JP2003163265A

JP2003163265A - 配線構造およびその製造方法

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Publication number: JP2003163265A
Application number: JP2001361482A
Authority: JP
Inventors: Munehiro Tada; 宗弘多田; Yoshihiro Hayashi; 喜宏林; Taku Ogura; 卓小倉
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2003-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】感光性絶縁膜を用いたダマシン配線法により、
微細で信頼性の高い多層配線構造を形成する。【解決手段】感光性ポリシラザンを主成分とした感光性
絶縁膜で第１ビアホール６を有するビアホール用絶縁膜
７を形成し、全面にスピン塗布法で第２の感光性絶縁膜
８を形成する。そして、フォトリソグラフィ法による露
光／現像のみで上記第１ビアホール６の上部に配線溝９
あるいは第２ビアホール１０を形成する。そして、この
配線溝９および第２ビアホール１０に導電体材料を埋め
込んでデュアルダマシン配線を形成する。ここで、感光
性絶縁膜の下層に反射防止機能を有しそのまま層間絶縁
膜として使用できる絶縁膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配線構造およびそ
の製造方法に関し、特に、感光性の絶縁材料を層間絶縁
膜に用いた溝配線（ダマシン配線）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、半導体高集積回路（ＬＳＩ）の配
線材料にはアルミニウム（Ａｌ）もしくはＡｌ合金が、
そして配線間および配線層間の絶縁膜にはシリコン酸化
膜（ＳｉＯ₂ 膜）がそれぞれ広く用いられてきた。そし
て、ＬＳＩの微細化の進行に伴い、配線における信号伝
送の遅延を抑制あるいは低減するために、配線の低抵抗
化として配線材に銅（Ｃｕ）が、配線間の寄生容量の低
減化として配線間および配線層間の絶縁膜に誘電率の低
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
うになってきた。しかし、Ｃｕを主成分とする配線にお
いては、シリコン（Ｓｉ）やＳｉＯ₂ 膜をはじめとする
絶縁膜中におけるＣｕの拡散がＡｌよりも速いことか
ら、トランジスタをはじめとする半導体素子部への侵入
および配線間の絶縁耐圧劣化等を防いで信頼性を確保す
るために、Ｃｕの周囲に拡散を防止する拡散防止（バリ
ア）膜を形成することが必要となる。

【０００３】このＣｕを用いたダマシン配線構造の形成
においては、工程の簡略化とプロセスコストダウンが必
要とされており、デュアルダマシン配線の実用化や、感
光性材料の提案などがなされている。以下、図面を参照
して従来のダマシン配線について説明する。

【０００４】［従来例１］以下に、Ｃｕ膜の下面および
側面をＣｕのバリア膜となる導体膜で覆う配線構造とそ
の製造方法について説明する。図１２と図１３は、ダマ
シン配線の製造工程を示す工程順の断面図である。

【０００５】現在一般に用いられるダマシン法を用いた
配線構造の製造方法に関しては、図１２および図１３に
示すように、半導体素子（図示せず）の形成されたシリ
コン基板１０１上にシリコン酸化膜１０２、シリコン窒
化膜１０３、シリコン酸化膜１０４を順次堆積し（図１
２（ａ））、シリコン酸化膜１０４上に配線溝パターン
を有する配線溝レジストマスク１０５（図１２（ｂ））
を形成する。そして配線溝レジストマスク１０５をマス
クにした反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）で、シリコ
ン窒化膜１０３をエッチングストッパーとしてシリコン
酸化膜１０４をドライエッチングし、更に、その後に上
記シリコン窒化膜１０３をエッチング除去し、配線溝レ
ジストマスク１０５を除去することでシリコン酸化膜１
０４に配線溝１０６を形成する（図１２（ｃ））。

【０００６】次に、全面に、導電体からなる導電性バリ
ア膜１０７を成膜後、Ｃｕ膜１０８を成膜する（図１３
（ａ））。そして、化学機械研磨（ＣＭＰ）法によって
配線溝１０６内部以外にあるシリコン酸化膜１０４上の
Ｃｕ膜１０８および導電性バリア膜１０７を順次に研磨
除去しダマシン配線１０９を形成する（図１３
（ｂ））。続いて、絶縁体からなる絶縁性バリア膜１１
０を成膜し、更に層間絶縁膜としてシリコン酸化膜１１
１を形成する。このようにして、ダマシン配線１０９の
下面および側面は導電性バリア膜で、その上面は絶縁性
バリア膜で覆われたダマシン配線構造が形成される（図
１３（ｃ））。

【０００７】上記の導電性バリア膜には、Ｃｕの拡散防
止能力が高いこと、下地となる絶縁物およびＣｕとの密
着性、プロセス上の熱的安定性等の理由から、高融点で
あるチタン（Ｔｉ）やタンタル（Ｔａ）などの金属およ
びその窒化物、またはそれらにＳｉ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、上面の絶縁性バリア膜に
は、同様にＣｕの拡散防止能力が高いこと、下地となる
絶縁物およびＣｕとの密着性、プロセス上の熱的安定性
等の理由から、Ｓｉの窒化物（ＳｉＮ）などが用いられ
る。

【０００８】［従来例２］次に、従来例２では、配線溝
とビアホールに同時に導電体の配線材を埋め込むこと
で、工程数と作業時間の短縮を可能とする、いわゆるデ
ュアルダマシン法を用いた配線構造の製造方法に関し
て、図１４乃至図１６を用いて説明する。

【０００９】図１４（ａ）に示しているように、上記の
従来例１で説明したのと同様なダマシン配線２００上
に、シリコン窒化膜２０１、シリコン酸化膜２０２、シ
リコン窒化膜２０３、シリコン酸化膜２０４を順次に堆
積し（図１４（ｂ））、シリコン酸化膜２０４上にビア
パターンを有するビアレジストマスク２０５を形成する
（図１４（ｃ））。そして、ビアレジストマスク２０５
をマスクに異方性のドライエッチングによってシリコン
酸化膜２０４、シリコン窒化膜２０３、シリコン酸化膜
２０２順にエッチングした後、ビアレジストマスク２０
５を除去することでビアホール２０６を形成する（図１
５（ａ））。ここで、上記シリコン窒化膜２０１は残存
させる。

【００１０】次に、ビアホール２０６上部に配線溝レジ
ストマスク２０７を形成し（図１５（ｂ））、配線溝レ
ジストマスク２０７をマスクにシリコン酸化膜２０４を
ドライエッチングする。ここで、シリコン窒化膜２０１
はダマシン配線２００を上記エッチングから保護する機
能を有し、シリコン窒化膜２０３はエッチングストッパ
ーとして機能する。そして、配線溝レジストマスク２０
７を除去後、エッチングによってダマシン配線２００上
面にあるシリコン窒化膜２０１等を除去しデュアルダマ
シン配線溝２０８を形成する（図１５（ｃ））。

【００１１】次に、全面に、導電体からなる導電性バリ
ア膜２０９を成膜後、Ｃｕ膜２１０を成膜する（図１６
（ａ））。そして、ＣＭＰ法によってデュアルダマシン
配線溝２０８内部以外にあるシリコン酸化膜２０４上の
Ｃｕ膜２１０および導電性バリア膜２０９を順次に研磨
除去しデュアルダマシン配線２１１を形成する。そし
て、絶縁体からなる絶縁性バリア膜２１２を成膜し、デ
ュアルダマシン配線２１１の下面および側面は導電性バ
リア層で、その上面は絶縁性バリア膜２１２で覆われた
デュアルダマシン配線構造が形成される（図１６
（ｂ）））。

【００１２】［従来例３］次に、現在提案されている感
光性材料をダマシン法に適用した配線構造の製造方法に
関して、図１７と図１８を用いて説明する。

【００１３】半導体素子（図示せず）の形成されたシリ
コン基板３０１上に層間絶縁膜としてシリコン酸化膜３
０２を堆積し（図１７（ａ））、続いて、シリコン酸化
膜３０２上に感光性材料を塗布し、これをベークするこ
とで感光性絶縁膜３０３を形成する（図１７（ｂ））。
この感光性絶縁膜３０３は、ポリイミド、ポリアミド
酸、ベンゾシクロブテン、ポリベンゾオキサゾール（Ｐ
ＢＯ）などを基質としたベース材料にポジ型感光材を添
加した有機の感光性材料である。

【００１４】ここでは、例えばＰＢＯをベースとするポ
ジ型感光材として、住友ベークライト株式会社製のＣＲ
Ｃ８３００（商品名）を用いて説明する。図１７（ｃ）
に示すように所望の配線溝を形成するため、ステッパー
等を用いた公知の露光法で、感光性絶縁膜３０３に紫外
線を露光して潜像３０４ａを形成する。ここでフォトマ
スク（レチクル）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、遮光部と透過部から配線溝パターンが
形成される。ここではポジ型感光材を用いているため、
配線溝パターンは上記透過部で構成されている。続いて
現像で潜像３０４ａを除去し感光性絶縁膜３０３に配線
溝３０４を形成する（図１７（ｄ））。ここで、現像に
はアルカリ水溶液の現像液を用いる。

【００１５】次に、配線溝３０４が形成された感光性絶
縁膜３０３を硬化させるため、窒素雰囲気下で１５０℃
で３０分加熱し、続けて３１０℃〜３２０℃の温度で３
０分間加熱する。このようにして、図１８（ａ）に示す
ように、硬化処理されて感光性が消失した配線溝用絶縁
膜３０５を形成する。

【００１６】そして、全面に導電性バリア膜３０６、Ｃ
ｕ膜３０７を成膜し（図１８（ｂ））、ＣＭＰ法によっ
て配線溝用絶縁膜３０５上の余剰なＣｕ膜３０７および
導電性バリア膜３０６を除去し、ダマシン配線３０８を
形成する（図１８（ｃ））。

【００１７】なお、このような感光性材料を用いたＣｕ
のダマシン配線構造に関する提案は、例えば特開２００
０−１３８２１９号公報等により公知となっている。

【００１８】［従来例４］上記有機の感光性材料の耐熱
性の改善に関する技術として、特開２０００−１８１０
６９号公報では感光性絶縁膜として感光性ポリシラザン
を用いることで、良好な感光特性を有し、かつ膜の耐熱
性を改善する技術が開示されている。用いられているポ
リシラザンの一般式は下式にて示される。

【００１９】

【化１】

【００２０】（上記式中Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３はそれぞれ単
独に水素原子、アルキル基などである）この場合は、ポリシラザン溶液をスピン塗布法にてシリ
コン酸化膜上に塗布形成させる。ここで、スピン回転数
とポリシラザン溶液の粘度を調節することで塗布膜厚を
制御することが可能である。光の照射によってポリシラ
ザンの上記Ｓｉ−Ｎ結合が開裂し、大気放置によって雰
囲気中の水分との反応によりシラノール（Ｓｉ−ＯＨ結
合）に変化し、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。現像されたパターン部を再び大気放
置することで、雰囲気中の水分との反応によりシラノー
ル化し、その後４００℃以上熱処理することで有機シル
セスキオキサンを形成することで安定化し、配線溝用絶
縁膜等の層間絶縁膜を形成することができる。

【００２１】［従来例５］感光性ポリシラザンの層間絶
縁膜を使用して配線溝を形成する際、加湿・加熱処理に
よって微細なパターンの形成を可能にし、紫外線露光時
の定在波の低減対策として反射防止膜を感光性材料に適
用した公知例として、次に特願２０００-３６７２６４
号に示された技術について説明する。

【００２２】図１９（ａ）に示すように、半導体素子
（図示せず）が形成されたシリコン基板上４０１におい
て、層間絶縁膜４０２に配線材Ｗプラグ４０３が形成さ
れた後に、感光性絶縁膜４０４を堆積する（図１９
（ｂ））。この時、層間絶縁膜４０２は、例えば化学気
相成長（ＣＶＤ）法により成膜されたシリコン酸化膜で
あり、感光性絶縁膜４０４は比誘電率が３．０の絶縁膜
である。

【００２３】次に、図１９（ｃ）に示すように、露光前
に、感光性絶縁膜４０４の表面に保護機能と反射防止機
能を有するコート膜４０５をコーティング形成し、図１
９（ｄ）に示すようにフォトリソグラフィ技術の紫外線
露光により潜像４０６ａを感光性絶縁膜４０４に形成す
る。その後、加湿と加熱同時処理を行い、続いて露光さ
れた潜像４０６ａを現像で除去し、図２０（ａ）に示す
ように、配線溝４０６を有する配線溝用絶縁膜４０７を
形成する。上記現像工程での現像液はテトラメチルアン
モニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）などを用い
る。

【００２４】そして、ウェハ全面に紫外線照射を５分程
度行い、感光性を消失させる。その後、再び加湿加熱処
理を行い、続いて硬化処理として４００℃程度の温度で
３０分加熱し、完全な配線溝４０６を形成する。

【００２５】次に、図２０（ｂ）に示すように、全面に
導電性バリア膜４０８を成膜した後、スパッタ法による
Ｃｕシード膜を堆積しこれを電極として電解メッキ法に
てＣｕ膜４０９を形成する。その後２００℃〜４００℃
の温度範囲でＣｕ膜の結晶化アニールを行う。

【００２６】続いて、図２０（ｃ）に示すように、ＣＭ
Ｐ法によって余剰なＣｕ膜４０９、導電性バリア膜４０
８を研磨除去して、Ｃｕ配線４１０を形成する。そし
て、図２０（ｄ）に示すように、その上に絶縁性バリア
膜４１１を成膜する。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
技術では、以下に示すような問題点があった。

【００２８】従来例１では、配線間の層間絶縁膜（この
場合シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜）の低誘電率
化が必要とされていた。また、製造の工程数が多く、加
えて製造装置も多くなり、半導体装置の製造コストが増
加する。

【００２９】従来例２では、配線溝とビアホールに同時
に金属配線材を埋め込むことで、工程数と作業時間を短
縮を可能としているが、低誘電率の層間絶縁膜を用いた
場合には、ビアホールと配線溝の形成における層間絶縁
膜の加工法に課題があるとともに、その工程数が増加し
コストアップにつながっていた。

【００３０】これらの課題を解決するため、従来例３に
示した、特に特開２０００−１３８２１９号公報等によ
り公知である技術では、有機感光材料を感光性絶縁膜と
して用いることで、配線溝形成のための層間絶縁膜のド
ライエッチングおよびレジストマスクのアッシング工程
が不要になるアイデアを提案している。しかしながら、
第１に前述の公報に記される有機感光性材料では耐熱性
が低いため、実用的な多層配線における層間絶縁膜への
適用は不可能であった。第２には無機の絶縁性バリア膜
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の拡散が生じ、配線
の信頼性が低下することが容易に予想されており、半導
体素子上に形成される多層配線構造として用いることが
できなかった。

【００３１】そこで、耐熱性を改善する技術として、従
来例４に記される特開２０００−１８１０６９号公報等
の公知の技術では、感光性の絶縁材料としてポリシラザ
ンを用いることで、良好な感光特性を有し、かつ膜の耐
熱性を改善する技術が記されている。

【００３２】しかしながら、露光・現像条件の安定性の
問題、焼成後の耐熱性の問題、スループットの問題、紫
外線露光での下地からの光反射による定在波発生の問題
などと課題が多く、多層配線形成の量産適用には未だ不
十分な技術であった。更に詳しくは、加湿処理時に露光
部のシラノール化反応が進むことが望ましいが、未露光
部が大気時間中に雰囲気中の水分によってシラノール化
してしまうことが課題であり、さらにシラノール化が不
十分である場合には最終的に得られる膜からＮＨ成分が
脱ガスとして発生し、耐熱性を劣化させる原因となって
いた。

【００３３】上記の課題に対して、従来例５として示し
た、特願２０００−３６７２６４号等での公知の技術で
は、ポリシラザンを用いた多層配線構造およびその製造
方法の技術に関して、加湿・加熱処理といった工程を備
えることで微細な配線パターンの形成を可能とし、更に
は、実用的なＣｕ配線との組み合わせた構造と製造方法
を備えることで、半導体装置の量産において必要と思わ
れる課題を克服できる技術が提案されている。

【００３４】しかし、従来例４および従来例５などで説
明した感光性材料を用いた上記技術を、デュアルダマシ
ン配線構造の形成に適用しようとすると以下に説明する
ような問題を有していた。

【００３５】第１に、第１の感光性絶縁膜に形成された
先行ホールである第１ビアホールを被覆するように第２
の感光性絶縁膜が形成され、この第２の感光性絶縁膜に
配線溝と第２ビアホールが形成される、いわゆる、２層
の感光性絶縁膜を用いたデュアルダマシン配線構造の形
成において、配線溝と第２ビアホールを同時に形成する
際、ミスアライメントが生じた場合に、第２ビアホール
の口径寸法が所望の値よりも小さくなるという課題を有
していた。ここで、第１の感光性絶縁膜に形成されるビ
アホールを先行ホールあるいは第１ビアホールといい、
上記第１ビアホールを通し更に第２の感光性層間絶縁膜
に形成され、最終的に配線層間のビアプラグが形成され
ることになるビアホールを第２ビアホールという。

【００３６】上記の問題について図２１を用いて、正
常アライメント時（図２１（ａ））、ミスアライメント
時（図２１（ｂ））をそれぞれ比較して詳細に説明す
る。

【００３７】図２１（ａ）、（ｂ）に示すように、絶縁
性バリア膜５０１上に層間絶縁膜５０２が形成され、層
間絶縁膜５０２に、上述した従来の技術により下層ダマ
シン配線５０３，５０３ａが形成されている。更に、全
面に絶縁性バリア膜５０４が形成されている。

【００３８】そして、例えば感光性ポリシラザンから成
る第１の感光性絶縁膜５０５に、従来例４，５で説明し
たのと同様にして第１ビアホール５０６，５０６ａが形
成され、更に全面に第２の感光性絶縁膜５０７が形成さ
れる。この第２の感光性絶縁膜５０７の第１ビアホール
５０６上に配線溝５０８が形成され、第１ビアホール５
０６ａ上には第２ビアホール５０９が形成される。

【００３９】ミスアライメントが生じた場合（図２１
（ｂ））には、第１ビアホールと第２ビアホールの口径
寸法が同一であると、図２１（ｂ）に示すように第２の
感光性絶縁膜５０７が第１の感光性絶縁膜５０５で形成
される第１ビアホール５０６ａの側壁に形成され、図に
示すように第２ビアホールの口径細りが生じ、設計値よ
りも実際のビアホール口径が小さくなるという問題が発
生する。そして、第２ビアホールの接続断面積が減少
し、抵抗増大、電流密度の増大を招き、それに伴う配線
信頼性の低下が生じ、デバイス特性および品質保証に劣
化を招く致命的な問題となっていた。

【００４０】第２には、ドライエッチング技術を用いな
いでフォトリソグラフィ法の露光・現像のみでパターニ
ングする場合には、微細なパターンを形成することが困
難であった。これについて図２２を参照して説明する。

【００４１】図２２（ａ）に示すように、絶縁性バリア
膜６０１上に層間絶縁膜６０２が形成され、層間絶縁膜
６０２に、上述した従来の技術により下層ダマシン配線
６０３が形成される。そして、全面に絶縁性バリア膜６
０４が形成され、絶縁性バリア膜６０４上に感光性絶縁
膜６０５が形成される。

【００４２】そして、図２２（ｂ）に示すように、露光
・現像のフォトリソグラフィ法のみによるパターニング
で感光性絶縁膜６０５にビアホール６０６が形成され、
図２２（ｃ）に示すように硬化処理が施されて、ビアホ
ール用絶縁膜６０７が形成される。しかし、紫外線を用
いて露光を行った場合、下地にある下層ダマシン配線溝
６０３のＣｕ膜からの反射により多重干渉が生じ、定在
波がそのままビアホール６０６側壁に転写され、定在波
パターン６０８が形成される。この定在波の問題は、感
光性絶縁膜にビアホールを形成する場合に限定されず、
配線溝のパターンを形成する場合にも同様に生じる。こ
のために、微細パターンの形成や配線材の埋め込み、配
線性能、配線信頼性に課題を有していた。

【００４３】従来例５では側壁に形成される定在波に関
する対策として、感光性ポリシラザンの上部に水溶性の
反射防止膜を塗布することで反射の効果を低減する方法
が提案されているものの、その効果としては不十分であ
った。

【００４４】第３に、第１の感光性絶縁膜に形成された
第１ビアホール上に第２の感光性絶縁膜を形成し、この
第２の感光性絶縁膜に配線溝とビアホールを同時にパタ
ーニング形成する、いわゆるデュアルダマシン配線構造
の形成工程において、スピン塗布法で形成される第２の
感光性絶縁膜の膜厚が、第１ビアホールの粗密によって
変動するため、所望の高さを有する溝配線の形成が困難
であった。

【００４５】上述したような理由から、半導体装置製品
のデュアルダマシン配線構造の形成に感光性絶縁膜を導
入することは容易ではなく、配線の性能と信頼性を向上
させるためには、新たな配線形成工程あるいは配線構造
が必要であり、感光性絶縁膜を用いる技術を最大限に活
用できる方法が要求されていた。

【００４６】本発明の主目的は、上述したような問題を
解決し、感光性絶縁膜を用いたダマシン配線構造の形成
を容易にし量産適用ができるようにすることにある。ま
た、本発明の他の目的は、微細構造、高い性能、高い信
頼性を有する多層配線構造の製造を容易にすることであ
る。

【００４７】

【課題を解決するための手段】このために本発明では、
半導体基板上の絶縁膜に形成される溝配線の構造におい
て、一配線層内で最小線幅となる溝配線は、前記最小線
幅値と同じ口径値のビアホールを通して下層配線に接続
され、同配線層内で最小線幅以上となる溝配線は、前記
最小線幅値より大きな口径値のビアホールで下層配線に
接続される。

【００４８】あるいは、本発明の配線構造では、半導体
基板上の絶縁膜に形成される溝配線の構造において、下
層配線上に形成される感光性絶縁膜にフォトリソグラフ
ィ法でパターン転写された配線溝あるいはビアホールが
形成されている。

【００４９】あるいは、本発明の配線構造では、半導体
基板上の絶縁膜に形成される溝配線の構造において、下
層配線上に第１のビアホールを有する第１の絶縁膜が形
成され、前記第１のビアホールの上部に位置する領域に
配線溝あるいは第２のビアホールを有する第２の絶縁膜
が形成され、前記第１のビアホール口径は第２のビアホ
ール口径より大きくなるように設定されている。

【００５０】そして、前記絶縁膜、前記第１の絶縁膜あ
るいは第２の絶縁膜は電子線もしくは紫外光に対して感
光特性を有する絶縁材料から形成される。ここで、前記
感光性絶縁膜あるいは感光特性を有する絶縁材料は、ポ
リシラザンを主成分とした基質から成る。

【００５１】また、本発明の配線構造では、前記感光性
絶縁膜、感光性を有する前記絶縁膜、前記第１の絶縁膜
あるいは第２の絶縁膜の下層部には、反射防止膜が形成
されている。そして、前記感光性絶縁膜、前記絶縁膜、
前記第１の絶縁膜あるいは第２の絶縁膜にフォトリソグ
ラフィ法でパターン転写する露光波長をλ、前記反射防
止膜の屈折率をｎ、正整数をｍとして、反射防止膜は、
その膜厚ｄが、ｄ＝ｍλ／２ｎを満たすように形成され
ている。

【００５２】ここで、前項反射防止膜は、ジビニルシロ
キサンベンゾシクロブテンあるいはその誘導体を骨格と
する有機高分子絶縁膜である。そして、前項ジビニルシ
ロキサンベンゾシクロブテンあるいはその誘導体を骨格
とする有機高分子絶縁膜は、プラズマ重合法にて作製さ
れる。

【００５３】また、本発明の配線構造の製造方法では、
半導体素子が形成された半導体基板上の絶縁膜に設けら
れた配線溝およびビアホールに、導電体配線材を充填し
て形成する溝配線および接続プラグを有する配線構造の
形成において、下層配線の最小配線幅よりも口径の大き
い第１の絶縁膜に設けた先行ホール上に、電子線もしく
は紫外線に対して感光性を有する第２の絶縁膜を塗布形
成し、前記第２の絶縁膜にフォトリソグラフィ法で配線
溝およびビアホールを同時にパターニング形成する。こ
こで、前記フォトリソグラフィ法の露光によるパターン
転写において、前記露光の目合わせを前記先行ホールで
はなく前記第１の絶縁膜下に形成している下層配線に対
して行う。そして、前記先行ホールの寸法は、前記配線
溝幅あるいはビアホール寸法に前記フォトリソグラフィ
法での露光の目合わせ最大ズレ量の２倍だけ加えた値と
なっている。

【００５４】あるいは、本発明の配線構造の製造方法で
は、前記導電体配線材がＣｕを含んでおり、前記Ｃｕと
前記第２の絶縁膜とを同時に化学機械研磨することで、
前記第２の絶縁膜の膜厚を調整し溝配線の厚さを制御す
る。

【００５５】本発明により、感光性の絶縁材料を用いた
デュアルダマシン配線構造が容易に形成できるようにな
り、量産製造に十分に適用できるようになる。そして、
微細構造、高い性能、高い信頼性を有する多層配線構造
の製造が容易になる。

【００５６】上述した（多層）配線構造および配線構造
の形成方法からなる本発明を適用することで、以下のよ
うに技術の改善がなされる。

【００５７】（１）先行ホール径を、下（上）層配線の
最小配線幅よりも大きくしておくことで、ミスアライメ
ント時のビアホール口径の細りを回避し、ビアプラグを
介した十分な配線間の接続ができるようになる。（２）
太幅配線を接続するビアホールは大きくし、最小幅の配
線を接続するビアホールは小さくして、大電流が流れる
配線に対して接続ビアプラグの断面積を大きくすること
で、電流密度増大を効果的に軽減し、大電流の流れない
微細配線に関しては最小配線ピッチにて微細なビアプラ
グ接続が得られるようになる。（３）上層配線のアライ
メントを直下の先行ホールではなく、下層配線に合わせ
ることで、ミスアライメント時にも十分な配線間の接続
が得られるようになる。（４）感光性絶縁膜の下層に、
紫外線反射防止機能を有する絶縁膜を備えることで、反
射によって形成される配線溝側壁あるいはビアホール側
壁の定在波を低減し、平滑な側壁を得て微細で均質なパ
ターンを形成できるようになる。（５）Ｃｕ膜−ＣＭＰ
によって配線溝以外の余剰なＣｕ膜を除去するが、この
時、感光性絶縁膜とＣｕ膜、および導電性バリア膜を適
切に研磨することで、下層の先行ホールの粗密パターン
依存性によってばらついていた感光性絶縁膜で形成され
る配線の膜厚を均一に制御することできるようになる。

【００５８】

【発明の実施の形態】［実施形態１］：デュアルダマシ
ン配線（ＤＤＩ）形成工程でのミスアライメント対策。

【００５９】本発明の第１の実施の形態について図１乃
至図４に基づいて説明する。ここで、図１と図２はデュ
アルダマシン配線構造の製造工程順の断面図であり、図
３と図４は、下層配線、上層配線、およびこれらを接続
するためのビアホールの平面図である。

【００６０】下層配線上に接続するデュアルダマシン配
線構造の形成に感光性絶縁膜を適用する形態において、
予め先行ホールである第１ビアホールの口径を下層配線
幅の最小寸法よりも大きく（以下、拡大サイズともい
う）しておくことで、設計値通りのビアホールを形成す
る本発明の方法について、従来例と比較しながら図面を
参照して詳細に説明する。

【００６１】図１（ａ）に示すように、絶縁性バリア膜
１上に層間絶縁膜２が形成され、層間絶縁膜２に、上述
した従来の技術により下層配線３，３ａが形成される。
そして、全面に絶縁性バリア膜４が形成される。ここ
で、層間絶縁膜２は紫外線感応しない絶縁膜から形成さ
れており、例えばＳｉＯ₂ 膜、ＨＳＱ（ハイドロゲンシ
ルセスキオキサン（Hydrogen Silsesquioxane)）膜、Ｍ
ＳＱ（メチルシルセスキオキサン(Methyl Silsesquioxa
ne））膜、ＢＣＢ（ジビニルシロキサンビスベンゾシク
ロブテン）膜あるいは芳香族を含む有機ポリマー膜など
でよく、下層配線を構成する配線材は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａ
ｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｔａおよびこれらの
化合物などでよい。そして、絶縁性バリア膜４は、ＢＣ
Ｂ、ＳｉＣ，ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣもしくはそれ
らに有機物を含んだ絶縁薄膜でもよい。

【００６２】そして、例えば感光性ポリシラザンから成
る第１の感光性絶縁膜５をスピン塗布法を用いて膜厚
０．４μｍ程度に塗布する。

【００６３】次に、図１（ｂ）に示すように、露光・現
像のフォトリソグラフィ法のみにより、先行ホールとし
て第１ビアホール６のパターニングを行う。ここで、所
望の現像特性を得るために露光後であって現像前に加湿
と加熱同時処理を行う。加湿と加熱同時処理の条件は、
膜厚や溶剤、露光量、（遠）紫外線の波長などにもよる
が、湿度は２０％〜１００％、温度は室温〜９０℃の範
囲で処理することが必要である。特に５０％〜８０％、
室温〜８０℃の条件が好ましい。

【００６４】このとき、先行ホールである第１ビアホー
ル６の露光寸法を下層配線３ａの最小幅よりも予め大き
く形成しておくことが重要である。

【００６５】そして、ウェハの全面に紫外線照射を４分
程度行い、感光性を消失させた後、硬化処理として４０
０℃で３０分加熱して、図１（ｃ）に示すように第１の
感光性絶縁膜５をビアホール用絶縁膜７に変換する。

【００６６】次に、図２（ａ）に示すように、感光性が
消失し第１ビアホールの形成されたビアホール用絶縁膜
７上に、スピン塗布法によって再び感光性ポリシラザン
から成る第２の感光性絶縁膜８を塗布形成する。

【００６７】そして、上述したのと同様な（遠）紫外線
フォトリソグラフィ等の露光・現像により配線溝９と第
２ビアホール１０のパターニングを行う。この時、第１
ビアホール６を有するビアホール用絶縁膜７は、既に感
光性を消失しているため、上記の露光処理による影響は
全く受けない。また、この時の現像液はアルカリ水溶性
の現像液ＴＭＡＨを用いるが、第１ビアホール６は硬化
処理を受けているため、現像処理による影響は全く受け
ない。

【００６８】続いて、図２（ｃ）に示すように、加湿処
理、加熱処理を行うことで、配線溝９と第２ビアホール
１０を有し感光性を消失した配線溝用絶縁膜１１に変換
させる。

【００６９】このとき、配線溝９幅が開口してある第１
ビアホール６口径よりも大きい場合には、第１ビアホー
ル６がそのまま露出する。そして、配線溝９下のビアホ
ールは、第１の感光性絶縁膜５に予め拡大サイズに形成
した第１ビアホール６から成る。

【００７０】これに対して、第２ビアホール１０口径は
第１ビアホール６口径より小さく設計されるために、図
２（ｃ）に示すように第２の感光性絶縁膜８が第１ビア
ホール６の側壁にも形成され、大きめに設計される第１
ビアホール６口径は縮小され必要な口径寸法になる。

【００７１】以下、図示しないが、公知のＲＩＥ法で第
１ビアホール底の絶縁性バリア膜４を選択的にエッチン
グ除去し、公知の方法で上記ビアホールと配線溝の側壁
に導電性バリア膜を形成し、ビアホールと配線溝内にＣ
ｕ膜を充填して、デュアルダマシン配線を形成する。

【００７２】以上の製造工程では、第２の感光性絶縁膜
５に配線溝と第２ビアホールを形成する場合について説
明した。ここで、第２ビアホール１０を形成する代わり
に、配線溝９より幅寸法の小さな配線溝を形成してもよ
い。

【００７３】次に、上述した本発明において、下層配線
の最小寸法幅よりも第１ビアホール口径を大きく拡大サ
イズに形成する効果について詳細に説明する。

【００７４】初めに、具体的な設計寸法で試算する。所
望の下層配線の最小配線ピッチ：Ｘ（μｍ）、最小配線
幅：Ｘ／２（μｍ）、ビアホール口径：Ｘ／２（μｍ）
である場合（通常サイズ）に、アライメント時の許容最
大ズレ量を最小配線幅のａ％とすると、形成する拡大サ
イズの第１ビアホール口径（Ｙ）は、Ｙ＝Ｘ／２（μ
ｍ）×（２ａ／１００＋１）で表される。例えば、所望
の下層配線の最小配線ピッチが０．２μｍ、最小配線幅
が０．１μｍ、ビアホール口径が０．１μｍである場合
に、アライメント時の許容最大ズレ量を最小配線幅の３
０％とすると、拡大形成する第１ビアホール口径は上式
より０．１６μｍとなる。

【００７５】続いて、図３および図４を用いて更に詳細
に説明する。

【００７６】図３、図４はいずれも２層の配線構造の平
面図であり、下層配線と上層配線とのビアホール接続に
ついて示したものである。ここで、図３は、従来の方法
での上述したビアホール口径：Ｘ／２（μｍ）で接続す
る場合であり、図４は、上述の拡大形成する第１ビアホ
ール口径：Ｙ（μｍ）で接続する場合である。

【００７７】図３、図４に示すように、下層配線２１が
配線ピッチＸで形成され、その上層に配線幅の大きな上
層配線２２、配線幅の小さな上層配線２３が形成され
る。そして、図３においては、配線幅寸法がＸ／２とな
る下層配線２１幅と同じ口径寸法Ｘ／２の第１ビアホー
ル２４を通して、下層配線２１と上層配線２２，２３が
それぞれ接続される。

【００７８】これに対して、本発明の図４においては、
拡大サイズの第１ビアホール２５すなわち先行ホールを
通して、下層配線２１と上層配線２２，２３がそれぞれ
接続される。このために、図１、図２で説明したような
ミスアライメントによる第１ビアホール口径細りは回避
され、良好な配線材の埋め込み特性と低抵抗な接続を得
ることができる。

【００７９】更に、配線幅の大きな上層配線２２におい
ては拡大サイズの第１ビアホール２５での接続となり、
配線幅の小さな上層配線２３においては、図２（ｃ）で
説明した縮小した第２ビアホールでの接続と同様にな
る。このようにして、配線幅の大きな上層配線２２の電
流値の上昇に対応してビアホールの数を増やすことなく
自動的にビアホール断面積を拡大し接続抵抗を低減する
ことができる。

【００８０】この時、ビアホールでの接続断面積は上層
配線と下層配線とのミスアライメント量に依存するた
め、上層配線の露光アライメントを直下の第１ビアホー
ルではなく、下層配線に合わせることで、接続断面積を
確保することも有効である。

【００８１】かかる工程により、露光のミスアライメン
ト時にビアホール口径が細ることなく、必要とするビア
ホール口径を有する配線接続のビアプラグを得て、しか
も良好な下層配線と上層配線との接合を得ることができ
るようになる。

【００８２】本発明において第１ビアホールを拡大サイ
ズにしても、第１ビアホールはフォトリソグラフィ法の
みでパターニング形成され、ドライエッチングは用いな
いために、下層にある絶縁性バリア膜４および層間絶縁
膜２のエッチングの心配は全く無い。また、上述した第
２ビアホール１０を形成する代わりに、配線溝９より幅
寸法の小さな配線溝を形成する場合でも、配線溝は第２
の感光性絶縁膜８のみにフォトリソグラフィ法でパター
ニング形成されるために、従来の技術に比べてデュアル
ダマシン配線の工程は非常に簡単になる。

【００８３】上記実施形態１では、第１の感光性絶縁膜
５を通常の感光性の無い絶縁膜にし、先行ホールである
第１ビアホールを公知のホトリソグラフィ技術とドライ
エッチング技術とでパターニング形成してもよい。但
し、この場合には、絶縁性バリア膜４がエッチングスト
ッパーとして機能するように絶縁膜材料を選択すること
が必要になる。

【００８４】［実施形態２］：反射防止効果を有する絶
縁性バリア膜。

【００８５】第２の実施の形態について図５に基づいて
説明する。図５は、ダマシン配線構造の一部の製造工程
順の断面図である。

【００８６】図５（ａ）に示すように、絶縁性バリア膜
３１上に層間絶縁膜３２を形成し、この層間絶縁膜３２
に形成した配線溝内に導電性バリア膜３３、配線材のＣ
ｕ膜３４から形成される下層配線部を形成する。

【００８７】そして、下層配線部を被覆するように絶縁
性の反射防止膜３５を成膜する。更に、図５（ｂ）に示
すように、反射防止膜３５上に膜厚０．４μｍ程度の感
光性絶縁膜３６を塗布形成する。ここで、層間絶縁膜３
２は（遠）紫外線感光性の無い絶縁膜、例えばＳｉＯ₂
膜、ＨＳＱ膜、ＭＳＱ膜、等でよい。また、感光性絶縁
膜３６は感光性ポリシラザン等の感光性を有する絶縁膜
である。

【００８８】上記の塗布形成後にエッジ・バックリンス
を、例えばＰＧＭＥＡ／ＰＧＭＥ（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）などを用いて行う。次に溶媒を
蒸発させるため、４０℃〜１５０℃の範囲で加熱処理を
行うことが望ましく、低温では下地との密着性が不十分
であり、温度が高すぎると感光性が消失するため、添加
している光酸発生材の種類や濃度に応じて調節する必要
がある。

【００８９】本発明では、上述した反射防止膜３５は、
低屈折率であり、（遠）紫外線露光における反射を最大
限抑えるように、最適な屈折率と厚さとを有する絶縁層
となるようにする。これに対して、従来の技術では、反
射防止膜はシリコン窒化膜のような無機絶縁膜が使用さ
れていた。

【００９０】本発明の上記反射防止膜３５の最適な膜厚
は、反射防止膜の屈折率と露光波長とに依存し、（１）
式によって導き出すことが可能である。すなわち、反射
防止膜３５の膜厚をｄ、その屈折率をｎとし、露光波長
をλとすると、

【００９１】

【数１】

【００９２】ここで、ｍは正整数である。

【００９３】例えば、ＡｒＦ（λ＝１９３ｎｍ）にて露
光する場合には、塗布直後の感光性絶縁膜３４の屈折率
の屈折率が１．８とすると、例えばＢＣＢ膜から成る反
射防止膜３５の屈折率を１．６とし、反射防止膜３５の
最適な厚さは５０〜７０（好ましくは６０〜６５）ｎｍ
になる。なお、反射防止膜の屈折率は１．４〜１．７
（好ましくは１．５〜１．６）が反射防止には最適であ
る。そして、Ｆ₂ （λ＝約１５８ｎｍ）の露光では、反
射防止膜３５の最適な厚さは４５〜５５（好ましくは４
８〜５３）ｎｍになる。さらには、ＫｒＦ（λ＝約２４
８ｎｍ）の露光では、反射防止膜３５の最適な厚さは７
０〜８０（好ましくは７７〜８３）ｎｍになる。

【００９４】これらのの特性を満たす材料としては、Ｂ
ＣＢ膜の他にＢＣＢ膜の誘導体を骨格とする絶縁膜や、
芳香族ポリマーあるいはその誘導体を骨格とする有機高
分子絶縁膜（ＳｉＬＫ（登録商標）やＦｌａｒｅ（登録
商標）等）や、ＣＶＤ法によって成膜したＳｉＣ膜やＳ
ｉＣＮ膜、ＳｉＯＣＨ膜などを用いることで、反射によ
る定在波を低減し平滑な側壁を有する感光性ポリシラザ
ンからなる配線溝を形成することが可能となる。

【００９５】ここで、上述のＢＣＢ膜あるいはその誘導
体は、プラズマ重合法で成膜するとよい。この方法を簡
単に説明すると以下のようである。すなわち、平行平板
電極を有する反応室内にＨｅガスを導入し、４３０ｋＨ
ｚの低周波電圧と１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加
してＨｅプラズマを生成する。そして、このＨｅプラズ
マ中にジビニルシロキサンビスベンゾシクロブテンモノ
マーを気化させて導入する。ここで、成膜される基板を
加熱しておく。このようにすると、基板表面で重合反応
が進みＢＣＢ膜が形成される。ここで、このようなＢＣ
Ｂ膜の比誘電率は２．４〜２．７となり、シリコン酸化
膜の比誘電率、約４程度よりも小さな値になる。

【００９６】次に、（遠）紫外線フォトリソグラフィ、
好ましくはＫｒＦ（λ＝約２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（λ＝
１９３ｎｍ）、Ｆ₂ （λ＝約１５８ｎｍ）等のエキシマ
レーザーや、高圧水銀灯などの光源などによる露光で、
図５（ｂ）に示すようなビアホール形状の潜像３７ａを
形成する。露光量は用いる（遠）紫外線の種類や、光酸
発生材の種類や量に大きく依存するが、０．１ｍJ/ｃｍ
２から１０００ｍＪ／ｃｍ２程度がよい。

【００９７】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、（遠）紫外線の波長などにもよるが、湿度は２
５％〜１００％、温度は室温〜８０℃の範囲で処理する
ことが望ましい。特に６５％〜９５％、３０℃〜８０℃
の条件が好ましい。

【００９８】そして、図５（ｃ）に示すように、露光部
を現像し上記潜像３７ａを除去し、感光性絶縁膜３６に
ビアホール３７を形成する。この時、現像液はアルカリ
水溶性の現像液、例えば、ＴＭＡＨなどを用いる。

【００９９】次に、硬化処理として３００℃〜４００℃
の温度で３０分加熱することでメチルシルセスキオキサ
ン化し、図５（ｄ）に示すように、感光性の消失したビ
アホール用絶縁膜３８に変換する。

【０１００】本発明では、上記のような反射防止膜３５
を感光性絶縁膜３６下に形成することで、感光性絶縁膜
を用いた際の（遠）紫外線露光における反射による配線
溝側壁の定在波を低減することができる。このようにし
て、微細かつ平滑な側壁を有するビアホール３７が形成
できるようになる。そして、Ｎ₂ 、Ｈ₂ 、ＣＨ₂ Ｆ₂の
混合ガスを用いたＲＩＥでビアホール３７底の反射防止
膜３５を選択的にエッチング除去する。

【０１０１】なお、上記の反射防止膜３５は、感光性絶
縁膜に配線溝を形成する場合でも同様に適用できる。

【０１０２】［実施形態３］：ＭＳＺ（メチルシルセス
キアザン(Methyl Silsesquiazane）膜、Ｃｕ膜の同時Ｃ
ＭＰ法。

【０１０３】第３の実施の形態について図６に基づいて
説明する。図６は、デュアルダマシン配線構造の製造工
程順の断面図である。

【０１０４】図６（ａ）は、Ｃｕから成るダマシン配線
上に感光性絶縁膜で先行ホール（図１で説明したような
第１ビアホールに相当する）を形成したものであり、層
間絶縁膜４１上にダマシン配線の下層配線部４２を公知
の方法で形成する。

【０１０５】そして、図５で説明したように、下層配線
部４２表面にＢＣＢ膜で反射防止膜４４を形成する。更
に、第１の感光性絶縁膜４５を形成し、実施形態１で説
明したように多数の第１ビアホール４６を形成する。

【０１０６】次に、図６（ｂ）に示すように、第２の感
光性絶縁膜４７を塗布形成し、所定の領域をフォトリソ
グラフィ法のみでパターニングし配線溝４８、第２ビア
ホール４９を形成する。このとき、第１ビアホール４６
の粗密の程度によって半導体チップ面内で第２の感光性
絶縁膜４７の膜厚がばらつく。そして、ウェハの全面に
紫外線照射を４分程度行い、第２の感光性絶縁膜４７の
感光性を消失させ、図６（ｃ）に示すような配線溝用絶
縁膜５０に変換させる。更に、硬化処理として加熱を行
う。

【０１０７】次に、Ｎ₂ 、Ｈ₂ 、ＣＨ₂ Ｆ₂ の混合ガス
を用いたＲＩＥで反射防止膜４４を選択的にエッチング
除去し、下層配線部との接続部を開口した後、図６
（ｃ）に示すように、導電性バリア膜５１およびＣｕ膜
５２を順次に堆積させる。

【０１０８】そして、ＣＭＰ法によって配線溝４８およ
び第２ビアホール４９以外の余剰なＣｕ膜を除去する。
本発明の特徴は、この時、膜厚のバラツキを有する第２
感光性絶縁膜４７から形成された配線溝用絶縁膜５０
と、Ｃｕ膜５２および導電性バリア膜５１を適切に研磨
することで、図６（ｄ）に示すように、上述した先行ホ
ールの粗密のパターン依存性によって生じていたバラツ
キを有する第２の感光性絶縁膜の膜厚を均一に制御する
ことが可能となる。

【０１０９】このようにして、表面が平坦化したデュア
ルダマシン配線構造の上層配線部５３が形成される。そ
して、この平坦化した表面に絶縁性バリア膜５４を形成
することになる。

【０１１０】かかる工程により、予め形成されている先
行ホール上に感光性絶縁膜を塗布した際生じる膜厚の分
布を改善し、ＣＭＰ法によって配線の高さのばらつきを
低減することができることを確認している。

【０１１１】

【実施例】［実施例１］：感光性ＭＳＺのみを用いたＤ
ＤＩ。

【０１１２】次に、下層配線部が形成されている上層部
にダマシン配線法を用いて、多層配線を形成する実施例
を示す。

【０１１３】図７（ａ）に示すように、絶縁性バリア膜
６１、層間絶縁膜６２、Ｃｕ膜６３からなる配線材、導
電性バリア膜６４から形成された下層配線部の上部に、
反射防止膜６５と第１の感光性絶縁膜６６を形成する。
ここで、第１の感光性絶縁膜６６は対紫外線感光特性を
有する絶縁膜から形成されており、導電性バリア膜６４
は、例えばＴａ／ＴａＮの積層バリア膜からなる。そし
て、反射防止膜６５は、絶縁性バリア膜兼反射防止膜効
果を有するＢＣＢ膜にて形成されている。

【０１１４】なお、図７（ａ）の下層配線部において
は、例えば層間絶縁膜６２はＳｉＯ₂、ＨＳＱ、ＭＳ
Ｑ、ＢＣＢあるいは芳香族を含む有機ポリマーなどでも
よく、配線材は、Ｃｕの他にＡｇ，Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、
Ｗ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｔａおよびそれらの化合物などでもよ
く、反射防止膜６５は、ＢＣＢ、ＳｉＣ，ＳｉＮ、Ｓｉ
ＣＮ、ＳｉＯＣもしくはそれらに有機物を含んだものな
どでもよい。

【０１１５】第１の感光性絶縁膜６６は感光性を有する
ポリシラザンがスピン塗布されたものでその膜厚は０．
４μｍ程度である。この場合に、塗布後にエッジ・バッ
クリンスを、例えばＰＧＭＥＡ／ＰＧＭＥなどを用いて
行う。次に溶媒を蒸発させるため、６０℃〜１２０℃の
範囲で加熱処理を行うが、６０℃より低温では下地との
密着性が不十分であり、温度が高すぎると感光性が消失
するため、添加している光酸発生材の種類や濃度に応じ
て調節する必要がある。

【０１１６】次に、（遠）紫外線リソグラフィ工程にお
いて、好ましくはＫｒＦ、ＡｒＦ、Ｆ₂ 等のエキシマレ
ーザーや、高圧水銀灯などの光源などによるパターン転
写を行い、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２５℃、８０％の条件にて行う。この時、
露光時の反射により生じる定在波は下層の反射防止膜６
５の効果によって低減されることを確認している。

【０１１７】そして、上記露光部を現像し、図７（ｂ）
に示すように、第１の感光性絶縁膜６６に第１ビアホー
ル６８をパターニングする。この時、現像液はアルカリ
水溶性の現像液、例えば、ＴＭＡＨなどを用いる。次
に、ウェハの全面に紫外線照射を４分程度行い、感光性
を消失させた後、硬化処理として３００℃〜４００℃の
温度で３０分加熱することで、メチルセルセスキオキサ
ンからなるビアホール用絶縁膜６７を得る。ここで、ビ
アホール用絶縁膜６７には、実施形態１で説明した先行
ホールとなる第１ビアホール６８が形成される。

【０１１８】次に、図７（ｃ）に示すように、第１ビア
ホール６８を有するビアホール用絶縁膜６７上に、スピ
ン塗布法によって第２の感光性絶縁膜６９を形成する。
そして、前述の温度範囲にて露光前の加熱処理を行い、
続いてＡｒＦエキシマレーザーを用いたフォトリソグラ
フィ工程でパターン転写を行い、その後２５℃、８０％
での加湿加熱同時処理を１分間程度に行う。

【０１１９】次に、露光部を現像し、加湿処理、加熱処
理を前述の条件で行うことで、図８（ａ）に示すよう
に、先行ホールである第１ビアホールを有する第１の感
光性絶縁膜６７上の第２の感光性絶縁膜６９に配線溝７
０、第２ビアホール７１を形成する。そして、上述した
ように第２の感光性絶縁膜６９に硬化処理を施し、図８
（ｂ）に示すように配線溝用絶縁膜７２を形成すること
になる。

【０１２０】上記のフォトリソグラフィ工程でのパター
ン転写では、配線溝７０は、第１ビアホール６８のパタ
ーンでなく、導電性バリア膜６３、Ｃｕ膜６４から形成
された下層配線に位置合わせすることが重要である。な
お、上記現像での現像液はアルカリ水溶性の現像液ＴＭ
ＡＨを用いるが、第１ビアホール６８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受けない。

【０１２１】このとき、例えば所望の配線パターンが、
最小配線ピッチが０．２μｍ、最小配線幅が０．１μ
ｍ、ビアホール口径が０．１μｍである場合に、先行ホ
ールである第１ビアホール６８の口径を最小配線幅より
大きい、例えば０．１６μｍの拡大ビアホールとしてお
くことで、０〜０．０６μｍのミスアライメントが生じ
た場合にも、良好なビア接続を得ることができる。

【０１２２】また、第１および第２の感光性絶縁膜に
は、同種類の感光性ポリシラザンからなる絶縁膜を用い
ることで、良好な密着性を確保することができる。

【０１２３】次に、図８（ｃ）に示すように、ＲＩＥ法
によるドライエッチングでビアホール底の反射防止膜６
５を選択的に除去し、導電性バリア膜とＣｕ膜の堆積、
ＣＭＰ法による研磨を施す。このようにして、下層配線
に接続するデュアルダマシン配線７３、ビアプラグ７４
を第２の感光性絶縁膜から形成された配線溝用絶縁膜７
２に設ける。

【０１２４】この実施例では、ＭＳＱ膜から成る下地の
層間絶縁膜６２表面をＣＭＰ法で適切に研磨し平坦化す
ることで、先行ホールである第１ビアホール６８パター
ンの粗密により発生する感光性絶縁膜６６および６９の
膜厚を揃えることが可能となる。

【０１２５】上述したような工程により、露光のミスア
ライメント時にビアホール口径が細ることなく、所望の
ビアホール口径を維持し、且つ、良好な下層配線とビア
プラグの接合を得ることができるようになる。

【０１２６】なお、露光には（遠）紫外線光を用いてい
るが、この全て、もしくは一部を電子線で置き換えて行
うことも可能である。

【０１２７】［実施例２］：感光性ＭＳＺでエッチング
を使ってＤＤＩ。

【０１２８】実施例２では、実施例１の方法において、
第１の感光性絶縁膜６６の代わりに感光性の無い低誘電
率膜を用い、ＣＭＰ法で上記低誘電率絶縁膜の表面を平
坦化する場合について示す。

【０１２９】図９（ａ）は、図７（ａ）と同様に、絶縁
性バリア膜８１、層間絶縁膜８２、導電性バリア膜８
３、配線材のＣｕ膜８４から形成された下層配線部を形
成する。更に、下層配線部を被覆するように絶縁性バリ
ア膜８５と膜厚０．６μｍ程度の低誘電率膜８６を積層
して形成する。

【０１３０】ここで、有機系の低誘電率膜には、有機ポ
リシラザン、ＢＣＢ、ポリイミド、プラズマＣＦポリマ
ー、プラズマＣＨポリマー、ＳｉＬＫ（登録商標）、パ
リレンＮ（登録商標）、パリレンＡＦ４（登録商標）、
ポリナフタレンＮがある。

【０１３１】また、その他の低誘電率膜には、ＡＬＣＡ
Ｐ^TM（登録商標）膜のような多孔性の有機シリカ膜の他
に、シルセスキオキサン類の絶縁膜、あるいは、Ｓｉ−
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、ＭＳＱ
膜の他にシルセスキオキサン類であるＨＳＱ、メチレー
テッドハイドロゲンシルセスキオキサン（Methylated H
ydrogen Silsesquioxane）あるいはフルオリネーテッド
シルセスキオキサン（Furuorinated Silsesquioxane）
のような低誘電率の絶縁膜がある。

【０１３２】次に、図９（ｂ）に示すように、通常のフ
ォトリソグラフィ技術で形成するレジストマスクをエッ
チングマスクにしたドライエッチングで、上記低誘電率
膜８６の所定の領域に先行ホールである第１ビアホール
８７を形成する。ここで、実施例１と同様に、あらかじ
め第１ビアホール８７の口径を、配線溝の最小設計寸法
よりも大きい拡大ビアホールとしておくことで、ミスア
ライメントによるビア径の細りを回避することができ
る。

【０１３３】次に、この第１ビアホール８７を有する低
誘電率膜８６上に、スピン塗布法によって感光性ＭＳＺ
を塗布し感光性絶縁膜８８を形成する。そして、前述の
温度範囲にて露光前の加熱処理を行い、続いてＫｒＦエ
キシマレーザーにてパターン転写を行い、露光部を現像
し、図１０（ａ）に示すように、第１ビアホール８７直
上の感光性絶縁膜８８に配線溝８９を形成する。そし
て、感光性絶縁膜８８に硬化処理を施し、図１０（ｂ）
に示すように配線溝用絶縁膜８８ａを形成することにな
る。

【０１３４】次に、ＲＩＥ法によるドライエッチングで
第１ビアホール８７底の絶縁性バリア膜８５を選択的に
除去し、導電性バリア膜とＣｕ膜の堆積、ＣＭＰ法によ
る研磨を施す。このようにして、図１０（ｃ）に示すよ
うに、下層配線に接続するデュアルダマシン配線９０を
形成する。

【０１３５】このようにして、低誘電率膜を層間絶縁膜
に用いた多層配線構造を形成できるようになる。この場
合も、露光のミスアライメント時にビアホール口径が細
ることなく、所望のビアホール口径を維持し、且つ、良
好な下層配線とビアプラグの接合を得ることができるよ
うになる。

【０１３６】［実施例３］：感光性ＭＳＺを用いた多層
配線構造の形成。

【０１３７】図１１では、６層のＣｕ膜／低誘電率膜の
多層配線構造を形成した例である。図１１に示すよう
に、シリコン基板表面にＭＯＳＦＥＴ９１を形成し、そ
の上部に層間絶縁膜９２をシリコン酸化膜等で形成す
る。そして、上記ＭＯＳＦＥＴ９１のソース・ドレイン
拡散層に接続するコンタクトプラグ９３を形成する。

【０１３８】そして、上述した実施形態１乃至３に示し
た技術を駆使して、第１層配線部９４、第２層配線部９
５、第３層配線部９６、第４層配線部９７、第５層配線
部９８、第６層配線部９９を順次に形成していく。

【０１３９】ここで、第１層配線部９４、第２層配線部
９５、第３層配線部９６には層間絶縁膜に低誘電率膜を
用いている。これらの低誘電率膜の比誘電率は２．０以
下となる、例えば、芳香族系のポーラス有機ポリマー、
あるいは有機シロキサン系のポーラス膜を用いることで
配線容量の低減を行っている。なお、第１層配線部９４
ではＥＢ露光を用い微細なパターニンを行い、第２層お
よび第３層配線部９５，９６には（遠）紫外線露光を用
いたパターニングを行う。

【０１４０】そして、第４層配線部９７と第５層配線部
９８では、感光性ＭＳＺを用いて感光性絶縁膜を形成
し、配線工程数の削減を行った。ここで、感光性ポリシ
ラザンから形成される層間絶縁膜の比誘電率は２．７程
度になる。このように、第４層および第５層配線部には
（遠）紫外線の露光・現像を用いたパターニングを行う
ことで、配線工程、プロセスコストを低減した。

【０１４１】そして、最上層となる第６層配線部９９上
にはシリコン酸化膜を用いることで、多層配線構造の全
体の強度を確保することができる。多層配線構造におい
て、感光性ポリシラザンを選択的に層間絶縁膜として適
用することで、配線性能を高性能化するとともに、配線
形成の製造コスト、作業時間、スループットを総合的に
向上させることができる。

【０１４２】なお、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。

【０１４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低誘電率膜を層間絶縁膜に用いた多層配線構造におい
て、対紫外線感光特性を有する層間絶縁膜すなわち感光
性絶縁膜を有効に用いることで、配線溝あるいはビアホ
ール形成のための層間絶縁膜のドライエッチング工程や
レジストマスクのアッシング工程は不要になる。

【０１４４】そして、（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。このようにして微細で高品質の多層配
線が形成できるようになる。

【０１４５】また、感光性絶縁膜を用いたデュアルダマ
シン配線の形成技術を容易にすることで、配線間の低寄
生容量化と、配線工程の簡略化、製造コストの低減化を
同時に達成すると共に量産適用を可能にすることができ
るようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を説明するための配
線構造の製造工程順の断面図である。

【図２】上記製造工程の続きを示す製造工程順の断面図
である。

【図３】本発明の第１の実施の形態を説明するための配
線構造の平面図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態を説明するための配
線構造の平面図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態を説明するためのビ
アホールの製造工程順の断面図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態の多層配線構造の製
造工程順の断面図である。

【図７】本発明の実施例を説明するための配線構造の製
造工程順の断面図である。

【図８】上記製造工程の続きを示す製造工程順の断面図
である。

【図９】本発明の別の実施例を説明するための配線構造
の製造工程順の断面図である。

【図１０】上記製造工程の続きを示す製造工程順の断面
図である。

【図１１】本発明の更に別の実施例を説明するための多
層配線構造の断面図である。

【図１２】従来の技術を説明するための従来例１での配
線構造の製造工程順の断面図である。

【図１３】上記製造工程の続きを示す製造工程順の断面
図である。

【図１４】従来の技術を説明するための従来例２での配
線構造の製造工程順の断面図である。

【図１５】上記製造工程の続きを示す製造工程順の断面
図である。

【図１６】上記製造工程の続きを示す製造工程順の断面
図である。

【図１７】従来の技術を説明するための従来例３での配
線構造の製造工程順の断面図である。

【図１８】上記製造工程の続きを示す製造工程順の断面
図である。

【図１９】従来の技術を説明するための従来例５での配
線構造の製造工程順の断面図である。

【図２０】上記製造工程の続きを示す製造工程順の断面
図である。

【図２１】従来の技術の課題を説明するための配線構造
の断面図である。

【図２２】従来の技術の別の課題を説明するための配線
構造の製造工程順の断面図である。

【符号の説明】

１，４，３１，５４，６１，８１，８５絶縁性バリ
ア膜２，３２，４１，６２，８２，９２層間絶縁膜３，３ａ下層配線５，４５，６６第１の感光性絶縁膜６，２４，２５，４６，６８第１ビアホール７，３８，６７ビアホール用絶縁膜８，４７，６９第２の感光性絶縁膜９，３５，４８，７０，８９配線溝１０，４９，７１第２ビアホール１１，３６，５０，７２，８８ａ配線溝用絶縁膜２１下層配線２２，２３上層配線３３，５１，６３，８３導電性バリア膜３４，５２，６４，８４Ｃｕ膜３５，４４，６５反射防止膜３６，８８感光性絶縁膜３７ビアホール３７ａ潜像４２下層配線部５３上層配線部７３，９０デュアルダマシン配線７４ビアプラグ８６低誘電率膜９１ＭＯＳＦＥＴ９３コンタクトプラグ９４第１層配線部９５第２層配線部９６第３層配線部９７第４層配線部９８第５層配線部９９第６層配線部

フロントページの続き (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Ｆターム(参考） 5F033 HH11 JJ01 JJ11 KK03 KK07 KK08 KK11 KK14 KK18 KK19 KK21 KK31 KK32 MM01 MM02 MM08 MM12 MM13 NN06 NN07 QQ01 QQ04 QQ09 QQ13 QQ48 QQ54 QQ74 RR01 RR04 RR05 RR06 RR21 RR22 RR23 RR24 RR25 RR27 RR29 SS11 SS15 SS22 TT04 WW02 XX03 XX09 XX15 XX33 XX34 5F046 DA11 PA00 PA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上の絶縁膜に形成される溝配
線の構造において、一配線層内で最小線幅となる溝配線
は、前記最小線幅値と同じ口径値のビアホールを通して
下層配線に接続され、同配線層内で最小線幅以上となる
溝配線は、前記最小線幅値より大きな口径値のビアホー
ルで下層配線に接続されていることを特徴とする配線構
造。
【請求項２】半導体基板上の絶縁膜に形成される溝配
線の構造において、感光性絶縁膜にフォトリソグラフィ
法でパターニングされた配線溝あるいはビアホールが形
成されていることを特徴とする配線構造。
【請求項３】半導体基板上の絶縁膜に形成される溝配
線の構造において、下層配線上に第１のビアホールを有
する第１の絶縁膜が形成され、前記第１のビアホールの
上部に位置する領域に配線溝あるいは第２のビアホール
を有する第２の絶縁膜が形成され、前記第１のビアホー
ル口径は第２のビアホール口径より大きくなるように設
定されていることを特徴とする配線構造。
【請求項４】前記絶縁膜、前記第１の絶縁膜あるいは
第２の絶縁膜は電子線もしくは紫外光に対して感光性を
有する絶縁材料から形成されることを特徴とする請求項
１または請求項３記載の配線構造。
【請求項５】前記感光性絶縁膜あるいは感光性を有す
る絶縁材料は、ポリシラザンを主成分とした基質からな
ることを特徴とする請求項２または請求項４記載の配線
構造。
【請求項６】前記感光性絶縁膜、前記絶縁膜、前記第
１の絶縁膜あるいは第２の絶縁膜の下層部には、反射防
止膜が形成されていることを特徴とする請求項２、請求
項４または請求項５記載の配線構造。
【請求項７】前記感光性絶縁膜、前記絶縁膜、前記第
１の絶縁膜あるいは第２の絶縁膜にフォトリソグラフィ
法でパターン転写する露光波長をλ、前記反射防止膜の
屈折率をｎ、正整数をｍとして、反射防止膜は、その膜
厚ｄが、ｄ＝ｍλ／２ｎを満たすように形成されていることを特徴とする請求項
６記載の配線構造。
【請求項８】前項反射防止膜は、ジビニルシロキサン
ベンゾシクロブテンあるいはその誘導体を骨格とする有
機高分子絶縁膜であることを特徴とする請求項６または
請求項７記載の配線構造。
【請求項９】前項ジビニルシロキサンベンゾシクロブ
テンあるいはその誘導体を骨格とする有機高分子絶縁膜
は、プラズマ重合法にて作製されることを特徴とする請
求項８記載の配線構造。
【請求項１０】半導体素子が形成された半導体基板上
の絶縁膜に設けられた配線溝およびビアホールに、導電
体配線材を充填して形成する溝配線および接続プラグを
有する配線構造の形成において、下層配線の最小配線幅
よりも口径の大きい第１の絶縁膜に設けた先行ホール上
に、電子線もしくは紫外線に対して感光性を有する第２
の絶縁膜を塗布形成し、前記第２の絶縁膜にフォトリソ
グラフィ法で配線溝およびビアホールを同時にパターニ
ング形成することを特徴とする配線構造の製造方法。
【請求項１１】前記フォトリソグラフィ法の露光によ
るパターン転写において、前記露光の目合わせを前記先
行ホールではなく前記第１の絶縁膜下に形成している下
層配線に対して行うことを特徴とする請求項１０記載の
配線構造の製造方法。
【請求項１２】前記先行ホールの寸法は、前記配線溝
幅あるいはビアホール寸法に前記フォトリソグラフィ法
での露光の目合わせ最大ズレ量の２倍だけ加えた値であ
ることを特徴とする請求項１０または請求項１１記載の
配線構造の製造方法。
【請求項１３】前記導電体配線材がＣｕを含んでお
り、前記Ｃｕと前記第２の絶縁膜とを同時に化学機械研
磨することで、前記第２の絶縁膜の膜厚を調整し溝配線
の厚さを制御することを特徴とする請求項１０、請求項
１１または請求項１２記載の配線構造の製造方法。