JP2003110018A - 銅ダマシン構造の製造方法およびデュアルダマシン構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 銅拡散防止層と配線層、ビア層に用いられ
る無機系絶縁膜間の力学特性のミスマッチを解消し、ダ
マシン形成におけるＣＭＰ工程やヒートサイクル時に生
じる剥離、亀裂発生などの問題点を解決する。 【解決手段】 銅ダマシン構造の製造において、銅拡散
防止層上に形成された無機系絶縁膜を化学的機械的研磨
する際に、無機系絶縁膜と銅拡散防止層との間に厚さ１
〜１００ｎｍの有機系絶縁膜を存在させることを特徴と
する銅ダマシン構造の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の配線
構造の製造方法に関し、詳しくは、半導体の銅配線に好
適なダマシン構造の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の微細化にともない、配線材
料を従来のアルミから銅へ転換する動きが進展してい
る。銅を配線材料として用いる場合、ダマシン法が用い
られることが多く、その中でもビア配線とトレンチ配線
を同時に形成できるデュアルダマシン法は、半導体装置
の製造コストを低減できるので好ましい手法と見られて
いる。現在、シリカを絶縁膜とする配線構造において、
このデュアルダマシン法によって形成される銅配線技術
が一般に普及しつつある。そして半導体装置のさらなる
微細化要求において、配線材料ばかりでなく、絶縁材料
を現行のシリカ（比誘電率４）からより低誘電な材料へ
切り替える検討も活発化している。このような低誘電材
料としては、ＣＶＤ法炭素含有シリカ膜、塗布型有機系
絶縁膜、塗布型シロキサン系膜などが挙げられる。特
に、比誘電率が２．５以下のＵｌｔｒａ ｌｏｗ−ｋと
呼ばれる低誘電率材料は、材料の密度が１ｇ／ｃｍ^３も
しくはそれ以下であり、力学的強度も従来のシリカと比
較して格段に弱くなっている。例えば、弾性率は、シリ
カが７２ＧＰａであるのに対して低誘電率材料は一般的
に１０ＧＰａ以下である。

【０００３】このような機械的強度の弱い材料を積層
し、ダマシン構造を形成する上で、最も過酷なプロセス
は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）工程である。特に、ダ
マシン構造では、異種材料間の界面が多く存在する。こ
の中で低誘電率材料が有する界面は、銅拡散防止層と低
誘電材料、銅拡散防止用導電層と低誘電材料、キャップ
層／エッチハードマスクと低誘電材料などである。（図
１参照）これら低誘電材料と接する材料の多くは、低誘
電材料と全く異なる力学的、熱的性質を有している。こ
の力学パラメータのミスマッチが、ＣＭＰ工程におい
て、界面における応力集中を招き、剥離や亀裂発生など
の問題を引き起こしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題を
解決するために、新たな銅ダマシン構造の製造方法を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、銅拡散防止層
上に力学緩衝層として１〜１００ｎｍの有機系絶縁膜を
配線およびビア層を形成する無機系絶縁膜との間に配し
た状態で、無機系絶縁膜を化学機械研磨することを特徴
とする銅ダマシン構造の製造方法を提供するものであ
る。銅拡散防止層 銅ダマシン構造では、銅拡散防止層は、専らプラズマＣ
ＶＤ法により形成された炭化珪素系絶縁膜もしくは窒化
珪素系絶縁膜（以下、これらを「ＣＶＤ系絶縁膜」とい
う）が用いられる。本発明では、ＣＶＤ系絶縁膜は銅の
拡散防止機能を有するものであればよい。炭化珪素系絶
縁膜は、構成元素として珪素、炭素ばかりでなく、窒
素、酸素、水素のうち一種、もしくは複数種がを主要構
成と含むものが多い。また、窒化珪素系絶縁膜では、珪
素、窒素以外に水素原子が含まれることが一般的であ
る。ＣＶＤ系絶縁膜は、酸化珪素系絶縁膜などとの密着
性、接着性を向上させる目的で、例えば、プラズマＣＶ
Ｄ法にて表面に薄い酸化珪素層を形成する、ヘリウムや
アルゴンなどで表面をスパッタリングする、酸素プラズ
マ、もしくはＵＶオゾンなどで表面を酸化する、などの
表面処理が施されていてもよい。

【０００６】有機系絶縁膜 本発明において有機系絶縁膜は、銅拡散防止層と配線層
およびビア層を構成する無機系絶縁膜との力学的なミス
マッチを緩衝し、ＣＭＰ、ヒートサイクルなどのプロセ
ス上にかかる負荷に対する耐性を向上させる役割を果た
す。したがって、十分な耐熱性、高い力学靭性値、そし
て銅拡散防止層および無機系絶縁膜双方との十分な接着
性を有することが必要である。有機系絶縁膜としてはガ
ラス転移点が４００℃以上かつ熱分解温度が５００℃以
上の有機ポリマーからなる膜である。本発明では、有機
系絶縁膜は配線工程において除去することなく、積層構
造の中に残存するので、ガラス転移点が４００℃未満で
あると多層配線時に変形を起こし、配線の接続不良や層
間剥離などの問題を起すので好ましくない。

【０００７】有機系絶縁膜の膜厚は通常１ｎｍ〜１００
ｎｍの範囲であり、好ましくは、５ｎｍ〜５０ｎｍの範
囲である。膜厚が厚い方が力学緩衝効果が高いが、あま
り厚すぎるとダマシン溝形成時、特にエッチング、アッ
シング工程が複雑になり好ましくない。有機系絶縁膜
は、力学緩衝効果を発揮するために高い強靭性を有する
必要があるが、その具体的指標として臨界エネルギー放
出速度として２．５Ｊ／ｍ^２以上好ましくは、３．５Ｊ
／ｍ^２以上の値を有することが必要である。また、有機
系絶縁膜は、比誘電率が４．０以下であることが好まし
く、さらには、比誘電率が３．５以下であることが好ま
しい。有機系絶縁膜としては、ポリアリーレン、ポリア
リーレンエーテル、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾー
ル、ポリベンゾビスオオキサゾール，ポリトリアゾー
ル，ポリフェニルキノキサリン、ポリキノリン，ポリキ
ノキサリンなどより選ばれる有機ポリマーが挙げられる
が、特にポリアリーレン、ポリアリーレンエーテルが好
ましい。これらの有機系絶縁膜は、有機ポリマーを有機
溶剤に溶解した有機系絶縁膜用塗布液を塗布し、加熱す
ることにより形成することができる。この有機系絶縁膜
用塗布液には、銅拡散防止層や無機系絶縁膜との接着性
をさらに向上させるためにカップリング剤を含有させる
こともできる。ここで、無機系絶縁膜が有機基を有する
シリカ膜形成用塗布液を塗布し、加熱したものである場
合には、この有機シリカ膜と化学結合を形成するアルコ
キシル基またはシラノール基と有機系絶縁膜の硬化過程
で化学結合を形成する官能基を併せ持つ構造のカップリ
ング剤が好ましい。有機系絶縁膜用塗布液の加熱条件
は、５０〜６００℃、好ましくは２００〜５００℃の温
度で焼成することが好ましい。有機系絶縁膜を乾燥、部
分硬化（Ｂステージ）した状態に、無機系絶縁膜を塗布
し、その後、３００〜５００℃で有機系絶縁膜、無機系
絶縁膜を同時に焼成させることで無機系絶縁膜との接着
性を向上させることができる。

【０００８】無機系絶縁膜 本発明において無機系絶縁膜としては、シリカ、炭化水
素基を有するポリシロキサンが好ましい。これらのシリ
カまたは炭化水素基を有するポリシロキサンからなる無
機系絶縁膜はＣＶＤ法で形成することもできるが、塗布
液を用いて形成することが好ましい。無機系絶縁膜用塗
布液は、（Ａ）ポリシロキサンおよび（Ｂ）有機溶媒か
らなる。ここで、ポリシロキサンとしては（Ａ）下記一
般式（１）で表される化合物（以下、「化合物（１）」
という）、下記一般式（２）で表される化合物（以下、
「化合物（２）」という）および下記一般式（３）で表
される化合物（以下、「化合物（３）」という）の群か
ら選ばれた少なくとも１種のシラン化合物を加水分解
し、縮合した加水分解縮合物を挙げることができる。 Ｒ_ａＳｉ（ＯＲ^１）_４−ａ ・・・・・（１） （式中、Ｒは水素原子、フッ素原子または１価の有機
基、Ｒ^１ は１価の有機基、ａは１〜２の整数を示
す。） Ｓｉ（ＯＲ^２）_４ ・・・・・（２） （式中、Ｒ^２ は１価の有機基を示す。） Ｒ^３ _ｂ（Ｒ^４Ｏ）_３−ｂＳｉ−（Ｒ^７）_ｄ−Ｓｉ（ＯＲ^５）_３−ｃＲ^６ （ ３） 〔式中、Ｒ^３〜Ｒ^６ は同一または異なり、それぞれ１
価の有機基、ｂおよびｃは同一または異なり、０〜２の
数を示し、Ｒ^７は酸素原子、フェニレン基または−（Ｃ
Ｈ_２）_ｎ−で表される基（ここで、ｎは１〜６の整数で
ある）、ｄは０または１を示す。〕

【０００９】化合物（１）；上記一般式（１）におい
て、ＲおよびＲ^１の１価の有機基としては、アルキル
基、アリール基、アリル基、グリシジル基などを挙げる
ことができる。また、一般式（１）において、Ｒは１価
の有機基、特にアルキル基またはフェニル基であること
が好ましい。ここで、アルキル基としては、メチル基、
エチル基、プロピル基、ブチル基などが挙げられ、好ま
しくは炭素数１〜５であり、これらのアルキル基は鎖状
でも、分岐していてもよく、さらに水素原子がフッ素原
子などに置換されていてもよい。一般式（１）におい
て、アリール基としては、フェニル基、ナフチル基、メ
チルフェニル基、エチルフェニル基、クロロフェニル
基、ブロモフェニル基、フルオロフェニル基などを挙げ
ることができる。化合物（１）として好ましい化合物
は、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシ
ラン、メチルトリ−ｎ−プロポキシシラン、メチルトリ
−ｉｓｏ−プロポキシシラン、エチルトリメトキシシラ
ン、エチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシ
ラン、ビニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキ
シシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジメチルジメ
トキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジ
メトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジフェニ
ルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシランなど
である。これらは、１種あるいは２種以上を同時に使用
してもよい。

【００１０】化合物（２）；上記一般式（２）におい
て、Ｒ^２で表される１価の有機基としては、先の一般式
（１）と同様な有機基を挙げることができる。化合物
（２）の具体例としては、テトラメトキシシラン、テト
ラエトキシシラン、テトラ−ｎ−プロポキシシラン、テ
トラ−ｉｓｏ−プロポキシシラン、テトラ−ｎ−ブトキ
シラン、テトラ−ｓｅｃ−ブトキシシラン、テトラ−ｔ
ｅｒｔ−ブトキシシラン、テトラフェノキシシランなど
が挙げられる。化合物（３）；上記一般式（３）におい
て、Ｒ^３〜Ｒ^６で表される１価の有機基としては、先の
一般式（１）と同様な有機基を挙げることができる。化
合物（３）のうち一般式（３）におけるＲ^７ が酸素原
子の化合物としては、ヘキサメトキシジシロキサン、ヘ
キサエトキシジシロキサン、１，１，３，３−テトラメ
トキシ−１，３−ジメチルジシロキサン、１，１，３，
３−テトラエトキシ−１，３−ジメチルジシロキサン、
１，１，３，３−テトラメトキシ−１，３−ジフェニル
ジシロキサン、１，３−ジメトキシ−１，１，３，３−
テトラメチルジシロキサン、１，３−ジエトキシ−１，
１，３，３−テトラメチルジシロキサン、１，３−ジメ
トキシ−１，１，３，３−テトラフェニルジシロキサ
ン、１，３−ジエトキシ−１，１，３，３−テトラフェ
ニルジシロキサンなどを、好ましい例として挙げること
ができる。一般式（３）においてｄ＝０の化合物として
は、ヘキサメトキシジシラン、ヘキサエトキシジシラ
ン、１，１，２，２−テトラメトキシ−１，２−ジメチ
ルジシラン、１，１，２，２−テトラエトキシ−１，２
−ジメチルジシラン、１，１，２，２−テトラメトキシ
−１，２−ジフェニルジシラン、１，２−ジメトキシ−
１，１，２，２−テトラメチルジシラン、１，２−ジエ
トキシ−１，１，２，２−テトラメチルジシラン、１，
２−ジメトキシ−１，１，２，２−テトラフェニルジシ
ラン、１，２−ジエトキシ−１，１，２，２−テトラフ
ェニルジシランなどを、好ましい例として挙げることが
できる。

【００１１】さらに、一般式（３）において、Ｒ^７が−
（ＣＨ_２）_ｎ−で表される基の化合物としては、ビス
（トリメトキシシリル）メタン、ビス（トリエトキシシ
リル）メタン、１，２−ビス（トリメトキシシリル）エ
タン、１，２−ビス（トリエトキシシリル）エタン、１
−（ジメトキシメチルシリル）−１−（トリメトキシシ
リル）メタン、１−（ジエトキシメチルシリル）−１−
（トリエトキシシリル）メタン、１−（ジメトキシメチ
ルシリル）−２−（トリメトキシシリル）エタン、１−
（ジエトキシメチルシリル）−２−（トリエトキシシリ
ル）エタン、ビス（ジメトキシメチルシリル）メタン、
ビス（ジエトキシメチルシリル）メタン、１，２−ビス
（ジメトキシメチルシリル）エタン、１，２−ビス（ジ
エトキシメチルシリル）エタン、１，２−ビス（トリメ
トキシシリル）ベンゼン、１，２−ビス（トリエトキシ
シリル）ベンゼン、１，３−ビス（トリメトキシシリ
ル）ベンゼン、１，３−ビス（トリエトキシシリル）ベ
ンゼン、１，４−ビス（トリメトキシシリル）ベンゼ
ン、１，４−ビス（トリエトキシシリル）ベンゼンなど
を好ましい例として挙げることができる。

【００１２】本発明において、化合物（１）〜（３）と
しては、上記化合物（１）、（２）および（３）の１種
もしくは２種以上を用いることができる。化合物（１）
〜（３）を加水分解、縮合させる際には、触媒を使用し
てもよい。この際に使用する触媒としては、金属キレー
ト化合物、有機酸、無機酸、有機塩基、無機塩基を挙げ
ることができる。

【００１３】各成分を完全加水分解縮合物に換算したと
きに、化合物（３）が化合物（１）、化合物（２）およ
び化合物（３）の総量に対して５〜６０重量％、好まし
くは５〜５０重量％、さらに好ましくは５〜４０重量％
であり、かつ〔化合物（１）の重量〕＜〔化合物（２）
の重量〕である。完全加水分解縮合物に換算した各成分
の割合で、化合物（３）が化合物（１）〜化合物（３）
の総量の５重量％未満では、得られる塗膜の機械的強度
が低下し、一方、６０重量％を超えると、吸水性が高く
なり電気的特性が低下する。また、化合物（１）の重量
が化合物（２）の重量以上であると、得られる塗膜の強
度が劣る。なお、本発明において、完全加水分解縮合物
とは、化合物（１）〜（３）のＳｉＯＲ１基が１００％
加水分解してＳｉＯＨ基となり、さらに完全に縮合して
シロキサン構造となったものをいう。

【００１４】本発明において無機系絶縁膜は、上記シラ
ン化合物の加水分解、縮合物を（Ｂ）有機溶媒に溶解し
た塗布液を塗布し、加熱することにより形成することが
好ましい。（Ｂ）有機溶媒としては、アルコール系溶
媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒、エステル系溶媒およ
び非プロトン系溶媒の群から選ばれた少なくとも１種が
挙げられる。ここで、アルコール系溶媒としては、ｎ−
プロパノール、ｉ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｉ
−ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔ−ブタノール、
ｎ−ペンタノール、ｉ−ペンタノール、２−メチルブタ
ノール、ｓｅｃ−ペンタノール、ｔ−ペンタノール、３
−メトキシブタノール、ｎ−ヘキサノール、２−メチル
ペンタノール、ｓｅｃ−ヘキサノール、２−エチルブタ
ノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プ
ロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレング
リコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコール
モノブチルエーテルなどが好ましい。

【００１５】ケトン系溶媒としては、アセトン、メチル
エチルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、メチル−
ｎ−ブチルケトン、ジエチルケトン、メチル−ｉ−ブチ
ルケトン、メチル−ｎ−ペンチルケトン、エチル−ｎ−
ブチルケトン、メチル−ｎ−ヘキシルケトン、ジ−ｉ−
ブチルケトン、トリメチルノナノン、シクロヘキサノ
ン、２−ヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、２，４
−ペンタンジオン、アセトニルアセトン、アセトフェノ
ン、フェンチョンなどのほか、アセチルアセトン、２，
４−ヘキサンジオン、２，４−ヘプタンジオン、３，５
−ヘプタンジオン、２，４−オクタンジオン、３，５−
オクタンジオン、２，４−ノナンジオン、３，５−ノナ
ンジオン、５−メチル−２，４−ヘキサンジオン、２，
２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオン、
１，１，１，５，５，５−ヘキサフルオロ−２，４−ヘ
プタンジオンなどのβ−ジケトン類などが挙げられる。
これらのケトン系溶媒は、１種あるいは２種以上を同時
に使用してもよい。

【００１６】アミド系溶媒としては、ホルムアミド、Ｎ
−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミ
ド、Ｎ−エチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルム
アミド、アセトアミド、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ，
Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−エチルアセトアミド、
Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド、Ｎ−メチルプロピオン
アミド、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ−ホルミルモルホリ
ン、Ｎ−ホルミルピペリジン、Ｎ−ホルミルピロリジ
ン、Ｎ−アセチルモルホリン、Ｎ−アセチルピペリジ
ン、Ｎ−アセチルピロリジンなどが挙げられる。これら
アミド系溶媒は、１種あるいは２種以上を同時に使用し
てもよい。

【００１７】エステル系溶媒としては、ジエチルカーボ
ネート、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジエチ
ル、酢酸メチル、酢酸エチル、γ−ブチロラクトン、γ
−バレロラクトン、酢酸ｎ−プロピル、酢酸ｉ−プロピ
ル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸ｉ−ブチル、酢酸ｓｅｃ−ブ
チル、酢酸ｎ−ペンチル、酢酸ｓｅｃ−ペンチル、酢酸
３−メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸２−エ
チルブチル、酢酸２−エチルヘキシル、酢酸ベンジル、
酢酸シクロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸
ｎ−ノニル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、酢
酸エチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸エチレ
ングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリ
コールモノメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコール
モノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノ−
ｎ−ブチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノメ
チルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエ
ーテル、酢酸プロピレングリコールモノプロピルエーテ
ル、酢酸プロピレングリコールモノブチルエーテル、酢
酸ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジ
プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジ酢酸グリ
コール、酢酸メトキシトリグリコール、プロピオン酸エ
チル、プロピオン酸ｎ−ブチル、プロピオン酸ｉ−アミ
ル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ−ｎ−ブチル、乳酸
メチル、乳酸エチル、乳酸ｎ−ブチル、乳酸ｎ−アミ
ル、マロン酸ジエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジ
エチルなどが挙げられる。これらエステル系溶媒は、１
種あるいは２種以上を同時に使用してもよい。

【００１８】非プロトン系溶媒としては、アセトニトリ
ル、ジメチルスルホキシド、Ｎ，Ｎ，Ｎ´，Ｎ´−テト
ラエチルスルファミド、ヘキサメチルリン酸トリアミ
ド、Ｎ−メチルモルホロン、Ｎ−メチルピロール、Ｎ−
エチルピロール、Ｎ−メチル−ト３ −ピロリン、Ｎ−
メチルピペリジン、Ｎ−エチルピペリジン、Ｎ，Ｎ−ジ
メチルピペラジン、Ｎ−メチルイミダゾール、Ｎ−メチ
ル−４−ピペリドン、Ｎ−メチル−２−ピペリドン、Ｎ
−メチル−２−ピロリドン、１，３−ジメチル−２−イ
ミダゾリジノン、１，３−ジメチルテトラヒドロ−２
（１Ｈ）−ピリミジノンなどを挙げることができる。以
上の有機溶媒は、１種あるいは２種以上を混合して使用
することができる。

【００１９】上記の有機溶剤のなかではアルコール系溶
媒が好ましい。無機系絶縁膜用塗布液の塗布方法として
は、スピンコート、ディッピング、ローラーブレードな
どが挙げられる。この際の膜厚は、乾燥膜厚として、１
回塗りで厚さ０．０５〜１．５μｍ程度、２回塗りでは
厚さ０．１〜３μｍ程度の塗膜を形成することができ
る。無機系絶縁膜用塗布液により形成する塗膜の厚さ
は、通常、０．２〜２０μｍである。この際の加熱方法
としては、ホットプレート、オーブン、ファーネスなど
を使用することができ、加熱雰囲気としては、大気下、
窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、真空下、酸素濃度をコン
トロールした減圧下などで行なうことができる。また、
上記の無機系絶縁膜用塗布液の硬化速度を制御するた
め、必要に応じて、段階的に加熱したり、窒素、空気、
酸素、減圧などの雰囲気を選択することができる。この
ようにして得られるシリカまたはシロキサン系膜は、膜
密度が、比誘電率が１．５〜３．２、通常、０．３５〜
１．２ｇ／ｃｍ^３、好ましくは０．４〜１．１ｇ／ｃｍ
^３、さらに好ましくは０．５〜１．０ｇ／ｃｍ^３であ
る。膜密度が０．３５ｇ／ｃｍ^３ 未満では、塗膜の機
械的強度が低下し、一方、１．２ｇ／ｃｍ^３を超えると
低比誘電率が得られない。などが挙げられる。本発明に
おいて、無機系絶縁膜としては上記のシラン化合物をＣ
ＶＤ法により蒸着する膜も使用することができる。

【００２０】本発明においては、上記のように銅拡散防
止層と無機系絶縁膜の間に有機系絶縁膜を存在させた構
造を形成し、化学的機械的研磨により無機系絶縁膜を研
磨する。化学的機械的研磨に使用することのできる化学
的機械的研磨用スラリーは、一般的に使用されるものを
適用できるが、例えばシリカ、アルミナ、チタニア、ジ
ルコニア、セリア等の無機粒子；ポリ塩化ビニル、ポリ
スチレンおよびスチレン系共重合体、ポリアセタール、
飽和ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポ
リエチレン、ポリプロピレン、ポリ−１−ブテン、ポリ
−４−メチル−１−ペンテン等のポリオレフィンおよび
オレフィン共重合体、フェノキシ樹脂、ポリメチルメタ
クリレート等の（メタ）アクリル樹脂およびアクリル系
共重合体などからなる有機粒子；上記の有機粒子および
無機粒子からなる有機／無機複合粒子；のうち、少なく
とも一種以上の粒子からなる砥粒を水系媒体に分散させ
た水分散体に各種添加剤、例えば酸化剤、アルカリ化合
物、界面活性剤、酸化合物などを添加したものである。
また、研磨条件も通常の範囲を適用することができる。
本発明において、化学機械研磨を実施する際には、市販
の化学機械研磨装置（荏原製作所（株）製 ＥＰＯ−１
１２、ＥＰＯ−２２２、ラップマスターＳＦＴ社製、型
式「ＬＧＰ−５１０、ＬＧＰ−５５２」、アプライドマ
テリアル社製「Ｍｉｒｒａ」等）を用いて所定の研磨条
件で研磨することができる。本発明において、無機系絶
縁膜を化学的機械的研磨する工程の前後の工程は、所望
の工程を任意に選択して銅ダマシンを製造することがで
きる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を実施例を挙げてさらに具体的
に説明する。ただし、以下の記載は、本発明の態様例を
概括的に示すものであり、特に理由なく、かかる記載に
より本発明は限定されるものではない。なお、実施例お
よび比較例中の部および％は、特記しない限り、それぞ
れ重量部および重量％であることを示している。合成例１ 無機系絶縁膜用塗布液 ２５％アンモニア水溶液５ｇ、超純水３２０ｇおよびエ
タノール６００ｇの混合溶液中にメチルトリメトキシシ
ラン１５ｇ（完全加水分解縮合物換算７．４ｇ）とテト
ラエトキシシラン２０ｇ（完全加水分解縮合物換算５．
８ｇ）を加え６０℃で３時間反応をさせたのち、マレイ
ン酸を添加しｐＨ＝２．５とした。この溶液にプロピレ
ングリコールモノプロピルエーテル１５０ｇを加え、そ
の後、減圧下で濃縮し、固形分含有量９％の組成物溶液
を得た。

【００２２】合成例２ 有機系絶縁膜用塗布液 ９，９−ビス（４−ヒドロキシ−３−メチルフェニル）
フルオレン３７．８ｇと炭酸カリウム３７．８ｇをジメ
チルアセトアミド３５０ｇと共にフラスコに入れ、窒素
雰囲気下で１５０℃で２時間加熱を行った。この際、発
生する水蒸気を系外に除去した。この溶液にビス（４−
フルオロフェニル）ケトン２１．８ｇを添加し、１６５
℃で１０時間反応を行った。反応液を冷却したのち、溶
液中の不溶物をろ過で除去し、メタノール中に再沈殿を
行った。この沈殿物をイオン交換水で十分洗浄したの
ち、沈殿物をシクロヘキサノンに溶解させ、不溶物を除
去したのち、メタノール中に再沈殿させた。この沈殿物
を６０℃の真空オーブン中で２４時間乾燥させることで
重合体を得た。重合体２ｇをシクロヘキサノン１８ｇに
溶解させ０．２μｍ孔径のポリテトラフルオロエチレン
製フィルターでろ過を行い有機系絶縁膜用塗布液を得
た。

【００２３】積層体構造の形成 シリコン基板上に８インチシリコンウエハ上にＡｐｐｌ
ｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ製Ｐｒｏｄｕｃｅｒ Ｓを用
い、１００ｎｍの酸化珪素膜さらに２００ｎｍのテトラ
メチルシランを原料とする炭化珪素膜を２００ｎｍ形成
した。この炭化珪素膜の元素組成は、Ｓｉ（２６ａｔｏ
ｍｉｃ％）、Ｏ（３ａｔｏｍｉｃ％）、Ｃ（２６ａｔｏ
ｍｉｃ％）、Ｈ（４５ａｔｏｍｉｃ％）であった。炭化
珪素膜をプラズマＣＶＤ法により銅拡散防止層を形成し
た基板上、上記合成例２で製造した有機系絶縁膜用塗布
液をスピンコート法で塗布し、８０℃で１分間、２００
℃で１分間乾燥し膜厚２０．５ｎｍの未硬化の有機系絶
縁膜を形成した。さらに、この上に、合成例１で製造し
た無機系絶縁膜用塗布液をスピンコート法により塗布
し、大気中９０℃で１分間、次いで窒素下２００℃で１
分間加熱し４１０ｎｍ、さらに真空下４００℃で３０分
加熱しすることにより有機系絶縁膜（２０ｎｍ）および
無機系絶縁膜（４００ｎｍ）を積層した。さらにこの上
に炭化珪素膜１００ｎｍをプラズマＣＶＤ法によりキャ
ップ層を形成し積層体構造を得た。この積層体構造の銅
拡散防止層と無機系絶縁膜間の破壊靭性を４ポイントベ
ンディング法を用いて測定したところ、７ Ｊ／ｍ^２と
いう高い値を示した。一方、上記積層体構造から有機系
絶縁膜（２０ｎｍ）を除いた構造の積層体を同様の方法
にて形成したところ、その破壊靭性値は、２．０ Ｊ／
ｍ^２であった。以上の実験結果により有機系絶縁膜が力
学緩衝層として機能していることが判明した。

【００２４】

【発明の効果】本発明の製造方法によれば、銅拡散防止
層と配線層、ビア層に用いられる無機系絶縁膜間の力学
特性のミスマッチを解消し、ダマシン形成におけるＣＭ
Ｐ工程やヒートサイクル時に生じる剥離、亀裂発生など
の問題点を完全することができる。

【図面の簡単な説明】

【図1】通常の無機系絶縁膜を用いた積層構造を示す。

【図2】有機系絶縁膜を力学緩衝層として用いた積層構
造を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F033 HH11 JJ11 MM02 QQ09 QQ14 QQ48 QQ89 RR01 RR06 RR09 RR12 RR21 RR22 RR25 SS15 SS22 TT04 WW02 WW03 WW09

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 銅ダマシン構造の製造において、銅拡散
   防止層上に形成された無機系絶縁膜を化学的機械的研磨
   する際に、無機系絶縁膜と銅拡散防止層との間に厚さ１
   〜１００ｎｍの有機系絶縁膜を存在させることを特徴と
   する銅ダマシン構造の製造方法。
2. 【請求項２】 銅拡散防止層がプラズマＣＶＤ法により
   形成された炭化珪素系絶縁膜または窒化珪素系絶縁膜で
   あることを特徴とする請求項１記載の銅ダマシン構造の
   製造方法。
3. 【請求項３】 無機系絶縁膜が比誘電率１．５〜３．２
   のシロキサン系絶縁膜であることを特徴とする請求項１
   の銅ダマシン構造の製造方法。
4. 【請求項４】比誘電率１．５〜３．２のシロキサン系絶
   縁膜が炭化水素基を有することを特徴とする請求項３記
   載の銅ダマシン構造の製造方法。
5. 【請求項５】 有機系絶縁膜がガラス転移点が４００℃
   以上かつ熱分解温度が５００℃以上の有機ポリマーから
   あることを特徴とする請求項１の銅ダマシン構造の製造
   方法。
6. 【請求項６】 有機ポリマーがポリアリーレン、ポリア
   リーレンエーテル、ポリベンゾオキサゾール、ポリイミ
   ドより選ばれることを特徴とする請求項５記載の銅ダマ
   シン構造の製造方法。
7. 【請求項７】 銅拡散防止層を有する基板上にガラス転
   移点が４００℃以上かつ熱分解温度が５００℃以上の有
   機ポリマーおよび有機溶剤からなる有機系絶縁膜易用塗
   布液を塗布し、加熱して有機系絶縁膜を形成した後、前
   記有機系絶縁膜上にポリシロキサンおよび有機溶剤から
   なる無機系絶縁膜用塗布液を塗布し、加熱して無機系絶
   縁膜を形成する工程を含むことを特徴とする銅ダマシン
   構造の形成方法。
8. 【請求項８】 請求項１に記載の方法により形成された
   デュアルダマシン構造。