JP2503849B2 - 配線の構造およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多層配線の構造および
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】集積回路においては、集積密度と信号処
理速度を向上する上で、多層配線技術が重要である。例
えば、Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴを用いたダイナミック・ラン
ダム・アクセス・メモリー（ＤＲＡＭ）においては、１
Ｍビットに初めて２層のＡｌ配線が用いられ、４Ｍビッ
ト以降広く用いられている。また、ゲートアレーなどの
ＬＳＩなどにおいても３層，４層の多層配線が用いられ
ている。

【０００３】従来の多層配線においては、下層の配線と
上層の配線とを接続孔を介して電気的に接続する場合、
２つの導電層間の絶縁膜にあけられた接続孔の位置に対
して、通常、目合わせによって上層の配線を配置してい
る。この場合、目合わせによるずれが避けられないた
め、この目合わせマージンを見込んで、上層配線の幅を
接続孔より、少なくとも接続孔との接触領域において、
広めに設計する必要がある。

【０００４】集積度の向上に伴って、チップ面積の増加
を抑制するため、配線の設計ルールは縮小されてきた。
配線の微細化によって、前述のように接続孔と上層の配
線との目合わせマージンを必要とする従来の多層配線に
おいては、目合わせマージンによる配線幅、配線間隔の
微細化限界の問題が生じている。例えば、一般的な露光
装置による目合わせマージンは０．１μｍ程度であり、
この場合、配線幅／配線間隔（ライン／スペース）とし
て、０．２μｍルールを採用したいとしても、目合わせ
マージンを見込む場合には、配線幅を０．４μｍとする
必要があり、接続孔を隣り合わせで形成することができ
なくなる。

【０００５】従って、これを解決するためには、上層配
線と接続孔が自己整合的に形成された構造および製造方
法の開発が重要で、例えば、１９８８年プロシーディン
グスアイ・イー・イー・イー、ブイ・エル・エス・アイ
マルチレベル インターコネクション コンファレン
ス（1988 Proceedings IEEE VLSI Multilevel Intercon
nection Conference）９５頁にリバースピラー法による
ヘッドレス・レイアウトという構造が提案されている。
リバースピラー法は、配線以外の領域に仮パターンを形
成し、それをマスクに用いて、接続孔と配線溝を形成し
た後、金属を埋め込む方法である。この方法による配線
構造では、接続孔と配線を同一の材料、例えば埋め込み
易いＷで構成している。また、リバースピラー法と同様
の技術として、２重ダマスカス法という方法も、１９９
１年プロシーディングス アイ・イー・イー・イー、ブ
イ・エル・エス・アイ マルチレベル インターコネク
ション コンファレンス（1991 Proceedings IEEE VLSI
Multilevel Interconnection Conference）１４４頁に
提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の自己整合法によ
る配線構造では、接続孔と上層配線を同時に形成するた
め、形成工程が短縮できる利点があるが、接続孔の材料
と配線材料は同じものとなる。微細化により接続孔の直
径と深さの比（アスペクト比）が大きくなるに従って、
接続孔を埋め込める材料は、必然的に限られ、必ずしも
配線の材料として最適な材料を選択できないという問題
が生じる。例えば、従来の構造ではＷが使われるが、Ｗ
には、配線材料として広く使われているＡｌ系の配線に
比較して、抵抗率が高く、配線が微細化するに従って、
配線遅延時間を増加させる問題がある。さらに、リバー
スピラー法や２重ダマスカス法では、配線幅と同じ幅の
接続孔を形成するためには、接続孔のマスクのサイズは
必ず、配線幅より目合わせマージンを見込んで大きくし
なければならないという製造工程において生じてしまう
目合わせマージンによる微細化限界の問題もある。例え
ば、目合わせマージンを０．１μｍとすると、小さく見
積もっても配線間隔の下限は目合わせマージンの２倍の
０．２μｍとなり、配線ルールに下限が生じる。

【０００７】また、従来行われている自己整合配線構造
では、自己整合のためのエッチング阻止層として多結晶
シリコンが用いられている。ところが、多結晶シリコン
の場合、十分な絶縁性がないため、配線形成後に除去す
る工程が必要である。絶縁性の酸化膜エッチング阻止層
は、多層配線のみではなく半導体プロセスにおいて自己
整合化をはじめ重要性が増している。従来はアルミナ
（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、ポリイミドなどが知られているがＳｉ
プロセスとの整合性が充分ではないという問題点があっ
た。

【０００８】本発明の目的は、上述のような問題点を解
決した配線の構造を提供することにある。

【０００９】本発明の他の目的は、このような配線の構
造を製造する方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の配線構造
は、導電層と、前記導電層上に設けられた絶縁膜と、前
記絶縁膜上に設けられ、前記絶縁膜に選択的に形成され
ている接続孔を介して前記導電層と電気的に接続された
上層配線とから少なくとも構成されている多層配線にお
いて、前記上層配線と前記接続孔との位置が、前記上層
配線の幅方向に自己整合的に形成され、前記接続孔が前
記上層配線の幅方向に前記上層配線からはみ出しておら
ず、前記接続孔の導電材料と前記上層配線の導電層の材
料とが異なることを特徴とするものである。

【００１１】また、本発明の第１の配線の製造方法は、
導電層上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上に上
層配線を形成する工程と、前記上層配線をエッチング阻
止膜で覆う工程と、前記上層配線上のエッチング阻止膜
を選択的に除去して前記上層配線の上面を露出する工程
と、露出した配線を含むように、接続孔を形成する領域
以外の領域を覆う接続孔マスクを形成する工程と、前記
接続孔マスクを用いて選択的に接続孔領域の配線層を除
去する工程と、配線間のエッチング阻止層と前記接続孔
マスクをマスクとして配線下の絶縁層を選択的にエッチ
ングして接続孔を形成する工程と、前記接続孔を導電性
材料で埋め込み上層配線層と電気的に接続する工程とを
少なくとも含んでいることを特徴とする。なお、エッチ
ング阻止層とは配線上のエッチング阻止膜を選択的に除
去した後に配線間に残留したエッチング阻止膜のことを
いう。

【００１２】また、本発明の第２の配線の製造方法は、
導電層上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上に上
層配線を形成する工程と、前記上層配線をエッチング阻
止膜で覆う工程と、前記上層配線上のエッチング阻止膜
を選択的に除去して前記上層配線の上面を露出する工程
と、露出した配線の少なくとも一部を含むように、接続
孔を形成する領域以外の領域を覆うマスクを形成する工
程と、前記マスクを用いて選択的に接続孔領域の配線層
を除去する工程と、配線間のエッチング阻止層と配線を
マスクとして配線下の絶縁層を選択的にエッチングして
接続孔を形成する工程と、前記接続孔を導電性材料で埋
め込み上層配線層と電気的に接続する工程とを少なくと
も含んでいることを特徴とする。

【００１３】また、本発明の第３の配線の製造方法は、
導電層上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上に上
層配線の反転パターンをエッチング阻止層で形成する工
程と、前記エッチング阻止層パターンで形成された溝を
配線の下地となるバリア金属と他の導電体で順次埋め込
む工程と、埋め込まれた領域を残して不要部分のバリア
金属と他の導電体を除去し、エッチング阻止層の上面を
露出させる工程と、配線の少なくとも一部を含むよう
に、接続孔を形成する領域以外の領域を覆うマスクを形
成する工程と、前記マスクを用いて選択的に接続孔領域
の配線層を除去する工程と、配線間のエッチング阻止層
と配線をマスクとして配線下の絶縁層を選択的にエッチ
ングして接続孔を形成する工程と、前記接続孔を導電性
材料で埋め込み上層配線層と電気的に接続する工程とを
少なくとも含んでいることを特徴とする。

【００１４】また、本発明の第４の配線の製造方法は、
導電層上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上に上
層配線の反転パターンをエッチング阻止層で形成する工
程と、前記エッチング阻止層パターンをマスクとして下
地の前記絶縁膜を選択的にエッチングして、配線用の溝
を形成する工程と、その溝を配線の下地となるバリア金
属と他の導電体で順次埋め込む工程と、埋め込まれた領
域を残して不要部分のバリア金属と他の導電体を除去
し、エッチング阻止層の上面を露出させる工程と、配線
の少なくとも一部を含むように、接続孔を形成する領域
以外の領域を覆うマスクを形成する工程と、前記マスク
を用いて選択的に接続孔領域の配線層を除去する工程
と、配線間のエッチング阻止層と配線をマスクとして配
線下の絶縁層を選択的にエッチングして接続孔を形成す
る工程と、前記接続孔を導電性材料で埋め込み上層配線
層と電気的に接続する工程とを少なくとも含んでいるこ
とを特徴とする。

【００１５】また、本発明の第二の配線構造は、導電体
と絶縁膜を含んでなる配線構造において、珪素を構成元
素とする層間絶縁膜の一部に珪素を化学量論比よりも過
剰に含有する層もしくは珪素を不純物として含む層を有
し、前記の珪素を化学量論比よりも過剰に含有する層も
しくは珪素を不純物として含む層に選択的に形成された
溝に配線が埋め込まれており、該配線に対して下層の導
電層への接続孔が自己整合的に形成され、該接続孔が該
配線の幅方向にはみださないように形成されていること
を特徴とする。

【００１６】また、本発明の第５の配線の製造方法は、
珪素を構成元素として含む第１の層間絶縁膜を堆積する
工程と、前記第１の層間絶縁膜上に珪素を化学量論比よ
りも過剰に含有する第２の層を形成する工程と、前記第
１の層間絶縁膜と第２の層の両方か、もしくは第２の層
に配線溝を形成する工程と、前記配線溝上にビアホール
のマスクパターンを形成する工程と、前記第２の層とビ
アホールのマスクパターンをマスクとして、第１の層間
絶縁膜をエッチングしてビアホールを形成する工程と、
前記配線溝とビアホールに導電体を埋め込んで配線とビ
アプラグを形成する工程とを含んでいることを特徴とす
る。

【００１７】また、本発明の第６の配線の製造方法は、
珪素を構成元素として含む第１の層間絶縁膜を堆積する
工程と、前記第１の層間絶縁膜上に珪素を化学量論比よ
りも過剰に含有する第２の層を形成する工程と、前記第
２の層をビアホールのパターンに加工する工程と、前記
パターン上に配線溝のマスクパターンを形成する工程
と、前記第２の層と配線溝のマスクパターンをマスクと
して、第１の層間絶縁膜をエッチングしてビアホールを
形成する工程と、前記配線溝パターンをマスクとして少
なくとも第２の層を加工して配線溝を形成する工程と、
前記配線溝とビアホールに導電体を埋め込んで配線とビ
アプラグを形成する工程とを含んでいることを特徴とす
る。

【００１８】また、本発明の第７の配線の製造方法は、
本発明の第６または第７の配線の製造方法において、前
記ビアホールを形成する工程において１酸化炭素（Ｃ
Ｏ）を含むガスを用いてエッチングすることを特徴とす
る。

【００１９】また、本発明の第８の配線の製造方法は、
本発明の第６または第７の配線の製造方法において、前
記珪素を過剰に含む層をエッチングする工程において酸
素を含むガスを用いてエッチングすることを特徴とす
る。

【００２０】また、本発明の第９の配線の製造方法は、
珪素を化学量論比より過剰に含む層を形成する工程を含
んでいる配線の製造方法において、珪素を化学量論比よ
り過剰に含む層を形成した後に、珪素を化学量論比より
過剰に含む層を酸素を含む雰囲気に晒す工程を含んでい
ることを特徴とする。

【００２１】

【作用】本発明の第一の配線の構造においては、互いに
材料の異なる接続孔と配線が自己整合的に配置されてい
る。例えば、配線材料として、ＳｉのＬＳＩに広く用い
られているＡｌ系合金を用い、接続孔の埋め込みには、
アスペクト比の大きな孔の埋め込みに適したＷを用いて
いる。これによって、目合わせマージンなしで、しか
も、それぞれ配線、接続孔の材料として適した材料を用
いていることができ、このことが、低抵抗で実績のある
配線材料を用いて配線し、かつ目合わせマージンを必要
としない集積密度の向上に適した配線の実現を可能にす
る。

【００２２】また、本発明の第１の配線の製造方法にお
いては、上層の配線間を接続孔をエッチングして形成す
る際のエッチング阻止層で埋めることによって、接続孔
の材料と上層配線材料を別のものに選択し、かつ、配線
に対して接続孔を自己整合的に配置することが原理的に
可能となる。このことは、例えば、ＳｉのＬＳＩ配線材
料として実績のあるＡｌ系合金を配線材料として、自己
整合構造の配線の実現を可能にする。

【００２３】また、本発明の第２の配線の製造方法にお
いては、接続孔用マスクの一部露出した配線領域から、
配線材料をサイドエッチングする工程によって、配線幅
と同じサイズまでマスク下の配線材料をエッチングし
て、接続孔を絶縁膜に開けるときに用いるエッチングマ
スクを形成する。この場合、配線の一部の露出でも、サ
イドエッチングによって、接続孔領域の配線幅を広げら
れる、レジストで形成する接続孔パターンに従来のよう
に目合わせマージンを含める必要が無い。このことが、
接続孔マスクのマージンによる微細化限界を原理的にな
くす上で有効に作用する。

【００２４】また、本発明の第３の配線の製造方法にお
いては、配線以外の領域に形成されたエッチング阻止層
の溝を利用して、バリア金属、導電体の順で埋め込まれ
た場合、配線の側面がバリア金属で覆われた構造とな
り、エレクトロマイグレーションおよびストレスマイグ
レーション耐性を向上させる。

【００２５】さらに、本発明の第４の配線の製造方法に
おいては、本発明の第３の配線の製造方法に加えて、配
線層が絶縁膜に埋め込まれて形成されることが、配線形
成後のパッシーション工程における平坦性を向上し、さ
らに上層に配線を形成する際の工程を容易にする。

【００２６】さらに、本発明の第二の配線構造および本
発明の第５，第６の配線の製造方法では、珪素を化学量
論比よりも過剰に含む膜と、過剰に含まない膜とで、Ｃ
ＨＦ₃ ガスを用いた反応性イオンエッチングにおいて、
選択エッチングが可能であることと、組成を選ぶことに
よって珪素を過剰に含む膜の絶縁性を保つことが可能で
あるという発明者の実験結果に基づいている。さらに、
本発明の第７の配線の製造方法では、ＣＨＦ₃ とＣＯの
混合ガスによって珪素を構成元素とする２酸化珪素膜と
珪素を過剰に含む酸化珪素膜（Ｓｉリッチ酸化膜）の選
択比を、ＣＨＦ₃ ガス単独よりも高くすることができる
という発明者の実験結果に基づいている。

【００２７】さらに、本発明の第二の配線構造におい
て、珪素を化学量論比よりも過剰に含む膜は絶縁性が高
いため、エッチング阻止層として用いている珪素を過剰
に含む膜の除去工程が省略でき、工程短縮に有効に作用
する。また、珪素を過剰に含む層は、本発明の配線層上
にさらに上層の配線を形成した場合のビアホール形成に
おいてもエッチング阻止層として働き、プロセスマージ
ンを広くする作用がある。

【００２８】さらに、本発明の第８の配線の製造方法で
は、例えばＣＨＦ₃ ガスを用いたＳｉ酸化膜とＳｉリッ
チ酸化膜の選択エッチングにおいて、酸素を添加するこ
とによって選択性をもたらすエッチング中の堆積膜（Ｃ
Ｆ_x など）を分解することによって、一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）の場合とは逆に選択性を低下させ、例えば、選択エ
ッチングが必要ではないエッチング阻止層のエッチング
速度を向上させる。さらに、本発明の第９の配線の製造
方法では、珪素を化学量論比よりも過剰に含む絶縁層を
酸素雰囲気に晒す工程によって、過剰な珪素と酸素が反
応して酸化物が形成されることに、絶縁層の絶縁性を高
める作用がある。

【実施例】図１（ａ），（ｂ）は本発明の第一の配線の
構造の一実施例を示す平面図と断面図である。本発明の
配線の構造の一実施例では、下層のｎ型多結晶シリコン
１からなる導電層上に、二酸化シリコン２からなる絶縁
膜を介して、配線幅０．２５μｍ，厚さ０．２５μｍの
上層のＡｌ合金配線３（Ａｌ中に不純物としてＣｕを
０．５重量％含むＡｌ合金２００ｎｍと、下地のＴｉＮ
５０ｎｍを積層したもの）が０．２５μｍの間隔で形成
され、そのＡｌ合金配線３の一部は、２０ｎｍ厚さのＴ
ｉＮを下地としたＷ接続柱４で下層のｎ型多結晶シリコ
ン１と電気的に接続されている。

【００２９】例えば、図１の構造は、次に示す本発明の
第１の配線の製造方法により作製した。図２および図３
は、本発明の第１の配線の製造方法による一実施例を示
す断面（左側の図２の（ａ１）〜（ｄ１）及び図３の
（ａ１）〜（ｃ１））および平面図（右側の図２の（ａ
２）〜（ｄ２）及び図３の（ａ２）〜（ｃ２））であ
る。

【００３０】まず、下層の導電層となるｎ型多結晶シリ
コン（Ｓｉ）１上に平坦化した膜厚１μｍの二酸化珪素
（ＳｉＯ₂ ）膜２を形成した。次に、図２（ａ１），
（ａ２）に示しているようなＡｌ合金配線３を、下地の
窒化チタンを５０ｎｍ、Ｃｕを０．５パーセント含有し
たＡｌ合金を２００ｎｍの順で、スパッタ法により堆積
した後、塩素と三塩化ボロンの混合ガスを用いた異方性
エッチングにより加工して形成した。

【００３１】次に、Ａｌ合金配線３の間を、エッチング
阻止層（多結晶シリコン）５で埋め込んだ。このエッチ
ング阻止層は、二酸化シリコン１に接続孔を開けるとき
のエッチングマスクとなる。エッチング阻止層５は、図
２（ｂ１），（ｂ２）に示している様に、多結晶シリコ
ンを全面に４００℃で成長した後、エッチングバックし
て形成した。これにより、Ａｌ合金配線３間は多結晶シ
リコンで埋め込まれ、Ａｌ合金配線３の表面が露出し
た。

【００３２】次に、図２（ｃ１），（ｃ２）に示してい
るように、フォトレジスト膜６による接続孔用のパター
ンを形成した。この時、フォトレジスト膜６に開いた開
口サイズは配線幅より広く設計し、図２（ｃ２）右側の
平面図でみると、開口部に配線３とエッチング阻止層５
が一部露出した。

【００３３】次に、図２（ｄ１），（ｄ２）に示してい
るように、図２（ｃ１），（ｃ２）で形成したマスクを
用いて、接続孔を設ける領域のＡｌ合金配線を塩酸によ
り選択的にエッチング除去した。下地のＴｉＮのエッチ
ングにはフッ酸水溶液を用いた。この工程において、配
線のエッチングを、塩素と三塩化ボロンの混合ガスを用
いた異方性エッチングにより行ってもよい。

【００３４】次に、図３（ａ１），（ａ２）に示してい
るように、多結晶シリコンからなるエッチング阻止層５
とフォトレジスト６をマスクとして、四フッ化炭素（Ｃ
Ｆ₄）を用いて二酸化シリコン膜２に接続孔を開け、下
層に既に設けたｎ型の多結晶シリコン（Ｓｉ）層１を選
択的に露出させた。

【００３５】続いて、フォトレジスト６を酸素プラズマ
クリーニングと有機洗浄により除去した後、図３（ｂ
１），（ｂ２）に示しているように、ＣＶＤ法によりタ
ングステン（Ｗ）を接続孔に埋め込み、接続柱４を形成
した。Ｗ接続柱４は、スパッタ法により２０ｎｍ程度の
窒化チタン（ＴｉＮ）を全面に下地として堆積した後、
全面にＣＶＤ法によるＷの堆積を行い、六フッ化イオウ
（ＳＦ₆ ）ガスをエッチングガスとして、Ａｌ合金配線
３が露出するまでエッチングバックして形成した。

【００３６】最後に、エッチング阻止層として用いた多
結晶シリコン５を除去し、図３の（ｃ１）と（ｃ２）に
示すように配線に自己整合的に配置されたＷ接続柱と、
Ａｌ合金配線からなる本発明の配線の構造が形成でき
た。

【００３７】本実施例では、エッチング阻止層として、
多結晶シリコンを用いた例を示したが、エッチング阻止
層として、ポリイミド、フォトレジスト、非晶質Ｓｉ、
酸化アルミニウムなどの酸化膜エッチングのマスクとな
る種々の材料を用いても良い。また、エッチング阻止層
として珪素を化学量論比より過剰に含む酸化膜（Ｓｉリ
ッチ酸化膜）、窒化膜（Ｓｉリッチ窒化膜）、Ｓｉリッ
チＢＰＳＧ膜、ＳｉリッチＳｉＯＮ膜等の膜を用いても
よい。また、エッチング阻止層として 絶縁膜を用いた
場合には、エッチング阻止層を除去する工程を省略して
も良い。

【００３８】また、接続孔を埋め込む接続柱の材料も、
ＡｌＧｆ合金などのＡｌ系の合金や、Ｃｕ，Ａｕ，Ｔｉ
Ｎ，Ａｇなどを用いても良い。

【００３９】また、配線材料についても、Ｃｕ，Ｗ，Ａ
ｕなどの単層あるいは積層構造の材料を用いても良い。

【００４０】次に、本発明の第２の配線の製造方法につ
いて、以下に実施例を用いて説明する。図４と図５は、
本発明の第２の配線の製造方法による一実施例を示す断
面（左側の図４の（ａ１）〜（ｄ１）と図５の（ａ１）
〜（ｄ１））および平面図（右側の図４の（ａ２）〜
（ｄ２）と図５の（ａ２）〜（ｄ２））である。本発明
の第２の配線の製造法と本発明の第１の配線の製造方法
の違いは、接続孔を開けるためのマスクを形成する工程
にある。本発明の第２の配線の製造方法では、フォトレ
ジストで形成する接続孔用のマスクに目合わせマージン
を見込んで孔を広めに設計する必要がない。これによっ
て、配線ルールの下限をさらに小さくすることが可能に
なる。

【００４１】まず、下層の導電層となるｎ型多結晶シリ
コン（Ｓｉ）１上に平坦化した膜厚１μｍの二酸化珪素
（ＳｉＯ₂ ）膜２を形成した。次に、図４（ａ１），
（ａ２）に示しているようなＡｌ合金配線３を、下地の
窒化チタンを５０ｎｍ、Ｃｕを０．５パーセント含有し
たＡｌ合金を２００ｎｍの順で、スパッタ法により堆積
した後、塩素および三塩化ボロンの混合ガスによる異方
性エッチングにより加工して形成した。

【００４２】次に、Ａｌ合金配線３の間を、二酸化シリ
コン２に接続孔を開けるときのエッチングマスクとなる
エッチング阻止層（多結晶シリコン）５を図４（ｂ１）
と（ｂ２）に示している様に形成した。エッチング阻止
層の形成では、まず全面に１μｍの厚さの多結晶シリコ
ン膜を堆積し、さらにエッチングバックして、Ａｌ合金
配線３の上の表面を露出させた。以上の工程は、本発明
の第１の配線の製造方法と同じである。

【００４３】次に、図４（ｃ１），（ｃ２）に示してい
るように、フォトレジスト膜６による接続孔用のパター
ンを形成した。この時、フォトレジストに開いた開口サ
イズは配線幅と同じサイズとした。目合わせずれによっ
て、エッチングすべきＡｌ配線の一部は、フォトレジス
トの下になった。

【００４４】次に、図４（ｄ１），（ｄ２）に示してい
るように、図４（ｃ１），（ｃ２）で形成したフォトレ
ジストマスクを用いて、接続孔を設ける領域の配線を塩
酸により選択的に除去した。この時、サイドエッチング
を利用してマスクの下にあるＡｌ合金配線もエッチング
した。これにより、下地の酸化膜をエッチングする際の
マスクとなる配線の開口幅が、配線幅を同じに広げられ
る。

【００４５】次に、図５（ａ１），（ａ２）に示してい
るように、フォトレジスト６を酸素プラズマクリーニン
グと有機洗浄によって除去し、エッチング阻止層５であ
る多結晶シリコン５とＡｌ合金配線３をマスクとして、
四フッ化炭素（ＣＦ₄ ）を用いて二酸化シリコン２に接
続孔を開け、下層に既に設けたｎ型多結晶シリコン（Ｓ
ｉ）層１を選択的に露出させて図５（ｂ１），（ｂ２）
に示すようにした。

【００４６】次に、図５（ｃ１），（ｃ２）に示してい
るように、接続孔を、ＣＶＤ法により堆積したタングス
テン（Ｗ）接続柱４で埋め込んだ。Ｗ接続柱４は、スパ
ッタ法により２０ｎｍ程度の窒化チタン（ＴｉＮ）を全
面に下地として堆積した後、ＣＶＤ法により全面にＷを
堆積し、六フッ化イオウ（ＳＦ₆ ）ガスをエッチングガ
スとしてエッチバックして形成した。

【００４７】最後に、エッチング阻止層として用いた多
結晶シリコンを除去し、Ａｌ合金配線３に自己整合的に
配置された接続柱４が図５（ｄ１）と（ｄ２）に示すよ
うに形成できた。

【００４８】本実施例では、エッチング阻止層として、
多結晶シリコンを用いた例を示したが、本発明の第一の
配線の製造方法と同様に、エッチング阻止層として、ポ
リイミド、フォトレジスト、非晶質Ｓｉ、酸化アルミニ
ウムなどの酸化膜エッチングのマスクとなる種々の材料
を用いても良い。また、エッチング阻止層として珪素を
化学量論比より過剰に含む酸化膜（Ｓｉリッチ酸化
膜）、窒化膜（Ｓｉリッチ窒化膜）、ＳｉリッチＢＰＳ
Ｇ膜、ＳｉリッチＳｉＯＮ膜等の膜を用いてもよい。ま
た、エッチング阻止層として 絶縁膜を用いた場合に
は、エッチング阻止層を除去する工程を省略しても良
い。

【００４９】また、接続孔を埋め込む接続柱に、ＡｌＧ
ｅ合金などのＡｌ系の合金や、ＣＶＤによるＴｉＮある
いはＡｕ，Ｃｕなどを用いても良い。

【００５０】また、配線材料についても、Ｃｕ，Ｗ，Ａ
ｕ，Ａｇなどの単層あるいは積層構造の材料を用いても
良い。

【００５１】次に本発明の第３の配線の製造方法につい
て、以下に実施例を用いて説明する。図６と図７は本発
明の第３の配線の製造方法の一実施例を示す断面図（図
６左側の（ａ１）〜（ｄ１）と図７の左側の（ａ１）〜
（ｄ１））および平面図（図６右側の（ａ２）〜（ｄ
２）と図７右側の（ａ２）〜（ｄ２））である。

【００５２】まず、図６（ａ１），（ａ２）に示されて
いるように、平坦化された絶縁膜２上に、多結晶シリコ
ンからなるエッチング阻止層５により、配線の反転パタ
ーンを形成した。

【００５３】次に、図６（ｂ１），（ｂ２）に示されて
いるように、配線下地のバリア金属７としてＴｉＮを膜
厚２０ｎｍ、熱ＣＶＤにより全面に堆積した。さらに、
５５０℃の基板温度でＡｌＣｕ合金８をスパッタ法によ
り堆積し、配線溝に埋め込んだ。この時、基板温度が高
いため、金属は柔らかくなり表面が平坦化する。

【００５４】次に、図６（ｃ１），（ｃ２）に示してい
るように、全面を塩素ガスを用いてエッチング阻止層５
の表面が露出するまで、エッチバックした。

【００５５】次に、図６（ｄ１），（ｄ２）に示してい
るように、フォトリソグラフィーによって、コンタクト
ホールの開口のためのフォトレジストマスク６を形成し
た。

【００５６】次に、図７（ａ１），（ａ２）に示してい
るように、先に形成したフォトレジストマスクを用い
て、塩酸系のエッチング液により、コンタクトホール部
の配線を除去した。

【００５７】次に、図７（ｂ１），（ｂ２）に示してい
るように、エッチング阻止層５と配線をマスクとして、
コンタクトホールを下層の導電層が現れるまで、ＣＦ₄
ガスを用いた反応性イオンエッチングで開口した。

【００５８】次に、図７（ｃ１），（ｃ２）に示してい
るように、コンタクトホールをＷ接続柱４で埋め込ん
だ。このＷ接続柱は、本発明の第２の配線の製造方法と
同様である。

【００５９】最後に、図７（ｄ１），（ｄ２）に示して
いるように、エッチング阻止層５をＳＦ₆ ガスを用いた
反応性イオンエッチングにより除去して完成した。

【００６０】本実施例では、エッチング阻止層として多
結晶シリコンを用いた例を示したが、代わりにポリイミ
ドなどを用いてもよい。また、エッチング阻止層として
珪素を化学量論比より過剰に含む酸化膜（Ｓｉリッチ酸
化膜）、窒化膜（Ｓｉリッチ窒化膜）、ＳｉリッチＢＰ
ＳＧ膜、ＳｉリッチＳｉＯＮ膜等の膜を用いてもよい。
また、エッチング阻止層として 絶縁膜を用いた場合に
は、エッチング阻止層を除去する工程を省略しても良
い。

【００６１】また、接続柱をＡｌ系の金属、Ｃｕ，Ａ
ｕ，Ａｇ等によって埋め込むことも可能である。

【００６２】次に本発明の第４の配線の製造方法につい
て、以下に実施例を用いて説明する。図８と図９は本発
明の第４の配線の製造方法の一実施例を示す断面図（図
８の左側（ａ１）〜（ｅ１）と図９の左側（ａ１）〜
（ｄ１））および平面図（図８の右側（ａ２）〜（ｅ
２）と図９の右側（ａ２）〜（ｄ２））である。

【００６３】まず、図８（ａ１），（ａ２）に示されて
いるように、絶縁膜２上にエッチング阻止層として、多
結晶シリコン膜９、二酸化シリコン膜１０をそれぞれ膜
厚２００ｎｍずつ堆積した。

【００６４】次に、図８（ｂ１），（ｂ２）に示されて
いるように、ＣＦ₄ ガスを用いた反応性イオンエッチン
グにより深さ８００ｎｍの配線溝を形成した。

【００６５】次に、図８（ｃ１），（ｃ２）に示されて
いるように、配線下地のバリア金属７としてＴｉＮを膜
厚２０ｎｍ、熱ＣＶＤにより全面に堆積した。さらに、
５５０℃の基板温度でＡｌＣｕ合金８をスパッタ法によ
り堆積し、配線溝に埋め込んだ。この時、基板温度が高
いため、金属は柔らかくなり表面が平坦化する。

【００６６】次に、図８（ｄ１），（ｄ２）に示してい
るように、全面を塩素ガスを用いてエッチング阻止層で
ある二酸化シリコン膜１０の表面が露出するまで、エッ
チバックした。

【００６７】次に、図８（ｅ１），（ｅ２）に示してい
るように、フォトリソグラフィーによって、コンタクト
ホールの開口のためのフォトレジストマスク６を形成し
た。

【００６８】次に、図９（ａ１），（ａ２）に示してい
るように、先に形成したフォトレジストマスクを用い
て、塩素ガスと三塩化ボロンガスの混合ガスを用いた反
応性イオンエッチングにより、コンタクトホール部の配
線を除去した。

【００６９】次に、図９（ｂ１），（ｂ２）に示してい
るように、エッチング阻止層である多結晶シリコン膜９
と配線をマスクとして、コンタクトホールを下層の導電
層が現れるまで、ＣＦ₄ ガスを用いた反応性イオンエッ
チングで開口した。

【００７０】次に、図９（ｃ１），（ｃ２）に示してい
るように、全面にＴｉＮ膜１１を２０ｎｍ、Ｗ膜１２を
４００ｎｍだけＣＶＤ法で堆積した。

【００７１】最後に、図９（ｄ１），（ｄ２）に示して
いるように、余分のＷ膜とＴｉＮ膜をエッチバックし、
さらにエッチング阻止層である多結晶シリコン膜９を除
去して完成した。

【００７２】本実施例ではエッチング阻止層として多結
晶シリコン膜を用いた例を示したが、エッチング阻止層
として珪素を化学量論比より過剰に含む酸化膜（Ｓｉリ
ッチ酸化膜）、窒化膜（Ｓｉリッチ窒化膜）、Ｓｉリッ
チＢＰＳＧ膜、ＳｉリッチＳｉＯＮ膜等の膜を用いても
よい。また、エッチング阻止層として 絶縁膜を用いた
場合には、エッチング阻止層を除去する工程を省略して
も良い。

【００７３】次に、本発明の第二の配線の構造の一実施
例について図を用いて説明する。図１０は、本発明の第
二の配線の一実施例の断面構造を表している。図１０の
実施例では、基板上に形成されているｎ型多結晶シリコ
ン１からなる１層目の配線と２層目のＡｌ合金配線３と
が、二酸化シリコン２からなる層間絶縁膜中に選択的に
形成されたコンタクト（ビア）プラグを介して接続され
ている。また、Ａｌ合金配線３は二酸化シリコン２とシ
リコンリッチ酸化膜１３に選択的に形成された配線溝に
埋め込んで形成されている。また、２層目のＡｌ合金配
線３上には、層間絶縁膜（二酸化シリコン）１４を挟ん
で上層配線（Ａｌ合金）１５が形成され、その上層配線
と２層目のＡｌ合金配線がビアプラグによって接続され
ている。

【００７４】本実施例では、配線材料として１層目、２
層目ともにＡｌ合金の例を示したが、他の材料、Ｃｕ，
Ａｕ，Ｗ，多結晶Ｓｉおよびそれらの合金の組み合わせ
を用いても良い。また、珪素を化学量論比よりも過剰に
含む酸化膜（Ｓｉリッチ酸化膜ＳＲＯ）の代わりに、Ｓ
ｉリッチ窒化膜（ＳｉＮ）、Ｓｉリッチ窒化酸化膜（Ｓ
ｉＯＮ）、Ｓｉリッチ燐ドープ酸化膜（ＰＳＧ）、Ｓｉ
リッチボロン・燐ドープ酸化膜（ＢＰＳＧ）さらに、Ｓ
ｉドープアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）などを用いてもよい。
２層目の配線と上層配線の層間絶縁膜に珪素を過剰に含
む層を設けることによって、１層目の配線と２層目の配
線同様な層間絶縁膜構成であっても良い。また、本実施
例では、３層の多層配線構造であるが、さらに多くの配
線層を上に重ねても良い。

【００７５】図１０に示している実施例の配線構造は、
例えば、本発明の第５の配線の製造方法によって次のよ
うにして製造する。

【００７６】図１１（ａ１）〜（ｃ１）と図１２（ａ
１）〜（ｃ１）は、本発明の第５の配線の製造方法の一
実施例の製造方法の例を示している。

【００７７】まず初めに、基板上にｎ型多結晶シリコン
１を加工して１層目の配線を形成する。次に、二酸化シ
リコン２よりなる層間絶縁膜を減圧化学的気相成長（Ｌ
Ｐ−ＣＶＤ）によって膜厚８００ｎｍ堆積する。続い
て、膜中の酸素の組成比が０．５５のシリコンリッチ酸
化膜（ＳＲＯ）１３を膜厚２００ｎｍ堆積する。ＳＲＯ
の堆積は、二酸化シリコン膜２の堆積と連続してＬＰ−
ＣＶＤによって、原料ガスの流量比（Ｎ₂ ０／Ｓｉ
Ｈ₄ ）を１（通常１０程度）に低減するだけで簡単に堆
積でき、図１１（ａ１）に示している構造が得られる。

【００７８】次に、図１１（ｂ１）に示しているよう
に、配線の反転パターンをレジストで形成して、選択的
にエッチングすることによってＳＲＯ１３と二酸化シリ
コンに配線溝１６を形成する。このエッチングには、Ｓ
ＲＯと二酸化シリコンのエッチング選択比が小さいＣＨ
Ｆ₃ ガス単独の条件を用いた。ここで、本発明の第８の
配線の製造方法によって、酸素を添加してもよく、例え
ば、ＣＨＦ₃ に酸素を３０％添加したガスによるエッチ
ングを用いることができる。

【００７９】次に図１１（ｃ１）に示しているように、
配線溝を跨ぐように選択的に設けられた、コンタクトホ
ールエッチング用のフォトレジスト膜６とＳＲＯ１３を
マスクとして本発明の第９の配線の製造方法にかかる例
として、ＣＨＦ₃ ＋ＣＯガスを用いて、下層のｎ型多結
晶シリコン１層からなる配線に達するまでエッチングし
て、コンタクトホール１７を形成する。酸化膜とＳＲＯ
の選択比の酸素組成依存性を測定した結果、図１３に示
したように、酸素組成比が低下するに従って、選択比は
向上した。酸素組成比０．５から０．６で、約１０の選
択比が得られる。また、膜の抵抗率は、図１４に示して
いるように、酸素組成比が低下するに従って低下する
が、０．５から０．６の酸素組成比の膜では１０¹²Ωｃ
ｍ以上の高抵抗値となり従来の多結晶シリコンよりはる
かに優れた絶縁性が得られる。本発明の第９の配線の製
造方法によって、例えば酸素プラズマなどの酸素雰囲気
中で例えば６００℃に加熱する工程を加えることによっ
て、絶縁性をさらに向上できる。

【００８０】次に、フォトレジスト膜を除去し、コンタ
クトホールの洗浄を行った後、図１２（ａ１）に示して
いるようにコンタクトホール１７と配線溝にＡｌ合金を
埋め込んで、Ａｌ合金配線３とコンタクトプラグを形成
する。Ａｌ合金配線は、例えば、下地として、全面にＴ
ｉ／ＴｉＮ／Ｔｉを３０ｎｍ／５０ｎｍ／３０ｎｍ堆積
した後、基板温度５００℃で、ＡｌＣｕ（Ｃｕ濃度：
０．５重量％）をスパッタ蒸着し、化学的機械研磨によ
って、不要なＡｌＣｕ合金を除去して形成する。

【００８１】次に、さらに上層の配線を形成する。図１
２（ｂ１）に示しているように、上層配線との層間絶縁
膜１４として常圧ＣＶＤ法によって、二酸化シリコン膜
を膜厚４００ｎｍだけ堆積し、フォトレジスト膜６によ
るマスクを用いて酸化膜を選択エッチングし、ビアホー
ルを形成する。

【００８２】フォトレジストを除去し洗浄を行った後、
図１２（ｃ１）に示しているようにビアプラグと上層配
線１５を形成する。形成手順としては、下地としてＴｉ
／ＴｉＮ／Ｔｉをそれぞれ３０ｎｍ／５０ｎｍ／３０ｎ
ｍずつ堆積し、基板温度５００℃でＡｌＣｕ合金をスパ
ッタ蒸着する。次に、上層配線のパターンをフォトレジ
ストで形成して、ＡｌＣｕ合金を加工し、上層配線を形
成した。

【００８３】本実施例では、上層配線と２層目のＡｌ合
金配線との接続ビアホールエッチングの際に、図１２
（ｂ１）に示しているように、ビアホールとＡｌ合金配
線３とのズレが生じていても、層間絶縁膜１４とシリコ
ンリッチ酸化膜１３との選択比があるため、オーバーエ
ッチング等によって接続不良が生じる心配が低減され
る。また、本実施例では、Ｓｉリッチ酸化膜を例として
示したが、Ｓｉリッチ酸化膜の代わりに、Ｓｉリッチ窒
化膜（ＳｉＮ）、Ｓｉリッチ窒化酸化膜（ＳｉＯＮ）、
Ｓｉリッチ燐ドープ酸化膜（ＰＳＧ）、Ｓｉリッチボロ
ン・燐ドープ酸化膜（ＢＰＳＧ）さらに、Ｓｉドープア
ルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）などを用いてもよい。

【００８４】また、本実施例では、上層配線を従来の配
線形成方法と同様に、金属膜の堆積とエッチングによる
加工によって形成したが、本発明の配線の形成方法を繰
り返すことによって、さらに上層に同様の製造方法で積
層することも可能である。

【００８５】また、本発明の配線の製造方法において、
構造で述べたように多種の金属材料や層間絶縁膜材料を
用いても良く、それに対応して、金属の埋め込み方法と
して、Ｗ，Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ等のＣＶＤを用いても良
い。さらには、不要な金属の除去を反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）もしくはイオンミリング法などを用いて
も良い。

【００８６】次に、本発明の第６の配線の製造方法の実
施例について説明する。

【００８７】図１５（ａ１）〜（ｃ１）と図１６（ａ
１）〜（ｃ１）は、本発明の第６の配線の製造方法の一
実施例を説明するための図である。

【００８８】まず初めに、基板上にｎ型多結晶シリコン
１を加工して１層目の配線を形成する。次に、二酸化シ
リコン２よりなる層間絶縁膜を減圧化学的気相成長（Ｌ
Ｐ−ＣＶＤ）によって膜厚９００ｎｍ堆積する。続い
て、膜中の酸素の組成比が０．５のシリコンリッチ酸化
膜（ＳＲＯ）１３を膜厚１００ｎｍ堆積する。ＳＲＯの
堆積は、二酸化シリコン膜２の堆積と連続してＬＰ−Ｃ
ＶＤによって、原料ガスの流量比（Ｎ₂ ０／ＳｉＨ₄ ）
を０．６（通常１０程度）に低減するだけで簡単に堆積
でき、図１５（ａ１）に示している構造が得られる。

【００８９】次に図１５（ｂ１）に示しているように、
コンタクトホールパターンをレジストで形成して、選択
的にエッチングすることによってＳＲＯ１３にビアホー
ルのパターンを転写する。このエッチングには、ＳＲＯ
と二酸化シリコンのエッチング選択比が小さいＣＨＦ₃
ガス単独の条件を用いた。ここで、本発明の第８の配線
の製造方法によって、酸素を添加してもよく、例えば、
ＣＨＦ₃ に酸素を３０％添加したガスによるエッチング
を用いることができる。

【００９０】次に図１５（ｃ１）に示しているように、
配線溝エッチング用のフォトレジスト膜６とＳＲＯ１３
をマスクとして本発明の第７の配線の製造方法の例とし
て、ＣＨＦ₃ ＋ＣＯガスを用いて、下層のｎ型多結晶シ
リコン１層からなる配線に達するまでエッチングして、
コンタクトホール１７を形成する。

【００９１】次に、図１６（ａ１）に示しているよう
に、ＣＨＦ₃ ガスを用いてＳＲＯ１３と二酸化珪素膜２
をエッチングして、配線溝１６を形成する。この時、本
発明の第８の製造方法の例として、３０％の酸素を添加
してＳＲＯ１３をエッチングしてもよい。

【００９２】次に、レジストを除去しコンタクトホール
の洗浄を行った後、図１６（ｂ１）に示しているよう
に、コンタクトホール１７と配線溝１６にＡｌ合金１８
を埋めこむ。この時、例えば下地として、全面にＴｉ／
ＴｉＮ／Ｔｉを３０ｎｍ／５０ｎｍ／３０ｎｍ堆積した
後、基板温度５００℃で、ＡｌＣｕ（Ｃｕ濃度：０．５
重量％）をスパッタ蒸着する。

【００９３】次に図１６（ｃ１）に示しているように、
化学的機械研磨によって、不要なＡｌ合金、ＳＲＯを除
去して、セルフアラインで形成されたＡｌ合金コンタク
トプラグとＡｌ合金配線が完成する。

【００９４】次に、さらに上層の配線を本発明の第５の
配線の製造方法の実施例で示したように形成する。

【００９５】本実施例では、上層配線を従来の配線形成
方法と同様に、金属膜の堆積とエッチングによる加工に
よって形成したが、本発明の配線の形成方法を繰り返す
ことによって、さらに上層に同様の製造方法で積層する
ことも可能である。

【００９６】また、本発明の配線の製造方法において、
構造で述べたように多種の金属材料や層間絶縁膜材料を
用いても良く、それに対応して、金属の埋め込み方法と
して、Ｗ，Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ等のＣＶＤを用いても良
い。さらには、不要な金属の除去を反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）もしくはイオンミリング法などを用いて
も良い。

【００９７】本発明の第９の配線の製造方法は、例え
ば、上で述べた本発明の第５の配線の製造方法の実施例
において、図１１（ｃ１）の工程の後に、フォトレジス
ト膜６を除去した後、酸素雰囲気中に基板温度６００℃
で、２０分間保つ工程を加える。この場合、ＳＲＯ１３
の表面は酸化され、より絶縁性が向上する。

【００９８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の第一の配線
の構造では、配線と接続孔のずれがなく、しかも、配線
金属と接続孔のプラグの材料が異なる材料で構成されて
いる。例えば、技術の成熟度が高く低抵抗のＡｌ合金系
の配線と、埋め込み金属として優れたＷ系プラグの組み
合わせといった材料の選択ができるという効果がある。

【００９９】また、本発明の第１の配線の製造方法によ
れば、配線間に埋め込んだエッチング阻止層を、接続孔
エッチングの際に用いることによって、本発明の第一の
配線の構造を容易に形成できる効果がある。

【０１００】さらに本発明の第２の配線の製造方法によ
れば、接続孔用のマスクパターンを配線幅より目合わせ
マージン分だけ広くする必要がないため、この目合わせ
マージンによって生じる配線間隔の限界（目合わせマー
ジンの２倍）を回避することができ、さらに配線ルール
の縮小が可能となるという効果がある。

【０１０１】また、本発明の第３の配線の製造方法によ
れば、以上の効果に加えて、配線以外の領域に形成され
たエッチング阻止層の溝を利用して、バリア金属、導電
体の順で埋め込まれた場合、配線の側面がバリア金属で
覆われた構造となり、エレクトロマイグレーションおよ
びストレスマイグレーション耐性の向上する効果があ
る。

【０１０２】さらに、本発明の第４の配線の製造方法に
よれば、本発明の第３の配線の製造方法に加えて、配線
層が絶縁膜に埋め込まれて形成されるため、配線形成後
のパッシーション工程における平坦性を向上し、さらに
上層に配線を形成する際の工程を容易にする効果があ
る。

【０１０３】また、本発明の第二の配線の構造および第
５，第６の配線の製造方法によれば、前述のように、多
結晶シリコンをエッチング阻止層とした場合に比較し
て、絶縁性のよいＳＲＯを用いることによってエッチン
グ阻止層を除去する工程が不要となり、工程数の低減効
果がある。また、残されたＳＲＯ層は、さらに上層との
ビアホールエッチングのエッチング阻止層としても働
き、ビアホールエッチングのプロセスマージンを広くす
る効果がある。

【０１０４】また、本発明の第７の配線の製造方法で
は、ＣＨＦ₃ とＣＯの混合ガスを用いることによって、
珪素過剰の度合いの少ない例えばＳｉリッチ酸化膜や、
Ｓｉリッチ窒化膜を用いることができ、配線間の絶縁性
を向上できる効果がある。

【０１０５】また、本発明の第８の配線の製造方法で
は、エッチングガスに酸素を添加することによって、例
えば珪素を過剰に含む膜のエッチングの際に生じるＣＦ
_x などの堆積物を分解し、エッチングを促進させる効果
がある。

【０１０６】また、本発明の第９の配線の製造方法で
は、酸化による絶縁性の向上により配線間の絶縁性を高
める効果がある。

【０１０７】また、珪素を過剰に含む層は、組成を変化
させるだけであり、材料として新たな元素を導入する必
要がなく、従来プロセスとの整合性がよいという利点も
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の配線の構造の一実施例を示す平
面図および断面図である。

【図２】本発明の第１の配線の製造方法の一実施例を示
す断面図および平面図である。

【図３】本発明の第１の配線の製造方法の一実施例を示
す断面図および平面図であり、図２の続きである。

【図４】本発明の第２の配線の製造方法の一実施例を示
す断面図および平面図である。

【図５】本発明の第２の配線の製造方法の一実施例を示
す断面図および平面図であり、図４の続きである。

【図６】本発明の第３の配線の製造方法の一実施例を示
す断面図および平面図である。

【図７】本発明の第３の配線の製造方法の一実施例を示
す断面図および平面図であり、図６の続きである。

【図８】本発明の第４の配線の製造方法の一実施例を示
す断面図および平面図である。

【図９】本発明の第４の配線の製造方法の一実施例を示
す断面図および平面図であり、図８の続きである。

【図１０】本発明の第二の配線の構造の一実施例を示す
断面図である。

【図１１】本発明の第５の配線の製造方法の一実施例を
示す断面図である。

【図１２】本発明の第５の配線の製造方法の一実施例を
示す断面図図であり、図１１の続きである。

【図１３】本発明にかかる珪素を化学量論比より過剰に
含む酸化膜（シリコンリッチ酸化膜）と二酸化シリコン
膜との選択エッチングを説明するための実験結果を示す
図である。

【図１４】本発明にかかる珪素を化学量論比より過剰に
含む酸化膜（シリコンリッチ酸化膜）の絶縁性を説明す
るための実験結果を示す図である。

【図１５】本発明の第６の配線の製造方法の一実施例を
示す断面図である。

【図１６】本発明の第６の配線の製造方法の一実施例を
示す断面図であり、図１１の続きである。

【符号の説明】

１ ｎ型多結晶シリコン ２ 二酸化シリコン ３ Ａｌ合金配線 ４ Ｗ接続柱 ５ エッチング阻止層（多結晶シリコン） ６ フォトレジスト ７ バリア金属（ＴｉＮ） ８ 配線金属（ＡｌＣｕ合金） ９ 多結晶シリコン膜 １０ 二酸化シリコン膜 １１ ＴｉＮ膜 １２ Ｗ膜 １３ 珪素を過剰に含む層（Ｓｉリッチ酸化膜） １４ 層間絶縁膜 １５ 上層配線 １６ 配線溝 １７ コンタクトホール １８ Ａｌ合金

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電層と、前記導電層上に設けられた絶縁
   膜と、前記絶縁膜上に設けられ、前記絶縁膜に選択的に
   形成されている接続孔を介して前記導電層と電気的に接
   続された上層配線とから少なくとも構成されている多層
   配線において、 前記上層配線と前記接続孔との位置が、前記上層配線の
   幅方向に自己整合的に形成され、前記接続孔が前記上層
   配線の幅方向に前記上層配線からはみ出しておらず、前
   記接続孔の導電材料と前記上層配線の導電層の材料とが
   異なることを特徴とする配線の構造。
2. 【請求項２】前記上層配線の導電層の材料は、Ａｌ系合
   金，Ｃｕ，Ｗ，Ａｕ，Ａｇのいずれかであり、前記接続
   孔の導電材料は、Ａｌ系合金，Ｗ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｔｉ
   Ｎ，Ａｇのいずれかであることを特徴とする請求項１記
   載の配線の構造。
3. 【請求項３】導電層上に絶縁層を形成する工程と、 前記絶縁層上に上層配線を形成する工程と、 前記上層配線をエッチング阻止膜で覆う工程と、 前記上層配線上のエッチング阻止膜を選択的に除去して
   前記上層配線の上面を露出する工程と、 露出した配線を含むように、接続孔を形成する領域以外
   の領域を覆う接続孔マスクを形成する工程と、 前記接続孔マスクを用いて選択的に接続孔領域の配線層
   を除去する工程と、 配線間に残留したエッチング阻止膜からなるエッチング
   阻止層と前記接続孔マスクをマスクとして配線下の絶縁
   層を選択的にエッチングして接続孔を形成する工程と、 前記接続孔を導電性材料で埋め込み上層配線層と電気的
   に接続する工程とを少なくとも含むことを特徴とする配
   線の製造方法。
4. 【請求項４】導電層上に絶縁層を形成する工程と、 前記絶縁層上に上層配線を形成する工程と、 前記上層配線をエッチング阻止膜で覆う工程と、 前記上層配線上のエッチング阻止膜を選択的に除去して
   前記上層配線の上面を露出する工程と、 露出した配線の少なくとも一部を含むように、接続孔を
   形成する領域以外の領域を覆うマスクを形成する工程
   と、 前記マスクを用いて選択的に接続孔領域の配線層を除去
   する工程と、 配線間に残留したエッチング阻止膜からなるエッチング
   阻止層と配線をマスクとして配線下の絶縁層を選択的に
   エッチングして接続孔を形成する工程と、 前記接続孔を導電性材料で埋め込み上層配線層と電気的
   に接続する工程とを少なくとも含むことを特徴とする配
   線の製造方法。
5. 【請求項５】導電層上に絶縁層を形成する工程と、 前記絶縁層上に上層配線の反転パターンをエッチング阻
   止層で形成する工程と、 前記エッチング阻止層パターンで形成された溝を配線の
   下地となるバリア金属と他の導電体で順次埋め込む工程
   と、 埋め込まれた領域を残して不要部分のバリア金属と他の
   導電体を除去し、エッチング阻止層の上面を露出させる
   工程と、 配線の少なくとも一部を含むように、接続孔を形成する
   領域以外の領域を覆うマスクを形成する工程と、 前記マスクを用いて選択的に接続孔領域の配線層を除去
   する工程と、 配線間のエッチング阻止層と配線をマスクとして配線下
   の絶縁層を選択的にエッチングして接続孔を形成する工
   程と、 前記接続孔を導電性材料で埋め込み上層配線層と電気的
   に接続する工程とを少なくとも含むことを特徴とする配
   線の製造方法。
6. 【請求項６】導電層上に絶縁層を形成する工程と、 前記絶縁層上に上層配線の反転パターンをエッチング阻
   止層で形成する工程と、 前記エッチング阻止層パターンをマスクとして下地の前
   記絶縁膜を選択的にエッチングして、配線用の溝を形成
   する工程と、 前記溝を配線の下地となるバリア金属と他の導電体で順
   次埋め込む工程と、 埋め込まれた領域を残して不要部分のバリア金属と他の
   導電体を除去し、エッチング阻止層の上面を露出させる
   工程と、 配線の少なくとも一部を含むように、接続孔を形成する
   領域以外の領域を覆うマスクを形成する工程と、 前記マスクを用いて選択的に接続孔領域の配線層を除去
   する工程と、 配線間のエッチング阻止層と配線をマスクとして配線下
   の絶縁層を選択的にエッチングして接続孔を形成する工
   程と、 前記接続孔を導電性材料で埋め込み上層配線層と電気的
   に接続する工程とを少なくとも含むことを特徴とする配
   線の製造方法。
7. 【請求項７】導電体と絶縁膜を含んでなる配線構造にお
   いて、 珪素を構成元素とする層間絶縁膜の一部に珪素を化学量
   論比よりも過剰に含有する層もしくは珪素を不純物とし
   て含む層を有し、前記の珪素を化学量論比よりも過剰に
   含有する層もしくは珪素を不純物として含む層に選択的
   に形成された溝に配線が埋め込まれており、該配線に対
   して下層の導電層への接続孔が自己整合的に形成され、
   該接続孔が該配線の幅方向にはみださないように形成さ
   れていることを特徴とする配線の構造。
8. 【請求項８】前記珪素を化学量論比よりも過剰に含有す
   る層もしくは珪素を不純物として含む層は、Ｓｉリッチ
   酸化膜，Ｓｉリッチ窒化膜，Ｓｉリッチ窒化酸化膜，Ｓ
   ｉリッチ燐ドープ酸化膜，Ｓｉリッチボロン・燐ドープ
   酸化膜、Ｓｉドープアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）のいずれか
   であることを特徴とする請求項７記載の配線の構造。
9. 【請求項９】珪素を構成元素として含む第１の層間絶縁
   膜を堆積する工程と、 前記第１の層間絶縁膜上に珪素を化学量論比よりも過剰
   に含有する第２の層を形成する工程と、 前記第１の層間絶縁膜と第２の層の両方か、もしくは第
   ２の層に配線溝を形成する工程と、 前記配線溝上にビアホールのマスクパターンを形成する
   工程と、 前記第２の層とマスクパターンをマスクとして、第１の
   層間絶縁膜をエッチングしてビアホールを形成する工程
   と、 前記配線溝とビアホールに導電体を埋め込んで配線とビ
   アプラグを形成する工程とを含むことを特徴とする多層
   配線の製造方法。
10. 【請求項１０】珪素を構成元素として含む第１の層間絶
    縁膜を堆積する工程と、 前記第１の層間絶縁膜上に珪素を化学量論比よりも過剰
    に含有する第２の層を形成する工程と、 前記第２の層をビアホールのパターンに加工する工程
    と、 前記パターン上に配線溝のマスクパターンを形成する工
    程と、 前記第２の層と配線溝のマスクパターンをマスクとし
    て、第１の層間絶縁膜をエッチングしてビアホールを形
    成する工程と、 前記配線溝パターンをマスクとして少なくとも第２の層
    を加工して配線溝を形成する工程と、 前記配線溝とビアホールに導電体を埋め込んで配線とビ
    アプラグを形成する工程とを含むことを特徴とする多層
    配線の製造方法。
11. 【請求項１１】請求項９または１０記載の多層配線の製
    造方法において、 前記ビアホールを形成する工程において一酸化炭素（Ｃ
    Ｏ）を含むガスを用いてエッチングすることを特徴とす
    る多層配線の製造方法。
12. 【請求項１２】請求項９または１０記載の配線の製造方
    法において、第２の層を加工する工程として酸素を含む
    ガスを用いてエッチングすることを特徴とする多層配線
    の製造方法。
13. 【請求項１３】珪素を化学量論比より過剰に含む層を形
    成した後に、この層を酸素を含む雰囲気に晒す工程を含
    んでいることを特徴とする請求項９または１０に記載の
    多層配線の製造方法。