JP2003332422A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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- JP2003332422A JP2003332422A JP2002136844A JP2002136844A JP2003332422A JP 2003332422 A JP2003332422 A JP 2003332422A JP 2002136844 A JP2002136844 A JP 2002136844A JP 2002136844 A JP2002136844 A JP 2002136844A JP 2003332422 A JP2003332422 A JP 2003332422A
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- low dielectric
- film
- wiring
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】配線層間に誘電率の高い膜種を用いずに、低誘
電率膜に配線溝や接続孔を形成することができ、配線容
量を低減することができる半導体装置およびその製造方
法を提供する。 【解決手段】層間絶縁膜22,24を有機ポリマーを主
成分とする低誘電率材料により形成し、層間絶縁膜23
をシリコンを主成分とする低誘電率材料により形成す
る。エッチング耐性の異なる膜種を交互に積層させるこ
とにより、一方の低誘電率材料からなる層間絶縁膜をエ
ッチングする際に下地の低誘電率材料からなる層間絶縁
膜は、高いエッチング耐性を有し、下地の層間絶縁膜に
対して高いエッチング選択比により層間絶縁膜をエッチ
ングすることができることから、従来のエッチングスト
ッパ層のような誘電率の高い膜は挿入することなく、層
間絶縁膜に配線溝および接続孔を形成することができ
る。
電率膜に配線溝や接続孔を形成することができ、配線容
量を低減することができる半導体装置およびその製造方
法を提供する。 【解決手段】層間絶縁膜22,24を有機ポリマーを主
成分とする低誘電率材料により形成し、層間絶縁膜23
をシリコンを主成分とする低誘電率材料により形成す
る。エッチング耐性の異なる膜種を交互に積層させるこ
とにより、一方の低誘電率材料からなる層間絶縁膜をエ
ッチングする際に下地の低誘電率材料からなる層間絶縁
膜は、高いエッチング耐性を有し、下地の層間絶縁膜に
対して高いエッチング選択比により層間絶縁膜をエッチ
ングすることができることから、従来のエッチングスト
ッパ層のような誘電率の高い膜は挿入することなく、層
間絶縁膜に配線溝および接続孔を形成することができ
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、低誘電率
膜を層間絶縁膜に用いる半導体装置およびその製造方法
に関する。
膜を層間絶縁膜に用いる半導体装置およびその製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置の微細化に伴って、配
線の微細化、配線ピッチの縮小化が必要となってきてい
る。また、同時に、低消費電力化および高速化などの要
求に伴い、層間絶縁膜の低誘電率化および配線の低抵抗
化が必要になってきている。
線の微細化、配線ピッチの縮小化が必要となってきてい
る。また、同時に、低消費電力化および高速化などの要
求に伴い、層間絶縁膜の低誘電率化および配線の低抵抗
化が必要になってきている。
【0003】特にロジック系のデバイスでは、微細配線
による抵抗上昇、配線容量の増加がデバイスのスピード
劣化につながるため、微細な配線でかつ低誘電率膜を層
間絶縁膜とした多層配線が必要となっている。
による抵抗上昇、配線容量の増加がデバイスのスピード
劣化につながるため、微細な配線でかつ低誘電率膜を層
間絶縁膜とした多層配線が必要となっている。
【0004】配線幅の微細化、ピッチの縮小化は、配線
自身の縦横比を大きくするだけでなく、配線間のスペー
スのアスペクト比を大きくし、結果として、縦に細長い
微細配線を形成する技術、微細な配線間を層間膜で埋め
込む技術が必要となり、プロセスを複雑にすると同時
に、プロセス数の増大を招いている。
自身の縦横比を大きくするだけでなく、配線間のスペー
スのアスペクト比を大きくし、結果として、縦に細長い
微細配線を形成する技術、微細な配線間を層間膜で埋め
込む技術が必要となり、プロセスを複雑にすると同時
に、プロセス数の増大を招いている。
【0005】接続孔と配線溝をアルミニウム(Al)や
銅(Cu)等の金属によりメッキなどで同時に埋め込
み、CMP(Chemical Mechanical Polishing)により表
面の金属を研磨するダマシンプロセスでは、高アスペク
ト比の金属配線をエッチングで形成することも、配線間
の狭隙を層間膜で埋め込む必要もなく、大幅にプロセス
数を減らすことが可能である。このプロセスは、配線ア
スペクト比が高くなるほど、配線総数が増大するほど、
トータルコストの削減に大きく寄与するようになる。
銅(Cu)等の金属によりメッキなどで同時に埋め込
み、CMP(Chemical Mechanical Polishing)により表
面の金属を研磨するダマシンプロセスでは、高アスペク
ト比の金属配線をエッチングで形成することも、配線間
の狭隙を層間膜で埋め込む必要もなく、大幅にプロセス
数を減らすことが可能である。このプロセスは、配線ア
スペクト比が高くなるほど、配線総数が増大するほど、
トータルコストの削減に大きく寄与するようになる。
【0006】一方、層間絶縁膜の低誘電率化は、配線間
の容量を低減するが、0.18μmルール以下のデバイ
スに適用される、比誘電率3.0以下の膜は、従来のデ
バイスに用いられている比誘電率4.1の酸化シリコン
膜と膜質が大きく異なり、それら低誘電率膜に対応した
プロセス技術が求められている。
の容量を低減するが、0.18μmルール以下のデバイ
スに適用される、比誘電率3.0以下の膜は、従来のデ
バイスに用いられている比誘電率4.1の酸化シリコン
膜と膜質が大きく異なり、それら低誘電率膜に対応した
プロセス技術が求められている。
【0007】具体的には、比誘電率3.0を下回る低誘
電率膜の多くは、カーボンを含むいわゆる有機膜が従来
の層間絶縁膜に代わって採用される。このような低誘電
率膜は、従来用いられてきた酸化シリコン膜に比べてヤ
ング率や硬度等といった膜強度が低く、従来のプロセス
をそのまま使用することが困難となっている。すなわ
ち、膜剥がれや変形などが発生するという問題が生じて
おり、その解決が望まれている。
電率膜の多くは、カーボンを含むいわゆる有機膜が従来
の層間絶縁膜に代わって採用される。このような低誘電
率膜は、従来用いられてきた酸化シリコン膜に比べてヤ
ング率や硬度等といった膜強度が低く、従来のプロセス
をそのまま使用することが困難となっている。すなわ
ち、膜剥がれや変形などが発生するという問題が生じて
おり、その解決が望まれている。
【0008】このような欠点を克服するために、エッチ
ングのストッパ層や平坦化研磨のためのストッパ層とい
った誘電率が高く、丈夫な膜を組み合わせたHybri
d方式が一般的に用いられるようになりつつある。例え
ば、上記のストッパ層として窒化シリコン等を用いた場
合には、当該窒化シリコン膜は、エッチング等のストッ
パ層としての機能の他、配線溝に埋め込まれた銅の露出
表面を被覆して銅の拡散を防止するための拡散防止層と
しての機能も兼ねることとなる。
ングのストッパ層や平坦化研磨のためのストッパ層とい
った誘電率が高く、丈夫な膜を組み合わせたHybri
d方式が一般的に用いられるようになりつつある。例え
ば、上記のストッパ層として窒化シリコン等を用いた場
合には、当該窒化シリコン膜は、エッチング等のストッ
パ層としての機能の他、配線溝に埋め込まれた銅の露出
表面を被覆して銅の拡散を防止するための拡散防止層と
しての機能も兼ねることとなる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ストッパ層や拡散防止層といった誘電率の高い膜種が層
間に挿入されると、本来の低誘電率膜の効果が薄れ、実
効的には配線容量が大きな配線構造となってしまう。
ストッパ層や拡散防止層といった誘電率の高い膜種が層
間に挿入されると、本来の低誘電率膜の効果が薄れ、実
効的には配線容量が大きな配線構造となってしまう。
【0010】一方、近年、配線溝に埋め込まれた銅の露
出表面のみに、選択的に銅の拡散を防止するバリアメタ
ルをメッキする技術等が開発されており、銅の拡散を防
止するためには、必ずしも配線層間の全面に窒化シリコ
ン膜等の拡散防止層を挿入する必要はなくなりつつあ
る。
出表面のみに、選択的に銅の拡散を防止するバリアメタ
ルをメッキする技術等が開発されており、銅の拡散を防
止するためには、必ずしも配線層間の全面に窒化シリコ
ン膜等の拡散防止層を挿入する必要はなくなりつつあ
る。
【0011】しかしながら、上述したように、窒化シリ
コン等の膜は、拡散防止層としての機能の他、エッチン
グのストッパ層としての機能も有しているため、配線層
間においてこのような誘電率の高い膜種を省くことがで
きず、実効誘電率の増加に繋がっていた。
コン等の膜は、拡散防止層としての機能の他、エッチン
グのストッパ層としての機能も有しているため、配線層
間においてこのような誘電率の高い膜種を省くことがで
きず、実効誘電率の増加に繋がっていた。
【0012】以上のように、低誘電率膜の低誘電率特性
を損なうことなく、配線溝や接続孔を形成する技術が望
まれている。
を損なうことなく、配線溝や接続孔を形成する技術が望
まれている。
【0013】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、配線層間に誘電率の高い膜種を用
いずに、低誘電率膜に配線溝や接続孔を形成することが
でき、配線容量を低減することができる半導体装置およ
びその製造方法を提供することにある。
であり、その目的は、配線層間に誘電率の高い膜種を用
いずに、低誘電率膜に配線溝や接続孔を形成することが
でき、配線容量を低減することができる半導体装置およ
びその製造方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の半導体装置の製造方法は、低誘電率膜に接
続孔および配線溝が形成され、前記接続孔および前記配
線溝に導電膜が埋め込まれて形成された配線層が基板の
上層に複数積層されている半導体装置であって、各配線
層の前記低誘電率膜が、隣接する前記配線層の前記低誘
電率膜とはエッチング耐性の異なる材料により形成され
ている。ここで、低誘電率膜とは、比誘電率が3.0以
下の絶縁膜のことである。
め、本発明の半導体装置の製造方法は、低誘電率膜に接
続孔および配線溝が形成され、前記接続孔および前記配
線溝に導電膜が埋め込まれて形成された配線層が基板の
上層に複数積層されている半導体装置であって、各配線
層の前記低誘電率膜が、隣接する前記配線層の前記低誘
電率膜とはエッチング耐性の異なる材料により形成され
ている。ここで、低誘電率膜とは、比誘電率が3.0以
下の絶縁膜のことである。
【0015】複数の前記配線層は、有機ポリマーを主成
分とする低誘電率材料からなる低誘電率膜を有する第1
配線層と、シリコンを主成分とする低誘電率材料からな
る低誘電率膜を有する第2配線層が交互に積層されて形
成されている。
分とする低誘電率材料からなる低誘電率膜を有する第1
配線層と、シリコンを主成分とする低誘電率材料からな
る低誘電率膜を有する第2配線層が交互に積層されて形
成されている。
【0016】上記の本発明の半導体装置によれば、各配
線層の低誘電率膜が、隣接する配線層の低誘電率膜とは
エッチング耐性の異なる材料により形成されていること
から、一方の低誘電率膜への配線溝および接続孔の形成
のためのエッチングにおいて、下層の配線層の低誘電率
膜は高いエッチング耐性を有し、下層の低誘電率膜に対
して高いエッチング選択比により低誘電率膜がエッチン
グされることから、エッチングストッパ層のような誘電
率の高い膜が挿入されずに、低誘電率膜に配線溝および
接続孔が形成された配線構造が実現される。
線層の低誘電率膜が、隣接する配線層の低誘電率膜とは
エッチング耐性の異なる材料により形成されていること
から、一方の低誘電率膜への配線溝および接続孔の形成
のためのエッチングにおいて、下層の配線層の低誘電率
膜は高いエッチング耐性を有し、下層の低誘電率膜に対
して高いエッチング選択比により低誘電率膜がエッチン
グされることから、エッチングストッパ層のような誘電
率の高い膜が挿入されずに、低誘電率膜に配線溝および
接続孔が形成された配線構造が実現される。
【0017】さらに、上記の目的を達成するため、本発
明の半導体装置の製造方法は、基板の上層に低誘電率膜
を形成する工程と、前記低誘電率膜にエッチングにより
配線溝と接続孔を形成する工程と、前記配線溝と前記接
続孔を埋め込むように前記低誘電率膜上に導電膜を堆積
させる工程と、前記配線溝と前記接続孔に埋め込まれた
前記導電膜を残しながら、前記低誘電率膜上に堆積した
前記導電膜を除去する工程と、を有する配線層の形成工
程を複数有し、前記配線層の形成工程において、下層の
配線層の低誘電率膜とはエッチング耐性の異なる材料に
より低誘電率膜を形成する。ここで、低誘電率膜とは、
比誘電率が3.0以下の絶縁膜のことである。
明の半導体装置の製造方法は、基板の上層に低誘電率膜
を形成する工程と、前記低誘電率膜にエッチングにより
配線溝と接続孔を形成する工程と、前記配線溝と前記接
続孔を埋め込むように前記低誘電率膜上に導電膜を堆積
させる工程と、前記配線溝と前記接続孔に埋め込まれた
前記導電膜を残しながら、前記低誘電率膜上に堆積した
前記導電膜を除去する工程と、を有する配線層の形成工
程を複数有し、前記配線層の形成工程において、下層の
配線層の低誘電率膜とはエッチング耐性の異なる材料に
より低誘電率膜を形成する。ここで、低誘電率膜とは、
比誘電率が3.0以下の絶縁膜のことである。
【0018】前記配線層の形成工程は、有機ポリマーを
主成分とする低誘電率材料からなる前記低誘電率膜を形
成する工程を有する第1配線層を形成する工程と、シリ
コンを主成分とする低誘電率材料からなる前記低誘電率
膜を形成する工程を有する第2配線層を形成する工程と
を有し、前記第1配線層を形成する工程と前記第2配線
層を形成する工程とを交互に繰り返し有する。
主成分とする低誘電率材料からなる前記低誘電率膜を形
成する工程を有する第1配線層を形成する工程と、シリ
コンを主成分とする低誘電率材料からなる前記低誘電率
膜を形成する工程を有する第2配線層を形成する工程と
を有し、前記第1配線層を形成する工程と前記第2配線
層を形成する工程とを交互に繰り返し有する。
【0019】上記の本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、配線層の形成工程において、下層の配線層の低誘
電率膜とはエッチング耐性の異なる材料により低誘電率
膜を形成することから、配線溝および接続孔を形成する
対象となる低誘電率膜に施すエッチングにおいて、下層
の配線層の低誘電率膜は高いエッチング耐性を有し、下
層の低誘電率膜に対して高いエッチング選択比により対
象となる低誘電率膜がエッチングされることから、エッ
チングストッパ層のような誘電率の高い膜を挿入するこ
となく、低誘電率膜に配線溝および接続孔が形成され
る。
れば、配線層の形成工程において、下層の配線層の低誘
電率膜とはエッチング耐性の異なる材料により低誘電率
膜を形成することから、配線溝および接続孔を形成する
対象となる低誘電率膜に施すエッチングにおいて、下層
の配線層の低誘電率膜は高いエッチング耐性を有し、下
層の低誘電率膜に対して高いエッチング選択比により対
象となる低誘電率膜がエッチングされることから、エッ
チングストッパ層のような誘電率の高い膜を挿入するこ
となく、低誘電率膜に配線溝および接続孔が形成され
る。
【0020】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の半導体装置およ
びその製造方法の実施の形態について、図面を参照して
説明する。
びその製造方法の実施の形態について、図面を参照して
説明する。
【0021】第1実施形態
図1は、本実施形態に係る半導体装置の一例を示す断面
図である。MOSトランジスタやその他の半導体素子を
形成した半導体基板10上に、例えば、酸化シリコンか
らなる第1絶縁膜11が形成されており、第1絶縁膜1
1には半導体基板10に達する接続孔11aが形成され
ており、タングステン等の導電層12が埋め込まれて第
1層コンタクトC1が形成されている。
図である。MOSトランジスタやその他の半導体素子を
形成した半導体基板10上に、例えば、酸化シリコンか
らなる第1絶縁膜11が形成されており、第1絶縁膜1
1には半導体基板10に達する接続孔11aが形成され
ており、タングステン等の導電層12が埋め込まれて第
1層コンタクトC1が形成されている。
【0022】第1絶縁膜11および第1層コンタクトC
1を被覆して全面に、例えば、酸化シリコンからなる第
2絶縁膜13が形成されており、当該第2絶縁膜13に
は、第1層コンタクトC1に達する配線溝13aが形成
されており、当該配線溝13aを被覆してCoWP等か
らなるバリアメタル14が形成され、その内部に例えば
銅等の導電層15が埋め込まれ、導電層15の上面にC
oWP等からなるバリアメタル16が選択的に形成され
ることにより、導電層15、バリアメタル14,16か
らなる第1層配線W1が形成されている。
1を被覆して全面に、例えば、酸化シリコンからなる第
2絶縁膜13が形成されており、当該第2絶縁膜13に
は、第1層コンタクトC1に達する配線溝13aが形成
されており、当該配線溝13aを被覆してCoWP等か
らなるバリアメタル14が形成され、その内部に例えば
銅等の導電層15が埋め込まれ、導電層15の上面にC
oWP等からなるバリアメタル16が選択的に形成され
ることにより、導電層15、バリアメタル14,16か
らなる第1層配線W1が形成されている。
【0023】このようにして、第1絶縁膜11および第
2絶縁膜13からなる第1層間絶縁膜に形成された第1
層コンタクトC1および第1層配線W1により、第1層
目の配線層1が構成されている。
2絶縁膜13からなる第1層間絶縁膜に形成された第1
層コンタクトC1および第1層配線W1により、第1層
目の配線層1が構成されている。
【0024】第1層目の配線層1を被覆して全面に、後
述する有機ポリマーを主成分とする低誘電率材料からな
る第2層間絶縁膜22が形成されており、当該第2層間
絶縁膜22には、配線溝22aおよび接続孔22bが一
体的に形成され、当該配線溝22aおよび接続孔22b
を被覆して、CoWP等からなるバリアメタル32が形
成され、その内部に例えば銅等の導電層42が埋め込ま
れ、導電層42の上面にCoWP等からなるバリアメタ
ル52が選択的に形成されている。
述する有機ポリマーを主成分とする低誘電率材料からな
る第2層間絶縁膜22が形成されており、当該第2層間
絶縁膜22には、配線溝22aおよび接続孔22bが一
体的に形成され、当該配線溝22aおよび接続孔22b
を被覆して、CoWP等からなるバリアメタル32が形
成され、その内部に例えば銅等の導電層42が埋め込ま
れ、導電層42の上面にCoWP等からなるバリアメタ
ル52が選択的に形成されている。
【0025】配線溝22aに形成された導電層42、バ
リアメタル32,52により第2層配線W2が形成さ
れ、接続孔22bに形成された導電層42およびバリア
メタル32により第2層コンタクトC2が形成されてい
る。このようにして、第2層間絶縁膜22に形成された
第2層コンタクトC2および第2層配線W2により、第
2層目の配線層2が構成されている。
リアメタル32,52により第2層配線W2が形成さ
れ、接続孔22bに形成された導電層42およびバリア
メタル32により第2層コンタクトC2が形成されてい
る。このようにして、第2層間絶縁膜22に形成された
第2層コンタクトC2および第2層配線W2により、第
2層目の配線層2が構成されている。
【0026】第2層目の配線層2を被覆して全面に、後
述するシリコンを主成分とする低誘電率材料からなる第
3層間絶縁膜23が形成されており、当該第3層間絶縁
膜23には、配線溝23aおよび接続孔23bが一体的
に形成され、当該配線溝23aおよび接続孔23bを被
覆して、CoWP等からなるバリアメタル33が形成さ
れ、その内部に例えば銅等の導電層43が埋め込まれ、
導電層43の上面にCoWP等からなるバリアメタル5
3が選択的に形成されている。
述するシリコンを主成分とする低誘電率材料からなる第
3層間絶縁膜23が形成されており、当該第3層間絶縁
膜23には、配線溝23aおよび接続孔23bが一体的
に形成され、当該配線溝23aおよび接続孔23bを被
覆して、CoWP等からなるバリアメタル33が形成さ
れ、その内部に例えば銅等の導電層43が埋め込まれ、
導電層43の上面にCoWP等からなるバリアメタル5
3が選択的に形成されている。
【0027】配線溝23aに形成された導電層43、バ
リアメタル33,53により第3層配線W3が形成さ
れ、接続孔23bに形成された導電層43およびバリア
メタル33により第3層コンタクトC3が形成されてい
る。このようにして、第3層間絶縁膜23に形成された
第3層コンタクトC3および第3層配線W3により、第
3層目の配線層3が構成されている。
リアメタル33,53により第3層配線W3が形成さ
れ、接続孔23bに形成された導電層43およびバリア
メタル33により第3層コンタクトC3が形成されてい
る。このようにして、第3層間絶縁膜23に形成された
第3層コンタクトC3および第3層配線W3により、第
3層目の配線層3が構成されている。
【0028】第3層目の配線層3を被覆して全面に、後
述する有機ポリマーを主成分とする低誘電率材料からな
る第4層間絶縁膜24が形成されており、当該第4層間
絶縁膜24には、配線溝24aおよび接続孔24bが一
体的に形成され、当該配線溝24aおよび接続孔24b
を被覆して、CoWP等からなるバリアメタル34が形
成され、その内部に例えば銅等の導電層44が埋め込ま
れ、導電層44の上面にCoWP等からなるバリアメタ
ル54が選択的に形成されている。
述する有機ポリマーを主成分とする低誘電率材料からな
る第4層間絶縁膜24が形成されており、当該第4層間
絶縁膜24には、配線溝24aおよび接続孔24bが一
体的に形成され、当該配線溝24aおよび接続孔24b
を被覆して、CoWP等からなるバリアメタル34が形
成され、その内部に例えば銅等の導電層44が埋め込ま
れ、導電層44の上面にCoWP等からなるバリアメタ
ル54が選択的に形成されている。
【0029】配線溝24aに形成された導電層44、バ
リアメタル34,54により第4層配線W4が形成さ
れ、接続孔24bに形成された導電層44およびバリア
メタル34により第4層コンタクトC4が形成されてい
る。このようにして、第4層間絶縁膜24に形成された
第4層コンタクトC4および第4層配線W4により、第
4層目の配線層4が構成されている。
リアメタル34,54により第4層配線W4が形成さ
れ、接続孔24bに形成された導電層44およびバリア
メタル34により第4層コンタクトC4が形成されてい
る。このようにして、第4層間絶縁膜24に形成された
第4層コンタクトC4および第4層配線W4により、第
4層目の配線層4が構成されている。
【0030】以上のように、本実施形態では、最下層の
第1絶縁膜11および第2絶縁膜13以外の各配線層に
おける層間絶縁膜22,23,24に、誘電率が3.0
以下の低誘電率材料を採用しており、かつ、第2層間絶
縁膜22は有機ポリマーを主成分とする低誘電率材料に
より形成され、第3層間絶縁膜23はシリコンを主成分
とする低誘電率材料により形成され、第4層間絶縁膜2
4は有機ポリマーを主成分とする低誘電率材料により形
成されるといったように、層間絶縁膜として、有機ポリ
マーを主成分とする低誘電率材料とシリコンを主成分と
する低誘電率材料とが交互に採用されている。また、本
実施形態では、各層間絶縁膜22,23,24間におい
て、従来のエッチングストッパ層のような誘電率の高い
膜は挿入されていない。なお、最下層の第1絶縁膜11
および第2絶縁膜13に、低誘電率材料を用いていない
のは、最下層では、配線容量を下げてもデバイス性能へ
の寄与が少ないためである。
第1絶縁膜11および第2絶縁膜13以外の各配線層に
おける層間絶縁膜22,23,24に、誘電率が3.0
以下の低誘電率材料を採用しており、かつ、第2層間絶
縁膜22は有機ポリマーを主成分とする低誘電率材料に
より形成され、第3層間絶縁膜23はシリコンを主成分
とする低誘電率材料により形成され、第4層間絶縁膜2
4は有機ポリマーを主成分とする低誘電率材料により形
成されるといったように、層間絶縁膜として、有機ポリ
マーを主成分とする低誘電率材料とシリコンを主成分と
する低誘電率材料とが交互に採用されている。また、本
実施形態では、各層間絶縁膜22,23,24間におい
て、従来のエッチングストッパ層のような誘電率の高い
膜は挿入されていない。なお、最下層の第1絶縁膜11
および第2絶縁膜13に、低誘電率材料を用いていない
のは、最下層では、配線容量を下げてもデバイス性能へ
の寄与が少ないためである。
【0031】本実施形態では、4層配線の場合について
例示しているが、さらなる多層配線の場合には、各配線
層における層間絶縁膜の材料として、有機ポリマーを主
成分とする低誘電率材料と、シリコンを主成分とする低
誘電率材料とが交互に積層されるように形成すればよ
く、その層数に限定されるものではない。
例示しているが、さらなる多層配線の場合には、各配線
層における層間絶縁膜の材料として、有機ポリマーを主
成分とする低誘電率材料と、シリコンを主成分とする低
誘電率材料とが交互に積層されるように形成すればよ
く、その層数に限定されるものではない。
【0032】有機ポリマーを主成分とする低誘電率材料
としては、例えば、アリールエーテル(FLARE、S
iLK)、アリレン(芳香族系ポリマー)、フッ素樹脂
(テフロン(登録商標)、サイトップ環状フッ素樹
脂)、ベンゾミクロブテン、ポリイミド、フッ素化ポリ
イミド、ポリパラキシリレン(パリレン)、フッ素ポリ
マー、シロキサン重合体、アモルファスフッ素化カーボ
ン等が挙げられる。
としては、例えば、アリールエーテル(FLARE、S
iLK)、アリレン(芳香族系ポリマー)、フッ素樹脂
(テフロン(登録商標)、サイトップ環状フッ素樹
脂)、ベンゾミクロブテン、ポリイミド、フッ素化ポリ
イミド、ポリパラキシリレン(パリレン)、フッ素ポリ
マー、シロキサン重合体、アモルファスフッ素化カーボ
ン等が挙げられる。
【0033】シリコンを主成分とする低誘電率材料とし
ては、キセロゲル(ポーラスシリカ)、シリコン酸化炭
化膜(SiOC(H))、メチルシリシスキオキサン
(MSQ)、ハイドロシリシスキオキサン(HSQ)、
同重合ポリマー(HMSQ)等が挙げられる。
ては、キセロゲル(ポーラスシリカ)、シリコン酸化炭
化膜(SiOC(H))、メチルシリシスキオキサン
(MSQ)、ハイドロシリシスキオキサン(HSQ)、
同重合ポリマー(HMSQ)等が挙げられる。
【0034】上記に例示した有機系ポリマーを主成分と
する低誘電率材料と、シリコンを主成分とする低誘電率
材料とでは、エッチング耐性が非常に異なり、有機系ポ
リマーを主成分とする低誘電率材料は、そのエッチング
耐性が従来のレジスト材料に近く、シリコンを主成分と
する低誘電率材料では、そのエッチング耐性が従来の酸
化シリコン膜に近いものであり、一方の膜をエッチング
する際のエッチャントに対して他方の膜は高いエッチン
グ耐性を有する。
する低誘電率材料と、シリコンを主成分とする低誘電率
材料とでは、エッチング耐性が非常に異なり、有機系ポ
リマーを主成分とする低誘電率材料は、そのエッチング
耐性が従来のレジスト材料に近く、シリコンを主成分と
する低誘電率材料では、そのエッチング耐性が従来の酸
化シリコン膜に近いものであり、一方の膜をエッチング
する際のエッチャントに対して他方の膜は高いエッチン
グ耐性を有する。
【0035】次に、上記の本実施形態に係る半導体装置
の製造方法について、図2〜図13を参照して説明す
る。
の製造方法について、図2〜図13を参照して説明す
る。
【0036】まず、図2(a)に示すように、図示しな
いMOSトランジスタやその他の半導体素子を形成した
半導体基板10上に、例えば、CVD(Chemical Vapor
Deposition)法により酸化シリコンを堆積させ、第1絶
縁膜11を形成する。続いて、半導体基板10に形成さ
れた半導体素子と配線とを接続するために、第1絶縁膜
11に半導体基板10に達する接続孔を形成する。続い
て、接続孔内を埋め込んで全面に、例えばCVD法によ
りタングステン等の導電層12を成膜し、接続孔以外の
第1絶縁膜11上に形成された導電層12をCMP(Ch
emical Mechanical Polishing)法あるいはエッチバック
により除去することで、接続孔に導電層12が埋め込ま
れて構成された第1層コンタクトC1を形成する。
いMOSトランジスタやその他の半導体素子を形成した
半導体基板10上に、例えば、CVD(Chemical Vapor
Deposition)法により酸化シリコンを堆積させ、第1絶
縁膜11を形成する。続いて、半導体基板10に形成さ
れた半導体素子と配線とを接続するために、第1絶縁膜
11に半導体基板10に達する接続孔を形成する。続い
て、接続孔内を埋め込んで全面に、例えばCVD法によ
りタングステン等の導電層12を成膜し、接続孔以外の
第1絶縁膜11上に形成された導電層12をCMP(Ch
emical Mechanical Polishing)法あるいはエッチバック
により除去することで、接続孔に導電層12が埋め込ま
れて構成された第1層コンタクトC1を形成する。
【0037】次に、図2(b)に示すように、第1絶縁
膜11および第1層コンタクトC1上に、例えば、CV
D法により酸化シリコンを堆積させて第2絶縁膜13を
形成し、第2絶縁膜13に配線溝のパターンに開口する
図示しないレジストマスクをリソグラフィ技術により形
成して、当該レジストマスクをエッチングマスクとして
第2絶縁膜13をエッチングすることにより、第2絶縁
膜13に第1層コンタクトC1に達する配線溝13aを
形成する。
膜11および第1層コンタクトC1上に、例えば、CV
D法により酸化シリコンを堆積させて第2絶縁膜13を
形成し、第2絶縁膜13に配線溝のパターンに開口する
図示しないレジストマスクをリソグラフィ技術により形
成して、当該レジストマスクをエッチングマスクとして
第2絶縁膜13をエッチングすることにより、第2絶縁
膜13に第1層コンタクトC1に達する配線溝13aを
形成する。
【0038】次に、図2(c)に示すように、配線溝1
3aの内壁面を被覆して全面に、例えば、無電解メッキ
によりCoWP等からなるバリアメタル14を形成す
る。バリアメタル14は、配線を構成する材料が銅で、
絶縁膜11,13が酸化シリコン等から形成されている
場合には、銅は酸化シリコンへの拡散係数が大きく、酸
化されやすいため、これを防止するために設けられる。
3aの内壁面を被覆して全面に、例えば、無電解メッキ
によりCoWP等からなるバリアメタル14を形成す
る。バリアメタル14は、配線を構成する材料が銅で、
絶縁膜11,13が酸化シリコン等から形成されている
場合には、銅は酸化シリコンへの拡散係数が大きく、酸
化されやすいため、これを防止するために設けられる。
【0039】次に、図3(d)に示すように、バリアメ
タル14上に、スパッタリング法、CVD法、またはメ
ッキ法によって、配線溝13aの内部が埋め込まれるま
で、例えば、銅からなる導電層15を堆積させる。な
お、メッキにより導電層15を堆積させる場合には、ス
パッタリング法により、導電層15と同種の材料で図示
しないシード膜を形成した後に行う。
タル14上に、スパッタリング法、CVD法、またはメ
ッキ法によって、配線溝13aの内部が埋め込まれるま
で、例えば、銅からなる導電層15を堆積させる。な
お、メッキにより導電層15を堆積させる場合には、ス
パッタリング法により、導電層15と同種の材料で図示
しないシード膜を形成した後に行う。
【0040】次に、図3(e)に示すように、第2絶縁
膜13上の余分なバリアメタル14および導電層15を
CMP法によって除去し平坦化する。
膜13上の余分なバリアメタル14および導電層15を
CMP法によって除去し平坦化する。
【0041】次に、図3(f)に示すように、第2絶縁
膜13の配線溝13aから露出する導電層15の表面上
のみに、選択的に無電解メッキにより、導電層15を構
成する銅の拡散を防止するためのCoWP等からなるバ
リアメタル16を形成することで、導電層15、バリア
メタル14,16からなる第1層配線W1が形成され
る。このようにして、第1絶縁膜11および第2絶縁膜
13からなる第1層間絶縁膜に形成された第1層コンタ
クトC1および第1層配線W1により、第1層目の配線
層1が形成される。
膜13の配線溝13aから露出する導電層15の表面上
のみに、選択的に無電解メッキにより、導電層15を構
成する銅の拡散を防止するためのCoWP等からなるバ
リアメタル16を形成することで、導電層15、バリア
メタル14,16からなる第1層配線W1が形成され
る。このようにして、第1絶縁膜11および第2絶縁膜
13からなる第1層間絶縁膜に形成された第1層コンタ
クトC1および第1層配線W1により、第1層目の配線
層1が形成される。
【0042】次に、図4(g)に示すように、第1層目
の配線層1上に、上述した有機ポリマーを主成分とする
低誘電率膜を積層することで、第2層間絶縁膜22を形
成する。製法としては、ギャップフィル特性が良好な方
法、例えば、スピン塗布、スキャン塗布等の方法によ
り、上述した低誘電率膜を塗布することで形成すること
が好ましい。
の配線層1上に、上述した有機ポリマーを主成分とする
低誘電率膜を積層することで、第2層間絶縁膜22を形
成する。製法としては、ギャップフィル特性が良好な方
法、例えば、スピン塗布、スキャン塗布等の方法によ
り、上述した低誘電率膜を塗布することで形成すること
が好ましい。
【0043】次に、図4(h)に示すように、第2層間
絶縁膜22上に、例えば、CVD法によりシリコン窒化
膜を堆積させてマスク層60を形成し、当該マスク層6
0上に、リソグラフィー技術により接続孔のパターンに
開口するレジストマスクを形成し、当該レジストマスク
をマスクとしてエッチングをすることで、マスク層60
に接続孔のパターンとなるように開口60aを形成す
る。なお、マスク層60としては、第2層間絶縁膜22
を構成する低誘電率材料との充分なエッチング選択比が
とれることが必要で、シリコン窒化膜の他、シリコン炭
化窒化膜(SiCN(H))、シリコン酸化窒化膜、シ
リコン炭化膜(SiC(H))、シリコン酸化炭化膜
(SiCO(H))、シリコン酸化炭化窒化膜、(Si
CNO(H))を用いることが可能である。また、マス
ク層60の膜厚は、エッチングでの選択比によるが、例
えば、50nmから100nm程度の膜厚で形成する。
絶縁膜22上に、例えば、CVD法によりシリコン窒化
膜を堆積させてマスク層60を形成し、当該マスク層6
0上に、リソグラフィー技術により接続孔のパターンに
開口するレジストマスクを形成し、当該レジストマスク
をマスクとしてエッチングをすることで、マスク層60
に接続孔のパターンとなるように開口60aを形成す
る。なお、マスク層60としては、第2層間絶縁膜22
を構成する低誘電率材料との充分なエッチング選択比が
とれることが必要で、シリコン窒化膜の他、シリコン炭
化窒化膜(SiCN(H))、シリコン酸化窒化膜、シ
リコン炭化膜(SiC(H))、シリコン酸化炭化膜
(SiCO(H))、シリコン酸化炭化窒化膜、(Si
CNO(H))を用いることが可能である。また、マス
ク層60の膜厚は、エッチングでの選択比によるが、例
えば、50nmから100nm程度の膜厚で形成する。
【0044】次に、図5(i)に示すように、接続孔の
パターンに開口60aを有するマスク層60をエッチン
グマスクとして、第2層間絶縁膜22をハーフエッチン
グすることにより接続孔22cを部分的に形成する。な
お、このとき、第2層間絶縁膜22を構成する有機ポリ
マーを主成分とする低誘電率材料は、そのエッチング耐
性がレジスト材料に近いことから、マスク層60上の図
示しないレジストマスクも同時にエッチング除去され
る。
パターンに開口60aを有するマスク層60をエッチン
グマスクとして、第2層間絶縁膜22をハーフエッチン
グすることにより接続孔22cを部分的に形成する。な
お、このとき、第2層間絶縁膜22を構成する有機ポリ
マーを主成分とする低誘電率材料は、そのエッチング耐
性がレジスト材料に近いことから、マスク層60上の図
示しないレジストマスクも同時にエッチング除去され
る。
【0045】次に、図5(j)に示すように、マスク層
60上に、リソグラフィー技術により配線溝のパターン
に開口するレジストマスクを形成し、当該レジストマス
クをマスクとしてエッチングをすることで、マスク層6
0に配線溝のパターンに開口60bを形成する。
60上に、リソグラフィー技術により配線溝のパターン
に開口するレジストマスクを形成し、当該レジストマス
クをマスクとしてエッチングをすることで、マスク層6
0に配線溝のパターンに開口60bを形成する。
【0046】次に、図6(k)に示すように、配線溝の
パターンに開口60bを有するマスク層60をエッチン
グマスクとして、第2層間絶縁膜22をさらにエッチン
グすることにより、配線溝22aを形成するとともに、
配線溝22aの底部に連結し第1層配線W1を露出させ
る接続孔22bを形成する。ここで、有機系ポリマーを
主成分とする第2層間絶縁膜22と、酸化シリコン等か
らなる第2絶縁膜13とでは、そのエッチング耐性が異
なることから、下地の第2絶縁膜13に対して高いエッ
チング選択比で、第2層間絶縁膜22をエッチングする
ことができ、たとえ、接続孔22bがずれて形成され、
第2絶縁膜13を露出させることになっても、第2絶縁
膜13はエッチングストッパとして機能することから、
第2絶縁膜13がエッチングされてしまうことはない。
パターンに開口60bを有するマスク層60をエッチン
グマスクとして、第2層間絶縁膜22をさらにエッチン
グすることにより、配線溝22aを形成するとともに、
配線溝22aの底部に連結し第1層配線W1を露出させ
る接続孔22bを形成する。ここで、有機系ポリマーを
主成分とする第2層間絶縁膜22と、酸化シリコン等か
らなる第2絶縁膜13とでは、そのエッチング耐性が異
なることから、下地の第2絶縁膜13に対して高いエッ
チング選択比で、第2層間絶縁膜22をエッチングする
ことができ、たとえ、接続孔22bがずれて形成され、
第2絶縁膜13を露出させることになっても、第2絶縁
膜13はエッチングストッパとして機能することから、
第2絶縁膜13がエッチングされてしまうことはない。
【0047】次に、図6(l)に示すように、第2層間
絶縁膜22上の窒化シリコン等からなるマスク層60を
エッチングにより除去する。
絶縁膜22上の窒化シリコン等からなるマスク層60を
エッチングにより除去する。
【0048】次に、図7(m)に示すように、接続孔2
2bおよび配線溝22aの内壁面を被覆して全面に、例
えば、無電解メッキによりCoWP等からなるバリアメ
タル32を形成する。
2bおよび配線溝22aの内壁面を被覆して全面に、例
えば、無電解メッキによりCoWP等からなるバリアメ
タル32を形成する。
【0049】次に、図7(n)に示すように、バリアメ
タル32上に、スパッタリング法、CVD法、またはメ
ッキ法によって、接続孔22bおよび配線溝22aの内
部が埋め込まれるまで、例えば、銅からなる導電層42
を堆積させる。なお、メッキにより導電層42を堆積さ
せる場合には、スパッタリング法により、導電層42と
同種の材料で図示しないシード膜を形成した後に行う。
タル32上に、スパッタリング法、CVD法、またはメ
ッキ法によって、接続孔22bおよび配線溝22aの内
部が埋め込まれるまで、例えば、銅からなる導電層42
を堆積させる。なお、メッキにより導電層42を堆積さ
せる場合には、スパッタリング法により、導電層42と
同種の材料で図示しないシード膜を形成した後に行う。
【0050】次に、図8(o)に示すように、第2層間
絶縁膜22上の余分な導電層42およびバリアメタル3
2を、第2層間絶縁膜22を研磨ストッパとしてCMP
法によって研磨除去して平坦化する。
絶縁膜22上の余分な導電層42およびバリアメタル3
2を、第2層間絶縁膜22を研磨ストッパとしてCMP
法によって研磨除去して平坦化する。
【0051】次に、図8(p)に示すように、第2層間
絶縁膜22の配線溝22aから露出する導電層42の表
面上のみに、選択的に無電解メッキにより、CoWP等
からなるバリアメタル52を形成することで、配線溝2
2aに形成された導電層42、バリアメタル32,52
により第2層配線W2が形成され、接続孔22bに形成
された導電層42およびバリアメタル32により第2層
コンタクトC2が形成される。このようにして、第2層
間絶縁膜22に形成された第2層コンタクトC2および
第2層配線W2により、第2層目の配線層2が形成され
る。
絶縁膜22の配線溝22aから露出する導電層42の表
面上のみに、選択的に無電解メッキにより、CoWP等
からなるバリアメタル52を形成することで、配線溝2
2aに形成された導電層42、バリアメタル32,52
により第2層配線W2が形成され、接続孔22bに形成
された導電層42およびバリアメタル32により第2層
コンタクトC2が形成される。このようにして、第2層
間絶縁膜22に形成された第2層コンタクトC2および
第2層配線W2により、第2層目の配線層2が形成され
る。
【0052】次に、図9(q)に示すように、第2層目
の配線層2上に、上述したシリコンを主成分とする低誘
電率膜を積層することで、第3層間絶縁膜23を形成す
る。製法としては、ギャップフィル特性が良好な方法、
例えば、スピン塗布、スキャン塗布等の方法により、上
述した低誘電率膜を塗布することで形成することが好ま
しい。例えば、塗布によって、ポーラスシリカ溶液を7
00nm(ベアSi上換算)スピン塗布し、その後、1
50℃から300℃の範囲で窒素雰囲気中でベークし、
その後、350℃から450℃の範囲で窒素雰囲気中か
真空中でキュアを1時間行う。その他にも、CVD法で
成膜する場合は、高密度プラズマCVD法を用い、基板
にバイアスを印可しながら、成膜する方法が好ましい。
の配線層2上に、上述したシリコンを主成分とする低誘
電率膜を積層することで、第3層間絶縁膜23を形成す
る。製法としては、ギャップフィル特性が良好な方法、
例えば、スピン塗布、スキャン塗布等の方法により、上
述した低誘電率膜を塗布することで形成することが好ま
しい。例えば、塗布によって、ポーラスシリカ溶液を7
00nm(ベアSi上換算)スピン塗布し、その後、1
50℃から300℃の範囲で窒素雰囲気中でベークし、
その後、350℃から450℃の範囲で窒素雰囲気中か
真空中でキュアを1時間行う。その他にも、CVD法で
成膜する場合は、高密度プラズマCVD法を用い、基板
にバイアスを印可しながら、成膜する方法が好ましい。
【0053】次に、図10(r)に示すように、先の図
4(h)〜図6(k)に示す工程と同様な工程を経るこ
とにより、配線溝23aを形成するとともに、配線溝2
3aの底部に連結し第2層配線W2を露出させる接続孔
23bを形成する。その後、エッチングマスクとして使
用したマスク層を除去する。ここで、シリコンを主成分
とする第3層間絶縁膜23と、有機系ポリマーを主成分
とする第2層間絶縁膜22とでは、そのエッチング耐性
が異なることから、下地の第2層間絶縁膜22に対して
高いエッチング選択比で、第3層間絶縁膜23をエッチ
ングすることができ、たとえ、接続孔23bがずれて形
成され、第2層間絶縁膜22を露出させることになって
も、第2層間絶縁膜22はエッチングストッパとして機
能することから、第2層間絶縁膜22がエッチングされ
てしまうことはない。なお、シリコンを主成分とする第
3層間絶縁膜23は、レジストとはエッチング耐性が異
なることから、マスク層に開口を形成した後に、レジス
トを除去する必要がある。また、有機系ポリマーを主成
分とする第2層間絶縁膜22と異なり、絶縁膜からなる
マスク層をエッチングマスクとせずに、レジストマスク
をエッチングマスクとしてエッチングすることで、配線
溝23aと接続孔23bを形成することもできる。
4(h)〜図6(k)に示す工程と同様な工程を経るこ
とにより、配線溝23aを形成するとともに、配線溝2
3aの底部に連結し第2層配線W2を露出させる接続孔
23bを形成する。その後、エッチングマスクとして使
用したマスク層を除去する。ここで、シリコンを主成分
とする第3層間絶縁膜23と、有機系ポリマーを主成分
とする第2層間絶縁膜22とでは、そのエッチング耐性
が異なることから、下地の第2層間絶縁膜22に対して
高いエッチング選択比で、第3層間絶縁膜23をエッチ
ングすることができ、たとえ、接続孔23bがずれて形
成され、第2層間絶縁膜22を露出させることになって
も、第2層間絶縁膜22はエッチングストッパとして機
能することから、第2層間絶縁膜22がエッチングされ
てしまうことはない。なお、シリコンを主成分とする第
3層間絶縁膜23は、レジストとはエッチング耐性が異
なることから、マスク層に開口を形成した後に、レジス
トを除去する必要がある。また、有機系ポリマーを主成
分とする第2層間絶縁膜22と異なり、絶縁膜からなる
マスク層をエッチングマスクとせずに、レジストマスク
をエッチングマスクとしてエッチングすることで、配線
溝23aと接続孔23bを形成することもできる。
【0054】次に、図11(s)に示すように、先の図
7(m)〜図8(p)に示す工程と同様な工程を経るこ
とにより、バリアメタル33、導電層43、およびバリ
アメタル53を形成することで、配線溝23aに形成さ
れた導電層43、バリアメタル33,53により第3層
配線W3が形成され、接続孔23bに形成された導電層
43およびバリアメタル33により第3層コンタクトC
3が形成される。このようにして、第3層間絶縁膜23
に形成された第3層コンタクトC3および第3層配線W
3により、第3層目の配線層3が形成される。
7(m)〜図8(p)に示す工程と同様な工程を経るこ
とにより、バリアメタル33、導電層43、およびバリ
アメタル53を形成することで、配線溝23aに形成さ
れた導電層43、バリアメタル33,53により第3層
配線W3が形成され、接続孔23bに形成された導電層
43およびバリアメタル33により第3層コンタクトC
3が形成される。このようにして、第3層間絶縁膜23
に形成された第3層コンタクトC3および第3層配線W
3により、第3層目の配線層3が形成される。
【0055】なお、4層目以降の配線層を形成する場合
には、引き続き、図4(g)〜図11(s)の工程を繰
り返し行うことにより、多層配線を形成する。すなわ
ち、4層目の配線層を形成する場合には、図4(g)に
示す工程と同様にして、第3層目の配線層3上に、第2
層間絶縁膜22と同様に上述した有機ポリマーを主成分
とする低誘電率膜を積層することで、図12(t)に示
すように、第4層間絶縁膜24を形成する。
には、引き続き、図4(g)〜図11(s)の工程を繰
り返し行うことにより、多層配線を形成する。すなわ
ち、4層目の配線層を形成する場合には、図4(g)に
示す工程と同様にして、第3層目の配線層3上に、第2
層間絶縁膜22と同様に上述した有機ポリマーを主成分
とする低誘電率膜を積層することで、図12(t)に示
すように、第4層間絶縁膜24を形成する。
【0056】次に、図13(u)に示すように、先の図
4(h)〜図6(k)に示す配線溝および接続孔の形成
工程と同様な工程を経ることにより、配線溝24aを形
成するとともに、配線溝24aの底部に連結し第3層配
線W3を露出させる接続孔24bを形成する。この場合
においても、有機系ポリマーを主成分とする第4層間絶
縁膜24と、シリコンを主成分とする第3層間絶縁膜2
3とでは、そのエッチング耐性が異なることから、下地
の第3層間絶縁膜23に対して高いエッチング選択比
で、第4層間絶縁膜24をエッチングすることができ、
たとえ、接続孔24bがずれて形成されても、第3層間
絶縁膜23はエッチングストッパとして機能する。
4(h)〜図6(k)に示す配線溝および接続孔の形成
工程と同様な工程を経ることにより、配線溝24aを形
成するとともに、配線溝24aの底部に連結し第3層配
線W3を露出させる接続孔24bを形成する。この場合
においても、有機系ポリマーを主成分とする第4層間絶
縁膜24と、シリコンを主成分とする第3層間絶縁膜2
3とでは、そのエッチング耐性が異なることから、下地
の第3層間絶縁膜23に対して高いエッチング選択比
で、第4層間絶縁膜24をエッチングすることができ、
たとえ、接続孔24bがずれて形成されても、第3層間
絶縁膜23はエッチングストッパとして機能する。
【0057】次に、先の図7(m)〜図8(p)に示す
工程と同様な工程を経ることにより、図1に示すバリア
メタル34、導電層44、およびバリアメタル54を形
成することで、配線溝24aに形成された導電層44、
バリアメタル34,54により第4層配線W4が形成さ
れ、接続孔24bに形成された導電層44およびバリア
メタル34により第4層コンタクトC4が形成される。
このようにして、第4層間絶縁膜24に形成された第4
層コンタクトC4および第4層配線W4により、第4層
目の配線層4が形成される。
工程と同様な工程を経ることにより、図1に示すバリア
メタル34、導電層44、およびバリアメタル54を形
成することで、配線溝24aに形成された導電層44、
バリアメタル34,54により第4層配線W4が形成さ
れ、接続孔24bに形成された導電層44およびバリア
メタル34により第4層コンタクトC4が形成される。
このようにして、第4層間絶縁膜24に形成された第4
層コンタクトC4および第4層配線W4により、第4層
目の配線層4が形成される。
【0058】以上のようにして、図1に示す本実施形態
に係る半導体装置が製造される。
に係る半導体装置が製造される。
【0059】上記の本実施形態に係る半導体装置の製造
方法では、第2層目の配線層2の第2層間絶縁膜22を
有機ポリマーを主成分とする低誘電率材料により形成
し、第3層目の配線層3の第3層間絶縁膜23をシリコ
ンを主成分とする低誘電率材料により形成し、第4層目
の配線層4の第4層間絶縁膜24を有機ポリマーを主成
分とする低誘電率材料により形成するといったように、
誘電率が3.0以下の低誘電率膜の中でエッチング耐性
の異なる2つの膜種を交互に積層している。
方法では、第2層目の配線層2の第2層間絶縁膜22を
有機ポリマーを主成分とする低誘電率材料により形成
し、第3層目の配線層3の第3層間絶縁膜23をシリコ
ンを主成分とする低誘電率材料により形成し、第4層目
の配線層4の第4層間絶縁膜24を有機ポリマーを主成
分とする低誘電率材料により形成するといったように、
誘電率が3.0以下の低誘電率膜の中でエッチング耐性
の異なる2つの膜種を交互に積層している。
【0060】このようにエッチング耐性の異なる膜種を
交互に層間絶縁膜として積層させることにより、一方の
低誘電率材料からなる層間絶縁膜をエッチングする際の
エッチャントに対して下地の低誘電率材料からなる層間
絶縁膜は、高いエッチング耐性を有し、下地の層間絶縁
膜に対して高いエッチング選択比により層間絶縁膜をエ
ッチングすることができることから、従来のエッチング
ストッパ層のような誘電率の高い膜は挿入することな
く、層間絶縁膜に配線溝および接続孔を形成することが
できる。従って、従来のエッチングストッパ層を配線層
間に挿入する構造に比して、実効的な配線容量を低減す
ることができる。
交互に層間絶縁膜として積層させることにより、一方の
低誘電率材料からなる層間絶縁膜をエッチングする際の
エッチャントに対して下地の低誘電率材料からなる層間
絶縁膜は、高いエッチング耐性を有し、下地の層間絶縁
膜に対して高いエッチング選択比により層間絶縁膜をエ
ッチングすることができることから、従来のエッチング
ストッパ層のような誘電率の高い膜は挿入することな
く、層間絶縁膜に配線溝および接続孔を形成することが
できる。従って、従来のエッチングストッパ層を配線層
間に挿入する構造に比して、実効的な配線容量を低減す
ることができる。
【0061】第2実施形態
図14は、本実施形態に係る半導体装置の一例を示す断
面図である。本実施形態においては、第1層目の配線層
1の構成は、第1実施形態と同様であり、また、層間絶
縁膜22,23,24には、有機ポリマーを主成分とす
る低誘電率材料と、シリコンを主成分とする低誘電率材
料とが交互に採用されている点については同様である。
また、本実施形態においても、各層間絶縁膜22,2
3,24間において、従来のエッチングストッパ層のよ
うな誘電率の高い膜は挿入されていない。
面図である。本実施形態においては、第1層目の配線層
1の構成は、第1実施形態と同様であり、また、層間絶
縁膜22,23,24には、有機ポリマーを主成分とす
る低誘電率材料と、シリコンを主成分とする低誘電率材
料とが交互に採用されている点については同様である。
また、本実施形態においても、各層間絶縁膜22,2
3,24間において、従来のエッチングストッパ層のよ
うな誘電率の高い膜は挿入されていない。
【0062】本実施形態では、その製造方法の違いか
ら、第1実施形態と異なり、第2層間絶縁膜22に形成
された配線溝22aから一部突出して導電層42a、バ
リアメタル32a,52aが形成されており、配線溝2
2aから一部突出して形成された導電層42a、バリア
メタル32a,52aにより第2層配線W2’が形成さ
れている。このようにして、第2層間絶縁膜22に形成
された第2層配線W2’および第2層コンタクトC2に
より、第2層目の配線層2aが構成されている。
ら、第1実施形態と異なり、第2層間絶縁膜22に形成
された配線溝22aから一部突出して導電層42a、バ
リアメタル32a,52aが形成されており、配線溝2
2aから一部突出して形成された導電層42a、バリア
メタル32a,52aにより第2層配線W2’が形成さ
れている。このようにして、第2層間絶縁膜22に形成
された第2層配線W2’および第2層コンタクトC2に
より、第2層目の配線層2aが構成されている。
【0063】また、同様にして、第3層間絶縁膜23に
形成された配線溝23aから一部突出して導電層43
a、バリアメタル33a,53aが形成されており、配
線溝23aから一部突出して形成された導電層43a、
バリアメタル33a,53aにより第3層配線W3’が
形成されている。このようにして、第3層間絶縁膜23
に形成された第3層配線W3’および第3層コンタクト
C3により、第3層目の配線層3aが構成されている。
形成された配線溝23aから一部突出して導電層43
a、バリアメタル33a,53aが形成されており、配
線溝23aから一部突出して形成された導電層43a、
バリアメタル33a,53aにより第3層配線W3’が
形成されている。このようにして、第3層間絶縁膜23
に形成された第3層配線W3’および第3層コンタクト
C3により、第3層目の配線層3aが構成されている。
【0064】また、同様にして、第4層間絶縁膜24に
形成された配線溝24aから一部突出して導電層44
a、バリアメタル34a,54aが形成されており、配
線溝24aから一部突出して形成された導電層44a、
バリアメタル34a,54aにより第4層配線W4’が
形成されている。このようにして、第4層間絶縁膜24
に形成された第4層配線W4’および第4層コンタクト
C4により、第4層目の配線層4aが構成されている。
形成された配線溝24aから一部突出して導電層44
a、バリアメタル34a,54aが形成されており、配
線溝24aから一部突出して形成された導電層44a、
バリアメタル34a,54aにより第4層配線W4’が
形成されている。このようにして、第4層間絶縁膜24
に形成された第4層配線W4’および第4層コンタクト
C4により、第4層目の配線層4aが構成されている。
【0065】次に、上記の本実施形態に係る半導体装置
の製造方法について、図15〜図24を参照して説明す
る。第1実施形態では、マスク層60をエッチングマス
クとしてのみ使用しているが、本実施形態では、マスク
層がCMPの研磨ストッパをも兼用するものである。
の製造方法について、図15〜図24を参照して説明す
る。第1実施形態では、マスク層60をエッチングマス
クとしてのみ使用しているが、本実施形態では、マスク
層がCMPの研磨ストッパをも兼用するものである。
【0066】まず、第1実施形態と同様にして、図2
(a)〜図6(k)に示す工程を経た後、図6(l)に
示すようにマスク層60を除去せずに、本実施形態で
は、バリアメタルや導電層を堆積させる。すなわち、図
15(m)に示すように、接続孔22bおよび配線溝2
2aの内壁面を被覆して全面に、例えば、無電解メッキ
によりCoWP等からなるバリアメタル32aを形成す
る。
(a)〜図6(k)に示す工程を経た後、図6(l)に
示すようにマスク層60を除去せずに、本実施形態で
は、バリアメタルや導電層を堆積させる。すなわち、図
15(m)に示すように、接続孔22bおよび配線溝2
2aの内壁面を被覆して全面に、例えば、無電解メッキ
によりCoWP等からなるバリアメタル32aを形成す
る。
【0067】次に、図16(n)に示すように、バリア
メタル32a上に、スパッタリング法、CVD法、また
はメッキ法によって、接続孔22bおよび配線溝22a
の内部が埋め込まれるまで、例えば、銅からなる導電層
42aを堆積させる。なお、メッキにより導電層42a
を堆積させる場合には、スパッタリング法により、導電
層42aと同種の材料で図示しないシード膜を形成した
後に行う。
メタル32a上に、スパッタリング法、CVD法、また
はメッキ法によって、接続孔22bおよび配線溝22a
の内部が埋め込まれるまで、例えば、銅からなる導電層
42aを堆積させる。なお、メッキにより導電層42a
を堆積させる場合には、スパッタリング法により、導電
層42aと同種の材料で図示しないシード膜を形成した
後に行う。
【0068】次に、図17(o)に示すように、マスク
層60上の余分な導電層42aおよびバリアメタル32
aを、マスク層60を研磨ストッパとしてCMP法によ
って研磨除去して平坦化する。
層60上の余分な導電層42aおよびバリアメタル32
aを、マスク層60を研磨ストッパとしてCMP法によ
って研磨除去して平坦化する。
【0069】次に、図18(p)に示すように、マスク
層60から露出する導電層42aの表面上のみに、選択
的に無電解メッキにより、CoWP等からなるバリアメ
タル52aを形成する。
層60から露出する導電層42aの表面上のみに、選択
的に無電解メッキにより、CoWP等からなるバリアメ
タル52aを形成する。
【0070】次に、図18(q)に示すように、マスク
層60をエッチングにより除去することで、配線溝22
aから一部突出して形成された導電層42a、バリアメ
タル32a,52aにより第2層配線W2’が形成さ
れ、接続孔22bに形成された導電層42aおよびバリ
アメタル32aにより第2層コンタクトC2が形成され
る。このようにして、第2層間絶縁膜22に形成された
第2層配線W2’および第2層コンタクトC2により、
第2層目の配線層2aが形成される。
層60をエッチングにより除去することで、配線溝22
aから一部突出して形成された導電層42a、バリアメ
タル32a,52aにより第2層配線W2’が形成さ
れ、接続孔22bに形成された導電層42aおよびバリ
アメタル32aにより第2層コンタクトC2が形成され
る。このようにして、第2層間絶縁膜22に形成された
第2層配線W2’および第2層コンタクトC2により、
第2層目の配線層2aが形成される。
【0071】次に、図19(r)に示すように、第2層
目の配線層2a上に、第1実施形態と同様に、上述した
シリコンを主成分とする低誘電率膜を積層することで、
第3層間絶縁膜23を形成し、さらにその上に窒化シリ
コン等からなるマスク層61を形成する。
目の配線層2a上に、第1実施形態と同様に、上述した
シリコンを主成分とする低誘電率膜を積層することで、
第3層間絶縁膜23を形成し、さらにその上に窒化シリ
コン等からなるマスク層61を形成する。
【0072】次に、図20(s)に示すように、第1実
施形態における図4(h)〜図6(k)に示す配線溝お
よび接続孔の形成工程と同様な工程を経ることにより、
配線溝23aを形成するとともに、配線溝23aの底部
に連結し第2層配線W2’を露出させる接続孔23bを
形成する。この場合においても、第1実施形態と同様
に、下地の有機系ポリマーを主成分とする第2層間絶縁
膜22に対して高いエッチング選択比で、シリコンを主
成分とする第3層間絶縁膜23をエッチングすることが
でき、たとえ、接続孔23bがずれて形成されても、第
2層間絶縁膜22はエッチングストッパとして機能す
る。
施形態における図4(h)〜図6(k)に示す配線溝お
よび接続孔の形成工程と同様な工程を経ることにより、
配線溝23aを形成するとともに、配線溝23aの底部
に連結し第2層配線W2’を露出させる接続孔23bを
形成する。この場合においても、第1実施形態と同様
に、下地の有機系ポリマーを主成分とする第2層間絶縁
膜22に対して高いエッチング選択比で、シリコンを主
成分とする第3層間絶縁膜23をエッチングすることが
でき、たとえ、接続孔23bがずれて形成されても、第
2層間絶縁膜22はエッチングストッパとして機能す
る。
【0073】次に、図21(t)に示すように、先の図
15(m)〜図18(p)に示す工程と同様な工程を経
ることにより、配線溝23a、接続孔23bおよびマス
ク層61の開口内にバリアメタル33a、導電層43a
を形成し、さらにマスク層60から露出した導電層43
aの上面に、バリアメタル53aを形成する。
15(m)〜図18(p)に示す工程と同様な工程を経
ることにより、配線溝23a、接続孔23bおよびマス
ク層61の開口内にバリアメタル33a、導電層43a
を形成し、さらにマスク層60から露出した導電層43
aの上面に、バリアメタル53aを形成する。
【0074】次に、図22(u)に示すように、マスク
層61をエッチングにより除去することで、配線溝23
aから一部突出して形成された導電層43a、バリアメ
タル33a,53aにより第3層配線W3’が形成さ
れ、接続孔23bに形成された導電層43aおよびバリ
アメタル33aにより第3層コンタクトC3が形成され
る。このようにして、第3層間絶縁膜23に形成された
第3層配線W3’および第3層コンタクトC3により、
第3層目の配線層3aが形成される。
層61をエッチングにより除去することで、配線溝23
aから一部突出して形成された導電層43a、バリアメ
タル33a,53aにより第3層配線W3’が形成さ
れ、接続孔23bに形成された導電層43aおよびバリ
アメタル33aにより第3層コンタクトC3が形成され
る。このようにして、第3層間絶縁膜23に形成された
第3層配線W3’および第3層コンタクトC3により、
第3層目の配線層3aが形成される。
【0075】次に、図23(v)に示すように、第3層
目の配線層3a上に、第1実施形態と同様に、上述した
有機ポリマーを主成分とする低誘電率膜を積層すること
で、第4層間絶縁膜24を形成し、さらにその上に窒化
シリコン等からなるマスク層62を形成する。
目の配線層3a上に、第1実施形態と同様に、上述した
有機ポリマーを主成分とする低誘電率膜を積層すること
で、第4層間絶縁膜24を形成し、さらにその上に窒化
シリコン等からなるマスク層62を形成する。
【0076】次に、図24(w)に示すように、第1実
施形態における図4(h)〜図6(k)に示す配線溝お
よび接続孔の形成工程と同様な工程を経ることにより、
配線溝24aを形成するとともに、配線溝24aの底部
に連結し第3層配線W3’を露出させる接続孔24bを
形成する。この場合においても、第1実施形態と同様
に、下地のシリコンを主成分とする低誘電率材料からな
る第3層間絶縁膜23に対して高いエッチング選択比
で、有機ポリマーを主成分とする低誘電率材料からなる
第4層間絶縁膜24をエッチングすることができ、たと
え、接続孔24bがずれて形成されても、第3層間絶縁
膜23がエッチングストッパとして機能する。
施形態における図4(h)〜図6(k)に示す配線溝お
よび接続孔の形成工程と同様な工程を経ることにより、
配線溝24aを形成するとともに、配線溝24aの底部
に連結し第3層配線W3’を露出させる接続孔24bを
形成する。この場合においても、第1実施形態と同様
に、下地のシリコンを主成分とする低誘電率材料からな
る第3層間絶縁膜23に対して高いエッチング選択比
で、有機ポリマーを主成分とする低誘電率材料からなる
第4層間絶縁膜24をエッチングすることができ、たと
え、接続孔24bがずれて形成されても、第3層間絶縁
膜23がエッチングストッパとして機能する。
【0077】以降の工程としては、先の図15(m)〜
図18(q)に示す工程と同様な工程を経ることによ
り、図14に示す配線溝24aから一部突出した導電層
44a、バリアメタル34a,54aからなる第4層配
線W4’が形成され、接続孔24bに埋め込まれた導電
層44aおよびバリアメタル34aにより第4層コンタ
クトC4が形成される。このようにして、第4層間絶縁
膜24に形成された第4層配線W4’および第4層コン
タクトC4により、第4層目の配線層4aが形成され
る。
図18(q)に示す工程と同様な工程を経ることによ
り、図14に示す配線溝24aから一部突出した導電層
44a、バリアメタル34a,54aからなる第4層配
線W4’が形成され、接続孔24bに埋め込まれた導電
層44aおよびバリアメタル34aにより第4層コンタ
クトC4が形成される。このようにして、第4層間絶縁
膜24に形成された第4層配線W4’および第4層コン
タクトC4により、第4層目の配線層4aが形成され
る。
【0078】以上のようにして、図14に示す本実施形
態に係る半導体装置が製造される。
態に係る半導体装置が製造される。
【0079】上記の本実施形態に係る半導体装置の製造
方法によれば、第1実施形態と同様に、誘電率が3.0
以下の低誘電率膜の中でエッチング耐性の異なる膜種を
交互に層間絶縁膜として積層させることにより、従来の
エッチングストッパ層のような誘電率の高い膜は挿入す
ることなく、層間絶縁膜に配線溝および接続孔を形成す
ることができる。
方法によれば、第1実施形態と同様に、誘電率が3.0
以下の低誘電率膜の中でエッチング耐性の異なる膜種を
交互に層間絶縁膜として積層させることにより、従来の
エッチングストッパ層のような誘電率の高い膜は挿入す
ることなく、層間絶縁膜に配線溝および接続孔を形成す
ることができる。
【0080】さらに、本実施形態では、配線溝および接
続孔を形成した後に、窒化シリコン等からなるマスク層
を残した状態で、バリアメタルおよび導電層を堆積さ
せ、当該マスク層をCMPの研磨ストッパとして用いる
ことにより、例えば、層間絶縁膜に使用する低誘電率材
料の機械的強度が低く研磨ストッパとして用いることが
困難であっても、当該マスク層が平坦化研磨のストッパ
層として機能することから、低誘電率材料からなる層間
絶縁膜へのダメージを低減することができ、層間絶縁膜
へのクラックの発生や、剥離等を防止することができ
る。そして、上記のマスク層は、平坦化研磨後に除去
し、最終的に形成される半導体装置の配線層間には残ら
ないことから、第1実施形態と同様に、実効的な配線容
量を低減することができる。
続孔を形成した後に、窒化シリコン等からなるマスク層
を残した状態で、バリアメタルおよび導電層を堆積さ
せ、当該マスク層をCMPの研磨ストッパとして用いる
ことにより、例えば、層間絶縁膜に使用する低誘電率材
料の機械的強度が低く研磨ストッパとして用いることが
困難であっても、当該マスク層が平坦化研磨のストッパ
層として機能することから、低誘電率材料からなる層間
絶縁膜へのダメージを低減することができ、層間絶縁膜
へのクラックの発生や、剥離等を防止することができ
る。そして、上記のマスク層は、平坦化研磨後に除去
し、最終的に形成される半導体装置の配線層間には残ら
ないことから、第1実施形態と同様に、実効的な配線容
量を低減することができる。
【0081】本発明は、上記の実施形態の説明に限定さ
れない。例えば、本実施形態では、シリコンを主成分と
する低誘電率材料と、有機ポリマーを主成分とする低誘
電率材料の一例について説明したが、他の材料を採用す
ることもできる。また、本実施形態では、一例として、
所定パターンの開口を有する絶縁膜からなるマスク層を
用いて配線溝と接続孔を形成するデュアルダマシンプロ
セスについて説明したが、配線溝や接続孔の形成には種
々の方法があるため、例えば、所定パターンのレジスト
膜を2層積層させて配線溝と接続孔を形成する等、種々
の方法を採用することができる。また、本実施形態にお
いて、一例として上げた他の材料等についても限定され
るものでなく、例えば、導電層は銅以外の材料を採用す
ることもでき、また、バリアメタルもCoWP以外の材
料を採用することができる。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
れない。例えば、本実施形態では、シリコンを主成分と
する低誘電率材料と、有機ポリマーを主成分とする低誘
電率材料の一例について説明したが、他の材料を採用す
ることもできる。また、本実施形態では、一例として、
所定パターンの開口を有する絶縁膜からなるマスク層を
用いて配線溝と接続孔を形成するデュアルダマシンプロ
セスについて説明したが、配線溝や接続孔の形成には種
々の方法があるため、例えば、所定パターンのレジスト
膜を2層積層させて配線溝と接続孔を形成する等、種々
の方法を採用することができる。また、本実施形態にお
いて、一例として上げた他の材料等についても限定され
るものでなく、例えば、導電層は銅以外の材料を採用す
ることもでき、また、バリアメタルもCoWP以外の材
料を採用することができる。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【0082】
【発明の効果】本発明によれば、配線層間に誘電率の高
い膜種を用いずに、低誘電率膜に配線溝や接続孔を形成
することができ、配線容量を低減することができる。
い膜種を用いずに、低誘電率膜に配線溝や接続孔を形成
することができ、配線容量を低減することができる。
【図1】第1実施形態に係る半導体装置の一例を示す断
面図である。
面図である。
【図2】第1実施形態に係る半導体装置の製造におい
て、第1層目の配線層におけるバリアメタルの形成後の
断面図である。
て、第1層目の配線層におけるバリアメタルの形成後の
断面図である。
【図3】第1実施形態に係る半導体装置の製造におい
て、第1層目の配線層の形成後の断面図である。
て、第1層目の配線層の形成後の断面図である。
【図4】第1実施形態に係る半導体装置の製造におい
て、第2層目の配線層における第2層間絶縁膜の形成後
の断面図である。
て、第2層目の配線層における第2層間絶縁膜の形成後
の断面図である。
【図5】第1実施形態に係る半導体装置の製造におい
て、第2層間絶縁膜への接続孔の形成後の断面図であ
る。
て、第2層間絶縁膜への接続孔の形成後の断面図であ
る。
【図6】第1実施形態に係る半導体装置の製造におい
て、第2層間絶縁膜への配線溝および接続孔の形成後の
断面図である。
て、第2層間絶縁膜への配線溝および接続孔の形成後の
断面図である。
【図7】第1実施形態に係る半導体装置の製造におい
て、第2層間絶縁膜の配線溝および接続孔へのバリアメ
タルおよび導電層の堆積後の断面図である。
て、第2層間絶縁膜の配線溝および接続孔へのバリアメ
タルおよび導電層の堆積後の断面図である。
【図8】第1実施形態に係る半導体装置の製造におい
て、第2層目の配線層の形成後の断面図である。
て、第2層目の配線層の形成後の断面図である。
【図9】第1実施形態に係る半導体装置の製造におい
て、第3層目の配線層における第3層間絶縁膜の形成後
の断面図である。
て、第3層目の配線層における第3層間絶縁膜の形成後
の断面図である。
【図10】第1実施形態に係る半導体装置の製造におい
て、第3層間絶縁膜への配線溝および接続孔の形成後の
断面図である。
て、第3層間絶縁膜への配線溝および接続孔の形成後の
断面図である。
【図11】第1実施形態に係る半導体装置の製造におい
て、第3層目の配線層の形成後の断面図である。
て、第3層目の配線層の形成後の断面図である。
【図12】第1実施形態に係る半導体装置の製造におい
て、第4層目の配線層における第4層間絶縁膜の形成後
の断面図である。
て、第4層目の配線層における第4層間絶縁膜の形成後
の断面図である。
【図13】第1実施形態に係る半導体装置の製造におい
て、第4層間絶縁膜への配線溝および接続孔の形成後の
断面図である。
て、第4層間絶縁膜への配線溝および接続孔の形成後の
断面図である。
【図14】第2実施形態に係る半導体装置の一例を示す
断面図である。
断面図である。
【図15】第2実施形態に係る半導体装置の製造におい
て、第2層間絶縁膜の配線溝および接続孔へのバリアメ
タルの堆積後の断面図である。
て、第2層間絶縁膜の配線溝および接続孔へのバリアメ
タルの堆積後の断面図である。
【図16】第2実施形態に係る半導体装置の製造におい
て、第2層間絶縁膜の配線溝および接続孔への導電層の
堆積後の断面図である。
て、第2層間絶縁膜の配線溝および接続孔への導電層の
堆積後の断面図である。
【図17】第2実施形態に係る半導体装置の製造におい
て、第2層間絶縁膜の配線溝および接続孔へ埋め込まれ
た導電層およびバリアメタルの平坦化研磨後の断面図で
ある。
て、第2層間絶縁膜の配線溝および接続孔へ埋め込まれ
た導電層およびバリアメタルの平坦化研磨後の断面図で
ある。
【図18】第2実施形態に係る半導体装置の製造におい
て、第2層目の配線層の形成後の断面図である。
て、第2層目の配線層の形成後の断面図である。
【図19】第2実施形態に係る半導体装置の製造におい
て、第3層目の配線層における第3層間絶縁膜およびマ
スク層の形成後の断面図である。
て、第3層目の配線層における第3層間絶縁膜およびマ
スク層の形成後の断面図である。
【図20】第2実施形態に係る半導体装置の製造におい
て、第3層間絶縁膜への配線溝および接続孔の形成後の
断面図である。
て、第3層間絶縁膜への配線溝および接続孔の形成後の
断面図である。
【図21】第2実施形態に係る半導体装置の製造におい
て、第3層間絶縁膜への導電層およびバリアメタルの形
成後の断面図である。
て、第3層間絶縁膜への導電層およびバリアメタルの形
成後の断面図である。
【図22】第2実施形態に係る半導体装置の製造におい
て、第3層目の配線層の形成後の断面図である。
て、第3層目の配線層の形成後の断面図である。
【図23】第2実施形態に係る半導体装置の製造におい
て、第4層目の配線層における第4層間絶縁膜およびマ
スク層の形成後の断面図である。
て、第4層目の配線層における第4層間絶縁膜およびマ
スク層の形成後の断面図である。
【図24】第2実施形態に係る半導体装置の製造におい
て、第4層間絶縁膜への配線溝および接続孔の形成後の
断面図である。
て、第4層間絶縁膜への配線溝および接続孔の形成後の
断面図である。
1…第1層目の配線層、2,2a…第2層目の配線層、
3,3a…第3層目の配線層、4,4a…第4層目の配
線層、10…半導体基板、11…第1絶縁膜、11a…
接続孔、12…導電層、13…第2絶縁膜、13a…配
線溝、14…バリアメタル、15…導電層、16…バリ
アメタル、22…第2層間絶縁膜、22a…配線溝、2
2b,22c…接続孔、23…第3層間絶縁膜、23a
…配線溝、23b…接続孔、24…第4層間絶縁膜、2
4a…配線溝、24b…接続孔、32,32a,33,
33a,34,34a…バリアメタル、42,42a,
43,43a,44,44a…導電層、52,52a,
53,53a,54,54a…バリアメタル、60,6
1,62…マスク層、60a,60b…開口、C1,C
2,C3,C4…コンタクト、W1,W2,W2’,W
3,W3’,W4,W4’…配線。
3,3a…第3層目の配線層、4,4a…第4層目の配
線層、10…半導体基板、11…第1絶縁膜、11a…
接続孔、12…導電層、13…第2絶縁膜、13a…配
線溝、14…バリアメタル、15…導電層、16…バリ
アメタル、22…第2層間絶縁膜、22a…配線溝、2
2b,22c…接続孔、23…第3層間絶縁膜、23a
…配線溝、23b…接続孔、24…第4層間絶縁膜、2
4a…配線溝、24b…接続孔、32,32a,33,
33a,34,34a…バリアメタル、42,42a,
43,43a,44,44a…導電層、52,52a,
53,53a,54,54a…バリアメタル、60,6
1,62…マスク層、60a,60b…開口、C1,C
2,C3,C4…コンタクト、W1,W2,W2’,W
3,W3’,W4,W4’…配線。
フロントページの続き
Fターム(参考) 5F033 HH11 HH15 JJ01 JJ11 JJ15
JJ19 KK01 KK11 KK15 MM01
MM02 MM11 MM12 MM13 NN05
NN07 PP06 PP15 PP27 PP28
QQ09 QQ25 QQ28 QQ31 QQ35
QQ37 QQ48 QQ49 RR01 RR02
RR04 RR05 RR07 RR08 RR21
RR22 RR24 RR25 RR29 SS11
SS21 SS22 XX01 XX14 XX17
XX24
5F058 AA05 AD11 AF04 AH02
Claims (12)
- 【請求項1】低誘電率膜に接続孔および配線溝が形成さ
れ、前記接続孔および前記配線溝に導電膜が埋め込まれ
て形成された配線層が基板の上層に複数積層されている
半導体装置であって、 各配線層の前記低誘電率膜が、隣接する前記配線層の前
記低誘電率膜とはエッチング耐性の異なる材料により形
成されている半導体装置。 - 【請求項2】複数の前記配線層は、有機ポリマーを主成
分とする低誘電率材料からなる低誘電率膜を有する第1
配線層と、シリコンを主成分とする低誘電率材料からな
る低誘電率膜を有する第2配線層が交互に積層されて形
成されている請求項1記載の半導体装置。 - 【請求項3】前記配線層は、前記低誘電率膜の前記接続
孔および前記配線溝に前記導電膜として銅膜が埋め込ま
れて形成されている請求項1記載の半導体装置。 - 【請求項4】前記配線層の前記低誘電率膜と前記銅膜と
の間に、銅の拡散を防止するバリアメタルが形成されて
いる請求項3記載の半導体装置。 - 【請求項5】基板の上層に低誘電率膜を形成する工程
と、 前記低誘電率膜にエッチングにより配線溝と接続孔を形
成する工程と、 前記配線溝と前記接続孔を埋め込むように前記低誘電率
膜上に導電膜を堆積させる工程と、 前記配線溝と前記接続孔に埋め込まれた前記導電膜を残
しながら、前記低誘電率膜上に堆積した前記導電膜を除
去する工程と、を有する配線層の形成工程を複数有し、 前記配線層の形成工程において、下層の配線層の低誘電
率膜とはエッチング耐性の異なる材料により低誘電率膜
を形成する半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】前記配線層の形成工程は、 有機ポリマーを主成分とする低誘電率材料からなる前記
低誘電率膜を形成する工程を有する第1配線層を形成す
る工程と、 シリコンを主成分とする低誘電率材料からなる前記低誘
電率膜を形成する工程を有する第2配線層を形成する工
程とを有し、 前記第1配線層を形成する工程と前記第2配線層を形成
する工程とを交互に繰り返し有する請求項5記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項7】前記低誘電率膜に前記配線溝と前記接続孔
を形成する工程において、前記低誘電率膜上に形成した
マスク層をエッチングマスクとして前記低誘電率膜をエ
ッチングすることにより前記配線溝と前記接続孔を形成
する請求項5記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】前記導電膜を堆積させる工程の前に、前記
マスク層を除去する工程を有し、 前記導電膜を除去する工程において、前記低誘電率膜を
研磨ストッパとして前記低誘電率膜上に堆積した前記導
電膜を研磨することにより除去する請求項7記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項9】前記導電膜を堆積させる工程において、前
記低誘電率膜の前記配線溝と前記接続孔を埋め込むよう
に、前記マスク層上に前記導電膜を堆積させ、 前記導電膜を除去する工程において、前記マスク層を研
磨ストッパとして前記マスク層上に堆積した前記導電膜
を研磨することにより除去する請求項7記載の半導体装
置の製造方法。 - 【請求項10】前記導電膜を堆積させる工程において、
前記導電膜として銅膜を堆積させる請求項5記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項11】前記配線溝と前記接続孔を形成する工程
の後、前記銅膜を堆積させる工程の前に、前記配線溝と
前記接続孔の内壁面を被覆するように前記低誘電率膜上
に、銅の拡散を防止するバリアメタルを形成する工程を
さらに有し、 前記導電膜を除去する工程において、前記配線溝と前記
接続孔に埋め込まれた前記バリアメタルおよび前記銅膜
を残しながら、前記低誘電率膜上に堆積した前記バリア
メタルおよび前記銅膜を除去する請求項10記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項12】前記導電膜を除去する工程の後に、前記
低誘電率膜の前記配線溝において露出した前記銅膜の表
面に選択的に銅の拡散を防止するバリアメタルを形成す
る工程をさらに有する請求項10記載の半導体装置の製
造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002136844A JP2003332422A (ja) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002136844A JP2003332422A (ja) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003332422A true JP2003332422A (ja) | 2003-11-21 |
Family
ID=29698773
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002136844A Pending JP2003332422A (ja) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | 半導体装置およびその製造方法 |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003332422A (ja) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006128591A (ja) * | 2004-01-13 | 2006-05-18 | Tokyo Electron Ltd | 半導体装置の製造方法及び成膜システム |
JP2006344965A (ja) * | 2005-06-06 | 2006-12-21 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co Ltd | 配線構造の形成方法,配線構造およびデュアルダマシン構造 |
JP2007096324A (ja) * | 2005-09-28 | 2007-04-12 | Samsung Electronics Co Ltd | 金属配線構造を形成する方法 |
US7205664B2 (en) | 2004-04-22 | 2007-04-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
JP2007103850A (ja) * | 2005-10-07 | 2007-04-19 | Nec Electronics Corp | 半導体装置の製造方法 |
JP2008060415A (ja) * | 2006-08-31 | 2008-03-13 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
WO2009075052A1 (ja) * | 2007-12-12 | 2009-06-18 | Panasonic Corporation | 半導体装置及びその製造方法 |
JP2009253245A (ja) * | 2008-04-11 | 2009-10-29 | Spansion Llc | 半導体装置の製造方法 |
JP2012146752A (ja) * | 2011-01-07 | 2012-08-02 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
JP2014072228A (ja) * | 2012-09-27 | 2014-04-21 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置の製造方法 |
JP2018147946A (ja) * | 2017-03-02 | 2018-09-20 | 国立大学法人九州工業大学 | 半導体膜形成方法 |
CN111446228A (zh) * | 2019-01-16 | 2020-07-24 | 长鑫存储技术有限公司 | 半导体器件及其制造方法 |
-
2002
- 2002-05-13 JP JP2002136844A patent/JP2003332422A/ja active Pending
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006128591A (ja) * | 2004-01-13 | 2006-05-18 | Tokyo Electron Ltd | 半導体装置の製造方法及び成膜システム |
JP4715207B2 (ja) * | 2004-01-13 | 2011-07-06 | 東京エレクトロン株式会社 | 半導体装置の製造方法及び成膜システム |
US7205664B2 (en) | 2004-04-22 | 2007-04-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
US7470609B2 (en) | 2004-04-22 | 2008-12-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
JP2006344965A (ja) * | 2005-06-06 | 2006-12-21 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co Ltd | 配線構造の形成方法,配線構造およびデュアルダマシン構造 |
JP2007096324A (ja) * | 2005-09-28 | 2007-04-12 | Samsung Electronics Co Ltd | 金属配線構造を形成する方法 |
JP2007103850A (ja) * | 2005-10-07 | 2007-04-19 | Nec Electronics Corp | 半導体装置の製造方法 |
JP2008060415A (ja) * | 2006-08-31 | 2008-03-13 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
JP4740071B2 (ja) * | 2006-08-31 | 2011-08-03 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
WO2009075052A1 (ja) * | 2007-12-12 | 2009-06-18 | Panasonic Corporation | 半導体装置及びその製造方法 |
JP2009253245A (ja) * | 2008-04-11 | 2009-10-29 | Spansion Llc | 半導体装置の製造方法 |
JP2012146752A (ja) * | 2011-01-07 | 2012-08-02 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
JP2014072228A (ja) * | 2012-09-27 | 2014-04-21 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置の製造方法 |
JP2018147946A (ja) * | 2017-03-02 | 2018-09-20 | 国立大学法人九州工業大学 | 半導体膜形成方法 |
CN111446228A (zh) * | 2019-01-16 | 2020-07-24 | 长鑫存储技术有限公司 | 半导体器件及其制造方法 |
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