JPH09326433A

JPH09326433A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH09326433A
Application number: JP14535696A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Inohara; 正弘猪原; Bii Anando Emu; エム・ビー・アナンド; Tadashi Matsunou; 正松能
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1996-06-07
Publication date: 1997-12-16

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、層間接続孔底部の銅拡散防止膜を
除去することにより、配線の長寿命化及び接続孔底部の
抵抗値の低減化を可能にした半導体装置を製造方法する
事を目的とする。【解決手段】本発明は、マスク材料を用いずに異方性
エッチング法により層間接続孔底部の銅拡散防止膜を除
去する際、銅拡散防止膜を除去したくない部分の銅拡散
防止膜の膜厚１７０を、層間接続孔底１７５の銅拡散防
止膜の膜厚よりも厚く形成する事により、除去したい銅
拡散防止膜のみを除去する事を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多層配線構造にお
ける半導体装置の製造方法に関するもので、特に、金属
配線の側面に形成された配線材料散防止膜の層間接続孔
に接続された部分を取り除く方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術を図を用いて詳細に説明する。
図１６の（１）に多層配線構造の半導体装置を、図１６
の（２）に図１６の（１）の断面図を示した。下層１２
９１に形成された銅を主成分とする金属配線１２０１の
周囲には層間絶縁膜１２２１へ銅原子が拡散する事を防
止するための銅拡散防止膜形１２１１及び１２１２が形
成されている。もし、この銅拡散防止膜がないと、銅が
周囲の層間絶縁膜に流出してしまい半導体素子の特性劣
化を引き起こしてしまうので、配線材料に銅を使用した
場合、前記銅拡散防止膜は必要不可欠である。

【０００３】次に、図１７に示されるように、図１６の
状態の半導体装置全面に銅拡散防止膜１２１３を形成す
る。その後、図１８における層間絶縁膜１２９２に形成
された層間接続孔１２０５及び１２０６及び上層１２９
３に形成された配線溝１２９４に銅を主成分とする配線
材料を埋め込む（図示せず）事により、多層配線構造を
有する半導体装置を製造する。

【０００４】また、図１８は図１７における半導体装置
の層間接続孔１２０５及び１２０６及び配線溝１２９４
に銅を主成分とする配線材料１２００を埋め込んだ後の
層間接続孔１２０５付近の拡大断面図である。図１８に
示すように層間接続孔１２０５の底部１２９９に銅拡散
防止膜が存在する。この銅拡散防止膜は銅の拡散速度が
極めて遅いため、図１８中のＩ１のように電流が流れる
場合には、電流が流れることによって生じる銅原子の移
動を妨げるため、配線内１２００及び１２０１及び層間
接続孔内１２０５にボイド（配線材料が配線中を移動
し、配線内に空間を作る現象）やヒロック（配線材料
が、配線外にはみ出す現象）を引き起こす事により配線
及び層間接続孔の断線の原因となるので、配線の寿命を
短縮させる。また、銅拡散防止膜の抵抗率が、銅を主成
分とする金属配線１２００及び１２０１の抵抗率よりも
大きい場合には、層間接続孔１２０５の抵抗増加を生じ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、銅を主
成分とする金属配線を多層配線構造の半導体装置に使用
した場合、前記金属配線に含まれる銅原子が周囲に拡散
する事を防止するための銅拡散防止膜を前記金属配線の
周囲に形成しなければならない。しかし、上述の様な配
線構造の場合にはこの銅拡散防止膜がエレクトロマイグ
レーションによる断線不良及び層間接続孔部分の抵抗増
加を招いていた。

【０００６】本発明は、層間接続孔底部の銅拡散防止膜
を除去することにより、配線の長寿命化及び接続孔底部
の抵抗値の低減化を可能にした半導体装置の製造方法を
提供をする事を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、マスク材料を用いずに異方性エッチン
グ法により層間接続孔底部の銅拡散防止膜を除去する
際、銅拡散防止膜を除去したくない部分の銅拡散防止膜
の膜厚を、層間接続孔底の銅拡散防止膜の膜厚よりも厚
く形成する事により、除去したい銅拡散防止膜を除去す
る事を特徴とする。

【０００８】本発明は、除去したくない部分の銅拡散防
止膜を残し、かつ、層間接続孔底部の銅拡散防止膜を除
去することが出来るので、層間接続孔底部の銅拡散防止
膜の存在に起因していたエレクトロマイグレーション及
び層間接続孔部分の抵抗増加を解消する事が出来る。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図を用いて詳
細に説明する。図１の（１）に示すように、半導体基板
等の上にＣＶＤ法により厚さ１００ｎｍ程度の窒化シリ
コンからなるエッチングストッパー膜１００を形成し、
前記エッチングストッパー膜１００の上にＣＶＤ法によ
り厚さ０．２〜１．０μm 程度の二酸化シリコンからな
る層間絶縁膜１０５を形成し、前記層間絶縁膜１０５に
通常のリソグラフィー法及び異方性エッチング法を用い
て配線溝１１０を形成し、前記配線溝１１０の内面及び
前記層間絶縁膜１０５の表面にスパッタ法もしくはＣＶ
Ｄ法により厚さ５０ｎｍ程度で窒化シリコンからなる銅
拡散防止膜１１５を形成し、前記銅拡散防止膜１１５の
上に銅を主成分とする配線材料１２０をスパッタ法によ
り形成した後に、後退手段により前記層間絶縁膜１０５
が露出するまで後退させ、前記配線溝１１０に銅拡散防
止膜及び銅を主成分とする金属配線（以下、純粋な銅か
らなる金属配線を含む）を形成する事により配線として
使用する下層１９１を形成する。

【００１０】ここで、エッチングストッパー膜には、一
般的に二酸化シリコンからなる層間絶縁膜と十分なエッ
チング選択比をもち、かつ、絶縁性に優れた窒化シリコ
ンを用いる。

【００１１】また、この後退手段には、加工制御性の優
れたエッチバック法（ＲＩＥ法、ＣＤＥ法等）もしくは
回転研磨法（ＣＭＰ法）を用いる。また、半導体装置に
余分な熱を加えたくないときには、ＣＭＰ装置により研
磨する事により後退除去しても良い。

【００１２】また、配線溝内１１０内に形成された銅拡
散防止膜は、簡便に成膜できる窒化シリコン膜を使用す
るのが最も効果的であるが、銅の拡散速度が極めて遅い
材料であるアモルファスチタンＳｉＮ、アモルファスタ
ングステンＳｉＮ、チタンナイトライド、タングステ
ン、タンタル等でも良い。

【００１３】次に、図１の（２）に示すように、層間絶
縁膜１０５の上にスパッタ法もしくはＣＶＤ法により厚
さ５０ｎｍ程度で、窒化シリコンからなる銅拡散防止膜
１２５を形成し、前記銅拡散防止膜１２５の上にＣＶＤ
法により厚さ０．５μm 程度の二酸化シリコンからなる
層間絶縁膜１３０を形成し、その上にＣＶＤ法により厚
さ１００ｎｍ程度の窒化シリコンからなるエッチングス
トッパー膜１３５を形成し、更にその上にＣＶＤ法によ
り層間絶縁膜１４０を形成し、前記層間絶縁膜１４０中
に通常のリソグラフィー法及び異方性エッチング法を用
いて配線溝１４５を形成した後、前記配線溝１４５の内
面及び層間絶縁膜１４０の表面にスパッタ法またはＣＶ
Ｄ法により厚さ５０ｎｍ程度の窒化シリコンからなる銅
拡散防止膜１５０を形成する事により層間絶縁膜１３０
の上に配線として使用する上層１９２を形成する。

【００１４】次に、図２に示すように、図１の（２）に
おける銅拡散防止膜１５０の上にレジスト（図示せず）
を塗布し、通常のリソグラフィー法によりこのレジスト
をパターニングし、前記パターニングしたレジストをマ
スクにして、異方性エッチング法を用いて、銅拡散防止
膜１５０、エッチングストッパー膜１３５、層間絶縁膜
１３０及び銅拡散防止膜１２５を順次エッチング除去
し、前記金属配線１２０を露出させる事により、上層１
９２と下層１９１とを接続する為の層間接続孔１５５及
び１６０を形成する。

【００１５】次に、図３に示すように、図２の状態にお
いて、スパッタ法又はＣＶＤ法により厚さ５０ｎｍ程度
の窒化シリコンからなる銅拡散防止膜１６５を形成す
る。また、この様にすれば、配線溝底部１７０の銅拡散
防止膜厚は、層間接続孔底部１７５の銅拡散防止膜厚よ
り厚く（約２倍）する事が出来、かつ、層間接続孔１５
５及び１６０の側面にも銅拡散防止膜を形成する事が出
来る。

【００１６】次に、図４に示すように、図３の状態にお
いて、マスクを用いずに異方性エッチング法により層間
接続孔底部１７５の銅拡散防止膜を除去する。この際、
配線溝底部１７０の銅拡散防止膜の一部もエッチング除
去されるが、上述のように、層間接続孔底部１７５の銅
拡散防止膜よりも配線溝底部１７０の銅拡散防止膜の方
が厚いので、図４に示されるように、層間接続孔底部１
７５の銅拡散防止膜を除去し、かつ、配線溝底部１７０
の銅拡散防止膜を残すことができる。その後、層間接続
孔１６０及び１５５、配線溝１４５に銅を主成分とする
配線材料を埋め込む事により多層配線構造を有する半導
体装置が製造される。

【００１７】本実施形態は以上の様に構成されているの
で、層間接続孔底部以外の銅拡散防止膜を残し、かつ、
層間接続孔底部の銅拡散防止膜を除去することが出来る
ので、層間接続孔底部の銅拡散防止膜の存在に起因して
いたエレクトロマイグレーション及び層間接続孔の抵抗
増加を解消する事が出来る。

【００１８】次に、第二の実施形態を図を用いて詳細に
説明する。図５の（１）に示すように、半導体基板等の
上にＣＶＤ法により厚さ１００ｎｍ程度の窒化シリコン
からなるエッチングストッパー膜５００を形成し、前記
エッチングストッパー膜５００の上にＣＶＤ法により厚
さ０．２〜１．０μm 程度の二酸化シリコンからなる層
間絶縁膜５０５を形成し、前記層間絶縁膜５０５に通常
のリソグラフィー法及び異方性エッチング法を用いて配
線溝５１０を形成し、前記配線溝５１０の内面及び前記
層間絶縁膜５０５の表面にスパッタ法もしくはＣＶＤ法
により厚さ５０ｎｍ程度で窒化シリコンからなる銅拡散
防止膜５１５を形成したあと、更にこの銅拡散防止膜５
１５の上面に銅を主成分とする配線材料５２０をスパッ
タ法又はＣＶＤ法により形成する。

【００１９】次に、図５の（２）に示すように、後退手
段を用いて銅拡散防止膜５１５及び配線材料５２０をエ
ッチング除去する事により前記層間絶縁膜５０５の表面
を露出させ、かつ、配線溝５１０内の銅拡散防止膜５１
５及び配線材料５２０も一部エッチング除去する。

【００２０】ここで、後退手段として、前述のエッチバ
ック法又はＣＭＰ法を用いる。次に、図５の（３）に示
されるように、露出した層間絶縁膜５０５及び配線材料
５２０の上にスパッタ法又はＣＶＤ法により窒化シリコ
ンからなる銅拡散防止膜５１６を形成する。

【００２１】次に、図５の（４）に示されるように、銅
拡散防止膜５１６をＲＩＥ法もしくはＣＭＰ装置により
研磨する事により、前記層間絶縁膜５０５が露出するま
で後退させ、前記配線溝５１０に銅拡散防止膜及び銅を
主成分とする金属材料５２０を形成する事により配線と
して使用する下層５９１を形成する。

【００２２】また、銅拡散防止膜５１５、５１６には、
簡便に成膜できる窒化シリコン膜を使用するのが最も効
果的であるが、銅の拡散速度が極めて遅い材料であるア
モルファスチタンＳｉＮ、アモルファスタングステンＳ
ｉＮ、チタンナイトライド、タングステン、タンタル等
でも良い。

【００２３】次に、図６の（１）に示されるように、第
一の実施形態における図１の（２）乃至図４の工程と同
様の工程により、多層配線構造を有する半導体装置が製
造される。

【００２４】本実施形態は以上の様に構成されているの
で、第一の実施形態と同様に、層間接続孔底部以外の銅
拡散防止膜を残し、かつ、層間接続孔底部の銅拡散防止
膜を除去することが出来るので、層間接続孔底部の銅拡
散防止膜の存在に起因していたエレクトロマイグレーシ
ョンによる断線不良及び層間接続孔の抵抗増加を解消す
る事が出来る。

【００２５】また、本実施形態は、第一の実施形態と事
なり層間絶縁膜５０５と５３０の間に銅拡散防止膜が存
在しないので、図６の（２）に示されるように、下層５
９１よりも更に下層に接続されたスルーホール５９５を
形成する事が容易となる。

【００２６】次に、第三の実施形態を図を用いて詳細に
説明する。図７の（１）に示すように、第一の実施形態
における図１の（１）と同様の方法で下層７９１を形成
する。

【００２７】次に、図７の（２）に示すように、層間絶
縁膜７０５の上にスパッタ法もしくはＣＶＤ法により厚
さ５０ｎｍで、窒化シリコンからなる銅拡散防止膜７２
５を形成し、前記銅拡散防止膜７２５の上にＣＶＤ法に
より厚さ０．５μm 程度の二酸化シリコンからなる層間
絶縁膜７３０を形成し、その上にＣＶＤ法により厚さ２
００ｎｍ程度の窒化シリコンからなる銅拡散防止効果を
持つエッチングストッパー膜７３５を形成し、通常のリ
ソグラフィー法及び異方性エッチング法を用いて前記銅
拡散防止効果を有するエッチングストッパー膜７３５に
層間接続孔形成用のパターニングを施し、更にその上に
ＣＶＤ法により層間絶縁膜７４０を形成する事により、
層間絶縁膜７３０の上に配線として使用する上層７９２
を形成する。また、銅拡散防止効果を有するエッチング
ストッパー膜７３５は２００ｎｍ程度とし、第一の実施
形態におけるそれよりも厚く（約二倍）形成している。

【００２８】次に、図８に示されるように、図７の
（２）の状態で、層間絶縁膜７４０の上にレジストを塗
布（図示せず）し、通常のリソグラフィー法を用いて前
記レジストをパターニングし、前記パターニングしたレ
ジストをマスクにして異方性エッチング法により層間絶
縁膜７４０をエッチング除去する事により配線溝７４５
を形成すると共に、銅拡散防止効果を有するエッチング
ストッパー膜７３５をマスクにして層間絶縁膜７３０を
エッチング除去する事により層間接続孔７６０及び７５
５も同時に形成し、配線材料７２０の表面を露出させ
る。

【００２９】また、この工程において配線溝７４５を形
成した後に層間接続孔７５５及び７６０を連続的に形成
しているので、エッチングスットッパー膜７３５は配線
溝７４５を形成する際にはエッチングストッパー膜とし
て作用し、層間接続孔７５５及び７６０を形成する際に
はマスクとして作用する。この為、銅拡散防止効果を有
するエッチングストッパー膜７３５の膜厚は層間接続孔
７５５及び７６０を形成する際にエッチング除去されて
層間絶縁膜７３０が露出する事がないように上述のよう
に厚く形成しなければならず、その膜厚はエッチング条
件（エッチャントガスの種類やエッチング時間等）及び
層間接続孔とのエッチング選択比等により決定される。

【００３０】次に、図９に示されるように、図８の状態
において、スパッタ法もしくはＣＶＤ法により厚さ５０
ｎｍで、窒化シリコンからなる銅拡散防止膜７６５を形
成する。

【００３１】次に、図１０に示されるように、図９の状
態において、マスクを用いずに異方性エッチング法を用
いて層間接続孔底部７７５の銅拡散防止膜７６５をエッ
チング除去する。この際、層間絶縁膜７４０の上面及び
配線溝底部７７０の銅拡散防止膜７６５も同時に除去さ
れるが、配線溝底部７７０においては、銅拡散防止効果
を有するエッチングストッパー膜７３５の存在により層
間絶縁膜７３０は露出しない。また、この後、層間接続
孔７６０及び７５５及び配線溝７４５に銅を主成分とす
る配線材料を埋め込む事により多層配線構造の半導体装
置が製造される。

【００３２】また、前述したように、銅拡散防止効果を
有するエッチングストッパー膜７３５は銅拡散防止作用
を有する物質（この実施形態では窒化シリコン）からな
るので、配線材料に含まれる銅原子が配線溝底部７７０
から層間絶縁膜７３０に拡散する事はない。

【００３３】本実施形態は以上の様に構成されているの
で、層間接続孔底部の銅拡散防止膜を除去することが出
来るので、層間接続孔底部の銅拡散防止膜の存在に起因
していたエレクトロマイグレーションによる断線不良及
び層間接続孔の抵抗増加を解消する事が出来る。

【００３４】次に、第四の実施形態を図を用いて詳細に
説明する。図１１に示される様に、図５の（１）乃至
（４）に示される工程と全く同様の工程により、層間絶
縁膜１１０５に配線溝１１１０が形成され、前記配線溝
１１１０に周囲が銅拡散防止膜１１１６及び１１１５に
覆われた配線材料１１２０が埋め込まれた下層１１９１
を形成する。

【００３５】次に、第三の実施形態に示される図７の
（２）乃至図１０に示される工程と全く同様の工程によ
り、図１１の（２）に示されるような多層配線構造の半
導体装置が製造される。

【００３６】また、銅拡散防止膜１１１６には、簡便に
成膜できる窒化シリコン膜を使用するのが最も効果的で
あるが、銅の拡散速度が極めて遅い材料であり、抵抗率
が窒化シリコンより低いアモルファスチタンＳｉＮ、ア
モルファスタングステンＳｉＮ、チタンナイトライド、
タングステン、タンタル等でも良い。

【００３７】本実施形態は以上の様に構成されているの
で、第三の実施形態同様に、層間接続孔底部の銅拡散防
止膜を除去することが出来るので、層間接続孔底部の銅
拡散防止膜の存在に起因していたエレクトロマイグレー
ション及び層間接続孔の抵抗増加を解消する事が出来
る。

【００３８】次に、第五の実施形態を図を用いて詳細に
説明する。図１２に示すように、第一の実施形態におけ
る図１の（１）と同様の方法で下層９９１を形成する。
次に、図１２の（２）に示すように、層間絶縁膜９０５
の上にスパッタ法もしくはＣＶＤ法により厚さ５０ｎｍ
で、窒化シリコンからなる銅拡散防止膜９２５を形成
し、前記銅拡散防止膜９２５の上にＣＶＤ法により厚さ
０．５μm 程度の二酸化シリコンからなる層間絶縁膜９
３０を形成し、その上にＣＶＤ法により厚さ２００ｎｍ
程度の窒化シリコンからなるエッチングストッパー膜９
３５を形成する。

【００３９】更に、その上にＣＶＤ法により層間絶縁膜
９４０を形成し、通常のリソグラフィー法を用いて、こ
の層間絶縁膜９４０に配線溝９４５を形成する。また、
エッチングストッパー膜９３５は銅拡散防止効果を持つ
ものとする。

【００４０】次に、図１３に示されるように、図１２の
（２）の状態で、通常のリソグラフィー法を用いて層間
接続孔９５５及び９６０を形成した後に、スパッタリン
グ法もしくはＣＶＤ法を用いて厚さ５０ｎｍ程度の銅拡
散防止膜９５０を形成する。

【００４１】次に、図１４に示されるように、図１３の
状態において、マスクを用いずに異方性エッチング法を
用いて層間接続孔底部の銅拡散防止膜９５０をエッチン
グ除去する。

【００４２】この際、層間絶縁膜９４０の上面及び配線
溝底部の銅拡散防止膜９５０も同時に除去されるが、配
線溝底部においては、銅拡散防止効果を持つエッチング
ストッパー膜９３５の存在により層間絶縁膜９３０は露
出しない。

【００４３】また、この後、層間接続孔９６０及び９５
５及び配線溝９４５に銅を主成分とする配線材料を埋め
込む事により多層配線構造の半導体装置が製造される。
また、前述したように、エッチングストッパー膜９３５
は銅拡散防止作用を有する物質（この実施形態では窒化
シリコン）からなるので、配線材料に含まれる銅原子が
配線溝底部から層間絶縁膜９３０に拡散する事はない。

【００４４】本実施形態は以上の様に構成されているの
で、層間接続孔底部の銅拡散防止膜を除去することが出
来るので、層間接続孔底部の銅拡散防止膜の存在に起因
していたエレクトロマイグレーションによる断線不良及
び層間接続孔の抵抗増加を解消する事が出来る。

【００４５】また、以上の実施形態は全て、上層に形成
された配線溝と下層に形成された配線溝は平行であった
が、図１５に示されるように、上層の配線１１２１及び
下層の配線１１２２はねじれの位置であっても良い。

【００４６】また、以上の実施形態では配線材料の主成
分は銅であるが、アルミニウムを主成分（純粋なアルミ
ニウムを含む）としてもよい。その場合には銅拡散防止
膜に代えて、エレクトロマイグレーション寿命を長くす
る効果を有するＴｉ、ＴｉＮ等のバリヤメタル材料を使
用する。

【００４７】また、半導体装置の設計上、配線の配置に
制約がある場合には、上層と下層の配線は平走している
事が望ましい。また、下層の配線と上層の配線が平走し
ている場合、上層の配線と下層の配線を層間接続等によ
り最短に接続するためには、下層の配線は上層の配線の
真下になければならい。しかし、上層および下層の配線
をねじれの位置にしたときは、その必要がないので上層
及び下層の配線の配置の自由度が増す。

【００４８】また、本発明によれば、層間接続孔底部の
銅拡散防止膜を除去することが出来るので、層間接続孔
底部の銅拡散防止膜の存在に起因していたエレクトロマ
イグレーション及び層間接続孔の抵抗増加を解消する事
が出来き、かつ、層間絶縁膜への銅の拡散を確実に防止
する事が出来る。更には配線の配置自由度が増す。

【００４９】これらの為、本発明は、配線の低抵抗化、
長寿妙化、配置自由度の増加及び銅等の配線材料の周辺
への流出防止が要求される高集積化ＤＲＡＭ、ロジック
ＬＳＩ等に利用が可能である。

【００５０】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されているの
で、層間接続孔底部の銅拡散防止膜のみを除去すること
ができる。この為、層間接続孔底部の銅拡散防止膜の存
在によって引き起こされるエレクトロマイグレーション
に起因した配線寿命の短縮及び層間接続孔の抵抗増加に
よる半導体装置の特性劣化を抑制する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態における半導体装置の
製造工程断面図。

【図２】本発明の第一の実施形態における半導体装置の
製造工程断面図。

【図３】本発明の第一の実施形態における半導体装置の
製造工程断面図。

【図４】本発明の第一の実施形態における半導体装置の
製造工程断面図。

【図５】本発明の第二の実施形態における半導体装置の
製造工程断面図。

【図６】本発明の第二の実施形態における半導体装置の
製造工程断面図。

【図７】本発明の第三の実施形態における半導体装置の
製造工程断面図。

【図８】本発明の第三の実施形態における半導体装置の
製造工程断面図。

【図９】本発明の第三の実施形態における半導体装置の
製造工程断面図。

【図１０】本発明の第三の実施形態における半導体装置
の製造工程断面図。

【図１１】本発明の第四の実施形態における半導体装置
の製造工程断面図。

【図１２】本発明の第四の実施形態における半導体装置
の製造工程断面図。

【図１３】本発明の第四の実施形態における半導体装置
の製造工程断面図。

【図１４】本発明の第四の実施形態における半導体装置
の製造工程断面図。

【図１５】本発明の第六の実施形態における半導体装置
の製造工程断面図。

【図１６】従来の多層配線構造を有する半導体装置の製
造工程断面図。

【図１７】従来の多層配線構造を有する半導体装置の製
造工程断面図。

【図１８】従来の多層配線構造を有する半導体装置の層
間接続孔付近の拡大断面図。

【符号の説明】

１９１、７９１、１２９１下層１９２、７９２、１２９３上層１２０、１２０１、１１２、１１２２金属配線１０５、１３０、１４５、７４０、１２２１、１２９２
層間絶縁膜１１５、１２５、１５０、１６５、５１５、５１６、７
１５、７２５、銅拡散防止膜７６５、１１１５、１１１７、１１１８、１１２１、１
１２２、１２１１銅拡散防止膜１２１２、１２１３銅拡散防止膜１３０、１４０、１５５、１６０、５０５、５５５層
間接続孔５６０、７６０、７５５、１２０５、１２０６層間接
続孔１１０、１４５、５１０、７１０、７４５、１１２０、
１２９４配線溝１２０、５２０、１２００、１２０１配線材料１２９４底部１００、１３５、７３５、５００エッチングストッパ
ー膜１７０配線溝底部１７５層間接続孔底部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁膜を介して相異なる第一及び第二の
層にそれぞれ形成した第１及び第２の銅配線を互いに電
気的に接続する半導体装置の製造方法において、前記第一の層に、周囲が第１の銅拡散防止膜に覆われた
前記第１の銅配線を配設する工程と、前記第１の銅配線上に配線溝を有する層間絶縁膜を形成
する工程と、前記層間絶縁膜表面に第２の銅拡散防止膜を形成する工
程と、前記配線溝底部より前記第１の銅配線に至る接続孔を形
成する工程と、前記配線溝の底部及び側面、及び前記接続孔の底部及び
側面に第３の銅拡散防止膜を形成する工程と、異方性エッチングにより前記配線溝の側面及び前記接続
孔の側面においては前記第３の銅拡散防止膜を残存させ
つつも前記接続孔底部の前記第３の銅拡散防止膜を除去
し前記第１の銅配線を露出させる工程と、前記配線溝及び前記接続孔に銅材料を埋設することによ
り前記第１の銅配線と電気的に接続された前記第２の銅
配線を形成する工程とを具備することにより前記第１の
銅配線と前記第２の銅配線とは前記第３の銅拡散防止膜
を介さずに直接接続されつつも前記接続孔の側面を前記
第３の銅拡散防止膜により覆う事を可能とした半導体装
置の製造方法。
【請求項２】絶縁膜を介して相異なる第一及び第二の
層にそれぞれ形成した第一及び第二の銅配線を互いに電
気的に接続する半導体装置の製造方法において、前記第一の層に、周囲が第一の銅拡散防止膜に覆われた
前記第一の銅配線を配設する工程と、前記第一の銅配線上に第一の層間絶縁膜、接続孔予定領
域が開口された第二の銅拡散防止膜及び配線溝の形成さ
れた第二の層間絶縁膜を順に形成する工程と、前記配線溝底部より前記第二の銅拡散防止膜の開口され
た部分を介して前記第一の銅配線に至る接続孔を形成す
る工程と、前記配線溝の底部及び側面、及び前記接続孔の底部及び
側面に第三の銅拡散防止膜を形成する工程と、異方性エッチングにより前記配線溝の側面及び前記接続
孔の側面においては前記第三の銅拡散防止膜を残存させ
つつも前記接続孔底部の前記第三の銅拡散防止膜を除去
し前記第一の銅配線を露出させる工程と、前記配線溝及び前記接続孔に銅材料を埋設することによ
り前記第一の銅配線と電気的に接続された前記第二の銅
配線を形成する工程とを具備することにより前記第一の
銅配線と前記第二の銅配線とは前記第三の銅拡散防止膜
を介さずに直接接続されつつも前記接続孔の側面を前記
第三の銅拡散防止膜により覆う事を可能とした半導体装
置の製造方法。
【請求項３】半導体基板上に、周囲が第一の配線材料
拡散防止膜により覆われている第一の配線を有する配線
層を形成する工程と、前記配線層の上に絶縁性の第一の層間絶縁膜層、エッチ
ングストッパー膜、第二の層間絶縁膜層を積層形成する
工程と、前記第二の層間絶縁膜に第一の配線溝を形成するととも
にこの第二の層間絶縁膜の上面及び前記第一の配線溝の
内面に第二の配線材料拡散防止膜を形成する工程と、前記第一の配線溝の底部の前記第二の配線材料拡散防止
膜、前記エッチングストッパー膜、前記第一の層間絶縁
膜及び前記第一の配線材料の上面を覆っている前記第一
の配線材料拡散防止膜を選択的に除去し、前記第一の配
線を露出させることにより層間接続孔を形成する工程
と、前記第二の配線材料拡散防止膜表面及び前記層間接続孔
内側面及び前記第一の配線材料の上面に第三の配線材料
拡散防止膜を形成する工程と、前記層間接続孔内の側面及び前記第一の配線溝側面上に
おいては前記第三の配線材料拡散防止膜を残しつつ前記
第一の配線材料の上面の第三の配線材料拡散防止膜を除
去する工程と、前記層間接続孔及び前記第一の配線溝に第二の配線材料
を埋め込む工程とを具備することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
【請求項４】側面が配線材料拡散防止膜に覆われた配
線を有する配線層が層間絶縁膜を介して積層され、前記
配線間を接続するコンタクトホールの製造方法におい
て、側面が配線材料拡散防止膜により覆われている第一の配
線材料を有する配線層を形成する工程と、前記配線層の上に第一の層間絶縁膜を形成する事により
層間絶縁膜層を形成する工程と、前記層間絶縁膜層の上にエッチングストッパー膜を形成
する工程と、前記エッチングストッパー膜の上に第二の層間絶縁膜を
形成する工程と、前記第二の層間絶縁膜の上に第一のレジストを塗布した
後、リソグラフィー法により前記第一の配線材料の上方
の前記第一のレジストをパターニングし、前記パターニ
ングされた第一のレジストをマスクにして、異方性エッ
チング法により前記エッチングストッパー膜が露出する
まで前記第二の層間絶縁膜をエッチング除去する事によ
り前記第二の層間絶縁膜に第一の配線溝を形成する工程
と、前記第一のレジストを剥離した後、前記第二の層間絶縁
膜の上面及び前記第一の配線溝の内面に第一の配線材料
拡散防止膜を形成する工程と、前記第一の配線材料拡散防止膜の上に第二のレジストを
塗布し、リソグラフィー法により前記第一の配線溝内の
前記第二のレジストをパターニングし、前記パターニン
グされた第二のレジストをマスクにして、異方性エッチ
ング法を用いて、前記第一の配線溝底部の前記第一の配
線材料拡散防止膜及び前記エッチングストッパー膜及び
前記第一の層間絶縁膜及び前記第一の配線材料の上面を
覆っている前記配線材料拡散防止膜を除去し、第一の配
線材料を露出させる事により層間接続孔を形成する工程
と、前記第二のレジストを剥離した後、少なくとも前記第一
の配線材料拡散防止膜表面及び前記層間接続孔側面及び
前記第一の配線材料の上面に第二の配線材料拡散防止膜
を形成する工程と、前記層間接続孔内の側面及び前記第一の配線溝側面の第
二の配線材料拡散防止膜を残し、前記第一の配線材料の
上面の第二の配線材料拡散防止膜を異方性エッチング法
により除去する工程と、前記層間接続孔及び前記第一の配線溝に第二の配線材料
を埋め込む工程とを有する事を特徴とする半導体装置の
製造方法。
【請求項５】前記配線層を形成する工程が、第三の層
間絶縁膜にリソグラフィー法及び異方性エッチング法に
より第二の配線溝を形成する工程と、前記第二の配線溝に前記第一の配線材料を埋め込む際
に、前記第一の配線材料の前記第二の配線溝に接する面
のみを第三の配線材料拡散防止膜で覆われた第一の配線
材料を形成する工程と、前記第三の層間絶縁膜の上面及び前記第二の配線溝に埋
め込まれた前記第一の配線材料の上面に第四の配線材料
拡散防止膜を形成する工程とからなる事を特徴する請求
項３及び４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】前記配線層を形成する工程が、第三の層
間絶縁膜にリソグラフィー法及び異方性エッチング法に
より第二の配線溝を形成する工程と、前記第二の配線溝の内面及び前記第三の層間絶縁膜の上
面に第三の配線材料拡散防止膜を形成する工程と、前記第一の配線材料拡散防止膜の上面に前記第一の配線
材料を積層形成する工程と、前記積層形成された第三の配線材料拡散防止膜及び前記
第一の配線材料を前記第三の層間絶縁膜が露出するまで
後退させるための第一の後退除去手段により除去し、前
記第二の配線溝内の第三の配線材料拡散防止膜及び前記
第一の配線材料の一部も同時に後退除去する工程と、少なくとも一部除去された前記第二の配線溝内の第三の
配線材料拡散防止膜及び前記第一の配線材料の上面に第
四の配線材料拡散防止膜を形成する工程と、前記第四の配線材料拡散防止膜を前記第三の層間絶縁膜
が露出するまで第二の後退除去手段により、一部除去さ
れた前記配線溝内にのみ第四の配線材料拡散防止膜を残
す工程とからなる事を特徴とする請求項３及び４記載の
半導体装置の製造方法。
【請求項７】半導体基板上に、周囲が第一の配線材料
拡散防止膜により覆われている第一の配線を有する配線
層を形成する工程と、前記配線層の上に絶縁性の第一の層間絶縁膜層、接続孔
予定領域が開口された第二の配線材料拡散防止膜、第二
の層間絶縁膜層を積層形成する工程と、前記第二の層間絶縁膜に第一の配線溝を形成する工程
と、前記第一の配線溝の底部の前記第二の配線材料拡散防止
膜の開口された領域を介し、前記第一の層間絶縁膜及び
前記第一の配線材料の上面を覆っている前記第一の配線
材料拡散防止膜を選択的に除去し、前記第一の配線を露
出させることにより層間接続孔を形成する工程と、前記第二の配線材料拡散防止膜表面及び前記層間接続孔
内側面及び前記第一の配線材料の上面及び前記第二の層
間絶縁膜表面に第三の配線材料拡散防止膜を形成する工
程と、前記層間接続孔内の側面及び前記第一の配線溝側面上に
おいては前記第三の配線材料拡散防止膜を残しつつ前記
第一の配線材料の上面の第三の配線材料拡散防止膜を除
去する工程と、前記層間接続孔及び前記第一の配線溝に第二の配線材料
を埋め込む工程とを具備することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
【請求項８】側面が配線材料拡散防止膜に覆われた配
線を有する第一及び第二の配線層が層間絶縁膜を介して
積層され、前記配線間を接続するコンタクトホールの製
造方法において、側面が配線材料拡散防止膜により覆われている第一の配
線材料を有する第一の配線層を形成する工程と、前記第一の配線層の上に第一の層間絶縁膜を形成する事
により層間絶縁膜層を形成する工程と、前記層間絶縁膜層の上に銅拡散防止機能をもつエッチン
グストッパー膜を形成する工程と、前記エッチングストッパー膜の上に第一のレジストを塗
布し、リソグラフィー法を用いて前記第一の配線材料の
上方部分の前記第一のレジストをパターニングし、前記
パターニングした第一のレジストをマスクにして、異方
性エッチング法により前記エッチングストッパー膜をエ
ッチング除去する事により層間接続孔形成用パターンを
形成する工程と、前記第一のレジストを剥離した後、前記層間接続孔形成
用パターン内及び前記エッチングストッパー膜の表面に
第二の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第二の層間絶縁膜の上に第二のレジストを塗布し、
リソグラフィー法を用いて、少なくとも前記層間接続孔
形成用パターン上部の前記第二のレジストをパターニン
グし、前記パターニングされた第二のレジストをマスク
に使用し、第二の層間絶縁膜をエッチング除去する事に
より第一の配線溝を形成し、かつ、層間接続孔形成用に
パターニングされた前記エッチングストッパー膜及び前
記パターニングされた第二のレジストをマスクにして、
第一の層間絶縁膜及び前記第一の配線材料の上面を覆っ
ている配線材料拡散防止膜をエッチング除去し、前記第
一の配線材料を露出させる事により層間接続孔を形成す
る工程と、前記パターニングされた第二のレジストを剥離した後、
前記第一の配線溝の内面及び前記第二の層間絶縁膜の上
面及び前記層間接続孔の側面及び前記露出した第一の配
線材料の上面に第一の配線材料拡散防止膜を形成する工
程と、前記第二の層間絶縁膜の上面及び前記第一の配線材料の
上面の前記第一の配線材料拡散防止膜を異方性エッチン
グ法を用いて除去する工程と、前記層間接続孔及び前記第一の配線溝に第二の配線材料
を埋め込む工程とを有する事を特徴とする半導体装置の
製造方法。
【請求項９】絶縁膜を介して相異なる第一及び第二の
層に、それぞれ形成された第一及び第二の銅配線を互い
に電気的に接続する半導体装置の製造方法において、前記第一の層に、周囲が第一の銅拡散防止膜に覆われた
前記第一の銅配線を配設する工程と、前記第一の銅配線上に第一の層間絶縁膜、エッチングス
トッパー膜としても作用する第二の銅拡散防止膜、配線
溝の形成された第２の層間絶縁膜を順に形成する工程
と、前記第二の銅拡散防止膜及び第一の層間絶縁膜を除去し
て、前記第一の銅配線に至る接続孔を形成する工程と、少なくとも前記配線溝の側面及び前記接続孔の底部及び
側面に第三の銅拡散防止膜を形成する工程と、異方性エッチングにより前記配線溝の側面及び前記接続
孔の側面においては前記第二の銅拡散防止膜を残存させ
つつも前記接続孔底部の前記第二の銅拡散防止膜を除去
し前記第一の銅配線を露出させる工程と、前記配線溝及び前記接続孔に銅材料を埋設することによ
り前記第一の銅配線と電気的に接続された前記第二の銅
配線を形成する工程とを具備することにより前記第一の
銅配線と前記第二の銅配線とは前記第三の銅拡散防止膜
を介さずに直接接続されつつも前記接続孔の側面を前記
第三の銅拡散防止膜により覆う事を可能とした半導体装
置の製造方法。
【請求項１０】周囲が第一の配線材料拡散防止膜によ
り覆われている第一の配線を有する配線層を形成する工
程と、前記配線層の上に絶縁性の第一の層間絶縁膜層、第二の
配線材料拡散防止膜、第二の層間絶縁膜層を積層形成す
る工程と、前記第二の層間絶縁膜に、前記第二の配線材料拡散防止
膜か露出するまで第一の配線溝を形成する工程と、前記第一の配線溝の底部の前記第二の配線材料拡散防止
膜、前記第一の層間絶縁膜、前記第一の配線材料の上面
を覆っている前記第一の配線材料拡散防止膜を選択的に
除去し、前記第一の配線を露出させることにより層間接
続孔を形成する工程と、前記第二の配線材料拡散防止膜表面及び前記層間接続孔
内側面及び前記第一の配線材料の上面及び前記第二の層
間絶縁膜表面に第三の配線材料拡散防止膜を形成する工
程と、前記層間接続孔内の側面及び前記第一の配線溝側面上に
おいては前記第三の配線材料拡散防止膜を残しつつ前記
第一の配線材料の上面の第三の配線材料拡散防止膜を除
去する工程と、前記層間接続孔及び前記第一の配線溝に第二の配線材料
を埋め込む工程とを具備することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
【請求項１１】前記配線層を形成する工程が、第三の
層間絶縁膜にリソグラフィー法及び異方性エッチング法
により第二の配線溝を形成する工程と、前記第二の配線溝に第一の配線材料を埋め込む際に、前
記第一の配線材料の側面を第三の配線材料拡散防止膜で
覆う工程とからなることを特徴とする請求項７乃至１０
記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】前記配線層を形成する工程が、第三の
層間絶縁膜にリソグラフィー法及び異方性エッチング法
により第二の配線溝を形成する工程と、前記第二の配線溝の内面及び前記第三の層間絶縁膜の上
面に第二の配線材料拡散防止膜を形成する工程と、前記第一の配線材料拡散防止膜の上面に前記第一の配線
材料を積層形成し、前記積層形成された第二の配線材料
拡散防止膜及び前記第一の配線材料を前記第三の層間絶
縁膜が露出するまで第一の後退除去手段により後退除去
し、前記第二の配線溝内の第一の配線材料拡散防止膜及
び前記第一の配線材料の一部も同時に後退除去する工程
と、少なくとも一部除去された前記第二の配線溝内の第二の
配線材料拡散防止膜及び前記第一の配線材料の上面に第
三の配線材料拡散防止膜を形成し、前記第三の配線材料
拡散防止膜を前記第三の層間絶縁膜が露出するまで第二
の後退除去手段により、一部除去された前記配線溝内に
のみ第三の配線材料拡散防止膜を残す工程とからなる事
を特徴とする請求項７乃至１０記載の半導体装置の製造
方法。
【請求項１３】前記第一及び第二の後退除去手段が活
性種を利用した化学エッチング法である事を特徴とする
請求項６及び１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】前記第二の後退除去手段が研磨法であ
る事を特徴とする請求項６及び１２記載の半導体装置の
製造方法。
【請求項１５】前記エッチングストッパー膜が窒化シ
リコンからなる事を特徴とする請求項３及び４及び９及
び１０記載の半導体装置の製造方法。