JP4092902B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特に、層間絶縁膜を含むダマシン配線構造とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の超ＬＳＩデバイスでは、数ｍｍ角のチップに数百万個以上の素子を集積する必要があるため、素子を微細化、多層化することが不可欠である。そして、デバイス動作速度の高速化のため、配線抵抗および層間容量の低減が重要な課題となる。特にロジック系のデバイスでは、配線抵抗低減のため銅（Ｃｕ）を配線材料に用い、配線間の寄生容量を低減するためにシリコン酸化膜よりも比誘電率（約３．９）が小さくなる低誘電率膜を用いることが必要である。
【０００３】
上記Ｃｕ配線は、低抵抗かつ高信頼性のため、次世代配線材料としてもっとも注目されているものである。しかし、Ｃｕは従来のアルミ材料と異なり、ドライエッチングによる加工が難しいため、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing)法を用いた埋め込み配線（ダマシン配線）技術が行われている。このＣｕの埋め込み配線技術では、絶縁層間膜中に配線溝あるいは接続孔（ビア）を形成し、その後Ｃｕをスパッタやめっき技術により埋め込み、ＣＭＰにより余剰のＣｕを除去し、所望の配線やビアプラグを得ている。
【０００４】
これまで製品に使用されてきた従来の技術（以下、第１の従来例と記す）を図１９を参照して説明する。図１９はダマシン配線の製造工程順の断面図である。図１９（ａ）に示すように、半導体基板（図示せず）上の層間絶縁膜２０１上に第１シリコン窒化膜２０２、低誘電率膜２０３、第２シリコン窒化膜２０４、シリコン酸化膜２０５が化学気相成長（ＣＶＤ）法等で積層して堆積される。そしてフォトリソグラフィー技術でレジストマスク２０６が形成され、これをエッチングマスクにしたドライエッチング技術でもってシリコン酸化膜２０５がエッチングされるパターニングされる。
【０００５】
次に、図１９（ｂ）に示すように、レジストマスク２０６が除去され、上記パターニングされたシリコン酸化膜２０５をハードマスクにして、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）でもって第２シリコン窒化膜２０４、低誘電率膜２０３、第１シリコン窒化膜２０２がドライエッチングされる。このようにして配線溝２０７が形成される。上記のドライエッチング工程では、シリコン窒化膜のエッチング速度／シリコン酸化膜のエッチング速度の比、および、低誘電率膜のエッチング速度／シリコン酸化膜のエッチング速度の比、すなわちエッチングの選択比を大きくするような反応ガスの選択が重要である。
【０００６】
次に、図１９（ｃ）に示すように、全面にバリア膜２０８が窒化タンタル（ＴａＮ）等で形成され、上記配線溝を埋め込むようにメッキ法等でＣｕ膜２０９が形成される。
【０００７】
次に、ＣＭＰ法で上記Ｃｕ膜２０９およびバリア膜２０８の不要部分が研磨除去される。ここで、シリコン酸化膜２０５は研磨ストッパーとして機能する。このようにして、図１９（ｄ）に示すようにダマシン配線２１０が形成されることになる。しかし、このようにしてできあがる配線構造では、後述するように配線間の寄生容量が増加する。
【０００８】
そこで、特開２０００−２９４６３３号公報では、配線溝底のエッチングストッパー層やハードマスクとして有機絶縁膜を用いる構造を提案している。上記公報に記載の技術（以下、第２の従来例と記す）について図２０を参照して説明する。図２０はデュアルダマシン配線構造の断面図である。
【０００９】
図２０に示すように、下部層間膜３１１には下部配線３１２が形成されている。そして、第１絶縁膜３１３、第１有機絶縁膜３１４、第２絶縁膜３１５、第２有機絶縁膜３１６が積層して形成されている。ここで、第１絶縁膜３１３、第２絶縁膜３１５はキセロゲル膜であると規定されている。
【００１０】
そして、接続孔および配線溝の側壁にバリアメタル３１７が形成され、接続孔および配線溝内を充填するＣｕ配線３１８が形成されてデュアルダマシン配線３１９が形成される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、第１の従来例では、ダマシン配線の厚さ言いかえれば配線溝の深さを規定するため、層間絶縁膜を低誘電率膜とシリコン窒化膜とを積層して形成する。そして、シリコン窒化膜をエッチングストッパーとして用いることでダマシン配線の厚さを規定する。また、埋め込まれるＣｕはレジストマスク除去のためのアッシングに用いられる酸素プラズマに弱く、容易に酸化するため、ハードマスクで加工する場合が多く、この場合でも配線材料とは異なる種類の膜、例えばシリコン窒化膜などの使用が必要になる。
【００１２】
このように第１の従来例の配線技術では、シリコン窒化膜が多用される。しかし、シリコン窒化膜は比誘電率が７程度であり、比誘電率３以下の低誘電率膜を層間絶縁膜に使っても、実効的な誘電率が増大するため、配線間の寄生容量の低減が難しくなる。
【００１３】
そして、第２の従来例の配線構造の特徴の１つは、図２０で説明したように、ダマシン配線すなわち配線溝が第１有機絶縁膜３１４上に形成されることである。しかし、図２１（ａ）に示すように、第１絶縁膜３１３と第１有機絶縁膜３１４に形成する接続孔３２０の深さが、第２絶縁膜３１５と第２有機絶縁膜３１６に形成する配線溝３２１の深さに比べて薄い場合、接続孔３２０底の下部配線３１２表面がドライエッチングのプラズマ３２２に長時間曝されることになる。ここで、下部配線３１２がＣｕで構成されると、Ｃｕの腐食、劣化の面で大きな問題となる。
【００１４】
また、図２１（ｂ）のように、露光時に接続孔３２０と下層配線３１２間で目合わせずれが生じた場合、接続孔形成のための第１絶縁膜３１３のオーバーエッチング時に下部層間膜３１１に突き抜け部３２３が発生する。そこで、配線構造の形成において、上記露光の目合わせずれを考慮しておくことが必要不可欠となる。この対策として、上記公報では露光時の目合わせずれに対する具体的な記載はないが、接続部での下層配線幅を接続孔の口径よりも大きくする必要が生じる。しかし、このため配線ピッチが大きくなってしまうことは必然であり、配線ピッチの増大がチップサイズを増大させることになる。理想的には、チップ内の最小ピッチ配線において、接続孔の口径とダマシン配線の幅とがほぼ同等となり、接続孔の口径と配線溝の寸法とが同一になることが望ましい。
【００１５】
以上に述べた観点から、下部配線３１２上面にもエッチングストッパー膜が必要で、かつそのエッチングストッパー膜自体も低誘電率であり、さらにＣｕ拡散防止能を有していることが必要となる。しかし、上記公報においては、露光の目合わせずれ対策として下地配線３１２上のエッチングストッパー膜を形成することは考慮されていない。
【００１６】
本発明の主目的は、積層する低誘電率の層間絶縁膜を形成できるようにすると共に、層間絶縁膜のエッチング選択性を向上させて、微細で高精度な（デュアル）ダマシン配線を容易に形成できるようにすることにある。そして、本発明の他の目的は、ダマシン配線の接続孔の底部のエッチングストッパー膜に有機絶縁膜を用い、接続孔底のエッチングストッパー膜と配線溝底のエッチングストッパー膜を同時にエッチング除去できるようにしてＣｕ配線上の損傷の少ない製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段は、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、符号等が添記されている。その符号等は、本発明の複数の実施の形態（実施例）のうちの、少なくとも１つの実施の形態（実施例）を構成する技術的事項、特に、その実施の形態（実施例）に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている符号等に一致している。このような符号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態（実施例）の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。そして、この対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態（実施例）の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【００２１】
そして、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子が形成された基板上に第１の有機絶縁膜（ＢＣＢ膜４）、第１の絶縁膜（ＡＬＣＡＰTM膜５）、第２の有機絶縁膜（ＢＣＢ膜６）、第２の絶縁膜（ＡＬＣＡＰTM膜７）、第３の有機絶縁膜（ＢＣＢ膜８）をこの順に積層して形成した後に前記第３の有機絶縁膜上に無機膜（シリコン酸化膜１０）を設ける工程と、前記無機膜上に形成した配線溝パターンを有するレジストマスク（第１レジストマスク１１）を用いたドライエッチングにより、前記第２の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記無機膜と第３の有機絶縁膜と第２の絶縁膜とをエッチングし配線溝（１２，１２ａ）を形成する工程と、前記レジストマスクを除去後、接続孔パターンを有するレジストマスク（第２レジストマスク１３）をを用いたエッチングにより、前記第１の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記第２の有機絶縁膜と第１の絶縁膜とをエッチングし配線溝（１２）に連結する接続孔（１４）を形成する工程と、前記接続孔パターンを有するレジストマスクを除去後、前記配線溝（１２，１２ａ）底の第２の有機絶縁膜と前記接続孔（１４）底の第１の有機絶縁膜とを同時にエッチングする工程とを含む。
【００２２】
あるいは、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子が形成された基板上に第１の有機絶縁膜、第１の絶縁膜、第２の有機絶縁膜、第２の絶縁膜、第３の有機絶縁膜をこの順に積層して形成した後に前記第３の有機絶縁膜上に無機膜を設ける工程と、前記無機膜上に形成した接続孔パターンを有するレジストマスク（第３レジストマスク２０）を用いたドライエッチングにより、少なくとも前記無機膜と第３の有機絶縁膜と第２の絶縁膜と第２の有機絶縁膜とをエッチングし接続孔（開孔２１）を形成する工程と、前記レジストマスクを除去後、配線溝パターンを有するレジストマスク（第４レジストマスク２２）を用いたエッチングにより、前記第１の有機絶縁膜と第２の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを同時にエッチングし前記接続孔（開孔２１）を前記第１の有機絶縁膜表面まで延在させると共に配線溝（１２，１２ａ）を形成する工程と、前記配線溝パターンを有するレジストマスクを除去後、前記配線溝（１２，１２ａ）底の第２の有機絶縁膜（ＢＣＢ膜６）と前記接続孔（１４）底の第１の有機絶縁膜（ＢＣＢ膜４）を同時にエッチングする工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００２３】
あるいは、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子が形成された基板上に第１の有機絶縁膜、第１の絶縁膜、第２の有機絶縁膜、第２の絶縁膜、第３の有機絶縁膜をこの順に積層して形成した後に前記第３の有機絶縁膜上に無機膜を設ける工程と、前記無機膜上に形成した接続孔パターンを有するレジストマスク（第２レジストマスク２０）を用いたエッチングにより、前記第１の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記無機膜と第３の有機絶縁膜と第２の絶縁膜と第２の有機絶縁膜と第１の絶縁膜とをエッチングし接続孔（１４）を形成する工程と、前記レジストマスクを除去後、反射防止膜（ＡＲＣ膜２３、埋込ＡＲＣ膜２４）を全面に塗布する工程と、配線溝パターンを有するレジストマスク（第５レジストマスク２５）を用いたエッチングにより、前記第２の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記第２の絶縁膜をエッチングし配線溝（１２，１２ａ）を形成する工程と、前記配線溝パターンを有するレジストマスクと前記反射防止膜を除去後、前記配線溝（１２，１２ａ）底の第２の有機絶縁膜と前記接続孔（１４）底の第１の有機絶縁膜を同時にエッチングする工程とを含む。
【００２４】
あるいは、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子が形成された基板上に第１の有機絶縁膜、第１の絶縁膜、第２の有機絶縁膜、第２の絶縁膜、第３の有機絶縁膜をこの順に積層して形成した後に前記第３の有機絶縁膜上に無機膜を設ける工程と、前記無機膜上に形成した配線溝パターンを有するレジストマスク（第１レジストマスク１１）を用いたエッチングにより、前記第３の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記無機膜をエッチングする工程と、前記レジストマスクを除去後、接続孔パターンを有するレジストマスク（第６レジストマスク２７）を用いたエッチングにより、前記第３の有機絶縁膜（ＢＣＢ膜８）と第２の絶縁膜と第２の有機絶縁膜と第１の絶縁膜の一部とを順次エッチングし接続孔（開孔２１）を形成する工程と、前記接続孔パターンを有するレジストマスクを除去後、前記無機膜（シリコン酸化膜１０）をマスクとして前記第３の有機絶縁膜をエッチングし、前記第１の有機絶縁膜と第２の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを同時にエッチングし、前記接続孔を前記第１の有機絶縁膜の表面まで延在させると共に配線溝（１２，１２ａ）を形成する工程と、前記配線溝（１２，１２ａ）底の第２の有機絶縁膜と前記接続孔（１４）底の第１の有機絶縁膜とを同時にエッチングする工程と、を含む。
【００２５】
あるいは、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子が形成された基板上に第１の有機絶縁膜、第１の絶縁膜、第２の有機絶縁膜、第２の絶縁膜、第３の有機絶縁膜をこの順に積層して形成した後に前記第３の有機絶縁膜上に第１の無機膜（シリコン酸化膜１０）および第２の無機膜（シリコン窒化膜２８）とをこの順に積層して設ける工程と、前記第２の無機膜上に形成した配線溝パターンを有するレジストマスク（第１レジストマスク１１）を用いたエッチングにより、前記第１の無機膜をエッチングストッパーとして前記第２の無機膜をエッチングする工程と、前記レジストマスクを除去後、接続孔パターンを有するレジストマスク（第６レジストマスク２７）を用いたエッチングにより、前記第１の無機膜と第３の有機絶縁膜と第２の絶縁膜と第２の有機絶縁膜と第１の絶縁膜の一部とを順次エッチングし接続孔（開孔２１）を形成する工程と、前記接続孔パターンを有するレジストマスクを除去後、前記第２の無機膜をマスクとして前記第１の無機マスクと前記第３の有機絶縁膜をエッチングした後、前記第１の有機絶縁膜と第２の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを同時にエッチングし、前記接続孔を前記第１の有機絶縁膜の表面まで延在させると共に配線溝（１２，１２ａ）を形成する工程と、前記配線溝（１２，１２ａ）底の第２の有機絶縁膜と前記接続孔（１４）底の第１の有機絶縁膜を同時にエッチングする工程とを含む。
【００２６】
上述した第１、第２、第３の有機絶縁膜のうち、少なくとも１つが有機高分子を主骨格としたＳｉ含有の有機薄膜である。そして、前記有機高分子がベンゼン環を含有する構造である。あるいは、前記有機高分子を主骨格としたＳｉ含有の有機薄膜は、ジビニルシロキサンベンゾシクロブテンが重合された重合体で構成される。
【００２７】
そして、上述した第１、第２の絶縁膜のうち少なくとも１つがＳｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水素含有の絶縁膜である。そして、前記Ｓｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水素含有の絶縁膜はポーラス構造である。あるいは、前記Ｓｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水素含有の絶縁膜が有機成分を含有する。あるいは、前記Ｓｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした有機成分を含有する水素含有の絶縁膜は有機シルセスクオザンである。
【００２８】
そして、本発明の半導体装置の製造方法では、前記配線溝底の第２の有機絶縁膜と前記接続孔底の第１の有機絶縁膜を同時にエッチングする前に、酸素とフロロカーボンガスを含む混合ガスプラズマを用いてシリコン窒化膜からなる無機膜だけをエッチバックする。そして、ダマシン配線のためメタルのＣＭＰの際に最表面の無機膜を除去する。
【００２９】
あるいは、本発明の半導体装置の製造方法では、前記配線および接続孔のエッチング形成後、溝配線用のメタルの成膜前にヘリウムプラズマ中あるいはその他の不活性ガスをプラズマ励起したプラズマ中での処理を行う。
【００３１】
そして、本発明の半導体装置の製造方法では、アルゴンと酸素とフロロカーボンガスを含む混合ガスプラズマを用いて前記絶縁膜を前記有機絶縁膜に対して高い選択比でエッチングする。あるいは、前記有機絶縁膜のプラズマエッチングに際し、少なくとも窒素、水素、フロロカーボンを含む混合ガスを用いて、前記有機絶縁膜を前記絶縁膜に対して高い選択比でエッチングする。
【００３２】
すなわち、アルゴンと酸素とフロロカーボンガスを含む混合ガスのプラズマを用い前記有機絶縁膜をエッチングマスクあるいはエッチングストッパー層として前記絶縁膜を選択的にエッチングする。そして、窒素と水素の混合ガスにフロロカーボンガスを添加しプラズマ励起して前記有機絶縁膜を選択的にエッチングする。ここで、前記フロロカーボンガスは、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 、ＣＨ2 Ｆ2 、Ｃ4 Ｆ8 、Ｃ5 Ｆ8 、 あるいは、これらの混合ガスである。
【００３３】
このようにすることで、ダマシン配線構造を形成する層間絶縁膜の誘電率は容易に低減できるようになる。そして、上記配線のピッチは大幅に小さくなり、微細で高密度の多層配線が高精度に形成できるようになる。
【００３４】
また、ダマシン配線と接続孔の底部のエッチングストッパーに有機絶縁膜を用い、接続孔底のエッチングストッパー膜と配線溝底のエッチングストッパー膜を同時にエッチング除去できるようになりＣｕ配線表面の損傷は皆無になる。また、（デュアル）ダマシン配線を多層化しても、層間絶縁膜の反りあるいはクラックの発生は大幅に低減する。このようにして高品質の多層配線が形成できるようになる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。図１は本発明を適用した多層配線構造の断面図である。図１に示す配線構造は、２層のデュアルダマシン配線になっており、同じ構造を有する下層配線部１と上層配線部２とが積層して形成される場合を示している。以下、上層配線部２を詳細に説明する。なお、下層配線部１には下層デュアルダマシン配線３、下層ダマシン配線３ａが設けられている。
【００３６】
図１に示すように、下層配線部１上に接続孔のエッチングストッパーとして機能するＢＣＢ膜４が形成されている。これが第１の有機絶縁膜である。そして、第１の絶縁膜であるＡＬＣＡＰTM膜５、配線溝のエッチストッパーとして機能し第２の有機絶縁膜であるＢＣＢ膜６、第２の絶縁膜であるＡＬＣＡＰTM膜７、第３の有機絶縁膜であるＢＣＢ膜８から成る積層構造の低誘電率絶縁膜から構成される。
【００３７】
かかる積層構造の低誘電率絶縁膜に対して、配線溝は、上記第３の有機絶縁膜であるＢＣＢ膜８と第２の絶縁膜であるＡＬＣＡＰTM膜７と第２の有機絶縁膜であるＢＣＢ膜６に形成される。そして、この配線溝の底から、第１の絶縁膜であるとＡＬＣＡＰTM膜５と第１の有機絶縁膜であるＢＣＢ膜４とを貫く接続孔が形成される。図１の配線構造は上記のことを特徴としている。そして、上記配線溝および接続孔にメタルが埋め込まれて、上層デュアルダマシン配線９と上層ダマシン配線９ａが形成される。ここで、配線溝の幅寸法と接続孔の口径寸法は同一となっている。そして、上層デュアルダマシン配線９の幅寸法と上記下層デュアルダマシン配線３の幅寸法も同じである。
【００３８】
上述したように、低誘電率の絶縁膜であるところの第１、第２の絶縁膜を第１、第２および第３の有機絶縁膜で挟みこむことで、配線の実効誘電率を上昇させることなく、加工寸法精度の高い多層のＣｕ配線が可能となる。また、上記ＢＣＢ膜のような有機絶縁膜は、Ｃｕ拡散防止能が非常に高く、配線構造下部の基板上の半導体素子をＣｕ配線からのＣｕ汚染から完全に保護する。
【００３９】
ここで、上記有機絶縁膜は、ＢＣＢ膜（ジビニルシロキサンベンゾシクロブテン重合体で形成された有機膜）のように有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機膜であり、上記絶縁膜はＡＬＣＡＰTM（旭化成株式会社の化学物質の商品名）膜のようにＳｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水素あるいは有機成分含有の絶縁膜である。なお、接続孔のエッチングストッパーとして機能する第１の有機絶縁膜はかならずしも単層膜である必要はなく、有機成分とシリカ成分との混合比が段階的に異なる複層膜であってもかまわない。
【００４０】
有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜は、スピン塗付法及びプラズマ重合法のいずれの成膜方法で形成することも可能である。スピン塗付法が使用される場合、まず、出発原料であるモノマーが基板にスピン塗付される。更に、基板をアニールすることにより、モノマーが熱重合され、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜が形成される。また、プラズマ重合法が使用される場合、出発原料であるモノマーが気化されて、モノマー蒸気が生成される。そのモノマー蒸気が不活性ガス中に導入され、更に重合されて、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜が形成される。このような有機絶縁膜として使用できるものには、ＢＣＢ膜の他にポリアリルエーテル−Ｓｉ結合の有機絶縁膜があることを確認している。この他に、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜としては、一般に有機シロキサン、または、芳香族および／あるいは炭化水素鎖を含む有機シロキサンで構成されるものであれば使用できる材料が存在する。
【００４１】
Ｓｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜は主にスピン塗布法で形成される。ここで、この絶縁膜が半導体装置を構成する層間絶縁膜として使用される場合、その比誘電率はシリコン酸化膜よりも低いことが好ましい。このようなＳｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜としては、上述したように全芳香族有機化合物で構成されているＡＬＣＡＰTMが使用され得る。更に、上記のＡＬＣＡＰTM膜の他に、シルセスキオキサン類の絶縁膜、あるいは、Ｓｉ−Ｈ結合、Ｓｉ−ＣＨ3 結合、Ｓｉ−Ｆ結合のうち少なくとも１つの結合を含むシリカ膜で形成してもよい。なお、これらの絶縁膜は多孔性を有していてもよい。ここで、シルセスキオキサン類の絶縁膜は、Ｓｉ−Ｏベースの誘電体膜であり、そのような絶縁膜としては、ＭＳＱ膜の他にシルセスキオキサン類であるハイドロゲンシルセスキオキサン（Hydrogen Silsesquioxane)、メチレーテッドハイドロゲンシルセスキオキサン（Methylated Hydrogen Silsesquioxane）あるいはフルオリネーテッドシルセスキオキサン（Furuorinated Silsesquioxane）のような低誘電率膜がある。
【００４２】
次に、上記ＢＣＢ膜の具体的な製法について説明する。上述したように、ＢＣＢ膜はプラズマ重合法により形成される。1999 Symposium on VLSI Technologypp.45-46に記述があるように、以下のようなプロセスで形成可能である。図１８は、ＢＣＢ膜を形成するプラズマ重合装置１００を示す。プラズマ重合装置１００は、原料タンク１０１、液体流量制御器１０２、気化器１０３、気体流量制御器１０４、真空反応室１０５、ポンプ１０６、及びＲＦ電源１０７を含む。
【００４３】
原料タンク１０１は、ジビニルシロキサンベンゾシクロブテンモノマー１１１を気化器１０３に供給する。原料タンク１０１には、ジビニルシロキサンベンゾシクロブテンモノマー１１１が入っている。ジビニルシロキサンベンゾシクロブテンモノマー１１１は、室温で液体である。原料タンク１０１には、加圧Ｈｅガス１１２が供給されている。ジビニルシロキサンベンゾシクロブテンモノマー１１１は、加圧Ｈｅガス１１２により加圧され、液体流量制御器１０２を介して気化器１０３に送られる。
【００４４】
気化器１０３は、ジビニルシロキサンベンゾシクロブテンモノマー１１１を気化して気化モノマー１１４を生成し、真空反応室１０５に供給する。気化器１０３には、気体流量制御器１０４を介して、Ｈｅキャリアガス１１３が供給されている。ジビニルシロキサンベンゾシクロブテンモノマー１１１とＨｅキャリアガス１１３とは混合され、気化器１０３に含まれる気化室（図示されない）に送られる。気化室は、１．３×１０Ｐａ程度に減圧され、更に、２００℃程度に加熱されている。気化室に送られたジビニルシロキサンベンゾシクロブテンモノマー１１１は、瞬時に気化され、気化モノマー１１４が生成される。ジビニルシロキサンベンゾシクロブテンモノマー１１１の気化能は、０．１〜０．５ｇ／ｍｉｎ程度である。気化された気化モノマー１１４は真空反応室１０５に送られる。
【００４５】
真空反応室１０５では、気化モノマー１１４が重合され、ＢＣＢ膜１１６が基板１１５に形成される。真空反応室１０５は、ポンプ１０６によって減圧される。真空反応室１０５には、基板ヒータ１０５ａとシャワーヘッド１０５ｂとが設けられている。基板ヒータ１０５ａには、低周波電源（図示されない）が接続され、４３０ｋＨｚの低周波電圧が供給される。シャワーヘッド１０５ｂには、ＲＦ電源１０７が接続され、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧が供給される。
【００４６】
基板ヒータ１０５ａに４３０ｋＨｚの低周波電圧が、シャワーヘッド１０５ｂに１３．５６ＭＨｚの高周波電圧が供給されると、基板ヒータ１０５ａとシャワーヘッド１０５ｂとの間に、Ｈｅプラズマ１１７が発生する。Ｈｅプラズマ１１７の中に、気化モノマー１１４が導入されると、ジビニルシロキサンベンゾシクロブテンが有するシクロ基の開環反応とビニル基の重合反応とが進行し、ジビニルシロキサンベンゾシクロブテン重合体からなるＢＣＢ膜１１６が基板１１５に形成される。
【００４７】
このような成膜方法により、耐熱性が４００℃以上、比誘電率ｋが２．４〜２．７であるＢＣＢ膜１１６が、実際に得られる。このＢＣＢ膜は２０％程度のシリカ成分を含むが、このような有機成分とシリカ成分あるいはシリコン成分とからなる複合膜も有機絶縁膜としてもよい。さらには、該有機成分と該シリカ成分あるいはシリコン成分の一部が窒化された複合膜も有機絶縁膜としてもよい。
【００４８】
一方、Ｓｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜を形成するＡＬＣＡＰTMは、Advanced Metallization Conference（ＡＭＣ）２０００，ｐｐ．１７１に記述されているような過程で形成される。
【００４９】
先ず、ａｌｉｐｈａｔｉｃポリマー（スペーサー）と溶媒を混ぜたシリカゾルを作成する。シリコンウエハ上に室温で混合液をスピンオン塗布する。その後１２０℃〜２００℃で溶媒を除去しながら、ゾルのｇｅｌａｔｉｏｎ反応を起こす。さらに４００℃まで加熱することによりスペーサーを除去する。このようなプロセスを経て、ＡＬＣＡＰTM膜が形成される。ＡＬＣＡＰTM膜の膜厚はスピンスピードとスピンコーティングプロセスによって決定される。最終的な誘電率は１．６〜２．７程度となる。
【００５０】
次に、本発明の特徴の１つとなる、低誘電率となる絶縁膜と有機絶縁膜のドライエッチングの方法について図２および図３を参照して説明する。以下では、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜として、上述した方法で形成されたＢＣＢ膜が使用され、Ｓｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜として、ＡＬＣＡＰTM（旭化成株式会社製）で形成されたＡＬＣＡＰTM膜が使用される場合の、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜とＳｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜のエッチング方法及びエッチング特性について説明する。
【００５１】
図２は、上述したＢＣＢ膜とＡＬＣＡＰTM膜およびプラズマＣＶＤによって生成されたシリコン窒化（ＳｉＮ）膜をそれぞれドライエッチングしたときのエッチング速度を示す。但し、エッチング条件は、以下の通りである。フロロカーボンガスであるＣＨ2 Ｆ2 ガスの流量は２０ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量は３００ｓｃｃｍ、Ｏ2 ガスの流量を３ｓｃｃｍから１０ｓｃｃｍまで変えた。また、使用されているエッチング装置は、平行平板電極型のエッチング装置であり、電極間距離は、３５（ｍｍ）である。また、上部電極への供給電力は、７００（Ｗ）、下部電極への供給電力は、１００（Ｗ）、エッチング圧力は、２．６（Ｐａ）である。
【００５２】
図２に示されているように、ＡＬＣＡＰTM膜は、酸素とフロロカーボンガスおよびアルゴンを含む混合ガスをエッチングガスとしてエッチングすると、エッチングが進行する。一方、ＢＣＢ膜は、酸素とフロロカーボンガスおよびアルゴンを含む混合ガスプラズマをエッチングガスとしてエッチングしようとしても、Ｏ2 流量が５ｓｃｃｍ以下ではエッチングがほとんど進行しない。更には、ＳｉＮ膜はＡＬＣＡＰTM膜と同様にエッチングは可能である。
【００５３】
このように、ＢＣＢ膜は、酸素とフロロカーボンガスおよびアルゴンを含む混合ガスで発生されたプラズマに対して耐エッチング性を有する。またＢＣＢ膜がＳｉＮ膜の直下にある場合には、上記条件によるＳｉＮ膜のエッチバックが可能となる。
【００５４】
さらに別のエッチング条件においても、ＡＬＣＡＰTM膜のエッチング速度／ＢＣＢ膜のエッチング速度の比すなわちエッチングの選択比を高くすることができる。以下に上述のＢＣＢ膜とＡＬＣＡＰTM膜をそれぞれエッチングしたときのエッチング速度を示す。
【００５５】
ＡＬＣＡＰTM膜：約１．２μｍ／ｍｉｎ、ＢＣＢ膜：約２９ｎｍ／ｍｉｎであり、この場合のエッチング選択比は４０以上になる。但し、エッチング条件は以下の通りである。フロロカーボンガスはＣ5 Ｆ8 ガスでその流量は１３ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量は４００ｓｃｃｍ、Ｏ2 ガスの流量は１８ｓｃｃｍである。また、使用されているエッチング装置は、平行平板電極型のエッチング装置であり、電極間距離は、３０（ｍｍ）である。また、上部電極への供給電力は、１８００（Ｗ）、下部電極への供給電力は、１５００（Ｗ）、エッチング圧力は、２．６（Ｐａ）である。この場合においても、ＢＣＢ膜は、酸素とフロロカーボンガスおよびアルゴンを含む混合ガスで発生されたプラズマに対して耐エッチング性を有し、十分な選択比が確保される。
【００５６】
一方でＢＣＢ膜のエッチング時には、少なくとも窒素／水素／フロロカーボンを含む混合ガスプラズマを用いる。図３は、ＢＣＢ膜およびＡＬＣＡＰTM膜のエッチング速度のＣＨ2 Ｆ2 ガス流量依存性を示す。このエッチングで特徴となるところは、Ｎ2 ガスとＨ2 ガスの混合ガスを用いることである。
【００５７】
エッチング条件は以下の通りである。Ｎ2 ガスの流量は２００ｓｃｃｍ、Ｈ2 ガスの流量は３３０ｓｃｃｍである。また、使用されているエッチング装置は、平行平板電極型のエッチング装置であり、電極間距離は、４５（ｍｍ）である。また、上部電極への供給電力は、１８００（Ｗ）、下部電極への供給電力は、１５０（Ｗ）、エッチング圧力は、１３（Ｐａ）である。但し、ＡＬＣＡＰ膜のエッチング時には、下部電極への供給電力は０（Ｗ）とした。
【００５８】
図３によると、ＣＨ2 Ｆ2 ガス流量の増加と共にＢＣＢ膜エッチング速度が増加し、エッチング可能となる。一方で、下部電極供給電力を０としたＡＬＣＡＰTM膜のエッチング速度はほぼ０である。このように、図３に示すエッチングでは、図２の場合とは逆に、ＢＣＢ膜のエッチング速度／ＡＬＣＡＰTM膜のエッチング速度の比を増大させることが可能になる。
【００５９】
このようなエッチングであると、ＡＬＣＡＰTMが側壁にあってもほとんどダメージを受けずに下層のＢＣＢ膜をエッチング加工することが可能となる。また、上記ガス系を用いてＣｕ配線上のＢＣＢ膜をエッチングしてもＣｕ配線の腐食が進行しないことが確認された。
【００６０】
以上から上記窒素／水素／フロロカーボンを含む混合ガスプラズマをＢＣＢ膜のエッチングに用いることは、ＡＬＣＡＰTM膜の側壁保護の面からも、Ｃｕ腐食の面からも適当であることがわかる。また、このエッチングでは基板の温度を零度以下にするとよい。このようにすると、上記の側壁保護は更に促進されるようになる。
【００６１】
上記の図２、図３ではＢＣＢ膜とＡＬＣＡＰTM膜の場合について示している。図２，図３に示したエッチングガスの選択効果はこれに限定されるものではなく、一般に、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜のエッチング速度／Ｓｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜のエッチング速度の比は、エッチング装置には余り依存しないため、図２あるいは図３で説明したのと同じエッチングガスの選択により、大きくしたり小さくしたりすることが容易である。なお、上記のエッチングに使用するフロロカーボンとしては、上記の他に、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 、Ｃ4 Ｆ8 等を用いても同様の効果が生じる。
【００６２】
上述したように、本発明による実施の形態では、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜をエッチングマスクあるいはエッチングストッパーとして用い、Ｓｉ−Ｏを主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜を低誘電率膜として用いる例を示しているが、同様のプロセスによって同様な層間絶縁膜の構造を得ることができれば、上記のような膜に限定されず、他のいかなる低誘電率膜も代替に利用することは可能である。
【００６３】
以上に説明されているように、本実施の形態の半導体装置は、Ｓｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜を主たる配線層間膜とし、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜をエッチングマスクあるいはエッチングストッパー層に用いる構造を有する。
【００６４】
また、本実施の形態の半導体装置の製造方法は、Ｓｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜と、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜とを積層する工程と、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜をエッチングマスクあるいはエッチングストッパー層に用い、Ｓｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜を選択的にエッチングする工程とを含む。あるいは、上記Ｓｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜をエッチングさせないで、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜を選択的にエッチングする工程を含む。また、半導体装置の製造方法は、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜を接続孔底のエッチングストッパーとして用い、配線溝底と接続孔底のエッチングストッパー膜を同時にエッチングする実施形態で使用され得る。
【００６５】
以下、使用形態が実施例により更に詳細に説明される。
【００６６】
【実施例】
［実施例１］
図４乃至図７は、実施例１に係る半導体装置の構造および半導体装置の製造方法を示す断面図である。ここで、図１に示したものと同様のものは同一符号で示される。
【００６７】
先ず、図４（ａ）に示されているように、下部配線部１の上面にＢＣＢ膜４が形成される。このＢＣＢ膜４は後述されるようにＡＬＣＡＰTM膜５をエッチングする際のエッチングストッパーとして機能する。更に、ＢＣＢ膜４の上面に、ＡＬＣＡＰTM膜５が形成される。更に、ＡＬＣＡＰTM膜５の上面に、別のＢＣＢ膜６が形成される。このＢＣＢ膜６は後述するようにＡＬＣＡＰTM膜７をエッチングする際のエッチングストッパーとして機能する。そして、ＢＣＢ膜６の上面に、ＡＬＣＡＰTM膜７が形成される。更に、ＡＬＣＡＰTM膜７の上面に、別のＢＣＢ膜８と、シリコン酸化膜１０とが、順次に形成される。後述されるように、ＢＣＢ膜８とシリコン酸化膜１０とは、ＡＬＣＡＰTM膜７、ＢＣＢ膜６、ＡＬＣＡＰTM膜５をエッチングする際のハードマスクになる。
【００６８】
続いて、図４（ｂ）に示されるように、公知のフォトリソグラフィー技術で配線溝パターンの第１レジストマスク１１が形成され、これをエッチングマスクとして、シリコン酸化膜１０、ＢＣＢ膜８、ＡＬＣＡＰTM膜７が、順次にエッチングされ、図４（ｃ）に示すように配線溝１２，１２ａが形成される。
【００６９】
上記のＢＣＢ膜８のエッチングにおいては、図３で説明したようなエッチングガスを用いる。すなわち、窒素／水素／フロロカーボンの混合ガスプラズマを用いる。
【００７０】
また、シリコン酸化膜１０およびＡＬＣＡＰTM膜７のエッチングにおいては、図２で説明したようなエッチングガスを用いる。すなわち、酸素とフロロカーボンガスおよびアルゴンを含む混合ガスをエッチングガスである。このようなエッチングガスであると、ＢＣＢ６のエッチングは進行しない。すなわち、エッチングストッパーとして機能する。ここで、タイムモジュレーションプラズマを使用してもよい。タイムモジュレーションプラズマを用いることによってＡＬＣＡＰTM膜７の側壁に保護膜層が厚く形成され、ボーイングの無い良好な配線溝の形状がえられる。
【００７１】
続いて図５（ａ）に示されているように、窒素／水素プラズマによって上記第１レジストマスク１１が剥離される。特願２００１−０４７３５８号に示されているように、ＢＣＢ膜のようなシリコン含有の有機膜は窒素／水素によっておかされないので、層間膜の腐食無しにアッシングすることが可能である。
【００７２】
続いて、図５（ｂ）に示されているように、再度フォトリソグラフィー技術で第２レジストマスク１３が形成される。ここで、第２レジストマスク１３は、配線溝１２上に接続孔パターンを有する。
【００７３】
続いて、図５（ｃ）に示されているように、第２レジストマスク１３をエッチングマスクにして、上記接続孔パターン下のＢＣＢ膜６、ＡＬＣＡＰTM膜５が順次ドライエッチングされ、接続孔１４が形成される。ここで、ＢＣＢ膜６のエッチングにおいては、図３で示したように、窒素／水素／フロロカーボンの混合ガスプラズマを用いる。この混合ガスプラズマを用いると側壁のＡＬＣＡＰTM膜７を損傷させるおそれが少なく、接続孔の側壁のサイドエッチング発生はほとんど無い。ここで、ドライエッチング時の基板の温度を零度以下の低温にすると、エッチング時に側壁保護がなされて、接続孔の側壁のサイドエッチングとそれに伴うボーイング発生は皆無になる。
【００７４】
また、ＡＬＣＡＰTM膜５のエッチングは図２で示したような条件で行う。この際も上述したように、ドライエッチングにおいてタイムモジュレーションプラズマを使用してもよい。タイムモジュレーションプラズマを用いることによって側壁保護膜層が厚く形成され、良好な形状がえられる。
【００７５】
次に、窒素／水素プラズマによって第２レジストマスク１３が剥離される。この場合も、上述したように、シリコン含有の有機膜は窒素／水素によっておかされないので、層間膜の腐食無しにアッシングすることが可能である。ただし、下層のＡＬＣＡＰTM膜５をオーバーエッチングする間にレジストを消失させることができれば、窒素／水素アッシングを行う必要はない。
【００７６】
このようにして、図６（ａ）に示されているように、配線溝１２，１２ａがＡＬＣＡＰTM膜７に形成され、接続孔１４がＡＬＣＡＰTM膜５に形成される。ここで、ＢＣＢ膜６，４はＡＬＣＡＰTM膜のエッチングストッパーとして機能し、配線溝の深さは高精度に制御される。更には、配線溝１２の寸法と接続孔１４の口径寸法は同一になるように容易に制御される。
【００７７】
続いて、図６（ｂ）に示されているように、パターニングされたシリコン酸化膜１０をハードマスクにして、接続孔１４底のＢＣＢ膜４と配線溝１２，１２ａ底のＢＣＢ膜６を、図３で説明したように窒素／水素／フロロカーボンの混合ガスプラズマを用いて同時にエッチングする。
【００７８】
この混合ガスプラズマを用いると、ＢＣＢ膜４の下層デュアルダマシン配線３のＣｕ配線を酸化させるおそれが無い。そして、上述したようにＡＬＣＡＰTM膜５，７の側壁を損傷させるおそれが少ない。このように接続孔１４底に配線溝１２，１２ａ底と同様の膜を設けることでＣｕ損傷の少ないエッチングを行うことが可能となる。また、接続孔１４と下層デュアルダマシン配線３とが目合わせずれてしまった場合に、第２の従来例で示したような、接続孔１４エッチング時の下層配線への突き抜けが抑制でき高精度なエッチング加工が可能となる。
【００７９】
次に、図６（ｃ）に示されるように、全面にＨｅプラズマ１５を照射する。これは、接続孔１４、配線溝１２，１２ａおよびシリコン酸化膜とＣｕ配線との密着性を高くし、ＣＭＰ研磨に耐えうるようにするためである。
【００８０】
続いて、図７（ａ）に示されているように、全面にバリア膜１６とＣｕ膜１７が形成される。ここで、バリア膜１６は窒化タンタル（ＴａＮ）である。そして、図７（ｂ）に示されているように、バリア膜１６とＣｕ膜１７はＣＭＰ法で不要部分が研磨除去され、バリアメタル１８とＣｕ配線１９とから成る上層デュアルダマシン配線９が形成される。この時、ＣＭＰ法にてシリコン酸化膜／ＢＣＢ膜の高選択ポリッシングを行うことで、最表層のシリコン酸化膜はほぼ完全に除去された状態になる。このようにして、図１で説明した配線構造ができあがことになる。ここで、上記ＢＣＢ膜８は、ＣＭＰ工程で研磨ストッパーとしても機能する。
【００８１】
このようにハードマスクとして用いたシリコン酸化膜を除去することにより、配線間層間膜が誘電率３以下の材料によって構成されるため、更なる配線間容量の低下が見込める。
【００８２】
実施例１の半導体の製造方法では、エッチングストッパーとしてＢＣＢ膜、層間絶縁膜の大部分を占める領域にＡＬＣＡＰTM膜を用いた例を示したが、同様の特性を示す膜であれば、これらの膜に限定されない。さらに実施例１のハードマスクとして、シリコン酸化膜を用いた例を示したが、同様のプロセスを行うことのできる膜であれば、これらの膜、ならびに組み合わせ、さらには層数に限定されない。即ち、シリコン窒化膜やＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＮなどを用いたり、２層や３層以上の無機膜を使用してもよい。
【００８３】
上述したように、実施例１の半導体装置の製造方法では、配線溝低と接続孔底にエッチングストッパーとなるＢＣＢ膜を設け、配線溝底と接続孔底のＢＣＢ膜を同時にエッチングしているため、Ｃｕ配線の損傷が少なく、微細で高精度のダマシン配線の形成が可能になる。
【００８４】
［実施例２］
図８、図９は、実施例２に係る半導体装置の構造および半導体装置の製造方法を示す断面図である。以下、実施例１と同様のものは同一符号で示す。
【００８５】
先ず、図８（ａ）に示されているように、図４（ａ）で説明したのと同様に下部配線部１の上面にＢＣＢ膜４、ＡＬＣＡＰTM膜５、ＢＣＢ膜６、ＡＬＣＡＰTM膜７、ＢＣＢ膜８およびシリコン酸化膜１０が、順次に積層して形成される。
【００８６】
続いて、図８（ｂ）に示すようにフォトリソグラフィー技術を用いて接続孔パターンを有する第３レジストマスク２０が形成され、上述したシリコン酸化膜１０、ＢＣＢ膜８、ＡＬＣＡＰTM膜７、ＢＣＢ膜６、ＡＬＣＡＰTM膜５が、実施例１と同様にして、それぞれ順次にエッチングされる。このようにして、図８（ｃ）に示されているように、ＡＬＣＡＰTM膜５の途中まででエッチング停止された開孔２１が形成される。
【００８７】
この際、ＡＬＣＡＰTM膜５，７のドライエッチングにタイムモジュレーションプラズマを使用してもよい。タイムモジュレーションプラズマを用いることによって上述したように側壁保護膜層が厚く形成され、良好な形状がえられる。また、ＢＣＢ膜エッチングにおいては、窒素／水素／フロロカーボンの混合ガスプラズマを用いる。この混合ガスプラズマを用いると、下層や側壁のＡＬＣＡＰTM膜５，７を損傷させるおそれが少ない。
【００８８】
続いて、図９（ａ）に示されているように、第３レジストマスク２０は上述した窒素／水素プラズマによって剥離され開孔２１のみとなる。但し、ＡＬＣＡＰTM膜５をエッチングするまでにレジストを消失させることができれば、窒素／水素アッシングを行う必要はない。
【００８９】
続いて、図９（ｂ）に示されているように、開孔２１が露出した配線溝パターンを有する第４レジストマスク２２が形成される。そして、図９（ｃ）に示されているように、第４レジストマスク２２をエッチングマスクにしてシリコン酸化膜、ＢＣＢ膜、ＡＬＣＡＰTM膜が上述したのと同様にして順次エッチングされ、配線溝１２，１２ａが形成される。更に、開孔２１のＡＬＣＡＰTM膜５も配線溝１２ａのＡＬＣＡＰTM膜７のエッチング中にエッチングされ、接続孔１４が形成される。ここで、配線溝１２，１２ａ底のＢＣＢ膜６と接続孔１４底のＢＣＢ膜４で上記ドライエッチングが停止する。この際、ＡＬＣＡＰTM膜５，７のエッチングにタイムモジュレーションプラズマを使用してもよい。このＡＬＣＡＰTM膜５，７のエッチングでは、図２で説明したようなエッチングガスが使用される。
【００９０】
以後の工程は、第１実施例の図６、図７で説明したのと同様にして、上層デュアルダマシン配線、上層ダマシン配線が形成される。
【００９１】
実施例２の半導体装置の製造方法においても、第１実施例の場合と同様に、接続孔底にエッチングストッパーとなるＢＣＢ膜を設け、接続孔底と配線溝底のＢＣＢ膜を同時にエッチングしているため、Ｃｕの損傷が少なく、精度の高いプロセスを行うことが可能になる。
【００９２】
［実施例３］
図１０、図１１は、実施例３に係る半導体装置の構造および半導体装置の製造方法を示す断面図である。ここで、上記の実施例と同様のものは同一符号で示す。なお、以降、明記しない場合は、シリコン酸化膜、ＢＣＢ膜あるいはＡＬＣＡＰTM膜のエッチングは、上記実施例１，２で説明したのと同じである。
【００９３】
先ず、図１０（ａ）に示されているように、図４（ａ）で説明したのと同様にして下部配線部１の上面にＢＣＢ膜４、ＡＬＣＡＰTM膜５、ＢＣＢ膜６、ＡＬＣＡＰTM膜７、ＢＣＢ膜８およびシリコン酸化膜１０が、順次に積層して形成される。
【００９４】
続いて、図１０（ｂ）に示すようにフォトリソグラフィー技術を用いてシリコン酸化膜１０上に接続孔パターンを有する第３レジストマスク２０が形成され、図１０（ｃ）に示すように、第３レジストマスク２０をエッチングマスクにしてＢＣＢ膜４表面に達する接続孔１４がエッチングで形成される。そして、上述したように第３レジストマスク２０をアッシングで除去する。このようにして図１１（ａ）に示す構造になる。
【００９５】
続いて、図１１（ｂ）に示されているように、シリコン酸化膜１０の上面に、反射防止膜であるＡＲＣ膜２３ならびに配線溝パターンを有する第５レジストマスク２５が形成される。ここで、接続孔内には埋込ＡＲＣ膜２４が形成され接続孔底のＢＣＢ膜４を保護する役割を果たす。
【００９６】
続いて、図１１（ｃ）に示されているように、第５レジストマスク２５および埋込ＡＲＣ膜２４をエッチングマスクにし、図２で説明したドライエッチングで、ＢＣＢ膜６をエッチングストッパーとし、上述したシリコン酸化膜１０、ＢＣＢ膜８、ＡＬＣＡＰTM膜７が順次エッチングされ、配線溝１２，１２ａが形成される。接続孔底のＢＣＢ膜４は埋込ＡＲＣ２４によりエッチングプラズマから保護される。
【００９７】
以後の工程は、上記第５レジストマスク２５および（埋込）ＡＲＣ膜２４，２３が上記のアッシング方法で除去される。そして、第１実施例の図６、図７で説明したのと同様にして、上層デュアルダマシン配線、上層ダマシン配線が形成される。この場合も、従来例１，２に説明したのと同様の効果が生じる。
【００９８】
［実施例４］
図１２、図１３は、実施例４に係る半導体装置の構造および半導体装置の製造方法を示す断面図である。以下、上記実施例と同様のものは同一符号で示す。なお、以降、明記しない場合は、シリコン酸化膜、ＢＣＢ膜あるいはＡＬＣＡＰTM膜のエッチングは、上記実施例１，２で説明したのと同じである。
【００９９】
先ず図１２（ａ）に示されているように、図４（ａ）で説明したのと同様にして下部配線部１の上面にＢＣＢ膜４、ＡＬＣＡＰTM膜５、ＢＣＢ膜６、ＡＬＣＡＰTM膜７、ＢＣＢ膜８およびシリコン酸化膜１０が、順次に積層して形成される。
【０１００】
続いて、図１２（ｂ）に示されているように、配線溝パターンを有する第１レジストマスク１１が形成され、これをエッチングマスクにしたドライエッチングで、図１２（ｃ）に示されているように、シリコン酸化膜１０がエッチングされ、上記配線溝パターンが転写されて開口２６が形成される。更に、Ｎ2 ／Ｈ2 プラズマによりレジストマスク１１がアッシング除去される。この際、ＢＣＢ膜が露出しているが、上述したようにＢＣＢ膜は、Ｎ2 ／Ｈ2 プラズマに対して耐エッチング性を有しエッチングされることはない。
【０１０１】
続いて、図１３（ａ）に示されているように、接続孔パターンを有する第６レジストマスク２７が形成され、第６レジストマスク２７をマスクとして、ＢＣＢ膜８がエッチングされる。そして、その下部のＡＬＣＡＰTM膜、ＢＣＢ膜、ＡＬＣＡＰTM膜が、順次にエッチングされて図１３（ｂ）に示すように、開孔２１が形成される。
【０１０２】
そして、図１３（ｃ）に示されているように、図３で説明したように、ＡＬＣＡＰTM膜５、ＡＬＣＡＰTM膜７のエッチングは抑制され、ＢＣＢ膜８が選択的にエッチングされ開口２６ａが形成される。このようにして、ＢＣＢ膜８、ＡＬＣＡＰTM膜７、ＢＣＢ膜６、およびＡＬＣＡＰTM膜５の中間深さの領域に開孔２１が形成される。この段階では、開孔２１はＢＣＢ膜４表面には達しない。
【０１０３】
続いて、ＡＬＣＡＰTM膜７と残りのＡＬＣＡＰTM膜５とが酸素とフロロカーボンの混合ガスプラズマでエッチングされ、図６（ａ）で示した構造になる。この際、接続孔１４底部に現われるＢＣＢ膜４および配線溝１２，１２ａ底のＢＣＢ膜６はエッチングストッパーとして作用する。以後の工程は、図６および図７に基づいて説明した通りである。この場合も、従来例１，２，３に説明したのと同様の効果が生じる。
【０１０４】
［実施例５］
図１４乃至図１６は、実施例５に係る半導体装置の構造および半導体装置の製造方法を示す断面図である。この場合も上記の実施例と同様のものは同一符号で示す。なお、以降、明記しない場合は、シリコン酸化膜、ＢＣＢ膜あるいはＡＬＣＡＰTM膜のエッチングは、上記実施例１，２で説明したのと同じである。
【０１０５】
先ず、図１４（ａ）に示されているように、図４（ａ）で説明したのと同様にして下部配線部１の上面にＢＣＢ膜４、ＡＬＣＡＰTM膜５、ＢＣＢ膜６、ＡＬＣＡＰTM膜７、ＢＣＢ膜８、シリコン酸化膜１０およびシリコン窒化膜２８が、順次に積層して形成される。
【０１０６】
続いて、図１４（ｂ）に示されているように、シリコン窒化膜２８の上面に配線溝パターンを有する第１レジストマスク１１が形成される。そして、第１レジストマスク１１をエッチングマスクとして、シリコン窒化膜２８がエッチングされ、図１４（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜２８に配線溝パターンが転写され開口２９が形成される。そして、酸素プラズマにより第１レジストマスク１１がアッシング除去される。
【０１０７】
続いて、図１５（ａ）に示されているように、接続孔パターンを有する第６レジストマスク２７が形成され、図１５（ｂ）に示すように開孔２１が形成される。そして、シリコン窒化膜２８をエッチングのマスクにしてシリコン酸化膜１０とＢＣＢ膜８とがドライエッチングされる。このようにして、図１５（ｃ）に示すような開孔２１と開口２９ａが形成される。
【０１０８】
続いて、図１６（ａ）に示されているように、上述したようにパターニングされたシリコン窒化膜とシリコン酸化膜とをハードマスクとして、ＡＬＣＡＰTM膜７とＡＬＣＡＰTM膜５が酸素とフロロカーボンの混合ガスプラズマでエッチングされ、配線溝１２，１２ａと接続孔１４とが形成される。その際、配線溝１２，１２ａの底部に現われるＢＣＢ膜６および接続孔１４底のＢＣＢ膜４はエッチングストッパーとして作用する。
【０１０９】
更に、図２で示したようなフロロカーボン／酸素の混合ガスを用いて、図１６（ｂ）に示すようにシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を選択的にエッチングしシリコン酸化膜１０を露出させる。フロロカーボン／酸素の混合ガスの条件を適当にすることで、ＢＣＢ膜６やＢＣＢ膜４を損傷すること無く、シリコン窒化膜をエッチバックすることが可能である。ここで、ＣＭＰの補強用にシリコン窒化膜を一部残しておいてもよい。
【０１１０】
その後、図３で説明したような窒素／水素／フロロカーボンの混合ガスプラズマを用いて、ＢＣＢ膜４，６を選択的に同時にエッチングする。このようにして、配線溝１２，１２ａと接続孔１４が形成される。この混合ガスプラズマを用いると、ＢＣＢ膜４の下層のＣｕを酸化させるおそれが無い。また側壁のＡＬＣＡＰTM膜５およびＡＬＣＡＰTM膜７を損傷させるおそれが少ない。
【０１１１】
以後の工程は、図７に基づいて説明した通りである。なお、上記シリコン窒化膜の残存する一部およびシリコン酸化膜はＣＭＰで研磨除去してもよい。この場合も、従来例１，２，３，４に説明したのと同様の効果が生じる。
【０１１２】
実施例５の半導体の製造方法では、下層にシリコン酸化膜、上層にシリコン窒化膜を用いた２層の無機膜を用いた例を示したが、同様のプロセスを行うことのできる膜であれば、これらの膜、ならびに組み合わせ、さらには層数に限定されない。即ち、下層にシリコン窒化膜、上層にシリコン酸化膜を用いてもよいし、ＳｉＣやＳｉＣＮ、ＳｉＯＮなどを用いたり、単層や３層以上の無機膜を使用してもよい。
【０１１３】
［実施例６］
前述したような実施例でもって、シリコン基板３１に素子分離絶縁膜３２で分離され、コンタクトプラグ３３の形成された層間絶縁膜３４で被覆されたＭＯＳＦＥＴ３５上に、ダマシン構造のＣｕ多層配線が形成される実施例を図１７を参照して説明する。以下に、その構造的な特徴を示す。
【０１１４】
ＭＯＳＦＥＴ３５上のシリコン酸化膜で成る層間絶縁膜３４の表面はＣＭＰ法により平坦化されている。ここで、層間絶縁膜３４の膜厚は７００ｎｍ程度である。この層間絶縁膜３４にはＭＯＳＦＥＴ３５の拡散層およびゲート電極に至る０．１μｍφのコンタクトホールが形成され、このコンタクトホールに、Ｔａ（１０ｎｍ）／ＴａＮ（１０ｎｍ）のバリアメタルで囲まれたＣｕ材料のコンタクトプラグ３３が形成されている。
【０１１５】
上記層間絶縁膜３４上に配線溝のエッチングストッパーである第２の有機絶縁膜３７として３０ｎｍ厚のＤＶＳ（ジビニルシロキサン）−ＢＣＢ膜が形成されている。そして、第２の有機絶縁膜３７上には３００ｎｍ厚のポーラス有機シリカ膜で第２の絶縁膜３８が形成され、その上部に第３の有機絶縁膜３９として３０ｎｍ厚のＤＶＳ−ＢＣＢ膜が形成されている。
【０１１６】
第１層ダマシン配線４１は、上記ＤＶＳ−ＢＣＢ膜／ポーラス有機シリカ膜／ＤＶＳ−ＢＣＢ膜からなる積層絶縁膜を貫く配線溝にＴａ（１０ｎｍ）／ＴａＮ（１０ｎｍ）のバリアメタルで覆われたＣｕ配線が埋め込まれた構造となっている。そして、第１層ダマシン配線４１は、コンタクトプラグ３３に接続され、第１層ダマシン配線４１上には、接続孔のエッチングストッパー膜として３０ｎｍ厚のＤＶＳ−ＢＣＢ膜から成る第１の有機絶縁膜４０が形成されている。
【０１１７】
更に、４００ｎｍ厚のポーラス有機シリカ膜で第１の絶縁膜３６が形成され、配線溝エッチングストッパー膜として３０ｎｍ厚のＤＶＳ−ＢＣＢ膜で第２の有機絶縁膜３７ａが形成されている。そして、第２の有機絶縁膜３７ａ上には３００ｎｍ厚のポーラス有機シリカ膜から成る第２の絶縁膜３８ａと、第３の有機絶縁膜３９ａとして３０ｎｍ厚のＤＶＳ−ＢＣＢ膜が形成されている。
【０１１８】
この積層構造絶縁膜に対して、上述したようにＤＶＳ−ＢＣＢ膜／ポーラス有機シリカ膜／ＤＶＳ−ＢＣＢ膜を貫く配線溝にバリアメタルとＣｕ配線の埋め込まれた第２層ダマシン配線４３が形成されている。なお、配線溝は必ずしも第２の有機絶縁膜３７ａをつらぬいている必要はなく、配線溝底部が第２の有機絶縁膜３７ａ内に存在してもよい。第２層ダマシン配線４３の底部より、第１の絶縁膜３６と第１の有機絶縁膜４０を貫く第１ビアプラグ４２が形成されており、第１層ダマシン配線４１に接続されている。
【０１１９】
第２層ダマシン配線４３上には、ビアエッチングストッパー膜として３０ｎｍ厚のＤＶＳ−ＢＣＢ膜から成る第１の有機絶縁膜４０ａが形成されている。さらに、４００ｎｍ厚のポーラス有機シリカ膜で第１の絶縁膜３６ａが形成され、配線溝エッチングストッパー膜としての３０ｎｍ厚のＤＶＳ−ＢＣＢ膜から成る第２の有機絶縁膜３７ｂが形成されている。
【０１２０】
そして、第２の有機絶縁膜３７ｂ上には３００ｎｍ厚のポーラス有機シリカ膜から成る第２の絶縁膜３８ｂが形成される。そして、第２の絶縁膜３８ｂ上に３０ｎｍ厚のＤＶＳ−ＢＣＢ膜から成る第３の有機絶縁膜３９ｂが形成されている。そして、第１、２層ダマシン配線と同様に、ＤＶＳ−ＢＣＢ膜／ポーラス有機シリカ膜／ＤＶＳ−ＢＣＢ膜を貫く配線溝に第３層ダマシン配線４５が形成されている。この第３層ダマシン配線４５の底部より、第１の絶縁膜３６ａと第１の有機絶縁膜４０ａを貫く第２ビアプラグ４４が形成されており、第２層ダマシン配線４３に接続されている。この第３層ダマシン配線４５上にはカバー膜として第１の有機絶縁膜４０ｂが形成されている。
【０１２１】
実施例６のようにデュアルダマシン配線を多層化しても、層間絶縁膜の反りあるいはクラックの発生は生じない。これは、積層する有機絶縁膜あるいは絶縁膜の熱膨張係数が小さくなるからである。このようにして高品質の多層配線が形成できるようになる。
【０１２２】
また、Ｃｕ配線幅の寸法とビアプラグの寸法とはほぼ全層にわたって同一にできる。このために、配線のピッチが小さくでき、微細で高密度の多層配線が容易に形成できるようになる。
【０１２３】
上記の実施の形態では、有機絶縁膜をＢＣＢ膜単層としたが、炭素／シリコン比の異なる有機絶縁膜の積層膜であるＤＶＳ−ＢＣＢ／ＳｉＣＮであってもよい。また、ＤＶＳ−ＢＣＢ膜に窒素をプラズマ添加したＤＶＳ−ＢＣＢＮ膜であってもよい。この場合の窒素の含有量は１〜１０％程度である。
【０１２４】
上記の実施例では、無機膜をハードマスクとしてエッチングマスクに使用する場合について説明しているが、ＢＣＢ膜のような有機高分子を主骨格としたＳｉ含有の有機絶縁膜をエッチングマスクにしてもよいことに言及しておく。
【０１２５】
また、上記の実施例ではデュアルダマシン配線の形成について説明したが、ダマシン配線のみを形成する場合でも同様に本発明は適用でき、同様の効果が生じることに言及しておく。この場合にも、ＢＣＢ膜のような有機高分子を主骨格としたＳｉ含有の有機絶縁膜をエッチングマスクあるいはエッチングストッパーとして、ＡＬＣＡＰTM膜のようなＳｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水素あるいは有機成分含有の絶縁膜を選択的にエッチングする。あるいは、逆に、発明の実施の形態で説明したようなエッチングガス選択により、ＡＬＣＡＰTM膜のようなＳｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水素あるいは有機成分含有の絶縁膜をエッチングしないで、ＢＣＢ膜のような有機高分子を主骨格としたＳｉ含有の有機絶縁膜を選択的にエッチングする。
【０１２６】
本発明は上記の実施の形態（あるいは実施例）に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、実施の形態が適宜変更され得る。
【０１２７】
【発明の効果】
上述したように、本発明により、ダマシン配線構造を形成する層間絶縁膜の誘電率は大幅に低減でき、上記配線のピッチは大幅に小さくなり、微細で高密度の多層配線が高精度に形成できるようになる。
【０１２８】
また、ダマシン配線と接続孔の底部のエッチングストッパーに有機絶縁膜を用い、接続孔底のエッチングストッパー膜と配線溝底のエッチングストッパー膜を同時にエッチング除去できるようになりＣｕ配線表面の損傷は皆無になる。また、（デュアル）ダマシン配線を多層化しても、層間絶縁膜の反りあるいはクラックの発生は大幅に低減する。このようにして高品質の多層配線が形成できるようになる。
【０１２９】
そして、多層配線での寄生容量に起因した電力消費が抑制され、半導体装置の高性能化あるいは低消費電力化が促進される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための多層配線構造の断面図である。
【図２】本発明を説明するための層間絶縁膜のエッチング特性を示すグラフである。
【図３】本発明を説明するための層間絶縁膜の別のエッチング特性を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例１を説明するための多層配線構造の製造工程順の断面図である。
【図５】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図である。
【図６】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図である。
【図７】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図である。
【図８】本発明の実施例２を説明するための多層配線構造の製造工程順の断面図である。
【図９】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図である。
【図１０】本発明の実施例３を説明するための多層配線構造の製造工程順の断面図である。
【図１１】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図である。
【図１２】本発明の実施例４を説明するための多層配線構造の製造工程順の断面図である。
【図１３】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図である。
【図１４】本発明の実施例５を説明するための多層配線構造の製造工程順の断面図である。
【図１５】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図である。
【図１６】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図である。
【図１７】本発明の実施例６を説明するための多層配線構造の断面図である。
【図１８】ＢＣＢ膜を堆積させる成膜装置である。
【図１９】第１の従来例を示すためのダマシン配線構造の製造工程順の断面図である。
【図２０】第２の従来例を示すデュアルダマシン配線構造の断面図である。
【図２１】第２の従来例の課題を説明するためのデュアルダマシン配線構造の断面図である。
【符号の説明】
１ 下層配線部
２ 上層配線部
３ 下層デュアルダマシン配線
４，６，８ ＢＣＢ膜
５，７ ＡＬＣＡＰTM
９，９ａ 上層デュアルダマシン配線
１０ シリコン酸化膜
１１ 第１レジストマスク
１２，１２ａ 配線溝
１３ 第２レジストマスク
１４ 接続孔
１５ Ｈｅプラズマ
１６ バリア膜
１７ Ｃｕ膜
１８ バリアメタル
１９ Ｃｕ配線
２０ 第３レジストマスク
２１ 開孔
２２ 第４レジストマスク
２３ ＡＲＣ膜
２４ 埋込ＡＲＣ膜
２５ 第５レジストマスク
２６，２６ａ，２９，２９ａ 開口
２７ 第６レジストマスク
２８ シリコン窒化膜
３１ シリコン基板
３２ 素子分離絶縁膜
３３ コンタクトプラグ
３４ 層間絶縁膜
３５ ＭＯＳＦＥＴ
３６，３６ａ 第１の絶縁膜
３７，３７ａ，３７ｂ 第２の有機絶縁膜
３８，３８ａ，３８ｂ 第２の絶縁膜
３９，３９ａ，３９ｂ 第３の有機絶縁膜
４０，４０ａ，４０ｂ 第１の有機絶縁膜
４１ 第１層ダマシン配線
４２ 第１ビアプラグ
４３ 第２層ダマシン配線
４４ 第２ビアプラグ
４５ 第３層ダマシン配線
４６ バリアメタル
４７ Ｃｕ配線
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特に、層間絶縁膜を含むダマシン配線構造とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の超ＬＳＩデバイスでは、数ｍｍ角のチップに数百万個以上の素子を集積する必要があるため、素子を微細化、多層化することが不可欠である。そして、デバイス動作速度の高速化のため、配線抵抗および層間容量の低減が重要な課題となる。特にロジック系のデバイスでは、配線抵抗低減のため銅（Ｃｕ）を配線材料に用い、配線間の寄生容量を低減するためにシリコン酸化膜よりも比誘電率（約３．９）が小さくなる低誘電率膜を用いることが必要である。
【０００３】
上記Ｃｕ配線は、低抵抗かつ高信頼性のため、次世代配線材料としてもっとも注目されているものである。しかし、Ｃｕは従来のアルミ材料と異なり、ドライエッチングによる加工が難しいため、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing)法を用いた埋め込み配線（ダマシン配線）技術が行われている。このＣｕの埋め込み配線技術では、絶縁層間膜中に配線溝あるいは接続孔（ビア）を形成し、その後Ｃｕをスパッタやめっき技術により埋め込み、ＣＭＰにより余剰のＣｕを除去し、所望の配線やビアプラグを得ている。
【０００４】
これまで製品に使用されてきた従来の技術（以下、第１の従来例と記す）を図１９を参照して説明する。図１９はダマシン配線の製造工程順の断面図である。図１９（ａ）に示すように、半導体基板（図示せず）上の層間絶縁膜２０１上に第１シリコン窒化膜２０２、低誘電率膜２０３、第２シリコン窒化膜２０４、シリコン酸化膜２０５が化学気相成長（ＣＶＤ）法等で積層して堆積される。そしてフォトリソグラフィー技術でレジストマスク２０６が形成され、これをエッチングマスクにしたドライエッチング技術でもってシリコン酸化膜２０５がエッチングされるパターニングされる。
【０００５】
次に、図１９（ｂ）に示すように、レジストマスク２０６が除去され、上記パターニングされたシリコン酸化膜２０５をハードマスクにして、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）でもって第２シリコン窒化膜２０４、低誘電率膜２０３、第１シリコン窒化膜２０２がドライエッチングされる。このようにして配線溝２０７が形成される。上記のドライエッチング工程では、シリコン窒化膜のエッチング速度／シリコン酸化膜のエッチング速度の比、および、低誘電率膜のエッチング速度／シリコン酸化膜のエッチング速度の比、すなわちエッチングの選択比を大きくするような反応ガスの選択が重要である。
【０００６】
次に、図１９（ｃ）に示すように、全面にバリア膜２０８が窒化タンタル（ＴａＮ）等で形成され、上記配線溝を埋め込むようにメッキ法等でＣｕ膜２０９が形成される。
【０００７】
次に、ＣＭＰ法で上記Ｃｕ膜２０９およびバリア膜２０８の不要部分が研磨除去される。ここで、シリコン酸化膜２０５は研磨ストッパーとして機能する。このようにして、図１９（ｄ）に示すようにダマシン配線２１０が形成されることになる。しかし、このようにしてできあがる配線構造では、後述するように配線間の寄生容量が増加する。
【０００８】
そこで、特開２０００−２９４６３３号公報では、配線溝底のエッチングストッパー層やハードマスクとして有機絶縁膜を用いる構造を提案している。上記公報に記載の技術（以下、第２の従来例と記す）について図２０を参照して説明する。図２０はデュアルダマシン配線構造の断面図である。
【０００９】
図２０に示すように、下部層間膜３１１には下部配線３１２が形成されている。そして、第１絶縁膜３１３、第１有機絶縁膜３１４、第２絶縁膜３１５、第２有機絶縁膜３１６が積層して形成されている。ここで、第１絶縁膜３１３、第２絶縁膜３１５はキセロゲル膜であると規定されている。
【００１０】
そして、接続孔および配線溝の側壁にバリアメタル３１７が形成され、接続孔および配線溝内を充填するＣｕ配線３１８が形成されてデュアルダマシン配線３１９が形成される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、第１の従来例では、ダマシン配線の厚さ言いかえれば配線溝の深さを規定するため、層間絶縁膜を低誘電率膜とシリコン窒化膜とを積層して形成する。そして、シリコン窒化膜をエッチングストッパーとして用いることでダマシン配線の厚さを規定する。また、埋め込まれるＣｕはレジストマスク除去のためのアッシングに用いられる酸素プラズマに弱く、容易に酸化するため、ハードマスクで加工する場合が多く、この場合でも配線材料とは異なる種類の膜、例えばシリコン窒化膜などの使用が必要になる。
【００１２】
このように第１の従来例の配線技術では、シリコン窒化膜が多用される。しかし、シリコン窒化膜は比誘電率が７程度であり、比誘電率３以下の低誘電率膜を層間絶縁膜に使っても、実効的な誘電率が増大するため、配線間の寄生容量の低減が難しくなる。
【００１３】
そして、第２の従来例の配線構造の特徴の１つは、図２０で説明したように、ダマシン配線すなわち配線溝が第１有機絶縁膜３１４上に形成されることである。しかし、図２１（ａ）に示すように、第１絶縁膜３１３と第１有機絶縁膜３１４に形成する接続孔３２０の深さが、第２絶縁膜３１５と第２有機絶縁膜３１６に形成する配線溝３２１の深さに比べて薄い場合、接続孔３２０底の下部配線３１２表面がドライエッチングのプラズマ３２２に長時間曝されることになる。ここで、下部配線３１２がＣｕで構成されると、Ｃｕの腐食、劣化の面で大きな問題となる。
【００１４】
また、図２１（ｂ）のように、露光時に接続孔３２０と下層配線３１２間で目合わせずれが生じた場合、接続孔形成のための第１絶縁膜３１３のオーバーエッチング時に下部層間膜３１１に突き抜け部３２３が発生する。そこで、配線構造の形成において、上記露光の目合わせずれを考慮しておくことが必要不可欠となる。この対策として、上記公報では露光時の目合わせずれに対する具体的な記載はないが、接続部での下層配線幅を接続孔の口径よりも大きくする必要が生じる。しかし、このため配線ピッチが大きくなってしまうことは必然であり、配線ピッチの増大がチップサイズを増大させることになる。理想的には、チップ内の最小ピッチ配線において、接続孔の口径とダマシン配線の幅とがほぼ同等となり、接続孔の口径と配線溝の寸法とが同一になることが望ましい。
【００１５】
以上に述べた観点から、下部配線３１２上面にもエッチングストッパー膜が必要で、かつそのエッチングストッパー膜自体も低誘電率であり、さらにＣｕ拡散防止能を有していることが必要となる。しかし、上記公報においては、露光の目合わせずれ対策として下地配線３１２上のエッチングストッパー膜を形成することは考慮されていない。
【００１６】
本発明の主目的は、積層する低誘電率の層間絶縁膜を形成できるようにすると共に、層間絶縁膜のエッチング選択性を向上させて、微細で高精度な（デュアル）ダマシン配線を容易に形成できるようにすることにある。そして、本発明の他の目的は、ダマシン配線の接続孔の底部のエッチングストッパー膜に有機絶縁膜を用い、接続孔底のエッチングストッパー膜と配線溝底のエッチングストッパー膜を同時にエッチング除去できるようにしてＣｕ配線上の損傷の少ない製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段は、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、符号等が添記されている。その符号等は、本発明の複数の実施の形態（実施例）のうちの、少なくとも１つの実施の形態（実施例）を構成する技術的事項、特に、その実施の形態（実施例）に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている符号等に一致している。このような符号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態（実施例）の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。そして、この対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態（実施例）の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【００２１】
そして、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子が形成された基板上に第１の有機絶縁膜（ＢＣＢ膜４）、第１の絶縁膜（ＡＬＣＡＰTM膜５）、第２の有機絶縁膜（ＢＣＢ膜６）、第２の絶縁膜（ＡＬＣＡＰTM膜７）、第３の有機絶縁膜（ＢＣＢ膜８）をこの順に積層して形成した後に前記第３の有機絶縁膜上に無機膜（シリコン酸化膜１０）を設ける工程と、前記無機膜上に形成した配線溝パターンを有するレジストマスク（第１レジストマスク１１）を用いたドライエッチングにより、前記第２の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記無機膜と第３の有機絶縁膜と第２の絶縁膜とをエッチングし配線溝（１２，１２ａ）を形成する工程と、前記レジストマスクを除去後、接続孔パターンを有するレジストマスク（第２レジストマスク１３）をを用いたエッチングにより、前記第１の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記第２の有機絶縁膜と第１の絶縁膜とをエッチングし配線溝（１２）に連結する接続孔（１４）を形成する工程と、前記接続孔パターンを有するレジストマスクを除去後、前記配線溝（１２，１２ａ）底の第２の有機絶縁膜と前記接続孔（１４）底の第１の有機絶縁膜とを同時にエッチングする工程とを含む。
【００２２】
あるいは、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子が形成された基板上に第１の有機絶縁膜、第１の絶縁膜、第２の有機絶縁膜、第２の絶縁膜、第３の有機絶縁膜をこの順に積層して形成した後に前記第３の有機絶縁膜上に無機膜を設ける工程と、前記無機膜上に形成した接続孔パターンを有するレジストマスク（第３レジストマスク２０）を用いたドライエッチングにより、少なくとも前記無機膜と第３の有機絶縁膜と第２の絶縁膜と第２の有機絶縁膜とをエッチングし接続孔（開孔２１）を形成する工程と、前記レジストマスクを除去後、配線溝パターンを有するレジストマスク（第４レジストマスク２２）を用いたエッチングにより、前記第１の有機絶縁膜と第２の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを同時にエッチングし前記接続孔（開孔２１）を前記第１の有機絶縁膜表面まで延在させると共に配線溝（１２，１２ａ）を形成する工程と、前記配線溝パターンを有するレジストマスクを除去後、前記配線溝（１２，１２ａ）底の第２の有機絶縁膜（ＢＣＢ膜６）と前記接続孔（１４）底の第１の有機絶縁膜（ＢＣＢ膜４）を同時にエッチングする工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００２３】
あるいは、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子が形成された基板上に第１の有機絶縁膜、第１の絶縁膜、第２の有機絶縁膜、第２の絶縁膜、第３の有機絶縁膜をこの順に積層して形成した後に前記第３の有機絶縁膜上に無機膜を設ける工程と、前記無機膜上に形成した接続孔パターンを有するレジストマスク（第２レジストマスク２０）を用いたエッチングにより、前記第１の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記無機膜と第３の有機絶縁膜と第２の絶縁膜と第２の有機絶縁膜と第１の絶縁膜とをエッチングし接続孔（１４）を形成する工程と、前記レジストマスクを除去後、反射防止膜（ＡＲＣ膜２３、埋込ＡＲＣ膜２４）を全面に塗布する工程と、配線溝パターンを有するレジストマスク（第５レジストマスク２５）を用いたエッチングにより、前記第２の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記第２の絶縁膜をエッチングし配線溝（１２，１２ａ）を形成する工程と、前記配線溝パターンを有するレジストマスクと前記反射防止膜を除去後、前記配線溝（１２，１２ａ）底の第２の有機絶縁膜と前記接続孔（１４）底の第１の有機絶縁膜を同時にエッチングする工程とを含む。
【００２４】
あるいは、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子が形成された基板上に第１の有機絶縁膜、第１の絶縁膜、第２の有機絶縁膜、第２の絶縁膜、第３の有機絶縁膜をこの順に積層して形成した後に前記第３の有機絶縁膜上に無機膜を設ける工程と、前記無機膜上に形成した配線溝パターンを有するレジストマスク（第１レジストマスク１１）を用いたエッチングにより、前記第３の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記無機膜をエッチングする工程と、前記レジストマスクを除去後、接続孔パターンを有するレジストマスク（第６レジストマスク２７）を用いたエッチングにより、前記第３の有機絶縁膜（ＢＣＢ膜８）と第２の絶縁膜と第２の有機絶縁膜と第１の絶縁膜の一部とを順次エッチングし接続孔（開孔２１）を形成する工程と、前記接続孔パターンを有するレジストマスクを除去後、前記無機膜（シリコン酸化膜１０）をマスクとして前記第３の有機絶縁膜をエッチングし、前記第１の有機絶縁膜と第２の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを同時にエッチングし、前記接続孔を前記第１の有機絶縁膜の表面まで延在させると共に配線溝（１２，１２ａ）を形成する工程と、前記配線溝（１２，１２ａ）底の第２の有機絶縁膜と前記接続孔（１４）底の第１の有機絶縁膜とを同時にエッチングする工程と、を含む。
【００２５】
あるいは、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子が形成された基板上に第１の有機絶縁膜、第１の絶縁膜、第２の有機絶縁膜、第２の絶縁膜、第３の有機絶縁膜をこの順に積層して形成した後に前記第３の有機絶縁膜上に第１の無機膜（シリコン酸化膜１０）および第２の無機膜（シリコン窒化膜２８）とをこの順に積層して設ける工程と、前記第２の無機膜上に形成した配線溝パターンを有するレジストマスク（第１レジストマスク１１）を用いたエッチングにより、前記第１の無機膜をエッチングストッパーとして前記第２の無機膜をエッチングする工程と、前記レジストマスクを除去後、接続孔パターンを有するレジストマスク（第６レジストマスク２７）を用いたエッチングにより、前記第１の無機膜と第３の有機絶縁膜と第２の絶縁膜と第２の有機絶縁膜と第１の絶縁膜の一部とを順次エッチングし接続孔（開孔２１）を形成する工程と、前記接続孔パターンを有するレジストマスクを除去後、前記第２の無機膜をマスクとして前記第１の無機マスクと前記第３の有機絶縁膜をエッチングした後、前記第１の有機絶縁膜と第２の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを同時にエッチングし、前記接続孔を前記第１の有機絶縁膜の表面まで延在させると共に配線溝（１２，１２ａ）を形成する工程と、前記配線溝（１２，１２ａ）底の第２の有機絶縁膜と前記接続孔（１４）底の第１の有機絶縁膜を同時にエッチングする工程とを含む。
【００２６】
上述した第１、第２、第３の有機絶縁膜のうち、少なくとも１つが有機高分子を主骨格としたＳｉ含有の有機薄膜である。そして、前記有機高分子がベンゼン環を含有する構造である。あるいは、前記有機高分子を主骨格としたＳｉ含有の有機薄膜は、ジビニルシロキサンベンゾシクロブテンが重合された重合体で構成される。
【００２７】
そして、上述した第１、第２の絶縁膜のうち少なくとも１つがＳｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水素含有の絶縁膜である。そして、前記Ｓｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水素含有の絶縁膜はポーラス構造である。あるいは、前記Ｓｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水素含有の絶縁膜が有機成分を含有する。あるいは、前記Ｓｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした有機成分を含有する水素含有の絶縁膜は有機シルセスクオザンである。
【００２８】
そして、本発明の半導体装置の製造方法では、前記配線溝底の第２の有機絶縁膜と前記接続孔底の第１の有機絶縁膜を同時にエッチングする前に、酸素とフロロカーボンガスを含む混合ガスプラズマを用いてシリコン窒化膜からなる無機膜だけをエッチバックする。そして、ダマシン配線のためメタルのＣＭＰの際に最表面の無機膜を除去する。
【００２９】
あるいは、本発明の半導体装置の製造方法では、前記配線および接続孔のエッチング形成後、溝配線用のメタルの成膜前にヘリウムプラズマ中あるいはその他の不活性ガスをプラズマ励起したプラズマ中での処理を行う。
【００３１】
そして、本発明の半導体装置の製造方法では、アルゴンと酸素とフロロカーボンガスを含む混合ガスプラズマを用いて前記絶縁膜を前記有機絶縁膜に対して高い選択比でエッチングする。あるいは、前記有機絶縁膜のプラズマエッチングに際し、少なくとも窒素、水素、フロロカーボンを含む混合ガスを用いて、前記有機絶縁膜を前記絶縁膜に対して高い選択比でエッチングする。
【００３２】
すなわち、アルゴンと酸素とフロロカーボンガスを含む混合ガスのプラズマを用い前記有機絶縁膜をエッチングマスクあるいはエッチングストッパー層として前記絶縁膜を選択的にエッチングする。そして、窒素と水素の混合ガスにフロロカーボンガスを添加しプラズマ励起して前記有機絶縁膜を選択的にエッチングする。ここで、前記フロロカーボンガスは、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 、ＣＨ2 Ｆ2 、Ｃ4 Ｆ8 、Ｃ5 Ｆ8 、 あるいは、これらの混合ガスである。
【００３３】
このようにすることで、ダマシン配線構造を形成する層間絶縁膜の誘電率は容易に低減できるようになる。そして、上記配線のピッチは大幅に小さくなり、微細で高密度の多層配線が高精度に形成できるようになる。
【００３４】
また、ダマシン配線と接続孔の底部のエッチングストッパーに有機絶縁膜を用い、接続孔底のエッチングストッパー膜と配線溝底のエッチングストッパー膜を同時にエッチング除去できるようになりＣｕ配線表面の損傷は皆無になる。また、（デュアル）ダマシン配線を多層化しても、層間絶縁膜の反りあるいはクラックの発生は大幅に低減する。このようにして高品質の多層配線が形成できるようになる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。図１は本発明を適用した多層配線構造の断面図である。図１に示す配線構造は、２層のデュアルダマシン配線になっており、同じ構造を有する下層配線部１と上層配線部２とが積層して形成される場合を示している。以下、上層配線部２を詳細に説明する。なお、下層配線部１には下層デュアルダマシン配線３、下層ダマシン配線３ａが設けられている。
【００３６】
図１に示すように、下層配線部１上に接続孔のエッチングストッパーとして機能するＢＣＢ膜４が形成されている。これが第１の有機絶縁膜である。そして、第１の絶縁膜であるＡＬＣＡＰTM膜５、配線溝のエッチストッパーとして機能し第２の有機絶縁膜であるＢＣＢ膜６、第２の絶縁膜であるＡＬＣＡＰTM膜７、第３の有機絶縁膜であるＢＣＢ膜８から成る積層構造の低誘電率絶縁膜から構成される。
【００３７】
かかる積層構造の低誘電率絶縁膜に対して、配線溝は、上記第３の有機絶縁膜であるＢＣＢ膜８と第２の絶縁膜であるＡＬＣＡＰTM膜７と第２の有機絶縁膜であるＢＣＢ膜６に形成される。そして、この配線溝の底から、第１の絶縁膜であるとＡＬＣＡＰTM膜５と第１の有機絶縁膜であるＢＣＢ膜４とを貫く接続孔が形成される。図１の配線構造は上記のことを特徴としている。そして、上記配線溝および接続孔にメタルが埋め込まれて、上層デュアルダマシン配線９と上層ダマシン配線９ａが形成される。ここで、配線溝の幅寸法と接続孔の口径寸法は同一となっている。そして、上層デュアルダマシン配線９の幅寸法と上記下層デュアルダマシン配線３の幅寸法も同じである。
【００３８】
上述したように、低誘電率の絶縁膜であるところの第１、第２の絶縁膜を第１、第２および第３の有機絶縁膜で挟みこむことで、配線の実効誘電率を上昇させることなく、加工寸法精度の高い多層のＣｕ配線が可能となる。また、上記ＢＣＢ膜のような有機絶縁膜は、Ｃｕ拡散防止能が非常に高く、配線構造下部の基板上の半導体素子をＣｕ配線からのＣｕ汚染から完全に保護する。
【００３９】
ここで、上記有機絶縁膜は、ＢＣＢ膜（ジビニルシロキサンベンゾシクロブテン重合体で形成された有機膜）のように有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機膜であり、上記絶縁膜はＡＬＣＡＰTM（旭化成株式会社の化学物質の商品名）膜のようにＳｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水素あるいは有機成分含有の絶縁膜である。なお、接続孔のエッチングストッパーとして機能する第１の有機絶縁膜はかならずしも単層膜である必要はなく、有機成分とシリカ成分との混合比が段階的に異なる複層膜であってもかまわない。
【００４０】
有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜は、スピン塗付法及びプラズマ重合法のいずれの成膜方法で形成することも可能である。スピン塗付法が使用される場合、まず、出発原料であるモノマーが基板にスピン塗付される。更に、基板をアニールすることにより、モノマーが熱重合され、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜が形成される。また、プラズマ重合法が使用される場合、出発原料であるモノマーが気化されて、モノマー蒸気が生成される。そのモノマー蒸気が不活性ガス中に導入され、更に重合されて、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜が形成される。このような有機絶縁膜として使用できるものには、ＢＣＢ膜の他にポリアリルエーテル−Ｓｉ結合の有機絶縁膜があることを確認している。この他に、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜としては、一般に有機シロキサン、または、芳香族および／あるいは炭化水素鎖を含む有機シロキサンで構成されるものであれば使用できる材料が存在する。
【００４１】
Ｓｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜は主にスピン塗布法で形成される。ここで、この絶縁膜が半導体装置を構成する層間絶縁膜として使用される場合、その比誘電率はシリコン酸化膜よりも低いことが好ましい。このようなＳｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜としては、上述したように全芳香族有機化合物で構成されているＡＬＣＡＰTMが使用され得る。更に、上記のＡＬＣＡＰTM膜の他に、シルセスキオキサン類の絶縁膜、あるいは、Ｓｉ−Ｈ結合、Ｓｉ−ＣＨ3 結合、Ｓｉ−Ｆ結合のうち少なくとも１つの結合を含むシリカ膜で形成してもよい。なお、これらの絶縁膜は多孔性を有していてもよい。ここで、シルセスキオキサン類の絶縁膜は、Ｓｉ−Ｏベースの誘電体膜であり、そのような絶縁膜としては、ＭＳＱ膜の他にシルセスキオキサン類であるハイドロゲンシルセスキオキサン（Hydrogen Silsesquioxane)、メチレーテッドハイドロゲンシルセスキオキサン（Methylated Hydrogen Silsesquioxane）あるいはフルオリネーテッドシルセスキオキサン（Furuorinated Silsesquioxane）のような低誘電率膜がある。
【００４２】
次に、上記ＢＣＢ膜の具体的な製法について説明する。上述したように、ＢＣＢ膜はプラズマ重合法により形成される。1999 Symposium on VLSI Technologypp.45-46に記述があるように、以下のようなプロセスで形成可能である。図１８は、ＢＣＢ膜を形成するプラズマ重合装置１００を示す。プラズマ重合装置１００は、原料タンク１０１、液体流量制御器１０２、気化器１０３、気体流量制御器１０４、真空反応室１０５、ポンプ１０６、及びＲＦ電源１０７を含む。
【００４３】
原料タンク１０１は、ジビニルシロキサンベンゾシクロブテンモノマー１１１を気化器１０３に供給する。原料タンク１０１には、ジビニルシロキサンベンゾシクロブテンモノマー１１１が入っている。ジビニルシロキサンベンゾシクロブテンモノマー１１１は、室温で液体である。原料タンク１０１には、加圧Ｈｅガス１１２が供給されている。ジビニルシロキサンベンゾシクロブテンモノマー１１１は、加圧Ｈｅガス１１２により加圧され、液体流量制御器１０２を介して気化器１０３に送られる。
【００４４】
気化器１０３は、ジビニルシロキサンベンゾシクロブテンモノマー１１１を気化して気化モノマー１１４を生成し、真空反応室１０５に供給する。気化器１０３には、気体流量制御器１０４を介して、Ｈｅキャリアガス１１３が供給されている。ジビニルシロキサンベンゾシクロブテンモノマー１１１とＨｅキャリアガス１１３とは混合され、気化器１０３に含まれる気化室（図示されない）に送られる。気化室は、１．３×１０Ｐａ程度に減圧され、更に、２００℃程度に加熱されている。気化室に送られたジビニルシロキサンベンゾシクロブテンモノマー１１１は、瞬時に気化され、気化モノマー１１４が生成される。ジビニルシロキサンベンゾシクロブテンモノマー１１１の気化能は、０．１〜０．５ｇ／ｍｉｎ程度である。気化された気化モノマー１１４は真空反応室１０５に送られる。
【００４５】
真空反応室１０５では、気化モノマー１１４が重合され、ＢＣＢ膜１１６が基板１１５に形成される。真空反応室１０５は、ポンプ１０６によって減圧される。真空反応室１０５には、基板ヒータ１０５ａとシャワーヘッド１０５ｂとが設けられている。基板ヒータ１０５ａには、低周波電源（図示されない）が接続され、４３０ｋＨｚの低周波電圧が供給される。シャワーヘッド１０５ｂには、ＲＦ電源１０７が接続され、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧が供給される。
【００４６】
基板ヒータ１０５ａに４３０ｋＨｚの低周波電圧が、シャワーヘッド１０５ｂに１３．５６ＭＨｚの高周波電圧が供給されると、基板ヒータ１０５ａとシャワーヘッド１０５ｂとの間に、Ｈｅプラズマ１１７が発生する。Ｈｅプラズマ１１７の中に、気化モノマー１１４が導入されると、ジビニルシロキサンベンゾシクロブテンが有するシクロ基の開環反応とビニル基の重合反応とが進行し、ジビニルシロキサンベンゾシクロブテン重合体からなるＢＣＢ膜１１６が基板１１５に形成される。
【００４７】
このような成膜方法により、耐熱性が４００℃以上、比誘電率ｋが２．４〜２．７であるＢＣＢ膜１１６が、実際に得られる。このＢＣＢ膜は２０％程度のシリカ成分を含むが、このような有機成分とシリカ成分あるいはシリコン成分とからなる複合膜も有機絶縁膜としてもよい。さらには、該有機成分と該シリカ成分あるいはシリコン成分の一部が窒化された複合膜も有機絶縁膜としてもよい。
【００４８】
一方、Ｓｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜を形成するＡＬＣＡＰTMは、Advanced Metallization Conference（ＡＭＣ）２０００，ｐｐ．１７１に記述されているような過程で形成される。
【００４９】
先ず、ａｌｉｐｈａｔｉｃポリマー（スペーサー）と溶媒を混ぜたシリカゾルを作成する。シリコンウエハ上に室温で混合液をスピンオン塗布する。その後１２０℃〜２００℃で溶媒を除去しながら、ゾルのｇｅｌａｔｉｏｎ反応を起こす。さらに４００℃まで加熱することによりスペーサーを除去する。このようなプロセスを経て、ＡＬＣＡＰTM膜が形成される。ＡＬＣＡＰTM膜の膜厚はスピンスピードとスピンコーティングプロセスによって決定される。最終的な誘電率は１．６〜２．７程度となる。
【００５０】
次に、本発明の特徴の１つとなる、低誘電率となる絶縁膜と有機絶縁膜のドライエッチングの方法について図２および図３を参照して説明する。以下では、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜として、上述した方法で形成されたＢＣＢ膜が使用され、Ｓｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜として、ＡＬＣＡＰTM（旭化成株式会社製）で形成されたＡＬＣＡＰTM膜が使用される場合の、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜とＳｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜のエッチング方法及びエッチング特性について説明する。
【００５１】
図２は、上述したＢＣＢ膜とＡＬＣＡＰTM膜およびプラズマＣＶＤによって生成されたシリコン窒化（ＳｉＮ）膜をそれぞれドライエッチングしたときのエッチング速度を示す。但し、エッチング条件は、以下の通りである。フロロカーボンガスであるＣＨ2 Ｆ2 ガスの流量は２０ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量は３００ｓｃｃｍ、Ｏ2 ガスの流量を３ｓｃｃｍから１０ｓｃｃｍまで変えた。また、使用されているエッチング装置は、平行平板電極型のエッチング装置であり、電極間距離は、３５（ｍｍ）である。また、上部電極への供給電力は、７００（Ｗ）、下部電極への供給電力は、１００（Ｗ）、エッチング圧力は、２．６（Ｐａ）である。
【００５２】
図２に示されているように、ＡＬＣＡＰTM膜は、酸素とフロロカーボンガスおよびアルゴンを含む混合ガスをエッチングガスとしてエッチングすると、エッチングが進行する。一方、ＢＣＢ膜は、酸素とフロロカーボンガスおよびアルゴンを含む混合ガスプラズマをエッチングガスとしてエッチングしようとしても、Ｏ2 流量が５ｓｃｃｍ以下ではエッチングがほとんど進行しない。更には、ＳｉＮ膜はＡＬＣＡＰTM膜と同様にエッチングは可能である。
【００５３】
このように、ＢＣＢ膜は、酸素とフロロカーボンガスおよびアルゴンを含む混合ガスで発生されたプラズマに対して耐エッチング性を有する。またＢＣＢ膜がＳｉＮ膜の直下にある場合には、上記条件によるＳｉＮ膜のエッチバックが可能となる。
【００５４】
さらに別のエッチング条件においても、ＡＬＣＡＰTM膜のエッチング速度／ＢＣＢ膜のエッチング速度の比すなわちエッチングの選択比を高くすることができる。以下に上述のＢＣＢ膜とＡＬＣＡＰTM膜をそれぞれエッチングしたときのエッチング速度を示す。
【００５５】
ＡＬＣＡＰTM膜：約１．２μｍ／ｍｉｎ、ＢＣＢ膜：約２９ｎｍ／ｍｉｎであり、この場合のエッチング選択比は４０以上になる。但し、エッチング条件は以下の通りである。フロロカーボンガスはＣ5 Ｆ8 ガスでその流量は１３ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量は４００ｓｃｃｍ、Ｏ2 ガスの流量は１８ｓｃｃｍである。また、使用されているエッチング装置は、平行平板電極型のエッチング装置であり、電極間距離は、３０（ｍｍ）である。また、上部電極への供給電力は、１８００（Ｗ）、下部電極への供給電力は、１５００（Ｗ）、エッチング圧力は、２．６（Ｐａ）である。この場合においても、ＢＣＢ膜は、酸素とフロロカーボンガスおよびアルゴンを含む混合ガスで発生されたプラズマに対して耐エッチング性を有し、十分な選択比が確保される。
【００５６】
一方でＢＣＢ膜のエッチング時には、少なくとも窒素／水素／フロロカーボンを含む混合ガスプラズマを用いる。図３は、ＢＣＢ膜およびＡＬＣＡＰTM膜のエッチング速度のＣＨ2 Ｆ2 ガス流量依存性を示す。このエッチングで特徴となるところは、Ｎ2 ガスとＨ2 ガスの混合ガスを用いることである。
【００５７】
エッチング条件は以下の通りである。Ｎ2 ガスの流量は２００ｓｃｃｍ、Ｈ2 ガスの流量は３３０ｓｃｃｍである。また、使用されているエッチング装置は、平行平板電極型のエッチング装置であり、電極間距離は、４５（ｍｍ）である。また、上部電極への供給電力は、１８００（Ｗ）、下部電極への供給電力は、１５０（Ｗ）、エッチング圧力は、１３（Ｐａ）である。但し、ＡＬＣＡＰ膜のエッチング時には、下部電極への供給電力は０（Ｗ）とした。
【００５８】
図３によると、ＣＨ2 Ｆ2 ガス流量の増加と共にＢＣＢ膜エッチング速度が増加し、エッチング可能となる。一方で、下部電極供給電力を０としたＡＬＣＡＰTM膜のエッチング速度はほぼ０である。このように、図３に示すエッチングでは、図２の場合とは逆に、ＢＣＢ膜のエッチング速度／ＡＬＣＡＰTM膜のエッチング速度の比を増大させることが可能になる。
【００５９】
このようなエッチングであると、ＡＬＣＡＰTMが側壁にあってもほとんどダメージを受けずに下層のＢＣＢ膜をエッチング加工することが可能となる。また、上記ガス系を用いてＣｕ配線上のＢＣＢ膜をエッチングしてもＣｕ配線の腐食が進行しないことが確認された。
【００６０】
以上から上記窒素／水素／フロロカーボンを含む混合ガスプラズマをＢＣＢ膜のエッチングに用いることは、ＡＬＣＡＰTM膜の側壁保護の面からも、Ｃｕ腐食の面からも適当であることがわかる。また、このエッチングでは基板の温度を零度以下にするとよい。このようにすると、上記の側壁保護は更に促進されるようになる。
【００６１】
上記の図２、図３ではＢＣＢ膜とＡＬＣＡＰTM膜の場合について示している。図２，図３に示したエッチングガスの選択効果はこれに限定されるものではなく、一般に、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜のエッチング速度／Ｓｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜のエッチング速度の比は、エッチング装置には余り依存しないため、図２あるいは図３で説明したのと同じエッチングガスの選択により、大きくしたり小さくしたりすることが容易である。なお、上記のエッチングに使用するフロロカーボンとしては、上記の他に、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 、Ｃ4 Ｆ8 等を用いても同様の効果が生じる。
【００６２】
上述したように、本発明による実施の形態では、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜をエッチングマスクあるいはエッチングストッパーとして用い、Ｓｉ−Ｏを主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜を低誘電率膜として用いる例を示しているが、同様のプロセスによって同様な層間絶縁膜の構造を得ることができれば、上記のような膜に限定されず、他のいかなる低誘電率膜も代替に利用することは可能である。
【００６３】
以上に説明されているように、本実施の形態の半導体装置は、Ｓｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜を主たる配線層間膜とし、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜をエッチングマスクあるいはエッチングストッパー層に用いる構造を有する。
【００６４】
また、本実施の形態の半導体装置の製造方法は、Ｓｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜と、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜とを積層する工程と、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜をエッチングマスクあるいはエッチングストッパー層に用い、Ｓｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜を選択的にエッチングする工程とを含む。あるいは、上記Ｓｉ−Ｏ構造を主骨格とした水素あるいは有機含有の絶縁膜をエッチングさせないで、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜を選択的にエッチングする工程を含む。また、半導体装置の製造方法は、有機高分子を主骨格としたシリコン含有の有機薄膜を接続孔底のエッチングストッパーとして用い、配線溝底と接続孔底のエッチングストッパー膜を同時にエッチングする実施形態で使用され得る。
【００６５】
以下、使用形態が実施例により更に詳細に説明される。
【００６６】
【実施例】
［実施例１］
図４乃至図７は、実施例１に係る半導体装置の構造および半導体装置の製造方法を示す断面図である。ここで、図１に示したものと同様のものは同一符号で示される。
【００６７】
先ず、図４（ａ）に示されているように、下部配線部１の上面にＢＣＢ膜４が形成される。このＢＣＢ膜４は後述されるようにＡＬＣＡＰTM膜５をエッチングする際のエッチングストッパーとして機能する。更に、ＢＣＢ膜４の上面に、ＡＬＣＡＰTM膜５が形成される。更に、ＡＬＣＡＰTM膜５の上面に、別のＢＣＢ膜６が形成される。このＢＣＢ膜６は後述するようにＡＬＣＡＰTM膜７をエッチングする際のエッチングストッパーとして機能する。そして、ＢＣＢ膜６の上面に、ＡＬＣＡＰTM膜７が形成される。更に、ＡＬＣＡＰTM膜７の上面に、別のＢＣＢ膜８と、シリコン酸化膜１０とが、順次に形成される。後述されるように、ＢＣＢ膜８とシリコン酸化膜１０とは、ＡＬＣＡＰTM膜７、ＢＣＢ膜６、ＡＬＣＡＰTM膜５をエッチングする際のハードマスクになる。
【００６８】
続いて、図４（ｂ）に示されるように、公知のフォトリソグラフィー技術で配線溝パターンの第１レジストマスク１１が形成され、これをエッチングマスクとして、シリコン酸化膜１０、ＢＣＢ膜８、ＡＬＣＡＰTM膜７が、順次にエッチングされ、図４（ｃ）に示すように配線溝１２，１２ａが形成される。
【００６９】
上記のＢＣＢ膜８のエッチングにおいては、図３で説明したようなエッチングガスを用いる。すなわち、窒素／水素／フロロカーボンの混合ガスプラズマを用いる。
【００７０】
また、シリコン酸化膜１０およびＡＬＣＡＰTM膜７のエッチングにおいては、図２で説明したようなエッチングガスを用いる。すなわち、酸素とフロロカーボンガスおよびアルゴンを含む混合ガスをエッチングガスである。このようなエッチングガスであると、ＢＣＢ６のエッチングは進行しない。すなわち、エッチングストッパーとして機能する。ここで、タイムモジュレーションプラズマを使用してもよい。タイムモジュレーションプラズマを用いることによってＡＬＣＡＰTM膜７の側壁に保護膜層が厚く形成され、ボーイングの無い良好な配線溝の形状がえられる。
【００７１】
続いて図５（ａ）に示されているように、窒素／水素プラズマによって上記第１レジストマスク１１が剥離される。特願２００１−０４７３５８号に示されているように、ＢＣＢ膜のようなシリコン含有の有機膜は窒素／水素によっておかされないので、層間膜の腐食無しにアッシングすることが可能である。
【００７２】
続いて、図５（ｂ）に示されているように、再度フォトリソグラフィー技術で第２レジストマスク１３が形成される。ここで、第２レジストマスク１３は、配線溝１２上に接続孔パターンを有する。
【００７３】
続いて、図５（ｃ）に示されているように、第２レジストマスク１３をエッチングマスクにして、上記接続孔パターン下のＢＣＢ膜６、ＡＬＣＡＰTM膜５が順次ドライエッチングされ、接続孔１４が形成される。ここで、ＢＣＢ膜６のエッチングにおいては、図３で示したように、窒素／水素／フロロカーボンの混合ガスプラズマを用いる。この混合ガスプラズマを用いると側壁のＡＬＣＡＰTM膜７を損傷させるおそれが少なく、接続孔の側壁のサイドエッチング発生はほとんど無い。ここで、ドライエッチング時の基板の温度を零度以下の低温にすると、エッチング時に側壁保護がなされて、接続孔の側壁のサイドエッチングとそれに伴うボーイング発生は皆無になる。
【００７４】
また、ＡＬＣＡＰTM膜５のエッチングは図２で示したような条件で行う。この際も上述したように、ドライエッチングにおいてタイムモジュレーションプラズマを使用してもよい。タイムモジュレーションプラズマを用いることによって側壁保護膜層が厚く形成され、良好な形状がえられる。
【００７５】
次に、窒素／水素プラズマによって第２レジストマスク１３が剥離される。この場合も、上述したように、シリコン含有の有機膜は窒素／水素によっておかされないので、層間膜の腐食無しにアッシングすることが可能である。ただし、下層のＡＬＣＡＰTM膜５をオーバーエッチングする間にレジストを消失させることができれば、窒素／水素アッシングを行う必要はない。
【００７６】
このようにして、図６（ａ）に示されているように、配線溝１２，１２ａがＡＬＣＡＰTM膜７に形成され、接続孔１４がＡＬＣＡＰTM膜５に形成される。ここで、ＢＣＢ膜６，４はＡＬＣＡＰTM膜のエッチングストッパーとして機能し、配線溝の深さは高精度に制御される。更には、配線溝１２の寸法と接続孔１４の口径寸法は同一になるように容易に制御される。
【００７７】
続いて、図６（ｂ）に示されているように、パターニングされたシリコン酸化膜１０をハードマスクにして、接続孔１４底のＢＣＢ膜４と配線溝１２，１２ａ底のＢＣＢ膜６を、図３で説明したように窒素／水素／フロロカーボンの混合ガスプラズマを用いて同時にエッチングする。
【００７８】
この混合ガスプラズマを用いると、ＢＣＢ膜４の下層デュアルダマシン配線３のＣｕ配線を酸化させるおそれが無い。そして、上述したようにＡＬＣＡＰTM膜５，７の側壁を損傷させるおそれが少ない。このように接続孔１４底に配線溝１２，１２ａ底と同様の膜を設けることでＣｕ損傷の少ないエッチングを行うことが可能となる。また、接続孔１４と下層デュアルダマシン配線３とが目合わせずれてしまった場合に、第２の従来例で示したような、接続孔１４エッチング時の下層配線への突き抜けが抑制でき高精度なエッチング加工が可能となる。
【００７９】
次に、図６（ｃ）に示されるように、全面にＨｅプラズマ１５を照射する。これは、接続孔１４、配線溝１２，１２ａおよびシリコン酸化膜とＣｕ配線との密着性を高くし、ＣＭＰ研磨に耐えうるようにするためである。
【００８０】
続いて、図７（ａ）に示されているように、全面にバリア膜１６とＣｕ膜１７が形成される。ここで、バリア膜１６は窒化タンタル（ＴａＮ）である。そして、図７（ｂ）に示されているように、バリア膜１６とＣｕ膜１７はＣＭＰ法で不要部分が研磨除去され、バリアメタル１８とＣｕ配線１９とから成る上層デュアルダマシン配線９が形成される。この時、ＣＭＰ法にてシリコン酸化膜／ＢＣＢ膜の高選択ポリッシングを行うことで、最表層のシリコン酸化膜はほぼ完全に除去された状態になる。このようにして、図１で説明した配線構造ができあがことになる。ここで、上記ＢＣＢ膜８は、ＣＭＰ工程で研磨ストッパーとしても機能する。
【００８１】
このようにハードマスクとして用いたシリコン酸化膜を除去することにより、配線間層間膜が誘電率３以下の材料によって構成されるため、更なる配線間容量の低下が見込める。
【００８２】
実施例１の半導体の製造方法では、エッチングストッパーとしてＢＣＢ膜、層間絶縁膜の大部分を占める領域にＡＬＣＡＰTM膜を用いた例を示したが、同様の特性を示す膜であれば、これらの膜に限定されない。さらに実施例１のハードマスクとして、シリコン酸化膜を用いた例を示したが、同様のプロセスを行うことのできる膜であれば、これらの膜、ならびに組み合わせ、さらには層数に限定されない。即ち、シリコン窒化膜やＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＮなどを用いたり、２層や３層以上の無機膜を使用してもよい。
【００８３】
上述したように、実施例１の半導体装置の製造方法では、配線溝低と接続孔底にエッチングストッパーとなるＢＣＢ膜を設け、配線溝底と接続孔底のＢＣＢ膜を同時にエッチングしているため、Ｃｕ配線の損傷が少なく、微細で高精度のダマシン配線の形成が可能になる。
【００８４】
［実施例２］
図８、図９は、実施例２に係る半導体装置の構造および半導体装置の製造方法を示す断面図である。以下、実施例１と同様のものは同一符号で示す。
【００８５】
先ず、図８（ａ）に示されているように、図４（ａ）で説明したのと同様に下部配線部１の上面にＢＣＢ膜４、ＡＬＣＡＰTM膜５、ＢＣＢ膜６、ＡＬＣＡＰTM膜７、ＢＣＢ膜８およびシリコン酸化膜１０が、順次に積層して形成される。
【００８６】
続いて、図８（ｂ）に示すようにフォトリソグラフィー技術を用いて接続孔パターンを有する第３レジストマスク２０が形成され、上述したシリコン酸化膜１０、ＢＣＢ膜８、ＡＬＣＡＰTM膜７、ＢＣＢ膜６、ＡＬＣＡＰTM膜５が、実施例１と同様にして、それぞれ順次にエッチングされる。このようにして、図８（ｃ）に示されているように、ＡＬＣＡＰTM膜５の途中まででエッチング停止された開孔２１が形成される。
【００８７】
この際、ＡＬＣＡＰTM膜５，７のドライエッチングにタイムモジュレーションプラズマを使用してもよい。タイムモジュレーションプラズマを用いることによって上述したように側壁保護膜層が厚く形成され、良好な形状がえられる。また、ＢＣＢ膜エッチングにおいては、窒素／水素／フロロカーボンの混合ガスプラズマを用いる。この混合ガスプラズマを用いると、下層や側壁のＡＬＣＡＰTM膜５，７を損傷させるおそれが少ない。
【００８８】
続いて、図９（ａ）に示されているように、第３レジストマスク２０は上述した窒素／水素プラズマによって剥離され開孔２１のみとなる。但し、ＡＬＣＡＰTM膜５をエッチングするまでにレジストを消失させることができれば、窒素／水素アッシングを行う必要はない。
【００８９】
続いて、図９（ｂ）に示されているように、開孔２１が露出した配線溝パターンを有する第４レジストマスク２２が形成される。そして、図９（ｃ）に示されているように、第４レジストマスク２２をエッチングマスクにしてシリコン酸化膜、ＢＣＢ膜、ＡＬＣＡＰTM膜が上述したのと同様にして順次エッチングされ、配線溝１２，１２ａが形成される。更に、開孔２１のＡＬＣＡＰTM膜５も配線溝１２ａのＡＬＣＡＰTM膜７のエッチング中にエッチングされ、接続孔１４が形成される。ここで、配線溝１２，１２ａ底のＢＣＢ膜６と接続孔１４底のＢＣＢ膜４で上記ドライエッチングが停止する。この際、ＡＬＣＡＰTM膜５，７のエッチングにタイムモジュレーションプラズマを使用してもよい。このＡＬＣＡＰTM膜５，７のエッチングでは、図２で説明したようなエッチングガスが使用される。
【００９０】
以後の工程は、第１実施例の図６、図７で説明したのと同様にして、上層デュアルダマシン配線、上層ダマシン配線が形成される。
【００９１】
実施例２の半導体装置の製造方法においても、第１実施例の場合と同様に、接続孔底にエッチングストッパーとなるＢＣＢ膜を設け、接続孔底と配線溝底のＢＣＢ膜を同時にエッチングしているため、Ｃｕの損傷が少なく、精度の高いプロセスを行うことが可能になる。
【００９２】
［実施例３］
図１０、図１１は、実施例３に係る半導体装置の構造および半導体装置の製造方法を示す断面図である。ここで、上記の実施例と同様のものは同一符号で示す。なお、以降、明記しない場合は、シリコン酸化膜、ＢＣＢ膜あるいはＡＬＣＡＰTM膜のエッチングは、上記実施例１，２で説明したのと同じである。
【００９３】
先ず、図１０（ａ）に示されているように、図４（ａ）で説明したのと同様にして下部配線部１の上面にＢＣＢ膜４、ＡＬＣＡＰTM膜５、ＢＣＢ膜６、ＡＬＣＡＰTM膜７、ＢＣＢ膜８およびシリコン酸化膜１０が、順次に積層して形成される。
【００９４】
続いて、図１０（ｂ）に示すようにフォトリソグラフィー技術を用いてシリコン酸化膜１０上に接続孔パターンを有する第３レジストマスク２０が形成され、図１０（ｃ）に示すように、第３レジストマスク２０をエッチングマスクにしてＢＣＢ膜４表面に達する接続孔１４がエッチングで形成される。そして、上述したように第３レジストマスク２０をアッシングで除去する。このようにして図１１（ａ）に示す構造になる。
【００９５】
続いて、図１１（ｂ）に示されているように、シリコン酸化膜１０の上面に、反射防止膜であるＡＲＣ膜２３ならびに配線溝パターンを有する第５レジストマスク２５が形成される。ここで、接続孔内には埋込ＡＲＣ膜２４が形成され接続孔底のＢＣＢ膜４を保護する役割を果たす。
【００９６】
続いて、図１１（ｃ）に示されているように、第５レジストマスク２５および埋込ＡＲＣ膜２４をエッチングマスクにし、図２で説明したドライエッチングで、ＢＣＢ膜６をエッチングストッパーとし、上述したシリコン酸化膜１０、ＢＣＢ膜８、ＡＬＣＡＰTM膜７が順次エッチングされ、配線溝１２，１２ａが形成される。接続孔底のＢＣＢ膜４は埋込ＡＲＣ２４によりエッチングプラズマから保護される。
【００９７】
以後の工程は、上記第５レジストマスク２５および（埋込）ＡＲＣ膜２４，２３が上記のアッシング方法で除去される。そして、第１実施例の図６、図７で説明したのと同様にして、上層デュアルダマシン配線、上層ダマシン配線が形成される。この場合も、従来例１，２に説明したのと同様の効果が生じる。
【００９８】
［実施例４］
図１２、図１３は、実施例４に係る半導体装置の構造および半導体装置の製造方法を示す断面図である。以下、上記実施例と同様のものは同一符号で示す。なお、以降、明記しない場合は、シリコン酸化膜、ＢＣＢ膜あるいはＡＬＣＡＰTM膜のエッチングは、上記実施例１，２で説明したのと同じである。
【００９９】
先ず図１２（ａ）に示されているように、図４（ａ）で説明したのと同様にして下部配線部１の上面にＢＣＢ膜４、ＡＬＣＡＰTM膜５、ＢＣＢ膜６、ＡＬＣＡＰTM膜７、ＢＣＢ膜８およびシリコン酸化膜１０が、順次に積層して形成される。
【０１００】
続いて、図１２（ｂ）に示されているように、配線溝パターンを有する第１レジストマスク１１が形成され、これをエッチングマスクにしたドライエッチングで、図１２（ｃ）に示されているように、シリコン酸化膜１０がエッチングされ、上記配線溝パターンが転写されて開口２６が形成される。更に、Ｎ2 ／Ｈ2 プラズマによりレジストマスク１１がアッシング除去される。この際、ＢＣＢ膜が露出しているが、上述したようにＢＣＢ膜は、Ｎ2 ／Ｈ2 プラズマに対して耐エッチング性を有しエッチングされることはない。
【０１０１】
続いて、図１３（ａ）に示されているように、接続孔パターンを有する第６レジストマスク２７が形成され、第６レジストマスク２７をマスクとして、ＢＣＢ膜８がエッチングされる。そして、その下部のＡＬＣＡＰTM膜、ＢＣＢ膜、ＡＬＣＡＰTM膜が、順次にエッチングされて図１３（ｂ）に示すように、開孔２１が形成される。
【０１０２】
そして、図１３（ｃ）に示されているように、図３で説明したように、ＡＬＣＡＰTM膜５、ＡＬＣＡＰTM膜７のエッチングは抑制され、ＢＣＢ膜８が選択的にエッチングされ開口２６ａが形成される。このようにして、ＢＣＢ膜８、ＡＬＣＡＰTM膜７、ＢＣＢ膜６、およびＡＬＣＡＰTM膜５の中間深さの領域に開孔２１が形成される。この段階では、開孔２１はＢＣＢ膜４表面には達しない。
【０１０３】
続いて、ＡＬＣＡＰTM膜７と残りのＡＬＣＡＰTM膜５とが酸素とフロロカーボンの混合ガスプラズマでエッチングされ、図６（ａ）で示した構造になる。この際、接続孔１４底部に現われるＢＣＢ膜４および配線溝１２，１２ａ底のＢＣＢ膜６はエッチングストッパーとして作用する。以後の工程は、図６および図７に基づいて説明した通りである。この場合も、従来例１，２，３に説明したのと同様の効果が生じる。
【０１０４】
［実施例５］
図１４乃至図１６は、実施例５に係る半導体装置の構造および半導体装置の製造方法を示す断面図である。この場合も上記の実施例と同様のものは同一符号で示す。なお、以降、明記しない場合は、シリコン酸化膜、ＢＣＢ膜あるいはＡＬＣＡＰTM膜のエッチングは、上記実施例１，２で説明したのと同じである。
【０１０５】
先ず、図１４（ａ）に示されているように、図４（ａ）で説明したのと同様にして下部配線部１の上面にＢＣＢ膜４、ＡＬＣＡＰTM膜５、ＢＣＢ膜６、ＡＬＣＡＰTM膜７、ＢＣＢ膜８、シリコン酸化膜１０およびシリコン窒化膜２８が、順次に積層して形成される。
【０１０６】
続いて、図１４（ｂ）に示されているように、シリコン窒化膜２８の上面に配線溝パターンを有する第１レジストマスク１１が形成される。そして、第１レジストマスク１１をエッチングマスクとして、シリコン窒化膜２８がエッチングされ、図１４（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜２８に配線溝パターンが転写され開口２９が形成される。そして、酸素プラズマにより第１レジストマスク１１がアッシング除去される。
【０１０７】
続いて、図１５（ａ）に示されているように、接続孔パターンを有する第６レジストマスク２７が形成され、図１５（ｂ）に示すように開孔２１が形成される。そして、シリコン窒化膜２８をエッチングのマスクにしてシリコン酸化膜１０とＢＣＢ膜８とがドライエッチングされる。このようにして、図１５（ｃ）に示すような開孔２１と開口２９ａが形成される。
【０１０８】
続いて、図１６（ａ）に示されているように、上述したようにパターニングされたシリコン窒化膜とシリコン酸化膜とをハードマスクとして、ＡＬＣＡＰTM膜７とＡＬＣＡＰTM膜５が酸素とフロロカーボンの混合ガスプラズマでエッチングされ、配線溝１２，１２ａと接続孔１４とが形成される。その際、配線溝１２，１２ａの底部に現われるＢＣＢ膜６および接続孔１４底のＢＣＢ膜４はエッチングストッパーとして作用する。
【０１０９】
更に、図２で示したようなフロロカーボン／酸素の混合ガスを用いて、図１６（ｂ）に示すようにシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を選択的にエッチングしシリコン酸化膜１０を露出させる。フロロカーボン／酸素の混合ガスの条件を適当にすることで、ＢＣＢ膜６やＢＣＢ膜４を損傷すること無く、シリコン窒化膜をエッチバックすることが可能である。ここで、ＣＭＰの補強用にシリコン窒化膜を一部残しておいてもよい。
【０１１０】
その後、図３で説明したような窒素／水素／フロロカーボンの混合ガスプラズマを用いて、ＢＣＢ膜４，６を選択的に同時にエッチングする。このようにして、配線溝１２，１２ａと接続孔１４が形成される。この混合ガスプラズマを用いると、ＢＣＢ膜４の下層のＣｕを酸化させるおそれが無い。また側壁のＡＬＣＡＰTM膜５およびＡＬＣＡＰTM膜７を損傷させるおそれが少ない。
【０１１１】
以後の工程は、図７に基づいて説明した通りである。なお、上記シリコン窒化膜の残存する一部およびシリコン酸化膜はＣＭＰで研磨除去してもよい。この場合も、従来例１，２，３，４に説明したのと同様の効果が生じる。
【０１１２】
実施例５の半導体の製造方法では、下層にシリコン酸化膜、上層にシリコン窒化膜を用いた２層の無機膜を用いた例を示したが、同様のプロセスを行うことのできる膜であれば、これらの膜、ならびに組み合わせ、さらには層数に限定されない。即ち、下層にシリコン窒化膜、上層にシリコン酸化膜を用いてもよいし、ＳｉＣやＳｉＣＮ、ＳｉＯＮなどを用いたり、単層や３層以上の無機膜を使用してもよい。
【０１１３】
［実施例６］
前述したような実施例でもって、シリコン基板３１に素子分離絶縁膜３２で分離され、コンタクトプラグ３３の形成された層間絶縁膜３４で被覆されたＭＯＳＦＥＴ３５上に、ダマシン構造のＣｕ多層配線が形成される実施例を図１７を参照して説明する。以下に、その構造的な特徴を示す。
【０１１４】
ＭＯＳＦＥＴ３５上のシリコン酸化膜で成る層間絶縁膜３４の表面はＣＭＰ法により平坦化されている。ここで、層間絶縁膜３４の膜厚は７００ｎｍ程度である。この層間絶縁膜３４にはＭＯＳＦＥＴ３５の拡散層およびゲート電極に至る０．１μｍφのコンタクトホールが形成され、このコンタクトホールに、Ｔａ（１０ｎｍ）／ＴａＮ（１０ｎｍ）のバリアメタルで囲まれたＣｕ材料のコンタクトプラグ３３が形成されている。
【０１１５】
上記層間絶縁膜３４上に配線溝のエッチングストッパーである第２の有機絶縁膜３７として３０ｎｍ厚のＤＶＳ（ジビニルシロキサン）−ＢＣＢ膜が形成されている。そして、第２の有機絶縁膜３７上には３００ｎｍ厚のポーラス有機シリカ膜で第２の絶縁膜３８が形成され、その上部に第３の有機絶縁膜３９として３０ｎｍ厚のＤＶＳ−ＢＣＢ膜が形成されている。
【０１１６】
第１層ダマシン配線４１は、上記ＤＶＳ−ＢＣＢ膜／ポーラス有機シリカ膜／ＤＶＳ−ＢＣＢ膜からなる積層絶縁膜を貫く配線溝にＴａ（１０ｎｍ）／ＴａＮ（１０ｎｍ）のバリアメタルで覆われたＣｕ配線が埋め込まれた構造となっている。そして、第１層ダマシン配線４１は、コンタクトプラグ３３に接続され、第１層ダマシン配線４１上には、接続孔のエッチングストッパー膜として３０ｎｍ厚のＤＶＳ−ＢＣＢ膜から成る第１の有機絶縁膜４０が形成されている。
【０１１７】
更に、４００ｎｍ厚のポーラス有機シリカ膜で第１の絶縁膜３６が形成され、配線溝エッチングストッパー膜として３０ｎｍ厚のＤＶＳ−ＢＣＢ膜で第２の有機絶縁膜３７ａが形成されている。そして、第２の有機絶縁膜３７ａ上には３００ｎｍ厚のポーラス有機シリカ膜から成る第２の絶縁膜３８ａと、第３の有機絶縁膜３９ａとして３０ｎｍ厚のＤＶＳ−ＢＣＢ膜が形成されている。
【０１１８】
この積層構造絶縁膜に対して、上述したようにＤＶＳ−ＢＣＢ膜／ポーラス有機シリカ膜／ＤＶＳ−ＢＣＢ膜を貫く配線溝にバリアメタルとＣｕ配線の埋め込まれた第２層ダマシン配線４３が形成されている。なお、配線溝は必ずしも第２の有機絶縁膜３７ａをつらぬいている必要はなく、配線溝底部が第２の有機絶縁膜３７ａ内に存在してもよい。第２層ダマシン配線４３の底部より、第１の絶縁膜３６と第１の有機絶縁膜４０を貫く第１ビアプラグ４２が形成されており、第１層ダマシン配線４１に接続されている。
【０１１９】
第２層ダマシン配線４３上には、ビアエッチングストッパー膜として３０ｎｍ厚のＤＶＳ−ＢＣＢ膜から成る第１の有機絶縁膜４０ａが形成されている。さらに、４００ｎｍ厚のポーラス有機シリカ膜で第１の絶縁膜３６ａが形成され、配線溝エッチングストッパー膜としての３０ｎｍ厚のＤＶＳ−ＢＣＢ膜から成る第２の有機絶縁膜３７ｂが形成されている。
【０１２０】
そして、第２の有機絶縁膜３７ｂ上には３００ｎｍ厚のポーラス有機シリカ膜から成る第２の絶縁膜３８ｂが形成される。そして、第２の絶縁膜３８ｂ上に３０ｎｍ厚のＤＶＳ−ＢＣＢ膜から成る第３の有機絶縁膜３９ｂが形成されている。そして、第１、２層ダマシン配線と同様に、ＤＶＳ−ＢＣＢ膜／ポーラス有機シリカ膜／ＤＶＳ−ＢＣＢ膜を貫く配線溝に第３層ダマシン配線４５が形成されている。この第３層ダマシン配線４５の底部より、第１の絶縁膜３６ａと第１の有機絶縁膜４０ａを貫く第２ビアプラグ４４が形成されており、第２層ダマシン配線４３に接続されている。この第３層ダマシン配線４５上にはカバー膜として第１の有機絶縁膜４０ｂが形成されている。
【０１２１】
実施例６のようにデュアルダマシン配線を多層化しても、層間絶縁膜の反りあるいはクラックの発生は生じない。これは、積層する有機絶縁膜あるいは絶縁膜の熱膨張係数が小さくなるからである。このようにして高品質の多層配線が形成できるようになる。
【０１２２】
また、Ｃｕ配線幅の寸法とビアプラグの寸法とはほぼ全層にわたって同一にできる。このために、配線のピッチが小さくでき、微細で高密度の多層配線が容易に形成できるようになる。
【０１２３】
上記の実施の形態では、有機絶縁膜をＢＣＢ膜単層としたが、炭素／シリコン比の異なる有機絶縁膜の積層膜であるＤＶＳ−ＢＣＢ／ＳｉＣＮであってもよい。また、ＤＶＳ−ＢＣＢ膜に窒素をプラズマ添加したＤＶＳ−ＢＣＢＮ膜であってもよい。この場合の窒素の含有量は１〜１０％程度である。
【０１２４】
上記の実施例では、無機膜をハードマスクとしてエッチングマスクに使用する場合について説明しているが、ＢＣＢ膜のような有機高分子を主骨格としたＳｉ含有の有機絶縁膜をエッチングマスクにしてもよいことに言及しておく。
【０１２５】
また、上記の実施例ではデュアルダマシン配線の形成について説明したが、ダマシン配線のみを形成する場合でも同様に本発明は適用でき、同様の効果が生じることに言及しておく。この場合にも、ＢＣＢ膜のような有機高分子を主骨格としたＳｉ含有の有機絶縁膜をエッチングマスクあるいはエッチングストッパーとして、ＡＬＣＡＰTM膜のようなＳｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水素あるいは有機成分含有の絶縁膜を選択的にエッチングする。あるいは、逆に、発明の実施の形態で説明したようなエッチングガス選択により、ＡＬＣＡＰTM膜のようなＳｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水素あるいは有機成分含有の絶縁膜をエッチングしないで、ＢＣＢ膜のような有機高分子を主骨格としたＳｉ含有の有機絶縁膜を選択的にエッチングする。
【０１２６】
本発明は上記の実施の形態（あるいは実施例）に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、実施の形態が適宜変更され得る。
【０１２７】
【発明の効果】
上述したように、本発明により、ダマシン配線構造を形成する層間絶縁膜の誘電率は大幅に低減でき、上記配線のピッチは大幅に小さくなり、微細で高密度の多層配線が高精度に形成できるようになる。
【０１２８】
また、ダマシン配線と接続孔の底部のエッチングストッパーに有機絶縁膜を用い、接続孔底のエッチングストッパー膜と配線溝底のエッチングストッパー膜を同時にエッチング除去できるようになりＣｕ配線表面の損傷は皆無になる。また、（デュアル）ダマシン配線を多層化しても、層間絶縁膜の反りあるいはクラックの発生は大幅に低減する。このようにして高品質の多層配線が形成できるようになる。
【０１２９】
そして、多層配線での寄生容量に起因した電力消費が抑制され、半導体装置の高性能化あるいは低消費電力化が促進される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための多層配線構造の断面図である。
【図２】本発明を説明するための層間絶縁膜のエッチング特性を示すグラフである。
【図３】本発明を説明するための層間絶縁膜の別のエッチング特性を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例１を説明するための多層配線構造の製造工程順の断面図である。
【図５】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図である。
【図６】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図である。
【図７】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図である。
【図８】本発明の実施例２を説明するための多層配線構造の製造工程順の断面図である。
【図９】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図である。
【図１０】本発明の実施例３を説明するための多層配線構造の製造工程順の断面図である。
【図１１】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図である。
【図１２】本発明の実施例４を説明するための多層配線構造の製造工程順の断面図である。
【図１３】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図である。
【図１４】本発明の実施例５を説明するための多層配線構造の製造工程順の断面図である。
【図１５】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図である。
【図１６】上記工程の続きを示す製造工程順の断面図である。
【図１７】本発明の実施例６を説明するための多層配線構造の断面図である。
【図１８】ＢＣＢ膜を堆積させる成膜装置である。
【図１９】第１の従来例を示すためのダマシン配線構造の製造工程順の断面図である。
【図２０】第２の従来例を示すデュアルダマシン配線構造の断面図である。
【図２１】第２の従来例の課題を説明するためのデュアルダマシン配線構造の断面図である。
【符号の説明】
１ 下層配線部
２ 上層配線部
３ 下層デュアルダマシン配線
４，６，８ ＢＣＢ膜
５，７ ＡＬＣＡＰTM
９，９ａ 上層デュアルダマシン配線
１０ シリコン酸化膜
１１ 第１レジストマスク
１２，１２ａ 配線溝
１３ 第２レジストマスク
１４ 接続孔
１５ Ｈｅプラズマ
１６ バリア膜
１７ Ｃｕ膜
１８ バリアメタル
１９ Ｃｕ配線
２０ 第３レジストマスク
２１ 開孔
２２ 第４レジストマスク
２３ ＡＲＣ膜
２４ 埋込ＡＲＣ膜
２５ 第５レジストマスク
２６，２６ａ，２９，２９ａ 開口
２７ 第６レジストマスク
２８ シリコン窒化膜
３１ シリコン基板
３２ 素子分離絶縁膜
３３ コンタクトプラグ
３４ 層間絶縁膜
３５ ＭＯＳＦＥＴ
３６，３６ａ 第１の絶縁膜
３７，３７ａ，３７ｂ 第２の有機絶縁膜
３８，３８ａ，３８ｂ 第２の絶縁膜
３９，３９ａ，３９ｂ 第３の有機絶縁膜
４０，４０ａ，４０ｂ 第１の有機絶縁膜
４１ 第１層ダマシン配線
４２ 第１ビアプラグ
４３ 第２層ダマシン配線
４４ 第２ビアプラグ
４５ 第３層ダマシン配線
４６ バリアメタル
４７ Ｃｕ配線
Claims (18)
- 半導体素子が形成された基板上に第１の有機絶縁膜、第１の絶縁膜、第２の有機絶縁膜、第２の絶縁膜、第３の有機絶縁膜をこの順に積層して形成した後に前記第３の有機絶縁膜上に無機膜を設ける工程と、
前記無機膜上に形成した配線溝パターンを有するレジストマスクを用いたエッチングにより、前記第２の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記無機膜と第３の有機絶縁膜と第２の絶縁膜とをエッチングし配線溝を形成する工程と、
前記レジストマスクを除去後、接続孔パターンを有するレジストマスクを用いたエッチングにより、前記第１の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記第２の有機絶縁膜と第１の絶縁膜とをエッチングし前記配線溝に連結する接続孔を形成する工程と、
前記接続孔パターンを有するレジストマスクを除去後、前記配線溝底の第２の有機絶縁膜と前記接続孔底の第１の有機絶縁膜とを同時にエッチングする工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体素子が形成された基板上に第１の有機絶縁膜、第１の絶縁膜、第２の有機絶縁膜、第２の絶縁膜、第３の有機絶縁膜をこの順に積層して形成した後に前記第３の有機絶縁膜上に無機膜を設ける工程と、
前記無機膜上に形成した接続孔パターンを有するレジストマスクを用いたエッチングにより、少なくとも前記無機膜と第３の有機絶縁膜と第２の絶縁膜と第２の有機絶縁膜とをエッチングし接続孔を形成する工程と、
前記レジストマスクを除去後、配線溝パターンを有するレジストマスクを用いたエッチングにより、前記第１の有機絶縁膜と第２の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを同時にエッチングし前記接続孔を前記第１の有機絶縁膜の表面まで延在させると共に配線溝を形成する工程
と、
前記配線溝パターンを有するレジストマスクを除去後、前記配線溝底の第２の有機絶縁膜と前記接続孔底の第１の有機絶縁膜を同時にエッチングする工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体素子が形成された基板上に第１の有機絶縁膜、第１の絶縁膜、第２の有機絶縁膜、第２の絶縁膜、第３の有機絶縁膜をこの順に積層して形成した後に前記第３の有機絶縁膜上に無機膜を設ける工程と、
前記無機膜上に形成した接続孔パターンを有するレジストマスクを用いたエッチングにより、前記第１の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記無機膜と第３の有機絶縁膜と第２の絶縁膜と第２の有機絶縁膜と第１の絶縁膜とをエッチングし接続孔を形成する工程と、
前記レジストマスクを除去後、反射防止膜を全面に塗布する工程と、
配線溝パターンを有するレジストマスクを用いたエッチングにより、前記第２の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記第２の絶縁膜をエッチングし配線溝を形成する工程と、
前記配線溝パターンを有するレジストマスクおよび反射防止膜を除去後、前記配線溝底の第２の有機絶縁膜と前記接続孔底の第１の有機絶縁膜を同時にエッチングする工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体素子が形成された基板上に第１の有機絶縁膜、第１の絶縁膜、第２の有機絶縁膜、第２の絶縁膜、第３の有機絶縁膜をこの順に積層して形成した後に前記第３の有機絶縁膜上に無機膜を設ける工程と、
前記無機膜上に形成した配線溝パターンを有するレジストマスクを用いたエッチングにより、前記第３の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記無機膜をエッチングする工程と、
前記レジストマスクを除去後、接続孔パターンを有するレジストマスクを用いたエッチングにより、前記第３の有機絶縁膜と第２の絶縁膜と第２の有機絶縁膜と第１の絶縁膜の一部とを順次エッチングし接続孔を形成する工程と、
前記接続孔パターンを有するレジストマスクを除去後、前記無機膜をマスクとして前記第３の有機絶縁膜をエッチングし、前記第１の有機絶縁膜と第２の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを同時にエッチングし、前記接続孔を前記第１の有機絶縁膜の表面まで延在させると共に配線溝を形成する工程と、
前記配線溝底の第２の有機絶縁膜と前記接続孔底の第１の有機絶縁膜とを同時にエッチングする工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体素子が形成された基板上に第１の有機絶縁膜、第１の絶縁膜、第２の有機絶縁膜、第２の絶縁膜、第３の有機絶縁膜をこの順に積層して形成した後に前記第３の有機絶縁膜上に第１の無機膜および第２の無機膜とこの順に積層して設ける工程と、
前記第２の無機膜上に形成した配線溝パターンを有するレジストマスクを用いたエッチングにより、前記第１の無機膜をエッチングストッパーとして前記第２の無機膜をエッチングする工程と、
前記レジストマスクを除去後、接続孔パターンを有するレジストマスクを用いたエッチングにより、前記第１の無機膜と第３の有機絶縁膜と第２の絶縁膜と第２の有機絶縁膜と第１の絶縁膜の一部とを順次エッチングし接続孔を形成する工程と、
前記接続孔パターンを有するレジストマスクを除去後、前記第２の無機膜をマスクとして前記第１の無機マスクと前記第３の有機絶縁膜をエッチングした後、前記第１の有機絶縁膜と第２の有機絶縁膜をエッチングストッパーとして前記第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを同時にエッチングし、前記接続孔を前記第１の有機絶縁膜の表面まで延在させると共に配線溝を形成する工程と、
前記配線溝底の第２の有機絶縁膜と前記接続孔底の第１の有機絶縁膜を同時にエッチングする工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第１、第２、第３の有機絶縁膜のうち、少なくとも１つが有機高分子を主骨格としたＳｉ含有の有機薄膜であることを特徴とする請求項１から請求項５のうち１つの請求項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第１、第２の絶縁膜のうち少なくとも１つがＳｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水素あるいは有機成分含有の絶縁膜であることを特徴とする請求項１から請求項６のうち１つの請求項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記有機高分子がベンゼン環を含有する構造であることを特徴とする請求項６または請求項７記載の半導体装置の製造方法。
- 前記有機高分子を主骨格としたＳｉ含有の有機薄膜あるいは有機絶縁膜は、ジビニルシロキサンベンゾシクロブテンが重合された重合体で構成されることを特徴とする請求項６または請求項７記載の半導体装置の製造方法。
- 前記Ｓｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水素あるいは有機成分含有の絶縁膜がポーラス構造であることを特徴とする請求項７から請求項９のうち１つの請求項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記Ｓｉ−Ｏ結合構造を主骨格とした水素あるいは有機成分含有の絶縁膜が有機シルセスクオザンであることを特徴とする請求項７から請求項１０のうち１つの請求項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記配線溝底の第２の有機絶縁膜と前記接続孔底の第１の有機絶縁膜を同時にエッチングする前に、酸素とフロロカーボンガスを含む混合ガスプラズマを用いてシリコン窒化膜からなる無機膜だけをエッチバックすることを特徴とする請求項６から請求項１１のうち１つの請求項に記載の半導体装置の製造方法。
- 溝配線用メタルの化学機械研磨の際に最表面の無機膜を除去する工程を備えることを特徴する請求項１から請求項１１のうち１つの請求項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記配線溝および接続孔を形成後、溝配線用メタルの成膜前にプラズマ処理を行うことを特徴とする請求項１から請求項１３のうち１つの請求項に記載の半導体装置の製造方法。
- アルゴンと酸素とフロロカーボンガスを含む混合ガスのプラズマを用い前記有機絶縁膜をエッチングマスクあるいはエッチングストッパー層として前記絶縁膜を選択的にエッチングすることを特徴とする請求項６から請求項１４のうち１つの請求項に記載の半導体装置の製造方法。
- 窒素と水素の混合ガスにフロロカーボンガスを添加しプラズマ励起して前記有機絶縁膜を選択的にエッチングすることを特徴とする請求項６から請求項１５のうち１つの請求項に記載の半導体の製造方法。
- 前記フロロカーボンガスは、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、 あるいは、これらの混合ガスであることを特徴とする請求項１２、請求項１５または請求項１６記載の半導体の製造方法。
- 溝配線用メタルの成膜前のプラズマ処理はヘリウムプラズマで行うことを特徴とする請求項１４、請求項１５または請求項１６記載の半導
体の製造方法。
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