JPH11233630A

JPH11233630A - 半導体装置の製造方法およびこれを用いた半導体装置

Info

Publication number: JPH11233630A
Application number: JP10036220A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Hasegawa; 利昭長谷川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｃｕ等易酸化性の金属配線上の有機系絶縁膜
に接続孔を開口する際の、金属配線の酸化を防止する。【解決手段】第１層金属配線５上に無機系絶縁膜６を
薄く形成しておき、この上に下層有機系絶縁膜７および
上層有機系絶縁膜８を形成する。この後、これら有機系
絶縁膜をパターニングし、この後無機系絶縁膜をパター
ニングすることにより、接続孔９の開口を完了する。【効果】接続孔開口の最終工程において、有機系絶縁
膜のパターニングに必要な酸素系活性種と、金属配線と
の接触が防止される。したがって、低抵抗の配線および
低誘電率の層間絶縁膜を要する高速ロジック系等の半導
体装置を、信頼性高く製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法およびこれを用いた半導体装置に関し、さらに詳しく
は、易酸化性の金属配線上に形成された有機系絶縁膜
に、接続孔を開口する工程を有する高集積度半導体装置
の製造方法およびこれを用いた半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＵＬＳＩ(Ultra Large Scale Integrate
d Circuits) 等の半導体装置の高集積度化が進展するに
伴い、配線および配線ピッチの微細化が必要となってい
る。また同時に、特に高速ロジック系の半導体装置をは
じめとする半導体装置の低消費電力化、動作速度の高速
化等の要求に応えるためには、低誘電率の層間絶縁膜材
料および低抵抗の配線材料の採用、ならびにこれらの製
造プロセス技術の高度化が要素技術の１つとして重要性
を増している。

【０００３】従来より半導体装置の層間絶縁膜等に採用
されてきた絶縁体膜材料は、ＳｉＯ₂（比誘電率４）、
ＳｉＯＮ（比誘電率４〜６）やＳｉ₃Ｎ₄（比誘電率
６）等の無機系材料が主体であった。高集積度半導体装
置の配線間容量の低減方法として、例えば特開昭６３−
７６５０号公報に開示されているように、これら一般的
な無機系材料よりも低誘電率の材料による層間絶縁膜の
採用が有効である。この低誘電率材料としては、フッ素
原子を含む酸化シリコン系絶縁膜（以下ＳｉＯＦと記
す）等の無機系絶縁膜材料と、炭素原子を含む有機系絶
縁膜材料が代表的である。

【０００４】ＳｉＯＦは、ＳｉＯ₂を構成するＳｉ−Ｏ
−Ｓｉ結合をＦ原子により終端することで、その密度が
低下すること、およびＳｉ−Ｆ結合やＯ−Ｆ結合の分極
率が小さいこと等により、ＳｉＯ₂より低誘電率が達成
される。このＳｉＯＦはその成膜やエッチングのプロセ
スが従来のＳｉＯ₂に類似したものであるので、現用の
製造装置でも容易に採用できる。また無機系材料である
ので耐熱性にも優れる。しかしながら、ＳｉＯＦの比誘
電率は３．７〜３．２程度にとどまる。

【０００５】一方の炭素原子を含む有機系絶縁膜材料に
よる低誘電率絶縁体膜としては、有機ＳＯＧ（Spin On
Glass)、ポリイミド、ポリパラキシリレン（商標名パリ
レン）、ベンゾシクロブテン、ポリナフタレン等、比誘
電率が２．５〜３．５程度の有機高分子材料が知られて
いる。これらの材料は炭素原子を含有することでその密
度が低減され、また分子（モノマ）自体の分極率を小さ
くすることで低誘電率を達成している。またシロキサン
結合、イミド結合あるいはベンゼン環やナフタレン環を
導入することにより、ある程度の耐熱性を得ている。こ
れら炭化水素系の有機系材料に、さらにフッ素原子を導
入することにより、比誘電率が１．５〜２．５程度と一
層の低誘電率化と耐熱性の向上が得られる。かかるフッ
素系樹脂の有機系材料としては、パーフルオロ基含有ポ
リイミドやフッ化ポリアリールエーテル、テフロン（商
標名）あるいはフレア（商標名）等が知られている。こ
れら有機低誘電率材料は、例えば「日経マイクロデバイ
ス」誌１９９５年７月号１０５〜１１２頁に紹介されて
いる。

【０００６】一方の配線材料として、Ａｌ系金属に比較
して低抵抗のＣｕ系金属が注目されている。Ｃｕの比抵
抗は１．７２μΩ−ｃｍであり、Ａｌの比抵抗２．７μ
Ω−ｃｍの２／３程度の値である。またエレクトロマイ
グレーションやストレスマイグレーション等の各種マイ
グレーション耐性にも優れる。

【０００７】これら層間絶縁膜材料や配線材料の製造プ
ロセス技術上の問題点として、配線幅の微細化により、
配線の断面形状の高アスペクト比化のみならず、配線間
隔の微小化により、配線間スペースも高アスペクト比化
が指摘される。この結果、Ｃｕ金属のような難エッチン
グ性かつ高アスペクト比の微細幅配線をパターニングす
るためのドライエッチング技術、および高アスペクト比
の配線間スペースをボイドの発生なく低誘電率の層間絶
縁膜で埋め込むプロセス技術に負担がかかり、工程の複
雑化とスループットの低下を招いている。

【０００８】これらの問題点を解決する方法として、デ
ュアルダマシンプロセス (Dual Damascene Process) が
提案されている。この方法は、層間絶縁膜に形成された
接続孔と配線溝とを、Ｃｕ系金属やＡｌ系金属のリフロ
ースパッタリングあるいはセルフフロースパッタリング
で同時に埋め込み、層間絶縁膜上にも堆積した不要な配
線材料をＣＭＰ (Chemical Mechanical Polishing)によ
り除去するとともに、平坦化表面を得る技術である。こ
の技術は、例えば「日経マイクロデバイス」誌１９９７
年１２月号２１２〜２１７頁に紹介されている。

【０００９】デュアルダマシンプロセスの概要を図６を
参照して説明する。まず図６（ａ）に示すように、第１
層金属配線５上に層間絶縁膜１３を形成し、ここに接続
孔９を開口する。同時に層間絶縁膜１３には、上層配線
形成用の配線溝１０を形成しておく。次に図６（ｂ）に
示すように、全面に第２層金属配線層１１ａを形成す
る。第２層金属配線層１１ａは、接続孔９および配線溝
１０を埋め込むに必要な厚さ以上の厚さに形成する。し
たがって、層間絶縁膜１３上にも余分な第２層金属配線
層１１ａは厚く堆積する。この後、ＣＭＰにより層間絶
縁膜１３上の不要な第２層金属配線層１１ａを除去して
平坦化する。これにより、コンタクトプラグと一体化し
た第２層金属配線１１が得られる。

【００１０】デュアルダマシンプロセスによれば、難エ
ッチング性のＣｕ金属のエッチング技術は不要である。
また層間絶縁膜は平坦面に形成すればよいので、高アス
ペクト比の配線間スペースへの埋め込み技術は不要とな
り、低誘電率特性に専ら専念すればよい。したがって、
工程数の大幅な低減が可能であり、配線のアスペクト比
が大きくなる程、また配線の層数が増える程、トータル
コストの低減に寄与する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このデュアルダマシン
プロセスをはじめ、Ｃｕ等の易酸化性の配線上に形成さ
れた有機系絶縁膜に、この配線に臨む接続孔を開口し、
ここにコンタクトプラグないし上層配線を形成した際
に、コンタクト抵抗が異常に上昇する場合が見られる。

【００１２】比誘電率が３．５を下回る低誘電率絶縁膜
の多くは、炭素原子を含む有機系絶縁膜が用いられる。
したがって、この有機系絶縁膜に接続孔を開口する工程
においては、酸素を含むガスによるドライエッチングが
採用される。この反応機構は、酸素活性種による有機系
絶縁膜の酸化反応である。したがって、この接続孔開口
の最終段階においては、接続孔底部に露出した下層金属
配線の表面は酸素活性種の照射を受ける。銅は易酸化性
の金属であり、またＡｌ系金属とは異なり、表面に形成
された酸化膜が耐酸化性膜として機能して、引き続く酸
化反応の進行を阻止する働きは弱く、配線内部に迄酸化
が進行する虞れがある。すなわち、後工程で表面の酸化
膜を除去しても、配線内部に侵入した酸素原子による高
抵抗層が残存するために、コンタクト抵抗が上昇すると
考えられる。

【００１３】本発明はこのような問題点に鑑み提案する
ものであり、Ｃｕ等の易酸化性の金属配線上に形成され
た有機系絶縁膜に、この金属配線に臨む接続孔を開口す
る際に、下層金属配線の酸化を防止し、この後の工程に
おいて低抵抗のコンタクトプラグ、ないしはデュアルダ
マシンプロセスによる上層配線を形成しうる、信頼性の
高い高集積度半導体装置の製造方法、およびこの方法に
より製造された半導体装置を提供することを課題とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述した課題を達成する
ため、本発明の半導体装置の製造方法は、金属配線上に
形成された有機系絶縁膜に、この金属配線に臨む接続孔
を開口する工程を有する半導体装置の製造方法であっ
て、金属配線上に接して無機系絶縁膜を形成する工程、
この無機系絶縁膜上に有機系絶縁膜を形成する工程、こ
の有機系絶縁膜をパターニングして、接続孔の深さ方向
の一部を開口する工程、無機系絶縁膜をパターニングし
て、さきの接続孔の深さ方向の残部を開口する工程、以
上の工程を有することを特徴とする。本発明における接
続孔は、単なるビアホール (Viahole)の他に、溝配線が
一体となったデュアルダマシンプロセス等によるビアホ
ールも含まれる。

【００１５】本発明の半導体装置は、かかる製造方法に
より製造された半導体装置であることを特徴とする。

【００１６】無機系絶縁膜としては、酸化シリコン、酸
窒化シリコン、窒化シリコン、あるいはこれらにフッ素
を含有したもの、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ等の不純物
を含む酸化シリコン、ＳＯＧ等が例示される。シリカゲ
ル（Ｘｅｒｏｇｅｌ）のような微細気泡を有する酸化シ
リコンでもよい。また通常の化学等量組成よりＳｉ原子
を多く含む酸化シリコン等でもよい。ダイアモンドライ
クカーボンやフッ化ダイアモンドライクカーボン等、高
熱伝導率の無機系絶縁膜の採用も有効である。またこれ
らの絶縁膜を単層で用いても複層で用いてもよい。この
無機系絶縁膜の厚さは、前記有機系絶縁膜の厚さより小
さいことを特徴とする。

【００１７】さらに、この無機系絶縁膜を形成する工程
は、スピンコート法、あるいは還元性雰囲気下でのプラ
ズマＣＶＤ法によることが望ましい。還元性雰囲気は、
例えば弱酸化性のＮ₂ＯガスやＮＯガス等ＮＯ_x系ガス
と、還元性の強いＳｉＨ₄ガスやＳｉ₂Ｈ₆ガス等との
混合ガスをプラズマ励起することにより得られる。弱酸
化性の酸化剤としては、他にＣＯ、ＣＯ₂等のＣＯ_x系
ガス、あるいはＮ₂とＯ₂との混合ガス等が例示され
る。

【００１８】また、この無機系絶縁膜のパターニング
は、フッ素系ガスを含むエッチングガスによるドライエ
ッチングによることが望ましい。

【００１９】つぎに本発明で用いられる有機系絶縁膜
は、先に示した無機系絶縁膜より低誘電率のものであれ
ば特に限定はない。有機ＳＯＧ（比誘電率３〜３．
５）、ポリイミド（比誘電率３〜３．５）、ポリパラキ
シリレン、ベンゾシクロブテン（比誘電率約２．６）、
ポリナフタレン等の炭化水素系樹脂、あるいはパーフル
オロ基を導入したポリイミド（比誘電率約２．７）、フ
ッ素添加ポリパラキシリレン（比誘電率約２．４）、フ
ッ化ポリアリールエーテル（比誘電率２．６）、テフロ
ン（商標名、比誘電率１．９〜２．１）、サイトップ
（商品名、比誘電率２．１）およびサイトップに有機Ｓ
ＯＧがランダム共重合したもの、あるいはフレア（商標
名）等はいずれも採用できる。またこれらの絶縁膜を単
層で用いても複層で用いてもよい。またその製造方法も
ＣＶＤ、ＰＶＤあるいは塗布形成法等の別を問わない。

【００２０】本発明における金属配線は、銅系金属配線
等の易酸化性金属配線に対し、好ましく適用することが
できる。銅系金属配線としては、純銅、およびこの合
金、ならびにこれらの材料と他の配線材料との積層配線
を含む。

【００２１】つぎに作用の説明に移る。易酸化性のＣｕ
系金属配線等の上に接して有機系絶縁膜を形成し、この
金属配線に臨む接続孔を開口する場合には、ドライエッ
チングの最終段階で、接続孔底部に露出した金属配線表
面は酸素活性種に曝され、酸化される。オーバーエッチ
ング時間が長くなれば、それだけ金属配線の酸化は進行
する。したがって、本発明においては、接続孔開口のド
ライエッチングの最終工程においては、酸素活性種を排
除した。このためには、酸素活性種を用いないドライエ
ッチングが可能な、酸化シリコンをはじめとする無機系
絶縁膜を金属配線に接して形成した。無機系絶縁膜の厚
さを有機系絶縁膜より薄く形成すれば、積層された層間
絶縁膜全体としての比誘電率の上昇は回避される。

【００２２】Ｃｕ系金属配線等の上に接して無機系絶縁
膜を形成する工程で、金属配線を酸化させない配慮が必
要である。例えば低温成膜が可能なプラズマＣＶＤにお
いても、過剰な酸素ラジカルの発生は避けなければなら
ない。したがって、本発明においては、無機系絶縁膜を
形成する際の酸化剤ガスとして弱酸化性の亜酸化窒素等
を採用し、また還元性の強いシランガスを用いたプラズ
マＣＶＤ法を採用することにより、プラズマＣＶＤにお
ける雰囲気を弱還元性に維持して金属配線の酸化を防止
する。また、スピンコートをはじめとする塗布形成法
も、室温程度の低温成膜が可能であり、金属配線の酸化
を防止することができる。

【００２３】このように、易酸化性の金属配線の酸化を
極力排除することにより、低抵抗のコンタクトプラグ、
ないしはデュアルダマシンプロセスによる上層配線との
接続構造を形成しうる半導体装置の製造方法、およびこ
れを用いた高動作速度、低消費電力の高集積度半導体装
置を提供することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置の製造
方法の実施の形態例につき、図面を参照しながら説明す
る。まず本発明の半導体装置の製造方法を含んで製造さ
れた半導体装置を、図１に示す要部概略断面図を参照し
て説明する。

【００２５】不図示のＭＯＳトランジスタやＢｉｐｏｌ
ａｒトランジスタ等が作りこまれたＳｉ等の半導体基板
１上に、下層層間絶縁膜２および下層コンタクトプラグ
３が形成されている。さらにこれらの表面上に第１層層
間絶縁膜４および第１層金属配線５が形成されている。
この第１層金属配線５は、易酸化性のＣｕ系金属により
構成されている。

【００２６】この第１層金属配線５および第１層層間絶
縁膜４上に、低誘電率の有機系絶縁膜が形成されている
が、図示の例では、下層有機系絶縁膜７および上層有機
系絶縁膜８の２層から構成されている。さらに、第１層
金属配線５および第１層層間絶縁膜４上に接して、無機
系絶縁膜６が形成されている。

【００２７】さて、この無機系絶縁膜６、下層有機系絶
縁膜７および上層有機系絶縁膜８には、デュアルダマシ
ンプロセスが適用され、接続孔９が開口されているとと
もに、配線溝１０も形成されている。またこれら接続孔
９および配線溝１０内には、第２層金属配線１１が埋め
込まれ、これら上層有機系絶縁膜８および第２層金属配
線１１の表面は平坦化されている。

【００２８】

【実施例】以下、図１に例示された本発明の半導体装置
の製造方法につき、図２〜図６を参照して詳細な説明を
加える。

【００２９】〔実施例１〕まず、図２（ａ）に示すよう
に、ＭＯＳトランジスタ等の素子が作りこまれたシリコ
ン等の半導体基板１上に、下層層間絶縁膜２を形成し、
この下層層間絶縁膜２に接続孔を開口して下層コンタク
トプラグ３を埋め込む。つぎに下層層間絶縁膜２および
下層コンタクトプラグ３上に第１層層間絶縁膜４および
第１層金属配線５を形成する。第１層金属配線５はＣｕ
系金属、例えば純Ｃｕからなり、スパッタリング法、Ｃ
ＶＤ法あるいは電解めっき法等により形成する。第１層
層間絶縁膜４および第１層金属配線５の表面は平坦化さ
れている。ここまでの工程は常法により形成することが
できる。

【００３０】つぎに、第１層層間絶縁膜４および第１層
金属配線５上に無機系絶縁膜６を形成する。無機系絶縁
膜６厚さは、後工程における酸素活性種、すなわち酸素
ラジカルや酸素イオンの照射から第１層金属配線５を保
護する機能を果たせばよいので、例えば５０ｎｍでよ
い。

【００３１】無機系絶縁膜６として、酸化シリコンを用
いる場合には、シラノールあるいはシラノールを含むポ
リマを主成分とする市販の無機ＳＯＧをスピンコート
し、１５０〜２００℃で１分程度ベーキングした後、さ
らに３５０〜４００℃で３０〜６０分のキュアリングを
施して形成する。酸化シリコンは、還元性雰囲気を採用
したプラズマＣＶＤ法で形成してもよい。この場合に
は、酸化剤としてＮ₂Ｏを用い、シリコンソースとして
モノシラン、ジシランあるいはトリシランを採用する。
プラズマＣＶＤ条件は、平行平板型プラズマＣＶＤ装置
を用いる場合には基板温度３００〜４００℃、プラズマ
パワー３５０Ｗ、圧力１ｋＰａ程度の条件でよい。この
場合も、無機系絶縁膜６として５０ｎｍ程度形成する。

【００３２】また無機系絶縁膜６として酸化窒化シリコ
ンを用いる場合には、アミノ基を有する市販の無機ＳＯ
Ｇをスピンコートし、やはり１５０〜２００℃で１分程
度ベーキングした後、さらに３５０〜４００℃で３０〜
６０分のキュアリングを施して形成する。酸化窒化シリ
コンは、モノシラン、ジシランあるいはトリシラン等の
シリコンソースガスと、窒化剤ガスとしてアンモニアあ
るいはヒドラジンと、さらに酸化剤ガスとしてＮ₂Ｏを
用い、さらにキャリアガスとしてＡｒ、ＨｅあるいはＮ
₂を用いたプラズマＣＶＤ法によって形成してもよい。
この場合も基板温度３００〜４００℃、プラズマパワー
３５０Ｗ、圧力１ｋＰａ程度のプラズマＣＶＤ条件を用
いる。

【００３３】窒化シリコンを無機系絶縁膜６として用い
る場合にも、同様にアミノ基を有する市販の無機ＳＯＧ
をスピンコートして形成される。プラズマＣＶＤ法を採
用する場合には、モノシラン、ジシランあるいはトリシ
ラン等のシリコンソースガスと、窒化剤ガスとしてアン
モニアあるいはヒドラジンを用いる。キャリアガスとし
てはＡｒ、ＨｅあるいはＮ₂を用い、この場合も基板温
度３００〜４００℃、プラズマパワー３５０Ｗ、圧力１
ｋＰａ程度のプラズマＣＶＤ条件を用いる。無機系絶縁
膜６の厚さは、いずれも１０〜１００ｎｍ程度の範囲で
よい。１０ｎｍ未満では耐酸化性が充分でなく、１００
ｎｍを超えると層間絶縁膜全体としての低誘電率化が図
れない。

【００３４】つぎに下層有機系絶縁膜７を、一例として
８００ｎｍの厚さに形成する。下層有機系絶縁膜７の材
料として、〔化１〕に示されるフッ素樹脂（商品名：ア
モルファステフロン：テフロンＡＦ）を採用し、これを
スピンコーティング法で成膜した。なおフッ素樹脂とし
ては〔化１〕に示される以外の構造式のものを用いても
よい。

【００３５】

【化１】

【００３６】下層有機系絶縁膜７の形成には、まず無機
系絶縁膜１表面にプラズマを照射してその表面エネルギ
を高める。プラズマ処理装置は、通常の平行平板型プラ
ズマ処理装置を用いた。プラズマ処理条件Ｎ₂Ｏ５０ｓｃｃｍ圧力１０ＰａＲＦパワー３００Ｗ時間２分

【００３７】続けて、カプリング剤としてＣＦ₃（ＣＦ
₂）_nＣＨ₂ＳｉＣｌ₃、あるいはＣＦ₃（ＣＦ₂）_n
ＣＨ₂Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃、もしくはＣＦ₃（ＣＦ₂）
_nＣＨ₂Ｓｉ（ＯＨ）₃等を溶剤に希釈した溶液をスピ
ンコートした（ただしｎは２以上の自然数）。塗布厚は
単分子層に相当する膜厚程度でよい。これらプラズマ処
理およびカプリング剤処理は、下層有機系絶縁膜７の密
着性の問題がなければ省略してもよい。

【００３８】つぎに〔化１〕で示されるフッ素樹脂をフ
ロロカーボン系の溶媒に溶解し、カプリング剤処理した
無機系絶縁膜６上にスピンコーティング法により塗布
し、乾燥、キュアリングの工程を経て下層有機系絶縁膜
７を８００ｎｍの厚さに成膜した。スピンコーティング条件粘度３０ｃｐ回転数３０００ｒｐｍ乾燥条件温度１００ ℃ 雰囲気窒素圧力大気圧時間２分キュアリング条件温度２５０ ℃ 雰囲気窒素圧力大気圧時間５分乾燥およびキュアリングの雰囲気はＡｒ等の不活性ガス
を用いてもよい。

【００３９】続けて、上層有機系絶縁膜８を５００ｎｍ
の厚さに形成する。上層有機系絶縁膜８の材料として
は、先に形成した下層有機系絶縁膜７とは異なる構造式
を持つ材料がこのましい。これは、後工程で配線溝をパ
ターニングする際に、上層有機系絶縁膜８の材料と下層
有機系絶縁膜７材料とが異なっていれば、エッチングス
トッパとしての機能を下層有機系絶縁膜７に期待できる
からである。本実施例では、〔化２〕に示されるフッ化
ポリアリールエーテル（商品名：Flare)を用いた。フレ
アの成膜方法もテフロンＡＦと同様でよい。ただし〔化
２〕と同じあるいは類似した構造を有する有機系絶縁膜
材料であれば、フレア以外の樹脂を採用してよい。無機
系絶縁膜６、下層有機系絶縁膜７および上層有機系絶縁
膜８を形成した試料の状態を図２（ｂ）に示す。

【００４０】

【化２】

【００４１】この後、図３（ｃ）に示すように、接続孔
の開口パターンを有する酸化シリコン等の無機マスク１
２を形成する。無機マスク材料としては、無機ＳＯＧあ
るいはプラズマＣＶＤによる酸化シリコン等を用い、そ
の厚さは５０ｎｍ程度でよい。無機マスク１２のパター
ニングは、フォトレジストマスクをエッチングマスクと
して、例えばマグネトロンＲＩＥ方式のプラズマエッチ
ングを用いることができる。

【００４２】つぎに無機マスク１２をエッチングマスク
として、上層有機系絶縁膜８および下層有機系絶縁膜７
をエッチングし、接続孔の深さ方向の一部９ａを開口す
る。この開口工程では、図３（ｄ）に示すように下層有
機系絶縁膜７を完全にエッチオフする前で停止すること
が望ましい。有機系絶縁膜のエッチング条件Ｏ₂ ５０ｓｃｃｍＨｅ２００ｓｃｃｍ圧力１ＰａＲＦパワー５００Ｗ被エッチング基板温度 −１０ ℃

【００４３】この後、図４（ｅ）に示すように、後工程
で形成する配線溝に相当する部分の無機マスク１２をさ
らにパターニングする。この工程は、接続孔の開口パタ
ーンを有する無機マスク１２を一旦剥離して、新たに無
機マスク層を形成し、ここに配線溝および接続孔の開口
パターンをエッチングしてもよい。

【００４４】新たにパターニングした無機マスク１２を
エッチングマスクとして、図４（ｆ）に示すように上層
有機系絶縁膜８をエッチングして配線溝１０を形成す
る。エッチング条件は、先に示した有機系絶縁膜のエッ
チング条件に準じてよい。このエッチング工程により、
接続孔の深さ方向の一部９ａ底部に残存している薄い下
層有機系絶縁膜７もエッチング除去され、接続孔の深さ
方向の一部９ａ底部に無機系絶縁膜６の表面が露出す
る。

【００４５】続けてエッチング条件を切り換え、接続孔
の深さ方向の一部９ａ底部に露出する無機系絶縁膜６を
エッチングする。無機系絶縁膜６が酸化シリコンの場合
には、平行平板型プラズマエッチング装置により、下記
エッチング条件を採用することができる。無機系絶縁膜のエッチング条件Ｃ₂Ｆ₆ １４ｓｃｃｍＣＯ１８０ｓｃｃｍＡｒ２４０ｓｃｃｍ圧力１ＰａＲＦパワー１５００Ｗこのエッチング工程により、図５（ｇ）に示すように接
続孔の深さ方向の残部が開口されて接続孔９が完成する
とともに、無機マスク１２も除去される。

【００４６】この後、図５（ｈ）に示すように第２層金
属配線層１１ａを形成し、接続孔９および配線溝１０内
を埋め込む。第２層金属配線層１１ａの材料はＣｕ系金
属、本実施例では純Ｃｕを採用し、ステップカバレッジ
に優れる遠距離スパッタリング法により１５００ｎｍの
厚さに形成した。第２層金属配線層１１ａは、ＣＶＤ法
や電解めっき法等により形成することもできる。電解め
っき法を採用する際には、予めＣｕ等の通電膜を薄く形
成しておき、これを電極として電解めっきする。またＣ
ＶＤ法による際には、原料ガスとして例えば銅の有機金
属化合物、一例としてＣｕ(hfac)(tmvs)を用いたプラズ
マＣＶＤ法が好適である。Ｃｕ(hfac)(tmvs)は、〔化
３〕に示すようにＣｕ原子にhfac(Hexafluoroacetylace
tonate) とtmvs(Trimetylvinylsilane) が結合した化合
物である。

【００４７】

【化３】

【００４８】つづけて、上層有機系絶縁膜８上に形成さ
れた不要の第２層金属配線層１１ａを周知のＣＭＰ法に
より除去して、接続孔９および配線溝１０内に第２層金
属配線１１を平坦に埋め込む。上層有機系絶縁膜８上の
不要の第２層金属配線層１１ａは、周知のエッチバック
法等により除去してもよい。ＣＭＰ完了後の状態が、先
に説明した図１に示す概略断面図に示される。

【００４９】本実施例では、Ｃｕ金属等酸化されやすい
金属配線上に接して無機系絶縁膜を形成し、この後有機
系絶縁膜としてフッ素を含む有機系絶縁膜、一例として
アモルファステフロンおよびフッ化ポリアリールエーテ
ルを積層して形成した。これにより、金属配線に臨む接
続孔を開口する際の金属配線の酸化を防止することがで
きるとともに、配線溝をパターニングする際のエッチン
グストッパ効果が期待できる。したがって、低誘電率化
の効果が非常に高く、また低抵抗のコンタクトプラグを
有するデュアルダマシンプロセスを実現することができ
る。

【００５０】〔実施例２〕本実施例は、図１に示される
下層有機系絶縁膜７および上層有機系絶縁膜８の材料と
して、いずれも〔化４〕に示される、環状フッ素樹脂の
サイトップ（商品名）を採用した以外は、先の実施例１
に準拠するものである。サイトップの成膜方法もスピン
コーティング法により、一例として１．３μｍの厚さに
１回で形成した。

【００５１】

【化４】

【００５２】環状フッ素樹脂としては、〔化４〕に構造
式を示すもの以外にも、類似の繰り返し構造を有する含
フッ素樹脂を採用してもよい。また、〔化５〕に示され
る環状フッ素樹脂とシロキサン樹脂の共重合樹脂を用い
てもよい。

【００５３】

【化５】

【００５４】環状フッ素樹脂による有機系絶縁膜への接
続孔９開口および配線溝１０形成のエッチング条件も前
実施例１に準じてよい。ただし配線溝のパターニング時
には、エッチングストッパ効果は期待できないので、有
機系絶縁膜のエッチングレートに基づくエッチング時間
制御によって、配線溝のエッチング終点を決定する。

【００５５】本実施例によれば、Ｃｕ金属等酸化されや
すい金属配線上に接して薄く無機系絶縁膜を形成し、こ
の後有機系絶縁膜としてフッ素を含む有機系絶縁膜の一
例として環状フッ素樹脂を厚く形成した。これにより、
金属配線に臨む接続孔を開口する際の金属配線の酸化を
防止することができる。したがって、低誘電率化の効果
が非常に高く、また低抵抗のコンタクトプラグを有する
デュアルダマシンプロセスを実現することができる。

【００５６】〔実施例３〕本実施例は、図１に示される
下層有機系絶縁膜７の材料として〔化６〕に示されるポ
リアリールエーテルを８００ｎｍの厚さに形成し、上層
有機系絶縁膜８としては先に〔化２〕で示したフッ化ポ
リアリールエーテルを５００ｎｍの厚さに形成した他
は、先の実施例１に準拠するものである。ポリアリール
エーテルおよびフッ化ポリアリールエーテルの成膜方法
もスピンコーティング法によった。

【００５７】

【化６】

【００５８】下層有機系絶縁膜７および上層有機系絶縁
膜８への接続孔９開口および配線溝１０形成のエッチン
グ条件も前実施例１に準じてよい。ただし配線溝のパタ
ーニング時には、同系統の基本骨格を持ちながら、フッ
素原子を有する有機系絶縁膜と、フッ素原子を有さない
有機系絶縁膜との間のエッチングレートの差を利用する
ことにより、より確実なエッチングストッパ効果を得る
ことができる。

【００５９】本実施例では、Ｃｕ金属等酸化されやすい
金属配線上に接して薄く無機系絶縁膜を形成し、この後
有機系絶縁膜としてフッ素を含まない有機系絶縁膜とフ
ッ素を含む有機系絶縁膜を積層して形成した。これによ
り、金属配線に臨む接続孔を開口する際の金属配線の酸
化を防止することができるとともに、配線溝の形成工程
においては、より確実なエッチングストッパ効果が得ら
れる。したがって、低誘電率化の効果が高く、また低抵
抗のコンタクトプラグを有するデュアルダマシンプロセ
スを信頼性高く実現することができる。

【００６０】以上、本発明を３例の実施例により詳細に
説明したが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるも
のではない。

【００６１】例えば、無機系絶縁膜材料として酸化シリ
コンを例示したが、不純物を含む酸化シリコン、フッ素
を含む酸化シリコン、化学等量以外の酸化シリコン、酸
化窒化シリコン、窒化シリコン、あるいはダイアモンド
ライクカーボン等を用いることができる。

【００６２】また有機系絶縁膜として実施例に挙げたア
モルファステフロン、フッ化ポリパラキシリレン、サイ
トップの他に、〔化７〕で示されるフッ化ポリイミド
や、各種フッ素含有樹脂、あるいはフッ素を含まない樹
脂を用いることができる。

【００６３】

【化７】

【００６４】また金属配線材料として、純銅の他に銅系
合金や銀等、易酸化性の金属やその積層材料の他に、Ａ
ｌ系金属や高融点金属シリサイド等、従来用いられてい
る配線材料は、いずれも使用することができる。

【００６５】またデュアルダマシンプロセスへの適用以
外に、金属配線に臨む接続孔のみの開口工程に用いても
よいことは言うまでもない。

【００６６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の半導体装置の製造方法およびこれを用いた半導体装置
によれば、易酸化性の金属配線に臨む接続孔の開口工程
を、この金属配線を酸化させることなく達成することが
できる。したがって、本発明の半導体装置の製造方法の
採用により、低抵抗の金属配線と、低誘電率の層間絶縁
膜を併せもつ高集積度の半導体装置を信頼性高く製造す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の要部を示す概略断面図で
ある。

【図２】本発明の半導体装置の製造方法を示す概略断面
図である。

【図３】本発明の半導体装置の製造方法を示す概略断面
図であり、図２に続く工程を示す。

【図４】本発明の半導体装置の製造方法を示す概略断面
図であり、図３に続く工程を示す。

【図５】本発明の半導体装置の製造方法を示す概略断面
図であり、図４に続く工程を示す。

【図６】デュアルダマシンプロセスの概要を示す概略断
面図である。

【符号の説明】

１…半導体基板、２…下層層間絶縁膜、３…下層コンタ
クトプラグ、４…第１層層間絶縁膜、５…第１層金属配
線、６…無機系絶縁膜、７…下層有機系絶縁膜、８…上
層有機系絶縁膜、９…接続孔、９ａ…接続孔の深さ方向
の一部、１０…配線溝、１１…第２層金属配線、１１ａ
…第２層金属配線層、１２…無機マスク、１３…層間絶
縁膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属配線上に形成された有機系絶縁膜
に、前記金属配線に臨む接続孔を開口する工程を有する
半導体装置の製造方法であって、前記金属配線上に接して無機系絶縁膜を形成する工程、前記無機系絶縁膜上に前記有機系絶縁膜を形成する工
程、前記有機系絶縁膜をパターニングして、前記接続孔の深
さ方向の一部を開口する工程、前記無機系絶縁膜をパターニングして、前記接続孔の深
さ方向の残部を開口する工程、以上の工程を有することを特徴とする半導体装置の製造
方法。
【請求項２】前記無機系絶縁膜の厚さは、前記有機系
絶縁膜の厚さより小さいことを特徴とする請求項１記載
の半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記有機系絶縁膜の比誘電率は、前記無
機系絶縁膜の比誘電率より小さいことを特徴とする請求
項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記無機系絶縁膜を形成する工程は、ス
ピンコート法によることを特徴とする請求項１記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項５】前記無機系絶縁膜を形成する工程は、還
元性雰囲気下でのプラズマＣＶＤ法によることを特徴と
する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】前記無機系絶縁膜のパターニングは、フ
ッ素系ガスを含むエッチングガスによるドライエッチン
グによることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の
製造方法。
【請求項７】前記金属配線は、銅系金属配線であるこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】請求項１記載の半導体装置の製造方法に
より製造されたことを特徴とする半導体装置。