JPH1174346A - 多層配線およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溝配線技術では、微細な接続孔の底部に露出
するＡｌ系金属配線表面に窒化チタン膜を残す構造を形
成するには、工程数の増大、また特殊な成膜条件の最適
化等が必要であり、困難であった。 【解決手段】 基板１０上に、配線２６、それを覆う絶
縁膜３１が形成されていて、この絶縁膜３１に配線２６
に通じる接続孔３４、その内部に導電性のプラグ３７が
形成されている多層配線であって、配線２６は、主配線
層２４と、そ側壁に設けられているもので少なくとも導
電性の窒化膜を含む側壁配線層２５とからなり、プラグ
３７は、少なくとも側壁配線層２５の上部に接続されて
いるものである。またプラグ３７との接続部分の配線２
６はプラグ３７よりも狭い幅に形成され、プラグ３７は
側壁配線層２５の側部にも接続され、配線２６はプラグ
３７との接続部分の幅がそれ以外の部分の幅よりも狭く
形成されていることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多層配線およびそ
の製造方法に関し、詳しくは溝配線を用いた多層配線お
よびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】超ＬＳＩの高集積化によるデザインルー
ルの縮小にともない、微細な多層配線を形成する技術が
重要となっている。昨今、これを実現する方法として、
いわゆる溝配線技術が検討されている。溝配線とは、予
め層間絶縁膜の配線形成予定部に溝を形成し、この溝に
アルミニウム合金等の金属を埋め込み、溝外の余剰な金
属を化学的機械研磨（以下ＣＭＰという）により除去す
ることで形成される配線をいう。従来の配線形成方法と
比較した場合、金属膜をエッチング加工して微細な金属
配線を形成するよりも層間絶縁膜に微細な溝をエッチン
グ加工することの方が容易であること、また狭い配線間
に絶縁膜を埋め込むことよりも狭い溝に金属を埋め込む
ことの方が容易であること等により、溝配線の形成技術
は微細化に有利であるといえる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、溝配線
技術は以下のような問題点を有する。従来の溝配線によ
らない多層配線の構造としては、下層配線のアルミニウ
ム合金を接続孔の底部に露出させた構造とするもの、お
よび下層配線の最上層の窒化チタン（ＴｉＮ）を接続孔
の底部に残し、アルミニウム合金は露出させない構造と
するものの両者があった。

【０００４】一般に後者の構造の方が微細な配線におい
ては信頼性に優れるとされている。アルミニウム合金を
露出させた構造の場合、良好な電気的接続を得るために
は、上層配線を形成する直前に、アルミニウム合金の露
出面に形成された自然酸化膜をアルゴン（Ａｒ）スパッ
タエッチング等によって除去する必要がある。しかし接
続孔が微細化するにつれて、これを確実に行うことは次
第に困難となっている。一方、接続孔の底部に窒化チタ
ン（ＴｉＮ）を残す構造では、自然酸化膜の除去を厳密
に行わなくとも良好な電気的接続が得られる。ここで従
来の配線形成方法において上記後者の構造を得るために
は、下層配線の窒化チタン（ＴｉＮ）を厚くするなどの
比較的容易な手段により実現することができた。

【０００５】しかし、溝配線の形成プロセスにおいて
は、後者のような構造の形成は必ずしも容易ではない。
これを形成する方法は、これまでもいくつか提案されて
いるが、いずれの方法においても、工程数の増大、また
特殊な成膜条件の最適化が必要等の欠点を有していた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた多層配線およびその製造方法であ
る。

【０００７】多層配線は、基板上に形成されている配線
と、この配線を覆う絶縁膜に形成されているもので配線
に通じる接続孔と、この接続孔内に形成されている導電
性のプラグとが備えられているもので、配線は導電層か
らなる主配線層と導電性の窒化膜からなるもので主配線
層の側壁に設けた側壁配線層とからなり、プラグは少な
くとも側壁配線層の上部に接続されている。

【０００８】上記多層配線では、配線は導電層からなる
主配線層と導電性の窒化膜からなるもので主配線層の側
壁に設けた側壁配線層とからなることから、主配線層の
表面が酸化されて絶縁性の金属酸化膜が形成されたとし
ても、側壁配線層の導電性の窒化膜は酸化されない。そ
のため、配線に接続される接続孔内に形成した導電性の
プラグは、少なくとも側壁配線層とによって安定的に導
通が得られる。

【０００９】多層配線の第１製造方法は、基板上の第１
絶縁膜に配線を設けるための溝を形成し、その溝の内壁
に少なくとも導電性の窒化膜を含む下地膜を形成した
後、この溝の内部を埋め込む状態に導電層を形成する。
次いで第１絶縁膜上に残されている導電層と下地膜とを
除去して、溝の内部に導電層からなる主配線層と下地膜
からなる側壁配線層とで配線を形成する。そして第１絶
縁膜上に配線を覆う第２絶縁膜を形成した後、第２絶縁
膜に配線に通じる接続孔を形成する。その後この接続孔
の内部に導電性のプラグを形成する。

【００１０】上記多層配線の第１製造方法では、基板上
の第１絶縁膜に形成した溝の内壁に少なくとも導電性の
窒化膜を含む下地膜を形成した後、この溝の内部を埋め
込む状態に導電層を形成することから、溝内に形成され
る配線は、導電層からなる主配線層の側壁に導電性の窒
化膜を含む下地膜からなる側壁配線層が形成されること
になる。そして第２絶縁膜を形成した後、配線に通じる
接続孔を形成することから、接続孔の底部には、主配線
層とともに側壁配線層からなる配線上部が露出する。そ
の後接続孔の内部に導電性のプラグを形成することか
ら、このプラグは、たとえ主配線層の表面に酸化膜が形
成されていても、主配線層の側壁に形成した側壁配線層
の窒化膜により、安定的に配線と接続されることにな
る。

【００１１】また、多層配線の第２製造方法は、基板上
の第１絶縁膜に配線を設けるための第１溝を形成しその
第１溝の内壁に少なくとも導電性の窒化膜を含む下地膜
を形成した後、この第１溝を埋め込む状態に導電層を形
成する。次いで第１絶縁膜上に残されている導電層と下
地膜とを除去して、第１溝の内部に導電層からなる主配
線層と下地膜からなる側壁配線層とで配線を形成する。
そして第１絶縁膜上に配線を覆う第２絶縁膜を形成し、
さらに第２絶縁膜上に第３絶縁膜を形成した後、第３絶
縁膜に上層配線を設けるための第２溝を形成し、第２絶
縁膜に第２溝の底部より配線に通じる接続孔を形成す
る。その後第２溝の内部と接続孔の内部とに埋め込み導
電層を形成する。

【００１２】上記多層配線の第２製造方法では、基板上
の第１絶縁膜に形成した第１溝の内壁に少なくとも導電
性の窒化膜を含む下地膜を形成した後、この第１溝の内
部を埋め込む状態に導電層を形成することから、第１溝
内に形成される配線は、導電層からなる主配線層と、そ
の側壁に形成される導電性の窒化膜を含む下地膜からな
る側壁導電層とで形成されることになる。そして第２絶
縁膜および第３絶縁膜を形成した後、第３絶縁膜に上層
配線が設けられる第２溝を形成し、第２絶縁膜に第２溝
の底部より配線に通じる接続孔を形成することから、接
続孔の底部には、主配線層の側壁に形成されている側壁
配線層上部が露出する。その後第２溝の内部および接続
孔の内部に埋め込み導電層を形成することから、この埋
め込み導電層は、たとえ主配線層の表面に酸化膜が形成
されていても、側壁配線層の導電性の窒化膜に接続す
る。そのため、埋め込み導電層は安定的に配線と接続さ
れることになる。しかも第２溝内に上層配線を形成する
工程と接続孔内にプラグを形成する工程とを同一工程で
行える。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の多層配線に係わる第１実
施形態の一例を、図１の概略構成図によって説明する。
図１では、一例として、スタックトコンタクトによる多
層配線を示し、（１）に要部断面図を示し、（２）にＡ
−Ａ線における断面図を示す。

【００１４】図１に示すように、半導体基板１１上には
絶縁膜１２が形成されている。この絶縁膜１２は、例え
ば、下層がホウ素リンシリケートガラス（ＢＰＳＧ）膜
１３からなり、上層が窒化シリコン膜１４からなる積層
構造になっている。上記絶縁膜１２には半導体基板１１
に達する接続孔１５が形成されている。この接続孔１５
の内壁面には、窒化チタン膜からなる下地膜１６が形成
され、この接続孔１５の内部はタングステンからなる導
電材料１７が埋め込まれて、上記下地膜１６とこの導電
材料１７とでプラグ１８が形成されている。このように
基板１０が構成されている。

【００１５】さらに上記絶縁膜１２上には上記プラグ１
８を覆う絶縁膜２１が形成されている。この絶縁膜２１
には上記プラグ１８上を通る溝２２が形成されている。
しかもこの溝２２は、上記プラグ１８上の部分が他の部
分よりも細く形成されている。この溝２２の内壁面に
は、チタン膜と導電性の窒化膜である窒化チタン膜とを
積層した下地膜２３が形成され、さらに溝２２の内部に
は銅を含むアルミニウム（以下、Ａｌ−Ｃｕと記す）か
らなる主配線層２４が埋め込まれている。すなわち、主
配線層２４と、その側壁に設けられた上記下地膜２３か
らなる側壁配線層２５とで配線２６が構成されている。

【００１６】さらに上記絶縁膜２１上には上記配線２６
を覆う絶縁膜３１が形成されている。この絶縁膜３１
は、下層がプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Depositio
n ）により成膜された酸化シリコン膜３２からなり上層
が窒化シリコン膜３３からなる。この絶縁膜３１には上
記配線２６の細く形成されている部分上を通る接続孔３
４が形成されている。この接続孔３４は、上記配線２６
上が露出する状態であれば、図示したように配線２６の
細い部分の上面およびその配線２６の側壁上部までもが
露出する状態に形成してもよく、または配線２６の上面
のみが露出する状態に形成してもよい。この接続孔３４
の内壁面には、チタン膜と窒化チタン膜とを積層した下
地膜３５が形成され、この接続孔３４の内部はＡｌ−Ｃ
ｕからなる埋め込み導電層３６が形成されている。した
がって、下地膜３５と埋め込み導電層３６とでプラグ３
７が構成されている。なお、配線２６の側壁部分の接続
孔３４を埋め込む材料は、図面では下地膜３５のみの状
態を示してあるが、下地膜３５と埋め込み導電層３６と
で埋め込むこともできる。

【００１７】さらに上記絶縁膜３１上には上記プラグ３
７を覆う絶縁膜４１が形成されている。この絶縁膜４１
は、例えばプラズマＣＶＤにより成膜された酸化シリコ
ン膜からなる。この絶縁膜４１には上記プラグ３７に接
続される部分が細く形成されている溝４２が形成されて
いる。この溝４２の内壁面には、チタン膜と窒化チタン
膜とを積層した下地膜４３が形成され、さらにこの溝４
２の内部はＡｌ−Ｃｕからなる主配線層４４が埋め込ま
れて上層配線４５が形成されている。

【００１８】上記第１実施形態の多層配線では、配線２
６は主配線層２４とその側壁に設けた側壁配線層２５と
で構成されていて、側壁配線層２４が導電性の窒化膜で
ある窒化チタン膜からなることから、主配線層２４の表
面が酸化されて絶縁性の金属酸化膜が形成されたとして
も側壁配線層２５は酸化されない。しかも側壁配線層２
５が導電性を有していることから、配線２６に接続され
るプラグ３７は、少なくとも側壁配線層２５とによって
安定的に導通が得られる。

【００１９】また、プラグ３７との接続部分における配
線２６の幅がプラグ３７の幅よりも狭い幅に形成されて
いることから、プラグ３７の接続部分における主配線層
２４の上面の面積は従来よりも狭くなる。そのため、接
続孔３４の内部に形成されているプラグ３７との接続部
分は、酸化されやすい主配線層２４の部分が少なくなる
ので、側壁配線層２５により安定的に導通が得られる。
またプラグ３７が上記側壁配線層２５の側部にも接続さ
れているものでは、側壁配線層２５とプラグ３７との接
触面積が増大することにより、さらに安定的な導通が得
られる。さらにプラグ３７（接続孔３４）が接続される
配線２６の部分が、その部分以外の配線２６の幅よりも
狭い幅に形成されていることから、その接続部分以外に
おける配線２６の抵抗の増大が抑制される。

【００２０】次に多層配線に係わる第２実施形態の一例
を、図２の概略構成図によって説明する。図２では、一
例として、デュアルダマシン法により形成された多層配
線を示し、（１）に要部断面図を示し、（２）にＢ−Ｂ
線における断面図を示す。また図２では、前記図１に示
した構成部品と同様のものには同一符号を付した。

【００２１】図２に示すように、半導体基板１１上には
絶縁膜１２が形成されている。この絶縁膜１２は、下層
がＢＰＳＧ膜１３からなり上層が窒化シリコン膜１４か
らなる。このように基板１０が構成されている。

【００２２】さらに上記絶縁膜１２上には絶縁膜２１が
形成されている。この絶縁膜２１には第１溝２８（第１
実施形態の溝２２に相当）が形成されている。しかも、
この第１溝２８は、接続孔が形成される部分が他の部分
よりも細く形成されている。この第１溝２８の内壁面に
は、チタン膜と窒化チタン膜とを積層した下地膜２３が
形成され、この第１溝２８の内部は銅を含むアルミニウ
ム（以下、Ａｌ−Ｃｕと記す）からなる主配線層２４が
埋め込まれている。すなわち、この主配線層２４と、そ
の側壁に設けられた上記下地膜２３からなる側壁配線層
２５とで配線２６が構成されている。

【００２３】なお、上記絶縁膜２１には、配線２６の太
く形成されている部分に接続する接続孔（図示省略）が
形成され、この接続孔内に導電性のプラグ（図示省略）
が形成されていてもよい。

【００２４】さらに上記絶縁膜２１上には上記配線２６
を覆う絶縁膜３１が形成されている。この絶縁膜３１
は、下層がプラズマＣＶＤにより成膜された酸化シリコ
ン膜３２からなり、上層が窒化シリコン膜３３からな
る。さらにこの絶縁膜３１上にはプラズマＣＶＤにより
成膜された酸化シリコン膜からなる絶縁膜４１が形成さ
れている。この絶縁膜４１には配線を形成するための第
２溝４６（第１実施形態の溝４２に相当）が形成されて
いる。さらにその第２溝４６の底部より上記配線２６の
細く形成された部分に通じる接続孔３４が上記絶縁膜３
１に形成されている。この接続孔３４は、上記配線２６
上が露出する状態であれば、図示したように配線２６の
細い部分の上面およびその配線２６の側壁上部までもが
露出する状態に形成してもよく、または配線２６の上面
のみが露出する状態に形成してもよい。

【００２５】上記第２溝４６および上記接続孔３４の内
壁面には、チタン膜と窒化チタン膜とを積層した下地膜
３５が形成され、第２溝４６および接続孔３４の内部は
Ａｌ−Ｃｕからなる埋め込み導電層３８が埋め込まれて
いる。したがって、第２溝４６の内部には、上記下地膜
３５と、上記埋め込み導電層３８とで上層配線４５が形
成されている。また、接続孔３４の内部には、上記下地
膜３５と、上記埋め込み導電層３８とでプラグ３７が形
成されている。なお、配線２６の側壁部分の接続孔３４
を埋め込む材料は、図面では下地膜３５のみの状態を示
してあるが、下地膜３５と埋め込み導電層３８とで埋め
込むこともできる。

【００２６】上記第２実施形態の多層配線では、前記第
１実施形態の多層配線と同様に、配線２６は主配線層２
４とその側壁に設けた側壁配線層２５とで構成されてい
て、側壁配線層２４が導電性の窒化膜である窒化チタン
膜からなることから、主配線層２４の表面が酸化されて
絶縁性の金属酸化膜が形成されたとしても側壁配線層２
５は酸化されない。しかも側壁配線層２５が導電性を有
していることから、配線２６に接続されるプラグ３７
は、少なくとも側壁配線層２５とによって安定的に導通
が得られる。

【００２７】また、プラグ３７との接続部分における配
線２６の幅がプラグ３７の幅よりも狭い幅に形成されて
いるものでは、主配線層２４の上面の面積が狭くなる。
そのため、接続孔３４の内部に形成されているプラグ３
７との接続部分は、酸化されやすい主配線層２４の部分
が少なくなり、側壁配線層２５により安定的に導通が得
られる。しかもこのプラグ３７は上記側壁配線層２５の
側部にも接続されているものでは、側壁配線層２５とプ
ラグ３７との接触面積が増大することにより、さらに安
定的な導通が得られる。

【００２８】さらにプラグ３７（接続孔３４）が接続さ
れる配線２６の部分を、その部分以外の配線２６よりも
狭い幅に形成することから、その接続部分以外における
配線２６の抵抗の増大が抑制される。

【００２９】次に本発明の多層配線の第１製造方法に係
わる実施形態の一例を、第１実施形態として、図３およ
び図４の製造工程図によって説明する。図３および図４
では、一例として、スタックトコンタクト構成の多層配
線を示す。また図３および図４では、前記図１に示した
構成部品と同様のものには同一符号を付した。

【００３０】まず、図３の（１）に示すように、半導体
基板１１上に所定の素子形成を行った後、ホウ素リンシ
リケートガラス（ＢＰＳＧ）膜１３を例えば０．８μｍ
の厚さに、例えばＣＶＤ法によって堆積した後、所定の
アニーリングによって上記ＢＰＳＧをリフロー処理す
る。その後、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜１４を例えば５
０ｎｍの厚さに堆積して絶縁膜１２を形成する。

【００３１】次いで通常のリソグラフィー技術および反
応性イオンエッチング（以下ＲＩＥという）技術によっ
て上記絶縁膜１２に接続孔１５を開口する。この際ＲＩ
Ｅでは、窒化シリコン膜１４およびＢＰＳＧ膜１３に対
するエッチング条件を順次切り換えてエッチングを行
う。

【００３２】上記窒化シリコン膜１４に対するエッチン
グ条件は、一例として以下のように設定した。エッチン
グガスには、トリフルオロメタン（ＣＨＦ₃ ）；流量＝
７５ｓｃｃｍ〔以下、ｓｃｃｍは標準状態における体積
流量（ｃｍ³ ／分）を表す〕と、酸素（Ｏ₂ ）；流量＝
３５ｓｃｃｍとを用い、ＲＦパワーは６００Ｗ、エッチ
ング雰囲気の圧力は５Ｐａ、基板温度は２０℃とした。

【００３３】また、上記ＢＰＳＧ膜１３に対するエッチ
ング条件は、一例として以下のように設定した。エッチ
ングガスには、トリフルオロメタン（ＣＨＦ₃ ）；流量
＝７５ｓｃｃｍと、酸素（Ｏ₂ ）；流量＝７ｓｃｃｍと
を用い、ＲＦパワーは１．２ｋＷ、エッチング雰囲気の
圧力は７Ｐａ、基板温度は２０℃とした。

【００３４】次いで、接続孔１５の内壁面に窒化チタン
膜からなる下地膜１６を形成した後、通常のブランケッ
トタングステン形成プロセスにより、上記接続孔１５の
内部にタングステンからなる導電材料１７を埋め込ん
で、下地膜１６および導電材料１７からなるプラグ１８
を形成する。このようにして、基板１０を構成する。

【００３５】次いで図３の（２）に示すように、上記絶
縁膜１２上に上記プラグ１８を覆う絶縁膜（第１絶縁
膜）２１を、例えば、テトラエトキシシラン（ＴＥＯ
Ｓ）〔Ｓｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄ 〕を用いたプラズマエンハ
ンスメント化学的気相成長（以下ＣＶＤという）によっ
て、酸化シリコンを例えば５００ｎｍの厚さに堆積して
形成する。

【００３６】続いて図３の（３）に示すように、通常の
リソグラフィー技術およびＲＩＥ技術によって、上記絶
縁膜２１に上記プラグ１８上を通る溝２２を加工する。
ここで上記絶縁膜１２の窒化シリコン膜１４は溝２２を
加工するエッチング時にエッチングストッパとなる。こ
の溝２２は、上記プラグ１８上の部分（後の工程で接続
孔が形成される部分）が他の部分よりも細く形成されて
いる。例えば、溝２２のうち上層配線と接続する部分の
み幅を例えば０．２μｍとし、それ以外の部分の幅は例
えば０．４μｍとした。

【００３７】次いで図３の（４），図４の（５）に示す
ように、高圧リフロープロセスを行う。この高圧リフロ
ープロセスは、例えば、スパッタエッチング工程、チタ
ン膜と窒化チタン膜の形成工程、Ａｌ−Ｃｕからなる導
電層の形成および導電層の埋め込み工程からなる。ま
ず、スパッタエッチングを行った後、上記溝２２の内壁
に少なくとも導電性の窒化膜を含む下地膜２３を、例え
ばチタン（Ｔｉ）膜と窒化チタン（ＴｉＮ）膜とを積層
して形成する。次いで、上記絶縁膜２１上にこの溝２２
内を埋め込む状態にＡｌ−Ｃｕのような導電層２７を形
成し、高圧リフローを行う。

【００３８】上記高圧リフロープロセス条件は、一例と
して以下のように設定した。まず、スパッタエッチング
（ここではアルゴンスパッタエッチング）工程のプロセ
ス条件の一例を以下に説明する。プロセスガスにアルゴ
ン（Ａｒ）；流量＝１００ｓｃｃｍを用い、印加電圧は
１ｋＶ、エッチング雰囲気の圧力は０．４Ｐａ、基板温
度は４００℃、エッチング量は酸化シリコン膜換算で３
０ｎｍとした。

【００３９】また上記チタン膜の成膜条件は、一例とし
て以下のように設定した。ＤＣプロセスガスにはアルゴ
ン（Ａｒ）；流量＝１００ｓｃｃｍを用い、パワーは６
ｋＷ、成膜雰囲気の圧力は０．４Ｐａ、成膜温度は４０
０℃とした。

【００４０】窒化チタン膜の成膜条件は、一例として以
下のように設定した。プロセスガスにはアルゴン（Ａ
ｒ）；流量＝２０ｓｃｃｍと窒素（Ｎ₂ ）；流量＝７０
ｓｃｃｍとを用い、ＤＣパワーは１２ｋＷ、成膜雰囲気
の圧力は０．４Ｐａ、成膜温度は４００℃とした。

【００４１】また導電層２７のアルミニウム−０．５％
銅（Ａｌ−０．５％Ｃｕ）膜の成膜条件は、一例として
以下のように設定した。プロセスガスにはアルゴン（Ａ
ｒ）；流量＝１００ｓｃｃｍを用い、ＤＣパワーは１５
ｋＷ、成膜雰囲気の圧力は０．４Ｐａ、成膜温度は４０
０℃とした。

【００４２】さらに高圧リフロー条件は、一例として以
下のように設定した。プロセスガスにはアルゴン（Ａ
ｒ）を用い、リフロー雰囲気の圧力は７０ＭＰａ、リフ
ロー時間は１分とした。

【００４３】その後、例えば通常のＣＭＰ工程により、
第１絶縁膜２１上に残されている導電層２７と下地膜２
３とを除去して、図４の（５）に示すように、溝２２の
内部に導電層２７からなる主配線層２４と下地膜２３か
らなる側壁配線層２５とで配線２６を構成する。

【００４４】次いで図４の（６）に示すように、上記絶
縁膜２１上に配線２６を覆う絶縁膜（第２絶縁膜）３１
を形成する。この絶縁膜３１は、例えば、プラズマエン
ハンスメントＣＶＤにより、酸化シリコン膜３２を例え
ば０．８μｍの厚さに堆積し、続いて窒化シリコン膜３
３を例えば５０ｎｍの厚さに堆積して形成する。

【００４５】次いで通常のリソグラフィー技術とＲＩＥ
技術とによって、上記絶縁膜３１に上記配線２６の狭い
部分に通じる接続孔３４を形成する。この際、接続孔３
４を形成するエッチングは、オーバエッチングにより配
線２６の側壁部分まで開口するように行うことが好適で
ある。

【００４６】その後、上記説明したのと同様なる一連の
高圧リフロープロセスを行う。まず、スパッタエッチン
グを行った後、図４の（７）に示すように、上記接続孔
３４の内壁に少なくとも導電性の窒化膜を含む下地膜３
５を、例えばチタン（Ｔｉ）膜と窒化チタン（ＴｉＮ）
膜とを積層して形成する。次いで、上記絶縁膜３１上に
Ａｌ−Ｃｕのような埋め込み導電層３６を形成した後、
高圧リフローを行って、接続孔３４の内部に埋め込み導
電層３６を埋め込む。その後、ＣＭＰプロセスにより、
絶縁膜３１上に残されている埋め込み導電層３６と下地
膜３５とを除去して、接続孔３４の内部に埋め込み導電
層３６と下地膜３５とでプラグ３７を形成する。この図
面ではプラグ３７を形成した後の状態を示した。なお、
配線２６の側壁部分の接続孔３４を埋め込む材料は、図
面では下地膜３５のみの状態を示してあるが、下地膜３
５と埋め込み導電層３６とで埋め込むこともできる。

【００４７】その後、上記絶縁膜３１上に上記プラグ３
７を覆う絶縁膜４１を形成し、この絶縁膜４１に溝４２
を形成する。この溝４２は、プラグ３７に接続される部
分を他の部分よりも細く形成する。そして溝４２の内壁
に、チタン膜と窒化チタン膜とを積層した下地膜４３を
形成し、さらに溝４２の内部にＡｌ−Ｃｕからなる主配
線層４４を埋め込む。その後、ＣＭＰによって絶縁膜４
１上の余分な主配線層４４と下地膜４３を除去して、溝
４２の内部に主配線層４４と下地膜４３とからなる上層
配線４５を形成する。このようなプロセスを繰り返して
もよい。

【００４８】上記多層配線の第１製造方法では、基板１
０上の絶縁膜（第１絶縁膜）２１に形成した溝２２の内
壁に少なくとも導電性の窒化膜を含む下地膜２３を形成
した後、この溝２２の内部を埋め込む状態に導電層２７
を形成することから、溝２２内に形成される配線２６
は、導電層２７からなる主配線層２４と、その側壁に形
成される導電性の窒化膜を含む下地膜２３からなる側壁
配線層２５とで構成されることになる。そのため、複雑
なプロセスを行うことなく、容易に、導電性の窒化膜を
含む下地膜２３からなる側壁導電層２５を主配線層２４
の側壁に形成することが可能になる。

【００４９】そして第２絶縁膜３１を形成した後、配線
２６に通じる接続孔３４を形成することから、接続孔３
４の底部には、主配線層２４とともに側壁配線層２５か
らなる配線２６の上部が露出する。その後接続孔３４の
内部に導電性のプラグ３７を形成することから、このプ
ラグ３７は、たとえ主配線層２４の表面に酸化膜が形成
されていても、側壁配線層２５の窒化膜により、安定的
に配線と接続されることになる。そのため、プラグ底面
が下層配線のアルミニウム表面のみに接触するコンタク
ト構造に比べ、接続抵抗が安定する。

【００５０】また、接続孔３４が接続される部分の溝２
２を接続孔３４の幅よりも狭い幅に形成することから、
主配線層２４の上面の面積が狭くなる。そのため、接続
孔３４の内部に形成されるプラグ３７との接続部分は、
酸化されやすい主配線層２４の部分が少なくなり、側壁
配線層２５を構成する導電性の窒化膜により安定的に導
通が得られる。またこの配線２６の側部に達するように
接続孔３４を形成する製造方法では、側壁配線層２５の
窒化膜とプラグ３７との接触面積が増大することによ
り、さらに安定的な導通が得られる。さらに接続孔３４
が接続される溝２２の部分を、その部分以外の溝２２よ
りも狭い幅に形成することから、その接続部分以外にお
ける配線２６の抵抗の増大が抑制される。

【００５１】次に本発明の多層配線の第２製造方法に係
わる実施形態の一例を、第２実施形態として、図５の製
造工程図によって説明する。また図５では、前記図２に
示した構成部品と同様のものには同一符号を付した。

【００５２】図５の（１）に示すように、前記第１実施
形態と同様のプロセスによって、半導体基板１１上に所
定の素子形成を行った後、ＢＰＳＧ膜１３、窒化シリコ
ン膜１４を堆積して絶縁膜１２を形成する。このように
して基板１０を構成する。次いで絶縁膜１２上に絶縁膜
（第１絶縁膜）２１を、例えば、酸化シリコンを５００
ｎｍの厚さに堆積して形成する。続いて通常のリソグラ
フィー技術およびＲＩＥ技術によって、上記絶縁膜２１
に第１溝２８（第１実施形態の溝２２に相当）を加工す
る。その際、第１溝２８における後の工程で接続孔が形
成される部分を他の部分よりも細く形成する。例えば、
第１溝２８のうち上層配線と接続する部分のみ幅を例え
ば０．２μｍとし、それ以外の部分の幅は例えば０．４
μｍとした。

【００５３】次いで高圧リフロープロセスを行う。ま
ず、スパッタエッチングを行った後、上記第１溝２８の
内壁に少なくとも導電性の窒化膜を含む下地膜２３を、
例えばチタン（Ｔｉ）膜と窒化チタン（ＴｉＮ）膜とを
積層して形成する。次いで、上記絶縁膜２１上にこの第
１溝２８内を埋め込む状態にＡｌ−Ｃｕのような導電層
２７を形成し、高圧リフローを行う。各膜の形成条件、
高圧リフロー条件は前記第１実施形態と同様である。

【００５４】その後、例えば通常のＣＭＰ工程により、
第１絶縁膜２１上に残されている導電層２７と下地膜２
３とを除去して、第１溝２８の内部に導電層２７からな
る主配線層２４と下地膜２３からなる側壁配線層２５と
で配線２６を構成する。

【００５５】なお、上記絶縁膜２１に、配線２６の太く
形成されている部分に接続する接続孔（図示省略）を形
成し、この接続孔内にプラグを形成してもよい。

【００５６】次いで図５の（２）に示すように、上記絶
縁膜２１上に配線２６を覆う絶縁膜（第２絶縁膜）３１
を形成する。この絶縁膜３１は、例えば、プラズマエン
ハンスメントＣＶＤにより、酸化シリコン膜３２を例え
ば０．８μｍの厚さに堆積し、続いて窒化シリコン膜３
３を例えば５０ｎｍの厚さに堆積して形成する。さらに
プラズマエンハンスメントＣＶＤ法により、酸化シリコ
ン膜を例えば０．５μｍの厚さに堆積して絶縁膜（第３
絶縁膜）４１を形成する。このように、絶縁膜（第３絶
縁膜）４１は上記絶縁膜（第２絶縁膜）３１に対して選
択的にエッチング可能な材料で形成することが望まし
い。

【００５７】続いて通常のリソグラフィー技術およびＲ
ＩＥ技術によって、上記絶縁膜４１に上層配線が形成さ
れることになる第２溝４６を形成する。この際、第２溝
４６の幅は、さらに上層配線と接続する部分については
０．２μｍとし、その他に部分については０．４μｍと
する。また、上記エッチングでは、絶縁膜４１が絶縁膜
３１に対して選択的にエッチングされるため、このエッ
チングは絶縁膜３１の表面で停止する。

【００５８】次いで図５の（３）に示すように、通常の
リソグラフィー技術とＲＩＥ技術とによって、上記絶縁
膜３１に上記第２溝４６の底部から上記配線２６の狭い
部分に通じる接続孔３４を形成する。この際、接続孔３
４のエッチングは、オーバエッチングにより配線２６の
側壁部分まで開口するように行うことが好ましい。

【００５９】その後、上記説明したのと同様なる一連の
高圧リフロープロセスを行う。まず、スパッタエッチン
グを行った後、図５の（４）に示すように、上記接続孔
３４および第２溝４６の内壁に少なくとも導電性の窒化
膜を含む下地膜３５を、例えばチタン（Ｔｉ）膜と窒化
チタン（ＴｉＮ）膜とを積層して形成する。次いで、上
記絶縁膜４１上にＡｌ−Ｃｕのような埋め込み導電層３
８を形成した後、高圧リフローを行って、第２溝４６お
よび接続孔３４の内部に埋め込み導電層３８を埋め込
む。その後、ＣＭＰプロセスにより、絶縁膜４１上に残
されている埋め込み導電層３８と下地膜３５とを除去し
て、接続孔３４の内部に埋め込み導電層３６と下地膜３
５とでプラグ３７を形成するとともに、第２溝４６の内
部に埋め込み導電層３６と下地膜３５とで上層配線４５
を形成する。この図面では上層配線４５を形成した後の
状態を示した。なお、配線２６の側壁部分の接続孔３４
を埋め込む材料は、図面では下地膜３５のみの状態を示
してあるが、下地膜３５と埋め込み導電層３８とで埋め
込むこともできる。

【００６０】上記多層配線の第２製造方法では、基板１
０上の絶縁膜（第１絶縁膜）２１に形成した第１溝２８
の内壁に少なくとも導電性の窒化膜を含む下地膜２３を
形成した後、この第１溝２８の内部を埋め込む状態に導
電層２７を形成し、絶縁膜２１上の余分な導電層２７お
よび下地膜２３を除去することから、第１溝２８内に形
成される配線２６は、導電層２７からなる主配線層２４
と、その側壁に形成される導電性の窒化膜を含む下地膜
２３からなる側壁導電層２５とで形成されることにな
る。そのため、複雑なプロセスを行うことなく、容易
に、導電性の窒化膜を含む下地膜２３からなる側壁導電
層２５を主配線層２４の側壁に形成することが可能にな
る。

【００６１】そして絶縁膜（第２絶縁膜）３１および絶
縁膜（第３絶縁膜）４１を形成した後、絶縁膜４１に上
層配線が設けられる第２溝４６を形成し、絶縁膜３１に
第２溝４６の底部より配線２６に通じる接続孔３４を形
成することから、接続孔３４の底部には、主配線層２４
の側壁に形成されている側壁配線層２５の上部が露出す
る。その後第２溝４６の内部および接続孔３４の内部に
埋め込み導電層３８を形成することから、この埋め込み
導電層３８は、たとえ主配線層２４の表面に酸化膜が形
成されていても、側壁配線層２５の導電性の窒化膜に接
続する。そのため、埋め込み導電層３８は安定的に配線
２６と接続されることになる。

【００６２】しかも第２溝４６内に上層配線を形成する
工程と接続孔３４内にプラグ３７を形成する工程とを同
一工程で行う、いわゆるデュアルダマシンプロセスを採
用することが可能になり、工程数が削減される。

【００６３】また、接続孔３４が接続される部分の第１
溝２８を接続孔３４の幅よりも狭い幅に形成することか
ら、主配線層２４の上面の面積が狭くなる。そのため、
接続孔３４に埋め込まれる埋め込み導電層３８との接続
部分では、酸化されやすい主配線層２４の部分が少なく
なり、側壁配線層２５の導電性の窒化膜により安定的に
導通が得られる。また配線２６（側壁配線層２５）の側
部に達するように接続孔３４を形成する製造方法では、
埋め込み導電層３８と側壁配線層２５の窒化膜との接触
面積が増大することにより、さらに安定的な導通が得ら
れる。さらに接続孔３４が接続される第１溝２８の部分
を、その部分以外の第１溝２８よりも狭い幅に形成する
ことから、その接続部分以外における配線２６の抵抗の
増大が抑制される。

【００６４】本発明は、上記各実施形態に限定されるこ
とはなく、例えば窒化チタンの代わりにチタンタングス
テン（ＴｉＷ）、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）、
タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）等を用いること
も可能である。またアルミニウム銅合金以外にアルミニ
ウムシリコン銅合金、アルミニウムゲルマニウム合金、
アルミニウムスカンジウム合金、純アルミニウム等を用
いることも可能であるまアルミニウム合金の埋め込みは
上記高圧リフロー法以外に、通常のリフロー処理、また
は高温スパッタリングなどでも可能である。また、窒化
チタン、アルミニウム系金属材料はＣＶＤ法によって成
膜してもよい。

【００６５】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の多層配線
によれば、主配線層と、その側壁に設けた導電性の窒化
膜を含む側壁配線層とで配線が構成さていることから、
主配線層の表面が酸化されて絶縁性の金属酸化膜が形成
されたとしても、酸化されない側壁配線層の導電性の窒
化膜により、配線と接続孔内に形成した導電性のプラグ
とは、安定的な導通を得ることが可能になる。これによ
って、主配線層が酸化されやすい金属材料、例えばアル
ミニウム系金属で構成されていても、接続抵抗の上昇を
抑えることができる。

【００６６】本発明の多層配線の第１製造方法によれ
ば、配線を構成する主配線層の側壁に導電性の窒化膜を
含む下地膜からなる側壁配線層を形成するので、たとえ
プロセス中に主配線層の表面に酸化膜が形成されたとし
ても、側壁配線層の導電性の窒化膜には酸化膜は形成さ
れない。このため、導電性の窒化膜によって配線とプラ
グとは安定的な導通を得ることができる。よって、配線
とプラグとの接続抵抗の上昇を抑えることができる。

【００６７】本発明の多層配線の第２製造方法によれ
ば、配線を構成する主配線層の側壁に導電性の窒化膜を
含む下地膜からなる側壁配線層を形成するので、たとえ
プロセス中に主配線層の表面に酸化膜が形成されたとし
ても、側壁配線層の導電性の窒化膜には酸化膜は形成さ
れない。このため、導電性の窒化膜によって配線とプラ
グとは安定的な導通を得ることができる。よって、配線
とプラグとの接続抵抗の上昇を抑えることができる。し
かも第２溝内に上層配線を形成する工程と接続孔内にプ
ラグを形成する工程とを同一工程で行えるので、工程数
の削減を図ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多層配線に係わる第１実施形態の一例
を示す概略構成図である。

【図２】多層配線に係わる第２実施形態の一例の概略構
成図である。

【図３】本発明の多層配線の第１製造方法に係わる実施
形態の一例の製造工程図（その１）である。

【図４】本発明の多層配線の第１製造方法に係わる実施
形態の一例の製造工程図（その２）である。

【図５】本発明の多層配線の第２製造方法に係わる実施
形態の一例の製造工程図である。

【符号の説明】

１０…基板、２４…主配線層、２５…側壁配線層、２６
…配線、３１…絶縁膜、３４…接続孔、３７…プラグ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成されている配線と、該配線
   を覆う絶縁膜に形成されているもので該配線に通じる接
   続孔と、該接続孔内に形成されている導電性のプラグと
   が備えられている多層配線において、 前記配線は、主配線層と、少なくとも導電性の窒化膜を
   含むもので前記主配線層の側壁に設けられている側壁配
   線層とからなり、 前記プラグは、少なくとも前記側壁配線層の上部に接続
   されていることを特徴とする多層配線。
2. 【請求項２】 請求項１記載の多層配線において、 前記配線は前記プラグとの接続部分が該プラグの幅より
   も狭い幅に形成されていて、 かつ前記プラグは前記側壁配線層の側部にも接続されて
   いることを特徴とする多層配線。
3. 【請求項３】 請求項２記載の多層配線において、 前記配線は前記プラグとの接続部分の配線幅がそれ以外
   の部分の配線幅よりも狭い幅に形成されていることを特
   徴とする多層配線。
4. 【請求項４】 基板上の第１絶縁膜に配線を設けるため
   の溝を形成する工程と、 前記溝の内壁に少なくとも導電性の窒化膜を含む下地膜
   を形成した後、該溝の内部を埋め込む状態に導電層を形
   成する工程と、 前記第１絶縁膜上に残されている前記導電層と前記下地
   膜とを除去して、前記溝の内部に前記導電層からなる主
   配線層と前記下地膜からなる側壁配線層とで配線を形成
   する工程と、 前記第１絶縁膜上に前記配線を覆う第２絶縁膜を形成す
   る工程と、 前記第２絶縁膜に前記配線に通じる接続孔を形成する工
   程と、 前記接続孔の内部に導電性のプラグを形成する工程とを
   備えたことを特徴とする多層配線の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載の多層配線の製造方法にお
   いて、 前記接続孔が接続される部分の前記溝を、該接続孔の幅
   よりも狭い幅に形成することを特徴とする多層配線の製
   造方法。
6. 【請求項６】 請求項５記載の多層配線の製造方法にお
   いて、 前記接続孔が接続される部分の前記溝を、該接続孔が接
   続される部分以外の該溝よりも狭い幅に形成することを
   特徴とする多層配線の製造方法。
7. 【請求項７】 基板上の第１絶縁膜に配線を設けるため
   の第１溝を形成する工程と、 前記第１溝の内壁に少なくとも導電性の窒化膜を含む下
   地膜を形成した後、該第１溝の内部を埋め込む状態に導
   電層を形成する工程と、 前記第１絶縁膜上に残されている前記導電層と前記下地
   膜とを除去して、前記第１溝の内部に前記導電層からな
   る主配線層と前記下地膜からなる側壁配線層とで配線を
   形成する工程と、 前記第１絶縁膜上に前記配線を覆う第２絶縁膜を形成す
   る工程と、 前記第２絶縁膜上に第３絶縁膜を形成する工程と、 前記第３絶縁膜に上層配線を設けるための第２溝を形成
   する工程と、 前記第２絶縁膜に前記第２溝の底部より前記配線に通じ
   る接続孔を形成する工程と、 前記第２溝の内部と前記接続孔の内部とに埋め込み導電
   層を形成する工程とを備えたことを特徴とする多層配線
   の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項７記載の多層配線の製造方法にお
   いて、 前記接続孔が接続される部分の前記第１溝を、該接続孔
   の幅よりも狭い幅に形成することを特徴とする多層配線
   の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項８記載の多層配線の製造方法にお
   いて、 前記接続孔が接続される部分の前記第１溝を、該接続孔
   が接続される部分以外の該第１溝よりも狭い幅に形成す
   ることを特徴とする多層配線の製造方法。