JP4311947B2

JP4311947B2 - 半導体装置

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Publication number: JP4311947B2
Application number: JP2003038791A
Authority: JP
Inventors: 竜一浅子
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2023-02-17
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層された絶縁膜を備える半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高集積化や高速化の要求に応じるため、配線構造は微細化及び多層化の方向に進んでいる。上記要求を実現するための１つの手段として、層間絶縁膜として、比誘電率の低い絶縁膜を用いる技術が提案されている。
【０００３】
低誘電率絶縁膜は、比誘電率がシリコン酸化膜のそれよりも低い膜をいい、無機または有機シロキサン系膜、有機膜等が開発されている。層間絶縁膜に、このような低誘電率絶縁膜を用いることにより、配線間容量が低減され、信号遅延の向上が可能となる。
【０００４】
また、高速化を実現するため、抵抗率が低く、かつ、エレクトロマイグレーション耐性に優れた銅を、配線材料として用いる手法が開発されている。銅はドライエッチングが困難であるため、その配線構造は、ダマシン法と呼ばれる技術によって形成される。
【０００５】
以下、ダマシン法について、図８（ａ）〜（ｆ）を参照して説明する。まず、基板又は下層配線層上に、低誘電率絶縁膜等から構成される層間絶縁膜１００と、セラミック等から構成されるハードマスク１０１と、を順に形成する（図８（ａ））。次いで、ハードマスク１０１上に、フォトリソグラフィ法等を用いて、レジストマスク１０２を形成する（図８（ｂ））。次いで、レジストマスク１０２を用いたドライエッチングにより、ハードマスク１０１に開口１０１ａを形成する（図８（ｃ））。エッチングの後、レジストマスク１０２は、アッシングして除去する。
【０００６】
続いて、ハードマスク１０１をマスクとして異方性エッチングを行い、層間絶縁膜１００に、開口１０１ａにつながるホール１００ａを形成する（図８（ｄ））。次いで、表面全体にチタン／窒素層等のバリアメタル層１０３をスパッタリングによって形成した後、その上に銅等の配線金属１０４をメッキ等によって形成する（図８（ｅ））。
【０００７】
最後に、化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）により、ハードマスク１０１が露出するまで表面を研磨する。これにより、不用なバリアメタル膜１０３及び配線金属１０４が除去されるとともに、表面が平坦化される（図８（ｆ））。以上のような工程によって、１層の配線層が形成され、この工程を繰り返すことにより、多層の配線層を形成することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記ダマシン法においては、層間絶縁膜上にハードマスクを設け、ハードマスクをマスクとして層間絶縁膜をエッチングする。低誘電率絶縁膜、特に、有機系膜は、レジスト（有機樹脂）に類似する組成を有し、層間絶縁膜上に直接レジストを設けてエッチングした場合には、エッチング選択比が十分に確保されない場合があるからである。
【０００９】
ハードマスクには、層間絶縁膜に対する十分なエッチング選択比を有することの他、層間絶縁膜と高い密着性（接着性）を有すること、が求められる。上記ダマシン法は、ハードマスクの表面までＣＭＰを行う工程を含み、密着性が低いとＣＭＰ工程で剥離等が発生する場合がある。
【００１０】
ハードマスクと層間絶縁膜との密着性は、基本的には、用いる材料同士の性質（表面極性、収縮率等）の違いに依存する。例えば、層間絶縁膜を、低誘電率絶縁膜の１つであるＭＳＱ（methyl silsesquioxane；ＳｉＯ_３／２（ＣＨ_３）_ｎ）から構成し、ハードマスクをシリコンカーバイド（ＳｉＣ）から構成した場合には、両層の特性（極性等）が異なるため、高い密着性が得られにくい。
【００１１】
このことは、さらなる低誘電率化のために多孔質化された層間絶縁膜を用いる場合に、より顕著となる。多孔質化により、層間絶縁膜の表面に、微小な凹凸が発生するためである。
【００１２】
ハードマスクと層間絶縁膜との密着性を向上させる方法として、層間絶縁膜の形成の後、紫外線およびオゾンを曝露してその表面を改質した後、ハードマスクを形成する手法が考えられている（下記特許文献１参照）。この手法によれば、層間絶縁膜（ＭＳＱ膜）の表面近傍の酸素（Ｏ）の割合が増加し、表面エネルギーが増大するため、両層の密着性の向上が図れる。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００２−３７００５９号公報
【００１４】
しかし、上記手法は、層間絶縁膜を改質するものであり、低誘電率性等の本来の膜特性が失われるおそれがある。微細化の進行に従って、層間絶縁膜を薄く形成する場合には、改質の割合が大きくなると考えられる。また、この手法は、工程数を実質的に増大させる。
【００１５】
同様の問題は、層間絶縁膜とハードマスクとに限らず、特性の異なる他の絶縁膜を積層する場合にも発生する。
【００１６】
上記事情を鑑みて、本発明は、良好な密着性で、互いに特性の異なる積層された絶縁層を備える、信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る半導体装置は、
プリベーク状態で積層された第１の絶縁層と、
プリベーク状態で前記第１の絶縁層上に設けられた第２の絶縁層と、
前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層とをキュアすることで、前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層との間に設けられた、密着層としての第３の結合層と、を備え、
前記第２の絶縁層は、前記第１の絶縁層と同一の基本骨格を有し、側鎖官能基が異なり、前記第１の絶縁層に対してエッチング選択性を有する有機シロキサン系材料から形成され、
前記第１の絶縁層は層間絶縁膜として機能し、前記第２の絶縁層はハードマスクとして機能することを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態にかかる半導体装置およびその製造方法について、以下図面を参照して説明する。
図１に、第１の実施の形態に係る半導体装置１１の部分断面構成を示す。半導体装置１１は、図示しない能動素子を備えた集積回路を構成し、半導体基板１２上に多層の配線層を有する。図１に示す部分は、シリコン基板上の最下層の配線層の構成を示す。
【００２５】
半導体基板１２は、シリコン半導体基板から構成されている。半導体基板１２の表面領域およびその近傍等には、図示しない能動素子等が形成されている。
【００２６】
半導体基板１２上には、層間絶縁膜１３が設けられている。層間絶縁膜１３は、いわゆる低誘電率絶縁膜の１種である、多孔質化された有機シロキサン系膜から構成される。有機シロキサン系膜とは、シリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）および炭素（Ｃ）を主成分として含む膜（以下、ＳｉＯＣ系膜）から構成され、ＭＳＱ（methyl silsesquioxane）等が挙げられる。以下に示す例では、層間絶縁膜１３を、ＭＳＱの塗布膜から構成する場合について説明する。
【００２７】
層間絶縁膜１３上には、ハードマスク１４が設けられている。ハードマスク１４は、後述するように、層間絶縁膜１３のドライエッチングにおける、いわゆるエッチングストッパとして機能する。ハードマスク１４の上には、上層の配線層を構成する層間絶縁膜１５が設けられている。上層の層間絶縁膜１５は、層間絶縁膜１３と同一の材料から構成される。
【００２８】
層間絶縁膜１３とハードマスク１４とには、これらを貫通する、配線溝１６が形成されている。配線溝１６の内壁には、チタン（Ｔｉ）／窒化チタン（ＴｉＮ）等から構成されるバリアメタル層１７が設けられている。また、配線溝１６の内部には、銅やアルミニウム等の配線金属１８が埋め込まれている。
【００２９】
ハードマスク１４は、表面層１４ａと、中間層１４ｂと、から構成される。
【００３０】
表面層１４ａは、ハードマスク１４の一面を構成し、その表面において上層の層間絶縁膜１５と接する。表面層１４ａは、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）から構成される。ＳｉＣから構成される表面層１４ａは、ＳｉＯＣ系膜から構成される層間絶縁膜１３に対して、十分なエッチング選択性を有し、層間絶縁膜１３のエッチングにおけるエッチングストッパ面を構成する。表面層１４ａの厚さは、エッチングストッパとして十分に機能する厚さに設定される。
【００３１】
中間層１４ｂは、ハードマスク１４の他面を構成し、その表面において層間絶縁膜１３と接する。中間層１４ｂは、シリコンカーバイド中に酸素（Ｏ）を含んで構成される、Ｓｉと、Ｃと、Ｏと、を主成分とするＳｉＯＣ系膜から構成される。また、中間層１４ｂにおいて、酸素の含有の程度は、その表面から逓減するように構成されている。
【００３２】
中間層１４ｂは、表面層１４ａとの界面付近において酸素を実質的に含まない。後述するように、表面層１４ａおよび中間層１４ｂは、ハードマスク１４として同一のプラズマＣＶＤ工程によって形成された実質的に連続した層であり、表面層１４ａと中間層１４ｂとの境界は明確なものではない。従って、表面層１４ａと中間層１４ｂとは、例えば、酸素を実質的に含まない領域と、含む領域と、定義することができる。
【００３３】
中間層１４ｂはＳｉＯＣ系膜から構成され、形成方法は異なるものの、層間絶縁膜１３と類似する特性（極性、熱収縮性等）を有する。このため、これらの接触界面における歪み等は低減され、両層の良好な密着性は示す。ハードマスク１４の全体としての厚さは薄い方が好ましく、中間層１４ｂの厚さは、良好な密着性を実現可能な最低限の厚さに設定される。
【００３４】
このように、ハードマスク１４がその下面に接着層としての中間層１４ｂを有し、層間絶縁膜１３に良好に密着する。これにより、後述するＣＭＰ工程における、界面の歪み、ハードマスク１４の剥離等は抑制され、信頼性の高い半導体装置１１の製造が可能となる。
【００３５】
以下、上記構成の半導体装置１１の製造方法について、以下、図面を参照して説明する。図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ｄ）〜（ｆ）、および、図４（ｇ）、（ｈ）に、第１の実施の形態に係る半導体装置１１の製造方法における製造工程図を示す。
【００３６】
まず、その表面等に図示しない素子構造が形成された半導体基板１２を用意する。次いで、用意した半導体基板１２上に、図２（ａ）に示すように、ＭＳＱから構成される層間絶縁膜１３を塗布形成する。ＭＳＱ膜は、例えば、溶媒に溶解させたＭＳＱ材料を半導体基板１２上にスピン塗布し、次いで、ベーク、キュア等の熱処理を施すことによって形成することができる。
【００３７】
続いて、層間絶縁膜１３上に、ハードマスク１４を形成する。ハードマスク１４の形成は、有機シリコン化合物と、酸化剤と、不活性ガスと、を用いたプラズマＣＶＤ（chemical vapor deposition）によって行われる。
【００３８】
酸化剤としては、酸素（Ｏ_２）、オゾン（Ｏ_３）、一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、水（Ｈ_２Ｏ）、又はこれらの組み合わせなどを使用することができる。
不活性ガスは、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）等を用いることができる。
【００３９】
以下では、有機シリコン化合物としてトリメチルシラン（ＴＭＳ）を、酸化剤としてＮ_２Ｏを、不活性ガスとしてＡｒを用いてハードマスク１４を形成する場合を例として説明する。
プラズマＣＶＤによるハードマスク１４の形成工程における、原料ガスの供給のレシピを、図５に示す。
【００４０】
図５に示すように、ＣＶＤ工程の初期においては、ＴＭＳとＮ_２ＯとＡｒとが供給される。ここで、例えば、処理ガスの流量は、ＴＭＳ／Ｎ_２Ｏ／Ａｒ＝１００／５／１００とされる。また、プロセス圧力は５００Ｐａ程度、ＲＦパワーは２００乃至４００Ｗ程度とされる。
【００４１】
ＴＭＳとＮ_２Ｏとを出発原料とするＣＶＤにより、図２（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１３上には、有機シロキサン系膜（ＳｉＯＣ系膜）が堆積されていく。この有機シロキサン系膜は、ハードマスク１４の中間層１４ｂを構成する。
【００４２】
このＣＶＤ工程において、図５に示すように、有機シリコン化合物（ＴＭＳ）の流量はほぼ一定に保たれる一方、酸化剤（Ｎ_２Ｏ）の流量は、所定期間かけて逓減されるように供給され、最終的に供給は停止される。また、Ａｒガスは、Ｎ_２Ｏの減少分を補償し、所定のプロセス圧が保持されるように供給される。
【００４３】
このように、酸化剤の供給量を逓減させることにより、堆積膜にはその厚さ方向に酸素（Ｏ）含有量に関するグラデーション（濃度勾配）が形成される。すなわち、ハードマスク１４の下面（層間絶縁膜１３（ＭＳＱ膜）との接触界面）から、その上方に向かうにつれて、ＳｉＯＣ系膜におけるＯの含有量は、次第に減少する。このような、酸化剤を含むプロセスガスを用いるＣＶＤを所定期間行うことにより、所定厚さの中間層１４ｂ（ＳｉＯＣ系膜）が形成される。
【００４４】
さらに、酸化剤の供給が停止された後には、ＴＭＳとＡｒとを出発原料とするプラズマＣＶＤが進行する。この、酸化剤を含まないＣＶＤにより、ＳｉＯＣ系膜から構成される中間層１４ｂ上には、図２（ｃ）に示すように、連続的にＳｉＣ系膜が堆積していく。この、酸化剤を含まないプロセスガスを用いるＣＶＤを所定期間行うことにより、所定厚さの表面層１４ａ（ＳｉＣ系膜）が形成される。
ここで、プラズマＣＶＤのプロセス条件は、エッチングストッパとしての特性を有するＳｉＣ系膜が形成される条件に適宜設定される。
【００４５】
上記のように、ハードマスク１４を構成する中間層１４ｂと表面層１４ａとは、同一の工程において酸化剤の供給量を変化させることにより形成される。従って、中間層１４ｂと表面層１４ａとの間には明確な界面は存在せず、両層はあるいは不均一に、非平面的に融合している。
【００４６】
次いで、上記のように形成されたハードマスク１４の上にレジスト２０を塗布し、これを露光・現像して、図３（ｄ）に示すように、レジスト開口２０ａを形成する。
続いて、レジスト２０をマスクとして、図３（ｅ）に示すように、ハードマスク１４にレジスト開口２０ａに通じる開口２１を形成する。レジスト２０は、その後、アッシングにより除去する。
次いで、ハードマスク１４をマスク（エッチングストッパ）として、図４（ｆ）に示すように、層間絶縁膜１３に配線溝１６を形成する。
【００４７】
その後、配線溝１６の内部を含む、半導体基板１２の表面上に、スパッタリングによって、Ｔｉ／ＴｉＮから構成されるバリアメタル層１７を形成する。その後、銅のシード層を形成した後、メッキ処理によって、半導体基板１２の表面全体に銅等の配線金属１８を形成し、これを配線溝１６内にも埋め込む（図４（ｇ）参照）。
【００４８】
最後に、半導体基板１２の表面に、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing）によりハードマスク１４が露出するまで研磨し、表面の不要な銅層およびバリアメタル層１７を除去するとともに表面を平坦化する。
このとき、ハードマスク１４の中間層１４ｂと、層間絶縁膜１３と、は、良好に密着しており、ＣＭＰの際に、両層の界面における歪みの発生、ハードマスク１４の剥離等は防がれる。
【００４９】
以上の工程により、半導体基板１２上に１層の配線層が形成される。上記と同様の手法を用いる、いわゆるダマシン法を用いることにより、さらに多層の配線層を形成することができる。
【００５０】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態では、ハードマスク１４は、ＳｉＯＣ系膜から構成される層間絶縁膜１３との密着層として機能する、同様にＳｉＯＣ系膜から構成される中間層１４ｂを備える。
【００５１】
例えば、ＳｉＯＣ系膜上に直接、エッチングストッパ膜として有効に機能するＳｉＣ膜を形成した場合には、特に、酸素原子の存在により、その極性が異なるなど、良好な密着性が得られない。しかし、上記のようにハードマスク１４に、層間絶縁膜１３と同様の材質から構成され、類似する特性（極性等）を有する膜を有することにより、層間絶縁膜１３に対する密着性を向上させることができる。
特に、層間絶縁膜１３は多孔質化されており、その表面は粗面化している場合があり、中間層１４ｂによる密着性の向上は、非常に重要である。
【００５２】
層間絶縁膜１３の表面に改質処理を施す場合には、層間絶縁膜１３の比誘電率等の特性を劣化させるおそれがあるのに対し、ハードマスク１４に密着層（中間層１４ｂ）を設ける構成によれば、そのようなことは発生する可能性は存在しない。よって、層間絶縁膜１３の所望の特性を保持して、信頼性の高い配線層の形成が可能となる。
【００５３】
さらに、このような密着層（中間層１４ｂ）と、エッチングストッパ層（表面層１４ａ）と、を備えたハードマスク１４は、同一のプラズマＣＶＤ工程において、酸化剤の供給量を変化させることにより形成される。よって、層間絶縁膜１３の表面に改質処理を施す場合のように、実質的な工程数の増大を伴うことなく、効率的に、信頼性の高い配線構造を形成することができる。
【００５４】
上記第１の実施の形態では、半導体基板１２上に層間絶縁膜１３を、いわゆるダマシン法により形成する場合について説明したが、勿論、多層配線層中の配線層を形成するようにしてもよく、また、いわゆるデュアルダマシン法を用いる場合に適用してもよい。
【００５５】
上記第１の実施の形態では、層間絶縁膜１３は、有機シロキサン系膜、特に、ＭＳＱの塗布膜から構成され、ハードマスク１４は、基本的にＳｉＣ系の堆積膜から構成されるものとした。しかし、膜の形成方法、構成材料等は、上記例に限られない。
【００５６】
例えば、層間絶縁膜１３は、一般的に低誘電率絶縁膜として用いられる他の塗布膜、特に、酸素を主成分として含む材料から構成されてもよい。適用可能な膜としては、ＭＳＱの堆積膜、ＨＳＱ（hydrogen silsesquioxane）の塗布膜または堆積膜、ＳｉＯＦ等の堆積膜、ＰＡＥ（poly aryl ether）等の塗布膜等が挙げられる。勿論、これらの材料を多孔質化したものであってもよい。
【００５７】
上記第１の実施の形態において、ハードマスク１４は、ＴＭＳを出発原料とするＣＶＤによって形成するものとした。しかし、ハードマスク１４は、他の構造を有するよう形成されてもよい。
【００５８】
例えば、有機シリコン化合物としては、ＴＭＳの代わりに、ジメチルシラン（（ＣＨ_３）_２−ＳｉＨ_２）、トリメチルシラン（（ＣＨ_３）_３−ＳｉＨ）、テトラメチルシラン（（ＣＨ_３）_４−Ｓｉ）、エチルシラン（ＣＨ_３−ＣＨ_２−ＳｉＨ_３）、フェニルシラン（Ｃ_６Ｈ_５−ＳｉＨ_３）、ジフェニルシラン（（Ｃ_６Ｈ_５）_２−ＳｉＨ_２）、メチルフェニルシラン（Ｃ_６Ｈ_５−ＳｉＨ_２−ＣＨ_３）、ジシラノメタン（ＳｉＨ_３−ＣＨ_２−ＳｉＨ_３）、ビス（メチルシラノ）メタン（ＣＨ_３−ＳｉＨ_２−ＣＨ_２−ＳｉＨ_２−ＣＨ_３）、１，２−ジシラノエタン（ＳｉＨ_３−ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＳｉＨ_３）、１，２−ビス（メチルシラノ）エタン（ＣＨ_３−ＳｉＨ_２−ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＳｉＨ_２−ＣＨ_３）、２，２−ジシラノプロパン（ＳｉＨ_３−Ｃ（ＣＨ_３）_２−ＳｉＨ_３）及びこれらのフッ素化誘導体などを使用することができる。
【００５９】
ハードマスク１４の基本構造は、上に挙げた各種膜に対して、十分なエッチング選択性を有するものが選択され、ＳｉＣの代わりに、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ等の通常用いられる膜を適宜選択して用いることができる。
ＳｉＮ等の他のハードマスク１４を形成する場合にも、上記例と同様に、ＣＶＤ工程において酸化剤の供給量を変化させることにより、例えば、ＳｉＯＮといった密着層を形成することができる。
【００６０】
また、側鎖の官能基等に基づく、膜特性（極性等）の違いに応じて、酸化剤の供給量を変化させるようにしてもよい。
【００６１】
また、逆に、層間絶縁膜１３をＢＣＢ（benzo cyclobutene）膜等の酸素を含まない膜から構成し、ハードマスク１４をＳｉＯＣ系膜等の堆積膜から構成する場合にも上記と同様の手法を用いることができる。すなわち、例えば、ＴＭＳ等の有機シリコン化合物と不活性ガスとを出発原料とするプラズマＣＶＤを所定期間行って、所定厚さのＳｉＣ系膜を形成した後、Ｎ_２Ｏ等の酸化剤ガスの供給を開始し、連続的にＳｉＯＣ系膜を形成する。このようにして、上記例とは逆の、酸素を含まない中間層１４ｂと、酸素を含む表面層１４ａと、を形成することができる。
【００６２】
（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置１１およびその製造方法について、図面を参照して説明する。
図６に、第２の実施の形態に係る半導体装置１１の断面構成を示す。なお、理解を容易なものとするため、図１と同一の構成には、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６３】
図６に示す構成において、層間絶縁膜１３は、第１の実施の形態と同様に、いわゆる低誘電率絶縁材料の塗布膜から構成される。層間絶縁膜１３は、有機シロキサン系（ＳｉＯＣ系）材料から構成される。
【００６４】
ハードマスク１４は、層間絶縁膜１３と実質的に同一の基本骨格を有する、有機シロキサン系（ＳｉＯＣ系）材料から構成される。ここで、ハードマスク１４を構成する有機シロキサン系膜は、層間絶縁膜１３を構成するものとは側鎖官能基等が異なり、層間絶縁膜１３に対して十分なエッチング選択性が確保される材料から構成される。
例えば、ハードマスク１４を構成する有機シロキサン系膜は、層間絶縁膜１３のそれと比較して、相対的に大きな分子サイズを有するものが用いられている。
【００６５】
層間絶縁膜１３とハードマスク１４との間には、２つの層が互いに結合して形成された結合層３０が形成されている。結合層３０は、後述するように、ともにプリベークされた状態の層間絶縁膜１３とハードマスク１４とを同時にキュアすることにより、両層が互いに溶け合って、硬化することにより形成される。従って、結合層３０は、キュアにより２層が硬化結合した領域であり、その境界は明確なものではない。
【００６６】
層間絶縁膜１３とハードマスク１４とが溶け合って形成される結合層３０はこれら２層の密着層として機能する。層間絶縁膜１３と、ハードマスク１４と、を、個別にキュアして積層した場合、２層間にはその表面の特性（極性、分子間力等）だけが、密着力に寄与する。これに対し、２層を同時にキュアした場合には、互いの界面およびその近傍領域において硬化して、互いに結合される。
【００６７】
また、溶融の程度によって、厚さ方向には濃度勾配が形成され、互いに結合や構造歪みが緩やかに変化するので、安定に、かつ、高い密着性で２層は接着される。
【００６８】
以下、図７（ａ）〜（ｃ）を参照して、上記構成の半導体装置１１の製造方法について説明する。
【００６９】
まず、その表面等に図示しない素子構造が形成された半導体基板１２を用意する。次いで、用意した半導体基板１２上に、層間絶縁膜１３を構成するＳｉＯＣ系材料の溶液をスピン塗布する。このスピン塗布膜を、１００〜２００℃程度の温度でのプリベークを１回または複数回行うことにより、図７（ａ）に示すような、第１のプリベーク層３１が形成される。
【００７０】
続いて、第１のプリベーク層３１の上に、ハードマスク１４を構成するＳｉＯＣ系材料の溶液をスピン塗布する。次いで、１００℃〜２００℃の温度でのプリベークを１回または複数回行うことにより、図７（ｂ）に示すような第２のプリベーク層３２が形成される。
【００７１】
続いて、積層された第１および第２のプリベーク層３１、３２をキュアする。キュアは、４００℃程度での熱処理、あるいは、ｇ線、ｉ線等の熱線の照射によって行われる。なお、キュアの前に、例えば、３５０℃程度の温度でのベークを行ってもよい。キュアにより、層間絶縁膜１３と、その上のハードマスク１４と、が形成される。
【００７２】
このように、２つのプリベーク層３１、３２を同時にキュアすることにより、２つのプリベーク層３１、３２は、界面およびその近傍において、互いに溶融し、硬化、結合する。これにより、図７（ｃ）に示すように、層間絶縁膜１３と、ハードマスク１４と、の間には、結合層３０が形成される。
【００７３】
結合層３０は、層間絶縁膜１３とハードマスク１４との間の密着性を向上させる膜として機能する。上述したように、結合層３０の形成は、層間絶縁膜１３を構成する第１のプリベーク層３１と、ハードマスク１４を構成する第２のプリベーク層３２と、を同時にキュアすることによって行われる。従って、結合層３０の形成において、工程数は増加することなく、逆に、キュア工程を一回減らすことができる。このように、より効率的な配線層の形成が可能となる。
【００７４】
以下、第１の実施の形態で説明したのと同様に、層間絶縁膜１３およびハードマスク１４に配線溝１６を形成し、次いで、銅等の配線金属１８を埋め込む。続いて、ＣＭＰにより、ハードマスク１４が露出するまで表面を研磨し、不要な銅等を除去するとともに表面を平坦化する。こうして、１層の配線層が完成する。このようにして得られた配線層上に多層に配線層を形成することにより、図６に示すような半導体装置１１が得られる。
【００７５】
以上説明したように、第２の実施の形態では、ともに塗布膜から構成され、プリベーク状態で積層された層間絶縁膜１３とハードマスク１４とを、同時にキュアする。キュアにより、２層はその界面およびその近傍領域において溶融し、互いに硬化、結合した結合層３０が形成される。このように、結合層３０が形成されることにより、層間絶縁膜１３とハードマスク１４とは、良好な密着性を示し、ＣＭＰ工程における剥離等の発生は低減される。
【００７６】
また、上記のように、同時に２層をキュアする方法によれば、工程数の低減が可能であり、スループットの向上が図れる。
【００７７】
上記第２の実施の形態では、層間絶縁膜１３およびハードマスク１４を、それぞれ特性の異なるＳｉＯＣ系膜から構成するものとした。しかし、各膜を構成する材料は、上記例に限らず、どのような塗布材料を用いてもよい。例えば、ＢＣＢ膜、ＰＡＥ膜、ＣＦ等を用いることができる。
【００７８】
各層における構成材料の選択条件としては、十分なエッチング選択性が得られること、適度な溶融性が得られること、などが挙げられる。溶融性が低い場合には、十分な密着性が得られず、逆に、溶融性が高過ぎる場合には、層間絶縁膜１３としての膜特性が劣化することが考えられる。
【００７９】
上記第１および第２の実施の形態では、層間絶縁膜１３上にハードマスク１４を形成する場合について説明した。しかし、本発明は、他の用途、機能を有する絶縁膜の形成にも当然に適用することができる。
【００８０】
上記第１および第２の実施の形態では、シリコン半導体基板を用いる場合について説明した。しかし、基板として、Ｓｉ−Ｇｅ等の化合物半導体基板、ＳＯＩ（silicon on insulator）基板等の他の基板を用いてもよい。
また、本発明は、半導体装置１１の製造に限らず、液晶表示装置の製造等にも勿論適用可能である。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、良好な密着性で、互いに特性の異なる積層された絶縁層を備える、信頼性の高い半導体装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の断面構成を示す図である。
【図２】図１に示す半導体装置の製造工程を示す図である。
【図３】図１に示す半導体装置の製造工程を示す図である。
【図４】図１に示す半導体装置の製造工程を示す図である。
【図５】酸化剤の供給レシピを示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の断面構成を示す図である。
【図７】図７に示す半導体装置の製造工程を示す図である。
【図８】従来のダマシン法を用いた半導体装置の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
１１半導体装置
１２半導体基板
１３層間絶縁膜
１４ハードマスク
１４ａ表面層
１４ｂ中間層
３０結合層
３１第１のプリベーク層
３２第２のプリベーク層

Claims

プリベーク状態で積層された第１の絶縁層と、
プリベーク状態で前記第１の絶縁層上に設けられた第２の絶縁層と、
前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層とをキュアすることで、前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層との間に設けられた、密着層としての第３の結合層と、を備え、
前記第２の絶縁層は、前記第１の絶縁層と同一の基本骨格を有し、側鎖官能基が異なり、前記第１の絶縁層に対してエッチング選択性を有する有機シロキサン系材料から形成され、
前記第１の絶縁層は層間絶縁膜として機能し、前記第２の絶縁層はハードマスクとして機能することを特徴とする半導体装置。