。