JP2007158169A - 多層配線構造及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】下層配線と交差する上層配線との間を、ビアを形成することなく直接に接続する。
【解決手段】下層絶縁膜２に幅広の交差部４ａと幅狭の接続部３ａを有する下層配線３、４をＣＭＰを用いたダマシン法により形成する。幅広の交差部４ａは、デッシングにより薄く形成され、幅狭の接続部３ａはほぼ下層絶縁膜２の上面まで埋め込まれる。この上にシングルダマシン法を用いて、交差部４ａ又は接続部３ａで交差する上層配線６を形成する。上層配線６は交差部４ａで分離絶縁され、接続部３ａで接触する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダマシン法により形成された下層配線と上層配線との交差点で、両配線間を必要に応じて接続又は非接続とした多層配線構造に関し、とくに接続又は非接続の構造を作製するために特別のパターニングを必要としない多層配線構造及びその製造方法に関する。

多くの半導体装置、例えばセル構造を採る半導体装置では、下層絶縁膜に埋め込まれた下層配線上に、下層配線と格子状に交差する上層配線を形成し、上層配線と下層配線とが交差する任意の交差点で上下層配線間を接続する多層配線構造が広く用いられている。

この上層配線は、上層配線材料としてＣｕを採用するとき、上層絶縁膜に配線溝を形成し、この配線溝にＣｕ等の配線材料を埋め込むダマシン法により形成されることが多い。このとき、下層配線と上層配線の接続はビアを介して接続される。このようなビアは、通常、上層絶縁膜に上層配線を画定する上層配線溝とビアを画定するビアホールとを形成した後、上層配線とビアとを同時に埋め込むデュアルダマシン法により形成される。

しかし、デュアルダマシン法は、ビアホールと上層配線溝とを上層絶縁膜に形成するために、２回のリソグラフィ及びエッチング工程からなるパターニング工程を必要とするため、製造工程が多く複雑になり製造コストが高い。

かかる問題を解決すべく、１回のパターニング工程により形成することができるシングルダマシン法を用いて、下層配線との交差点で接続／非接続を選択できる上層配線を形成する方法が開発されている。（例えば特許文献１を参照。）。

図１２は従来の多層配線を表す斜視図であり、シングルダマシン法により形成され、下層配線と上層配線との交差点で接続／非接続を選択できる構造を有する多層配線構造を表している。なお、図１２では、簡明を期するため、上層配線を埋め込む上層絶縁膜を図示していない。

図１２を参照して、この方法では、まず基板１０１上に形成された下層絶縁膜１０２をエッチングして、下層配線１０４を画定する下層配線溝１１４を形成する。そして、この下層配線溝１１４をＣｕ等の配線材料で埋め込み、上面が下層絶縁膜１０２の上面とほぼ同じ高さの下層配線１０４を形成する。

次いで、上層配線１０６ａと交差する下層配線１０４の交差部１０４ａの上面を、エッチングにより除去し、交差部１０４ａで表面が凹をなす下層配線１０４を形成する。

次いで、下層絶縁膜１０４及び下層配線１０２上に上層絶縁膜（図示されていない）を形成し、この上層絶縁膜に上層配線１０６ａ、１０６ｂを画定する上層配線溝を形成する。

次いで、上層配線溝をＣｕ等の配線材料で埋め込み、上層配線１０６ａ、１０６ｂを形成する。この上層配線１０６ａ、１０６ｂは、底面がほぼ下層絶縁膜１０２の上面に位置するようにシングルダマシン法により形成される。従って、下層配線１０４の交差部１０４ａが形成されていない部分（図１２中の「接続部１０４ｂ」）で交差する上層配線１０６ｂは、その底面が接続部１０４ｂの上面と接し、この接続部１０４ｂで上層配線１０６ｂと下層配線１０４との電気的接続がなされる。一方、下層配線１０４の交差部１０４ａで交差する上層配線１０６ａは、交差部１０４ａの上面が凹にされているため、その底面は交差部１０４ａの上面から離間し、上層配線１０６ａと下層配線１０４とは電気的に絶縁される。即ち、下層配線１０４と上層配線１０６ａ、１０６ｂとの接続の有無は、交差部１０４ａの形成により決定される。

上述した下層配線１０４に交差部１０４ａを形成する多層配線の製造方法では、上層配線１０６ａ、１０６ｂをシングルダマシン法により作製することができるから、デュアルダマシン法により作製する方法に比べて製造工程が簡潔である。

しかし、交差部１０４ａを形成するためにリソグラフィ及びエッチングの工程を追加する必要があり、製造工程の短縮は制限される。

さらに、下層配線をエッチングすることなく上層配線をシングルダマシンで製造する方法が開示されている。（例えば特許文献２参照。）。

この方法では、上層配線と交差する下層配線上に、絶縁膜を介在させて上層配線と下層配線とを絶縁する。即ち、絶縁膜が介在する交差点では上層配線と下層配線とは非接続であり、絶縁膜が存在しない交差点では上層配線と下層配線とが接続される。

この方法では、上層配線をシングルダマシン法により製造するため製造工程が簡潔にされる。しかし、非接続とすべき交差点にのみ絶縁膜を形成するには、絶縁膜の堆積、パターニング工程が必要であり、製造工程の短縮は制限される。
特開２００２−０８３８６８号公報 特開平５−０４８３５０号公報

上述したように、下層配線と上層配線との交差点で上下層配線間を接続又は非接続とする多層配線構造は、従来は上層配線を絶縁膜に埋め込んで形成し、ビアで接続する配線構造が用いられていた。

しかし、この多層配線構造では、上層配線を画定する配線溝とビアを画定する溝とを形成するために２回のパターニングを行なわなければならず、製造工程が多く複雑であるという問題があった。

また、上層配線と交差する下層配線の一部をエッチングして上面を凹とし、その上にシングルダマシン法により作製した上層配線を配置した従来の多層配線構造では、下層配線を部分的にエッチングするために、特別のリソグラフィ及びエッチング工程を必要とし、製造工程の短縮が制限されるという問題がある。

さらに、上層配線と交差する下層配線上に絶縁膜を介在させて上下配線間を絶縁する従来の多層配線構造では、絶縁膜の形成・パターニング工程を必要とし、製造工程の短縮が制限されるという問題がある。

本発明は、下層配線をＣＭＰ（化学的機械的研摩）を用いたダマシン法で形成し、上層配線をシングルダマシン法で形成するのみで、他にリソグラフィ又はパターニングを行なうことなく、上層配線と下層配線との任意の交差点での接続又は非接続を実現することができる多層配線構造、及びその製造方法を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するための本発明の第１の構成に係る多層配線構造は、第１の幅の溝からなる接続部画定領域を有する第１下層配線溝を埋め込む第１下層配線と、第１の幅より幅広の溝からなる交差部画定領域を有する第２下層配線溝を埋め込む第２下層配線とを有する。

上記の第１下層配線には接続部画定領域を第１下層配線溝の上面まで埋め込む接続部が設けられ、上記の第２下層配線には交差部画定領域を第２下層配線溝の途中まで埋め込む交差部が設けられる。

さらに、第１、第２下層配線及び下層絶縁膜の上に設けられた上層絶縁膜に上層配線溝が形成されており、上層配線溝を埋め込む上層配線が形成されている。なお、この上層配線は、第１の下層配線と接続部上で交差し、第２の下層配線と交差部上で交差するように配置される。

上記の上層配線の底面は、ほぼ第１下層配線溝の上面の高さに位置するように形成される。従って、上層配線の底面は、ほぼ第１下層配線溝の上面まで埋め込まれた接続部の上面に接する。その結果、この接続部で上層配線と第１下層配線とが接続される。他方、上層配線の底面は、第２下層配線溝の途中までしか埋め込まれていない交差部の上方を離れて交差する。その結果、この交差部で上層配線と第１下層配線とは非接続の状態で交差する。

このように、本第１の構成の多層配線構造では、上層配線と下層配線との接続又は非接続を接続部又は交差部の何れかを形成することで選択することができる。かかる接続部及び非接続部を有する下層配線は、以下に説明する本発明の第２の構成により、ＣＭＰを使用するダマシン法を用いた下層配線の製造工程の中で同時に形成することができる。従って、本構成の多層配線構造は、接続又は非接続のために特別なパターニング等の工程を追加することなく製造することができる。

本発明の第２の構成は、下層絶縁膜に、第１の幅の溝からなる接続部画定領域を有する第１下層配線溝と、第１の幅より幅広の溝からなる交差部画定領域を有する第２下層配線溝とを形成し、第１及び第２下層配線溝を埋め込み下層絶縁膜上に延在する配線材料の層を形成する。そして下層絶縁膜をストッパとするＣＭＰにより下層絶縁膜上に延在する配線材料を除去して、第１及び第２下層配線溝をそれぞれ埋め込む第１及び第２下層配線を形成する。

このＣＭＰの際に、幅広の交差部画定領域に埋め込まれた配線材料は、ＣＭＰのデッシング（Ｄｉｓｈｉｎｇ）により上面が過剰に研摩され、上面が下層絶縁膜の上面（即ち、第２下層配線溝の上面）よりも低い交差部を形成する。言い換えれば、交差部は第２下層配線溝の途中までしか埋め込まれず、第２下層配線の他の部分よりも薄くされている。

他方、幅が狭い接続部画定領域に埋め込まれた配線材料は、ＣＭＰの際にデッシングが進行せず、上面がほぼ下層絶縁膜の上面（即ち、第１下層配線溝の上面）に位置する接続部を形成する。即ち、接続部はほぼ下層絶縁膜と同じ厚さを有する。

さらに、第１、第２下層配線及び下層絶縁膜上に上層絶縁膜を形成し、この上層絶縁膜に底面が接続部とほぼ同じ高さとなる上層配線溝（シングルダマシン用の配線溝として機能する。）を形成する。その後、上層配線溝を配線材料で埋め込み上層配線を形成する。この上層配線の形成工程は、シングルダマシン法と同様である。

上述した上層配線は、第１、第２下層配線とそれぞれ接続部及び交差部で交差するように配置される。この上層配線の底面は、接続部とほぼ同じ高さにあるから、接続部で第１下層配線と接触する。他方、接続部より上面が低い交差部では、上層配線の底面は交差部上面とは接触せず、上層配線は交差部の上方を離れて交差する。従って、上層配線と第１及び第２下層配線とは、交差部では絶縁され非接続状態にされ、接続部では互いに接触して接続状態にされる。

上述したように本発明の第２の構成では、下層配線に幅狭の接続部と幅広の交差部とを設けることで、ＣＭＰの際に幅広の交差部のデッシングを進行させ、交差部の上面を低くする。これに対して、幅狭の接続部のデッシングは殆ど進行しない。その結果、交差部の上面が低く、接続部が高く形成されるから、上層配線を交差部で非接続とし、接続部で接続させることができる。

本発明の第２の構成によれば、下層配線溝の一部の幅を変えるだけで、通常のＣＭＰを用いるダマシン法により上下層配線間の接続・非接続構造を有する多層配線構造を製造することができる。

上記本発明の第１及び第２の構成において、底面が接続部とほぼ同一の上層配線は、例えば上面が平坦な上層絶縁膜に、深さが均一な上層配線溝をイオンエッチングにより形成し、この上層配線溝を配線材料、例えばＣｕで埋め込み形成することができる。

また、第１及び第２の構成において、デッシングにより交差部上の配線材料を除去した後に、低誘電率の第３絶縁膜を埋め込むこともできる。これにより、交差部での上層配線と下層配線間の寄生容量を小さくすることができる。

さらに、下層配線の断面積を一定にすることがエレクトロマイグレーション耐性の観点から好ましい。即ち、下層配線を構成する交差部、接続部及びその他の部分を一定の断面積を有するように、幅広の交差部は薄く、幅狭の接続部は厚くし、その幅と厚さの積が一定になるように下層配線の幅と厚さを形成する。このようにすると、下層配線を流れる電流密度は場所によらず一定になり電流が集中する場所が発生しないため、エレクトマイグレーションが発生し難い。

本構成の上下層配線間の接続・非接続構造を有する多層配線構造は、下層配線溝の一部の幅を変えるだけで、通常のＣＭＰを用いるダマシン法により製造することができる。このように、接続又は非接続のために特別なパターニング等の工程を追加することなく製造することができるので、製造工程を増やすことなく容易に製造することができる。

本発明の第１実施形態は、下層配線と上層配線とが格子状に交差する多層配線構造を有する半導体装置に関する。

図１は本発明の第１実施形態の多層配線構造を表す斜視図である。図２は本発明の第１実施形態の多層配線構造を表す平面図であり、図１に示す多層配線構造を上方から見た図である。図３は本発明の第１実施形態の多層配線構造を表す断面図であり、図３（ａ）及び図３（ｂ）はそれぞれ図２のＩＪ断面及びＫＬ断面を表している。なお、図１では、簡明にするため、図３中に示す上層絶縁膜７を省略して図示している。

図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る多層配線構造は、基本セルが形成された半導体基板１上に形成された下層絶縁膜２中に埋め込まれた第１及び第２下層配線３、４（以下、「下層配線３、４」という。）と、下層配線３、４と交差する上層配線６とを有する。

下層配線３、４には、上層配線６との交差点で上層配線４と電気的に接続する接続部３ａ、及び、上層配線６との交差点で上層配線４から電気的に絶縁されている交差部４ａの何れか一方又は両方が設けられる。なお、一本の第１下層配線３又は一本の第２下層配線４に対して、ある交差点に接続部３ａが設けられ、他の交差点に交差部４ａが設けられていてもよい。説明を簡明にするため、本第１実施形態では、第１下層配線３に接続部３ａが設けられ、第２下層配線４に交差部４ａが設けられる場合について説明する。

下層配線３、４は、下層絶縁膜２に成形された第１及び第２下層配線溝１１ａ、１１ｂ（以下、「下層配線溝１１」という。）を配線材料であるＣｕで埋め込む、いわゆるダマシン法により形成された埋め込み配線である。

第１下層配線３は、図１及び図２を参照して、延在方向に一定の配線幅、例えば１５０ｎｍの幅を有する直線状をなし、上面は下層絶縁膜２の上面の高さ（即ち、第１下層配線溝１１ａの上面の高さ）にほぼ等しい。従って、第１下層配線３の厚さは、第１下層配線溝１１ａの深さ、例えば３００ｎｍにほぼ等しい。第１下層配線３に設けられた接続部３ａは、第１下層配線３の接続部３ａ以外の部分と幅及び高さとも同じである。従って、第１下層配線は、接続部画定領域１３を含めて同一断面形状をなしている。

第２下層配線４は、図１及び図２を参照して、第１下層配線３と平行に延在し、その一部（上層配線と交差する部分）が幅広に、例えば３００ｎｍの幅に形成された交差部４ａを構成する。その他の部分は、例えば１５０ｎｍの一様な線幅を有し、下層絶縁膜２の上面とほぼ同じ高さの配線として形成されている。

この交差部４ａは、図１及び図２を参照して、交差部４ａを画定する溝である交差部画定領域１４を底面から溝の途中まで埋め込む配線材料から構成され、その上面が溝の上面（即ち、下層絶縁膜の上面）より低くされている。なお、交差部画定領域１４は下層配線溝１１ｂの一部をなす。従って、第２下層配線４は、図２及び図３（ｂ）を参照して、交差部４ａで拡幅された部分が薄くなり、その両側で幅及び高さが一様な配線となる。なお、この交差部４ａの厚さ（高さ）は、交差部４ａの断面積をその両側に延在する幅が一様な配線部分と同じにすることが望ましい。例えば、両側の配線幅が１５０ｎｍ、配線の厚さが３００ｎｍ、及び、交差部４ａの幅が３００ｎｍのとき、交差部４ａの厚さを１５０ｎｍとする。

なお、接続部３ａ及び交差部４ａを除く下層配線３、４の部分の配線幅は、とくに限定されないが、この部分を下層絶縁膜２の上面まで埋め込まれた下層配線３、４とできることから接続部３ａと同じ幅とすることが好ましい。

交差部４ａ上には、下層絶縁膜２の上面と同じ高さまで絶縁膜５が充填されている。この絶縁膜５は、上層絶縁膜７であってもよく、上層絶縁膜７より低誘電率材料を用いてもよい。絶縁膜５を低誘電率材料とすると、上層配線６と第２下層配線４間の寄生容量を小さくすることができる。絶縁膜５を上層絶縁膜７とすると、上層絶縁膜７の堆積工程のみで絶縁膜５を埋め込むことができるので、低誘電率材料からなる絶縁膜５の埋め込み工程が不要となり製造工程が簡素になる。

図１、図２及び図３を参照して、上述した下層絶縁膜２、第１下層配線１１ａ、第２下層配線１１ｂ及び絶縁膜５の上に、上層絶縁膜７及び上層配線６が設けられている。上層配線７は、上層絶縁膜５に形成された上層配線溝１２に埋め込まれた配線材料、例えばＣｕからなり、第１下層配線１１ａ及び第２下層配線１１ｂと直交して設けられ、第１下層配線１１ａ及び第２下層配線１１ｂとそれぞれ接続部３ａ及び交差部５で交差する。

上層配線６は、例えば幅１５０ｎｍ、厚さ３００ｎｍの断面矩形の配線であり、その底面はほぼ接続部３ａの上面に位置する。さらに詳述すると、上層配線６は、その底面が接続部３ａの上面に接して交差し、かつ、交差部４ａと絶縁膜５を介して交差するように、底面の高さ（換言すれば、上層配線溝１２の深さ）が定められる。従って、上層配線６は、第１下層配線３と接続部３ａで電気的に接続され、第２下層配線４と交差部４ａで絶縁され電気的に非接続とされる。

以下、上述した第１実施形態に係る多層配線構造の製造方法を説明する。

図４〜図６は本発明の第１実施形態の多層配線構造の製造工程断面図（その１）〜（その３）であり、下層配線の延在方向に垂直な断面を表している。図７〜図１０は本発明の第１実施形態の多層配線構造の製造工程平面図（その１）〜（その４）であり、図７は図４（ｂ）の時点での平面図、図８は図５（ｅ）、（ｆ）の時点での平面図、図９は図５（ｇ）の時点での平面図、図１０は図６（ｊ）の時点での平面図を表している。

まず、図４（ａ）を参照して、上面に基本セルが形成されている半導体基板１上に、厚さ３００ｎｍのＳｉＣＯ膜（例えばＮｏｖｅｌｌｕｓ社のＣＯＲＡＬＰＯＲＡ（登録商標））をＣＶＤ法により形成する。その上に、フォトレジスト２１を塗布する。

次いで、図４（ｂ）及び図７を参照して、レジスト２１を露光、現像して、第１下層配線３を画定する開口２２ａ及び第２下層配線４を画定する開口２２ｂを有するレジストパターン２２を形成する。なお、図４（ｂ）は図７中のＡＢ断面を表している。開口２２ａは、幅１５０ｎｍの直線帯状パターンからなる。また、開口２２ｂは、幅１５０の直線帯状パターンと、その一部が幅３００ｎｍまでなだらかに拡幅された部分とからなる。

次いで、図４（ｃ）を参照して、レジストパターン２２をマスクとするＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いて下層絶縁膜２をエッチングし、下層絶縁膜２に深さ３００ｎｍの第１下層配線溝１１ａ及び第２下層配線溝１１ｂを形成する。このとき、レジストパターン２２の開口２２ａにより画定された第１下層配線溝１１ａと、開口２２ｂにより画定された第２下層配線溝１１ｂとが形成される。この第１下層配線溝１１ａの一部（他の部分と断面及び平面形状とも同一である。）が接続部画定領域１３となり、また第２下層配線溝１４の拡幅部分が交差部画定領域１４となる。

次いで、全面に厚さ５ｎｍのＴａ膜をスパッタにより形成する。このＴａ膜はＣｕの拡散防止膜として機能する。次いで、めっきのシード層となる厚さ５ｎｍのＣｕシード膜をスパッタにより形成する。このＴａ膜及びＣｕシード膜は、下層配線溝１１ａ、１１ｂの内面を被覆し、下層絶縁膜２の上面全面に延在する。

次いで、図４（ｄ）を参照して、Ｃｕシード膜を電極とするＣｕめっきにより、下層配線溝１１ａ、１１ｂを埋め込み、下層絶縁膜２の上面全面に延在するＣｕからなる配線材料２３の層を形成する。

次いで、図５（ｅ）、図５（ｆ）及び図８を参照して、ＣＭＰを用いて下層絶縁膜２の上面全面に延在するＣｕからなる配線材料２３を除去すると同時に、下層配線溝１１ａ、１１ｂの内部を埋め込む配線材料２３を残し、配線材料２３からなる下層配線３、４を形成する。なお、図５（ｅ）及び図５（ｆ）は、それぞれ図８のＣＤ断面及びＥＦ断面を表している。

このＣＭＰには、通常用いられているＣｕのＣＭＰ用研磨剤にくらべて、デッシングを抑制するためのストッパ剤、例えばベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）の添加量を少なくしたＣｕのＣＭＰ用研磨剤を用いる。このため、本第１実施形態のＣＭＰでは、デッシングが大きく、配線材料２３のＣｕ表面が深く研摩される。このデッシングにより配線材料２３の表面が研摩される深さは、ストッパ剤の添加量の他、下層配線溝１１ａ、１１ｂの幅に依存し、下層配線溝１１ａ、１１ｂの幅が広い部分ほど深く研摩される。

このため、幅が１５０ｎｍと狭い第１下層配線溝１１ａを埋め込み形成される第１下層配線３の上面は、下層絶縁膜の上面（即ち、下層配線溝１１ａ、１１ｂの上面）より僅かにデッシングされて低くなる。このとき、接合部３ａを画定する接合部画定領域１３の幅は第１下層配線３の他の部分と同じなので、接合部３ａを含めて第１下層配線３の上面は同じ高さに研摩される。

他方、第２下層配線溝１１ｂは、３００ｎｍ幅の幅広の交差部画定領域１４と１５０ｎｍ幅の幅狭の部分とを有する。図５（ｅ）を参照して、第２下層配線４のうち幅広の交差部４ａの部分は、上面が大きくデッシングされて薄くされ、交差部画定領域１４の底に交差部画定領域１４を途中まで、例えば１５０ｎｍの厚さに埋め込むように形成される。

これに対して、図５（ｆ）を参照して、第２下層配線４ｂのうち幅狭の部分（図５（ｆ）中に４として示す部分）は、第１下層配線３と同じく上面が僅かにデッシングされるだけで、下層絶縁膜２の上面とほぼ同じ高さに形成される。従って、デッシング量を制御して下層配線の３、４の全ての幅広の交差部４ａを薄く形成しても、幅狭の交差部３ａで上層配線６との接続がなされる。

なお、幅が３００ｎｍの交差部画定領域１４と幅が１５０ｎｍの幅狭の第２下層配線溝１１ｂとの間は、幅が徐々に拡げ又は狭められているので、この間はその幅の変化に応じてデッシング量が変化する。その結果、この間の第２下層配線４の厚さは徐々に変化し、第２下層配線４の上面は交差部１４からその外側の幅狭の部分にかけて緩やかな傾斜面を構成する。

本第１実施形態では、第２下層配線４の断面積が、幅３００ｎｍの交差部４ａと幅が１５０ｎｍの幅狭の第２下層配線１１ｂ部分とで同じになるように第２下層配線４の厚さを制御する。これにより、第２下層配線４の延在方向にそって第２下層配線４の断面積が一定になるように制御される。かかる制御は、研磨剤に添加するストッパー剤の添加量を変えることでなされる。このとき、実験により必要なデッシング量を得るための適切な条件を見いだすことができる。

次いで、図５（ｇ）、図５（ｇ−１）、図５（ｇ−２）及び図９を参照して、基板１上全面に上層絶縁膜７を形成し、その上に塗布したレジストをリソグラフィによりパターニングしてレジストパターン２４を形成する。なお、図５（ｇ）、図５（ｇ−１）及び図５（ｇ−２）はそれぞれ、図９のＭＮ断面、Ｍ１Ｍ２断面及びＭ３Ｍ４断面を表している。

上層絶縁膜７として、厚さ３００ｎｍのＳｉＯＣ膜をＣＶＤ法により形成した。このように段差被覆性の良好なＣＶＤ法を用いることにより、交差部４ａで第２下層配線４の膜厚が薄くなっていても、この交差部４ａ上のデッシングにより形成された窪みを埋め込み、かつ、上面が平坦な上層絶縁膜７を形成することができる。

レジストパターン２４は、下層配線３、４に直交する幅１５０ｎｍの直線溝状の開口２４ａを有す。この開口２４ａにより、上層配線溝１２が画定される。

次いで、図５（ｈ）、図５（ｈ−１）、図５（ｈ−２）及び図１０を参照して、レジストパターン２４をマスクとするＲＩＥにより上層絶縁膜７をエッチングし、上層絶縁膜７に上層配線溝１２を形成する。なお、図５（ｈ）、図５（ｈ−１）及び図５（ｈ−２）はそれぞれ、図５（ｇ）、図５（ｇ−１）、図５（ｇ−２）と同じ位置の断面を表している。

上層配線溝１２は、一定の深さを有し、その底面に接続部３ａの上面が表出する深さに形成される。即ち、上層配線溝１２の底面にデッシングされた接続部３ａの上面が表出するように、上層配線溝１２は下層絶縁膜２の上面より僅か深くエッチングすることで形成される。

このように上層配線溝１２は一定の深さの溝として形成されるから、図５（ｇ−２）を参照して、デッシングが大きく上面が下層絶縁膜２の上面より低くされた交差部４ａでは、上層配線溝１２の底面は交差部４ａの上面から離れている。従って、上層配線溝１２の底面に、交差部４ａは表出せず、交差部４ａ上を埋め込む上層絶縁膜７からなる絶縁膜５が表出する。

次いで、図６（ｉ）、図６（ｉ−１）及び図６（ｉ−２）を参照して、上層配線溝１２を埋め込み上層絶縁膜７上に延在するＣｕからなる配線材料２４の層を、下層配線１１の配線材料２３の層と同様にめっきにより形成する。

次いで、通常の添加量のストッパ剤を添加したＣｕ−ＣＭＰ用の研磨剤を用いたＣＭＰにより、上層絶縁膜７上の配線材料２４を除去し、上層配線溝１２に埋め込まれた配線材料２３を上層配線６として残す。

以上の工程を経て、交差部４ａ上の絶縁膜が上層絶縁膜からなる第１実施形態に係る多層配線構造が製造される。

次ぎに、交差部４ａ上の絶縁膜が上層絶縁膜と異なる材料からなる第１実施形態に係る多層配線構造の製造方法について説明する。

図１１は本発明の第１実施形態の他の多層配線構造の製造工程断面図であり、第１実施形態の多層配線構造において絶縁膜５を上層絶縁膜７より低誘電率絶縁膜とした実施形態を表している。なお、図１１（ａ）、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は図５（ｇ）と同じ位置の断面を、図１１（ａ−１）、図１１（ｂ−１）及び図１１（ｃ−１）は図５（ｇ−１）と同じ位置の断面を、図１１（ａ−２）、図１１（ｂ−２）及び図１１（ｃ−２）は図５（ｇ−２）と同じ位置の断面を表している。

本実施形態の製造工程は、図５（ｅ）及び５図（ｆ）までは同じである。その後、図１１（ａ）、図１１（ａ−１）及び図１１（ａ−２）を参照して、交差部４ａ上の窪みを埋め込む絶縁材料５ａを、基板１上全面に堆積する。この絶縁材料５ａは、例えば有機系の低誘電率絶縁材料とする。

次いで、図１１（ｂ）、図１１（ｂ−１）及び図１１（ｂ−２）を参照して、ＣＭＰにより下層絶縁膜２の上面に形成された絶縁材料５ａを平坦に除去し、交差部４ａ上の窪みに埋め込まれた絶縁材料５ａを絶縁膜５として残す。この結果、絶縁膜５の上面はほぼ下層絶縁膜２の上面の位置に等しくなる。

次いで、図１１（ｃ）、図１１（ｃ−１）及び図１１（ｃ−２）を参照して、基板１上全面にＳｉＯＣ膜からなる上層絶縁膜７を堆積し、図（ｇ）〜図（ｈ）に示す工程と同様の工程で、上層絶縁膜７に上層配線溝１２を形成する。この上層配線溝１２は、接続部３ａの上面及び絶縁膜５を表出する深さを有し、その底面はほぼ下層絶縁膜２の上面の高さに位置する。従って、上層配線溝１２と交差部４ａとは、絶縁膜５を挟み分離され絶縁される。

その後、図６（ｉ）以降の工程により、上層配線溝１２を埋め込む上層配線６が形成され絶縁膜５を有する多層配線構造が製造される。

上述の本明細書には、以下の付記記載の発明が開示されている。
（付記１）基板上に形成された下層絶縁層と、
前記下層絶縁層に形成され、第１の幅の溝からなる接続部画定領域を有する第１下層配線溝と、
前記下層絶縁膜に形成され、前記第１の幅より幅広の溝からなる交差部画定領域を有する第２下層配線溝と、
前記第１及び第２下層配線溝をそれぞれ埋め込む第１及び第２下層配線と、
前記第１下層配線に設けられ、前記接続部画定領域を前記第１下層配線溝の上面まで埋め込む接続部と、
前記第２下層配線に設けられ、前記交差部画定領域を前記第２下層配線溝の途中まで埋め込む交差部と、
前記第１並びに第２下層配線の外側に表出する前記下層絶縁膜、前記第１下層配線及び前記第２下層配線上に形成された上層絶縁膜と、
前記上層絶縁膜に形成され、底面が前記第１下層配線溝の上面に位置する上層配線溝と、
前記上層配線溝を埋め込む上層配線とを有し、
前記上層配線は、前記第１及び第２下層配線とそれぞれ前記接続部及び前記交差部で交差し、
前記上層配線の底面は、前記接続部で第１下層配線と接触し、前記交差部で前記第２下層配線から離れている多層配線構造。
（付記２）前記第２下層配線溝の途中まで埋め込まれた前記第２下層配線上に、前記第２下層配線溝の上面まで埋め込む前記上層絶縁膜より低誘電率材料からなる第３絶縁膜を有することを特徴とする付記１記載の多層配線構造。
（付記３）前記第１及び第２下層配線は、断面積が延在方向に沿って同一であることを特徴とする付記１又は２記載の多層配線構造。
（付記４）基板上に下層絶縁膜を形成する工程と、
前記下層絶縁膜に、第１の幅の溝からなる接続部画定領域を有する第１下層配線溝及び前記第１の幅より幅広の溝からなる交差部画定領域を有する第２下層配線溝を形成する工程と、
前記第１及び第２下層配線溝を埋め込み前記下層絶縁膜上に延在する配線材料の層を形成する工程と、
前記下層絶縁膜をストッパとする化学的機械的研摩（ＣＭＰ）により前記下層絶縁膜上に延在する前記配線材料を除去して前記第１及び第２下層配線溝をそれぞれ埋め込む第１及び第２下層配線を形成すると同時に、前記接続部画定領域を前記第１下層配線溝の上面まで埋め込む前記配線材料からなる接続部及び前記交差部画定領域に埋め込まれた前記配線材料の上部をデッシングにより除去して前記第２下層配線溝の途中まで埋め込まれた前記配線材料からなる交差部を形成する工程と、
前記下層絶縁膜、前記第１下層配線及び前記第２下層配線上に上層絶縁膜を形成する工程と、
前記上層絶縁膜に、前記第１及び第２下層配線とそれぞれ前記接続部及び前記交差部で交差し、底面が前記第１下層配線溝の上面に位置する上層配線溝を形成する工程と、
前記上層配線溝を埋め込み、前記接続部で第１下層配線と接触して交差し、前記交差部で前記第２下層配線から離れて交差する上層配線を形成する工程とを有する多層配線構造の製造方法。
（付記５）前記上層配線溝は、上面が平坦な前記上層絶縁膜を一定の深さにエッチングして形成されたことを特徴とする付記４記載の多層配線構造の製造方法。
（付記６）前記交差部上のデッシングにより除去された前記配線材料の領域を、前記上層絶縁膜より低誘電率の第３絶縁膜により埋め込む工程を有することを特徴とする付記４又は５記載の多層配線構造の製造方法。

本発明は、半導体装置の多層配線構造に適用されて、半導体装置の製造工程を簡素にすることができる。

本発明の第１実施形態の多層配線構造を表す斜視図 本発明の第１実施形態の多層配線構造を表す平面図 本発明の第１実施形態の多層配線構造を表す断面図 本発明の第１実施形態の多層配線構造の製造工程断面図（その１） 本発明の第１実施形態の多層配線構造の製造工程断面図（その２） 本発明の第１実施形態の多層配線構造の製造工程断面図（その３） 本発明の第１実施形態の多層配線構造の製造工程平面図（その１） 本発明の第１実施形態の多層配線構造の製造工程平面図（その２） 本発明の第１実施形態の多層配線構造の製造工程平面図（その３） 本発明の第１実施形態の多層配線構造の製造工程平面図（その４） 本発明の第１実施形態の他の多層配線構造の製造工程断面図 従来の多層配線構造を表す斜視図

符号の説明

１、１０１ 基板
２、１０２ 下層絶縁膜
３ 第１下層配線
３ａ、１０４ｂ 接続部
４ 第２下層配線
４ａ、１０４ａ 交差部
５ 絶縁膜
５ａ 絶縁材料
６、１０６ａ、１０６ｂ 上層配線
７ 上層絶縁膜
１１ 下層配線溝
１１ａ 第１下層配線溝
１１ｂ 第２下層配線溝
１２ 上層配線溝
１３ 接続部画定領域
１４ 交差部画定領域
２１ レジスト
２２、２４ レジストパターン
２２ａ、２２ｂ 開口
２３、２４ 配線材料

Claims (5)

1. 基板上に形成された下層絶縁層と、
   前記下層絶縁層に形成され、第１の幅の溝からなる接続部画定領域を有する第１下層配線溝と、
   前記下層絶縁膜に形成され、前記第１の幅より幅広の溝からなる交差部画定領域を有する第２下層配線溝と、
   前記第１及び第２下層配線溝をそれぞれ埋め込む第１及び第２下層配線と、
   前記第１下層配線に設けられ、前記接続部画定領域を前記第１下層配線溝の上面まで埋め込む接続部と、
   前記第２下層配線に設けられ、前記交差部画定領域を前記第２下層配線溝の途中まで埋め込む交差部と、
   前記第１並びに第２下層配線の外側に表出する前記下層絶縁膜、前記第１下層配線及び前記第２下層配線上に形成された上層絶縁膜と、
   前記上層絶縁膜に形成され、底面が前記第１下層配線溝の上面に位置する上層配線溝と、
   前記上層配線溝を埋め込む上層配線とを有し、
   前記上層配線は、前記第１及び第２下層配線とそれぞれ前記接続部及び前記交差部で交差し、
   前記上層配線の底面は、前記接続部で第１下層配線と接触し、前記交差部で前記第２下層配線から離れている多層配線構造。
2. 前記第１及び第２下層配線は、断面積が延在方向に沿って同一であることを特徴とする請求項１記載の多層配線構造。
3. 基板上に下層絶縁膜を形成する工程と、
   前記下層絶縁膜に、第１の幅の溝からなる接続部画定領域を有する第１下層配線溝及び前記第１の幅より幅広の溝からなる交差部画定領域を有する第２下層配線溝を形成する工程と、
   前記第１及び第２下層配線溝を埋め込み前記下層絶縁膜上に延在する配線材料の層を形成する工程と、
   前記下層絶縁膜をストッパとする化学的機械的研摩（ＣＭＰ）により前記下層絶縁膜上に延在する前記配線材料を除去して前記第１及び第２下層配線溝をそれぞれ埋め込む第１及び第２下層配線を形成すると同時に、前記接続部画定領域を前記第１下層配線溝の上面まで埋め込む前記配線材料からなる接続部及び前記交差部画定領域に埋め込まれた前記配線材料の上部をデッシングにより除去して前記第２下層配線溝の途中まで埋め込まれた前記配線材料からなる交差部を形成する工程と、
   前記下層絶縁膜、前記第１下層配線及び前記第２下層配線上に上層絶縁膜を形成する工程と、
   前記上層絶縁膜に、前記第１及び第２下層配線とそれぞれ前記接続部及び前記交差部で交差し、底面が前記第１下層配線溝の上面に位置する上層配線溝を形成する工程と、
   前記上層配線溝を埋め込み、前記接続部で第１下層配線と接触して交差し、前記交差部で前記第２下層配線から離れて交差する上層配線を形成する工程とを有する多層配線構造の製造方法。
4. 前記上層配線溝は、上面が平坦な前記上層絶縁膜を一定の深さにエッチングして形成されたことを特徴とする請求項３記載の多層配線構造の製造方法。
5. 前記交差部上のデッシングにより除去された前記配線材料の領域を、前記上層絶縁膜より低誘電率の第３絶縁膜により埋め込む工程を有することを特徴とする請求項３又は４記載の多層配線構造の製造方法。

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