JP2009016619A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配線材料を接続孔に埋め込み易く、線膨張係数差に基づく応力の影響を低減できる半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】下部配線と、下部配線上に配置された絶縁膜と、絶縁膜に形成された配線溝に、配線材料を埋め込んで形成された上部配線と、配線溝の底面から下部配線まで延設して絶縁膜に形成された接続孔に、配線材料を埋め込んで形成された接続部とを有し、上部配線と接続部が同一の配線材料を用いて一括形成され、下部配線と上部配線とが接続部を介して電気的に接続された半導体装置であって、接続孔の壁面のうち、配線溝の底面に至る上端部が配線溝の底面側ほど拡がったテーパ形状とされ、配線溝の壁面のうち、開口部に至る側面の上端部が開口部側ほど拡がったテーパ形状とされ、側面と底面との角部がテーパ形状とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、デュアルダマシン構造の配線部を有する半導体装置及びその製造方法に関するものである。

従来、デュアルダマシン構造の配線部を有する半導体装置として、例えば特許文献１，２に示す半導体装置が開示されている。

特許文献１に示される半導体装置では、上層配線（配線溝）の底面から下層配線まで延設された接続孔の側壁が、上層配線側ほど拡がったテーパ形状となっている。また、特許文献２に示される半導体装置では、配線溝の底面から第１の配線層まで延設されたビアホールの、配線溝底に至る上部が拡がったテーパ形状となっている。いずれにおいても、このような構造とすることで、接続孔（ビアホール）内への配線材料の埋め込み性を向上するようにしている。
特開２０００−２９９３７６号公報 特開２００２−３１９６１７号公報

ところで、デュアルダマシン構造の配線部においては、銅などの金属材料からなる上層配線（第２の配線層）及び接続孔内の配線材料（第２の配線層）と、その周囲に位置する絶縁膜（層間絶縁膜）との線膨張係数が異なるため、線膨張係数差に基づく応力が生じる。

特許文献１に示される半導体装置では、接続孔の側壁全体がテーパ形状となっており、接続孔と下層配線とがなす角部が鋭角となっている。また、配線溝が開口する絶縁膜の面と配線溝の側面がなす角部及び配線溝における側面と底面のなす角部が、ともに略直角となっている。したがって、線膨張係数差に基づいて生じる応力が、鋭角や略直角である角部に集中し、金属材料の絶縁膜への拡散などが生じて配線部としての機能が劣化する恐れがある。

また、特許文献２に示される半導体装置では、配線溝が開口する層間絶縁膜の面と配線溝の側面がなす角部及び配線溝における側面と底面のなす角部が、ともに略直角となっている。したがって、線膨張係数差に基づく応力が、略直角である角部に集中し、これにより、配線部としての機能が劣化する恐れがある。

特に車載用途のように、使用温度域が広く、高温に晒される環境や、大電流が流れる環境においては、線膨張係数差に基づいて生じる応力も大きく、応力が繰り返し生じる。したがって、上述の構成では、配線部としての機能がより劣化しやすい。

本発明は上記問題点に鑑み、配線材料を接続孔に埋め込み易く、線膨張係数差に基づく応力の影響を低減できる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に請求項１に記載の発明は、第１の配線と、第１の配線上に配置された絶縁膜と、絶縁膜において第１の配線に対する配置面の裏面に開口して形成された配線溝に、配線材料を埋め込んで形成された第２の配線と、絶縁膜において配線溝の底面から第１の配線まで延設して形成された接続孔に、配線材料が埋め込まれた接続部とを有し、第２の配線と接続部が同一の配線材料を用いて一括形成され、第１の配線と第２の配線とが接続部を介して電気的に接続された半導体装置であって、絶縁膜における接続孔の壁面のうち、配線溝の底面に至る上端部が配線溝の底面側ほど拡がったテーパ形状とされ、絶縁膜における配線溝の壁面のうち、裏面の開口部に至る側面の上端部が開口部側ほど拡がったテーパ形状とされ、側面と底面との角部がテーパ形状とされていることを特徴とする。

このように本発明では、絶縁膜における配線溝の壁面のうち、裏面の開口部に至る側面の上端部が開口部側ほど拡がったテーパ形状となっている。したがって、配線材料を配線溝及び接続孔に埋め込みやすくなっている。また、絶縁膜における接続孔の壁面のうち、配線溝の底面に至る上端部が配線溝の底面側ほど拡がったテーパ形状となっている。したがって、配線材料を接続孔に埋め込みやすくなっている。すなわち、接続孔内にボイドが生じにくい。

さらに本発明では、絶縁膜における接続孔の壁面のうち、配線溝の底面に至る上端部（換言すれば、配線溝の底面と接続孔の壁面がなす角部）、絶縁膜における配線溝の壁面のうち、裏面の開口部に至る側面の上端部（換言すれば、配線溝が開口する絶縁膜の面と配線溝の側面がなす角部）、及び絶縁膜における配線溝の壁面のうち、側面と底面との角部が、いずれもテーパ形状となっている。したがって、第２の配線及び接続部とその周囲に位置する絶縁膜との線膨張係数差に基づいて応力が生じたとしても、角部がテーパ形状となっているので、従来のように角部が鋭角や略直角とされた構成に比べて、角部に応力が集中しにくく、応力が分散される。すなわち、線膨張係数差に基づく応力の影響を低減でき、配線部としての機能劣化を抑制することができる。

このように本発明は、配線材料を接続孔に埋め込み易く、線膨張係数差に基づく応力の影響を低減できる構成となっている。

なお、線膨張係数差に基づく応力のみを考慮した場合、絶縁膜における接続孔の壁面のうち、第１の配線に至る下端部（換言すれば、接続孔の壁面と第１の配線のなす角部）もテーパ形状としたほうが良い。しかしながら、接続孔の壁面と第１の配線のなす角部をテーパ形状とすると、該角部には配線材料が埋め込まれにくいため、ボイドが生じ易くなる。したがって、該角部についてはテーパ状とせず、配線溝の底面と接続孔の壁面がなす角部を除く壁面同様、配線溝の底面に対して略垂直な形状とすることが好ましい。

次に、請求項２に記載の発明は、第１の配線の一面上に配置された絶縁膜に、第１の配線に対する配置面の裏面に開口する配線溝を形成するととともに、配線溝の底面から第１の配線に至る接続孔を形成する開口工程と、配線溝と接続孔の内部に同一の配線材料を同時に埋め込んで、配線溝内に第２の配線を形成するとともに、接続孔内に第１の配線と第２の配線とを電気的に接続する接続部を形成する配線工程とを備えた半導体装置の製造方法であって、開口工程において、配線溝における裏面に至る側面の上端部を開口部側ほど拡がったテーパ形状に加工するとともに側面と底面との角部をテーパ形状に加工し、接続孔における配線溝の底面に至る壁面の上端部を配線溝の底面側ほど拡がったテーパ形状に加工することを特徴とする。

このように本発明によれば、請求項１に記載の半導体装置を形成することができる。また、形成に当たり、配線溝や接続孔を形成する際にテーパ形状の加工も実施するので、配線溝と接続孔の内部に同一の配線材料を同時に埋め込む際に、配線材料を配線溝及び接続孔に埋め込みやすい。したがって、配線材料を接続孔内に十分に埋め込むことができる。

具体的には、請求項３に記載のように、異方性ドライエッチングにより、側面を開口部に対してほぼ垂直な形状に加工するとともに、底面側ほど開口部に沿う方向へのエッチング量を少なくして角部をテーパ形状に加工すると良い。

このように、異方性ドライエッチング時において、開口部に対して垂直方向のエッチング性と開口部に沿う方向のエッチング性（換言すれば、異方性エッチングの度合い）を制御することにより、側面と底面がなす角部をテーパ形状とし、該角部と上端部を除く側面を開口部に対してほぼ垂直な形状とすることができる。また、これによれば、製造工程を簡素化することができる。

請求項４に記載のように、等方性エッチングにより、配線溝における側面の上端部をテーパ形状に加工するとともに、接続孔における壁面の上端部をテーパ形状に加工しても良い。また、請求項５に記載のように、不活性ガスによるスパッタエッチングにより、配線溝における側面の上端部をテーパ形状に加工するとともに、接続孔における壁面の上端部をテーパ形状に加工しても良い。さらには、等方性エッチングとスパッタエッチングを併用しても良い。特に請求項６に記載のように、配線溝における側面の上端部と接続孔における壁面の上端部を同時にテーパ形状に加工すると、製造工程を簡素化することができる。

なお、開口工程においては、請求項７に記載のように、配線溝を形成した後に前接続孔を形成しても良いし、請求項８に記載のように、接続孔を形成した後に配線溝を形成しても良い。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。本実施形態に係る半導体装置は、デュアルダマシン構造の配線部を有する半導体装置であり、要部として、図１に示すように、下部配線９、下部配線９上に配置された絶縁膜１３、絶縁膜１３に形成された配線溝１５内に構成された上部配線２３、絶縁膜１３に形成されたビアホール１７内に配置された接続部２５を有している。そして、上部配線２３と接続部２５が同一の配線材料を用いて一括形成され、下部配線９と上部配線２３とが接続部２５を介して電気的に接続されている。

具体的には、図１に示すように、絶縁部材３には、一面に開口する配線溝５が形成され、配線溝５の壁面には、絶縁部材３への配線材料の拡散を抑制するメタルバリア層７が配置されている。そして、該メタルバリア層７を介して配線溝５内に配線材料が埋め込まれ、平坦化されて、下部配線９となっている。これらの要素の構成材料としては公知のものを採用することができる。絶縁部材３としては、電気的な絶縁部材、例えばシリコン酸化膜、ＴＥＯＳ膜、低誘電膜（所謂ｌｏｗｋ膜）を採用することができる。また、メタルバリア層７の構成材料としては、Ｔａ、ＴａＮ、ＴｉＮなどを採用することができる。また、下部配線９の配線材料としては、例えばＣｕを採用することができる。

絶縁部材３及び下部配線９上には、下部配線９を構成する配線材料の絶縁膜１３への拡散を抑制する絶縁膜バリア層１１が配置され、絶縁膜バリア層１１上に絶縁膜１３が配置されている。これらの要素の構成材料としても、公知のものを採用することができる。絶縁膜バリア層１１の構成材料としては、例えばＳｉＮやＳｉＣなどを採用することができる。絶縁層１３としては、絶縁部材３同様、電気的な絶縁部材、例えばシリコン酸化膜、ＴＥＯＳ膜、低誘電膜（所謂ｌｏｗｋ膜）、有機樹脂膜などを採用することができる。すなわち、絶縁膜バリア層１１及び絶縁層１３が、特許請求の範囲に示す絶縁膜に相当する。

絶縁膜１３には、下部配線９に対する配置面１３ａ（以下、下面１３ａと示す）の裏面１３ｂ（以下、上面１３ｂと示す）に開口し、上面１３ｂから所定深さの配線溝１５が形成されている。また、配線溝１５の底面１５ａから下部配線９まで至るビアホール１７が形成されている。このビアホール１７は特許請求の範囲に示す接続孔に相当するものであり、一方の開口部が配線溝１５の底面１５ａに開口し、他方の開口部が下部配線９の一面に接している。

配線溝１５の壁面（底面１５ａ及び側面１５ｂ）、ビアホール１７の壁面、及びビアホール１７の開口部から露出する下部配線９の表面の一部には、上部配線２３及び接続部２５を構成する配線材料の絶縁膜１３への拡散を抑制するメタルバリア層１９が形成されている。また、メタルバリア層１９上には、上部配線２３及び接続部２５を電解メッキによって形成するためのシード層２１が形成されている。これらの要素の構成材料としても、公知のものを採用することができる。例えばメタルバリア層１９の構成材料としては、Ｔａ、ＴａＮ、ＴｉＮなどを採用することができる。また、シード層２１の構成材料としては、上部配線２３及び接続部２５を構成する配線材料と同一の材料（例えばＣｕ）を採用することができる。

配線溝１５及びビアホール１７内には、壁面に配置されたメタルバリア層１９及びシード層２１を介して同一の配線材料が埋め込まれ、配線溝１５内に配置された配線材料が上部配線２３となり、ビアホール１７に配置された配線材料が接続部２５となっている。このような配線材料としては、公知の材料、例えばＣｕを採用することができる。

ここで、本実施形態においては、絶縁膜１３における配線溝１５の壁面１５ａ，１５ｂのうち、側面の１５ｂの上面１３ｂ側の上端部２７が開口部側（上面１３ｂ側）ほど拡がったテーパ形状となっている。なお、上端部２７とは、絶縁膜１３の上面１３ｂと配線溝１５の側面１５ｂがなす角部であり、以下、第１の角部２７と示す。また、絶縁膜１３における配線溝１５の底面１５ａと側面１５ｂの角部２９（以下、第２の角部２９と示す）がテーパ形状となっている。

また、絶縁膜１３におけるビアホール１７の壁面のうち、配線溝１５の底面１５ａに至る上端部３１が底面１５ａ側ほど拡がったテーパ形状となっている。なお、上端部３１とは、配線溝１５の底面１５ａとビアホール１７の壁面がなす角部であり、以下、第３の角部３１と示す。

そして、配線溝１５の側面１５ｂのうち、第１の角部２７と第２の角部２９を除く部分は、配線溝１５の開口部（絶縁膜１３の上面１３ｂ）に対してほぼ垂直な形状となっている。また、配線溝１５の底面１５ａのうち、第２の角部２９を除く部分は、配線溝１５の開口部（絶縁膜１３の上面１３ｂ）に沿う形状となっている。また、ビアホール１７の壁面のうち、第３の角部３１を除く部分は、配線溝１５の底面１５ａ（絶縁膜１３の上面１３ｂ）に対してほぼ垂直な形状となっている。

本実施形態に係る半導体装置１においては、第１の角部２７、第２の角部２９、及び第３の角部３１がテーパ形状とされ、従来のように鋭角や直角である構造に比べて緩やかな構造となっている。すなわち、上部配線２３及び接続部２５とその周囲に位置する絶縁膜１３（及び絶縁膜バリア層１１）との線膨張係数差に基づいて応力が生じたとしても、第１の角部２７、第２の角部２９、及び第３の角部３１に応力が集中しにくく、応力は分散される。したがって、例えばメタルバリア層１９の破壊による配線材料の絶縁膜１３への拡散等、線膨張係数差に基づく応力の影響を低減でき、配線部としての機能劣化を抑制することができる。なお、テーパ形状としては、直線状のテーパでも良いし、角度が連続的又は段階的に変化するテーパ（例えば緩やかに丸められた形状）でも良い。

また、第１の角部２７が開口部側（上面１３ｂ側）ほど拡がったテーパ形状となっているので、後述するように、製造時において配線材料を配線溝１５及びビアホール１７に埋め込みやすい。また、第３の角部３１が配線溝１５の底面１５ａ側ほど拡がったテーパ形状となっているので、後述するように、製造時において配線材料をビアホール１７に埋め込みやすい。したがって、製造時において、絶縁膜１３の上面１３ｂから遠い位置にあり、配線溝１５よりも開口面積の小さいビアホール１７内にも配線材料が十分に行き渡り、これによりボイドの発生を抑制することができる。

このように、半導体装置１においては、デュアルダマシン構造の配線部が、配線材料をビアホール１７に埋め込み易く、線膨張係数差に基づく応力の影響を低減できる構造となっている。したがって、半導体装置１は、車載用途のように、使用温度域が広く、高温に晒される環境や、大電流が流れる環境、換言すれば線膨張係数差に基づいて生じる応力が大きく、応力が繰り返し生じるような環境においても好適に用いることができる。

なお、線膨張係数差に基づく応力のみを考慮すると、絶縁膜１３におけるビアホール１７の壁面のうち、下部配線９に至る下端部（換言すれば、ビアホール１７の壁面と下部配線９のなす角部）もテーパ形状としたほうが良い。しかしながら、該角部をテーパ形状とすると、この角部には配線材料が埋め込まれにくいため、ボイドが生じ、ひいては接続信頼性が低下する恐れがある。したがって、該角部についてはテーパ状とせず、本実施形態に示すように、第３の角部３１を除く壁面同様、配線溝１５の底面１５ａに対して略垂直な形状とすることが好ましい。

次に、上述した半導体装置１の製造方法の一例を、図２〜図７に示す工程別断面図を用いて説明する。

先ず、図２に示すように、絶縁部材３（例えば低誘電膜）の一面にマスク（図示略）を形成し、マスクを介して絶縁部材３をエッチング（例えば反応性イオンエッチング）して所定深さの配線溝５を形成する。マスク除去後、ＣＶＤ法やスパッタ法などにより、配線溝５の壁面を覆うように例えばＴａからなるメタルバリア層７を形成し、メタルバリア層７を介して配線溝５内に配線材料（例えばＣｕ）を、ＣＶＤ法、スパッタ法、電解メッキ法などによって堆積させる。なお、電解メッキ法を採用する場合には、配線材料と同材料からなるシード層をメタルバリア層７上に形成してから、シード層を電極として配線材料を堆積させる。そして、ＣＭＰなどの平坦化処理を行い、絶縁部材３の一面上の配線材料及びメタルバリア層７を除去し、配線溝５内に下部配線９を形成する。

次に、図２に示すように、絶縁部材３及び下部配線９上に、ＣＶＤ法などにより、例えばＳｉＮからなる絶縁膜バリア層１１を形成する。そして、絶縁膜バリア層１１上に、ＣＶＤ法などにより、絶縁膜１３（例えばシリコン酸化膜）を形成する。この絶縁膜１３としては、例えばシリコン酸化膜とシリコン窒化膜からなる多層膜としても良い。

次に、配線溝１５とビアホール１７を形成する。形成方法としては、配線溝１５を先に形成した後にビアホール１７を形成する方法と、ビアホール１７を形成した後に配線溝１５を形成する方法がある。本実施形態においては、配線溝１５を先に形成する方法について説明する。

配線溝１５を形成するに当たり、まず図２に示すように、絶縁膜１３の上面１３ｂに側面１５ｂの中央部（第１の角部２７と第２の角部２９を除く部分）における断面よりも若干狭く開口したマスク３３を形成し、配線溝１５のうち、第１の角部２７（側面１５ｂの上端部２７）に相当する部分が、開口部側（上面１３ｂ側）ほど拡がったテーパ状となるように、上面１３ｂ側からマスク３３を介して絶縁膜１３にウェット乃至ドライの等方性エッチングを施す。これにより、テーパ状の第１の角部２７を含む浅溝（配線溝１５の一部）を形成する。

次いで、図３に示すように、上面１３ｂ側からマスク３３を介して絶縁膜１３に異方性ドライエッチング（反応性イオンエッチング）を施し、浅溝を掘り下げて所定深さの配線溝１５を形成する。このとき、エッチングガスである例えばテトラフロフロメタン（ＣＦ_４）とデポガスである例えばトリフルオロメタン（ＣＨＦ_３）の比率を、側面１５ｂの中央部では、開口部（上面１３ｂ）に対してほぼ垂直な形状となるように制御する。このとき、垂直方向のエッチングが支配的であるが、開口部（上面１３ｂ）に沿う横方向のエッチングも若干なされる。これに対し、第２の角部２９（底面１５ａと側面１５ｂの角部）付近では、側面１５ｂの中央部よりもデポガスの比率を高め、且つ、底面１５ａ側ほどデポガスの比率を高めてエッチングする。これにより、第２の角部２９では、開口部（上面１３ｂ）に沿う横方向へのエッチングが底面１５ａ側ほど抑えられ、図３に示すように、第２の角部２９がテーパ形状となる。このようにして、配線溝１５を形成する。なお、本実施形態においては、第２の角部２９が、角度が連続的に変化する緩やかに丸められた形状となっている。しかしながら、段階的に角度が変化するようなテーパでも良いし、直線的なテーパでも良い。

マスク３３除去後、ビアホール１７を形成する。ビアホール１７の形成においても、配線溝１５同様、先ず図４に示すように、絶縁膜１３の上面１３ｂに第３の角部３１を除くビアホール１７の壁面における断面に対応したマスク３５を形成し、ビアホール１７のうち、第３の角部３１（壁面の上端部３１）に相当する部分が、配線溝１５の底面１５ａ側ほど拡がったテーパ状となるように、上面１３ｂ側からマスク３５を介して絶縁膜１３にウェット乃至ドライの等方性エッチングを施す。これにより、テーパ状の第３の角部３１を含む浅溝（ビアホール１７の一部）を形成する。

次いで、図５に示すように、上面１３ｂ側からマスク３５を介して絶縁膜１３に異方性エッチング（例えば反応性イオンエッチング）を施し、浅溝を掘り下げて絶縁膜１３の下面１３ａ及び絶縁膜バリア層１１を貫通し、配線溝１５の底面１５ａから下部配線９の表面に至るビアホール１７を形成する。このようにして、テーパ状の第３の角部３１を有し、壁面における第３の角部３１を除く部分が、配線溝１５の底面１５ａに対してほぼ垂直なビアホール１７を形成する。

さらに本実施形態においては、マスク３５除去後、上面１３ｂ側から絶縁膜１３にウェット乃至ドライの等方性エッチング、又は、不活性ガス（例えばＡｒガス）によるスパッタエッチングを施す。これにより、開口側に凸である第１の角部２７と第３の角部３１は、完全なテーパ形状となる。なお、この工程は、テーパ形状が不十分な場合に実施すれば良く、形状によっては実施しなくても良い。

次に、配線溝１５及びビアホール１７に配線材料を埋め込んで、上部配線２３と接続部２５を形成する。先ず図７に示すように、ＣＶＤ法やスパッタ法などにより、配線溝１５の壁面（底面１５ａ及び側面１５ｂ）、ビアホール１７の壁面、及びビアホール１７から露出する下部配線９の表面を覆うように例えばＴａからなるメタルバリア層１９を形成する。次いで、配線材料３７と同材料（Ｃｕ）からなるシード層２１を、スパッタ法やＣＶＤ法によってメタルバリア層１９上に形成し、シード層２１を電極とした電解メッキ法によって、配線材料３７を成長させることにより、配線溝１５及びビアホール１７を同時に埋め込む。このとき、第１の角部２７が開口部側（上面１３ｂ側）ほど拡がったテーパ形状となっているので、配線材料３７を配線溝１５及びビアホール１７に埋め込みやすい。また、第３の角部３１が配線溝１５の底面１５ａ側ほど拡がったテーパ形状となっているので、配線材料３７をビアホール１７に埋め込みやすい。したがって、絶縁膜１３の上面１３ｂから遠い位置にあり、配線溝１５よりも開口面積の小さいビアホール１７内にも配線材料３７を十分に行き渡らせることができる。

なお、電解メッキ法以外にも、ＣＶＤ法やスパッタ法などによって、上面１３ｂ側から配線材料３７を配線溝１５及びビアホール１７内に埋め込んでも良い。この場合、シード層２１を不要とすることができる。また、この場合、上面１３ｂ側から配線材料３７を供給するが、第１の角部２７及び第３の角部３１が開口側に凸のテーパ形状となっているので、配線材料３７を埋め込みやすい。

配線材料３７の埋め込み後、ＣＭＰなどの平坦化処理を行い、絶縁膜１３の上面１３ｂ上における配線材料３７、メタルバリア層１９、及びシード層２１を除去し、配線溝１５及びビアホール１７内にのみ残存させる。このようにして、上部配線２３と接続部２５を形成する。これにより、上部配線２３と下部配線９が接続部２５を介して電気的に接続された構造となる。この後、図示されない所定処理を施して、半導体装置１が完成となる。

このように本実施形態に係る製造方法によれば、上述した半導体装置１を形成することができる。

また、配線溝１５とビアホール１７の形成時に、第１の角部２７、第２の角部２９、及び第３の角部３１をテーパ形状とする。したがって、配線溝１５及びビアホール１７内に同一の配線材料３７を同時に埋め込む際に、配線材料３７を配線溝１５及びビアホール１７内に埋め込みやすく、配線材料３７を配線溝１５だけでなくビアホール１７内にも十分に埋め込むことができる。これにより、ボイドの発生を抑制し、デュアルダマシン構造の配線部の信頼性を高めることができる。

また、配線溝形成時の異方性ドライエッチングにおいて、開口部（上面１３ｂ）に対して垂直方向のエッチングと開口部（上面１３ｂ）に沿う横方向のエッチングとの比率を制御することで、第２の角部２９を開口側とは反対側（絶縁膜１３側）に凸のテーパ形状とし、第１の角部２７と第２の角部２９除く側面１５ｂをほぼ垂直な形状としている。したがって、製造工程を簡素化することができる。

（第２実施形態）
図８及び図９は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を示す断面図である。なお、上述した構成要素と同一の構成要素には、同一の符号を付与するものとする。

第１の実施形態においては、等方性エッチングによって浅溝を形成した後に、異方性エッチングすることで、配線溝１５とビアホール１７をそれぞれ形成する例を示した。すなわち、第１の角部２７と第３の角部３１の形成タイミングが異なる例を示した。これに対し、本実施形態においては、第１の角部２７と第３の角部３１を同時に形成する点を特徴とする。

具体的には、絶縁膜１３に対し、先ず第１実施形態に示した異方性ドライエッチングを施すことにより、図８に示すように、テーパ形状の第２の角部２９を有する配線溝１５を形成する。また、異方性エッチングを施すことにより、図８に示すように、配線溝１５の底面１５ａから下部配線９に至るビアホール１７を形成する。この時点では、図８に示すように、配線溝１５の側面１５ｂにおける上端部（側面１５ｂと絶縁膜１３の上面１３ｂのなす角部）、及び、ビアホール１７の壁面における上端部（壁面と配線溝１５の底面１５ａのなす角部）は、テーパ形状となっていない。この場合、配線溝１５を形成した後にビアホール１７を形成しても良いし、ビアホール１７を形成した後に配線溝１５を形成しても良い。

次に、上面１３ｂ側から絶縁膜１３にウェット乃至ドライの等方性エッチング、又は、不活性ガス（例えばＡｒガス）によるスパッタエッチングを施す。これにより、図９に示すように、開口側に凸であるテーパ形状の第１の角部２７及び第３の角部３１が形成される。この後、第１実施形態に示したように、配線溝１５及びビアホール１７に配線材料を埋め込んで、上部配線２３と接続部２５を形成すれば良い。

このように本実施形態に係る半導体装置１の製造方法によれば、テーパ形状である第１の角部２７と第３の角部３１を同時に形成するので、製造工程を簡素化することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。例えば、半導体装置１の製造方法としては、上述した製造方法以外にも種々のプロセスが考えられる。しかしながら、結果として第１の角部２７、第２の角部２９、及び第３の角部３１がテーパ形状となるような方法であれば採用することができる。

本実施形態においては、絶縁膜１３が単層膜である例を示した。しかしながら複数の膜が多層に積層された多層膜を採用することもできる。例えば図１０に示す例においては、絶縁膜１３が、下部配線９側から順に、絶縁膜１３ｃ、絶縁膜１３ｄ、絶縁膜１３ｅ、絶縁膜１３ｆ、絶縁膜１３ｃの順で積層された５層構造となっている。なお、絶縁膜１３ｄの下面が、配線溝１５の底面と一致し、絶縁膜１３ｆの上面が第２の角部２９の上面側端部と一致している。そして、絶縁膜１３ｄ〜１３ｆは、膜構成によって、絶縁膜１３ｃよりも、異方性エッチング時のエッチングレートが小さく、且つ、絶縁膜１３ｄ側ほどレートが小さくなっている。このように絶縁膜１３の構成によっても、異方性エッチングにより、テーパ形状の第２の角部２９を形成することができる。図１０は、その他変形例を示す断面図である。なお、部分的にエッチングレートの異なる単層膜を採用しても、同様の効果を期待することができる。また、第１の角部２７や第３の角部３１に対しても、テーパが拡がる側ほどエッチングレートの大きい絶縁膜が積層された構成とすれば、異方性エッチングにより、テーパ形状の第１の角部２７や第３の角部３１を形成することができる。

本実施形態においては、第１の角部２７と第３の角部３１を形成する際に等方性エッチングを用いる例を示した。しかしながら、エッチングとしては、完全な等方性（垂直方向と横方向のエッチング比率が同じ）でなくとも良く、第１の角部２７と第３の角部３１がテーパ形状となるエッチングであれば良い。

第１実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。 第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 その他変形例を示す断面図である。

符号の説明

９・・・下部配線（第１の配線）
１３・・・絶縁膜
１５・・・配線溝
１７・・・ビアホール
１９・・・メタルバリア層
２３・・・上部配線（第２の配線）
２５・・・接続部
２７・・・第１の角部（側面の上端部）
２９・・・第２の角部（底面と側面の角部）
３１・・・第３の角部（ビアホール壁面の上端部）

Claims (8)

1. 第１の配線と、
   前記第１の配線上に配置された絶縁膜と、
   前記絶縁膜において前記第１の配線に対する配置面の裏面に開口して形成された配線溝に、配線材料を埋め込んで形成された第２の配線と、
   前記絶縁膜において前記配線溝の底面から前記第１の配線まで延設して形成された接続孔に、配線材料が埋め込まれた接続部とを有し、
   前記第２の配線と前記接続部が同一の配線材料を用いて一括形成され、前記第１の配線と前記第２の配線とが前記接続部を介して電気的に接続された半導体装置であって、
   前記絶縁膜における接続孔の壁面のうち、前記配線溝の底面に至る上端部が前記配線溝の底面側ほど拡がったテーパ形状とされ、
   前記絶縁膜における配線溝の壁面のうち、前記裏面の開口部に至る側面の上端部が前記開口部側ほど拡がったテーパ形状とされ、前記側面と前記底面との角部がテーパ形状とされていることを特徴とする半導体装置。
2. 第１の配線の一面上に配置された絶縁膜に、前記第１の配線に対する配置面の裏面に開口する配線溝を形成するととともに、前記配線溝の底面から前記第１の配線に至る接続孔を形成する開口工程と、
   前記配線溝と前記接続孔の内部に同一の配線材料を同時に埋め込んで、前記配線溝内に第２の配線を形成するとともに、前記接続孔内に前記第１の配線と前記第２の配線とを電気的に接続する接続部を形成する配線工程とを備えた半導体装置の製造方法であって、
   前記開口工程において、前記配線溝における前記裏面に至る側面の上端部を前記開口部側ほど拡がったテーパ形状に加工するとともに、前記配線溝における前記側面と前記底面との角部をテーパ形状に加工し、前記接続孔における前記配線溝の底面に至る壁面の上端部を前記配線溝の底面側ほど拡がったテーパ形状に加工することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 異方性ドライエッチングにより、前記側面を前記開口部に対してほぼ垂直な形状に加工するとともに、前記底面側ほど前記開口部に沿う方向へのエッチング量を少なくして前記角部をテーパ形状に加工することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 等方性エッチングにより、前記配線溝における前記側面の上端部をテーパ形状に加工するとともに、前記接続孔における前記壁面の上端部をテーパ形状に加工することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
5. 不活性ガスによるスパッタエッチングにより、前記配線溝における前記側面の上端部をテーパ形状に加工するとともに、前記接続孔における前記壁面の上端部をテーパ形状に加工することを特徴とする請求項２〜４いずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記配線溝における前記側面の上端部と前記接続孔における前記壁面の上端部を同時にテーパ形状に加工することを特徴とする請求項２〜５いずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記開口工程において、前記配線溝を形成した後に前記接続孔を形成することを特徴とする請求項２〜６いずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記開口工程において、前記接続孔を形成した後に前記配線溝を形成することを特徴とする請求項２〜６いずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

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